JP2009271029A

JP2009271029A - 加速度検知ユニット、及びその製造方法

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Publication number: JP2009271029A
Application number: JP2008124360A
Authority: JP
Inventors: So Ichikawa; 想市川
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2009-11-19

Abstract

【課題】構造が簡素化され、小型、低背化に適し、且つ他軸感度を抑制した加速度検知ユ
ニットを得る。
【解決手段】固定部材、可動部材、固定部材と可動部材とによって両端部が夫々支持され
た二本の長尺梁、及び各長尺梁により両端部を固定され且つ各長尺梁と略直交する方向へ
延びる短尺梁を備え、二本の長尺梁の端縁であって固定部材寄りの対向する二面に夫々く
びれ部を備えた構造体と、応力感応部、及び応力感応部の両端部に夫々固定された固定端
を有する応力感応素子と、を備え、固定部材及び可動部材の各一面上に、応力感応素子の
２つの固定端を夫々接合した加速度検知ユニットであって、二本の長尺梁は、印加される
加速度により加速度検出軸方向にくびれ部を支点として撓むように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、加速度検知ユニットに関し、特に構造を簡素化して小型、低背化に適し、且
つ他軸感度を抑制した加速度検知ユニット、及びその製造方法に関するものである。

加速度センサは、従来から自動車、航空機、ロッケット、更には各種プラントの異常振
動監視装置等まで広い用途に用いられている。民生機器用加速度センサとしては、加速度
検知機構を半導体プロセス技術により作製したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Sys
tems）センサが良く知られている。
特許文献１には、一枚の基板（水晶、シリコン等）に形成された加速度検出素子が開示
されている。
図７は、従来の加速度検出素子ＴＡの斜視図である。
この図７に示す加速度検出素子ＴＡは、横長の直方体状の固定部材８１と、略逆Ｕ字状
の第１の可動部材８２と、第１の可動部材８２の中間部から下方へ延びる細い棒状（直方
体）の振動素子８３と、振動素子８３の下端部により中間部を支持された略Ｕ字状の第２
の可動部材８４と、各部材８２、８３、８４を包囲する中空矩形状の外枠８５と、各部材
８２、８３、８４と外枠８５の下部とを連結する短尺棒状（直方体）の梁８６と、外枠８
５の上部と固定部材８１とを連結する梁８７と、を備えている。外枠８５は、４つの細い
直方体８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄの端部同士を互いに接合した口字形状をしており
、その輪郭が変形可能である。外枠８５の上辺８５ｄは、その中央部を短尺な梁８７にて
直方体状の固定部材８１に接合されている。

外枠８５の内縁より小さい長方形状の枠体の対向する左右の２側辺の中央部にくぼみ部
９１、９２を形成し、該くぼみ部９１、９２より上部側を第１の可動部材（逆Ｕ字状）８
２とし、下部側を第２の可動部材（Ｕ字状）８４とする。第１及び第２の可動部材８２、
８４の夫々上下の中央部を、細片の振動素子８３の両端で連結する。第２の可動部材８４
の中央下部は、短尺な梁８６で外枠８５の下辺８５ｃの中央部に結合されている。つまり
、振動素子８３で中央部を連結された第１及び第２の可動部材８２、８４は、外枠８５の
内部に収まり上下の短尺な梁８６、８７の中央軸（Ｚ−Ｚ’軸）に関し、対称に配置され
ている。なお、くぼみ部９１、９２の厚さは、振動素子８３の厚さと同じとし、振動素子
８３上には励振電極が形成されている。
加速度検出素子ＴＡは、水晶、シリコン等の平板にフォトリソグラフィ技法とエッチン
グ手法（Chemical Machining）で形成される。
図７のＰＭ面に垂直な方向の加速度が印加されると、くぼみ部９１、９２より撓み、振
動素子８３には圧縮応力、又は伸長応力が加わり、その共振周波数を変化させる。変化し
た周波数により印加された加速度が求められる。
この加速度検出素子ＴＡの特徴は以下の通りである。振動素子８３が両端固定の屈曲振
動をすると、その両端部には曲げモーメントＣが生じ、第１及び第２の可動部材８２、８
４には剪断応力Ｒが働く。この応力で第２の可動部材８４に連結する梁８６には屈曲振動
が生じ、外枠８５には輪郭振動が生じる。外枠８５と固定部材８１とを連結する梁８７に
もトルクｃが、固定部材８１には剪断応力ｒが生じるが、Ｃ及びＲに比べて数百分の１に
なる。つまり、外枠８５の変形性と、２つの可動部材８２、８４の位置がメカニカルフィ
ルタを構成し、振動素子８３のＱ値の劣化を防止するので、加速度の測定精度が改善され
ると開示されている。
米国特許第５，９６２，７８６号公報

