专利名称：加速度传感器和加速度检测装置及定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对施加在各种电子仪器上的冲击所引起的角加速度(转动加速度)以及并进加速度进行检测。
背景技术：
近年来，随着电子仪器的小型化，笔记本电脑等便携式电子仪器得到了普及。为了提高和确保这些电子仪器受到冲击后的可靠性，对小型并可表面安装的高性能加速度(冲击)传感器的需求有所提高。例如，如果在向高密度磁记录装置写入动作中施加了冲击，就会产生磁磁头的位置偏移。其结果，有可能产生数据写入错误甚至引起磁磁头的破损。为此，有必要检测出施加在磁记录装置上的冲击，停止写入动作，让磁磁头退避在安全的位置上。
进一步，在磁记录装置中记录密度已经高密度化，盘面上的轨迹窄小。为此，即使是极小振动，也容易产生磁磁头的位置偏移(轨迹错位)。不仅是从磁记录装置的外部施加来的冲击和振动，而且磁记录装置内部的电机等的转动所引起的小的振动也可能引起磁磁头偏移轨迹。
作为施加在磁记录装置上的振动，不仅是并进振动，转动振动的情况也可能发生。因此，在控制过程中，有必要区分并进加速度和角加速度(以下转称为转动加速度)，需要可以检测并进加速度和转动加速度的传感器。并进加速度利用1个现有的加速度传感器就可以检测。还有，为了检测转动加速度，如果从转动中心相互尽量隔开的二个以上的位置上分别配置加速度传感器，可以灵敏度最好检测出来。这时，二个加速度传感器在转动中心两侧等距离配置时，如果施加转动加速度，其分别的输出信号为符号相反大小相同的信号。但是，上述条件仅限于转动中心的位置两个加速度传感器的中间的情况。还有，特性实质上相同的两个加速度传感器如果配置相对于转动中心在同一侧时，由于并进加速度相对于各加速度传感器为相同大小，对于并进加速度而言，分别从这些加速度传感器输出的信号大小相同。另一方面，如果是施加转动加速度，由于从两个加速度传感器输出的信号的大小随转动中心到各加速度传感器之间的距离而不同，因而从各加速度传感器输出的信号的大小不同。因此，通过获取两个输出信号的差，可以检测出转动加速度。
还有，作为加速度传感器，周知有施加应力产生应变而产生电压的压电体所构成的压电元件(特开平10-96742号公报)。作为加速度传感器用的压电元件，有板状的压电体等的具有梁部的板状形状。由加速度产生的应变变形引起压电体的梁部的振动，通过检测由此产生的电压就可以检测出加速度。
但是，当加速度传感器由多个压电元件构成时，各压电元件在特性上有差异，还有，在两个压电元件以相隔一定位置设置的加速度传感器中，设置位置的状态对各压电元件的灵敏度有影响。例如，由于设置位置不同，有可能由于两者的温度差引起的各压电元件的灵敏度上的偏差。在上述这种情况下，即使在只施加了并进加速度，由于各压电元件之间的输出信号之间产生偏差，结果错位作为转动加速度检测出来，不能正确区分转动加速度。另一方面，如果在一个包装内所限定的空间内收容两个压电元件，缩短压电元件之间的距离，检测信号的差变小，不能高灵敏度地检测出转动加速度。
因此，本发明的目的在于提供一种可以在限定的空间内设置、能高灵敏度地检测出转动加速度的加速度传感器。
发明内容
上述课题可以通过以下的本发明解决。
即，本发明的加速度传感器，其特征是由设置了为输出由应变产生的电荷的电极的第1以及第2压电元件构成，上述第1以及第2压电元件分别至少由一个压电体4构成、具有支撑上述压电体的支撑体部、同时上述电极至少分别设置在上述压电元件的相对的面上，上述第1压电元件的一方的面和第2压电元件的一方的面设置成实质上相互平行。
这里，如果将第1压电元件的一方的面和第2压电元件的一方的面设置成实质上相互平行，对于同一方向的加速度由于各压电元件在相同方向振动，振动面分别与各压电元件平行。还有，优选第1压电元件的一方的面和第2压电元件的一方的面在同一平面内。此外，压电元件，通常由于在和梁部的面垂直方向上振动，所以优选将各压电元件的梁部的面实质上相互平行配置。还有，构成压电元件的压电体，可以将支撑体部和梁部由连续一体物品构成，或者支撑体部分离构成。
这样，在限定的空间内可以设置第1以及第2压电元件能检测同一方向的加速度，根据支撑各压电元件的压电体的支撑体部之间的距离，可以高灵敏度地检测转动加速度。还有，可以不受设置位置的环境的影响检测转动加速度。
还有，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是上述第1以及第2压电元件为具有包含支撑上述压电体的支撑体部和上述压电体的主面的梁部的单端固定型，让上述第1以及第2压电元件的各自的长轴方向成同一方向，将上述各支撑体部相对于各自的上述长轴方向相互远隔配置在外侧，让上述梁部的前端相互接近配置在内侧，让上述梁部的端面实质上相互平行配置。
进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是上述第1以及第2压电元件的每一个分别由一个压电体构成，上述各压电体的分极方向相互相反。
又进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是上述第1以及第2压电元件的每一个分别由一个压电体构成，上述各压电体的分极方向相互相同。
还有，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是上述第1以及第2压电元件的每一个分别由多个压电体接合层压构成。
这样，通过多个压电体接合构成压电元件，可以获得更大的输出信号。
还有，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是在上述第1以及第2压电元件每一个中，构成上述各压电元件的所有压电体的分极方向为同一方向。
又进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是构成上述第1以及第2压电元件的每一个的各压电体的分极方向为相互相反方向。
还有，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是构成上述第1以及第2压电元件的每一个的各压电体的分极方向为相互相同方向。
进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是上述第1以及第2压电元件的每一个是将分极方向相互相反的至少2个压电体按分极极性相同的面相互对向进行接合。
又进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是构成上述第1以及第2压电元件的每一个，所对应的各压电体的分极方向为相互相反方向。
还有，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是构成上述第1以及第2压电元件的每一个，所对应的各压电体的分极方向为相互相同方向。
进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是在上述一个压电元件中，构成上述压电元件的各压电体，通过介入垫片材料接合。
在此，作为垫片材料只要是可以和压电体能接合的材料即可，并不需要特别限定。优选可以将加速度引起的振动传递给压电体的材料。优选硅基板。
又进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是在上述压电元件是将多个上述压电体通过直接接合进行接合。
这样，由于在压电体之间的界面上没有形成粘接层，由加速度引起的振动不会由该粘接层吸收，可以实现高灵敏度检测加速度，稳定的元件。
还有，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是在至少通过氧原子和羟基中的一个将多个上述压电体通过直接接合进行接合。
这样，压电体之间通过羟基或者氧原子可以强固接合。
还有，有关本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是进一步包括与上述第1以及第2压电元件的每一个的各电极对应的输出端子。
又进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是对于上述第1以及第2压电元件的每一个，包括按所产生的电荷的极性相互不同的电极之间将不同的压电元件连接的至少一个的输出端子。
在上述那样的第1以及第2压电元件的每一个中，所产生的电荷的极性不同的电极之间将不同的压电元件连接，并以此作为输出端子，让各压电元件的电极之间的电荷相互抵消，余下的电荷作为各压电元件的输出的差分输出。在此，当施加转动加速度时，根据离开转动中心的距离发生在每个压电元件上的电荷量不同。另一方面，由并进加速度产生的电荷量对于每个压电元件相同，取差分后相互抵消。因此，根据该输出的差分可以检测转动加速度。换句话说，在各压电元件之间通过上述那样的布线，可以获得输出的差分。在此，没有必要在外部设置差分电路。
还有，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是对于上述第1以及第2压电元件的每一个，包括按所产生的电荷的极性相互相同的电极之间将不同的压电元件连接，从上述连接后的电极之外的电极的输出端子。
在上述中，在第1以及第2压电元件的每一个中，通过所产生的电荷的极性相同的电极之间串联连接，相同极性的电荷之间相互抵消，可以获得产生在各压电元件上的电荷量的差的输出。这样，余下的电荷作为各压电元件的输出的差分输出，根据该输出的差分可以检测转动加速度。换句话说，在各压电元件之间通过上述那样的布线，可以获得输出的差分。在此，没有必要在外部设置差分电路。
进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是包括输出在上述第1以及第2压电元件的各自的各电极上产生的电荷的至少一组输出端子。
又进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是上述第1压电元件调整成和第2压电元件的灵敏度实质上相同的灵敏度。
构成该加速度传感器的第1以及第2压电元件，通常一方的压电元件的尺寸与另一方压电元件的尺寸实质上按相同尺寸构成，可以让各自的灵敏度大致相同。进一步，为了提高加速度的检测精度，优选将一方的压电元件的灵敏度调整到实质上和另一方的压电元件的灵敏度相同。压电元件的灵敏度的调整，例如，可以通过削去梁部的一部分，或者在梁部上粘接重量物等灵敏度调整体的方法来进行。
还有，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是上述第1压电元件将梁部的一部分削去。
进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是上述第1压电元件在梁部的一部分上粘接灵敏度调整体。
