(57)【要約】【課題】ゲームコントローラ、ナビゲーション装置、ＰＮＤ、ＩＭＵ（慣性姿勢計測装置）等に使用する小型、小面積で、且つ高感度の力センサー素子を実現する手段を得る。【解決手段】応力感応素子５と、この応力感応素子５の上面側及び下面側に夫々配置され、延出方向と交差する方向に溝部１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂ及び２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂを有する第１及び第２の梁１０、２０と、を備えている。第１及び第２の梁１０、２０の端部１１ａ、１１ｂ及び２１ａ、２１ｂは、応力感応素子５に固定されていると共に、第１の梁１０の略中央に受力面が形成されている。【選択図】図１
2010223667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力感応素子と、該応力感応素子の上面側及び下面側に夫々配置された第１及び第２の
梁と、を備え、
前記第１及び第２の梁の対向する２つの端部は、前記応力感応素子に固定されており、
前記第１及び第２の梁は前記２つの端部を結ぶ方向と交叉する方向に溝部を有し、前記第
１の梁の略中央に受力面が形成されていることを特徴とする力センサー素子。
【請求項２】
前記第１及び第２の梁の前記溝部は、前記第１及び第２の梁の延出方向と交差する方向
の仮想中心線に対して略対称であ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】
前記第１の梁の前記溝部と前記第２の梁の前記溝部とは、前記応力感応素子の延出方向
の仮想中心線に対して略対称であ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４】
前記受力面には、質量体が固定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５】
絶縁基板に搭載されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の力セ
ンサー素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力センサー素子に関し、特に力を伝える梁を２つ組み合わせて、加わる力を
倍加して応力感応素子に伝える構造を用いた力センサー素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
力センサー素子、或いは力センサー素子を用いた加速度検出素子はゲームコントローラ
、ナビゲーション装置、ＰＮＤ（Personal Navigation Device）、ＩＭＵ（慣性姿勢計測
装置）等に使用されている。 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７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）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＱ−Ｑにおける断面図である。
この図７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７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増加する。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い方へ変化する。
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。
【０００４】
また、特許文献２には、加速度計と力変換装置が開示されている。
図８は、特許文献２に開示されている従来の力変換装置の構造を示す断面図である。
この図８に示すような力変換装置８６は、２つの同一構造の力変換デバイス８７、８８
がパッド９４を共有した構造をしている。力変換デバイス８７（８８）は、一対の振動腕
９１を有する双音叉振動素子の両固定端９３に、夫々２つの連結子９２を菱型状に連結し
