(57)【要約】  振動センサは、底面と、上面と、側面とで囲まれた空間が内部に設けられた基体と、底面に位置する第１導電部材と、上面に位置する第２導電部材と、側面に位置する第３導電部材と、空間内に位置しており、振動により動く第４導電部材とを備えている。第４導電部材は、第１導電部材と第３導電部材とを、または、第２導電部材と第３導電部材とを、電気的に接続する。第２導電部材は、上面の外縁から中心部に向かって傾斜した、底面に向けて延びた凸形状である。下面視において、凸形状は、第４導電部材の中心部と重なる範囲で設けられる。
2018173527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面と、前記底面と向かい合っている上面と、前記底面と前記上面との間に位置する側面とで囲まれた空間を内部に有している基体と、
前記空間内において前記底面に位置する第１導電部材と、前記上面に位置する第２導電部材と、前記側面に位置する第３導電部材と、
前記空間内に位置しており、振動により動くとともに、前記第１導電部材と前記第３導電部材とを、または、前記第２導電部材と前記第３導電部材とを、電気的に接続する球状の第４導電部材とを備えており、
前記第２導電部材は、前記上面の外縁から中心部に向かって傾斜した、前記底面に向けて延びた凸形状であるとともに、
下面視において、前記凸形状は、前記第４導電部材の中心部と重なっていることを特徴とする振動センサ。
【請求項２】
前記基体と前記第２導電部材とは、一体であることを特徴とする請求項１に記載の振動センサ。
【請求項３】
前記上面から前記底面にかけての断面視において、前記凸形状は、曲線状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動センサ。
【請求項４】
前記第３導電部材は、前記第４導電部材を囲む枠状であるとともに、
前記凸形状は、前記枠状の上端よりも下方に位置する部分を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の振動センサ。
【請求項５】
前記底面に位置する凹部をさらに備えており、
上面視において、前記第１導電部材は、円形状であるとともに、前記凹部内に位置することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の振動センサ。
【請求項６】
前記第１導電部材は、前記空間内に湾曲状に突出していることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の振動センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、転動可能な導電性球状電極と固定電極との電気的接触を利用して、振動状態を検知する振動センサが知られている。このような、検知するセンサとしては、導電板を有する基板と、枠状導電部材と、枠状導電部材の内部に位置している球状導電部材と、枠状導電部材を取り囲む枠体と、球状導電部材を覆う蓋体とを備えた振動センサが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一実施形態に係る振動センサは、底面と、前記底面と向かい合っている上面と、前記底面と前記上面との間に位置する側面とで囲まれた空間を内部に有している基体と、前記空間内において前記底面に位置する第１導電部材と、前記上面に位置する第２導電部材と、前記側面に位置する第３導電部材と、前記空間内に位置する球状の第４導電部材とを備えている。前記第４導電部材は、振動により動くとともに、前記第１導電部材と前記第３導電部材とを、または、前記第２導電部材と前記第３導電部材とを、電気的に接続する。前記第２導電部材は、前記上面の外縁から中心部に向かって傾斜した、前記底面に向けて延びた凸形状である。下面視において、前記凸形状は、前記第４導電部材の中心部と重なっている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明に係る振動センサを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る振動センサの概観を示す上面からの斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る振動センサの概観を示す下面からの斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る振動センサの上面（蓋体）を外した状態を示す上面からの斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る振動センサを示す上面からの分解斜視図である。
