JP2003004760A - 圧電型加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子の接続電極と回路基板の接続端子と
の接続長さがばらつかず、かつ、できるだけ短くするこ
とができることにより外部ノイズの影響を受け難く、し
かも低コスト化が図られる圧電型加速度センサを提供す
る。 【解決手段】 圧電素子２３の接続電極２６と回路基板
３の接続端子３３とを、両者が互いに対向するように形
成し、接続端子３３に金属製の板バネからなる接点材３
２を接合する。回路基板３をケース１に組み込むことに
より、接点材３２を圧電素子２３の接続電極２６に弾性
的に当接させ、圧電素子２３の接続電極２６と回路基板
３の接続端子３３とを接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を用いた
圧電型加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】加速度センサは、自動車産業や機械産業
等の分野で多く使用されており、例えば、自動車に装備
されるエアバッグの制御用センサとして使用されてい
る。加速度センサは、検出方向の数によって一軸型や三
軸型等に分けられ、検出の形式としてはピエゾ抵抗型、
静電容量型、圧電型等がある。本発明に係る圧電型加速
度センサは、ダイヤフラム上の歪みを圧電効果を利用し
て検出する加速度センサであり、例えば水平に配される
ダイヤフラムの下面に重錘を接合し、ダイヤフラムの上
面に圧電素子を接合した構成が一般的である。圧電素子
には、検出電極がパターン化されて形成されている。加
速度センサの作用は、加速度によって重錘に生じた慣性
力がダイヤフラムに歪み（変形）を生じさせ、検出電極
に発生した電荷に基づき加速度を検出するものである。

【０００３】ところで、圧電型加速度センサには、検出
信号である上記電荷を増幅させる回路基板が必要であ
り、圧電素子と回路基板を一つのケース内に納める場合
には、回路基板を圧電素子に対向して配することが考え
られる。そして、このような構成の場合には、圧電素子
の接続電極と回路基板の接続端子をリード線のボンディ
ング（半田付け等）で接続することが一般的に行われて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように圧電素子
の電極と回路基板とをリード線で接続すると、接続長さ
のばらつきが生じ、かつリード線の長さが長くなって外
部ノイズの影響を受けやすいといった問題があった。ま
た、ボンディング作業により作業効率が低下し、コスト
アップを招くことにもなっていた。

【０００５】よって本発明は、圧電素子の接続電極と回
路基板の接続端子とを接続するにあたり、接続長さがば
らつかず、かつ、できるだけ短くすることができること
により外部ノイズの影響を受け難く、しかも低コスト化
が図られる圧電型加速度センサを提供することを目的と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ダイヤフラム
の一方の面に重錘が固定され、ダイヤフラムの他方の面
に圧電素子が固定されてなる加速度検出部と、この加速
度検出部の圧電素子側に配され、加速度検出部の検出信
号を増幅させる回路基板とを備え、圧電素子の接続電極
と回路基板の接続端子とが接続される圧電型加速度セン
サであって、圧電素子の接続電極と回路基板の接続端子
とを互いに対向させ、これら接続電極と接続端子とを、
弾性を有する導電性接点材によって接続したことを特徴
としている。

【０００７】本発明によれば、圧電素子の接続電極と回
路基板の接続端子とが、弾性を有する導電性接点材によ
って接続されている。接続電極と接続端子とが互いに対
向していることにより、接点材をできるだけ短くするこ
とができるので外部ノイズの影響を受け難い。また、接
続経路が複数ある場合には、接続長さがばらつかない。
接点材は接続電極や接続端子にボンディング等で接続さ
せる必要はなく、圧電素子と回路基板の間に接点材を挟
んで弾性変形させ、回路基板を例えばケース等の支持体
に固定すればよい。したがって、組立ての際の作業効率
が向上し、低コスト化が図られる。

【０００８】本発明の接点材としては、金属板バネ、コ
イルバネ、導電性ゴム等が挙げられる。本発明では、そ
のような接点材が、圧電素子か回路基板の一方に予め固
定されており、他方側に弾性的に当接している形態を含
む。この形態では、圧電素子に対して回路基板を組み込
むと同時に接点材の接続が果たされるので、さらに組立
ての合理化が図られる。

