JP2005315847A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は圧電基板から成る振動検出素子を用いた加速度センサに関するものである。 The present invention relates to an acceleration sensor using a vibration detecting element made of a piezoelectric substrate.
加速度センサは、ハードディスクドライブ等に外部から加わる物理的な衝撃を検出するものであり、従来から、圧電基板から成る振動検出素子を用いたものが数多く提案されている。 An acceleration sensor detects a physical impact applied to a hard disk drive or the like from the outside, and many sensors using a vibration detection element made of a piezoelectric substrate have been proposed.
例えば、リード電極をインサートモールドした支持体に貫通孔を設け、貫通孔に振動検出素子の一端を圧入して保持し、導電性接着材を介して振動電極素子とリード電極とを電気的に接続した加速度センサが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。振動検出素子は、別途用意したケースを被せることにより気密封止され、他端側が振動領域となっている。加速度センサに衝撃が加わると、変形の圧電効果による電荷が振動検出素子に発生し、検出される。 For example, a through hole is provided in a support body in which a lead electrode is insert-molded, and one end of a vibration detecting element is press-fitted and held in the through hole, and the vibrating electrode element and the lead electrode are electrically connected via a conductive adhesive. An acceleration sensor has been proposed (see, for example, Patent Document 1). The vibration detection element is hermetically sealed by covering a separately prepared case, and the other end side is a vibration region. When an impact is applied to the acceleration sensor, a charge due to the piezoelectric effect of deformation is generated in the vibration detecting element and detected.
尚、加速度センサは感度の向上も求められており、接着剤を介して複数個の圧電基板を貼り合わせた振動検出素子を採用し、圧電基板の両主面に被着された信号電極を並列に接続した構造の加速度センサも提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら上述した従来の加速度センサでは、振動検出素子を気密封止するケースとは別に、振動検出素子を固定する支持体を必要としているので、加速度センサの小型化が図りにくい。 However, the conventional acceleration sensor described above requires a support for fixing the vibration detection element separately from the case in which the vibration detection element is hermetically sealed. Therefore, it is difficult to reduce the size of the acceleration sensor.
また、加速度センサを製造する工程においても、振動検出素子を固定する工程と、振動検出素子をケースに収納する工程とが別々に必要であるため、工程数が多くなり、製造コストの低減が図りにくい。 Also in the process of manufacturing the acceleration sensor, the process of fixing the vibration detection element and the process of housing the vibration detection element in the case are required separately, which increases the number of processes and reduces the manufacturing cost. Hateful.
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、工程数の削減と小型化を可能にした加速度センサを提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above-described drawbacks, and an object thereof is to provide an acceleration sensor capable of reducing the number of processes and reducing the size.
本発明の加速度センサは、リード電極を有し少なくとも一端側に開口部が形成された直方体状のケース内に固定用貫通孔を有した固定部を設け、前記固定用貫通孔に、接着材を介し複数個の圧電基板を貼り合わせてなる振動検出素子を挿入・保持した上、前記ケースの開口部を封止用樹脂にて塞ぐようにした加速度センサであって、前記振動検出素子の一端部に、該振動検出素子を挟んで対向する一対の保持用樹脂を取着させるとともに、該一対の保持用樹脂を前記固定用貫通孔の内面に密着せしめたことを特徴とするものである。 The acceleration sensor of the present invention is provided with a fixing portion having a fixing through hole in a rectangular parallelepiped case having a lead electrode and having an opening formed on at least one end side, and an adhesive is provided in the fixing through hole. An acceleration sensor in which a vibration detecting element formed by bonding a plurality of piezoelectric substrates is inserted and held, and the opening of the case is closed with a sealing resin, and one end of the vibration detecting element In addition, a pair of holding resins opposed to each other with the vibration detecting element interposed therebetween are attached, and the pair of holding resins are closely attached to the inner surface of the fixing through hole.
また本発明の加速度センサは、前記振動検出素子の他端部が自由端となっていることを特徴とするものである。 The acceleration sensor of the present invention is characterized in that the other end portion of the vibration detecting element is a free end.
更に本発明の加速度センサは、前記接着材がガラス布基材エポキシ樹脂から成ることを特徴とするものである。 Furthermore, the acceleration sensor of the present invention is characterized in that the adhesive is made of a glass cloth base epoxy resin.
