JPH0344560A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ ［産業上の利用分野］ 本発明は、加速度の変化を梁に加わる応力の変化として
検出するセンサに関し、特に、慣性を生じるおもりを制
振するために、センサ内部にオイルなどの制振流体を封
入した加速度センサに関する。

［従来の技術］ 加速度センサは、例えば特開昭５９−１１１０６５号公
報に示されるように、そのハウジングの内部に慣性を生
じるおもりを備えており、センサが加速度を受けると、
その内部でおもりがその慣性によりハウジングに対して
相対的に変位するので、その変位量を検出することによ
って加速度を検出することができる。

ところで、この種の加速度センサにおいては、おもりの
不要な振動を防止する必要がある。即ち。

例えば−時的に生じた一方向に向かう加速度に対してお
もりが振動すれば、正方向と逆方向の変位信号が交互に
検出され、加速度が零になった後でもその信号が継続す
るので、正確な加速度が検出できない。

従って、この種の加速度センサにおいては、おもりの制
振が非常に重要である。おもりの制振を効果的に行なう
ためには１例えばおもりが配置される空間を密封し、そ
の空間内にオイルなどを充填すればよい。

［発明が解決しようとする課題］ 制振のためにオイルなどの流体を内蔵する加速度センサ
においては、オイルがセンサの外側に漏れないように、
各部材の接合面において、シールを行なう必要がある。

おもりの変位を梁の撓みとして検出する平板状の検出部
材を用いる加速度センサにおいては、該検出部材の中央
部をオイル中に浸し、該検出部材の周辺部をハウジング
などの部材で上と下から挟み込んで固定する必要がある
ので、検出部材とそれを挟み込む部材との各当接面で、
シールを行なわなければならない。

ところで、凹凸のある面のシールを行なう場合。

もしくはシールすべき面に機械的強度の弱い傷付き易い
部材が配置される場合には、例えばゴムなどの可撓性の
部材をシール面に配置して弱い部材を保護した状態で、
シール面を押圧し固定する必要がある。

おもりの変位を梁の撓みとして検出する平板状の検出部
材を用いる加速度センサの場合においても、検出部材が
傷付き易いので、それの上面と下面の両方において、可
撓性部材を用いてシールを行なう必要がある。

しかしながら、平板状の検出部材の上面と下面の両方が
可撓性のシール部材で支持されろ場合には、上面と下面
のいずれの支持部分も変形可能であるため、上面に加わ
る力と下面に加わる力とのバランスが崩れると、検出部
材を支持するための力によって、検出部材の梁にたわみ
が生じる。この種のたわみは、加速度の検出誤差の発生
につながる。例えばねじを用いて検出部材とシール部材
との押圧を行なう場合には、製造時点でバランスをうま
く調整して梁のたわみをなくしたとしても。

経時変化によるねじのゆるみなどによって、力のバラン
スが崩れ、梁のたわみが発生する。

本発明は、オイルなどの制振流体を内蔵した加速度セン
サにおいて、組付は部分に加わる押圧力などの加速度以
外の力による梁のたわみの発生を防止することをａ題と
する。

［発明の構成］ ［課題を解決するための１手段］ 上記課題を解決するために１本発明においては、その中
央部に形成された可撓性の梁と該梁の撓みを検出する撓
み検出手段を備え実質上平板形状に形成された検出部材
、該検出部材の梁に係合する形で般けられたおもり、前
記検出部材の周辺部の厚み方向の上面と下面にそれぞれ
対向する形で配置された第１及び第２の支持部材、第１
の支持部材と検出部材との間に介挿された可撓性の第１
のシール部材、第２の支持部材と検出部材との間に介挿
された可撓性の第２のシール部材、及び前記おもりの周
囲の空間に充填された制振流体を備える加速度センサに
おいて；前記第１のシール部材が前記検出部材の上面と
当接する位置と第２のシール部材が検出部材の下面と当
接す−る位置とを互いにずらす。

