JP2000002714A - 圧電型加速度センサ、加速度検出方法、および圧電型加速度センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の方向の加速度の検出や広ダイナミック
レンジ化、広帯域化などが可能な加速度センサを得る。 【解決手段】 加速度センサ２０１は縦効果型検出部２
０３と横効果型検出部２０４とを備える。縦効果型検出
部２０３は、錘を兼ねる成膜基板２２１に形成された薄
膜の圧電体２１１ａと電極２１１ｂ，２１１ｃとから成
る縦効果型圧電素子２１１を備える。横効果型検出部２
０４は、成膜基板２２１に形成された薄膜の圧電体２１
３ａと電極２１３ｂ，２１３ｃとから成る横効果型圧電
素子２１３が、基板１０５に形成された溝状の凹部１０
５ａの上方付近に片持ち支持されるように設けられて成
る。検出回路１１６は縦効果型検出部２０３および横効
果型検出部２０４双方の出力に基づいて所定の方向の加
速度等を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体を用いて、
加速度や、衝撃、振動などを検出する圧電型加速度セン
サ、加速度検出方法、および圧電型加速度センサの製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、誘電体、特に強誘電体は、焦電性
を用いた焦電型赤外線検出器や、分極反転を用いた不揮
発性メモリ、高誘電率特性を用いた容量性素子などとと
もに、圧電性を利用した加速度センサ（圧電型加速度セ
ンサ）や圧力センサ、逆圧電効果を利用したアクチュエ
ータ等の圧電体素子のキーマテリアルとして研究されて
いる。

【０００３】上記加速度センサや圧力センサ等に用いら
れる圧電体素子は、圧電体に力が加わることにより圧電
体が電荷を発生する「圧電効果」を利用して、力学量
（加速度、圧力、等）を検出するものであり、極めて高
い検出感度を得ることができるという特徴を有してい
る。

【０００４】以下、上記加速度センサについて詳細に説
明する。なお、加速度や振動、衝撃等は物理的には同一
の現象であるため、以下、主として単に加速度と総称す
る。

【０００５】加速度センサは、圧電体に作用する力（加
速度）を検出する方向によって、以下の３種類のタイプ
に分類される。

【０００６】（１）縦効果型 ：電気軸に平行な方向
の加速度を検出 （２）せん断効果型：電気軸に平行な面内のずれが生じ
る方向の加速度を検出 （３）横効果型 ：電気軸に垂直な方向の加速度を検
出 上記縦効果型の加速度センサは、圧電体の先端部に錘が
設けられて構成され、錘の慣性によって圧電体が伸縮す
る際に、圧電体に電荷が生じることを利用するものであ
る。この加速度センサは、機械的強度が大きいため、大
きな加速度の検出が可能である。また、一般に、機械的
な共振周波数が高いため、周波数の高い振動や急激に変
化する加速度の検出が可能である。

【０００７】また、せん断効果型の加速度センサは、上
記縦効果型と同様の構造を有し、錘の慣性によって圧電
体にせん断力が作用する際に、圧電体に電荷が生じるこ
とを利用するものである。この加速度センサも、縦効果
型と同様に、大きな加速度の検出が可能であるととも
に、周波数の高い振動や急激に変化する加速度の検出が
可能である。

【０００８】一方、横効果型の加速度センサは、片持ち
梁、または両端固定梁構造の弾性板に圧電体が接着され
て構成され、高感度であるため、微小な加速度の検出が
可能である。また、一般に、機械的な共振周波数を低く
することが容易であるため、周波数の低い振動や緩やか
に変化する加速度の検出が容易である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記縦
効果型の加速度センサは、電気軸に平行な方向の加速度
が検出されるだけではなく、せん断効果型と同様の原理
によって、錘に電気軸に平行な面内のずれが生じる方向
の加速度も検出してしまう。このため、いずれの方向の
加速度が作用したのかを出力電圧から確定することが困
難であり、電気軸に平行な方向の加速度だけを正確に検
出することができないという問題点を有していた。ま
た、大きな加速度の検出が可能である反面、微小な加速
度の検出が困難である。

【００１０】一方、横効果型の加速度センサは、一般
に、機械的な共振周波数が比較的低いために、周波数の
高い振動や急激に変化する加速度を検出することが困難
であるという問題点を有していた。また、弾性板に圧電
体が接着され、弾性板のたわみに伴う圧電体の変形に応
じて間接的に加速度を検出するものであるため、製造過
程において弾性板と圧電体との接着が不完全であった
り、接着状態にバラツキがあると、センサの感度のバラ
ツキも大きくなりがちである。

【００１１】本発明は、上記の点に鑑み、所定の方向の
加速度を確実に検出することができる圧電型加速度セン
サの提供を目的としている。また、大きな加速度と微小
な加速度とを検出することができる（広ダイナミックレ
ンジ化）とともに、周波数の高い振動および低い振動や
変化が急激な加速度および緩やかな加速度を検出するこ
とができる（広帯域化）圧電型加速度センサの提供を目
的としている。さらに、検出感度のバラツキを小さく抑
えることができ、小型軽量化や製造コストの低減も図る
ことができる圧電型加速度センサの提供を目的としてい
る。

【００１２】また、本発明は、上記のような圧電型加速
度センサを用いた加速度検出方法の提供を目的としてい
る。

【００１３】さらに、本発明は、上記のような圧電型加
速度センサの製造方法の提供を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】ここで、まず、上記の目
的を達成する本発明の概要について説明する。本発明
は、複数の圧電素子を備えた圧電型加速度センサを用い
れば、これらの複数のセンサからの出力に基づいた信号
の合成や演算などにより、所定の方向の加速度を検出し
たり広ダイナミックレンジ化や広帯域化を図り得ること
を基本原理としている。具体的には、例えば加速度成分
の検出方向に異方性を有する複数の圧電素子を備え、上
記複数の圧電素子が、それぞれ互いに異なる方向に向け
て配置されることにより、所定の方向の加速度を確実に
検出することができる。すなわち、種々の方向の加速度
成分を未知数とすると、その未知数と同じ数の圧電素子
を備えていれば、理論的に、これらの圧電素子からの出
力に基づいて各加速度成分を求めることができる。ま
た、加速度検出の周波数特性が互いに異なる複数の圧電
素子を備え、上記複数の圧電素子からの出力を合成する
ことにより、上記各圧電素子の周波数特性が合成された
周波数特性で加速度の検出を行うことができる。また、
加速度の検出感度が互いに異なる複数の圧電素子を備
え、上記複数の圧電素子からの出力を合成することによ
り、上記各圧電素子の検出感度が合成された検出感度で
加速度の検出を行うことができる。

【００１５】以下、より具体的に説明する。

【００１６】本発明は、第１の圧電体を有し、上記第１
の圧電体の伸縮およびせん断変形に応じた電圧を出力す
る縦効果型圧電素子と、第２の圧電体を有し、上記第２
の圧電体のたわみに応じた電圧を出力する横効果型圧電
素子と、上記縦効果型圧電素子および上記横効果型圧電
素子が固定されたセンサ基板とを備えたことを特徴とし
ている。