又进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是在包装壳内将上述第1以及第2压电元件的每一个用上述支撑体部让上述梁部可以振动地固定。
在该加速度传感器中，将第1以及第2压电元件安装在包装壳内，可以容易取出来自设置在各压电元件的各面上的输出。
还有，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是上述第1以及第2压电元件的每一个，在上述梁部和上述包装壳的平面成一定倾斜的状态下，安装在该包装壳中。
通过让压电元件的梁部相对于包装壳的平面倾斜，梁部的振动方向相对于包装壳的平面倾斜。为此，不仅可以检测和包装壳的平面平行方向的加速度，而且可以和包装壳的平面垂直方向的加速度。
进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是上述第1以及第2压电元件的每一个，在上述梁部和上述包装壳的平面所成的倾斜角相互不同的状态下，安装在该包装壳中。
又进一步，本发明的加速度传感器，是上述加速度传感器，其特征是在上述包装壳中安装2组压电元件，第1组的上述第1以及第2压电元件的每一个在上述梁部和上述包装壳的平面相对垂直的状态下安装，第2组的上述第1以及第2压电元件的每一个在上述梁部和上述包装壳的平面相对平行的状态下安装。
通过这样安装2组让压电元件的梁部和包装壳的平面垂直以及平行的压电元件，可以分别独立检测与包装壳的平面相对垂直方向以及相对平行方向上的加速度成份。此外，并不限定于检测上述2轴方向的加速度，可以进一步安装第3组压电元件，检测3轴方向的加速度成份。
本发明的加速度检测装置，其特征是包括上述加速度传感器和处理上述压电元件的输出信号的信号处理电路。
这样，由于可以将加速度传感器，和作为信号处理电路例如半导体元件等收容在一个包装壳内，可以缩短布线，减少噪音的影响，高灵敏度地检测加速度。
还有，本发明的加速度检测装置，是上述加速度检测装置，其特征是上述第1以及第2压电元件的每一个，与对于相同方向的加速度输出相同极性的输出信号的上述信号处理电路连接，对上述信号处理电路中的上述输出信号进行差分处理。
进一步，本发明的加速度检测装置，是上述加速度检测装置，其特征是上述第1以及第2压电元件，与对于相同方向的加速度分别输出相反极性的输出信号的上述信号处理电路连接，对上述信号处理电路中的上述输出信号进行加算处理。
又进一步，本发明的加速度检测装置，是上述加速度检测装置，其特征是上述信号处理电路包括根据由上述第1以及第2压电元件的每一个输出的差分检测角加速度的电路。
在此，施加在距转动中心不同距离的第1以及第2压电元件上的转动加速度的大小分别不同。另一方面，施加在各压电元件上的并进加速度相同。为此，通过检测出2个压电元件的输出的差分，对由并进加速度产生的输出信号相互抵消，可以检测出由转动加速度产生的输出信号。
又进一步，本发明的加速度检测装置，是上述加速度检测装置，其特征是上述信号处理电路按照让上述第1以及第2压电元件的每一个的灵敏度实质上相等来进行输出调整。
还有，本发明的加速度检测装置，是上述加速度检测装置，其特征是上述信号处理电路包含将上述压电元件的输出信号的阻抗变换的1个阻抗变换电路和对上述变换的输出信号进行放大的放大电路。
进一步，本发明的加速度检测装置，是上述加速度检测装置，其特征是上述信号处理电路包含将上述第1以及第2压电元件的输出信号的阻抗变换的2个阻抗变换电路和对上述变换的输出信号进行加算的加算电路。
又进一步，本发明的加速度检测装置，是上述加速度检测装置，其特征是上述信号处理电路包含将上述第1以及第2压电元件的输出信号的阻抗变换的2个阻抗变换电路和检测上述变换的输出信号的差对该输出信号差进行放大的差动放大电路。
还有，本发明的加速度检测装置，是上述加速度检测装置，其特征是具有同时向外部输出将上述压电元件的输出进行阻抗变换后的变换输出和在阻抗变换后对上述变换输出进行放大的放大输出的多个输出端子。
进一步，本发明的加速度检测装置，是上述加速度检测装置，其特征是在包装壳内将上述第1以及第2压电元件的每一个用上述支撑体部让上述梁部可以振动地固定，同时收容上述信号处理电路。
本发明的对象物的位置定位装置，是由检测加速度的上述加速度检测装置、对象物的移动装置、控制上述移动装置的控制装置所构成的对象物的位置定位装置，其特征是上述控制装置根据从上述加速度检测装置检测出的加速度上述对应的输出信号，可以上述移动装置，让上述对象物移动进行位置定位。
这样，即使在位置定位装置上产生外部干扰，施加加速度，也能正确确定对象物的位置。
还有，本发明的位置定位装置，是上述位置定位装置，其特征是将构成上述加速度检测装置的上述第1以及第2压电元件的每一个的上述梁部配置成实质上与支撑上述对象物的装置平行。
本发明的盘片记录·播放装置，是由检测加速度的上述加速度检测装置、让对盘片进行记录·播放的磁头移动的磁头移动装置、控制上述磁头移动装置的控制装置所构成的盘片记录·播放装置，其特征是上述控制装置根据从上述加速度检测装置检测出的加速度上述对应的输出信号，计算出所最好的上述磁头的移动量，由上述磁头移动装置让上述磁头移动进行上述磁头的位置定位。
这样，即使产生外部干扰，施加加速度，由于也能正确确定磁头的位置，可以提高盘片记录·播放装置的耐振动性，达成盘片记录·播放装置的高密度化。
还有，本发明的盘片记录·播放装置，是上述盘片记录·播放装置，其特征是将构成上述加速度检测装置的上述第1以及第2压电元件的每一个的上述梁部配置成实质上与支撑上述磁头的臂平行。
图1(a)为表示实施例1的加速度传感器的透视图，(b)为其俯视图。
图2(a)为表示在实施例1中为进行由直接接合方式进行接合而接近亲水化处理的面的阶段的截面图，(b)为表示界面是由氢接合等直接接合的样子的剖视图，(c)为表示通过氧原子直接接合的接合界面的界面图。
图3为表示实施例1的转动加速度传感器检测方法的检测原理图。
图4为表示实施例2的加速度传感器的透视图。
图5为表示采用实施例2的加速度传感器的加速度检测用方框图。
图6为表示采用实施例2的加速度传感器的加速度检测用电路图。
图7为表示采用实施例2的加速度传感器的其他形式的加速度检测用方框图。
图8为表示采用实施例2的加速度传感器的其他形式的加速度检测用电路图。
图9为表示实施例3的加速度传感器的透视图。
图10为表示实施例4的加速度检测装置的方框图。
图11为表示实施例4的加速度检测装置中的电路图。
图12为表示本发明的加速度传感器的其他配置的俯视图，(a)为两个压电元件均配置在同一方向时的情况，(b)为配置中央支撑型的压电元件的情况，(c)为配置两端固定梁型压电元件的情况。
图13(a)为表示实施例5的加速度传感器的透视图，(b)为其俯视图。
图14为表示实施例6的加速度传感器的透视图。
图15为表示实施例6的加速度检测用的方框图。
图16为表示实施例6的加速度检测用的电路图。
图17为表示实施例7的加速度检测用的方框图。
图18为表示实施例7的加速度检测用的电路图。
图19为表示实施例7的加速度检测用的电路图。
图20为表示采用实施例7的加速度传感器的其他形式的加速度检测用方框图。
图21为表示采用实施例7的加速度传感器的其他形式的加速度检测用电路图。
图22为表示实施例8的加速度传感器的透视图。
图23为表示实施例9的加速度检测用的电路图。
图24为表示实施例10的加速度检测装置的方框图。
图25为表示实施例10的加速度检测装置中的电路图。
图26为表示本发明的加速度传感器的其他配置的俯视图，(a)为两个压电元件均配置在同一方向时的情况，(b)为配置中央支撑型的压电元件的情况，(c)为配置两端固定梁型压电元件的情况。
图27为表示实施例11的加速度传感器的俯视图。
图28为表示实施例11的加速度检测用的方框图。
图29为表示实施例12的加速度传感器的俯视图。
图30为表示实施例13的加速度传感器的俯视图。
图31为表示实施例13的加速度检测用的方框图。
图32为表示实施例14的加速度传感器的俯视图。
图33为表示实施例15的加速度传感器的俯视图。
图34为表示实施例15的加速度检测用的方框图。
图35为表示实施例16的加速度传感器的俯视图。
图36为表示实施例17的加速度传感器的俯视图。
图37为表示实施例17的加速度检测用的方框图。
图38为表示实施例18的加速度传感器的俯视图。
图39为表示实施例19的加速度传感器的分解透视图。
图40(a)为表示实施例20的加速度传感器的透视图，(b)为其侧视图。
图41为表示有关实施例20的加速度传感器的其他配置的侧视图，(a)为分极方向相同、梁部的倾斜相对于垂直面是面对称的情况，(b)为分极方向相反、梁部的倾斜相同的情况，(c)为分极方向相反、梁部的倾斜相对于垂直面是面对称的情况。
图42为表示实施例21的加速度传感器中的压电元件的灵敏度调整方法的示意图。
图43(a)为表示实施例22的盘片记录·播放装置的概略构成图，(b)为其控制方框图。
在上述附图中，1、2—压电元件，3—支撑体部，4—压电体，6a、6b—包装壳，7—槽部、8a、8b、8c、8d—外部电极，9—导电胶，10—加速度传感器，11a、11b、21a、21b—电极，12—信号检测装置，13—差动放大装置，14a、14b—场效应管，15、15a、25、26—运算放大器，16—半导体元件，22—基准电位产生装置，23—累加电路，24a、24b—缓冲放大器，25—研削部，26—灵敏度调整体，30—硅基板，31—盘片，32—磁头，40—磁头移动装置，41—枢轴，42—臂，50—位置检测装置，60—控制装置，70—信号检测装置，100—加速度检测装置，200—盘片记录·播放装置。
具体实施例方式
以下参照
本发明的实施例。
实施例1图1(a)为表示构成本发明实施例1的加速度传感器的压电元件的透视图，图1(b)为其俯视图。该加速度传感器由两个压电元件1、2构成。各压电元件1、2具有分别将2张压电体按分极方向相互成相反方向接合的双压电晶片型的梁部在一端由支撑体部3支撑的单端固定梁构造。在各压电元件1、2梁的相对向的两个面上分别形成电极11a、11b、21a、21b。设置了支撑体部3的面上的电极11b、21b，由于梁部和支撑体部3之间有段差，段差面也为电连接，让梁部和支撑体部3成电导通。和支撑体部3相反侧的面上的电极11a、21a在表面整体形成。该压电元件1、2由于是将两张压电体4接合的双压电晶片型的单端固定梁构造，经过支撑体部3传来的加速度使得梁部产生弯曲振动而在压电体上所产生的电位差可以从设置在相对面上的电极11a、11b、21a、21b上取出。将这样的压电体按1张或者多张层压接合，在各面上设置电极的构造体称为压电元件。在该加速度传感器10中，各压电元件1、2配置成一方的面相互平行，具体讲配置成让梁部的面实质上在同一平面内。还有，在该加速度传感器10中，在长轴方向基本上式并排成一直线，让各压电元件的梁部的前端相互接近，各支撑体部3在长轴方向相互分离配置在外侧。
