JPH07318578A - Acceleration sensor and its manufacture - Google Patents

Acceleration sensor and its manufacture

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JPH07318578A
JPH07318578A JP7012395A JP7012395A JPH07318578A JP H07318578 A JPH07318578 A JP H07318578A JP 7012395 A JP7012395 A JP 7012395A JP 7012395 A JP7012395 A JP 7012395A JP H07318578 A JPH07318578 A JP H07318578A
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piezoelectric vibrator
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conductive
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Tetsuo Ootsuchi
哲郎 大土
Osamu Kawasaki
修 川崎
Hidenobu Shintaku
秀信 新宅
Shigeo Suzuki
茂夫 鈴木
Takahiro Nishikura
孝弘 西倉
Katsumi Imada
勝巳 今田
Masanori Sumihara
正則 住原
Katsu Takeda
克 武田
Takashi Nojima
貴志 野島
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Abstract

PURPOSE:To obtain a compact acceleration sensor which has a superior shock resistance and has a high sensitivity over a wide frequency by supporting a piezoelectric vibrator with a support via a conductive protrusion consisting of metal or ceramic being formed by performing flame spraying to the piezoelectric vibrator. CONSTITUTION:A piezoelectric vibrator 100 is provided with a bimorph piezoelectric element 1 which is formed by laminating a plate consisting of a piezoelectric material such as a piezoelectric ceramic plate 2 as a piezoelectric element. An electrode 4 is formed on the opposing main surface of each piezoelectric ceramic plate 2. A protrusion 3 consisting of molybdenum is mounted onto the electrode 4 in a line at the center of the opposing surface of the bimorph piezoelectric element 1 by the flame spraying method. The piezoelectric vibrator 100 is supported via a conductive protrusion. The conductive protrusion is superb in mechanical strength, can stably fix the piezoelectric vibrator 100, and has an improved shock resistance. Also, by supporting the piezoelectric vibrator 100 at the center, an edge part can be freely vibrated like a piezoelectric vibrator in cantilever structure, thus detecting the vibration at a high frequency region with a high sensitivity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、加速度の測定および振
動の検知等に使われる加速度センサ及びその製造方法に
関する。より詳細には、小型で高性能の加速度センサ及
びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor used for measuring acceleration, detecting vibration, and the like, and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a small and high-performance acceleration sensor and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器の小型が進み、ノート型
パソコン等の携帯用電子機器が普及してきた。これらの
電子機器の衝撃に対する信頼性を確保・向上するため
に、小型で高性能の加速度センサへの需要が高まってい
る。例えば、高密度のハードディスクへの書き込み動作
中に衝撃が加わると、ヘッドの位置ずれが生じる。その
結果、データの書き込みエラーやヘッドの破損を引き起
こす可能性がある。そこで、ハードディスクに加わった
衝撃を検出し、書き込み動作を停止したり、ヘッドを安
全な位置に退避させる必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices have become smaller, and portable electronic devices such as notebook personal computers have become popular. In order to secure / improve the reliability of these electronic devices against impact, there is an increasing demand for small and high-performance acceleration sensors. For example, if a shock is applied during a write operation to a high-density hard disk, the head will be displaced. As a result, a data write error or head damage may occur. Therefore, it is necessary to detect the impact applied to the hard disk, stop the writing operation, and retract the head to a safe position.

【0003】従来、加速度センサとしては、圧電セラミ
ック等の圧電材料を用いたものが知られている。これら
の加速度センサは、圧電材料の電気−機械変換特性を利
用することによって、高い検出感度を実現することがで
きる。圧電型の加速度センサは、加速度や振動による力
を圧電効果によって電圧に変換し出力する。このような
加速度センサとしては、特開平第2−248086号公
報に示されるような片持ち梁型構造の矩形状バイモルフ
素子がある。片持ち梁構造は、図12に示すようにバイ
モルフ構造の圧電振動子11の片端を導電性接着剤15
などで接着固定したものである。片持ち梁型構造のバイ
モルフ素子は、その共振周波数が低いので比較的低い周
波数成分を持つ加速度を測定するに用いられる。また、
高い周波数領域の加速度を測定する場合には、図13に
示すようにバイモルフ構造の圧電振動子11の両端を固
定部材13に接着剤15等で固定した矩形状のバイモル
フ素子が用いられる。圧電振動子の両端を固定すること
によって、共振周波数を比較的高くすることができる。
Conventionally, as an acceleration sensor, one using a piezoelectric material such as a piezoelectric ceramic is known. These acceleration sensors can realize high detection sensitivity by utilizing the electromechanical conversion characteristics of the piezoelectric material. The piezoelectric type acceleration sensor converts a force due to acceleration or vibration into a voltage by a piezoelectric effect and outputs the voltage. As such an acceleration sensor, there is a cantilever type rectangular bimorph element as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-248086. In the cantilever structure, as shown in FIG. 12, one end of the piezoelectric vibrator 11 having a bimorph structure is attached with a conductive adhesive 15
It is fixed with adhesive. The bimorph element having a cantilever structure has a low resonance frequency and is used for measuring acceleration having a relatively low frequency component. Also,
When measuring acceleration in a high frequency region, a rectangular bimorph element in which both ends of a piezoelectric vibrator 11 having a bimorph structure are fixed to a fixing member 13 with an adhesive 15 or the like as shown in FIG. By fixing both ends of the piezoelectric vibrator, the resonance frequency can be made relatively high.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の片持ち梁構造の
加速度センサは、低周波数領域の振動に対して感度が高
いものの、高周波数領域の振動の検出が困難であること
や、耐衝撃性に劣るという欠点がある。一方、両持ち梁
構造の加速度センサは、検出できる周波数領域は広く、
耐衝撃性は高いものの、感度が低く、小型化が困難であ
るという問題がある。
The above-mentioned cantilever structure acceleration sensor has high sensitivity to vibrations in a low frequency range, but it is difficult to detect vibrations in a high frequency range and has shock resistance. Has the disadvantage of being inferior to. On the other hand, the double-supported beam acceleration sensor has a wide frequency range that can be detected.
Although it has high impact resistance, it has a problem that sensitivity is low and miniaturization is difficult.

【0005】更に、矩形状のバイモルフ圧電素子の感度
を安定にするためには、その共振周波数を安定にしなけ
ればならない。そのためには、その固定状態を安定なも
のにしなければならないが、実際には機械的にあるいは
温度変化などにより発生する応力により金属等の支持部
材または固定部材で支持または固定している部分にずれ
が生じる。例えば、接着剤を使用して固定する場合には
接着剤の塗布範囲により、固定の位置が変わってしま
う。また、接着剤の温度変化により固定状態が変動し、
安定な固定状態を得ることが困難であるなどの課題があ
る。
Further, in order to stabilize the sensitivity of the rectangular bimorph piezoelectric element, its resonance frequency must be stabilized. For that purpose, the fixed state must be stable, but in actuality it shifts to the part supported or fixed by a supporting member or fixing member such as metal due to stress generated mechanically or by temperature change. Occurs. For example, when fixing using an adhesive, the fixing position changes depending on the application range of the adhesive. Also, the fixing state changes due to the temperature change of the adhesive,
There are problems such as difficulty in obtaining a stable fixed state.

【0006】圧電素子の安定な固定状態を得るために、
特開昭第59−70923号公報に示されるように、バ
イモルフ圧電振動板の中央部分にスリットを設けて片持
ち梁構造を形成し、バイモルフ圧電振動板の周辺部を固
定する方法が取られている。この方法では加速度の検出
に寄与するスリットで形成した片持ち梁構造部以外の支
持部の面積が大きく、素子全体の大きさが大きくなり、
小型な加速度センサを作製することは困難である。
In order to obtain a stable fixed state of the piezoelectric element,
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-70923, a method of forming a cantilever structure by providing a slit in the central portion of a bimorph piezoelectric diaphragm and fixing the peripheral portion of the bimorph piezoelectric diaphragm has been adopted. There is. In this method, the area of the supporting portion other than the cantilever structure portion formed by the slit that contributes to the detection of acceleration is large, and the size of the entire element is large,
It is difficult to manufacture a small acceleration sensor.

【0007】また、加速度に対する感度を向上させるた
めには、振動により生ずる圧電素子の変位の傾きが固定
点で零となるような完全固定をするより、支持点におい
て変位の傾きが有限値を持つように支持したほうが、同
じ加速度を受けた場合でも圧電素子に大きな歪を生じる
ので出力感度が大きくなる。しかしながら、前述したよ
うに従来の方法では、支持の状態も安定に実現すること
はむずかしく、製造条件によって支持と固定の間の状態
を変動しやすく、圧電素子の共振周波数のばらつきが大
きくなり、加速度に対する感度のばらつきが大きくなる
という問題を有していた。
In order to improve the sensitivity to acceleration, the displacement gradient at the supporting point has a finite value, rather than being completely fixed so that the displacement gradient of the piezoelectric element caused by vibration becomes zero at the fixed point. In this way, even if the same acceleration is applied, a large distortion is generated in the piezoelectric element, so that the output sensitivity is increased. However, as described above, in the conventional method, it is difficult to realize a stable supporting state, the state between supporting and fixing is easily changed depending on the manufacturing conditions, the variation of the resonance frequency of the piezoelectric element becomes large, and the acceleration There is a problem in that the variation in sensitivity with respect to is large.

【0008】実開平5−23617号は、圧電共振子の
ための保持構造として、圧電振動子の表面に直方体状の
金属製突起を形成し、この突起を介して圧電素子を保持
する構造を開示している。実開平5−23617号の圧
電共振子は、加速度センサとは異なり、振動子の共振現
象を利用する素子であり、金属突起は共振を阻害しない
ように振動のノードの位置に設けられる。実開平5−2
3617号は、この直方体状の金属製突起の形成法とし
て、ろう付け、溶接、溶着、あるいは接着などの工法を
開示している。
Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-23617 discloses a holding structure for a piezoelectric resonator, in which a rectangular parallelepiped metal projection is formed on the surface of a piezoelectric vibrator and a piezoelectric element is held through the projection. is doing. Unlike the acceleration sensor, the piezo-resonator of Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-23617 is an element that utilizes the resonance phenomenon of the vibrator, and the metal protrusion is provided at the position of the vibration node so as not to hinder the resonance. Actual Kaihei 5-2
No. 3617 discloses a method such as brazing, welding, welding, or bonding as a method for forming the rectangular parallelepiped metal projection.

