JPH1096742A - Acceleration sensor, manufacture thereof, and impact detecting device utilizing the acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor, manufacture thereof, and impact detecting device utilizing the acceleration sensor

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JPH1096742A
JPH1096742A JP25980896A JP25980896A JPH1096742A JP H1096742 A JPH1096742 A JP H1096742A JP 25980896 A JP25980896 A JP 25980896A JP 25980896 A JP25980896 A JP 25980896A JP H1096742 A JPH1096742 A JP H1096742A
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acceleration sensor
piezoelectric
axis
container
main surfaces
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JP25980896A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Ootsuchi
哲郎 大土
Masahito Sugimoto
雅人 杉本
Tetsuyoshi Ogura
哲義 小掠
Yoshihiro Tomita
佳宏 冨田
Osamu Kawasaki
修 川崎
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized acceleration sensor of which sensitivity is high extending over a wide frequency territory and dispersion of characteristic such as sensitivity is very small. SOLUTION: The main faces of piezoelectric substrates 2a, 2b having opposite two main faces and rectangular form of thickness 50μm, width 0.5mm, length 2mm, and made of LiNbO3 are joined together so that the directions of polarization axes are opposite to each other, and hence a piezoelectric element 2 is constituted. Supporting bodies 4a, 4b made of LiNbO3 are directly joined to one end of the piezoelectric element 2. Electrodes 3a, 3b made of chrome-gold of thickness 0.2μm are continuously formed on the opposite two main faces of the piezoelectric element 2 and the supporting bodies 3a, 3b, so as to constitute a bimorph type electromechanical converter 1 of cantilever construction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度の測定及び
振動の検知等に用いられる加速度センサ及びその製造方
法に関する。さらに詳細には、小型で高性能な加速度セ
ンサ及びその製造方法に関する。また、本発明は、かか
る加速度センサを利用した、出力信号のばらつきの小さ
い衝撃検知機器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor used for measuring acceleration and detecting vibration, and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a small and high-performance acceleration sensor and a method for manufacturing the same. Further, the present invention relates to an impact detection device using such an acceleration sensor and having a small output signal variation.

【従来の技術】近年、電子機器の小型化が進み、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し向上させるた
めに、小型で表面実装可能な高性能加速度センサへの需
要が高まっている。例えば、高密度なハードディスクへ
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、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。このため、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させたり、ヘッ
ドを安全な位置に退避させる技術が必要となる。また、
自動車の衝突時における衝撃から搭乗者を保護するため
に、エアバック装置の衝撃検知用加速度センサなどの需
要も高まっている。さらに、携帯用小型機器に衝撃が加
わったことを検知し、衝撃による機器の故障や誤動作を
回避する機構を装置内に設けたり、衝撃が加わった事実
を記録する機構や装置に対する要求が高まっている。こ
のため、これらの装置に用いる小型加速度センサへのニ
ーズも高くなってきた。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を用いれば、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り電圧に変換して出
力するものである。このような加速度センサとしては、
特開平2−248086号公報に開示されているような
片持ち梁構造の矩形状バイモルフ型機械−電気変換子を
用いたものがある。図26に示すように、圧電効果を利
用したバイモルフ型機械−電気変換子50は、電極52
a、52bを形成した圧電セラミック51a、51bを
エポキシ樹脂等の接着剤53により貼り合わせて形成さ
れる。図27に示すように、片持ち梁構造は、バイモル
フ型機械−電気変換子50の一端を導電性接着剤54な
どによって固定部材55に接着固定したものである。片
持ち梁構造のバイモルフ型機械−電気変換子は、その共
振周波数が低いために、比較的低い周波数成分を有する
加速度を測定するのに用いられる。また、高い周波数領
域の加速度を測定する場合には、図28に示すように、
両端を導電性接着剤54などによって固定部材55に接
着固定した両持ち梁構造のバイモルフ型機械−電気変換
子50が用いられる。機械−電気変換子の両端を固定す
ることにより、共振周波数を比較的高くすることができ
る。加速度センサは、固定部材55を容器の内壁に固定
した状態で、機械−電気変換子50を容器内に収容する
ことによって構成される。また、機械−電気変換子50
の電極52a、52bに生じた電荷は、導電性接着剤5
4等を介して外部電極に取り出される。
2. Description of the Related Art In recent years, miniaturization of electronic devices has progressed, and portable electronic devices such as notebook computers have become widespread. In order to secure and improve the reliability of these electronic devices against impacts, there is an increasing demand for small-sized, surface-mountable high-performance acceleration sensors. For example, if an impact is applied during a write operation to a high-density hard disk, a head displacement may occur, which may cause a data write error or damage to the head. For this reason, there is a need for a technique for detecting the impact applied to the hard disk, stopping the writing operation, and retracting the head to a safe position. Also,
In order to protect the occupants from the impact in the event of a collision of a car, demand for an acceleration sensor for impact detection of an airbag device and the like is increasing. In addition, there has been an increasing demand for mechanisms that detect the impact on small portable devices and provide mechanisms to prevent device failure and malfunction due to the impact, and to record the fact that the impact has been applied. I have. For this reason, the need for small acceleration sensors used in these devices has been increasing. Conventionally, as an acceleration sensor,
A device using a piezoelectric material such as a piezoelectric ceramic is known. If these acceleration sensors are used, high detection sensitivity can be realized by utilizing the electromechanical conversion characteristics of the piezoelectric material. A piezoelectric 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 one using a rectangular bimorph-type electromechanical transducer having a cantilever structure as disclosed in JP-A-2-248086. As shown in FIG. 26, a bimorph-type electro-mechanical transducer 50 utilizing the piezoelectric effect includes an electrode 52
The piezoelectric ceramics 51a and 51b on which a and 52b are formed are bonded together with an adhesive 53 such as an epoxy resin. As shown in FIG. 27, in the cantilever structure, one end of a bimorph-type electromechanical transducer 50 is bonded and fixed to a fixing member 55 with a conductive adhesive 54 or the like. Bimorph-type electro-mechanical transducers having a cantilever structure are used to measure acceleration having a relatively low frequency component because of its low resonance frequency. Also, when measuring acceleration in a high frequency region, as shown in FIG.
A bimorph-type electromechanical transducer 50 having a double-supported beam structure in which both ends are bonded and fixed to a fixing member 55 with a conductive adhesive 54 or the like is used. By fixing both ends of the electromechanical transducer, the resonance frequency can be made relatively high. The acceleration sensor is configured by housing the electromechanical transducer 50 in the container with the fixing member 55 fixed to the inner wall of the container. Also, the mechanical-electrical transducer 50
Generated on the electrodes 52a and 52b of the conductive adhesive 5
4 and are taken out to the external electrode.

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
加速度センサにおいては、圧電セラミックの接着にエポ
キシ樹脂等からなる接着剤が用いられているが、圧電セ
ラミックのヤング率15×10-12 2 /Nに比べてエ
ポキシ樹脂のヤング率は200×10-12 2 /Nと大
きいため、加速度が加わることによる機械−電気変換子
の歪みがエポキシ樹脂等によって吸収され、感度が低下
してしまう。また、接着層の厚みを均一にして圧電セラ
ミックを接着することは困難であるため、機械−電気変
換子の特性にばらつきが生じるといった問題点がある。
また、矩形状のバイモルフ型機械−電気変換子の感度を
安定させるためには、その共振周波数を安定にすること
が必要である。この場合、機械−電気変換子の固定状態
を安定なものとすることが必要であるが、実際には、機
械的にあるいは温度変化などによって発生する応力に起
因して、金属等の支持部又は固定部材で支持又は固定し
ている部分にずれが生じる。例えば、接着剤を用いて機
械−電気変換子を固定する場合には、接着剤の塗布範囲
によってその固定位置が変わってしまい、機械−電気変
換子の共振周波数がばらついてしまう。また、接着剤の
温度変化によって機械−電気変換子の固定状態が変動し
てしまい、安定な固定状態を維持することが困難とな
る。また、1つ1つの機械−電気変換子を別個に作製し
て、容器に収容する場合には、製造工程上ハンドリング
などが困難となり、加速度センサの小型化が妨げられる
と共に、量産性の低下を招くといった問題点がある。ま
た、圧電セラミックは、種々の原料を混合し焼成して製
作されるために、単結晶材料に比べて材料定数のばらつ
きが大きい。このため、圧電セラミックを用いて加速度
センサを製作した場合には、感度や静電容量が大きくば
らつくことになる。また、圧電セラミックを用いた加速
度センサを、携帯型機器などに加わる衝撃を検知するた
めに用いる場合には、感度のばらつきが大きいために、
衝撃による機器の故障を回避するための基準となる加速
度の大きさの幅が大きくなり、高精度に衝撃を検知する
ことが困難となる。また、静電容量のばらつきは、加速
度センサと接続され、加速度によって生じた電気信号を
増幅する回路の設計を困難とし、回路の増幅度のばらつ
きが生じる。その結果、出力信号が大きくばらつくこと
になり、衝撃検知機器への使用が妨げられる。本発明
は、従来技術における前記課題を解決するためになされ
たものであり、広い周波数領域にわたって高感度を有
し、しかも感度等の特性ばらつきの極めて小さい小型の
加速度センサ及びその製造方法を提供することを目的と
する。また、本発明は、かかる加速度センサを利用し
た、出力信号のばらつきの小さい衝撃検知装置を提供す
ることを目的とする。
As described above, in the conventional acceleration sensor, an adhesive made of epoxy resin or the like is used for bonding the piezoelectric ceramic, but the Young's modulus of the piezoelectric ceramic is 15 × 10 -12. larger the Young's modulus of the epoxy resin and 200 × 10 -12 m 2 / N as compared to m 2 / N, the machine according to the acceleration is applied - distortion of the electrical transducer is absorbed by the epoxy resin, the sensitivity is lowered Would. Further, since it is difficult to adhere the piezoelectric ceramics with the thickness of the adhesive layer being uniform, there is a problem that the characteristics of the electromechanical transducer vary.
Further, in order to stabilize the sensitivity of the rectangular bimorph-type electromechanical transducer, it is necessary to stabilize its resonance frequency. In this case, it is necessary to stabilize the fixed state of the electromechanical transducer. However, in practice, the supporting portion such as a metal or the like is mechanically or caused by stress generated by a temperature change or the like. The part supported or fixed by the fixing member is displaced. For example, when the electromechanical transducer is fixed using an adhesive, the fixing position changes depending on the application range of the adhesive, and the resonance frequency of the electromechanical transducer varies. In addition, the fixed state of the electromechanical transducer fluctuates due to a change in the temperature of the adhesive, and it becomes difficult to maintain a stable fixed state. In the case where each of the electromechanical transducers is manufactured separately and accommodated in a container, handling becomes difficult in the manufacturing process, so that downsizing of the acceleration sensor is hindered and mass productivity is reduced. There is a problem of inviting. Further, since the piezoelectric ceramic is manufactured by mixing and firing various raw materials, the variation in material constant is larger than that of a single crystal material. Therefore, when an acceleration sensor is manufactured using piezoelectric ceramics, the sensitivity and the capacitance greatly vary. In addition, when an acceleration sensor using piezoelectric ceramic is used to detect an impact applied to a portable device or the like, the sensitivity varies greatly.
The range of the magnitude of the acceleration, which is a reference for avoiding the failure of the device due to the impact, becomes large, and it becomes difficult to detect the impact with high accuracy. Further, the variation in capacitance makes it difficult to design a circuit that is connected to the acceleration sensor and amplifies the electric signal generated by the acceleration, and causes variation in the degree of amplification of the circuit. As a result, the output signal greatly varies, which hinders use in an impact detection device. The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems in the prior art, and provides a small-sized acceleration sensor having high sensitivity over a wide frequency range and having extremely small variation in characteristics such as sensitivity, and a method for manufacturing the same. The purpose is to: Another object of the present invention is to provide an impact detection device using such an acceleration sensor and having a small output signal variation.