［作用］ 本発明によれば、第１のシール部材によって検出部材の
上面と第１の支持部材との対向面をシールすることがで
き、第２のシール部材によって検出部材の下面と第２の
支持部材との対向面をシールすることができる。

また、検出部材の上面が第１のシール部材と当接する位
置においては、検出部材の下面と当接する位置に第２の
シール部材がなく、その面は第２の支持部材と当接し支
持される。従って、第２の支持部材がシール部材のよう
に可撓性の部材でない限り、その位置では、第２の支持
部材と検出部材との間の抑圧、力の大小に関わらず、検
出部材の下面は、第２の支持部材の面に沿った形状を維
持する。つまり、第２の支持部材の上面が平担な形状で
あれば１組付けの押圧力に変化が生じても、検出部材の
梁にたわみが生じる恐れはない。

同様に、検出部材の下面が第２のシール部材と当接する
位置においては、検出部材の上面と当接する位置に第１
のシール部材がなく、その面は第１の支持部材と当接し
支持される。従って、第１の支持部材がシール部材のよ
うに可撓性の部材でない限り、その位置では、第１の支
持部材と検出部材との間の押圧力の大小に関わらず、検
出部材の上面は、第１の支持部材の面に沿った形状を維
持する。つまり、第１の支持部材の下面が平担な形状で
あれば１組付けの押圧力に変化が生じても、検出部材の
梁にたわみが生じる恐れはない。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の、図面を参照した
実施例説明により明らかになろう。

［実施例コ 第１図に一実施例の加速度センサの縦断面を示し、第２
図に第１図のｎ−ｎ線断面の主要部を示す。まず第１図
を参照して構成を説明する。

おもり１は、金属製で、円柱状に形成されており、中央
部に貫通孔を有している。棒状のアーム２は、その下端
がおもり１の貫通孔に押入され。

リング３とおもり１の位置決め用にアーム２に一体化さ
れたフランジ４によっておもり１と一体に構成されてい
る。おもりｌが配置される空間は。

ビームホルダ１１．ビームベース１２及びウェートスト
ッパ１３で構成されるケースの内空間に形成されている
。ウェートストツパ１３は１円形のカップ状で、おもり
１の外径よりも少し大きな内径を有し、上部にはフラン
ジ部１３ａを有している。ビームベース１２は、ウェー
トストッパ１３と嵌合できる形状になっており、ウェー
トストツパ内に入り込む円筒形状の突出部１２ａとフラ
ンジ部１２ｂを有している。

ビームプレート２０は、ビームホルダ１１とビームベー
ス１２に上下から挟まれる形で配置されている。ビーム
プレート２０の上面とビームホルダ１■の下面との間、
ならびにビームプレート２０の下面とビームベース１２
の上面との間には、それぞれゴム製のシール材１４及び
１５が介挿されている。

一方のシール材１５はリング状に形成されている。また
もう一方のシール材１４は、キャップ状に形成され、ビ
ームプレート２０との当接部分にフランジ部１４ａを有
している。ビームプレート２０の上面とシール材１４の
フランジ部１４ａとの当接面、ならびにビームプレート
２０の下面とシール材１５との当接面は、アーム２の周
囲を囲むように同心円状に各々リング形状を形成してい
る。前者のリングは後者のリングよりも径が小さくなっ
ており、両方のリング面が互いに対向しないように、互
いに位置をずらして配置しである。

つまり、シール材１４のフランジ部１４ａは。

ビームプレート２０を間に挟んで、ビームベース１２の
上面のシール材１５の存在しない位置と対向している。

またシール材１５とビームプレート２０との当接面は、
ビームプレート２０を間に挟んで、ビームホルダ１１の
下面のシール材１４の存在しない位置と対向している。

このため、薄板状のビームプレート２０の支持される各
部分の表面と裏面とは、少なくとも一方の面が、金属製
の平担な面（１１又は１２）で支持されている。

第１図に示すねじ５１，５２を含む４つのねじによって
、ビームホルダ１１とウエートストツバのフランジ部１
３ａとが結合されている。従って、ビームベース１２は
ビームホルダ１１とウエートストツパ１３とで挟まれて
固定され、ビームプレート２０はビームホルダｌｌとビ
ームベース１２とで挟まれて固定されている。シール材
１４のフランジ部１４ａはビームホルダ１１とビームプ
レート２０上面との間に介挿され、シール材１５はビー
ムプレート２０下面とビームベース１２との間に介挿さ
れている。

