(57)【要約】【課題】小型、低背型で高感度の力センサー素子、及び力センサーを低コストで実現する手段を得る。【解決手段】一対の振動ビーム５ａ、５ｂと、この振動ビーム５ａ、５ｂに接続された基部７とを有する音叉振動子５と、この音叉振動子５と同一面上に形成され、可撓部８を介して基部７に支持されると共に、音叉振動子５の何れか一方の振動ビーム５ａ又は５ｂと接触可能な接触部１２を有する質量体１０と、を備えている。そして、接触部１２と振動ビーム５ａ又は５ｂとの間に、音叉振動子５が振動時には、接触部１２が振動ビーム５ａ又は５ｂと接触し、音叉振動子５が非振動時には、接触部１２が振動ビーム５ａ及び５ｂと接触しないギャップを形成したことを特徴とする力センサー素子である。【選択図】図１
2010223666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の振動ビームと該振動ビームに接続された基部とを有する音叉振動子と、
可撓部を介して前記基部に支持されると共に、前記音叉振動子の何れか一方の振動ビー
ムと接触可能な接触部を有する質量体と、を備え、
前記接触部と前記振動ビームとの間に、前記音叉振動子が振動時は前記接触部が前記振
動ビームに接触し、前記音叉振動子が非振動時は前記接触部が前記振動ビームに接触しな
いギャップを形成したことを特徴とする力センサー素子。
【請求項２】
前記接触部が突起により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の力センサー
素子。
【請求項３】
前記質量体として、前記音叉振動子の一方の振動ビームと接触可能な第１の接触部を有
する第１の質量体と前記音叉振動子の他方の振動ビームと接触可能な第２の接触部を有す
る第２の質量体とを有し、
前記第１の質量体と前記基部との間に形成された第１の可撓部を介して前記第１の質量
体と前記基部とを結ぶ第１仮想線と、前記第２の質量体と前記基部との間に形成された前
記第２の可撓部を介して前記第２の質量体と前記基部とを結ぶ第２仮想線とが、直交する
ように、前記第１の質量体と前記第２の質量体が前記基部に支持されていることを特徴と
する請求項１又は２に記載の力センサー素子。
【請求項４】
請求項１に記載の力センサー素子と、前記力センサー素子の前記振動ビームから出力さ
れる出力信号を増幅する発振回路と、を備え、前記振動ビームから前記発振回路へ出力さ
れる出力信号の一部を検出出力としたことを特徴とする力センサー装置。
【請求項５】
請求項３に記載の力センサー素子と、前記力センサー素子の前記第１の振動ビームから
出力される第１の出力信号を増幅する第１の発振回路と、前記力センサー素子の前記第２
の振動ビームから出力される第２の出力信号を増幅する第２の発振回路と、を備え、前記
第１及び第２の振動ビームから前記第１及び第２の発振回路へそれぞれ出力される第１及
び第２の出力信号の一部を検出出力としたことを特徴とする力センサー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力センサー素子、及び力センサー装置に関し、特に振動素子の振動損失の変
化を検出し、微小な力を感知するようにした力センサー素子、及び力センサー装置に関す
るものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子に加わる応力と共振周波数変化との関係を利用した力検出素子、及び力セン
サー装置が実用化されている。圧電振動子に双音叉型圧電振動子を用いることにより、応
力に対する感度が良好となり、僅かな力の変化から例えば高度差、深度差等を検知するこ
とができる。
特許文献１には、双音叉型圧電振動子を用いた加速度センサー素子、加速度センサーが
開示されている。
図６は、特許文献１に開示されている加速度センサー素子の構成を示した図であり、（
