(57)【要約】【課題】圧電素子の撓み変形を利用して加速度を検出するように構成された圧電型加速度センサを、容易にかつ低コストで製造可能とし、かつ、その圧電素子の支持強度を十分に確保可能とする。【解決手段】回路基板２２とこれに装着されたカバー２４とからなるケース１２に、圧電素子１４が収容された構成とする。その際、圧電素子１４は、その上面側電極２８Ａの所定部位において、撓み変形し得る態様でカバー２４に導通固定された構成とする。これにより圧電素子１４の支持構造を簡素化するとともにその支持強度を十分に確保する。また、圧電素子１４におけるカバー２４との導通固定位置の下面と回路基板２２の上面との間に、ねじりコイルバネ２０を、圧電素子１４の下面側電極２８Ｂと回路基板２２の上面に形成された導電層の一部とに導通させるようにして設ける。これにより従来のようなボンディングワイヤ等の配置を不要とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下両面に電極が形成された板状の圧電素子と、この圧電素子を収容するケースとを備えてなり、上記圧電素子の撓み変形を利用して上下方向の加速度を検出するように構成された圧電型加速度センサにおいて、
上記ケースが、上面に所定パターンで導電層が形成された回路基板と、この回路基板に対して上記導電層の一部と導通するようにして上方側から装着された金属製のカバーとからなり、
上記圧電素子が、該圧電素子の上面側電極の所定部位において、撓み変形し得る態様で上記カバーに導通固定されており、
上記圧電素子における上記カバーとの導通固定位置の下面と上記回路基板の上面との間に、導電性を有する弾性部材が、上記圧電素子の下面側電極と上記回路基板の導電層の一部とに導通するようにして設けられている、ことを特徴とする圧電型加速度センサ。
【請求項２】
上記ケース内における上記回路基板の上面に、上記圧電素子の両電極間に生じる電圧に応じた信号を出力するための電子部品が、上記回路基板の導電層の一部と導通するようにして実装されている、ことを特徴とする請求項１記載の圧電型加速度センサ。
【請求項３】
上記圧電素子が、片持ち梁状に形成されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の圧電型加速度センサ。
【請求項４】
上記圧電素子の先端部に、重錘が取り付けられている、ことを特徴とする請求項３記載の圧電型加速度センサ。
【請求項５】
上記圧電素子が、該圧電素子と略同一の平面形状を有する金属板に接着固定されている、ことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の圧電型加速度センサ。
【請求項６】
上記弾性部材が、ねじりコイルバネにより構成されている、ことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の圧電型加速度センサ。
【請求項７】
上記弾性部材が、板バネにより構成されている、ことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の圧電型加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、圧電素子の撓み変形を利用して加速度を検出するように構成された圧電型加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、加速度センサの一形式として圧電型加速度センサが知られている。
【０００３】
この圧電型加速度センサは、例えば「特許文献１」に記載されているように、上下両面に電極が形成された板状の圧電素子を備えており、この圧電素子が撓み変形したときにその両電極間に生じる電圧により上下方向の加速度を検出するようになっている。
【０００４】
そして、この圧電型加速度センサにおいては、その圧電素子がケースに収容された構成となっているが、その際、この圧電素子は、上記「特許文献１」にも記載されているように、回路基板に実装された構成となっていることが多い。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の圧電型加速度センサにおいては、その回路基板に対する圧電素子の実装を、圧電素子が撓み変形し得る態様で行う必要があるため、その実装構造がかなり複雑なものとなる。このため、圧電型加速度センサの製造工程も複雑なものとなり、その製造コストが高くついてしまう、という問題がある。しかも、このように圧電素子を撓み変形し得る態様で支持する実装構造では、圧電素子の支持強度を十分に確保することが容易でない、という問題もある。
【０００７】
また、上記従来の圧電型加速度センサにおいては、回路基板の上面に所定パターンで形成された導電層に対して、圧電素子の各電極を導通させることが必要となるが、その際、下面側電極に関しては、これを導電層の一部と直接導通させることが可能である一方、その上面側電極に関しては、ボンディングワイヤ等を介してこれを導電層の一部と導通させることが必要となる。したがって、この点においても、圧電型加速度センサの製造コストが高くついてしまう、という問題がある。
