JP2010008131A - 応力感応装置、応力感応装置の製造方法、及び加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】他軸感度を抑圧し、２つの応力感応素子関の音響結合を低減した差動型の応力感
応装置を得る。
【解決手段】２つのダイヤフラム１０、１５と、応力感応部及びこの応力感応部の両端部
に夫々固定部を有する２つの応力感応素子２、６と、重り部２０と、を備え、２つの応力
感応素子２、６は、夫々の応力感応素子２、６が、２つのダイヤフラム１０、１５の中間
領域を夫々跨ぐようにダイヤフラム１０、１５の一方の面に接続し、重り部２０は、２つ
のダイヤフラム１０、１５の間に配置され、２つのダイヤフラム１０、１５の他方の面の
中間領域に接続するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、応力感応装置、その製造方法及び加速度センサ関し、特に他軸感度を大幅に
抑制し、検出感度を高めた応力感応装置、その製造方法及び加速度センサに関する。

加速度センサは従来から自動車、航空機、ロッケットから各種プラントの異常振動監視
等まで、広く使用されている。特許文献１には、図７（ａ）に示すような一体形プッシュ
プル力変換器が開示されている。この力変換器は、取付部材７２、７４と、力感知部材７
６、７８と、から成る本体７０を有している。力感知部材７８は、取付部材７２に接続し
た第１の端部８２と、取付部材７４に接続した第２の端部８４と、第１及び第２の端部８
２、８４の間に形成された一対の振動ビーム８６を有している。力感知部材７６の第１の
端部９２は、変換器軸心８０と平行に取付部材７４から取付部材７２に向かって延びるア
ーム９８の端部に接続されている。力感知部材７６の第２の端部９４は、変換器軸心８０
と平行に取付部材７２から取付部材７４に向かって延びるアーム１００の端部に接続され
ている。力感知部材７６、７８の力感知軸心は、変換器軸心８０と平行に形成した振動ビ
ーム８６、９６と平行となるように構成されている。

取付部材７２、７４は構造部分１０２、１０４に取付けられていて、力変換器が構造部
分１０２、１０４によって伝達される引張力又は圧縮力の測定を行う。取付部材７２に作
用する力は、力感知部材７６の第２の端部９４と、力感知部材７８の第１の端部８２に伝
達される。同様に、取付部材７４に作用する力は力感知部材７６の第１の端部９２と、力
感知部材７８の第２の端部８４に伝達される。連結構造に形成されているため、力感知軸
心８０に直交した取付部材７２、７４に作用する力は引張力であれ、圧縮力であれ、一方
の感知部材には圧縮力が、他方の感知部材には引張力が作用すると開示されている。
なお、本体７０は一体構造をしており、例えば、水晶やシリコンウェハーからなる基板
をエッチングして形成することができる。また、力感知部材７６、７８は複振動ビーム型
の例を示しているが、表面音響変換器、単振動ビーム変換器、ピエゾ抵抗歪み計のような
他の変換器のものも使用できる。
図７（ｂ）は、揺動加速度計への力変換器の利用を示している。加速度計は試験質量１
１２が弾性部材（梁）１１４によって吊り下げ支持される支持体１１０を有している。力
変換器７０は、変換器軸心１２２が試験質量１１２の搖動軸心１２４に平行又は実質的に
平行であるように試験質量１１２と支持体１１０の間に連結された構造をしている。
特表平３−５０１５３１号公報

図７（ｂ）に示した特許文献１の加速度計は、弾性部材（梁）１１４がＺ軸方向に撓む
ことにより加速度を検知するように構成されている。しかしながら、弾性部材（梁）１１
４はＸ軸方向に沿って双曲線状に薄く加工されているためＸ軸方向にも撓み易く、Ｘ軸方
向の加速度も検知するという問題があった。
また、図７（ｂ）に示したような、支持体１１０と試験質量１１２と弾性部材１１４と
からなるカンチレバー構造を用いて差動型加速度計を構成すると、２つの力変換器同士が
試験質量１１２を介して音響結合し易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、他軸感度を大幅に抑圧し、音響結
合の低減し応力感応装置、その製造方法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］本発明に係る応力感応装置は、２つのダイヤフラムと、応力感応部及び該
応力感応部の両端部に夫々固定部を有する２つの応力感応素子と、重り部と、を備え、前
記２つの応力感応素子は、夫々の応力感応素子が、前記２つのダイヤフラムの中間領域を
夫々跨ぐように前記ダイヤフラムの一方の面と前記固定部とを固定、前記重り部は、前記
２つのダイヤフラムの間に配置され、前記２つのダイヤフラムの他方の面の中間領域と固
定した応力感応装置を特徴とする。

