(57)【要約】【課題】  小型で加速度の検出感度および信頼性が高い加速度センサを提供する。【解決手段】  短冊状の圧電基板の両主面に主面電極を配置して成る振動素子と、その一部を挟持する支持部材とを備え、支持部材が弾性体から成り、振動素子の屈曲点が支持部材によって挟持されている支持領域内に位置する加速度センサとする。これによって圧電基板における歪みが生じる領域が大きくなり、発生する電荷が増加して出力電圧が増大し、加速度の検出感度を高くすることができる。【選択図】  図６
2007010377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
短冊状の圧電基板の両主面に主面電極を配置して成る振動素子と、該振動素子の一部を挟持する支持部材とを備えた加速度センサにおいて、
前記支持部材が弾性体から成り、前記振動素子の屈曲点を前記支持部材によって挟持されている支持領域内に位置させたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記支持部材が、前記振動素子の両主面に内側が接するように配置されて前記振動素子を挟持する第１支持部材と、前記第１支持部材の外側に接して前記第１支持部材を挟持する第２支持部材とから成り、前記第１支持部材の弾性率が前記第２支持部材の弾性率よりも小さくされ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】
支持部材と、短冊状の圧電基板の両主面に主面電極が配置されて成り、該圧電基板の両主面が前記支持部材によって挟持された支持領域および撓み振動の振幅が最大となる振幅最大領域を有する振動素子とを備える加速度センサにおいて、
前記支持部材が、前記振動素子の両主面に内側が接するように配置されて前記振動素子を挟持する第１支持部材と、前記第１支持部材の外側に接して前記第１支持部材を挟持する第２支持部材とから成り、該第２支持部材に対して前記第１支持部材が前記振動素子の振幅最大領域に向かって延出されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項４】
前記第１支持部材の弾性率が前記第２支持部材の弾性率よりも小さくされていることを特徴とする請求項３に記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加速度センサに関し、特に小型で高感度の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などの用途に加速度センサが用いられており、短冊状の圧電基板の両主面に主面電極を形成した振動素子の端部の両主面を支持部材によって挟持したタイプの加速度センサが知られている。（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
このような加速度センサにおいては、与えられた加速度により振動素子が撓むことによって圧電基板に歪みが生じ、圧電効果により発生した電荷によって圧電基板の両主面に形成した主面電極間に電位差が生じ、これを出力電圧として取り出すことによって加速度が検出される。
【特許文献１】特開２０００−３２１２９９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来の加速度センサにおいては、加速度の検出感度を向上させるためには振動素子の長さを長くするか、あるいは振動素子の幅および厚みを小さくする必要があった。例えば、圧電基板を２枚張り合わせたバイモルフ型の振動素子の一方端部を支持部材によって挟持した加速度センサに加速度による力Ｆが加わったときに発生する出力電圧Ｖは、圧電基板の圧電定数をＤ、振動素子の支持部材によって挟持されていない部分の長さ（自由領域の長さ）をＬ、振動素子の幅をＷ、振動素子の厚みをＴとすると、Ｖ＝（３／２）・Ｄ・Ｌ／（Ｗ・Ｔ）・Ｆとなり、振動素子の自由領域の長さＬに比例し、振動素子の幅Ｗおよび厚みＴに反比例する。よって、加速度センサの加速度の検出感度を向上させるためには振動素子の自由領域の長さＬを大きくして振動素子の幅Ｗおよび厚みＴを小さくする必要があるが、振動素子の自由領域の長さＬの増大は加速度センサの大型化を招き、振動素子の幅Ｗおよび厚みＴの減少は機械的強度を低下させて信頼性の低下を招くという問題があった。
【０００５】
本発明は上記のような従来の技術における問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、小型で加速度の検出感度および信頼性が高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】