在构成该加速度传感器10的压电元件1和压电元件2中，让分极方向相互相反的两张压电体4按分极极性相同的面对向层压接合，构成一个压电元件。在压电元件1和压电元件2中，让对应的压电体的分极方向成相互相反的方向。如果用另外的表现方式，在接合面对向的面的分极极性对于压电元件1和压电元件2来说是相互不同的。在图1(b)中，各压电体的分极方向由箭磁头表示。箭磁头表示从极性的+面指向-面。为此，箭磁头的起点侧为+面，箭磁头的终点侧为-面。在压电元件1中，两张压电体的极性的-面之间相互接合，在压电元件2中两张压电体的极性的+面之间相互接合。
一般，压电元件的共振频率由压电元件的长度和厚度确定。由于压电元件的灵敏度对于接近共振频率的频率的加速度高，只要根据测定频率范围让共振频率变高来确定压电元件的形状即可。在本实施例1中，压电元件的厚度为100μm，长度为2mm，共振频率为20kHz。压电元件是由厚度为50μm的两张压电体接合构成，作为压电体，采用压电单晶的铌酸锂(LiNbO3)。
下面说明构成各加速度传感器的压电元件的制造方法。首先，压电体由厚度400μm的两张铌酸锂基板直接接合方式接合。在直接接合的工序中将基板的表面研磨让表面成均匀的镜面，通过洗净将表面的灰尘和污染物除去。对该基板进行亲水化处理让表面活性化，在干燥之后将两张基板重合。
在此，在图2中说明将压电基板4和压电基板3通过直接接合进行接合的原理。图2为表示在本发明实施例1中用于加速度传感器中的压电元件的制造方法中，通过直接接合进行接合的各阶段中的压电基板的界面状态。在图2中，L1、L2、L3表示压电基板间的距离。首先将压电基板的两张铌酸锂(LiNbO3)基板21a、21b的两面研磨成镜面。然后，将这些铌酸锂21a、21b用氨、过氧化氢和水的混合液(氨∶过氧化氢∶水＝1∶1∶6(容量比))洗净，对铌酸锂21a、21b进行亲水化处理。如图2(a)所示，用上述混合液洗净后的压电基板21a、21b的表面以羟基(-OH基)终结，成为亲水性(接合以前的状态)。
然后，如图2(b)所示，让进行了亲水化处理后的两张压电基板(LiNbO3)21a、21b按分极轴的方向相互相反进行接合(L1＞L2)。这样，引起脱水，压电基板(LiNbO3)21a和压电基板(LiNbO3)21b由于羟基的重合和氢键等的引力而引向接合。这样，通过将研磨成镜面的面之间进行表面处理，让其接触，就可以在界面上不介入粘接剂等粘接层，而让对向的面接合，并成为采用直接接合的接合。
在依据直接接合的接合中，由于不使用粘接剂，在接合界面上不存在粘接层。粘接层将吸收振动，使得灵敏度劣化，并且成为性能分散、温度特性劣化的原因。通过采用依据直接接合的接合，在接合界面上没有振动吸收，可以获得没有性能分散和温度变化的接合。还有，一般，通过施行热处理，从分子间力的接合变成共价键和离子键等原子水平的强有力的接合。
还有，根据需要，也可以对上述接合的压电基板(LiNbO3)21a、21b施行温度为450℃的热处理。这样，如图2所示，在压电基板(LiNbO3)21a的构成原子和压电基板(LiNbO3)21b的构成原子之间成为通过氧原子0的共价键的状态(L2＞L3)，压电基板21a、21b在原子水平上进一步强固地直接接合。即，获得在接合界面上不存在粘接剂等的粘接层的结合状态。作为其他的情况，也可以在压电基板(LiNbO3)21a的构成原子和压电基板(LiNbO3)21b的构成原子之间成为通过羟基的共价键的状态，压电基板21a、21b在原子水平上强固地直接接合。
此外，当压电基板热弱时，没有必要进行热处理。还有，在进行热处理时，最好在不超过让压电体的分极消失的居里点的温度范围内进行热处理。铌酸锂(LiNbO3)的居里点为1210℃，如果有该温度附近的经历，将使得特性劣化，最好在上述居里点以下的温度范围内进行热处理。这样，可以进行进一步强固地依据直接接合的接合。
将依据这样的直接接合所接合的两张铌酸锂基板中一方的基板采用平面研削对整个面研削，让其厚度为50μm。另一方基板留下称为支撑体部的部分其余研削成厚度为50μm。这样，压电元件的梁部的厚度合计为100μm，支撑体部分的厚度为450μm。在该研削加工后的基板的两面先后蒸发上厚度为50nm的铬和200nm的金作为电极。这时，由于一方的面为平面状，可以形成平面的电极。在另一方的面上有支撑体部，在该支撑体部和梁部之间有段差。为了让设置在该支撑体部和梁部的面上的电极之间能够电导通，在支撑体部和梁部之间的段差面上蒸发上金属掩膜。然后，用切片锯在梁部的长轴方向切断形成横幅为0.5mm。
图3为表示采用由2个压电元件构成的加速度传感器检测转动加速度的原理。以下采用图3说明检测转动加速度的原理。在此，压电元件1、2设置在离转动中心距离r处的地方。压电元件1、2感知加速度的支撑体部3之间相隔距离为δr。当系统整体产生转动加速度d2θ/dt2时、在压电元件1、2上在转动的切线方向上施加加速度a1θ、a2θ。当转动中心不变动时，a1θ和rd2θ/dt2成正比，a2θ和(r＋δr)d2θ/dt2成正比。为了输出与各压电元件感知的加速度的大小成正比的电位差，取具有相同比例系数的2个压电元件1、2的输出电位差V2－V1，成为和δr(d2θ/dt2)成正比大小，可以获得和转动加速度(角加速度)d2θ/dt2成正比大小的输出信号。
在此，如果产生了并进加速度时，由于施加在压电元件1、2上的并进加速度的大小相同，对应于并进加速度的输出信号的大小也大致相等，其差实质上接近零。另一方面，如果产生了转动加速度时，在上述2个压电元件1和压电元件2之间存在着和间隔δr与转动加速度d2θ/dt2的积成正比的输出信号。因此，如果取2个压电元件1、2的输出信号的差，可以检测出转动加速度。这时，为了提高所获得的转动加速度的精度，只要尽可能增大2个压电元件之间的间隔，增大输出信号的差即可。对于图1那样的单端固定梁型的压电元件，由于时通过支撑体部3将加速度传递给梁部，连接压电元件的支撑体部3和梁部之间的距离可以看作为2个压电元件之间的距离。因此，图1所示的配置在限定的空间内可以获得对角加速度最高的灵敏度。对此，如果2个压电元件的输出信号虽然有一定的大小，但其差基本为零时，就可以认为转动加速度实质上是零，可以无视。这时，从任一个压电元件的输出中可以检测出并进加速度。
实施例2图4为表示有关本实施例2的加速度传感器10的透视图。该加速度传感器10将有关实施例1的加速度传感器组装在包装壳6a中，使得容易从设置在各压电元件的各面的电极上取出输出信号。构成加速度传感器10的各压电元件1、2的压电体4的分极方向等和有关实施例1的加速度传感器的情况相同。构成加速度传感器10的各压电元件1、2由支撑体部3固定在包装壳6a上。在包装壳6a上掘出不让压电元件的梁部与包装壳6a接触以至于妨碍由加速度的传递产生的弯曲的槽7。
在包装壳6a的两端形成成为输出端子的外部电极8a、8b，压电元件1的电极11a和压电元件2的电极21a通过包装壳6a的导电层与外部电极8a连接。还有，压电元件1的电极11b和压电元件2的电极21b通过包装壳6a的导电层与外部电极8b连接。导电层和电极之间通过导电胶9电连接。在包装壳6a上盖上包装壳6b后构成加速度传感器10。
在图4的压电元件1、2中在支撑体部3的表面上由于可以通过包装壳上的导电层和导电胶获得导通，不需要在振动部分的梁部上导通，不会产生由于向梁部涂敷的导电胶影响梁部的共振频率。即，在成为一方的平面状的面11a、11b上，通过从支撑体部3用导电胶与外部电极连接，可以减少压电元件的共振频率和灵敏度等特性的分散。即，如果从压电元件的梁部涂敷导电胶等取出，由于涂敷量的差异和向梁部渗出的导电胶的量的差异将影响上述特性，结果使得性能分散。
另一方面，在支撑体部3上取出时，由于不直接影响振动，与导电胶的涂敷量无关，其特性仅仅取决于压电元件的形状，可以减少分散。还有，在另一方的面11b、21b上在支撑体部和梁部之间存在段差，虽然电极部分成2个，但在电气上是导通的。对于该面，由于梁部的面积小，导电胶的涂布量受到限制，最好从支撑体部3一侧的电极取出。还有，在平面状的面上也同样，如果从梁部涂敷导电胶等取出，由于涂敷量的差异和向梁部渗出的导电胶的量的差异将影响上述特性，结果使得性能分散。为此，最好从支撑体部3的电极进行与外部电极的连接。
还有，在使用焊锡等确保导通时，如果在梁部上直接用焊锡连接，向构成压电元件的压电体传递热而成为高温，存在特性劣化，降低灵敏度的问题。另一方面，通过在支撑体部3用焊锡取出，则不容易向梁部传递热，可以避免这样的问题。
然后，说明采用该加速度传感器进行加速度检测的方法。图5为表示采用有关本实施例2的加速度传感器的加速度检测用方框图。压电元件1、2的电极11a、21a相互连接与信号检测装置12连接，另一方面，电极11b、21b相互连接与信号检测装置12连接。还有，设置有产生基准电位的基准电位产生装置22。
首先针对压电元件1、2的分极方向进行说明。该压电元件1、2是由具有相互相反的分极方向的2个压电体让同一极性的面对向进行接合。进一步让压电元件1和压电元件2在2个压电体接合的接合面的极性相互不同，和相对应的压电体的分极方向相反。在图5中，分极方向如箭磁头所示，该箭磁头，从极性的+面指向-面。为此，箭磁头的起点侧为+面，箭磁头的终点侧为-面。此外，该极性只是分极形成，与施加应力时所产生的电荷的极性并不一定一致。
进一步，当在该加速度传感器上施加转动加速度时，在以下通过图5说明从2个压电元件1、2上可以获得怎样的输出。转动中心在压电元件1、2的梁部的延长线上时，从图5中的箭磁头大小所示，施加在远离转动中心的压电元件1上的加速度a1θ要比施加在压电元件2上的加速度a2θ大。当分别施加如图5的箭磁头所示方向的加速度时，如虚线所示，压电元件1的振幅要比压电元件2的振幅大。
在图5中，在压电元件1中，结合在一起的2张压电体中电极11b侧的压电体伸长，电极11a侧的压电体压缩。为此，各压电体压缩时产生和分极的极性相同极性的电荷，另一方面，伸长时产生和分极的极性相反极性的电荷，在对向的面之间产生电位。这样，在压缩后的压电体的电极11a侧产生和分极极性相同的正电荷，在伸长后的压电体的电极11b侧产生和分极极性相反的负电荷。
另一方面，压电元件2在2个压电体的接合面上对向的压电体的分极方向和压电元件1的情况相反。为此，在压电元件2中，在压缩后的压电体的电极21a侧产生负电荷，在伸长后的压电体的电极21b侧产生正电荷。
还有，电极11a和电极21a，电极11b和电极21b分别连接输出，为此，在各电极上产生的电荷分别移动，在压电元件1和压电元件2整体上获取所产生电荷的差。这时，由于远离转动中心的压电元件1上所产生的电荷要比压电元件2上所产生的电荷大，抵消产生在压电元件2上的电荷，在接触部上产生所产生的电荷量的差。以该电荷作为信号，由信号检测装置12检测，通过所获得的输出信号可以获得转动加速度。这样，通过在各压电元件上所产生的电荷的极性不同的电极之间连接布线，所产生的电荷之间相互抵消，可以获得输出的差。因此，不需要设置差分电路，就可以获得输出的差，获得转动加速度。此外，由并进加速度所产生的电荷量在各压电元件上实质上相同，所以在上述布线上可以预先向抵消。还有，如图5所示，虽然是以转动中心在压电元件1、2的梁部的延长线上时的情况进行了说明，由于转动速度的大小和转动中心和各压电元件1、2之间的距离差成正比，对于任意的转动中心的情况，也同样可以检测出转动加速度。
