JP6841077B2 - 加速度センサ - Google Patents

Description

本発明は、加速度センサに関する。

ベース層と、互いに対向する第一及び第二主面を有する圧電素子と、おもり層と、を備えている加速度センサが知られている（たとえば、特許文献１）。特許文献１に記載の加速度センサでは、おもり層に慣性力が働くと、この慣性力に応じた荷重が圧電素子に付与される。圧電素子は付与された荷重に応じて電荷を発生するため、圧電素子で発生した電荷に基づいて、加速度の大きさが検出され得る。

特開２００７−１０１４４８号公報

本発明は、基板で発生するうねりから圧電素子が受ける影響が小さい、加速度センサを提供することを目的とする。

本発明者らは、調査研究の結果、以下のような事実を新たに見出した。

特許文献１に記載の加速度センサは、たとえば、ベース層側を実装面として電子機器の基板に実装される。電子機器に加速度が加わると、基板にうねりが発生する。このうねりは、加速度センサのベース層を介して圧電素子に荷重を与える。すなわち、おもり層の慣性力だけでなく基板のうねりにも起因して、圧電素子に電荷が発生する。

電子機器における基板の固定状態又は基板に対する加速度センサの固定状態等が異なれば、基板で発生するうねりの状態も異なる。このため、特許文献１に記載の加速度センサに同一の加速度を加えたとしても、上記固定状態が異なるのであれば、圧電素子に付与される荷重も異なる。したがって、加速度センサに同一の加速度が加えられたときに同様の検出値を得るには、同様の固定状態に設定とすることが求められ、加速度の測定は煩雑であった。

そこで、本発明者らは、基板で発生するうねりから加速度センサの圧電素子が受ける影響を抑制できる構成について鋭意研究を行った。

この結果、本発明者らは、ベース層と圧電素子の第一主面とを接着している第一接着層が、おもり層と圧電素子の第二主面とを接着している第二接着層よりも柔らかく、第一接着層の厚みは、１０μｍ以上であるという構成を見出すに至った。この構成では、加速度センサが実装されている基板で発生するうねりの影響が第一接着層で抑制される。

本発明の一態様に係る加速度センサは、ベース層と、互いに対向する第一及び第二主面を有する圧電素子と、ベース層と圧電素子の第一主面とを接着している第一接着層と、おもり層と、おもり層と圧電素子の第二主面とを接着している第二接着層と、を備え、第一接着層は、第二接着層よりも柔らかく、第一接着層の厚みは、１０μｍ以上である。

本発明に係る加速度センサでは、第一接着層が第二接着層よりも柔らかく、第一接着層の厚みが基板で発生するうねりから加速度センサの圧電素子が受ける影響を抑制するのに十分な値を有している。

圧電素子に電気的に接続されている一対の端子電極と、各端子電極の一部を覆うと共に、一対の端子電極よりもはんだに対して濡れ性が低い材料からなるカバー部と、を更に備え、圧電素子は、第一及び第二主面に直交すると共に互いに対向する一対の端面を有し、各端子電極は、端面を含む面上に配置されていると共に、ベース層側においてカバー部から露出しており、第一接着層は、カバー部よりも柔らかくてもよい。この場合、カバー部によってはんだの這い上がりが調整され得る。第一接着層は、このカバー部よりも柔らかいため、カバー部よりも硬い場合に比べて、基板で発生するうねりから加速度センサの圧電素子が受ける影響が抑制されやすい。

圧電素子に電気的に接続されている一対の端子電極と、各端子電極の一部を覆うと共に、一対の端子電極よりもはんだに対して濡れ性が低い材料からなるカバー部と、を更に備え、圧電素子は、第一及び第二主面に直交すると共に互いに対向する一対の端面を有し、各端子電極は、端面を含む面上に配置されていると共に、少なくとも圧電素子及び第一接着層に接しており、第一接着層を形成する材料のショアＤ硬度は、２０以上７０以下であってもよい。おもり層に働く慣性力によって、第一接着層は変形する。仮に、第一接着層が柔らかすぎる場合、第一接着層の変形による幅方向の変位に端子電極が耐えきれず、端子電極は分断されるおそれがある。第一接着層を形成する材料のショアＤ硬度が２０以上７０以上であれば、基板で発生するうねりから加速度センサの圧電素子が受ける影響が抑制されると共に、端子電極が分断され難い。