ａ）は加速度センサー素子の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＱ−Ｑにおける断面図である。
この図６に示す加速度センサー素子６０は、Ｚカット水晶基板７０の裏面にハーフエッ
チングで凹部７８を形成し、更にエッチングしてＹ軸に平行な略長方形の貫通孔７３、７
４、７５を開設して、周縁部よりも厚さが薄い一対の振動腕８１、８５を有する双音叉型
水晶振動素子８０が形成されている。振動腕８１、８５のそれぞれには、表裏両面からＹ
軸方向に溝が穿設され、表裏面、側面に励振電極が形成されている。
【０００３】
図６に示す加速度センサー素子６０に＋Ｚ方向の加速度を加えると、慣性力により固定
部７１を基部として−Ｚ方向に撓み、振動腕８１、８５は伸張される。振動腕８１、８５
が伸張されると、双音叉振動素子の共振周波数は高くなるように変化する。つまり、加速
度を加えたときの加速度センサー素子６０の共振周波数と、基準周波数との差とから加速
度の大きさを測定することができる。
一方、−Ｚ方向の加速度を加えると振動腕８１、８５は圧縮され、双音叉振動素子の共
振周波数は低く方へ変化する。
このように、双音叉型振動片８０が、厚さ方向において＋Ｚ方向に偏って形成されてい
るために、−Ｚ軸方向に撓むときには振動腕８１、８５が伸張されるため共振周波数は高
くなり、＋Ｚ軸方向に撓むときには振動腕８１、８５が収縮されるために共振周波数は低
くなる。従って、加えられる加速度の方向とその大きさを検出することができると開示さ
れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６３２４４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された加速度センサー素子は、小型化を図る場合に検
出感度を上げられないという問題点があった。
また、圧電基板を数度に分けてエッチング加工するため、コスト低減が難しいという問
題点があった。
さらに、演算して力、加速度を求める際に基準周波数源が必要になるという問題点もあ
った。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、小型化でき、且つ高感度、即ち小
さな力を検出できる力センサー素子、及び力センサー装置を提供することにある。また本
発明は、製造歩留まりがよくコスト低減が可能な力センサー素子、及び力センサー装置を
提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］一対の振動ビームと該振動ビームに接続された基部とを有する音叉振動子
と、可撓部を介して前記基部に支持されると共に、前記音叉振動子の何れか一方の振動ビ
ームと接触可能な接触部を有する質量体と、を備え、前記接触部と前記振動ビームとの間
に、前記音叉振動子が振動時は前記接触部が前記振動ビームに接触し、前記音叉振動子が
非振動時は前記接触部が前記振動ビームに接触しないギャップを形成したことを特徴とす
る力センサー素子である。
【０００８】
静止状態（非振動時）では音叉振動子の一方の振動ビームと、質量体の接触部とを所定
の間隔を隔し、励振時（振動時）には一方の振動ビームと接触部とが接触するように構成
してあるので、質量体に音叉振動子の方向の力が印加されると、質量体が音叉振動子の方
向へ可撓部より撓むことにより接触部が一方の振動ビームにより強く接触するので、音叉
振動子のＱは低下する。
また、質量体に音叉振動子と逆の方向の力が印加されると、接触部の一方の振動ビーム
に接触する力が弱まるので、音叉振動子のＱは大きくなる。この音叉振動子のＱの変化を
利用して力の大きさと方向とを検出できるという効果がある。
また、基準の周波数源を必要とせず、平面基板上に構成できるので製造が容易であり、
小型化が可能であるという効果もある。
【０００９】
［適用例２］前記接触部が突起により形成されていることを特徴とする適用例１に記載
