JPH116841A

JPH116841A - 加速度センサ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH116841A
Application number: JP9158483A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Ootsuchi; 哲郎大土; Masahito Sugimoto; 雅人杉本; Yoshihiro Tomita; 佳宏冨田; Osamu Kawasaki; 修川崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】加速度センサの静電容量が小さい場合でも、低
周波数領域まで均一な特性を得ることのできる加速度セ
ンサとその製造法を実現すること。【解決手段】圧電素子２と電極３ａ，３ｂとを有する機
械−電気変換子１と、内部に空間を有し、機械−電気変
換子１を前記空間内で振動可能に支持する容器を構成す
る容器基板部１０ａ、容器蓋部１０ｂと、前記容器の一
部に設けられた容量体１２とを備え、容量体１２が機械
−電気変換子１の出力端子と並列に接続されている。

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
法に関するものである。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ものである。

【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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】図２１に、圧電型加速度センサの一般的な
信号処理回路を示す。図２１に示すように、加速度を計
測する加速度センサＳ１は、電界効果型トランジスタ
（ＦＥＴ）のゲートに抵抗Ｒｈと並列に接続されてお
り、加速度センサＳ１から出力された信号は電界効果型
トランジスタ（ＦＥＴ）に入力される。ここで、加速度
センサＳ１及びゲート抵抗Ｒｈの一方の端子は接地され
ている。また、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）のソ
ースは、抵抗Ｒ１を介して接地されていると共に、キャ
パシタＣ３を介して出力端子に接続されている。また、
電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）のドレインは、直流
電源に接続されている。このように加速度センサＳ１
は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いたソース
フォロワ回路によって信号処理される。この回路では、
インピーダンス変換効率が大きく、回路の利得はほぼ０
ｄＢとなり、加速度センサＳ１の有する感度は増幅され
ることなく出力される。

【０００７】図２１の回路において、低周波側の出力周
波数範囲は、加速度センサＳ１の静電容量Ｃ１と加速度
センサＳ１に並列に接続された抵抗Ｒｈとからなるハイ
パスフィルタの時定数（１／ω_s）によって求まるカッ
トオフ周波数ｆ_hcで決定される。この場合、カットオフ
周波数ｆ_hcは、次式で表記される。

【０００８】

【数１】 f_hc＝１／ω_s ＝１／（２π・Ｃ１・Ｒｈ）一般に、圧電型加速度センサの静電容量は形状に依存す
るが、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックを用い
て作製された圧電型加速度センサの静電容量は数百ｐＦ
であり、ニオブ酸リチウムなどの圧電単結晶を用いて作
製された圧電型加速度センサの静電容量は数十ｐＦであ
る。

【０００９】汎用されているチップ抵抗をゲート抵抗Ｒ
ｈとして用いる場合、その抵抗値は１〜１０ＭΩ程度で
ある。従って、圧電セラミックを用いて作製された圧電
型加速度センサのカットオフ周波数ｆ_hcは数百Ｈｚとな
るのに対し、圧電単結晶を用いて作製された圧電型加速
度センサのカットオフ周波数ｆ_hcは数ｋＨｚとなるの
で、ゲート抵抗Ｒｈの抵抗値が１〜１０ＭΩ程度の場合
においては圧電単結晶を用いて作製された圧電型加速度
センサは、加速度センサとしては用いることができな
い。

【００１０】静電容量が１０ｐＦの圧電単結晶を用いて
作製された圧電型加速度センサを図２１の信号処理回路
に組み込み、ゲート抵抗Ｒｈの抵抗値を１０ＭΩ又は
１００ＭΩに設定して、１Ｇの加速度に対する出力電圧
を測定した場合の周波数特性を図２２に示す（●：ゲー
ト抵抗Ｒｈの抵抗値が１０ＭΩの場合、○：ゲート抵
抗Ｒｈの抵抗値が１００ＭΩの場合）。このときのハ
イパスフィルタのカットオフ周波数ｆ_hcは、例えばゲー
ト抵抗Ｒｈの抵抗値が１０ＭΩの場合に約１．６ｋＨ
Ｚであり、ゲート抵抗Ｒｈの抵抗値が１００ＭΩの場
合に約１６０Ｈｚである。図２１に示すように、ゲート
抵抗Ｒｈの抵抗値を１０ＭΩ又は１００ＭΩのいずれ
に設定しても、加速度の周波数がカットオフ周波数ｆ_hc
以下の場合に出力電圧が大きく低下していることが分か
る。

【００１１】以上のように、上述したような圧電型加速
度センサの信号処理回路を用いた場合、カットオフ周波
数よりも低い周波数の加速度に対しては出力電圧が低下
してしまう。すなわち、一定の大きさの加速度が加速度
センサに加わっても、周波数の低い加速度の場合には、
周波数の高い加速度の場合よりも低い電圧しか信号処理
回路から出力されない。従って、一定以上の大きさの加
速度や衝撃を検知する装置に、このような圧電型加速度
センサと信号処理回路を用いる場合には、感度の周波数
依存性が小さい方が好ましい。

【００１２】例えば、ハードディスク装置に圧電型加速
度センサを用いた衝撃検知装置を組み込み、一定以上の
大きさの衝撃が加わったときに、情報の書き込み動作を
停止させて、ヘッドを安全な位置に退避させる場合に
は、ヘッドを退避させるべき衝撃の大きさに相当する電
圧が予め設定される。しかし、衝撃検出装置の信号処理
回路が上記したような回路の場合に、カットオフ周波数
よりも高い周波数の電圧を基準にすると、低周波の衝撃
を検知することができない。また、カットオフ周波数よ
りも低い周波数の電圧を基準にすると、高周波の衝撃に
対し、安全な衝撃より小さな衝撃をも検知してヘッドを
退避させてしまう。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような不具合を
解消する方法として、加速度センサと並列に接続される
抵抗Ｒｈの抵抗値を大きくすることにより、カットオ
フ周波数ｆ_hcを小さくし、低周波数領域まで一定の出力
を得るという方法がある。例えば、図２１に示すように
１００ＭΩの抵抗を用いると、低周波数まで一定の感度
を得ることはできる。しかし、１０ＭΩを超える抵抗は
かなり高価であり、現実的でない。また、この場合、実
装基板の配線間の漏れ電流等にも特別の注意を払わなけ
れば、実質的に高い抵抗値を得ることはできないため、
抵抗Ｒｈの実装基板への接続端子等に漏れ電流を防止す
るためのガードリング等の特別の部材を設ける必要があ
る。また、湿度等の環境が変化すると、実装基板の配線
間の漏れ電流が変化し、抵抗Ｒｈの抵抗値が見かけ上
小さくなる等の問題もある。

【００１４】また、図２１の信号処理回路を集積回路化
することは容易であるが、抵抗Ｒｈのような１０ＭΩ以
上の高い抵抗値を有する抵抗体を集積回路の中に組み込
むことは、現在の半導体技術では非常に困難である。こ
のため、加速度センサと信号処理用の集積回路のほかに
高い抵抗値を有する抵抗体を別途用意して実装しなけれ
ばならないので、実装部品の点数が多くなると共に、実
装面積も広くなり、衝撃検知装置等の小型化を図ること
ができない。

