KR0164927B1

KR0164927B1 - 압전소자를 사용하는 가속감지기

Info

Publication number: KR0164927B1
Application number: KR1019950005336A
Authority: KR
Inventors: 토오루 꼬우헤이; 타까히로 이마무라
Original assignee: 세끼자와 다다시; 후지쓰 가부시끼가이샤
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 1999-03-20
Also published as: US5824904A; DE19509179C2; JP3373032B2; DE19509179A1; JPH07253441A

Abstract

검출할 가속방향과 상이한 분극방향을 가지며, 양측에 전극들이 구비된 복수의 압전소자 또는 각 영역마다 독립전극들을 갖는 복수의 분극들을 갖는 갖는 단일 압전소자가 기판에 설치된 가속감지기로서 압전소자들의 기판측 전극들과 자유단부측 전극들간에 직렬 전기접속이 이루어지고 직렬연결된 압전소자들의 전극들은 기판상에 구비된 2전극들로부터 인출되며, 가중체는 복수 또는 단일압전소자를 걸치는 식으로 그위에 설치되며, 이 가속감지기에 가속이 가해질때, 가중체의 관성력이 각 압전소자에 응력을 가하여 전압이 발생되며, 압전소자들이 직렬로 접속되기 때문에 각 압전소자에 발생되는 전압은 각각의 압전소자 또는 단일 압전소자의 각 영역에 가해지는 가속의 중첩에 상응하는 전압이며, 결과적으로 가속감지기의 구성을 더욱 작게 간단히 구성하고, 또한 대출력의 가속감지기를 얻을 수 있는 것이 가능하다.

Description

압전소자를 사용하는 가속감지기

제1도는 비아홀(via hole)을 사용한 종래의 가속감지기의 구성을 나타내는 단면도.

제2도는 리드와이어를 사용한 종래의 가속감지기의 구성을 나타내는 단면도.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 의한 가속감지기의 구성을 나타내는 사시도.

제4a도는 가속검출방향을 포함하는 본 발명의 제1실시예에 의한 가속감지기의 전체 모양을 나타내는 사시도.

제4b도는 제14a도에 보인 가속감지기의 전기 모델도.

제5도는 본 발명의 제2실시예에 의한 가속감지기의 구성을 나타내는 사시도.

제6도는 본 발명의 제2실시예에 의한 가속감지기의 전체 구성 및 가속검출방향을 나타내는 사시도.

제7도는 본 발명의 제2실시예에 의한 가속감지기의 변형예의 전체 구성을 나타내는 사시도.

제8도는 본 발명의 제2실시예에 의한 가속감지기의 전체 구성 및 가속검출방향을 나타내는 사시도.

제9도는 본 발명의 제3실시예에 의한 가속감지기의 구성을 나타내는 사시도.

제10도는 본 발명의 제3실시예에 의한 가속감지기의 전체 구성 및 가속검출방향을 나타내는 사시도.

제11도는 본 발명의 제4실시예에 의한 가속감기지의 구성을 나타내는 사시도.

제12도는 본 발명의 제4실시예에 의한 가속감지기의 전체 구성 및 가속검출방향을 나타내는 사시도.

제13도는 본 발명의 제5실시에에 의한 의한 가속감지기의 구성을 나타내는 사시도.

제14도는 본 발명의 제6실시예에 의한 가속감지기의 구성을 나타내는 사시도.

제15a도는 가중체가 절연체인 경우 본 발명에 의한 가속감지기내의 기판, 압전소자 및 가중체의 접속방법의 일례를 나타내는 단면도.

제15b도는 가중체가 도체인 경우 본 발명에 의한 가속감지기내의 기판, 압전소자 및 가중체의 접속방법의 일례를 나타내는 단면도.

제16a도는 가중체가 절연체인 경우 본 발명에 의한 가속감지기내의 기판, 압전소자 및 가중체의 접속방법의 다른 예를 나타내는 단면도.

제16b도는 가중체가 도체인 경우 본 발명에 의한 가속감지기내의 기판, 압전소자 및 가중체의 접속방법의 다른예를 나타내는 단면도.

제17도는 본 발명의 제7실시예에 의한 가속감지기의 구성을 나타내는 사시도.

제18도는 본 발명의 제1실시예의 변형실시예의 사시도.

본 발명은 가속감지기에 관한 것으로, 구체적으로 자유단부상에 가중체가 설치된 평평한 압전체에 의해 가속감지기를 형성함으로써 외부에서 감지기에 가속이 가해질 때 가중체의 관성에 의한 압전소자에 응력이 가해져 이 응력에 의해 압전소자내에서 전압 또는 전하가 발생되어 가해진 가속의 크기가 검출될 수 있는 가속감지기에 관한 것이다.

사무실과 실험실의 자동화에 사용되는 장비의 크기가 소형화됨에 따라 장비가 약간의 진동을 받는다 할지라도 정밀하게 계속 동작하도록 하는 것이 요망되고 있다. 이 목적을 달성하기 위해서는 장비가 받는 가속을 검출하여 받은 가속에 따라 제어를 행할 수 있어야 한다. 장비가 받는 가속을 감지하기 위해서는 장비에 가속감지기를 설치해야 한다.

