JP2012026740A - Sensor element, and sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor element utilizing distortion, and a sensor employing the same.SOLUTION: A sensor element 10 includes a first vibrating piece 15, a second base part 21, a second vibrating piece 25, a first fixed part 12, and second fixed parts 22A, 22B. The first vibrating piece 15 has two drive vibrating arms 16A, 16B bridged in parallel between a pair of first base parts 11A, 11B. The second base part 21 is connected with an end portion of the one first base part 11B opposed to one end from which the drive vibrating arms 16A, 16B extend through a vibrating piece link part 5. The second vibrating piece 25 has a pair of detection vibrating arms 26A, 26B extending from one end of that second base part 21 in parallel with an extending direction of the drive vibrating arms 16A, 16B. The first fixed part 12 is linked through a first fixed part side link part 19 to the one first base part 11A. The second fixed parts 22A, 22B are provided in distal end portions of a pair of second fixed part side link parts 29A, 29B extending from both end portions orthogonal with both end portions of the vibrating piece link part 5 to which the first vibrating piece 15 and the second vibrating piece 25 are linked, respectively.

Description

本発明は、センサー素子、および、センサーに関し、特に、歪を利用したセンサー素子、および、それを用いたセンサーに関する。   The present invention relates to a sensor element and a sensor, and more particularly to a sensor element using strain and a sensor using the same.

従来から、圧電振動素子を使用した慣性センサー（例えば、加速度センサー）が知られている。圧電振動素子をセンサー素子として用いた慣性センサーは、圧電振動素子に検出軸方向の力が作用すると、圧電振動素子の共振周波数が変化し、この共振周波数の変化から慣性センサーに印加される力を検出するように構成されている。例えば、特許文献１には、振子と圧電振動片を用いたセンサー素子（振子型加速度センサー素子）、および、それを用いたセンサー（振子型加速度計）が開示されている。   Conventionally, an inertial sensor (for example, an acceleration sensor) using a piezoelectric vibration element is known. An inertial sensor using a piezoelectric vibration element as a sensor element changes the resonance frequency of the piezoelectric vibration element when a force in the detection axis direction acts on the piezoelectric vibration element, and the force applied to the inertial sensor is determined from the change in the resonance frequency. Configured to detect. For example, Patent Document 1 discloses a sensor element (pendulum type acceleration sensor element) using a pendulum and a piezoelectric vibrating piece, and a sensor (pendulum type accelerometer) using the sensor element.

図６は、特許文献１に記載のセンサー素子１７０を説明するものであり、（ａ）は、センサー素子の概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＱ−Ｑ線断面図である。
図６において、特許文献１に記載のセンサー素子１７０は、中空の矩形状外枠部１７３と、外枠部１７３の底辺１７３ａの中央部にヒンジ１７７を介して立設されたＴ字状の回動質量１７５と、底辺１７３ａの両端部寄りとＴ字状の回動質量１７５の上部両端部とに夫々連接する２個の双音叉型圧電振動片１８０，１８５と、を備えている。 6A and 6B illustrate a sensor element 170 described in Patent Document 1. FIG. 6A is a schematic plan view of the sensor element, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line QQ in FIG.
6, the sensor element 170 described in Patent Document 1 includes a hollow rectangular outer frame portion 173 and a T-shaped circuit erected on a central portion of a bottom side 173 a of the outer frame portion 173 via a hinge 177. A dynamic mass 175, and two double tuning fork type piezoelectric vibrating pieces 180 and 185 connected to both ends of the bottom 173a and the upper ends of the T-shaped rotating mass 175 are provided.

センサー素子１７０は、ヒンジ１７７の短手方向の中心と、Ｔ字状の回動質量１７５の重心Ｍとを結ぶ中心線に対して対称に形成され、加速度αが印加されるとＴ字状の回動質量１７５は、ヒンジ１７７を支点として回動する。Ｔ字状の回動質量１７５の重心にはＦ＝ｍ・α（ｍは回動質量の質量）の力が作用し、２個の双音叉型圧電振動片１８０，１８５の一方には伸長（引張）力が働いて、その周波数が増加し、他方には圧縮力が働き、その周波数は減少する。双音叉型圧電振動片１８０，１８５の周波数の増減により、加速度の方向が分かり、双音叉型圧電振動片１８０，１８５の周波数の変化から加速度の大きさが求まる。また、２個の双音叉型圧電振動片１８０，１８５を差動動作させることにより、加速度検出感度を倍増させる。   The sensor element 170 is formed symmetrically with respect to the center line connecting the center in the short direction of the hinge 177 and the center of gravity M of the T-shaped rotation mass 175, and when the acceleration α is applied, the sensor element 170 has a T-shape. The rotating mass 175 rotates about the hinge 177 as a fulcrum. A force of F = m · α (m is the mass of the rotating mass) acts on the center of gravity of the T-shaped rotating mass 175, and one of the two double tuning fork type piezoelectric vibrating pieces 180 and 185 extends ( A tensile force is applied to increase the frequency, and on the other side a compressive force is applied to reduce the frequency. By increasing or decreasing the frequency of the double tuning fork type piezoelectric vibrating pieces 180 and 185, the direction of acceleration can be determined, and the magnitude of the acceleration can be obtained from the change in the frequency of the double tuning fork type piezoelectric vibrating pieces 180 and 185. Further, the acceleration detection sensitivity is doubled by differentially operating the two double tuning fork type piezoelectric vibrating pieces 180 and 185.

特開平１−３０２１６６号公報JP-A-1-302166

しかしながら、特許文献１に記載のセンサー素子１７０では、２つの双音叉型圧電振動片１８０，１８５の各々に発振回路やカウンターなどが必要になることなどにより、回路が複雑化したり、消費電力が大きくなったりするという課題があった。   However, in the sensor element 170 described in Patent Literature 1, an oscillation circuit, a counter, and the like are required for each of the two double tuning fork type piezoelectric vibrating pieces 180 and 185, so that the circuit becomes complicated and power consumption increases. There was a problem of becoming.

本発明は、上述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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

〔適用例１〕本適用例にかかるセンサー素子は、一対の第１基部と、該第１基部間に平行に架け渡され励振電極が設けられた２本の駆動振動腕と、を有する第１振動片と、前記一対の第１基部のうちの一方の第１基部に振動片連結部を介して連結され、または、前記一方の第１基部を共有してなる第２基部と、該第２基部から前記駆動振動腕と平行に延出され検出電極が設けられた検出振動腕と、を有する第２振動片と、前記一対の第１基部のうち、前記一方の第１基部と第１固定部側連結部を介して連結された第１固定部と、他方の前記第１基部と第２固定部側連結部を介して連結された第２固定部と、を備えたことを特徴とする。   [Application Example 1] A sensor element according to this application example includes a pair of first base parts, and a first drive vibration arm that is provided in parallel between the first base parts and provided with excitation electrodes. A second base portion connected to the vibration piece through one of the first base portions of the pair of first base portions via a vibration piece connecting portion, or sharing the one first base portion; A second vibrating piece having a detection vibrating arm extending in parallel with the drive vibrating arm from the base and provided with a detection electrode; and the first first base and the first fixed of the pair of first bases A first fixing part connected via a part-side connecting part and a second fixing part connected via the other first base part and a second fixing part-side connecting part are provided. .

この構成によれば、センサー素子に加速度が印加されていない状態のときの第２振動片の共振周波数を、第１振動片の周波数と同じにしておくことにより、センサー素子に加速度が作用した場合に、第１振動片の共振周波数が変化し、第２振動片の共振周波数と異なってくることを利用して、その第１振動片からの出力信号と第２振動片からの出力信号との位相差のずれ量を検出することによって、センサー素子に作用した加速度の大きさを高感度にて検出することができることを発明者は見出した。
また、例えば、従来の２つの双音叉型振動片を用いたセンサーのように、各々の双音叉型振動片ごとに発振回路やカウンターなどを備える必要がなく、比較的簡便な回路を用いて加速度センサーを構成することができるので、低コストで、且つ、消費電力が抑えられたセンサーを提供することができる。 According to this configuration, when the acceleration is applied to the sensor element by setting the resonance frequency of the second vibrating piece when the acceleration is not applied to the sensor element to be the same as the frequency of the first vibrating piece. In addition, by utilizing the fact that the resonance frequency of the first vibration piece changes and is different from the resonance frequency of the second vibration piece, the output signal from the first vibration piece and the output signal from the second vibration piece The inventor has found that the magnitude of acceleration acting on the sensor element can be detected with high sensitivity by detecting the amount of phase difference deviation.
Further, for example, unlike the conventional sensor using two double tuning fork type vibrating pieces, it is not necessary to provide an oscillation circuit or a counter for each double tuning fork type vibrating piece. Since the sensor can be configured, a sensor with low cost and low power consumption can be provided.

〔適用例２〕上記適用例にかかるセンサー素子において、前記第１固定部および前記第２固定部が、少なくとも前記第１振動片の前記駆動振動腕の延びる方向の中心線に対して線対称の位置に配置されていることを特徴とする。   Application Example 2 In the sensor element according to the application example described above, the first fixing portion and the second fixing portion are at least line-symmetric with respect to a center line in a direction in which the driving vibrating arm of the first vibrating piece extends. It is arranged at a position.

この構成によれば、第１固定部および第２固定部により第１振動片をバランスよく支持することができるので、加速度等の力の安定した検出が可能となり、検出精度の向上に効果を奏する。   According to this configuration, since the first vibrating piece can be supported in a balanced manner by the first fixing portion and the second fixing portion, it is possible to stably detect a force such as acceleration, which is effective in improving detection accuracy. .

〔適用例３〕上記適用例にかかるセンサー素子において、前記第２振動片が、２本の前記検出振動腕を有することを特徴とする。   Application Example 3 In the sensor element according to the application example described above, the second vibration piece includes two detection vibration arms.

