| 【発明の名称】 |
半導体加速度センサ及びその自己診断駆動方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】野原 一也
【氏名】堀 正美
|
| 【要約】 |
【課題】正常動作しているかどうかを診断する自己診断駆動を、容易にかつ安価に達成できる半導体加速度センサを提供する。
【解決手段】重り部１１と、重り部１１に加速度が印加されることによって撓むよう一端を重り部１１に接続した撓み部１２と、撓み部１２の撓みに基づいて加速度を電気信号に変換するよう撓み部１２に形成されたセンサ部１３とが半導体基板に形成された半導体センサ部１、及び正常動作を診断する電気信号の診断電気信号をセンサ部１３が出力するよう重り部１１を駆動する自己診断駆動手段と、を備えた半導体加速度センサにおいて、前記自己診断駆動手段はコモン端子３４に接続された可動接点３４ａが励磁されたコイルによって、固定接点に接触して振動を発生する電磁リレー３でもって形成された構成にしてある。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 重り部と、重り部に加速度が印加されることによって撓むよう一端を重り部に接続した撓み部と、撓み部の撓みに基づいて加速度を電気信号に変換するよう撓み部に形成されたセンサ部とが半導体基板に形成された半導体センサ部、及び正常動作を診断する電気信号である診断電気信号をセンサ部が出力するよう重り部を駆動する自己診断駆動手段と、を備えた半導体加速度センサにおいて、前記自己診断駆動手段は、コモン端子に接続された可動接点が励磁されたコイルによって、固定接点に接触して振動を発生する電磁リレーでもって形成されたことを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項２】 前記電磁リレーは、前記半導体センサ部を内蔵したハウジングに設けられたことを特徴とする請求項１記載の半導体加速度センサ。
【請求項３】 常閉固定接点及び常開固定接点を有した前記電磁リレーは、前記可動接点が励磁されたコイルによって常閉固定接点から常開固定接点に接触するとともに、前記コモン端子が前記電気信号を入力されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体加速度センサ。
【請求項４】 前記診断電気信号を増幅処理する信号処理回路は、前記電磁リレーの常開固定接点に接続されたことを特徴とする請求項３記載の半導体加速度センサ。
【請求項５】 請求項１乃至請求項４記載の半導体加速度センサを用いた半導体加速度センサの自己診断駆動方法であって、重り部と、重り部に加速度が印加されることによって撓むよう一端を重り部に接続した撓み部と、撓み部の撓みに基づいて加速度を電気信号に変換するよう撓み部に形成されたセンサ部とが半導体基板に形成された半導体センサ部、及び正常動作を診断する電気信号である診断電気信号をセンサ部が出力するよう重り部を駆動する自己診断駆動手段と、を備えた半導体加速度センサにおいて、前記自己診断駆動手段を形成する電磁リレーは、コモン端子に接続された可動接点が励磁されたコイルによって固定接点に接触して振動を発生し、前記重り部が発生した振動によって駆動され、前記センサ部が前記診断電気信号を出力することを特徴とする半導体加速度センサの自己診断駆動方法。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車又は家電製品等に用いられて、正常動作を診断する自己診断駆動機能を備えた半導体加速度センサ、及びその自己診断駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の半導体加速度センサとして、特開平４−１３４０２２号公報に提案されて、図７及び図８に示す構成のものが存在する。このものは、重り部Ａ1と、重り部Ａ1に加速度が印加されることによって撓むよう一端を重り部に接続した撓み部Ａ2と、撓み部Ａ2の撓みに基づいて加速度を電気信号に変換するよう撓み部Ａ2に形成されたセンサ部Ａ3と、重り部Ａ1の外周縁を空間を設けて外囲して撓み部Ａ2の他端を支持する支持部Ａ4とが半導体基板に形成された半導体センサ部Ａ、及び正常動作を診断する電気信号の診断電気信号をセンサ部Ａ3が出力するよう重り部Ａ1を駆動する自己診断駆動手段Ｂとを備えている。
