JP6048291B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、物理量を電気信号に変換するセンサ素子と、センサ素子を収納するハウジングと、ハウジングを被取り付け部材に固定する固定部と、を備えるセンサ装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、センサ素子がセンサ本体の内部に収容してなる圧力センサと、チャンバ空間が内部に形成され、車両バンパに配設されるチャンバ部材と、を備える車両用衝突検知装置が提案されている。この車両用衝突検知装置は、圧力センサによってチャンバ空間内の圧力を検出し、その圧力検出結果に基づいて車両バンパへの衝突を検知する。

チャンバ部材には、チャンバ空間を外部に連通させる開口部が設けられており、その開口部に圧力センサが固定されている。この際、強度の高いセンサ本体がチャンバ部材の開口部に直接固定される。このため、衝突時の大きな衝撃や線膨張係数の大きいチャンバ部材の熱膨張・熱収縮によって圧力センサが脱落することが防止されている。

特開２０１０−６９９７８号公報

上記したように、特許文献１に示される車両用衝突検知装置では、圧力センサの脱落を防止した構造となっている。しかしながら、圧力センサの固定状態を把握する構成とはなっておらず、圧力センサの脱落を検出することができない構成となっている。圧力センサが脱落した場合、所望の圧力を検出することがかなわなくなるにも関わらず、圧力センサからは電気信号が出力され続けることとなる。このため、誤った圧力検出結果に基づいて車両バンパへの衝突を検知する虞がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、脱落したか否かの判定が可能とされたセンサ装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明は、物理量を電気信号に変換するセンサ素子（１０）と、センサ素子を収納するハウジング（２０）と、ハウジングを被取り付け部材（２００）に固定する固定部（３０）と、被取り付け部材へのハウジングの固定部の固定によって生じる歪を検出する歪検出素子（１０，４０，６０）と、歪検出素子の出力信号に基づいて、ハウジングにおける被取り付け部材への固定状態を判定する判定部（５０）と、を有することを特徴とする。

このように本発明によれば、歪検出素子（１０，４０，６０）は、被取り付け部材（２００）への固定によって生じる歪を検出し、判定部（５０）は、歪検出素子（１０，４０，６０）の出力信号に基づいて、ハウジング（２０）における被取り付け部材（２００）への固定状態を判定する。これにより、センサ装置（１００）が被取り付け部材（２００）から脱落したのか否かを判定することができる。このため、センサ装置（１００）が脱落したと判定された場合、センサ素子（１０）から出力される電気信号が、所望の物理量とは異なることが認知される。

センサ装置のインナードアへの取り付け状態を示す部分断面図である。 図１の破線で囲った部位を拡大した部分断面図である。 図２に示す白抜き矢印の方向からみたセンサ装置を示す平面図である。 図３に示すＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図２に示すＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 第２実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示す断面図である。 第２実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示す断面図である。 センサ装置の変形例を示す断面図である。

以下、本発明を、車両に適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図５に基づいて、本実施形態に係るセンサ装置１００を説明する。なお、図３では導入孔２３の断面形状を破線で表し、インナードア２００を省略している。図４では、第２貫通孔２０３を明示するために、センサ装置１００とインナードア２００とを離して示している。また、図５では固定部３０とインナードア２００を省略している。

以下においては、互いに直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と示す。また、ｘ方向とｙ方向とによって規定される平面をｘ−ｙ平面、ｙ方向とｚ方向とによって規定される平面をｙ−ｚ平面、ｚ方向とｘ方向とによって規定される平面をｚ−ｘ平面と示す。

図１〜図３に示すように、本実施形態にかかるセンサ装置１００は被取り付け部材であるインナードア２００に設けられる。センサ装置１００は、図４および図５に示すように、センサ素子１０と、ハウジング２０と、固定部３０と、シール部材４０と、判定部５０と、を有する。センサ素子１０は物理量を電気信号に変換するものであり、ハウジング２０はセンサ素子１０を収納するものである。固定部３０はハウジング２０をインナードア２００に固定するものであり、シール部材４０はハウジング２０とインナードア２００との間に設けられている。シール部材４０は固定部３０によるインナードア２００へのハウジング２０の固定によって生じる歪によって抵抗値が変動する性質を有しており、インナードア２００との固定によって生じる歪を検出する歪検出素子としての機能を果たす。判定部５０はシール部材４０の抵抗値の変動を歪検出素子の出力信号として検出し、その抵抗値の変動に基づいて、ハウジング２０におけるインナードア２００との固定状態を判定する。

