(57)【要約】  【課題】  正確な加速度検出が可能な加速度センサを提供する。  【解決手段】  支持領域２ａおよび振動領域２ｂを有する圧電素子２と、圧電素子２の支持領域２ａに接着材３を介して対向する第１の部位４ａと、第１の部位４ａに対し振動領域２ｂ側に位置し、第１の部位４ａに比し圧電素子２より離隔する第２の部位４ｂとを有する支持部材とを備え、接着材３は、第１の部位４ａから第２の部位４ｂにかけて接着されている加速度センサ１である。圧電素子２が振動した際、圧電素子２は接着材３を介して第２の部位４ｂとにも支持される。よって、圧電素子２において屈曲する部位が一部に集中することを防ぐことができるので、撓みが生じている領域が広くなり、加速度センサ１の検出感度を向上させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持領域および振動領域を有する圧電素子と、
該圧電素子の前記支持領域に接着材を介して対向する第１の部位と、該第１の部位に対し前記振動領域側に位置し、前記第１の部位に比し前記圧電素子より離隔する第２の部位とを有する支持部材とを備え、
前記接着材は、前記第１の部位から前記第２の部位にかけて接着されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記支持部材は、第１の部位および第２の部位の間に角部を有し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】
前記接着材は、一端側が前記振動領域側に延在しているとともに前記延在部の厚みが前記第１の部位における厚みよりも厚くなってい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】
前記支持部材は、第１の部位の振動領域側に段差が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記接着材の前記振動領域側の一端は、丸みを有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記支持部材は、前記圧電素子を収納するケースであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記圧電素子は、圧電基板の両主面に電極を配置して成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか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。
【０００３】
このような加速度センサとして、例えば特許文献１には、支持領域および振動領域を有する圧電素子を、支持領域で支持部材に固定したものが示されている。また、圧電素子と支持部材との間には両者の対向領域にわたり接着材が一定の厚みで介在しているものが提案されている。なお、支持部材の支持領域における振動領域側の端部は角部となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2007−10377号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような構成において、圧電素子における支持部材の角部より振動領域側の部位は、どこにも支持されていない。よって、圧電素子における支持部材の角部より振動領域側の部位は、圧電素子が振動により屈曲した際、圧電素子は支持部材の角部に対応する部位で、部分的に大きく屈曲する。つまり、圧電素子において撓みが生じている領域が小さくなる。その結果、検出感度が低下しやすいという問題点があった。
【０００６】
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、検出感度を向上させることが可能な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】
【０００７】
本発明の加速度センサは、支持領域および振動領域を有する圧電素子と、該圧電素子の前記支持領域に接着材を介して対向する第１の部位と、該第１の部位に対し前記振動領域側に位置し、前記第１の部位に比し前記圧電素子より離隔する第２の部位とを有する支持部材とを備え、前記接着材は、前記第１の部位から前記第２の部位にかけて接着されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の加速度センサによれば、支持領域および振動領域を有する圧電素子と、圧電素子の支持領域に接着材を介して対向する第１の部位と、第１の部位に対し振動領域側に位置し、第１の部位に比し圧電素子より離隔する第２の部位とを有する支持部材とを備え、接着材は、第１の部位から第２の部位にかけて接着されていることから、圧電素子が振動した際、圧電素子は接着材を介して第２の部位にも支持される。よって、圧電素子において屈曲する部位が一部に集中することを防ぐことができるので、撓みが生じている領域が広くなる。従って、加速度センサの検出感度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態にかかる加速度センサの側面図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態にかかる加速度センサの上面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる加速度センサの外観斜視図である。
