JPH1130628A - 加速度センサー用バイモルフ型圧電素子とその製造方法 - Google Patents
加速度センサー用バイモルフ型圧電素子とその製造方法Info
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- JPH1130628A JPH1130628A JP18633297A JP18633297A JPH1130628A JP H1130628 A JPH1130628 A JP H1130628A JP 18633297 A JP18633297 A JP 18633297A JP 18633297 A JP18633297 A JP 18633297A JP H1130628 A JPH1130628 A JP H1130628A
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- G—PHYSICS
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- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、ハードディスクやＣＤ−ＲＯＭ等
の各種機械の振動検出に用いられる圧電バイモルフ型加
速度センサーに関するもので、ニオブ酸リチウムを研削
することにより自由振動部と支持体を一体かつ同時に形
成することにより、小型・高感度かつ感度ばらつきの小
さい低コストな加速度センサー用バイモルフ型圧電素子
を提供することを目的とする。 【解決手段】 ニオブ酸リチウム単結晶板を分極方向を
逆にして直接接合した３２ａの片側を、研削により自由
振動部３２ａを、非研削部を支持体３３ａとして一体か
つ同時に形成し、電極３１ａ，３１ｂを無電解めっきに
より形成する。
の各種機械の振動検出に用いられる圧電バイモルフ型加
速度センサーに関するもので、ニオブ酸リチウムを研削
することにより自由振動部と支持体を一体かつ同時に形
成することにより、小型・高感度かつ感度ばらつきの小
さい低コストな加速度センサー用バイモルフ型圧電素子
を提供することを目的とする。 【解決手段】 ニオブ酸リチウム単結晶板を分極方向を
逆にして直接接合した３２ａの片側を、研削により自由
振動部３２ａを、非研削部を支持体３３ａとして一体か
つ同時に形成し、電極３１ａ，３１ｂを無電解めっきに
より形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハードディスクや
ＣＤ−ＲＯＭ等の各種機械の振動検出に用いられる圧電
バイモルフ型加速度センサーに関し、特に加速度センサ
ー用圧電素子とその製造方法に関するものである。
ＣＤ−ＲＯＭ等の各種機械の振動検出に用いられる圧電
バイモルフ型加速度センサーに関し、特に加速度センサ
ー用圧電素子とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】携帯型パーソナルコンピュータの普及が
進むに伴い、これに使用されるハードディスク記憶装置
（以降ＨＤＤと呼ぶ）の耐衝撃性が重要視されるように
なってきている。これまでに衝撃を加速度として検出す
る方法として種々の方式のものが実用化されているが、
ＨＤＤに内蔵するためには小型・薄型の表面実装型が要
求される。これらの要求を満たすものとして圧電セラミ
ックを用いた加速度センサーが広く使用されている。圧
電セラミックが加速度センサーとして使用できるのは、
加速度（衝撃）αに比例する力Ｆにより圧電セラミック
に歪みが生じ、その歪みを電荷（電圧）として取り出せ
るからである。これを数式で表せば以下のようになる。
進むに伴い、これに使用されるハードディスク記憶装置
（以降ＨＤＤと呼ぶ）の耐衝撃性が重要視されるように
なってきている。これまでに衝撃を加速度として検出す
る方法として種々の方式のものが実用化されているが、
ＨＤＤに内蔵するためには小型・薄型の表面実装型が要
求される。これらの要求を満たすものとして圧電セラミ
ックを用いた加速度センサーが広く使用されている。圧
電セラミックが加速度センサーとして使用できるのは、
加速度（衝撃）αに比例する力Ｆにより圧電セラミック
に歪みが生じ、その歪みを電荷（電圧）として取り出せ
るからである。これを数式で表せば以下のようになる。
【０００３】 Ｆ＝ｋ１×α …………………（１） Ｑ（Ｖ）＝ｋ２×Ｆ …………（２） ここで、ｋ１およびｋ２は比例定数である。
【０００４】このような圧電セラミックを用いた加速度
センサの構造例を図１２に示す。図１２（ａ）は片持ち
梁構造のバイモルフ型加速度センサーであり、図１２
（ｂ）は両持ち梁構造のバイモルフ型加速度センサーを
示している。図１３は図１２（ａ）の片持ち梁構造のバ
イモルフ型加速度センサーの製造方法を示しており、図
１４は図１２（ｂ）の両持ち梁構造のバイモルフ型加速
度センサーの製造方法を示している。
センサの構造例を図１２に示す。図１２（ａ）は片持ち
梁構造のバイモルフ型加速度センサーであり、図１２
（ｂ）は両持ち梁構造のバイモルフ型加速度センサーを
示している。図１３は図１２（ａ）の片持ち梁構造のバ
イモルフ型加速度センサーの製造方法を示しており、図
１４は図１２（ｂ）の両持ち梁構造のバイモルフ型加速
度センサーの製造方法を示している。
【０００５】図において、１ａ〜１ｄは圧電セラミッ
ク、２ａ〜２ｄは圧電セラミック上に形成した電極、７
ｈ，７ｊはバイモルフ型圧電素子、３ａ，３ｃ，３ｄは
バイモルフ型圧電セラミックを接着する接着剤、４ａ，
４ｃ，４ｄはバイモルフ型圧電素子を支持、固定する支
持体をそれぞれ示している。図１２（ａ）の片持ち梁構
造では、支持体４ａに固定されていないバイモルフ型圧
電素子７ｈのＬ１部が加速度検出用の自由振動部とな
り、加速度に応じて自由振動部が歪み、歪みによってバ
イモルフ型圧電素子７ｈ内に生じる電荷を加速度として
検出する。図１２（ｂ）の両持ち梁構造も図１２（ａ）
と同様に、支持体４ｃ，４ｄに固定されていないバイモ
ルフ型圧電素子７ｊのＬ２部が加速度検出用の自由振動
部となる。
ク、２ａ〜２ｄは圧電セラミック上に形成した電極、７
ｈ，７ｊはバイモルフ型圧電素子、３ａ，３ｃ，３ｄは
バイモルフ型圧電セラミックを接着する接着剤、４ａ，
４ｃ，４ｄはバイモルフ型圧電素子を支持、固定する支
持体をそれぞれ示している。図１２（ａ）の片持ち梁構
造では、支持体４ａに固定されていないバイモルフ型圧
電素子７ｈのＬ１部が加速度検出用の自由振動部とな
り、加速度に応じて自由振動部が歪み、歪みによってバ
イモルフ型圧電素子７ｈ内に生じる電荷を加速度として
検出する。図１２（ｂ）の両持ち梁構造も図１２（ａ）
と同様に、支持体４ｃ，４ｄに固定されていないバイモ
ルフ型圧電素子７ｊのＬ２部が加速度検出用の自由振動
部となる。
【０００６】なお、これらの加速度センサの製造方法
は、分極方向を反転させた一対の圧電セラミック１ａ〜
１ｄを接着剤あるいはグリーンシートで積層、一体焼成
して形成したバイモルフ型圧電素子７ｈ，７ｊを、支持
体４ａ，４ｃ，４ｄに接着剤３ａ，３ｃ，３ｄにより片
持ちあるいは両持ち梁の構造になるように接着固定して
いる。
は、分極方向を反転させた一対の圧電セラミック１ａ〜
１ｄを接着剤あるいはグリーンシートで積層、一体焼成
して形成したバイモルフ型圧電素子７ｈ，７ｊを、支持
体４ａ，４ｃ，４ｄに接着剤３ａ，３ｃ，３ｄにより片
持ちあるいは両持ち梁の構造になるように接着固定して
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
支持体に圧電素子を接着固定する方法は、自由振動部の
寸法がばらつくために、固定状態が一定でなくなり、加
速度に対する感度がばらつくという問題点があった。加
速度αがかかった時、長さＬの自由振動部をもつバイモ
ルフ型圧電素子に発生する電荷（電圧）Ｑ（Ｖ）は以下
のように表される。
支持体に圧電素子を接着固定する方法は、自由振動部の
寸法がばらつくために、固定状態が一定でなくなり、加
速度に対する感度がばらつくという問題点があった。加
速度αがかかった時、長さＬの自由振動部をもつバイモ
ルフ型圧電素子に発生する電荷（電圧）Ｑ（Ｖ）は以下
のように表される。
【０００８】Ｑ（Ｖ）＝ｋ３×Ｌ2×α………（３） ここで、ｋ３は比例定数である。
【０００９】発生電荷はセンサーの感度となるので、セ
ンサー感度は式（３）より自由振動部の長さＬの２乗に
比例することになる。
ンサー感度は式（３）より自由振動部の長さＬの２乗に
比例することになる。
【００１０】また、製造方法として一つ一つの圧電素子
を支持体に接着しなければならないため、低コスト化の
妨げとなっていた。
を支持体に接着しなければならないため、低コスト化の
妨げとなっていた。
【００１１】本発明は上記課題を解決するものであり、
自由振動部の寸法ばらつきが少なく、小型で高感度で感
度ばらつきの少ない加速度センサー用バイモルフ型圧電
素子とその製造方法を提供することを目的とする。
自由振動部の寸法ばらつきが少なく、小型で高感度で感