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る加速度センサの第1の構成は、相対す
る2つの主面を有する少なくとも2つの圧電基板の前記
主面同士が直接接合されて構成された圧電素子と、前記
圧電素子の相対する2つの主面に形成された電極とから
なる機械−電気変換子と、前記機械−電気変換子を支持
する支持体とを備えたものである。この加速度センサの
第1の構成によれば、接着剤などの接着層を用いること
なく圧電基板が直接接合されることによって機械−電気
変換子が構成されているので、加速度によって機械−電
気変換子に撓み振動が発生したときに、この撓み振動を
吸収するものは存在しない。このため、圧電基板には損
失なく応力が発生し、大きな起動力が得られる。その結
果、高い感度を有する加速度センサを実現することがで
きる。また、圧電基板の接合が均一となるため、機械−
電気変換子の共振周波数や感度のばらつきが極めて小さ
くなる。さらに、圧電基板間に接着層が介在しないた
め、温度変化によって機械−電気変換子の振動特性が変
化することはない。また、前記本発明の加速度センサの
第1の構成においては、2つの圧電基板の主面同士が、
前記2つの圧電基板の構成原子が酸素及び水酸基からな
る群から選ばれる少なくとも1つを介して相互に結合す
ることにより接合されているのが好ましい。この好まし
い例によれば、2つの圧電基板の主面同士が原子レベル
で強固に直接接合された状態を実現することができる。
また、前記本発明の加速度センサの第1の構成において
は、2つの圧電基板が、分極軸の向きが互いに逆方向と
なるように接合されているのが好ましい。この好ましい
例によれば、2つの圧電基板に発生する応力が圧縮応
力、引っ張り応力と異なるにもかかわらず、2つの圧電
基板には同極性の電荷が発生する。すなわち、2つの圧
電基板には、同じ方向に起電力が発生する。このため、
機械−電気変換子の両面に形成された電極から加速度の
大きさを反映した信号を得ることができる。また、前記
本発明の加速度センサの第1の構成においては、2つの
圧電基板がバッファ層を介して直接接合されているのが
好ましい。この好ましい例によれば、接合面にうねりや
凹凸がある場合、又は接合面にゴミなどの異物が付着し
ている場合にも、バッファ層によって凹凸などが吸収さ
れるので、強固な直接接合面が得られる。また、親水化
処理によって表面に酸素や水酸基が形成され難い材料を
接合する場合にも、バッファ層を介して接合することに
より、強固な直接接合面が得られる。また、前記本発明
の加速度センサの第1の構成においては、機械−電気変
換子の一端が支持体に支持されているのが好ましい。こ
の好ましい例によれば、片持ち梁構造の加速度センサを
実現することができる。また、前記本発明の加速度セン
サの第1の構成においては、機械−電気変換子の両端が
支持体に支持されているのが好ましい。この好ましい例
によれば、両持ち梁構造の加速度センサを実現すること
ができる。そして、同じ長さ、同じ厚さの機械−電気変
換子であっても、片持ち梁構造の場合より共振周波数が
高くなるので、さらに高い周波数領域の加速度を測定す
ることが可能となる。また、前記本発明の加速度センサ
の第1の構成においては、圧電基板が結晶構造3m族の
単結晶圧電材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸
をX軸、Y軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面
がY軸となす角が+129゜〜+152゜の軸に垂直
で、かつ、X軸を含み、前記圧電基板の重心と支持部中
心とを結ぶ線がX軸に垂直であるのが好ましい。この好
ましい例によれば、圧電基板の圧電定数が最大値の90
〜100%の値となり、感度の劣化による問題が生じる
ことはない。また、前記本発明の加速度センサの第1の
構成においては、圧電基板が結晶構造3m族の単結晶圧
電材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、
Y軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面がY軸と
なす角が−26゜〜+26゜の軸に垂直で、かつ、X軸
を含み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が
X軸と平行であるのが好ましい。この好ましい例によれ
ば、圧電基板の圧電定数は最大値の90〜100%の値
となり、感度の劣化による問題が生じることはない。ま
た、前記本発明の加速度センサの第1の構成において
は、圧電基板が結晶構造32族の単結晶圧電材料からな
り、前記単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸と
したときに、前記圧電基板の主面がX軸に垂直で、前記
圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線がZ軸と+52
゜〜+86゜の角度をなすのが好ましい。この好ましい
例によれば、圧電基板の圧電定数は最大値の90〜10
0%の値となり、感度の劣化による問題が生じることは
ない。また、前記本発明の加速度センサの第1の構成に
おいては、圧電基板が結晶構造32族の単結晶圧電材料
からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、
Z軸としたときに、前記圧電基板の主面がX軸となす角
が−26゜〜+26゜の軸に垂直で、かつ、Y軸を含
み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線がY軸
に平行であるのが好ましい。この好ましい例によれば、
圧電基板の圧電定数は最大値の90〜100%の値とな
り、感度の劣化による問題が生じることはない。また、
前記本発明の加速度センサの第1の構成においては、圧
電基板が結晶構造32族の単結晶圧電材料からなり、前
記単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸としたと
きに、前記圧電基板の主面がX軸となす角が+52゜〜
+68゜の軸に垂直で、かつ、Z軸を含み、前記圧電基
板の重心と支持部中心とを結ぶ線がZ軸に垂直であるの
が好ましい。この好ましい例によれば、圧電基板の圧電
定数は最大値の90〜100%の値となり、感度の劣化
による問題が生じることはない。また、本発明に係る加
速度センサの第2の構成は、相対する2つの主面を有す
る少なくとも2つの圧電基板の前記主面同士が接合され
て構成された圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つ
の主面に形成された電極とからなる機械−電気変換子
と、前記機械−電気変換子を支持する支持体とを備え、
前記機械−電気変換子が前記支持体に直接接合されたも
のである。この加速度センサの第2の構成によれば、接
着剤を用いることなく、機械−電気変換子が支持体に直
接接合されているので、機械−電気変換子の支持位置の
ばらつきが小さくなる。その結果、共振周波数のばらつ
きの小さい加速度センサを実現することができる。ま
た、接着剤を用いることなく、機械−電気変換子が支持
体に直接接合されているので、加速度が損失なく機械−
電気変換子に伝達される。また、機械−電気変換子と支
持体との間に接着層が介在しないため、温度変化によっ
て支持状態が変化することもない。また、前記本発明の
加速度センサの第2の構成においては、機械−電気変換
子を構成する圧電基板と支持体とが、前記圧電基板の構
成原子と前記支持体の構成原子が酸素及び水酸基からな
る群から選ばれる少なくとも1つを介して相互に結合す
ることにより接合されているのが好ましい。また、前記
本発明の加速度センサの第2の構成においては、機械−
電気変換子を構成する圧電基板と支持体とがバッファ層
を介して直接接合されているのが好ましい。また、前記
本発明の加速度センサの第2の構成においては、圧電基
板と支持体とが同じ材料からなるのが好ましい。この好
ましい例によれば、温度による歪みの影響を受けること
がないので、温度変化に対して極めて安定な加速度セン
サを実現することができる。また、前記本発明の加速度
センサの第2の構成においては、機械−電気変換子の一
端が支持体に支持されているのが好ましい。また、前記
本発明の加速度センサの第2の構成においては、機械−
電気変換子の両端が支持体に支持されているのが好まし
い。また、本発明に係る加速度センサの第3の構成は、
相対する2つの主面を有する少なくとも2つの圧電基板
の前記主面同士が接合されて構成された圧電素子と、前
記圧電素子の相対する2つの主面に形成された電極とか
らなる機械−電気変換子と、前記機械−電気変換子を支
持する支持体と、前記機械−電気変換子を収容する容器
とを備え、前記支持体が前記容器に直接接合されたもの
である。この加速度センサの第3の構成によれば、接着
剤を用いることなく、機械−電気変換子の支持体が容器
に直接接合されているので、支持体が容器に強固に接合
された状態となる。その結果、実装面に生じた加速度が
容器を通じて損失なく支持体に伝達され得る感度の高い
加速度センサを実現することができる。また、前記本発
明の加速度センサの第3の構成においては、容器と支持
体とが、前記容器の構成原子と前記支持体の構成原子が
酸素及び水酸基からなる群から選ばれる少なくとも1つ
を介して相互に結合することにより接合されているのが
好ましい。また、前記本発明の加速度センサの第3の構
成においては、容器と支持体とがバッファ層を介して直
接接合されているのが好ましい。また、前記本発明の加
速度センサの第3の構成においては、容器と支持体とが
同じ材料からなるのが好ましい。また、本発明に係る加
速度センサの第4の構成は、相対する2つの主面を有す
る少なくとも2つの圧電基板の前記主面同士が接合され
て構成された圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つ
の主面に形成された電極とからなる機械−電気変換子
と、前記機械−電気変換子を支持する支持体と、前記機
械−電気変換子を収容する容器とを備え、前記圧電素子
を構成する前記圧電基板が前記容器に直接接合されるこ
とによって、前記機械−電気変換子が支持されたもので
ある。この加速度センサの第4の構成によれば、接着剤
を用いることなく、圧電素子を構成する圧電基板が容器
に直接接合されているので、機械−電気変換子が容器に
強固に接合された状態となる。その結果、容器が受けた
加速度を損失なく機械−電気変換子に伝達することがで
きるので、感度の高い加速度センサを実現することがで
きる。また、支持部材の役目を容器が担うことになるの
で、構成部材の数を削減することができる。また、前記
本発明の加速度センサの第4の構成においては、圧電基
板と容器とが、前記圧電基板の構成原子と前記容器の構
成原子が酸素及び水酸基からなる群から選ばれる少なく
とも1つを介して相互に結合することにより接合されて
いるのが好ましい。また、前記本発明の加速度センサの
第4の構成においては、圧電基板と容器とがバッファ層
を介して直接接合されているのが好ましい。また、前記
本発明の加速度センサの第4の構成においては、圧電基
板と容器とが同一の材料からなるのが好ましい。また、
本発明に係る加速度センサの第5の構成は、相対する2
つの主面を有する少なくとも2つの圧電基板の前記主面
同士が接合されて構成された圧電素子と、前記圧電素子
の相対する2つの主面に形成された電極とからなる機械
−電気変換子と、前記機械−電気変換子を支持する支持
体と、前記機械−電気変換子を収容する少なくとも2つ
の部分からなる容器とを備え、前記容器を構成する各部
分同士が直接接合されたものである。この加速度センサ
の第5の構成によれば、接着剤を用いることなく、容器
を構成する各部分同士が強固に接合されるので、接合面
の耐熱性が高くなる。その結果、半田リフローなどを行
っても、接合部からガスが発生することはなく、容器を
構成する各部分同士が気密封止された状態となるので、
特性が劣化することのない高い信頼性を有する加速度セ
ンサが得られる。また、前記本発明の加速度センサの第
5の構成においては、容器を構成する各部分同士が、容
器の構成原子が酸素及び水酸基からなる群から選ばれる
少なくとも1つを介して相互に結合することにより接合
されているのが好ましい。また、前記本発明の加速度セ
ンサの第5の構成においては、容器を構成する各部分同
士がバッファ層を介して直接接合されているのが好まし
い。また、本発明に係る加速度センサの製造方法の第1
の構成は、相対する2つの主面を有する少なくとも2つ
の圧電基板の前記主面同士が接合されて構成された圧電
素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形成され
た電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械−電気
変換子を支持する支持体とを備えた加速度センサの製造
方法であって、前記2つの圧電基板の前記主面同士を直
接接合することによって前記圧電素子を形成することを
特徴とする。この加速度センサの製造方法の第1の構成
によれば、接着剤などの接着層を用いることなく圧電基
板を直接接合することによって機械−電気変換子を形成
するものであるため、加速度によって機械−電気変換子
に発生した撓み振動が吸収されることのない加速度セン
サが得られる。また、前記本発明の加速度センサの製造
方法の第1の構成においては、親水化処理を施した2つ
の圧電基板の主面同士を接合した後、熱処理を施すこと
により、前記2つの圧電基板の前記主面同士を直接接合
するのが好ましい。この好ましい例によれば、2つの圧
電基板の主面同士が酸素又は水酸基を介して原子レベル
で強固に直接接合された状態を実現することができる。
また、本発明に係る加速度センサの製造方法の第2の構
成は、相対する2つの主面を有する少なくとも2つの圧
電基板の前記主面同士が接合されて構成された圧電素子
と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形成された電
極とからなる機械−電気変換子と、前記機械−電気変換
子を支持する支持体とを備えた加速度センサの製造方法
であって、前記支持体を前記圧電素子を構成する前記圧
電基板に直接接合することを特徴とする。この加速度セ
ンサの製造方法の第2の構成によれば、接着剤を用いる
ことなく、機械−電気変換子を支持体に直接接合したも
のであるため、機械−電気変換子の支持位置のばらつき
の小さい加速度センサが得られる。その結果、共振周波
数のばらつきの小さい加速度センサを実現することがで
きる。また、前記本発明の加速度センサの製造方法の第
2の構成においては、親水化処理を施した支持体と圧電
基板を接合した後、熱処理を施すことにより、前記支持
体を前記圧電基板に直接接合するのが好ましい。また、
本発明に係る加速度センサの製造方法の第3の構成は、
相対する2つの主面を有する少なくとも2つの圧電基板
の前記主面同士が接合されて構成された圧電素子と、前
記圧電素子の相対する2つの主面に形成された電極とか
らなる機械−電気変換子と、前記機械−電気変換子を支
持する支持体と、前記機械−電気変換子を収容する容器
とを備えた加速度センサの製造方法であって、前記支持
体を前記容器に直接接合することを特徴とする。この加
速度センサの製造方法の第3の構成によれば、支持体を
容器に強固に接合することができる。その結果、実装面
に生じた加速度を容器を通じて損失なく支持体に伝達す
ることができるので、感度の高い加速度センサを実現す
ることができる。また、前記本発明の加速度センサの製
造方法の第3の構成においては、親水化処理を施した支
持体と容器を接合した後、熱処理を施すことにより、前
記支持体を前記容器に直接接合するのが好ましい。ま
た、本発明に係る加速度センサの製造方法の第4の構成
は、相対する2つの主面を有する少なくとも2つの圧電
基板の前記主面同士が接合されて構成された圧電素子
と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形成された電
極とからなる機械−電気変換子と、前記機械−電気変換
子を収容する容器とを備えた加速度センサの製造方法で
あって、前記圧電素子を構成する圧電基板を前記容器に
直接接合することを特徴とする。この加速度センサの製
造方法の第4の構成によれば、機械−電気変換子を容器
に強固に接合することができる。その結果、容器が受け
た加速度を損失なく機械−電気変換子に伝達することが
できるので、感度の高い加速度センサを実現することが
できる。また、支持部材の役目を容器に担わせることが
できるので、構成部材の数を削減することができると共
に、製造工程の簡略化を図ることができる。また、前記
本発明の加速度センサの製造方法の第4の構成において
は、親水化処理を施した圧電基板と容器を接合した後、
熱処理を施すことにより、前記圧電基板を前記容器に直
接接合するのが好ましい。また、本発明に係る加速度セ
ンサの製造方法の第5の構成は、相対する2つの主面を
有する少なくとも2つの圧電基板の前記主面同士が接合
されて構成された圧電素子と、前記圧電素子の相対する
2つの主面に形成された電極とからなる機械−電気変換
子と、前記機械−電気変換子を支持する支持体と、前記
機械−電気変換子を収容する少なくとも2つの部分から
なる容器とを備えた加速度センサの製造方法であって、
前記容器の各部分同士を直接接合することを特徴とす
る。この加速度センサの製造方法の第5の構成によれ
ば、接着剤を用いることなく、容器を構成する各部分同
士を強固に接合することができるので、接合面の耐熱性
を高めることができる。その結果、半田リフローなどを
行っても、接合部からガスが発生することはなく、容器
を構成する各部分同士が気密封止された状態となるの
で、特性が劣化することのない高い信頼性を有する加速
度センサを実現することができる。また、前記本発明の
加速度センサの製造方法の第5の構成においては、親水
化処理を施した容器の各部分同士を接合した後、熱処理
を施すことにより、前記容器の各部分同士を直接接合す
るのが好ましい。また、本発明に係る加速度センサの製
造方法の第6の構成は、相対する2つの主面を有する少
なくとも2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構
成された圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主
面に形成された電極とからなる機械−電気変換子と、前
記機械−電気変換子を収容する容器とを備えた加速度セ
ンサの製造方法であって、複数の片持ち梁部又は両持ち
梁部がパターン形成された少なくとも2つの圧電基板を
直接接合して複数の圧電素子を形成する工程と、前記圧
電素子に対応する部位に凹部が形成された容器を前記圧
電基板に直接接合する工程と、前記圧電素子を含む個々
の加速度センサに分離する工程とを備えたものである。
この加速度センサの製造方法の第6の構成によれば、機
械−電気変換子が圧電基板からパターン形成されるの
で、機械−電気変換子の形状のばらつきが小さい。ま
た、機械−電気変換子が支持部と同時に形成されるの
で、機械−電気変換子の支持状態のばらつきが小さい。
このため、片持ち梁又は両持ち梁の長さのばらつきが小
さくなるので、共振周波数などの特性のばらつきの極め
て小さい加速度センサを実現することができる。また、
機械−電気変換子と支持部材及び容器を同一の材料で形
成することができるので、温度による歪みなどの影響を
受けることがなく、安定性に優れた加速度センサを実現
することができる。また、1枚の基板に多数の加速度セ
ンサを一度に作製するものであるため、量産性に優れた
加速度センサを実現することができる。また、前記本発
明の加速度センサの製造方法の第6の構成においては、
圧電素子を形成した後に、前記圧電素子の相対する2つ
の主面に電極を形成するのが好ましい。この好ましい例
によれば、圧電素子がすでに形成されているので、電極
形成時のマスクの位置合わせなどが容易となり、かつ、
圧電素子の上のみに高精度に電極を形成することができ
る。その結果、精度の高い機械−電気変換子が得られ
る。また、この場合には、圧電素子の相対する2つの主
面に電極を形成する際に、同時に圧電基板上に導電層を
形成するのが好ましい。この好ましい例によれば、製造
工程の簡略化が図られる。また、前記本発明の加速度セ
ンサの製造方法の第6の構成においては、圧電基板に電
極を形成した後に、片持ち梁部又は両持ち梁部をパター
ン形成するのが好ましい。この好ましい例によれば、電
極を精度良く位置合わせしなくても、機械−電気変換子
を作製することができる。また、圧電素子が薄い場合に
は、梁部をパターン形成した後に、電極を形成すると、
表と裏の電極がショートすることがあるが、この好まし
い例によれば、この問題を回避することができる。ま
た、この場合には、電極を形成する際に、同時に圧電基
板上に導電層を形成するのが好ましい。また、本発明に
係る加速度センサの製造方法の第7の構成は、相対する
2つの主面を有する少なくとも2つの圧電基板の前記主
面同士が接合されて構成された圧電素子と、前記圧電素
子の相対する2つの主面に形成された電極とからなる機
械−電気変換子と、前記機械−電気変換子を収容する容
器とを備えた加速度センサの製造方法であって、少なく
とも2つの圧電基板を直接接合した後、複数の片持ち梁
部又は両持ち梁部をパターン形成して複数の圧電素子を
形成する工程と、前記圧電素子に対応する部位に凹部が
形成された容器を前記圧電基板に直接接合する工程と、
前記圧電素子を含む個々の加速度センサに分離する工程
とを備えたものである。また、前記本発明の加速度セン
サの製造方法の第7の構成においては、圧電素子を形成
した後に、前記圧電素子の相対する2つの主面に電極を
形成するのが好ましい。また、この場合には、圧電素子
の相対する2つの主面に電極を形成する際に、同時に圧
電基板上に導電層を形成するのが好ましい。また、前記
本発明の加速度センサの製造方法の第7の構成において
は、圧電基板に電極を形成した後に、片持ち梁部又は両
持ち梁部をパターン形成するのが好ましい。また、この
場合には、電極を形成する際に、同時に圧電基板上に導
電層を形成するのが好ましい。また、本発明に係る衝撃
検知装置の構成は、相対する2つの主面を有する少なく
とも2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成さ
れた圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に
形成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機
械−電気変換子を支持する支持体とを備えた加速度セン
サと、前記加速度センサから出力される信号を変換し、
増幅する増幅回路と、前記増幅回路から出力される信号
と基準となる信号を比較する比較回路と、前記加速度セ
ンサが組み込まれた機器を制御する制御回路と、衝撃を
記録する記憶装置とを備えたものである。この衝撃検知
装置の構成によれば、加速度センサの感度ばらつきや、
静電容量のばらつきがないために、加速度の測定精度が
高く、衝撃を検知する際の基準となる値に対して正確な
判断を比較回路を用いて行うことができると共に、衝撃
を検知して記録したり、衝撃から機器を保護する動作
を、制御回路で判断して指示することの可能な衝撃検知
装置を実現することができる。
In order to achieve the above object, a first configuration of an acceleration sensor according to the present invention is such that the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces are directly bonded to each other. A piezoelectric element comprising a piezoelectric element configured as described above, electrodes formed on two opposing main surfaces of the piezoelectric element, and a support for supporting the mechanical-electric converter. It is. According to the first configuration of the acceleration sensor, the electromechanical transducer is formed by directly bonding the piezoelectric substrate without using an adhesive layer such as an adhesive, and therefore, the electromechanical transducer is configured by acceleration. When bending vibration occurs, there is no one that absorbs the bending vibration. For this reason, stress is generated in the piezoelectric substrate without loss, and a large starting force is obtained. As a result, an acceleration sensor having high sensitivity can be realized. Also, since the bonding of the piezoelectric substrates becomes uniform, the mechanical
Variations in the resonance frequency and sensitivity of the electric transducer become extremely small. Further, since no adhesive layer is interposed between the piezoelectric substrates, the vibration characteristics of the electromechanical transducer do not change due to a temperature change. In the first configuration of the acceleration sensor according to the present invention, the main surfaces of the two piezoelectric substrates are
It is preferable that the constituent atoms of the two piezoelectric substrates are joined to each other by bonding to each other via at least one selected from the group consisting of oxygen and a hydroxyl group. According to this preferred example, it is possible to realize a state in which the main surfaces of the two piezoelectric substrates are firmly and directly joined at the atomic level.
In the first configuration of the acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that the two piezoelectric substrates are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other. According to this preferred example, electric charges of the same polarity are generated in the two piezoelectric substrates even though the stress generated in the two piezoelectric substrates is different from the compressive stress and the tensile stress. That is, electromotive force is generated in the two piezoelectric substrates in the same direction. For this reason,
A signal reflecting the magnitude of acceleration can be obtained from the electrodes formed on both surfaces of the electromechanical transducer. In the first configuration of the acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that the two piezoelectric substrates are directly joined via a buffer layer. According to this preferred example, even when the joint surface has undulations or irregularities, or when foreign matter such as dust is attached to the joint surface, the irregularities and the like are absorbed by the buffer layer. Is obtained. In addition, even when a material that does not easily form an oxygen or a hydroxyl group on the surface by the hydrophilic treatment is bonded, a strong direct bonding surface can be obtained by bonding via a buffer layer. In the first configuration of the acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that one end of the electromechanical transducer is supported by a support. According to this preferred example, it is possible to realize an acceleration sensor having a cantilever structure. Further, in the first configuration of the acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that both ends of the electromechanical transducer are supported by a support. According to this preferred example, an acceleration sensor having a doubly supported structure can be realized. Then, even if the electromechanical transducers have the same length and the same thickness, the resonance frequency is higher than in the case of the cantilever structure, so that it is possible to measure the acceleration in a higher frequency region. In the first configuration of the acceleration sensor according to the present invention, the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of 3m group, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are defined as an X axis, a Y axis, and a Z axis. At this time, the angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the Y axis is perpendicular to the axis of + 129 ° to + 152 ° and includes the X axis, and the line connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the supporting portion is the X axis. It is preferably perpendicular to. According to this preferred example, the piezoelectric constant of the piezoelectric substrate is 90, which is the maximum value.
100100%, and there is no problem due to sensitivity deterioration. In the first configuration of the acceleration sensor according to the present invention, the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of 3m group, and the crystal axis of the single-crystal piezoelectric material is X-axis.
When the Y-axis and the Z-axis are used, the angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the Y-axis is perpendicular to the axis of −26 ° to + 26 °, and includes the X-axis. It is preferable that the line connecting the center is parallel to the X axis. According to this preferred example, the piezoelectric constant of the piezoelectric substrate is a value of 90 to 100% of the maximum value, and there is no problem due to deterioration in sensitivity. In the first configuration of the acceleration sensor according to the present invention, the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of Group 32, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are defined as an X axis, a Y axis, and a Z axis. In some cases, the main surface of the piezoelectric substrate is perpendicular to the X axis, and the line connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the support is +52 from the Z axis.
It is preferable to form an angle of ゜ to + 86 °. According to this preferred example, the piezoelectric constant of the piezoelectric substrate is 90 to 10 which is the maximum value.
The value is 0%, and there is no problem due to sensitivity deterioration. In the first configuration of the acceleration sensor according to the present invention, the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of Group 32, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X-axis, Y-axis,
When the Z-axis is set, the angle formed by the main surface of the piezoelectric substrate and the X-axis is perpendicular to the axis of −26 ° to + 26 °, includes the Y-axis, and defines the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the supporting portion. Preferably, the connecting lines are parallel to the Y axis. According to this preferred example,
The piezoelectric constant of the piezoelectric substrate is 90% to 100% of the maximum value, and there is no problem due to deterioration of sensitivity. Also,
In the first configuration of the acceleration sensor according to the present invention, when the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of Group 32, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes, The angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the X axis is + 52 ° or more.
It is preferable that a line perpendicular to the axis of + 68 °, including the Z axis, and connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the supporting portion is perpendicular to the Z axis. According to this preferred example, the piezoelectric constant of the piezoelectric substrate is a value of 90 to 100% of the maximum value, and there is no problem due to deterioration in sensitivity. In a second configuration of the acceleration sensor according to the present invention, a piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces is opposed to the piezoelectric element. A mechanical-electrical transducer comprising electrodes formed on two main surfaces, and a support for supporting the mechanical-electrical transducer,
The electromechanical transducer is directly bonded to the support. According to the second configuration of the acceleration sensor, since the electromechanical transducer is directly joined to the support without using an adhesive, the variation in the support position of the electromechanical transducer is reduced. As a result, it is possible to realize an acceleration sensor having a small variation in the resonance frequency. In addition, since the electromechanical transducer is directly bonded to the support without using an adhesive, the acceleration is not lost and the electromechanical transducer is not lost.
It is transmitted to the electric transducer. Further, since the adhesive layer is not interposed between the electromechanical transducer and the support, the support state does not change due to a change in temperature. Further, in the second configuration of the acceleration sensor according to the present invention, the piezoelectric substrate and the support constituting the electromechanical transducer are configured such that the constituent atoms of the piezoelectric substrate and the constituent atoms of the support are oxygen and hydroxyl groups. It is preferable that they are joined by bonding to each other via at least one selected from the group consisting of: Further, in the second configuration of the acceleration sensor of the present invention, a mechanical
It is preferable that the piezoelectric substrate and the support constituting the electric transducer are directly joined via the buffer layer. In the second configuration of the acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that the piezoelectric substrate and the support are made of the same material. According to this preferred example, since there is no influence of distortion due to temperature, it is possible to realize an acceleration sensor that is extremely stable against a temperature change. In the second configuration of the acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that one end of the electromechanical transducer is supported by a support. Further, in the second configuration of the acceleration sensor of the present invention, a mechanical
Preferably, both ends of the electric transducer are supported by a support. Further, a third configuration of the acceleration sensor according to the present invention includes:
A mechanical-electrical device comprising a piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and electrodes formed on the two opposing main surfaces of the piezoelectric element. It has a converter, a support for supporting the electromechanical transducer, and a container for accommodating the electromechanical transducer, wherein the support is directly joined to the container. According to the third configuration of the acceleration sensor, since the support of the electromechanical transducer is directly bonded to the container without using an adhesive, the support is firmly bonded to the container. . As a result, it is possible to realize a highly sensitive acceleration sensor capable of transmitting the acceleration generated on the mounting surface to the support through the container without loss. Further, in the third configuration of the acceleration sensor according to the present invention, the container and the support are connected via at least one selected from the group consisting of oxygen and a hydroxyl group in which the constituent atoms of the container and the constituent atoms of the support are formed. It is preferred that they are joined by bonding to each other. Further, in the third configuration of the acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that the container and the support are directly joined via a buffer layer. In the third configuration of the acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that the container and the support are made of the same material. In a fourth configuration of the acceleration sensor according to the present invention, a piezoelectric element configured by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces is opposed to the piezoelectric element. A mechanical-electrical transducer comprising electrodes formed on two main surfaces, a support for supporting the mechanical-electrical transducer, and a container for accommodating the mechanical-electrical transducer; The electromechanical transducer is supported by directly joining the piezoelectric substrate to the container. According to the fourth configuration of the acceleration sensor, since the piezoelectric substrate forming the piezoelectric element is directly bonded to the container without using an adhesive, the state in which the electromechanical transducer is firmly bonded to the container. Becomes As a result, since the acceleration received by the container can be transmitted to the electromechanical transducer without loss, a highly sensitive acceleration sensor can be realized. Further, since the container plays the role of the support member, the number of constituent members can be reduced. Further, in the fourth configuration of the acceleration sensor according to the present invention, the piezoelectric substrate and the container are connected via at least one selected from the group consisting of oxygen and a hydroxyl group. It is preferred that they are joined by bonding to each other. Further, in the fourth configuration of the acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that the piezoelectric substrate and the container are directly joined via the buffer layer. In the fourth configuration of the acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that the piezoelectric substrate and the container are made of the same material. Also,
The fifth configuration of the acceleration sensor according to the present invention
A piezoelectric element configured by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two main surfaces, and a mechanical-electrical transducer including electrodes formed on two opposing main surfaces of the piezoelectric element. , A support for supporting the electromechanical transducer, and a container comprising at least two parts for accommodating the electromechanical transducer, wherein each part constituting the container is directly joined to each other. . According to the fifth configuration of the acceleration sensor, the respective parts constituting the container are firmly joined without using an adhesive, and thus the heat resistance of the joint surface is increased. As a result, even when solder reflow or the like is performed, no gas is generated from the joint portion, and each part constituting the container is in a state of being hermetically sealed,
An acceleration sensor having high reliability without deteriorating characteristics can be obtained. Further, in the fifth configuration of the acceleration sensor according to the present invention, the respective parts constituting the container are mutually connected via at least one of the constituent atoms of the container selected from the group consisting of oxygen and a hydroxyl group. It is preferable that they are joined by. Further, in the fifth configuration of the acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that the respective parts constituting the container are directly joined via a buffer layer. Further, a first method of manufacturing the acceleration sensor according to the present invention.
Is composed of a piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and an electrode formed on the two opposing main surfaces of the piezoelectric element. A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer, and a support for supporting the mechanical-electrical transducer, wherein the piezoelectric elements are directly bonded to each other by directly joining the main surfaces of the two piezoelectric substrates. Forming an element. According to the first configuration of the method for manufacturing the acceleration sensor, the mechanical-electrical transducer is formed by directly bonding the piezoelectric substrates without using an adhesive layer such as an adhesive, and thus the mechanical-electrical transducer is formed by the acceleration. An acceleration sensor that does not absorb bending vibration generated in the electric transducer can be obtained. In the first configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention, the main surfaces of the two piezoelectric substrates subjected to the hydrophilization treatment are joined to each other, and then, the two substrates are subjected to a heat treatment. Preferably, the main surfaces are directly joined. According to this preferred example, it is possible to realize a state where the main surfaces of the two piezoelectric substrates are firmly and directly bonded at the atomic level via oxygen or hydroxyl groups.
Further, a second configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention includes a piezoelectric element configured by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two main surfaces facing each other; A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer comprising electrodes formed on two main surfaces facing each other; and a support for supporting the mechanical-electrical transducer. It is characterized in that it is directly bonded to the piezoelectric substrate constituting the piezoelectric element. According to the second configuration of the method for manufacturing the acceleration sensor, since the electromechanical transducer is directly joined to the support without using an adhesive, the variation in the support position of the electromechanical transducer is reduced. A small acceleration sensor is obtained. As a result, it is possible to realize an acceleration sensor having a small variation in the resonance frequency. Further, in the second configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention, the support is bonded directly to the piezoelectric substrate by performing a heat treatment after bonding the support subjected to the hydrophilic treatment to the piezoelectric substrate. Joining is preferred. Also,
A third configuration of the method for manufacturing the acceleration sensor according to the present invention includes:
A mechanical-electrical device comprising a piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and electrodes formed on the two opposing main surfaces of the piezoelectric element. A method for manufacturing an acceleration sensor comprising a transducer, a support for supporting the electromechanical transducer, and a container for housing the electromechanical transducer, wherein the support is directly joined to the container. It is characterized by the following. According to the third configuration of the method for manufacturing the acceleration sensor, the support can be firmly joined to the container. As a result, the acceleration generated on the mounting surface can be transmitted to the support through the container without loss, so that a highly sensitive acceleration sensor can be realized. Further, in the third configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention, after the support subjected to the hydrophilic treatment and the container are joined, the support is directly joined to the container by performing a heat treatment. Is preferred. Further, a fourth configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention includes a piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two main surfaces facing each other; A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer comprising electrodes formed on two opposing main surfaces; and a container accommodating the mechanical-electrical transducer, wherein the piezoelectric element is formed. A piezoelectric substrate to be bonded directly to the container. According to the fourth configuration of the method for manufacturing the acceleration sensor, the electromechanical transducer can be firmly joined to the container. As a result, since the acceleration received by the container can be transmitted to the electromechanical transducer without loss, a highly sensitive acceleration sensor can be realized. Further, since the role of the support member can be performed by the container, the number of constituent members can be reduced, and the manufacturing process can be simplified. Further, in the fourth configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention, after bonding the container with the piezoelectric substrate subjected to the hydrophilic treatment,
It is preferable that the piezoelectric substrate is directly bonded to the container by performing a heat treatment. In a fifth configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention, the piezoelectric element is formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces; , An electromechanical transducer comprising electrodes formed on two opposite main surfaces, a support for supporting the electromechanical transducer, and at least two parts accommodating the electromechanical transducer. A method for manufacturing an acceleration sensor including a container,
The parts of the container are directly joined to each other. According to the fifth configuration of the method for manufacturing the acceleration sensor, the respective parts constituting the container can be firmly joined without using an adhesive, so that the heat resistance of the joint surface can be improved. As a result, even when solder reflow or the like is performed, no gas is generated from the joint portion, and each part constituting the container is in a state of being hermetically sealed, so that high reliability without deterioration of characteristics is achieved. Can be realized. Further, in the fifth configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention, the respective parts of the container are subjected to a heat treatment after the respective parts of the container subjected to the hydrophilic treatment are joined, and then the respective parts of the container are directly joined to each other. Is preferred. In a sixth configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention, the piezoelectric element is formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two main surfaces facing each other; A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer comprising electrodes formed on two main surfaces opposed to each other; and a container accommodating the mechanical-electrical transducer, comprising: Forming a plurality of piezoelectric elements by directly joining at least two piezoelectric substrates on which a portion or a doubly-supported portion is patterned, and forming a container having a concave portion in a portion corresponding to the piezoelectric element on the piezoelectric substrate. The method includes a step of direct joining and a step of separating into individual acceleration sensors including the piezoelectric element.
According to the sixth configuration of the method for manufacturing the acceleration sensor, since the electromechanical transducer is patterned from the piezoelectric substrate, the variation in the shape of the electromechanical transducer is small. In addition, since the electromechanical transducer is formed at the same time as the support portion, the variation in the support state of the electromechanical transducer is small.
For this reason, the variation in the length of the cantilever beam or the doubly supported beam is reduced, so that it is possible to realize an acceleration sensor with extremely small variation in characteristics such as the resonance frequency. Also,
Since the mechanical-electrical transducer, the support member, and the container can be formed of the same material, an acceleration sensor excellent in stability can be realized without being affected by distortion due to temperature or the like. Further, since a large number of acceleration sensors are manufactured on one substrate at a time, an acceleration sensor excellent in mass productivity can be realized. In a sixth configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention,
After forming the piezoelectric element, it is preferable to form electrodes on two opposite main surfaces of the piezoelectric element. According to this preferred example, since the piezoelectric element is already formed, positioning of the mask at the time of forming the electrode becomes easy, and
Electrodes can be formed with high precision only on the piezoelectric element. As a result, a highly accurate electromechanical transducer can be obtained. In this case, it is preferable to form a conductive layer on the piezoelectric substrate at the same time as forming the electrodes on the two opposing main surfaces of the piezoelectric element. According to this preferred example, the manufacturing process is simplified. In the sixth configuration of the method of manufacturing an acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that after the electrodes are formed on the piezoelectric substrate, the cantilever portion or the double-supported beam portion is patterned. According to this preferred example, the electromechanical transducer can be manufactured without accurately aligning the electrodes. When the piezoelectric element is thin, if an electrode is formed after the beam portion is pattern-formed,
Although the front and rear electrodes may be short-circuited, according to this preferred example, this problem can be avoided. In this case, it is preferable to form a conductive layer on the piezoelectric substrate at the same time as forming the electrodes. Further, a seventh configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention includes a piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces; A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer comprising electrodes formed on two main surfaces opposed to each other; and a container accommodating the mechanical-electrical transducer, wherein at least two piezoelectric substrates are provided. Forming a plurality of piezoelectric elements by patterning a plurality of cantilever portions or a doubly supported beam portion, and forming a container having a concave portion in a portion corresponding to the piezoelectric element into the piezoelectric substrate. Bonding directly to the
Separating the acceleration sensor into individual acceleration sensors including the piezoelectric element. Further, in the seventh configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that after forming the piezoelectric element, electrodes are formed on two opposing main surfaces of the piezoelectric element. In this case, it is preferable to form a conductive layer on the piezoelectric substrate at the same time as forming the electrodes on the two opposing main surfaces of the piezoelectric element. In the seventh configuration of the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention, it is preferable that after the electrodes are formed on the piezoelectric substrate, the cantilever portion or the double-supported beam portion is patterned. In this case, it is preferable to form a conductive layer on the piezoelectric substrate at the same time as forming the electrodes. Further, the configuration of the impact detection device according to the present invention includes a piezoelectric element configured by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two main surfaces facing each other, and two opposing piezoelectric elements of the piezoelectric element. A mechanical-electrical transducer comprising electrodes formed on the main surface, an acceleration sensor including a support for supporting the mechanical-electrical transducer, and a signal output from the acceleration sensor,
An amplification circuit for amplifying, a comparison circuit for comparing a signal output from the amplification circuit with a reference signal, a control circuit for controlling a device incorporating the acceleration sensor, and a storage device for recording a shock It is a thing. According to the configuration of the impact detection device, the sensitivity variation of the acceleration sensor,
Since there is no variation in capacitance, the measurement accuracy of acceleration is high, and it is possible to make accurate judgments using the comparison circuit with respect to the reference value when detecting an impact, and to detect the impact by detecting the impact. It is possible to realize an impact detection device capable of instructing an operation of recording or protecting an apparatus from an impact by judging by a control circuit.

