JPH07260490A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広い温度範囲で温度オフセット出力変化が小
さく、かつ安価な加速度センサを提供する。 【構成】 方形断面の一方および他方の対称な振動腕２
４，２５；２９，３０を支持部２３，２８で平行一体に
連結した形状をそれぞれ有する略Ｕ字音叉形水晶ブラン
クの一方および他方の振動腕２４，２５；２９，３０の
周面に電極２２，２７をそれぞれ配設してなる第１およ
び第２の音叉形水晶振動子２１，２６を互いに平行に面
対向した状態に結合子３１を介し支持部２３，２８にお
いて固着する。第１の音叉形水晶振動子２１を駆動側音
叉とし、第２の音叉形水晶振動子２６を検知側音叉と
し、駆動側音叉の捩じれ振動に伴うコリオリ力による振
動を検知側音叉に伝達させる。検知側音叉は、伝達され
た振動によるの電気的信号を電極２７を介して検出し、
そのレベルから加速度を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車・航空機・船舶
・車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーションシステム
に用いる加速度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、加速度を検出する方法としてカン
チレバーに歪ゲージを貼りつけた歪ゲージ式センサが主
に使われていた。その例を図１６に示す。この歪ゲージ
式センサは、図１６に示すように、固定部１３、カンチ
レバー１４、歪検知抵抗体１５で構成されている。これ
らの関連する先行技術として、特開昭６１−１４４５７
６号公報がある。

【０００３】一方、半導体のシリコンチップを用いたセ
ンサでは、温度変化に対して温度補償されたものがある
が、広範囲の加速度に対して、シリコンチップの曲げ強
度から実用上、直流に近い低周波の加速度から高加速度
までのフルレンジで検知することは不十分であった。そ
こで、耐衝撃を十分に耐えるカンチレバーの形成が要求
されている。関連技術として特願昭６３−７４１５７号
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の加
速度センサが種々提案されているが、下記のような問題
があった。加速度センサは、機械的歪を受ける弾性体に
電気的変化に変換する検知部を一体化した２層構造のセ
ンサが主である。このような２層構造の加速度センサ
は、外界の温度変化によって、検知部である歪検知抵抗
体を貼りつけている接着剤やカンチレバーの熱膨張など
の変化を受けるために、これら構造と材料的な要因によ
り、温度ドリフトが大きく、検知動作の安定性に難があ
り、温度変化により出力値が変動するなど、センサ感度
の変化が大きいなどの欠点があった。

【０００５】この発明は、広い温度範囲で温度特性に優
れ、高感度、低ドリフトで加速度を検知できる加速度セ
ンサを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の加速度センサ
は、所望の結晶軸とその面内で切り出された水晶ブラン
クに機械的あるいは電気的加工法で加工し、水晶ブラン
クだけで振動腕が面対称的に配置された一対の略Ｕ字音
叉形水晶振動子を形成し、それらの一方を駆動側音叉と
し他方を検知側音叉とし、両略Ｕ字音叉形水晶振動子の
作用を駆動用と検知用とに分離した一体構成、つまり２
つの略Ｕ字音叉形水晶振動子を互いに平行に面対向する
ように、２つの振動腕の基部である支持部において結合
子を介して一体構成したものである。

【０００７】結合子の支持部に対する結合部位は、略Ｕ
字音叉形水晶振動子の機械的Ｑ値の低下が少なく、かつ
有効に振動を伝達することができる箇所が望ましい。例
えば、支持部において、振動節（意味については後述す
る）を含むある面積をもった領域どうしを結合子を介し
一体構成すればよい。このように、駆動側音叉と検知側
音叉は、支持部に発生する振動節を部分的に含むある面
積をもった領域同士をブロック状の結合子を介して固着
すると、「エネルギー閉じ込め理論」により、音叉振動
の機械的Ｑ値と駆動側音叉から検知側音叉への機械伝達
効率を最大にすることができる。したがって、従来の音
叉結合部の基板における機械的伝達ロスが飛躍的に改善
でき、コリオリの力による角速度検出の感度を格段に向
上させることができる。

【０００８】なお、支持部の底面など、支持部の他の部
分同士を連結しても、駆動側から検知側へ振動を伝達で
きるので、結合の部位は、上記した振動節に限らないも
のである。上記のように、本発明は、一方の駆動側音叉
が駆動振動（捩じれ振動）を持続するようにし、他方の
検知側音叉はコリオリの力を検出するため、検知側音叉
の２つの振動腕を結ぶ方向（Ｘ軸方向）、すなわち加速
度による変位速度の方向（Ｚ′軸方向）に対し、直角方
向の振動成分の電気的信号を検知側音叉で取り出すため
の電極を備え、加速度を検出することにより、温度ドリ
フトが非常に少なく、かつ高精度で安価な加速度センサ
を得ることができるものである。

【０００９】また、振動腕と支持部が一体に連結する略
Ｕ字音叉形水晶振動子を用いているので、従来例にみる
圧電素子貼り付け工程などの種々の製造工程がなく、温
度的にばらつきのない安定した加速度センサを得るもの
である。以下、各請求項に対応して説明する。請求項１
記載の加速度センサは、結晶軸Ｘ，Ｙ，ＺのＸ軸周りに
回転した新たな結晶軸Ｘ，Ｙ′，Ｚ′のＹ′軸方向を長
手方向にしてＸ，Ｙ′面内でそれぞれ切り出し、方形断
面の一方および他方の対称な振動腕を支持部で平行一体
に連結した形状をそれぞれ有する略Ｕ字音叉形水晶ブラ
ンクの前記一方および他方の振動腕の周面に電極をそれ
ぞれ配設してなる第１および第２の音叉形水晶振動子
を、互いに平行に面対向した状態に結合子を介し前記支
持部において固着したもので、前記第１の音叉形水晶振
動子を、電極を介して交流電圧を印加することにより、
一方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変位する互いに
逆相の捩じれ振動を発生させる駆動側音叉とし、前記第
２の音叉形水晶振動子を、前記結合子を経由して前記第
１の音叉形水晶振動子から伝播した一方および他方の振
動腕のＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動と
Ｚ′軸方向の加速度とに基づくコリオリの力によって発
生する一方および他方の振動腕のＸ軸方向の互いに逆相
の屈曲振動により生じる交流電圧を電極を介して検出す
る加速度検出用の検知側音叉としたことを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の加速度センサは、請求項１
記載の加速度センサにおいて、駆動側音叉の一方および
他方の振動腕のＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じ
れ振動の共振周波数と検知側音叉の一方および他方の振
動腕のＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動の共振周波数と
がほぼ等しく、かつ前記駆動側音叉の一方および他方の
振動腕のＸ軸方向に変位する互いに逆相の屈曲振動の共
振周波数と前記検知側音叉の一方および他方の振動腕の
Ｙ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動の共振周
波数とが異なるように、前記駆動側音叉の振動腕と前記
検知側音叉の振動腕とを異なる形状寸法に設定したこと
を特徴とする。

【００１１】請求項３記載の加速度センサは、請求項１
記載の加速度センサにおいて、駆動側音叉の一方および
他方の振動腕のＸ軸方向に変位する互いに逆相の屈曲振
動の共振周波数とＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩
じれ振動と検知側音叉の一方および他方の振動腕のＸ軸
方向の互いに逆相の屈曲振動の共振周波数とＹ′軸周り
に変位する互いに逆相の捩じれ振動の共振周波数とが互
いに隔離して異なるように、前記駆動側音叉の振動腕と
前記検知側音叉の振動腕とを異なる形状寸法に設定した
ことを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の加速度センサは、請求項１
記載の加速度センサにおいて、駆動側音叉の一方および
他方の振動腕の周面に配設する電極は、Ｚ′軸方向に見
て前記一方および他方の振動腕の表裏面にそれぞれ周方
向に３分割された状態でそれぞれ設けてあり、前記一方
および他方の振動腕の表裏面の３分割されて外側にある
電極を外電極とし中側にある電極を中側電極とし内側に
ある電極を内電極としたとき、一方の振動腕の表面内電
極と表面外電極と裏面中側電極と他方の振動腕の裏面内
電極と裏面外電極と表面中側電極とを共通接続し、かつ
他方の振動腕の表面内電極と表面外電極と裏面中側電極
と一方の振動腕の裏面内電極と裏面外電極と表面中側電
極とを共通接続したことを特徴とする。