종래에는 장비가 받는 가속을 검출하여 그 가속의 영향을 제거하는 식의 장비를 제어하는 방법으로서 널리 알려진 두가지 방법 즉 (1) 자기디스크 드라이브에서의 탐색동작으로부터의 반동을 헤드위치 제어기로 궤환시키는 방법과, (2) 비디오카메라의 손떨림으로 인한 가속을 궤환시키는 방법이 있었다.

최근에 휴대용 퍼스날 컴퓨터의 디스크 드라이브에서는 가속을 탐지하여 장비가 외부가속을 받을 경우, 데이타 기입을 중단하여 인접트랙에 데이타 기입이 잘못되는 것을 방지하는 방법을 널리 사용하고 있다.

그러나, 장비가 받는 가속을 검출하는 종래의 감지기는 크기가 특히 높이 방향으로 크다. 따라서 기계설계상에 문제가 있다. 그러므로 장비가 코스트와 크기를 줄이면서 충격에 견디고 제조가 용이하며, 인쇄기판에 직접 장치할 수 있는 능력을 갖는 얇은 가속감지기가 필요하다.

이러한 요구에 부응하기 위해 종래에는 일본국 특공소 64-41865호에 장비가 받는 가속을 검출하기 위해 가중체가 설치된 압전소자로 구성된 감지기를 금속하우징의 바닥에 설치하여 감지기가 외부가속을 받을 때 가중체에 의해 관성력이 발생되어 감지기가 외부가속을 받을 때 가중체에 의해 관성력이 발생되어 그 관성력에 의해 압전소자에 응력이 가해져 그에 반응하여 압전소자의 전극 양단에 발생된 전압을 리드와 금속 하우징에 의해 외부로 도출되도록 한 가속감지기를 제안한 바 있었다.

또한 일본국 특공평 1-112468호에는 전극표면에 수직한 방향으로 분극된 압전소자와 평행한 방향으로 분극된 두개의 압전소자들로 구성되며, 각각의 분극방향이 교차하는 가속감지기가 제안되었는데, 이 감지기는 전극들간에 접합면이 배치되도록 감지기를 장치에 설치하된 자유단부에 가중체를 설치하여 X,Y,Z 방향의 각 방향에서 가속을 검출할 수 있도록 되어 있다.

그러나 상술한 구성을 갖는 가속감지기에서는 압전소자의 전극으롭터 전압을 억세스하는 통상적인 방법으로서 압전소자의 전후측에서 리드를 직접 인출하는 방식을 사용한다. 따라서 가속감지기를 인쇄회로기판에 직접 설치하기 위한 설비가 없기 때문에 가속감지기를 인쇄회로기판에 설치하는 데 상당한 시간이 걸린다.

또한 최근에 표면실장 바이모프 캔틸레버형(surface-mounted bimorph cantilever type) 압전소자 또는 양단이 지지된 바이모프 압전소자를 사용하는 가속감지기가 알려져 있다. 이러한 유형의 가속감지에서는 검출감도가 높지만 강도가 낮고 감지기가 외부충격에 의해 손상되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 평평한 압전소자에 평평한 가중체를 설치한 다음 기판상에 적층하고, 기판상의 전극과 최상전극의 전기적 접속을 압전소자의 일부로서 형성된 비아홀(viahole) 또는 리드에 의해 행한 가속감지기가 일본국 특개평 5-221181호에 개시된 바 있다.

그러나 이 감지기에서는 압전소자내에 형성된 비아홀의 강성에 의해 출력에 영향을 주어 S/N비를 나쁘게 한다. 그 밖에도 리드의 배선작업이나 비아홀의 형성공수가 가속감지기의 제조공수를 증가시키므로 가속감지기의 코스트가 증가하는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 간단하고 콤팩트한 구성을 갖는 제조용이한 출력이 큰 가속감지기를 제공하는 데 있다.

본 발명에 의하면 적어도 하나의 압전소자를 갖는 가속감지기가 제공되는데 이 감지기는 단일로 형성된 압전소자를 가지며, 압전소자내에 검출한 가속에 대해 서로 상이한 분극방향들이 있으며, 이 분극방향들은 단일 소자내에서 상이한 영역들로 공간적으로 분리되어 있으며, 압전소자의 전체 영역에 절연체로 된 가중체가 걸쳐 있으며, 압전소자의 기판측면과 가중체측면상에는 전기 접속수단이 설비되어 있어 압전소자의 복수의 영역들에 직접 접속할 수 있으며, 압전소자의 양단으로부터 전압을 취출하는 전극을 기판상에서 전기적으로 접속할 수 있다.

단일로 형성된 압전소자는 복수의 영역에 따라 복수의 압전소자로 분할될 수 있다.

압전소자의 평면내에 상기 복수의 압전소자 또는 단일로 형성된 압전소자의 분극방향이 있는 경우뿐만 아니라 적어도 한 그룹의 분극방향이 상호 반대인 경우에, 상술한 복수의 압전소자 또는 단일로 형성된 압전소자가 설치된 상기 기판의 평면내의 한방향에서 작용하는 가속을 검출하는 것이 가능하다.