【００１７】これにより、上記横効果型圧電素子には、
たわみを生じさせる方向の加速度成分だけに応じて横効
果による出力電圧が生じるため、これにより上記方向の
加速度成分を検出することができる。一方、縦効果型圧
電素子には、伸縮を生じさせる方向の加速度成分に応じ
て縦効果による出力電圧が生じるとともに、せん断変形
を生じさせる方向の加速度成分に応じてせん断効果によ
る出力電圧が生じる。そこで、縦効果型圧電素子による
検出信号と横効果型圧電素子による検出信号との差分を
とることにより、上記せん断変形を生じさせる方向の加
速度成分を検出することができる。また、上記のような
差分をとるのに代えて、両検出信号を比較することによ
って加速度の方向を判別することもできる。例えば縦効
果型圧電素子からの出力が、上記横効果型圧電素子から
の出力に応じた所定の大きさよりも大きい場合には、縦
効果型圧電素子にせん断変形を生じさせる方向の加速度
が印加されたと判定することができる。一方、縦効果型
圧電素子だけによって加速度が検出された場合には、上
記縦効果型圧電素子にせん断変形を生じさせる方向の加
速度だけが印加されたと判定することなどができる。

【００１８】また、上記のような縦効果型圧電素子と横
効果型圧電素子とは、周波数特性や検出感度が異なるの
で、両者の検出信号を合成することにより、両者の周波
数特性が合成された周波数特性で加速度の検出を行うこ
とができ、センサの広帯域化を図ることができる一方、
両者の検出信号を選択的に切り替えることにより、両者
の検出感度が合成された検出感度で加速度の検出を行う
ことができ、センサの広ダイナミックレンジ化を図るこ
とができる。

【００１９】上記のような縦効果型圧電素子や横効果型
圧電素子を構成する圧電体として、成膜基板上に成膜さ
れた圧電体薄膜を用いるようにしてもよい。このような
圧電体薄膜を用いれば、エッチングによるパターニング
などの微細加工によって、微小で、かつ高精度な圧電素
子を形成することが容易にでき、また、部材の接着工程
などを必要としないようにすることができるので、セン
サの小型軽量化や製造コストの低減、圧電素子を種々の
形状や大きさに形成することによる多様な周波数特性や
検出感度の設定、また、これらの圧電素子の集積、さら
に、検出感度のバラツキの低減や信頼性の向上などを容
易に図ることができる。

【００２０】また、上記のように圧電体として成膜基板
上に成膜された圧電体薄膜を用いて横効果型圧電素子を
形成する場合、成膜基板における、横効果型圧電素子が
接する部分のうちの一部をエッチング等によって除去す
ることにより、圧電素子がたわみ得る空間を確保して、
横効果による加速度の検出が可能な微小な加速度センサ
を形成することができる。より具体的には、例えば成膜
基板における横効果型圧電素子の周囲から、エッチング
により、上記成膜基板の上記一部を除去することによ
り、片持ち梁構造や、両端固定梁構造、両片持ち梁構造
などの横効果型圧電素子を形成することができる。ま
た、成膜基板における横効果型圧電素子が形成された側
と反対の側から、エッチングにより、成膜基板の上記一
部を除去することにより、さらに、周辺部が固定された
ダイアフラム構造の横効果型圧電素子を形成することが
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電型加速度セン
サ、およびその製造方法の実施の形態について、図面を
参照しながら説明する。

【００２２】（実施の形態１）加速度センサ１０１は、
図１および図２に示すように、ベース部材１０２ａとキ
ャップ１０２ｂとから成るケーシング１０２の内部に、
縦効果型検出部１０３と横効果型検出部１０４とを備え
た基板（センサ基板）１０５が設けられて構成されてい
る。基板１０５は、金属ステム１０６により支持されて
いる。

【００２３】上記縦効果型検出部１０３は、縦効果型圧
電素子１１１の上部にステンレスから成る錘１１２が接
着されて成っている。上記縦効果型圧電素子１１１は、
ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の焼結体である圧電
体１１１ａの両面に、金から成る電極１１１ｂ，１１１
ｃが形成され、分極処理が施されて成っている。

【００２４】また、横効果型検出部１０４は、横効果型
圧電素子１１３が、基板１０５に形成された溝状の凹部
１０５ａの上方付近に片持ち支持されるように設けられ
ている。上記横効果型圧電素子１１３は、それぞれ、両
面に金から成る電極１１３ｂ，１１３ｂ’，１１３ｃ，
１１３ｃ’が形成され、分極方向を互いに反転させた圧
電体１１３ａ，１１３ａ’が貼合わされた直列バイモル
フ構造を有している。

【００２５】上記縦効果型圧電素子１１１の電極１１１
ｂ，１１１ｃ、および横効果型圧電素子１１３の電極１
１３ｂ，１１３ｃは、それぞれボンディングワイヤ１１
４を介して、基板１０５に形成された中継端子１１５に
接続されている。中継端子１１５は、さらに、基板１０
５の裏面側に設けられ、電界効果トランジスタおよび抵
抗等を有する検出回路１１６に接続されている。

【００２６】検出回路１１６は、例えば図３に示すよう
に、インピーダンス変換回路（バッファアンプ）１５
１，１５２と、縦効果型検出部１０３による検出感度と
横効果型検出部１０４による検出感度とを整合させるた
めの乗算回路１５３と、縦効果型検出部１０３および横
効果型検出部１０４による検出信号を加減算する加算回
路１５４および減算回路１５５と、縦効果型検出部１０
３または横効果型検出部１０４による検出信号を選択す
る選択回路１５６とが設けられて構成されている。

【００２７】上記のように構成された加速度センサ１０
１においては、図１および図２に示すＺ軸方向の加速度
成分と、Ｘ軸およびＹ軸方向の加速度成分とを正確に判
別して検出することができる。すなわち、横効果型圧電
素子１１３には、Ｚ軸方向の加速度成分だけに応じて横
効果による出力電圧が生じるため、これによりＺ軸方向
の加速度成分が検出される。一方、縦効果型圧電素子１
１１には、Ｚ軸方向の加速度成分に応じて縦効果による
出力電圧が生じるとともに、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の
加速度成分に応じてせん断効果による出力電圧が生じ
る。そこで、減算回路１５５によって、縦効果型圧電素
子１１１による検出信号から横効果型圧電素子１１３に
よる検出信号を差し引くことにより、ＸＹ平面内方向の
加速度成分が検出される。

