JPH11183510A - 加速度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 付加質量をばらつきなく、精度よく設け、感
度ばらつきの小さい加速度センサと該加速度センサを量
産性よく製造する製造方法を提供する。 【解決手段】 一方の主面に電極が形成された第１と第
２の圧電基板を、第１の圧電基板の他方の主面と第２の
圧電基板の他方の主面とを対向させて接合してなる電気
−機械変換子を備えた加速度センサであって、第１と第
２の圧電基板のうちの少なくとも一方において、一方の
端部を厚くすることにより該端部を付加質量部とした。

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。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化が進み、ノート
型パーソナルコンピュータ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（衝撃）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、ハードディスク装置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等の需要も高まっている。

【０００３】従来、加速度センサとしては、圧電材料を
用いたものが知られている。圧電型の加速度センサは、
加速度や振動による力を圧電効果によって電圧に変換し
出力するものである。これら圧電型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。また、圧
電型加速度センサを用いれば、小型化及び表面実装が可
能になると共に、コストダウンを図ることもできる。こ
の場合、圧電材料としては、ジルコン酸チタン酸鉛等の
圧電セラミック、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウ
ム等の圧電単結晶が用いられる。圧電型加速度センサと
しては、圧電基板を複数枚貼り合わせたり、シム基板と
呼ばれる弾性基板と圧電基板を貼り合わせたバイモルフ
構造の圧電素子を用い、この圧電素子の片端または中心
を支持した梁構造とするものが感度も高いこともあり、
多く用いられる。

【０００４】圧電型加速度センサの感度の周波数特性
は、梁構造の共振周波数に一致する周波数の加速度に対
しての感度が最も高く、共振周波数から離れるに従い、
感度は小さくなり、感度の周波数依存性が小さくなる。
一般的には、感度の周波数依存性が小さくなる共振周波
数から十分離れた低周波側の周波数領域で用いられる。
一般に、梁構造を用いた圧電型加速度センサの場合、感
度は梁の形状と圧電体の特性で決まる。感度を高めるた
めには、先端におもりとなる付加質量を設ける方法など
が採られている。先端部に付加質量を設けると、同じ加
速度を受けた場合でも、梁の内部により大きな歪みを発
生させ、多くの電荷を取り出すことができる。

【０００５】図１７に、従来の加速度センサの構造を示
す。加速度センサは、２枚の圧電基板を貼り合わせたバ
イモルフ構造の片もち梁により構成されている。圧電基
板の分極方向は互いに逆向きとなっている。梁の片方の
端は、支持体に接着されて固定されている。梁の先端部
には、付加質量が貼り付けられている。付加質量として
は、金属、セラミックや樹脂などで構成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】付加質量を設ける場
合、梁のどの位置に設けるかによって感度や共振周波数
がばらついてくる。すなわち、付加質量の設置位置がば
らつかないようにしなければならないという問題を有し
ていた。また、付加質量の重量もばらつかないことが重
要である。付加質量を接着剤などで貼り付ける場合、接
着剤の塗布量や塗布範囲などが共振周波数や感度にも影
響を与える。また、加速度センサを小型化するために、
梁の長さや幅が小さくなると、付加質量を取り付けるの
が困難であり、量産性も上がらないという問題も有して
いた。

【０００７】本発明は、付加質量を位置や重量のばらつ
きなく設けることができ、感度や共振周波数のばらつき
のらつきが極めて小さく、感度の高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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明に係る第１の加速度センサは、それぞれ一方
の主面に電極が形成された第１と第２の圧電基板を、上
記第１の圧電基板の他方の主面と上記第２の圧電基板の
他方の主面とを対向させて接合してなる電気−機械変換
子を備えた加速度センサであって、上記第１と第２の圧
電基板のうちの少なくとも一方において、一方の端部を
厚くすることにより該端部を付加質量部としたことを特
徴とする。上記第１の加速度センサによれば、少なくと
もいずれか一方の圧電基板と一体で付加質量を設けてい
るので、接着剤などを塗布して別の質量体をつける必要
がなく、量産性にも優れた加速度センサを提供できる。
また、上記第１の加速度センサは、上記第１と第２の２
枚の圧電基板を用いて構成されたバイモルフ構造を有
し、これによって、加速度に対する感度を高くできる。

【０００９】また、上記第１の加速度センサにおいて
は、上記第１と第２の圧電基板のうちの少なくとも一方
において、両端部を厚くすることにより一方の端部を付
加質量部とし、他方の端部を支持部として固定すること
が好ましい。このようにすると、支持部を基板の他方の
端部に一体で形成できるので、別の支持体に接着する場
合のように接着剤の付着強度の問題やはみ出しによる位
置精度の狂いを少なくでき、極めて精度が高くかつ安定
にして振動部を支持することができる。また、片もち梁
形状を精度よく形成でき、比較的共振周波数の低く感度
の高い加速度センサを得ることができる。

【００１０】また、上記第１の加速度センサにおいて
は、上記加速度センサにおいて、上記第１と第２の圧電
基板のうちの少なくとも一方において、両端部を厚くす
ることにより該両端部をそれぞれ付加質量部とし、かつ
上記厚くした両端部から所定の間隔を隔てて中央部を厚
くして該中央部を支持部として固定するようにしてもよ
い。このように、梁の中心部を支持するようにすると、
共振周波数を低くすることなく、静電容量を大きくする
ことができ、測定可能な周波数範囲を広くすることがで
きる。

【００１１】また、上記第１の加速度センサにおいて
は、支持部に比較して付加質量部を薄くすることが好ま
しい。このようにすると、電気−機械変換子を取り付け
るパッケージの一部に先端の付加質量部が接触しないよ
う空間を設ける必要がなく、構成をより簡単にできる。

【００１２】さらに、上記第１の加速度センサにおいて
は、上記第１と第２の圧電基板を、上記第１の圧電基板
の他方の主面と上記第２の圧電基板の他方の主面とをシ
ム基板を介して対向させて接合することが好ましい。こ
のようにシム基板を挟むことにより、小型でも強度を高
めることができ、耐衝撃性を高めることができる。

【００１３】また、上記第１の加速度センサにおいて
は、上記加速度センサにおいて、支持部に比較して付加
質量部を厚くしてもよい。このようにすると、先端の付
加質量を面積を大きくすることなく所定の質量を得るこ
とができる。

【００１４】本発明に係る第２の加速度センサは、一方
の主面に電極が形成された圧電基板と、一方の主面に電
極が形成されたシム基板とを、上記圧電基板の他方の主
面と上記シム基板の他方の主面とを対向させて接合して
なる電気−機械変換子を備えた加速度センサであって、
上記圧電基板と上記シム基板のうちの少なくとも一方の
端部を厚くすることにより該端部を付加質量部としたこ
とを特徴とする。上記第２の加速度センサによれば、上
記圧電基板と上記シム基板のうちのいずれか一方に、一
体で付加質量を設けているので、接着剤などを塗布して
別の質量体をつける必要がなく、量産性にも優れた加速
度センサを提供できる。

【００１５】また、上記第２の加速度センサにおいて
は、上記シム基板の端部を厚くすることにより該端部を
付加質量部とすることが好ましい。このように、圧電基
板でなく、シム基板を加工すると、圧電基板の圧電特性
を加工により劣化させることがなく、またシム基板とし
て加工性に富む材料を選ぶことにより加工を容易にでき
る。

【００１６】また、上記第２の加速度センサにおいて
は、上記圧電基板と上記シム基板のうちの少なくとも一
方において、両端部を厚くすることにより一方の端部を
付加質量部とし、他方の端部を支持部として固定するこ
とが好ましい。このように、支持部を基板の他方の端部
に一体で形成すると、極めて精度が高くかつ安定にして
振動部を支持することができる。また、片もち梁形状を
精度よく形成でき、比較的共振周波数の低く感度の高い
加速度センサを得ることができる。この場合、圧電基板
の加工時の劣化を防ぎかつ加工性の観点から上記シム基
板の両端部を厚くすることにより一方の端部を付加質量
部とし、他方の端部を支持部として固定することが好ま
しい。