此外，考察转动加速度的施加为瞬间施加的情况。在此，压电体的振动随转动加速度的施加从最大振幅进行往返振动，可以通过检测最大振幅检测转动加速度。
图6为表示采用有关本实施例2的加速度传感器的加速度检测用信号检测装置的电路图。该信号检测装置由包括场效应三极管(FET)14和电阻的源极跟随器电路和运算放大器15构成。从压电元件1、2的电极11b、21b的输出输入到场效应三极管(FET)14的门极。电极11a和电极21a通过包装壳的外部电极接地。场效应三极管14的门极和接地之间连接电阻，将压电元件的输出变换成电压。还有，在场效应三极管14的源极上连接电阻，构成源极跟随器。该源极跟随器构成阻抗变换电路。场效应三极管14的输出，通过电阻输入到运算放大器15进行放大。运算放大器15构成放大电路。基准电位通过对电源电压电阻分压获得。这样，施加在2个压电元件上的加速度的大小的差不需要用差动放大电路等电路，只要简单的放大电路就可以检测出来。
进一步，说明采用该加速度传感器的其他的加速度检测方法。图7为表示采用有关实施例2的加速度传感器的加速度检测用方框图。压电元件1、2的电极11b、21a相互连接，将电极11a、21b连接到信号检测装置12的输入端子上。即，2个压电元件串联连接。还有，设置有产生基准电位的基准电位产生装置22。
进一步，当在该加速度传感器上施加转动加速度时，在以下通过图7说明从2个压电元件1、2上可以获得怎样的输出。转动中心在压电元件1、2的梁部的延长线上时，如图7中的箭磁头大小所示，施加在远离转动中心的压电元件1上的加速度a1θ要比施加在压电元件2上的加速度a2θ大。当分别施加如图7的箭磁头所示方向的加速度时，如虚线所示，压电元件1的振幅要比压电元件2的振幅大。
在图7中，在压电元件1中，结合在一起的2张压电体中电极11b侧的压电体伸长，电极11a侧的压电体压缩。为此，各压电体压缩时产生和分极的极性相同极性的电荷，另一方面，伸长时产生和分极的极性相反极性的电荷，在对向的面之间产生电位。这样，在压缩后的压电体的电极11a侧产生和分极极性相同的正电荷，在伸长后的压电体的电极11b侧产生和分极极性相反的负电荷。
另一方面，压电元件2在2个压电体的接合面上对向的压电体的分极方向和压电元件1的情况相反。为此，在压电元件2中，在压缩后的压电体的电极21a侧产生正电荷，在伸长后的压电体的电极21b侧产生负电荷。
还有，由于电极11b和电极21a连接，为此，产生的电荷分别移动，在压电元件1的电极11a和压电元件2的电极21b产生相同极性的电荷，获取所产生电荷的差分。当施加转动加速度时，由于远离转动中心的某一方的压电元件所产生的电荷大，抵消另一方的压电元件所产生的电荷，将所产生的电荷量的差输入到信号处理装置12中。以该电荷作为信号，由信号检测装置12检测，通过所获得的输出信号可以获得转动加速度。由于2个压电元件串联连接，从信号检测装置12的输入端观察的加速度传感器的静电容量小，和图5所示的连接的情况相比，即使产生相同的电荷，所产生的电压高，即，具有灵敏度高的优点。
图8为表示采用有关本实施例2的加速度传感器的另一加速度检测用信号检测装置的电路图。由于电路构成和图6相同，省略其说明。
此外，作为加速度传感器的构成例并不限定于本实施例所示的构成，例如，也可以采用如图12(a)所示2个压电元件相同方向配置，如图12(b)所示配置2个中央支撑型的压电元件，如图12(c)所示配置2个两端固定梁型的压电元件的构成。
还有，在本实施例中，采用的是压电元件的支撑体部只设置在梁部的一面的单端固定梁型，也可以在梁部的两面设置。
进一步，在本实施例中，作为压电体虽然采用的是铌酸锂，但并不限定于此，也可以采用钽酸锂、水晶、压电单结晶等。进一步，也可以采用压电陶瓷，或者将压电陶瓷层压后的压电体。
此外，压电体的接合虽然是依据直接接合的接合，但并不限定于此，也可以采用粘接剂进行接合。但优选依据直接接合进行接合。
还有，作为信号处理电路，虽然采用的是场效应三极管和运算放大器，但并不限定于此，也可以不采用场效应三极管而直接输入到运算放大器上。还有，也可以设置基准电压电路和滤波电路。还有，也可以组合模拟/数字变换器。
进一步，压电元件1、2上的电极与包装壳6a上的导电层之间的连接虽然采用的是导电胶，但并不限定于此，也可以采用焊锡或者无铅焊锡连接。通过采用焊锡，可以提高在高温高湿条件下使用的可靠性。
实施例3图9为表示本实施例3的加速度检测装置100的透视图。该加速度检测装置100是将实施例1的加速度传感器10组装在包装壳6a、6b中，与外部电极8a、8b、8c、8d连接同时在包装壳内组装处理输出的半导体器件16，在这一点上，与实施例1的加速度传感器和实施例2的加速度传感器不同。该加速度检测装置100由压电元件1、2、半导体器件16、包装壳6a、6b、外部电极8a、8b、8c、8d构成。压电元件1、2和构成实施例1的加速度传感器的压电元件相同。半导体器件16采用裸芯片，采用裸芯片可以小型化。半导体器件16的上面的电极和包装壳6a上的导电层采用引线接合连接，背面的电极采用钢模接合。压电元件的电极和导电层之间采用导电胶连接。外部电极8a、8b、8c、8d作为电源端子、接地端子、输出端子等使用。半导体器件16是将有关实施例2的加速度传感器中图5所示的方框图的电路集成化后的电路。具体讲，半导体器件中的信号处理电路，由包括场效应三极管(FET)和电阻的源极跟随器电路和运算放大器构成。该源极跟随器电路构成阻抗变换电路。还有，场效应三极管的输出，通过电阻输入到运算放大器进行放大。运算放大器构成放大电路。因此，这种情况下，信号处理电路由一个阻抗变换电路和放大电路构成。各电路的动作和实施例2中的说明相同。作为采用场效应管的半导体器件16的电路构成，和图6所示相同，其动作已经在实施例2中进行了说明，在此省略。
虽然也可以在印刷电路板上配置各元件构成检测电路，但如果布线增长后，增大噪音的影响，S/N比劣化。通过将半导体器件和电阻与压电元件邻近收容在同一包装壳中，可以降低噪音，提高S/N比。由于传感器的检测分辨率由S/N确定，通过在包装壳内同封半导体器件等，可以获得高分辨率。特别是，对于采用铌酸锂等压电单晶的压电元件，由于静电容量小，阻抗高，容易受到噪音的干扰。还有，低频端的截止频率低时，必须增大电流电压变换的电阻值，容易受到噪音的影响。这时，采用本实施例的构成极为有效。
还有，不仅压电元件，而且将半导体器件收纳在同一包装壳内，可以忽略由于温度等环境变化所引起的放大率变化的差，可以极其正确地检测出转动加速度。
此外，作为半导体器件的构成电路，并不限定于本实施例所示的电路，也可以不采用缓冲放大器和阻抗变换电路，直接输入到放大电路上，在后段设置为增大增益的放大器电路。还有，也可以在后段设置为增大增益的放大器电路和模拟—数字变换电路。
还有，也可以不将电路构成的所有元件收纳在包装壳内，只将一部分收纳在包装壳6a、6b内，而其余元件设置在印刷电路板上。
此外，作为加速度传感器的构成例并不限定于实施例1所示的构成，也可以采用如图12(a)所示2个压电元件相同方向配置，如图12(b)所示配置2个中央支撑型的压电元件，如图12(c)所示配置2个两端固定梁型的压电元件等各种形状的压电元件。
这样，可以在一个传感器中高灵敏度地检测出转动加速度，并且可以实现S/N比优异，分辨率高，小型化的加速度传感器。
实施例4有关实施例4的加速度检测装置，和有关实施例3的加速度检测装置相比较，其外观和图9所示的东西实质上相同，但在包装壳6a、6b内所收纳的半导体器件16的电路构成不同。图10为表示该加速度检测装置100的方框图。构成该加速度检测装置的加速度传感器10和实施例1的加速度传感器相同。压电元件1、2分别与信号检测装置12、基准电压产生装置22相连。压电元件1、2左右相同侧的电极分别与信号检测装置12的相同功能的端子连接。各压电元件输出的信号，输入到加算电路23中。构成压电元件1、2的2张压电体的接合面中的极性，由于2个压电元件是相互相反的极性，信号检测装置12的输出对于同方向的加速度为相反的极性。如果将这些输出信号输入到加算电路23中，施加在2个压电元件上的加速度的差成正比的信号将从加算电路23中输出，可以检测转动加速度。
图11为表示有关本实施例4的加速度检测装置的电路图。该电路图是将图10的方框图的电路构成具体化后的电路。信号检测装置12包括缓冲放大器24a、24b和电阻。从加算电路23输出转动加速度的信号。基准电位产生电路22由电阻分压后称。缓冲放大器、差动电路由于可以由运算放大器构成，作为半导体器件可以使用运算放大器，简单。在该电路中，信号处理电路，由缓冲放大器和电阻构成的2个信号检测装置12、差动电路和电阻构成的加算电路23所构成。更具体地讲，由2个阻抗变换电路和加算电路构成。依据该电路，在加算电路的输出端子上获得和转动加速度成正比的信号。此外，图中将电源和接地等一部分布线省略了。
还有，将2个压电元件输出的信号加算后，由于实质上是大小相同方极性相反，当差实质上为零时可以实质上忽略转动加速度。这时，任何一方的信号检测装置的输出信号可以认为是表示并进加速度的信号。在检测该并进加速度时，例如，只要将图9的缓冲放大器24a的输出与外部电极连接即可。因此，依据该加速度检测装置，可以检测转动加速度，同时，当转动加速度实质上为零只接受到并进加速度时，可以采用同一加速度检测装置检测并进加速度。
依据该加速度检测装置100，可以将加速度传感器10和半导体器件16和表示实施例3的加速度检测装置的图7相同，收纳在一个包装壳内。因此，容易将压电元件的相同侧的电极连接在半导体器件的相同功能的端子上，布线简单。还有，压电元件1、2的输出由于是相反极性，可以采用加算电路，没有必要采用利用差动电路将同相除去的高运算放大器，可以更简化半导体器件的构成。
虽然也可以在印刷电路板上配置各元件构成检测电路，但如果布线增长后，增大噪音的影响，S/N比劣化。通过将半导体器件和电阻与压电元件邻近收容在同一包装壳中，可以降低噪音，提高S/N比。由于传感器的检测分辨率由S/N确定，通过在包装壳内同封半导体器件等，可以获得高分辨率。特别是，对于采用铌酸锂等压电单结晶的压电元件，由于静电容量小，阻抗高，容易受到噪音的干扰。还有，低频端的截止频率低时，必须增大电流电压变换的电阻值，容易受到噪音的影响。这时，采用本实施例的构成极为有效。
还有，不仅压电元件，而且将半导体器件收纳在同一包装壳内，可以忽略由于温度等环境变化所引起的放大率变化的差，可以极其正确地检测出转动加速度。