【図６】図６Ａは図２で示した振動センサを示す上面からの平面図であり、図６Ｂは下面からの平面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る振動センサを示す側面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る振動センサの上面（蓋体）を示す平面図である。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは図５の一部を示す上面からの平面図である。
【図１０】図２に示した振動センサにおけるＸ−Ｘ線での断面斜視図である。
【図１１】図２に示した振動センサにおけるＸ−Ｘ線での断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る振動センサを示す断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る振動センサを示す断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る振動センサを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
図１は、本発明に係る振動センサを模式的に示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る振動センサの概観を示す上面からの斜視図である。図３は、本発明の一実施形態に係る振動センサの概観を示す下面からの斜視図である。図４は、本発明の一実施形態に係る振動センサの上面（蓋体）を外した状態を示す上面からの斜視図である。図５は、本発明の一実施形態に係る振動センサを示す上面からの分解斜視図である。図６Ａは図２で示した振動センサを示す上面からの平面図であり、図６Ｂは下面からの平面図である。図７は、本発明の一実施形態に係る振動センサを示す側面図である。図８は、本発明の一実施形態に係る振動センサの上面（蓋体）を示す平面図である。図９Ａおよび図９Ｂは図５の一部を示す上面からの平面図である。図１０は、図２に示した振動センサにおけるＸ−Ｘ線での断面斜視図である。図１１は、図２に示した振動センサにおけるＸ−Ｘ線での断面図である。そして、図１２〜図１４は、本発明の他の実施形態に係る振動センサを示す断面図である。
【０００６】
以下、本発明にかかる振動センサの実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、以下の説明中のＸ、Ｙ、Ｚの方向は、図中の矢印を基準としている。
【０００７】
＜振動センサの概略構成＞
振動センサは、家電製品、電子機器等に組み込んで、それらの製品の振動を検知するためのものである。家電製品や電子機器の例としては、デジタルカメラ、携帯電話、スマートフォン等である。振動センサは、振動センサ内の導通状態の変化を利用することで、各種家電製品や電子機器の動きを検知することができる。
【０００８】
図１では振動センサを模式的に示している。本発明に係る振動センサは、上面１ｅと、側面２ｅと、底面６ｅとで囲まれた空間１５が内部に設けられた基体１０を有している。基体１０の空間１５には、上面１ｅに位置する第２導電部材１ｂと、底面６ｅに位置する第１導電部材５と、側面２ｅに位置する第３導電部材３とが位置している。また、空間１５内には、球状の第４導電部材４が位置する。
【０００９】
なお、基体１０は、図２に示すように、蓋体１と、枠体２と、基板６とにより形成されてもよい。以下、各部位について本発明の実施形態を挙げて具体的に説明する。
【００１０】
基体１０は、空間１５を囲む上面１ｅと、空間１５を囲む側面２ｅと、空間１５を囲む底面６ｅとで構成される。図２に示す振動センサ２０では、上面１ｅは蓋体１の下面である。側面２ｅは枠体２の内壁面である。底面６ｅは基板６の上面である。
【００１１】
図５に示すように、基体１０の空間１５内部には、第２導電部材１ｂと、第３導電部材３と、第４導電部材４と、第１導電部材５とが位置する。振動センサ２０は、図２および図５に示すように、基体１０と基体１０の空間１５内に位置する各部品により構成される。なお、説明の便宜上、基体１０の空間１５を囲む上面１ｅは蓋体１として記載する。側面２ｅは枠体２として記載する。底面６ｅは基板６として記載する。また、第１導電部材５は電極５として記載する。第４導電部材４はボール４として記載する。
【００１２】
蓋体１の空間１５側の面には、第２導電部材１ｂが位置する。枠体２の空間１５側の内壁には、第３導電部材３が位置する。基板６の空間１５側の面には、第１導電部材５が位置する。空間１５内には、電極５と第３導電部材３とを、または、第２導電部材１ｂと第３導電部材３とを電気的に接続するボール４が位置する。
【００１３】
基板６は、絶縁性の基板であって、例えば、酸化アルミニウム、ムライトまたは窒化アルミニウム等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料等から成る。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。