また更に本発明の加速度センサは、前記封止用樹脂及び前記保持用樹脂の双方がエポキシ系樹脂から成るとともに、両樹脂が前記ケースの開口部近傍にて相互に接着されていることを特徴とするものである。 Furthermore, the acceleration sensor of the present invention is characterized in that both the sealing resin and the holding resin are made of an epoxy resin, and the both resins are bonded to each other in the vicinity of the opening of the case. To do.
更にまた本発明の加速度センサは、前記圧電基板の両主面に一対の信号電極が被着されており、該信号電極の一部を前記圧電基板の側方側周縁部まで延在させるとともに、該延在部を、前記ケース内で前記振動検出素子の側面近傍に延出されるリード電極の端部に対し導電性接着材を介して電気的に接続したことを特徴とするものである。 Furthermore, in the acceleration sensor of the present invention, a pair of signal electrodes are attached to both main surfaces of the piezoelectric substrate, and a part of the signal electrodes extends to the side peripheral edge of the piezoelectric substrate. The extending portion is electrically connected to the end portion of the lead electrode extending in the case near the side surface of the vibration detecting element via a conductive adhesive.
また更に本発明の加速度センサは、前記固定部表面のケースの開口部側の所定領域から、前記一対の保持用樹脂表面のケースの開口部側の所定領域にかけて樹脂の堰を設けたことを特徴とするものである。 Furthermore, the acceleration sensor according to the present invention is characterized in that a resin weir is provided from a predetermined region on the opening side of the case on the surface of the fixed portion to a predetermined region on the opening side of the case on the pair of holding resin surfaces. It is what.
本発明の加速度センサによれば、振動検出素子の一端部に、振動検出素子を挟んで対向する一対の保持用樹脂を取着させるとともに、一対の保持用樹脂をケース内に設けた固定部の固定用貫通孔の内面に密着せしめたことから、振動検出素子を固定する部位に複雑な構造を必要としなくなるので、加速度センサの小型化を図ることができる。加速度センサを製造する工程においても、振動検出素子をケースに収納する工程で、振動検出素子の固定が同時に行われるため、工程数が少なくなり、製造コストの低減も図ることができる。 According to the acceleration sensor of the present invention, a pair of holding resins facing each other with the vibration detecting element interposed therebetween are attached to one end of the vibration detecting element, and the fixing portion provided with the pair of holding resins in the case Since the inner surface of the fixing through-hole is brought into close contact with each other, a complicated structure is not required at a portion where the vibration detecting element is fixed, and the acceleration sensor can be downsized. Also in the process of manufacturing the acceleration sensor, since the vibration detection element is fixed simultaneously with the process of housing the vibration detection element in the case, the number of processes is reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
また本発明の加速度センサによれば、封止用樹脂及び保持用樹脂の双方がケースの開口部近傍にて相互に接着されていることから、封止用樹脂によって振動検出素子の固定力が強化される。 Further, according to the acceleration sensor of the present invention, since the sealing resin and the holding resin are bonded to each other in the vicinity of the opening of the case, the fixing force of the vibration detecting element is enhanced by the sealing resin. Is done.
更に本発明の加速度センサによれば、信号電極の一部を圧電基板の側方側周縁部まで延在させるとともに、延在部を、ケース内で振動検出素子の側面近傍に延出されるリード電極の端部に対し導電性接着材を介して電気的に接続したことから、主面で固定し側面で電気的な接続を行うので、振動検出素子の固定を振動検出素子の主面で占有することができ、固定領域が効率良く小さくなり、加速度センサをより小型にすることができる。 Furthermore, according to the acceleration sensor of the present invention, a part of the signal electrode extends to the side peripheral edge of the piezoelectric substrate, and the extended portion extends in the case near the side surface of the vibration detecting element. Because it is electrically connected to the end of the wire through a conductive adhesive, it is fixed on the main surface and electrically connected on the side surface, so that the main surface of the vibration detecting element occupies the fixing of the vibration detecting element. Thus, the fixed area can be efficiently reduced, and the acceleration sensor can be made smaller.
