JPH08262054A

JPH08262054A - 加速度センサー

Info

Publication number: JPH08262054A
Application number: JP8745195A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ito; 浩伊藤; Hidenori Oikawa; 秀紀及川; Yasuhiro Kanai; 康弘金井
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1996-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】回路基板への搭載が容易であり、且つ衝撃等
による過度の負荷にも強い加速度センサー。【構成】加速度センサーは、撓みにより両側面の電極
に電気的変化を生じる長尺なセンサー素子１１と、この
センサー素子１１の基端を支持すると共に、同センサー
素子１１を収納したケース１と、センサー素子１１の自
由端に取り付けられ、前記ケース１内に遊動自在に収納
された所要の重量を有する錘６とを有する。ケース１の
外面に各々露出されるよう同ケース１に端子部材５、５
が取り付けられた、センサー素子１１の両側面の電極と
前記端子部材５、５とが、導電部材２１、２１で各々電
気的に接続されている。この加速度センサーでは、これ
を搭載する基板の上に、前記端子部材５、５に対応して
ランド電極を形成しておくことにより、同センサーを基
板上に面実装することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電要素等のセンサー
素子を用いた加速度センサーに関し、特に比較的低周波
の振動を検知するのに好適なセンサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の加速度センサーは、両面をメタ
ライズした矩形の圧電セラミック板を直接または金属板
を介して貼り合わせた、いわゆる圧電バイモルフを使用
し、この一端をケースに固定し、その他端を自由端とし
たものである。この状態で、圧電バイモルフの厚み方向
に加速度が加わると、圧電バイモルフが撓み、その両側
の電極に電圧が発生する。そこで、この電圧により加速
度を検知する。

【０００３】このような加速度センサーのうち、比較的
低周波の振動を検知する低周波加速度センサーは、比較
的長い一対の圧電セラミック板で燐青銅板等を挟み、高
弾性とした圧電バイモルフが使用され、その自由端に錘
を取り付けた構成となっている。このような加速度セン
サーでは、圧電バイモルフの固有振動数が比較的低いた
め、比較的低い周波数の振動を確実に検知するのに好適
である。

【０００４】このような構造を有する加速度センサーに
おいては、圧電バイモルフ、ケース及び錘の正確な組立
が要求される。特に、圧電バイモルフの固有振動数を所
定の値とするためには、圧電バイモルフの基端側の支持
基点から錘の重心までの距離を正確に組み立てなければ
ならない。

【０００５】従来において、このような加速度センサー
を正確に組み立てる手段として、例えば、特開平３−８
４４６６号公報に示されたような技術が知られている。
すなわち、この文献に記載された加速度センサーは、凹
所を有する支持基台とホルダーとが連結片で一体となっ
た成形品を使用し、ホルダーの凹所に錘を嵌め込むと共
に、支持基台とホルダーとに形成されたスリットに、長
尺板状のセンサー素子の基端と自由端側を各々差し込
む。その後、支持基台とホルダーとの凹所に紫外線硬化
性樹脂系接着剤を流し込み、同接着剤を硬化させて錘と
センサー素子を固定する。その後、連結片を切断し、セ
ンサー素子の自由端側が遊動できるようする。

【０００６】さらに、この従来の加速度センサーにおい
て、センサー素子の過度の撓みに伴う負荷による破壊を
防止するため、前記ホルダーの両側に所定の間隔をおい
て支持基台と一体になった枠を設けたものも知られてい
る。この従来の加速度センサーでは、センサー素子の支
持基台側の支持基点から錘の重心までの距離がばらつく
ことなく、正確に組み立てることができる。なお、この
従来の加速度センサーは、回路基板上に接着剤による接
着やねじ止め等の手段で搭載され、センサー素子の両側
の電極は、リード線を介して回路基板上の回路に接続さ
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
記従来の加速度センサーを回路基板上に搭載する場合、
支持基台を接着剤やねじ等で回路基板に固定しなければ
ならず、さらにセンサー素子の両側の電極も、リード線
を介して回路基板上の回路に接続しなければならない。
このため、回路基板上への搭載が面倒であった。

