加速度传感器

摘要

本发明提供一种计测或检测具有机械驱动源的电子设备的振动所需的具有高可靠性的加速度传感器。该压电型加速度传感器包括：包含压电体的振子；电路基板，将由于上述振子的弯曲振动而产生的上述压电体的输出电荷放大；以及传感器筐体，收纳上述振子以及上述电路基板，由导电性良好的材料构成。上述电路基板包括将该电路基板和上述振子机械连接且电连接并从该电路基板的一边突出地形成的一个或两个延伸区域。上述传感器筐体包括支承上述振子的支承台，在上述支承台上形成有凹部。并且上述凹部被上述电路基板的上述延伸区域覆盖，利用在由上述凹部和上述延伸区域形成的空间内填充的绝缘性粘接剂来固定支承上述振子。

权利要求

1.一种压电型加速度传感器，包括：包含压电体的振子；电路基板，将由于上述振子的弯曲振动而产生的上述压电体的输出电荷放大；以及传感器筐体，收纳上述振子以及上述电路基板，由导电性良好的材料构成，该加速度传感器的特征在于，上述电路基板包括将该电路基板和上述振子机械连接且电连接并从该电路基板的一边突出地形成的一个或两个延伸区域，上述传感器筐体包括支承上述振子的支承台，

上述支承台包括凹部，所述凹部被上述电路基板的上述延伸区域覆盖，利用在由上述凹部和上述延伸区域形成的空间内填充的绝缘性粘接剂来固定支承上述振子，在上述延伸区域的根部形成有缺口部。

2.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，上述传感器筐体还包括对上述电路基板进行定位的阶梯状的引导部。

3.根据权利要求1或2所述的加速度传感器，其特征在于，在上述延伸区域中的、填充于上述空间的上述绝缘性粘接剂和该延伸区域的接触部具有一个或两个以上的贯通孔。

4.根据权利要求1或2所述的加速度传感器，其特征在于，在上述延伸区域中的、填充于上述空间的上述绝缘性粘接剂和该延伸区域的接触部具有一个或两个以上的凹处。

5.根据权利要求1或2所述的加速度传感器，其特征在于，上述振子是上述压电体和金属支承板的层叠结构。

6.根据权利要求5所述的加速度传感器，其特征在于，上述凹部的深度为上述振子的上述金属支承板的表面的粗糙度算术平均偏差值和上述凹部的底面的粗糙度算术平均偏差值中的任一较大的值的3倍以上。

7.根据权利要求2所述的加速度传感器，其特征在于，上述引导部距离上述传感器筐体的底面的高度与上述支承台距离上述传感器筐体的底面的高度相同。

说明书

加速度传感器

技术领域

[0001] [对于相关申请的记载]

[0002] 本发明基于日本国专利申请：特愿2011-117567号(2011年5月26日申请)的优先权主张，该申请的所有记载内容均作为引用而组合记载在本说明书中。

[0003] 本发明涉及一种用于计测或检测具有机械驱动源的电子设备的振动的加速度传感器。

背景技术

[0004] 近年来，随着信息电子设备的普及，保存于HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)等信息保存装置的信息量及其信息价值逐渐增加。一般来说，作为信息保存装置，使用容量的性价比高的HDD。

[0005] 但是，HDD由机械性动作零件构成，因此存在伴随其机械性故障而导致信息丢失的问题。因此，对机械性动作零件动作时产生的振动进行计测，检测故障预兆中特有的振动，从而在HDD产生故障前对HDD中保存的信息进行保护。在此，振动的检测一般使用加速度传感器。

[0006] 在这种以保护信息为目的的系统中使用的加速度传感器中，需要在电子设备内部等电噪声多的环境下耐用、并且具有作为计测对象的装置规格以上的耐冲击性的长寿命且可靠性高的加速度传感器。