また更に本発明の加速度センサによれば、固定部表面のケースの開口部側の所定領域から、一対の保持用樹脂表面のケースの開口部側の所定領域にかけて樹脂の堰を設けたことから、振動検出素子の一方の側面近傍に形成される導電性接着材が流動しても、流動した導電性接着材が他方の側面まで到達することが少なくなり、リード電極間の短絡発生を低減することができる。 Furthermore, according to the acceleration sensor of the present invention, the resin weir is provided from the predetermined region on the opening side of the case on the surface of the fixed portion to the predetermined region on the opening side of the case on the pair of holding resin surfaces. Even if the conductive adhesive formed near one side of the vibration detection element flows, the flowed conductive adhesive is less likely to reach the other side, reducing the occurrence of short circuits between the lead electrodes. Can do.
以下、本発明の加速度センサを添付した図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an acceleration sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の一実施形態に係る加速度センサの外観斜視図、図2は図1に示す加速度センサの封止用樹脂を除いた図である。同図に示す加速度センサは、大略的にはリード電極1a、1bを有したケース1内に振動検出素子3を収納し、開口部1hを封止用樹脂5で封止した構造を有している。
FIG. 1 is an external perspective view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram excluding the sealing resin of the acceleration sensor shown in FIG. The acceleration sensor shown in the figure generally has a structure in which a
振動検出素子3を収納する直方体状のケース1は、一端側に開口部1hを有した容器体であり、材質としては例えば、液晶ポリマー(LCP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等が用いられる。
The rectangular
ケース1にはリード電極1a、1bが取り付けられており、ハンダ等によって外部の回路配線基板との電気的な接続及び固定を行う。リード電極1a、1bは、材質としては例えばリン青銅等が用いられ、その厚みは例えば0.1〜0.5mmに設定される。尚、本実施形態の加速度センサにおいては、リード電極1a、1bは、インサートモールドによりケース1に一体成型させた。
Lead electrodes 1a and 1b are attached to the
封止用樹脂5は、ケース1の開口部1hを塞ぐようにして形成され、材質としては例えばエポキシ系樹脂等が用いられる。
The sealing
図3は本実施形態の加速度センサに用いる固定部2の外観斜視図である。ケース1内に設けられた固定部2は、ケース1と同一材料が用いられ、ケース1の一部として開口部1h付近に設けられたものであり、振動検出素子3を圧入する固定用貫通孔2hが設けられている。また、後述する導電性接着材6a,6bをポッティングするための凹部2a,2bが設けられており、凹部2a,2b内にはリード電極1a、1bから延出されたリード電極の端部7a,7bが露出されている。
FIG. 3 is an external perspective view of the
図4は本実施形態の加速度センサに用いる振動検出素子3の外観斜視図であり、図5は図4の振動検出素子の固定端部を一部透視して示した斜視図である。同図に示す振動検出素子3は、両主面に一対の信号電極31a,31b,32a,32bが被着した短冊状の圧電基板31,32を、接着剤9を介し複数個貼り合わせた構造を有している。本実施形態の加速度センサにおいては、圧電基板を2枚貼り合わせることによりバイモルフ型を構成する振動検出素子を用いた。
FIG. 4 is an external perspective view of the
圧電基板31,32は、厚み方向に分極されており、材質としては例えばチタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸鉛等の圧電セラミック材料から成り、寸法は長さが0.5〜5.0mm、幅が0.2〜1.0mm、厚みが0.1〜1.0mmの短冊状に設定される。
The
