CN101162237B - 加速度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小型且灵敏度高的加速度传感器。加速度传感器(1)是由固定在基座上的基部(20)和从基部延伸出来并以预定的谐振频率在平面方向上弯曲振动的梁状的振动臂(21)构成的振动体(10)，其中，振动臂具有：在宽度方向的中央部被在与振动方向垂直且开设于长度方向上的贯通开口(22)剖分的振动臂部(23、24)；具有与连接被剖分的振动臂部的前端部的基部同等或者更大质量的附加质量部(25)；以及设置在振动臂部上的励磁电极(31～34)，振动臂由基部与附加质量部以伪双端固定结构支撑，该加速度传感器检测当被施加加速度时的由附加质量部的惯性效果带来的振动体的谐振频率变化。

Description

加速度传感器

技术领域

本发明涉及在被施加加速度时对振动体的谐振频率发生变化的情况进行检测的加速度传感器。

背景技术

以往已知有如下所述的加速度传感器(例如参照专利文献1)，该加速度传感器由挠性弹簧、谐振子和悬挂在框架上的具有振动质量的硅构成，根据谐振子的频率变化来检测加速度，挠性弹簧和框架以及振动质量通过硅小片的结构化而制成。

并且，还已知有如下所述的加速度传感器(例如参照专利文献2)，该加速度传感器包含压电振子，该压电振子由如下部分构成：悬臂，其一端固定在硅片的基板上，另一端具有可变形的自由端；形成在悬臂表面上的压电元件膜；形成在压电元件膜的表背两面上的金属电极；和固定在悬臂的自由端上的重物。

并且，还已知有如下所述的加速度传感器(例如参照专利文献3)，该加速度传感器具有板状的振动体、与振动体的两个面相对形成的压电元件和支撑振动体的一个端部的支撑装置，在振动体的一个端部附近形成有开口，振动体在长度方向上振动(即纵向振动)。通过振动体在振动方向上的加速度而使振动体和压电元件挠曲，通过该挠曲来检测在压电元件上产生的电压。

进而，还已知有如下加速度传感器(例如参照专利文献4)，该加速度传感器具有借助于加速度而可移动的惯性体、支撑惯性体而在惯性体移动时变形的支撑梁和设置在支撑梁上的谐振体，谐振体由检测励磁部和振动状态的接收部和从励磁部向接收部传递振动的传递部构成，当被施加加速度时，该加速度传感器这样测定所施加的加速度：利用输入给励磁部的输入信号和朝接收部输出的输出信号，来检测由于与支撑梁的变形相对应的谐振体的变形所引起的谐振体的振动状态的变化。

专利文献1：日本特开平6-43179号公报(第3页，图1)

专利文献2：日本特开平2-248865号公报(第2、3页，图3、9)

专利文献3：日本特开平8-146033号公报(第3页，图1、2)

专利文献4：日本特开平7-191052号公报(第1、2页，图1)

在上述专利文献1中，检测由于被施加加速度而挠性弹簧发生挠曲所引起的谐振子的频率变化量。而且，为了提高检测灵敏度而附加了振动质量。而且在专利文献2中也在悬臂的前端部上附加重物来提高检测灵敏度。并且，这些振动质量和重物位于被施加加速度的方向上，因而可以想到使振动体振动所需的能量变大，并且抗冲击性会降低。

还具有难以使加速度传感器变得小型的课题。

另外，在专利文献3中，利用振动体的纵向振动，与弯曲振动相比纵向振动情况下的频率变化量极小，难以提高检测灵敏度。而且，如果振动体的支撑结构变得复杂，就会因而具有易于产生漏振的课题。

此外，在振动体的一个端部附近设有开口，由于这是一种容易在该开口的周缘部产生应力集中的结构，所以具有抗冲击性降低的课题。

此外，专利文献4的加速度传感器是通过与支撑梁接合起来的谐振体来检测在支撑梁上产生的变形的结构。由于支撑梁与谐振体由不同种类材料构成，所构成的材质的热膨胀率不同，因而由温度变化导致产生支撑梁或者谐振体的变形差，如将该变形差作为频率变化输出，则具有温度特性变差的课题。

并且，由于支撑梁与谐振体接合在一起，所以会在接合部上产生由加速度所导致的力的传递损耗，并且具有难以确保接合部的长期可靠性的课题。

而且，虽然为了正确检测加速度，对谐振体相对于支撑梁的位置精度有所要求，但由于支撑梁与谐振体互为独立部件，所以难以提高位置精度，因而可预测到会增加制造成本，也难以实现小型化。

发明内容

本发明是为了解决上述课题中至少一部分而完成的，其可以实现为下列方式或者应用例。

[应用例1]、本应用例的加速度传感器的特征在于，该加速度传感器是由固定于基座上的基部和从上述基部延伸出来并以预定的谐振频率在平面方向上弯曲振动的梁状的振动臂构成的振动体，上述振动臂具有：在宽度方向中央部被在厚度方向且在长度方向上开设的贯通开口剖分的振动臂部；连接被剖分的上述振动臂部的前端部的附加质量部；以及设置在上述振动臂部上的励磁装置，上述振动臂由上述基部和上述附加质量部以伪双端固定结构或者单端固定结构支撑，该加速度传感器检测当被施加加速度时的由上述附加质量部的惯性效果带来的上述振动体的谐振频率变化。

而且，所谓伪双端固定结构是指这样的固定结构：例如振动体的基部为固定端，振动臂的前端部(相当于附加质量部的部分)为自由端，但由于附加质量部过大而前端部几乎不振动。

本应用例是利用如下情况来检测加速度的：通过被施加了加速度时附加质量部的惯性效果，在振动臂上产生伸缩应力(拉伸应力和压缩应力)，从而振动体的谐振频率发生变化。具体而言，在振动臂上产生拉伸应力的时候谐振频率变高，在振动臂上产生压缩应力的时候谐振频率变低。该振动体在附加质量部具有较大质量的时候进行伪双端固定结构的高次弯曲振动，在附加质量部具有较小质量的时候进行一次弯曲振动(transversal oscillation)。通过这样对振动体施加加速度而产生的谐振频率变化量大于上述现有技术中的纵向振动，可以实现高检测灵敏度的加速度传感器。

而且，通过在振动臂上设置贯通开口，从而振动臂部的截面积变小，设置在侧面上的作为励磁装置的励磁电极之间的距离小，因而电场效应较高，其结果可以将耗电抑制得较低。

此外，振动臂被贯通开口剖分为截面积较小的2个振动臂部。因此，当被施加了加速度时在弯曲部上产生的伸缩应力变大，谐振频率的变化量变得更大，从而可以提高检测灵敏度。

进而，本发明的加速度传感器由于是一种对在振动臂上产生的伸缩应力引起的谐振频率变化进行检测的结构，所以即使假设将振动体包装起来时，加速度引起的振动臂在长度方向上的伸缩也非常小，从而只要存在振动臂进行弯曲振动的范围下的空间即可，具有能够实现小型化的效果。

并且，由于上述应用例的加速度传感器中，基部和振动臂一体地形成，所以如上述现有技术(专利文献4)中支撑梁与谐振体独立构成而接合的结构那样，不会发生将由于彼此热膨胀率不同而产生的温度变化引起的支撑梁或者谐振体的变形差作为频率变化被输出的情况，可以实现温度特性好的加速度传感器。

并且，由于与现有技术那样的接合支撑梁和谐振体的结构相比，本发明不存在接合部，所以不会发生由于接合部上的加速度所引起的力的传递损耗的情况，还具有能确保长期可靠性的效果。