【０００８】さらに、従来の加速度センサーにおいて
は、センサー素子の厚み方向の過度の撓みを抑えること
ができるが、衝撃等により発生するセンサー素子の高さ
方向の過度の負荷を抑えることができない。そのため、
衝撃等によって錘に過度の負荷がかかると、錘が枠から
抜け出し、センサー素子が破損してしまうという課題が
あった。本発明は、前記従来の加速度センサーにおける
課題に鑑み、回路基板への搭載が容易であり、且つ衝撃
等による過度の負荷にも強い加速度センサーを提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明では、内部にセンサー素子１１の基端を支持
したケース１の外面に露出されるよう同ケース１の端子
部材５、５を取り付け、センサー素子１１の両側面の電
極と前記端子部材５、５とをケース１に設けた導電部材
２１、２１で接続した。これにより、基板１４上に形成
したランド電極２０、２０に前記端子部材５、５を半田
付けすることで、リード線を使わず、加速度センサーを
面実装することが可能となった。さらに、ケース１の上
面に、その内部の錘１０やセンサー素子１１の上側を覆
うように錘保護部材１７や保護壁２４を設け、錘１０や
センサー素子１１が、衝撃等でケースから飛び出すのを
防止した。

【００１０】すなわち、本発明による加速度センサー
は、撓みにより両側面の電極に電気的変化を生じる長尺
なセンサー素子１１と、このセンサー素子１１の基端を
支持すると共に、同センサー素子１１を収納したケース
１と、センサー素子１１の自由端に取り付けられ、前記
ケース１内に遊動自在に収納された所要の重量を有する
錘６とを有し、前記ケース１の外面に各々露出されるよ
う同ケース１に取り付けられた端子部材５、５と、セン
サー素子１１の両側面の電極と前記端子部材５、５とを
各々電気的に接続する導電部材２１、２１とを備えるこ
とを特徴とするものである。

【００１１】ケース１内には、センサー素子１１の両側
に所定の間隔をおいて対向したストッパー９、９を有す
る。また、錘１０は錘ケース６を介してセンサー素子１
１の自由端に取り付けられていると共に、ケース１の両
側壁の内面が錘ケース６の両側面と所定の間隔をおいて
対向している。端子部材５、５は、ケース１の両側壁部
を握持するよう固定されている。この端子部材５、５と
センサー素子１１の両側面の電極とを各々電気的に接続
する導電部材２１、２１は、保護部材１８で覆われてい
る。さらに、ケース１の外面に、前記端子部材５、５と
は別の導電体からなる補助端子部材１５を設けられてい
る。

【００１２】ケース１の底面からは、同ケース１を搭載
する基板１４上に設けられた穴２２、２３の位置に対応
して突起１６、１６…が突設されている。他方、ケース
１の上面側には、その内部の錘１０とセンサー素子１１
の上側を各々覆うように錘保護部材１７と保護壁２４が
設けられている。

【００１３】

【作用】本発明による加速度センサーでは、これを搭載
する基板１４の上に、予めランド電極２０、２９等を形
成しておくことにより、同センサーを基板１４上に面実
装することができる。すなわち、内部にセンサー素子１
１の基端を支持したケース１の外面に露出されるよう同
ケース１に端子部材５、５が取り付けられ、この端子部
材５、５がセンサー素子１１の両側面の電極と導電部材
２１、２１で電気的に接続されているので、前記加速度
センサーを基板１４の上に載せて、前記端子部材５、５
を基板１４上のランド電極２０、２０に半田付けするこ
とで、加速度センサーの基板１４上への固定と、センサ
ー素子１１の両側の電極の接続とが可能となる。すなわ
ち、リード線を使用せずに面実装が可能となる。