【００１４】
上面視において、基板６の外形の大きさは例えば、一辺が１ｍｍ〜１０ｍｍの矩形状である。また、基板６の厚みは、０．５ｍｍ〜３ｍｍである。また、基板６の熱伝導率は、１４Ｗ／ｍ・Ｋ〜２００Ｗ／ｍ・Ｋである。基板６の熱膨張係数は、４×１０−６／℃〜８×１０−６／℃である。
【００１５】
基板６は、例えばセラミックグリーンシート積層法で製作されたものであり、複数の絶縁層が上下（Ｚ方向）に積層されたものでもよい。複数のグリーンシートのそれぞれが絶縁層になる。図２〜図５に示すように、基板６の絶縁層が１層によって形成されている。図７に示すように、絶縁層が２層によって基板６が形成されてもよい。また、絶縁層が３層以上から形成される基板６でもよい。基板６の製造方法の詳細については後述する。
【００１６】
また、基板６の上面には凹部６ａが位置している。凹部６ａは、電極５を収めるために設けられている。凹部６ａは、平面視において基板６の上面の中央部分に位置している。上面視において、凹部６ａの大きさは例えば、直径が０．５ｍｍ〜５ｍｍの円形状である。凹部６ａのＺ方向における深さは例えば、０．３ｍｍ〜２．５ｍｍである。
【００１７】
電極５は、所定の厚みを持った円盤状であり、平坦面を有している。平坦面は、例えば電極５の上面および下面である。電極５は、ボール４と電気的に接続される。この電気的な接続は、ボール４の下側の端部分と電極５の上面との直接の接触によって行なわれる。電極５は、導電性の円板であって、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、コバルト、鉄、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料、あるいはそれらの合金から成る。また、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料、あるいはそれらの材料の複合層からでもよい。なお、電極５は、凹部６ａの底面（基板６の上面）にろう材やメタライズ層等により接続される。
【００１８】
電極５の熱膨張係数は例えば、３×１０−６／℃〜２８×１０−６／℃である。上面視において、電極５の直径は例えば、０．２ｍｍ〜３ｍｍである。また、電極５のＺ方向における厚みは例えば、０．５ｍｍ〜２．５ｍｍである。
【００１９】
また、電極５は平坦面を有する円盤状と記載したが、これに限定されない。例えば、電極５の上面が凸状に湾曲した形状であってもよい。この場合、電極５の上面が曲率半径０．３ｍｍ〜１５ｍｍ程度の湾曲した面になるようにしてもよい。電極５の外周部の厚みが電極５の中心部分の厚みよりも０．３ｍｍ〜２．３ｍｍ下側に位置する。これにより、ボール４が電極５上を転がりやすくなることで振動検知の動作特性を向上させることができる。
【００２０】
電極５は、平坦面を有する所定厚みの円板状にすることで、ボール４、凹部６ａまたは振動センサ２０の内部の熱を効率よく吸収できる。吸収した熱は、基板６を介して振動センサ２０の外部に容易に放熱できる。凹部６ａを含む振動センサ２０の内部は、振動センサ２０を製造する工程や外部の実装基板にはんだを介して実装するときに加えられる熱、振動センサ２０の環境試験および信頼性試験において加えられる熱、または振動センサ２０が作動する際に生じる熱がこもりやすい。そこで、電極５を設けることで、凹部６ａを含む振動センサ２０の内部の熱を電極５および基板６を介して振動センサ２０の外部に放散しやすくすることができる。また、後述する第２導電部材１ｂにおいても、振動センサ２０の内部の熱を第２導電部材１ｂや蓋体１を介して振動センサ２０の外部に放散しやすくすることができる。
【００２１】
電極５が凹部６ａに収められた状態で、電極５の側面と凹部６ａの内壁面との間に隙間がある。隙間は、電極５が熱膨張を起こしても、凹部６ａの内壁面に電極５の側面が当接しないように設定されている。仮に、電極５の側面と凹部６ａの内壁面との間に隙間がない場合は、電極５が熱膨張したときに、凹部６ａの内壁面に対して電極５から熱応力が加わり、基板６が破損する虞がある。そこで、電極５の側面と凹部６ａの内壁面との間に隙間を設けることで、凹部６ａの内壁面に対する電極５の側面からの熱応力を効果的に低減することができる。
【００２２】
凹部６ａの底面には、電極５が銀ろうやはんだ等の接合材を介して接合される、第２メタライズ層６ａｃが設けられる。第２メタライズ層６ａｃは、例えば電極５を接合するための下地金属層として、使用することができる。
【００２３】