度ばらつきの少ない加速度センサー用バイモルフ型圧電
素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子と
その製造方法は、分極方向の異なる一対の圧電単結晶板
を直接接合により対面接合してなる加速度センサー用バ
イモルフ型圧電素子であって、前記一対の圧電単結晶板
の少なくとも一方の一部を研削して設けられた自由振動
部と、前記自由振動部の片側または両側に一体に設けら
れた非研削部よりなる支持体とを有することを特徴とす
る構成であり、また前記一対の圧電単結晶板を対面接合
し加熱することにより直接接合する第一の工程と、直接
接合された前記一対の圧電単結晶板の少なくとも一方を
行あるいは列に所定の間隔及び深さに研削して自由振動
部を形成する第二の工程と、研削された前記圧電単結晶
板の主表面に電極を形成する第三の工程と、研削により
形成された前記圧電単結晶板の自由振動部および非研削
部を所定の間隔に行列に切断することにより支持体を形
成する第四の工程からなることを特徴とする製造方法で
ある。
に、本発明の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子と
その製造方法は、分極方向の異なる一対の圧電単結晶板
を直接接合により対面接合してなる加速度センサー用バ
イモルフ型圧電素子であって、前記一対の圧電単結晶板
の少なくとも一方の一部を研削して設けられた自由振動
部と、前記自由振動部の片側または両側に一体に設けら
れた非研削部よりなる支持体とを有することを特徴とす
る構成であり、また前記一対の圧電単結晶板を対面接合
し加熱することにより直接接合する第一の工程と、直接
接合された前記一対の圧電単結晶板の少なくとも一方を
行あるいは列に所定の間隔及び深さに研削して自由振動
部を形成する第二の工程と、研削された前記圧電単結晶
板の主表面に電極を形成する第三の工程と、研削により
形成された前記圧電単結晶板の自由振動部および非研削
部を所定の間隔に行列に切断することにより支持体を形
成する第四の工程からなることを特徴とする製造方法で
ある。
【００１３】この発明により、小型・高感度の加速セン
サー用バイモルフ型圧電素子と感度ばらつきが少なく低
コストな加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を提供
することができる。
サー用バイモルフ型圧電素子と感度ばらつきが少なく低
コストな加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を提供
することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
一対の圧電単結晶板を直接接合により対面接合してなる
加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であって、前記
一対の圧電単結晶板の少なくとも一方の一部を研削して
設けられた自由振動部と、前記自由振動部の片側または
両側に一体に設けられた非研削部よりなる支持体とを有
することを特徴とする加速度センサー用バイモルフ型圧
電素子であり、小型・高感度でかつ感度のばらつきを少
なくできるという作用を有する。
一対の圧電単結晶板を直接接合により対面接合してなる
加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であって、前記
一対の圧電単結晶板の少なくとも一方の一部を研削して
設けられた自由振動部と、前記自由振動部の片側または
両側に一体に設けられた非研削部よりなる支持体とを有
することを特徴とする加速度センサー用バイモルフ型圧
電素子であり、小型・高感度でかつ感度のばらつきを少
なくできるという作用を有する。
【００１５】請求項２記載の発明は、圧電単結晶板がニ
オブ酸リチウム単結晶からなり、対向主面を１２０〜１
５０度回転Ｙ板切り出し面としたことを特徴とする請求
項１記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であ
り、請求項１と同様の作用を有する。
オブ酸リチウム単結晶からなり、対向主面を１２０〜１
５０度回転Ｙ板切り出し面としたことを特徴とする請求
項１記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であ
り、請求項１と同様の作用を有する。
【００１６】請求項３記載の発明は、圧電単結晶板の対
向主面が正分極面であることを特徴とする請求項１記載
の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であって、請
求項１と同様の作用とともに、負分極面を加工面にする
ことにより加工時間を短縮できるという作用を有する。
向主面が正分極面であることを特徴とする請求項１記載
の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であって、請
求項１と同様の作用とともに、負分極面を加工面にする
ことにより加工時間を短縮できるという作用を有する。
【００１７】請求項４記載の発明は、自由振動部の直接
接合された一対の単結晶板の互いの厚みが同じであるこ
とを特徴とする請求項１記載の加速度センサー用バイモ
ルフ型圧電素子であって、請求項１と同様の作用ととも
に、感度の温度特性を良好にできるという作用を有す
る。
接合された一対の単結晶板の互いの厚みが同じであるこ
とを特徴とする請求項１記載の加速度センサー用バイモ
ルフ型圧電素子であって、請求項１と同様の作用ととも
に、感度の温度特性を良好にできるという作用を有す
る。
【００１８】請求項５記載の発明は、一対の圧電単結晶
板を対面接合し加熱することにより直接接合する第一の
工程と、直接接合された前記一対の圧電単結晶板の少な
くとも一方を行あるいは列に所定の間隔及び深さに研削
して自由振動部を形成する第二の工程と、研削された前
記圧電単結晶板の主表面に電極を形成する第三の工程
と、研削により形成された前記圧電単結晶板の自由振動
部および非研削部を所定の間隔に行列に切断することに
より支持体を形成する第四の工程を有することを特徴と
する加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法
であって、自由振動部と支持体を機械加工により同時に
形成することにより、感度ばらつきが少なく、かつ加工
時間が短縮できるという作用を有する。
板を対面接合し加熱することにより直接接合する第一の
工程と、直接接合された前記一対の圧電単結晶板の少な
くとも一方を行あるいは列に所定の間隔及び深さに研削
して自由振動部を形成する第二の工程と、研削された前
記圧電単結晶板の主表面に電極を形成する第三の工程
と、研削により形成された前記圧電単結晶板の自由振動
部および非研削部を所定の間隔に行列に切断することに
より支持体を形成する第四の工程を有することを特徴と
する加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法
であって、自由振動部と支持体を機械加工により同時に
形成することにより、感度ばらつきが少なく、かつ加工
時間が短縮できるという作用を有する。
【００１９】請求項６記載の発明は、一対の圧電単結晶
板の正分極面を直接接合することを特徴とする請求項５
記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方
法であって、請求項５と同様の作用を有する。
板の正分極面を直接接合することを特徴とする請求項５
記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方
法であって、請求項５と同様の作用を有する。
【００２０】請求項７記載の発明は、一対の圧電単結晶
板を対面接合し加熱する温度が２７５℃以上であること
を特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモル
フ型圧電素子の製造方法であって、請求項５と同様の作
用とともに、加熱温度を下げることにより設備コストを
少なくすることができるという作用を有する。
板を対面接合し加熱する温度が２７５℃以上であること
を特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモル
フ型圧電素子の製造方法であって、請求項５と同様の作
用とともに、加熱温度を下げることにより設備コストを
少なくすることができるという作用を有する。
【００２１】請求項８記載の発明は、研削により対向す
る一対の圧電単結晶板の厚みを同じ厚みとして自由振動
部を形成することを特徴とする請求項５記載の加速度セ
ンサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、請
求項５と同様の作用を有する。
る一対の圧電単結晶板の厚みを同じ厚みとして自由振動
部を形成することを特徴とする請求項５記載の加速度セ
ンサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、請
求項５と同様の作用を有する。
【００２２】請求項９記載の発明は、研削された圧電単
結晶板上の電極を無電解めっきあるいは蒸着により形成
することを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用
バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、請求項５と
同様の作用を有する。
結晶板上の電極を無電解めっきあるいは蒸着により形成
することを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用
バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、請求項５と
同様の作用を有する。
【００２３】請求項１０記載の発明は、第四の工程で行
われる切断に切断刃を用いるとともに、前記切断刃が少
なくとも１枚以上所定の間隔で同軸上に固定された切断
刃群からなることを特徴とする請求項５記載の加速度セ
ンサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、請
求項５と同様の作用を有する。
われる切断に切断刃を用いるとともに、前記切断刃が少
なくとも１枚以上所定の間隔で同軸上に固定された切断
刃群からなることを特徴とする請求項５記載の加速度セ
ンサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、請
求項５と同様の作用を有する。
【００２４】請求項１１記載の発明は、第二の工程で用
いられる研削用砥石が少なくとも１枚以上同軸上に固定
された砥石群からなることを特徴とする請求項５記載の
加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であ
って、請求項５と同様の作用を有する。
いられる研削用砥石が少なくとも１枚以上同軸上に固定
された砥石群からなることを特徴とする請求項５記載の
加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であ
って、請求項５と同様の作用を有する。
【００２５】（実施の形態１）本発明の第１の実施の形
態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を図
１を用いて詳細に説明する。図１において、（ａ）は片
持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の
断面図を、（ｂ）はその斜視図を示している。３２ａは
研削により形成した加速度検出用のセンサー部となる自
由振動部を示しており、３３ａは自由振動部を形成する
ときの非研削部を支持体として同時形成したものであ
り、自由振動部３２ａと一体となっている。自由振動部
３２ａの厚みは０．１mm、長さＬ３は２mm、幅は０．５
mm、支持体３３ａの厚みは０．４mmとした。自由振動部
３２ａは、２枚のＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム、以
降ＬＮと呼ぶ）単結晶板の正分極面同士を対面主面とし
て接着剤を介さず直接接合により接合されている。
態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を図
１を用いて詳細に説明する。図１において、（ａ）は片
持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の
断面図を、（ｂ）はその斜視図を示している。３２ａは
研削により形成した加速度検出用のセンサー部となる自
由振動部を示しており、３３ａは自由振動部を形成する
ときの非研削部を支持体として同時形成したものであ
り、自由振動部３２ａと一体となっている。自由振動部
３２ａの厚みは０．１mm、長さＬ３は２mm、幅は０．５
mm、支持体３３ａの厚みは０．４mmとした。自由振動部
３２ａは、２枚のＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム、以
降ＬＮと呼ぶ）単結晶板の正分極面同士を対面主面とし
て接着剤を介さず直接接合により接合されている。
【００２６】直接接合により２枚のＬＮ単結晶板は完全
に一体化されているが、分極方向が反転する接合面を図
中では点線Ａで表示している。この分極反転界面Ａを境
にして直接接合された２枚のＬＮ単結晶の厚みは０．０
５mmと０．０５mmで互いに等しくなるように研削されて
いる。この分極反転界面Ａを境にして両者の厚みを等し
くすること、かつそれぞれのＬＮ単結晶板の接合面であ
る対向主面を圧電定数ｄおよび電気機械結合係数ｋが最
大となるように１２０°〜１５０°回転Ｙ板切り出し面
とすることにより、高感度な検出感度を実現している。
さらに、分極方向を逆にして接合することにより温度上
昇にともなう自由振動部３２ａ内の電荷の発生を解消
し、センサー感度の良好な温度特性を実現している。
に一体化されているが、分極方向が反転する接合面を図
中では点線Ａで表示している。この分極反転界面Ａを境
にして直接接合された２枚のＬＮ単結晶の厚みは０．０
５mmと０．０５mmで互いに等しくなるように研削されて
いる。この分極反転界面Ａを境にして両者の厚みを等し
くすること、かつそれぞれのＬＮ単結晶板の接合面であ
る対向主面を圧電定数ｄおよび電気機械結合係数ｋが最
大となるように１２０°〜１５０°回転Ｙ板切り出し面
とすることにより、高感度な検出感度を実現している。
さらに、分極方向を逆にして接合することにより温度上
昇にともなう自由振動部３２ａ内の電荷の発生を解消
し、センサー感度の良好な温度特性を実現している。
【００２７】３１ａ，３１ｂは加速度検出時に発生する
電荷を取り出すための電極であり、電極材料としては、
下地のＬＮ単結晶との密着力および電極膜の安定性を考
慮し、Ｃｒ／Ａｕ，あるいはＴｉ／Ａｕ等が望ましい。
加速度がかかったとき、支持体３３ａを固定することに
より自由振動部３２ａに歪みが生じ、その歪みに比例し
た電荷を電極３１ａ，３１ｂを介して取り出し、加速度
を検出する。接着剤等を介さず、片持ち梁構造を形成す
るための段差を自由振動部と一体で形成したこと、ま
た、圧電定数ｄおよび電気機械結合係数ｋを最大になる
ようにＬＮ単結晶板の切り出し面を選択することによ
り、セラミック圧電素子を用いた加速度センサー用バイ
モルフ型圧電素子感度の２〜３倍の６ｍＶ／Ｇの高感度
を得ることができた。
電荷を取り出すための電極であり、電極材料としては、
下地のＬＮ単結晶との密着力および電極膜の安定性を考
慮し、Ｃｒ／Ａｕ，あるいはＴｉ／Ａｕ等が望ましい。
加速度がかかったとき、支持体３３ａを固定することに
より自由振動部３２ａに歪みが生じ、その歪みに比例し
た電荷を電極３１ａ，３１ｂを介して取り出し、加速度
を検出する。接着剤等を介さず、片持ち梁構造を形成す
るための段差を自由振動部と一体で形成したこと、ま
た、圧電定数ｄおよび電気機械結合係数ｋを最大になる
ようにＬＮ単結晶板の切り出し面を選択することによ
り、セラミック圧電素子を用いた加速度センサー用バイ
モルフ型圧電素子感度の２〜３倍の６ｍＶ／Ｇの高感度
を得ることができた。
【００２８】（実施の形態２）本発明の第２の実施の形
態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を図
２を用いて詳細に説明する。図２において、（ａ）は両
持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の
断面図を、（ｂ）はその斜視図を示している。３２ｂは
研削により形成した加速度検出用のセンサー部となる自
由振動部を示しており、３３ｂ，３３ｃは自由振動部を
形成するときの非研削部を支持体として同時形成したも
のであり、自由振動部３２ｂと一体となっている。自由
振動部３２ｂの厚みは０．１mm、長さＬ４は２mm、幅は
０．５mm、支持体３３ｂ，３３ｃの厚みは０．４mmとし
た。自由振動部３２ｂは、２枚のＬＮ単結晶板の正分極
面同士を対向主面として接着剤を介さず直接接合により
接合されている。
態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を図
２を用いて詳細に説明する。図２において、（ａ）は両
持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の
断面図を、（ｂ）はその斜視図を示している。３２ｂは
研削により形成した加速度検出用のセンサー部となる自
由振動部を示しており、３３ｂ，３３ｃは自由振動部を
形成するときの非研削部を支持体として同時形成したも
のであり、自由振動部３２ｂと一体となっている。自由
振動部３２ｂの厚みは０．１mm、長さＬ４は２mm、幅は
０．５mm、支持体３３ｂ，３３ｃの厚みは０．４mmとし