【００１５】また、上記不具合を解消する方法として、
加速度センサの静電容量Ｃ₁を大きくすることにより、
カットオフ周波数ｆ_hcを小さくし、低周波数領域まで一
定の出力を得るという方法もある。材料が同一の場合、
圧電型加速度センサの静電容量は、圧電体の厚さが薄い
ほど大きくなり、また、面積が広いほど大きくなる。従
って、圧電体の厚さを薄くすればよいが、圧電体の厚さ
が薄くなると機械的強度が低下して割れ易くなり、製造
工程上での取り扱いも困難になる。また、圧電体の形状
（面積）は測定周波数帯と密接に関係する共振周波数を
決定するものであるため、圧電体の形状（面積）をむや
みに変更することはできない。

【００１６】本発明は、このような従来の加速度センサ
の、低周波数領域まで一定の出力を得ようとすると装置
が大型化するあるいは高いコストがかかるという課題を
考慮し、低周波数領域まで一定の大きさの加速度に対し
て一定の出力を得ることのでき、装置自体の小型化及び
低コスト化を達成できる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ものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１の本発明は、圧電素子と電極とを有する
機械−電気変換子と、内部に空間を有し前記機械−電気
変換子を前記空間内で振動可能に支持する容器と、前記
容器の一部に設けられた容量体とを備え、前記容量体が
前記機械−電気変換子の出力端子と並列に接続されてい
ることを特徴とする加速度センサである。この場合、機
械−電気変換子を収容する容器の一部に設けられた容量
体に機械−電気変換子の静電容量を大きくするのと同じ
効果を発揮させることができるので、この容量体の静電
容量値を大きくして、カットオフ周波数を小さくするこ
とにより、低周波数領域まで、一定の大きさの加速度に
対して一定の出力を得ることのできる加速度センサを実
現することができる。この場合、当該抵抗体の実装基板
への接続端子等に漏れ電流を防止するためのガードリン
グ等の特別の部材を設けなくてよい。また、加速度セン
サを含む信号処理回路の部品点数を削減することができ
るので、実装面積を小さくして衝撃検知装置等の小型化
を図ることができる。さらに、信号処理回路に高い抵抗
値を有する抵抗体を組み込む必要がないので、信号処理
回路を集積回路化して、回路の小型化を図ることができ
る。

【００１８】また、請求項２の本発明は、前記容量体が
膜状であることを特徴とする請求項１に記載の加速度セ
ンサである。これによって、加速度センサが容量体を備
えた場合においても、加速度センサの小型化を図ること
ができる。特に、加速度センサの厚みを容易に薄くする
ことができる。

【００１９】また、請求項４の本発明は、前記容量体が
前記容器の前記内部空間側の面に装着されていることを
特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加速度セン
サである。この場合、容量体は外部の環境の変化を直接
受けることがないので、安定に機能すると共に、経時変
化も極めて小さい。

【００２０】また、請求項５の本発明は、前記容量体が
前記容器の外側の面に装着されていることを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載の加速度センサである。
この場合、加速度センサを基板に実装した後に容量体の
静電容量値を調整することが可能となる。

【００２１】また、請求項６の本発明は、前記容量体が
前記容器を構成する板部に埋め込まれて設けられている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加速
度センサである。この場合、容量体は外部の環境の変化
を直接受けることがないので、安定に機能すると共に、
経時変化も極めて小さい。また容量体は容器の一部とな
っているため、容量体を付加するためのスペースを必要
としないため、容器全体を小さくすることができ、加速
度センサを小型化することができる。

【００２２】また、請求項８の本発明は、前記容器は少
なくとも基板部と蓋部から構成され、前記容量体が前記
基板部に設けられていることを特徴とする請求項１〜７
のいずれかに記載の加速度センサである。この場合、機
械−電気変換子の電極と接続するための導電層と容量体
の内部電極が同じ基板にあるため、電気的接続が容易で
あり、容器内の配線が簡単になる。また容量体は容器の
一部となっているため、容量体を付加するためのスペー
スを必要としないため、容器全体を小さくすることがで
き、加速度センサを小型化することができる。

【００２３】また、請求項９の本発明は、前記容器は少
なくとも基板部と蓋部から構成され、前記容量体が前記
蓋部に設けられていることを特徴とする請求項１〜７の
いずれかに記載の加速度センサである。この場合、容量
体を実装基板から離間することができるので、リークパ
スが長くなり、実装基板からの漏れ電流の影響を防止す
ることができる。

【００２４】また、請求項１０の本発明は、前記容量体
はチタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、酸化チタ
ン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムアンチ
モン、ジルコン酸鉛、ジルコン酸バリウム、チタン酸ジ
ルコン酸鉛、チタン酸鉛、スズ酸バリウム、酸化珪素、
マイカ、チッ化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコ
ン、酸化イットリウム、プラスチックフィルムの少なく
ともいずれかひとつを成分として含む容量体であること
を特徴とする請求項１〜９に記載の加速度センサであ
る。この場合、これらの材料は高温中でも比較的安定で
あり、焼成時にも含有量が大きく変化しないため、一定
の抵抗値を容易に得ることができる。また、環境変化に
対しても安定である。

【００２５】また、請求項１１の本発明は、圧電素子と
電極とを有する機械−電気変換子と、内部に空間を有し
前記機械−電気変換子を前記空間内で振動可能に支持す
る容器と、前記容器の一部に設けられた容量体とを備
え、前記容量体が前記機械−電気変換子の出力端子と並
列に接続されている加速度センサの製造方法であって、
ペースト状の誘電体材料を前記容器の一部に印刷した
後、所定の温度で焼成して前記容量体を形成する工程を
含むことを特徴とする加速度センサの製造方法である。
この加速度センサの製造方法によれば、小さい形状の容
量体を、機械−電気変換子を収容する容器に容易に形成
することができる。また、容器として面積の広い基板を
用いることにより、個々の加速度センサに対応する容量
体を一括して形成することができるので、製造工程を簡
略化することができると共に、量産性に優れた加速度セ
ンサの製造方法を提供することができる。

【００２６】また、請求項１３の本発明は、前記容量体
を形成した後に、前記容器に前記機械−電気変換子を実
装する工程を含むことを特徴とする請求項１１または１
２に記載の加速度センサの製造方法である。この場合、
機械−電気変換子の電極を容量体に容易に接続すること
ができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態図面を
参照して説明する。。

【００２８】〈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を示す分解斜視図、
図２はその内部を示す平面図である。

【００２９】図１、図２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
の長方形状の圧電単結晶であるニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ₃）からなる圧電基板２ａ、２ｂは、その主面同
士が接合されており、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、ニオブ酸リチウムからなる支持体
４ａ、４ｂに挟持された状態で容器基板部１０ａに固定
されている。圧電基板２ａ、２ｂの接合されていない主
面は、圧電素子２の相対する２つの面を構成し、厚み
０．２μｍのクロム−金からなる電極３ａ、３ｂが各面
に形成されており、これらの電極３ａ、３ｂは支持体４
ａ、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の静電容量は１０ｐＦである。

