JPH08201424A - 圧電振動センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特性の優れた圧電振動センサを高歩留まりで
工業的に量産する。 【構成】 圧電振動センサを構成するセラミック圧電基
板１の表面に、前記基板の短手方向と長手方向とに交差
するパターンで導電性材料の溶射膜突起２を形成する。
溶射膜突起２は、例えばＭｏ粉末を原料とするプラズマ
溶射法で形成する。 【効果】 この圧電振動センサは、図１（ａ）に示すよ
うな溶射膜突起なため、この突起部において容器に狭持
しても圧電基板の変形が抑制されにくくなり、その結果
優れた感度特性の圧電振動センサが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電セラミックス、水
晶、リチウム酸ニオブ等の圧電セラミック材料で製造し
た振動検知用、あるいは加速度検知等に用いられる圧電
振動センサであって、より詳細には外部電極に保持接続
するための溶射膜で形成した突起を有する圧電振動セン
サおよびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下に、圧電セラミック材料を用いた従
来の圧電振動センサーの例を図４、図５を用いて説明を
する。

【０００３】図４（ａ）、（ｂ）は各々従来の技術の長
方形板型圧電振動センサの平面図、正面図であり、圧電
セラミック基板１２の表面に、無電解Ｎｉメッキによる
Ｎｉメッキ膜の表面電極１４が２μｍの厚みで形成され
ている。

【０００４】圧電セラミック基板１２は振動等の外力に
よって変形すると電圧が発生する。この電圧は、表面電
極１４と基板の中心位置の表面電極１４上に形成された
導電性の溶射膜突起１３を介して外部回路に検出され、
例えばこのセンサを搭載した機器の制御信号等に使われ
る。

【０００５】溶射膜突起１３は、センサを内包する容器
（図示せず）の所定位置に保持する効果も有しており、
そのために表面に微細凹凸を有する金属溶射膜で前記突
起を形成し、前記容器に形成された外部電極に食い込ま
せることでセンサを前記容器に狭持する方式が適してい
るものの一つである。

【０００６】また、従来の技術での金属溶射膜突起１３
は、例えば図５に示すように圧電セラミック基板１５
を、インバ等でできた金属マスク１６で覆い、プラズマ
トーチ１９から射出した例えばＮｉＣｌ、あるいはＭｏ
等の金属溶射粒子１８をマスク開口部１７を通過させて
基板１５上に形成する方法で行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来の技
術による圧電振動センサは、以下に記す課題があった。

【０００８】まず第一の課題は、図４（ａ）、（ｂ）に
示すように従来の技術ではセンサを容器に安定に狭持す
る場合、溶射膜突起１３を複数本形成する必要があった
り、あるいは溶射膜突起１３の幅がある程度必要である
ために、溶射膜突起を形成した圧電セラミック基板１３
の領域では前記基板の変形が抑制される、つまり前記領
域では圧電基板の変形が電圧として取り出しにくくな
り、センサとしての感度が低下せざるを得ないことであ
る。

【０００９】また、第二の課題は、圧電振動センサの製
造歩留まり向上が困難であることであった。従来の技術
では、図４に示す様に溶射膜突起１３は圧電セラミック
基板１２上に２本線上に形成されている。この図は圧電
振動センサ単体を記すものであって、寸法は例えば基板
厚み０．３ｍｍ、長手方向寸法５ｍｍ、短手方向寸法
０．７ｍｍ程度と小さいチップ部品サイズのものが主流
である。

【００１０】このセンサの実際の製造工程では、例えば
３０ｍｍ角サイズの原基板からダイシング等によって上
記寸法のチップサイズに切り出す方法が工業的な量産方
法として適している。

【００１１】このときセンサ上の溶射膜突起を、原基板
上に例えば同図（ｃ）に示すように原基板上に形成した
後、ダイシングで自動的に切り出す方法が量産に適した
ものである。

【００１２】ところがこの方法では、溶射膜突起がダイ
シングソーの切削力で圧電セラミック基板から剥離しや
すかった。その要因は、従来の技術ではセンサの表面電
極１４として、圧電セラミック基板１２の表面に無電解
ＮｉメッキによるＮｉメッキ膜を形成していることであ
る。以下にこのことについて記す。