センサ素子１０は、物理量として圧力を検出する圧力センサである。センサ素子１０は、車両に印加された外力による車両のインナードア２００とアウタードア２０１との間に構成された空間（以下、被検出空間２０２と示す）の圧力変動に応じた電気信号を判定部５０に出力する。そして、この電気信号は、車両のエアバッグシステムを制御する制御回路（図示略）に出力される。この制御回路は、センサ素子１０の出力信号に基づいて、エアバッグの駆動を制御する。

図４に示すように、センサ素子１０は配線基板１１の一面１１ａに設けられている。この一面１１ａには、センサ素子１０のほかに判定部５０も設けられており、その裏面１１ｂにはコンデンサ１２が設けられている。センサ素子１０、配線基板１１、判定部５０、および、コンデンサ１２それぞれはワイヤ１３を介して電気的に接続され、回路を構成している。

ハウジング２０は、センサ素子１０だけではなく判定部５０を収納し、固定部３０によってインナードア２００に取り付け固定されるものである。ハウジング２０には複数のターミナル２１がインサート成形されており、一部のターミナル２１が配線基板１１に形成された回路と外部装置とを電気的に接続する機能を果たし、残りのターミナル２１が上記した回路とシール部材４０とを電気的に接続する機能を果たす。上記した一部のターミナル２１はワイヤ１４を介して上記した回路と電気的に接続され、残りのターミナル２１はワイヤ１５を介して回路と電気的に接続されている。

ハウジング２０は、配線基板１１を収納する収納部２２と、収納部２２と被検出空間２０２とを連通し、被検出空間２０２の空気をセンサ素子１０に導く導入孔２３と、を有する。また、ハウジング２０は、収納部２２内に収納される配線基板１１を支持する支持部２４を有する。支持部２４は環状を成し、支持部２４によって形成される２つの開口端が導入孔２３と連通されている。図４に示すように、支持部２４の一端が収納部２２に固定され、他端が配線基板１１の一面１１ａと接触している。これにより、一面１１ａの一部と支持部２４とによって導入孔２３に開口する箱状の空間が構成される。この空間には、センサ素子１０と判定部５０とを保護する保護部材２５が設けられており、センサ素子１０には、導入孔２３と保護部材２５とを介して、被検出空間２０２の空気の圧力が伝達される。ちなみに、保護部材２５はゲル状をなす。

ハウジング２０は、上記した構成要素２１〜２５のほかに、固定部３０を取り付けるための羽根部２６を有する。図３に示すように、２つの羽根部２６が収納部２２に形成されており、２つの羽根部２６は収納部２２を介してｙ方向に並んでいる。羽根部２６におけるインナードア２００との対向面２６ａ、および、収納部２２におけるインナードア２００との対向面２２ａそれぞれが面一となり、対向面２２ａ，２６ａとインナードア２００との対向間隔が一定となっている。図５に示すように、２つの羽根部２６それぞれには第１貫通孔２７が形成されており、図４に示すように、インナードア２００には第１貫通孔２７に対応する第２貫通孔２０３が形成されている。貫通孔２７，２０３それぞれはｘ方向に並んでおり、これら貫通孔２７，２０３それぞれに後述する挿入部３１が挿入される。なお、図５に示すように、第１貫通孔２７には挿入部３１の挿入に耐えるために、ハウジング２０を構成する樹脂材料よりも剛性の高い材料（例えば、挿入部３１と同一の金属材料）から成る、環状のカラー２８が設けられている。カラー２８の外環面が第１貫通孔２７を構成する壁面に固定され、カラー２８の内環面に挿入部３１が直接接触される。

固定部３０は、ハウジング２０をインナードア２００に固定するものである。固定部３０は貫通孔２７，２０３それぞれに挿入される挿入部３１を有する。挿入部３１としては、ネジ、ボルト、リベットなどが採用される。

