JPH11271353A - 加速度センサ素子、加速度センサ及びこれらの製造方法 - Google Patents
加速度センサ素子、加速度センサ及びこれらの製造方法Info
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- JPH11271353A JPH11271353A JP10078137A JP7813798A JPH11271353A JP H11271353 A JPH11271353 A JP H11271353A JP 10078137 A JP10078137 A JP 10078137A JP 7813798 A JP7813798 A JP 7813798A JP H11271353 A JPH11271353 A JP H11271353A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
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- G—PHYSICS
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- G01P2015/0822—Measuring 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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—Measuring 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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 センサ精度及びセンサの信頼性が高い加速度
センサ素子及びその簡便な製造方法を提供する。 【解決手段】 重錘３０と、支台３１と、圧電体３３を
１組の電極５７ａ，５７ｂと５８で挟持した圧電素子３
４ａ，３４ｂを有する可撓板３２により構成され、外部
から作用する加速度に対応して生ずる可撓板３２の撓み
に応じて圧電体３４から発生する電荷により、加速度の
方向及び大きさを三次元的に検知する加速度センサ素子
である。可撓板３２の可撓部分３２ａのみに圧電体３４
を配設する。重錘３０、支台３１及び可撓板３２の断層
形状のグリーンシートを積層し、圧着して積層体とし、
積層体を一体焼成して焼成体とし、焼成体に対し、厚膜
法により圧電素子３４ａ，３４ｂを形成し、焼成する。
センサ素子及びその簡便な製造方法を提供する。 【解決手段】 重錘３０と、支台３１と、圧電体３３を
１組の電極５７ａ，５７ｂと５８で挟持した圧電素子３
４ａ，３４ｂを有する可撓板３２により構成され、外部
から作用する加速度に対応して生ずる可撓板３２の撓み
に応じて圧電体３４から発生する電荷により、加速度の
方向及び大きさを三次元的に検知する加速度センサ素子
である。可撓板３２の可撓部分３２ａのみに圧電体３４
を配設する。重錘３０、支台３１及び可撓板３２の断層
形状のグリーンシートを積層し、圧着して積層体とし、
積層体を一体焼成して焼成体とし、焼成体に対し、厚膜
法により圧電素子３４ａ，３４ｂを形成し、焼成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、圧電体により、
外部から作用する加速度の方向及び大きさを三次元的に
検知する加速度センサ素子、これを用いた加速度センサ
及びこれらの製造方法に関するものである。
外部から作用する加速度の方向及び大きさを三次元的に
検知する加速度センサ素子、これを用いた加速度センサ
及びこれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】 自動車産業や機械産業では、力、加速
度、磁気などの物理量を正確に検出できるセンサの需要
が高まっている。特に、二次元あるいは三次元の各成分
ごとにこれらの物理量を検出し得る小型のセンサが望ま
れている。例えば、作用体を有する可撓板上に複数個の
圧電体を載置したセンサが公開されている（特開平５−
２６７４４号公報）。
度、磁気などの物理量を正確に検出できるセンサの需要
が高まっている。特に、二次元あるいは三次元の各成分
ごとにこれらの物理量を検出し得る小型のセンサが望ま
れている。例えば、作用体を有する可撓板上に複数個の
圧電体を載置したセンサが公開されている（特開平５−
２６７４４号公報）。
【０００３】 このセンサは、外部から作用体に作用す
る物理量に対応して可撓板が撓むように構成されてお
り、当該可撓板の撓みに応じて圧電体に発生する電荷に
より、前記物理量の方向及び大きさを単一のセンサ素子
により三次元的に検出することができるものである。
る物理量に対応して可撓板が撓むように構成されてお
り、当該可撓板の撓みに応じて圧電体に発生する電荷に
より、前記物理量の方向及び大きさを単一のセンサ素子
により三次元的に検出することができるものである。
【０００４】 前記センサ素子について、作用体を重錘
とした加速度センサを例として説明すると、図２に示す
ように、センサ素子に対し外部から加速度ａが作用した
場合、重錘１０には加速度ａと相反する方向に慣性力ｆ
が作用するため、重錘１０−支台１１間に横架された可
撓板１２に慣性力ｆに伴う撓み１４が生ずる。当該撓み
１４の方向及び大きさに応じた電荷が可撓板１２上に載
置された圧電体１３に発生するため、当該電荷を検知す
ることにより外部から作用する加速度を三次元的に検知
することが可能となるのである。
とした加速度センサを例として説明すると、図２に示す
ように、センサ素子に対し外部から加速度ａが作用した
場合、重錘１０には加速度ａと相反する方向に慣性力ｆ
が作用するため、重錘１０−支台１１間に横架された可
撓板１２に慣性力ｆに伴う撓み１４が生ずる。当該撓み
１４の方向及び大きさに応じた電荷が可撓板１２上に載
置された圧電体１３に発生するため、当該電荷を検知す
ることにより外部から作用する加速度を三次元的に検知
することが可能となるのである。
【０００５】 更に詳細に説明すると、例えば、図３に
示すセンサ素子において、円筒状の重錘１０の可撓板１
２が横架されている底面の中心を原点Ｏとして規定し、
当該原点Ｏを含み可撓板１２に平行な面をＸ−Ｙ平面と
して当該Ｘ−Ｙ平面上に相直交するようにＸ軸、Ｙ軸を
規定し、前記原点Ｏを含み前記Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ
軸を規定する。
示すセンサ素子において、円筒状の重錘１０の可撓板１
２が横架されている底面の中心を原点Ｏとして規定し、
当該原点Ｏを含み可撓板１２に平行な面をＸ−Ｙ平面と
して当該Ｘ−Ｙ平面上に相直交するようにＸ軸、Ｙ軸を
規定し、前記原点Ｏを含み前記Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ
軸を規定する。
【０００６】 このとき、圧電体１３の、上部電極と下
部電極の１組の電極に挾持された部分を「１圧電素子」
とすれば、例えば、当該素子の可撓板１２上にＸ軸、Ｙ
軸に対応する圧電体及び電極を各々４素子づつ、Ｚ軸に
対応する圧電体及び電極を８素子配置することができ
る。
部電極の１組の電極に挾持された部分を「１圧電素子」
とすれば、例えば、当該素子の可撓板１２上にＸ軸、Ｙ
軸に対応する圧電体及び電極を各々４素子づつ、Ｚ軸に
対応する圧電体及び電極を８素子配置することができ
る。
【０００７】 この場合において、外部から作用する加
速度ａにより重錘１に作用する慣性力ｆを、図４（ａ）
に示すようなＸ軸方向の慣性力ｆXについては「圧電素
子」Ｅ1〜Ｅ4に、Ｙ軸方向の慣性力ｆYについては図示
されないＥ5〜Ｅ8に、図４（ｂ）に示すようなＺ軸方向
の慣性力ｆZについては「圧電素子」Ｅ9〜Ｅ12と図示さ
れないＥ13〜Ｅ16に発生した電荷の量により各々の大き
さを認識する。
速度ａにより重錘１に作用する慣性力ｆを、図４（ａ）
に示すようなＸ軸方向の慣性力ｆXについては「圧電素
子」Ｅ1〜Ｅ4に、Ｙ軸方向の慣性力ｆYについては図示
されないＥ5〜Ｅ8に、図４（ｂ）に示すようなＺ軸方向
の慣性力ｆZについては「圧電素子」Ｅ9〜Ｅ12と図示さ
れないＥ13〜Ｅ16に発生した電荷の量により各々の大き
さを認識する。
【０００８】 また、電荷の極性パターン（例えば、図
４（ａ）の圧電体上面について言えば図左側から［＋−
＋−］、図４（ｂ）の圧電体上面についても同様に図左
側から［＋−−＋］）により各々の方向を認識する。こ