【0009】金属製の突起をろう付け、溶接、溶着で形
成すると、突起形成時に圧電振動子が高温に加熱される
ので、圧電振動子の特性が劣化する。特に、圧電セラミ
ックはキュリー温度が低く、耐熱性が低いので、高温に
さらされると特性劣化が大きいという。圧電振動子に用
いられる圧電セラミック材料のキュリー温度は250〜
350℃程度である。キュリー温度(摂氏)の2分の1
以上の温度、つまり125〜175℃以上に圧電振動子
を加熱すると、圧電振動子の特性が著しく劣化する。従
って、ろう付け、半田付けなどの高温の加熱を伴う工法
で突起を圧電振動子に形成すると、圧電振動子の特性を
著しく劣化させることになる。図14はキュリー温度が
300℃の圧電セラミックを1時間加熱したときの、圧
電定数の変化を示したものである。図14の横軸は加熱
温度、縦軸は規格化された圧電定数をそれぞれ表す。図
14より、140℃までの加熱なら圧電定数は変化しな
いが、それ以上の温度では圧電定数が低下していること
がわかる。また、図には示していないが、加熱温度が高
温になるほど短時間で圧電定数が低下する。実際に、ろ
う付け、半田付けなどの工法で突起を圧電振動子に形成
すると、圧電振動子の特性が劣化する。
When the metal projection is formed by brazing, welding, or welding, the piezoelectric vibrator is heated to a high temperature when the projection is formed, so that the characteristics of the piezoelectric vibrator deteriorate. In particular, since piezoelectric ceramics have a low Curie temperature and low heat resistance, they are said to have large characteristic deterioration when exposed to high temperatures. The Curie temperature of the piezoelectric ceramic material used for the piezoelectric vibrator is 250 to
It is about 350 ° C. Half of the Curie temperature (Celsius)
When the piezoelectric vibrator is heated to the above temperature, that is, 125 to 175 ° C. or higher, the characteristics of the piezoelectric vibrator are significantly deteriorated. Therefore, when the projection is formed on the piezoelectric vibrator by a method involving heating at high temperature such as brazing or soldering, the characteristics of the piezoelectric vibrator are significantly deteriorated. FIG. 14 shows a change in piezoelectric constant when a piezoelectric ceramic having a Curie temperature of 300 ° C. is heated for 1 hour. The horizontal axis of FIG. 14 represents the heating temperature, and the vertical axis represents the normalized piezoelectric constant. It can be seen from FIG. 14 that the piezoelectric constant does not change when heated up to 140 ° C., but the piezoelectric constant decreases at higher temperatures. Although not shown in the figure, the higher the heating temperature, the shorter the piezoelectric constant in a short time. When the projection is actually formed on the piezoelectric vibrator by a method such as brazing or soldering, the characteristics of the piezoelectric vibrator are deteriorated.

【0010】また、金属製の突起を接着剤を用いて圧電
振動子に形成する場合には、接着剤が圧電振動子と突起
との接着面以外にもはみ出し、また、この接着剤のはみ
出しが一定でないので、特性のばらつき及び特性の劣化
が共に大きいという問題がある。
Further, when the metal projection is formed on the piezoelectric vibrator by using an adhesive, the adhesive sticks out beyond the bonding surface between the piezoelectric vibrator and the projection, and the sticking-out of the adhesive does not occur. Since they are not constant, there is a problem that both characteristic variation and characteristic deterioration are large.

【0011】原理的にはメッキによって、高温を伴わず
に、金属製の突起を形成することが可能である。しかし
ながら、メッキによって厚い突起を形成するためには長
時間を必要とするので、実用上は厚さが数μm程度の突
起しか形成できない。このような高さの低い突起を介し
て圧電セラミックからなる圧電振動子を保持すると、圧
電セラミックの表面には3〜5μmの凹凸があるため、
わずかな傾きによっても、圧電振動子が突起を支持する
支持体などに接触する。圧電振動子が他の部材と接触す
ると、圧電振動子を支持する部分の位置が移動すること
と同等なので、圧電振動子の支持部から先端までの長さ
が変化することになる。その結果、圧電振動子の共振周
波数が変わり、周波数特性が変動してしまう。導電性ペ
ーストなどの有機材料を用いて印刷などによって突起を
形成する場合においても、メッキの場合と同様に厚い突
起を形成するのが困難であり、メッキと同様の問題を有
する。更に、印刷により形成された突起は、機械的強度
が低く、付着強度も低いので、圧電振動子を安定に保持
すことは困難である。
In principle, it is possible to form metal projections by plating without involving high temperatures. However, since it takes a long time to form a thick projection by plating, only a projection having a thickness of about several μm can be practically formed. When a piezoelectric vibrator made of piezoelectric ceramic is held through such a low-height protrusion, the surface of the piezoelectric ceramic has irregularities of 3 to 5 μm.
Even with a slight inclination, the piezoelectric vibrator comes into contact with a support or the like that supports the protrusion. When the piezoelectric vibrator comes into contact with other members, the position of the portion supporting the piezoelectric vibrator is equivalent to moving, and therefore the length from the supporting portion to the tip of the piezoelectric vibrator changes. As a result, the resonance frequency of the piezoelectric vibrator changes and the frequency characteristic also changes. Even when a protrusion is formed by printing using an organic material such as a conductive paste, it is difficult to form a thick protrusion as in the case of plating, and it has the same problem as plating. Further, since the protrusion formed by printing has low mechanical strength and low adhesion strength, it is difficult to stably hold the piezoelectric vibrator.

【0012】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、耐衝撃性に優れ、広い周波数領域にわたって高
感度を有する小型の加速度センサを提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a small acceleration sensor which is excellent in impact resistance and has high sensitivity over a wide frequency range.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の加速度センサ
は、互いに対向する第1及び第2の主面を有する圧電素
子と、該第1及び第2の主面に形成された第1及び第2
の電極と、該第1及び第2の電極上に溶射によって形成
された金属またはセラミックからなる導電性突起物とを
有する圧電振動子と、該導電性突起物を介して該圧電振
動子を支持する支持体と、を有し、そのことによって、
上記目的を達成することができる。
An acceleration sensor of the present invention is a piezoelectric element having first and second main surfaces facing each other, and first and second piezoelectric elements formed on the first and second main surfaces. Two
And a piezoelectric vibrator having conductive projections made of metal or ceramic formed by thermal spraying on the first and second electrodes, and supporting the piezoelectric vibrator through the conductive projections. And a support for
The above object can be achieved.

【0014】前記導電性突起物は、前記圧電振動子の長
手方向の中央部分に形成されてもよい。
The conductive protrusion may be formed at a central portion in the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator.

【0015】前記支持体はバネ性を有する支持部材を有
し、前記圧電振動子は、前記第1及び第2の電極上の前
記導電性突起物の少なくとも一方を介して、該支持部に
よって支持されていてもよい。
The supporting body has a supporting member having a spring property, and the piezoelectric vibrator is supported by the supporting portion via at least one of the conductive protrusions on the first and second electrodes. It may have been done.

【0016】前記圧電振動子は前記支持体に圧入されて
おり、該圧電振動子の前記導電性突起物を介して、該支
持体によって支持されていてもよい。
The piezoelectric vibrator may be press-fitted into the support, and may be supported by the support via the conductive protrusion of the piezoelectric vibrator.

【0017】前記支持体は、前記導電性突起物よりも硬
度の低い材料からなる支持部を有し、該導電性突起物は
該支持部に圧入されていてもよい。
The support may have a support portion made of a material having a hardness lower than that of the conductive protrusion, and the conductive protrusion may be pressed into the support portion.

【0018】前記圧電素子は、バイモルフ圧電素子、圧
電板を多数張り合わせた多層の圧電素子、単層の圧電素
子、シム材に圧電板を貼り合わせたユニモルフ圧電素
子、シム材を狭持したバイモルフ圧電素子、及び基板上
に成膜された圧電薄膜と電極で構成された圧電素子から
なる群から選ばれてもよい。
The piezoelectric element is a bimorph piezoelectric element, a multi-layer piezoelectric element in which a large number of piezoelectric plates are bonded together, a single-layer piezoelectric element, a unimorph piezoelectric element in which a piezoelectric plate is bonded to a shim material, or a bimorph piezoelectric element sandwiching a shim material. It may be selected from the group consisting of an element and a piezoelectric element composed of a piezoelectric thin film formed on a substrate and an electrode.

【0019】前記圧電振動子は、前記第1及び第2の電
極の少なくとも一方の電極上の該圧電振動子の長手方向
の両端部に溶射によって形成された金属またはセラミッ
クからなる突起物をさらに有してもよい。
The piezoelectric vibrator further has protrusions made of metal or ceramics formed by thermal spraying on both ends of the piezoelectric vibrator on at least one of the first and second electrodes in the longitudinal direction. You may.

【0020】前記導電性突起物は、前記第1及び第2の
電極に対称に配置されていてもよい。前記導電性突起物
は前記圧電振動子の幅方向に伸びる線状の突起物であっ
てもよい。
The conductive protrusions may be symmetrically arranged on the first and second electrodes. The conductive protrusion may be a linear protrusion extending in the width direction of the piezoelectric vibrator.

【0021】前記圧電振動子の長手方向の長さは幅方向
の長さの3.5倍以上であってもよい。
The length in the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator may be 3.5 times or more the length in the width direction.

【0022】前記導電性突起物の高さは、50〜150
μmであってもよい。
The height of the conductive protrusion is 50 to 150.
It may be μm.

【0023】本発明の加速度センサの製造方法は、互い
に対向する第1及び第2の主面を有する圧電素子と、該
第1及び第2の主面に形成された第1及び第2の電極と
を有する圧電振動子の少なくとも1方の電極上に、金属
またはセラミックを溶射することによって導電性突起物
を形成する工程を包含し、そのことによって、上記目的
が達成される。
According to the method of manufacturing an acceleration sensor of the present invention, a piezoelectric element having first and second main surfaces facing each other, and first and second electrodes formed on the first and second main surfaces. The method includes the step of forming a conductive protrusion by thermal spraying a metal or ceramic on at least one electrode of a piezoelectric vibrator having a.

【0024】前記導電性突起物を介して前記圧電素子を
支持する支持体を設ける工程を更に包含してもよい。
The method may further include the step of providing a support for supporting the piezoelectric element via the conductive protrusion.

【0025】前記導電性突起物を形成する工程は、該圧
電振動子の長手方向の中央に開口部を有するマスクを介
して、金属またはセラミックを溶射することによって導
電性突起物を形成する工程を包含してもよい。
The step of forming the conductive protrusion is a step of forming the conductive protrusion by spraying a metal or a ceramic through a mask having an opening at the center of the piezoelectric vibrator in the longitudinal direction. May be included.

【0026】前記マスクの前記開口部は、前記圧電振動
子の幅方向に伸びる線状の開口部であってもよい。
The opening of the mask may be a linear opening extending in the width direction of the piezoelectric vibrator.