【図３】図２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４】図２に示す加速度センサの実施の形態の一例の縦断面図である。
【図５】本発明の加速度センサの実施の形態の他の例を示す縦断面図である。
【図６】本発明の加速度センサの実施の形態の他の例を示す側面図である。
【図７】（ａ）は本発明の他の実施の形態にかかる加速度センサの側面図であり、（ｂ）は本発明の他の実施の形態にかかる加速度センサの上面図である。
【図８】本発明の加速度センサの実施の形態の他の例を示す側面図である。
【図９】本発明の加速度センサの実施の形態の他の例を示す側面図である。
【図１０】本発明の加速度センサの実施の形態の他の例を示す側面図である。
【図１１】（ａ）は図９に示す加速度センサの実施の形態の他の例を示す側面図であり、（ｂ）は図１０に示す加速度センサの実施の形態の他の例を示す側面図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）ともに、本発明の加速度センサの実施の形態の他の例を示す側面図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）ともに、本発明の加速度センサの実施の形態の他の例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示す本例の加速度センサ１は、支持領域２ａおよび振動領域２ｂを有する圧電素子２と、圧電素子２の支持領域２ａに接着材３を介して対向する第１の部位４ａと、第１の部位４ａに対し振動領域側２ｂに位置し、第１の部位４ａに比し圧電素子２より離隔する第２の部位４ｂとを有する支持部材４とを備え、接着材３は、第１の部位４ａから第２の部位４ｂにかけて接着されている。
【００１１】
このような構成により、圧電素子２が振動した際、圧電素子２は接着材３を介して第２の部位４ｂとにも支持される。よって、圧電素子２において屈曲する部位が一部に集中することを防ぐことができるので、撓みが生じている領域が広くなる。従って、加速度センサ１の検出感度を向上させることが可能となる。
【００１２】
図１に示す例において、圧電素子２は、圧電基板21の両主面に電極22、23が配置されてなる。圧電素子２が、外部から加えられた加速度によって撓むことにより圧電基板21に歪みが発生し、圧電効果による電荷が圧電基板21の両主面に発生する。そして、発生した電荷を圧電基板21の両主面に配置された電極22、23で集め、電荷を検知するかまたは電荷によって圧電基板21の両主面に配置された電極22、23間に発生する電圧を検知することによって加速度を検出する。
【００１３】
圧電基板21は、例えば、厚み方向に分極された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、例えば、長さが0.5〜5ｍｍ、幅が0.2〜１ｍｍ、厚みが0.1〜0.5ｍｍの短冊状とされる。このような圧電基板21は、以下のようにして作製される
。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
電極22、23は、例えば、銀、銅、クロム、ニッケル等の金属からなり、30μｍ程度の厚みで圧電基板21の両主面に形成される。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基板21の両方の主面に形成する。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。
【００１７】
支持部材４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。また、図１に示す例においては、この支持部材４の寸法は、例えば、長さが0.2〜2.5ｍｍ、幅が0.2〜１ｍｍ、厚みが0.1〜0.5ｍｍである。
【００１８】
接着材３は、例えば、エポキシ樹脂等の適度な弾性率を有するものからなり、支持部材４と圧電素子２との間に配置され圧電素子２の保持・固定を確実にする。この接着材３は、例えば、温度80〜220℃、時間30分〜60分程度加熱することにより硬化する。この接着
材３は、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、接着材３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。
