JPH0843431A

JPH0843431A - 加速度センサ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0843431A
Application number: JP6193677A
Authority: JP
Inventors: Hidehiro Inaba; 秀弘稲葉
Original assignee: Fuji Ceramics Corp
Current assignee: Fuji Ceramics Corp
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1994-07-26
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】加速度センサに関し、特に、プリント基板に
直接半田付できる小型の加速度センサ及びその製造方法
の改良に関する。【構成】板状圧電セラミックから切り出された圧電セ
ラミック１からなる加速度センサにおいて、端面に設け
た電極面で予め面方向に分極された前記板状圧電セラミ
ックと、スルーホール処理された孔に電極面を電気的に
接続させた端子８、９と、前記圧電セラミックに接着さ
れた付加質量２とからなる加速度センサ及びその製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加速度センサに関し、特
に、プリント基板に直接ハンダ付けできる小型の加速度
センサ及びその製造方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスクと一般的に呼ばれる固定
ディスク装置が知られている。フロッピーディスクに比
べ記録密度が高く、記憶容量が大きい特徴を持つ反面、
衝撃に弱い欠点がある。このため、これに読み書きする
ためには衝撃のあった際には読み出し、書き込みの中止
動作が必須となる。この衝撃を検出し特に書き込みの中
止指令を出させる衝撃センサとして装置自体に装着させ
た加速度センサが利用されている。

【０００３】これに対し、最近では前記装置にセンサを
内蔵し、そのセンサ出力を利用し制御を行うことが試み
られており、小型、安価なセンサが要求されるようにな
ってきた。例えば特開昭６４−４１８６５がある。それ
によれば図１６の一実施例にあるように、ハウジング４
０にはその内側に圧電素子１及び付加質量（重錘）２が
装着されている。ハウジング４０はプリント基板４１に
載せられ圧電素子１からの出力は一方の電極からリード
線４５を経て同基板回路４１を通して、他方電極はハウ
ジングにアースされそれぞれ取り出される。

【０００４】また、別の試みとしては、例えば図１７が
その一実施例である。ハウジング４０で覆われた中に圧
電素子１とそれに接着された付加質量２は電極４３、４
４が付けられたアルミナ等の基板４２にも接着剤等で固
着されている。電極４３は図で基板のやや右半分にあ
り、圧電素子１の下面から外れた部分に形成される。他
の電極４４は電極４３とは接触しない位置で基板のやや
左半分に圧電素子１の下面部分に形成される。リード線
４５は電極４３に接続され、ハウジング４０は基板４２
の上に載置し、電極４３、４４はハンダ４６、４７でプ
リント基板４１にハンダ付けされる。図の上下（厚み）
方向に分極された圧電素子１からの出力は上下方向の振
動により電極４３、４４を介して取り出し、プリント基
板４１に搭載した制御回路に送られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の加速度セン
サにあっては、本来被装着物としてのハードディスク等
の振動体に使用されるには大き過ぎる欠点があった。こ
の結果、振動体自体の衝撃の検出とはならず、加速度セ
ンサ込みの衝撃センサとして利用される現状にあった。
このため、小型化等の目的には合致した、部品点数の少
ない、配線作業を解消するような省力化、さらには製造
コスト等の大幅な低下等解決すべき課題が多々あった。
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたもので、従来
の手作り的な製法観点とは異なる、大量生産可能な小型
化された直接プリント基板にマウントされる加速度セン
サからなり、衝撃、振動等を検出しハードディスク等の
耐衝撃性の弱い製品の信頼性を確保させるに好適な新規
な加速度センサの提供に関する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、加速度センサ
及びその製造方法に関し、特に、板状圧電セラミックか
ら切り出された圧電セラミックからなる加速度センサに
おいて、端面に設けた電極面で予め面方向に分極された
前記板状圧電セラミックと、スルーホール処理された孔
に電極面を電気的に接続させた端子と、前記圧電セラミ
ックに接着された付加質量とからなる加速度センサによ
って提供される。また、表裏に電極面をもつ前記圧電セ
ラミックと、該圧電セラミックの端面に処理された前記
電極面に電気的に接続させた端子とからなる場合、さら
に、厚み方向に分極させた厚みすべり及び厚み方向衝撃
を検出する前記の加速度センサによって提供される。

