JP2001041972A - Acceleration detector - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造が簡素で、実装基板への実装が簡易かつ
迅速にできる、小型で低コストの高精度な加速度検出素
子を提供する。
【解決手段】 板厚方向と直交する板厚直交方向に分極
処理された板状の圧電体11と、圧電体11の表面に膜状に
設けられた電極12、13と、を有し、圧電体11の前記板厚
直交方向の加速度を検出するユニモルフ構造の検出素子
構成とする。
(57) [Problem] To provide a small, low-cost, high-accuracy acceleration detection element which has a simple structure and can be easily and quickly mounted on a mounting board. SOLUTION: The piezoelectric device has a plate-shaped piezoelectric body 11 polarized in a plate thickness orthogonal direction perpendicular to the plate thickness direction, and electrodes 12 and 13 provided in a film shape on the surface of the piezoelectric body 11. The detection element has a unimorph structure for detecting the acceleration of the body 11 in the direction perpendicular to the plate thickness.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度検出素子、
特に圧電効果を利用した検出素子で、内燃機関や電気モ
ータにより走行する車両等において加速度を測定又は検
出するのに好適な加速度検出素子に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an acceleration detecting element,
In particular, the present invention relates to a detection element using a piezoelectric effect, which is suitable for measuring or detecting acceleration in a vehicle or the like running by an internal combustion engine or an electric motor.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の加速度検出素子としては、電磁
型、圧電型、半導体型等の各種方式のものが知られてい
るが、車両等に使用される加速度センサでは、圧電材料
の電気・機械変換特性を利用して高検出感度を得るよう
にした圧電型が多用されている。また、高い周波数領域
の加速度を測定する場合、例えば自動車のエアバッグシ
ステムに衝撃感知用センサとして使用されるような場合
に対応すべく、バイモルフ構造を採用して出力増大を図
ると共に検出素子の共振周波数を高くしたものが多用さ
れている。なお、エアバッグシステムにおいては、その
急激な普及に伴い、加速度センサ及びエアバッグコント
ローラ自体の小型化、低コスト化、高性能化が要求され
ており、その加速度センサは衝突加速度を高精度に検出
する必要がある。2. Description of the Related Art Various types of conventional acceleration detecting elements such as an electromagnetic type, a piezoelectric type, and a semiconductor type are known. A piezoelectric type that obtains high detection sensitivity by utilizing conversion characteristics is often used. In addition, when measuring acceleration in a high frequency region, for example, in order to cope with a case where the sensor is used as an impact sensing sensor in an airbag system of an automobile, a bimorph structure is adopted to increase the output and increase the resonance of the detecting element. Higher frequencies are often used. With the rapid spread of airbag systems, acceleration sensors and airbag controllers themselves are required to be smaller, lower in cost, and more sophisticated, and the acceleration sensors detect collision acceleration with high accuracy. There is a need to.
【0003】この種の加速度センサとしては、例えば図
6〜図10に示すようなものがある。As this type of acceleration sensor, there is, for example, one shown in FIGS.
【0004】図6〜図8において、1はベースユニット
であり、ベースユニット1の中央部には位置決めピン2
aを有する突起部2が電気的絶縁状態で一体に形成され
ている。3は、図8及び図9に示すようにベースユニッ
ト1の突起部2に位置決め固定された振動子で、上部溶
接電極2bと下部溶接電極2cを用いて突起部2に溶接
された振動板4を有している。この振動子3は、振動板
4と、その表裏両面に圧電セラミックス素子5,6とで
構成されている。圧電セラミックス素子5,6はそれぞ
れの両面にセンサ出力用の正負の環状電極5a,5b,
6a,6bと自己診断用の正負の環状電極5c,5d,
6c,6dとを焼付け等により形成したものであり、圧
電セラミックス素子5の負の電極5b,5dと圧電セラ
ミックス素子6の正の電極6a,6cとを互いに対向さ
せて対向電極間をそれぞれ導通接続することにより、検
出素子としての静電容量を倍にしている。なお、素子と
振動板の接着等に際しては、両圧電素子5,6の焦電効
果(熱エネルギーを吸収して自発分極の変化を起こし、
その変化量に比例して表面に電荷が誘起される現象を生
じる)を相殺するように、両電極間をそれぞれショート
にさせている。In FIGS. 6 to 8, reference numeral 1 denotes a base unit, and a positioning pin 2 is provided at the center of the base unit 1.
The protrusions 2 having a are integrally formed in an electrically insulated state. Reference numeral 3 denotes a vibrator fixed to the protrusion 2 of the base unit 1 as shown in FIGS. 8 and 9, and a diaphragm 4 welded to the protrusion 2 using the upper welding electrode 2b and the lower welding electrode 2c. have. The vibrator 3 includes a vibrating plate 4 and piezoelectric ceramic elements 5 and 6 on both front and back surfaces thereof. The piezoelectric ceramic elements 5 and 6 have positive and negative annular electrodes 5a, 5b,
6a, 6b and positive and negative annular electrodes 5c, 5d for self-diagnosis.