ビームプレート２０は、薄板状であり撓み易いので、そ
の表面又は裏面から力を受けると、その力によって撓み
を生じようとする。しかし、この例では、ビームプレー
ト２０を支持する部分では。

ビームプレート２０の表面と裏面の少なくとも一方が、
金属製の平面に当接しているので、ビームホルダ１１と
ビームベース１２とからどのような押圧力を受ける場合
でも、平面に沿った形状を維持し、撓みを生じない。

このため、ねじ（５１，５２）の締め付はトルクが変化
しても、ビームプレート２０の変形特性に変化が生じる
ことはない、つまり、製造時の組付条件のばらつきや経
時変化による締め付はトルクの変化が、ビームプレート
２０の撓みに影響を及ぼさないので、加速度センサの零
点にずれが生じる恐れがない。

ビームプレート２０の平面の外観を第３図に拡大して示
す。第３図を参照すると、ビームプレート２０の中央付
近には、該プレートの一部を切欠いて形成した細長い２
つの開口部２１．２２が設けられ、それらの間に細長い
梁２３が形成されている。梁２３の中央部には、第１図
のアーム２を通すための穴２３ａが開口している。つま
り、アーム２の頂部２ａを穴２３ａに通し、頂部２ａに
アームストッパ１６を装着することにより、アーム２は
その頂部２ａが渠２３の中央部に固定され。

築２３によって支持される。即ち、おもり１は。

アーム２を介して、梁２３から垂れ下がるように吊り下
げられる。

ビームプレート２０の基部は、非常に薄い（厚みが０　
、１　ｍ　ｍ　）金属（ＳＵＳ３０４）の平板で構成さ
れており、その上に様々な膜状の部分が形成されている
。ビームプレート２０が非常に薄いので、梁２３に装着
されたおもりが傾くと、それに従ってｌＩ２３に撓みが
生じる。渠２３上には、その撓みを検出するために、８
つの歪ゲージ部Ｐ１゜Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４．Ｐ５．Ｐ６．
Ｐ７及びＰ８が設けられており、これらに接続された配
線パターン２５の他端は、ビームプレート２０の右端の
端子部２０ａに集中的に配列されている。配線パターン
２５には、９本の線２５１〜２５ｓが備わっている。

第３図の歪ゲージ部ｐｔ−ｐｓの一部を拡大して第６ａ
図及び第６ｂ図に示す、第６ａ図を参照すると、歪ゲー
ジ部Ｐ３は、矢印Ｙ方向に細長く形成されたパターン部
分とＸ方向に太く短く形成されたパターン部分とが交互
に形成されて全体で１本の線を構成している。従って歪
ゲージ部Ｐ３の電気抵抗の大部分は、細く長いＹ方向に
向かうパターン部分によって得られ、Ｘ方向に向かう部
分の影響は小さい。

つまり、歪ゲージ部Ｐ３は、Ｙ方向に向かう応力を受け
るとその電気抵抗が大きく変化するが、Ｘ方向の応力に
対しては変化はほとんど生じない。

歪ゲージ部Ｐ３の両端部は、それぞれ、配線パターン２
５１及び２５２に接続されている。なお、他の歪ゲージ
部Ｐｉ、Ｐ２及びＰ４も、歪ゲージ部Ｐ３と同一のパタ
ーン形状及び向きに構成されている。

