JP2001027648A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度の測定や振
動の検知等に使われる加速度センサに関する。より詳細
には、小型で高性能の加速度センサに関する。The present invention relates to an acceleration sensor used for measuring acceleration, detecting vibration, and the like. More specifically, the present invention relates to a small and high-performance acceleration sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、電子機器の小型が進み、ノート型
パソコン等の携帯用電子機器が普及してきた。これらの
電子機器の衝撃に対する信頼性を確保・向上するため
に、小型で表面実装可能な高性能の加速度(衝撃)セン
サの需要が高まっている。2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices have become smaller, and portable electronic devices such as notebook computers have become widespread. In order to secure and improve the reliability of these electronic devices against impact, there is an increasing demand for high-performance acceleration (shock) sensors that are compact and surface mountable.
【0003】例えば、高密度の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
る。その結果、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。そこで、ハードディスクに
加わった衝撃を検出し、書き込み動作を停止したり、ヘ
ッドを安全な位置に退避させる必要がある。For example, if an impact is applied during a writing operation to a high-density hard disk, a head position shift occurs. As a result, there is a possibility that a data write error or damage to the head may occur. Therefore, it is necessary to detect the impact applied to the hard disk, stop the write operation, and retract the head to a safe position.
【0004】また、自動車の衝突時の衝撃から搭乗者を
保護するためのエアバック装置の衝撃検知用加速度セン
サやサスペンションコントロール等のために、加速度を
検知することの需要も高まっている。Further, there is an increasing demand for detecting acceleration for an acceleration sensor for detecting an impact of an airbag device for protecting a passenger from an impact at the time of a collision of an automobile, a suspension control, and the like.
【0005】これらの加速度センサに対しては、さらに
小型、軽量化が要望されている。[0005] These acceleration sensors are required to be further reduced in size and weight.
【0006】ところで、圧電セラミックスが加速度セン
サとして使用できるのは、加速度に比例する力が圧電セ
ラミックスに加わると圧電セラミックスの内部に歪みが
生じ、圧電セラミクスの両面に電荷が発生するからであ
る。By the way, piezoelectric ceramics can be used as an acceleration sensor because, when a force proportional to acceleration is applied to the piezoelectric ceramics, distortion occurs inside the piezoelectric ceramics, and electric charges are generated on both sides of the piezoelectric ceramics.
【0007】図46は従来の圧電型加速度センサを説明
するための図であり、図46(A)は加速度センサに用
いる圧電素子150の平面図、図46(B)は加速度セ
ンサの概略構成を示した模式図である。加速度センサ
は、板状または円板状の圧電素子150と金属板54と
が積層され、接着された構造を有している。圧電素子1
50は、圧電セラミックの上面に電極51,52が、下
面に電極53がそれぞれ形成されており、電極52は自
己診断時の駆動用の電極として、また、電極51は検出
用の電極として用いる。圧電素子150と金属板54と
の積層体が支持台55に固定され、上下方向にたわみ振
動すると電荷が出力電極に発生する。FIG. 46 is a view for explaining a conventional piezoelectric acceleration sensor. FIG. 46 (A) is a plan view of a piezoelectric element 150 used for the acceleration sensor, and FIG. 46 (B) is a schematic configuration of the acceleration sensor. FIG. The acceleration sensor has a structure in which a plate-shaped or disk-shaped piezoelectric element 150 and a metal plate 54 are stacked and bonded. Piezoelectric element 1
Reference numeral 50 denotes an electrode 51 and 52 formed on the upper surface of the piezoelectric ceramic and an electrode 53 formed on the lower surface. The electrode 52 is used as a driving electrode during self-diagnosis, and the electrode 51 is used as a detecting electrode. When the laminate of the piezoelectric element 150 and the metal plate 54 is fixed to the support 55 and flexes and vibrates in the vertical direction, charges are generated at the output electrodes.
【0008】圧電型加速度センサの一般的な信号処理回
路を図47に示す。加速度を計測する加速度センサ56
は電界効果型トランジスタ(以下FET)を用いたソー
スフォロワ回路を用いる。このソースフォロワ回路で
は、インピーダンス変換効率が大きく、回路の利得はほ
ぼ0dBである。FIG. 47 shows a general signal processing circuit of a piezoelectric acceleration sensor. Acceleration sensor 56 for measuring acceleration
Uses a source follower circuit using a field effect transistor (hereinafter, FET). In this source follower circuit, the impedance conversion efficiency is large, and the gain of the circuit is almost 0 dB.
【0009】図47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56の有する静電容量C11
と加速度センサ56と並列に接続された抵抗Rhからな
るハイパスフィルタの時定数(1/ωs)より求まるカ
ットオフ周波数で決まる。そして、ハイパスフィルタの
カットオフ周波数fhcは、以下の[数1]で求められ
る。In the circuit of FIG. 47, the output frequency range on the low frequency side is the capacitance C11 of the acceleration sensor 56.
And a cut-off frequency determined from a time constant (1 / ωs) of a high-pass filter including a resistor Rh connected in parallel with the acceleration sensor 56. Then, the cutoff frequency fhc of the high-pass filter is obtained by the following [Equation 1].
【0010】[0010]
【数1】 fhc=1/ωs =1/(2π・C11・Rh)Fhc = 1 / ωs = 1 / (2π · C11 · Rh)
【0011】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、圧電セラミックを用いて作製された圧
電センサは数100pFである。また、抵抗Rhをゲー
ト抵抗として汎用に用いられているチップ抵抗を用いる
場合、1M〜10MΩ程度である。したがって、圧電セ
ラミックを用いた圧電センサの場合、カットオフ周波数
は、一般に数100Hz程度になる。In general, the capacitance of a piezoelectric acceleration sensor depends on its shape. A piezoelectric sensor manufactured using piezoelectric ceramics has a capacitance of several hundred pF. When a chip resistor generally used as the resistor Rh is used as the gate Rh, the resistance is about 1 M to 10 MΩ. Therefore, in the case of a piezoelectric sensor using piezoelectric ceramic, the cutoff frequency is generally about several hundred Hz.
【0012】以上のように圧電型加速度センサの測定可
能な周波数の下限は、加速度センサの容量とこれと接続
される抵抗値によって決まり、低周波側では出力が低下
する。As described above, the lower limit of the measurable frequency of the piezoelectric acceleration sensor is determined by the capacitance of the acceleration sensor and the resistance value connected thereto, and the output decreases on the low frequency side.
【0013】次に、自己診断の原理を図46を用いて以
下に説明する。圧電素子150には、発信器からの自己
診断パルスが自己診断の駆動用電極52に印加される。
圧電素子は、自己診断パルスによって振動し、その振動
によって、加速度センサが振動する。そのとき、検出用
電極51にはその振動の大きさに応じた電荷が発生し、
信号処理回路で電圧に変換される。自己診断パルスによ
り生じた振動を検出した結果の電圧が、あらかじめ定め
た値と異なる場合、加速度センサの異常と診断し、異常
の際の処置をとるような信号処理回路となっている。以
上により、加速度センサの故障を自己診断する機能を付
加することができる。Next, the principle of the self-diagnosis will be described below with reference to FIG. A self-diagnosis pulse from a transmitter is applied to the piezoelectric element 150 to the drive electrode 52 for self-diagnosis.
The piezoelectric element vibrates by the self-diagnosis pulse, and the vibration causes the acceleration sensor to vibrate. At that time, a charge corresponding to the magnitude of the vibration is generated in the detection electrode 51,
It is converted to a voltage by a signal processing circuit. If the voltage detected as a result of the vibration generated by the self-diagnosis pulse is different from a predetermined value, the signal processing circuit is configured to diagnose that the acceleration sensor is abnormal and take measures when the abnormality is abnormal. As described above, a function of performing a self-diagnosis of a failure of the acceleration sensor can be added.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】圧電セラミックを用い
た加速度センサがエアバック等の安全装置や悪路におけ
る乗り心地を改善するために用いられる場合に要求され
る特性としては、低周波の加速度検出が可能であるこ
と、すなわち高感度であること、焦電効果が小さいこ
と、自己診断ができることである。When an acceleration sensor using a piezoelectric ceramic is used for safety devices such as airbags or to improve riding comfort on rough roads, a characteristic required for low-frequency acceleration detection is as follows. That is, high sensitivity, small pyroelectric effect, and self-diagnosis can be performed.
【0015】同一の圧電セラミックを用いた場合、一般
的に、感度は圧電素子の厚みに反比例する。したがっ
て、高感度にするためには、圧電素子の厚みをできるだ
け薄くしなければならない。In general, when the same piezoelectric ceramic is used, the sensitivity is inversely proportional to the thickness of the piezoelectric element. Therefore, in order to increase the sensitivity, the thickness of the piezoelectric element must be reduced as much as possible.
【0016】しかしながら、金属板や圧電セラミックを
薄く作成するには高度の技術や工程管理を必要とする。
また、金属板と圧電セラミックを接着剤にて接着する場
合には、接着剤の厚みの不均一さが加速度検出時の出力
電圧の不安定さや圧電セラミックの特定部分への応力に
よる圧電セラミックの割れなどにつながる。また、金属
板と圧電セラミックの線膨張係数の差により温度印加時
に圧電セラミックの破損などが発生する。したがって、
圧電セラミックを薄くするには限度があり、80〜10
0μm程度までである。However, the production of thin metal plates and piezoelectric ceramics requires sophisticated techniques and process control.
In addition, when the metal plate and the piezoelectric ceramic are bonded with an adhesive, unevenness in the thickness of the adhesive may cause instability of the output voltage at the time of acceleration detection or cracking of the piezoelectric ceramic due to stress on a specific portion of the piezoelectric ceramic. And so on. In addition, breakage of the piezoelectric ceramic occurs when a temperature is applied due to the difference in linear expansion coefficient between the metal plate and the piezoelectric ceramic. Therefore,
There is a limit to thin piezoceramics, 80 to 10
It is up to about 0 μm.
【0017】また、上述の圧電型加速度センサの信号処
理回路を用いた場合、上述したように、カットオフ周波
数より低い周波数の加速度に対しては出力電圧が低下す
るという問題を有している。Further, when the signal processing circuit of the above-mentioned piezoelectric acceleration sensor is used, as described above, there is a problem that the output voltage is reduced for acceleration having a frequency lower than the cutoff frequency.
【0018】すなわち、同じ大きさの加速度が加速度セ
ンサに加わった場合でも、その加速度が周波数の低い加
速度の場合、高い周波数の加速度の場合に比べて低い電
圧しか信号処理回路から出力されない。一定以上の加速
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、感度の周波数依存
性が小さい方が好ましい。たとえば、エアバック装置で
は一定以上の衝撃が加わった時に、エアバックが動作す
るように設定される。衝撃検出装置の信号処理回路が上
述のような回路の場合において、カットオフ周波数より
高い周波数の衝撃を基準に動作するように設定した場合
には、低周波の衝撃を検知できない。一方、カットオフ
周波数より低い周波数の衝撃を基準に動作するように設
定した場合には、高周波の衝撃に対しては、動作する必
要がないような小さな衝撃さえも検知して、エアバック
を作動させてしまうという問題がある。That is, even when the acceleration of the same magnitude is applied to the acceleration sensor, only a lower voltage is output from the signal processing circuit when the acceleration is a low-frequency acceleration than when the acceleration is a high-frequency acceleration. When such a piezoelectric acceleration sensor and a signal processing circuit are used for a device that detects acceleration or impact at a certain level or more, it is preferable that the sensitivity be less dependent on frequency. For example, in the airbag device, the airbag is set to operate when a certain or more impact is applied. In the case where the signal processing circuit of the impact detection device is the above-described circuit, if the operation is set based on the impact having a frequency higher than the cutoff frequency, the low-frequency impact cannot be detected. On the other hand, if it is set to operate based on the shock at a frequency lower than the cutoff frequency, the airbag is activated by detecting even a small shock that does not need to operate for high frequency shocks There is a problem of letting them do it.
【0019】これに対し、加速度センサと並列に接続す
る抵抗Rhを大きくすることにより、カットオフ周波数
fhcを小さくし、低周波まで一定の出力を得るという
方策はある。しかしながら、10MΩを越える抵抗はか
なり高価であり、現実的でない。On the other hand, there is a method of reducing the cutoff frequency fhc by increasing the resistance Rh connected in parallel with the acceleration sensor and obtaining a constant output up to a low frequency. However, resistors exceeding 10 MΩ are quite expensive and impractical.
【0020】また、実装する基板の配線間の漏れ電流な
どにも特別の注意を払わなければ、実質的に高抵抗を得
られないという課題がある。抵抗体の基板への接続端子
などに漏れ電流防止のガードリングなどの部材を設けな
ければならい。湿度などの環境の変化に対して、基板の
配線間の漏れ電流が変化し、抵抗値が見かけ上小さくな
るなどの問題がある。Further, there is a problem that a high resistance cannot be substantially obtained unless special attention is paid to a leakage current between wirings of a mounting board. A member such as a guard ring for preventing leakage current must be provided at the connection terminal of the resistor to the substrate. There is a problem that the leakage current between the wirings of the substrate changes due to a change in environment such as humidity, and the resistance value is apparently reduced.
【0021】また、図47の信号処理回路は、集積回路
化することは容易であるが、10MΩ以上の高抵抗の抵
抗Rh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。したがって、加速度センサ
と信号処理用集積回路の他に高抵抗を別に用意して実装
しなければならないが、そうすると実装部品の点数が多
くなり、また実装面積が広くなり、衝撃検知装置などの
小型化の妨げとなる。The signal processing circuit shown in FIG. 47 can be easily formed into an integrated circuit, but it is very difficult to incorporate a resistor Rh having a high resistance of 10 MΩ or more into the integrated circuit with current semiconductor technology. It is. Therefore, in addition to the acceleration sensor and the integrated circuit for signal processing, it is necessary to prepare and mount a high resistance separately, but this increases the number of mounted components, increases the mounting area, and reduces the size of impact detection devices and other devices. Hinders
【0022】他方、加速度センサの静電容量C11を大
きくするという方策はある。圧電型加速度度センサの静
電容量は材料が同一の場合、圧電体の厚さが薄いほど大
きく、面積が広いほど大きくなる。ところが、圧電体を
薄くすると、上述した問題のほかに、機械的強度が低下
し割れやすくなり、また工程上でも扱いにくくなるとい
う問題がある。また、面積を大きくすると小型化が難し
くなる。さらに、圧電体の形状は、測定周波数帯と密接
に関係する共振周波数を決定するため、圧電センサの形
状を容易に変更することはできないという課題を有して
いる。On the other hand, there is a measure to increase the capacitance C11 of the acceleration sensor. When the material is the same, the capacitance of the piezoelectric acceleration sensor becomes larger as the thickness of the piezoelectric body becomes smaller, and becomes larger as the area becomes larger. However, when the thickness of the piezoelectric body is reduced, in addition to the above-described problems, there is a problem that the mechanical strength is reduced and the piezoelectric body is easily broken, and it is difficult to handle in a process. In addition, when the area is increased, miniaturization becomes difficult. Furthermore, since the shape of the piezoelectric body determines the resonance frequency closely related to the measurement frequency band, there is a problem that the shape of the piezoelectric sensor cannot be easily changed.
【0023】さらに、自己診断するために駆動用電極に
発信器により発振パルスを与え、低周波数で駆動して振
動を振動検出用電極で検出する場合には、上述した様に
振動検出用電極からの出力電圧は振動検出用電極部の圧
電素子の容量が小さいために小さくなる。振動検出用電
極は圧電素子全面に設けられていないので、圧電素子全
体の容量よりさらに低くなる。また、振動検出用電極に
生じる電荷量も面積に応じて小さくなる。Further, when an oscillation pulse is given to the driving electrode by a transmitter for self-diagnosis and the vibration is detected by the vibration detecting electrode by driving at a low frequency, the vibration detecting electrode is used as described above. Is small because the capacitance of the piezoelectric element of the vibration detecting electrode portion is small. Since the vibration detection electrode is not provided on the entire surface of the piezoelectric element, the capacitance is further lower than the capacitance of the entire piezoelectric element. Further, the amount of electric charge generated in the vibration detection electrode also decreases according to the area.
【0024】自己診断時に低周波での振動検出の出力電
圧が小さくなると、低周波での自己診断の精度が低下す
る。したがって、すべての周波数帯域における自己診断
を精度よく行うことができないという問題があった。If the output voltage of the vibration detection at a low frequency decreases during the self-diagnosis, the accuracy of the self-diagnosis at a low frequency decreases. Therefore, there is a problem that self-diagnosis cannot be performed accurately in all frequency bands.
【0025】また、自己診断を行うために、電極を分割
し、一方を振動検出用電極、他方を駆動用電極とする
と、電極からの信号引き出しのためにワイヤーリングな
どの手段が2つ必要で、構造的に複雑になり小型化を妨
げるという問題を有していた。In order to perform self-diagnosis, if the electrodes are divided and one is a vibration detecting electrode and the other is a driving electrode, two means such as a wire ring are required for extracting a signal from the electrode. However, there is a problem that the structure becomes complicated and the miniaturization is hindered.
【0026】また、圧電体の振動により加速度を検知す
る加速度センサでは、圧電素子を保持する部分が必ず必
要で、この保持部分で、検出用電極と駆動用電極の外部
への取り出し、およびパッケージングのための組み立て
接着による保持位置のばらつきにともなう感度のばらつ
きが生じるという問題があった。In addition, an acceleration sensor for detecting acceleration by vibration of a piezoelectric body must have a portion for holding the piezoelectric element, and this holding portion allows the detection electrode and the drive electrode to be taken out of the device and to be packaged. However, there is a problem that the sensitivity varies due to the variation of the holding position due to the assembly and bonding for the above.
【0027】本発明は、上記の従来の各種課題に鑑みて
なされたものであり、高抵抗を基板に実装することな
く、一定の大きさの加速度に対して、低周波数域まで出
力電圧が低下することなく高い感度を有し、出力電圧の
周波数特性が平坦で、広い周波数範囲で自己診断を精度
よく行うことができ、パッケージングの組立が容易で、
感度ばらつきの少ない小型の加速度センサを提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned various conventional problems, and the output voltage can be reduced to a low frequency range with a constant acceleration without mounting a high resistance on a substrate. It has high sensitivity without having to do it, has flat output voltage frequency characteristics, can perform self-diagnosis accurately over a wide frequency range, and is easy to assemble for packaging.
It is an object of the present invention to provide a small acceleration sensor with less sensitivity variation.
【0028】[0028]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために以下の構成とする。The present invention has the following configuration to achieve the above object.
【0029】すなわち、本発明の加速度センサは、圧電
体層を複数積層してなる圧電素子を有し、前記圧電素子
は、矩形状の複数の前記圧電体層が積層された振動部
と、前記振動部の一辺と接続して前記振動部を保持する
接続部と、前記接続部と一体に形成された保持部とを有
し、前記圧電体層のうち少なくとも2以上の圧電体層の
前記振動部を構成する部分は分極されており、前記振動
部の前記分極された圧電体層の積層方向の上下面には電
極が形成され、前記上下面の電極とその間の圧電体層と
により形成されるインピーダンスが互いに電気的に並列
に接続され、前記上下面の電極は前記接続部及び前記保
持部の少なくとも一部にも連続して形成され、前記電極
と外部との電気的接続は前記保持部に形成された前記電
極を介して行なうことを特徴とする。That is, the acceleration sensor of the present invention has a piezoelectric element formed by stacking a plurality of piezoelectric layers, and the piezoelectric element includes a vibrating section in which a plurality of rectangular piezoelectric layers are stacked; A connecting portion connected to one side of the vibrating portion to hold the vibrating portion; and a holding portion formed integrally with the connecting portion, wherein the vibration of at least two or more piezoelectric layers among the piezoelectric layers is performed. The portion constituting the portion is polarized, electrodes are formed on the upper and lower surfaces of the vibrating portion in the direction of lamination of the polarized piezoelectric layers, and the upper and lower electrodes and the piezoelectric layer between them are formed. Impedances are electrically connected in parallel to each other, the electrodes on the upper and lower surfaces are continuously formed on at least a part of the connection portion and the holding portion, and the electrical connection between the electrode and the outside is the holding portion. Through the electrodes formed in The features.
【0030】かかる構成によれば、ワイヤリングなどの
電気的接続手段を用いずとも、高い静電容量を有し、低
周波においても高い感度を維持し、低周波領域での自己
診断も精度よく行うことができ、圧電素子に振動部、接
続部、保持部を設け、保持部で圧電素子を保持すること
で、振動空間を確保でき、パッケジングが容易で、保持
によるばらつきのない小型の加速度センサを提供するこ
とができる。According to such a configuration, a high capacitance is maintained, a high sensitivity is maintained even at a low frequency, and a self-diagnosis in a low frequency region is also performed accurately without using an electrical connection means such as a wiring. By providing a vibrating part, a connecting part, and a holding part on the piezoelectric element, and holding the piezoelectric element with the holding part, a vibration space can be secured, packaging is easy, and a small acceleration sensor with no variation due to holding is provided. Can be provided.
【0031】[0031]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1から図44を用いて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
【0032】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1にかかる加速度センサに用いる圧電素子の外観斜視
図である。圧電素子101は、層41、層42、層43
が積層されて構成される。(First Embodiment) FIG. 1 is an external perspective view of a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention. The piezoelectric element 101 includes a layer 41, a layer 42, a layer 43
Are laminated.
【0033】図2は、図1の圧電素子101について、
以下の説明で使用する各部の名称を示した図である。図
2(A)で斜線を付した部分を振動部1と、図2(B)
で斜線を付した部分を接続部2と、図2(C)で斜線を
付した部分を保持部3と、それぞれ称する。FIG. 2 shows the piezoelectric element 101 of FIG.
It is a figure showing the name of each part used in the following explanation. The hatched portion in FIG. 2A corresponds to the vibrating section 1 and FIG.
The portion hatched in FIG. 2 is referred to as the connection portion 2, and the portion hatched in FIG.
