JPH071280B2 - 衝撃センサー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は搭乗者を衝突時の衝撃から守る自動車用エアバ
ッグ等に適した衝撃センサーである。

［従来の技術］ 最近は運転者等を衝撃から守るエアバッグを装着した自
動車が増える傾向にある。

このエアバッグは衝突を検出した瞬間に膨張するもの
で、その作動は衝撃を検出するセンサーの性能に大きく
左右される。

車両の衝突時などに生じる大きな速度変化を検出する加
速度センサとして、USP4,827,091号には、導電材料より
なる筒体と、該筒体の内部に筒体長手方向移動自在に装
入された帯磁慣性体と、該帯磁慣性体の少なくとも該筒
体長手方向の一端側の端面に設けられた導電体と、該筒
体の長手方向の一端側に配置されており、帯磁慣性体の
該導電体が接触することにより該導電体を介して導通さ
れる１対の電極と、該筒体の長手方向の他端側に配置さ
れており、該帯磁慣性体と磁気的に吸引し合う磁性材料
よりなる吸引体と、を備えたものが記載されている。

この加速度センサにおいては、帯磁慣性体は吸引体と吸
引し合っており、加速度センサに加速度が全く又は殆ど
加えられていないときには、帯磁慣性体は筒体内の他端
側に静止している。

この加速度センサにある程度大きな加速度が加えられる
と、帯磁慣性体が吸引体との吸引力に抗しつつ移動す
る。そして、帯磁慣性体が移動しつつあるときには、こ
の筒体に誘導電流が流れ、帯磁慣性体に対し移動方向と
反対方向に付勢する磁力が与えられ、帯磁慣性体にブレ
ーキがかけられた状態となり、その移動速度が減少され
る。

加速度が所定値（閾値）よりも小さいときには、帯磁慣
性体は筒体の先端までは到達せず、中途まで移動したと
ころで停止し、次いで吸引体との吸引力により他端側ま
で引き戻される。

加速度が所定値（閾値）よりも大きいとき（即ち、例え
ば、この加速度センサが搭載されている車両が衝突した
ときなど）には、帯磁慣性体は筒体の一端側にまで到達
する。そして、帯磁慣性体の先端面の導電層が１対の電
極の双方に接触して電極同志を導通する。予め電極間に
電圧をかけておくと、電極同志が短絡した時点で電極間
に電流が流れる。この電流により、車両が衝突したこと
が検出される。

［発明が解決しようとする課題］ USP4,827,091号のセンサでは、帯磁慣性体が前進限まで
移動して１対の電極に接することにより電極同志が導通
される。従って、センサが長期間にわたって正常に作動
するためには、帯磁慣性体と摺動する筒体内面はきわめ
て平滑で、摩耗が発生せず、しかも腐食などが発生され
ないことが必要である。また、電極や帯磁慣性体の先端
面にも発錆等の腐食が生じてはならない。このようなこ
とから、筒体を高耐食性材料製とすると共に筒体の内面
を入念に研磨仕上げしなければならず、製作コストが嵩
む。また、電極等を金メッキして万全の腐食防止策を講
ずる必要があり、これによっても製作コストが嵩んでい
た。

［課題を解決するための手段］ 本発明の請求項（１）の衝撃センサーは、圧電素子と、
該圧電素子に圧迫力を加えるための慣性体と、該慣性体
を該圧電素子に向う方向に付勢している付勢部材とを有
する車両用の衝撃センサーにおいて、該圧電素子と該慣
性体との間に受圧部材を介在させ、該受圧体の該慣性体
側の面に、Ｖ字形断面形状であり、該衝撃センサーが車
両に搭載された姿勢において上下方向に延在する溝を設
け、前記慣性体の該受圧部材側の先端を該溝内に配置し
たことを特徴とする。

請求項２の衝撃センサーは、請求項１において、前記受
圧部材の先端は半球面となっていることを特徴とする。

請求項３の衝撃センサーは、請求項１又は２において、
前記圧電素子の出力電圧を入力し、この出力電圧が予め
設定された電圧よりも大きいかどうか判断し、所定電圧
よりも大きい場合には、エアバッグを膨張させるための
信号を出力する手段を有していることを特徴とする。

請求項４の衝撃センサーは、圧迫されると圧迫力に応じ
た大きさの電圧を発生する圧電素子と、該圧電素子に圧
迫力を加えるための慣性体と、該慣性体を圧電素子に向
う方向に押圧している付勢部材と、を備えてなる衝撃セ
ンサーにおいて、前記慣性体が磁性材料よりなり、この
慣性体に圧電素子から離反する方向に磁力を加えるため
の電磁石装置を備えており、この電磁石装置に通電して
慣性体に圧電素子から離反する方向の力を与え、次いで
通電を停止し、この通電及び通電停止時に圧電素子から
発生する電圧を測定して衝撃センサーの作動チェックを
できるようにしてある。

