DE19509179A1 - Beschleunigungssensor, der ein piezoelektrisches Element verwendet - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beschleuni­ gungssensor und genauer einen Beschleunigungssensor, der aus einem flachen piezoelektrischen Element mit einem an seiner freien Seite angebrachten Gewicht gebildet ist, wobei, wenn der Sensor eine Beschleunigung von außen erfährt, die Träg­ heitskraft des Gewichts oder der Masse eine Belastung auf das piezoelektrische Element ausübt und diese Belastung be­ wirkt, daß sich in dem piezoelektrischen Element eine Span­ nung oder eine elektrische Ladung aufbaut, die zur Detektion des Betrags der angelegten Beschleunigung verwendet wird.

Mit der Abnahme der Größe von Gegenständen, die bei der Automatisierung von Büros und Werkstätten oder Labors ver­ wendet werden, geht ein Wunsch einher, Gegenstände zu haben, die präzise weiterarbeiten, selbst wenn sie einer geringfü­ gigen Vibration ausgesetzt sind. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, die Beschleunigung zu detektieren, die die Gegenstände erfahren, und eine Steuerung entsprechend der erfahrenen Beschleunigung auszuführen. Um die Beschleunigung zu detektieren, die die Gegenstände erfahren, ist es erfor­ derlich, einen Beschleunigungssensor an den Gegenständen an­ zubringen.

Es gibt zwei weithin bekannte Verfahren, die Beschleu­ nigung, die die Gegenstände erfahren, zu detektieren, und die Gegenstände in einer Weise zu steuern, die die Wirkung der Beschleunigung eliminiert: (1) das Verfahren, das zum Rückführen des Rückschlags des Suchbetriebs in einem Magnet­ plattenlaufwerk auf eine Kopfpositionssteuerung verwendet wird, und (2) das Verfahren, das zum Rückführen der Be­ schleunigung aufgrund des Wackelns mit der Hand beim Halten einer Videokamera verwendet wird.

Neuerdings wird ein weit verbreitetes Verfahren bei den Plattenlaufwerken von transportablen Personalcomputern ver­ wendet, wobei die Beschleunigung überwacht wird, und wenn das Gerät eine Beschleunigung von außen erfährt, das Schrei­ ben von Daten unterbrochen wird, wodurch ein unrichtiges Schreiben von Daten auf eine benachbarte Spur verhindert wird.

Jedoch sind die Sensoren in bekannten Geräten groß (insbesondere in der Höhenausdehnung), in denen die Be­ schleunigung, die die Geräte erfahren, detektiert wurde, wo­ durch Probleme bei der Gestaltung der Mechanismen auftreten. Daher besteht, da bei den Geräten eine Kosten- und Größenre­ duzierung durchgeführt wurde, ein Bedarf für einen dünnen Beschleunigungssensor, den eine Stoßunempfindlichkeit, leichte Herstellbarkeit und außerdem die Eignung, direkt auf einer gedruckten Leiterplatte angebracht zu werden, aus­ zeichnen.

Um dieses Erfordernis zu erfüllen, wurde ein Beschleu­ nigungssensor für die Detektion der Beschleunigung, die das Gerät erfährt, vorgeschlagen, wie in der japanischen geprüf­ ten Patentveröffentlichung Nr. 64-41865 offenbart ist, wobei dieser Sensor aus einem piezoelektrischen Element besteht, auf dem ein Gewicht angeordnet ist, und am Boden eines me­ tallischen Gehäuses angebracht ist, so daß durch das Gewicht oder die Masse eine Trägheitskraft entwickelt wird, wenn der Sensor eine Beschleunigung von außen erfährt, wobei die Trägheitskraft des Gewichts eine Belastung auf das piezo­ elektrische Element ausübt, das in Abhängigkeit davon eine Spannung erzeugt, wobei die Spannung über die Elektroden auf den beiden Seiten des piezoelektrischen Elements mittels Leitungen und eines metallischen Gehäuses nach außen gelei­ tet werden.

Ein weiterer Beschleunigungssensor wurde vorgeschlagen, wie in der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 1-112468 offenbart ist, wobei dieser Beschleunigungssensor ein piezoelektrisches Element, das in einer zur Elektroden­ fläche senkrechten Richtung polarisiert ist, und zwei piezo­ elektrische Elemente enthält, die in parallelen Richtung po­ larisiert sind, wobei die jeweiligen Polarisationsrichtungen so angelegt sind, daß sie sich schneiden. Der Beschleuni­ gungssensor ist mit der zwischen den Elektroden liegenden Verbindungsfläche an der zu messenden Vorrichtung ange­ bracht. Ein Gewicht oder eine Masse 3 ist an der freien Sei­ te angebracht, so daß die Beschleunigung in jeder der X-, Y- und Z-Richtungen detektiert wird.

Jedoch erfolgt bei einem Beschleunigungssensor mit der oben angegebenen Konfiguration das Abgreifen der Spannung an den Elektroden des piezoelektrischen Elements üblicherweise mittels direkter Leitungen von der Vorder- und der Rückseite des piezoelektrischen Elements, und da damit keine Vorkeh­ rungen für das direkte Anbringen des Beschleunigungssensors selbst an einer gedruckten Leiterplatte einhergehen, erfor­ dert das Anbringen des Beschleunigungssensors an einer ge­ druckten Leiterplatte eine beachtliche Zeit. Ferner wurden kürzlich Beschleunigungssensoren bekannt, die ein oberflä­ chenmontiertes, bimorphes, vorkragendes piezoelektrisches Element oder ein bimorphes piezoelektrisches Element verwen­ den, das an beiden Seiten abgestützt ist, und bei dieser Art eines Beschleunigungssensors ist, obwohl die Detektionsemp­ findlichkeit groß ist, die Festigkeit gering und der Sensor kann durch einen von außen kommenden Stoß einer Beschädigung ausgesetzt sein.

Um diese Probleme zu lösen, ist das piezoelektrische Element bei einem Beschleunigungssensor, bei dem ein flaches Gewicht auf einem flachen piezoelektrischen Element ange­ bracht ist, auf ein Substrat laminiert, wobei elektrische Verbindungen zur obersten Elektrode und Elektrode auf dem Substrat mittels eines Durchgangslochs hergestellt werden, das als Teil des piezoelektrischen Elements oder einer Lei­ tung ausgebildet ist, wie in der japanischen ungeprüften Pa­ tentveröffentlichung Nr. 5-221181 offenbart ist.

