(57)【要約】【課題】加速度検知ユニットの諸特性を維持しつつ、多量生産に適し且つ、製造コストが低減できる加速度検知ユニットの製造方法を提供する。【解決手段】素子支持片４３にて連結された複数の応力感応素子４１’を有する応力感応素子基板４０を用意する工程と、支持片５３にて連結された複数の素子支持部材５１を有する素子支持基板５０を用意する工程と、各素子支持部材５１を構成する固定部材５及び可動部材２０に対して、各応力感応素子４１’の固定端４４を接続する為に、各固定部材５及び可動部材２０の面に接着剤を塗布し、素子支持基板５０と応力感応素子基板４０とを重ね合わせる工程と、接着剤を硬化させた後、素子支持片４３及び支持片５３を切断する工程と、を有している。【選択図】図６
2008261839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材、及び前記固定部材に梁にて支持される可動部材を備えた素子支持部材と、応力感応部及び該応力感応部の両端部に一体化された固定端を有した応力感応素子と、を備え、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子は、前記固定部材と前記可動部材とによって両固定端を夫々支持されたものである構成を有する加速度検知ユニットの製造方法であって、
支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の前記素子支持部材を有する素子支持基板を用意する工程と、
素子支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、
前記固定部材及び前記可動部材上に、前記各応力感応素子の固定端を重ねるように前記素子支持基板と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、
前記固定部材及び前記可動部材上に前記固定端を固定する工程と、
前記素子支持片、支持片を切断する工程と、からなる加速度検知ユニットの製造方法。
【請求項２】
前記重ね合わせる工程の際に前記支持片と前記素子と支持片とが重なり合うことを特徴とする請求項１に記載の加速度検知ユニットの製造方法。
【請求項３】
固定部材、及び前記固定部材に梁にて支持される可動部材を備えた素子支持部材と、応力感応部及び該応力感応部の両端部に一体化された固定端を有した応力感応素子と、を備え、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子は、前記固定部材と前記可動部材とによって両固定端を夫々支持されたものである構成を有する加速度検知ユニットの製造方法であって、
支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の素子支持部材を有する素子支持基板を用意する工程と、
重り部材支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の重り部材を有する重り部材支持基板を少なくとも一枚用意する工程と、
素子支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、
少なくとも前記可動部材に前記重り部材を接続する為に、前記素子支持基板と前記重り部材支持基板とを重ね合わせて基板積層体を形成する工程と、
前記重り部材支持片を切断する工程と、
前記基板積層体と前記各応力感応素子の固定端を接続する為に、前記基板積層体と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、該素子支持片と前記支持片を切断する工程と、
からなることを特徴とする加速度検知ユニットの製造方法。
【請求項４】
固定部材、及び前記固定部材に梁にて支持される可動部材を備えた素子支持部材と、応力感応部及び該応力感応部の両端部に一体化された固定端を有した応力感応素子と、を備え、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子は、前記固定部材と前記可動部材とによって両固定端を夫々支持されたものである構成を有する加速度検知ユニットの製造方法であって、
支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の素子支持部材を有する素子支持基板を用意する工程と、
素子支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、
重り部材支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の重り部材を有する重り部材支持基板を少なくとも一枚用意する工程と、
前記少なくとも可動部材に前記重り部材を接続する為に、前記素子支持基板と前記重り部材支持基板とを重ね合わせることにより基板積層体を形成する工程と、
前記基板積層体と前記各応力感応素子の固定端を接続する為に、前記基板積層体と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、
前記支持片、前記重り部材支持片、及び前記素子支持片を切断する工程と、
からなることを特徴とする加速度検知ユニットの製造方法。
【請求項５】
前記支持片、前記素子支持片、及び前記重り支持片には、凹所が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の加速度検知ユニットの製造方法。
【請求項６】