进而，由于基部与振动臂一体且在同一平面内形成，所以不存在朝向厚度方向的突出部，可以实现薄型化。

[应用例2]、根据上述应用例中的加速度传感器优选为，设置有两组由上述基部、上述振动臂和上述附加质量部构成的振动体，将两组上述附加质量部作为共用附加质量部，将两组上述振动体以相对于上述共用附加质量部的重心位置成点对称的方式呈直线状连接。

通过这种结构，可以构成为具有隔着附加质量部而相对的一对振动体的结构体。此时，分别相对的振动臂的附加质量部由于具有足够大的质量，所以彼此具有相位相反的高次弯曲振动模式，可以构成振动平衡好的振动体。即可以获得高Q值(Q值＝ω0/(ω2-ω1)。ω0：谐振频率，ω2-ω1：半值幅)。

而且在被施加了加速度时，在相邻的振动臂部的一个振动臂部上产生压缩应力，在另一振动臂部上产生拉伸应力。这种结构下，具有通过检测两个振动体的谐振频率的差动而可以消除频率温度特性的影响的效果。

[应用例3]、根据上述应用例中的加速度传感器优选为，上述振动臂部在宽度方向上弯曲形成，当对上述振动臂的轴向施加加速度时，检测由于上述附加质量部的惯性效果而使与垂直于上述振动臂部轴向的面相平行的截面形状发生变化所导致的谐振频率变化。

根据这种结构，当通过使振动臂部弯曲而对振动臂的轴向施加加速度时，振动臂部因压曲变形而截面形状发生变化，振动臂的截面二次矩发生变化。关于进行弯曲振动的振动臂，其截面二次矩变大则谐振频率变高，如果其截面二次矩变小则谐振频率变低。该谐振频率变化量可以通过频率计量器等正确计量，所以能进行高精度的加速度检测。

而且由于加速度引起的振动臂部的变形是压曲变形，所以例如像与上述现有例子那样在悬臂前端具有重物而进行弯曲变形的加速度传感器相比，结构上强度高，而且也能应对强加速度区域的检测。

而且通过预先使振动臂部弯曲，从而轴向上的加速度引起的振动臂部的变形量变大。因此，谐振频率的变化量变大，所以可以进一步提高检测灵敏度。

[应用例4]、根据应用例3的加速度传感器优选为，上述附加质量部具有与上述基部同等大小的质量，上述振动臂由上述基部和上述附加质量部以伪双端固定结构支撑，上述振动臂进行高次弯曲振动。

通过相对于振动臂充分增大附加质量部，从而振动臂的前端部的移动量变得极小。因此振动臂在附加质量部和基部之间构成为伪双端固定结构，所以成为高次弯曲振动模式。即使是由这样弯曲的振动臂部构成的振动臂也可以实现检测灵敏度好的加速度传感器。

[应用例5]、根据应用例3或4的加速度传感器优选为，该加速度传感器设置有两组由上述基部、上述振动臂和上述附加质量部构成的振动体，将两组上述附加质量部作为共用附加质量部，将两组上述振动体以相对于上述共用附加质量部的重心位置成点对称的方式呈直线状连接。

通过这种结构，可以构成为两端固定结构的振动体，该两端固定结构的振动体具有由隔着附加质量部而相对的一对弯曲了的振动臂构成的振动体。此时，分别相对的振动臂具有相位相反的高次弯曲振动模式，可以构成振动平衡好的振动体。即可以获得高Q值。

[应用例6]、本应用例的加速度传感器的特征在于，该加速度传感器是由如下部分构成的振动体：固定于基座上的基部；从上述基部平行地延伸出来并以预定的谐振频率在平面方向上进行伪双端固定的弯曲振动的梁状的多个振动臂；以及附加质量部，其在前端部上连接多个上述振动臂，与上述基部具有同等或者更大质量，该加速度传感器具有：分别在多个上述振动臂上，在宽度方向中央部被在厚度方向且在长度方向上开设的至少一个贯通开口；以及励磁装置，其设置在多个上述振动臂的两侧侧面和上述贯通开口的内侧侧面中的至少包含通过振动而产生的变形较大的位置的范围内，该加速度传感器检测被施加加速度时由上述附加质量部的惯性效果带来的上述振动体的谐振频率变化。

这种结构的振动体在振动臂为2个的情况下，有时被称为双音叉振子。在形成这种双音叉振子的形状的情况下，由于2个振动臂以彼此相反的相位进行振动，所以漏振变小，可以提高振动效率。即，Q值变高，可以提高加速度的检测分辨率。

而且，由于设置了贯通开口，所以振动臂的截面积变小，由于可以将施加了加速度时的振动臂的位移量取得很大，所以可以提高检测灵敏度。

另外，励磁装置之间的距离变短，电场效应变高。由此具有可实现低耗电化的效果。

[应用例7]、根据应用例6的加速度传感器优选为，上述贯通开口设置在上述基部与多个上述振动臂相连接的连接部附近以及上述附加质量部与多个上述振动臂相连接的连接部附近。

振动臂与基部相连接的连接部附近以及振动臂与附加质量部相连接的连接部附近，是在伪双端固定结构的弯曲振动中当振动时产生的变形大的位置。因此，通过在这种变形大的位置上设置贯通开口，在贯通开口的内外侧面上设置励磁电极，从而励磁电极之间的距离变短，提高了电场效应，可以实现低耗电化。而且所谓振动臂与基部相连接的连接部附近，是指从振动臂的基部侧末端到振动臂的长度方向全长上的大概30％为止的范围。并且，所谓振动臂与附加质量部相连接的连接部附近，是指从振动臂的附加质量部侧末端到振动臂的长度方向全长上的大概30％为止的范围。

[应用例8]、根据应用例6的加速度传感器优选为，上述贯通开口开设在下述位置：上述基部与多个上述振动臂相连接的连接部附近；上述附加质量部与多个上述振动臂相连接的连接部附近；以及多个上述振动臂的长度方向中央部上。

此处，所谓长度方向中央部是指从以振动臂的长度方向中央为中心到振动臂全长上的大概60％的范围。

在双音叉振子的弯曲振动中，振动臂在振动时所产生的变形大的位置，还存在于振动臂的长度方向的中央附近(相当于振动的波腹)。因此在振动臂与基部相连接的连接部附近、振动臂与附加质量部相连接的连接部附近以及振动臂的长度方向中央部上设置贯通开口，在贯通开口的内外侧面设置励磁电极，从而能进一步提高电场效应，可以实现低耗电化。

[应用例9]、根据应用例6的加速度传感器优选为，该加速度传感器设置有两组通过上述基部、上述振动臂和上述附加质量部构成的振动体，将两组上述附加质量部作为共用附加质量部，将两组上述振动体以相对于上述共用附加质量部的重心位置成点对称的方式呈直线状连接。

根据这种结构，可以构成为具有隔着附加质量部而相对的一对振动体的两端固定结构的振动体。此时，分别相对的振动臂具有相位相反的高次弯曲振动模式，可以构成振动平衡较好的振动体。即可以获得较高的Q值。

[应用例10]、根据上述应用例的加速度传感器优选为，上述振动体由石英构成。

作为振动体的材质，只要是具有压电性的材料即可，并没有特别限定，但如果为石英则频率温度特性好，包括贯通开口都易于用光蚀刻技术一体形成，可容易地进行制造，能以高精度形成。