【０００６】
本発明の加速度センサは、短冊状の圧電基板の両主面に主面電極を配置して成る振動素子と、該振動素子の一部を挟持する支持部材とを備えた加速度センサにおいて、前記支持部材が弾性体から成り、前記振動素子の屈曲点を前記支持部材によって挟持されている支持領域内に位置させたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の加速度センサは、上記構成において、前記支持部材が、前記振動素子の両主面に内側が接するように配置されて前記振動素子を挟持する第１支持部材と、前記第１支持部材の外側に接して前記第１支持部材を挟持する第２支持部材とから成り、前記第１支持部材の弾性率が前記第２支持部材の弾性率よりも小さくされているようにしてもよい。
【０００８】
さらに、本発明の加速度センサは、支持部材と、短冊状の圧電基板の両主面に主面電極が配置されて成り、該圧電基板の両主面が前記支持部材によって挟持された支持領域および撓み振動の振幅が最大となる振幅最大領域を有する振動素子とを備える加速度センサにおいて、前記支持部材が、前記振動素子の両主面に内側が接するように配置されて前記振動素子を挟持する第１支持部材と、前記第１支持部材の外側に接して前記第１支持部材を挟持する第２支持部材とから成り、該第２支持部材に対して前記第１支持部材が前記振動素子の振幅最大領域に向かって延出されていることを特徴とするものである。
【０００９】
またさらに、本発明の加速度センサは、上記構成において、前記第１支持部材の弾性率が前記第２支持部材の弾性率よりも小さくされているようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の加速度センサは、支持部材を弾性体から成し、振動素子の屈曲点を支持部材によって挟持されている支持領域内に位置させている。ここで屈曲点とは、振動素子において撓みが生じている部分と撓みが生じていない部分との境目のことである。この屈曲点を支持領域内に位置させることにより、支持領域内に位置する圧電基板にも振動素子の撓みによる歪みが生じることになる。よって、従来の加速度センサのように支持領域と自由領域の境界に屈曲点が存在する場合と比較して、圧電基板における歪みが生じる領域が大きくなり、発生する電荷が増加して出力電圧が増大し、加速度の検出感度を高くすることができる。また、振動素子の自由領域の長さを大きくしないので加速度センサの大型化を招くこともなく、振動素子の幅および厚みを小さくしないので機械的強度不足による信頼性の低下を招くこともない。
【００１１】
また、本発明の加速度センサは、上記構成において、振動素子の両主面に内側が接するように配置されて振動素子を挟持する第１支持部材と、第１支持部材の外側に接して第１支持部材を挟持する第２支持部材とから支持部を構成し、第１支持部材の弾性率を第２支持部材の弾性率よりも小さくしてもよく、これによって加速度の検出感度を高めることができる。この理由は以下のように考えられる。すなわち、第１支持部材が第２支持部材よりも小さい弾性率を有しているため、第１支持部材が振動素子から受ける力によって容易に変形し、支持領域内において振動素子が撓むことが可能となり、支持領域内に位置する圧電基板にも振動素子の撓みによる歪みが生じることになる。これによって、従来の加速度センサのように支持領域と自由領域の境界に屈曲点が存在する場合、すなわち支持領域と自由領域との境界部から撓み始める場合と比較して、圧電基板における歪みが生じる領域が大きくなり、発生する電荷が増加して出力電圧が増大し、加速度の検出感度を高くすることができるのである。しかも、第２支持部材の弾性率が第１支持部材の弾性率よりも大きく設定されているため第２支持部材には殆ど変形が生じることがなく、第２支持部材の変形によって振動素子２の変形が抑制されて加速度の検出感度が低下するという問題が発生しない。
【００１２】