6c and 6d are formed by baking or the like. The negative electrodes 5b and 5d of the piezoelectric ceramic element 5 and the positive electrodes 6a and 6c of the piezoelectric ceramic element 6 are opposed to each other, and the opposed electrodes are electrically connected. By doing so, the capacitance as a detection element is doubled. In addition, when bonding the element and the diaphragm, etc., the pyroelectric effect of the two piezoelectric elements 5 and 6 (absorption of thermal energy causes a change in spontaneous polarization,
Both electrodes are short-circuited so as to cancel out the phenomenon that charge is induced on the surface in proportion to the amount of change.
【0005】この加速度センサでは、外部から加速度が
加わることにより振動板4が一面側で凸、他面側で凹と
なる変形を生じるとき、圧電セラミックス素子5,6の
うち一方が引き伸ばされ、他方が圧縮されることで、各
圧電セラミックス素子5又は6の発生電圧を、電極5
a、6bからボンディングワイヤ7a,7b等を介して
信号処理回路を含む信号処理回路基板8に出力すること
ができる。In this acceleration sensor, when the vibration plate 4 is deformed to be convex on one side and concave on the other side due to externally applied acceleration, one of the piezoelectric ceramic elements 5 and 6 is stretched and the other is expanded. Is compressed, the voltage generated by each piezoelectric ceramic element 5 or 6 is
a, 6b can be output to a signal processing circuit board 8 including a signal processing circuit via bonding wires 7a, 7b and the like.
【0006】なお、自己診断用の正負の環状電極5c,
6dの間に駆動回路9からボンディングワイヤ7c,7
d等を介して電圧(例えば交流電圧)を印加すること
で、圧電セラミックス素子5,6により振動板4を撓ま
せ(振動させ)、この撓みにより内側電極5a,6bよ
り電荷が発生し、この出力電圧を故障チェック等の自己
診断や較正用の出力として利用するようになっている。
また、図10に示すように、振動板4の上面側には環状
突起4aが形成されており、圧電セラミックス素子5,
6を振動板4に接着固定する際の電極側への接着剤流れ
をこの環状突起4aにより防止するようになっている。The positive and negative annular electrodes 5c for self-diagnosis are provided.
The bonding wires 7c, 7 from the drive circuit 9 during 6d
When a voltage (for example, an AC voltage) is applied via d or the like, the vibrating plate 4 is bent (vibrated) by the piezoelectric ceramic elements 5 and 6, and the bending generates electric charges from the inner electrodes 5a and 6b. The output voltage is used as an output for self-diagnosis such as failure check and calibration.
Further, as shown in FIG. 10, an annular projection 4a is formed on the upper surface side of the diaphragm 4, and the piezoelectric ceramic element 5,
When the adhesive 6 is fixed to the vibration plate 4, the flow of the adhesive to the electrode side is prevented by the annular projection 4a.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の加速度センサにあっては、加速度検出用の圧電セラ
ミックス素子5,6を振動板4の両面に貼り付け、それ
ら振動板4及び圧電セラミックス素子5,6を位置決め
用の突起部2を介してベースユニット1に支持させる検
出素子構成となっていたため、検出素子の構造が複雑で
あるばかりか、検出方向と直交する方向にもかさばる構
造となり、小型化及びコスト低減が困難であった。However, in the above-mentioned conventional acceleration sensor, the piezoelectric ceramic elements 5 and 6 for detecting acceleration are attached to both surfaces of the vibration plate 4, and the vibration plate 4 and the piezoelectric ceramic element 5 are attached. , 6 are supported on the base unit 1 via the positioning projection 2, so that the structure of the detection element is not only complicated, but also bulky in the direction orthogonal to the detection direction, so that the size is small. It has been difficult to achieve cost reduction.
【0008】しかも、電極5a,6b及び電極5b,6
dと、これらから離れた実装基板8とを、ボンディング
ワイヤ7a,7b及び7c,7d、更に端子7e,7
f,7gを介して電気接続していたため、構造の複雑さ
のみならず、加速度検出素子の実装工程も複雑で手間の
かかるものとなっていた。Moreover, the electrodes 5a, 6b and the electrodes 5b, 6
d and the mounting board 8 remote therefrom are bonded to the bonding wires 7a, 7b and 7c, 7d and the terminals 7e, 7d.
Since electrical connection was made via the gates f and 7g, not only the structure was complicated, but also the mounting process of the acceleration detecting element was complicated and time-consuming.