た。自由振動部３２ｂは、２枚のＬＮ単結晶板の正分極
面同士を対向主面として接着剤を介さず直接接合により
接合されている。
【００２９】直接接合により２枚のＬＮ単結晶板は完全
に一体化されているが、分極方向が反転する接合面を図
中では点線Ｂで表示している。この分極反転界面Ｂを境
にして直接接合された２枚のＬＮ単結晶の厚みは０．０
５mmと０．０５mmで互いに等しくなるように研削されて
いる。この分極反転界面Ｂを境にして両者の厚みを等し
くすること、かつそれぞれのＬＮ単結晶板の接合面であ
る対向主面を圧電定数ｄおよび電気機械結合係数ｋが最
大となるように１２０°〜１５０°回転Ｙ板切り出し面
とすることにより、高感度な検出感度を実現している。
さらに、分極方向を逆にして接合することにより温度上
昇にともなう自由振動部３２ｂ内の電荷の発生を解消
し、センサー感度の良好な温度特性を実現している。
に一体化されているが、分極方向が反転する接合面を図
中では点線Ｂで表示している。この分極反転界面Ｂを境
にして直接接合された２枚のＬＮ単結晶の厚みは０．０
５mmと０．０５mmで互いに等しくなるように研削されて
いる。この分極反転界面Ｂを境にして両者の厚みを等し
くすること、かつそれぞれのＬＮ単結晶板の接合面であ
る対向主面を圧電定数ｄおよび電気機械結合係数ｋが最
大となるように１２０°〜１５０°回転Ｙ板切り出し面
とすることにより、高感度な検出感度を実現している。
さらに、分極方向を逆にして接合することにより温度上
昇にともなう自由振動部３２ｂ内の電荷の発生を解消
し、センサー感度の良好な温度特性を実現している。
【００３０】３１ｃ，３１ｄは加速度検出時に発生する
電荷を取り出すための電極であり、電極材料としては、
下地のＬＮ単結晶との密着力および電極膜の安定性を考
慮し、Ｃｒ／Ａｕ，あるいはＴｉ／Ａｕ等が望ましい。
加速度がかかったとき、支持体３３ｂ，３３ｃを固定す
ることにより自由振動部３２ｂに歪みが生じ、その歪み
に比例した電荷を電極３１ｃ，３１ｄを介して取り出
し、加速度を検出する。接着剤等を介さず、片持ち梁構
造を形成するための段差を自由振動部３２ｂと一体で形
成したこと、また、圧電定数ｄおよび電気機械結合係数
ｋを最大になるようにＬＮ単結晶板の切り出し面を選択
することにより、セラミック圧電素子を用いた加速度セ
ンサー用バイモルフ型圧電素子感度の２〜３倍の高感度
を得ることができた。
電荷を取り出すための電極であり、電極材料としては、
下地のＬＮ単結晶との密着力および電極膜の安定性を考
慮し、Ｃｒ／Ａｕ，あるいはＴｉ／Ａｕ等が望ましい。
加速度がかかったとき、支持体３３ｂ，３３ｃを固定す
ることにより自由振動部３２ｂに歪みが生じ、その歪み
に比例した電荷を電極３１ｃ，３１ｄを介して取り出
し、加速度を検出する。接着剤等を介さず、片持ち梁構
造を形成するための段差を自由振動部３２ｂと一体で形
成したこと、また、圧電定数ｄおよび電気機械結合係数
ｋを最大になるようにＬＮ単結晶板の切り出し面を選択
することにより、セラミック圧電素子を用いた加速度セ
ンサー用バイモルフ型圧電素子感度の２〜３倍の高感度
を得ることができた。
【００３１】（実施の形態３）本発明の第３の実施の形
態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製
造方法を図３〜５を用いて詳細に説明する。図３および
４は製造工程の斜視図を、図５はその断面図を示してい
る。６ｅ，６ｆはＬＮ単結晶板を、５ａ，５ｂはそれぞ
れのＬＮ単結晶板の分極方向を示している。図中の点線
は、分極方向を逆にして直接接合された２枚のＬＮ単結
晶板の分極反転界面Ａを示している。７ｃは自由振動部
（研削部）であり、８ｃは支持体（非研削部）を示して
いる。１２ｃは研削に使用する砥石を、１３ｃは研削用
砥石１２ｃを所定の間隔に固定するためのスペーサーを
示している。９は直接接合された２枚のＬＮ単結晶板の
主表面に形成した電極を、１７ａ〜１７ｆ，１６ａ〜１
６ｐは切断方向を示している。
態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製
造方法を図３〜５を用いて詳細に説明する。図３および
４は製造工程の斜視図を、図５はその断面図を示してい
る。６ｅ，６ｆはＬＮ単結晶板を、５ａ，５ｂはそれぞ
れのＬＮ単結晶板の分極方向を示している。図中の点線
は、分極方向を逆にして直接接合された２枚のＬＮ単結
晶板の分極反転界面Ａを示している。７ｃは自由振動部
（研削部）であり、８ｃは支持体（非研削部）を示して
いる。１２ｃは研削に使用する砥石を、１３ｃは研削用
砥石１２ｃを所定の間隔に固定するためのスペーサーを
示している。９は直接接合された２枚のＬＮ単結晶板の
主表面に形成した電極を、１７ａ〜１７ｆ，１６ａ〜１
６ｐは切断方向を示している。
【００３２】本実施の形態の加速度センサー用バイモル
フ型圧電素子の製造方法は、まずはじめに２枚のＬＮ単
結晶板６ｅ，６ｆの表面を洗浄し、貼り合わせて加熱す
ることにより直接接合する（ａ〜ｂ工程）。ＬＮ単結晶
板の厚みは、最終形状を考慮して決定する。ここでは、
一例として０．３５mmと０．３５mmの厚みのＬＮ単結晶
板を直接接合する。洗浄及び貼り合わせは直接接合する
対向主面にごみが混入しないようにクリーンルームで行
うことが望ましい。また、直接接合するＬＮ単結晶板の
対向主面は正分極面同士とし、かつ圧電定数ｄと電気機
械結合係数ｋが最大となるように１２０°〜１５０°回
転Ｙ板切り出し面とする。正分極面同士を対向主面とし
て接合することにより、温度上昇時の電荷の発生を解消
し、良好なセンサー感度の温度特性を得られることにな
る。さらに、接合時にｘ軸あるいはｚ軸に対し、±１°
以内のずれで接合することで接合強度を向上でき、加速
度センサーの耐衝撃性を向上できる。貼り合わせ後の加
熱温度は２７５℃以上とし、真空または大気中での加熱
とすることにより装置コストを低減できる。加熱後、貼
り合わせた一対のＬＮ単結晶板６ｅ，６ｆは完全に一体
となるが、接合面である分極反転界面Ａを図中では点線
で示している。
フ型圧電素子の製造方法は、まずはじめに２枚のＬＮ単
結晶板６ｅ，６ｆの表面を洗浄し、貼り合わせて加熱す
ることにより直接接合する（ａ〜ｂ工程）。ＬＮ単結晶
板の厚みは、最終形状を考慮して決定する。ここでは、
一例として０．３５mmと０．３５mmの厚みのＬＮ単結晶
板を直接接合する。洗浄及び貼り合わせは直接接合する
対向主面にごみが混入しないようにクリーンルームで行
うことが望ましい。また、直接接合するＬＮ単結晶板の
対向主面は正分極面同士とし、かつ圧電定数ｄと電気機
械結合係数ｋが最大となるように１２０°〜１５０°回
転Ｙ板切り出し面とする。正分極面同士を対向主面とし
て接合することにより、温度上昇時の電荷の発生を解消
し、良好なセンサー感度の温度特性を得られることにな
る。さらに、接合時にｘ軸あるいはｚ軸に対し、±１°
以内のずれで接合することで接合強度を向上でき、加速
度センサーの耐衝撃性を向上できる。貼り合わせ後の加
熱温度は２７５℃以上とし、真空または大気中での加熱
とすることにより装置コストを低減できる。加熱後、貼
り合わせた一対のＬＮ単結晶板６ｅ，６ｆは完全に一体
となるが、接合面である分極反転界面Ａを図中では点線
で示している。
【００３３】次に、直接接合されたＬＮ単結晶板の片方
をラップ加工あるいは平面研削等により、分極反転界面
までの厚みｔ１を０．０５mmになるように０．３mm加工
する（ｃ工程）。このとき、直接接合時に０．０５mmの
厚みのＬＮ単結晶板を用いれば、この工程は省略するこ
とができる。
をラップ加工あるいは平面研削等により、分極反転界面
までの厚みｔ１を０．０５mmになるように０．３mm加工
する（ｃ工程）。このとき、直接接合時に０．０５mmの
厚みのＬＮ単結晶板を用いれば、この工程は省略するこ
とができる。
【００３４】次に、もう片方の面を厚みＷ１の砥石１２
ｃを用いて研削を行い、センサー部となる自由振動部７
ｃと非研削部からなる片持ち梁の支持部となる支持体８
ｃを一体かつ同時に形成する（ｄ工程）。研削に少なく
とも１枚以上の砥石１２ｃを用い、砥石幅Ｗ１，砥石固
定用スペーサー幅Ｗ２は自由振動部７ｃの長さ、支持体
８ｃの長さを考慮して決定する。ここでは、ｗ１を２m
m、ｗ２を０．５mmとし、自由振動部７ｃの長さを２m
m、支持体８ｃの長さを０．５mmに加工した。また、研
削量は表面より０．３mmとし、自由振動部７ｃの厚みを
０．１mmとすることにより、分極反転界面Ａを境に直接
接合されたＬＮ単結晶板の厚みｔ２，ｔ３を０．０５mm
と互いに同じになるように研削する。ｔ２，ｔ３の厚み
を同じにすることにより、高感度を実現した。
ｃを用いて研削を行い、センサー部となる自由振動部７
ｃと非研削部からなる片持ち梁の支持部となる支持体８
ｃを一体かつ同時に形成する（ｄ工程）。研削に少なく
とも１枚以上の砥石１２ｃを用い、砥石幅Ｗ１，砥石固
定用スペーサー幅Ｗ２は自由振動部７ｃの長さ、支持体
８ｃの長さを考慮して決定する。ここでは、ｗ１を２m