また、電極５の上面の最も上側に位置する部分が、凹部６ａの開口端よりも上側に位置するものであってよい。これにより、ボール４の第３導電部材３に対する当接をより確実なものとすることができる。すなわち、電極５の上面の最も上側に位置する部分からより低い位置にボール４が転がったときに、ボール４と第３導電部材３との間に基板６の一部が介在し、ボール４が基板６と接触する虞を低減することができる。
【００２４】
また、基板６は、凹部６ａを有しており、電極５が内部に位置すると説明したが、これに限定されない。基板６は、プリント基板のような、配線導体が設けられた積層基板であってもよい。この場合、電極５の代わりとしてパターン（金属膜）を使用してもよい。パターンは、めっき等の金属膜形成加工、エッチング加工やレーザー加工等の工程により形成される。これにより、基板６の凹部６ａを形成する工程を省略できるため、タクトを向上させることができる。また、プリント基板（絶縁基板）上に別体の電極５を取付けてもよい。この場合、電極５ははんだ等の接合材によりプリント基板に取付けられる。
【００２５】
また、基板６は、第２メタライズ層６ａｃと電気的に接続される内層配線導体が設けられてもよい。また、基板６は、上面から下面まで貫通する第１貫通導体が設けられていてもよい。第１貫通導体は、第３メタライズ層６ｃと絶縁されるとともに、第２メタライズ層６ａｃおよび内層配線導体と電気的に接続される。また、基板６には、第３メタライズ層６ｃと電気的に接続された、第２貫通導体が設けられてもよい。第２貫通導体は、基板６の上面から基板６の下面にかけて設けられる。第２貫通導体、第１貫通導体および第２メタライズ層６ａｃと電気的に接続されない。つまり、第２貫通導体と第１貫通導体とは互いに電気的に短絡しない。第２貫通導体は、第３メタライズ層６ｃを介して第３導電部材３と電気的に接続される。
【００２６】
基板６の上面には、第３メタライズ層６ｃが形成されている。第３メタライズ層６ｃは上面視で凹部６ａを取り囲んでいる。第３メタライズ層６ｃの上面の一部と第３導電部材３の下端とが直接に、または導電性接続材を介して接合することで、第３メタライズ層６ｃと第３導電部材３とが互いに電気的に接続される。
【００２７】
図９に示すように、第３メタライズ層６ｃは、枠状であり、凹部６ａの周囲を除いて形成されており、凹部６ａと反対側の第１周縁（外周縁）と、凹部６ａ側の第２周縁（内周縁）とを有している。また、第３メタライズ層６ｃは、凹部６ａの内壁面には形成されない。
【００２８】
また、図９に示すように、第３メタライズ層６ｃは、上面視において例えば、矩形状または円形状の枠状のパターンである。振動センサ２０において、枠状等の第３メタライズ層６ｃの第１周縁は、四角形状または角部が円弧状に成形された四角形状等である。この四角形状等の第３メタライズ層６ｃの第１周縁は、基板６と枠体２との間に位置している。言い換えれば、第３メタライズ層６ｃは、その第１周縁（外周縁）が基板６と枠体２とで挟まれた位置にあり、外部に露出していない。すなわち、第３メタライズ層６ｃの第１周縁は、枠体２の外側面より内側に位置している。
【００２９】
この場合、第３メタライズ層６ｃの第１周縁部分（外周部分）が基板６と枠体２とで挟まれている。これにより、第３導電部材３とボール４との接触に起因した応力が集中しやすい第３メタライズ層６ｃの第１周縁部分と、基板６との接合の強度が向上する。そのため、例えば繰り返し第３メタライズ層６ｃに応力が生じたとしても、第３メタライズ層６ｃと基板６との間で剥離等の機械的な破壊を低減することができる。また、基板６および枠体２と、第３メタライズ層６ｃとの熱膨張係数（線膨張係数等）の差に伴って生じる応力による第３メタライズ層６ｃの剥離等も同様に低減することができる。さらに、第３メタライズ層６ｃの第１周縁が振動センサ２０の外側面に露出していないため、振動センサ２０の外側に配置される外部の金属部材（電子機器の筐体等）との電気的な短絡等を低減することができる。
【００３０】
第３メタライズ層６ｃは、電極５および第２メタライズ層６ａｃとは電気的に絶縁している。第３メタライズ層６ｃは、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。また、第３メタライズ層６ｃは、あるいはそれらの金属材料の合金材料からなる。また、第３メタライズ層６ｃは、上記の金属材料を含む複数の材料を混合した複合系材料、あるいはそれらの材料の複合層からなる。
【００３１】
第３導電部材３は、図５、図１０および図１１に示すように、第３メタライズ層６ｃ上に設けられる。第３導電部材３の下面は、ろう材やはんだ等の接合部材を介して第３メタライズ層６ｃに接続される。第３導電部材３は、凹部６ａを取り囲む枠状として形成されている。第３導電部材３は、図５に示すように、例えば、円筒状である。図９に示すように、第３導電部材３は、電極５の中心と第３導電部材３で囲まれた領域の中心とが一致するように設けられている。また、第３導電部材３は、円筒状であると説明したが、これに限定されない。上面視において、例えば、第３導電部材３は矩形状であってもよい。