【００１９】
図１に示す例においては、接着材３は、一端側が振動領域２ｂ側に延在しているとともに延在部３ａの厚みが第１の部位４ａにおける厚みよりも厚くなっており、第１の部位４ａから第２の部位４ｂにかけて接着されている。この例において、接着材３は、圧電素子２の振動領域２ｂにも接着されている。なお、例えば、第１の部位４ａにおける厚みは、10〜20μｍ程度であり、延在部３ａの厚みは21〜50μｍ程度である。
【００２０】
また、図１に示す例においては、支持部材４は、第１の部位４ａおよび第２の部位４ｂの間に角部４ｃを有している。このような構成であって圧電素子２が振動した場合でも、接着材３が第１の部位４ａから第２の部位４ｂにかけて接着されているので、圧電素子２の振動領域２ｂは接着材３の延在部３ａを介して第２の部位４ｂに支持される。よって、圧電素子２において、屈曲する部位が、角部４ｃに対応する部位に集中しなくなる。従って、圧電素子２における、支持領域２ａから振動領域２ｂにかけての広い領域で撓みが生じることとなる。その結果、加速度センサ１の検出感度を向上させることが可能となる。
【００２１】
また、図１に示す例のように、接着材３の振動領域２ｂ側の一端（延在部３ａ）は、丸みを有していることが好ましい。このような場合には、角部４ｃから加えられる力を分散させることができるので、圧電素子２の屈曲により支持部材４から圧電素子２に対して力が加えられる面積がさらに大きくなる。よって、圧電素子２において撓みが生じている領域を大きくでき、さらに加速度センサ１の検出感度を向上させることができる。
【００２２】
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。
【００２３】
例えば、図２に示す例のように、支持部材４は、圧電素子２を収納するケース５であることが好ましい。このような場合には、圧電素子２が外部の他の部材と接触することを防止できるので、加速度を正確に検出することができる。ケース５の概略の寸法は、例えば、長さが１〜７ｍｍ、幅が２〜４ｍｍ、厚みが１〜３ｍｍである。図２および図３に示すように、ケース５の外部には、リード電極６ａ、６ｂが配置されている。また、ケース５は、振動素子２を収納している。ケース５には開口部５ｈが設けられている。この支持部材４の上からさらに、エポキシ系樹脂等から成る封止用樹脂７で封止されている。
【００２４】
リード電極６ａ、６ｂは、図２に示すように、ケース５の外表面に取り付けられている
。このリード電極６ａ、６ｂ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。リード電極６ａ、６ｂは、材質として、例えばリン青銅等が用いられる。また、リード電極６ａ、６ｂの厚みは、例えば0.1〜0.5ｍｍ程度に設定される。図２に示す例においては、リード電極６ａ、６ｂは、インサートモールドによりケース５に一体成型させた。
【００２５】
図３に示すように、支持部材４の間には、振動素子２を挿入する貫通孔５ｈが設けられている。貫通孔５ｈは、第１の部位４ａに相当する内側面を、接着材３を介して圧電素子２の支持領域２ａに対向させて圧電素子２を支持する。
【００２６】
図２および図３に示す例においては、圧電素子２の両主面の電極22、23の一部は圧電基板21の側方側周縁部まで延在されている。この延在部と、ケース５内を通って圧電素子２の側面近傍まで延出されたリード電極６ａ，６ｂの端部８ａ，８ｂとが、導電性接着材（不図示）を介して電気的に接続されている。よって、電極22，23間に発生した出力電圧はリード電極６ａ，６ｂから外部に出力される。なお、導電性接着材（不図示）は凹部９ａ，９ｂ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。
【００２７】
図４に示すように、接着材３は、一端側が振動領域２ｂ側に延在しているとともに延在部３ａの厚みが第１の部位４ａにおける厚みよりも厚くなっており、第１の部位４ａから第２の部位４ｂにかけて接着されている。この例において、接着材３は、圧電素子２の振動領域２ｂにも接着されている。また、図４に示す例では、接着材３は、圧電素子２の両主面に配置されているが、圧電素子２の両側面に配置されていてもよい。このような場合にも同様に、圧電素子２の屈曲により圧電素子２に対して力が作用する面積が大きくなる。
【００２８】
図４に示すように、接着材３を介してケース５の第１の部位４ａで圧電素子２を支持する構成とするためには、以下のようにする。まず、圧電素子２を開口部５ｈに挿入し、支持部材４に相当する部分で圧電素子２を仮固定する。この際、開口部５ｈの寸法を圧電素子２の断面積より小さくしておくことによって、開口部５ｈが圧電素子２を挟持するようにして仮固定できるので好ましい。次に、接着材３を圧電素子２の端部に配置し、これを加熱することによって流動性を有するに至った接着材３をケース内部に入り込ませる。以上のような方法で、図４に示す構成とすることができる。
