Source: https://patents.google.com/patent/JPH1130628A/en
Timestamp: 2019-07-20 03:56:40
Document Index: 406331539

Matched Legal Cases: ['art 32', 'art 32', 'art 32', 'art 32', 'arts 7', 'art 32', 'art 7', 'art 33']

JPH1130628A - Bimorph type piezoelectric element for acceleration sensor and manufacture thereof - Google Patents
Bimorph type piezoelectric element for acceleration sensor and manufacture thereof
JPH1130628A
JPH1130628A JP18633297A JP18633297A JPH1130628A JP H1130628 A JPH1130628 A JP H1130628A JP 18633297 A JP18633297 A JP 18633297A JP 18633297 A JP18633297 A JP 18633297A JP H1130628 A JPH1130628 A JP H1130628A
bimorph type
JP18633297A
Kiyotomo Kubota
Hirobumi Tajika
幸紀 佐々木
博文 多鹿
雅子 山口
清朝 窪田
1997-07-11 Priority to JP18633297A priority Critical patent/JPH1130628A/en
1999-02-02 Publication of JPH1130628A publication Critical patent/JPH1130628A/en
2001-01-25 Priority claimed from US09/768,349 external-priority patent/US6550116B2/en
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric element compact and high in sensitivity without sensitivity dispersion by grinding part of one of a pair of piezoelectric monocrystal plates to provide a free vibrating part, and providing a support body formed of a non-ground part, on one side or both sides. SOLUTION: A free vibrating part 32a to be a sensor part for detecting acceleration is formed by grinding, and a support body 33a is simultaneously formed using its ground part so as to integrate the free vibrating part 32a and the support body 33a. The free vibrating part 32a is to have a thickness of about 0.1 mm, a length of about 2 mm and a width of about 0.5 mm, and the thickness of the support body 33a is to be about 0.4 mm. In the free vibrating part 32a, positive polarization faces of two LiNbO3 monocrystal plates are made main facing faces and directly jointed. Two monocrystal plates are ground to equal thickness around joint faces reversed in the direction of polarization. The joint faces are made 120-150 deg. rotating Y-plate delivery faces so as to maximize a piezoelectric constant and an electromechanical coupling factor, thereby obtaining high detecting sensitivity. In addition, the joint faces are jointed retrorse in the direction of polarization so as to be able to improve the temperature characteristic of sensor sensitivity.
【発明の属する技術分野】本発明は、ハードディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の各種機械の振動検出に用いられる圧電バイモルフ型加速度センサーに関し、特に加速度センサー用圧電素子とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to relates to a piezoelectric bimorph type acceleration sensor used for vibration detection in various machines such as a hard disk, a CD-ROM, or more particularly, a method for manufacturing a piezoelectric element for an acceleration sensor.
【従来の技術】携帯型パーソナルコンピュータの普及が進むに伴い、これに使用されるハードディスク記憶装置（以降ＨＤＤと呼ぶ）の耐衝撃性が重要視されるようになってきている。 BACKGROUND ART With the spread of portable personal computers progresses, the impact resistance of a hard disk storage device (hereinafter referred to as HDD) used in this has come to be important. これまでに衝撃を加速度として検出する方法として種々の方式のものが実用化されているが、 Although a variety of methods have been commercialized impact so far as the method of detecting as the acceleration,
ＨＤＤに内蔵するためには小型・薄型の表面実装型が要求される。 Surface-mounted small and thin is required in order to built the HDD. これらの要求を満たすものとして圧電セラミックを用いた加速度センサーが広く使用されている。 Acceleration sensor using piezoelectric ceramic as meeting these requirements have been used widely. 圧電セラミックが加速度センサーとして使用できるのは、 The piezoelectric ceramic can be used as an acceleration sensor,
加速度（衝撃）αに比例する力Ｆにより圧電セラミックに歪みが生じ、その歪みを電荷（電圧）として取り出せるからである。 Distortion occurs in the piezoelectric ceramic by a force F proportional to the acceleration (impact) alpha, because retrieve the distortion as a charge (voltage). これを数式で表せば以下のようになる。 This is as follows, if indicated by the formula.
【０００３】 Ｆ＝ｋ１×α …………………（１） Ｑ（Ｖ）＝ｋ２×Ｆ …………（２） ここで、ｋ１およびｋ２は比例定数である。 [0003] F = k1 × α ..................... (1) Q (V) = k2 × F ............ (2) where, k1 and k2 is a proportionality constant.
【０００４】このような圧電セラミックを用いた加速度センサの構造例を図１２に示す。 [0004] showing a structural example of an acceleration sensor using such a piezoelectric ceramic in Figure 12. 図１２（ａ）は片持ち梁構造のバイモルフ型加速度センサーであり、図１２ 12 (a) is a bimorph type acceleration sensor of cantilever structure, FIG. 12
（ｂ）は両持ち梁構造のバイモルフ型加速度センサーを示している。 (B) shows a bimorph type acceleration sensor of doubly supported beam structure. 図１３は図１２（ａ）の片持ち梁構造のバイモルフ型加速度センサーの製造方法を示しており、図１４は図１２（ｂ）の両持ち梁構造のバイモルフ型加速度センサーの製造方法を示している。 Figure 13 shows a method for manufacturing a bimorph type acceleration sensor of cantilever structure of FIG. 12 (a), FIG. 14 illustrates a method of manufacturing a bimorph type acceleration sensor of doubly supported beam structure shown in FIG. 12 (b) there.
【０００５】図において、１ａ〜１ｄは圧電セラミック、２ａ〜２ｄは圧電セラミック上に形成した電極、７ [0005] In FIG, 1 a to 1 d are piezoceramic, 2 a to 2 d are formed on a piezoelectric ceramic electrode, 7
ｈ，７ｊはバイモルフ型圧電素子、３ａ，３ｃ，３ｄはバイモルフ型圧電セラミックを接着する接着剤、４ａ， h, 7j bimorph type piezoelectric elements, 3a, 3c, 3d are adhesive for bonding the bimorph type piezoelectric ceramic, 4a,
４ｃ，４ｄはバイモルフ型圧電素子を支持、固定する支持体をそれぞれ示している。 4c, 4d show supporting the bimorph type piezoelectric element, a support for fixing respectively. 図１２（ａ）の片持ち梁構造では、支持体４ａに固定されていないバイモルフ型圧電素子７ｈのＬ１部が加速度検出用の自由振動部となり、加速度に応じて自由振動部が歪み、歪みによってバイモルフ型圧電素子７ｈ内に生じる電荷を加速度として検出する。 The cantilever structure shown in FIG. 12 (a), L1 parts not fixed to the support 4a bimorph piezoelectric element 7h is a free vibration portion for acceleration detection, distortion free vibration unit in accordance with the acceleration, the strain detecting the charges generated in the bimorph type piezoelectric element in 7h as an acceleration. 図１２（ｂ）の両持ち梁構造も図１２（ａ） A doubly supported beam structure is also the diagram of FIG 12 (b) 12 (a)
と同様に、支持体４ｃ，４ｄに固定されていないバイモルフ型圧電素子７ｊのＬ２部が加速度検出用の自由振動部となる。 Similarly, support 4c, L2 parts 7j bimorph piezoelectric element is not fixed to 4d becomes free vibration portion for acceleration detection and.
【０００６】なお、これらの加速度センサの製造方法は、分極方向を反転させた一対の圧電セラミック１ａ〜 [0006] The manufacturing method of the acceleration sensor has a pair of piezoelectric ceramic 1a~ obtained by inverting the polarization direction
１ｄを接着剤あるいはグリーンシートで積層、一体焼成して形成したバイモルフ型圧電素子７ｈ，７ｊを、支持体４ａ，４ｃ，４ｄに接着剤３ａ，３ｃ，３ｄにより片持ちあるいは両持ち梁の構造になるように接着固定している。 Laminating 1d with adhesive or a green sheet, the bimorph type piezoelectric element 7h formed by integrally firing a 7j, support 4a, 4c, the adhesive 3a in 4d, 3c, the structure of the cantilever or doubly supported beam by 3d They are bonded and fixed in such a way that.