【００１３】請求項５記載の加速度センサは、請求項１
記載の加速度センサにおいて、検知側音叉の一方および
他方の振動腕の周面に配設する電極は、Ｚ′軸方向に見
て前記一方および他方の振動腕の表裏および両側の４周
面にそれぞれ４つの稜線部分で周方向に４分割された状
態にそれぞれ設けてあり、前記一方の振動腕の表裏面電
極と前記他方の振動腕の両側面電極とを共通接続し、前
記他方の振動腕の表裏面電極と前記一方の振動腕の両側
面電極とを共通接続したことを特徴とする。

【００１４】請求項６記載の加速度センサは、請求項１
記載の加速度センサにおいて、結合子は、両端面がある
面積を有する柱状であって、両端面が駆動側音叉および
検知側音叉の支持部に生成される振動節を部分的に含む
表面に接着されていることを特徴とする。請求項７記載
の加速度センサは、請求項１記載の加速度センサにおい
て、駆動側音叉および検知側音叉は、支持部に生成され
る振動節を部分的に含むある面積をもった貫通孔をそれ
ぞれ有し、結合子は、柱状であって、両端部が前記貫通
孔に貫挿した状態に前記駆動側音叉および検知側音叉の
支持部に接着されていることを特徴とする。

【００１５】請求項８記載の加速度センサは、方形断面
の一方および他方の対称な振動腕を支持部で平行一体に
連結した形状をそれぞれ有する略Ｕ字音叉形水晶ブラン
クの前記一方および他方の振動腕の周面に電極をそれぞ
れ配設してなる第１および第２の音叉形水晶振動子を、
互いに平行に面対向した状態に結合子を介し前記支持部
において固着したもので、前記第１の音叉形水晶振動子
を、電極を介して交流電圧を印加することにより、一方
および他方の振動腕の長手方向の周りに変位する互いに
逆相の捩じれ振動を発生させる駆動側音叉とし、前記第
２の音叉形水晶振動子を、前記結合子を経由して前記第
１の音叉形水晶振動子から伝播した一方および他方の振
動腕の長手方向の周りに変位する互いに逆相の捩じれ振
動と前記一方および他方の振動腕の並び方向と直交する
方向の加速度とに基づくコリオリの力によって発生する
一方および他方の振動腕の並び方向の互いに逆相の屈曲
振動により生じる交流電圧を電極を介して検出する加速
度検出用の検知側音叉としたことを特徴とする。

【００１６】

【作用】請求項１記載の構成によれば、駆動側音叉であ
る第１の音叉形水晶振動子に電極を介して交流電圧を印
加することにより、駆動側音叉に一方および他方の振動
腕のＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動が発
生する。このＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ
振動は、一方および他方の振動腕にＺ′軸方向の加速度
が加えられる（当然第２の音叉形水晶振動子も同じ加速
度が与えられる）と、Ｚ′軸方向の加速度に基づくコリ
オリの力によって第１の音叉形水晶振動子の一方および
他方の振動腕のＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動が発生
する。この第１の音叉形水晶振動子の一方および他方の
振動腕のＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動により生じる
交流電圧を電極を介して検出する。この交流電圧はＺ′
軸方向の加速度に比例した値をとるので、上記の交流電
圧からＺ′軸方向の加速度が検出できる。

【００１７】請求項２記載の構成によれば、駆動側音叉
の一方および他方の振動腕のＸ軸方向の屈曲振動の共振
周波数と検知側音叉の一方および他方の振動腕のＸ軸方
向の互いに逆相の屈曲振動の共振周波数とがほぼ等し
く、かつ駆動側音叉の一方および他方の振動腕のＸ軸方
向に変位する互いに逆相の屈曲振動の共振周波数と検知
側音叉の一方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変位す
る互いに逆相の捩じれ振動の共振周波数とが異なること
により、駆動側音叉を共振駆動した場合において、検知
側音叉では、一方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変
位する互いに逆相の捩じれ振動とＺ′軸方向の加速度に
基づくコリオリの力によって検知側音叉の一方および他
方の振動腕に発生するＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動
を効率良く抽出するとともに、Ｙ′軸周りに変位する互
いに逆相の捩じれ振動の影響が小さくなる。この結果、
Ｙ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動により生
じる交流電圧の影響を抑えつつ、Ｘ軸方向の互いに逆相
の屈曲振動により生じる交流電圧を有効に検出できるこ
とになり、精度よくＺ′軸方向の加速度を検出すること
が可能となる。

【００１８】請求項３記載の構成によれば、駆動側音叉
の一方および他方の振動腕のＸ軸方向に変位する互いに
逆相の屈曲振動の共振周波数とＹ′軸周りに変位する互
いに逆相の捩じれ振動と検知側音叉の一方および他方の
振動腕のＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動の共振周波数
とＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動の共振
周波数とが互いに隔離して異なることにより、駆動側音
叉を共振駆動した場合において、検知側音叉では、一方
および他方の振動腕のＹ′軸周りに変位する互いに逆相
の捩じれ振動とＺ′軸方向の加速度に基づくコリオリの
力によって検知側音叉の一方および他方の振動腕に発生
するＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動に対して、Ｙ′軸
周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動が影響すること
がなくなる。この結果、Ｙ′軸周りに変位する互いに逆
相の捩じれ振動により生じる交流電圧の影響を抑えつ
つ、Ｘ軸方向の互いに逆相の屈曲振動により生じる交流
電圧を有効に検出できることになり、精度よくＺ′軸方
向の加速度を検出することが可能となる。

【００１９】請求項４記載の構成によれば、駆動側音叉
の共通接続した２組の電極間に交流電圧を加えて一方お
よび他方の振動腕のＹ′軸周りに変位する互いに逆相の
捩じれ振動を起こさせる。この際、交流電圧の周波数
は、一方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変位する互
いに逆相の捩じれ振動の共振周波数に近いものとし、駆
動側音叉を共振駆動する。

【００２０】請求項５記載の構成によれば、検知側音叉
の共通接続した２組の電極間には、一方および他方の振
動腕に発生するＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動に伴う
交流電圧が生じることになる。請求項６記載の構成によ
れば、駆動側音叉の一方および他方の振動腕のＸ軸方向
の互いに逆相の屈曲振動が、駆動側音叉の機械的Ｑ値が
低下することなく、効率よく検知側音叉に伝達されるこ
とになる。

【００２１】請求項７記載の構成によれば、駆動側音叉
の一方および他方の振動腕のＸ軸方向の互いに逆相の屈
曲振動が、駆動側音叉の機械的Ｑ値が低下することな
く、効率よく検知側音叉に伝達されることになる。請求
項８記載の構成によれば、駆動側音叉および検知側音叉
の切り出し方向が任意であるので、切り出し方向の違い
による特性の違いはあるものの、本質的には、請求項１
と同様に作用する。

【００２２】ここで、２つの略Ｕ字音叉形水晶振動子を
結合子を介して連結して一体化している理由について説
明する。音叉形水晶振動子において、今仮に、音叉形水
晶振動子のＺ′軸に加速度を加えたとすると、加速度に
よる変位速度ｖにより、各振動腕には、コリオリの力が
Ｘ軸線対称の方向に発生する。このとき、発生するＸ軸
線対称方向の振動は、Ｙ′軸の周りの捩じれ振動とＺ軸
の加速度方向と直交するＸ軸方向成分に振動をすること
になる。すなわち、加速度検知の原理は、一方および他
方の振動腕がＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ
振動を生じているとき、振動腕に加速度による変位速度
ｖが印加されたとすると、コリオリの力はＺ軸方向と直
交するＸ軸方向に屈曲振動として新たに発生する。この
屈曲振動の成分を検出することにより、加速度を検出す
ることが可能となる。