【0034】図1,2に示すように、圧電素子101
は、平面形状が矩形状で「ロ」字状に中央部が開口した
保持部3と、保持部3の開口内に配された平面形状が矩
形状の振動部1とを有する。振動部1の一方の短辺は、
保持部3の一方の短辺(接続部2)に片持ち梁の状態で
接続されている。振動部1は、圧電素子101の略中央
に配置され、後述する上下方向(積層方向)に形成され
た空間内で上下に振動し、センサとして機能する。接続
部2は、振動部1を片持ち梁の状態で保持するととも
に、振動部1内の電極を保持部3に引き出す役割をも有
する(詳細は後述する)。接続部2は保持部3の一部を
構成し両者が一体に構成されている。保持部3は圧電素
子101を加速度センサの他の構成要素に固着するため
の部分である。As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric element 101
Has a holding portion 3 having a rectangular planar shape and an opening at the center in the shape of a square, and a vibrating portion 1 having a rectangular planar shape disposed in the opening of the holding portion 3. One short side of the vibrating part 1 is
The holding section 3 is connected to one short side (connection section 2) in a cantilever state. The vibrating unit 1 is disposed substantially at the center of the piezoelectric element 101, vibrates vertically in a space formed in a vertical direction (stacking direction) described later, and functions as a sensor. The connecting portion 2 holds the vibrating portion 1 in a cantilever state and also has a role of drawing out an electrode in the vibrating portion 1 to the holding portion 3 (details will be described later). The connection part 2 forms a part of the holding part 3 and both are integrally formed. The holding section 3 is a section for fixing the piezoelectric element 101 to other components of the acceleration sensor.
【0035】図3は本実施の形態の加速度センサの構成
を示した分解斜視図である。本実施の形態の加速度セン
サは、圧電素子101の両側に、樹脂シート5、及びア
ルミナ基板4がそれぞれ積層されて構成される。樹脂シ
ート5は、平面形状が矩形状で「ロ」字状に中央部が開
口しており、その平面形状は圧電素子101の保持部3
と略同形状であり、保持部3上に積層される。アルミナ
基板4の外表面には、外部電極21,22,23が銀パ
ラジウム合金にて形成されている。開口を有する樹脂シ
ート5を介してアルミナ基板4を積層することにより、
圧電素子101の振動部1の上下に振動空間が確保され
る。FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the acceleration sensor according to the present embodiment. The acceleration sensor of the present embodiment is configured by laminating a resin sheet 5 and an alumina substrate 4 on both sides of a piezoelectric element 101, respectively. The resin sheet 5 has a rectangular planar shape and an opening in the center in a “b” shape, and the planar shape is the holding portion 3 of the piezoelectric element 101.
, And are stacked on the holding unit 3. On the outer surface of the alumina substrate 4, external electrodes 21, 22, 23 are formed of a silver-palladium alloy. By laminating the alumina substrate 4 via the resin sheet 5 having an opening,
Vibration spaces are secured above and below the vibrating part 1 of the piezoelectric element 101.
【0036】圧電素子101の層41,42,43はい
ずれもジルコン酸チタン酸鉛を主成分とするシート状の
セラミクスからなる。各層の厚さは、10μmから80
μm程度(特に50μm)が好適である。シート状のセ
ラミクスグリーンシートを積層し焼成して製造する。こ
のため、圧電セラミックスの板を貼り合わせる場合に比
べて各層を薄くすることができ、各層の静電容量が大き
くなる。Each of the layers 41, 42 and 43 of the piezoelectric element 101 is made of a sheet-like ceramic mainly composed of lead zirconate titanate. The thickness of each layer is from 10 μm to 80
About μm (particularly 50 μm) is suitable. It is manufactured by laminating and firing a sheet-shaped ceramic green sheet. For this reason, each layer can be made thinner as compared with the case where a piezoelectric ceramic plate is bonded, and the capacitance of each layer increases.
【0037】層41の上面には2つの電極11aと電極
12aが分割して形成されている。両者は矩形の振動部
1の長辺方向に平行なマージン部で分割されて、振動部
1の長辺方向に平行に(すなわち、接続部2と略直交す
るように)設けられている。また図では示されないが層
41と層42の間に電極13aが、層42と層43の間
に電極11bと電極12bが、層43の底面に電極13
bが、それぞれ形成されている。On the upper surface of the layer 41, two electrodes 11a and 12a are formed separately. Both are divided by a margin portion parallel to the long side direction of the rectangular vibrating portion 1 and provided in parallel to the long side direction of the vibrating portion 1 (that is, substantially perpendicular to the connection portion 2). Although not shown in the drawing, the electrode 13a is provided between the layer 41 and the layer 42, the electrode 11b and the electrode 12b are provided between the layer 42 and the layer 43, and the electrode 13a is provided on the bottom of the layer 43.
b are formed respectively.
【0038】図4は、図1の圧電素子101の電極11
a部を通る長辺方向に平行なX−X’線での積層方向断
面図である。また、図5は各電極形状を示した平面図で
ある。図5(A)は層41上に形成される電極11a,
12aを示し、図5(B)は層41と層42の間に形成
される電極13aを示し、図5(C)は層42と層43
の間に形成される電極11b,12bを示し、図5
(D)は層43の下面に形成される電極13bを示して
いる。FIG. 4 shows the electrode 11 of the piezoelectric element 101 of FIG.
It is sectional drawing in the lamination direction in XX 'line parallel to the long side direction which passes a part. FIG. 5 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 5A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
12B, FIG. 5B shows an electrode 13a formed between the layer 41 and the layer 42, and FIG.
FIG. 5 shows electrodes 11b and 12b formed between
(D) shows the electrode 13b formed on the lower surface of the layer 43.
【0039】層42と層43の間に形成される電極11
b,12bは層41の表面に設けられる電極11a、1
2aとほぼ同じ形状である。また、電極13aと電極1
3bもほぼ同形状に形成される。電極13a,13b
は、それぞれ電極11a,12a、電極11b,12b
と対向するように、振動部の全面にわたって形成され
る。The electrode 11 formed between the layers 42 and 43
b and 12b are electrodes 11a and 1 provided on the surface of the layer 41.
The shape is almost the same as 2a. The electrode 13a and the electrode 1
3b is also formed in substantially the same shape. Electrodes 13a, 13b
Are electrodes 11a and 12a and electrodes 11b and 12b, respectively.
Is formed over the entire surface of the vibrating portion so as to face the vibration portion.
【0040】電極11a,11b,12a,12bは、
圧電素子101の接続部2側(図5の左側)の端部まで
形成され、この結果、圧電素子101の外周側面に露出
している。一方、電極13a,13bは、圧電素子10
1の接続部2とは反対側(図5の右側)の端部まで形成
され、この結果、圧電素子101の外周側面に露出して
いる。また、電極13a,13bは、圧電素子101の
接続部2側(図5の左側)は端部まで形成されず、端部
からわずかに後退させている。これは後述する端面電極
31,32との短絡を防止するためである。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12b
The piezoelectric element 101 is formed up to the end on the connection portion 2 side (the left side in FIG. 5), and as a result, is exposed on the outer peripheral side surface of the piezoelectric element 101. On the other hand, the electrodes 13a and 13b
1 is formed up to the end opposite to the connection portion 2 (right side in FIG. 5), and as a result, is exposed on the outer peripheral side surface of the piezoelectric element 101. In addition, the electrodes 13a and 13b are not formed up to the end on the connection portion 2 side (the left side in FIG. 5) of the piezoelectric element 101, and are slightly receded from the end. This is to prevent a short circuit with the end electrodes 31 and 32 described later.
【0041】これらの電極は、いずれも例えば銀パラジ
ウム合金により形成でき、厚さは0.1μm〜5μm程
度が好ましい。Each of these electrodes can be formed of, for example, a silver-palladium alloy, and preferably has a thickness of about 0.1 μm to 5 μm.
【0042】層41と層43は分極されており、図4に
示すように分極の向き40は互いに逆方向である。層4
2は、分極されていない。The layers 41 and 43 are polarized, and the directions of polarization 40 are opposite to each other as shown in FIG. Layer 4
2 is not polarized.
【0043】図6は、本実施の形態の加速度センサの積
層方向の断面図である。図3で説明したように、圧電素
子101の保持部3の上下に樹脂シート5が積層され、
さらに外部電極21,22,23が形成されたアルミナ
基板4が積層される。長手方向の端面には、それぞれス
パッタリングで形成した端面電極31,32,33が形
成される。端面電極31は圧電素子101の外周側面に
露出した電極11a、11bと外部電極21とに接続さ
れ、端面電極32は圧電素子101の外周側面に露出し
た電極12a、12bと外部電極22とに接続され、端
面電極33は圧電素子101の外周側面に露出した電極
13a、13bと外部電極23とに接続される。この結
果、加速度により生じた電荷をアルミナ基板4上の外部
電極21,22,23に取り出すことができ、さらに加
速度センサの外部へ取り出すことができる。FIG. 6 is a sectional view of the acceleration sensor according to the present embodiment in the stacking direction. As described with reference to FIG. 3, the resin sheets 5 are stacked above and below the holding unit 3 of the piezoelectric element 101,
Further, the alumina substrate 4 on which the external electrodes 21, 22, 23 are formed is laminated. End face electrodes 31, 32, and 33 formed by sputtering are formed on the end faces in the longitudinal direction. The end face electrode 31 is connected to the electrodes 11a and 11b exposed on the outer peripheral side of the piezoelectric element 101 and the external electrode 21, and the end face electrode 32 is connected to the electrodes 12a and 12b exposed on the outer peripheral side of the piezoelectric element 101 and the external electrode 22. The end electrode 33 is connected to the electrodes 13 a and 13 b exposed on the outer peripheral side surface of the piezoelectric element 101 and the external electrode 23. As a result, the electric charge generated by the acceleration can be taken out to the external electrodes 21, 22, 23 on the alumina substrate 4, and can be taken out of the acceleration sensor.
【0044】以上のように各電極を接続することによ
り、層41、層43はすべて電気的には並列に接続され
たことになる。よって、圧電素子全体の静電容量は各層
の静電容量を足しあわせた値となる。各層は重ね合わさ
れているので全体として所定の強度を保持しながら、各
層それぞれを薄い層で形成することができる。このた
め、各層の静電容量を大きくすることができる。しかも
全体の静電容量は各層の静電容量を足し合わせた値とな
るため、同じ厚さと面積を有する1層で構成された圧電
素子より大きな静電容量を得ることができる。換言すれ
ば、同一の静電容量であれば小面積の圧電素子で実現す
ることができる。By connecting the electrodes as described above, the layers 41 and 43 are all electrically connected in parallel. Therefore, the capacitance of the entire piezoelectric element is a value obtained by adding the capacitance of each layer. Since the layers are superimposed, each layer can be formed as a thin layer while maintaining a predetermined strength as a whole. Therefore, the capacitance of each layer can be increased. Moreover, since the total capacitance is a value obtained by adding the capacitances of the respective layers, it is possible to obtain a larger capacitance than a single-layer piezoelectric element having the same thickness and area. In other words, the same capacitance can be realized by a piezoelectric element having a small area.
【0045】矩形状の振動部1を片持ち梁の状態で接続
部2に固定しているので、検知しようとする加速度の方
向に振動部1の主面が直交するように加速度センサを取
り付ける必要がある。すなわち、加速度センサを実装す
る基板と平行な方向の加速度を検知する場合には、加速
度センサ(圧電素子)を実装基板にたてて略垂直に配置
しなければならない。すなわち圧電素子101の電極面
が実装基板に略垂直にならなければならない。矩形状の
圧電素子の場合、圧電素子をたてて実装しても、加速度
センサの高さが高くならないため、小型の加速度センサ
が実現できる。Since the rectangular vibration part 1 is fixed to the connection part 2 in a cantilever state, it is necessary to mount the acceleration sensor so that the main surface of the vibration part 1 is orthogonal to the direction of the acceleration to be detected. There is. That is, when detecting acceleration in a direction parallel to the board on which the acceleration sensor is mounted, the acceleration sensor (piezoelectric element) must be arranged substantially vertically on the mounting board. That is, the electrode surface of the piezoelectric element 101 must be substantially perpendicular to the mounting substrate. In the case of a rectangular piezoelectric element, even if the piezoelectric element is mounted vertically, the height of the acceleration sensor does not increase, so that a small acceleration sensor can be realized.
【0046】図7は加速度センサの動作原理を示す積層
方向の模式的断面図である。加速度60が図7の上下方
向に加わった場合、圧電素子101の振動部は図7のよ
うにたわみ振動をする。このとき、層41,42,43
のうち表面側の2つの層41,43は一方は伸び、一方
は縮むように歪みが生じる。図7の状態では、層41が
伸び、層43が縮み、この歪みにより電荷が生じるが、
層41と層43では分極方向40が逆であるので、電極
11a,12aと電極11b,12bとに同じ極性の電
荷が得られ、また電極13aと電極13bとに同じ極性
の電荷が得られる。さらに、各電極が上述の通り並列に
接続されていることにより、層41および層43に生じ
た電荷は加算されることになり、大きな電荷量を得るこ
とができる。FIG. 7 is a schematic sectional view in the stacking direction showing the principle of operation of the acceleration sensor. When the acceleration 60 is applied in the vertical direction in FIG. 7, the vibrating portion of the piezoelectric element 101 performs flexural vibration as shown in FIG. At this time, the layers 41, 42, 43
Of the two layers 41 and 43 on the surface side, one is elongated and the other is shrunk so as to shrink. In the state shown in FIG. 7, the layer 41 expands and the layer 43 contracts, and the distortion causes electric charges.
Since the polarization directions 40 of the layers 41 and 43 are opposite, charges of the same polarity are obtained at the electrodes 11a and 12a and the electrodes 11b and 12b, and charges of the same polarity are obtained at the electrodes 13a and 13b. Further, since the electrodes are connected in parallel as described above, the charges generated in the layers 41 and 43 are added, and a large amount of charges can be obtained.
【0047】また、圧電素子の表面、裏面は、歪みが大
きくなるが、本実施の形態では、そこに、分極された圧
電体層が設けられているため、感度を高くすることがで
きる。Although the front and back surfaces of the piezoelectric element are greatly distorted, in this embodiment, the sensitivity can be increased because the polarized piezoelectric layer is provided there.
【0048】図8は本実施の形態の加速度センサの自己
診断機能を発揮させる場合の加速度検出装置のブロック
図である。自己診断時には、電極12a,12bを駆動
用電極とし、電極11a,11bを振動検出用電極とす
る。外部電極22は、自己診断のための振動駆動用の駆
動回路6aに接続されている。駆動回路6aからは駆動
用の交流電圧が発生し、外部電極22、23を介して、
圧電素子の駆動用電極である電極12a,12bと電極
13a,13bへ印加される。この交流電圧により層4
1、層43の内部には電界が生じる。電界は同じ方向に
印加されるが、分極方向が異なるため、逆方向の歪みが
生じ、圧電素子全体がたわみ振動をする。この振動によ
り先に述べたように電荷が発生し、これを振動検出用電
極である電極11a,11bと電極13a,13bで検
出する。検出した電荷は外部電極21,23を通じてイ
ンピーダンス変換回路6bに入力される。インピーダン
ス変換回路6bは、一般に図47に示すようにFETな
どを用いて構成される。このインピーダンス変換回路6
bからの出力電圧は、加速度検出回路・異常検出回路6
cに入力され、ここで圧電素子に異常がないか判定され
る。一般に、異常検出回路6cはハイパスフィルタ、ロ
ーパスフィルタ、平滑回路、コンパレータなどで構成さ
れる。異常診断は駆動回路6aより入力された交流電圧
に対して、あらかじめ定めた値に合致する電圧がインピ
ーダンス変換回路6bから出力されているかで判定す
る。圧電素子に異常がある場合、異常検出回路6cは異
常時の処理を行うように指示を出す。FIG. 8 is a block diagram of an acceleration detecting device when the self-diagnosis function of the acceleration sensor according to the present embodiment is performed. At the time of self-diagnosis, the electrodes 12a and 12b are used as driving electrodes, and the electrodes 11a and 11b are used as vibration detecting electrodes. The external electrode 22 is connected to a drive circuit 6a for driving a vibration for self-diagnosis. A drive AC voltage is generated from the drive circuit 6a,
The voltage is applied to electrodes 12a and 12b and electrodes 13a and 13b, which are driving electrodes of the piezoelectric element. This AC voltage causes layer 4
1. An electric field is generated inside the layer 43. Although the electric field is applied in the same direction, the polarization direction is different, so that distortion is generated in the opposite direction, and the entire piezoelectric element performs flexural vibration. As described above, electric charges are generated by this vibration, and this is detected by the electrodes 11a and 11b and the electrodes 13a and 13b, which are the electrodes for detecting vibration. The detected charges are input to the impedance conversion circuit 6b through the external electrodes 21 and 23. The impedance conversion circuit 6b is generally configured using an FET or the like as shown in FIG. This impedance conversion circuit 6
The output voltage from b is the acceleration detection circuit / abnormality detection circuit 6
c, where it is determined whether there is any abnormality in the piezoelectric element. In general, the abnormality detection circuit 6c includes a high-pass filter, a low-pass filter, a smoothing circuit, a comparator, and the like. The abnormality diagnosis is performed by determining whether a voltage that matches a predetermined value is output from the impedance conversion circuit 6b with respect to the AC voltage input from the drive circuit 6a. When there is an abnormality in the piezoelectric element, the abnormality detection circuit 6c issues an instruction to perform a process at the time of abnormality.
【0049】駆動用電極12a,12b部分は積層され
ており、各層は薄く、電界が大きくなるため、小さな振
幅の交流電圧を駆動回路6aから入力するのみで大きな
振幅のたわみ振動を得ることができ、自己診断の精度が
向上する。Since the driving electrodes 12a and 12b are laminated, each layer is thin and the electric field is large, a large amplitude flexural vibration can be obtained only by inputting a small amplitude AC voltage from the driving circuit 6a. The accuracy of the self-diagnosis is improved.
【0050】また、振動検出用電極11a,11b部分
も積層されており、静電容量を大きくとることができ、
インピーダンス変換回路6bに高抵抗を用いずとも低周
波数領域まで高い感度で駆動回路6aにより誘起された
振動を検出することができ、広い周波数範囲で精度の高
い自己診断を行うことができる。The vibration detecting electrodes 11a and 11b are also laminated, so that the capacitance can be increased.
The vibration induced by the drive circuit 6a can be detected with high sensitivity up to a low frequency region without using a high resistance for the impedance conversion circuit 6b, and highly accurate self-diagnosis can be performed in a wide frequency range.
【0051】通常の加速度検出時においても、圧電素子
101は、薄い層が積層され、各層が並列に接続されて
いるため、圧電素子全体の静電容量は大きくなる。ま
た、圧電素子全体の機械的強度を損なうことなく検出素
子となる各層を薄くすることができる。このため、低周
波の加速度においても十分高い感度を得ることができ、
高抵抗を用いることなく測定することができる。Even during normal acceleration detection, since the piezoelectric element 101 is formed by stacking thin layers and connecting the layers in parallel, the capacitance of the entire piezoelectric element increases. In addition, each layer serving as a detection element can be thinned without impairing the mechanical strength of the entire piezoelectric element. Therefore, a sufficiently high sensitivity can be obtained even at a low-frequency acceleration,
It can be measured without using high resistance.
【0052】通常の加速度検出時には、駆動用電極12
a,12bと振動検出用電極11a,11bをともに加
速度検出のための電極として用い、両者をインピーダン
ス変換回路6bに接続することによりより高い感度を得
ることができる。At the time of normal acceleration detection, the driving electrode 12
A higher sensitivity can be obtained by using both the electrodes a and 12b and the electrodes 11a and 11b for vibration detection as electrodes for acceleration detection and connecting them to the impedance conversion circuit 6b.
【0053】層42は分極されていない層であるが、こ
の層を設けることにより、層41および層43を極めて
薄くしても圧電素子全体の強度を維持することができ
る。また、層42は静電容量を大きくする効果をも有す
る。Although the layer 42 is not polarized, by providing this layer, the strength of the entire piezoelectric element can be maintained even if the layers 41 and 43 are extremely thin. The layer 42 also has the effect of increasing the capacitance.
【0054】なお、自己診断回路および、インピーダン
ス変換回路は、図8、図47に示したものに限るもので
はない。The self-diagnosis circuit and the impedance conversion circuit are not limited to those shown in FIGS.
【0055】なお、層41,43の分極の方向40は図
示した方向に限るものではなく互いに逆向きであればよ
い。The polarization direction 40 of the layers 41 and 43 is not limited to the illustrated direction, but may be any direction as long as they are opposite to each other.
【0056】なお、電極11a,11bを駆動用電極と
し、電極12a,12bを振動検出用電極としてもよ
い。The electrodes 11a and 11b may be used as driving electrodes, and the electrodes 12a and 12b may be used as vibration detecting electrodes.
【0057】なお、各層41,42,43はジルコン酸
チタン酸鉛を主成分とするものに限るものではなく、チ
タン酸鉛、ジルコン酸鉛、ランタン酸鉛などを主成分と
するものでもよい。層の厚さは、すべて同じでなくとも
よいが、層41と層43はほぼ同じ厚さであることが好
ましい。層42は他の層より厚くてもよく、この場合、
耐衝撃性の向上に寄与する。The layers 41, 42 and 43 are not limited to those containing lead zirconate titanate as a main component, but may be those containing lead titanate, lead zirconate, lead lanthanate or the like as a main component. Although the thicknesses of the layers do not all need to be the same, it is preferable that the layers 41 and 43 have substantially the same thickness. Layer 42 may be thicker than the other layers, in which case
Contributes to improved impact resistance.
【0058】また、電極11a,11b,12a,12
b,13a,13bは銀パラジウムに限るものではな
く、金、クロム、ニッケル、銅などあるいはこれらを積
層しても、あるいはこれらの合金などを用いてもよい。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12
b, 13a, and 13b are not limited to silver palladium, but may be gold, chromium, nickel, copper, or the like, or a laminate thereof, or an alloy thereof.
【0059】基板4の材質は、アルミナに限るものでは
なく樹脂などを用いてもよい。The material of the substrate 4 is not limited to alumina, but may be a resin or the like.
【0060】アルミナ基板4に形成した電極21,2
2,23は、銀パラジウムに限るものではなく、リフロ
ー可能な材料、たとえば銀−半田、銀ロウなどでもよ
い。Electrodes 21 and 2 formed on alumina substrate 4
The materials 2 and 23 are not limited to silver palladium, but may be a reflowable material such as silver-solder or silver brazing.