압전소자의 평면내에 상기 복수의 압전소자 또는 단일로 형성된 압전소자의 분극방향이 있는 경우 뿐만 아니라 적어도 한 그룹의 분극 방향이 상호 평행한 경우에, 상기 기판이 그에 수직한 축 주위에서 회전할 때 그 회전축 주위에서 작용하는 가속을 검출하는 것이 가능하다.

압전소자의 두께방향에 상기 복수의 압전소자 또는 단일로 형성된 압전소자의 분극방향이 있는 경우 뿐만 아니라 적어도 한 그룹의 분극방향의 상호 반대인 경우에 상기 기판에 수직한 방향으로 작용하는 가속을 검출하는 것이 가능하다.

상술한 복수의 압전소자 또는 단일로 형성된 압전소자의 분극방향이 압전소자의 평면내에 있거나 서로 다를 뿐만 아니라 압전소자의 두께방향에 있을 경우, X, Y 및 Z축 방향의 가속과 이들 3축 주위의 회전가속으로 구성되는 6축의 가속을 검출하는 것이 가능하다.

상술한 복수의 압전소자 또는 단일로 형성된 압전소자가 짝수의 분극방향을 갖는 경우에, 각 분극방향은 상술한 기판에 수직한 축에 대해 원형으로 배치되고, 인접하여 접촉하는 분극방향들이 서로 대향되면 상기 축 주위에서 회전식으로 작용하는 가속을 검출하는 것이 가능하다.

상술한 가중체를 도전성 재료로 제조함으로써 상술한 복수의 압전소자들이 두 그룹의 분극방향을 갖거나 또는 상술한 단일 압전소자내의 두 그룹의 영역이 서로 다른 분극방향을 가질 경우, 가중체와 일체로 상술한 접속수단을 형성하는 것이 가능하다.

또한 납땜층 또는 전기도전성 접착재에 의해 상술한 전기접속수단, 전극 및 압전소자간의 전기접속을 행하는 것이 가능하다. 또한 상술한 가중체를 압전소자와 동일재료로 제조하는 것이 가능하다.

본 발명에 의한 가속감지기에서는 가중체와 기판간에 배치되는 압전소자가 직렬로 접속되기 때문에, 검출된 가속방향에 대해 분극방향들을 고려하여 각 압전소자들의 출력들을 가산하여 전극으로 출력한다. 결과적으로 가속을 받을 때 큰 출력을 발생한다. 또한 직렬접속되기 때문에 가중체 또는 가중체 밑면의 도체에 복수의 압전소자들간에 또는 상이한 분극방향을 갖는 단일 압전소자내의 영역들간에 리드와이어와 비아홀이 필요없다. 이러한 이유로 출력신호 S/N비가 높고, 가속감지기를 제조하는 데 필요한 공수가 줄어든다. 그 밖에도 압전소자가 한 평면내에 배치되기 때문에 감지기를 간단하게 만드는 것이 가능하여 얇고 저코스트의 가속감지기를 얻는 것이 가능하다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시에를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 양호한 실시예를 설명하기 전에 제1도 및 제2도에 나타낸 바와 같은 압전소자를 사용하는 종래의 가속감지기에 대해 설명한다.

제1도는 일본국 특개평 5-221181호에 개시된 가속감지기(80)의 구성을 나타낸다. 가속감지기(80)는 회로패턴(91)이 형성된 인쇄회로기판(84)상에 땜납(H)에 의해 설치되며, 기판(81), 압전소자(82), 가중체(83) 및 덮개(88)를 갖는다. 압전소자(82)의 밑면 전극(87)은 기판(81)의 상면에 형성되어 있어, 땜납(H)에 의해 인쇄회로기판(84)상의 회로패턴(92)에 접속된다. 기판(81)의 상면에는 외부단자전극(93)이 형성되며, 이 전극(93)은 밑면전극(87)과 구별되며, 땜납(H)에 의해 인쇄회로기판(84)상의 회로패턴(91)에 접속된다. 그 외에도 압전소자(82)와 가중체(83)간에는 상면전극(86)이 형성되어 있고, 이 전극(86)은 압전소자(82)를 통과하는 비아홀(85)에 의해 외부단자전극(93)에 접속되어 있다. 덮개(88)는 기판(81) 상부에 설치되어 압전소자(82)와 가중체(83)를 외부로부터 차폐시키는 작용을 한다.

제1도에 보인 바와 같이 가속감지기(80)에서는 관성력이 가중체(83)에 작용할 때 압전소자(82)에 응력이 작용하여, 상면전극(86)과 밑면전극(87)간에 전압이 발생하여 회로패턴들(91,92)을 통해 외부로 취출되므로 가속을 검출할 수 있다.

제2도는 일본국 특개평 5-221181호에 개시된 다른 가속감지기(90)의 구성을 나타낸다. 제1도에 보인 가속감지기(80)에서는 상면전극(86)의 최상부가 압전소자(82)를 통과하는 비아홀(85)에 의해 기판(81)상에 외부단자전극(93)에 전기적으로 접속된다.