Jedoch kann die Steifigkeit des in dem piezoelektri­ schen Element ausgebildeten Durchgangslochs bei dem in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 5-221181 veröffentlichten Sensor die Ausgabe beeinflussen, was zu ei­ nem Verschlechtern des S/N-Verhältnisses führt. Zusätzlich erhöht die Arbeit des Verdrahtens der Leitungen und des Aus­ bildens des Durchgangsloches die Anzahl der Herstellungs­ schritte, die zum Fertigen des Beschleunigungssensors erfor­ derlich sind, wodurch die Kosten des Beschleunigungssensors erhöht werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen leicht herzustellenden Beschleunigungssensor mit einem Auf­ bau zu schaffen, der sowohl einfach als auch kompakt ist, wobei dieser Beschleunigungssensor eine hohe Ausgangslei­ stung bereitstellt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Beschleuni­ gungssensor geschaffen, der wenigstens ein piezoelektrisches Element verwendet, wobei dieser Beschleunigungssensor ein einzeln ausgebildetes piezoelektrisches Element mit einer Mehrzahl von Polarisationsrichtungen darin, deren Richtungen von der zu messenden Beschleunigung verschieden und inner­ halb eines Einzelelements räumlich in zwei verschiedene Be­ reiche getrennt sind, ein aus einem isolierenden Material bestehendes Gewicht, das sich über den gesamten Bereich des piezoelektrischen Elements spannt, elektrische Verbindungs­ einrichtungen, die auf der Gewichtsseite und der Substrat­ seite des piezoelektrischen Elements vorgesehen sind und ei­ ne direkte Verbindung zu der Mehrzahl von Bereichen des pie­ zoelektrischen Elements herstellen, und auf dem Substrat vorgesehene Elektroden aufweist, die die Spannung über den zwei Seiten des piezoelektrischen Elements, mit denen sie elektrisch verbunden sind, ableiten.

Das einzeln ausgebildete piezoelektrische Element kann entsprechend einer Mehrzahl von Bereichen in eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen unterteilt sein.

In dem Fall, in dem die Polarisationsrichtungen der oben angegebenen Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen oder des oben angegebenen einzeln ausgebildeten piezoelek­ trischen Elements nicht nur innerhalb der Ebene des Elements liegen, sondern auch wenigstens eine Gruppe von Polarisati­ onsrichtungen wechselweise entgegengesetzt ist, ist es mög­ lich, die Beschleunigung zu detektieren, die in einer Rich­ tung innerhalb der Ebene des oben angegebenen Substrats wirkt, an dem die Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen oder das oben angegebene einzeln ausgebildete piezoelektri­ sche Element angebracht sind.

In dem Fall, in dem die Polarisationsrichtungen der oben angegebenen Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen oder des oben angegebenen einzeln ausgebildeten piezoelek­ trischen Elements nicht nur innerhalb der Ebene des Elements liegen, sondern auch wenigstens eine Gruppe von Polarisati­ onsrichtungen wechselweise parallel ist, ist es möglich, wenn das oben angegebene Substrat um eine zum Substrat senk­ rechte Achse gedreht wird, die Beschleunigung zu detektie­ ren, die um diese Drehachse wirkt.

In dem Fall, in dem die Polarisationsrichtungen der oben angegebenen Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen oder des oben angegebenen einzeln ausgebildeten piezoelek­ trischen Elements nicht nur in der Dickenrichtung des Ele­ ments liegen, sondern auch wenigstens eine Gruppe von Pola­ risationsrichtungen wechselweise entgegengesetzt ist, ist es möglich, die Beschleunigung zu detektieren, die in einer Richtung senkrecht zum oben angegebenen Substrat wirkt.

In dem Fall, in dem die Polarisationsrichtungen der oben angegebenen Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen oder des oben angegebenen einzeln ausgebildeten piezoelek­ trischen Elements jene enthalten, die nicht nur innerhalb der Ebene des Elements liegen, sondern auch alle gegenseitig unterschiedlich sind, sowie jene, die in der Dickenrichtung des Elements liegen, ist es möglich, sechs Beschleunigungs­ achsen zu detektieren, die aus der Beschleunigung in den Richtungen der X-, Y- und Z-Achsen und der Drehbeschleuni­ gung um diese drei Achsen bestehen.

In dem Fall, in dem die oben angegebene Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen oder das oben angegebene einzeln ausgebildete piezoelektrische Element eine gerade Anzahl von Polarisationsrichtungen hat, wobei jede Polarisationsrich­ tung in einer kreisförmigen Weise bezüglich einer Achse an­ geordnet ist, die senkrecht zum oben angegebenen Substrat ist, und sich berührende, nebeneinander liegende Polarisati­ onsrichtungen wechselweise entgegengesetzt sind, ist es mög­ lich, die um die oben angegebene Achse rotationsmäßig wir­ kende Beschleunigung zu detektieren.

In dem Fall, in dem es entweder zwei Gruppen der oben angegebenen Mehrzahlen von elektrischen Elementen oder zwei Gruppen von Bereichen in dem oben angegebenen einzeln ausge­ bildeten piezoelektrischen Element gibt, die wechselweise verschiedene Polarisationsrichtungen haben, ist es, indem das oben angegebene Gewicht aus einem elektrisch leitenden Material besteht, möglich, die oben angegebenen Verbindungs­ einrichtungen zusammen mit dem Gewicht als ein Teil auszu­ bilden. Es ist ferner möglich, zwischen den oben angegebenen elektrischen Verbindungseinrichtungen, den Elektroden und dem piezoelektrischen Element mittels entweder einer Lot­ schicht oder einem elektrisch leitenden, haftenden Material eine elektrische Verbindung herzustellen. Es ist ebenfalls möglich, das oben angegebene Gewicht aus demselben Material wie das piezoelektrische Element herzustellen.

Bei einem Beschleunigungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung werden, da die piezoelektrischen Elemente, die zwischen dem Gewicht und dem Substrat angeordnet sind, in Reihe geschaltet sind, wobei die Polarisationsrichtungen be­ züglich der zu detektierenden Beschleunigungsrichtung beach­ tet werden, die Ausgaben aller piezoelektrischen Elemente addiert und treten an der Elektrode auf. Folglich ist die beim Erfahren einer Beschleunigung auftretende Ausgangslei­ stung groß. Da zwischen der Mehrzahl der piezoelektrischen Elemente oder zwischen den Bereichen innerhalb eines einzeln ausgebildeten piezoelektrischen Elements mit unterschiedli­ chen Polarisationsrichtungen entweder am Leiter an der Bo­ denfläche des Gewichts oder am Gewicht eine Reihenschaltung besteht, besteht ferner weder eine Notwendigkeit für ein Durchgangsloch noch für einen Verbindungsdraht. Aus diesem Grund ist das S/N-Verhältnis des Ausgangssignals groß und die zur Herstellung des Beschleunigungssensors erforderliche Anzahl von Schritten wird verringert. Da die piezoelektri­ schen Elemente in einer Ebene angeordnet sind, ist es zu­ sätzlich möglich, den Sensor dünn zu machen, was die Schaf­ fung eines einfachen, dünnen, billigen Beschleunigungssen­ sors ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der Beschreibung, wie sie unten angegeben ist, unter Bezugnahme auf die be­ gleitenden Zeichnungen klarer verständlich, die folgendes betreffen:

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau ei­ nes Beschleunigungssensors nach dem Stand der Technik zeigt, wobei ein Durchgangsloch verwendet wird.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau ei­ nes Beschleunigungssensors nach dem Stand der Technik zeigt, wobei ein Leitungsdraht verwendet ist.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Beschleunigungssensors gemäß der ersten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 4A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ge­ samtansicht eines Beschleunigungssensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließlich der Beschleunigungsdetektionsrichtungen zeigt.