【０００７】さらに、加速度センサの製造方法として
は、板状圧電セラミックに端面電極を設けて該端面間で
分極し、前記板状圧電セラミックの厚み方向に電極面を
設け、孔を設けるとともに、該孔にスルーホール処理し
電極面と電気的に接続させた端子とした後、個々に圧電
セラミックを切り出し、付加質量を接着させることによ
り提供される。また、板状圧電セラミックに厚み方向の
分極処理を付加した場合に、さらに、個々に圧電セラミ
ックを切り出す前に、付加質量を接着させる場合にも効
果的に提供される。

【０００８】

【作用】圧電素子及び付加質量の振動から素子の分極方
向に依存した圧電出力が検出され、これをプリント基板
上にある制御回路等で加速度出力に変え必要な制御操作
を行う。素子が小型化されることにより被装着装置とし
てのハードディスク等は装置固有に近い加速度を検出で
き、センサ自体の重量依存性の極めて小さい加速度セン
サとして動作する。

【０００９】

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１は本発明により得られた加速度センサの一実施例を
示す斜視図である。図１で圧電セラミック１の上面には
付加質量２、下面には図示されないプリント基板がそれ
ぞれ接着され使用される加速度センサで、図の上下方向
に分極処理されている。圧電セラミック１の上下には一
定のパターンで銀電極がスクリーン印刷され焼き付けら
れている。各々の電極には圧電セラミック１の両サイド
に施された電極３、４が同様に銀電極塗料を刷毛塗りさ
れ焼き付けられている。電極３、４は圧電セラミック１
の上下両面間で電気的に接続され、プリント基板にそれ
ぞれハンダ付けされる。付加質量２は金属板やアルミナ
等の絶縁物が使用できる。金属の場合には圧電セラミッ
ク１と付加質量２の間に絶縁フィルムを介することによ
り電極３、４間の絶縁性確保が可能である。

【００１０】図２は圧電セラミック１上面に銀電極３、
４を、下面に電極６、７を形成した加速度センサの他の
実施例である斜視図である。上面には付加質量が接着さ
れて加速度センサとして使用される。具体的には、加速
度センサはハードディスク等の振動体の回路基板の一
部、もしくは、振動体に装着しインターフェース等を介
してセンサとして動作し、被振動体への動作指令等を出
力する。図３は圧電セラミック１を多数切り出す前の板
状の圧電セラミック１２の一部切欠上面図、図４は図３
の背面図である。

【００１１】多数の孔を予め用意した板状圧電セラミッ
ク１２には、スルーホール処理部分８、９、１０、銀電
極３、４、５、６、７が施されている。これから１つの
圧電セラミック１が図の点線部分から切り出される。板
状圧電セラミック材料としてはチタン酸ジルコン酸鉛が
好適であり、厚さは約０．６mmの圧電セラミックを使用
した。計測用途、衝撃度による加速度の違いで異なる
が、近時回路技術の進歩により極めて薄型の圧電セラミ
ック１に切り出すことが要望され、それらにも対応可能
な０．２〜０．５mmといった厚みも可能であった。ま
た、圧電セラミック１の大きさも同様に小型に切り出す
ことが可能で、例えば、３．４〜５．０mm角の大きさに
も対応可能であった。

