KR20040071115A

KR20040071115A - 가속도 센서

Info

Publication number: KR20040071115A
Application number: KR10-2004-7001296A
Authority: KR
Inventors: 다까시 가또; 야찌마사노리; 다나까히로시
Original assignee: 후지쓰 메디아 데바이스 가부시키가이샤
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-08-11
Also published as: TW200302351A; US20040129079A1; WO2003065053A1; JP2003222636A; CN1537231A

Abstract

한 방향으로 분극된 진동자(12)와 이 진동자에 연속하여 설치된 추(10)를 구비한 가속도 센서에 있어서, 분극 방향으로 인접하는 한쌍의 전극(14, 16)을 진동자의 제1 면 상에 설치하고, 이 한쌍의 전극은 상기 제1 면의 대각선상에 위치하고 있다. 이러한 전극 구성으로 함으로써, 진동자의 3축의 어떠한 방향으로 가속도가 가해지더라도 한쌍의 전극에 전압이 발생하기 때문에, 무지향성의 가속도 센서를 실현할 수 있다. 또한, 진동자에 대한 한쌍의 전극의 크기를 조정함으로써 3축 방향의 감도를 간단히 조정할 수 있다.

Description

가속도 센서{ACCELERATION SENSOR}

종래, 압전형의 가속도 센서는, 예를 들면 일본 특개평7-20144호 공보에 기재되어 있다. 이 가속도 센서는 가속도 검출 소자를, 그 소자를 실장하는 케이스 저면에 대하여 소정의 각도를 갖게 하여 실장함으로써, 2축의 가속도 검출을 행한다. 또한, 일본 특개평11-118823호 공보에는, 진동자에 접착된 지지체를 주면에 대하여 미리 소정 각도를 두고 진동자를 기울이는 방법에 의해, 2축의 가속도를 검출하고 있다. 또한, 일본 특개평8-43432호 공보에는, 압전 세라믹스의 평면에서 면 수직 방향으로 분극을 기울임으로써 2축의 가속도를 검출하고 있다. 일본 특개평11-211748호 공보에는, 진동자의 선단의 폭 방향에 대한 편심 위치에 추를 형성함으로써 2축의 가속도를 검출하는 기술이 기재되어 있다.

그러나, 종래의 가속도 검출 소자를 기울이는 방법은 실장이 복잡하여 고 비용이 된다. 지지체에 소정 각도를 두는 방법은, 실장 시의 높이 방향으로의 사이즈가 커지거나 실장이 복잡하게 된다. 분극 방향을 기울이는 방법은, 한번 분극을 한 후, 원하는 방향으로 절단하고, 그 후 전극 형성을 행함으로써 제조 공정이 증가하여 고 비용이 된다. 또한, 진동자의 선단에 추를 형성하는 방법은, 형성 위치 어긋남으로 인하여 감도의 변동이 커진다.

이러한 문제점을 해결하는 소형, 고감도의 가속도 센서가 일본 특개평2000-97707호 공보에 기재되어 있다. 이 가속도 센서는 본 발명자들에 의해서 제안된 것으로, 진동자와 그것에 연속되고 진동자 자신의 무게를 더한 전체의 무게 중심 위치와 다른 위치에서 지지되는 추를 구비하여, 가속도가 가해진 경우에 추에 발생하는 회전 모멘트에 따른 진동자의 특징량(슬립 진동)을 검출함으로써, 가해진 가속도의 크기를 구할 수 있다. 이 가속도 센서는 진동자 자체를 크게 할 필요가 없고, 소형의 구성이며 또한 검출 감도가 높지만, 1개의 가속도 센서로 검출할 수 있는 가속도는 1축 방향이다. 즉, 여기에 기재되어 있는 가속도 센서는 3축의 가속도를 검지할 수 있는 무지향성의 가속도 센서가 아니다.

본 발명자들은 또한 일본 특원평11-375813이나 일본 특원평12-351058에서, 소형, 고감도의 무지향성의 가속도 센서를 제안하고 있다.

본 발명의 과제는, 진동자와 추를 이용하여 소형, 고 신뢰성의 무지향성 가속도 센서를 실현하는 것에 있다.

보다 특정하면, 본 발명은 이미 제안되어 있는 무지향성의 가속도 센서와는 다른 수단으로 3축의 가속도를 검지할 수 있는 소형, 고 신뢰성의 가속도 센서를 실현하는 것을 과제로 한다.

<발명의 개시>

상기 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 가속도 센서는, 한 방향으로 분극된 진동자와 그 진동자에 연속되어 설치된 추를 구비한 가속도 센서에 있어서, 분극 방향으로 인접하는 한쌍의 전극을 상기 진동자의 제1 면 상에 설치하고, 그 한쌍의 전극은 상기 제1 면의 대각선상에 위치하고 있는 구성으로 이루어진다. 이러한 전극 구성으로 함으로써, 진동자의 3축의 어떠한 방향으로 가속도가 가해지더라도 한쌍의 전극에 전압이 발생하기 때문에, 무지향성의 가속도 센서를 실현할 수 있다. 또한, 다음에 설명하는 바와 같이, 진동자에 대한 한쌍의 전극의 크기를 조정함으로써 3축 방향의 감도를 간단히 조정할 수 있다.

본 발명은, 물체에 가해지는 충격 및 가속도를 검출하기 위해서 이용되는 압전형의 가속도 센서에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 가속도에 의해 생기는 관성력에 의해 발생하는 특징량을 검출하는 가속도 센서에 관한 것이다.

최근, 전자 기기의 소형화가 진행하여, 예를 들면 노트북 컴퓨터 등의 휴대 전자 기기의 보급이 현저하다. 이들 전자 기기가 예기치 않은 충격을 받았을 때, 그 신뢰성을 유지하기 위하여 충격을 검지하여 소정의 처리를 행하는 것이 필요하다. 예를 들면, 노트북 컴퓨터나 데스크탑형 퍼스널 컴퓨터에 내장된 하드디스크 드라이브(HDD)나 광 자기 디스크(MO), 또는 디지털 비디오 디스크(DVD)가 충격을 받았을 때 판독, 기입 에러 방지 등을 위하여 가속도 센서가 사용되고 있다. 특히 노트북 컴퓨터 등에서는, HDD가 판독, 기입 동작을 행하는 헤드의 동작에 대응한 HDD 케이스 평면의 평행축 방향에의 가속도 외에, 키보드의 타이핑 등에 의한 충격 등을 검지하기 위해서, 면에 수직인 방향의 가속도 검지도 필요하다.

가속도 센서가 탑재되는 기기의 소형화, 고성능화에 수반하여 센서의 소형화, 고성능화가 요구되고, 나아가 면 내부와 면 수직 방향의 2축 이상의 가속도를 검출하는 것이 요구되고 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 가속도 센서를 도시하는 도면으로, 도 1의 (A)는 가속도 센서의 저면도, 도 1의 (B)는 가속도 인가축과 전극에 나타나는 전압(전하)과의 관계를 나타내는 도면.

도 2는 제1 실시 형태에 따른 가속도 센서의 사시도.

도 3은 검출 회로의 일 구성예를 도시하는 도면.

도 4는 제1 실시 형태에 따른 가속도 센서의 변형예를 도시하는 사시도.

도 5는 제1 실시 형태에 따른 가속도 센서의 다른 변형예를 도시하는 사시도.

도 6은 추에 형성된 전극 패턴의 일례를 도시하는 사시도.

도 7은 도 5에 도시하는 가속도 센서의 변형예.

도 8A, 8B는 제1 실시 형태에 따른 가속도 센서의 또 다른 변형예를 도시하는 도면으로, 도 8A는 가속도 센서의 저면도, 도 8B는 가속도 인가축과 전극에 나타나는 전압(전하)과의 관계를 나타내는 도면.