圧電基板31,32の製作には、原料粉末にバインダを加えてプレスする方法、或いは、原料粉末を水、分散剤と共にボールミルを用いて混合及び乾燥し、バインダ、溶剤、可塑剤等を加えてドクターブレード法により成型する方法などによってシート状と成す工程、1100℃〜1400℃のピーク温度で数10分〜数時間焼成して基板を形成する工程、厚み方向に、例えば60℃〜150℃の温度にて3kV/mm〜15kV/mmの電圧をかけ分極処理を施す工程を含む製造方法が採用される。
The
振動検出素子3の一端部で、振動検出素子3を挟んで対向するように取着された一対の保持用樹脂4a,4bは、材質としてはエポキシ系樹脂等が用いられ、厚みは20〜100μmに設定される。保持用樹脂4a,4bの形成に際しては、先ず、圧電基板31,32となる2枚の圧電母基板が接合されたシートを準備し、シートの両主面の所定位置にスクリーン印刷で樹脂ペーストを印刷・硬化させる。必要に応じてスクリーン印刷を複数回重ねたり、厚み精度を出すために保持用樹脂の上面を研磨してもよい。そして、硬化した樹脂ペーストの位置を確認しながら所定の長さの保持用樹脂と自由長が得られる位置にダイシングソー等を用いて切断することで、保持用樹脂4a,4bが被着された振動検出素子3を得ることができる。振動検出素子3の形状としてはたとえば長さ3.0mm、幅0.5mm、厚み0.25mm、自由長2.0mmである。
The pair of
上述した振動検出素子3は、他端部側から固定部2の固定用貫通孔2hに挿入され、一端部を固定用貫通孔2hに圧入することにより固定される。取着された保持用樹脂4a,4bが、工程での高い圧入性と、圧入後の強固な固定とを実現する。圧入された振動検出素子3は、先に挿入された一端部が自由端となり、他端部が固定端となる。
The
一対の保持用樹脂4a,4bをケース1内に設けた固定部2の固定用貫通孔2hの内面に密着せしめたことから、振動検出素子3を固定する部位に複雑な構造を必要としなくなるので、加速度センサの小型化を図ることができる。加速度センサを製造する工程においても、振動検出素子3をケース1に収納する工程で、振動検出素子3の固定が同時に行われるため、工程数が少なくなり、製造コストの低減を図ることができる。
Since the pair of holding
固定された振動検出素子3は、外部から物理的な衝撃が加わると固定部2を軸にして自由端側がたわみ、貼り合わされている圧電基板31,32の両主面に被着した一対の信号電極31a,31b,32a,32bに電荷が発生するのでその衝撃を振動として検出することができる。
When a physical shock is applied from the outside, the fixed
図6(a)〜(c)は図1のA−A’線断面図であり、自由端から、保持用樹脂4a,4bの固定用貫通孔2hの内面に密着した領域のうち最も自由端側に位置する密着部端Xまでが、振動検出素子3の自由長Lとなる。図6(b)に示すように保持用樹脂4a,4bの自由端側の端部が固定用貫通孔2hの内面よりも自由端側に位置した場合でも、自由端から密着部端Xまでが自由長Lとなるので、図6(a)に示すように保持用樹脂4a,4bの自由端側の端部を固定用貫通孔2hの内面と密着する領域に配置させるのが好ましい。圧入の深さに多少のばらつきがあったとしても、自由長Lを一定にすることができる。図6(c)に示すように保持用樹脂4a,4bにテーパが形成されている場合においても自由長Lは同様に設定される。
6A to 6C are cross-sectional views taken along the line AA ′ of FIG. 1, and the free end of the region that is in close contact with the inner surface of the fixing through
振動検出素子3の固定は、水平方向に対して傾斜するように設定され、その垂直方向のみならず横方向からの応力に対しても感知することが可能となっている。具体的には、ケース1の実装面となる主面に対して垂直な面と振動検出素子3の主面とが成す角(鋭角になる側の角)が、用途に応じて20〜50°の範囲で設定される。
The
圧電基板31,32の両主面に被着した信号電極31a,31b,32a,32bは、材質としては、例えば金、銀、銅、クロム、ニッケル、錫、鉛、アルミニウム等の良導電性の金属から成り、これらの金属材料を従来周知の真空蒸着やスパッタリング法等によって圧電基板31,32の両主面に被着・形成されるか、或いは、上述した金属材料を含む所定の導体ペーストを従来周知の印刷法等によって所定パターンに塗布し、高温で焼き付けることにより被着・形成される。
The
圧電基板31,32を貼り合わせる接着剤9は、材質としては、ガラス布基材エポキシ樹脂、無機質ガラス、エポキシ樹脂などの絶縁材料や、導電性接着材、金属シート等の導体材料が用いられる。ガラス布基材エポキシ樹脂による接合では、ガラス繊維の間にエポキシ樹脂を含浸させたプリプレーグ材を間に挟んで圧電基板を上下に重ね合わせ、加圧しながら加熱することによりエポキシ樹脂を所定の厚みに圧縮して硬化させる。無機質ガラスによる接合では、ガラスペーストを印刷塗布した後、重ね合わせ、荷重を加えながら焼成炉を用いて溶融一体化する。焼成炉では300〜700℃に加熱される。焼成の際は、真空炉の中で行っておけば、ガラス接合中間層中の気泡混入を抑制することができる。300℃以上の高温度で接合した場合は圧電基板の分極が減極するので接合後の分極処理する必要がある。
The adhesive 9 for bonding the