うして検出したｆX、ｆY、ｆZの合力として慣性力ｆ、
ひいては外部から作用する加速度ａの方向及び大きさ
を、単一の小型センサ素子により三次元的に検出するこ
とが可能となるのである。
４（ａ）の圧電体上面について言えば図左側から［＋−
＋−］、図４（ｂ）の圧電体上面についても同様に図左
側から［＋−−＋］）により各々の方向を認識する。こ
うして検出したｆX、ｆY、ｆZの合力として慣性力ｆ、
ひいては外部から作用する加速度ａの方向及び大きさ
を、単一の小型センサ素子により三次元的に検出するこ
とが可能となるのである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】 上述のセンサ素子に
おいて、可撓板は全体が均一に撓む訳ではなく、その撓
み応力は特に重錘若しくは支台と可撓板との境界部分に
おいて急激に上昇する。従って、前記境界部分に圧電素
子を配設した場合には、僅かな圧電素子の配設位置のズ
レや、重錘若しくは支台の形状バラツキによって圧電素
子に生ずる電荷が急激に増減するため、各軸毎の出力バ
ラツキ、ひいてはセンサ精度低下の原因ともなり得る。
おいて、可撓板は全体が均一に撓む訳ではなく、その撓
み応力は特に重錘若しくは支台と可撓板との境界部分に
おいて急激に上昇する。従って、前記境界部分に圧電素
子を配設した場合には、僅かな圧電素子の配設位置のズ
レや、重錘若しくは支台の形状バラツキによって圧電素
子に生ずる電荷が急激に増減するため、各軸毎の出力バ
ラツキ、ひいてはセンサ精度低下の原因ともなり得る。
【００１０】 また、前記境界部分に圧電素子を配設し
た場合には、以下に示すような不具合により、センサの
信頼性を低下させる原因となり得る。第１に、センサ素
子が急激な加速度を受けた場合、当該境界部分には他の
部分に比して更に大きな曲げ応力が加わるため、境界部
分の圧電素子ひいては圧電体に特に大きな衝撃が加わる
ことになる。圧電体は、ＰＺＴ、ＰＭＮ等の一般的に強
度や靱性等の機械的特性に劣る圧電セラミックスからな
るため、圧電体が破損するおそれがある。第２に、柔軟
な可撓板と強固な支台或いは重錘とでは、衝撃が加わっ
た際の挙動が異なるため、可撓板と支台或いは重錘の双
方に圧電素子の下面が接触する構造では、圧電体が破損
に至らないまでも圧電素子が可撓板から剥離するおそれ
がある。
た場合には、以下に示すような不具合により、センサの
信頼性を低下させる原因となり得る。第１に、センサ素
子が急激な加速度を受けた場合、当該境界部分には他の
部分に比して更に大きな曲げ応力が加わるため、境界部
分の圧電素子ひいては圧電体に特に大きな衝撃が加わる
ことになる。圧電体は、ＰＺＴ、ＰＭＮ等の一般的に強
度や靱性等の機械的特性に劣る圧電セラミックスからな
るため、圧電体が破損するおそれがある。第２に、柔軟
な可撓板と強固な支台或いは重錘とでは、衝撃が加わっ
た際の挙動が異なるため、可撓板と支台或いは重錘の双
方に圧電素子の下面が接触する構造では、圧電体が破損
に至らないまでも圧電素子が可撓板から剥離するおそれ
がある。
【００１１】 またこれとは別に、前記センサ素子にお
いて、可撓板は十分な感度を得るために可撓性が高いこ
とが要求される一方、重錘及び支台は受けた加速度を純
粋に検出するため、剛性が高く撓み難いことが要求され
る。別体として作製した重錘、支台、可撓板の各部材を
組立ててセンサ素子を構成すれば、前記のような相反す
る特性を満足させることが可能であるが、多くの部品と
工数を要し、生産性の低下は否めないという問題があ
る。
いて、可撓板は十分な感度を得るために可撓性が高いこ
とが要求される一方、重錘及び支台は受けた加速度を純
粋に検出するため、剛性が高く撓み難いことが要求され
る。別体として作製した重錘、支台、可撓板の各部材を
組立ててセンサ素子を構成すれば、前記のような相反す
る特性を満足させることが可能であるが、多くの部品と
工数を要し、生産性の低下は否めないという問題があ
る。
【００１２】 部品と工数を削減し生産性を向上する手
段としては、同材質による一体形成が考えられる。セラ
ミックスによる一体成形を例とすれば、図５に示す如く
金型３０に対しセラミックス粉体３１を充填し一軸プレ
ス等により形成したセラミックスグリーンボディー３３
を切削加工する方法、図６に示す如くセンサ３４と総型
に形成した金型３０に対してセラミックス粉体３１を充
填し一軸プレスする方法、図７に示す如くセラミックス
スラリー３２を射出成形する方法、或いはスリップキャ
スティングにより成形する方法等が挙げられる。
段としては、同材質による一体形成が考えられる。セラ
ミックスによる一体成形を例とすれば、図５に示す如く
金型３０に対しセラミックス粉体３１を充填し一軸プレ
ス等により形成したセラミックスグリーンボディー３３
を切削加工する方法、図６に示す如くセンサ３４と総型
に形成した金型３０に対してセラミックス粉体３１を充
填し一軸プレスする方法、図７に示す如くセラミックス
スラリー３２を射出成形する方法、或いはスリップキャ
スティングにより成形する方法等が挙げられる。
【００１３】 しかしながら、上述のいずれの方法も一
体成形体の可撓部強度が著しく低く、また密度分布のバ
ラツキが大きいため、可撓板の薄板化及び可撓板の厚み
の精密な制御が困難である。即ち、上述の方法により形
成されたセンサ素子は、可撓板が撓み難いと共に、各可
撓板毎に若しくは可撓板の部位により撓み具合が異なる
ことになる。
体成形体の可撓部強度が著しく低く、また密度分布のバ
ラツキが大きいため、可撓板の薄板化及び可撓板の厚み
の精密な制御が困難である。即ち、上述の方法により形
成されたセンサ素子は、可撓板が撓み難いと共に、各可
撓板毎に若しくは可撓板の部位により撓み具合が異なる
ことになる。
【００１４】 従って、センサ感度が低いことに加え
て、同一の加速度を与えても各センサ素子毎に感度が異
なる場合があり、更に各軸毎の感度が異なる場合にはそ
の合力から求められる加速度の方向及び大きさが不正確
になりセンサ精度が低下するという問題がある。
て、同一の加速度を与えても各センサ素子毎に感度が異
なる場合があり、更に各軸毎の感度が異なる場合にはそ
の合力から求められる加速度の方向及び大きさが不正確
になりセンサ精度が低下するという問題がある。
【００１５】 本発明は上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、前記センサ素子
の、小型であり、かつ、１基のセンサ素子により三次元
的な物理量の測定が可能であるという利点を生かしつ
つ、更にそのセンサ感度、センサ精度及びセンサの信頼
性を向上させること及び当該センサ素子を簡便に製造で
きる製造方法を提供することにある。
のであり、その目的とするところは、前記センサ素子
の、小型であり、かつ、１基のセンサ素子により三次元
的な物理量の測定が可能であるという利点を生かしつ
つ、更にそのセンサ感度、センサ精度及びセンサの信頼
性を向上させること及び当該センサ素子を簡便に製造で
きる製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、重錘と、当該重錘を中心として周設された、中空
部を有する支台と、圧電体を少なくとも１組の電極で挟
持した圧電素子を有し、かつ、前記支台の中空部の中心
に重錘を釣支するように支台に横架された可撓板により
構成され、外部から作用する加速度を、当該加速度に対
応して生ずる前記重錘の挙動に基づく前記可撓板の撓み
に変換し、当該可撓板の撓みに応じて前記圧電体から発
生する電荷により、前記加速度の方向及び大きさを三次
元的に検知する加速度センサ素子であって、前記可撓板
の可撓部分のみに圧電体を配設したことを特徴とする加
速度センサ素子（以下、「センサ素子」という。）が提
供される。
れば、重錘と、当該重錘を中心として周設された、中空
部を有する支台と、圧電体を少なくとも１組の電極で挟
持した圧電素子を有し、かつ、前記支台の中空部の中心
に重錘を釣支するように支台に横架された可撓板により
構成され、外部から作用する加速度を、当該加速度に対
応して生ずる前記重錘の挙動に基づく前記可撓板の撓み
に変換し、当該可撓板の撓みに応じて前記圧電体から発
生する電荷により、前記加速度の方向及び大きさを三次
元的に検知する加速度センサ素子であって、前記可撓板
の可撓部分のみに圧電体を配設したことを特徴とする加
速度センサ素子（以下、「センサ素子」という。）が提
供される。
【００１７】 本発明のセンサ素子は、グリーンシート
積層法により、支台、重錘、可撓板を一体焼成したセン