【００３２】
第３導電部材３は、例えば、タングステン、モリブデン、鉄、ニッケル、コバルト、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。また、第３導電部材３は、それらの合金材料からなるものでもよい。また、第３導電部材３は、複数の材料を混合した複合系材料からなるものでもよい。なお、第３導電部材３の熱膨張係数は、３×１０−６／℃〜２８×１０−６／℃である。
【００３３】
第３導電部材３は、枠体２内に収まる大きさであって、例えば、外径が０．４５ｍｍ〜７．５ｍｍであり、内径が０．３ｍｍ〜６ｍｍの円筒状である。また、第３導電部材３のＺ方向の長さは例えば、０．４ｍｍ〜４ｍｍである。
【００３４】
図１０および図１１に示すように、第３導電部材３のＺ方向の上端が、枠体２の上端よりも下方に位置していてもよい。言い換えれば、第３導電部材３の上端部分に、枠体２および枠体２に接合される蓋体１との間に位置する隙間があってもよい。このような隙間があるときには、第３導電部材３と枠体２との熱膨張差を隙間で吸収することができる。そのため、例えば、振動センサ２０の製造工程で加えられる熱や、振動センサ２０の環境試験および信頼性試験において加えられる熱、または絶縁空間に生じた熱で枠体２よりも第３導電部材３が大きく膨張した（Ｚ方向に伸びた）としても、蓋体１等に第３導電部材３から力が加わる虞を低減することができる。また、後述する蓋体１が金属等の導電部材からなる場合、第３導電部材３と蓋体１との電気的な短絡を低減することができる。そのため、例えばボール４の封止の信頼性、ひいては振動センサ２０としての長期信頼性や動作特性を向上させることができる。
【００３５】
第３導電部材３の内部には、ボール４が収まる。ボール４は、図１０および図１１に示すように、ボール４の中心を第３導電部材３で囲まれる領域の中心付近に配置される。この場合には、第３導電部材３の内壁面とボール４の表面との間には絶縁空間が設けられる。絶縁空間の大きさは、ボール４が電極５上を移動することで変化する。基板６の上面に沿った平面方向において、絶縁空間は、第３導電部材３の内面とボール４の表面との間の最大距離が例えば、０．０５ｍｍ〜２ｍｍである。そして、振動センサ２０が実装される電子機器の振動等に起因した傾きに応じて移動する。振動センサ２０が外部からの影響により振動したときには、ボール４が第３導電部材３の内側で移動して、第３導電部材３の内側に当接する。この当接の結果、ボール４と第３導電部材３との間の電気的な導通に変化が生じる。その結果、電子機器が振動したことを振動センサ２０が検知することができる。
【００３６】
ボール４は、基板６上であって第３導電部材３で囲まれる領域に電極５と接触して設けられている。ボール４は、振動センサ２０を傾けると、電極５上を転がることができる。そして、ボール４は、第３導電部材３で囲まれた領域内を振動によりＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に自由に動くことができる。
【００３７】
ボール４は、少なくともその露出した表面が、例えば、タングステン、モリブデン、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。ボール４は、その全体がそれらの金属材料からなるものでもよい。また、ボール４は、それらの金属材料の合金材料からなるものでもよい。また、ボール４は、それらの金属材料を含む複数の材料を混合した複合系材料からなるものでもよい。
【００３８】
ボール４は、第３導電部材３で囲まれる領域に収まる大きさである。ボール４の大きさは例えば、直径が０．２ｍｍ〜５ｍｍの球状である。また、ボール４は球状であると記載したが、これに限定されない。例えば、製造上のばらつきにより若干の楕円体であってもよい。ボール４は、樹脂材料からなる球状の本体の露出表面に上記の金属材料の層が配置されたものでもよい。金属材料の層は、例えばめっき層またはメタライズ層等で形成することができる。
【００３９】
枠体２は、基板６上に設けられ、第３導電部材３を取り囲むように設けられている。枠体２の外周は、基板６の外周縁に沿って設けられている。枠体２は、第３導電部材３およびボール４を囲むためのものである。枠体２は、絶縁性の材料からなり、例えば、アルミナ、ムライト、窒化アルミ等のセラミック材料または、樹脂あるいはガラスセラミック材料等からなる。または、枠体２は、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合材料からなる。なお、上面視において、枠体２の外縁の大きさは例えば、一辺の長さが１ｍｍ〜１０ｍｍの矩形状である。枠体２のＺ方向の厚みは、０．６ｍｍ〜６ｍｍである。また、枠体２の熱伝導率は、１４Ｗ／ｍ・Ｋ〜２００Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００４０】