【0061】圧電素子の端面電極31,32,33は、
スパッタリングに限るものではなく、樹脂硬化型電極ペ
ーストにより電極を形成してもよい。The end electrodes 31, 32, 33 of the piezoelectric element
The electrode is not limited to sputtering, and may be formed of a resin-curable electrode paste.
【0062】なお、圧電素子101の積層数は3層に限
るものではなく、さらに積層数を増やしてもよく、その
場合も1層おきに電極を端面などで接続すればよい。The number of layers of the piezoelectric element 101 is not limited to three, and the number of layers may be further increased. In this case, electrodes may be connected every other layer at the end face or the like.
【0063】上記の例では樹脂シート5を積層して振動
部1の振動空間を確保したが、振動空間を確保するため
の手段はこれに限定されない。例えば、樹脂シート5を
積層しないで、基板4の圧電素子101側の表面の保持
部3と対向しない領域に、振動部1が振動可能なように
所定深さの凹み部を形成してもよい。In the above example, the vibration space of the vibrating section 1 is secured by laminating the resin sheets 5, but the means for securing the vibration space is not limited to this. For example, without laminating the resin sheet 5, a concave portion having a predetermined depth may be formed in a region on the surface of the substrate 4 on the side of the piezoelectric element 101 which is not opposed to the holding portion 3 so that the vibrating portion 1 can vibrate. .
【0064】以上により、ワイヤリングなどの電気的接
続手段を用いずとも、高い静電容量を有し、低周波にお
いても高い感度を維持し、低周波領域での自己診断も精
度よく行うことができ、圧電素子に振動部、接続部、保
持部を設け、保持部で圧電素子を保持することで、振動
空間を確保でき、パッケジングが容易で、保持によるば
らつきのない、小型の加速度センサが実現できる。As described above, it is possible to have high capacitance, maintain high sensitivity even at a low frequency, and perform a self-diagnosis at a low frequency range with high accuracy without using an electrical connection means such as wiring. By providing a vibrating part, a connecting part, and a holding part on the piezoelectric element, and holding the piezoelectric element with the holding part, a vibration space can be secured, a packaging is easy, and a small acceleration sensor without variation due to holding can be realized. .
【0065】(実施の形態2)図9は本発明の実施の形
態2にかかる加速度センサに用いる圧電素子の積層方向
断面図である。(Embodiment 2) FIG. 9 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
【0066】本実施の形態の圧電素子102は、実施の
形態1の圧電素子101と同様に、層41,42,43
が積層されてなり、その外観形状は図1に示した圧電素
子101とほぼ同様である。本実施の形態の圧電素子1
02においても、「ロ」字状に中央部が開口した保持部
の開口内に、矩形状の振動部が片持ち梁の状態で保持さ
れている。層41、42、43はいずれもジルコン酸鉛
を主成分とするセラミクスを用いて作製できる。The piezoelectric element 102 of the present embodiment has the layers 41, 42, 43 similar to the piezoelectric element 101 of the first embodiment.
Are laminated, and their external shape is almost the same as that of the piezoelectric element 101 shown in FIG. Piezoelectric element 1 of the present embodiment
Also in 02, a rectangular vibrating part is held in a cantilever state in the opening of the holding part whose central part is opened in a “B” shape. Each of the layers 41, 42, and 43 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0067】本実施の形態の圧電素子102でも層41
と層43は分極されているが、その分極方向40は、実
施の形態1と異なり同方向である。In the piezoelectric element 102 of the present embodiment, the layer 41
The layer 43 is polarized, but the polarization direction 40 is the same as in the first embodiment.
【0068】図10は各電極形状を示した平面図であ
る。図10(A)は層41上に形成される電極11a,
12aを示し、図10(B)は層41と層42の間に形
成される電極13aを示し、図10(C)は層42と層
43の間に形成される電極13bを示し、図10(D)
は層43の下面に形成される電極11b,12bを示し
ている。各電極は銀パラジウムを用いて形成できる。FIG. 10 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 10A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
10B shows an electrode 13a formed between the layer 41 and the layer 42, FIG. 10C shows an electrode 13b formed between the layer 42 and the layer 43, and FIG. (D)
Indicates electrodes 11b and 12b formed on the lower surface of the layer 43. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0069】電極11a,11b,12a,12b,1
3a,13bの形状は実施の形態1のそれらと同様であ
るが、電極の形成場所が実施の形態1と相違する。すな
わち、本実施の形態では、層42と層43の間に電極1
3bを形成し、層43の下面に電極11b,12bを形
成する。Electrodes 11a, 11b, 12a, 12b, 1
Although the shapes of 3a and 13b are the same as those of the first embodiment, the locations where the electrodes are formed are different from those of the first embodiment. That is, in this embodiment, the electrode 1 is provided between the layer 42 and the layer 43.
3b, and electrodes 11b and 12b are formed on the lower surface of the layer 43.
【0070】センサの組立は、図3に示した実施の形態
1と同様である。The assembly of the sensor is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
【0071】実施の形態1と同様に、端面電極31によ
り電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41と層43は、並列に接続され、静電容量はそ
れぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量を得る
ことができる。As in the first embodiment, the electrodes 11a and 11b and the external electrode 21 are connected to each other by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. The electrode 33 is the electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41 and 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0072】層41と層43の分極方向40は同方向で
あるが、層43の表裏の電極が実施の形態1と逆である
ため、振動部がたわみ振動をしたとき電極11a,12
aと電極11b,12bとに同じ極性の電荷が得られ、
また電極13aと電極13bとに同じ極性の電荷が得ら
れる。この結果、加速度を検出することができる。Although the polarization direction 40 of the layer 41 and the layer 43 is the same, the electrodes on the front and back of the layer 43 are opposite to those of the first embodiment.
a and electric charges of the same polarity are obtained on the electrodes 11b and 12b,
In addition, charges of the same polarity are obtained on the electrodes 13a and 13b. As a result, the acceleration can be detected.
【0073】自己診断する場合には、電極11a,11
bを振動検出用電極、電極12a,12bを駆動用電極
として、図8と同様にして行うことができる。なお、電
極11a,11bを駆動用電極とし、電極12a,12
bを振動検出用電極としてもよい。In the case of self-diagnosis, the electrodes 11a, 11a
8 can be performed in the same manner as in FIG. 8, where b is a vibration detecting electrode and the electrodes 12a and 12b are driving electrodes. The electrodes 11a and 11b are used as driving electrodes, and the electrodes 12a and 12b are
b may be a vibration detection electrode.
【0074】電極からの電荷の取り出しも実施の形態1
と同様に行うことができる。Embodiment 1 also takes out electric charges from the electrodes.
Can be performed in the same manner.
【0075】なお、層41,43の分極の方向40は図
示した方向に限るものではなく互いに同じ向きであれば
よい。The polarization direction 40 of the layers 41 and 43 is not limited to the illustrated direction, but may be the same as each other.
【0076】なお、各層41,42,43はジルコン酸
チタン酸鉛を主成分とするものに限るものではなく、チ
タン酸鉛、ジルコン酸鉛、ランタン酸鉛などを主成分と
するものでもよい。層の厚さは、すべて同じでなくとも
よいが、層41と層43はほぼ同じ厚さであることが好
ましい。層42は他の層より厚くてもよく、この場合、
耐衝撃性の向上に寄与する。The layers 41, 42, and 43 are not limited to those containing lead zirconate titanate as a main component, but may contain lead titanate, lead zirconate, lead lanthanate, or the like as a main component. Although the thicknesses of the layers do not all need to be the same, it is preferable that the layers 41 and 43 have substantially the same thickness. Layer 42 may be thicker than the other layers, in which case
Contributes to improved impact resistance.
【0077】また、電極11a,11b,12a,12
b,13a,13bは銀パラジウムに限るものではな
く、金、クロム、ニッケル、銅などあるいはこれらを積
層しても、あるいはこれらの合金などを用いてもよい。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12
b, 13a, and 13b are not limited to silver palladium, but may be gold, chromium, nickel, copper, or the like, or a laminate thereof, or an alloy thereof.
【0078】基板4の材質は、アルミナに限るものでは
なく樹脂などを用いてもよい。The material of the substrate 4 is not limited to alumina, but may be a resin or the like.
【0079】アルミナ基板4に形成した電極21,2
2,23は、銀パラジウムに限るものではなく、リフロ
ー可能な材料、たとえば銀−半田、銀ロウなどでもよ
い。Electrodes 21 and 2 formed on alumina substrate 4
The materials 2 and 23 are not limited to silver palladium, but may be a reflowable material such as silver-solder or silver brazing.
【0080】圧電素子の端面電極31,32,33は、
スパッタリングに限るものではなく、樹脂硬化型電極ペ
ーストにより電極を形成してもよい。The end electrodes 31, 32, 33 of the piezoelectric element
The electrode is not limited to sputtering, and may be formed of a resin-curable electrode paste.
【0081】なお、圧電素子102の積層数は3層に限
るものではなく、さらに積層数を増やしてもよく、その
場合も1層おきに電極を端面などで接続すればよい。The number of layers of the piezoelectric element 102 is not limited to three, and the number of layers may be further increased. In this case, electrodes may be connected every other layer at the end face or the like.
【0082】上記の例では樹脂シート5を積層して振動
部1の振動空間を確保したが、振動空間を確保するため
の手段はこれに限定されない。例えば、樹脂シート5を
積層しないで、基板4の圧電素子102側の表面の保持
部3と対向しない領域に、振動部1が振動可能なように
所定深さの凹み部を形成してもよい。In the above example, the resin sheet 5 is laminated to secure the vibration space of the vibration section 1, but the means for securing the vibration space is not limited to this. For example, without laminating the resin sheet 5, a concave portion having a predetermined depth may be formed in a region of the surface of the substrate 4 on the side of the piezoelectric element 102 which is not opposed to the holding portion 3 so that the vibrating portion 1 can vibrate. .
【0083】以上により、ワイヤリングなどの電気的接
続手段を用いずとも、高い静電容量を有し、低周波にお
いても高い感度を維持し、低周波領域での自己診断も精
度よく行うことができ、圧電素子に振動部、接続部、保
持部を設け、保持部で圧電素子を保持することで、振動
空間を確保でき、パッケジングが容易で、保持によるば
らつきのない小型の加速度センサが実現できる。As described above, it is possible to have high capacitance, maintain high sensitivity even at a low frequency, and perform a self-diagnosis at a low frequency range with high accuracy without using an electrical connection means such as wiring. By providing the piezoelectric element with a vibrating part, a connecting part, and a holding part, and holding the piezoelectric element with the holding part, a vibration space can be secured, a packaging can be easily performed, and a small acceleration sensor without variation due to holding can be realized.
【0084】(実施の形態3)図11は本発明の実施の
形態3にかかる加速度センサに用いる圧電素子の積層方
向断面図である。(Embodiment 3) FIG. 11 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
【0085】本実施の形態の圧電素子103は、実施の
形態1の圧電素子101と同様に、層41,42,43
が積層されてなり、その外観形状は図1に示した圧電素
子101とほぼ同様である。本実施の形態の圧電素子1
03においても、「ロ」字状に中央部が開口した保持部
の開口内に、矩形状の振動部が片持ち梁の状態で保持さ
れている。層41、42、43はいずれもジルコン酸鉛
を主成分とするセラミクスを用いて作製できる。The piezoelectric element 103 according to the present embodiment has the layers 41, 42, 43 similar to the piezoelectric element 101 according to the first embodiment.
Are laminated, and their external shape is almost the same as that of the piezoelectric element 101 shown in FIG. Piezoelectric element 1 of the present embodiment
Also in 03, a rectangular vibrating part is held in a cantilever state in the opening of the holding part whose central part is opened in a “B” shape. Each of the layers 41, 42, and 43 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0086】本実施の形態の圧電素子103でも層41
と層43は分極されており、その分極方向40は、実施
の形態1と同様に逆方向である。In the piezoelectric element 103 of the present embodiment, the layer 41
And the layer 43 are polarized, and the polarization direction 40 is the opposite direction as in the first embodiment.
【0087】図12は各電極形状を示した平面図であ
る。図12(A)は層41上に形成される電極11a,
12aを示し、図12(B)は層41と層42の間に形
成される電極13aを示し、図12(C)は層42と層
43の間に形成される電極11b,12bを示し、図1
2(D)は層43の下面に形成される電極13bを示し
ている。各電極は銀パラジウムを用いて形成できる。FIG. 12 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 12A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
12B, FIG. 12B shows an electrode 13a formed between the layer 41 and the layer 42, and FIG. 12C shows electrodes 11b and 12b formed between the layer 42 and the layer 43; FIG.
2 (D) shows the electrode 13b formed on the lower surface of the layer 43. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0088】電極11a,11bは振動部1の長手方向
略中央部から接続部2寄りの領域に形成され、電極12
a,12bは振動部1の長手方向略中央部から接続部2
とは反対側(片持ち梁の先端部寄り)の領域に、それぞ
れ絶縁して形成される。電極11a,11bは、圧電素
子103の接続部2側(図12の左側)の端部まで形成
され、この結果、圧電素子103の外周側面に露出して
いる。同様に、電極12a,12bは、振動部1の長辺
方向に圧電素子103の接続部2側(図12の左側)の
端部まで引き出され、この結果、圧電素子103の外周
側面に露出している。電極13a,13bは、実施の形
態1のそれと同形状であり、圧電素子103の接続部2
側(図12の左側)は端部まで形成されず、端部からわ
ずかに後退させて形成されている。The electrodes 11a and 11b are formed in a region closer to the connecting portion 2 from a substantially central portion in the longitudinal direction of the vibrating portion 1 and
a and 12b are connected from the substantially central portion in the longitudinal direction of the vibrating portion 1 to the connecting portion 2
Are formed in a region on the opposite side (closer to the tip of the cantilever). The electrodes 11a and 11b are formed up to the end of the piezoelectric element 103 on the connection portion 2 side (the left side in FIG. 12), and as a result, are exposed on the outer peripheral side surface of the piezoelectric element 103. Similarly, the electrodes 12a and 12b are drawn out to the end on the connection portion 2 side (left side in FIG. 12) of the piezoelectric element 103 in the long side direction of the vibrating portion 1, and as a result, are exposed on the outer peripheral side surface of the piezoelectric element 103. ing. The electrodes 13 a and 13 b have the same shape as that of the first embodiment, and
The side (the left side in FIG. 12) is not formed up to the end, but is formed slightly receding from the end.
【0089】センサの組立は、図3に示した実施の形態
1と同様である。The assembling of the sensor is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
【0090】実施の形態1と同様に、端面電極31によ
り電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41と層43は、並列に接続され、静電容量はそ
れぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量を得る
ことができる。As in the first embodiment, the electrodes 11a and 11b and the external electrode 21 are connected to each other by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. The electrode 33 is the electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41 and 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0091】層41と層43の分極方向40は逆方向で
あり、各電極の積層順序と接続方法が実施の形態1と同
様であるため、振動部がたわみ振動をしたとき電極11
a,12aと電極11b,12bとに同じ極性の電荷が
得られ、また電極13aと電極13bとに同じ極性の電
荷が得られる。この結果、加速度を検出することができ
る。The polarization direction 40 of the layer 41 and the layer 43 is opposite to each other, and the lamination order and connection method of each electrode are the same as in the first embodiment.
Charges of the same polarity are obtained on the electrodes a and 12a and the electrodes 11b and 12b, and charges of the same polarity are obtained on the electrodes 13a and 13b. As a result, the acceleration can be detected.
【0092】自己診断する場合には、電極11a,11
bを振動検出用電極、電極12a,12bを駆動用電極
として、図8と同様にして行うことができる。In the case of self-diagnosis, the electrodes 11a, 11
8 can be performed in the same manner as in FIG. 8, where b is a vibration detecting electrode and the electrodes 12a and 12b are driving electrodes.
【0093】電極からの電荷の取り出しも実施の形態1
と同様に行うことができる。Embodiment 1 also takes out electric charges from the electrodes.
Can be performed in the same manner.
【0094】なお、層41,43の分極の方向40は図
11に示した方向に限るものではなく互いに逆向きであ
ればよい。The direction of polarization 40 of the layers 41 and 43 is not limited to the direction shown in FIG.
【0095】図13は本発明の実施の形態2にかかる加
速度センサに用いる別の構成を有する圧電素子の積層方
向断面図である。FIG. 13 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention.
【0096】図13の圧電素子104は、図11〜12
の圧電素子103と同様に、層41,42,43が積層
されてなり、その外観形状は図1に示した圧電素子10
1とほぼ同様である。本例の圧電素子104において
も、「ロ」字状に中央部が開口した保持部の開口内に、
矩形状の振動部が片持ち梁の状態で保持されている。層
41、42、43はいずれもジルコン酸鉛を主成分とす
るセラミクスを用いて作製できる。The piezoelectric element 104 shown in FIG.
Like the piezoelectric element 103, the layers 41, 42, and 43 are laminated, and the external shape thereof is the same as that of the piezoelectric element 10 shown in FIG.
It is almost the same as 1. Also in the piezoelectric element 104 of the present example, in the opening of the holding portion whose central portion is opened in the shape of “b”,
The rectangular vibrating part is held in a cantilever state. Each of the layers 41, 42, and 43 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0097】圧電素子104の層41と層43は分極さ
れているが、その分極方向40は、圧電素子103と異
なり同方向である。Although the layers 41 and 43 of the piezoelectric element 104 are polarized, the polarization direction 40 is the same as that of the piezoelectric element 103.
【0098】図14は各電極形状を示した平面図であ
る。図14(A)は層41上に形成される電極11a,
12aを示し、図14(B)は層41と層42の間に形
成される電極13aを示し、図14(C)は層42と層
43の間に形成される電極13bを示し、図14(D)
は層43の下面に形成される電極11b,12bを示し
ている。各電極は銀パラジウムを用いて形成できる。FIG. 14 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 14A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
14B shows an electrode 13a formed between the layer 41 and the layer 42, FIG. 14C shows an electrode 13b formed between the layer 42 and the layer 43, and FIG. (D)
Indicates electrodes 11b and 12b formed on the lower surface of the layer 43. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0099】電極11a,11b,12a,12b,1
3a,13bの形状は圧電素子103のそれらと同様で
あるが、電極の形成場所が圧電素子103と相違する。
すなわち、本例の圧電素子104では、層42と層43
の間に電極13bを形成し、層43の下面に電極11
b,12bを形成する。Electrodes 11a, 11b, 12a, 12b, 1
Although the shapes of 3a and 13b are the same as those of the piezoelectric element 103, the locations of the electrodes are different from those of the piezoelectric element 103.
That is, in the piezoelectric element 104 of this example, the layers 42 and 43
The electrode 13b is formed between
b and 12b are formed.
【0100】センサの組立は、圧電素子103と同様で
ある。The assembling of the sensor is the same as that of the piezoelectric element 103.
【0101】圧電素子103と同様に、端面電極31に
より電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41と層43は、並列に接続され、静電容量はそ
れぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量を得る
ことができる。Similarly to the piezoelectric element 103, the electrodes 11a and 11b and the external electrode 21 are connected to each other by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. 33 to electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41 and 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0102】層41と層43の分極方向40は同方向で
あるが、層43の表裏の電極が圧電素子103と逆であ
るため、振動部がたわみ振動をしたとき電極11a,1
2aと電極11b,12bとに同じ極性の電荷が得ら
れ、また電極13aと電極13bとに同じ極性の電荷が
得られる。この結果、加速度を検出することができる。Although the polarization direction 40 of the layer 41 and the layer 43 is the same, the electrodes on the front and back of the layer 43 are opposite to those of the piezoelectric element 103. Therefore, when the vibrating portion undergoes flexural vibration, the electrodes 11a, 1
Electric charges of the same polarity are obtained at 2a and the electrodes 11b and 12b, and electric charges of the same polarity are obtained at the electrodes 13a and 13b. As a result, the acceleration can be detected.
【0103】自己診断機能及び電極からの電荷の取り出
しは圧電素子103の場合と同様である。The self-diagnosis function and the extraction of charges from the electrodes are the same as in the case of the piezoelectric element 103.
【0104】なお、層41,43の分極の方向40は図
13に示した方向に限るものではなく互いに同じ向きで
あればよい。Note that the direction of polarization 40 of the layers 41 and 43 is not limited to the direction shown in FIG.
【0105】圧電素子103,104において、各層4
1,42,43はジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする
ものに限るものではなく、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、
ランタン酸鉛などを主成分とするものでもよい。層の厚
さは、すべて同じでなくともよいが、層41と層43は
ほぼ同じ厚さであることが好ましい。層42は他の層よ
り厚くてもよく、この場合、耐衝撃性の向上に寄与す
る。In the piezoelectric elements 103 and 104, each layer 4
1, 42 and 43 are not limited to those containing lead zirconate titanate as a main component, but lead titanate, lead zirconate,
A material containing lead lanthanate or the like as a main component may be used. Although the thicknesses of the layers do not all need to be the same, it is preferable that the layers 41 and 43 have substantially the same thickness. The layer 42 may be thicker than the other layers, in which case it contributes to improved impact resistance.
【0106】また、電極11a,11b,12a,12
b,13a,13bは銀パラジウムに限るものではな
く、金、クロム、ニッケル、銅などあるいはこれらを積
層しても、あるいはこれらの合金などを用いてもよい。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12
b, 13a, and 13b are not limited to silver palladium, but may be gold, chromium, nickel, copper, or the like, or a laminate thereof, or an alloy thereof.
【0107】基板4の材質は、アルミナに限るものでは
なく樹脂などを用いてもよい。The material of the substrate 4 is not limited to alumina, but may be a resin or the like.
【0108】アルミナ基板4に形成した電極21,2
2,23は、銀パラジウムに限るものではなく、リフロ
ー可能な材料、たとえば銀−半田、銀ロウなどでもよ
い。Electrodes 21 and 2 formed on alumina substrate 4
The materials 2 and 23 are not limited to silver palladium, but may be a reflowable material such as silver-solder or silver brazing.