此外，作为半导体器件的构成电路，并不限定于本实施例所示的电路，也可以不采用缓冲放大器和阻抗变换电路，直接输入到放大电路上，在后段设置为增大增益的放大器电路。还有，也可以在加算电路的后段设置为增大增益的放大器电路和模拟—数字变换电路。
还有，也可以不将电路构成的所有元件收纳在包装壳内，只将一部分收纳，而其余元件设置在印刷电路板上。
此外，作为加速度传感器的构成例并不限定于有关实施例1的加速度传感器10的构成，也可以采用如图12(a)所示2个压电元件相同方向配置，如图12(b)所示配置2个中央支撑型的压电元件，如图12(c)所示配置2个两端固定梁型的压电元件。
这样，可以在一个传感器中高灵敏度地检测出转动加速度，并且可以实现S/N比优异，分辨率高，小型化的加速度传感器。
实施例5图13(a)为表示有关本发明的实施例5的加速度传感器的透视图，图13(b)为其俯视图。该加速度传感器10，和实施例1的加速度传感器进行比较，对于一个压电元件是将分极方向相互相反的2个压电体按分极极性相同的面对向进行接合，在这一点构成上是相同的。但是，该加速度传感器10，和实施例1的加速度传感器的不同点在于压电元件1和压电元件2所对应的压电体的分极方向是相互相同的方向。具体讲，在接合面上对向面的分极极性对于压电元件1和压电元件2按相互相同在同一方向接合各压电体的分极方向。如果采用另外的表现，构成一个压电体的2张压电体的分极方向在接合面上对称朝向相互相反的方向，还有，2个压电元件1、2在同一侧的压电体4的分极方向相同。
该加速度传感器10由2个压电元件1、2构成，各压电元件1、2具有分别将2张压电体按分极方向相互成相反方向接合的双压电晶片型的梁部在一端由支撑体部3支撑的单端固定梁构造。在梁部的相对向的两个面上分别形成电极11a、11b、21a、21b。具有支撑体部3的面上的电极，由于梁部和支撑体部之间有段差，为了电导通，在段差面的表面也为连续形成。和有支撑体部3相反侧的面上的电极11a、21a在表面整体形成。单端固定梁由于是将两张压电体4接合的双压电晶片型的单端固定梁构造，将加速度产生的振动变换成电信号，可以从电极上取出。为了同检测由2个压电元件一方向上的加速度，压电元件1、2的单端固定梁的梁部的面实质上并排配置在同一面上。这时，为了在限定空间内尽可能提高检测转动加速度的精度，对于2个压电元件，最好配置成让传递加速度的支撑体部3相互隔开，而让单端固定梁的梁部的前端之间接近。具体讲，各压电元件的长轴方向为同一方向，各支撑体部在长轴方向相互分离配置在外侧，各梁部的端面相互接近配置在内侧。
还有，构成该加速度传感器10的压电元件1、2和构成实施例1的加速度传感器的压电元件相同，将2张压电体通过直接接合制造。
实施例6图14为表示本实施例6的加速度传感器的透视图。该加速度传感器10与实施例5的加速度传感器相比较，不同点在于将实施例5的加速度传感器组装在包装壳6a、6b中，使得容易从外部电极取出各压电元件的输出信号。该加速度传感器10将压电元件1、2由支撑体部3固定在包装壳6a上。在包装壳6a上掘出不让压电元件的梁部与包装壳6a接触而妨碍弯曲的槽7。在包装壳6a的两端和中央形成成为输出端子的外部电极8a、8b、8c，压电元件1的电极11a、11b分别通过包装壳6a的导电层与外部电极8c、8b连接。还有，压电元件2的电极21a、21b分别通过包装壳6a的导电层与外部电极8c、8a连接。导电层和电极之间通过导电胶9电连接。在包装壳6a上盖上包装壳6b后构成加速度传感器10。
在该加速度传感器10中，在支撑体部3的表面上由于可以通过包装壳上的导电层和导电胶获得导通，不会因为考虑梁部的共振频率而影响向导电胶的涂敷量。即，通过从支撑体部3用导电胶等与电极连接，可以减少压电元件1、2的共振频率和灵敏度等特性的分散。即，如果从压电元件的梁部涂敷导电胶等取出，由于涂敷量的差异和向梁部渗出的导电胶的量的差异将影响上述特性，结果使得性能分散。通过从支撑体部取出，与导电胶的涂敷量无关，其特性仅仅取决于压电元件的形状，可以减少分散。在电极部分成2个的面上，由于连接部的面积小，导电胶的涂布量受到限制，最好从支撑体部的电极取出。
还有，在使用焊锡等确保导通时，如果在梁部上直接用焊锡连接，向构成压电元件的压电体传递热而成为高温，存在特性劣化，降低灵敏度的问题。但是，通过在支撑体部3用焊锡取出，可以避免这样的问题。
然后，说明采用该加速度传感器10进行加速度检测的方法。图15为表示采用有关该加速度传感器10的加速度检测用方框图。从加速度传感器10的压电元件1、2的输出分别连接到信号检测装置12上，信号检测装置12的输出连接到差动放大装置13上。还有，设置有产生基准电位的基准电位产生装置22。压电元件1、2的梁部同侧的电极(11a和21a、以及11b和21b)与信号检测装置12的相同功能的端子连接。还有，电极11a和电极21b连接到基准电位产生装置22上。这样，如果施加了图中所示方向的加速度时，从信号检测装置12均输出正的信号。
本实施例中的信号检测装置的电路图如图16所示。从压电元件1、2的电极11b、21b的输出分别输入到场效应三极管(FET)14a、14b的门极。电极11a和电极21a通过包装壳的外部电极接地。和压电元件1、2并联连接有电阻将输出变换成电压。还有，场效应三极管14a、14b的源极上连接电阻，构成源极跟随器。该源极跟随器构成阻抗变换电路。基准电位为接地电位。如果产生图中箭磁头所示方向的加速度，均输出正的信号。场效应三极管14a、14b的输出通过电阻输入到运算放大器15中进行放大。运算放大器15构成差动放大电路，输出端子上输出场效应三极管14a、14b输出信号的大小的差。因此，成为检测2个压电元件1、2的输出信号的差。如以上所述，可以检测施加在2个压电元件上的加速度的大小的差。
如以上所述，根据差动输出可以检测转动加速度。转动加速度的检测灵敏度，如图3所示，和2个压电元件1、2的支撑体部3的间隔δr成正比。为此，要提高转动加速度的检测灵敏度，有必要尽可能增大δr。对于单端固定梁型的加速度传感器，以从支撑体部施加加速度的固定端驱动模式动作。因此，最好增大2个压电元件中支撑体部3之间的距离。在本实施例6中，支撑体部3配置在包装壳6a、6b内的两端，可以获得最大的距离差。
此外，作为信号检测装置12，虽然采用的是场效应三极管和运算放大器，但并不限定于此，也可以不采用场效应三极管而将压电元件的输出直接输入到运算放大器上。还有，也可以设置基准电压电路和滤波电路。还有，也可以组合模拟/数字变换器。
实施例7本实施例7的加速度传感器和实施例6的加速度传感器相比较，将实施例5的加速度传感器组装在包装壳6a、6b中，在这一点上是相同的，不同点在成为输出端子的外部电极中。即，该加速度传感器具有一组用所产生的电荷的极性不同的电极将压电元件之间连接形成外部电极。具体讲，压电元件1的电极11a和压电元件2的电极21b连接，压电元件1的电极11b和压电元件2的电极21a连接，构成成为一组输出端子的外部电极。各电极之间通过包装壳上的导电层连接。
进一步，采用该加速度传感器10的加速度的检测方法的方框图如图17所示。加速度传感器10的压电元件1、2的输出，在将压电元件之间按所产生的电荷极性不同的电极连接后再连接到信号检测装置12上。具体讲，压电元件1、2的梁部分别在不同侧的电极(11a和21b、以及11b和21a)之间连接，然后，连接到信号检测装置12的端子上。这样，如果施加图中所述方向的加速度，从信号检测装置12获得与2个压电元件1、2之间所产生的电荷差对应的输出信号，可以获得转动加速度。
然后，将图17的方框图具体化的一例的电路图如图18所示。该信号检测装置由包括场效应三极管(FET)14和电阻的源极跟随器电路和运算放大器15构成。从压电元件1、2的电极11b和电极21a的输出输入到场效应三极管(FET)14的门极。电极11a和电极21b通过包装壳的外部电极接地。场效应三极管14的门极和接地之间连接电阻，将压电元件的输出变换成电压。还有，在场效应三极管14的源极上连接电阻，构成源极跟随器。该源极跟随器构成阻抗变换电路。场效应三极管14的输出，通过电阻输入到运算放大器15进行放大。运算放大器15构成放大电路。基准电位通过对电源电压电阻分压获得。这样，施加在2个压电元件上的加速度的大小的差不需要用差动放大电路等电路，只要简单的放大电路就可以检测出来。
还有，将图17的方框图具体化的另一电路图如图19所示。该信号检测装置不采用场效应三极管(FET)14，将压电元件的输出直接输入到运算放大器，由2个运算放大器和电阻构成。从压电元件1、2的电极11b、21a的输出输入到运算放大器15a。电极11a和电极21b通过包装壳的外部电极接地。运算放大器15a的输出，通过电阻输入到运算放大器15进行放大。运算放大器15构成放大电路。基准电位通过对电源电压电阻分压获得。这样，施加在2个压电元件上的加速度的大小的差通过由运算放大器构成的简单放大电路就可以检测出来。
采用该加速度传感器10的加速度的检测方法的另一方框图如图20所示。加速度传感器10的压电元件1、2的输出，在将压电元件之间按所产生的电荷极性相同的电极连接，剩余的电极连接到信号检测装置12上。具体讲，压电元件1、2的梁部分别在相同侧的电极(11a和21a)连接，相反侧的电极(11b和21b)连接到信号检测装置12的端子上。即，2个压电元件串联连接。这样，如果施加图中所述方向的加速度，从信号检测装置12获得与2个压电元件1、2之间所产生的电荷差对应的输出信号，可以获得转动加速度。由于2个压电元件串联连接，从信号检测装置12的输入端观察的加速度传感器的静电容量小，具有灵敏度高的优点。
然后，将图20的方框图具体化的电路图的一例如图21所示。由于电路的构成和图18相同，省略其说明。此外，也可以采用和图20相同的电路。
实施例8本实施例6的加速度检测装置100的透视图如图22所示。该加速度检测装置100，和实施例6的加速度传感器相比较，不同点在于在包装壳6a、6b中包括处理压电元件的输出的半导体器件16。该加速度检测装置100由压电元件1、2、半导体器件16、包装壳6a、6b、外部电极8a、8b、8c、8d构成。压电元件1、2和构成实施例5的加速度传感器的压电元件相同。半导体器件16采用裸芯片，采用裸芯片可以小型化。该半导体器件16构成信号处理电路，由2个阻抗变换电路和放大电路构成。还有，半导体器件16的上面的电极和包装壳6a上的导电层采用引线接合连接，背面的电极采用钢模接合。压电元件的电极和导电层之间采用导电胶连接。外部电极8a、8b、8c、8d作为电源端子、接地端子、输出端子等使用。
半导体器件16是将图15所示的方框图的电路集成化后的电路。其动作和实施例5中说明的相同。还有，采用场效应管时的半导体器件16的电路构成为将图16的电路构成具体化的电路，其动作已经在实施例5中进行了说明，在此省略。