前記支持片に設けられた凹所は、応力感応素子基板の厚み方向に沿って形成された溝であり、前記素子支持片及び前記重り支持片に設けられた凹所は、前記支持片に設けた凹所の深さ方向へ延びる溝であることを特徴とする請求項５に記載の加速度検知ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度検知ユニットの製造方法に関し、特に応力感応素子と、該応力感応素子を支持し応力印加により変形する素子支持部材とを同一圧電材料を使用し、エッチング手法を用いて構成した加速度検知ユニットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサは従来から自動車、航空機、ロッケットから各種プラントの異常振動監視等にまで、広く使用されている。特許文献１には、図１４の斜視図に示すような加速度センサの梁構造が開示されている。図１４において符号９０は２つの振動ビーム９１を有する水晶双音叉振動子、９２は水晶双音叉振動子９０の接着部、１００は水晶双音叉振動子９０と同一カットの水晶により構成した梁である。そして、水晶双音叉振動子９０の接着部９２と当接する梁１００の部分の板厚のみを、他の部分の板厚より厚くした突起部１１０を梁１００と一体的に形成し、突起部１１０と双音叉振動子の接着部９２とは接着剤等により接着、固定される。更に、梁１００の自由端には重り１２０を設け、重り１２０と対向する一端はベース１３０に固定する。
【０００３】
図１４に示すように構成した加速度センサのベース１３０を被測定物に固定し、矢印方向に加速度を印加すると重り１２０は梁１００を撓ませ、梁１００に固定した水晶双音叉振動子９０は、圧縮あるいは伸張応力を受け周波数が変化する。つまり、周波数の変化量から加速度の大きさを測定するセンサである。梁１００上に突起部１１０を形成することにより、突起部１１０が無い場合に比べて水晶双音叉振動子９０に加わる応力の大きさが増加するため、梁１００の板厚を薄くすることなく、且つ重り１２０の質量を増加することなく、高感度の加速度センサを構成することができると開示されている。
【特許文献１】特開平２−２４８８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の加速度センサでは重りが梁の端にあり、加速度による梁の変形が固定部付近に集中して発生し易い為に水晶双音叉振動子に十分には掛からないという問題と、梁の厚さが一様であるため加速度による応力が分散され易い。その為、小さな加速度では変形が起こりにくく、小さな加速度の測定精度が不十分であるという問題と、個別に各部材を形成するために量産性が悪いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、固定部材、及び前記固定部材に梁にて支持される可動部材を備えた素子支持部材と、応力感応部及び該応力感応部の両端部に一体化された固定端を有した応力感応素子と、を備え、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子は、前記固定部材と前記可動部材とによって両固定端を夫々支持されたものである構成を有する加速度検知ユニットの製造方法であって、支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の前記素子支持部材を有する素子支持基板を用意する工程と、素子支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、前記固定部材及び前記可動部材上に、前記各応力感応素子の固定端を重ねるように前記素子支持基板と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、前記固定部材及び前記可動部材上に前記固定端を固定する工程と、前記素子支持片、支持片を切断する工程と、からなる。
以上のように加速度検知ユニットの製造方法を採用することにより、小さな加速度をも十分な精度で測定でき、温度特性も良く、且つ量産性に優れ、安いコストの加速度検知ユニットを多量に製造することができるという効果がある。
【０００６】
また、本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、前記重ね合わせる工程の際に前記支持片と前記素子と支持片とを重ねあわせることを特徴とする。
以上のように加速度検知ユニットの製造方法を採用することにより、素子支持片及び支持片は、応力感応素子や素子支持部材の寸法に比べ十分に細く形成してあり、ダイシング等の切断機を用いず、折り取り切断により素子支持片及び支持片の残片を少なくできので、より精度のよい加速度検出ユニットを低コストで製造することができるという利点がある。
【０００７】
また、本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、固定部材、及び前記固定部材に梁にて支持される可動部材を備えた素子支持部材と、応力感応部及び該応力感応部の両端部に一体化された固定端を有した応力感応素子と、を備え、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子は、前記固定部材と前記可動部材とによって両固定端を夫々支持されたものである構成を有する加速度検知ユニットの製造方法であって、支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の素子支持部材を有する素子支持基板を用意する工程と、重り部材支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の重り部材を有する重り部材支持基板を少なくとも一枚用意する工程と、素子支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、少なくとも前記可動部材に前記重り部材を接続する為に、前記素子支持基板と前記重り部材支持基板とを重ね合わせて基板積層体を形成する工程と、前記重り部材支持片を切断する工程と、前記基板積層体と前記各応力感応素子の固定端を接続する為に、前記基板積層体と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、該素子支持片と前記支持片を切断する工程と、からなる。
以上のように加速度検知ユニットの製造方法を採用することにより、重り部材支持片、素子支持片、及び支持片は、重り部材、応力感応素子、及び素子支持部材の寸法に比べ十分に細く形成してあり、折り取り切断により順次重り部材支持片、素子支持片、及び支持片を切断するので、各残片を少なくでき、加速度検知ユニットの寸法精度向上させることができるため、より精度のよい加速度検知ユニットを多量に低コストで製造することができるという利点がある。