【００１２】次に、具体的に製造例を説明する。圧電セ
ラミック１を得るためには、まず、板状圧電セラミック
１２に図３の位置に直径約１．２mmの孔８、９、１０こ
れと平行して同様に圧電セラミック１の切り出す枚数に
対応した開孔を用意する。これらは板状圧電セラミック
の成型時または後加工によって準備が可能である。圧電
セラミック１２の上面では、銀電極４の周囲を囲む１１
の部分を除いて、一定のパターンで銀電極３、４が、背
面では銀電極５、６及び７がスクリーン印刷され焼き付
けられる。さらに図２に示した各々の電極には圧電セラ
ミック１の両サイドに施された孔８、９を介してスルー
ホール処理により孔８は電極３、７及び孔９は電極４、
６のように順次電気的に接続される。各々のこれらの接
続部のスルーホール処理は、孔の部分を無電解ニッケル
メッキで実施される。次に、図２の圧電セラミック１の
厚み方向に電極４をプラスで電極３との間に１kv/mm の
直流電圧で分極処理２１を行った。

【００１３】その後、図３、図４の点線で囲まれた部分
で圧電セラミック１を切り出した。これに付加質量２
（図示せず）を接着し加速度センサを得た。付加質量は
アルミナを使用し厚みは１mmとした。出来上がった加速
度センサをプリント基板にスルーホール８、９の丁度半
円部分でハンダ付けした。付加質量２は比重の大きな金
属の場合ではより薄板に形成でき好適であるが、図２の
加速度センサにあっては付加質量２を圧電セラミック１
に予め接着させた状態で圧電セラミック１を切り出し加
速度センサに仕上げることも可能である。このような場
合にはアルミナ等の絶縁物が使用でき、また、金属の使
用にあたっては金属表面で、少なくとも裏面に絶縁被膜
形成処理が適当である。なお、付加質量２は予め圧電セ
ラミック１２の表面に接着した場合には、スクリーン印
刷後に電極焼き付け処理を施した後、スルーホール８、
９、１０、分極用電極部分等を除いた位置に付加質量を
接着する。その後のスルーホール処理工程以下は前と同
じでよい。できあがった加速度センサにはその後付加質
量を接着する必要がなく一定したセンサが得られた。

【００１４】図１４は実施例で得られた加速度センサの
出力周波数特性である。横軸は周波数で５０Hz〜５０ｋ
Hz、縦軸はセンサ出力で１０db／目盛であり、感度は加
速度１Ｇ当たり０．７７mVである。図１５は同様に加速
度センサの衝撃力に対するリンギング特性である。横軸
は時間で、縦軸はセンサの出力でリンギングは全く見ら
れなかった。

【００１５】これらから約１０ｋHzまで平坦であり、し
かも小型、軽量のセンサが得られることからプリント基
板への搭載が可能となる。この結果振動系を乱すことが
少なく広い使用分野での利用が期待できよう。

【００１６】また、この加速度センサにあっては衝撃力
が相当小さな０．１Ｇ以上での使用が可能で、ハードデ
ィスク等での使用に好適であった。さらに、被装着装置
等振動体に対する加速度センサの重量比が極めて低く取
れることから、共振周波数も高くなり、センサ取り付け
を意識しない被装着装置の加速度の測定ができる加速度
センサが得られた。したがって、装置固有に近い加速度
を検出でき、センサ自体の重量依存性の極めて小さい加
速度センサとして動作することが明らかであった。

【００１７】図５は圧電セラミック１上面に電極１５、
１６、側面に電極１３、１４、下面に電極１７を形成し
た加速度センサの別の実施例である斜視図である。上面
には付加質量が接着され、下面はプリント基板５（図示
せず）に電極１３、１４及び１７に接続したスルーホー
ル１８、１９それぞれからハンダ付けされ加速度センサ
として使用される。ここで電極１３、１４間では図の右
向き矢印方向に、電極１６、１７間では図の上下方向に
分極処理されている。

【００１８】さらに、電極１７は圧電セラミック１の両
サイドに施された孔１８、１９にスルーホール処理によ
り接続されている。なお、電極１３は電極１６に、電極
１４は電極１５に電気的にそれぞれ接続されている。次
に、この加速度センサの製造工程を説明する。図６は図
５の圧電セラミック１に切り出す前の板状の圧電セラミ
ック１２の一部分を示す斜視図である。圧電セラミック
１２の両側面に銀塗料を刷毛塗りし焼き付け電極１３、
１４を形成する。次いで、電極１３、１４間では図の矢
印方向に分極処理２２される。

