JPH06201723A - 加速度センサとこれを用いたエアバッグシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 運動する物体に搭載されてその運動体の加速
度を検出する加速度センサに関するものであり、低周波
域での検出精度の劣化を解決し、かつ自己診断機能をも
併せ持った高信頼性の優れた加速度センサを提供するこ
とを目的とするものである。 【構成】 運動体に固定されるケース１に相対変位可能
に取り付けた磁性体２と、この磁性体２の上に設けたガ
ラスホーロ被覆層３とこの上に直接形成された歪抵抗素
子４と、前記磁性体２の自由端側の２の相対変位可能部
分に対向配置された駆動コイル５とその入力端子６ａ，
６ｂとで構成することで磁性体２上に歪抵抗素子４を設
けることで検出精度の劣化を解決し、駆動コイル５によ
って自己診断を可能としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加速度を検出する加速
度センサとこの加速度センサを用いたエアバッグシステ
ムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の加速度センサを図９、図１０によ
り説明する。同図によると、１１は金属又は導電性樹脂
によって形成された円筒形のケースであり、このケース
１１の中央突出部１１ａに、円形の振動子１２の中心部
が固定手段によって固定されている。その振動子１２の
外周端は自由端となっていて、この振動子１２がたわみ
変形するようになっており、上記ケース１１に対して相
対的に変位可能としている。上記振動子１２には圧電素
子１３の一方の面が面接合されており、この圧電素子１
３の他方の面には、銀によって形成された薄板の電極１
４が貼り付けられて加速度センサ１５は構成されてい
る。

【０００３】図１０に示すように、この電極１４は４個
に分割されて形成されており、これら分割された第１〜
第４電極１４ａ〜１４ｄはそれぞれ互いに絶縁されてい
るが上記第１電極１４ａ、第３電極１４ｃには出力線１
６，１９が結線されており、第２電極１４ｂ、第４電極
１４ｄには入力線１７，１８が結線されている。また、
出力線１６，１９は一本に結線されて出力端子２０に、
入力線１７，１８は一本に結線されてドライブ入力端子
２１に接続されている。

【０００４】次に上記従来技術の動作について説明す
る。ケース１１が固定されている運動体（図示せず）に
加速度が生じると上記振動子１２が上記ケース１１に対
して相対変位して上記圧電素子１３が歪むことにより、
その加速度に比例した電圧を電極１４ａ，１４ｃから出
力線１６，１９を介して出力端子２０より出力する。

【０００５】一方、加速度センサ１５が正常に作動する
かどうかを診断するに当たっては、別途パルス信号をド
ライブ入力端子２１を経て加速度センサ１５の第２、第
４電極１４ｂ，１４ｄに入力し、この時、圧電素子１３
に逆圧電効果による歪を生じさせ、その歪に比例して発
生した電圧を電極１４ａ，１４ｃから出力線１６，１９
を介して出力端子２０から出力することによって、この
出力をもとに加速度センサ１５が正常に作動するかどう
かを診断するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の加速度センサでは、圧電素子１３には原理的に直流
から出力を取り出すことは不可能であり、低周波域でも
出力レベルが小さく、また焦電現象により出力電圧が埋
没しやすくなるため、低周波域での加速度検出精度の低
下を抑えることが困難であるという課題があった。

【０００７】また、圧電素子は、通常脆性材料であるた
め、衝撃に弱く、単独で振動子とすることができないた
め金属弾性体などで作られた別の振動子１２に、多くの
場合接着剤を用いて接着した構造となっており、構造が
複雑となり、組立て工数が増加して、コスト面に課題が
あった。また耐熱信頼性も接着を含む構造のため問題が
あった。

【０００８】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、低周波域でも十分に精度良く加速度検出を
行なえる耐衝撃性に強いシンプルな構造をもった低廉で
かつ、高信頼性の加速度センサを提供することを目的と
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の加速度センサは
上記課題を解決するために、運動体に固定されるケース
に相対変位可能に取り付けられた平板状の金属弾性体よ
りなる磁性体と、この磁性体上に設けられたガラスホー
ロ被覆層と、このガラスホーロ被覆層上に直接形成され
た歪抵抗素子と、上記磁性体の相対変位可能部分に対向
配置された駆動コイルとで構成したものである。