【００２８】なお、加速度成分の大きさに応じた検出信
号に代えて、またはこれとともに、縦効果型圧電素子１
１１による検出信号と横効果型圧電素子１１３による検
出信号とを比較して、いずれかの方向の加速度が作用し
たか否かを示す信号を出力するようにしてもよい。すな
わち、横効果型圧電素子１１３によって加速度が検出さ
れた場合には、少なくともＺ軸方向の加速度が作用した
と判定できる。さらに、縦効果型圧電素子１１１によっ
て検出された加速度が横効果型圧電素子１１３によって
検出された加速度よりも大きい場合には、Ｚ軸方向の加
速度とともにＸＹ平面内方向の加速度も作用したと判定
でき、また、等しい場合には、Ｚ軸方向の加速度だけが
作用したと判定できる。一方、縦効果型圧電素子１１１
だけによって加速度が検出された場合には、ＸＹ平面内
方向の加速度だけが作用したと判定できる。（この判定
だけを行う場合には、必ずしも縦効果型圧電素子１１１
と横効果型圧電素子１１３との検出感度を整合させる必
要がないので、乗算回路１５３を設けなくてもよい。）
また、上記加速度センサ１０１によれば、Ｚ軸方向の加
速度に対して、広帯域、および広ダイナミックレンジで
加速度を検出することができる。すなわち、縦効果型圧
電素子１１１は機械的な共振周波数が高い一方、横効果
型圧電素子１１３は機械的な共振周波数が低いため、両
者の検出信号を加算回路１５４によって合成することに
より、周波数の低い振動から周波数の高い振動にわたっ
て（変化の緩やかな加速度から変化の急激な加速度にわ
たって）、広帯域に加速度を検出することができる。ま
た、縦効果型圧電素子１１１は比較的大きな加速度を検
出し得る一方、横効果型圧電素子１１３は微小な加速度
を検出し得るため、選択回路１５６により、加速度の大
きさに応じて両者を切り替えることにより、広ダイナミ
ックレンジで加速度を検出することができる。

【００２９】なお、上記各方向の加速度成分を検出する
ため、または広ダイナミックレンジ化を図るためには、
縦効果型圧電素子１１１の共振周波数と横効果型圧電素
子１１３の共振周波数とが近いことが好ましい一方、広
帯域化を図るためには、両者の共振周波数の相違が大き
い方が好ましい。そこで、各圧電素子の共振周波数は、
加速度成分の検出精度向上、広帯域化、または広ダイナ
ミックレンジ化のいずれを重視するかを考慮して設定す
ればよい。また、互いに共振周波数の異なる同種の圧電
素子を複数設けて、加速度成分の検出精度向上、広帯域
化、および広ダイナミックレンジ化がともに得られるよ
うにしてもよい。

【００３０】次に、上記のような加速度センサ１０１の
製造方法について説明する。

【００３１】（１）まず、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸
鉛）等の焼結体である圧電体１１１ａの両面に、例えば
真空蒸着法により金薄膜を形成して電極１１１ｂ，１１
１ｃを形成し、分極処理を行って、縦効果型圧電素子１
１１を形成する。この縦効果型圧電素子１１１の一方面
側にステンレスから成る錘１１２を例えばエポキシ系接
着剤により接着して、縦効果型検出部１０３を形成す
る。なお、錘１１２を接着するのに代えて、ニッケル等
の金属をメッキ法などによって付着させるようにしても
よい。この場合には、縦効果型圧電素子１１１と錘１１
２との接着状態の相違等による感度のバラツキを低減す
ることがより容易にできる。

【００３２】（２）次に、図４に示すように、それぞれ
両面側に電極１１３ｂ，１１３ｂ’，１１３ｃ，１１３
ｃ’が形成された圧電体１１３ａ，１１３ａ’を、分極
方向が互いに逆になるように貼り合わせて、横効果型圧
電素子１１３を形成し、横効果型検出部１０４とする。

【００３３】（３）図５に示すように、ベース部材１０
２ａに金属ステム１０６を介して支持された基板１０５
に、上記縦効果型検出部１０３および横効果型検出部１
０４を例えばエポキシ系接着剤によって接着する。より
詳しくは、縦効果型検出部１０３は、基板１０５の平坦
部に接着する一方、横効果型検出部１０４は、基板１０
５における凹部１０５ａの上方付近に片持ち支持される
ように、その一端部を接着する。

【００３４】（４）縦効果型検出部１０３および横効果
型検出部１０４の電極１１１ｂ，１１１ｃ，１１３ｂ，
１１３ｃと、基板１０５に設けられた中継端子１１５と
をボンディングワイヤ１１４によって接続する。

【００３５】（５）前記図１に示すように、ベース部材
１０２ａとキャップ１０２ｂとを例えば溶接により接合
して、縦効果型検出部１０３等を密封する。

【００３６】上記のようにして、前記のような検出加速
度の指向性や広帯域、広ダイナミックレンジを有し、か
つ小型軽量な加速度センサ１０１を得ることができる。

【００３７】なお、上記の例では、横効果型圧電素子１
１３としてバイモルフ構造のものを用いる例を示した
が、これに限らず、単一の分極方向の圧電体を用いたユ
ニモルフ構造のものを用いてもよい。

【００３８】また、横効果型圧電素子１１３を片持ち梁
構造とした例を示したが、両端固定梁構造としたり、圧
電素子が中央部で支持された両片持ち梁構造としたり、
さらに、平板状の圧電素子がその周囲で支持されたダイ
アフラム構造とするなどしてもよい。

【００３９】（実施の形態２）圧電素子として、ＭｇＯ
（酸化マグネシウム）単結晶基板上に結晶成長させたも
のを用いた加速度センサの例を説明する。なお、以下の
実施の形態において、他の実施の形態と同一の構成要素
または同一の機能を有する構成要素については、同一ま
たは対応する符号を付して適宜説明を省略する。

【００４０】加速度センサ２０１は、図６および図７に
示すように、一体的に形成された、２つの縦効果型検出
部２０３と１つの横効果型検出部２０４とを備えてい
る。ここで、縦効果型検出部２０３は必ずしも２つ設け
る必要はないが、複数設けることによって検出感度を向
上させることが容易にできる。

【００４１】上記縦効果型検出部２０３は、成膜基板２
２１と、縦効果型圧電素子２１１とから構成されてい
る。成膜基板２２１は、厚さが５００μｍで結晶方位が
（１００）のＭｇＯから成っている。縦効果型圧電素子
２１１は、成膜基板２２１における両端部付近の表面
（図６の下面側）に、白金の薄膜から成る電極２１１
ｂ、下記（表１）に例示する圧電体材料の薄膜から成る
圧電体２１１ａ、および白金の薄膜から成る電極２１１
ｃが形成されて成っている。ここで、前記成膜基板２２
１は、上記のように縦効果型圧電素子２１１の各薄膜を
形成する基板であるとともに、縦効果型検出部２０３の
錘としても作用するようになっている。

【００４２】また、横効果型検出部２０４は、横効果型
圧電素子２１３と、振動板薄膜２２２とから構成されて
いる。上記横効果型圧電素子２１３は、縦効果型圧電素
子２１１と同様に、白金の薄膜から成る電極２１３ｂ、
圧電体材料の薄膜から成る圧電体２１３ａ、および白金
の薄膜から成る電極２１３ｃが形成されて成っている。
振動板薄膜２２２は、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）薄膜
から成り、圧電体２１３ａと同じ厚さに形成されてい
る。この横効果型検出部２０４は、基板１０５および成
膜基板２２１に凹部１０５ａ，２２１ａが形成されるこ
とによって片持ち支持されるようになっている。