【0009】そこで本発明は、構造が簡素で、実装基板
への実装が簡易かつ迅速にできる、小型で低コストの加
速度検出素子を提供するものである。Accordingly, the present invention is to provide a small and low-cost acceleration detecting element which has a simple structure and can be easily and quickly mounted on a mounting substrate.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1記載の発明に係る加速度検出素子は、板厚
方向と直交する板厚直交方向に分極処理された板状の圧
電体と、前記圧電体の表面に膜状に設けられた電極と、
を有し、前記圧電体の前記板厚直交方向の加速度に応じ
た発生電荷を前記電極から取り出すことを特徴とする。
この発明では、ユニモルフ構造の素子によってその圧電
体の板厚直交方向の加速度を検出するので、振動板やベ
ースユニット等を設けることなく、圧電体の表面に検出
電極を形成するだけの簡素な加速度検出素子を構成する
ことができ、その圧電体を回路基板等に直付けする実装
形態が採用できる。According to a first aspect of the present invention, there is provided an acceleration detecting element comprising: a plate-shaped piezoelectric body polarized in a direction perpendicular to a thickness direction perpendicular to the thickness direction; An electrode provided in the form of a film on the surface of the piezoelectric body,
Wherein the charge generated according to the acceleration of the piezoelectric body in the direction perpendicular to the plate thickness is taken out from the electrode.
According to the present invention, the acceleration in the direction perpendicular to the thickness of the piezoelectric body is detected by the element having the unimorph structure. Therefore, a simple acceleration that simply forms a detection electrode on the surface of the piezoelectric body without providing a diaphragm or a base unit is provided. A detection element can be configured, and a mounting form in which the piezoelectric body is directly attached to a circuit board or the like can be adopted.
【0011】請求項2記載の発明に係る加速度検出素子
は、前記圧電体に固定された錘体を備え、前記圧電体の
前記板厚直交方向に向かって前記錘体に作用する加速度
に応じた略せん断方向の力が、前記錘体から前記圧電体
に加わるようにしたことを特徴とする。この発明では、
錘体を利用することで、広範な使用条件において圧電体
に所要の力を加えることができ、検出方向と直交する方
向の高さ寸法を小さくすることができるとともに、高感
度の加速度検出素子を実現できる。According to a second aspect of the present invention, there is provided an acceleration detecting element including a weight fixed to the piezoelectric body, the acceleration detecting element corresponding to an acceleration acting on the weight in a direction perpendicular to the thickness of the piezoelectric body. A force in a substantially shear direction is applied from the weight to the piezoelectric body. In the present invention,
By using the weight, the required force can be applied to the piezoelectric body under a wide range of operating conditions, the height dimension in the direction perpendicular to the detection direction can be reduced, and a highly sensitive acceleration detection element can be used. realizable.
【0012】請求項3記載の発明に係る加速度検出素子
は、前記錘体が、前記検出素子に固定された固定面と、
前記固定面と所定の交差角をなす側面とを有し、前記錘
体の前記側面に信号取り出し用電極が設けられたことを
特徴とするものである。この発明では、錘体の側面を利
用して十分な面積の接続容易な信号取り出し用電極を形
成することができ、実装の容易化が可能となる。According to a third aspect of the present invention, in the acceleration detecting element, the weight body is fixed to the detecting element;
It has a side surface forming a predetermined intersection angle with the fixed surface, and a signal extracting electrode is provided on the side surface of the weight. According to the present invention, it is possible to form an easily connectable signal extraction electrode having a sufficient area by using the side surface of the weight body, thereby facilitating mounting.
【0013】請求項4記載の発明に係る加速度検出素子
は、前記圧電体が、圧電セラミックス素子若しくは圧電
性単結晶で構成されたことを特徴とするものであり、前
記圧電セラミックス素子は、板厚直交方向に分極処理さ
れたもの、前記圧電性単結晶からなる板状の圧電体もこ
れと同様な圧電効果を生じるものであるのが好ましい。
このような素子を用いると、表面の電極形成等が容易
で、かつ安定した性能が得られる。According to a fourth aspect of the present invention, in the acceleration detecting element, the piezoelectric body is formed of a piezoelectric ceramic element or a piezoelectric single crystal, and the piezoelectric ceramic element has a plate thickness. It is preferable that a plate-shaped piezoelectric body made of the piezoelectric single crystal that has been subjected to a polarization treatment in the orthogonal direction also produces the same piezoelectric effect.
When such an element is used, it is easy to form electrodes on the surface, and stable performance can be obtained.