【0027】前記第1及び第2の電極のそれぞれに前記
導電性突起物を形成してもよい。
The conductive protrusions may be formed on each of the first and second electrodes.

【0028】前記導電性突起物の高さは、50〜150
μmであってもよい。
The height of the conductive protrusion is 50 to 150.
It may be μm.

【0029】前記支持体はバネ性を有する支持部材を有
し、前記圧電振動子は、前記第1及び第2の電極上の前
記導電性突起物の少なくとも一方を介して、該支持部に
よって支持されてもよい。
The support has a support member having a spring property, and the piezoelectric vibrator is supported by the support through at least one of the conductive protrusions on the first and second electrodes. May be done.

【0030】前記支持体は、前記導電性突起物よりも硬
度の低い材料からなる支持部を有し、該導電性突起物は
該支持部に圧入されてもよい。
The support may have a support portion made of a material having a hardness lower than that of the conductive protrusion, and the conductive protrusion may be pressed into the support portion.

【0031】前記圧電振動子の前記第1及び第2の電極
の少なくとも一方の電極上の該圧電振動子の長手方向の
両端部に金属またはセラミックを溶射することによって
突起物を形成する工程をさらに包含してもよい。
The step of forming projections by spraying a metal or a ceramic on both ends of the piezoelectric vibrator in the longitudinal direction on at least one of the first and second electrodes of the piezoelectric vibrator is further included. May be included.

【0032】[0032]

【作用】本発明の加速度センサの圧電振動子は溶射によ
って形成された金属またはセラミック等からなる導電性
突起を有し、この導電性突起を介して支持されている。
溶射によって形成された導電性突起は機械的強度に優れ
ているので、圧電振動子を安定に固定することができ、
耐衝撃性に優れる。また、圧電振動子をその中央部で支
持することによって、片持ち梁構造の圧電振動子のよう
に端部は自由に振動できるので、高い感度を有し、高い
周波数領域の振動(加速度)を検出することができる。
また、溶射によって導電性突起を形成するので、加工時
に圧電体が高温まで加熱されることがない。従って、圧
電特性の熱劣化の問題を回避することができる。更に、
圧電振動子を固定するために必要な面積は小さいので、
装置の小型が可能となる。溶射による導電性突起の加工
精度は高いので、圧電特性の再現性、量産安定性に優れ
た製造方法を提供することが可能となる。また、導電性
突起は圧電素子上の電極上に形成されているので、加速
度(振動)によって生じた電荷を外部電極まで容易に取
り出すことができる。
The piezoelectric vibrator of the acceleration sensor of the present invention has conductive projections made of metal or ceramic formed by thermal spraying, and is supported through the conductive projections.
Since the conductive protrusions formed by thermal spraying have excellent mechanical strength, the piezoelectric vibrator can be stably fixed,
Excellent impact resistance. Also, by supporting the piezoelectric vibrator at its central portion, the ends can freely vibrate like a piezoelectric vibrator having a cantilever structure, so that it has high sensitivity and vibration (acceleration) in a high frequency range. Can be detected.
Moreover, since the conductive protrusions are formed by thermal spraying, the piezoelectric body is not heated to a high temperature during processing. Therefore, the problem of thermal deterioration of the piezoelectric characteristics can be avoided. Furthermore,
Since the area required to fix the piezoelectric vibrator is small,
The size of the device can be reduced. Since the processing accuracy of the conductive protrusion by thermal spraying is high, it is possible to provide a manufacturing method having excellent reproducibility of piezoelectric characteristics and mass production stability. Further, since the conductive protrusion is formed on the electrode on the piezoelectric element, the electric charge generated by acceleration (vibration) can be easily taken out to the external electrode.

【0033】[0033]

【実施例】【Example】

(実施例1)図1は本発明の実施例による加速度センサ
を構成する圧電振動子100の斜視図である。図1の圧
電振動子100は、圧電素子として、圧電セラミック板
2などの圧電材料からなる板を貼り合わせて形成したバ
イモルフ圧電素子1を有する。各々の圧電セラミック板
2の相対する主面には電極4が形成されている。バイモ
ルフ振動子1の対向する面の中央部には、電極4上にモ
リブデン、ニクロムなどからなる突起物3が溶射工法に
より線状に付けられている。本実施例では、バイモルフ
振動子1を安定に支持するために各面に2本の線状突起
物3を設けている。ここで、突起物3の幅と厚みおよび
2本の突起物3の間隔は、耐振性・耐衝撃性を考慮して
安定支持できることと、バイモルフ振動子1の特性への
影響を考慮して決める。本実施例では、1本の線状突起
物の幅を0.2mm、間隔を0.3mm、厚さを0.1
mmとした。また、突起物3は、支持のための力がかか
っても機械的に安定であること、及びリード線としての
役目も兼ねているので電気的性質が安定であることが求
められるので、突起物3の材料は、導電性、弾性率(硬
度)、耐錆性等を考慮して選択した。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric vibrator 100 constituting an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. The piezoelectric vibrator 100 shown in FIG. 1 has, as a piezoelectric element, a bimorph piezoelectric element 1 formed by laminating plates made of a piezoelectric material such as a piezoelectric ceramic plate 2. Electrodes 4 are formed on the opposing main surfaces of each piezoelectric ceramic plate 2. A protrusion 3 made of molybdenum, nichrome or the like is linearly formed on the electrode 4 by a thermal spraying method at the central portion of the opposing surface of the bimorph oscillator 1. In this embodiment, two linear protrusions 3 are provided on each surface in order to stably support the bimorph vibrator 1. Here, the width and thickness of the protrusions 3 and the distance between the two protrusions 3 are determined in consideration of vibration resistance and shock resistance, and stable influence and influence on the characteristics of the bimorph oscillator 1. . In this embodiment, the width of one linear protrusion is 0.2 mm, the interval is 0.3 mm, and the thickness is 0.1.
mm. Further, since the protrusion 3 is mechanically stable even if a supporting force is applied and also has a role as a lead wire, it is required to have stable electrical properties. The material of No. 3 was selected in consideration of conductivity, elastic modulus (hardness), rust resistance and the like.

【0034】本実施例では、長さ5mm、幅0.7m
m、厚さ0.1mmの圧電セラミック板2を用いた。従
って、圧電素子1の厚さは、0.2mmである。たわみ
振動を有効に発生させるために、圧電振動子の長さLは
幅Wに対して3.5倍以上あることが好ましい。5倍以
上あることが更に好ましい。突起部3は、圧電振動子の
長手方向における中央付近に形成さるのが好ましく、長
手方向の中心線に対して対称に配置されることが好まし
い。圧電振動子の長手方向における中央付近に形成さて
いれば、線状の突起物の本数や配置は圧電素子の2つの
対向する主面(表裏)で異なってもよいが、同じである
ほうが好ましい。
In this embodiment, the length is 5 mm and the width is 0.7 m.
A piezoelectric ceramic plate 2 having a thickness of m and a thickness of 0.1 mm was used. Therefore, the thickness of the piezoelectric element 1 is 0.2 mm. In order to effectively generate flexural vibration, the length L of the piezoelectric vibrator is preferably 3.5 times or more the width W. It is more preferably 5 times or more. The protrusion 3 is preferably formed near the center of the piezoelectric vibrator in the longitudinal direction, and is preferably arranged symmetrically with respect to the center line in the longitudinal direction. If formed in the vicinity of the center in the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator, the number and arrangement of the linear protrusions may be different between the two facing main surfaces (front and back) of the piezoelectric element, but it is preferable that they are the same.

【0035】突起物の高さは、20〜150μmが好適
であり、50〜100μmがさらに好ましい。個々の突
起物の形状は、線状に限られず、点状であっても良い。
また、図11(a)に示すように、点状の突起物を線状
に配置しても良いし、図11(b)に示すように、長手
方向の中央の一定の幅Dの領域内にランダムに配置して
も良い。この突起物3が形成される幅Dは、200〜8
00μm、更に200〜500μmの範囲にあることが
好ましい。すなわち、幅Dは、圧電セラミック板2の長
手方向の長さLに対して、0.04〜0.16の範囲、
更に好ましくは0.04〜0.1の範囲にあることが好
ましい。D/Lが0.04よりの小さいと耐衝撃性が低
下し、0.1よりも大きいと感度が低下する等の欠点を
生じる。
The height of the protrusions is preferably 20 to 150 μm, more preferably 50 to 100 μm. The shape of each protrusion is not limited to a linear shape, and may be a dot shape.
Further, as shown in FIG. 11A, the dot-shaped protrusions may be arranged linearly, or as shown in FIG. 11B, within a region having a constant width D at the center in the longitudinal direction. It may be randomly arranged. The width D in which the protrusion 3 is formed is 200 to 8
It is preferably in the range of 00 μm, more preferably 200 to 500 μm. That is, the width D is in the range of 0.04 to 0.16 with respect to the length L of the piezoelectric ceramic plate 2 in the longitudinal direction,
More preferably, it is in the range of 0.04 to 0.1. If D / L is smaller than 0.04, impact resistance is lowered, and if it is larger than 0.1, sensitivity is lowered.

【0036】加速度センサの場合、検出周波数領域は共
振周波数から十分に離れていないと、検出感度が周波数
に依存するという問題を生じる。広い周波数領域にわた
って、線形性を有する加速度センサを得るためには、共
振周波数の高い圧電振動子を用いる必要がある。本実施
例の圧電振動子の共振周波数は20kHzであり、50
Hz〜10kHzの周波数領域の加速度を高精度で測定
することができる。また、測定可能な加速度の範囲は、
0G〜1500Gであり、20G以上の加速度に対して
も優れた線形性を有する。
In the case of the acceleration sensor, if the detection frequency region is not sufficiently separated from the resonance frequency, there arises a problem that the detection sensitivity depends on the frequency. In order to obtain an acceleration sensor having linearity over a wide frequency range, it is necessary to use a piezoelectric vibrator having a high resonance frequency. The resonance frequency of the piezoelectric vibrator of this example is 20 kHz,
Acceleration in the frequency region of Hz to 10 kHz can be measured with high accuracy. The range of measurable acceleration is
It is 0 G to 1500 G, and has excellent linearity even for acceleration of 20 G or more.

【0037】突起物3の形成は、溶射法を用いて行う。
溶射法を用いると、バイモルフ振動子(圧電素子)を高
温に加熱しなくても十分な付着強度が得られ、機械的強
度が高い突起物を容易に、しかも短時間で形成すること
が可能となる。図2を参照しながら、図1に示した圧電
振動子100を例に本発明による圧電振動子の製造方法
を説明する。
The projection 3 is formed by using a thermal spraying method.
With the spraying method, sufficient adhesion strength can be obtained without heating the bimorph oscillator (piezoelectric element) to a high temperature, and protrusions with high mechanical strength can be easily formed in a short time. Become. A method of manufacturing a piezoelectric vibrator according to the present invention will be described with reference to FIG. 2 by taking the piezoelectric vibrator 100 shown in FIG. 1 as an example.