の力センサー素子である。
【００１０】
接触部を突起とすることで、音叉振動子の一方の振動ビームと、突起との間隔を精度よ
く構成できるのと、突起が音叉振動子に接触する接触位置を一定にでき、且つ突起の接触
による音叉振動子のＱの変化量のバラツキを小さくすることができるという効果がある。
【００１１】
［適用例３］前記質量体として、前記音叉振動子の一方の振動ビームと接触可能な第１
の接触部を有する第１の質量体と前記音叉振動子の他方の振動ビームと接触可能な第２の
接触部を有する第２の質量体とを有し、前記第１の質量体と前記基部との間に形成された
第１の可撓部を介して前記第１の質量体と前記基部とを結ぶ第１仮想線と、前記第２の質
量体と前記基部との間に形成された前記第２の可撓部を介して前記第２の質量体と前記基
部とを結ぶ第２仮想線とが、直交するように、前記第１の質量体と前記第２の質量体が前
記基部に支持されていることを特徴とする適用例１又は２に記載の力センサー素子である
。
【００１２】
一対の振動ビームの基部に、第１の質量体と基部とを結ぶ第１仮想線と、第２の質量体
と基部とを結ぶ第２仮想線とが直交するように、第１及び第２の質量体を設けることによ
り、一対の振動ビームのＱ値の変化から、２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向の力Ｆｘ、Ｆｙの大き
さと、方向とを同時に検出できるという効果がある。
【００１３】
［適用例４］適用例１に記載の力センサー素子と、前記力センサー素子の前記振動ビー
ムから出力される出力信号を増幅する発振回路と、を備え、前記振動ビームから前記発振
回路へ出力される出力信号の一部を検出出力としたことを特徴とする力センサー装置であ
る。
【００１４】
適用例１の力センサー素子と、この力センサー素子の音叉振動子を励振する発振回路と
を備えた力センサー装置を構成すると、発振回路の増幅器の入力側から得られる出力は正
弦波であり、且つその正弦波の電圧は音叉振動子のＱ値に関係している。正弦波の電圧を
整流して直流化することにより、直流電圧の大きさから力センサー素子に質量体に加わる
力の大きさと方向とを検出することができるという効果がある。なお、基準周波数源を必
要としないという利点もある。
【００１５】
［適用例５］適用例３に記載の力センサー素子と、前記力センサー素子の前記第１の振
動ビームから出力される第１の出力信号を増幅する第１の発振回路と、前記力センサー素
子の前記第２の振動ビームから出力される第２の出力信号を増幅する第２の発振回路と、
を備え、前記第１及び第２の振動ビームから前記第１及び第２の発振回路へそれぞれ出力
される第１及び第２の出力信号の一部を検出出力としたことを特徴とする力センサー装置
である。
【００１６】
力センサー装置は、適用例３に記載した力センサー素子と、この力センサー素子の第１
及び第２の振動ビームを励振する発振回路とを備えており、発振回路の第１及び第２の出
力電圧の変化から、２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向の力の大きさと、加わる力の方向を検出でき
るという効果がある。また、基準周波数源を必要としないという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る力センサー素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】音叉振動子を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は第１の力センサー装置の構成を示す回路図である。
【図４】第２の力センサー素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】第２の力センサー装置の構成を示す概略回路図である。
