CN101278199B

CN101278199B - 加速度传感器

Info

Publication number: CN101278199B
Application number: CN200580051746.4A
Authority: CN
Inventors: 百濑一久; 久高将文
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2025-10-04
Also published as: WO2007043140A9; US7942055B2; US20090151453A1; WO2007043140A1; CN101278199A

Abstract

本发明提供一种加速度传感器，通过以不变动振动检测元件的自由长的方式，固定振动检测元件的一个端部，可使检测感度偏差很小。在条状的振动检测元件(3)的一个端部形成保持用树脂(4a、4b)。振动检测元件(3)，在插入设于外壳(1)的保持部件(2)的贯通孔(2h)的状态下，保持用树脂(4a、4b)紧贴贯通孔(2h)的内面。振动检测元件(3)被固定·保持在保持部件(2)上。

Description

加速度传感器

技术领域

本发明涉及一种使用由压电基板构成的振动检测元件的加速度传感器。

背景技术

在硬盘驱动器等中，为了感知因作用于该驱动器的来自外部的冲击或振动产生的应力，以往一直使用加速度传感器。

对于加速度传感器，因其用途的不同，提出有各种构造。作为检测感度较高的加速度传感器，已知一种加速度传感器，其具有振动检测元件的一个端部被保持，另一个端部为自由端的悬臂梁的构造(例如，参照下列专利文献1)。

这种现有的加速度传感器，在长方体状的保持部件的侧面设有横孔，上面设有连通上述横孔的纵孔，通过在横孔中插入并临时固定振动检测元件，从纵孔注入保持用树脂，之后使其固化，可以使振动检测元件的一个端部得到保持。

这样保持振动检测元件的保持部件，被装在金属制外壳中，这些振动检测元件、保持部件和金属外壳，被收纳在树脂制的外壳中。

当因冲击等产生的加速度作用于这种加速度传感器时，由于振动检测元件弯曲，在构成振动检测元件的压电基板上会产生翘曲。

产生翘曲的压电基板中，因压电效果而产生电荷，进而在压电基板的两个主面形成的信号电极间产生电位差。通过将该电位差作为输出电压取出，就可以检测出加速度。

专利文献1：特开平9-113533号公报

然而，加速度传感器的检测感度，与检测元件的自由长即弯曲的起点至自由端部的长度有关，因此，如果弯曲的起点发生变动，检测感度就会产生偏差。因此，优选弯曲的起点不要变动。

但是，作为上述的现有加速度传感器，振动检测元件的弯曲，除了振动检测元件的一个端部的纵孔中的部分，还由用来进行临时固定而设置的横孔内壁来规定，所以，成为一种处于横孔中的部分也会产生弯曲的起点的结构。也就是说，从振动检测元件的一个端部的纵孔中的部分，到处于横孔中的部分，弯曲的起点有可能变动，这样，加速度传感器的检测感度会的偏差会增大。

发明内容

本发明正是鉴于上述问题提出的，其目的在于，提供一种检测感度的偏差较小的加速度传感器。

本发明的加速度传感器，包括：由条状压电基板和覆盖在该压电基板两面上的信号电极构成的振动检测元件；和用来保持该振动检测元件的保持部件。在所述保持部件上设有用来插入所述振动检测元件的贯通孔，在所述振动检测元件的一个端部设有保持用树脂。所述振动检测元件插入在所述贯通孔中的状态下，所述保持用树脂紧贴所述贯通孔的内面。这样，所述振动检测元件被保持在所述保持部件中。

通过本发明的加速度传感器，由于振动检测元件的产生弯曲的起点的位置，被限定为插入振动检测元件的贯通孔的部分。因此，振动检测元件的自由长的长度将不易变动，可以有效抑制加速度传感器的检测感度的偏差。

此外，本发明的加速度传感器，收纳在具有开口部的长方体状外壳中，所述保持部件配置在所述外壳的开口部附近。通过这种构成，外壳组装后也可以简单地使振动检测元件收纳到外壳内。

此外，本发明的加速度传感器中，所述保持部件以距所述外壳的开口部给定量的状态靠近所述外壳的内侧，并且，在由所述保持部件的外侧表面和所述外壳的开口部侧的内壁围成的区域填充有密封用树脂。通过这种构成，可以保护振动检测元件和保持部件，同时，可以使保持部件更加可靠地安装在外壳上。

若所述密封用树脂和所述保持用树脂双方都由环氧类树脂构成，并且，两树脂在所述外壳的开口部附近相互粘接，则密封用树脂和保持用树脂之间的粘结性更好，可以更加稳定地保持振动检测元件。