しかしながら、特許文献１に開示の加速度検出素子は、加速度検出軸以外の他軸感度の
抑圧が難しいという問題と、振動素子８３のＱ値の劣化は防止できるものの構造が複雑で
あり、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法を用いたとしても、製造歩留まりが悪い
という問題があった。また、加速度検出素子を構成する部材の一部にでも不良があると、
所望の測定精度が得られないという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、構造を簡素化して小型、低背化に
適し、且つ他軸感度を抑制した加速度検知ユニットを提供することにある。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本発明に係る加速度検知ユニットは、固定部材、可動部材、前記固定部材
と前記可動部材とによって両端部を夫々支持された二本の第１の梁、及び前記各第１の梁
により両端部を固定され且つ各第１の梁と略直交する方向へ延びる第２の梁を備え、前記
二本の第１の梁の前記固定部材寄りの端部の対向する二面に夫々くびれ部を備えた構造体
と、応力感応部、及び該応力感応部の両端部に夫々固定された固定端を有する応力感応素
子と、を備え、前記固定部材及び前記可動部材の各一面上に、前記応力感応素子の２つの
固定端を夫々接合した加速度検知ユニットであって、前記二本の第１の梁は、印加される
加速度により加速度検出軸方向に前記くびれ部を支点として撓むように構成されているこ
とを特徴とする。

以上のように加速度検知ユニットを構成すると、小型化、低背化が可能となると共に可
動部材に重りを付加するこいとにより、加速度の測定感度も向上する。その上、固定部材
、可動部材、二本の第１の梁、第１の梁を連設する第２の梁とで構成する構造体（枠体）
は、構造体面に垂直方向（Ｚ軸方向）の応力にはくぼみ部を支点として撓むが、構造体面
に平行な方向（Ｘ軸、Ｙ軸）の応力には変形しにくい構造となっているので他軸感度は抑
圧されるという効果がある。

［適用例２］また加速度検知ユニットは、前記構造体と前記応力感応素子とが圧電材料
で構成されていることを特徴とする適用例１に記載の加速度検知ユニットである。

以上のように加速度検知ユニットを構成すると、構造体及び応力感応素子の製造工程が
ほぼ同じとなると共に、構造体及び応力感応素子の線膨張係数が同一であるので、温度に
よる測定ノイズが低減されるという効果がある。

［適用例３］また加速度検知ユニットは、前記構造体と前記応力感応素子とが水晶で構
成されていることを特徴とする適用例１又は２に記載の加速度検知ユニットである。

以上のように加速度検知ユニットを構成すると、水晶は良質の結晶が多量に生産されて
おり、その上加工に用いるフォトリソグラフィ技法とエッチング手法は多年の経験を積ん
でいるので、加速度検知ユニットの量産化が容易であり、コスト低減が期待できる。また
構造体及び応力感応素子の製造工程がほぼ同じとなり、が同一材料で構成されているので
、温度による測定ノイズが低減されるという効果がある。

［適用例４］また加速度検知ユニットは、前記構造体が金属、又はシリコンで、前記応
力感応素子が圧電材料で構成されていることを特徴とする適用例１に記載の加速度検知ユ
ニット。

以上のように加速度検知ユニットを構成すると、金属材料を用いて構造体を加工するの
は容易であり、量産化、コスト低減を図れるという利点がある。またシリコンの加工につ
いては、半導体素子の加工で大いなる経験があるので、品質の安定した構造体が得られる
という利点がある。

