JP2009250859A - 加速度検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加速度の検出感度が高く、他軸感度を抑圧した加速度検知装置を得る。
【解決手段】矩形環状の外枠５、外枠の対向する二辺の端辺により両端部を支持された第
１の駆動腕１０、一方の端辺により基端部を固定されて他方の端辺に向けて伸びる片持ち
構造の第２の駆動腕１１、及び片持ち構造の検出腕１２、二辺の端辺の同一面上であって
第１の駆動腕の両端部に相当する部位に夫々形成した凹所１５ａ、１５ｂ、並びに一方の
端辺寄りの上下面に対向して形成されたくびれ部１６ａ、１６ｂ、を備え、第１の駆動腕
には、両端固定の屈曲振動が励振される励振電極が配設されており、第２の駆動腕には、
一端固定の屈曲振動が励振される励振電極が配設されており、検出腕には、検出腕に一端
固定の屈曲振動が生じたときに屈曲振動により励起される電荷をピックアップする電極が
配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、加速度検知装置に関し、特に加速度検出軸方向の感度を改善すると共に、他
軸方向の感度を抑圧した加速度検知装置に関するものである。

加速度センサは、従来から自動車、航空機、ロッケット、更には各種プラントの異常振
動監視装置等まで広い用途に用いられている。民生機器用加速度センサとしては、加速度
検知機構を半導体プロセス技術により作製したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Sys
tems）センサが良く知られている。
特許文献１には、加速度検出素子が開示されている。図７（ａ）は、従来の加速度検出
素子８１の平面図であり、この加速度検出素子８１は、基部８２、該基部８２の一端縁か
ら並行して突出する一対の駆動振動部８３、８４、および検出振動部８５を備えている。
駆動振動部８３、８４、検出振動部８５は共に細長い屈曲振動アームである。一方の駆動
振動部８３の上下面には、一対の溝８６ａ、８６ｂ（図示せず）が形成されており、溝８
６ａ、８６ｂの内および側壁面上には、駆動振動部８３を、図５（ｂ）の矢印Ａのように
励振するための電極８８が設けられている。また一方の駆動振動部８３は帯状の本体の先
端側に幅広部９６が設けられている。
他方の駆動振動部８４は帯状且つ平板状を呈している。駆動振動部８４の表面には、駆
動振動部８４を図５（ｂ）の矢印Ａのように励振するための電極８７が設けられている。
また、帯状且つ平板状の検出振動部８５の上下面には夫々一対の溝８９ａ、８９ｂ（図示
せず）が形成されており、溝８９ａ、８９ｂの内部および側壁面上には、検出振動部８５
の矢印Ｃ方向への振動を検出可能な電極９０が設けられている。
加速度検出素子８１は、図５（ｂ）に示すように、各駆動振動部８３と８４とが矢印Ａ
のように屈曲振動するが、互いに逆相になるように設定されている。そして、各駆動振動
部８３、８４の自励振時の周波数を共に等しくする。このため中央の検出振動部５の振幅
が、加速度非印加時にはゼロとなる。
加速度検出素子１に、図５（ｂ）に示すように矢印Ｂ方向への加速度が印加されると、
各駆動振動部８３、８４にはＸ軸方向へ力が加わるので、Ｘ軸方向へと向かって延び、各
駆動振動部８３、８４の振動周波数がいずれも上昇する。駆動振動部８３の先端には、質
量の大きい幅広部９６が設けられているので、駆動振動部８３の周波数変化（増分）は、
駆動振動部８４の周波数変化（増分）より大きくなる。この結果、各駆動振動部における
各モーメントｍα（ｍ；質量、α；加速度）が互いに異なってくるので、検出振動部８５
には、図５（ｂ）に矢印Ｃで示すように、Ｙ軸方向への屈曲振動が発生する。この屈曲振
動Ｃの振幅は、加速度Ｂの大きさに対して単調増加し、振幅は検出振動部５の検出電極か
らの出力にほぼ比例するので、加速度Ｂを求めることができると開示されている。
特開２００６−６４３９７公報

