JP2009031048A - 圧電型加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧電型加速度センサにおいて、良好な感度が得られるとともに、低コスト化、小型化を図ることができるようにする。
【解決手段】圧電型加速度センサ１が、軸直角断面の１／２以上が圧電体４で形成された梁部と、この梁部の一端側によって支持された錘３と、梁部の他端側を支持する支持台２と、圧電体４に発生する分極電圧を取り出すための電極５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電型加速度センサに関する。

従来、圧電素子を用いた圧電型加速度センサが種々知られている。
例えば、特許文献１には、長尺板状に形成されて一面に信号取出電極を形成した素子エレメントの一対の各他面を互いに対面接合した圧電素子と、圧電素子の両端部を支持する支持部とを備え、圧電素子が加速度方向へ撓んで分極されて電気信号を出力する加速度センサにおいて、両端部が撓みに基づいて変位自在に可動し得るよう圧電素子を支持する可動支持手段が支持部に設けられた加速度センサが記載されている。
この加速度センサでは、両端支持された圧電素子自体に作用する慣性力によって発生する変形による分極電圧を検出して加速度を求めている。
また、特許文献２には、ダイヤフラムの一方の面に重錘が固定され、ダイヤフラムの他方の面に圧電素子が固定されてなる加速度検出部と、この加速度検出部の圧電素子側に配され、加速度検出部の検出信号を増幅させる回路基板とを備え、圧電素子の接続電極と回路基板の接続端子とが接続される圧電型加速度センサであって、圧電素子の接続電極と回路基板の接続端子とを互いに対向させ、これら接続電極と接続端子とを、弾性を有する導電性接点材によって接続したことを特徴とする圧電型加速度センサが記載されている。
この圧電型加速度センサでは、重錘に作用する慣性力によってダイヤフラムが変形され、ダイヤフラム上に固定された圧電素子によってダイヤフラムの変形を検出することで、重錘に作用する加速度を検出することができるようになっている。
特開平１１−７２５０４号公報 特開２００３−４７６０号公報

しかしながら、上記のような従来の圧電型加速度センサには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、長尺板状の圧電素子自体の変形により加速度を検出するので簡素な構成とすることができるものの、慣性力に対する変形も小さいため、検出感度が低くなってしまうという問題がある。検出感度を上げるには、圧電素子をさらに長尺化する必要があるため、センサが大型化してしまうという問題がある。
また、３軸方向の加速度を検出するためには、３軸方向に同様の構成を配置する必要があるので、さらに大型化してしまうという問題がある。
また、特許文献２に記載の技術では、ダイヤフラム上に偏心させて重錘を設けるため、重錘に働く３軸方向の慣性力に応じて、ダイヤフラムが変形し、この変形をダイヤフラム上の圧電素子によって検出することで、３軸方向の加速度を検出することができる。
しかしながら、ダイヤフラム上に全面的に圧電素子を形成するため、圧電素子特性のバラツキを抑えるために製造の手間がかかり、また圧電素子自体も高価であるため、製造コストを抑えることができないという問題がある。
また、圧電素子がダイヤフラム上に薄膜状に形成されているため、圧電素子膜の破壊が起こりやすいという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、良好な感度が得られるとともに、低コスト化、小型化を図ることができる圧電型加速度センサを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、圧電型加速度センサにおいて、軸直角断面の１／２以上が圧電体で形成された梁部と、該梁部の一端側によって支持された錘部と、前記梁部の他端側を支持する支持台部と、前記梁部の圧電体に発生する分極電圧を取り出すための電極部とを備える構成とする。
この発明によれば、錘部が、他端側が支持台部に支持された梁部の一端側に支持されているので、圧電型加速度センサが運動して加速度が発生した場合、錘部に作用する慣性力によって梁部が変形する。梁部は、軸直角断面の１／２以上が圧電体で形成されているため、梁部の表面のみならず、梁部の軸直角断面内での変形をも圧電体で検知することできる。そして、圧電体の歪みに応じて発生する分極電圧を電極部から取り出すことで、梁部の歪みに応じた加速度を検出することができる。
また、錘部を梁部で支持するため、錘部を、例えばダイヤフラムなどで支持する場合に比べて、支持スパンが短くても変形を検知しやすくなるので、支持スパンを短縮することが可能となる。
また圧電体を、梁状、すなわち、１次元的に形成するため、圧電材料が少なくて済み、同量の圧電材料であれば、平面膜状に成形する場合に比べて、高強度を有する梁部を構成することができる。また、平面膜状に成形する場合に比べて、製造が容易となるので、複数の梁部を設ける場合でも、各梁部の圧電素子特性を均一化しやすくなる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の圧電型加速度センサにおいて、前記梁部の長さ方向の中間部が、圧電体のみで形成された構成とする。
この発明によれば、梁部の長さ方向の中間部が、圧電体のみで形成されるので、中間部では、梁部の変形がすべて圧電体の変形になるため、感度を向上することができる。
なお、さらに感度を向上するためには、梁部全体が圧電体で形成されることが好ましい。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の圧電型加速度センサにおいて、前記梁部の端部は、前記錘部および前記支持台部の少なくともいずれかの側面と、該側面から前記梁部側に突出された突起部とに接合されてなる構成とする。
この発明によれば、梁部の端部が、錘部および支持台部の少なくともいずれかの側面と、この側面から梁部側に突出された突起部とに接合されてなるので、側面に直に接合される場合に比べて接合面積が大きくなり、梁部の端部での接合強度を向上することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電型加速度センサにおいて、前記梁部の圧電体は、圧電材料の微粒子を衝突付着させて形成してなる構成とする。
この発明によれば、圧電材料の微粒子を衝突付着させて、梁部を構成する圧電体を形成するので、例えば、錘部と支持台部との距離が短い場合や、それぞれの形状が複雑な場合であっても、容易に製造することができるため、小型の圧電型加速度センサを形成することができる。
また、常温環境で付着させることができるため、支持台部や錘部に、熱に弱い材質を用いることも可能となる。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の圧電型加速度センサにおいて、前記梁部は、複数設けられ、前記錘部は、前記複数の梁部によって、重心が３軸方向に移動可能に支持された構成とする。
この発明によれば、錘部が、複数の梁部によって重心が３軸方向に移動可能に支持されているため、３軸方向の加速度を検出する圧電型加速度センサを構成することができる。その際、錘部を、感度に方向性を有する梁状の圧電体で支持するため、圧電体を効率的に配置することが可能となる。