[应用例11]、根据上述应用例的加速度传感器优选为，上述振动体由恒弹性材料构成，在上述振动臂的侧面形成有压电元件膜。

作为恒弹性材料，例如包含镍、铁、铬、钛或者是它们的合金的合金钢(elinba)、铁镍合金等。

这样通过使用恒弹性材料作为振动体，从而具有提高结构强度，能应对检测较强的加速度区域的效果。

附图说明

图1表示第1实施方式的加速度传感器的1个例子，(a)是主视图，(b)是表示(a)的H-H截面的剖面图。

图2是表示第1实施方式的变形例1的加速度传感器的结构的立体图。

图3是表示贯通开口的长度L2与振动臂的总长度L1之比同频率变动量的关系的图表。

图4是表示第1实施方式的变形例2的加速度传感器的主视图。

图5表示第1实施方式的变形例3的加速度传感器，(a)是主视图，(b)是表示(a)的J-J截面的剖面图。

图6是表示第2实施方式的加速度传感器的主视图。

图7表示第3实施方式的加速度传感器，(a)是主视图，(b)是表示(a)的K-K截面的剖面图。

图8表示第4实施方式的加速度传感器的示意形状，(a)是立体图，(b)～(d)是表示(a)的H-H截面的剖面图。

图9是表示第5实施方式的加速度传感器的示意形状的俯视图。

图10是表示第6实施方式的加速度传感器的示意结构的俯视图。

图11表示第7实施方式的加速度传感器，(a)是主视图，(b)是放大表示励磁电极的结构的局部主视图。

图12是示意表示第7实施方式的振动体的振动模式的说明图。

图13表示作为第8实施方式的加速度传感器的振动体，(a)是主视图，(b)是表示励磁电极的结构的局部主视图。

图14表示作为第9实施方式的加速度传感器的振动体，(a)是主视图，(b)是表示励磁电极的结构的局部主视图。

图15是表示第10实施方式的加速度传感器的主视图。

符号说明

1：加速度传感器；10：振动体；20：基部；21：振动臂；22：贯通开口；23、24：振动臂部；25：附加质量部；31～34：作为励磁装置的励磁电极

具体实施方式

下面根据附图说明本发明的实施方式。

图1～图5表示第1实施方式的加速度传感器，图6表示第2实施方式的加速度传感器，图7表示第3实施方式的加速度传感器，图8表示第4实施方式的加速度传感器，图9表示第5实施方式的加速度传感器、图10表示第6实施方式的加速度传感器，图11、12表示第7实施方式的加速度传感器，图13表示第8实施方式的加速度传感器、图14表示第9实施方式的加速度传感器，图15表示第10实施方式的加速度传感器。

而且，下面的说明中所参照的附图为了便于表示，采用部件或者一部分纵横比例与实际不同的示意图。

(第1实施方式)

图1表示第1实施方式的加速度传感器的1个例子，(a)是主视图，(b)是表示(a)的H-H截面的剖面图。图1(a)中，该加速度传感器1由振动体10构成，该振动体10具有固定在基座(未图示)上的基部20，和从基部20的端面延伸出来并以预定的谐振频率在平面方向上弯曲振动的梁状的振动臂21。

振动体10由压电性材料形成。作为压电性材料，可以使用钛酸铅(PbTiO₃)、锆钛酸铅(PZT(注册商标))、氧化锌(ZnO)、石英等，但在本实施方式中，举例表示使用频率温度特性优良、具有高Q值的石英的情况进行说明。

振动体10是在XY平面上展开的Z切割板，从基部20的一个边中央处沿Y轴方向延伸构成有单纯梁状的振动臂21。基部20是用于将振动体10固定在未图示的包装物的基座上的固定部。在振动臂21的宽度方向(X轴方向)中央部上开设有贯通开口22，该贯通开口22沿着长度方向(Y轴方向)延伸，并且与振动臂21的振动方向相垂直、即在厚度方向(Z轴方向)上贯穿。

在振动臂21的前端部(自由端)上形成有附加质量部25。附加质量部25在本实施方式中设定为这样的平面尺寸，即其成为与基部20同等质量或者大于基部20的质量。并且，贯通开口22的一个端部到达与基部20相连接的连接部，另一端部到达与附加质量部25相连接的连接部。

并且，附加质量部25的大小在成为上述伪双端固定结构的范围内可以设定为任意大小。

振动臂21被贯通开口22剖分为振动臂部23和振动臂部24，它们各自的前端部通过附加质量部25而连接。振动臂部23、24相对于振动臂21的中心轴P对称。在这些振动臂部23、24各自的侧面上形成有励磁电极。

接着参照图1(b)说明作为励磁装置的励磁电极的结构。在振动臂部23的外侧面23a上形成有励磁电极31，在内侧面23b上形成有励磁电极33。而且，在振动臂部24的外侧面24a上形成有励磁电极32、在内侧面24b上形成有励磁电极34。励磁电极31～34形成在贯通开口22的大致Y轴方向侧面上的整个范围内。而且，励磁电极31～34兼作为检测电极。

励磁电极31、32是相同电位的电极，励磁电极33、34是与励磁电极31、32电位不同的电极，虽然没有图示，但它们各自延伸到基部20的表面，与未图示的振荡电路和检测电路连接。

如果从振荡电路分别向励磁电极31、32、励磁电极33、34输入电位相反的励磁信号，当振动臂21欲以其与基部20相连接的连接部附近作为振动的波节进行一次弯曲振动时，由于附加质量部25较大，所以会以图1(a)所示的二次弯曲振动来谐振。

即，如果向振动臂21输入励磁信号，则虽然附加质量部25的前端部欲向箭头C方向振动，但由于存在较大的附加质量部25，因而其移动量极少，振动臂21进行双点划线C’所示的二次弯曲振动。

而且，同样地，当附加质量部25的前端部欲向箭头B方向振动时，由于存在附加质量部25，因而其移动量极少，振动臂21进行虚线B’所示的二次弯曲振动。

因此，虽然这种振动体10是以基部为固定部的单端固定结构，但通过使附加质量部25成为与基部20同等或大于基部20的质量，从而可以在附加质量部25与基部20之间构成类似伪双端固定结构。由此振动臂21成为在振动臂21与基部20连接的连接部附近和振动臂21与附加质量部25连接的连接部附近具有振动的波节的高次弯曲振动模式。

下面说明加速度检测。

在图1(a)中，当振动臂21以预定谐振频率沿X轴方向正进行二次弯曲振动的时候，如果施加+Y轴方向的加速度+Ay，则借助于附加质量部25的惯性效果，在振动臂21与基部20相连接的连接部和弯曲部上产生压缩应力。当产生压缩应力时，谐振频率向变低的方向变化。而且，如果向-Y轴方向施加加速度-Ay，则在振动臂21与基部20相连接的连接部和弯曲部上产生拉伸应力。当产生拉伸应力时，谐振频率向变高的方向变化。

利用检测电路来检测该谐振频率变化，用转换电路(未图示)将检测出的谐振频率转换为电压，可将其作为加速度检测出来。

而且，还可以构成为将谐振频率作为相位速度进行捕捉，用微分电路以时间对相位速度的变化值进行微分来作为加速度。

因此，根据上述第1实施方式，在被施加了加速度时通过附加质量部25的惯性效果，利用在振动臂21上产生伸缩应力(拉伸应力和压缩应力)导致的振动体10的谐振频率发生变化的情况来检测加速度。具体而言，当在振动臂21上产生拉伸应力时谐振频率变高，当在振动臂21上产生压缩应力时谐振频率变低。因此，根据该振动体10，被施加加速度而带来的谐振频率变化量也大于现有技术的纵向振动，可以实现高灵敏度的加速度传感器。

而且通过在振动臂21的长度方向上设置贯通开口22，从而振动臂部23、24的截面积变小，设置于侧面的励磁电极之间的距离变小，因而电场效应变高，其结果是可以将耗电抑制得较低。

并且，振动臂21被贯通开口22剖为截面积较小的2个振动臂部23、24。因此，在被施加加速度时的在弯曲部上产生的伸缩应力变大，谐振频率的变化量变得更大，因此可以提高检测灵敏度。

而且，通过使附加质量部25相对于振动臂变得足够大，从而振动臂21的前端部的移动量极小。因此，振动臂21在附加质量部25和基部20之间构成为伪双端固定结构，从而成为高次弯曲振动模式。在这种高次弯曲振动模式中，可以实现检测灵敏度好的加速度传感器。