【００１４】特に、端子部材５、５がケース１の両側壁
部を握持するよう固定されているため、端子部材５、５
を基板１４上のケース１の搭載位置の両側に設けたラン
ド電極２０、２０に半田付けすることで、同時にケース
１を基板１４上に確実に固定できる。さらに、ケース１
の外面に、前記端子部材５、５とは別の導電体からなる
補助端子部材１５を設けているので、これを基板１４上
の別のランド電極２９に半田付けすることで、ケース１
を多点で基板１４上に固定できる。なお、前記端子部材
５、５とセンサー素子１１の両側面の電極とを各々電気
的に接続する導電部材２１、２１を保護部材１８で覆う
と、加速度センサーを基板１４上に搭載する時、或はそ
の後の断線等のトラブルが防止できる。

【００１５】ケース１の底面から、同ケース１を搭載す
る基板１４上に設けられた穴２２、２３の位置に対応し
て突起１６、１６…を突設し、この突起１６、１６を基
板１４上の穴２２、２３に嵌合すれば、半田のみではな
く、この突起１６、１６によってもケース１を基板１４
上に確実に固定できる。

【００１６】ケース１内にセンサー素子１１の両側に所
定の間隔をおいて対向するストッパー９、９を設ける
と、センサー素子１１の過度の撓みによる負荷が防止で
きる。さらに、ケース１の両側壁の内面が錘ケース６の
両側面と所定の間隔をおいて対向しているので、センサ
ー素子１１の先端側でもその過度の振れが防止される。
この結果、センサー素子１１の中間部と先端部で同時に
過度の撓みや振れが防止できるので、衝撃等で発生する
センサー素子１１の振動を短時間に減衰できる。加え
て、ケース１の上面側に、その内部の錘１０とセンサー
素子１１の上側を各々覆うように錘保護部材１７と保護
壁２４とを設けると、衝撃を受けた場合でも、錘１０が
ケース１から飛び出してしまうことがない。

【００１７】

【実施例】次に、図面を参照しながら、本発明の実施例
について具体的且つ詳細に説明する。図１に示すよう
に、本発明の実施例による加速度センサーは、ケース
１、錘ケース６、センサー素子１１、錘１０、端子部材
５、５及び補助端子部材１５からなる。

【００１８】センサー素子１１は、両面をメタライズし
て電極を形成した２枚の圧電セラミック板を用い、それ
ら圧電セラミック板の一方の側面の電極を直接または金
属板等の導体板を介して貼り着けた、いわゆるバイモル
フ形のセンサー素子１が一般に使用される。特に、低周
波振動検知用の加速度センサーでは、一対の圧電セラミ
ック板に燐青銅板等を挟んだ高弾性の長尺な圧電バイモ
ルフが使用される。センサー素子１１としてその他に、
歪ゲージや半導体ゲージ等が使用されることがある。

【００１９】錘１０は、例えば図１に示すような直方体
形の金属ブロックが使用されるが、その他に円柱体形、
球形、多角柱形等の金属ブロックが使用される。この錘
１０を収納する錘ケース６は、ポリブチレンテレフタレ
ートやポリイミド等の比較的耐熱性の高い絶縁材で成形
される。この錘ケース６は、下面が開放された箱状の部
材であり、その中に錘１０を収納する凹部２８が形成さ
れている。また、この錘ケース６の一端部には、前記凹
部２８とは別に小さな凹部２５が形成され、この凹部２
５を仕切る錘ケース６の一方の端面壁の中央に凹状の溝
２６が設けられている。この凹状の溝２６の幅は、前記
センサー素子１１の厚さとほぼ同じで、その深さはセン
サー素子１１の高さよりやや深い。

【００２０】ケース１は、ポリブチレンテレフタレート
やポリイミド等の比較的耐熱性の高い絶縁材で成形さ
れ、下面全面が開放された箱状の部材である。このケー
ス１の内側幅寸法及び深さ寸法は、前記錘ケース６の幅
及び高さより僅かに大きい。このケース１の一端側に凹
部３が設けられ、この凹部３を仕切るケース１の中仕切
壁の中央に凹部２７が形成されている。この凹部２７の
幅は、前記センサー素子１１の厚さとほぼ同じで、その
深さはセンサー素子１１の高さよりやや深い。また、凹
部３の両側壁の上下部分には、端子部材５、５を取り付
けるための凹部４、４が形成されている。

