(57)【要約】      （修正有）【課題】板状の圧電素子と、金属板と、支持部材を備え、金属板は支持部材により支持されている圧電デバイスに於いて、薄型化を可能とし、加速度センサとして好適な圧電デバイスを提供する。【解決手段】板状の圧電素子１、金属板２、支持部材３を備え、金属板２の片面にのみ圧電素子１及び支持部材３が固定され、金属板２は支持部材３により支持されることで、金属板２の厚さと圧電素子１または支持部材３の厚さを加算した厚さとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の圧電素子と、金属板と、支持部材を備え、前記圧電素子及び前記支持部材が前記金属板の片面にのみ固定され、かつ前記金属板が前記支持部材により支持されることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記圧電素子、前記金属板および前記支持部材の少なくとも一部を収容するケースをさらに備え、前記支持部材が前記ケースにより固定され、前記金属板と前記ケースとの間、及び、前記圧電素子と前記ケースとの間に前記金属板の最大振動振幅よりも大である隙間が設けられることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記支持部材の厚み寸法は、前記圧電素子の厚み寸法と前記最大振動振幅を合わせた寸法より大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記圧電素子の前記金属板に固定されていない面に外部電極が形成され、前記支持部材の前記金属板に固定されていない面に接続電極が形成され、前記外部電極と前記接続電極が、接続導体により導電接続され、前記金属板の形状が長方形板であり、前記支持部材は前記金属板の長辺方向端部の少なくとも一方を支持し、前記圧電素子における前記長辺方向の端部の中央近傍で前記外部電極と前記接続導体を導電接続し、前記接続導体が前記長辺方向に沿って引き回されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記圧電素子、前記金属板を収容するケースをさらに備え、前記ケースは導電性を持ち、前記圧電素子の前記金属板に固定されていない面に外部電極を形成し、前記外部電極と前記ケースが弾性導電体により導電接続されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電効果を利用した圧電デバイスに関し、特に加速度センサとして好適に用いられる圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は従来技術としての特許文献１における圧電デバイスの斜視図である。図９には、所定方向に分極処理された圧電素子１と、金属板２と、支持部材３とから構成される圧電式加速度センサが記載されている。
【０００３】
支持部材３には、基板回路部と、基板回路部の端部から突出した略平面状の基板ベース部とを備えている。また、金属板２の一方の板面を基板ベース部の一方の面に支持固定し、金属板の他方の板面は、所定方向において圧電素子１と基板ベース部とが重ならないように、圧電素子１が支持固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０４３２１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の圧電デバイスの厚さは、圧電素子と金属板と支持部材の厚さが加算された厚さとなる。圧電デバイスを薄型化する上では、圧電素子と金属板と支持部材の全てを薄くしなければならず、このような薄型化には限界があるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題を、板状の圧電素子と、金属板と、支持部材を備え、金属板の片面にのみ圧電素子及び支持部材が固定され、金属板は支持部材により支持されている圧電デバイスにより解決する。
【０００７】
すなわち、圧電素子及び支持部材が金属板の片面にのみ固定されていることで、圧電デバイスの厚さは、圧電素子が支持部材よりも薄い場合は金属板と支持部材が加算された厚さとなり、支持部材が圧電素子よりも薄い場合は金属板と圧電素子の厚さが加算された厚さとなる。
【０００８】
さらに、圧電素子、金属板および支持部材の少なくとも一部を収容するケースを備え、支持部材をケースに固定することで金属板とケースとの間及び圧電素子とケースとの間に金属板の最大振動振幅よりも大である隙間が設けられた圧電デバイスとしてもよい。
【０００９】
支持部材をケースにより固定することで、圧電素子が振動できる隙間を確保しつつ薄型化ができる。さらに、圧電素子、金属板および支持部材がケースに収容されているので、圧電デバイスを取り付ける際に、ケース上の任意の場所を保持できるため、取り付け作業性が向上する。
【００１０】
また、支持部材の厚み寸法は、圧電素子の厚み寸法と最大振動振幅を合わせた寸法より大きいほうが望ましい。
【００１１】
このような構成とすることで、ケースに余分な窪みを設けなくとも圧電素子が振動できるような隙間を確保することができる。
【００１２】
また、圧電素子の金属板に固定されていない面に外部電極を形成し、支持部材の金属板に固定されていない面に接続電極を形成し、外部電極と接続電極を、接続導体により導電接続し、支持部材は金属板の長辺方向端部の少なくともいずれか一方を支持し、圧電素子における長辺方向の端部中央の近傍で外部電極と接続導体は導電接続され、接続導体が長辺方向に沿って引き回されている圧電デバイスとしてもよい。
【００１３】
