JPH0933560A - 圧電センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プリント基板に対する実装時に要求される感度
軸の方向に応じて姿勢を変えるだけで対応できるように
しながら、どの姿勢でも座りがよくて安定性が高い圧電
センサの提供。 【解決手段】特定の感度軸を有する帯状の圧電素子２を
パッケージ３で囲んだ構成の圧電センサ１であって、パ
ッケージ３の外形が、直方体形状に形成されているとと
もに、その端面の縦横の寸法比がほぼ１：１に設定され
ており、少なくとも前記端面に圧電素子２の外部引出電
極４が形成されている。これにより、プリント基板に対
する実装時に、パッケージ３の四面のうちのどの面を上
向きにしても、圧電センサ１の姿勢は常にほぼ同じとな
り、いずれの場合も座りが安定することになる。また、
圧電センサ１の姿勢によって感度軸の方向が特定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば加速度また
は振動などを検出する圧電センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電センサのうち、加速度を検出する加
速度センサでは、プリント基板に対する実装形態とし
て、加速度センサの感度軸をプリント基板に対して、ほ
ぼ平行に設定する場合と、ほぼ垂直に設定する場合とが
ある。

【０００３】通常、加速度センサは、プリント基板に対
して半田などにより固定されるが、半田付け処理時にお
いて加速度センサが倒れるなどして、姿勢が変わると、
加速度センサの感度軸の方向が狂うことになるので、半
田付け処理時に加速度センサの姿勢の崩れを防止する必
要がある。

【０００４】このような理由から、加速度センサの外形
を偏平な直方体形状に形成し、加速度センサの実装時の
姿勢はその長方形の端面を横長とする状態にしている。
ちなみに、従来の加速度センサの端面の縦横の寸法比
は、一般的に、ほぼ０．５〜０．７：１に設定されてい
る。

【０００５】そして、従来では、加速度センサについ
て、外形を偏平な直方体形状にしながら、その感度軸の
方向別に構造の異なる二種類のものを製作している。つ
まり、感度軸の方向を長方形の端面の長辺に対して、平
行に設定する構造と、垂直に設定する構造とである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
加速度センサでは、感度軸の方向別に構造の異なる二種
類のものを製作する必要があるので、製造コストが高く
つくだけでなく、製造後の保管に関するコストが高くつ
くなど、製品価格の高騰を余儀なくされている。

【０００７】したがって、本発明は、プリント基板に対
する実装時に要求される感度軸の方向に応じて姿勢を変
えるだけで対応できるようにしながら、どの姿勢でも座
りがよくて安定性が高い圧電センサの提供を目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、特定の感度軸
を有する圧電素子をパッケージで囲んだ構成の圧電セン
サにおいて、次のような構成をとる。

【０００９】本発明の第１の圧電センサは、前記パッケ
ージの外形が、直方体形状に形成されているとともに、
その端面の縦横の寸法比がほぼ１：１に設定されてお
り、少なくとも前記端面に前記圧電素子の外部引出電極
が形成されている。

【００１０】本発明の第２の圧電センサは、前記圧電素
子が、上下に接合した二枚一対の短冊形状の圧電セラミ
ック板からなり、前記パッケージが、圧電素子の長手方
向に沿う少なくとも一端部位を上下から挟持して該圧電
素子を架橋状に支持する二つの挟持部品と、この挟持部
品の両側に取り付けられて前記圧電素子の左右両側面を
覆う二つの蓋部品とからなり、かつ、前記パッケージの
外形が、直方体形状に形成されているとともに、その端
面の縦横の寸法比がほぼ１：１に設定されており、少な
くとも前記端面に前記圧電素子の外部引出電極が形成さ
れている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図１ないし
図５に示す実施例に基づいて説明する。ここでは、圧電
センサとして加速度を検出する加速度センサを例に挙げ
ている。図１ないし図５は本発明の一実施例にかかり、
図１は、加速度センサを一部破断して示す斜視図、図２
は、同センサの分解斜視図、図３は、加速度の作用時に
おける圧電素子の変形状態を模式的に示す説明図、図４
は、加速度センサのプリント基板に対する実装時の姿勢
を示す説明図、図５は、加速度センサに関するテープキ
ャリアを示す説明図である。

【００１２】図例の加速度センサ１は、バイモルフ型と
呼ばれる圧電素子２と、パッケージ３と、外部引出電極
４，４とで構成されており、感度軸の方向は、矢印で示
すように圧電素子２の厚み方向（下記参照）と平行にな
っている。

【００１３】圧電素子２は、共に短冊形状とされ主表面
にそれぞれ信号取出電極６，６及び中間電極７，７が形
成された一対の圧電セラミック板５，５を備え、これら
の中間電極７，７どうしを対面接合したものである。こ
こでは圧電セラミック板５，５の積層方向を圧電素子２
の厚み方向と言う。圧電セラミック板５，５それぞれ
は、長手方向において境界線Ｌで区分けされる３つの部
分５ａ，５ｂ，５ｂを有しており、各部分５ａ，５ｂ，
５ｂは、加速度Ｇの作用に伴って発生する応力が「引っ
張り」と「圧縮」とに異なるようになっている。中央部
分５ａ及び端部分５ｂ，５ｂのそれぞれは、各圧電セラ
ミック板４の板厚方向に沿いつつ互いに逆となる向き
（図では、矢印Ａ，ＢとＣ，Ｄで示す）に従って分極さ
れているとともに、中央部分５ａそれぞれにおける分極
の向きＡ及びＣは互いに近ずきあう内向きとされる一
方、端部分５ｂ，５ｂにおける分極の向きＢ及びＤは互
いに遠ざかる外向きとされている。