本発明の圧電型加速度センサによれば、軸直角断面の１／２以上が圧電体である梁部によって錘部を支持する構成とするので、梁部で良好な感度が得られるとともに、低コスト化、小型化を図ることができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る圧電型加速度センサについて説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電型加速度センサの概略構成を示す模式的な平面図である。図１（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。

本実施形態の圧電型加速度センサ１の概略構成は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、支持台２（支持台部）、錘３（錘部）、圧電体４（梁部）、および電極５（電極部）からなる。
なお、圧電型加速度センサ１を取り付けるパッケージや基板などの相手部材や、電極５からの配線は図示を省略している。

支持台２は、圧電型加速度センサ１の基台となり、パッケージや基板などの相手部材との取付部を構成するものである。そして、検出可能範囲の加速度に起因する慣性力を受けても、加速度の検出に影響を及ぼすような変形や振動が発生しないような剛性を有している。
本実施形態では、一例として、平面視正方形の開口部が設けられた金属製の枠体で構成されている。また本実施形態では、支持台２は金属の板材をプレス加工して形成されており、支持台２の厚さは、元の板材の板厚と同一で、枠体の辺長よりも短くなっている。

錘３は、加速度に応じて重心Ｇに作用する慣性力を圧電体４の端部に作用させ、圧電体４を歪ませるためのもので、本実施形態では、支持台２と同厚同材質の金属で形成され、平面視正方形の直方体形状を有し、支持台２の開口部の中央に配置されている。

圧電体４は、圧電材料で形成され、錘３を支持台２に固定する梁部を構成している。
本実施形態では、圧電体４は、４本の圧電体４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄからなり、それぞれ、梁長さ方向の一端側が錘３の側面３ａと不図示の絶縁層を介して接合され、他端側が側面３ａに対向する支持台２の枠体の内側面２ａ（支持台の側面）と不図示の絶縁層を介して接合されている。
そして、平面視では、圧電体４Ａ、４Ｃは、錘３の重心Ｇと重なる一直線上に整列され、圧電体４Ｂ、４Ｄは、圧電体４Ａ、４Ｃが整列する一直線に直交し、錘３の重心Ｇに重なる一直線上に整列されている。