【００１７】また、上記第２の加速度センサにおいて
は、上記圧電基板と上記シム基板のうちの少なくとも一
方において、両端部を厚くすることにより該両端部をそ
れぞれ付加質量部としかつ上記厚くした両端部から所定
の間隔を隔てて中央部を厚くして該中央部を支持部とし
て固定することが好ましい。このように、梁の中心部を
支持するようにすると、共振周波数を低くすることな
く、静電容量を大きくすることができ、測定可能な周波
数範囲を広くすることができる。

【００１８】また、上記第２の加速度センサにおいて
は、上記シム基板の両端部を厚くすることにより該両端
部をそれぞれ付加質量部としかつ上記厚くした両端部か
ら所定の間隔を隔てて中央部を厚くして該中央部を支持
部として固定することがさらに好ましい。このようにシ
ム基板を加工することにより、加工性を良くでき、圧電
基板の加工時の劣化を防ぐことができる。

【００１９】また、上記第２の加速度センサにおいて
は、上記支持部に比較して付加質量部を薄くすることが
好ましい。これによって、電気−機械変換子を取り付け
るパッケージの一部に先端の付加質量部が接触しないよ
う空間を設ける必要がなくなり、構成をより簡単にでき
る。

【００２０】また、上記第２の加速度センサにおいて
は、上記加速度センサにおいて、支持部に比較して付加
質量部を厚くしてもよい。このようにすると、先端の付
加質量を面積を大きくすることなく所定の質量を得るこ
とができる。

【００２１】本発明に係る第１の加速度センサの製造方
法は、それぞれ一方の主面に電極が形成された第１と第
２の圧電基板を、上記第１の圧電基板の他方の主面と上
記第２の圧電基板の他方の主面とを対向させて接合して
なる電気−機械変換子を備えた加速度センサの製造方法
であって、上記第１と第２の圧電基板を上記他方の主面
で対向させて接合する接合工程と、上記第１と第２の圧
電基板のうちの少なくとも一方において、一方の端部を
除いて研削する研削工程とを含み、該端部に付加質量部
を形成することを特徴とする。この第１の加速度センサ
の製造方法によれば、付加質量部を研削で形成すること
ができるため、質量体を貼り付ける必要がない。また、
付加質量の大きさ、質量が研削で決められるため、精度
を向上させることができ、ばらつきの少ない加速度セン
サを製造できる。また、研削のみで付加質量を形成でき
るため、量産性に優れる。

【００２２】上記第１の加速度センサの製造方法では、
上記研削工程において、一方の端部と他方の端部とを除
いて研削しすることにより、上記他方の端部に支持部を
容易に形成することができる。

【００２３】上記第１の加速度センサの製造方法では、
上記研削工程において、両端部と該両端部から所定の間
隔を隔てた中央部とを除いて研削することにより、上記
両端部に付加質量部と上記中央部に支持部を容易に形成
することができる。

【００２４】上記第１の加速度センサの製造方法では、
上記研削工程において、上記支持部とする部分を除いて
研削する工程した後、上記支持部とする部分と上記付加
質量部とする部分とを除いて研削することにより、上記
支持部を上記付加質量部より厚く形成することができ
る。

【００２５】上記第１の加速度センサの製造方法におい
て、上記接合工程は、上記第１の圧電基板の他方の主面
と上記第２の圧電基板の他方の主面とをそれぞれ鏡面研
磨する工程と、上記鏡面研磨した第１の圧電基板の他方
の主面と第２の圧電基板の他方の主面とをそれぞれ、親
水化処理する工程と、上記親水化処理された第１の圧電
基板の他方の主面と第２の圧電基板の他方の主面とを対
向させて密着させた後熱処理をする工程とを含み、上記
第１の圧電基板の他方の主面と上記第２の圧電基板の他
方の主面とを、各構成原子間において共有結合又はイオ
ン結合させることにより接合することが好ましい。尚、
この場合、各構成原子間において水酸基を介して共有結
合又はイオン結合させることにより接合するようにして
もよい。このようにすると、圧電基板の貼り合わせに接
着剤を用いず、圧電基板が原子層レベルで接合され、均
一で強固に接合された変換子が得られる。従って、この
方法で製造された加速度センサは、接着層が存在しない
ため振動が吸収されることなく、ばらつきのない高い感
度が得られる。

【００２６】本発明に係る第２の加速度センサの製造方
法は、一方の主面に電極が形成された圧電基板と、一方
の主面に電極が形成されたシム基板とを、上記圧電基板
の他方の主面と上記シム基板の他方の主面とを対向させ
て接合してなる電気−機械変換子を備えた加速度センサ
の製造方法であって、上記圧電基板の他方の主面と上記
シム基板の他方の主面を対向させて接合する接合工程
と、上記圧電基板と上記シム基板のうちの少なくとも一
方において、一方の端部を除いて研削する研削工程とを
含み、該端部に付加質量部を形成することを特徴とす
る。

【００２７】また、本発明に係る第２の加速度センサの
製造方法では、上記研削工程において、一方の端部と他
方の端部とを除いて研削し、上記他方の端部に支持部を
形成するようにしてもよい。

【００２８】また、本発明に係る第２の加速度センサの
製造方法では、上記研削工程において、両端部と該両端
部から所定の間隔を隔てた中央部とを除いて研削し、上
記両端部に付加質量部を形成しかつ上記中央部に支持部
を形成するようにしてもよい。

【００２９】また、本発明に係る第２の加速度センサの
製造方法では、上記研削工程において、上記支持部とす
る部分を除いて研削する工程した後、上記支持部とする
部分と上記付加質量部とする部分とを除いて研削するこ
とにより、上記支持部を上記付加質量部より厚く形成す
ることができる。

【００３０】また、本発明に係る第２の加速度センサの
製造方法において、上記接合工程は、上記圧電基板の他
方の主面と上記シム基板の他方の主面とをそれぞれ鏡面
研磨する工程と、上記鏡面研磨した圧電基板の他方の主
面とシム基板の他方の主面とをそれぞれ、親水化処理す
る工程と、上記親水化処理された圧電基板の他方の主面
とシム基板の他方の主面とを対向させて密着させた後熱
処理をする工程とを含み、上記圧電基板の他方の主面と
上記シム基板の他方の主面とを、各構成原子間において
共有結合又はイオン結合させることにより接合すること
が好ましい。尚、この場合、各構成原子間において水酸
基を介して共有結合又はイオン結合させることにより接
合するようにしてもよい。これによって、圧電基板の貼
り合わせに接着剤を用いず、圧電基板が原子層レベルで
接合することができ、均一で強固に接合された変換子が
得られる。従って、この方法で製造された加速度センサ
は、接着層が存在しないため振動が吸収されることな
く、ばらつきのない高い感度が得られる。

【００３１】また、本発明に係る第２の加速度センサの
製造方法では、上記研削工程において、上記シム基板を
研削することが好ましい。このように、シム基板を研削
するようにすれば、シム基板は加工性のよい材料を選定
することができるので、精度の高い加工が可能となり、
付加質量等を高い精度で、ばらつきなく形成することが
できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。 〈第１の実施の形態〉図１は本発明に係る第１の実施の
形態の電気−機械変換子１００を示す斜視図であり、該
電気−機械変換子１００は、例えば加速度センサに用い
られる。第１の実施の形態の電気−機械変換子１００
は、図１に示すように、それぞれ一方の主面が平坦にな
るように形成された２つの圧電基板１ａ，１ｂが、その
主面で互いに接合されて構成される。ここで、圧電基板
１ａ、１ｂは、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ
₃）からなる長方形状の圧電単結晶からなり、圧電基板
１ａと圧電基板１ｂは、分極軸の向きが互いに逆になる
ように接合されている。また、圧電基板１ａ、１ｂはそ
の両端の厚さが厚くなるように形成され、圧電基板１
ａ，１ｂの他方の主面にはそれぞれ、例えば、厚み０．
２μｍのクロム−金からなる電極４ａ、４ｂが、厚くな
った両端部分にわたって連続して形成されている。以上
のようにして、厚くなっている両端部のうち、一方の端
を付加質量５とし、他方の端を支持部６とする、片持ち
梁構造の機械−電気変換子１００が構成される。