도 9A, 9B는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 가속도 센서를 도시하는 도면으로, 도 9A는 가속도 센서의 저면도, 도 9B는 가속도 인가축과 전극에 나타나는 전압과의 관계를 나타내는 도면.

도 10은 제2 실시 형태에 따른 가속도 센서의 사시도.

도 11은 제2 실시 형태에 따른 가속도 센서의 변형예를 도시하는 사시도.

도 12는 제2 실시 형태에 따른 가속도 센서의 다른 변형예를 도시하는 사시도.

도 13은 제2 실시 형태에 따른 가속도 센서의 또 다른 변형예를 도시하는 사시도.

도 14A, 14B는 제2 실시 형태에 따른 가속도 센서의 또 다른 변형예를 도시하는 도면으로, 도 14A는 가속도 센서의 저면도, 도 14B는 가속도 인가축과 전극에 나타나는 전압(전하)과의 관계를 나타내는 도면.

도 15A, 15B는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 가속도 센서를 도시하는 도면이고, 도 15A는 가속도 센서의 저면도, 도 15B는 가속도 인가축과 전극에 나타나는 전압과의 관계를 나타내는 도면.

도 16A, 16B는 도 15A, 15B에 도시되는 분할홈(46)의 각도 θ(°)와 감도(㎷/G)와의 관계를 나타내는 그래프.

도 17A∼17G는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 가속도 센서를 도시하는 도면.

도 18A, 18B, 18C는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 가속도 센서를 도시하는 도면으로, 18A는 가속도 센서의 평면도, 도 18B는 도 18A의 A-A선 단면도, 도 18C는 저면도.

도 19A, 19B는 도 18A∼18C에 도시하는 가속도 센서의 변형예를 도시하는 도면으로, 19A는 이 가속도 센서의 평면도, 도 19B는 도 19A의 B-B선 단면도.

도 20A, 20B는 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 가속도 센서를 도시하는 도면으로, 도 20A는 평면도, 도 20B는 도 20A의 B-B선 단면도.

도 21A, 21B는 도 20에 도시하는 가속도 센서의 변형예를 도시하는 도면.

도 22는 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 가속도 센서의 측면도.

도 23은 본 발명의 제8 실시 형태에 따른 가속도 센서를 설명하기 위한 도면.

도 24A∼24C는 본 발명의 제9 실시 형태에 따른 가속도 센서를 설명하기 위한 도면.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

(제1 실시 형태)

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 가속도 센서를 도시하는 도면으로, 도 1의 (A)는 가속도 센서의 저면도, 도 1의 (B)는 가속도 인가축과 전극에 나타나는 전압(전하)과의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는 본 실시 형태에 따른 가속도 센서의 사시도이다.

가속도 센서는 진동자(12)와 이것에 연결된 추(10)를 갖는다. 진동자(12)와 추(10)를 포함하는 전체의 무게 중심 위치와 다른 위치에서 추(10)가 지지되어 있다. 도 1의 구성에서는, 추(10)는 구(矩)형의 판 형상이고 그 일단에 진동자(12)가 부착되어 있다. 도 2에서는, 추(10)의 엣지와 진동자(12)의 엣지가 서로 일치되는데 비하여, 도 1의 (A)에서는 의도적으로 약간 어긋나게(진동자(12)가 약간 내측에 위치하고 있음) 도시되어 있다. 이것은 주로, 도 1의 (A)를 이해하기 쉽게 하기 위해서이다. 물론, 도 1의 (A)에 도시한 바와 같이 진동자(12)를 추(10)에위치 결정해도 된다. 어느 것이더라도, 가속도 센서의 작용 및 동작은 실질적으로 동일하다.

추(10)는 예를 들면, 밀도가 높은 금속이나 알루미나, 또는 납 유리 등의 절연 재료로 형성된다. 단일 물질로 형성되어도 되며, 또한 복수의 다른 물질로 형성되어도 된다. 예를 들면, 비교적 밀도가 높은 물질을 추(10)의 자유단측에 구비하고, 비교적 밀도가 낮은 물질을 반대측에 구비한다.

진동자(12)는 압전 세라믹스로 된 직육면체이다. 압전 세라믹스는 세라믹스 결정판으로부터 추출된 것이다. 일례를 들면, 진동자(12)는 전기 기계 결합 계수가 비교적 높은 PZT계 압전 세라믹스로 형성되어 있다. 진동자(12)의 단면 형상은 정방형이어도 장방형이어도 된다. 진동자(12)는 화살표 Ps의 방향으로 분극되어 있다. 압전 세라믹스의 분극은 압전 세라믹스 결정판의 양 단면 사이에 고전압을 인가함으로써 부여된다. 진동자(12)는 분극 Ps의 방향이 추(10)의 길이 방향에 직교하도록 추(10)에 부착되어 있다. 편의상, X축, Y축, Z축은 도시한 대로 정의한다. 또, X축은 지면에 수직인 방향이다. 또한 분극 방향 Ps는 Z축 방향이고, 추(10)의 길이 방향은 Y축 방향이다.

진동자(12)의 일면(제1 면)에는 전극(14와 16)이 형성되어 있다. 이하, 진동자(12)의 이러한 면을 전극 형성면이라고 한다. 본 실시 형태는, 전극(14와 16)을 이하에 설명하는 바와 같이 구성하는 것에 의해, 3축의 가속도를 검지할 수 있고, 더구나 3축의 감도 조정이 용이한 무지향성의 가속도 센서를 실현하는 것이다.

전극(14, 16)은 동일한 크기의 구(矩)형 전극이고, Y축 방향으로 연장되는분할홈(18)을 개재하여 분극 방향 Ps에 인접한다. 도 1이나 도 2의 가속도 센서에 있어서, 분할홈(18)은 대향하는 전극(14와 16)이 형성하는 홈으로, 진동자(12)에 홈이 형성되어 있는 것은 아니다. 단, 후술하는 바와 같이, 진동자(12)에 홈을 구비하여도 된다.

전극(14와 16)은 한쌍의 검출 전극이 되어, 인가되는 가속도에 따른 전압을 추출한다(이하, 전극(14와 16)을 검출 전극이라 함). 한쌍의 검출 전극(14, 16)은 진동자(12)의 전극 형성면의 대각선상에 위치하고 있다. 바꿔 말하면, 검출 전극(14와 16)은 분극 방향 Ps으로 진동자(12)를 균등하게 2분할하는 중심선(24)으로부터 Y축 방향으로 세트백(후퇴)된 위치에 있다. 검출 전극(14)은 추(10)의 자유단 방향으로 세트백되어 있고, 검출 전극(16)은 추(10)의 다른쪽의 고정단 방향으로 세트백되어 있다. 검출 전극(14와 16)은, 중심선(24)에 대하여 Y축의 플러스측과 마이너스측으로 오프셋한 위치에 있다고도 말할 수 있다. 또한, 검출 전극(14와 16)은 중심선(24)을 사이에 두고 서로 다르게 배치되어 있다고도 말할 수 있다. 또 다른 표현을 이용하면, 검출 전극(14와 16)은 진동자(12)의 중심에 대하여 점대칭으로 배치되어 있다고도 할 수 있다.