以上のように応力感応装置を構成し、２つのダイヤフラムの端部を固定部材に支持して
用いると、ダイヤフラムの垂直方向の力に対し、ダイヤフラムは変形するように構成され
ているため、該方向の加速度が検出される。ダイヤフラムと平行な長辺方向の力に対して
は、ダイヤフラムの変形は極めて小さいし、ダイヤフラムと平行な短辺方向の力に対して
は、さらに変形しづらい。つまり、他軸感度は極めて小さいという効果がある。また、２
つの応力感応素子が搭載されたダイヤフラムは、重り部の両端に立設した突部を介して接
しているため、応力感応素子相互の音響漏れは極めて小さいという効果がある。さらに、
２つの応力感応素子が差動型構成であるので、応力感度（加速度感度）が１つの場合の２
倍であり、加速度方向も検出できるという利点がある。

［適用例２］前記ダイヤフラムと前記重り部との間に突部を有し、該突部を介して前記
重り部と前記２つのダイヤフラムとが夫々接続されることを特徴とする適用例１に記載の
応力感応装置である。

以上のように応力感応装置を構成すると、応力感応素子相互の音響漏れは極めて小さく
、加速度の測定精度が向上すると共に、加速度の感度が上がるという効果がある。

［適用例３］前記突部が菱型形状をしていることを特徴とする適用例２に記載の応力感
応装置である。

以上のように重り部の突部を菱型形状に構成すると、加速度の感度が最もよくなると共
に、応力感応素子相互の音響漏れが少ないという効果がある。

［適用例４］前記突部が楕円形状をしていることを特徴とする適用例２に記載の応力感
応装置である。

以上のように重り部の突部を楕円形状に構成すると、加速度の感度が長方形に比較して
よくなると共に、過度の加速度に耐用でき、音響漏れ防止による加速度精度も向上すると
いう効果がある。

［適用例５］前記応力感応素子は、圧電振動素子であることを特徴とする適用例１乃至
４の何れか１項に記載の応力感応装置である。

以上のように圧電振動素子を用いて応力感応装置を構成すると、応力感応装置の加速度
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６］前記応力感応素子は、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４の何れか１項に記載の応力感応装置である。

以上のように双音叉型圧電振動素子を用いて応力感応装置を構成すると、応力感応装置
の品質が安定すると共に、応力感応装置の加速度測定精度、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７］適用例１乃至６の何れか１項に記載の応力感応装置の製造方法であって、
複数の素子支持片にて連結された、複数の前記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、複数のダイヤフラム支持片にて連結された、複数の前記ダイヤフラムを
有するダイヤフラム基板を用意する工程と、複数の重り部支持片にて連結された、複数の
前記重り部を有する重り部基板を用意する工程と、前記重り部基板の両面の複数の突部と
、前記各ダイヤフラム基板の複数のダイヤフラムの他方の面とを夫々重ね合わせて第１の
積層体を形成する工程と、
前記応力感応素子基板を前記積層体の両面に夫々重ね合わせて第２の積層体を形成する
工程と、前記第２の積層体の前記素子支持片、前記ダイヤフラム支持片及び前記重り部支
持片を切断する工程と、からなることを特徴とする応力感応装置の製造方法である。

以上のように、フォトリソグラフィ技術とエッチング手法を用いた応力感応装置の製造
方法を採用すると、品質の均一な応力感応装置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応力感応装置を効率良く生産
できるという利点もある。

［適用例８］適用例１乃至６の何れか１項に記載された応力感応装置と、該応力感応装
置を気密封止するハウジング及び蓋と、前記２つの応力感応素子を構成する励振電極と夫
々電気的に接続される２つの発振回路と、該発振回路の周波数変化を処理する処理装置と
、を備えたことを特徴とする加速度センサである。