Fig. 4B ist eine Zeichnung, die den elektrischen Aufbau des in Fig. 4A gezeigten Beschleunigungssensors darstellt.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Beschleunigungssensors gemäß der zweiten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Ge­ samtaufbau und die Beschleunigungsdetektionsrichtungen eines Beschleunigungssensors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die den Ge­ samtaufbau einer Variation eines Beschleunigungssensors ge­ mäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die den Ge­ samtaufbau und die Beschleunigungsdetektionsrichtungen der Variation eines Beschleunigungssensors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Beschleunigungssensors gemäß der dritten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die den Ge­ samtaufbau und die Beschleunigungsdetektionsrichtungen eines Beschleunigungssensors gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht, die den Auf­ bau eines Beschleunigungssensors gemäß der vierten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die den Ge­ samtaufbau und die Beschleunigungsdetektionsrichtungen eines Beschleunigungssensors gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die den Auf­ bau eines Beschleunigungssensors gemäß der fünften Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht, die den Auf­ bau eines Beschleunigungssensors gemäß der sechsten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 15A ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Verbindungsart des Substrats, des piezoelektrischen Ele­ ments und des Gewichts bei einem Beschleunigungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung für den Fall zeigt, in dem das Gewicht ein Isolator ist.

Fig. 15A ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Verbindungsart des Substrats, des piezoelektrischen Ele­ ments und des Gewichts bei einem Beschleunigungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung für den Fall zeigt, in dem das Gewicht ein Leiter ist.

Fig. 16A ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel der Verbindungsart des Substrats, des piezoelektri­ schen Elements und des Gewichts bei einem Beschleunigungs­ sensor gemäß der vorliegenden Erfindung für den Fall zeigt, in dem das Gewicht ein Isolator ist.

Fig. 16A ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel der Verbindungsart des Substrats, des piezoelektri­ schen Elements und des Gewichts bei einem Beschleunigungs­ sensor gemäß der vorliegenden Erfindung für den Fall zeigt, in dem das Gewicht ein Leiter ist.

Fig. 17 ist eine perspektivische Ansicht, die den Auf­ bau eines Beschleunigungssensors gemäß der siebten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 18 ist eine perspektivische Ansicht, die den Auf­ bau eines Beschleunigungssensors gemäß der siebten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der herkömmliche Beschleuni­ gungssensor erklärt, der ein piezoelektrisches Element ver­ wendet, wie in der Fig. 1 und der Fig. 2 gezeigt ist.

Die Fig. 1 zeigt den Aufbau des Beschleunigungssensors 80, der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentli­ chung Nr. 5-221181 offenbart ist. Der Beschleunigungssensor 80 ist auf einer gedruckten Leiterplatte 84, auf der ein Schaltungsmuster 91 vorgesehen ist, mittels Lot H ange­ bracht. Der Beschleunigungssensor 80 hat ein Substrat 81, ein piezoelektrisches Element 82, ein Gewicht 83 und eine Abdeckung 88. Die Bodenflächenelektrode 87 des piezoelektri­ schen Elements 82 ist auf der oberen Fläche des Substrats 81 ausgebildet, wobei diese Bodenflächenelektrode 87 mittels des Lots H mit dem Schaltungsmuster 92 auf der Oberseite der gedruckten Leiterplatte 84 verbunden ist. Eine von der Bo­ denflächenelektrode 87 getrennte externe Anschlußelektrode 93 ist auf der oberen Oberfläche des Substrats 81 ausgebil­ det und mittels Lot H mit dem Schaltungsmuster 91 auf der Oberseite der gedruckten Leiterplatte 84 verbunden. Zusätz­ lich ist eine Oberseitenelektrode 86 zwischen dem piezoelek­ trischen Element 82 und dem Gewicht 83 ausgebildet, wobei diese Oberseitenelektrode mittels eines Durchgangslochs, das durch das piezoelektrische Element 82 hindurchgeht, mit der externen Anschlußelektrode 93 verbunden ist. Die Abdeckung 88 ist auf der Oberseite des Substrats 81 angeordnet und fungiert zum Abschirmen des piezoelektrischen Elements 82 und des Gewichts 83 nach außen.

Bei dem Beschleunigungssensor 80, wie er in der Fig. 1 gezeigt ist, wirkt, wenn wegen einer auftretenden Beschleu­ nigung eine Trägheitskraft auf das Gewicht oder die Masse 83 wirkt, eine Belastung auf das piezoelektrische Element 82, was zu einer Spannung führt, die sich zwischen der Obersei­ tenelektrode 86 und der Bodenflächenelektrode 87 aufbaut, wobei diese Spannung über die Schaltungsmuster 91 und 92 nach außen gelangt, um die Beschleunigung zu detektieren.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau eines weiteren Beschleuni­ gungssensors 90, der in der japanischen ungeprüften Patent­ veröffentlichung Nr. 5-221181 offenbart ist. Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Beschleunigungssensor 80 ist die ganz oben liegende Oberseitenelektrode 86 mittels eines Durchgangslo­ ches 85, das durch das piezoelektrische Element 82 hindurch­ geht, mit der externen Anschlußelektrode 93 auf dem Substrat 81 verbunden. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beschleunigungs­ sensor 90 ist die ganz oben liegende Oberseitenelektrode 86 jedoch mittels eines Leitungsdrahtes 89 und des leitenden Gewichts 83 mit der externen Anschlußelektrode 93 auf dem Substrat 81 verbunden. Mit Ausnahme dieses Punktes hat der Beschleunigungssensor 90 denselben Aufbau wie der Beschleu­ nigungssensor 80 und ist geeignet, eine Beschleunigung in derselben Weise zu detektieren, wie der Beschleunigungssen­ sor 80.

Jedoch beeinflußt die Steifigkeit des Durchgangslochs 85, das so ausgebildet ist, daß es vollständig durch das piezoelektrische Element 82 hindurchgeht, bei dem Beschleu­ nigungssensor 80, der in der japanischen ungeprüften Patent­ veröffentlichung Nr. 5-221181 offenbart ist, die Ausgabe, und dies kann eine Verschlechterung des S/N-Verhältnisses bewirken. Zusätzlich beeinflußt die Steifigkeit und Masse des Leitungsdrahtes 89, der die Oberseitenelektrode 86 und die externe Anschlußelektrode 93 verbindet, bei dem Be­ schleunigungssensor 90, der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 5-221181 offenbart ist, ebenfalls die Ausgabe, und dies kann eine Verschlechterung des S/N- Verhältnisses bewirken. Zusätzlich zu diesem Problem erhöht die Arbeit, die Verbindung mit dem Leitungsdraht 89 herzu­ stellen und das Durchgangsloch 85 auszubilden, den Aufwand und die Kosten, die mit der Herstellung des Beschleunigungs­ sensors verbunden sind.

Die Fig. 3 ist eine auseinandergezogene Ansicht, die den Aufbau eines Beschleunigungssensors 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Fig. 4A ist eine perspektivische Ansicht, die sowohl den gesamten Beschleunigungssensor 10 nach dem Zusammenbau als auch die Beschleunigungsdetektionsrichtungen zeigt.

Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung sind zwei leitende Rechtecke 15 so ausgebildet, daß sie auf der Oberseite eines Substrats 11 ausgerichtet sind, und zwei Elektroden 17 sind am Rand des Substrats 11 ausgebil­ det. Diese zwei leitenden Rechtecke 15 erstrecken sich zu und sind mittels der leitenden Leitungen 16 verbunden mit jeweils den Elektroden 17. Ein piezoelektrisches Scherele­ ment mit einer rechteckigen Bodenfläche, die ungefähr die­ selbe Form wie die Rechtecke 15 hat, ist auf der Oberseite jedes der leitenden Rechtecke 15 angebracht. Die Polarisati­ onsrichtung jedes dieser für Scherbewegungen ausgelegten oder scherbaren piezoelektrischen Elemente 12 ist beide in­ nerhalb der Ebene der Elemente, die parallel zum Substrat 11 sind, und in wechselweise entgegengesetzten Richtungen ange­ ordnet. Ein Gewicht oder eine Masse 13 ist über diesen pie­ zoelektrischen Element 12 angeordnet, so daß es sich über die zwei piezoelektrischen Elemente 12 spannt oder er­ streckt. Bei dieser Ausführungsform ist, da das Gewicht 13 aus einem isolierenden Material besteht, ein Leiter 14, der mit den zwei piezoelektrischen Elementen 12 eine elektrische Verbindung herstellt, an der Bodenfläche des Gewichts 13 vorgesehen. Der Leiter 14 braucht nicht an der Bodenfläche des Gewichts 13 vorgesehen sein, das heißt, daß ein getrenn­ ter Leiter 14 zwischen die Bodenfläche des Gewichts 13 und die Oberseiten der zwei piezoelektrischen Elemente 12 einge­ fügt sein kann.

Daher sind die zwei piezoelektrischen Elemente 12 bei dem Beschleunigungssensor 10 dieser Ausführungsform in sei­ nem zusammengebauten Zustand, wie in der Fig. 4A gezeigt ist, durch den Leiter 14 elektrisch in Reihe geschaltet. So­ mit sind bei einem Beschleunigungssensor 10 gemäß dieser Ausführungsform die zwei Enden der zwei in Reihe geschalte­ ten piezoelektrischen Elemente mittels der leitenden Leitun­ gen 16 verlängert und an die zwei Elektroden 17 angeschlos­ sen.

In der Fig. 3 und der Fig. 4A wurden, um die Erklärung zu vereinfachen, die Lotschichten und leitenden Haftschich­ ten, die die Verbindungen zwischen den verschiedenen Teilen in der Zeichnung herstellen, bei beiden Zeichnungen und de­ ren Erklärungen weggelassen. Die Lotschicht und leitende Haftschicht werden ganz am Ende erklärt.

Ein Beschleunigungssensor 10 gemäß dieser Ausführungs­ form ist zum Detektieren einer Beschleunigung geeignet, die parallel zur Polarisationsrichtung der zwei scherbaren pie­ zoelektrischen Elemente 12 ist. Das heißt, daß die zwei Be­ schleunigungssensoren 12 in dem Fall, in dem sie so angeord­ net sind, daß sie parallel zur Y-Achse sind, zur Beschleuni­ gungsdetektion parallel zur Y-Achse geeignet sind.

Die Fig. 4B zeigt den elektrischen Aufbau des Beschleu­ nigungssensors 10. Wenn zum Beispiel in der Richtung von rechts nach links eine Scherkraft ausgeübt wird, wie in die­ ser Zeichnung gezeigt ist, so daß ein positives Potential (+) an der Oberseite des linken piezoelektrischen Elements 12L und ein negatives Potential (-) an der Oberseite des rechten piezoelektrischen Elements 12R entwickelt wird, baut sich, da die Polarisationsrichtung des rechten piezoelektri­ schen Elements 12R entgegengesetzt zur Polarisationsrichtung des linken piezoelektrischen Elements 12L ist, an der oberen Oberfläche ein positives Potential (+) auf, während sich an der Bodenfläche ein negatives Potential (-) aufbaut. Wenn die in einem piezoelektrischen Element 12 erzeugte Poten­ tialdifferenz E ist, besteht, da das rechte piezoelektrische Element 12R und das linke piezoelektrische Element 12L mit­ tels des Leiters 14 elektrisch miteinander verbunden sind, eine Potentialdifferenz von 2E, die sich über den Elektroden 17 aufbaut.

Auf diese Weise ist, wenn die Beschleunigung in Form der Spannung von zwei piezoelektrischen Elementen zur Verfü­ gung steht, die entgegengesetzte Polarisationsrichtungen ha­ ben und unter dem Gewicht 13 elektrisch in Reihe geschaltet sind, das sich aufbauende Potential zweimal das Potential, das in dem Fall aufgebaut wurde, in dem die Spannung von der Oberseite und dem Boden eines unter dem Gewicht 13 angeord­ neten piezoelektrischen Elements zur Verfügung steht, wo­ durch die Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit verdop­ pelt wird.

Die Fig. 5 ist eine auseinandergezogene Ansicht, die den Aufbau eines Beschleunigungssensors 20 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die sowohl den gesamten Beschleunigungssensor 20 nach dem Zusammenbau als auch die Beschleunigungsdetektionsrichtungen zeigt.

Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung werden, da die Bestandteile des Beschleunigungssensors 20 hauptsächlich dieselben wie die des Beschleunigungssen­ sors 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind, dieselben Bezugszeichen für entsprechende Elemente verwendet, und die Beschreibung dieser Elemente wird hier weggelassen, wobei eine genaue Beschreibung nur jener Teile angegeben wird, die sich von der ersten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden.

Bei dem Beschleunigungssensor 20 gemäß der zweiten Aus­ führungsform, die in der Fig. 5 gezeigt ist, sind 12 piezo­ elektrische Scherelemente, 13 ist ein Gewicht oder eine Mas­ se, 15 sind leitende Rechtecke, 16 sind leitende Leitungen und 17 sind Elektroden.

Der Unterschied des Beschleunigungssensors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegenüber dem der ersten Ausführungsform liegt in der Polarisations­ richtung der für Scherbelastung geeigneten oder scherbaren piezoelektrischen Elemente 12 und dem Material, aus dem das Gewicht 13 besteht. Bei dem Beschleunigungssensor 20 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Polarisationsrichtungen der zwei scherbaren piezoelek­ trischen Elemente 12 innerhalb der Ebene der piezoelektri­ schen Elemente, die parallel zum Substrat 11 sind. Ein Ge­ wicht 13 ist aus einem leitenden Material gebildet und über den piezoelektrischen Elementen 12 angeordnet, so daß es sich über die piezoelektrischen Elemente 12 spannt. Daher sind bei dieser Ausführungsform die oberen Oberflächen der zwei piezoelektrischen Elemente 12 mittels des Gewichts 13 elektrisch verbunden.