【００３０】機械−電気変換子１は、容器基板部１０ａ
及び容器蓋部１０ｂで構成され、アルミナを材料とする
容器内に収容されている。容器基板部１０ａにはサンド
ブラスト等の方法によって凹部１１が形成されており、
同様に容器蓋部１０ｂにも凹部（図示せず）が形成され
ている。すなわち、凹部１１の上に機械−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、機
械−電気変換子１の支持体４ａ、４ｂが絶縁性接着剤に
よって容器基板部１０ａに固定され、容器蓋部１０ｂが
この上に被さった状態で容器基板部１０ａに接着されて
いる。これにより、機械−電気変換子１の全体が容器基
板部１０ａ、容器蓋部１０ｂによって覆われている。こ
こで、容器基板部１０ａ、容器蓋部１０ｂには、機械−
電気変換子１の支持体４ａ、４ｂ以外の部分が保持され
る位置にそれぞれ凹部が形成されているので、機械−電
気変換子１が撓む際に機械−電気変換子１が容器基板部
１０ａ、容器蓋部１０ｂに接触することはない。容器基
板部１０ａの上面には、図２に示すように、凹部１１の
周囲の直交する２つの辺に沿って、導電層７ａ、容量体
１２、導電層７ｂの順で各層が装着されており、導電層
７ａ、７ｂは間に容量体１２を挟んでいるため直接接触
していない。なお、導電層７ａの幅は容量体１２の幅よ
り狭いため、図２においては支持体４ｂ付近にしか示さ
れていないが、実際は前記直交する２つの辺に沿って、
容量体１２の下に装着されている（図７参照）。導電層
７ａ、７ｂは銀−パラジウムを材料としており、導電層
７ａ、７ｂの一端はそれぞれ導電性ペースト５ａ、５ｂ
を介して機械−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、容器基板部１０ａ、容器蓋部
１０ｂの両端面には、ニッケルを材料とする外部電極９
ａ、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、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、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。また、容量体１２
（導電層７ａと７ｂ）は機械−電気変換子１（電極３ａ
と３ｂ）に並列に接続されており、容量体１２の両端電
圧によって機械−電気変換子１に加わった加速度を検出
することができるようにされている。容量体１２はチタ
ン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）を焼成したものであり、
その膜厚は約１５μｍである。導電層７ａ、７ｂ間の容
量値は容量体１２の静電容量と機械−電気変換子の静電
容量の和である。すなわち本実施の形態における加速度
センサの一方の外部電極９ａ（又は９ｂ）を接地し、他
方の外部電極９ｂ（又は９ａ）を電界効果型トランジス
タ（ＦＥＴ）のゲートに接続すれば、図３に示した信号
処理回路における加速度センサＳ１の静電容量は、回路
上では、容量体１２と機械−電気変換子１の容量の和と
見かけ上同じになる。したがって、容量体１２の静電容
量を約９０ｐＦとすると、前述したように機械−電気変
換子１の容量は１０ｐＦであるから、外部電極９ａ、９
ｂ間の容量値は約１００ｐＦとなる。このため、図２１
と同様な回路を用いた場合、図３のように、機械−電気
変換子１の容量と容量体１２が並列接続され、ＦＥＴの
ゲートには約１００ｐＦの容量が接続されていることに
なる。以上により、加速度センサ１００が構成されてい
る。

【００３１】次に、このような本実施の形態の動作を説
明する。図１、図２に示す加速度センサ１００に矢印方
向の加速度が加わると、容器基板部１０ａ、容器蓋部１
０ｂ、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。これにより、機械
−電気変換子１が矢印の方向に屈曲して、撓み振動が発
生する。この場合、一方の圧電基板２ａ（又は２ｂ）に
は張力が働いて伸びるように歪みが生じ、他方の圧電基
板２ｂ（又は２ａ）には圧縮力が働いて縮むように歪み
が生じる。そして、圧電基板２ａ、２ｂには圧縮応力、
引っ張り応力に応じた電荷がその上下面に発生する。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ので、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。これ
により、機械−電気変換子１の両面に形成された電極３
ａ、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。

【００３２】図３に示す信号処理回路でＲｈに１０ＭΩ
の抵抗を用いて、加速度センサ１００の出力電圧の周波
数特性を測定したところ、図４に示した出力電圧の出力
電圧の周波数特性を得た。図２２の場合と比較して、１
Ｇあたりの出力電圧は低くなったが、図２２における１
００ＭΩの抵抗を用いた場合と同様の周波数帯まで一定
の出力電圧を得ることができた。これにより、容量体１
２は低周波側のカットオフ周波数を低下させる効果を果
たしていることが分かる。この場合、容量体１２は加速
度センサ１００の内部（容器基板部１０ａと容器蓋部１
０ｂで形成される内部空間）に設けられているので、外
部の環境の変化を直接受けることがなく、安定に機能す
ると共に、経時変化も極めて小さい。

【００３３】以上のように、本実施の形態によれば、機
械−電気変換子１を収容する容器基板部１０ａの一部に
容量体１２を設け、カットオフ周波数ｆ_hcを小さくする
ことにより、低周波数領域まで、一定の大きさの加速度
に対して一定の出力を得ることのできる加速度センサを
実現することができる。この場合、当該抵抗体の実装基
板への接続端子等に漏れ電流を防止するためのガードリ
ング等の特別の部材を設けなくてよい。また、加速度セ
ンサを含む信号処理回路の部品点数を削減することがで
きるので、実装面積を小さくして衝撃検知装置等の小型
化を図ることができる。さらに、信号処理回路に高い抵
抗値を有する抵抗体を組み込む必要がないので、信号処
理回路を集積回路化して、回路の小型化を図ることがで
きる。

【００３４】また、本実施の形態においては、容量体１
２の膜厚を約１５μｍに設定しているが、必ずしもこの
膜厚に限定されるものではなく、２〜５０μｍであれば
よい。さらに、形成方法は、焼成以外に、蒸着やスパッ
タなどの膜形成法を用いてもよい。

【００３５】なお、加速度センサの測定回路は図３に限
るものではなく、たとえばＦＥＴの代わりにトランジス
タ回路やオペアンプなどを用いるものでもよい。要する
に加速度センサの容量成分が、入力部のハイパスフィル
タを構成する回路でありさえすれば、同様な効果が得ら
れる。

【００３６】〈第２の実施の形態〉次に、本発明の第２
の実施の形態を図面を参照にして説明する。本実施の形
態は、図１、図２に示す第１の実施の形態における加速
度センサを製造する製造方法についてのものであるの
で、製造工程に沿って説明する。図５〜図１３は本発明
の第２の実施の形態における加速度センサの製造方法を
示す工程図である。図５→図６→図７→図８→図９→図
１０→図１１→図１２→図１３の順で工程が進んでい
く。

【００３７】複数の容器基板部１０ｂを作製する部材と
してアルミナからなる基板１３を用いる。図５に示すよ
うに、基板１３には、最終工程で個々の加速度センサに
分割することができるように、縦横の細い溝１４が形成
されている。

【００３８】まず、図６に示すように、基板１３の各容
器基板部１０ａに相当する部分に凹部１１を形成する。
この凹部１１は、基板１３の上にアクリル系樹脂からな
るドライフィルムをコーティングし、ドライフィルム上
にフォトリソグラフィーによってパターン形成された
後、サンドブラスト法によって基板１３を掘り込むこと
により形成される。

【００３９】次に、図７に示すように、各凹部１１の周
囲に導電層７ａを形成する。導電層７ａは、ステンレス
メッシュスクリーンを用いたスクリーン印刷法によっ
て、銀ペーストを印刷した後、約７５０℃の温度で焼成
することにより、パターン形成される。

【００４０】次に、図８に示すように、各凹部１１の周
囲の直交する２つの辺に沿って膜厚が約１５μｍの膜状
の容量体１２を形成する。この容量体１２は、ステンレ
スメッシュスクリーンを用いたスクリーン印刷法によっ
てペースト状の誘電体材料を印刷することにより、パタ
ーン形成される。ペースト状の誘電体材料としては、チ
タン酸バリウムが用いられる。印刷されたペースト状の
誘電体材料は、室温（２０℃）でレベリングされ、約２
００℃の温度で乾燥された後、約８５０℃の温度で焼成
される。これにより、約９０ｐＦという所定の静電容量
値を有する容量体１２が得られる。