【００２１】ケース１の凹部３側の上面は上面壁２４で
覆われ、この上面壁２４から離れて、他端側の上面の一
部が錘保護部材１７で覆われている。上面壁１２は、ケ
ース１の一端側の上面の約半分を覆う壁状のもので、ケ
ース１と一体となっているが、ケース１と別部材であっ
てもよい。錘保護部材１７もまた、ケース１の上面の一
部を覆う壁状のもので、ケース１と一体となっている。
この錘保護部材１７は、前記上面壁２４と連ねてケース
１の上面全体を覆うようにしてもよい。また、ケース１
の両側壁から突設された突起状のものでもよく、ケース
１と別部材であってもよい。図３〜図５に示されたよう
に、ケース１の端部の上面壁２４の両側には、前記凹部
４、４の位置に対応して溝１９、１９が形成されてい
る。

【００２２】図１に示されたように、上面壁２４の両側
寄りの位置からケース１の下面に向けて、先端が同下面
より下に突出するよう一対の突起１６、１６が突設され
ている。この突起１６、１６は、図示のようにケース１
と一体で成形するのが簡便であるが、ケース１と別部材
であってもよい

【００２３】上面壁２４にケース１の側壁側からリブ状
のストッパー９、９が延設され、これが上面壁２４の中
央において所定の間隔で対向している。このストッパー
９、９は、図示のようにケース１と一体で成形するのが
簡便であるが、ケース１の内側にピンやバー或はスプリ
ング等の構造部材を別に取り付けてもよい。さらに、ゴ
ム等の弾性材を取り付けて形成してもよい。

【００２４】ケース１の前記凹部３と反対側の端面壁の
中央上下部分に、補助端子部材１５を取り付けるための
凹部４、４が形成されている。さらに、この端面壁の端
面から突部１２が突設され、この突部１２からケース１
の下面側に向けて、先端が同下面より下に突出するよう
突起１３が突設されている。

【００２５】端子部材５、５は、黄銅等のように、半田
濡れ性や曲げ加工が容易な導体材料から形成され、前記
凹部４、４と同じ幅の板状の部材である。また、補助端
子部材１５もまた、同様の板状の部材からなり、その幅
はケース１の端部の凹部１４ほぼ同じである。

【００２６】これらの部材からなる加速度センサーは次
のようにして組み立てられる。まず、図２〜図７に示す
ように、錘ケース６の凹部２８に錘１０を収納し、接着
剤等で固定する。さらに、この錘ケース６の端面の凹部
２５及び溝２６にセンサー素子１１の先端部を挿入し、
凹部２５に流し込んだ接着剤等で固定する。これによ
り、センサー素子１１の先端部に錘ケース６を介して錘
１０が固定される。

【００２７】端子部材５、５の両端が折り曲げられると
共に、図５に示されたように、この端子部材５、５がケ
ース１の凹部３の両側の凹部４、４を握持するように取
り付けられる。端子部材５、５の上端は、前記上面壁２
４の溝１９、１９の中に折り込まれる。同様にして、図
７に示されたように、補助端子部材１５の両端が折り曲
げられると共に、この補助端子部材１５がケース１の端
面の凹部１４を握持するように取り付けられる。

【００２８】次に、前記のようにして錘１０を収納し、
センサー素子１１の先端に取り付けられた錘ケース６
を、図２、図４、図６及び図７に示されたように、ケー
ス１の予備端子部材１５が取り付けられた側の内部に収
納すると共に、センサー素子１１の基端が、ケース１の
凹部３と溝２７に挿入される。さらに、図５に示すよう
に、このセンサー素子１１の基端の両側面の電極と前記
端子部材５、５とにわたって、センサー素子１１の基端
部で両側に区画された凹部３内に導電部材２１、２１を
充填する。この導電部材２１は、例えば、銀粉末等の導
電性粉末をエポキシ樹脂等に分散した導電性接着剤を凹
部３に流し込み、硬化させることにより形成できる。そ
の他、銀ロウ等を凹部３に充填してもよい。さらに、こ
の導電部材２１、２１及びセンサー素子１１の基端部を
覆うように、保護部材１８が凹部３の中に充填される。
この保護部材１８は、例えば変性アクリレート樹脂のよ
うな紫外線硬化性樹脂等が使用される。