以上のように加速度センサを構成すると、加速度センサは他軸感度が極めて小いと共に
、応力感応素子相互の音響漏れが少ないので、加速度の測定精度が向上するという効果が
ある。さらに、差動型構成であるので、加速度感度が良く、加速度方向も検出できるとい
う利点がある。

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、本発明の一実施形態に係る応力感応装置の構成を示す分解斜視図であり、図２
は応力感応装置の断面図である。応力感応装置１は、第１及び第２の応力感応素子２、６
と、該応力感応素子２、６を搭載した第１及び第２のダイヤフラム１０、１５と、該第１
及び第２のダイヤフラム１０、１５の間に配置された重り部２０と、を備えている。
第１及び第２の応力感応素子２、６と、第１及び第２のダイヤフラム１０、１５とは、
共に同一構造をしているので、一方の応力感応素子、ダイヤフラムについて説明する。第
１の応力感応素子２は、例えば図１に示すように、２つ固定部３、４、及び各固定部３、
４間を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板からなる応力感応部５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。
第１のダイヤフラム１０は、図１に示すように、矩形状平板の一方の主面１１ａ上の周
縁部に環状に立設された外周壁１２と、該外周壁１２内であって、図中左右の端部寄りに
平行に配置した２つの搭載パッド１３、１４と、を備えている。他方の主面１１ｂは平坦
面である。
重り部２０は、矩形状平板の両主面２１ａ、２１ｂの中央部に対称に突き出た突部２３
（２３ａ、２３ｂ）を備えている。
そして、第１及び第２のダイヤフラム１０、１５と、第１及び第２の応力感応素子２、
６とは、重り部２０の厚さの中心線に対して上下に対称に配置されている。

第１の応力感応素子２、例えば双音叉型水晶振動素子は、フォトリソグラフィ技術とエ
ッチング手法を用いて水晶基板を微細に加工し、大量生産する技術が確立されている。ま
た、第１のダイヤフラム１０及び重り部２０もフォトリソグラフィ技術と、エッチング手
法と用いて、水晶基板を加工して形成することができる。ダイヤフラム１０は一方の主面
のみ、重り部２０は両主面を加工して形成する。なお、第１及び第２のダイヤフラム１０
、１５及び重り部２０は必ずしも圧電材料である必要はない。例えばダイヤフラム１０、
１５及び重り部２０は、恒弾性の金属材料でもよい。ただ、応力感応素子と線膨張係数が
同等であることが望ましい。

本実施の形態に係る応力感応装置１の構成は、重り部２０の両主面２１ａ、２１ｂに立
設している突部２３ａ、２３ｂの端面に接着剤等を塗布し、該接着剤に夫々第１及び第２
のダイヤフラム１０、１５の平坦面１１ｂ、１６ｂを載置し、接着、固定する。そして、
第１及び第２のダイヤフラム１０、１５に形成した搭載パッド１３、１４及び１８、１９
に接着剤等を塗布し、該接着剤上に夫々第１及び第２の双音叉型水晶振動素子２、６の固
定部４、５および７、８を載置し、接着、固定して、構成される。つまり、第１及び第２
の双音叉型水晶振動素子２、６の応力感応部５、９は、夫々搭載パッド１３、１４及び１
８、１９の間に位置し、第１及び第２のダイヤフラム１０、１５の中間領域を夫々が跨ぐ
ように構成され、自由に励振できる。応力感応装置１の構造は、図２に示すように、厚さ
方向に対し対称に構成されている。

