JPH10206456A

JPH10206456A - 加速度センサ及びその製造法

Info

Publication number: JPH10206456A
Application number: JP878097A
Authority: JP
Inventors: Masahito Sugimoto; 雅人杉本; Tetsuo Ootsuchi; 哲郎大土; Yoshihiro Tomita; 佳宏冨田; Osamu Kawasaki; 修川崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の圧電体バイモルフ型の加速度センサは、
その素子間ばらつきや実装によるばらつきが大きい。【解決手段】少なくとも２つの圧電体２ａ，２ｂを分極
反転して直接接合して構成した薄肉のバイモルフ型圧電
素子１と、その表裏両主面のうち少なくとも一方にさら
に直接接合された厚肉の支持体３とを備え、少なくとも
支持体３の接合されている側の主面において、前記圧電
素子主面と前記支持体主面あるいは側面が電気的に接続
されるように対向電極を形成し、前記支持体３上の電極
面より外部への信号取りだしを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度の測定およ
び振動の検知等に使われる加速度センサ及びその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型が進み、ノート型
パソコン等の携帯用情報機器が普及してきた。これらの
電子機器の衝撃に対する信頼性を確保・向上するため
に、小型で表面実装可能な高性能の加速度センサへの需
要が高まっている。例えば、高密度のハードディスクへ
の書き込み動作中に衝撃が加わると、ヘッドの位置ずれ
が生じる。その結果、データの書き込みエラーやヘッド
の破損を引き起こす可能性がある。そこで、ハードディ
スクに加わった衝撃を検出し、書き込み動作を停止した
り、ヘッドを安全な位置に退避させる必要がある。

【０００３】また、自動車の衝突時の衝撃から搭乗者を
保護するためのエアバック装置の衝撃検知用加速度セン
サなどの需要も高まっている。

【０００４】従来、加速度センサとしては、圧電セラミ
ック等の圧電材料を用いたものが知られている。これら
の加速度センサは、圧電材料の電気−機械変換特性を利
用することによって、高い検出感度を実現することがで
きる。圧電型の加速度センサは、加速度や振動による力
を圧電効果によって電圧に変換し出力する。このような
加速度センサとしては、特開平第２−２４８０８６号公
報に示されるような片持ち梁型構造の矩形状バイモルフ
型振動子がある。

【０００５】バイモルフ型振動子は、図２７に示すよう
に電極を形成した圧電セラミックをエポキシ樹脂等の接
着剤で貼合わせて形成したものである。５０は機械−電
気変換子、５１ａ，ｂは圧電セラミック、５２ａ，ｂは
電極、５３は接着剤、５４は導電性接着剤、５５は固定
部材である。片持ち梁構造は、図２７に示すようにバイ
モルフ構造の圧電振動子５０の片端を導電性接着剤５４
などで接着固定したものである。片持ち梁型構造のバイ
モルフ素子は、その共振周波数が低いので比較的低い周
波数成分を持つ加速度を測定するのに用いられる。ま
た、高い周波数領域の加速度を測定する場合には、図２
８に示すようにバイモルフ構造の圧電振動子５０の両端
を固定部材５５に接着剤５４等で固定した矩形状のバイ
モルフ素子が用いられる。圧電振動子の両端を固定する
ことによって、共振周波数を比較的高くすることができ
る。

【０００６】加速度センサは、容器内に、固定部材を設
置することにより、圧電振動子を容器に納めて構成され
る。圧電振動子の電極に生じた電荷は、導電性接着剤等
をかいして外部電極へ取り出されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
加速度センサは、複数の圧電セラミックをエポキシ樹脂
などの接着剤で貼合わせたバイモルフ型圧電振動子を用
いているが、圧電セラミックのヤング率15x10^-12m²/Nに
くらべてエポキシ樹脂のヤング率は200x10^-12m²/Nと大
きく、加速度が加わったことによる圧電振動子の振動を
吸収し、感度を低減させる。また、接着層を均一にして
接着することは困難で、圧電振動子の特性のばらつきを
生むという問題がある。

【０００８】また、矩形状のバイモルフ圧電素子の感度
を安定にするためには、その共振周波数を安定にしなけ
ればならない。そのためには、その固定状態を安定なも
のにしなければならないが、実際には機械的にあるいは
温度変化などにより発生する応力により金属等の支持部
または固定部材で支持または固定している部分にずれが
生じる。例えば、接着剤を使用して固定する場合には接
着剤の塗布範囲により、固定の位置が変わってしまい、
圧電振動子の共振周波数がばらついてしまう。また、接
着剤の温度変化により固定状態が変動し、安定な固定状
態を得ることが困難であるなどの課題がある。

【０００９】しかしながら、前述したように従来の方法
では、支持の状態も安定に実現することはむずかしく、
製造条件によって支持と固定の間の状態を変動しやす
く、圧電素子の共振周波数のばらつきが大きくなり、加
速度に対する感度のばらつきが大きくなるという問題を
有していた。

【００１０】さらに、固定部材を改めて加速度センサの
容器内に設置しなければならず、加速度センサの小型化
を妨げ、工程数も多く、煩雑になる等の問題を有してい
た。

【００１１】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、広い周波数領域にわたって高感度を有し、感度
等の特性のばらつきのきわめて小さい、小型の加速度セ
ンサを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも２
つの圧電体が直接接合され、少なくとも一対の加速度信
号検知用電極が形成された薄肉のバイモルフ型圧電素子
と、その圧電素子の表裏両主面のうち少なくとも一方に
直接接合された、前記圧電素子の厚さよりも厚い厚肉の
支持体とを有する加速度センサにおいて、少なくとも前
記支持体の接合されている側の前記圧電素子主面上の前
記加速度信号検知用電極と前記支持体の面に形成された
電極とが電気的に接続されており、前記支持体上の前記
電極より外部へ信号取り出しを行うことが出来ることを
特徴とする加速度センサである。

【００１３】また前記支持体が、前記圧電素子の実質上
中央に直接接合され、一対の片持ち梁構造を有すること
を特徴とする加速度センサである。

【００１４】また、前記支持体が、前記圧電素子の端部
に、所定部分を残して直接接合され、前記圧電素子主面
から、その圧電素子主面に面した、前記支持体の正面、
その支持体の主面、その支持体の前記正面の反対側の背
面の順に、電気的に接続されたことを特徴とする加速度
センサである。