【０００８】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、圧電素子の撓み変形を利用して加速度を検出するように構成された圧電型加速度センサにおいて、その製造を容易にかつ低コストで行うことができるとともに圧電素子の支持強度を十分に確保することができる圧電型加速度センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、圧電素子の導通固定構造に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【００１０】
すなわち、本願発明に係る圧電型加速度センサは、
上下両面に電極が形成された板状の圧電素子と、この圧電素子を収容するケースとを備えてなり、上記圧電素子の撓み変形を利用して上下方向の加速度を検出するように構成された圧電型加速度センサにおいて、
上記ケースが、上面に所定パターンで導電層が形成された回路基板と、この回路基板に対して上記導電層の一部と導通するようにして上方側から装着された金属製のカバーとからなり、
上記圧電素子が、該圧電素子の上面側電極の所定部位において、撓み変形し得る態様で上記カバーに導通固定されており、
上記圧電素子における上記カバーとの導通固定位置の下面と上記回路基板の上面との間に、導電性を有する弾性部材が、上記圧電素子の下面側電極と上記回路基板の導電層の一部とに導通するようにして設けられている、ことを特徴とするものである。
【００１１】
上記構成において「上下両面」や「上下方向」等の方向性を示す用語は、圧電型加速度センサを構成する各部材相互間の位置関係を明確にするために便宜上用いたものであって、これにより圧電型加速度センサを実際に使用する際の方向性が限定されるものではない。すなわち、本願発明に係る圧電型加速度センサは、上記構成に示したままの姿勢で配置された状態では、上下方向の加速度を検出することが可能となり、上記構成に示した姿勢とは異なる姿勢（例えば上記構成に示した姿勢に対して９０°回転させた姿勢）で配置された状態では、上下方向以外の方向（例えば水平方向）の加速度を検出することが可能となる。
【００１２】
上記「板状の圧電素子」は、撓み変形し得るように構成されたものであれば、その具体的な形状は特に限定されるものではなく、例えば、梁状に形成されたものや膜状に形成されたもの等が採用可能である。また、この圧電素子の上面側電極において、カバーに導通固定される「所定部位」の具体的な位置についても、圧電素子が撓み変形し得るような位置であれば特に限定されるものではなく、例えば、梁状に形成されている場合には、その端部あるいは中央部等が採用可能であり、また、膜状に形成されている場合には、その周縁部あるいは中央部等が採用可能である。なお、この「圧電素子」のカバーへの導通固定は、圧電素子が撓み変形したときに該圧電素子とカバーとが干渉してしまわないような位置関係で行う必要があるが、これを実現するための具体的な構成は特に限定されるものではなく、例えば、カバーにおける圧電素子との導通固定部分を下方へ突出させるように形成することにより、あるいは、圧電素子とカバーとの導通固定を金属片等を介して行うこと等により実現可能である。
【００１３】
上記「弾性部材」は、圧電素子の下面と回路基板の上面との間に設けられたときに、圧電素子の下面側電極と回路基板の導電層の一部とを導通させるように構成されていれば、その材質や形状等の具体的な構成については特に限定されるものではなく、例えば、金属製のバネや導電性ゴム等が採用可能である。また、この「弾性部材」は、回路基板に対してハンダ付け等により固定された構成となっていてもよいし、回路基板に対して単に水平方向の位置決めがなされた構成となっていてもよい。
【００１４】
本願発明に係る圧電型加速度センサの用途は特に限定されるものではなく、通常の加速度センサとして用いることが可能であることはもちろんのこと、その速度変化検出機能を利用して振動センサとして用いることも可能である。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成に示すように、本願発明に係る圧電型加速度センサは、上下両面に電極が形成された板状の圧電素子の撓み変形を利用して上下方向の加速度を検出するように構成されており、その圧電素子を収容するケースは、上面に所定パターンで導電層が形成された回路基板と、この回路基板に対してその導電層の一部と導通するようにして上方側から装着された金属製のカバーとからなっているが、その際、圧電素子はその上面側電極の所定部位において撓み変形し得る態様でカバーに導通固定されており、また、圧電素子におけるカバーとの導通固定位置の下面と回路基板の上面との間には、導電性を有する弾性部材が圧電素子の下面側電極と回路基板の導電層の一部とに導通するようにして設けられているので、次のような作用効果を得ることができる。
【００１６】