、力変換デバイス８７（８８）の図中上部の２つの連結子９２はパッド９６（９４）に連
結し、図中下部の２つの連結子９２はパッド９４（９６）に連結している。なお、力変換
装置８６は、水晶基板を用いて一体的に形成されている。このように構成される力変換装
置８６は、中央のパッド９４に図中上下方向の力が加えられると、例えば一方の力変換デ
バイス８７には圧縮応力が、他方の力変換デバイス８８には伸長応力が作用し、力変換デ
バイス８７、８８の夫々に設けられた双音叉振動素子の周波数の変化は、互いに逆に変化
する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６３２４４公報
【特許文献２】米国特許第５２８９７１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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加
速度αを力Ｆ（Ｆ＝α×ｍ）に変換する質量ｍが小さくなり、検出感度を上げられないと
いう問題と、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。また、他軸感度の抑制が難しいという問題点があった。また、演算し
て力、加速度を求める際に基準周波数源が必要であ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、小面積で、且つ高感度の力
センサー素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
［適用例１］応力感応素子と、該応力感応素子の上面側及び下面側に夫々配置された第
１及び第２の梁と、を備え、前記第１及び第２の梁の対向する２つの端部は、前記応力感
応素子に固定されており、前記第１及び第２の梁は前記２つの端部を結ぶ方向と交叉する
方向に溝部を有し、前記第１の梁の略中央に受力面が形成されていることを特徴とする力
センサー素子である。
【０００９】
応力感応素子を第１の梁と第２の梁で挟み、且つ第１及び第２の梁には第１及び第２の
梁の延出方向と交差する方向に溝部が形成されているので、応力感応素子が片持ち支持で
用いられる場合に比べて、応力感応素子の両端部から倍加した応力が応力感応素子に加わ
る。そのため、高感度の力センサー素子が構成できるという効果と、小面積で低背型の力
センサーが構成できるという効果がある。
【００１０】
［適用例２］前記第１及び第２の梁の前記溝部は、前記第１及び第２の梁の延出方向と
交差する方向の仮想中心線に対して略対称であ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。
【００１１】
第１及び第２の梁の溝部は、これらの梁の延出方向と交差する方向の仮想中心線に対し
て略対称に形成されているので、力センサー素子には、その両端部から応力を加えること
ができ、力センサー素子の感度を上げることができるという効果がある。
【００１２】
［適用例３］前記第１の梁の前記溝部と前記第２の梁の前記溝部とは、前記応力感応素
子の延出方向の仮想中心線に対して略対称であ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。
【００１３】
第１の梁の溝部と第２の梁の溝部とは、応力感応素子の延出方向の仮想中心線に対して
略対称になるように形成されているので、力センサー素子に垂直方向の力が作用する際に
、第１及び第２の梁はあたかもパンタグラフのように作用し、応力感応素子が片持ち支持
の応力感応素子に比べ倍加した応力が加わるため、力センサー素子の感度が向上するとい
う効果がある。
【００１４】
［適用例４］前記受力面には、質量体が固定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。
【００１５】
第１の梁の受力面に質量体を固定することにより、力センサー素子を加速度検出素子と
して用いる場合に検出感度を上げることができるという効果がある。
【００１６】
［適用例５］絶縁基板に搭載されていることを特徴とする適用例１乃至４の何れか１項
に記載の力センサー素子である。
【００１７】