シール部材４０は、被検出空間２０２と外部空間との連通を抑制するものである。シール部材４０は、収納部２２における対向面２２ａに設けられており、ｙ−ｚ平面における平面形状が環状を成している。そして、ｘ方向の長さ（厚さ）が一定となっている。本実施形態にかかるシール部材４０は、導電性と弾性を有する材料から成る。シール部材４０に圧力が印加されると、自身に含まれる導電性物質の隣接距離が狭まり、自身の抵抗値が低下する。これとは反対に、印加される圧力が弱まると、導電性物質の隣接距離が広がり、抵抗値が上昇する。

上記したように、ハウジング２０は、挿入部３１を貫通孔２７，２０３に挿入することでインナードア２００に固定される。その際、ハウジング２０はインナードア２００に押し付けられ、シール部材４０に歪みが生じる。この結果、シール部材４０の抵抗値が低下する。しかしながら、ハウジング２０におけるインナードア２００への取り付け状態がゆるみ、シール部材４０に生じる歪みが少なくなると、シール部材４０の抵抗値が上昇する。以上、示したように、ハウジング２０におけるインナードア２００の固定状態に応じてシール部材４０の抵抗値が変動する。

判定部５０は、シール部材４０の抵抗値の変動を歪検出素子の出力信号として検出することで、ハウジング２０におけるインナードア２００との固定状態を判定する。判定部５０は、センサ装置１００がインナードア２００に取り付け固定される前のシール部材４０の抵抗値に基づく閾値を有しており、この閾値に基づいて、センサ装置１００の固定状態を判定する。すなわち、判定部５０は、シール部材４０の抵抗値が閾値よりも低ければ、センサ装置１００は安定してインナードア２００に取り付けられていると判定し、シール部材４０の抵抗値が閾値よりも高ければ、センサ装置１００のインナードア２００への取り付け状態が不安定であると判定する。判定部５０は、絶えずセンサ装置１００の固定状態を含む信号を外部に出力しており、センサ装置１００の固定状態が不安定の場合、センサ素子１０の出力信号の外部への出力を止める。

次に、本実施形態に係るセンサ装置１００の作用効果を説明する。上記したように、
シール部材４０は、ハウジング２０におけるインナードア２００の固定状態に応じて抵抗値が変動し、判定部５０は、シール部材４０の抵抗値の変動に基づいて、ハウジング２０におけるインナードア２００との固定状態を判定する。これにより、センサ装置１００がインナードア２００から脱落したのか否かを判定することができる。このため、センサ装置１００が脱落したと判定された場合、センサ素子１０から出力される電気信号が、所望の圧力とは異なることが認知される。

シール部材４０は導電性と弾性を有する材料から成り、インナードア２００へのハウジング２０の固定部３０の固定によって生じる歪を検出する歪検出素子としての機能を果たす。これによれば、シール部材４０とは別に歪検出素子を有する構成と比べて、部品点数の増大が抑制される。

ハウジング２０は、被検出空間の空気をセンサ素子１０に導く導入孔２３を有している。これによれば、被検出空間の圧力変動をセンサ素子１０によって検出することができる。

また、センサ素子１０は、車両に印加された外力による被検出空間の圧力変動に応じた電気信号を、車両のエアバッグシステムを制御する制御回路に出力する。上記したように、センサ装置１００の脱落が検出可能となっている。そのため、被検出空間の圧力変動に応じないセンサ素子１０の電気信号に基づいて、エアバッグシステムを制御することが抑制される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図６および図７に基づいて説明する。第２実施形態に係るセンサ装置１００は、第１実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。また、以下においては、第１実施形態で示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与する。

第１実施形態では、固定部３０は、挿入部３１を有する例を示した。これに対し、本実施形態では、固定部３０が、挿入部３１の他に、貫通孔２７，２０３それぞれへの挿入部３１の挿入によって生じる歪みをセンサ素子１０に伝達する伝達部３２を有する点を第１の特徴とする。

第１実施形態では、シール部材４０が導電性と弾性を有する材料から成り、歪検出素子としての機能を果たす例を示した。これに対し、本実施形態では、センサ素子１０が、歪検出素子を兼ねる点を第２の特徴とする。

