JPH0972929A - 多軸加速度センサビーム - Google Patents

多軸加速度センサビーム

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JPH0972929A
JPH0972929A JP7230311A JP23031195A JPH0972929A JP H0972929 A JPH0972929 A JP H0972929A JP 7230311 A JP7230311 A JP 7230311A JP 23031195 A JP23031195 A JP 23031195A JP H0972929 A JPH0972929 A JP H0972929A
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JP
Japan
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ceramic
metal plate
bending
electrodes
piezoelectric
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JP7230311A
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English (en)
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Akihiro Miyaji
明弘 宮地
Susumu Nagao
進 長尾
Hideji Tejima
秀治 手嶋
Yasuo Omori
靖男 大森
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MEGASERA KK
Whitaker LLC
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MEGASERA KK
Whitaker LLC
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/09Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
    • G01P15/0922Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up of the bending or flexing mode type

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多軸加速度センサビームにおいて、耐熱性を
向上させ、折り曲げ加工を可能にし、小型化を可能にす
る。 【解決手段】 金属板1と、両面に電極2a,2bを有
するセラミック系圧電体3と、可撓膜5とをこの順に貼
り合せ、可撓膜5を内側にして折り曲げる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は多軸加速度センサに
用いられる、圧電体を使用した多軸加速度センサビーム
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】圧電体を使用した加速度センサは、圧電
体に作用した加速度を圧電体が撓んで発生する圧電気を
検出することにより加速度を計測するようにしたもの
で、その加速度の作用を受ける方向をX方向とY方向に
設定することにより、2軸の加速度センサを実現するこ
とができる。
【0003】従来、この種の多軸加速度センサに用いら
れるビームとしてはポリフッ化ビニリデン(PVDF)
やPZT系セラミックを用いて作成する方法が知られて
いる。しかし、PVDFは酎熱性が弱く80℃以上の温
度で分極性を失うため耐熱性の要求される表面実装対応
部品として使用することができない欠点があった。また
耐熱性の良いセラミックを用いた場合は折り曲げ加工を
することか困難であったため、特開平5−26744号
に示されるように、円盤状の基板に複数の電極を有する
圧電素子と作用体を固定したセンサ素子を使用した多軸
加速度センサ等があるが、作用体を使用するために高さ
が低くならない、作用体を正確な位置に取り付けること
が困難であるなどの欠点があった。また、複数のセラミ
ックを垂直方向に組み合わせて多軸加速度センサとする
ものもあるが、小型化が困難であり、感度のそろったセ
ラミックセンサーを組み合わせることが困難であるなど
の欠点があり、表面実装用部品として適用することが困
難であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点を解
消し、耐熱性に優れ、折り曲げ加工が可能で、小型化が
容易な、表面実装用部品として適する多軸加速度センサ
用のセラミックビームを提供することを目的とするもの