Bei dem Beschleunigungssensor gemäß dieser Ausführungs­ form sind, wie in der Fig. 6 gezeigt ist, die piezoelektri­ schen Elemente 12, die Polarisationsrichtungen haben, die innerhalb der Ebene der zueinander parallelen Elemente lie­ gen, mittels des Gewichts 13 verbunden. Daher ist der Be­ schleunigungssensor 20 dieser Ausführungsform zum Detektie­ ren einer Beschleunigung in der Z-Achsenrichtung geeignet, die senkrecht zum Substrat 11 ist und zwischen den zwei pie­ zoelektrischen Elementen 12 hindurchgeht.

Die Fig. 7 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die den Aufbau gemäß einer Variation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form des Be­ schleunigungssensors 20′ zeigt, und die Fig. 8 ist eine per­ spektivische Ansicht, die den Gesamtaufbau des Beschleuni­ gungssensors 20′ gemäß der zweiten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung nach dem Zusammenbau und die Beschleuni­ gungsdetektionsrichtungen zeigt.

Die Variation der zweiten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung in Form des Beschleunigungssensors 20′ un­ terscheidet sich vom Beschleunigungssensor 20 gemäß dersel­ ben zweiten Ausführungsform nur darin, daß die zwei wechsel­ weise parallelen piezoelektrischen Scherelemente beim Be­ schleunigungssensor 20, die Polarisationsrichtungen in ihrer Ebene haben, die parallel zum Substrat 11 sind, beim Be­ schleunigungssensor 20′ durch ein einzelnes piezoelektri­ sches Element ersetzt sind. Obwohl bei dem Beschleunigungs­ sensor 20′ dieser Ausführungsform nur ein piezoelektrisches Scherelement vorgesehen ist, ist es im wesentlichen genauso wie wenn zwei für Scherbelastung geeignete piezoelektrische Elemente 12 vorgesehen sind. Ein Vorteil, den diese Ausfüh­ rungsform bietet, liegt darin, daß man nur ein piezoelektri­ sches Element 22 benötigt, wodurch die Anzahl der Teile um Eins verringert wird, was zu einer Verringerung der zum Zu­ sammenbauen erforderlichen Arbeit und, wegen der Verwendung eines einzelnen piezoelektrischen Elements mit einheitlichen Charakteristika, zu einer Verbesserung der Empfindlichkeit führt.

Die Fig. 9 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Beschleunigungssensors 30 ge­ mäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und die Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die den Gesamtaufbau des Beschleunigungssensors 30 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Zusammenbau und die Beschleunigungsdetektionsrichtungen zeigt.

Da die Bestandteile des Beschleunigungssensors 30 hauptsächlich dieselben wie die des Beschleunigungssensors 20 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung sind, werden dieselben Bezugszeichen bei entsprechenden Elementen verwendet, und die Beschreibung dieser Elemente wird hier weggelassen, wobei eine genaue Beschreibung nur für jene Teile angegeben wird, die sich von der zweiten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden.

In der Fig. 9, die den Aufbau des Beschleunigungssen­ sors 30 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, ist 11 ein Substrat, 32 sind zusammendrück­ bare piezoelektrische Elemente, 13 ist ein Gewicht, 15 sind leitende Rechtecke, 16 sind leitende Leitungen und 17 sind Elektroden.

Der Beschleunigungssensor 30 gemäß der dritten Ausfüh­ rungsform unterscheidet sich vom Beschleunigungssensor 20 der zweiten Ausführungsform darin, daß er an Stelle der scherbaren piezoelektrischen Elemente 12 zusammendrückbare piezoelektrische Elemente 32 verwendet. Bei dem Beschleuni­ gungssensor 20 der zweiten Ausführungsform sind die Polari­ sationsrichtungen jedes der scherbaren piezoelektrischen Elemente 12 innerhalb der Ebenen der Elemente, die parallel zum Substrat 11 und wechselweise parallel sind, wohingegen beim Beschleunigungssensor 30 gemäß der dritten Ausführungs­ form die Polarisationsrichtungen der zwei zusammendrückbaren piezoelektrischen Elemente 32 in der Dickenrichtung der Ele­ mente angeordnet sind, die senkrecht zum Substrat 11 ist, und die Richtungen sind wechselweise entgegengesetzt.

Bei dem Beschleunigungssensor 30 gemäß dieser Ausfüh­ rungsform sind, wie in der Fig. 10 gezeigt ist, die zwei zu­ sammendrückbaren piezoelektrischen Elemente 32, die Polari­ sationsrichtungen haben, die in der Dickenrichtung des Ele­ ments liegen, mittels des Gewichts 13 elektrisch verbunden. Daher ist die Richtung, in der der Beschleunigungssensor 30 dieser Ausführungsform eine Beschleunigung detektieren kann, die Z-Achsenrichtung, die senkrecht zum Substrat 11 ist. Das heißt, daß der Beschleunigungssensor 30 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Beschleuni­ gung detektieren kann, die sich in der Aufwärts- und Ab­ wärtsrichtung ausbreitet, und die Empfindlichkeit als Ergeb­ nis der verdoppelten Ausgangsleistung groß ist.

Die Fig. 11 ist eine auseinandergezogene perspektivi­ sche Ansicht, die den Aufbau eines Beschleunigungssensors 40 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und die Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die den Gesamtaufbau des Beschleunigungssensors 40 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Zusammenbau und die Beschleunigungsdetektionsrichtungen zeigt.

Da die Bestandteile des Beschleunigungssensors 40 hauptsächlich dieselben wie die des Beschleunigungssensors 30 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung sind, werden dieselben Bezugszeichen bei entsprechenden Elementen verwendet, und die Beschreibung dieser Elemente wird hier weggelassen, wobei eine genaue Beschreibung nur für jene Teile angegeben wird, die sich von der zweiten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden.

In der Fig. 11, die den Aufbau des Beschleunigungssen­ sors 40 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, ist 11 ein Substrat, 32 sind zusammendrück­ bare oder auf Druckbelastung ansprechende piezoelektrische Elemente, 13 ist ein Gewicht, 15 sind leitende Rechtecke, 16 sind leitende Leitungen und 17 sind Elektroden.

Der Beschleunigungssensor 40 gemäß der vierten Ausfüh­ rungsform unterscheidet sich vom Beschleunigungssensor 30 der dritten Ausführungsform nur hinsichtlich der Polarisati­ onsrichtungen der zusammendrückbaren piezoelektrischen Ele­ mente. Während beim Beschleunigungssensor 30 gemäß der drit­ ten Ausführungsform die Polarisationsrichtungen jedes der zusammendrückbaren piezoelektrischen Elemente in der Dicken­ richtung der Elemente, die senkrecht zum Substrat 11 ist, und wechselweise entgegengesetzt zueinander sind, sind die Polarisationsrichtungen jedes der zusammendrückbaren piezo­ elektrischen Elemente bei dem Beschleunigungssensor 40 der vierten Ausführungsform in der Dickenrichtung der Elemente und in derselben Richtung.