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の支持体に圧電素子を接着固定する方法は、自由振動部の寸法がばらつくために、固定状態が一定でなくなり、加速度に対する感度がばらつくという問題点があった。 However [0007] The method for bonding and fixing the piezoelectric elements to a conventional support, for the dimensions of the free vibration portion varies, the fixed state is not constant, a problem that sensitivity to acceleration varies was there. 加速度αがかかった時、長さＬの自由振動部をもつバイモルフ型圧電素子に発生する電荷（電圧）Ｑ（Ｖ）は以下のように表される。 When the acceleration α is applied, the charge generated in the bimorph piezoelectric element having a free vibration portion of the length L (voltage) Q (V) is expressed as follows.
【０００８】Ｑ（Ｖ）＝ｋ３×Ｌ 2 ×α………（３） ここで、ｋ３は比例定数である。 [0008] Q (V) = k3 × L 2 × α ......... (3) where, k3 is proportionality constant.
【０００９】発生電荷はセンサーの感度となるので、センサー感度は式（３）より自由振動部の長さＬの２乗に比例することになる。 [0009] Since the generated charge is the sensitivity of the sensor, the sensor sensitivity is proportional to the square of the length L of the free vibration portion from the equation (3).
【００１０】また、製造方法として一つ一つの圧電素子を支持体に接着しなければならないため、低コスト化の妨げとなっていた。 Further, since it is necessary to adhere each one of the piezoelectric element to the support as a manufacturing method, which hinders cost reduction.
【００１１】本発明は上記課題を解決するものであり、 [0011] The present invention has been made to solve the above problems,
自由振動部の寸法ばらつきが少なく、小型で高感度で感度ばらつきの少ない加速度センサー用バイモルフ型圧電素子とその製造方法を提供することを目的とする。 Less dimensional variation of the free vibration portion, and an object thereof is to provide small and high sensitivity sensitivity variation less accelerometer for bimorph piezoelectric element and its manufacturing method.
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子とその製造方法は、分極方向の異なる一対の圧電単結晶板を直接接合により対面接合してなる加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であって、前記一対の圧電単結晶板の少なくとも一方の一部を研削して設けられた自由振動部と、前記自由振動部の片側または両側に一体に設けられた非研削部よりなる支持体とを有することを特徴とする構成であり、また前記一対の圧電単結晶板を対面接合し加熱することにより直接接合する第一の工程と、直接接合された前記一対の圧電単結晶板の少なくとも一方を行あるいは列に所定の間隔及び深さに研削して自由振動部を形成する第二の工程と、研削された前記圧電単結晶板の主表面に電極 To achieve the above object, according to the Invention The acceleration sensor for bimorph piezoelectric element and its manufacturing method of the present invention, the polarization directions different pair of piezoelectric single-crystal plate face bonded by direct bonding a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor comprising Te, and the free vibration portion provided by grinding a portion of at least one of said pair of piezoelectric single-crystal plate, provided integrally on one or both sides of the free vibration portion was a construction is characterized by having a more composed support unground portion, also a first step of direct bonding by heating face joining said pair of piezoelectric single-crystal plate, it is bonded directly a second step and, the electrode grinding major surface of said piezoelectric single crystal plates to form the free vibration portion is ground to a predetermined spacing and depth at least one in a row or column of said pair of piezoelectric single crystal plates 形成する第三の工程と、研削により形成された前記圧電単結晶板の自由振動部および非研削部を所定の間隔に行列に切断することにより支持体を形成する第四の工程からなることを特徴とする製造方法である。 A third step of forming, in that it consists of a fourth step of forming a support member by cutting the free vibration portion and unground portion of the piezoelectric single crystal plate formed by grinding in a matrix at predetermined intervals is a manufacturing method characterized.
【００１３】この発明により、小型・高感度の加速センサー用バイモルフ型圧電素子と感度ばらつきが少なく低コストな加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を提供することができる。 [0013] This invention can provide a bimorph type piezoelectric element for low-cost accelerometer less bimorph piezoelectric element and the variation in sensitivity for acceleration sensors compact and high sensitivity.
一対の圧電単結晶板を直接接合により対面接合してなる加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であって、前記一対の圧電単結晶板の少なくとも一方の一部を研削して設けられた自由振動部と、前記自由振動部の片側または両側に一体に設けられた非研削部よりなる支持体とを有することを特徴とする加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であり、小型・高感度でかつ感度のばらつきを少なくできるという作用を有する。 A accelerometer bimorph piezoelectric element for comprising faces joined by direct bonding a pair of piezoelectric single crystal plates, the free vibration portion provided by grinding a portion of at least one of said pair of piezoelectric single crystal plates a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor, characterized in that it comprises a support and consisting of unground portion provided integrally with one or both sides of the free vibration portion, the variation in the compact, high sensitivity and sensitivity such an action can be reduced.
【００１５】請求項２記載の発明は、圧電単結晶板がニオブ酸リチウム単結晶からなり、対向主面を１２０〜１ [0015] According to a second aspect of the invention, it is a piezoelectric single crystal plates from lithium niobate single crystal, the opposite major surface 120-1
５０度回転Ｙ板切り出し面としたことを特徴とする請求項１記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であり、請求項１と同様の作用を有する。 A bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor according to claim 1, characterized in that a 50 ° rotation Y plate cut surfaces, having an effect similar to those of claim 1.
【００１６】請求項３記載の発明は、圧電単結晶板の対向主面が正分極面であることを特徴とする請求項１記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であって、請求項１と同様の作用とともに、負分極面を加工面にすることにより加工時間を短縮できるという作用を有する。 [0016] According to a third aspect of the invention, a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of claim 1, wherein the opposite faces of the piezoelectric single crystal plate is positive polarization plane, and claim 1 with similar effects, an effect that can shorten the processing time by the working surface of the negative polarization plane.
【００１７】請求項４記載の発明は、自由振動部の直接接合された一対の単結晶板の互いの厚みが同じであることを特徴とする請求項１記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であって、請求項１と同様の作用とともに、感度の温度特性を良好にできるという作用を有する。 [0017] The invention of claim 4, wherein is a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of claim 1, wherein the mutual thickness of the pair of single-crystal plate are directly bonded free vibrating part is the same there are, with the effect that the similar effect to that of claim 1, can be the temperature characteristics of the sensitivity good.
【００１８】請求項５記載の発明は、一対の圧電単結晶板を対面接合し加熱することにより直接接合する第一の工程と、直接接合された前記一対の圧電単結晶板の少なくとも一方を行あるいは列に所定の間隔及び深さに研削して自由振動部を形成する第二の工程と、研削された前記圧電単結晶板の主表面に電極を形成する第三の工程と、研削により形成された前記圧電単結晶板の自由振動部および非研削部を所定の間隔に行列に切断することにより支持体を形成する第四の工程を有することを特徴とする加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、自由振動部と支持体を機械加工により同時に形成することにより、感度ばらつきが少なく、かつ加工時間が短縮できるという作用を有する。 [0018] The invention of claim 5, wherein the row a first step of direct bonding, at least one of the pair of piezoelectric single crystal plates bonded directly by facing bonding a pair of piezoelectric single-crystal plate heat Alternatively the second step of forming a free vibration portion is ground to a predetermined spacing and depth to a column, a third step of forming an electrode grinding major surface of said piezoelectric single crystal plates, formed by grinding have been of the piezoelectric single crystal plates free vibration portion and unground portion fourth bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor characterized by having a step of forming a support by cutting the matrix to a predetermined distance a manufacturing method, by forming at the same time by machining the free vibration portion and the support, has the effect that the sensitivity variation is small, and the processing time can be shortened.
【００１９】請求項６記載の発明は、一対の圧電単結晶板の正分極面を直接接合することを特徴とする請求項５ [0019] According to a sixth aspect of the invention, claim, characterized in that directly joined to the positive polarization plane of the pair of piezoelectric single-crystal plate 5
記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、請求項５と同様の作用を有する。 A method of manufacturing a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor according has a function similar to those of claim 5.
【００２０】請求項７記載の発明は、一対の圧電単結晶板を対面接合し加熱する温度が２７５℃以上であることを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、請求項５と同様の作用とともに、加熱温度を下げることにより設備コストを少なくすることができるという作用を有する。 [0020] According to a seventh aspect, the production method of the bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of claim 5, wherein the temperature at which facing bonding a pair of piezoelectric single crystal plates heating is 275 ° C. or higher a is, the same effect as claimed in claim 5 has the effect that it is possible to reduce equipment costs by lowering the heating temperature.