m、ｗ２を０．５mmとし、自由振動部７ｃの長さを２m
m、支持体８ｃの長さを０．５mmに加工した。また、研
削量は表面より０．３mmとし、自由振動部７ｃの厚みを
０．１mmとすることにより、分極反転界面Ａを境に直接
接合されたＬＮ単結晶板の厚みｔ２，ｔ３を０．０５mm
と互いに同じになるように研削する。ｔ２，ｔ３の厚み
を同じにすることにより、高感度を実現した。
【００３５】次に、研削加工したＬＮ単結晶板の表裏面
に電荷検出用の電極９を形成する（ｅ工程）。このと
き、電極９は蒸着あるいは無電解めっきで形成し、電極
材料としてはＬＮ単結晶との密着強度を考慮しＣｒ／Ａ
ｕ，あるいはＴｉ／Ａｕが望ましい。
に電荷検出用の電極９を形成する（ｅ工程）。このと
き、電極９は蒸着あるいは無電解めっきで形成し、電極
材料としてはＬＮ単結晶との密着強度を考慮しＣｒ／Ａ
ｕ，あるいはＴｉ／Ａｕが望ましい。
【００３６】次にダイシングあるいはスライサーにより
１７ａ〜１７ｆ，１６ａ〜１６ｐのように行列に切断を
行い、支持体８ｃ、自由振動部７ｃを有する片持ち梁構
造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を形成する
（ｆ工程）。切断時には少なくとも１枚以上の切断刃を
用い、切断時の行列の間隔はセンサーの形状を考慮して
決定する。ここでは、１７ａ〜１７ｆの間隔を２．５m
m、１６ａ〜１６ｐの間隔を０．５mmとすることによ
り、長さ２．５mm、幅０．５mm、厚み０．４mmの超小型
の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を実現した。
自由振動部７ｃの長さを使用する砥石１２ｃの精度と研
削及び切断時の機械精度によって決定するため、従来の
接着剤で支持体を固定する方法のセンサー感度ばらつき
が±２０％であったのに対し、本発明では±３％と大幅
な高精度化を実現した。また、支持体形成に対する工数
においても従来５分／個かかっていた接着時間が本発明
では０．０１分／個（１枚砥石での研削工程のみ）と１
／５０に大幅に低減でき、本発明により感度ばらつきが
小さくかつ低コストな片持ち梁構造の加速度センサー用
バイモルフ型圧電素子製造方法を提供できる。
１７ａ〜１７ｆ，１６ａ〜１６ｐのように行列に切断を
行い、支持体８ｃ、自由振動部７ｃを有する片持ち梁構
造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を形成する
（ｆ工程）。切断時には少なくとも１枚以上の切断刃を
用い、切断時の行列の間隔はセンサーの形状を考慮して
決定する。ここでは、１７ａ〜１７ｆの間隔を２．５m
m、１６ａ〜１６ｐの間隔を０．５mmとすることによ
り、長さ２．５mm、幅０．５mm、厚み０．４mmの超小型
の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を実現した。
自由振動部７ｃの長さを使用する砥石１２ｃの精度と研
削及び切断時の機械精度によって決定するため、従来の
接着剤で支持体を固定する方法のセンサー感度ばらつき
が±２０％であったのに対し、本発明では±３％と大幅
な高精度化を実現した。また、支持体形成に対する工数
においても従来５分／個かかっていた接着時間が本発明
では０．０１分／個（１枚砥石での研削工程のみ）と１
／５０に大幅に低減でき、本発明により感度ばらつきが
小さくかつ低コストな片持ち梁構造の加速度センサー用
バイモルフ型圧電素子製造方法を提供できる。
【００３７】（実施の形態４）本発明の第４の実施の形
態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製
造方法を図６〜８を用いて詳細に説明する。図６および
７は製造工程の斜視図を、図８はその断面図を示してい
る。６ｃ，６ｄはＬＮ単結晶板を、５ａ，５ｂはそれぞ
れのＬＮ単結晶板の分極方向を示している。図中の点線
は、分極方向を逆にして直接接合された２枚のＬＮ単結
晶板の分極反転界面Ｂを示している。７ｂは自由振動部
（研削部）であり、８ｂは支持体（非研削部）を示して
いる。１２ｂは研削に使用する砥石を、１３ｂは研削用
砥石１２ｂを所定の間隔に固定するためのスペーサーを
示している。９は直接接合された２枚のＬＮ単結晶板の
主表面に形成した電極を、１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１
５ｋは切断方向を示している。
態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製
造方法を図６〜８を用いて詳細に説明する。図６および
７は製造工程の斜視図を、図８はその断面図を示してい
る。６ｃ，６ｄはＬＮ単結晶板を、５ａ，５ｂはそれぞ
れのＬＮ単結晶板の分極方向を示している。図中の点線
は、分極方向を逆にして直接接合された２枚のＬＮ単結
晶板の分極反転界面Ｂを示している。７ｂは自由振動部
（研削部）であり、８ｂは支持体（非研削部）を示して
いる。１２ｂは研削に使用する砥石を、１３ｂは研削用
砥石１２ｂを所定の間隔に固定するためのスペーサーを
示している。９は直接接合された２枚のＬＮ単結晶板の
主表面に形成した電極を、１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１
５ｋは切断方向を示している。
【００３８】本実施の形態の加速度センサー用バイモル
フ型圧電素子の製造方法は、まずはじめに２枚のＬＮ単
結晶板６ｃ，６ｄの表面を洗浄し、貼り合わせて加熱す
ることにより直接接合する（ａ〜ｂ工程）。ＬＮ単結晶
板の厚みは、最終形状を考慮して決定する。ここでは、
一例として０．３５mmと０．３５mmの厚みのＬＮ単結晶
板を直接接合する。洗浄及び貼り合わせは直接接合する
対向主面にごみが混入しないようにクリーンルームで行
うことが望ましい。また、直接接合するＬＮ単結晶板の
対向主面は正分極面同士とし、かつ圧電定数ｄと電気機
械結合係数ｋが最大となるように１２０°〜１５０°回
転Ｙ板切り出し面とする。正分極面同士を対向主面とし
て接合することにより、温度上昇時の電荷の発生を解消
し、良好なセンサー感度の温度特性を得られることにな
る。さらに、接合時にｘ軸あるいはｚ軸に対し、±１°
以内のずれで接合することで接合強度を向上でき、加速
度センサーの耐衝撃性を向上できる。貼り合わせ後の加
熱温度は２７５℃以上とし、真空または大気中での加熱
とすることにより装置コストを低減できる。加熱後、貼
り合わせた一対のＬＮ単結晶板６ｃ，６ｄは完全に一体
となるが、接合面である分極反転界面を図中では点線で
示している。
フ型圧電素子の製造方法は、まずはじめに２枚のＬＮ単
結晶板６ｃ，６ｄの表面を洗浄し、貼り合わせて加熱す
ることにより直接接合する（ａ〜ｂ工程）。ＬＮ単結晶
板の厚みは、最終形状を考慮して決定する。ここでは、
一例として０．３５mmと０．３５mmの厚みのＬＮ単結晶
板を直接接合する。洗浄及び貼り合わせは直接接合する
対向主面にごみが混入しないようにクリーンルームで行
うことが望ましい。また、直接接合するＬＮ単結晶板の
対向主面は正分極面同士とし、かつ圧電定数ｄと電気機
械結合係数ｋが最大となるように１２０°〜１５０°回
転Ｙ板切り出し面とする。正分極面同士を対向主面とし
て接合することにより、温度上昇時の電荷の発生を解消
し、良好なセンサー感度の温度特性を得られることにな
る。さらに、接合時にｘ軸あるいはｚ軸に対し、±１°
以内のずれで接合することで接合強度を向上でき、加速
度センサーの耐衝撃性を向上できる。貼り合わせ後の加
熱温度は２７５℃以上とし、真空または大気中での加熱
とすることにより装置コストを低減できる。加熱後、貼
り合わせた一対のＬＮ単結晶板６ｃ，６ｄは完全に一体
となるが、接合面である分極反転界面を図中では点線で
示している。
【００３９】次に、直接接合されたＬＮ単結晶板の片方
をラップ加工あるいは平面研削等により、分極反転界面
までの厚みｔ１を０．０５mmになるように０．３mm加工
する（ｃ工程）。このとき、直接接合時に０．０５mmの
厚みのＬＮ単結晶板を用いれば、この工程は省略するこ
とができる。
をラップ加工あるいは平面研削等により、分極反転界面
までの厚みｔ１を０．０５mmになるように０．３mm加工
する（ｃ工程）。このとき、直接接合時に０．０５mmの
厚みのＬＮ単結晶板を用いれば、この工程は省略するこ
とができる。
【００４０】次に、もう片方の面を厚みＷ１の砥石１２
ｂを用いて研削を行い、センサー部となる自由振動部７
ｂと非研削部からなる両持ち梁の支持部となる支持体８
ｂを一体かつ同時に形成する（ｄ工程）。研削に少なく
とも１枚以上の砥石１２ｂを用い、砥石幅Ｗ１、砥石固
定用スペーサー幅Ｗ２は自由振動部７ｂの長さ、支持体
８ｂの長さを考慮して決定する。ここでは、ｗ１を２m
m、ｗ２を０．５mmとし、自由振動部７ｂの長さを２m
m、支持体８ｂの長さを０．５mmに加工した。また、研
削量は表面より０．３mmとし、自由振動部７ｂの厚みを
０．１mmとすることにより、分極反転界面を境に直接接
