JPH11108951A

JPH11108951A - 圧電体素子

Info

Publication number: JPH11108951A
Application number: JP9271085A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kimura; 隆幸木村; Kazuo Hashimoto; 和生橋本
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】加速度センサのバイモルフ型圧電素子の特性の
ばらつきを減少させ、劣化の少ない、小型にしても高感
度の加速度センサ用圧電体素子を提供する。【解決手段】基板の両面に圧電体層を有する加速度を検
出するバイモルフ型圧電素子において、素子を支持する
部分を、素子の基板と一体化させることにより、支持部
位を接着剤で直接接着することを必要としない構造とし
た。圧電体層は、水熱合成で形成されることが好まし
く、基板としては、素子の特性に合うよう様々な材料か
ら選択できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加速度センサに係わ
り、これの備えるバイモルフ型検出素子の構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、加速度センサとしては、図１
〜３に示すような構成とされたバイモルフ型圧電素子
（以下、検出素子という）１を備えたものが一般的であ
り、この際における検出素子１は、共に短冊板形状とさ
れた上で主表面のそれぞれの上に信号取り出し電極２及
び中間電極３が形成された一対の圧電セラミック板４を
具備し、これらの圧電セラミック板４同士が各々の中間
電極３を介したうえで対面接合されたものとなってい
る。尚、ここでの圧電セラミック板４それぞれは、各々
の板厚方向に沿いつつ他方側とは逆となる向き（図中、
矢印Ｘ、Ｙで示す）に沿って予め分極されたものであ
る。

【０００３】そして、図１に示した両端支持の場合、検
出素子１の信号取り出し電極２それぞれと対向する両側
位置には、側面視「コ」字形状となった一対の支持部品
５が検出素子１を挟み込むようにしたうえで配置されて
おり、これらの支持部品５によって、検出素子１の長手
方向に沿う両端部がそれぞれ固定支持されている。すな
わち、ここでの検出素子１は、支持部品５でもって支持
されることにより両端支持型と言われる支持構造を有す
るものとなっている。

【０００４】この際における検出素子１の主表面上に形
成された信号取り出し電極２のそれぞれは外部引き出し
電極８、９と接続されている。そのため、このような従
来の形態にかかわる加速度センサでは、支持部品５内に
収納された検出素子１の中央部が加速度Ｇの印加時にお
ける慣性力の作用によって変形し、かつ、検出素子１の
変形に伴って各信号取り出し電極２に電荷が発生するこ
とになり、これらの信号取り出し電極２における電荷の
発生が外部引き出し電極８、９を通じて検知される結
果、加速度Ｇの印加状態が検出されることになる。

【０００５】また、図２に示した片端支持の場合、検出
素子１の信号取り出し電極２それぞれと対向する両側位
置には、側面視「コ」字形状となった一対の支持部品６
が検出素子１を挟み込むようにしたうえで配置されてお
り、これらの支持部品６によって、検出素子１の長手方
向に沿う片端部が固定支持されている。すなわち、ここ
での検出素子１は、支持部品６でもって支持されること
により片端支持型と言われる支持構造を有するものとな
っている。

【０００６】この際における検出素子１の主表面上に形
成された信号取り出し電極２のそれぞれは外部引き出し
電極８、９と接続されている。そのため、このような従
来の形態にかかわる加速度センサでは、支持部品６内に
収納された検出素子１の非支持端面が加速度Ｇの印加時
における慣性力の作用によって変形し、かつ、検出素子
１の変形に伴って各信号取り出し電極２に電荷が発生す
ることになり、これらの信号取り出し電極２における電
荷の発生が外部引き出し電極８、９を通じて検知される
結果、加速度Ｇの印加状態が検出されることになる。

【０００７】さらに、図３に示した中央支持の場合、検
出素子１の信号取り出し電極２それぞれと対向する両側
位置には、側面視「ヨ」字形状となった一対の支持部品
７が検出素子１を挟み込むようにしたうえで配置されて
おり、これらの支持部品７によって、検出素子１の長手
方向に沿う中央部が固定支持されている。すなわち、こ
こでの検出素子１は、支持部品７でもって支持されるこ
とにより中央支持型と言われる支持構造を有するものと
なっている。