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明による多軸加速度
センサビームは、金属板と両面に電極を有するセラミッ
ク系圧電体と可撓膜とをこの順に貼り合せてなる素子を
前記可撓膜を内側にして折り曲げて形成されたことを特
徴とするものである。
【0006】可撓膜の面を内側に曲げることによりセラ
ミック自身は破断しても絶縁層により破断したセラミッ
クの飛散を防ぎ、また電極も飛散せず電極間の電気導通
を維持できるセラミックビームを提供することができ
る。
【0007】なお、ここで可撓性のある膜を内側にして
曲げる理由は、膜を外側にして折り曲げると曲げ半径が
小さくなった時にフィルム自身が破断するためである。
また折り曲げる角度は、基本的には、直交する2軸に対
する加速度を最も効率良く検出するために直角にするの
が望ましいが、加速度の成分を検出することができれば
原理的に加速度の測定は可能であるから、直角に限られ
るものではない。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明による多軸加速度セ
ンサビームの実施の形態を図面に基づいて説明する。図
1は本発明による多軸加速度センサビームの一実施の形
態を示す断面図、図2はその折り曲げる前の状態を示す
平面図、図3はその断面図である。
【0009】図1に示すように、ビーム本体の構造を支
える金属板1は、圧電素子の起電力を検出する端子を兼
ね備えている。また両面を導電インクでメタライズした
電極2a、2bを持つ圧電素子3と接着剤4で接着され
る。ここで、電極2bはセラミック表面の凹凸に応じて
製造工程で自然に形成されるか、あるいはスクリーン印
刷法の工程において形成される凹凸を表面に有してお
り、接着剤4で接着する時に圧力をかけることにより金
属板1と十分な電気導通が得られるようになっている。
【0010】さらに、電極2a上に可撓膜で絶縁層5を
形成し、この状態で線A−A’間で可撓膜の面を内側に
曲げセラミック自身は破断しても絶縁層5により破断し
たセラミックの飛散を防ぎ、また電極2aも飛散させず
電極B−B’間の電気導通を維持できるようにしてい
る。
【0011】また、図4のように導電を確実にするため
に絶縁層6の上部に導電層7を形成し、折り曲げた後の
折り曲げ部の両側の電極2a間の接続を図るようにして
もよい。さらに、図5のように折り曲げ部のセラミック
を予め切り欠いておき、その部分に可撓性絶縁インクに
よる絶縁層6aと可撓性導電インクによる導電層7aの
2層を形成することにより、内側に曲げた時のセラミッ
ク圧電体3の破断の可能性を低くし、また曲げ半径をよ
り小さくすることを可能にするようにしてもよい。
【0012】ここで前記金属板1は支持体として機能す
るもので、折り曲げを可能にするために延性を有し、ま
た、セラミック系圧電体3に貼り合わせられるため、熱
で剥離することがないようにその熱膨脹係数がセラミッ
クに近いものを使用する。このような条件を満足する金
属板の材料としてはものとしては、アルミニウム、リン
青銅、銅、42アロイ、ステンレス鋼等がある。
【0013】また、セラミック系圧電体3の両面に設け
られる電極2aとしては導電インクでメタライズしたも
のが使用されるが、具体的には、印刷後600〜100
0℃の高温で焼成したもの、カーボン型の導電インクを
200℃程度に昇温させたもの、スクリーン印刷したも
の、あるいは蒸着やスパッタ等の他の成膜方法で形成さ
れたもの等を使用することができる。
【0014】金属板1とセラミック系圧電体3とを貼り
合せる接着剤4としては、特に制約はないが半田付けの
温度に耐え得るものであることが好ましい。
【0015】また可撓膜5は絶縁性でも導電性でもよ
く、可撓性であると同時に電極2aへの接着性が要求さ
れ、例えば絶縁インクにより形成される。またこの可撓
膜5は絶縁インクでなく導電インクを用いた導電層をか
わりに形成してもよい。また導電を確実にするために絶
縁層と導電層を多層化してもよい。すなわち、一般に導
電層とすると、例えばカーボンパウダー等の金属粒子の
介在のために可撓性が劣化するので、これを多層とする
ことで可撓性を補償することができる。
【0016】絶縁性の可撓膜の材料の例としては、SB
R(スチレンブタジエンラバー)やNBR(アクリロニ
トリルブタジエンラバー)等の合成ゴム、シリコンゴ
ム、可撓性ポリエステル、可撓性エポキシ等の材料が考
えられる。
【0017】一方、導電性の可撓膜の材料の例としては
上記絶縁性材料の中に導電性の粒子を分散させたものが
挙げられる。その導電性の粒子としては、カーボン粒
子、Ag、Cu等の金属粒子が使用できる。あるいは、
粒状の樹脂表面に金属メッキしたものを使用することも
できる。
【0018】なお、圧電体3の両面に塗布される電極2
a、2bの厚さは2〜5μm、金属板を貼り合せるのに
用いる接着剤4の厚さは殆ど0μm、可撓膜5の厚さは