【００３３】尚、圧電基板１ａ，１ｂの各部分の寸法
は、例えば、（１）圧電基板１ａ、１ｂの両端部の厚さ
（厚い部分）；１００μｍ、（２）圧電基板１ａ、１ｂ
の中央部の厚さ（薄い部分）；５０μｍ、（３）圧電基
板１ａ、１ｂの幅；０．５ｍｍ、（４）圧電基板１ａ、
１ｂの長さ；３．３ｍｍ、（５）圧電基板１ａ、１ｂの
付加質量部分の長さ；０．３ｍｍ、（６）圧電基板１
ａ、１ｂの支持部部分の長さ；１ｍｍ、（７）圧電基板
１ａ、１ｂの中央部（薄い部分）の長さ；２ｍｍ、とす
る。

【００３４】次に、電気−機械変換子１００の加速度検
出の原理を、図２を参照して説明する。第１の実施の形
態の電気−機械変換子１００に加速度が加わると、電気
−機械変換子１００がたわみ、内部に歪みが生じる。例
えば、図２の方向に歪みが加わると、上側の圧電基板１
ａは伸びる方向に歪み、下側の圧電基板１ｂは縮む方向
に歪む。この歪みによって、歪みに対応した分極が各圧
電基板１ａ，１ｂに誘起される。ここで、上述のように
圧電基板１ａ，１ｂは、互いに逆方向に分極されかつ歪
みを生じる方向が逆であるので、誘起される分極は互い
に同じ方向となり、各分極に対応した電位差が重畳され
た電位差が電極４ａ，４ｂ間に生じる。すなわち、加速
度による変位量に対応した電位差が、電極４ａ，４ｂ間
に生じるので、この電位差（又はこの電位差により流れ
る電流）を検出することにより、受けた加速度を検出す
ることができる。

【００３５】第１の実施の形態の電気−機械変換子１０
０は、支持部６とは反対側の先端を厚くすることによ
り、先端部に重りをつけたのと同等の効果が得られ、先
端の重りにより加速度を受けた場合に、梁（薄い部分）
がより撓みやすくなり、同じ加速度でも内部に発生する
歪みが大きくでき、電極４ａ，４ｂ間に発生する電位差
（電流値）を大きくでき、結果として高い感度を得るこ
とができる。

【００３６】次に、第１の実施の形態の電気−機械変換
子１００を用いて構成した加速度センサについて説明す
る。図３は、図１の電気−機械変換子１００を用いた加
速度センサ１０１の構成を示す斜視図であり、該加速度
センサ１０１は、以下詳述するようにパッケージ基板部
１０６とパッケージ蓋部とからなるパッケージ内に電気
−機械変換子１００が収納されて構成される。ここで、
パッケージ基板部１０６は、例えば、サンドブラスト等
の方法によって凹部１０８が形成された略直方体のアル
ミナからなり、以下のように電極及び導電層が形成され
る。すなわち、パッケージ基板部１０６の両端には、例
えばニッケルからなる外部電極１１１，１１２が形成さ
れ、パッケージ基板部１０６上には、外部電極１１１と
電気的に接続された導電層１０９と、外部電極１１２に
電気的に接続された導電層１１０とが形成される。尚、
導電層１０９は、電気−機械変換子１００の支持部６が
固定される（電極４ｂが接続される）部分から外部電極
１１１まで凹部１０８に沿って例えば銀−パラジウムを
用いて形成され、導電層１１０は、電気−機械変換子１
００が固定されたときに支持部６と近接する位置に例え
ば銀−パラジウムを用いて形成される。以上のように構
成されたパッケージ基板部１０６において、電気−機械
変換子１００は、凹部１０８の上に支持体６以外の部分
が位置するように支持体６が、導電性を有する接着剤に
よってパッケージ基板部１０６に固定されるとともに、
電極４ｂと導電層１０９とが導通される。また、導電層
１１０は、電気−機械変換子１００の電極４ａと接続ワ
イヤー１１３によって、電気的に接続される。

【００３７】また、パッケージ蓋部１０７は、パッケー
ジ基板部１０６と同様の材質からなり、少なくとも凹部
１０８と対向する部分に凹部が形成され、パッケージ基
板部１０６とパッケージ蓋部が合わされた状態で、電気
−機械変換子１００の支持部６を除く部分が自由に振動
できるように空間を形成する。

【００３８】以上のように構成することにより、電気−
機械変換子１００において生じた加速度による電極４
ａ，４ｂ間の電圧を外部電極１１１及び外部電極１１２
を介して取り出すことができる。図３の加速度センサに
おいては、電気−機械変換子１００は電極４を形成した
面が、パッケージ基板部１０６の上面に対向させて固定
しているので、パッケージ基板部１０６の上面に垂直な
方向の加速度に対する感度を有する。すなわち、パッケ
ージを実装する面に垂直方向の加速度を測定できる。

【００３９】図４の加速度センサは、図３の加速度セン
サとは異なる構成の例であり、該加速度センサにおい
て、図１の電気−機械変換子１００を、電極４ａ，４ｂ
を形成した面が、パッケージ基板部１０６の上面に対し
て垂直に固定し、導電層１０９と電極４ａとを導通さ
せ、かつ導電層１１０と電極４ｂとを導通させる。以上
のように構成された図４の加速度センサは、パッケージ
１０６の上面に平行な方向の加速度に対する感度を有す
る。すなわち、パッケージを実装する面に水平方向の加
速度を測定できる。

【００４０】次に、図５を参照しながら、第１の実施の
形態の電気−機械変換子１００の製造方法の一例を説明
する。本製造方法ではまず、それぞれ平坦な対向する表
面を有する２枚の圧電基板１ａ，１ｂを用意する。ここ
で圧電基板１ａ、１ｂは、例えば圧電単結晶であるニオ
ブ酸リチウムからなり、表面が鏡面研磨されている。ま
た、圧電基板１ａ，１ｂの厚さは、ともに１００μｍで
あり、それぞれ厚さ方向に分極されている。次に、図５
（ａ）に示すように、圧電基板１ａ、１ｂを互いの分極
方向が逆になるよう接合する。なお、本第１の実施の形
態の電気−機械変換子１００接合は図６に示す直接接合
法で行う事が好ましい。ここで、直接接合法を図６の直
接接合の原理を説明する。図６は、直接接合の各段階に
おける圧電基板の界面の状態を示す図であり、図６中、
Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃は圧電基板１ａ，１ｂ間の距離を示して
いる。まず、圧電基板１ａ、１ｂである２枚のニオブ酸
リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）基板の両面を鏡面研磨した。
次いで、これらの圧電基板１ａ、１ｂ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１ａ、１ｂに親水化処理を施す。これによ
り、図６（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、親水性になる（接合の前の状態）。

【００４１】次いで、図６（ｂ）に示すように、親水化
処理を施した２枚の圧電基板（ＬｉＮｂＯ₃）１ａ、１
ｂを、分極軸の向きが互いに逆方向となるようにして接
合する（Ｌ₁＞Ｌ₂）。これにより、脱水が起こり、圧電
基板（ＬｉＮｂＯ₃）１ａと圧電基板（ＬｉＮｂＯ₃）１
ｂは、−ＯＨ重合や水素結合などの引力により引き合っ
て接合される。次いで、上記のようにして接合した圧電
基板（ＬｉＮｂＯ₃）１ａ、１ｂに、４５０℃の温度で
熱処理を施す。これにより、図６（ｃ）に示すように、
圧電基板（ＬｉＮｂＯ₃）１ａの構成原子と圧電基板
（ＬｉＮｂＯ₃）１ｂ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、２ｂが原子レベルで強固に直接接合される。これ
によって、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る。あるいは、圧電基板（ＬｉＮｂ
Ｏ₃）１ａの構成原子と圧電基板（ＬｉＮｂＯ₃）１ｂ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１ａ、１ｂが原子レベルで強固に直接接合
される場合もある。また、ニオブ酸リチウムはイオン性
の結晶であり親水化処理により生じた水酸基もイオン性
が強く、水酸基を介してイオン結合することもあり得
る。ここで、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、上述の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。