此外，本发明的加速度传感器，也可以具有如下构造：将所述外壳的外表面上设置的端子电极，引出至所述保持部件的外侧表面，并且，使覆盖所述压电基板的信号电极在所述外壳的开口部侧露出，通过导电性粘结材料，将所述端子电极的引出侧的端部与所述信号电极的露出部电连接。通过这种构造，可以简单可靠地将信号电极与外部端子相连。

若在所述保持部件的外侧表面上设有阶差部，并且，所述导电性粘结材料被填充在所述阶差部中，可以抑制导电性粘结材料的扩散，防止导电性粘结材料的不需要的短路。

若所述导电性粘结材料，由第1导电性粘结材料和第2导电性粘结材料构成，所述第1导电性粘结材料和所述第2导电性粘结材料之间形成有堰，则可以通过该堰，有效防止第1导电性粘结材料与第2导电性粘结材料之间的短路。

本发明的上述的、或其他的优点、特征和效果，可以参照附图，通过下述的对实施方式的说明来搞清。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式下的加速度传感器的分解立体图。

图2是表示加速度传感器组装后状态的外观立体图。

图3是表示对图2的加速度传感器使用密封用树脂后的状态的外观立体图。

图4是保持部件的正面图。

图5是振动检测元件的外观立体图。

图6是图3的加速度传感器的A面截面图。

图7是本发明的其他实施方式下的加速度传感器的截面图。

图中：1-外壳，1a、1b-端子电极，1h-开口部，2-保持部件，2a、2b-阶差部，2h-贯通孔，3-振动检测元件，4a、4b-保持用树脂，5-密封用树脂，6a、6b-导电性粘结材料，7a、7b-端子电极的端部，8a、8b-树脂堰，9-粘结剂，31、32-压电基板，31a、31b、32a、32b-信号电极。

具体实施方式

图1是本发明的一个实施方式下的加速度传感器的分解立体图，图2是表示加速度传感器组装后状态的外观立体图，图3是表示对组装后的加速度传感器使用密封用树脂5后的状态的外观立体图。

加速度传感器大致由以下部分构成：收纳振动检测元件3的外壳1；收纳在外壳1内振动检测元件3；用于将振动检测元件3保持在外壳1内的保持部件2。

外壳1是在一端侧具有开口部1h的长方体状容器体，材质使用例如液晶聚合体(LCP)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等。

外壳1上装有端子电极1a、1b。通过用焊料等使这些端子电极1a、1b与外部的电路布线基板上的电极垫连接，可以使加速度传感器与电路布线基板电连接·机械连接。

端子电极1a、1b，例如由磷青铜等组成，其厚度被设定为例如0.1～0.5mm。另外，本实施方式的加速度传感器中，端子电极1a、1b，通过嵌入成型(insert mold)而与外壳1成型为一体。

外壳1中装有保持振动检测元件3的保持部件2。该保持部件2配置在外壳1的开口部1h附近。本实施方式中，外壳1和保持部件2是由不同的部件构成，通过使保持部件2与外壳1的内壁嵌合，保持部件2被固定在外壳1中。

此外，如图1所示，保持部件2的中央部，设有用于压入并保持振动检测元件3的贯通孔2h。

贯通孔2h大致为矩形，形成为相对水平方向倾斜。如后所述，这是因为以使振动检测元件3倾斜的状态保持，可以检测水平、垂直两个方向的振动的缘故。

图4是形成有贯通孔2h的保持部件2的正面图。用虚线表示振动检测元件3的外形形状(指的是不包含保持用树脂4a、4b的振动检测元件3的外形尺寸)。

贯通孔2h的尺寸，设定得比振动检测元件3的外形尺寸稍大。具体来说，振动检测元件3的外形与贯通孔2h的内面间形成的间隔X，例如设定为10μm～20μm；振动检测元件3的侧面与贯通孔2h的内面间形成的间隔Y，例如是10μm～30μm。

此外，在位于保持部件2的对角线上的一对角上，设有阶差部2a、2b。该阶差部2a、2b，是后述的导电性粘结材料6a、6b的焊区。此外，在阶差部2a、2b内，露出有从端子电极1a、1b延伸出来的端子电极的端部7a、7b。

这种由保持部件2保持的振动检测元件3，如图5所示具有如下构造：通过粘结剂9，将多个覆盖有一对信号电极31a、31b、32a、32b的条状压电基板31、32贴合在一起。

本实施方式的加速度传感器，采用通过将2片压电基板31、32贴合来构成双压片(bimorph)型的振动检测元件。

压电基板31、32在厚度方向上极化，材质是由例如钛锆酸铅或钛酸铅等压电陶瓷材料组成，尺寸设定为长0.5～5.0mm、宽0.2～1.0mm、厚0.1～1.0mm的条状。