0.5〜100μm、好ましくは10μm前後である。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0020】実施例1 (株)メガセラ製のPZT系圧電セラミック(肉厚50
μm)の両側にAg系導電インクを塗布したものに肉厚
50μmの42アロイ系金属板を貼り合せたセラミック
ビームを用意し、一部の材料には導電インクの上に四国
化成(株)製紫外線硬化型レジストインクUVCF−5
30Gを塗布して可撓膜を形成したものを用意した。次
に先端がR0.2からR1.0までの形状の曲げ金型を
用意し、セラミックビームについて、金属板を表面もし
くは裏面にして折り曲げ加工を行ない、その後の導通を
確認した結果を表1に示す。
【0021】 表1 各種セラミックビームに対して曲げ半径を変えて折り曲げたビームの導通状態 折り曲げ半径 R〔mm〕 0.2 0.4 0.6 1.0 レジスト有り・金属面外側 ○ ○ ○ ○ 実施例 レジスト有り・セラミック面外側 × × × × 比較例 レジスト無し・金属面外側 × × × × 比較例 レジスト無し・セラミック面外側 × × × × 比較例 ○=導通良好、×=折り曲げ部破損による導通不良 上記のように、レジストインクを塗布し、金属板面を外
側に折り曲げたときにのみ導通が得られた。
【0022】実施例2 (株)メガセラ製のPZT系圧電セラミック(肉厚50
μm)の両側にAg系導電インクを塗布したものに肉厚
50μmの42アロイ系金属板を貼り合せたセラミック
ビームを用意し、導電インクとして日本黒鉛工業(株)
製熱硬化型導電性インクRP−151を塗布して可撓膜
を形成したものを用意した。次に先端がR0.2からR
1.0までの形状の曲げ金型を用意し、セラミックビー
ムについて、金属板を表面もしくは裏面にして折り曲げ
加工を行ない、その後の導通を確認した結果を表2に示
す。○、×は、以下、実施例1と同じ評価を示す。
【0023】 表2 各種セラミックビームに対して曲げ半径を変えて折り曲げたビームの導通状態 折り曲げ半径 R〔mm〕 0.2 0.4 0.6 1.0 金属面外側 ○ ○ ○ ○ 実施例 セラミック面外側 × × × × 比較例 上記のように、金属板面を外側に折り曲げたときにのみ
導通が得られた。
【0024】実施例3 (株)メガセラ製のPZT系圧電セラミック(肉厚50
μm)の両側にAg系導電インクを塗布したものに肉厚
50μmの42アロイ系金属板を貼り合せたセラミック
ビームを用意し、レジストインクとして四国化成(株)
製熱硬化型レジストインクCF−30GK−10もしく
は(株)アサヒ化学研究所製熱硬化型レジストインクC
CR−2200FXを塗布して可撓性絶縁膜6(図4)
を形成し、さらにその上に導電インクとして(株)アサ
ヒ化学研究所製熱硬化型導電インクLS−411を塗布
して導電膜7(図4)を形成したものを用意した。次に
先端がR0.2からR1.0までの形状の曲げ金型を用
意し、セラミックビームについて、金属板を表面もしく
は裏面にして折り曲げ加工を行ない、その後の導通を確
認した結果を表3に示す。
【0025】 表3 各種セラミックビームに対して曲げ半径を変えて折り曲げたビームの導通状態 折り曲げ半径 R〔mm〕 0.2 0.4 0.6 1.0 1)CF-30GK-10及びLS-411塗布 金属面外側折り曲げ ○ ○ ○ ○ 実施例 2)CF-30GK-10及びLS-411塗布 セラミック面外側折り曲げ × × × × 比較例 3)CCR-2200FX及びLS-411塗布 金属面外側折り曲げ ○ ○ ○ ○ 実施例 4)CCR-2200FX及びLS-411塗布 セラミック面外側折り曲げ × × × × 比較例 上記のように、金属板面を外側に折り曲げたときにのみ
導通が得られた。
【0026】実施例4 (株)メガセラ製のPZT系圧電セラミック(肉厚50
μm)の両側にAg系導電インクを塗布したものに肉厚
50μmの42アロイ系金属板を貼り合せたセラミック
ビームを用意し、折り曲げ加工をする部分のセラミック
を研磨機で切削し、下地金属を露出させた部分にレジス
トインクとして四国化成(株)製熱硬化型レジストイン
クCF−30GK−10もしくは(株)アサヒ化学研究
所製熱硬化型レジストインクCCR−2200FXを塗
布して可撓性絶縁膜6a(図5)を形成し、さらにその
上に導電インクとして(株)アサヒ化学研究所製熱硬化
型導電インクLS−411を塗布して導電膜7a(図
5)を形成したものを用意した。次に先端がR0.1か
らR1.0までの形状の曲げ金型を用意し、セラミック
ビームについて、金属板を表面もしくは裏面にして折り
曲げ加工を行ない、その後の導通を確認した結果を表4
に示す。