【０００３】さらに詳しくは、重り部Ａ1の撓みを規制する第１ストッパＣ1及び第２ストッパＣ2が支持部Ａ4の両面に固着される。そして、自己診断駆動手段Ｂは、重り部Ａ1の両面にほぼ平行で、第１ストッパＣ1及び第２ストッパＣ2にそれぞれ配置された第１電極Ｂ1、及び第２電極Ｂ2からなる両電極Ｂ1，Ｂ2でもって形成される。そして、両電極Ｂ1，Ｂ2は、重り部Ａ1との間に電圧を印加して重り部Ａ1に静電力を与えることによって、重り部Ａ1が駆動されて擬似的に加速度を加えられた状態を生じさせる。
【０００４】そして、自己診断駆動時には、第１電極Ｂ1と重り部Ａ1との間に、図８（ａ）に示すように、例えば数十ボルト以上の高電圧Ｖ１が印加されると共に、第２電極Ｂ2と重り部Ａ1との間に、図８（ｂ）に示すような高電圧Ｖ２が印加される。すなわち、高電圧Ｖ１が存在するときには、第１電極Ｂ1と重り部Ａ1との間に吸引力が発生して、重り部Ａ1が一方へ駆動される。また、高電圧Ｖ２が存在するときには、第２電極Ｂ2と重り部との間に吸引力が発生して、重り部Ａ1が他方に駆動される。そして、重り部Ａ1を一方及び他方の双方向から交互に吸引して、重り部を効率良く駆動する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体加速度センサでは、自己診断駆動手段Ｂが第１電極Ｂ1及び第２電極Ｂ2でもって形成されて、静電力によって重り部Ａ1を駆動し、センサ部Ａ3が電気信号である診断電気信号を出力して、正常動作するかどうかを診断できる。
【０００６】しかしながら、第１電極Ｂ1及び第２電極Ｂ2を第１ストッパＣ1及び第２ストッパＣ2にそれぞれ形成する必要があるとともに、数十ボルト以上の高電圧Ｖ１及び高電圧Ｖ２を第１電極Ｂ1及び第２電極Ｂ2に印加しなければならない。したがって、半導体センサ部Ａが動作する電源電圧５Ｖから高電圧Ｖ1，Ｖ2まで昇圧する必要があって、昇圧回路を設けなければならず、コストアップを招くという問題があった。
【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、正常動作しているかどうかを診断する自己診断を、容易にかつ安価に達成できる半導体加速度センサ、及びその自己診断駆動方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決するために、請求項１記載のものは、重り部と、重り部に加速度が印加されることによって撓むよう一端を重り部に接続した撓み部と、撓み部の撓みに基づいて加速度を電気信号に変換するよう撓み部に形成されたセンサ部とが半導体基板に形成された半導体センサ部、及び正常動作を診断する電気信号である診断電気信号をセンサ部が出力するよう重り部を駆動する自己診断駆動手段と、を備えた半導体加速度センサにおいて、前記自己診断駆動手段は、コモン端子に接続された可動接点が励磁されたコイルによって、固定接点に接触して振動を発生する電磁リレーでもって形成された構成にしてある。
【０００９】請求項２記載のものは、請求項１記載のものにおいて、前記電磁リレーは、前記半導体センサ部を内蔵したハウジングに設けられた構成にしてある。
【００１０】請求項３記載のものは、請求項１又は請求項２記載のものにおいて、常閉固定接点及び常開固定接点を有した前記電磁リレーは、前記可動接点が励磁されたコイルによって常閉固定接点から常開固定接点に接触するとともに、前記コモン端子が前記電気信号を入力される構成にしてある。
【００１１】請求項４記載のものは、請求項３記載のものにおいて、前記診断電気信号を増幅処理する信号処理回路は、前記電磁リレーの常開固定接点に接続された構成にしてある。