合されたＬＮ単結晶板の厚みｔ２，ｔ３を０．０５mmと
互いに同じになるように研削する。ｔ２，ｔ３の厚みを
同じにすることにより、高感度を実現した。
ｂを用いて研削を行い、センサー部となる自由振動部７
ｂと非研削部からなる両持ち梁の支持部となる支持体８
ｂを一体かつ同時に形成する（ｄ工程）。研削に少なく
とも１枚以上の砥石１２ｂを用い、砥石幅Ｗ１、砥石固
定用スペーサー幅Ｗ２は自由振動部７ｂの長さ、支持体
８ｂの長さを考慮して決定する。ここでは、ｗ１を２m
m、ｗ２を０．５mmとし、自由振動部７ｂの長さを２m
m、支持体８ｂの長さを０．５mmに加工した。また、研
削量は表面より０．３mmとし、自由振動部７ｂの厚みを
０．１mmとすることにより、分極反転界面を境に直接接
合されたＬＮ単結晶板の厚みｔ２，ｔ３を０．０５mmと
互いに同じになるように研削する。ｔ２，ｔ３の厚みを
同じにすることにより、高感度を実現した。
【００４１】次に、研削加工したＬＮ単結晶板の表裏面
に電荷検出用の電極９を形成する（ｅ工程）。このと
き、電極９は蒸着あるいは無電解めっきで形成し、電極
材料としてはＬＮ単結晶との密着強度を考慮しＣｒ／Ａ
ｕ、あるいはＴｉ／Ａｕが望ましい。
に電荷検出用の電極９を形成する（ｅ工程）。このと
き、電極９は蒸着あるいは無電解めっきで形成し、電極
材料としてはＬＮ単結晶との密着強度を考慮しＣｒ／Ａ
ｕ、あるいはＴｉ／Ａｕが望ましい。
【００４２】次にダイシングあるいはスライサーにより
１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１５ｋのように行列に切断を
行い、支持体８ｂ、自由振動部７ｂを有する両持ち梁構
造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を形成する
（ｆ工程）。切断時には少なくとも１枚以上の切断刃を
用い、切断時の行列の間隔はセンサーの形状を考慮して
決定する。ここでは、１４ａ〜１４ｃの間隔を２．５m
m、１５ａ〜１５ｋの間隔を０．５mmとすることによ
り、長さ２．５mm、幅０．５mm、厚み０．４mmの超小型
の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を実現した。
自由振動部７ｂの長さは使用する砥石１２ｂの精度と研
削及び切断時の機械精度によって決定するため、従来の
接着剤で支持体を固定する方法のセンサー感度ばらつき
が±２０％であったのに対し、本発明では±３％と大幅
な高精度化を実現した。また、支持体形成に対する工数
においても従来５分／個かかっていた接着時間が本発明
の０．０１分／１個（１枚砥石の研削工程のみ）と１／
５０に大幅に低減でき、本発明により感度ばらつきが小
さくかつ低コストな両持ち梁構造の加速度センサー用バ
イモルフ型圧電素子製造方法を提供できる。
１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１５ｋのように行列に切断を
行い、支持体８ｂ、自由振動部７ｂを有する両持ち梁構
造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を形成する
（ｆ工程）。切断時には少なくとも１枚以上の切断刃を
用い、切断時の行列の間隔はセンサーの形状を考慮して
決定する。ここでは、１４ａ〜１４ｃの間隔を２．５m
m、１５ａ〜１５ｋの間隔を０．５mmとすることによ
り、長さ２．５mm、幅０．５mm、厚み０．４mmの超小型
の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を実現した。
自由振動部７ｂの長さは使用する砥石１２ｂの精度と研
削及び切断時の機械精度によって決定するため、従来の
接着剤で支持体を固定する方法のセンサー感度ばらつき
が±２０％であったのに対し、本発明では±３％と大幅
な高精度化を実現した。また、支持体形成に対する工数
においても従来５分／個かかっていた接着時間が本発明
の０．０１分／１個（１枚砥石の研削工程のみ）と１／
５０に大幅に低減でき、本発明により感度ばらつきが小
さくかつ低コストな両持ち梁構造の加速度センサー用バ
イモルフ型圧電素子製造方法を提供できる。
【００４３】（実施の形態５）本発明の第５の実施の形
態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製
造方法を図９〜１１を用いて詳細に説明する。図９およ
び１０は製造工程の斜視図を、図１１はその断面図を示
している。６ａ，６ｂはＬＮ単結晶板を、５ａ，５ｂは
それぞれのＬＮ単結晶板の分極方向を示している。図中
の点線は、分極方向を逆にして直接接合された２枚のＬ
Ｎ単結晶板の分極反転界面Ｃを示している。７ａは自由
振動部（研削部）であり、８ａは支持体（非研削部）を
示している。１２ａは研削に使用する砥石を、１３ａは
研削用砥石１２ａを所定の間隔に固定するためのスペー
サーを示している。９は直接接合された２枚のＬＮ単結
晶板の主表面に形成した電極を、１０ａ〜１０ｆ，１１
ａ〜１１ｋは切断方向を示している。
態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製
造方法を図９〜１１を用いて詳細に説明する。図９およ
び１０は製造工程の斜視図を、図１１はその断面図を示
している。６ａ，６ｂはＬＮ単結晶板を、５ａ，５ｂは
それぞれのＬＮ単結晶板の分極方向を示している。図中
の点線は、分極方向を逆にして直接接合された２枚のＬ
Ｎ単結晶板の分極反転界面Ｃを示している。７ａは自由
振動部（研削部）であり、８ａは支持体（非研削部）を
示している。１２ａは研削に使用する砥石を、１３ａは
研削用砥石１２ａを所定の間隔に固定するためのスペー
サーを示している。９は直接接合された２枚のＬＮ単結
晶板の主表面に形成した電極を、１０ａ〜１０ｆ，１１
ａ〜１１ｋは切断方向を示している。
【００４４】本実施の形態の加速度センサー用バイモル
フ型圧電素子の製造方法は、まずはじめに２枚のＬＮ単
結晶板６ａ，６ｂの表面を洗浄し、貼り合わせて加熱す
ることにより直接接合する（ａ〜ｂ工程）。ＬＮの単結
晶の厚みは、最終形状を考慮して決定する。ここでは、
一例として０．３５mmと０．３５mmの厚みのＬＮ単結晶
板を直接接合する。洗浄及び貼り合わせは直接接合する
対向主面にごみが混入しないようにクリーンルームで行
うことが望ましい。また、直接接合するＬＮ単結晶板６
ａ，６ｂの対向主面は正分極面同士とし、かつ圧電定数
ｄと電気機械結合係数ｋが最大となるように１２０°〜
１５０°回転Ｙ板切り出し面とする。正分極面同時を対
向主面として接合することにより、温度上昇時の電荷の
発生を解消し、良好なセンサー感度の温度特性を得られ
ることになる。さらに、接合時にｘ軸あるいはｚ軸に対
し、±１°以内のずれで接合することで接合強度を向上
でき、加速度センサーの耐衝撃性を向上できる。貼り合
わせ後の加熱温度は２７５℃以上とし、真空または大気
中での加熱とすることにより装置コストを低減できる。
加熱後、貼り合わせた一対のＬＮ単結晶板６ａ，６ｂは
完全に一体となるが、接合面である分極反転界面を図中
では点線で示している。
フ型圧電素子の製造方法は、まずはじめに２枚のＬＮ単
結晶板６ａ，６ｂの表面を洗浄し、貼り合わせて加熱す
ることにより直接接合する（ａ〜ｂ工程）。ＬＮの単結
晶の厚みは、最終形状を考慮して決定する。ここでは、
一例として０．３５mmと０．３５mmの厚みのＬＮ単結晶
板を直接接合する。洗浄及び貼り合わせは直接接合する
対向主面にごみが混入しないようにクリーンルームで行
うことが望ましい。また、直接接合するＬＮ単結晶板６
ａ，６ｂの対向主面は正分極面同士とし、かつ圧電定数
ｄと電気機械結合係数ｋが最大となるように１２０°〜
１５０°回転Ｙ板切り出し面とする。正分極面同時を対
向主面として接合することにより、温度上昇時の電荷の
発生を解消し、良好なセンサー感度の温度特性を得られ
ることになる。さらに、接合時にｘ軸あるいはｚ軸に対
し、±１°以内のずれで接合することで接合強度を向上
でき、加速度センサーの耐衝撃性を向上できる。貼り合
わせ後の加熱温度は２７５℃以上とし、真空または大気
中での加熱とすることにより装置コストを低減できる。
加熱後、貼り合わせた一対のＬＮ単結晶板６ａ，６ｂは
完全に一体となるが、接合面である分極反転界面を図中
では点線で示している。
【００４５】次に、直接接合されたＬＮ単結晶板の片方
をラップ加工あるいは平面研削等により、分極反転界面
までの厚みｔ１を０．０５mmになるように０．３mm加工
する（ｃ工程）。このとき、直接接合時に０．０５mmの
厚みのＬＮ単結晶板を用いれば、この工程は省略するこ
とができる。
をラップ加工あるいは平面研削等により、分極反転界面
までの厚みｔ１を０．０５mmになるように０．３mm加工
する（ｃ工程）。このとき、直接接合時に０．０５mmの
厚みのＬＮ単結晶板を用いれば、この工程は省略するこ
とができる。
【００４６】次に、もう片方の面を厚みＷ１の砥石１２