[0007] 以往，作为加速度传感器，公知利用压电陶瓷等压电体的传感器，利用压电体的机械-电气转换特性。压电型的加速度传感器将接受来自外部的机械性振动而产生的压电体的形变利用其压电效果转换成电压并输出。在压电型加速度传感器中，存在由压电陶瓷板和金属支承板的层叠结构构成的振子弯曲振动从而产生电荷的方式。

[0008] 该弯曲方式的压电型加速度传感器根据振子的支承方法而分为悬臂梁型和双支撑梁型结构，但都是通过利用粘接剂等将振子的端部固定在作为支承台的传感器筐体上来实现的。

[0009] 并且，为了提高所收纳的电子电路的电气性屏蔽效果、向振子传递振动的效率，传感器筐体广泛使用金属材料(专利文献1)。

[0010] 但是，金属性的传感器筐体和振子直接电连接时，从外部经由传感器筐体传递到振子的电荷混入原本对振子的输出电荷进行放大的放大电路，从而产生由外部混入电荷引起的电噪声重叠到传感器输出信号的问题。作为能够解决该问题的结构，存在在振子和传感器筐体支承部之间设置绝缘层的结构(专利文献2)。

[0011] 另外，在电路基板上形成振子的结构也可以将传感器筐体和振子电绝缘(专利文献3)。进而，存在如下结构：振子具有中空圆形隔板结构，利用绝缘性的环形突起支承中空部从而与金属筐体绝缘(专利文献4)。

[0012] 现有技术文献

[0013] 专利文献

[0014] 专利文献1：日本特开2008-134167号公报

[0015] 专利文献2：日本特开2007-333397号公报

[0016] 专利文献3：日本特开2004-077255号公报

[0017] 专利文献4：日本特开平05-157762号公报

发明内容

[0018] 发明要解决的课题

[0019] 上述专利文献1～4的所有公开内容作为引用编入记载于本说明书。以下的分析是通过本发明得到的。

[0020] 在现有的加速度传感器中存在如下所示的问题。第一、若形成的粘接层的厚度较薄，则存在形成于传感器筐体的支承部表面以及振子的粘接面的凹凸部分接触而具有导电性，无法确保绝缘性的问题。进而，存在由于粘接层的厚度偏差而导致振子的振动特性产生偏差的问题。

[0021] 第二、一般来说基板和振子粘接时使用导电型粘接剂，然而存在因由于振子的弯曲振动而在支承部反复产生的应力、从外部施加的冲击加速度而导致接合部剥离，难以实现长寿命化的问题。

[0022] 第三、在利用绝缘性的环状突起支承中空圆形隔板振子的结构中，在振动振幅大的外周部设有传感器输出用的电极，因此存在由于焊锡量的偏差、焊锡位置的偏差而导致振子的振动特性变化，个体差异变大的问题。

[0023] 因此，期待一种可靠性高的加速度传感器，能够容易地控制设置于振子和支承台之间的绝缘层的厚度并且具有增大用于获取电信号的电路基板与振子的接合部及支承台的粘接强度的支承部结构，能够实现对从外部混入的电噪声的耐性及耐机械冲击性高的稳定的传感器特性和长寿命。

[0024] 用于解决课题的方案

[0025] 在本发明的第一观点中，本发明的加速度传感器是一种压电型加速度传感器，其包括：包含压电体的振子；电路基板，将由于上述振子的弯曲振动而产生的上述压电体的输出电荷放大；以及传感器筐体，收纳上述振子以及上述电路基板，由导电性良好的材料构成。上述电路基板包括将该电路基板和上述振子机械连接且电连接并从该电路基板的一边突出地形成的一个或两个延伸区域。上述传感器筐体包括支承上述振子的支承台，在上述支承台上形成有凹部。并且上述凹部被上述电路基板的上述延伸区域覆盖，利用在由上述凹部和上述延伸区域形成的空间内填充的绝缘性粘接剂来固定支承上述振子。

