(57)【要約】【課題】工程数の削減と小型化を可能にした加速度センサを提供する。【解決手段】リード電極１ａ，１ｂを有し少なくとも一端側に開口部１ｈが形成された直方体状のケース１内に固定用貫通孔２ｈを有した固定部２を設け、固定用貫通孔２ｈに、接着材９を介し複数個の圧電基板３１，３２を貼り合わせてなる振動検出素子３を挿入・保持した上、ケースの開口部１ｈを封止用樹脂５にて塞ぐようにした加速度センサであって、振動検出素子３の一端部に、振動検出素子３を挟んで対向する一対の保持用樹脂４ａ，４ｂを取着させるとともに、この一対の保持用樹脂４ａ，４ｂを固定用貫通孔２ｈの内面に密着せしめた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リード電極を有し少なくとも一端側に開口部が形成された直方体状のケース内に固定用貫通孔を有した固定部を設け、前記固定用貫通孔に、接着材を介し複数個の圧電基板を貼り合わせてなる振動検出素子を挿入・保持した上、前記ケースの開口部を封止用樹脂にて塞ぐようにした加速度センサであって、
前記振動検出素子の一端部に、該振動検出素子を挟んで対向する一対の保持用樹脂を取着させるとともに、該一対の保持用樹脂を前記固定用貫通孔の内面に密着せしめたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記振動検出素子の他端部が自由端となっていることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記接着材がガラス布基材エポキシ樹脂から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記封止用樹脂及び前記保持用樹脂の双方がエポキシ系樹脂から成るとともに、両樹脂が前記ケースの開口部近傍にて相互に接着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記圧電基板の両主面に一対の信号電極が被着されており、該信号電極の一部を前記圧電基板の側方側周縁部まで延在させるとともに、該延在部を、前記ケース内で前記振動検出素子の側面近傍に延出されるリード電極の端部に対し導電性接着材を介して電気的に接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記固定部表面のケースの開口部側の所定領域から、前記一対の保持用樹脂表面のケースの開口部側の所定領域にかけて樹脂の堰を設けたことを特徴とする請求項５に記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電基板から成る振動検出素子を用いた加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサは、ハードディスクドライブ等に外部から加わる物理的な衝撃を検出するものであり、従来から、圧電基板から成る振動検出素子を用いたものが数多く提案されている。
【０００３】
例えば、リード電極をインサートモールドした支持体に貫通孔を設け、貫通孔に振動検出素子の一端を圧入して保持し、導電性接着材を介して振動電極素子とリード電極とを電気的に接続した加速度センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。振動検出素子は、別途用意したケースを被せることにより気密封止され、他端側が振動領域となっている。加速度センサに衝撃が加わると、変形の圧電効果による電荷が振動検出素子に発生し、検出される。
【０００４】
尚、加速度センサは感度の向上も求められており、接着剤を介して複数個の圧電基板を貼り合わせた振動検出素子を採用し、圧電基板の両主面に被着された信号電極を並列に接続した構造の加速度センサも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平９−１１３５３３号公報
【特許文献２】特許第３２０３５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上述した従来の加速度センサでは、振動検出素子を気密封止するケースとは別に、振動検出素子を固定する支持体を必要としているので、加速度センサの小型化が図りにくい。
【０００６】
また、加速度センサを製造する工程においても、振動検出素子を固定する工程と、振動検出素子をケースに収納する工程とが別々に必要であるため、工程数が多くなり、製造コストの低減が図りにくい。
【０００７】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、工程数の削減と小型化を可能にした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】
【０００８】
本発明の加速度センサは、リード電極を有し少なくとも一端側に開口部が形成された直方体状のケース内に固定用貫通孔を有した固定部を設け、前記固定用貫通孔に、接着材を介し複数個の圧電基板を貼り合わせてなる振動検出素子を挿入・保持した上、前記ケースの開口部を封止用樹脂にて塞ぐようにした加速度センサであって、前記振動検出素子の一端部に、該振動検出素子を挟んで対向する一対の保持用樹脂を取着させるとともに、該一対の保持用樹脂を前記固定用貫通孔の内面に密着せしめたことを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明の加速度センサは、前記振動検出素子の他端部が自由端となっていることを特徴とするものである。