［作用］ 本発明の衝撃センサーは、慣性体から圧電素子に向う方
向が車両の前方を指向する方向となるように、且つ、Ｖ
字形の溝が上下方向となるように車両に搭載される。こ
の衝撃センサーは、該車両が衝突事故に遭遇した場合、
次の如く作動する。

請求項（１）では、車両が正面衝突したときには、慣性
体が受圧体を介して圧電素子を強く圧迫し、圧電素子か
ら衝突検知信号電圧が出力される。

車両が斜め前方衝突した場合には、慣性体がＶ字形の溝
の斜面を斜め方向に強く押圧し、受圧体には圧電素子を
押圧する大きな分力が発生する。従って、車両が斜め前
方衝突した場合にも、圧電素子から衝突を検知する信号
電圧が出力される。

車両が側面衝突を受けた場合にも、慣性体はＶ字形の溝
の斜面を押圧し、受圧体には圧電素子を押圧する分力が
発生する。しかしながら、この場合の分力は小さなもの
となり、圧電素子の発生電圧は所定値よりも低いものと
なる。

車両が上下に激しく振動した場合、慣性体は溝内を上下
に移動するだけであり、圧電素子からは衝撃検出電圧は
全く又は殆ど出力されない。

このように、請求項１の衝撃センサーによると、車両の
正面衝突及び斜め前方衝突のみを確実に検知できる。

請求項２の衝撃センサーにおいては、慣性体の先端面が
半球面となっているため、車両の斜め衝突時に、受圧体
に、圧電素子を圧迫する方向の分力が確実に発生する。

請求項３の衝撃センサーによると、車両の衝突時にエア
バッグ膨張信号が確実に出力される。

請求項４の衝撃センサーでは、衝撃センサーの作動チェ
ックが可能であるから、信頼性が高い。

［実施例］ 第１図に衝撃センサーの平面断面図を示し、第２図に要
部の組立図を示す。

第１図において１は筒状のハウジングで、一方に開設さ
れたケーブル挿入孔1aを通してハウジング１内に出力ケ
ーブル２の端が挿入されている。

ハウジング１内の出力ケーブル２には、筒状の電極押さ
え1b、ドーナツ形の陰極板1c、圧電素子３、陽極板1dが
順にはめ込んである。

出力ケーブル２の一方が陰極板1cに、また出力ケーブル
２の他方が陽極板1dに夫々結線されている。

圧電素子３は、外部から加わる圧縮力に比例して電圧を
生じる構造を有し、出力電圧の安定した例えば公知の圧
電セラミックが好適である。

４は受圧体で、大径部4a側の平滑な側面が陽極板1dに当
接し、小径部4bの側面に断面Ｖ字形又は断面Ｕ字形の鉛
直溝4cが鉛直方向に連続して開設してある。

鉛直溝4cは鉛直方向に向けて配置されることと、鉛直溝
4cの上下端が開放されていることが特に重要である。

また衝撃に対する左右方向の感応精度は、鉛直溝4cの両
側に形成される二面の交差角度により求まる。

５はハウジング１の開口部を封鎖するキャップで、ハウ
ジング１に螺着されている。5aはシール材、5bは絶縁筒
である。

キャップ５の一方に開設された開口内には、ボール状の
慣性体６が収納されている。慣性体６は、キャップ５の
底部との間に設置されたばね７で以て常時受圧体４の鉛
直溝4c内の側面に押し付けられて線接触している。

ばね７のばね力は、キャップ５の中心部に出入り自在に
螺着した調節ボルト5cを回転操作することで調整可能に
構成されている。ばね７のばね力によって圧電素子３が
一定の圧力で押圧されることにより、圧電素子３が一定
の電圧を出力する。

本発明の衝撃センサーは慣性体６に対し受圧体４が車両
の前方に位置するように向けて取り付けられる。このと
き、受圧体４の鉛直溝4cを鉛直方向に向けておく。そし
て、図示は省略するが、衝撃センサーからのびる出力ケ
ーブル２を、ガス発生器（インフレータ）を作動させる
ためのインフレータ作動回路に接続しておく。このイン
フレータは、通電されると急激に化学反応を開始し、多
量のガスを急速に発生させる。このガスが折り畳まれた
エアバッグ内に導入されることにより、エアバッグが急
速に膨張される。尚、このインフレータ作動回路は、圧
電素子３から出力される電圧と予め設定された電圧（閾
値）とを比較し、圧電素子３から出力された電圧が設定
値（閾値）を越えたときにのみ、インフレータに作動電
流を供給する。

かかる構成の衝撃センサーの作動は次の通りである。

非衝突時 非衝突時は、慣性体６に作用するばね７の静的なばね力
が受圧体４、陽極板1dを経て圧電素子３に伝わるだけで
あるから、圧電素子３からピーク電圧は出力されない。
従って、非衝突時に衝撃センサーは反応しない。