【表１】

【００４３】上記のように構成された加速度センサ２０
１においても、前記実施の形態１の加速度センサ１０１
と同様に、各方向の加速度成分の検出ができるととも
に、広帯域、および広ダイナミックレンジで加速度を検
出することができる。しかも、錘として作用する成膜基
板２２１と縦効果型圧電素子２１１との接合や、横効果
型圧電素子２１３と振動板薄膜２２２との接合は、接着
ではなく薄膜形成技術により行われているため、感度の
バラツキが小さく抑えられるうえ、信頼性も向上する。
また、縦効果型検出部２０３と横効果型検出部２０４と
が一体的に形成されているため、部品点数が少なくな
り、製造コストも低減される。

【００４４】次に、上記のような加速度センサ２０１の
製造方法について説明する。

【００４５】（１）図８に示すように、厚さが５００μ
ｍで結晶方位が（１００）のＭｇＯから成る成膜基板２
２１の表面に、電極薄膜２３１、圧電体薄膜２３２、お
よび電極薄膜２３３を順次成膜する。より詳しくは、 （１−１）まず、厚さが５００μｍで結晶方位が（１０
０）のＭｇＯから成る成膜基板２２１上に、白金から成
る厚さが０．１５μｍの電極薄膜２３１を高周波マグネ
トロンスパッタ法により以下のスパッタ成膜条件で成膜
する。

【００４６】（ａ）基板温度 ：５００〜７００℃ （ｂ）スパッタガス：アルゴン（５０〜９８％）と酸素
（５０〜２％）との混合ガス （ｃ）ガス圧 ：０．１〜３Ｐａ （ｄ）高周波投入パワー密度：１〜５Ｗ／ｃｍ²（１
３．５６ＭＨｚ） （ｅ）成膜時間 ：１時間 （１−２）前記（表１）に示した材料および成膜条件に
より、圧電体薄膜２３２を成膜する。このような条件で
成膜することにより、圧電体薄膜２３２全域にわたり、
正方晶結晶構造を持ち、分極軸が成膜基板２２１の表面
に対して垂直方向に優先配向したｃ軸配向単結晶膜が形
成される。

【００４７】（１−３）上記（１−１）と同様にして、
白金から成る厚さが０．１５μｍの電極薄膜２３３を成
膜する。

【００４８】（２）図９に示すように、電極薄膜２３
３、圧電体薄膜２３２、および電極薄膜２３１をエッチ
ングによりパターニングして、縦効果型圧電素子２１１
および横効果型圧電素子２１３の電極２１１ｃ，２１３
ｃ、圧電体２１１ａ，２１３ａ、および電極２１１ｂ，
２１３ｂを形成する。より詳しくは、 （２−１）まず、電極薄膜２３３上に所定のマスクパタ
ーンを形成し、以下の条件でスパッタエッチングを行っ
て、電極２１１ｃ，電極２１３ｃを形成する。

【００４９】 （ａ）真空度 ：０．０１〜１．０Ｔｏｒｒ （ｂ）アルゴンガス流量：１〜２０ｓｃｃｍ （ｃ）プラズマパワー ：１００〜３００Ｗ （ｄ）エッチング時間 ：１５分 （２−２）次に、下記（表２）に例示するプロセス条件
により、圧電体薄膜２３２をエッチングして、圧電体２
１１ａ，２１３ａを形成する。

【００５０】（２−３）さらに、電極薄膜２３１を上記
（２−１）と同様にしてパターニングし、電極２１１
ｂ，２１３ｂを形成する。

【表２】 （３）電極２１３ｃ上に、圧電体薄膜２３２と同じ厚さ
の振動板薄膜２２２を形成する。より詳しくは、例え
ば、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）薄膜を高周波マグネト
ロンスパッタ法により以下の条件で形成する。

【００５１】 （ａ）基板温度 ：２５〜３００℃ （ｂ）スパッタガス ：アルゴンガス （ｃ）ガス圧 ：０．１〜２．０Ｐａ （ｄ）高周波投入パワー密度：１〜５Ｗ／ｃｍ²（１
３．５６ＭＨｚ） なお、振動板薄膜２２２としては、上記ＮｉＣｒの他
に、白金（Ｐｔ）や、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム
（Ａｌ）などのヤング率の高い金属材料が適している
が、２酸化珪素（ＳｉＯ₂）や樹脂膜、またはフォトレ
ジストのような絶縁物などを用いることもできる。ま
た、成膜方法としては、真空装置による物理的な方法に
限らず、メッキ法のような化学的方法も適用可能であ
る。また、上記のように振動板薄膜２２２を形成するこ
とにより、横効果型圧電素子２１３のねじれ等による影
響を低減したり、所望の固有振動数や強度に設定したり
することが容易にできるが、横効果型圧電素子２１３単
体で十分な剛性や強度がある場合や、両端固定梁構造を
用いる場合などには必ずしも形成しなくてもよく、さら
に、電極２１３ｂ，２１３ｃに振動板薄膜２２２として
の機能を持たせるなどしてもよい。

【００５２】（４）図１０に示すように、上記電極薄膜
２３１から電極２１１ｂおよび電極２１３ｂを形成する
際に電極２１１ｂ，２１３ｂ間に形成されたスリット状
のエッチングホール２３１ａを介して、成膜基板２２１
における、横効果型圧電素子２１３の一端側を除く横効
果型圧電素子２１３の下方の部分を８０℃に加熱したリ
ン酸水溶液を用いたケミカルエッチングにより除去し
て、凹部２２１ａを形成する。ここで、成膜基板２２１
における上記横効果型圧電素子２１３の一端側の部分が
エッチングされないようにするためには、その部分のエ
ッチングホール２３１ａをマスキングするなどすればよ
い。

【００５３】（５）図１１に示すように、成膜基板２２
１に形成された縦効果型圧電素子２１１および横効果型
圧電素子２１３を基板１０５に接着して固定する。この
とき、横効果型圧電素子２１３は、ほぼ基板１０５の凹
部１０５ａと成膜基板２２１の凹部２２１ａとの間に位
置し、一端部が基板１０５と成膜基板２２１との間に挟
まれて片持ち支持される。なお、振動板薄膜２２２を横
効果型圧電素子２１３と同じ長さに形成して、振動板薄
膜２２２も片持ち支持されるようにするなどしてもよ
い。また、上記のように横効果型圧電素子２１３の一端
部が基板１０５と成膜基板２２１との間に挟まれるよう
にしなくても、何れか一方に確実に固定されるようにす
ればよい。