【0014】請求項5記載の発明に係る加速度検出素子
は、前記電極が、前記錘体の前記固定面と平行に前記圧
電体の両面に対向配置された、互いに逆極性の検出電極
であることを特徴とするものである。この場合、分極方
向に対し直交する板厚方向に検出電極を対向させること
により、温度変化に伴って圧電体に焦電効果が生じて
も、電極面に生じる焦電電荷を非常に小さくすることが
できる。According to a fifth aspect of the present invention, in the acceleration detecting element, the electrodes are detection electrodes of opposite polarities, which are arranged on both sides of the piezoelectric body in parallel with the fixed surface of the weight body. It is characterized by the following. In this case, by making the detection electrode face the plate thickness direction orthogonal to the polarization direction, even if a pyroelectric effect occurs on the piezoelectric body due to a temperature change, the pyroelectric charge generated on the electrode surface should be extremely small. Can be.
【0015】請求項6記載の発明に係る加速度検出素子
は、前記錘体との熱膨張係数がほぼ等しい底面板部を有
することを特徴とする。したがって、錘体と加速度検出
素子の熱膨張率の差によって検出素子側に不要な応力が
生じ検出精度が低下することを防止することができる。According to a sixth aspect of the present invention, the acceleration detecting element has a bottom plate having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the weight body. Therefore, it is possible to prevent a situation in which unnecessary stress is generated on the detection element side due to a difference in thermal expansion coefficient between the weight and the acceleration detection element, and the detection accuracy is reduced.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面に基づいて説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0017】図1〜図5は本発明に係る加速度検出素子
の一実施形態を示す図ある。図1(a)及び図1(b)
において、10は実装基板20に実装されるユニモルフ構造
の加速度検出素子(以下、単に検出素子という)であ
り、この検出素子10は、板状の圧電体11と、圧電体11の
表面に平坦な膜状に設けられた上面側検出電極12及び下
面側検出電極13と、を有している。FIGS. 1 to 5 show an embodiment of an acceleration detecting element according to the present invention. FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b)
In the figure, reference numeral 10 denotes a unimorph acceleration detecting element (hereinafter, simply referred to as a detecting element) mounted on a mounting substrate 20. The detecting element 10 has a plate-shaped piezoelectric body 11 and a flat surface on the surface of the piezoelectric body 11. It has an upper surface side detection electrode 12 and a lower surface side detection electrode 13 provided in a film shape.
【0018】圧電体11は、予め板厚方向と直交する板厚
直交方向(図1(a)中の矢印P方向)に分極処理を施
したもので、例えば圧電セラミックス素子で構成されて
いる。この圧電体11は、分極方向の電界では伸縮を生じ
るが、板厚方向の電界では上下面を逆方向にずらすよう
なせん断歪みを生じる性質を有し、前記板厚直交方向
(図1(b)中の左右方向)に向かう外力によってそれ
に対応するせん断応力が生じたときには、両面側の検出
電極12、13の間に前記せん断応力に応じた電圧を発生す
るようになっている。なお、圧電体11は、前記圧電セラ
ミックス素子のみならず、これと同様な機能を発揮でき
る水晶や圧電性単結晶から構成されたものでもよい。The piezoelectric body 11 is previously subjected to a polarization process in a direction perpendicular to the plate thickness direction (the direction of arrow P in FIG. 1A), and is made of, for example, a piezoelectric ceramic element. This piezoelectric body 11 has the property that it undergoes expansion and contraction in an electric field in the polarization direction, but generates shear strain in the electric field in the plate thickness direction such that the upper and lower surfaces are shifted in opposite directions. When a corresponding shear stress is generated by an external force directed toward the left and right directions in ()), a voltage corresponding to the shear stress is generated between the detection electrodes 12 and 13 on both sides. The piezoelectric body 11 is not limited to the piezoelectric ceramic element, but may be made of quartz or a piezoelectric single crystal capable of performing the same function.
【0019】上面側検出電極12及び下面側検出電極13
は、圧電体11の表面部に蒸着又はメッキ等により形成さ
れ、圧電体11の両面に対向配置されている。また、下面
側検出電極13は上面側検出電極12に対し逆極性となって
おり、この下面側検出電極13が実装基板20のプラス側電
極21(図2参照)に導通する状態で実装基板20上に検出
素子10が直接に載置され、例えば導電性接着剤16により
実装基板20に固定されている。Upper detection electrode 12 and lower detection electrode 13
Are formed on the surface of the piezoelectric body 11 by vapor deposition or plating, and are disposed on both sides of the piezoelectric body 11. The lower detection electrode 13 has a polarity opposite to that of the upper detection electrode 12, and the lower detection electrode 13 is electrically connected to the plus electrode 21 of the mounting substrate 20 (see FIG. 2). The detection element 10 is directly mounted on the top, and is fixed to the mounting board 20 by, for example, a conductive adhesive 16.