【００１０】
更に本発明の加速度センサは、前記接着材がガラス布基材エポキシ樹脂から成ることを特徴とするものである。
【００１１】
また更に本発明の加速度センサは、前記封止用樹脂及び前記保持用樹脂の双方がエポキシ系樹脂から成るとともに、両樹脂が前記ケースの開口部近傍にて相互に接着されていることを特徴とするものである。
【００１２】
更にまた本発明の加速度センサは、前記圧電基板の両主面に一対の信号電極が被着されており、該信号電極の一部を前記圧電基板の側方側周縁部まで延在させるとともに、該延在部を、前記ケース内で前記振動検出素子の側面近傍に延出されるリード電極の端部に対し導電性接着材を介して電気的に接続したことを特徴とするものである。
【００１３】
また更に本発明の加速度センサは、前記固定部表面のケースの開口部側の所定領域から、前記一対の保持用樹脂表面のケースの開口部側の所定領域にかけて樹脂の堰を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の加速度センサによれば、振動検出素子の一端部に、振動検出素子を挟んで対向する一対の保持用樹脂を取着させるとともに、一対の保持用樹脂をケース内に設けた固定部の固定用貫通孔の内面に密着せしめたことから、振動検出素子を固定する部位に複雑な構造を必要としなくなるので、加速度センサの小型化を図ることができる。加速度センサを製造する工程においても、振動検出素子をケースに収納する工程で、振動検出素子の固定が同時に行われるため、工程数が少なくなり、製造コストの低減も図ることができる。
【００１５】
また本発明の加速度センサによれば、封止用樹脂及び保持用樹脂の双方がケースの開口部近傍にて相互に接着されていることから、封止用樹脂によって振動検出素子の固定力が強化される。
【００１６】
更に本発明の加速度センサによれば、信号電極の一部を圧電基板の側方側周縁部まで延在させるとともに、延在部を、ケース内で振動検出素子の側面近傍に延出されるリード電極の端部に対し導電性接着材を介して電気的に接続したことから、主面で固定し側面で電気的な接続を行うので、振動検出素子の固定を振動検出素子の主面で占有することができ、固定領域が効率良く小さくなり、加速度センサをより小型にすることができる。
【００１７】
また更に本発明の加速度センサによれば、固定部表面のケースの開口部側の所定領域から、一対の保持用樹脂表面のケースの開口部側の所定領域にかけて樹脂の堰を設けたことから、振動検出素子の一方の側面近傍に形成される導電性接着材が流動しても、流動した導電性接着材が他方の側面まで到達することが少なくなり、リード電極間の短絡発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の加速度センサを添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態に係る加速度センサの外観斜視図、図２は図１に示す加速度センサの封止用樹脂を除いた図である。同図に示す加速度センサは、大略的にはリード電極１ａ、１ｂを有したケース１内に振動検出素子３を収納し、開口部１ｈを封止用樹脂５で封止した構造を有している。
【００２０】
振動検出素子３を収納する直方体状のケース１は、一端側に開口部１ｈを有した容器体であり、材質としては例えば、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）等が用いられる。
【００２１】
ケース１にはリード電極１ａ、１ｂが取り付けられており、ハンダ等によって外部の回路配線基板との電気的な接続及び固定を行う。リード電極１ａ、１ｂは、材質としては例えばリン青銅等が用いられ、その厚みは例えば０．１〜０．５ｍｍに設定される。尚、本実施形態の加速度センサにおいては、リード電極１ａ、１ｂは、インサートモールドによりケース１に一体成型させた。
【００２２】
封止用樹脂５は、ケース１の開口部１ｈを塞ぐようにして形成され、材質としては例えばエポキシ系樹脂等が用いられる。
【００２３】
図３は本実施形態の加速度センサに用いる固定部２の外観斜視図である。ケース１内に設けられた固定部２は、ケース１と同一材料が用いられ、ケース１の一部として開口部１ｈ付近に設けられたものであり、振動検出素子３を圧入する固定用貫通孔２ｈが設けられている。また、後述する導電性接着材６ａ，６ｂをポッティングするための凹部２ａ，２ｂが設けられており、凹部２ａ，２ｂ内にはリード電極１ａ、１ｂから延出されたリード電極の端部７ａ，７ｂが露出されている。
【００２４】
図４は本実施形態の加速度センサに用いる振動検出素子３の外観斜視図であり、図５は図４の振動検出素子の固定端部を一部透視して示した斜視図である。同図に示す振動検出素子３は、両主面に一対の信号電極３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂが被着した短冊状の圧電基板３１，３２を、接着剤９を介し複数個貼り合わせた構造を有している。本実施形態の加速度センサにおいては、圧電基板を２枚貼り合わせることによりバイモルフ型を構成する振動検出素子を用いた。