【００２１】請求項８記載の発明は、研削により対向する一対の圧電単結晶板の厚みを同じ厚みとして自由振動部を形成することを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、請求項５と同様の作用を有する。 [0021] The invention according to claim 8, the ground by a pair of opposed piezoelectric single crystal plates accelerometer for bimorph piezoelectric element according to claim 5, wherein the forming the free vibration portion thickness as the same thickness a method of manufacturing has the same effect as claim 5.
【００２２】請求項９記載の発明は、研削された圧電単結晶板上の電極を無電解めっきあるいは蒸着により形成することを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、請求項５と同様の作用を有する。 [0022] The invention of claim 9, wherein the grinding process for the preparation of the bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of claim 5, wherein the forming the electrode electroless plating or depositing on the piezoelectric single crystal plates a is, it has an effect similar to those of claim 5.
【００２３】請求項１０記載の発明は、第四の工程で行われる切断に切断刃を用いるとともに、前記切断刃が少なくとも１枚以上所定の間隔で同軸上に固定された切断刃群からなることを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、請求項５と同様の作用を有する。 [0023] The invention of claim 10, wherein, along with use of the cutting blade to the cutting performed in the fourth step, that consists of the cutting blade cutting blade group which is fixed coaxially at least one or more predetermined intervals the method for manufacturing a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of claim 5, wherein, having an effect similar to those of claim 5.
【００２４】請求項１１記載の発明は、第二の工程で用いられる研削用砥石が少なくとも１枚以上同軸上に固定された砥石群からなることを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法であって、請求項５と同様の作用を有する。 The claimed invention of claim 11, wherein the second grinding stone used in step bimorph acceleration sensor according to claim 5, characterized in that it consists of at least one or more fixed grinding wheel group coaxially a method of manufacturing a mold piezoelectric element has a function similar to those of claim 5.
【００２５】（実施の形態１）本発明の第１の実施の形態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を図１を用いて詳細に説明する。 [0025] The bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor in the first embodiment of the present invention (Embodiment 1) will be described in detail with reference to FIG. 図１において、（ａ）は片持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の断面図を、（ｂ）はその斜視図を示している。 In FIG. 1, (a) is a sectional view of the bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of the cantilever structure, shows (b) is a perspective view thereof. ３２ａは研削により形成した加速度検出用のセンサー部となる自由振動部を示しており、３３ａは自由振動部を形成するときの非研削部を支持体として同時形成したものであり、自由振動部３２ａと一体となっている。 32a shows a free vibration portion to be sensor unit for acceleration detection was formed by grinding, 33a is obtained by simultaneously forming the unground portion when forming the free vibration portion as a support, the free vibration portion 32a It is integrated with. 自由振動部３２ａの厚みは０．１mm、長さＬ３は２mm、幅は０．５ Free vibration portion 32a has a thickness of 0.1 mm, the length L3 is 2 mm, width of 0.5
mm、支持体３３ａの厚みは０．４mmとした。 mm, the thickness of the support 33a was 0.4 mm. 自由振動部３２ａは、２枚のＬｉＮｂＯ 3 （ニオブ酸リチウム、以降ＬＮと呼ぶ）単結晶板の正分極面同士を対面主面として接着剤を介さず直接接合により接合されている。 Free vibration portion 32a includes two LiNbO 3 (lithium niobate, hereinafter referred to as a LN) are joined by direct bonding without using the adhesive positive polarization faces of the single crystal plate as facing major surface.
【００２６】直接接合により２枚のＬＮ単結晶板は完全に一体化されているが、分極方向が反転する接合面を図中では点線Ａで表示している。 The direct bonding by two LN single-crystal plate has been fully integrated, are displayed by a dotted line A in the figure in the joint surface of the polarization direction is reversed. この分極反転界面Ａを境にして直接接合された２枚のＬＮ単結晶の厚みは０．０ Two thickness of the LN single crystal which is bonded directly to the polarization inversion interface A as a boundary is 0.0
５mmと０．０５mmで互いに等しくなるように研削されている。 It is ground to be equal to each other at 5mm and 0.05 mm. この分極反転界面Ａを境にして両者の厚みを等しくすること、かつそれぞれのＬＮ単結晶板の接合面である対向主面を圧電定数ｄおよび電気機械結合係数ｋが最大となるように１２０°〜１５０°回転Ｙ板切り出し面とすることにより、高感度な検出感度を実現している。 It is equal to the thickness of the two by the polarization inversion interface A as a boundary, and so 120 ° becomes the opposite major surface a bonding surface of each of the LN single-crystal plates piezoelectric constant d and the electromechanical coupling coefficient k is a maximum with to 150 DEG ° rotation Y plate cut surface, thereby realizing a highly sensitive detection sensitivity.
さらに、分極方向を逆にして接合することにより温度上昇にともなう自由振動部３２ａ内の電荷の発生を解消し、センサー感度の良好な温度特性を実現している。 Furthermore, to eliminate the occurrence of charge in the free vibration portion 32a due to temperature rise by joining to the polarization direction reversed realizes a good temperature characteristic of the sensor sensitivity.
【００２７】３１ａ，３１ｂは加速度検出時に発生する電荷を取り出すための電極であり、電極材料としては、 [0027] 31a, 31b is an electrode for taking out the charges generated at the time of acceleration detection, as an electrode material,
下地のＬＮ単結晶との密着力および電極膜の安定性を考慮し、Ｃｒ／Ａｕ，あるいはＴｉ／Ａｕ等が望ましい。 Considering the stability of the adhesion and the electrode film with the base of the LN single-crystal, Cr / Au or Ti / Au or the like, is desirable.
加速度がかかったとき、支持体３３ａを固定することにより自由振動部３２ａに歪みが生じ、その歪みに比例した電荷を電極３１ａ，３１ｂを介して取り出し、加速度を検出する。 When acceleration is applied, distortion free vibration portion 32a occurs, the electrodes 31a an electric charge proportional to the distortion is taken out through the 31b, for detecting an acceleration by fixing the support 33a. 接着剤等を介さず、片持ち梁構造を形成するための段差を自由振動部と一体で形成したこと、また、圧電定数ｄおよび電気機械結合係数ｋを最大になるようにＬＮ単結晶板の切り出し面を選択することにより、セラミック圧電素子を用いた加速度センサー用バイモルフ型圧電素子感度の２〜３倍の６ｍＶ／Ｇの高感度を得ることができた。 Not through an adhesive or the like, it was formed a step for forming a cantilever structure integral with the free vibration portion, also of the LN single-crystal plates so as to maximize the piezoelectric constant d and the electromechanical coupling coefficient k by selecting the cut surface, it was possible to obtain a high sensitivity of 2-3 times the 6 mV / G of the bimorph type piezoelectric element sensitivity acceleration sensor using a ceramic piezoelectric element.
【００２８】（実施の形態２）本発明の第２の実施の形態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を図２を用いて詳細に説明する。 [0028] The bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor in the second embodiment (Embodiment 2) The present invention will be described in detail with reference to FIG. 図２において、（ａ）は両持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の断面図を、（ｂ）はその斜視図を示している。 In FIG. 2, (a) a cross-sectional view of the bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of the doubly supported beam structure, shows (b) is a perspective view thereof. ３２ｂは研削により形成した加速度検出用のセンサー部となる自由振動部を示しており、３３ｂ，３３ｃは自由振動部を形成するときの非研削部を支持体として同時形成したものであり、自由振動部３２ｂと一体となっている。 32b shows a free vibration portion to be sensor unit for acceleration detection was formed by grinding, 33b, 33c is obtained by simultaneously forming the unground portion when forming the free vibration portion as a support, free vibration part 32b and are integrated. 自由振動部３２ｂの厚みは０．１mm、長さＬ４は２mm、幅は０．５mm、支持体３３ｂ，３３ｃの厚みは０．４mmとした。 Free vibration portion 32b has a thickness of 0.1 mm, length L4 is 2 mm, width of 0.5 mm, the support 33b, 33c of the thickness was 0.4 mm. 自由振動部３２ｂは、２枚のＬＮ単結晶板の正分極面同士を対向主面として接着剤を介さず直接接合により接合されている。 Free vibration portion 32b is joined by direct bonding without using the adhesive positive polarization faces of the two LN single-crystal plates as opposed main surfaces.