第一接着層は、複数の気泡を含んでいてもよい。接着層を構成する材料が同じであったとしても、気泡が形成されていない接着層に比べて、気泡が形成された接着層の方が柔らかい。このため、基板で発生するうねりから圧電素子が受ける影響を抑制できる第一接着層について、材料選択の自由度が向上する。

第一接着層は、第一主面の全域に接していてもよい。この場合、基板で発生するうねりの影響が第一接着層で吸収され易いため、基板で発生するうねりから圧電素子が受ける影響が更に抑制されやすい。

第一接着層の厚みは、１０μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。この場合、第二接着層を介して、おもり層の慣性力によって圧電素子に付与される荷重が維持されるため、基板で発生するうねりから加速度センサの圧電素子が受ける影響の抑制作用と加速度の検出感度とが、バランスよく成立する。

本発明の一態様に係る加速度センサ装置は、上記加速度センサと、当該加速度センサが実装されている回路基板と、圧電素子と回路基板とを電気的に接続するはんだ層と、を備え、第一接着層は、はんだ層よりも柔らかい。

本発明の一態様に係る加速度センサ装置では、少なくとも第一接着層ははんだ層よりも柔らかいため、回路基板で発生するうねりから加速度センサの圧電素子が受ける影響が抑制され得る。

本発明によれば、基板で発生するうねりから圧電素子が受ける影響が小さい、加速度センサを提供することができる。

一実施形態に係る加速度センサを示す概略斜視図である。 加速度センサの断面構成を説明するための図である。 加速度センサを回路基板に搭載した状態を説明するための図である。 加速度センサの感度変化率の計測を説明するための図である。 加速度センサの感度変化率の計測を説明するための図である。 加速度センサの感度変化率の計測を説明するための図である。 本実施形態の変形例に係る加速度センサの断面構成を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る加速度センサ１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る加速度センサを示す概略斜視図である。図２は、図１に示されている加速度センサをＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図である。加速度センサ１は、素子本体部１０と、一対の端子電極２０，２５と、カバー部３０，３５と、を備えている。

素子本体部１０は、実装面側から順に、ベース層１１、第一接着層１６Ａ、圧電素子１２、第二接着層１６Ｂ、及びおもり層１３を備える積層構造を有する。素子本体部１０は、直方体形状を呈しており、高さ方向において互いに対向する一対の主面１０ａ，１０ｂ、長手方向において互いに対向する一対の端面１０ｃ，１０ｄ、及び幅方向において互いに対向する一対の側面１０ｅ，１０ｆを有している。

上述した素子本体部１０は、たとえば、ベース層１１、圧電素子１２、及びおもり層１３となるべきグリーンシートを準備して、適宜電極パターンを印刷した上で積層し、その積層体を焼成することで得られる。高さ方向から見て、ベース層１１、第一接着層１６Ａ、圧電素子１２、第二接着層１６Ｂ、及びおもり層１３の平面形状は、同一寸法の長方形状である。本実施形態の主面１０ａ，１０ｂでは、長手方向の長さは３．８ｍｍであり、幅方向の長さは２．０ｍｍである。

ベース層１１は、図３に示されているように、回路基板５０に実装するための実装面を有している。ベース層１１は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするセラミック材料で構成されている。本実施形態では、ベース層１１の厚さは、０．２ｍｍである。

圧電素子１２は、主面１０ａ，１０ｂに平行であると共に、互いに対向する主面１２ａ及び主面１２ｂを有している。圧電素子１２は、主面１０ａ，１０ｂに直交すると共に互いに対向する一対の端面を有している。これらの圧電素子１２が有する一対の端面は、素子本体部の端面１０ｃ，１０ｄに含まれている。圧電素子１２の主面１２ａ，１２ｂは、端面１０ｃ，１０ｄに接続されている。圧電素子１２の主面１２ａは、ベース層１１に対向して配置されている。圧電素子１２は、圧電層１５と、主面１０ａ，１０ｂに対して平行な一対の電極層１４Ａ，１４Ｂを含んでいる。圧電層１５は、素子本体部１０の積層方向（高さ方向）において一対の電極層１４Ａ，１４Ｂに挟みこまれている。