サ素子であることが好ましい。また、支台と、重錘と、
可撓板とが一体成形された加速度センサ素子であって、
支台、重錘、若しくは可撓板のうち少なくとも１つの結
晶構造或いは結晶粒径が異なっているセンサ素子である
ことが好ましい。
積層法により、支台、重錘、可撓板を一体焼成したセン
サ素子であることが好ましい。また、支台と、重錘と、
可撓板とが一体成形された加速度センサ素子であって、
支台、重錘、若しくは可撓板のうち少なくとも１つの結
晶構造或いは結晶粒径が異なっているセンサ素子である
ことが好ましい。
【００１８】 更に、本発明のセンサ素子においては、
可撓板上部の空間と支台中空部が連通するように、重錘
の中心を垂直方向に貫通する孔を設けたセンサ素子であ
ることが好ましく、支台下端面の、当該支台下端面を含
む平面上における支台中心を通過する直線に対して相対
称する位置に、少なくとも支台外周側の空間と連通する
細溝を形成したセンサ素子であることが好ましく、重錘
が、当該重錘の下端面に支台下端面を含む平面が接触し
ないように釣支されたセンサ素子であることが好まし
い。
可撓板上部の空間と支台中空部が連通するように、重錘
の中心を垂直方向に貫通する孔を設けたセンサ素子であ
ることが好ましく、支台下端面の、当該支台下端面を含
む平面上における支台中心を通過する直線に対して相対
称する位置に、少なくとも支台外周側の空間と連通する
細溝を形成したセンサ素子であることが好ましく、重錘
が、当該重錘の下端面に支台下端面を含む平面が接触し
ないように釣支されたセンサ素子であることが好まし
い。
【００１９】 また、本発明においては、重錘と、当該
重錘を中心として周設された、中空部を有する支台と、
圧電体を少なくとも１組の電極で挟持した圧電素子を有
し、かつ、前記支台の中空部の中心に重錘を釣支するよ
うに支台に横架された可撓板により構成され、前記可撓
板の可撓部分のみに圧電体を配設したことを特徴とする
加速度センサ素子の製造方法であって、前記重錘、支台
及び可撓板の断層形状のグリーンシートを積層し、圧着
して積層体とする第１工程と、当該積層体を一体焼成し
て焼成体とする第２工程と、当該焼成体に対し、厚膜法
により圧電素子を形成し、焼成する第３工程と、からな
ることを特徴とする加速度センサ素子の製造方法が提供
される。
重錘を中心として周設された、中空部を有する支台と、
圧電体を少なくとも１組の電極で挟持した圧電素子を有
し、かつ、前記支台の中空部の中心に重錘を釣支するよ
うに支台に横架された可撓板により構成され、前記可撓
板の可撓部分のみに圧電体を配設したことを特徴とする
加速度センサ素子の製造方法であって、前記重錘、支台
及び可撓板の断層形状のグリーンシートを積層し、圧着
して積層体とする第１工程と、当該積層体を一体焼成し
て焼成体とする第２工程と、当該焼成体に対し、厚膜法
により圧電素子を形成し、焼成する第３工程と、からな
ることを特徴とする加速度センサ素子の製造方法が提供
される。
【００２０】 本発明の製造方法においては、重錘及び
可撓板の断層形状のグリーンシートの中心と、支台及び
可撓板の断層形状のグリーンシートの少なくとも二隅と
に貫通孔を穿設し、当該貫通孔を支持ピンに貫通した状
態で積層し、圧着して積層体とすることが好ましい。
可撓板の断層形状のグリーンシートの中心と、支台及び
可撓板の断層形状のグリーンシートの少なくとも二隅と
に貫通孔を穿設し、当該貫通孔を支持ピンに貫通した状
態で積層し、圧着して積層体とすることが好ましい。
【００２１】 また、本発明の製造方法においては、平
板状のグリーンシート上面に、重錘、支台及び可撓板の
断層形状のグリーンシートを積層し、圧着して積層体と
し、当該積層体を一体焼成して焼成体とした後に、重錘
の下端が揺動し得るように前記平板状のグリーンシート
を切断することが好ましい。
板状のグリーンシート上面に、重錘、支台及び可撓板の
断層形状のグリーンシートを積層し、圧着して積層体と
し、当該積層体を一体焼成して焼成体とした後に、重錘
の下端が揺動し得るように前記平板状のグリーンシート
を切断することが好ましい。
【００２２】 更に、本発明の製造方法においては、支
台の断層形状のグリーンシート上面に、平板状のグリー
ンシートを載置し、更に重錘、支台及び可撓板の断層形
状のグリーンシートを積層し、圧着して積層体とし、当
該積層体を一体焼成して焼成体とした後に、重錘の下端
が揺動し得るように前記平板状のグリーンシートを切断
することが好ましい。
台の断層形状のグリーンシート上面に、平板状のグリー
ンシートを載置し、更に重錘、支台及び可撓板の断層形
状のグリーンシートを積層し、圧着して積層体とし、当
該積層体を一体焼成して焼成体とした後に、重錘の下端
が揺動し得るように前記平板状のグリーンシートを切断
することが好ましい。
【００２３】 また、本発明によれば、本発明の加速度
センサ素子を回路基板に固定し、露点−４０℃以下の乾
燥雰囲気下において蓋体で密閉することを特徴とする加
速度センサの製造方法が提供される。
センサ素子を回路基板に固定し、露点−４０℃以下の乾
燥雰囲気下において蓋体で密閉することを特徴とする加
速度センサの製造方法が提供される。
【００２４】
【発明の実施の形態】 本発明に使用するセンサ素子
は、例えば図３に示すように、重錘１０と、重錘１０を
中心として周設された支台１１と、圧電体１３を少なく
とも１組の電極で挟持した圧電素子を有し、かつ、重錘
１０を釣支して対向する支台１１間に横架される可撓板
１２により構成される。当該センサ素子は、外部から作
用する加速度の大きさ、方向に基づいて重錘１０に発生
した力により可撓板１２が撓みを生じ、当該撓みに応じ
て発生する圧電素子の電荷量及び電荷の極性パターンに
より、前記加速度の方向及び大きさを三次元的に検知す
る。
は、例えば図３に示すように、重錘１０と、重錘１０を
中心として周設された支台１１と、圧電体１３を少なく
とも１組の電極で挟持した圧電素子を有し、かつ、重錘
１０を釣支して対向する支台１１間に横架される可撓板
１２により構成される。当該センサ素子は、外部から作
用する加速度の大きさ、方向に基づいて重錘１０に発生
した力により可撓板１２が撓みを生じ、当該撓みに応じ
て発生する圧電素子の電荷量及び電荷の極性パターンに
より、前記加速度の方向及び大きさを三次元的に検知す
る。
【００２５】 本発明において、支台１１とは、重錘１
０を中心として周設された、可撓板１２及び重錘１０を
支持するための部材である。従って、可撓板１２及び重
錘１０を支持し得る強度を有する限りにおいてその形
状、材質等は特に限定されないが、加工が容易で、Ｘ−
Ｙ平面内の加速度に対する対称性が比較的高い点におい
て、図３に示すような外部形状が四角柱状で円筒状中空
部１６を有する形状が好ましく、剛性が高く、電磁波の
影響を受け難い材質であるセラミックスにより構成する
ことが好ましい。
０を中心として周設された、可撓板１２及び重錘１０を
支持するための部材である。従って、可撓板１２及び重
錘１０を支持し得る強度を有する限りにおいてその形
状、材質等は特に限定されないが、加工が容易で、Ｘ−
Ｙ平面内の加速度に対する対称性が比較的高い点におい
て、図３に示すような外部形状が四角柱状で円筒状中空
部１６を有する形状が好ましく、剛性が高く、電磁波の
影響を受け難い材質であるセラミックスにより構成する
ことが好ましい。
【００２６】 本発明において重錘１０とは、上端面を
可撓板１２に当接するように釣支された、外部から作用
する加速度の大きさ、方向に基づいて発生した力によ
り、可撓板１２に撓みを生じさせるための部材であっ
て、可撓板１２に接着剤等により接着してもよく、或い
は可撓板１２と一体成形してもよい。
可撓板１２に当接するように釣支された、外部から作用
する加速度の大きさ、方向に基づいて発生した力によ
り、可撓板１２に撓みを生じさせるための部材であっ
て、可撓板１２に接着剤等により接着してもよく、或い
は可撓板１２と一体成形してもよい。
【００２７】 重錘は、上端面を可撓板に当接するよう
に釣支できる形状である限りにおいて特に限定されず、
筒状の他、円錐台や異径円筒のように外径が連続的に或
いは不連続に変化するものも包含される。但し、Ｘ−Ｙ
平面内の加速度に対する対称性が高い点において図３に
示すような円筒状が好ましい。材質も特に限定されない
が、十分な質量があり密度の高いことに加えて、電磁波
の影響を受け難く、熱膨張率の低い材質であるセラミッ
クスにより構成することが好ましい。
に釣支できる形状である限りにおいて特に限定されず、
筒状の他、円錐台や異径円筒のように外径が連続的に或