【００１５】また、前記圧電素子の振動部分の幅が、そ
の振動部分の幅方向と同じ方向の前記支持体の主要部の
幅に比べて狭く、振動用の空間が形成されたことを特徴
とする加速度センサである。

【００１６】また、前記圧電素子の幅と前記支持体の幅
が、直接接合された領域においては実質上同じであるこ
とを特徴とする加速度センサである。

【００１７】また、前記圧電素子上に形成された前記電
極が、前記支持体上の正面から上面又は下面にかけて接
続されていることを特徴とする加速度センサである。

【００１８】また、前記支持体の正面が少なくとも一部
切り欠かれ、又は正面に凹部が形成されて、その切り欠
き又は凹部上に電極が形成され、その形成された電極と
前記前記圧電素子主面の加速度信号検知電極とが電気的
に接続され、前記切り欠き又は凹部は、前記圧電素子の
振動部の長手方向と平行な、前記圧電素子との接合縁部
を有することを特徴とする加速度センサである。

【００１９】また、前記圧電素子の振動部分の幅が、そ
の振動部分の幅方向と同じ方向の前記支持体の主要部の
幅に比べて広く、前記支持体は、前記圧電素子に対し
て、前記圧電素子の振動部の長手方向と平行な接合縁部
を有することを特徴とする加速度センサである。

【００２０】また、前記支持体上の前記電極と外部との
導通が導電性の接合材によって行われることを特徴とす
る速度センサである。

【００２１】また、前記支持体上の前記電極の少なくと
も一部に凹部を設け、前記導電性接合材の前記圧電素子
の主面側への流出を抑制させることを特徴とする加速度
センサである。

【００２２】また、前記圧電素子の主面が斜めに保持さ
れるように、前記支持体の基板への固定用平面が前記圧
電素子の主面と９０゜以外の角度をもった構成であるこ
とを特徴とする加速度センサである。

【００２３】また、少なくとも２つの圧電体が直接接合
され、少なくとも一対の加速度信号検知用電極が形成さ
れた薄肉のバイモルフ型圧電素子と、その圧電素子の表
裏両主面に直接接合された、前記圧電素子の厚さよりも
厚い厚肉の第１及び第２の支持体とを有する加速度セン
サにおいて、前記圧電素子の振動部分の幅が、その振動
部分の幅方向と同じ方向の前記第１の支持体の主要部の
幅より狭く、また、その第１の支持体の主要部の幅と前
記第２の支持体の主要部の幅とが異なっていることを特
徴とする加速度センサである。

【００２４】また、少なくとも２つの圧電体の表面を鏡
面化、清浄化、親水化し、分極軸を反転して直接接合
し、バイモルフ圧電素子用基板を形成する工程と、前記
接合したバイモルフ圧電素子用基板の少なくとも一方に
少なくとも一つの開口部を有する支持体形成用基板を直
接接合する工程と、前記接合体の対向する主面に、前記
開口部の中も含めて、電極を形成し、前記支持体用基板
と前記圧電素子基板を電気的に接続する工程と、前記電
極を形成された接合体を個々の加速度センサに分割する
工程を含むことを特徴とする加速度センサ素子の製造方
法である。

【００２５】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１の加速度
センサ素子を構成する圧電振動子１の斜視図である。

【００２６】図１の圧電振動子１は、圧電体として２枚
の１４０゜Ｙｃｕｔニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）
２ａ、２ｂからなる板を直接接合によって貼合わせ、結
晶のＸ軸と垂直な方向を長手方向となるようにしたバイ
モルフ型の圧電振動子であり、これに振動子１と同じカ
ット角のニオブ酸リチウムからなる支持体３が片側に直
接接合されている。その位置は圧電振動子１の最端部で
ある。

【００２７】以下にこの構成を達成するための直接接合
方法について述べる。まず、圧電体であるニオブ酸リチ
ウム基板の両面を鏡面研磨する。次に、この基板を洗浄
した後、アンモニア：過酸化水素：水の混合液（アンモ
ニア水：過酸化水素水：水＝１：１：６（容量比））に
浸し、親水化処理を施す。

【００２８】洗浄、親水化された表面は−ＯＨ基で終端
され、水素結合などの引力で引き合う。この現象を利用
して２枚のニオブ酸リチウムを図１に示した分極方向に
なるように接触させ、さらに支持体３となる同材料も接
触させ、これらを一体化することができる。

【００２９】さらに３５０℃の熱処理によりニオブ酸リ
チウム間が原子レベルで強固に接合される。ニオブ酸リ
チウムの場合、キュリー点が１２１０℃であり、これに
近い温度履歴により特性が劣化するためキュリー点以下
の熱処理が好ましい。

【００３０】このように、接合したいものの鏡面研磨さ
れた面同士を表面処理し、接触させ、加熱することで、
接着剤などの接着層を介さずに直接界面間に生ずる接合
を、直接接合と呼ぶ。直接接合された材料は、その接合
界面に共有結合やイオン結合などを含む原子レベルの強
力な結合をもつ。

【００３１】このようにして作製された振動子−支持体
の直接接合体の両面にはＮｉ層を下地に金電極４ａ、４
ｂが真空蒸着により形成され、本発明の加速度センサ素
子となる。すなわち、振動子１の主面２ａに電極４ａ１
が形成され、またその主面２ａに面している、支持体３
の面（以後正面という。支持体３の４つの側面の内の一
つの面である）にも電極４ａ２が連続して形成され、さ
らに支持体３の、前記主面２ａと平行な面（以後支持体
の主面という）にも電極４ａ３が連続して形成されてい
る。

【００３２】図２は本発明の加速度センサ素子を用いた
加速度センサの構成を示す図である。

【００３３】本発明の振動子１を用いた加速度センサ
は、外部電極１１が形成されたベース１２上に、支持体
３の下面（支持体３の側面の内の下方の面）が絶縁性の
樹脂（図示せず）で固定された後、センサ出力を外部に
取り出すために、支持体３上の電極部４ａが外部電極１
１に導電性のペースト１３によって接続され、さらに、
蓋１４をベース１２に接着して用いられる。なお、１２
ａは圧電振動子１が振動し得るための振動空間であっ
て、ベース１２の底面に形成された凹部である。