Bei einem Beschleunigungssensor 40 gemäß dieser Ausfüh­ rungsform sind, wie in der Fig. 12 gezeigt ist, die zwei piezoelektrischen Elemente 32, die Polarisationsrichtungen haben, die in der Dickenrichtung der Elemente liegen, mit­ tels des Gewichts 13 elektrisch verbunden. Daher ist die Richtung, in der der Beschleunigungssensor 40 dieser Ausfüh­ rungsform eine Beschleunigung detektieren kann, die Dreh­ richtung um die nach der X-Achse ausgerichtete Achse 41, die parallel zum Substrat 11 ist.

Der Beschleunigungssensor 40 gemäß der vierten Ausfüh­ rungsform ermöglicht eine Variation, wie es bei der Ausfüh­ rungsvariante 20′ der zweiten Ausführungsform 20 war, bei der die zwei piezoelektrischen Elemente durch ein einzelnes piezoelektrisches Element ersetzt wurden.

Die Fig. 13 ist eine auseinandergezogene perspektivi­ sche Ansicht, die den Aufbau eines Beschleunigungssensors 50 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei dieselben Bezugszeichen bei Elementen verwendet wurden, die dieselben wie bei den vorhergehenden ersten bis vierten Ausführungsformen sind.

Bei der fünften Ausführungsform sind vier leitende Be­ reiche 151 bis 154 in einer Matrixanordnung auf der Obersei­ te des Substrats 11 ausgebildet, wobei zwei Elektroden 17 am Rand des Substrats 11 ausgebildet sind. Die zwei leitenden Bereiche 151 und 154 sind mittels der leitenden Leitungen 16 mit den Elektroden 17 verbunden und die verbleibenden zwei leitenden Bereiche 152 und 153 sind durch die leitende Lei­ tung 18 miteinander verbunden. Drei rechtwinklig geformte, scherbare piezoelektrische Elemente 12 und ein rechtwinklig geformtes, zusammendrückbares piezoelektrisches Element 32, die Bodenflächen haben, die ungefähr von derselben Form wie die leitenden Bereiche 151 bis 154 sind, sind auf den Ober­ seiten der leitenden Bereiche 151 bis 154 angebracht.

Bei dieser Ausführungsform sind die Polarisationsrich­ tungen der drei scherbaren piezoelektrischen Elemente 12 in­ nerhalb der Ebenen der Elemente, die parallel zum Substrat 11 sind, und alle wechselweise verschieden, und die eine Po­ larisationsrichtung des einen zusammendrückbaren piezoelek­ trischen Elements 32 liegt in der Dickenrichtung des Ele­ ments, die senkrecht bezüglich des Substrats 11 ist. Ein Ge­ wicht 13 ist auf der Oberseite dieser piezoelektrischen Ele­ mente 12 und 32 in einer solchen Weise angebracht, daß es sich über die piezoelektrischen Elemente 12 und 32 er­ streckt. Bei dieser Ausführungsform ist das Gewicht 13 aus einem isolierenden Material gebildet, wobei ein erster Lei­ ter 141, der die leitenden Bereiche 151 und 152 verbindet, auf der Oberseite der leitenden Bereiche 151 und 152 ausge­ bildet ist, und wobei ein zweiter Leiter 142, der die lei­ tenden Bereiche 153 und 154 verbindet, auf der Oberseite der leitenden Bereiche 153 und 154 ausgebildet ist.

Daher sind bei dem Beschleunigungssensor 50 gemäß der fünften Ausführungsform alle vier piezoelektrischen Elemente 12 und 32 in Reihe geschaltet, und der Beschleunigungssensor 50 ist zum Detektieren einer Beschleunigung geeignet, die entweder in den Richtungen der X-, Y- und Z-Achsen oder dre­ hend um diese drei Achsen ist. Da es eine Mehrzahl von pie­ zoelektrischen Elementen gibt, die längs ein und derselben Achse ausgerichtete Polarisationsrichtungen haben, ist es ferner möglich, die Detektionsempfindlichkeit in dieser Richtung zu verbessern. Zusätzlich ist es ferner möglich, entweder die Summe oder die Differenz zwischen piezoelektri­ schen Elementen heranzuziehen, um die Beschleunigung in eine bestimmte Richtung zu isolieren.

Die Fig. 14 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Beschleunigungssensors 60 ge­ mäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der sechsten Ausführungsform besteht ein Gewicht 13A aus einem isolierenden Material und hat eine Toroidform. Fünffächerförmige Leiter 14A bis 14E, die die Ringform gleichmäßig in fünf Teile teilen, sind an der Bodenfläche des ringförmigen Gewichts 13A unabhängig vorgesehen. An der Bodenfläche des Gewichts 13A sind zehn scherbare piezoelek­ trische Elemente 12a bis 12j vorgesehen, die in einem Ring und mit gleichem Abstand angeordnet sind. Diese zehn piezo­ elektrischen Elemente 12a bis 12j sind fächerförmig, um die Ringform des Gewichts 13A gleichmäßig zu teilen, und die Po­ larisationsrichtungen dieser zehn piezoelektrischen Elemente sind alle parallel zum Gewicht 13A und in Richtungen tangen­ tial an einen Kreis, der in der Ebene dieser Richtungen an­ geordnet ist, wobei benachbarte Polarisationsrichtungen wechselweise entgegengesetzt in ihren Richtungen längs der oben angegebenen Tangentenlinien sind. Von diesen zehn pie­ zoelektrischen Elementen 12a bis 12j sind die piezoelektri­ schen Elemente 12a und 12b mittels eines Leiters 14A, die piezoelektrischen Elemente 12c und 12d mittels eines Leiters 14B, die piezoelektrischen Elemente 12e und 12f mittels ei­ nes Leiters 14C, die piezoelektrischen Elemente 12g und 12h mittels eines Leiters 14D und die piezoelektrischen Elemente 12i und 12j mittels eines Leiters 14E elektrisch verbunden, wobei diese Leiter an der Bodenfläche des Gewichts 13A vor­ gesehen sind, um diese Verbindungen herzustellen.

Vier fächerförmige leitfähige Bereiche 15B bis 15E und zwei fächerförmige leitfähige Bereiche 15A und 15F, von de­ nen jeder eine Form hat, die die Hälfte der Fächerformen je­ des der leitenden Bereiche 15B bis 15E ist, sind auf der Oberseite des Substrats 11A ausgebildet. Zwei Elektroden 17A und 17B sind am Rand des Substrats 11A ausgebildet, wobei diese Elektroden 17A und 17B mittels der leitenden Anschluß­ leitungen 16A und 16B mit dem äußeren Teil der fächerförmi­ gen leitenden Bereiche 15A bzw. 15F verbunden sind.

Die zehn piezoelektrischen Elemente 12A bis 12F sind auf der Oberseite der leitenden Bereiche 15A bis 15F ange­ ordnet, so daß das piezoelektrische Element 12j über dem leitenden Bereich 15F angeordnet ist. Folglich sind die pie­ zoelektrischen Elemente 12a bis 12j mittels der Leiter 14A bis 14F und leitenden Bereiche 15A bis 15F in Reihe geschal­ tet, wobei das Potential, das sich über diesen in Reihe ge­ schalteten piezoelektrischen Elemente aufbaut, mittels der leitenden Bereiche 15A und 15F über leitende Leitungen 16A und 16B zu den Elektroden 17A und 17B geführt wird.