［適用例５］また加速度検知ユニットは、前記各第１の梁により両端部を固定され且つ
各第１の梁と略直交する方向へ延びる複数本の第２の梁を備えていることを特徴とする適
用例１乃至４の何れか１項に記載の加速度検知ユニットである。

以上のように構造体に複数の第２の梁を設けた加速度検知ユニットを構成すると、構造
体が面方向の応力に対してより強い構造となるので、他軸方向の感度を抑圧する効果があ
る。

［適用例６］また加速度検知ユニットは、前記応力感応素子は、両端部に位置する固定
端、及び各固定端間を連設する振動領域を備えた圧電基板と、該圧電基板の振動領域上に
形成した励振電極と、を備えた圧電振動素子であることを特徴とする適用例１乃至５の何
れか１項に記載の加速度検知ユニットである。

以上のように圧電振動素子を用いて加速度検知ユニットを構成すると、加速度検知ユニ
ットの加速度測定の感度、精度が向上し、再現性が改善されるという効果がある。

［適用例７］また加速度検知ユニットは、前記応力感応素子は、両端部に位置する固定
端、及び各固定端間を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板と、該圧電基板の振動
領域上に形成した励振電極と、を備えた双音叉型圧電振動素子であることを特徴とする適
用例１乃至５の何れか１項に記載の加速度検知ユニットである。

以上のように双音叉型圧電振動素子を用いて加速度検知ユニットを構成すると、構造体
と応力感応素子の接合が容易であり、加速度検知ユニットの品質も安定する。更に加速度
検知ユニットの加速度測定精度、感度が大幅に向上し、温度特性、再現性が改善されると
いう効果がある。

［適用例８］加速度検知ユニットの製造方法は、固定部材、可動部材、前記固定部材と
前記可動部材とによって両端部を夫々支持された二本の第１の梁、及び前記各第１の梁に
より両端部を固定され且つ各第１の梁と略直交する方向へ延びる第２の梁を備え、前記二
本の第１の梁の前記固定部材寄りの端部の対向する二面に夫々くびれ部を備えた構造体と
、応力感応部、及び該応力感応部の両端部に夫々固定された固定端を有する応力感応素子
と、を備え、前記固定部材及び前記可動部材の各一面上に、前記応力感応素子の２つの固
定端を夫々接合した加速度検知ユニットの製造方法であって、複数の支持片にて連結され
た複数の前記構造体を有する構造体基板を用意する工程と、複数の素子支持片にて連結さ
れた複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、前記各構造体を構
成する固定部材及び可動部材に対して、前記各応力感応素子の固定端を接続する為に、前
記構造体基板と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、前記素子支持片、支持片
を切断する工程と、からなることを特徴とする。

以上のような加速度検知ユニットの製造方法を採用すると、フォトリソグラフィ技術と
エッチング手法により、品質の均一な加速度検知ユニットの量産化が可能となり、コスト
の大幅低減が図れるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る第
１の実施の形態の加速度検知ユニット１の構成を示す概略斜視図である。加速度検知ユニ
ット１の一例は、矩形状の構造体５と、応力感応素子７と、を備えている。図２（ａ）は
、矩形状の構造体５の平面図、（ｂ）は側面図である。図３（ａ）は、応力感応素子７の
平面図、（ｂ）は側面図である。
矩形状の構造体５は、直方体状の固定部材１０と、直方体状の可動部材１１と、固定部
材１０と可動部材１１とによって両端部を夫々支持された二本の平行な長尺梁（第１の梁
）１２、１３と、該長尺梁１２、１３により両端部を固定され、且つ各長尺梁１２、１３
と直交する方向へ延びる短尺梁（第２の梁）１４と、を備えている。固定部材１０及び可
動部材１１の夫々の一方の上面１０ａ、１１ａは、同一平面となるように構成されている
。二本の長尺梁１２、１３の端縁であって固定部材１０寄りの上下面の対向する位置に、
夫々くびれ部１５ａ、１５ｂを備えている。くびれ部１５ａ、１５ｂの形状は、矩形状、
半円状、双曲線状、楔状等であり、加速度αが加速度検出軸方向（図１ではＺ軸方向）か
ら構造体５に印加されると、くびれ部１５ａ、１５ｂを支点として長尺梁１２、１３が撓
むように構成されている。
また、図１、図３では短尺梁１４の位置は、長尺梁１２、１３の中央に位置するように
図示されているが、必ずしもこの位置に限らず、他軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向の加速度感度が
抑圧される位置であればよい。短尺梁１４の本数は一本に限らず複数本であってもよい。

