(57)【要約】  【課題】  電圧感度を向上させることが可能で、検出素子の支持方法の制約が少ない加速度センサを提供する。  【解決手段】  検出素子２と、検出素子２を長さ方向の一部で支持する支持部材３とを備えており、検出素子２は、圧電セラミック板４と、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにそれぞれ圧電セラミック板４の幅方向の一部に形成された電極５，６と、両方の主面４ａ，４ｂにおいて電極５，６が形成された領域の残部である電極非形成領域７，８とを含み、一方の主面４ａの電極５および電極非形成領域７が、それぞれ他方の主面４ｂの電極非形成領域８および電極６と対向している加速度センサ１である。検出素子２の支持方法の制約が少なく、電荷感度の低下幅に対して電極同士の間に生じる容量の低下幅を大きくすることができるので、全体として電圧感度を向上させることができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出素子と、該検出素子を長さ方向の一部で支持する支持部材とを備えており、前記検出素子は、圧電セラミック板と、該圧電セラミック板の両方の主面にそれぞれ前記圧電セラミック板の幅方向の一部に形成された電極と、両方の前記主面において該電極が形成された領域の残部である電極非形成領域とを含み、一方の主面の前記電極および前記電極非形成領域が、それぞれ他方の主面の前記電極非形成領域および前記電極と対向していることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
検出素子と、該検出素子を長さ方向の一部で支持する支持部材とを備えており、前記検出素子は、圧電セラミック板と、該圧電セラミック板の両方の主面にそれぞれ前記圧電セラミック板の幅方向の一部に形成された電極とを含み、両方の主面の前記電極は一部が対向しているとともに、残部が対向する前記圧電セラミック板の反対側の主面が電極非形成領域であり、両方の主面の前記電極非形成領域の幅が合わせて前記圧電セラミック板の幅の半分以上を占めていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項３】
検出素子と、該検出素子を長さ方向の一部で支持する支持部材とを備えており、前記検出素子は、圧電セラミック板と、該圧電セラミック板の一方の主面に前記圧電セラミック板の幅方向の全部に形成された第１電極と、前記圧電セラミック板の他方の主面に前記圧電セラミック板の幅方向の一部に形成された第２電極とを含むことを特徴とする加速度センサ。
【請求項４】
それぞれ圧電セラミック板と、該圧電セラミック板の一方の主面に前記圧電セラミック板の幅方向の全部に形成された第１電極と、前記圧電セラミック板の他方の主面に前記圧電セラミック板の幅方向の一部に形成された第２電極とを含む２つの検出素子が、前記他方の主面同士を接合層を介して貼り合わされて積層型検出素子とされ、該積層型検出素子が長さ方向の一部で支持部材によって支持されていることを特徴とする加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度や振動を検知するために使用される加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からハードディスクドライブ等の電子機器に外部から加わる衝撃の検出等の用途に加速度センサが用いられている。このような加速度センサとして、例えば特許文献１には、両方の主面に電極が形成された短冊状の圧電セラミック板を含む検出素子を有し、検出素子の長手方向一端側を固定端とし、長手方向他端側を自由端とした加速度センサであって、圧電セラミック板の少なくとも一方主面における他端に沿った領域には、電極が形成されてない構成のものが提案されている。
【０００３】
ところで、電圧感度型の加速度センサにおいて出力される電圧感度は、加速度による歪みによって圧電セラミック板で生じた電荷の大きさ（電荷感度）を、電極間に生じた容量の大きさで割った値である。ここで、電圧感度をＶとして、電荷感度をＱとして、容量の値をＣとした場合、電圧感度Ｖ＝Ｑ／Ｃ  で表される。従って、加速度センサの電圧感度を向上させるには、電荷感度に対して、電極間の容量を低下させればよい。
【０００４】
ここで、特許文献１に記載の加速度センサによれば、検出素子の自由端側の電極を除去することで電極間の容量を低下させることができる。一方、検出素子に加速度が加わった際に圧電セラミック板で生じた電荷は、除去されていない電極から検出できることから、電荷感度の低下はある程度抑制することができる。その結果、一定の条件下で電圧感度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2006−234795号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された加速度センサのような構成においては、片持ち構造である検出素子の、支持部材に支持された固定端側には、依然として除去されていない電極が存在している。従って、これらの電極同士が互いに対向しているため、電極同士の間に生じる容量を大幅に低下させることはできない。従って、電圧感度を向上させることが難しいという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献１に開示された加速度センサは、検出素子の支持方法が制限されてしまうという問題点があった。この加速度センサは、圧電セラミック板の少なくとも一方主面における他端（自由端）に沿った領域には電極が形成されてないので、検出素子の長さ方向において、電極が形成されていない領域ができてしまっていた。
【０００８】
ここで、特許文献１に開示された加速度センサに、例えば、両持ち支持を適用した場合を想定する。この場合、両持ち支持により支持部材が検出素子を支持する部分の一方は、検出素子のうち電極が形成されていない領域付近を支持することになる。ここで、検出素子に加速度が加わった際に圧電セラミック板において発生する電荷の量が大きい部分は、検出素子が支持部材により支持されている根元部の近傍である。従って、圧電セラミック板の主面の全面に電極を形成した構成を有する一般的な加速度センサと比較して、特許文献１に開示された加速度センサは、例えば両持ち支持を適用した場合には、電荷感度が著しく低下することとなる。その結果、電圧感度を向上させることが困難なので、検出素子の支持方法が制限されてしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記のような従来の技術における課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電圧感度を向上させることができ、また、検出素子の支持方法の制約が少ない加速度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の加速度センサは、検出素子と、該検出素子を長さ方向の一部で支持する支持部材とを備えており、前記検出素子は、圧電セラミック板と、該圧電セラミック板の両方の主面にそれぞれ前記圧電セラミック板の幅方向の一部に形成された電極と、両方の前記主面において該電極が形成された領域の残部である電極非形成領域とを含み、一方の主面の前記電極および前記電極非形成領域が、それぞれ他方の主面の前記電極非形成領域および前記電極と対向していることを特徴とするものである。これを本発明の第１の加速度センサとする。
【００１１】
本発明の加速度センサは、検出素子と、該検出素子を長さ方向の一部で支持する支持部材とを備えており、前記検出素子は、圧電セラミック板と、該圧電セラミック板の両方の主面にそれぞれ前記圧電セラミック板の幅方向の一部に形成された電極とを含み、両方の主面の前記電極は一部が対向しているとともに、残部が対向する前記圧電セラミック板の反対側の主面が電極非形成領域であり、両方の主面の前記電極非形成領域の幅が合わせて前記圧電セラミック板の幅の半分以上を占めていることを特徴とするものである。これを本発明の第２の加速度センサとする。
【００１２】
本発明の加速度センサは、検出素子と、該検出素子を長さ方向の一部で支持する支持部材とを備えており、前記検出素子は、圧電セラミック板と、該圧電セラミック板の一方の主面に前記圧電セラミック板の幅方向の全部に形成された第１電極と、前記圧電セラミック板の他方の主面に前記圧電セラミック板の幅方向の一部に形成された第２電極とを含むことを特徴とするものである。これを本発明の第３の加速度センサとする。
【００１３】