圧電素子における長辺方向の端部中央近傍で接続導体を固定し、さらに接続導体を長辺方向に沿って引き回す構成としているため、圧電素子が接続導体の影響で長辺方向に対してねじれて振動する異常振動を防ぐことができる。
【００１４】
また、ケースに導電性を持たせて、外部電極とケースを弾性導電体により電気的に接続されている圧電デバイスとしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によって、薄型の圧電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明における圧電デバイスの一例を示した図。図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡＡ面における断面図。
【図２】本発明における圧電デバイスの一例を示した図。図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるケース５の平面図。
【図３】本発明における圧電デバイスの一例を示した図。図３（ａ）、図３（ｂ）は図２（ａ）のＢＢ面における断面図。
【図４】本発明における圧電デバイスの一例を示した図。図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡＡ面における断面図。
【図５】本発明における圧電デバイスの一例を示した図。図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡＡ面における断面図。
【図６】本発明における圧電デバイスの一例を示した図。図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡＡ面における断面図。
【図７】本発明における圧電デバイスの一例を示した図。図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡＡ面における断面図。
【図８】本発明における圧電デバイスの一例を示した図。図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡＡ面における断面図。
【図９】特許文献１における圧電デバイスの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について、図を用いて説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明における圧電デバイスの一例を示す斜視図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡＡ面における断面図である。
【００１９】
図１において、板状の圧電素子１の表面には外部電極１１がスパッタリング等により形成され、圧電素子１の裏面は金属板２の中央に接着剤等により固定されている。
【００２０】
金属板２の長手方向両端部は回路基板等の支持部材３の裏面で半田や導電性接着剤等により固定される。
【００２１】
このように、両端が支持部材３により支持された金属板２中央の空きスペースに圧電素子１を配置する構成としているため、圧電デバイスの薄型化が可能となる。
【００２２】
支持部材３の表面には接続電極３１が設けられ、接続電極３１と外部電極１１とは、接続導体４によって電気的に接続されている。
【００２３】
なお、接続導体４としては、リード線、板状端子、ばね端子、フレキシブル基板などを用いることができるが、これらに限るものではない。なお、接続導体を圧電素子１の振動を妨げない程度に幅広の板状導体を用いることで、導電接続部のはがれや、断線の可能性をより低くすることができ、導電接続の信頼性が向上する。また、接続導体を圧電素子１の振動を妨げない程度に幅広の板状導体とすれば、自動組立機での組立が可能となるため、組立精度の向上と加工工数の低減が可能となる。
【００２４】
また、接続導体４と接続電極３１、外部電極１１とは、半田や、導電フィラーを接着剤に分散した導電性接着剤等により電気的に接続することができるが、これらに限るものではない。
【００２５】
なお、圧電素子１を長方形板として、金属板２が圧電素子１の長辺方向両端部付近で、金属板２の長辺方向の長さ以上の寸法の支持部材３により支持されているため、圧電素子１は長辺方向における中央部が振動する。また、圧電素子１の振動を妨げないよう、圧電素子１と支持部材３との間に充分な隙間を設けるのが望ましく、圧電素子１の長辺の側面と支持部材３の側面との間に隙間を設けるため、支持部材３上の金属板２の固定部は、腕部３１１、３１２上の根元及び先端より余白を残すよう配置するのが望ましい。さらに、圧電素子１の短辺の側面と腕部３１１、３１２の側面との間にも隙間を設けるよう配置するのが望ましく、腕部３１１、３１２との間の隙間寸法が等しければ、圧電素子１の振動の腹と金属板２の振動の腹の位置が一致するため、さらに望ましい。
【００２６】
なお、外部電極１１と接続導体４の接続部は、接続導体４により振動が抑制される場合もあるため、圧電素子１の長辺方向端部にあることが望ましい。
【００２７】
また、圧電素子１面内の長辺方向と垂直な短辺方向の端部に外部電極１１と接続導体４の接続部があると、圧電素子１が長辺方向に対してねじれる振動を誘発することがあるため、圧電素子１の短辺方向中央にあることが望ましい。
【００２８】
支持部材３にはケーブル３０１が接続され、駆動電源の供給や、圧電デバイスの出力を取り出す等の役割を担う。
【００２９】
圧電デバイス使用方法の一例として、加速度センサとして用いる場合を説明する。加速度が圧電デバイスに作用すると、圧電素子１と金属板２がたわみ、圧電素子１の表裏面間には電位差が発生する。