【0020】14は検出素子10に固定された錘体(おも
り)であり、錘体14は、接着剤17により検出素子10に固
定された固定面14aと、固定面14aと所定の交差角(略
直角)をなす側面14bとを有している。この錘体14は、
圧電体11の板厚直交方向(図1(b)中で左右方向)に
向かって加速されるとき、その加速度と錘体14の質量と
に応じた略せん断方向の力を検出素子10に加えることが
できる。Reference numeral 14 denotes a weight fixed to the detection element 10. The weight 14 has a fixed surface 14 a fixed to the detection element 10 with an adhesive 17, and a predetermined intersection angle with the fixed surface 14 a. (A substantially right angle). This weight 14 is
When the piezoelectric body 11 is accelerated in a direction perpendicular to the thickness of the piezoelectric body 11 (the left-right direction in FIG. 1B), a force in a substantially shear direction corresponding to the acceleration and the mass of the weight body 14 is applied to the detection element 10. be able to.
【0021】また、検出素子10には検出素子10の下面側
検出電極13に対面する底面板部23が設けられており、こ
の底面板部23は実装基板20のプラス側電極21に接続され
ている。また、センサ感度を高めるよう、錘体14は底面
板部23と同一の材料若しくはこれに近い熱膨張係数の材
料からなる。勿論、専用の底面板部23をなくして、検出
素子10の電極配置を実装基板20に直付けすることもでき
る。また、導電接着剤16、17が半田等であってもよいこ
とはいうまでもない。The detection element 10 is provided with a bottom plate 23 facing the lower detection electrode 13 of the detection element 10. The bottom plate 23 is connected to the positive electrode 21 of the mounting board 20. I have. Further, the weight 14 is made of the same material as the bottom plate 23 or a material having a thermal expansion coefficient close thereto, so as to enhance the sensor sensitivity. Of course, the electrode arrangement of the detection element 10 can be directly attached to the mounting substrate 20 without the dedicated bottom plate 23. Needless to say, the conductive adhesives 16 and 17 may be solder or the like.
【0022】一方、錘体14の側面14bには、蒸着又はメ
ッキ等により膜状に形成された信号取り出し用電極15が
設けられている。この信号取り出し用電極15は、導電性
接着剤17により上面側検出電極12に電気的に接続される
とともに、実装基板20のマイナス側電極22に導電性接着
剤又は半田18によって接着固定されている。19は、検出
素子10の側端面から露出する下面側検出電極13の端面を
覆うよう、検出素子10の側端面と実装基板20との間に塗
布され固化した絶縁性の接着剤である。On the other hand, on the side surface 14b of the weight 14, a signal extraction electrode 15 formed in a film shape by vapor deposition or plating is provided. The signal extraction electrode 15 is electrically connected to the upper surface side detection electrode 12 by a conductive adhesive 17 and is fixed to the negative electrode 22 of the mounting board 20 by a conductive adhesive or solder 18. . Reference numeral 19 denotes an insulating adhesive applied and solidified between the side end face of the detection element 10 and the mounting board 20 so as to cover the end face of the lower detection electrode 13 exposed from the side end face of the detection element 10.
【0023】図3及び図4に示すように、前記検出素子
10及び実装基板20は、センサ基台31a及び封止キャップ
31bからなるシールドケース31内に収納され、信号処理
基板25とセンサ出力用、グランド用、電源用及び容量チ
ェック用のリードピン32、33、34、35とを有するセンサ
ユニット30として構成されており、検出素子10が実装基
板20に実装された状態で錘体14に圧電体11の板面(上
面、下面)方向に向かう加速度を受けるように取り付け
方向が規定されている。なお、信号処理基板25は、詳細
な回路構成を図示しないが、インピーダンス変換回路、
出力増幅回路、濾波回路、温度補償回路等を含んで構成
されている。As shown in FIGS. 3 and 4, the detecting element
10 and the mounting substrate 20 include a sensor base 31a and a sealing cap.
It is housed in a shield case 31 composed of 31b, and is configured as a sensor unit 30 having a signal processing board 25 and lead pins 32, 33, 34, and 35 for sensor output, ground, power supply, and capacity check, The mounting direction is defined so that the weight 14 receives acceleration toward the plate surface (upper surface, lower surface) of the piezoelectric body 11 in a state where the detection element 10 is mounted on the mounting board 20. Although the signal processing board 25 does not show a detailed circuit configuration, an impedance conversion circuit,
It is configured to include an output amplifier circuit, a filtering circuit, a temperature compensation circuit, and the like.
