JP4466610B2 - Acceleration sensor and method of manufacturing acceleration sensor - Google Patents

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Description

本発明は、加速度センサおよび加速度センサの製造方法に関する。   The present invention relates to an acceleration sensor and a method for manufacturing the acceleration sensor.

従来の加速度センサとして、例えば特許文献1に記載されているように、分極方向が異なる複数の圧電セラミック素子を備えたものが知られている。この加速度センサに加速度が加わると、加速度と圧電セラミック素子の質量とによって慣性力が発生し、かかる慣性力によって生じる動荷重が圧電セラミック素子に付与されて、圧電セラミック素子に歪みが発生する。以下、この動荷重を単に「荷重」と呼ぶこととする。各圧電セラミック素子は、それぞれ分極方向からの荷重に応じた量の電荷を出力する。各圧電セラミック素子から出力された電荷量を合計することによって、加速度が検出される。
実開平7−72167号公報
As a conventional acceleration sensor, as described in Patent Document 1, for example, a sensor including a plurality of piezoelectric ceramic elements having different polarization directions is known. When acceleration is applied to the acceleration sensor, an inertial force is generated by the acceleration and the mass of the piezoelectric ceramic element, and a dynamic load generated by the inertial force is applied to the piezoelectric ceramic element, so that the piezoelectric ceramic element is distorted. Hereinafter, this dynamic load is simply referred to as “load”. Each piezoelectric ceramic element outputs an amount of electric charge corresponding to the load from the polarization direction. The acceleration is detected by summing the amount of charge output from each piezoelectric ceramic element.
Japanese Utility Model Publication No. 7-72167

上述の加速度センサが備える各圧電セラミック素子は、荷重に応じた量の電荷とともに、周囲温度が変化した場合にはパイロ効果による焦電荷、すなわち周囲温度の変化に応じた量の焦電荷を出力することがある。この場合には、焦電荷がノイズとなり、正確な加速度の検出が困難となる。   Each of the piezoelectric ceramic elements included in the above-described acceleration sensor outputs a pyroelectric charge due to the pyro effect, that is, a pyroelectric charge according to the change in the ambient temperature when the ambient temperature changes, along with a charge corresponding to the load. Sometimes. In this case, the pyroelectric charge becomes noise, and it is difficult to accurately detect acceleration.

そこで、本発明は、正確な加速度を検出することが可能な加速度センサおよび加速度センサの製造方法を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an acceleration sensor capable of detecting accurate acceleration and a method for manufacturing the acceleration sensor.

本発明に係る加速度センサは、圧電素子と、圧電素子の表面に沿って形成された外部電極と、を備える加速度センサであって、圧電素子は、第1圧電体層、第2圧電体層、および第3圧電体層と、第1、第2、および第3圧電体層それぞれを挟むように形成されて外部電極に接続される内部電極と、を有し、第1圧電体層において、当該第1圧電体層を挟む内部電極と重なる第1領域は、圧電素子の積層方向に対して垂直な方向に分極されており、第2圧電体層において、当該第2圧電体層を挟む内部電極と重なる第2領域は、圧電素子の積層方向に分極されており、第3圧電体層において、当該第3圧電体層を挟む内部電極と重なる第3領域は、第2領域の分極を打ち消す方向に分極されており、第3領域に付与される荷重が第2領域に付与される荷重と比べて小さいことを特徴とする。   An acceleration sensor according to the present invention is an acceleration sensor comprising a piezoelectric element and an external electrode formed along the surface of the piezoelectric element, wherein the piezoelectric element includes a first piezoelectric layer, a second piezoelectric layer, And the third piezoelectric layer, and an internal electrode that is formed so as to sandwich the first, second, and third piezoelectric layers and is connected to the external electrode. In the first piezoelectric layer, The first region overlapping the internal electrode sandwiching the first piezoelectric layer is polarized in a direction perpendicular to the stacking direction of the piezoelectric elements, and the internal electrode sandwiching the second piezoelectric layer in the second piezoelectric layer. The second region overlapping with the piezoelectric element is polarized in the stacking direction of the piezoelectric element. In the third piezoelectric layer, the third region overlapping with the internal electrode sandwiching the third piezoelectric layer cancels the polarization of the second region. The load applied to the third region is applied to the second region. Characterized in that small compared to the load applied.

本発明の加速度センサによれば、圧電素子は第1圧電体層と第2圧電体層とを有している。第1圧電体層の第1領域は圧電素子の積層方向に対して垂直な方向に分極されており、第2圧電体層の第2領域は圧電素子の積層方向に分極されている。したがって、第1領域は圧電素子の積層方向に対して垂直な方向からの荷重に応じた量の電荷を、第2領域は圧電素子の積層方向からの荷重に応じた量の電荷を、それぞれ出力することができる。   According to the acceleration sensor of the present invention, the piezoelectric element has the first piezoelectric layer and the second piezoelectric layer. The first region of the first piezoelectric layer is polarized in a direction perpendicular to the stacking direction of the piezoelectric elements, and the second region of the second piezoelectric layer is polarized in the stacking direction of the piezoelectric elements. Accordingly, the first region outputs an amount of charge corresponding to the load from the direction perpendicular to the piezoelectric element stacking direction, and the second region outputs an amount of charge corresponding to the load from the piezoelectric element stacking direction. can do.

第2領域のように圧電素子の積層方向に分極された領域は、荷重による電荷だけでなく、周囲温度が変化した場合にはパイロ効果による焦電荷、すなわち温度変化の傾きに応じた量の焦電荷を出力することが従来から知られている。本発明の加速度センサが備える圧電素子は、第1圧電体層および第2圧電体層だけでなく、第3圧電体層を有している。第3圧電体層は第3領域を含んでいる。この第3領域は、圧電素子の積層方向に分極されており、しかも付与される荷重が小さいため、荷重による電荷よりも周囲温度の変化に応じた量の焦電荷を主に出力する。周囲温度の変化に応じた量の焦電荷を主に出力するこの第3領域は、第2領域の分極を打ち消す方向に分極されているため、第2領域により出力された電荷から、焦電荷の分をキャンセルすることができる。このように、本発明の加速度センサでは、焦電荷を効果的に除去することができる。その結果、正確な加速度を検出することが可能となる。   A region polarized in the stacking direction of the piezoelectric elements, such as the second region, is not only a charge due to a load but also a pyroelectric charge due to the pyro effect when the ambient temperature changes, that is, an amount of focus corresponding to the slope of the temperature change. It is conventionally known to output electric charges. The piezoelectric element included in the acceleration sensor of the present invention includes not only the first piezoelectric layer and the second piezoelectric layer but also a third piezoelectric layer. The third piezoelectric layer includes a third region. Since the third region is polarized in the stacking direction of the piezoelectric elements and the applied load is small, the amount of pyroelectric charge corresponding to the change in ambient temperature is mainly output rather than the electric charge due to the load. This third region, which mainly outputs pyroelectric charges in an amount corresponding to changes in the ambient temperature, is polarized in a direction that cancels the polarization of the second region. Therefore, from the charges output by the second region, You can cancel minutes. Thus, the acceleration sensor of the present invention can effectively remove the pyroelectric charge. As a result, accurate acceleration can be detected.

また、第3領域と内部電極との接触面積は、第2領域と内部電極との接触面積と略同一であることが好ましい。この場合、第3領域から出力される焦電荷の量は、第2領域から出力される焦電荷の量と略同等となる。よって、第2領域から出力された電荷のうち、焦電荷の分をより確実にキャンセルすることができる。その結果、より正確な加速度を検出することが可能となる。   The contact area between the third region and the internal electrode is preferably substantially the same as the contact area between the second region and the internal electrode. In this case, the amount of pyroelectric charge output from the third region is substantially equal to the amount of pyroelectric charge output from the second region. Accordingly, it is possible to more reliably cancel the pyroelectric charge out of the electric charges output from the second region. As a result, more accurate acceleration can be detected.

また、圧電素子は基体部とおもり部とを更に有しており、第1、第2、および第3圧電体層およびおもり部は基体部上に形成され、第1および第2圧電体層は基体部とおもり部との間に形成されていることが好ましい。この場合、おもり部に慣性力が働くため、第1圧および第2圧電体層に対して十分な荷重を付与することができる。その結果、加速度を精度よく検出することができる。   The piezoelectric element further includes a base portion and a weight portion, the first, second, and third piezoelectric layers and the weight portion are formed on the base portion, and the first and second piezoelectric layers are It is preferably formed between the base portion and the weight portion. In this case, since an inertial force acts on the weight portion, a sufficient load can be applied to the first pressure and the second piezoelectric layer. As a result, acceleration can be detected with high accuracy.

また、圧電素子の積層方向に対して垂直な方向から見て、第2圧電体層は第3圧電体層よりも基体部側に位置していることが好ましい。この場合、第3圧電体層は第2圧電体層の上に配されることとなるため、第2圧電体層に付与される荷重と比べて、第3圧電体層に付与される荷重を確実に小さくすることができる。その結果、第3領域が荷重による電荷を出力する可能性を、確実に低減することができる。   Further, it is preferable that the second piezoelectric layer is located closer to the base portion than the third piezoelectric layer as viewed from a direction perpendicular to the stacking direction of the piezoelectric elements. In this case, since the third piezoelectric layer is disposed on the second piezoelectric layer, the load applied to the third piezoelectric layer is less than the load applied to the second piezoelectric layer. It can be surely made small. As a result, the possibility that the third region outputs charges due to the load can be reliably reduced.

また、圧電素子の積層方向に対して垂直な方向から見て、第2圧電体層は第1圧電体層よりも基体部側に位置していることが好ましい。   Further, it is preferable that the second piezoelectric layer is located closer to the base portion than the first piezoelectric layer when viewed from a direction perpendicular to the stacking direction of the piezoelectric elements.

加速度センサは、回路基板に半田付けされることによって、回路基板と電気的および機械的に接続される。このとき、加速度センサの基体部と回路基板とは対向し、外部電極と回路基板とにわたって半田フィレットが形成される。加速度センサは、この半田フィレットによって、特に積層方向に対して垂直な方向への伸縮(変位)が制限されてしまうことがある。積層方向に対して垂直な方向への伸縮が制限されると、第1圧電体層から出力される電荷量が、この方向から付与された荷重を正確に反映したものではなくなってしまう。本発明の圧電素子では、第1圧電体層と基板部との間に第2圧電体層を介在させることによって、第1圧電体層回路基板からより遠ざけている。この場合、第1圧電体層は、半田フィレットからも遠ざかることとなるため、半田フィレットにより伸縮を制限されることが少なくなる。よって、第1圧電体層は、荷重を正確に反映した量の電荷を出力することができる。その結果、より正確な加速度を検出することが可能となる。   The acceleration sensor is electrically and mechanically connected to the circuit board by being soldered to the circuit board. At this time, the base portion of the acceleration sensor and the circuit board face each other, and a solder fillet is formed across the external electrode and the circuit board. In the acceleration sensor, expansion and contraction (displacement) in a direction perpendicular to the stacking direction may be restricted by the solder fillet. When the expansion and contraction in the direction perpendicular to the stacking direction is restricted, the amount of charge output from the first piezoelectric layer does not accurately reflect the load applied from this direction. In the piezoelectric element of the present invention, the second piezoelectric layer is interposed between the first piezoelectric layer and the substrate portion, thereby being further away from the first piezoelectric layer circuit board. In this case, since the first piezoelectric layer is also moved away from the solder fillet, expansion and contraction is less restricted by the solder fillet. Therefore, the first piezoelectric layer can output an amount of charge that accurately reflects the load. As a result, more accurate acceleration can be detected.