검출 전극(14, 16) 각각은, 전극 형성면을 균등하게 4 분할한 각각의 면적보다도 크고, 균등하게 2 분할한 각각의 면적보다도 작다. 또한, 분극 방향 Ps에 직교하는 방향에서의 진동자(12)의 길이를 L로 하고, 검출 전극(14, 16)의 길이를 각각 L1, L2로 했을 때, 0.5<L1(=L2)/L<1이다. 검출 전극(14, 16)을 상기와 같이 배치함으로써, 진동자(12)의 전극 형성면에는 검출 전극(14, 16)에 덮히지 않는 2개의 노출부(20, 22)도 형성되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 진동자(12)의 전극 형성면에 대향하는 면에는, 접지 전극(26)이 형성되어 있다. 접지 전극(26)은 검출 전극(14와 16)에 대하여 공통이다. 접지 전극(26)은 도전성 접착제를 이용하여 추(10)에 부착되어 있다. 접지 전극(26)은 금(Au)의 단층 구성, 또는 NiCr/Au나 Ni/Au와 같은 다층 구성이다. 추(10)가 금속 등의 도전성 물질로 형성되어 있는 경우에는, 추에 인출선을 접속함으로써, 접지 전극(26)을 후술하는 검출 회로에 접속할 수 있다. 추(10)가 절연 물질로 형성되어 있는 경우에는, 접지 전극(26)에 대향하는 전극을 추(10)에 구비하고, 접지 전극(26)을 검출 회로에 접속할 수 있다. 검출 전극(14와 16)은 후술하는 바와 같이, 배선 기판 상에 부착되고, 배선 기판 상에 형성된 전극에 전기적으로 접속된다. 이해를 쉽게 하기 위해서, 검출 전극(14, 16) 및 접지 전극(26)의 두께를 과장하여 도시하고 있다.

도 1의 (B)에 가속도 인가축과 전극(14, 16)에 나타나는 전압(전하)과의 관계를 나타낸다. Z축 방향으로 가속도가 가해지면, Z축 방향에서 중심선(24)을 경계로 서로 반대 방향이 되는 슬립 진동이 진동자(12)에 발생한다. 진동자(12)는 Z축 방향으로 분극되어 있기 때문에, Z축 방향으로 서로 반대 방향의 슬립 진동에 의해, 도 1의 (B)에 도시하는 전압이 전극(14와 16)에 나타난다. 지금, 편의상, 중심선(24)을 경계로 전극(14)을 14a와 14b로 가상적으로 2분할하고, 마찬가지로 전극(16)을 16a와 16b로 가상적으로 2분할하여 생각한다. Z축 방향으로 가속도가 가해지면, 접지 전극(26)을 기준으로 하여, 전극부(16a)는 양의 전압 +V를 발생한다. 또한, 전극부(16a)와 동일한 슬립 진동을 받는 전극부(14a)에는 양의 전압 +v가 발생한다. 대문자 V와 소문자 v는 발생하는 전압(전하)의 대소를 의미한다. 전극부(16a)는 전극부(14b)보다도 면적이 넓기 때문에, 전극부(16a)에 발생하는 전압 +V는 전극부(14b)에 발생하는 전압보다도 높다. 한편, 전극부(14a)와 전극부(16b)는 역방향의 슬립 진동을 받기 때문에, 음의 전압 -V와 -v가 발생된다(│V│>│v│). 이 결과, 검출 전극(14)에는 (-V+v) 전압이 발생하고, 검출 전극(16)에는 (+V-v) 전압이 발생한다. Z축을 따라서 역방향으로 가속도가 인가되면, 검출 전극(14)에는 (+V-v) 전압이 발생하고, 검출 전극에는 (-V+v) 전압이 발생한다. 이와 같이 하여, Z축 방향으로 인가된 가속도를 검출할 수 있다.

X축 방향으로 가속도가 가해지면, 검출 전극(14와 16)에는 도 1의 (B)에 도시한 바와 같은 전압이 발생한다. 분극 Ps와 X축 방향으로 발생하는 진동자(12) 내의 응력과의 관계로부터, 검출 전극(14)에는 (-V-v) 전압이 발생하고, 검출 전극(16)에는 (+V+v) 전압이 발생한다. 마찬가지로, Y축 방향으로 가속도가 가해지면, 검출 전극(14와 16)에는 도 1의 (B)에 도시한 바와 같은 전압이 발생한다. 분극 Ps와 Y축 방향으로 발생하는 진동자(12) 내의 응력과의 관계로부터, 검출 전극(14)에는 (-V-v)의 전압이 발생하고, 검출 전극(16)에는 (+V+v)의 전압이 발생한다. 또한, 복수축 방향으로 동시에 가속도가 작용하고 있는 경우에는, 각각의 가속도를 각각의 축으로 분해한 가속도에 비례하여 전압이 발생한다. 예를 들면, Z축과 X축을 포함하는 이차원 평면에서 45°의 각도로 전압 V가 발생되도록 하는 가속도가 가해지면, 전극부(14a)에는 (-1/√2)×V의 전압이 나타나고, 전극(16a)에는(+1/√2)×V의 전압이 나타난다. 한편, 전극부(14b와 16b)의 전압은 상쇄되어 나타나지 않는다. 따라서, 최종적으로 전극(14)에는 (-1/√2)×V의 전압이 나타나고, 전극(16)에는 (+1/√2)×V의 전압이 나타난다.

이와 같이, 3축 중 어디에 가속도가 가해지더라도 검출 전극(14와 16)에는 전압이 발생하기 때문에, 무지향성의 가속도 검출을 행할 수 있다.

여기서, 진동자(12)의 길이 L과 검출 전극(14와 16)의 각각의 길이 L1, L2와의 비, 즉 L1/L과 L2/L은 가속도의 검출 감도를 결정한다. 예를 들면, L1이나 L2를 길게 하여 L1/L이나 L2/L를 크게 하면, Z축 방향의 감도는 나빠지는 한편, X축 및 Y축 방향의 감도는 향상된다. 또한 L1이나 L2를 짧게 하면, Z축 방향의 감도는 향상되지만 X축이나 Y축 방향의 감도는 열화한다. 따라서, 용도에 따라서 L1/L이나 L2/L의 비를 정하여, 3축의 감도의 배분비를 조정하는 것이 바람직하다.

검출 전극(14)과 검출 전극(16)은 동일 면적인 것이 바람직하며, 또한 L1=L2인 것이 바람직하지만, 상기 검출 원리의 범위 내에서 다소의 차이가 있더라도 문제는 없다.

도 3은 검출 회로의 일 구성예를 도시하는 회로도이다. 검출 회로는, 차동 증폭기(28)와 저항 R1∼R4를 포함한다. 검출 전극(14)은, 저항 R1을 통하여 차동 증폭기(28)의 비반전 입력 단자에 접속된다. 마찬가지로, 검출 전극(16)은 저항 R2를 통하여 차동 증폭기(28)의 반전 입력 단자에 접속된다. 차동 증폭기(28)는 전극(14와 16)의 전압을 차동 증폭하여 검출 출력 전압 Vout을 출력한다.

진동자(12)는 다음과 같이 하여 형성할 수 있다. 세라믹스 결정판의 대향하는 면에 각각 전극층을 형성한다. 전극층은 예를 들면, 다른 금속의 다층 구성이다. 예를 들면, 2층 구성의 전극층은 Ni나 NiCr을 기초층으로 하고, 그 위에 Au를 형성한 것이다. 이들 전극층은, 스퍼터, 베이킹, 증착, 전해 도금, 무전해 도금 등의 공지의 방법으로 형성할 수 있다. 전극층을 형성한 후, 에칭이나 레이저 트리밍 등으로 전극층을 패터닝하여 검출 전극(14, 16)을 형성한다. 이 때에 상술한 분할홈(18)가 형성된다. 그리고, 다이싱에 의해 진동자(2)로서 세라믹스 결정편으로 분리된다.

이상, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 가속도 센서를 설명하였다. 검출 전극(14와 16)을 상기한 바와 같이 구성하는 것에 의해, 간단한 구조로 3축의 가속도를 검출할 수 있는 가속도 센서를 실현할 수 있다. 또한, 검출 전극(14, 16)의 패턴을 바꾸는 것으로, 3축의 감도의 배분비 조정을 간단히 행할 수 있다.