【０００８】この際における検出素子１の主表面上に形
成された信号取り出し電極２のそれぞれは外部引き出し
電極８、９と接続されている。そのため、このような従
来の形態にかかわる加速度センサでは、支持部品７内に
収納された検出素子１の両端が加速度Ｇの印加時におけ
る慣性力の作用によって変形し、かつ、検出素子１の変
形に伴って各信号取り出し電極２に電荷が発生すること
になり、これらの信号取り出し電極２における電荷の発
生が外部引き出し電極８、９を通じて検知される結果、
加速度Ｇの印加状態が検出されることになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、検出素子で
ある圧電バイモルフを「コ」字形状あるいは「ヨ」字形
状の支持部品で挟み固定する場合、接着剤を用いるのが
通常であるが、接着剤の厚みや広がりが一定せず、接合
状態が不十分であったり、一定でない。その結果、製品
である検出素子の加速度検出精度が一致せずにばらつく
ということが起こってしまう。また、接合部に接着剤が
あるため、外部の衝撃がこの接着層で吸収され感度が低
下するという問題もある。また、接着剤の劣化などによ
る特性の経時変化などの問題もある。

【００１０】一方、加速度センサに対してより一層小型
化が要望されていることから、検出素子１そのものの小
型化を図る必要が生じている。しかしながら、検出素子
１をそのまま小型化したのでは、加速度の印加時におけ
る検出素子１の変形が微小となり、検出素子１の変形に
伴って発生する電荷量が小さくなりすぎる結果、加速度
センサにおける検出感度の大幅な低下を招くという不都
合が生じることになってしまう。

【００１１】本発明は、このような不都合に鑑みて創案
されたものであって、小型化しても十分な検出感度を持
ち、特性のばらつきや劣化の少ない加速度センサ用圧電
体素子を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、検出素子
の支持部に接着剤層を持たず、微少な加速度でも変形す
る圧電素子について鋭意研究した結果、本発明をなすに
至った。

【００１３】即ち、本発明は、加速度センサの加速度を
検出する、基板の両面に圧電体層を有するバイモルフ型
圧電素子において、素子を支持する部分が、素子の基板
と一体化していることを特徴とする加速度センサ用圧電
体素子に関する。

【００１４】また、本発明は、圧電体層が水熱合成法に
より形成した圧電結晶膜からなることを特徴とする前記
加速度センサ用圧電体素子に関する。

【００１５】また、本発明は、チタン金属、あるいは薄
板上にチタン薄膜を形成した基板に水熱合成法により形
成したＰＺＴ系圧電結晶膜から構成される前記加速度セ
ンサ用圧電体素子に関する。

【００１６】また、本発明は、基板上に設けられたチタ
ン金属面に水熱合成法により形成された圧電結晶膜の厚
みが１〜３０μｍであることを特徴とする前記加速度セ
ンサ用圧電体素子に関する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の、加速度センサの加速度
を検出する、基板の両面に圧電体層を有するバイモルフ
型圧電素子において、素子を支持する部分が、素子の基
板と一体化していることの一つの例を、図４（ａ）、
（ｂ）に示す。図４（ａ）は、両端支持型の加速度セン
サ用圧電素子の斜視図であり、（ｂ）はその断面図であ
る。圧電体層１０がバイモルフの基板１１の両面に形成
され、さらに、基板は支持部と一体化している。これに
より、バイモルフ部分を直接、接着剤等で支持すること
を避けることができる。

【００１８】基板として用いる材料には前記のチタン金
属のほか、表面にチタン薄膜を形成した薄板が用いられ
る。チタン薄膜を形成する薄板の材料として、金属や合
金板、表面を酸化処理した金属板、樹脂基板その他の絶
縁体基板を挙げることができる。金属や合金板としては
チタンの他に、ニッケル、鉄、銅、ステンレス、真鍮、
鉄・ニッケル合金、チタン・ニッケル合金などを挙げる
ことができる。樹脂基板としては、ポリスルフォン、ポ
リイミド、ポリカーボネート、ナイロン、ＰＥＴ、ポリ
プロピレンやポリフェニレンサルファイドなどを挙げる
ことができる。基板の厚みや形状によって、または基板
の選択によるヤング率の相違によってセンサの感度範囲
を広い範囲で制御することができる。