【0109】圧電素子の端面電極31,32,33は、
スパッタリングに限るものではなく、樹脂硬化型電極ペ
ーストにより電極を形成してもよい。The end electrodes 31, 32, 33 of the piezoelectric element are
The electrode is not limited to sputtering, and may be formed of a resin-curable electrode paste.
【0110】なお、圧電素子103,104の積層数は
3層に限るものではなく、さらに積層数を増やしてもよ
く、その場合も1層おきに電極を端面などで接続すれば
よい。Note that the number of layers of the piezoelectric elements 103 and 104 is not limited to three, and the number of layers may be further increased. In such a case, electrodes may be connected every other layer at an end face or the like.
【0111】上記の例では樹脂シート5を積層して振動
部1の振動空間を確保したが、振動空間を確保するため
の手段はこれに限定されない。例えば、樹脂シート5を
積層しないで、基板4の圧電素子103,104側の表
面の保持部3と対向しない領域に、振動部1が振動可能
なように所定深さの凹み部を形成してもよい。In the above example, the resin sheet 5 is laminated to secure the vibration space of the vibration section 1, but the means for securing the vibration space is not limited to this. For example, without laminating the resin sheet 5, a concave portion having a predetermined depth is formed in a region of the surface of the substrate 4 on the side of the piezoelectric elements 103 and 104 that does not face the holding portion 3 so that the vibrating portion 1 can vibrate. Is also good.
【0112】以上により、ワイヤリングなどの電気的接
続手段を用いずとも、高い静電容量を有し、低周波にお
いても高い感度を維持し、低周波領域での自己診断も精
度よく行うことができ、圧電素子に振動部、接続部、保
持部を設け、保持部で圧電素子を保持することで、振動
空間を確保でき、パッケジングが容易で、保持によるば
らつきのない小型の加速度センサが実現できる。As described above, it is possible to maintain a high capacitance, maintain a high sensitivity even at a low frequency, and perform a self-diagnosis at a low frequency range with high accuracy without using an electrical connection means such as wiring. By providing the piezoelectric element with a vibrating part, a connecting part, and a holding part, and holding the piezoelectric element with the holding part, a vibration space can be secured, a packaging can be easily performed, and a small acceleration sensor without variation due to holding can be realized.
【0113】(実施の形態4)図15は本発明の実施の
形態4にかかる加速度センサに用いる圧電素子の外観斜
視図である。圧電素子105は、層41、層42、層4
3が積層されて構成される。(Embodiment 4) FIG. 15 is an external perspective view of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention. The piezoelectric element 105 includes a layer 41, a layer 42, a layer 4
3 are laminated.
【0114】図16は、図15の圧電素子105につい
て、以下の説明で使用する各部の名称を示した図であ
る。図16(A)で斜線を付した部分を振動部1と、図
16(B)で斜線を付した部分を接続部2と、図16
(C)で斜線を付した部分を保持部3と、それぞれ称す
る。FIG. 16 is a diagram showing names of respective parts used in the following description of the piezoelectric element 105 of FIG. In FIG. 16 (A), the hatched portion is the vibrating portion 1, and in FIG. 16 (B), the hatched portion is the connecting portion 2, and FIG.
The portions hatched in (C) are referred to as holding portions 3 respectively.
【0115】図15,16に示すように、圧電素子10
5は、平面形状が矩形状で「ロ」字状の開口を2つ有す
る保持部3と、保持部3の各開口内に配された平面形状
が矩形状の振動部1とを有する。振動部1の一方の短辺
は、保持部3の2つの開口の間の架橋部(接続部2)に
片持ち梁の状態で接続されている。2つの振動部1は、
圧電素子105の略中央に並んで配置され、後述する上
下方向(積層方向)に形成された空間内で上下に振動
し、センサとして機能する。接続部2は、その両側に振
動部1を片持ち梁の状態で保持するとともに、振動部1
内の電極を保持部3に引き出す役割をも有する(詳細は
後述する)。接続部2は保持部3の一部を構成し両者が
一体に構成されている。保持部3は圧電素子105を加
速度センサの他の構成要素に固着するための部分であ
る。As shown in FIGS. 15 and 16, the piezoelectric element 10
Reference numeral 5 denotes a holding section 3 having two rectangular openings having a rectangular shape in plan view, and a vibrating section 1 having a rectangular flat shape disposed in each opening of the holding section 3. One short side of the vibrating portion 1 is connected in a cantilever manner to a bridge portion (connecting portion 2) between two openings of the holding portion 3. The two vibrating parts 1
It is arranged substantially at the center of the piezoelectric element 105 and vibrates up and down in a space formed in a vertical direction (stacking direction) described later, and functions as a sensor. The connecting portion 2 holds the vibrating portion 1 on both sides in a cantilever state, and
It also has a role of pulling out the inner electrode to the holding section 3 (details will be described later). The connection part 2 forms a part of the holding part 3 and both are integrally formed. The holding section 3 is a section for fixing the piezoelectric element 105 to other components of the acceleration sensor.
【0116】図17は本実施の形態の加速度センサの構
成を示した分解斜視図である。本実施の形態の加速度セ
ンサは、圧電素子105の両側に、樹脂シート5、及び
アルミナ基板4がそれぞれ積層されて構成される。樹脂
シート5は、平面形状が矩形状で「ロ」字状の開口を2
つ有し、その平面形状は圧電素子105の保持部3と略
同形状であり、保持部3上に積層される。アルミナ基板
4の外表面には、外部電極21,22,23が銀パラジ
ウム合金にて形成されている。開口を有する樹脂シート
5を介してアルミナ基板4を積層することにより、圧電
素子105の振動部1の上下に振動空間が確保される。FIG. 17 is an exploded perspective view showing the configuration of the acceleration sensor according to the present embodiment. The acceleration sensor of the present embodiment is configured by laminating a resin sheet 5 and an alumina substrate 4 on both sides of a piezoelectric element 105, respectively. The resin sheet 5 has two rectangular openings in a rectangular shape when viewed in plan.
The planar shape is substantially the same as the holding portion 3 of the piezoelectric element 105, and is stacked on the holding portion 3. On the outer surface of the alumina substrate 4, external electrodes 21, 22, 23 are formed of a silver-palladium alloy. By laminating the alumina substrate 4 via the resin sheet 5 having an opening, a vibration space is secured above and below the vibration part 1 of the piezoelectric element 105.
【0117】圧電素子105の層41,42,43はい
ずれもジルコン酸チタン酸鉛を主成分とするシート状の
セラミクスからなる。各層の厚さは、10μmから80
μm程度(特に50μm)が好適である。シート状のセ
ラミクスグリーンシートを積層し焼成して製造する。こ
のため、圧電セラミックスの板を貼り合わせる場合に比
べて各層を薄くすることができ、各層の静電容量が大き
くなる。Each of the layers 41, 42 and 43 of the piezoelectric element 105 is made of a sheet-like ceramic mainly composed of lead zirconate titanate. The thickness of each layer is from 10 μm to 80
About μm (particularly 50 μm) is suitable. It is manufactured by laminating and firing a sheet-shaped ceramic green sheet. For this reason, each layer can be made thinner as compared with the case where a piezoelectric ceramic plate is bonded, and the capacitance of each layer increases.
【0118】層41の上面には2つの電極11aと電極
12aが分割して形成されている。両者は圧電素子の長
辺方向に平行なマージン部で分割されて、2つの振動部
1とその間の接続部2とにわたって連続して長辺方向に
平行に(すなわち、接続部2と略直交するように)設け
られている。また図では示されないが層41と層42の
間に電極13aが、層42と層43の間に電極11bと
電極12bが、層43の底面に電極13bが、それぞれ
形成されている。On the upper surface of the layer 41, two electrodes 11a and 12a are formed separately. Both are divided by a margin portion parallel to the long side direction of the piezoelectric element, and continuously extend in parallel with the long side direction (ie, substantially orthogonal to the connection portion 2) over the two vibrating portions 1 and the connection portion 2 therebetween. So). Although not shown in the figure, the electrode 13a is formed between the layers 41 and 42, the electrodes 11b and 12b are formed between the layers 42 and 43, and the electrode 13b is formed on the bottom surface of the layer 43.
【0119】図18は、図15の圧電素子105の電極
11a部を通る長辺方向に平行なX−X’線での積層方
向断面図である。また、図19は各電極形状を示した平
面図である。図19(A)は層41上に形成される電極
11a,12aを示し、図19(B)は層41と層42
の間に形成される電極13aを示し、図19(C)は層
42と層43の間に形成される電極11b,12bを示
し、図19(D)は層43の下面に形成される電極13
bを示している。FIG. 18 is a sectional view taken along the line XX ′ parallel to the long side direction passing through the electrode 11a of the piezoelectric element 105 in FIG. FIG. 19 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 19A shows the electrodes 11a and 12a formed on the layer 41, and FIG.
19 (C) shows the electrodes 11b and 12b formed between the layers 42 and 43, and FIG. 19 (D) shows the electrodes formed on the lower surface of the layer 43. 13
b.
【0120】層42と層43の間に形成される電極11
b,12bは層41の表面に設けられる電極11a、1
2aとほぼ同じ形状である。また、電極13aと電極1
3bもほぼ同形状に形成される。電極13a,13b
は、それぞれ電極11a,12a、電極11b,12b
と対向するように、両振動部及び接続部の全面にわたっ
て形成される。Electrode 11 formed between layers 42 and 43
b and 12b are electrodes 11a and 1 provided on the surface of the layer 41.
The shape is almost the same as 2a. The electrode 13a and the electrode 1
3b is also formed in substantially the same shape. Electrodes 13a, 13b
Are electrodes 11a and 12a and electrodes 11b and 12b, respectively.
Is formed over the entire surface of both the vibrating portion and the connecting portion so as to face.
【0121】電極11a,11b,12a,12bは、
圧電素子105の接続部2を介して保持部の一辺(図1
9の左側の短辺)の端部まで形成され、この結果、圧電
素子105の外周側面に露出している。一方、電極13
a,13bは、圧電素子105の接続部2を介して保持
部の他の一辺(図19の右側の短辺)の端部まで形成さ
れ、この結果、圧電素子105の外周側面に露出してい
る。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12b are
One side of the holding unit via the connection 2 of the piezoelectric element 105 (FIG. 1)
9 is formed on the left side (short side on the left side), and as a result, is exposed on the outer peripheral side surface of the piezoelectric element 105. On the other hand, the electrode 13
a and 13b are formed up to the end of the other side (short side on the right side in FIG. 19) of the holding part via the connection part 2 of the piezoelectric element 105, and as a result, are exposed to the outer peripheral side surface of the piezoelectric element 105. I have.
【0122】これらの電極は、いずれも例えば銀パラジ
ウム合金により形成でき、厚さは0.1μm〜5μm程
度が好ましい。Each of these electrodes can be formed of, for example, a silver-palladium alloy, and preferably has a thickness of about 0.1 μm to 5 μm.
【0123】層41と層43は分極されており、図18
に示すように分極の向き40は互いに逆方向である。層
42は、分極されていない。The layers 41 and 43 are polarized.
As shown in FIG. 7, the directions of polarization 40 are opposite to each other. Layer 42 is not polarized.
【0124】実施の形態1と同様に、対向する外周側面
に端面電極31,32を形成し、端面電極31により電
極11a、11bと外部電極21とを相互に接続し、端
面電極32により電極12a、12bと外部電極22と
を相互に接続し、端面電極33により電極13a、13
bと外部電極23とを相互に接続する。この結果、層4
1と層43は、並列に接続され、静電容量はそれぞれの
層の容量の加算となり、大きな静電容量を得ることがで
きる。Similarly to the first embodiment, end face electrodes 31 and 32 are formed on opposing outer peripheral side faces, electrodes 11 a and 11 b and external electrode 21 are connected to each other by end face electrode 31, and electrode 12 a is formed by end face electrode 32. , 12b and the external electrode 22 are interconnected, and the electrodes 13a, 13
b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, layer 4
1 and the layer 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0125】以上のように各電極を接続することによ
り、層41、層43はすべて電気的には並列に接続され
たことになる。よって、圧電素子全体の静電容量は各層
の静電容量を足しあわせた値となる。各層は重ね合わさ
れているので全体として所定の強度を保持しながら、各
層それぞれを薄い層で形成することができる。このた
め、各層の静電容量を大きくすることができる。しかも
全体の静電容量は各層の静電容量を足し合わせた値とな
るため、同じ厚さと面積を有する1層で構成された圧電
素子より大きな静電容量を得ることができる。換言すれ
ば、同一の静電容量であれば小面積の圧電素子で実現す
ることができる。By connecting the electrodes as described above, the layers 41 and 43 are all electrically connected in parallel. Therefore, the capacitance of the entire piezoelectric element is a value obtained by adding the capacitance of each layer. Since the layers are superimposed, each layer can be formed as a thin layer while maintaining a predetermined strength as a whole. Therefore, the capacitance of each layer can be increased. Moreover, since the total capacitance is a value obtained by adding the capacitances of the respective layers, it is possible to obtain a larger capacitance than a single-layer piezoelectric element having the same thickness and area. In other words, the same capacitance can be realized by a piezoelectric element having a small area.
【0126】層41と層43の分極方向は逆方向であ
り、電極の接続方法が実施の形態1と同様であるので、
振動部1のたわみ振動により電極11a,12aと電極
11b,12bとに同じ極性の電荷が得られ、また電極
13aと電極13bとに同じ極性の電荷が得られる。こ
の結果、加速度を検出することができる。The polarization directions of the layers 41 and 43 are opposite to each other, and the connection method of the electrodes is the same as that of the first embodiment.
Due to the flexural vibration of the vibrating section 1, charges of the same polarity are obtained on the electrodes 11a and 12a and the electrodes 11b and 12b, and charges of the same polarity are obtained on the electrodes 13a and 13b. As a result, the acceleration can be detected.
【0127】自己診断する場合には、電極11a,11
bを振動検出用電極、電極12a,12bを駆動用電極
として、図8と同様にして行うことができる。なお、電
極11a,11bを駆動用電極とし、電極12a,12
bを振動検出用電極としてもよい。In the case of self-diagnosis, the electrodes 11a, 11a
8 can be performed in the same manner as in FIG. 8, where b is a vibration detecting electrode and the electrodes 12a and 12b are driving electrodes. The electrodes 11a and 11b are used as driving electrodes, and the electrodes 12a and 12b are
b may be a vibration detection electrode.
【0128】電極からの電荷の取り出しも実施の形態1
と同様に行うことができる。Embodiment 1 also takes out electric charges from the electrodes.
Can be performed in the same manner.
【0129】なお、層41,43の分極の方向40は図
18に示した方向に限るものではなく互いに逆向きであ
ればよい。The direction of polarization 40 of the layers 41 and 43 is not limited to the direction shown in FIG.
【0130】図20は本発明の実施の形態4にかかる加
速度センサに用いる別の構成を有する圧電素子の積層方
向断面図である。FIG. 20 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the fourth embodiment of the present invention.
【0131】図20の圧電素子106は、図15〜19
の圧電素子105と同様に、層41,42,43が積層
されてなり、その外観形状は図15に示した圧電素子1
05とほぼ同様である。本実施の形態の圧電素子106
においても、「ロ」字状の開口を2つ有する保持部の各
開口内に、矩形状の振動部が片持ち梁の状態で保持され
ている。層41、42、43はいずれもジルコン酸鉛を
主成分とするセラミクスを用いて作製できる。The piezoelectric element 106 shown in FIG.
Similarly to the piezoelectric element 105, the layers 41, 42, and 43 are laminated, and the external shape thereof is the piezoelectric element 1 shown in FIG.
It is almost the same as 05. Piezoelectric element 106 of the present embodiment
In this case, a rectangular vibrating portion is held in a cantilever state in each of the openings of the holding portion having two “b” -shaped openings. Each of the layers 41, 42, and 43 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0132】圧電素子106の層41と層43は分極さ
れているが、その分極方向40は、圧電素子105と異
なり同方向である。Although the layers 41 and 43 of the piezoelectric element 106 are polarized, the polarization direction 40 thereof is the same as that of the piezoelectric element 105.
【0133】図21は各電極形状を示した平面図であ
る。図21(A)は層41上に形成される電極11a,
12aを示し、図21(B)は層41と層42の間に形
成される電極13aを示し、図21(C)は層42と層
43の間に形成される電極13bを示し、図21(D)
は層43の下面に形成される電極11b,12bを示し
ている。各電極は銀パラジウムを用いて形成できる。FIG. 21 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 21A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
FIG. 21B shows an electrode 13a formed between the layer 41 and the layer 42, FIG. 21C shows an electrode 13b formed between the layer 42 and the layer 43, and FIG. (D)
Indicates electrodes 11b and 12b formed on the lower surface of the layer 43. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0134】電極11a,11b,12a,12b,1
3a,13bの形状は圧電素子105のそれらと同様で
あるが、電極の形成場所が圧電素子105と相違する。
すなわち、本例の圧電素子106では、層42と層43
の間に電極13bを形成し、層43の下面に電極11
b,12bを形成する。Electrodes 11a, 11b, 12a, 12b, 1
Although the shapes of 3a and 13b are the same as those of the piezoelectric element 105, the locations where the electrodes are formed are different from those of the piezoelectric element 105.
That is, in the piezoelectric element 106 of this example, the layers 42 and 43
The electrode 13b is formed between
b and 12b are formed.
【0135】センサの組立は、圧電素子105と同様で
ある。The assembling of the sensor is the same as that of the piezoelectric element 105.
【0136】圧電素子105と同様に、端面電極31に
より電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41と層43は、並列に接続され、静電容量はそ
れぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量を得る
ことができる。Similarly to the piezoelectric element 105, the electrodes 11a and 11b and the external electrode 21 are connected to each other by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. 33 to electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41 and 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0137】層41と層43の分極方向40は同方向で
あるが、層43の表裏の電極が圧電素子105と逆であ
るため、振動部がたわみ振動をしたとき電極11a,1
2aと電極11b,12bとに同じ極性の電荷が得ら
れ、また電極13aと電極13bとに同じ極性の電荷が
得られる。この結果、加速度を検出することができる。Although the polarization direction 40 of the layer 41 and the layer 43 is the same, the electrodes on the front and back of the layer 43 are opposite to those of the piezoelectric element 105. Therefore, when the vibrating portion flexes and vibrates, the electrodes 11a, 1
Electric charges of the same polarity are obtained at 2a and the electrodes 11b and 12b, and electric charges of the same polarity are obtained at the electrodes 13a and 13b. As a result, the acceleration can be detected.
【0138】自己診断機能及び電極からの電荷の取り出
しは圧電素子105の場合と同様である。The self-diagnosis function and the extraction of charges from the electrodes are the same as those of the piezoelectric element 105.
【0139】なお、層41,43の分極の方向40は図
21に示した方向に限るものではなく互いに同じ向きで
あればよい。The polarization direction 40 of the layers 41 and 43 is not limited to the direction shown in FIG. 21, but may be the same as each other.
【0140】圧電素子105,106において、各層4
1,42,43はジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする
ものに限るものではなく、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、
ランタン酸鉛などを主成分とするものでもよい。層の厚
さは、すべて同じでなくともよいが、層41と層43は
ほぼ同じ厚さであることが好ましい。層42は他の層よ
り厚くてもよく、この場合、耐衝撃性の向上に寄与す
る。In the piezoelectric elements 105 and 106, each layer 4
1, 42 and 43 are not limited to those containing lead zirconate titanate as a main component, but lead titanate, lead zirconate,
A material containing lead lanthanate or the like as a main component may be used. Although the thicknesses of the layers do not all need to be the same, it is preferable that the layers 41 and 43 have substantially the same thickness. The layer 42 may be thicker than the other layers, in which case it contributes to improved impact resistance.
【0141】また、電極11a,11b,12a,12
b,13a,13bは銀パラジウムに限るものではな
く、金、クロム、ニッケル、銅などあるいはこれらを積
層しても、あるいはこれらの合金などを用いてもよい。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12
b, 13a, and 13b are not limited to silver palladium, but may be gold, chromium, nickel, copper, or the like, or a laminate thereof, or an alloy thereof.
【0142】基板4の材質は、アルミナに限るものでは
なく樹脂などを用いてもよい。The material of the substrate 4 is not limited to alumina, but may be a resin or the like.
【0143】アルミナ基板4に形成した電極21,2
2,23は、銀パラジウムに限るものではなく、リフロ
ー可能な材料、たとえば銀−半田、銀ロウなどでもよ
い。Electrodes 21 and 2 formed on alumina substrate 4
The materials 2 and 23 are not limited to silver palladium, but may be a reflowable material such as silver-solder or silver brazing.
【0144】圧電素子の端面電極31,32,33は、
スパッタリングに限るものではなく、樹脂硬化型電極ペ
ーストにより電極を形成してもよい。The end electrodes 31, 32, 33 of the piezoelectric element are
The electrode is not limited to sputtering, and may be formed of a resin-curable electrode paste.
【0145】なお、圧電素子105,106の積層数は
3層に限るものではなく、さらに積層数を増やしてもよ
く、その場合も1層おきに電極を端面などで接続すれば
よい。Note that the number of layers of the piezoelectric elements 105 and 106 is not limited to three, and the number of layers may be further increased. In such a case, electrodes may be connected every other layer at an end face or the like.
【0146】上記の例では樹脂シート5を積層して振動
部1の振動空間を確保したが、振動空間を確保するため
の手段はこれに限定されない。例えば、樹脂シート5を
積層しないで、基板4の圧電素子105,106側の表
面の保持部3と対向しない領域に、振動部1が振動可能
なように所定深さの凹み部を形成してもよい。In the above example, the resin sheet 5 is laminated to secure the vibration space of the vibrating section 1, but the means for securing the vibration space is not limited to this. For example, without laminating the resin sheet 5, a concave portion having a predetermined depth is formed in a region of the surface of the substrate 4 on the side of the piezoelectric elements 105 and 106 that does not face the holding portion 3 so that the vibrating portion 1 can vibrate. Is also good.