圧電素子１２の一対の電極層１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ、素子本体部１０の対向する一対の端面１０ｃ，１０ｄまで引き出されている。ベース層１１側に配置されている電極層１４Ａは、端面１０ｃから露出しており、端面１０ｄ、及び側面１０ｅ，１０ｆでは露出していない。おもり層１３側に配置されている電極層１４Ｂは、端面１０ｄから露出しており、端面１０ｃ、及び側面１０ｅ，１０ｆでは露出していない。本実施形態では、圧電素子１２の厚さは、０．２ｍｍである。

電極層１４Ａ，１４Ｂは、たとえばＡｇ、Ｃｕ、又はＡｕ等を主成分とする導電材料で構成され、本実施形態ではスパッタリングにより形成されている。なお、電極層１４Ａ，１４Ｂの形成は、蒸着等のその他の形成方法を採用することができる。圧電素子１２の圧電層１５は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするセラミック材料で構成されている。圧電層１５は、分極されている。分極方向４０は、積層方向に直交する方向であって、圧電層１５の幅方向である。

第一接着層１６Ａは、ベース層１１と圧電素子１２との間に配置されており、ベース層１１と圧電素子１２の主面１２ａとを接着している。第一接着層１６Ａは、ベース層１１の圧電素子１２側の面、及び圧電素子１２のベース層１１側の主面１２ａの全域に接している。この全域とは、長手方向及び幅方向において延在する主面１２ａの全ての領域をいう。圧電素子１２の積層方向（高さ方向）において、第一接着層１６Ａの厚みＴ１は、１０μｍ以上３０μｍ以下である。

第一接着層１６Ａを形成する材料のショアＤ硬度は、２０以上７０以下である。本実施形態では、第一接着層１６Ａは、エポキシ樹脂等を材料とする。第一接着層１６Ａには、複数の気泡４５が形成されている。具体的には、第一接着層１６Ａは、１立方ミリメート当たり１〜１００個の複数の気泡４５を含んでいる。図２及び図３では、気泡４５が、模式的に円で示されている。実際の気泡４５の形状は、円（球）に限らない。

第二接着層１６Ｂは、圧電素子１２とおもり層１３との間に配置されており、おもり層１３と圧電素子１２の主面１２ｂとを接着している。第二接着層１６Ｂは、圧電素子１２のおもり層１３側の面、及びおもり層１３の圧電素子１２側の主面１２ｂの全域に接している。この全域とは、長手方向及び幅方向において延在する主面１２ｂの全ての領域をいう。素子本体部１０の積層方向において、第二接着層１６Ｂの厚みＴ２は、１０μｍ以上３０μｍ以下である。第二接着層１６Ｂを形成する材料のショアＤ硬度は、８０以上９５以下である。具体的には、第二接着層１６Ｂは、エポキシ樹脂等を材料とする。第一接着層１６Ａは、第二接着層１６Ｂよりも柔らかい。

おもり層１３は、圧電素子１２のベース層１１側と反対側で圧電素子１２に対向して配置されている。おもり層１３は、ベース層１１同様、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするセラミック材料で構成されている。おもり層１３は、圧電素子１２に加速度検出に必要な荷重を付与するのに十分な質量を有している。本実施形態では、おもり層１３の厚さは、０．６ｍｍであり、質量は３６ｇである。

各端子電極２０，２５は、素子本体部１０の端面１０ｃ，１０ｄ上にスパッタリングにより形成されたスパッタ電極２０ａ，２５ａと、素子本体部１０の主面１０ａに部分的に焼付印刷された上面電極２０ｂ，２５ｂと、素子本体部１０の主面１０ｂに部分的に焼付印刷された底面電極２０ｃ，２５ｃとで構成されている。