枠体２は、上面に第１メタライズ層２ｃが設けられる。第１メタライズ層２ｃは、例えば、金−錫はんだを介して蓋体１が接合され、蓋体１と電気的に接合される。枠体２は、上下方向（Ｚ方向）に貫通するとともに、第１メタライズ層２ｃを介して蓋体１と電気的に接続される、配線導体としての枠内貫通導体が設けられている。枠内貫通導体は、枠体２の上面から枠体２内を通って、枠体２の下面にまで達している。また、枠体２の熱膨張係数は、４×１０−６／℃〜８×１０−６／℃である。
【００４１】
図３および図６に示すように、基板６の下面には、基板６の対向する２辺に沿って一対の第４メタライズ層６ｂが設けられている。この例における一対の第４メタライズ層６ｂは、矩形状である。一対の第４メタライズ層６ｂの一方が、基板６の一方の辺に沿って設けられている。また、一対の第４メタライズ層６ｂの他方が、一方と間を空けて基板６の他方の辺に沿って設けられている。一方の第４メタライズ層６ｂは、第１貫通導体と枠内貫通導体の両方と電気的に接続されている。他方の第４メタライズ層６ｂは、第２貫通導体と電気的に接続されている。
【００４２】
第４メタライズ層６ｂは、導電材料からなり、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、ニッケル、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。また、第４メタライズ層６ｂは、それらの合金材料からなるものでもよい。あるいは、第４メタライズ層６ｂは、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料からなるものでもよい。
【００４３】
蓋体１は、枠体２上に、第３導電部材３およびボール４を覆うように設けられている。図６および図７に示すように、蓋体１は、Ｘ方向およびＹ方向において、枠体２よりも小さく形成されている。図４に示すように、蓋体１は、基板６と枠体２とで囲まれる空間１５を封止することができる。蓋体１は、例えば、金−錫はんだを介して枠体２上面の第１メタライズ層２ｃで接合される。なお、蓋体１は、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。また、蓋体１は、それらの金属材料を含む合金材料からなるものでもよい。あるいは、蓋体１は、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料からなる。
【００４４】
蓋体１は、配線導体としての第１メタライズ層２ｃ、枠内貫通導体および第１貫通導体と電気的に接続されている。そして、蓋体１は、枠体２および基板６内を通って、第４メタライズ層６ｂの一方と電気的に接続されている。また、蓋体１は、第１貫通導体と電気的に接続される基板６の内層配線導体を介して電気的に接続された、第２メタライズ層６ａｃおよび電極５と同電位となる。
【００４５】
蓋体１のＺ方向における、基体１０の空間１５と反対側の面は、平面である。蓋体１のＺ方向における、空間１５側の面には、基板６に向かって延びる第２導電部材１ｂが位置する。第２導電部材１ｂは、蓋体１と一体的に形成している。第２導電部材１ｂは、蓋体１の外縁から蓋体１の中心部に向けて傾斜して形成される凸形状である。第２導電部材１ｂは、基板６側に向かって延びており、蓋体１の空間１５内に位置する全面に設けられる。これにより、振動センサ２０が上下反転した場合においても、第２導電部材１ｂにより、ボール４が蓋体１の中心にとどまることを抑制でき、第３導電部材３側に転がることが可能となる。さらに、振動センサ２０が反転した場合においても、全方向で、同じ程度にボール４が転がりやすくなる。
【００４６】
振動センサ２０が反転した場合には、ボール４は第２導電部材１ｂと第３導電部材３とを電気的に接続させる。この場合、ボール４は第２導電部材１ｂにより蓋体１の中心部にとどまらず、全方向で同じ程度に転がりやすくなることで、振動の検知精度を向上させることができる。
【００４７】
図１０および図１１の断面図に示すように、第２導電部材１ｂは、ボール４の中心部と重なる位置にある。言い換えれば、下面視において、第２導電部材１ｂはボール４の中心部と重なる範囲で設けられている。第２導電部材１ｂのＺ方向の下端は、ボール４と隙間を空けて設けられる。図１０および図１１に示すように、第２導電部材１ｂの下端は、第３導電部材３のＺ方向の上端と同一の高さに位置している。
【００４８】