さらに、本発明の加速度センサは、支持部材が、振動素子の両主面に内側が接するように配置されて振動素子を挟持する第１支持部材と、第１支持部材の外側に接して第１支持部材を挟持する第２支持部材とから成り、第２支持部材に対して第１支持部材が振動素子の振幅最大領域に向かって延出されている。ここで振幅最大領域とは、振動素子において撓み振動の振幅が最大となる領域のことであり、振動素子の長手方向における一方端部付近を支持領域とした場合は他方端部付近が、振動素子の長手方向における中央部付近を支持領域とした場合は両端部付近が、振動素子の長手方向における両端部付近を支持領域とした場合は中央部付近がそれぞれ振幅最大領域となる。このような本発明の加速度センサによれば、第１支持部材における第２支持部材によって挟持されていない部分が振動素子の撓みを規制しながら振動素子と共にある程度撓むことになるので、この部分においても振動素子の撓みが発生する。そして、振動素子において、第１支持部材によって挟持されている領域の端部を起点とする撓みと、第１支持部材に加えて第２支持部材よっても挟持されている領域の端部を起点とする撓みとの両方が発生するため、圧電基板における歪みが生じる領域が大きくなり、発生する電荷が増加して出力電圧が増大し、加速度の検出感度を高くすることができる。
【００１３】
またさらに、本発明の加速度センサは、上記構成において、前記第１支持部材の弾性率を前記第２支持部材の弾性率よりも小さくしたときは、第１支持部材における第２支持部材によって挟持されていない部分が振動素子と共にさらに撓みやすくなると共に、第２支持部材によって挟持されている領域内においても振動素子から受ける力によって第１支持部材が容易に変形して振動素子が撓むことが可能となり、圧電基板における歪みが生じる領域が更に大きくなり、発生する電荷が増加して出力電圧が増大し、加速度の検出感度を高くすることができる。しかも、第２支持部材の弾性率が第１支持部材の弾性率よりも大きく設定されているため第２支持部材には殆ど変形が生じることがなく、第２支持部材の変形によって振動素子２の変形が抑制されて加速度の検出感度が低下するという問題が発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の加速度センサを添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係る加速度センサを模式的に示す外観斜視図である。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内に振動素子２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。
【００１６】
振動素子２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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
図２は本実施形態の加速度センサに用いる振動素子２および振動素子２の両主面の一方端部側を挟持する第１支持部材３ａ，３ｂを模式的に示す外観斜視図であり、図３は図２の第１支持部材３ａ，３ｂを透視して示した斜視図である。同図に示す振動素子２は、両主面に一対の主面電極２１ａ，２１ｂが被着した短冊状の圧電基板２１と、両主面に一対の主面電極２２ａ，２２ｂが被着した短冊状の圧電基板２２とが接着剤２３を介して貼り合わされて構成されており、一般的にバイモルフ形と呼ばれる構造を有している。
【００２０】
圧電基板２１，２２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。
【００２１】
圧電基板２１，２２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の電圧をかけて分極処理を施す工程を含む製造方法が採用される。
【００２２】
圧電基板２１，２２の両主面に被着された主面電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ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２１，２２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。
【００２３】
圧電基板２１，２２を貼り合わせる接着剤２３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に分極処理する必要がある。
【００２４】