【０００９】さらに本発明では、圧電素子の一部が支持
体に支持されており、この支持部分に圧電素子の接続電
極が配置されていることを好ましい形態としている。圧
電素子はダイヤフラムに追従して変形するが、支持体に
支持されている部分は変形せず、この支持部分に接続電
極が配され、さらにこの接続端子に接点材が接続されて
いる。したがって、接点材がダイヤフラムならびに圧電
素子の変形に影響を与えることはなく、その結果、検出
精度に悪影響を及ぼすおそれはない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図１は一実施形態に係る圧電型三
軸加速度センサの平面図、図２は図１のII−II断面図で
ある。これら図中符号１は略直方体状のケース（支持
体）、２は加速度検出部、３は矩形状の回路基板、４は
ケースの開口を塞ぐカバーである。なお、図１は回路基
板３およびカバー４を除いた状態の平面図である。

【００１１】ケース１は樹脂製であって、上方に開口し
ており、図２に示すように、内部の中央には円形状の凹
所１１が形成されている。また、ケース１の内側面に
は、回路基板３がセットされる段部１２が形成されてい
る。ケース１における互いに平行な一対の縁部には、上
下方向に延びて段部１２を貫通する複数のピン端子５が
ケース１と一体に固定されている。このピン端子５は、
回路基板３の外部に対する接続端子である。

【００１２】加速度検出部２は、矩形状の金属製薄板か
らなるダイヤフラム２１の下面中央に、円盤状の重錘２
２が溶接等の手段により接合され、ダイヤフラム２１の
上面に、ダイヤフラム２１と同形状・同寸法のセラミッ
クス製圧電素子２３が接合されてなるものである。図３
は加速度検出部２を詳しく示しており、圧電素子２３の
上面（表面）には表面電極２４が形成されており、下面
（裏面）には裏面共通電極２５が形成されている。図１
に示すように、表面電極２４は、圧電素子２３の中心に
対して放射状にパターン化された複数の加速度検出用電
極（以下、検出電極と称する）２４ａと、圧電素子２３
の一対の対角部に形成されたノイズ消去用電極２４ｂに
分けられる。また、図１に示すように、圧電素子２３の
上面における縁部の所定箇所には、各電極２４に図示せ
ぬ配線によって接続された接続電極２６が形成されてい
る。

【００１３】圧電素子２３は接着剤によってダイヤフラ
ム２１に接合されるが、図３に示すように、裏面共通電
極２５の厚みによってダイヤフラム２１と圧電素子２３
との間には接着剤層２７が形成される。図２に示すよう
に、加速度検出部２は、重錘２２が凹所１１に収納さ
れ、ダイヤフラム２１および圧電素子２３の縁部がケー
ス１における凹所１１の周囲の中段底面１ａに重なる状
態で、ケース１内に収納されている。圧電素子２３の各
接続電極２６は、中段底面１ａに重なっている縁部の上
面側に形成されている。

【００１４】回路基板３は、加速度検出部２の検出電極
２４ａが発生した電荷を増幅させるもので、ＩＣチップ
等の実装品３１が実装されている。この回路基板３にお
ける互いに平行な一対の縁部には、前記ピン端子５が貫
通する複数のスルーホール（図示略）が形成されてい
る。回路基板３は、スルーホールにピン端子５を通し、
縁部をケース１の段部１２に当ててセットされる。回路
基板３の下面には、そのセット状態で圧電素子２３の各
接続電極２６に弾性的に当接する接点材３２が接合され
ている。

【００１５】この接点材３２は、金属製の板バネであっ
て、図４に示すように、平らな基端部３２ａが、回路基
板３の下面に形成された接続端子３３に半田付け等によ
り接合されており、斜め内側、かつ下方に向かって延び
る弾性部３２ｂの先端に、Ｕ字状に屈曲する接点部３２
ｃが形成されている。回路基板３がケース１の段部１２
にセットされると接点部３２ｃが圧電素子２３の接続電
極２６に当接し、その状態で弾性部３２ｂは圧電素子２
３に押されて内側に弾性変形する。そして、回路基板３
はピン端子５に半田付けされることによりケース１内へ
のセット状態が保持される。

【００１６】以上が本実施形態の加速度センサの構成で
あり、この加速度センサによれば、加速度によって重錘
２２に生じた慣性力がダイヤフラム２１に歪みを生じさ
せ、これに追従して検出電極２４ａが電荷を発生し、そ
の電荷に基づく三軸方向の加速度が検出される。