상기 가속도 센서는 상기 가속도 검지의 동작 원리의 범위 내에서 여러가지로 변형될 수 있다. 이하에 몇개의 변형예를 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 진동자(12)에 분할홈(30)을 형성해도 된다. 이 분할홈(30)은 Y축 방향으로 연장되고 있고, 상술한 분할홈(18)과 일체화되어 있다. 진동자(12)에 분할홈(30)을 형성함으로써, 가속도에 기인한 슬립 진동을 보다 효율적으로 발생시킬 수 있다. 분할홈(30)의 깊이나 폭은, 필요로 하는 감도 등을 고려하여 임의로 설계할 수 있다. 분할홈(30)을 이용하는 경우에는 분할홈(30)을 형성하기 위한 공정이 필요해진다.

도 5는 진동자(12)를 반전시켜 추(10)에 부착한 구성의 가속도 센서를 도시하는 사시도이다. 검출 전극(14와 16)은 이방 도전성 접착제를 이용하여 추(10)에 부착되어 있다. 추(10)는 알루미나 또는 납 유리 등의 절연성 물질로 형성되고, 그 위에 도 6에 도시한 바와 같이, 검출 전극(14와 16)에 각각 대응한 전극 패턴(32와 34)이 형성되어 있다. 전극 패턴(32와 34)은 추(10)의 측면을 통하여, 외부 접속용으로서 반대측의 면에 인출되어 있다. 반대측의 면에 인출되지 않고서, 전극 패턴(32와 34)상에 플렉시블 배선 기판(도시 생략)을 탑재하여, 외부와의 접속을 도모하는 구성이어도 된다.

이러한 도 5에 도시하는 구성의 가속도 센서이더라도 3축의 가속도를 검지할 수 있다. 도 7은 도 5의 구성의 변형예로서, 진동자(12)에 분할홈(30)을 형성한 것이다.

도 8은 제1 실시 형태의 다른 변형예를 도시하는 도면으로, 도 8A는 이 변형예에 따른 가속도 센서의 저면도이고, 도 8B는 가속도 인가축과 전극에 나타나는 전압과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 1의 (B)를 참조한 상기 설명에서는 편의상, 검출 전극(14)은 전극부(14a와 14b)로 이루어지고, 검출 전극(16)은 전극부(16a와 16b)로 이루어지는 것으로 상정하였다. 이에 대하여, 도 8A에 도시하는 구성에서는, 중심선(24)을 따라서 검출 전극(14)은 14a와 14b로 실제로 2분할되고, 마찬가지로 중심선(24)을 따라서 검출 전극(16)은 16a와 16b로 실제로 2분할되어 있다. 가속도의 검출 원리는 도 1의 (B)를 참조하여 설명한 바와 같다. 도 3에 도시하는 차동 증폭기(28)의 전단에서 전극부(14a와 14b)를 전기적으로 접속하고 전극부(16a와 16b)를 전기적으로 접속한다. 이 접속은 예를 들면, 가속도 센서가 탑재되는 프린트 배선 기판(도 8에 도시하지 않음) 상의 배선 패턴으로 행한다. 이러한 전극 구성이더라도, 도 8B에 도시한 바와 같이, 3축 방향의 가속도를 검지할 수 있다. 또한, Y축 방향의 길이 등 전극부(14b, 16b)의 크기를 조정함으로써, 3축 방향의 감도 배분비를 용이하게 조정할 수 있다.

전극(14와 16)의 분할 방법은 도 8A에 도시하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전극(14)의 길이 L1을 이등분하는 위치에서 분할하고, 마찬가지로 전극(16)의 길이 L2를 이등분하는 위치에서 분할해도 된다. 전체적으로 전극(14)과 전극(16)이 각각 L1과 L2 길이(통상은 L1=L2)이면, 분할 위치는 상관하지 않는다. 또한, 원리적으로는 3 분할 이상도 가능하다.

그 밖의 변형예로서, 진동자(12)는 PZT계 압전 세라믹스 외에, 니오븀산리튬(LiNbO₃)이나 탄탈산리튬(LiTaO₃) 등의 압전 단결정이나, 압전 다결정이어도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따르면 소형, 고감도로 검출 감도의 조정이 용이한 무지향성의 가속도 센서를 실현할 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 가속도 센서를 도시하는 도면으로, 도 9A는 가속도 센서의 저면도, 도 9B는 가속도 인가축과 전극에 나타나는 전압과의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 도 10은 본 실시 형태에 따른 가속도 센서의 사시도이다.

본 실시 형태의 가속도 센서는, 진동자(12)의 분극 방향을 추(10)의 길이 방향(Y축 방향)에 일치시켜, 이 방향으로 검출 전극(14)와 검출 전극(16)이 인접하는 구성이다. 검출 전극(14와 16)은 진동자(12)의 전극 형성면의 대각선상에 배치되어 있다. 그 밖의 부분은 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 도 9B에 도시한 바와 같이, 3축 방향의 가속도에 대응하여 검출 전극(14와 16)에 전압이 나타난다. 도 9B에 도시하는 가속도 인가축과 발생 전압과의 관계는 도 1의 (B)와 마찬가지이기 때문에, 여기서 반복하여 설명하지는 않는다.

이와 같이, 분극 방향 Ps를 추(10)의 길이 방향으로 하여, 이 방향으로 2개의 검출 전극(14, 16)을 인접시키고 또한 대각선상에 배치함으로써도, 무지향성의 가속도 센서를 실현할 수 있다.

도 11은 도 9 및 도 10에 도시하는 가속도 센서의 변형예이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 진동자(12)에 분할홈(30)을 형성한 구성이다. 분할홈(30)은 도 9A에 도시하는 Z축 방향으로 연장되어 있다.

도 12는 도 9 및 도 10에 도시하는 가속도 센서의 다른 변형예를 도시하는 도면이다. 도시한 바와 같이, 검출 전극(14와 16)이 추(10)측에 위치하도록 배치한 구성이다. 도 6에 도시한 바와 같은 전극 패턴(32와 34)과 마찬가지의 전극 패턴이 도 12에 도시하는 추(10)에도 형성되어 있다. 단, 전극의 배치 위치는 도 12에 도시하는 검출 전극(14와 16)에 대응하도록 정해진다.

도 13은 도 12에 도시하는 가속도 센서의 변형예이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 진동자(12)에 분할홈(30)을 형성한 구성이다. 분할홈(30)은 도 9A에 도시하는 Z축 방향으로 연장되어 있다.

도 14는 또 다른 변형예를 도시하는 도면이다. 도 14A는 이 변형예에 따른 가속도 센서의 저면도, 도 14B는 속도 인가축과 전극에 나타나는 전압과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 14B에 도시하는 전극 구성은, 중심선(24)을 따라서 검출 전극(14)을 14a와 14b로 실제로 2분할하고, 마찬가지로 중심선(24)을 따라서 검출 전극(16)을 16a와 16b로 실제로 2분할한 것이다. 가속도의 검출 원리는 도 1의 (B)를 참조하여 설명한 바와 같고, 도 9B에 도시하는 관계와 마찬가지이다. 도 3에 도시하는 차동 증폭기(28)의 전단에서 전극부(14a와 14b)를 전기적으로 접속하고, 전극부(16a와 16b)를 전기적으로 접속한다. 이 접속은 예를 들면, 가속도 센서가 탑재되는 프린트 배선 기판(도 14에 도시하지 않음)상의 배선 패턴으로 행한다.

이상, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 가속도 센서를 설명하였다. 검출 전극(14와 16)을 상기한 바와 같이 구성하는 것에 의해, 간단한 구조로 3축의 가속도를 검출할 수 있는 가속도 센서를 실현할 수 있다. 또한, 검출 전극(14, 16)의 패턴을 바꾸는 것으로, 3축의 감도의 배분비 조정을 간단히 행할 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 15는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 가속도 센서를 도시하는 도면으로, 도 15A는 가속도 센서의 저면도, 도 15B는 가속도 인가축과 전극에 나타나는 전압과의 관계를 나타내는 도면이다.