また、図１１に示すように、第２導電部材１ｂは、断面が曲線状に形成されている。これにより、上記のように振動センサ２０の上下が逆になったときでも、ボール４が振動により動く際に、第２導電部材１ｂの表面を滑らかに動くことができる。また、第２導電部材１ｂの下端は、第３導電部材３のＺ方向の上端と同じ高さに位置していると記載したが、これに限定されない。Ｚ方向において、第２導電部材１ｂの下端の一部が、第３導電部材３とボール４との間に位置してもよい。また、第２導電部材１ｂの下端が第３導電部材３のＺ方向の上端よりも上方に位置してもよい。これにより、第２導電部材１ｂの傾斜を調整できるため、振動センサ２０の振動検知の感度を調整することができる。
【００４９】
第２導電部材１ｂは、蓋体１と一体的に形成されており、蓋体１と同様の金属材料からなる。これにより、第２導電部材１ｂと蓋体１との熱膨張係数の差が小さくなるため、熱膨張係数による応力の発生を低減できる。また、第２導電部材１ｂの熱膨張係数は、３×１０−６／℃〜２８×１０−６／℃である。第２導電部材１ｂは、プレスおよび切削等の金属加工により形成される。また、第２導電部材１ｂは蓋体１と一体的に形成されると記載したが、これに限定されない。第２導電部材１ｂと蓋体１とが別部材として構成されてもよい。この場合、蓋体１の基板６と向かい合っている面と第２導電部材１ｂとをろう材やはんだ等の接合部材を介して接続してもよい。
【００５０】
例えば、蓋体１が絶縁性の材料で形成され、第２導電部材１ｂが金属材料で形成されてもよい。この場合、第２導電部材１ｂは、配線導体としての第１メタライズ層２ｃ、枠内貫通導体および第１貫通導体と電気的に接続される。そして、第２導電部材１ｂは、枠体２および基板６内を通って、第４メタライズ層６ｂの一方と電気的に接続される。また、第２導電部材１ｂは、第１貫通導体と電気的に接続される基板６の内層配線導体を介して電気的に接続された、第２メタライズ層６ａｃおよび電極５と同電位となる。これにより、第３導電部材３と蓋体１とが接触した場合においても、蓋体１が絶縁物であるため、電気的な短絡を低減することができる。
【００５１】
図１０および図１１に示すように、第２導電部材１ｂの具体的な一例は次のとおりである。図８に示すように、下面視において、第２導電部材１ｂは、直径が０．５ｍｍ〜８ｍｍの円形状である。この場合、下面視において、第２導電部材１ｂがボール４の中心部と重なる範囲であれば、第２導電部材１ｂの円の中心が、蓋体１の中心点からＸ方向およびＹ方向にずれてもよい。また、図１０および図１１に示すように、蓋体１の中心部分におけるＺ方向の厚みが０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、外周部はそれよりも０．２ｍｍ〜２．５ｍｍ下側に位置するように第２導電部材１ｂは設定される。また、蓋体１の基板６と向かい合う面が全体的に湾曲している場合では、その曲率半径が０．３ｍｍ〜１５ｍｍ程度の湾曲した面になるように、第２導電部材１ｂの厚みを設定してもよい。
【００５２】
また、第２導電部材１ｂの傾斜が蓋体１の外縁から中心部に向けて延びていると説明したが、具体的には、蓋体１の中心部とは、蓋体１の中心を中心とした円の直径の０．５ｍｍ〜３ｍｍ内である。また、図８において、第２導電部材１ｂは、蓋体１の外縁から０．３ｍｍ〜４．５ｍｍ離れた位置から蓋体１の中心部に向かって傾斜する。第２導電部材１ｂの下面視での面積比は、蓋体１全体の５％〜８０％を占める。
【００５３】
下面視において、第２導電部材１ｂは、例えば、円形状であることで、振動センサ２０が上下反転した場合でも、全方向で同じ程度にボール４が転がりやすくなる。さらに、図１０および図１１に示すように、第２導電部材１ｂがボール４の中心部と重なっていることで、振動センサ２０が上下反転した状態であっても、ボール４が常に第２導電部材１ｂと接している。これにより、振動センサ２０が振動していない場合でも、ボール４は常に第２導電部材１ｂおよび第３導電部材３と電気的に接続することができる。これらの結果により、振動を検知する感度をより高めることができる。さらに、第２導電部材１ｂを円形状にすることで、蓋体１を枠体２の設けられた第１メタライズ層２ｃにより接合される際に、発生する熱膨張係数の差による熱応力も緩和することができる。
【００５４】
第２導電部材１ｂは、枠体２の内部に位置する蓋体１の全面に設けられていると説明したが、これに限定されない。図１２に示すように、例えば、第２導電部材１ｂｘは、蓋体１の空間１５内に位置する全面ではなく一部に位置していてもよい。
【００５５】
また、図１０および図１１に示すように、振動センサ２０の断面図において、第２導電部材１ｂは、曲線状であると説明したが、これに限定されない。図１３に示すように、第２導電部材１ｂｙが平面により形成されてもよい。また、第２導電部材１ｂｙは曲面状の凸ではなく、三角錐や円錐の形状であってもよい。これにより、第２導電部材１ｂｙの傾斜がより大きくなるため、ボール４が転がりやすくなる。これらの構造を適宜採用することにより、振動センサ２０の振動検知の感度を適正に調整することが可能となる。
【００５６】