【００４２】以上説明した直接接合は接着剤を使用しな
いので、接合界面に接着層が存在しない。しかしなが
ら、接着層は振動を吸収して感度を劣化させたり、ばら
つきの原因となったり、温度特性を劣化させたりする。
従って、直接接合を用いることにより振動吸収がなく、
ばらつきや温度変化のない接合を得ることができる。

【００４３】次に、以上のように直接接合により接合し
た圧電基板１ａの一部に深さ５０μｍとなるよう研削し
て、幅２ｍｍの複数の溝部２０１を形成する。ここで、
各溝部２０１は、一方の側に隣接するものとの間隔が２
ｍｍ（分割されたときに支持部となる部分）となり、他
方の側に隣接するものとの間隔が、０．６ｍｍ（分割さ
れたときに質量部となる部分）となるように形成する
（図５（ｂ））。同様に反対面の圧電基板１ｂにおい
て、溝２０１の直下の位置に深さ５０μｍとなるように
研削して、溝部２０２を形成する。これによって、溝２
０１と溝２０２との底面間の距離は１００μｍとなる
（図５（ｄ））。そして、圧電基板１ａ、１ｂの溝が形
成された面にそれぞれ、厚み０．２μｍのクロム−金電
極を蒸着して形成する（図５（ｅ））。その後、電極を
両面に形成した圧電基板１a、１ｂを、各溝間の中央部
でダイシングソーを用いて切断して、電気−機械変換子
を切り出す。これによって、支持部の長さが１ｍｍであ
って、付加質量部の長さが０．３ｍｍである電気−機械
変換子１００が切り出される（図５（ｆ））。

【００４４】以上の製造方法で、加速度センサに用いる
先端に付加質量のついた片もち梁型の電気−機械変換子
１００を作成することができる。付加質量部と支持体部
の長さと厚さのばらつきは、研削の精度及び切断の精度
によって決まるので、従来例の付加質量部を貼り付ける
ものに比較して、付加質量部と切断部のばらつきを小さ
くすることができ、感度のばらつきを小さくすることが
できる。また、付加質量部から支持部までの長さ、すな
わち梁の長さ、厚みも研削加工によって決まるので、梁
の長さ、厚さのばらつきが小さくすることができ、共振
周波数、感度、静電容量のばらつきを小さくすることが
できる。また、ウエハ状態の基板に梁、付加質量、支持
部を研削で一括して加工し、さらに電極を全面に形成し
たのち、個別に切断するだけで、電気−機械変換子を作
成でき、個別の電気−機械変換子に対して、質量体を接
着したり、加工したりする必要がないため、小型の加速
度センサであっても量産性を高くすることができる。

【００４５】以上のように、第１の実施例の形態によれ
ば、片もち梁形状の電気−機械変換子１００の自由振動
部の先端部に付加質量を精度よく形成することができ、
かつ支持部を精度よく形成できるため、感度ばらつきの
小さい加速度センサと量産性の高い製造方法を提供する
ことができる。尚、本実施の形態においては、圧電基板
１ａ、１ｂの材料としてＬｉＮｂＯ₃が用いたが、必ず
しもこれに限定されるものではなく、例えば、タンタル
酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、水晶、ランガサイト型圧
電結晶等の他の圧電単結晶や圧電セラミックスを用いて
もよい。ランガサイト型圧電結晶としては、Ｌａ₃Ｇａ₅
ＳｉＯ₁₄、Ｌａ₃Ｇａ_5.5Ｎｂ_0.5Ｏ₁₄、Ｌａ₃ Ｇａ_5.5Ｔ
ａ_0.5Ｏ₁₄などがある。また、第１の実施の形態におい
ては、パッケージ６、７の材料としてアルミナが用いた
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、樹脂、金属等や、圧電基板１ａ、１ｂと同様の
ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、水晶、ランガサイト型圧電
結晶等を用いてもよい。また、第１の実施の形態におい
ては、電極４ａ、４ｂの材料としてクロム−金が用いら
れているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、
例えば、クロム、金、銀又は合金材料等を用いてもよ
い。また、第１の実施の形態においては、導電層１０
９、１１０の材料としてニッケルが用いられているが、
必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、銀、
銀−パラジウム、金、金−パラジウム等を用いてもよ
い。また、付加質量部と支持部の厚さや長さは、実施の
形態で説明したものに限られるものではなく、測定すべ
き加速度に対応した適切の共振周波数に基づいて、適切
な値に設定される。

【００４６】また、第１の実施の形態においては、圧電
基板１ａ、１ｂの接合には、直接接合を用いたが、必ず
しもこれに限定されるものではなく、例えば、エポキシ
樹脂系などの接着剤を用いてもよい。

【００４７】〈第２の実施の形態〉次に、本発明に係る
第２の実施の形態の電気−機械変換子について説明す
る。図７は本発明の第２の実施の形態の電気−機械変換
子の構成を示す断面図である。この第２の実施の形態の
電気−機械変換子は、図７に示すように圧電基板１１
ａ、１１ｂが互いに分極方向が逆になるように接合さ
れ、支持体１６と付加質量１５が梁部とは厚さを変える
ことにより両端に形成されている。尚、本実施の形態２
の電気−機械変換子は、支持体１６を、先端の付加質量
部１５に比較して大きく（厚く）なるように形成した点
が第１の実施の形態と異なる。

【００４８】ここで、圧電基板１１ａ，１１ｂの各部分
の寸法は、例えば、（１）圧電基板１１ａ、１１ｂの支
持体部分の厚さ；０．５ｍｍ、（２）圧電基板１１ａ、
１１ｂの支持体部分の長さ；１ｍｍ、（３）圧電基板１
１ａ、１１ｂの中央部の厚さ（薄い部分）；５０μｍ、
（４）圧電基板１１ａ、１１ｂの幅；０．５ｍｍ、
（５）圧電基板１１ａ、１１ｂの長さ；３．３ｍｍ、
（６）圧電基板１１ａ、１１ｂの付加質量部分の厚さ；
０．２ｍｍ、（７）圧電基板１１ａ、１１ｂの付加質量
部分の長さ；０．３ｍｍ、（８）圧電基板１１ａ、１１
ｂの中央部（薄い部分）の長さ；２ｍｍ、とする。

【００４９】以上のように形成された第２の実施の形態
の電気−機械変換子は、例えば、第１の実施の形態１の
図３と同ように電気−機械変換子をパッケージに実装す
ることにより、実装面に垂直な方向の加速度を検出する
ことができるが、第２の実施形態の電気−機械変換子を
用いると、パッケージ基板部１０６に凹部１０８を設け
なくても、先端の付加質量が振動によりパッケージ１０
６に衝突しないようにできる。これによって、パッケー
ジの構造を簡単にできる。また、支持体が大きいのでパ
ッケージ基板部１０６への固定がしっかりでき、固定条
件のばらつきによる検出特性のばらつきが軽減できる。

【００５０】次に、第２の実施の形態の電気−機械変換
子２００の製造方法を図８を参照して説明する。まず、
図８（ａ）に示すように、例えば、厚さ０．５ｍｍの圧
電基板１１ａ、１１ｂを接合する。この接合方法は第１
の実施の形態と同様とした。次に圧電基板１１ａの上面
を支持体部となる部分を残して研削して溝部２１１を形
成する。圧電基板１１ａにおいて、研削後の溝部２１１
の厚さは、付加質量部の厚さと同じになるように、０．
２ｍｍとした。そして、図８（ｃ）に示すように、溝部
２１１において、付加質量部になる部分を残して、研削
後の厚さが０．０５ｍｍとなるようさらに研削して溝部
２１２を形成する。同様にして圧電基板１１ｂも研削に
より溝加工して溝部２１３を形成する（図８（ｄ））。
そして、第１実施形態と同様にして、加工した圧電基板
１１ａ、１１ｂの表面にそれぞれ、電極１４ａ，１４ｂ
を形成し（図８（ｅ））、個片に切断する（図８
（ｆ））。