図２に示す応力感応装置１の動作について説明する。応力感応装置１の第１及び第２の
ダイヤフラム１０、１５夫々の少なくとも一方の端部は、固定部材に固定され、＋Ｚ軸方
向の加速度αが応力感応装置１に印加されたものとする。応力感応装置１には、慣性力に
より−Ｚ軸方向の力Ｆ（ｍα、ｍは質量）が作用する。この力Ｆが重み部２０の突部２３
（２３ａ、２３ｂ）に作用し、第１のダイヤフラム１０は−Ｚ軸方向に引っ張られ、第２
のダイヤフラム１５は−Ｚ軸方向に押され、第１及び第２のダイヤフラム１０、１５共に
湾曲に撓むことになる。ダイヤフラム１０、１５が加速度により変形することにより、第
１及び第２のダイヤフラム１０、１５の夫々の搭載パッド１３、１４及び１８、１９が湾
曲に撓む。その結果、搭載パッド１３、１４及び１８、１９に固定された双音叉型水晶振
動素子２、６はダイヤフラム１０、１５の変形に伴うＹ軸方向の力を受けて湾曲に変形し
、応力感応部５、９にＹ軸方向の応力が加わるため、双音叉型水晶振動素子２、６の共振
周波数が変化する。第１及び第２のダイヤフラム１０、１５の形状は、応力感応装置１の
厚さの中心線に対し上下対称に構成されているので、第１及び第２のダイヤフラム１０、
１５の撓みより第１の双音叉型水晶振動素子２には圧縮応力が働き、第２の双音叉型水晶
振動素子６には伸長応力が働くことになる。つまり、第１の双音叉型水晶振動素子２の共
振周波数は減少し、第２の双音叉型水晶振動素子６の共振周波数は増加するように動作す
る。

例えば、第１及び第２の双音叉型水晶振動素子２、６の無負荷時の共振周波数Ｆ１、Ｆ
２を共に４０ｋＨｚに設定したものとする。＋Ｚ軸方向にある加速度（α）が印加され、
共振周波数Ｆ１がｆ１＝３８ｋＨｚに、Ｆ２がｆ２＝４２ｋＨｚに変化したとする。差周
波数の絶対値｜ｆ２−ｆ１｜は４ｋＨｚになる。反対に、−Ｚ軸方向に同じ大きさの加速
度（−α）が印加されると、共振周波数Ｆ１がｆ１＝４２ｋＨｚに、Ｆ２がｆ２＝３８ｋ
Ｈｚに変化する。差周波数の絶対値｜ｆ２−ｆ１｜は４ｋＨｚになる。このように、２つ
の応力感応素子２、６を用いて差動構造の応力感応装置１を構成すると、応力感応素子が
１つの場合の変化量２ｋＨｚに比べて、加速度検出感度は２倍となる。更に、差周波数の
符号により加速度の方向が判別される。なお、第１及び第２の双音叉型水晶振動素子２、
６の無負荷時の共振周波数Ｆ１、Ｆ２は必ずしも同一である必要はない。

図１、２に示した応力感応装置１では、第１及び第２の応力感応素子２、６は、夫々２
つの固定部３、４及び８、９と、各固定部間を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基
板からなる応力感応部５、９と、圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた
双音叉型水晶振動素子を用いている。
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。以上から双音叉型水晶振動素子
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。
また、応力と頂点温度との関係は、双音叉型水晶振動素子に伸張応力を付加すると頂点
温度は低音側へシフトし、圧縮応力を加えると高温側へシフトする特性を有している。

図３は、ダイヤフラム１０（１５）の長辺を１９ｍｍ、短辺を１１．５ｍｍとし、双音
叉型水晶振動素子２（６）の長さを１３．６ｍｍ、幅を３ｍｍ、厚さを１５０μｍとし、
重り部２０の厚みを６００μｍとした応力感応装置１の基準化感度を示す図である。重り
部２０の突部２３の形状を長方形とし、その短辺を１ｍｍ、長辺を２ｍｍから６ｍｍの間
で変化させた場合の応力感応装置１の感度をシミュレーションにより求めた図である。長
辺の寸法は３ｍｍから４ｍｍの範囲で感度が最も良好になる。
また、図４は突部２３の形状と変えた場合の相対的な感度比較である。長辺寸法を４ｍ
ｍ、短辺寸法（突起横幅）を０．５ｍｍから４ｍｍまで変化させた場合、突部２３の形状
を、長方形、楕円、菱型の形状とした場合、相対感度がどのように変化するかシミュレー
ションにより求めた図である。相対感度としては菱型形状が最も良く、次が楕円、長方形
の形状となった。
尚、長方形とは、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに延びる辺を備えた四角形であり、この場合、
長辺寸法とはＹ軸方向に延びる辺の長さのことであり、短辺寸法とはＸ軸方向に延びる辺
の長さのことである。
更に、楕円形とは、Ｙ軸方向に楕円の長軸が延び、Ｘ軸方向に楕円の短軸方向が延びた
け以上であり、この場合、長辺寸法とは長径のことであり、短辺寸法とは短径のことであ
る。
また、菱形とは、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに延びた対角線を備えた四角形であり、この場
合、長辺寸法とはＹ軸方向に延びる対角線の長さのことであり、短辺寸法とはＸ軸方向に
延びる対角線の長さのことである。