この構成の、所謂音叉型のセンサー素子（振動片）を第２振動片として用いることにより、例えば、検出振動腕が１本のみの構成である場合に比して、加速度などの力の検出感度が向上する。   By using a so-called tuning fork type sensor element (vibration piece) of this configuration as the second oscillation piece, for example, compared to a case where only one detection vibrating arm is configured, detection sensitivity of force such as acceleration is detected. Will improve.

〔適用例４〕上記適用例にかかるセンサー素子において、前記２本の検出振動腕が、前記駆動振動腕の延びる方向の中心線に対して線対称の位置に配置されていることを特徴とする。   Application Example 4 In the sensor element according to the application example described above, the two detection vibrating arms are arranged in a line-symmetric position with respect to a center line in a direction in which the driving vibrating arm extends. .

この構成によれば、２本の検出振動腕が、駆動振動腕に対してバランスよく配置されるので、加速度などの力の検出をより安定的に高感度にて行うことができる。   According to this configuration, since the two detection vibrating arms are arranged in a balanced manner with respect to the driving vibrating arm, it is possible to more stably detect the force such as acceleration with high sensitivity.

〔適用例５〕上記適用例にかかるセンサー素子において、前記検出振動腕が、前記第２基部から前記駆動振動腕と同じ方向に延出されていることを特徴とする。   Application Example 5 In the sensor element according to the application example, the detection vibration arm extends from the second base in the same direction as the drive vibration arm.

この構成によれば、センサー素子の駆動検出腕および検出振動腕の長手方向の長さが抑えられ、センサー素子の小型化を図ることができるので、そのセンサー素子を用いたセンサーの小型化に寄与できる。   According to this configuration, the length in the longitudinal direction of the drive detection arm and the detection vibration arm of the sensor element can be suppressed, and the sensor element can be reduced in size, contributing to the downsizing of the sensor using the sensor element. it can.

〔適用例６〕上記適用例にかかるセンサー素子において、少なくとも前記第１振動片および前記第２振動片が、圧電体材料を用いて形成されていることを特徴とする。   Application Example 6 In the sensor element according to the application example described above, at least the first vibrating piece and the second vibrating piece are formed using a piezoelectric material.

この構成によれば、従来より振動片の材料として広く用いられている圧電体材料を用いることによって、周知の原理やノウハウを活かして高性能な振動片をセンサー素子に用いることができるので、検出精度の高いセンサー素子を提供することができる。   According to this configuration, by using a piezoelectric material that has been widely used as a material for the vibration piece, a high-performance vibration piece can be used for the sensor element by making use of known principles and know-how. A highly accurate sensor element can be provided.

〔適用例７〕上記適用例にかかるセンサー素子において、前記圧電体材料として水晶が用いられていることを特徴とする。   Application Example 7 In the sensor element according to the application example described above, quartz is used as the piezoelectric material.

この構成によれば、圧電振動片の材料として最も広く使われている水晶を用いることにより、既存の圧電振動片の製造設備を利用して、優れた発振特性を有し機械的強度の高い水晶振動片を複合センサー素子に搭載することができるので、低コストで、検出精度、および、機械的強度の高いセンサー素子を提供することができる。   According to this configuration, by using the most widely used crystal as the material of the piezoelectric vibrating piece, the crystal having excellent oscillation characteristics and high mechanical strength can be obtained by using the existing manufacturing equipment for the piezoelectric vibrating piece. Since the resonator element can be mounted on the composite sensor element, a sensor element with high detection accuracy and high mechanical strength can be provided at low cost.

〔適用例８〕本適用例にかかるセンサーは、上記適用例にかかるセンサー素子と、前記センサー素子の前記第１振動片を発振させる発振回路を備え、前記発振回路の発振信号を出力する発振部と、前記発振部の出力信号の位相を所与の角度変化をさせて出力する移相部と、前記移相部の出力側に設けられ、前記センサー素子の前記第２振動片を含む移相回路部と、前記移相回路部の出力信号と前記発振部の出力信号とを乗算する乗算器と、前記乗算器の出力が入力され、前記移相回路部の入出力信号の移相角度の変化に対応した値を出力する移相変化出力部と、を少なくとも有し、加速度が印加されていない状態において、前記第２振動片の共振周波数が、前記発振部の前記出力信号の周波数と等しいことを特徴とする。   Application Example 8 A sensor according to this application example includes the sensor element according to the application example described above and an oscillation circuit that oscillates the first vibration piece of the sensor element, and outputs an oscillation signal of the oscillation circuit. A phase shift unit that outputs a phase of the output signal of the oscillation unit with a given angle change, and a phase shift unit that is provided on the output side of the phase shift unit and includes the second vibrating element of the sensor element A circuit unit, a multiplier that multiplies the output signal of the phase shift circuit unit and the output signal of the oscillation unit, the output of the multiplier is input, and the phase shift angle of the input / output signal of the phase shift circuit unit A phase shift change output unit that outputs a value corresponding to the change, and in a state where no acceleration is applied, a resonance frequency of the second vibrating piece is equal to a frequency of the output signal of the oscillation unit It is characterized by that.

この構成によれば、センサー素子に加速度が印加されていない状態において、移相回路部を構成している第２振動片の共振周波数が、発振部の出力信号の周波数と同じにしてあるので、加速度が作用していないときの、発振部の出力信号と移相回路部の出力信号との位相差は移相部の移相量と等しい。しかし、センサー素子に加速度が作用すると、第１振動片の共振周波数が変化し、発振部の出力信号の発振周波数が第２振動片の共振周波数と異なってくる。このため、発振部の出力信号と移相回路部の出力信号との位相差が移相部の位相量からずれる。したがって、この移相部の位相量からのずれ量を検出することによって、センサー素子に作用した加速度の大きさを知ることができる。
また、上記適用例のセンサー素子のうち、水晶などの圧電体材料を用いて第１振動片および第２振動片を形成することにより、励振が容易であり、僅かな加速度による応力の変化によって各振動片の共振周波数が変化するため、感度の高いセンサーを提供することができる。
しかも、例えば２つの双音叉型振動片を用いた従来のセンサー素子を備えたセンサーのように、発振回路やカウンターを振動片ごとに設ける必要がなく、また、発振部の出力信号と移相回路部の出力信号との位相差を検出するようにしているので、発振回路を備えた発振部、および検出回路の簡素化および小型化、あるいは低消費電力化を図ることができる。 According to this configuration, in the state where no acceleration is applied to the sensor element, the resonance frequency of the second vibrating piece constituting the phase shift circuit unit is the same as the frequency of the output signal of the oscillation unit. When the acceleration is not acting, the phase difference between the output signal of the oscillation unit and the output signal of the phase shift circuit unit is equal to the phase shift amount of the phase shift unit. However, when acceleration acts on the sensor element, the resonance frequency of the first vibrating piece changes, and the oscillation frequency of the output signal of the oscillating unit differs from the resonance frequency of the second vibrating piece. For this reason, the phase difference between the output signal of the oscillation unit and the output signal of the phase shift circuit unit deviates from the phase amount of the phase shift unit. Therefore, the magnitude of acceleration acting on the sensor element can be known by detecting the amount of deviation from the phase amount of the phase shift portion.
In addition, by forming the first vibrating piece and the second vibrating piece using a piezoelectric material such as quartz among the sensor elements of the application example, excitation is easy, and each change is caused by a change in stress due to slight acceleration. Since the resonance frequency of the resonator element changes, a highly sensitive sensor can be provided.
Moreover, there is no need to provide an oscillation circuit or a counter for each vibration piece as in a sensor having a conventional sensor element using two double tuning fork type vibration pieces, and the output signal and phase shift circuit of the oscillation unit Since the phase difference from the output signal of the unit is detected, the oscillation unit including the oscillation circuit and the detection circuit can be simplified and reduced in size, or the power consumption can be reduced.

〔適用例９〕上記適用例にかかるセンサーにおいて、少なくとも前記センサー素子がパッケージに収容されていることを特徴とする。   Application Example 9 In the sensor according to the application example described above, at least the sensor element is housed in a package.

この構成によれば、センサー素子をパッケージ内に収容し、例えば気密に封止することによって、センサー素子の第１振動片および第２振動片の動作環境を安定させることができるので、加速度等の力の安定した検出を行うことができる。   According to this configuration, the operating environment of the first vibrating piece and the second vibrating piece of the sensor element can be stabilized by housing the sensor element in the package, for example, hermetically sealing, so Stable detection of force can be performed.

（ａ）は、センサー素子の一実施形態を説明する概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線概略断面図。(A) is a schematic plan view explaining one Embodiment of a sensor element, (b) is the AA line schematic sectional drawing of (a). （ａ）は、センサー素子の第１振動片部分の上面側の電極配置を説明する部分平面図、（ｂ）は、下面側の電極配置を上側から透過させてみた状態を示す部分平面図。(A) is a partial top view explaining the electrode arrangement | positioning of the upper surface side of the 1st vibration piece part of a sensor element, (b) is a partial top view which shows the state which permeate | transmitted the electrode arrangement | positioning of the lower surface side from the upper side. （ａ）は、センサー素子の第２振動片部分の上面側の電極配置を説明する部分平面図、（ｂ）は、下面側の電極配置を上側から透過させてみた状態を示す部分平面図。(A) is a partial top view explaining the electrode arrangement | positioning of the upper surface side of the 2nd vibration piece part of a sensor element, (b) is a partial top view which shows the state which permeate | transmitted the electrode arrangement | positioning of the lower surface side from the upper side. センサーの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of a sensor. （ａ）は、センサー素子をパッケージ内に収容したセンサーパッケージの一実施形態を上側からみた概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線概略断面図。(A) is the schematic plan view which looked at one Embodiment of the sensor package which accommodated the sensor element in the package from the upper side, (b) is a BB schematic sectional drawing of (a). （ａ）は、従来のセンサーとしての振子型加速度計の構成を説明する概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＱ−Ｑ線断面図。(A) is a schematic top view explaining the structure of the pendulum type accelerometer as a conventional sensor, (b) is the QQ sectional view taken on the line of (a). センサー素子の変形例を説明する概略平面図。The schematic plan view explaining the modification of a sensor element.