【００２９】直接接合により２枚のＬＮ単結晶板は完全に一体化されているが、分極方向が反転する接合面を図中では点線Ｂで表示している。 The direct bonding by two LN single-crystal plate has been fully integrated, are displayed by a dotted line B in the figure in the joint surface of the polarization direction is reversed. この分極反転界面Ｂを境にして直接接合された２枚のＬＮ単結晶の厚みは０．０ The thickness of the polarization inversion surfactant B the two LN single crystal which is bonded directly to the boundary is 0.0
５mmと０．０５mmで互いに等しくなるように研削されている。 It is ground to be equal to each other at 5mm and 0.05 mm. この分極反転界面Ｂを境にして両者の厚みを等しくすること、かつそれぞれのＬＮ単結晶板の接合面である対向主面を圧電定数ｄおよび電気機械結合係数ｋが最大となるように１２０°〜１５０°回転Ｙ板切り出し面とすることにより、高感度な検出感度を実現している。 It is equal to the thickness of the two by the polarization inversion interface B as a boundary, and so 120 ° becomes the opposite major surface a bonding surface of each of the LN single-crystal plates piezoelectric constant d and the electromechanical coupling coefficient k is a maximum with to 150 DEG ° rotation Y plate cut surface, thereby realizing a highly sensitive detection sensitivity.
さらに、分極方向を逆にして接合することにより温度上昇にともなう自由振動部３２ｂ内の電荷の発生を解消し、センサー感度の良好な温度特性を実現している。 Furthermore, to eliminate the occurrence of charge in the free vibration portion 32b due to the temperature rise by joining to the polarization direction reversed realizes a good temperature characteristic of the sensor sensitivity.
【００３０】３１ｃ，３１ｄは加速度検出時に発生する電荷を取り出すための電極であり、電極材料としては、 [0030] 31c, 31d is an electrode for taking out the charges generated at the time of acceleration detection, as an electrode material,
加速度がかかったとき、支持体３３ｂ，３３ｃを固定することにより自由振動部３２ｂに歪みが生じ、その歪みに比例した電荷を電極３１ｃ，３１ｄを介して取り出し、加速度を検出する。 When acceleration is applied, the support 33b, 33c distortion occurs in the free vibration portion 32b by fixing the, take out an electric charge proportional to the distortion through electrode 31c, the 31d, to detect an acceleration. 接着剤等を介さず、片持ち梁構造を形成するための段差を自由振動部３２ｂと一体で形成したこと、また、圧電定数ｄおよび電気機械結合係数ｋを最大になるようにＬＮ単結晶板の切り出し面を選択することにより、セラミック圧電素子を用いた加速度センサー用バイモルフ型圧電素子感度の２〜３倍の高感度を得ることができた。 Not through an adhesive or the like, it was formed a step for forming a cantilever structure in the free vibration portion 32b integrally, also, LN single-crystal plates so as to maximize the piezoelectric constant d and the electromechanical coupling coefficient k of by selecting the cut surface, it could be obtained two to three times the sensitivity of the bimorph type piezoelectric element sensitivity acceleration sensor using a ceramic piezoelectric element.
【００３１】（実施の形態３）本発明の第３の実施の形態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法を図３〜５を用いて詳細に説明する。 [0031] The manufacturing method of the third bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor in the embodiment of (Embodiment 3) The present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3-5. 図３および４は製造工程の斜視図を、図５はその断面図を示している。 3 and 4 are perspective views of a manufacturing process, Figure 5 shows a cross-sectional view thereof. ６ｅ，６ｆはＬＮ単結晶板を、５ａ，５ｂはそれぞれのＬＮ単結晶板の分極方向を示している。 6e, 6f is a LN single-crystal plates, 5a, 5b show the polarization directions of the LN single-crystal plates. 図中の点線は、分極方向を逆にして直接接合された２枚のＬＮ単結晶板の分極反転界面Ａを示している。 Dotted line in the figure shows the polarization inversion interface A of the two LN single-crystal plate are directly bonded to the polarization direction is reversed. ７ｃは自由振動部（研削部）であり、８ｃは支持体（非研削部）を示している。 7c is a free vibration portion (grinding part), 8c shows a support (unground portion). １２ｃは研削に使用する砥石を、１３ｃは研削用砥石１２ｃを所定の間隔に固定するためのスペーサーを示している。 12c is a grinding wheel used for grinding, 13c denotes a spacer for securing a grinding grindstone 12c at predetermined intervals. ９は直接接合された２枚のＬＮ単結晶板の主表面に形成した電極を、１７ａ〜１７ｆ，１６ａ〜１ The electrode is formed on the main surface of the two LN single-crystal plate are directly bonded 9, 17a~17f, 16a~1
６ｐは切断方向を示している。 6p indicates the cutting direction.
【００３２】本実施の形態の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法は、まずはじめに２枚のＬＮ単結晶板６ｅ，６ｆの表面を洗浄し、貼り合わせて加熱することにより直接接合する（ａ〜ｂ工程）。 The method of manufacturing a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of this embodiment, first of all the washed two LN single-crystal plates 6e, the surface of the 6f, joined directly by heating bonding (a ~b process). ＬＮ単結晶板の厚みは、最終形状を考慮して決定する。 The thickness of the LN single-crystal plate is determined in consideration of the final shape. ここでは、 here,
一例として０．３５mmと０．３５mmの厚みのＬＮ単結晶板を直接接合する。 Bonded directly to LN single-crystal plates of 0.35mm and 0.35mm thick as an example. 洗浄及び貼り合わせは直接接合する対向主面にごみが混入しないようにクリーンルームで行うことが望ましい。 Cleaning and bonding is preferably carried out in the opposite main surface to be bonded directly in a clean room so dust is not mixed. また、直接接合するＬＮ単結晶板の対向主面は正分極面同士とし、かつ圧電定数ｄと電気機械結合係数ｋが最大となるように１２０°〜１５０°回転Ｙ板切り出し面とする。 The counter main surface of the LN single-crystal plates to be bonded directly to the positive polarization faces, and the piezoelectric constant d and the electromechanical coupling coefficient k and 120 ° to 150 DEG ° rotation Y plate cut surfaces so as to maximize. 正分極面同士を対向主面として接合することにより、温度上昇時の電荷の発生を解消し、良好なセンサー感度の温度特性を得られることになる。 By joining the positive polarization faces as opposed main surfaces, eliminates the occurrence of the charge at elevated temperatures, will be obtained the temperature characteristics of a good sensor sensitivity. さらに、接合時にｘ軸あるいはｚ軸に対し、±１° Further, with respect to the x-axis or z-axis at the time of bonding, ± 1 °
以内のずれで接合することで接合強度を向上でき、加速度センサーの耐衝撃性を向上できる。 Can improve the bonding strength by bonding in misalignment within, it can improve the impact resistance of the acceleration sensor. 貼り合わせ後の加熱温度は２７５℃以上とし、真空または大気中での加熱とすることにより装置コストを低減できる。 The heating temperature after the bonding is a 275 ° C. or higher, can be reduced equipment cost by heating in a vacuum or in the atmosphere. 加熱後、貼り合わせた一対のＬＮ単結晶板６ｅ，６ｆは完全に一体となるが、接合面である分極反転界面Ａを図中では点線で示している。 After heating, the bonded pair of LN single-crystal plates 6e, 6f are completely turned integrally in the figure, which is a cemented surface polarization inversion interface A is shown with a dotted line.
【００３３】次に、直接接合されたＬＮ単結晶板の片方をラップ加工あるいは平面研削等により、分極反転界面までの厚みｔ１を０．０５mmになるように０．３mm加工する（ｃ工程）。 Next, the one lapping or surface grinding, etc. is directly bonded LN single-crystal plates, to 0.3mm processed to have a thickness t1 until poled interface 0.05 mm (c step). このとき、直接接合時に０．０５mmの厚みのＬＮ単結晶板を用いれば、この工程は省略することができる。 In this case, the use of the LN single-crystal plate having a thickness of 0.05mm during direct bonding, this step can be omitted.