【００４１】次に、図９に示すように、各凹部１１の周
囲に容量体１２の上に重ねて導電層７ｂを形成する。導
電層７ｂは、ステンレスメッシュスクリーンを用いたス
クリーン印刷法によって銀ペーストを印刷した後、約７
５０℃の温度で焼成することにより、パターン形成され
る。この場合、導電層７ａを容量体１２に重ね合わせ
て、導電層７ａ、７ｂが容量体１２の端子電極となるよ
うにする。

【００４２】次に、図１０に示すように、各容器基板部
１０ａに相当する部分の導電層７ａ、７ｂ間に、スクリ
ーン印刷法によって接着剤１５を塗布する。接着剤１５
としては、絶縁性を有するエポキシ樹脂からなる接着剤
が用いられる。

【００４３】次に、図１１に示すように、各凹部１１の
上に機械−電気変換子１の支持体４ａ、４ｂ以外の部分
を保持した状態で、機械−電気変換子１の支持体４ａ、
４ｂを、接着剤１５によって各容器基板部１０ａに相当
する部分に固定する。

【００４４】次に、図１２に示すように、機械−電気変
換子１の電極３ａ、３ｂと導電層７ａ、７ｂとが導通す
るように、支持体４ａ、４ｂに形成された電極３ａ、３
ｂと導電層７ａ、７ｂとの間にそれぞれ導電性ペースト
５ａ、５ｂを塗布し、乾燥させる。

【００４５】次に、図１３に示すように、下面に凹部
（図示せず）が形成されたアルミナからなる容器蓋部１
０ｂを、基板１３の上の各容器基板部１０ａに相当する
部分に接着する。

【００４６】最後に、基板１３に形成された細い溝１４
に沿って個々の加速度センサに分割した後、容器基板部
１０ａ、容器蓋部１０ｂの両端面にニッケルからなる外
部電極９ａ、９ｂをそれぞれ形成する。以上により、図
１、図２に示す加速度センサ１００が得られる。

【００４７】以上のように、本実施の形態によれば、加
速度センサの容器基板部１０ａを形成するための基板１
３に、個々の加速度センサの容量体１２を一括して形成
することができるので、製造工程を簡略化することがで
きると共に、量産性に優れた加速度センサの製造方法を
提供することができる。

【００４８】なお、本実施の形態においては、容量体１
２の膜厚を約１５μｍに設定しているが、必ずしもこの
膜厚に限定されるものではなく、２〜５０μｍであれば
よい。さらに、形成方法は、焼成以外に、蒸着やスパッ
タなどの膜形成法を用いてもよい。

【００４９】また、本実施の形態においては、基板１３
の各容器基板部１０ａに相当する部分に凹部１１を形成
する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、切削
加工、ドライエッチングやウエットエッチング等のエッ
チング、レーザ加工、放電加工等の方法を用いてもよ
い。

【００５０】なお、本実施の形態は第１の実施の形態に
おける加速度センサを製造する製造方法についてのもの
であるので、ペースト状の誘電体材料を容器の一部に印
刷した後、所定の温度で焼成して容量体を形成する工程
（図８）が含まれているが、後述する第７の実施の形態
のように、容量体が固体状であり容器や機械−電気変換
子とは別に作製したものである場合は、前記工程の替わ
りに、固体状の容量体を容器に固定する工程が含まれる
ことになる。

【００５１】〈第３の実施の形態〉次に、本発明の第３
の実施の形態を図面を参照にして説明する。図１４は本
発明の第３の実施の形態における加速度センサを示す分
解斜視図、図１５は図１４に示された容器蓋部１０ｈを
下から見た平面図である。なお、以下の説明において
は、第１の実施の形態と同様のものについては説明を省
略し、相違点を中心に説明する。

【００５２】図１４に示すように、第１の実施の形態と
同様に構成された圧電素子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がそれぞれ形成されている。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分割されたアルミナからなる容器
側部１０ｅ、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。容器側部１
０ｅ、１０ｆの上下面には、同じくアルミナからなる容
器基板部１０ｇ、容器蓋部１０ｈが接着剤を用いて接合
されている。これにより、機械−電気変換子１は容器内
に封じ込められている。なお、機械−電気変換子１が容
器基板部１０ｇ、容器蓋部１０ｈと接触しないように、
機械−電気変換子１の上面は、容器側部１０ｅ、１０ｆ
の上面より低く、機械−電気変換子１の下面は、容器側
部１０ｅ、１０ｆの下面より高くなっている。容器側部
１０ｅ、１０ｆ、容器基板部１０ｇ、容器蓋部１０ｈの
両端面にはニッケルからなる外部電極９ｅ、９ｆがそれ
ぞれ形成されており、この外部電極９ｅ、９ｆは容器側
部１０ｅ、１０ｆの内壁に形成された導電層（図示せ
ず）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。

【００５３】図１５に示すように、容器蓋部１０ｈの下
面、すなわち容器側部１０ｅ、１０ｆが接合されている
側の面には、外部電極９ｅに接触した状態でＡｇ−Ｐｄ
からなる導電層１６ａが形成されており、導電層１６ａ
の下（容器蓋部１０ｈと接合してない面の側）にはほぼ
全面に膜状の容量体１７が形成されている。この容量体
１７の下（導電層１６ａと反対側）には外部電極９ｆに
接触した状態でＡｇ−Ｐｄからなる導電層１６ｂが形成
されている。これにより、外部電極９ｅ、９ｆ間には容
量体１７の有する容量値の容量体が接続されていること
になる。以上により、加速度センサ１０１が構成されて
いる。

【００５４】また、加速度センサ１０１の一方の外部電
極９ｅ（又は９ｆ）を接地し、他方の外部電極９ｆ（又
は９ｅ）を電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート
に接続すれば、容量体１７は図３に示した信号処理回路
におけるコンデンサＣａと同じ機能を果たすことにな
る。

【００５５】ここで、容量体１７は、スクリーン印刷法
によってペースト状の容量材を印刷することにより、パ
ターン形成される。ペースト状の容量材としてはチタン
酸バリウムが用いられる。印刷されたペースト状の抵抗
材は、所定の温度で乾燥された後、所定の温度で焼成さ
れる。

【００５６】容量体１７の静電容量値は、スクリーン印
刷の条件と乾燥、焼成の条件に依存する。容量体１７の
膜厚がほぼ一定（１５μｍ）となるようにスクリーン印
刷の条件を設定し、乾燥、焼成の条件をほぼ一定にした
場合、容量体１７の容量値は形状（幅と実効的な長さ）
によって決定される。従って、容量体１７の幅と実効的
な長さとによって容量体１７の容量値を任意に設計する
ことができる。容量体１７の容量値はペースト剤の組
成、膜厚、焼成条件で決まり、図１５に示したパターン
の場合は１００ｐＦであるが、容量体１７の厚さをほぼ
半分の７．５μｍに設定することにより、容量体１７の
容量値として２００ｐＦを得ることができる。