그러나 제2도에 보인 가속감지기(90)에서는 상면전극(86)이 최상면이 리드와이어(89)와 도전성 가중체(83)에 의해 기판(81)상의 외부단자전극(93)에 전기적으로 접속된다. 이 점을 제외하고, 가속감지기(90)는 가속감지기(80)와 동일한 구성을 가지며, 가속감지기(80)와 동일한 방식으로 가속을 검출할 수 있다.

그러나 일본국 특개평 5-221181호에 개시된 가속감지기(80)에서는 압전소자(82)를 완전히 통과하도록 형성되는 비아홀(85)의 강성이 출력에 영향을 주므로 S/N비가 나빠질 수 있다. 일본국 특개평 5-221181호에 개시된 또 다른 가속감지기(90)에서는 상면전극(86)과 외부단자전극(93)을 접속하는 리드와이어(89)의 강성과 매체가 출력에 영향을 주므로 S/N비가 나빠질 수 있다. 이러한 문제점 이외에도 리드와이어(89)를 접속하고, 또한 비아홀(85)을 형성하는 작업이 가속감지기의 제조코스트와 노력을 가중시킨다.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 의한 가속감지기(10)의 구성을 나타내는 전개도이다. 제4a도는 조립후의 전체 가속감지기(10)와 가속검출방향을 나타내는 사시도이다.

본 발명의 제1실시예에서는 두개의 4각형의 도전체(15)가 기판(11)의 상면에 정렬되도록 형성되며, 또한 기판(11)의 가장자리에는 두개의 전극들(17)이 형성된다. 이들 두개의 4각형 도전체(15)는 각각 도선(16)에 의해 전극들(17)에 연장 접속된다. 각 도전체들(15) 위에는 그와 거의 동일 형상을 갖는 4각형 밑면을 갖는 전단형 압전소자(12)의 분극방향과 가중체(13)를 제조하는 재료이다. 본 발명의 제2실시예에 의한 가속감지기(20)에서는 두개의 전단형 압전소자(12)가 설치된다. 각 전단형 압전소자(12)의 분극방향은 기판(12)과 평행한 압전소자들의 평면내에서 서로 반대방향으로 배치된다. 두개의 압전소자들(12) 위에 걸치도록 가중체(13)가 설치된다. 본 실시예에서는 가중체(13)가 절연체로 제조되기 때문에 그의 밑면에는 두개의 압전소자들(12)과 전기접속할 수 있는 도체(14)가 형성된다.

도체(14)는 가중체(13)의 밑면상에 설치되지 않을 수도 있으며, 즉 두개의 압전소자들(12)의 상면과 가중체(13)의 밑면간에 별도의 도체(14)를 삽입할 수도 있다.

그러므로, 조립된 상태에서 본 실시예의 가속감지기(10)에서는 제4a도에 보인 바와 같이 두개의 압전소자들(12)이 도체(14)에 의해 직렬로 전기접속된다. 따라서 본 실시예에 의한 가속감지기(10)에서는 두개의 직렬로 접속된 압전소자들의 두 단부가 도선들(16)에 의해 연장되어 두 전극들(17)에 접속된다.

제3도와 제4a도에서는 설명을 간략히 하기 위해 도면상의 여러 부분들간의 접속하는 땜납층과 도전성 접착층들을 도면과 설명에서 생략했으며, 맨 뒤에서만 설명한다.

본 실시예에 의한 가속감지기(10)는 두개의 전단형 압전소자들(12)의 분극방향과 평행한 가속을 검출할 수 있다. 즉, 두개의 가속감지기들이 Y축과 평행되도록 배치된 경우에 그들은 Y축과 평행한 가속을 검출할 수 있다.

제4b도는 가속감지기(10)의 전기 모델을 나타낸다. 만일 예를 들어, 도면에 나타낸 바와 같이 우측에서 좌측 방향으로 전단력이 가해지면 양전위(+)가 좌측 압전소자(12L)의 상부에서 발생되고, 음전위(-)는 우측 압전소자(12R)의 상부에서 발생된다.

왜냐 하면, 우측 압전소자(12R)의 분극방향이 좌측 압전소자(12L)의 분극방향과 반대이기 때문이다. 양전위(+)는 상면상에 발생하는 반면 음전위(-)는 밑면상에 발생한다. 만일 압전소자(12)에서 발생된 전위차가 E일 경우, 우측 압전소자(12R)와 좌측 압전소자(12L)가 도체(14)에 의해 전기적으로 접속되기 때문에 전극들(17) 양단에 발생하는 2E의 전위차가 있다.

이러한 식으로 반대 분극방향을 가지며 직렬로 접속된 가중체(13) 밑에 위치된 두개의 압전소자로부터 가속이 전압의 형태로 억세스되면, 발생된 전위는 가중체(13) 밑에 위치된 하나의 압전소자의 상부와 하부로부터 전압이 억세스되는 경우에 발생되는 전위의 2배이므로 가속검출 감도가 2배가 된다.

제5도는 본 발명의 제2실시예에 의한 가속감지기(20)의 구성을 나타내는 전개도이다. 제6도는 조립후의 전체 가속감지기(20)와 가속검출방향을 나타내는 도면이다.