【０００８】
また、本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、固定部材、及び前記固定部材に梁にて支持される可動部材を備えた素子支持部材と、応力感応部及び該応力感応部の両端部に一体化された固定端を有した応力感応素子と、を備え、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子は、前記固定部材と前記可動部材とによって両固定端を夫々支持されたものである構成を有する加速度検知ユニットの製造方法であって、支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の素子支持部材を有する素子支持基板を用意する工程と、素子支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、重り部材支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の重り部材を有する重り部材支持基板を少なくとも一枚用意する工程と、前記少なくとも可動部材に前記重り部材を接続する為に、前記素子支持基板と前記重り部材支持基板とを重ね合わせることにより基板積層体を形成する工程と、前記基板積層体と前記各応力感応素子の固定端を接続する為に、前記基板積層体と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、前記支持片、前記重り部材支持片、及び前記素子支持片を切断する工程と、からなる。
以上のように加速度検知ユニットの製造方法を採用することにより、重り部材支持片、素子支持片、及び支持片は、重り部材、応力感応素子、及び素子支持部材の寸法に比べ十分に細く形成してあり、夫々の支持片を折り取りにより一括切断することができるので、寸法精度のよい加速度検知ユニットを効率よく多量に低コストで製造することができるという利点がある。
【０００９】
また、本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、前記支持片、前記素子支持片、及び前記重り支持片には、凹所が設けられていることを特徴とする。
以上のような加速度検知ユニットの製造方法を採用することにより、重り部材支持片、素子支持片、及び支持片に夫々折り取り容易部（溝）を設けることにより、重り部材支持片、素子支持片、及び支持片を容易に折り取り切断でき、且つ夫々の支持片の残片をほぼ残すことなく切断できるので、加速度検知ユニットの寸法精度が向上し、検知ユニットの測定精度が良くなるという効果がある。
【００１０】
また、本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、前記支持片に設けられた凹所は、応力感応素子基板の厚み方向に沿って形成された溝であり、前記素子支持片及び前記重り支持片に設けられた凹所は、前記支持片に設けた凹所の深さ方向へ延びる溝であることを特徴とする。
以上のような加速度検知ユニットの製造方法を採用することにより、重り部材支持片、素子支持片、及び支持片に夫々折り取る方向に沿って凹所を設けたので、折り取り切断の順序に従って凹所より容易に切断でき、且つ夫々の支持片の残片をほぼ残すことなく切断できるので、加速度検知ユニットの寸法精度が向上し、検知ユニットの測定精度が良くなるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に記載の加速度検知ユニット１の構成を示す斜視図である。加速度検知ユニット１は、図示しない固定部に固定的に支持されることによって加速度の印加によって変位しない固定部材５と、固定部材５に対して梁１０にて変位可能な状態で支持される可動部材２０と、応力感応部３４及び応力感応部の両端部に一体化された固定端３２、３３を有した応力感応素子３０と、を備えている。梁１０は、可動部材２０に加速度検出軸方向（Ｚ軸方向）への加速度が印加されると可動部材２０を加速度検出軸方向に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有するように構成されている。
応力感応素子３０は、一方の固定端３２を固定部材５の上面に、他方の固定端３３を可動部材２０の上面に夫々支持され、接着材にて固定（支持）されている。固定部材５、可動部材２０、及び梁１０から成る素子支持部材６を、応力感応素子３０と同材料にて構成する。更には素子支持部材６及び応力感応素子３０を同一の材料（同一の圧電材料）により構成することが望ましい。
【００１２】
圧電材料としては品質が安定し、周波数温度特性も良好であり、しかも大量生産に適し、コスト的にも安価である水晶を用いるのが望ましい。つまり、素子支持部材６及び応力感応素子３０を同材料（水晶）で構成することが良い。更には単に同材料を使った材質の一致だけではなく、結晶軸に対して夫々の切断方位（カットアングル）を一致させた同一の水晶材料で構成（固定端３２、３３の水晶結晶軸と固定部材５と可動部材２０の水晶結晶軸とが一致）しても良い。切断方位を一致させることにより、素子支持部材６及び応力感応素子３０の線膨張係数が同一となり、応力感知ユニット１の周囲温度が変化しても、素子支持部材６と応力感応素子３０との間で生じる熱歪みを最小限にすることが可能である。
従って、環境温度変化に対して高い信頼性及び優れた加速度検知能力を有する加速度検知ユニットを構成することができる。
固定部材５と可動部材２０とを連結する梁１０は、梁１０の両端部から中央部に向けて厚みが漸減し、中央部の厚みが最少となるように構成されている。つまり、図１に示すように梁１０の下面の中央部をＺ軸方向に対称に、奥行き方向（Ｙ軸方向）に半円形状あるいは放物線状になるように加工する。
【００１３】