また、圧電素子の積層方向から見て、第1圧電体層と基体部との間に位置する層の大きさが基体部の大きさよりも小さいことが好ましい。この場合、圧電素子は、第1圧電体層と基体部との間が内側に凹んだ外形を呈することとなる。外部電極は圧電素子の表面に沿って形成されるため、かかる外部電極もまた内側に凹んだ外形を呈することとなる。このように内側に凹んだ部分には、半田フィレットが形成されにくい。したがって、第1圧電体層が半田フィレットによって伸縮を制限される可能性を、より低減することができる。   Moreover, it is preferable that the size of the layer located between the first piezoelectric layer and the base portion is smaller than the size of the base portion when viewed from the stacking direction of the piezoelectric elements. In this case, the piezoelectric element has an outer shape in which the space between the first piezoelectric layer and the base portion is recessed inward. Since the external electrode is formed along the surface of the piezoelectric element, the external electrode also has an outer shape that is recessed inward. In this way, the solder fillet is difficult to be formed in the indented portion. Therefore, it is possible to further reduce the possibility that the first piezoelectric layer is restricted from being expanded or contracted by the solder fillet.

また、圧電素子の積層方向から見て、第1圧電体層の大きさが基体部の大きさよりも小さいことが好ましい。この場合、圧電素子は、第1圧電体層の部分が内側に凹んだ外形を呈することとなる。外部電極は圧電素子の表面に沿って形成されるため、かかる外部電極もまた内側に凹んだ外形を呈することとなる。このように内側に凹んだ部分には、半田フィレットが形成されにくい。したがって、第1圧電体層が半田フィレットによって伸縮を制限される可能性を、更に低減することができる。   Further, it is preferable that the size of the first piezoelectric layer is smaller than the size of the base portion when viewed from the stacking direction of the piezoelectric elements. In this case, the piezoelectric element has an outer shape in which a portion of the first piezoelectric layer is recessed inward. Since the external electrode is formed along the surface of the piezoelectric element, the external electrode also has an outer shape that is recessed inward. In this way, the solder fillet is difficult to be formed in the indented portion. Therefore, it is possible to further reduce the possibility that the first piezoelectric layer is restricted from expanding and contracting by the solder fillet.

また、本発明は、圧電素子と、圧電素子の表面に沿って形成された外部電極と、を備える加速度センサの製造方法であって、層が延びる方向に分極された第1圧電体層と、第1圧電体層を挟むように位置する一対の内部電極と、を有する第1部材を形成する第1工程と、層の厚み方向に分極された第2圧電体層と、第2圧電体層を挟むように位置する一対の内部電極と、を有する第2部材を形成する第2工程と、層の厚み方向に分極された第3圧電体層と、第3圧電体層を挟むように位置する一対の内部電極と、を有する第3部材を形成する第3工程と、第1部材が第2部材と第3部材との間に位置するように第1、第2、および第3部材を積層して圧電素子を形成する第4工程と、圧電素子の表面に、第1、第2、および第3部材の内部電極と接続される外部電極を形成する第5工程と、を有し、第3工程では、第3圧電体層と当該第3圧電体層を挟んで重なる内部電極との接触面積が、第2圧電体層と当該第2圧電体層を挟んで重なる内部電極との接触面積と略同一になるように内部電極を配置し、第4工程では、第1部材から見て第2圧電体層の分極方向と第3圧電体層の分極方向とが同一となるように第2部材および第3部材を配置する、ことを特徴とする。   The present invention is also a method of manufacturing an acceleration sensor comprising a piezoelectric element and an external electrode formed along the surface of the piezoelectric element, the first piezoelectric layer polarized in the direction in which the layer extends, A first step of forming a first member having a pair of internal electrodes positioned so as to sandwich the first piezoelectric layer; a second piezoelectric layer polarized in the thickness direction of the layer; and a second piezoelectric layer A second step of forming a second member having a pair of internal electrodes positioned so as to sandwich the electrode, a third piezoelectric layer polarized in the thickness direction of the layer, and a position sandwiching the third piezoelectric layer A third step of forming a third member having a pair of internal electrodes, and the first, second, and third members such that the first member is located between the second member and the third member. A fourth step of laminating and forming a piezoelectric element, and internal power of the first, second, and third members on the surface of the piezoelectric element; A fifth step of forming an external electrode connected to the first piezoelectric layer. In the third step, the contact area between the third piezoelectric layer and the internal electrode that overlaps with the third piezoelectric layer is determined by the second piezoelectric layer. The internal electrode is arranged so as to be substantially the same as the contact area between the body layer and the internal electrode overlapping with the second piezoelectric layer interposed therebetween, and in the fourth step, the polarization of the second piezoelectric layer as viewed from the first member The second member and the third member are arranged so that the direction and the polarization direction of the third piezoelectric layer are the same.

このようにして製造された加速度センサでは、第1および第3圧電体層は圧電素子の積層方向に対して垂直な方向に分極されており、第2圧電体層は圧電素子の積層方向に分極されている。第1部材は、第2部材と第3部材との間に位置している。この第1部材から見ると、第2圧電体層の分極方向と第3圧電体層の分極方向とは同一となっている。すなわち、第3圧電体層の分極方向は、第2圧電体層の分極を打ち消す方向となっている。このように積層された加速度センサを、例えば回路基板等に第2部材側が接するようにして搭載した場合、第1圧電体層および第2圧電体層は、各分極方向からの荷重に応じた量の電荷を出力する。付与される荷重が少ない第3部材の第3圧電体層は、周囲温度の変化に応じた焦電荷を主に出力することとなる。そのため、第2部材の第2圧電体層により出力された電荷から、焦電荷の分をキャンセルすることができる。その結果、正確な加速度を検出することが可能となる。   In the acceleration sensor thus manufactured, the first and third piezoelectric layers are polarized in a direction perpendicular to the stacking direction of the piezoelectric elements, and the second piezoelectric layer is polarized in the stacking direction of the piezoelectric elements. Has been. The first member is located between the second member and the third member. When viewed from the first member, the polarization direction of the second piezoelectric layer and the polarization direction of the third piezoelectric layer are the same. That is, the polarization direction of the third piezoelectric layer is a direction that cancels the polarization of the second piezoelectric layer. When the thus-accumulated acceleration sensor is mounted so that the second member side is in contact with, for example, a circuit board, the first piezoelectric layer and the second piezoelectric layer have an amount corresponding to the load from each polarization direction. Is output. The third piezoelectric layer of the third member with a small applied load mainly outputs pyroelectric charges according to changes in the ambient temperature. Therefore, it is possible to cancel the amount of the pyroelectric charge from the electric charge output by the second piezoelectric layer of the second member. As a result, accurate acceleration can be detected.

本発明によれば、正確な加速度を検出することが可能な加速度センサおよび加速度センサの製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the acceleration sensor which can detect an accurate acceleration, and an acceleration sensor can be provided.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また先述したように、本実施形態では、加速度と質量とに起因する慣性力によって生じる動荷重を、単に「荷重」と呼ぶこととする。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted. As described above, in the present embodiment, the dynamic load generated by the inertial force caused by the acceleration and the mass is simply referred to as “load”.

(第1実施形態)   (First embodiment)

まず、図1〜図3に基づいて、第1実施形態に係る加速度センサC1の構成を説明する。図1は、第1実施形態に係る加速度センサを示す斜視図である。図2は、第1実施形態に係る加速度センサに含まれる圧電素子を示す分解斜視図である。図3は、第1実施形態に係る加速度センサと接続される検出回路の回路構成を示す図である。   First, the configuration of the acceleration sensor C1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing an acceleration sensor according to the first embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view showing a piezoelectric element included in the acceleration sensor according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of a detection circuit connected to the acceleration sensor according to the first embodiment.

図1に示されるように、加速度センサC1は、積層型の圧電素子2と、圧電素子2の表面に沿って形成された1対の電極である第1外部電極4および第2外部電極5と、を備えている。この加速度センサC1は、回路基板50上に搭載される。加速度センサC1の第1外部電極4および第2外部電極5は、回路基板50に形成された配線(図示せず)を介して、検出回路54と接続される。図3に示されるように、検出回路54はチャージアンプとして機能し、加速度センサC1から出力された電荷を電圧に変換した後、外部回路に出力する。   As shown in FIG. 1, the acceleration sensor C1 includes a stacked piezoelectric element 2, a first external electrode 4 and a second external electrode 5 that are a pair of electrodes formed along the surface of the piezoelectric element 2. It is equipped with. The acceleration sensor C1 is mounted on the circuit board 50. The first external electrode 4 and the second external electrode 5 of the acceleration sensor C1 are connected to the detection circuit 54 via wiring (not shown) formed on the circuit board 50. As shown in FIG. 3, the detection circuit 54 functions as a charge amplifier, converts the charge output from the acceleration sensor C1 into a voltage, and then outputs the voltage to an external circuit.

圧電素子2は、略直方体を呈している。圧電素子2は、当該圧電素子2の積層方向(以下、単に「積層方向」という)から見て互いに対向するように位置する側面2aおよび側面2bと、側面2aおよび側面2bと垂直で互いに対向するように位置する側面2cおよび側面2dと、側面2cおよび側面2dと隣り合い互いに対向するように位置する2つの側面と、を有している。なお、この圧電素子2を回路基板50上に搭載するときには、圧電素子2の側面2bが回路基板50と対向するようにする。   The piezoelectric element 2 has a substantially rectangular parallelepiped shape. The piezoelectric element 2 faces the side surface 2a and the side surface 2b that are positioned so as to face each other when viewed from the stacking direction of the piezoelectric elements 2 (hereinafter simply referred to as “stacking direction”) and the side surface 2a and the side surface 2b. Side surface 2c and side surface 2d positioned as described above, and two side surfaces positioned adjacent to side surface 2c and side surface 2d so as to face each other. When the piezoelectric element 2 is mounted on the circuit board 50, the side surface 2 b of the piezoelectric element 2 is opposed to the circuit board 50.

図2に示されるように、圧電素子2は、第1部材8、第2部材6、および第3部材10といった、略直方体を呈する3つの部材から成っている。これら3つの部材は、圧電素子2の側面2bから2aに向かって、第2部材6、第1部材8、第3部材10の順で積層されている。   As shown in FIG. 2, the piezoelectric element 2 includes three members that have a substantially rectangular parallelepiped shape, such as a first member 8, a second member 6, and a third member 10. These three members are laminated in the order of the second member 6, the first member 8, and the third member 10 from the side surface 2 b to 2 a of the piezoelectric element 2.

第2部材6は、基体部14と、基体部14上に形成された第2圧電体層18とを有している。基体部14と第2圧電体層18との間には、第2内部電極16が形成されている。また、第2圧電体層18の上には、第3内部電極20が形成されている。すなわち、第2圧電体層18を挟むように、第2内部電極16および第3内部電極20が形成されている。なお、基体部14において、第2圧電体層18が形成された側と反対側に位置する面は、圧電素子2の側面2bに相当する。側面2bには、一対の第1内部電極12が形成されている。   The second member 6 includes a base portion 14 and a second piezoelectric layer 18 formed on the base portion 14. A second internal electrode 16 is formed between the base portion 14 and the second piezoelectric layer 18. A third internal electrode 20 is formed on the second piezoelectric layer 18. That is, the second internal electrode 16 and the third internal electrode 20 are formed so as to sandwich the second piezoelectric layer 18. In addition, in the base portion 14, the surface located on the side opposite to the side on which the second piezoelectric layer 18 is formed corresponds to the side surface 2 b of the piezoelectric element 2. A pair of first internal electrodes 12 are formed on the side surface 2b.

一対の第1内部電極12、第2内部電極16、および第3内部電極20は、それぞれ略平行となるように設けられている。一方の第1内部電極12は、圧電素子2の側面2bのうち側面2c側の端部に位置している。他方の第1内部電極12は、圧電素子2の側面2bのうち側面2d側の端部に位置している。第2内部電極16は、一端が圧電素子2の側面2cに露出するように形成されている。第3内部電極20は、一端が圧電素子2の側面2dに露出するように形成されている。   The pair of first internal electrode 12, second internal electrode 16, and third internal electrode 20 are provided so as to be substantially parallel to each other. One first internal electrode 12 is located at the end of the side surface 2 b of the piezoelectric element 2 on the side surface 2 c side. The other first internal electrode 12 is located at the end of the side surface 2 b of the piezoelectric element 2 on the side surface 2 d side. The second internal electrode 16 is formed so that one end is exposed to the side surface 2 c of the piezoelectric element 2. The third internal electrode 20 is formed so that one end is exposed to the side surface 2 d of the piezoelectric element 2.