第１実施形態では、判定部５０はシール部材４０の抵抗値の変動に基づいて、ハウジング２０におけるインナードア２００との固定状態を判定する例を示した。これに対し、本実施形態では、判定部５０はセンサ素子１０の出力信号に基づいて、ハウジング２０におけるインナードア２００との固定状態を判定する点を第３の特徴とする。

図６および図７に示すように、伝達部３２の一部が収納部２２に埋設させており、伝達部３２は環状を成す。伝達部３２の外端がカラー２８に連結され、その内端が配線基板１１に連結されている。この構成により、貫通孔２７，２０３へ挿入部３１が挿入されると、その挿入に伴ってカラー２８に歪みが生じ、それに伴って伝達部３２にも歪みが生じる。この歪みが伝達部３２と連結された配線基板１１に伝達され、その歪みによって生じる応力がセンサ素子１０に印加される。これにより、貫通孔２７，２０３それぞれへの挿入によって生じた歪みに応じたセンサ素子１０の出力信号が判定部５０に入力される。判定部５０は、センサ装置１００がインナードア２００に取り付け固定される前のセンサ素子１０の出力信号に基づく閾値を有しており、この閾値に基づいて、センサ装置１００の固定状態を判定する。すなわち、判定部５０は、センサ素子１０の出力信号が閾値よりも高ければ、センサ装置１００は安定してインナードア２００に取り付けられていると判定し、センサ素子１０の出力信号が閾値よりも低ければ、センサ装置１００のインナードア２００への取り付け状態が不安定であると判定する。

上記したように、センサ素子１０は歪み検出素子を兼ねている。これによれば、センサ素子１０とは別に歪検出素子を有する構成と比べて、電気信号の数の増大が抑制されるので、判定部５０と接続される配線の数を少なくすることができる。そして、配線基板１１に構成された回路とシール部材４０とを電気的に接続するためのターミナル２１とワイヤ１５とが不要となる。

なお、第１実施形態ではシール部材４０が導電性と弾性とを有する例を示した。しかしながら、本実施形態では、シール部材４０は少なくとも弾性を有すればよい。また、第１実施形態ではセンサ素子１０の構造について特に言及していなかったが、本実施形態においては、下記に示す構成が好ましい。すなわち、半導体基板における局所的に厚さの薄くなったメンブレンに歪ゲージが形成された構成が好ましい。これによれば、伝達部３２を介して伝達される歪みによってメンブレンが歪むので、センサ出力を確保することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

各実施形態では、歪検出素子をセンサ素子１０やシール部材４０が兼ねる構成を示した。しかしながら図８に示すように、センサ素子１０やシール部材４０が歪検出素子を兼ねずに、独立した歪検出素子６０をセンサ装置１００が有する構成を採用することもできる。この構成の場合、ターミナル２１とワイヤ１５を介して、歪検出素子６０は配線基板１１に構成された回路と電気的に接続される。

各実施形態では、センサ装置１００が車両のインナードア２００に取り付けられる例を示した。しかしながら、センサ装置１００が取り付けられる部材としては上記例に限定されず、用途に応じて適宜採用される。

各実施形態では、センサ素子１０が圧力センサである例を示した。しかしながら、第１実施形態にかかる構成においては上記例に限定されず、センサ素子１０として例えば光センサやジャイロセンサ、加速度センサなどを採用することができる。いずれにおいても、センサ装置１００の脱落の有無を判定することで、所望の物理量を検出しているのか否かを判定することができる。なお、もちろんではあるが、センサ素子１０として光センサを採用した場合、車両のエアバッグシステムを制御する制御回路は、センサ素子１０の出力信号に基づいて、エアバッグの駆動を制御しない。

各実施形態では、センサ素子１０、配線基板１１、判定部５０、および、コンデンサ１２それぞれがワイヤ１３を介して電気的に接続された例を示した。しかしながら、センサ素子１０、配線基板１１、判定部５０、および、コンデンサ１２それぞれが半田（図示略）を介して電気的に接続された構成を採用することもできる。