図２に示す加速度検知ユニット２は、図１に示した加速度検知ユニット１の梁１０の構造を改良して梁１１とし、加速度検出軸方向（Ｚ軸方向）の＋方向（Ｚ軸の矢印方向）に、ある大きさの加速度（Ｚ軸の矢印方向の加速を正として＋αの加速度）が印加された場合でも、−方向（Ｚ軸の矢印方向と逆方向）に、同じ大きさの加速度（Ｚ軸の矢印方向の加速を正として−αの加速度）が印加された場合でも、梁１１の撓みが等しくなるようにした梁の構造である。図２に示す梁１１のように中央部の上下面をＸ及びＺ軸方向に対称で、奥行き方向（Ｙ軸方向）に双曲線状に加工する。あるいは、梁の両端部から中央部に向けて段差状に厚みが漸減するように加工してもよい。
【００１４】
図１、図２に示す梁１０、１１のように、梁の中央部の厚さを半円形、放物線状あるいは双曲線状に漸減するか、あるいは梁の厚みが両端部から中央部に向けて段差状に漸減するように加工することにより、梁（１０、１１等）は、加速度検出軸方向に加速度が可動部材２０に印加されると、梁の中央部の最薄部で撓み、可動部材２０を加速度検出軸方向へ変位させるよう変形する。梁の側面（Ｙ軸方向から見た面）形状としてはＸ及びＺ軸に対して対称な、例えば図２に示す梁１１のような形状の梁が、加速度の正負（Ｚ軸の矢印方向を正とし、逆向きを負とする）の方向に関わらず一様に撓むので望ましい形状である。
梁１０、１１は、加速度検出軸方向（Ｚ軸方向）と直交する奥行き方向（Ｙ方向）への可動部材２０の変位を阻止するような形状、寸法を有しており、梁１０、１１の奥行き方向の寸法は、加速度検出軸方向（Ｚ軸方向）の梁１０、１１の幅の寸法以上の長さとなるように形成されている。これは加速度検出軸方向以外の他軸方向に可動部材２０が変位しないようにし、加速度検出軸方向のみの加速度を検出するようにするためである。
【００１５】
図１、２に示すように、素子支持部材６、７における固定部材５の上面５ａと、対向して配置される可動部材２０の上面２０ａとは、Ｘ軸方向に平行、且つ同レベルな面となるように構成されている。固定部材５の上面５ａに応力感応素子３０の固定端３２を、可動部材２０の上面２０ａに固定端３３を接着材にて接着固定する。なお、応力感応素子３０の振動を妨げないように応力感応部３４は、固定部材５の上面５ａ、及び可動部材２０の上面２０ａに架からないように構成されている。
図１、２に示すように、応力感応素子３０は、２つの固定端３２、３３、及び各固定端間３２、３３を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板からなる応力感応部３４と、圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた双音叉型圧電振動素子である。図１に示す加速度検知ユニット１の実施例では、双音叉型水晶振動素子を用いた例を示している。双音叉型水晶振動素子は伸張・圧縮応力に対する感度が良好であり、分解能力が優れるために僅かな加速度の変化を知ることができる。また、双音叉型水晶振動素子が呈する周波数温度特性は、上に凸の二次曲線となり、その頂点温度が常温（２５℃）になるように各パラメータを設定する。
【００１６】
双音叉型水晶振動素子の２本の振動ビームに外力Ｆを加えたときの共振周波数ｆFは以下の如くである。
ｆF＝ｆ0（１−（ＫＬ2Ｆ）／（２ＥＩ））1/2    （１）
ここで、ｆ0は外力がないときの双音叉型水晶振動素子の共振周波数、Ｋは基本波モードによる定数（＝０．０４５８）、Ｌは振動ビームの長さ、Ｅは縦弾性定数、Ｉは断面２次モーメントである。断面２次モーメントＩはＩ＝ｄｗ3／１２より、式（１）は次式のように変形することができる。ここで、ｄは振動ビームの厚さ、ｗは幅である。
ｆF＝ｆ0（１−ＳFσ）1/2                    （２）
但し、応力感度ＳFと、応力σとはそれぞれ次式で表される。
ＳF＝１２（Ｋ／Ｅ）（Ｌ／ｗ）2              （３）
σ＝Ｆ／（２Ａ）                            （４）
ここで、Ａは振動ビームの断面積（＝ｗ・ｄ）である。以上から双音叉型振動子に作用する力Ｆを圧縮方向のとき負、伸張方向（引張り方向）を正としたとき、力Ｆと共振周波数ｆFの関係は、力Ｆが圧縮力で共振周波数ｆFが減少し、伸張（引張り）力では増加する。また応力感度ＳFは振動ビームのＬ／ｗの２乗に比例する。また、応力と頂点温度との関係は、双音叉型水晶振動素子に伸張応力を付加すると頂点温度は低音側へシフトし、圧縮応力を加えると高温側へシフトする特性を有している。
しかし、圧電振動素子としては、双音叉型水晶振動子に限らず、伸張・圧縮応力によって周波数が変化する圧電振動素子であればどのようなものを用いても良い。
【００１７】
図１に示す加速度検知ユニット１において、＋Ｚ軸方向（矢印方向）への加速度が印加されると、慣性の法則に基づいて可動部材２０は梁１０中央部の最薄部から加速度検出軸方向（この場合は−Ｚ軸方向）に撓み、応力感応素子３０には伸張応力が加わって、応力感応素子３０の共振周波数は無負荷時の共振周波数から高い周波数へ変化する。逆に、−Ｚ方向（矢印と反対方向）の加速度が印加されると、可動部材２０は梁１０中央部の最薄部から加速度検出軸方向（この場合は＋Ｚ軸方向）に撓み、応力感応素子３０には圧縮応力が加わって、応力感応素子３０の共振周波数は無負荷時の共振周波数から低い周波数へ変化する。この周波数の変化量から加速度の大きさを求める。
図２に示す加速度検知ユニット２の加速度印加時の作用は、図１の場合と同様である。
【００１８】
図３は、素子支持部材８と応力感応素子３０ａとを個別に示す斜視図である。素子支持部材８は、上面５ａに突起９を形成した固定部材５と、上面２０ａに突起９を形成した可動部材２０と、両者５、２０を結合する梁１１とから成る。応力感応素子３０ａは、２つの固定端３２、３３、及び各固定端間３２、３３を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板からなる応力感応部３４と、圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備え、両固定端３２、３３には、固定部材５及び可動部材２０の各上面に形成した突起９と嵌合する穴３８が形成されている。素子支持部材８の突起９の周辺に接着剤を塗布し、該突起９に応力感応素子３０ａの穴３８を嵌合（且つ、固定端３２、３３と固定部材５、可動部材２０このような構成は突起９により応力感応素子３０ａを素子支持部材８に強固に固定できる。従って、例えば、固定端３２、３３を接着する接着剤の収縮応力（接着応力）を軽減する為にシリコン接着剤等の軟質な接着剤を適用した場合であっても、突起９と穴３８との接続構成により素子支持部材８のＸ軸方向へ伸張・圧縮力を応力感応素子３０ａに効率よく伝達することが可能である。