ａを用いて研削を行い、センサー部となる自由振動部７
ａと非研削部からなる片持ち梁の支持部となる支持体８
ａを一体かつ同時に形成する（ｄ工程）。研削に少なく
とも１枚以上の砥石１３ａを用い、砥石幅Ｗ１、砥石固
定用スペーサー幅Ｗ２は自由振動部７ａの長さ、支持体
８ａの長さを考慮して決定する。ここでは、ｗ１を４．
０mm、ｗ２を１．０mmとし、自由振動部７ａの長さを
４．０mm、支持体８ａの長さを１．０mmに加工した。ま
た、研削量は表面より０．３mmとし、自由振動部７ａの
厚みを０．１mmとすることにより、分極反転界面を境に
直接接合されたＬＮ単結晶板の厚みｔ２，ｔ３を０．０
５mmと互いに同じになるように研削する。ｔ２，ｔ３の
厚みを同じにすることにより、高感度を実現した。
ａを用いて研削を行い、センサー部となる自由振動部７
ａと非研削部からなる片持ち梁の支持部となる支持体８
ａを一体かつ同時に形成する（ｄ工程）。研削に少なく
とも１枚以上の砥石１３ａを用い、砥石幅Ｗ１、砥石固
定用スペーサー幅Ｗ２は自由振動部７ａの長さ、支持体
８ａの長さを考慮して決定する。ここでは、ｗ１を４．
０mm、ｗ２を１．０mmとし、自由振動部７ａの長さを
４．０mm、支持体８ａの長さを１．０mmに加工した。ま
た、研削量は表面より０．３mmとし、自由振動部７ａの
厚みを０．１mmとすることにより、分極反転界面を境に
直接接合されたＬＮ単結晶板の厚みｔ２，ｔ３を０．０
５mmと互いに同じになるように研削する。ｔ２，ｔ３の
厚みを同じにすることにより、高感度を実現した。
【００４７】次に、研削加工したＬＮ単結晶板の表裏面
に電荷検出用の電極９を形成する（ｅ工程）。このと
き、電極９は蒸着あるいは無電解めっきで形成し、電極
材料としてはＬＮ単結晶との密着強度を考慮しＣｒ／Ａ
ｕ、あるいはＴｉ／Ａｕが望ましい。次にダイシングあ
るいはスライサーにより１０ａ〜１０ｆ，１１ａ〜１１
ｋのように行列に切断を行い、支持体８ａ、自由振動部
７ａを有する片持ち梁構造の加速度センサー用バイモル
フ型圧電素子を形成する。切断時には少なくとも１枚以
上の切断刃を用い、切断時の行列の間隔はセンサーの形
状を考慮して決定する。ここでは、１０ａ〜１０ｆの間
隔を２．５mm、１１ａ〜１１ｋの間隔を０．５mmとする
ことにより、長さ２．５mm、幅０．５mm、厚み０．４mm
の超小型の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を実
現した。自由振動部７ａの長さは使用する砥石１２ａの
精度と研削及び切断時の機械精度によって決定するた
め、従来の接着剤で支持体を固定する方法のセンサー感
度ばらつきが±２０％であったのに対し、本発明では±
３％と大幅な高精度化を実現した。また、ここでは、自
由振動部７ａを形成研削用砥石１２ａに実施の形態３の
倍の厚みである４mmの砥石を用いることにより、研削加
工時間を実施の形態３の１／２としている。そのため、
支持体形成に対する工数が本発明では０．００５分／個
（１枚砥石での研削工程のみ）と従来の１／１００に大
幅に低減でき、本発明により感度ばらつきが小さくかつ
低コストな片持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ
型圧電素子製造方法を提供できる。
に電荷検出用の電極９を形成する（ｅ工程）。このと
き、電極９は蒸着あるいは無電解めっきで形成し、電極
材料としてはＬＮ単結晶との密着強度を考慮しＣｒ／Ａ
ｕ、あるいはＴｉ／Ａｕが望ましい。次にダイシングあ
るいはスライサーにより１０ａ〜１０ｆ，１１ａ〜１１
ｋのように行列に切断を行い、支持体８ａ、自由振動部
７ａを有する片持ち梁構造の加速度センサー用バイモル
フ型圧電素子を形成する。切断時には少なくとも１枚以
上の切断刃を用い、切断時の行列の間隔はセンサーの形
状を考慮して決定する。ここでは、１０ａ〜１０ｆの間
隔を２．５mm、１１ａ〜１１ｋの間隔を０．５mmとする
ことにより、長さ２．５mm、幅０．５mm、厚み０．４mm
の超小型の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を実
現した。自由振動部７ａの長さは使用する砥石１２ａの
精度と研削及び切断時の機械精度によって決定するた
め、従来の接着剤で支持体を固定する方法のセンサー感
度ばらつきが±２０％であったのに対し、本発明では±
３％と大幅な高精度化を実現した。また、ここでは、自
由振動部７ａを形成研削用砥石１２ａに実施の形態３の
倍の厚みである４mmの砥石を用いることにより、研削加
工時間を実施の形態３の１／２としている。そのため、
支持体形成に対する工数が本発明では０．００５分／個
（１枚砥石での研削工程のみ）と従来の１／１００に大
幅に低減でき、本発明により感度ばらつきが小さくかつ
低コストな片持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ
型圧電素子製造方法を提供できる。
【００４８】
【発明の効果】以上のように、本発明は一対の圧電単結
晶板を直接接合により対面接合してなる加速度センサー
用バイモルフ型圧電素子であって、前記一対の圧電単結
晶板の少なくとも一方の一部を研削して設けられた自由
振動部と、前記自由振動部の片側または両側に一体に設
けられた非研削部よりなる支持体とを有する構成であ
り、また一対の圧電単結晶板を対面接合し加熱すること
により直接接合する第一の工程と、直接接合された前記
一対の圧電単結晶板の少なくとも一方を行あるいは列に
所定の間隔及び深さに研削して自由振動部を形成する第
二の工程と、研削された前記圧電単結晶板の主表面に電
極を形成する第三の工程と、研削により形成された前記
圧電単結晶板の自由振動部および非研削部を所定の間隔
に行列に切断することにより支持体を形成する第四の工
程を有する製造方法であり、これにより小型・高感度で
感度ばらつきが小さくかつ低コストな加速度センサー用
バイモルフ型圧電素子とその製造方法を提供することを
可能とする。
晶板を直接接合により対面接合してなる加速度センサー
用バイモルフ型圧電素子であって、前記一対の圧電単結
晶板の少なくとも一方の一部を研削して設けられた自由
振動部と、前記自由振動部の片側または両側に一体に設
けられた非研削部よりなる支持体とを有する構成であ
り、また一対の圧電単結晶板を対面接合し加熱すること
により直接接合する第一の工程と、直接接合された前記
一対の圧電単結晶板の少なくとも一方を行あるいは列に
所定の間隔及び深さに研削して自由振動部を形成する第
二の工程と、研削された前記圧電単結晶板の主表面に電
極を形成する第三の工程と、研削により形成された前記
圧電単結晶板の自由振動部および非研削部を所定の間隔
に行列に切断することにより支持体を形成する第四の工
程を有する製造方法であり、これにより小型・高感度で
感度ばらつきが小さくかつ低コストな加速度センサー用
バイモルフ型圧電素子とその製造方法を提供することを
可能とする。
【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態における加速
度センサー用バイモルフ型圧電素子の断面図 （ｂ）同斜視図
度センサー用バイモルフ型圧電素子の断面図 （ｂ）同斜視図
【図２】（ａ）本発明の第２の実施の形態における加速
度センサー用バイモルフ型圧電素子の断面図 （ｂ）同斜視図
度センサー用バイモルフ型圧電素子の断面図 （ｂ）同斜視図
【図３】本発明の第３の実施の形態における加速度セン
サー用バイモルフ型圧電素子製造方法を示す斜視工程図
サー用バイモルフ型圧電素子製造方法を示す斜視工程図
【図４】同斜視工程図
【図５】同断面工程図
【図６】本発明の第４の実施の形態における加速度セン
サー用バイモルフ型圧電素子製造方法を示す斜視工程図
サー用バイモルフ型圧電素子製造方法を示す斜視工程図
【図７】同斜視工程図
【図８】同断面工程図
【図９】本発明の第５の実施の形態における加速度セン
サー用バイモルフ型圧電素子製造方法を示す斜視工程図
サー用バイモルフ型圧電素子製造方法を示す斜視工程図
【図１０】同斜視工程図
【図１１】同断面工程図
【図１２】（ａ）従来の加速度センサー用バイモルフ型
圧電素子（片持ち梁構造）の断面図 （ｂ）従来構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素
子（両持ち梁構造）の断面図
圧電素子（片持ち梁構造）の断面図 （ｂ）従来構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素
子（両持ち梁構造）の断面図
【図１３】従来工法による加速度センサー用バイモルフ
型圧電素子（片持ち梁構造）の製造方法の一例を示す断
面工程図
型圧電素子（片持ち梁構造）の製造方法の一例を示す断
面工程図
【図１４】従来工法による加速度センサー用バイモルフ
型圧電素子（両持ち梁構造）の製造方法の一例を示す断
面工程図
型圧電素子（両持ち梁構造）の製造方法の一例を示す断
面工程図