【００３４】次に、もう片方の面を厚みＷ１の砥石１２ [0034] Next, the grinding wheel 12 of the thickness W1 the other end of the surface
ｃを用いて研削を行い、センサー部となる自由振動部７ Perform grinding with c, free vibration portion 7 serving as a sensor unit
ｃと非研削部からなる片持ち梁の支持部となる支持体８ The support of the cantilever consisting of c and unground portion support 8
ｃを一体かつ同時に形成する（ｄ工程）。 Integrally and simultaneously formed c (d step). 研削に少なくとも１枚以上の砥石１２ｃを用い、砥石幅Ｗ１，砥石固定用スペーサー幅Ｗ２は自由振動部７ｃの長さ、支持体８ｃの長さを考慮して決定する。 Using at least one or more of the grinding wheel 12c in the grinding, the grinding wheel width W1, the grinding wheel fixing spacer width W2 determined in consideration of the length, the length of the support 8c of the free vibration portion 7c. ここでは、ｗ１を２m Here, w1 2m
m、ｗ２を０．５mmとし、自由振動部７ｃの長さを２m m, w2 was a 0.5 mm, the length of the free vibration portion 7c 2m
m、支持体８ｃの長さを０．５mmに加工した。 m, the length of the support 8c was processed into 0.5 mm. また、研削量は表面より０．３mmとし、自由振動部７ｃの厚みを０．１mmとすることにより、分極反転界面Ａを境に直接接合されたＬＮ単結晶板の厚みｔ２，ｔ３を０．０５mm Further, the grinding amount and 0.3mm from the surface, by a 0.1mm thickness of the free vibration portion 7c, the thickness t2, t3 of the LN single-crystal plate are directly bonded polarization inversion interface A as a boundary 0. 05mm
と互いに同じになるように研削する。 When grinding to be the same as each other. ｔ２，ｔ３の厚みを同じにすることにより、高感度を実現した。 By t2, the thickness of t3 to the same, to achieve high sensitivity.
【００３５】次に、研削加工したＬＮ単結晶板の表裏面に電荷検出用の電極９を形成する（ｅ工程）。 [0035] Next, an electrode 9 for charge detecting front and back surfaces of the grinding were LN single-crystal plates (e step). このとき、電極９は蒸着あるいは無電解めっきで形成し、電極材料としてはＬＮ単結晶との密着強度を考慮しＣｒ／Ａ At this time, the electrode 9 is formed by vapor deposition or electroless plating, as the electrode material in consideration of the adhesion strength with the LN single crystal Cr / A
ｕ，あるいはＴｉ／Ａｕが望ましい。 u or Ti / Au, is desirable.
【００３６】次にダイシングあるいはスライサーにより１７ａ〜１７ｆ，１６ａ〜１６ｐのように行列に切断を行い、支持体８ｃ、自由振動部７ｃを有する片持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を形成する（ｆ工程）。 [0036] Next dicing or 17a~17f by slicer, disconnects the matrix as 16A～16p, support 8c, forming a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of the cantilever structure having a free vibration portion 7c (f process). 切断時には少なくとも１枚以上の切断刃を用い、切断時の行列の間隔はセンサーの形状を考慮して決定する。 Using at least one or more cutting blade during cutting, the distance at break of the matrix is ​​determined in consideration of the shape of the sensor. ここでは、１７ａ〜１７ｆの間隔を２．５m Here, the interval of 17a~17f 2.5m
m、１６ａ〜１６ｐの間隔を０．５mmとすることにより、長さ２．５mm、幅０．５mm、厚み０．４mmの超小型の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を実現した。 m, by a 0.5mm spacing 16A～16p, length 2.5 mm, width 0.5mm, to achieve a bimorph type piezoelectric element for micro accelerometer thickness 0.4 mm.
自由振動部７ｃの長さを使用する砥石１２ｃの精度と研削及び切断時の機械精度によって決定するため、従来の接着剤で支持体を固定する方法のセンサー感度ばらつきが±２０％であったのに対し、本発明では±３％と大幅な高精度化を実現した。 To determine the accuracy and the grinding and cutting time of the machine accuracy of the grinding wheel 12c to use the length of the free vibration portion 7c, the sensor sensitivity variations of a method of fixing the support with conventional adhesive was 20% ± contrast, in the present invention to achieve a 3% and significantly higher precision ±. また、支持体形成に対する工数においても従来５分／個かかっていた接着時間が本発明では０．０１分／個（１枚砥石での研削工程のみ）と１ Further, the conventional even number of steps 5 minutes to the support formed / number takes in adhesion time was 0.01 minutes in the present invention / number (one grinding wheel in the grinding step only) and 1
／５０に大幅に低減でき、本発明により感度ばらつきが小さくかつ低コストな片持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子製造方法を提供できる。 / 50 can be significantly reduced, it is possible to provide a bimorph piezoelectric element manufacturing method for the acceleration sensor of a small and low-cost cantilevered sensitivity variation by the present invention.
【００３７】（実施の形態４）本発明の第４の実施の形態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法を図６〜８を用いて詳細に説明する。 [0037] The fourth method of manufacturing a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor in the embodiment of (Embodiment 4) The present invention will be described in detail with reference to Figures 6-8. 図６および７は製造工程の斜視図を、図８はその断面図を示している。 6 and 7 are a perspective view of a manufacturing process, FIG. 8 shows a cross-sectional view thereof. ６ｃ，６ｄはＬＮ単結晶板を、５ａ，５ｂはそれぞれのＬＮ単結晶板の分極方向を示している。 6c, 6d is the LN single-crystal plates, 5a, 5b show the polarization directions of the LN single-crystal plates. 図中の点線は、分極方向を逆にして直接接合された２枚のＬＮ単結晶板の分極反転界面Ｂを示している。 Dotted line in the figure shows the polarization inversion interface B of the two LN single-crystal plate are directly bonded to the polarization direction is reversed. ７ｂは自由振動部（研削部）であり、８ｂは支持体（非研削部）を示している。 7b is a free vibration portion (grinding part), 8b indicates a support (unground portion). １２ｂは研削に使用する砥石を、１３ｂは研削用砥石１２ｂを所定の間隔に固定するためのスペーサーを示している。 12b is a grinding wheel used for grinding, 13b denotes a spacer for securing a grinding grindstone 12b at predetermined intervals. ９は直接接合された２枚のＬＮ単結晶板の主表面に形成した電極を、１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１ The electrode is formed on the main surface of the two LN single-crystal plate are directly bonded 9, 14a~14c, 15a~1
５ｋは切断方向を示している。 5k represents the cutting direction.
【００３８】本実施の形態の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法は、まずはじめに２枚のＬＮ単結晶板６ｃ，６ｄの表面を洗浄し、貼り合わせて加熱することにより直接接合する（ａ〜ｂ工程）。 The method of manufacturing a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of this embodiment, first of all the washed two LN single-crystal plates 6c, the surfaces of 6d, joined directly by heating bonding (a ~b process). ＬＮ単結晶板の厚みは、最終形状を考慮して決定する。 The thickness of the LN single-crystal plate is determined in consideration of the final shape. ここでは、 here,
以内のずれで接合することで接合強度を向上でき、加速度センサーの耐衝撃性を向上できる。 Can improve the bonding strength by bonding in misalignment within, it can improve the impact resistance of the acceleration sensor. 貼り合わせ後の加熱温度は２７５℃以上とし、真空または大気中での加熱とすることにより装置コストを低減できる。 The heating temperature after the bonding is a 275 ° C. or higher, can be reduced equipment cost by heating in a vacuum or in the atmosphere. 加熱後、貼り合わせた一対のＬＮ単結晶板６ｃ，６ｄは完全に一体となるが、接合面である分極反転界面を図中では点線で示している。 After heating, the bonded pair of LN single-crystal plates 6c, 6d are completely turned together is indicated by dotted lines polarization inversion surfactant is a joint surface in FIG.
【００３９】次に、直接接合されたＬＮ単結晶板の片方をラップ加工あるいは平面研削等により、分極反転界面までの厚みｔ１を０．０５mmになるように０．３mm加工する（ｃ工程）。 Next, the one lapping or surface grinding, etc. is directly bonded LN single-crystal plates, to 0.3mm processed to have a thickness t1 until poled interface 0.05 mm (c step). このとき、直接接合時に０．０５mmの厚みのＬＮ単結晶板を用いれば、この工程は省略することができる。 In this case, the use of the LN single-crystal plate having a thickness of 0.05mm during direct bonding, this step can be omitted.