【００３４】この加速度センサに用いられる本発明の加
速度センサ素子の製造方法を以下に述べる。

【００３５】図３は本発明の加速度センサの製造方法を
示す流れ図である。

【００３６】まず、圧電板として約５０μｍの厚さに両
面が鏡面研磨された１４０゜Ｙｃｕｔの加速度センサ母
材となるニオブ酸リチウム基板（以下ＬＮ基板）３１
ａ、３１ｂを用い、２枚のＬＮ基板を結晶のＺ軸（分極
軸）が反転するように直接接合する（ａ）。なお、直接
接合の方法は先に述べた通りである。

【００３７】次に、加速度センサ母材用ＬＮ基板の接合
体３１に、表面が鏡面研磨され、開口部３２ａが形成さ
れた厚み３５０μｍの支持体母材となるＬＮ基板３２を
直接接合する（ｂ）。なお、このような形状にＬＮ基板
を加工するには、フォトレジストパターンをマスキング
材としたサンドブラスト法などを用いることができる。

【００３８】さらに、この状態の接合体３３に両面から
真空蒸着法により電極３４ａ、３４ｂ（裏面）を形成す
る（ｃ）。電極材には、例えばＮｉ層を下地にした金電
極を用いる。

【００３９】さらに、支持体母材基板側の電極３４ａ
は、支持体母材表面と加速度センサ用母材基板表面が接
続されるように形成されている。蒸着時には、開口部の
内部表面と支持体表面が電気的に良好に接続されるよう
に、基板を回転しながら行うことが好ましい。

【００４０】そして最後に、破線で示す位置で接合体３
４を分割することで本発明の加速度センサ用素子が完成
する（ｄ）、（ｅ）（これらは平面図である）。なお、
この切断は、ワイヤソーなどを用いて容易に行うことが
できる。

【００４１】以上のような方法により作製された本発明
の素子は、一括して作製することが容易で、圧電振動子
３５は、支持部のニオブ酸リチウム３６と強固に接合さ
れて、片持ち梁を構成する。

【００４２】図４において、その動作を説明する。図に
おいて、上下方向に加速度が生じた場合、薄肉の圧電振
動子が上下に振動し、撓み振動が発生する。一方厚肉の
支持部４２はほとんど撓まない。撓み振動が発生する
と、ニオブ酸リチウムの一方４１ａは伸び、もう一方４
１ｂは縮むように歪み、分極軸が互いに異なる方向に接
合してあるため、電極には異極性の電荷が発生し、加速
度の大きさを反映した信号を得ることができる。

【００４３】圧電振動子の長さ、厚さ、幅は測定対象と
する加速度の周波数範囲を考慮して決定されるが、この
寸法は、切断時に正確に決定することができる。

【００４４】測定する加速度の周波数が圧電振動子の共
振周波数に近づくほど、加速度センサの感度は大きくな
り、測定周波数範囲において、加速度センサの感度が周
波数に対して大きく依存しないためには、測定周波数範
囲から共振周波数を十分離すことが必要であるが、この
周波数も正確に実現できる。

【００４５】例えば、この場合、最高測定周波数の２倍
の周波数に共振周波数がなるよう圧電振動子を設計し、
切断後の形状がその設計通りになるように、切断しろを
みこんで開口部の大きさを決定する。

【００４６】なお本発明の実施の形態１においては、圧
電体としては、ニオブ酸リチウムを用いたが、これに限
るものではなく、タンタル酸リチウム、水晶などでもよ
い。

【００４７】また、カット面も１４０゜Ｙ−ｃｕｔに限
るものでなく、主面に加えた電界により、長さ方向に伸
びを生ずるようなカットであればよい。支持体としては
ニオブ酸リチウムに限るものではないが、最適には圧電
振動子と同じ材料がよい。タンタル酸リチウム、水晶、
シリコン、ガラスなどを用いてもよい。

【００４８】また、電極としては、ニッケル−金に限る
ものではなく、金、クロム、銀や合金材料でもよい。

【００４９】なお、加速度センサ素子用ニオブ酸リチウ
ム基板を直接接合したのち、支持体を直接接合してバイ
モルフ振動子を形成したが、同時に３枚のニオブ酸リチ
ウム基板を直接接合してもよい。

【００５０】なお、ニオブ酸リチウム基板の開口部の加
工方法は、サンドブラスト法に限るものではなく、ドラ
イエッチング、ウエットエッチング、レーザ加工、ダイ
シングやワイヤーソーなどの機械加工、ウオータージェ
ット加工、放電加工などをもちいてもよい。切断につい
ても同様である。

【００５１】また、電極の形成方法は、真空蒸着に限る
ものでなく、めっきやスパッタ法あるいはＣＶＤ法など
の気相成膜法や、印刷などの方法を用いてもよい。

【００５２】以上により、圧電振動子が接着剤などの接
着層を用いず強固に接合されることによって形成された
ため、振動の減衰などがな。

【００５３】また、支持体がパターン形成されており接
合されるため、形状と支持位置のばらつきが小さく、こ
の支持部材が接着剤を用いずに極めて安定に直接接合さ
れているため支持状態のばらつきが少なく、正確な切断
が可能なため片持ち梁の長さにばらつきがないため、共
振周波数などの特性ばらつきの極めて小さく、かつ振動
に対し高い感度を有する。

【００５４】また、支持部材を同一の材料で作製するこ
とができるため、温度による歪みなどの影響を受けるこ
とがなく安定性に優れ、小型の加速度センサを実現する
ことができる。

【００５５】また、基板処理により、量産性にすぐれた
加速度センサを提供することができる。

【００５６】（実施の形態２）図５は本発明の実施の形
態２による加速度センサ素子の構成を示す図である。図
５の薄肉の圧電振動子５６は、圧電体として２枚のＹ−
ｃｕｔタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）基板５６
ａ、５６ｂを直接接合によって貼り合わせたバイモルフ
型の圧電振動子であり、長手方向がＺ軸であり、中心に
支持体５７が直接接合され、一体になっている。よっ
て、加速度センサは圧電振動子を強固に中心支持した１
対の片持ち梁構造を有する。