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて本発明
をさらに具体的に説明する。 〈第1の実施の形態〉図1は本発明の第1の実施の形態
における加速度センサに用いる機械−電気変換子を示す
斜視図である。図1に示すように、相対する2つの主面
を有する厚み50μm、幅0.5mm、長さ2mmの長
方形状のニオブ酸リチウム(LiNbO3 )からなる圧
電基板2a、2bは、その主面同士が直接接合されてお
り、これにより圧電素子2が構成されている。ここで、
圧電基板2aと圧電基板2bは、分極軸の向きが互いに
逆方向となるように接合されている。圧電素子2の相対
する2つの主面には、厚み0.2μmのクロム−金から
なる電極3a、3bがそれぞれ形成されている。これに
より、バイモルフ型の機械−電気変換子1が構成されて
いる。以下に、上記のような構成を有する機械−電気変
換子の製造方法の一例について説明する。図2は本発明
の第1の実施の形態における加速度センサに用いる機械
−電気変換子の製造方法における直接接合の各段階の圧
電基板の界面状態を示す説明図である。図2中、L1
2 、L3 は圧電基板間の距離を示している。まず、圧
電基板2a、2bである2枚のLiNbO3 基板の両面
を鏡面研磨した。次いで、これらの圧電基板2a、2b
を、アンモニアと過酸化水素と水の混合液(アンモニア
水:過酸化水素水:水=1:1:6(容量比))で洗浄
することにより、圧電基板2a、2bに親水化処理を施
した。図2(a)に示すように、前記混合液で洗浄され
た圧電基板2a、2bの表面は水酸基(−OH基)で終
端され、親水性になった(接合の前の状態)。次いで、
図2(b)に示すように、親水化処理を施した2枚の圧
電基板(LiNbO3 )2a、2bを、分極軸の向きが
互いに逆方向となるようにして接合した(L1
2 )。これにより、脱水が起こり、圧電基板(LiN
bO3 )2aと圧電基板(LiNbO3 )2bは、−O
H重合や水素結合などの引力により引き合って接合され
た。次いで、上記のようにして接合した圧電基板(Li
NbO3 )2a、2bに、450℃の温度で熱処理を施
した。これにより、図2(c)に示すように、圧電基板
(LiNbO3 )2aの構成原子と圧電基板(LiNb
3 )2bの構成原子との間が酸素(O)を介して共有
結合した状態となり(L2 >L3 )、圧電基板2a、2
bが原子レベルで強固に直接接合された。すなわち、接
合の界面に接着剤などの接着層の存在しない結合状態が
得られた。あるいは、圧電基板(LiNbO3 )2aの
構成原子と圧電基板(LiNbO3 )2bの構成原子と
の間が水酸基を介して共有結合した状態となり、圧電基
板2a、2bが原子レベルで強固に直接接合される場合
もある。LiNbO3 のキュリー点は1210℃であ
り、これに近い温度履歴によって特性が劣化するため、
熱処理温度はキュリー点以下であるのが望ましい。接合
したいものの鏡面研磨された面同士を表面処理して、接
触させることにより、接着剤などの接着層を介さずに界
面間に直接生ずる接合を「直接接合」と呼ぶ。一般的に
は、熱処理を施すことにより、分子間力による接合から
共有結合やイオン結合などの原子レベルの強力な接合と
なる。次いで、直接接合した圧電基板(LiNbO3
2a、2b、すなわち圧電素子2の相対する2つの主面
に、真空蒸着法によってクロム−金を蒸着し、電極3
a、3bを形成した(図1参照)。最後に、ダイシング
ソーを用いて所定の大きさの短冊状に切断加工し、バイ
モルフ型の機械−電気変換子1を作製した。図3に示す
ように、直接接合は、酸化珪素薄膜などからなるバッフ
ァ層46を介して行うことも可能である。すなわち、圧
電基板2aの一方の主面に厚み0.1μmの酸化珪素薄
膜などからなバッファ層46を形成し、このバッファ層
46と他の圧電基板2bに親水化処理を施した後、両者
を重ね合わせて熱処理を施すことにより、圧電基板2b
の構成原子とバッファ層46の構成原子が酸素又は水酸
基を介して接合される。接合面にうねりや凹凸がある場
合、又は接合面にゴミなどの異物が付着している場合で
も、バッファ層46が凹凸などを吸収してくれるので、
直接接合を容易に行うことができる。また、親水化処理
によって表面に酸素や水酸基が形成され難い材料を接合
する場合にも、バッファ層46を介して接合することに
より、直接接合を容易に行うことができる。この場合、
バッファ層は、接合予定面の一方側だけに設けても、両
方の面に設けても構わない。尚、バッファ層の材料とし
ては、酸化珪素の他に、例えば、窒化珪素、金属珪化物
などを用いることができる。図4は本発明の第1の実施
の形態における片持ち梁構造のバイモルフ型機械−電気
変換子を示す斜視図、図5はその断面図である。図4、
図5に示すように、相対する2つの主面を有する厚み5
0μm、幅0.5mm、長さ2mmの長方形状のLiN
bO3 からなる圧電基板2a、2bは、その主面同士が
直接接合されており、これにより圧電素子2が構成され
ている。ここで、圧電基板2aと圧電基板2bは、分極
軸の向きが互いに逆方向となるように接合されている。
圧電素子2の一端は、LiNbO3 からなる支持体4
a、4bに挟持された状態で固定されている。ここで、
圧電素子2は、支持体4a、4bに直接接合されてい
る。この場合、圧電素子2と支持体4a、4bとの直接
接合は、酸化珪素薄膜などからなるバッファ層を介して
行うことも可能である。圧電素子2の相対する2つの主
面には、厚み0.2μmのクロム−金からなる電極3
a、3bがそれぞれ形成されており、これらの電極3
a、3bは支持体4a、4bにも連続して形成されてい
る。これにより、片持ち梁構造のバイモルフ型機械−電
気変換子1が構成されている。図6は本発明の第1の実
施の形態における加速度センサの一例を示す分解斜視図
である。図6に示すように、図4、図5に示す構造を備
えた片持ち梁構造のバイモルフ型機械−電気変換子1
は、エッチング等の方法によって中央部に陥没部が形成
されたLiNbO3 からなる容器10b内に収容されて
いる。すなわち、陥没部上にバイモルフ型機械−電気変
換子1の支持体4a、4b以外の部分が保持された状態
で、バイモルフ型機械−電気変換子1の支持体4a、4
bが導電性ペースト5a、5b(5aは図示せず)によ
って容器10bに固定されている。容器10bには、同
じく中央部に陥没部が形成されたLiNbO3 からなる
容器10aが重ねて接着されている。これにより、バイ
モルフ型機械−電気変換子1の全体が容器10a、10
bによって覆われている。容器10bの内部には、銀−
パラジウムからなる導電層7a、7bが形成されてお
り、導電層7a、7bの一端は導電性ペースト5a、5
bを介してそれぞれバイモルフ型機械−電気変換子1の
電極3a、3bに電気的に接続されている。また、容器
10a、10bの両端面には、ニッケルからなる外部電
極9a、9bが形成されており、導電層7a、7bの他
端はそれぞれ外部電極9a、9bに電気的に接続されて
いる。すなわち、バイモルフ型機械−電気変換子1の電
極3a、3bは、導電性ペースト5a、5b及び導電層
7a、7bを介してそれぞれ外部電極9a、9bに電気
的に接続されている。これにより、バイモルフ型機械−
電気変換子1に発生した電荷を外部に取り出すことがで
きる。以上により、加速度センサ100が構成されてい
る。図6に示す加速度センサ100が取り付けられてい
る物体に加速度が加わると、容器10a、10b、支持
体4a、4bを通して、加速度に比例した力が機械−電
気変換子1に伝達される。上下方向(図4の矢印方向)
に加速度が生じた場合には、機械−電気変換子1が上下
方向に屈曲して、撓み振動が発生する。この様子を図7
に示す。圧電基板2a、2bからなる機械−電気変換子
1が下方向に屈曲した場合(図7の実線)を考えると、
圧電基板2aは機械−電気変換子1の中心軸に対して上
側に位置するため、圧電基板2aには張力が働いて伸び
るように歪みが生じる。一方、圧電基板2bは機械−電
気変換子1の中心軸に対して下側に位置するため、圧電
基板2bには圧縮力が働いて縮むように歪みが生じる。
圧電セラミック基板を接着して作製した従来の機械−電
気変換子の場合には、圧電基板間に圧電基板よりも柔ら
かい接着剤が介在しているため、機械−電気変換子が上
下方向に屈曲する際に、撓み振動が接着剤によって吸収
され、圧電基板に生じる応力が小さくなる。このため、
圧電基板に発生する起電力も小さくなる。しかし、本実
施の形態の機械−電気変換子1は、圧電基板2a、2b
を直接接合することによって作製されているため、圧電
基板2a、2b間に接着剤などの接着層は存在しない。
すなわち、加速度によって機械−電気変換子1に撓み振
動が発生したときに、この撓み振動を吸収するものは存
在しない。このため、圧電基板2a、2bには損失なく
応力が発生し、大きな起電力が得られる。その結果、高
い感度を有する加速度センサを実現することができる。
また、圧電基板2a、2bの接合状態が均一となるた
め、機械−電気変換子1の共振周波数や感度のばらつき
が極めて小さくなる。さらに、圧電基板2a、2b間に
接着層が介在しないため、温度変化によって機械−電気
変換子1の振動特性が変化することはない。また、支持
体4a、4bは機械−電気変換子1に原子レベルで強固
に接合されているため、容器10a、10bが取り付け
られている物体に加わった加速度は、損失なく機械−電
気変換子1に伝達される。LiNbO3 等からなる圧電
基板2a、2bにおいては、圧縮応力、引っ張り応力に
応じた電荷が圧電基板2a、2bの上下面に発生する
が、圧電基板2aと圧電基板2bは分極軸の向きが互い
に逆方向となるように接合されているため、圧電基板2
a、2bに発生する応力が圧縮応力、引っ張り応力と異
なるにもかかわらず、圧電基板2aと圧電基板2bには
同極性の電荷が発生する。すなわち、圧電基板2aと圧
電基板2bには、同じ方向に起電力が発生する(図7参
照)。このため、機械−電気変換子1の両面に形成され
た電極3a、3bから加速度の大きさを反映した信号を
得ることができる。LiNbO3 基板の厚み方向をY’
軸方向、長手方向をZ’軸方向に設定すると、圧縮応力
や引っ張り応力はZ’軸方向に働き、電荷はY’軸方向
に発生することになる。この場合、発生する電荷量は圧
電定数d23’に大きく依存する。また、この圧電定数d
23’の大きさは、Y’軸、Z’軸を結晶軸に対してどの
方向にとるかによって大きく変化する。つまり、Y’軸
とZ’軸の方向によって加速度センサの感度は大きく変
化する。Y’軸及びZ’軸を適切に設定し、圧電定数d
23’の大きさの絶対値が最も大きくなるようにカット角
を選んだ場合に、最も感度の良い加速度センサが得られ
る。図8に、LiNbO3 基板の結晶軸とカット角との
関係をを示す。図8において、X軸、Y軸、Z軸はLi
NbO3 の結晶軸の方向を示し、X’軸(=X軸)、
Y’軸、Z’軸はX軸を中心にY軸を角θだけ回転させ
た場合の直交軸を示している。すなわち、X’軸(=X
軸)、Y’軸、Z’軸は、LiNbO3 基板のカット方
向を示している。図8に示すように各軸の方向を設定す
ると、LiNbO3 基板の厚み方向をX’軸方向、長手
方向をY’軸方向に設定した場合には、圧電定数d12
が加速度センサの感度に大きく関与する。また、LiN
bO3 基板の厚み方向をX’軸方向、長手方向をZ’軸
方向に設定した場合には、圧電定数d13’が加速度セン
サの感度に大きく関与する。また、LiNbO3 基板の
厚み方向をY’軸方向、長手方向をX’軸方向に設定し
た場合には、圧電定数d21’が加速度センサの感度に大
きく関与する。また、LiNbO3 基板の厚み方向を
Y’軸方向、長手方向をZ’軸方向に設定した場合に
は、圧電定数d23’が加速度センサの感度に大きく関与
する。また、LiNbO3 基板の厚み方向をZ’軸方
向、長手方向をX’軸方向に設定した場合には、圧電定
数d31’が加速度センサの感度に大きく関与する。ま
た、LiNbO3 基板の厚み方向をZ’軸方向、長手方
向をY’軸方向に設定した場合には、圧電定数d32’が
加速度センサの感度に大きく関与する。図9に、LiN
bO3 基板のカット角と圧電定数との関係を示す。図9
に示すように、カット角140°の場合に、圧電定数d
23’は最も大きな値を有する。実際にカット角を変えて
機械−電気変換子を作製した場合の実験結果を、下記
(表1)と図10に示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to embodiments. <First Embodiment> FIG. 1 is a perspective view showing a mechanical-electrical transducer used for an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, piezoelectric substrates 2 a and 2 b made of rectangular lithium niobate (LiNbO 3 ) having a thickness of 50 μm, a width of 0.5 mm, and a length of 2 mm having two opposing main surfaces are connected to each other. Are directly joined, and the piezoelectric element 2 is thus configured. here,
The piezoelectric substrates 2a and 2b are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other. On opposite two main surfaces of the piezoelectric element 2, electrodes 3a and 3b made of chromium-gold having a thickness of 0.2 μm are formed, respectively. Thereby, the bimorph type electromechanical transducer 1 is configured. Hereinafter, an example of a method for manufacturing the electromechanical transducer having the above-described configuration will be described. FIG. 2 is an explanatory view showing the interface state of the piezoelectric substrate at each stage of the direct bonding in the method of manufacturing the electromechanical transducer used for the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, L 1 ,
L 2 and L 3 indicate the distance between the piezoelectric substrates. First, both surfaces of two LiNbO 3 substrates, which are the piezoelectric substrates 2a and 2b, were mirror-polished. Next, these piezoelectric substrates 2a, 2b
Is washed with a mixed solution of ammonia, hydrogen peroxide and water (ammonia water: hydrogen peroxide solution: water = 1: 1: 6 (volume ratio)), so that the piezoelectric substrates 2a and 2b are subjected to a hydrophilic treatment. did. As shown in FIG. 2A, the surfaces of the piezoelectric substrates 2a and 2b washed with the mixed liquid were terminated with hydroxyl groups (-OH groups) and became hydrophilic (the state before joining). Then
As shown in FIG. 2B, two piezoelectric substrates (LiNbO 3 ) 2a and 2b that have been subjected to a hydrophilization treatment are joined such that the directions of the polarization axes are opposite to each other (L 1 >).
L 2). As a result, dehydration occurs and the piezoelectric substrate (LiN
bO 3 ) 2a and the piezoelectric substrate (LiNbO 3 ) 2b
They were attracted and joined by attractive forces such as H polymerization and hydrogen bonding. Next, the piezoelectric substrate (Li
NbO 3 ) 2a and 2b were subjected to a heat treatment at a temperature of 450 ° C. Thereby, as shown in FIG. 2C, the constituent atoms of the piezoelectric substrate (LiNbO 3 ) 2a and the piezoelectric substrate (LiNbO 3 )
O 3 ) and the constituent atoms of 2b are covalently bonded via oxygen (O) (L 2 > L 3 ), and the piezoelectric substrates 2a, 2b
b was directly bonded firmly at the atomic level. That is, a bonding state in which an adhesive layer such as an adhesive did not exist at the bonding interface was obtained. Alternatively, the constituent atoms of the piezoelectric substrate (LiNbO 3 ) 2a and the constituent atoms of the piezoelectric substrate (LiNbO 3 ) 2b are in a state of being covalently bonded via a hydroxyl group, and the piezoelectric substrates 2a and 2b are firmly directly joined at the atomic level. It may be done. The Curie point of LiNbO 3 is 1210 ° C., and the characteristic deteriorates due to a temperature history close to this,
The heat treatment temperature is desirably below the Curie point. Bonding that occurs directly between interfaces without the intervention of an adhesive layer such as an adhesive by bringing the mirror-polished surfaces of the members to be bonded into contact with each other after surface treatment is called "direct bonding". Generally, by performing the heat treatment, a strong bond at the atomic level, such as a covalent bond or an ionic bond, becomes a bond due to intermolecular force. Next, a directly bonded piezoelectric substrate (LiNbO 3 )
2a, 2b, that is, chromium-gold is deposited on two opposing main surfaces of the piezoelectric element 2 by a vacuum deposition method,
a, 3b were formed (see FIG. 1). Finally, the resultant was cut into strips of a predetermined size using a dicing saw, thereby producing a bimorph-type electromechanical transducer 1. As shown in FIG. 3, the direct bonding can be performed via a buffer layer 46 made of a silicon oxide thin film or the like. That is, a buffer layer 46 made of a 0.1 μm-thick silicon oxide thin film or the like is formed on one main surface of the piezoelectric substrate 2a, and the buffer layer 46 and the other piezoelectric substrate 2b are subjected to a hydrophilic treatment. The heat treatment is performed by overlapping the piezoelectric substrates 2b with each other.
And the constituent atoms of the buffer layer 46 are bonded via oxygen or a hydroxyl group. Even if the joint surface has undulations or irregularities, or even if foreign matter such as dust adheres to the joint surface, the buffer layer 46 absorbs the irregularities and the like,
Direct joining can be easily performed. Further, even in the case where a material in which oxygen or a hydroxyl group is unlikely to be formed on the surface by the hydrophilic treatment is bonded, direct bonding can be easily performed by bonding via the buffer layer 46. in this case,
The buffer layer may be provided only on one side of the surface to be joined, or may be provided on both surfaces. As a material for the buffer layer, for example, silicon nitride, metal silicide, or the like can be used in addition to silicon oxide. FIG. 4 is a perspective view showing a bimorph type mechanical-electrical converter having a cantilever structure according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a sectional view thereof. FIG.
As shown in FIG. 5, a thickness 5 having two opposing main surfaces
0 μm, 0.5 mm wide, 2 mm long rectangular LiN
The main surfaces of the piezoelectric substrates 2a and 2b made of bO 3 are directly bonded to each other, and thus the piezoelectric element 2 is formed. Here, the piezoelectric substrates 2a and 2b are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other.
One end of the piezoelectric element 2 has a support 4 made of LiNbO 3.
a, 4b and fixed. here,
The piezoelectric element 2 is directly joined to the supports 4a, 4b. In this case, direct bonding between the piezoelectric element 2 and the supports 4a and 4b can be performed via a buffer layer made of a silicon oxide thin film or the like. An electrode 3 made of chromium-gold having a thickness of 0.2 μm is provided on two opposite main surfaces of the piezoelectric element 2.
a, 3b are formed respectively, and these electrodes 3
a, 3b are also formed continuously on the supports 4a, 4b. Thus, a bimorph-type electromechanical transducer 1 having a cantilever structure is formed. FIG. 6 is an exploded perspective view showing an example of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, a bimorph-type electro-mechanical transducer 1 having a cantilever structure having the structure shown in FIGS.
Is housed in a container 10b made of LiNbO 3 having a depression formed in the center by a method such as etching. That is, while the portions other than the supports 4a and 4b of the bimorph-type electromechanical transducer 1 are held on the depressions, the supports 4a and 4a of the bimorph-type electromechanical transducer 1 are held.
b is fixed to the container 10b by conductive pastes 5a and 5b (5a is not shown). A container 10a made of LiNbO 3 having a depressed portion formed in the center is also superimposed and adhered to the container 10b. As a result, the entirety of the bimorph type electromechanical transducer 1 is
b. Inside the container 10b, silver-
Conductive layers 7a and 7b made of palladium are formed, and one ends of conductive layers 7a and 7b are connected to conductive pastes 5a and 5b.
b, they are electrically connected to the electrodes 3a, 3b of the bimorph-type electromechanical transducer 1 respectively. External electrodes 9a and 9b made of nickel are formed on both end surfaces of the containers 10a and 10b, and the other ends of the conductive layers 7a and 7b are electrically connected to the external electrodes 9a and 9b, respectively. That is, the electrodes 3a and 3b of the bimorph type electromechanical transducer 1 are electrically connected to the external electrodes 9a and 9b via the conductive pastes 5a and 5b and the conductive layers 7a and 7b, respectively. Thereby, bimorph type machine
Electric charges generated in the electric transducer 1 can be taken out. Thus, the acceleration sensor 100 is configured. When acceleration is applied to the object to which the acceleration sensor 100 shown in FIG. 6 is attached, a force proportional to the acceleration is transmitted to the electromechanical transducer 1 through the containers 10a and 10b and the supports 4a and 4b. Vertical direction (arrow direction in FIG. 4)
When the acceleration occurs, the electromechanical transducer 1 bends in the up-down direction, and bending vibration occurs. This situation is shown in FIG.
Shown in Considering the case where the electromechanical transducer 1 composed of the piezoelectric substrates 2a and 2b is bent downward (solid line in FIG. 7),
Since the piezoelectric substrate 2a is positioned above the center axis of the electromechanical transducer 1, the piezoelectric substrate 2a is distorted so that the piezoelectric substrate 2a is extended by a tension. On the other hand, since the piezoelectric substrate 2b is located below the central axis of the electromechanical transducer 1, a compressive force acts on the piezoelectric substrate 2b so that the piezoelectric substrate 2b contracts.
In the case of a conventional electromechanical transducer manufactured by bonding a piezoelectric ceramic substrate, the electromechanical transducer bends vertically because a softer adhesive than the piezoelectric substrate is interposed between the piezoelectric substrates. At this time, the bending vibration is absorbed by the adhesive, and the stress generated in the piezoelectric substrate is reduced. For this reason,
The electromotive force generated on the piezoelectric substrate is also reduced. However, the electromechanical transducer 1 according to the present embodiment includes the piezoelectric substrates 2a, 2b
Of the piezoelectric substrates 2a and 2b, there is no adhesive layer such as an adhesive between the piezoelectric substrates 2a and 2b.
That is, when bending vibration occurs in the electromechanical transducer 1 due to acceleration, there is no one that absorbs the bending vibration. Therefore, stress is generated in the piezoelectric substrates 2a and 2b without loss, and a large electromotive force is obtained. As a result, an acceleration sensor having high sensitivity can be realized.
In addition, since the bonding state of the piezoelectric substrates 2a and 2b becomes uniform, variations in the resonance frequency and sensitivity of the electromechanical transducer 1 become extremely small. Further, since the adhesive layer is not interposed between the piezoelectric substrates 2a and 2b, the vibration characteristics of the electromechanical transducer 1 do not change due to a temperature change. In addition, since the supports 4a and 4b are firmly joined to the electromechanical transducer 1 at the atomic level, the acceleration applied to the object to which the containers 10a and 10b are attached is reduced without any loss. Is transmitted to In the piezoelectric substrates 2a and 2b made of LiNbO 3 or the like, electric charges corresponding to the compressive stress and the tensile stress are generated on the upper and lower surfaces of the piezoelectric substrates 2a and 2b, but the directions of the polarization axes of the piezoelectric substrates 2a and 2b are mutually different. Since the bonding is performed in the opposite direction, the piezoelectric substrate 2
Although the stresses a and b are different from the compressive stress and the tensile stress, electric charges of the same polarity are generated on the piezoelectric substrate 2a and the piezoelectric substrate 2b. That is, an electromotive force is generated on the piezoelectric substrate 2a and the piezoelectric substrate 2b in the same direction (see FIG. 7). Therefore, signals reflecting the magnitude of the acceleration can be obtained from the electrodes 3a and 3b formed on both surfaces of the electromechanical transducer 1. The thickness direction of the LiNbO 3 substrate is Y ′
When the axial direction and the longitudinal direction are set in the Z′-axis direction, compressive stress and tensile stress act in the Z′-axis direction, and electric charges are generated in the Y′-axis direction. In this case, the amount of generated electric charge largely depends on the piezoelectric constant d 23 ′. Also, this piezoelectric constant d
The size of 23 'greatly changes depending on the direction of the Y' axis and the Z 'axis with respect to the crystal axis. That is, the sensitivity of the acceleration sensor greatly changes depending on the directions of the Y ′ axis and the Z ′ axis. The Y 'axis and the Z' axis are appropriately set, and the piezoelectric constant d
When the cut angle is selected so that the absolute value of the size of 23 'is the largest, an acceleration sensor with the highest sensitivity can be obtained. FIG. 8 shows the relationship between the crystal axis and the cut angle of the LiNbO 3 substrate. In FIG. 8, the X, Y, and Z axes are Li
The direction of the crystal axis of NbO 3 is shown, and the X ′ axis (= X axis),
The Y 'axis and the Z' axis indicate orthogonal axes when the Y axis is rotated by an angle θ about the X axis. That is, the X ′ axis (= X
Axis), the Y ′ axis, and the Z ′ axis indicate the cutting direction of the LiNbO 3 substrate. As shown in FIG. 8, when the direction of each axis is set, when the thickness direction of the LiNbO 3 substrate is set to the X′-axis direction and the longitudinal direction is set to the Y′-axis direction, the piezoelectric constant d 12
Greatly affects the sensitivity of the acceleration sensor. In addition, LiN
When the thickness direction of the bO 3 substrate is set in the X′-axis direction and the longitudinal direction is set in the Z′-axis direction, the piezoelectric constant d 13 ′ greatly affects the sensitivity of the acceleration sensor. When the thickness direction of the LiNbO 3 substrate is set to the Y′-axis direction and the longitudinal direction is set to the X′-axis direction, the piezoelectric constant d 21 ′ greatly affects the sensitivity of the acceleration sensor. When the thickness direction of the LiNbO 3 substrate is set to the Y′-axis direction and the longitudinal direction is set to the Z′-axis direction, the piezoelectric constant d 23 ′ greatly affects the sensitivity of the acceleration sensor. When the thickness direction of the LiNbO 3 substrate is set in the Z′-axis direction and the longitudinal direction is set in the X′-axis direction, the piezoelectric constant d 31 ′ greatly affects the sensitivity of the acceleration sensor. When the thickness direction of the LiNbO 3 substrate is set in the Z′-axis direction and the longitudinal direction is set in the Y′-axis direction, the piezoelectric constant d 32 ′ greatly affects the sensitivity of the acceleration sensor. FIG.
4 shows the relationship between the cut angle of the bO 3 substrate and the piezoelectric constant. FIG.
As shown in the figure, when the cut angle is 140 °, the piezoelectric constant d
23 'has the largest value. The experimental results in the case where the mechanical-electrical converter was actually manufactured by changing the cut angle are shown in the following (Table 1) and FIG.