【００１０】

【作用】以上の本発明によれば、運動体に加速度が生じ
た時、磁性体がケースに対して相対変位して歪抵抗素子
が歪むことにより、その加速度に比例した電圧を出力す
ることで加速度を検出することができる。また低周波域
でも歪抵抗効果による出力は周波数に依存しないので検
出精度が低下することはなく、駆動コイルに交番電圧を
印加することで交番磁界を発生させ、それにより磁性体
をたわみ振動させ歪抵抗素子が歪むことによる出力を検
出することで正常に動作するかどうかを診断することが
できるものである。

【００１１】

【実施例】

（実施例１）本発明の加速度センサの一実施例を図１〜
図３により説明する。２は運動体に固定されるケース１
に片持梁式に相対変位可能に取り付けられた平板状の金
属弾性体よりなる磁性体であり、この磁性体２には境界
面に相互拡散層をはさんで設けたガラスホーロ被覆層３
と、このガラスホーロ被覆層３上にスクリーン印刷法な
どで印刷した後、焼成することによって直接歪抵抗素子
４が形成されており、この磁性体２の自由端側の相対変
位可能部分のケース１側には対向配置された駆動コイル
５とその入力端子６ａ，６ｂを設けている。また図２に
示すように歪抵抗素子４は、４ａと４ｂの２つに分割さ
れており、これらは図３に示すようなブリッジ回路を構
成している。７は定電圧源であり、８と９は固定抵抗で
ある。

【００１２】次に上記実施例の動作について説明する
と、上記運動体に加速度が生じた時、上記磁性体２が上
記ケース１に対して相対変位して前記歪抵抗素子４ａ，
４ｂが歪みその抵抗値が変化する。この時図２に示した
ブリッジ回路によって抵抗値変化に応じた出力が出力端
子１０ａ，１０ｂより出力される。

【００１３】また、前記駆動コイル５の入力端子６ａ，
６ｂに交番電圧を印加することで交番磁界を発生させ、
それにより上記磁性体２をたわみ振動させ、上記歪抵抗
素子４ａ，４ｂが歪むことによる出力を前記出力端子１
０ａ，１０ｂから検出して、正常に動作するかどうかを
診断することもできる。

【００１４】このように上記実施例によれば歪抵抗効果
で加速度を検出するため低周波域でも出力は周波数に依
存しないため、検出精度が変化しないものである。

【００１５】なお、上述の実施例においては磁性体２の
片面に４ａ，４ｂの２つの歪抵抗素子を形成した２ゲー
ジ法を採用しているが、更に他方の面に２つの歪抵抗素
子を追加し、これら４素子でブリッジを構成する４ゲー
ジ法を採用することで高いリニアリティを得ることがで
き検出精度の向上を図ることもできるものである。

【００１６】また、本実施例においては磁性体２とガラ
スホーロ被覆層３の境界面に相互拡散層があるため密着
性が高くまたガラスホーロ被覆層３と歪抵抗素子４も密
着性が強固なため耐熱信頼性に優れた構造となってい
る。

【００１７】また、磁性体２は素材が金属弾性体であ
り、耐衝撃性に優れており、そのため補強のための構造
を必要としないため、実施例に示したような片持梁式の
ようなシンプルで、低コストの量産性に優れた構造とす
ることができるものである。

【００１８】（実施例２）次に、第２の実施例を図４
（ａ），（ｂ）により説明する。図４において、図１、
図２に示す第１の実施例と相違するところは、磁性体２
の形状、歪抵抗素子４の位置、および拘束部である。片
持梁の磁性体２には、図４に示すようにガラスホーロ被
覆層３の長手方向（以下、「幅」とする）中心に対して
等間隔に、かつ磁性体２の幅方向に平行に孔部２ａ，２
ｂが設けてあり、この孔部２ａ，２ｂの間で、孔部２
ａ，２ｂのエッジを結ぶ破線ｌ，ｌ′の間におさまる位
置に、歪抵抗素子４ｃ，４ｄを形成している。ガラスホ
ーロ被覆層３の保持は、孔部２ａ，２ｂの近傍から外れ
た部分をビスで２ヶ所を固定してある（図中に斜線部で
示す。）。