本発明の加速度センサは、それぞれ圧電セラミック板と、該圧電セラミック板の一方の主面に前記圧電セラミック板の幅方向の全部に形成された第１電極と、前記圧電セラミック板の他方の主面に前記圧電セラミック板の幅方向の一部に形成された第２電極とを含む２つの検出素子が、前記他方の主面同士を接合層を介して貼り合わされて積層型検出素子とされ、該積層型検出素子が長さ方向の一部で支持部材によって支持されていることを特徴とするものである。これを本発明の第４の加速度センサとする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１の加速度センサによれば、検出素子と、検出素子を長さ方向の一部で支持する支持部材とを備えており、検出素子は、圧電セラミック板と、圧電セラミック板の両方の主面にそれぞれ圧電セラミック板の幅方向の一部に形成された電極と、両方の主面において電極が形成された領域の残部である電極非形成領域とを含み、一方の主面の電極および電極非形成領域が、それぞれ他方の主面の電極非形成領域および電極と対向していることから、圧電セラミック板の両方の主面にそれぞれ形成された電極同士を全く対向させないようにすることができる。従って、電極同士の間に生じる容量を低下させることができる。
【００１５】
一方、加速度による歪みによって圧電セラミック板で生じた電荷は、圧電セラミック板の両方の主面のそれぞれの電極を介して検出されるものである。従って、電極が形成された領域が圧電セラミック板の主面の幅方向の一部となっていることにより、検出される電荷の大きさ（電荷感度）は電極の面積が減少するのに応じて低下することとなる。しかし、本発明の加速度センサによれば、電荷感度の低下幅に対して、前述した電極同士の間に生じる容量の低下幅を大きくすることができるので、全体として電圧感度を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の第１の加速度センサによれば、検出素子の長さ方向において、電極を連続して形成することができる。これによって、前述したように電極同士の間に生じる容量を低下させるという効果を発揮しつつ、検出素子の長さ方向において電極が形成されていない領域が存在しないという構成が可能となるので、検出素子の長さ方向のどの部位を支持部材により支持しても、電極が形成された領域を支持する構成とすることができる。従って、検出素子の長さ方向のどの部位を支持部材により支持しても、電荷感度を向上させ、電圧感度を向上させることができる。その結果、検出素子の支持方法の制約が少ない加速度センサを提供することができる。
【００１７】
本発明の第２の加速度センサによれば、検出素子と、検出素子を長さ方向の一部で支持する支持部材とを備えており、検出素子は、圧電セラミック板と、圧電セラミック板の両方の主面にそれぞれ圧電セラミック板の幅方向の一部に形成された電極とを含み、両方の主面の電極は一部が対向しているとともに、残部が対向する圧電セラミック板の反対側の主面が電極非形成領域であり、両方の主面の電極非形成領域の幅が合わせて圧電セラミック板の幅の半分以上を占めていることから、圧電セラミック板の両方の主面にそれぞれ設けられた電極同士が対向している領域の面積を小さくすることができる。従って、電極同士の間に生じる容量を低下させることができる。その結果、前述したように、電圧感度を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の第２の加速度センサによれば、検出素子の長さ方向において、電極を連続して形成させることができる。その結果、前述したように、検出素子の支持方法の制約が少ない加速度センサを提供することができる。
【００１９】
本発明の第３の加速度センサによれば、検出素子と、検出素子を長さ方向の一部で支持する支持部材とを備えており、検出素子は、圧電セラミック板と、圧電セラミック板の一方の主面に圧電セラミック板の幅方向の全部に形成された第１電極と、圧電セラミック板の他方の主面に圧電セラミック板の幅方向の一部に形成された第２電極とを含むことから、圧電セラミック板の両方の主面にそれぞれ設けられた電極同士が対向している領域の面積を小さくすることができる。従って、電極同士の間に生じる容量を低下させることができる。その結果、前述したように、電圧感度を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の第３の加速度センサによれば、検出素子の長さ方向において、電極を連続して形成させることができる。その結果、前述したように、検出素子の支持方法の制約が少ない加速度センサを提供することができる。
【００２１】
本発明の第４の加速度センサによれば、それぞれ圧電セラミック板と、圧電セラミック板の一方の主面に圧電セラミック板の幅方向の全部に形成された第１電極と、圧電セラミック板の他方の主面に圧電セラミック板の幅方向の一部に形成された第２電極とを含む２つの検出素子が、他方の主面同士を接合層を介して貼り合わされて積層型検出素子とされ、積層型検出素子が長さ方向の一部で支持部材によって支持されていることから、各圧電セラミック板の両方の主面にそれぞれ設けられた電極同士が対向している領域の面積を小さくすることができる。従って、電極同士の間に生じる容量を低下させることができる。その結果、前述したように、電圧感度を向上させることができる。
【００２２】
また、本発明の第４の加速度センサによれば、積層型検出素子において加速度が加わった際に最も歪みが大きくかつ電荷が多く発生する積層型検出素子の上面および下面に、第２電極より面積の大きい第１電極がそれぞれ形成されている。従って、第１電極が各検出素子の接合層側の主面に形成されている場合と比べて、第１電極および第２電極の両方を介して検出できる全体の電荷の量を増加させることができる。従って、電荷感度を向上させることができ、結果として、加速度センサの電圧感度を向上させることができる。
【００２３】
また、本発明の第４の加速度センサによれば、積層型検出素子の長さ方向において、電極を連続して形成することができる。その結果、前述したように、積層型検出素子の支持方法の制約が少ない加速度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の加速度センサの実施の形態の例を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示す加速度センサの実施の形態の一例の分解斜視図である。
【図３】図１に示す加速度センサの実施の形態の一例のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】（ａ）は、図３に示す検出素子の一例を示す、検出素子の端面の説明図であり、（ｂ）は、図３に示す検出素子の一例を示す、検出素子を上方から見た平面図である。
【図５】図１に示す加速度センサの実施の形態の他の例のＡ−Ａ線における断面図である。
【図６】（ａ）は、図５に示す検出素子の一例を示す、検出素子の端面の説明図であり、（ｂ）は、図５に示す検出素子の一例を示す、検出素子を上方から見た平面図である。
【図７】図１に示す加速度センサの実施の形態のさらに他の例のＡ−Ａ線における断面図である。
【図８】（ａ）は、図７に示す検出素子の一例を示す、検出素子の端面の説明図であり、（ｂ）は、図７に示す検出素子の一例を示す、検出素子を上方から見た平面図である。
【図９】電極交差率および電圧感度の関係を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は、図３に示す検出素子の他の例を示す、検出素子の端面の説明図であり、（ｂ）は、図３に示す検出素子の他の例を示す、検出素子を上方から見た平面図である。
【図１１】（ａ）は、図５に示す検出素子の他の例を示す、検出素子の端面の説明図であり、（ｂ）は、図５に示す検出素子の他の例を示す、検出素子を上方から見た平面図である。
【図１２】（ａ）は、図７に示す検出素子の他の例を示す、検出素子の端面の説明図であり、（ｂ）は、図７に示す検出素子の他の例を示す、検出素子を上方から見た平面図である。
【図１３】図１に示す加速度センサの実施の形態のさらに他の例のＡ−Ａ線における断面図である。
【図１４】図１に示す加速度センサの実施の形態のさらに他の例のＡ−Ａ線における断面図である。
【図１５】図14に示す検出素子の一例を示す、検出素子の端面の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の加速度センサの実施の形態の例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の加速度センサ１の実施の形態の一例を示す外観斜視図である。また、図２は図１に示す加速度センサ１の実施の形態の一例の分解斜視図である。なお、図２においては樹脂材13の図示は省略している。また、図３は図１に示す加速度センサ１の実施の形態の一例のＡ−Ａ線における断面図である。なお、図３は、図１の封止用ケース９の幅方向の中心から外れた位置を通るＡ−Ａ線における加速度センサ１の断面図である。また、図４（ａ）は、図３に示す検出素子２の一例を示す、検出素子２の端面の説明図であり、図４（ｂ）は、図３に示す検出素子２の一例を上方から見た平面図である。
【００２７】
図１〜図４に示す本例の加速度センサ１は、本発明の第１の加速度センサの実施の形態の一例を示すものである。この加速度センサ１は、検出素子２と、検出素子２を長さ方向の一部で支持する支持部材３とを備えており、検出素子２は、圧電セラミック板４と、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにそれぞれ圧電セラミック板４の幅方向の一部に形成された電極５，６と、両方の主面４ａ，４ｂにおいて電極５，６が形成された領域の残部である電極非形成領域７，８とを含み、一方の主面４ａの電極５および電極非形成領域７が、それぞれ他方の主面４ｂの電極非形成領域８および電極６と対向している。