第６ｂ図を参照すると、歪ゲージ部Ｐ’５には。

Ｘ方向及びＹ方向に対して４５度傾いた矢印Ａ１方向に
向かって形成された細長いパターン部分とそれに対して
９０度傾いたＡ２方向の太く短いパターン部分とが交互
に形成され、全体で１本の線を構成している。従って、
歪ゲージ部Ｐ５の電気抵抗の大部分は、細く長いＡ２方
向に向かうパターン部分によって得られ、Ａｔ方向に向
かう部分の影響は小さい。

つまり、歪ゲージ部Ｐ５は、Ａ２方向に向かう応力を受
けるとその電気抵抗が大きく変化するが、Ａ１方向の応
力に対しては変化はほとんど生じない、歪ゲージ部Ｐ５
の両端部は、それぞれ、配線パターン２５７及び２５８
に接続されている。なお、歪ゲージ部Ｐ８も、歪ゲージ
部Ｐ５と同一のパターン形状及び向きに形成されている
。

歪ゲージ部Ｐ６は、パターンの細長い部分と太く短い部
分との向きが歪ゲージ部Ｐ５と９０度ずれて形成されて
いる。従って、歪ゲージ部Ｐ６の場合、Ａｔ方向に向か
う応力を受けるとその電気抵抗が大きく変化するが、Ａ
２方向の応力に対しては変化はほとんど生じない、歪ゲ
ージ部Ｐ６の両端部は、それぞれ、配線パターン２５７
及び２５６に接続されている。なお、歪ゲージ部Ｐ７も
。

歪ゲージ部Ｐ６と同一のパターン形状及び向きに形成さ
れている。

第７ａ図、第７ｂ図及び第７ｃ図に、このセンサにそれ
ぞれＹ方向、Ｘ方向及び２方向の加速度が印加される場
合のｖＩｋ２３の応力の向き及びその分布の概略を示す
、なお、第７ａ図、第７ｂ図及び第７ｃ図に示す各部材
の形状や構造は実際とはかなり異なっているので注意さ
れたい。

Ｙ方向の加速度が印加される場合には、第７ａ回に示す
ように染上にＹ方向に向かう圧縮応力及び引張応力が作
用する。従って、歪ゲージ部Ｐ１゜Ｐ２が圧縮応力を受
けてその電気抵抗が減小する時には、他の歪ゲージ部Ｐ
３．Ｐ４が引張応力を受けてその電気抵抗が増大し、歪
ゲージ部Ｐｌ。

Ｐ２が引張応力を受けてその電気抵抗が増大する時には
、他の歪ゲージ部Ｐ３．Ｐ４が圧縮応力を受けてその電
気抵抗が減小する。つまり４つの歪ゲージ部Ｐ１〜Ｐ４
を電気的に接続してホイートストンブリッジを構成すれ
ば、それによってＹ方向の加速度に対応する応力を検出
できる。

Ｘ方向の加速度が印加される場合には、第７ｂ図に示す
ように染上に傾め方向（Ａｔ、Ａ２）に向かう圧縮応力
又は引張応力が作用する。従って。

歪ゲージ部Ｐ５．Ｐ８が圧縮応力を受けてその電気抵抗
が減小する時には、他の歪ゲージ部Ｐ６゜Ｐ８が引張応
力を受けてその電気抵抗が増大し、歪ゲージ部Ｐ５．Ｐ
７が張力を受けてその電気抵抗が増大する時には、他の
歪ゲージ部Ｐ６．Ｐ８が圧縮応力を受けてその電気抵抗
が減小する。つまり、歪ゲージ部Ｐ５〜Ｐ８を電気的に
接続してホイートストンブリッジを構成すれば、それに
よってＸ方向の加速度に対応する応力を検出できる。