すなわち、本願発明に係る圧電型加速度センサは、その圧電素子が上面側電極の所定部位において撓み変形し得る態様でカバーに導通固定されているので、従来の圧電型加速度センサのように圧電素子が撓み変形し得る態様で回路基板に固定された構成となっている場合に比して、圧電素子の支持構造を簡素化することができ、これにより圧電型加速度センサの製造工程を簡素化してその製造コスト低減を図ることができる。しかも、圧電素子は金属製のカバーに固定されているので、その支持強度を十分に確保することが容易に可能となる。
【００１７】
また、本願発明に係る圧電型加速度センサにおいては、上面の所定位置に弾性部材が配置された状態にある回路基板に対して、その上方側からカバーを装着することにより、圧電素子の下面側電極と回路基板の導電層の一部とを導通させることができるので、従来のようにボンディングワイヤ等の配置による導通を図る必要がなくなり、この点においても圧電型加速度センサの製造コスト低減を図ることができる。
【００１８】
このように本願発明によれば、圧電素子の撓み変形を利用して加速度を検出するように構成された圧電型加速度センサにおいて、その製造を容易にかつ低コストで行うことができるとともに圧電素子の支持強度を十分に確保することができる。
【００１９】
しかも、本願発明に係る圧電型加速度センサにおいて、その圧電素子の下面側電極と回路基板の導電層の一部との導通を図るためには、圧電素子と回路基板との間に弾性部材を配置すれば足りるので、圧電型加速度センサを薄型に形成することが容易に可能となる。特に、従来のようにボンディングワイヤを配置する必要がなくなるので、このボンディングワイヤとカバーとの短絡を防止するためのスペースをケース内に確保する必要もなくなり、その分だけ圧電型加速度センサを薄型化することができる。
【００２０】
上記構成において、ケース内における回路基板の上面に、圧電素子の両電極間に生じる電圧に応じた信号を出力するための電子部品が、回路基板の導電層の一部と導通するようにして実装された構成とすれば、圧電型加速度センサをより実用に適したものとすることができる。その際、本願発明に係る圧電型加速度センサは、その圧電素子が従来のように回路基板に実装された構成とはなっていないので、電子部品の実装スペースを確保することが容易に可能となり、これにより圧電型加速度センサの小型化を図ることも容易に可能となる。
【００２１】
上記構成において、圧電素子を片持ち梁状に形成すれば、その支持構造を簡素化することができるとともに圧電素子自体の製造を容易に行うことができ、これにより圧電型加速度センサをより低コストで製造することができる。
【００２２】
その際、この片持ち梁状に構成された圧電素子の先端部に、重錘が取り付けられた構成とすれば、圧電素子を小さな荷重入力に対しても容易に撓み変形させることが可能となり、これにより加速度検出の感度を高めることができる。
【００２３】
上記構成において、圧電素子が、該圧電素子と略同一の平面形状を有する金属板に接着固定された構成とすれば、衝撃荷重等のような大きな荷重が作用した場合においても圧電素子が破損してしまうおそれを小さくすることができる。この場合において、金属板は圧電素子の上下いずれの面に対して接着固定されていてもよく、その両面に接着固定された構成とすることも可能である。その際、この金属板の接着固定が圧電素子の上面に対して行われるようにすれば、圧電素子が撓み変形したときに該圧電素子において最も大きな荷重が作用することとなるカバーへの導通固定部分を金属板で構成することができ、これにより圧電素子に対する補強効果を高めることができる。
【００２４】
上記弾性部材の具体的な構成が特に限定されないことは上述したとおりであるが、これをねじりコイルバネにより構成すれば、次のような作用効果を得ることができる。
【００２５】
すなわち、仮に弾性部材を、例えば通常のコイルバネで構成したとすると、このコイルバネの端部を導電層の一部にハンダ付けしたような場合には、そのハンダがコイルバネの本体部分に流れ込んでしまい、バネとしての機能が阻害されてしまうおそれがあるが、弾性部材をねじりコイルバネで構成することにより、このねじりコイルバネの端部を導電層の一部にハンダ付けしたような場合においても、そのハンダがねじりコイルバネの本体部分までは流れ込まないようにすることが可能となり、これによりバネとしての機能が阻害されてしまうのを未然に防止することができる。また、弾性部材をねじりコイルバネで構成することにより、このねじりコイルバネを配置するのに必要な上下方向の幅を比較的小さく抑えることができ、これにより圧電型加速度センサの薄型化を図ることが容易に可能となる。
【００２６】
あるいは、上記弾性部材を板バネにより構成した場合においても、その形状を適当に設定することにより、この板バネの端部を導電層の一部にハンダ付けしたときに、そのハンダの流れ込みによりバネとしての機能が阻害されてしまわないようにすることが容易に可能となる。また、このように弾性部材を板バネにより構成した場合においても、この板バネを配置するのに必要な上下方向の幅を比較的小さく抑えることができ、これにより圧電型加速度センサの薄型化を図ることが容易に可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
【００２８】
図１は、本願発明の一実施形態に係る圧電型加速度センサ１０を示す平面図であり、図２は、図１のII-II
線断面図である。