【００２８】
このような構成により、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにそれぞれ形成された電極５，６同士を全く対向させないようにすることができる。従って、電極５，６同士の間に生じる容量を低下させることができる。
【００２９】
一方、加速度による歪みによって圧電セラミック板４で生じた電荷は、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂのそれぞれの電極５，６を介して検出される。従って、電極５，６が形成された領域が圧電セラミック板４の主面の幅方向の一部となっていることにより、検出される電荷の大きさ（電荷感度）は低下することとなる。しかし、本例の加速度センサ１によれば、電荷感度の低下幅に対して、前述した、電極５，６同士の間に生じる容量の低下幅を大きくすることができるので、全体として電圧感度を向上させることができる。
【００３０】
また、本例の加速度センサ１によれば、検出素子２の長さ方向において、電極５，６を連続して形成させることができる。従って、前述したように電極５，６同士の間に生じる容量を低下させるという効果を発揮しつつ、検出素子２の長さ方向において電極５，６が形成されていない領域が存在しないという構成が可能となるので、検出素子２の長さ方向のどの部位を支持部材３により支持しても、電極５，６が形成された領域を支持する構成とすることができる。従って、検出素子２の長さ方向のどの部位を支持部材３により支持しても、電荷感度を向上させて電圧感度を向上させることができる。その結果、検出素子２の支持方法の制約が少ない加速度センサ１を提供することができる。
【００３１】
なお、以下の説明において、例えば図３において、支持部材３によって支持されている側の検出素子２の端を一端２ａとし、反対側の端を他端２ｂとする。また、圧電セラミック板４の上面を４ａとし、下面を４ｂとする。
【００３２】
加速度センサ１は、図２に示すように、基本的に検出素子２と、検出素子２を収納する封止用ケース９とから構成されている。
【００３３】
封止用ケース９は、一面が開口した開口部を有する直方体形状の筺体である。この封止用ケース９は、例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ），ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂系材料により形成されている。
【００３４】
外部端子10は、図１に示すように、封止用ケース９の外表面に取り付けられている。この外部端子10は、半田等によって外部の回路配線基板との電気的な接続および機械的な固定を行なうものである。外部端子10は、材質として、例えばリン青銅等が用いられる。また、外部端子10の厚みは、例えば0.1〜0.5ｍｍ程度に設定される。
【００３５】
支持部材３は、図３に示すように、検出素子２の長さ方向の一部を支持するものである。本例では、支持部材３は、封止用ケース９の内部に嵌め込まれている。この支持部材３は封止用ケース９の開口面より若干内側に位置するようにして配されており、支持部材３の中央部には検出素子２が挿入される挿入窓11が設けられている。この挿入窓11に、一端２ａが支持部材３の挿入窓11より若干外側に突出するようにして、検出素子２が挿入されて封止用ケース９内に収納されている。
【００３６】
支持部材３は、封止用ケース９と同じ材質で形成することが好ましく、例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ），ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ），ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂系材料からなる。
【００３７】
また、挿入窓11は、検出素子２の外形寸法より若干広くなるように、例えば、検出素子２の外形寸法より10〜60μｍ程度広くなるようにして形成されている。
【００３８】
樹脂バンプ12は、図３に示すように、検出素子２における、支持部材３により固定されている一端２ａの両方の主面４ａ，４ｂに、所定の厚みをもって設けられている。
【００３９】
この樹脂バンプ12は、例えば、エポキシ樹脂等を検出素子２の一端２ａ側の両方の主面４ａ，４ｂに印刷して硬化させることによって形成される。
【００４０】
また、樹脂バンプ12の厚みは、検出素子２の固定部分と挿入窓11との間隙に樹脂バンプ12を固定するために、検出素子２の固定部分と挿入窓11との間隙より若干大きく形成しておくとよい。本例での樹脂バンプ12の厚みは、例えば、0.1〜１ｍｍ程度である。このような厚みの樹脂バンプ12を形成することによって、検出素子２の挿入窓11への挿入工程において、検出素子２が抜け落ちることなく簡単に仮止めを行なうことができる。
【００４１】
樹脂材13は、封止用ケース９の開口部側内壁面と支持部材３の外側側面とで囲まれる領域に形成されている。この樹脂材13により、検出素子２の挿入窓11からの突出部が被覆され、検出素子２を強固に固定することができる。なお、この樹脂材13は例えば、エポキシ樹脂等から成る。
【００４２】
検出素子２は、前述したように、一端２ａが支持部材３の挿入窓11より若干外側に突出するようにして、支持部材３の挿入窓11に挿入されて封止用ケース９内に収納されている。なお、一端２ａおよび挿入窓11の間の間隔には、樹脂バンプ12が配置されている。
【００４３】
また、検出素子２は、図２に示すように、水平方向に対して傾斜するように、例えば25°〜90°傾斜するようにして固定されている。これによって、垂直方向のみならず横方向の加速度も検知することが可能となる。
【００４４】
以上のようにして、検出素子２は、一端２ａ側が固定端になり、他端２ｂ側が自由端になって、いわゆる片持ち梁構造の加速度センサ１を構成している。
【００４５】
また、検出素子２の構成は、図３に示すように、基本的には、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにそれぞれ電極５，６が設けられたものである。
【００４６】
圧電セラミック板４は、厚み方向に分極されており、材質としては例えばチタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸鉛等の圧電セラミック材料が用いられる。なお、圧電セラミック板４の寸法は、例えば長さが３ｍｍ、幅が0.5ｍｍ、厚みが0.25ｍｍの短冊状に設定される。
【００４７】
このような圧電セラミック板４は、以下のようにして作製される。
【００４８】
まず、原料粉末にバインダ等を加えてプレスする方法によってシート形状の成形体を作製する。次いで、1100〜1400℃程度のピーク温度で数十分〜数時間焼成して基板を形成する。しかる後、例えば、60〜150℃程度の温度にて、厚み方向に３〜15ｋＶ／ｍｍ程度の電圧をかけて分極処理を施すことによって作製される。
【００４９】
なお、シート形状の成形体を作製する工程は、ボールミルを用いて、原料粉末を水および分散剤とともに混合させて乾燥した後、バインダ，溶剤または可塑剤等を加えてドクターブレード法により成形する方法を採用してもよい。
【００５０】
電極５，６の材質としては、例えば金，銀，銅，クロム，ニッケル，錫，鉛またはアルミニウム等の良導電性の金属から成る。また、これらの金属材料を従来周知の真空蒸着やスパッタリング法等によって圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂに形成する。または、前述した金属材料を含む所定の導体ペーストを従来周知の印刷法等によって所定のパターンに塗布し、高温で焼き付けることによって形成する。また、電極５，６の厚みは１〜10μｍ程度である。
【００５１】
以上のような構成の検出素子２に、外部からの衝撃等によって加速度が作用すると、加速度に応じた力が検出素子２に印加され、この印加された力によって検出素子２が加速度の方向に撓むようになっている。そして、この撓みに起因して、圧電セラミック板４に圧電効果による電荷が発生する。この電荷を電極５，６および外部端子10を介して外部に取り出し、電圧信号に変換することによって、加速度が検出されるようになっている。なお、電極５，６は、外部端子10から延出した配線と、導電性接着剤によって電気的に接続される。
【００５２】
このような加速度センサ１は、マザーボード等の外部配線基板上に半田付け等によって搭載され、外部の衝撃等によって生じる加速度を検出する加速度センサ１として機能する。
【００５３】
以下に、図３および図４を参照して、検出素子２の構成の詳細な説明を行なう。
【００５４】
検出素子２は、図４に示すように、圧電セラミック板４と、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにそれぞれ圧電セラミック板４の幅方向の一部に形成された電極５，６と、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにおいて電極５，６が形成された領域の残部である電極非形成領域７，８とを含み、一方の主面４ａの電極５および電極非形成領域７が、それぞれ他方の主面４ｂの電極非形成領域８および電極６と対向している。