一対の端子電極２０，２５のスパッタ電極２０ａ，２５ａは、圧電素子１２の電極層１４Ａ，１４Ｂが露出する一対の端面１０ｃ，１０ｄで、電極層１４Ａ，１４Ｂに接続されている。具体的には、スパッタ電極２０ａは、一方の端面１０ｃにおいて電極層１４Ａと接続されている。スパッタ電極２５ａは、他方の端面１０ｄにおいて電極層１４Ｂと接続されている。スパッタ電極２０ａ，２５ａは、それぞれ主面１０ａ側で上面電極２０ｂ，２５ｂと接続されており、主面１０ｂ側で底面電極２０ｃ，２５ｃと接続されている。

このような構成の端子電極２０，２５により、圧電素子１２で発生した電荷が出力される。なお、スパッタ電極２０ａ、２５ａは、必要に応じて蒸着等のスパッタリング以外の方法で形成された電極に置き換えられてもよい。

スパッタ電極２０ａ，２５ａはいずれも、素子本体部１０の端面１０ｃ，１０ｄに、積層方向に延びる帯状に形成されている。積層方向に関しては、端子電極２０，２５のスパッタ電極２０ａ，２５ａは、素子本体部１０の端面１０ｃ，１０ｄの主面１０ａ側から主面１０ｂ側まで延びて、ベース層１１、圧電素子１２、及びおもり層１３に接して、一体的に覆っている。

積層方向に直交する方向に関しては、スパッタ電極２０ａ，２５ａは、その幅が素子本体部１０の幅よりも狭い。このため、スパッタ電極２０ａ，２５ａの幅方向の両側で素子本体部１０の端面１０ｃ，１０ｄが、スパッタ電極２０ａ，２５ａから露出している。

スパッタ電極２０ａ，２５ａは、電極層１４Ａ，１４Ｂを構成するＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ等の金属と電気的に良好に接続できる、Ａｇ等の金属材料を主成分とする。上面電極２０ｂ，２５ｂ及び底面電極２０ｃ，２５ｃは、Ａｇ等の金属材料を主成分とする。

カバー部３０，３５は、素子本体部１０の端面１０ｃ，１０ｄに、端子電極２０，２５の少なくとも一部を覆うように設けられている。具体的には、カバー部３０，３５は、積層方向に延びる帯状に形成されている。カバー部３０，３５の幅は、端子電極２０のスパッタ電極２０ａの幅よりも広い。このため、カバー部３０，３５は、スパッタ電極２０ａだけでなく、スパッタ電極２０ａの幅方向（すなわち、積層方向に直交する方向）の両側で露出している素子本体部１０の端面１０ｃ，１０ｄの一部も覆う。

換言すれば、カバー部３０，３５は、スパッタ電極２０ａ，２５ａの両側で露出している素子本体部１０の端面１０ｃ，１０ｄを、スパッタ電極２０ａを幅方向において跨ぐように覆っている。カバー部３０，３５のいずれも、端面１０ｃ，１０ｄで、幅方向においてスパッタ電極２０ａ，２５ａから露出した第一接着層１６Ａ及び第二接着層１６Ｂの双方と接している。カバー部３０，３５と第一及び第二接着層１６Ａ，１６Ｂとの間の接合力は、カバー部３０，３５と端子電極２０，２５との間の接合力よりも強い。以上の構成により、カバー部３０，３５によって、端子電極２０，２５（特に、スパッタ電極２０ａ，２５ａ）が保護される。

カバー部３０，３５の主面１０ｂ側の端部は、素子本体部１０の主面１０ｂに達していない。このため、各端子電極２０，２５の主面１０ｂ側（おもり層１３側）の端部は、カバー部３０，３５から露出している。同様に、カバー部３０，３５の主面１０ａ側の端部は、素子本体部１０の主面１０ａに達していない。このため、各端子電極２０，２５の主面１０ａ（ベース層１１）側の端部は、カバー部３０，３５から露出している。

カバー部３０，３５の主面１０ｂ側の端部には、主面１０ａ側に凹んだ凹部３１が設けられている。カバー部３０，３５の主面１０ａ側の端部にも、凹部３１と上下対称に、主面１０ｂ側に凹んだ凹部３２が設けられている。凹部３１の外縁は、加速度センサ１の長手方向から見て、ベース層１１上に位置する。