【００４０】次に、もう片方の面を厚みＷ１の砥石１２ Next, the grinding wheel 12 of the thickness W1 the other end of the surface
ｂを用いて研削を行い、センサー部となる自由振動部７ Performs a grinding using the b, free vibration section 7 which is a sensor unit
ｂと非研削部からなる両持ち梁の支持部となる支持体８ Consisting b and unground portion as a supporting portion of the doubly supported beam supporting member 8
ｂを一体かつ同時に形成する（ｄ工程）。 Integrally b and formed at the same time (d step). 研削に少なくとも１枚以上の砥石１２ｂを用い、砥石幅Ｗ１、砥石固定用スペーサー幅Ｗ２は自由振動部７ｂの長さ、支持体８ｂの長さを考慮して決定する。 Using at least one or more of the grinding wheel 12b to the grinding, the grinding wheel width W1, the grinding wheel fixing spacer width W2 determined in consideration of the length, the length of the support 8b of the free vibration portion 7b. ここでは、ｗ１を２m Here, w1 2m
m、ｗ２を０．５mmとし、自由振動部７ｂの長さを２m m, w2 was a 0.5 mm, the length of the free vibration portion 7b 2m
m、支持体８ｂの長さを０．５mmに加工した。 m, the length of the support 8b and processed to 0.5 mm. また、研削量は表面より０．３mmとし、自由振動部７ｂの厚みを０．１mmとすることにより、分極反転界面を境に直接接合されたＬＮ単結晶板の厚みｔ２，ｔ３を０．０５mmと互いに同じになるように研削する。 Further, the grinding amount and 0.3mm from the surface, free by a 0.1mm thickness of the vibrating portion 7b, 0.05 mm thickness t2, t3 of the LN single-crystal plate are directly bonded to the boundary of the polarization inversion interface When grinding to be the same as each other. ｔ２，ｔ３の厚みを同じにすることにより、高感度を実現した。 By t2, the thickness of t3 to the same, to achieve high sensitivity.
【００４１】次に、研削加工したＬＮ単結晶板の表裏面に電荷検出用の電極９を形成する（ｅ工程）。 Next, an electrode 9 for charge detecting front and back surfaces of the grinding were LN single-crystal plates (e step). このとき、電極９は蒸着あるいは無電解めっきで形成し、電極材料としてはＬＮ単結晶との密着強度を考慮しＣｒ／Ａ At this time, the electrode 9 is formed by vapor deposition or electroless plating, as the electrode material in consideration of the adhesion strength with the LN single crystal Cr / A
ｕ、あるいはＴｉ／Ａｕが望ましい。 u or Ti / Au, is desirable.
【００４２】次にダイシングあるいはスライサーにより１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１５ｋのように行列に切断を行い、支持体８ｂ、自由振動部７ｂを有する両持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を形成する（ｆ工程）。 [0042] Next 14a~14c by dicing or slicer, disconnects the matrix as 15A～15k, support 8b, to form a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of the doubly supported beam structure having a free vibration portion 7b (f process). 切断時には少なくとも１枚以上の切断刃を用い、切断時の行列の間隔はセンサーの形状を考慮して決定する。 Using at least one or more cutting blade during cutting, the distance at break of the matrix is ​​determined in consideration of the shape of the sensor. ここでは、１４ａ〜１４ｃの間隔を２．５m Here, the interval of 14a~14c 2.5m
m、１５ａ〜１５ｋの間隔を０．５mmとすることにより、長さ２．５mm、幅０．５mm、厚み０．４mmの超小型の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を実現した。 m, by a 0.5mm spacing 15A～15k, length 2.5 mm, width 0.5mm, to achieve a bimorph type piezoelectric element for micro accelerometer thickness 0.4 mm.
自由振動部７ｂの長さは使用する砥石１２ｂの精度と研削及び切断時の機械精度によって決定するため、従来の接着剤で支持体を固定する方法のセンサー感度ばらつきが±２０％であったのに対し、本発明では±３％と大幅な高精度化を実現した。 To determine the accuracy and the grinding and cutting time of the machine accuracy of the grindstone 12b for use in the length of the free vibration portion 7b, the sensor sensitivity variations of a method of fixing the support with conventional adhesive was 20% ± contrast, in the present invention to achieve a 3% and significantly higher precision ±. また、支持体形成に対する工数においても従来５分／個かかっていた接着時間が本発明の０．０１分／１個（１枚砥石の研削工程のみ）と１／ The adhesive time was also spent 5 minutes / Pieces conventional in man-hours to the support formed from 0.01 min / 1 of the present invention and (one grinding wheel grinding process only) 1 /
５０に大幅に低減でき、本発明により感度ばらつきが小さくかつ低コストな両持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子製造方法を提供できる。 50 can be greatly reduced, the present invention enables providing a bimorph type piezoelectric element manufacturing method for the acceleration sensor sensitivity variations are small, low-cost double-supported beam structure.
【００４３】（実施の形態５）本発明の第５の実施の形態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法を図９〜１１を用いて詳細に説明する。 [0043] The manufacturing method of the fifth bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor in the embodiment of (Embodiment 5) The present invention will be described in detail with reference to Figures 9-11. 図９および１０は製造工程の斜視図を、図１１はその断面図を示している。 9 and 10 are a perspective view of the manufacturing process, Figure 11 shows a cross-sectional view thereof. ６ａ，６ｂはＬＮ単結晶板を、５ａ，５ｂはそれぞれのＬＮ単結晶板の分極方向を示している。 6a, 6b is a LN single-crystal plates, 5a, 5b show the polarization directions of the LN single-crystal plates. 図中の点線は、分極方向を逆にして直接接合された２枚のＬ The dotted line in the figure, the two joined directly to the polarization direction in the reverse L
Ｎ単結晶板の分極反転界面Ｃを示している。 N indicates the polarization inversion interface C of the single crystal plate. ７ａは自由振動部（研削部）であり、８ａは支持体（非研削部）を示している。 7a is a free vibration portion (grinding part), 8a denotes a support (unground portion). １２ａは研削に使用する砥石を、１３ａは研削用砥石１２ａを所定の間隔に固定するためのスペーサーを示している。 12a is a grindstone used for grinding, 13a denotes a spacer for securing a grinding stone 12a at predetermined intervals. ９は直接接合された２枚のＬＮ単結晶板の主表面に形成した電極を、１０ａ〜１０ｆ，１１ The electrode is formed on the main surface of the two LN single-crystal plate are directly bonded 9, 10a through 10f, 11
ａ〜１１ｋは切断方向を示している。 a~11k indicates the cutting direction.
【００４４】本実施の形態の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法は、まずはじめに２枚のＬＮ単結晶板６ａ，６ｂの表面を洗浄し、貼り合わせて加熱することにより直接接合する（ａ〜ｂ工程）。 The method of manufacturing a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of this embodiment, first of all the washed two LN single-crystal plates 6a, the surface of 6b, joined directly by heating bonding (a ~b process). ＬＮの単結晶の厚みは、最終形状を考慮して決定する。 The thickness of the LN single crystal is determined in consideration of the final shape. ここでは、 here,
一例として０．３５mmと０．３５mmの厚みのＬＮ単結晶板を直接接合する。 Bonded directly to LN single-crystal plates of 0.35mm and 0.35mm thick as an example. 洗浄及び貼り合わせは直接接合する対向主面にごみが混入しないようにクリーンルームで行うことが望ましい。 Cleaning and bonding is preferably carried out in the opposite main surface to be bonded directly in a clean room so dust is not mixed. また、直接接合するＬＮ単結晶板６ Furthermore, directly bonded LN single-crystal plates 6
ａ，６ｂの対向主面は正分極面同士とし、かつ圧電定数ｄと電気機械結合係数ｋが最大となるように１２０°〜 a, opposite main surfaces of 6b is a positive polarization faces, and 120 as piezoelectric constant d and the electromechanical coupling coefficient k is maximized ° ~
１５０°回転Ｙ板切り出し面とする。 And 150 ° rotation Y plate cut surface. 正分極面同時を対向主面として接合することにより、温度上昇時の電荷の発生を解消し、良好なセンサー感度の温度特性を得られることになる。 By joining the positive polarization plane simultaneously as opposed main surfaces, eliminates the occurrence of the charge at elevated temperatures, it will be obtained the temperature characteristics of a good sensor sensitivity. さらに、接合時にｘ軸あるいはｚ軸に対し、±１°以内のずれで接合することで接合強度を向上でき、加速度センサーの耐衝撃性を向上できる。 Further, with respect to the x-axis or z-axis at the time of bonding, it can improve the bonding strength by bonding with deviation within ± 1 °, can improve the impact resistance of the acceleration sensor. 貼り合わせ後の加熱温度は２７５℃以上とし、真空または大気中での加熱とすることにより装置コストを低減できる。 The heating temperature after the bonding is a 275 ° C. or higher, can be reduced equipment cost by heating in a vacuum or in the atmosphere.