いは不連続に変化するものも包含される。但し、Ｘ−Ｙ
平面内の加速度に対する対称性が高い点において図３に
示すような円筒状が好ましい。材質も特に限定されない
が、十分な質量があり密度の高いことに加えて、電磁波
の影響を受け難く、熱膨張率の低い材質であるセラミッ
クスにより構成することが好ましい。
【００２８】 本発明において可撓板１２とは、重錘１
０を釣支して対向する支台１１間に横架された、圧電素
子を有する板状部材であって、可撓板全体を圧電体で構
成してもよい。可撓板は、可撓性を有し、重錘の挙動に
より破損しない限りにおいて、形状、材質等は特に限定
されないが、ヤング率が高く、圧電体に歪みを誘起しや
すい材質であるセラミックスが好ましく、形状として
は、図８に示すように１枚の板状体により構成すること
が加工が容易で好ましい。
０を釣支して対向する支台１１間に横架された、圧電素
子を有する板状部材であって、可撓板全体を圧電体で構
成してもよい。可撓板は、可撓性を有し、重錘の挙動に
より破損しない限りにおいて、形状、材質等は特に限定
されないが、ヤング率が高く、圧電体に歪みを誘起しや
すい材質であるセラミックスが好ましく、形状として
は、図８に示すように１枚の板状体により構成すること
が加工が容易で好ましい。
【００２９】 可撓板には圧電体１３を少なくとも１組
の電極で挟持した圧電素子が配設される。圧電体として
は、ＰＺＴ、ＰＭＮ、ＰＮＮ等の圧電セラミックスや有
機圧電体等を用いることができるが、圧電特性に優れる
ＰＺＴを用いることが好ましい。圧電体は、可撓板自体
を圧電体で構成してもよいが、例えば図９に示すように
可撓板１２の上面全体に圧電体１３を配設しても良く、
図８に示す如く円形可撓板１２上に重錘１０中心を原点
Ｏとして放射状に圧電体１３を配設しても良い。
の電極で挟持した圧電素子が配設される。圧電体として
は、ＰＺＴ、ＰＭＮ、ＰＮＮ等の圧電セラミックスや有
機圧電体等を用いることができるが、圧電特性に優れる
ＰＺＴを用いることが好ましい。圧電体は、可撓板自体
を圧電体で構成してもよいが、例えば図９に示すように
可撓板１２の上面全体に圧電体１３を配設しても良く、
図８に示す如く円形可撓板１２上に重錘１０中心を原点
Ｏとして放射状に圧電体１３を配設しても良い。
【００３０】 本発明においては、前記圧電体を上下面
から１組の電極（上部電極及び下部電極）で挟持した部
分を圧電素子という。従って、素子数は圧電体の数のみ
ならず、電極の配置の仕方によっても増加させることが
できる。当該圧電素子により外部から作用する加速度の
方向及び大きさに基づいて発生した可撓板の撓みを電気
的に検出することが可能となる。
から１組の電極（上部電極及び下部電極）で挟持した部
分を圧電素子という。従って、素子数は圧電体の数のみ
ならず、電極の配置の仕方によっても増加させることが
できる。当該圧電素子により外部から作用する加速度の
方向及び大きさに基づいて発生した可撓板の撓みを電気
的に検出することが可能となる。
【００３１】 本発明のセンサ素子は上述のようなセン
サ素子において、支台或いは重錘に比して低剛性な、可
撓板の可撓部分のみに圧電素子を配設したことを特徴と
する。当該構成によれば、圧電体の焼成収縮或いは冷却
過程における圧電体、電極、可撓板間の熱膨張差に基づ
くセンサ素子内の残留応力が可撓板に吸収され、重錘と
支台の相対位置が変化しないため、高精度のセンサ素子
となる。
サ素子において、支台或いは重錘に比して低剛性な、可
撓板の可撓部分のみに圧電素子を配設したことを特徴と
する。当該構成によれば、圧電体の焼成収縮或いは冷却
過程における圧電体、電極、可撓板間の熱膨張差に基づ
くセンサ素子内の残留応力が可撓板に吸収され、重錘と
支台の相対位置が変化しないため、高精度のセンサ素子
となる。
【００３２】 図１のセンサ素子（以下、「センサ素子
Ａ」という。）は、前記構成をセンサ素子に適用した例
であり、重錘３０と支台３１間に横架した円形可撓板３
２のうち、重錘３０及び支台３１の上端面に固定されて
いる部分を非可撓部分３２ａ、それ以外の部分を純粋な
可撓部分３２ｂとすれば、可撓部分３２ｂのみに圧電素
子３４を配設している。
Ａ」という。）は、前記構成をセンサ素子に適用した例
であり、重錘３０と支台３１間に横架した円形可撓板３
２のうち、重錘３０及び支台３１の上端面に固定されて
いる部分を非可撓部分３２ａ、それ以外の部分を純粋な
可撓部分３２ｂとすれば、可撓部分３２ｂのみに圧電素
子３４を配設している。
【００３３】 センサ素子Ａに対し外部から加速度ａが
作用すると、重錘３０には加速度ａと相反する方向に慣
性力ｆが作用し、重錘３０−支台３１間に跨設された可
撓板３２に慣性力ｆに伴う撓みが生ずるが、センサ素子
Ａは、撓み応力が急激に変化する、可撓部分３２ｂと非
可撓部分３２ａとの境界部分を避けるように圧電素子３
４を配設しているため、圧電素子３４に安定的に電荷が
発生する。また、センサ素子Ａは他の部分に比して大き
な曲げ応力が加わる前記境界部分を避けるように圧電素
子３４を配置している。従って、加速度ａが過大なもの
であっても、可撓板３２からの圧電素子３４の剥離、圧
電体３３の破損が起こり難く、センサの信頼性が向上す
る。
作用すると、重錘３０には加速度ａと相反する方向に慣
性力ｆが作用し、重錘３０−支台３１間に跨設された可
撓板３２に慣性力ｆに伴う撓みが生ずるが、センサ素子
Ａは、撓み応力が急激に変化する、可撓部分３２ｂと非
可撓部分３２ａとの境界部分を避けるように圧電素子３
４を配設しているため、圧電素子３４に安定的に電荷が
発生する。また、センサ素子Ａは他の部分に比して大き
な曲げ応力が加わる前記境界部分を避けるように圧電素
子３４を配置している。従って、加速度ａが過大なもの
であっても、可撓板３２からの圧電素子３４の剥離、圧
電体３３の破損が起こり難く、センサの信頼性が向上す
る。
【００３４】 一方、図９に示すような、圧電素子１４
が可撓部分１２ｂから非可撓部分１２ａに掛かるように
設けられたセンサ（以下、「センサ素子Ｂ」という。）
は撓み応力が集中する部分に圧電素子が配置されてい
る。従って、センサ感度は高いものの、圧電体焼成時に
可撓板が応力を吸収できないため、焼成収縮による可撓
板１２の歪みが生じ易く、重錘と支台の相対位置が変化
し易い。また、センサ素子Ｂは、前記境界部分に圧電素
子１４が配置されているため、加速度ａが過大なもので
ある場合、大衝撃により圧電素子１４の剥離、圧電体１
３の破損が生ずるおそれがあり、センサの信頼性が低下
する。
が可撓部分１２ｂから非可撓部分１２ａに掛かるように
設けられたセンサ（以下、「センサ素子Ｂ」という。）
は撓み応力が集中する部分に圧電素子が配置されてい
る。従って、センサ感度は高いものの、圧電体焼成時に
可撓板が応力を吸収できないため、焼成収縮による可撓
板１２の歪みが生じ易く、重錘と支台の相対位置が変化
し易い。また、センサ素子Ｂは、前記境界部分に圧電素
子１４が配置されているため、加速度ａが過大なもので
ある場合、大衝撃により圧電素子１４の剥離、圧電体１
３の破損が生ずるおそれがあり、センサの信頼性が低下
する。
【００３５】 また、センサ素子Ａとは異なり、図１０
に示すように僅かな圧電素子１４の配設位置のズレや、
重錘１０若しくは支台１１の形状バラツキによって圧電
素子１４に生ずる電荷が急激に増減するため、各軸毎の
出力がばらつき、ひいてはセンサ精度が低下するおそれ
がある。
に示すように僅かな圧電素子１４の配設位置のズレや、
重錘１０若しくは支台１１の形状バラツキによって圧電
素子１４に生ずる電荷が急激に増減するため、各軸毎の
出力がばらつき、ひいてはセンサ精度が低下するおそれ
がある。
【００３６】 以上のような構成のセンサ素子は、グリ
ーンシート積層法により、支台、重錘、可撓板を一体焼
成したものであることが好ましい。グリーンシートはセ
ラミックス微粉末と溶剤等との混合スラリーを一定厚み
の薄板状に乾燥したもので、可撓性、加工性に富み、切
断や穴開け、接着が可能であるという特徴を有する。従
って、所望形状の断層形状に切断した複数のグリーンシ
ートを積層し、一体に圧着した後、焼成することにより
所望形状を成形することが可能である（以下、この方法
を「グリーンシート積層法」という。）。
ーンシート積層法により、支台、重錘、可撓板を一体焼
成したものであることが好ましい。グリーンシートはセ
ラミックス微粉末と溶剤等との混合スラリーを一定厚み
の薄板状に乾燥したもので、可撓性、加工性に富み、切
断や穴開け、接着が可能であるという特徴を有する。従