カバー部３０，３５は、端子電極２０，２５よりもはんだに対して濡れ性が低い材料（いわゆるはんだ非濡れ材料、たとえばエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の樹脂）で構成されている。カバー部３０，３５は、たとえば印刷により設けられる。第一接着層１６Ａは、カバー部３０，３５よりも柔らかい。

次に、図３を参照して、加速度センサ１の回路基板に対する実装構造について詳細に説明する。図３は、図１に示されている加速度センサが回路基板に実装されている状態を示している。

図３では、加速度センサ１は、回路基板５０の表面と平行に、はんだによって回路基板５０に実装されている。具体的には、加速度センサ１の端子電極２０，２５は、回路基板５０上に設けられたランド電極６０，６５とはんだ層７０で接合されている。

上述したように、カバー部３０，３５の主面１０ｂ側には凹部３１が設けられており、端子電極２０，２５の主面１０ｂ側の端部はカバー部３０，３５から露出している。凹部３１の外縁は、加速度センサ１の長手方向から見て、ベース層１１上に位置する。カバー部３０，３５によってはんだ層７０の這い上がりが抑制されるため、はんだ層７０はベース層１１よりも主面１０ａ側には這い上がらない。すなわち、はんだ層７０は、凹部３１の縁に沿って、カバー部３０，３５から露出した端子電極２０，２５に設けられている。はんだ層７０は、Ｓｎ等を主成分として構成されている。第一接着層１６Ａは、はんだ層７０よりも柔らかい。

次に、加速度センサ１の動作について説明する。加速度センサ１では、外部から受けた加速度によりおもり層１３に慣性力が働くと、圧電素子１２に荷重が付与される。圧電素子１２に荷重が付与されると、分極方向４０の成分の荷重に応じた電荷が、圧電素子１２の電極層１４Ａ，１４Ｂに生じる。電極層１４Ａ，１４Ｂに生じた電荷は、端子電極２０，２５から出力される。端子電極２０，２５は、回路基板５０に形成された配線を介して、回路基板５０上（又は回路基板５０の外部）に設けられた不図示の検出回路と接続される。検出回路では、加速度センサ１から出力された電荷を電圧に変換した後、不図示の外部回路に出力する。

以上説明したように、加速度センサ１では、ベース層１１と圧電素子１２の主面１２ａとを接着している第一接着層１６Ａが、おもり層１３と圧電素子１２の主面１２ｂとを接着している第二接着層１６Ｂよりも柔らかく、第一接着層の厚みＴ１は、１０μｍ以上である。このため、加速度センサ１が実装されている回路基板５０で発生するうねりの影響が第一接着層１６Ａで抑制される。

カバー部３０，３５と第一及び第二接着層１６Ａ，１６Ｂとの間の接合力は、カバー部３０，３５と端子電極２０，２５との間の接合力よりも強く、カバー部３０，３５は第一及び第二接着層１６Ａ，１６Ｂと接している。このため、カバー部３０，３５の素子本体部１０に対する接合力が確保されており、カバー部３０，３５の素子本体部１０からの剥離が抑制されている。

素子本体部１０の端面１０ｃ，１０ｄにおいて、カバー部３０は端子電極２０のスパッタ電極２０ａを跨ぐように設けられている。このため、カバー部３０で覆われた部分の端子電極２０の素子本体部１０からの剥離も抑制されている。特に、スパッタ電極２０ａは、素子本体部１０と十分な接合力を得にくく、剥離しやすいため、カバー部３０，３５を第一及び第二接着層１６Ａ，１６Ｂと接するようにすることは有効である。

加速度センサ１は、各端子電極２０，２５の一部を覆うと共に、一対の端子電極２０，２５よりもはんだに対して濡れ性が低い材料からなるカバー部３０，３５を備えている。端面１０ｃ，１０ｄにおいて各端子電極２０，２５のベース層１１側の端部は、カバー部３０，３５から露出している。このため、カバー部３０，３５によってはんだの這い上がりが調整されている。第一接着層１６Ａは、カバー部３０,３５よりも柔らかい。このため、カバー部３０，３５よりも硬い場合に比べて、回路基板５０で発生するうねりから加速度センサ１の圧電素子１２が受ける影響が抑制されている。