【0027】 表4 各種セラミックビームに対して曲げ半径を変えて折り曲げたビームの導通状態 折り曲げ半径 R〔mm〕 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 1)CF-30GK-10及びLS-411塗布 金属面外側折り曲げ ○ ○ ○ ○ ○ 実施例 2)CF-30GK-10及びLS-411塗布 セラミック面外側折り曲げ × × × × × 比較例 3)CCR-2200FX及びLS-411塗布 金属面外側折り曲げ ○ ○ ○ ○ ○ 実施例 4)CCR-2200FX及びLS-411塗布 セラミック面外側折り曲げ × × × × × 比較例 上記のように金属板面を外側に折り曲げたときにのみ導
通が得られた。また、セラミックを切り欠いたことによ
り折り曲げ半径が0.1mmのときでも折り曲げが可能
であることが分かった。
【0028】以上、実施例1〜4の表1〜4に示す結果
から明らかなように、本発明によるセラミックビーム
は、折り曲げ加工に耐え、かつ2軸方向に対して感度を
持つ多軸加速度センサとして用いることができ、また複
数のセンサを組み合わせることなく小型で耐熱性の良い
2軸加速度センサビームとして用いることができる。ま
た、折り曲げ方向を複数組み合わせることにより3軸方
向に対して感度を持つ多軸センサを実現することも容易
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による多軸加速度センサ
ビームを示す断面図
【図2】その折り曲げる前の状態を示す平面図
【図3】その折り曲げる前の状態を示す断面図
【図4】本発明の他の実施の形態による多軸加速度セン
サビームを示す断面図
【図5】本発明のさらに異なる実施の形態による多軸加
速度センサビームを示す断面図
【符号の説明】
1 金属板 2a 電極 2b 電極 3 圧電素子(セラミック系圧電体) 4 接着剤 5 絶縁層(可撓膜) 6 絶縁層(可撓膜) 7 導電層(可撓膜)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長尾 進 東京都府中市日鋼町1−1 Jタワー ア ンプ・テクノロジー・ジャパン株式会社内 (72)発明者 手嶋 秀治 東京都府中市日鋼町1−1 Jタワー ア ンプ・テクノロジー・ジャパン株式会社内 (72)発明者 大森 靖男 埼玉県日高市大字原宿7番地5 株式会社 メガセラ内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属板と両面に電極を有するセラミック
    系圧電体と可撓膜とをこの順に貼り合せてなる素子を前
    記可撓膜を内側にして折り曲げて形成されたことを特徴
    とする多軸加速度センサビーム。
  2. 【請求項2】 金属板と両面に電極を有するセラミック
    系圧電体とを貼り合わせてなる素子において、前記圧電
    体の一部に溝が形成され、該溝に可撓性絶縁膜および導
    電膜が積層されて配置され、該積層膜を内側にして前記
    溝に沿って折り曲げて形成されたことを特徴とする多軸
    加速度センサビーム。
JP7230311A 1995-09-07 1995-09-07 多軸加速度センサビーム Pending JPH0972929A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7230311A JPH0972929A (ja) 1995-09-07 1995-09-07 多軸加速度センサビーム
PCT/US1996/014367 WO1997009622A1 (en) 1995-09-07 1996-09-09 Polyaxial acceleration sensor beam

Applications Claiming Priority (1)

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JP7230311A JPH0972929A (ja) 1995-09-07 1995-09-07 多軸加速度センサビーム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3141954B2 (ja) * 1991-07-17 2001-03-07 株式会社ワコー 圧電素子を用いた力・加速度・磁気のセンサ
US5235472A (en) * 1991-10-18 1993-08-10 Seagate Technology, Inc. Apparatus for sensing operating shock on a disk drive
DE69226519T2 (de) * 1991-12-23 1999-02-04 Atochem North America Elf Beschleunigungsmesser mit mehreren schwingungstypen

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Effective date: 20040803