力センサー素子を絶縁基板、例えばパッケージに搭載することにより、力センサー素子
の用法が容易になるという効果がある。また、力センサー素子を加速度検出素子として用
いる場合にはパッケージを気密封止すると品質維持が容易となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る力センサー素子の構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示した力センサー素子の構成を示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は双音叉型圧電振動素子を説明する図である。
【図４】本実施の形態の力センサー素子の断面図と、応力の伝わる様子を説明する図である。
【図５】第２の実施の形態に係る力センサー素子の断面図と、応力の伝わる様子を説明する図である。
【図６】力センサー素子を絶縁容器に収容したときの断面図である。
【図７】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（ａ）のＱ−Ｑにおける断面図である。
【図８】従来の力変換装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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の構成を示す分解斜視図ある。また
図２は、図１に示した力センサー素子の構成を示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）
は平面図である。また図３は、双音叉型圧電振動素子を説明する図である。
図１及び図２に示すように本実施の形態の力センサー素子１は、応力感応素子５と、応
力感応素子５の上面側及び下面側に夫々配置され、延出方向と交差する方向に溝部を有す
る第１及び第２の梁１０、２０と、質量体３０と、を備えている。
第１の梁１０の端部１１ａ、１１ｂは、応力感応素子５の基部６ａ、６ｂの上面に接着
剤を介して固定される。また、第２の梁２０の端部２１ａ、２１ｂは、応力感応素子５の
基部６ａ、６ｂの下面に接着剤を介して固定される。第１の梁１０の上面の略中央にある
受力面に、質量体３０の下側中心部に設けた突起部３１を接着剤を介して固定する。
応力感応素子５としては、例えば双音叉型圧電振動素子を用いることができる。双音叉
型圧電振動素子５は、互いに平行に延在する一対の振動ビーム（振動腕）７ａ、７ｂと、
一対の振動ビーム７ａ、７ｂの両端部に夫々連結され一体化された基部６ａ、６ｂと、を
備えている。一対の振動ビーム７ａ、７ｂには、振動ビーム７ａ、７ｂがその長手方向に
対し互いに対称な屈曲振動をするように、励振電極が形成されている。
【００２０】
図３を用いて双音叉型圧電振動子５について簡単に説明する。
双音叉型圧電振動素子５は、図３（ａ）に示すような一対の基部６ａ、６ｂ及び基部６
ａ、６ｂ間を連設する２つの振動ビーム７ａ、７ｂを備えた圧電基板からなる応力感応部
と、圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えている。
図３（ａ）は、双音叉型圧電（水晶）振動素子５の振動姿態を示す平面図である。
双音叉型圧電振動素子５の振動モードが、振動ビーム７ａ、７ｂの長手方向の中心軸に
対して、互いに対称な振動モードで振動するように励振電極を配置する。
図３（ｂ）は、双音叉型圧電振動素子５に形成する励振電極と、ある瞬間に励起される
励振電極上の電荷の符号を示した平面図である。図３（ｃ）は励振電極の結線を示す模式
断面図である。
【００２１】
双音叉型圧電振動素子は伸張・圧縮応力に対する感度が良好であり、例えば高度計用、
或いは深度計用の応力感応素子として使用した場合には、分解能力が優れているために僅
かな気圧差から高度差、深度差を知ることができる。
双音叉型水晶振動素子の周波数温度特性は、上に凸の二次曲線であり、その頂点温度は
水晶結晶のＸ軸（電気軸）の回りの回転角度に依存する。一般的には頂点温度が常温（２
５℃）になるように各パラメータを設定する。
双音叉型水晶振動素子の２本の振動腕に外力Ｆを加えたときの共振周波数ｆFは以下の
如くである。