【００５５】
このような構成により、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにそれぞれ形成された電極５，６同士を、互いに全く対向させないようにすることができる。従って、電極５，６同士の間に生じる容量を低下させることができる。
【００５６】
一方、加速度による歪みによって圧電セラミック板４で生じた電荷は、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂのそれぞれの電極５，６を介して検出される。従って、電極５，６が形成された領域が、圧電セラミック板４の主面の幅方向の一部となっていることにより、検出される電荷の大きさ（電荷感度）は低下することとなる。ここで、本例の加速度センサ１によれば、電荷感度の低下幅に対して、前述した電極５，６同士の間に生じる容量の低下幅を大きくすることができるので、結果として電圧感度を向上させることができる。
【００５７】
なお、以下に、本例の加速度センサ１によって電圧感度を向上させることができるという効果について、実験データによる裏付けを示す。
【００５８】
なお、データを得るために行なった実験においては、図３および図４に示す加速度センサ１を作製した。また、圧電セラミック板４の厚みを100μｍとし、圧電セラミック板４の幅を0.5ｍｍとし、圧電セラミック板４の長さを３ｍｍとして、圧電セラミック板４の比誘電率を2000とした。
【００５９】
なお、電極５，６の寸法は、支持部材３で支持された領域は、圧電セラミック板４の長さ方向の寸法が0.5ｍｍであり、圧電セラミック板４の幅方向の寸法が0.5ｍｍであり、厚みが５μｍであるものとした。また、支持部材３で支持されていない自由振動領域の電極５，６の寸法は、圧電セラミック板４の長さ方向の寸法が2.5ｍｍであり、圧電セラミック板４の幅方向の寸法が0.25ｍｍであり、厚みが５μｍであるものとした。なお、圧電セラミック板４の比誘電率は2000であるものとした。
【００６０】
容量の値の測定にあたっては、ＬＣＲメーター（國洋電機工業株式会社製、製品名「ＫＣ−594Ｂ」）を使用した。その際、加速度センサ１を固定した測定用の治具を、ＬＣＲメーターに固定して、加速度センサ１の外部端子10と、ＬＣＲメーターの測定端子とを接続して測定を行なった。なお、信号周波数は１ｋＨｚで測定した。測定の結果、加速度センサ１の容量の値は、130ｐＦであった。
【００６１】
そして、本例の加速度センサ１に、200Ｈｚの正弦波振幅によって２Ｇの加速度を与えた。
【００６２】
そして、チャージアンプを使用して、加速度センサ１から検出された電荷感度の値を測定した。なお、測定にあたっては、加速度センサ１の外部端子10はチャージアンプに接続されており、振動が印加された加速度センサ１から出力された電荷をチャージアンプで計測した。その結果、加速度センサ１においては電荷感度の値が0.054ｐＣであった。
【００６３】
従って、加速度センサ１の電荷感度の値を、容量の値で割ると、本例の加速度センサ１の電圧感度は、0.41ｍＶ／Ｇであった。
【００６４】
なお、本例の加速度センサ１の実験結果と比較するために、比較例として、圧電セラミック板４の両方の主面の全面にそれぞれ電極を形成した構成を有する、従来の一般的な構成の加速度センサを作製した。なお、比較例として作製した加速度センサについて、電極の構成以外は本例の加速度センサ１と全て同様であるものとした。なお、比較例である加速度センサの電圧感度の測定にあたっても、本例の加速度センサ１と同様の測定条件および測定器を用いた。結果、比較例である加速度センサの電荷感度の値は0.071ｐＣであり、容量の値は260ｐＦであった。従って、この加速度センサの電荷感度の値を、容量の値で割ると、比較例の加速度センサの電圧感度の値は、0.27ｍＶ／Ｇであった。
【００６５】
この結果によって、本例の加速度センサ１によれば、従来の一般的な構成の加速度センサと比較して電圧感度を向上させることができることが確認できた。
【００６６】
また、例えば背景技術として挙げた加速度センサと比較した場合の、本例の加速度センサ１による効果を述べる。ここで、背景技術として挙げた加速度センサは、圧電セラミック板の少なくとも一方主面における他端（自由端）に沿った領域には、電極が形成されていないことが特徴である。また、支持部材による検出素子の支持方法としては、例えば、両持ち支持を適用した場合を想定する。
【００６７】
背景技術として挙げた加速度センサにおいて、両持ち支持により支持部材が検出素子を支持する部分の一方は、検出素子のうち電極が形成されていない領域付近を支持することになる。従って、圧電セラミック板の主面の全面に電極を形成した、一般的な加速度センサと比較して、電荷感度が著しく低下してしまい、電圧感度を向上させることが困難となる。その結果、検出素子の支持方法が制限されてしまうこととなる。
【００６８】
これに対して、本例の加速度センサ１によれば、検出素子２の長さ方向において電極５，６を連続させて形成させることができる。従って、電極５，６同士の間に生じる容量を低下させるという効果を発揮しつつ、検出素子２の長さ方向において電極５，６が形成されていない領域が存在しないという構成が可能となる。従って、検出素子２の長さ方向の両端の部分を支持部材３により支持しても、電極５，６が形成された領域を支持する構成とすることができる。従って、検出素子２の長さ方向の両端の部分を支持部材３により支持しても、電荷感度を向上させ、電圧感度を向上させることができる。その結果、検出素子２の支持方法の制約を少なくすることができる。
【００６９】
また、背景技術として挙げた加速度センサにおいて、圧電セラミック板の少なくとも一方主面における他端（自由端）に沿った領域における、電極が形成されてない領域が検出素子の中央部付近にまで延在している場合を想定して、以下に本例の加速度センサ１と比較をする。なお、支持部材３による検出素子２の支持方法として、例えば、検出素子２の中央部の１点を支持する、中央支持を適用した場合を想定する。
【００７０】
この場合にも、背景技術として挙げた加速度センサにおいて、中央支持により支持部材が検出素子を支持する部分は、検出素子のうち電極が形成されていない領域付近を支持することになる。従って、圧電セラミック板の主面の全面に電極を形成した、一般的な加速度センサと比較して、電荷感度が著しく低下し、電圧感度を向上させることが困難となる。その結果、検出素子の支持方法が制限されてしまう。
【００７１】
これに対して、本例の加速度センサ１によれば、検出素子２の長さ方向において電極５，６を連続させて形成させることができる。従って、前述したように、検出素子２の長さ方向の中央の部分を支持部材３により支持しても、電極５，６が形成された領域を支持する構成とすることができる。従って、検出素子２の長さ方向の中央の部分を支持部材３により支持しても、電荷感度を向上させ、電圧感度を向上させることができる。その結果、検出素子２の支持方法の自由度を向上させることができる。
【００７２】
なお、ここまでは、背景技術として挙げた加速度センサと比較した場合の、本例の加速度センサ１の効果を述べた。また、以下に示すような構成の加速度センサと比較した場合も、本例の加速度センサ１は同様の効果を発揮する。
【００７３】
この、本発明との比較対象である加速度センサは、検出素子と、この検出素子の長さ方向一端部を支持する支持部材とを備え、検出素子は２層以上の圧電セラミックよりなる圧電セラミック板を積層したものであり、圧電セラミック板の層間および外表面にそれぞれ電極が設けられ、検出素子の自由端側に、圧電セラミック板を間にして対向する電極の少なくとも一方が形成されない電極ギャップが設けられ、検出素子の自由長に対する電極ギャップの長さの比率が20〜70％とされているものである。
【００７４】
このような加速度センサにおいて、支持部材による検出素子の支持方法として、例えば、両持ち支持を適用した場合を想定する。この場合に、片持ち支持であった場合の検出素子の自由端側に、電極の少なくとも一方が形成されない電極ギャップが設けられていることから、両持ち支持により支持部材が検出素子を支持する部分の一方は、検出素子のうち電極が形成されていない領域付近を支持することになる。その結果、前述したように、検出素子の支持方法が制限されてしまうこととなる。
【００７５】
これに対して、本例の加速度センサ１によれば、検出素子２の長さ方向において電極５，６を連続させて形成させることができる。その結果、前述したように、検出素子２の支持方法の制約を少なくすることができる。
【００７６】
また、本発明との比較対象として挙げた加速度センサの電極ギャップの長さの比率を50％程度として、中央支持を適用した場合も、このような加速度センサにおいて、中央支持により支持部材が検出素子を支持する部分は、検出素子のうち電極が形成されていない領域付近を支持することになる。その結果、前述したように、検出素子の支持方法が制限されてしまうこととなる。
【００７７】