【表1】 上記(表1)に示すように、圧電定数の最も大きいY−
cut140°基板を用いてZ’軸方向を長手方向とし
た機械−電気変換子が最も大きい電荷を発生し、感度が
良好であることが確かめられた。図11に、このときの
加速度センサのカット角の関係を示す。図11に示すよ
うなX軸を中心にY軸を140°回転し、Y’軸に垂直
な面に電極を設け、長手方向をZ’軸方向に設定した加
速度センサが、最も高い感度を示した。LiNbO3
結晶構造は、三方晶系の3m族であり、Z軸を中心に3
回対称構造をとる。このため、同一の圧電定数を有する
カット角はいくつも存在する。例えば、図9に示すよう
に、カット角50°及び230°の圧電定数d32’とカ
ット角140°及び320°の圧電定数d23’は同じ値
となる。このことは、結晶の対称性を考慮すれば明らか
である。さらに、感度の最も大きくなる最適カット角付
近のカット角では、圧電定数のカット角依存性が小さ
く、厳密にカット角を最適化しなくてもほぼ同じ感度が
得られる。厳密にカット角を最適化しようとすると、む
しろ、厳密にカット角を規定することによる加工の高精
度化、バラツキを抑えるための工程の複雑化による加工
費用の増加や、歩留まりの悪化による単価の増加が問題
となってくる。圧電定数d23’に関して言うと、図9に
示すように、最適カット角は140°であるが、カット
角が129°〜152°の範囲内にあれば、圧電定数は
最大値の90〜100%の値となり、感度の劣化による
問題が生じることはない。また、LiNbO3 基板の厚
み方向をY’軸方向、長手方向をX軸方向に設定した場
合、加速度センサの感度は圧電定数d21’に依存する。
図9に示すように、圧電定数d 21’のカット角依存性は
圧電定数d23’のものよりも小さくなる。この場合、カ
ット角が最適カット角±26°以内にあれば、圧電定数
は最大値の90〜100%の値となり、感度の劣化によ
る問題が生じることはない。従って、カット角を高精度
に仕上げなくても、高感度の加速度センサを作製するこ
とが可能となるので、加工費用が安価になる。2枚の圧
電基板のカット角に差があると、圧電体の焦電効果によ
る電荷が打ち消されないという問題があるので、2枚の
圧電基板のカット角の差は小さい方が好ましいが、圧電
定数のカット角依存性が大きくないので、機械−電気変
換子を構成する2枚の圧電基板のカット角の差は1°以
内であればよい。機械−電気変換子1の長さ、厚さ及び
幅は、測定対象となる加速度の周波数範囲を考慮して決
定される。測定する加速度の周波数が機械−電気変換子
の共振周波数に近づくほど、加速度センサの感度は大き
くなる。厚さ50μmの2枚のLiNbO3 基板が直接
接合され、先端から支持体までの長さが2mmに設定さ
れた片持ち梁構造の機械−電気変換子1の共振周波数は
20kHzであった。図10の感度と加速度の周波数の
測定結果に見られるように、加速度の周波数が10kH
z以上の場合には、機械−電気変換子1の共振周波数に
近づくため、感度が高くなった。測定周波数範囲におい
て、加速度センサの感度が周波数に大きく依存しないよ
うにするためには、共振周波数を測定周波数範囲から十
分に離すことが必要である。このためには、例えば、共
振周波数が最高測定周波数の2倍の周波数となるよう
に、機械−電気変換子1を設計すればよい。上記したよ
うに、機械−電気変換子1の共振周波数は、その長さと
厚さによって決まる。従来の圧電セラミックを用いた加
速度センサの場合、機械−電気変換子の支持は接着剤を
介して行われている。接着剤の塗布量を制御することは
困難であり、接着剤のはみ出しなどによって機械−電気
変換子の実質的な長さが短くなるなど、ばらつきが大き
い。従って、従来の圧電セラミックを用いた加速度セン
サの場合には、機械−電気変換子の共振周波数がばらつ
くため、高周波領域での感度にばらつきが生じたり、測
定可能な周波数が個々に変わるなどの問題があった。本
実施例の場合には、支持体4a、4bを機械−電気変換
子1に直接接合しているので、機械−電気変換子1の長
さのばらつきが極めて小さくなる。その結果、機械−電
気変換子1の共振周波数のばらつきは極めて小さくな
り、個々の加速度センサの高周波領域での感度や、測定
周波数範囲の変動は極めて小さくなる。圧電材料として
用いたLiNbO3 は単結晶であり、圧電定数、誘電
率、弾性定数などのばらつきが極めて小さい。圧電セラ
ミックの場合、これらの材料定数は通常20%程度のば
らつきを有する。このため、圧電セラミックを用いた加
速度センサの感度や共振周波数は20%程度のばらつき
を有する。しかし、LiNbO3 基板を直接接合して作
製した本実施例の加速度センサでは、感度、共振周波数
ともにそのばらつきを5%以下に抑えることができた。
さらに、圧電セラミックは経時変化が大きく、安定性に
欠ける。このため、圧電セラミックを用いた加速度セン
サは、感度が時間とともに10〜15%程度変化すると
いう問題点を有していた。しかし、LiNbO3 基板を
直接接合して作製した本実施例の加速度センサは、極め
て安定で経時変化は2%以下であった。圧電基板2a、
2bの材料としては、直接接合が可能な単結晶圧電材料
であればよく、LiNbO3 の他にタンタル酸リチウム
(LiTaO3 )、水晶、ランガサイト型圧電結晶など
を用いることも可能である。ランガサイト型圧電結晶と
しては、La3 Ga5 SiO14、La3 Ga5.5 Nb
0.5 14、La3 Ga5.5Ta0.5 14などがある。L
iTaO3 の結晶構造は、LiNbO3 と同様に三方晶
系の3m族であり、その最適カット角はLiNbO3
同じである。また、水晶やランガサイト型圧電結晶の結
晶構造は、三方晶系の32族である。図12〜図14
に、32族の結晶構造を有する水晶基板のカット角と圧
電定数との関係を示す。図12はX軸を回転軸として回
転した場合のカット角と圧電定数との関係、図13はY
軸を回転軸として回転した場合のカット角と圧電定数と
の関係、図14はZ軸を回転軸として回転した場合のカ
ット角と圧電定数との関係をそれぞれ示している。尚、
ランガサイト型圧電結晶からなる基板のカット角と圧電
定数との関係も同様である。下記(表2)に、図12〜
図14から求めた32族の結晶構造を有する単結晶圧電
材料の最適カット角を、先に述べた3m族の結晶構造を
有する単結晶圧電材料の場合と併せて示す。
[Table 1]As shown in the above (Table 1), Y-
Using a cut 140 ° substrate, the Z ′ axis direction is taken as the longitudinal direction.
Mechanical-electrical transducer generates the largest charge and the sensitivity is
It was confirmed that it was good. FIG.
4 shows a relationship between cut angles of the acceleration sensor. As shown in FIG.
Rotate the Y axis by 140 ° around the X axis and perpendicular to the Y 'axis
An electrode is provided on a flat surface, and the longitudinal direction is set to the Z 'axis direction.
The speed sensor showed the highest sensitivity. LiNbOThreeof
The crystal structure is a trigonal system 3m group, with 3
Take a symmetrical structure. Therefore, they have the same piezoelectric constant
There are several cut angles. For example, as shown in FIG.
The piezoelectric constant d at a cut angle of 50 ° and 230 °32’And mosquito
140 ° and 320 ° cut angle piezoelectric constant dtwenty three’Is the same value
Becomes This is clear considering the symmetry of the crystal.
It is. In addition, with optimal cut angle for maximum sensitivity
At close cut angles, the dependence of the piezoelectric constant on cut angle is small.
Almost the same sensitivity without strictly optimizing the cut angle
can get. If you try to strictly optimize the cut angle,
In addition, high precision of processing by strictly defining the cut angle
Processing by complicating the process to suppress increase in degree and variation
Problems with increased costs and increased unit prices due to lower yield
It becomes. Piezoelectric constant dtwenty three’In Figure 9
As shown, the optimal cut angle is 140 °,
If the angle is in the range of 129 ° to 152 °, the piezoelectric constant is
90 to 100% of the maximum value, due to sensitivity degradation
There is no problem. In addition, LiNbOThreeSubstrate thickness
When the direction is set to the Y 'axis direction and the longitudinal direction is set to the X axis direction
The sensitivity of the acceleration sensor is the piezoelectric constant dtwenty one’.
As shown in FIG. 9, the piezoelectric constant d twenty one’Is dependent on the cut angle
Piezoelectric constant dtwenty three'. In this case,
If the cut angle is within the optimal cut angle ± 26 °, the piezoelectric constant
Is 90 to 100% of the maximum value.
No problem arises. Therefore, the cut angle is highly accurate
A highly sensitive acceleration sensor can be manufactured without finishing
Therefore, the processing cost can be reduced. Two pieces of pressure
If there is a difference in the cut angle of the printed circuit board, the pyroelectric effect of the piezoelectric
Charge is not canceled out,
It is preferable that the difference between the cut angles of the piezoelectric substrates is small.
Since the cut angle dependence of the constant is not large,
The difference between the cut angles of the two piezoelectric substrates constituting the commutator is 1 ° or less.
If it is inside. The length, thickness and
The width is determined in consideration of the frequency range of the acceleration to be measured.
Is determined. The frequency of the measured acceleration is a mechanical-electrical transducer
As the resonance frequency approaches, the sensitivity of the acceleration sensor increases.
It becomes. Two 50 μm thick LiNbOThreeSubstrate directly
Joined, length from tip to support set to 2mm
The resonant frequency of the cantilevered mechanical-electrical transducer 1 is
It was 20 kHz. The sensitivity and acceleration frequency shown in FIG.
As can be seen from the measurement results, the acceleration frequency is 10 kHz
z or more, the resonance frequency of the electromechanical transducer 1
As we approached, the sensitivity increased. Measurement frequency range
Therefore, the sensitivity of the acceleration sensor does not greatly depend on the frequency.
In order to ensure that the resonance frequency is
Need to be separated into minutes. For this, for example,
Vibration frequency is twice the maximum measurement frequency
Then, the mechanical-electrical converter 1 may be designed. I mentioned above
Thus, the resonance frequency of the electromechanical transducer 1 depends on its length and
Depends on thickness. Conventional piezoelectric ceramic
In the case of a speed sensor, the support of the electromechanical transducer uses adhesive.
Has been done through. Controlling the amount of adhesive applied
Difficult, mechanical and electrical
Large variations, such as a reduction in the actual length of the transducer
No. Therefore, acceleration sensors using conventional piezoelectric ceramics
The resonance frequency of the electromechanical transducer varies.
The sensitivity in the high-frequency range,
There is a problem that the settable frequency changes individually. Book
In the case of the embodiment, the supports 4a and 4b are
Since it is directly joined to the transducer 1, the length of the electromechanical transducer 1
The variation of the height is extremely small. As a result,
The variation of the resonance frequency of the air transducer 1 is extremely small.
The sensitivity of each acceleration sensor in the high frequency range and the measurement
Fluctuations in the frequency range are very small. As a piezoelectric material
LiNbO usedThreeIs a single crystal, piezoelectric constant, dielectric
The variation in modulus, elastic constant, etc. is extremely small. Piezoelectric ceramic
In the case of Mick, these material constants are usually about 20%.
Has flicker. For this reason, processing using piezoelectric ceramics
The sensitivity and resonance frequency of the speed sensor vary by about 20%
Having. However, LiNbOThreeDirect bonding of substrates
In the acceleration sensor of the present embodiment manufactured,
In both cases, the variation could be suppressed to 5% or less.
In addition, piezoelectric ceramics change greatly with time, resulting in increased stability.
Chip. Therefore, the acceleration sensor using piezoelectric ceramic
If the sensitivity changes by 10-15% over time,
Had the problem of However, LiNbOThreeBoard
The accelerometer of this example fabricated by direct bonding
And the change with time was 2% or less. Piezoelectric substrate 2a,
2b is a single crystal piezoelectric material that can be directly bonded
And LiNbOThreeOther than lithium tantalate
(LiTaOThree), Quartz, langasite type piezoelectric crystal, etc.
Can also be used. Langasite-type piezoelectric crystal
LaThreeGaFiveSiO14, LaThreeGa5.5Nb
0.5O14, LaThreeGa5.5Ta0.5O14and so on. L
iTaOThreeHas a crystal structure of LiNbOThreeTrigonal as well
3m group, and its optimal cut angle is LiNbOThreeWhen
Is the same. In addition, the bonding of quartz and langasite-type piezoelectric crystals
The crystal structure is a trigonal system 32 group. 12 to 14
In addition, the cut angle and pressure of the quartz substrate having the crystal structure of group 32
This shows the relationship with the electric constant. FIG. 12 shows the rotation about the X axis as the rotation axis.
FIG. 13 shows the relationship between the cut angle and the piezoelectric constant when rotated.
Angle and piezoelectric constant when rotating about the axis
FIG. 14 shows the power when rotating about the Z axis as the rotation axis.
The relationship between the cut angle and the piezoelectric constant is shown. still,
Cut angle and piezo of substrate made of langasite type piezoelectric crystal
The same applies to the relationship with the constant. The following (Table 2) shows FIGS.
Single crystal piezoelectric having a group 32 crystal structure determined from FIG.
The optimum cut angle of the material is adjusted to the 3m group crystal structure described above.
It is shown together with the case of a single crystal piezoelectric material having the same.