【００１９】次に、本実施例の動作について説明する。
加速度の印加時に、前記磁性体２の自由端がケース１に
対して相対変位するが、この時、孔部２ａ，２ｂの設け
られた部分、特に破線ｌを固定端として磁性体２は曲が
るため、ガラスホーロ被覆層３の保持の位置精度の影響
を受けにくい構造になっている。これに対して実施例１
は、図２に示した斜線部のエッジが固定端になるため、
このエッジを精度良く拘束しないと感度にバラツキが生
じるデメリットがある。また、孔部２ａ，２ｂの間の磁
性体の幅が、先端部分の幅に対して小さいため、応力集
中効果によって実施例１に対しての磁性体の長さを短く
しても、同じ程度の感度をとることができるという効果
がある。

【００２０】また、磁性体２ａ，２ｂは実施例１に対し
て長さを短くできるため、共振周波数を高く設定でき、
磁性体２ａ，２ｂの共振が及ぼすトレーサビリティへの
影響を小さくできるという効果がある。

【００２１】また、実施例１に対して、実施例２は、横
方向の加速度が加わったとき、孔部２ａ，２ｂの両端が
桟となりしかもこの桟の間隔が広いため反発モーメント
が大きく発生歪は小さくなり加速度感応方向に指向性を
もたせることが容易となる。

【００２２】（実施例３）次に、第３の実施例を図５に
より説明する。第１、第２実施例と相違するところは、
本実施例では１つの孔部２ｃが、幅の中央部で、根元部
に沿って設けられ、前記孔部２ｃの両端に、歪抵抗素子
４ｅ，４ｆが形成されているところである。ガラスホー
ロ被覆層３の保持は第２の実施例と同じである。

【００２３】次に、本実施例の動作について説明する。
加速度の印加時に、磁性体２ｃがたわむが、このとき孔
部２ｃに設けられた部分の保持の位置精度の影響を受け
にくい構造になっている。また、歪抵抗素子４ｅ，４ｆ
の設けられた部分の磁性体２ｃの幅が、先端部分の幅に
対して小さいため、応力集中効果によって、歪感度が高
まるという効果がある。

【００２４】また、実施例２と同様に実施例１に対して
孔部２ｃの両端が桟となり、しかもこの桟の間隔が広い
ため、加速度の感応方向に指向性をもたせることが容易
となる。

【００２５】（実施例４）次に、第４の実施例を図６
（ａ），（ｂ）により説明する。第１〜第３の実施例と
相違する点は、孔部２ａ，２ｂが設けられている部分に
おいて、歪抵抗素子４ｃ，４ｄが形成されている面と反
対側の面のホーロ層であるガラスホーロ被膜層３０が除
かれた構造になっている。

【００２６】本実施例の動作も第２の実施例とほぼ同じ
であるが、ホーロ層が除かれている分、応力集中効果が
高まり、歪感度（単位加速度当たりの発生歪量）が大き
くなるというメリットがある。

【００２７】ただし、同時に共振周波数も若干低下する
ので、歪感度との兼合いを考慮し、歪感度を優先する場
合は本形状が良い。

【００２８】（実施例５）次に、第５の実施例を図７
（ａ），（ｂ）に示す。ホーロ層が除かれているガラス
ホーロ層３０以外は第３の実施例と同じであり、その効
果は第４の実施例についてと同様である。

【００２９】次に、図８により上記実施例のセンサを車
両用のエアバッグシステムに搭載した応用例を示す。

【００３０】なお、同図において１から１０ａ，１０ｂ
までは上記実施例に対応しているので説明を省略して説
明すると、２２は増幅回路、２３は信号処理回路、２４
は雷管、２５は点火回路に介入される接点を有する誤発
防止用の機械式加速度センサ、２６はフェールセーフリ
レー、２７は診断パルス発生器、２８は診断回路、２９
は警報器である。

【００３１】次に、上記応用例の動作について説明す
る。車両が衝突すると前記磁性体２がたわんで歪抵抗素
子４ａ，４ｂが歪み、それによる出力が出力端子１０
ａ，１０ｂより出力される。その出力は増幅回路２２に
より増幅されて、信号処理回路２３へ入力される。ここ
で、入力電圧が設定電圧以上になったときに、点火信号
が雷管２４に出力されてエアバッグは作動する。