【００５７】バイモルフ型圧電振動子と支持体の主たる
対向する二面には電極５８が形成されている。

【００５８】中心支持構造では、共振周波数の同じにし
たまま、端部支持構造の場合より電荷発生量を稼げるた
め、より高感度の素子が作製可能である。

【００５９】この加速度センサの製造方法を以下に述べ
る。

【００６０】図６は本発明の加速度センサ素子の製造方
法を示す流れ図である。圧電板として５０μｍ厚の両面
研磨仕上げタンタル酸リチウム基板（以下ＬＴ）６１
ａ、６１ｂ基板を用い、バイモルフ振動子を構成した。
直接接合は先に述べたように親水化処理したのち加熱し
て行った。

【００６１】２枚のＬＴ基板６１ａ、ｂのＺ軸（分極
軸）の向きが互いに逆になるように接合した（ａ）。

【００６２】次に、加速度センサ素子母材となるＬＴ基
板の接合体６１に、表面が鏡面研磨され、開口部６２ａ
が形成された厚み３５０μｍの支持体母材となるＬＴ基
板６２を直接接合する（ｂ）。なお、このような形状に
ＬＴ基板を加工するには、フォトレジストパターンをマ
スキング材としたサンドブラスト法などを用いることが
できる。

【００６３】さらに、この状態の接合体６３に両面から
真空蒸着法により電極６４ａ、６４ｂを形成する
（ｃ）。電極材には、例えばＴｉ層を下地にした金電極
を用いる。

【００６４】さらに、支持体母材基板側の電極６４ａ
は、支持体母材表面と加速度センサ用母材基板表面が接
続されるように形成されている。蒸着時には、開口部内
部表面と支持体表面が電気的に良好に接続されるよう
に、基板を回転しながら行うことが好ましい。

【００６５】そして最後に、破線で示す位置で接合体６
４を分割することで本発明の加速度センサ用素子が完成
する（ｄ）（この図は平面図である）。

【００６６】なお、この切断は、ワイヤソーなどを用い
て容易に行うことができる。

【００６７】以上のような方法により作製された本発明
の素子は、一括して作製することが容易で、圧電振動子
６５は、支持部のタンタル酸リチウム６６と強固に接合
されて、中心支持の片持ち梁を構成する。

【００６８】以上により、実施の形態１の加速度センサ
の優れた特性を維持し、かつ高感度の加速度センサを提
供することができる。（実施の形態３）図７は本発明の実施の形態３による加
速度センサ素子の構成を示す図である。図７の薄肉の圧
電振動子７１は、圧電体として２枚の回転ＹｃｕｔＬＮ
基板７１ａ、７１ｂを直接接合によって貼り合わせたバ
イモルフ型の圧電振動子であり、支持体７２が直接接合
され、一体になっている。また、両面には電極７４が形
成されている。よって、加速度センサは圧電振動子を強
固に支持した片持ち梁構造を有する。

【００６９】また、支持体７２の正面には、凹部７３が
形成されている。この凹部７３においても薄肉の圧電振
動子７１表面と電極７４によって電気的に接続されてい
る。

【００７０】このセンサ素子は、実施の形態１の製造法
で示した製法と同様な方法で作製される。

【００７１】図９に本実施の形態に示す形状を得るため
の支持体基板の加工形状及び切断位置を示す。切断位置
は破線で示す。実施の形態１と主に異なる点は、支持体
母材となる厚肉のＬＮ基板８２の開口部８２ａの形状で
ある。なお、このような形状にＬＮ基板を加工するに
は、実施の形態１と同様、フォトレジストパターンをマ
スキング材としたサンドブラスト法などを用いることが
できる。

【００７２】図９のような形状に加工された支持体上か
ら電極を形成することで、センサからの出力は少なくと
も支持体の２側面から支持体の主面に取り出される。ま
た、支持体の一方の側面はセンサとなる振動子の変位
（図７に示す矢印参照）に対して垂直であり、断線を生
じにくい。

【００７３】以上のような方法により作製された本発明
の素子は、一括して作製することが容易で、圧電振動子
８１は、支持部のＬＮ８２と強固に接合されて、片持ち
梁を構成する。しかも、支持部８２は一部に電極導通の
ための凹部７３を有しているため、図７に示すように、
凹部７３上の電極は、圧電振動子７１の主面上の電極に
対して、圧電振動子７１の長手方向に平行な接合縁部７
５を有するので、圧電振動子７１が変位しても、電気的
な接続の信頼性が増し、大きな衝撃が加わっても断線、
特性変化を生じない安定な素子となる。

【００７４】なお、図８に示すように、支持体７２の幅
が、振動子７１の幅より小さく形成され、その支持体７
２の側面の内の上面９５に形成された電極と、振動子７
１の主面上に形成された電極との接合縁部７６も、圧電
振動子７１の長手方向に平行なものとなるので、圧電振
動子７１が変位しても、電気的な接続の信頼性が増し、
大きな衝撃が加わっても断線、特性変化を生じない安定
な素子となる。

【００７５】以上により、実施の形態１の加速度センサ
の優れた特性を維持し、かつ高信頼性の加速度センサを
提供することができる。

【００７６】（実施の形態４）図１０は本発明の実施の
形態４による加速度センサ素子の構成を示す図である。
図１０の薄肉の圧電振動子９１は、圧電体として２枚の
回転ＹｃｕｔＬＴ基板９１ａ、９１ｂを直接接合によっ
て貼り合わせたバイモルフ型の圧電振動子であり、支持
体９２が直接接合され、一体になっている。また、両面
には電極９４が形成されている。よって、加速度センサ
は圧電振動子を強固に支持した片持ち梁構造を有する。

【００７７】また、支持体９２が薄肉の圧電振動子部９
１の端部よりわずか内側に直接接合されている。この構
成により、加速度信号を支持体表面だけでなく、加速度
センサの背面（支持体の前記正面の反対側の側面をい
う）にあたる支持体第３の側面９３においても外部に取
り出すことができる。この振動子９１も、実施の形態１
の製造法で示した製法と同様な方法で作製される。