【表2】 上記(表2)中、オイラー角の3つの数字は、順にX
軸、Y軸、Z軸を中心とする回転角を示している。ま
た、上記(表2)には、最大となる圧電定数も示してい
る。上記(表2)に示すように、32族の結晶構造を有
する圧電体をX軸を回転軸として70°回転した場合、
最大となる圧電定数はd13’である。このことは、32
族の結晶構造を有する圧電体をX軸を回転軸として70
°回転した場合には、回転後のX’軸(=X軸)方向に
垂直に圧電基板を切り出し、Z’軸方向に圧電基板の長
手方向を設定した場合に、最も感度が良くなることを示
している。また、オイラー角が(0,0,0)の場合、
最大となる圧電定数はd12’である。このことは、オイ
ラー角が(0,0,0)の場合には、回転後のX’軸
(=X軸)方向に垂直に圧電基板を切り出し、Y’軸方
向に圧電基板の長手方向を設定した場合に、最も感度が
良くなることを示している。また、オイラー角が(0,
0,90)の場合、最大となる圧電定数はd21’であ
る。このことは、オイラー角が(0,0,90)の場合
には、回転後のY’軸方向に垂直に圧電基板を切り出
し、X’軸方向に圧電基板の長手方向を設定した場合
に、最も感度が良くなることを示している。また、32
族の結晶構造を有する圧電基板(水晶、ランガサイト型
圧電結晶など)の場合、d13’については+52°〜+
86°の範囲で、d12’については±26°の範囲で、
32’については+52°〜+68°の範囲で圧電定数
が最大値の90〜100%の値となり、感度の劣化によ
る問題が生じることはない。従って、カット角を高精度
に仕上げなくても、高感度の加速度センサを作製するこ
とが可能となるので、加工費用が安価になる。以上のよ
うに、本実施の形態によれば、接着剤などの接着層を用
いることなく、圧電基板2a、2bを強固に直接接合す
ることによって機械−電気変換子1を形成したので、特
性のばらつきや振動の減衰などが無く、高い感度を有す
る加速度センサを実現することができる。また、接着剤
を用いることなく、機械−電気変換子1を支持体4a、
4bに直接接合するようにしたので、機械−電気変換子
1の位置合わせを高精度に行うことができる。その結
果、片持ち梁の長さや支持状態にばらつきがなく、しか
も安定性が高く、特性ばらつきの極めて小さい小型の加
速度センサを実現することができる。また、接着剤を用
いることなく、機械−電気変換子1を支持体4a、4b
に直接接合するようにしたので、加速度が損失なく機械
−電気変換子1に伝達される。尚、本実施の形態におい
ては、電極3a、3bの材料としてクロム−金を用いて
いるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例え
ば、金、クロム、銀又は合金材料を用いてもよい。ま
た、本実施の形態においては、容器10a、10bの材
料としてLiNbO 3 を用いているが、必ずしもこれに
限定されるものではなく、例えば、LiTaO3 、水
晶、ガラス、プラスチック、アルミナなどのセラミック
などを用いてもよい。また、本実施の形態においては、
機械−電気変換素子1を片持ち梁構造としているが、必
ずしもこの構造に限定されるものではなく、機械−電気
変換素子1の両端を支持体に直接接合して両持ち梁構造
としてもよく、また、機械−電気変換子1の中心を支持
体に直接接合して中心支持構造としてもよい。 〈第2の実施の形態〉図15は本発明の第2の実施の形
態における加速度センサに用いる機械−電気変換子を示
す断面図である。図15に示すように、相対する2つの
主面を有する厚み50μm、幅0.5mm、長さ2mm
の長方形状のLiNbO3 からなる圧電基板2a、2b
は、その主面同士が直接接合されており、これにより圧
電素子2が構成されている。ここで、圧電基板2aと圧
電基板2bは、分極軸の向きが逆方向となるように接合
されている。圧電素子2の一端は、LiNbO3 からな
る支持体4a、4bに挟持された状態で固定されてい
る。ここで、圧電素子2は、支持体4a、4bに直接接
合されている。圧電素子2の相対する2つの主面には、
支持体4a、4bに挟持されていない部分に厚み0.2
μmのクロム−金からなる電極3a、3bがそれぞれ形
成されている。以上により、片持ち梁構造のバイモルフ
型の機械−電気変換子1が構成されている。図16は本
発明の第2の実施の形態における加速度センサの一例を
示す分解斜視図、図17はその断面図である。図16、
図17に示すように、図15に示す構造を備えた片持ち
梁構造の機械−電気変換子1は、上面と一端面と一側面
が開口したLiNbO3 からなる容器10c内に収容さ
れ、支持体4a、4bは容器10cの他端面の内側に直
接接合されている。この場合、支持体4a、4bと容器
10cとの直接接合は、酸化珪素薄膜などからなるバッ
ファ層を介して行うことも可能である。電極3a、3b
には、支持体4a、4bと容器10cを這わせた状態で
導電層7c、7dの一端部が接続されており、導電層7
c、7dの他端部は容器10cの端部に露出している。
容器10cには、同じくLiNbO3 からなる容器10
cと同じ形状の容器10dが接合されている。容器10
c、10dの外面には、ニッケルからなる外部電極9
c、9dが形成されており、外部電極9c、9dは導電
層7c、7dにそれぞれ電気的に接続されている。すな
わち、機械−電気変換子1の電極3a、3bは、導電層
7c、7dを介してそれぞれ外部電極9c、9dに電気
的に接続されている。これにより、機械−電気変換子1
に発生した電荷を外部に取り出すことができる。以上に
より、加速度センサ102が構成されている。図17に
示す加速度センサ102において、上下方向に加速度が
加わった場合には、機械−電気変換子1が上下方向に振
動し、撓み振動が発生する。撓み振動が発生すると、圧
電基板(LiNbO3 )2a、2bの一方は伸びるよう
に歪み、他方は縮むように歪む。ここで、圧電基板2a
と圧電基板2bは、分極軸が互いに逆方向となるように
接合されているため、圧電基板2a、2bに発生する応
力が圧縮応力、引っ張り応力と異なるにもかかわらず、
圧電基板2aと圧電基板2bには同極性の電荷が発生す
る。すなわち、圧電基板2aと圧電基板2bには、同じ
方向に起電力が発生する。このため、機械−電気変換子
1の両面に形成された電極3a、3bから加速度の大き
さを反映した信号を得ることができる。図18は本発明
の第2の実施の形態における加速度センサの他の例を示
す分解斜視図である。図18に示すように、相対する2
つの主面を有する厚み50μm、幅0.5mm、長さ2
mmの長方形状のLiNbO3 からなる圧電基板2a、
2bは、その主面同士が直接接合されており、これによ
り圧電素子2が構成されている。ここで、圧電基板2a
と圧電基板2bは、分極軸が互いに逆方向となるように
接合されている。圧電素子2の相対する2つの主面に
は、厚み0.2μmのクロム−金からなる電極3a、3
bが形成されている。これにより、機械−電気変換子1
が構成されている。機械−電気変換子1の一端は、上下
面が開口し、2分割されたLiNbO3 からなる容器1
0e、10fによって挟み込まれており、これにより機
械−電気変換子1が支持されている。ここで、容器10
e、10fと機械−電気変換子1は直接接合されてお
り、また、容器10e、10f同士も直接接合されてい
る。この場合、容器10e、10fと機械−電気変換子
1の直接接合、又は容器10e、10f同士の直接接合
は、酸化珪素薄膜などからなるバッファ層を介して行う
ことも可能である。容器10e、10fの上下面には容
器10g、10hが接着剤を用いて固着されている。こ
れにより、機械−電気変換子1は容器内に封じ込まれて
いる。容器の両端面にはニッケルからなる外部電極9
e、9fがそれぞれ形成されており、この外部電極9
e、9fは図示しない導電層を介して機械−電気変換子
1の電極3a、3bにそれぞれ電気的に接続されてい
る。これにより、機械−電気変換子1に発生した電荷を
外部に取り出すことができる。尚、容器10g、10h
の内面には、機械−電気変換子1が撓む際に機械−電気
変換子1が接触しないように、陥没部が設けられてい
る。以上により、加速度センサ103が構成されてい
る。機械−電気変換子1の長さ、厚さ及び幅は、測定対
象となる加速度の周波数範囲を考慮して決定される。測
定する加速度の周波数が機械−電気変換子1の共振周波
数に近づくほど、加速度センサの感度は大きくなる。測
定周波数範囲において、加速度センサの感度が周波数に
大きく依存しないようにするためには、共振周波数を測
定周波数範囲から十分に離すことが必要である。このた
めには、例えば、共振周波数が最高測定周波数の2倍の
周波数となるように、機械−電気変換子1を設計すれば
よい。圧電材料として用いたLiNbO3 は単結晶であ
り、圧電定数、誘電率、弾性定数などのばらつきが極め
て小さい。圧電セラミックの場合、これらの材料定数は
通常20%程度のばらつきを有する。このため、圧電セ
ラミックを用いた加速度センサの感度や共振周波数は2
0%程度のばらつきを有する。しかし、LiNbO3
板を直接接合して作製した本実施例の加速度センサで
は、感度、共振周波数ともにばらつきを5%以下に抑え
ることができた。さらに、圧電セラミックは経時変化が
大きく、安定性に欠ける。このため、圧電セラミックを
用いた加速度センサは、感度が時間とともに10〜15
%程度変化するという問題点を有していた。しかし、L
iNbO3 基板を直接接合して作製した本実施例の加速
度センサは、極めて安定で経時変化は2%以下であっ
た。以上のように、本実施の形態によれば、接着剤など
の接着層を用いることなく、圧電基板2a、2bを強固
に直接接合することによって機械−電気変換子1を形成
したので、特性のばらつきや振動の減衰などが無く、高
い感度を有する加速度センサを実現することができる。
また、接着剤を用いることなく、機械−電気変換子1を
支持体4a、4bに直接接合するようにしたので、機械
−電気変換子1の位置合わせを高精度に行うことができ
る。その結果、片持ち梁の長さや支持状態にばらつきが
なく、しかも安定性が高く、特性ばらつきの極めて小さ
い小型の加速度センサを実現することができる。また、
接着剤を用いることなく、機械−電気変換子1を支持体
4a、4bに直接接合するようにしたことにより、加速
度が損失なく機械−電気変換子1に伝達される。また、
接着剤を用いることなく、支持体4a、4bを容器に直
接接合するようにしたことにより、実装面から加速度が
直接伝達される容器に支持体4a、4bが強固に接合さ
れるため、機械−電気変換子1に損失なく加速度を伝達
することができる。尚、本実施の形態においては、圧電
基板2a、2bの材料としてLiNbO3を用いている
が、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、
LiTaO 3 や水晶を用いてもよい。また、本実施の形
態においては、電極3a、3bの材料としてクロム−金
を用いているが、必ずしもこれに限定されるものではな
く、例えば、金、クロム、銀又は合金材料を用いてもよ
い。また、本実施の形態においては、容器の材料として
LiNbO3 を用いているが、必ずしもこれに限定され
るものではなく、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂
などを用いてもよい。また、本実施の形態においては、
機械−電気変換子1の支持体4a、4bの容器内への固
定手段及び容器の固定手段として直接接合を用いている
が、必ずしもこの方法に限定されるものではなく、接着
剤を用いて固定しても同様の特性を発揮させることがで
きる。また、本実施の形態においては、機械−電気変換
子1を片持ち梁構造としているが、必ずしもこの構造に
限定されるものではなく、機械−電気変換子1の両端を
支持体に直接接合して両持ち梁構造としてもよく、ま
た、機械−電気変換子1の中心を支持体に直接接合して
中心支持構造としてもよい。 〈第3の実施の形態〉次に、図16〜図18と同様の片
持ち梁構造を有する加速度センサ及びその製造方法につ
いて説明する。図19、図20は本発明の第3の実施の
形態における加速度センサの製造方法を示す工程図であ
る。まず、図19(a)に示すように、圧電基板12
a、12bとしてLiNbO 3 基板を用い、フォトレジ
ストパターンをマスキング材としたサンドブラスト法に
より、片持ち梁部11a、11bを形成した。次いで、
図19(b)に示すように、片持ち梁部11aを形成し
た圧電基板12aと片持ち梁部11bを形成した圧電基
板12bを直接接合によって接合した。直接接合は、上
記したように親水化処理を施した2枚の圧電基板12
a、12bを、分極軸の向きが互いに逆方向となるよう
に接合した後、熱処理を施して行った。この場合、圧電
基板12aと圧電基板12bとの直接接合は、酸化珪素
薄膜などからなるバッファ層を介して行うことも可能で
ある。次いで、図19(c)に示すように、片持ち梁部
の両面に、真空蒸着法によってクロム−金を蒸着して電
極13a、13bを形成した。これにより、片持ち梁構
造のバイモルフ型機械−電気変換子15が得られた。機
械−電気変換子15は、圧電基板12a、12bの開口
周辺を支持部として支持されている。また、圧電基板1
2aの電極13aと同じ側の面に、電極13aと導通し
た状態で導電層14aを形成した。この導電層14a
は、電極13aに発生した電荷を外部電極20a(図2
0(b)、(c))に取り出すためのものである。さら
に、圧電基板12bの電極13bと同じ側の面に、片持
ち梁部と圧電基板12bの開口の反対側(図の右側)に
導通するように導電層14bを形成した。この場合、導
電層14a又は導電層14bを電極13a又は電極13
bと同時に形成すれば、製造工程の簡略化が図られる。
次いで、図20(a)に示すように、別のLiNbO3
基板に、フォトレジストパターンをマスキング材とした
サンドブラスト法を用いて、凹部17を形成し、容器1
6a、16bを作製した。また、この容器16a、16
bに、圧電基板12a、12b上の導電層14a、14
bと電気的に接続するための貫通孔18を同時に形成し
た。次いで、図20(b)に示すように、機械−電気変
換子15が形成されている圧電基板12a、12bと容
器16a、16bを直接接合によって接合した。これに
より、機械−電気変換子15を容器16a、16b内に
封じ込めた。この場合、圧電基板12a、12bと容器
16a、16bとの直接接合は、酸化珪素薄膜などから
なるバッファ層を介して行うことも可能である。片持ち
梁部はLiNbO3 基板から支持部と同時にパターン形
成されているので、支持部も撓む可能性があったが、容
器16a、16bと支持部を兼ねる別のLiNbO3
板によって、より強固に支持された。圧電基板(LiN
bO3 )12a、12bと容器(LiNbO3 )16
a、16bとの接合部には、導電層(クロム−金)14
a、14bが形成されているため、圧電基板12a、1
2bと容器16a、16bを直接接合するのは困難であ
るが、圧電基板12a、12bと容器16a、16bの
接合面積を導電層14a、14bの面積に比べて十分大
きくとれば、強固に接合することができる。次いで、容
器16a、16bの貫通孔18に、導電層14a、14
bと電気的に接続されるように導電性ペーストを流し込
み、焼成してスルーフォール導電部19a、19bを形
成した。さらに、容器16a、16bの上面に、スルー
フォール導電部19a、19bと導通するように銀パラ
ジウムを印刷し、外部電極20a、20bを形成した。
これにより、機械−電気変換子15上の電極13a、1
3bと外部電極20a、20bとが電気的に接続され
た。次いで、図20(c)に示すように、ダイシングソ
ーを用いて、基板を個々の加速度センサ104に切断し
た。機械−電気変換子15は片持ち梁構造を有し、容器
16a、16bに強固に接合されている。図20(c)
の加速度センサ104において、上下方向に加速度が加
わった場合には、機械−電気変換子15が上下方向に振
動し、撓み振動が発生する。撓み振動が発生すると、圧
電基板12a、12bの一方は伸びるように歪み、他方
は縮むように歪む。ここで、圧電基板12aと圧電基板
12bは、分極軸が互いに逆方向となるように接合され
ているため、圧電基板12a、12bに発生する応力が
圧縮応力、引っ張り応力と異なるにもかかわらず、圧電
基板12aと圧電基板12bには同極性の電荷が発生す
る。すなわち、圧電基板12aと圧電基板12bには、
同じ方向に起電力が発生する。このため、機械−電気変
換子15の両面に形成された電極13a、13bから加
速度の大きさを反映した信号を得ることができる。機械
−電気変換子15の長さ、厚さ及び幅は、測定対象とな
る加速度の周波数範囲を考慮して決定される。測定する
加速度の周波数が機械−電気変換子15の共振周波数に
近づくほど、加速度センサ104の感度は大きくなる。
測定周波数範囲において、加速度センサ104の感度が
周波数に対して大きく依存しないようにするためには、
共振周波数を測定周波数範囲から十分に離すことが必要
である。このためには、例えば、共振周波数が最高測定
周波数の2倍の周波数となるように機械−電気変換子1
5を設計すればよい。以上のように、本実施の形態によ
れば、接着剤などの接着層を用いることなく、圧電基板
12a、12bを強固に直接接合することによって機械
−電気変換子15を形成したので、特性のばらつきや振
動の減衰などが無く、高い感度を有する加速度センサ1
04を実現することができる。また、機械−電気変換子
15が圧電基板からパターン形成されるので、機械−電
気変換子15の形状のばらつきが小さい。また、機械−
電気変換子15が支持部と同時に形成されるので、機械
−電気変換子15の支持状態のばらつきが小さい。この
ため、片持ち梁の長さのばらつきが小さくなるので、共
振周波数などの特性のばらつきの極めて小さい加速度セ
ンサを実現することができる。また、機械−電気変換子
15と支持部材及び容器16a、16bを同一の材料で
形成することができるので、温度による歪みなどの影響
を受けることがなく、安定性に優れた小型の加速度セン
サを実現することができる。また、1枚の基板に多数の
加速度センサを一度に作製するものであるため、量産性
に優れた加速度センサを実現することができる。尚、本
実施の形態においては、圧電基板12a、12bの材料
としてLiNbO3 を用いているが、必ずしもこれに限
定されるものではなく、例えば、LiTaO3 や水晶を
用いてもよい。また、本実施の形態においては、容器1
6a、16bの材料としてLiNbO 3 を用いている
が、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、
LiTaO3 、水晶、シリコン、ガラスなどを用いても
よい。好適には機械−電気変換子15を構成する圧電基
板12a、12bと同じ材料が望ましく、最適には機械
−電気変換子15を構成する圧電基板12a、12bの
材料と熱膨張係数の近いものが望ましい。また、本実施
の形態においては、電極13a、13bの材料としてク
ロム−金を用いているが、必ずしもこれに限定されるも
のではなく、例えば、金、クロム、銀又は合金材料を用
いてもよい。また、本実施の形態においては、スルーフ
ォール導電部19a、19bの材料として導電性ペース
トを用いているが、必ずしもこれに限定されるものでは
なく、例えば、半田や銀鑞などを用いてもよい。また、
本実施の形態においては、圧電基板(LiNbO3 )1
2a、12bに片持ち梁部11a、11bを形成した
後、これらを直接接合することによってバイモルフ型の
機械−電気変換子15を形成しているが、必ずしもこの
順番に限定されるものではなく、2枚の圧電基板(Li
NbO3 )12a、12bを直接接合した後に、片持ち
梁部11a、11bを形成してもよい。また、本実施の
形態においては、片持ち梁部11a、11bを形成した
後、電極13a、13bを形成しているが、必ずしもこ
の順番に限定されるものではなく、電極13a、13b
を形成した後に、片持ち梁部11a、11bを形成して
もよい。また、本実施の形態においては、圧電基板12
a、12bへの片持ち梁部11a、11bの加工方法や
容器16a、16bへの凹部17、貫通孔18の加工方
法としてサンドブラスト法を用いているが、必ずしもこ
の方法に限定されるものではなく、例えば、ドライエッ
チング、ウエットエッチング、レーザ加工、イオンビー
ム加工、ダイシングやワイヤーソなどの機械加工、ウオ
ータージェット加工、放電加工などを用いてもよい。ま
た、本実施の形態においては、電極13a、13bの形
成方法として真空蒸着法を用いているが、必ずしもこの
方法に限定されるものではなく、例えば、スパッタ法、
CVD法などの気相成膜法や、メッキ、印刷などの方法
を用いてもよい。また、本実施の形態においては、外部
電極20a、20bを容器16a、16bの上面に設け
ているが、必ずしもこの構成に限定されるものではな
く、容器16a、16bの側面あるいは側面と上面にま
たがるように設けてもよい。また、本実施の形態におい
ては、導電層14a、14bと外部電極20a、20b
との接続を、容器16a、16bに貫通孔18を設ける
ことによって行っているが、必ずしもこの方法に限定さ
れるものではなく、容器16a、16bに切り欠き等を
設けることによって行ってもよい。また、導電層14
a、14bの存在により、機械−電気変換子15を形成
する圧電基板(LiNbO3 )12a、12bと容器
(LiNbO3 )16a、16bが十分な強度をもって
接合されない場合には、接合面に酸化珪素膜をバッファ
層として形成し、これを介して接合すれば、強い接合強
度を得ることができる。 〈第4の実施の形態〉図21は本発明の第4の実施の形
態における加速度センサを示す分解斜視図である。図2
1に示すように、LiNbO3 からなる容器27bに
は、バイモルフ型の機械−電気変換子21がその両端を
支持された状態で設けられている(両持ち梁構造)。バ
イモルフ型の機械−電気変換子21は、圧電基板(Li
NbO3)22a、22bが直接接合されることによっ
て構成されている。容器27bには、同じくLiNbO
3 からなる容器27aが直接接合されている。この場
合、容器27aと容器27bとの直接接合は、酸化珪素
薄膜などからなるバッファ層を介して行うことも可能で
ある。また、容器27a、27bの外面には、それぞれ
外部電極26a、26b(26bは図示せず)が形成さ
れており、この外部電極26a、26bは機械−電気変
換子21の電極23a、23bにそれぞれ電気的に接続
されている。これにより、機械−電気変換子21上の電
極23a、23bに発生した電荷を外部に取り出すこと
ができる。以上により、加速度センサ105が構成され
ている。本実施の形態の両持ち梁構造の加速度センサ1
05も、上記第3の実施の形態と同様の方法によって製
造することができる。すなわち、図22に示すように、
まず、2枚の圧電基板(LiNbO3 )22a、22b
に両持ち梁部を形成して、圧電基板22a、22bを直
接接合することにより、バイモルフ型の圧電素子を作製
する。次いで、両持ち梁部の上に電極23a、23bを
形成し、バイモルフ型の機械−電気変換子21を作製す
る。次いで、外部電極と電極23a、23bを接続する
ための導電層24a、24b(24bは図示せず)を形
成する。この両持ち梁構造の機械−電気変換子21は、
上記第3の実施例と同じく、基板上に同時に多数形成し
て量産性を高めることができる。機械−電気変換子21
を形成した圧電基板22a、22bに、上記第3の実施
例と同様の工程を用いて凹部と貫通孔を形成したLiN
bO3 基板を直接接合して、容器を形成する。最後に、
外部電極などを設け、加速度センサを作製する。両持ち
梁構造を用いた場合には、同じ長さ、同じ厚さの機械−
電気変換素子であっても、片持ち梁構造の場合より共振
周波数が高くなるので、さらに高い周波数領域の加速度
を測定することが可能となる。機械−電気変換子21の
長さ、厚さ及び幅は、測定対象となる加速度の周波数範
囲を考慮して決定される。測定する加速度の周波数が機
械−電気変換子21の共振周波数に近づくほど、加速度
センサ105の感度は大きくなる。測定周波数範囲にお
いて、加速度センサ105の感度が周波数に対して大き
く依存しないようにするためには、共振周波数を測定周
波数範囲から十分に離すことが必要である。このために
は、例えば、共振周波数が最高測定周波数の2倍の周波
数になるように機械−電気変換素子21を設計すればよ
い。以上のように、本実施の形態によれば、接着剤など
の接着層を用いることなく、圧電基板22a、22bを
強固に直接接合することによって機械−電気変換子21
を形成したので、特性のばらつきや振動の減衰などが無
く、高い感度を有する加速度センサを実現することがで
きる。また、機械−電気変換子21を容器27a、27
bに直接接合するようにしたので、機械−電気変換子2
1の位置合わせの精度が高く、両持ち梁部の長さや支持
状態がばらつくことはない。その結果、安定性が高く、
特性ばらつきの極めて小さい、高い周波数範囲まで測定
可能な小型の加速度センサを実現することができる。ま
た、容器27aと容器27bを直接接合するようにした
ことにより、接着剤を用いることなく、容器27aと容
器27bが強固に接合されるので、接合面の耐熱性が高
くなる。その結果、半田リフローなどを行っても、接合
部からガスが発生することはなく、容器27aと容器2
7bが気密封止された状態となるので、特性が劣化する
ことのない、高い信頼性を有する加速度センサが得られ
る。尚、本実施の形態においては、圧電基板22a、2
2bの材料としてLiNbO3 を用いているが、必ずし
もこれに限定されるものではなく、例えば、LiTaO
3 や水晶を用いてもよい。また、本実施の形態において
は、容器27a、27bの材料としてLiNbO 3 を用
いているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、
例えば、LiTaO3 、水晶、シリコン、ガラスなどを
用いてもよい。好適には機械−電気変換子21を構成す
る圧電基板22a、22bと同じ材料が望ましく、最適
には機械−電気変換子21を構成する圧電基板22a、
22bの材料と熱膨張係数の近いものが望ましい。 〈第5の実施の形態〉図23は本発明の第5の実施の形
態における衝撃検知装置の回路構成図である。図23に
示すように、本衝撃検知装置は、加速度センサ40と、
加速度センサ40から出力される信号を変換し、増幅す
る増幅回路41と、増幅回路41から出力される信号と
基準となる信号を比較する比較回路42と、衝撃を記録
する記憶装置43と、衝撃を表示する表示装置44と、
比較回路42、記憶装置43、表示装置44を制御する
制御回路45とにより構成されている。制御回路45と
しては、この衝撃検知装置が組み込まれる機器の制御装
置の一部を利用することもできる。ここで、加速度セン
サ40としては、上記第1の実施例の加速度センサ(図
6)が用いられている。図24に、増幅回路の構成を示
す。図24に示すように、加速度センサ40は、電界効
果型トランジスタ(FET)のゲートに抵抗R1 と並列
に接続されており、加速度センサ40から出力される信
号は電界効果型トランジスタ(FET)のゲートに入力
される。この回路の周波数特性における低周波側のカッ
トオフ周波数は、抵抗R1 と加速度センサ40の静電容
量C1 とによって決まり、fc =1/2πR1 1 で表
される。このため、fc よりも低い周波数では、出力が
低下することになる。加速度センサ40の静電容量C1
にばらつきが多い場合には、カットオフ周波数fc にば
らつきが生じ、測定可能な最低周波数が変化する。圧電
セラミックを用いた加速度センサでは、静電容量のばら
つきが20%程度あり、カットオフ周波数も同程度ばら
つく。しかし、本発明の圧電単結晶基板を直接接合して
製作した加速度センサ40では、静電容量C1 のばらつ
きが7%以下と十分に小さいため、カットオフ周波数f
c も安定しており、低周波数の加速度に対しても安定し
た出力が得られる。加速度センサ40から出力された信
号は、増幅回路41で変換され、増幅される。増幅回路
41から出力される信号は比較回路42に入力される。
比較回路42では、増幅回路41から出力される信号が
基準となる信号よりも大きいか小さいかを判定する。例
えば、10G以上の衝撃が加わった場合に、衝撃を認識
し、それを記録したり、表示したりする場合について説
明する。図25は、上記第1の実施例で述べた加速度セ
ンサの出力を、図24の回路で測定した場合の出力電圧
と加速度との関係を示す。図25に示すように、10G
の加速度が加わったときの加速度センサ40に接続され
た増幅回路41から出力される信号の大きさは64mV
である。この場合、制御回路45から基準信号として6
4mVを比較回路42に入力する。比較回路42では、
この基準信号と増幅回路41からの出力信号を比較し、
増幅回路41から出力される信号の方が大きい場合に
は、出力信号を発生して、制御回路45に送り返す。こ
れにより、基準となる10Gよりも大きな衝撃が加わっ
たことを制御回路45に認識させることができる。制御
回路45は、基準となる10Gよりも大きな衝撃を受け
たことを記憶するように記憶装置43に命令することが
できる。この際、加速度の大きさや加速度を受けた日時
などを記録することができる。また、制御回路45は、
基準となる10Gよりも大きな衝撃を受けたことや、衝
撃の大きさ及び日時などを表示するように表示装置44
に命令し、表示装置44はこれらの情報を表示する。ま
た、制御回路45は、この衝撃検知装置が組み込まれて
いる機器全体に衝撃による誤動作や破壊を回避するよう
に命令を発することもできる。例えば、この衝撃検知装
置がハードディスクに組み込まれた場合、衝撃を検知し
た瞬間に、ディスクへのヘッドからの情報の書き込みを
中止し、ヘッドがディスクに当たって破壊されないよう
ヘッドを退避するように命令することができる。また、
この衝撃検知装置が携帯電話に組み込まれた場合、故障
が無いか否かを自己診断するような命令を発することも
できる。本実施の形態の衝撃検知装置には、加速度セン
サとして、上記第1の実施の形態の加速度センサ(図
6)が用いられているので、加速度センサの感度ばらつ
きや静電容量のばらつきが無い。その結果、加速度の測
定精度が高く、衝撃を検知する際の基準となる値に対し
て正確な判断を比較回路を用いて行うことのできる衝撃
検知装置を実現することができる。また、衝撃検知装置
を上記のように構成したので、衝撃を検知して記録した
り、衝撃から機器を保護する動作を制御回路で判断し
て、指示することの可能な衝撃検知機器を実現すること
ができる。
[Table 2]In the above (Table 2), the three numbers of Euler angles are X in order.
The rotation angles about the axis, the Y axis, and the Z axis are shown. Ma
Table 2 above also shows the maximum piezoelectric constant.
You. As shown in the above (Table 2), it has a crystal structure of group 32.
When the piezoelectric body to be rotated by 70 ° with the X axis as the rotation axis,
The maximum piezoelectric constant is d13’. This means that 32
A piezoelectric body having a crystal structure of group III is rotated around the X axis as a rotation axis.
° When rotated, the X 'axis (= X axis) direction after rotation
Cut out the piezoelectric substrate vertically and extend the length of the piezoelectric substrate in the Z'-axis direction.
Indicates that sensitivity is best when hand direction is set.
doing. When the Euler angle is (0,0,0),
The maximum piezoelectric constant is d12’. This means that
If the angle is (0,0,0), the X 'axis after rotation
(= X axis) Cut out the piezoelectric substrate perpendicular to the direction,
When the longitudinal direction of the piezoelectric substrate is set to
It shows that it gets better. Also, if the Euler angle is (0,
0,90), the maximum piezoelectric constant is dtwenty one
You. This means that the Euler angle is (0,0,90)
Cut out the piezoelectric substrate perpendicular to the Y 'axis direction after rotation
When the longitudinal direction of the piezoelectric substrate is set in the X'-axis direction
Fig. 2 shows that the sensitivity is highest. Also, 32
Substrate with crystal structure of group III (quartz, langasite type)
D)13+ 52 ° to +
Within the range of 86 °, d12’Is within ± 26 °,
d32’In the range of + 52 ° to + 68 °
Is 90 to 100% of the maximum value,
No problem arises. Therefore, the cut angle is highly accurate
A highly sensitive acceleration sensor can be manufactured without finishing
Therefore, the processing cost can be reduced. That's all
As described above, according to the present embodiment, an adhesive layer such as an adhesive is used.
Without directly connecting the piezoelectric substrates 2a and 2b firmly.
The mechanical-electrical transducer 1 was formed by
High sensitivity with no variation in characteristics or attenuation of vibration
Acceleration sensor can be realized. Also adhesive
Without using the electromechanical transducer 1 with the support 4a,
4b, so that the mechanical-electrical transducer
1 can be performed with high accuracy. The result
As a result, there is no variation in the length and support
Has high stability and extremely small variations in characteristics.
A speed sensor can be realized. Also use adhesive
Without the electromechanical transducer 1 being supported by the supports 4a, 4b
Direct connection to the machine.
-Transmitted to the electrical transducer 1; In this embodiment,
Using chromium-gold as the material of the electrodes 3a and 3b
But it is not necessarily limited to this.
For example, gold, chromium, silver, or an alloy material may be used. Ma
In this embodiment, the materials of the containers 10a and 10b
LiNbO as a charge ThreeIs used, but this is not necessarily
Without limitation, for example, LiTaOThree,water
Crystal, glass, plastic, ceramic such as alumina
Or the like may be used. In the present embodiment,
Although the mechanical-electrical conversion element 1 has a cantilever structure,
The invention is not limited to this structure,
Both ends of the conversion element 1 are directly joined to the support to support the beam
And supports the center of the electromechanical transducer 1
It may be joined directly to the body to form a central support structure. <Second Embodiment> FIG. 15 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a mechanical-electrical transducer used for an acceleration sensor in a stationary state.
FIG. As shown in FIG.
Thickness 50μm, width 0.5mm, length 2mm with main surface
Rectangular LiNbOThreePiezoelectric substrates 2a and 2b made of
The main surfaces are directly joined to each other,
The electric element 2 is configured. Here, the piezoelectric substrate 2a and the pressure
The circuit board 2b is joined so that the direction of the polarization axis is opposite.
Have been. One end of the piezoelectric element 2 is LiNbOThreeFrom
Fixed between the supporting members 4a and 4b
You. Here, the piezoelectric element 2 is in direct contact with the supports 4a and 4b.
Have been combined. On two opposing main surfaces of the piezoelectric element 2,
A thickness of 0.2 is applied to portions not sandwiched between the supports 4a and 4b.
Each of the electrodes 3a and 3b made of chrome-gold
Has been established. By the above, bimorph of cantilever structure
A type of electromechanical transducer 1 is configured. Figure 16 is a book
An example of the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention
FIG. 17 is an exploded perspective view, and FIG. 17 is a sectional view thereof. FIG.
As shown in FIG. 17, cantilever having the structure shown in FIG.
The electromechanical transducer 1 having a beam structure has an upper surface, one end surface, and one side surface.
LiNbO with openingThreeContained in a container 10c made of
The supports 4a and 4b are placed directly inside the other end surface of the container 10c.
They are joined together. In this case, the supports 4a and 4b and the container
The direct junction with 10c is made of a backing made of a silicon oxide thin film or the like.
It is also possible to carry out via a pha layer. Electrodes 3a, 3b
In the state where the supports 4a, 4b and the container 10c are
One ends of the conductive layers 7c and 7d are connected to each other,
The other ends of c and 7d are exposed at the end of the container 10c.
The container 10c also contains LiNbOThreeContainer 10 made of
A container 10d having the same shape as c is joined. Container 10
External electrodes 9 made of nickel are provided on the outer surfaces of c and 10d.
c and 9d are formed, and the external electrodes 9c and 9d are electrically conductive.
The layers are electrically connected to the layers 7c and 7d, respectively. sand
That is, the electrodes 3a and 3b of the electromechanical transducer 1 are electrically conductive layers.
7c and 7d to the external electrodes 9c and 9d, respectively.
Connected. Thereby, the electromechanical transducer 1
Can be taken out to the outside. more than
Thus, the acceleration sensor 102 is configured. In FIG.
In the acceleration sensor 102 shown in FIG.
When it is added, the electromechanical transducer 1 swings up and down.
Move and bending vibration occurs. When bending vibration occurs, the pressure
Electric substrate (LiNbOThree) One of 2a, 2b extends
And the other is shrunk to shrink. Here, the piezoelectric substrate 2a
And the piezoelectric substrate 2b so that the polarization axes are opposite to each other.
Due to the bonding, the reaction generated on the piezoelectric substrates 2a and 2b
Although the force is different from the compressive stress and the tensile stress,
Electric charges of the same polarity are generated on the piezoelectric substrate 2a and the piezoelectric substrate 2b.
You. That is, the piezoelectric substrate 2a and the piezoelectric substrate 2b have the same
An electromotive force is generated in the direction. Therefore, the mechanical-electrical transducer
From the electrodes 3a and 3b formed on both surfaces of
A signal reflecting the degree can be obtained. FIG. 18 shows the present invention.
14 shows another example of the acceleration sensor according to the second embodiment.
FIG. As shown in FIG.
Having two main surfaces, thickness 50 μm, width 0.5 mm, length 2
mm rectangular LiNbOThreeA piezoelectric substrate 2a,
2b has its main surfaces directly joined to each other,
The piezoelectric element 2 is constituted. Here, the piezoelectric substrate 2a
And the piezoelectric substrate 2b so that the polarization axes are opposite to each other.
Are joined. On two opposing main surfaces of the piezoelectric element 2
Are electrodes 3a, 3 made of chromium-gold having a thickness of 0.2 μm.
b is formed. Thereby, the electromechanical transducer 1
Is configured. One end of the mechanical-electrical transducer 1 is vertically
LiNbO with open surface and split into twoThreeContainer 1 consisting of
0e and 10f.
A mechanical-electrical transducer 1 is supported. Here, the container 10
e, 10f and the electromechanical transducer 1 are directly joined.
Also, the containers 10e and 10f are directly joined to each other.
You. In this case, the containers 10e and 10f and the electromechanical transducer
1 or direct joining between containers 10e and 10f
Is performed through a buffer layer made of a silicon oxide thin film or the like.
It is also possible. Containers 10e, 10f
The containers 10g and 10h are fixed using an adhesive. This
Thereby, the electromechanical transducer 1 is sealed in the container.
I have. External electrodes 9 made of nickel are provided on both end surfaces of the container.
e, 9f are formed respectively, and the external electrodes 9
e and 9f are electromechanical transducers via a conductive layer (not shown).
Are electrically connected to the first electrodes 3a and 3b, respectively.
You. Thereby, the electric charge generated in the electromechanical transducer 1 is
Can be taken out. In addition, container 10g, 10h
When the mechanical-electrical transducer 1 bends, the mechanical-electrical
A depression is provided so that the transducer 1 does not contact.
You. Thus, the acceleration sensor 103 is configured.
You. The length, thickness and width of the electromechanical transducer 1 are measured
It is determined in consideration of the frequency range of the acceleration to be taken. Measurement
Is the resonance frequency of the electromechanical transducer 1
As the number approaches, the sensitivity of the acceleration sensor increases. Measurement
In the constant frequency range, the sensitivity of the acceleration sensor
To avoid significant dependence, measure the resonance frequency.
It is necessary to keep it sufficiently away from the constant frequency range. others
For example, the resonance frequency is twice as high as the highest measurement frequency.
If the mechanical-electrical transducer 1 is designed to have a frequency,
Good. LiNbO used as a piezoelectric materialThreeIs a single crystal
Extremely small variations in piezoelectric constant, dielectric constant, elastic constant, etc.
Small. For piezoceramics, these material constants are
Usually, it has a variation of about 20%. For this reason, the piezoelectric
The sensitivity and resonance frequency of the acceleration sensor using Lamic are 2
It has a variation of about 0%. However, LiNbOThreeBase
The acceleration sensor of the present embodiment manufactured by directly joining the plates
Reduces variation in sensitivity and resonance frequency to 5% or less
I was able to. Furthermore, piezoelectric ceramics change over time.
Large and lacks stability. For this reason, piezoelectric ceramic
The acceleration sensor used has a sensitivity of 10 to 15 over time.
%. But L
iNbOThreeAcceleration of this embodiment fabricated by directly bonding substrates
The degree sensor is extremely stable and changes over time are less than 2%.
Was. As described above, according to the present embodiment, the adhesive
The piezoelectric substrates 2a and 2b are firmly fixed without using an adhesive layer of
Of electromechanical transducer 1 by direct bonding to
And there is no variation in characteristics or attenuation of vibration.
An acceleration sensor having high sensitivity can be realized.
Further, the electromechanical transducer 1 can be used without using an adhesive.
Since it is directly joined to the supports 4a and 4b,
-Positioning of the electric transducer 1 can be performed with high accuracy.
You. As a result, variations in cantilever length and support
And high stability with extremely small variation in characteristics
A small acceleration sensor can be realized. Also,
The electromechanical transducer 1 is used as a support without using an adhesive.
4a and 4b are joined directly to accelerate
The power is transmitted to the electromechanical transducer 1 without loss. Also,
The supports 4a and 4b are directly attached to the container without using an adhesive.
By making contact, the acceleration from the mounting surface
The supports 4a and 4b are firmly joined to the directly transmitted container.
Transmission of acceleration to the electromechanical transducer 1 without loss
can do. In this embodiment, the piezoelectric
LiNbO as a material for the substrates 2a and 2bThreeUsing
However, it is not necessarily limited to this, for example,
LiTaO ThreeOr quartz may be used. In addition, the form of this implementation
In the embodiment, the material of the electrodes 3a, 3b is chromium-gold.
But is not necessarily limited to this.
For example, gold, chromium, silver or alloy materials may be used.
No. In the present embodiment, the material of the container is
LiNbOThreeBut is not necessarily limited to this
Not glass, ceramics, resin
Or the like may be used. In the present embodiment,
Fixing the supports 4a, 4b of the electromechanical transducer 1 into the container
Direct bonding is used as the fixing means and the container fixing means
However, it is not necessarily limited to this method.
The same characteristics can be exhibited even if the
Wear. Also, in the present embodiment, the mechanical-electrical conversion
The child 1 has a cantilever structure.
Without being limited, both ends of the electromechanical transducer 1
It may be directly joined to the support to form a doubly supported structure.
In addition, the center of the electromechanical transducer 1 is directly joined to the support.
A central support structure may be used. <Third Embodiment> Next, the same parts as in FIGS.
Acceleration sensor having a cantilever structure and method for manufacturing the same
Will be described. 19 and 20 show a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a process chart showing a method for manufacturing the acceleration sensor in the embodiment.
You. First, as shown in FIG.
LiNbO as a and 12b ThreePhotoresist using substrate
Sandblast method using strike pattern as masking material
Thus, cantilever portions 11a and 11b were formed. Then
As shown in FIG. 19B, a cantilever portion 11a is formed.
Piezoelectric substrate formed with a piezoelectric substrate 12a and a cantilever 11b.
The plate 12b was joined by direct joining. Direct bonding is on
The two piezoelectric substrates 12 subjected to the hydrophilic treatment as described above
a and 12b are set so that the directions of the polarization axes are opposite to each other.
, And heat-treated. In this case, the piezoelectric
The direct bonding between the substrate 12a and the piezoelectric substrate 12b is made of silicon oxide.
It can also be performed via a buffer layer consisting of a thin film, etc.
is there. Next, as shown in FIG.
Chromium-gold is deposited on both sides of the
The poles 13a and 13b were formed. With this, the cantilever structure
A bimorph-type electromechanical transducer 15 was obtained. Machine
The mechanical-electrical transducer 15 is provided with openings in the piezoelectric substrates 12a and 12b.
The periphery is supported as a support. Also, the piezoelectric substrate 1
The surface of the electrode 2a on the same side as the electrode 13a is electrically connected to the electrode 13a.
In this state, the conductive layer 14a was formed. This conductive layer 14a
Is used to transfer the charge generated at the electrode 13a to the external electrode 20a (FIG. 2).
0 (b), (c)). Further
And a cantilever on the same side of the piezoelectric substrate 12b as the electrode 13b.
On the opposite side (right side in the figure) of the beam portion and the opening of the piezoelectric substrate 12b
The conductive layer 14b was formed so as to conduct. In this case,
The conductive layer 14a or the conductive layer 14b to the electrode 13a or the electrode 13
If it is formed simultaneously with b, the manufacturing process can be simplified.
Next, as shown in FIG. 20A, another LiNbOThree
Using a photoresist pattern as a masking material on the substrate
The concave portion 17 is formed by using a sand blast method, and the container 1 is formed.
6a and 16b were produced. The containers 16a, 16
b, the conductive layers 14a, 14 on the piezoelectric substrates 12a, 12b
a through hole 18 for electrical connection with
Was. Next, as shown in FIG.
The piezoelectric substrates 12a and 12b on which the commutators 15 are formed
The vessels 16a and 16b were joined by direct joining. to this
Thus, the electromechanical transducer 15 is placed in the containers 16a and 16b.
I contained it. In this case, the piezoelectric substrates 12a and 12b and the container
Direct bonding with 16a, 16b can be made from silicon oxide thin film
It is also possible to perform the process through a buffer layer. Cantilever
The beam is LiNbOThreePattern form from substrate to support at the same time
The support part may be bent because of the
LiNbO that also serves as a support part with the vessels 16a and 16bThreeBase
More firmly supported by the plate. Piezoelectric substrate (LiN
bOThree) 12a, 12b and container (LiNbO)Three) 16
a, a conductive layer (chromium-gold) 14
a, 14b, the piezoelectric substrates 12a,
It is difficult to directly join 2b and containers 16a and 16b.
However, the piezoelectric substrates 12a and 12b and the containers 16a and 16b
The bonding area is sufficiently large compared to the areas of the conductive layers 14a and 14b.
If it is strict, it can be firmly joined. Then,
The conductive layers 14a, 14b are inserted into the through holes 18 of the containers 16a, 16b.
Pour a conductive paste so as to be electrically connected to b
And fired to form through-fall conductive parts 19a, 19b
Done. Furthermore, a through hole is formed on the upper surfaces of the containers 16a and 16b.
The silver conductor is connected to the fall conductive portions 19a, 19b.
The external electrodes 20a and 20b were formed by printing ondium.
Thereby, the electrodes 13a, 1 on the electromechanical transducer 15
3b and the external electrodes 20a and 20b are electrically connected.
Was. Next, as shown in FIG.
The substrate is cut into individual acceleration sensors 104 using a
Was. The electromechanical transducer 15 has a cantilever structure,
It is firmly joined to 16a, 16b. FIG. 20 (c)
Acceleration sensor 104 applies acceleration in the vertical direction.
The mechanical-electrical transducer 15 swings up and down.
Move and bending vibration occurs. When bending vibration occurs, the pressure
One of the circuit boards 12a and 12b is distorted so as to extend, and the other is
Is distorted to shrink. Here, the piezoelectric substrate 12a and the piezoelectric substrate
12b are joined so that their polarization axes are in opposite directions to each other.
Therefore, the stress generated in the piezoelectric substrates 12a and 12b is
Despite being different from compressive stress and tensile stress, piezoelectric
Electric charges of the same polarity are generated on the substrate 12a and the piezoelectric substrate 12b.
You. That is, the piezoelectric substrates 12a and 12b have
An electromotive force is generated in the same direction. Therefore, the mechanical-electrical
The electrodes 13a and 13b formed on both sides of the commutator 15
A signal reflecting the magnitude of the speed can be obtained. machine
The length, thickness and width of the electrical transducer 15 are measured
Is determined in consideration of the frequency range of the acceleration. Measure
The frequency of acceleration becomes the resonance frequency of the electromechanical transducer 15
The sensitivity of the acceleration sensor 104 increases as approaching.
In the measurement frequency range, the sensitivity of the acceleration sensor 104 is
In order not to be very dependent on frequency,
The resonance frequency must be sufficiently separated from the measurement frequency range
It is. This can be achieved, for example, by measuring the highest resonance frequency.
Mechanical-electrical transducer 1 so that the frequency becomes twice the frequency
5 may be designed. As described above, according to the present embodiment,
If you do not use an adhesive layer such as an adhesive,
12a, 12b by joining directly firmly
-Since the electric transducer 15 is formed, variations in characteristics and vibration
Acceleration sensor 1 with high sensitivity without any dynamic attenuation
04 can be realized. Also, a mechanical-electrical transducer
15 are patterned from the piezoelectric substrate,
The variation of the shape of the air transducer 15 is small. In addition, machinery
Since the electrical transducer 15 is formed simultaneously with the support,
-Variation in the support state of the electric transducer 15 is small. this
Therefore, variations in the length of the cantilever are reduced,
Acceleration cell with extremely small variations in characteristics such as vibration frequency
Sensor can be realized. Also, a mechanical-electrical transducer
15, the support member and the containers 16a, 16b are made of the same material.
Because it can be formed, the effect of distortion due to temperature, etc.
A small acceleration sensor that is not subject to
Can be realized. In addition, a large number of
Since the acceleration sensor is manufactured at one time, mass production is possible.
Thus, it is possible to realize an acceleration sensor having excellent characteristics. Book
In the embodiment, the materials of the piezoelectric substrates 12a and 12b
As LiNbOThreeBut is not necessarily limited to this.
It is not specified, for example, LiTaOThreeAnd crystal
May be used. In the present embodiment, the container 1
LiNbO as a material for 6a, 16b ThreeUsing
However, it is not necessarily limited to this, for example,
LiTaOThreeUsing quartz, silicon, glass, etc.
Good. Preferably a piezoelectric substrate constituting the electromechanical transducer 15
The same material as the plates 12a, 12b is desirable, and optimally a machine
-Of the piezoelectric substrates 12a and 12b constituting the electric transducer 15;
A material having a thermal expansion coefficient close to that of the material is desirable. In addition, this implementation
In the embodiment, the material of the electrodes 13a and 13b is
Uses rom-gold, but is not necessarily limited to this
Instead of using, for example, gold, chrome, silver or alloy materials
May be. In the present embodiment, the roof
Conductive pace as a material of the conductive portions 19a and 19b.
But not necessarily limited to this.
Instead, for example, solder or silver solder may be used. Also,
In the present embodiment, the piezoelectric substrate (LiNbOThree) 1
Cantilever portions 11a, 11b were formed on 2a, 12b
Later, by joining these directly, bimorph type
Although the electromechanical transducer 15 is formed, the
The order is not limited, and two piezoelectric substrates (Li
NbOThree) Cantilever after directly joining 12a and 12b
The beams 11a and 11b may be formed. In addition, this implementation
In the embodiment, the cantilever portions 11a and 11b are formed.
After that, the electrodes 13a and 13b are formed.
The order of the electrodes 13a, 13b is not limited.
After forming the cantilever portions 11a and 11b
Is also good. In the present embodiment, the piezoelectric substrate 12
a, 12b cantilever parts 11a, 11b processing method and
How to process recesses 17 and through holes 18 in containers 16a and 16b
Although the sandblast method is used as the
However, the method is not limited to
Ching, wet etching, laser processing, ion beam
Processing, machining such as dicing and wire sawing,
Turret jet machining, electric discharge machining and the like may be used. Ma
In the present embodiment, the shapes of the electrodes 13a and 13b are
Although the vacuum deposition method is used as the formation method,
It is not limited to a method, for example, a sputtering method,
Vapor phase film forming methods such as CVD, and methods such as plating and printing
May be used. Also, in the present embodiment,
Electrodes 20a and 20b are provided on the upper surfaces of containers 16a and 16b
However, it is not necessarily limited to this configuration.
The container 16a, 16b,
You may provide so that it may follow. Also, in this embodiment,
The conductive layers 14a, 14b and the external electrodes 20a, 20b
Is provided with through holes 18 in the containers 16a and 16b.
But is not necessarily limited to this method.
It is not the thing which is cut out,
It may be performed by providing. The conductive layer 14
a, 14b form the electromechanical transducer 15
Piezoelectric substrate (LiNbO)Three) 12a, 12b and container
(LiNbOThree) 16a, 16b with sufficient strength
If not bonded, buffer the silicon oxide film on the bonding surface.
If it is formed as a layer and bonded through this, strong bonding strength
You can get the degree. <Fourth Embodiment> FIG. 21 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the acceleration sensor in a state. FIG.
As shown in FIG. 1, LiNbOThreeContainer 27b consisting of
Is a bimorph type electromechanical transducer 21
Provided in a supported state (double-supported beam structure). Ba
The immorph type electromechanical transducer 21 is a piezoelectric substrate (Li
NbOThree) 22a and 22b are directly joined,
It is configured. The container 27b also contains LiNbO
ThreeIs directly joined. This place
In this case, the direct joining between the container 27a and the container 27b is made of silicon oxide.
It can also be performed via a buffer layer consisting of a thin film, etc.
is there. In addition, on the outer surfaces of the containers 27a and 27b,
External electrodes 26a and 26b (26b not shown) are formed.
The external electrodes 26a and 26b are electrically
Electrically connected to electrodes 23a and 23b of commutator 21, respectively
Have been. As a result, the voltage on the electromechanical transducer 21 is
Extracting the charges generated at the poles 23a and 23b to the outside
Can be. Thus, the acceleration sensor 105 is configured.
ing. Acceleration sensor 1 having a doubly supported structure according to the present embodiment
05 is also manufactured by the same method as in the third embodiment.
Can be built. That is, as shown in FIG.
First, two piezoelectric substrates (LiNbOThree) 22a, 22b
And the piezoelectric substrates 22a and 22b are directly
Making bimorph type piezoelectric elements by contact bonding
I do. Next, the electrodes 23a and 23b are placed on the doubly supported beam.
To form a bimorph-type electromechanical transducer 21
You. Next, the external electrodes and the electrodes 23a and 23b are connected.
Conductive layers 24a and 24b (24b is not shown) for
To achieve. The mechanical-electrical converter 21 having the doubly supported structure has
As in the third embodiment, a large number are simultaneously formed on the substrate.
Mass productivity can be improved. Mechanical-electrical transducer 21
The third embodiment is applied to the piezoelectric substrates 22a and 22b on which
LiN with recesses and through holes formed using the same process as in the example
bOThreeThe substrates are directly bonded to form a container. Finally,
An external electrode and the like are provided to manufacture an acceleration sensor. Two-sided
When using a beam structure, a machine of the same length and thickness
Even with an electric conversion element, resonance is higher than in the case of a cantilever structure
Higher frequency, higher frequency acceleration
Can be measured. Of the mechanical-electrical transducer 21
Length, thickness and width are the frequency ranges of the acceleration to be measured.
It is determined in consideration of the surroundings. The frequency of the measured acceleration
As the resonance frequency of the mechanical-electrical transducer 21 approaches,
The sensitivity of the sensor 105 increases. Over the measurement frequency range
And the sensitivity of the acceleration sensor 105 is large with respect to the frequency.
In order to avoid resonance, set the resonance frequency to the measurement frequency.
It is necessary to keep it sufficiently away from the wave number range. For this
Is the frequency whose resonance frequency is twice the highest measurement frequency, for example.
It is sufficient to design the electromechanical conversion element 21 so that
No. As described above, according to the present embodiment, the adhesive
Of the piezoelectric substrates 22a and 22b without using an adhesive layer of
The strong direct bonding allows the electromechanical transducer 21
Formed, there is no variation in characteristics and no attenuation of vibration.
To realize an acceleration sensor with high sensitivity.
Wear. Further, the mechanical-electrical transducer 21 is connected to the containers 27a, 27
b, so that the mechanical-electrical transducer 2
1. High accuracy of positioning, length and support of double-supported beam
The state does not vary. As a result, the stability is high,
Measures up to high frequency range with extremely small characteristic variation
A possible small acceleration sensor can be realized. Ma
Further, the container 27a and the container 27b are directly joined.
Thereby, the container 27a and the container 27a can be used without using an adhesive.
Since the vessel 27b is firmly joined, the heat resistance of the joint surface is high.
It becomes. As a result, even if solder reflow is performed,
No gas is generated from the container 27a and the container 2
Since 7b is in a hermetically sealed state, the characteristics are degraded.
And a highly reliable acceleration sensor
You. In the present embodiment, the piezoelectric substrates 22a, 22
LiNbO as material of 2bThreeIs used, but always
Is not limited to this, for example, LiTaO
ThreeOr quartz may be used. In the present embodiment,
Is LiNbO as a material of the containers 27a and 27b. ThreeFor
Is not necessarily limited to this,
For example, LiTaOThree, Crystal, silicon, glass, etc.
May be used. Preferably, the electromechanical transducer 21 is formed.
The same material as that of the piezoelectric substrates 22a and 22b
Includes a piezoelectric substrate 22a constituting the electromechanical transducer 21,
A material having a thermal expansion coefficient close to that of the material 22b is desirable. <Fifth Embodiment> FIG. 23 shows a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the shock detection device in the state. In FIG.
As shown, the present shock detection device includes an acceleration sensor 40,
The signal output from the acceleration sensor 40 is converted and amplified.
Amplifying circuit 41 and a signal output from amplifying circuit 41
A comparison circuit 42 for comparing a reference signal and recording a shock
A storage device 43 for displaying, a display device 44 for displaying an impact,
Controls the comparison circuit 42, the storage device 43, and the display device 44
And a control circuit 45. Control circuit 45
Therefore, the control device of the device in which the impact detection device is incorporated
Part of the device can also be used. Where the acceleration sensor
The acceleration sensor of the first embodiment (FIG.
6) is used. FIG. 24 shows the configuration of the amplifier circuit.
You. As shown in FIG. 24, the acceleration sensor 40
A resistor R is connected to the gate of the transistor (FET).1And parallel
Are connected to the signal output from the acceleration sensor 40.
The signal is input to the gate of a field effect transistor (FET)
Is done. In the frequency characteristics of this circuit,
The toe-off frequency is determined by the resistance R1And the capacitance of the acceleration sensor 40
Quantity C1And fc= 1 / 2πR1C1In table
Is done. Therefore, fcAt lower frequencies, the output
Will decrease. The capacitance C of the acceleration sensor 401
If there is a large variation in the cutoff frequency fcNiba
Fluctuation occurs, and the lowest measurable frequency changes. Piezoelectric
In an acceleration sensor using ceramic, the variation in capacitance
There is about 20% variation and the cut-off frequency is about the same
Get on. However, by directly bonding the piezoelectric single crystal substrate of the present invention,
In the manufactured acceleration sensor 40, the capacitance C1Rose
Is sufficiently small as 7% or less, so that the cutoff frequency f
cIs also stable, even at low frequency acceleration.
Output is obtained. The signal output from the acceleration sensor 40
The signal is converted and amplified by the amplifier circuit 41. Amplifier circuit
The signal output from 41 is input to comparison circuit 42.
In the comparison circuit 42, the signal output from the amplification circuit 41 is
It is determined whether the signal is larger or smaller than the reference signal. An example
For example, when a shock of 10G or more is applied, the shock is recognized.
And record or display it.
I will tell. FIG. 25 shows the acceleration cell described in the first embodiment.
The output voltage when the output of the sensor is measured by the circuit of FIG.
And the relationship between acceleration and acceleration. As shown in FIG.
Connected to the acceleration sensor 40 when an acceleration of
The magnitude of the signal output from the amplified circuit 41 is 64 mV
It is. In this case, the control circuit 45 outputs 6 as the reference signal.
4 mV is input to the comparison circuit 42. In the comparison circuit 42,
This reference signal is compared with the output signal from the amplifier circuit 41,
When the signal output from the amplification circuit 41 is larger
Generates an output signal and sends it back to the control circuit 45. This
As a result, a shock larger than the standard 10G is applied.
This can be made to be recognized by the control circuit 45. control
The circuit 45 receives a shock larger than the reference 10G.
Command to the storage device 43 to store the
it can. At this time, the magnitude of the acceleration and the date and time when the acceleration was received
Etc. can be recorded. Further, the control circuit 45
If a shock greater than the standard 10G
The display device 44 displays the magnitude and date and time of the strike.
And the display device 44 displays the information. Ma
The control circuit 45 incorporates this impact detection device.
To avoid malfunction and destruction of the entire equipment
You can also issue an order. For example, this shock detection device
If the device is installed on the hard disk,
Instantly writes information from the head to the disc
Stop so that the head does not break when hitting the disc
The head can be commanded to retract. Also,
If this shock detector is installed in a mobile phone,
Command to self-diagnose if there is no
it can. The shock sensor of the present embodiment has an acceleration sensor.
As the acceleration sensor, the acceleration sensor according to the first embodiment (FIG.
Since 6) is used, the sensitivity variation of the acceleration sensor
There is no variation in the resistance and capacitance. As a result, measurement of acceleration
Constant accuracy is high, compared to the reference value when detecting impact
That can make accurate and accurate judgments using a comparison circuit
A detection device can be realized. In addition, shock detection device
Was configured as above, so the impact was detected and recorded
Control circuit to determine the action to protect the equipment from shocks.
To provide a shock detection device capable of giving instructions
Can be.