【００１２】請求項５記載のものは、請求項１乃至請求項４記載の半導体加速度センサを用いた半導体加速度センサの自己診断駆動方法であって、重り部と、重り部に加速度が印加されることによって撓むよう一端を重り部に接続した撓み部と、撓み部の撓みに基づいて加速度を電気信号に変換するよう撓み部に形成されたセンサ部とが半導体基板に形成された半導体センサ部、及び正常動作を診断する電気信号である診断電気信号をセンサ部が出力するよう重り部を駆動する自己診断駆動手段と、を備えた半導体加速度センサにおいて、前記自己診断駆動手段を形成する電磁リレーは、コモン端子に接続された可動接点が励磁されたコイルによって固定接点に接触して振動を発生し、前記重り部が発生した振動によって駆動され、前記センサ部が前記診断電気信号を出力する構成にしてある。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１乃至図４、及び図６に基づいて以下に説明する。
【００１４】重り部１１、撓み部１２、センサ部１３、及び支持部１４とを有して電源電圧５Ｖで動作する半導体センサ部１が、シリコン半導体基板に形成されるとともに、ハウジング２に内蔵される。
【００１５】重り部１１は、外周縁を有した略四角状に形成され、加速度が印加されると、加速度印加方向と逆方向へ駆動される。
【００１６】撓み部１２は、薄膜状に形成され、一端を重り部１１に接続して、重り部１１に加速度が印加されることによって撓む。また、温度補償用の抵抗部（図示せず）が、後述するピエゾ抵抗と同じ構造を有して撓み部１２の一面側に形成される。
【００１７】センサ部１３は、導電型がＰ型のピエゾ抵抗により、撓み部１２の一面側へ形成されて、加速度を印加すると撓み部１２の撓みに基づいて抵抗が変化し、加速度を電気信号に変換して、その電気信号を後述するハウジング２に設けられた出力端子２４に出力する。そして、抵抗部と互いに接続されてブリッジ回路（図示せず）を形成する。
【００１８】支持部１４は、略四角状に形成され、重り部１１の外周縁を空間１４ａを設けて外囲するとともに、撓み部１２の他端を支持して撓み部１２を片持ち支持する。
【００１９】第１ストッパ１５ａは、略四角形状に形成されたパイレックスガラスにより、中央部に重り部１１が当接し得る第１当接面を有して、その第１当接面と重り部１１との間で空隙が形成され、一面側の支持部１４に固着されている。同様に、第２ストッパ１５ｂは、略四角形状に形成されたパイレックスガラスにより、中央部に重り部１１が当接し得る第２当接面を有して、その第２当接面と重り部１１との間で空隙が設けられ、他面側の支持部１４に固着されている。
【００２０】２はハウジングで、絶縁性の樹脂により、四角状で側壁２１ａを有した第１筒部２１と、略楕円形状の第２筒部２２とを有して形成され、第１筒部２１及び第２筒部２２が底部２３を共通にして両側へ開口し、両フランジ部２１ｂが第１筒部２１の開口端部から側壁２１ａに沿った両方向へ突設される。また、円形状の取り付け孔が両フランジ部２１ｂに設けられる。
【００２１】ここで、重り部１１、撓み部１２、センサ部１３、及び支持部１４とを有した半導体センサ部１が、ハウジング２の第１筒部２１に内蔵されて、出力端子２４が第１筒部２１から第２筒部２２に突設されて、センサ部１３からの電気信号を伝達する。また、係合突起２１ｃが第１筒部２１の側壁２１ａから突設される。
【００２２】３は電磁リレーで、松下電工製で商品名がＴＦリレーであって、自己診断駆動手段を形成し、ボディ３１と、そのボディ３１に載置されて５Ｖの動作電圧で動作するコイル（図示せず）と、ボディ３１に嵌着されたカバー３２とを有して構成される。コイルと接続されたコイル端子３３、可動接点板（図示せず）を介して可動接点３４ａを接続したコモン端子３４、常閉固定接点３５ａを接続した常閉固定端子３５、及び常開固定接点３６ａを接続した常開固定端子３６がそれぞれボディ３１から導出される。
【００２３】そして、図３及び図４に示すように、四角状の係合孔３２ａがカバー３２に設けられて、ハウジング２の係合突起２１ｃに係合して、ハウジング２と一体化されるとともに、動作電圧でコイルが励磁されると、可動接点板がそのコイルによって駆動されて、可動接点３４ａが常閉固定接点３５ａから常開固定接点３６ａに接触して振動を発生する。
【００２４】このものの動作を説明する。ハウジング２は加速度を検知する自動車等に取り付け孔でもって取り付けられる。正常に動作するかどうか、すなわち正常動作を診断する時、半導体センサ部１の電源電圧と同一電圧である動作電圧５Ｖをコイル端子３３に印加すると、コイル端子３３に接続されたコイルは励磁されて、可動接点板がそのコイルによって駆動され、可動接点３４ａが常開固定接点３６ａに接触して振動を発生する。