上下方向の振動時 車両が上下方向の振動を受けると、車両と一緒に衝撃セ
ンサーも上下方向に振動する。

このとき慣性体６が鉛直溝4cと摺動するが、ばね７が慣
性体６を鉛直溝4cに押し付ける力は殆ど変化せず、圧電
素子３は設定電圧（閾値）よりも高い電圧を出力しな
い。

従って、衝撃センサーは上下方向の振動を受けても何ら
反応しない。

正面衝突時及び斜め前方衝突時 車両が正面衝突した瞬間、慣性体６の衝撃加速度で受圧
体４を押圧する力が急激に増す。

受圧体４に加わった力は陽極板1dを通じて圧電素子３に
伝えられる。

その結果、圧電素子３が第３図のイに示すような設定値
（閾値）以上の高いピーク電圧を発生し、このピーク電
圧をインフレータ作動回路が検知してインフレータを作
動させる。これによりエアバッグが膨張される。

車両が斜め前方から衝撃を受けた場合であっても、鉛直
溝4cの両側に形成される側面に衝撃加速度の分力が作用
して圧電素子３に伝えられるから、この場合も同様に設
定値（閾値）以上のピーク電圧が出力されインフレータ
101が作動してエアバッグ103が膨張される。

側面衝突時 車両が側面衝突すると、慣性体６は第１図の上又は下方
向に急速に移動しようとする。そうすると、この移動方
向の力が鉛直溝4cの斜面で分力して発生する第１図の左
方向へ向う力が受圧体４を圧迫する。この結果、正面衝
突の場合と同様に受圧体４が陽極板1dを介して圧電素子
３を圧迫する。しかし、この場合の圧迫力は小さいの
で、圧電素子３が発生する電圧は所定電圧（閾値）より
も低い。このため、インフレータ作動回路はインフレー
タを作動させず、エアバッグも膨張されない。

追突時 車両が追突された場合、衝撃センサーに第１図の左側へ
衝撃力が作用し、受圧体４と一定圧力で当接していた慣
性体６が鉛直溝4cから一瞬離れる。

そうすると、圧電素子３に加わっていた力が解除される
ため、圧電素子３から出力される電圧が急激に低下す
る。

このときの出力電圧の波形は第４図のロに示すように急
激な電圧降下となる。

従って、回路へは第３図のイのような正のピーク電圧が
送られてこないのでインフレータ作動回路はインフレー
タを作動させるための電流を供給しない。

第５図は他の実施例に係るものであり、衝撃センサーが
正確に機能するか否かを確認できるセルフチェック機能
を与えた例である。

第５図に示す実施例は慣性体６の周囲に電磁石装置８を
配備し、チェック回路からコイル8Aに通電可能としてあ
る。

本実施例では、ハウジング11の一端面に開口10が形成さ
れ、リング状の陰極板11cが該開口10に内嵌されてい
る。この陰極板11cには導体よりなるボルト20が螺着さ
れ、このボルト20の頭部に陰極リード端子21が接続され
ている。

ハウジング11の一端面にキャップ15がビス22によって固
着されている。このキャップ15の内周面に沿うように電
磁石装置８が設けられている。この電磁石装置８は、コ
イル8Aと、強磁性材料よりなる筒状のコア材8Bとで構成
されている。

コア材8Bは前記開口10と同軸的に配置されており、これ
らと同軸となるように受圧体14及び慣性体16が配設され
ている。受圧体14と陰極板11cとの間に圧電素子13が挟
持されており、これら受圧体14と圧電素子13の外周部分
に絶縁筒15bが配置されている。

この受圧体14は陽極を兼ねるものであり、ロッド24が受
圧体14の板面と垂直方向に延びるように該受圧体14に固
設されている。ロッド24の先端にはナット25が螺着され
ており、陰極板11cとの間に絶縁材26を介して陽極リー
ド端子27が挟持されている。

受圧体14は、第1,2図の受圧体14と同様に、鉛直上下方
向となるように配置される鉛直溝14aを有している。

慣性体16は、先端が半球面となっており、この半球面が
受圧体14の鉛直溝14aに摺動自在に係合している。慣性
体16の後端面からは穴28が穿設されており、該穴28内に
ばね17が挿填されている。ばね17は、前記キャップ15に
螺着された調節ボルト15cと穴28の底面との間に蓄力状
態にて介在されている。このばね17の押圧力により、慣
性体16の先端の半球面が受圧体14の鉛直溝14aに押し付
けられている。従って、ばね17の一定の押圧力により、
受圧体14と陰極板11cとの間に圧電素子13が一定の圧迫
力を受けて介在されている。