仮に、第一接着層１６Ａが柔らかすぎる場合、第一接着層１６Ａの変形による幅方向の変位に端子電極２０，２５が耐えきれず、端子電極２０，２５は分断されるおそれがある。本実施形態では、第一接着層１６Ａを形成する材料のショアＤ硬度は、２０以上７０以下である。このため、回路基板５０で発生するうねりから加速度センサ１の圧電素子１２が受ける影響が抑制されると共に、端子電極２０，２５が分断され難い。

第一接着層１６Ａの厚みＴ１は、１０μｍ以上３０μｍ以下である。このため、回路基板５０で発生するうねりから圧電素子１２が受ける影響の抑制作用と加速度の検出感度とが、バランスよく成立する。

ここで、上記効果を説明すべく、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。ここでは、ショアＤ硬度及び第一接着層１６Ａの厚みが異なる加速度センサを作成し、端子電極２０,２５の断線の有無、加速度センサの感度の適否、及び感度変化率を確認した。

端子電極２０，２５の断線の有無は、切断面を拡大鏡により目視で確認した。表１は、ショアＤ硬度及び第一接着層１６Ａの厚みと断線の有無との関係を示している。端子電極２０，２５において、断線が確認されなかった場合には「〇」を記し、断線が確認された場合には「×」を記した。

表１に示すように、ショアＤ硬度が２０未満の場合、端子電極２０，２５に断線が確認された。ショアＤ硬度が２０以上の場合、端子電極２０，２５に断線が確認されなかった。

これは、ショアＤ硬度が２０未満であると第一接着層１６Ａが柔らかすぎ、第一接着層１６Ａの変形による幅方向の変位に端子電極２０，２５が耐えきれずに端子電極２０，２５が分断されたためであると考えられる。

加速度センサの感度については、１０Ｇの加速度を加速度センサに加えたときの出力を観測する。表２は、ショアＤ硬度及び第一接着層１６Ａの厚みと加速度センサの感度の適否との関係を示している。一般に、加速度センサの出力が０．３ｐＣ／Ｇ以上であれば、検出誤差の範囲内で加速度を適切に測定できると考えられる。このため、加速度センサの出力が、０．３ｐＣ／Ｇ以上であった場合には「○」を記し、０．３ｐＣ／Ｇ未満であった場合には「×」を記した。端子電極２０，２５に断線が生じた場合には、加速度センサから出力が得られず、感度が測定され得ないため、「−」と記した。

表２に示すように、第一接着層１６Ａが３５μｍでショアＤ硬度が２０〜７０の場合、加速度センサの出力が０．３ｐＣ／Ｇ未満であり、加速度センサの感度は不適切な値であった。第一接着層１６Ａが３０μｍでショアＤ硬度が２０〜７０の場合、加速度センサの出力が０．３ｐＣ／Ｇ以上であり、加速度センサの感度は適切な値であった。

このような結果となった理由は、第一接着層１６Ａの厚さが大きすぎることにより、基板で発生するうねりの影響だけでなく、検出すべき幅方向の慣性力の影響も抑制されてしまったためであると考えられる。すなわち、第一接着層１６Ａの厚みが３０μｍ以下の場合には、第二接着層１６Ｂを介して、おもり層１３の慣性力によって圧電素子１２に付与される荷重が維持されると考えられる。

感度変化率は、加速度センサが基板に配置されている加速度センサ装置の固定状態を変えた場合における、感度の変化の度合いである。具体的には、図６に示しているように、加速度センサが配置されている基板をネジ８１で治具８２に固定した状態で、加振器８３によって加速度センサに振動を加え、加速度センサの出力を観測する。加振器８３は、加速度センサに対して、加速度センサの幅方向に振動を加える。

上記の観測を、ショアＤ硬度又は第一接着層１６Ａの厚みが異なる加速度センサのそれぞれについて、図４で示しているように基板を２本のネジで治具に固定した場合と図５で示しているように基板を４本のネジで固定した場合とで行った。２本のネジで治具８２に固定した場合の観測結果をＸとし、４本のネジで治具８２に固定した場合の観測結果をＹとして、｜１−Ｘ／Ｙ｜×１００で計算された値（％）を感度変化率とする。