【００２５】その振動がハウジング２に伝達されて、半導体センサ部１の重り部１１を駆動して擬似的に加速度が加わった状態を生じさせ、撓み部１２を撓ませて、電気信号を、すなわち正常動作を診断する診断電気信号をセンサ部１３に出力させる。その診断電気信号を計測して、正常動作を診断する。
【００２６】また、自動車に印加された加速度を検知する時、重り部１１が加速度の印加方向と反対方向へ駆動されて撓み部１２を撓ませ、その撓み部１２に形成されたセンサ部１３であるピエゾ抵抗が撓んで、ピエゾ抵抗の抵抗値が変化する。すなわち、センサ部１３は撓み部１２の撓みに基づくピエゾ抵抗の抵抗値変化によって、加速度を電気信号に変換して、その電気信号を出力端子２４に出力する。そして、電気信号を計測することによって加速度を検知する。
【００２７】また、過大な加速度が印加されたときには、重り部１１が第１ストッパ１５ａの第１当接面に、また逆方向の過大な加速度が印加されたときは、第２当接面に当接する。つまり、第１ストッパ１５ａ及び第２ストッパ１５ｂは、撓み部１２の撓みが一定値以上になるのを防ぎ、撓み部１２の破損を防止する。
【００２８】かかる第１実施形態の半導体加速度センサにあっては、上記したように、自己診断駆動手段がコモン端子３４に接続された可動接点３４ａ、及び常開固定接点３６ａを有した電磁リレー３でもって形成されて、可動接点３４ａが励磁されたコイルによって常開固定接点３６ａに接触して振動を発生するから、その振動でもって重り部１１が駆動され、センサ部１３が電気信号である診断電気信号を出力して、正常動作しているかどうかを診断する自己診断を、容易にかつ安価に達成することができる。
【００２９】なお、第１実施形態では、自己診断駆動手段を形成する電磁リレー３を、可動接点３４ａ、常閉固定接点３５ａ、及び常開固定接点３６ａを有したものとしたが、常閉固定接点３５ａ、又は常開固定接点３６ａのうちどちらか一方のみを有したものとしてもよく、可動接点３４ａが固定接点に接触して、振動を発生すればよく限定されない。
【００３０】本発明の第２実施形態を図５に基づいて以下に説明する。なお、第２実施形態では第１実施形態と異なる機能について述べることとし、第１実施形態と実質的に同一機能を有する部材については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】第２実施形態では、半導体センサ部１及び電磁リレー３が、ガラスエポキシ基板からなるプリント基板１ａに実装される。そして、電磁リレー３は半導体センサ部１と当接した状態で、ポッティング材２５によってポッティングされて、それぞれがハウジング２の第１筒部２１に内蔵される。すなわち、自己診断駆動手段である電磁リレー３は、半導体センサ部１を内蔵したハウジング２に設けられる。
【００３２】かかる第２実施形態の半導体加速度センサにあっては、上記したように、電磁リレー３が半導体センサ部１を内蔵したハウジング２に設けられたから、半導体センサ部１及び電磁リレー３をハウジング２内部で一体化して小型化することができる。
【００３３】本発明の第３実施形態を図６に基づいて以下に説明する。なお、第３実施形態では第２実施形態と異なる機能について述べることとし、第２実施形態と実質的に同一機能を有する部材については、同一符号を付して説明を省略する。第２実施形態では、センサ部１３からの電気信号が電磁リレー３のコモン端子３４に入力される。
【００３４】４は信号処理回路で、プリント基板１ａに実装されるとともに、電磁リレー３の常開固定接点３６ａに接続されて、診断電気信号の極性を例えばプラス側のみへ整流処理、又は診断電気信号のピーク値を保持するピークホールド処理して、診断電気信号を増幅するよう信号処理する。
【００３５】このものの動作を説明する。正常動作を診断する時、５Ｖの動作電圧をコイル端子３３に印加すると、半導体センサ部１及び電磁リレー３は同時に動作し、電磁リレー３は可動接点３４ａが、常閉固定接点３５ａから常開固定接点３６ａに接触して振動を発生する。振動がハウジング２に伝達されて、半導体センサ部１の重り部１１を駆動し、撓み部１２を撓ませて、診断電気信号をセンサ部１３に出力させる。その診断電気信号がコモン端子３４から可動接点３４ａを介して常開固定接点３６ａに伝達されて、信号処理回路４で信号処理され増幅された状態で計測される。