これに対して、本例の加速度センサ１によれば、検出素子２の長さ方向において電極５，６を連続させて形成させることができる。その結果、前述したように、検出素子２の支持方法の制約を少なくすることができる。
【００７８】
次に、本発明の第２の加速度センサの実施の形態の一例について、図５および図６を参照しつつ説明する。
【００７９】
図５は、図１に示す加速度センサ１の実施の形態の他の例のＡ−Ａ線における断面図である。なお、図５は、図１の封止用ケース９の幅方向の中心を通るＡ−Ａ線における加速度センサ１の断面図である。また、図６（ａ）は、図５に示す検出素子２の一例を示す、検出素子２の端面の説明図であり、図６（ｂ）は、図５に示す検出素子２の一例を上方から見た平面図である。
【００８０】
図５および図６に示す本例の加速度センサ１は、検出素子２と、検出素子２を長さ方向の一部で支持する支持部材３とを備えており、検出素子２は、圧電セラミック板４と、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにそれぞれ圧電セラミック板４の幅方向の一部に形成された電極５，６とを含み、両方の主面４ａ，４ｂの電極５，６は一部が対向しているとともに、残部が対向する圧電セラミック板４の反対側の主面が電極非形成領域７，８であり、両方の主面４ａ，４ｂの電極非形成領域７，８の幅が合わせて圧電セラミック板４の幅の半分以上を占めている。
【００８１】
このような構成によれば、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにそれぞれ設けられた電極５，６同士が対向している領域の面積を小さくすることができる。従って、電極５，６同士の間に生じる容量を低下させることができる。その結果、前述したように、電圧感度を向上させることができる。
【００８２】
また、本例の加速度センサ１によれば、検出素子２の長さ方向において電極５，６を連続して形成させることができる。その結果、前述したように、検出素子２の支持方法の制約が少ない加速度センサ１を提供することができる。
【００８３】
なお、以下に、本例の加速度センサ１によって、電圧感度を向上させることができるという効果について、実験データによる裏付けを示す。
【００８４】
なお、データを得るために行なった実験においては、図５および図６に示す加速度センサ１を作製した。また、圧電セラミック板４の厚みを100μｍとし、圧電セラミック板４の幅を0.5ｍｍとし、圧電セラミック板４の長さを３ｍｍとし、圧電セラミック板４の比誘電率を2000として、それぞれの電極５，６の検出素子２の長さ方向の寸法を３ｍｍとした。
【００８５】
なお、電極５，６の寸法は、支持部材３で支持された領域は、圧電セラミック板４の長さ方向の寸法が0.5ｍｍであり、圧電セラミック板４の幅方向の寸法が0.5ｍｍであり、厚みが５μｍであるものとした。また、支持部材３で支持されていない自由振動領域の電極５，６の寸法は、圧電セラミック板４の長さ方向の寸法が2.5ｍｍであり、厚みが５μｍであるものとした。
【００８６】
容量の値の測定にあたっては、ＬＣＲメーター（國洋電機工業株式会社製、製品名「ＫＣ−594Ｂ」）を使用した。その際、加速度センサ１を固定した測定用の治具を、ＬＣＲメーターに固定して、加速度センサ１の外部端子10と、ＬＣＲメーターの測定端子とを接続して測定を行なった。なお、信号周波数は１ｋＨｚで測定した。
【００８７】
そして、本例の加速度センサ１に、200Ｈｚの正弦波振幅によって２Ｇの加速度を与えた。
【００８８】
そして、チャージアンプを使用して、加速度センサ１から検出された電荷感度の値を測定した。なお、測定にあたっては、加速度センサ１の外部端子10はチャージアンプに接続されており、振動が印加された加速度センサ１から出力された電荷をチャージアンプで計測した。
【００８９】
この実験において、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂの電極非形成領域７，８の幅が合わせて圧電セラミック板４の幅に対して53％を占めている場合には、容量の値が202ｐＦであり、68％を占めている場合には電荷感度が186ｐＦであり、89％を占めている場合には電荷感度が155ｐＦであった。
【００９０】
また、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂの電極非形成領域７，８の幅が合わせて圧電セラミック板４の幅に対して53％を占めている場合には、電荷感度が0.063ｐＣであり、68％を占めている場合には電荷感度が0.062ｐＣであり、89％を占めている場合には電荷感度が0.057ｐＣであった。
【００９１】
ここで、加速度センサ１の電荷感度の値を、容量の値で割ることによって、電圧感度の値を求める。
【００９２】
結果、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂの電極非形成領域７，８の幅が合わせて圧電セラミック板４の幅に対して53％を占めている場合には、電圧感度が0.31ｍＶ／Ｇであり、68％を占めている場合には電圧感度が0.33ｍＶ／Ｇであり、89％を占めている場合には電圧感度が0.37ｍＶ／Ｇであった。
【００９３】
なお、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂの電極非形成領域７，８の幅が合わせて圧電セラミック板４の幅に対して53％を占めている場合には、支持部材３で支持されていない自由振動領域の電極５，６のそれぞれの寸法は、圧電セラミック板４の幅方向の寸法が0.3675ｍｍであり、68％を占めている場合には0.33ｍｍであり、89％を占めている場合には0.2775ｍｍであった。
【００９４】
なお、本例の加速度センサ１の実験結果と比較するために、比較例として、圧電セラミック板の両方の主面の全面にそれぞれ電極を形成した構成を有する加速度センサを作製したところ、前述したように、電圧感度は0.27ｍＶ／Ｇであった。
【００９５】
従って、本例の加速度センサ１によれば、従来の一般的な構成の加速度センサと比較して電圧感度を向上させることができることが確認できた。
【００９６】
次に、本発明の第３の加速度センサの実施の形態の一例について、図７および図８を参照しつつ説明する。
【００９７】
図７は、図１に示す加速度センサ１の実施の形態のさらに他の例のＡ−Ａ線における断面図である。なお、図７は、図１の封止用ケース９の幅方向の中心を通るＡ−Ａ線における加速度センサ１の断面図である。また、図８（ａ）は、図７に示す検出素子２の一例を示す、検出素子２の端面の説明図であり、図８（ｂ）は、図７に示す検出素子２の一例を上方から見た平面図である。
【００９８】
図７に示す本例の加速度センサ１は、検出素子２と、検出素子２を長さ方向の一部で支持する支持部材３とを備えており、検出素子２は、圧電セラミック板４と、圧電セラミック板４の一方の主面４ａに圧電セラミック板４の幅方向の全部に形成された第１電極５と、圧電セラミック板４の他方の主面４ｂに圧電セラミック板４の幅方向の一部に形成された第２電極６とを含むものである。
【００９９】
このような構成によれば、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにそれぞれ設けられた第１電極５および第２電極６が対向している領域の面積を小さくすることができる。従って、第１電極５および第２電極６の間に生じる容量を低下させることができる。その結果、前述したように、電圧感度を向上させることができる。
【０１００】
また、本例の加速度センサ１によれば、検出素子２の長さ方向において第１電極５および第２電極６を連続して形成させることができる。その結果、前述したように、検出素子２の支持方法の制約が少ない加速度センサ１を提供することができる。
【０１０１】
以下に、本例の加速度センサ１によって、電圧感度を向上させることができるという効果について、実験データによる裏付けを示す。
【０１０２】
なお、データを得るために行なった実験においては、図７および図８に示す加速度センサ１を作製した。また、圧電セラミック板４の厚みを100μｍとし、圧電セラミック板４の幅を0.5ｍｍとし、圧電セラミック板４の長さを３ｍｍとし、圧電セラミック板４の比誘電率を2000として、第１電極５および第２電極６の検出素子２の長さ方向の寸法を３ｍｍとした。
【０１０３】
なお、圧電セラミック板４の下面４ｂに形成された第２電極６の寸法は、支持部材３で支持された領域は、圧電セラミック板４の長さ方向の寸法が0.5ｍｍであり、圧電セラミック板４の幅方向の寸法が0.5ｍｍであり、厚みが５μｍであるものとした。また、支持部材３で支持されていない自由振動領域の第１電極５および第２電極６の寸法は、圧電セラミック板４の長さ方向の寸法が2.5ｍｍであり、厚みが５μｍであるものとした。また、図８（ａ）に示すように、圧電セラミック板４の下面の第２電極６は圧電セラミック板４の下面４ｂの幅方向の中央に形成されているものとした。なお、この場合、支持部材３で支持されていない自由振動領域の下面の第２電極６の寸法は、圧電セラミック板４の幅方向の寸法が0.245ｍｍであった。圧電セラミック板４の上面の第１電極５は、圧電セラミック板４の上面４ａの全面に形成されているものとした。なお、圧電セラミック板４の比誘電率は2000であるものとした。また、この実験において、圧電セラミック板４の下面４ｂの電極非形成領域８の幅が合わせて圧電セラミック板４の幅に対して51％を占めるものとした。