【００２９】
これらの図に示すように、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０は、ケース１２内に、圧電素子１４と、電子部品としてのＦＥＴ１６およびチップ抵抗１８と、弾性部材としてのねじりコイルバネ２０とが収容されてなり、圧電素子１４の撓み変形を利用して上下方向の加速度を検出するようになっている。そして、この圧電型加速度センサ１０は、例えばハードディスク等の外部機器の基板に表面実装された状態で用いられるようになっている。
【００３０】
ケース１２は、水平方向に延びるように配置された回路基板２２と、この回路基板２２に上方側から装着されたカバー２４とからなっている。
【００３１】
図３は、上記圧電型加速度センサ１０を、その回路基板２２にカバー２４が装着される前の状態で示す平面図であり、図４は、その回路基板２２にカバー２４が装着される際の様子を示す、図２と同様の図である。
【００３２】
これらの図にも示すように、回路基板２２は、略矩形状の平面形状を有しており、その長手方向の長さが５ｍｍ程度、長手直交方向の長さが３ｍｍ程度、その板厚が０．１ｍｍ程度の値に設定されている。そして、この回路基板２２における４つのコーナ部および長手方向中央の両側縁部には、それぞれ円弧状の切欠き部が形成されている。
【００３３】
この回路基板２２の上面には所定パターンで導電層２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃが形成されており、その下面には所定パターンで導電層２６Ｂ、２６Ｃが形成されている。その際、この回路基板２２の上下両面に形成された導電層２６Ｂは、スルーホール２６ａを介して互いに導通している。この点は導電層２６Ｃに関しても同様である。また、この回路基板２２の上下両面には、それぞれ所定パターンで絶縁層３０Ａ、３０Ｂが形成されている。
【００３４】
カバー２４は、板厚０．１ｍｍ程度の金属板のプレス成形品であって、回路基板２２よりも一回り小さい略矩形状の平面形状で下方へ向けて開口しており、その高さは、０．９ｍｍ程度の値に設定されている。このカバー２４は、回路基板２２に装着されたとき、その上面に形成された導電層２６Ｃと導通するようになっている。
【００３５】
圧電素子１４は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックス製の素子本体の上下両面に、その全域にわたって膜状の電極２８Ａ、２８Ｂが形成されてなる板状部材であって、回路基板２２の長手方向に延びる横長矩形状の平面形状を有している。その際、この圧電素子１４は、その回路基板２２の長手方向の長さが２ｍｍ程度、長手直交方向の長さが１ｍｍ程度の値に設定されており、その板厚は０．０４ｍｍ程度の値に設定されている。そして、この圧電素子１４の上面には、該圧電素子１４と同一の平面形状を有する板厚０．０５ｍｍ程度の金属板３２が接着固定されている。この接着固定は、被接着物相互間で導電性が確保される態様で行われている。なお、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０において、導通を必要とする他の部分の接着固定についても同様である。
【００３６】
この圧電素子１４は、その上面側電極２８Ａの長手方向の一端部において、金属板３２および金属片３４を介してカバー２４に導通固定されており、これにより圧電素子１４は片持ち梁状に形成されている。
【００３７】
金属片３４は、０．１ｍｍ程度の板厚を有する略正方形の平板部材として構成されており、その中央には、回路基板２２の長手直交方向に延びる長円形の開口部３４ａが形成されている。この金属片３４は、その圧電素子１４との導通固定部から圧電素子１４の先端部とは反対側に変位した状態で配置されており、その開口部３４ａの側端縁に圧電素子１４の基端縁を一致させるようにした状態で金属板３２に接着固定されている。そして、この金属片３４は、カバー２４の上部底面に対しても接着固定されている。このような金属片３４を介在させることにより、金属板３２の上面とカバー２４の上部底面との間に、金属片３４の板厚分の隙間を確保し、これにより圧電素子１４が撓み変形したときでも金属板３２とカバー２４とが干渉してしまわないようにしている。
【００３８】
圧電素子１４の先端部の下面には、重錘３６が接着固定されている。この重錘３６は、圧電素子１４よりもやや広幅の金属製ブロックとして構成されており、その回路基板２２の長手方向に沿った長さは１ｍｍ程度、その肉厚は０．３ｍｍ程度の値に設定されている。
【００３９】
ＦＥＴ１６およびチップ抵抗１８は、圧電素子１４の両電極２８Ａ、２８Ｂ間に生じる電圧に応じた信号を出力するための電子部品として回路基板２２の上面に実装されている。その際、これらＦＥＴ１６およびチップ抵抗１８は、圧電素子１４の基端縁からその長手方向に外れた位置に配置されている。
【００４０】
ＦＥＴ１６は、入力端子１６ａと、出力端子１６ｂと、２本の接地端子１６ｃを有するＭＯＳ型等のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であって、その入力端子１６ａを導電層２６Ａ、その出力端子１６ｂを導電層２６Ｂ、その各接地端子１６ｃを導電層２６Ｃにそれぞれ導通させるようにして、回路基板２２にハンダ付けされている。