【図６】従来の加速度センサー素子の構成を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る力センサー素子１の構成を示す概略図であり、同図
（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である。
力センサー素子１は、一対の振動ビーム５ａ、５ｂと振動ビーム５ａ、５ｂに接続され
た基部７とを有する音叉振動子５と、振動ビーム５ａ、５ｂとが並ぶ面と同一面（音叉振
動子５と同一面上）に形成され、可撓部８を介して基部７に支持されると共に、音叉振動
子５の何れか一方の振動ビーム、図１（ａ）の実施例の場合は５ｂと接触可能な接触部１
２を有する質量体１０と、を備えている。
接触部１２と音叉振動子５の一方の振動ビーム５ｂとは、音叉振動子５を励振しない状
態、即ち非振動時には、接触部１２と振動ビーム５ｂとの間は、例えば数μｍのギャップ
Ｇが形成され、接触しない構造になっている。
一方、音叉振動子５を励振した状態、即ち振動時には、音叉振動子５の振動ビーム５ｂ
が屈曲振動をするので、振動ビーム５ｂが接触部１２にわずかに接触するようにギャップ
Ｇが形成されている。
【００１９】
力センサー素子１の一例としては、Ｚカット水晶基板にフォトリソグラフィ技法とエッ
チング手法を用いて、図１に示す音叉振動子５の基板と、質量体１０とを有する水晶基板
を形成し、該基板に励振電極とリード電極とを蒸着法、あるいはスパッタ法で形成し、力
センサー素子１を構成する。なお、質量体１０と基部７との間に形成された可撓部８を介
して質量体１０と基部７とを結ぶ仮想線をＣｙとする。仮想線Ｃｙは振動ビーム５ａ、５
ｂと平行であると共に、Ｙ軸とも平行である。質量体１０の仮想線Ｃｙより図中上部の質
量と、仮想線Ｃｙより図中下部の質量とをほぼ等しくすることが望ましい。これは質量体
１０に力Ｆが作用する際に可撓部８に捻じれ等を生じさせないためである。
【００２０】
図２は、一般的な音叉振動子の構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図、（ｂ）は断
面図である。
図２（ｂ）に示すように振動ビーム５ａ、５ｂの夫々対応する面に異符号の電圧を印加
することにより、振動ビーム５ａ、５ｂの夫々内部に、互いに逆方向の電界が生じさせ、
図２（ａ）の曲線で示すように音叉振動子の中心線Ｃｃに対して対称な屈曲振動を励起さ
せることができる。
振動ビーム５ａ、５ｂの振動振幅は、音叉振動子５の基部７より振動ビーム５ａ、５ｂ
の先端部（図中右）に行くにつれて大きくなる。そこで、質量体１０に設ける接触部１２
と、振動ビーム５ｂとの接触位置について、該位置を少しずつ変えて、音叉振動子５のＱ
値の変化を調べた。振動ビームの先端部に近い位置に接触部１２を設けると、音叉振動子
５のＱ値は著しく減少する。基部７に近いところに接触位置を設けるとＱ値の変化が少な
く、音叉振動子５を持続的に励振することが可能である。
しかし、基部７に近い程、振動振幅が小さくなるので、静的状態（非振動時）における
接触部１２と、振動ビーム５ｂとのギャップＧの幅は狭くなり、ギャップＧの加工精度を
上げる必要がある。
【００２１】
力センサー素子１は、静止状態（非振動時）では音叉振動子５の一方の振動ビーム５ｂ
と、質量体１０の接触部１２とを所定の間隔を隔し、励振時（振動時）には一方の振動ビ
ーム５ｂと接触部１２とが接触するように構成してある。力センサー素子１の音叉振動子
５を発振回路に接続して励振させておく。
質量体１０に音叉振動子の方向（＋Ｘ軸方向）の力を加えると、質量体１０が可撓部８
を中心として音叉振動子５の方向（＋Ｘ軸方向）へ撓むことにより、接触部１２が一方の
振動ビーム５ｂにより強く接触するので、音叉振動子５のＱは低下する。
また、質量体１０に音叉振動子と逆の方向（−Ｘ軸方向）の力が印加されると、接触部
１２の一方の振動ビーム５ｂに接触する力が弱まるので、音叉振動子５のＱは大きくなる