ｆF＝ｆ0（１−（ＫＬ2Ｆ）／（２ＥＩ））1/2・・・（１）
ここで、ｆ0は外力がないときの双音叉型水晶振動素子の共振周波数、Ｋは基本波モー
ドによる定数（＝０．０４５８）、Ｌは振動ビームの長さ、Ｅは縦弾性定数、Ｉは断面２
次モーメントである。断面２次モーメントＩはI＝ｄｗ3／１２より、式（１）は次式のよ
うに変形することができる。ここで、ｄは振動ビームの厚さ、ｗは幅である。
ｆF＝ｆ0（１−ＳFσ）1/2・・・（２）
但し、応力感度ＳFと、応力σとはそれぞれ次式で表される。
ＳF＝１２（Ｋ／Ｅ）（Ｌ／ｗ）2・・・（３）
σ＝Ｆ／（２Ａ）・・・（４）
ここで、Ａは振動ビームの断面積（＝ｗ・ｄ）である。以上から双音叉型水晶振動子に
作用する力Ｆを圧縮方向のとき負、伸張方向（引張り方向）を正としたとき、力Ｆと共振
周波数ｆFの関係は、力Ｆが圧縮力で共振周波数ｆFが減少し、伸張（引張り）力では増加
する。また応力感度ＳFは振動ビームのＬ／ｗの２乗に比例する。
また、応力感応素子としては、双音叉型水晶振動子に限らず、伸張・圧縮応力によって
周波数が変化する圧電振動素子であれば、どのようなものも用いることが可能である。
【００２２】
第１の梁１０は、図１及び図２に示すように細長い薄板の延出方向（長手方向）と交差
（直交）する方向に複数の溝部を有している。
溝部の一例として図１に示すように、第１の梁１０の長手方向（Ｙ軸方向）と直交する
中心線（Ｘ軸方向）Ｃ１寄りの下面側に、中心線に対し対称な溝部１２ａ、１２ｂを形成
すると共に、第１の梁１０の両端部１１ａ、１１ｂ寄りの上面側に中心線Ｃ１に対し対称
な溝部１４ａ、１４ｂを形成する。
第１の梁１０に形成される溝部１２ａ、１２ｂ（１４ａ、１４ｂ）は、中心線Ｃ１に対
して対称であり、且つ溝部１２ａ、１２ｂが形成される面（図１では下面）と、溝部１４
ａ、１４ｂが形成される面（図１では上面）とは、互いに異なる面とすることが重要であ
る。
第１の梁１０は、可撓性を有し、その中心部１５に力が作用した場合、第１の梁１０は
溝部１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂより、撓むように動作する。
【００２３】
第２の梁２０は、細長い薄板の延出方向（長手方向）と交差（直交）する方向に複数の
溝部を有し、長手方向（Ｙ軸方向）と直交する中心線（Ｘ軸方向）Ｃ２に沿って対称な突
出部２６ａ、２６ｂを備えている。
溝部の一例として図１に示すように、第２の梁２０の長手方向（Ｙ軸方向）と直交する
中心線（Ｘ軸方向）Ｃ２寄りの上面側に、中心線Ｃ２に対し対称な溝部２２ａ、２２ｂを
形成すると共に、第２の梁２０の両端部２１ａ、２１ｂ寄りの下面側に中心線Ｃ２に対し
対称な溝部２４ａ、２４ｂを形成する。第２の梁２０に形成される溝部２２ａ、２２ｂ（
２４ａ、２４ｂ）は、中心線Ｃ２に対して対称であり、且つ溝部２２ａ、２２ｂが形成さ
れる面（図１では上面）と、溝部２４ａ、２４ｂが形成される面（図１では下面）とは互
いに異なる面であることが重要である。
第２の梁２０は、可撓性を有し、その端部２１ａ、２１ｂに力が作用した場合、第２の
梁２０は、溝部２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂより、撓むように動作する。
突出部２６ａ、２６ｂの端部は、力センサー素子１をパッケージ等の容器に収容する際
にパッケージの段差部と接合する固定部として用いる。
【００２４】
質量体３０は、本実施の形態の力センサー素子１を力センサーとして用いる場合には必
ずしも必要としないが、加速度検出素子として用いる場合には、加速度検出感度を上げる
ために必要となる。つまり、加速度αと力Ｆとの関係は、Ｆ＝α×ｍであり、質量ｍを増
すことにより、大きな力Ｆが得られるからである。質量体３０は矩形薄板状であり、図１
に示す力センサー素子１を加速度検出素子として、パッケージ等の容器に収容する際に組
み立て易いよう、Ｈ字状に括れた形状に形成するとよい。質量体３０はその中心の下面側
に突起部３１を有しており、質量体３０と第１の梁１０とを夫々の中心部で接合する。
図１に示した応力感応素子５、第１及び第２の梁１０、２０、質量体３０は、薄い基板