また、接着剤が硬化するまで突起９は応力感応素子３０ａを素子支持部材８に仮固定するよう機能する。そしてこのような機能は応力感応素子３０ａの搭載位置精度を高めると共に、加速度検知ユニットの組み立てを容易にする。
【００１９】
図４は差動型の加速度検知ユニット３の構成を示す斜視図である。加速度検知ユニット３は、加速度の印加によって変位しない固定部材５と、該固定部材５に梁１１にて支持される可動部材２０と、応力感応部及び該応力感応部の両端部に一体化された固定端を有した第１及び第２の応力感応素子３０、３１と、を備えている。梁１１は、可動部材２０に加速度が印加されると可動部材２０を加速度検出軸方向（Ｚ軸方向）に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有するように構成されている。第１の応力感応素子３０は、固定部材５の上面５ａと可動部材２０の上面２０ａとに、第２の応力感応素子３１は、固定部材５の下面５ｂと可動部材２０の下面２０ｂとに、両固定端３２、３３及び３５、３６（図示しない）を夫々支持、固定されている。そして、固定部材５、可動部材２０、及び梁１１から成る素子支持部材７は、第１及び第２の応力感応素子３０、３１と同材料にて構成されている。
【００２０】
図４に示す加速度検知ユニット３を使用して加速度センサを構成する場合は、図５に示したように、第１及び第２の応力感応素子３０、３１の各端子電極と接続された第１及び第２の発振回路ＯＳＣ１、ＯＳＣ２と、ミキサＭＩＸと、ローパスフィルタＬＰＦと、周波数−電圧変換器Ｆ／Ｖと、を備えた回路を用いる必要がある。いま、加速度が印加されたとき、第１及び第２の発振回路ＯＳＣ１、ＯＳＣ２の発振周波数をｆ１、ｆ２とする。この周波数ｆ１、ｆ２をミキサＭＩＸにて混合すると、（ｆ２−ｆ１）、（ｆ１＋ｆ２）等の周波数が得られ、ローパスフィルタＬＰＦを通すことにより差周波数（ｆ２−ｆ１）のみを取り出すことができる。該差周波数（ｆ２−ｆ１）を周波数−電圧変換器Ｆ／Ｖにより電圧に変換して出力ＯＵＴとし、この出力電圧を外部の装置により加速度に変換する。
【００２１】
例えば、第１及び第２の応力感応素子３０、３１の無負荷時の共振周波数Ｆ１、Ｆ２を共に４０ｋＨｚに設定する。−Ｚ軸方向（Ｚ軸の矢印方向と逆方向）にある加速度（Ｚ軸の矢印方向の加速を正として−αの加速度）が印加され、共振周波数Ｆ１がｆ１＝３８ｋＨｚに、Ｆ２がｆ２＝４２ｋＨｚに変化したとする。このとき、差周波数の絶対値｜ｆ２−ｆ１｜は４ｋＨｚになる。逆に、＋Ｚ軸方向（Ｚ軸の矢印方向）に同じ大きさの加速度（＋αの加速度）が印加されると、共振周波数Ｆ１がｆ１＝４２ｋＨｚに、Ｆ２がｆ２＝３８ｋＨｚに変化する。このとき、差周波数の絶対値｜ｆ２−ｆ１｜は４ｋＨｚになる。このように、２つの応力感応素子３０、３１を用いて差動構造の加速度検知ユニットを構成すると、応力感応素子が１つの場合の変化量２ｋＨｚに比べて、差周波数は２倍となり、加速度検出感度は２倍となる。
【００２２】
しかし、加速度はベクトルであり、大きさと方向を有している。ベクトルの方向を検出するには、第１及び第２の応力感応素子３０、３１の無負荷時の共振周波数に差を予め設定しておけばよい。例えば、第１及び第２の応力感応素子３０、３１の無負荷時の共振周波数Ｆ１、Ｆ２を夫々４０ｋＨｚ、５０ｋＨｚとする。−Ｚ軸方向（Ｚ軸の矢印方向と逆方向）にある加速度（Ｚ軸の矢印方向の加速を正として−αの加速度）が印加され、共振周波数Ｆ１がｆ１＝３８ｋＨｚに、Ｆ２がｆ２＝５２ｋＨｚに変化したとする。このとき、差周波数（ｆ２−ｆ１）は１４ｋＨｚになる。反対に、＋Ｚ軸方向（Ｚ軸の矢印方向）に同じ大きさの加速度（＋αの加速度）が印加されると、共振周波数Ｆ１がｆ１＝４２ｋＨｚに、Ｆ２がｆ２＝４８ｋＨｚに変化する。この場合、差周波数（ｆ２−ｆ１）は６ｋＨｚになる。このように、第１及び第２の応力感応素子３０、３１の無負荷時における共振周波数の差である１０ｋＨｚを中心として、−αの加速度が印加すると１４ｋＨｚ、＋αの加速度が印加すると６ｋＨｚに変化するため、加速度の方向を検知することが可能である。
また、応力感応素子を２つ用いて差動型構造の加速度検知ユニット３を構成しているため、２つの応力感応素子３０、３１に同一感度の素子を用いれば、他軸、例えばＹ軸方向の加速度に対しては、２つの応力感応素子の周波数変化は同じとなり、２つの周波数の差を用いれば相殺することができる。また、加速度検知ユニット３の加速度検出感度は可動部材の質量を変化させることにより可変できる。
【００２３】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施形態に係る加速度感知ユニットの製造方法を説明する斜視図である。加速度感知ユニットは、例えば図２に示すように、加速度の印加によって変位しない固定部材５、及び前記固定部材５に梁１１にて支持される可動部材２０を備えた素子支持部材７と、応力感応部３４及び該応力感応部３４の両端部に一体化された固定端３２、３３を有した応力感応素子３０と、を備えている。そして、梁１１は、可動部材２０に加速度が印加されると可動部材２０を加速度検出軸方向（Ｚ軸方向）へ変位させるよう変形可能な可撓性を有する構成となっている。応力感応素子３０は、固定部材５と可動部材２０とによって両固定端３２、３３を夫々支持されている。本実施形態は、このような構成の加速度感知ユニットの製造方法であり、図６（ａ）に示すように、素子支持片４３にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子４１’を有する応力感応素子基板４０を用意する工程と、図６（ｂ）に示すように、支持片５３にて連結され且つ平面状に配置された複数の素子支持部材５１を有する素子支持基板５０を用意する工程と、を有している。更に、各素子支持部材５１を構成する固定部材５及び可動部材２０に対して、各応力感応素子４１’の固定端４４を接続する為に、各固定部材５及び可動部材２０の面に接着剤を塗布し、図６（ｃ）に示すように、素子支持基板５０と応力感応素子基板４０とを重ね合わせる工程と、接着剤を硬化させた後、素子支持片４３及び支持片５３を切断する工程と、を有している。