【0038】圧電セラミック板2の互いに対向する主面
に電極4a及び4bを形成する。この電極4aと4bと
の間に電圧を印加し、圧電セラミック板2を分極する
(図2中のS1)。電極4aが形成された面を外側にし
て、2枚の圧電セラミック板2を接着する(図2中のS
2)。この接着は、エポキシ樹脂などの接着力が強く、
弾性率の高い接着剤を用いて行うことができる。接着剤
は非常に薄く塗布されており、圧電振動子の振動を阻害
しない。また、接着された両電極4bは、導通状態にあ
る。なお、接着面の電極4b及び接着剤は、接着後の構
造を示す図においては、省略する。2枚のセラミック板
2の分極方向は図中の矢印の方向に限られず、互いに向
き合う方向でもよい。すなわち、電極4aを内側にし
て、2枚の圧電セラミック板2を接着してもよい。
Electrodes 4a and 4b are formed on the main surfaces of the piezoelectric ceramic plate 2 which face each other. A voltage is applied between the electrodes 4a and 4b to polarize the piezoelectric ceramic plate 2 (S1 in FIG. 2). The two piezoelectric ceramic plates 2 are bonded to each other with the surface on which the electrode 4a is formed facing outward (S in FIG. 2).
2). This adhesive has a strong adhesive force such as epoxy resin,
It can be performed using an adhesive having a high elastic modulus. The adhesive is applied very thinly and does not hinder the vibration of the piezoelectric vibrator. Further, the both electrodes 4b adhered to each other are in a conductive state. The electrode 4b and the adhesive on the adhesion surface are omitted in the figure showing the structure after adhesion. The polarization directions of the two ceramic plates 2 are not limited to the directions indicated by the arrows in the figure, but may be directions facing each other. That is, the two piezoelectric ceramic plates 2 may be bonded with the electrode 4a inside.

【0039】次に、インバー等からなる金属マスク(不
図示)を圧電セラミック板2上の電極4aの上に配置す
る。金属マスクは、突起部3に対応する部分に開口部を
有する。溶射時間を制御することによって、突起部の高
さを調節できる。本実施例では、0.2mmの厚さを有
する金属マスクを用いた。プラズマ溶射装置を用いて、
金属マスクを介して電極4aに溶射粒子を吹き付ける。
金属マスクの開口部を通過した溶射粒子によって、電極
4a上に突起部3が形成される。同様にして、他方の電
極4a上にも、溶射突起部3を形成する。金属マスクに
代わって、ホトリソグラフィ技術を用いてレジストマス
クを形成してもよい。また、レジストマスクを形成する
材料としては、液状タイプのレジストやドライフィルム
レジストを用いることもできる。
Next, a metal mask (not shown) made of Invar or the like is placed on the electrodes 4a on the piezoelectric ceramic plate 2. The metal mask has an opening at a portion corresponding to the protrusion 3. By controlling the spraying time, the height of the protrusion can be adjusted. In this example, a metal mask having a thickness of 0.2 mm was used. With a plasma spray device,
Spray particles are sprayed onto the electrode 4a through a metal mask.
The projections 3 are formed on the electrodes 4a by the spray particles that have passed through the openings of the metal mask. Similarly, the thermal spray projection 3 is also formed on the other electrode 4a. Instead of the metal mask, a photolithography technique may be used to form the resist mask. A liquid type resist or a dry film resist can also be used as a material for forming the resist mask.

【0040】突起部3が形成された圧電セラミック板を
所定の大きさに切断し、圧電振動子100が得られる。
圧電セラミック板の切断は、ダイシング装置またはワイ
ヤーソー等を用いて行うことができる。
The piezoelectric ceramic plate on which the protrusion 3 is formed is cut into a predetermined size to obtain the piezoelectric vibrator 100.
The piezoelectric ceramic plate can be cut using a dicing device, a wire saw, or the like.

【0041】図3を参照しながら、本実施例における溶
射工程を説明する。まず、プラズマ溶射装置にキャリア
ガスであるアルゴンガスとヘリウムガス、及び金属粒子
を供給する。本実施例では、アルゴンガス及びヘリウム
ガスの流量をそれぞれ15SLM及び3SLMとした。
金属粒子としては、平均粒径25μmのモリブデン粒子
を用いた。プラズマ溶射装置内でアーク放電(アーク電
流 400A、電圧30V)を発生し、金属粒子を溶融
し、得られた金属溶射粒子18をプラズマトーチ19か
ら出射する。プラズマトーチ19から出射された溶射粒
子18は、金属マスク16を介して圧電セラミック板1
5に吹き付けられる。その結果、圧電セラミック板15
上の金属マスク16の開口部17に対応する部分に、突
起部が形成される。この間、圧電セラミック板15は、
常温に放置されている。
The thermal spraying process in this embodiment will be described with reference to FIG. First, argon gas and helium gas, which are carrier gases, and metal particles are supplied to the plasma spraying apparatus. In this example, the flow rates of the argon gas and the helium gas were 15 SLM and 3 SLM, respectively.
As the metal particles, molybdenum particles having an average particle diameter of 25 μm were used. Arc discharge (arc current 400 A, voltage 30 V) is generated in the plasma spraying apparatus to melt the metal particles, and the obtained metal sprayed particles 18 are emitted from the plasma torch 19. The thermal spray particles 18 emitted from the plasma torch 19 pass through the metal mask 16 and the piezoelectric ceramic plate 1
Sprayed on 5. As a result, the piezoelectric ceramic plate 15
A protrusion is formed in a portion of the upper metal mask 16 corresponding to the opening 17. During this time, the piezoelectric ceramic plate 15
It is left at room temperature.

【0042】溶射工法は、金属材料やセラミック材料な
どの微粒子を、高温状態のプラズマ中を通過させること
により、高温の溶融状態とし、この高温・溶融状態の微
粒子を基板にガス流と共に吹き付けることにより、基板
上に、この微粒子の膜を形成するものである。
In the thermal spraying method, fine particles such as a metal material and a ceramic material are passed through a plasma in a high temperature state to be in a high temperature molten state, and the fine particles in the high temperature / melted state are blown to a substrate together with a gas flow. The fine particle film is formed on the substrate.

【0043】溶射工法を用いて突起部3を形成すること
には以下のような利点がある。
Forming the protrusions 3 using the thermal spraying method has the following advantages.

【0044】(1) 厚い膜も容易に、短時間で形成でき
る。
(1) A thick film can be easily formed in a short time.

【0045】(2) 溶射工法によって得られる膜(以
下、溶射膜と言う)は、高温の微粒子が次々と堆積して
構成されるので、互いの粒子の付着強度が高い膜が得ら
れる。
(2) The film obtained by the thermal spraying method (hereinafter referred to as the thermal sprayed film) is formed by successively depositing high-temperature fine particles, so that a film having high adhesion strength between the particles can be obtained.

【0046】(3) 個々の微粒子は、高温・溶融状態と
なっているが、個々の微粒子が有する熱量自体はわずか
であり、また微粒子はガス流と共に基板に吹き付けられ
るので、基板温度の上昇は、ロウづけ、半田づけ等の工
法に比べて、著しく少ない。
(3) The individual particles are in a high temperature / melting state, but the amount of heat that each individual particle has is small, and since the particles are blown to the substrate together with the gas flow, the substrate temperature does not rise. Remarkably less than construction methods such as soldering, brazing and soldering.

【0047】本実施例では、突起物が溶射工法により形
成されたものであることが重要である。
In this embodiment, it is important that the protrusions are formed by the thermal spraying method.

【0048】突起物を形成する溶射工法は、バイモルフ
振動子(圧電素子)が高温に加熱されることなくバイモ
ルフ振動子に充分な付着強度を有する突起物を形成する
ことが可能で、しかも機械的強度が高い突起物を容易に
短時間に形成することができる。更に、突起物の厚みに
ついても、100μm以上の厚膜を容易に形成できるの
である。
The thermal spraying method for forming protrusions can form protrusions having sufficient adhesion strength on the bimorph oscillator without heating the bimorph oscillator (piezoelectric element) to a high temperature, and is mechanical A protrusion having high strength can be easily formed in a short time. Further, as for the thickness of the protrusion, a thick film having a thickness of 100 μm or more can be easily formed.

【0049】実際、溶射工法では、基板温度の上昇は、
図14との関連で言えば、特性劣化が始まる約130℃
よりも十分に低い温度にとどまるので、突起物を形成す
る際のバイモルフ振動子の温度上昇は、従来のろう付け
等に比べると十分に低く、その結果、バイモルフ振動子
の特性への影響はほとんど認められなかった。
In fact, in the thermal spraying method, the rise in substrate temperature is
Speaking in connection with FIG. 14, the deterioration of characteristics starts at about 130 ° C.
The temperature of the bimorph oscillator when forming protrusions is sufficiently lower than that of conventional brazing, etc., and as a result, there is almost no effect on the characteristics of the bimorph oscillator. I was not able to admit.

【0050】また、100μm以上の厚膜を形成できる
ので、バイモルフ振動子に強い加速度が加わって、バイ
モルフ振動子が撓んだ際にも、バイモルフ振動子が支持
部材ややパッケージ(支持体)に接触しにくく、広い範
囲の加速度を安定に検出することが可能である。従っ
て、本来のバイモルフ振動子(圧電素子)の特徴を十分
に生かすことができた。
Further, since a thick film of 100 μm or more can be formed, even when a strong acceleration is applied to the bimorph oscillator and the bimorph oscillator bends, the bimorph oscillator contacts the support member or the package (support). It is difficult to do so, and it is possible to stably detect a wide range of acceleration. Therefore, the original characteristics of the bimorph oscillator (piezoelectric element) could be fully utilized.