【００１９】図７は図６の正面図、図８は図６の背面図
である。まず、スルーホール１８、１９、２０の位置に
孔加工を行う。なお、この孔は板状の圧電セラミック１
２の成型、焼成加工段階に予めスルーホール１８、１
９、２０の位置に孔を用意しておいてもよい。板状の圧
電セラミック１２の前面には図７のような一定のパター
ンで銀電極１５、１６、裏面には図８のように電極１７
がスクリーン印刷され焼き付けられる。孔内には無電解
ニッケルメッキでスルーホール処理をしスルーホール１
８、１９、２０を形成する。次いで分極は電極１５、１
７間で図の右半分を上下の厚み方向に分極処理２３す
る。

【００２０】圧電セラミック１は図７のａ−ａ及びｂ−
ｂ線で囲まれた部分で切り出され、各々のスルーホール
の部分は半分に分割され切断される。この後、付加質量
２を圧電セラミック１に接着させて、以下各電極１３、
１４、１７に接続したスルーホール１８、１９それぞれ
からプリント基板にハンダ付けされる。この加速度セン
サは分極方向が図５のようにＸ軸方向、Ｚ軸方向にある
ため、１つの加速度センサで同時に両軸方向の振動が検
出でき、しかも小型に形成できるものである。なお、Ｘ
軸方向の振動の検出は電極１７、１４間、Ｚ軸方向の振
動の検出は電極１７、１３間から出力される。

【００２１】また、付加質量２を個々の圧電セラミック
１に接着させる方法を説明したが、板状の圧電セラミッ
ク１２の段階で前面に接着して製造してもよい。この場
合には電極１５、１６のスクリーン印刷後に付加質量２
の接着工程を実施し、また、スルーホール１８、１９、
２０それぞれの部分から付加質量２を避けて接着すれば
よい。

【００２２】次に、量産可能な他の加速度センサについ
て図面を参照して説明する。図９は加速度センサの上面
図、図１０はその正面図、図１１は圧電セラミック１の
上面図、図１２はその下面図、図１３は圧電セラミック
を切り出す前の状態を示す概略平面図である。板状圧電
セラミック１２は圧電セラミック１を多数切り出し、加
速度センサとするもので、例えば、厚さ約０．６mmの縦
横５枚×５枚程度の圧電セラミック１を切り出すことが
できる。セラミック１２は左右両サイドの端面に塗布さ
れた銀電極間で予め端面分極を行っておく。次に、スク
リーン印刷により表裏双方に銀電極をパターン印刷し焼
き付ける。パターンは表面に実線で区画した範囲に電極
３５、裏面に点線で示した位置に電極３１、３２、３
３、３４を焼き付ける。

【００２３】この後、端子２５〜３０をスルーホール処
理し、電極３５と３１との間に厚み方向に分極する。切
断はａ−ａ、ｂ−ｂ、ｃ−ｃ、ｄ−ｄで囲まれた部分で
圧電セラミック１を切り出す。付加質量２は圧電セラミ
ック１よりやや小さいアルミナを用い、大きさ５．８mm
×６．７mmで厚み約１．０mmとした。付加質量２は図
９、図１０の位置に接着した。全体としては約７×７mm
角の超小型加速度センサが製造でき、感度、信頼性の高
いセンサであった。加速度センサとしては図９の矢印に
示すように左右方向で、Ｘ軸方向の振動から厚みすべり
の検出を行う。また、図１０の上下方向となるＺ軸方向
の振動から厚み振動の検出が可能となる。したがって、
ハードディスク装置の磁気ヘッドにおけるアームの横方
向及び垂直方向の衝撃力検出に使用できる。出力は電極
３１と３５の間でＺ軸、電極３２と３５の間でＸ軸の加
速度検出を行う。