応力感応素子７は、図３に示すように、応力感応部２０ａ、２０ｂと、該応力感応部２
０ａ、２０ｂを挟むよう該応力感応部２０ａ、２０ｂと連結した２つの固定端２１、２２
と、を備えている。応力感応部２０ａ、２０ｂには、両端固定の屈曲振動が互いに逆位相
で励振されるように励振電極２３ａ、２３ｂが設けられており、応力感応部２０ａ、２０
ｂに形成したリード電極２４ａ、２４ｂにより一方の固定端２１上に設けた端子電極２５
ａ、２５ｂに接続されている。固定端２１、２２の夫々の下面は同一面となるように形成
されている。図３（ａ）では、固定端２１、２２の大きさを、夫々固定部材１０及び可動
部材１１の大きさと同じ大きさに図示しているが、小さくてもよい。
矩形状の構造体５の固定部材１０及び可動部材１１の夫々の一方の面１０ａ、１１ａ上
に、応力感応素子７の各固定端２１、２２の一方の面（下面）を接合剤により夫々接合し
て加速度検知ユニット１を構成する。応力感応素子７の応力感応部２０ａ、２０ｂの両端
の基部は、構造体５の固定部材１０及び可動部材１１の内縁より中央部寄りに位置するよ
うに構成されているので、接合による応力感応部２０ａ、２０ｂの振動に対する影響は極
めて小さい。
また、応力感応部２０ａ、２０ｂと、短尺梁１４との接触は、接合剤の厚みにより避け
られるが、短尺梁１４の中央部をエッチングにより彫り込んでもよい。以上のように、応
力感応素子７のＱ値の劣化を極力低減する。

加速度検知ユニット１に加速度検出軸方向（図１では＋Ｚ軸方向）の加速度αを印加す
ると、慣性力により可動部材１１は−Ｚ軸方向に力（−ｍα、ｍは質量）を受け、矩形状
の構造体５の長尺梁１２、１３のくびれ部１５ａ、１５ｂを支点として撓む（屈曲する）
。長尺梁１２、１３が撓むことにより、可動部材１１に接合された応力感応素子７の固定
端２２を介して、応力感応部２０ａ、２０ｂには伸張応力が加わり、応力感応素子７の共
振周波数が変化する。
加速度検知ユニット１に印加する加速度αの方向が逆の場合（−Ｚ軸方向）は、応力感
応部２０ａ、２０ｂには圧縮応力が加わり、応力感応素子７の共振周波数が変化する。応
力感応素子７の周波数の変化より印加された加速度の大きさと方向を求めることができる
。
以上説明したように加速度検知ユニットを構成すると、小型化、低背化が可能となると
共に可動部材に重りを付加するこいとにより、加速度の測定感度も向上する。その上、固
定部材、可動部材、二本の長尺梁、長尺梁を連設する短尺梁とで構成する構造体（枠体）
は、構造体面に垂直方向（図１のＺ軸方向）の応力にはくぼみ部を支点として撓むが、構
造体面に平行な方向（Ｘ軸、Ｙ軸）の応力には変形しにくい構造となっているので、他軸
感度は抑圧されるという効果がある。
また、二本の長尺梁と、該二本の長尺梁とを連設する複数の短尺梁とで構成する構造体
は、構造体が面方向の応力に対してより強い構造となるので、他軸方向の感度を抑圧する
効果がある。