[0026] 发明效果

[0027] 利用这种结构，能够实现计测或检测具有机械驱动源的电子设备的振动所需的具有高可靠性的加速度传感器。

附图说明

[0028] 图1是本发明的实施例1的加速度传感器的俯视图以及剖视图。

[0029] 图2是从图1的加速度传感器中去除电路基板和振子后的传感器筐体的俯视图。

[0030] 图3是本发明的实施例2的加速度传感器的俯视图以及剖视图。

[0031] 图4是本发明的实施例3的加速度传感器的俯视图以及剖视图。

[0032] 图5是本发明的实施例4的加速度传感器的俯视图以及剖视图。

[0033] 图6是表示利用振子的金属支承板的表面和凹部的底面的粗糙度算术平均偏差值中较大的值对绝缘性粘接剂的厚度进行规格化时，使规格化的厚度变化时的阻抗变化的图。

[0034] 图7是表示本发明的实施例5的HDD振动计测系统结构的立体图。

具体实施方式

[0035] 在第一观点中，优选上述传感器筐体还包括对上述电路基板进行定位的阶梯状的引导部。

[0036] 另外，优选在上述延伸区域中的、填充于上述空间的上述绝缘性粘接剂和该延伸区域的接触部具有一个或两个以上的贯通孔。

[0037] 另外，优选在上述延伸区域中的、填充于上述空间的上述绝缘性粘接剂和该延伸区域的接触部具有一个或两个以上的凹处。

[0038] 另外，优选在上述延伸区域的根部形成有缺口部。

[0039] 另外，优选上述振子是上述压电体和金属支承板的层叠结构。

[0040] 另外，优选上述凹部的深度为上述振子的上述金属支承板的表面的粗糙度算术平均偏差值和上述凹部的底面的粗糙度算术平均偏差值中的任一较大的值的3倍以上。

[0041] 另外，优选上述引导部距离上述传感器筐体的底面的高度与上述支承台距离上述传感器筐体的底面的高度相同。

[0042] 通过这种结构，能够利用介于振子和支承台之间的绝缘性粘接层确保与传感器筐体的绝缘性，并且能够利用设置电路基板的支承台表面和凹部底面的间隙(间隔)将绝缘层控制为固定厚度，因此能够实现对从外部混入的电噪声的耐性高、具有传感器特性的偏差小的高稳定性的传感器特性的加速度传感器。

[0043] 进而，绝缘性粘接剂通过形成于支承台的凹部的开口部和振子之间的间隙而将振子的端部和电路基板一体地接合，并且通过将绝缘性粘接剂填充于凹部而使在凹部的底面和壁面这两面形成的粘接表面积比不具有凹部的平面更大，因此还能够增加振子和支承台的粘接强度。因此，能够防止伴随着从外部施加的冲击加速度而产生的振子与电路基板以及支承台的剥离，能够实现高耐机械冲击性从而能够实现高寿命的加速度传感器。

[0044] 实施例

[0045] 下面，参照附图说明本发明的实施例。另外，在以下说明的各实施例的结构中，对于相同结构标以相同的标号来表示，省略重复的说明。附图参照标号是为了便于理解发明而标记的，并不意于将本发明限定于图示的方式。

[0046] (第一实施例)

[0047] 第一实施例的加速度传感器包括：传感器筐体11，使用导电性良好的材料；振子100，具有压电体101和金属支承板102的层叠结构；以及电路基板10，将由于振子100的弯曲振动而产生的压电体101的输出电荷放大。图1(A)是该加速度传感器的整体俯视图，图
1(B)是图1(A)的B-B'剖视图，图1(C)是图1(A)的C-C'剖视图(在各图中相同)。图2是去除电路基板10和振子100后的传感器筐体的俯视图。

[0048] 如图1(A)的俯视图所示，电路基板10上具有两个延伸区域12，所述两个延伸区域12将电路基板10和振子100的支承部机械连接且电连接，并形成为从电路基板10的一边(在图1(A)中为右侧的边)的两端部分别突出。另外，在本实施例中为两个延伸区域，也可以是单侧的一个延伸区域。该延伸区域12构成为覆盖后述的凹部15。电路基板10上配置有电子零件17。