。この音叉振動子５のＱの変化を利用して力の大きさと、その方向とを検出できるという
効果がある。また、力センサー素子１は、平面薄板を用いて構成できるので製造が容易で
あり、小型化が可能であるという効果もある。
また、接触部１２を突起とすることで、音叉振動子５の一方の振動ビーム５ｂと、突起
との間隔を精度よく構成できるのと、突起が音叉振動子５に接触する接触位置を一定にで
き、且つ突起の接触による音叉振動子のＱの変化量のバラツキを小さくすることができる
という効果がある。
【００２２】
図３（ａ）は、第１の力センサー装置２の構成を示す回路図である。
第１の力センサー装置２は、図１（ａ）に示す第１の力センサー素子１と、該第１の力
センサー素子１の音叉振動子５の振動ビーム５ａ、５ｂから出力される出力信号を増幅し
、発振させる発振回路３０と、を備えている。
発振回路３０の一例としては、図３（ａ）の破線で示すように増幅器Ａｍｐと抵抗Ｒ１
とを並列接続し、その両接続部と接地間に夫々容量Ｃ１、Ｃ２で接続して構成した発振回
路である。
第１の力センサー素子１は、増幅器Ａｍｐの入力と出力との間に並列接続する。増幅器
Ａｍｐの出力側は音叉振動子５の共振周波数が矩形波として出力されるが、増幅器Ａｍｐ
の入力側の出力端子ＯＵＴは、同じ周波数の正弦波が得られる。
力センサー素子１を図３（ａ）に示す発振回路３０に接続し、音叉振動子５を励振する
と、音叉振動子５の振動ビーム５ａ、５ｂは屈曲振動モードで励振され、振動ビーム５ｂ
は質量体１０の接触部１２に、叉振動子５の共振周波数で接触を繰り返す。このとき発振
回路３０の出力端子ＯＵＴから得られる出力電圧波形Ｖは、図３（ｂ）に示す曲線Ｐ１と
なる。
図１（ａ）に示す力センサー素子１の質量体１０に＋Ｘ軸方向の力Ｆが加わると、該力
Ｆにより可撓部８を中心として質量体１０は＋Ｘ軸方向に撓み、振動ビーム５ｂは質量体
１０の接触部１２とより強く接触するため、音叉振動子５のＱ値は低下し、発振回路３０
の出力端子ＯＵＴの出力電圧波形Ｖは曲線Ｐ３のように小さくなる。
【００２３】
一方、質量体１０に−Ｘ軸方向の力Ｆが加わると、該力Ｆにより可撓部８を中心として
質量体１０は−Ｘ軸方向に撓み、振動ビーム５ｂと質量体１０の接触部１２との接触は弱
まり、音叉振動子５のＱ値は増大し、発振回路３０の出力端子ＯＵＴの出力電圧波形Ｖは
曲線Ｐ２のように大きくなる。出力端子ＯＵＴの出力電圧Ｖを整流して直流電圧Ｖｆとす
ることにより、該電圧Ｖｆの大きさから質量体１０に加わる力Ｆの大きさと、方向を検出
することができる。
力の大きさをより正確に検出するには、力Ｆと出力電圧Ｖｆとの対応表を力センサー装
置１のメモリに格納して置き、この対応表を参照して力の大きさを求めるようにするとよ
い。
図１に示す力センサー素子１と、該力センサー素子１の音叉振動子５を励振する発振回
路３０とを備えた力センサー装置２を構成すると、発振回路３０の増幅器Ａｍｐの入力側
から得られる出力は正弦波であり、且つその正弦波の電圧Ｖは音叉振動子のＱ値に関係し
ている。この正弦波の電圧Ｖを整流して直流化することにより、直流電圧の大きさから力
センサー素子１の質量体１０に加わる力の大きさと、その方向とを検出することができる
という効果がある。
【００２４】
また、図３の力センサー装置１は、加速センサー装置として用いることもできる。図１
（ａ）に示す力センサー素子１の質量体１０に−Ｘ軸方向の加速度αが加わると、慣性力
により質量体１０には＋Ｘ軸方向の力Ｆ（＝α×ｍ、ｍは質量体１０の質量）が作用する
。力Ｆが作用した後の動作については説明した通りである。力Ｆを質量体１０の質量ｍで
除することにより、力センサー装置１を用いて加速度の大きさと、加速度の方向とを検出
することができる。ただ、図１（ａ）に示す力センサー素子１の質量体１０は質量が小さ
いので、加速センサー装置として用いる場合には、質量体１０に付加質量を貼り付け、検