構造体５を構成する長尺梁１２、１３を平行する二本の長尺梁と説明したが、必ずしも
平行である必要はなく、曲線状を呈していてもよい。つまり、構造体５は長円形、楕円形
であってもよい。要は応力感応素子７の両固定端２１、２２が接合される、固定部材１０
及び可動部材１１があり、二本の長尺梁１２、１３の固定部材１０寄りの端部に対向する
くぼみ部夫々が設けられ、該くぼみ部を支点として撓むように構成されていればよい。長
尺梁が曲線状を呈する場合、長尺梁１２、１３により両端部を固定され短尺梁は、長尺梁
１２、１３と略直交する。
構造体５の材料としては、応力感応素子７と同一の圧電材料である、例えば水晶、タン
タル酸リチーム、ニオブ酸リチーム、ランガサイト等があり、望ましくは化学的安定性が
よい水晶を用い、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法を用いて一体的に構成される
とよい。また、半導体素子に多量に用いられ、その特質がよく知られ、加工法が確立して
いるシリコンを用いて構成してもよい。
また、構造体５は、真鍮、アルミニウム、燐青銅、エリンバー等の金属材料を機械加工
して一体的に構成してもよい。
構造体と応力感応素子とを同一圧電材料で構成すると、構造体及び応力感応素子の製造
工程がほぼ同じとなると共に、構造体及び応力感応素子の線膨張係数が同一であるので、
温度による測定ノイズが低減されるという効果がある。
また、構造体と応力感応素子とを水晶材料で構成すると、水晶は良質の結晶が多量に生
産されており、その上加工に用いるフォトリソグラフィ技法とエッチング手法は多年の経
験を積んでいるので、加速度検知ユニットの量産化が容易であり、コスト低減が期待でき
る。また構造体及び応力感応素子の製造工程がほぼ同じとなり、が同一材料で構成されて
いるので、温度による測定ノイズが低減されるという効果がある。
また、構造体を金属で構成する場合、金属材料を用いて構造体を加工するのは容易であ
り、量産化、コスト低減を図れるという利点がある。また、構造体をシリコンで構成する
場合、シリコンの加工については、半導体素子の加工で豊富な経験があるので、品質の安
定した構造体が得られるという利点がある。

応力感応素子７としては、両端部に位置する固定端、及び各固定端間を連設する振動領
域を備えた圧電基板と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた圧電振
動素子を用いる。圧電振動素子を用いて加速度検知ユニットを構成すると、加速度検知ユ
ニットの加速度測定の感度、精度が向上し、再現性が改善されるという効果がある。
図１、図３では、両端部に位置する固定端２１、２２、及び各固定端間を連設する２つ
の振動ビームを備えた圧電基板と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極２３ａ、
２３ｂと、を備えた双音叉型圧電振動素子を示している。
双音叉型圧電振動素子を用いると、固定部材１０及び可動部材１１に接着、固定する際
に、双音叉型圧電振動素子の感度への影響が少ないため、構造体５と応力感応素子７の接
合が容易であり、加速度検知ユニットの品質も安定する。更に加速度検知ユニットの加速
度測定精度、感度が大幅に向上し、温度特性、再現性が改善されるという効果がある。
２本の振動ビームを備えた双音叉型水晶振動素子について少し説明する。双音叉型水晶
振動素子は伸張・圧縮応力に対する感度が良好であり、高度計用、或いは深度計用の応力
感応素子として使用した場合には分解能力が優れるために僅かな気圧差から高度差、深度
差を知ることができる。また、双音叉型水晶振動素子が呈する周波数温度特性は、上に凸
の二次曲線となり、その頂点温度が常温（２５℃）になるように各パラメータを設定する
。