본 발명의 제2실시예에 의하면 가속감지기(20)의 구성요소가 본 발명의 제1실시예에 의한 가속감지기(10)와 대부분 동일하기 때문에 동일 부분에는 동일 번호를 부여하고, 그에 대한 설명을 생략하고 제1실시예와 다른 부분들에 대해서만 상세히 설명한다.

제5도에 보인 제2실시예에 의한 가속감지기(20)에서 12는 전단형 압전소자이고, 13은 가중체, 15는 4각형 도전체, 16은 도선, 17은 전극이다.

본 발명의 제2실시예에 의한 가속감지기의 제1실시예와 다른 점은 전단형 압전소자(12)의 분극방향과 가중체(13)를 제조하는 재료이다. 본 발명의 제2실시예에 의한 가속감지기(20)에서는 두개의 전단형 압전소자들(12)의 분극방향이 기판(11)과 평행한 압전소자의 평면내에 있다. 가중체(13)는 도전체로 형성되며, 압전소자들(12)에 걸치도록 그들 위에 설치된다. 그러므로 본 실시예에서는 두개의 압전소자들(12)의 상면이 가중체(13)에 의해 전기적으로 접속된다.

본 실시예에 의한 가속감지기에서는 제6도에 보인 바와 같이 서로 평행한 소자들의 평면내에 위치된 분극방향들을 갖는 압전소자들(12)이 가중체(13)에 의해 접속된다. 그러므로, 본 실시예의 가속감지기(20)는 기판(11)에 수직하며, 두개의 압전소자들(12)간을 통과하는 Z-축 방향으로의 가속을 검출할 수 있다.

제7도는 본 발명의 제2실시예에 의한 변형 가속감지기(20')의 구성을 나타내는 전개사시도이고, 제8도는 조립후 본 발명의 제2실시예에 의한 가속감지기(20')의 전체 구성과 가속검출방향을 나타내는 사시도이다.

본 발명의 제2실시예의 변형 가속감지기(20')는 기판(11)과 평행한 평면내의분극방향들을 갖는 가속감지기(20)내의 두개의 상호 평행한 전단형 압전소자들을 가속감지기(20')내의 단일 압전소자로 대치한 점에 있어서 제2실시예에 의한 가속감지기(20)와 다르다. 비록 본 실시예의 가속가지기(20')내에는 단 하나의 전단형 압전소자만이 설비되어 있지만 두개의 전단형 압전소자(12)가 설비된 것과 동일하다. 본 실시예가 제공하는 장점은 단 하나의 압전소자만을 가지면 된다는 것이며, 그에 의해 부품수를 하나로 줄임으로써 조립공수와 노력이 줄어들고, 또한 균일한 특성을 갖는 압전소자를 사용하기 때문에 감도가 개선된다.

제9도는 본 발명의 제3실시예에 의한 가속감지기(30)의 구성을 나타내는 전개사시도이고, 제10도는 조립후 본 발명의 제3실시예에 의한 가속감지기(30)의 전체 구성과 가속검출방향들을 나타내는 사시도이다.

가속감지기(30)의 구성요소들은 대부분 본 발명의 제2실시예에 의한 가속감지기(20)와 동일하기 때문에 동일 부분에는 동일번호를 부여하고 그에 대한 설명은 생략하고, 다른 부분에 대해서만 설명한다.

본 발명의 제3실시예에 의한 가속감지기(30)의 구성을 나타내는 제9도에서 11은 기판, 32는 압축형 압전소자, 13은 가중체, 15는 4각형 도전체, 16은 도선, 17은 전극이다.

제3실시예에 의한 가속감지기(30)는 전단형 압전소자(12) 대신 압착형 압전소자(32)를 사용하는 점에서 제2실시예의 가속감지기(20)와 다르다. 제2실시예의 가속감지기(20)에서 각 전단형 압전소자(12)의 분극방향들이 기판(11)에 평행하고 서로 평행한 소자들의 평면내에 있는 반면, 제3실시예의 가속감지기(30)에서는 두개의 압축형 압전소자들(32)의 분극방향들이 기판(11)에 수직한 소자들의 두께방향으로 서로 반대방향으로 배치된다.

본 실시예에 의한 가속감지기(30)에서는 제10도에 나타낸 바와 같이 소자의 두께 방향으로 배치된 분극방향들을 갖는 두개의 압축형 압전소자들(32)이 가중체(13)에 의해 전기적으로 접속된다.

그러므로 본 실시예의 가속감지기(30)가 가속을 검출할 수 있는 방향은 기판(11)에 수직한 Z축 방향이다. 즉, 본 발명의 제3실시예에 의한 가속감지기(30)는 상하방향으로 이동하는 가속을 검출할 수 있으며, 출력이 2배로 되므로 감도가 높다.

제11도는 본 발명의 제4실시예에 의한 가속감지기(40)의 구성을 나타내는 전개사시도이고, 제12도는 조립후 제4실시에에 의한 가속감지기(40)의 전체구성과 가속검출방향을 나타내는 사시도이다.

가속감지기(40)의 구성요소들은 대부분 본 발명의 제3실시예에 의한 가속감지기(30)와 동일하기 때문에 동일 부분에는 동일 번호를 부여하고, 그에 대한 설명은 생략하며, 제3실시예와 다른 부분에 대해서만 상세한 설명을 한다.

