(57)【要約】【課題】電圧感度を維持した状態で電荷感度が向上された加速度センサを簡単な構成で提供する。【解決手段】応力に応じた電荷を発生させる圧電振動子２と、圧電振動子２上に形成された錘部１とを有し、圧電振動子２は表裏面に複数の対をなす検出電極３ａ及び３ｂ，並びに４ａ及び４ｂを有し、これらで形成される静電容量Ｃｄ１及びＣｄ２が並列に接続されるように、検出電極３ａ及び４ａ，並びに３ｂ及び４ｂを各々並列に接続した。これにより、電圧感度を維持した状態で電荷感度を２倍とすることが可能となる。【選択図】　　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力に応じた電荷を発生させる振動子と、前記振動子上に形成された錘部とを有する加速度センサであって、
前記振動子は表裏面に複数の対をなす検出電極を有し、
前記検出電極で形成される静電容量を並列に接続したことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記複数の対をなす検出電極において、前記振動子を介して対角に位置する検出電極同士が接続されることで、前記静電容量が並列に接続されることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記振動子は圧電体の単層板であることを特徴とする請求項１又は２記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記錘部は重心位置が前記振動子上の領域外に位置することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記振動子は該振動子を介して対角に位置する検出電極同士を接続するためのスルーホールを有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記錘部は前記振動子の表面に形成された検出電極を露出するための溝を有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記振動子を介して対角に位置する検出電極同士が金属ワイヤ又は導電性樹脂で接続されていることを特徴とする請求項６記載の加速度センサ。
【請求項８】
前記錘部は表面に形成された電極と、前記振動子における検出電極と前記電極とを接続するためのスルーホールとを有し、
前記振動子を介して対角に位置する検出電極同士が、前記電極及び前記スルーホールを介して接続されることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の加速度センサ。
【請求項９】
前記振動子の裏面に形成された検出電極と前記錘部の表面に形成された電極とが金属ワイヤ又は導電性樹脂で接続されていることを特徴とする請求項８記載の加速度センサ。
【請求項１０】
前記錘部は絶縁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の加速度センサ。
【請求項１１】
前記錘部は、絶縁コーティングされた金属で形成されていることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の加速度センサ。
【請求項１２】
前記錘部は金属で形成されており、
前記錘部と前記振動子の表面に形成された検出電極との間に絶縁層を有することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の加速度センサ。
【請求項１３】
前記振動子の下部に回路基板を有し、
前記振動子の裏面に形成された検出電極と前記回路基板とがボンディングされていることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の加速度センサ。
【請求項１４】
請求項１から１３の何れか１項に記載の前記加速度センサをパッケージングしたことを特徴とする加速度センサパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体に加わる衝撃及び加速度を検出するために用いられる圧電型の加速度センサに関し、特に加速度により生じる慣性力により発生する特徴量を検出する加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤという）の高記録密度化が急速に発達している。この高記録密度化には、読み出し／書き込み動作を行うヘッドの位置決めの精密制御が重要な要素の１つとなる。
【０００３】
例えばパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）内の他の電子機器（ＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭ等）からの外部振動によりＨＤＤ筐体自身が回転振動をした場合、ヘッドの位置決め制御を維持するために、回転振動を検出してこれを解消する処理を行う必要が生じる。
【０００４】
このような回転振動の検出には一般的に加速度センサが使用されている。具体的には、２つの加速度センサを使用し、互いの出力差に基づいて回転振動を検知する。
【０００５】
また、近年急速に普及してきている携帯型の電子機器等では、予期せぬ衝撃を受けた際の信頼性を維持するために、衝撃を検知してこれを解消することが大いに重要となる。上述のような加速度センサは、例えばノート型ＰＣやデスクトップ型ＰＣ等の携帯型の電子機器に内蔵されたＨＤＤが衝撃を受けた際の読み出し／書き込みエラー防止等のためにも広く使用されている。