【０１０４】
容量の値の測定にあたっては、ＬＣＲメーター（國洋電機工業株式会社製、製品名「ＫＣ−594Ｂ」）を使用した。その際、加速度センサ１を固定した測定用の治具を、ＬＣＲメーターに固定して、加速度センサ１の外部端子10と、ＬＣＲメーターの測定端子とを接続して測定を行なった。なお、信号周波数は１ｋＨｚで測定した。測定の結果、加速度センサ１の容量の値は、202ｐＦであった。
【０１０５】
そして、本例の加速度センサ１に、200Ｈｚの正弦波振幅によって２Ｇの加速度を与えた。
【０１０６】
そして、チャージアンプを使用して、加速度センサ１から検出された電荷感度の値を測定した。なお、測定にあたっては、加速度センサ１の外部端子10はチャージアンプに接続されており、振動が印加された加速度センサ１から出力された電荷をチャージアンプで計測した。その結果、加速度センサ１においては電荷感度の値が0.063ｐＣであった。
【０１０７】
従って、加速度センサ１の電荷感度の値を、容量の値で割ると、本例の加速度センサ１の電圧感度は、0.31ｍＶ／Ｇであった。
【０１０８】
なお、本例の加速度センサ１の実験結果と比較するために作製した、比較例としての、圧電セラミック板の両方の主面の全面にそれぞれ電極が形成された、従来の一般的な構成の加速度センサの電圧感度が前述したように0.27ｍＶ／Ｇであったことから、本例の加速度センサ１によれば、比較例の加速度センサと比較して電圧感度を向上させることができることが確認できた。
【０１０９】
次に、図３〜図８に示した本発明の加速度センサ１によって、電圧感度を向上させることができるという効果について、前述した複数の実験データを用いて説明を行なう。なお、以下の説明において、圧電セラミック板４の両方の主面に設けられた電極５，６同士（第１電極５および第２電極６）が互いに対向している領域を電極対向領域と呼び、圧電セラミック板の一方の主面のみに電極が形成されている領域を電極非形成領域と呼ぶこととする。なお、測定条件および測定器は、前述した通りである。
【０１１０】
なお、この実験において、電極対向領域の幅の、圧電セラミック板４の幅に対する比率を電極交差率と呼ぶこととする。この電極交差率とは、前述した電極非形成領域７，８の幅の合計が圧電セラミック板４の幅に対して占める割合の百分率の値を、100％から引いた百分率の値を示すものでもある。
【０１１１】
また、以下のデータを得るために行なった実験においては、圧電セラミック板４の寸法および比誘電率ならびに検出素子２の両主面の電極５，６（第１電極５および第２電極６）の検出素子２の長さ方向の寸法は、前述した値と全て同じとした。
【０１１２】
この実験において、電極交差率が０％の場合には電圧感度が0.41ｍＶ／Ｇであり、電極交差率が11％の場合には電圧感度が0.37ｍＶ／Ｇであり、電極交差率が32％の場合には電圧感度が0.33ｍＶ／Ｇであり、電極交差率が47％の場合には電圧感度が0.31ｍＶ／Ｇであり、電極交差率が49％の場合には電圧感度が0.31ｍＶ／Ｇであった。なお、比較例としての前述した圧電セラミック板４の両面の全面に電極が形成された加速度センサは、電極交差率が100％であり、電圧感度が0.27ｍＶ／Ｇであった。
【０１１３】
ここで、表１に、以上の結果に加えて、各加速度センサ１の容量値および電荷感度を示す。なお、表１において、図番号の欄の記載は、測定を行なった各加速度センサ１（第１〜第３の加速度センサ）に対応する図面の番号を示しているものである。また、図番号の欄における「−」の記載は、比較例としての加速度センサは図面で示されていないことを示すものである。
【０１１４】
【表１】
2011117919.tif 000003
【０１１５】
また、図９は、電極交差率および電圧感度の関係を示すグラフである。図９において、横軸は電極交差率（単位：％）を、縦軸は電圧感度（単位：ｍＶ／Ｇ）を表わし、黒点が測定値を示す。
【０１１６】
図９のグラフに示す結果から分かるように、本例の加速度センサ１は、電極交差率が低下するに従って、電圧感度が向上する傾向がある。これは、電極交差率が低下することによって、例えば電極交差率が100％である比較例の加速度センサと比較して、電極５，６（第１電極５および第２電極６）間で発生する容量値が低下し、かつ、その低下幅が電荷感度の低下幅より大きかったためである。
【０１１７】
この結果によって、本例の加速度センサ１において、電極交差率を低下させるに従って電圧感度を向上させることが可能となることが確認できた。
【０１１８】
ここで、図10に、図３および図４で説明した加速度センサ１の実施の形態の他の例を示す。
【０１１９】
図10（ａ）は、図３に示す検出素子２の他の例を示す、検出素子２の端面の説明図であり、図10（ｂ）は、図３に示す検出素子２の他の例を示す、検出素子２を上方から見た平面図である。
【０１２０】
図10（ａ）に示す例においては、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂに、それぞれ圧電セラミック板４の幅方向の一部に電極５，６が形成されている。
【０１２１】
なお、図10（ａ）に示す圧電セラミック板４の上面４ａの２箇所において、電極非形成領域７を挟むように電極５が形成されているが、本発明の加速度センサ１の検出素子２の電極５の構成は、このような構成の電極５も含むものである。この場合には、図３および図４で説明した、本発明の第１の加速度センサ１と同様の効果を得ることができる。また、圧電セラミック板４の上面４ａの３箇所以上に電極５が形成されていてもよい。この場合にも、図３および図４で説明した、本発明の第１の加速度センサ１と同様の効果を得ることができる。なお、圧電セラミック板４の下面４ｂの電極６が、これら電極５のような構成の電極であってもよい。
【０１２２】
次に、図11に、図５および図６で説明した加速度センサ１の実施の形態の他の例を示す。
【０１２３】
図11（ａ）は、図５に示す検出素子２の他の例を示す、検出素子２の端面の説明図であり、図11（ｂ）は、図５に示す検出素子２の他の例を示す、検出素子２を上方から見た平面図である。
【０１２４】
図11（ａ）に示す例においては、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂに、それぞれ圧電セラミック板４の幅方向の一部に電極５，６が形成されている。
【０１２５】
なお、図11（ａ）に示す圧電セラミック板４の上面４ａの２箇所において、電極非形成領域７を挟むように電極５が形成されているが、本発明の加速度センサ１の検出素子２の電極５の構成は、このような構成の電極５も含むものである。この場合には、図５および図６で説明した、本発明の第２の加速度センサ１と同様の効果を得ることができる。また、圧電セラミック板４の上面４ａの３箇所以上に電極５が形成されていてもよい。この場合にも、図５および図６で説明した、本発明の第２の加速度センサ１と同様の効果を得ることができる。なお、圧電セラミック板４の下面４ｂの電極６が、これら電極５のような構成の電極であってもよい。
【０１２６】
次に、図12に、図５および図６で説明した加速度センサ１の実施の形態の他の例を示す。
【０１２７】
図12（ａ）は、図７に示す検出素子２の他の例を示す、検出素子２の端面の説明図であり、図12（ｂ）は、図７に示す検出素子２の他の例を示す、検出素子２を上方から見た平面図である。
【０１２８】
図12（ａ）に示す例においては、圧電セラミック板４の一方の主面（上面）４ａに、圧電セラミック板４の幅方向の全部にわたって第１電極５が形成されており、圧電セラミック板４の他方の主面（下面）４ｂに、圧電セラミック板４の幅方向の一部に第２電極６が形成されている。
【０１２９】
なお、図12（ａ）に示す圧電セラミック板４の下面４ｂの２箇所において、電極非形成領域８を挟むように、第２電極６が形成されているが、本発明の加速度センサ１の検出素子２における第２電極６の構成は、このような構成の第２電極６も含むものである。この場合には、図７および図８で説明した、本発明の第３の加速度センサ１と同様の効果を得ることができる。また、圧電セラミック板４の下面４ｂの３箇所以上に第２電極６が形成されていてもよい。この場合には、図７および図８で説明した、本発明の第３の加速度センサ１と同様の効果を得ることができる。
【０１３０】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施しても何ら差し支えない。
【０１３１】
例えば、図３〜図８および図10〜図12に示す例の加速度センサ１の、圧電セラミック板４の両方または一方の主面に形成された電極５，６（第１電極５，第２電極６）は、側面が圧電セラミック板４の側面と同一面となるように形成されている。しかし、これらの例に限られず、電極５，６（第１電極５，第２電極６）は、側面が圧電セラミック板４の主面の中央方向にわずかに後退していてもよいものである。
【０１３２】