図４より突部の短辺の幅を狭くするほど感度はよく、長辺方向が応力感応素子２の長手
方向と一致する場合が、感度が良い。シミュレーションした中では突部の形状が菱型の場
合が、感度が最も高かった。
これは、四角形状の突部２３を備えたダイヤフラム場合は、楕円形の突部２３を備えた
ダイヤフラムと比較して、突部２３の角部（頂点部分）に応力が集中し易いため、その角
部を結ぶ対角線方向にダイヤフラムが大きく撓む性質がある。
その為、菱形の突部２３の場合では、突部２３の対角線の方向とＹ軸方向（振動ビーム
の延び方向）とが一致しているため、ダイヤフラムに発生した応力はＹ軸方向の成分が大
きい。
そしてＹ軸方向に発生した大きな応力が、応力感応部５を振動ビームの延び方向に撓ま
せるように作用する為、応力感応装置１は感度が高いものとなる。
一方、長方形の突部２３の場合では、突部２３の対角線の方向と振動ビームの延び方向
とが一致していない。
その為、応力感応部５を振動ビームの延び方向に撓ませる応力は、菱形の突部２３を備
えた場合よりも小さい。
即ち、等しい値の加速度が加わる条件下において長方形の突部２３を備えたダイヤフラ
ムを備えた応力感応装置１と、これと短辺寸法並びに長辺寸法とが等しい菱形の突部２３
を備えたダイヤフラムを備えた応力感応装置１との感度特性を比較すると、菱形の突部２
３を備えたダイヤフラムを有する応力感応装置１の方が、突部２３の対角線方向と応力感
応部５の振動ビームの延長方向（感度軸方向）とのズレが小さい。
その為、突部２３の対角線上に発生する大きな応力は、応力感応部５を圧縮、伸張する
応力へとダイヤフラムを介して効率よく伝達される。
従って、菱形の突部２３を備えた応力感応装置１の方が、他の形の突部２３を備えた応
力感応装置よりも感度特性に優れたものとなる。
また、突部の形状を楕円とした場合、ダイヤフラムへの応力集中が緩和され、過度の応
力にも耐用できる利点がある。また、ダイヤフラムの薄型化が可能であり、応力感応装置
の感度を高めることができるという利点がある。

本実施の形態に係る応力感応装置の特徴は、図２に示すようにダイヤフラム１０、１５
の端部を固定部材に支持し、ダイヤフラム１０、１５に対し垂直方向、つまりＺ軸（厚さ
）方向の力に対し、ダイヤフラム１０、１５は容易に変形するように構成されているので
、Ｚ軸方向の加速度が検出される。ダイヤフラム１０、１５と平行、つまりＹ軸（長辺）
方向に力に対しては、ダイヤフラム１０、１５の変形は極めて小さい。ダイヤフラム１０
、１５と平行なＸ軸（短辺）方向に力に対しては、さらに変形しづらい。つまり、他軸（
Ｘ、Ｙ軸）感度は極めて小さいという特徴がある。
また、第１及び第２の応力感応素子２、６が固定されたダイヤフラム１０、１５は、重
り部２０の突部２３を介して接しているため、互いの音響漏れは極めて小さいという効果
がある。
さらに、第１及び第２の応力感応素子２、６が差動型構成であるので、応力感度（加速
度感度）が２倍であり、加速度方向も検出できるという効果もある。