しかしながら、特許文献１に開示の加速度検出素子は、振動系のバランスを崩す手段と
して、一方の駆動振動部の質量を大きくすることに依存しているので、形状的に小型化と
感度改善とを両立させることが難しいという問題があった。
また、特許文献１に開示の加速度検出素子は、振動系のバランスを崩す加速度軸は１軸
方向（図７のＸ軸方向）だけではなく、例えば駆動振動部と直交する方向への加速度を印
加しても、その加速度を検出してしまうという他軸感度の問題があった。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、小型、高感度であり、他軸感
度を抑圧した加速度検出素子を提供することにある。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本発明に係る加速度検知装置は、外枠と、該外枠の対向する端辺にそれぞ
れ基部を介して両端部を支持された第１の駆動腕、前記端辺のうちの少なくとも一方の端
辺の基部から他方の端辺に向けて伸びる第２の駆動腕、及び前記第１の駆動腕と前記第２
の駆動腕との中間位置であり、前記一方の端面の基部から他方の端辺に向けて伸びる検出
腕、前記第１の駆動腕と前記第２の駆動腕には屈曲振動する為の励振電極を備え、前記検
出腕には、該検出腕に発生する電荷を取り出すための電極を備え、前記第１の駆動腕と前
記第２の駆動腕とで音叉型振動子を構成し、前記検出腕が前記音叉型振動子と共振周波数
が異なる屈曲振動体であり、前記基部における前記第１の駆動腕の延長線上に位置する部
位の厚さの中心位置と前記第１の駆動腕の厚さの中心位置とがずれた構成であることを特
徴とする。

以上のように基部に第１及び第２の駆動腕と、その中間位置に検出腕とを設け、第１及
び第２の駆動腕を共に同じ周波数で且つ、逆相で励振することにより、加速度の非印加時
は検出腕には振動が励起されないが、加速度の印加時には検出腕に屈曲振動が生じ、該振
動により励起された電荷より、加速度の大きさを求めることが可能となる。外枠を用いて
いるので加速度の検出感度が高く、その上他軸感度の抑圧が優れているという利点がある
。

［適用例２］加速度検知装置は、前記第２の駆動腕の両端部が前記外枠の対向する端辺
にそれぞれ基部を介して支持された構成であり、前記基部における前記第２の駆動腕の延
長線上に位置する部位の厚さの中心位置と前記第２の駆動腕の厚さの中心位置とがずれ、
前記第１の駆動腕の厚さの中心位置と前記第２の駆動腕の厚さの中心位置とがずれた構成
であることを特徴とする適用例１に記載の加速度検知装置。

以上のように第１及び第２の駆動腕の延長線上に位置する部位の厚さの中心位置と、駆
動腕の厚さの中心とをずらすことにより加速度の非印加時には検出腕には振動が励振され
ないが、加速度が印加されると振動系の釣り合いが崩れ、検出腕に振動が励起され、これ
による電荷から加速度の大きさを得ることが可能となる。逆相でバランスを取ることによ
り、加速度印加時の検出感度を高めることができるという効果がある。

［適用例３］加速度検知装置は、前記外枠が、第１のくびれ部と、該第１のくびれ部の
位置から該外枠の開口を前記第１の駆動腕の延長方向と直交する方向に跨いだ位置に第２
のくびれ部、を備えた構成であることを特徴とする適用例１又は２に記載の加速度検出装
置。

以上のように第１及び第２のくびれ部を設けることにより、加速度の検出感度が向上す
るという効果がある。

［適用例４］加速度検知装置は、前記対向する二辺の端辺の内縁部には夫々突起状の前
記基部が設けられており、前記第１及び第２の駆動腕の両端部は夫々前記各基部に一体化
され、前記検出腕の基端部は前記一方の基部と一体化され、前記基部の一方の面上に第１
及び第２の凹所を備え、前記基部の他方の面上に第３及び第４の凹所を備えていることを
特徴とする適用例１乃至３に記載の加速度検知装置。

以上のように、外枠の夫々の基部間に第１及び第３の駆動腕を、一方の基部に検出腕を
設け、第１の駆動腕の夫々の基端部の部位で、且つ一方の面に凹所を、第２の駆動腕の夫
々の基端部の部位で、且つ他方の面に凹所を設け、それらの凹所を点対称とし、第１及び
第３の駆動腕を逆相で励振させるので、加速度の非印加時には検出腕に振動は生じないが
、加速度の印加時には第１及び第２の駆動腕の共振周波数の変化が互いに逆となるので、
振動系の均衡を効率よく崩すことが可能となるという効果がある。しかも加速度の検出感
度を高めることができる利点がある。