实施例9实施例9的加速度检测装置，和实施例8的加速度检测装置相比较，其外观和图22所示的东西实质上相同，但在包装壳6a、6b内所收纳的半导体器件16的电路构成不同。图23为表示该加速度检测装置100的电路图。该构成和图15的方框图中图16所示的电路图不同的构成之一。在此，作为信号检测装置12具有缓冲放大器24a、24b，在后段设置差动电路25，差动电路25的输出获得转动加速度的信号。基准电位产生电路22由电阻分压构成。由于缓冲放大器、差动电路可以由运算放大器构成，作为半导体器件可以使用运算放大器，简单。此外，图中将电源和接地等一部分布线省略了。
实施例10实施例10的加速度检测装置，和有关实施例8的加速度检测装置相比较，其外观和图22所示的东西实质上相同，但在包装壳6a、6b内所收纳的半导体器件16的电路构成不同。图24为表示该加速度检测装置100的电路图。该构成和图15的方框图不同，将压电元件1、2的梁部相同侧的电极(11a和21a、11b和21b)与信号检测装置12、基准电位产生装置22连接。即，电极11a和电极21b与基准电位产生装置22连接，电极11b和电极21a直接与信号检测装置12连接。为此，当施加图中箭磁头所示方向的加速度时，从压电元件1、2通过信号检测装置12输出的信号的极性相反。该输出信号输入到加算电路23中。由于压电元件1、2的输出的极性相反，从加算电路23输出和施加在2个压电元件的加速度的差成正比的信号，可以检测转动加速度。
图24的方框图的电路构成的电路图的一例如图25所示。该加速度检测装置100的电路和图23相同采用运算放大器构成。由于向缓冲放大器24的非反相输入端子和基准电位产生装置22连接的电极的配置，对于压电元件1、2不同，缓冲放大器24a和24b输出的极性相反。加算电路26同样由运算放大器构成。依据该电路，和转动加速度成正比的信号通过加算电路的输出端子获得。此外，图中将电源和接地等一部分布线省略了。
虽然也可以在印刷电路板上配置各元件构成检测电路，但如果布线增长后，增大噪音的影响，S/N比劣化。通过将半导体器件和电阻与压电元件邻近收容在同一包装壳中，可以降低噪音，提高S/N比。由于传感器的检测分辨率由S/N确定，通过在包装壳内同封半导体器件等，可以获得高分辨率。特别是，对于采用铌酸锂等压电单结晶的压电元件，由于静电容量小，阻抗高，容易受到噪音的干扰。还有，低频端的截止频率低时，必须增大电流电压变换的电阻值，容易受到噪音的影响。这时，采用本实施例的构成极为有效。
还有，不仅压电元件，而且将2个半导体器件收纳在同一包装壳内，可以忽略由于温度等环境变化所引起的放大率变化的差，可以极其正确地检测出转动加速度。
此外，作为半导体器件的构成电路，并不限定于本实施例所示的电路，也可以不采用缓冲放大器和阻抗变换电路，直接输入到放大电路上，在后段设置为增大增益的放大器电路。还有，也可以在加算电路和差动电路的后段设置为增大增益的放大器电路和模拟一数字变换电路。
还有，也可以不将电路构成的所有元件收纳在包装壳内，只将一部分收纳，而其余元件设置在印刷电路板上。
此外，作为压电元件并不限定于本实施例，也可以采用如图26(a)所示2个压电元件相同方向配置，如(b)所示配置2个中央支撑型的压电元件，如(c)所示配置两端固定梁型的压电元件。
这样，可以在一个传感器中高灵敏度地检测出转动加速度，并且可以实现S/N比优异，分辨率高，小型化的加速度传感器。
实施例11图27为表示构成本发明实施例11的加速度传感器的俯视图。该加速度传感器10，和本发明实施例1的加速度传感器相比较，不同点在于各压电元件为由一张压电体构成的单压电晶片型，接合在成为支撑体部的硅基板上。该加速度传感器10由两个压电元件1、2构成，各压电元件1、2具有将采用接合在硅基板30上的压电体一张的单压电晶片型的梁在其一端由支撑体部3支撑的单端固定梁的构造。还有，在压电元件1和压电元件2中，各压电体的分极方向分别相反，在各压电元件1、2梁的相对向的两个面上分别形成电极11a、11b、21a、21b。接合在硅基板30上的面的电极11b、21b的输出，从端部取出。和支撑体部3相反侧的面的电极11a、21a在表面整体形成。由于该压电元件1、2是单端固定梁构造，经过支撑体部3传来的加速度使得梁部产生弯曲振动而在压电体上所产生的电位差可以从设置在相对面上的电极11a、11b、21a、21b上取出。在该加速度传感器10中，各压电元件1、2配置成一方的面相互平行，让梁部的面在同一平面上。具体讲，以各压电元件的长轴方向为相同方向，并排成一直线，支撑体部3在长轴方向相互分离配置在外侧，各压电元件的梁部的前端相互接近配置在内侧。此外，成为支撑体部的硅基板与压电体4的接合可以采用粘接剂接合，也可以采用直接接合的接合。优选采用直接接合的接合。
在构成该加速度传感器10的压电元件1和压电元件2中，各压电体4按分极极性不同配置。在图27中，各压电体的分极方向由箭磁头表示。箭磁头的起点侧为+面，箭磁头的终点侧为-面。在压电元件1中，电极11a为+面，电极11b为-面。在压电元件2中，电极21a为-面，电极21b为+面。
然后，说明采用该加速度传感器进行加速度检测的方法。图28为表示加速度检测用方框图。压电元件1、2的电极11a、21a相互连接后，与信号检测装置12连接，另一方面，电极11b、21b相互连接后，与信号检测装置12的另一端子连接。还有，设置有产生基准电位的基准电位产生装置22。
当施加图28中的箭磁头所示方向的加速度时，在压电元件1中，在电极11a侧产生正电荷，在电极11b侧产生负电荷。这时在2个压电元件中，由于所构成的压电体的分极方向相互相反，在压电元件2的电极21a侧产生负电荷，在电极21b侧产生正电荷。由于电极11a和电极21a，电极11b和电极21b连接，分别产生的电荷移动，在压电元件1和压电元件2整体上获取所产生电荷的平衡。当施加加速度时，由于远离转动中心一侧的压电元件上所产生的电荷大，抵消在另一方压电元件上所产生的电荷，在接触部上产生所产生的电荷量的差。以该电荷作为信号，由信号检测装置12检测，通过所获得的输出信号可以获得转动加速度。
实施例12图29为表示构成本发明实施例12的加速度传感器的俯视图。该加速度传感器10，和本发明实施例11的加速度传感器相比较，不同点在于各压电元件的分极方向为相同方向。该加速度传感器10由两个压电元件1、2构成，各压电元件1、2具有将采用接合在硅基板30上的压电体一张的单压电晶片型的梁在其一端由支撑体部3支撑的单端固定梁的构造。在压电元件1和压电元件2中，各压电体的分极方向为相同方向。
实施例13图30为表示构成本发明实施例13的加速度传感器的俯视图。该加速度传感器10，和本发明实施例1的加速度传感器相比较，不同点在于将各压电元件的分极方向为相同方向的两张压电体接合构成。换言之，构成一个压电元件的所有压电体的分极方向为相同方向。还有，由于两张压电体的接合面上对向的面的极性不同，有必要采用接合面上的电位作为输出，需要在接合面上设置电极。该加速度传感器10由两个压电元件1、2构成，各压电元件1、2由分极方向相同的两张压电体接合构成。还有，在压电元件1和压电元件2中，各压电体的分极方向为相互相反方向。
各压电元件具有将两张压电体接合的双压电晶片型的梁在其一端由支撑体部3支撑的单端固定梁的构造。在各压电元件1、2梁的相对向的两个面上分别形成电极11a、11b、21a、21b，在两张压电体的接合面上设置电极11c、21c。在梁部和支撑体部之间有段差，让段差面成电连接。和支撑体部3相反侧的面上电极11a、21a在表面整体形成。接合面的电极11c、21c优选在两张压电体接合之前预先设置。由于该压电元件1、2是单端固定梁构造，经过支撑体部3传来的加速度使得梁部产生弯曲振动而在压电体上所产生的电位差可以从设置在相对面上的电极11a、11b、21a、21b和设置在接合面上的11c、21c上取出。在该加速度传感器10中，各压电元件1、2配置成一方的面相互平行，让梁部的面在同一平面上。具体讲，以各压电元件的长轴方向为相同方向，并排成一直线，支撑体部3在长轴方向相互分离配置在外侧，各压电元件的梁部的前端相互接近配置在内侧。
该加速度传感器10由压电元件1和压电元件2构成。各压电元件通过将分极方向相同的两张压电体4接合构成。在相邻的压电元件1和压电元件2中，各压电体4的分极方向按相反方向配置。在图30中，各压电体的分极方向由箭磁头表示。箭磁头的起点侧为+面，箭磁头的终点侧为-面。在压电元件1中，电极11a为+面，电极11b为-面，电极11c为+面和-面的界面。在压电元件2中，电极21a为+面，电极21b为-面，电极21c为+面和-面的界面。
然后，说明采用该加速度传感器进行加速度检测的方法。图31为表示加速度检测用方框图。压电元件1、2的电极11a、21a相互连接后，与信号检测装置12连接，另一方面，电极11b、21b相互连接后，与信号检测装置12的另一端子连接。还有，设置有产生基准电位的基准电位产生装置22。
当施加图31中的箭磁头所示方向的加速度时，在压电元件1中，在电极11a侧产生正电荷，在电极11b侧产生正电荷，在电极11c侧产生负电荷。这时在2个压电元件中，由于所构成的压电体的分极方向相互相反，在压电元件2的电极21a侧产生负电荷，在电极21b侧产生负电荷，在电极21c侧产生正电荷。由于电极11a、电极11b和电极21a、电极21b连接，还有，电极11c和电极21c连接，分别产生的电荷移动，在压电元件1和压电元件2整体上获取所产生电荷的平衡。当施加加速度时，由于远离转动中心一侧的压电元件上所产生的电荷大，抵消在另一方压电元件上所产生的电荷，在接触部上产生所产生的电荷量的差。以该电荷作为信号，由信号检测装置12检测，通过所获得的输出信号可以获得转动加速度。
实施例14图32为表示构成本发明实施例14的加速度传感器的俯视图。该加速度传感器10，和本发明实施例13的加速度传感器相比较，不同点在于构成各压电元件的压电体的分极方向在压电元件1和压电元件2中为相同方向。该加速度传感器10由两个压电元件1、2构成，各压电元件1、2具有将两张压电体接合的双压电晶片型的梁在其一端由支撑体部3支撑的单端固定梁的构造。
实施例15图30为表示构成本发明实施例13的加速度传感器的俯视图。该加速度传感器10，和本发明实施例1的加速度传感器相比较，不同点在于不是将构成压电元件的两张压电体直接贴上接合，而是通过垫片材料接合。具体讲，该加速度传感器10由两个压电元件1、2构成，各压电元件1、2由分极方向相反的两张压电体通过垫片材料接合构成。还有，在压电元件1和压电元件2中，对应的压电体的分极方向为相互相反方向。换言之，在压电体和垫片材料的接合面上的分极极性与邻近压电元件相互不同，在邻近压电元件中对应的压电体的分极方向相反。
各压电元件1、2具有将两张压电体通过垫片接合的双压电晶片型的梁在其一端由支撑体部3支撑的单端固定梁的构造。在各压电元件1、2梁的相对向的两个面上分别形成电极11a、11b、21a、21b。在设置了支撑体部3的面上的电极11b、21b，由于在梁部和支撑体部之间有段差，让段差面成电连接。和支撑体部3相反侧的面上的电极11a、21a在表面整体形成。由于该压电元件1、2是单端固定梁构造，经过支撑体部3传来的加速度使得梁部产生弯曲振动而在压电体上所产生的电位差可以从设置在相对面上的电极11a、11b、21a、21b取出。在该加速度传感器10中，各压电元件1、2配置成一方的面相互平行，具体讲，让梁部的面在同一平面上。还有，以各压电元件的长轴方向为相同方向，并排成一直线，支撑体部3在长轴方向相互分离配置在外侧，各压电元件的梁部的前端相互接近配置在内侧。