【0147】以上により、ワイヤリングなどの電気的接
続手段を用いずとも、高い静電容量を有し、低周波にお
いても高い感度を維持し、低周波領域での自己診断も精
度よく行うことができ、圧電素子に振動部、接続部、保
持部を設け、保持部で圧電素子を保持することで、振動
空間を確保でき、パッケジングが容易で、保持によるば
らつきのない小型の加速度センサが実現できる。As described above, it is possible to have a high capacitance, maintain a high sensitivity even at a low frequency, and accurately perform a self-diagnosis in a low frequency region without using an electrical connection means such as a wiring. By providing the piezoelectric element with a vibrating part, a connecting part, and a holding part, and holding the piezoelectric element with the holding part, a vibration space can be secured, a packaging can be easily performed, and a small acceleration sensor without variation due to holding can be realized.
【0148】(実施の形態5)図22は本発明の実施の
形態5にかかる加速度センサに用いる圧電素子の積層方
向断面図である。(Embodiment 5) FIG. 22 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to Embodiment 5 of the present invention.
【0149】本実施の形態の圧電素子107は、実施の
形態4の圧電素子105と同様に、層41,42,43
が積層されてなり、その外観形状は電極形状を除いて図
15に示した圧電素子105とほぼ同様である。本実施
の形態の圧電素子107においても、「ロ」字状の開口
を2つ有する保持部の各開口内に、矩形状の振動部が片
持ち梁の状態で保持されている。層41、42、43は
いずれもジルコン酸鉛を主成分とするセラミクスを用い
て作製できる。The piezoelectric element 107 according to the present embodiment has the layers 41, 42, 43 similar to the piezoelectric element 105 according to the fourth embodiment.
Are laminated, and their external shape is almost the same as the piezoelectric element 105 shown in FIG. 15 except for the electrode shape. Also in the piezoelectric element 107 of the present embodiment, a rectangular vibrating portion is held in a cantilever manner in each opening of the holding portion having two “b” -shaped openings. Each of the layers 41, 42, and 43 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0150】本実施の形態の圧電素子107でも層41
と層43は分極されており、その分極方向40は、実施
の形態4の圧電素子105と同様に逆方向である。In the piezoelectric element 107 of the present embodiment, the layer 41
And the layer 43 are polarized, and the polarization direction 40 is the opposite direction as in the piezoelectric element 105 of the fourth embodiment.
【0151】図23は各電極形状を示した平面図であ
る。図23(A)は層41上に形成される電極11a,
12aを示し、図23(B)は層41と層42の間に形
成される電極13aを示し、図23(C)は層42と層
43の間に形成される電極11b,12bを示し、図2
3(D)は層43の下面に形成される電極13bを示し
ている。各電極は銀パラジウムを用いて形成できる。FIG. 23 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 23A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
FIG. 23B shows an electrode 13a formed between the layer 41 and the layer 42, FIG. 23C shows electrodes 11b and 12b formed between the layer 42 and the layer 43, FIG.
3 (D) shows the electrode 13b formed on the lower surface of the layer 43. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0152】電極11a,11bは一方の振動部側に、
電極12a,12bは他方の振動部側に、それぞれ相手
方の振動部内に侵入しないように、絶縁して形成され
る。電極11a,11bは、接続部2の一方の側(図2
3の上側)を介して、また、電極12a,12bは、接
続部2の他方の側(図23の下側)を介して、いずれも
圧電素子107の保持部3の一辺(図23の左側の短
辺)の端部まで形成され、この結果、圧電素子107の
外周側面に露出している。電極13a,13bは、実施
の形態4のそれと同形状であり、圧電素子107の接続
部2を介して保持部の他の一辺(図23の右側の短辺)
の端部まで形成され、この結果、圧電素子107の外周
側面に露出している。The electrodes 11a and 11b are provided on one vibrating portion side.
The electrodes 12a and 12b are formed on the other vibrating portion side so as to be insulated so as not to enter the other vibrating portion. The electrodes 11a and 11b are connected to one side of the connection 2 (FIG. 2).
3 and the electrodes 12a and 12b are connected to one side (the left side of FIG. 23) of the holding portion 3 of the piezoelectric element 107 via the other side of the connection portion 2 (the lower side of FIG. 23). (Short side) is formed, and as a result, it is exposed on the outer peripheral side surface of the piezoelectric element 107. The electrodes 13a and 13b have the same shape as that of the fourth embodiment, and the other side (short side on the right side in FIG. 23) of the holding section via the connection section 2 of the piezoelectric element 107.
, And as a result, is exposed on the outer peripheral side surface of the piezoelectric element 107.
【0153】センサの組立は、図17に示した実施の形
態4と同様である。The assembly of the sensor is the same as that of the fourth embodiment shown in FIG.
【0154】実施の形態4と同様に、端面電極31によ
り電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41と層43は、並列に接続され、静電容量はそ
れぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量を得る
ことができる。As in the fourth embodiment, the electrodes 11a and 11b are connected to the external electrode 21 by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. The electrode 33 is the electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41 and 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0155】層41と層43の分極方向40は逆方向で
あり、各電極の積層順序と接続方法が実施の形態4の圧
電素子105と同様であるため、振動部がたわみ振動を
したとき電極11a,12aと電極11b,12bとに
同じ極性の電荷が得られ、また電極13aと電極13b
とに同じ極性の電荷が得られる。この結果、加速度を検
出することができる。The polarization directions 40 of the layers 41 and 43 are opposite to each other, and the lamination order and connection method of each electrode are the same as those of the piezoelectric element 105 of the fourth embodiment. 11a, 12a and the electrodes 11b, 12b have the same polarity, and the electrodes 13a, 13b
And a charge of the same polarity is obtained. As a result, the acceleration can be detected.
【0156】自己診断する場合には、電極11a,11
bを振動検出用電極、電極12a,12bを駆動用電極
として、図8と同様にして行うことができる。なお、電
極11a,11bを駆動用電極とし、電極12a,12
bを振動検出用電極としてもよい。In the case of self-diagnosis, the electrodes 11a, 11
8 can be performed in the same manner as in FIG. 8, where b is a vibration detecting electrode and the electrodes 12a and 12b are driving electrodes. The electrodes 11a and 11b are used as driving electrodes, and the electrodes 12a and 12b are
b may be a vibration detection electrode.
【0157】電極からの電荷の取り出しも実施の形態4
と同様に行うことができる。Embodiment 4 also takes out electric charges from the electrodes.
Can be performed in the same manner.
【0158】なお、層41,43の分極の方向40は図
22に示した方向に限るものではなく互いに逆向きであ
ればよい。The polarization direction 40 of the layers 41 and 43 is not limited to the direction shown in FIG.
【0159】図24は本発明の実施の形態5にかかる加
速度センサに用いる別の構成を有する圧電素子の積層方
向断面図である。FIG. 24 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the fifth embodiment of the present invention.
【0160】図24の圧電素子108は、図22〜23
の圧電素子107と同様に、層41,42,43が積層
されてなり、その外観形状は電極形状を除いて図15に
示した圧電素子105とほぼ同様である。本例の圧電素
子108においても、「ロ」字状の開口を2つ有する保
持部の各開口内に矩形状の振動部が片持ち梁の状態で保
持されている。層41、42、43はいずれもジルコン
酸鉛を主成分とするセラミクスを用いて作製できる。The piezoelectric element 108 shown in FIG.
Like the piezoelectric element 107, the layers 41, 42, and 43 are laminated, and the appearance is almost the same as the piezoelectric element 105 shown in FIG. 15 except for the electrode shape. Also in the piezoelectric element 108 of this example, a rectangular vibrating part is held in a cantilever state in each of the openings of the holding part having two “b” -shaped openings. Each of the layers 41, 42, and 43 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0161】圧電素子108の層41と層43は分極さ
れているが、その分極方向40は、圧電素子107と異
なり同方向である。Although the layers 41 and 43 of the piezoelectric element 108 are polarized, the polarization direction 40 thereof is the same as that of the piezoelectric element 107.
【0162】図25は各電極形状を示した平面図であ
る。図25(A)は層41上に形成される電極11a,
12aを示し、図25(B)は層41と層42の間に形
成される電極13aを示し、図25(C)は層42と層
43の間に形成される電極13bを示し、図25(D)
は層43の下面に形成される電極11b,12bを示し
ている。各電極は銀パラジウムを用いて形成できる。FIG. 25 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 25A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
FIG. 25 (B) shows an electrode 13a formed between the layer 41 and the layer 42, FIG. 25 (C) shows an electrode 13b formed between the layer 42 and the layer 43, and FIG. (D)
Indicates electrodes 11b and 12b formed on the lower surface of the layer 43. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0163】電極11a,11b,12a,12b,1
3a,13bの形状は圧電素子107のそれらと同様で
あるが、電極の形成場所が圧電素子107と相違する。
すなわち、本例の圧電素子108では、層42と層43
の間に電極13bを形成し、層43の下面に電極11
b,12bを形成する。Electrodes 11a, 11b, 12a, 12b, 1
The shapes of 3a and 13b are the same as those of the piezoelectric element 107, but the positions where the electrodes are formed are different from those of the piezoelectric element 107.
That is, in the piezoelectric element 108 of this example, the layers 42 and 43
The electrode 13b is formed between
b and 12b are formed.
【0164】センサの組立は、圧電素子107と同様で
ある。The assembling of the sensor is the same as that of the piezoelectric element 107.
【0165】圧電素子107と同様に、端面電極31に
より電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41と層43は、並列に接続され、静電容量はそ
れぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量を得る
ことができる。Similarly to the piezoelectric element 107, the electrodes 11a and 11b and the external electrode 21 are connected to each other by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. 33 to electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41 and 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0166】層41と層43の分極方向40は同方向で
あるが、層43の表裏の電極が圧電素子107と逆であ
るため、振動部がたわみ振動をしたとき電極11a,1
2aと電極11b,12bとに同じ極性の電荷が得ら
れ、また電極13aと電極13bとに同じ極性の電荷が
得られる。この結果、加速度を検出することができる。The polarization direction 40 of the layer 41 is the same as that of the layer 43. However, since the electrodes on the front and back of the layer 43 are opposite to the piezoelectric element 107, the electrodes 11a, 1
Electric charges of the same polarity are obtained at 2a and the electrodes 11b and 12b, and electric charges of the same polarity are obtained at the electrodes 13a and 13b. As a result, the acceleration can be detected.
【0167】自己診断機能及び電極からの電荷の取り出
しは圧電素子107の場合と同様である。The self-diagnosis function and the extraction of charges from the electrodes are the same as in the case of the piezoelectric element 107.
【0168】なお、層41,43の分極の方向40は図
24に示した方向に限るものではなく互いに同じ向きで
あればよい。The polarization direction 40 of the layers 41 and 43 is not limited to the direction shown in FIG. 24, but may be the same as each other.
【0169】圧電素子107,108において、各層4
1,42,43はジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする
ものに限るものではなく、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、
ランタン酸鉛などを主成分とするものでもよい。層の厚
さは、すべて同じでなくともよいが、層41と層43は
ほぼ同じ厚さであることが好ましい。層42は他の層よ
り厚くてもよく、この場合、耐衝撃性の向上に寄与す
る。In each of the piezoelectric elements 107 and 108, each layer 4
1, 42 and 43 are not limited to those containing lead zirconate titanate as a main component, but lead titanate, lead zirconate,
A material containing lead lanthanate or the like as a main component may be used. Although the thicknesses of the layers do not all need to be the same, it is preferable that the layers 41 and 43 have substantially the same thickness. The layer 42 may be thicker than the other layers, in which case it contributes to improved impact resistance.
【0170】また、電極11a,11b,12a,12
b,13a,13bは銀パラジウムに限るものではな
く、金、クロム、ニッケル、銅などあるいはこれらを積
層しても、あるいはこれらの合金などを用いてもよい。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12
b, 13a, and 13b are not limited to silver palladium, but may be gold, chromium, nickel, copper, or the like, or a laminate thereof, or an alloy thereof.
【0171】基板4の材質は、アルミナに限るものでは
なく樹脂などを用いてもよい。The material of the substrate 4 is not limited to alumina, but may be a resin or the like.
【0172】アルミナ基板4に形成した電極21,2
2,23は、銀パラジウムに限るものではなく、リフロ
ー可能な材料、たとえば銀−半田、銀ロウなどでもよ
い。Electrodes 21 and 2 formed on alumina substrate 4
The materials 2 and 23 are not limited to silver palladium, but may be a reflowable material such as silver-solder or silver brazing.
【0173】圧電素子の端面電極31,32,33は、
スパッタリングに限るものではなく、樹脂硬化型電極ペ
ーストにより電極を形成してもよい。The end electrodes 31, 32, 33 of the piezoelectric element
The electrode is not limited to sputtering, and may be formed of a resin-curable electrode paste.
【0174】なお、圧電素子107,108の積層数は
3層に限るものではなく、さらに積層数を増やしてもよ
く、その場合も1層おきに電極を端面などで接続すれば
よい。Note that the number of layers of the piezoelectric elements 107 and 108 is not limited to three, and the number of layers may be further increased. In this case, electrodes may be connected every other layer at an end face or the like.
【0175】上記の例では樹脂シート5を積層して振動
部1の振動空間を確保したが、振動空間を確保するため
の手段はこれに限定されない。例えば、樹脂シート5を
積層しないで、基板4の圧電素子107,108側の表
面の保持部3と対向しない領域に、振動部1が振動可能
なように所定深さの凹み部を形成してもよい。In the above example, the resin sheet 5 is laminated to secure the vibration space of the vibration section 1, but the means for securing the vibration space is not limited to this. For example, a concave portion having a predetermined depth is formed in a region not facing the holding portion 3 on the surface of the substrate 4 on the side of the piezoelectric elements 107 and 108 without laminating the resin sheet 5 so that the vibrating portion 1 can vibrate. Is also good.
【0176】以上により、ワイヤリングなどの電気的接
続手段を用いずとも、高い静電容量を有し、低周波にお
いても高い感度を維持し、低周波領域での自己診断も精
度よく行うことができ、圧電素子に振動部、接続部、保
持部を設け、保持部で圧電素子を保持することで、振動
空間を確保でき、パッケジングが容易で、保持によるば
らつきのない小型の加速度センサが実現できる。As described above, it is possible to maintain a high capacitance, maintain a high sensitivity even at a low frequency, and accurately perform a self-diagnosis in a low frequency region without using an electrical connection means such as wiring. By providing the piezoelectric element with a vibrating part, a connecting part, and a holding part, and holding the piezoelectric element with the holding part, a vibration space can be secured, a packaging can be easily performed, and a small acceleration sensor without variation due to holding can be realized.
【0177】(実施の形態6)図26は本発明の実施の
形態6にかかる加速度センサに用いる圧電素子の外観斜
視図である。また、図27は、図26の圧電素子109
の長辺方向に平行なX−X’線での積層方向断面図であ
る。(Embodiment 6) FIG. 26 is an external perspective view of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to Embodiment 6 of the present invention. FIG. 27 shows the piezoelectric element 109 of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view in the stacking direction along line XX ′ parallel to the long side direction of FIG.
【0178】本実施の形態の圧電素子109は、実施の
形態4の圧電素子105と同様に、層41,42,43
が積層されてなり、その外観形状は電極形状を除いて図
15に示した圧電素子105とほぼ同様である。本実施
の形態の圧電素子109においても、「ロ」字状の開口
を2つ有する保持部の各開口内に、矩形状の振動部が片
持ち梁の状態で保持されている。層41、42、43は
いずれもジルコン酸鉛を主成分とするセラミクスを用い
て作製できる。The piezoelectric element 109 according to the present embodiment has the layers 41, 42, 43 similar to the piezoelectric element 105 according to the fourth embodiment.
Are laminated, and their external shape is almost the same as the piezoelectric element 105 shown in FIG. 15 except for the electrode shape. Also in the piezoelectric element 109 of the present embodiment, a rectangular vibrating portion is held in a cantilever state in each opening of the holding portion having two “b” -shaped openings. Each of the layers 41, 42, and 43 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0179】本実施の形態の圧電素子109でも層41
と層43は分極されており、その分極方向40は、実施
の形態4の圧電素子105と同様に逆方向である。In the piezoelectric element 109 of the present embodiment, the layer 41
And the layer 43 are polarized, and the polarization direction 40 is the opposite direction as in the piezoelectric element 105 of the fourth embodiment.
【0180】図28は各電極形状を示した平面図であ
る。図28(A)は層41上に形成される電極11a,
12aを示し、図28(B)は層41と層42の間に形
成される電極13aを示し、図28(C)は層42と層
43の間に形成される電極11b,12bを示し、図2
8(D)は層43の下面に形成される電極13bを示し
ている。各電極は銀パラジウムを用いて形成できる。FIG. 28 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 28A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
FIG. 28B shows an electrode 13a formed between the layer 41 and the layer 42, FIG. 28C shows electrodes 11b and 12b formed between the layer 42 and the layer 43, FIG.
8 (D) shows the electrode 13b formed on the lower surface of the layer 43. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0181】電極11a,11bは片持ち梁構造の2つ
の振動部1の接続部近傍に、電極12a,bは片持ち梁
構造の2つの振動部1の先端部に、それぞれ絶縁して形
成される。電極11a,11bは、接続部2の一方の側
(図28の上側)を介して、また、電極12a,12b
は、振動部1の周囲辺に沿って接続部2の他方の側(図
28の下側)に延設され、いずれも圧電素子109の保
持部3の一辺(図28の左側の短辺)の端部まで形成さ
れ、この結果、圧電素子107の外周側面に露出してい
る。電極13a,13bは、実施の形態4のそれと同形
状であり、圧電素子109の接続部2を介して保持部の
他の一辺(図28の右側の短辺)の端部まで形成され、
この結果、圧電素子107の外周側面に露出している。The electrodes 11a and 11b are formed in the vicinity of the connecting portion between the two vibrating portions 1 having a cantilever structure, and the electrodes 12a and 12b are formed at the distal end portions of the two vibrating portions 1 having a cantilever structure. You. The electrodes 11a and 11b are connected to one side (upper side in FIG. 28) of the connection portion 2 and to the electrodes 12a and 12b.
Extends on the other side (lower side in FIG. 28) of the connection section 2 along the peripheral side of the vibrating section 1, and in each case, one side of the holding section 3 of the piezoelectric element 109 (short side on the left side in FIG. 28) , And as a result, is exposed on the outer peripheral side surface of the piezoelectric element 107. The electrodes 13a and 13b have the same shape as that of the fourth embodiment, and are formed up to the end of the other side (short side on the right side in FIG. 28) of the holding section via the connection section 2 of the piezoelectric element 109.
As a result, the piezoelectric element 107 is exposed on the outer peripheral side surface.
【0182】センサの組立は、図17に示した実施の形
態4と同様の構成である。The assembly of the sensor is the same as that of the fourth embodiment shown in FIG.
【0183】実施の形態4と同様に、端面電極31によ
り電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41と層43は、並列に接続され、静電容量はそ
れぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量を得る
ことができる。Similarly to the fourth embodiment, the electrodes 11a and 11b and the external electrode 21 are connected to each other by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. The electrode 33 is the electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41 and 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0184】層41と層43の分極方向40は逆方向で
あり、各電極の積層順序と接続方法が実施の形態4の圧
電素子105と同様であるため、振動部がたわみ振動を
したとき電極11a,12aと電極11b,12bとに
同じ極性の電荷が得られ、また電極13aと電極13b
とに同じ極性の電荷が得られる。この結果、加速度を検
出することができる。The polarization directions 40 of the layers 41 and 43 are opposite to each other, and the order of lamination and connection method of each electrode are the same as those of the piezoelectric element 105 of the fourth embodiment. 11a, 12a and the electrodes 11b, 12b have the same polarity, and the electrodes 13a, 13b
And a charge of the same polarity is obtained. As a result, the acceleration can be detected.
【0185】自己診断する場合には、電極11a,11
bを振動検出用電極、電極12a,12bを駆動用電極
として、図8と同様にして行うことができる。In the case of self-diagnosis, the electrodes 11a, 11a
8 can be performed in the same manner as in FIG. 8, where b is a vibration detecting electrode and the electrodes 12a and 12b are driving electrodes.
【0186】電極からの電荷の取り出しも実施の形態4
と同様に行うことができる。Embodiment 4 also takes out electric charges from the electrodes.
Can be performed in the same manner.
【0187】なお、層41,43の分極の方向40は図
27に示した方向に限るものではなく互いに逆向きであ
ればよい。The directions 40 of polarization of the layers 41 and 43 are not limited to the directions shown in FIG.
【0188】図29は本発明の実施の形態6にかかる加
速度センサに用いる別の構成を有する圧電素子の積層方
向断面図である。FIG. 29 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the sixth embodiment of the present invention.
【0189】図29の圧電素子110は、図26〜28
の圧電素子109と同様に、層41,42,43が積層
されてなり、その外観形状は図26に示した圧電素子1
09とほぼ同様である。本例の圧電素子110において
も、「ロ」字状の開口を2つ有する保持部の各開口内に
矩形状の振動部が片持ち梁の状態で保持されている。層
41、42、43はいずれもジルコン酸鉛を主成分とす
るセラミクスを用いて作製できる。The piezoelectric element 110 shown in FIG.
26, the layers 41, 42, and 43 are laminated, and the external shape of the piezoelectric element 109 shown in FIG.
09 is almost the same. Also in the piezoelectric element 110 of the present example, the rectangular vibrating portion is held in a cantilever state in each opening of the holding portion having two “b” -shaped openings. Each of the layers 41, 42, and 43 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0190】圧電素子110の層41と層43は分極さ
れているが、その分極方向40は、圧電素子109と異
なり同方向である。Although the layers 41 and 43 of the piezoelectric element 110 are polarized, the polarization direction 40 thereof is the same as that of the piezoelectric element 109.
【0191】図30は各電極形状を示した平面図であ
る。図30(A)は層41上に形成される電極11a,
12aを示し、図30(B)は層41と層42の間に形
成される電極13aを示し、図30(C)は層42と層
43の間に形成される電極13bを示し、図30(D)
は層43の下面に形成される電極11b,12bを示し
ている。各電極は銀パラジウムを用いて形成できる。FIG. 30 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 30A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
30B shows an electrode 13a formed between the layer 41 and the layer 42, FIG. 30C shows an electrode 13b formed between the layer 42 and the layer 43, and FIG. (D)
Indicates electrodes 11b and 12b formed on the lower surface of the layer 43. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0192】電極11a,11b,12a,12b,1
3a,13bの形状は圧電素子109のそれらと同様で
あるが、電極の形成場所が圧電素子109と相違する。
すなわち、本例の圧電素子110では、層42と層43
の間に電極13bを形成し、層43の下面に電極11
b,12bを形成する。Electrodes 11a, 11b, 12a, 12b, 1
Although the shapes of 3a and 13b are the same as those of the piezoelectric element 109, the locations where the electrodes are formed are different from those of the piezoelectric element 109.