第１支持部材３ａ，３ｂの弾性率は１０ＭＰａ〜１０ＧＰａ程度が望ましく、１〜１０ＧＰａ程度が特に望ましい。よって、第１支持部材３ａ，３ｂの材質としては、例えば弾性率が６ＧＰａ程度のエポキシ系樹脂等が好適に用いられる。また、その厚みは２０〜１００μｍとされ、幅方向は振動素子２の全体に渡って、長さ方向は振動素子２の一方端部から０．５〜１．５ｍｍの範囲に渡って形成される。このような第１支持部材３ａ，３ｂの形成に際しては、先ず、圧電基板２１，２２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硬化した樹脂ペーストの表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第１支持部材３ａ，３ｂと振動素子２が得られるようにダイシングソー等を用いて切断することによって、第１支持部材３ａ，３ｂが取着された振動素子２を得ることができる。
【００２５】
このようにして得られる振動素子２の形状は、例えば長さ３ｍｍ、幅０．５ｍｍ、厚み０．３ｍｍ、第１支持部材３ａ，３ｂによって挟持された支持領域の長さ１ｍｍ、第１支持部材３ａ，３ｂによって挟持されていない自由領域の長さ２ｍｍとされる。なお、以後の説明において、振動素子２の一方端部（第１支持部材３ａ，３ｂによって挟持されている側の端部）を固定端、他方端部を自由端と称することとする。
【００２６】
上記のように、第１支持部材３ａ、３ｂを弾性体により形成し、振動素子２の屈曲点を第１支持部材３ａ、３ｂによって挟持されている支持領域内に位置させていることにより、支持領域内に位置する圧電基板２１、２２にも振動素子２の撓みによる歪みが生じることになる。よって、従来の加速度センサのように支持領域と自由領域の境界に屈曲点が存在する場合と比較して、圧電基板における歪みが生じる領域が大きくなり、発生する電荷が増加して出力電圧が増大し、加速度の検出感度を高くすることができる。また、振動素子２の自由領域の長さを大きくしないので加速度センサの大型化を招くこともなく、振動素子２の幅および厚みを小さくしないので機械的強度不足による信頼性の低下を招くこともない。
【００２７】
図４は本実施形態の加速度センサに用いる第２支持部材４の外観斜視図である。第２支持部材４には振動素子２を挿入する貫通孔４ｈが設けられており、挿入された振動素子２の両主面の一方端部に取着された第１支持部材３ａ，３ｂの外側を挟持して振動素子２を支持する作用を為す。第２支持部材４の弾性率は第1支持部材３ａ、３ｂの弾性率よりも大きくされており、その値としては１０〜５００ＧＰａ程度が望ましく、特に２０〜４００ＧＰａ程度が望ましい。よって第２支持部材４の材質としては、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）等や、あるいはアルミナなどのセラミック材料が用いられる。また、第２支持部材４は振動素子２の長手方向において、０．５〜１．５ｍｍの長さで第１支持部材の外側を挟持するようにされている。第２支持部材４はケース１内の開口部１ｈ付近に設けられるが、ケース１と同一材料を用いてケース１の一部として一体的に形成すると製造が容易となる。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４ａ，４ｂが設けられており、凹部４ａ，４ｂ内にはケース１の内部を通って延出されたリード電極１ａ，１ｂの端部７ａ，７ｂが露出されている。
【００２８】
このような第２支持部材４の貫通孔４ｈに前述した振動素子２を自由端側から挿入し、固定端側に取着された第１支持部材３ａ，３ｂを貫通孔４ｈに圧入することにより、振動素子２の両主面を挟持する第１支持部材３ａ，３ｂの外側が第２支持部材４によって更に挟持されてケース１に固定される。
【００２９】
このようにして固定された振動素子２は、外部から物理的な衝撃が加わると第１支持部材３ａ，３ｂに挟持されていない自由領域が撓み、貼り合わされている圧電基板２１，２２に歪みが生じることによって電荷が発生し、圧電基板２１の両主面に被着した主面電極２１ａ，２１ｂの間、および圧電基板２２の両主面に被着した主面電極２２ａ，２２ｂの間に電位差が生じ、これを出力電圧として取り出すことによって加速度が検出される。
【００３０】
なお、振動素子２は水平方向に対して傾斜するように固定され、その垂直方向のみならず横方向からの衝撃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素子２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。
【００３１】
図５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り、図６は図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【００３２】