【００７８】なお、図１１のように、電極９４が支持体
９２の正面から上面９５側に形成されてもよい。あるい
は正面から下面にかけて電極が形成されていてもよい
（図示省略）。

【００７９】図１２に本実施の形態に示す形状を得るた
めの支持体基板の加工形状及び切断位置を示す。切断位
置は破線で示す。実施の形態１と主に異なる点は、実施
の形態３の場合と同様、支持体母材となる厚肉のＬＴ基
板１０２の開口部１０２ａの形状である。なお、このよ
うな形状にＬＮ基板を加工するには、実施の形態１と同
様、フォトレジストパターンをマスキング材としたサン
ドブラスト法などを用いることができる。

【００８０】図１２のような形状に加工された支持体上
から電極を形成することで、センサからの出力は支持体
の主面を経由して支持体背面にまで取り出される。その
ため、ベースに固定して外部に出力を取り出す際にもセ
ンサ素子の背面より、その検出が可能である。このよう
な構成では、ベース上に固定した際に、導電性ペースト
がセンサ面に回り込みにくいため、実装しやすくなる。

【００８１】以上のような方法により作製された本発明
の素子は、一括して作製することが容易で、圧電振動子
１０１は、支持部のＬＴ１０２と強固に接合されて、片
持ち梁を構成する。しかも、センサの出力がセンサ背部
より取り出せるため、センサ本体の大きさを必要以上に
増大させることがなく、接続部においても導電性ペース
トがセンサ部に回り込むことなく、センサ部の振動を阻
害しないような電気的接続が可能になる。

【００８２】以上により、実施の形態１の加速度センサ
の優れた特性を維持し、さらなる小型化が可能でかつ実
装の容易な加速度センサを提供することができる。

【００８３】（実施の形態５）図１３は本発明の実施の
形態５による加速度センサ素子の構成を示す図である。
図１３の薄肉の圧電振動子１１１は、圧電体として２枚
の回転ＹｃｕｔＬＮ基板１１１ａ、１１１ｂを直接接合
によって貼り合わせたバイモルフ型の圧電振動子であ
り、支持体１１２が直接接合され、一体になっている。
また、両面には電極１１４が形成されている。よって、
加速度センサは圧電振動子１１１を強固に支持した片持
ち梁構造を有する。

【００８４】また、支持体１１２の主面上には、スリッ
ト１１３が形成されている。この構成により、加速度信
号を支持体１１２の主面上の電極より取り出すために、
導電性ペースト１３（図２参照）を接着する際、その導
電ペースト１３がスリット１１３に流れ込み、振動子１
１１側へ流れていくことを防止出来、実装による特性劣
化を防止できる。この振動子も、実施の形態１の製造法
で示した製法と同様な方法で作製される。

【００８５】図１４に本実施の形態に示す形状を得るた
めの支持体基板の加工形状及び切断位置を示す。なお、
スリット１２３の形成位置は太線で、切断位置は破線で
示す。実施の形態１と主に異なる点は、支持体母材とな
る厚肉のＬＮ基板１２２の切断形状である。

【００８６】なお、スリット１２３は、ダイシングソー
によって支持体をハーフカットすることで形成した。

【００８７】図１３のような形状に加工されるため、ベ
ースに固定して外部に出力を取り出す際にも導電性ペー
ストがセンサ面に回り込みにくいため、実装しやすくな
る（図２の導電ペースト１３参照）。

【００８８】以上のような方法により作製された本発明
の素子は、一括して作製することが容易で、圧電振動子
１２１は、支持部のＬＮ１２２と強固に接合されて、片
持ち梁を構成する。しかも、導電性ペーストによる接続
部においても、その流れ出しが少なく、センサ部の振動
を阻害しないような電気的接続が可能になる。

【００８９】以上により、実施の形態１の加速度センサ
同様の優れた特性を維持し、かつ実装の容易な加速度セ
ンサを提供することができる。

【００９０】（実施の形態６）図１５は本発明の実施の
形態６による加速度センサ素子の構成を示す図である。
図１５の薄肉の圧電振動子１３１は、圧電体として２枚
の回転ＹｃｕｔＬＮ基板１３１ａ、ｂを直接接合によっ
て貼り合わせたバイモルフ型の圧電振動子であり、支持
体１３２が直接接合され、一体になっている。また、両
面には電極１３３が形成されている。よって、加速度セ
ンサは圧電振動子を強固に支持した片持ち梁構造を有す
る。

【００９１】また、支持体１３２の主要部の幅が振動子
１３１の幅より大きいのが特徴である。ここに幅とは、
図面上縦方向である。すなわち、振動子１３１の幅と同
じ方向に支持体１３２の幅を定義する。この構造によ
り、ベースに固定して外部に出力を取り出す際にも、ベ
ース表面に振動子１３１が接触しないようなスペース１
３４が容易に確保される（図２における凹部１２ａが不
要になる）。なお、図１５に示す実施例では、支持体１
３２の全ての幅が振動子１３１の幅よりおおきくなって
いるのではなく、主要部の幅だけ大きくなっており、振
動子１３１との直接接合部では図に示すように、同じ幅
となっている。これは次に述べる製造上、全ての幅が大
きいよりも、その方が便利なためである。

【００９２】このセンサ素子も、実施の形態１の製造法
で示した製法と同様な方法で作製される。

【００９３】図１６に本実施の形態に示す形状を得るた
めの支持体基板の加工形状及び切断位置を示す。切断位
置は破線で示す。実施の形態１と主に異なる点は、支持
体母材となる厚肉のＬＮ基板の切断形状である。切断手
順としては、１３１ｂ側よりダイシングソーによるハー
フカット後（図中太線で指示）、より細いブレードによ
り個片に分割（破線で示す）する。この手順により、振
動スペース１３４を容易に形成できる。

【００９４】つまり、図１５のような形状に加工される
ため、図１７に示すように、ベース１５０に固定し導電
性ペースト１５１で接続する際に、振動子下面のスペー
ス１３４が容易に確保される。そのため、ベース部１５
０は単純な平面で構成することが可能となる。