【００４１】
チップ抵抗１８は、高抵抗（例えば１０ＭΩ程度）のチップ抵抗であって、その各端子を導電層２６Ａ、２６Ｃにそれぞれ導通させるようにして、回路基板２２にハンダ付けされている。
【００４２】
ねじりコイルバネ２０は、金属製のねじりコイルバネであって、コイル部２０Ａと、このコイル部２０Ａの両端部から同じ側へ延出する１対のコイル端末２０Ｂ、２０Ｃとからなっている。
【００４３】
このねじりコイルバネ２０は、その線径が０．１ｍｍ程度で、そのコイル部２０Ａの巻き径が０．３ｍｍ程度に設定されており、その各コイル端末２０Ｂ、２０Ｃは、それぞれコイル軸方向外方へ向けて折れ曲がるようにしてＬ字状に形成されている。その際、コイル端末２０Ｂは、コイル部２０Ａから該コイル端末２０ＢのＬ字コーナ部までの長さが比較的長めに設定されており、一方、コイル端末２０Ｃは、コイル部２０Ａから該コイル端末２０ＣのＬ字コーナ部までの長さが比較的短めに設定されている。
【００４４】
このねじりコイルバネ２０は、圧電素子１４における金属片３４との導通固定位置の下面と回路基板２２の上面との間に設けられている。その際、このねじりコイルバネ２０は、そのコイル軸が回路基板２２の長手方向に延びるように配置されており、そのコイル端末２０Ｂにおいて回路基板２２の導電層２６Ａと導通するとともに、そのコイル端末２０Ｃにおいて圧電素子１４の下面側電極２８Ｂと導通するようになっている。
【００４５】
コイル端末２０Ｂは、そのＬ字コーナ部においてハンダ３８により回路基板２２にハンダ付けされるとともに、このＬ字コーナ部の両側近傍の２箇所において耐熱性に優れた接着剤４０により回路基板２２に接着固定されている。このコイル端末２０Ｂは、平面視において、重錘３６から外れた位置において圧電素子１４の先端位置近傍まで長尺で延びており、これにより回路基板２２に対して安定的に固定されるようなっている。
【００４６】
一方、コイル端末２０Ｃは、カバー２４が回路基板２２に装着されたとき、カバー２４に予め導通固定されている圧電素子１４に当接して、その下面側電極２８Ｂと導通するとともに、圧電素子１４により下方側へ押圧されて弾性変形し、これにより下面側電極２８Ｂとの導通状態を確実に保持するようになっている。なお、図３、４において、実線で示すコイル端末２０Ｃの位置は、カバー２４が装着される前の位置を示しており、２点鎖線で示すコイル端末２０Ｃの位置は、カバー２４が装着された後の位置を示している。
【００４７】
これにより圧電素子１４は、その上面側電極２８Ａが、金属板３２、金属片３４およびカバー２４を介して回路基板２２の導電層２６Ｃと導通するとともに、その下面側電極２８Ｂが、弾性部材２０を介して回路基板２２の導電層２６Ａと導通するようになっている。
【００４８】
そして、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０においては、上下方向の加速度により圧電素子１４が撓み変形したとき、その両電極２８Ａ、２８Ｂ間に生じる電圧に応じた信号を外部へ出力するようになっている。その際、圧電素子１４と並列に配置された高抵抗のチップ抵抗１８によりハイパスフィルタを構成するとともに、ＦＥＴ１６によりインピーダンス変換を行って出力インピーダンスを下げ、これにより圧電型加速度センサ１０を実用に適したものとするようになっている。
【００４９】
以上詳述したように、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０は、上下両面に電極２８Ａ、２８Ｂが形成された板状の圧電素子１４の撓み変形を利用して上下方向の加速度を検出するように構成されており、その圧電素子１４を収容するケース１２は、上面に所定パターンで導電層２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃが形成された回路基板２２と、この回路基板２２に対してその導電層２６Ｃと導通するようにして上方側から装着された金属製のカバー２４とからなっているが、その際、圧電素子１４はその上面側電極２８Ａの所定部位において撓み変形し得る態様でカバー２４に導通固定されており、また、圧電素子１４におけるカバー２４との導通固定位置の下面と回路基板２２の上面との間には、金属製のねじりコイルバネ２０が圧電素子１４の下面側電極２８Ｂと回路基板２２の導電層２６Ａとに導通するようにして設けられているので、次のような作用効果を得ることができる。
【００５０】
すなわち、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０は、その圧電素子１４が上面側電極２８Ａの所定部位において撓み変形し得る態様でカバー２４に導通固定されているので、従来の圧電型加速度センサのように圧電素子が撓み変形し得る態様で回路基板に固定された構成となっている場合に比して、圧電素子１４の支持構造を簡素化することができ、これにより圧電型加速度センサ１０の製造工程を簡素化してその製造コスト低減を図ることができる。しかも、圧電素子１４は金属製のカバー２４に固定されているので、その支持強度を十分に確保することが容易に可能となる。