【００５１】以上のように付加質量部と支持体部の厚さ
が異なる第２の実施の形態の電気−機械変換子の場合で
も、研削により電気−機械変換子を形成でき、精度に優
れ、感度ばらつきの小さい加速度センサが実現できる。
図７の電気−機械変換子２００とは異なり、図９に示す
ように付加質量２５の厚さが支持体２６より厚い場合で
も、図９と同様な工程で作成することができる。図９に
示す電気−機械変換子３００の場合、付加質量部の圧電
基板を大幅に厚くすることにより、先端に付加を集中さ
せ、より効果的に歪みを発生させ、高い感度を得ること
ができる。この図９の電気−機械変換子３００の場合、
図４のように、実装面に平行な方向の加速度を検知する
ように用いれば、パッケージに大きな凹みをつけること
がないため、図９の電気−機械変換子３００を使用する
上で問題となることはない。

【００５２】〈第３の実施の形態〉図１０は本発明の第
３の実施の形態の電気−機械変換子４００の断面図であ
る。電気−機械変換子４００は、例えば、ニオブ酸リチ
ウムからなる圧電基板３１ａ、３１ｂが互いに分極方向
が逆になるように接合されている。圧電基板３１ａは、
両端部と中央部では厚さが異なり、一方の端の厚さが厚
い部分が付加質量３５となり、他方が支持体３６とな
る。付加質量３５と支持体３６の部分の圧電基板３１ａ
の厚さは、例えば、０．２ｍｍとし、これ以外の梁部の
厚さは、例えば、０．０５ｍｍとする。また、付加質量
３５の長さは例えば０．３ｍｍ、支持体３６の長さは例
えば１．０ｍｍ、梁部の長さは例えば２．０ｍｍとす
る。圧電基板３１ｂは、平板で厚さは圧電基板３１ａの
梁部の厚さと同じ０．０５ｍｍとした。圧電基板３１
ａ、３１ｂを接合し、圧電基板３１ａを加工する工程
は、第１の実施形態と同様とした。圧電基板３１ｂは、
例えば、全面を研削して厚さ０．０５ｍｍとする。

【００５３】以上のように構成された第３の実施の形態
の電気−機械変換子は、支持体と付加質量は、研削で作
成するため、精度が高く、固定条件も一定するため感度
ばらつきを小さくできる。尚、第３の実施の形態におい
ては、支持体は、一方の面にしか設けられていないが、
加速度により先の薄い部分だけに歪みが生じるように剛
性の差を設け、言い換えると支持部が撓まず梁部だけが
撓むように支持部の厚さを十分厚く設定すれば、電気−
機械変換子４００の共振周波数は、実質的に支持体より
先の梁部の形状のみで決まり、ばらつきを小さくするこ
とが可能である。以上説明した第３の実施の形態のよう
に、付加質量は一方の面に形成しても、必要な質量を得
られればよい第１の実施の形態と同様の効果が得られ
る。

【００５４】第３の実施の形態の電気−機械変換子４０
０では、一方の面を溝加工するだけで製造できるので、
第１及び第２の実施の形態に比較して大幅に工程を簡略
化することができる。尚、第３の実施の形態において
は、圧電基板３１ａ、３１ｂの材料としてＬｉＮｂＯ₃
が用いられているが、必ずしもこれに限定されるもので
はなく、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａ
Ｏ₃）、水晶、ランガサイト型圧電結晶等の他の圧電単
結晶や圧電セラミックスを用いてもよい。ランガサイト
型圧電結晶としては、Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄、Ｌａ₃Ｇａ
_5.5Ｎｂ_0.5Ｏ₁₄、Ｌａ₃Ｇａ_5.5Ｔａ_0.5Ｏ ₁₄などを用い
てもよい。

【００５５】また、付加質量部と支持部の厚さや長さ
は、上述した例に限られるものではなく、測定周波数範
囲に応じて共振周波数を求め、設計すればよい。

【００５６】〈第４の実施の形態〉図１１（ａ）、
（ｂ）に本発明の第４の実施の形態における加速度セン
サの電気−機械変換子５００の断面図を示す。図１１
（ａ）の電気−機械変換子５００は、圧電基板４１ａと
４１ｂをシム基板４７の両面に接合したものである。圧
電基板４１ａと４２ｂは分極方向が互いに逆になるよう
に、シム基板４７を介して接合される。圧電基板４１ａ
と４１ｂは、例えばニオブ酸リチウムからなり、シム基
板４７は例えばガラスからなる。圧電基板４１ａ、４１
ｂは、付加質量４５及び支持体４６となる部分を除い
て、研削後の厚さが０．０２ｍｍとなるように研削加工
されている。ここで、圧電基板４１ａ、４１ｂにおい
て、付加質量及び支持体となる部分の厚さは、０．５ｍ
ｍであり、梁となる部分に比較して厚くなっている。ま
た、シム基板の厚さは例えば０．０５ｍｍとする。以上
のように構成された電気−機械変換子５００において、
一端は、片もち梁の先端の付加質量４５として作用し、
他端は支持体４６として用いる。付加質量４５の長さ
は、例えば０．３ｍｍ、支持体４６の長さは例えば２ｍ
ｍ、梁部の長さは、例えば２．５ｍｍとする。

【００５７】以上のように構成された第４の実施の形態
の電気−機械変換子は、第１から第３の実施の形態と同
様、圧電基板を研削することにより製造できるので、精
度よく、付加質量と支持体とを形成することができる。
尚、研削加工した基板からなる圧電素子４３の全面には
電極４４ａ、４４ｂが形成されている。電極４４ａ、４
４ｂは厚さ２０００Ａのクロム−金とした。シム基板４
７と圧電基板４１ａ、４１ｂの接合は、直接接合により
行った。直接接合を行うことにより、接合界面に振動吸
収や不安定さの要因となる接着層がないため、感度を向
上させることができ、かつ信頼性を向上させることがで
きる。

【００５８】以上の第３の実施の形態の電気−機械変換
子５００は、シム基板４７を用いることにより、電気−
機械変換子５００の強度を高めることができ、高い加速
度まで電気−機械変換子５００が壊れることなく精度よ
く測定することができる。また、シム基板４７を用いる
ことにより、圧電基板４１ａ、４１ｂを薄くして、表面
付近の歪みの大きな部分で効果的に電荷に変換するの
で、感度を高くすることができる。以上のように、本第
３の実施の形態の電気−機械変換子５００を加速度セン
サに用いることにより、高い加速度をうけても壊れるこ
とのない信頼性の高い、感度ばらつきの小さい加速度セ
ンサを精度よくかつ量産性よく製造することができる。
なお、図１１（ｂ）に示すように、圧電基板４１ａをシ
ム基板４７の片面だけに設けても、図１０の電気−機械
変換子と同様に、加速度を精度よく、高い加速度まで検
出することができる。

【００５９】また、本第３の実施の形態においては、圧
電基板４１ａ、４１ｂの材料としてＬｉＮｂＯ₃を例と
して挙げたが、本発明はこれに限定されず、例えば、Ｌ
ｉＴａＯ₃、水晶、ランガサイト型圧電結晶等の他の圧
電単結晶や圧電セラミックスを用いてもよい。また、本
実施の形態においては、シム基板４７の材料としてガラ
スを例として挙げたが、これに限定されないことはいう
までもなく、例えば、シリコンやステンレス、鉄、黄
銅、リン青銅などの金属を用いてもよい。また、本実施
の形態においては、電極４４ａ、４４ｂの材料としてク
ロム−金を例として挙げたが、必ずしもこれに限定され
るものではなく、例えば、クロム、金、銀又は合金材料
等を用いてもよい。また、付加質量部と支持部の厚さや
長さは、例示したものに限られるのもではなく、測定周
波数範囲に応じて共振周波数を求め、設計すればよい。
また、本実施の形態においては、圧電基板４１ａ、４１
ｂとシム基板４７の接合には、直接接合を用いたが、必
ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、エポキ
シ樹脂系などの接着剤を用いてもよい。