【００１４】パッケージ３は、圧電素子２の長手方向に
沿う両端を上下から挟持する側面視ほぼ「コ」字形の二
つの挟持部品８，９と、この挟持部品８，９の左右両側
に取り付けられて圧電素子２の左右両側面を覆う縦横断
面ほぼ「コ」字形の二つの蓋部品１０，１１とからな
る。このパッケージ３の全体の外形としては、直方体形
状に形成されており、その端面の縦横の寸法比がほぼ
１：１つまりほぼ正方形に設定されている。なお、端面
の縦寸法をＡとし、横寸法をＢとした場合、Ａ／Ｂを
「１」つまりＡ＝Ｂに設定するのが理想的であるが、Ａ
／Ｂを「０．９〜１．１」の範囲に設定したものも含
む。

【００１５】外部引出電極４，４は、圧電素子２の長手
方向両端面を含むパッケージ３の長手方向両端面に層状
に形成されているとともに、パッケージ３の長手方向両
端側の周面にも層状に形成されている。この一方の外部
引出電極４が、各圧電セラミック板５，５上に形成され
た信号取出電極６，６の一方に、また、他方の外部引出
電極４が残りの信号取出電極６に、それぞれ接続されて
いる。

【００１６】次に、上述した加速度センサ１の動作およ
び作用を説明する。加速度Ｇが作用することに伴い、圧
電素子２が図３に示すように上向きに湾曲すると、この
圧電素子２の撓み方向外側に位置する圧電セラミック板
５の中央部分５ａにおける外側主表面には分極の向きＡ
と引っ張り応力Ｐｔとの関係に基づいて正（＋）の電荷
が発生し、また、その端部分５ｂにおける外側主表面で
も分極の向きＢ及び圧縮応力Ｐｃの関係から正の電荷が
発生する。

【００１７】そこで、この圧電セラミック板５の中央部
分５ａ及び端部分５ｂそれぞれの外側主表面に発生した
正の電荷は互いに強めあいながら、信号取出電極６から
外部引出電極４へと伝わることになる。さらに、このと
き、圧電素子２の撓み方向内側に位置する圧電セラミッ
ク板５の中央部分５ａにおける外側主表面には分極の向
きＣと圧縮応力Ｐｃとの関係から負（−）の電荷が発生
し、また、その端部分５ｂにおける外側主表面にも分極
の向きＤと引っ張り応力Ｐｔとの関係から負の電荷が発
生することになり、これら負の電荷は信号取出電極６か
ら外部引出電極４へと伝わることになる。

【００１８】なお、加速度Ｇの作用に伴って圧電素子２
を構成する各圧電セラミック板５，５に発生する応力が
「引っ張り」と「圧縮」とに分かれる理由を説明する。
まず、加速度センサ１の全体に対して加速度Ｇが作用す
ると、圧電素子２を固定支持するパッケージ３に対して
は加速度Ｇが直接的に作用することになり、これらのパ
ッケージ３は共に加速度Ｇの作用方向に沿って移動しよ
うとする。ところが、この際においても、圧電素子２に
対して直接的な加速度Ｇが作用することはないから、圧
電素子２は加速度Ｇの作用する以前における状態をその
まま維持し続けようとし、この圧電素子２には加速度Ｇ
の作用に伴って発生した慣性力が作用することになる。
そこで、圧電素子２を構成する各圧電セラミック板５，
５の端部分５ｂ，５ｂそれぞれはパッケージ３と共に移
動しようとする一方、各々の中央部分５ａそれぞれは当
初位置のまま残ろうとする結果、この圧電素子２は加速
度Ｇの作用側に向かって撓んだ湾曲形状（図では、上向
きの凸形状）となるように変形する。そのため、図３で
示すように、撓み方向外側（図では、上側）に位置する
圧電セラミック板５の中央部分５ａには引っ張り応力Ｐ
ｔ、また、その端部分５ｂには圧縮応力Ｐｃが現れるこ
とになる一方、撓み方向内側（図では、下側）に位置す
る圧電セラミック板５の中央部分５ａには圧縮応力Ｐ
ｃ、また、その端部分５ｂには引っ張り応力Ｐｔが現れ
ることになる。

【００１９】以上、詳細に説明した加速度センサ１は、
プリント基板１２に対して、図４（ａ）および（ｂ）に
示すように、設計上、要求される感度軸の方向に応じて
四面のうちの所要の面を上向きとする姿勢で実装され
る。この圧電センサ１の姿勢によって感度軸の方向が特
定される。いずれの面を上向きとする姿勢で実装して
も、加速度センサ１がその半田付け処理の過程で倒れて
姿勢が変わるといった不具合が全く起こらない。なお、
図４において、１ａは上面、１ｂは下面、１ｃは右側
面、１ｄは左側面を示しており、感度軸の方向は、図４
（ａ）の場合、矢印のようにプリント基板１２に対して
平行な方向に、また、図４（ｂ）の場合、垂直な方向
に、それぞれ沿わされている。