また、図３〜図８および図10〜図12に示す例の加速度センサ１において、検出素子２が樹脂バンプ12を介して支持部材３に支持されている部分は、圧電セラミック板４の幅方向の全部に電極５，６（第１電極５）が形成されている。しかし、これらの例に限られず、検出素子２が樹脂バンプ12を介して支持部材３に支持されている部分においても、圧電セラミック板４の幅方向の一部に電極５，６（第２電極６）が形成されていてもよい。
【０１３３】
また、ここまでにおいて、検出素子２は、１つの圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂに電極５，６（第１電極５，第２電極６）が形成されている構成のものとして、本発明の加速度センサ１の説明を行なった。しかし、本発明の加速度センサ１は、以上の例の検出素子２に代えて、複数の検出素子２の主面同士を樹脂等から成る接合層15により貼り合わせた、図13に示すような積層型検出素子14を用いたものであってもよい。
【０１３４】
図13は、図１に示す加速度センサ１の実施の形態のさらに他の例のＡ−Ａ線における断面図である。なお、ここでは積層型検出素子14を構成する各々の検出素子２としては、図４に示す検出素子２を使用した例を示した。
【０１３５】
積層型検出素子14において２つの検出素子２を貼り合わせる接合層15には、例えばガラス布基材エポキシ樹脂，ガラスペーストまたはエポキシ樹脂等が使用される。また、複数の検出素子２の貼り合わせは、例えば前述した材料から成るペーストを検出素子２の主面に塗布して重ねて、これらを焼き付けることによって行なわれる。また、前述した材料から成るシートを検出素子２同士で挟み、加熱プレスをすることで、検出素子２同士を貼り合わせることもできる。
【０１３６】
なお、積層型検出素子14は、一般的には、本発明の各例における検出素子２を２つ貼り合わせた構成である、バイモルフ型のものが用いられる。
【実施例１】
【０１３７】
本発明の加速度センサの第１の実施例を以下に説明する。なお、本実施例においては、図４に示す例の検出素子２を用いて積層型検出素子14を作製することによって、図13に示す例の加速度センサ１を作製した。
【０１３８】
まず、封止用ケース９を準備した。この封止用ケース９は、一面が開口した開口部を有する直方体形状の筺体とした。封止用ケース９の材料としては、液晶ポリマーを用いた。
【０１３９】
次に、封止用ケース９の外表面に、外部端子10を取り付けた。この外部端子10の材料にはリン青銅を使用した。また、外部端子10の厚みは0.1ｍｍとした。
【０１４０】
次に、検出素子２を２つ貼り合わせた積層型検出素子14を準備した。この積層型検出素子14は、２つの検出素子２の主面同士の間に接合層15となるガラス布基材エポキシ樹脂のプリプレグを介在させて両者を重ね合わせ、荷重を加えながら180℃の温度で２時間保持して接合することにより作製した。なお、プリプレグの厚みは100μｍ程度になるようにし、２枚の圧電セラミック板４の分極の向きは互いに逆向きになるようにした。
【０１４１】
なお、図４に示すように、積層型検出素子14を構成する各々の検出素子２は、圧電セラミック板４と、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにそれぞれ圧電セラミック板４の幅方向の一部に形成された電極５，６と、両方の主面４ａ，４ｂにおいて電極５，６が形成された領域の残部である電極非形成領域７，８とを含み、一方の主面４ａの電極５および電極非形成領域７が、それぞれ他方の主面４ｂの電極非形成領域８および電極６と対向しているものである。
【０１４２】
ここで、圧電セラミック板４は、チタン酸ジルコン酸鉛の粉末にバインダを加えて、プレスする方法によって作製したシート形状の成形体を1200℃のピーク温度で２時間焼成し、しかる後、100℃の温度にて厚み方向に10ｋＶ／ｍｍの電圧をかけて分極処理を施すことによって作製された。積層型検出素子14を構成する各々の検出素子２の圧電セラミック板４の寸法は、それぞれ長さが３ｍｍであり、幅が0.5ｍｍであり、厚みが100μｍである短冊状のものとした。
【０１４３】
また、圧電セラミック板４に形成される電極５，６として、銅から成るものを、真空蒸着によって圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂに形成した。なお、両方の主面４ａ，４ｂに形成されたそれぞれの電極５，６の寸法は、支持部材３で支持された領域は、圧電セラミック板４の長さ方向の寸法が0.5ｍｍであり、圧電セラミック板４の幅方向の寸法が0.5ｍｍであり、厚みが５μｍであるものとした。また、支持部材３で支持されていない自由振動領域の電極５，６の寸法は、圧電セラミック板４の長さ方向の寸法が2.5ｍｍであり、圧電セラミック板４の幅方向の寸法が0.25ｍｍであり、厚みが５μｍであるものとした。なお、圧電セラミック板４の比誘電率は2000である。
【０１４４】
次に、以上のようにして作製した積層型検出素子14を、一端２ａが支持部材３の挿入窓11より若干外側に突出するように、支持部材３の挿入窓11に挿入して封止用ケース９内に収納した。つまり、本実施例では、片持ち支持による支持方法を採用した。なお、積層型検出素子14の一端２ａは、エポキシ樹脂から成る樹脂バンプ12を介して、液晶ポリマーから成る支持部材３によって支持されるものとした。
【０１４５】
しかる後に、封止用ケース９の開口部側内壁面と支持部材３の外側側面とで囲まれる領域にエポキシ樹脂から成る樹脂材13を形成して、本実施例の加速度センサ１を得た。
【０１４６】
また、比較例として、積層型検出素子14を構成する各々の検出素子は圧電セラミック板の両方の主面の全部に電極が形成されているものとした。なお、比較例の加速度センサにおいて、各検出素子の電極の構成以外の構成および寸法は、全て本実施例の加速度センサ１の構成および寸法と同様であるものとした。以下、このようにして作製した加速度センサを、比較例１−１の加速度センサと称するものとする。
【０１４７】
そして、以上のようにして作製した本実施例の加速度センサ１および比較例１−１の加速度センサの電圧感度を、以下のように容量の値および電荷感度を測定することによって算出し、両者を比較した。
【０１４８】
ここで、表２に、各加速度センサの容量の値，電荷感度および電圧感度を示す。なお、表２において、図番号の欄の記載は、測定を行なった本実施例の加速度センサに対応する図面の番号を示しているものである。また、図番号の欄における「−」の記載は、比較例１−１としての加速度センサは図面で示されていないことを示すものである。なお、表２に示すように、第１の実施例の加速度センサは電極交差率が０％であり、比較例１−１の加速度センサは電極交差率が100％であるものとした。
【０１４９】
【表２】
2011117919.tif 000004
【０１５０】
なお、このような本実施例の加速度センサ１および比較例１−１の加速度センサの容量の値の測定には、ＬＣＲメーター（國洋電機工業株式会社製、製品名「ＫＣ−594Ｂ」）を使用した。測定にあたっては、加速度センサを固定した測定用の治具を、ＬＣＲメーターに固定して、加速度センサの外部端子10と、ＬＣＲメーターの測定端子とを接続して測定を行なった。なお、信号周波数は１ｋＨｚで測定した。それぞれの加速度センサの容量の値は、表２の容量の欄に示すように、260ｐＦおよび520ｐＦであった。
【０１５１】
このような本実施例の加速度センサ１および比較例１−１の加速度センサを、それぞれ実装用配線基板上に半田によって接合した。
【０１５２】
この実装用配線基板は、ガラスエポキシ材料を使用して、表面には加速度センサの外部端子に対応する基体側電極パッドが形成されたものとした。
【０１５３】
そして、これら本実施例の加速度センサ１および比較例１−１の加速度センサに、それぞれ200Ｈｚの正弦波振幅によって２Ｇの加速度を与えた。
【０１５４】
そして、チャージアンプを使用して、それぞれの加速度センサから検出された電荷感度の値を測定した。なお、測定にあたっては、加速度センサの外部端子10はチャージアンプに接続されており、振動を印加した加速度センサから出力された電荷をチャージアンプで計測するものとした。その結果、表２の電荷感度の欄に示すように、本実施例の加速度センサ１においては電荷感度の値が0.108ｐＣであり、比較例１−１の加速度センサにおいては電荷感度の値が0.142ｐＣであった。
【０１５５】
従って、それぞれの加速度センサの電荷感度の値を容量値の値で割ると、本実施例および比較例１−１の加速度センサの電圧感度の値は、表２の電圧感度の欄に示すように、それぞれ0.41ｍＶ／Ｇおよび0.27ｍＶ／Ｇであった。
【０１５６】
この結果より、本発明の実施例の加速度センサ１は、積層型検出素子14を構成する各々の検出素子２が、圧電セラミック板４と、圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにそれぞれ圧電セラミック板４の幅方向の一部に形成された電極５，６と、両方の主面４ａ，４ｂにおいて電極５，６が形成された領域の残部である電極非形成領域７，８とを含み、一方の主面４ａの電極５および電極非形成領域７が、それぞれ他方の主面４ｂの電極非形成領域８および電極６と対向していることから、比較例１−１の加速度センサと比較した際の電荷感度の低下幅より、比較例１−１の加速度センサと比較した際の容量の低下幅の方が大きくなるため、電圧感度を向上させることができることが分かった。