【００１９】圧電膜は、センサとして働く部分の基板に
チタンコーティングを行い、形成する。但し、チタン金
属を基板とする場合には支持部を他の金属や樹脂で保護
し、圧電膜の形成を防ぐ。支持部位と検出部位のバイモ
ルフ型振動子を一体化する事により検出部位に全く触れ
ずに加工、組立ができるようになり、取り扱いが容易と
なり、信頼性が向上する。

【００２０】本発明を構成する圧電結晶膜は、例えば特
開平０５−０５８６３４号公報、特開平０７−０９２０
２５号公報等に記載されているようにチタン金属やスパ
ッターして形成したチタン金属面などに水熱合成法によ
り形成したものを用いる。

【００２１】水熱合成法によって形成される圧電膜とし
ては、チタン酸ジルコン酸鉛系膜、チタン酸ジルコン酸
鉛系膜−ニオブ酸マグネシウム鉛複合系膜などの水熱合
成法を適用して得られる圧電結晶膜を挙げることができ
る。このようにして形成されたバイモルフ型振動子は膜
形成当初から分極しており、さらに、その分極方向は基
板を挟んで逆方向となっている。

【００２２】このバイモルフ型振動子は接着剤を用いて
いないので温度による特性の変化や経時変化がなく、し
かも振動損失が極めて小さいため、高性能なバイモルフ
型振動子が実現できる。

【００２３】本発明において、基板上のチタン金属面に
１〜３０μｍの厚さの圧電結晶膜水熱合成法により形成
した場合には面積や形状の自由度の大きな高感度の圧電
結晶膜を得ることができる。

【００２４】圧電結晶膜の厚さが１μｍ未満では膜の特
性が発揮できず、感度が著しく低下する。また、３０μ
ｍを超えると膜の剛性が大きくなり、たわみ量が少なく
なり、感度が低下する。

【００２５】本発明の圧電膜の好適な製造例として、チ
タン酸ジルコン酸鉛系の圧電結晶膜を基板上のチタン金
属面に形成する方法について詳述する。基板として、チ
タン金属あるいはチタンをコーティングした基板を選択
し、前記基板上に水熱合成によって圧電結晶膜を形成す
る。また、圧電結晶膜を水熱合成法により形成する際に
使用される鉛、ジルコニウム、チタン等の構成元素を含
有する原料化合物としては、塩化物、オキシ塩化物、硝
酸塩、水酸化物、酸化物等が好ましい。

【００２６】まずＰｂ（ＮＯ₃）₂水溶液５０ｍｍｏｌ／
ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ₂水溶液２０ｍｍ
ｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ₄水溶液０．
００２ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ
水溶液０．１ｍｏｌ／ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌの混合溶液
中に、前記基板を任意の場所に設置固定し、レイノルズ
数が２０００以下の状態、すなわち乱流にならない状態
で、１００〜１９０℃の温度で、０．２５〜２４時間水
熱による表面処理を行ない、Ｐｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x）Ｏ₃
（０≦ｘ≦１）からなる結晶核を形成する。

【００２７】次に結晶を成長させるため、Ｐｂ（Ｎ
Ｏ₃）₂水溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、
ＺｒＯＣｌ₂水溶液１．０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏ
ｌ／ｌ、ＴｉＣｌ₄水溶液１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍ
ｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液０．２ｍｏｌ／ｌ〜８．
０ｍｏｌ／ｌの混合溶液中に、前記配向性の結晶核が形
成された基板を入れて１００〜１４０℃、１〜９６時間
水熱処理を行なう。これにより基板上に圧電結晶膜が形
成される。水熱処理における加熱方法は油浴や電気炉等
による。その後一般的な洗浄を行なう。例えば、純水中
で超音波洗浄を行ない、ついで酢酸水溶液中で超音波洗
浄を行ない、さらに純水中で超音波洗浄を行ない、１０
０〜１２０℃で１２時間程度乾燥させる。

【００２８】こうして形成された圧電結晶膜の組成はＰ
ｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x）Ｏ₃（０≦ｘ≦１）からなってい
る。得られた圧電結晶膜の結晶状態はＸ線回折等により
確認される。