【０００６】
尚、加速度センサが搭載される電子機器の高性能化に伴い、これら電子機器を低ノイズ化する必要がある。その対策としては、信号増幅回路にラインノイズに対して低ノイズ化が可能な電荷増幅型アンプが提案されている。但し、このような電荷増幅回路とマッチング性を向上するために、加速度センサには高電荷感度化が要求されている。
【０００７】
ここで、一般的な圧電型の加速度センサ１００を従来技術１として図１に示す。図１（ａ）を参照すると明らかなように、加速度センサ１００は、回路基板１０３上に圧電振動子１０２が設けられ、更に圧電振動子１０２上に錘部１０１が設けられている。尚、圧電振動子１０２は、図中Ｚ方向に分極処理されている。また、錘部１０１は重心が圧電基板１０２上の領域から外された位置に設けられている。
【０００８】
圧電振動子１０２は、図１（ｂ）に示すように、電極１０３ａ及び１０３ｂで構成された静電容量Ｃｄ１を有している。尚、図１（ｃ）に、（ｂ）に示す圧電振動子１０２の等価回路を示す。この構成において加速度センサ１００（特に錘部１０１）に振動や衝撃等が加えられると、圧電振動子１０２に電荷（発生電荷Ｑ１）が発生する。
【０００９】
従って、従来技術１では、静電容量Ｃｄ１に依存する電圧感度ＳＶ（式１参照）又は電荷感度ＳＱ（式２参照）に基づいて、加速度センサ１００の圧電振動子１０２における発生電荷Ｑ１を電圧値又は電荷値として検出することで、振動や衝撃等が加えられたことを検出する。
ＳＶ＝Ｑ１／Ｃｄ１　　　…（式１）
ＳＱ＝ＳＶ×Ｃｄ１　　　…（式２）
【００１０】
また、加速度センサの電荷感度を更に改善した技術として、例えば特開２０００−１２１６６１号公報が開示するところの電荷感度型の加速度センサ２００が存在する。これを従来技術２として図２に示す。
【００１１】
図２（ａ）に示すように、加速度センサ２００は圧電振動子２０２が２層の圧電体を有する構造を成している。その等価回路を図２（ｂ）に示す。この構成において、圧電体の検出電極を並列接続して分極方向を調整することで、従来技術２では静電容量が大きくなり、電荷の検出感度が向上される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術２のような積層された圧電体を利用する加速度センサでは、静電容量を上げるために、圧電体を多層化し、各圧電体の分極軸を調整し、これらの検出電極を複雑に接続する必要があるため、構成が複雑化し、製造が煩雑化するという問題が存在する。この問題は、低コスト化を困難とする問題に繋がる。更に、従来技術２の構成では、電圧感度が低下するため、検出信号とノイズとの分離が困難となるという問題も存在する。
【００１３】
従って、本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、電圧感度を維持した状態で電荷感度が向上された加速度センサを簡単な構成で提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は、請求項１記載のように、応力に応じた電荷を発生させる振動子と、前記振動子上に形成された錘部とを有する加速度センサであって、前記振動子が表裏面に複数の対をなす検出電極を有し、前記検出電極で形成される静電容量を並列に接続した。これにより、複雑な構造を有することなく静電容量が並列に接続されるため、電圧感度を維持した状態で電荷感度が向上された加速度センサを簡単な構成で実現できる。
【００１５】
また、上記の加速度センサは、例えば請求項２のように、前記複数の対をなす検出電極において、前記振動子を介して対角に位置する検出電極同士が接続されることで、前記静電容量が並列に接続されるように構成することもできる。
【００１６】
また、上記の加速度センサにおいて、例えば請求項３のように、前記振動子を圧電体の単層板で構成することもできる。
【００１７】
また、上記の加速度センサにおいて、例えば請求項４記載のように、前記錘部が、重心位置が前記振動子上の領域外に位置するように構成することもできる。
【００１８】
また、上記の加速度センサにおいて、例えば請求項５のように、前記振動子が該振動子を介して対角に位置する検出電極同士を接続するためのスルーホールを有するように構成することもできる。
【００１９】
また、上記の加速度センサにおいて、例えば請求項６のように、前記錘部が前記振動子の表面に形成された検出電極を露出するための溝を有するように構成することも可能である。
【００２０】
また、上記の加速度センサは、例えば請求項７記載のように、前記振動子を介して対角に位置する検出電極同士が金属ワイヤ又は導電性樹脂で接続されているように構成することもできる。
【００２１】
また、上記の加速度センサにおいて、例えば請求項８のように、前記錘部が表面に形成された電極と、前記振動子における検出電極と前記電極とを接続するためのスルーホールとを有し、前記振動子を介して対角に位置する検出電極同士が、前記電極及び前記スルーホールを介して接続されるように構成することもできる。
【００２２】
また、上記の加速度センサは、例えば請求項９のように、前記振動子の裏面に形成された検出電極と前記錘部の表面に形成された電極とが金属ワイヤ又は導電性樹脂で接続されているように構成することもできる。
【００２３】
また、上記の加速度センサにおいて、例えば請求項１０のように、前記錘部が絶縁性材料で形成されているように構成することもできる。