【００２４】加速度センサとしての使用は、プリント基
板に各端子２５〜３０によりハンダ付けされる。端子２
５、２８は圧電セラミック１の裏面電極３２と、端子２
７、３０は圧電セラミック１の裏面電極３１とそれぞれ
電気的に接続される。また、端子２６は電極３３と端子
２９は電極３４と接続し、同時に圧電セラミック１の表
面電極３５と電気的に接続される。本発明の加速度セン
サは小型、軽量でプリント基板に表面実装が可能とな
り、また、検出周波数範囲が広い等の利点がある他、部
品点数が少なくしかも小型化が達成でき低コストに提供
できる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
にない小型化、部品点数の低下から製造コストの大幅な
ダウンで、ハードディスク等での使用に好適な加速度セ
ンサを提供できる。さらに、被装着装置等振動体に対す
る加速度センサの重量比が極めて低くなるので、共振周
波数を高くでき、振動体自体により近い加速度測定が可
能となるほか、センサ取り付けが簡単、耐衝撃性、信頼
性の高い加速度センサとして効果が認められた。さら
に、分極を簡易に複数方向に行うことができ、Ｘ、Ｚ軸
方向に生じた振動からより広い使用分野での利用が期待
できる。

【００２６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加速度センサの斜視図

【図２】本発明の加速度センサの斜視図

【図３】圧電セラミックを切り出す前の板状の圧電セラ
ミックの一部切欠上面図

【図４】図３の背面図

【図５】本発明の加速度センサの別の実施例である斜視
図

【図６】圧電セラミックを切り出す前の板状の圧電セラ
ミックの斜視図

【図７】図６の正面図

【図８】図６の背面図

【図９】本発明の加速度センサの別の実施例である上面
図

【図１０】図９の正面図

【図１１】付加質量を外した状態の圧電セラミックの上
面図

【図１２】図１１の下面図

【図１３】圧電セラミックを切り出す前の板状の圧電セ
ラミックの概略平面図

【図１４】加速度センサの出力周波数特性

【図１５】加速度センサの衝撃力に対するリンギング特
性

【図１６】従来の加速度センサの断面図

【図１７】他の従来の加速度センサの断面図

【符号の説明】

１圧電セラミック２付加質量３電極８孔１２圧電セラミック板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状圧電セラミックから切り出された圧電
セラミックからなる加速度センサにおいて、端面に設け
た電極面で予め面方向に分極された前記板状圧電セラミ
ックと、スルーホール処理された孔に電極面を電気的に
接続させた端子と、前記圧電セラミックに接着された付
加質量とからなる加速度センサ。
【請求項２】板状圧電セラミックから切り出された圧電
セラミックからなる加速度センサにおいて、表裏に電極
面をもつ前記圧電セラミックと、該圧電セラミックの端
面に処理された前記電極面に電気的に接続させた端子
と、前記圧電セラミックに接着された付加質量とからな
る加速度センサ。
【請求項３】前記圧電セラミックの厚み方向に分極させ
た厚みすべり及び厚み方向衝撃を検出する請求項１又は
２記載の加速度センサ。
【請求項４】板状圧電セラミックから切り出された圧電
セラミックからなる加速度センサにおいて、前記板状圧
電セラミックに端面電極を設けて該端面間で分極し、前
記板状圧電セラミックの厚み方向に電極面を設け、前記
板状圧電セラミックに孔を設けるとともに、該孔にスル
ーホール処理し電極面と電気的に接続させた端子とし、
前記板状圧電セラミックから個々に圧電セラミックを切
り出し、前記圧電セラミックに付加質量を接着させるこ
とを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項５】前記板状圧電セラミックに厚み方向の分極
処理を付加した請求項４記載の加速度センサの製造方
法。
【請求項６】前記板状圧電セラミックから個々に圧電セ
ラミックを切り出す前に、付加質量を接着させた請求項
４又は５記載の加速度センサの製造方法。