本実施形態では、平面視でこのような対称配置をとるため、各圧電体４の梁長さ、および梁の軸直角断面（以下、単に梁断面と称する）の形状は同一となるように設定されている。ただし、各圧電体４の梁断面の高さ寸法は、支持台２の厚さ方向において、支持台２の厚さよりも小さい寸法とされるとともに、各圧電体４の梁断面の図心と錘３の重心Ｇとが、支持台２の厚さ方向において互いにずらされている。すなわち、錘３の重心Ｇは、各圧電体４の梁断面の図心に対して梁断面の高さ方向に偏心しており、図１（ｂ）の水平方向に慣性力が作用する場合、各圧電体４との接合部にモーメントが発生するようになっている。

圧電材料の材質は、特に限定されないが、微粒子の衝突付着によって成膜可能な材質であることが好ましい。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などを好適に採用することができる。

電極５は、圧電体４の変形によって発生する分極電圧を取り出すためのもので、各圧電体４において、支持台２の厚さ方向に対向する表面に、例えば、蒸着やスパッタリングなどによりそれぞれ成膜された金属膜からなる。そして、支持台２および錘３に対して絶縁された不図示の配線によって、不図示の加速度検出回路と接続可能となっている。

次に、圧電型加速度センサ１の製造方法について説明する。
図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電型加速度センサの製造工程について説明する平面視の工程説明図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図３（ａ）は、図２に示す工程に続く製造工程について説明する平面視の工程説明図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図３に示す工程に続く製造工程について順次説明する図３（ａ）のＤ−Ｄ断面と同様な断面図である。

まず、支持台２、錘３を形成するために、金属板をプレス加工して、図２（ａ）に示すような支持台２と錘３とを同時に形成する。
次に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、形成された支持台２、錘３を、圧電体成形用プレート６上に配置し、接合層７を介してそれぞれの位置を固定する。

圧電体成形用プレート６は、圧電材料の微粒子を衝突付着させて梁形状に形成する基台となるともに、各圧電体４の端部を支持台２の内側面２ａと錘３の側面３ａとに接合させるために、支持台２、錘３を定位置に固定するための部材である。
すなわち、圧電体成形用プレート６の平面視形状は、図３（ａ）に示すように、錘３を固定する錘固定部６ａと、錘３に接合する各圧電体４の延設方向に延ばされた帯状の圧電体成形部６ｂと、支持台２を固定する支持台固定部６ｃとを有する格子枠上の板部材である。このため、錘固定部６ａと支持台固定部６ｃとの間は、４箇所の圧電体成形部６ｂを除いて開口している。
ここで、圧電体成形部６ｂの幅寸法は、圧電体４の軸直角断面の幅寸法、すなわち、圧電体４で構成される梁断面幅と一致されている。

接合層７は、以下のようにして圧電体４を形成する間、支持台２、錘３を圧電体成形用プレート６上に固定するためのもので、圧電体４を形成後、適宜の剥離処理によって、支持台２、錘３、および各圧電体４から圧電体成形用プレート６を剥離できるようになっている。本実施形態では、接合層７として、エッチング処理によって除去できるＣｒ層を採用している。

次に、圧電体４の形成に先だって、内側面２ａ、側面３ａにおいて、圧電体４の端部を接合する接合領域８（図３（ｂ）参照）に絶縁層を形成する。この絶縁層は、例えば、蒸着やスパッタリングなどの適宜の手段により形成することができるが、圧電体４と同様に絶縁体微粒子を衝突付着させて成膜するようにしてもよい。
なお、支持台２、錘３を絶縁体で形成する場合には、この工程は省略することができる。