、例えば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形成する
ことができる。
ここで重要な点は、第１の梁１０に形成する溝部１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂと、
第２の梁２０に形成する溝部２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂとが、応力感応素子５の長
手方向（Ｙ軸方向）の中心線に対して夫々略対称に形成されている点である。
力センサー素子１の組み立ては、第２の梁２０の両端部２１ａ、２１ｂ上面に接着剤３
６を塗布し、応力感応素子５の両基部６ａ、６ｂを重ねて接合する。応力感応素子５の両
基部６ａ、６ｂに接着剤３６を塗布し、第１の梁１０の両端部１１ａ、１１ｂを重ねて接
合する。
次に、質量体３０の突起部３１に接着剤を塗布し、該突起３１と第１の梁１０の中心部
１５とを接合する。応力感応素子５の振動ビーム７ａ、７ｂと、第１の梁１０の下面及び
第２の梁２０の上面とは、接着剤３６の厚さのため間隙があり、接することはない。
【００２５】
本実施の形態の力センサー素子１の上面、つまり質量体３０の上面に図中下方の力Ｆが
加わる場合の力センサー素子１の動作を、図４を用いて説明する。
下方の力Ｆが質量体３０の中心に加わると、第１の梁１０の中心部１５には下方の力が
作用し、第１の梁１０の溝部１２ａと溝部１４ａとの間、及び溝部１２ｂと溝部１４ｂと
の間には、溝部１２ａ、１２ｂ及び１４ａ、１４ｂを第１の梁１０の夫々下面及び上面に
設けたことにより、図４に示すように夫々対称で、且つ第１の梁１０の主面（Ｙ軸方向）
と傾斜した圧縮応力が作用する。
第１の梁１０に傾斜した圧縮応力が作用すると、この圧縮応力が応力感応素子５の基部
６ａ、６ｂを介して第２の梁２０に伝わる。溝部２２ａ、２２ｂ及び２４ａ、２４ｂを第
２の梁２０の夫々上面及び下面に設けたことにより、第２の梁２０の溝部２２ａと溝部２
４ａとの間、及び溝部２２ｂと溝部２４ｂとの間には、図４に示すように夫々対称で、且
つ第２の梁１０の主面（Ｙ軸方向）と傾斜した圧縮応力が作用する。
第１の梁１０に加わるＹ軸から傾斜した圧縮応力と、第２の梁２０に加わるＹ軸から傾
斜した圧縮応力とは、応力感応素子５の長手方向の中心線に対して略対称である。
【００２６】
梁に溝部の形成する面と位置、つまり溝部を主面の上面あるいは下面、その位置により
、梁に生じる応力の傾斜が異なる。
図４の第１の梁１０の例では、溝部１２ａは中央寄りで下面側に、溝部１４ａは端部寄
りで上面側に形成されているので、第１の梁１０の主面方向（Ｙ軸方向）に対し右下がり
の圧縮応力が作用する。
一方、溝部１２ｂは、中央寄り下面側に、溝部１４ｂは端部寄りで上面側に形成されて
いるので、第１の梁１０の主面方向（Ｙ軸方向）に対し右上がりの圧縮応力が作用する。
つまり、第１の梁１０の主面の直交するＺ軸方向の中心線に対し、対称な応力が作用する
。
第１の梁１０と、第２の梁２０とに加わる応力（図４の例は圧縮力）は、応力感応素子
５の長手方向（Ｙ軸方向）に対して対称であり、第１及び第２の梁１０、２０は、丁度パ
ンタグラフのように動作し、応力感応素子５には圧縮応力が作用する。応力感応素子５、
例えば双音叉型圧電（水晶）振動子に圧縮応力が作用すると、双音叉型圧電（水晶）振動
子の共振周波数は減少する。双音叉型圧電（水晶）振動子の周波数の変化から質量体３０
に加わる力の大きさと方向を検出することができる。
【００２７】
図４の質量体３０の上面に図中上方の力Ｆが加わる場合の、力センサー素子１の動作に
ついて説明する。
上方の力Ｆが質量体３０の中心に加わると、第１の梁１０の中心部に上方の力が作用し
、第１の梁１０の溝部１２ａと溝部１４ａとの間、及び溝部１２ｂと溝部１４ｂとの間に
は、Ｚ軸方向に対して互いに対称で、且つ第１の梁１０の主面（Ｙ軸方向）に対し、夫々
右下がり、右上がりに傾斜した伸長応力が作用する。
第１の梁１０に傾斜した伸長応力が作用すると、該伸長応力が応力感応素子５の基部６
ａ、６ｂを介して第２の梁２０に伝わり、第２の梁２０の溝部２２ａと溝部２４ａとの間
、及び溝部２２ｂと溝部２４ｂとの間には、Ｚ軸方向に対して夫々対称で、且つ第２の梁