[0049] 在传感器筐体11上具有将电路基板10定位并安装的引导部13以及支承固定振子100的支承台14。如图1(B)、图1(C)所示，引导部13为设置于传感器筐体11的内侧的阶梯状的部分。能够通过在该阶梯部配置电路基板10来进行定位。电路基板10配置于该引导部13和支承台14的上方。因此，优选引导部13和支承台14距离传感器筐体11的底面的高度相同。

[0050] 如图1(B)、图1(C)所示，具有如下结构：在支承台14上具有在振子100和支承台14的周围形成用于填充绝缘性粘接剂的预定空间的凹部15，在由形成于电路基板10的延伸区域12和支承台14的凹部15(以及振子100)包围而形成的空间内填充绝缘性粘接剂
16。在本实施例中，在空间内填充绝缘性粘接剂16，但只要是具有绝缘性并能够进行固定的材料，也可以使用其他固定材料。

[0051] 传感器筐体11的外形为长8.5mm、宽8.5mm、高3mm。为了安装电路基板而设置于图示位置的引导部13的宽为0.5mm、高为1mm。为了安装振子而设置于图示位置的支承台14的宽为2mm、长为1mm、高为1mm，在支承台上形成有宽1.8mm、长0.8mm、深105μm的凹部
15。电路基板10的外形为长7.5mm、宽7.5mm，为了安装振子而在电路基板的一边的图示位置上设有两处长2mm、宽1mm的延伸区域12。振子的金属支承板102的外形为宽1.5mm、长
6.5mm、厚100μm。

[0052] 表1表示对本发明的实施例1和将振子与传感器筐体电连接的现有型加速度传感器的耐电噪声性进行的比较，其中，所述耐电噪声性为利用不向加速度传感器的信号输出重叠外部施加电荷引起的电噪声的电荷量对从外部施加到传感器筐体的电荷量进行规格化后的规格化电荷量下的耐电噪声性。

[0053] 【表1】

[0054]

[0055] ○：S/N恶化率为0％以上～小于5％、△：5％以上～小于30％、×：30％以上[0056] 表2表示本发明的实施例1和现有型加速度传感器的耐机械冲击性，其中，所述耐机械冲击性为利用在现有的传感器中产生振子和传感器筐体的剥离的加速度对从外部施加的冲击加速度进行规格化后的规格化冲击加速度下的耐机械冲击性。

[0057] 【表2】

[0058]

[0059] ○：破坏产生率为0％以上～小于5％、△：5％以上～小于30％、×：30％以上[0060] 从表1、表2可以明确看出，本实施例1的加速度传感器表现出高耐电噪声性和高耐机械冲击性。

[0061] (第二实施例)

[0062] 在第二实施例中，如图3(A)、图3(B)所示，在第一实施例的结构的基础上，在形成于电路基板10的延伸区域12的图示位置形成直径为0.1mm的贯通孔20。在本实施例中，在各延伸区域中分别形成有两个贯通孔，但并不限定于这个个数。由此，在该贯通孔20中也填充绝缘性粘接剂16，该电路基板10的粘接表面积增加，从而粘接强度增加。

[0063] 表3表示本发明的实施例2的耐机械冲击性，其中，所述耐机械冲击性为利用在第一实施例的传感器中产生振子和传感器筐体的剥离的加速度对从外部施加的冲击加速度进行规格化后的规格化冲击加速度下的耐机械冲击性。

[0064] 【表3】

[0065]

[0066] ○：破坏产生率为0％以上～小于5％、△：5％以上～小于30％、×：30％以上[0067] 从表3可以明确看出，本实施例2的加速度传感器表现出高耐机械冲击性。

[0068] 并且，也可以替代形成于延伸区域的贯通孔而形成凹处(未图示)。能够因该延伸区域的粘接表面积的增加实现同样的效果。

[0069] (第三实施例)