かかる構成の衝撃センサーは、第1,2図のセンサと同様
に車両に設けられ、同様にして衝突を検知し、エアバッ
グを膨張させる。

また、第５図の衝撃センサーでは、次のようにして作動
のセルフチェックが可能である。

このセルフチェックを行なうには、チェック回路からコ
イル8Aに短時間だけ通電を行なう。

即ち、コイル8Aに短時間だけ通電して慣性体16を図面右
側へ瞬間的に後退させるように磁束を発生させる。この
ようにすると、圧電素子13からは第６図に示す電圧波形
の電圧が出力される。

すなわち、電磁石８に通電して慣性体16を瞬間的に後退
させると、受圧体14に作用してばね17のばね力が減少さ
れるので、出力される電圧が第６図のハのように急激に
低下した波形となる。

さらに電磁石８の通電が切れた瞬間、ばね17のばね力で
慣性体16が受圧体14に衝突する。そうすると、圧電素子
13に大きな押圧力が加わるので、第６図のニのような正
のピーク電圧が出力される。

つまり、チェック回路は、追突（非衝突）時及び衝突時
と同一条件下で、圧電素子13から所定の電圧が出力され
ているか否かをチェックする。

衝撃センサーの作動が正常か否かは、チェック回路で得
られた信号を基にランプ類で表示するように構成すれば
よい。

［効果］ 本発明の請求項（１）〜（４）のセンサーでは、次の如
き優れた効果が奏される。

常時慣性体が圧電素子を押圧しているので、衝突時
に衝撃伝達が早い。

従って、衝撃センサーの感応時間が短い。

圧電素子が押圧力にのみ反応して大きな電圧を出力
するので、非衝突時、側面衝突時及び追突時に誤作動す
る心配がない。

構造が簡単であるから低コストである。

大気に晒された電気接点が存在しないので、接点の
腐食による導通不良が全くない。このようなことから、
長い年月の間、本発明の衝撃センサーが車両に搭載され
ていても特性が低下する可能性が全くなく、きわめて耐
久性に優れ、信頼性が高い。

本発明は衝撃を電気エネルギーの変化として出力で
きる方式である。そのため、経時的な記録（受撃デー
タ）を得ることが可能となる。また、衝撃センサーの作
動の微調整が容易となり、実験や製品化を図る際に有利
である。

請求項２によれば、受圧体に対し圧電素子を圧迫す
る方向の分力を確実に発生させることができ、車両の斜
め前方衝突を確実に検出できる。

請求項３によれば、車両の正面衝突及び斜め前方衝突時
にエアバッグを確実に膨張させることが可能となる。

請求項４によれば、簡易に衝撃センサーのセルフチェッ
クが行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の衝撃センサーの平面断面図である。
第２図はその要部を構成する部品の斜視図である。第３
図は衝突時に出力される電圧の波形図である。第４図は
追突時に出力される電圧の波形図である。第５図は実施
例２の衝撃センサーの平面断面図である。第６図はセル
フチェック時に出力される電圧の波形図である。 １…ハウジング、２…出力ケーブル、３…圧電素子、４
…受圧体、５…キャップ、６…慣性体、７…ばね。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−195368（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−148827（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−151442（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子と、該圧電素子に圧迫力を加える
   ための慣性体と、該慣性体を該圧電素子に向う方向に付
   勢している付勢部材とを有する車両用の衝撃センサーに
   おいて、 該圧電素子と該慣性体との間に受圧部材を介在させ、 該受圧体の該慣性体側の面に、Ｖ字形断面形状であり、
   該衝撃センサーが車両に搭載された姿勢において上下方
   向に延在する溝を設け、 前記慣性体の該受圧部材側の先端を該溝内に配置したこ
   とを特徴とする衝撃センサー。
2. 【請求項２】請求項１において、前記受圧部材の先端は
   半球面となっていることを特徴とする衝撃センサー。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、前記圧電素子の
   出力電圧を入力し、この出力電圧が予め設定された電圧
   よりも大きいかどうか判断し、所定電圧よりも大きい場
   合には、エアバッグを膨張させるための信号を出力する
   手段を備えたことを特徴とする衝撃センサー。
4. 【請求項４】圧迫されると圧迫力に応じた大きさの電圧
   を発生する圧電素子と、 該圧電素子に圧迫力を加えるための慣性体と、 該慣性体を圧電素子に向う方向に押圧している付勢部材
   と、を備えてなる衝撃センサーにおいて、 前記慣性体が磁性材料よりなり、この慣性体に圧電素子
   から離反する方向に磁力を加えるための電磁石装置を備
   えており、この電磁石装置に通電して慣性体に圧電素子
   から離反する方向の力を与え、次いで通電を停止し、こ
   の通電及び通電停止時に圧電素子から発生する電圧を測
   定して衝撃センサーの作動チェックをできるようにして
   あることを特徴とする衝撃センサー。