제3 실시 형태에 따른 가속도 센서는, 한 방향으로 분극된 진동자(40)와, 진동자에 연속하여 설치된 추(10)를 구비하여, 진동자(40)의 전극 형성면을 비대칭으로 2 분할하도록 배치된 2개의 전극(42와 44)을 갖고, 이들 2개의 전극(42, 44)의 대향하는 엣지는 진동자(40)의 분극 방향에 대하여 경사지는 구성이다. 도 15에 도시하는 구성에서는, 진동자(40)는 PZT 등의 압전 세라믹스이고, Z축 방향으로 분극되어 있다. 전극(42와 44)은 검출 전극이다. 검출 전극(42와 44)은 분할홈(46)을 개재하여 인접하고 있다. 분할홈(46)은 검출 전극(42과 44)의 대향하는 엣지로 형성된 것이다. 즉, 분할홈(46)은, 전극 형성시, 압전 세라믹스 등의 진동자(40)상에 형성된 전극층을 패터닝하여 얻어진 것이다. 또한, 필요에 따라서, 분할홈(46)은 진동자(40)에 형성된 구를 포함하는 구성이어도 된다. 분할홈(46)은 Z축 방향의 분극 방향에 대하여 θ만큼 경사져 있다. 후술하는 바와 같이, 분할홈(46)의 각도는 가속도 센서의 감도를 좌우한다.

또한, 진동자(40)의 대향하는 면에는 상술한 바와 같은 접지 전극이 형성되어 있다.

도 15B에 도시한 바와 같이, 가속도의 인가축에 따라서 검출 전극(42, 44)에 전압이 발생한다. 지금, 편의상, 검출 전극(42)은 전극부(42a, 42b 및 42c)로 이루어지고, 검출 전극(44)은 전극부(44a)로 이루어진다고 생각한다. 나머지 비교적 작은 전극부는 상기 전극부에 대한 상대적인 영향이 작기 때문에, 생략 가능하다. Z축 방향으로 가속도가 인가되면, 전극부(42a∼42c)에는 도시하는 전압이 나타나기 때문에, 검출 전극(42)의 전압은 V(=+V+V-V)가 된다. 또한, 전극부(44a)에는 -V 전압이 나타나기 때문에 검출 전극(44)의 전압은 -V가 된다. X축 및 Y축으로 가속도가 인가된 경우에도, 검출 전극(42)에는 전압 V가 나타나고, 검출 전극(44)에는 전압 -V가 나타난다. 이와 같이, 어느 한 축방향으로 가속도가 인가되더라도, 검출 전극(42)에는 양의 전압이 나타나고 검출 전극(44)에는 음의 전극이 나타난다.

도 16A는 분할홈(46)의 각도 θ(°)와 감도(㎷/G)와의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 16B는 진동자(40)의 폭 W에 대한 분할홈(46)의 폭 Wz(Wz/W)와 감도(㎷/G)와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 16A에 도시한 바와 같이, 분할홈(46)의 각도를 10° 부근에서 크게 해 가면, X, Y축 방향의 가속도의 감도는 약간 좋아 지지만 그만큼 변화는 없는데 비하여, Z축 방향의 감도는 거의 선형으로 좋아진다. 이 그래프는 진동자(40)의 Y축 방향의 길이 Wy와 X축 방향의 길이 W가 동일한 경우(Wy/W=1.0), 즉 진동자(40)의 전극 형성면이 정방형인 경우이다. 이에 대하여, 도 16B에 도시한 바와 같이, Wz/W의 비를 1부터 0.7까지 변경하더라도 3축 방향의 감도에 큰 변화는 없다. 도 16B의 그래프는 θ=23°인 경우이다. 도 16A로부터 알 수 있는 바와 같이, θ=23°에서 X축 및 Y축의 감도는 대략 일정하게 된다. Wz/W의 비를 변경하는 것은, 분할홈(46)의 형성 위치를 도 16A의 위치(Wz/W=1)로부터 화살표(48)로 나타내는 방향(또는 이것과 역방향)으로 평행 이동하는 것을 의미한다.

이상으로부터, 분할홈(46)의 각도를 바꾸는 것으로 Z축 방향의 감도를 넓은 범위에서 조정할 수 있다. 따라서, 가속도 센서의 설계 시, 원하는 감도를 얻을 수 있도록 분할홈(46)의 각도를 정한다.

분할홈(46)이 직선이고, Wz/W=1, 또한 θ<45°일 때, 검출 전극(42)은 사다리꼴이고, 검출 전극(44)은 삼각형이다. 또한, 도 16A의 화살표(48) 방향으로 분할홈(46)의 위치를 이동시켜 Wz/W<1라고 하면, 검출 전극(42)은 오각형이고, 검출 전극(44)은 삼각형이 된다. 또한, 화살표(48)와는 반대 방향으로 분할홈(46)를 이동시키면, 검출 전극(42와 44)은 어느것이나 사각형(사다리꼴)이 된다. 따라서, 본 발명의 제3 실시 형태의 검출 전극(42, 44)의 특징을 이러한 형상으로 상기한 바와 같이 특정할 수도 있다. 또한, 검출 전극(42와 44)의 한쪽은 전극 형성면을 동등하게 4 분할한 영역 모두에 걸쳐 있다고도 할 수 있다. 또한, 검출 전극(42)과 검출 전극(44)의 면적 또는 면적비는 서로 다르다고도 할 수 있다.

또, 검출 전극(42과 44) 중 적어도 한쪽을 복수로 분할하여, 분할한 전극부를 전기적으로 접속하여도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 형태에 따르면 소형, 고감도로 검출 감도의 조정이 용이한 무지향성의 가속도 센서를 실현하는 것이 가능하다.

(제4 실시 형태)

도 17은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 가속도 센서를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태는, 압전 세라믹스 결정판을 다이싱 등에 의해 가공하여 복수의 진동자를 절출할 때에 발생하는 "치핑"을 고려한 전극 구성을 갖는 것을 특징으로 한다. 치핑이란, 다이싱 등의 가공 시에 전극 패턴이 박리되는 것을 의미한다. 치핑이 발생하면 검출 전극 사이의 전하의 언밸런스가 발생하여, 가속도의 검출 감도가 열화할 가능성이 있다. 또한, 각각의 가속도 센서 사이의 감도의 변동을 야기할 가능성도 있다. 치핑은 압전 세라믹스 결정판의 절출 위치 근방에서 발생한다.특히, 절출한 코너 부분에서 현저하게 발생한다. 따라서, 치핑이 발생하는 범위를 피하도록 검출 전극을 형성한다.

도 17A에 도시하는 검출 전극(14와 16)은, 참조 번호 50과 52로 나타낸 바와 같이, 진동자(12)의 코너(50, 52)로부터 세트백되어 있다. 압전 세라믹스 결정판상에 형성된 전극층을 패터닝할 때, 코너(50과 52)에 있는 전극층 부분을 제거한다. 도 17B는 검출 전극(14, 16)의 길이 방향 및 짧은 방향의 측면이 진동자(12)의 엣지로부터 세트백되어 있는 전극 구성을 도시하고 있다. 이 전극 구성은, 치핑을 피하는 관점에서 보았을 때, 코너 부분 뿐만 아니라 측면도 세트백되어 있기 때문에, 도 17A의 전극 구성보다도 바람직하다. 도 17C는 검출 전극(14, 16)의 길이 방향 측면만을 세트백한 전극 구성이다.