以下、本発明のセンサー素子、および、それを用いたセンサーの一実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an embodiment of a sensor element of the present invention and a sensor using the sensor element will be described with reference to the drawings.

（センサー素子）
図１は、センサー素子の一実施形態を説明するものであり、（ａ）は一方の面（上側の面）からみた概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
図１において、センサー素子１０は、一対の略矩形状の第１基部１１Ａ，１１Ｂ間に平行に架け渡された２本の駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂを有する第１振動片１５と、略矩形状の第２基部２１の一端から互いに平行に延びる一対の検出振動腕２６Ａ，２６Ｂを有する第２振動片２５と、を有している。本実施形態では、第２振動片２５の第２基部２１が、第１振動片１５の一対の第１基部１１Ａ，１１Ｂのうちの一方の第１基部１１Ｂの、駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂが延出された一端とは反対側の他端と振動片連結部５により接続されている。また、第２振動片２５の検出振動腕２６Ａ，２６Ｂは、第２基部２１の振動片連結部５が接続された端部とは反対側の端部から、前記第１振動片１５の駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂの延出方向と平行な方向に延出されている。
第１振動片１５の、前記一方の第１基部１１Ｂとは異なる他方の第１基部１１Ａにおいて、駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂが延出された端部と対向する端部には第１固定部側連結部１９が連結され、その第１固定部側連結部１９の先端には第１固定部１２が設けられている。
また、前記振動片連結部５の、前記一方の第１基部１１Ｂおよび前記第２基部２１が接続された両端部と直交する方向の端部からは、駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂおよび検出振動腕２６Ａ，２６Ｂの延出方向と直交する方向に延びる一対の第２固定部側連結部２９Ａ，２９Ｂが接続され、各第２固定部側連結部２９Ａ，２９Ｂの先端には第２固定部２２Ａ，２２Ｂがそれぞれ設けられている。 (Sensor element)
1A and 1B illustrate one embodiment of a sensor element. FIG. 1A is a schematic plan view seen from one surface (upper surface), and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. is there.
In FIG. 1, the sensor element 10 includes a first vibrating piece 15 having two drive vibrating arms 16A and 16B extending in parallel between a pair of substantially rectangular first base portions 11A and 11B, and a substantially rectangular shape. And a second vibrating piece 25 having a pair of detection vibrating arms 26A, 26B extending in parallel with each other from one end of the second base portion 21. In the present embodiment, the second base portion 21 of the second vibration piece 25 is extended by the drive vibration arms 16A and 16B of the first base portion 11B of the pair of first base portions 11A and 11B of the first vibration piece 15. The other end on the opposite side to the one end that is taken out is connected to the resonator element connecting portion 5. Further, the detection vibrating arms 26A and 26B of the second vibrating piece 25 are driven and driven by the first vibrating piece 15 from the end opposite to the end where the vibrating piece connecting portion 5 of the second base 21 is connected. It extends in a direction parallel to the extending direction of the arms 16A, 16B.
In the other first first base portion 11A different from the first first base portion 11B of the first vibrating piece 15, the end portion facing the end portion where the drive vibration arms 16A and 16B are extended is on the first fixed portion side. The connecting portion 19 is connected, and a first fixing portion 12 is provided at the tip of the first fixing portion-side connecting portion 19.
Further, driving vibration arms 16A and 16B and detection vibration arms 26A are arranged from the ends of the vibration piece connecting portion 5 in the direction perpendicular to both ends to which the one first base portion 11B and the second base portion 21 are connected. 26B, a pair of second fixed portion side connecting portions 29A, 29B extending in a direction orthogonal to the extending direction of the second fixed portion side connecting portions 29A, 29B is connected. Are provided.

本実施形態のセンサー素子１０において検出部を構成する第２振動片２５は、２本の検出振動腕２６Ａ，２６Ｂを備えている。これにより、検出振動腕が１本のみの構成である場合に比して、加速度などの力の検出の感度を向上させることができる。
さらに、本実施形態のセンサー素子１０において、第１固定部１２、および、一対の第２固定部２２Ａ，２２Ｂが、第１振動片１５の２本の駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂの延びる方向の中心線に対して線対称の位置に配置されている。しかも、第２振動片２５の２本の検出振動腕２６Ａ，２６Ｂの延びる方向の中心線は、駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂの延びる方向の中心線の延長線上にあり、すなわち、その中心線がセンサー素子１０の長手方向の中心線になっている。これにより、第１振動片１５および第２振動片２５は、第１固定部１２および一対の第２固定部２２Ａ，２２Ｂによってバランスよく支持されるので、加速度などの力の検出をより高感度にて行うことができる。 In the sensor element 10 of the present embodiment, the second vibrating piece 25 that constitutes the detection unit includes two detection vibrating arms 26A and 26B. Thereby, the sensitivity of detection of force such as acceleration can be improved as compared with the case where the detection vibration arm has only one configuration.
Further, in the sensor element 10 of the present embodiment, the first fixing portion 12 and the pair of second fixing portions 22A and 22B are the center in the extending direction of the two drive vibrating arms 16A and 16B of the first vibrating piece 15. It is arranged in a line symmetrical position with respect to the line. In addition, the center line in the direction in which the two detection vibrating arms 26A and 26B of the second vibrating piece 25 extends is on the extension of the center line in the direction in which the driving vibrating arms 16A and 16B extend, that is, the center line is the sensor. This is the center line of the element 10 in the longitudinal direction. As a result, the first vibrating piece 15 and the second vibrating piece 25 are supported in a balanced manner by the first fixing portion 12 and the pair of second fixing portions 22A and 22B, so that detection of force such as acceleration can be made with higher sensitivity. Can be done.

センサー素子１０は、例えば、圧電体材料を用いて形成することができ、好ましくは、単結晶の圧電体材料で、例えば、水晶の単結晶から切り出されたものを使用することができる。水晶は、センサー素子１０などの圧電振動片の材料として従来より最も広く使われている圧電体材料であり、優れた振動特性を有し機械的強度の高いセンサー素子１０を低コストにて製造することができる。
図１に示すセンサー素子１０において、一対の略矩形状の第１基部１１Ａ，１１Ｂ間に２本の駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂが平行に架け渡された外形の所謂双音叉型の第１振動片１５、第２基部２１の一端から一対の検出振動腕２６Ａ，２６Ｂが平行に延びた外形の所謂音叉型の第２振動片２５、第１振動片１５および第２振動片２５を連結する振動片連結部５、第１固定部１２、および、その第１固定部と第１振動片１５とを連結する第１固定部側連結部１９、一対の第２固定部２２Ａ，２２Ｂ、および、それら第２固定部２２Ａ，２２Ｂのそれぞれを振動片連結部５に連結する各第２固定部側連結部２９Ａ，２９Ｂは、水晶により一体に形成されている。このような水晶によるセンサー素子１０の外形形状は、例えば、水晶ウエハーなどの水晶材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、あるいはドライエッチングすることにより精密に形成することができる。 The sensor element 10 can be formed using, for example, a piezoelectric material, and is preferably a single crystal piezoelectric material that is cut from a single crystal of crystal, for example. Quartz is a piezoelectric material that has been most widely used as a material for piezoelectric vibrating reeds such as the sensor element 10, and manufactures a sensor element 10 having excellent vibration characteristics and high mechanical strength at low cost. be able to.
In the sensor element 10 shown in FIG. 1, a so-called double tuning fork type first vibrating piece having an outer shape in which two drive vibrating arms 16A and 16B are bridged in parallel between a pair of first base portions 11A and 11B having a substantially rectangular shape. 15. A resonating piece for connecting a so-called tuning-fork type second resonating piece 25, a first resonating piece 15 and a second resonating piece 25 having an outer shape in which a pair of detection vibrating arms 26A and 26B extend in parallel from one end of the second base portion 21. The connecting portion 5, the first fixing portion 12, the first fixing portion-side connecting portion 19 that connects the first fixing portion and the first vibrating piece 15, the pair of second fixing portions 22 </ b> A and 22 </ b> B, and the first The second fixing portion side connecting portions 29A and 29B that connect the two fixing portions 22A and 22B to the vibrating piece connecting portion 5 are integrally formed of quartz. Such an external shape of the sensor element 10 made of quartz can be precisely formed, for example, by wet etching a quartz crystal material such as a quartz wafer with a hydrofluoric acid solution or by dry etching.

次に、センサー素子１０の電極配置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図２は、センサー素子１０の第１振動片１５部分の電極配置を説明するものであり、（ａ）は、上面側の電極配置を説明する部分平面図、（ｂ）は、下面側の電極配置を上面側から透過させてみた状態を示す部分平面図である。また、図３は、センサー素子１０の第２振動片２５部分の電極配置を説明するものであり、（ａ）は、上面側の電極配置を説明する部分平面図、（ｂ）は、下面側の電極配置を上面側から透過させてみた状態を示す部分平面図である。
まず、第１振動片１５部分の電極配置の一実施形態について説明する。図２（ａ）において、センサー素子１０の第１振動片１５の一対の第１基部１１Ａ，１１Ｂ間に平行に架け渡された２本の駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂに対し、３つの領域に区分けされた振動領域のそれぞれには第１振動片１５に駆動電圧を印加するための駆動用の電極である励振電極３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３６ａ，３６ｂ，３６ｃが設けられている。 Next, an embodiment of the electrode arrangement of the sensor element 10 will be described with reference to the drawings. 2A and 2B illustrate the electrode arrangement of the first vibrating piece 15 portion of the sensor element 10, wherein FIG. 2A is a partial plan view illustrating the electrode arrangement on the upper surface side, and FIG. 2B is the electrode on the lower surface side. It is a partial top view which shows the state which permeate | transmitted arrangement | positioning from the upper surface side. 3A and 3B illustrate the electrode arrangement of the second vibration piece 25 portion of the sensor element 10, wherein FIG. 3A is a partial plan view illustrating the electrode arrangement on the upper surface side, and FIG. 3B is the lower surface side. It is a fragmentary top view which shows the state which permeate | transmitted electrode arrangement | positioning from the upper surface side.
First, an embodiment of the electrode arrangement of the first vibrating piece 15 portion will be described. In FIG. 2A, the two drive vibrating arms 16A and 16B spanned in parallel between the pair of first base portions 11A and 11B of the first vibrating piece 15 of the sensor element 10 are divided into three regions. Excitation electrodes 34a, 34b, 34c, 36a, 36b, and 36c, which are driving electrodes for applying a driving voltage to the first vibrating piece 15, are provided in each of the vibration regions.

各駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂにおける各振動領域の励振電極３４ａ〜３４ｃおよび励振電極３６ａ〜３６ｃは、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す対向する両主面（表面と裏面）、および、それら両主面を接続して対向する両側面（内側面と外側面）がそれぞれ同じ電位となるように、第１基部１１Ａから延出された第１固定部側連結部１９を介して連結された第１固定部１２の一方の主面（図２（ａ）に示す主面（表面））に設けられた対応する入出力電極３４，３６に対して電気的に接続されている。また、各駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂの３つの領域において、一対の第１基部１１Ａ，１１Ｂにそれぞれ隣接する２つの領域に設けられた励振電極３４ａ，３４ｃまたは励振電極３６ａ，３６ｃと、それら２つの領域の間に位置する領域に設けられた励振電極３４ｂまたは励振電極３６ｂとの間で、電位が逆転するように形成されている。このように構成される第１振動片１５の対応する励振電極同士を接続する接続電極３７ａ，３７ｂは、各駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂに対して励振電極３４ａ，３４ｂ，３４ｃ、または励振電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃを一筆書きで接続する形態にてパターン形成されている。   Excitation electrodes 34a to 34c and excitation electrodes 36a to 36c in the respective vibration regions in the respective drive vibrating arms 16A and 16B are opposed to both main surfaces (front and back surfaces) shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), and These two main surfaces are connected via the first fixed portion side connecting portion 19 extending from the first base portion 11A so that both side surfaces (inner side surface and outer side surface) facing each other have the same potential. The first fixed portion 12 is electrically connected to corresponding input / output electrodes 34 and 36 provided on one main surface (main surface (surface) shown in FIG. 2A). Further, in the three regions of the drive vibrating arms 16A and 16B, the excitation electrodes 34a and 34c or the excitation electrodes 36a and 36c provided in two regions adjacent to the pair of first base portions 11A and 11B, respectively, and the two It is formed so that the potential is reversed between the excitation electrode 34b or the excitation electrode 36b provided in the region located between the regions. The connection electrodes 37a and 37b that connect the corresponding excitation electrodes of the first vibrating piece 15 configured in this way are the excitation electrodes 34a, 34b, and 34c, or the excitation electrodes 36a and 36b, for the drive vibration arms 16A and 16B. Patterns are formed in such a manner that 36b and 36c are connected by a single stroke.

次に、第２振動片２５部分の電極配置の位置実施形態について説明する。図３（ａ）において、センサー素子１０の第２振動片２５の第２基部２１から互いに平行に延出された２本の検出振動腕２６Ａ，２６Ｂそれぞれの一方の主面（表面）には検出電極４４ａ，４６ａが設けられている。各検出振動腕２６Ａ，２６Ｂの検出電極４４ａ，４６ａは、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す対向する両主面（表面と裏面）、および、それら両主面を接続して対向する両側面（内側面と外側面）がそれぞれ同じ電位となるように、第２基部２１から延出された振動片連結部５、および、その振動片連結部５の第２振動片２５が接続された端部と直交する方向の両端部からそれぞれ延出された第２固定部側連結部２９Ａ，２９Ｂの各先端に接続された第２固定部２２Ａおよび第２固定部２２Ｂの一方の主面（図３（ａ）に示す主面（表面））にそれぞれ設けられた対応する入出力電極４４および入出力電極４６に対して電気的に接続されている。
このように構成される第２振動片２５の対応する検出電極同士を接続する接続電極４７ａ，４７ｂは、各検出振動腕２６Ａ，２６Ｂに対して検出電極４４ａ，４６ａを一筆書きで接続する形態にてパターン形成されている。 Next, the position embodiment of the electrode arrangement of the second vibrating reed 25 portion will be described. In FIG. 3A, detection is performed on one main surface (front surface) of each of the two detection vibrating arms 26A and 26B extending in parallel from the second base portion 21 of the second vibrating piece 25 of the sensor element 10. Electrodes 44a and 46a are provided. The detection electrodes 44a and 46a of the respective detection vibrating arms 26A and 26B are opposed to each other by facing both main surfaces (front and back surfaces) shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) and connecting both the main surfaces. The vibrating piece connecting portion 5 extended from the second base 21 and the second vibrating piece 25 of the vibrating piece connecting portion 5 are connected so that both side surfaces (inner side surface and outer side surface) are at the same potential. One main surface of the second fixed portion 22A and the second fixed portion 22B connected to the respective ends of the second fixed portion side connecting portions 29A and 29B extending from both ends in the direction orthogonal to the formed end portions It is electrically connected to the corresponding input / output electrode 44 and input / output electrode 46 respectively provided on (the main surface (front surface) shown in FIG. 3A).
The connection electrodes 47a and 47b that connect the corresponding detection electrodes of the second vibrating piece 25 configured as described above connect the detection electrodes 44a and 46a to the detection vibration arms 26A and 26B in a single stroke. Pattern formation.

（加速度センサー）
次に、上記センサー素子１０を用いたセンサーの一実施形態について説明する。図４は、センサーとしての加速度センサーを説明するブロック図である。
図４において、加速度センサー５０は、発振部５２を備えている。発振部５２は、発振回路５４と、センサー素子１０の第１振動片１５とから構成される。発振回路５４は、第１振動片１５を駆動して第１振動片１５の共振周波数の周波数を有する発振信号を出力する。 (Accelerometer)
Next, an embodiment of a sensor using the sensor element 10 will be described. FIG. 4 is a block diagram illustrating an acceleration sensor as a sensor.
In FIG. 4, the acceleration sensor 50 includes an oscillation unit 52. The oscillation unit 52 includes an oscillation circuit 54 and the first vibrating piece 15 of the sensor element 10. The oscillation circuit 54 drives the first vibrating piece 15 and outputs an oscillation signal having the frequency of the resonance frequency of the first vibrating piece 15.

発振部５２の出力信号は、波形整形部５５と９０°移相部６０とに入力される。波形整形部５５は、発振部５２の出力信号を矩形波に波形整形して出力する。一方、９０°移相部６０は、発振部５２の出力した信号の一部が入力され、この信号の移相を９０°回転させて出力する。   The output signal of the oscillating unit 52 is input to the waveform shaping unit 55 and the 90 ° phase shift unit 60. The waveform shaping unit 55 shapes the output signal of the oscillation unit 52 into a rectangular wave and outputs it. On the other hand, the 90 ° phase shifter 60 receives a part of the signal output from the oscillating unit 52, rotates the phase of this signal by 90 °, and outputs it.

９０°移相部６０の出力側には、移相回路部６２が設けられている。移相回路部６２は、本実施形態では、一対の抵抗Ｒ１，Ｒ２と、センサー素子１０の第２振動片２５とによってπ型に形成してある。すなわち、第２振動片２５の入力側の端子（本実施形態では入出力電極４６）が９０°移相部６０の出力端子と接続されるとともに、抵抗Ｒ１を介して接地されている。また、第２振動片２５の出力端子（本実施形態では入出力電極４４）は、抵抗Ｒ２を介して接地されるとともに、移相回路部６２の出力側に設けた波形整形部６４に接続されている。   On the output side of the 90 ° phase shift section 60, a phase shift circuit section 62 is provided. In this embodiment, the phase shift circuit unit 62 is formed in a π-type by the pair of resistors R1 and R2 and the second vibrating piece 25 of the sensor element 10. That is, the input side terminal (input / output electrode 46 in this embodiment) of the second vibrating piece 25 is connected to the output terminal of the 90 ° phase shifter 60 and grounded via the resistor R1. In addition, the output terminal (the input / output electrode 44 in the present embodiment) of the second vibrating piece 25 is grounded via the resistor R2 and is connected to the waveform shaping unit 64 provided on the output side of the phase shift circuit unit 62. ing.

第２振動片２５の共振周波数ｆ0は、センサー素子１０に加速度が印加されない状態において、発振部５２の加速度が印加されない状態の発振周波数と同じにしてある。すなわち、第２振動片２５の加速度が印加されない状態の共振周波数ｆ0は、第１振動片１５の共振周波数と同じにしてある。この加速度が印加されない状態において、加速度が印加されていない状態の第２振動片２５の共振周波数ｆ0の信号が移相回路部６２に入力された場合、出力信号と入力信号の位相が一致する。 The resonance frequency f 0 of the second vibrating reed 25 is the same as the oscillation frequency in the state where the acceleration of the oscillating unit 52 is not applied when no acceleration is applied to the sensor element 10. That is, the resonance frequency f 0 in the state where the acceleration of the second vibrating piece 25 is not applied is the same as the resonance frequency of the first vibrating piece 15. In the state where no acceleration is applied, when the signal of the resonance frequency f 0 of the second vibrating piece 25 in the state where no acceleration is applied is input to the phase shift circuit unit 62, the phases of the output signal and the input signal match. .