双音叉型水晶振動素子の２本の振動ビームに外力Ｆを加えたときの共振周波数ｆ_Fは以
下の如くである。
ｆ_F＝ｆ₀（１−（ＫＬ²Ｆ）／（２ＥＩ））^1/2 （１）
ここで、ｆ₀は外力がないときの双音叉型水晶振動素子の共振周波数、Ｋは基本波モー
ドによる定数（＝０．０４５８）、Ｌは振動ビームの長さ、Ｅは縦弾性定数、Ｉは断面２
次モーメントである。断面２次モーメントＩはI＝ｄｗ³／１２より、式（１）は次式のよ
うに変形することができる。ここで、ｄは振動ビームの厚さ、ｗは幅である。
ｆ_F＝ｆ₀（１−Ｓ_Fσ）^1/2 （２）
但し、応力感度Ｓ_Fと、応力σとはそれぞれ次式で表される。
Ｓ_F＝１２（Ｋ／Ｅ）（Ｌ／ｗ）² （３）
σ＝Ｆ／（２Ａ）（４）
ここで、Ａは振動ビームの断面積（＝ｗ・ｄ）である。以上から双音叉型振動子に作用
する力Ｆを圧縮方向のとき負、伸張方向（引張り方向）を正としたとき、力Ｆと共振周波
数ｆ_Fの関係は、力Ｆが圧縮力で共振周波数ｆ_Fが減少し、伸張（引張り）力では増加する
。また応力感度Ｓ_Fは振動ビームのＬ／ｗの２乗に比例する。
しかし、応力感応素子７としては、双音叉型水晶振動素子に限らず、伸張・圧縮応力に
よって周波数が変化する圧電振動素子であればどのようなものを用いても良い。

図４（ａ）に示すように、構造体５の長尺梁１２、１３の中央に短尺梁１４がブリッジ
している加速度検知ユニット１と、同じ形状寸法であって短尺梁１４を設けない加速度検
知ユニットについて、夫々の検出感度、他軸感度のシミュレーションを行った。構造体５
、応用力感応素子７共に水晶を用い、固定部材１０及び可動部材１１の寸法（幅ｗ×長さ
Ｌ×厚さｔ）は共に１．０×０．８×０．２ｍｍ、長尺梁１２、１３は０．２×３．３×
０．２ｍｍ、端尺梁１４は０．２×０．６×０．１９ｍｍとした。双音叉型水晶振動素子
７のビーム長は２．５ｍｍ、幅は０．０８ｍｍとした。
図４（ｂ）は、短尺梁１４を設けた加速度検知ユニット１のＺ軸、Ｘ軸、Ｙ軸方向の感
度（ｐｐｍ／Ｇ）であり、図４（ｃ）は、短尺梁１４を設けない加速度検知ユニットの夫
々の軸方向の感度（ｐｐｍ／Ｇ）である。印加した検出軸方向（Ｚ軸方向）の加速度αは
、１Ｇである。ただ、他軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸）の感度は小さいので、加速度として１０Ｇ
を印加して測定し、その値を１Ｇに換算し直した数値である。
図４（ｂ）、（ｃ）を比較して、短尺梁１４を設けることにより、検出軸方向の感度は
−２０．９８（ｐｐｍ／Ｇ）から−２１．４０（ｐｐｍ／Ｇ）と改善され、他軸感度は−
０．０７（ｐｐｍ／Ｇ）から−０．０４（ｐｐｍ／Ｇ）と抑圧されることが判明した。
以上のシミュレーションの結果より短尺梁を設けることは、検出軸方向の感度を改善し
、他軸方向の感度を抑圧するという効果がある。

次に、本発明に係る加速度感知ユニット１の製造方法を説明する。図５、図６は、製造
方法を説明する斜視図であり、加速度感知ユニットは、固定部材１０、可動部材１０、固
定部材１０と可動部材１０とによって両端部を夫々支持された二本の長尺梁１２、１３、
及び長尺梁１２、１３間をブリッジする短尺梁１４を備えた構造体５と、応力感応部２０
ａ、２０ｂ及び該応力感応部２０ａ、２０ｂの両端部に一体化された固定端２１、２２を
有した応力感応素子７と、を備えている。長尺梁１２、１３の端部であって固定部材１０
寄りには、対向してくびれ部１５ａ、１５ｂが形成されている。加速度が印加されるとく
びれ部１５ａ、１５ｂを支点として撓むように構成されている。
本発明はこのような加速度感知ユニットの製造方法であり、図５の斜視図に示すように
、支持片３１にて連結された複数の構造体３２を有する構造体基板３０を用意する工程と
、図６に示すように、素子支持片３６にて連結された複数の応力感応素子３７を有する応
力感応素子基板３５を用意する工程と、を有している。更に、各構造体３２を構成する固
定部材及び可動部材に対して、各応力感応素子３７の各固定端を接続する為に、各固定部
材及び可動部材の面に接着剤を塗布し、構造体基板３０と応力感応素子基板３５とを重ね
合わせる工程と、接着剤を硬化させた後、素子支持片４３及び支持片５３を切断する工程
と、から構成されている。