Daher sind bei dem Beschleunigungssensor 60 gemäß der sechsten Ausführungsform alle zehn piezoelektrischen Elemen­ te 12a bis 12j in Reihe geschaltet, und er ist zum Detektie­ ren einer Beschleunigung in einer Drehrichtung um die Z- Achse des Gewichts oder der Masse 13A geeignet.

Ferner gibt es, obwohl die obige Erklärung für den Fall ist, in dem das Gewicht 13A ringförmig ist, keine Beschrän­ kung auf diese Form, und sie kann ebenso ein Kreis oder ein Polygon sein.

Die Fig. 15A und die Fig. 15B stellen ein Beispiel ei­ ner Weise dar, bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Verbindungen zum Substrat, den piezoelektrischen Elemen­ ten und dem Gewicht der Beschleunigungssensoren 10 bis 60 herzustellen, wobei 15A die Querschnittsansicht in dem Fall zeigt, in dem das Gewicht ein isolierendes Material ist, und die Fig. 15B die Querschnittsansicht in dem Fall zeigt, in dem das Gewicht ein leitendes Material ist. In diesen Zeich­ nungen sind 11 ein Substrat, 12 ein piezoelektrisches Ele­ ment, 13 das Gewicht, 14 ein Leiter, 15 ein leitender Be­ reich, 16 eine leitende Anschlußleitung und 17 eine Elektro­ de. Wie in der Fig. 15A und in der Fig. 15B gezeigt ist, ist es bei den Beschleunigungssensoren 10 bis 60 bei den oben beschriebenen Ausführungsformen möglich, das piezoelektri­ sche Element 12 und den leitenden Bereich 15 entweder durch eine Lotschicht oder durch das leitende Haftmittel 19 zu verbinden.

Die Fig. 16 zeigt zwei verschiedene Beispiele der Wei­ se, bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Verbin­ dungen zum Substrat, dem piezoelektrischen Element und dem Gewicht bei den Beschleunigungssensoren 10 bis 60 herzustel­ len, wobei 16A die Querschnittsansicht in dem Fall zeigt, in dem das Gewicht ein isolierendes Material ist, und die Fig. 16B die Querschnittsansicht in dem Fall zeigt, in dem das Gewicht ein leitendes Material ist. In diesen Zeichnungen sind 11 das Substrat, 12 ein piezoelektrisches Element, 13 das Gewicht, 14 ein Leiter, 15 ein leitender Bereich, 16 ei­ ne leitende Anschlußleitung und 17 eine Elektrode. Wie in der Fig. 16A und in der Fig. 16B gezeigt ist, ist es bei den Beschleunigungssensoren 10 bis 60 bei den oben beschriebenen Ausführungsformen möglich, das piezoelektrische Element 12 und den leitenden Bereich 15 entweder durch eine Lotschicht oder durch das leitende Haftmittel 19 zu verbinden, und es ist möglich, das piezoelektrische Element 12 und den Leiter 14 oder das piezoelektrische Element 12 und das Gewicht 13 entweder durch eine Lotschicht oder durch das leitende Haft­ mittel 19 zu verbinden.

Die Fig. 17 ist eine auseinandergezogene perspektivi­ sche Ansicht, die den Aufbau eines Beschleunigungssensors 20′′ gemäß einer Ausführungsvariante der siebten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung zeigt.

Der Beschleunigungssensor 20′′ der siebten Ausführungs­ form ist ein Beispiel einer Variation des Beschleunigungs­ sensors 20′, die in der Fig. 7 gezeigt ist, und unterschei­ det sich vom Beschleunigungssensor 20′ nur hinsichtlich der Polarisationsrichtung. Beim Beschleunigungssensor 20′ der in der Fig. 7 gezeigten Ausführungsform sind die Polarisations­ richtungen des piezoelektrischen Elements 22 innerhalb der Ebene des Elements, das parallel zum Substrat 11 ist, und weisen in dieselbe Richtung. Beim Beschleunigungssensor 20′′ der siebten Ausführungsform sind die Polarisationsrichtungen des piezoelektrischen Elements 22′ innerhalb der Ebene des Elements, das parallel zum Substrat ist, aber sie sind je­ doch in entgegengesetzten Richtungen. Obwohl nur ein einzel­ nes scherbares piezoelektrisches Element 22′ beim Beschleu­ nigungssensor 20′′ dieser Ausführungsform vorgesehen ist, ist er im wesentlichen genauso, wie wenn zwei scherbare piezo­ elektrische Elemente 12 vorgesehen sind, wobei sein Betrieb und seine Beschleunigungsdetektionsrichtungen so wie in der Zeichnung gezeigt sind. Ein durch diese Ausführungsvariante geschaffener Vorteil liegt darin, daß nur ein piezoelektri­ sches Element 22′ erforderlich ist, wodurch die Teileanzahl um Eins reduziert wird, was zu einer Verringerung der zum Zusammenbau erforderlichen Arbeit und, wegen der Verwendung eines einzelnen piezoelektrisches Elements mit gleichförmi­ gen Charakteristika, zu einer Verbesserung der Empfindlich­ keit führt.

Die Fig. 18 ist eine auseinandergezogene perspektivi­ sche Ansicht, die den Aufbau eines Beschleunigungssensors 10′ gemäß einer Ausführungsvariante der ersten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung zeigt, die dargestellt ist in der und beschrieben wurde unter Bezugnahme auf die Fig. 3.

Der Beschleunigungssensor 10′ gemäß einer Ausführungs­ variante der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung unterscheidet sich vom Beschleunigungssensor 10 der er­ sten Ausführungsform nur darin, daß an Stelle der zwei scherbaren piezoelektrischen Elemente, in denen die Polari­ sationsrichtungen innerhalb der Ebene des Elements parallel zum Substrat 11 und wechselweise parallel sind, in der Quer­ schnittsansicht 10′ nur genau ein scherbares piezoelektri­ sches Element ist. Beim Beschleunigungssensor 10′ dieser Ausführungsform sind, obwohl nur ein scherbares piezoelek­ trisches Element 22′′ vorgesehen ist, sein Betrieb und seine Beschleunigungsdetektionsrichtungen genau dieselben wie die des Beschleunigungssensors 10 der ersten Ausführungsform. Ein durch diese Ausführungsvariante geschaffener Vorteil liegt darin, daß nur ein piezoelektrisches Element 22′′ er­ forderlich ist, wodurch die Teileanzahl um Eins verringert wird, was zu einer Verringerung der zum Zusammenbau erfor­ derlichen Arbeit und, wegen der Verwendung eines einzelnen piezoelektrischen Elements mit gleichförmigen Charakteristi­ ka, zu einer Verbesserung der Empfindlichkeit führt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, da Gewichts- Verbindungseinrichtungen zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen in Reihe verwendet werden, das sich über diese in Reihe verbundenen piezoelek­ trischen Elemente aufbauende Potential zu Elektroden heraus­ gebracht, die auf dem Substrat vorgesehen sind, wobei der Beschleunigungssensor zusätzlich vereinfacht und dünn wird und die somit erhaltene Spannung ein großes S/N-Verhältnis hat. Folglich ist ein Beschleunigungssensor gemäß der vor­ liegenden Erfindung ideal zur Verwendung als ein Beschleuni­ gungssensor in dem Magnetplattenlaufwerk eines transporta­ blen Computergeräts.