って、所望形状の断層形状に切断した複数のグリーンシ
ートを積層し、一体に圧着した後、焼成することにより
所望形状を成形することが可能である（以下、この方法
を「グリーンシート積層法」という。）。
【００３７】 本発明のセンサ素子についてもグリーン
シート積層法を適用でき、支台、重錘、可撓板を一体焼
成することが可能であるが、このように形成されたセン
サ素子は以下に示すような極めて顕著な効果を奏する。
シート積層法を適用でき、支台、重錘、可撓板を一体焼
成することが可能であるが、このように形成されたセン
サ素子は以下に示すような極めて顕著な効果を奏する。
【００３８】 第１に、グリーンシート自体の薄板化が
容易で、シート毎の厚み再現性やシート全体の厚み均一
性に優れるため、可撓板の薄板化及び可撓板の厚みの精
密な制御が容易である。即ち、上述の方法により形成さ
れたセンサ素子は、低加速度でも可撓板が大きく撓むた
め好感度であると共に、各可撓板毎若しくは可撓板の部
位毎の撓み具合のバラツキが少ないためセンサ素子毎の
再現性と各軸毎の合力から求められる加速度の方向及び
大きさの精度に優れる。
容易で、シート毎の厚み再現性やシート全体の厚み均一
性に優れるため、可撓板の薄板化及び可撓板の厚みの精
密な制御が容易である。即ち、上述の方法により形成さ
れたセンサ素子は、低加速度でも可撓板が大きく撓むた
め好感度であると共に、各可撓板毎若しくは可撓板の部
位毎の撓み具合のバラツキが少ないためセンサ素子毎の
再現性と各軸毎の合力から求められる加速度の方向及び
大きさの精度に優れる。
【００３９】 第２に、薄板の積層枚数を選択すること
により厚み調整ができるため、特にＸ軸、Ｙ軸方向の感
度に影響を与える薄板の積層枚数により重錘の厚みを微
調整して、Ｚ軸方向の感度と均衡させることも容易であ
る。即ち、上述の方法により形成されたセンサ素子は、
Ｘ軸、Ｙ軸方向とＺ軸方向の感度のバランスが良く、回
路による電気的な較正が少なくて済む。
により厚み調整ができるため、特にＸ軸、Ｙ軸方向の感
度に影響を与える薄板の積層枚数により重錘の厚みを微
調整して、Ｚ軸方向の感度と均衡させることも容易であ
る。即ち、上述の方法により形成されたセンサ素子は、
Ｘ軸、Ｙ軸方向とＺ軸方向の感度のバランスが良く、回
路による電気的な較正が少なくて済む。
【００４０】 第３に、支台、重錘、可撓板の各々につ
いて断層形状に切断した薄板を積層するところ、各部材
毎に異なる材質のシート又は異なる厚みのシートを選択
することが可能となるため、可撓板には可撓性の高い肉
薄のシート、他の部材は剛性の高い肉厚のシート等の使
い分けが可能となる。即ち、上述の方法により形成され
たセンサ素子は、一体成形でありながら可撓部は撓み易
く支台及び重錘は剛性が高いため高感度かつ高精度とな
る。
いて断層形状に切断した薄板を積層するところ、各部材
毎に異なる材質のシート又は異なる厚みのシートを選択
することが可能となるため、可撓板には可撓性の高い肉
薄のシート、他の部材は剛性の高い肉厚のシート等の使
い分けが可能となる。即ち、上述の方法により形成され
たセンサ素子は、一体成形でありながら可撓部は撓み易
く支台及び重錘は剛性が高いため高感度かつ高精度とな
る。
【００４１】 この他にもグリーンシート積層法は、一
枚のシートから金型打抜きにより多数のセンサを作成す
ることができ、生産性が高いため、経済性の高いセンサ
が提供可能である等の効果を奏する。これらの効果は他
の一体成形の方法では得ることができない。前記グリー
ンシート積層法により形成したセンサに、スクリーン印
刷等の厚膜法の技術を用いて下部電極、圧電体、上部電
極を形成することにより小型で高感度かつ高精度のセン
サ素子を簡便に製造することが可能となる。
枚のシートから金型打抜きにより多数のセンサを作成す
ることができ、生産性が高いため、経済性の高いセンサ
が提供可能である等の効果を奏する。これらの効果は他
の一体成形の方法では得ることができない。前記グリー
ンシート積層法により形成したセンサに、スクリーン印
刷等の厚膜法の技術を用いて下部電極、圧電体、上部電
極を形成することにより小型で高感度かつ高精度のセン
サ素子を簡便に製造することが可能となる。
【００４２】 また、本発明のセンサ素子は、支台と、
重錘と、可撓板とが一体成形された加速度センサ素子で
あって、支台、重錘、若しくは可撓板のうち少なくとも
１つの結晶構造或いは結晶粒径が異なっているセンサ素
子であることが好ましい。部品と工数を削減し生産性を
向上するという一体成形の利点を生かしつつ、各部材の
特性を制御することが可能となるからである。例えば、
可撓板を撓みやすい結晶構造或いは結晶粒径とし、重錘
や支台は剛性が高い結晶構造或いは結晶粒径とすること
により高感度かつ高精度のセンサとすることが可能とな
る。
重錘と、可撓板とが一体成形された加速度センサ素子で
あって、支台、重錘、若しくは可撓板のうち少なくとも
１つの結晶構造或いは結晶粒径が異なっているセンサ素
子であることが好ましい。部品と工数を削減し生産性を
向上するという一体成形の利点を生かしつつ、各部材の
特性を制御することが可能となるからである。例えば、
可撓板を撓みやすい結晶構造或いは結晶粒径とし、重錘
や支台は剛性が高い結晶構造或いは結晶粒径とすること
により高感度かつ高精度のセンサとすることが可能とな
る。
【００４３】 このような結晶構造或いは結晶粒径によ
り可撓板等の特性を制御する方法は、セラミックスの
他、金属を用いた一体成形の場合においても有用であ
る。合成樹脂の場合であれば重合度により可撓板等の特
性を制御してもよい。
り可撓板等の特性を制御する方法は、セラミックスの
他、金属を用いた一体成形の場合においても有用であ
る。合成樹脂の場合であれば重合度により可撓板等の特
性を制御してもよい。
【００４４】 本発明のセンサ素子においては、図１１
に示すように可撓板３２上部の空間と支台中空部３６が
連通するように、重錘３０の中心を垂直方向に貫通する
孔３５を設けることが好ましい。
に示すように可撓板３２上部の空間と支台中空部３６が
連通するように、重錘３０の中心を垂直方向に貫通する
孔３５を設けることが好ましい。
【００４５】 支台３１、重錘３０、可撓板３２の一体
焼成体に対し、厚膜法により圧電体を形成し、焼成する
方法を採る場合、可撓板３２は圧電体の焼成収縮に合わ
せて変形するため可撓板３２には残留応力が発生する。
当該残留応力は、可撓板３２のバネ定数を大きくするた
め、可撓板３２が硬化して撓み難くなりセンサ感度が低
下することになる。
焼成体に対し、厚膜法により圧電体を形成し、焼成する
方法を採る場合、可撓板３２は圧電体の焼成収縮に合わ
せて変形するため可撓板３２には残留応力が発生する。
当該残留応力は、可撓板３２のバネ定数を大きくするた
め、可撓板３２が硬化して撓み難くなりセンサ感度が低
下することになる。
【００４６】 重錘３０に貫通孔３５を設けることによ
り、重錘３０に貫通孔３５を設けることにより、可撓部
の残留応力が開放される一方、重錘に当該残留応力が逃
げ、結果として重錘に応力がかかった状態となり、重錘
の剛性が高まることになる。
り、重錘３０に貫通孔３５を設けることにより、可撓部
の残留応力が開放される一方、重錘に当該残留応力が逃
げ、結果として重錘に応力がかかった状態となり、重錘
の剛性が高まることになる。
【００４７】 また、従来は図１８に示すように前記一
体焼成体４８に対し圧電素子３４を形成する際に可撓板
３２や重錘３０に対する相対位置を精密に制御できず、
寸法精度が必ずしも高くなかったが、貫通孔３５を基準
にして電極や圧電体等を形成することにより、寸法精度
の高い高精度のセンサを簡便に形成することが可能とな
る。
体焼成体４８に対し圧電素子３４を形成する際に可撓板
３２や重錘３０に対する相対位置を精密に制御できず、
寸法精度が必ずしも高くなかったが、貫通孔３５を基準
にして電極や圧電体等を形成することにより、寸法精度
の高い高精度のセンサを簡便に形成することが可能とな
る。
【００４８】 また、本発明のセンサ素子においては、
例えば図１２に示すように支台下端面３１ａの、支台下
端面３１ａを含む平面上における支台中心Ｏを通過する
直線ｌ1，ｌ2に対して相対称する位置に、少なくとも支
台３１外周側の空間と連通する細溝３９を形成すること
が好ましい。圧電素子形成後の支台下端面３１ａに細溝
３９を形成することにより、貫通孔３５と同様に可撓板
３２の残留応力を緩和し、センサ感度の低下を抑制する
ことが可能となるためである。
例えば図１２に示すように支台下端面３１ａの、支台下