【００２３】しかしながら、単一の音叉形水晶振動子に
おいては、共振駆動のＹ′軸周りに変位する互いに逆相
の捩じれ振動の共振周波数と、これに同期して新たに発
生するＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動の非共振周波数
は、同一周波数であるので分離することは一般に困難で
ある。これは、仮に分離電極配置等の工夫によりこの２
モードをうまく分離し検出することができたとしても、
共振駆動の強いレベルに対して、検出レベルは極めて低
いレベルであることから、誘導等により検出レベルがマ
スクされ、あるいは影響を受けて、もとより正確な検出
ができないことに起因している。かくして、周波数の差
異によって、駆動と検出を分離する何らかの解決手段が
望まれていた。

【００２４】そこで、本発明は、２個の略Ｕ字音叉形水
晶振動子を結合子を介して接合することにより、駆動側
と検知側に分離し、この困難性を解決したものである。
本発明においては、水晶振動子そのものが一対の振動腕
を面対称的に配置したものであり、音叉形状を有する略
Ｕ字音叉形水晶振動子の２つのうち一方を駆動側音叉と
し、他方を検知側音叉とし、結合子で一体化したもので
ある。

【００２５】そして、これらの音叉の素材として、水晶
を用いることにより、加速度検知感度が高く、熱的膨張
係数が小さく、電極配置によりＹ′軸周りに変位する互
いに逆相の捩じれ振動をさせることにより加速度検知を
可能とし、温度変化に対する水晶の周波数依存性がより
小さくなり、結果的には加速度センサの温度ドリフト低
減につながり、小さくなるのである。また、駆動側の駆
動信号成分の検知側へ不要信号成分としての混入が小さ
く、駆動時の共振周波数変動が小さく、同期検波時の位
相ずれ変化が小さいという作用効果を得る。そして結果
的には、広い温度範囲で温度特性に優れた加速度センサ
を得ることができるのである。

【００２６】ここで、本発明の作用についてもう少し説
明する。これは大きく振動している特定の駆動モード
（この場合はＸモード）で共振振動している音叉に、コ
リオリの力による新しい振動モード（この場合はＺモー
ド）が（絶対に共振ではなく）発生するので、この発生
した新しい振動モード（この場合はＺモード、但し、周
波数は駆動モードと同期しているので駆動モードと同一
である）をモード共振により選択的（一種のメカニカル
なフィルタリングです）に検出するものである。

【００２７】つまり、検知側音叉に駆動側振動モードが
混在すると、誤検出となる恐れがありますので（レベル
が１００ｄＢと隔絶しているので）、駆動の振動モード
に対し検出の振動モードを選択できるよう、検出側音叉
の電極構造を駆動側音叉と異なるものとし、また共振周
波数に対し共振選択特性を付与すべく振動腕の形状寸法
を異ならしめているのである。検知側音叉においては、
駆動モードを可能な限り抑制して、検出モードのみを可
能な限り効率よく検出するのである。

【００２８】この発明では、複数の振動モードを取り扱
うので、それらに対する対策が重要なポイントとなって
いる。すなわち、このＸ軸方向に変位する互いに逆相の
屈曲振動は、駆動側音叉の第１の音叉形水晶振動子の支
持部から結合子を介して検知側音叉である第２の音叉形
水晶振動子の支持部に一部伝播するが、第２の音叉のＸ
軸方向に変位する互いに逆相の屈曲振動と共振周波数が
一致せず共振しないように設定されてあるから、大部分
は駆動側音叉に閉じ込められる。このときに、第１の音
叉形水晶振動子にＹ′軸周りの回転角速度が与えられる
（当然第２の音叉形水晶振動子も同じ回転角速度が与え
られる）と、コリオリの力とによって、第１の音叉形水
晶振動子の一方及び他方の振動腕のＺ′軸方向の互いに
逆相の屈曲振動が新たに発生する。このＺ′軸方向の互
いに逆相の屈曲振動は結合子を介して第２の音叉形水晶
振動子に伝播するが、Ｚ′軸方向の互いに逆相の屈曲振
動の共振周波数とほぼ等しく設定してあると、効率よく
検出することができる。

【００２９】共振現象を利用した検出は高感度、高能率
であるから、小型化・高精度に好適であるが、他の信号
妨害を受け易い欠点も持っている。また、Ｘ軸方向の互
いに逆相の屈曲振動、あるいはＺ′軸方向の互いに逆相
の屈曲振動などの、多数の異なる振動を利用しようとす
る場合、不要振動による干渉を排除しと抑制することに
特に留意しなければならない。比較的容易な対策は、多
少感度を犠牲にしても互いの共振周波数を隔離しあるい
は近接を避けるよう設定することである。

【００３０】幸いにして、これら各種振動は互いに直交
していて境界条件が独立な関係にあるから、相互干渉も
なく制御しやすい利点がある。例えば、Ｚ′軸方向に変
位する屈曲振動とＸ軸方向に変位する屈曲振動は、振動
腕の長さを周波数決定の共通境界条件としているが、他
方、厚みと幅を他の境界条件としているので、圧電定数
の差異と併せ、厚みと幅を異ならしめることによりきわ
めて容易にそれら共振周波数を隔離し異なるよう設定す
ることができる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１は本発明の第１の実施例の加速度センサ
の斜視図を示している。同図（ａ）は組み立て状態の斜
視図、同図（ｂ）は分解状態の斜視図である。図１にお
いて、２１は方形断面の一方および他方の対称な振動腕
２４，２５を支持部２３で平行一体に連結した形状をそ
れぞれ有する略Ｕ字音叉形水晶ブランクからなる第１の
音叉形水晶振動子（以下、駆動側音叉という）で、電気
的加工または機械的加工によって切り出され、一方およ
び他方の振動腕２４，２５の周面に駆動用電極２２を配
設している。２６は同じく方形断面の一方および他方の
対称な振動腕２９，３０を支持部２８で平行一体に連結
した形状をそれぞれ有する略Ｕ字音叉形水晶ブランクか
らなる第２の音叉形水晶振動子（以下、検知側音叉とい
う）で、一方および他方の振動腕２９，３０の周面に検
知用電極２７を配設している。

【００３２】３１は水晶からなる方形断面の結合子で、
両端面を駆動側音叉２１および検知側音叉２６のそれぞ
れの駆動側支持部２３および検知側支持部２８の略中央
部表面に位置する駆動側振動節を部分的に含む接合部３
２と検知側振動節を部分的に含む接合部３３とを接着に
より結合して加速度センサを構成している。この場合、
駆動側音叉２１と検知側音叉２６とは、互いに平行に面
対向した状態になっている。この結合子３１は、駆動側
音叉２１の振動を検知側音叉２６に伝達させる機能を有
しているが、それは、結合子３１が駆動側音叉２１およ
び検知側音叉２６とともに音叉を構成しているからであ
ると考えられる。

【００３３】以下に、要部である駆動側音叉２１および
検知側音叉２６に用いる略Ｕ字音叉形水晶ブランクにつ
いて説明する。図２は駆動側音叉２１および検知側音叉
２６に用いる略Ｕ字音叉形水晶ブランクの斜視図であ
る。図２において、３４は駆動側音叉２１および検知側
音叉２６に用いる略凹形状を有する略Ｕ字音叉形水晶ブ
ランクである。この水晶ブランク３４は結晶軸Ｘ，Ｙ，
Ｚに対して、Ｘ軸周りで角度θ（＝１〜３°）回転した
新たな結晶軸Ｘ，Ｙ′，Ｚ′のＹ′軸方向を長手方向に
してＸ，Ｙ′面内で切り出したものであり、平行な２つ
の振動腕３５Ａ，３５Ｂを支持部３５Ｃで結合した構造
である。