【００９５】以上のような方法により作製された本発明
の素子は、一括して作製することが容易で、圧電振動子
１４１は、支持部のＬＮ１４２と強固に接合されて、片
持ち梁を構成する。しかも、センサの振動を阻害しない
ような空間を新たに設ける必要がない。

【００９６】以上により、実施の形態１の加速度センサ
の優れた特性を維持し、かつ実装の容易な加速度センサ
を提供することができる。

【００９７】（実施の形態７）図１８は本発明の実施の
形態７による加速度センサ素子の構成を示す図である。
図１８の薄肉の圧電振動子１６１は、圧電体として２枚
の回転ＹｃｕｔＬＮ基板１６１ａ、ｂを直接接合によっ
て貼り合わせたバイモルフ型の圧電振動子であり、支持
体１６２ａ、１６２ｂが表裏に位置合わせされて直接接
合され、一体になっている。また、両面には電極１６３
が形成されている。よって、加速度センサは圧電振動子
１６１を強固に支持した片持ち梁構造を有する。

【００９８】この構造により、信号取りだし面の距離が
倍化し、ベースに固定して外部に出力を取り出す際に
も、導電性ペーストが回り込み、表裏電極をショートす
ることがより少なくなる。そのため、実装による特性劣
化を防止できる。

【００９９】このセンサ素子も、実施の形態１の製造法
で示した製法と同様な方法で作製される。

【０１００】図１９に本実施の形態７に示す形状を得る
ための支持体基板の加工形状及び切断位置を示す。切断
位置は破線で示す。実施の形態１と主に異なる点は、支
持体母材となる厚肉のＬＮ基板を表裏より位置合わせし
て直接接合する点である。

【０１０１】図１９のような形状に加工されるため、ベ
ースに固定する際に、安定して固定され、信号の取り出
しも容易になる。

【０１０２】以上のような方法により作製された本発明
の素子は、一括して作製することが容易で、圧電振動子
１６１は、支持部のＬＮ１６２ａ、ｂに強固に接合され
て、片持ち梁を構成する。

【０１０３】以上により、実施の形態１の加速度センサ
の優れた特性を維持し、かつ実装の容易な加速度センサ
を提供することができる。

【０１０４】（実施の形態８）図２０は本発明の実施の
形態８による加速度センサ素子の構成を示す図である。
図２０の薄肉の圧電振動子１８１は、圧電体として２枚
の回転ＹｃｕｔＬＮ基板１８１ａ、ｂを直接接合によっ
て貼り合わせたバイモルフ型の圧電振動子であり、支持
体１８２ａ、１８２ｂが表裏に位置合わせされて直接接
合され、一体になっている。また、両面には電極１３３
が形成されている。よって、加速度センサは圧電振動子
を強固に支持した片持ち梁構造を有する。

【０１０５】また、支持体１８２ａの幅が振動子１８１
の幅より大きく、支持体１８２ｂの幅が振動子１８１の
幅とほぼ同じであることが特徴である。図２２に示すよ
うに、この構造により、ベース２００にこの振動子１８
１を固定して、電極を外部に出力を取り出す際にも、ベ
ース２００表面と振動子１８１が接触しないようなスペ
ース２０１（図２０の１８４）が容易に確保される。す
なわち、ベース２００と接触固定される、支持体１８２
ａの辺を１８２ａ１とし、ベース２００と接触固定され
る、支持体１８２ｂの辺を１８２ｂ１とすると、この双
方の辺１８２ａ１，１８２ｂ１が形成する仮想の平面
が、前記支持体１８２ａ，１８２ｂのベース（基板）へ
の固定用平面と呼ぶことが出来る。そして支持体１８２
ｂの辺１８２ｂ１と、支持体１８２ａの辺１８２ａ１と
がベース２００に当接した状態で固定されることにな
る。また、後述するように、単純に平板に載置するだけ
で、斜めに保持されるため、２軸感度化が可能である。

【０１０６】図２１に本実施の形態８に示す形状を得る
ための支持体基板の加工形状及び切断位置を示す。切断
位置は破線で示す。実施の形態１と主に異なる点は、支
持体母材となる厚肉のＬＮ基板を表裏より位置合わせし
て直接接合し、切断の際に片側からハーフカットを行う
点である。

【０１０７】図２１に示すように、両側から支持体が直
接接合された接合体を片側からハーフカットし（図中１
９２で示す）、その後個片に分割する（図中１９１で示
す）。このように構成すると、ベースに固定する際
に、斜めに安定して固定され、２軸信号の取り出しも容
易になる（図２２参照）。

【０１０８】以上のような方法により作製された本発明
の素子は、一括して作製することが容易で、圧電振動子
１８１は、支持部のＬＮ１８２ａ、ｂに強固に接合され
て、片持ち梁を構成する。

【０１０９】また、振動子の両面に固定部となる支持体
１８２ａ、ｂが直接接合され、両者の幅が異なるため、
ベース２００に固定する際に、振動スペース２０１が容
易に確保される上、振動子１８１が支持体の固定用平面
に対して斜めになり、垂直、水平方向の加速度を両方感
知することが可能になり、２軸感度化が可能となる。ま
た、ベース部２００は単純な平面で構成することが可能
となる（図２２）。

【０１１０】（実施の形態９）また、２軸感度化するた
めに、支持体と振動子一体の構成を用いて、次のような
構成も容易にできる。

【０１１１】図２３〜図２６は本発明の実施の形態９に
よる加速度センサ素子の構成を示す図である。図２３〜
図２６の薄肉の圧電振動子２１１は、圧電体として２枚
の回転ＹｃｕｔＬＮ基板を直接接合によって貼り合わせ
たバイモルフ型の圧電振動子であり、支持体２１２ａの
みあるいは２１２ａ、ｂが表裏に位置合わせされて直接
接合され、一体になっている。また両面より電極が形成
されている。よって、加速度センサは圧電振動子を強固
に支持した片持ち梁構造を有する。

【０１１２】また、圧電振動子２１１と支持体２１２
ａ、ｂが同時に斜めにカッティングされている。この構
造により、平面に実装する際にも、ベース実装表面に載
置するだけで、カッティング角度で規定される角度に固
定され、斜めに保持されるため、正確な角度規定が可能
で、ばらつきの小さい２軸感度信号が得られる。