［適用例５］加速度検知装置は、前記第１及び第２の駆動腕に配設した励振電極は、該
第１及び第２の駆動腕が励振される振動モードが共に屈曲振動であって、位相が互いに逆
相となるように構成されていることを特徴とする適用例１乃至４に記載の加速度検知装置
。

以上のように第１及び第２の駆動腕が互いに逆相で励振されるので、加速度の非印加時
には検出腕には振動が励振されないが、加速度が印加されると振動系の釣り合いが崩れ、
検出腕に振動が励起され、この振動から励起される電荷を利用して加速度の大きさを得る
ことが可能となる。また、加速度印加時に第１及び第２の駆動腕の周波数変化は逆となる
ので、加速度の向きを判定できるという利点もある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の第１の実
施の形態に係る加速度検知装置１の構成を示す概略斜視図である。
加速度検知装置１は、圧電基板としての輪郭振動体１ａと、輪郭振動体１ａ上に形成し
た電極１ｂと、を備えている。
輪郭振動体１ａは、矩形環状の外枠５と、第１及び第２の駆動腕１０、１１と、検出腕
１２と、を備えている。矩形環状の外枠５は、２つの長辺５ａ、５ｂと、２つの短辺５ｃ
、５ｄとからなる。
輪郭振動体１ａは、矩形環状の外枠５の対向する二辺の短辺（端辺）５ｃ、５ｄにより
両端部を支持され且つ外枠５の長辺（端辺）５ａ、５ｂと平行に伸びる第１の駆動腕１０
と、一方の端辺５ｃの内縁に設けた突起状の基部６ａにより基端部１１ａを固定され且つ
他方の短辺５ｄに向けて長辺５ａ、５ｂと平行に伸びる片持ち構造の第２の駆動腕１１と
、を備えている。更に、輪郭振動体１ａは、基部６ａに基端部１２ａを固定され、且つ他
方の短辺５ｄ（端辺）に向けて、長辺５ａ、５ｂと平行に伸びる片持ち構造の検出腕１２
と、を備えている。また、輪郭振動体１ａは、二辺の短辺５ｃ、５ｄの同一面上であって
第１の駆動腕１０の両端部に相当する部位（基部６ａ、６ｂ）に夫々形成した凹所１５ａ
、１５ｂと、外枠５を構成する対向する二辺（長辺）５ａ、５ｂの上下面であって一方の
短辺５ｃ寄りの部位に対向して形成したくびれ部１６ａ、１６ｂと、を備えている。そし
て、検出腕１２は第１及び第２の駆動腕１０、１１の中間位置に配置されている。
即ち、一方の短辺５ｃの内縁に一体化された突起状の一方の基部６ａは、その一面に凹
所１５ａを備え、第１及び第２の駆動腕１０、１１の基端部１０ａ、１１ａと、検出腕１
２の基端部１２ａとが基部６ａに対して一体化されている。また、他方の短辺５ｄの内縁
には他方の基部６ｂが一体的に設けられ、基部６ｂの一面（凹所１５ａと同一面）には凹
所１５ｂが形成され、基部６ｂには第１駆動腕１０の他方の基端部１０ｂが一体化されて
いる。つまり、２つの凹所１５ａと１５ｂとは、各基部６ａ、６ｂの同一面上に、外枠５
の長手方向に対して対称に配置されている。
なお、くびれ部１６ａ、１６ｂの断面形状は、加速度検知装置１に応力が印加されたと
きに、くびれ部１６ａ、１６ｂを支点として容易に撓む形状が好ましく、図示のように矩
形状、半円状、双曲線状、楔状等がある。

図２（ａ）は輪郭振動体に形成された電極の平面図、（ｂ）は夫々の部位における電極
断面図であり、ある瞬間に発生する各電極の電荷の符号を示している。第１及び第２の駆
動腕１０、１１には、夫々励振電極２０（２０ａ〜２０ｄ）〜２２（２２ａ〜２２ｄ）、
及び２３（２３ａ〜２３ｄ）が配設され、第１の駆動腕１０は両端固定の屈曲振動が、第
２の駆動腕１１は一端固定の屈曲振動が、励振されるように構成されている。また、検出
腕１２は、検出腕１２に一端固定の屈曲振動が生じたときに、屈曲振動により励起される
電荷をピックアップする電極２４（２４ａ〜２４ｄ）が配設されている。
第１の駆動腕１０上には、一方の基端部１０ａより他方の基端部１０ｂに向かって、励
振電極２０（２０ａ〜２０ｄ）、２１（２１ａ〜２１ｄ）、２２（２２ａ〜２２ｄ）が順
次配設され、各電極２０ａ〜２２ｄは、駆動腕１０上に設けたリード電極（配線電極）に
より接続されている。リード電極による接続方法は、図２（ｂ）の第１の駆動腕１０に示
す電荷の符号を基に、正（＋）符号同士、負（−）同士を接続するようにして、２端子構
成とする。この２端子に交流電圧を印加すると両端固定の屈曲振動が励振される。