信号電極31a,31b,32a,32bの一部を圧電基板31,32の側方側周縁部まで延在させるとともに、延在部を、ケース1内で振動検出素子3の側面近傍に延出されるリード電極の端部7a,7bに対し導電性接着材6a,6bを介して電気的に接続したので、信号電極に発生した電荷によってリード電極1a,1bから外部に電流による信号が出力される。また、信号電極31a,32a及び信号電極31b,32bを、それぞれ並列に接続しているので感度が高い加速度センサが得られ、加えて、主面で固定し側面で電気的な接続を行うので、振動検出素子3の固定領域が効率良く小さくなり、加速度センサをより小型にすることができる。尚、導電性接着材6a,6bは凹部2a,2bに形成されており、ポッティングした際の広がりが抑えられている。
A part of the
封止用樹脂5を、振動検出素子3をケース1内に収納して後述する固定部2に固定させた後、ケース1の開口部1hに流し込むようにして形成しておけば、振動検出素子3の固定が補助される。
If the sealing
この際、封止用樹脂5及び保持用樹脂4a,4bの双方がエポキシ系樹脂から成っているので、ケースの開口部1h近傍にて相互に接着されていることによって、振動検出素子3の固定力がより強化される。
At this time, since both the sealing
固定部2表面のケースの開口部1h側の所定領域から、一対の保持用樹脂4a,4b表面のケースの開口部1h側の所定領域にかけては樹脂の堰8a、8bを設けており、振動検出素子3の一方の側面近傍に形成される導電性接着材6a,6bが流動しても、流動した導電性接着材6a,6bが他方の側面まで到達することが少なくなり、リード電極間の短絡発生を低減することができる。具体的には、固定部2の表面と、固定用貫通孔2hから露出する保持用樹脂4a、4bの表面とで構成される谷部に、導電性接着材6a,6bが流動しても、それを堰止めるに必要な量の樹脂の堰8a、8bが設けられている。
尚、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上述した実施形態においては、振動検出素子3は、圧電基板を2枚貼り合わせた構造としているが、3枚以上重ねても良い。この場合、電荷の発生量を多くすることができるので、加速度センサの感度を高めることができる。
For example, in the above-described embodiment, the
また本実施形態においては、振動検出素子3の固定端は固定部2から露出しているが、固定端を固定用貫通孔2hに配置させても良く、固定部2には凹部2a,2bが設けられているので、振動検出素子3の側面側で導電性接着材6a,6bと接続することができる。この場合、樹脂の堰8a、8bは、導電性接着材6a,6bとの間を横切るように振動検出素子3及び保持用樹脂4a,4bを乗り越えさせて結合してもよい。
In the present embodiment, the fixed end of the
1・・・ケース
1a、1b・・・リード電極
1h・・・開口部
2・・・固定部
2a、2b・・・三角段差
2h・・・固定用貫通孔
3・・・振動検出素子
4a、4b・・・保持用樹脂
5・・・封止用樹脂
6a、6b・・・導電性接着材
7a、7b・・・リード電極の端部
8a、8b・・・樹脂の堰
9・・・接着剤
31、32・・・圧電基板
31a,31b,32a,32b・・・信号電極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記振動検出素子の一端部に、該振動検出素子を挟んで対向する一対の保持用樹脂を取着させるとともに、該一対の保持用樹脂を前記固定用貫通孔の内面に密着せしめたことを特徴とする加速度センサ。 A fixing portion having a fixing through hole is provided in a rectangular parallelepiped case having a lead electrode and having an opening formed at least on one end side, and a plurality of piezoelectric substrates are placed in the fixing through hole via an adhesive. An acceleration sensor that inserts and holds the vibration detection element to be bonded and closes the opening of the case with a sealing resin,
A pair of holding resins facing each other across the vibration detecting element are attached to one end of the vibration detecting element, and the pair of holding resins are adhered to the inner surface of the fixing through-hole. An acceleration sensor.
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