【００２４】
応力感応素子基板４０の製造方法を説明すると、所定の大きさの水晶薄板（Ｚ板）を用い、該水晶薄板に蒸着あるいはスパッタ等の手段で金属薄膜を成膜し、周知のフォトリソグラフィ技法とエッチング手法とを用いて水晶薄板をエッチング加工すると、図６（ａ）の破線で囲んだ水晶双音叉板４１（水晶双音叉板に図示しない励振電極、電極端子を形成したものが応力感応素子４１’）をマトリクス状に配列した応力感応素子基板４０が得られる。水晶双音叉板４１は、複数の素子支持片４３により矩形環状の枠体４２に保持された構造をしている。この応力感応素子基板４０に図示しないメタルマスクをセットして蒸着装置等に入れ、真空中で各水晶双音叉板４１に励振電極、電極端子等を形成して、応力感応素子基板４０を製造する。
【００２５】
次に、所定の厚さの水晶板（Ｚ板）を用い、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法とを用いて水晶板を加工し、図６（ｂ）の破線で囲んだ素子支持部材５１をマトリクス状に配列した素子支持基板５０を形成する。固定部材５と梁１１と可動部材２０とから構成される素子支持部材５１は、複数の支持片５３により矩形環状の枠体５２に保持された構造をしている。そして、図６（ｃ）に示すように、複数の素子支持部材５１の固定部材５及び可動部材２０に接着材を塗布した素子支持基板５０に、電極等を形成した応力感応素子基板４０を整合するように重ね合わせ、加熱乾燥した後、素子支持片４３、支持片５３を、ダイシングソー等を用いて切断すれば、図７に示す加速度感知ユニットが得られる。応力感応素子基板４０と素子支持基板５０との接合法としては、ガラスを高温で溶融して接合する方法、金すずを用いて接合する方法、陽極接合法等、種々な手法を用いることが可能である。
また、可動部材２０の質量が不足し加速度検出感度が小さい場合には、可動部材２０の上下面にほぼ同じ重さの質量を付加することにより加速度検出感度を改善することができる。
そして、このような方法により一括して加速度検知ユニットを大量に製造すれば、加速度検知性能の品質のばらつきが小さい加速度検知ユニットを大量に効率良く得ることができる。
【００２６】
尚、図６に示す加速度検知ユニットの製造方法を図４に示すような加速度検知ユニット３を構成するための方法として適用しても構わない。即ち、素子支持基板５０を２枚の応力感応素子基板４０にて挟むように、複数の素子支持部材５１の固定部材５と、可動部材２０との上下面に接着材を塗布した素子支持基板５０に、電極等を形成した応力感応素子基板４０を整合するように重ね合わせ、加熱乾燥した後、素子支持片４３、支持片５３を、ダイシングソー等を用いて切断して、加速度検知ユニット３を製造しても構わない。
また、図３に示す加速度検知ユニットの場合のように、素子支持部材５１に突起９を形成した素子支持基板５０と、水晶双音叉板４１に穴３８を形成した応力感応素子基板４０とを用意し、図６に示す製造法に基づき加速度検知ユニットを製造する方法でも構わない。
【００２７】
更に、図６に示すように素子支持片４３は、応力感応素子４１’の固定端の幅よりもはるかに細く、また支持片５３は固定部材や可動部材に比し極めて細い構成である。これは、応力感応素子４１’の固定端と、固定部材及び可動部材とを傷つけることなく素子支持片４３、支持片５３を切断しようとすれば、一般に素子支持片４３、支持片５３を固定端と、可動部材及び固定部材とから完全に残さずに切断することは不可能である。
しかし、上記の如く素子支持片４３、支持片５３が細い構成であれば、切断できずに加速度検知ユニットに残される夫々の支持片の量を僅かにすることができる。従って、特に可動部材２０の質量設定条件が支持片の残量によって大きく狂わされることが無いので、個体間で加速度検知性能の品質のばらつきがより小さい加速度検知ユニットを大量に効率良く得ることができる。
【００２８】
上記の加速度検知ユニットの製造方法では、応力感応素子基板４０の素子支持片４３と、素子支持基板５０の支持片５３とを、ダイシングソー等を用いて切断する製造方法を説明したが、応力感応素子４１’の固定部、素子支持部材５１の可動部材２０に、夫々素子支持片４３、支持片５３の切断残片が若干残るという点があった。そこで、応力感応素子４１’の固定部と、素子支持部材５１の固定部材５及び可動部材２０とに夫々素子支持片４３、支持片５３の切断残片が残らない、加速度検知ユニットの第２の製造方法について説明する。
【００２９】
図８乃至図１１は、本発明の実施形態に係る加速度感知ユニットの第２の製造方法を説明するための図である。なお、加速度感知ユニットの構成は、第１の製造方法の場合と同一であるので説明は省略する。
本実施形態の加速度検知ユニットの第２の製造方法は、図８（ａ）に示すように、枠体５２、該枠体５２に設けられた複数の支持片５３、及び各支持片５３により個別に支持された素子支持部材５１を有する素子支持基板５５を用意する工程と、図８（ｃ）に示すように、枠体６２、該枠体６２に対して前記素子支持基板５５を構成する支持片５３と同位置に設けられた複数の重り部材支持片６３、及び各重り部材支持片６３によって個別に支持された重り部材６１を有する重り部材支持基板６０を少なくとも一枚用意する工程と、を有する。更に、第２の製造方法は、図９（ａ）に示すように、枠体４２、該枠体４２に対して前記素子支持基板５５を構成する支持片５３と同位置に設けられた複数の素子支持片４３、及び各素子支持片４３にて個別に支持された応力感応素子４１’を有する応力感応素子基板４０を用意する工程と、を有する。