【0024】検出素子10の実装時には、まず、下面側検
出電極13を導電性の接着剤や半田等でプラス側電極21に
接続するとともに実装基板20に固定し、次いで、検出素
子10の側端面から露出する下面側検出電極13の端面を覆
うように、検出素子10の側端面と実装基板20との間に絶
縁性の接着剤19を塗布する。次いで、錘体14の固定面14
aを接着剤17により検出素子10の上面側検出電極12に接
着固定するとともに、錘体14の側面14bの信号取り出し
用電極15を上面側検出電極12に導通するよう接続する。
次いで、信号取り出し用電極15を実装基板20のマイナス
側電極22に導電性接着剤又は半田18によって接着固定す
る。When the detection element 10 is mounted, first, the lower detection electrode 13 is connected to the positive electrode 21 with a conductive adhesive or solder and fixed to the mounting board 20. An insulating adhesive 19 is applied between the side end surface of the detection element 10 and the mounting board 20 so as to cover the end surface of the lower detection electrode 13 exposed from the substrate. Next, the fixing surface 14 of the weight 14
a is adhered and fixed to the upper detection electrode 12 of the detection element 10 with an adhesive 17, and the signal extraction electrode 15 on the side surface 14 b of the weight 14 is connected to the upper detection electrode 12.
Next, the signal extracting electrode 15 is bonded and fixed to the negative electrode 22 of the mounting board 20 with a conductive adhesive or solder 18.
【0025】以上のように構成された加速度センサにお
いては、加速度検出時に、錘体14が例えば図5に実線で
示す位置から仮想線で示す位置に移動するよう矢印A方
向に加速されて、その質量と加速度に応じた力を検出素
子10に加えることになる。このとき、検出素子10にせん
断歪みが生じるから、ユニモルフ構造の検出素子10の検
出電極12、13間に電圧が生じ、この加速度に応じた電圧
信号が信号処理基板25により信号処理されて、センサ出
力が得られる。In the acceleration sensor configured as described above, when detecting acceleration, the weight 14 is accelerated in the direction of arrow A so as to move from the position shown by the solid line in FIG. A force corresponding to the mass and the acceleration is applied to the detection element 10. At this time, since a shear strain is generated in the detection element 10, a voltage is generated between the detection electrodes 12 and 13 of the detection element 10 having a unimorph structure, and a voltage signal according to the acceleration is processed by the signal processing board 25, and the sensor is processed. The output is obtained.
【0026】本実施形態においては、圧電体11の表面に
検出電極12、13を形成するだけの簡素な検出素子10を構
成でき、その圧電体11を実装基板20等に直付けする実装
形態が採用でき、小型で低コストの加速度センサを実現
することができる。In the present embodiment, a simple detection element 10 can be formed by simply forming the detection electrodes 12 and 13 on the surface of the piezoelectric body 11, and a mounting form in which the piezoelectric body 11 is directly mounted on the mounting board 20 or the like is provided. A small, low-cost acceleration sensor that can be adopted can be realized.
【0027】また、バイモルフ構造の検出素子のような
振動板への貼り付けやベースユニットが不必要であり、
高さの縮小(低背化)が可能になる。しかも、従来のよ
うにワイヤボンディング等の面倒な接続を行う必要が無
いばかりでなく、検出素子10を形成する際に圧電体11の
複数個分のサイズを有する圧電材に蒸着やメッキにより
複数組の電極を形成したり、蒸着膜やメッキ膜の部分的
な剥離処理を行ったりして、検出素子10を多数個採りす
ることが可能な圧電体ユニットを作製し、これから検出
素子10を切り出し加工することができる。したがって、
製造工程の大幅な簡易化とコスト低減が可能になる。In addition, there is no need to attach to a diaphragm or a base unit such as a bimorph structure detection element,
It is possible to reduce the height (reduce the height). In addition, it is not necessary to perform a troublesome connection such as wire bonding as in the related art, and when forming the detection element 10, a plurality of sets of piezoelectric materials having a size corresponding to a plurality of piezoelectric bodies 11 are formed by vapor deposition or plating. To form a piezoelectric unit that can take a large number of detection elements 10 by forming electrodes of the same or performing a partial peeling treatment of the vapor deposition film or plating film, and cut out the detection element 10 from this can do. Therefore,
The manufacturing process can be greatly simplified and costs can be reduced.
【0028】さらに、本実施形態においては、錘体14を
利用することで、広範な使用条件において圧電体11に所
要の力を加え、せん断歪みを生じさせることができるの
で、検出方向と直交する方向の高さ寸法を小さくことが
できるとともに、高感度の加速度センサを実現できる。
また、錘体14の側面14bを利用して十分な面積の接続容
易な取り出し電極15を形成することができ、実装作業の
容易化を図ることができる。また、電極12、13が、分極
方向と垂直に、錘体14の固定面14aと平行に圧電体11の
両面に対向配置されているため、圧電体11の焦電効果に
よる不要な電荷を電極面において非常に小さくすること
ができ、センサ感度を高めることができる。Further, in the present embodiment, by using the weight 14, a required force can be applied to the piezoelectric body 11 under a wide range of use conditions to generate a shear strain. The height dimension in the direction can be reduced, and a highly sensitive acceleration sensor can be realized.