主面電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂの一部は圧電基板２１，２２の側方側周縁部まで延在されており、この延在部が、振動素子２の側面近傍までケース１内で延出されたリード電極１ａ，１ｂの端部７ａ，７ｂと導電性接着材６ａ，６ｂを介して電気的に接続されているので、主面電極２１ａ，２１ｂ間および主面電極２２ａ，２２ｂ間に発生した出力電圧はリード電極１ａ，１ｂから外部に出力される。なお、振動素子２の主面で固定され側面で電気的な接続が行われているので、振動素子２の固定領域が効率良く小さくなり、加速度センサがより小型なものとされている。尚、導電性接着材６ａ，６ｂは凹部４ａ，４ｂに被着されており、ポッティングした際の広がりが抑えられている。
【００３３】
第２支持部材４表面のケース１の開口部１ｈ側の所定領域から、一対の第１支持部材３ａ，３ｂ表面のケース１の開口部１ｈ側の所定領域にかけては樹脂の堰８ａ、８ｂが設けられており、振動素子２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が振動素子２の他方の側面まで到達することが抑制されており、リード電極１ａ，１ｂ間の短絡発生が低減されている。
【００３４】
本実施形態の圧力センサにおいては、第１支持部材３ａ，３ｂの弾性率を第２支持部材４の弾性率よりも小さくしているので、第１支持部材３ａ，３ｂが振動素子２から受ける力によって容易に変形して支持領域内において振動素子２が撓むことが可能となり、支持領域内でも圧電基板の歪みによる電荷が発生するとともに、第２支持部材の変形が抑制されてそれによる加速度の検出感度の低下が発生しないため、加速度の検出感度を高めることができる。
【００３５】
図７の（ａ）〜（ｂ）は本発明の加速度センサが有する圧力検出感度を高める効果を確認するために行った有限要素法によるシミュレーションにおいて、加速度センサに衝撃を与えたときに振動素子２の表面に発生する電荷の分布を示す図であり、発生する電荷の密度が高い領域ほど色が白く表示されている。なお、これらのシミュレーションにおいては、振動素子２の長さを３ｍｍ、幅を０．５ｍｍ、厚みを０．３ｍｍ、第１支持部材３ａ，３ｂによって挟持された支持領域の長さ１ｍｍ、第１支持部材３ａ，３ｂによって挟持されていない自由領域の長さ２ｍｍ、支持部材１の厚みを３０μｍとした。図７の（ｂ）は本実施形態の加速度センサのシミュレーション結果を示す図であり、破線よりも左側が第１支持部材３ａ、３ｂおよび第２支持部材４によって挟持された支持領域、破線よりも右側が自由領域となっており、第１支持部材の弾性率が４ＧＰａ、第２支持部材の弾性率が５００ＧＰａとされている。また、図７の（ａ）は比較のための従来の加速度センサのシミュレーション結果を示す図であり、破線よりも左側が支持部材によって挟持された支持領域、破線よりも右側が自由領域となっており、支持部材の弾性率は５００ＧＰａとされている。
【００３６】
図７の（ａ）に示された従来の加速度センサにおいては、殆ど自由領域のみに電荷が発生しており、しかも支持領域近傍に集中している。これは支持領域内では圧電基板２１，２２に歪みが発生していないこと、すなわち支持領域内では振動素子２に撓みが生じていないことを示している。また、振動素子２の自由領域において圧電基板２１，２２に生じる歪みが支持領域近傍ほど大きく、逆に振動素子２の自由端付近では殆ど歪みが生じていないことを示しており、これはそれぞれの場所に加わる力のモーメントの違いに起因していると考えられる。振動素子の自由端付近は殆ど重りとしてしか機能していないと思われる。
【００３７】
これに対して、図７の（ｂ）に示された本実施形態の加速度センサにおいては、第１・第２支持部材に挟持された支持領域内の自由領域近傍においても電荷が発生しており、これは支持領域内の圧電基板２１，２２にも歪みが発生していること、すなわち支持領域内においても振動素子２が撓んでいることを示している。これは第１支持部材３ａ，３ｂが第２支持部材４よりも小さい弾性率を有しているため、第１支持部材３ａ，３ｂが振動素子２から受ける力によって容易に変形し、支持領域内においても振動素子２が撓むことが可能となるからであると考えられる。
【００３８】
図８は本発明の加速度センサと従来の加速度センサにおける振動素子２の変形の様子を模式的に示す部分的な断面図である。図８の（ａ）に示す従来の加速度センサにおいては自由領域におけるＬ０で示されたごく限られた範囲に振動素子２の撓みが主に生じているのに対して、図８の（ｂ）に示す本実施形態の加速度センサにおいては、支持領域の途中から自由領域に渡るＬ１で示された広い範囲で振動素子２の撓みが生じるために、図７の（ａ），（ｂ）に示したシミュレーション結果が得られたと考えられる。