一般に、感度変化率が５％以下であれば、加速度センサの固定状態が変更されても、検出誤差の範囲内で加速度を測定できると考えられる。このため、感度変化率が、５％以下であった場合には「○」を記し、５％を超えている場合には「×」を記した。端子電極２０，２５に断線が生じた場合には、加速度センサから出力が得られず、感度変化率が測定され得ないため、「−」と記した。

表３に示すように、ショアＤ硬度が７６の場合、感度変化率は、５％を超え、不適切な値であった。ショアＤ硬度が２０〜７０で第一接着層１６Ａが１０〜３５μｍの場合、感度変化率は、５％以下であり、適切な値であった。

このような結果となった理由は、基板で発生するうねりから圧電素子が受ける影響が、第一接着層１６Ａによって抑制されたためであると考えられる。以上のことから、第一接着層１６Ａを形成する材料のショアＤ硬度が２０以上７０以下である場合には、基板で発生するうねりから加速度センサ１の圧電素子１２が受ける影響が抑制されると共に、端子電極２０，２５が分断され難いことが確認された。

第一接着層１６Ａが６μｍでショアＤ硬度が２０〜７０の場合、感度変化率は、５％を超え、不適切な値であった。第一接着層１６Ａが１０μｍでショアＤ硬度が２０〜７０の場合、感度変化率は、５％以下であり、適切な値であった。

このような結果となった理由は、第一接着層１６Ａの厚さが小さすぎることにより、第一接着層１６Ａにおいて回路基板５０で発生するうねりの影響を抑制できなかったためであると考えられる。上述したように、第一接着層１６Ａの厚みが３０μｍ以下の場合に、第二接着層１６Ｂを介して、おもり層１３の慣性力によって圧電素子１２に付与される荷重が維持される。以上のことから、第一接着層１６Ａの厚みＴ１は、１０μｍ以上３０μｍ以下である場合に、回路基板５０で発生するうねりから加速度センサ１の圧電素子１２が受ける影響の抑制作用と加速度の検出感度とが、バランスよく成立することが確認された。

加速度センサ１では、第一接着層１６Ａは、複数の気泡４５を含んでいる。接着層を構成する材料が同じであったとしても、気泡が形成されていない接着層に比べて、気泡が形成された接着層の方が柔らかい。したがって、第一接着層１６Ａに気泡４５を設けることで、回路基板５０で発生するうねりから圧電素子１２が受ける影響を抑制できる第一接着層１６Ａの材料選択の自由度が向上されている。

第一接着層１６Ａは、主面１２ａの全域に接している。このため、回路基板５０で発生するうねりの影響が第一接着層１６Ａで吸収され易い。したがって、回路基板５０で発生するうねりから圧電素子１２が受ける影響が更に抑制されている。

第一接着層１６Ａは、はんだ層７０よりも柔らかい。このため、加速度センサ１が回路基板５０に設置されることで構成されている加速度センサ装置では、回路基板５０で発生するうねりから加速度センサ１の圧電素子１２が受ける影響が抑制されている。

図７に示す加速度センサ１Ａのように、圧電部１２Ａが圧電素子構造を複数含む構造であってもよい。図７は、加速度センサ１Ａの図２に対応する位置の断面図である。

加速度センサ１Ａの圧電部１２Ａには、上述した圧電素子１２が２つ含まれている。具体的には、上述した圧電素子１２のベース層１１側に、分極方向が逆で電極の正負の位置が反対である圧電素子１２が配置されている。これら２つの圧電素子１２が第三接着層１６Ｃによって接合されている。２つの圧電素子１２は、互いに分極方向及び電極の正負の位置が逆であるため、おもり層１３に慣性力が働いたときに、２つの圧電素子１２で発生する電荷を強め合う。その結果、加速度センサ１Ａでは加速度センサ１に比べてセンサ感度の向上が図られている。