进而，本实施方式的加速度传感器1是检测在振动臂21上产生的伸缩应力引起的谐振频率变化的结构。因此，通过设置具有较大质量的附加质量部25，从而当被施加了加速度时的在弯曲部上所产生的拉伸应力或者压缩应力会变大，因而可以提高检测灵敏度。

并且，附加质量部25的大小可以在作为上述伪双端支撑结构的范围内设定为任意大小。在对振动体10进行包装时，加速度导致振动臂21在长度方向上的伸缩非常小，从而只要具有振动臂21进行弯曲振动的范围的空间即可，具有能实现小型化的效果。

并且，由于基部20与振动臂21一体地形成，所以不会像上述现有技术(专利文献4)的分别独立构成支撑梁与谐振体并进行接合的结构那样，将由于各自热膨胀率不同而产生的温度变化导致的支撑梁或者谐振体的变形差作为频率变化输出，而可以实现温度特性好的加速度传感器。

并且，由于与现有技术那样的接合了支撑梁和谐振体的结构相比，本实施方式中不存在接合部，所以不会有由于接合部的加速度而导致使产生的力发生传递损耗的情况，还具有能确保长期效果可靠性的效果。

进而，由于以石英作为振动体10的材质，基部20和振动臂21一体且在同一平面内形成，所以其频率温度特性好，包括贯通开口22都易于通过光蚀刻技术一体形成，且易于制造，能以高精度形成。还可以使朝向厚度方向突出的突出部不存在，从而实现薄型化。

而且上述第1实施方式举例表示了伪双端固定结构，其也可以应用于单端固定结构的振动体。

(变形例1)

下面参照附图说明第1实施方式的变形例1的加速度传感器。变形例1的特征在于，振动体以单端固定结构进行一次弯曲振动的方式。图2是表示变形例1的加速度传感器的结构的立体图。图2中，作为加速度传感器的振动体10除了附加质量部25以外与上述第1实施方式(参照图1)为相同形状。附加质量部25设置在振动臂21的延长线上，振动臂21被贯通开口22剖分为振动臂部23、24。

在振动臂部23、24的侧面设有图1所示的励磁电极31～34。如果从振荡电路分别向励磁电极31、32、励磁电极33、34输入相反电位的励磁信号，则振动臂21以其与基部20连接的连接部附近作为振动的波节进行一次弯曲振动(在图中用箭头A表示)。

关于加速度的检测与第1实施方式同样地进行。即，振动臂21在以预定的谐振频率沿X轴方向正在进行一次弯曲振动的时候，如果施加+Y轴方向的加速度+Ay，则借助于附加质量部25的惯性效果，在振动臂21与基部20相连接的连接部和弯曲部上产生压缩应力。当产生压缩应力时，谐振频率向变低的方向变化。而且，如果向-Y轴方向施加加速度-Ay，则在振动臂21与基部20相连接的连接部和弯曲部上产生拉伸应力。当产生拉伸应力时，谐振频率向变高的方向变化。利用检测电路来检测该谐振频率变化，用转换电路(未图示)将检测出的谐振频率转换为电压，可将其作为加速度检测出来。

而且通过改变贯通开口22的长度L2与振动臂总长度L1之比，从而可通过模拟和实验来确定加速度对频率变动量的改变。

图3是表示贯通开口的长度L2与振动臂的总长度L1之比同频率变动量的关系的图表。如图2所示，相对于加速度(m/s²)的频率变动量(ppm/(m/s²))按照贯通开口的长度L2与振动臂的总长度L1之比(用L2/L1(％)表示)而发生变化。

从图表可知，当L2/L1为0时(没有贯通开口22时)，频率变动量为0.1ppm/(m/s²)，表示即使不存在贯通开口22时也可以检测加速度。但在频率变动量为0.1ppm/(m/s²)时检测灵敏度较低，在应用上并非优选。

随L2/L1变大，频率变动量也变大，在80％附近表示其最大值。而且在L2/L1以80％为中心的±20％的范围内，频率变动量表示出大致1ppm/(m/s²)以上的检测灵敏度，是应用上优选的水平。

根据这种变形例1，即使在振动体10以单侧固定结构进行一次弯曲振动的结构中，也能获得与上述第1实施方式相同的效果。

(变形例2)

下面参照附图说明第1实施方式的变形例2的加速度传感器。变形例2的特征在于，在振动臂的自由端上设置了可进行一次弯曲振动的程度的大附加质量部。因此主要以与上述第1实施方式(参照图1)的不同之处为中心进行说明。对于共用部分赋予与第1实施方式相同的符号。

图4是表示本变形例的振动体的主视图。图4中，振动体10的梁状的振动臂21从基部20的一边的中央处向Y轴方向垂直延伸出去。在振动臂21的宽度方向(X轴方向)的中央处沿着长度方向(Y轴方向)开设有贯通开口22，该贯通开口22贯穿厚度方向(Z轴方向)。

贯通开口22形成为与第1实施方式(参照图1)相同的位置和大小，贯通开口22的长度与包含附加质量部25的振动臂21的总长度的关系也大致按照第1实施方式。在振动臂21的前端部(自由端)上形成有附加质量部25。附加质量部25设定为比变形例1(参照图2)大，比第1实施方式(参照图1)小。因此振动臂21进行以其与基部20相连接的连接部附近为振动的波节的一次弯曲振动。

通过在振动臂21上设置上述的附加质量部25，从而通过振动臂21的质量增加，使得被施加了加速度时的在弯曲部上产生的拉伸应力或者压缩应力大于变形例1，可以提高检测灵敏度。

(变形例3)

下面参照附图说明第1实施方式的变形例3的加速度传感器。在上述第1实施方式中具有1个振动臂，而变形例3具有多个振动臂。此处举例说明具有2个振动臂的结构。

图5表示变形例3的振动体，(a)是主视图，(b)是表示(a)的J-J截面的剖面图。在图5(a)、(b)中，作为加速度传感器的振动体50，从基部51的一边垂直且平行地延伸出2个振动臂54、58。即，该振动体50是音叉型振动体。

在振动臂54、58上，分别在宽度方向中央部上开设有贯通开口55、59。这些振动臂54、58与贯通开口55、59各自的形状，相当于上述第1实施方式(参照图1)的振动臂21、贯通开口22。而且，通过设置了贯通开口55、59，从而将振动臂54剖分为振动臂部56、57，振动臂58剖分为振动臂部60、61。振动臂部56、57的前端部由附加质量部54a连接，振动臂部60、61的前端部由附加质量部58a连接。

如图5(b)所示，在振动臂部56、57、60、61各自侧面上，形成有励磁电极。具体而言，在振动臂部56的外侧面56a上设置有励磁电极71，在内侧面56b上设有励磁电极72。另一方面，在振动臂部57的外侧面57a上形成有励磁电极73，在内侧面57b上形成有励磁电极74。而且，在振动臂部60的外侧面60a上形成有励磁电极77，在内侧面60b上形成有励磁电极78，在振动臂部61的外侧面61a上形成有励磁电极75，在内侧面61b上形成有励磁电极76。

励磁电极71、73、76、78是相同电位的电极组，励磁电极72、74、75、77是相同电位的电极组，励磁电极71、73、76、78和励磁电极72、74、75、77中输入有相反电位的励磁信号。通过这样结构，振动臂54、58可以分别在箭头B、C方向上、即在X轴方向上彼此成为以相反相位进行一次弯曲振动。

基部51通过连接部52与振动臂54、58连接，在该区域中具有振动的波节。在连接部52和基部51之间形成有细颈部53。细颈部53是用于使振动臂54、58的振动不传递给固定部而设置的。