端面３１ａを含む平面上における支台中心Ｏを通過する
直線ｌ1，ｌ2に対して相対称する位置に、少なくとも支
台３１外周側の空間と連通する細溝３９を形成すること
が好ましい。圧電素子形成後の支台下端面３１ａに細溝
３９を形成することにより、貫通孔３５と同様に可撓板
３２の残留応力を緩和し、センサ感度の低下を抑制する
ことが可能となるためである。
【００４９】 また、細溝３９は、センサ素子を回路基
板やパッケージに接着固定する際に接着強度を向上させ
るアンカー効果を有する。即ち、センサ素子を回路基板
等に接着固定する際には、接着位置の微調整を容易にす
るため、支台下端面３１ａや回路基板等の表面３８に接
着剤３７のない状態でセンサ素子を位置決めし、その後
接着することが好ましい。
板やパッケージに接着固定する際に接着強度を向上させ
るアンカー効果を有する。即ち、センサ素子を回路基板
等に接着固定する際には、接着位置の微調整を容易にす
るため、支台下端面３１ａや回路基板等の表面３８に接
着剤３７のない状態でセンサ素子を位置決めし、その後
接着することが好ましい。
【００５０】 支台３１外周側の空間と連通する細溝３
９を設けることにより、センサ素子を位置決め後にセン
サ素子周辺部から接着剤３７を塗布しても、接着剤３７
が細溝３９を伝って支台下端面３１ａに入り込むので強
固な接着が可能となる。かかる効果は自動車エアバッグ
起動用等、強い衝撃に耐える高い接着性が要求される用
途で特に有効である。
９を設けることにより、センサ素子を位置決め後にセン
サ素子周辺部から接着剤３７を塗布しても、接着剤３７
が細溝３９を伝って支台下端面３１ａに入り込むので強
固な接着が可能となる。かかる効果は自動車エアバッグ
起動用等、強い衝撃に耐える高い接着性が要求される用
途で特に有効である。
【００５１】 更に、本発明のセンサ素子においては、
図１３に示すように重錘３０が、重錘の下端面３０ａに
支台下端面を含む平面３８が接触しないように釣支され
ていることが好ましい。
図１３に示すように重錘３０が、重錘の下端面３０ａに
支台下端面を含む平面３８が接触しないように釣支され
ていることが好ましい。
【００５２】 従来は重錘３０の振動により重錘下端面
３０ａと回路基板等３８が接触するのを防止するために
図１１に示すように接着剤３７の塗布具合により支台３
１を浮かせるようにセンサ素子を設置していた。本発明
の構造であれば、センサ素子自体の構造として重錘下端
面３０ａを回路基板等３８から非接触の状態に保つこと
ができる。
３０ａと回路基板等３８が接触するのを防止するために
図１１に示すように接着剤３７の塗布具合により支台３
１を浮かせるようにセンサ素子を設置していた。本発明
の構造であれば、センサ素子自体の構造として重錘下端
面３０ａを回路基板等３８から非接触の状態に保つこと
ができる。
【００５３】 本発明のセンサ素子は、重錘、支台及び
可撓板の断層形状のグリーンシートを積層し、圧着して
積層体とする第１工程と、当該積層体を一体焼成して焼
成体とする第２工程と、当該焼成体に対し、厚膜法によ
り圧電素子を形成し、焼成する第３工程と、からなる製
造方法により好適に製造することができる。
可撓板の断層形状のグリーンシートを積層し、圧着して
積層体とする第１工程と、当該積層体を一体焼成して焼
成体とする第２工程と、当該焼成体に対し、厚膜法によ
り圧電素子を形成し、焼成する第３工程と、からなる製
造方法により好適に製造することができる。
【００５４】 グリーンシート積層法を用いることによ
り、可撓板の薄板化・均質化、重錘厚みの微調整、各部
材に対する材質の最適化、生産効率の向上という効果が
得られる他、シートごとに材質を変えることも可能であ
るため、結晶構造の異なる材質或いは結晶粒径の異なる
材質を一体成形することも可能となる。
り、可撓板の薄板化・均質化、重錘厚みの微調整、各部
材に対する材質の最適化、生産効率の向上という効果が
得られる他、シートごとに材質を変えることも可能であ
るため、結晶構造の異なる材質或いは結晶粒径の異なる
材質を一体成形することも可能となる。
【００５５】 また、本発明の製造方法においては、重
錘及び可撓板の断層形状のグリーンシートの中心と、支
台及び可撓板の断層形状のグリーンシートの少なくとも
二隅とに貫通孔を穿設し、当該貫通孔を支持ピンに貫通
した状態で積層し、圧着して積層体とすることが好まし
い。こうすることにより重錘中心に貫通孔を有するセン
サ素子を極めて簡便に製造することが可能となる。ま
た、支持ピンにより重錘、支台及び可撓板の相対的な位
置決め精度が高まり寸法精度の高いセンサ素子を製造す
ることが可能となる。
錘及び可撓板の断層形状のグリーンシートの中心と、支
台及び可撓板の断層形状のグリーンシートの少なくとも
二隅とに貫通孔を穿設し、当該貫通孔を支持ピンに貫通
した状態で積層し、圧着して積層体とすることが好まし
い。こうすることにより重錘中心に貫通孔を有するセン
サ素子を極めて簡便に製造することが可能となる。ま
た、支持ピンにより重錘、支台及び可撓板の相対的な位
置決め精度が高まり寸法精度の高いセンサ素子を製造す
ることが可能となる。
【００５６】 更には、図１４に示すように重錘及び可
撓板の断層形状のグリーンシート４０，４２の中心と、
支台及び可撓板の断層形状のグリーンシート４１，４２
の四隅とに貫通孔４５，４３を穿設し、当該貫通孔４
５，４３に支持ピン４４を貫通した状態で積層し、圧着
して積層体４６とした方が位置精度が高まるため、より
好ましい。
撓板の断層形状のグリーンシート４０，４２の中心と、
支台及び可撓板の断層形状のグリーンシート４１，４２
の四隅とに貫通孔４５，４３を穿設し、当該貫通孔４
５，４３に支持ピン４４を貫通した状態で積層し、圧着
して積層体４６とした方が位置精度が高まるため、より
好ましい。
【００５７】 また、図１５に示すように平板状のグリ
ーンシート４７上面に、重錘、支台及び可撓板の断層形
状のグリーンシート４０，４１，４２を積層し、圧着し
て積層体４６とし、当該積層体４６を一体焼成して焼成
体４８とした後に、重錘３０の下端が揺動し得るように
前記平板状のグリーンシート４７を切断することが好ま
しい。
ーンシート４７上面に、重錘、支台及び可撓板の断層形
状のグリーンシート４０，４１，４２を積層し、圧着し
て積層体４６とし、当該積層体４６を一体焼成して焼成
体４８とした後に、重錘３０の下端が揺動し得るように
前記平板状のグリーンシート４７を切断することが好ま
しい。
【００５８】 当該方法によれば、支台３１下端側を閉
塞し、積層体４６の剛性が保たれている状態で焼成する
ため、焼成ひずみが少ないという利点がある。なお、グ
リーンシートは積層体の焼成後、圧電素子形成前に切断
してもよいが、圧電体の焼成収縮により重錘と支台の相
対位置が変化し、他軸感度が増大するおそれがあるた
め、圧電素子形成後に切断することが好ましい。
塞し、積層体４６の剛性が保たれている状態で焼成する
ため、焼成ひずみが少ないという利点がある。なお、グ
リーンシートは積層体の焼成後、圧電素子形成前に切断
してもよいが、圧電体の焼成収縮により重錘と支台の相
対位置が変化し、他軸感度が増大するおそれがあるた
め、圧電素子形成後に切断することが好ましい。
【００５９】 グリーンシート４７切断の方法は重錘３
０の下端が揺動し得るように切断する限りにおいて特に
限定されず、支台中空部３６の形状に沿って切断する方
法の他、図１９に示すようにダイスにより直線的に切断
する方法も可能である。
０の下端が揺動し得るように切断する限りにおいて特に
限定されず、支台中空部３６の形状に沿って切断する方
法の他、図１９に示すようにダイスにより直線的に切断
する方法も可能である。
【００６０】 ダイスを用いた切断方法を採る場合は、
重錘３０の切り離しと同時に支台下端面３１ａに支台３
１外周側の空間と連通する細溝３９を形成することが可
能である。なお、グリーンシート４７には、焼成時の脱
脂用として小孔４７ａを設けておくことが好ましい。
重錘３０の切り離しと同時に支台下端面３１ａに支台３
１外周側の空間と連通する細溝３９を形成することが可
能である。なお、グリーンシート４７には、焼成時の脱
脂用として小孔４７ａを設けておくことが好ましい。
【００６１】 更には、図１７に示すように支台の断層
形状のグリーンシート４１上面に、平板状のグリーンシ
ート４７を載置し、更に重錘、支台及び可撓板の断層形
状のグリーンシート４０，４１，４２を積層し、圧着し
て積層体４６とし、当該積層体４６を一体焼成して焼成
体４８とした後に、重錘の下端が揺動し得るように前記
平板状のグリーンシート４７を切断してもよい。