【００３４】ここで、略Ｕ字音叉形水晶振動子を構成す
る水晶ブランクの寸法の一例について説明する。例え
ば、第１の実施例として、駆動側音叉および検知側音叉
の振動腕は、水晶をＵ字形状に長さ（Ｌ）１０mm×厚み
（ｔ）２．５mm×幅（Ｗ）３．５mmの寸法で図２に示し
たカット方向にて成型加工される。駆動側音叉および検
知側音叉の寸法は、上記の例に限らず、両音叉の寸法は
同じである必要はなく、Ｙ′軸周りに変位する互いに逆
相の捩じれ振動およびＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動
の共振周波数に応じて適宜設定される。

【００３５】この略Ｕ字音叉形水晶ブランク３４を図１
に示した加速度センサの駆動側音叉２１および検知側音
叉２６に用いる場合、駆動側音叉２１のＹ′軸周りに変
位する互いに逆相の捩じれ振動の共振周波数と検知側音
叉２６のＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動との共振周波
数が等しく、かつ、駆動側音叉２１のＸ軸方向の互いに
逆相の屈曲振動の共振周波数と検知側音叉２６のＹ′軸
周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動の共振周波数が
異なるような形状寸法で切り出して用いている。

【００３６】上記の駆動側音叉２１は、駆動用電極２２
を介して交流電圧を印加することにより、一方および他
方の振動腕２４，２５のＹ′軸周りに変位する互いに逆
相の捩じれ振動を発生させる。この場合、交流電圧の周
波数は、Ｙ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動
の共振周波数にほぼ一致した周波数として、共振駆動を
行う。

【００３７】また、検知側音叉２６は、結合子３１を経
由して駆動側音叉２１から伝播したＹ′軸周りに変位す
る互いに逆相の捩じれ振動とＺ′軸方向の加速度に基づ
くコリオリの力によって発生する一方および他方の振動
腕２９，３０のＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動により
生じる交流電圧を電極を介して検出する。以下に、要部
である駆動用電極２２の具体構成について説明する。図
３は、要部である駆動側音叉２１の一方および他方の振
動腕の周面に形成された駆動用電極２２の結線図であ
る。図３において、３６ａ，３６ｂ，３６ｃは一方の振
動腕２４のＺ′軸方向から見て表面に形成された外側、
中側、内側の駆動用電極、３６ｄ，３６ｅ，３６ｆは一
方の振動腕２４のＺ′軸方向から見て裏面に形成された
外側、中側、内側の駆動用電極である。３７ａ，３７
ｂ，３７ｃは他方の振動腕２５のＺ′軸方向から見て表
面に形成された内側、中側、外側の駆動用電極、３７
ｄ，３７ｅ，３７ｆは他方の振動腕２５のＺ′軸方向か
ら見て裏面に形成された内側、中側、外側の駆動用電極
であり、図１に示した通り、Ｚ′軸方向に見て一方およ
び他方の振動腕の表裏面にそれぞれ周方向に３分割され
た状態にそれぞれ設けてある。

【００３８】そして、一方の振動腕２４の表裏面の駆動
用電極３６ａ，３６ｃ，３６ｅと他方の振動腕２５の両
側面の駆動用電極３７ｂ，３７ｄ，３７ｆとを共通接続
し、他方の振動腕２５の表裏面の駆動用電極３７ａ，３
７ｃ，３７ｅと一方の振動腕２４の両側面の駆動用電極
３６ｂ，３６ｄ，３７ｆとを共通接続している。駆動用
電極３６ａ，３６ｃ，３６ｅ，３７ｂ，３７ｄ，３７ｆ
の共通接続、ならびに駆動用電極３６ｂ，３６ｄ，，３
６ｆ，３７ａ，３７ｃ，３７ｅの共通接続は、振動腕２
４，２５の周面上で電極パターンを延長形成することに
より行っている。

【００３９】３８は共通接続した駆動用電極３６ａ，３
６ｃ，３６ｅ，３７ｂ，３７ｄ，３７ｆに接続された共
通線路、３９は共通接続した駆動用電極３６ｂ，３６
ｄ，，３６ｆ，３７ａ，３７ｃ，３７ｅに接続された共
通線路である。以上のように構成された駆動用電極２２
の動作について説明すると、共通線路３８，３９間に駆
動信号（交流電圧）を印加して共振駆動を行えば、一方
および他方の振動腕２４，２５のＹ′軸周りに変位する
互いに逆相の捩じれ振動が発生し、駆動音叉２１の一方
の振動腕２４、他方の振動腕２５が互いに逆方向に捩じ
れるのである。

【００４０】以下に、要部である検知用電極２７の具体
構成について説明する。図４は、要部である検知側音叉
２６の一方および他方の振動腕の表裏および両側の４周
面に形成された検知用電極２７の結線図である。図４に
おいて、４０ａ，４０ｃは一方の振動腕２９のＺ′軸方
向から見て表面および裏面にそれぞれ形成された検知用
電極、４０ｂ，４０ｄは一方の振動腕２９のＺ′軸方向
から見て両側面にそれぞれ形成された検知用電極であ
る。４１ａ，４１ｃは他方の振動腕３０のＺ′軸方向か
ら見て表面および裏面にそれぞれ形成された検知用電
極、４１ｂ，４１ｄは他方の振動腕３０のＺ′軸方向か
ら見て両側面にそれぞれ形成された検知用電極であり、
図１に示した通り、Ｚ′軸方向に見て一方および他方の
振動腕の表裏および両側の４周面にそれぞれ４つの稜線
部分で周方向に４分割された状態にそれぞれ設けてあ
る。

【００４１】そして、一方の振動腕２９の表裏面の検知
用電極４０ａ，４０ｃと他方の振動腕３０の両側面の検
知用電極４１ｂ，４１ｄとを共通接続し、他方の振動腕
３０の表裏面の検知用電極４１ａ，４１ｃと一方の振動
腕２９の両側面の検知用電極４０ｂ，４０ｄとを共通接
続している。検知用電極４０ａ，４０ｃ，４１ｂ，４１
ｄの共通接続、ならびに検知用電極４０ｂ，４０ｄ，４
１ａ，４１ｃの共通接続は、振動腕２９，３０の周面上
で電極パターンを延長形成することにより行っている。

【００４２】４２は共通接続した検知用電極４０ａ，４
０ｃ，４１ｂ，４１ｄに接続された共通線路、４３は共
通接続した検知用電極４０ｂ，４０ｄ，４１ａ，４１ｃ
に接続された共通線路である。以下に、図１において駆
動側振動節３２および検知側振動節３３として示した振
動節について詳しく説明する。図５は、略Ｕ字音叉形水
晶ブランク３４の側面図で、振動節の検出のための構成
を示している。図６（ａ）は振動節の位置を示す略Ｕ字
音叉形水晶ブランク３４の斜視図、図６（ｂ）は同じく
正面図、図６（ｃ）は同じく側面図である。

【００４３】図５において、略Ｕ字音叉形水晶ブランク
３４の支持部３５Ｃを挟み込むように対称なピンポイン
ト支持具４３で略Ｕ字音叉形水晶ブランク３４を保持
し、この略Ｕ字音叉形水晶ブランク３４に電気信号を与
えて、図６（ａ），（ｂ）の矢印方向（Ｘ軸方向）に示
すように、振動腕３５Ａ，３５Ｂが開閉する方向、つま
り、Ｘモードの屈曲振動を与えて、屈曲振動（共振）の
機械的先鋭度（以下、「機械的Ｑ値」と記す。）を測定
し、機械的Ｑ値の減少が少ない点を測定する。図６
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す曲線ＡＭＢ，ＢＮＣより
下側の斜線部は、機械的Ｑ値の減少が数％以内に留まる
部分を示している。