这种结构是音叉型振动体，音叉型振动体具有结构对称性，在振动时振动臂54、58分别以相反相位进行振动，所以具有漏振较小而振动效率较高的优点。

而且，由于分别在振动臂54、58上设有贯通开口55、59，因而振动臂54、58的截面积变小，所以所产生的伸缩应力变大。因此即使是具有多个振动臂的形状，加速度带来的收缩应力和拉伸应力也变高，谐振频率变化量变大，可以得到高检测灵敏度。

而且在本实施方式中，举例表示了具有2个振动臂的结构，但也可以为3个或者3个以上。如果为3个，则可以将中央的振动臂用于检测。

(第2实施方式)

下面参照附图说明第2实施方式的加速度传感器。上述第1实施方式和变形例中使用了伪双端固定结构或者单端固定结构，而第2实施方式的特征在于使用了双端固定结构。

图6是表示第2实施方式的加速度传感器的主视图。图6中，加速度传感器40构成为共用的附加质量部25将振动体10、11这两组振动体呈直线状连接。

如图6所示，加速度传感器40的重心位置G的右侧，是由基部20和振动臂21和附加质量部25构成的振动体10，左侧是由基部45和振动臂41和附加质量部25构成的振动体11。振动臂21具有被贯通开口22剖分的振动臂部23、24，各自设有图1(b)所示的励磁电极。

另一方面，振动臂41具有被贯通开口42剖分的振动臂部43、44，各自设有图1(b)所示的励磁电极。因此附加质量部25是振动体10和振动体11的共用附加质量部。加速度传感器40是相对于重心位置G对称的点对称形状，且为通过共用的附加质量部25将振动体10和振动体11这两组振动体呈直线状连接的、以基部20和基部45作为固定部的双端固定结构。而且附加质量部25具有与基部20、45同等或者更大的质量的平面尺寸。

此处，如果分别向振动臂21、41输入相反电位、相反相位、相同频率的励磁信号，则由于附加质量部25具有足够大的质量，所以在箭头D、箭头E方向上产生了极小的位移。因此，振动臂21具有位于振动臂21与基部20相连接的连接部、振动臂21与附加质量部25相连接的连接部附近的振动的波节，向箭头D’方向或者箭头E’方向进行二次弯曲振动。而且，振动臂41具有位于振动臂41与基部45相连接的连接部、振动臂41与附加质量部25相连接的连接部附近的振动的波节，进行与振动臂21相位相反的二次弯曲振动。

根据上述第2实施方式，加速度传感器40成为具有隔着附加质量部25相对的振动体10、11的双端固定结构。此时各自的振动臂21、41具有相位相反的高次弯曲振动模式，构成振动平衡较好的振动体。即可以得到较高的Q值。

而且，相对的振动臂21、41被施加了Y轴方向的加速度时，在其中一方产生收缩应力，在另一方的振动臂上产生拉伸应力。这种结构下，通过检测两个振动体的谐振频率的差动，从而具有可以消除频率温度特性的影响的效果。

(第3实施方式)

接着参照附图说明第3实施方式的加速度传感器。在上述第1、第2实施方式中使用石英作为振动体，而第3实施方式的特征在于使用恒弹性材料作为振动体。本实施方式的振动体的形状可以应用与上述第1、第2实施方式的形状相同的考虑方法，但此处举例表示与第1实施方式(参照图1)相同形状的情况加以说明。

图7表示第3实施方式的振动体，(a)是主视图，(b)是表示(a)的K-K截面的剖面图。在图7(a)、(b)中，振动体80构成为，振动臂82从基部81的一个边沿垂直方向延伸。基部81是用于将振动体80固定在未图示的包装物的基座上的固定部。在振动臂82的宽度方向中央处开设有贯通开口83，该贯通开口83在厚度方向贯穿且沿着长度方向较长。

而且，振动体80由镍、铁、铬、钛或者是它们的合金的恒弹性合金钢(elinba)、铁镍合金等恒弹性材料构成，根据期望的谐振频率、尺寸来进行选择。

通过设置贯通开口83而将振动臂82剖分为振动臂部84、85。振动臂部84、85的前端部用附加质量部82a连接。而且在振动臂部84、85各自的外侧侧面上形成有压电元件膜86、87。如图7(b)所示，在压电元件膜86的表背两面上分别形成有上部电极88a、下部电极88b。而且在下部电极88b与振动臂部84的外侧侧面之间形成有绝缘性膜(未图示)。

另一方面，在压电元件膜87的表背两面上分别形成有上部电极89a、下部电极89b。而且在下部电极89b与振动臂部85的外侧侧面之间形成有绝缘性膜(未图示)。

通过对压电元件膜86、87分别输入相反电位的励磁信号，从而振动臂82进行与第1实施方式相同的二次弯曲振动，以预定的谐振频率来持续进行稳定的振动。

而且，作为压电元件膜86、87的材料可以采用钛酸铅(PbTiO₃)、锆钛酸铅(PZT(注册商标))、氧化锌(ZnO)等。

因此根据上述第3实施方式，除了上述第1实施方式的效果之外，还具有如下效果：通过将恒弹性材料用于振动体80，从而提高了结构强度，即使减小了振动臂部84、85的截面积，也能应对较强的加速度区域的检测。

(第4实施方式)

接着参照附图说明第4实施方式的加速度传感器。第4实施方式的特征在于，被贯通开口剖分为2部分的振动臂部预先弯曲形成。

图8表示第4实施方式的加速度传感器的概要形状，(a)是立体图，(b)～(d)是表示(a)的H-H截面的剖面图。而且图8(a)、(b)表示没有施加加速度的状态。在图8(a)、(b)中，作为加速度传感器的振动体10是这样的结构体：在XY平面内展开的石英构成的Z切割板的同一平面内，由基部20和从基部20的一边延伸出来的振动臂21构成的单端固定结构的结构体。

振动臂21在宽度方向(X轴方向)的中央部上，沿长度方向(Y轴方向)设有较长的大致印章形状的贯通开口22，将振动部21剖分为2部分而形成振动臂部23、24。振动臂部23、24形成为分别沿着贯通开口22的形状向+X轴方向和-X轴方向弯曲。并且振动臂部23、24相对于振动臂21的中心轴P为对称形状。并且由附加质量部25将振动臂部23、24的前端部连接起来。

在振动臂部23、24各自的侧面上设有励磁电极31～34。而且励磁电极31～34的结构与图1(b)的结构相同，因而省略其说明。

此处，如果从振荡电路(未图示)向励磁电极31～34输入励磁信号，则振动臂21以预定的谐振频率向单端固定结构的箭头A方向进行一次弯曲振动，其中该单端固定结构以振动臂21和基部20相连接的连接部附近作为振动的波节。

如上构成的振动臂21的谐振频率fn可通过下面的式1来给出。

$\mathrm{fn}=\frac{\mathrm{\α}}{L^2}\sqrt{\frac{\mathrm{EI}}{\mathrm{\ρS}}}...\left(1\right)$

此处，图中的α为通过振动体的支撑条件等而确定的常数、L为振动体的长度、E为纵弹性系数、I为取决于截面形状而变化的系数(截面二次矩I)、ρ为振动体的密度、S为振动体的截面积。通过该式1可知，只要是相同材质、相同形状的振动体，谐振频率fn就能对应于截面二次矩I的变化来发生变化。

下面说明对加速度传感器1施加Y轴方向的加速度+Ay时的作用。

图8(c)是表示施加了+Y轴方向的加速度+Ay时的振动臂部23、24的剖面图。在图8(a)、(c)中，当将加速度+Ay施加给加速度传感器1时，由于基部20固定在基座(未图示)上，所以利用附加质量部25的惯性效果将振动臂21在-Y轴方向上压缩。