제11도는 제4실시예에 의한 가속감지기(40)의 구성이 도시되어 있으며, 여기서 11은 기핀, 32는 압축형 압전소자, 13은 가중체, 15는 4각형 도전체, 16은 도선, 17은 전극이다.

제4실시예에 의한 가속감지기(40)는 압축형 압전소자의 분극방향에 대해서만 제3실시에에 가속감지기(30)와 다르다. 제3실시예에 의한 가속감지기(30)에서는 압축형 압전소자들 각각의 분극방향이 기판(11)에 수직하며 소자들의 두께방향으로 서로 반대방향인 반면, 제4실시예에 가속감지기(40)에서는 압축형 압전소자들 각각의 분극방향들은 소자들의 두께방향으로 동일 방향이다.

본 실시에에 의한 가속감지기(40)에서는 제12도에 나타낸 바와 같이 소자들의 두께방향인 분극방향들을 갖는 두개의 압전소자들(32)이 가중체(13)에 의해 전기적으로 접속된다. 그러므로, 본 실시예의 가속감지기(40)가 가속을 검출할 수 있는 방향이 기판(11)에 대해 평행한 X-축(41) 주위의 회전방향이다.

제4실시예에 의한 가속감지기(40)에서는 두개의 압전소자들을 단일 압전소자로 교체한 제2실시예(20)의 변형실시예(20')와 같이 변형실시하는 것이 가능하다.

제13도는 제5실시에에 의한 가속감지기(50)의 구성을 나타내는 전개사시도이며, 여기서 동일 부분에는 동일 번호를 부여한다.

제5실시예에서 기판(11)상에는 4개의 도전영역(151-154)이 매트릭스 배열로 형성되며, 기판(11)의 가장자리에는 두개의 전극(17)이 형성된다. 두개의 도전영역들(151,154)은 도선들(16)에 의해 전극들(17)에 접속되며, 나머지 두개의 도전영역들(152,153)은 도선(18)에 의해 서로 접속된다. 도전영역들(151-154)의 상부에는 도전영역들과 동일 형성의 밑면을 갖는 3개의 4각 전단형 압전소자들과 하나의 4각 압축형 압전소자(32)가 설치된다.

본 실시예에서 3개의 전단형 압전소자(12)의 분극방향들은(11)과 평행한 소자들의 평면내에 있으며, 그들 방향은 모두 서로 다르며, 하나의 압축형 압전소자(32)의 한 분극방향은 기판(11)에 수직한 소자의 두께방향이다. 이들 압전소자(12,32)의 상부에는 가중체(13)가 걸치도록 설치된다. 본 실시예에서는 가중체(13)가 절연체로부터 형성되며, 도전영역들(151,152)상에는 도전영역들(151,152)을 접속하는 제1도체(141)가 형성되며, 도전영역들(153,154)상에는 도전영역들(153,154)을 접속하는 제2도체(142)가 형성된다.

그러므로 제5실시예에 의한 가속감지기(50)에서는 4개의 압전소자들(12,32)이 모두 직렬로 접속되어 가속감지기(50)는 X, Y 및 Z축의 방향중 하나 또는 이들 3축 주위의 회전방향의 가속을 검출할 수 있다. 또한, 한축과 동일축을 따라 일렬로 배열된 분극방향들을 갖는 복수의 압존소자들이 있기 때문에 그 방향의 검출감도를 개선하는 것이 가능하다. 그 밖에도 특정 방향의 가속을 분리하기 위해 압전소자들간의 합 또는 차를 취하는 것이 가능하다.

제14도는 제6실시예에 의한 가속감지기(60)의 구성을 나타내는 전개사시도이다. 제6실시예에서 가중체(13A)는 토로이달 형상으로 절연체에 의해 형성된다. 링형상을 균등하게 5부분으로 분할한 5개의 팬형 도체들(14A~14E)은 링형 가중체(13A)의 밑면상에 독립적으로 설비된다. 가중체(13A)의 밑면상에는 링상으로 균등간격으로 배열된 10개의 전단형 압전소자(12a~12j)가 설치된다. 이들 10개의 압전소자들(12a~12j)은 팬형상으로서 가중체(13A)의 링형상을 균등하게 나눈 것이며, 이들 10개의 압전소자들의 분극방향들은 가중체(13A)에 모두 평행하며, 이들 방향의 평면에 위치된 원형의 접선방향으로 배열된다. 이웃하는 분극방향들은 상술한 접선들을 따르는 방향으로 서로 반대이다. 이들 10개의 압전소자들(12a~12j)중 압전소자들(12a,12b)은 도체(14A)에 의해 전기적으로 접속되며, 압전소자들(12c,12d)은 도체(14B)에 의해 전기적으로 접속되며, 압전소자들(12e,12f)은 도체(14C)에 의해 전기적으로 접속되며, 압전소자(12g,12h)은 도체(14D)에 의해 전기적으로 접속되며, 압전소자들(12i,12j)은 도체(14E)에 의해 전기적으로 접속되며, 이들 도체들은 가중체(13A)의 밑면상에 제공되어 전기접속을 행한다.