【００４４】上記曲線ＡＭＢ，ＢＮＣを便宜上、振動節
と定義している。つまり、略Ｕ字音叉形水晶ブランク３
４が振動している部分と振動していない部分の境界線に
近いラインをイメージしている。つまり、それを含むよ
うにある面積の結合子で２つの略Ｕ字音叉形水晶ブラン
クを結合したときに、一方の略Ｕ字音叉形水晶ブランク
の屈曲振動がよく行われ、かつ一方の略Ｕ字音叉形水晶
ブランクの屈曲振動が他方の略Ｕ字音叉形水晶ブランク
に伝わりやすい部分が振動節である。

【００４５】図６（ｂ），（ｃ）にはＸモードの振動状
態を点線で示しているが、略Ｕ字音叉形水晶ブランクの
側面は表裏面に比べて下の方まで振動していることを示
している。振動腕と支持部の寸法にもよるが、支持部が
十分大きいなら、Ｍ点はおよそ中点にある。また、Ｎ点
は支持部の８０％〜９０％のところにある。Ｍ点を通る
音叉の対称軸上で斜線内で結合すれば、駆動側音叉とな
る略Ｕ字音叉形水晶ブランクの共振Ｑ値の減少は少ない
が、検知側音叉となる略Ｕ字音叉形水晶ブランクへの振
動エネルギーの伝達が非常に悪い。

【００４６】したがって、その曲線ＡＭＢからなる振動
節を含むある面積をもった結合子で結合すれば、有効な
振動の授受が可能となる。例えば、Ｍ点を中心とした矩
形ＰＱＲＳ（図６（ｂ）参照）を接着面積とする柱状の
結合子で結合すればよい。その矩形ＰＱＲＳの面積の大
きさは支持部の大きさと考え合わせ、設計上の事項であ
る。

【００４７】図７および図８はピンポイント支持位置
（ｘ）に対する機械的Ｑ値の減少の度合いを示す一つの
実験例を示すものである。実験に使用した略Ｕ字音叉形
水晶ブランクのサンプルの寸法とカット軸を図７
（ａ），（ｂ）に示す。図７（ａ），（ｂ）において、
寸法ｚ₁ は９５mm、ｚ₂ は２５mm、ｚ₃ は７０mm、ｚ₄
は５mm、ｚ₅ は１５mmである。図７（ａ），（ｂ）の略
Ｕ字音叉形水晶ブランクについて、Ｘモードの振動を起
こさせ、ピンポイント支持位置を、ｈ線上、ｇ線上、
ｈ′線上、ｉ線上をそれぞれ移動させて、機械的Ｑ値の
減少の度合いを測定した。その実験結果を図８に示す。
図８の実験結果の縦軸は略Ｕ字音叉形水晶ブランクの底
（ｘ＝０）は支持できないので、ｘ＝２mmのデータで基
準化した。図８において、実線はｇ線上の特性を示し、
破線はｈ線上およびｈ′線上の特性を示し、一点鎖線は
ｉ線上の特性を示している。この図より、略Ｕ字音叉形
水晶ブランクの振動腕および支持部の側面は表裏面より
かなり下の方までピンポイント支持の影響が現れている
ことがわかる。

【００４８】また、ｈ，ｈ′上では、支持点をかなり振
動腕に近づけても機械的Ｑ値に影響を与えないことがわ
かる。以上のように構成された加速度センサの動作原理
について、以下に説明する。図９（ａ）は、本発明の加
速度センサの原理を示す図である。図９（ａ）におい
て、ＸＹ面に対し面対称な±Ｚ軸方向に加速度を加え、
そのとき、質量２ｍの角柱体が変位した速度をｖとす
る。角柱体の変位がＹ軸周りに角速度ベクトルωの捩じ
れ振動をしているとすると、ＸＹ面に対し面対称な±Ｚ
軸方向に加速度を加えると、これら角柱体には、２ｍω
×ｖのベクトル外積で表現されるコリオリの力Ｆが発生
する。

【００４９】このコリオリの力Ｆは、ベクトルω、ｖの
なす平面に右座標垂直方向であるから、この発生したコ
リオリの力のベクトルＦを検出することにより、印加し
た加速度を直接検出することができるのである。このコ
リオリの力の大きさ｜Ｆ｜は、角柱体の変位を ｄ＝Ａsin Ωｔ とすると、速度｜ｖ｜は、 ｜ｖ｜＝ｄｄ／ｄｔ＝ＡΩcos Ωｔ であるから、力｜Ｆ｜は、 ｜Ｆ｜＝２ｍＡΩ｜ω｜ と求められる。

【００５０】ここで、加速度センサの出力信号、力｜Ｆ
｜に比例した形で出力されるので、加速度センサの出力
信号から加速度が分かる。ここで、図９（ｂ）は、本発
明の要部である水晶ブランク３４の動作原理を示す図で
あり、同図（ａ）の原理図に対応するものである。図９
（ｂ）において、振動腕３５Ａ，３５ＢがＹ′軸周りに
変位する互いに逆相の捩じれ振動（角速度ω）をするも
のとすると、水晶ブランク３４のＺ軸の方向に加速度が
加わったときに、それぞれの振動腕３５Ａ，３５ＢにＸ
軸方向にコリオリの力Ｆが発生する。

【００５１】以下に、本発明の第１の実施例の加速度セ
ンサの動作について説明する。図１０は、動作を説明す
るための加速度センサをＹ′軸方向から見た状態の平面
図である。主として、以下のような動作をする。駆動側
音叉２１にＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振
動を持続させるように振動駆動手段（図示せず）を用い
て振動腕２４，２５の駆動用電極に上記した通りに交流
電圧を加えて振動腕２４，２５を捩じれ振動させると、
コリオリの力により他のモードの振動が生じ、検知側音
叉２６に伝播する。検知側音叉２６に結合子３１を通じ
て伝播した振動成分により検知側音叉２６がＹ′軸周り
に変位する互いに逆相の捩じれ振動をする。一方、検知
側音叉２６のＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動の振動成
分の電気的信号、すなわち、コリオリの力を検知側音叉
２６の振動腕２９，３０の表面に設けた検知用電極から
上記した通りに交流信号を信号検知手段（図示せず）に
より取り出すことにより、駆動側音叉２１，検知側音叉
２６の回転角速度に対応した加速度信号が得られる。な
お、以下のような動作もする。駆動側音叉２１にＹ′軸
周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動を持続させるよ
うに振動駆動手段（図示せず）を用いて振動腕２４，２
５の駆動用電極に上記した通りに交流電圧を加えて振動
腕２４，２５を捩じれ振動させると、検知側音叉２６に
結合子３１を通じて伝播した振動成分により検知側音叉
２６がＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動を
する。一方、検知側音叉２６の振動方向に対して、直角
方向のＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動の振動成分の電
気的信号、すなわち、コリオリの力を検知側音叉２６の
振動腕２９，３０の表面に設けた検知用電極から上記し
た通りに交流信号を信号検知手段（図示せず）により取
り出すことにより、駆動側音叉２１，検知側音叉２６の
回転角速度に対応した加速度信号が得られる。

【００５２】この実施例の加速度センサによれば、駆動
側音叉２１および検知側音叉２６としてそれぞれ従来例
のような貼り合わせタイプではない振動腕２４，２５；
２９，３０と支持部２５；２８とがそれぞれ一体となっ
た略Ｕ字音叉形水晶ブランクを用いているので、広い温
度範囲で温度特性に優れかつ各種ばらつきが少なく高精
度に加速度を検出することができる。