【００２９】本発明で得られる誘電体結晶膜を素子化す
る場合に使用される電極としては、特に限定されないが
コストや量産性を考慮し、最適なものが選定される。例
えば、スパッタリング法によるＮｉ、無電解メッキ法に
よるＮｉ、焼きつけタイプのＡｇ等も用いられる。な
お、基板に樹脂を用いる場合には、高温に加熱できない
ので焼付けタイプのＡｇは温度に注意が必要である。

【００３０】このようにして得られたセンサ素子を所定
の大きさに切り出して両端支持、あるいは片端支持、あ
るいは中央支持の支持部位を側面視「コ」字形状あるい
は「ヨ」字形状の保持部品に固定し、ケースにとりつけ
て加速度センサ素子とする。なお、素子の支持部分を保
持部品で固定する方法は、機械的に挟む方法でも、接着
剤で接着する方法でもよい。この部分の固定に接着剤を
用いても、加圧が十分に行えることと、直接振動するバ
イモルフに触れないことから、接着剤の影響は小さい。

【実施例】

【００３１】支持部位を検出部位と一体化したセンサ素
子の例を図４〜９に示す。図４（ａ）、図５（ａ）は両
端支持型の本発明実施の形態に係わる加速度センサの検
出素子を示す外観斜視図、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図
５（ｂ）、図５（ｃ）は両端支持型の本発明実施の形態
に係わる加速度センサの検出素子を示す断面図、図６
（ａ）、図７（ａ）は片端支持型の本発明実施の形態に
係わる加速度センサの検出素子を示す外観斜視図、図６
（ｂ）、図７（ｂ）、図６（ｃ）、図７（ｃ）は片端支
持型の本発明実施の形態に係わる加速度センサーの検出
素子を示す断面図、図８（ａ）、図９（ａ）は中央支持
型の本発明実施の形態に係わる加速度センサーの検出素
子を示す外観斜視図、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図８
（ｃ）、図９（ｃ）は中央支持型の本発明実施の形態に
係わる加速度センサーの検出素子を示す断面図の例であ
る。以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明す
る。

【００３２】実施例１図４（ａ）、図５（ａ）は両端支持型の本発明実施の形
態に係わる加速度センサーの検出素子を示す斜視図であ
る。

【００３３】本検出素子はダンベル型の基板の中央部分
の両面にチタン金属、あるいは下部電極をコーティング
した上に酸化チタンのコーティングを施し、（但し、基
板がチタン金属の場合は中央部分の両面以外をテフロン
などの不活性材料で保護することにより）その上にＰＺ
Ｔ系結晶膜を製膜し、さらに上部電極を形成したもので
ある。図４（ｂ）、図５（ｂ）はチタン金属基板を用い
た場合の検出素子の構成断面図、図４（ｃ）、図５
（ｃ）はチタン金属以外の基板を用い、基板中央部分に
チタン金属をスパッターなどの方法により形成した後、
ＰＺＴ系結晶膜を製膜した検出素子の構成断面図であ
る。

【００３４】本実施の形態に係わる加速度センサは図
４、図５で示すような検出素子を備えて構成されたもの
であり、この際における検出素子は、基板１１の両面に
前述の水熱合成法により形成されたＰＺＴ系圧電結晶膜
１０を備え、主表面のそれぞれ上に信号取り出し電極１
２が形成されている。これらのＰＺＴ系圧電結晶膜は基
板を介して各々の膜厚方向に沿いつつ他方側とは逆とな
る向き（図中、矢印Ｘ、Ｙで示す）に沿って膜形成と同
時に分極されている。

【００３５】そして検出素子の両側位置には基板材料と
同じ材質の支持部位が一体化して設けてあり、保持部品
に容易に固定されるようになっている。基板が金属など
の導電体の場合には支持部位の表面を不導体膜で被覆
し、信号取り出し電極１３を付与する。基板が不導体の
場合は上下のチタン面を短絡する必要がある。

【００３６】この際、検出素子の主表面上に形成された
信号取り出し電極１２のそれぞれは外部引き出し電極１
３に対して接続されている。従って、本実施の形態に係
わる加速度センサにおいては、保持部品内に収納された
検出素子の中央部分が加速度Ｇの印加時における慣性力
の作用によって変形し、この検出素子の変形に伴って各
信号取り出し電極１２に電荷が発生することになり、こ
れらの信号取り出し電極１２における電荷の発生が外部
引き出し電極１３を通じて検知される結果、加速度Ｇの
印加状態が検出されることになる。