【００３０】
圧電素子１の表面の電位は外部電極１１を介して接続導体４、接続電極３１、支持部材３へと伝達される。一方、圧電素子１の裏面の電位は金属板２を介して支持部材３へと伝達される。
【００３１】
さらに支持部材３に導電経路を設けておけば、ケーブル３０１を介して圧電素子表裏面の電位差を外部に取り出すことができる。
【００３２】
なお、支持部材３に検出回路や増幅回路等を設けておき、圧電素子１表裏面の電位差を高精度に検出し増幅させれば、加速度を高感度で検出することも可能となる。
【００３３】
図２（ａ）は、本発明における圧電デバイスの一例を示す斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるケース５の平面図である。
【００３４】
図１の圧電デバイスをケース５及びケース蓋部５１により封止することで、外部からの衝撃等による破損、外気による腐食や劣化を防ぐことができる。また、ケース５やケース蓋部５１を金属などの導電体で作成すれば、外部からの電磁ノイズの影響を防ぐことができる。
【００３５】
例えば、ケース５に窪み５０１、５０２、５０３を設け、窪み５０１をケーブル３０１の高さよりやや深く、窪み５０２を図１の圧電デバイスの金属板を除く高さよりもやや深く、窪み５０３を図１の圧電デバイスの金属板を含む高さと金属板の最大振動振幅を併せた高さよりもやや深くしておくことで、窪み５０１よりケーブル３０１を導出し、窪み５０２に支持部材３を固定し、窪み５０１、５０２、５０３全体に図１の圧電デバイスを収容することができる。
【００３６】
さらに、ケース蓋部５１をケース５に接着剤などで固定することにより、図１の圧電デバイスを封止することができる。
【００３７】
なお、接続導体４や接続電極３１がケース蓋部５１と接近する場合は、ケース蓋部５１を絶縁体で構成するか、ケース蓋部５１上の接続導体４や接続電極３１近傍を絶縁体で覆うことで、電気的短絡等の不具合を防ぐことができる。
【００３８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図２（ａ）のＢＢ面における断面図である。
【００３９】
図３（ａ）の構成では、金属板２はケース５内壁底面との間に、金属板２の最大振動振幅よりも大きな隙間が設けられている。圧電素子１の外部電極１１もケース蓋部５１との間に、圧電素子１の最大振動振幅よりも大きな隙間が設けられている。
【００４０】
なお、振動によって圧電素子１がケース蓋部５１に衝突することが無いように圧電素子１を支持部材３よりも薄くしておくのが望ましい。
【００４１】
図３（ａ）の変形例である図３（ｂ）では、圧電素子１の外部電極１１がケース５内壁底面と対面し、弾性導電体４１によって外部電極１１とケース５が導電接続されている。
【００４２】
ケース５は、全体が金属等の導電体で作成するか、弾性導電体４１の導電接続部から支持部材３まで導電経路を形成しておく。
【００４３】
ケース５からの導電経路が形成できれば、支持部材３上の導電経路を片面とすることも可能である。
【００４４】
なお、弾性導電体として導電ゴム、板ばねやコイルばね等の金属ばねが挙げられるが、これに限るものではない。
【００４５】
また、図３（ｂ）の構成では、支持部材３とケース５内壁底面との間に隙間を設ける必要が無いため、図３（ａ）の構成より薄型とすることが可能となる。
【００４６】
さらに、支持部材３とケース５内壁底面との間を直接固定すれば、ケース５の窪み５０２を省略することができるため、ケース５の構成をより簡略化できる。
【００４７】
なお、振動によって金属板２がケース蓋部５１に衝突することが無いよう、金属板２とケース蓋部５１の間に隙間を設けておくのが望ましい。
【００４８】
同様に、振動によって圧電素子１の外部電極１１がケース５内壁底面に衝突することが無いよう、圧電素子１を支持部材３よりも薄くしておくのが望ましい。
【００４９】
図４（ａ）は、本発明における圧電デバイスの他の一例を示す斜視図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡＡ面における断面図である。
【００５０】
金属板２の一方の端部でのみ支持部材３によって支持されている点が図１とは異なる。
【００５１】
なお、支持部材３によって支持されていない金属板２の他方の端部は、圧電素子１より延在していなくともよい。
【００５２】
図４の構成は、図１よりも回路部品が少ない場合、小型化が必要な場合に適している。
【００５３】
図５（ａ）は、本発明における圧電デバイスの他の一例を示す斜視図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡＡ面における断面図である。
【００５４】
支持部材３が金属板２の一方の端部を支持する部分のみとなっている点が図１とは異なる。
【００５５】
なお、支持部材３によって支持されていない金属板２の他方の端部は、圧電素子１より延在していなくともよい。
【００５６】
図５の構成は、図４よりも回路部品が少ない場合、より小型化が必要な場合に適している。
【００５７】
図６（ａ）は、本発明における圧電デバイスの他の一例を示す斜視図である。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡＡ面における断面図である。
【００５８】
支持部材３が金属板２の一方の端部より延在している点が図４とは異なる。
【００５９】
なお、支持部材３によって支持されていない金属板２の他方の端部は、圧電素子１より延在していなくともよい。