第２の駆動腕１１上には、励振電極２３（２３ａ〜２３ｄ）が配設され、各電極２３ａ
〜２３ｄは駆動腕１１上に設けたリード電極により接続されている。リード電極による接
続方法は、図２（ｂ）の第２の駆動腕１１に示す電荷の符号を基に、正（＋）符号同士、
負（−）同士を接続するようにして、２端子構成とする。この２端子に交流電圧を印加す
ると一端固定の屈曲振動が励振される。
なお、第１及び第２の駆動腕１０、１１から伸びるリード電極は、正（＋）符号同士、
負（−）同士を接続して、基部６ａ上に設けた端子電極２６ａ、２６ｂに接続される。
また、検出腕１２上には電極２４（２４ａ〜２４ｄ）が配設され、各電極２４ａ〜２４
ｄは検出腕１２上に設けたリード電極により接続されている。リード電極による接続方法
は、図２（ｂ）の検出腕１２に示す電荷の符号により、正（＋）符号同士、負（−）同士
を接続するようにして、２端子構成とする。検出腕１２に一端固定の屈曲振動が励起され
、屈曲振動により励起される電荷をピックアップするように電極２４ａ〜２４ｄを配設す
る。

次に、加速度検知装置１に対して図１に示ように厚み方向（Ｚ軸方向）の加速度αが印
加される場合を考える。加速度αが印加される前は、第１及び第２の駆動腕１０、１１の
励振電極から伸びるリード電極は、図示しない発振回路に夫々接続され、夫々同じ周波数
ｆ０で発振（自励振）している。第１の駆動腕１０の電極２０ａ〜２０ｄと、第２の駆動
腕１１の電極２３ａ〜２３ｄとは、夫々の対応する電極に異符号の電圧加わるように配線
されているので、第１の駆動腕１０の基部６ａ寄りの部分の屈曲振動と、第２の駆動腕１
１の屈曲振動とは逆相となる。つまり、第１の駆動腕１０の基部６ａ寄りの部分が＋Ｘ軸
方向に振れると、第２の駆動腕１１は−Ｘ軸方向に振れる。このように同じ周波数で、且
つ互いに逆相で振動するので、基部６ａに広がる振動による歪は、検出腕１２の中央のか
ら伸びる中心線に対して対称に分布し、振動系、つまり第１及び第２の駆動腕１０、１１
、検出腕１２、基部６ａを含む領域は、振動の釣り合いがとれているので、検出腕１２に
は振動が励起されない。
加速度αが加速度検出軸方向（図１では＋Ｚ軸方向）に印加されると、加速度検知装置
１の自由端５ｄを重り部とし、外枠５がくびれ部１６ａ、１６ｂを支点として−Ｚ軸方向
に撓む（屈曲する）。第１の駆動腕１０の両端の基部６ａ、６ｂには一方の面（図１では
上面）のみに凹所１５ａ、１５ｂを形成しているので、加速度αにより−Ｚ軸方向に慣性
力が働くと、凹所１５ａ、１５ｂが挟む第１の駆動腕１０には圧縮応力が作用し、第１の
駆動腕１０の共振周波数は減少する。逆に加速度αが−Ｚ軸方向に印加される、つまり＋
Ｚ軸方向に慣性力が働くと、凹所１５ａ、１５ｂが挟む第１の駆動腕１０には伸長応力（
引張り応力）が作用し、第１の駆動腕１０の共振周波数は増大する。