加速度センサ１Ａでは、第一接着層１６Ａは、第三接着層１６Ｃよりも柔らかい。第三接着層１６Ｃを形成する材料のショアＤ硬度は、８０以上９５以下である。本実施形態では、第三接着層１６Ｃは、第二接着層１６Ｂと同様に、エポキシ樹脂等を材料としている。素子本体部１０の積層方向において、第三接着層１６Ｃの厚みＴ３は、１０μｍ以上３０μｍ以下である。

加速度センサ１Ａでは、カバー部３０，３５は、素子本体部１０の端面１０ｃ，１０ｄに露出した第一及び第二接着層１６Ａ，１６Ｂだけでなく、第三接着層１６Ｃとも接している。それにより、カバー部３０，３５の素子本体部１０に対する接合力のさらなる増加が図られ、加速度センサ１Ａでは、カバー部３０，３５の素子本体部１０からの剥離がより効果的に抑制されている。その上、加速度センサ１Ａでは、素子本体部１０の端面１０ｃ，１０ｄにおいて、カバー部３０は端子電極２０のスパッタ電極２０ａを跨ぐように設けられることで、カバー部３０で覆われた部分の端子電極２０の素子本体部１０からの剥離もより効果的に抑制されている。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

たとえば、上述した各電極層１４Ａ，１４Ｂ、スパッタ電極２０ａ，２５ａ、上面電極２０ｂ，２５ｂ、及び底面電極２０ｃ，２５ｃは、単層構造に限らず、複数層構造であってもよい。複数層構造の場合、たとえば、Ｎｉ又はＳｎのめっき層が形成されてもよい。特にスパッタ電極２０ａ，２５ａにめっき層を形成することで、主として加速度センサ１と回路基板５０とをはんだ付けする際の、はんだ耐熱性及びはんだ濡れ性を向上することができる。

１…加速度センサ、１１…ベース層、１２…圧電素子、１２ａ，１２ｂ…主面、１３…おもり層、１６Ａ…第一接着層、１６Ｂ…第二接着層、１０ｃ，１０ｄ…端面、２０，２５…端子電極、３０，３５…カバー部、４５…気泡、５０…回路基板、７０…はんだ層。

Claims (7)

1. ベース層と、
   互いに対向する第一及び第二主面を有する圧電素子と、
   前記ベース層と前記圧電素子の前記第一主面の全域とを接着している第一接着層と、
   おもり層と、
   前記おもり層と前記圧電素子の前記第二主面とを接着している第二接着層と、を備え、
   前記第一接着層は、前記第二接着層よりも柔らかく、
   前記第一接着層の厚みは、１０μｍ以上である、加速度センサ。
2. 前記圧電素子に電気的に接続されている一対の端子電極と、
   各前記端子電極の一部を覆うと共に、前記一対の端子電極よりもはんだに対して濡れ性が低い材料からなるカバー部と、を更に備え、
   前記圧電素子は、前記第一及び第二主面に直交すると共に互いに対向する一対の端面を有し、
   各前記端子電極は、前記端面を含む面上に配置されていると共に、前記ベース層側において前記カバー部から露出しており、
   前記第一接着層は、前記カバー部よりも柔らかい、請求項１に記載の加速度センサ。
3. 前記圧電素子に電気的に接続されている一対の端子電極と、
   各前記端子電極の一部を覆うと共に、前記一対の端子電極よりもはんだに対して濡れ性が低い材料からなるカバー部と、を更に備え、
   前記圧電素子は、前記第一及び第二主面に直交すると共に互いに対向する一対の端面を有し、
   各前記端子電極は、前記端面を含む面上に配置されていると共に、少なくとも前記圧電素子及び前記第一接着層に接しており、
   前記第一接着層を形成する材料のショアＤ硬度は、２０以上７０以下である、請求項１に記載の加速度センサ。
4. 前記第一接着層は、複数の気泡を含んでいる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の加速度センサ。
5. 前記第一接着層は、前記第一主面の全域に接している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の加速度センサ。
6. 前記第一接着層の厚みは、１０μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の加速度センサ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の加速度センサと、
   前記加速度センサが実装されている回路基板と、
   前記圧電素子と前記回路基板とを電気的に接続するはんだ層と、を備え、
   前記第一接着層は、前記はんだ層よりも柔らかい、加速度センサ装置。

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