次に、図４（ａ）に示すように、支持台２の厚さ方向において、圧電体成形用プレート６が設けられたのと反対側から、圧電体成形部６ｂに向けて、例えば、ＰＺＴ微粒子を衝突付着させ、圧電体４を成膜していく。
ＰＺＴ微粒子を衝突付着させる技術としては、エアロゾルデポジション法（以下、ＡＤ法と略称する）を採用することができる。ＡＤ法は、成膜する微粒子材料をガスと混合してエアロゾル化し、減圧化の雰囲気で被膜成体に対してノズルを通して噴射し、いわゆる常温衝撃固化現象を利用して成膜を行う方法である（例えば、明渡、「エアロゾルデポジション法とその応用」表面化学、２００４、第２５巻、第１０号、ｐ．６３５−６４１）。
ＡＤ法による成膜工程では、ＰＺＴ微粒子が一定範囲に噴射され被膜形成体に衝突することで成膜が進むため、ノズル位置と被膜形成体とを相対移動して噴射領域を移動させ、付着量を制御することで膜厚（梁断面の高さ）を制御することができる。
一方、圧電体４の梁断面の幅寸法は、被膜形成体である圧電体成形用プレート６の圧電体成形部６ｂの寸法によって決まる。
また、内側面２ａ、側面３ａ、圧電体成形部６ｂに到達しないＰＺＴ微粒子は、圧電体成形用プレート６の開口部を通り抜けて、圧電体４の形成に寄与しない。
このようにして、図４（ａ）に示すように、接合層７が形成された圧電体成形部６ｂ、側面３ａ、内側面２ａの間に、それぞれ軸直角断面が制御された圧電体４を形成することができる。

次に、圧電体４が形成後の、図４（ａ）に示すような組立体の接合層７をエッチング処理し、圧電体成形用プレート６を剥離する（図４（ｂ）参照）。
そして、図４（ｃ）に示すように、支持台２の厚さ方向において、互いに対向する圧電体４の表面にそれぞれ電極５を形成し、必要に応じて、不図示の配線パターンを形成する。
このようにして、圧電型加速度センサ１が製造される。

本実施形態の製造方法によれば、圧電体４を圧電材料の微粒子を衝突付着させて形成するので、例えば、側面３ａと内側面２ａとの距離が短い場合や、錘３、支持台２の形状が複雑な場合であっても、容易に製造することができるため、圧電型加速度センサ１の小型化が容易となる。
また、常温環境で付着させることができるため、支持台部や錘部に、熱に弱い材質を用いることも可能となる。
また、圧電体４を１次元的な梁として形成するので、より大きな広がりを有する２次元膜として形成する場合に比べて、製造上、圧電素子特性のバラツキを抑えることが容易となる。

次に、圧電型加速度センサ１の動作について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本実施形態の圧電型加速度センサの動作を説明するための模式的な動作説明図である。

例えば、図５（ａ）に示すように、圧電型加速度センサ１の移動などにより、圧電体４Ｂ、４Ｄの延在方向（以下、ｘ方向と称する）に加速度が発生した場合、錘３の重心Ｇには、慣性力ｆ_ｘが作用する。圧電体４Ｂ、４Ｄの支持位置は、重心Ｇから偏心しているため、錘３を支持する圧電体４Ｂ、４Ｄの端部には、重心Ｇの偏心位置に応じて、図示、反時計回りのモーメントが作用する。
これにより、圧電体４Ｂ、４Ｄは、図示Ｓ字状に変形し、それぞれの歪みに応じて分極電圧が発生する。この分極電圧に対応する電圧信号Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｄは、各電極５に接続された配線１０１を通して加速度検出回路１００により検出される。
また、この場合、図示奥行き方向に配置される圧電体４Ａ、４Ｃは、慣性力ｆ_ｘによる紙面内反時計回りのねじりモーメントとｘ方向の剪断力とを受けて変形するが、このような変形に対する圧電素子の感度は低いため、それぞれの歪みに応じてより小さな分極電圧が発生する。この分極電圧に対応する電圧信号Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｃは、各電極５に接続された配線１０１を通して加速度検出回路１００により検出される。
加速度検出回路１００では、これらの電圧信号Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃ、Ｖ_Ｄから、予め校正された各電圧信号と加速度との関係に基づいて、ｘ方向における加速度を算出し、適宜の検出信号Ａ_ｘを出力する。

一方、圧電体４Ａ、４Ｃの延在方向（以下、ｙ方向と称する）において、同様の慣性力ｆ_ｙが錘３に作用した場合、同様にして、慣性力ｆ_ｙの大きさと変形モードとに応じて電圧信号Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃ、Ｖ_Ｄが発生し、これらの電圧信号から予め校正された各電圧信号と加速度との関係に基づいて、ｙ方向における加速度を算出し、適宜の検出信号Ａ_ｙを出力する。