도 17A∼도 17C에 도시하는 전극 구성은, 도 15에 도시하는 전극에도 마찬가지로 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 그 밖의 전극에 대하여도 적용할 수 있다. 도 17D∼도 17G는 치핑을 피하는 전극 구성의 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 17D는 진동자(12) 상의 검출 전극(53, 55)의 코너 부분이 컷트된 구성을 도시한다. 도 17E는 진동자(12) 상의 검출 전극(56, 58)의 길이 방향 및 짧은 방향의 측면이 진동자(12)의 엣지로부터 세트백되어 있는 구성을 도시한다. 도 17F는 진동자(12) 상의 검출 전극(60, 62)의 짧은 방향 측면이 진동자(12)의 엣지로부터 세트백되어 있는 구성을 도시한다. 도 17G는 진동자(12) 상의 검출 전극(64, 66)의 짧은 방향 측면을 비스듬히 컷트함으로써, 진동자(12)의 엣지로부터 세트백시킨 구성을 도시한다.

이와 같이, 진동자(12)의 코너 또는 엣지로부터 검출 전극을 퇴피(退避)시키는 것에 의해, 검출 전극으로부터 전하를 좋은 밸런스로 픽업할 수 있어, 검출 전극 사이의 감도의 변동이나 가속도 센서 사이의 감도의 변동을 없앨 수 있다.

또, 접지 전극(26)도 세트백시킨 구성으로 하여도 된다.

(제5 실시 형태)

도 18은 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 가속도 센서를 도시하는 도면이다. 보다 상세하게는, 도 18A는 가속도 센서의 평면도, 도 18B는 (a)의 A-A선 단면도, 도 18C는 저면도이다. 본 실시 형태는 접지 전극의 구성에 특징이 있다.

상술한 제1 실시 형태의 접지 전극(26)은 진동자(12)의 전체면에 형성되어 있다. 이에 대하여, 도 18에 도시하는 가속도 센서의 접지 전극(26A)은 타원형의 개구부(68, 70)를 갖는다. 이들 개구부(68, 70)를 통하여 진동자(12)의 표면이 노출되어 있다. 접지 전극(26A)은 NiCr의 기초층(26a)과 금의 표면층(26b)으로 이루어지는 2층 구성이다. 개구부(68, 70)는 에칭이나 레이저 트리밍 등으로 형성할 수 있다. 접지 전극(26A)은 도전성 접착제를 이용하여 추(10)에 접착, 고정된다. 이 때, 도전성 접착제의 접착성은, 금보다도 진동자(12)를 형성하는 압전 세라믹스쪽이 높다. 즉, 개구부(68, 70)를 구비함으로써 접착제의 접착력을 향상시킬 수 있다(앵커 효과). 접착 강도의 향상에 의해, 접착층의 도통 신뢰성 및 내충격 신뢰성이 향상된다.

또, 검출 전극(14와 16)을 추(10)에 접착하는 경우에는, 도 1에 도시하는 노출부(20, 22)의 존재가 이방 도전성 접착제의 접착력을 높이는 기능을 한다.

도 19는 도 18에 도시하는 가속도 센서의 변형예를 도시한다. 도 19A는 이 가속도 센서의 평면도, 도 19B는 (a)의 B-B선 단면도이다. 접지 전극(26A)은 3개의 타원형 개구부(72, 74 및 76)를 갖는다. 이들 개구부(72, 74, 76)는 도 18에 도시하는 개구부(68, 70)와는 다른 방향으로 향하고 있다. 개구부(72, 74, 76)를 통하여 진동자(12)가 노출되어 있다. 도 19에 도시하는 접지 전극(26A)도 도 18에 도시하는 접지 전극(26A)과 마찬가지의 작용, 효과를 발휘한다.

개구부의 형상이나 수는 상기의 것에 한정되지 않고, 적절하게 선택 가능하다.

(제6 실시 형태)

도 20은 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 가속도 센서를 도시하는 도면으로, 도 20A는 평면도, 도 20B는 도 20A의 B-B선 단면도이다.

이 제6 실시 형태에 따른 가속도 센서의 접지 전극(26B)은, Ni의 기초층(26c)과 Au의 표면층(26b)으로 이루어진다. 또한, 접지 전극(26B)은 개구부(68B와 70B)를 갖는다. 이들 개구부(68B, 70B)는 Au의 표면층(26b)에만 형성되어 있고, 개구부(68B와 70B)를 통하여 Ni의 기초층(26c)이 노출되어 있다. 일반적으로, 도전성 접착제는 Au보다도 Ni 쪽이 보다 강하게 접착한다. 이 결과, 접착층의 도통 신뢰성 및 내충격 신뢰성이 향상된다. 더욱이, 진동자(12)의 전면은 Ni 기초층(26c)으로 덮여 있기 때문에, 진동자(12)의 정전 용량은 저하하지 않는다.

또, 개구부(68B, 70B)는 에칭이나 레이저 트리밍 등의 방법으로 Au층을 패턴화함으로써 형성할 수 있다.

도 21은 도 20에 도시하는 가속도 센서의 변형예를 도시한다. 도 21A는 이 가속도 센서의 평면도, 도 21B는 도 21A의 C-C선 단면도이다. 접지 전극(26B)은 3개의 타원형 개구부(72B, 74B 및 76B)를 갖는다. 이들 개구부(72B, 74B, 76B)는 도 20에 도시하는 개구부(68, 70)와는 다른 방향을 향하고 있다. 개구부(72B, 74B, 76B)를 통하여 진동자(12)가 노출되어 있다. 도 21에 도시하는 접지 전극(26B)도 도 20에 도시하는 접지 전극(26B)과 마찬가지의 작용, 효과를 발휘한다.

또, 기초층(26c)으로서는 Ni 이외에 Ti, Cu, Al 등의 비교적 산화하기 쉬운 금속을 이용할 수 있다.

(제7 실시 형태)

도 22는 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 가속도 센서의 측면도이다.

추(10)와 진동자(12)를 갖는 가속도 센서는 프린트 배선 기판 등의 기판(80)상에 탑재되어 있다. 기판(80)을 포함해서 가속도 센서로 정의할 수도 있다. 기판(80)에는, 도 3에 도시한 바와 같은 검출 회로가 형성되어 있다. 물론, 기판(80)상에는 그 밖의 원하는 회로가 형성되어 있어도 된다. 진동자(12)는 검출 전극(14와 16)이 기판(80)에 면하도록 탑재되어 있다. 반대로, 접지 전극(26)이 기판(80)에 면하도록 진동자(12)를 탑재해도 된다.

이와 같이, 가속도 센서는 기판(80)상에서 외팔보 구조로 실장된다. 이 실장에서는, X축 방향으로 과도한 충격이 가해지면 진동자(12)에 응력이 집중하여 진동자(12)가 파괴될 가능성이 있다. 이 충격을 완화하여 진동자를 보호하기 위하여 댐퍼(82)가 기판(80)상에 탑재되어 있다. 댐퍼(82)는 추(10)의 자유단(10a)에 대향하는 위치에 형성되어 있다. X축 방향으로 가속도가 가해져 있지 않은 상태에서는, 추(10)의 저면과 댐퍼(82)의 상면과의 사이에 간극이 형성되어 있다. X축 방향으로 과도한 충격이 가해지더라도, 자유단(10a)의 X축 방향의 움직임은 댐퍼(82)로 규제되기 때문에, 진동자(12)에 응력이 집중되는 경우는 없다. 댐퍼(82)는 임의의 재료로 형성할 수 있다. 예를 들면, 댐퍼(82)는 알루미나 등의 절연 물질로 성형되어 있고, 접착제를 이용하여 기판(80)상에 고정된다.

댐퍼(82)의 사용은, 상술한 모든 실시 형태나 변형예 등에 적용할 수 있다. 또한, 상기 댐퍼(82)는 일반적인 가속도 센서를 외팔보 구조로 기판 상에 지지하는 구성으로 널리 적용 가능하다.