【００５７】なお、本実施の形態の動作については、基
本的には第１の実施の形態と同じであるので、説明を省
略する。

【００５８】図３に示す信号処理回路でＲｈに１０ＭΩ
の抵抗を用いて、加速度センサ１０１の出力電圧の周波
数特性を測定した結果、図２２の１００ＭΩの抵抗を設
けた場合と同様に低周波まで均一な特性を得ることがで
きた。これにより、容量体１７は外付け抵抗Ｒｈを大き
くするのと同じ機能を果たしていることが分かる。この
場合、容量体１７は加速度センサ１０１の内部（容器側
部１０ｅ、１０ｆ、容器基板部１０ｇおよび容器蓋部１
０ｈで形成される内部空間）に設けられているので、外
部の環境の変化を直接受けることがなく、安定に機能す
ると共に、経時変化も極めて小さい。

【００５９】なお、加速度センサの測定回路は図３に限
るものではなく、たとえばＦＥＴの代わりにトランジス
タ回路やオペアンプなどを用いるものでもよい。要する
に加速度センサの容量成分が、入力部のハイパスフィル
タを構成する回路でありさえすれば、同様な効果が得ら
れる。

【００６０】以上のように、本実施の形態によれば、上
述した効果に加え、第１の実施の形態と同様の効果が期
待できる。

【００６１】なお、本実施の形態においては、容量体１
７のパターンとして、図１５に示すような矩形状のパタ
ーンを用いているが、必ずしもこれらのパターンに限定
されるものではなく、所望の容量値に合わせて任意に設
計することができる。

【００６２】また、本実施の形態においては、容量体１
７が容器蓋部１０ｈに設けられているが、必ずしもこの
構成に限定されるものではなく、容器側部１０ｅ、１０
ｆ、容器基板部１０ｇ、容器蓋部１０ｈの少なくともい
ずれか一つの内部空間に面する面に設けられておればよ
い。

【００６３】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
両端を容器側部１０ｅ、１０ｆによって挟み込んで両持
ち梁構造としてもよい。

【００６４】また、本実施の形態においては、容量体１
７の膜厚を約１５μｍに設定しているが、必ずしもこの
膜厚に限定されるものではなく、２〜５０μｍであれば
よい。さらに、形成方法は、焼成以外に、蒸着やスパッ
タなどの膜形成法を用いてもよい。

【００６５】〈第４の実施の形態〉次に、本発明の第４
の実施の形態を図面を参照にして説明する。図１６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。本実施の形態は、第３の実施の形態に
おいて容器蓋部１０ｈの下面に設けられていた容量体
を、容器蓋部１０ｈの上面（外側面）に設けたものであ
る。なお、以下の説明においては、第３の実施の形態と
同様のものについては説明を省略し、相違点を中心に説
明する。

【００６６】図１６に示すように、図１５の導電層１６
ａ，１６ｂ、容量体１７の替わりに、導電層１９ａ，１
９ｂ、容量体２０が容器蓋部１０ｈの上面（外側面）に
設けられている以外は、本実施の形態の構成は第３の実
施の形態の構成と同じである。容器１０ｈの上面（外側
面）には、外部電極９ｆに接触した状態でＡｇ−Ｐｄか
らなる導電層１９ａが形成されており、導電層１９ａの
上にはほぼ全面に膜状の容量体２０が形成されている。
この容量体２０の上には外部電極９ｅに接触した状態で
Ａｇ−Ｐｄからなる導電層１９ｂが形成されている。こ
れにより、外部電極９ｅ、９ｆ間には容量体２０の有す
る容量値の容量体が接続されていることになる。以上に
より、加速度センサ１０２が構成されている。

【００６７】ここで、容量体２０の印刷・焼成法、静電
容量値、図３に示した信号処理回路での機能について
は、第３の実施の形態と同様であるため、説明を省略す
る。

【００６８】また、本実施の形態の動作についても、第
３の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。図
３に示す信号処理回路を用いて、加速度センサ１０２の
出力電圧の周波数特性を測定した結果、図２２の１００
ＭΩの抵抗を設けた場合と同様に低周波まで均一な特性
を得ることができた。これにより、容量体２０は外付け
抵抗Ｒｈを大きくするのと同じ機能を果たしていること
が分かる。この場合、容量体２０は加速度センサ１０２
の外表面（容器蓋部１０ｈの上面）に設けられているの
で、加速度センサ１０２を基板に実装した後に容量体２
０の容量値を調整することが可能となる。具体的には、
導電ペーストによって導電層１９ａ、１９ｂの位置を変
えることにより、容量体２０の実効的な長さを変化させ
て、容量体２０の容量値を変えることができる。また、
レーザによって容量体２０をトリミングすることによ
り、容量体２０の容量値を変えることもできる。この場
合、容量体２０の容量値を調整した後、容器蓋部１０ｈ
の上面に容量体２０を保護するためのエポキシ樹脂、シ
リコーン樹脂又はアクリル樹脂等からなる保護膜を形成
すれば、容量体２０が外部の環境の変化を直接受けるこ
とがないので、安定に機能させることができると共に、
経時変化を極めて小さくすることができる。また、本実
施の形態のように、容量体２０を容器の上側（容器蓋部
１０ｈの上面）に設けることにより、容量体２０を実装
基板から離間することができるので、リークパスが長く
なり、実装基板からの漏れ電流の影響を防止することが
できる。

【００６９】なお、加速度センサの測定回路は図３に限
るものではなく、たとえばＦＥＴの代わりにトランジス
タ回路やオペアンプなどを用いるものでもよい。要する
に加速度センサの容量成分が、入力部のハイパスフィル
タを構成する回路でありさえすれば、同様な効果が得ら
れる。

【００７０】以上のように、本実施の形態によれば、上
述した効果に加え、第１の実施の形態と同様の効果が期
待できる。

【００７１】なお、本実施の形態においては、容量体２
０のパターンとして、図１６に示すような矩形状のパタ
ーンを用いているが、必ずしもこのパターンに限定され
るものではなく、所望の容量値に合わせて任意に設計す
ることができる。

【００７２】また、本実施の形態においては、容量体２
０が容器蓋部１０ｈに設けられているが、必ずしもこの
構成に限定されるものではなく、容器側部１０ｅ、１０
ｆ、容器基板部１０ｇ、容器蓋部１０ｈの少なくともい
ずれか一つの外側面に設けられておればよい。

【００７３】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
両端を容器側部１０ｅ、１０ｆによって挟み込んで両持
ち梁構造としてもよい。

【００７４】また、本実施の形態においては、容量体２
０の膜厚を約１５μｍに設定しているが、必ずしもこの
膜厚に限定されるものではなく、２〜５０μｍであれば
よい。さらに、形成方法は、焼成以外に、蒸着やスパッ
タなどの膜形成法を用いてもよい。

【００７５】〈第５の実施の形態〉次に、本発明の第５
の実施の形態を図面を参照にして説明する。図１７は本
発明の第５の実施の形態における加速度センサの中心部
での断面を示す断面図である。なお、以下の説明におい
ては、第１の実施の形態と同様のものについては説明を
省略し、相違点を中心に説明する。