【0051】図1に示した圧電振動子100を用いた加
速度センサ200の長手方向の断面を図4に示す。本実
施例における素子200の長さは、6mm、厚さ1.8
mm、幅2.8mmとした。バイモルフ振動子1に形成
した突起物3を介して、一方からバネ性を有する支持部
材6でパッケージ(保持体)に設けた凸部7との間に挟
むようにして、バイモルフ振動子1を中心で支持してパ
ッケージ5の中に納めている。バネ性を有する支持部材
6は、バイモルフ振動子1を一定の加圧力で保持し、か
つバイモルフ振動子1の振動を阻害しない。また、この
加圧力は外部からの衝撃、バイモルフ振動子1の強度、
加速度に対する感度などを考慮して決める。
A longitudinal cross section of an acceleration sensor 200 using the piezoelectric vibrator 100 shown in FIG. 1 is shown in FIG. The length of the element 200 in this example is 6 mm and the thickness is 1.8.
mm and width 2.8 mm. The bimorph oscillator 1 is supported at the center by sandwiching the protrusion 3 formed on the bimorph oscillator 1 with the convex portion 7 provided on the package (holding body) from one side by the support member 6 having a spring property. And then put it in the package 5. The support member 6 having a spring property holds the bimorph oscillator 1 at a constant pressure and does not hinder the vibration of the bimorph oscillator 1. In addition, the applied pressure is due to external impact, strength of the bimorph oscillator 1,
Decide in consideration of sensitivity to acceleration.

【0052】加速度センサ200に図4の上下方向の成
分を有する加速度が加わると、バイモルフ素子1の中心
の支持部に負荷が生じ、バイモルフ素子1に歪が生じ
る。バイモルフ素子1の圧電効果のため、この歪により
バイモルフ素子1に電荷が発生し、電極4を通して外部
に取り出すことができる。発生する電荷量は、歪の大き
さ、すなわち外部から加えられる加速度の大きさに比例
するため、加速度を電気量として検出することができ
る。
When acceleration having the vertical component of FIG. 4 is applied to the acceleration sensor 200, a load is generated on the support portion at the center of the bimorph element 1 and the bimorph element 1 is distorted. Due to the piezoelectric effect of the bimorph element 1, electric charges are generated in the bimorph element 1 due to this strain and can be taken out to the outside through the electrode 4. Since the amount of electric charge generated is proportional to the magnitude of strain, that is, the magnitude of acceleration applied from the outside, the acceleration can be detected as an electric quantity.

【0053】外部電極21を通して取り出された電荷
は、図5に示す増幅回路300により増幅され、この増
幅回路300からの出力信号を加速度を示す信号として
利用することができる。本実施例の増幅回路300は、
電界効果型トランジスタ(FET40を用いた電流電圧
変換型増幅回路である。FET40のゲートは加速度セ
ンサ200の外部電極に接続され、ソースは抵抗を介し
て電源42に接続されるとともに、出力端子44に接続
されている。本実施例で用いられる増幅回路は、電流電
圧変換型増幅回路に限るものではなく、加速度センサの
用途に合わせて最適な回路を構成すればよい。
The charges taken out through the external electrode 21 are amplified by the amplifier circuit 300 shown in FIG. 5, and the output signal from the amplifier circuit 300 can be used as a signal indicating acceleration. The amplifier circuit 300 of this embodiment is
Field effect transistor (a current-voltage conversion type amplifier circuit using FET 40. The gate of FET 40 is connected to the external electrode of acceleration sensor 200, the source is connected to power supply 42 via a resistor, and output terminal 44 is connected. The amplifier circuit used in this embodiment is not limited to the current-voltage conversion type amplifier circuit, and an optimum circuit may be configured according to the application of the acceleration sensor.

【0054】図4に示した構造では、バイモルフ振動子
1の中心が、支持幅を狭く安定かつ強固に支持すること
ができるため、一方の端面のみを固定する片持ち梁型の
同じ長さの圧電振動子より共振周波数が高くなる。この
ため、高い周波数範囲まで測定することができ、かつ支
持位置にきわめて近いところから振動による歪が発生し
やすく、加速度に対する大きな感度を得ることができ
る。
In the structure shown in FIG. 4, since the center of the bimorph vibrator 1 can support the support width narrowly and stably and firmly, a cantilever type of the same length for fixing only one end face is used. The resonance frequency is higher than that of the piezoelectric vibrator. Therefore, it is possible to measure up to a high frequency range, and distortion due to vibration is likely to occur from a position extremely close to the support position, and a large sensitivity to acceleration can be obtained.

【0055】また、突起物3は金属マスク等を用いるこ
とにより、高い精度で位置を決めて形成することができ
るため、支持位置のばらつきが小さくできる。塗布量や
温度により、支持の幅や位置および支持の強度がかわる
接着材などを用いる支持方法に比べてばらつきが小さく
なる。
Further, since the protrusion 3 can be formed with a highly accurate position by using a metal mask or the like, the variation in the supporting position can be reduced. Variations in the width and position of the support and the strength of the support vary depending on the coating amount and the temperature, compared to a support method using an adhesive or the like.

【0056】加えて、突起物3は導電性を有する材料で
バイモルフ振動子1の電極4上に形成されており、加速
度が加わってバイモルフ振動子1に発生した電荷を外部
に取り出す役目を果たす。パッケージ5の凸部7には銀
パラジウムなどの導電性薄膜20aが印刷やメッキなど
の工法により形成してあり、この導電性薄膜20aはパ
ッケージ5の外側の外部電極21aに電気的に接続され
ている。また、バネ性を有する支持部材6は導電性のあ
る金属、たとえばステンレス合金で構成されており、バ
イモルフ振動子1の電極4上に形成された突起物3と加
圧接触することによりバイモルフ振動子の一方の面から
の電荷の取り出し用のリードの役目を果たす。バネ性を
有する支持部材6と接触する部分のパッケージ5には外
部と導通している導電性薄膜20bを形成し、バイモル
フ振動子1の他方の面の電極4が外部電極21bと電気
的に接続される。このようにして、加速度によりバイモ
ルフ振動子1に発生した電荷を導電性接着剤などを用い
ることなく、容易に外部に取り出すことができ、導電性
接着剤の塗布範囲のばらつきによる特性ばらつき等を避
けることができる。
In addition, the protrusion 3 is formed on the electrode 4 of the bimorph vibrator 1 by using a material having conductivity, and plays a role of taking out the electric charge generated in the bimorph vibrator 1 by the acceleration. A conductive thin film 20a of silver palladium or the like is formed on the convex portion 7 of the package 5 by a method such as printing or plating, and the conductive thin film 20a is electrically connected to the external electrode 21a outside the package 5. There is. Further, the support member 6 having a spring property is made of a conductive metal, for example, a stainless alloy, and is brought into pressure contact with the protrusion 3 formed on the electrode 4 of the bimorph oscillator 1 to thereby cause the bimorph oscillator. It serves as a lead for taking out electric charges from one surface of the metal. A conductive thin film 20b that is electrically connected to the outside is formed on a portion of the package 5 that is in contact with the support member 6 having a spring property, and the electrode 4 on the other surface of the bimorph oscillator 1 is electrically connected to the external electrode 21b. To be done. In this way, the charges generated in the bimorph vibrator 1 due to acceleration can be easily taken out without using a conductive adhesive or the like, and characteristic variations due to variations in the application range of the conductive adhesive can be avoided. be able to.

【0057】なお、加速度を検出する圧電素子としては
バイモルフ圧電素子に限るものではなく、圧電板を多数
張り合わせた多層の圧電素子や、単層の圧電素子や、シ
ム材に圧電板を貼り合わせたユニモルフ圧電素子でも良
い。また、バイモルフ振動子でも、シム材を挟み込んだ
ものでも良い。さらに、基板上に成膜された圧電薄膜と
電極で構成された圧電素子を用いてもよい。圧電材料と
しては、圧電セラミックに限るものではなく、ニオブ酸
リチウムなどでもよい。突起物3を形成する材料として
は、モリブデンに限るものではなく、ニッケル・クロム
合金、ステンレス合金、タングステン、真ちゅう、銀、
銅合金またはアルミ合金等の金属、または電導性セラミ
ック等を用いることができる。また、線状の突起物3は
各面に2本に限るものではなく、支持の安定と支持面積
を考慮し、1本または、3本以上でもよく、バイモルフ
振動子(圧電素子)の面により異なる数でも同様な効果
を得ることができる。さらに、突起物3の形状は線状に
限るものではない。
The piezoelectric element for detecting the acceleration is not limited to the bimorph piezoelectric element, but may be a multilayer piezoelectric element in which a large number of piezoelectric plates are bonded together, a single-layer piezoelectric element, or a piezoelectric plate bonded to a shim material. A unimorph piezoelectric element may be used. Further, it may be a bimorph oscillator or one in which a shim material is sandwiched. Furthermore, a piezoelectric element composed of a piezoelectric thin film formed on a substrate and electrodes may be used. The piezoelectric material is not limited to the piezoelectric ceramic, but may be lithium niobate or the like. The material forming the protrusions 3 is not limited to molybdenum, but nickel-chromium alloy, stainless alloy, tungsten, brass, silver,
A metal such as a copper alloy or an aluminum alloy, or a conductive ceramic can be used. Further, the number of linear protrusions 3 is not limited to two on each surface, and may be one or three or more in consideration of the stability of the support and the supporting area, depending on the surface of the bimorph vibrator (piezoelectric element). Similar effects can be obtained with different numbers. Further, the shape of the protrusion 3 is not limited to the linear shape.

【0058】以上により、溶射工法を用いることによ
り、圧電素子を高温に加熱しなくても高い付着強度が得
られ、上下から押さえ込まれても大きな塑性変形をしな
い機械的強度の高い突起物を圧電素子の中心に得て、こ
の機械的強度の高い突起物を安定に支持することによ
り、加速度に対する感度の高い、特性ばらつきが小さく
信頼性の高い小型の加速度センサを実現することができ
る。
As described above, by using the thermal spraying method, a high adhesion strength can be obtained without heating the piezoelectric element to a high temperature, and a protrusion having a high mechanical strength which does not cause a large plastic deformation even if pressed from above and below is formed by the piezoelectric method. By providing the protrusion at the center of the element and stably supporting the protrusion having high mechanical strength, it is possible to realize a small-sized acceleration sensor having high sensitivity to acceleration, small variation in characteristics, and high reliability.