【００６０】
図６の構成は、図１よりも回路部品が少ない場合、細長い外形とする場合に適している。
【００６１】
図７（ａ）は、本発明における圧電デバイスの他の一例を示す斜視図である。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡＡ面における断面図である。
【００６２】
支持部材３中央の貫通穴部に圧電素子１を配置している点が図１とは異なる。
【００６３】
図７の構成は、図１よりも回路部品が多い場合、高機能化が必要な場合、支持部材の強度が必要な場合に適している。
【００６４】
図８（ａ）は、本発明における圧電デバイスの他の一例を示す斜視図である。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡＡ面における断面図である。
【００６５】
支持部材３の外形が円形である点が図１とは異なる。
【００６６】
図８の構成も、図１よりも回路部品が多い場合、高機能化が必要な場合、支持部材の強度が必要な場合に適している。
【実施例】
【００６７】
本発明の実施形態の一例を説明する。
【００６８】
図１は、本発明の実施形態の一例を示している。
【００６９】
圧電素子１の材質はＰｂＺｒＴｉＯ３セラミックであり、表裏面には電極を形成した。寸法は長さ４．０ｍｍ、幅１．６ｍｍ、厚さ０．４ｍｍである。
【００７０】
金属板２の材質はリン青銅であり、寸法は長さ５．７ｍｍ、幅１．６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍである。
【００７１】
金属板２の中央に圧電素子１を熱硬化性エポキシ樹脂により接着した。
【００７２】
支持部材３は図１の形状であり、材質はガラスエポキシ基板、厚さ０．４ｍｍ、外形は７ｍｍ×７ｍｍの正方形の一辺の両端に１．７ｍｍ×０．５ｍｍの長方形が突き出した形状である。
【００７３】
支持部材３の正方形の部分に圧電素子１とケーブル３０１とを電気的に接続するための導電パターンを形成し、信号を出力する為のケーブル３０１を接続した。
【００７４】
金属板２と支持部材３は半田により導電接続を行い、固定した。
【００７５】
外部電極１１と接続電極３１は接続導体として導電線材を用いて半田付けにより導電接続を行った。
【００７６】
さらに、図２（ｂ）の材質がＳＵＳ３０４よりなるケース５の窪み５０２に支持部材３の正方形部分を熱硬化性エポキシ樹脂で接着し、ケース蓋部５１はケース５に圧入により固定して圧電デバイスを作製した。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の圧電デバイスは、電子機器に対して発生する衝撃や、電子機器自身が発する振動を検知する加速度センサとしても用いられる。
【符号の説明】
【００７８】
１  圧電素子
１１  外部電極
２  金属板
３  支持部材
３１  接続電極
３０１  ケーブル
３１１、３１２  腕部
４  接続導体
４１  弾性導電体
５  ケース
５１  ケース蓋部
５０１、５０２、５０３  窪み
【図１】
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【図２】
2013047637.tif 000004
【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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【手続補正書】
【提出日】平成24年5月14日(2012.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の圧電素子と、金属板と、支持部材を備え、前記圧電素子及び前記支持部材が前記金属板の片面にのみ固定され、かつ前記金属板が前記支持部材により支持され、前記圧電素子の前記金属板に固定されていない面に外部電極が形成され、前記支持部材の前記金属板に固定されていない面に接続電極が形成され、前記外部電極と前記接続電極が、接続導体により導電接続され、前記金属板の形状が長方形板であり、前記支持部材は前記金属板の長辺方向端部の少なくとも一方を支持し、前記圧電素子における前記長辺方向の端部の中央近傍で前記外部電極と前記接続導体を導電接続し、前記接続導体が前記長辺方向に沿って引き回されることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
板状の圧電素子と、金属板と、支持部材と、前記圧電素子及び前記金属板を収容するケースを備え、前記圧電素子及び前記支持部材が前記金属板の片面にのみ固定され、かつ前記金属板が前記支持部材により支持され、前記圧電素子の前記金属板に固定されていない面に外部電極が形成され、前記ケースは導電性を持ち、前記外部電極と前記ケースが弾性導電体によって接続されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項３】
前記圧電素子、前記金属板および前記支持部材の少なくとも一部を収容するケースをさらに備え、前記支持部材が前記ケースにより固定され、前記金属板と前記ケースとの間、及び、前記圧電素子と前記ケースとの間に前記金属板の最大振動振幅よりも大である隙間が設けられることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記支持部材の厚み寸法は、前記圧電素子の厚み寸法と前記最大振動振幅を合わせた寸法より大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電デバイス。