さらに、第2内部電極16と第3内部電極20とは、これらの一部が積層方向に重なり合うように配置されている。ここで、第2圧電体層18は、積層方向であって圧電素子2の側面2bから側面2aに向かう方向、すなわち図1に示される矢印A1方向に分極されている。そのため、第2圧電体層18において、第2内部電極16および第3内部電極20の間に挟まれた第2領域18aは、矢印A1方向および当該方向と逆方向から荷重が付与されたときに伸縮(変位)して電荷を出力する圧電活性領域として機能する。   Furthermore, the second internal electrode 16 and the third internal electrode 20 are arranged so that a part of them overlaps in the stacking direction. Here, the second piezoelectric layer 18 is polarized in the stacking direction from the side surface 2b to the side surface 2a of the piezoelectric element 2, that is, in the direction of the arrow A1 shown in FIG. Therefore, in the second piezoelectric layer 18, the second region 18 a sandwiched between the second internal electrode 16 and the third internal electrode 20 is applied when a load is applied from the direction of arrow A 1 and the direction opposite to the direction. It functions as a piezoelectric active region that expands and contracts (displaces) and outputs electric charges.

基体部14および第2圧電体層18は、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を主成分とするセラミック材料で形成されている。第1内部電極12、第2内部電極16、および第3内部電極20は、例えばAg、Pdを主成分とする導電材料で形成されている。   The base portion 14 and the second piezoelectric layer 18 are made of, for example, a ceramic material mainly composed of PZT (lead zirconate titanate). The first internal electrode 12, the second internal electrode 16, and the third internal electrode 20 are made of, for example, a conductive material mainly composed of Ag and Pd.

上述した構成を有する第2部材6の上には、第1部材8が積層されている。第2部材6と第1部材8とは、エポキシ樹脂系接着剤により接合される。第1部材8は、第1圧電体層24を有している。   The first member 8 is laminated on the second member 6 having the above-described configuration. The second member 6 and the first member 8 are joined with an epoxy resin adhesive. The first member 8 has a first piezoelectric layer 24.

第1圧電体層24は、その一方の主面に第4内部電極22が形成されており、他方の主面に第5内部電極26が形成されている。すなわち、第1圧電体層24は、第4内部電極22および第5内部電極26によって挟まれている。また、第1圧電体層24の一端部には、一対の第1分極用電極28が形成されている。一対の第1分極用電極28は、第1圧電体層24を両主面側から挟んで対向するように配されている。第1圧電体層24の他端部には、一対の第2分極用電極30が形成されている。一対の第2分極用電極30は、第1圧電体層24を両主面側から挟んで対向するように配されている。   The first piezoelectric layer 24 has a fourth internal electrode 22 formed on one main surface thereof, and a fifth internal electrode 26 formed on the other main surface thereof. That is, the first piezoelectric layer 24 is sandwiched between the fourth internal electrode 22 and the fifth internal electrode 26. A pair of first polarization electrodes 28 is formed on one end of the first piezoelectric layer 24. The pair of first polarization electrodes 28 are arranged so as to face each other with the first piezoelectric layer 24 sandwiched from both main surface sides. A pair of second polarization electrodes 30 are formed on the other end of the first piezoelectric layer 24. The pair of second polarization electrodes 30 are arranged so as to face each other with the first piezoelectric layer 24 sandwiched from both main surface sides.

第4内部電極22は第2部材6と対向しており、第5内部電極26は後述する第3部材10と対向している。第4内部電極22および第5内部電極26は、それぞれ略平行となるように設けられている。第4内部電極22は、一端が圧電素子2の側面2dに露出するように形成されている。第5内部電極26は、一端が圧電素子2の側面2cに露出するように形成されている。また、一対の第1分極用電極28は、それぞれの一端が圧電素子2の側面2cに露出するように形成されている。一対の第2分極用電極30は、それぞれの一端が圧電素子2の側面2dに露出するように形成されている。   The fourth internal electrode 22 faces the second member 6, and the fifth internal electrode 26 faces the third member 10 described later. The fourth internal electrode 22 and the fifth internal electrode 26 are provided so as to be substantially parallel to each other. The fourth internal electrode 22 is formed so that one end is exposed to the side surface 2 d of the piezoelectric element 2. The fifth internal electrode 26 is formed so that one end is exposed to the side surface 2 c of the piezoelectric element 2. The pair of first polarization electrodes 28 is formed so that one end of each of the first polarization electrodes 28 is exposed to the side surface 2 c of the piezoelectric element 2. The pair of second polarization electrodes 30 is formed such that one end of each of the pair of second polarization electrodes 30 is exposed to the side surface 2 d of the piezoelectric element 2.

第4内部電極22と第5内部電極26とは、これらの一部が積層方向に重なり合うように配置されている。ここで、第1圧電体層24は、積層方向に対して垂直な方向、すなわち図1に示される矢印C方向に分極されている。そのため、第1圧電体層24において、第4内部電極22および第5内部電極26の間に挟まれた第1領域24aは、矢印C方向および当該方向と逆方向から荷重が付与されたときに伸縮して電荷を出力する圧電活性領域として機能する。   The fourth internal electrode 22 and the fifth internal electrode 26 are arranged so that a part of them overlaps in the stacking direction. Here, the first piezoelectric layer 24 is polarized in a direction perpendicular to the stacking direction, that is, in the direction of arrow C shown in FIG. Therefore, in the first piezoelectric layer 24, the first region 24a sandwiched between the fourth internal electrode 22 and the fifth internal electrode 26 is applied when a load is applied from the direction of the arrow C and from the opposite direction. It functions as a piezoelectric active region that expands and contracts and outputs charges.

第1圧電体層24は、第2圧電体層18と同様に、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を主成分とするセラミック材料で形成されている。第4内部電極22および第5内部電極26は、例えばCuを主成分とする導電材料で形成されている。第1分極用電極28、および第2分極用電極30は、例えばCuあるいはAgを主成分とする導電材料で形成されている。   Similar to the second piezoelectric layer 18, the first piezoelectric layer 24 is made of a ceramic material mainly composed of PZT (lead zirconate titanate), for example. The fourth internal electrode 22 and the fifth internal electrode 26 are made of, for example, a conductive material containing Cu as a main component. The first polarization electrode 28 and the second polarization electrode 30 are made of a conductive material containing, for example, Cu or Ag as a main component.

上述した構成を有する第1部材8の上には、第3部材10が積層されている。第1部材8と第3部材10とは、エポキシ樹脂系接着剤により接合される。第3部材10のうち、第1部材8と対向する面と反対側に位置する面は、圧電素子2の側面2aに相当する。第3部材10は、第3圧電体層34と、第3圧電体層34を挟むように形成された第6内部電極32および第7内部電極36とを有している。   On the 1st member 8 which has the structure mentioned above, the 3rd member 10 is laminated | stacked. The first member 8 and the third member 10 are joined by an epoxy resin adhesive. Of the third member 10, the surface located on the opposite side of the surface facing the first member 8 corresponds to the side surface 2 a of the piezoelectric element 2. The third member 10 includes a third piezoelectric layer 34, and a sixth internal electrode 32 and a seventh internal electrode 36 formed so as to sandwich the third piezoelectric layer 34.

第6内部電極32は第1部材8側に形成されており、第7内部電極36は側面2a側に形成されている。側面2aには、第8内部電極38が形成されている。第6内部電極32、第7内部電極36、および第8内部電極38は、それぞれ略平行となるように設けられている。第6内部電極32は、一端が圧電素子2の側面2cに露出するように形成されている。第7内部電極36は、一端が圧電素子2の側面2dに露出するように形成されている。第8内部電極38は、圧電素子2の側面2aのうち側面2d側の端部に位置している。   The sixth internal electrode 32 is formed on the first member 8 side, and the seventh internal electrode 36 is formed on the side surface 2a side. An eighth internal electrode 38 is formed on the side surface 2a. The sixth internal electrode 32, the seventh internal electrode 36, and the eighth internal electrode 38 are provided so as to be substantially parallel to each other. The sixth internal electrode 32 is formed so that one end is exposed to the side surface 2 c of the piezoelectric element 2. The seventh internal electrode 36 is formed so that one end is exposed to the side surface 2 d of the piezoelectric element 2. The eighth internal electrode 38 is located at the end of the side surface 2 a of the piezoelectric element 2 on the side surface 2 d side.

第6内部電極32と第7内部電極36とは、これらの一部が積層方向に重なり合うように配置されている。ここで、第3圧電体層34は、第2領域18aの分極を打ち消す方向に分極されている。より具体的には、第3圧電体層34は、積層方向であって圧電素子2の側面2aから側面2bに向かう方向、すなわち図1に示される矢印A2方向に分極されている。そのため、第3圧電体層34において、第6内部電極32および第7内部電極36の間に挟まれた第3領域34aは、矢印A2方向および当該方向から荷重が付与されたときに伸縮して電荷を出力する圧電活性領域として機能する。第3領域34aと第5内部電極26および第6内部電極32との接触面積は、第2圧電体層18の第2領域18aと第2内部電極16および第3内部電極20との接触面積と、略同一である。   The sixth internal electrode 32 and the seventh internal electrode 36 are arranged so that a part of them overlaps in the stacking direction. Here, the third piezoelectric layer 34 is polarized in a direction to cancel the polarization of the second region 18a. More specifically, the third piezoelectric layer 34 is polarized in the stacking direction, ie, the direction from the side surface 2a to the side surface 2b of the piezoelectric element 2, that is, the arrow A2 direction shown in FIG. Therefore, in the third piezoelectric layer 34, the third region 34a sandwiched between the sixth internal electrode 32 and the seventh internal electrode 36 expands and contracts when a load is applied from the direction of the arrow A2 and the direction. It functions as a piezoelectric active region that outputs electric charges. The contact area between the third region 34 a and the fifth internal electrode 26 and the sixth internal electrode 32 is the contact area between the second region 18 a of the second piezoelectric layer 18 and the second internal electrode 16 and the third internal electrode 20. Are substantially the same.

第3圧電体層34は、第1圧電体層24および第2圧電体層18と同様に、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を主成分とするセラミック材料で形成されている。第6内部電極32、第7内部電極36、および第8内部電極38は、例えばAg、Pdを主成分とする導電材料で形成されている。なお、第3部材10は、第1部材8および第2部材6よりも大きな質量を有している。そのため、第3部材10は、第1部材8および第2部材6に対するおもり部としての役割を果たす。   Similar to the first piezoelectric layer 24 and the second piezoelectric layer 18, the third piezoelectric layer 34 is formed of a ceramic material mainly composed of PZT (lead zirconate titanate), for example. The sixth internal electrode 32, the seventh internal electrode 36, and the eighth internal electrode 38 are made of, for example, a conductive material mainly composed of Ag and Pd. The third member 10 has a larger mass than the first member 8 and the second member 6. Therefore, the third member 10 serves as a weight part for the first member 8 and the second member 6.

第1外部電極4は、圧電素子2の側面2c全体と、側面2bのうち側面2c側に位置する端部とを覆うように設けられている。第2外部電極5は、圧電素子2の側面2d全体と、側面2aのうち側面2d側に位置する端部と、側面2bのうち側面2d側に位置する端部とを覆うように設けられている。第1外部電極4は、一方の第1内部電極12、第2内部電極16、第5内部電極26、第1分極用電極28、および第6内部電極32に接続されている。第2外部電極5は、他方の第1内部電極12、第3内部電極20、第4内部電極22、第2分極用電極30、第7内部電極36、および第8内部電極38に接続されている。   The first external electrode 4 is provided so as to cover the entire side surface 2c of the piezoelectric element 2 and an end portion located on the side surface 2c side of the side surface 2b. The second external electrode 5 is provided so as to cover the entire side surface 2d of the piezoelectric element 2, the end portion located on the side surface 2d side of the side surface 2a, and the end portion located on the side surface 2d side of the side surface 2b. Yes. The first external electrode 4 is connected to one first internal electrode 12, second internal electrode 16, fifth internal electrode 26, first polarization electrode 28, and sixth internal electrode 32. The second external electrode 5 is connected to the other first internal electrode 12, third internal electrode 20, fourth internal electrode 22, second polarization electrode 30, seventh internal electrode 36, and eighth internal electrode 38. Yes.