于是，被贯通开口22剖分呈两部分而刚性降低的振动臂部23、24在轴向上被压缩，如图8(c)所示，分别向外侧方向(箭头C的方向)压曲变形。此时由于振动臂部23、24预先形成为弯曲形状，所以通过加速度+Ay而易于进行变形，而且变形量也大。

而且，用I₂表示施加了加速度+Ay时的图8(c)所表示的状态下的振动臂21的截面二次矩。

因此如果将未施加加速度的图8(a)的状态下的振动臂21的截面二次矩I₁与施加了加速度+Ay的图8(c)的状态下的振动臂21的截面二次矩I₂进行比较，则由于截面二次矩I₂在X轴方向上的距离较大，所以I₂＞I₁。根据式1，由于截面二次矩I之外是共用的，所以如果施加了加速度+Ay，则谐振频率变高。因此通过检测该谐振频率变化可以检测加速度。

并且，当施加了反方向的加速度-Ay时，由于附加质量部25的惯性效果而使振动臂21向+Y方向伸出，振动臂部23、24在Y轴方向上的距离，向变窄的方向、即如图8(d)所示那样向箭头D方向变形。用I₃表示施加了加速度-Ay的状态下的截面二次矩。截面二次矩I₃也小于未施加加速度时的截面二次矩I₁。

因此，如果将未施加加速度时的振动臂21的截面二次矩I₁、施加了加速度+Ay时的截面二次矩I₂与施加了加速度-Ay时的截面二次矩I₃进行比较，则I₂＞I₁＞I₃的关系成立。

即，当施加了加速度+Ay时谐振频率变高，当施加了加速度-Ay时谐振频率变低。

并且，即使在第1实施方式(参照图1(a))所说明的将振动臂21形成为直线形状的情况下，当施加了加速度+Ay、加速度-Ay时，也能通过与上述第4实施方式相同的理由造成的谐振频率fn的变化来检测出加速度。

但是，如果将第1实施方式的形状与第4实施方式的形状进行比较，则由于事先弯曲了第4实施方式的振动臂部23、24，所以在施加了相同大小的加速度时，由于弯曲的振动臂部23、24一方的变形量较大，所以截面二次矩I的变化变大。因此可以说第4实施方式的加速度传感器的检测灵敏度较高。

因此，根据上述第4实施方式，由于预先弯曲形成振动臂部23、24，从而振动臂21的Y轴方向的加速度引起的振动臂部23、24的变形量变大，谐振频率fn的变化量变大，所以可以进一步提高检测灵敏度。

而且，由于加速度导致的振动臂部23、24的变形为压曲变形，所以相比上述现有例中在悬臂前端具有重物而弯曲变形的加速度传感器，结构强度变高，还能应对较强的加速度区域的检测。

(第5实施方式)

下面参照附图说明第5实施方式的加速度传感器。第5实施方式相比上述第4实施方式，其特征在于进一步增大了附加质量部25。而且振动臂部23、24的形状与第4实施方式(参照图8(a))相同，成为弯曲后的形状。

图9是表示第5实施方式的加速度传感器的示意形状的俯视图。图9中，在振动臂部23、24的前端部(自由端)上形成有附加质量部25。附加质量部25被设定为具有与基部20同等或者更大的质量的平面尺寸。如果对这种结构下的振动臂21输入励磁信号，则由于附加质量部25较大，所以并非以第4实施方式中说明的一次弯曲振动来共振，而是以二次弯曲振动来共振。

即，如果向振动臂部23、24输入励磁信号，则虽然附加质量部25的前端部欲向箭头C方向振动，但由于存在附加质量部25，因而其移动量极小，振动臂部23、24的振动模式为二次弯曲振动。

并且，同样地当附加质量部25的前端部欲向箭头B方向振动时，由于存在附加质量部25，因而其移动量极小，振动臂部23、24的振动模式为二次弯曲振动。

因此，通过将附加质量部25增加到足够大，从而可以极力减小振动臂21的前端部的移动量，振动臂21在附加质量部25和基部20之间构成了类似伪双端支撑结构。由此振动臂21成为在振动臂21、和振动臂21与附加质量部25相连接的连接部附近具有振动的波节的高次弯曲振动模式。

如果对这种形状的振动体10施加+Y轴方向的加速度+Ay，则由于附加质量部25的惯性效果而在振动臂部23、24上作用压缩力而发生压曲变形(图中用虚线e表示)，截面二次矩I变大，谐振频率变高。而且如果施加了-Y轴方向的加速度-Ay，则振动臂部23、24伸长(图中用双点划线j表示)，截面二次矩I变小，谐振频率变低。

因此，根据上述第5实施方式，通过设置足够大的附加质量部25，从而即使在高次振动模式中也能具有与上述第4实施方式相同的效果，而且由于附加质量部25足够大，所以能进一步提高加速度的检测灵敏度。

并且可以在成为上述伪双端支撑结构的范围内将附加质量部25的大小设定为任意大小。

(第6实施方式)

下面参照附图来说明第6实施方式的加速度传感器。上述第4、第5实施方式中使用了单侧固定结构或者伪双端固定结构，而第6实施方式的加速度传感器的特征在于使用了双端支撑结构。

图10是表示第6实施方式的加速度传感器的示意结构的俯视图。图10中，加速度传感器40构成为用共用的附加质量部25将两组振动体10、11连接成直线形状。

如图10所示，加速度传感器1(振动体10)的重心位置G的右侧是振动体10，该振动体10由基部20、具有弯曲了的振动臂部23、24的振动体21和附加质量部25构成；左侧是振动体11，该振动体11由基部45、具有弯曲了的振动臂部43、44的振动体41和附加质量部25构成。

加速度传感器40是这样的结构体：振动体10和振动体11相对于附加质量部25的重心位置G构成点对称形状，将基部20和基部45固定在未图示的基座上的双端支撑结构的结构体。即，通过附加质量部25将上述第5实施方式(参照图9)所说明的振动体10形成为直线形状。

此处，如果分别向振动臂部23、24和振动臂部43、44输入相反电位、相反相位、相同频率的励磁信号，则由于附加质量部25具有足够大的质量，所以仅产生微小振动，振动臂21具有位于振动臂21与基部20相连接的连接部、振动臂21与附加质量部25相连接的连接部附近的振动的波节，进行二次弯曲振动。而且振动臂41具有位于振动臂41与基部45相连接的连接部、振动臂41与附加质量部25相连接的连接部附近的振动的波节，进行相位相反的二次弯曲振动。

而且如果施加-Y轴方向的加速度-Ay，则由于附加质量部25的惯性效果而在振动臂部23、24上作用压缩力而发生压曲变形，振动臂21的截面二次矩I变大而谐振频率变高。并且在振动臂部43、44上作用拉伸力，振动臂41的截面二次矩I变小而谐振频率变低。通过检测该谐振频率的差动，从而检测加速度的大小，通过检测差动可以检测加速度的施加方向。

而且在施加+Y轴方向的加速度+Ay时，成为与上述的施加加速度-Ay时相反的作用，振动体10的谐振频率变低，振动体11的谐振频率变高。

因此，在上述第6实施方式中，构成为具有隔着共用的附加质量部25而相对的一对振动体10、11的双端支撑结构的加速度传感器40。此时振动体10、11各自的振动臂具有相位相反的高次弯曲振动模式，构成振动平衡好的振动体。即，可以得到高Q值，对外部影响抵抗力也较强。

而且，相对的振动臂10、11被施加了Y轴方向的加速度时，在一方产生收缩应力，在另一方的振动臂上产生拉伸应力。这种结构下，具有可以消除频率温度特性的影响的效果。

(第7实施方式)