【0059】(実施例2)図6は本発明の実施例におけ
る加速度センサを構成する圧電振動子400の斜視図で
ある。圧電素子としては、圧電セラミック板2の間にシ
ム8をはさみ接着して形成したバイモルフ振動子1を用
いた。シム8としては、リン青銅板、ステンレス板など
を用いることができる。シム8を用いることにより圧電
素子の機械的強度が高くなり、パッケージへの実装など
が容易になる。圧電素子の対向する両面には電極4が形
成されている。バイモルフ振動子1の各面の中央には、
数μm〜数100μm程度の微細な凹凸があるニッケル
・クロム合金またはニッケル・クロム・アルミニウム合
金、モリブデン等の比較的硬度の大きい金属または導電
性セラミックなどが、線状に溶射等の工法で金属突起物
3として付けられている。ここで、突起物3の幅と厚み
は、耐振性・耐衝撃性を考慮して安定保持ができること
と、圧電素子の特性への影響を考慮して決める。そし
て、突起物13の材料は保持のための力がかかっても機
械的に安定であることと、リード線としての役目を兼ね
ているので電気的性質が安定であることことが求めら
れ、耐錆性、導電率、弾性率(硬度)等を考慮して決め
る。
(Embodiment 2) FIG. 6 is a perspective view of a piezoelectric vibrator 400 constituting an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. As the piezoelectric element, the bimorph vibrator 1 formed by sandwiching and bonding the shim 8 between the piezoelectric ceramic plates 2 was used. As the shim 8, a phosphor bronze plate, a stainless plate, or the like can be used. The use of the shim 8 increases the mechanical strength of the piezoelectric element and facilitates mounting on a package. Electrodes 4 are formed on opposite sides of the piezoelectric element. In the center of each surface of the bimorph oscillator 1,
Nickel-chromium alloy or nickel-chromium-aluminum alloy with minute irregularities of several μm to several hundred μm, metal with relatively high hardness such as molybdenum, or conductive ceramics is linearly metal-projected by a method such as thermal spraying. It is attached as item 3. Here, the width and thickness of the protrusion 3 are determined in consideration of vibration resistance and impact resistance, stable holding, and influence on the characteristics of the piezoelectric element. The material of the protrusions 13 is required to be mechanically stable even if a force for holding is applied and to have stable electrical properties because it also serves as a lead wire. Determined in consideration of rust, conductivity, elastic modulus (hardness), etc.

【0060】図7は本発明の他の加速度センサ500に
おける図6の圧電振動子400の支持構造であり、圧電
振動子400の長手方向の断面図である。パッケージ5
の凸部(支持部)はPPS等の樹脂で形成されており、
2つの凸部7の間隔はパッケージおよび突起物の硬度や
ヤング率などの機械的特性を考慮して、バイモルフ振動
子が安定に支持されるように決定される。圧電振動子4
00はパッケージ5に設けられた2つの凸部7に圧入す
ることに加圧支持されている。パッケージ5の凸部7は
突起物より硬度の小さい材料が選択されていると、突起
物3の先端の接触部の微細な凹凸がパッケージの凸部に
食い込み安定に支持することができる。突起物3の面積
を小さくして圧電振動子400と支持部であるパッケー
ジ5の凸部7との接触面積を小さくしても、この様な機
械的結合により、耐振性・耐衝撃性が優れた安定に圧電
振動子400の支持ができる。
FIG. 7 shows a supporting structure of the piezoelectric vibrator 400 of FIG. 6 in another acceleration sensor 500 of the present invention, which is a longitudinal sectional view of the piezoelectric vibrator 400. Package 5
The convex portion (support portion) of is formed of a resin such as PPS,
The distance between the two convex portions 7 is determined in consideration of the hardness and Young's modulus of the package and the protrusions so that the bimorph oscillator is stably supported. Piezoelectric vibrator 4
00 is press-supported by being press-fitted into the two convex portions 7 provided on the package 5. If a material having a hardness smaller than that of the protrusion is selected for the convex portion 7 of the package 5, fine irregularities at the contact portion at the tip of the protrusion 3 can bite into the convex portion of the package and be stably supported. Even if the area of the protrusion 3 is reduced to reduce the contact area between the piezoelectric vibrator 400 and the convex portion 7 of the package 5, which is the support portion, such mechanical coupling provides excellent vibration resistance and impact resistance. The piezoelectric vibrator 400 can be stably supported.

【0061】パッケージ5の2つの凸部7の表面には外
部電極と電気的に接続された電極パターンがメッキ等の
工法により形成されており、導電性の突起物が電極パタ
ーン30と接することによりバイモルフ振動子1の両面
の電極4は外部電極31と導通し、加速度が加わった場
合の出力信号を容易に取り出すことができる。
Electrode patterns electrically connected to the external electrodes are formed on the surfaces of the two convex portions 7 of the package 5 by a method such as plating, and the conductive protrusions come into contact with the electrode patterns 30. The electrodes 4 on both sides of the bimorph vibrator 1 are electrically connected to the external electrodes 31, and an output signal when acceleration is applied can be easily taken out.

【0062】上記の実施例では、圧電素子にニッケル・
クロム合金またはニッケル・クロム・アルミニウム合
金、モリブデン等の比較的硬度の大きい金属が電導性突
起物として形成されているが、同様にステンレス合金、
タングステン、真ちゅう、銅合金またはアルミ合金等の
金属を用いることができる。また、電導性を持つものな
らセラミックでも同様の効果が得られる。また上記実施
例では、パッケージの凸部はPPS等の樹脂としたが、
セラミック等でも良い。凸部のみを樹脂とし、他のパッ
ケージ部をセラミックなどの材料としてもよい。
In the above embodiment, the piezoelectric element is made of nickel.
A metal having a relatively high hardness such as a chromium alloy, a nickel-chromium-aluminum alloy, or molybdenum is formed as an electrically conductive protrusion, but similarly, a stainless alloy,
Metals such as tungsten, brass, copper alloys or aluminum alloys can be used. Further, the same effect can be obtained even if ceramic has conductivity. Further, in the above embodiment, the convex portion of the package is made of resin such as PPS,
Ceramic etc. may be used. Only the convex portion may be made of resin and the other package portion may be made of a material such as ceramic.

【0063】以上述べたように、本実施例の加速度セン
サは、導電性突起物を有する圧電振動子をパッケージ等
の支持体に圧入することによって圧電振動子を支持す
る。支持体の支持部を導電性突起物の硬度よりも低い材
料で構成することによって、導電性突起物は支持部に圧
入される。また、圧電振動子に形成された導電性突起物
の表面の数μm〜数100μm程度の微細な凹凸が、支
持部に食い込むので、効果的に機械的に結合し圧電振動
子を安定に支持することができる。
As described above, the acceleration sensor of this embodiment supports the piezoelectric vibrator by pressing the piezoelectric vibrator having the conductive protrusions into the support such as the package. By forming the support portion of the support body with a material having a hardness lower than that of the conductive protrusion, the conductive protrusion is pressed into the support portion. In addition, since the fine irregularities of several μm to several hundred μm on the surface of the conductive protrusion formed on the piezoelectric vibrator bites into the support portion, they are mechanically coupled effectively and stably support the piezoelectric vibrator. be able to.

【0064】その結果、特性の優れた、しかも安定性の
優れた圧電振動子の支持を実現することができ、加速度
に対する感度の高い、特性ばらつきが小さく信頼性の高
い小型の加速度センサを提供することができる。
As a result, it is possible to realize the support of the piezoelectric vibrator having excellent characteristics and stability, and to provide a small-sized acceleration sensor having high sensitivity to acceleration, small characteristic variation, and high reliability. be able to.

【0065】(実施例3)図8に本発明の実施例におけ
る加速度センサの圧電振動子600の斜視図である。図
8において、圧電素子は、圧電セラミック板2を張り合
わせて形成したバイモルフ振動子1であり、圧電セラミ
ック板2の各々の主面には電極4が形成されている。バ
イモルフ振動子1の対向する面の中央部には、電極4上
にモリブデンからなる突起物が溶射工法により線状に付
けられている。また、バイモルフ振動子1の各面の両端
には、付加質量として作用する付加質量部9が線状に形
成されている。本実施例のバイモルフ素子では、モリブ
デンを用いて溶射工法により中央部の支持のための突起
物3と同時に付加質量部9を形成した。
(Embodiment 3) FIG. 8 is a perspective view of a piezoelectric vibrator 600 of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. In FIG. 8, the piezoelectric element is a bimorph vibrator 1 formed by laminating piezoelectric ceramic plates 2, and electrodes 4 are formed on each main surface of the piezoelectric ceramic plate 2. A protrusion made of molybdenum is linearly attached on the electrode 4 by a thermal spraying method at the center of the opposing surface of the bimorph oscillator 1. Further, at both ends of each surface of the bimorph oscillator 1, additional mass portions 9 that act as additional mass are linearly formed. In the bimorph element of this embodiment, molybdenum was used to form the additional mass portion 9 at the same time as the protrusion 3 for supporting the central portion by the thermal spraying method.

【0066】ここで、線状の突起物3の幅、高さと2本
の線の間隔は、耐振性・耐衝撃性を考慮して安定支持で
きることと、圧電素子1の特性への影響を考慮して決め
る。また、突起物の材料は支持のための力がかかっても
機械的に安定であること、リード線としての役目も兼ね
ているので電気的性質が安定であることが求められ、耐
錆性、導電性、弾性率(硬度)等を考慮して決めた。そ
して、突起物3の形成工法は、圧電振動子を高温に加熱
しなくても十分な付着強度が得られ、機械的強度が高い
突起物を容易に、しかも高速に得られる溶射工法を用い
ている。従って、圧電振動子の特性劣化はほとんど無視
できる程度に小さく、本来の圧電振動子の特徴を生かす
ことができる。
Here, the width and height of the linear projection 3 and the distance between the two lines allow stable support in consideration of vibration resistance and shock resistance, and influence on the characteristics of the piezoelectric element 1. And decide. Further, the material of the protrusions is mechanically stable even if a force for supporting is applied, and also serves as a lead wire, so that stable electrical properties are required, and rust resistance, It was determined in consideration of conductivity, elastic modulus (hardness) and the like. The method for forming the protrusions 3 uses a thermal spraying method that can obtain a sufficient adhesion strength without heating the piezoelectric vibrator to a high temperature and can easily obtain a protrusion having high mechanical strength at high speed. There is. Therefore, the characteristic deterioration of the piezoelectric vibrator is almost negligible, and the original characteristics of the piezoelectric vibrator can be utilized.

【0067】バイモルフ振動子1の両端に形成した付加
質量部9により、加速度に対する感度が向上した。付加
質量部9は、必要な感度特性から決定し、膜厚を変える
ことにより所望の質量を得る。この付加質量部9は、マ
スクを用いて中央部の突起物3を形成する際に同時に形
成することができ、製造工程を増やすことなく形成する
ことが可能である。付加質量部9を形成する材料は、突
起物の材料に必要とする条件を満たすもので、密度の大
きいものを選べば、より大きな効果が得られる。
The additional mass portions 9 formed at both ends of the bimorph oscillator 1 improve the sensitivity to acceleration. The additional mass unit 9 determines a necessary sensitivity characteristic, and obtains a desired mass by changing the film thickness. The additional mass portion 9 can be formed at the same time when the central protrusion 3 is formed using a mask, and can be formed without increasing the number of manufacturing steps. The material forming the additional mass portion 9 satisfies the condition required for the material of the protrusion, and if a material having a high density is selected, a larger effect can be obtained.