(제8 실시 형태)

도 23은 본 발명의 제8 실시 형태에 따른 가속도 센서를 설명하기 위한 도면이다. 도 23은 도전성 접착제에 포함되는 무기필러 콘텐츠와 진동자(12)의 정전 용량 변화율과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도전성 접착제는 진동자를 추 또는 기판에 부착할 때에 이용된다. 도전성 접착제는 에폭시 수지 중에 실리카나 알루미나 등의 무기필러 콘텐츠를 포함한다. 무기필러 콘텐츠의 함유량(wt%)을 변화시키면, 접착제가 경화할 때의 경화 수축이나 탄성율이 변화하여, 진동자에 걸리는 잔류 응력이 변화한다. 이 잔류 응력의 변화는 진동자의 정전 용량의 변화를 가져온다. 이 관계를 나타낸 것이 도 23의그래프이다. 예를 들면, 정전 용량 변화율의 허용치를 -20%로 설정한 경우에는, 무기필러 콘텐츠의 함유량을 0wt%부터 40wt%로 설정한다. 이와 같이, 무기필러 콘텐츠의 함유량을 조정하는 것에 의해, 정전 용량의 저하를 제어할 수 있다.

(제9 실시 형태)

도 24는 본 발명의 제9 실시 형태에 따른 가속도 센서를 설명하기 위한 도면이다. 제9 실시 형태는, 도전성 접착제의 접착력을 향상시키기 위한 배선 패턴을 기판에 형성한 것을 특징으로 한다.

도 24A에 도시한 바와 같이, 진동자(12)를 기판(80)에 실장하기 위해서, 이방 도전성 접착제(84)를 진동자(12)와 기판(80)과의 사이에 공급하여, 진동자(12)를 위에서 가압한다. 접착제(84)는 디스펜스 또는 전사에 의해서 원 형상으로 도포된다. 원 형상으로 도포된 이방 도전성 접착제(84)를 가압하여 기판(80) 상의 접착 영역에 빠짐없이 널리 퍼지게 하기 위해서, 기판(80)상에 형성된 배선 패턴(86)은 도 24B나 도 24C에 도시하는 형상으로 되어 있다.

도 24B에서 배선 패턴(86)은 전극부(86a, 86b 및 86c)를 갖는다. 배선 패턴(86)은, 기판(80)상에 금속막을 형성하여, 에칭 등으로 패터닝함으로써 형성된다. 전극부(86a와 86b)는 각각, 진동자(12)상에 형성된 검출 전극(14와 16)에 접속된다. 전극(86a와 86b)은 각각, 빗살 형상의 패턴을 갖고 있다. 빗살 패턴은 가압된 이방 도전성 접착제의 가이드로서 기능한다. 이방 도선성 접착제(84)는 이 가이드를 따라서 전극부(86a, 86b) 전체에 널리 퍼져 진동자(12)의 저면 전체에 충전된다. 그 결과, 도전성 접착제의 접착력을 향상시킬 수 있어, 접착층의 도통 신뢰성 및 내충격 신뢰성이 향상된다.

도 24C에 도시하는 전극부(86d, 86e)는 빗살 형상의 패턴이 방사형으로 형성되어 있다. 이러한 전극부(86d, 86e)도 가압된 이방 도전성 접착제(84)의 가이드로서 기능하여, 도 24B의 전극부(86a, 86b)와 마찬가지의 작용, 효과를 발휘한다.

이상, 본 발명의 실시 형태 및 변형예를 다수 설명하였다. 본 발명은 이들 실시 형태나 변형예에 한정되는 것은 아니고, 다른 여러가지의 실시 형태나 변형예를 포함한다.

마지막으로, 상술한 설명을 통합하여 이하에 열거한다.

본 발명의 가속도 센서는, 한 방향으로 분극된 진동자와, 그 진동자에 연속하여 설치된 추를 구비한 가속도 센서에 있어서, 분극 방향으로 인접하는 한쌍의 전극(예를 들면, 전술한 전극(14, 16))을 상기 진동자의 제1 면 상에 형성하고, 그 한쌍의 전극이 상기 제1 면의 대각선상에 위치하고 있는 구성이다. 이러한 전극 구성으로 함으로써, 진동자의 3축의 어떠한 방향으로 가속도가 가해지더라도, 한쌍의 전극에 전압이 발생하기 때문에, 무지향성의 가속도 센서를 실현할 수 있다. 또한, 다음에 설명하는 바와 같이, 진동자에 대한 한쌍의 전극의 크기를 조정함으로써, 3축 방향의 감도를 간단히 조정할 수 있다.

상기 한쌍의 전극 각각은, 상기 제1 면을 균등하게 4 분할한 각각의 면적보다도 크고, 균등하게 2 분할한 각각의 면적보다도 작게 할 수 있다(예를 들면, 도 1의 (B)). 이에 의해, 3축 방향의 감도의 배분비를 용이하게 정할 수 있다.

또한, 분극 방향에 직교하는 방향에서 상기 진동자의 길이를 L로 하고, 상기한쌍의 전극의 길이를 각각 L1, L2로 하였을 때, 0.5<L1(=L2)/L<1로 할 수 있다. 이 범위내에서 한쌍의 전극 길이를 결정함으로써, 3축 방향의 감도의 배분비를 원하는 값으로 용이하게 정할 수 있다.

또한, 상기 진동자의 제1 면은 상기 한쌍의 전극에 덮여 있지 않은 복수의 노출부(예를 들면 노출부(20, 22))를 갖고, 그 복수의 노출부는 상기 제1 면의 다른 대각선상에 위치하고 있는 구성으로 할 수 있다. 이 노출부의 크기는 3축 방향의 감도의 배분비에 관계한다. 따라서, 노출부의 크기를 적절하게 선택함으로써, 3축 방향의 감도의 배분비를 원하는 값으로 용이하게 정할 수 있다.

또한, 상기 제1 면의 다른 대각선상에 위치하는 다른 한쌍의 전극(예를 들면, 전극(14b, 16b))을 더 포함하는 구성으로 할 수 있다. 전극은 한쌍(14a, 16a)에 한정되지 않고, 다른 한쌍의 전극을 구비하더라도 3축 방향의 가속도를 검지할 수 있는 가속도 센서를 실현할 수 있다.

또한, 상기 다른 한쌍의 전극(14b, 16b) 각각은, 상기 분극 방향을 따라서 상기 진동자의 제1 면을 2 분할한 면적보다도 작은 구성으로 할 수 있다. 상기 다른 한쌍의 전극의 일례를 특정한 것이다. 이 경우, 상기 한쌍의 전극 각각은, 분극 방향에 직교하는 방향으로 인접하는 상기 다른 한쌍의 전극의 한쪽의 전극과 전기적으로 접속된다.

또한, 상기 진동자의 분극 방향은, 판 형상의 상기 추의 길이 방향에 직교하는 구성으로 할 수 있다(예를 들면, 도 1의 (A)). 이 분극 방향에 대하여 가속도가 진동자에 가해지면, 3축 방향의 전부에 있어서 가속도를 검지할 수 있다. 또한, 3축 중 적어도 2축에 대해서는 검출 전극에 나타나는 전압이 다르다(예를 들면, 도 1의 (B)). 따라서, 가속도의 방향을 특정하는 것도 가능하다.

또한, 상기 진동자의 분극 방향은, 판 형상의 상기 추의 길이 방향과 동일 방향으로 할 수 있다(예를 들면, 도 9A). 진동자의 분극 방향과 추와의 관계를 이와 같이 하여도, 3축 방향의 전부를 검지할 수 있는 가속도 센서를 실현할 수 있다.

또한, 상기 한쌍의 전극에 접속되는 차동 증폭기(도 3)를 설치하여, 상기 한쌍의 전극의 전압을 차동 증폭하는 구성으로 할 수 있다. 이에 의해, 가속도의 검출 감도를 높게할 수 있다.