【００２４】
また、上記の加速度センサにおいて、例えば請求項１１のように、前記錘部が絶縁コーティングされた金属で形成されているように構成することもできる。
【００２５】
また、上記の加速度センサにおいて、例えば請求項１２のように、前記錘部が、金属で形成されており、前記錘部と前記振動子の表面に形成された検出電極との間に絶縁層を有するように構成することもできる。
【００２６】
また、上記の加速度センサは、例えば請求項１３のように、前記振動子の下部に回路基板を有し、前記振動子の裏面に形成された検出電極と前記回路基板とがボンディングされているように構成することも可能である。
【００２７】
また、本発明は、請求項１４記載のように、上記の加速度センサをパッケージングした。これにより、上記の効果を得られる加速度センサをパッケージングして提供することが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２９】
〔第１の実施形態〕
まず、本発明の第１の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図３は、本実施形態による加速度センサ１０の構成を示す図であり、（ａ）はその斜視図である。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、加速度センサ１０は、回路基板３上に圧電振動子２が形成され、圧電振動子２上に、その重心が圧電振動子２上から外れた領域に位置される錘部１が形成される。この錘部１は、例えばセラミックスやガラス等の絶縁性材料で形成される。尚、以下の説明では、圧電振動子２の錘側の面を表面とし、回路基板３側の面を裏面とする。
【００３１】
圧電振動子２の表裏面には、図３（ｂ）に示すように、２組の検出電極３ａ及び３ｂ並びに４ａ及び４ｂが形成される。この構成において、検出電極３ａ及び３ｂは静電容量Ｃｄ１を形成し、検出電極４ａ及び４ｂは静電容量Ｃｄ２を形成する。
【００３２】
また、検出電極３ａ及び４ａと、検出電極３ｂ及び４ｂとは、図３（ｂ）に示すように、回路基板３において各々並列に接続される。これにより、単層板である圧電振動子２の表裏面に形成された複数の検出電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂにおいて、圧電振動子２の厚み方向に対して斜めに対向する検出電極同士が並列に接続された構成（並列接続電極構成）が形成される。これにより、錘部１の振動により圧電振動子２の対角で発生した同じ極性の電荷同士を有効に利用することが可能となる。尚、図３（ｂ）の等価回路を（ｃ）に示す。
【００３３】
以上のように、静電容量Ｃｄ１及びＣｄ２を並列な構成とすることで、圧電振動子２全体の静電容量Ｃｄは、以下の（式３）で示される。また、（式３）を参照すると明らかなように、本実施形態による静電容量Ｃｄは、従来技術１による圧電振動子１０２の２倍となる。
Ｃｄ＝Ｃｄ１＋Ｃｄ２＝２Ｃｄ１　　　…（式３）
（但し、Ｃｄ１＝Ｃｄ２）
【００３４】
従って、本実施形態では、以下の（式４）で示すように、本実施形態で検出される発生電荷Ｑが従来技術１と比較して２倍となる。これは、静電容量Ｃｄ１で発生電荷Ｑ１が検出され、静電容量Ｃｄ２で発生電荷Ｑ２が検出されるためである。
Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２＝２Ｑ１　　　…（式４）
（但し、Ｑ１＝Ｑ２）
【００３５】
また、上記の（式３）及び（式４）より、加速度センサ１０の電圧感度ＳＶ’と電荷感度ＳＱ’とは、以下の（式５）及び（式６）で与えられる。
ＳＶ’＝Ｑ／Ｃｄ＝２Ｑ１／２Ｃｄ＝ＳＶ　　　…（式５）
ＳＱ’＝ＳＶ’×Ｃｄ＝ＳＶ×２Ｃｄ１＝２ＳＱ　　　…（式６）
【００３６】
このように、本実施形態による加速度センサ１０では、従来技術１と比較して、電圧感度が同一であり、電荷感度が２倍となる。尚、本実施形態による電圧感度及び電荷感度（実測及び計算）と、従来技術１による電圧感度及び電荷感度（実測及び計算）との比較を、図４に示す。
【００３７】
次に、検出電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂと回路基板３との接続の一例を図５に示す。図５に示す例において、圧電振動子２の裏面に位置する検出電極３ｂ，４ａは直接回路基板３と接する面（裏面）側に形成されているため、これらは図５（ａ）に示すように、金やアルミニウム等の金属バンプ７，８を用いて回路基板３に直接ボンディングされるか、あるいは導電性樹脂もしくは異方導電性樹脂により接続される。
【００３８】
これに対し、圧電振動子２の表面に位置する検出電極３ａ，４ｂは、例えば錘部１の側壁を除去することで形成された溝（カット部１５，１６）を利用し、これにより露出された検出電極３ａ，４ａに金やアルミニウム等の金属ワイヤ５，６を接続することで、図５（ｂ）に示すような構成が得られる。換言すれば、以上のような接続形態により、各々が並列に接続される検出電極３ａ及び４ａ、３ｂ及び４ｂの接続が図られる。更に換言すれば、以上のような接続形態により、圧電振動子２を介して対角に位置する検出電極同士の並列接続が実現される。
【００３９】
以上のように構成することで、本実施形態では、電圧感度を維持した状態で電荷感度が向上された加速度センサを簡単な構成で実現することができる。