【００１３】Ｎｉメッキ法は様々な特徴があり、工業上
広く実用化されているコーティング技術であるが、メッ
キ膜が基板に強固に付着するため、基板の前処理に例え
ばふっ硝酸水溶液等で基板の表面をエッチングすること
が行なわれている。このエッチングの結果、基板の表面
部分での圧電セラミック粒子は、粒界も腐食されるため
に粒子間が脆くなりやすい。

【００１４】前記従来の技術では、このように表面部分
が脆くなった基板にＮｉメッキ膜が形成され、さらにそ
の上に溶射膜突起を形成するものである。すなわち、脆
くなっている基板に溶射膜突起を形成したために、ダイ
シングで前記溶射膜突起が剥離しやすかった。

【００１５】さらに第三の課題は、溶射膜突起を高精度
で再現性よく量産することが困難ということであった。
図４に示す溶射膜突起１３は圧電セラミック基板１２を
容器に安定に狭持するため、突起の断面形状、膜厚、幅
等を高精度で再現性よく形成することが必要である。

【００１６】ところが前記従来の技術では、図５に示す
ように単に金属マスク１６で基板１５を被覆しているた
め、溶射粒子１８が前記マスク表面にも形成される。そ
の結果、マスク開口部１７が徐徐に閉塞されていくた
め、突起の断面形状、膜厚、幅等をセンサの特性を大き
く損なうことなく形成できる回数は、寸法が例えば基板
厚み０．３ｍｍ、長手方向寸法５ｍｍ、短手方向寸法
０．７ｍｍ程度と小さいチップ部品サイズのもので３０
個程度であった。

【００１７】また、圧電セラミック基板はその材料にも
よるが、温度が例えば２００℃以上に上がると感度特性
が劣化しやすい。このため、上記従来の技術に記した溶
射膜突起の形成方法では、高温の溶射粒子が熱伝導性の
高い金属マスクを通じて前記基板を加熱するため、圧電
振動センサとしての特性が劣化しやすいという課題もあ
った。

【００１８】以上記したように、従来の技術では、特性
の優れた圧電振動センサを工業的に量産することは困難
であった。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本願第一の発明は前記第
一の課題を解決するものであって、セラミック圧電基板
表面に、前記基板の短手方向と長手方向とに交差するパ
ターンで導電性材料の溶射膜突起を形成した構造の前記
圧電基板を、可とう性材料で形成した容器内に容器の締
め付け変形で前記溶射膜突起を前記容器表面に食い込ま
せ狭持した圧電振動センサである。

【００２０】また、本願第二の発明は前記第二の課題を
解決するものであって、セラミック圧電基板上に導電性
材料の溶射膜突起パターンを形成し、さらに少なくとも
前記基板を被覆する表面電極、あるいは前記基板と前記
溶射膜突起パターンとを被覆する表面電極が形成されて
なるセラミック圧電基板を、可とう性材料で形成した容
器内に容器の締め付け変形で前記溶射膜を前記容器表面
に食い込ませ狭持した圧電振動センサである。

【００２１】また、本願第三の発明は前記第三の課題を
解決するものであって、少なくとも溶射粒子が飛来する
表面に耐熱性フィルムを被覆した金属マスクを用いて基
板表面に溶射膜パターンを形成することを特長とする溶
射成膜方法である。

【００２２】

【作用】第一の発明は、特に溶射膜突起のパターンを特
定することによって、センサとしての感度低下を抑制す
るものである。

【００２３】すなわち、圧電基板の短手方向と長手方向
とに、例えば十字状に交差するパターンの溶射膜突起を
形成すると、容器に狭持しても圧電基板の変形が抑制さ
れにくくなり、その結果優れた感度特性の圧電振動セン
サを実現できる。

【００２４】第二の発明は、圧電振動センサの構造を特
定するものであって、圧電基板上に直接溶射膜突起を形
成するものである。

【００２５】このことによって、少なくとも溶射膜突起
を形成する基板の表面部分の脆弱化はなくなり、優れた
製造歩留まりの圧電振動センサが実現できる。

【００２６】第三の発明は、溶射膜突起を形成するとき
に用いる金属マスクを特定するものであって、金属マス
クの表面に耐熱性フィルムを被覆することが特徴であ
る。

【００２７】耐熱フィルムは溶射粒子が被着しにくいた
め、金属マスクに被覆すれば溶射粒子による前記マスク
開口部が閉塞されにくくなる。その結果、突起の断面形
状、膜厚、幅等を高精度で再現性よく形成することがで
きるため、安定して狭持できる圧電振動センサを実現で
きる。