[0070] 在第三实施例中，如图4(A)、图4(B)所示，在第一实施例的结构的基础上，在形成于电路基板10的延伸区域12的图示位置形成缺口部30。形成有该缺口部30的该延伸区域12的根部的刚性局部地降低，从而能够吸收由伴随着从信号线缆传播来的振动、信号线缆的挠曲而产生的应力所导致的电路基板10的变形。由此，能够提高对从外部混入的振动等机械噪声的耐性。

[0071] 表4表示本发明的实施例3的耐机械噪声性，其中，所述耐机械噪声性为利用在第一实施例的加速度传感器中从在传感器输出中重叠了机械噪声时的传感器线缆传播来的振动加速度对从信号线缆传播来的振动加速度进行规格化后的规格化加速度下的耐机械噪声性。从表4可以明确看出，本实施例4的加速度传感器表现出高耐机械噪声性。

[0072] 【表4】

[0073]规格化振动加速度 耐机械噪声性
1 ○
4 ○
5 △

[0074] ○：S/N恶化率为0％以上～小于5％、△：5％以上～小于30％、×：30％以上[0075] (第四实施例)

[0076] 第四实施例如图5(A)、图5(B)、图5(C)所示，在第一实施例的结构中，具有凹部15，其深度如下所示：采用振子100的金属支承板102的表面的粗糙度算术平均偏差值X和凹部15的底面的粗糙度算术平均偏差值Y中的较大的值，将该采用值的3倍以上的厚度作为绝缘性粘接剂16的厚度。图5(C)是图5(B)中虚线所示的放大部的详细示意图。

[0077] 图6表示使利用该振子的该金属支承板的表面和该凹部的底面的粗糙度算术平均偏差值中较大的值对该绝缘性粘接剂的厚度进行规格化时的规格化厚度变化时的阻抗变化。从图6可以明确看出，当规格化厚度为3以上时，阻抗急剧增加，能够确保良好的绝缘性。根据这种结构能够提高耐电噪声性。另外，粗糙度算术平均偏差值是根据JISB0601-1982来规定的。

[0078] (第五实施例)

[0079] 第五实施例如图7所示，将检测HDD的故障预兆的第一实施例的加速度传感器1搭载于对象HDD60，在实际使用环境下利用信号处理基板61计测振动响应直到该HDD60发生机械性故障为止。

[0080] 表5表示在作为计测对象的HDD发生故障之前产生电气或机械问题的加速度传感器的产生率。作为实验数量，准备了100台样品。作为比较，对相同数量的现有结构的加速度传感器进行了评价。

[0081] 【表5】

[0082]

[0083] 从表5中可以明确得知，本实施例的加速度传感器的问题产生率为1%，比现有的加速度传感器的问题产生率的10%低，能够确保高可靠性。

[0084] 以上结合上述实施方式对本发明进行了说明，但在本发明的所有公开(包括权利要求书和附图)的范围内，能够进一步基于其基本的技术思想进行实施例或实施例的变更和调整。而且，在本发明的权利要求书的范围内，能够进行各种公开要素(包括各权利要求的各要素、各实施方式的各要素、各附图的各要素等)的各种组合或选择。即，本发明当然包括根据包括权利要求书以及附图在内的所有公开、技术思想而对本领域技术人员来说显而易见的各种变形、修正。

[0085] 标号说明

[0086] 1：加速度传感器

[0087] 10：电路基板

[0088] 11：传感器筐体

[0089] 12：延伸区域

[0090] 13：引导部

[0091] 14：支承台

[0092] 15：凹部

[0093] 16：绝缘性粘接剂

[0094] 17：电子零件

[0095] 20：贯通孔

[0096] 30：缺口部

[0097] 60：HDD

[0098] 61：信号处理基板

[0099] 100：振子

[0100] 101：压电体

[0101] 102：金属支承板