【００５４】（６）電極２１１ｂ，２１１ｃ，２１３
ｂ，２１３ｃと、基板１０５に設けられた中継端子１１
５とをボンディングワイヤ１１４によって接続する。

【００５５】（７）前記図６に示すように、ベース部材
１０２ａとキャップ１０２ｂとを例えば溶接により接合
して、縦効果型検出部２０３等を密封する。

【００５６】上記のようにして、前記のような感度のバ
ラツキが小さく、信頼性も高いうえ、製造コストも安い
加速度センサを容易に製造することができる。しかも、
縦効果型圧電素子２１１および横効果型圧電素子２１３
の形成にエッチングによるパターニングを用いているた
め、微小な縦効果型圧電素子２１１および横効果型圧電
素子２１３を形成して小型の加速度センサを製造した
り、複数の圧電素子が１次元や２次元状に配置されて集
積された加速度センサを製造したりすることも容易にで
きる。さらに、圧電素子を種々の形状や大きさに形成す
ることが容易にできるので、機械的な共振周波数や感度
を種々に設定したり（具体的には、縦効果型圧電素子の
場合は横断面積や厚さを種々に設定したり、横効果型圧
電素子の場合は長さや幅、厚さを種々に設定したり）、
また、これらを組み合わせて一層広帯域化や広ダイナミ
ックレンジ化を図ることも容易にできる。

【００５７】なお、上記の例では、横効果型圧電素子２
１３としてユニモルフ構造のものを用いる例を示した
が、前記実施の形態１と同様に、分極方向を互いに反転
させた圧電体が貼合わされたバイモルフ構造のものを用
いてもよい。

【００５８】また、実施の形態１で説明したのと同様
に、横効果型圧電素子２１３を両端固定梁構造や、両片
持ち梁構造、ダイアフラム構造とするなどしてもよい。

【００５９】また、上記のように成膜基板２２１に形成
された縦効果型圧電素子２１１を基板１０５に接着して
固定し、前記成膜基板２２１が縦効果型検出部２０３の
錘としても作用するように構成した例を示したが、別
途、錘を縦効果型圧電素子２１１に設け、成膜基板２２
１を基板１０５に固定したり、また、成膜基板２２１が
基板１０５を兼ねるようにしたりしてもよい。

【００６０】（実施の形態３）実施の形態３の加速度セ
ンサ３０１は、図１２および図１３に示すように、前記
実施の形態２の加速度センサと比べて以下の点が異な
る。

【００６１】（ａ）成膜基板３２１として珪素（Ｓｉ）
単結晶基板が用いられている。

【００６２】（ｂ）横効果型検出部３０４に両端固定梁
構造の横効果型圧電素子３１３が設けられている。

【００６３】（ｃ）縦効果型検出部３０３および横効果
型検出部３０４を構成する縦効果型圧電素子３１１およ
び横効果型圧電素子３１３の圧電体３１１ａ，３１３ａ
として、菱面体結晶構造を持つ組成のチタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）が用いられている。

【００６４】その他の点に関しては実施の形態２と同様
である。

【００６５】すなわち、成膜基板３２１として、結晶方
位が（１００）のＳｉ単結晶基板（４インチウエハー）
が用いられている。また、成膜基板３２１および基板１
０５の凹部３２１ａ，１０５ａは、横効果型圧電素子３
１３よりも短くなるように形成されている。ここで、成
膜基板３２１の凹部３２１ａは、例えばエッチャントと
して硝酸/フッ酸の混合溶液を用いることにより形成す
ることができる。上記のような凹部３２１ａ，１０５ａ
が形成されることにより、横効果型圧電素子３１３は両
端が固定された両端固定梁となっている。この場合、同
じ長さの片持ち梁に比べて機械的な共振周波数が高くな
る。また、感度は低くなるが、強度は向上するので、大
きな加速度の検出が容易になる。

【００６６】また、圧電体３１１ａ，３１３ａを構成す
る菱面晶ＰＺＴは、例えばターゲット組成が（０．８Ｐ
ｂＺｒ_0.56Ｔｉ_0.44Ｏ₃＋０．２ＰｂＯ）であることを
除いて、前記（表１）と同様の条件により成膜すること
ができる。これにより、分極軸が成膜基板３２１の表面
に対して垂直方向に優先配向した（１１１）面配向ＰＺ
Ｔ膜が形成される。なお、（１１１）面配向ＰＺＴ膜
は、成膜基板３２１の結晶面方位に係らず得ることがで
きた。

【００６７】上記のように構成された加速度センサ３０
１においても、前記実施の形態１および実施の形態２の
加速度センサ１０１，２０１と同様に、各方向の加速度
成分の検出ができるとともに、広帯域、および広ダイナ
ミックレンジで加速度を検出することができる。また、
実施の形態２の加速度センサ２０１と同様に、感度のバ
ラツキの低減や、信頼性の向上、製造コストの低減、小
型化などの効果が得られる。

【００６８】なお、成膜基板３２１および圧電体３１１
ａ，３１３ａは、上記の材料に限らず、例えば前記実施
の形態２で示したのと同様のものを用いるなどしてもよ
い。また、実施の形態１および実施の形態２で示した種
々の変形例を適用することも可能である。

【００６９】（実施の形態４）実施の形態４の加速度セ
ンサ４０１は、図１４、図１５に示すように、成膜基板
４２１に横効果型圧電素子４１３の外形よりも小さい穴
４２１ａが形成され、横効果型圧電素子４１３が、その
周囲で支持されたダイアフラム構造をなすように構成さ
れている。その他の構成は、前記実施の形態３と同様で
ある。上記ようなダイアフラム構造とする場合には、横
効果型圧電素子４１３は、片持ち梁や両端固定梁よりも
機械的な共振周波数を高く設定することが容易になる。
この場合、感度は低くなるが、強度は向上するので、大
きな加速度の検出が容易になる。

【００７０】以下、上記のような加速度センサ４０１の
製造方法について説明する。

【００７１】（１）図１６に示すように、結晶方位が
（１００）のＳｉ単結晶基板（４インチウエハー）から
成る成膜基板４２１の両面に、マスク材としての膜厚が
２０００Åの窒化珪素膜４２５を成膜し、さらに、その
一方面側に電極薄膜４３１、圧電体薄膜４３２、および
電極薄膜４３３を順次成膜する。上記窒化珪素膜４２５
は、例えば７００℃の成膜温度で、反応ガスとしてシラ
ン（ＳｉＨ₄）とアンモニア（ＮＨ₃）との混合ガスを用
いた低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）により成膜する
ことができる。一方、電極薄膜４３１、圧電体薄膜４３
２、および電極薄膜４３３の材料や成膜方法は、前記実
施の形態２と同様である。

【００７２】（２）実施の形態２と同様にして、図１７
に示すように、電極薄膜４３３、圧電体薄膜４３２、お
よび電極薄膜４３１をエッチングによりパターニングし
て、縦効果型検出部４０３および横効果型検出部４０４
を構成する縦効果型圧電素子４１１および横効果型圧電
素子４１３の電極４１１ｃ，４１３ｃ、圧電体４１１
ａ，４１３ａ、および電極４１１ｂ，４１３ｂを形成す
る。また、振動板薄膜２２２を形成する。

【００７３】さらに、一方の窒化珪素膜４２５（図１７
の下方側）に、図示しないマスクパターンを用い、四フ
ッ化炭素（ＣＦ₄）を反応ガスとした反応性リアクティ
ブイオンエッチング法によりエッチングホール４２５ａ
を形成する。