加熱後、貼り合わせた一対のＬＮ単結晶板６ａ，６ｂは完全に一体となるが、接合面である分極反転界面を図中では点線で示している。 After heating, the bonded pair of LN single-crystal plates 6a, 6b are fully come together, is shown by dotted lines polarization inversion surfactant is a joint surface in FIG.
【００４５】次に、直接接合されたＬＮ単結晶板の片方をラップ加工あるいは平面研削等により、分極反転界面までの厚みｔ１を０．０５mmになるように０．３mm加工する（ｃ工程）。 Next, the one lapping or surface grinding, etc. is directly bonded LN single-crystal plates, to 0.3mm processed to have a thickness t1 until poled interface 0.05 mm (c step). このとき、直接接合時に０．０５mmの厚みのＬＮ単結晶板を用いれば、この工程は省略することができる。 In this case, the use of the LN single-crystal plate having a thickness of 0.05mm during direct bonding, this step can be omitted.
【００４６】次に、もう片方の面を厚みＷ１の砥石１２ Next, the grinding wheel 12 of the thickness W1 the other end of the surface
ａを用いて研削を行い、センサー部となる自由振動部７ It performs a grinding using a, free vibration section 7 which is a sensor unit
ａと非研削部からなる片持ち梁の支持部となる支持体８ Support 8 comprising a supporting portion of the cantilever consisting of a and unground portion
ａを一体かつ同時に形成する（ｄ工程）。 Integrally and simultaneously formed a (d step). 研削に少なくとも１枚以上の砥石１３ａを用い、砥石幅Ｗ１、砥石固定用スペーサー幅Ｗ２は自由振動部７ａの長さ、支持体８ａの長さを考慮して決定する。 Using at least one or more of the grinding wheel 13a to the grinding, the grinding wheel width W1, the grinding wheel fixing spacer width W2 determined in consideration of the length, the length of the support 8a of the free vibration portion 7a. ここでは、ｗ１を４． Here, w1 4.
０mm、ｗ２を１．０mmとし、自由振動部７ａの長さを４．０mm、支持体８ａの長さを１．０mmに加工した。 The 0 mm, w2 and 1.0 mm, was processed length of the free vibration portion 7a 4.0 mm, the length of the support member 8a to 1.0 mm. また、研削量は表面より０．３mmとし、自由振動部７ａの厚みを０．１mmとすることにより、分極反転界面を境に直接接合されたＬＮ単結晶板の厚みｔ２，ｔ３を０．０ Further, the grinding amount and 0.3mm from the surface, by a 0.1mm thickness of the free vibration portion 7a, a thickness t2, t3 of the LN single-crystal plate are directly bonded polarization inversion interface boundary 0.0
５mmと互いに同じになるように研削する。 Grinding so as to be same as each other and 5 mm. ｔ２，ｔ３の厚みを同じにすることにより、高感度を実現した。 By t2, the thickness of t3 to the same, to achieve high sensitivity.
【００４７】次に、研削加工したＬＮ単結晶板の表裏面に電荷検出用の電極９を形成する（ｅ工程）。 Next, an electrode 9 for charge detecting front and back surfaces of the grinding were LN single-crystal plates (e step). このとき、電極９は蒸着あるいは無電解めっきで形成し、電極材料としてはＬＮ単結晶との密着強度を考慮しＣｒ／Ａ At this time, the electrode 9 is formed by vapor deposition or electroless plating, as the electrode material in consideration of the adhesion strength with the LN single crystal Cr / A
ｕ、あるいはＴｉ／Ａｕが望ましい。 u or Ti / Au, is desirable. 次にダイシングあるいはスライサーにより１０ａ〜１０ｆ，１１ａ〜１１ Then 10a~10f by dicing or slicer, 11a~11
ｋのように行列に切断を行い、支持体８ａ、自由振動部７ａを有する片持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を形成する。 It performs matrix cleavage as k, the support 8a, to form a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of the cantilever structure having a free vibration portion 7a. 切断時には少なくとも１枚以上の切断刃を用い、切断時の行列の間隔はセンサーの形状を考慮して決定する。 Using at least one or more cutting blade during cutting, the distance at break of the matrix is ​​determined in consideration of the shape of the sensor. ここでは、１０ａ〜１０ｆの間隔を２．５mm、１１ａ〜１１ｋの間隔を０．５mmとすることにより、長さ２．５mm、幅０．５mm、厚み０．４mm Here, 2.5mm spacing 10a through 10f, by a 0.5mm spacing 11A～11k, length 2.5 mm, width 0.5mm, thickness 0.4mm
の超小型の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子を実現した。 To achieve a bimorph type piezoelectric element for miniature accelerometer. 自由振動部７ａの長さは使用する砥石１２ａの精度と研削及び切断時の機械精度によって決定するため、従来の接着剤で支持体を固定する方法のセンサー感度ばらつきが±２０％であったのに対し、本発明では± To determine the accuracy and the grinding and cutting time of the machine accuracy of the grinding wheel 12a to be used the length of the free vibration portion 7a, the sensor sensitivity variations of a method of fixing the support with conventional adhesive was 20% ± for, ± in the present invention
３％と大幅な高精度化を実現した。 To achieve a 3% and significantly higher accuracy. また、ここでは、自由振動部７ａを形成研削用砥石１２ａに実施の形態３の倍の厚みである４mmの砥石を用いることにより、研削加工時間を実施の形態３の１／２としている。 Further, here, by using a 4mm grindstone is twice the thickness of the third embodiment to form a grinding stone 12a freely vibrating part 7a, and the grinding time and half of the third embodiment. そのため、 for that reason,
支持体形成に対する工数が本発明では０．００５分／個（１枚砥石での研削工程のみ）と従来の１／１００に大幅に低減でき、本発明により感度ばらつきが小さくかつ低コストな片持ち梁構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子製造方法を提供できる。 0.005 minutes in man-hours present invention to the support formed / number (one grinding wheel in the grinding step only) and significantly reduces the prior 1/100, sensitivity variation has a small and low-cost single by the present invention possible to provide a bimorph piezoelectric element manufacturing method for the acceleration sensor beam structure.
【発明の効果】以上のように、本発明は一対の圧電単結晶板を直接接合により対面接合してなる加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であって、前記一対の圧電単結晶板の少なくとも一方の一部を研削して設けられた自由振動部と、前記自由振動部の片側または両側に一体に設けられた非研削部よりなる支持体とを有する構成であり、また一対の圧電単結晶板を対面接合し加熱することにより直接接合する第一の工程と、直接接合された前記一対の圧電単結晶板の少なくとも一方を行あるいは列に所定の間隔及び深さに研削して自由振動部を形成する第二の工程と、研削された前記圧電単結晶板の主表面に電極を形成する第三の工程と、研削により形成された前記圧電単結晶板の自由振動部および非研削部を所定の間隔に行列に切断するこ As is evident from the foregoing description, the present invention provides an acceleration sensor bimorph piezoelectric element for comprising faces joined by direct bonding a pair of piezoelectric single crystal plates, the pair of piezoelectric single-crystal plate of at least one of a free vibration portion provided by grinding a portion, the a configuration and a freedom on one or both sides of the vibrating portion formed of unground portion provided integrally support, also a pair of piezoelectric single crystal plates forming a first step of direct bonding, the free vibration portion is ground to a row or column in a predetermined interval and depth at least one of the pair of piezoelectric single crystal plates bonded directly by face bonding by heating a second step of grinding has been a third step of forming an electrode on the main surface of said piezoelectric single crystal plates, the piezoelectric single crystal plate formed by grinding the free vibration portion and unground portion of the predetermined cutting child in the matrix in the interval により支持体を形成する第四の工程を有する製造方法であり、これにより小型・高感度で感度ばらつきが小さくかつ低コストな加速度センサー用バイモルフ型圧電素子とその製造方法を提供することを可能とする。 By a manufacturing method having a fourth step of forming a support, thereby compact, high sensitivity sensitivity variation with small, low-cost accelerometer for bimorph piezoelectric element and possible to provide a manufacturing method thereof to.