また、例えば、図５（ｂ）に示すように、圧電型加速度センサ１に、支持台２の厚さ方向、すなわち、ｘ方向およびｙ方向に直交する方向（以下、ｚ方向と称する）に加速度が発生した場合、錘３の重心Ｇには、慣性力ｆ_ｚが作用する。このため、４つの圧電体４の錘３側の端部には、錘３を通して、ｚ方向の同方向にｆ_ｚ／４の剪断力が作用し、この剪断力に応じて、各圧電体４がｚ方向に均等に変形し、この変形の歪みに応じて分極電圧が発生する。この各分極電圧に対応する電圧信号Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃ、Ｖ_Ｄは、各電極５に接続された配線１０１を通して、加速度検出回路１００によって検出される。
加速度検出回路１００は、このような圧電体４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの共通する電圧信号成分を検出した場合、予め校正された各電圧信号と加速度との関係に基づいて、ｚ方向における加速度を算出し、適宜の検出信号Ａ_ｚを出力する。

錘３に作用する慣性力が、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の各方向成分を含む一般の場合には、それら成分比に応じて、電圧信号Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃ、Ｖ_Ｄが変化し、各方向の慣性力の比率に応じて各方向の加速度が算出され、それぞれに応じて検出信号Ａ_ｘ、Ａ_ｙ、Ａ_ｚが出力される。
このように、圧電型加速度センサ１によれば、電圧信号Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃ、Ｖ_Ｄに基づいて、互いに直交する３軸方向の加速度を検出することができる。

本実施形態の圧電型加速度センサ１によれば、錘３を梁部を構成する圧電体４で支持するため、錘３を、例えばダイヤフラムなどで支持する場合に比べて、支持スパンが短くても変形を検知しやすくなる。そのため、支持スパンを短縮し、より小型化を図ることができる。
また圧電体４を、１次元的に形成するため、高価な圧電材料が少なくて済み、低コスト化を図ることができる。また、圧電体４を平面膜状に成形する場合に比べて、同量の圧電材料であれば、梁断面の高さを高くできるので、高強度を有する圧電体４を構成することができる。

次に、本実施形態の第１変形例に係る圧電型加速度センサについて説明する。
図６（ａ）は、本発明の実施形態の第１変形例に係る圧電型加速度センサの概略構成を示す模式的な平面図である。図６（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）のＥ−Ｅ断面図およびＦ−Ｆ断面図である。

本変形例の圧電型加速度センサ１０は、上記実施形態の支持台２、錘３、圧電体４に代えて、支持台１２（支持台部）、錘１３（錘部）、圧電体１４をそれぞれ備える。
本変形例は、上記実施形態の圧電型加速度センサ１における圧電体４の端部と支持台２、錘３との接合部の形状に関する変形例であり、それぞれの平面視の配置は、上記実施形態と同様である。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

支持台１２は、上記実施形態の支持台２と同形状の枠体において、圧電体１４を接合する厚さ方向の一方の表面に沿って、内側面２ａから内周側に突出された突起部１２ａを備える。この突起部１２ａは、厚さ方向の寸法が、圧電体１４のみで構成される梁断面の１／２以下を占めるように設定され、圧電体１４との接合領域を段状としている。
突起部１２ａは、周方向には少なくとも圧電体１４が接合される範囲に設けられていればよいが、本実施形態では内側面２ａの全周にわたって設けられている。

錘１３は、上記実施形態の錘３と同形状の直方体において、圧電体１４を接合する厚さ方向の一方の表面に沿って、側面３ａから外周側に突出された突起部１３ａを備える。この突起部１３ａは、厚さ方向の寸法が、圧電体１４のみで構成される梁断面の１／２以下を占めるように設定され、圧電体１４との接合領域を段状としている。
突起部１３ａは、周方向には少なくとも圧電体１４が接合される範囲に設けられていればよいが、本実施形態では側面３ａの全周にわたって設けられている。