【００７６】図１７に示すように、第１の実施の形態と
同様に構成された機械−電気変換子１は、容器基板部２
３ａ及び容器蓋部２３ｂで構成され、アルミナを材料と
する容器内に収容されている。容器基板部２３ａにはサ
ンドブラスト等の方法によって凹部２１ａが形成されて
おり、容器蓋部２３ｂにも同様に凹部２１ｂが形成され
ている。すなわち、凹部２１ａの上に機械−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、
機械−電気変換子１の支持体４ａ、４ｂが絶縁性接着剤
によって容器基板部２３ａに固定されている。容器基板
部２３ａには、同じく凹部２１ｂが形成されたアルミナ
からなる容器蓋部２３ｂが重ねて接着されている。これ
により、機械−電気変換子１の全体が容器基板部２３
ａ、容器蓋部２３ｂによって覆われている。ここで、容
器基板部２３ａ、容器蓋部２３ｂには、機械−電気変換
子１の支持体４ａ、４ｂ以外の部分が保持される位置に
それぞれ凹部が形成されているので、機械−電気変換子
１が撓む際に機械−電気変換子１が容器基板部２３ａ、
容器蓋部２３ｂに接触することはない。容器基板部２３
ａの内部には、凹部２１ａ以外の部分に銀−パラジウム
からなる導電層２２ａ、２２ｂが形成されており、導電
層２２ａ、２２ｂの一端は導電性ペースト（図示せず）
を介してそれぞれ機械−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、容器基板部２３ａ、
容器蓋部２３ｂ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２２ａ、２２ｂ
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、機械−電気変換子１の電極３ａ、
３ｂは、導電性ペースト及び導電層２２ａ、２２ｂ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、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。

【００７７】容器基板部２３ａは、容量体２４と容量体
２４の電極となる内部電極２５ａ、２５ｂが積層された
構造を内部に有している。容器基板部２３ａは、最下部
のベースとなるアルミナシート、内部電極２５ｂ、シー
ト状の容量体２４、内部電極２５ａ、凹部２１ａを形成
するアルミナシートを順次積層したシートを焼成して形
成されている。内部電極２５ａ、２５ｂは、容器基板部
２３ａの端面で外部電極９ａ、９ｂとそれぞれ接続され
ている。すなわち、容量体２４は機械−電気変換子１
（電極３ａと３ｂ）に並列に接続されており、容量体２
４の両端電圧によって機械−電気変換子１に加わった加
速度を検出することができるようにされている。容量体
２４はチタン酸鉛からなるものであり、その厚さは約１
００μｍである。外部電極９ａ、９ｂ間の容量値は容量
体２４の静電容量と機械−電気変換子１の静電容量の和
であるので、容量体２４の静電容量を約９０ｐＦとする
と、機械−電気変換子１の容量は１０ｐＦであるから、
外部電極９ａ、９ｂ間の容量値は約１００ｐＦとなる。
このため、図２１と同様な回路を用いた場合、図３のよ
うに、機械−電気変換子の容量と容量体が並列接続さ
れ、ＦＥＴのゲートには約１００ｐＦの容量が接続され
ていることになる。以上により、加速度センサ１０３が
構成されている。

【００７８】また、加速度センサ１０３の一方の外部電
極９ａ（又は９ｂ）を接地し、他方の外部電極９ｂ（又
は９ａ）を電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート
に接続すれば、容量体２４は図３に示した信号処理回路
におけるコンデンサＣａと同じ機能を果たすことにな
る。

【００７９】なお、本実施の形態の動作については、基
本的には第１の実施の形態と同じであるので、説明を省
略する。

【００８０】図３に示す信号処理回路でＲｈに１０ＭΩ
の抵抗を用いて、加速度センサ１０３の出力電圧の周波
数特性を測定した結果、図４に示した出力電圧の周波数
特性と同様の結果を得た。１Ｇあたりの出力電圧は低く
なったが、図２２における１００ＭΩの抵抗を用いた場
合と同様の周波数帯まで一定の出力電圧を得ることがで
きた。これにより、容量体２４は低周波側のカットオフ
周波数を低下させる効果を果たしていることが分かる。
この場合、容量体２４は加速度センサ１０３の内部（容
器基板部２３ａ内部）に設けられているので、外部の環
境の変化を直接受けることがなく、安定に機能すると共
に、経時変化も極めて小さい。また、加速度センサを収
納する容器の一部を容量体が構成しており、容量体を設
けるスペースを取る必要がなく小型化が容易に図れる。
さらに、容器と一括して容量体を焼成することができ、
製造工程を簡略化することができる。

【００８１】なお、加速度センサの測定回路は図３に限
るものではなく、たとえばＦＥＴの代わりにトランジス
タ回路やオペアンプなどを用いるものでもよい。要する
に加速度センサの容量成分が、入力部のハイパスフィル
タを構成する回路でありさえすれば、同様な効果が得ら
れる。

【００８２】以上のように、本実施の形態によれば、上
述した効果に加え、第１の実施の形態と同様の効果が期
待できる。

【００８３】なお、本実施の形態においては、容量体１
２の膜厚を約１００μｍに設定しているが、必ずしもこ
の膜厚に限定されるものではなく、１０〜５００μｍで
あればよい。

【００８４】〈第６の実施の形態〉次に、本発明の第６
の実施の形態を図面を参照にして説明する。図１８は本
発明の第６の実施の形態における加速度センサの中心部
での断面を示す断面図である。本実施の形態は、第５の
実施の形態において容器基板部２３ａの内部に設けられ
ていた容量体を、容器蓋部２７ａの内部に設けたもので
ある。なお、以下の説明においては、第５の実施の形態
と同様のものについては説明を省略し、相違点を中心に
説明する。

【００８５】図１８に示すように、本実施の形態は、機
械−電気変換子１を実装する容器基板部２７ｂでなく、
機械−電気変換子１を覆う側の容器蓋部２７ａに容量体
３０を設けたものである。容器蓋部２７ａの側面にも導
電層２６ｃ、２６ｄを形成して、容量体３０の内部電極
２８ａ、２８ｂと外部電極９ａ、９ｂをそれぞれ接続す
る。図１７のように、容器基板部２３ａ、すなわちセン
サをプリント基板などに直接実装する面に、容量体２４
を設けた場合、半田リフロー時の熱影響を最も受けやす
く、実装するプリント基板の曲がりなどの影響を受けた
りしやすいため、容量値のばらつきや安定性がやや低く
なるが、本実施の形態においては、そのような問題を避
けることができる。また、機械−電気変換子を実装しな
いので、実装工程に於ける熱や応力を避け、安定した容
量値を得ることができる。

【００８６】〈第７の実施の形態〉次に、本発明の第７
の実施の形態を図面を参照にして説明する。図１９は本
発明の第７の実施の形態における加速度センサの中心部
での断面を示す断面図である。なお、以下の説明におい
ては、第１の実施の形態と同様のものについては説明を
省略し、相違点を中心に説明する。

【００８７】図１９に示すように、第１の実施の形態と
同様に構成された機械−電気変換子１は、容器基板部３
２ａ及び容器蓋部３２ｂで構成され、アルミナを材料と
する容器内に収容されている。容器基板部３２ａにはサ
ンドブラスト等の方法によって凹部３３ａが形成されて
おり、容器蓋部３２ｂにも同様に凹部３３ｂが形成され
ている。すなわち、凹部３３ａの上に機械−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、
機械−電気変換子１の支持体４ａ、４ｂが絶縁性接着剤
によって容器基板部３２ａに固定されている。容器基板
部３２ａには、同じく凹部３３ｂが形成されたアルミナ
からなる容器蓋部３２ｂが重ねて接着されている。これ
により、機械−電気変換子１の全体が容器基板部３２
ａ、容器蓋部３２ｂによって覆われている。ここで、容
器基板部３２ａ、容器蓋部３２ｂには、機械−電気変換
子１の支持体４ａ、４ｂ以外の部分が保持される位置に
それぞれ凹部が形成されているので、機械−電気変換子
１が撓む際に機械−電気変換子１が容器基板部３２ａ、
容器蓋部３２ｂに接触することはない。容器基板部３２
ａの内部には、凹部３３ａ以外の部分に銀−パラジウム
からなる導電層３１ａ、３１ｂが形成されており、導電
層３１ａ、３１ｂの一端は導電性ペースト（図示せず）
を介してそれぞれ機械−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、容器基板部３２ａ、
容器蓋部３２ｂ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３１ａ、３１ｂ
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、機械−電気変換子１の電極３ａ、
３ｂは、導電性ペースト及び導電層３１ａ、３１ｂ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、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。