【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の断面図 （ｂ）同斜視図 [1] (a) cross-sectional view of the bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor in the first embodiment of the present invention (b) a perspective view of the same
【図２】（ａ）本発明の第２の実施の形態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の断面図 （ｂ）同斜視図 Figure 2 (a) is a cross-sectional view (b) the perspective view of the bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor in the second embodiment of the present invention
【図３】本発明の第３の実施の形態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子製造方法を示す斜視工程図 Figure 3 is a perspective process view showing a bimorph type piezoelectric element manufacturing method for the acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention
【図４】同斜視工程図 [Figure 4] same perspective process diagram
【図５】同断面工程図 FIG. 5 is the same cross-sectional process view
【図６】本発明の第４の実施の形態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子製造方法を示す斜視工程図 Figure 6 is a perspective process view showing a bimorph type piezoelectric element manufacturing method for the acceleration sensor in the fourth embodiment of the present invention
【図７】同斜視工程図 [7] the same perspective process diagram
【図８】同断面工程図 [8] the same cross-sectional process view
【図９】本発明の第５の実施の形態における加速度センサー用バイモルフ型圧電素子製造方法を示す斜視工程図 Figure 9 is a perspective process view showing a bimorph type piezoelectric element manufacturing method for the acceleration sensor according to the fifth embodiment of the present invention
【図１０】同斜視工程図 FIG. 10 is the same perspective process diagram
【図１１】同断面工程図 [11] the same cross-sectional process view
【図１２】（ａ）従来の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子（片持ち梁構造）の断面図 （ｂ）従来構造の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子（両持ち梁構造）の断面図 Figure 12 is a cross-sectional view of (a) conventional bimorph piezoelectric element for an acceleration sensor sectional view (b) bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of a conventional structure (doubly supported beam structure) of (cantilever structure)
【図１３】従来工法による加速度センサー用バイモルフ型圧電素子（片持ち梁構造）の製造方法の一例を示す断面工程図 FIG. 13 is a cross-sectional process drawing showing an example of a conventional method for manufacturing method according to the bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor (cantilever structure)
【図１４】従来工法による加速度センサー用バイモルフ型圧電素子（両持ち梁構造）の製造方法の一例を示す断面工程図 FIG. 14 is a cross-sectional process drawing showing an example of a conventional method for manufacturing method according to the bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor (doubly supported beam structure)
１ａ〜１ｉ 圧電セラミック ２ａ〜２ｉ 電極 ３ａ〜３ｆ 接着剤 ４ａ〜４ｈ 支持体 ５ａ，５ｂ 分極方向 ６ａ〜６ｆ ＬＮ単結晶板 ７ａ〜７ｃ 自由振動部 ７ｈ，７ｊ バイモルフ型圧電素子 ８ａ〜８ｃ 支持体 ９ 電極 １２ａ〜１２ｃ 研削用砥石 １３ａ〜１３ｃ スペーサー １０，１１，１４，１５，１６，１７ 切断方向 ３１ａ〜３１ｄ 電極 ３２ａ，３２ｂ 自由振動部 ３３ａ〜３３ｃ 支持体 1a~1i piezoceramic 2a~2i electrode 3a~3f adhesive 4a~4h support 5a, 5b polarization direction 6 a to 6 f LN single-crystal plates 7a~7c free vibration portion 7h, 7j bimorph piezoelectric element 8a~8c support 9 electrode 12a~12c grinding stone 13a~13c spacer 10,11,14,15,16,17 cutting direction 31a~31d electrodes 32a, 32b freely vibrating part 33a~33c support
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 幸治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 島村 徹郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐々木 幸紀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山口 雅子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Koji Nomura Osaka Prefecture Kadoma Oaza Kadoma 1006 address Matsushita Electric industrial Co., Ltd. in the (72) inventor Tetsuo Shimamura Osaka Prefecture Kadoma Oaza Kadoma 1006 address Matsushita Electric industrial Co., Ltd. in the ( 72) inventor Yukinori Sasaki Osaka Prefecture Kadoma Oaza Kadoma 1006 address Matsushita Electric industrial Co., Ltd. in the (72) inventor Masako Yamaguchi Osaka Prefecture Kadoma Oaza Kadoma 1006 address Matsushita Electric industrial Co., Ltd. in
【請求項１】 一対の圧電単結晶板を直接接合により対面接合してなる加速度センサー用バイモルフ型圧電素子であって、前記一対の圧電単結晶板の少なくとも一方の一部を研削して設けられた自由振動部と、前記自由振動部の片側または両側に一体に設けられた非研削部よりなる支持体とを有する加速度センサー用バイモルフ型圧電素子。 1. A pair of piezoelectric single crystal plates bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor formed by facing bonded by direct bonding, and provided by grinding a portion of at least one of said pair of piezoelectric single crystal plates free vibration portion and said formed of unground portion provided integrally with one or both sides of the free vibration portion support and the bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor having a.
【請求項２】 圧電単結晶板がニオブ酸リチウム単結晶からなり、対向主面を１２０〜１５０度回転Ｙ板切り出し面としたことを特徴とする請求項１記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子。 2. A piezoelectric single crystal plates is made of lithium niobate single crystal, the bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of claim 1, wherein the facing major surface, characterized in that a 120 to 150-degree rotation Y plate cut surface .
【請求項３】 圧電単結晶板の対向主面が正分極面であることを特徴とする請求項１記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子。 3. A piezoelectric single-crystal plate bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of claim 1, wherein the opposite principal surface is a positive polarization plane of.
【請求項４】 自由振動部の直接接合された一対の単結晶板の互いの厚みが同じであることを特徴とする請求項１記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子。 4. The bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of claim 1, wherein the mutual thickness of the pair of single-crystal plate that is directly bonded free vibration portion is the same.
【請求項５】 一対の圧電単結晶板を対面接合し加熱することにより直接接合する第一の工程と、直接接合された前記一対の圧電単結晶板の少なくとも一方を行あるいは列に所定の間隔及び深さに研削して自由振動部を形成する第二の工程と、研削された前記圧電単結晶板の主表面に電極を形成する第三の工程と、研削により形成された前記圧電単結晶板の自由振動部および非研削部を所定の間隔に行列に切断することにより支持体を形成する第四の工程を有することを特徴とする加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法。 5. A first step and a predetermined interval of at least one in a row or column of said pair of piezoelectric single crystal plates bonded directly to direct bonding by face bonding a pair of piezoelectric single-crystal plate heat and a second step of forming a free vibration portion is ground to the depth, the third step and said piezoelectric single crystal formed by grinding for forming the electrodes on the ground major surface of said piezoelectric single crystal plates method for manufacturing a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor, characterized in that it comprises a fourth step of forming a support member by cutting the free vibration portion and unground portion of the plate in a matrix at predetermined intervals.
【請求項６】 一対の圧電単結晶板の正分極面を直接接合することを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法。 6. The method for producing a pair of piezoelectric single crystal plates of the bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of claim 5, wherein the bonding the positive polarization plane directly.
【請求項７】 一対の圧電単結晶板を対面接合し加熱する温度が２７５℃以上であることを特徴とする請求項５ Claim 7. A temperature for heating facing bonding a pair of piezoelectric single crystal plates, characterized in that at 275 ° C. or higher 5
記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法。 Method for manufacturing a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor according.
【請求項８】 研削により対向する一対の圧電単結晶板の厚みを同じ厚みとして自由振動部を形成することを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法。 8. The process for producing the bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor of claim 5, wherein the forming the free vibration portion the thickness of the pair of piezoelectric single crystal plate opposite the ground as the same thickness.
【請求項９】 研削された圧電単結晶板上の電極を無電解めっきあるいは蒸着により形成することを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法。 9. grinded process according to claim 5 bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor, wherein the forming by the electroless plating or deposition of electrodes on the piezoelectric single crystal plates.
【請求項１０】 第四の工程で行われる切断に切断刃を用いるとともに、前記切断刃が少なくとも１枚以上所定の間隔で同軸上に固定された切断刃群からなることを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法。 10. with use of the cutting blade to the cutting performed in the fourth step, the claims wherein the cutting blade is characterized in that it consists of cutting blade group which is fixed coaxially at predetermined intervals at least one or more 5 method for manufacturing a bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor according.
【請求項１１】 第二の工程で用いられる研削用砥石が少なくとも１枚以上同軸上に固定された砥石群からなることを特徴とする請求項５記載の加速度センサー用バイモルフ型圧電素子の製造方法。 11. The method for producing the second grinding stone used in step bimorph type piezoelectric element for an acceleration sensor according to claim 5, characterized in that it consists of at least one or more coaxially fixed grindstone group on .
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