また、Ｘ方向の加速度が印加される場合には、第７ｃ図
に示すように染上にＹ方向に向かう圧縮力芯及び引張応
力が作用するが、この場合には梁の両側の対称位置に同
一の応力が作用する。従って、歪ゲージ部ＰＩ、Ｐ２が
圧縮応力を受ける時には他の歪ゲージ部Ｐ３．Ｐ４も圧
縮応力を受け、歪ゲージ部Ｐｉ、Ｐ２が引張応力を受け
る時には他の歪ゲージ部Ｐ３．Ｐ４も引張応力を受ける
ので、４つの歪ゲージ部Ｐ１〜Ｐ４の電気抵抗の変化は
同一であり、２方向の加速度に対してはホイートストン
ブリッジからは信号は出力されない。

第８図に、ビームプレート２０とそれの配ｗｃ２５１〜
２５ｇに接続される電気回路によって構成されたブリッ
ジ回路の結線状態を示す、第８図に示す結線により、歪
ゲージ部ＰＩ、Ｐ２．Ｐ３及びＰ４がｌっのホイートス
トンブリッジを構成し。

残りの歪ゲージ部Ｐ５〜Ｐ８が別のホイートストンブリ
ッジを構成する。前者のブリッジの出力端子にＹ方向の
加速度に対応する電圧ｖｙが得られ。

後者のブリッジの出方端子にＸ方向の加速度に対応する
電圧Ｖｘが得られる。

なお、歪ゲージ部Ｐ１〜Ｐ４で構成されるブリッジにお
いては、歪ゲージ部ＰｌとＰ２、ならびに歪ゲージ部Ｐ
３とＰ４が、それぞれブリッジの対向する辺に位置する
ように接続されていることに注意されたい。

第５図に、ビームプレート２ｏの厚み方向の断面の一部
を拡大して示す、第５図を参照すると、ビームプレート
２０は、基部２６の一方の而に形成された絶縁膜２７．
導電性パターン２８及び絶縁膜２９を有している。基部
２６は、厚みが０．１ｍｍの金属薄板であり、導電性で
あるので、その上に電気回路を形成するために、その片
方の面の全体に渡って、絶縁膜２７が形成されている。

この絶縁膜２７は、Ｓ　ｉ　Ｏ２の塗布によって形成さ
れる。

導電性パターン２８は、スパッタリングによって形成さ
れたＮｉ系導体のａ膜であり、それをエツチング処理す
ることにより、必要とされる各歪ゲージ部Ｐ１〜Ｐ８と
配線２５のパターンが形成される。このパターンの形成
が終了した後で、電気接続の必要な端子部２０ａを除き
、パターンの上にＳ　ｉ　Ｏ２の保護膜を形成する。

第１図を参照すると、ビームホルダ１１．ビームベース
】２及びウェートストッパ１３でなるケースの内空間７
には、おもり１やアーム２とともに、シリコンオイル８
が充填されている。このシリコンオイル８は、その粘性
によっておもり１の動きを抑制し、振動を防止する。

内空間７にシリコンオイル８が充填されているので、そ
の空間からシリコンオイルが漏れないようにケースを構
成する各部材の当接部分に充分なシールを施こす必要が
あるにの実施例では、ビームベース１２とウェートスト
ツパ１３との当接面はＯリング６によってシールしてい
る。また。

ビームベース１２の上面とビームプレート２ｏの下面と
の当接面は、その部分に介挿した環状のシール材（ゴム
）１５によってシールし、ビームプレート２０の上面と
ビームホルダ１１の下面との当接面は、その部分に介挿
したシール材１４によってシールしている。シール材１
４は、アーム２の頂部２ａとアームストッパ１６の周囲
全体を覆う形に形成されている。なお、シール材１４と
１５はいずれも可撓性の材料（ゴム）で形成されている
ので、シール材１４及び１５がビームプレー１〜２０に
比較的強く押圧される場合でも、ビームプレート２０の
表面を傷付ける心配はない。

この例では、ビームプレート２０が非常に薄く、その上
に形成された配線などのパターンはそれより更に薄い膜
状に形成されているので、ビームプレート２０と、ビー
ムホルダ１１及びビームベース１２との当接面にはほと
んど凹凸がない。そのため、それらの部分のシールは、
第１図に示すような単純な形状のシール材１４．１５だ
けで極めて簡単に、かつ確実に行なうことができる。