【実施例２】
【０１５７】
本発明の加速度センサの第２の実施例を以下に説明する。なお、本実施例においては、図８に示す例の検出素子２を用いて積層型検出素子14を作製することによって、図14および図15に示す例の加速度センサ１を作製した。図14は、図１に示す加速度センサ１の実施の形態のさらに他の例のＡ−Ａ線における断面図である。また、図15は、図14に示す検出素子２の一例を示す、検出素子２の端面の説明図である。
【０１５８】
まず、封止用ケース９を準備した。この封止用ケース９の形状および寸法等は第１の実施例で説明したものと同様とした。
【０１５９】
次に、検出素子２を２つ貼り合わせた積層型検出素子14を準備した。この積層型検出素子14は、図14および図15に示すように、それぞれ圧電セラミック板４と、圧電セラミック板４の一方の主面４ａに圧電セラミック板４の幅方向の全部に形成された第１電極５と、圧電セラミック板４の他方の主面４ｂに圧電セラミック板４の幅方向の一部に形成された第２電極６とを含む２つの検出素子２が、他方の主面４ｂ同士を接合層15を介して貼り合わされたものとした。
【０１６０】
なお、接合層15の材料および寸法、ならびに２つの検出素子２の接合方法等については、第１の実施例で説明したものと同様とした。
【０１６１】
また、圧電セラミック板４の材料，寸法および分極処理の方法等も第１の実施例で説明したものと同様とした。
【０１６２】
また、各圧電セラミック板４に形成される第１電極５および第２電極６として、銅から成るものを、真空蒸着によって圧電セラミック板４の両方の主面４ａ，４ｂにそれぞれ形成した。
【０１６３】
なお、一方の主面４ａに形成された第１電極５は、圧電セラミック板４の一方の主面４ａの全面に形成されているものであり、その寸法は、圧電セラミック板４の幅方向の寸法が0.5ｍｍであり、圧電セラミック板４の長さ方向の寸法が３ｍｍであり、厚みが５μｍであるものとした。
【０１６４】
また、他方の主面４ｂに形成された第２電極６の寸法は、支持部材３で支持された領域は、圧電セラミック板４の長さ方向の寸法が0.5ｍｍであり、圧電セラミック板４の幅方向の寸法が0.5ｍｍであり、厚みが５μｍであるものとした。また、支持部材３で支持されていない自由振動領域の第２電極６の寸法は、圧電セラミック板４の長さ方向の寸法が2.5ｍｍであり、圧電セラミック板４の幅方向の寸法が0.245ｍｍであり、厚みが５μｍであるものとした。このように、本実施例において、圧電セラミック板４の他方の主面４ｂの電極非形成領域８の幅を、合わせて圧電セラミック板４の幅に対して51％を占めるものとした。また、図８（ａ）に示すように、圧電セラミック板４の第２電極６は圧電セラミック板４の他方の主面４ｂの幅方向の中央に形成されているものとした。
【０１６５】
なお、圧電セラミック板４の比誘電率は2000である。
【０１６６】
次に、以上のようにして作製した積層型検出素子14を、第１の実施例で説明したのと同様に、支持部材３で支持し、封止用ケース９内に収納した。
【０１６７】
しかる後に、第１の実施例で説明したのと同様に、樹脂材13を形成して、本実施例の加速度センサ１を得た。
【０１６８】
また、比較例として、前述した２つの検出素子２の接合の構成が本実施例のものとは異なる加速度センサを、２種類作製した。
【０１６９】
まず、比較例２−１として、２つの検出素子が、一方の検出素子の他方の主面と、他方の検出素子の一方の主面とを接合層を介して貼り合わされた加速度センサを作製した。
【０１７０】
次に、比較例２−２として、２つの検出素子が、一方の主面同士を接合層を介して貼り合わされた加速度センサを作製した。
【０１７１】
なお、比較例２−１および比較例２−２の加速度センサにおいて、２つの検出素子の接合の構成以外の、構成および寸法は、全て本実施例の加速度センサ１の構成および寸法と同様であるものとした。
【０１７２】
そして、以上のようにして作製した本実施例の加速度センサ１ならびに比較例２−１および比較例２−２の加速度センサの電圧感度を、以下のように容量の値および電荷感度を測定することによって算出し、それぞれを比較した。
【０１７３】
ここで、表３に、各加速度センサの容量の値，電荷感度および電圧感度を示す。なお、表３において、図番号の欄の記載は、測定を行なった本実施例の加速度センサに対応する図面の番号を示しているものである。また、図番号の欄における「−」の記載は、比較例２−１および比較例２−２としての加速度センサは図面で示されていないことを示すものである。なお、表３に示すように、各加速度センサの電極交差率は全て49％であるものとした。
【０１７４】
【表３】
2011117919.tif 000005
【０１７５】
なお、このような本実施例の加速度センサ１および比較例２−１および比較例２−２の加速度センサの容量値を、第１の実施例で説明したのと同様の方法によって測定したところ、表３の容量の欄に示すように、それぞれの加速度センサの容量の値は、全て404ｐＦであった。
【０１７６】
このような本実施例の加速度センサ１，比較例２−１および比較例２−２の加速度センサを、それぞれ実装用配線基板上に半田によって接合した。
【０１７７】
この実装用配線基板は、ガラスエポキシ材料を使用して、表面には加速度センサの外部端子に対応する基体側電極パッドが形成されたものとした。
【０１７８】
そして、これら本実施例の加速度センサ１，比較例２−１および比較例２−２の加速度センサに、それぞれ200Ｈｚの正弦波振幅によって２Ｇの加速度を与えた。
【０１７９】
そして、第１の実施例で説明したのと同様の方法によって、それぞれの加速度センサから検出された電荷感度の値を測定した。その結果、表３の電荷感度の欄に示すように、本実施例の加速度センサ１においては電荷感度の値が0.126ｐＣであり、比較例２−１および比較例２−２の加速度センサにおいては電荷感度の値が0.123ｐＣおよび0.121ｐＣであった。
【０１８０】
従って、それぞれの加速度センサの電荷感度の値を容量の値で割ると、本実施例，比較例２−１および比較例２−２の加速度センサの電圧感度の値は、表３の電圧感度の欄に示すように、それぞれ0.31ｍＶ／Ｇ，0.304ｍＶ／Ｇおよび0.299ｍＶ／Ｇであった。
【０１８１】
この結果より、本発明の実施例の加速度センサ１は、それぞれ圧電セラミック板４と、圧電セラミック板４の一方の主面４ａに圧電セラミック板４の幅方向の全部に形成された第１電極５と、圧電セラミック板４の他方の主面４ｂに圧電セラミック板４の幅方向の一部に形成された第２電極６とを含む２つの検出素子２が、他方の主面４ｂ同士を接合層15を介して貼り合わされて積層型検出素子14とされていることから、積層型検出素子14において加速度が加わった際に最も歪みが大きくかつ電荷が多く発生する上面および下面に、第２電極６より面積の大きい第１電極５がそれぞれ形成されているので、電荷感度を向上させることができ、結果として、加速度センサ１の電圧感度を向上させることができることが分かった。
【０１８２】
なお、本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良等が可能である。
【０１８３】
例えば、積層型検出素子14を構成している検出素子の第２電極６は、圧電セラミック板４の他方の主面４ｂにおいて、圧電セラミック板４の幅方向の中央に形成されていてもよいし、圧電セラミック板４の幅方向の縁に形成されていてもよい。つまり、第２電極６は、圧電セラミック板４の幅方向におけるどの位置に形成されていてもよいものである。このような変形が可能であることによって、加速度センサ１を作製する際の、設計の自由度を向上させることができるので好ましい。
【符号の説明】
【０１８４】
１：加速度センサ
２：検出素子
２ａ：一端
２ｂ：他端
３：支持部材
４：圧電セラミック板
４ａ：一方の主面（上面）
４ｂ：他方の主面     （下面）
５：電極（第１電極）
６：電極（第２電極）
７，８：電極非形成領域
９：封止用ケース
10：外部端子
11：挿入窓
12：樹脂バンプ
13：樹脂材
14：積層型検出素子
15：接合層
【図１】
2011117919.tif 000006
【図２】
2011117919.tif 000007
【図３】
2011117919.tif 000008
【図４】
2011117919.tif 000009
【図５】
2011117919.tif 000010
【図６】
2011117919.tif 000011
【図７】
2011117919.tif 000012
【図８】
2011117919.tif 000013
【図９】
2011117919.tif 000014
【図１０】
2011117919.tif 000015
【図１１】
2011117919.tif 000016
【図１２】
2011117919.tif 000017
【図１３】
2011117919.tif 000018
【図１４】
2011117919.tif 000019
【図１５】
2011117919.tif 000020