【００５１】
また、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０においては、上面の所定位置にねじりコイルバネ２０が配置された状態にある回路基板２２に対して、その上方側からカバー２４を装着することにより、圧電素子１４の下面側電極２８Ｂと回路基板２２の導電層２６Ａとを導通させることができるので、従来のようにボンディングワイヤ等の配置による導通を図る必要がなくなり、この点においても圧電型加速度センサ１０の製造コスト低減を図ることができる。
【００５２】
このように本実施形態によれば、圧電素子１４の撓み変形を利用して加速度を検出するように構成された圧電型加速度センサ１０において、その製造を容易にかつ低コストで行うことができるとともに圧電素子１４の支持強度を十分に確保することができる。
【００５３】
しかも、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０において、その圧電素子１４の下面側電極２８Ｂと回路基板２２の導電層２６Ａとの導通を図るためには、圧電素子１４と回路基板２２との間にねじりコイルバネ２０を配置すれば足りるので、圧電型加速度センサ１０を薄型に形成することが容易に可能となる。特に、従来のようにボンディングワイヤを配置する必要がなくなるので、このボンディングワイヤとカバー２４との短絡を防止するためのスペースをケース１２内に確保する必要もなくなり、その分だけ圧電型加速度センサ１０を薄型化することができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０においては、ケース１２内における回路基板２２の上面に、圧電素子１４の両電極２８Ａ、２８Ｂ間に生じる電圧に応じた信号を出力するためのＦＥＴ１６およびチップ抵抗１８が、回路基板２２の導電層２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃと適宜導通するようにして実装された構成となっているので、圧電型加速度センサ１０をより実用に適したものとすることができる。その際、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０は、その圧電素子１４が従来のように回路基板に実装された構成とはなっていないので、ＦＥＴ１６およびチップ抵抗１８の実装スペースを確保することが容易に可能となり、これにより圧電型加速度センサ１０の小型化を図ることも容易に可能となる。
【００５５】
さらに、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０においては、圧電素子１４が片持ち梁状に形成されているので、その支持構造を簡素化することができるとともに圧電素子１４自体の製造を容易に行うことができ、これにより圧電型加速度センサ１０をより低コストで製造することができる。
【００５６】
その際、この片持ち梁状に構成された圧電素子１４の先端部には、重錘３６が取り付けられているので、圧電素子１４を小さな荷重入力に対しても容易に撓み変形させることが可能となり、これにより加速度検出の感度を高めることができる。
【００５７】
また、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０においては、圧電素子１４が、該圧電素子１４と同一の平面形状を有する金属板３２に接着固定されているので、衝撃荷重等のような大きな荷重が作用した場合においても圧電素子１４が破損してしまうおそれを小さくすることができる。その際、この金属板３２の接着固定は、圧電素子１４の上面に対して行われているので、圧電素子１４が撓み変形したときに該圧電素子１４において最も大きな荷重が作用することとなるカバー２４（に固定された金属片３４）への導通固定部分を金属板３２で構成することができ、これにより圧電素子１４に対する補強効果を高めることができる。
【００５８】
さらに、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０においては、弾性部材としてねじりコイルバネ２０が用いられているので、そのコイル端末２０Ｂが導電層２６Ａにハンダ付けされているにもかかわらず、そのハンダ３８がねじりコイルバネ２０のコイル部２０Ａまでは流れ込まないようにすることが可能となり、これによりバネとしての機能が阻害されてしまうのを未然に防止することができる。また、このように弾性部材としてねじりコイルバネ２０が用いられていることにより、このねじりコイルバネ２０を配置するのに必要な上下方向の幅を比較的小さく抑えることができ、これにより圧電型加速度センサ１０の薄型化を図ることが容易に可能となる。
【００５９】
しかも、このように弾性部材としてねじりコイルバネ２０が用いられていることにより、重錘３６の直下にねじりコイルバネ２０が配置されないようにすることが可能となるので、板バネ等を用いるようにした場合に比して、重錘３６の下方への可動範囲を十分に確保することが容易に可能となり、その分だけ大きな重錘３６を用いることができる。そしてこれにより、圧電素子１４を小さな荷重入力に対しても容易に撓み変形させて、加速度検出の感度を高めることができる。