【００４０】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図６は、本実施形態による検出電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの接続形態を示す図である。
【００４１】
図６に示すように、本実施形態では、並列に接続される検出電極（３ａ及び４ａ、並びに３ｂ及び４ｂ）を圧電振動子２ｂ内に設けたスルーホール１１，１２を介して接続する。換言すれば、本実施形態では、圧電振動子２ｂを介して対角に位置する検出電極３ａ及び４ａ，並びに４ｂ及び３ｂが、圧電振動子２ｂ内部に厚み方向に斜めに設けられたスルーホール１１，１２を介して接続される。尚、スルーホール１１，１２は、圧電振動子２ｂ内部で交わらないように透視的に交差する。
【００４２】
スルーホール１１，１２は、サンドブラスト等を用いて圧電振動子２ｂに直接形成される。また、このように形成されたスルーホール１１，１２内部には、金やアルミニウム等の導電体が充填又はスパッタされることで、図示しない配線が形成される。これにより、組をなす２つの検出電極３ａ及び４ａ，並びに４ｂ及び３ｂが、各々並列に接続される。
【００４３】
また、他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４４】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。尚、本実施形態では、第１の実施形態とは別の検出電極及び接続形態の構成を例示する。
【００４５】
図７は、本実施形態による検出電極及び接続形態の構成の例を示す図である。図７（ａ），（ｂ）に示すように、本発明では、形成される２つの静電容量Ｃｄ１，Ｃｄ２が等しいのであれば、それぞれの静電容量Ｃｄ１，Ｃｄ２の検出電極（例えば１３ａ及び１４ｂ又は２３ａ，２４ｂ）の形状を如何様にも変形することが可能である。
【００４６】
尚、他の構成は、上記した第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４７】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。上記した第１の実施形態及び第３の実施形態では、並列接続される２組の検出電極３ａ及び４ａ，並びに３ｂ及び４ｂを、金属ワイヤ５，６で接続したが、本実施形態では、これを導電性樹脂に置き換えた場合について例を挙げる。
【００４８】
図８は、本実施形態による接続形態を示す上面図である。尚、（ａ）は図５（ｂ）に示す構成において接続を導電性樹脂５ａ，６ａに置き換えた場合を示し、（ｂ）は図７（ａ）に示す構成において接続を導電性樹脂５ａ，６ａに置き換えた場合を示し、（ｃ）は図７（ｂ）に示す構成において接続を導電性樹脂５ａ，６ａに置き換えた場合を示す。
【００４９】
尚、他の構成は、上記した第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５０】
〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。上記した第１の実施形態では、錘部１に例えばセラミックスやガラス等の絶縁性材料を使用した。これに対して本実施形態では、他の材料を使用する。
【００５１】
図９（ａ）は、錘部１ａに絶縁性材料でコーティングされた金属材料を使用した場合の例である。このように、表面を絶縁性材料でコーティングすることで、本実施形態では上記した各実施形態と同様の接続形態を適用することが可能である。
【００５２】
また、図９（ｂ）は、錘部１ｂにコーティングされていない金属材料を使用した場合の例である。このように、錘部１ｂに導電性の材料を使用した場合、錘部１ｂと圧電振動子２との間には、絶縁性の層（絶縁層）９を介在させる。これにより、圧電振動子２の表面の検出電極３ａ，４ｂが錘部１ｂと電気的に接続されることを回避できる。尚、絶縁層９は、例えば粒径が錘部１ｂと圧電振動子２との表面粗さ以上の径の無機フィラーを有するエポキシ樹脂等を用いて形成される。
【００５３】
また、他の構成は、上記した第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５４】
〔第６の実施形態〕
次に、本発明の第６の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。上記した第１の実施形態では、錘部１の側壁を除去することで形成されたカット部１５，１６を利用して、並列の組をなす検出電極３ａ及び４ａ，並びに３ｂ及び４ｂを接続していたが、これに対し本実施形態では、錘部１内部にスルーホールを形成することで、上記と同様の接続形態を達成する。
【００５５】
図１０（ａ）は、本実施形態による錘部１及び接続形態の第１の例を示す断面図及び上面図である。図１０（ａ）を参照すると明らかなように、第１の例では、錘部１上面に形成された電極１３，１４と圧電振動子２とを接続するスルーホール５ｂ，６ｂが錘部１内部に形成される。尚、スルーホール５ｂ，６ｂは、錘部１を介して対角に位置する電極同士を接続するために、錘部１内部で交わらないように透視的に交差する。また、検出電極３ａ及び４ａ，並びに３ｂ及び４ｂの接続は、電極１３及び４ａ，並びに１４及び３ｂを接続することで達成される。
【００５６】