Further, the extraction electrode 15 having a sufficient area and easy connection can be formed by using the side surface 14b of the weight 14, so that the mounting operation can be facilitated. In addition, since the electrodes 12 and 13 are disposed opposite to both surfaces of the piezoelectric body 11 in a direction perpendicular to the polarization direction and parallel to the fixing surface 14a of the weight 14, unnecessary charges due to the pyroelectric effect of the piezoelectric body 11 are removed. The surface can be made very small, and the sensor sensitivity can be increased.
【0029】なお、上述の実施形態においては、検出素
子10の検出電極12、13を圧電体11の両面に設けたが、例
えば上面側の電極の端部を下面側まで回り込ませる構造
とし、実装基板側に対向配置した正負の電極に直付けす
るような実装形態をとることもできる。In the above-described embodiment, the detection electrodes 12 and 13 of the detection element 10 are provided on both surfaces of the piezoelectric body 11. However, for example, a structure is adopted in which the ends of the electrodes on the upper surface are wrapped around to the lower surface and the mounting is performed. It is also possible to adopt a mounting form in which it is directly attached to the positive and negative electrodes disposed to face the substrate side.
【0030】[0030]
【発明の効果】本発明の加速度検出素子によれば、ユニ
モルフ構造としてその圧電体の板厚直交方向の加速度を
検出するようにしているので、圧電体の表面に検出電極
を形成するだけの簡素な構成とすることができ、圧電体
を実装用の基板等に直付けする実装形態を採用して検出
方向と直交する方向の高さ寸法を小さくことができる。
その結果、小型、低コストの加速度センサを提供するこ
とができる。According to the acceleration detecting element of the present invention, since the acceleration in the direction perpendicular to the thickness of the piezoelectric body is detected as a unimorph structure, a simple detection electrode is formed on the surface of the piezoelectric body. The height dimension in the direction orthogonal to the detection direction can be reduced by adopting a mounting mode in which the piezoelectric body is directly mounted on a mounting board or the like.
As a result, a small-sized and low-cost acceleration sensor can be provided.
【0031】また、本発明の加速度検出素子において
は、錘体を利用することで、広範な使用条件において圧
電体に所要の力を加えることができ、高感度の加速度セ
ンサを実現できる。さらに、錘体の側面を利用して十分
な面積の接続容易な信号取り出し用電極を形成すること
ができ、実装の容易化を図ることができる。また、前記
圧電体の両面に逆極性の検出電極を対向配置すれば、圧
電体の焦電効果による影響を非常に小さくすることがで
きる。Further, in the acceleration detecting element of the present invention, by using the weight, a required force can be applied to the piezoelectric body under a wide range of use conditions, and a highly sensitive acceleration sensor can be realized. Furthermore, a signal extraction electrode having a sufficient area and easy connection can be formed by using the side surface of the weight body, and mounting can be facilitated. In addition, if the opposite polarity detection electrodes are disposed on both sides of the piezoelectric body, the influence of the pyroelectric effect of the piezoelectric body can be extremely reduced.
【図1】本発明の加速度検出素子の一実施形態に係る加
速度センサを示す図であり、(a)はその要部正面図、
(b)は(a)のB1-B1矢視断面図である。FIG. 1 is a diagram showing an acceleration sensor according to an embodiment of an acceleration detecting element of the present invention, wherein FIG.
(B) is a sectional view taken along the line B1-B1 in (a).
【図2】図1に示す加速度センサの要部斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a main part of the acceleration sensor shown in FIG.
【図3】一実施形態に係る加速度センサのシールドケー
ス内部を示すその斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the inside of a shield case of the acceleration sensor according to the embodiment;
【図4】一実施形態に係る加速度センサの回路基板を示
すその斜視図で、(a)は検出素子の実装基板を、
(b)はその信号処理基板を示している。FIG. 4 is a perspective view showing a circuit board of the acceleration sensor according to one embodiment, wherein FIG.
(B) shows the signal processing board.
【図5】一実施形態に係る加速度センサの作用説明図で
ある。FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the acceleration sensor according to the embodiment;
【図6】従来例の加速度センサの検出素子周辺の平面図
である。FIG. 6 is a plan view around a detection element of a conventional acceleration sensor.
【図7】(a)は従来例の加速度センサの検出素子周辺
の構成を示すその断面図、(b)は従来例の検出素子の
ワイヤボンディングによる接続部を示すその断面図であ
る。7A is a cross-sectional view illustrating a configuration around a detection element of a conventional acceleration sensor, and FIG. 7B is a cross-sectional view illustrating a connection portion of the conventional detection element by wire bonding.
【図8】従来例の加速度センサの振動子、検出部及び自
己診断部を示すその構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing a vibrator, a detection unit, and a self-diagnosis unit of a conventional acceleration sensor.