That is, in the piezoelectric element 110 of this example, the layers 42 and 43
The electrode 13b is formed between
b and 12b are formed.
【0193】センサの組立は、圧電素子109と同様で
ある。The assembly of the sensor is the same as that of the piezoelectric element 109.
【0194】圧電素子109と同様に、端面電極31に
より電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41と層43は、並列に接続され、静電容量はそ
れぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量を得る
ことができる。Similarly to the piezoelectric element 109, the electrodes 11a and 11b are connected to the external electrode 21 by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. 33 to electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41 and 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0195】層41と層43の分極方向40は同方向で
あるが、層43の表裏の電極が圧電素子109と逆であ
るため、振動部がたわみ振動をしたとき電極11a,1
2aと電極11b,12bとに同じ極性の電荷が得ら
れ、また電極13aと電極13bとに同じ極性の電荷が
得られる。この結果、加速度を検出することができる。The polarization directions 40 of the layer 41 and the layer 43 are the same, but since the electrodes on the front and back of the layer 43 are opposite to the piezoelectric element 109, the electrodes 11a, 1
Electric charges of the same polarity are obtained at 2a and the electrodes 11b and 12b, and electric charges of the same polarity are obtained at the electrodes 13a and 13b. As a result, the acceleration can be detected.
【0196】自己診断機能及び電極からの電荷の取り出
しは圧電素子109の場合と同様である。The self-diagnosis function and the extraction of charges from the electrodes are the same as in the case of the piezoelectric element 109.
【0197】なお、層41,43の分極の方向40は図
29に示した方向に限るものではなく互いに同じ向きで
あればよい。The direction 40 of polarization of the layers 41 and 43 is not limited to the direction shown in FIG.
【0198】圧電素子109,110において、各層4
1,42,43はジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする
ものに限るものではなく、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、
ランタン酸鉛などを主成分とするものでもよい。層の厚
さは、すべて同じでなくともよいが、層41と層43は
ほぼ同じ厚さであることが好ましい。層42は他の層よ
り厚くてもよく、この場合、耐衝撃性の向上に寄与す
る。In the piezoelectric elements 109 and 110, each layer 4
1, 42 and 43 are not limited to those containing lead zirconate titanate as a main component, but lead titanate, lead zirconate,
A material containing lead lanthanate or the like as a main component may be used. Although the thicknesses of the layers do not all need to be the same, it is preferable that the layers 41 and 43 have substantially the same thickness. The layer 42 may be thicker than the other layers, in which case it contributes to improved impact resistance.
【0199】また、電極11a,11b,12a,12
b,13a,13bは銀パラジウムに限るものではな
く、金、クロム、ニッケル、銅などあるいはこれらを積
層しても、あるいはこれらの合金などを用いてもよい。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12
b, 13a, and 13b are not limited to silver palladium, but may be gold, chromium, nickel, copper, or the like, or a laminate thereof, or an alloy thereof.
【0200】基板4の材質は、アルミナに限るものでは
なく樹脂などを用いてもよい。The material of the substrate 4 is not limited to alumina, but may be a resin or the like.
【0201】アルミナ基板4に形成した電極21,2
2,23は、銀パラジウムに限るものではなく、リフロ
ー可能な材料、たとえば銀−半田、銀ロウなどでもよ
い。Electrodes 21 and 2 formed on alumina substrate 4
The materials 2 and 23 are not limited to silver palladium, but may be a reflowable material such as silver-solder or silver brazing.
【0202】圧電素子の端面電極31,32,33は、
スパッタリングに限るものではなく、樹脂硬化型電極ペ
ーストにより電極を形成してもよい。The end electrodes 31, 32, 33 of the piezoelectric element
The electrode is not limited to sputtering, and may be formed of a resin-curable electrode paste.
【0203】なお、圧電素子109,110の積層数は
3層に限るものではなく、さらに積層数を増やしてもよ
く、その場合も1層おきに電極を端面などで接続すれば
よい。Note that the number of layers of the piezoelectric elements 109 and 110 is not limited to three, and the number of layers may be further increased. In such a case, electrodes may be connected every other layer at an end face or the like.
【0204】上記の例では樹脂シート5を積層して振動
部1の振動空間を確保したが、振動空間を確保するため
の手段はこれに限定されない。例えば、樹脂シート5を
積層しないで、基板4の圧電素子109,110側の表
面の保持部3と対向しない領域に、振動部1が振動可能
なように所定深さの凹み部を形成してもよい。In the above example, the resin sheet 5 is laminated to secure the vibration space of the vibration section 1, but the means for securing the vibration space is not limited to this. For example, a concave portion having a predetermined depth is formed in a region of the surface of the substrate 4 on the side of the piezoelectric elements 109 and 110 that does not face the holding portion 3 without laminating the resin sheet 5 so that the vibrating portion 1 can vibrate. Is also good.
【0205】以上により、ワイヤリングなどの電気的接
続手段を用いずとも、高い静電容量を有し、低周波にお
いても高い感度を維持し、低周波領域での自己診断も精
度よく行うことができ、圧電素子に振動部、接続部、保
持部を設け、保持部で圧電素子を保持することで、振動
空間を確保でき、パッケジングが容易で、保持によるば
らつきのない小型の加速度センサが実現できる。As described above, it is possible to maintain high sensitivity even at a low frequency and to perform self-diagnosis in a low-frequency region with high accuracy without using an electrical connection means such as wiring. By providing the piezoelectric element with a vibrating part, a connecting part, and a holding part, and holding the piezoelectric element with the holding part, a vibration space can be secured, a packaging can be easily performed, and a small acceleration sensor without variation due to holding can be realized.
【0206】(実施の形態7)図31は本発明の実施の
形態7にかかる加速度センサに用いる圧電素子の外観斜
視図である。また、図32は、図31の圧電素子111
の長辺方向に平行なX−X’線での積層方向断面図であ
る。(Embodiment 7) FIG. 31 is an external perspective view of a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to Embodiment 7 of the present invention. FIG. 32 shows the piezoelectric element 111 of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view in the stacking direction along line XX ′ parallel to the long side direction of FIG.
【0207】本実施の形態の圧電素子111は、実施の
形態6の圧電素子109と同様に、層41,42,43
が積層されてなり、その外観形状は電極形状を除いて図
26に示した圧電素子109とほぼ同様である。本実施
の形態の圧電素子111においても、「ロ」字状の開口
を2つ有する保持部の各開口内に、矩形状の振動部が片
持ち梁の状態で保持されている。層41、42、43は
いずれもジルコン酸鉛を主成分とするセラミクスを用い
て作製できる。The piezoelectric element 111 according to the present embodiment has the layers 41, 42, 43 similar to the piezoelectric element 109 according to the sixth embodiment.
Are laminated, and their external shape is almost the same as the piezoelectric element 109 shown in FIG. 26 except for the electrode shape. Also in the piezoelectric element 111 of the present embodiment, a rectangular vibrating portion is held in a cantilever state in each opening of the holding portion having two “U” -shaped openings. Each of the layers 41, 42, and 43 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0208】本実施の形態の圧電素子111でも層41
と層43は分極されており、その分極方向40は、実施
の形態6の圧電素子109と同様に逆方向である。In the piezoelectric element 111 of the present embodiment, the layer 41
And the layer 43 are polarized, and the polarization direction 40 is the opposite direction as in the piezoelectric element 109 of the sixth embodiment.
【0209】図33は各電極形状を示した平面図であ
る。図33(A)は層41上に形成される電極11a,
12aを示し、図33(B)は層41と層42の間に形
成される電極13aを示し、図33(C)は層42と層
43の間に形成される電極11b,12bを示し、図3
3(D)は層43の下面に形成される電極13bを示し
ている。各電極は銀パラジウムを用いて形成できる。FIG. 33 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 33A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
FIG. 33 (B) shows an electrode 13a formed between the layer 41 and the layer 42, FIG. 33 (C) shows electrodes 11b and 12b formed between the layer 42 and the layer 43, FIG.
3 (D) shows the electrode 13b formed on the lower surface of the layer 43. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0210】電極11a,11bは片持ち梁構造の2つ
の振動部1の接続部近傍に、電極12a,12bは、電
極11a,11bより振動部1の先端部寄りに、それぞ
れ絶縁して形成される。片持ち梁構造の2つの振動部1
の先端部には電極は形成されておらず、この電極が形成
されていない領域の配置及び大きさを調整することによ
り、容量、感度、自己診断感度の調節を行うことができ
る。電極11a,11bは、接続部2の一方の側(図3
3の上側)を介して、また、電極12a,12bは、振
動部1の周囲辺に沿って接続部2の他方の側(図33の
下側)に延設され、いずれも圧電素子111の保持部3
の一辺(図33の左側の短辺)の端部まで形成され、こ
の結果、圧電素子111の外周側面に露出している。電
極13a,13bは、実施の形態4のそれと同形状であ
り、圧電素子111の接続部2を介して保持部の他の一
辺(図33の右側の短辺)の端部まで形成され、この結
果、圧電素子111の外周側面に露出している。The electrodes 11a and 11b are formed in the vicinity of the connection between the two vibrating portions 1 having a cantilever structure, and the electrodes 12a and 12b are formed insulated closer to the tip of the vibrating portion 1 than the electrodes 11a and 11b. You. Two vibrating parts 1 of cantilever structure
No electrode is formed at the tip of the device, and the capacitance, sensitivity, and self-diagnosis sensitivity can be adjusted by adjusting the arrangement and size of the region where the electrode is not formed. The electrodes 11a and 11b are connected to one side of the connection portion 2 (FIG. 3).
3, and the electrodes 12 a and 12 b extend to the other side (the lower side in FIG. 33) of the connection part 2 along the peripheral side of the vibrating part 1. Holder 3
Is formed up to the end of one side (the short side on the left side in FIG. 33), and as a result, is exposed on the outer peripheral side surface of the piezoelectric element 111. The electrodes 13a and 13b have the same shape as that of the fourth embodiment, and are formed up to the end of the other side (short side on the right side in FIG. 33) of the holding section via the connection section 2 of the piezoelectric element 111. As a result, the piezoelectric element 111 is exposed on the outer peripheral side surface.
【0211】センサの組立は、図17に示した実施の形
態4と同様の構成である。The assembly of the sensor is the same as that of the fourth embodiment shown in FIG.
【0212】実施の形態4と同様に、端面電極31によ
り電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41と層43は、並列に接続され、静電容量はそ
れぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量を得る
ことができる。As in the fourth embodiment, the electrodes 11a and 11b and the external electrode 21 are connected to each other by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. The electrode 33 is the electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41 and 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0213】層41と層43の分極方向40は逆方向で
あり、各電極の積層順序と接続方法が実施の形態4の圧
電素子105と同様であるため、振動部がたわみ振動を
したとき電極11a,12aと電極11b,12bとに
同じ極性の電荷が得られ、また電極13aと電極13b
とに同じ極性の電荷が得られる。この結果、加速度を検
出することができる。The polarization directions 40 of the layers 41 and 43 are opposite to each other, and the order of lamination and connection method of each electrode are the same as those of the piezoelectric element 105 of the fourth embodiment. 11a, 12a and the electrodes 11b, 12b have the same polarity, and the electrodes 13a, 13b
And a charge of the same polarity is obtained. As a result, the acceleration can be detected.
【0214】自己診断する場合には、電極11a,11
bを振動検出用電極、電極12a,12bを駆動用電極
として、図8と同様にして行うことができる。When performing a self-diagnosis, the electrodes 11a, 11a
8 can be performed in the same manner as in FIG. 8, where b is a vibration detecting electrode and the electrodes 12a and 12b are driving electrodes.
【0215】電極からの電荷の取り出しも実施の形態4
と同様に行うことができる。Embodiment 4 also takes out charges from the electrodes.
Can be performed in the same manner.
【0216】なお、層41,43の分極の方向40は図
32に示した方向に限るものではなく互いに逆向きであ
ればよい。The direction of polarization 40 of the layers 41 and 43 is not limited to the direction shown in FIG.
【0217】図34は本発明の実施の形態7にかかる加
速度センサに用いる別の構成を有する圧電素子の積層方
向断面図である。FIG. 34 is a cross-sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the seventh embodiment of the present invention.
【0218】図34の圧電素子112は、図31〜33
の圧電素子111と同様に、層41,42,43が積層
されてなり、その外観形状は図31に示した圧電素子1
111とほぼ同様である。本例の圧電素子112におい
ても、「ロ」字状の開口を2つ有する保持部の各開口内
に矩形状の振動部が片持ち梁の状態で保持されている。
層41、42、43はいずれもジルコン酸鉛を主成分と
するセラミクスを用いて作製できる。The piezoelectric element 112 shown in FIG.
Like the piezoelectric element 111, the layers 41, 42, and 43 are laminated, and the external shape thereof is the piezoelectric element 1 shown in FIG.
It is almost the same as 111. Also in the piezoelectric element 112 of this example, a rectangular vibrating portion is held in a cantilever state in each of the openings of the holding portion having two “b” -shaped openings.
Each of the layers 41, 42, and 43 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0219】圧電素子112の層41と層43は分極さ
れているが、その分極方向40は、圧電素子111と異
なり同方向である。Although the layers 41 and 43 of the piezoelectric element 112 are polarized, the polarization direction 40 thereof is the same as that of the piezoelectric element 111.
【0220】図35は各電極形状を示した平面図であ
る。図35(A)は層41上に形成される電極11a,
12aを示し、図35(B)は層41と層42の間に形
成される電極13aを示し、図35(C)は層42と層
43の間に形成される電極13bを示し、図35(D)
は層43の下面に形成される電極11b,12bを示し
ている。各電極は銀パラジウムを用いて形成できる。FIG. 35 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 35A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
FIG. 35 (B) shows an electrode 13a formed between the layer 41 and the layer 42, FIG. 35 (C) shows an electrode 13b formed between the layer 42 and the layer 43, and FIG. (D)
Indicates electrodes 11b and 12b formed on the lower surface of the layer 43. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0221】電極11a,11b,12a,12b,1
3a,13bの形状は圧電素子111のそれらと同様で
あるが、電極の形成場所が圧電素子111と相違する。
すなわち、本例の圧電素子112では、層42と層43
の間に電極13bを形成し、層43の下面に電極11
b,12bを形成する。Electrodes 11a, 11b, 12a, 12b, 1
Although the shapes of 3a and 13b are the same as those of the piezoelectric element 111, the locations of the electrodes are different from those of the piezoelectric element 111.
That is, in the piezoelectric element 112 of this example, the layers 42 and 43
The electrode 13b is formed between
b and 12b are formed.
【0222】センサの組立は、圧電素子111と同様で
ある。The assembly of the sensor is the same as that of the piezoelectric element 111.
【0223】圧電素子111と同様に、端面電極31に
より電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41と層43は、並列に接続され、静電容量はそ
れぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量を得る
ことができる。Similarly to the piezoelectric element 111, the electrodes 11a and 11b and the external electrode 21 are connected to each other by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. 33 to electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41 and 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0224】層41と層43の分極方向40は同方向で
あるが、層43の表裏の電極が圧電素子111と逆であ
るため、振動部がたわみ振動をしたとき電極11a,1
2aと電極11b,12bとに同じ極性の電荷が得ら
れ、また電極13aと電極13bとに同じ極性の電荷が
得られる。この結果、加速度を検出することができる。The polarization directions 40 of the layer 41 and the layer 43 are the same, but since the electrodes on the front and back of the layer 43 are opposite to the piezoelectric element 111, the electrodes 11a, 1
Electric charges of the same polarity are obtained at 2a and the electrodes 11b and 12b, and electric charges of the same polarity are obtained at the electrodes 13a and 13b. As a result, the acceleration can be detected.
【0225】自己診断機能及び電極からの電荷の取り出
しは圧電素子111の場合と同様である。The self-diagnosis function and the extraction of charges from the electrodes are the same as in the case of the piezoelectric element 111.
【0226】なお、層41,43の分極の方向40は図
34に示した方向に限るものではなく互いに同じ向きで
あればよい。The directions 40 of polarization of the layers 41 and 43 are not limited to the directions shown in FIG. 34, but may be the same as each other.
【0227】圧電素子111,112において、各層4
1,42,43はジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする
ものに限るものではなく、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、
ランタン酸鉛などを主成分とするものでもよい。層の厚
さは、すべて同じでなくともよいが、層41と層43は
ほぼ同じ厚さであることが好ましい。層42は他の層よ
り厚くてもよく、この場合、耐衝撃性の向上に寄与す
る。In the piezoelectric elements 111 and 112, each layer 4
1, 42 and 43 are not limited to those containing lead zirconate titanate as a main component, but lead titanate, lead zirconate,
A material containing lead lanthanate or the like as a main component may be used. Although the thicknesses of the layers do not all need to be the same, it is preferable that the layers 41 and 43 have substantially the same thickness. The layer 42 may be thicker than the other layers, in which case it contributes to improved impact resistance.
【0228】また、電極11a,11b,12a,12
b,13a,13bは銀パラジウムに限るものではな
く、金、クロム、ニッケル、銅などあるいはこれらを積
層しても、あるいはこれらの合金などを用いてもよい。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12
b, 13a, and 13b are not limited to silver palladium, but may be gold, chromium, nickel, copper, or the like, or a laminate thereof, or an alloy thereof.
【0229】基板4の材質は、アルミナに限るものでは
なく樹脂などを用いてもよい。The material of the substrate 4 is not limited to alumina, but may be a resin or the like.
【0230】アルミナ基板4に形成した電極21,2
2,23は、銀パラジウムに限るものではなく、リフロ
ー可能な材料、たとえば銀−半田、銀ロウなどでもよ
い。Electrodes 21 and 2 formed on alumina substrate 4
The materials 2 and 23 are not limited to silver palladium, but may be a reflowable material such as silver-solder or silver brazing.
【0231】圧電素子の端面電極31,32,33は、
スパッタリングに限るものではなく、樹脂硬化型電極ペ
ーストにより電極を形成してもよい。The end electrodes 31, 32, 33 of the piezoelectric element
The electrode is not limited to sputtering, and may be formed of a resin-curable electrode paste.
【0232】なお、圧電素子111,112の積層数は
3層に限るものではなく、さらに積層数を増やしてもよ
く、その場合も1層おきに電極を端面などで接続すれば
よい。Note that the number of layers of the piezoelectric elements 111 and 112 is not limited to three, and the number of layers may be further increased. In this case, electrodes may be connected every other layer at an end face or the like.
【0233】上記の例では樹脂シート5を積層して振動
部1の振動空間を確保したが、振動空間を確保するため
の手段はこれに限定されない。例えば、樹脂シート5を
積層しないで、基板4の圧電素子111,112側の表
面の保持部3と対向しない領域に、振動部1が振動可能
なように所定深さの凹み部を形成してもよい。In the above example, the resin sheet 5 is laminated to secure the vibration space of the vibration section 1, but the means for securing the vibration space is not limited to this. For example, a concave portion having a predetermined depth is formed in a region of the surface of the substrate 4 on the side of the piezoelectric elements 111 and 112 that does not face the holding portion 3 so that the vibrating portion 1 can vibrate without laminating the resin sheet 5. Is also good.
【0234】以上により、ワイヤリングなどの電気的接
続手段を用いずとも、高い静電容量を有し、低周波にお
いても高い感度を維持し、低周波領域での自己診断も精
度よく行うことができ、圧電素子に振動部、接続部、保
持部を設け、保持部で圧電素子を保持することで、振動
空間を確保でき、パッケジングが容易で、保持によるば
らつきのない小型の加速度センサが実現できる。As described above, it is possible to have high capacitance, maintain high sensitivity even at a low frequency, and accurately perform self-diagnosis in a low-frequency region without using electrical connection means such as wiring. By providing the piezoelectric element with a vibrating part, a connecting part, and a holding part, and holding the piezoelectric element with the holding part, a vibration space can be secured, a packaging can be easily performed, and a small acceleration sensor without variation due to holding can be realized.
【0235】なお、本実施の形態では、電極が形成され
ていない領域を振動部1の先端部に設けたが、該領域の
形成位置はこれに限定されない。例えば、電極11a,
11Bと電極12a,12bの間にそれぞれ設けてもよ
い(すなわち、両電極を区別するマージン部の領域を広
くする)。In the present embodiment, a region where no electrode is formed is provided at the tip of the vibrating section 1, but the position where the region is formed is not limited to this. For example, the electrodes 11a,
It may be provided between the electrode 11B and the electrodes 12a and 12b (that is, the area of the margin portion for distinguishing both electrodes is increased).
【0236】また、このような電極が形成されない領域
は、実施の形態3の圧電素子103にも同様に形成する
ことができ、同様の効果を得ることができる。Further, the region where such an electrode is not formed can be similarly formed on the piezoelectric element 103 of the third embodiment, and the same effect can be obtained.
【0237】(実施の形態8)図36は本発明の実施の
形態8にかかる加速度センサに用いる圧電素子の外観斜
視図である。また、図37は、図36の圧電素子113
の長辺方向に平行なX−X’線での積層方向断面図であ
る。(Eighth Embodiment) FIG. 36 is an external perspective view of a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 37 shows the piezoelectric element 113 of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view in the stacking direction along line XX ′ parallel to the long side direction of FIG.
【0238】本実施の形態の圧電素子113は、実施の
形態7の圧電素子111と同様に、層41,42,43
が積層されてなり、その外観形状は電極形状を除いて図
31示した圧電素子111とほぼ同様である。本実施の
形態の圧電素子113においても、「ロ」字状の開口を
2つ有する保持部の各開口内に、矩形状の振動部が片持
ち梁の状態で保持されている。層41、42、43はい
ずれもジルコン酸鉛を主成分とするセラミクスを用いて
作製できる。The piezoelectric element 113 according to the present embodiment includes the layers 41, 42, and 43 similarly to the piezoelectric element 111 according to the seventh embodiment.