【００１７】次に、図４を参照して上記加速度センサの
組立て方を説明する。まずはじめに、加速度検出部２を
ケース１内に収納し、ダイヤフラム２１の縁部をケース
１の中段底面１ａに接着剤等を用いて接合する。次に、
回路基板３を固定する。それには、まず、縁部のスルー
ホールにピン端子５を通し、縁部をケース１の段部１２
に当てる。この状態で、各接点材３２は圧電素子２３の
各接続電極２６に弾性的に当接する。次いで、各ピン端
子５を回路基板３に半田付けする。最後に、ケース１に
カバー４を嵌め込む。

【００１８】さて、本実施形態の加速度センサは、圧電
素子２３の接続電極２６と回路基板３の接続端子３３と
を互いに対向させ、これら接続電極２６と接続端子３３
とを、接続端子３３に接合した板バネからなる接点材３
２によって接続している。接続電極２６と接続端子３３
とが互いに対向していることにより、接点材３２をでき
るだけ短くすることができ、このため外部ノイズの影響
を受け難い。また、各接点材３２の長さは一定なので、
その長さ、つまり接続長さにばらつきは生じない。さら
に、接点材３２は弾性変形した状態で圧電素子２３の接
続電極２６に当接しているので、安定した接続状態を得
ることができる。そして、従来のようにボンディング等
による接続作業を必要としないので、組立ての際の作業
効率が向上し、もって低コスト化が図られる。

【００１９】また、圧電素子２３はダイヤフラム２１に
追従して変形するが、これらの変形部分は、ケース１の
凹所１１上にある円形部分に限定され、中段底面１ａへ
の接合部分は変形しない。この変形しない部分に接続電
極２６が配され、さらにこの接続電極２６に接点材３２
が当接している。したがって、接点材３２がダイヤフラ
ム２１ならびに圧電素子２３の変形に影響を与えること
はなく、その結果、検出精度に悪影響を及ぼすおそれは
ない。

【００２０】なお、上記一実施形態の接点材は金属製の
板バネであるが、接点材としては弾性を有する導電性接
点材であって確実な接続構造をとることができれば如何
なるものでもよく、例えば、コイルバネや導電性ゴム等
を用いることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電素子の接続電極と回路基板の接続端子とを互いに対
向させ、これら接続電極と接続端子とを弾性を有する導
電性接点材によって接続したので、その接続長さがばら
つかず、かつ、できるだけ短くすることができることに
より外部ノイズの影響を受け難く、しかも組立てにあた
っての作業効率が向上して低コスト化が図られるといっ
た種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る圧電型三軸加速度
センサの平面図である。

【図２】 図１のII−II断面図である。

【図３】 一実施形態に係る加速度検出部の詳細を示す
断面図である。

【図４】 一実施形態に係る加速度センサの組立て方を
説明するための分解側面図である。

【符号の説明】

１…ケース（支持体） ２…加速度検出部 ３…回路基板 ２１…ダイヤフラム ２２…重錘 ２３…圧電素子 ２６…接続電極 ３２…導電性接点材 ３３…接続端子

フロントページの続き (72)発明者 小久保 泰樹 静岡県静岡市中吉田20番10号 スター精密 株式会社内 (72)発明者 升田 大輔 静岡県静岡市中吉田20番10号 スター精密 株式会社内 (72)発明者 岡田 和廣 埼玉県上尾市菅谷四丁目73番地 株式会社 ワコー内 (72)発明者 谷口 伸光 埼玉県上尾市菅谷四丁目73番地 株式会社 ワコー内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤフラムの一方の面に重錘が固定さ
   れ、ダイヤフラムの他方の面に圧電素子が固定されてな
   る加速度検出部と、この加速度検出部の圧電素子側に配
   され、加速度検出部の検出信号を増幅させる回路基板と
   を備え、圧電素子の接続電極と回路基板の接続端子とが
   接続される圧電型加速度センサであって、 圧電素子の接続電極と回路基板の接続端子とを互いに対
   向させ、これら接続電極と接続端子とを、弾性を有する
   導電性接点材によって接続したことを特徴とする圧電型
   加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記接点材は、前記圧電素子の接続電極
   と前記回路基板の接続端子のうちの一方に固定されてお
   り、他方に対して弾性的に当接していることを特徴とす
   る請求項１に記載の圧電型加速度センサ。
3. 【請求項３】 前記圧電素子は一部が支持体に支持さ
   れ、この支持部分に圧電素子の前記接続電極が配置され
   ていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電
   型加速度センサ。