【００３７】このような両端支持型の検出素子は図２の
片端支持の検出素子１よりも変形量が少なく、感度が低
いとされていた。しかし、変形（撓み）特性は他の支持
方法に比べて安定している。両端支持の場合は、検出素
子に浮遊端が無く、さらに、支持部位と一体化している
ため、節点を理想的に安定に保つことができ、振動損失
のない安定した出力を得ることができる。

【００３８】変形量については圧電結晶膜を成長させる
基板の種類、厚さ、圧電結晶膜の膜厚を選択することに
より、従来のセラミック薄板を加工したバイモルフ型検
出素子１よりも大きな変形量を得ることができ、大きな
変形量に対応した大きさの電荷が信号取り出し電極１３
において発生するので、両端支持の検出素子１１を備え
て構成された加速度センサでは、検出感度を維持もしく
は向上させながら小型化を図り得ることとなる。

【００３９】実施例２図６（ａ）、図７（ａ）は片端支持型の本発明実施の形
態に係わる加速度センサの検出素子を示す斜視図であ
る。

【００４０】本検出素子は検出部の板状基板の両面にチ
タン金属、あるいは下部電極をコーティングした上に酸
化チタンのコーティングを施し、（但し、基板がチタン
金属の場合は中央部分の両面以外をテフロンなどの不活
性材料で保護することにより）その上にＰＺＴ系結晶膜
を製膜し、さらに上部電極を形成したものである。図６
（ｂ）、図７（ｂ）はチタン金属基板を用いた場合の検
出素子の構成断面図、図６（ｃ）、図７（ｃ）はチタン
金属以外の基板を用い、検出部の板状基板部分にチタン
金属をスパッターなどの方法により形成した後、ＰＺＴ
系結晶膜を製膜した検出素子の構成断面図である。

【００４１】本実施の形態に係わる加速度センサは図６
（ａ）、図７（ａ）で示すような検出素子を備えて構成
されたものであり、この際における検出素子は、基板１
１の両面に前述の水熱合成法により形成されたＰＺＴ系
圧電結晶膜１０を備え、主表面のそれぞれ上に信号取り
出し電極１２が形成されている。これらのＰＺＴ系圧電
結晶膜は基板を介して各々の膜厚方向に沿いつつ他方側
とは逆となる向き（図中、矢印Ｘ、Ｙで示す）に沿って
膜形成と同時に分極されている。

【００４２】そして検出素子片端位置には基板材料と同
じ材質の支持部位が一体化して設けてあり、この検出部
位基板と一体化した保持部位によって検出素子の長手方
向に沿う片端が固定支持されている。ただし、片端支持
の場合、加速度の印加時に、検出部位と支持部位との境
界部に集中して変形が起こらないように、検出部の基板
の厚みを支持部位の近くでは徐々に厚くした形状とし、
この部分にも圧電膜を形成する。この非平面上での圧電
膜の形成は、水熱合成法の特徴である自由形状基板への
膜形成でのみ可能となるところである。

【００４３】この際、検出素子の主表面上に形成された
信号取り出し電極１２のそれぞれは外部引き出し電極１
３に対して接続されている。従って、本実施の形態に係
わる加速度センサにおいては、保持部品内に収納された
検出素子の中央部分が加速度Ｇの印加時における慣性力
の作用によって変形し、この検出素子の変形に伴って各
信号取り出し電極１２に電荷が発生することになり、こ
れらの信号取り出し電極１３における電荷の発生が外部
引き出し電極１２を通じて検知される結果、加速度Ｇの
印加状態が検出されることになる。

【００４４】このような片端支持型の検出素子は図１の
両端支持の検出素子１よりも変形量が大きく、感度が高
い。また、検出部位が支持部位と一体化しているため、
節点を理想的に安定に保つことができ、ばらつきのない
安定した出力を得ることができる。