【００２８】また、この耐熱性フィルムは例えばテフロ
ンのように金属に比べて熱伝導性が低いため、圧電セラ
ミック基板に対しての熱絶縁作用も上記作用と同時に発
揮する。その結果、溶射粒子による前記基板の温度上昇
が防げ、感度特性劣化が少ない圧電振動センサを実現で
きる。

【００２９】

【実施例】

（実施例１）まず第一の発明に基づく圧電振動センサの
一実施例を説明する。図１（ａ）、（ｂ）、および
（ｃ）は、各々片持ち支持タイプの圧電振動センサの平
面図、正面図、および側面図である。また、同図（ｄ）
は中央支持タイプの圧電振動センサの平面図を示す。

【００３０】片持ちタイプの圧電振動センサは容量が大
きいため感度特性が、たとえば両持ちタイプのもの、あ
るいは中央支持タイプのものに比べて優れている。

【００３１】図１（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）では、
圧電セラミック基板１の片端部にモリブデン（Ｍｏ）の
溶射膜突起２を前記基板の両面に形成した。この実施例
では図示するような前記基板の短手方向と長手方向とに
交差する形状の溶射膜突起を厚み５０μｍで形成した。

【００３２】溶射膜突起２は、例えば溶射膜突起２の開
口パターンの金属マスクを、圧電セラミック基板１上に
設置して、Ｍｏ粉末を原料とするプラズマ溶射法で形成
した。

【００３３】Ｍｏは金属材料の中でも電気抵抗が低く、
また硬い、あるいは耐食性が高い等本発明に用いる溶射
膜の材料として適しているもののひとつである。

【００３４】前記溶射膜突起の例えば長手方向長さ、お
よび幅はセンサの耐振性、耐衝撃性等を考慮して安定支
持できるように、また圧電セラミック基板の特性への影
響を考慮して決める。

【００３５】上記のごとく溶射膜突起が形成された圧電
セラミック基板は、例えば液晶ポリマー等で成形された
容器に狭持されて圧電振動センサが提供される。

【００３６】この圧電振動センサは、図１（ａ）に示す
ような溶射膜突起なため、容器に狭持しても圧電基板の
変形が抑制されにくくなり、その結果優れた感度特性の
圧電振動センサが実現できる。

【００３７】また、本発明は図１（ｄ）に示すような中
央支持タイプの圧電振動センサに前記溶射膜突を形成し
ても、感度低下の少ない圧電振動センサが提供できる。

【００３８】（実施例２）次に第二の発明に基づく圧電
振動センサの一実施例を図２を用いて説明する。図２で
は、溶射膜突起６は圧電セラミック基板５上に直接形成
した。この基板を例えば前記従来の技術と同じ無電解Ｎ
ｉメッキ法でＮｉメッキ膜の表面電極７を２μｍの厚み
で形成した。

【００３９】溶射膜突起６は、例えば溶射膜突起６の開
口パターンの金属マスクを、圧電セラミック基板５上に
設置して、Ｍｏ粉末を原料とするプラズマ溶射法で５０
μｍの厚みで形成した。

【００４０】Ｍｏは金属材料の中でも電気抵抗が低く、
また硬い、あるいは耐食性が高い等、本発明に用いる溶
射膜の材料として適しているもののひとつである。

【００４１】前記溶射膜突起６の例えば幅、および本
数、あるいは圧電セラミック基板上での形成位置は、セ
ンサの耐振性、耐衝撃性等を考慮して安定支持できるよ
うに、また圧電セラミック基板の特性への影響を考慮し
て決める。

【００４２】このようにして形成した圧電セラミック基
板は、少なくとも溶射膜突起６が形成される表面部分に
おいてはエッチングされないため、表面部分が脆くなる
ことはないので、例えばダイシングで切り出しても前記
溶射膜突起は剥離しにくいものとなった。