次に、本発明に係る応力感応装置１の製造方法を、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用い
て説明する。図５（ａ）は応力感応素子基板３０の斜視図であり、応力感応素子基板３０
は、格子状に並んだ複数の応力感応素子２と、各応力感応素子２を支持する複数の素子支
持片３１と、を備えている。図５（ｂ）はダイヤフラム基板３５の斜視図であり、ダイヤ
フラム基板３５は、格子状に並んだ複数のダイヤフラム１０と、各ダイヤフラム１０を支
持する複数のダイヤフラム支持片３６と、を備えている。また、図５（ｃ）は重り部基板
４０の斜視図であり、重り部基板４０は、格子状に並んだ複数の重り部２０と、各重り部
２０を支持する複数の重り部支持片４１と、を備えている。
応力感応装置１は、形状寸法が同一に形成された第１及び第２の応力感応素子２、６と
、該応力感応素子２、６を夫々搭載する、同一形状に形成された第１及び第２のダイヤフ
ラム１０、１５と、第１及び第２のダイヤフラム１０、１５の間に配置された重り部２０
と、から構成される。第１及び第２のダイヤフラム１０、１５の夫々の少なくとも一方の
端部は固定部材に支持され、重り部２０はＺ軸方向の加速度が印加されると揺動するよう
に構成されている。重り部２０が揺動することにより、第１及び第２のダイヤフラム１０
、１５はＺ軸方向に変形し、第１及び第２の応力感応素子３、６には互いに異なる応力が
加わることになる。

本実施の形態の応力感応装置の製造方法は、図５（ａ）の斜視図に示すように、素子支
持片３１にて連結された複数の応力感応素子２を有する応力感応素子基板３０を用意する
工程と、図５（ｂ）に示すように、ダイヤフラム支持片３６にて連結された複数のダイヤ
フラム１０を有するダイヤフラム基板３５を用意する工程と、図５（ｃ）に示すように、
重り部支持片４１にて連結された複数の重り部２０を有する重り部基板４０を用意する工
程と、を有している。
更に、重り部基板４０の各重り部２０の突部２３（２３ａ、２３ｂ）の両端面に接着剤
を塗布し、該突部２３の両端面にダイヤフラム基板３５の各ダイヤフラム１０の平坦面を
重ね合わせる工程と、ダイヤフラム基板３５の各ダイヤフラム１０（１５）の搭載パッド
１３、１４（１８、１９）に接着剤を塗布し、該搭載パッド１３、１４（１８、１９）に
応力感応素子基板３０の各応力感応素子２を重ね合わせる工程と、接着剤を硬化させた後
、複数の素子支持片３１、ダイヤフラム支持片３６及び重り部支持片４１を切断する工程
と、から構成されている。

応力感応素子基板３０、ダイヤフラム基板３５及び重り部基板４０の製造方法は同様で
あるので、応力感応素子基板３０を例にして説明する。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（ａ）の破線で囲
んだ応力感応素子２が格子状に配列した応力感応素子基板３０を形成する。応力感応素子
基板３０の各応力感応素子２は、複数の素子支持片３１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３０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、
真空中で各応力感応素子２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。
なお、ダイヤフラム基板３５及び重り部基板４０については、電極等の形成は必要とし
ないし、基板材料として必ずしも水晶板を用いる必要はない。ただ、応力感応装置に精度
を上げるには、応力感応素子２（６）、ダイヤフラム１０（１５）及び重り部２０の線膨
張係数がほぼ等しいことが望ましい。

次に、重り部基板４０の両面にダイヤフラム基板３５を整合するように重ね合わせ、両
ダイヤフラム基板３５の各搭載パッドに応力感応素子基板３０の各応力感応素子２の固定
部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、ダイヤフラム支持片
３１及び重り部支持片４１を、ダイシングソー等を用いて切断すれば、応力感応装置１が
得られる。
又は、応力感応素子基板３０、ダイヤフラム基板３５及び重り部基板４０を製造する際
に、各素子支持片３１、ダイヤフラム支持片３６及び重り部支持片４１と、応力感応素子
２、ダイヤフラム１０及び重り部２０との接合部であって夫々の支持片３１、３６、４１
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
いなくても夫々の支持片３１、３６、４１を容易に折り取りにより切断することが可能で
あり、各応力感応装置に分割することが可能となる。

重り部基板４０とダイヤフラム基板３５との接合、ダイヤフラム基板３５と応力感応素
子基板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、重り部２０を重くするか、ダイヤフラム１０（１５）を薄くすることにより応力
感応装置の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応力感応装置の製造方法を採用する
と、品質の均一な応力感応装置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応力感応装置を効率良く生産できるという利
点もある。