一方、加速度αによる外枠５の撓み（屈曲）は、第２の駆動腕１１には影響を及ぼさな
いので、第２の駆動腕１１の周波数は変わらない。その結果、第１の駆動腕１０の振動に
よる歪分布と、第２の駆動腕１１の振動による歪分布とは、前記中心線に対し、対称性が
崩れる。つまり、振動系の釣り合いが崩れるので、歪が検出腕１２にも広がり、一端固定
の屈曲振動が励起されることになる。この一端固定の屈曲振動の振幅は、印加される加速
度の大きさに対して単調増加し、検出腕１２に励起される電荷は屈曲振動の振幅に比例す
る。従って、電極にピックアップされる電荷量により印加された加速度の大きさを求める
ことができる。
２つの凹所１５ａ、１５ｂは、基部６ａ、６ｂの一方の面にのみ設けてあるので、加速
度αの印加方向により凹所１５ａ、１５ｂが挟む第１の駆動腕１０に加わる応力は、圧縮
応力、又は伸長（引張り）応力となり、第１の駆動腕１０の共振周波数が異なることにな
る。即ち、加速度αが印加される前の周波数ｆ０に対し、第１の駆動腕１０に加わる伸長
応力によりｆ０＋Δｆ、圧縮応力によりｆ０−Δｆとなる。第２の駆動腕１１の共振周波
数は加速度αにより変化せず、ほぼｆ０を維持する。そのため、加速度の印加方向により
、検出腕１２に励振される振動の周波数は、検出腕１２の形状寸法が決まるが、第１の駆
動腕１０との位相差により、加速度の方向を検出することができる。

図３は、第２の実施の形態の加速度検知装置２の構成を示す概略斜視図である。第１の
実施例の加速度検知装置１と同じ部材には同一符号を付して説明する。
加速度検知装置２は、圧電基板としての輪郭振動体２ａと、輪郭振動体２ａ上に形成し
た電極２ｂと、を備えている。輪郭振動体２ａは、矩形環状の外枠５と、第１及び第２の
駆動腕１０、１３と、検出腕１２と、を備えている。矩形環状の外枠５は、２つの長辺（
端辺）５ａ、５ｂと、２つの短辺（端辺）５ｃ、５ｄとからなる。
輪郭振動体２ａは、矩形環状の外枠５の対向する二辺の短辺（端辺）５ｃ、５ｄにより
両端部を支持され、且つ長辺５ａ、５ｂ方向と平行に伸びる第１及び第３の駆動腕１０、
１３と、一方の短辺５ｃにより基端部１２ａを固定され、且つ他方の端辺５ｄに向けて長
辺５ａ、５ｂと平行に伸びる片持ち構造の検出腕１２と、を備えている。

一方の短辺５ｃの内縁には設けられた突起状の基部６ａは、一方の面（表面側）に第１
の凹所１５’ａを、他方の面（裏面側）に第３の凹所１６ａを備えている。また、他方の
短辺５ｄの内縁に一体化した基部６ｂは、一方の面（表面側）に第２の凹所１５’ｂを、
他方の面（裏面側）に第４の凹所１６ｂを、備えている。第３及び第４の凹所１６ａ、１
６ｂは、第１及び第２の凹所１５’ａ、１５’ｂと夫々点対称に配置されている。
即ち、一方の基部６ａは、第１及び第３の駆動腕１０、１３の一方の基端部１０ａ、１
３ａを一体的に支持すると共に、検出腕１２の基端部１２ａを一体的に支持している。他
方の基部６ｂは、第１及び第３の駆動腕１０、１３の他方の基端部１０ａ、１３ａを一体
的に支持している。
第１及び第２の凹所１５’ａ、１５’ｂは各基部６ａ、６ｂの表面側であって、第１の
駆動腕１０の両端部に相当する部位に夫々形成され、第３及び第４の凹所１６ａ、１６ｂ
は各基部６ａ、６ｂの裏面側であって、第３の駆動腕１３の両端部に相当する部位に夫々
形成されている。
また、外枠５を構成する対向する二辺５ａ、５ｂの上下面であって一方の短辺５ｃ寄り
の上下面に対向した部位にはくびれ部１６ａ、１６ｂを備えている。そして、検出腕１２
は第１及び第３の駆動腕１０、１３の中間位置に配置されている。
なお、くびれ部１６ａ、１６ｂの断面形状は、加速度検知装置１のくびれ部と同様に矩
形状、半円状、双曲線状、楔状とにすると撓み易い。