図５を用いて構造体基板３０の製造方法を説明する。所定の厚さの水晶板（Ｚ板）を用
い、該水晶板に蒸着あるいはスパッタ等の手段で金属薄膜を成膜し、フォトリソグラフィ
技法とエッチング手法とを用いて、水晶板を所望の形状に加工し、図５の破線で囲んだ構
造体３２がマトリクス状に配列した構造体基板３０を形成する。構造体３２の固定部材１
０及び可動部材１１は、複数の支持片３１により支持された構造をしている。
次に、応力感応素子基板３５の製造方法は、所定の大きさの水晶薄板（Ｚ板）を用い、
該水晶薄板に蒸着あるいはスパッタ等の手段で金属薄膜を成膜し、周知のフォトリソグラ
フィ技法とエッチング手法とを用いて水晶薄板をエッチング加工すると、図６の破線で囲
んだ水晶双音叉板３７（水晶双音叉板に図示しない励振電極、電極端子を形成したものが
応力感応素子）が、マトリクス状に配列した応力感応素子基板３５が得られる。水晶双音
叉板３７は、複数の素子支持片３６により支持された構造をしている。この応力感応素子
基板３５に図示しないメタルマスクをセットして蒸着装置等に入れ、真空中で各水晶双音
叉板３７に励振電極、電極端子等を形成して、応力感応素子基板３５を製造する。

次に、複数の構造体３２の固定部材１０及び可動部材１１に接着材を塗布した構造体基
板３０に、電極等を形成した応力感応素子基板３５を整合するように重ね合わせ、加熱乾
燥した後、素子支持片３６、支持片３１を、ダイシングソー等を用いて切断すれば、加速
度感知ユニットが得られる。
又は、構造体基板３０を製造する際に、各支持片３１と各構造体３２との接合部であっ
て支持片３１にエッチングによる溝を形成する。同様に応力感応素子基板３５を製造する
際に、各素子支持片３６と各応力感応素子３７の接合部であって素子支持片３６にエッチ
ングによる溝を形成する。このような溝を形成しておけば、ダイシングソーを用いなくて
も素子支持片３６、支持片３１を容易に折り取りにより切断することが可能であり、各加
速度検知ユニットに分割することが可能となる。
また、構造体基板３０を製造する際に、構造体の長尺梁と垂直に連結する短尺梁を複数
本形成し、用途に応じて適切な短尺梁のみを残し、他の短尺梁を折り取りようにしてもよ
い。

応力感応素子基板３５と構造体基板３０との接合は、接合剤として、エポキシ系、反応
型アクリル系、ポリウレタン系、フェノール系の接着剤、ガラスを高温で溶融して接合す
る方法、金錫を用いて接合する方法、陽極接合法等、種々な手法を用いることが可能であ
る。
また、可動部材１１の質量が不足し加速度検出感度が小さい場合には、可動部材１１の
上下面にほぼ同じ重さの質量を付加することにより加速度検出感度を改善することができ
る。
フォトリソグラフィ技術とエッチング手法を用いた加速度検知ユニットの製造方法を採
用すると、品質の均一な加速度検知ユニットの量産化が可能となり、コストの大幅低減が
図れるという効果がある。また、品質のばらつきが小さい加速度検知ユニットを効率良く
生産できるという利点もある。
尚、本願発明の加速度検知ユニットを凹部を有する容器内に収容する場合は、凹部の内
底面と応力感応素子７とが対面し、構造体５が容器の開口側を向くように加速度検知ユニ
ットを容器内に搭載してもよい。
このような構成であれば、加速度検知ユニットを容器内に収容する際に、加速度検知ユ
ニットを容器まで運ぶための手段は構造体７のみに触れることが可能であり、応力感応素
子７を傷つけることがない。
このような構成であっても、容器の開口側から構造体５の開口を介して露出した応力感
応部２０ａ、２０ｂの励振電極２３ａ、２３ｂへ電子ビーム等を照射し、応力感応素子７
の共振周波数を調整することが可能である。