図６は加速度センサ５０の断面図であり、図２に示した応力感応装置１を９０°回転し
、匡体５１の台座５２にダイヤフラム１０（１５）を固定したものである。加速度センサ
５０は、応力感応装置１と、該応力感応装置１を固定する台座５２と、気密的に封止する
匡体５１及び蓋５７と、第１及び第２の応力感応素子の励振電極と夫々電気的に接続され
る２つの発振回路５４と、該発振回路５４の周波数の変化を処理するデータ処理装置５３
と、を備えている。なお、匡体５１の底部には外部電極が設けられている。応力感応装置
１の第１及び第２の応力感応素子２、６と、２つの発振回路５４の端子とはボンディング
ワイヤにて接続する。

本発明に係る応力感応装置の分解斜視図。 本発明に係る応力感応装置の断面図。 応力感応装置の突部の長辺方向を変化させたときの相対感度をグラフで示す図。 応力感応装置の突部の形状と、その短辺方向を変化させたときの相対感度をグラフで示す図。 応力感応装置の製造方法を説明図で、（ａ）は応力感応素子基板、（ｂ）はダイヤフラム基板、（ｃ）は重り部基板の斜視図。 加速度センサの断面図。 （ａ）は従来の一体形プッシュプル力変換器の平面図、（ｂ）は揺動加速度計の斜視図。

符号の説明

１…応力感応装置、２、６…応力感応素子、３、４、７、８…固定部、５、９…応力感
応部、１０、１５…ダイヤフラム、１１ａ、１６ａ…凹陥面、１１ｂ、１６ｂ…平坦面、
１２、１７…外周壁、１３、１４、１８、１９…搭載パッド、２０…重り部、２１ａ、２
１ｂ…主面、２３（２３ａ、２３ｂ）…突部、３０…応力感応素子基板、３１…素子支持
片、３５…ダイヤフラム基板、３６…ダイヤフラム支持片、４０…重り部基板、４１…重
り部支持片

Claims (8)

1. ２つのダイヤフラムと、応力感応部及び該応力感応部の両端部に夫々固定部を有する２
   つの応力感応素子と、重り部と、を備え、
   前記２つの応力感応素子は、夫々の応力感応素子が、前記２つのダイヤフラムの中間領
   域を夫々跨ぐように前記ダイヤフラムの一方の面と前記固定部とを固定し、
   前記重り部は、前記２つのダイヤフラムの間に配置され、前記２つのダイヤフラムの他
   方の面の中間領域と固定したものであることを特徴とする応力感応装置。
2. 前記ダイヤフラムと前記重り部との間に突部を有し、該突部を介して前記重り部と前記
   ２つのダイヤフラムとが夫々接続されることを特徴とする請求項１に記載の応力感応装置
   。
3. 前記突部が菱型形状をしていることを特徴とする請求項２に記載の応力感応装置。
4. 前記突部が楕円形状をしていることを特徴とする請求項２に記載の応力感応装置。
5. 前記応力感応素子は、圧電振動素子であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１
   項に記載の応力感応装置。
6. 前記応力感応素子は、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４の
   何れか１項に記載の応力感応装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の応力感応装置の製造方法であって、
   複数の素子支持片にて連結された、複数の前記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、
   複数のダイヤフラム支持片にて連結された、複数の前記ダイヤフラムを有するダイヤフ
   ラム基板を用意する工程と、
   複数の重り部支持片にて連結された、複数の前記重り部を有する重り部基板を用意する
   工程と、
   前記重り部基板の両面の複数の突部と、前記各ダイヤフラム基板の複数のダイヤフラム
   の他方の面とを夫々重ね合わせて第１の積層体を形成する工程と、
   前記応力感応素子基板を前記積層体の両面に夫々重ね合わせて第２の積層体を形成する
   工程と、
   前記第２の積層体の前記素子支持片、前記ダイヤフラム支持片及び前記重り部支持片を
   切断する工程と、からなることを特徴とする応力感応装置の製造方法。
8. 請求項１乃至６の何れか１項に記載された応力感応装置と、該応力感応装置を気密封止
   するハウジング及び蓋と、前記２つの応力感応素子を構成する励振電極と夫々電気的に接
   続される２つの発振回路と、該発振回路の周波数変化を処理する処理装置と、を備えたこ
   とを特徴とする加速度センサ。

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