図４（ａ）は輪郭振動体に形成された電極２ｂの平面図、（ｂ）は夫々の部位における
電極断面図であり、ある瞬間に発生する各電極の電荷の符号を示している。
輪郭振動体２ａの第１及び第３の駆動腕１０、１３上には、夫々図４に示すような励振
電極２０（２０ａ〜２０ｄ）〜２２（２２ａ〜２２ｄ）及び２７（２７ａ〜２７ｄ）〜２
９（２９ａ〜２９ｄ）が長手方向に沿って順次配設され、第１及び第３の駆動腕１０、１
３に、両端固定の屈曲振動が励振されるように構成されている。また、検出腕１２には検
出腕１２に一端固定の屈曲振動が生じたときに、屈曲振動により励起される電荷をピック
アップする電極２４（２４ａ〜２４ｄ）が配設されている。
第１及び第３の駆動腕１０、１３、検出腕１２の各電極の接続方法については、図２で
説明したので省略するが、第１及び第３の駆動腕１０、１３は互いに逆相で振動するよう
に構成されている。

加速度検知装置２に厚み方向（Ｚ軸方向）の加速度αが印加される場合を考える。加速
度αが印加される前は、第１及び第３の駆動腕１０、１３の励振電極から伸びるリード電
極は、図示しない発振回路に夫々接続され、夫々同じ周波数ｆ０で発振（自励振）してい
る。第１の駆動腕１０の電極２０〜２２と、第３の駆動腕１３の電極２７〜２９とは、夫
々の対応する電極に異符号の電圧が加わるように配線されているので、第１及び第３の駆
動腕１０、１３は、互いに逆相の屈曲振動、つまり双音叉振動子と同じ振動モードが励振
される。このように同じ周波数で、且つ互いに逆相で振動するので、第１及び第３の駆動
腕１０、１３の振動による基部６ａに広がる歪は、検出腕１２の中央のから伸びる中心線
に対して対称に分布し、振動系、つまり第１及び第３の駆動腕１０、１１、検出腕１２、
基部６ａを含む領域は、振動の釣り合いがとれ、検出腕１２には振動が励起されない。
加速度αが加速度検知装置２の加速度検出軸方向（図３では＋Ｚ軸方向）に印加される
と、自由端５ｄを重り部とし、外枠５がくびれ部１６ａ、１６ｂを支点として−Ｚ軸方向
に屈曲する。両基部６ａ、６ｂの上面であって、第１の駆動腕１０の基端部１０ａ、１０
ｂの部位に第１及び第２の凹所１５’ａ、１５’ｂが形成されているので、加速度αによ
り−Ｚ軸方向に慣性力が働くと、第１及び第２の凹所１５’ａ、１５’ｂが挟む第１の駆
動腕１０には圧縮応力が作用し、第１の駆動腕１０の共振周波数は減少する。逆に加速度
αが−Ｚ軸方向に印加される、つまり＋Ｚ軸方向に慣性力が働くと、第１及び第２の凹所
１５’ａ、１５’ｂが挟む第１の駆動腕１０には伸長応力（引張り応力）が作用し、第１
の駆動腕１０の共振周波数は増大する。

一方、両基部６ａ、６ｂの裏面上であって、第３の駆動腕１３の基端部１３ａ、１３ｂ
の部位に第３及び第の４の凹所１６ａ、１６ｂ（図示せず）が形成されているので、加速
度αにより−Ｚ軸方向に慣性力が働くと、第３及び第の４の凹所１６ａ、１６ｂが挟む第
３の駆動腕１３には伸長応力（引張り応力）が作用し、第３の駆動腕１３の共振周波数は
増大する。逆に加速度αが−Ｚ軸方向に印加される、つまり＋Ｚ軸方向に慣性力が働くと
、第３及び第の４の凹所１６ａ、１６ｂが挟む第３の駆動腕１３には圧縮応力が作用し、
第３の駆動腕１０の共振周波数は減少する。
加速度αの印加により第１及び第３の駆動腕１０、１３の共振周波数は互いに逆方向に
変化するので、第１の駆動腕１０の振動による基部６ａ上の歪分布と、第３の駆動腕１３
の振動による基部６ａ上の歪分布とは、検出腕１２の中心線の延長上に対し対称性が崩れ
る。つまり、振動系の釣り合いが崩れるので、歪が検出腕１２にも広がり、一端固定の屈
曲振動が励起されることになる。この一端固定の屈曲振動の振幅は、印加される加速度の
大きさに対して単調増加し、検出腕１２に励起される電荷は屈曲振動の振幅に比例する。
従って、電極にピックアップされる電荷量により印加された加速度の大きさを求めること
ができる。第１の実施例の加速度検知装置１に比べ、本実施例は第１及び第３の駆動腕１
０、１３が互いに逆相で振動しているので、加速度の印加により振動系の釣り合いが崩れ
易くなり、その分加速度の検出感度が改善される。