【００７４】（３）図１８に示すように、上記エッチン
グホール４２５ａを介して、水酸化カリウム（ＫＯＨ）
等のアルカリ溶液による異方性ケミカルエッチングによ
り、成膜基板４２１における横効果型圧電素子４１３に
対応する位置に穴４２１ａを形成する。

【００７５】（４）図１９に示すように、成膜基板４２
１に形成された縦効果型圧電素子４１１および横効果型
圧電素子４１３を基板１０５に接着して固定する。

【００７６】（５）電極４１１ｂ，４１１ｃ，４１３
ｂ，４１３ｃと、基板１０５に設けられた中継端子１１
５とをボンディングワイヤ１１４によって接続する。

【００７７】（６）前記図１４に示すように、ベース部
材１０２ａとキャップ１０２ｂとを例えば溶接により接
合して、縦効果型検出部４０３等を密封する。

【００７８】上記のように構成された加速度センサ４０
１においても、前記実施の形態１ないし実施の形態３の
加速度センサ１０１〜３０１と同様に、各方向の加速度
成分の検出ができるなどの同様の効果が得られる。

【００７９】なお、本実施の形態においても、前記実施
の形態１ないし実施の形態３で示した種々の変形例、例
えば横効果型圧電素子４１３としてバイモルフ構造のも
のを用いたり、複数のダイアフラム構造の圧電素子を１
次元や２次元状に配置して集積することなどを適用する
ことも可能である。

【００８０】また、上記実施の形態２〜４においては、
それぞれ所定の横効果型圧電素子の構造（片持ち梁構
造、両端固定梁構造、ダイアフラム構造）等と、所定の
材料および成膜方法等との組み合わせの例を示したが、
これに限らず、種々の組み合わせが可能である。すなわ
ち、例えば成膜基板としてＭｇＯ単結晶基板を用い、両
端固定梁構造やダイアフラム構造の横効果型圧電素子を
形成するなどしてもよい。また、例えば実施の形態２，
３において成膜基板に圧電素子側から凹部を形成するの
に代えて、さらにエッチングを進行させて穴を形成する
ようにしてもよいし、実施の形態４と同様にマスク材を
用いて成膜基板の裏面側から穴状や帯状にエッチングす
るなどしてもよい。

【００８１】また、実施の形態２〜４で示したように圧
電体の分極軸の方向が基板に対して垂直であることは感
度の点から好ましいが、圧電体の分極軸方向が基板に対
して傾いていても、上記のような本発明の効果は得られ
る。

【００８２】また、実施の形態１〜４の圧電体や電極
等、および実施の形態２〜４の成膜基板等も、上記の材
料や成膜方法等に限らず、種々の材料や成膜方法等が適
用可能である。

【００８３】また、実施の形態１〜４では片持ち梁構造
などの横効果型圧電素子を形成するために、基板に溝状
の凹部が形成されている例を示したが、これに限らず、
例えば基板に穴を形成するなど、圧電体の変位が適切に
得られるようにすればよい。

【００８４】また、検出回路は、上記のように基板の裏
面側、すなわち加速度センサの内部に設けるものに限ら
ず、その全部または一部を外部に設けるなどしてもよ
い。また、圧電素子の静電容量等によってはインピーダ
ンス変換回路を省略するなどしてもよい。さらに、検出
回路の構成も図３に示したものに限らず、例えば検出信
号をアナログ／ディジタル変換した後にディジタル演算
によって各方向の加速度成分の算出等を行うようにする
など、実質的に上記の場合と等価な検出が行われるよう
にしてもよい。また、検出方法も上記のものに限らず、
上記のような縦効果型検出部と横効果型検出部との特性
（共振周波数や検出感度）の相違に基づく種々の検出を
行うようにしてもよい。

【００８５】また、各方向の加速度成分を検出するため
には、上記のように縦効果型圧電素子と横効果型圧電素
子との２種類の圧電素子を設けるものに限らず、例えば
３方向の加速度成分を検出するためには、電気軸が互い
に互いに直交する３つの縦効果型圧電素子を設けるなど
してもよい。すなわち、縦効果型圧電素子における電気
軸に平行な方向の加速度に対する感度と電気軸に直交す
る方向の加速度に対する感度とは異なるので、上記のよ
うに配置された３つの圧電素子の出力に基づいた演算に
より、未知数である３つの方向の加速度成分を求めるこ
とができる。さらに、縦効果型圧電素子と横効果型圧電
素子との組を同様に３種類の向きに配置して、各方向の
加速度成分を一層高精度に検出し得るようにするととも
に、広帯域化や広ダイナミックレンジ化を図るようにし
てもよい。

【００８６】また、上記のように複数の圧電素子を１つ
のケーシング内に設けることにより、加速度センサを容
易に小型化することができるが、それぞれ別個のケーシ
ング内に設けた複数の加速度センサを用いても、同様の
原理に基づく各方向の加速度成分の検出や、広帯域化、
広ダイナミックレンジ化を図ることはできる。

【００８７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００８８】すなわち、圧電体の伸縮およびせん断変形
に応じた電圧を出力する縦効果型圧電素子と、圧電体の
たわみに応じた電圧を出力する横効果型圧電素子とを備
えた圧電型加速度センサにより、横効果型圧電素子に
は、たわみを生じさせる方向の加速度成分だけに応じて
横効果による出力電圧が生じる一方、縦効果型圧電素子
には、伸縮を生じさせる方向の加速度成分に応じて縦効
果による出力電圧が生じるとともに、せん断変形を生じ
させる方向の加速度成分に応じてせん断効果による出力
電圧が生じるので、縦効果型圧電素子による検出信号と
横効果型圧電素子による検出信号との差分をとるなどす
ることにより、所定の方向の加速度成分を検出すること
ができる。また、上記のような縦効果型圧電素子と横効
果型圧電素子とは、周波数特性や検出感度が異なるの
で、両者の検出信号を合成したり両者の検出信号を選択
的に切り替えることにより、センサの広帯域化や広ダイ
ナミックレンジ化を図ることができる。

【００８９】また、上記のような縦効果型圧電素子や横
効果型圧電素子を構成する圧電体として、成膜基板上に
成膜された圧電体薄膜を用いることにより、エッチング
によるパターニングなどの微細加工によって、微小で、
かつ高精度な圧電素子を形成することが容易にでき、ま
た、部材の接着工程などを必要としないようにすること
ができるので、センサの小型軽量化や製造コストの低
減、圧電素子を種々の形状や大きさに形成することによ
る多様な周波数特性や検出感度の設定、また、これらの
圧電素子の集積、さらに、検出感度のバラツキの低減や
信頼性の向上などを容易に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の圧電型加速度センサの縦断面図