【0068】図9は本発明の加速度センサ700におけ
る図8の圧電振動子600の支持構造であり、圧電振動
子600の長手方向の断面図である。図10は図9のX
−X線に沿った断面図である。バイモルフ振動子1の中
心に形成した突起物3を介して両側からバネ性を有する
支持部材10で挟むことにより支持し、支持部材10を
パッケージ5に固定している。バネ性を有する支持部材
10は、圧電振動子600を一定の加圧力で保持し、か
つ圧電振動子600の振動を阻害することなく、圧電振
動子600の中心を狭い支持幅で安定かつ強固に支持す
ることができるため、支持位置にきわめて近いところか
ら振動による歪が発生しやすく、加速度に対する大きな
感度を得ることができる。
FIG. 9 shows a supporting structure of the piezoelectric vibrator 600 of FIG. 8 in the acceleration sensor 700 of the present invention, and is a longitudinal sectional view of the piezoelectric vibrator 600. FIG. 10 shows X in FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line X. The bimorph oscillator 1 is supported by being sandwiched by the support members 10 having spring properties from both sides via the protrusion 3 formed at the center of the bimorph oscillator 1, and the support member 10 is fixed to the package 5. The spring-supporting member 10 holds the piezoelectric vibrator 600 with a constant pressure, and stably and firmly holds the center of the piezoelectric vibrator 600 with a narrow support width without disturbing the vibration of the piezoelectric vibrator 600. Since it can be supported, distortion due to vibration is likely to occur from a position very close to the supporting position, and a large sensitivity to acceleration can be obtained.

【0069】また、突起物3は金属マスク等を用いるこ
とにより、高い精度で位置を決めて形成することができ
るため、支持位置のばらつきを小さくできる。塗布量や
温度により支持の幅や位置および支持の強度がかわる接
着材などを用いる支持方法に比べてばらつきが小さくな
る。
Further, since the protrusion 3 can be formed with a highly accurate position by using a metal mask or the like, the variation in the supporting position can be reduced. The variation is smaller than that of a supporting method using an adhesive or the like in which the width and position of the support and the strength of the support vary depending on the coating amount and temperature.

【0070】突起物3は導電性を有する材料で圧電振動
子600の電極4の上に形成されており、加速度が加わ
って圧電振動子600に発生した電荷を外部に取り出す
役目を果たす。バネ性を有する支持部材10は、導電性
を有しリード線を兼ねており、圧電振動子600の両面
の電極4が短絡しない構造をとる。バネ性を有する支持
部材10が固定される部分のパッケージには外部電極と
導通が保たれている導電性のパターンが形成されてお
り、バネ性を有する支持部材10をこの部分に固定する
ことにより、圧電振動子600の両面の電極4が外部の
電極と電気的に接続される。
The protrusion 3 is made of a conductive material and is formed on the electrode 4 of the piezoelectric vibrator 600, and plays a role of taking out the electric charge generated in the piezoelectric vibrator 600 by the acceleration. The support member 10 having a spring property has conductivity and also serves as a lead wire, and has a structure in which the electrodes 4 on both surfaces of the piezoelectric vibrator 600 are not short-circuited. A conductive pattern that maintains electrical continuity with the external electrodes is formed on the package where the support member 10 having the spring property is fixed. By fixing the support member 10 having the spring property to this part, The electrodes 4 on both sides of the piezoelectric vibrator 600 are electrically connected to external electrodes.

【0071】バネ性を有する支持部材10のパッケージ
への固定は、圧入によって行ってもよく、導電性接着材
等によって行ってもよい。圧電振動子600をバネ性の
支持部材10で挟んだのちパッケージに固定することに
より、小型の圧電素子でも容易に扱うことが可能であ
る。
The support member 10 having the spring property may be fixed to the package by press fitting, or by a conductive adhesive material or the like. By sandwiching the piezoelectric vibrator 600 with the supporting member 10 having a spring property and then fixing it to the package, even a small piezoelectric element can be easily handled.

【0072】なお、加速度を検出する圧電素子としては
バイモルフ圧電素子に限るものではなく、圧電板を多数
張り合わせた多層の圧電素子や、単層の圧電素子や、シ
ム材に圧電板を貼り合わせたユニモルフ圧電素子でも良
い。また、バイモルフ振動子でも、シム材を挟み込んだ
ものでも良い。さらに、基板上に成膜された圧電薄膜と
電極で構成された圧電素子を用いてもよい。また、圧電
素子の形状は矩形に限るものでなく円盤状でもよい。圧
電材料としては、圧電セラミックに限るものではなく、
オブ酸リチウムなどでもよい。突起物を形成する材料
としては、モリブデンに限るものではなく、ニッケル・
クロム合金、ステンレス合金、タングステン、真ちゅ
う、銀、銅合金またはアルミ合金等の金属、または電導
性セラミック等が用いることができる。また、支持のた
めの線状突起物は各面1本に限るものではなく、また線
状の付加質量部9の本数は各端面1本に限るものではな
く、複数でもよくあるいは片面のみでもよい。さらに、
支持のための突起物3、および付加質量部9の形状は線
状に限るものでなく、点状の突起物を複数形成したもの
でもよい。付加質量部9と支持のための突起物3は同じ
厚さでなくともよく、付加質量を大きくするため、支持
のための突起物を所定の厚さに形成したのち、支持のた
めの突起物3の部分をマスク等で多い、付加質量部9に
だけさらに金属等を溶射により形成してもよい。また、
付加質量部と支持のための突起物は同じ材料でなくても
よく、異なる材料を別々に形成してもよい。
The piezoelectric element for detecting the acceleration is not limited to the bimorph piezoelectric element, but may be a multi-layer piezoelectric element in which a large number of piezoelectric plates are laminated, a single-layer piezoelectric element, or a piezoelectric plate attached to a shim material. A unimorph piezoelectric element may be used. Further, it may be a bimorph oscillator or one in which a shim material is sandwiched. Furthermore, a piezoelectric element composed of a piezoelectric thin film formed on a substrate and electrodes may be used. Further, the shape of the piezoelectric element is not limited to the rectangular shape and may be a disk shape. The piezoelectric material is not limited to piezoelectric ceramics,
It may be such as lithium niobate. The material forming the protrusions is not limited to molybdenum, but nickel.
A metal such as a chromium alloy, a stainless alloy, tungsten, brass, silver, a copper alloy or an aluminum alloy, or a conductive ceramic can be used. Further, the number of linear protrusions for supporting is not limited to one on each side, and the number of linear additional mass portions 9 is not limited to one on each end face, and may be plural or only one side. . further,
The shapes of the protrusion 3 for supporting and the additional mass portion 9 are not limited to the linear shape, and may be formed by forming a plurality of point-shaped protrusions. The additional mass portion 9 and the supporting projection 3 do not have to have the same thickness, and in order to increase the additional mass, the supporting projection is formed to have a predetermined thickness and then the supporting projection 3 is formed. It is also possible to form a metal or the like on the additional mass portion 9 by spraying only the additional mass portion 9 in which a large number of portions 3 are masks. Also,
The additional mass portion and the protrusion for supporting may not be the same material, and different materials may be separately formed.

【0073】以上により、溶射工法を用いることによ
り、圧電振動子を高温に加熱しなくても高い付着強度を
得られ、上下から押さえ込まれても大きな塑性変形をし
ない機械的強度の高い突起物を圧電振動子の中心に得
て、この機械的強度の大きい突起物を支持部材により安
定に支持し、支持部材をパッケージに固定することによ
り、加速度に対する感度の高い、特性ばらつきが小さく
信頼性の高い小型の加速度センサを実現することができ
た。
As described above, by using the thermal spraying method, it is possible to obtain a protrusion having a high mechanical strength that can obtain a high adhesion strength without heating the piezoelectric vibrator to a high temperature and does not cause a large plastic deformation even if it is pressed from above and below. By providing this protrusion with high mechanical strength in the center of the piezoelectric vibrator and supporting it stably with a supporting member and fixing the supporting member to the package, high sensitivity to acceleration, small variation in characteristics, and high reliability We were able to realize a small acceleration sensor.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明の加速度センサの圧電振動子は溶
射によって形成された金属またはセラミック等からなる
導電性突起を有し、この導電性突起を介してパッケージ
に支持されている。溶射によって形成された導電性突起
物は付着力や機械的強度に優れているので、圧電振動子
を安定に支持することが可能とりなり、耐衝撃性に優れ
た加速度センサを提供することが可能となる。また、圧
電振動子をその中央部で支持することによって、片持ち
梁構造の圧電振動子のように端部は自由に振動できるの
で、高い感度を有し、高い周波数領域の振動(加速度)
を検出することができる加速度センサを提供することが
可能となる。また、圧電振動子を微少な面積で固定する
ことができるので、小型の加速度センサを提供すること
ができる。さらに、導電性突起を介して圧電振動子の電
極をパッケージの外部に取り出すことができるので、加
速度センサの素子構造の単純化および小型化を図ること
ができる。
The piezoelectric vibrator of the acceleration sensor of the present invention has conductive protrusions made of metal or ceramics formed by thermal spraying, and is supported by the package via the conductive protrusions. Since the conductive protrusions formed by thermal spraying have excellent adhesion and mechanical strength, it is possible to stably support the piezoelectric vibrator, and it is possible to provide an acceleration sensor with excellent impact resistance. Becomes Also, by supporting the piezoelectric vibrator at its center, the end can freely vibrate like a cantilever structure piezoelectric vibrator, so it has high sensitivity and vibration (acceleration) in the high frequency range.
It is possible to provide an acceleration sensor that can detect the. Moreover, since the piezoelectric vibrator can be fixed in a very small area, a small acceleration sensor can be provided. Furthermore, since the electrodes of the piezoelectric vibrator can be taken out of the package via the conductive protrusions, the element structure of the acceleration sensor can be simplified and downsized.

【0075】また、本発明の加速度センサの製造方法に
よると、溶射によって導電性突起を形成するので、加工
時に圧電体が高温まで加熱されることがない。従って、
製造工程において圧電特性の熱劣化が生じない加速度セ
ンサの製造方法を提供することができる。また、溶射に
よる導電性突起の加工精度は高いので、圧電特性の再現
性、量産安定性に優れた製造方法を提供することが可能
となる。
Further, according to the method of manufacturing the acceleration sensor of the present invention, since the conductive protrusion is formed by thermal spraying, the piezoelectric body is not heated to a high temperature during processing. Therefore,
It is possible to provide a method of manufacturing an acceleration sensor that does not cause thermal deterioration of piezoelectric characteristics in the manufacturing process. Further, since the conductive projections are processed with high precision by thermal spraying, it is possible to provide a manufacturing method having excellent reproducibility of piezoelectric characteristics and stability of mass production.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例における加速度センサを構成す
る圧電振動子の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric vibrator that constitutes an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例における加速度センサの製造工
程を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing the manufacturing process of the acceleration sensor according to the embodiment of the invention.