Zu beachten ist, daß das piezoelektrische Element auf die folgende Weise polarisiert ist.

• (1) Wenn das Polarisationselement eine einzelne Polari­ sationsrichtung hat:
• (a) Zwei Polarisationselektroden werden an den beider­ seitigen oberen Flächen einer keramischen Rohschicht ange­ bracht.
• (b) Zwischen die zwei Elektroden wird eine Hochspannung angelegt, um die keramische Rohschicht zu polarisieren.
• (c) Beide Seiten der polarisierten Rohschicht werden abgeschnitten, um ein piezoelektrisches Element mit einer gleichförmigen Polarisationsrichtung zu erhalten.
• (2) Wenn das Polarisationselement zwei Polarisations­ richtungen hat:
• (a) Zwei Elektroden werden an beiderseitigen oberen Flächen einer keramischen Rohschicht und eine Elektrode wird an der Bodenfläche eines Mittenbereichs der keramischen Roh­ schicht als gemeinsame Elektrode angebracht.
• (b) Ein Paar gleicher Hochspannungen wird zwischen der gemeinsamen Mittelelektrode an der Bodenfläche und den zwei Elektroden an der oberen Fläche der Rohschicht angelegt, um an der keramischen Rohschicht zwei verschiedene Polarisati­ onsrichtungen auszubilden.
• (c) Beide Seiten der polarisierten Rohschicht werden abgeschnitten und die Mittelelektrode wird entfernt, um ein piezoelektrisches Element mit zwei verschiedenen Polarisati­ onsrichtungen zu erhalten.

Claims (11)

1. Beschleunigungssensor, der wenigstens ein piezoelek­ trisches Element verwendet, enthaltend:
ein einzeln ausgebildetes piezoelektrisches Element (22), das in sich selbst in verschiedenen Bereichen eine Mehrzahl von Polarisationsrichtungen in solcher Weise hat, daß die Polarisationsrichtungen entsprechend der zu detek­ tierenden Beschleunigungsrichtung abwechselnd verschieden sind,
ein Gewicht (13), das aus einem isolierenden Material besteht und so befestigt ist, daß es sich über die Mehrzahl von piezoelektrischen Elemente spannt oder erstreckt,
elektrische Verbindungseinrichtungen (14), die auf der Gewichtsseite und der Substratseite des piezoelektrischen Elements vorgesehen sind und eine Reihenschaltung zwischen der Mehrzahl von Bereichen des piezoelektrischen Elements herstellen, und
auf dem Substrat vorgesehene Elektroden (15), die die Spannung über den zwei Seiten der in Reihe geschalteten pie­ zoelektrischen Elemente, mit denen sie elektrisch verbunden sind, ableiten.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das einzeln ausgebildete piezoelektrische Element entsprechend einer Mehrzahl von Bereichen in eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen unterteilt ist.

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Polarisationsrichtungen der Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen oder des einzeln ausgebildeten piezoelektrischen Elements innerhalb der Ele­ mentenebene liegen, und daß wenigstens eine Gruppe der Pola­ risationsrichtungen in wechselweise entgegengesetzten Rich­ tungen liegt, und daß der Beschleunigungssensor ferner zum Detektieren einer Beschleunigung geeignet ist, die innerhalb der Ebene des Substrats wirkt, an der die Elemente ange­ bracht sind.

4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Polarisationsrichtungen der Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen oder des einzeln ausgebildeten piezoelektrischen Elements innerhalb der Ele­ mentenebene liegen, und daß wenigstens eine Gruppe von Pola­ risationsrichtungen wechselweise parallel ist, und daß der Beschleunigungssensor ferner zum Detektieren einer Beschleu­ nigung geeignet ist, die in der Rotationsrichtung um eine Achse wirkt, die senkrecht zum Substrat ist, an dem die Ele­ mente angebracht sind, wenn das Substrat einer derartigen Beschleunigung ausgesetzt ist.

5. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Polarisationsrichtungen der Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen oder des einzeln ausgebildeten piezoelektrischen Elements in der Elementen­ dickenrichtung liegen, und daß wenigstens eine Gruppe der Polarisationsrichtungen wechselweise entgegengesetzt liegt, und daß der Beschleunigungssensor ferner zum Detektieren ei­ ner Beschleunigung geeignet ist, die in der Richtung senk­ recht zum Substrat wirkt, an dem die Elemente angebracht sind.

6. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Polarisationsrichtungen der Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen oder des einzeln ausgebildeten piezoelektrischen Elements in der Elementen­ dickenrichtung liegen, und daß wenigstens eine Gruppe der Polarisationsrichtungen wechselweise parallel liegt, und daß der Beschleunigungssensor ferner zum Detektieren einer Be­ schleunigung geeignet ist, die in der Rotationsrichtung um eine Achse wirkt, die parallel zum Substrat ist, an dem die Elemente angebracht sind, wenn das Substrat einer derartigen Beschleunigung ausgesetzt ist.

7. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Richtungen der Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen oder des einzeln ausgebildeten piezoelektrischen Elements Richtungen enthalten, die nicht nur innerhalb der Elementenebene liegen, sondern auch alle wechselweise verschieden sind, so wie jene, die in der Dic­ kenrichtung des Elements liegen, wobei der Beschleunigungs­ sensor zum Detektieren von sechs Beschleunigungsachsen ge­ eignet ist, die aus der Beschleunigung in den Richtungen der x-, y- und Z-Achsen und der Beschleunigung um diese drei Achsen bestehen.

8. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Polarisationsrich­ tungen der piezoelektrischen Elemente oder des einzeln aus­ gebildeten piezoelektrischen Elements gerade ist, daß die Polarisationsrichtungen in einem Ring um eine Achse, die senkrecht zum Substrat ist, angeordnet und benachbarte Paare der Polarisationsrichtungen wechselweise entgegengesetzt sind, und daß der Beschleunigungssensor ferner zum Detektie­ ren einer Beschleunigung geeignet ist, die in der Drehrich­ tung um die Achse wirkt, wenn das Substrat einer derartigen Beschleunigung ausgesetzt ist.

9. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, in dem es zwei Gruppen von piezoelektrischen Elementen oder zwei Grup­ pen von Bereichen in dem einzeln ausgebildeten piezoelektri­ schen Element mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen gibt, das Gewicht aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist, so daß die elektrischen Verbindungseinrich­ tungen und das Gewicht eins sind.

10. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbin­ dungseinrichtungen, die Elektrode und die piezoelektrischen Elemente oder das einzeln ausgebildete piezoelektrische Ele­ ment mittels einer Lotschicht oder eines leitenden Haftmate­ rials elektrisch verbunden sind.

11. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht aus demsel­ ben Material wie die piezoelektrischen Elemente oder das einzeln ausgebildete piezoelektrische Element hergestellt ist.