【図9】従来例の加速度センサの振動子の貼り合わせ構
造を説明するその分解斜視図である。FIG. 9 is an exploded perspective view illustrating a structure of bonding a vibrator of a conventional acceleration sensor.
【図10】従来例の加速度センサの振動板を示す図で、
(a)はその平面図、(b)は(a)のB2−B2矢視断
面図である。FIG. 10 is a diagram showing a diaphragm of a conventional acceleration sensor.
(A) is a plan view thereof, and (b) is a sectional view taken along the line B2-B2 in (a).
10 検出素子(加速度検出素子) 11 圧電体 12 上面側検出電極(電極) 13 下面側検出電極(電極) 14 錘体 14a 固定面 14b 側面 15 信号取り出し用電極 20 実装基板 21 プラス側電極 22 マイナス側電極 23 底面板部 25 信号処理基板 30 センサユニット 31 シールドケース 32,33,34,35 リードピン 10 Detection element (acceleration detection element) 11 Piezoelectric body 12 Upper side detection electrode (electrode) 13 Lower side detection electrode (electrode) 14 Plumb 14a Fixed surface 14b Side surface 15 Signal extraction electrode 20 Mounting board 21 Positive side electrode 22 Minus side Electrode 23 Bottom plate 25 Signal processing board 30 Sensor unit 31 Shield case 32, 33, 34, 35 Lead pin
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 啓之 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目3番1 号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 関野 晴彦 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目3番1 号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 福田 徹 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目3番1 号 松下通信工業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hiroyuki Baba 3-3-1 Tsunashima Higashi, Kohoku-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside Matsushita Communication Industrial Co., Ltd. Matsushita Communication Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Toru Fukuda 4-3-1 Tsunashima Higashi, Kohoku-ku, Yokohama, Kanagawa
Claims (6)
理された板状の圧電体と、前記圧電体の表面に膜状に設
けられた電極と、を有し、前記圧電体の前記板厚直交方
向の加速度に応じた発生電荷を前記電極から取り出すこ
とを特徴とするユニモルフ構造の加速度検出素子。1. A piezoelectric device comprising: a plate-shaped piezoelectric body polarized in a plate thickness orthogonal direction orthogonal to a plate thickness direction; and an electrode provided in a film shape on a surface of the piezoelectric body. An acceleration detecting element having a unimorph structure, wherein generated electric charges corresponding to the acceleration in the direction perpendicular to the plate thickness are taken out from the electrodes.
用する加速度に応じた略せん断方向の力が、前記錘体か
ら前記圧電体に加わるようにしたことを特徴とする請求
項1に記載の加速度検出素子。2. A weight fixed to the piezoelectric body, wherein a force in a substantially shearing direction according to an acceleration acting on the weight in a direction perpendicular to the plate thickness of the piezoelectric body is generated from the weight. The acceleration detecting element according to claim 1, wherein the acceleration detecting element is applied to the piezoelectric body.
面と、前記固定面と所定の交差角をなす側面とを有し、 前記錘体の前記側面に信号取り出し用電極が設けられた
ことを特徴とする請求項2に記載の加速度検出素子。3. The weight body has a fixed surface fixed to the piezoelectric body, and a side surface forming a predetermined intersection angle with the fixed surface, and a signal extracting electrode is provided on the side surface of the weight body. The acceleration detecting element according to claim 2, wherein the acceleration detecting element is provided.
くは圧電性単結晶で構成された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検出素子。4. The acceleration detecting element according to claim 1, wherein said piezoelectric body is made of a piezoelectric ceramic element or a piezoelectric single crystal.
に前記圧電体の両面に対向配置された、互いに逆極性の
検出電極であることを特徴とする請求項3又は4に記載
の加速度検出素子。5. The detection electrode according to claim 3, wherein said electrodes are detection electrodes of opposite polarities, which are disposed opposite to both surfaces of said piezoelectric body in parallel with said fixed surface of said weight. Acceleration detection element.
板部を有することを特徴とする請求項2〜5のいずれか
に記載の加速度検出素子。6. The acceleration detecting element according to claim 2, further comprising a bottom plate having substantially the same thermal expansion coefficient as that of said weight.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11217756A JP2001041972A (en) | 1999-07-30 | 1999-07-30 | Acceleration detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11217756A JP2001041972A (en) | 1999-07-30 | 1999-07-30 | Acceleration detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001041972A true JP2001041972A (en) | 2001-02-16 |
Family
ID=16709261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11217756A Withdrawn JP2001041972A (en) | 1999-07-30 | 1999-07-30 | Acceleration detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001041972A (en) |
-
1999
- 1999-07-30 JP JP11217756A patent/JP2001041972A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060601 |
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| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20071026 |