【００２９】
図３に示す例においては、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５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。
【００３０】
また、図５に示すように、第１の部位４ａの振動領域２ｂ側に段差10が設けられていることが好ましい。この場合には、接着材３を対向部４ａおよび圧電素子２の間に流入させる際に、流入した接着材３がこの段差10に溜まることから、延在部３ａを形成しやすくなることから好ましい。
【００３１】
また、圧電素子２は、圧電基板21の両主面に電極22、23が設けられた構造体同士が、接合部材によって主面同士で接合されてなるものであってもよい。この接合部材は、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構造体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21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。
【００３２】
また、図１に示す例においては、延在部３ａが丸みを有しているが、図６に示すように、延在部３ａが角部を有することによって、圧電素子２が振動し屈曲した際の力が、延在部３ａの角部に集中するので、圧電素子２に対して負荷される力が一部に集中するのを防ぎ、圧電素子において撓みが生じている領域を大きくすることができる。その結果、検出感度を向上させることができる。なお、このように、延在部３ａに角部を設けるためには、延在部３ａを設けたい部位に予め型を置いておき、この型に流動性を有する接着材３を流し込み、硬化させて成形する。また、硬化する前の接着材３の一端にこてを当てて角部を形成してもよい。
【００３３】
また、図７に示すように、圧電素子２は両端に支持領域２ａを有しており、これらの支持領域２ａが接着材３を介して、それぞれ支持部材４と対向していてもよい。なお、図８に示すように、支持部材４は圧電素子２の両主面のそれぞれにあり、各支持部材４が圧電素子２の両端の支持領域２ａと対向する第１の部位４ａを有している構成であってもよい。これらの場合は、圧電素子２を両端で支持することができるので、耐久性の高い加速度センサ１を提供することができる。
【００３４】
また、図９に示すように、支持部材４は、延在部３ａと接着している面に開口11を有しており、この開口11に延在部３ａの一部が設けられていることが好ましい。このような場合には、接着材３が支持部材４と、より強力に密着するので、圧電素子２の屈曲により支持部材４から圧電素子２に対して力が作用する面積がさらに大きくなる。よって、圧電素子において撓みが生じている領域を大きくでき、さらに検出感度を向上させることができる。
【００３５】
また、図１０に示すように、支持部材４は、第１の部位４ａに開口12を有しており、この開口12に接着材３の一部が設けられていることが好ましい。このような場合には、接着材３が支持部材４とより密着するので、圧電素子２の屈曲により支持部材４から圧電素子２に対して力が作用する面積がさらに大きくなる。よって、圧電素子において撓みが生じている領域を大きくでき、さらに検出感度を向上させることができる。
【００３６】
また、図１１に示すように、開口11、12は、丸みを有することが好ましい。この場合には、圧電素子２が振動した際に、接着材３にかかる力が、どこか１箇所に集中するのではなく、適度に分散する。よって、圧電素子２から接着材３を介して支持部材４に伝わる力も分散される。結果、支持部材４にかかる力が軽減されるので、耐久性の高い加速度センサ１を提供することができるため好ましい。
【００３７】
また、図１２（ａ）に示すように、支持部材４は、第１の部位４ａおよび第２の部位４ｂの間に角部４ｃを有するとともに、第２の部位４ｂは傾斜していてもよい。また、図１２（ｂ）に示す例においても同様である。また、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、第２の部位４ｂは、丸みを有していても良い。図１２、図１３に示す例においても、同様に、本願発明の効果を発揮できる。
【００３８】
また、以上の説明では、１枚の圧電基板21であるユニモルフ型の圧電素子２や、２枚の圧電基板21を貼り合わせたバイモルフ形の圧電素子２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。
【符号の説明】
【００３９】
１：加速度センサ
２：検出素子
２ａ：支持領域
２ｂ：振動領域
21：圧電基板
22、23：電極
３：接着材
３ａ：延在部
４：支持部材
４ａ：対向部
４ｂ：角部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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