形状のグリーンシート４１上面に、平板状のグリーンシ
ート４７を載置し、更に重錘、支台及び可撓板の断層形
状のグリーンシート４０，４１，４２を積層し、圧着し
て積層体４６とし、当該積層体４６を一体焼成して焼成
体４８とした後に、重錘の下端が揺動し得るように前記
平板状のグリーンシート４７を切断してもよい。
【００６２】 この方法によれば、図２０に示すように
各センサ素子毎に中子等の治具を挿入することなく、重
錘の下端面３０ａに支台下端面を含む平面３８が接触し
ないように釣支されたセンサ素子を形成することが可能
となる。なお、この場合においても上述した焼成ひずみ
抑制の効果が得られるのはいうまでもなく、ダイスを用
いた切断方法により、支台下端面３１ａに支台３１外周
側の空間と連通する細溝３９を形成することが可能であ
る。
各センサ素子毎に中子等の治具を挿入することなく、重
錘の下端面３０ａに支台下端面を含む平面３８が接触し
ないように釣支されたセンサ素子を形成することが可能
となる。なお、この場合においても上述した焼成ひずみ
抑制の効果が得られるのはいうまでもなく、ダイスを用
いた切断方法により、支台下端面３１ａに支台３１外周
側の空間と連通する細溝３９を形成することが可能であ
る。
【００６３】 図２１，２２に示すように、本発明の加
速度センサ素子５０は回路基板５１に固定し、蓋体５３
で密閉することにより加速度センサ５４とするが、加速
度センサ５４を製造する際には露点−４０℃以下の乾燥
雰囲気下において蓋体５３で密閉することが好ましい。
こうすることにより、センサ内の結露を防止でき、加速
度に影響を与えるような、可撓板３２や重錘３０への結
露による重量の変化が防止されるため、センサの精度が
維持される。
速度センサ素子５０は回路基板５１に固定し、蓋体５３
で密閉することにより加速度センサ５４とするが、加速
度センサ５４を製造する際には露点−４０℃以下の乾燥
雰囲気下において蓋体５３で密閉することが好ましい。
こうすることにより、センサ内の結露を防止でき、加速
度に影響を与えるような、可撓板３２や重錘３０への結
露による重量の変化が防止されるため、センサの精度が
維持される。
【００６４】 なお、前記のような加速度センサの製造
方法において、図１１に示すような重錘３０の中心に貫
通孔３５を設けたセンサ素子は貫通孔３５により可撓板
３２上部の空間と支台中空部３６が連通するため、支台
中空部３６の空間も露点の低い乾燥ガスに置換される点
において、図１３に示すような重錘の下端面３０ａが回
路基板等３８と接触しないように釣支されたセンサ素子
は、重錘下端面３０ａ側の乾燥ガスの流通が容易となる
点において好ましい。
方法において、図１１に示すような重錘３０の中心に貫
通孔３５を設けたセンサ素子は貫通孔３５により可撓板
３２上部の空間と支台中空部３６が連通するため、支台
中空部３６の空間も露点の低い乾燥ガスに置換される点
において、図１３に示すような重錘の下端面３０ａが回
路基板等３８と接触しないように釣支されたセンサ素子
は、重錘下端面３０ａ側の乾燥ガスの流通が容易となる
点において好ましい。
【００６５】
【実施例】 以下、本発明のセンサ素子の好ましい実施
例につき製造方法とともに説明する。
例につき製造方法とともに説明する。
【００６６】（実施例１） まず、図１７に示すように
支台の断層形状のグリーンシート４１上面に、平板状の
グリーンシート４７を載置し、更に円筒状の重錘、四角
柱に円筒形の中空部を有する支台及び可撓板の断層形状
のグリーンシート４０，４１，４２を積層し、圧着して
積層体とした。
支台の断層形状のグリーンシート４１上面に、平板状の
グリーンシート４７を載置し、更に円筒状の重錘、四角
柱に円筒形の中空部を有する支台及び可撓板の断層形状
のグリーンシート４０，４１，４２を積層し、圧着して
積層体とした。
【００６７】 この際には、重錘及び可撓板の断層形状
のグリーンシート４０，４２の中心と、支台及び可撓板
の断層形状のグリーンシート４１，４２の四隅に貫通孔
４５，４３を穿設し、図１６と同様に当該貫通孔４５，
４３に支持ピン４４を貫通した状態で積層した。次い
で、積層体を１４００〜１５００℃で２時間一体焼成し
て焼成体とした。
のグリーンシート４０，４２の中心と、支台及び可撓板
の断層形状のグリーンシート４１，４２の四隅に貫通孔
４５，４３を穿設し、図１６と同様に当該貫通孔４５，
４３に支持ピン４４を貫通した状態で積層した。次い
で、積層体を１４００〜１５００℃で２時間一体焼成し
て焼成体とした。
【００６８】 更に、図１８と同様に焼成体４８に対
し、圧電素子３４を形成した。この際には、重錘中心の
貫通孔３５を基準として、図１のセンサと同様に可撓板
３２の可撓部分３２ａのみに下部電極５８、圧電体３
３、上部電極５７ａ，５７ｂをスクリーン印刷により順
次配設した後、１２００〜１３００℃で３時間焼成し
た。
し、圧電素子３４を形成した。この際には、重錘中心の
貫通孔３５を基準として、図１のセンサと同様に可撓板
３２の可撓部分３２ａのみに下部電極５８、圧電体３
３、上部電極５７ａ，５７ｂをスクリーン印刷により順
次配設した後、１２００〜１３００℃で３時間焼成し
た。
【００６９】 なお、圧電素子は、図１のセンサと同様
にドーナツ状に下部電極５８、圧電体３３を印刷した
後、８箇所に区分して上部電極５７ａ，５７ｂを印刷す
ることにより合計８個の圧電素子を形成した。最後に、
図１９と同様に、前記平板状のグリーンシートを円筒状
の重錘３０に外接する格子状にダイスで切断し、重錘３
０の下端を切り離して本発明のセンサ素子を得た。
にドーナツ状に下部電極５８、圧電体３３を印刷した
後、８箇所に区分して上部電極５７ａ，５７ｂを印刷す
ることにより合計８個の圧電素子を形成した。最後に、
図１９と同様に、前記平板状のグリーンシートを円筒状
の重錘３０に外接する格子状にダイスで切断し、重錘３
０の下端を切り離して本発明のセンサ素子を得た。
【００７０】 当該センサ素子は以下の方法により加速
度センサとした。即ち、図２１，２２に示すようにセン
サ素子５０を回路基板５１上の所望の位置に位置決めし
た後、接着剤を支台下端面外周側から注入し、センサ素
子５０を回路基板５１上に固定した。
度センサとした。即ち、図２１，２２に示すようにセン
サ素子５０を回路基板５１上の所望の位置に位置決めし
た後、接着剤を支台下端面外周側から注入し、センサ素
子５０を回路基板５１上に固定した。
【００７１】 当該回路基板５１をＣＡＮパッケージベ
ース５２に半田付けで固定して、グローブボックス付き
ＣＡＮシール装置（日本アビオニクス社）内で、乾燥窒
素ガスをパージして、露点−４０℃以下の乾燥雰囲気と
した後、気密的にＣＡＮパッケージケース５３を溶接し
て密閉封止し加速度センサ５４とした。
ース５２に半田付けで固定して、グローブボックス付き
ＣＡＮシール装置（日本アビオニクス社）内で、乾燥窒
素ガスをパージして、露点−４０℃以下の乾燥雰囲気と
した後、気密的にＣＡＮパッケージケース５３を溶接し
て密閉封止し加速度センサ５４とした。
【００７２】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明のセンサ
素子は、焼成収縮による可撓板の歪みが生じ難く、撓み
応力が急激に変化する、可撓部分と非可撓部分との境界
部分を避けるように圧電素子を配設している。従って、
圧電素子に安定的に電荷が発生すると共に、僅かな圧電
素子の配設位置のズレや、重錘若しくは支台の形状バラ
ツキによって圧電素子に生ずる電荷が急激に増減するこ
とがないため、各軸毎の出力バラツキが抑制され、セン
サ精度が向上する。
素子は、焼成収縮による可撓板の歪みが生じ難く、撓み
応力が急激に変化する、可撓部分と非可撓部分との境界
部分を避けるように圧電素子を配設している。従って、
圧電素子に安定的に電荷が発生すると共に、僅かな圧電
素子の配設位置のズレや、重錘若しくは支台の形状バラ
ツキによって圧電素子に生ずる電荷が急激に増減するこ
とがないため、各軸毎の出力バラツキが抑制され、セン
サ精度が向上する。
【００７３】 また、センサ素子が急激な加速度を受け
た場合でも、可撓板から圧電素子が剥離せず、圧電体も
破損し難いため、センサの信頼性が向上する。更に、本
発明の製造方法によれば高感度、高精度、高信頼性のセ
ンサ素子を簡便に製造することが可能となる。
た場合でも、可撓板から圧電素子が剥離せず、圧電体も
破損し難いため、センサの信頼性が向上する。更に、本
発明の製造方法によれば高感度、高精度、高信頼性のセ
ンサ素子を簡便に製造することが可能となる。