センサー素子１０に任意の方向の加速度が作用した場合、発振部５２の第１振動片１５の共振周波数は低周波側または高周波側に偏倚し、それにともなって発振部５２の出力信号も変化して、その信号が移相回路部６２に入力され、移相回路部６２の出力信号と入力信号の移相に差異が生じる。   When acceleration in an arbitrary direction acts on the sensor element 10, the resonance frequency of the first vibrating piece 15 of the oscillating unit 52 is biased to the low frequency side or the high frequency side, and the output signal of the oscillating unit 52 changes accordingly. The signal is input to the phase shift circuit unit 62, and there is a difference in the phase shift between the output signal of the phase shift circuit unit 62 and the input signal.

移相回路部６２の出力側に設けた波形整形部６４は、移相回路部６２の出力信号を波形整形し、矩形波を出力する。波形整形部６４の出力した矩形波は、発振部５２の出力側の波形整形部５５の出力した矩形波とともに乗算器５６に入力される。乗算器５６は、本実施形態では、排他的論理和回路すなわちＥｘ．ＯＲ（エクスクルーシブ・オア）ゲートから構成してある。したがって、乗算器５６は、波形整形部５５や波形整形部６４の出力信号のいずれか一方が「１」であって、他方が「０」のときに「１」を出力する。この乗算器５６の出力側には移相変化出力部５７が設けられている。移相変化出力部５７は、ローパスフィルター（積分回路）５８と微分回路５９とを有する。ローパスフィルター５８は、乗算器５６の出力信号の平均値を出力する。微分回路５９は、ローパスフィルター５８の出力が入力され微分値を出力することでローパスフィルター５８が出力する値の変化を出力する。なお、ローパスフィルター５８と微分回路５９との接続順を入れ替えて乗算器５６の出力を微分回路に入力し、微分回路の出力をローパスフィルターに入力する構成としてもよい。   A waveform shaping unit 64 provided on the output side of the phase shift circuit unit 62 shapes the output signal of the phase shift circuit unit 62 and outputs a rectangular wave. The rectangular wave output from the waveform shaping unit 64 is input to the multiplier 56 together with the rectangular wave output from the waveform shaping unit 55 on the output side of the oscillation unit 52. In the present embodiment, the multiplier 56 is an exclusive OR circuit, that is, an Ex. It consists of an OR (Exclusive OR) gate. Therefore, the multiplier 56 outputs “1” when one of the output signals of the waveform shaping unit 55 and the waveform shaping unit 64 is “1” and the other is “0”. A phase shift change output unit 57 is provided on the output side of the multiplier 56. The phase shift change output unit 57 includes a low-pass filter (integration circuit) 58 and a differentiation circuit 59. The low pass filter 58 outputs an average value of the output signal of the multiplier 56. The differentiating circuit 59 outputs the change in the value output from the low-pass filter 58 by inputting the output of the low-pass filter 58 and outputting the differential value. Note that the order of connection of the low-pass filter 58 and the differentiation circuit 59 may be changed, the output of the multiplier 56 may be input to the differentiation circuit, and the output of the differentiation circuit may be input to the low-pass filter.

上記のように構成された本実施形態に係る加速度センサー５０の作用は次のとおりである。センサー素子１０に加速度が作用していない（印加されていない）状態で安定している場合、センサー素子１０のうちの発振部５２に含まれる第１振動片１５は、発振回路５４によって共振周波数ｆ0で励振されている。したがって、発振部５２は、周波数ｆ0の信号を出力する。この発振部５２の出力信号は、波形整形部５５に入力され、波形整形部５５によって矩形波にされ、乗算器５６に入力される。 The operation of the acceleration sensor 50 according to this embodiment configured as described above is as follows. When the sensor element 10 is stable in a state in which no acceleration is applied (not applied), the first vibrating piece 15 included in the oscillation unit 52 of the sensor element 10 is caused to have a resonance frequency f by the oscillation circuit 54. Excited at 0 . Therefore, the oscillating unit 52 outputs a signal having the frequency f 0 . The output signal of the oscillating unit 52 is input to the waveform shaping unit 55, converted into a rectangular wave by the waveform shaping unit 55, and input to the multiplier 56.

また、発振部５２の出力信号の一部は、分割されて９０°移相部６０に入力される。９０°移相部６０は、例えば発振部５２の出力信号の位相を９０°遅らせて移相回路部６２に出力する。   A part of the output signal of the oscillation unit 52 is divided and input to the 90 ° phase shift unit 60. For example, the 90 ° phase shifter 60 delays the phase of the output signal of the oscillator 52 by 90 ° and outputs the delayed signal to the phase shift circuit 62.

センサー素子１０に加速度が作用していない状態で安定しているため、センサー素子１０のうちの移相回路部６２に含まれる第２振動片２５の共振周波数は、発振部５２の第１振動片１５の共振周波数ｆ0と同じである。このため、移相回路部６２は、９０°移相部６０の出力信号であるため、入力した信号の位相を変えることなくそのまま出力する。移相回路部６２の出力信号は、波形整形部６４に入力する。波形整形部６４は、移相回路部６２の出力信号を矩形波に波形整形して乗算器５６に入力する。 Since the sensor element 10 is stable when no acceleration is applied, the resonance frequency of the second vibrating piece 25 included in the phase shift circuit unit 62 of the sensor element 10 is the first vibrating piece of the oscillating unit 52. 15 resonance frequency f 0 . Therefore, since the phase shift circuit unit 62 is an output signal of the 90 ° phase shift unit 60, the phase shift circuit unit 62 outputs the signal as it is without changing the phase of the input signal. The output signal of the phase shift circuit unit 62 is input to the waveform shaping unit 64. The waveform shaping unit 64 shapes the output signal of the phase shift circuit unit 62 into a rectangular wave and inputs the waveform to the multiplier 56.

乗算器５６は、上記したようにＥＸ．ＯＲによって構成してあり、波形整形部５５の出力した矩形波と、波形整形部６４の出力した矩形波との排他的論理和を求めてローパスフィルター５８に向けて出力する。ローパスフィルター５８は、入力した矩形波信号の時間についての積分値を求めて微分回路５９に向けて出力する。   As described above, the multiplier 56 is connected to the EX. An exclusive OR of the rectangular wave output from the waveform shaping unit 55 and the rectangular wave output from the waveform shaping unit 64 is obtained and output to the low-pass filter 58. The low-pass filter 58 obtains an integral value with respect to the time of the input rectangular wave signal and outputs it to the differentiation circuit 59.

次に、センサー素子１０に任意の方向の加速度が作用したとする。このとき、センサー素子１０のうちの発振部５２の第１振動片１５には、印加される加速度の方向に応じて引張応力または圧縮応力が作用して共振周波数ｆ0が変化する。例えば、振動腕に引張応力が作用した場合は共振周波数が高く（ｆ0＋Δｆ）変化し、振動腕に圧縮応力が作用した場合は共振周波数が低く変化（ｆ0−Δｆ）する。このように共振周波数が変化した発振部５２の出力信号は波形整形部５５に入力され、矩形波に波形整形されてから乗算器５６に出力される。
一方、加速度が作用したことにより共振周波数の変化が生じた第１振動片１５の振動が、振動片連結部５を介して伝播される第２振動片２５（図１（ａ）を参照）の共振周波数（ｆ0）にも変化が生ずる。したがって、移相回路部６２は、９０°移相部からｆ0＋Δｆ、または、ｆ0−Δｆの信号が入力されることにより、出力信号の位相に比べて入力信号の位相が遅れ、または、早まるという振幅位相の変化が生じる。このような振幅位相が変化した移相回路部６２の出力信号は波形整形部６４に入力され、波形整形部６４で矩形波に波形整形されて乗算器に出力される。 Next, it is assumed that acceleration in an arbitrary direction acts on the sensor element 10. At this time, a tensile frequency or a compressive stress acts on the first vibrating piece 15 of the oscillating unit 52 of the sensor element 10 according to the direction of applied acceleration, and the resonance frequency f 0 changes. For example, when a tensile stress acts on the vibrating arm, the resonance frequency changes (f 0 + Δf) and changes, and when a compressive stress acts on the vibrating arm, the resonance frequency changes (f 0 −Δf). The output signal of the oscillating unit 52 whose resonance frequency has changed in this way is input to the waveform shaping unit 55, and after being waveform-shaped into a rectangular wave, it is output to the multiplier 56.
On the other hand, the vibration of the first vibrating piece 15 in which the change in the resonance frequency is caused by the action of acceleration is propagated through the vibrating piece connecting portion 5 of the second vibrating piece 25 (see FIG. 1A). A change also occurs in the resonance frequency (f 0 ). Therefore, the phase shift circuit unit 62 receives a signal of f 0 + Δf or f 0 −Δf from the 90 ° phase shift unit, so that the phase of the input signal is delayed relative to the phase of the output signal, or A change in the amplitude phase occurs that is accelerated. The output signal of the phase-shifting circuit unit 62 whose amplitude phase has changed is input to the waveform shaping unit 64, which is shaped into a rectangular wave by the waveform shaping unit 64 and output to the multiplier.

上記のように、各波形整形部５５，６４の出力する矩形波が入力された乗算器５６は、その入力信号を矩形信号（矩形パルス）としてローパスフィルター５８に入力する。ローパスフィルター５８は、入力された矩形波信号（γ）の平均値を求め、それを電圧信号として微分回路５９に出力する。すなわち、ローパスフィルター５８は、発振部５２が出力した信号と、移相回路部６２が出力した信号との位相差の９０°からのずれ量に応じた信号を出力する。   As described above, the multiplier 56 to which the rectangular waves output from the waveform shaping sections 55 and 64 are input, inputs the input signal to the low-pass filter 58 as a rectangular signal (rectangular pulse). The low-pass filter 58 obtains an average value of the input rectangular wave signal (γ) and outputs it as a voltage signal to the differentiation circuit 59. That is, the low-pass filter 58 outputs a signal corresponding to the amount of deviation from 90 ° of the phase difference between the signal output from the oscillation unit 52 and the signal output from the phase shift circuit unit 62.