第１及び第２の凹所１５’ａ、１５’ｂは、基部６ａ、６ｂの表面であって基端部１０
ａ、１０ｂの部位に、第３及び第４の凹所１６ａ、１６ｂは、基部６ａ、６ｂの裏面であ
って基端部１３ａ、１３ｂの部位に設けられ、且つ点対称に配置されている。そのため、
加速度αの印加方向により第１及び第３の駆動腕には互いに異なる応力（圧縮応力、又は
伸長応力）が加わり、周波数の偏移は互いに異なる。この結果、加速度の印加方向により
、検出腕１２に励起される振動は検出腕１２の形状寸法に依存するが、検出腕１２と、駆
動腕１０、１３との位相差は、加速度方向に依存する。つまり、検出腕１２の電荷量によ
り加速度の大きさが求められ、その位相により加速度の方向を検出することができる。
なお、第１及び第２の実施例の加速度検知装置１、２は、外枠５があるのでＸ、Ｙ軸方
向の変形は極めて小さくなる。つまり、Ｘ及びＹ軸方向の加速度に対す感度（他軸感度）
は、極めて小さいという特徴がある。
圧電基板を用いて加速度検知装置１、２の構成を説明してきたが、圧電材料としては水
晶、タンタル酸リチーム、ニオブ酸リチーム、ランガサイト等ある。
また、第１、第２及び第３の駆動腕の断面形状は矩形状のみではなく、励振効率を上げ
るために、音叉振動子で用いられているＨ字形状としてもよい。
また、輪郭振動体１ａ、２ａを金属材料、ガラス材等で形成し、圧電セラミック材を貼
り付けて、加速度検知装置を形成してもよい。

以上のように本発明によれば、基部６ａ、６ｂに第１及び第２の駆動腕１０、１１２を
設け、且つその中間位置に検出腕１２を設け、第１及び第２の駆動腕を共に同じ周波数で
且つ、逆相で励振することにより、加速度の非印加時は検出腕には振動が励起されないが
、加速度の印加時には検出腕に屈曲振動が生じ、該振動により励起された電荷より、加速
度の大きさを求めることが可能となる。外枠５を用いているので加速度の検出感度が高く
、その上他軸感度の抑圧が優れているという利点がある。
また、第１及び第２の駆動腕１０、１１と、検出腕１２とが基部６ａ、６ｂに一体化さ
れており、且つ第１の駆動腕の両基端部には夫々凹所１５ａ、１５ｂが形成されているの
で、加速度検知装置に加速度が印加されると、第１の駆動腕に圧縮応力、又は伸長応力（
引張り応力）が効率よく加わるので、加速度検知装置の検出感度を高めるという効果があ
る。
また、第１及び第２の駆動腕１０、１１が互いに逆相で励振されるので、加速度の非印
加時には検出腕には振動が励振されないが、加速度が印加されると振動系の釣り合いが崩
れ、検出腕に振動が励起され、これによる電荷から加速度の大きさを得ることが可能とな
る。逆相でバランスを取ることにより、加速度印加時の検出感度を高めることができると
いう効果がある。

また、外枠５の夫々の基部６ａ、６ｂ間に第１及び第３の駆動腕１０、１３を両持ち支
持し、一方の基部６ａに検出腕１２を片持ち支持し、第１の駆動腕の夫々の基端部の部位
であって、且つ一方の面に凹所を、第３の駆動腕の夫々の基端部の部位であって、且つ他
方の面に凹所を設け、それらの凹所を点対称とし、第１及び第３の駆動腕を逆相で励振さ
せるので、加速度の非印加時には検出腕に振動は生じないが、加速度の印加時には第１及
び第３の駆動腕の共振周波数の変化が互いに逆となるので、振動系の均衡を効率よく崩す
ことが可能となるという効果がある。しかも加速度の検出感度を高めることができる利点
がある。
また、に第１及び第３の駆動腕１０、１３の両端部が夫々の基部６ａ、６ｂに両持ち支
持され、検出腕１２の基端部が一方の基部６ａに一体化されて片持ち支持されており、第
１の駆動腕の両基端部の一方の面には夫々凹所が形成され、第３の駆動腕の両基端部の他
方の面には夫々凹所が形成されているので、加速度が印加されると第１及び第３の駆動腕
には互いに逆の応力が加わるので、振動系を効率よく崩すので加速度検知装置の検出感度
を高めるとことができるという効果がある。
また、第１及び第３の駆動腕が互いに逆相で励振されるので、加速度の非印加時には検
出腕には振動が励振されないが、加速度が印加されると振動系の釣り合いが崩れ、検出腕
に振動が励起され、この振動から励起される電荷を利用して加速度の大きさを得ることが
可能となる。また、加速度印加時に第１及び第３の駆動腕の周波数変化は逆となるので、
加速度の向きを判定できるという利点もある。