各実施形態では、ハウジング２０が、収納部２２と被検出空間２０２とを連通し、被検出空間２０２の空気をセンサ素子１０に導く導入孔２３を有する例を示した。しかしながら、センサ素子１０として、光センサを採用した場合、空気を導く導入孔２３ではなく、ハウジング２０は光を導く光導入孔（図示略）を有する。そして、センサ素子１０として、ジャイロセンサや加速度センサを採用した場合、導入孔２３は省略される。なお、導入孔２３が省略される場合、シール部材４０の形状としては、環状に限定されなくなる。例えば、矩形や円形を採用することができる。

各実施形態では、支持部２４が環状を成す例を示した。しかしながら、支持部２４の形状としては上記例に限定されない。

各実施形態では、センサ素子１０と判定部５０それぞれがゲル状の保護部材２５によって被覆保護されている例を示した。しかしながら、保護部材２５はなくともよい。

１０・・・センサ素子
２０・・・ハウジング
３０・・・固定部
４０・・・シール部材
５０・・・判定部
６０・・・歪検出素子
１００・・・センサ装置
２００・・・インナードア

Claims (8)

1. 物理量を電気信号に変換するセンサ素子（１０）と、
   前記センサ素子を収納するハウジング（２０）と、
   前記ハウジングを被取り付け部材（２００）に固定する固定部（３０）と、
   前記被取り付け部材への前記ハウジングの前記固定部の固定によって生じる歪を検出する歪検出素子（１０，４０，６０）と、
   前記歪検出素子の出力信号に基づいて、前記ハウジングにおける前記被取り付け部材への固定状態を判定する判定部（５０）と、を有することを特徴とするセンサ装置。
2. 前記ハウジングに固定され、前記ハウジングと前記被取り付け部材との間に設けられるシール部材（４０）を有し、
   前記シール部材は導電性と弾性を有する材料から成り、
   前記シール部材は前記歪検出素子を兼ねており、前記固定部による前記被取り付け部材への固定によって生じる歪によって抵抗値が変動する性質を有しており、
   前記判定部は、前記シール部材の抵抗値の変動を前記歪検出素子の出力信号として検出することで、前記ハウジングにおける前記被取り付け部材への固定状態を判定することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記センサ素子は、前記物理量として圧力を検出する圧力センサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ装置。
4. 前記固定部は、前記ハウジングに形成された第１貫通孔（２７）、および、前記被取り付け部材に形成された第２貫通孔（２０３）それぞれに挿入される挿入部（３１）を有することを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置。
5. 前記固定部は、前記ハウジングに形成された第１貫通孔（２７）、および、前記被取り付け部材に形成された第２貫通孔（２０３）それぞれに挿入される挿入部（３１）と、前記第１貫通孔、および、前記第２貫通孔それぞれへの前記挿入部の挿入によって生じる歪みを前記センサ素子に伝達する伝達部（３２）と、を有し、
   前記センサ素子は、前記物理量として圧力を検出する圧力センサであって、前記歪み検出素子を兼ねており、
   前記判定部は、前記伝達部を介して前記センサ素子に伝達される、前記第１貫通孔、および、前記第２貫通孔それぞれへの挿入によって生じた歪みに応じた前記センサ素子の出力信号に基づいて、前記ハウジングにおける前記被取り付け部材への固定状態を判定することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
6. 前記ハウジングに固定され、前記ハウジングと前記被取り付け部材との間に設けられるシール部材（４０）を有し、
   前記シール部材は弾性を有する材料から成ることを特徴とする請求項５に記載のセンサ装置。
7. 前記被取り付け部材は、車両のインナードアであり、
   前記ハウジングは、前記車両のインナードアとアウタードア（２０１）との間に構成された空間（２０２）の空気を前記センサ素子に導く導入孔（２３）を有していることを特徴とする請求項３〜６いずれか１項に記載のセンサ装置。
8. 前記センサ素子は、前記車両に印加された外力による前記車両のインナードアとアウタードアとの間に構成された空間の圧力変動に応じた電気信号を、前記車両のエアバッグシステムを制御する制御回路に出力することを特徴とする請求項７に記載のセンサ装置。

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