接着参照附图说明第7实施方式的加速度传感器。第7实施方式的特征在于，还分别在由贯通开口所剖分的多个振动臂上设有贯通开口。而且在本实施方式中举例表示振动臂为2个的情况进行说明。

图11表示第7实施方式的加速度传感器，(a)是主视图，(b)是放大表示励磁电极的结构的局部主视图。图11(a)中，作为加速度传感器的振动体100中，从基部102的1个边起，被贯通开口101所剖分的振动臂105、112彼此平行地延伸出来，通过附加质量部113将它们的前端部连接起来。

而且振动臂105通过开设贯通开口106而形成振动臂部107、108，振动臂112通过开设贯通开口109而形成振动臂部110、111。并且，贯通开口106、109的长度与振动臂105、112的长度大致一致。而且振动臂105和振动臂112是与中心轴P对称的形状。

基部102构成为具有与振动臂105、112相连接的连接部104和细颈部103，附加质量部113也具有与振动臂105、112相连接的连接部115和细颈部114。附加质量部113被设定为具有与基部102同等或者更大的质量的平面尺寸。而且如图11(b)所示，在贯通开口107、108、110、111各自侧面上形成有励磁电极。

励磁电极设置在振动臂部107、108、110、111各自振动时产生的变形大的位置上。所谓变形大的位置是指基部102附近和附加质量部113的附近以及振动臂的长度方向的中央部附近(相当于振动波腹的位置附近)。具体而言，在振动臂部107的外侧侧面上从附加质量部113侧起依次设有励磁电极127、135、143。而且，在振动臂部106的内侧侧面上从附加质量部113侧起依次设有励磁电极126、134、142。

并且在振动臂部108的贯通开口106的内侧侧面上从附加质量部113侧起依次设有励磁电极125、133、141。并且在贯通开口101侧侧面上从附加质量部113侧起依次设有励磁电极124、132、140。

另一方面，在振动臂部110的外侧侧面上从附加质量部113侧起依次设有励磁电极120、128、136。并且在贯通开口109的内侧侧面上从附加质量部113侧起依次设有励磁电极121、129、137。并且在振动臂部111的贯通开口109的内侧侧面上设有励磁电极122、130、138，在贯通开口101侧侧面上从附加质量部113侧起依次设有励磁电极123、131、139。

这些励磁电极124～127、132～135和励磁电极140～143、励磁电极120～123、128～131以及励磁电极136～139，构成为相对于中心轴P对称的形状。并且，励磁电极120、123、125、126、129、130、132、135、136、139、141、142是相同电位的第1电极组，励磁电极121、122、124、127、128、131、133、134、137、138、140、143是相同电位的第2电极组。

图12是示意表示本实施方式的振动体的振动模式的说明图。本实施方式的振动体100由于具有质量足够大的附加质量部113，所以成为作为自由端的附加质量部113几乎不发生位移的伪双端固定结构。即，成为类似于双音叉振子的方式。因此如果对上述第1电极组和第2电极组彼此输入相反电位的励磁信号，则振动臂105、112以与图12所示的双音叉振子相同的振动模式进行振动。

具体而言，如果向第1电极组输入作为+电位的励磁信号，向第2电极组输入作为-电位的励磁信号，则如双点划线A那样进行位移。而且如果向第1电极组输入作为-电位的励磁信号，向第2电极组输入作为+电位的励磁信号，则如虚线B那样进行位移。因而通过重复这样的操作以与双音叉振子相同的振动模式进行振动。

如果对该加速度传感器施加了轴向的加速度，则通过在振动臂105、112上产生伸缩应力，并且振动臂105、112的截面二次矩发生变化，由此导致谐振频率发生变化，将该谐振频率的变化作为加速度检测出来。

而且，可以对上述第7实施方式中的贯通开口106、109的形状、开设位置和励磁电极的配置进行各种设定。

(第8实施方式)

下面参照附图说明第8实施方式的加速度传感器。第8实施方式的特征在于，贯通开口设置在振动臂与基部相连接的连接部附近和振动臂与附加质量部相连接的连接部附近。关于贯通开口之外的结构与第7实施方式相同，所以省略其说明。而且对共用部分赋予相同符号。

图13表示作为本实施方式的加速度传感器的振动体，(a)是主视图，(b)是表示励磁电极的结构的局部主视图。图13(a)中，在振动臂105上开设有贯通开口150、151，在振动臂112上开设有贯通开口152、153。

贯通开口150、152设置在振动臂105、112各自的附加质量部113(连接部115)的附近。而且贯通开口150、152设置在从振动臂105、112的附加质量部侧末端到振动臂105、112的长度方向的全长的大概30％为止的范围内。并且贯通开口151、153设置在基部102(连接部104)的附近。而且贯通开口151、153设置在从振动臂105、112的基部侧末端到振动臂的长度方向的全长的大概30％为止的范围内。这些贯通开口150～153设置在振动臂105、112发生弯曲振动时产生的变形最大的位置之一处。而且在振动臂105、112的侧面和贯通开口150～153的内侧侧面上设有励磁电极。

如图13(b)所示，在振动臂105的外侧侧面上，从附加质量部113侧起依次设有励磁电极127、135、143。而且在贯通开口150的内侧侧面上设有励磁电极125、126，在贯通开口151的内侧侧面上设有励磁电极141、142。而且在振动臂105的内侧侧面上，从附加质量部113侧起依次设有励磁电极124、132、140。

另一方面，在振动臂112的内侧侧面上，从附加质量部113侧起依次设有励磁电极123、131、139，在贯通开口152的内侧侧面上设有励磁电极121、122，在贯通开口153的内侧侧面上设有励磁电极137、138。而且，在振动臂112的外侧侧面上从附加质量部113侧起依次设有励磁电极120、128、136。

并且，在振动臂112的表背两面上分别设有励磁电极129、130，在振动臂105的表背面上分别设有励磁电极133、134。这些励磁电极129、130、133、134设置在与在侧面设置的励磁电极128、131、132、135大致相同的长度方向位置上。

这些励磁电极120～143配设在与上述第7实施方式(参照图11(b))大致相同的位置上。即，励磁电极120～143配设在振动臂105、112的振动中产生的变形大的位置上。励磁电极120、123、125、126、129、130、132、135、136、139、141、142是相同电位的第1电极组，励磁电极121、122、124、127、128、131、133、134、137、138、140、143是相同电位的第2电极组。

因此，如果向第1电极组输入作为+电位的励磁信号，向第2电极组输入作为-电位的励磁信号，则如第7实施方式(参照图12)所示的双点划线A那样进行位移。而且如果向第1电极组输入作为-电位的励磁信号，向第2电极组输入作为+电位的励磁信号，则如虚线B那样进行位移。因而通过重复这样的操作以与双音叉振子相同的振动模式进行振动。

(第9实施方式)

下面参照附图说明第9实施方式的加速度传感器。相对于上述第8实施方式(参照图13)，第9实施方式的特征在于，贯通开口还设置在振动臂的长度方向中央部上。关于贯通开口之外的结构与第10实施方式相同，所以省略其说明。而且对共用部分赋予相同符号。

图14表示作为第9实施方式的加速度传感器的振动体，(a)是主视图，(b)是表示励磁电极的结构的局部主视图。图14(a)中，在振动臂105上开设有贯通开口150、155、151，在振动臂112上开设有贯通开口152、156、153。

贯通开口150、152设置在振动臂105、112各自的附加质量部113(连接部115)的附近。而且，贯通开口151、153设置在基部102(连接部104)的附近。进而，贯通开口155、156设置在振动臂105、112的长度方向中央部上。并且，贯通开口155、156是在以振动臂105、112的长度方向中央为中心，振动臂的全长的大致60％的范围内。