１ａ〜１ｉ 圧電セラミック ２ａ〜２ｉ 電極 ３ａ〜３ｆ 接着剤 ４ａ〜４ｈ 支持体 ５ａ，５ｂ 分極方向 ６ａ〜６ｆ ＬＮ単結晶板 ７ａ〜７ｃ 自由振動部 ７ｈ，７ｊ バイモルフ型圧電素子 ８ａ〜８ｃ 支持体 ９ 電極 １２ａ〜１２ｃ 研削用砥石 １３ａ〜１３ｃ スペーサー １０，１１，１４，１５，１６，１７ 切断方向 ３１ａ〜３１ｄ 電極 ３２ａ，３２ｂ 自由振動部 ３３ａ〜３３ｃ 支持体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 幸治 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 島村 徹郎 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 佐々木 幸紀 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 山口 雅子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (11)
- 【請求項１】 一対の圧電単結晶板を直接接合により対
面接合してなる加速度センサー用バイモルフ型圧電素子
であって、前記一対の圧電単結晶板の少なくとも一方の
一部を研削して設けられた自由振動部と、前記自由振動
部の片側または両側に一体に設けられた非研削部よりな
る支持体とを有する加速度センサー用バイモルフ型圧電
素子。 - 【請求項２】 圧電単結晶板がニオブ酸リチウム単結晶
からなり、対向主面を１２０〜１５０度回転Ｙ板切り出
し面としたことを特徴とする請求項１記載の加速度セン
サー用バイモルフ型圧電素子。 - 【請求項３】 圧電単結晶板の対向主面が正分極面であ
ることを特徴とする請求項１記載の加速度センサー用バ
イモルフ型圧電素子。 - 【請求項４】 自由振動部の直接接合された一対の単結
晶板の互いの厚みが同じであることを特徴とする請求項
１記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子。 - 【請求項５】 一対の圧電単結晶板を対面接合し加熱す
ることにより直接接合する第一の工程と、直接接合され
た前記一対の圧電単結晶板の少なくとも一方を行あるい
は列に所定の間隔及び深さに研削して自由振動部を形成
する第二の工程と、研削された前記圧電単結晶板の主表
面に電極を形成する第三の工程と、研削により形成され
た前記圧電単結晶板の自由振動部および非研削部を所定
の間隔に行列に切断することにより支持体を形成する第
四の工程を有することを特徴とする加速度センサー用バ
イモルフ型圧電素子の製造方法。 - 【請求項６】 一対の圧電単結晶板の正分極面を直接接
合することを特徴とする請求項５記載の加速度センサー
用バイモルフ型圧電素子の製造方法。 - 【請求項７】 一対の圧電単結晶板を対面接合し加熱す
る温度が２７５℃以上であることを特徴とする請求項５
記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方
法。 - 【請求項８】 研削により対向する一対の圧電単結晶板
の厚みを同じ厚みとして自由振動部を形成することを特
徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型
圧電素子の製造方法。 - 【請求項９】 研削された圧電単結晶板上の電極を無電
解めっきあるいは蒸着により形成することを特徴とする
請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子
の製造方法。 - 【請求項１０】 第四の工程で行われる切断に切断刃を
用いるとともに、前記切断刃が少なくとも１枚以上所定
の間隔で同軸上に固定された切断刃群からなることを特
徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型
圧電素子の製造方法。 - 【請求項１１】 第二の工程で用いられる研削用砥石が
少なくとも１枚以上同軸上に固定された砥石群からなる
ことを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイ
モルフ型圧電素子の製造方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18633297A JPH1130628A (ja) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | 加速度センサー用バイモルフ型圧電素子とその製造方法 |
| EP98931044A EP0932044B1 (en) | 1997-07-11 | 1998-07-10 | Bimorph piezoelectric device for acceleration sensor and method of its manufacture |
| DE69829941T DE69829941T2 (de) | 1997-07-11 | 1998-07-10 | Bilaminares piezoelektrisches bauelement für beschleunigungsmessaufnehmer sowie verfahren zu seiner herstellung |
| US09/147,789 US6246155B1 (en) | 1997-07-11 | 1998-07-10 | Bimorph piezoelectric device for acceleration sensor and method of its manufacture |
| KR10-1999-7001128A KR100380517B1 (ko) | 1997-07-11 | 1998-07-10 | 가속도 센서용 바이모르프형 압전 소자와 그 제조 방법 |
| PCT/JP1998/003101 WO1999002995A1 (fr) | 1997-07-11 | 1998-07-10 | Dispositif piezo-electrique dimorphe destine a un capteur d'acceleration et procede de fabrication associe |
| US09/768,349 US6550116B2 (en) | 1997-07-11 | 2001-01-25 | Method for manufacturing a bimorph piezoelectric device for acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18633297A JPH1130628A (ja) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | 加速度センサー用バイモルフ型圧電素子とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1130628A true JPH1130628A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=16186502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18633297A Pending JPH1130628A (ja) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | 加速度センサー用バイモルフ型圧電素子とその製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6246155B1 (ja) |
| EP (1) | EP0932044B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1130628A (ja) |
| KR (1) | KR100380517B1 (ja) |
| DE (1) | DE69829941T2 (ja) |
| WO (1) | WO1999002995A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011514608A (ja) * | 2008-02-05 | 2011-05-06 | モルガン アドバンスド セラミックス， インコーポレイテッド | 粒子脱落（ｐａｒｔｉｃｌｅｓｈｅｄｄｉｎｇ）を減じるための被包コーティング |
| US9404938B2 (en) | 2010-12-24 | 2016-08-02 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Acceleration sensor |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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