【図3】本発明の実施例における溶射工程を示す模式図
である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a thermal spraying process in an example of the present invention.

【図4】本発明の実施例における加速度センサの断面図
である。
FIG. 4 is a sectional view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例における回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram in an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例における加速度センサを構成す
る圧電振動子の斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view of a piezoelectric vibrator that constitutes an acceleration sensor according to the embodiment of the invention.

【図7】本発明の実施例における加速度センサの断面図
である。
FIG. 7 is a sectional view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例における加速度センサを構成す
る圧電振動子の斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view of a piezoelectric vibrator that constitutes the acceleration sensor according to the embodiment of the invention.

【図9】本発明の実施例における加速度センサの断面図
である。
FIG. 9 is a sectional view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.

【図10】図9の加速度センサのX−X線に沿った断面
図である。
10 is a cross-sectional view of the acceleration sensor of FIG. 9 taken along the line XX.

【図11】(a)及び(b)は、本発明の突起の配置の
他の実施例を示す平面図である。
11A and 11B are plan views showing another embodiment of the arrangement of the protrusions of the present invention.

【図12】従来の加速度センサの構造を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a structure of a conventional acceleration sensor.

【図13】従来の加速度センサの他の構造を示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing another structure of a conventional acceleration sensor.

【図14】セラミック圧電材料の圧電定数の温度依存性
を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the temperature dependence of the piezoelectric constant of a ceramic piezoelectric material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 バイモルフ振動子 2 圧電セラミック板 3 突起物 4 電極 100 圧電振動子 1 Bimorph vibrator 2 Piezoelectric ceramic plate 3 Protrusion 4 Electrode 100 Piezoelectric vibrator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 41/22 (72)発明者 鈴木 茂夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西倉 孝弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 今田 勝巳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 住原 正則 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 武田 克 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 野島 貴志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01L 41/22 (72) Inventor Shigeo Suzuki 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Takahiro Nishikura 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Katsumi Imada 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Masanori Sumihara 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor, Katsushi Takeda 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsuda Electric Industry Co., Ltd. (72) Takashi Nojima, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに対向する第1及び第2の主面を有
する圧電素子と、該第1及び第2の主面に形成された第
1及び第2の電極と、該第1及び第2の電極上に溶射に
よって形成された金属またはセラミックからなる導電性
突起物とを有する圧電振動子と、 該導電性突起物を介して該圧電振動子を支持する支持体
と、を有する加速度センサ。
1. A piezoelectric element having first and second main surfaces facing each other, first and second electrodes formed on the first and second main surfaces, and the first and second electrodes. An acceleration sensor comprising: a piezoelectric vibrator having a conductive protrusion formed of metal or ceramic formed on the electrode by thermal spraying; and a support body that supports the piezoelectric vibrator through the conductive protrusion.
【請求項2】 前記導電性突起物は、前記圧電振動子の
長手方向の中央部分に形成されている請求項1に記載の
加速度センサ。
2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the conductive protrusion is formed at a central portion in the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator.
【請求項3】 前記支持体はバネ性を有する支持部材を
有し、前記圧電振動子は、前記第1及び第2の電極上の
前記導電性突起物の少なくとも一方を介して、該支持部
によって支持されている請求項2に記載の加速度セン
サ。
3. The supporting member has a supporting member having a spring property, and the piezoelectric vibrator includes the supporting portion via at least one of the conductive protrusions on the first and second electrodes. The acceleration sensor according to claim 2, which is supported by.
【請求項4】 前記圧電振動子は前記支持体に圧入され
ており、該圧電振動子の前記導電性突起物を介して、該
支持体によって支持されている請求項1に記載の加速度
センサ。
4. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is press-fitted into the support, and is supported by the support via the conductive protrusion of the piezoelectric vibrator.
【請求項5】 前記支持体は、前記導電性突起物よりも
硬度の低い材料からなる支持部を有し、該導電性突起物
は該支持部に圧入されている請求項4に記載の加速度セ
ンサ。
5. The acceleration according to claim 4, wherein the support has a support portion made of a material having a hardness lower than that of the conductive protrusion, and the conductive protrusion is press-fitted into the support portion. Sensor.
【請求項6】 前記圧電素子は、バイモルフ圧電素子、
圧電板を多数張り合わせた多層の圧電素子、単層の圧電
素子、シム材に圧電板を貼り合わせたユニモルフ圧電素
子、シム材を狭持したバイモルフ圧電素子、及び基板上
に成膜された圧電薄膜と電極で構成された圧電素子から
なる群から選ばれる請求項1に記載の加速度センサ。
6. The piezoelectric element is a bimorph piezoelectric element,
A multi-layer piezoelectric element in which a large number of piezoelectric plates are laminated, a single-layer piezoelectric element, a unimorph piezoelectric element in which a piezoelectric plate is attached to a shim material, a bimorph piezoelectric element in which a shim material is sandwiched, and a piezoelectric thin film formed on a substrate The acceleration sensor according to claim 1, wherein the acceleration sensor is selected from the group consisting of a piezoelectric element composed of an electrode and an electrode.
【請求項7】 前記圧電振動子は、前記第1及び第2の
電極の少なくとも一方の電極上の該圧電振動子の長手方
向の両端部に溶射によって形成された金属またはセラミ
ックからなる突起物をさらに有する請求項1に記載の加
速度センサ。
7. The piezoelectric vibrator comprises protrusions made of metal or ceramic formed by thermal spraying on both ends of the piezoelectric vibrator on at least one of the first and second electrodes in the longitudinal direction. The acceleration sensor according to claim 1, further comprising:
【請求項8】 前記導電性突起物は、前記第1及び第2
の電極に対称に配置されている請求項1に記載の加速度
センサ。
8. The conductive protrusions are the first and second conductive protrusions.
The acceleration sensor according to claim 1, wherein the acceleration sensor is symmetrically disposed on the electrodes.
【請求項9】 前記導電性突起物は前記圧電振動子の幅
方向に伸びる線状の突起物である請求項1に記載の加速
度センサ。
9. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the conductive protrusion is a linear protrusion extending in a width direction of the piezoelectric vibrator.
【請求項10】 前記圧電振動子の長手方向の長さは幅
方向の長さの3.5倍以上である請求項1に記載の加速
度センサ。
10. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the length of the piezoelectric vibrator in the longitudinal direction is 3.5 times or more the length in the width direction.
【請求項11】 前記導電性突起物の高さは、50〜1
50μmである請求項1に記載の加速度センサ。
11. The height of the conductive protrusion is 50 to 1
The acceleration sensor according to claim 1, which has a thickness of 50 μm.
【請求項12】 互いに対向する第1及び第2の主面を
有する圧電素子と、該第1及び第2の主面に形成された
第1及び第2の電極とを有する圧電振動子の少なくとも
1方の電極上に、金属またはセラミックを溶射すること
によって導電性突起物を形成する工程を包含する加速度
センサの製造方法。
12. A piezoelectric vibrator having at least a piezoelectric element having first and second main surfaces facing each other, and first and second electrodes formed on the first and second main surfaces. A method for manufacturing an acceleration sensor, which comprises a step of forming a conductive protrusion on one electrode by spraying a metal or a ceramic.
【請求項13】 前記導電性突起物を介して前記圧電素
子を支持する支持体を設ける工程を更に包含する請求項
12に記載の加速度センサの製造方法。
13. The method of manufacturing an acceleration sensor according to claim 12, further comprising the step of providing a support for supporting the piezoelectric element via the conductive protrusion.
【請求項14】 前記導電性突起物を形成する工程は、
該圧電振動子の長手方向の中央に開口部を有するマスク
を介して、金属またはセラミックを溶射することによっ
て導電性突起物を形成する工程を包含する請求項12に
記載の加速度センサの製造方法。
14. The step of forming the conductive protrusions comprises:
The method of manufacturing an acceleration sensor according to claim 12, further comprising the step of forming a conductive protrusion by spraying a metal or a ceramic through a mask having an opening at the center of the piezoelectric vibrator in the longitudinal direction.
【請求項15】 前記マスクの前記開口部は、前記圧電
振動子の幅方向に伸びる線状の開口部である請求項14
に記載の加速度センサの製造方法。
15. The opening of the mask is a linear opening extending in the width direction of the piezoelectric vibrator.
A method for manufacturing the acceleration sensor according to [1].
【請求項16】 前記第1及び第2の電極のそれぞれに
前記導電性突起物を形成する請求項12に記載の加速度
センサの製造方法。
16. The method of manufacturing an acceleration sensor according to claim 12, wherein the conductive protrusion is formed on each of the first and second electrodes.
【請求項17】 前記導電性突起物の高さは、50〜1
50μmである請求項12に記載の加速度センサの製造
方法。
17. The height of the conductive protrusions is 50 to 1
The method of manufacturing an acceleration sensor according to claim 12, wherein the acceleration sensor has a thickness of 50 μm.
【請求項18】 前記支持体はバネ性を有する支持部材
を有し、前記圧電振動子は、前記第1及び第2の電極上
の前記導電性突起物の少なくとも一方を介して、該支持
部によって支持される請求項13に記載の加速度センサ
の製造方法。
18. The support body includes a support member having a spring property, and the piezoelectric vibrator includes the support portion via at least one of the conductive protrusions on the first and second electrodes. 14. The method of manufacturing an acceleration sensor according to claim 13, which is supported by.
【請求項19】 前記支持体は、前記導電性突起物より
も硬度の低い材料からなる支持部を有し、該導電性突起
物は該支持部に圧入される請求項13に記載の加速度セ
ンサの製造方法。
19. The acceleration sensor according to claim 13, wherein the support has a support portion made of a material having a hardness lower than that of the conductive protrusion, and the conductive protrusion is press-fitted into the support portion. Manufacturing method.
【請求項20】 前記圧電振動子の前記第1及び第2の
電極の少なくとも一方の電極上の該圧電振動子の長手方
向の両端部に金属またはセラミックを溶射することによ
って突起物を形成する工程をさらに包含する請求項12
に記載の加速度センサの製造方法。
20. A step of forming projections by spraying a metal or a ceramic on both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator on at least one electrode of the first and second electrodes of the piezoelectric vibrator. 13. The method further comprising:
A method for manufacturing the acceleration sensor according to [1].
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CN110995157A (en) * 2019-11-21 2020-04-10 东南大学 LGS crystal resonator and oscillator

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