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図

【図３】実施の形態１の圧電型加速度センサの検出回路
の回路図

【図４】実施の形態１の圧電型加速度センサの製造工程
を示す説明図

【図５】実施の形態１の圧電型加速度センサの製造工程
を示す説明図

【図６】実施の形態２の圧電型加速度センサの縦断面図

【図７】図６のＢ−Ｂ矢視断面図

【図８】実施の形態２の圧電型加速度センサの製造工程
を示す説明図

【図９】実施の形態２の圧電型加速度センサの製造工程
を示す説明図

【図１０】実施の形態２の圧電型加速度センサの製造工
程を示す説明図

【図１１】実施の形態２の圧電型加速度センサの製造工
程を示す説明図

【図１２】実施の形態３の圧電型加速度センサの縦断面
図

【図１３】図１２のＣ−Ｃ矢視断面図

【図１４】実施の形態４の圧電型加速度センサの縦断面
図

【図１５】図１４のＤ−Ｄ矢視断面図

【図１６】実施の形態４の圧電型加速度センサの製造工
程を示す説明図

【図１７】実施の形態４の圧電型加速度センサの製造工
程を示す説明図

【図１８】実施の形態４の圧電型加速度センサの製造工
程を示す説明図

【図１９】実施の形態４の圧電型加速度センサの製造工
程を示す説明図

【符号の説明】

１０１ 加速度センサ １０２ ケーシング １０２ａ ベース部材 １０２ｂ キャップ １０３ 縦効果型検出部 １０４ 横効果型検出部 １０５ 基板 １０５ａ 凹部 １０６ 金属ステム １１１ 縦効果型圧電素子 １１１ａ 圧電体 １１１ｂ，１１１ｃ 電極 １１２ 錘 １１３ 横効果型圧電素子 １１３ａ，１１３ａ’ 圧電体 １１３ｂ，１１３ｃ 電極 １１４ ボンディングワイヤ １１５ 中継端子 １１６ 検出回路 １５１，１５２ インピーダンス変換回路（バッファア
ンプ） １５３ 乗算回路 １５４ 加算回路 １５５ 減算回路 １５６ 選択回路 ２０１ 加速度センサ ２０３ 縦効果型検出部 ２０４ 横効果型検出部 ２１１ 縦効果型圧電素子 ２１１ａ 圧電体 ２１１ｂ，２１１ｃ 電極 ２１３ 横効果型圧電素子 ２１３ａ 圧電体 ２１３ｂ，２１３ｃ 電極 ２２１ 成膜基板 ２２１ａ 凹部 ２２２ 振動板薄膜 ２３１ 電極薄膜 ２３１ａ エッチングホール ２３２ 圧電体薄膜 ２３３ 電極薄膜 ３０１ 加速度センサ ３０３ 縦効果型検出部 ３０４ 横効果型検出部 ３１１ 縦効果型圧電素子 ３１１ａ 圧電体 ３１３ 横効果型圧電素子 ３１３ａ 圧電体 ３２１ 成膜基板 ３２１ａ 凹部 ４０１ 加速度センサ ４０３ 縦効果型検出部 ４０４ 横効果型検出部 ４１１ 縦効果型圧電素子 ４１１ａ 圧電体 ４１１ｂ 電極 ４１１ｃ 電極 ４１３ 横効果型圧電素子 ４１３ａ 圧電体 ４１３ｂ 電極 ４１３ｃ 電極 ４２１ 成膜基板 ４２１ａ 穴 ４２５ 窒化珪素膜 ４２５ａ エッチングホール ４３１ 電極薄膜 ４３２ 圧電体薄膜 ４３３ 電極薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鎌田 健 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 高山 良一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の圧電体を有し、上記第１の圧電体の
   伸縮およびせん断変形に応じた電圧を出力する縦効果型
   圧電素子と、 第２の圧電体を有し、上記第２の圧電体のたわみに応じ
   た電圧を出力する横効果型圧電素子と、 上記縦効果型圧電素子および上記横効果型圧電素子が固
   定されたセンサ基板とを備えたことを特徴とする圧電型
   加速度センサ。
2. 【請求項２】請求項１の圧電型加速度センサであって、 上記横効果型圧電素子は、一端部が固定された片持ち梁
   構造、両端部が固定された両端固定梁構造、中央部が固
   定された両片持ち梁構造、または周辺部が固定されたダ
   イアフラム構造のうちの何れかであることを特徴とする
   圧電型加速度センサ。
3. 【請求項３】請求項１の圧電型加速度センサであって、 さらに、成膜基板を備え、 上記第１の圧電体、および上記第２の圧電体は、上記成
   膜基板上に成膜された圧電体薄膜であることを特徴とす
   る圧電型加速度センサ。
4. 【請求項４】請求項３の圧電型加速度センサであって、 上記縦効果型圧電素子は、上記圧電体薄膜を上記センサ
   基板に向けて上記センサ基板に固定され、上記成膜基板
   が、印加された加速度に応じて、上記縦効果型圧電素子
   を構成する上記圧電体薄膜を伸縮させる錘として作用す
   るように構成されたことを特徴とする圧電型加速度セン
   サ。
5. 【請求項５】請求項３の圧電型加速度センサであって、 上記横効果型圧電素子に、上記圧電体薄膜に剛性を持た
   せる振動板が設けられていることを特徴とする圧電型加
   速度センサ。
6. 【請求項６】請求項１の圧電型加速度センサであって、 さらに、上記縦効果型圧電素子および上記横効果型圧電
   素子からの出力に基づいて、印加された加速度に応じた
   検出信号を出力する検出手段を備えたことを特徴とする
   圧電型加速度センサ。
7. 【請求項７】請求項６の圧電型加速度センサであって、 上記検出手段は、上記縦効果型圧電素子と上記横効果型
   圧電素子とからの出力の差分に応じた信号を生成するこ
   とにより、上記縦効果型圧電素子にせん断変形を生じさ
   せる方向の加速度成分に応じた検出信号を出力するよう
   に構成されていることを特徴とする圧電型加速度セン
   サ。
8. 【請求項８】請求項６の圧電型加速度センサであって、 上記検出手段は、上記縦効果型圧電素子と上記横効果型
   圧電素子とからの出力を比較することにより、印加され
   た加速度の方向を判別するように構成されていることを
   特徴とする圧電型加速度センサ。
9. 【請求項９】請求項８の圧電型加速度センサであって、 上記検出手段は、上記縦効果型圧電素子からの出力が、
   上記横効果型圧電素子からの出力に応じた所定の大きさ
   よりも大きい場合には、上記縦効果型圧電素子にせん断
   変形を生じさせる方向の加速度が印加されたと判定する
   ように構成されていることを特徴とする圧電型加速度セ
   ンサ。
10. 【請求項１０】請求項８の圧電型加速度センサであっ
    て、 上記検出手段は、上記縦効果型圧電素子だけによって加
    速度が検出された場合には、上記縦効果型圧電素子にせ
    ん断変形を生じさせる方向の加速度だけが印加されたと
    判定するように構成されていることを特徴とする圧電型
    加速度センサ。
11. 【請求項１１】請求項６の圧電型加速度センサであっ
    て、 上記検出手段は、上記縦効果型圧電素子と上記横効果型
    圧電素子とからの出力を合成することにより、上記縦効
    果型圧電素子の周波数特性と、上記横効果型圧電素子の
    周波数特性とが合成された周波数特性で加速度の検出が
    行われるように構成されていることを特徴とする圧電型
    加速度センサ。
12. 【請求項１２】請求項６の圧電型加速度センサであっ