【０１１３】図２３は圧電振動子２１１が表裏から支持
体２１２ａ、２１２によって一体に直接接合されている
場合である。その製造方法は、図２３の下方のように、
１点鎖線に示すようにカッティングすればよい。

【０１１４】図２４は片方のみ支持体２１２ａで支持さ
れたものである。その製造方法は、図２４の下方に示す
ように、一点鎖線で示すようにカッティングすればよ
い。

【０１１５】図２５は圧電振動子２１１が表裏から支持
体２１２ａ、２１２によって一体に直接接合されている
場合であって、図２３の場合とは、その支持体２１２
ａ、２１２ｂの形状が断面平行四辺形の形をしている点
が異なっている。その製造方法は、図２５の下方のよう
に、１点鎖線に示すようにカッティングすればよい。図
２６は圧電振動子２１１が片方から支持体２１２ａ直接
接合されている場合であって、図２４の場合とは、その
支持体２１２ａの形状が断面平行四辺形の形をしている
点が異なっている。その製造方法は、図２６の下方のよ
うに、１点鎖線に示すようにカッティングすればよい。

【０１１６】なお、本発明においては、ベース及び蓋部
の形状については特に限定する必要はなく、素子とベー
スと蓋を有する構造であれば、ベースの形状、電極構造
については、いっさい限定はなく、どのようなものを用
いても良いことはいうまでもない。

【０１１７】また、加速度センサ素子の形状について
も、実施の形態に挙げたものに限るものでなく、これら
を組み合わせて用いることも可能であることは当然であ
る。例えば、多くの実施例で片面に支持体を接合した例
を示したが、両面から支持した形態でも実現できること
はいうまでもない。

【０１１８】

【発明の効果】以上のように本発明の加速度センサ素子
は、直接接合によって圧電体が貼合わせて構成されてい
るため、圧電体の間に接着層が介在せず、加速度により
発生した振動が接着層に吸収されることがなく、感度の
ロスがなく、高い検出感度が得られる。

【０１１９】また、均一に接合できるため、圧電振動子
の共振周波数や感度にばらつきが極めて小さくなり、接
着層がないため温度変化による圧電振動子の振動特性の
変化が避けられる。

【０１２０】また、圧電振動子が接着剤を用いず直接接
合により支持部に接合、支持されるため、支持位置は接
合時の圧電振動子と支持部の位置合わせの精度のみによ
り決まるため、支持位置のばらつきが小さく、共振周波
数のばらつきも極めて小さな範囲に納めることができ
る。

【０１２１】また、均一な接合面を容易に形成すること
ができ、接着のむらなどがなく、圧電振動子間の振動特
性のばらつきも小さくでき、接着層がないため温度変化
による支持条件が変化することもない。

【０１２２】また、圧電振動子の支持部位置、支持部形
状を変えることで、振動スペースを形成したり、２軸感
度化することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加速度センサの実施の形態を構成する
圧電振動子の斜視図