ローパスフィルター５８から出力された電圧信号が入力された微分回路５９は、その電圧信号を時間で微分した値にして出力する。すなわち、移相回路部６２が出力した信号との位相差の９０°からのずれ量に応じた値の変化を出力する。このずれ量の変化は、移相角度が変化し始めにおいて加速度に対応するので、微分回路５９の出力によって加速度を求めることができる。   The differentiating circuit 59 to which the voltage signal output from the low-pass filter 58 has been input outputs a value obtained by differentiating the voltage signal with respect to time. That is, a change in value corresponding to the amount of deviation from 90 ° of the phase difference from the signal output by the phase shift circuit unit 62 is output. This change in the amount of deviation corresponds to the acceleration at the time when the phase shift angle starts to change, so that the acceleration can be obtained from the output of the differentiation circuit 59.

上記構成のセンサー素子１０、および、それを用いたセンサーとしての加速度センサー５０によれば、例えば、従来の２つの双音叉型振動片を用いたセンサーのように、各々の双音叉型振動片ごとに発振回路やカウンターなどを備える必要がなく、比較的簡便な回路を用いて加速度センサーを構成することができるので、低コストにて、消費電力が抑えられたセンサー（例えば加速度センサー５０）を提供することができる。
また、センサー素子１０は、水晶などの圧電体材料をエッチング加工することなどにより、少なくとも、駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂを備えた第１振動片１５と、検出振動腕２６Ａ，２６Ｂを備えた第２振動片２５が同一材料により一体形成されているので、第１振動片１５と第２振動片２５の同様な温度特性を示すことから、温度特性がよく、検出精度の高いセンサー素子を提供することができる。 According to the sensor element 10 having the above-described configuration and the acceleration sensor 50 as a sensor using the sensor element 10, for example, each of the double tuning fork type vibrating pieces as in a conventional sensor using two double tuning fork type vibrating pieces. It is not necessary to provide an oscillation circuit, a counter, or the like, and an acceleration sensor can be configured using a relatively simple circuit, so that a sensor (for example, acceleration sensor 50) with low power consumption can be provided at low cost. can do.
In addition, the sensor element 10 includes at least a first vibration piece 15 including the drive vibration arms 16A and 16B and a second vibration element including the detection vibration arms 26A and 26B by etching a piezoelectric material such as quartz. Since the vibrating piece 25 is integrally formed of the same material, the same temperature characteristics of the first vibrating piece 15 and the second vibrating piece 25 are exhibited, so that a sensor element with good temperature characteristics and high detection accuracy is provided. Can do.

（センサーパッケージ）
次に、上記に説明したセンサーとしての加速度センサー５０に係るセンサーパッケージであって、センサー素子１０を収容するパッケージと、そのパッケージを気密に封止する蓋体とを有するセンサーパッケージの一実施形態について、以下、図面を参照しながら具体的に説明する。図５（ａ）は、センサーパッケージの一実施形態を上側からみた概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線概略断面図である。なお、図５（ａ）では、センサーパッケージの内部の構造を説明する便宜上、パッケージ１３０の上部に接合されるリッド１４０（同図（ｂ）を参照）を取り外した状態を図示している。
図５において、センサーパッケージ１２０は、上記に説明したセンサー素子１０と、このセンサー素子１０を搭載した支持基板１５０と、これらセンサー素子１０および支持基板１５０を収容するパッケージ１３０と、パッケージ１３０上に接合される蓋体としてのリッド１４０と、を有している。 (Sensor package)
Next, an embodiment of a sensor package related to the acceleration sensor 50 as the sensor described above, including a package that houses the sensor element 10 and a lid that hermetically seals the package. Hereinafter, specific description will be given with reference to the drawings. FIG. 5A is a schematic plan view of an embodiment of the sensor package as viewed from above, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 5A shows a state in which the lid 140 (see FIG. 5B) joined to the upper part of the package 130 is removed for convenience of explaining the internal structure of the sensor package.
In FIG. 5, the sensor package 120 is bonded to the sensor element 10 described above, a support substrate 150 on which the sensor element 10 is mounted, a package 130 for housing the sensor element 10 and the support substrate 150, and the package 130. And a lid 140 as a lid.

支持基板１５０の少なくとも一主面側には、支持基板１５０の深さ方向を切欠き、且つ支持基板１５０の主面の幅方向に直線上に細長く延びた構成の溝部１５５が形成されている。そして、センサー素子１０は、検出振動腕２６Ａ，２６Ｂの長手方向が、溝部１５５の延びる方向と直交するように、且つ、跨ぐように支持基板１５０上に配置され、第１固定部１２および第２固定部２２Ａ，２２Ｂが、支持基板１５０上の主面に設けられたマウント電極１５３と位置合わせされて、例えば導電性接着材９７を介して接着・固定されている。
パッケージ１３０は、平板状の第１層基板１３１上に、矩形環状の第２層基板１３２が積層されて構成されることにより、上面側に開口部を有した凹部が形成されている。パッケージ１３０の材質としては、例えば、セラミック、ガラスなどを用いることができる。
パッケージ１３０の凹部内には、センサー素子１０の入出力電極３４，３６，４４，４６と電気的に接続される複数の素子接続端子１３５または素子接続端子１３６が設けられている。本実施形態では、パッケージ１３０の凹部の凹底部分となる第１層基板１３１上に、センサー素子１０の入出力電極のうち各第２固定部２２Ａ，２２Ｂの下側の面にそれぞれ設けられた入出力電極４４，４６との接続に供する素子接続端子１３５が設けられ、第２層基板１３２によってパッケージ１３０の凹部の段差上にセンサー素子１０の第１固定部に設けられた入出力電極３４，３６や、各第２固定部２２Ａ，２２Ｂの上側の面にそれぞれ設けられた入出力電極４４，４６とに導通される素子接続端子１３６が設けられている。
また、図示はしないが、パッケージ１３０の外底面となる第１層基板１３１の下側の面には、表面実装型の電子素子であるセンサーパッケージ１２０を外部基板に実装する際に用いる外部実装端子が設けられている。このように、パッケージ１３０に設けられた上記の各種端子は、対応する端子どうしが、図示しない引き回し配線やスルーホールなどの層内配線により電気的に接続されている。 At least one main surface side of the support substrate 150 is formed with a groove portion 155 having a configuration in which the depth direction of the support substrate 150 is cut out and elongated in a straight line in the width direction of the main surface of the support substrate 150. The sensor element 10 is arranged on the support substrate 150 so that the longitudinal direction of the detection vibrating arms 26A and 26B is orthogonal to the extending direction of the groove portion 155, and straddles the first vibrating portion 26 and the second fixing portion 12. The fixing portions 22 </ b> A and 22 </ b> B are aligned with the mount electrode 153 provided on the main surface on the support substrate 150, and are bonded and fixed through, for example, a conductive adhesive 97.
The package 130 is formed by laminating a rectangular annular second layer substrate 132 on a flat plate-like first layer substrate 131, thereby forming a recess having an opening on the upper surface side. As a material of the package 130, for example, ceramic, glass, or the like can be used.
A plurality of element connection terminals 135 or element connection terminals 136 that are electrically connected to the input / output electrodes 34, 36, 44, 46 of the sensor element 10 are provided in the recesses of the package 130. In the present embodiment, the input / output electrodes of the sensor element 10 are respectively provided on the lower surface of the second fixing portions 22A and 22B on the first layer substrate 131 which is the concave bottom portion of the concave portion of the package 130. An element connection terminal 135 for connection with the input / output electrodes 44 and 46 is provided, and the input / output electrodes 34 and 34 provided on the first fixing portion of the sensor element 10 on the step of the recess of the package 130 by the second layer substrate 132. 36 and an element connection terminal 136 that is electrically connected to the input / output electrodes 44 and 46 provided on the upper surfaces of the second fixing portions 22A and 22B, respectively.
Although not shown, an external mounting terminal used when mounting the sensor package 120, which is a surface-mount type electronic element, on the external substrate is provided on the lower surface of the first layer substrate 131 serving as the outer bottom surface of the package 130. Is provided. As described above, the various terminals provided in the package 130 are electrically connected to each other by inter-layer wirings such as routing wirings and through holes (not shown).

パッケージ１３０の凹部にはセンサー素子１０を搭載した支持基板１５０が、例えば導電性接着剤９６を介して片持ち梁状態で接着・固定されるとともに、センサー素子１０の各入出力電極と、パッケージ１３０の対応する素子接続端子とが電気的に接続されている。具体的には、支持基板１５０における第２固定部２２Ａ，２２Ｂが固定された側の端部が加速度Ｇの方向に揺動されることが可能なように、パッケージ１３０内に支持基板１５０を片持ち梁状態で固定する。また、センサー素子１０の各第２固定部２２Ａ，２２Ｂの上側の面にそれぞれ設けられた入出力電極４４，４６、および、第１固定部１２の上側の面に設けられた入出力電極３４，３６と、パッケージ１３０の凹部内において第２層基板により形成された段差上に設けられた対応する素子接続端子１３６とが、ボンディングワイヤー９８を介して電気的に接続されている。
なお、センサーパッケージ１２０において、センサー素子１０は、第１振動片１５の各駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂ、および、第２振動片２５の各検出振動腕２６Ａ，２６Ｂが、加速度Ｇの作用する方向に対して各検出振動腕２６Ａ，２６Ｂの並び方向と長手方向とが直交する方向となるように配置する。 A support substrate 150 on which the sensor element 10 is mounted is bonded and fixed in a concave portion of the package 130 in a cantilever state via, for example, a conductive adhesive 96, and each input / output electrode of the sensor element 10 and the package 130 are fixed. The corresponding element connection terminals are electrically connected. Specifically, the support substrate 150 is separated into the package 130 so that the end of the support substrate 150 on which the second fixing portions 22A and 22B are fixed can be swung in the direction of the acceleration G. Fix in the state of a cantilever. The input / output electrodes 44 and 46 provided on the upper surfaces of the second fixing portions 22A and 22B of the sensor element 10, respectively, and the input / output electrodes 34 provided on the upper surface of the first fixing portion 12 and 36 and a corresponding element connection terminal 136 provided on a step formed by the second layer substrate in the recess of the package 130 are electrically connected via a bonding wire 98.
In the sensor package 120, the sensor element 10 is configured so that the driving vibration arms 16 A and 16 B of the first vibration piece 15 and the detection vibration arms 26 A and 26 B of the second vibration piece 25 are applied in the direction in which the acceleration G acts. On the other hand, the detection vibrating arms 26A and 26B are arranged so that the arrangement direction and the longitudinal direction are orthogonal to each other.