Are laminated, and the external shape is almost the same as the piezoelectric element 111 shown in FIG. 31 except for the electrode shape. Also in the piezoelectric element 113 of the present embodiment, a rectangular vibrating portion is held in a cantilever state in each opening of the holding portion having two “U” -shaped openings. Each of the layers 41, 42, and 43 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0239】本実施の形態の圧電素子113でも層41
と層43は分極されており、その分極方向40は、実施
の形態7の圧電素子111と同様に逆方向である。In the piezoelectric element 113 of the present embodiment, the layer 41
And the layer 43 are polarized, and the polarization direction 40 is the opposite direction as in the piezoelectric element 111 of the seventh embodiment.
【0240】図38は各電極形状を示した平面図であ
る。図38(A)は層41上に形成される電極11a,
12a,14aを示し、図38(B)は層41と層42
の間に形成される電極13aを示し、図38(C)は層
42と層43の間に形成される電極11b,12b,1
4bを示し、図38(D)は層43の下面に形成される
電極13bを示している。各電極は銀パラジウムを用い
て形成できる。FIG. 38 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 38A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
12A and 14A are shown, and FIG.
38C shows an electrode 13a formed between the layers 42 and 43. FIG.
4D, and FIG. 38D shows the electrode 13b formed on the lower surface of the layer 43. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0241】電極11a,11bは片持ち梁構造の2つ
の振動部1の接続部近傍に、電極12a,12bは片持
ち梁構造の2つの振動部1の先端部に、電極14a,1
4bはそれぞれ電極11aと12aの間、電極11bと
12bの間に、それぞれ絶縁して形成される。電極11
a,11bは、接続部2の一方の側(図38の上側)を
介して、また、電極12a,12bは、振動部1の周囲
辺に沿って接続部2の他方の側(図38の下側)に延設
され、いずれも圧電素子113の保持部3の一辺(図3
8の左側の短辺)の端部まで形成され、この結果、圧電
素子113の外周側面に露出している。電極14a,1
4bはダミー電極であり、ダミー電極14a,14bの
配置及び大きさを調整することにより、容量、感度、自
己診断感度の調節を行うことができる。電極13a,1
3bは、実施の形態7のそれと同形状であり、圧電素子
113の接続部2を介して保持部の他の一辺(図38の
右側の短辺)の端部まで形成され、この結果、圧電素子
113の外周側面に露出している。The electrodes 11a and 11b are near the connecting portion of the two vibrating portions 1 having the cantilever structure, the electrodes 12a and 12b are at the distal end portions of the two vibrating portions 1 having the cantilever structure, and the electrodes 14a and 1b.
4b is formed insulated between the electrodes 11a and 12a and between the electrodes 11b and 12b, respectively. Electrode 11
a and 11b are connected via one side (upper side in FIG. 38) of the connecting portion 2 and the electrodes 12a and 12b are connected along the peripheral side of the vibrating portion 1 to the other side (refer to FIG. The lower part of FIG.
8 is formed to the end of the left side (short side on the left side), and as a result, is exposed on the outer peripheral side surface of the piezoelectric element 113. Electrodes 14a, 1
Reference numeral 4b denotes a dummy electrode, and the capacitance, sensitivity and self-diagnosis sensitivity can be adjusted by adjusting the arrangement and size of the dummy electrodes 14a and 14b. Electrodes 13a, 1
3b has the same shape as that of the seventh embodiment, and is formed up to the end of the other side (short side on the right side in FIG. 38) of the holding section via the connection section 2 of the piezoelectric element 113. It is exposed on the outer peripheral side surface of the element 113.
【0242】センサの組立は、図17に示した実施の形
態4と同様の構成である。The assembling of the sensor is the same as that of the fourth embodiment shown in FIG.
【0243】実施の形態4と同様に、端面電極31によ
り電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41と層43は、並列に接続され、静電容量はそ
れぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量を得る
ことができる。Similarly to the fourth embodiment, the electrodes 11a and 11b are connected to the external electrode 21 by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. The electrode 33 is the electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41 and 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0244】層41と層43の分極方向40は逆方向で
あり、各電極の積層順序と接続方法が実施の形態4の圧
電素子105と同様であるため、振動部がたわみ振動を
したとき電極11aと電極11bとに同じ極性の電荷が
得られる。この結果、加速度を検出することができる。The polarization direction 40 of the layer 41 and the layer 43 is opposite, and the order of lamination and connection method of each electrode are the same as those of the piezoelectric element 105 of the fourth embodiment. Electric charges of the same polarity are obtained on the electrode 11a and the electrode 11b. As a result, the acceleration can be detected.
【0245】自己診断する場合には、電極11a,11
bを振動検出用電極、電極12a,12bを駆動用電極
として、図8と同様にして行うことができる。In the case of self-diagnosis, the electrodes 11a, 11a
8 can be performed in the same manner as in FIG. 8, where b is a vibration detecting electrode and the electrodes 12a and 12b are driving electrodes.
【0246】電極からの電荷の取り出しも実施の形態4
と同様に行うことができる。Embodiment 4 also takes out electric charges from the electrodes.
Can be performed in the same manner.
【0247】なお、層41,43の分極の方向40は図
37に示した方向に限るものではなく互いに逆向きであ
ればよい。The direction of polarization 40 of the layers 41 and 43 is not limited to the direction shown in FIG.
【0248】図39は本発明の実施の形態8にかかる加
速度センサに用いる別の構成を有する圧電素子の積層方
向断面図である。FIG. 39 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used in the acceleration sensor according to the eighth embodiment of the present invention.
【0249】図39の圧電素子114は、図36〜38
の圧電素子113と同様に、層41,42,43が積層
されてなり、その外観形状は図36に示した圧電素子1
13とほぼ同様である。本例の圧電素子114において
も、「ロ」字状の開口を2つ有する保持部の各開口内に
矩形状の振動部が片持ち梁の状態で保持されている。層
41、42、43はいずれもジルコン酸鉛を主成分とす
るセラミクスを用いて作製できる。The piezoelectric element 114 shown in FIG.
36, the layers 41, 42, and 43 are laminated, and the appearance of the piezoelectric element 113 shown in FIG.
13 is almost the same. Also in the piezoelectric element 114 of this example, a rectangular vibrating part is held in a cantilever state in each opening of the holding part having two “b” -shaped openings. Each of the layers 41, 42, and 43 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0250】圧電素子114の層41と層43は分極さ
れているが、その分極方向40は、圧電素子113と異
なり同方向である。Although the layers 41 and 43 of the piezoelectric element 114 are polarized, the polarization direction 40 thereof is the same as that of the piezoelectric element 113.
【0251】図40は各電極形状を示した平面図であ
る。図40(A)は層41上に形成される電極11a,
12a,14aを示し、図40(B)は層41と層42
の間に形成される電極13aを示し、図40(C)は層
42と層43の間に形成される電極13bを示し、図4
0(D)は層43の下面に形成される電極11b,12
b,14bを示している。各電極は銀パラジウムを用い
て形成できる。FIG. 40 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 40A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
12A and 14A are shown, and FIG.
FIG. 40C shows an electrode 13b formed between the layer 42 and the layer 43, and FIG.
0 (D) indicates the electrodes 11b and 12 formed on the lower surface of the layer 43.
b and 14b are shown. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0252】電極11a,11b,12a,12b,1
3a,13b,14a,14bの形状は圧電素子113
のそれらと同様であるが、電極の形成場所が圧電素子1
13と相違する。すなわち、本例の圧電素子112で
は、層42と層43の間に電極13bを形成し、層43
の下面に電極11b,12b,14bを形成する。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12b, 1
The shape of 3a, 13b, 14a, 14b is
Are similar to those of the piezoelectric element 1
13 is different. That is, in the piezoelectric element 112 of this example, the electrode 13b is formed between the layer 42 and the layer 43,
The electrodes 11b, 12b and 14b are formed on the lower surface of the substrate.
【0253】センサの組立は、圧電素子113と同様で
ある。The assembly of the sensor is similar to that of the piezoelectric element 113.
【0254】圧電素子113と同様に、端面電極31に
より電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41と層43は、並列に接続され、静電容量はそ
れぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量を得る
ことができる。Similarly to the piezoelectric element 113, the electrodes 11a and 11b and the external electrode 21 are connected to each other by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. 33 to electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41 and 43 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0255】層41と層43の分極方向40は同方向で
あるが、層43の表裏の電極が圧電素子113と逆であ
るため、振動部がたわみ振動をしたとき電極11a,1
1bと電極11b,12bとに同じ極性の電荷が得ら
れ、また電極13aと電極13bとに同じ極性の電荷が
得られる。この結果、加速度を検出することができる。Although the polarization direction 40 of the layer 41 and the layer 43 is the same, the electrodes on the front and back of the layer 43 are opposite to the piezoelectric element 113.
Electric charges of the same polarity are obtained at 1b and the electrodes 11b and 12b, and electric charges of the same polarity are obtained at the electrodes 13a and 13b. As a result, the acceleration can be detected.
【0256】自己診断機能及び電極からの電荷の取り出
しは圧電素子113の場合と同様である。The self-diagnosis function and the extraction of charges from the electrodes are the same as in the case of the piezoelectric element 113.
【0257】なお、層41,43の分極の方向40は図
39に示した方向に限るものではなく互いに同じ向きで
あればよい。The direction of polarization 40 of the layers 41 and 43 is not limited to the direction shown in FIG.
【0258】圧電素子113,114において、各層4
1,42,43はジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする
ものに限るものではなく、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、
ランタン酸鉛などを主成分とするものでもよい。層の厚
さは、すべて同じでなくともよいが、層41と層43は
ほぼ同じ厚さであることが好ましい。層42は他の層よ
り厚くてもよく、この場合、耐衝撃性の向上に寄与す
る。In the piezoelectric elements 113 and 114, each layer 4
1, 42 and 43 are not limited to those containing lead zirconate titanate as a main component, but lead titanate, lead zirconate,
A material containing lead lanthanate or the like as a main component may be used. Although the thicknesses of the layers do not all need to be the same, it is preferable that the layers 41 and 43 have substantially the same thickness. The layer 42 may be thicker than the other layers, in which case it contributes to improved impact resistance.
【0259】また、電極11a,11b,12a,12
b,13a,13b,14a,14bは銀パラジウムに
限るものではなく、金、クロム、ニッケル、銅などある
いはこれらを積層しても、あるいはこれらの合金などを
用いてもよい。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12
b, 13a, 13b, 14a, and 14b are not limited to silver palladium, but may be gold, chromium, nickel, copper, or the like, or a laminate of these, or an alloy thereof.
【0260】基板4の材質は、アルミナに限るものでは
なく樹脂などを用いてもよい。The material of the substrate 4 is not limited to alumina, but may be a resin or the like.
【0261】アルミナ基板4に形成した電極21,2
2,23は、銀パラジウムに限るものではなく、リフロ
ー可能な材料、たとえば銀−半田、銀ロウなどでもよ
い。Electrodes 21 and 2 formed on alumina substrate 4
The materials 2 and 23 are not limited to silver palladium, but may be a reflowable material such as silver-solder or silver brazing.
【0262】圧電素子の端面電極31,32,33は、
スパッタリングに限るものではなく、樹脂硬化型電極ペ
ーストにより電極を形成してもよい。The end electrodes 31, 32, 33 of the piezoelectric element
The electrode is not limited to sputtering, and may be formed of a resin-curable electrode paste.
【0263】なお、圧電素子113,114の積層数は
3層に限るものではなく、次に説明する実施の形態9の
ように、さらに積層数を増やしてもよく、その場合も1
層おきに電極を端面などで接続すればよい。The number of layers of the piezoelectric elements 113 and 114 is not limited to three, and the number of layers may be further increased as in the ninth embodiment described below.
The electrodes may be connected at the end face or the like every other layer.
【0264】上記の例では樹脂シート5を積層して振動
部1の振動空間を確保したが、振動空間を確保するため
の手段はこれに限定されない。例えば、樹脂シート5を
積層しないで、基板4の圧電素子113,114側の表
面の保持部3と対向しない領域に、振動部1が振動可能
なように所定深さの凹み部を形成してもよい。In the above example, the resin sheet 5 is laminated to secure the vibration space of the vibrating section 1, but the means for securing the vibration space is not limited to this. For example, a concave portion having a predetermined depth is formed in a region of the surface of the substrate 4 on the side of the piezoelectric elements 113 and 114 that does not face the holding portion 3 so that the vibrating portion 1 can vibrate without laminating the resin sheet 5. Is also good.
【0265】以上により、ワイヤリングなどの電気的接
続手段を用いずとも、高い静電容量を有し、低周波にお
いても高い感度を維持し、低周波領域での自己診断も精
度よく行うことができ、圧電素子に振動部、接続部、保
持部を設け、保持部で圧電素子を保持することで、振動
空間を確保でき、パッケジングが容易で、保持によるば
らつきのない小型の加速度センサが実現できる。As described above, it is possible to have high capacitance, maintain high sensitivity even at a low frequency, and perform a self-diagnosis at a low frequency range with high accuracy without using an electrical connection means such as wiring. By providing the piezoelectric element with a vibrating part, a connecting part, and a holding part, and holding the piezoelectric element with the holding part, a vibration space can be secured, a packaging can be easily performed, and a small acceleration sensor without variation due to holding can be realized.
【0266】なお、本実施の形態で説明したダミー電極
は、実施の形態3の圧電素子103にも同様に形成する
ことができ、同様の効果を得ることができる。The dummy electrode described in the present embodiment can be formed in the same manner on the piezoelectric element 103 of the third embodiment, and the same effect can be obtained.
【0267】(実施の形態9)図41は本発明の実施の
形態9にかかる加速度センサに用いる圧電素子の外観斜
視図である。また、図42は、図41の圧電素子115
の長辺方向に平行なX−X’線での積層方向断面図であ
る。(Embodiment 9) FIG. 41 is an external perspective view of a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to Embodiment 9 of the present invention. FIG. 42 shows the piezoelectric element 115 of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view in the stacking direction along line XX ′ parallel to the long side direction of FIG.
【0268】本実施の形態の圧電素子115は、層4
1,42,43、44,45が積層されてなり、その外
観形状は積層数が異なる以外は図36示した圧電素子1
13とほぼ同様である。本実施の形態の圧電素子115
においても、「ロ」字状の開口を2つ有する保持部の各
開口内に、矩形状の振動部が片持ち梁の状態で保持され
ている。層41,42,43,44,45はいずれもジ
ルコン酸鉛を主成分とするセラミクスを用いて作製でき
る。The piezoelectric element 115 according to the present embodiment
1, 42, 43, 44, and 45, and the appearance of the piezoelectric element 1 shown in FIG.
13 is almost the same. Piezoelectric element 115 of the present embodiment
In this case, a rectangular vibrating portion is held in a cantilever state in each of the openings of the holding portion having two “b” -shaped openings. Each of the layers 41, 42, 43, 44, and 45 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0269】本実施の形態の圧電素子115では層4
1,42,44,45は分極されており、その分極方向
40は、層41,44は上向き、層42,45は下向き
である。In the piezoelectric element 115 of the present embodiment, the layer 4
1, 42, 44 and 45 are polarized, and the polarization direction 40 thereof is such that the layers 41 and 44 are upward and the layers 42 and 45 are downward.
【0270】図43は各電極形状を示した平面図であ
る。図43(A)は層41上に形成される電極11a,
12a,14aを示し、図43(B)は層41と層42
の間に形成される電極13aを示し、図43(C)は層
42と層43の間に形成される電極11a,12a,1
4aを示し、図43(D)は層43と層44の間に形成
される電極13bを示し、図43(E)は層44と層4
5の間に形成される電極11b,12b,14bを示
し、図43(F)は層45の下面に形成される電極13
bを示している。各電極は銀パラジウムを用いて形成で
きる。FIG. 43 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 43A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
12A and 14A are shown, and FIG.
FIG. 43 (C) shows the electrodes 11a, 12a, 1 formed between the layers 42 and 43. FIG.
FIG. 43 (D) shows the electrode 13b formed between the layer 43 and the layer 44, and FIG.
43 show the electrodes 11b, 12b and 14b formed between the electrodes 5, and FIG.
b. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0271】電極11a,11b,12a,12b,1
3a,13b,14a,14bの形状は実施の形態8の
圧電素子113のそれと同様である。すなわち、電極1
1a,11bは片持ち梁構造の2つの振動部1の接続部
近傍に、電極12a,12bは片持ち梁構造の2つの振
動部1の先端部に、電極14a,14bはそれぞれ電極
11aと12aの間、電極11bと12bの間に、それ
ぞれ絶縁して形成される。電極11a,11bは、接続
部2の一方の側(図43の上側)を介して、また、電極
12a,12bは、振動部1の周囲辺に沿って接続部2
の他方の側(図43の下側)に延設され、いずれも圧電
素子115の保持部3の一辺(図43の左側の短辺)の
端部まで形成され、この結果、圧電素子115の外周側
面に露出している。電極14a,14bはダミー電極で
あり、ダミー電極14a,14bの配置及び大きさを調
整することにより、容量、感度、自己診断感度の調節を
行うことができる。電極13a,13bは、圧電素子1
15の接続部2を介して保持部の他の一辺(図43の右
側の短辺)の端部まで形成され、この結果、圧電素子1
15の外周側面に露出している。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12b, 1
The shapes of 3a, 13b, 14a, and 14b are the same as those of the piezoelectric element 113 of the eighth embodiment. That is, the electrode 1
1a and 11b are near the connecting portion of the two vibrating portions 1 of the cantilever structure, the electrodes 12a and 12b are at the tip of the two vibrating portions 1 of the cantilever structure, and the electrodes 14a and 14b are the electrodes 11a and 12a, respectively. And between the electrodes 11b and 12b. The electrodes 11a and 11b are connected to one side (upper side in FIG. 43) of the connecting portion 2 and the electrodes 12a and 12b are connected to the connecting portion 2 along the periphery of the vibrating portion 1.
43 is extended to the other side (the lower side in FIG. 43), and both are formed up to the end of one side (the short side on the left side in FIG. 43) of the holding portion 3 of the piezoelectric element 115. It is exposed on the outer peripheral side. The electrodes 14a and 14b are dummy electrodes, and the capacitance, sensitivity, and self-diagnosis sensitivity can be adjusted by adjusting the arrangement and size of the dummy electrodes 14a and 14b. The electrodes 13a and 13b are
Fifteen connection portions 2 are formed up to the end of the other side (the short side on the right side in FIG. 43) of the holding portion.
15 is exposed on the outer peripheral side surface.
【0272】センサの組立は、図17に示した実施の形
態4と同様の構成である。The assembly of the sensor has the same configuration as that of the fourth embodiment shown in FIG.
【0273】実施の形態4と同様に、端面電極31によ
り電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41,42,44,45は、並列に接続され、静
電容量はそれぞれの層の容量の加算となり、大きな静電
容量を得ることができる。As in the fourth embodiment, the electrodes 11a and 11b and the external electrode 21 are connected to each other by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. The electrode 33 is the electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41, 42, 44, and 45 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0274】層41,44と層42,45の分極方向は
逆方向であるので、振動部がたわみ振動をしたとき電極
11a,12aと電極11b,12bとに同じ極性の電
荷が得られ、また電極13aと電極13bとに同じ極性
の電荷が得られる。この結果、加速度を検出することが
できる。Since the polarization directions of the layers 41 and 44 and the layers 42 and 45 are opposite to each other, when the vibrating portion performs flexural vibration, electric charges of the same polarity are obtained at the electrodes 11a and 12a and the electrodes 11b and 12b. Charges of the same polarity are obtained on the electrodes 13a and 13b. As a result, the acceleration can be detected.
【0275】自己診断する場合には、電極11a,11
bを振動検出用電極、電極12a,12bを駆動用電極
として、図8と同様にして行うことができる。In the case of self-diagnosis, the electrodes 11a, 11a
8 can be performed in the same manner as in FIG. 8, where b is a vibration detecting electrode and the electrodes 12a and 12b are driving electrodes.
【0276】電極からの電荷の取り出しも実施の形態4
と同様に行うことができる。Embodiment 4 also takes out electric charges from the electrodes.
Can be performed in the same manner.
【0277】なお、層41,42,44,45の分極の
方向40は図42に示した方向に限るものではなく、層
41と層42、層44と層45、層41と層45がそれ
ぞれ互いに逆向きであればよい。The direction of polarization 40 of the layers 41, 42, 44 and 45 is not limited to the direction shown in FIG. 42, and the layers 41 and 42, the layers 44 and 45, and the layers 41 and 45 respectively The directions may be opposite to each other.
【0278】図44は本発明の実施の形態9にかかる加
速度センサに用いる別の構成を有する圧電素子の積層方
向断面図である。FIG. 44 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the ninth embodiment of the present invention.
【0279】図44の圧電素子116は、図41〜43
の圧電素子115と同様に、層41,42,43,4
4,45が積層されてなり、その外観形状は図41に示
した圧電素子115とほぼ同様である。本例の圧電素子
116においても、「ロ」字状の開口を2つ有する保持
部の各開口内に矩形状の振動部が片持ち梁の状態で保持
されている。層41,42,43,44,45はいずれ
もジルコン酸鉛を主成分とするセラミクスを用いて作製
できる。The piezoelectric element 116 shown in FIG.
Layer 41, 42, 43, 4
4, 45 are laminated, and the external shape is almost the same as the piezoelectric element 115 shown in FIG. Also in the piezoelectric element 116 of the present example, a rectangular vibrating portion is held in a cantilever state in each of the openings of the holding portion having two “b” -shaped openings. Each of the layers 41, 42, 43, 44, and 45 can be manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component.
【0280】圧電素子116の層41,42,44,4
5は分極されているが、その分極方向40は、圧電素子
115と異なる。すなわち、層41,45は上向き、層
42,44は下向きに分極している。The layers 41, 42, 44, 4 of the piezoelectric element 116
5 is polarized, but its polarization direction 40 is different from that of the piezoelectric element 115. That is, layers 41 and 45 are polarized upward, and layers 42 and 44 are polarized downward.