【００３０】
素子支持基板５５、重り部材支持基板６０及び応力感応素子基板４０の製造方法は、夫々所定の厚さの水晶板（Ｚ板）を用い、上述したフォトリソグラフィ技法とエッチング手法を用いて前記水晶板を夫々所望の形状に加工する。そして、素子支持基板５５の各支持片５３には、該支持片５３が各固定部材５と接合する部分に、図８（ｂ）の要部拡大平面図（Ｚ軸方向からみた図）に示すような折り取り容易部、即ち溝（凹所）５４がＺ軸方向に沿って形成され、Ｚ軸方向の力には強いが、Ｙ軸方向に力を加えることにより容易に折り取り切断できるように形成されている。また、重り部材支持基板６０の各重り部材支持片６３には、該重り部材支持片６３が各重り部材６１と接合する部分に、図８（ｄ）の要部拡大側面図（Ｙ軸方向からみた図）に示すような折り取り容易部、即ち溝（凹所）６４がＹ軸方向に沿って（凹所５４の深さ方向に向かって）形成され、Ｚ軸方向に力を加えることにより容易に折り取り切断できるように形成されている。同様に、応力感応素子基板４０の各素子支持片４３には、該素子支持片４３が各応力感応素子４１’の固定部４４と接合する部分に、図９（ｂ）の要部拡大側面図（Ｙ軸方向からみた図）に示すような折り取り容易部、即ち溝（凹所）４５がＹ軸方向に沿って（凹所５４の深さ方向に向かって）形成され、Ｚ軸方向に力を加えることにより容易に折り取り切断できるように形成されている。なお、図９（ａ）に示した応力感応素子基板４０は、真空装置内で図示しないマスクを介して電極（図示しない）、電極端子４６等を形成した例を示している。
【００３１】
そして、図１０、図１１に示すように、各素子支持部材５１を構成する固定部材５及び可動部材２０の少なくとも一面に対し各重り部材６１を接続する為に、各固定部材５及び可動部材２０の面に接着剤を塗布し、各支持片５３に対して各重り部材支持片６３を重ねた状態で、素子支持基板５５と重り部材支持基板６０とを重ね合わせて基板積層体Ａを形成する。前記接着剤を硬化させた後、基板積層体Ａから各重り部材支持片６３を折り取りにより切断する。図１１（ａ）に示す斜視図は、固定部材５及び可動部材２０の上下両面に各重り部材６１を接着した例を示す図である。そして、図１１（ｂ）に示すように、基板積層体Ａを構成する各重り部材６１の一方の面に対して、各応力感応素子４１’の固定端４４を接続する為に、各重り部材６１の一方の面に接着剤を塗布し、各支持片５３に対して各素子支持片４３を重ねた状態で基板積層体Ａと応力感応素子基板４０とを重ね合わせて基板積層体Ｂを形成する。前記接着剤が硬化した後、図１１（ｃ）に示すように、基板積層体Ｂから応力感応素子基板４０の素子支持片４３を折り取りにより切断する工程と、素子支持基板５５の支持片５３を折り取りにより切断する工程と、から加速度検知ユニットの第２の製造方法は構成される。尚、重り部材６１を少なくとも可動部材２０に接続する構造であっても良い。
【００３２】
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）の斜視図では各固定部材５及び可動部材２０の上下両面に各重り部材６１を重ね合わせて接着する工程図を示したが、固定部材５及び可動部材２０のいずれか一方の面に各重り部材６１を重ね合わせて接着する工程で加速度検知ユニットを構成してもよい。この場合、応力感応素子基板４０の重ね合わせは、各固定部材５及び可動部材２０の面でもよいし、固定部材５及び可動部材２０の面に重ねた各重り部材６１の面であってもよい。
【００３３】
加速度検知ユニットの第２の製造方法の特徴は、素子支持基板５５、重り部材支持基板６０及び応力感応素子基板４０に形成する支持片５３、重り部材支持片６３、及び素子支持片４３が、素子支持部材５１、重り部材６１及び応力感応素子４１’の固定部４４に比して十分に幅狭く形成され、且つ支持片５３、重り部材支持片６３、及び素子支持片４３には夫々溝（凹所）５４、６４、４５が形成されているので容易に折り取りにより切断することが可能である。しかも、溝（凹所）５４、６４、４５を設けているので、支持片５３、重り部材支持片６３、及び素子支持片４３の残片も極めて小さくすることが可能となり、精度のよい加速度感知ユニットを多量に製造することができるという効果がある。
【００３４】
次に、本発明の実施形態に係る加速度検知ユニットの第３の製造方法について説明する。加速度感知ユニットの構成は上述したので説明は省略する。また、素子支持基板５５を用意する工程と、重り部材支持基板６０を少なくとも一枚用意する工程と、応力感応素子基板４０を用意する工程と、素子支持基板５５と重り部材支持基板６０とを重ね合わせることにより基板積層体を形成する工程と、該基板積層体と応力感応素子基板４０とを重ね合わせる工程と、については第２の製造方法において説明したので省略する。第３の製造方法が第２の製造方法と異なる点は、素子支持基板５５と重り部材支持基板６０とを重ね合わせて基板積層体Ａを形成し、該基板積層体Ａに応力感応素子基板４０を重ね合わせて基板積層体Ｂを構成し、接着剤を硬化させた後、素子支持片４３、重り部材支持片６３、及び支持片５３を折り取りにより一括して切断する点である。
加速度検知ユニットの第３の製造方法の特徴は、素子支持片４３、重り部材支持片６３、及び支持片５３を一括して切断できるので、効率が向上するという利点がある。
【００３５】
次に、本発明の実施形態に係る加速度検知ユニットの第４の製造方法について説明する。加速度感知ユニットの第４の製造方法は、図１２に示すように、枠体５２、該枠体５２に設けられた複数の支持片５３、及び各支持片５３により個別に支持された素子支持部材５１を有する素子支持基板５５を用意する工程と、枠体４２、該枠体４２に対して素子支持基板５５を構成する支持片５３と同位置に設けられた複数の素子支持片４３、及び各素子支持片４３にて個別に支持された応力感応素子４１’を有する応力感応素子基板４０を用意する工程と、を有している。更に、各素子支持部材５１を構成する固定部材５及び可動部材２０に対して、各応力感応素子４１’の固定端４４を接続する為に、各固定部材５及び可動部材２０に接着剤を塗布する工程と、各支持片５３に対して各素子支持片４３を重ねた状態で素子支持基板５５と応力感応素子基板４０とを重ね合わせて基板積層体を形成する工程と、を有している。そして、基板積層体の接着剤を硬化させる工程を経た後、素子支持基板５５と応力感応素子基板４０との基板積層体から支持片５３と、素子支持４３とを折り取りにより切断する工程とからなる。