【００２５】
圧電基板３１，３２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から成り、寸法は長さが０．５〜５．０ｍｍ、幅が０．２〜１．０ｍｍ、厚みが０．１〜１．０ｍｍの短冊状に設定される。
【００２６】
圧電基板３１，３２の製作には、原料粉末にバインダを加えてプレスする方法、或いは、原料粉末を水、分散剤と共にボールミルを用いて混合及び乾燥し、バインダ、溶剤、可塑剤等を加えてドクターブレード法により成型する方法などによってシート状と成す工程、１１００℃〜１４００℃のピーク温度で数１０分〜数時間焼成して基板を形成する工程、厚み方向に、例えば６０℃〜１５０℃の温度にて３ｋＶ／ｍｍ〜１５ｋＶ／ｍｍの電圧をかけ分極処理を施す工程を含む製造方法が採用される。
【００２７】
振動検出素子３の一端部で、振動検出素子３を挟んで対向するように取着された一対の保持用樹脂４ａ，４ｂは、材質としてはエポキシ系樹脂等が用いられ、厚みは２０〜１００μｍに設定される。保持用樹脂４ａ，４ｂの形成に際しては、先ず、圧電基板３１，３２となる２枚の圧電母基板が接合されたシートを準備し、シートの両主面の所定位置にスクリーン印刷で樹脂ペーストを印刷・硬化させる。必要に応じてスクリーン印刷を複数回重ねたり、厚み精度を出すために保持用樹脂の上面を研磨してもよい。そして、硬化した樹脂ペーストの位置を確認しながら所定の長さの保持用樹脂と自由長が得られる位置にダイシングソー等を用いて切断することで、保持用樹脂４ａ，４ｂが被着された振動検出素子３を得ることができる。振動検出素子３の形状としてはたとえば長さ３．０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、厚み０．２５ｍｍ、自由長２．０ｍｍである。
【００２８】
上述した振動検出素子３は、他端部側から固定部２の固定用貫通孔２ｈに挿入され、一端部を固定用貫通孔２ｈに圧入することにより固定される。取着された保持用樹脂４ａ，４ｂが、工程での高い圧入性と、圧入後の強固な固定とを実現する。圧入された振動検出素子３は、先に挿入された一端部が自由端となり、他端部が固定端となる。
【００２９】
一対の保持用樹脂４ａ，４ｂをケース１内に設けた固定部２の固定用貫通孔２ｈの内面に密着せしめたことから、振動検出素子３を固定する部位に複雑な構造を必要としなくなるので、加速度センサの小型化を図ることができる。加速度センサを製造する工程においても、振動検出素子３をケース１に収納する工程で、振動検出素子３の固定が同時に行われるため、工程数が少なくなり、製造コストの低減を図ることができる。
【００３０】
固定された振動検出素子３は、外部から物理的な衝撃が加わると固定部２を軸にして自由端側がたわみ、貼り合わされている圧電基板３１，３２の両主面に被着した一対の信号電極３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂに電荷が発生するのでその衝撃を振動として検出することができる。
【００３１】
図６（ａ）〜（ｃ）は図１のＡ−Ａ’線断面図であり、自由端から、保持用樹脂４ａ，４ｂの固定用貫通孔２ｈの内面に密着した領域のうち最も自由端側に位置する密着部端Ｘまでが、振動検出素子３の自由長Ｌとなる。図６（ｂ）に示すように保持用樹脂４ａ，４ｂの自由端側の端部が固定用貫通孔２ｈの内面よりも自由端側に位置した場合でも、自由端から密着部端Ｘまでが自由長Ｌとなるので、図６（ａ）に示すように保持用樹脂４ａ，４ｂの自由端側の端部を固定用貫通孔２ｈの内面と密着する領域に配置させるのが好ましい。圧入の深さに多少のばらつきがあったとしても、自由長Ｌを一定にすることができる。図６（ｃ）に示すように保持用樹脂４ａ，４ｂにテーパが形成されている場合においても自由長Ｌは同様に設定される。
【００３２】
振動検出素子３の固定は、水平方向に対して傾斜するように設定され、その垂直方向のみならず横方向からの応力に対しても感知することが可能となっている。具体的には、ケース１の実装面となる主面に対して垂直な面と振動検出素子３の主面とが成す角（鋭角になる側の角）が、用途に応じて２０〜５０°の範囲で設定される。
【００３３】
圧電基板３１，３２の両主面に被着した信号電極３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂは、材質としては、例えば金、銀、銅、クロム、ニッケル、錫、鉛、アルミニウム等の良導電性の金属から成り、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基板３１，３２の両主面に被着・形成されるか、或いは、上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パターンに塗布し、高温で焼き付けることにより被着・形成される。
【００３４】