【００５３】また、駆動側音叉２１の一方および他方の
振動腕２４，２５のＹ′軸周りに変位する互いに逆相の
捩じれ振動の共振周波数と検知側音叉２６のＸ軸方向の
互いに逆相の屈曲振動の共振周波数とをほぼ等しく、か
つ駆動側音叉２１の一方および他方の振動腕のＸ軸方向
に変位する互いに逆相の屈曲振動の共振周波数と検知側
音叉２６の一方および他方の振動腕２９，３０のＹ′軸
周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動の共振周波数と
を異ならせているので、駆動側音叉２１を共振駆動した
場合において、Ｙ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じ
れ振動とＺ′軸方向の加速度に基づくコリオリの力によ
って一方および他方の振動腕２９，３０に発生するＸ軸
方向の互いに逆相の屈曲振動を効率良く抽出するととも
に、Ｙ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動の影
響を小さくできる。この結果、Ｙ′軸周りに変位する互
いに逆相の捩じれ振動により生じる交流電圧の影響を抑
えつつ、Ｘ軸方向の互いに逆相の屈曲振動により生じる
交流電圧を有効に検出できることになり、精度よくＺ′
軸方向の加速度を検出することが可能となる。

【００５４】また、結合子３１の両端面を駆動側音叉２
１および検知側音叉２６の支持部２３，２８に生成され
る振動節を部分的に含む表面に接着しているので、駆動
側音叉２１のＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ
振動を、駆動側音叉２１の機械的Ｑ値を低下させること
なく、最大の機械伝達効率で検知側音叉２６に伝達する
ことができるとともに、駆動側音叉２１と検知側音叉２
６とを結合子３１で簡単に一体化することができ、製造
が容易である。

【００５５】ここで、上記実施例をもとに、従来例と比
較し、その特性効果について説明する。前記に説明の本
発明の実施例によると、略Ｕ字音叉形水晶振動子からな
る駆動側音叉２１と検知側音叉２６を平行に面対向する
ように結合子３１で一体化することにより、機械的な共
振先鋭度（機械的Ｑ値）が高く、角速度検出感度が高
く、熱膨張係数が小さく、駆動周波数が安定し、その結
果、前記に説明したセンサの信号処理における同期整流
の位相ずれ変化が小さく、さらに駆動側の駆動信号成分
の一部が検知部へ不要信号成分として混入することがな
く、結果的には、ドリフト安定度は従来の１／１０と優
れた特性を得ることができた。

【００５６】図１１は本発明の第２の実施例の加速度セ
ンサの斜視図を示している。同図（ａ）は組み立て状態
の斜視図、同図（ｂ）は分解状態の斜視図である。この
実施例の加速度センサは、図１の角柱状の結合子に代え
て、円柱状の結合子３１Ａを用いたもので、その他の構
成は図１のものと同様である。この実施例の効果は前記
第１の実施例と同様である。

【００５７】図１２は本発明の第３の実施例の加速度セ
ンサの斜視図を示している。同図（ａ）は組み立て状態
の斜視図、同図（ｂ）は分解状態の斜視図である。この
実施例の加速度センサは、駆動側音叉２１および検知側
音叉２６の支持部２３，２８に振動節を含むある面積の
円形の貫通孔２３ａ，２８ａを例えばエッチングにより
設け、結合子３１Ａを貫通孔２３ａ，２８ａに貫挿した
状態で接着したものである。その他の構成は図１の実施
例の同様である。

【００５８】この実施例では、結合子３１Ａの両端を駆
動側音叉２１および検知側音叉２６の支持部２３，２８
に生成される振動節を部分的に含む貫通孔２３ａ，２８
ａに貫挿した状態で接着しているので、駆動側音叉２１
のＸ軸方向に変位する互いに逆相の屈曲振動を、駆動側
音叉２１の機械的Ｑ値を低下させることなく、最大の機
械伝達効率で検知側音叉２６に伝達することができると
ともに、駆動側音叉２１と結合側音叉２６とを結合子３
１Ａで強固に一体化で、耐振性に優れている。その他の
効果は第１の実施例と同様である。

【００５９】図１３は本発明の第４の実施例の加速度セ
ンサの斜視図を示している。同図（ａ）は組み立て状態
の斜視図、同図（ｂ）は分解状態の斜視図である。この
実施例の加速度センサは、駆動側音叉２１および検知側
音叉２６の支持部２３，２８に振動節を含むある面積の
方形の貫通孔２３ｂ，２８ｂを例えばえっチングにより
設け、結合子３１を貫通孔２３ｂ，２８ｂに貫挿した状
態で接着したものである。その他の構成は図１１の実施
例の同様である。

【００６０】この実施例では、結合子３１の両端を駆動
側音叉２１および検知側音叉２６の支持部２３，２８に
生成される振動節を部分的に含む貫通孔２３ｂ，２８ｂ
に貫挿した状態で接着しているので、駆動側音叉２１の
Ｘ軸方向に変位する互いに逆相の屈曲振動を、駆動側音
叉２１の機械的Ｑ値を低下させることなく、最大の機械
伝達効率で検知側音叉２６に伝達することができるとと
もに、駆動側音叉２１と結合側音叉２６とを結合子３１
で強固に一体化で、耐振性に優れている。その他の効果
は第１の実施例と同様である。

【００６１】なお、前記各実施例では、駆動側音叉の一
方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変位する互いに逆
相の捩じれ振動の共振周波数と検知側音叉の一方および
他方の振動腕のＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動の共振
周波数とがほぼ等しく、かつ駆動側音叉の一方および他
方の振動腕のＸ軸方向に変位する互いに逆相の屈曲振動
の共振周波数と検知側音叉の一方および他方の振動腕の
Ｙ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動の共振周
波数とが異なるように、駆動側音叉の振動腕と検知側音
叉の振動腕とを異なる形状寸法に設定していたが、これ
に代えて、第５の実施例として、駆動側音叉の一方およ
び他方の振動腕のＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩
じれ振動の共振周波数とＸ軸方向に変位する互いに逆相
の屈曲振動の共振周波数と検知側音叉の一方および他方
の振動腕のＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振
動とＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動の共振周波数とが
互いに隔離して異なるように、駆動側音叉の振動腕と検
知側音叉の振動腕とを異なる形状寸法に設定してもよ
い。上記のように設定する場合には、例えば検知側音叉
を構成する水晶ブランクの振動腕の寸法とし、長さ
（Ｌ）１０mm×厚み（ｔ）３．５mm×幅（Ｗ）２．５mm
とし、図１５に示すように、結合一体化する。

【００６２】このように構成すると、駆動側音叉２１の
一方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変位する互いに
逆相の捩じれ振動の共振周波数とＸ軸方向に変位する互
いに逆相の屈曲振動の共振周波数と検知側音叉２６の一
方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変位する互いに逆
相の捩じれ振動とＸ軸方向の互いに逆相の屈曲振動の共
振周波数とを互いに隔離して異ならせているので、駆動
側音叉を共振駆動した場合において、Ｙ′軸周りに変位
する互いに逆相の捩じれ振動とＺ′軸方向の加速度に基
づくコリオリの力によって検知側音叉２６の一方および
他方の振動腕２８，２９に発生するＸ軸方向の互いに逆
相の屈曲振動に対して、Ｙ′軸周りに変位する互いに逆
相の捩じれ振動が極端に大きくならないようにできる。
この結果、Ｙ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振
動により生じる交流電圧の影響を抑えつつ、Ｘ軸方向の
互いに逆相の屈曲振動により生じる交流電圧を有効に検
出できることになり、精度よくＺ′軸方向の加速度を検
出することが可能となる。その他の点については、前記
各実施例と同様である。

【００６３】なお、駆動側音叉および検知側音叉の支持
部における振動節ではなく、支持部の例えば下底部同士
を結合子を介して結合しても、駆動側音叉から検知側音
叉へ振動を有効に伝達することができ、このような構成
も実施例として含まれる。つまり、音叉振動の機械的振
動先鋭度が低下せずに、振動エネルギーの一部を伝達さ
せる部位なら支持部のどこを結合してもよい。また、結
合は１箇所で行っているが、２個以上の結合子を用いる
ことにより、２箇所以上で行ってもよいのは当然であ
る。