【００６０】
また、本実施形態に係る圧電型加速度センサ１０においては、ねじりコイルバネ２０のコイル端末２０Ｂが、そのＬ字コーナ部（すなわち回路基板２２にハンダ付けされている部分）の両側近傍の２箇所において、耐熱性に優れた接着剤４０により回路基板２２に接着固定されているので、圧電型加速度センサ１０が外部機器の基板に表面実装される際、リフロー処理が行われることにより、その際の熱でハンダ３８が溶けてしまうようなことがあったとしても、ねじりコイルバネ２０を回路基板２２に対して位置決めしておくことが可能となる。
【００６１】
なお、上記実施形態のねじりコイルバネ２０に対して、そのコイル端末２０Ｂ、２０Ｃの長さや形状等が異なるねじりコイルバネを用いるようにすることも可能である。
【００６２】
また、上記実施形態においては、ケース１２内に、圧電素子１４とともにＦＥＴ１６およびチップ抵抗１８が収容された構成となっているものとして説明したが、これらＦＥＴ１６およびチップ抵抗１８以外の電子部品が収容された構成、あるいは、これらＦＥＴ１６およびチップ抵抗１８が収容されておらず圧電素子１４のみが収容された構成とすることも可能である。
【００６３】
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
【００６４】
図５は、本変形例に係る圧電型加速度センサ１１０を示す平面図であり、図６は、図５のVI-VI 線断面図である。また、図７は、上記圧電型加速度センサ１１０を、その回路基板２２にカバー２４が装着される前の状態で示す平面図であり、図８は、その回路基板２２にカバー２４が装着される際の様子を示す、図６と同様の図である。
【００６５】
これらの図に示すように、本変形例に係る圧電型加速度センサ１１０は、その基本的な構成は上記実施形態の場合と同様であるが、上記実施形態のねじりコイルバネ２０の代わりに板バネ１２０が弾性部材として用いられている点で上記実施形態の場合と異なっており、また、圧電素子１４に接着固定された金属板３２とカバー２４とを導通固定するための金属片１３４の構成および重錘１３６の構成が、上記実施形態の金属片３４および重錘３６と異なっている。
【００６６】
板バネ１２０は、板厚０．０５ｍｍ程度の金属製の板バネであって、平面視において略Ｅ字形に形成されている。すなわち、この板バネ１２０は、３本の脚部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃと、これら３本の脚部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃの基端部を連絡する連絡部１２０Ｄとからなっている。その際、両側に位置する１対の脚部１２０Ａ、１２０Ｂおよび連絡部１２０Ｄは、同一平面上において平板状に形成されており、中央に位置する脚部１２０Ｃは、その基端部から先端部へ向けて上向きに延びる曲面板状に形成されている。その際、この脚部１２０Ｃは、サインカーブに略沿って上向きに湾曲しており、このサインカーブの山を僅かに越えたあたりにその先端縁が位置している。また、この脚部１２０Ｃは、各脚部１２０Ａ、１２０Ｂおよび連絡部１２０Ｄに対して２倍程度の幅で形成されている。
【００６７】
この板バネ１２０も、上記実施形態のねじりコイルバネ２０と同様、圧電素子１４における金属片１３４との導通固定位置の下面と回路基板２２の上面との間に設けられている。その際、この板バネ１２０は、中央の脚部１２０Ｃにおいて圧電素子１４の下面側電極２８Ｂと導通するとともに、その両側の脚部１２０Ａ、１２０Ｂにおいて回路基板２２の導電層２６Ａと導通するようになっている。
【００６８】
これを実現するため、板バネ１２０は、その３本の脚部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃが回路基板２２の長手方向に延びるように配置されるとともに、その連絡部１２０Ｄがカバー２４の外周壁における圧電素子１４の先端部側に位置する部分の近傍に配置されるようにした状態で、回路基板２２に固定されている。この固定は、両側に位置する１対の脚部１２０Ａ、１２０Ｂの各々を、その先端部においてハンダ１３８により回路基板２２にハンダ付けすることにより行われている。
【００６９】
また、中央の脚部１２０Ｃは、カバー２４が回路基板２２に装着されたとき、カバー２４に予め導通固定されている圧電素子１４に当接して、その下面側電極２８Ｂと導通するとともに、圧電素子１４により下方側へ押圧されて弾性変形し、これにより下面側電極２８Ｂとの導通状態を確実に保持するようになっている。
【００７０】
その際、板バネ１２０は、その脚部１２０Ｃが圧電素子１４により押圧されて弾性変形するのに伴って、その連絡部１２０Ｄが幾分浮き上がった状態となるが、この連絡部１２０Ｄに対して、圧電素子１４が撓み変形したときにその重錘１３６が干渉してしまうようなことはない。なお、図７、８において、実線で示す脚部１２０Ｃおよび連絡部１２０Ｄの位置は、カバー２４が装着される前の位置を示しており、２点鎖線で示す脚部１２０Ｃおよび連絡部１２０Ｄの位置は、カバー２４が装着された後の位置を示している。