【００３６】
加速度検知ユニットの第４の製造方法においては、素子支持基板５５及び応力感応素子基板４０には、図８（ｂ）、図９（ｂ）に示したような溝５４、４５を設けてもよいし、設けなくともよい。
加速度検知ユニットの第４の製造方法によれば、重り部材支持基板６０を必要としないので、製造工程が簡略化され、コスト低減に寄与するという利点がある。
【００３７】
図１３（ａ）は加速度センサ７０の構成を示す側面図、同図（ｂ）は平面図である。加速度センサ７０は、例えば、加速度検知ユニット３と、加速度検知ユニット３を気密的に封止するハウジング（固定部）７５と、応力感応素子３０、３１を構成する励振電極とそれぞれ電気的に接続される発振回路８０と、を備えた構成となっている。図１３に示す加速度検知ユニット３は、図４に示した加速度検知ユニット３を横に倒したもので、載置台７８に接着固定して、応力感応素子３０、３１の電極端子３９と発振回路８０とをボンディングワイヤ８５で接続する。発振回路８０の電極端子は、載置台７８を経てハウジング７５の外部端子７７と導通している。なお、ハウジング７５に蓋７６を被せ内部を密封し気密構造とする。
【００３８】
本発明の実施形態に係る加速度検知ユニットの製造方法によれば、応力感応素子と、該応力感応素子を支持する素子支持部材と、重り部材とに水晶材料を用い、いずれもフォトリソグラフィ技法とエッチング手法を使ってバッチ処理にて製造するため、金属材料から成る素子支持部材を用いた場合に比して量産性に優れ、製造コストが低減できるという利点がある。また、素子支持部材、応力感応素子及び重り部材に水晶を用い、且つ同じカットアングルで切断した基板を用いているため、三者の線膨張係数は同じであり、周囲の熱変動による三者間の熱歪みを小さく抑えることができる。また、従来例のシリコン製の加速度センサでは、数ミクロン撓んでから応力が検出される性能であるのに対し、本加速度センサでは小さな加速度による梁（固定端）の極微小な撓みも双音叉型水晶振動素子により検出され、応答速度が速く、且つ精度、再現性がよいという利点がある。
【００３９】
また、本実施形態において説明した製造工程はあくまでも一例であり、本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、本実施形態において説明した製造方法に限定されるのでなく、工程手順などは適宜変更可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る加速度検知ユニットの構造を示した概略斜視図。
【図２】第２の実施例の加速度検知ユニットの構造を示した概略斜視図。
【図３】第３の実施例の加速度検知ユニットの構造を示した概略斜視図。
【図４】第４の実施例の加速度検知ユニットの構造を示した概略斜視図。
【図５】発振回路、ミキサ、ローパスフィルタ、周波数−電圧変換器から成る加速度測定回路を示す図。
【図６】（ａ）は応力感応素子基板を示す図、（ｂ）は素子支持基板を示す図、（ｃ）は素子支持基板と応力感応素子基板と重ね合わせた基板積層体を示す図。
【図７】加速度検知ユニットの構造を示した概略斜視図。
【図８】（ａ）は素子支持基板を示す図、（ｂ）支持片の要部拡大図、（ｃ）は重り部材支持基板を示す図、（ｄ）は重り部材支持片の要部拡大図。
【図９】（ａ）は応力感応素子基板を示す図、（ｂ）は素子支持片の要部拡大図。
【図１０】素子支持基板と重り部材支持基板との基板積層体を示す図。
【図１１】（ａ）素子支持基板と重り部材支持基板との基板積層体を示す図、（ｂ）は基板積層体に応力感応素子基板を重ねあわせる様子を示す図、（ｃ）は折り取りにより切断する工程を示す図。
【図１２】素子支持基板、重り部材支持基板及び応力感応素子基板の積層基板を示す図。
【図１３】加速度センサの構成を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図。
【図１４】従来の加速度センサを示す図。
【符号の説明】
【００４１】
１、２、３  加速度検知ユニット、５  固定部材、５ａ  （固定部材の）上面、６、７、５１  素子支持部材、１０、１１  梁、２０  可動部材、２０ａ  （可動部材の）上面、３０、３１、４１’  応力感応素子、３２、３３、４４  固定端、３４  応力感応部、３８  穴、３９  電極端子、４０  応力感応素子基板（水晶双音叉基板）、４１  水晶双音叉板、４２、５２  枠体、４３  素子支持片、４５  溝、４６  電極端子、５０、５５  素子支持基板、５３  支持片、５４、６４  溝、６０  重り部材支持基板、６１  重り部材、６２  枠体、６３  重り部材支持片、Ａ、Ｂ  基板積層体、７０  加速度センサ、７５  ハウジング、７６  蓋、７７  外部端子、７８  載置台、８０  発振回路、８５  ボンディングワイヤ
【図１】
2008261839.tif 000003
【図２】
2008261839.tif 000004
【図３】
2008261839.tif 000005
【図４】
2008261839.tif 000006
【図５】
2008261839.tif 000007
【図６】
2008261839.tif 000008
【図７】
2008261839.tif 000009
【図８】
2008261839.tif 000010
【図９】
2008261839.tif 000011
【図１０】
2008261839.tif 000012
【図１１】
2008261839.tif 000013
【図１２】
2008261839.tif 000014
【図１３】
2008261839.tif 000015
【図１４】
2008261839.tif 000016