出感度を適宜調整するとよい。
【００２５】
図４（ａ）は、第２の実施形態の力センサー素子３の構成を示す概略図であり、同図（
ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である。
第２の実施形態の力センサー素子３は、第１及び第２の振動ビーム６ａ、６ｂと第１及
び第２の振動ビーム６ａ、６ｂに接続された基部７と、第１の振動ビーム６ａと第２の振
動ビーム６ｂとが並ぶ面と同一面（第１及び第２の振動ビーム６ａ、６ｂと同一面上）に
形成され、第１の可撓部８ａを介して基部７に支持されると共に、第１の振動ビーム６ａ
と接触可能な第１の接触部１２ａを有する第１の質量体１０ａと、を備えている。
更に、第１の振動ビーム６ａと第２の振動ビーム６ｂとが並ぶ面と同一面（第１及び第
２の振動ビーム６ａ、６ｂと同一面上）に形成され、第２の可撓部８ｂを介して基部７に
支持されると共に、第２の振動ビーム６ｂと接触可能な第２の接触部１２ｂを有する第２
の質量体１０ｂと、を備えている。
第１及び第２の振動ビーム６ａ、６ｂは、ほぼ同一の周波数を有するが、夫々独立した
屈曲振動モードで励振されるように、夫々励振電極とリード電極が第１及び第２振動ビー
ム６ａ、６ｂに形成されている。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、第１の質量体１０ａと基部７との間に形成された第１の可撓
部８ａを介して、第１の質量体１０ａと基部７とを結ぶ第１仮想線をＣｙとする。そして
、第２の質量体１０ｂと基部７との間に形成された第２の可撓部８ｂを介して、第２の質
量体１０ｂと基部７とを結ぶ第２仮想線をＣｘとする。第１仮想線Ｃｙと第２仮想線Ｃｘ
とが互いに直交するように、第１の質量体１０ａと第２の質量体１０ｂとが、基部７に連
設されるように第２の力センサー素子３を構成する。
第１の接触部１２ａ（第２の接触部１２ｂ）と第１の振動ビーム６ａ（第２の振動ビー
ム６ｂ）との間は、第１及び第２の振動ビーム６ａ、６ｂを励振しない状態、即ち非振動
時には、例えば数μｍのギャップＧが形成され、接触しない構造になっている。
第１及び第２の振動ビーム６ａ、６ｂを励振した状態、即ち振動時には、第１の振動ビ
ーム６ａ（第２の振動ビーム６ｂ）は屈曲振動モードで励振されるので、第１の接触部１
２ａ（第２の接触部１２ｂ）にわずかに接触するようにギャップＧが形成されている。
また、第１の質量体１０ａ（第２の質量体１０ｂ）の仮想線Ｃｙ（Ｃｘ）より図中上部
（左部）の質量と、仮想線Ｃｙ（Ｃｘ）より図中下部（右部）の質量とを、ほぼ等しくす
ることが望ましい。これは第１の質量体１０ａ（第２の質量体１０ｂ）にＸ方向の力Ｆｘ
（Ｙ方向の力Ｆｙ）が作用する際に、第１の可撓部８ａ（第２の可撓部８ｂ）に捻じれ等
を生じさせないためである。
【００２７】
図４（ａ）に示す第１の質量体１０ａ（第２の質量体１０ｂ）に＋Ｘ軸方向（＋Ｙ軸方
向）の力Ｆｘ（Ｆｙ）が加えられたとき、第２の力センサー素子３の動作については、図
１（ａ）の力センサー素子１の動作と同様である。ただ、図１（ａ）に示した力センサー
素子１と異なる点は、力センサー素子１では、一対の振動ビーム５ａ、５ｂは音叉振動モ
ードで励振されているが、第２の実施形態の力センサー素子３では、第１及び第２の振動
ビーム６ａ、６ｂは夫々独立した屈曲モードで励振されている点と、基部７には更に第２
の可撓部８ｂが連設され、該可撓部８ｂにより第２の質量体１０ｂが支持されている点で
ある。
第１の振動ビーム６ａ（第２の振動ビーム６ｂ）を励振すると、第１の振動ビーム６ａ
（第２の振動ビーム６ｂ）は屈曲振動をするため、第１の振動ビーム６ａ（第２の振動ビ
ーム６ｂ）は、第１の接触部１２ａ（第２の接触部１２ｂ）に接触し、第１の振動ビーム
６ａ（第２の振動ビーム６ｂ）の共振周波数で接触を繰り返し、振動を持続する。第１の