【００３６】また、加速度を検知する時、コイル端子３３に印加された電圧を除荷すると、電磁リレー３は可動接点３４ａが反転し、常開固定接点３６ａから常閉固定接点３５ａに接触する。そして、センサ部１３からの電気信号が信号処理回路４と切断されて、コモン端子３４を介して常閉固定接点３５ａに、信号処理回路４を経由することなく伝達される。
【００３７】かかる第３実施形態の半導体加速度センサにあっては、上記したように、電磁リレー３が常閉固定接点３５ａ及び常開固定接点３６ａを設け、可動接点３４ａが励磁されたコイルによって常閉固定接点３５ａから常開固定接点３６ａに接触するとともに、コモン端子３４がセンサ部１３からの電気信号を入力されるから、自己診断する時、診断電気信号がコモン端子３４から可動接点３４ａを介して常開固定接点３６ａに、自己診断ではなく加速度を検知するとき、電気信号が常閉固定接点３５ａにそれぞれ伝達されて、診断電気信号と電気信号とをコイルの励磁によって容易に切り替えることができる。
【００３８】また、診断電気信号を増幅処理する信号処理回路４が電磁リレー３の常開固定接点３６ａに接続されたから、診断電気信号が信号処理回路４でもって整流処理又はピークホールド処理され増幅されて、電磁リレー３の振動が短時間であっても、精度よく自己診断することができる。
【００３９】
【発明の効果】請求項１記載のものは、自己診断駆動手段がコモン端子に接続された可動接点、及び固定接点を有した電磁リレーでもって形成されて、可動接点が励磁されたコイルによって固定接点に接触して振動を発生するから、その振動でもって重り部が駆動され、センサ部が電気信号である診断電気信号を出力して、正常動作しているかどうかを診断する自己診断を、容易にかつ安価に達成することができる。
【００４０】請求項２記載のものは、請求項１記載のものの効果に加えて、電磁リレーが半導体センサ部を内蔵したハウジングに設けられたから、電磁リレー及び半導体センサ部をハウジング内部で一体化して小型化することができる。
【００４１】請求項３記載のものは、請求項１又は請求項２記載のものの効果に加えて、電磁リレーが常閉固定接点及び常開固定接点を設け、可動接点が励磁されたコイルによって常閉固定接点から常開固定接点に接触するとともに、コモン端子がセンサ部からの電気信号を入力されるから、自己診断する時、診断電気信号がコモン端子から可動接点を介して常開固定接点に、自己診断ではなく加速度を検知するとき、電気信号が常閉固定接点にそれぞれ伝達されて、診断電気信号と電気信号とをコイルの励磁によって容易に切り替えることができる。
【００４２】請求項４記載のものは、請求項３記載のものの効果に加えて、診断電気信号を増幅処理する信号処理回路が電磁リレーの常開固定接点に接続されたから、診断電気信号が信号処理回路でもって整流処理又はピークホールド処理され増幅されて、電磁リレーの振動が短時間であっても、精度よく自己診断することができる。
【００４３】請求項５記載の半導体加速度センサの自己診断駆動方法は、自己診断駆動手段がコモン端子に接続された可動接点、及び固定接点を有した電磁リレーでもって形成されて、可動接点が励磁されたコイルによって固定接点に接触して振動を発生し、その振動でもって重り部を駆動し、電気信号である診断電気信号をセンサ部から出力して、正常動作しているかどうかを容易にかつ安価に自己診断することができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８３２
【氏名又は名称】松下電工株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】安藤 淳二 （外１名）
|
| 【公開番号】 |
特開平１１−２７１３５６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月８日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−７６９３４ |
|