또한, 본 발명은, 한 방향으로 분극된 진동자와, 그 진동자에 연속하여 설치된 추를 구비한 가속도 센서에 있어서, 상기 진동자의 제1 면을 비대칭으로 2 분할하도록 배치된 2개의 전극(예를 들면 44, 46)을 갖고, 그 2개의 전극의 대향하는 엣지는 상기 진동자의 분극 방향에 대하여 경사지는 구성의 가속도 센서를 포함한다. 이 전극 구성이라도 3축 방향의 가속도를 검지할 수 있고, 또한 분할 위치를 변경함으로써 3축의 감도의 배분비를 용이하게 조정할 수 있다.

이 경우, 상기 2개의 전극의 일 구성예로서, 2개의 전극의 한쪽은 상기 제1 면을 균등하게 4 분할한 영역의 모든 영역에 걸치는 구성으로 할 수 있다(예를 들면 도 15B).

또한, 2개의 전극의 일 구성예로서, 상기 2개의 전극의 면적 또는 면적비를 서로 다른 구성으로 할 수 있다(도 15B).

또한, 상기 진동자의 일면에 대향하는 제2 면 상에, 상기 진동자의 표면의 일부가 노출하도록 패터닝된 금속막(예를 들면 참조 부호 16)을 갖고 상기 제2 면은 접착제에 의해 상기 추(10)에 고정되어 있는 구성으로 할 수 있다(도 18A∼18C, 19A, 19B, 20A, 20B, 21A, 21B). 접착제는 노출한 진동자의 표면의 일부에 공급되기 때문에, 접착력을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 진동자의 일면에 대향하는 제2 면 상에, 다층 구성의 금속막(16)을 갖고, 그 금속막의 표면층은 내부의 금속막의 일부가 노출하도록 패터닝되어 있고, 상기 제2 면은 접착제에 의해 상기 추에 고정되어 있는 구성으로 할 수 있다. 내부의 금속막이 표면의 금속막보다도 접착성이 좋은 경우에는, 접착력을 향상시킬 수 있음과 함께, 진동자는 내부의 금속막으로 덮여 있기 때문에 정전 용량은 저하하지 않는다.

또한, 상기 진동자의 코너에 근접하는 상기 전극의 코너 부분은, 상기 진동자의 코너에서 후퇴한 위치에 있는 구성으로 할 수 있다(도 17A, 17D). 따라서, 다이싱 등에 의해 진동자를 가공할 때의 치핑의 발생을 피할 수 있다.

또한, 상기 전극의 엣지는 상기 진동자의 엣지로부터 후퇴되어 있는 구성으로 할 수 있다(도 17A∼17G). 따라서, 다이싱 등에 의해 진동자를 가공할 때의 치핑의 발생을 피할 수 있다.

또한, 가속도 센서의 일 실장예로서, 가속도 센서는 기판(80)을 갖고, 상기 진동자의 상기 제1 면은 접착제에 의해 상기 기판에 부착되어 있는 구성으로 하는 것이 가능하다(도 22, 24A∼24C).

또한, 상기 배선 기판은 상기 진동자의 상기 제1 면에 대향하는 위치에 형성된 금속막(86a, 86b, 86d, 86e)을 갖고, 그 금속막은 상기 진동자를 상기 기판에 부착할 때에 상기 접착제를 가이드하도록 패터닝되어 있는 구성으로 할 수 있다(도 24B, 24C). 이 패터닝에 의해 접착제는 접착면 전체면에 널리 퍼져, 접착력이 향상된다.

또한, 상기 가속도 센서는 기판을 갖고, 상기 추는 상기 진동자를 통하여 외팔보 구조로 상기 기판 상에 지지되고, 상기 추의 자유단에 대향하는 상기 기판 상에 그 자유단의 움직임을 규제하는 댐퍼(82)가 설치되는 구성으로 할 수 있다(도 22). 이에 의해, 특정 방향으로 과도한 충격이 가해지더라도 진동자에 응력이 집중하는 경우는 없어, 진동자를 파괴로부터 보호할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 진동자의 전극 구성에 의한 간편한 방법으로 3축의 가속도를 검지할 수 있는 소형, 고신뢰성의 가속도 센서를 실현할 수 있다.

Claims

한 방향으로 분극된 진동자와, 상기 진동자에 연속하여 설치된 추를 구비한 가속도 센서에 있어서, 분극 방향으로 인접하는 한쌍의 전극을 상기 진동자의 제1 면 상에 설치하고, 상기 한쌍의 전극은 상기 제1 면의 대각선상에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항에 있어서,

상기 한쌍의 전극 각각은, 상기 제1 면을 균등하게 4 분할한 각각의 면적보다도 크고, 균등하게 2 분할한 각각의 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항에 있어서,

분극 방향에 직교하는 방향에서의 상기 진동자의 길이를 L로 하고, 상기 한쌍의 전극의 길이를 각각 L1, L2로 했을 때, 0.5<L1(=L2)/L<1인 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 진동자의 제1 면은, 상기 한쌍의 전극에 피복되어 있지 않은 복수의 노출부를 갖고, 상기 복수의 노출부는 상기 제1 면의 다른 대각선상에 위치하고 있는것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항에 있어서,

상기 제1 면의 다른 대각선상에 위치하는 다른 한쌍의 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제5항에 있어서,

상기 다른 한쌍의 전극 각각은, 상기 분극 방향을 따라서 상기 진동자의 제1 면을 2 분할한 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제6항에 있어서,

상기 한쌍의 전극 각각은, 분극 방향에 직교하는 방향으로 인접하는 상기 다른 한쌍의 전극의 한쪽의 전극과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 진동자의 분극 방향은 판 형상의 상기 추의 길이 방향에 직교하고 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 진동자의 분극 방향은 판 형상의 상기 추의 길이 방향과 동일 방향인 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한쌍의 전극에 접속되는 차동 증폭기를 더 구비하여, 상기 한쌍의 전극에 나타나는 전압을 차동 증폭하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
한 방향으로 분극된 진동자와, 상기 진동자에 연속되어 설치된 추를 구비한 가속도 센서에 있어서, 상기 진동자의 제1 면을 비대칭으로 2 분할하도록 배치된 2개의 전극을 갖고, 상기 2개의 전극의 대향하는 엣지는 상기 진동자의 분극 방향에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제11항에 있어서,

상기 2개의 전극 중 한쪽은, 상기 제1 면을 균등하게 4 분할한 영역의 모든 영역에 걸쳐 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제11항 또는 제12항에 있어서,

상기 2개의 전극의 면적은 서로 다른 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 진동자의 일면에 대향하는 제2 면 상에, 상기 진동자의 표면의 일부가 노출하도록 패터닝된 금속막을 갖고, 상기 제2 면은 접착제에 의해 상기 추에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 진동자의 일면에 대향하는 제2 면 상에, 다층 구성의 금속막을 갖고, 상기 금속막의 표면층은 내부의 금속막의 일부가 노출되도록 패터닝되어 있고, 상기 제2 면은 접착제에 의해 상기 추에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 진동자의 코너에 근접하는 상기 전극의 코너 부분은 상기 진동자의 코너에서 후퇴한 위치에 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전극의 엣지는 상기 진동자의 엣지로부터 후퇴되어 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가속도 센서는 기판을 갖고, 상기 진동자의 상기 제1 면은 접착제에 의해 상기 기판에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제18항에 있어서,

상기 배선 기판은 상기 진동자의 상기 제1 면에 대향하는 위치에 형성된 금속막을 갖고, 상기 금속막은 상기 진동자를 상기 기판에 부착할 때에 상기 접착제를 가이드하도록 패터닝되어 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가속도 센서는 기판을 갖고, 상기 추는 상기 진동자를 통하여 외팔보 구조로 상기 기판 상에 지지되고, 상기 추의 자유단에 대향하는 상기 기판 상에 상기 자유단의 움직임을 규제하는 댐퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.