这些贯通开口150～153、155、156设置在振动臂105、112弯曲振动时产生的变形最大的位置上。贯通开口155、156相当于振动的波腹。而且在振动臂部105、112的侧面和贯通开口150～153、贯通开口155、156的内侧侧面上设有励磁电极。

如图14(b)所示，在振动臂105的外侧侧面上从附加质量部113侧起依次设有励磁电极127、135、143。而且在贯通开口150的内侧侧面上设有励磁电极125、126，在贯通开口151的内侧侧面上设有励磁电极141、142，在贯通开口155的内侧侧面上设有励磁电极133、134。而且在振动臂105的内侧侧面上从附加质量部113侧起依次设有励磁电极124、132、140。

另一方面，在振动臂112的内侧侧面上从附加质量部113侧起依次设有励磁电极123、131、139，在贯通开口152的内侧侧面上设有励磁电极121、122，在贯通开口153的内侧侧面上设有励磁电极137、138，在贯通开口156的内侧侧面上设有励磁电极129、130。而且在振动臂112的外侧侧面上从附加质量部113侧起依次设有励磁电极120、128、136。

这些励磁电极配设在与上述第7实施方式(参照图11(b))、第8实施方式(参照图13(b))大致相同的位置上。即，这些励磁电极配设在振动臂105、112的振动中产生的变形大的位置上。励磁电极120、123、125、126、129、130、132、135、136、139、141、142是相同电位的第1电极组，励磁电极121、122、124、127、128、131、133、134、137、138、140、143是相同电位的第2电极组。

因此如果向第1电极组输入作为+电位的励磁信号，向第2电极组输入作为-电位的励磁信号，则如第7实施方式(参照图12)所示的双点划线A那样进行位移。而且如果向第1电极组输入作为-电位的励磁信号，向第2电极组输入作为+电位的励磁信号，则如虚线B那样进行位移。因而通过重复这样的操作以与双音叉振子相同的振动模式进行振动。

如上所述，在第7实施方式中，在振动臂105、112各自的整个长度方向上设有贯通开口106、109；此外，在第8实施方式中，在基部102的附近和附加质量部113的附近设有贯通开口150～153；在第9实施方式中，还在振动臂105、112的长度方向中央部设有贯通开口155、156。因而由于在弯曲振动中产生的变形大的位置上设有各贯通开口，所以振动臂105、112的截面积变小，而产生的应力变大，可以将施加加速度时的振动臂105、112的位移量取得较大，所以谐振频率变化量变大，可以提高检测灵敏度。

并且相比第1实施方式至第6实施方式可以进一步缩短励磁电极之间的距离，从而电场效应变高。由此具有可实现低耗电化的效果。

还有，励磁电极120～143分为第1电极组和第2电极组进行连接。此时，在第8、9实施方式中，由于分别在相邻的贯通开口之间存在距离，所以在振动臂105、112表背两面上存在励磁电极之间的布线空间，所以还具有易于在该空间中进行连接电极的布线的效果。

(第10实施方式)

接着参照附图说明第10实施方式的加速度传感器。上述第7实施方式至第9实施方式中的加速度传感器(振动体)为伪双端固定结构，与此相对，第10实施方式特征在于加速度传感器(振动体)为双端固定结构。

图15是表示第10实施方式的加速度传感器的主视图。图15中，加速度传感器200构成为以共用的附加质量部113将振动体100、180连接成两组直线形状。

如图15所示，加速度传感器200的重心位置G的右侧是由基部102和振动臂105、112和附加质量部113构成的振动体100，左侧是由基部160和振动臂164、165和附加质量部113构成的振动体180。振动臂105、112是由贯通开口101剖分而形成的。另外振动臂105具有贯通开口150、151、155，振动臂112具有贯通开口152、153、156。

另一方面，在振动臂164上开设有贯通开口166、167、170，振动臂165上开设有贯通开口168、169、171。

基部102上设有连接了振动臂105、112的连接部104和细颈部103，附加质量部113上设有连接了振动臂105、112的连接部115和细颈部114。

另外，在振动体180中，基部160上设有连接了振动臂164、165的连接部162和细颈部161，附加质量部113上设有连接了振动臂164、165的连接部118和细颈部119。

附加质量部113是振动体100和振动体180共用的附加质量部，加速度传感器200是相对于重心位置G成点对称的形状。因此，加速度传感器200是这样一种双端固定结构：以共用的附加质量部113将振动体100和与振动体100相同形状的振动体180连接为直线形状，将基部102和基部160作为安装在基座上的固定部。而且附加质量部113具有与作为基部102、160同等或者更大的质量的平面尺寸。并且振动体100、180分别相同地构成为包含上述第9实施方式(参照图14)和励磁电极。

此处如果分别向振动臂105、112和振动臂164、165输入相反电位、相反相位、相同频率的励磁信号，则由于附加质量部113具有足够大的质量而几乎不发生位移，振动臂105、112和振动臂164、165彼此进行图12所示的二次弯曲振动。因此振动臂105、112和振动臂164、165进行相对于重心位置G成点对称的二次弯曲振动。

因而，根据上述第10实施方式，形成为一种具有隔着附加质量部113而相对的振动体100、180的双端固定结构。此时振动臂105、112和振动臂164、165具有相位相反的二次弯曲振动模式，构成振动平衡好的振动体。即可以得到高Q值。

并且当相对的振动臂105、112和振动臂164、165被施加了Y轴方向的加速度时，其一方产生收缩应力，另一方的振动臂上产生拉伸应力。这种结构下，通过检测两个振动体的谐振频率的差动，从而具有可以消除频率温度特性的影响的效果。

因此，根据上述第1实施方式至第10实施方式，通过在振动体上设置贯通开口来剖分振动臂，通过施加给振动臂的加速度引起的压缩力或者伸长力来使得振动臂的应力发生变化，或者检测截面二次矩发生变化所引起的谐振频率变化，从而可以提供一种结构简单且频率温度特性好的高灵敏度的小型加速度传感器。

Claims (4)

1.一种加速度传感器，该加速度传感器是由如下部分构成的振动体：固定于基座上的基部；从上述基部平行地延伸出来并以预定的谐振频率在平面方向上弯曲振动的梁状的两个振动臂；以及附加质量部，其在前端部上相互连接两个上述振动臂，与上述基部具有同等或者更大质量，

该加速度传感器具有：分别在两个上述振动臂上，在宽度方向中央部在厚度方向且在长度方向上开设的至少一个贯通开口；以及第1励磁装置及第2励磁装置，该第1励磁装置及第2励磁装置设置在两个上述振动臂的两侧侧面和上述贯通开口的内侧侧面中的至少包含通过振动而产生的变形较大的位置的范围内，且夹着振动臂相对配置，

上述贯通开口设置在两个上述振动臂各自的上述基部侧、上述延伸方向的中央部以及上述附加质量部侧，

上述第1励磁装置及第2励磁装置，设置于上述贯通开口的各个上述内侧侧面以及与上述贯通开口分别相对的上述振动臂的两侧侧面，

并且上述第1励磁装置及第2励磁装置在一个振动臂和在另一个振动臂上的设置是彼此相反的，

对于上述第1励磁装置和第2励磁装置输入彼此成为相反电位的励磁信号，

该加速度传感器检测被施加加速度时由上述附加质量部的惯性效果带来的上述振动体的谐振频率变化。

2.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，

该加速度传感器设置有两组由上述基部、上述振动臂和上述附加质量部构成的振动体，

将两组上述附加质量部作为共用附加质量部，将两组上述振动体以相对于上述共用附加质量部的重心位置成点对称的方式呈直线状连接。

3.根据权利要求1或2所述的加速度传感器，其特征在于，

上述振动体由石英构成。

4.根据权利要求1或2所述的加速度传感器，其特征在于，

上述振动体由恒弹性材料构成，在上述振动臂的侧面形成有压电元件膜。

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