【００４３】上記のごとく溶射膜突起が形成された圧電
セラミック基板は、例えば液晶ポリマー等で成形された
容器に狭持されて圧電振動センサが提供される。

【００４４】以上記した第二の発明による圧電振動セン
サは製造歩留まりがきわめて高いものとなった。

【００４５】（実施例３）次に第三の発明に基づく圧電
振動センサの一実施例を図３を用いて説明する。図３に
示すように本実施例では、溶射膜突起の形成方法は圧電
セラミック基板８上に耐熱フィルム１０を被覆したイン
バ製金属マスク９を設置した後、プラズマトーチ（図示
せず）から射出した例えばＮｉＣｌ、あるいはＭｏ等の
金属溶射粒子をマスク開口部１１を通過させて前記基板
８上に形成する方法で行なった。

【００４６】耐熱フィルムはテフロン材料を焼付けコー
ティングすることで金属マスク９上に５μｍの厚みを被
覆した。テフロンは耐熱性にすぐれているため、例えば
前記Ｍｏ等の溶射粒子が飛来しても溶けにくいため、溶
射粒子が被着しにくいので本発明の耐熱フィルムとして
好的なものの代表である。

【００４７】この実施例で圧電セラミック基板上に溶射
膜突起を前記従来技術と同一方法、条件でＭｏの溶射膜
突起を形成した場合、例えば寸法が基板厚み０．３ｍ
ｍ、長手方向寸法５ｍｍ、短手方向寸法０．７ｍｍ程度
と小さいチップ部品サイズのもので、かつ感度特性劣化
の少ないものが１００００個程度安定に製造できる。

【００４８】図３に示す耐熱性フィルムは金属マスクの
両面に被覆することによって、上記効果はさらに一層増
大することができる。

【００４９】以上は第一の発明、第二の発明、および第
三の発明各々単独での一実施例を説明したのにすぎな
く、本発明では各発明を組み合わせて実施することで、
さらに効果が増大できるものである。

【００５０】以上記したようにほん発明によれば溶射膜
突起の断面形状、膜厚、幅等を高精度で再現性よく大量
に形成することができるため、安定して狭持できる圧電
振動センサを実現できる。

【００５１】

【発明の効果】以上記したように、本発明は特性の優れ
た圧電振動センサを工業的に量産することができ、工業
上の効果が大きいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電振動センサの第一の実施例の構成
を示す外観図

【図２】本発明の圧電振動センサの他の実施例を示す断
面図

【図３】本発明の圧電振動センサの製造方法の説明図

【図４】従来の圧電振動センサの概略図

【図５】従来の圧電振動センサ上への溶射膜突起の溶射
成膜方法の概略図

【符号の説明】

１、３、５、８、１２、１５ 圧電セラミック基板 ２、４、６、１３ 溶射膜突起 ７、１４ 表面電極 ９、１６ 金属マスク １０ 耐熱フィルム １８ 溶射粒子 １９ プラズマトーチ

───────────────────────────────────────────────────── 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 41/08 Ｈ０４Ｒ 17/00 31/00 Ｚ (72)発明者 児玉 佳代子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック圧電基板表面に、前記基板の短
   手方向と長手方向とに交差するパターンで導電性材料の
   溶射膜突起を形成した構造の前記圧電基板を、可とう性
   材料で形成した容器内に容器の締め付け変形で前記溶射
   膜を前記容器表面に食い込ませ狭持した圧電振動セン
   サ。
2. 【請求項２】セラミック圧電基板はその端部で容器に狭
   持され、導電性材料の溶射膜突起は全基板の端部に形成
   された請求項１記載の圧電振動センサ。
3. 【請求項３】セラミック圧電基板上に導電性材料の溶射
   膜突起パターンを形成し、さらに少なくとも前記基板を
   被覆する表面電極、あるいは前記基板と前記溶射膜突起
   パターンとを被覆する表面電極が形成されてなるセラミ
   ック圧電基板を、可とう性材料で形成した容器内に容器
   の締め付け変形で前記溶射膜を前記容器表面に食い込ま
   せ狭持した圧電振動センサ。
4. 【請求項４】少なくとも溶射粒子が飛来する表面に耐熱
   性フィルムを被覆した金属マスクを用いて圧電セラミッ
   ク基板上に溶射膜突起パターンを形成することを特長と
   する圧電振動センサの製造方法。