圧電体１４は、上記実施形態の圧電体４と同材質からなる圧電材料で形成され、錘１３を支持台１２に固定する梁部を構成している。
本実施形態では、圧電体１４は、４本の圧電体１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄからなり、それぞれ、梁長さ方向の一端側が錘１３の側面３ａおよび突起部１３ａと、不図示の絶縁層を介して接合され、他端側が側面３ａに対向する支持台１２の枠体の内側面２ａおよび突起部１２ａと、不図示の絶縁層を介して接合されている。
そして、この構成の梁部の梁断面は、一定の矩形断面とされている。このため、梁の中間部では、梁断面が上記実施形態の圧電体４と同様の圧電体１４から構成され、突起部１２ａ（１３ａ）が突出する端部側では、梁断面は、突起部１２ａ（１３ａ）と圧電体１４とで構成されている。
また、支持台１２の厚さ方向において、それぞれ対向する圧電体１４の表面には、それぞれ上記実施形態と同様にして、電極５および不図示の配線が設けられている。

このような構成の圧電型加速度センサ１０は、上記実施形態の圧電型加速度センサ１と同様にして製造することができる。
突起部１２ａ、１３ａは、例えば、金型によって金属板からのブレス加工時に形成することができるが、形状精度を良好にするために、必要に応じて二次加工を施してもよい。

本変形例の圧電型加速度センサ１０によれば、錘１３を支持する梁部が、端部を除いて、圧電体４と同様の圧電体１４によって構成されるので、上記実施形態と略同様の作用効果を備える。
また、内側面２ａ、側面３ａに突起部１２ａ、１３ａを設けることで、圧電体１４との接合部を段状とするので、内側面２ａ、側面３ａのような平面部に接合させる場合に比べて、接合面積が大きくなり、梁部の端部での接合強度を向上することができる。

次に、本実施形態の第２変形例に係る圧電型加速度センサについて説明する。
図７（ａ）は、本発明の実施形態の第２変形例に係る圧電型加速度センサの概略構成を示す模式的な平面図である。図７（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図７（ａ）のｇ−ｇ断面図およびＨ−Ｈ断面図である。

本変形例の圧電型加速度センサ２０は、上記実施形態の支持台２、錘３に代えて、支持台２２を備える。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

支持台２２は、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、上記実施形態の支持台２、錘３に相当する支持台本体２２ｃ（支持台部）、錘部２２ｂが、各圧電体４が設けられる厚さ方向の一方の表面側において、各圧電体４の配置に合わせた平面視十字状の支持台梁部２２ａで互いに接続されたものである。
そして、支持台２２の厚さ方向において、支持台梁部２２ａの軸直角断面の高さは、圧電体４の軸直角断面の高さ以下とされる。
そして、各圧電体４は、一方の電極５が、不図示の絶縁層を介して支持台梁部２２ａに接合された状態で、両端部が、支持台本体２２ｃの内側面２２ｄと、錘部２２ｂの側面２２ｅとの間に接合されている。
このため、内側面２２ｄ、側面２２ｅの間に形成される梁部の軸直角断面は、圧電体４と支持台梁部２２ａとからなり、圧電体４が１／２以上を占めている。圧電型加速度センサ２０の感度を向上するためには、圧電体４の梁断面に占める割合は、できるだけ大きいことが好ましい。

このような構成の圧電型加速度センサ２０は、上記実施形態の圧電型加速度センサ１の製造工程を一部変更して製造することができる。
まず、支持台２２をプレス加工、あるいはプレス加工に適宜の除去加工等を組み合わせて形成する。
支持台２２は、上記実施形態において、支持台２に圧電体成形用プレート６を接合した状態と略同様の形状となっており、圧電体成形用プレート６を用いることなく、圧電体４を形成することができる。
ただし、圧電体４の圧電材料からなる微粒子を衝撃付着させる前に、支持台梁部２２ａを絶縁処理し、その上に、電極５を形成し、圧電体４を成膜する点が異なる。なお、電極５の形成時に、配線も形成しておくことが好ましい。
そして、圧電体４の成膜後、さらに電極５およびこの電極５からの配線を形成する。
このようにして、圧電型加速度センサ２０が製造される。

なお、ここでは、一例として、１つの金属板から支持台２２を形成する場合の例で説明したが、支持台２２は、上記実施形態と同様に、支持台２、錘３を形成し、これらに平面形状が圧電体成形用プレート６と同様の薄板部材を接合することで形成してもよい。例えば、薄板部材が金属の場合、支持台２、錘３と熱圧着して接合し、一体化することができる。
また、この薄板部材として、絶縁体を採用し、支持台２、錘３と、例えば接着などによって、接合し、一体化してもよい。この場合、支持台本体２２ｃが絶縁体で構成されるため、電極５を形成する場合に、支持台梁部２２ａの絶縁処理工程を省略することができる。