第1外部電極4および第2外部電極5は、第1〜第8内部電極12,16,20,22,26,32,36,38を構成している金属と電気的に良好に接続できる金属材料からなっている。第1,第2外部電極4,5の表面には、当該第1,第2外部電極4,5を覆うように、Niめっき層(図示省略)およびSnめっき層(図示省略)等が順に形成されている。これらのめっき層は、主として加速度センサC1と回路基板とを半田付けする際の、はんだ耐熱性やはんだ濡れ性を向上することを目的として形成されるものである。なお、第1,第2外部電極4,5の表面に形成させるめっき層は、はんだ耐熱性やはんだ濡れ性を向上する目的が達成される限り、必ずしも上述した材料の組み合わせに限定されない。   The first external electrode 4 and the second external electrode 5 are metals that can be electrically connected to the metals constituting the first to eighth internal electrodes 12, 16, 20, 22, 26, 32, 36, 38 in an excellent electrical manner. Made of material. An Ni plating layer (not shown), an Sn plating layer (not shown), etc. are formed in order on the surfaces of the first and second external electrodes 4 and 5 so as to cover the first and second external electrodes 4 and 5. Has been. These plating layers are mainly formed for the purpose of improving solder heat resistance and solder wettability when the acceleration sensor C1 and the circuit board are soldered. Note that the plating layers formed on the surfaces of the first and second external electrodes 4 and 5 are not necessarily limited to the combination of materials described above as long as the purpose of improving solder heat resistance and solder wettability is achieved.

続いて、図4〜11を参照して、上述した構成を有する加速度センサC1の製造方法について説明する。図4および図5は、本実施形態に係る加速度センサの製造方法を説明するためのフロー図である。   Then, with reference to FIGS. 4-11, the manufacturing method of the acceleration sensor C1 which has the structure mentioned above is demonstrated. 4 and 5 are flowcharts for explaining the method of manufacturing the acceleration sensor according to this embodiment.

まず、セラミックグリーンシートS1を作製する(ステップS100)。セラミックグリーンシートS1を作製するにあたって、例えばPZTを主成分としたセラミック粉体に有機バインダ樹脂および有機溶剤等を混合したペーストを作製する。そして、例えばドクターブレード法によって、上記ペーストをキャリアフィルム(図示せず)上に塗布することにより、セラミックグリーンシートS1(以下、グリーンシートS1という)を複数枚作製する。ここで作製されるグリーンシートS1は、焼成後の厚さが例えば0.05mmとなるものである。   First, the ceramic green sheet S1 is produced (step S100). In producing the ceramic green sheet S1, for example, a paste in which an organic binder resin, an organic solvent, and the like are mixed with ceramic powder mainly composed of PZT is produced. Then, a plurality of ceramic green sheets S1 (hereinafter referred to as green sheets S1) are produced by applying the paste on a carrier film (not shown) by, for example, a doctor blade method. The green sheet S1 produced here has a thickness after firing of, for example, 0.05 mm.

次に、グリーンシートS1を用いて、第1部材8を形成する。より具体的には、第1部材8となる第1積層体G1を形成する(ステップS101)。第1積層体G1を形成するにあたって、図6(a)に示されるように、電極パターンが印刷されていないグリーンシートS1を複数枚積層する(図4、ステップS102)。積層したグリーンシートS1を、60℃程度で加熱しながら100MPa程度の圧力で積層方向にプレス加工する。プレス加工の後、400℃で10時間程度の加熱処理を施して脱バインダを行い、更に950℃で2時間程度の焼成を行う(ステップS103)。これにより、第1圧電体層24となる焼結基板B1が得られる。   Next, the first member 8 is formed using the green sheet S1. More specifically, the 1st laminated body G1 used as the 1st member 8 is formed (step S101). In forming the first stacked body G1, as shown in FIG. 6A, a plurality of green sheets S1 on which no electrode pattern is printed are stacked (FIG. 4, step S102). The stacked green sheets S1 are pressed in the stacking direction at a pressure of about 100 MPa while being heated at about 60 ° C. After the press working, heat treatment is performed at 400 ° C. for about 10 hours to remove the binder, and further, baking is performed at 950 ° C. for about 2 hours (step S103). As a result, a sintered substrate B1 to be the first piezoelectric layer 24 is obtained.

一方、CuあるいはAgを主成分とする導電材料を含むペーストを用意しておく。この導電材料を、図6(b)に示されるように、焼結基板B1の両主面に対してスパッタする。これにより、上記の第1分極用電極28に相当する電極パターンE9、および第2分極用電極30に相当する電極パターンE10が交互に形成される(図4、ステップS104)。そして、形成した電極パターンE9と電極パターンE10との間に所定の電圧を印加することにより、分極処理を行う(ステップS105)。これにより、第1圧電体層24となる焼結基板B1は、当該焼結基板B1が延びる方向、すなわち第1圧電体層24が延びる方向に分極されることとなる。電極パターンE9,E10を、例えばAgを主成分とする導電材料を用いて形成した場合には、分極後、洗浄により電極パターンE9,E10を除去することができる。   On the other hand, a paste containing a conductive material mainly composed of Cu or Ag is prepared. As shown in FIG. 6B, this conductive material is sputtered on both main surfaces of the sintered substrate B1. Thereby, the electrode pattern E9 corresponding to the first polarization electrode 28 and the electrode pattern E10 corresponding to the second polarization electrode 30 are alternately formed (FIG. 4, step S104). Then, a polarization process is performed by applying a predetermined voltage between the formed electrode pattern E9 and electrode pattern E10 (step S105). Thereby, the sintered substrate B1 to be the first piezoelectric layer 24 is polarized in the direction in which the sintered substrate B1 extends, that is, in the direction in which the first piezoelectric layer 24 extends. When the electrode patterns E9 and E10 are formed using, for example, a conductive material mainly composed of Ag, the electrode patterns E9 and E10 can be removed by washing after polarization.

分極後、焼結基板B1の主面に第4内部電極22および第5内部電極26に相当する電極パターンE4,E5を形成する(ステップS106)。より具体的には、図6(c)および図7(a)に示されるように、焼結基板B1の一方の主面に、Cuを主成分とする導電材料をスパッタし、第5内部電極26に相当する電極パターンE5を形成する。また、図6(c)および図7(b)に示されるように、焼結基板B1の他方の主面にCuを主成分とする導電材料をスパッタし、第4内部電極22に相当する電極パターンE4を形成する。これらの工程を経て、第1積層体G1が得られる。   After the polarization, electrode patterns E4 and E5 corresponding to the fourth internal electrode 22 and the fifth internal electrode 26 are formed on the main surface of the sintered substrate B1 (step S106). More specifically, as shown in FIGS. 6C and 7A, a conductive material mainly composed of Cu is sputtered on one main surface of the sintered substrate B1, and the fifth internal electrode is formed. An electrode pattern E5 corresponding to 26 is formed. Further, as shown in FIGS. 6C and 7B, an electrode corresponding to the fourth internal electrode 22 is formed by sputtering a conductive material mainly composed of Cu on the other main surface of the sintered substrate B1. A pattern E4 is formed. Through these steps, the first stacked body G1 is obtained.

次に、グリーンシートS1を用いて第2部材6を形成する。より具体的には、第2部材6となる第2積層体G2を形成する(ステップS107)。第2積層体G2を形成するにあたって、例えばAg:Pd=85:15の比率で構成された導電材料に有機バインダ樹脂および有機溶剤等を混合したペーストを作製する。そして、そのペーストをスクリーン印刷することにより、上記の第1内部電極12に相当する電極パターンE1、第2内部電極16に相当する電極パターンE2、および第3内部電極20に相当する電極パターンE3を、別々のグリーンシートS1の上面に形成する(ステップS108)。   Next, the second member 6 is formed using the green sheet S1. More specifically, the second stacked body G2 to be the second member 6 is formed (step S107). In forming the second stacked body G2, for example, a paste is prepared by mixing an organic binder resin, an organic solvent, and the like with a conductive material configured in a ratio of Ag: Pd = 85: 15. The paste is screen-printed to form an electrode pattern E1 corresponding to the first internal electrode 12, an electrode pattern E2 corresponding to the second internal electrode 16, and an electrode pattern E3 corresponding to the third internal electrode 20. Then, they are formed on the upper surfaces of the separate green sheets S1 (step S108).

続いて、グリーンシートS1を積層する(ステップS109)。より具体的には、図8に示されるように、まず、電極パターンE3が印刷されたグリーンシートS1の上に、電極パターンが印刷されていない複数枚のグリーンシートS1と、電極パターンE2が印刷されたグリーンシートS1とを順次積層する。電極パターンが印刷されていない複数枚のグリーンシートS1および電極パターンE2が印刷されたグリーンシートS1は、第2部材6の第2圧電体層18となる。その上に、電極パターンが印刷されていない複数枚のグリーンシートS1と、電極パターンE1が印刷されたグリーンシートS1とを順次積層する。電極パターンが印刷されていない複数枚のグリーンシートS1および電極パターンE1が印刷されたグリーンシートS1は、第2部材6の基体部14となる。なお、積層されたグリーンシートS1において、電極パターンE2および電極パターンE3と重なる領域が生じる。この領域は、先に説明した第2領域18aとなる。   Subsequently, the green sheets S1 are stacked (step S109). More specifically, as shown in FIG. 8, first, a plurality of green sheets S1 on which no electrode pattern is printed and an electrode pattern E2 are printed on the green sheet S1 on which the electrode pattern E3 is printed. The green sheets S1 thus formed are sequentially stacked. The plurality of green sheets S1 on which no electrode patterns are printed and the green sheet S1 on which the electrode patterns E2 are printed serve as the second piezoelectric layer 18 of the second member 6. A plurality of green sheets S1 on which no electrode pattern is printed and a green sheet S1 on which the electrode pattern E1 is printed are sequentially stacked thereon. The green sheets S1 on which the electrode patterns are not printed and the green sheets S1 on which the electrode patterns E1 are printed serve as the base portion 14 of the second member 6. Note that, in the stacked green sheets S1, regions overlapping the electrode pattern E2 and the electrode pattern E3 are generated. This area is the second area 18a described above.

グリーンシートS1をこのように積層したものを、60℃程度で加熱しながら100MPa程度の圧力で積層方向にプレス加工する。プレス加工の後、400℃、10時間程度の加熱処理を実施して脱バインダを行う。脱バインダ後、950℃で2時間程度の焼成を行う(図4、ステップS110)。   The green sheet S1 thus laminated is pressed in the lamination direction at a pressure of about 100 MPa while being heated at about 60 ° C. After the press working, the binder is removed by performing a heat treatment at 400 ° C. for about 10 hours. After the binder removal, firing is performed at 950 ° C. for about 2 hours (FIG. 4, step S110).

焼成後、分極処理を行って(ステップS111)第2積層体G2を得る。より具体的には、電極パターンE2と電極パターンE3との間に所定の電圧を印加して、第2圧電体層18となる層を電極パターンE2から電極パターンE3へ向かう方向に分極する。   After firing, polarization treatment is performed (step S111) to obtain a second stacked body G2. More specifically, a predetermined voltage is applied between the electrode pattern E2 and the electrode pattern E3 to polarize the layer serving as the second piezoelectric layer 18 in a direction from the electrode pattern E2 toward the electrode pattern E3.

次に、グリーンシートS1を用いて、第3部材10を形成する。より具体的には、第3部材10となる第3積層体G3を形成する(ステップS112)。第2積層体G2を形成する際に作製したペーストをスクリーン印刷することにより、上記の第6内部電極32に相当する電極パターンE6、第7内部電極36に相当する電極パターンE7、および第8内部電極38に相当する電極パターンE8を、別々のグリーンシートS1の上面に形成する(ステップS113)。   Next, the third member 10 is formed using the green sheet S1. More specifically, the third stacked body G3 to be the third member 10 is formed (step S112). The paste prepared when forming the second stacked body G2 is screen-printed, whereby the electrode pattern E6 corresponding to the sixth internal electrode 32, the electrode pattern E7 corresponding to the seventh internal electrode 36, and the eighth internal Electrode patterns E8 corresponding to the electrodes 38 are formed on the upper surfaces of the separate green sheets S1 (step S113).