【００６４】また、駆動側音叉２１，検知側音叉２６の
電極構造は、上記各実施例に示したものに限らず、種々
変更可能であり、要は屈曲振動とコリオリの信号成分を
検出することができればよいものである。例えば検知用
電極としては、振動腕の４つの稜線にそれぞれ跨がって
形成した４個の電極でもよいし、振動腕の両側面にそれ
ぞれ周方向に２分割した電極でもよい。

【００６５】なお、上記実施例では、結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚ
のＸ軸周りに２〜３度程度回転した新たな結晶軸Ｘ，
Ｙ′，Ｚ′のＹ′軸方向を長手方向にしてＸ，Ｙ′面内
で切り出した水晶ブランクを使用したが、結晶軸Ｘ，
Ｙ，ＺのＹ軸方向を長手方向にして切り出した水晶ブラ
ンクを使用することもできる。したがって、特許請求の
範囲における「結晶軸Ｘ，Ｙ，ＺのＸ軸周りに回転した
新たな結晶軸Ｘ，Ｙ′，Ｚ′」の表現には、回転角度が
０度の場合、つまり、結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚと結晶軸Ｘ，
Ｙ′，Ｚ′とが重なっている場合も含まれる。また、上
記の結晶軸の回転角度２〜３度以外の角度でもよい。つ
まり、駆動側音叉２１，検知側音叉２６の切り出し方向
は、図２に示したものに限らず、結晶軸Ｘ，Ｙ，ＺのＹ
軸方向を長手方向にしてＸ，Ｙ面内でそれぞれ切り出し
ても、所期の効果は達成できる。ただ、図１および図２
の実施例に比べると、切り出し方向の違いから多少効果
は落ちるが、特に問題はない。また、長手方向とする軸
は、Ｙ，Ｙ′にかぎらず、Ｘ，Ｘ′軸、Ｚ，Ｚ′軸で
も、所期の効果は得られる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
不要信号成分が低減され、広い温度範囲でかつ、直流に
近い低周波の加速度検知も可能となり、急激な温度変化
に対しても特性変化のきわめて少ない安定した加速度セ
ンサを得ることができる。また、駆動側音叉と検知側音
叉を、支持部に発生する振動節を部分的に含むある面積
をもったブロック結合子を介して固着すれば、、音叉振
動の機械的Ｑ値と駆動側音叉から検知側音叉への機械的
伝達効率を最も向上させることができる。

【００６７】したがって、両音叉を結合する際の機械的
伝達ロスが飛躍的に改善でき、コリオリ力による加速度
検出の感度を向上させることができる。そして、構成が
簡単な構造であるため、低コスト化を図ることができ、
工業的価値が大である。そして、構成が簡単な構造であ
るため、低コスト化を図ることができ、工業的価値が大
である。

【００６８】以下、各請求項毎の効果について説明す
る。請求項１記載の加速度センサによれば、駆動側音叉
および検知側音叉としてそれぞれ従来例のような貼り合
わせタイプではない振動腕と支持部とが一体となった略
Ｕ字音叉形水晶ブランクを用いているので、広い温度範
囲で温度特性に優れかつ各種ばらつきが少なく高精度に
加速度を検出することができる。

【００６９】請求項２記載の加速度センサによれば、駆
動側音叉の一方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変位
する互いに逆相の捩じれ振動の共振周波数と検知側音叉
の一方および他方の振動腕のＸ軸方向の互いに逆相の屈
曲振動の共振周波数とをほぼ等しく、かつ駆動側音叉の
一方および他方の振動腕のＸ軸方向に変位する互いに逆
相の屈曲振動の共振周波数と検知側音叉の一方および他
方の振動腕のＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ
振動の共振周波数とを異ならせているので、駆動側音叉
を共振駆動した場合において、検知側音叉では、Ｙ′軸
周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動とＺ′軸方向の
加速度に基づくコリオリの力によって検知側音叉の一方
および他方の振動腕に発生するＸ軸方向の互いに逆相の
屈曲振動を大きくできるとともに、Ｙ′軸周りに変位す
る互いに逆相の捩じれ振動を小さくできる。この結果、
Ｙ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動により生
じる交流電圧の影響を抑えつつ、Ｘ軸方向の互いに逆相
の屈曲振動により生じる交流電圧を有効に検出できるこ
とになり、精度よくＺ′軸方向の加速度を検出すること
が可能となる。

【００７０】請求項３記載の加速度センサによれば、駆
動側音叉の一方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変位
する互いに逆相の捩じれ振動の共振周波数とＸ軸方向に
変位する互いに逆相の屈曲振動の共振周波数と検知側音
叉の一方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変位する互
いに逆相の捩じれ振動の共振周波数とＸ軸方向の互いに
逆相の屈曲振動の共振周波数とを互いに隔離して異なら
せているので、駆動側音叉を共振駆動した場合におい
て、Ｙ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動と
Ｚ′軸方向の加速度に基づくコリオリの力によって一方
および他方の振動腕に発生するＸ軸方向の互いに逆相の
屈曲振動に対して、Ｙ′軸周りに変位する互いに逆相の
捩じれ振動を抑圧することができる。この結果、Ｙ′軸
周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動により生じる交
流電圧の影響を抑えつつ、Ｘ軸方向の互いに逆相の屈曲
振動により生じる交流電圧を有効に検出できることにな
り、精度よくＺ′軸方向の加速度を検出することが可能
となる。

【００７１】請求項４記載の加速度センサによれば、振
動腕の表裏面に電極を形成しているのみであるので、電
極の形成が容易であり、製造が容易である。請求項５記
載の加速度センサによれば、検知側音叉の電極が一対の
振動腕の表裏および両側面にそれぞれ１個ずつ形成して
いるだけであるので、電極の形成が容易であり、製造が
容易である。

【００７２】請求項６記載の加速度センサによれば、駆
動側音叉の一方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変位
する互いに逆相の捩じれ振動を、駆動側音叉の機械的Ｑ
値を低下させることなく、最大の機械伝達効率で検知側
音叉に伝達することができるとともに、駆動側音叉と結
合側音叉とを結合子で簡単に一体化することができ、製
造が容易である。

【００７３】請求項７記載の加速度センサによれば、駆
動側音叉の一方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変位
する互いに逆相の捩じれ振動を、駆動側音叉の機械的Ｑ
値を低下させることなく、最大の機械伝達効率で検知側
音叉に伝達することができるとともに、駆動側音叉と結
合側音叉とを結合子で強固に一体化で、耐振性に優れて
いる。

【００７４】請求項８記載の構成によれば、駆動側音叉
および検知側音叉としてそれぞれ従来例のような貼り合
わせタイプではない振動腕と支持部とが一体となった略
Ｕ字音叉形水晶ブランクを用いているので、請求項１の
場合と程度の差はあるが、広い温度範囲で温度特性に優
れかつ各種ばらつきが少なく高精度に加速度を検出する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の加速度センサの斜視図
である。