圧電基板３１，３２を貼り合わせる接着剤９は、材質としては、ガラス布基材エポキシ樹脂、無機質ガラス、エポキシ樹脂などの絶縁材料や、導電性接着材、金属シート等の導体材料が用いられる。ガラス布基材エポキシ樹脂による接合では、ガラス繊維の間にエポキシ樹脂を含浸させたプリプレーグ材を間に挟んで圧電基板を上下に重ね合わせ、加圧しながら加熱することによりエポキシ樹脂を所定の厚みに圧縮して硬化させる。無機質ガラスによる接合では、ガラスペーストを印刷塗布した後、重ね合わせ、荷重を加えながら焼成炉を用いて溶融一体化する。焼成炉では３００〜７００℃に加熱される。焼成の際は、真空炉の中で行っておけば、ガラス接合中間層中の気泡混入を抑制することができる。３００℃以上の高温度で接合した場合は圧電基板の分極が減極するので接合後の分極処理する必要がある。
【００３５】
信号電極３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂの一部を圧電基板３１，３２の側方側周縁部まで延在させるとともに、延在部を、ケース１内で振動検出素子３の側面近傍に延出されるリード電極の端部７ａ，７ｂに対し導電性接着材６ａ，６ｂを介して電気的に接続したので、信号電極に発生した電荷によってリード電極１ａ，１ｂから外部に電流による信号が出力される。また、信号電極３１ａ，３２ａ及び信号電極３１ｂ，３２ｂを、それぞれ並列に接続しているので感度が高い加速度センサが得られ、加えて、主面で固定し側面で電気的な接続を行うので、振動検出素子３の固定領域が効率良く小さくなり、加速度センサをより小型にすることができる。尚、導電性接着材６ａ，６ｂは凹部２ａ，２ｂに形成されており、ポッティングした際の広がりが抑えられている。
【００３６】
封止用樹脂５を、振動検出素子３をケース１内に収納して後述する固定部２に固定させた後、ケース１の開口部１ｈに流し込むようにして形成しておけば、振動検出素子３の固定が補助される。
【００３７】
この際、封止用樹脂５及び保持用樹脂４ａ，４ｂの双方がエポキシ系樹脂から成っているので、ケースの開口部１ｈ近傍にて相互に接着されていることによって、振動検出素子３の固定力がより強化される。
【００３８】
固定部２表面のケースの開口部１ｈ側の所定領域から、一対の保持用樹脂４ａ，４ｂ表面のケースの開口部１ｈ側の所定領域にかけては樹脂の堰８ａ、８ｂを設けており、振動検出素子３の一方の側面近傍に形成される導電性接着材６ａ，６ｂが流動しても、流動した導電性接着材６ａ，６ｂが他方の側面まで到達することが少なくなり、リード電極間の短絡発生を低減することができる。具体的には、固定部２の表面と、固定用貫通孔２ｈから露出する保持用樹脂４ａ、４ｂの表面とで構成される谷部に、導電性接着材６ａ，６ｂが流動しても、それを堰止めるに必要な量の樹脂の堰８ａ、８ｂが設けられている。
【００３９】
尚、本発明は上述の実施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、改良が可能である。
【００４０】
例えば、上述した実施形態においては、振動検出素子３は、圧電基板を２枚貼り合わせた構造としているが、３枚以上重ねても良い。この場合、電荷の発生量を多くすることができるので、加速度センサの感度を高めることができる。
【００４１】
また本実施形態においては、振動検出素子３の固定端は固定部２から露出しているが、固定端を固定用貫通孔２ｈに配置させても良く、固定部２には凹部２ａ，２ｂが設けられているので、振動検出素子３の側面側で導電性接着材６ａ，６ｂと接続することができる。この場合、樹脂の堰８ａ、８ｂは、導電性接着材６ａ，６ｂとの間を横切るように振動検出素子３及び保持用樹脂４ａ，４ｂを乗り越えさせて結合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る加速度センサの外観斜視図である。
【図２】図１に示す加速度センサの封止用樹脂を除いた図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る加速度センサに用いる固定部の外観斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る加速度センサに用いる振動検出素子の外観斜視図である。
【図５】図４の振動検出素子の固定端部を一部透視した外観斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・ケース
１ａ、１ｂ・・・リード電極
１ｈ・・・開口部
２・・・固定部
２ａ、２ｂ・・・三角段差
２ｈ・・・固定用貫通孔
３・・・振動検出素子
４ａ、４ｂ・・・保持用樹脂
５・・・封止用樹脂
６ａ、６ｂ・・・導電性接着材
７ａ、７ｂ・・・リード電極の端部
８ａ、８ｂ・・・樹脂の堰
９・・・接着剤
３１、３２・・・圧電基板
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ・・・信号電極
【図１】
2005315847.tif 000003
【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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