続いて、グリーンシートS1を積層する(ステップS114)。より具体的には、図9に示されるように、まず、電極パターンE6が印刷されたグリーンシートS1の上に、電極パターンが印刷されていない複数枚のグリーンシートS1と、電極パターンE7が印刷されたグリーンシートS1とを順次積層する。電極パターンが印刷されていない複数枚のグリーンシートS1および電極パターンE7が印刷されたグリーンシートS1は、第3部材10の第3圧電体層34となる。その上に、電極パターンE8が印刷されたグリーンシートS1を積層する。このとき、積層されたグリーンシートS1において、電極パターンE6および電極パターンE7と重なる領域が生じる。この領域は、先に説明した第3領域34aとなる。第3領域34aとなる部分と電極パターンE6および電極パターンE7との接触面積は、第2領域18aとなる部分と電極パターンE2および電極パターンE3との接触面積との接触面積と、略同一である。   Subsequently, the green sheets S1 are stacked (step S114). More specifically, as shown in FIG. 9, first, a plurality of green sheets S1 on which no electrode pattern is printed and an electrode pattern E7 are printed on the green sheet S1 on which the electrode pattern E6 is printed. The green sheets S1 thus formed are sequentially stacked. The plurality of green sheets S1 on which no electrode pattern is printed and the green sheet S1 on which the electrode pattern E7 is printed serve as the third piezoelectric layer 34 of the third member 10. A green sheet S1 printed with an electrode pattern E8 is laminated thereon. At this time, in the laminated green sheet S1, a region overlapping with the electrode pattern E6 and the electrode pattern E7 is generated. This area is the third area 34a described above. The contact area between the portion that becomes the third region 34a and the electrode pattern E6 and the electrode pattern E7 is substantially the same as the contact area between the portion that becomes the second region 18a and the contact area between the electrode pattern E2 and the electrode pattern E3. .

グリーンシートS1をこのように積層したものを、60℃程度で加熱しながら100MPa程度の圧力で積層方向にプレス加工する。プレス加工の後、400℃、10時間程度の加熱処理を実施して脱バインダを行う。脱バインダ後、950℃で2時間程度の焼成を行う(図4、ステップS115)。   The green sheet S1 thus laminated is pressed in the lamination direction at a pressure of about 100 MPa while being heated at about 60 ° C. After the press working, the binder is removed by performing a heat treatment at 400 ° C. for about 10 hours. After the binder removal, baking is performed at 950 ° C. for about 2 hours (FIG. 4, step S115).

焼成後、分極処理を行って(ステップS116)第3積層体G3を得る。より具体的には、電極パターンE6と電極パターンE7との間に所定の電圧を印加して、第3圧電体層34となる層を電極パターンE7から電極パターンE6へ向かう方向に分極する。   After firing, polarization treatment is performed (step S116) to obtain a third stacked body G3. More specifically, a predetermined voltage is applied between the electrode pattern E6 and the electrode pattern E7 to polarize the layer serving as the third piezoelectric layer 34 in the direction from the electrode pattern E7 toward the electrode pattern E6.

次に、第1〜第3積層体G1,G2,G3を積層し、積層体L1を得る(図4、ステップS117)。より具体的には、図10(a)に示されるように、第2積層体G2、第1積層体G1、第3積層体G3の順で積層する。このとき、図11に示されるように、第2積層体G2の電極パターンE3と第1積層体G1の電極パターンE4とが対向し、第3積層体G3の電極パターンE6と第1積層体G1の電極パターンE6とが対向しように積層する。積層後、各積層体の間をエポキシ樹脂系接着剤によって接着する。そして、得られた積層体L1を、例えばダイヤモンドブレードにより所定の寸法に切断する(図5、ステップS118)。このとき、図11に示されるように、電極パターンE1の中央および電極パターンE8の中央が切断位置となるように切断する。これにより、帯状の積層体L2が複数得られる。この状態では、帯状の積層体L2の一方の側面から電極パターンE1,E2,E5,E6,E9が露出しており、他方の側面から電極パターンE1,E3,E4,E7,E8,E10が露出している。   Next, the first to third stacked bodies G1, G2, and G3 are stacked to obtain a stacked body L1 (FIG. 4, step S117). More specifically, as shown in FIG. 10A, the second stacked body G2, the first stacked body G1, and the third stacked body G3 are stacked in this order. At this time, as shown in FIG. 11, the electrode pattern E3 of the second stacked body G2 and the electrode pattern E4 of the first stacked body G1 face each other, and the electrode pattern E6 of the third stacked body G3 and the first stacked body G1. The electrode patterns E6 are stacked so as to face each other. After lamination, the laminates are bonded with an epoxy resin adhesive. And the obtained laminated body L1 is cut | disconnected to a predetermined dimension, for example with a diamond blade (FIG. 5, step S118). At this time, as shown in FIG. 11, cutting is performed so that the center of the electrode pattern E1 and the center of the electrode pattern E8 are the cutting positions. Thereby, a plurality of strip-shaped laminated bodies L2 are obtained. In this state, the electrode patterns E1, E2, E5, E6, E9 are exposed from one side surface of the strip-shaped laminate L2, and the electrode patterns E1, E3, E4, E7, E8, E10 are exposed from the other side surface. is doing.

続いて、帯状の積層体L2の側面に例えばCuを主成分とする導電材料をスパッタすることにより、図10(b)に示されるように、第1外部電極4となる電極パターンE11と,第2外部電極5となる電極パターンE12とを形成する(図5、ステップS119)。   Subsequently, by sputtering a conductive material containing, for example, Cu as a main component on the side surface of the strip-shaped laminate L2, as shown in FIG. 10B, an electrode pattern E11 that becomes the first external electrode 4, (2) An electrode pattern E12 to be the external electrode 5 is formed (FIG. 5, step S119).

スパッタによる成膜後、電極パターンE11,E12を覆うようにNiおよびSnをめっきする(ステップS120)。そして、めっきが施された積層体L2を、ダイヤモンドブレードにより切断する。このとき、帯状の積層体L2の延びる方向に対して垂直な方向に沿って切断する(ステップS121)。以上により、図1に示されるような加速度センサC1が完成する。   After film formation by sputtering, Ni and Sn are plated so as to cover the electrode patterns E11 and E12 (step S120). Then, the plated laminate L2 is cut with a diamond blade. At this time, it cut | disconnects along the direction perpendicular | vertical with respect to the direction where the strip | belt-shaped laminated body L2 is extended (step S121). Thus, the acceleration sensor C1 as shown in FIG. 1 is completed.

このようにして製造された加速度センサC1の動作について説明する。図12は、第1〜第8内部電極12,16,20,22,26,32,36,38および第1外部電極4および第2外部電極5を介した、第1〜第3領域24a,18a,34aの電気的な接続を説明するための図である。   The operation of the acceleration sensor C1 manufactured in this way will be described. 12 shows the first to third regions 24a through the first to eighth internal electrodes 12, 16, 20, 22, 26, 32, 36, 38, the first external electrode 4 and the second external electrode 5, respectively. It is a figure for demonstrating the electrical connection of 18a, 34a.

まず、図1に示されるように、回路基板50上に加速度センサC1を搭載する。加速度センサC1を搭載する際には、第1部材8の基体部14が回路基板50と対向するようにする。搭載された加速度センサC1に加速度が加わると、加速度センサC1において最も上に位置する第3部材10に慣性力が働く。第3部材10に慣性力が働くと、第3部材10と基体部14との間に位置する第1圧電体層24および第2圧電体層18には、荷重が付与される。第3部材10の質量は大きいため、第1圧電体層24および第2圧電体層18には、十分な荷重が付与されることとなる。   First, as shown in FIG. 1, the acceleration sensor C <b> 1 is mounted on the circuit board 50. When mounting the acceleration sensor C <b> 1, the base portion 14 of the first member 8 faces the circuit board 50. When acceleration is applied to the mounted acceleration sensor C1, an inertial force is applied to the third member 10 located at the top of the acceleration sensor C1. When an inertial force is applied to the third member 10, a load is applied to the first piezoelectric layer 24 and the second piezoelectric layer 18 positioned between the third member 10 and the base portion 14. Since the mass of the third member 10 is large, a sufficient load is applied to the first piezoelectric layer 24 and the second piezoelectric layer 18.

第1圧電体層24および第2圧電体層18に荷重が付与されると、第1領域24aおよび第2領域18aが伸縮して電荷を出力する。第1領域24aは、回路基板50と平行な方向から付与された荷重に応じた量の電荷を出力する。第2領域18aは、回路基板50と垂直な方向から付与された荷重に応じた量の電荷を出力する。また、第2領域18aは、積層方向に分極されているため、周囲温度が変化した場合にはパイロ効果による焦電荷を出力する。出力される焦電荷の量は、温度変化の傾きに応じた量となる。   When a load is applied to the first piezoelectric layer 24 and the second piezoelectric layer 18, the first region 24a and the second region 18a expand and contract and output electric charges. The first region 24 a outputs an amount of charge corresponding to a load applied from a direction parallel to the circuit board 50. The second region 18 a outputs an amount of charge corresponding to the load applied from the direction perpendicular to the circuit board 50. Further, since the second region 18a is polarized in the stacking direction, it outputs pyroelectric charges due to the pyro effect when the ambient temperature changes. The amount of pyroelectric charge that is output is an amount that corresponds to the slope of the temperature change.

第3部材10には自重分の荷重が作用するが、第1部材8および第2部材6に作用する荷重に比べると十分小さい。加速度センサC1において最も上に位置しているからである。したがって、第3圧電体層34の第3領域34aから出力される荷重による電荷量は、第2圧電体層18の第2領域18aから出力されるそれと比べて小さい。その一方で、第3領域34aは積層方向に分極されているため、第2領域18aと同様に、周囲温度の変化に応じた量の焦電荷を出力する。   A load corresponding to its own weight acts on the third member 10, but is sufficiently smaller than the loads acting on the first member 8 and the second member 6. This is because it is located at the top of the acceleration sensor C1. Therefore, the amount of charge due to the load output from the third region 34 a of the third piezoelectric layer 34 is smaller than that output from the second region 18 a of the second piezoelectric layer 18. On the other hand, since the third region 34a is polarized in the stacking direction, an amount of pyroelectric charge corresponding to the change in the ambient temperature is output in the same manner as the second region 18a.

このように、第1領域24aは回路基板50と平行な方向からの荷重に応じた量の電荷を出力し、第2領域18aは回路基板50と垂直な方向からの荷重に応じた量の電荷および周囲温度の変化に応じた量の焦電荷を出力し、第3領域34aは周囲温度の変化に応じた量の焦電荷を出力する。   In this way, the first region 24a outputs an amount of charge corresponding to the load from the direction parallel to the circuit board 50, and the second region 18a outputs the amount of charge corresponding to the load from the direction perpendicular to the circuit board 50 The third region 34a outputs a pyroelectric charge in an amount corresponding to the change in the ambient temperature.