    て、 上記検出手段は、上記縦効果型圧電素子と上記横効果型
    圧電素子とからの出力を選択的に切り替えることによ
    り、上記縦効果型圧電素子の検出感度と、上記横効果型
    圧電素子の検出感度とが合成された検出感度で加速度の
    検出が行われるように構成されていることを特徴とする
    圧電型加速度センサ。
13. 【請求項１３】第１の圧電体を有し、上記第１の圧電体
    の伸縮およびせん断変形に応じた電圧を出力する縦効果
    型圧電素子と、 第２の圧電体を有し、上記第２の圧電体のたわみに応じ
    た電圧を出力する横効果型圧電素子とを備えた圧電型加
    速度センサを用いた加速度検出方法であって、 上記縦効果型圧電素子と上記横効果型圧電素子とからの
    出力に基づいて、印加された加速度を検出することを特
    徴とする加速度検出方法。
14. 【請求項１４】請求項１３の加速度検出方法であって、 上記縦効果型圧電素子と上記横効果型圧電素子とからの
    出力の差分に応じて、上記縦効果型圧電素子にせん断変
    形を生じさせる方向の加速度成分を検出することを特徴
    とする加速度検出方法。
15. 【請求項１５】請求項１３の加速度検出方法であって、 上記縦効果型圧電素子と上記横効果型圧電素子とからの
    出力を比較することにより、印加された加速度の方向を
    判別することを特徴とする加速度検出方法。
16. 【請求項１６】請求項１５の加速度検出方法であって、 上記縦効果型圧電素子からの出力が、上記横効果型圧電
    素子からの出力に応じた所定の大きさよりも大きい場合
    には、上記縦効果型圧電素子にせん断変形を生じさせる
    方向の加速度が印加されたと判定することを特徴とする
    加速度検出方法。
17. 【請求項１７】請求項１５の加速度検出方法であって、 上記縦効果型圧電素子だけによって加速度が検出された
    場合には、上記縦効果型圧電素子にせん断変形を生じさ
    せる方向の加速度だけが印加されたと判定することを特
    徴とする加速度検出方法。
18. 【請求項１８】請求項１３の加速度検出方法であって、 上記縦効果型圧電素子および上記横効果型圧電素子から
    の出力を合成することにより、上記縦効果型圧電素子の
    周波数特性と、上記横効果型圧電素子の周波数特性とが
    合成された周波数特性で加速度を検出することを特徴と
    する加速度検出方法。
19. 【請求項１９】請求項１３の加速度検出方法であって、 上記縦効果型圧電素子および上記横効果型圧電素子から
    の出力を選択的に切り替えることにより、上記縦効果型
    圧電素子の検出感度と、上記横効果型圧電素子の検出感
    度とが合成された検出感度で加速度を検出することを特
    徴とする加速度検出方法。
20. 【請求項２０】成膜基板上に、第１の電極薄膜、圧電体
    薄膜、および第２の電極薄膜を形成して、上記圧電体薄
    膜の伸縮およびせん断変形に応じた電圧を出力する縦効
    果型圧電素子と、上記圧電体薄膜のたわみに応じた電圧
    を出力する横効果型圧電素子とを形成する工程と、 上記成膜基板における、上記横効果型圧電素子が接する
    部分のうちの一部を除去して、上記横効果型圧電素子が
    たわみ得るようにする工程とを有することを特徴とする
    圧電型加速度センサの製造方法。
21. 【請求項２１】請求項２０の圧電型加速度センサの製造
    方法であって、 さらに、上記成膜基板が、印加された加速度に応じて、
    上記縦効果型圧電素子を構成する上記圧電体薄膜を伸縮
    させる錘として作用するように、上記縦効果型圧電素子
    および上記横効果型圧電素子が形成された成膜基板を、
    上記圧電体薄膜をセンサ基板に向けて上記センサ基板に
    固定する工程を有することを特徴とする圧電型加速度セ
    ンサの製造方法。
22. 【請求項２２】請求項２０の圧電型加速度センサの製造
    方法であって、 上記成膜基板の上記一部を除去する工程は、上記成膜基
    板における上記横効果型圧電素子の周囲から、エッチン
    グにより、上記成膜基板の上記一部を除去する工程であ
    ることを特徴とする圧電型加速度センサの製造方法。
23. 【請求項２３】請求項２２の圧電型加速度センサの製造
    方法であって、 上記成膜基板の上記一部を除去する工程は、上記横効果
    型圧電素子が、一端部が固定された片持ち梁構造、両端
    部が固定された両端固定梁構造、または中央部が固定さ
    れた両片持ち梁構造のうちの何れかが形成されるよう
    に、上記成膜基板の上記一部を除去する工程であること
    を特徴とする圧電型加速度センサの製造方法。
24. 【請求項２４】請求項２０の圧電型加速度センサの製造
    方法であって、 上記成膜基板の上記一部を除去する工程は、上記成膜基
    板における上記横効果型圧電素子が形成された側と反対
    の側から、エッチングにより、上記成膜基板の上記一部
    を除去する工程であることを特徴とする圧電型加速度セ
    ンサの製造方法。
25. 【請求項２５】請求項２４の圧電型加速度センサの製造
    方法であって、 上記成膜基板の上記一部を除去する工程は、上記横効果
    型圧電素子が、一端部が固定された片持ち梁構造、両端
    部が固定された両端固定梁構造、中央部が固定された両
    片持ち梁構造、または周辺部が固定されたダイアフラム
    構造のうちの何れかが形成されるように、上記成膜基板
    の上記一部を除去する工程であることを特徴とする圧電
    型加速度センサの製造方法。
26. 【請求項２６】請求項２０の圧電型加速度センサの製造
    方法であって、 さらに、上記横効果型圧電素子に、上記圧電体薄膜に剛
    性を持たせる振動板を設ける工程を有することを特徴と
    する圧電型加速度センサの製造方法。
27. 【請求項２７】加速度成分の検出方向に異方性を有する
    複数の圧電素子を備え、上記複数の圧電素子が、それぞ
    れ互いに異なる方向に向けて配置されていることを特徴
    とする圧電型加速度センサ。
28. 【請求項２８】請求項２７の圧電型加速度センサであっ
    て、 さらに、上記複数の圧電素子からの出力に基づいて、印
    加された加速度における所定の方向の加速度成分に応じ
    た検出信号を出力する検出手段を備えたことを特徴とす
    る圧電型加速度センサ。
29. 【請求項２９】加速度検出の周波数特性が互いに異なる
    複数の圧電素子と、 上記複数の圧電素子からの出力に基づいて、上記各圧電
    素子の周波数特性が合成された周波数特性で加速度の検
    出を行う検出手段を備えたことを特徴とする圧電型加速
    度センサ。
30. 【請求項３０】加速度の検出感度が互いに異なる複数の
    圧電素子と、 上記複数の圧電素子からの出力に基づいて、上記各圧電
    素子の検出感度が合成された検出感度で加速度の検出を
    行う検出手段を備えたことを特徴とする圧電型加速度セ
    ンサ。