図１０（ｂ）は、本実施形態による錘部１及び接続形態の第２の例を示す断面図及び上面図である。図１０（ｂ）を参照すると明らかなように、本第２の例では、錘部１上面に形成された電極１３，１４と圧電振動子２とを接続するスルーホール５ｃ，６ｃが錘部１内部に形成される。尚、スルーホール５ｃ，６ｃは、錘部１を介して上下に位置する電極同士を接続するために、錘部１の上下面に対して垂直方向に形成される。また、錘部１上面に形成された電極１３，１４と検出電極３ｂ，４ａを接続する配線は、並列接続をなすために交差される。また、検出電極３ａ及び４ａ，並びに３ｂ及び４ｂの接続は、電極１３及び４ａ，並びに１４及び３ｂを接続することで達成される。
【００５７】
また、図１０（ａ）で示した接続形態において、金属ワイヤ５，６を、図１０（ｃ）に示すように、例えば導電性樹脂５ｂ，６ｂに置き換えることも可能である。
【００５８】
尚、他の構成は、上記した第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５９】
〔第７の実施形態〕
また、上記した各実施形態による加速度センサ１０は、図１１に示すように、蓋２１等で加速度センサ・パッケージ２０としてパッケージングして提供することも可能である。
【００６０】
〔他の実施形態〕
以上、説明した実施形態は本発明の好適な一実施形態にすぎず、本発明はその趣旨を逸脱しない限り種々変形して実施可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高電圧感度を維持したまま電荷感度向上することが可能な加速度センサを、単層の圧電振動子を用いて簡易な構成で実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術１による加速度センサ１００の構成を示す図であり、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）は圧電振動子１０２の構造を示す断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の等価回路である。
【図２】従来技術２による加速度センサ２００の構成を示す図であり、（ａ）はその断面図であり、（ｂ）はその等価回路である。
【図３】本発明の第１の実施形態による加速度センサ１０の構成を示す図であり、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）は圧電振動子２の構造を示す断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の等価回路である。
【図４】本発明の第１の実施形態による加速度センサ１０と従来技術１による加速度センサ１００との電圧感度及び電荷感度を比較するグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態による加速度センサ１０の接続形態の例を示す図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は上面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による圧電振動子２ｂの等価回路を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態による電極配置及び接続形態を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態による電極配置及び接続形態を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施形態による錘部１ａ，１ｂの構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態による電極配置及び接続形態を示す図であり、（ａ）は第１の例を示し、（ｂ）は第２の例を示し、（ｃ）は第３の例を示す。
【図１１】本発明による加速度センサ１０をパッケージングした加速度センサ・パッケージ２０の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　加速素センサ
１　錘部
２、２ｂ　圧電振動子
３　回路基板
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ、１３ａ、１４ａ、２３ａ、２４ａ　検出電極
５、６　金属ワイヤ
５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ　絶縁層
７、８　金属バンプ
９　導電性樹脂
１１、１２、５ｂ、６ｂ　スルーホール
１３、１４　電極
１５、１６　カット部
２０　加速度センサ・パッケージ
２１　蓋
Ｃｄ１、Ｃｄ２　静電容量
【図１】
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【図２】
2004077255.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004077255.tif 000008
【図７】
2004077255.tif 000009
【図８】
2004077255.tif 000010
【図９】
2004077255.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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