図12に示されるように、外部電極4および外部電極5から見て、矢印A1方向に分極された第2領域18aと、矢印A2方向に分極された第3領域34aとは、出力電荷を打ち消しあう関係となっている。したがって、第1外部電極4および第2外部電極5からは、第2領域18aの出力電荷(回路基板50と垂直な方向からの荷重に応じた量の電荷と周囲温度の変化に応じた量の焦電荷)から第3領域34aの出力電荷(周囲温度の変化に応じた量の焦電荷)を差し引いたものに、第1領域24aの出力電荷(回路基板50と平行な方向からの荷重に応じた量の電荷)を合計したもの、つまり、回路基板50と垂直な方向および回路基板50と平行な方向からの荷重に応じた量の電荷、が出力されることとなる。第1外部電極4および第2外部電極5によって出力された電荷は、図3に示されるように、検出回路54によって電荷電圧変換された後、外部回路に出力される。   As shown in FIG. 12, the second region 18a polarized in the direction of the arrow A1 and the third region 34a polarized in the direction of the arrow A2 as viewed from the external electrode 4 and the external electrode 5 cancel the output charge. It has become a relationship. Therefore, the first external electrode 4 and the second external electrode 5 output charges of the second region 18a (the amount of charge corresponding to the load from the direction perpendicular to the circuit board 50 and the amount corresponding to the change in ambient temperature). The output charge of the first region 24a (the load from a direction parallel to the circuit board 50) is obtained by subtracting the output charge of the third region 34a (the amount of pyroelectric charge corresponding to the change in ambient temperature) from the pyroelectric charge). In other words, an amount of electric charge corresponding to a load from a direction perpendicular to the circuit board 50 and a direction parallel to the circuit board 50 is output. As shown in FIG. 3, the charges output from the first external electrode 4 and the second external electrode 5 are converted into a charge voltage by the detection circuit 54 and then output to the external circuit.

以上述べたように、本第1実施形態に係る加速度センサC1は圧電素子2を備えており、この圧電素子2は、第1圧電体層24、第2圧電体層18、および第3圧電体層34を有している。第1圧電体層24は第1領域24aを、第2圧電体層18は第2領域18aを、第3圧電体層34は第3領域34aを、それぞれ圧電活性領域として有している。   As described above, the acceleration sensor C1 according to the first embodiment includes the piezoelectric element 2. The piezoelectric element 2 includes the first piezoelectric layer 24, the second piezoelectric layer 18, and the third piezoelectric body. It has a layer 34. The first piezoelectric layer 24 has a first region 24a, the second piezoelectric layer 18 has a second region 18a, and the third piezoelectric layer 34 has a third region 34a as a piezoelectric active region.

外部から加速度を受けると、第1領域24aと第2領域18aとに荷重が付与される。第1領域24aは、積層方向に対して垂直な方向からの荷重に応じた量の電荷を、第1外部電極4および第2外部電極5に出力する。また、第2領域18aは、積層方向からの荷重に応じた量の電荷を、第1外部電極4および第2外部電極5に出力する。   When acceleration is applied from the outside, a load is applied to the first region 24a and the second region 18a. The first region 24 a outputs an amount of charge corresponding to a load from a direction perpendicular to the stacking direction to the first external electrode 4 and the second external electrode 5. Further, the second region 18 a outputs an amount of electric charge corresponding to the load from the stacking direction to the first external electrode 4 and the second external electrode 5.

積層方向に分極された領域は、荷重による電荷だけでなく、周囲温度が変化した場合にはパイロ効果による焦電荷を多く出力することが従来から知られている。これによると、第2領域18aは、荷重に応じた量の電荷のほかに周囲温度の変化に応じた量の焦電荷を出力する。一方、第3圧電体層34の第3領域34aもまた、積層方向に分極されているため、周囲温度の変化に応じた量の焦電荷を第1外部電極4および第2外部電極5に出力することとなる。なお、第3領域34aは、付与される荷重が第2領域18aのそれと比べて小さいので、荷重による電荷ではなく周囲温度の変化に応じた量の焦電荷を主に出力する。   It is conventionally known that a region polarized in the stacking direction outputs not only a charge due to a load but also a large amount of pyroelectric charge due to the pyro effect when the ambient temperature changes. According to this, the second region 18a outputs an amount of pyroelectric charge according to a change in ambient temperature in addition to an amount of electric charge according to the load. On the other hand, since the third region 34 a of the third piezoelectric layer 34 is also polarized in the stacking direction, an amount of pyroelectric charge corresponding to a change in ambient temperature is output to the first external electrode 4 and the second external electrode 5. Will be. Since the applied load is smaller than that of the second region 18a, the third region 34a mainly outputs a pyroelectric charge in an amount corresponding to a change in ambient temperature, not a charge due to the load.

第3領域34aの分極方向は第2領域18aの分極方向と逆となっている。そのため、第2領域18aの出力電荷から焦電荷分をキャンセルすることができる。その結果、第1外部電極4および第2外部電極5からは、積層方向からの荷重と、積層方向に対して垂直な方向からの荷重とに応じた量の電荷が出力されることとなる。このように、加速度センサC1では、周囲温度の変化に応じた量の焦電荷を効果的に除去することができるので、正確な加速度を検出することが可能となる。   The polarization direction of the third region 34a is opposite to the polarization direction of the second region 18a. Therefore, the pyroelectric charge can be canceled from the output charge of the second region 18a. As a result, the first external electrode 4 and the second external electrode 5 output a charge corresponding to the load from the stacking direction and the load from the direction perpendicular to the stacking direction. As described above, the acceleration sensor C1 can effectively remove the amount of pyroelectric charge corresponding to the change in the ambient temperature, so that accurate acceleration can be detected.

第3領域34aと第5内部電極26および第6内部電極32との接触面積は、第2圧電体層18の第2領域18aと第2内部電極16および第3内部電極20との接触面積と、略同一となっている。そのため、第3領域34aから出力される焦電荷の量と、第2領域18aから出力される焦電荷の量とは、略同一となる。したがって、第2領域18aから出力された電荷のうち、焦電荷の分をより確実にキャンセルすることができる。その結果、より正確な加速度を検出することが可能となる。   The contact area between the third region 34 a and the fifth internal electrode 26 and the sixth internal electrode 32 is the contact area between the second region 18 a of the second piezoelectric layer 18 and the second internal electrode 16 and the third internal electrode 20. It is almost the same. Therefore, the amount of pyroelectric charge output from the third region 34a and the amount of pyroelectric charge output from the second region 18a are substantially the same. Therefore, it is possible to more reliably cancel the pyroelectric charge out of the electric charge output from the second region 18a. As a result, more accurate acceleration can be detected.

第1圧電体層24および第2圧電体層18は、第3部材10と基体部14との間に形成されている。第3部材10は大きな質量を有しているため、第1部材8および第2部材6に対するおもり部として機能する。このような第3部材10に慣性力が働くと、第1圧電体層および第2圧電体層には十分な荷重が付与されることとなる。その結果、加速度を精度よく検出することができる。   The first piezoelectric layer 24 and the second piezoelectric layer 18 are formed between the third member 10 and the base portion 14. Since the third member 10 has a large mass, it functions as a weight for the first member 8 and the second member 6. When an inertial force acts on the third member 10 as described above, a sufficient load is applied to the first piezoelectric layer and the second piezoelectric layer. As a result, acceleration can be detected with high accuracy.

図2に示されるように、第2圧電体層24は第3圧電体層18よりも基体部14側に位置している。この場合、第2圧電体層24に付与される荷重と比べて、第3圧電体層18に付与される荷重を確実に小さくすることができる。その結果、第3領域18が荷重による電荷を出力する可能性を、確実に低減することができる。   As shown in FIG. 2, the second piezoelectric layer 24 is located closer to the base portion 14 than the third piezoelectric layer 18. In this case, the load applied to the third piezoelectric layer 18 can be reliably reduced as compared with the load applied to the second piezoelectric layer 24. As a result, the possibility that the third region 18 outputs a charge due to the load can be reliably reduced.

図2に示されるように、第2圧電体層24は第1圧電体層24よりも基体部14側に位置している。図1に示されるように、加速度センサC1を回路基板50に搭載する際、第1,第2外部電極4,5と回路基板50との間に半田フィレット52が形成されるが、第2圧電体層24よりも回路基板50から離れたところに位置する第1圧電体層24は、半田フィレット52により伸縮を制限されることが少ない。よって、第1圧電体層24は、積層方向に対して垂直な方向からの荷重を正確に反映した量の電荷を出力することとなる。その結果、より正確な加速度を検出することができる。   As shown in FIG. 2, the second piezoelectric layer 24 is located closer to the base portion 14 than the first piezoelectric layer 24. As shown in FIG. 1, when the acceleration sensor C1 is mounted on the circuit board 50, a solder fillet 52 is formed between the first and second external electrodes 4, 5 and the circuit board 50. The first piezoelectric layer 24 located farther from the circuit board 50 than the body layer 24 is less likely to be expanded or contracted by the solder fillet 52. Therefore, the first piezoelectric layer 24 outputs an amount of charge that accurately reflects the load from the direction perpendicular to the stacking direction. As a result, more accurate acceleration can be detected.

(第2実施形態)   (Second Embodiment)

次に、第2実施形態に係る加速度センサC2について説明する。図13は、第2実施形態に係る加速度センサを示す側面図である。   Next, the acceleration sensor C2 according to the second embodiment will be described. FIG. 13 is a side view showing the acceleration sensor according to the second embodiment.

第2実施形態に係る加速度センサC2は、積層方向に沿った2つの対向する側面が段差形状を呈する点で、第1実施形態に係る加速度センサC1と相違する。第2実施形態に係る加速度センサC2は、圧電素子2と、圧電素子2の表面に形成された1対の電極である第1外部電極4および第2外部電極5とを備えている。   The acceleration sensor C2 according to the second embodiment is different from the acceleration sensor C1 according to the first embodiment in that two opposing side surfaces along the stacking direction have a step shape. The acceleration sensor C2 according to the second embodiment includes a piezoelectric element 2 and a first external electrode 4 and a second external electrode 5 that are a pair of electrodes formed on the surface of the piezoelectric element 2.

圧電素子2の構成要素は、第1実施形態に係る加速度センサC1の構成要素と同一である。ただし、図13に示されるように、積層方向から見て、第1圧電体層24を有する第1部材8および第3圧電体層34を有する第3部材10の大きさが、第2部材6における基体部14の大きさよりも小さくなっている。このような圧電素子2の側面2cおよび側面2dは、上部がそれぞれ内側に凹んだ段差形状を呈している。第1外部電極4および第2外部電極5は、圧電素子2の側面2cおよび側面2dに沿うように形成されている。   The components of the piezoelectric element 2 are the same as the components of the acceleration sensor C1 according to the first embodiment. However, as shown in FIG. 13, the size of the first member 8 having the first piezoelectric layer 24 and the third member 10 having the third piezoelectric layer 34 as viewed from the stacking direction is the second member 6. It is smaller than the size of the base portion 14 in FIG. The side surface 2c and the side surface 2d of the piezoelectric element 2 have a stepped shape in which the upper part is recessed inward. The first external electrode 4 and the second external electrode 5 are formed along the side surface 2 c and the side surface 2 d of the piezoelectric element 2.

上述した形状を有する加速度センサC2の製造方法について、図14を参照して説明する。   A method of manufacturing the acceleration sensor C2 having the above-described shape will be described with reference to FIG.

第1部材8となる第1積層体G1と、第2部材6となる第2積層体G2と、第3部材10となる第3積層体G3を形成する。これらの形成方法は、本実施形態の加速度センサC2における第1〜3積層体G1〜G3の形成方法と同様である。形成した第1〜3積層体G1〜G3を、図14(a)に示されるように、第2積層体G2、第1積層体G1、第3積層体G3の順で積層し、積層体L3を得る。第2積層体G2、第1積層体G1、第3積層体G3は、エポキシ樹脂系接着剤によってそれぞれ接着される。   A first stacked body G1 to be the first member 8, a second stacked body G2 to be the second member 6, and a third stacked body G3 to be the third member 10 are formed. These forming methods are the same as the forming methods of the first to third stacked bodies G1 to G3 in the acceleration sensor C2 of the present embodiment. As shown in FIG. 14A, the formed first to third laminated bodies G1 to G3 are laminated in the order of the second laminated body G2, the first laminated body G1, and the third laminated body G3, and the laminated body L3. Get. The 2nd laminated body G2, the 1st laminated body G1, and the 3rd laminated body G3 are each adhere | attached with an epoxy resin adhesive.