【００２９】このようにして組み立てられた加速度セン
サーでは、図６から明かな通り、上面壁２４の下面から
突設された突起１６、１６がセンサー素子１１の両側に
ある。また、ストッパー９、９は、その先端がセンサー
素子１１の中間部よりやや錘ケース６側に寄った位置
で、同センサー素子１１を両側から挟むようにして、同
素子１１の両側面と所定の距離をおいて対向している。
また、ケース１の両側壁も、錘ケース６の両側を挟むよ
うに、同錘ケース６の側面と所定の距離をおいて対向し
ている。これにより、錘１０がセンサー素子１１の厚み
方向（図６において上下方向）に過度に振れることや、
センサー素子１１が過度に撓むのを防止する。このた
め、過度の負荷でセンサー素子１１が破損するのが防止
される。

【００３０】また、図３、図４及び図７から明かなよう
に、錘ケース６の上面側を、僅かな距離おいて錘保護部
材１７が覆っている。これに対し、センサー素子１１の
上面側は、保護壁２４で覆われている。他方、ケース１
の下面側は、後述するように、加速度センサーを基板１
４の上に搭載することで、基板１４の上面に覆われる。
このため、衝撃等で錘１０と錘ケース６とが上下（図７
において上下方向）に振れたとき、錘保護部材１７、保
護壁２４及び基板１４により、同方向の振れが抑えられ
る。そして、錘保護部材１７は、錘１０を収納した錘ケ
ース６がケース１から飛び出してしまうのを防止する。

【００３１】このような加速度センサーを基板１４上に
搭載する場合、図４、図５及び図７に示すように、同セ
ンサーを搭載しようとする基板１４上の端子部材５、５
及び補助端子部材１５に各々対応する位置に、予めラン
ド電極２０、２０及び２９を形成しておく。また、加速
度センサーを搭載しようとする基板１４上の突起１６、
１６、１３に対応する位置に、予め穴２２、２３を明け
ておく。

【００３２】そして、前記ランド電極２０、２０及び２
９上にペースト半田等を印刷し、この上に加速度センサ
ーを搭載する。このとき、ケース１の突起１６、１６、
１３を各々対応する穴２２、２３に嵌合し、ケース１を
基板１４上に固定する。さらに、前記ペースト半田をリ
フローさせ、硬化させて、端子部材５、５及び補助端子
部材１５を各々対応するランド電極２０、２０、２９に
半田付けする。これにより、ケース１が半田を介して基
板１４上に固定されると共に、センサー素子１１の両側
の電極が、導電部材２１、２１、端子部材５、５及びラ
ンド電極２０、２０を介して基板１４に形成された回路
パターン（図示せず）に接続される。なお、補助電極部
材１５は、専ら半田を介してケース１を基板１４上に固
定するのに使用され、電気的な回路の電気的接続は行わ
ない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、次
のような効果が得られる。第一に、ケース１、錘ケース
６、センサー素子１１及び錘１０を組み立てればよいの
で、加速度センサーの組立が容易に行え、高い生産性を
実現できる。第二に、ケース１の側壁内面を、錘ケース
６の側面と所定の距離離して対向させると共に、ストッ
パー９、９をセンサー素子１１の側面から所定の距離離
して対向させたものでは、センサー素子１１の先端部と
中間部の２個所でその過度な振れや撓みを防止できる。
また、錘保護部材１７を設けることにより、衝撃等よる
錘１０のケース外への飛び出しも防止できる。これによ
り、衝撃に強い加速度センサーが得られる。