要制作压电基板31、32，采用包括如下工序的的制作方法：通过向原料粉末添加粘结剂并进行挤压的方法，或使用球磨(ball mill)将原料粉末与水、偏差剂混合在一起并进行干燥，并加入粘结剂、溶剂、可塑剂等后用刮刀(doctor blade)法铸型的方法等，形成片状的工序；以1100℃～1400℃的峰值温度，烧结几十分～几小时，形成基板的工序；和在厚度方向上，以例如60℃～150℃的温度施加3kV/mm～15kV/mm的电压，进行极化处理的工序。

在振动检测元件3的两个主面3a、3b上，配置有保持用树脂4a、4b。保持用树脂4a、4b，由例如环氧类树脂等组成。

这里，重要的是，要事先进行设定，使保持用树脂4a、4b的与贯通孔2h抵接的部分在插入前的厚度T，厚于振动检测元件3的两个主面3a、3b与贯通孔2h的内面间形成的间隔X。例如，厚度T设定为比间隔X厚0.3μm～60μm。

在形成保持用树脂4a、4b时，首先，准备由压电基板31、32构成的两片压电母板接合而成的薄片，通过丝网印刷，在薄片两面的规定位置，印刷并固化树脂膏。根据需要，可重复多次丝网印刷，或研磨保持用树脂的上面以确保厚度的精度。

然后，在确认固化后的树脂膏的位置的同时，用划片机(dicing saw)等，在可得到规定长度的保持用树脂和自由长的位置上切断，由此，可以得到覆盖保持用树脂4a、4b的振动检测元件3。振动检测元件3的形状，例如是：长3.0mm、宽0.5mm、厚0.25mm、自由长度2.0mm。

上述的振动检测元件3，通过从前端部插入到保持部件2的贯通孔2h中，并将另一端部的形成有保持用树脂4a、4b的部分推入贯通孔2h，而保持在保持部件2中。

保持在保持部件2中的振动检测元件3，成为所谓的悬臂梁构造的加速度传感器，先插入的前端部是自由端，另一端部是固定端。

这样，由于将一对保持用树脂4a、4b紧贴设置在外壳1内的保持部件2的贯通孔2h的内面，因此，在振动检测元件3的产生弯曲起点的位置，可以确定为插入振动检测元件3的贯通孔2h、并与贯通孔2h抵接的部分。由此，振动检测元件3的自由长的长度将不易变动，可以有效抑制加速度传感器的检测感度的偏差。

被固定的振动检测元件3，一旦遭受外部的物理冲击，就会以保持部件2为轴在自由端侧发生弯曲，覆盖在贴合起来的压电基板31、32上的一对信号电极31a、31b、32a、32b产生电荷，因此，该冲击可被视作振动而检测出来。

图6是沿图3的对角面A切开的截面图。从振动检测元件3的自由端部，到保持用树脂4a、4b的与贯通孔2h内面紧贴的区域中距离自由端侧最近的点P，是振动检测元件3的自由长L。

此外，如图7所示，保持用树脂4a、4b的形状，优选为是厚度越向自由端方向走就越薄的锥形。这样，通过使保持用树脂4a、4b形成锥形，同时，从自由端部起实施往振动检测元件3的开口部的插入，可以使压入作业顺畅进行，防止保持用树脂4a、4b破损。

振动检测元件3如上所述，相对于水平方向被倾斜保持，不但是来自其垂直方向的应力，来自横向的应力也能感知。具体来说，按照用途的不同，将垂直于外壳1的安装面的面与振动检测元件3的主面3a、3b所成的角(成为锐角一侧的角)θ(图4所示)，设定在20～50°的范围。

覆盖在压电基板31、32上的信号电极31a、31b、32a、32b，其材质是由例如金、银、铜、铬、镍、锡、铅、铝等导电性良好的金属组成，可以通过众所周知的真空蒸镀或溅射法等将这些金属材料覆盖·形成在压电基板31、32上，或者，通过众所周知的印刷法等将含有上述金属材料的规定的导电膏涂抹在规定图形上，通过高温烧结而覆盖·形成。

通过用粘结剂9贴合覆盖有信号电极的2片压电基板31、32，构成振动检测元件3。

粘结剂9使用玻璃布基材环氧树脂、无机质玻璃、环氧树脂等绝缘材料，或导电性粘接材料、金属片等导电材料。在使用玻璃布基材环氧树脂实施的接合中，通过将使含浸环氧树脂的预浸材料夹在玻璃纤维间，上下重合压电基板，边加压边加热，可以使环氧树脂压缩固化成规定的厚度。在使用由无机质玻璃实施的接合中，印刷涂抹玻璃膏后进行重合，边加负荷边用烧结炉熔化为一体。烧结炉中加热到300～700℃。如果烧结时是在真空炉中进行，则可以抑制玻璃结合中间层中气泡的混入。以300℃以上高温接合时，压电基板的极化会消去，所以接合后需要做极化处理。