次に、積層体L3を、例えばダイヤモンドブレードにより所定の寸法に切断する。切断するにあたって、刃幅の異なる2つのブレードを用意する。まず、刃幅が大きい第1のブレードによって、図14(b)に示されるように、所定の深さの溝42を形成する。所定の深さとは、第3積層体G3の上面から第2積層体G2の上部にまで到達する程度の深さである。形成される溝42の幅は、第1のブレードの幅と同一となる。次に、溝42の内側に刃幅の小さい第2のブレードを進入させ、積層体L3を切断する。ダイシング幅(切断しろ)44は、第2のブレードの幅と同一であるため、溝42よりも狭くなる。したがって、切断により得られる略帯状の積層体は、側面に段差を有するものとなる。   Next, the laminated body L3 is cut into a predetermined dimension by, for example, a diamond blade. Two blades having different blade widths are prepared for cutting. First, as shown in FIG. 14B, a groove 42 having a predetermined depth is formed by a first blade having a large blade width. The predetermined depth is a depth that reaches the upper surface of the second stacked body G2 from the upper surface of the third stacked body G3. The width of the groove 42 to be formed is the same as the width of the first blade. Next, a second blade having a small blade width is made to enter the inside of the groove 42 to cut the laminate L3. Since the dicing width (cutting margin) 44 is the same as the width of the second blade, it is narrower than the groove 42. Therefore, the substantially strip-shaped laminate obtained by cutting has a step on the side surface.

得られた略帯状の積層体の側面にCuを主成分とする導電材料をスパッタすることにより、第1外部電極4となる電極パターンと,第2外部電極5となる電極パターンとを形成する。スパッタ後、第1外部電極4および第2外部電極5を覆うようにNiおよびSnをめっきする。そして、めっきが施された積層体を、ダイヤモンドブレードにより積層体の延びる方向に対して垂直な方向に沿って切断する。以上により、図13に示されるような加速度センサC2が完成する。   An electrode pattern to be the first external electrode 4 and an electrode pattern to be the second external electrode 5 are formed by sputtering a conductive material containing Cu as a main component on the side surface of the obtained substantially band-shaped laminate. After sputtering, Ni and Sn are plated so as to cover the first external electrode 4 and the second external electrode 5. And the laminated body to which plating was performed is cut | disconnected along a direction perpendicular | vertical with respect to the extending direction of a laminated body with a diamond blade. Thus, the acceleration sensor C2 as shown in FIG. 13 is completed.

このように、本第2実施形態に係る加速度センサC2では、積層方向から見て、第1圧電体層24および第3圧電体層34が基体部14よりも小さくなっている。第1外部電極4および第2外部電極5は、第1圧電体層24および第3圧電体層34の部分において内側に凹んだ段差形状となっている。このような側面を有する加速度センサC2を回路基板50上に半田付けする際には、半田フィレット52は内側に凹んだ部分よりも下部、すなわち第1圧電体層24よりも基体部14側に形成されるか、もしくは凹んだ部分にまで到達したとても薄く形成されることとなる。よって、第1圧電体層24は伸縮の制限をより受けにくくなる。その結果、より正確な加速度を検出することが可能となる。   Thus, in the acceleration sensor C <b> 2 according to the second embodiment, the first piezoelectric layer 24 and the third piezoelectric layer 34 are smaller than the base portion 14 when viewed from the stacking direction. The first external electrode 4 and the second external electrode 5 have a stepped shape that is recessed inward at the first piezoelectric layer 24 and the third piezoelectric layer 34. When the acceleration sensor C2 having such a side surface is soldered on the circuit board 50, the solder fillet 52 is formed below the inwardly recessed portion, that is, closer to the base body 14 than the first piezoelectric layer 24. Or it will be formed very thin reaching the recessed part. Therefore, the first piezoelectric layer 24 is less likely to be restricted from expansion and contraction. As a result, more accurate acceleration can be detected.

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、上記第2実施形態では、積層方向から見たときの第1圧電体層24の大きさを基体部14の大きさよりも小さくするとしたが、第1圧電体層24だけでなく、第1圧電体層24の下に位置する第2圧電体層18の大きさも基体部14の大きさより小さくする、としてもよい。圧電素子2の側面2cおよび側面2dは、第1圧電体層24および第2圧電体層18の部分において、内側に凹んだ段差形状を呈することとなる。これにより、第1外部電極4および第2外部電極5もまた、第1圧電体層24および第2圧電体層18に対応する部分が内側に凹んだ段差形状を呈することとなる。この場合、第2圧電体層18の上に形成されている第1圧電体層24は、半田フィレットによる動作の制限をいっそう受けにくくなる。   For example, in the second embodiment, the size of the first piezoelectric layer 24 when viewed from the stacking direction is made smaller than the size of the base portion 14, but not only the first piezoelectric layer 24 but also the first piezoelectric layer 24. The size of the second piezoelectric layer 18 positioned below the piezoelectric layer 24 may be smaller than the size of the base portion 14. The side surface 2c and the side surface 2d of the piezoelectric element 2 exhibit a stepped shape that is recessed inward in the portions of the first piezoelectric layer 24 and the second piezoelectric layer 18. As a result, the first external electrode 4 and the second external electrode 5 also have a stepped shape in which portions corresponding to the first piezoelectric layer 24 and the second piezoelectric layer 18 are recessed inward. In this case, the first piezoelectric layer 24 formed on the second piezoelectric layer 18 becomes more difficult to be restricted by the operation of the solder fillet.

また、上記第1実施形態では、第2圧電体層18は積層方向であって圧電素子2の側面2bから側面2aに向かう方向に分極され、第3圧電体層34は積層方向であって圧電素子2の側面2aから側面2bに向かう方向に分極されている、としたが、第2圧電体層18および第3圧電体層34は、それぞれ逆であってもよい。   In the first embodiment, the second piezoelectric layer 18 is polarized in the stacking direction and in the direction from the side surface 2b to the side surface 2a of the piezoelectric element 2, and the third piezoelectric layer 34 is stacked in the stacking direction and is piezoelectric. Although it is assumed that the element 2 is polarized in the direction from the side surface 2a to the side surface 2b, the second piezoelectric layer 18 and the third piezoelectric layer 34 may be reversed.

また、上記第1,2実施形態では、基体部14、第2圧電体層18、第1圧電体層24、第3圧電体層34、はこの順で積層されているが、積層順はこれに限られない。ただし、第2圧電体層18および第1圧電体層24は、基体部14と第3圧電体層34との間に位置するものとする。したがって、例えば、図15に示される加速度センサC3のように、基体部14の上に第1圧電体層24を配し、第1圧電体層24の上に第2圧電体層18を配し、第2圧電体層18の上に第3圧電体層34を配するとしてもよい。この場合、第2圧電体層18および第3圧電体層34の間に位置する内部電極56から見て、第2圧電体層18と第3圧電体層34とは互いに逆となる方向(矢印A3方向)に分極されることとする。   In the first and second embodiments, the base portion 14, the second piezoelectric layer 18, the first piezoelectric layer 24, and the third piezoelectric layer 34 are laminated in this order. Not limited to. However, the second piezoelectric layer 18 and the first piezoelectric layer 24 are located between the base portion 14 and the third piezoelectric layer 34. Therefore, for example, like the acceleration sensor C3 shown in FIG. 15, the first piezoelectric layer 24 is disposed on the base portion 14 and the second piezoelectric layer 18 is disposed on the first piezoelectric layer 24. The third piezoelectric layer 34 may be disposed on the second piezoelectric layer 18. In this case, when viewed from the internal electrode 56 positioned between the second piezoelectric layer 18 and the third piezoelectric layer 34, the second piezoelectric layer 18 and the third piezoelectric layer 34 are in directions opposite to each other (arrows). A3 direction).

また、上記第1実施形態における加速度センサC1において、図16に示されるように、圧電素子2の側面2a全体と、側面2cおよび側面2dのうち第1部材8および第3部材10に対応する部分とを、樹脂等でコーティングするとしてもよい。コーティングは、第1外部電極4および第2外部電極5の外側から施すものとする。この場合、加速度センサC1の側面において、コーティングされた部分とコーティングされていない部分との間に段差が生じる。側面に段差を有する加速度センサC1を回路基板50上に半田付けする際には、半田フィレット52はコーティングされた部分よりも下部、すなわち第1部材8の第1圧電体層24よりも基体部14側に形成されるか、もしくはコーティングされた部分にまで到達したとても薄く形成されることとなる。よって、第1圧電体層24は半田フィレット52による伸縮の制限をいっそう受けにくくなる。   Further, in the acceleration sensor C1 in the first embodiment, as shown in FIG. 16, the entire side surface 2a of the piezoelectric element 2, and portions corresponding to the first member 8 and the third member 10 among the side surface 2c and the side surface 2d. May be coated with a resin or the like. The coating is applied from the outside of the first external electrode 4 and the second external electrode 5. In this case, a step is generated between the coated portion and the uncoated portion on the side surface of the acceleration sensor C1. When soldering the acceleration sensor C1 having a step on the side surface onto the circuit board 50, the solder fillet 52 is lower than the coated portion, that is, the base portion 14 than the first piezoelectric layer 24 of the first member 8. It will be formed on the side or very thin reaching the coated part. Therefore, the first piezoelectric layer 24 becomes more difficult to be restricted by the solder fillet 52.

また、上記実施形態では、第3圧電体層34はおもり部として機能するとしたが、おもり部を第3圧電体層34とは別個に備えてもよい。この場合、おもり部は、第3圧電体層34よりも基体部14側に配されることが好ましい。おもり部は、基体部14と同様に電極パターンが印刷されていないグリーンシートで作製することができる。   In the above embodiment, the third piezoelectric layer 34 functions as a weight portion. However, the weight portion may be provided separately from the third piezoelectric layer 34. In this case, the weight portion is preferably disposed closer to the base portion 14 than the third piezoelectric layer 34. The weight portion can be made of a green sheet on which an electrode pattern is not printed, like the base portion 14.

また、上記実施形態では、基体部14および第2圧電体層18を一体成形しているが、これらを別々に成形した後に接着剤その他の適当な手段を用いて互いに結合するとしてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the base | substrate part 14 and the 2nd piezoelectric material layer 18 are integrally molded, you may couple | bond together using an adhesive agent or another suitable means after shape | molding these separately.

また、上記実施形態では、基体部14をグリーンシートにより作製するとしたが、例えば成形型等を用いて作製するとしてもよい。また、上記実施形態では、基体部14は、PZTを主成分とするセラミック材料で形成されるとしたが、基体部14を形成する材料はこれに限られない。基体部14を第1〜第3圧電体層24,18,34と比べて高い硬度を有する材料で形成した場合には、外力に対する圧電素子2の強度を高めることができる。   Moreover, in the said embodiment, although the base | substrate part 14 was produced with the green sheet, you may produce using a shaping | molding die etc., for example. Moreover, in the said embodiment, although the base | substrate part 14 was formed with the ceramic material which has PZT as a main component, the material which forms the base | substrate part 14 is not restricted to this. When the base portion 14 is formed of a material having higher hardness than the first to third piezoelectric layers 24, 18, 34, the strength of the piezoelectric element 2 against external force can be increased.

また、第1〜第3圧電体層24,18,34、第1〜第8内部電極12,16,20,22,26,32,36,38、第1,第2分極用電極28,30、および第1,第2外部電極4,5に用いられる材料は、上述したものに限られない。   Also, the first to third piezoelectric layers 24, 18, 34, the first to eighth internal electrodes 12, 16, 20, 22, 26, 32, 36, 38, the first and second polarization electrodes 28, 30. The materials used for the first and second external electrodes 4 and 5 are not limited to those described above.

第1実施形態に係る加速度センサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the acceleration sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る加速度センサに含まれる圧電素子を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the piezoelectric element contained in the acceleration sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る加速度センサと接続される検出回路の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the detection circuit connected with the acceleration sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る加速度センサの製造方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the acceleration sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る加速度センサの製造方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the acceleration sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1部材となる第1積層体を製造する工程を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the process of manufacturing the 1st laminated body used as a 1st member. 第1積層体の平面図である。It is a top view of the 1st layered product. 第2部材となる第2積層体を製造する工程を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the process of manufacturing the 2nd laminated body used as a 2nd member. 第3部材となる第3積層体を製造する工程を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the process of manufacturing the 3rd laminated body used as the 3rd member. 圧電素子を製造する工程を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the process of manufacturing a piezoelectric element. 第1〜第3積層体を積層したものを示す側面図である。It is a side view which shows what laminated | stacked the 1st-3rd laminated body. 第1〜第3領域の電気的な接続を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the electrical connection of a 1st-3rd area | region. 第2実施形態に係る加速度センサを示す側面図である。It is a side view which shows the acceleration sensor which concerns on 2nd Embodiment. 圧電素子を製造する工程を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the process of manufacturing a piezoelectric element. 加速度センサの変形例を示す側面図である。It is a side view which shows the modification of an acceleration sensor. 加速度センサのその他の変形例を示す側面図である。It is a side view which shows the other modification of an acceleration sensor.