在图33中，各压电体的分极方向由箭磁头表示。箭磁头的起点侧为+面，箭磁头的终点侧为-面。在压电元件1中，电极11a与+面连接，电极11b与-面连接，在压电元件2中，电极21a与-面连接，电极21b与-面连接。
然后，说明采用该加速度传感器进行加速度检测的方法。图34为表示加速度检测用方框图。压电元件1、2的电极11a、21a相互连接后，与信号检测装置12连接，另一方面，电极11b、21b相互连接后，与信号检测装置12的另一端子连接。还有，设置有产生基准电位的基准电位产生装置22。
当施加图34中的箭磁头所示方向的加速度时，在压电元件1中，在电极11a侧产生正电荷，在电极11b侧产生负电荷。这时在2个压电元件中，由于所构成的压电体的分极方向相互相反，在压电元件2的电极21a侧产生负电荷，在电极21b侧产生正电荷。由于电极11a和电极21a、电极11b和电极21b连接，分别产生的电荷移动，在压电元件1和压电元件2整体上获取所产生电荷的平衡。当施加加速度时，由于远离转动中心一侧的压电元件上所产生的电荷大，抵消在另一方压电元件上所产生的电荷，在接触部上产生所产生的电荷量的差。以该电荷作为信号，由信号检测装置12检测，通过所获得的输出信号可以获得转动加速度。
实施例16图35为表示构成本发明实施例16的加速度传感器的俯视图。该加速度传感器10，和本发明实施例15的加速度传感器相比较，不同点在于压电元件1和压电元件2对应的压电体的分极方向为相同方向。换言之，构成压电元件的各压电体的和垫片材料的接合面中分极极性对于压电元件1和压电元件2相同。该加速度传感器10由两个压电元件1、2构成，各压电元件1、2具有将两张压电体通过垫片接合的双压电晶片型的梁在其一端由支撑体部3支撑的单端固定梁的构造。
实施例17
图36为表示构成本发明实施例17的加速度传感器的俯视图。该加速度传感器10，和本发明实施例1的加速度传感器相比较，不同点在于将4张压电体接合构成一个压电元件。该加速度传感器10由两个压电元件1、2构成，各压电元件1、2由分极方向相反的两张压电体接合后再将2组层压后构成。还有，在压电元件1和压电元件2中，对应的压电体的分极方向为相互相反方向。换言之，压电体的接合面的极性对于压电元件1和压电元件2相互相反。
各压电元件1、2具有由两张压电体接合后再将2组层压组合、梁部在其一端由支撑体部3支撑的单端固定梁的构造。在各压电元件1、2梁的相对向的两个面上分别形成电极11a、11b、21a、21b。电极11a，如图36所示，与施加加速度时产生同一极性的面电连接，电极11b也同样与产生同一极性的面电连接。电极21a、21b也同样连接。由于该压电元件1、2是单端固定梁构造，经过支撑体部3传来的加速度使得梁部产生弯曲振动而在压电体上所产生的电位差可以从设置在相对面上的电极11a、11b、21a、21b取出。在该加速度传感器10中，各压电元件1、2配置成一方的面相互平行，让梁部的面在同一平面上。还有，以各压电元件的长轴方向为相同方向，并排成一直线，各支撑体部3在长轴方向相互分离配置在外侧，各压电元件的梁部的前端相互接近配置在内侧。
在图36中，各压电体的分极方向由箭磁头表示。箭磁头的起点侧为+面，箭磁头的终点侧为-面。在压电元件1中压电体的-面之间接合，在压电元件2中压电体的+面之间接合。
然后，说明采用该加速度传感器进行加速度检测的方法。图37为表示加速度检测用方框图。压电元件1、2的电极11a、21a相互连接后，与信号检测装置12连接，另一方面，电极11b、21b相互连接后，与信号检测装置12的另一端子连接。还有，设置有产生基准电位的基准电位产生装置22。
当施加图37中的箭磁头所示方向的加速度时，在压电元件1中，在电极11a侧产生正电荷，在电极11b侧产生负电荷。这时在2个压电元件中，由于所构成的压电体的分极方向相互相反，在压电元件2的电极21a侧产生负电荷，在电极21b侧产生正电荷。由于电极11a和电极21a、电极11b和电极21b连接，分别产生的电荷移动，在压电元件1和压电元件2整体上获取所产生电荷的平衡。当施加加速度时，由于远离转动中心一侧的压电元件上所产生的电荷大，抵消在另一方压电元件上所产生的电荷，在接触部上产生所产生的电荷量的差。以该电荷作为信号，由信号检测装置12检测，通过所获得的输出信号可以获得转动加速度。
实施例18图38为表示构成本发明实施例18的加速度传感器的俯视图。该加速度传感器10，和本发明实施例17的加速度传感器相比较，不同点在于压电元件1和压电元件2对应的压电体的分极方向为相同方向。换言之，在压电体的和接合面中的极性对于压电元件1和压电元件2相同。该加速度传感器10由两个压电元件1、2构成，各压电元件1、2具有由两张压电体接合后再将2组层压组合、梁部在其一端由支撑体部3支撑的单端固定梁的构造。
实施例19图39为表示本实施例19的加速度传感器的分解透视图。本实施例的加速度传感器分别可以检测2轴方向的转动加速度。即，在包装壳6a的安装面上可以分别检测平行方向的转动加速度成份和垂直方向的转动加速度成份的2个方向的转动加速度的各成分。平行方向的转动加速度成份由压电元件1a、2a组检测。这和图4所示的情况相同。还有，垂直方向的转动加速度成份由压电元件1b、2b组检测。2个压电元件1b、2b，将梁部的面成水平，让梁的前端相互接近，配置成略直线，由支撑体部固定。这时，梁部在包装壳的平面的上可以振动，没有必要在包装壳6a的平面上设置为梁部振动的槽部。进一步，支撑体底部用导电胶固定，与支撑体部导通的电极和包装壳6a的外部电极8d电连接。还有，在梁部上侧的电极通过引线接合与外部电极8d导通，通过这样的配置，在一个包装壳中可以分别独立检测2轴方向的转动加速度成份。
此外，在此所用的压电元件可以采用实施例1到18中的任一个构成。还有，也可以采用压电元件之间的电极连接和电路构成。还有，可以内藏2轴用的图9所示的半导体电路。进一步，也可以包括能独立分别检测3轴方向的加速度成份。
实施例20本实施例20的加速度传感器，是将所构成的压电元件的梁部的面相对安装面以倾斜的状态安装。图40(a)为表示构成有关本实施例20的加速度传感器的压电元件的透视图。图40(b)为表示从图40(a)中的箭磁头方向观察的加速度传感器的侧视图。此外，在侧视图中，为了方便，将压电元件1、2的侧视图分别横放排列。还有，压电元件1、2的构成要素和有关本实施例5的加速度传感器相同，1个压电元件的压电体的分极方向相互相反。但是，和有关本实施例5的加速度传感器相比较，不同点在于梁部的主面相对于安装面的垂线倾斜25°。梁部倾斜，其振动方向相对于安装面倾斜，压电元件1、2对水平方向、垂直方向的任一方向的加速度都有感度。使用该加速度传感器，通过和采用在实施例5的压电元件的信号处理方法相同的方法，虽然不能分离水平、垂直的2方向的转动加速度成份，可以用在一个包装的器件检测包含2方向的转动加速度成份的转动加速度。
从图41(a)到(c)为表示压电元件的梁部的面相对于包装壳的平面倾斜的亚电元件组的侧视图，是和图40(b)所示的压电元件的梁部的倾斜的组合不同的其他实施例。此外，为了方便，将2个压电元件的侧视图分别横放排列。图41(a)虽然和图40(b)的分极方向的组合相同，但梁部的倾斜方向相互不同。将图41(a)的压电元件1、2连接成图15、图17、图20那样的情况时，作为水平成份检测转动加速度，作为垂直成份检测并进加速度。另一方面，当连接成图5、图7、图10那样的情况时，作为水平成份检测并进加速度，作为垂直成份检测转动加速度。还有，图41(b)为表示压电元件1、2的压电体的朝向相互相反，但倾斜方向相同。如果连接成图5、图7那样的情况时，可以检测水平方向、垂直方向转动加速度。进一步，将图41(c)压电元件1、2连接成图15、图17、图20那样的情况时，水平成份检测并进加速度，垂直成份检测转动加速度。如果连接成图5、图7那样的情况时，水平成份检测转动加速度，垂直成份检测并进加速度。
如上所述，通过让主感度轴倾斜，可以检测水平、垂直两方向的转动加速度。还有，通过改变倾斜方向，可以检测并进加速度。
实施例21图42(a)、(b)为表示实施例21的加速度传感器中压电元件的灵敏度调整方法的概念图。采用2个压电元件检测转动加速度时，如果2个压电元件有灵敏度差，就不能从2个压电元件的输出中充分除去并进加速度的成份，降低测量精度。为此，最好2个压电元件的灵敏度差尽可能小。2个加速度传感器分别安装检测角加速度时，用户在安装之后进行调整之外没有其他办法，通常由于加速度传感器已经收容在包装壳内之后，本身不能调整压电元件。但是，如本实施例所示，在将加速度传感器安装在一个包装壳内提供时，在出厂前可以由制造者调整压电元件的灵敏度。
以下说明在该加速度传感器中，调整2个压电元件中一方的压电元件的灵敏度和另一方压电元件的灵敏度实质上相同的方法。图42(a)为表示作为压电元件的灵敏度调整方法之一，将梁部的一部分削去的方法。通过削去一方的压电元件1的梁部的一部分(研削部25)让灵敏度变化，和压电元件2的灵敏度实质上相等。作为削去梁部的方法，有砥石等的加工，或者激光照射的方法。
还有，图42(b)为表示作为压电元件的灵敏度调整方法之一，在梁部上粘结重物等灵敏度调整体26的方法。通过在一方的压电元件1的梁部上粘结重量的物质26可以提高灵敏度，和压电元件2的灵敏度实质上相等。当在梁部上粘结物质时，可以提高灵敏度。作为灵敏度调整体26粘结的物质，可以采用树脂或者金属等。作为粘结该灵敏度调整体26的方法，有涂敷、粘结的方法。还有，也可以采用喷射和蒸发等方法。
依据以上所述，直接调整压电元件的灵敏度可以在出厂之前让并进加速度成份极小。此外，灵敏度调整的方法不仅是调整压电元件的方法，如图10、图11、图15、图16、图23、图24、图25所示，当针对每个压电元件的输出信号分别具有放大器时，通过调整该放大器的放大倍数，也可以调整灵敏度。
实施例22本实施例22的盘片记录·播放装置200的概略构成图如图43(a)所示。在盘片记录·播放装置200中，包括记录数据的盘片31、对盘片31进行记录·播放的磁头32、让磁头32移动的磁头移动装置40、检测磁头32的位置的位置检测装置50、控制磁头移动装置40的控制装置60、判定转动加速度的有无等的加速度判定装置70。磁头32由磁头移动装置40在盘片31的半径方向移动，定位在盘片31上的指定位置上。当在该盘片记录·播放装置200上有外部干扰施加了加速度时，磁头32的位置由于该加速度偏离了指定的位置。为了防止这种情况，设置加速度传感器10，检测施加在盘片记录·播放装置200上的转动加速度和并进加速度控制磁头32的位置反抗外部干扰。