【００３９】
このように本実施形態の加速度センサにおいては、支持領域内の一部においても電荷が発生するため、従来の加速度センサと比較して振動素子２における電荷の発生領域が広くなり、振動素子２において発生する電荷量が増大するため、振動素子２のサイズを変えることなく、且つ振動素子２の機械的強度を低下させることなく加速度検出感度を高めることができる。
【００４０】
本実施形態の加速度センサにおいて第１支持部材３ａ，３ｂの弾性率と第２支持部材４の弾性率を変動させたときの加速度の検出感度（１Ｇの加速度当たりの主面電極に発生する電荷量）の変化をシミュレーションした結果を表１に示す。なお、このシミュレーションにおける弾性率以外の各種条件については前述したとおりである。第１支持部材３ａ，３ｂの弾性率を小さく、第２支持部材４の弾性率を大きくすることによって加速度の検出感度が向上することが確認できた。
【表１】
2007010377.tif 000003
【００４１】
図９は本発明の他の実施形態に係る加速度センサを模式的に示す図６と同様の断面図である。なお、本実施形態の加速度センサにおいては前述した実施形態と異なる点についてのみ説明し、同様の構成要素については同一の参照符号を用いて重複する説明を省略するものとする。
【００４２】
図９に示す加速度センサの特徴的な部分は、第１の支持部材３ａ，３ｂが第２支持部材４に対して振動素子２の振幅最大領域すなわち自由端に向かって延出されていることである。このような形状とすることにより、第１の支持部材３ａ，３ｂにおける第２支持部材４によって挟持されていない部分が振動素子の撓みを規制しながら振動素子と共にある程度撓むことになり、この部分においても振動素子の撓みが発生する。そして、振動素子において、第１の支持部材３ａ，３ｂによって挟持されている領域の端部を起点とする撓みと、第１の支持部材３ａ，３ｂに加えて第２支持部材４よっても挟持されている領域の端部を起点とする撓みとの両方が発生するため、圧電基板における歪みが生じて電荷が発生する領域が大きくなり、発生する電荷が増加して出力電圧が増大し、加速度の検出感度を高くすることができる。
【００４３】
またさらに、本実施形態の加速度センサは、上記構成において、前記第１の支持部材３ａ，３ｂの弾性率を前記第２支持部材４の弾性率よりも小さくしているので、第１の支持部材３ａ，３ｂにおける第２支持部材４によって挟持されていない部分が振動素子２と共にさらに撓みやすくなると共に、第２支持部材４によって挟持されている領域内においても振動素子から受ける力によって第１の支持部材３ａ，３ｂが変形して振動素子２が撓むことが可能となる。これによって、圧電基板２１，２２における歪みが生じて電荷が発生する領域が更に大きくなり、発生する電荷が増加して出力電圧が増大し、加速度の検出感度をさらに高くすることができる。
【００４４】
図７の（ｃ）は図９に示す加速度センサに衝撃を与えたときに振動素子２の表面に発生する電荷の分布を示すシミュレーション結果であり、図において左側の破線よりも左側が第１支持部材３ａ、３ｂおよび第２支持部材４によって挟持された領域であり、左側と右側の破線の間が第１支持部材３ａ、３ｂのみによって挟持された領域であり、右側の破線よりも右側が自由領域となっている。なお、このシミュレーションにおいては、図７の（ｂ）の場合と同様に、第１支持部材３ａ，３ｂの弾性率は４ＧＰａ、第２支持部材４の
弾性率は５００ＧＰａとされている。図７の（ｂ）との比較で明らかなように、前述した実施形態の加速度センサよりも電荷が発生する領域がさらに増大していることがわかる。すなわち、図８の（ｃ）に本実施形態の加速度センサにおける振動素子２の変形の様子を模式的に示すが、同図のＬ２に示したような広い範囲に渡って振動素子２の撓みが生じたことによって電荷の発生領域がさらに広くなったと考えられる。
【００４５】
しかも、本実施形態の加速度センサにおいては、第２支持部材４の弾性率が第１の支持部材３ａ，３ｂの弾性率よりも大きく設定されているため、第２支持部材４には殆ど変形が生じることがなく、第２支持部材４の変形によって振動素子２の変形が抑制されて加速度の検出感度が低下するという問題も発生しない。
【００４６】