図５（ｂ）に示すように、センサー素子１０が凹部内に収容されたパッケージ１３０の上端には、蓋体としてのリッド１４０が配置され、パッケージ１３０の開口部を封鎖している。リッド１４０の材質としては、例えば、４２アロイ（鉄にニッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）等の金属、セラミックス、あるいはガラスなどを用いることができる。例えば、金属からなるリッド１４０は、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング１３９を介してシーム溶接することによりパッケージ１３０と接合される。   As shown in FIG. 5B, a lid 140 as a lid is disposed on the upper end of the package 130 in which the sensor element 10 is accommodated in the recess, and the opening of the package 130 is sealed. As a material of the lid 140, for example, a metal such as 42 alloy (an alloy containing 42% nickel in iron) or Kovar (an alloy of iron, nickel, and cobalt), ceramics, glass, or the like can be used. For example, the lid 140 made of metal is joined to the package 130 by seam welding via a seal ring 139 formed by punching a Kovar alloy or the like into a rectangular ring shape.

以上、説明したセンサーパッケージ１２０によれば、図４のセンサーとしての加速度センサー５０において、発振回路５４の第１振動片１５と、移相回路部（フィルター回路）６２の第２振動片２５とを表面実装型の一つの電子部品として提供することができるので、加速度センサー２０の小型化や、信頼性の向上を図ることができる。
なお、センサーパッケージには、センサー素子１０とともに、センサー素子１０の第１振動片１５を励振させる発振回路などを含む半導体回路素子（ＩＣチップ）を収容する構成としてもよい。このようにすれば、加速度センサー２０のさらなる小型化を図ることができる。 According to the sensor package 120 described above, in the acceleration sensor 50 as the sensor of FIG. 4, the first vibration piece 15 of the oscillation circuit 54 and the second vibration piece 25 of the phase shift circuit unit (filter circuit) 62 are provided. Since it can be provided as one surface mount type electronic component, the acceleration sensor 20 can be reduced in size and reliability can be improved.
The sensor package may contain a semiconductor circuit element (IC chip) including an oscillation circuit for exciting the first vibrating piece 15 of the sensor element 10 together with the sensor element 10. In this way, the acceleration sensor 20 can be further reduced in size.

（変形例１）
上記実施形態のセンサー素子１０では、第２振動片２５の第２基部２１が、第２振動片２５の有する検出振動腕２６Ａ，２６Ｂに専用の基部であり、その第２基部２１が、第１振動片１５の一対の第１基部のうちの一方の第１基部と振動片連結部５を介して連結されている構成を説明した。これに限らず、第２振動片の第２基部が、第１振動片の一対の第１基部のうちの一方の第１基部を共有してなる構成としてもよい。
図７は、第２振動片の基部（第２基部）が、第１振動片の一対の第１基部のうちの一方の第１基部を共有してなるセンサー素子の変形例を説明する概略平面図である。なお、本変形例において、上記実施形態のセンサー素子１０と同じ構成については同一符号を付して詳細な説明は省略する。また、本変形例のセンサー素子の第１振動片の振動腕に設けられる励振電極や、第２振動片の振動腕に設けられる検出電極、あるいは、励振電極や検出電極から引き出される入出力電極などの電極の構成は、上記実施形態のセンサー素子１０と同様の構成となるため図示および詳細な説明を省略する。 (Modification 1)
In the sensor element 10 of the above embodiment, the second base 21 of the second vibrating piece 25 is a base dedicated to the detection vibrating arms 26A and 26B of the second vibrating piece 25, and the second base 21 is the first base 21. A configuration in which one of the pair of first bases of the vibration piece 15 is connected to the vibration piece connecting portion 5 has been described. Not only this but the 2nd base part of a 2nd vibration piece is good also as a structure formed by sharing one 1st base part of a pair of 1st base parts of a 1st vibration piece.
FIG. 7 is a schematic plan view illustrating a modified example of the sensor element in which the base (second base) of the second vibrating piece shares one first base of the pair of first bases of the first vibrating piece. FIG. In addition, in this modification, the same code | symbol is attached | subjected about the same structure as the sensor element 10 of the said embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted. Also, an excitation electrode provided on the vibrating arm of the first vibrating piece of the sensor element of the present modification, a detection electrode provided on the vibrating arm of the second vibrating piece, an input / output electrode drawn from the excitation electrode or the detection electrode, etc. Since the configuration of the electrode is the same as that of the sensor element 10 of the above embodiment, the illustration and detailed description thereof are omitted.

図７において、本変形例のセンサー素子８０は、一対の略矩形状の第１基部１１Ａ，１１Ｂ’間に平行に架け渡された２本の駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂを有する第１振動片１５を有している。また、一対の第１基部１１Ａ，１１Ｂ’のうち、一方の第１基部１１Ｂ’から、駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂを挟んだ両側には、駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂの延出方向と平行な方向に延びる検出振動腕８６Ａ，８６Ｂが形成されている。この、一方の第１基部１１Ｂ’と、検出振動腕８６Ａ，８６Ｂとにより、第２振動片８５が構成される。すなわち、本変形例の第２振動片８５では、第１振動片１５の一対の第１基部１１Ａ，１１Ｂ’のうちの一方の第１基部１１Ｂ’を、検出振動腕８６Ａ，８６Ｂの基部となる第２基部を共有してなる構成となっているとともに、その第２基部を兼ねる一方の第１基部１１Ｂ’から、駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂと検出振動腕８６Ａ，８６Ｂとが同一方向に延出されている。
なお、本変形例のセンサー素子８０において、第２振動片８５の２つの検出振動腕８６Ａ，８６Ｂは、第１振動片１５の２つの駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂの延びる方向の中心線に対して線対称に配置されている。このように、検出振動腕８６Ａ，８６Ｂが駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂに対してバランスよく配置されることにより、センサー素子８０による加速度などの力の検出の感度を向上させることができる。 In FIG. 7, the sensor element 80 of the present modification includes a first vibrating piece 15 having two drive vibrating arms 16A and 16B that are bridged in parallel between a pair of substantially rectangular first base portions 11A and 11B ′. have. Further, of the pair of first base portions 11A and 11B ′, a direction parallel to the extending direction of the drive vibration arms 16A and 16B is provided on both sides of the drive vibration arms 16A and 16B from the first base portion 11B ′. Detection vibration arms 86A and 86B extending in the direction are formed. The one first base portion 11B ′ and the detection vibrating arms 86A and 86B constitute a second vibrating piece 85. That is, in the second vibrating piece 85 of this modification, one first base portion 11B ′ of the pair of first base portions 11A and 11B ′ of the first vibrating piece 15 serves as a base portion of the detection vibrating arms 86A and 86B. The driving vibration arms 16A and 16B and the detection vibration arms 86A and 86B extend in the same direction from the first base portion 11B ′ that also serves as the second base portion, while being configured to share the second base portion. Has been.
In the sensor element 80 of the present modification, the two detection vibrating arms 86A and 86B of the second vibrating piece 85 are relative to the center line in the extending direction of the two driving vibrating arms 16A and 16B of the first vibrating piece 15. They are arranged in line symmetry. As described above, the detection vibration arms 86A and 86B are arranged in a balanced manner with respect to the drive vibration arms 16A and 16B, so that the sensitivity of detection of force such as acceleration by the sensor element 80 can be improved.

前記一方の第１基部１１Ａには、第１固定部側連結部１９を介して第１固定部１２が連結され、他方の第１基部１１Ｂ’の駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂおよび検出振動腕８６Ａ，８６Ｂが延出された端部とは反対側の端部には、第２固定部側連結部８９を介して第２固定部８２が連結されている。
なお、第２固定部は、上記実施形態の第２固定部２２Ａ，２２Ｂと同じように、第２固定部側連結部８９の第１基部（第２基部を兼ねる）１１Ｂ’と接続された端部と直交する方向の両端部から延出させて設けた一対の第２固定部側連結部の先端部にそれぞれ設ける構成としてもよい。 The first fixed portion 12 is connected to the one first base portion 11A via the first fixed portion side connecting portion 19, and the driving vibration arms 16A and 16B and the detection vibration arms 86A of the other first base portion 11B ′ are connected. A second fixed portion 82 is connected to an end opposite to the end from which 86B is extended via a second fixed portion-side connecting portion 89.
The second fixing portion is connected to the first base portion (also serving as the second base portion) 11B ′ of the second fixing portion side connecting portion 89 in the same manner as the second fixing portions 22A and 22B of the above embodiment. It is good also as a structure each provided in the front-end | tip part of a pair of 2nd fixing | fixed part side connection part extended and provided from the both ends of the direction orthogonal to a part.