【００６０】〈第５の実施の形態〉図１２（ａ）に本発
明の第５の実施の形態の電気−機械変換子８００の断面
図を示す。該電気−機械変換子８００は、中心支持型の
電気−機械変換子である。図１２（ａ）の電気−機械変
換子８００は、例えばニオブ酸リチウムからなる圧電基
板７４ａと７４ｂとを、分極方向が互いに逆になるよう
に接合したものである。圧電基板７４ａ、７４ｂは、中
央部の支持体となる部分と両端部の付加質量となる部分
を除いて、研削後の厚さが０．０５ｍｍとなるように研
削加工され、両端部（付加質量となる部分）と中央部
（支持体となる部分）が厚さ０．５ｍｍと厚くなってい
る。すなわち、接合後の両端部分は、付加質量７５とし
て作用し、中央部は支持体７５として用いられる。ここ
で、付加質量７５の長さは、０．３ｍｍ、支持体４６の
長さは０．５ｍｍ、支持体４６の両側の梁部の長さはそ
れぞれ、２．０ｍｍとした。

【００６１】以上のように構成された第５の実施の形態
の電気−機械変換子８００は、圧電基板を研削すること
により製造できるので、精度よく、付加質量と支持体と
を形成することができる。尚、研削加工した基板からな
る圧電基板７１ａ，７１ｂの研削加工された面には電極
７４ａ、７４ｂが形成されている。電極７４ａ、７４ｂ
は、例えば厚さ２０００Ａのクロム−金とした。また、
圧電基板７１ａ、７１ｂの接合は、直接接合により行っ
た。直接接合を行うことにより、接合界面に振動吸収や
不安定さの要因となる接着層がないため、感度を向上で
き、かつ信頼性を向上させることができる。

【００６２】以上のように構成された電気−機械変換子
８００は、加速度センサーにおいて該変換子８００の中
央部に設けられた支持体７６で支持される。このように
中心支持型の電気−機械変換子８００は、片持ち梁型よ
り振動に対する安定性が高く、信頼性の高い加速度セン
サを作成することができる。また、片持ち梁型の場合、
圧電素子の静電容量を大きくするために、電気−機械変
換子の梁の長さを長くすると、梁の共振周波数が低下し
てしまうという問題があるが、中心支持型の場合、共振
周波数を高く保ち、広い測定周波数範囲をもちながら、
静電容量を大きくすることができる。

【００６３】以上のように、第５の実施の形態の電気−
機械変換子８００を加速度センサに用いることにより、
高い静電容量を有し、安定性に優れた感度ばらつきの小
さい加速度センサを精度よくかつ量産性よく製造するこ
とができる。なお、図１２（ｂ）に示すように、圧電基
板７１ａ、７１ｂの間に例えばシリコンからなるシム基
板７７を挟んでも、加速度を精度よく、高い加速度まで
検出することができる。また、第５の実施の形態におい
ては、圧電基板７１ａ、７１ｂの材料としてＬｉＮｂＯ
₃を例示したが、必ずしもこれに限定されるものではな
く、例えば、ＬｉＴａＯ₃、水晶、ランガサイト型圧電
結晶等の他の圧電単結晶や圧電セラミックスを用いても
よい。また、本実施の形態においては、シム基板７７の
材料としてシリコンを例示したが、必ずしもこれに限定
されるものではなく、例えば、ガラスやステンレス、
鉄、黄銅、リン青銅などの金属を用いてもよい。また、
第５の実施の形態においては、電極７４ａ、７４ｂの材
料としてクロム−金が用いられているが、必ずしもこれ
に限定されるものではなく、例えば、クロム、金、銀又
は合金材料等を用いてもよい。また、付加質量部と支持
部の厚さや長さは、上述した例に限定されるものではな
く、測定周波数範囲に応じて共振周波数を求め、設計す
ればよい。また、第５の実施の形態においては、圧電基
板７１ａ、７１ｂの接合には、直接接合を用いた例をし
めしたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例
えば、エポキシ樹脂系などの接着剤を用いて接着しても
よい。

【００６５】〈第６の実施の形態〉図１３（ａ）、
（ｂ）、図１４（ａ）、（ｂ）に本発明の実施の第６の
形態における加速度センサの電気−機械変換子の断面図
を示す。いずれも、シム基板を研削加工して付加質量と
支持体を形成した電気−機械変換子を用いたものであ
る。図１３（ａ）の電気−機械変換子６００は、圧電基
板５１ａと５１ｂは、例えばニオブ酸リチウムからな
り、シム基板５７は例えばシリコンからなる。シム基板
５７は、支持体となる部分及び付加質量となる部分とを
残して、研削後の厚さが０．０５ｍｍとなるように研削
加工され、支持体及び付加質量となる部分は厚さが０．
３ｍｍとなっている。そして、シム基板５７の梁の部分
（薄く研削加工した部分）の両側に０．０５ｍｍの厚さ
の圧電基板５１ａ、５１ｂが設けられている。尚、圧電
基板５１ａ、５１ｂは、分極の向きが互いに逆になるよ
うに設けられている。

【００６６】以上のように構成された電気−機械変換子
６００において、シム基板５７の厚くなった一端は、片
もち梁の先端の付加質量５５として作用し、もう一端は
支持体５６として用いる。付加質量５５の長さは、例え
ば０．３ｍｍ、支持体４６の長さは例えば２ｍｍ、梁部
の長さは、例えば２．５ｍｍとした。この第６の実施の
形態では、シム基板５７を研削することにより、精度よ
く、付加質量と支持体とを形成することができる。尚、
付加質量５５、支持体５６及び圧電基板５１ａ、５１ｂ
の表面には、電極５４ａ、５４ｂが形成されている。こ
の電極５４ａ、５４ｂは例えば厚さ２０００Ａのクロム
−金とした。また、シム基板５７と圧電基板５１ａ、５
１ｂの接合は、直接接合により行った。このように直接
接合を行うことにより、接合界面に振動吸収や不安定さ
の要因となる接着層がないため、感度を向上させること
ができ、かつ信頼性を向上させることができる。

【００６７】以上の第６の実施の形態では、シム基板５
７を用いることにより、電気−機械変換子６００の強度
が高まるため、高い加速度まで電気−機械変換子６００
が壊れることなく精度よく測定することができる。ま
た、シム基板５７を用いることにより、圧電基板５１
ａ、５１ｂを薄くし、表面付近の歪みの大きな部分を効
果的に電荷に変換し、感度を高くすることができる。圧
電基板は溝加工などすることなく平板を用いる代わり
に、シム基板を研削加工するため、圧電基板に研削加工
による影響、たとえば圧電特性の劣化などがないため、
高い感度を得ることができる。さらに、研削加工するシ
ム基板は加工性に富んだ材料を選択して用いることがで
きるため、研削加工の速度を上げることができ、量産性
をより高めることができる。また、第６の実施の形態の
電気−機械変換子６００を加速度センサに用いることに
より、高い加速度をうけても壊れることのない信頼性の
高い、感度ばらつきの小さい加速度センサを精度よくか
つ加工時間が短く、量産性よく製造することができる。

【００６８】なお、第６の実施の形態では、図１３
（ｂ）に示す電気−機械変換子６０１のように、圧電基
板５１ａをシム基板５７ａの片面だけに設けた構造とし
てもよい。以上のように構成した電気−機械変換子６０
１でも、図１３（ａ）の電気−機械変換子と同様、加速
度を精度よく、高い加速度まで検出することができる。
また、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように中心支持型の
電気−機械変換子６０３、６０４としてもよい。該電気
−機械変換子６０３、６０４は、図１２（ａ）、（ｂ）
の電気−機械変換子と同様に、加速度を精度よく、高い
加速度まで安定して検出することができる。また、第６
の実施の形態においては、圧電基板５１ａ、５１ｂの材
料としてＬｉＮｂＯ₃を例として挙げたが、必ずしもこ
れに限定されるものではなく、例えば、ＬｉＴａＯ₃、
水晶、ランガサイト型圧電結晶等の他の圧電単結晶や圧
電セラミックスを用いてもよい。また、第６の実施の形
態においては、シム基板５７の材料としてシリコンを例
として挙げたが、必ずしもこれに限定されるものではな
く、例えば、ガラスやステンレス、鉄、黄銅、リン青銅
などの金属を用いてもよい。また、第６の実施の形態に
おいては、電極５４ａ、５４ｂの材料としてクロム−金
を例として挙げたが、必ずしもこれに限定されるもので
はなく、例えば、クロム、金、銀又は合金材料等を用い
てもよい。また、付加質量部と支持部の厚さや長さは、
上述の例に限られるものではなく、測定周波数範囲に応
じて共振周波数を求め、設計すればよい。また、第６の
実施の形態においては、圧電基板５１ａ、５１ｂとシム
基板５７の接合には、直接接合を用いたが、必ずしもこ
れに限定されるものではなく、例えば、エポキシ樹脂系
などの接着剤を用いてもよい。