【００３２】診断パルス発生器２７は、車速信号、クラ
ンキング信号、パーキングブレーキ信号から停車中のク
ランキング時を確認して例えばイグニッションキーのス
クータ始動時に、診断パルスを発生すべく構成されてお
り、この診断パルスの入力端子６ａ，６ｂへの入力で駆
動コイル５により磁場が発生し、それにより前記磁性体
２をたわみ振動させ、それによって歪抵抗素子４ａ，４
ｂが歪み、それによる出力が出力端子１０ａ，１０ｂよ
り出力される。その出力が診断回路２８に入力されて、
設定電圧以上の入力電圧が検出されれば故障なしと判断
され、検出されない場合は故障と判断してフェールセー
フリレー２６をオフにするとともに警報器２９を作動さ
せ、運転者に異常を知らせる。

【００３３】なお、診断パルスが発生されるのは、停車
中であるため２５の機械式加速度センサの接点はオフに
なっているため、雷管２４に点火信号が加わることはな
い。

【００３４】このように上記実施例によればセンサが正
常に動作するかどうかを調べるための加振装置が不要に
なるとともにセンサを車両から取り外す必要もないの
で、センサの診断を簡単に行うことができるため、セン
サを常時正常状態に維持することができるという利点を
有する。

【００３５】なお、図１〜図３の加速度センサに図４の
増幅回路も含めて加速度センサとして取扱い、エアバッ
グシステムとしての回路の簡素化を図ることも可能であ
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、上記実施例より明らかなよう
に、磁性体上に設けた歪抵抗素子で加速度を検出するた
め低周波域でも精度良く検出することができるととも
に、磁性体を駆動コイルでたわみ振動させ、歪抵抗素子
が歪むことによる出力を検出することで正常に動作する
かどうかを診断する自己診断機能を有することも可能と
なり、加速度センサを常時正常状態かどうかの確認を常
に行うことができ、また、歪抵抗素子を磁性体に直接形
成しているので耐熱信頼性に優れ、さらに磁性体の素材
が耐衝撃性の高い金属弾性体であるため、構造的にシン
プルで低コストの量産性に優れた構造をとることができ
る等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における加速度センサの
側断面図

【図２】同要部である磁性体の平面図

【図３】同要部回路図

【図４】（ａ）本発明の第２の実施例における磁性体の
平面図 （ｂ）同側面図

【図５】本発明の第３の実施例における磁性体の平面図

【図６】（ａ）本発明の第４の実施例における磁性体の
平面図 （ｂ）同側面図

【図７】（ａ）本発明の第５の実施例における磁性体の
平面図 （ｂ）同側面図

【図８】本発明のセンサを車両のエアバッグシステムに
応用した応用例の回路ブロック図

【図９】従来の加速度センサの側断面図

【図１０】同要部回路図

【符号の説明】

１ ケース ２ 磁性体 ３ ガラスホーロ被覆層 ４ 歪抵抗素子 ４ａ 歪抵抗素子 ４ｂ 歪抵抗素子 ５ 駆動コイル ６ａ 駆動コイルの入力端子 ６ｂ 駆動コイルの入力端子 ７ 定電圧源 ８ 固定抵抗 ９ 固定抵抗 １０ａ 出力端子 １０ｂ 出力端子

フロントページの続き (72)発明者 上田 真二郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田村 雅巳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 運動体に固定されるケースに相対変位可
   能に取り付けられた金属弾性体よりなる磁性体と、この
   磁性体上に設けられたガラスホーロ被覆層と、このガラ
   スホーロ被覆層上に直接形成された歪抵抗素子と、前記
   磁性体の相対変位可能部分に対向配置され、電圧印加す
   ることで前記磁性体に磁力を及ぼす駆動コイルとを備え
   た加速度センサ。
2. 【請求項２】 ガラスホーロ被覆層上にこのガラスホー
   ロ被覆層の長手方向に対して両端面に接しない近傍に設
   けた孔部と、前記孔部の間に２つの歪抵抗素子を備えた
   請求項１記載の加速度センサ。
3. 【請求項３】 ガラスホーロ被覆層上にこのガラスホー
   ロ被覆層の長手方向に対して両端面に接しない近傍に設
   けた歪抵抗素子と、前記歪抵抗素子間に孔部を備えた請
   求項１記載の加速度センサ。
4. 【請求項４】 ガラスホーロ被覆層上に設けられた歪抵
   抗素子の反対側の面のガラスホーロ被覆層を除いた請求
   項２または３記載の加速度センサ。
5. 【請求項５】 車両に搭載され、車両が衝突等で受ける
   衝撃を検出して作動する請求項１〜４いずれか記載のエ
   アバッグシステム。