【００７１】
本変形例の金属片１３４は、上記実施形態の金属片３４よりもかなり大きいサイズで形成されており、その回路基板２２の長手方向中央部には、他の部位よりも厚肉で長手直交方向に延びる帯状突起部１３４ａが形成されている。そして、この金属片１３４は、その帯状突起部１３４ａにおいて圧電素子１４の基端部と導通固定するようになっている。その際、帯状突起部１３４ａは０．２ｍｍ程度の肉厚で形成されており、他の部位は０．１ｍｍ程度の肉厚で形成されている。この金属片１３４は、その帯状突起部１３４ａの側端縁に圧電素子１４の基端縁を一致させるようにした状態で金属板３２に接着固定されている。そして、この金属片１３４は、カバー２４の上部底面に対して広い範囲にわたって接着固定されている。
【００７２】
重錘１３６は、その平面形状は上記実施形態の重錘３６と同一であるが、そのその肉厚は上記実施形態の重錘３６よりもやや薄く、０．２ｍｍ程度の値に設定されている。これは、金属片１３４の帯状突起部１３４ａが上記実施形態の金属片３４よりも０．１ｍｍ程度厚肉になっていることに対応させたものである。
【００７３】
本変形例に係る圧電型加速度センサ１１０においても、上記実施形態の場合と同様、その製造を容易にかつ低コストで行うことができるとともに、圧電素子１４の支持強度を十分に確保することができる。
【００７４】
しかも、本変形例に係る圧電型加速度センサ１１０のように、弾性部材を板バネ１２０により構成することにより、これを回路基板２２に対してハンダ付けする際の取扱いが容易となり、これにより圧電型加速度センサ１１０の製造を一層容易化することができる。
【００７５】
また、本変形例に係る圧電型加速度センサ１１０は、その金属片１３４が上記実施形態の金属片３４よりもかなり大きいサイズで形成されており、かつ、その圧電素子１４に対する支持が、長手方向中央部の帯状突起部１３４ａにおいて行われているので、圧電素子１４の支持強度を一層高めることができる。ただし、本変形例に係る圧電型加速度センサ１１０においても、金属片１３４の代わりに上記実施形態の金属片３４を用いることが可能であり、このようにした場合には圧電型加速度センサ１１０をさらに薄型化することが可能となる。
【００７６】
さらに、本変形例に係る圧電型加速度センサ１１０においても、板バネ１２０における両側の各脚部１２０Ａ、１２０Ｂを、その先端部において回路基板２２にハンダ付けしたときに、そのハンダ１３８が中央の脚部１２０Ｃにまで流れ込んでしまうことはないので、バネとしての機能が阻害されてしまうことはない。
【００７７】
また、本変形例に係る圧電型加速度センサ１１０においても、各脚部１２０Ａ、１２０Ｂを、その先端部近傍部位において回路基板２２に接着しておき、これによりリフロー処理対策を図るようにしてもよい。
【００７８】
なお、上記実施形態および変形例において諸元として示した数値は一例にすぎず、これらを適宜異なる値に設定してもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本願発明の一実施形態に係る圧電型加速度センサを示す平面図
【図２】図１のII-II 線断面図
【図３】上記圧電型加速度センサを、その回路基板にカバーが装着される前の状態で示す平面図
【図４】上記圧電型加速度センサにおいて、その回路基板にカバーが装着される際の様子を示す、図２と同様の図
【図５】上記実施形態の変形例に係る圧電型加速度センサを示す平面図
【図６】図５のVI-VI 線断面図
【図７】上記変形例に係る圧電型加速度センサを、その回路基板にカバーが装着される前の状態で示す平面図
【図８】上記変形例に係る圧電型加速度センサにおいて、その回路基板にカバーが装着される際の様子を示す、図６と同様の図
【符号の説明】
【００８０】
１０、１１０  圧電型加速度センサ
１２  ケース
１４  圧電素子
１６  ＦＥＴ（電子部品）
１６ａ  入力端子
１６ｂ  出力端子
１６ｃ  接地端子
１８  チップ抵抗（電子部品）
２０  ねじりコイルバネ（弾性部材）
２０Ａ  コイル部
２０Ｂ、２０Ｃ  コイル端末
２２  回路基板
２４  カバー
２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ  導電層
２６ａ  スルーホール
２８Ａ  上面側電極
２８Ｂ  下面側電極
３０Ａ、３０Ｂ  絶縁層
３２  金属板
３４、１３４  金属片
３４ａ  開口部
３６、１３６  重錘
３８、１３８  ハンダ
４０  接着剤
１２０  板バネ（弾性部材）
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ  脚部
１２０Ｄ  連絡部
１３４ａ  帯状突起部
【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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