【００４５】変形量については圧電結晶膜を成長させる
基板１１の種類、厚さ、圧電結晶膜の膜厚を選択するこ
とにより、従来のセラミック薄板を加工したバイモルフ
型検出素子１よりも幅広い変形量を得ることができ、幅
広い変形量に対応した大きさの電荷が信号取り出し電極
１２において発生するので、片端支持の検出素子を備え
て構成された加速度センサでは、幅広い検出感度を持ち
ながら小型化を図り得ることとなる。

【００４６】実施例３図８（ａ）、図９（ａ）は中央支持型の本発明実施の形
態に係わる加速度センサの検出素子を示す斜視図であ
る。

【００４７】本検出素子は中央の支持部位からのびた板
状基板の両面にチタン金属、あるいは下部電極をコーテ
ィングした上に酸化チタンのコーティングを施し、（但
し、基板がチタン金属の場合は中央部分の両面以外をテ
フロンなどの不活性材料で保護することにより）その上
にＰＺＴ系結晶膜を製膜し、さらに上部電極を形成した
ものである。図８（ｂ）、図９（ｂ）はチタン金属基板
を用いた場合の検出素子の構成断面図、図８（ｃ）、図
９（ｃ）はチタン金属以外の基板を用い、基板中央部分
にチタン金属をスパッターなどの方法により形成した
後、ＰＺＴ系結晶膜を製膜した検出素子の構成断面図で
ある。

【００４８】本実施の形態に係わる加速度センサは図８
（ａ）、図９（ａ）で示すような検出素子を備えて構成
されたものであり、この際における検出素子は、基板１
１の両面に前述の水熱合成法により形成されたＰＺＴ系
圧電結晶膜１０を備え、主表面のそれぞれ上に信号取り
出し電極１２が形成されている。これらのＰＺＴ系圧電
結晶膜は基板を介して各々の膜厚方向に沿いつつ他方側
とは逆となる向き（図中、矢印Ｘ、Ｙで示す）に沿って
膜形成と同時に分極されている。

【００４９】そして検出素子の信号取り出し電極１２そ
れぞれと対抗する両側位置には側面視「ヨ」字形状とな
った一対の保持部品が検出素子を挟み込むようにした上
で配置され、検出素子の中央部分が固定支持されてい
る。ただし、中央支持の場合、加速度の印加時に、検出
部位と支持部位との境界部に集中して変形が起こらない
ように、検出部の基板の厚みを支持部位の近くでは徐々
に厚くした形状とし、この部分にも圧電膜を形成する。
この非平面上での圧電膜の形成は、水熱合成法の特徴で
ある自由形状基板への膜形成でのみ可能となるところで
ある。

【００５０】この際、検出素子の主表面上に形成された
信号取り出し電極１２のそれぞれは外部引き出し電極１
３に対して接続されている。従って、本実施の形態に係
わる加速度センサにおいては、保持部品内に収納された
検出素子の両端部分が加速度Ｇの印加時における慣性力
の作用によって変形し、この検出素子の変形に伴って各
信号取り出し電極１２に電荷が発生することになり、こ
れらの信号取り出し電極１２における電荷の発生が外部
引き出し電極１３を通じて検知される結果、加速度Ｇの
印加状態が検出されることになる。

【００５１】このような中央支持型の検出素子は図１の
両端支持の検出素子１よりも変形量が大きく、感度が高
い。また、検出部位と支持部位を一体化しているため、
節点を理想的に安定に保つことができ、ばらつきのない
安定した出力を得ることができる。

【００５２】変形量については圧電結晶膜を成長させる
基板の種類、厚さ、圧電結晶膜の膜厚を選択することに
より、従来のセラミック薄板を加工したバイモルフ型検
出素子１よりも大きな変形量を得ることができ、大きな
変形量に対応した大きさの電荷が信号取り出し電極１３
において発生するので、両端支持の検出素子を備えて構
成された加速度センサでは、検出感度を維持もしくは向
上させながら小型化を図り得ることとなる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、加速度を検出す
る、基板の両面に圧電体層を有するバイモルフ型圧電素
子において、素子を支持する部分が、素子の基板と一体
化した構造にすることにより、バイモルフを直接接着剤
で固定する必要がなくなり、接着に起因する特性のばら
つきや、振動損失を押さえた小形で高感度の加速度セン
サ用圧電体素子を提供することができる。さらに、水熱
合成法によるＰＺＴ系圧電結晶膜を備えた検出素子を用
いる加速度センサでは両端支持、片端支持、中央支持い
ずれの構造を用いた場合でも検出素子の基板の種類、圧
電体膜の膜厚を最適に選択することにより、幅広い加速
度に対応することができ、結果として小型化をした場合
でも検出感度を保持、又は向上することができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】両端支持型加速度センサの斜視図