【0281】図45は各電極形状を示した平面図であ
る。図45(A)は層41上に形成される電極11a,
12a,14aを示し、図45(B)は層41と層42
の間に形成される電極13aを示し、図45(C)は層
42と層43の間に形成される電極11a,12a,1
4aを示し、図45(D)は層43と層44の間に形成
される電極11b,12b,14bを示し、図45
(E)は層44と層45の間に形成される電極13bを
示し、図45(F)は層45の下面に形成される電極1
1b,12b,14bを示している。各電極は銀パラジ
ウムを用いて形成できる。FIG. 45 is a plan view showing the shape of each electrode. FIG. 45A shows an electrode 11a formed on the layer 41,
12A and 14A are shown, and FIG.
45C shows an electrode 13a formed between the layers 42 and 43. FIG.
FIG. 45D shows the electrodes 11b, 12b, and 14b formed between the layer 43 and the layer 44, and FIG.
(E) shows the electrode 13b formed between the layer 44 and the layer 45, and FIG. 45 (F) shows the electrode 1b formed on the lower surface of the layer 45.
1b, 12b and 14b are shown. Each electrode can be formed using silver palladium.
【0282】電極11a,11b,12a,12b,1
3a,13b,14a,14bの形状は圧電素子115
のそれらと同様であるが、電極の形成場所が圧電素子1
15と相違する。すなわち、本例の圧電素子116で
は、層43と層44の間に電極11b,12b,14b
を形成し、層44と層45の間に電極13bを形成し、
層45の下面に電極11b,12b,14bを形成す
る。Electrodes 11a, 11b, 12a, 12b, 1
The shape of 3a, 13b, 14a, 14b is
Are similar to those of the piezoelectric element 1
15 is different. That is, in the piezoelectric element 116 of this example, the electrodes 11b, 12b, and 14b are provided between the layers 43 and 44.
Is formed, and the electrode 13b is formed between the layer 44 and the layer 45.
The electrodes 11b, 12b, and 14b are formed on the lower surface of the layer 45.
【0283】センサの組立は、圧電素子115と同様で
ある。The assembly of the sensor is the same as that of the piezoelectric element 115.
【0284】圧電素子115と同様に、端面電極31に
より電極11a、11bと外部電極21とを相互に接続
し、端面電極32により電極12a、12bと外部電極
22とを相互に接続し、端面電極33により電極13
a、13bと外部電極23とを相互に接続する。この結
果、層41,42,44,45は、並列に接続され、静
電容量はそれぞれの層の容量の加算となり、大きな静電
容量を得ることができる。Similarly to the piezoelectric element 115, the electrodes 11a and 11b and the external electrode 21 are connected to each other by the end face electrode 31, and the electrodes 12a and 12b and the external electrode 22 are connected to each other by the end face electrode 32. 33 to electrode 13
a, 13b and the external electrodes 23 are mutually connected. As a result, the layers 41, 42, 44, and 45 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.
【0285】上記により振動部がたわみ振動をしたとき
電極11a,11bと電極11b,12bとに同じ極性
の電荷が得られ、また電極13aと電極13bとに同じ
極性の電荷が得られる。この結果、加速度を検出するこ
とができる。As described above, when the vibrating portion performs flexural vibration, electric charges of the same polarity are obtained on the electrodes 11a and 11b and the electrodes 11b and 12b, and electric charges of the same polarity are obtained on the electrodes 13a and 13b. As a result, the acceleration can be detected.
【0286】自己診断機能及び電極からの電荷の取り出
しは圧電素子115の場合と同様である。The self-diagnosis function and the extraction of charges from the electrodes are the same as in the case of the piezoelectric element 115.
【0287】なお、層41,42,44,45の分極の
方向40は図44に示した方向に限るものではなく、層
41と層45が互いに同じ向きで、層41と層42、層
44と層45がそれぞれ互いに逆向きであればよい。The direction of polarization 40 of the layers 41, 42, 44, and 45 is not limited to the direction shown in FIG. 44. The layers 41 and 45 have the same direction, and the layers 41 and 42 and the layer 44 have the same direction. And the layer 45 may be opposite to each other.
【0288】圧電素子115,116において、各層4
1,42,43,44,45はジルコン酸チタン酸鉛を
主成分とするものに限るものではなく、チタン酸鉛、ジ
ルコン酸鉛、ランタン酸鉛などを主成分とするものでも
よい。層の厚さは、すべて同じでなくともよいが、層4
1,42,44,45はほぼ同じ厚さであることが好ま
しい。層43は他の層より厚くてもよく、この場合、耐
衝撃性の向上に寄与する。In each of the piezoelectric elements 115 and 116,
1, 42, 43, 44, and 45 are not limited to those containing lead zirconate titanate as a main component, and may be those containing lead titanate, lead zirconate, lead lanthanate, or the like as a main component. The thicknesses of the layers need not all be the same,
Preferably, 1, 42, 44, 45 have approximately the same thickness. The layer 43 may be thicker than other layers, in which case it contributes to an improvement in impact resistance.
【0289】また、電極11a,11b,12a,12
b,13a,13b,14a,14bは銀パラジウムに
限るものではなく、金、クロム、ニッケル、銅などある
いはこれらを積層しても、あるいはこれらの合金などを
用いてもよい。The electrodes 11a, 11b, 12a, 12
b, 13a, 13b, 14a, and 14b are not limited to silver palladium, but may be gold, chromium, nickel, copper, or the like, or a laminate of these, or an alloy thereof.
【0290】基板4の材質は、アルミナに限るものでは
なく樹脂などを用いてもよい。The material of the substrate 4 is not limited to alumina, but may be a resin or the like.
【0291】アルミナ基板4に形成した電極21,2
2,23は、銀パラジウムに限るものではなく、リフロ
ー可能な材料、たとえば銀−半田、銀ロウなどでもよ
い。Electrodes 21 and 2 formed on alumina substrate 4
The materials 2 and 23 are not limited to silver palladium, but may be a reflowable material such as silver-solder or silver brazing.
【0292】圧電素子の端面電極31,32,33は、
スパッタリングに限るものではなく、樹脂硬化型電極ペ
ーストにより電極を形成してもよい。The end electrodes 31, 32, 33 of the piezoelectric element
The electrode is not limited to sputtering, and may be formed of a resin-curable electrode paste.
【0293】上記の例では樹脂シート5を積層して振動
部1の振動空間を確保したが、振動空間を確保するため
の手段はこれに限定されない。例えば、樹脂シート5を
積層しないで、基板4の圧電素子115,116側の表
面の保持部3と対向しない領域に、振動部1が振動可能
なように所定深さの凹み部を形成してもよい。In the above example, the vibration space of the vibrating portion 1 is secured by laminating the resin sheets 5, but the means for securing the vibration space is not limited to this. For example, without laminating the resin sheet 5, a concave portion having a predetermined depth is formed in a region of the surface of the substrate 4 on the side of the piezoelectric elements 115 and 116 that does not face the holding portion 3 so that the vibrating portion 1 can vibrate. Is also good.
【0294】以上により、ワイヤリングなどの電気的接
続手段を用いずとも、高い静電容量を有し、低周波にお
いても高い感度を維持し、低周波領域での自己診断も精
度よく行うことができ、圧電素子に振動部、接続部、保
持部を設け、保持部で圧電素子を保持することで、振動
空間を確保でき、パッケジングが容易で、保持によるば
らつきのない小型の加速度センサが実現できる。As described above, it is possible to have high capacitance, maintain high sensitivity even at a low frequency, and accurately perform self-diagnosis in a low-frequency region without using electrical connection means such as wiring. By providing the piezoelectric element with a vibrating part, a connecting part, and a holding part, and holding the piezoelectric element with the holding part, a vibration space can be secured, a packaging can be easily performed, and a small acceleration sensor without variation due to holding can be realized.
【0295】[0295]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ワイヤ
リングなどの電気的接続手段を用いずとも、高い静電容
量を有し、低周波においても高い感度を維持し、低周波
領域での自己診断も精度よく行うことができ、圧電素子
に振動部、接続部、保持部を設け、保持部で圧電素子を
保持することで、振動空間を確保でき、パッケジングが
容易で、保持によるばらつきのない小型の加速度センサ
を提供することができる。As described above, according to the present invention, a high capacitance can be obtained, a high sensitivity can be maintained even at a low frequency, and a high sensitivity can be maintained in a low frequency region without using an electrical connection means such as wiring. Self-diagnosis can be performed with high accuracy, and a vibration space, a connection portion, and a holding portion are provided on the piezoelectric element, and the holding of the piezoelectric element enables the securing of a vibration space, easy packaging, and variations due to holding. It is possible to provide a small acceleration sensor without the need.
【図1】本発明の実施の形態1にかかる加速度センサに
用いる圧電素子の外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の圧電素子の各部の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of each part of the piezoelectric element of FIG.
【図3】本発明の実施の形態1にかかる加速度センサの
構成を示した分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図4】図1の圧電素子のX−X’線での積層方向断面
図である。4 is a cross-sectional view of the piezoelectric element of FIG. 1 taken along line XX ′ in the stacking direction.
【図5】図1の圧電素子の各電極形状を示した平面図で
ある。FIG. 5 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element of FIG.
【図6】本発明の実施の形態1にかかるの加速度センサ
の積層方向の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view in the stacking direction of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図7】本発明の実施の形態1にかかる加速度センサの
動作原理を示す積層方向の模式的断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view in the stacking direction showing the operation principle of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図8】本発明の実施の形態1にかかる加速度センサの
自己診断時における信号処理のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of signal processing at the time of self-diagnosis of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention;
【図9】本発明の実施の形態2にかかる加速度センサに
用いる圧電素子の積層方向断面図である。FIG. 9 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention.
【図10】図9の圧電素子の各電極形状を示した平面図
である。FIG. 10 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element of FIG.
【図11】本発明の実施の形態3にかかる加速度センサ
に用いる圧電素子の積層方向断面図である。FIG. 11 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図12】図11の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。FIG. 12 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element of FIG.
【図13】本発明の実施の形態3にかかる加速度センサ
に用いる別の構成を有する圧電素子の積層方向断面図で
ある。FIG. 13 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention.
【図14】図13の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。FIG. 14 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element of FIG.
【図15】本発明の実施の形態4にかかる加速度センサ
に用いる圧電素子の外観斜視図である。FIG. 15 is an external perspective view of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the fourth embodiment of the present invention.
【図16】図15の圧電素子の各部の説明図である。16 is an explanatory diagram of each part of the piezoelectric element of FIG.
【図17】本発明の実施の形態4にかかる加速度センサ
の構成を示した分解斜視図である。FIG. 17 is an exploded perspective view showing a configuration of an acceleration sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図18】図15の圧電素子のX−X’線での積層方向
断面図である。18 is a cross-sectional view of the piezoelectric element of FIG. 15 taken along line XX ′ in the stacking direction.
【図19】図15の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。19 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element of FIG.
【図20】本発明の実施の形態4にかかる加速度センサ
に用いる別の構成を有する圧電素子の積層方向断面図で
ある。FIG. 20 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the fourth embodiment of the present invention.
【図21】図20の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。21 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element of FIG.
【図22】本発明の実施の形態5にかかる加速度センサ
に用いる圧電素子の積層方向断面図である。FIG. 22 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the fifth embodiment of the present invention.
【図23】図22の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。FIG. 23 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element of FIG. 22.
【図24】本発明の実施の形態5にかかる加速度センサ
に用いる別の構成を有する圧電素子の積層方向断面図で
ある。FIG. 24 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the fifth embodiment of the present invention.
【図25】図24の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。FIG. 25 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element of FIG. 24;
【図26】本発明の実施の形態6にかかる加速度センサ
に用いる圧電素子の外観斜視図である。FIG. 26 is an external perspective view of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the sixth embodiment of the present invention.
【図27】図26の圧電素子のX−X’線での積層方向
断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view of the piezoelectric element of FIG. 26 taken along line XX ′ in the stacking direction.
【図28】図26の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。FIG. 28 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element of FIG. 26;
【図29】本発明の実施の形態6にかかる加速度センサ
に用いる別の構成を有する圧電素子の積層方向断面図で
ある。FIG. 29 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the sixth embodiment of the present invention.
【図30】図29の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。30 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element in FIG. 29.
【図31】本発明の実施の形態7にかかる加速度センサ
に用いる圧電素子の外観斜視図である。FIG. 31 is an external perspective view of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to a seventh embodiment of the present invention.
【図32】図31の圧電素子のX−X’線での積層方向
断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view of the piezoelectric element of FIG. 31 taken along line XX ′ in the stacking direction.
【図33】図31の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。FIG. 33 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element of FIG. 31.
【図34】本発明の実施の形態7にかかる加速度センサ
に用いる別の構成を有する圧電素子の積層方向断面図で
ある。FIG. 34 is a sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the seventh embodiment of the present invention.
【図35】図34の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。FIG. 35 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element in FIG. 34.
【図36】本発明の実施の形態8にかかる加速度センサ
に用いる圧電素子の外観斜視図である。FIG. 36 is an external perspective view of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the eighth embodiment of the present invention.
【図37】図36の圧電素子のX−X’線での積層方向
断面図である。FIG. 37 is a cross-sectional view of the piezoelectric element of FIG. 36 taken along line XX ′.
【図38】図36の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。FIG. 38 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element of FIG. 36.
【図39】本発明の実施の形態8にかかる加速度センサ
に用いる別の構成を有する圧電素子の積層方向断面図で
ある。FIG. 39 is a cross-sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the eighth embodiment of the present invention.
【図40】図39の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。40 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element in FIG. 39.
【図41】本発明の実施の形態9にかかる加速度センサ
に用いる圧電素子の外観斜視図である。FIG. 41 is an external perspective view of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the ninth embodiment of the present invention.
【図42】図41の圧電素子のX−X’線での積層方向
断面図である。42 is a cross-sectional view of the piezoelectric element of FIG. 41 taken along line XX ′ in the lamination direction.
【図43】図41の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。FIG. 43 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element in FIG. 41.
【図44】本発明の実施の形態9にかかる加速度センサ
に用いる別の構成を有する圧電素子の積層方向断面図で
ある。FIG. 44 is a cross-sectional view in the stacking direction of a piezoelectric element having another configuration used for the acceleration sensor according to the ninth embodiment of the present invention.
【図45】図44の圧電素子の各電極形状を示した平面
図である。FIG. 45 is a plan view showing the shape of each electrode of the piezoelectric element of FIG. 44.
【図46】従来の加速度センサを説明するための図であ
り、図46(A)は加速度センサに用いる圧電素子の平
面図、図46(B)は加速度センサの概略構成を示した
模式図である。46A and 46B are views for explaining a conventional acceleration sensor, FIG. 46A is a plan view of a piezoelectric element used for the acceleration sensor, and FIG. 46B is a schematic diagram showing a schematic configuration of the acceleration sensor. is there.
【図47】加速度センサに用いる一般的な信号処理回路
を示す図である。FIG. 47 is a diagram showing a general signal processing circuit used for an acceleration sensor.
1 振動部 2 接続部 3 保持部 4 アルミナ基板 5 樹脂シート 6a 駆動回路 6b インピーダンス変換回路 6c 加速度検出回路・異常検出回路 11、12、13、14 電極 21,22,23 外部電極 31,32,33 端面電極 40 分極方向 41,42,43,44,45 層 51、52、53 電極 54 金属板 55 支持台 56 加速度センサ 60 加速度 101,102,103,104,105,106,1
07,108,109,110,111,112,11
3,114,115,116、150 圧電素子DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration part 2 Connection part 3 Holding part 4 Alumina substrate 5 Resin sheet 6a Drive circuit 6b Impedance conversion circuit 6c Acceleration detection circuit / abnormality detection circuit 11, 12, 13, 14 Electrode 21, 22, 23 External electrode 31, 32, 33 End electrode 40 Polarization direction 41, 42, 43, 44, 45 Layer 51, 52, 53 Electrode 54 Metal plate 55 Support 56 Acceleration sensor 60 Acceleration 101, 102, 103, 104, 105, 106, 1
07, 108, 109, 110, 111, 112, 11
3,114,115,116,150 Piezoelectric element
フロントページの続き (72)発明者 山口 修一郎 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 大土 哲郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2G064 BD18 Continuing on the front page (72) Inventor Shuichiro Yamaguchi 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Reference) 2G064 BD18
Claims (15)
有し、 前記圧電素子は、矩形状の複数の前記圧電体層が積層さ
れた振動部と、前記振動部の一辺と接続して前記振動部
を保持する接続部と、前記接続部と一体に形成された保
持部とを有し、 前記圧電体層のうち少なくとも2以上の圧電体層の前記
振動部を構成する部分は分極されており、 前記振動部の前記分極された圧電体層の積層方向の上下
面には電極が形成され、 前記上下面の電極とその間の圧電体層とにより形成され
るインピーダンスが互いに電気的に並列に接続され、 前記上下面の電極は前記接続部及び前記保持部の少なく
とも一部にも連続して形成され、前記電極と外部との電
気的接続は前記保持部に形成された前記電極を介して行
なうことを特徴とする加速度センサ。1. A piezoelectric element comprising a plurality of piezoelectric layers laminated, wherein the piezoelectric element is connected to a vibrating section in which a plurality of rectangular piezoelectric layers are laminated, and to one side of the vibrating section. A connecting portion for holding the vibrating portion, and a holding portion formed integrally with the connecting portion, wherein at least two or more piezoelectric layers of the piezoelectric layers constitute the vibrating portion. Electrodes are formed on upper and lower surfaces of the vibrating portion in the direction of lamination of the polarized piezoelectric layers, and impedances formed by the electrodes on the upper and lower surfaces and the piezoelectric layers between them are electrically connected to each other. The electrodes on the upper and lower surfaces are connected in parallel, and the electrodes on the upper and lower surfaces are also formed continuously on at least a part of the connection part and the holding part. The electrical connection between the electrodes and the outside is performed by the electrodes formed on the holding part. Acceleration sensor, which is performed through
前記振動部の上下の両最表層に配置されている請求項1
に記載の加速度センサ。2. The polarized piezoelectric layer is disposed at least on both upper and lower outermost layers of the vibrating section.
2. The acceleration sensor according to 1.
り、少なくとも上下の両最表層及び前記両最表層に隣接
する層の前記振動部を構成する部分は分極されており、
前記最表層の分極方向は、これと隣接する層の分極方向
と逆向きである請求項1に記載の加速度センサ。3. The piezoelectric layer is laminated with five or more layers, and at least portions of the upper and lower outermost layers and layers adjacent to the both outermost layers that constitute the vibrating portion are polarized,
The acceleration sensor according to claim 1, wherein a polarization direction of the outermost layer is opposite to a polarization direction of an adjacent layer.
いに逆向きである請求項2又は3に記載の加速度セン
サ。4. The acceleration sensor according to claim 2, wherein the polarization directions of the outermost piezoelectric layers are opposite to each other.
いに同じ向きである請求項2又は3に記載の加速度セン
サ。5. The acceleration sensor according to claim 2, wherein the polarization directions of the two outermost piezoelectric layers are the same.
を保持する請求項1に記載の加速度センサ。6. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the connection section holds one short side of the vibration section.
れている請求項1に記載の加速度センサ。7. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the vibration section is held on both sides of the connection section.
された電極のうち少なくとも一方は2つに分割されてい
る請求項1〜7のいずれかに記載の加速度センサ。8. The acceleration sensor according to claim 1, wherein at least one of the electrodes formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric layer in the vibrating portion is divided into two.
診断時の駆動用電極として使用され、他方は自己診断時
の振動検出用電極として使用される請求項8に記載の加
速度センサ。9. The acceleration sensor according to claim 8, wherein one of the two divided electrodes is used as a drive electrode during self-diagnosis, and the other is used as a vibration detection electrode during self-diagnosis.
部と略直交するように形成され、一方の電極は自己診断
時の駆動用電極として使用され、他方の電極は自己診断
時の振動検出用電極として使用される請求項8に記載の
加速度センサ。10. The two divided electrodes are formed so as to be substantially orthogonal to the connection part, one of the electrodes is used as a driving electrode at the time of self-diagnosis, and the other electrode is used for vibration detection at the time of self-diagnosis. The acceleration sensor according to claim 8, which is used as an electrode for use.
記振動部の前記接続部近傍に形成され、他方はこれより
前記接続部とは反対側に形成され、 前記接続部近傍に形成された電極は自己診断時の振動検
出用電極として使用され、他方の電極は自己診断時の駆
動用電極として使用される請求項8に記載の加速度セン
サ。11. One of the two divided electrodes is formed near the connection part of the vibrating part, and the other is formed on the opposite side of the connection part from the connection part, and is formed near the connection part. 9. The acceleration sensor according to claim 8, wherein the electrode is used as a vibration detection electrode during self-diagnosis, and the other electrode is used as a driving electrode during self-diagnosis.
体層の上下面に電極が形成されており、前記上下面に形
成された電極のうち少なくとも一方の電極は相互に相手
方の振動部内に侵入しないように分割して形成されてお
り、前記分割された一方の電極は自己診断時の駆動用電
極として使用され、他方の電極は自己診断時の振動検出
用電極として使用される請求項7に記載の加速度セン
サ。12. An electrode is formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric layer common to the vibrating portions on both sides, and at least one of the electrodes formed on the upper and lower surfaces is disposed within the other vibrating portion. 8. The electrode is divided so as not to penetrate, and one of the divided electrodes is used as a drive electrode during self-diagnosis, and the other electrode is used as a vibration detection electrode during self-diagnosis. 2. The acceleration sensor according to 1.
の前記接続部側及び/又は非接続部側に電極が形成され
ていない領域を有する請求項11に記載の加速度セン
サ。13. The acceleration sensor according to claim 11, further comprising a region where no electrode is formed on the connection portion side and / or the non-connection portion side of the electrode used as the driving electrode.
電極と、前記駆動用電極として使用される電極との間に
これらの電極とは接続されないダミー電極を有する請求
項11に記載の加速度センサ。14. The acceleration sensor according to claim 11, further comprising a dummy electrode that is not connected to the electrode used as the vibration detection electrode and the driving electrode.
に振動できるように、前記保持部で前記圧電素子が保持
される請求項1に記載の加速度センサ。15. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the piezoelectric element is held by the holding portion such that the vibrating portion can vibrate in a direction in which the piezoelectric layers are stacked.
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| JP (1) | JP2001027648A (en) |
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