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接着剤などの接着層を用いることなく圧電基板が直接接
合されることによって機械−電気変換子が構成されるの
で、加速度によって機械−電気変換子に撓み振動が発生
したときに、圧電基板に損失なく応力を発生させること
ができる。その結果、大きな起動力が得られるので、高
い感度を有する加速度センサを実現することができる。
また、圧電基板の接合が均一となるため、機械−電気変
換子の共振周波数や感度のばらつきが極めて小さくな
る。さらに、圧電基板間に接着層が介在しないために、
温度変化によって機械−電気変換子の振動特性が変化す
ることはない。また、接着剤を用いることなく、機械−
電気変換子が支持体に直接接合されるので、機械−電気
変換子の支持位置のばらつきが小さくなる。その結果、
共振周波数のばらつきの小さい加速度センサを実現する
ことができる。また、接着剤を用いることなく、機械−
電気変換子が支持体に直接接合されるので、加速度が損
失なく機械−電気変換子に伝達される。また、機械−電
気変換子と支持体との間に接着層が介在しないために、
温度変化によって支持状態が変化することもない。ま
た、接着剤を用いることなく、機械−電気変換子の支持
体が容器に直接接合されるので、支持体が容器に強固に
接合された状態となる。その結果、実装面に生じた加速
度が容器を通じて損失なく支持体に伝達され得る感度の
高い加速度センサを実現することができる。また、接着
剤を用いることなく、圧電素子を構成する圧電基板が容
器に直接接合されるので、機械−電気変換子が容器に強
固に接合された状態となる。その結果、容器が受けた加
速度を損失なく機械−電気変換子に伝達することがで
き、感度の高い加速度センサを実現することができる。
また、支持部材の役目を容器が担うことになるので、構
成部材の数を削減することができる。また、接着剤を用
いることなく、容器を構成する各部分同士が強固に接合
されるので、接合面の耐熱性が高くなる。その結果、半
田リフローなどを行っても、接合部からガスが発生する
ことはなく、容器を構成する各部分同士が気密封止され
た状態となるので、特性が劣化することのない高い信頼
性を有する加速度センサを実現することができる。
As described above, according to the present invention,
Since the mechanical-electrical transducer is configured by directly bonding the piezoelectric substrate without using an adhesive layer such as an adhesive, when the mechanical-electrical transducer flexes and vibrates due to acceleration, loss occurs in the piezoelectric substrate. Without stress. As a result, a large starting force is obtained, so that an acceleration sensor having high sensitivity can be realized.
Further, since the bonding of the piezoelectric substrates becomes uniform, variations in the resonance frequency and sensitivity of the electromechanical transducer become extremely small. Furthermore, because there is no adhesive layer between the piezoelectric substrates,
The vibration characteristics of the electromechanical transducer do not change due to the temperature change. In addition, without using an adhesive,
Since the electric transducer is directly joined to the support, the variation in the support position of the electromechanical transducer is reduced. as a result,
An acceleration sensor having a small variation in resonance frequency can be realized. In addition, without using an adhesive,
Since the electrical transducer is bonded directly to the support, acceleration is transmitted to the electromechanical transducer without loss. Further, since there is no adhesive layer between the electromechanical transducer and the support,
The supporting state does not change due to the temperature change. Moreover, since the support of the electromechanical transducer is directly joined to the container without using an adhesive, the support is firmly joined to the container. As a result, it is possible to realize a highly sensitive acceleration sensor capable of transmitting the acceleration generated on the mounting surface to the support through the container without loss. Further, the piezoelectric substrate constituting the piezoelectric element is directly joined to the container without using an adhesive, so that the electromechanical transducer is firmly joined to the container. As a result, the acceleration received by the container can be transmitted to the electromechanical transducer without loss, and a highly sensitive acceleration sensor can be realized.
Further, since the container plays the role of the support member, the number of constituent members can be reduced. In addition, since the respective parts constituting the container are firmly joined without using an adhesive, the heat resistance of the joint surface is increased. As a result, even when solder reflow or the like is performed, no gas is generated from the joint portion, and each part constituting the container is in a state of being hermetically sealed, so that high reliability without deterioration of characteristics is achieved. Can be realized.