質量体１０ａ（第２の質量体１０ｂ）に力Ｆｘ（Ｆｙ）を加えると、力Ｆｘ（Ｆｙ）の大
きさとその方向により、振動ビーム６ａ（６ｂ）のＱ値は変化する。第１の振動ビーム６
ａ（第２の振動ビーム６ｂ）のＱ値の変化から、第１の振動ビーム６ａ（第２の振動ビー
ム６ｂ）に加わる力の大きさとその方向を検出することができる。
第２の力センサー素子３の特徴は、Ｘ軸、Ｙ軸の２方向の力Ｆｘ、Ｆｙの大きさと方向
を同時に検出できるように構成されている点である。また、基準周波数源を必要としない
という利点もある。
【００２８】
図５は、第２のセンサー装置の構成を示す回路図である。
第２のセンサー装置４は、図４（ａ）に示す第２の力センサー素子３と、破線で示す発
振回路２５と、を備えている。発振回路２５は、第１の発振回路と、第２の発振回路とか
ら成る。
第１の発振回路は、増幅器Ａ１と抵抗Ｒ１の並列接続回路と、増幅器Ａ２と抵抗Ｒ２の
並列接続回路と、増幅器Ａ３と抵抗Ｒ３の並列接続回路と、を夫々直列接続して得られた
回路の両端と、接地間に夫々容量Ｃ１、Ｃ２を接続し、増幅器Ａ１の入力側と容量Ｃ１と
の接続点と、増幅器Ｂ１の入力側を接続し、増幅器Ｂ１の出力側を出力端子ＯＵＴ１とし
た回路である。第２の力センサー素子３の第１の振動ビーム６ａの２端子（リード電極）
は、増幅器Ａ３の出力側と増幅器Ａ１の入力側とに接続する。
第２の発振回路は、増幅器Ａ４と抵抗Ｒ４の並列回路と、増幅器Ａ５と抵抗Ｒ４の並列
回路と、を直列接続して得られた回路の増幅器Ａ５の出力側を、第１の発振回路の増幅器
Ａ３の入力側に接続し、増幅器Ａ４の入力側と接地間とに、容量Ｃ３を接続し、該接続点
に増幅器Ｂ２の入力側を接続し、増幅器Ｂ２の出力側を出力端子ＯＵＴ２とした回路であ
る。第２の力センサー素子３の第２の振動ビーム６ｂの２端子（リード電極）は、増幅器
Ａ３の出力側と増幅器Ａ４の入力側とに接続する。
【００２９】
第２のセンサー素子３の第１及び第２の振動ビーム６ａ、６ｂの夫々Ｑ値は、印加され
るＸ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙにより変化するので、第２のセンサー装置４の出
力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は出力電圧（正弦波）は、夫々図３（ｂ）の曲線Ｐ１〜Ｐ３よ
うに変化する。この出力波形を整流し、直流に変換することで、直流電圧の大きさより、
印加される力Ｆｘ、Ｆｙの大きさと、方向とを検出することができる。
第２のセンサー装置４の特徴は２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向の力の大きさと、加わる力の方
向を検出できる点と、従来の力センサー装置のように、基準の周波数源を必要としない点
である。
【符号の説明】
【００３０】
１、３…力センサー素子、２、４…力センサー装置、５…音叉振動子、５ａ、５ｂ…振
動ビーム、６ａ…第１の振動ビーム、６ｂ…第２の振動ビーム、７…基部、８…可撓部、
８ａ…第１の可撓部、８ｂ…第２の可撓部、１０…質量体、１０ａ…第１の質量体、１０
ｂ…第２の質量体、１２…接触部、１２ａ…第１の接触部、１２ｂ…第２の接触部、２０
、２５…発振回路、Ａｍｐ、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ｂ１、Ｂ２…増幅器、Ｒ１
、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５…抵抗、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…容量、ＯＵＴ、ＯＵＴ１、ＯＵＴ２…出
力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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