【００８８】容器基板部３２ａの凹部３３ａには、容量
体３４と容量体３４の電極となる内部電極３５ａ、３５
ｂを有している。容器基板部３２ａは、アルミナをサン
ドブラストにより加工して形成されたものである。内部
電極３５ａ、３５ｂは、容器基板部３２ａで導電層３１
ａ、３１ｂを介して外部電極９ａ、９ｂとそれぞれ接続
されている。すなわち、容量体３４は機械−電気変換子
１（電極３ａと３ｂ）に並列に接続されており、容量体
３４の両端電圧によって機械−電気変換子１に加わった
加速度を検出することができるようにされている。容量
体３４はマイカ板であり、その厚さは約３００μｍであ
る。容量体３４は固体状であり容器基板部３２ａや機械
−電気変換子とは別に作製したものであり、容器基板部
３２ａにマウントする。外部電極９ａ、９ｂ間の容量値
は容量体３４の静電容量と機械−電気変換子１の静電容
量の和であるので、容量体３４の静電容量を約９０ｐＦ
とすると、機械−電気変換子１の容量は１０ｐＦである
から、外部電極９ａ、９ｂ間の容量値は約１００ｐＦと
なる。このため、図２１と同様な回路を用いた場合、図
３のように、機械−電気変換子の容量と容量体が並列接
続され、ＦＥＴのゲートには約１００ｐＦの容量が接続
されていることになる。以上により、加速度センサ１０
５が構成されている。

【００８９】また、加速度センサ１０５の一方の外部電
極９ａ（又は９ｂ）を接地し、他方の外部電極９ｂ（又
は９ａ）を電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート
に接続すれば、図３に示した信号処理回路における加速
度センサＳ１の静電容量は回路上では見かけ上、容量体
３４と機械−電気変換子１の容量の和と同じになる。

【００９０】なお、本実施の形態の動作については、基
本的には第１の実施の形態と同じであるので、説明を省
略する。

【００９１】図３に示す信号処理回路でＲｈに１０ＭΩ
の抵抗を用いて、加速度センサ１０５の出力電圧の周波
数特性を測定した結果、図４に示した出力電圧の周波数
特性と同様の結果を得た。１Ｇあたりの出力電圧は低く
なったが、図２２における１００ＭΩの抵抗を用いた場
合と同様の周波数帯まで一定の出力電圧を得ることがで
きた。これにより、容量体３４は低周波側のカットオフ
周波数を低下させる効果を果たしていることが分かる。
この場合、容量体３４は加速度センサ１０５の内部（容
器基板部３２ａと容器蓋部３２ｂで形成される内部空間
側にある凹部３３ａ）に設けられているので、外部の環
境の変化を直接受けることがなく、安定に機能すると共
に、経時変化も極めて小さい。

【００９２】また、機械−電気変換子１を収納する容器
の凹部にチップコンデンサなどの容量体を埋め込む構成
しており、容量体を設けるスペースを小さくでき小型化
が容易に図れと同時に、取扱の容易な既製のチップコン
デンサやバルク型の容量体を用いることができる。

【００９３】なお、加速度センサの測定回路は図３に限
るものではなく、たとえばＦＥＴの代わりにトランジス
タ回路やオペアンプなどを用いるものでもよい。要する
に加速度センサの容量成分が、入力部のハイパスフィル
タを構成する回路でありさえすれば、同様な効果が得ら
れる。

【００９４】以上のように、本実施の形態によれば、上
述した効果に加え、第１の実施の形態と同様の効果が期
待できる。

【００９５】なお、本実施の形態においては、容量体３
４の膜厚を約３００μｍに設定しているが、必ずしもこ
の膜厚に限定されるものではなく、１０〜５００μｍで
あればよい。

【００９６】〈第８の実施の形態〉次に、本発明の第８
の実施の形態を図面を参照にして説明する。図２０は本
発明の第８の実施の形態における加速度センサの中心部
での断面を示す断面図である。本実施の形態は、第７の
実施の形態において容器基板部３２ａの内部に設けられ
ていた容量体を、容器蓋部３７ａの内部に設けたもので
ある。なお、以下の説明においては、第７の実施の形態
と同様のものについては説明を省略し、相違点を中心に
説明する。

【００９７】図２０に示すように、本実施の形態は、機
械−電気変換子１を実装する容器基板部３７ａでなく、
機械−電気変換子１を覆う側の容器蓋部３７ａに容量体
３９を設けたものである。容器蓋部３７ａの内側面にも
導電層３６ｃ、３６ｄを形成して、容量体３９の内部電
極４０ａ、４０ｂと外部電極９ａ、９ｂをそれぞれ接続
する。図１９のように、容器基板部３２ａ、すなわちセ
ンサをプリント基板などに直接実装する面に、容量体３
４を設けた場合、半田リフロー時の熱影響を最も受けや
すく、実装するプリント基板の曲がりなどの影響を受け
たりしやすいため、容量値のばらつきや安定性がやや低
くなるが、本実施の形態においては、そのような問題を
避けることができる。また、機械−電気変換子を実装し
ないので、実装工程に於ける熱や応力を避け、安定した
容量値を得ることができる。

【００９８】なお、本発明の圧電素子の材料は、上述し
た第１〜第８の実施の形態においては、ＬｉＮｂＯ₃で
あるとして説明したが、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（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でもよい。ランガサイト型圧電
結晶としては、Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄、Ｌａ₃Ｇａ_5.5
Ｎｂ_0.5Ｏ₁₄、Ｌａ₃Ｇａ _5.5Ｔａ_0.5Ｏ₁₄などがあ
る。

【００９９】また、本発明の容器の材料は、上述した第
１〜第８の実施の形態においては、アルミナであるとし
て説明したが、必ずしもこれに限定されるものではな
く、例えば、ガラス、樹脂、金属等や、圧電素子と同様
にＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、水晶、ランガサイト型
圧電結晶等でもよい。

【０１００】また、本発明の電極の材料は、上述した第
１〜第８の実施の形態においては、クロム−金であると
して説明したが、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、銀又は合金材料等でもよい。

【０１０１】また、本発明の容量体に付随する導電層の
材料は、上述した第１〜第８の実施の形態においては、
銀−パラジウムであるとして説明したが、必ずしもこれ
に限定されるものではなく、例えば、銀、金、金−パラ
ジウム等でもよい。

【０１０２】また、本発明の容量体の材料は、上述した
第１〜第８の実施の形態においては、チタン酸バリウ
ム、チタン酸鉛もしくはマイカを主成分とする誘電体で
あるとして説明したが、必ずしもこれに限定されるもの
ではなく、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸マグネ
シウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン
酸バリウムアンチモン、ジルコン酸鉛、ジルコン酸バリ
ウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、スズ酸バリ
ウム、酸化珪素、マイカ、チッ化珪素、酸化アルミニウ
ム、酸化ジルコン、酸化イットリウム、プラスチックフ
ィルムなどの少なくともいずれかひとつを主成分とする
ものでもよい。チタン酸バリウムにネオジウム、サマリ
ウム、ジルコン、ビスマスを加えたものでもよい。