此外，信号电极31a、31b、32a、32b的一部分，在外壳1的开口部1h侧露出。

另一方面，外壳1外表面上所设的端子电极1a、1b，通过外壳1和保持部件2的内部，被引出到保持部件2的外侧表面。而且，如图2所示，通过第1导电性粘结剂6a，引至端子电极1a的保持部件2的外侧表面侧的端部7a与信号电极31a、31b的外壳1的开口部侧的露出部，形成电连接。同样，如图2所示，通过第1导电性粘结剂6a，引至端子电极1b的保持部件2的外侧表面侧的端部7b与信号电极32a、32b的外壳1的开口部侧的露出部形成电连接。

通过该构造，即便是将振动检测元件2收纳到外壳1之后，也可以简单可靠地使信号电极31a、31b、32a、32b与外部端子1a、1b相连。

第1、第2导电性粘结剂6a、6b，分别在设于保持部件2的阶差部2a、2b内被填充·固化。这样，通过在保持部件2中设置阶差部2a、2b，就可以在填充第1、第2导电性粘结剂6a、6b时，抑制第1、第2导电性粘结剂6a、6b扩散，防止第1、第2导电性粘结剂6a、6b的无用的短路。

此外，在保持部件2的外侧表面，由树脂组成的堰8a、8b设置在第1导电性粘结剂6a与第2导电性粘结剂6b之间。由此，可以有效防止第1导电性粘结剂6a与第2导电性粘结剂6b之间的短路。

进而，填充密封用树脂5，覆盖向着振动检测元件3的开口部侧的露出部和保持部件2的外侧表面等。这样，可以保护振动检测元件3和保持部件2，同时，可以使保持部件2往外壳1的固定更为可靠。

另外，优选使用相同的环氧类树脂，形成密封用树脂5和保持用树脂4a、4b。这样，密封用树脂5和保持用树脂4a、4b之间的粘结性增强，可以更加稳定地保持振动检测元件3。

本发明并不限于上述实施例，在不脱离本发明的精神的范围内，当可做各种更动和修改。

例如，在上述的实施方式中，外壳1和保持部件2是由不同部件构成，保持部件2嵌合在外壳1中，但也可以使保持部件2与外壳1一体成型。

此外，虽然在上述的实施方式中，振动检测元件3采用的是将两片压电基板贴合的构造，但也可以重叠3片以上。这种情况下，由于可以增加电荷的发生量，所以能够提高加速度传感器的感度。

此外，在上述的实施方式中，振动检测元件3的固定端是从保持部件2中露出，但也可以使固定端配置在贯通孔2h内。

Claims

1.一种加速度传感器，包括：具有开口部的长方体状的外壳；由条状压电基板和覆盖在该压电基板两面上的信号电极构成的振动检测元件；和保持部件，其用来保持该振动检测元件，设有用于插入所述振动检测元件的贯通孔，并且配置在所述外壳的所述开口部的附近，其特征在于，

所述振动检测元件以及所述保持部件收纳于所述外壳内，

在所述振动检测元件的一个端部，在所述压电基板的两个主面分别设有保持用树脂，

所述振动检测元件插入在所述贯通孔中，在所述各保持用树脂紧贴所述贯通孔的内面的状态下，通过密封用树脂使得所述振动检测元件的一端部被与所述保持部件相接保持，所述振动检测元件的另一端部为自由端。

2.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，

所述保持部件以距所述外壳的开口部给定量的状态靠近所述外壳的内侧，并且，在由所述保持部件的外侧表面和所述外壳的开口部侧的内壁围成的区域填充有所述密封用树脂。

3.根据权利要求2所述的加速度传感器，其特征在于，

所述密封用树脂和所述保持用树脂双方都由环氧类树脂构成，并且，两树脂在所述外壳的开口部附近相互粘接。

4.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，

将所述外壳的外表面上设置的端子电极，引出至所述保持部件的外侧表面，并且，使覆盖所述压电基板的信号电极在所述外壳的开口部侧露出，通过导电性粘结材料，将所述端子电极的引出侧的端部与所述信号电极的露出部电连接。

5.根据权利要求4所述的加速度传感器，其特征在于，

在所述保持部件的外侧表面上设有阶差部，并且，所述导电性粘结材料被填充在所述阶差部中。

6.根据权利要求4所述的加速度传感器，其特征在于，

所述导电性粘结材料，由第1导电性粘结材料和第2导电性粘结材料构成，所述保持部件的外侧表面上，形成有用于在所述第1导电性粘结材料和所述第2导电性粘结材料之间防止短路的堰。