【００２０】このような加速度センサ１の実装工程で
は、例えば図５に示すようなテープキャリア２０が用い
られる。つまり、テープキャリア２０は、上記加速度セ
ンサ１を複数個、個別に収納するものであり、長手方向
の所定間隔おきに加速度センサ１の外形に近似したほぼ
正方形の凹部２３を有するエンボステープ２１と、この
エンボステープ２１の上面に貼着されて前述の凹部２３
を閉塞する上側テープ２２とからなる。そして、各凹部
２３に対しては、総ての加速度センサ１がその感度軸の
方向を図中の矢印で示すように一定の方向に揃えた状態
で収納される。つまり、プリント基板などに対して搭載
するときの加速度センサ１の感度軸の方向に応じて、例
えば加速度センサ１の左側面１ｄをテープキャリア２０
の凹部２３の開口に位置させるなどして、テープキャリ
ア２０の凹部２３に対する加速度センサ１の収納姿勢を
決定すればよいのである。

【００２１】このようにしていれば、テープキャリア２
０を用いて加速度センサ１をプリント基板などに実装す
る場合には、このテープキャリア２０の上側テープ２２
をはがして、凹部２３の開口から、この開口に位置する
加速度センサ１の面を図示しない吸着治具によって吸着
して取り出し、プリント基板の所要位置に搭載するだけ
でよくなる。

【００２２】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、種々な応用や変形が考えられる。

【００２３】（１） 圧電素子２をいわゆるユニモルフ
型の構成とし、この圧電素子２の長手方向両端ではなく
一端のみを挟持部品８，９で挟持支持させる、片持ち梁
構造としたものも本発明に含む。

【００２４】（２） 上記実施例では、加速度センサを
例に挙げているが、振動センサとすることもできる。

【００２５】（３） 上記実施例では、外部引出電極４
を、パッケージ３の端面とパッケージ３の長手方向両端
の周面とに形成しているが、パッケージ３の端面のみに
形成したものも本発明に含む。

【００２６】（４） 圧電素子２としては、圧電セラミ
ック板５の中央部分５ａそれぞれにおける分極の向きＡ
及びＣを互いに遠ざかる外向きとするとともに、端部分
５ｂ，５ｂにおける分極の向きＢ及びＤを互いに遠ざか
る外向きとする構成のものも本発明に含む。

【００２７】

【発明の効果】本発明の圧電センサでは、プリント基板
に対する実装時の姿勢を変えても常に座りがよくなり安
定化するように工夫しているから、要求される感度軸の
方向に応じてプリント基板に対して実装するときの姿勢
を変えるだけで、種々な感度軸に変更できるようになる
など、単一種類の構造でありながら、感度軸の異なる複
数種類のものとして流用できるようになる。このように
汎用性を高めたので、圧電センサの製造コストおよび管
理コストを従来に比べて大幅に削減できるようになり、
価格低減を実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の加速度センサを一部破断し
て示す斜視図

【図２】図１の加速度センサの分解斜視図

【図３】加速度の作用時における圧電素子の変形状態を
模式的に示す説明図

【図４】図１の加速度センサのプリント基板に対する実
装時の姿勢を示す説明図

【図５】図１の加速度センサに関するテープキャリアを
示す説明図

【符号の説明】

１ 加速度センサ ２ 圧電素子 ３ パッケージ ４ 外部引出電極 ５ 圧電素子を構成する圧電セラミック板 ６ 圧電素子の信号取出電極 ７ 圧電素子の中間電極 ８，９ パッケージを構成する挟持部品 １０，１１ パッケージを構成する蓋部品

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特定の感度軸を有する圧電素子をパッケ
   ージで囲んだ構成の圧電センサであって、 前記パッケージの外形が、直方体形状に形成されている
   とともに、その端面の縦横の寸法比がほぼ１：１に設定
   されており、少なくとも前記端面に前記圧電素子の外部
   引出電極が形成されている、ことを特徴とする圧電セン
   サ。
2. 【請求項２】 特定の感度軸を有する圧電素子をパッケ
   ージで囲んだ構成の圧電センサであって、 前記圧電素子が、上下に接合した二枚一対の短冊形状の
   圧電セラミック板からなり、 前記パッケージが、圧電素子の長手方向に沿う少なくと
   も一端部位を上下から挟持して該圧電素子を架橋状に支
   持する二つの挟持部品と、この挟持部品の両側に取り付
   けられて前記圧電素子の左右両側面を覆う二つの蓋部品
   とからなり、 かつ、前記パッケージの外形が、直方体形状に形成され
   ているとともに、その端面の縦横の寸法比がほぼ１：１
   に設定されており、少なくとも前記端面に前記圧電素子
   の外部引出電極が形成されている、ことを特徴とする圧
   電センサ。