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

【図1】本発明の第1の実施例における加速度センサに
用いる機械−電気変換子を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a mechanical-electrical converter used for an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例における加速度センサに
用いる機械−電気変換子の製造方法における直接接合の
各段階の圧電基板の界面状態を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view showing an interface state of a piezoelectric substrate at each stage of direct bonding in a method of manufacturing a mechanical-electrical transducer used for an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例における加速度センサに
用いる機械−電気変換子の他の例を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing another example of the electromechanical transducer used for the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例における片持ち梁構造の
バイモルフ型機械−電気変換子を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a bimorph-type electro-mechanical transducer having a cantilever structure according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例における片持ち梁構造の
バイモルフ型機械−電気変換子を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a bimorph-type electro-mechanical transducer having a cantilever structure according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例における加速度センサの
一例を示す分解斜視図である。
FIG. 6 is an exploded perspective view showing an example of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施例における片持ち梁構造の
バイモルフ型機械−電気変換子に撓み振動が発生した場
合の様子を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state where bending vibration occurs in a bimorph-type mechanical-electrical converter having a cantilever structure according to the first embodiment of the present invention.

【図8】圧電基板の結晶軸とカット角との関係を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a crystal axis of a piezoelectric substrate and a cut angle.

【図9】LiNbO3 基板のカット角と圧電定数との関
係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a cut angle of a LiNbO 3 substrate and a piezoelectric constant.