なお、ビームホルダ１１．ビームベース１２及びビー１
１プレート２０を固定する４本のねじは、各々第３図に
示すビームプレート２０の穴２０ｂ。

２０ｃ、２０ｄ及び２０ｅを通る。第１図に示すように
、ビームホルダ１１．ビームベース１２及びウェートス
トツパ１３で構成されるケースの外側は、スポンジシー
トで構成されるクツション材３１．３２及び３３で覆わ
れ、各種部材４１，４２．４３及び４４で構成されるハ
ウジング内に固定される。

［効果］ 以上のとおり、本発明によれば、可撓性の第１及び第２
のシール部材を検出部材の上面及び下面に配置して制振
流体に関するシールを行なうので、検出部材を傷付ける
ことなく確実にシールを行なうことができる。また、第
１のシール部材と検出部材の上面とが当接する位置と、
第２のシール部材と検出部材の下面とが当接する位置と
が互いにずれているので、検出部材の第１及び第２のシ
ール部材と当接する部分の面の他方の面が、それぞれ撓
みを生じにくい第２及び第１の支持部材の面に当接する
。従って、第１及び第２のシール部材と検出部材とを押
圧する力が変化する場合でも、それらの当接面に変形が
生じる恐れはない。つまり、本発明の加速度センサでは
、零点（加速度が零の時のセンサ出力状Ｓ）にずれが生
じる恐れはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一実施例の加速度センサを示す縦断面図であ
る。 第２図は第１図のｎ−ｎ線断面の主要部を示す断面図、
第３図は第１図のビームプレート２０の外観を示す拡大
平面図、第４図は第１図の一部分を拡大して示す断面図
である。 第５図は、ビームプレート２０の一部分の厚み方向の断
面を示す断面図である。 第６ａ図及び第６ｂ図は、各々、ビームプレート２０上
の歪ゲージ部を拡大して示す平面図である。 第７ａ図、第７ｂ図及び第７ｃ図は、各々異なる方向の
加速度を受けた場合の、渠２３の応力分布の概略を示す
斜視図である。 第８図は、第１図の加速度センサの一部分の電気要素の
接続状態を示す配線図である。 １：おもり（ウェート）２：アーム ３：リング　　　　　　４：フランジ ６：Ｏリング　　　　　７：内空間 ８：シリコンオイル（制振流体） １１：ビームホルダ（第１の支持部材）１２：ビームベ
ース（第２の支持部材）１３：ウェートストツパ １４：シール材（第１のシール部材） １５：シール材（第２のシール部材） ２０：ビームプレート（検出部材） ２１．２２：開口部　　２３：染 ２５：配線パターン　　２５１〜２５９：配線Ｐ１〜Ｐ
８：歪ゲージ部（撓み検出手段〉２６：基部　　　　　
　２７：絶縁膜 ２８：導電性パターン　２９：絶縁膜 ３１゜ ３２゜ ：クッション材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 その中央部に形成された可撓性の梁と該梁の撓みを検出
   する撓み検出手段を備え実質上平板形状に形成された検
   出部材、前記梁に対し垂直方向下部に取付けられたおも
   り、前記検出部材の周辺部の厚み方向の上面と下面にそ
   れぞれ対向する形で配置された第１及び第２の支持部材
   、第１の支持部材と検出部材との間に介挿された可撓性
   の第１のシール部材、第２の支持部材と検出部材との間
   に介挿された可撓性の第２のシール部材、及び前記おも
   りの周囲の空間に充填された制振流体を備える加速度セ
   ンサにおいて； 前記第１のシール部材が前記検出部材の上面と当接する
   位置と第２のシール部材が検出部材の下面と当接する位
   置とを互いにずらしたことを特徴とする加速度センサ。