本発明の第１の実施例の加速度検知装置の構造を示した概略斜視図。 （ａ）は加速度検知装置の電極の平面図、（ｂ）はその断面図。 本発明の第２の実施例の加速度検知装置の構造を示した概略斜視図。 （ａ）は加速度検知装置の電極の平面図、（ｂ）はその断面図。 （ａ）は従来の加速度検出素子の構成を示す平面図、（ｂ）は加速度を印加したときの振動姿態。

符号の説明

１、２…加速度検知装置、１ａ、２ａ…輪郭振動体、１ｂ、２ｂ…電極、５…外枠、５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ…外枠の各辺、６ａ、６ｂ…基部、１０…第１の駆動腕、１１…第
２の駆動腕、１２…検出腕、１３…第３の駆動腕、１５ａ、１５ｂ…凹所、１５’ａ…第
１の凹所、１５’ｂ…第２の凹所、１６ａ…第３の凹所、１６ｂ…第４の凹所、１６ａ、
１６ｂ…くびれ部、２０ａ〜２０ｄ、２１ａ〜２１ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄ
、２４ａ〜２４ｄ、２７ａ〜２７ｄ、２８ａ〜２８ｄ、２９ａ〜２９ｄ…電極

Claims (5)

1. 外枠と、該外枠の対向する端辺にそれぞれ基部を介して両端部を支持された第１の駆動
   腕、前記端辺のうちの少なくとも一方の端辺の基部から他方の端辺に向けて伸びる第２の
   駆動腕、及び前記第１の駆動腕と前記第２の駆動腕との中間位置であり、前記一方の端面
   の基部から他方の端辺に向けて伸びる検出腕、前記第１の駆動腕と前記第２の駆動腕には
   屈曲振動する為の励振電極を備え、
   前記検出腕には、該検出腕に発生する電荷を取り出すための電極を備え、
   前記第１の駆動腕と前記第２の駆動腕とで音叉型振動子を構成し、
   前記検出腕が前記音叉型振動子と共振周波数が異なる屈曲振動体であり、
   前記基部における前記第１の駆動腕の延長線上に位置する部位の厚さの中心位置と前記
   第１の駆動腕の厚さの中心位置とがずれた構成であることを特徴とする加速度検知装置。
2. 前記第２の駆動腕の両端部が前記外枠の対向する端辺にそれぞれ基部を介して支持され
   た構成であり、前記基部における前記第２の駆動腕の延長線上に位置する部位の厚さの中
   心位置と前記第２の駆動腕の厚さの中心位置とがずれ、
   前記第１の駆動腕の厚さの中心位置と前記第２の駆動腕の厚さの中心位置とがずれた構
   成であることを特徴とする請求項１に記載の加速度検知装置。
3. 前記外枠が、第１のくびれ部と、該第１のくびれ部の位置から該外枠の開口を前記第１
   の駆動腕の延長方向と直交する方向に跨いだ位置に第２のくびれ部、を備えた構成である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加速度検出装置。
4. 前記対向する二辺の端辺の内縁部には夫々突起状の前記基部が設けられており、前記第
   １及び第３の駆動腕の両端部は夫々前記各基部に一体化され、前記検出腕の基端部は前記
   一方の基部と一体化され、
   前記基部の一方の面上に第１及び第２の凹所を備え、前記基部の他方の面上に第３及び
   第４の凹所を備えていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の加速度検知装置。
5. 前記第１及び第２の駆動腕に配設した励振電極は、該第１及び第２の駆動腕が励振され
   る振動モードが共に屈曲振動であって、位相が互いに逆相となるように構成されているこ
   とを特徴とする請求項１乃至４に記載の加速度検知装置。

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