本発明に係る加速度検知ユニット１の構成を示す概略斜視図。（ａ）は構造体の平面図、（ｂ）はその側面図。（ａ）は応力感応素子の平面図、（ｂ）はその側面図。（ａ）は加速度検知ユニット１の平面図、（ｂ）は短尺梁を設けた加速度検知ユニット１のシミュレーションによる各軸方向の感度、（ｃ）短尺梁を設けない加速度検知ユニットの各軸方向の感度を表にした図。構造体基板の構成を示す斜視図。応力感応素子基板の構成を示す斜視図。従来の加速度検出素子の構成を示す斜視図。

符号の説明

１…加速度検知ユニット、５…構造体、７…応力感応素子、１０…固定部材、１０ａ…
固定部材の表面、１１…可動部材、１１ａ…可動部材の表面、１２、１３…長尺梁、１４
…短尺梁、１５ａ、１５ｂ…くぼみ部、２０ａ、２０ｂ…応力感応部、２１、２２…固定
端、２３ａ、２３ｂ…励振電極、２４ａ、２４ｂ…リード電極、２５ａ、２５ｂ…端子電
極、３０…構造体基板、３１…支持片、３２…構造体、３５…応力感応素子基板、３６…
素子支持片、３７…応力感応素子

Claims

固定部材、可動部材、前記固定部材と前記可動部材とによって両端部を夫々支持された
二本の第１の梁、及び前記各第１の梁により両端部を固定され且つ各第１の梁と略直交す
る方向へ延びる第２の梁を備え、前記二本の第１の梁の前記固定部材寄りの端部の対向す
る二面に夫々くびれ部を備えた構造体と、応力感応部、及び該応力感応部の両端部に夫々
固定された固定端を有する応力感応素子と、を備え、前記固定部材及び前記可動部材の各
一面上に、前記応力感応素子の２つの固定端を夫々接合した加速度検知ユニットであって
、
前記二本の第１の梁は、印加される加速度により加速度検出軸方向に前記くびれ部を支
点として撓むように構成されていることを特徴とする加速度検知ユニット。
前記構造体と前記応力感応素子とが同一圧電材料で構成されていることを特徴とする請
求項１に記載の加速度検知ユニット。
前記構造体と前記応力感応素子とが水晶で構成されていることを特徴とする請求項１に
記載の加速度検知ユニット。
前記構造体が金属、又はシリコンで、前記応力感応素子が圧電材料で構成されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の加速度検知ユニット。
前記各第１の梁により両端部を固定され且つ各第１の梁と略直交する方向へ延びる複数
本の第２の梁を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の加速度
検知ユニット。
前記応力感応素子は、両端部に位置する固定端、及び各固定端間を連設する振動領域を
備えた圧電基板と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた圧電振動素
子であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の加速度検知ユニット。
前記応力感応素子は、両端部に位置する固定端、及び各固定端間を連設する２つの振動
ビームを備えた圧電基板と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた双
音叉型圧電振動素子であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の加速度
検知ユニット。
固定部材、可動部材、前記固定部材と前記可動部材とによって両端部を夫々支持された
二本の第１の梁、及び前記各第１の梁により両端部を固定され且つ各第１の梁と略直交す
る方向へ延びる第２の梁を備え、前記二本の第１の梁の前記固定部材寄りの端部の対向す
る二面に夫々くびれ部を備えた構造体と、応力感応部、及び該応力感応部の両端部に夫々
固定された固定端を有する応力感応素子と、を備え、前記固定部材及び前記可動部材の各
一面上に、前記応力感応素子の２つの固定端を夫々接合した加速度検知ユニットの製造方
法であって、
複数の支持片にて連結された複数の前記構造体を有する構造体基板を用意する工程と、
複数の素子支持片にて連結された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意
する工程と、
前記各構造体を構成する固定部材及び可動部材に対して、前記各応力感応素子の固定端
を接続する為に、前記構造体基板と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、
前記素子支持片、支持片を切断する工程と、
からなることを特徴とする加速度検知ユニットの製造方法。