本変形例の圧電型加速度センサ２０によれば、錘１３を支持する梁部が、すべて、圧電体４と支持台梁部２２ａとからなる。そして、梁部の軸直角断面において、圧電体４が１／２以上の相対的な大面積を占めている。
このため、梁部の表面のみならず、梁部の軸直角断面内での変形をも圧電体４で検知することできる。そして、圧電体４の歪みに応じて発生する分極電圧を電極５から取り出すことで、梁部の歪みに応じた加速度を検出することができる。
また、支持台２２を一体成形する場合には、部品点数を低減することができる。
また、圧電体４を成膜する際に、圧電体成形用プレート６を用いることなく、したがって、圧電体４の成膜後に剥離する工程も不要となるため、製造工程を簡素化することができる。

なお、上記の説明では、梁部が、互いに直交する２直線状に整列した４本からなる場合の例で説明したが、本発明の圧電型加速度センサの梁部の本数および配置は、これに限定されない。
例えば、互いに１２０°で交差する３方向に配置された３本の梁部によって錘部を支持する構成としても、３軸方向の加速度を検出することができる。また、４本以上配置してもよい。
また、互いに直交配置された２本の梁部によって錘部を片持ち支持する構成としてもよい。

また、上記の説明では、圧電型加速度センサが、３軸方向の加速度を検出できるようにした構成の例で説明したが、１軸方向、２軸方向の加速度を検出する構成に変形してもよい。例えば、梁部を１本用いて支持台に錘部を片持ち支持する構成であれば、１軸方向の加速度を検出することができる。

また、上記の説明では、圧電型加速度センサの支持台の平面視形状が正方形であり、各梁部の形状が同一である場合の例で説明したが、例えば、支持台の平面視形状は、例えば矩形状や円形状などの適宜の形状を採用することができる。そして、そのような形状に応じて、梁部の長さが不均一になる場合でも、梁部の断面積を変えることで各梁部の検出感度を均一化することができる。

本発明の実施形態に係る圧電型加速度センサの概略構成を示す模式的な平面図、そのＡ−Ａ断面図、およびＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施形態に係る圧電型加速度センサの製造工程について説明する平面視の工程説明図、およびそのＣ−Ｃ断面図である。 図２に示す工程に続く製造工程について説明する平面視の工程説明図、およびそのＤ−Ｄ断面図である。 図３に示す工程に続く製造工程について順次説明する断面図である。 本実施形態の圧電型加速度センサの動作を説明するための模式的な動作説明図である。 本発明の実施形態の第１変形例に係る圧電型加速度センサの概略構成を示す模式的な平面図、そのＥ−Ｅ断面図、およびＦ−Ｆ断面図である。 本発明の実施形態の第２変形例に係る圧電型加速度センサの概略構成を示す模式的な平面図、そのｇ−ｇ断面図、およびＨ−Ｈ断面図である。

符号の説明

１、１０、２０ 圧電型加速度センサ
２、１２ 支持台（支持台部）
２ａ、２２ｄ 内側面（支持台の側面）
３ 錘（錘部）
３ａ、２２ｅ 側面（錘部の側面）
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ 圧電体（梁部）
５ 電極（電極部）
６ 圧電体成形用プレート
１２ａ、１３ａ 突起部
２２ａ 支持台梁部
２２ｂ 錘部
２２ｃ 支持台本体（支持台部）
１００ 加速度検出回路

Claims (5)

1. 軸直角断面の１／２以上が圧電体で形成された梁部と、
   該梁部の一端側によって支持された錘部と、
   前記梁部の他端側を支持する支持台部と、
   前記梁部の圧電体に発生する分極電圧を取り出すための電極部とを備えることを特徴とする圧電型加速度センサ。
2. 前記梁部の長さ方向の中間部が、圧電体のみで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の圧電型加速度センサ。
3. 前記梁部の端部は、前記錘部および前記支持台部の少なくともいずれかの側面と、該側面から前記梁部側に突出された突起部とに接合されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電型加速度センサ。
4. 前記梁部の圧電体は、圧電材料の微粒子を衝突付着させて形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電型加速度センサ。
5. 前記梁部は、複数設けられ、
   前記錘部は、前記複数の梁部によって、重心が３軸方向に移動可能に支持されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電型加速度センサ。

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