【図１】 本発明のセンサ素子の一の実施例を示す上面
図（ａ）、作動状況を示す正面断面図（ｂ）である。
図（ａ）、作動状況を示す正面断面図（ｂ）である。
【図２】 本発明に使用するセンサ素子の一の実施例を
示す概略斜視図である。
示す概略斜視図である。
【図３】 本発明に使用するセンサ素子の一の実施例を
示す概略斜視図（ａ）、上面図（ｂ）である。
示す概略斜視図（ａ）、上面図（ｂ）である。
【図４】 本発明に使用するセンサ素子の作動状況を示
す概略説明図（ａ）、（ｂ）である。
す概略説明図（ａ）、（ｂ）である。
【図５】 従来のセラミックス一体成形の例を示す概略
説明図である。
説明図である。
【図６】 従来のセラミックス一体成形の例を示す概略
説明図である。
説明図である。
【図７】 従来のセラミックス一体成形の例を示す概略
説明図である。
説明図である。
【図８】 本発明に使用するセンサ素子の一の実施例を
示す概略斜視図（ａ）、上面図（ｂ）である。
示す概略斜視図（ａ）、上面図（ｂ）である。
【図９】 従来のセンサ素子の一の実施例を示す上面図
（ａ）、作動状況を示す正面断面図（ｂ）である。
（ａ）、作動状況を示す正面断面図（ｂ）である。
【図１０】 従来のセンサ素子において圧電素子がずれ
た場合の効果を示す概念図である。
た場合の効果を示す概念図である。
【図１１】 本発明のセンサ素子実施態様の例を示す上
面図（ａ）、正面断面図（ｂ）である。
面図（ａ）、正面断面図（ｂ）である。
【図１２】 従来のセンサ素子の実施態様の例を示す底
面図（ａ）、本発明のセンサ素子の実施態様の例を示す
底面図（ｂ）である。
面図（ａ）、本発明のセンサ素子の実施態様の例を示す
底面図（ｂ）である。
【図１３】 本発明のセンサ素子の実施態様の例を示す
上面図（ａ）、正面断面図（ｂ）である。
上面図（ａ）、正面断面図（ｂ）である。
【図１４】 積層体の製造方法の例を示す工程図であ
る。
る。
【図１５】 積層体の製造方法の例を示す工程図であ
る。
る。
【図１６】 積層体の製造方法の例を示す工程図であ
る。
る。
【図１７】 積層体の製造方法の例を示す工程図であ
る。
る。
【図１８】 圧電素子の形成方法を示す工程図である。
【図１９】 平板状グリーンシートの切断方法の例を示
す工程図である。
す工程図である。
【図２０】 従来のセンサ素子（ａ）、本発明のセンサ
素子（ｂ）の実施態様の例を示す上面図及び正面断面図
である。
素子（ｂ）の実施態様の例を示す上面図及び正面断面図
である。
【図２１】 本発明の加速度センサの製造方法を示す工
程図である。
程図である。
【図２２】 本発明の加速度センサの製造方法を示す工
程図である。
程図である。
１０…重錘、１１…支台、１２…可撓板、１３…圧電
体、１４…圧電素子、１６…円筒状中空部、１７ａ，１
７ｂ…上部電極、１８…下部電極、２０…金型、２１…
原料粉、２２…スラリー、２３…グリーンボディー、２
４…センサ素子、３０…重錘、３０ａ…重錘下端面、３
１…支台、３１ａ…支台下端面、３２…可撓板、３３
ａ，３３ｂ…圧電体、３４…圧電素子、３５…貫通孔、
３６…支台中空部、３７…接着剤、３８…センサ接地
面，３９…細溝、４０…重錘の断層形状のグリーンシー
ト、４１…支台の断層形状のグリーンシート、４２…可
撓板の断層形状のグリーンシート、４３…シート隅の貫
通孔、４４…支持ピン、４５…シート中央の貫通孔、４
６…積層体、４７…平板状グリーンシート、４７ａ…脱
脂用小孔、４８…一体焼成体、５０…加速度センサ素
子、５１…回路基板、５２…ＣＡＮパッケ−ジベース、
５３…ＣＡＮパッケ−ジケース、５４…加速度センサ、
５７ａ，５７ｂ…上部電極、５８…下部電極。
体、１４…圧電素子、１６…円筒状中空部、１７ａ，１
７ｂ…上部電極、１８…下部電極、２０…金型、２１…
原料粉、２２…スラリー、２３…グリーンボディー、２
４…センサ素子、３０…重錘、３０ａ…重錘下端面、３
１…支台、３１ａ…支台下端面、３２…可撓板、３３
ａ，３３ｂ…圧電体、３４…圧電素子、３５…貫通孔、
３６…支台中空部、３７…接着剤、３８…センサ接地
面，３９…細溝、４０…重錘の断層形状のグリーンシー
ト、４１…支台の断層形状のグリーンシート、４２…可
撓板の断層形状のグリーンシート、４３…シート隅の貫
通孔、４４…支持ピン、４５…シート中央の貫通孔、４
６…積層体、４７…平板状グリーンシート、４７ａ…脱
脂用小孔、４８…一体焼成体、５０…加速度センサ素
子、５１…回路基板、５２…ＣＡＮパッケ−ジベース、
５３…ＣＡＮパッケ−ジケース、５４…加速度センサ、
５７ａ，５７ｂ…上部電極、５８…下部電極。
Claims (12)
- 【請求項１】 重錘と、 当該重錘を中心として周設された、中空部を有する支台
と、 圧電体を少なくとも１組の電極で挟持した圧電素子を有
し、かつ、前記支台の中空部の中心に重錘を釣支するよ
うに支台に横架された可撓板により構成され、 外部から作用する加速度を、当該加速度に対応して生ず
る前記重錘の挙動に基づく前記可撓板の撓みに変換し、
当該可撓板の撓みに応じて前記圧電体から発生する電荷
により、前記加速度の方向及び大きさを三次元的に検知
する加速度センサ素子であって、 前記可撓板の可撓部分のみに圧電素子を配設したことを
特徴とする加速度センサ素子。 - 【請求項２】 グリーンシート積層法により、支台、重
錘、可撓板を一体焼成した請求項１に記載の加速度セン
サ素子。 - 【請求項３】 支台と、重錘と、可撓板とが一体成形さ
れた加速度センサ素子であって、支台、重錘、若しくは
可撓板のうち少なくとも１つの結晶構造が異なっている
請求項１又は２に記載の加速度センサ素子。 - 【請求項４】 支台と、重錘と、可撓板とが一体成形さ
れた加速度センサ素子であって、支台、重錘、若しくは
可撓板のうち少なくとも１つの結晶粒径が異なっている
請求項１又は２に記載の加速度センサ素子。 - 【請求項５】 可撓板上部の空間と支台中空部が連通す
るように、重錘の中心を垂直方向に貫通する孔を設けた
請求項１〜４のいずれか一項に記載の加速度センサ素
子。 - 【請求項６】 支台下端面の、当該支台下端面を含む平
面上における支台中心を通過する直線に対して相対称す
る位置に、少なくとも支台外周側の空間と連通する細溝
を形成した請求項１〜４のいずれか一項に記載の加速度
センサ素子。 - 【請求項７】 重錘が、当該重錘の下端面に支台下端面
を含む平面が接触しないように釣支された請求項１〜４
のいずれか一項に記載の加速度センサ素子。 - 【請求項８】 重錘と、当該重錘を中心として周設され
た、中空部を有する支台と、圧電体を少なくとも１組の
電極で挟持したに圧電素子を有し、かつ、前記支台の中
空部の中心に重錘を釣支するように支台に横架された可
撓板により構成され、前記可撓板の可撓部分のみに圧電
体を配設した加速度センサ素子の製造方法であって、 前記重錘、支台及び可撓板の断層形状のグリーンシート
を積層し、圧着して積層体とする第１工程と、 当該積層体を一体焼成して焼成体とする第２工程と、 当該焼成体に対し、厚膜法により圧電素子を形成し、焼
成する第３工程と、からなることを特徴とする加速度セ
ンサ素子の製造方法。 - 【請求項９】 重錘及び可撓板の断層形状のグリーンシ
ートの中心と、支台及び可撓板の断層形状のグリーンシ
ートの少なくとも二隅とに貫通孔を穿設し、当該貫通孔
を支持ピンに貫通した状態で積層し、圧着して積層体と
する請求項８に記載の加速度センサ素子の製造方法。 - 【請求項１０】 平板状のグリーンシート上面に、重
錘、支台及び可撓板の断層形状のグリーンシートを積層
し、圧着して積層体とし、当該積層体を一体焼成して焼
成体とした後に、重錘の下端が揺動し得るように前記平
板状のグリーンシートを切断する請求項８に記載の加速
度センサ素子の製造方法。 - 【請求項１１】 支台の断層形状のグリーンシート上面
に、平板状のグリーンシートを載置し、更に重錘、支台
及び可撓板の断層形状のグリーンシートを積層し、圧着
して積層体とし、当該積層体を一体焼成して焼成体とし
た後に、重錘の下端が揺動し得るように前記平板状のグ
リーンシートを切断する請求項８に記載の加速度センサ
素子の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項１〜６のいずれか一項に記載の
加速度センサ素子を回路基板に実装し、露点−４０℃以
下の乾燥雰囲気下において蓋体で密閉することを特徴と
する加速度センサの製造方法。
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