4개의 팬형 도전영역(15B~15E)과 도전영역들(15B~15E)의 1/2형상의 두개의 팬형 도전영역(15A,15F)은 기판(11A)의 상부에 형성된다. 기판(11A)의 가장자리상에는 두개의 전극들(17A,17B)이 형성되며, 이들은 연장도선들(16A,16B)에 의해 팬형 도전영역들(15A,15F)의 외부에 접속된다.

10개의 압전소자들(12a~12j)은 도전영역들(15A~15F)의 상부에 놓이므로 압전소자(12j)가 도전영역(15F)위에 위치된다. 결과적으로 압전소자들(12a~12j)은 도체들(14A~14F)과 도전영역들(15A~15F)에 의해 전기적으로 직렬로 접속되며, 직렬로 접속된 압전소자들 양단에 발생하는 전위는 도선들(16A,16B)을 통해 도전영역들(15A,15F)에 의해 전극들(17A,17B)로 취출된다.

그러므로 제6실시예에 의한 가속감지기(60)는 직렬로 접속된 모든 10개의 압전소자들(12a~12j)을 가지므로 가중체(13A)의 Z축 주위의 회전방향의 가속을 검출할 수 있다.

또한, 가중체(13A)가 링형상인 경우에 대해 위에서 설명했지만 이 형상으로 제한되지 않고 원형 또는 다각형으로 할 수도 있다.

제15a도 및 제15b도는 상술한 실시예들의 가속감지기(10-60)의 기판, 압전소자 및 가중체의 접속방법의 일례를 나타내는 도면으로서, 제15a도는 가중체가 절연체로 된 경우의 단면도를 나타내며, 제15b도는 가중체가 도체인 경우의 단면도를 나타낸다. 이들 도면에서 11은 기판, 12은 압전소자, 13은 가중체, 15는 도체, 15는 도전영역, 16은 연장도선, 17은 기판이다. 제15a도와 제15b도에 나타낸 바와 같이 상술한 실시예들의 가속감지기(10~60)에서는 압전소자(12)와 도전영역(15)을 땜납층 또는 도전성 접착체(19)에 의해 접속하는 것이 가능하다.

제16도는 상술한 실시예들의 가속감지기(10~60)내의 기판, 압전소자 및 가중체의 접속방법의 상이한 두가지 예로서 제16a도는 가중체가 절연체인 경우의 단면도이고, 제16b도는 가중체가 도체인 경우의 단면도이다. 이들 도면에서 11은 기판, 12은 압전소자, 13은 가중체, 14는 도체, 15는 도전영역, 16은 연장도선, 17은 전극이다. 16a또 및 제16b도에 나타낸 바와 같이 상술한 실시예들의 가속감지기910~60)에서는 압전소자(12)와 도전영역(15)을 땝납층 또는 도전성 접착제(19)에 의해 접속하는 것이 가능하며, 또한 압전소자(12)와 도체(14) 또는 압전소자(12)와 가중체(13)를 땜납층 또는 도전성 접착제(19)에 의해 접속하는 것이 가능하다.

제17도는 본 발명의 제7실시예의 변형예에 의한 가속감지기(20)의 구성을 나타내는 전개사시도이다.

제7실시예의 가속감지기(20)는 제7도 보인 가속감지기(20')의 변형의 일례로서 분극방향만 가속감지기(20')와 다르다. 제7도에 보인 실시예의 가속감지기(20')에서는 압전소자(22)의 분극방향이 기판(11)과 평행한 소자의 평면내에서 동일 방향으로 향해있다. 그러나, 제7실시예의 가속감지기(20)에서는 압전소자(22')의 분극방향이 기판(11)과 평행한 소자의 평면내에 있으나, 반대방향으로 되어 있다. 비록 이 실시예의 가속감지기(20)에는 단일의 전단형 압전소자(22')만 설비되어 있지만 실질적으로 마치 두개의 전단형 압전소자(12)가 설비된 경우와 동일하며, 그의 동작 및 가속검출방향은 도면에 보인 바와 같다. 이 실시예의 변형에 의해 제공되는 장점은 단하나의 압전소자(22')만을 사용하므로 부품수가 줄어들어 조립에 소요되는 노력이 감소하고 단일 압전소자의 사용으로 인해 특성이 균일하기 때문에 감도가 개선되는 데 있다.

제18도는 제3도를 참조하여 설명된 본 발명의 제1실시예의 변형예에 의한 가속감지기(10')의 구성을 나타내는 전개사시도이다. 본 발명의 제1실시예의 변형에 의한 가속감지기(10')는 분극방향들이 기판(11)에 평행한 소자의 평면내에서 서로 평행한 두개의 전단형 압전소자를 사용하는 대신 단일 전단형 압전소자를 사용하는 점에 있어 제1실시예의 가속감지기(10)와 다르다. 본 실시예의 가속감지기(10')에서는 비록 단 하나의 전단형 압전소자(22)를 사용했지만 그의 동작과 가속검출방향들이 제1실시예의 가속감지기(10)와 정확히 동일하다. 이 변형예에 의해 제공된 장점은 단 하나의 안전소자(22)만 필요하다는 것이고, 그에 의해 부품수가 하나로 줄고, 조립에 소용되는 노력이 줄어들고, 또한 균일 특성을 갖는 하나의 압전소자만을 사용하면 되므로 감도가 개선된다는 것이다.