【００６９】〈第７の実施の形態〉図１５（ａ）に本発
明の第７の実施の形態の電気−機械変換子７００の断面
図を示す。図１５（ａ）の電気−機械変換子７００は、
例えばニオブ酸リチウムからなる圧電基板６４ａ，６４
ｂを、分極方向が互いに逆になるように接合したもので
ある。圧電基板６４ａ、６４ｂは、付加質量６５となる
先端部の一部を残して厚さ０．０５ｍｍとなるように研
削加工され、先端部の付加質量となる部分は、厚さが
０．５ｍｍと厚くなっている。この厚く残された先端部
は、接合後片持ち梁の付加質量６５として用いる。付加
質量６５の長さは、例えば０．３ｍｍ、支持体６６の長
さは例えば０．５ｍｍ、両側の梁部の長さは、例えば
２．０ｍｍとした。このように第７の実施の形態では、
圧電基板を研削することにより、精度よく、付加質量を
形成することができる。

【００７０】尚、圧電基板６１ａ，６１ｂの外側に面し
た主面にはそれぞれ、電極６４ａ、６４ｂが形成されて
いる。電極６４ａ、６４ｂは例えば厚さ２０００Ａのク
ロム−金とした。また、圧電基板６１ａ、６１ｂの接合
は、直接接合により行った。直接接合を行うことによ
り、接合界面に振動吸収や不安定さの要因となる接着層
がないため、感度を向上でき、かつ信頼性を向上させる
ことができる。以上のように構成された接合体６３は、
付加質量６５を設けた端と反対側の端が別の部材からな
る支持体６６に挟み込まれて接着剤を用いて接着され、
支持される。これにより、片持ち梁型の電気−機械変換
子７００が構成されている。以上の第７の実施の形態の
電気−機械変換子７００は、付加質量６５が研削加工で
形成されるため、加工精度が高く、ばらつきのない先端
付加質量を形成することができる。

【００７１】ここで、支持体６６は、接合体６３を実装
するパッケージの一部を利用することができる。このよ
うにすると、支持体６６を接合体６３に設ける必要がな
く、接合体６３の構造が簡単にでき、製造がより容易に
なる。また、支持体６６をパッケージなどと一体化する
ため、支持体を大きくすることができ、接合体６３は大
きな剛体にしっかりと固定でき、パッケージから加速度
が損失が少なく効率的に伝わるので、感度を向上させる
ことができる。以上のように、第７の実施の形態の電気
−機械変換子７００を加速度センサに用いることによ
り、安定性に優れた感度ばらつきの小さい加速度センサ
を精度よくかつ量産性よく製造することができる。ま
た、第７の実施の形態においては、圧電基板６１ａ、６
１ｂの材料としてＬｉＮｂＯ₃を例として挙げたが、必
ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、ＬｉＴ
ａＯ₃、水晶、ランガサイト型圧電結晶等の他の圧電単
結晶や圧電セラミックスを用いてもよい。また、第７の
実施の形態においては、電極６４ａ、６４ｂの材料とし
てクロム−金を例として挙げたが、必ずしもこれに限定
されるものではなく、例えば、クロム、金、銀又は合金
材料等を用いてもよい。また、付加質量部と支持部の厚
さや長さは、例示したものに限らず、測定周波数範囲に
応じて共振周波数を求め、設計すればよい。また、第７
の実施の形態においては、圧電基板６１ａ、６１ｂの接
合には、直接接合を用いたが、必ずしもこれに限定され
るものではなく、例えば、エポキシ樹脂系などの接着剤
を用いてもよい。また、第７の実施の形態においては、
接合体６３は、接着剤を用いて支持体に支持したが、必
ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、直接接
合を用いてもよい。

【００７２】なお、第７の実施の形態では、図１５
（ｂ）に示すように、研削により付加質量６５ａ，６５
ｂを形成した圧電基板６１ａ、６１ｂからなる接合体６
３の中心を支持体６６に接着して固定する中心支持型の
電気−機械変換子７０１としてもよい。以上のように構
成しても、図１５（ａ）の電気−機械変換子７００と同
様の効果を有する。また、図１６（ａ）に示すように、
研削により付加質量６５を形成した圧電基板６１ａ、６
１ｂとシム基板６８からなる圧電素子６３の片端を支持
体６６に接着して固定する中心支持型の電気−機械変換
子７０２を用いてもよい。以上のように構成しても、図
１５（ａ）の電気−機械変換子７００と同様の効果を有
する。またさらに、図１６（ｂ）に示すように、研削に
より付加質量６５を形成した圧電基板６１ａ、６１ｂと
シム基板６８からなる圧電素子６３の中心を支持体６６
に接着して固定する中心支持型の電気−機械変換子７０
３を用いてもよい。以上のように構成しても、図１５
（ａ）の電気−機械変換子７００と同様の効果を有す
る。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電基板もしくはシム基板を研削加工することにより、
機械−電気変換子に付加質量を設けることができるた
め、接着等により別途付加質量を設ける必要がなく、構
成を簡単にでき安価で信頼性の高い加速度センサを提供
できる。また、位置や質量の精度が研削加工の精度で決
まるため、位置や質量の精度のばらつきを少なくできる
ので、感度が高く、かつ特性ばらつきの小さい加速度セ
ンサを提供できる。また、基板上に一括して付加質量お
よび支持体が形成できるため、量産性に優れた製造方法
が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態における加速度セ
ンサに用いる電気−機械変換子の斜視図である。