【００３４】第三に、端子部材５、５をケース１の外面
に露出するよう設けて、これにセンサー素子１１の両側
面の電極を接続しているので、加速度センサーを基板１
４へ面実装することができる。さらに、ケース１の下面
側に突起１６、１６、１３を設け、これを基板１４に設
けた穴２２、２３に嵌合することで、搭載したときのケ
ース１の固定も確実に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による加速度センサーの底面側
から見た分解斜視図である。

【図２】同実施例による加速度センサーの底面側から見
た組立状態の斜視図である。

【図３】同実施例による加速度センサーの上面側から見
た組立状態の斜視図である。

【図４】同実施例による加速度センサーを基板上に搭載
した状態の平面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図６】同実施例による加速度センサーの底面図であ
る。

【図７】同実施例による加速度センサーとこれを搭載す
る基板との分解縦断側面図である。

【符号の説明】

１ケース５端子部材６錘ケース９ストッパー１０錘１１センサー素子１３突起１４基板１５補助端子部材１６突起１７錘保護部材１８保護部材２１導電部材２２基板上に設けられた穴２４保護壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撓みにより両側面の電極に電気的変化を
生じる長尺なセンサー素子（１１）と、このセンサー素
子（１１）の基端を支持すると共に、同センサー素子
（１１）を収納したケース（１）と、センサー素子（１
１）の自由端に取り付けられ、前記ケース（１）内に遊
動自在に収納された所要の重量を有する錘（６）とを有
する加速度センサーにおいて、前記ケース（１）の外面
に各々露出されるよう同ケース（１）に取り付けられた
端子部材（５）、（５）と、センサー素子（１１）の両
側面の電極と前記端子部材（５）、（５）とを各々電気
的に接続する導電部材（２１）、（２１）とを備えるこ
とを特徴とする加速度センサー。
【請求項２】前記請求項１において、ケース（１）内
に、センサー素子（１１）の両側に所定の間隔をおいて
対向したストッパー（９）、（９）を有することを特徴
とする加速度センサー。
【請求項３】前記請求項１または２において、錘（１
０）は錘ケース（６）を介してセンサー素子（１１）の
自由端に取り付けられていることを特徴とする加速でセ
ンサー。
【請求項４】前記請求項３において、ケース（１）の
両側壁の内面が錘ケース（６）の両側面と所定の間隔を
おいて対向していることを特徴とする加速度センサー。
【請求項５】前記請求項１〜４の何れかにおいて、端
子部材（５）、（５）は、ケース（１）の両側壁部を握
持するよう固定されたことを特徴とする加速度センサ
ー。
【請求項６】前記請求項１〜５の何れかにおいて、ケ
ース（１）の外面に、端子部材（５）、（５）とは別の
導電体からなる補助端子部材（１５）を設けたことを特
徴とする加速度センサー。
【請求項７】前記請求項１〜６の何れかにおいて、ケ
ース（１）の底面から、同ケース（１）を搭載する基板
（１４）上に設けられた穴（２２）、（２３）の位置に
対応して突起（１６）、（１６）…が突設されているこ
とを特徴とする加速度センサー。
【請求項８】前記請求項１〜７の何れかにおいて、ケ
ース（１）の上面側に、その内部の錘（１０）の上側を
覆うように錘保護部材（１７）を設けたことを特徴とす
る加速度センサー。
【請求項９】前記請求項１〜８の何れかにおいて、ケ
ース（１）のセンサー素子（１１）の基端支持部に、同
センサー素子（１１）の両側面の電極と前記端子部材
（５）、（５）とを各々電気的に接続する導電部材（２
１）、（２１）を覆う保護部材（１８）が設けられてい
ることを特徴とする加速度センサー。
【請求項１０】前記請求項１〜９の何れかにおいて、
ケース（１）の上面側に、その内部のセンサー素子（１
１）の上側を覆うように保護壁（２４）を設けたことを
特徴とする加速度センサー。