【図２】本発明の加速度センサの実施の形態の構成を示
す概略図

【図３】本発明の加速度センサの実施の形態の製造工程
を示す流れ図

【図４】本発明の加速度センサの実施の形態を動作を説
明する断面図。

【図５】本発明の加速度センサの実施の形態を構成する
圧電振動子の斜視図

【図６】本発明の加速度センサの実施の形態の製造工程
を示す流れ図

【図７】本発明の加速度センサの実施の形態を構成する
圧電振動子の斜視図

【図８】本発明の加速度センサの実施の形態を構成する
圧電振動子の斜視図

【図９】本発明の加速度センサの実施の形態の製造工程
の一工程を示す上面図

【図１０】本発明の加速度センサの実施の形態を構成す
る圧電振動子の斜視図

【図１１】本発明の加速度センサの実施の形態を構成す
る圧電振動子の斜視図

【図１２】本発明の加速度センサの実施の形態の製造工
程の一工程を示す上面図

【図１３】本発明の加速度センサの実施の形態を構成す
る圧電振動子の斜視図

【図１４】本発明の加速度センサの実施の形態の製造工
程の一工程を示す上面図

【図１５】本発明の加速度センサの実施の形態を構成す
る圧電振動子の斜視図

【図１６】本発明の加速度センサの実施の形態の製造工
程の一工程を示す上面図

【図１７】本発明の加速度センサの実施の形態を構成す
る圧電振動子の側面図

【図１８】本発明の加速度センサの実施の形態を構成す
る圧電振動子の斜視図

【図１９】本発明の加速度センサの実施の形態の製造工
程の一工程を示す斜視図

【図２０】本発明の加速度センサの実施の形態を構成す
る圧電振動子の斜視図

【図２１】本発明の加速度センサの実施の形態の製造工
程の一工程を示す斜視図

【図２２】本発明の加速度センサの実施の形態を構成す
る圧電振動子の側面図

【図２３】本発明の加速度センサの実施の形態を構成す
る圧電振動子の斜視図及び断面図及び製造工程の一工程
を示す側面図

【図２４】本発明の加速度センサの実施の形態を構成す
る圧電振動子の斜視図及び断面図及び製造工程の一工程
を示す側面図

【図２５】本発明の加速度センサの実施の形態を構成す
る圧電振動子の斜視図及び製造工程の一工程を示す側面
図

【図２６】本発明の加速度センサの実施の形態を構成す
る圧電振動子の斜視図及び製造工程の一工程を示す側面
図

【図２７】従来例における加速度センサの断面図

【図２８】従来例における加速度センサの断面図

【符号の説明】

１・・・圧電振動子２ａ、ｂ・・・圧電体基板３・・・支持体基板４ａ、ｂ・・・加速度信号検知電極１１・・・外部電極１２・・・ベース１３・・・導電材１４・・・蓋３１ａ、ｂ・・・圧電体基板３１・・・圧電バイモルフ構造基板３２・・・支持体用基板３２ａ・・・支持体開口部３３・・・圧電バイモルフ素子−支持体接合
体３４ａ、ｂ・・・電極３５・・・圧電振動子３６・・・支持体４１ａ、ｂ・・・圧電体基板４２・・・支持体５０・・・機械−電気変換子５１ａ、ｂ・・・圧電セラミック５２ａ、ｂ・・・電極５３・・・接着剤５４・・・導電性接着剤５５・・・固定部材５６ａ、ｂ・・・圧電体５７・・・電極５８・・・圧電振動子６６１ａ、ｂ・・・圧電体基板６１・・・圧電バイモルフ構造基板６２・・・支持体用基板６２ａ・・・支持体開口部６３・・・圧電バイモルフ素子−支持体接合
体６４ａ、ｂ・・・電極６５・・・圧電振動子６６・・・支持体７１ａ、ｂ・・・圧電体基板７１・・・圧電振動子７２・・・支持体７３・・・凹部７４・・・電極８１ａ、ｂ・・・圧電体基板８１・・・圧電振動子８２ａ・・・支持体開口部８２・・・支持体９１ａ、ｂ・・・圧電体基板９１・・・圧電振動子９２・・・支持体９３・・・支持体第３の側面９４・・・電極１０１・・・圧電振動子１０２ａ・・・支持体開口部１０２・・・支持体基板１１１ａ、ｂ・・・圧電体基板１１１・・・圧電振動子１１２・・・支持体１１３・・・スリット１１４・・・電極１２１・・・圧電振動子１２２ａ・・・支持体開口部１２２・・・支持体基板１２３・・・スリット１３１ａ、ｂ・・・圧電体基板１３１・・・圧電振動子１３２・・・支持体１３３・・・電極１３４・・・振動スペース１４１・・・圧電振動子１４２ａ・・・支持体開口部１４２・・・支持体基板１５０・・・ベース１５１・・・導電材１６１ａ、ｂ・・・圧電体基板１６１・・・圧電振動子１６２ａ、ｂ・・・支持体１６３・・・電極１８１・・・圧電振動子１８１ａ、ｂ・・・圧電体基板１８２ａ、ｂ・・・支持体１８３・・・電極１８４・・・振動スペース１９１・・・切断ライン１９２・・・ハーフカットライン２００・・・ベース２０１・・・振動スペース２１１・・・圧電振動子２１２ａ、ｂ・・・支持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川崎修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

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの圧電体が直接接合され、
少なくとも一対の加速度信号検知用電極が形成された薄
肉のバイモルフ型圧電素子と、その圧電素子の表裏両主
面のうち少なくとも一方に直接接合された、前記圧電素
子の厚さよりも厚い厚肉の支持体とを有する加速度セン
サにおいて、少なくとも前記支持体の接合されている側
の前記圧電素子主面上の前記加速度信号検知用電極と前
記支持体の面に形成された電極とが電気的に接続されて
おり、前記支持体上の前記電極より外部へ信号取り出し
を行うことが出来ることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】前記支持体が、前記圧電素子の実質上中央
に直接接合され、一対の片持ち梁構造を有することを特
徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項３】前記支持体が、前記圧電素子の端部に、所
定部分を残して直接接合され、前記圧電素子主面から、
その圧電素子主面に面した、前記支持体の正面、その支
持体の主面、その支持体の前記正面の反対側の背面の順
に、電気的に接続されたことを特徴とする請求項１記載
の加速度センサ。
【請求項４】前記圧電素子の振動部分の幅が、その振動
部分の幅方向と同じ方向の前記支持体の主要部の幅に比
べて狭く、振動用の空間が形成されたことを特徴とする
請求項１記載の加速度センサ。
【請求項５】前記圧電素子の幅と前記支持体の幅が、直
接接合された領域においては実質上同じであることを特
徴とする請求項４記載の加速度センサ。
【請求項６】前記圧電素子上に形成された前記電極が、
前記支持体上の正面から上面又は下面にかけて接続され
ていることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項７】前記支持体の正面が少なくとも一部切り欠
かれ、又は正面に凹部が形成されて、その切り欠き又は
凹部上に電極が形成され、その形成された電極と前記前
記圧電素子主面の加速度信号検知電極とが電気的に接続
され、前記切り欠き又は凹部は、前記圧電素子の振動部
の長手方向と平行な、前記圧電素子との接合縁部を有す
ることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項８】前記圧電素子の振動部分の幅が、その振動
部分の幅方向と同じ方向の前記支持体の主要部の幅に比
べて広く、前記支持体は、前記圧電素子に対して、前記
圧電素子の振動部の長手方向と平行な接合縁部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項９】前記支持体上の前記電極と外部との導通が
導電性の接合材によって行われることを特徴とする請求
項１に記載の加速度センサ。
【請求項１０】前記支持体上の前記電極の少なくとも一
部に凹部を設け、前記導電性接合材の前記圧電素子の主
面側への流出を抑制させることを特徴とする請求項９記
載の加速度センサ。
【請求項１１】前記圧電素子の主面が斜めに保持される
ように、前記支持体の基板への固定用平面が前記圧電素
子の主面と９０゜以外の角度をもった構成であることを
特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項１２】少なくとも２つの圧電体が直接接合さ
れ、少なくとも一対の加速度信号検知用電極が形成され
た薄肉のバイモルフ型圧電素子と、その圧電素子の表裏
両主面に直接接合された、前記圧電素子の厚さよりも厚
い厚肉の第１及び第２の支持体とを有する加速度センサ
において、前記圧電素子の振動部分の幅が、その振動部
分の幅方向と同じ方向の前記第１の支持体の主要部の幅
より狭く、また、その第１の支持体の主要部の幅と前記
第２の支持体の主要部の幅とが異なっていることを特徴
とする加速度センサ。
【請求項１３】少なくとも２つの圧電体の表面を鏡面
化、清浄化、親水化し、分極軸を反転して直接接合し、
バイモルフ圧電素子用基板を形成する工程と、前記接合
したバイモルフ圧電素子用基板の少なくとも一方に少な
くとも一つの開口部を有する支持体形成用基板を直接接
合する工程と、前記接合体の対向する主面に、前記開口
部の中も含めて、電極を形成し、前記支持体用基板と前
記圧電素子基板を電気的に接続する工程と、前記電極を
形成された接合体を個々の加速度センサに分割する工程
を含むことを特徴とする加速度センサ素子の製造方法。