【０１０３】また、本発明の圧電素子は、上述した第１
〜第８の実施の形態においては、相対する２つの主面を
有する長方形状の圧電基板２ａ、２ｂの主面同士が接合
されて構成されているとして説明したが、必ずしもこれ
に限定されるものではなく、例えば、一枚の板状圧電素
子等であってもよい。要するに、加速度を検知し電気的
な信号を出せるものでありさえすればよい。

【０１０４】また、本発明の加速度センサの測定回路
は、図３のものに限らず、たとえば、ＦＥＴの代わりの
トランジスタ回路やオペアンプなどを用いても良い。要
するに加速度センサの容量成分が、入力部のハイパスフ
ィルタを構成する回路であれば同様の効果が得られる。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、低周波数領域まで一定の大きさの加速度
に対して一定の出力を得ることのでき、装置自体の小型
化及び低コスト化を達成できる加速度センサ及びその製
造方法を提供することができる。

【０１０６】すなわち、機械−電気変換子を収容する容
器の一部に容量体を設け、この容量体により、カットオ
フ周波数を小さくすることにより、低周波数領域まで、
一定の大きさの加速度に対して一定の出力を得ることの
できる加速度センサを実現することができる。この場
合、加速度センサに並列に接続される抵抗値の大きい抵
抗体を実装基板に直接実装する必要はないので、当該抵
抗体の実装基板への接続端子等に漏れ電流を防止するた
めのガードリング等の特別の部材を設ける必要がなくな
る。また、加速度センサを含む信号処理回路の部品点数
を削減することができるので、実装面積を小さくして衝
撃検知装置等の小型化を図ることができる。さらに、信
号処理回路に高い抵抗値を有する抵抗体を組み込む必要
がないので、信号処理回路を集積回路化して、回路の小
型化を図ることができる。

【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
サを示す分解斜視図。

【図２】本発明の第１の実施の形態における加速度セン
サの内部を示す平面図。

【図３】本発明の第１の実施の形態における加速度セン
サを用いた場合の信号処理回路。

【図４】図３の信号処理回路を用いて、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に対する出力
電圧を測定した場合の周波数特性図。

【図５】本発明の第２の実施の形態における加速度セン
サの製造方法を示す工程図（その１）。

【図６】本発明の第２の実施の形態における加速度セン
サの製造方法を示す工程図（その２）。

【図７】本発明の第２の実施の形態における加速度セン
サの製造方法を示す工程図（その３）。

【図８】本発明の第２の実施の形態における加速度セン
サの製造方法を示す工程図（その４）。

【図９】本発明の第２の実施の形態における加速度セン
サの製造方法を示す工程図（その５）。

【図１０】本発明の第２の実施の形態における加速度セ
ンサの製造方法を示す工程図（その６）。

【図１１】本発明の第２の実施の形態における加速度セ
ンサの製造方法を示す工程図（その７）。

【図１２】本発明の第２の実施の形態における加速度セ
ンサの製造方法を示す工程図（その８）。

【図１３】本発明の第２の実施の形態における加速度セ
ンサの製造方法を示す工程図（その９）。

【図１４】本発明の第３の実施の形態における加速度セ
ンサを示す分解斜視図。

【図１５】図１４に示された容器蓋部１０ｈを下から見
た平面図。

【図１６】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。

【図１７】本発明の第５の実施の形態における加速度セ
ンサを示す断面図。

【図１８】本発明の第６の実施の形態における加速度セ
ンサを示す断面図。

【図１９】本発明の第７の実施の形態における加速度セ
ンサを示す断面図。

【図２０】本発明の第８の実施の形態における加速度セ
ンサを示す断面図。

【図２１】圧電型加速度センサの信号処理回路の一例を
示す回路図。

【図２２】図２１の信号処理回路を用いて、加速度に対
する出力電圧を測定した場合の周波数特性図。

【符号の説明】１機械−電気変換子２圧電素子２ａ、２ｂ圧電基板３ａ、３ｂ電極４ａ、４ｂ支持体５ａ、５ｂ導電性ペースト７ａ、７ｂ導電層９ａ、９ｂ外部電極１０ａ容器基板部１０ｂ容器蓋部１１凹部１２容量体１３基板１４溝１５接着剤

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子と電極とを有する機械−電気変
換子と、内部に空間を有し前記機械−電気変換子を前記
空間内で振動可能に支持する容器と、前記容器の一部に
設けられた容量体とを備え、前記容量体が前記機械−電
気変換子の出力端子と並列に接続されていることを特徴
とする加速度センサ。
【請求項２】前記容量体が膜状であることを特徴とす
る請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】前記圧電素子は、相対する２つの主面を
有する少なくとも２つの圧電基板が前記主面のうちのひ
とつの面同士で接合されたものであり、前記主面のうち
の接合されてない面に前記電極が形成されていることを
特徴とする請求項１または２に記載の加速度センサ。
【請求項４】前記容量体が前記容器の前記内部空間側
の面に装着されていることを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載の加速度センサ。
【請求項５】前記容量体が前記容器の外側の面に装着
されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
記載の加速度センサ。
【請求項６】前記容量体が前記容器を構成する板部に
埋め込まれて設けられていることを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項７】前記容器は少なくとも一つの凹部を有
し、前記容量体が前記凹部のうち少なくとも一つに設け
られていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
記載の加速度センサ。
【請求項８】前記容器は少なくとも基板部と蓋部から
構成され、前記容量体が前記基板部に設けられているこ
とを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の加速度
センサ。
【請求項９】前記容器は少なくとも基板部と蓋部から
構成され、前記容量体が前記蓋部に設けられていること
を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の加速度セ
ンサ。
【請求項１０】前記容量体はチタン酸バリウム、チタ
ン酸マグネシウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウ
ム、チタン酸バリウムアンチモン、ジルコン酸鉛、ジル
コン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、
スズ酸バリウム、酸化珪素、マイカ、チッ化珪素、酸化
アルミニウム、酸化ジルコン、酸化イットリウム、プラ
スチックフィルムの少なくともいずれかひとつを成分と
して含む容量体であることを特徴とする請求項１〜９に
記載の加速度センサ。
【請求項１１】圧電素子と電極とを有する機械−電気
変換子と、内部に空間を有し前記機械−電気変換子を前
記空間内で振動可能に支持する容器と、前記容器の一部
に設けられた容量体とを備え、前記容量体が前記機械−
電気変換子の出力端子と並列に接続されている加速度セ
ンサの製造方法であって、ペースト状の誘電体材料を前
記容器の一部に印刷した後、所定の温度で焼成して前記
容量体を形成する工程を含むことを特徴とする加速度セ
ンサの製造方法。
【請求項１２】圧電素子と電極とを有する機械−電気
変換子と、内部に空間を有し前記機械−電気変換子を前
記空間内で振動可能に支持する容器と、前記容器の一部
に設けられた容量体とを備え、前記容量体が前記機械−
電気変換子の出力端子と並列に接続されている加速度セ
ンサの製造方法であって、固体状の前記容量体を前記容
器に固定する工程を含むことを特徴とする加速度センサ
の製造方法。
【請求項１３】前記容量体を形成した後に、前記容器
に前記機械−電気変換子を実装する工程を含むことを特
徴とする請求項１１または１２に記載の加速度センサの
製造方法。