【図２】略Ｕ字音叉形水晶ブランクの切り出し方向を示
す概略図である。

【図３】駆動側音叉に設けた駆動用電極の様子を示す概
略図である。

【図４】検知側音叉に設けた検知用電極の様子を示す概
略図である。

【図５】略Ｕ字音叉形水晶ブランクのピンポイント支持
位置を示す概略図である。

【図６】振動節を説明するための略Ｕ字音叉形水晶ブラ
ンクの概略図である。

【図７】略Ｕ字音叉形水晶ブランクのサンプルの寸法と
カット軸を示す概略図である。

【図８】本発明の加速度センサのピンポイント支持位置
の違いによる機械的Ｑ値の違いを示す特性図である。

【図９】本発明の第１の実施例の加速度センサにおいて
加速度検出の原理を示す概略図である。

【図１０】本発明の第１の実施例の加速度センサにおい
て加速度検出の動作を示す概略図である。

【図１１】本発明の第２の実施例の加速度センサを示す
斜視図である。

【図１２】本発明の第３の実施例の加速度センサを示す
斜視図である。

【図１３】本発明の第４の実施例の加速度センサを示す
斜視図である。

【図１４】本発明の第５の実施例の加速度センサの水晶
ブランクの切り出し方向を示す概略図である。

【図１５】同じく本発明の第５の実施例の加速度センサ
の概略図である。

【図１６】従来の加速度センサの一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

２１ 駆動側音叉 ２２ 電極 ２３ 支持部 ２４ 一方の振動腕 ２５ 他方の振動腕 ２６ 検知側音叉 ２７ 電極 ２８ 支持部 ２９ 一方の振動腕 ３０ 他方の振動腕 ３１ 結合子 ３２ 振動節を含む接合部 ３３ 振動節を含む接合部 ３６ａ〜３６ｄ 駆動用電極 ３７ａ〜３７ｄ 駆動用電極 ３８，３９ 共通線路 ４０ａ〜４０ｄ 検知用電極 ４１ａ〜４１ｄ 検知用電極 ４２，４３ 共通線路 ３１Ａ 結合子 ２３ａ，２８ａ 貫通孔 ２３ｂ，２８ｂ 貫通孔 ５０ａ〜５０ｄ 検知用電極 ５１ａ〜５１ｄ 検知用電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市瀬 俊彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 寺田 二郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 大友 惇 埼玉県狭山市上広瀬1275−２ 日本電波工 業株式会社狭山事業所内 (72)発明者 太田 治良 埼玉県狭山市上広瀬1275−２ 日本電波工 業株式会社狭山事業所内 (72)発明者 太田 紘一郎 埼玉県狭山市上広瀬1275−２ 日本電波工 業株式会社狭山事業所内 (72)発明者 石原 実 埼玉県狭山市上広瀬1275−２ 日本電波工 業株式会社狭山事業所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶軸Ｘ，Ｙ，ＺのＸ軸周りに回転した
   新たな結晶軸Ｘ，Ｙ′，Ｚ′のＹ′軸方向を長手方向に
   してＸ，Ｙ′面内でそれぞれ切り出し、方形断面の一方
   および他方の対称な振動腕を支持部で平行一体に連結し
   た形状をそれぞれ有する略Ｕ字音叉形水晶ブランクの前
   記一方および他方の振動腕の周面に電極をそれぞれ配設
   してなる第１および第２の音叉形水晶振動子を、互いに
   平行に面対向した状態に結合子を介し前記支持部におい
   て固着した加速度センサであって、 前記第１の音叉形水晶振動子を、電極を介して交流電圧
   を印加することにより、一方および他方の振動腕のＹ′
   軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動を発生させる
   駆動側音叉とし、 前記第２の音叉形水晶振動子を、前記結合子を経由して
   前記第１の音叉形水晶振動子から伝播した一方および他
   方の振動腕のＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ
   振動とＺ′軸方向の加速度とに基づくコリオリの力によ
   って発生する一方および他方の振動腕のＸ軸方向の互い
   に逆相の屈曲振動により生じる交流電圧を電極を介して
   検出する加速度検出用の検知側音叉としたことを特徴と
   する加速度センサ。
2. 【請求項２】 駆動側音叉の一方および他方の振動腕の
   Ｙ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動の共振周
   波数と検知側音叉の一方および他方の振動腕のＸ軸方向
   の互いに逆相の屈曲振動の共振周波数とがほぼ等しく、
   かつ前記駆動側音叉の一方および他方の振動腕のＸ軸方
   向に変位する互いに逆相の屈曲振動の共振周波数と前記
   検知側音叉の一方および他方の振動腕のＹ′軸周りに変
   位する互いに逆相の捩じれ振動の共振周波数とが異なる
   ように、前記駆動側音叉の振動腕と前記検知側音叉の振
   動腕とを異なる形状寸法に設定したことを特徴とする請
   求項１記載の加速度センサ。
3. 【請求項３】 駆動側音叉の一方および他方の振動腕の
   Ｘ軸方向に変位する互いに逆相の屈曲振動の共振周波数
   とＹ′軸周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動と検知
   側音叉の一方および他方の振動腕のＸ軸方向の互いに逆
   相の屈曲振動の共振周波数とＹ′軸周りに変位する互い
   に逆相の捩じれ振動の共振周波数とが互いに隔離して異
   なるように、前記駆動側音叉の振動腕と前記検知側音叉
   の振動腕とを異なる形状寸法に設定したことを特徴とす
   る請求項１記載の加速度センサ。
4. 【請求項４】 駆動側音叉の一方および他方の振動腕の
   周面に配設する電極は、Ｚ′軸方向に見て前記一方およ
   び他方の振動腕の表裏面にそれぞれ周方向に３分割され
   た状態でそれぞれ設けてあり、前記一方および他方の振
   動腕の表裏面の３分割されて外側にある電極を外電極と
   し中側にある電極を中側電極とし内側にある電極を内電
   極としたとき、一方の振動腕の表面内電極と表面外電極
   と裏面中側電極と他方の振動腕の裏面内電極と裏面外電
   極と表面中側電極とを共通接続し、かつ他方の振動腕の
   表面内電極と表面外電極と裏面中側電極と一方の振動腕
   の裏面内電極と裏面外電極と表面中側電極とを共通接続
   したことを特徴とする加速度センサ。
5. 【請求項５】 検知側音叉の一方および他方の振動腕の
   周面に配設する電極は、Ｚ′軸方向に見て前記一方およ
   び他方の振動腕の表裏および両側の４周面にそれぞれ４
   つの稜線部分で周方向に４分割された状態にそれぞれ設
   けてあり、前記一方の振動腕の表裏面電極と前記他方の
   振動腕の両側面電極とを共通接続し、前記他方の振動腕
   の表裏面電極と前記一方の振動腕の両側面電極とを共通
   接続したことを特徴とする加速度センサ。
6. 【請求項６】 結合子は、両端面がある面積を有する柱
   状であって、両端面が駆動側音叉および検知側音叉の支
   持部に生成される振動節を部分的に含む表面に接着され
   ていることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
7. 【請求項７】 駆動側音叉および検知側音叉は、支持部
   に生成される振動節を部分的に含むある面積をもった貫
   通孔をそれぞれ有し、結合子は、柱状であって、両端部
   が前記貫通孔に貫挿した状態に前記駆動側音叉および検
   知側音叉の支持部に接着されていることを特徴とする請
   求項１記載の加速度センサ。
8. 【請求項８】 方形断面の一方および他方の対称な振動
   腕を支持部で平行一体に連結した形状をそれぞれ有する
   略Ｕ字音叉形水晶ブランクの前記一方および他方の振動
   腕の周面に電極をそれぞれ配設してなる第１および第２
   の音叉形水晶振動子を、互いに平行に面対向した状態に
   結合子を介し前記支持部において固着した加速度センサ
   であって、 前記第１の音叉形水晶振動子を、電極を介して交流電圧
   を印加することにより、一方および他方の振動腕の長手
   方向の周りに変位する互いに逆相の捩じれ振動を発生さ
   せる駆動側音叉とし、 前記第２の音叉形水晶振動子を、前記結合子を経由して
   前記第１の音叉形水晶振動子から伝播した一方および他
   方の振動腕の長手方向の周りに変位する互いに逆相の捩
   じれ振動と前記一方および他方の振動腕の並び方向と直
   交する方向の加速度とに基づくコリオリの力によって発
   生する一方および他方の振動腕の並び方向の互いに逆相
   の屈曲振動により生じる交流電圧を電極を介して検出す
   る加速度検出用の検知側音叉としたことを特徴とする加
   速度センサ。