본 발명에 의하면 가중체 접속수단이 복수의 압저소자들을 직렬로 접속하기 위해 사용되기 때문에 가속감지기를 얇게 간단히 만들 수 있는 점 이외에도 이들 직렬 접속된 압전소자들 양단에 생기는 전위를 기판상에 구비된 전극들에 취출할 수 있으므로 그렇게 얻은 전압은 높은 S/N비를 갖는다. 결론적으로 본 발명에 의한 가속감지기는 휴대형 컴퓨터의 자기디스크 드라이브내의 가속감지로서 사용하면 아주 훌륭하다.

압전소자는 하기 방법에 의해 분극된다.

(1) 압전소자가 단일 분극방향을 갖는 경우 :

(a) 분극용 두 전극들은 세라믹 그린시트의 양쪽 상면상에 부착한다.

(b) 세라믹 그린시트를 분극하기 위해 두 전극에 고압을 걸어준다.

(c) 균일한 분극방향을 갖는 압전소자를 얻기 위해 분극된 그린시트를 양쪽을 절단한다.

(2) 압전소자의 두개의 분극방향을 갖는 경우 :

(a) 두 전극을 세라믹 그린시트의 양쪽 상면상에 부착하고, 한 전극은 공통전극으로서 세라믹 그린시트의 중심부의 밑면상에 부착한다.

(b) 세라믹 그린시트상의 두개의 상이한 분극방향을 형성하도록 그린시트의 상면상에 두 전극들과 밑면상의 중심공통전극간에 한쌍의 동일 고압을 걸어준다.

(c) 두개의 상이한 분극방향을 갖는 압전소자를 얻기 위해 분극된 그린시트의 양쪽을 절단하고 중심공통전극을 분리한다.

Claims

적어도 하나의 압전소자를 사용하는 가속감지기에 있어서, 적어도 하나의 분극방향을 가지며, 각각의 분극방향이 동일 압전소자내에서 검출할 가속방향에 따라서 소정의 영역에 배치되도록 복수의 영역들을 갖는 단일로 형성된 압전소자와; 상기 압전소자의 복수의 영역들을 걸치도록 고정되며, 절연체로 된 가중체와; 상기 압전소자의 가중체측면과 기판측면상에 구비되며, 상기 압전소자의 상기 복수의 영역들간의 직렬 접속하는 전기접속수단과; 상기 기판상에 구비되며, 전기적으로 접속하고자 하는 상기 직렬 접속된 압전소자의 양단으로부터 전압을 취출하는 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 사용하는 가속감지기.
제1항에 있어서, 상기 단일로 형성된 압전소자는 복수의 영역들에 따라 복수의 압전소자들로 분할되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 사용하는 가속감지기.
제1항 또는제2항에 있어서, 상기 복수의 압전소자 또는 단일로 형성된 압전소자의 분극방향이 압전소자의 평면내에 있으며, 적어도 한 그룹의 분극방향이 상호 평행하며, 기판이 가속을 받을 때 상기 압전소자의 설치된 상기 기판에 수직한 축 주위에서 회전방향으로 작용하는 가속을 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 압전소자를 사용하는 가속감지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 압전소자 또는 단일로 형성된 압전소자의 분극방향이 압전소자의 두께방향이며, 적어도 한 그룹의 분극방향이 상호 평행하며, 기판이 가속을 받을 때 상기 압전소자가 설치된 상기 기판에 평행한 축 주위의 회전방향으로 작용하는 가속을 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 압전소자를 사용하는 가속감지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 압전소자 또는 단일로 형성된 압전소자의 분극방향이 압전소자의 평면내에 있고, 모두 서로 다른 것과 압전소자의 두께방향인 것을 포함하며, X, Y 및 Z축 방향의 가속 및 이들 3축 주위의 회전가속으로 된 6축 가속을 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 압전소자를 사용하는 가속감지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 압전소자 또는 형성된 압전소자의 분극 방향의 수가 짝수이며, 상기 분극방향은 상기 판에 수직한 축주위에 링형상으로 배열되며, 상기 분극방향의 이웃하는 쌍들은 서로 반대이며, 기판이 가속을 받을 때 상기 축 주위의 회전방향으로 작용하는 가속을 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 압전소자를 사용하는 가속감지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 압전소자가 두 그룹으로 되거나 또는 단일로 형성된 압전소자내의 두 그룹의 영역들이 서로 다른 분극방향을 갖는 경우에, 상기 가중체가 전기적으로 도전체가 제조됨으로써 상기 전기접속수단과 상기 가중체가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 사용하는 가속감지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기접속수단, 상기 전극 및 복수의 압전소자 또는 단일로 형성된 압전소자가 땜납층과 도전성 접착재 중 하나에 의해 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 사용하는 가속감지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가중체가 상기 복수의 압전소자 또는 단일로 형성된 압전소자와 동일한 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 사용하는 가속감지기.