また、蓋体１の第２導電部材１ｂが設けられていない面は平坦であると説明したが、これに限定されない。図１４に示すように、蓋体１の第２導電部材１ｂが設けられていない面が基板６側に湾曲していてもよい。これにより、蓋体１の第２導電部材１ｂが設けられていない面に凹部１ｘが形成される。この場合、蓋体１の中心部のＺ方向の厚みと外縁の厚みは同一であってもよい。これにより、蓋体１と枠体２との接合時による応力を凹部１ｘにより分散させることができる。また、蓋体１をＺ方向の上方から蓋体１をプレス等することで、容易に第２導電部材１ｂを形成することができる。
【００５７】
本発明の実施形態に係る振動センサは、上述した構成であることによって、第２導電部材１ｂにより動作特性が向上することで、小さい振動でも検知することができる。さらに、蓋体１と第２導電部材１ｂとを一体的に形成することで、蓋体１と枠体２とをろう材等の接合材により接合する際に発生する応力についても緩和することができる。また、蓋体１と枠体２によりボール４を封止することで振動センサ２０としての長期信頼性や動作特性を向上させることができる。
【００５８】
＜振動センサの製造方法＞
ここで、図２に示す振動センサ２０の製造方法について説明する。
【００５９】
先ず、基板６を準備する。基板６が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤、および溶剤等を添加混合して得た混合物よりグリーンシートを成型する。また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。
【００６０】
図７に示すように基板６が上層と下層とで形成されている場合、基板６の上層となるグリーンシートにパンチ等の打ち抜き加工を施して貫通孔を設ける。この貫通孔に金属ペーストを充填して第２貫通導体を形成する。そして、基板６の上層となるグリーンシートの上面には、第２貫通導体と電気的に接続されるように、例えばスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを塗って第３メタライズ層６ｃを形成する。また、同様にして、基板６の下層となるグリーンシートにパンチ等の打ち抜き加工を施し、金属ペーストを充填して第１貫通導体および第２貫通導体を形成する。そして、基板６の下層となるグリーンシートの上面には、第２貫通導体と絶縁されるとともに第１貫通導体と電気的に接続されるように、例えばスクリーン印刷法を用いて、第２メタライズ層６ａｃと内層配線導体が形成され、下面に対しては、第１貫通導体および第２貫通導体と電気的に接続される第４メタライズ層６ｂを形成する。
【００６１】
また、グリーンシート状態の基板６のうち上層のグリーンシートには、あらかじめ、金型を用いたパンチ（打ち抜き加工）等の機械的な加工で凹部６ａになる孔あけ部分を形成しておく。なお、凹部６ａは必要に応じて形成させればよい。基板６の下層となるグリーンシートは、基板６の上層の孔あけした部分の下側に基板６の上層と下層に設けられた第２貫通導体が電気的に接続されるように積層されて凹部６ａが構成される。そして、前述の基板６の上層および下層となるグリーンシート、および基板６と同様の方法で準備したグリーンシートからなる枠体２を積層して未焼成の基板６および枠体２を一体的に設ける。積層した未焼成の基板６および枠体２を約１６００℃の温度で焼成することによって一体的に設けられた基板６および枠体２を得ることができる。そして、第１メタライズ層２ｃ、第２メタライズ層６ａｃおよび第３メタライズ層６ｃは、表面にニッケルめっきが施される。
【００６２】
次に、電極５、第３導電部材３、ボール４および蓋体１を準備する。これらは、金属材料のインゴット等に対して、金属研磨等の金属加工法を用いることで、所定形状に作製することができる。
【００６３】
次に、準備した焼結後の基板６の凹部６ａに設けられた第２メタライズ層６ａｃに電極５を銀ろうでろう付けする。また、基板６上の第３メタライズ層６ｃに第３導電部材３を銀ろうでろう付けする。さらに、第３導電部材３で囲まれた領域にボール４を配置した状態で、枠体２上の第１メタライズ層２ｃに蓋体１を金−錫はんだではんだ付けする。このようにして、振動センサ２０を作製することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  蓋体
１ｂ  第２導電部材
１ｅ  上面
２  枠体
２ｃ  第１メタライズ層
２ｅ  側面
３  第３導電部材
４  第４導電部材（ボール）
５  第１導電部材（電極）
６  基板
６ａ  凹部
６ａｃ  第２メタライズ層
６ｃ  第３メタライズ層
６ｂ  第４メタライズ層
６ｅ  底面
１０  基体
１５  空間
２０  振動センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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