【図２】 本発明の第１の実施の形態における加速度セ
ンサの加速度検出原理を説明する図である。

【図３】 本発明の第１の実施の形態における加速度セ
ンサの分解斜視図である。

【図４】 本発明の第１の実施の形態における図３とは
別の構成の加速度センサの分解斜視図である。

【図５】 本発明の第１の実施の形態における加速度セ
ンサの製造方法の各工程を示す工程図である。

【図６】 本発明の第１の実施の形態における加速度セ
ンサの製造方法工程に用いる直接接合の原理を説明する
図である。

【図７】 本発明の第２の実施の形態における加速度セ
ンサに用いる電気−機械変換子の断面図である。

【図８】 本発明の第２の実施の形態における加速度セ
ンサの製造方法の各工程を示す工程図である。

【図９】 本発明の第２の実施の形態における加速度セ
ンサに用いる電気−機械変換子の断面図である。

【図１０】 本発明の第３の実施の形態における加速度
センサに用いる電気−機械変換子の断面図である。

【図１１】 本発明の第４の実施の形態における加速度
センサに用いる電気−機械変換子の断面図である。

【図１２】 本発明の第５の実施の形態における加速度
センサに用いる電気−機械変換子の断面図である。

【図１３】 本発明の第６の実施の形態における加速度
センサに用いる電気−機械変換子の断面図である。

【図１４】 本発明の第６の実施の形態における加速度
センサに用いる電気−機械変換子の断面図である。

【図１５】 本発明の第７の実施の形態における加速度
センサに用いる電気−機械変換子の断面図である。

【図１６】 本発明の第７の実施の形態における加速度
センサに用いる電気−機械変換子の断面図である。

【図１７】 従来例の加速度センサに用いる電気−機械
変換子の断面図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、３１
ａ、３１ｂ、４１ａ、４１ｂ、５１ａ、５１ｂ、６１
ａ、６１ｂ、７１ａ、７１ｂ…圧電基板、 ４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４
ａ、３４ｂ、４４ａ、４４ｂ、５４ａ、５４ｂ、６４
ａ、６４ｂ、７４ａ、７４ｂ…電極、 ５、１５、２５、３５、４５、５５、６５、７５…付加
質量部、 ６、１６、２６、３６、４６、５６、６６、７６…支持
部、 ６７、８７…接着層、 １０１、１０２、２００、３００、４００、５００、５
０１、８００、８０１６００、６０１、６０３、６０
４、７００、７０１、７０２、７０３、９００電気−機
械変換子、 １０６…パッケージ基板部、 １０７…パッケージ蓋部、 １０８…凹部、 １０９、１１０…導電層、 １１１、１１２…外部電極、 １１３…接続ワイヤー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ一方の主面に電極が形成された
   第１と第２の圧電基板を、上記第１の圧電基板の他方の
   主面と上記第２の圧電基板の他方の主面とを対向させて
   接合してなる電気−機械変換子を備えた加速度センサで
   あって、 上記第１と第２の圧電基板のうちの少なくとも一方にお
   いて、一方の端部を厚くすることにより該端部を付加質
   量部としたことを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 上記加速度センサにおいて、上記第１と
   第２の圧電基板のうちの少なくとも一方において、両端
   部を厚くすることにより一方の端部を付加質量部とし、
   他方の端部を支持部として固定した請求項１記載の加速
   度センサ。
3. 【請求項３】 上記加速度センサにおいて、上記第１と
   第２の圧電基板のうちの少なくとも一方において、両端
   部を厚くすることにより該両端部をそれぞれ付加質量部
   とし、かつ上記厚くした両端部から所定の間隔を隔てて
   中央部を厚くして該中央部を支持部として固定した請求
   項１記載の加速度センサ。
4. 【請求項４】 上記加速度センサにおいて、支持部に比
   較して付加質量部を薄くした請求項２又は３記載の加速
   度センサ。
5. 【請求項５】 上記加速度センサにおいて、支持部に比
   較して付加質量部を厚くした請求項２又は３記載の加速
   度センサ。
6. 【請求項６】 上記第１と第２の圧電基板を、上記第１
   の圧電基板の他方の主面と上記第２の圧電基板の他方の
   主面とをシム基板を介して対向させて接合した請求項１
   〜５のうちの１つに記載の加速度センサ。
7. 【請求項７】 一方の主面に電極が形成された圧電基板
   と、一方の主面に電極が形成されたシム基板とを、上記
   圧電基板の他方の主面と上記シム基板の他方の主面とを
   対向させて接合してなる電気−機械変換子を備えた加速
   度センサであって、 上記圧電基板と上記シム基板のうちの少なくとも一方の
   端部を厚くすることにより該端部を付加質量部としたこ
   とを特徴とする加速度センサ。
8. 【請求項８】 上記シム基板の端部を厚くすることによ
   り該端部を付加質量部としたことを特徴とする請求項７
   記載の加速度センサ。
9. 【請求項９】 上記加速度センサにおいて、上記圧電基
   板と上記シム基板のうちの少なくとも一方において、両
   端部を厚くすることにより一方の端部を付加質量部と
   し、他方の端部を支持部として固定した請求項７記載の
   加速度センサ。
10. 【請求項１０】 上記シム基板の両端部を厚くすること
    により一方の端部を付加質量部とし、他方の端部を支持
    部として固定した請求項７記載の加速度センサ。
11. 【請求項１１】 上記加速度センサにおいて、上記圧電
    基板と上記シム基板のうちの少なくとも一方において、
    両端部を厚くすることにより該両端部をそれぞれ付加質
    量部としかつ上記厚くした両端部から所定の間隔を隔て
    て中央部を厚くして該中央部を支持部として固定した請
    求項７記載の加速度センサ。
12. 【請求項１２】 上記シム基板の両端部を厚くすること
    により該両端部をそれぞれ付加質量部としかつ上記厚く
    した両端部から所定の間隔を隔てて中央部を厚くして該
    中央部を支持部として固定した請求項７記載の加速度セ
    ンサ。
13. 【請求項１３】 上記支持部に比較して付加質量部を薄
    くした請求項９〜１２のうちの１つに記載の加速度セン
    サ。
14. 【請求項１４】 上記支持部に比較して付加質量部を厚
    くした請求項９〜１２のうちの１つに記載の加速度セン
    サ。
15. 【請求項１５】 それぞれ一方の主面に電極が形成され
    た第１と第２の圧電基板を、上記第１の圧電基板の他方
    の主面と上記第２の圧電基板の他方の主面とを対向させ
    て接合してなる電気−機械変換子を備えた加速度センサ
    の製造方法であって、 上記第１と第２の圧電基板を上記他方の主面で対向させ
    て接合する接合工程と、 上記第１と第２の圧電基板のうちの少なくとも一方にお
    いて、一方の端部を除いて研削する研削工程とを含み、 該端部に付加質量部を形成することを特徴とする加速度
    センサの製造方法。
16. 【請求項１６】 上記研削工程において、一方の端部と
    他方の端部とを除いて研削し、上記他方の端部に支持部
    を形成する請求項１５記載の加速度センサの製造方法。
17. 【請求項１７】 上記研削工程において、両端部と該両
    端部から所定の間隔を隔てた中央部とを除いて研削し、
    上記両端部に付加質量部を形成しかつ上記中央部に支持
    部を形成する請求項１５記載の加速度センサの製造方
    法。
18. 【請求項１８】 上記研削工程において、上記支持部と
    する部分を除いて研削する工程した後、上記支持部とす
    る部分と上記付加質量部とする部分とを除いて研削する
    ことにより、上記支持部を上記付加質量部より厚く形成
    する請求項１６又は１７記載の加速度センサの製造方
    法。
19. 【請求項１９】 上記接合工程は、 上記第１の圧電基板の他方の主面と上記第２の圧電基板
    の他方の主面とをそれぞれ鏡面研磨する工程と、 上記鏡面研磨した第１の圧電基板の他方の主面と第２の
    圧電基板の他方の主面とをそれぞれ、親水化処理する工
    程と、 上記親水化処理された第１の圧電基板の他方の主面と第
    ２の圧電基板の他方の主面とを対向させて密着させた後
    熱処理をする工程とを含み、 上記第１の圧電基板の他方の主面と上記第２の圧電基板
    の他方の主面とを、共有結合又はイオン結合により接合
    することを特徴とする請求項１５〜１８のうちの１つに
    記載の加速度センサの製造方法。
20. 【請求項２０】 一方の主面に電極が形成された圧電基
    板と、一方の主面に電極が形成されたシム基板とを、上
    記圧電基板の他方の主面と上記シム基板の他方の主面と
    を対向させて接合してなる電気−機械変換子を備えた加
    速度センサの製造方法であって、 上記圧電基板の他方の主面と上記シム基板の他方の主面
    を対向させて接合する接合工程と、 上記圧電基板と上記シム基板のうちの少なくとも一方に
    おいて、一方の端部を除いて研削する研削工程とを含
    み、 該端部に付加質量部を形成することを特徴とする加速度
    センサの製造方法。
21. 【請求項２１】 上記研削工程において、一方の端部と
    他方の端部とを除いて研削し、上記他方の端部に支持部
    を形成する請求項２０記載の加速度センサの製造方法。
22. 【請求項２２】 上記研削工程において、両端部と該両
    端部から所定の間隔を隔てた中央部とを除いて研削し、
    上記両端部に付加質量部を形成しかつ上記中央部に支持
    部を形成する請求項１９記載の加速度センサの製造方
    法。
23. 【請求項２３】 上記研削工程において、上記支持部と
    する部分を除いて研削する工程した後、上記支持部とす
    る部分と上記付加質量部とする部分とを除いて研削する
    ことにより、上記支持部を上記付加質量部より厚く形成
    する請求項２１又は２２記載の加速度センサの製造方
    法。
24. 【請求項２４】 上記接合工程は、 上記圧電基板の他方の主面と上記シム基板の他方の主面
    とをそれぞれ鏡面研磨する工程と、 上記鏡面研磨した圧電基板の他方の主面とシム基板の他
    方の主面とをそれぞれ、親水化処理する工程と、 上記親水化処理された圧電基板の他方の主面とシム基板
    の他方の主面とを対向させて密着させた後熱処理をする
    工程とを含み、 上記圧電基板の他方の主面と上記シム基板の他方の主面
    とを共有結合又はイオン結合により接合することを特徴
    とする請求項２０〜２３のうちの１つに記載の加速度セ
    ンサの製造方法。
25. 【請求項２５】 上記研削工程において、上記シム基板
    を研削する請求項２０〜２４のうちの１つに記載の加速
    度センサの製造方法。