【図２】片端支持型加速度センサの斜視図

【図３】中央支持型加速度センサの斜視図

【図４】（ａ）水熱法圧電結晶膜を用いた両端支持型
加速度センサ用検出素子の斜視図（ｂ）水熱法圧電結晶膜を用いた両端支持型加速度セ
ンサ用検出素子の断面図；チタン金属基板（ｃ）水熱法圧電結晶膜を用いた両端支持型加速度セ
ンサ用検出素子の断面図；チタン金属以外の基板

【図５】（ａ）水熱法圧電結晶膜を用いた両端支持型
加速度センサ用検出素子の斜視図（ｂ）水熱法圧電結晶膜を用いた両端支持型加速度セ
ンサ用検出素子の断面図；チタン金属基板（ｃ）水熱法圧電結晶膜を用いた両端支持型加速度セ
ンサ用検出素子の断面図；チタン金属以外の基板

【図６】（ａ）水熱法圧電結晶膜を用いた片端支持型
加速度センサ用検出素子の斜視図（ｂ）水熱法圧電結晶膜を用いた片端支持型加速度セ
ンサ用検出素子の断面図；チタン金属基板（ｃ）水熱法圧電結晶膜を用いた片端支持型加速度セ
ンサ用検出素子の断面図；チタン金属以外の基板

【図７】（ａ）水熱法圧電結晶膜を用いた片端支持型
加速度センサ用検出素子の斜視図（ｂ）水熱法圧電結晶膜を用いた片端支持型加速度セ
ンサ用検出素子の断面図；チタン金属基板（ｃ）水熱法圧電結晶膜を用いた片端支持型加速度セ
ンサ用検出素子の断面図；チタン金属以外の基板

【図８】（ａ）水熱法圧電結晶膜を用いた中央支持型
加速度センサ用検出素子の斜視図（ｂ）水熱法圧電結晶膜を用いた中央支持型加速度セ
ンサ用検出素子の断面図；チタン金属基板（ｃ）水熱法圧電結晶膜を用いた中央支持型加速度セ
ンサ用検出素子の断面図；チタン金属以外の基板

【図９】（ａ）水熱法圧電結晶膜を用いた中央支持型
加速度センサ用検出素子の斜視図（ｂ）水熱法圧電結晶膜を用いた中央支持型加速度セ
ンサ用検出素子の断面図；チタン金属基板（ｃ）水熱法圧電結晶膜を用いた中央支持型加速度セ
ンサ用検出素子の断面図；チタン金属以外の基板

【符号の説明】

１加速度検出素子２信号取り出し電極３中間電極４圧電セラミックス板５センサ支持部品（両端支持）６センサ支持部品（片端支持）７センサ支持部品（中央支持）８、９外部引き出し電極１０圧電結晶膜１１基板１２信号取り出し電極基板１３外部引き出し電極２０チタン金属膜Ｘ，Ｙ分極方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加速度センサの加速度を検出する、基板
の両面に圧電体層を有するバイモルフ型圧電素子におい
て、素子を支持する部分が、素子の基板と一体化してい
ることを特徴とする加速度センサ用圧電体素子。
【請求項２】圧電体層が水熱合成法により形成した圧
電結晶膜からなることを特徴とする請求項１記載の加速
度センサ用圧電体素子。
【請求項３】チタン金属、あるいは薄板上にチタン薄
膜を形成した基板に水熱合成法により形成したＰＺＴ系
圧電結晶膜から構成される請求項２記載の加速度センサ
用圧電体素子。
【請求項４】基板上に設けられたチタン金属面に水熱
合成法により形成された圧電結晶膜の厚みが１〜３０μ
ｍであることを特徴とする請求項３記載の加速度センサ
用圧電体素子。