符号の説明Explanation of symbols

C1,C2,C3・・・加速度センサ、2・・・圧電素子、4・・・第1外部電極、5・・・第2外部電極、6・・・第2部材、8・・・第1部材、10・・・第3部材、12・・・第1内部電極、14・・・基体部、16・・・第2内部電極、18・・・第2圧電体層、18a・・・第2領域、20・・・第3内部電極、22・・・第4内部電極、24・・・第1圧電体層、24a・・・第1領域、26・・・第5内部電極、28・・・第1分極用電極、30・・・第2分極用電極、32・・・第6内部電極、34・・・第3圧電体層、34a・・・第3領域、36・・・第7内部電極、38・・・第8内部電極。   C1, C2, C3 ... acceleration sensor, 2 ... piezoelectric element, 4 ... first external electrode, 5 ... second external electrode, 6 ... second member, 8 ... first Members 10, 3rd member, 12, first internal electrode, 14, base portion, 16, second internal electrode, 18, second piezoelectric layer, 18 a, first. 2 region, 20 ... third internal electrode, 22 ... fourth internal electrode, 24 ... first piezoelectric layer, 24a ... first region, 26 ... fifth internal electrode, 28. ..First polarization electrode, 30 ... second polarization electrode, 32 ... sixth internal electrode, 34 ... third piezoelectric layer, 34a ... third region, 36 ... first 7 internal electrodes, 38... 8th internal electrode.

Claims (7)

圧電素子と、前記圧電素子の表面に沿って形成された第1外部電極及び第2外部電極と、を備える加速度センサであって、
前記圧電素子は、
第1圧電体層、前記第1外部電極と接続される一方の内部電極、及び当該一方の内部電極との間で前記第1圧電体層を挟むと共に前記第2外部電極と接続される他方の内部電極から構成される第1部材と、
第2圧電体層、前記第1外部電極と接続される一方の内部電極、及び当該一方の内部電極との間で前記第2圧電体層を挟むと共に前記第2外部電極と接続される他方の内部電極から構成される第2部材と、
第3圧電体層、前記第1外部電極と接続される一方の内部電極、及び当該一方の内部電極との間で前記第3圧電体層を挟むと共に前記第2外部電極と接続される他方の内部電極から構成される第3部材と、を積層することによって構成され、
前記第2部材の一方の内部電極は、前記第3部材の一方の内部電極と別体あるいは一体とされており、
前記第1圧電体層において、前記第1部材の一方の内部電極と前記第1部材の他方の内部電極との間に挟まれる第1領域は、前記圧電素子の積層方向に対して垂直な方向に分極されており、
前記第2圧電体層において、前記第2部材の一方の内部電極と前記第2部材の他方の内部電極との間に挟まれる第2領域は、前記圧電素子の積層方向に分極されており、
前記第3圧電体層において、前記第3部材の一方の内部電極と前記第3部材の他方の内部電極との間に挟まれる第3領域は、前記圧電素子の積層方向に分極されており、
前記第3部材の一方の内部電極から前記第3部材の他方の内部電極を見たときにおける前記第3領域の分極方向は、前記第2部材の一方の内部電極から前記第2部材の他方の内部電極を見たときにおける前記第2領域の分極方向と逆になっており、
前記第3部材の前記積層方向における一方側には前記第1部材及び前記第2部材が積層され、
前記第3部材は、前記第1部材及び前記第2部材よりも大きな質量を有し、慣性力が働くと前記第1部材及び前記第2部材に荷重を付与することを特徴とする加速度センサ。
An acceleration sensor comprising: a piezoelectric element; and a first external electrode and a second external electrode formed along the surface of the piezoelectric element,
The piezoelectric element is
The first piezoelectric layer, one internal electrode connected to the first external electrode, and the other one connected to the second external electrode while sandwiching the first piezoelectric layer between the one internal electrode A first member composed of internal electrodes;
The second piezoelectric layer, one internal electrode connected to the first external electrode, and the other internal electrode sandwiching the second piezoelectric layer between the one internal electrode and the second external electrode A second member composed of internal electrodes;
The third piezoelectric layer, one internal electrode connected to the first external electrode, and the other internal electrode sandwiched between the third piezoelectric layer and the second external electrode It is constituted by laminating a third member composed of internal electrodes,
One internal electrode of the second member is separate from or integral with one internal electrode of the third member,
In the first piezoelectric layer, a first region sandwiched between one internal electrode of the first member and the other internal electrode of the first member is a direction perpendicular to the stacking direction of the piezoelectric elements. Is polarized,
In the second piezoelectric layer, a second region sandwiched between one internal electrode of the second member and the other internal electrode of the second member is polarized in the stacking direction of the piezoelectric elements,
In the third piezoelectric layer, a third region sandwiched between one internal electrode of the third member and the other internal electrode of the third member is polarized in the stacking direction of the piezoelectric elements,
When the other internal electrode of the third member is viewed from one internal electrode of the third member, the polarization direction of the third region is from one internal electrode of the second member to the other of the second member. The direction of polarization of the second region when viewing the internal electrode is opposite,
The first member and the second member are stacked on one side of the third member in the stacking direction,
The acceleration sensor, wherein the third member has a larger mass than the first member and the second member, and applies a load to the first member and the second member when an inertial force is applied.
前記第3領域と前記第3部材の一方の内部電極及び他方の内部電極との接触面積は、前記第2領域と前記第2部材の一方の内部電極及び他方の内部電極との接触面積と同一であることを特徴とする請求項1に記載の加速度センサ。   The contact area between the third region and one internal electrode and the other internal electrode of the third member is the same as the contact area between the second region and one internal electrode and the other internal electrode of the second member. The acceleration sensor according to claim 1, wherein: 前記圧電素子は基体部を更に有しており、前記第1部材、前記第2部材及び前記第3部材は前記基体部上に形成され、前記第1部材及び前記第2部材は、前記基体部と前記第3部材との間に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の加速度センサ。   The piezoelectric element further includes a base portion, wherein the first member, the second member, and the third member are formed on the base portion, and the first member and the second member are the base portion. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the acceleration sensor is formed between the first member and the third member. 前記圧電素子の積層方向に対して垂直な方向から見て、前記第2部材は、前記第1部材よりも前記基体部側に位置していることを特徴とする請求項3に記載の加速度センサ。   4. The acceleration sensor according to claim 3, wherein the second member is positioned closer to the base portion than the first member when viewed from a direction perpendicular to the stacking direction of the piezoelectric elements. . 前記圧電素子の積層方向から見て、前記第1部材と前記基体部との間に位置する層の大きさが前記基体部の大きさよりも小さく、前記第1部材と前記基体部との間が内側に凹んだ外形を呈することを特徴とする請求項3または4記載の加速度センサ。   When viewed from the stacking direction of the piezoelectric elements, the size of the layer positioned between the first member and the base portion is smaller than the size of the base portion, and the space between the first member and the base portion is between The acceleration sensor according to claim 3, wherein the acceleration sensor has an outer shape recessed inward. 前記圧電素子の積層方向から見て、前記第1部材の大きさが前記基体部の大きさよりも小さく、前記第1部材の部分が内側に凹んだ外形を呈することを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の加速度センサ。 The size of the first member is smaller than the size of the base portion when viewed from the stacking direction of the piezoelectric elements, and the first member portion has an outer shape recessed inward. The acceleration sensor according to claim 5. 圧電素子と、前記圧電素子の表面に沿って形成された第1外部電極及び第2外部電極と、を備える加速度センサの製造方法であって、
層が延びる方向に分極された第1圧電体層と、前記第1圧電体層を挟むように位置する一方の内部電極及び他方の内部電極と、を有する第1部材を形成する第1工程と、
層の厚み方向に分極された第2圧電体層と、前記第2圧電体層を挟むように位置する一方の内部電極及び他方の内部電極と、を有する第2部材を形成する第2工程と、
層の厚み方向に分極された第3圧電体層と、前記第3圧電体層を挟むように位置する一方の内部電極及び他方の内部電極と、を有する第3部材を形成する第3工程と、
前記第1部材が前記第2部材と前記第3部材との間に位置するように前記第1、第2、および第3部材を積層して前記圧電素子を形成する第4工程と、
前記圧電素子の表面に、前記第1部材の一方の内部電極、前記第2部材の一方の内部電極、及び前記第3部材の一方の内部電極と接続される第1外部電極を形成すると共に、前記第1部材の他方の内部電極、前記第2部材の他方の内部電極、及び前記第3部材の他方の内部電極と接続される第2外部電極を形成する第5工程と、を有し、
前記第3工程では、
前記第3圧電体層と当該第3圧電体層を挟んで重なる前記第3部材の一方の内部電極及び前記第3部材の他方の内部電極との接触面積が、前記第2圧電体層と当該第2圧電体層を挟んで重なる前記第2部材の一方の内部電極及び前記第2部材の他方の内部電極との接触面積と同一になるように前記第3部材の一方の内部電極及び前記第3部材の他方の内部電極を配置し、
前記第1部材及び前記第2部材よりも大きな質量を有し、慣性力が働くと前記第1部材及び前記第2部材に荷重を付与するように前記第3部材を形成し、
前記第4工程では、
前記第3部材の一方の内部電極から前記第3部材の他方の内部電極を見たときにおける前記第3領域の分極方向が、前記第2部材の一方の内部電極から前記第2部材の他方の内部電極を見たときにおける前記第2領域の分極方向と逆となるように前記第2部材および前記第3部材を配置することを特徴とする加速度センサの製造方法。
A method of manufacturing an acceleration sensor comprising: a piezoelectric element; and a first external electrode and a second external electrode formed along the surface of the piezoelectric element,
A first step of forming a first member having a first piezoelectric layer polarized in a direction in which the layer extends, and one internal electrode and the other internal electrode positioned so as to sandwich the first piezoelectric layer; ,
A second step of forming a second member having a second piezoelectric layer polarized in the thickness direction of the layer, and one internal electrode and the other internal electrode located so as to sandwich the second piezoelectric layer; ,
A third step of forming a third member having a third piezoelectric layer polarized in the thickness direction of the layer, and one internal electrode and the other internal electrode located so as to sandwich the third piezoelectric layer; ,
A fourth step of forming the piezoelectric element by stacking the first, second, and third members such that the first member is positioned between the second member and the third member;
Forming a first external electrode connected to one internal electrode of the first member, one internal electrode of the second member, and one internal electrode of the third member on the surface of the piezoelectric element; Forming a second external electrode connected to the other internal electrode of the first member, the other internal electrode of the second member, and the other internal electrode of the third member, and
In the third step,
The contact area between one internal electrode of the third member and the other internal electrode of the third member that overlaps with the third piezoelectric layer sandwiching the third piezoelectric layer is determined by the second piezoelectric layer and the third piezoelectric layer. The one internal electrode of the third member and the first electrode have the same contact area as one internal electrode of the second member and the other internal electrode of the second member that overlap with each other across the second piezoelectric layer. Arranging the other internal electrode of the three members,
The third member has a larger mass than the first member and the second member, and when the inertial force is applied, the third member is formed so as to apply a load to the first member and the second member,
In the fourth step,
When the other internal electrode of the third member is viewed from one internal electrode of the third member, the polarization direction of the third region is from one internal electrode of the second member to the other of the second member. A method of manufacturing an acceleration sensor, comprising: arranging the second member and the third member so as to be opposite to a polarization direction of the second region when the internal electrode is viewed.
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