【図10】本発明の第1の実施例における加速度センサ
の周波数特性図である。
FIG. 10 is a frequency characteristic diagram of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第1の実施例における加速度センサ
のカット角を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a cut angle of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図12】水晶基板のカット角と圧電定数との関係を示
す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a cut angle of a quartz substrate and a piezoelectric constant.

【図13】水晶基板のカット角と圧電定数との関係を示
す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a cut angle of a quartz substrate and a piezoelectric constant.

【図14】水晶基板のカット角と圧電定数との関係を示
す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a cut angle of a quartz substrate and a piezoelectric constant.

【図15】本発明の第2の実施例における加速度センサ
に用いる機械−電気変換子を示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a mechanical-electrical converter used for an acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第2の実施例における加速度センサ
の一例を示す分解斜視図である。
FIG. 16 is an exploded perspective view illustrating an example of an acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第2の実施例における加速度センサ
の一例を示す断面図である。
FIG. 17 is a sectional view illustrating an example of an acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第2の実施例における加速度センサ
の他の例を示す分解斜視図である。
FIG. 18 is an exploded perspective view showing another example of the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第3の実施例における加速度センサ
の製造方法を示す工程図である。
FIG. 19 is a process chart showing a method for manufacturing an acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第3の実施例における加速度センサ
の製造方法を示す工程図である。
FIG. 20 is a process chart showing a method for manufacturing an acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第4の実施例における加速度センサ
の一例を示す分解斜視図である。
FIG. 21 is an exploded perspective view illustrating an example of an acceleration sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第4の実施例における加速度センサ
の他の例を示す分解斜視図である。
FIG. 22 is an exploded perspective view showing another example of the acceleration sensor according to the fourth embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第5の実施例における衝撃検知装置
の回路構成図である。
FIG. 23 is a circuit configuration diagram of an impact detection device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図24】本発明の第5の実施例における衝撃検知装置
の増幅回路を示す回路図である。
FIG. 24 is a circuit diagram showing an amplifier circuit of an impact detection device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図25】本発明の第5の実施例における衝撃検知装置
で測定した場合の出力と加速度との関係を示す図であ
る。
FIG. 25 is a diagram illustrating a relationship between an output and an acceleration when measured by an impact detection device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図26】従来技術におけるバイモルフ型機械−電気変
換子を示す斜視図である。
FIG. 26 is a perspective view showing a bimorph-type electromechanical transducer according to the related art.

【図27】従来技術における片持ち梁構造のバイモルフ
型機械−電気変換子を示す断面図である。
FIG. 27 is a cross-sectional view showing a bimorph-type electro-mechanical transducer having a cantilever structure according to the related art.

【図28】従来技術における両持ち梁構造のバイモルフ
型機械−電気変換子を示す断面図である。
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a bimorph-type electro-mechanical transducer having a double-supported beam structure according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 機械−電気変換子 2a、2b 圧電基板 3a、3b 電極 5a、5b 導電性ペースト 7 導電層 9 外部電極 10 容器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mechano-electric converter 2a, 2b Piezoelectric substrate 3a, 3b Electrode 5a, 5b Conductive paste 7 Conductive layer 9 External electrode 10 Container

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨田 佳宏 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 川崎 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Yoshihiro Tomita 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (44)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相対する2つの主面を有する少なくとも
2つの圧電基板の前記主面同士が直接接合されて構成さ
れた圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に
形成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機
械−電気変換子を支持する支持体とを備えた加速度セン
サ。
1. A piezoelectric element comprising at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces directly joined to each other, and electrodes formed on two opposing main surfaces of the piezoelectric element. An acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer comprising: a support for supporting the mechanical-electrical transducer.
【請求項2】 2つの圧電基板の主面同士が、前記2つ
の圧電基板の構成原子が酸素及び水酸基からなる群から
選ばれる少なくとも1つを介して相互に結合することに
より接合されている請求項1に記載の加速度センサ。
2. The main surfaces of two piezoelectric substrates are joined by bonding the constituent atoms of the two piezoelectric substrates to each other via at least one selected from the group consisting of oxygen and a hydroxyl group. Item 2. The acceleration sensor according to item 1.
【請求項3】 2つの圧電基板が、分極軸の向きが互い
に逆方向となるように接合されている請求項1に記載の
加速度センサ。
3. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the two piezoelectric substrates are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other.
【請求項4】 2つの圧電基板がバッファ層を介して直
接接合されている請求項1に記載の加速度センサ。
4. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the two piezoelectric substrates are directly joined via a buffer layer.
【請求項5】 機械−電気変換子の一端が支持体に支持
されている請求項1に記載の加速度センサ。
5. The acceleration sensor according to claim 1, wherein one end of the electromechanical transducer is supported by a support.
【請求項6】 機械−電気変換子の両端が支持体に支持
されている請求項1に記載の加速度センサ。
6. The acceleration sensor according to claim 1, wherein both ends of the electromechanical transducer are supported by a support.
【請求項7】 圧電基板が結晶構造3m族の単結晶圧電
材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y
軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面がY軸とな
す角が+129°〜+152°の軸に垂直で、かつ、X
軸を含み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線
がX軸に垂直である請求項1に記載の加速度センサ。
7. A piezoelectric substrate made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of 3m group, wherein the single-crystal piezoelectric material has an X-axis and a Y-axis.
When the main surface of the piezoelectric substrate forms an angle with the Y-axis perpendicular to the axis of + 129 ° to + 152 °, and X
The acceleration sensor according to claim 1, wherein a line including an axis and connecting a center of gravity of the piezoelectric substrate and a center of the support portion is perpendicular to the X axis.
【請求項8】 圧電基板が結晶構造3m族の単結晶圧電
材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y
軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面がY軸とな
す角が−26°〜+26°の軸に垂直で、かつ、X軸を
含み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線がX
軸と平行である請求項1に記載の加速度センサ。
8. A piezoelectric substrate made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of 3m group, wherein the single-crystal piezoelectric material has an X-axis and a Y-axis.
When the axis and the Z axis are taken, the angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the Y axis is perpendicular to the axis of −26 ° to + 26 °, and includes the X axis. X connecting to
The acceleration sensor according to claim 1, wherein the acceleration sensor is parallel to the axis.
【請求項9】 圧電基板が結晶構造32族の単結晶圧電
材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y
軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面がX軸に垂
直で、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線がZ
軸と+52°〜+86°の角度をなす請求項1に記載の
加速度センサ。
9. A piezoelectric substrate made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of group 32, wherein the single-crystal piezoelectric material has an X-axis and a Y-axis.
When the axis and the Z axis are set, the main surface of the piezoelectric substrate is perpendicular to the X axis, and the line connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the supporting portion is Z.
The acceleration sensor according to claim 1, wherein the axis forms an angle of + 52 ° to + 86 ° with the axis.
【請求項10】 圧電基板が結晶構造32族の単結晶圧
電材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、
Y軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面がX軸と
なす角が−26°〜+26°の軸に垂直で、かつ、Y軸
を含み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が
Y軸に平行である請求項1に記載の加速度センサ。
10. The piezoelectric substrate is made of a single crystal piezoelectric material having a crystal structure of Group 32, and the crystal axis of the single crystal piezoelectric material is X-axis.
When the Y-axis and the Z-axis are used, an angle formed by the main surface of the piezoelectric substrate and the X-axis is perpendicular to an axis of −26 ° to + 26 °, and includes the Y-axis. The acceleration sensor according to claim 1, wherein a line connecting to the center is parallel to the Y axis.
【請求項11】 圧電基板が結晶構造32族の単結晶圧
電材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、
Y軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面がX軸と
なす角が+52°〜+68°の軸に垂直で、かつ、Z軸
を含み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が
Z軸に垂直である請求項1に記載の加速度センサ。
11. The piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of Group 32, and the single-crystal piezoelectric material has an X-axis and a X-axis.
When the Y-axis and the Z-axis are set, the angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the X-axis is perpendicular to an axis of + 52 ° to + 68 °, and includes the Z-axis. 2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein a line connecting the right and left is perpendicular to the Z axis.
【請求項12】 相対する2つの主面を有する少なくと
も2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成され
た圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形
成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械
−電気変換子を支持する支持体とを備え、前記機械−電
気変換子が前記支持体に直接接合されている加速度セン
サ。
12. A piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and an electrode formed on two opposing main surfaces of the piezoelectric element. An acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer comprising: and a support for supporting the mechanical-electrical transducer, wherein the mechanical-electrical transducer is directly joined to the support.
【請求項13】 機械−電気変換子を構成する圧電基板
と支持体とが、前記圧電基板の構成原子と前記支持体の
構成原子が酸素及び水酸基からなる群から選ばれる少な
くとも1つを介して相互に結合することにより接合され
ている請求項12に記載の加速度センサ。
13. The piezoelectric substrate and the support constituting the electromechanical transducer are connected via at least one of the constituent atoms of the piezoelectric substrate and the constituent atoms of the support selected from the group consisting of oxygen and hydroxyl groups. The acceleration sensor according to claim 12, wherein the acceleration sensor is joined by being connected to each other.
【請求項14】 機械−電気変換子を構成する圧電基板
と支持体とがバッファ層を介して直接接合されている請
求項12に記載の加速度センサ。
14. The acceleration sensor according to claim 12, wherein the piezoelectric substrate and the support constituting the electromechanical transducer are directly joined via a buffer layer.
【請求項15】 圧電基板と支持体とが同一の材料から
なる請求項12に記載の加速度センサ。
15. The acceleration sensor according to claim 12, wherein the piezoelectric substrate and the support are made of the same material.
【請求項16】 機械−電気変換子の一端が支持体に支
持されている請求項12に記載の加速度センサ。
16. The acceleration sensor according to claim 12, wherein one end of the electromechanical transducer is supported by a support.
【請求項17】 機械−電気変換子の両端が支持体に支
持されている請求項12に記載の加速度センサ。
17. The acceleration sensor according to claim 12, wherein both ends of the electromechanical transducer are supported by a support.
【請求項18】 相対する2つの主面を有する少なくと
も2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成され
た圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形
成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械
−電気変換子を支持する支持体と、前記機械−電気変換
子を収容する容器とを備え、前記支持体が前記容器に直
接接合されている加速度センサ。
18. A piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and an electrode formed on two opposing main surfaces of the piezoelectric element. An acceleration sensor comprising: a mechanical-electrical transducer consisting of: .
【請求項19】 容器と支持体とが、前記容器の構成原
子と前記支持体の構成原子が酸素及び水酸基からなる群
から選ばれる少なくとも1つを介して相互に結合するこ
とにより接合されている請求項18に記載の加速度セン
サ。
19. The container and the support are joined by bonding the constituent atoms of the container and the constituent atoms of the support to each other via at least one selected from the group consisting of oxygen and a hydroxyl group. The acceleration sensor according to claim 18.
【請求項20】 容器と支持体とがバッファ層を介して
直接接合されている請求項18に記載の加速度センサ。
20. The acceleration sensor according to claim 18, wherein the container and the support are directly joined via a buffer layer.
【請求項21】 容器と支持体とが同一の材料からなる
請求項18に記載の加速度センサ。
21. The acceleration sensor according to claim 18, wherein the container and the support are made of the same material.
【請求項22】 相対する2つの主面を有する少なくと
も2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成され
た圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形
成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械
−電気変換子を収容する容器とを備え、前記圧電素子を
構成する前記圧電基板が前記容器に直接接合されること
によって、前記機械−電気変換子が支持されている加速
度センサ。
22. A piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and an electrode formed on two opposing main surfaces of the piezoelectric element. A mechanical-electrical transducer comprising: and a container for accommodating the mechanical-electrical transducer, wherein the piezoelectric substrate constituting the piezoelectric element is directly joined to the container, whereby the mechanical-electrical transducer is Supported acceleration sensor.
【請求項23】 圧電基板と容器とが、前記圧電基板の
構成原子と前記容器の構成原子が酸素及び水酸基からな
る群から選ばれる少なくとも1つを介して相互に結合す
ることにより接合されている請求項22に記載の加速度
センサ。
23. A piezoelectric substrate and a container are joined by bonding atoms constituting the piezoelectric substrate and atoms constituting the container to each other via at least one selected from the group consisting of oxygen and a hydroxyl group. The acceleration sensor according to claim 22.
【請求項24】 圧電基板と容器とがバッファ層を介し
て直接接合されている請求項22に記載の加速度セン
サ。
24. The acceleration sensor according to claim 22, wherein the piezoelectric substrate and the container are directly joined via a buffer layer.
【請求項25】 圧電基板と容器とが同一の材料からな
る請求項22に記載の加速度センサ。
25. The acceleration sensor according to claim 22, wherein the piezoelectric substrate and the container are made of the same material.
【請求項26】 相対する2つの主面を有する少なくと
も2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成され
た圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形
成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械
−電気変換子を支持する支持体と、前記機械−電気変換
子を収容する少なくとも2つの部分からなる容器とを備
え、前記容器を構成する各部分同士が直接接合されてい
る加速度センサ。
26. A piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and an electrode formed on the two opposing main surfaces of the piezoelectric element. A mechanical-electrical converter comprising: a support for supporting the mechanical-electrical converter; and a container comprising at least two parts for accommodating the mechanical-electrical converter. Is an acceleration sensor that is directly bonded.
【請求項27】 容器を構成する各部分同士が、容器の
構成原子が酸素及び水酸基からなる群から選ばれる少な
くとも1つを介して相互に結合することにより接合され
ている請求項26に記載の加速度センサ。
27. The container according to claim 26, wherein the parts constituting the container are connected to each other by bonding the constituent atoms of the container to each other via at least one selected from the group consisting of oxygen and a hydroxyl group. Acceleration sensor.
【請求項28】 容器を構成する各部分同士がバッファ
層を介して直接接合されている請求項26に記載の加速
度センサ。
28. The acceleration sensor according to claim 26, wherein the respective parts constituting the container are directly joined via a buffer layer.
【請求項29】 相対する2つの主面を有する少なくと
も2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成され
た圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形
成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械
−電気変換子を支持する支持体とを備えた加速度センサ
の製造方法であって、前記2つの圧電基板の前記主面同
士を直接接合することによって圧電素子を形成すること
を特徴とする加速度センサの製造方法。
29. A piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and an electrode formed on the two opposing main surfaces of the piezoelectric element. A method of manufacturing an acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer comprising: A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising forming an element.
【請求項30】 親水化処理を施した2つの圧電基板の
主面同士を接合した後、熱処理を施すことにより、前記
2つの圧電基板の前記主面同士を直接接合する請求項2
9に記載の加速度センサの製造方法。
30. The method according to claim 2, wherein after the principal surfaces of the two piezoelectric substrates subjected to the hydrophilic treatment are joined, the principal surfaces of the two piezoelectric substrates are joined directly by performing a heat treatment.
10. The method for manufacturing an acceleration sensor according to item 9.
【請求項31】 相対する2つの主面を有する少なくと
も2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成され
た圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形
成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械
−電気変換子を支持する支持体とを備えた加速度センサ
の製造方法であって、前記支持体を前記圧電素子を構成
する前記圧電基板に直接接合することを特徴とする加速
度センサの製造方法。
31. A piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and an electrode formed on two opposing main surfaces of the piezoelectric element. A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer consisting of: A method for manufacturing an acceleration sensor.
【請求項32】 親水化処理を施した支持体と圧電基板
を接合した後、熱処理を施すことにより、前記支持体を
前記圧電基板に直接接合する請求項31に記載の加速度
センサの製造方法。
32. The method of manufacturing an acceleration sensor according to claim 31, wherein the support is bonded directly to the piezoelectric substrate by performing a heat treatment after bonding the support subjected to the hydrophilic treatment to the piezoelectric substrate.
【請求項33】 相対する2つの主面を有する少なくと
も2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成され
た圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形
成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械
−電気変換子を支持する支持体と、前記機械−電気変換
子を収容する容器とを備えた加速度センサの製造方法で
あって、前記支持体を前記容器に直接接合することを特
徴とする加速度センサの製造方法。
33. A piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and an electrode formed on the two opposing main surfaces of the piezoelectric element. A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: A method for manufacturing an acceleration sensor, wherein the method is directly joined to a container.
【請求項34】 親水化処理を施した支持体と容器を接
合した後、熱処理を施すことにより、前記支持体を前記
容器に直接接合する請求項33に記載の加速度センサの
製造方法。
34. The method for manufacturing an acceleration sensor according to claim 33, wherein the support is directly bonded to the container by performing a heat treatment after bonding the support subjected to the hydrophilic treatment and the container.
【請求項35】 相対する2つの主面を有する少なくと
も2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成され
た圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形
成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械
−電気変換子を収容する容器とを備えた加速度センサの
製造方法であって、前記圧電素子を構成する圧電基板を
前記容器に直接接合することを特徴とする加速度センサ
の製造方法。
35. A piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and an electrode formed on the two opposing main surfaces of the piezoelectric element. A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer comprising: A method for manufacturing an acceleration sensor.
【請求項36】 親水化処理を施した圧電基板と容器を
接合した後、熱処理を施すことにより、前記圧電基板を
前記容器に直接接合する請求項35に記載の加速度セン
サの製造方法。
36. The method for manufacturing an acceleration sensor according to claim 35, wherein after bonding the piezoelectric substrate subjected to the hydrophilic treatment and the container, the piezoelectric substrate is directly bonded to the container by performing a heat treatment.
【請求項37】 相対する2つの主面を有する少なくと
も2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成され
た圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形
成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械
−電気変換子を支持する支持体と、前記機械−電気変換
子を収容する少なくとも2つの部分からなる容器とを備
えた加速度センサの製造方法であって、前記容器の各部
分同士を直接接合することを特徴とする加速度センサの
製造方法。
37. A piezoelectric element formed by joining the main faces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main faces, and an electrode formed on the two opposing main faces of the piezoelectric element. A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer comprising: a support for supporting the mechanical-electrical transducer; and a container comprising at least two parts for accommodating the mechanical-electrical transducer. And a method of manufacturing an acceleration sensor, wherein each part of the container is directly joined to each other.
【請求項38】 親水化処理を施した容器の各部分同士
を接合した後、熱処理を施すことにより、前記容器の各
部分同士を直接接合する請求項37に記載の加速度セン
サの製造方法。
38. The method of manufacturing an acceleration sensor according to claim 37, wherein the respective portions of the container are subjected to a heat treatment after the respective portions of the container subjected to the hydrophilic treatment are joined to each other to directly join the respective portions of the container.
【請求項39】 相対する2つの主面を有する少なくと
も2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成され
た圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形
成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械
−電気変換子を収容する容器とを備えた加速度センサの
製造方法であって、複数の片持ち梁部又は両持ち梁部が
パターン形成された少なくとも2つの圧電基板を直接接
合して複数の圧電素子を形成する工程と、前記圧電素子
に対応する部位に凹部が形成された容器を前記圧電基板
に直接接合する工程と、前記圧電素子を含む個々の加速
度センサに分離する工程とを備えたことを特徴とする加
速度センサの製造方法。
39. A piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and an electrode formed on two opposing main surfaces of the piezoelectric element. A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer comprising: Directly bonding two piezoelectric substrates to form a plurality of piezoelectric elements, directly bonding a container having a concave portion formed at a portion corresponding to the piezoelectric elements to the piezoelectric substrate, and individually including the piezoelectric elements. Separating the acceleration sensor.
【請求項40】 相対する2つの主面を有する少なくと
も2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成され
た圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形
成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械
−電気変換子を収容する容器とを備えた加速度センサの
製造方法であって、少なくとも2つの圧電基板を直接接
合した後、複数の片持ち梁部又は両持ち梁部をパターン
形成して複数の圧電素子を形成する工程と、前記圧電素
子に対応する部位に凹部が形成された容器を前記圧電基
板に直接接合する工程と、前記圧電素子を含む個々の加
速度センサに分離する工程とを備えたことを特徴とする
加速度センサの製造方法。
40. A piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and an electrode formed on the two opposing main surfaces of the piezoelectric element. A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: a mechanical-electrical transducer comprising: and a container accommodating the mechanical-electrical transducer, wherein at least two piezoelectric substrates are directly joined, and then a plurality of cantilever portions or A step of forming a plurality of piezoelectric elements by patterning a doubly-supported beam, a step of directly bonding a container having a concave portion formed at a portion corresponding to the piezoelectric element to the piezoelectric substrate, and an individual step including the piezoelectric element. Separating the acceleration sensor into a plurality of acceleration sensors.
【請求項41】 圧電素子を形成した後に、前記圧電素
子の相対する主面に電極を形成する請求項39又は40
に記載の加速度センサの製造方法。
41. An electrode is formed on the opposite main surface of the piezoelectric element after forming the piezoelectric element.
3. The method for manufacturing an acceleration sensor according to claim 1.
【請求項42】 圧電基板に電極を形成した後に、片持
ち梁部又は両持ち梁部をパターン形成する請求項39又
は40に記載の加速度センサの製造方法。
42. The method of manufacturing an acceleration sensor according to claim 39, wherein after forming an electrode on the piezoelectric substrate, a pattern is formed on the cantilever portion or the doubly supported beam portion.
【請求項43】 電極を形成する際に、同時に圧電基板
上に導電層を形成する請求項41又は42に記載の加速
度センサの製造方法。
43. The method for manufacturing an acceleration sensor according to claim 41, wherein a conductive layer is simultaneously formed on the piezoelectric substrate when forming the electrodes.
【請求項44】 相対する2つの主面を有する少なくと
も2つの圧電基板の前記主面同士が接合されて構成され
た圧電素子と、前記圧電素子の相対する2つの主面に形
成された電極とからなる機械−電気変換子と、前記機械
−電気変換子を支持する支持体とを備えた加速度センサ
と、前記加速度センサから出力される信号を変換し、増
幅する増幅回路と、前記増幅回路から出力される信号と
基準となる信号とを比較する比較回路と、前記加速度セ
ンサが組み込まれた機器を制御する制御回路と、衝撃を
記録する記憶回路とを備えた衝撃検知装置。
44. A piezoelectric element formed by joining the main surfaces of at least two piezoelectric substrates having two opposing main surfaces, and an electrode formed on the two opposing main surfaces of the piezoelectric element. A mechanical-electrical transducer comprising: and an acceleration sensor including a support that supports the mechanical-electrical transducer; an amplifier circuit that converts and amplifies a signal output from the acceleration sensor; and An impact detection device comprising: a comparison circuit that compares an output signal with a reference signal; a control circuit that controls a device in which the acceleration sensor is incorporated; and a storage circuit that records an impact.
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