一般，在盘片记录·播放装置上作为外部干扰施加的转动振动的转动中心位置不定。由磁头移动装置40让磁头高速移动时，其反向移动时，产生转动振动的情况多。这时，在支撑磁头的枢轴41附近容易成为转动中心。还有，支撑磁头的臂42容易在半径方向产生转动运动。根据这些观点，如果将构成加速度传感器10的压电元件的梁部的长轴方向和臂42大致平行设置，可以高灵敏度地检测转动加速度。因此，加速度传感器10最好其梁部的长轴方向和臂42平行设置。
图43(b)为盘片记录·播放装置200中的控制方框图。当没有外部干扰时，以记录在盘片31上的位置信息为基础由位置检测装置50识别磁头32的位置，由控制装置60确定磁头32的移动量，由磁头移动装置40移动定位磁头32。当发生外部干扰时，由加速度检测装置100检测的输出通过加速度判定装置70判定转动加速度的有无和其大小。当转动加速度实质上可以忽略时检测并进加速度。以加速度判定装置70的判定结果为基础，控制装置60计算出让磁头32移动到指定位置的移动量，向磁头移动装置40给出指示，由磁头移动装置40让磁头32移动。此外，如果加速度检测装置100的输出只有转动加速度输出时，也可以不设置加速度判定装置70。还有，在控制装置60中，有关加速度的判定也将同样处理，这时，加速度判定装置70并不一定需要另外设置。进一步，在控制装置60中，一并设置检测磁头32的位置的功能时，也可以不设置位置检测装置。依据这样的控制，作为外部干扰，即使施加转动加速度等，也可以定位磁头32到指定位置上。因此，可以进行磁头32的精密定位，实现盘片31的高密度化。
依据以上详细说明的本发明的加速度传感器，通过在限定空间内让支撑体部隔开一定距离配置的至少2个压电元件，可以检测出同一方向的加速度，根据压电元件之间的输出差可以检测转动加速度。这样，可以提供一种不会被温度等环境条件所左右，在一个加速度传感器中可以高灵敏度并且高分辨率地检测转动加速度(角加速度)，还有，当转动加速度基本上可以忽略时，也可以识别检测并进加速度的加速度传感器。还有，可以提供一种采用该加速度传感器的加速度检测装置以及加速度检测方法，进一步提供采用该加速度检测装置的位置定位装置。
权利要求
1.一种加速度传感器，其特征是由设置了为输出由应变产生的电荷的电极的第1以及第2压电元件构成，所述第1以及第2压电元件分别至少由一个压电体4构成、具有支撑所述压电体的支撑体部、同时所述电极至少分别设置在所述压电元件的相对的面上，所述第1压电元件的一方的面和第2压电元件的一方的面设置成实质上相互平行。
2.根据权利要求1所述的加速度传感器，所述第1以及第2压电元件为具有包含支撑所述压电体的支撑体部和所述压电体的主面的梁部的单端固定型，其特征是，让所述第1以及第2压电元件的各自的长轴方向成同一方向，将所述各支撑体部相对于各自的所述长轴方向相互远隔配置在外侧，让所述梁部的前端相互接近配置在内侧，让所述梁部的端面实质上相互平行配置。
3.根据权利要求1和2所述的加速度传感器，其特征是所述第1以及第2压电元件的每一个分别由一个压电体构成，所述各压电体的分极方向相互相反。
4.根据权利要求1和2所述的加速度传感器，其特征是所述第1以及第2压电元件的每一个分别由一个压电体构成，所述各压电体的分极方向相互相同。
5.根据权利要求1和2所述的加速度传感器，其特征是所述第1以及第2压电元件的每一个分别由多个压电体接合层压构成。
6.根据权利要求5所述的加速度传感器，其特征是在所述第1以及第2压电元件每个中，构成所述各压电元件的所有压电体的分极方向为同一方向。
7.根据权利要求6所述的加速度传感器，其特征是构成所述第1以及第2压电元件的每一个的各压电体的分极方向为相互相反方向。
8.根据权利要求6所述的加速度传感器，其特征是构成所述第1以及第2压电元件的每一个的各压电体的分极方向为相互相同方向。
9.根据权利要求5所述的加速度传感器，其特征是所述第1以及第2压电元件的每一个是将分极方向相互相反的至少2个压电体按分极极性相同的面相互对向进行接合。
10.根据权利要求9所述的加速度传感器，其特征是构成所述第1以及第2压电元件的每一个，所对应的各压电体的分极方向为相互相反方向。
11.根据权利要求9所述的加速度传感器，其特征是构成所述第1以及第2压电元件的每一个，所对应的各压电体的分极方向为相互相同方向。
12.根据权利要求5～11中任一项所述的加速度传感器，其特征是在所述一个压电元件中，构成所述压电元件的各压电体，通过介入垫片材料接合。
13.根据权利要求5～12中任一项所述的加速度传感器，其特征是在所述压电元件是将多个所述压电体通过直接接合进行接合。
14.根据权利要求13所述的加速度传感器，其特征是在至少通过氧原子和羟基中的一个将多个所述压电体通过直接接合进行接合。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的加速度传感器，其特征是进一步包括与所述第1以及第2压电元件的每一个的各电极对应的输出端子。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的加速度传感器，其特征是对于所述第1以及第2压电元件的每一个，包括按所产生的电荷的极性相互不同的电极之间将不同的压电元件连接的至少一个的输出端子。
17.根据权利要求1～15中任一项所述的加速度传感器，其特征是对于所述第1以及第2压电元件的每一个，包括按所产生的电荷的极性相互相同的电极之间将不同的压电元件连接、，从所述连接后的电极之外的电极的输出端子。
18.根据权利要求1～17中任一项所述的加速度传感器，其特征是包括输出在所述第1以及第2压电元件的各自的各电极上产生的电荷的至少一组输出端子。
19.根据权利要求1～18中任一项所述的加速度传感器，其特征是所述第1压电元件调整成和第2压电元件的灵敏度实质上相同的灵敏度。
20.根据权利要求19所述的加速度传感器，其特征是所述第1压电元件将梁部的一部分削去。
21.根据权利要求19所述的加速度传感器，其特征是所述第1压电元件在梁部的一部分上粘接灵敏度调整体。
22.根据权利要求1～21中任一项所述的加速度传感器，其特征是在包装壳内将所述第1以及第2压电元件的每一个用所述支撑体部让所述梁部可以振动地固定。
23.根据权利要求22所述的加速度传感器，其特征是所述第1以及第2压电元件的每一个，在所述梁部和所述包装壳的平面成一定倾斜的状态下，安装在该包装壳中。
24.根据权利要求22所述的加速度传感器，其特征是所述第1以及第2压电元件的每一个，在所述梁部和所述包装壳的平面所成的倾斜角相互不同的状态下，安装在该包装壳中。
25.根据权利要求22～24中任一项所述的加速度传感器，其特征是在所述包装壳中安装2组压电元件，第1组的所述第1以及第2压电元件的每一个在所述梁部和所述包装壳的平面相对垂直的状态下安装，第2组的所述第1以及第2压电元件的每一个在所述梁部和所述包装壳的平面相对平行的状态下安装。
26.一种加速度检测装置，其特征是包括由权利要求1～25中任一项所述的加速度传感器和处理所述压电元件的输出信号的信号处理电路。
27.根据权利要求26所述的加速度检测装置，其特征是所述第1以及第2压电元件的每一个，与对于相同方向的加速度输出相同极性的输出信号的所述信号处理电路连接，对所述信号处理电路中的所述输出信号进行差分处理。
28.根据权利要求26所述的加速度检测装置，其特征是所述第1以及第2压电元件，与对于相同方向的加速度分别输出相反极性的输出信号的所述信号处理电路连接，对所述信号处理电路中的所述输出信号进行加算处理。
29.根据权利要求26～28中任一项所述的加速度检测装置，其特征是所述信号处理电路包括根据由所述第1以及第2压电元件的每一个输出的差分检测角加速度的电路。
30.根据权利要求26～29中任一项所述的加速度检测装置，其特征是所述信号处理电路按照让所述第1以及第2压电元件的每一个的灵敏度实质上相等来进行输出调整。
31.根据权利要求26～30中任一项所述的加速度检测装置，其特征是所述信号处理电路包含将所述压电元件的输出信号的阻抗变换的1个阻抗变换电路和对所述变换的输出信号进行放大的放大电路。
32.根据权利要求26～30中任一项所述的加速度检测装置，其特征是所述信号处理电路包含将所述第1以及第2压电元件的输出信号的阻抗变换的2个阻抗变换电路和对所述变换的输出信号进行加算的加算电路。
33.根据权利要求26～30中任一项所述的加速度检测装置，其特征是所述信号处理电路包含将所述第1以及第2压电元件的输出信号的阻抗变换的2个阻抗变换电路和检测所述变换的输出信号的差对该输出信号差进行放大的差动放大电路。
34.根据权利要求26～33中任一项所述的加速度检测装置，其特征是具有同时向外部输出将所述压电元件的输出进行阻抗变换后的变换输出和在阻抗变换后对所述变换输出进行放大的放大输出的多个输出端子。
35.根据权利要求26～34中任一项所述的加速度检测装置，其特征是在包装壳内将所述第1以及第2压电元件的每一个用所述支撑体部让所述梁部可以振动地固定，同时收容所述信号处理电路。
36.一种位置定位装置，是由检测加速度的权利要求26～35中任一项所述的加速度检测装置、对象物的移动装置、控制所述移动装置的控制装置所构成的对象物的位置定位装置，其特征是所述控制装置根据从所述加速度检测装置检测出的加速度所述对应的输出信号，控制所述移动装置，让所述对象物移动进行位置定位。
37.根据权利要求36中所述的位置定位装置，其特征是将构成所述加速度检测装置的所述第1以及第2压电元件的每一个的所述梁部配置成实质上与支撑所述对象物的装置平行。
38.一种盘片记录·播放装置，是由检测加速度的权利要求26～35中任一项所述的加速度检测装置、让对盘片进行记录·播放的磁头移动的磁头移动装置、控制所述磁头移动装置的控制装置所构成的盘片记录·播放装置，其特征是所述控制装置根据从所述加速度检测装置检测出的加速度所述对应的输出信号，计算出所最好的所述磁头的移动量，由所述磁头移动装置让所述磁头移动进行所述磁头的位置定位。
39.根据权利要求37中所述的盘片记录·播放装置，其特征是将构成所述加速度检测装置的所述第1以及第2压电元件的每一个的所述梁部配置成实质上与支撑所述磁头的臂平行。
全文摘要
提供一种设置在限定空间内、可以高灵敏度地检测出转动加速度的加速度传感器。加速度传感器10由设置了为输出由应变产生的电荷的电极11a、11b、21a、21b的第1以及第2压电元件1、2构成,上述第1以及第2压电元件分别至少由一个压电体4构成,具有支撑上述压电体的支撑体部3,同时上述电极至少分别设置在上述压电元件的相对的面上,上述第1压电元件的一方的面和第2压电元件的一方的面相互实质上平行设置。
文档编号G01P15/09GK1334465SQ0112066
公开日2002年2月6日 申请日期2001年7月24日 优先权日2000年7月24日
发明者大土哲郎, 小池隆文, 谷口文彦 申请人:松下电器产业株式会社