図１０は図９に示す加速度センサにおいて第１支持部材３ａ，３ｂの第２支持部材４に対する延出量を変化させたときの加速度の検出感度の変化を示すシミュレーション結果を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は第１支持部材３ａ，３ｂの延出量（図９におけるＬａ／Ｌｂ）を示し、縦軸は加速度の検出感度（１Ｇの加速度当たりの主面電極に発生する電荷量）を示す。なお、このシミュレーションにおいては、振動素子２の長さを３ｍｍ、幅を０．５ｍｍ、厚みを０．３ｍｍ、支持部材１の厚みを３０μｍ、第２支持部材４の弾性率を３００ＧＰａ、第２支持部材４によって挟持された領域の長さを１ｍｍ、として計算した。このシミュレーションによって第１支持部材３ａ，３ｂを第２支持部材４に対して自由端側に延出させることによって加速度の検出感度を高めることができることを確認できた。なお、図１０に示すグラフから明らかなように、第１支持部材３ａ，３ｂの第２支持部材４に対する延出量を５〜１０％の範囲とすることによって、加速度の検出感度をより高くすることができる。
【００４７】
尚、本発明は上述した実施形態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。
【００４８】
例えば、上述した実施形態においては、を２枚の圧電基板を貼り合わせたバイモルフ形の振動素子としているが、もっと多数の圧電基板を積層しても構わないし、逆にモノモルフ形としても構わない。
【００４９】
また、上述した実施形態においては、振動素子の長手方向における一方端部付近を支持部材で挟持した構造としたが、振動素子の両端部を支持部材で挟持する構造としても構わないし、振動素子の中央部付近を支持部材によって挟持する構造としても構わない。
【００５０】
さらに、上述した実施形態においては、第１支持部材を３ａと３ｂの２つに分けて形成したが、振動素子２の上下面および側面を取り囲むように一体的に形成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る加速度センサを模式的に示す外観斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る加速度センサに用いる振動素子を模式的に示す外観斜視図である。
【図３】図２の振動検出素子の第１支持部材を透視した外観斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る加速度センサに用いる第２支持部材を模式的に示す外観斜視図である。
【図５】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６】図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【図７】加速度センサに衝撃を与えたときに振動素子２の表面に発生する電荷の分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】振動素子２の変形の様子を模式的に示す部分断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る加速度センサを模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る加速度センサにおいて第１支持部材の延出量を変動させたときの加速度の検出感度の変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・ケース
１ａ、１ｂ・・・リード電極
１ｈ・・・開口部
２・・・振動素子
２１,２２・・・圧電基板
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ・・・主面電極
２３・・・接着剤
３ａ、３ｂ・・・第1支持部材
４・・・第２支持部材
４ａ、４ｂ・・・凹部
４ｈ・・・貫通孔
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
【図１】
2007010377.tif 000004
【図２】
2007010377.tif 000005
【図３】
2007010377.tif 000006
【図４】
2007010377.tif 000007
【図５】
2007010377.tif 000008
【図６】
2007010377.tif 000009
【図７】
2007010377.tif 000010
【図８】
2007010377.tif 000011
【図９】
2007010377.tif 000012
【図１０】
2007010377.tif 000013