この変形例のセンサー素子８０の構成によれば、第２振動片８５の第２基部を兼ねた一方の第１基部１１Ｂ’の同じ端部から、駆動振動腕１６Ａ，１６Ｂと検出振動腕８６Ａ，８６Ｂとが同一方向に延出されることから、センサー素子８０の長手方向（駆動振動腕および検出振動腕の延出方向）の小型化が図られるので、センサー（例えば加速度センサー）の小型化に寄与することができる。   According to the configuration of the sensor element 80 of this modified example, the drive vibration arms 16A and 16B and the detection vibration arms 86A and 86A are detected from the same end portion of the first base portion 11B ′ that also serves as the second base portion of the second vibration piece 85. Since 86B extends in the same direction, the sensor element 80 can be downsized in the longitudinal direction (the extending direction of the drive vibration arm and the detection vibration arm), thereby contributing to the downsizing of the sensor (for example, the acceleration sensor). can do.

以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。   The embodiment of the present invention made by the inventor has been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are made without departing from the scope of the present invention. Is possible.

例えば、上記実施形態のセンサー素子１０の第２振動片２５、および、上記変形例のセンサー素子８０の第２振動片８５では、一対（２本）の検出振動腕２６Ａ，２６Ｂまたは検出振動腕８６Ａ，８６Ｂを有する構成としたが、一つの検出振動腕を設ける構成としてもよい。   For example, in the second vibrating piece 25 of the sensor element 10 of the embodiment and the second vibrating piece 85 of the sensor element 80 of the modified example, a pair (two) of the detection vibrating arms 26A and 26B or the detection vibrating arm 86A. , 86B, but one detection vibrating arm may be provided.

また、上記実施形態で説明したセンサー素子１０は、水晶を用いて一体形成した例を説明した。これに限らず、水晶以外に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された他の圧電材料からなる圧電振動片（第１振動片および第２振動片）を用いることもできる。
また、圧電体材料からなる圧電振動片の他のほかに、例えばシリコンからなる振動片を用いて、第１振動片および第２振動片を備えたセンサー素子を構成することもできる。 Further, the sensor element 10 described in the above embodiment has been described as an example in which the sensor element 10 is integrally formed using quartz. In addition to quartz, aluminum nitride (AlN), lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), lead zirconate titanate (PZT), lithium tetraborate (Li 2 B 4 O 7) ) And other piezoelectric materials formed by laminating thin film piezoelectric materials such as aluminum nitride and tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) on a glass substrate (first vibrating piece) And a second vibrating piece) can also be used.
In addition to the piezoelectric vibrating piece made of the piezoelectric material, a sensor element including the first vibrating piece and the second vibrating piece can be configured using a vibrating piece made of silicon, for example.

５…振動片連結部、１０…センサー素子、１１Ａ，１１Ｂ…（一対の）第１基部、１２…第１固定部、１５…第１振動片、１６Ａ，１６Ｂ…駆動振動腕、１９…第１固定部側連結部、２０…加速度センサー、２１…第２基部、２２Ａ，２２Ｂ，８２…第２固定部、２５，８５…第２振動片、２６Ａ，２６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂ…検出振動腕、２９Ａ，２９Ｂ，８９…第２固定部側連結部、３４，３６，４４，４６…入出力電極、３４ａ〜３４ｃ，３６ａ〜３６ｃ…励振電極、４４ａ，４６ａ…検出電極、４７ａ…接続電極、５０…センサーとしての加速度センサー、５２…発振部、５４…発振回路、５５，６４…波形整形部、５６…乗算器、５７…移相変化出力部、５８…ローパスフィルター、５９…微分回路、６０…９０°移相部、６２…移相回路部、６４…波形整形部、８０…センサー素子、９６，９７…導電性接着剤、９８…ボンディングワイヤー、１２０…センサーパッケージ、１３０…パッケージ、１３１…第１層基板、１３２…第２層基板、１３５，１３６…素子接続端子、１３９…シールリング、１４０…リッド、１５０…支持基板、１５３…マウント電極、１５５…溝部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Vibration piece connection part, 10 ... Sensor element, 11A, 11B ... (A pair) 1st base, 12 ... 1st fixing | fixed part, 15 ... 1st vibration piece, 16A, 16B ... Drive vibration arm, 19 ... 1st Fixed portion side connecting portion, 20 ... acceleration sensor, 21 ... second base, 22A, 22B, 82 ... second fixed portion, 25,85 ... second vibrating piece, 26A, 26B, 86A, 86B ... detecting vibrating arm, 29A , 29B, 89 ... second fixed portion side connecting portion, 34, 36, 44, 46 ... input / output electrodes, 34a-34c, 36a-36c ... excitation electrodes, 44a, 46a ... detection electrodes, 47a ... connection electrodes, 50 ... Acceleration sensor as sensor 52... Oscillating unit 54... Oscillating circuit 55 and 64... Waveform shaping unit 56 .. multiplier 57 .. phase shift change output unit 58. ° Phase shift, 62 ... Shift Circuit part, 64 ... Waveform shaping part, 80 ... Sensor element, 96, 97 ... Conductive adhesive, 98 ... Bonding wire, 120 ... Sensor package, 130 ... Package, 131 ... First layer substrate, 132 ... Second layer substrate 135, 136 ... element connection terminals, 139 ... seal ring, 140 ... lid, 150 ... support substrate, 153 ... mount electrode, 155 ... groove.

Claims (9)

一対の第１基部と、該第１基部間に平行に架け渡され励振電極が設けられた２本の駆動振動腕と、を有する第１振動片と、
前記一対の第１基部のうちの一方の第１基部に振動片連結部を介して連結され、または、前記一方の第１基部を共有してなる第２基部と、該第２基部から前記駆動振動腕と平行に延出され検出電極が設けられた検出振動腕と、を有する第２振動片と、
前記一対の第１基部のうち、前記一方の第１基部と第１固定部側連結部を介して連結された第１固定部と、他方の前記第１基部と第２固定部側連結部を介して連結された第２固定部と、を備えたことを特徴とするセンサー素子。 A first vibrating piece having a pair of first base portions and two drive vibrating arms provided in parallel between the first base portions and provided with excitation electrodes;
A second base part connected to one first base part of the pair of first base parts via a vibrating piece connecting part, or sharing the one first base part, and the drive from the second base part A second vibrating piece having a detection vibrating arm extending in parallel with the vibrating arm and provided with a detection electrode;
Of the pair of first base parts, the first fixed part connected to the one first base part via the first fixed part side connecting part, and the other first base part and the second fixed part side connecting part. And a second fixing part connected through the sensor element. 請求項１に記載のセンサー素子において、
前記第１固定部および前記第２固定部が、少なくとも前記第１振動片の前記駆動振動腕の延びる方向の中心線に対して線対称の位置に配置されていることを特徴とするセンサー素子。 The sensor element according to claim 1,
The sensor element, wherein the first fixing portion and the second fixing portion are arranged at positions symmetrical with respect to a center line in a direction in which the drive vibrating arm of at least the first vibrating piece extends. 請求項１または２に記載のセンサー素子において、
前記第２振動片が、２本の前記検出振動腕を有することを特徴とするセンサー素子。 The sensor element according to claim 1 or 2,
The sensor element, wherein the second vibrating piece has two detection vibrating arms. 請求項３に記載のセンサー素子において、
前記２本の検出振動腕が、前記駆動振動腕の延びる方向の中心線に対して線対称の位置に配置されていることを特徴とするセンサー素子。 The sensor element according to claim 3,
The sensor element, wherein the two detection vibrating arms are arranged symmetrically with respect to a center line in a direction in which the driving vibrating arm extends. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサー素子において、
前記検出振動腕が、前記第２基部から前記駆動振動腕と同じ方向に延出されていることを特徴とするセンサー素子。 In the sensor element according to any one of claims 1 to 4,
The sensor element, wherein the detection vibration arm extends from the second base in the same direction as the drive vibration arm. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサー素子において、
少なくとも前記第１振動片および前記第２振動片が、圧電体材料を用いて形成されていることを特徴とするセンサー素子。 In the sensor element according to any one of claims 1 to 5,
A sensor element, wherein at least the first vibrating piece and the second vibrating piece are formed using a piezoelectric material. 請求項６に記載のセンサー素子において、
前記圧電体材料として水晶が用いられていることを特徴とするセンサー素子。 The sensor element according to claim 6,
A sensor element, wherein quartz is used as the piezoelectric material. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のセンサー素子と、
前記センサー素子の前記第１振動片を発振させる発振回路を備え、前記発振回路の発振信号を出力する発振部と、
前記発振部の出力信号の位相を所与の角度変化をさせて出力する移相部と、
前記移相部の出力側に設けられ、前記センサー素子の前記第２振動片を含む移相回路部と、
前記移相回路部の出力信号と前記発振部の出力信号とを乗算する乗算器と、
前記乗算器の出力が入力され、前記移相回路部の入出力信号の移相角度の変化に対応した値を出力する移相変化出力部と、を少なくとも有し、
加速度が印加されていない状態において、前記第２振動片の共振周波数が、前記発振部の前記出力信号の周波数と等しいことを特徴とするセンサー。 The sensor element according to any one of claims 1 to 7,
An oscillation circuit that oscillates the first vibrating piece of the sensor element, and that outputs an oscillation signal of the oscillation circuit;
A phase shift unit that outputs the phase of the output signal of the oscillation unit by changing a given angle; and
A phase-shift circuit unit that is provided on the output side of the phase-shift unit and includes the second resonator element of the sensor element;
A multiplier for multiplying the output signal of the phase shift circuit unit by the output signal of the oscillation unit;
A phase shift change output unit that receives the output of the multiplier and outputs a value corresponding to a change in the phase shift angle of the input / output signal of the phase shift circuit unit;
The sensor according to claim 1, wherein a resonance frequency of the second vibration piece is equal to a frequency of the output signal of the oscillation unit in a state where no acceleration is applied. 請求項８に記載のセンサーにおいて、
少なくとも前記センサー素子がパッケージに収容されていることを特徴とするセンサー。 The sensor according to claim 8, wherein
At least the sensor element is accommodated in a package.
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