１０の主面（Ｙ軸方向）に対し、夫々右上がり、右下がりに傾斜した伸長応力が作用する
。
第１の梁１０と、第２の梁２０とに加わる伸長応力は応力感応素子５の長手方向（Ｙ軸
方向）に対して対称であり、第１及び第２の梁１０、２０は、丁度パンタグラフのように
動作し、応力感応素子５には伸長応力が作用する。応力感応素子５、例えば双音叉型圧電
（水晶）振動子に伸長応力が作用すると、双音叉型圧電（水晶）振動子の共振周波数は増
加する。双音叉型圧電（水晶）振動子の周波数の変化から質量体３０に加わる力の大きさ
と方向を検出することができる。
【００２８】
力センサー素子１を加速度検出素子として用いる場合は、力センサー素子１に図中上方
の加速度αが印加されると、慣性力により力Ｆ（＝α×ｍ、ｍは質量）が下方に作用する
。力Ｆが力センサー素子１に作用し、応力感応素子５の周波数変化から力Ｆの大きさと方
向が検出することは既に説明した。力Ｆと質量ｍとから加速度αの大きさと方向を求める
ことができる。
第１の梁１０の受力面（第１の梁１０の中心部１５）に質量体３０を固定することによ
り、力センサー素子１を加速度検出素子として用いる場合に検出感度を上げることができ
るという効果がある。
【００２９】
図５は、第２の実施の形態に係る力センサー素子の構成を示す断面図である。
この図５に示す力センサー素子２が力センサー素子１と異なる点は、溝部を設ける第１
及び第２の梁の面と溝部の位置である。即ち、力センサー素子２の第１の梁１０’には中
央寄りの上面に溝部１２’ａ、１２’ｂが形成され、両端部寄りの下面に溝部１４’ａ、
１４’ｂが形成されている。
力センサー素子２の第２の梁２０’には、中央寄りの下面に溝部２２’ａ、２２’ｂが
形成され、両端部寄りの上面に溝部２４’ａ、２４’ｂが形成されている。
力センサー素子２の質量体３０に図中下方の力Ｆが加わると、第１の梁１０’の中心部
には下方の力が作用し、第１の梁１０’の溝部１２’ａと溝部１４’ａとの間、及び溝部
１２’ｂと溝部１４’ｂとの間には、図５に示すようにＺ軸方向の中心線に対し、互いに
対称で、且つ第１の梁１０’の主面（Ｙ軸方向）に対し、夫々右上がり、右下がりに傾斜
した圧縮応力が作用する。
第１の梁１０’に傾斜した圧縮応力が作用すると、この圧縮応力が応力感応素子５の基
部６ａ、６ｂを介して第２の梁２０’に伝わり、溝部２２’ａと溝部２４’ａとの間、及
び溝部２２’ｂと溝部２４’ｂとの間には、図５に示すようにＺ軸方向の中心線に対し、
互いに対称で、且つ第２の梁１０’の主面（Ｙ軸方向）対し、夫々右下がり、右上がりに
傾斜した圧縮応力が作用する。
【００３０】
第１の梁１０’と、第２の梁２０’とに圧縮応力が加わると、応力感応素子５に伸長応
力を作用する。応力感応素子５、例えば双音叉型圧電（水晶）振動子に伸長応力が作用す
ると、双音叉型圧電（水晶）振動子の共振周波数は増加する。双音叉型圧電（水晶）振動
子の周波数の変化から質量体３０に加わる力の大きさと方向を求めることができる。
力センサー素子２の質量体３０に図中上方の力Ｆが加わる場合は、第１及び第２の梁１
０’、２０’に加わる応力は伸張応力となり、応力感応素子５には圧縮応力が加わること
になり、双音叉型圧電（水晶）振動子の共振周波数は減少する。
【００３１】
本実施の形態の力センサー素子１（２）は、応力感応素子５を第１の梁１０（１０’）
と第２の梁２０（２０’）で挟み、且つ第１及び第２の梁１０、２０（１０’、２０’）
には該第１及び第２の梁１０、２０（１０’、２０’）の延出方向と交差する方向に溝部
１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂ、２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ（１２’ａ、１２’
ｂ、１４’ａ、１４’ｂ、２２’ａ、２２’ｂ、２４’ａ、２４’ｂ）が形成されている
ので、応力感応素子５が片持ち支持で用いられる場合に比べて、応力感応素子５の両端部
から倍加した応力が応力感応素子５に加わる。そのため、高感度で小面積、低背型の力セ
ンサー素子１（２）が構成できるという効果がある。
また、第１及び第２の梁１０、２０（１０’、２０’）の溝部は、これらの梁の延出方
向と交差する方向の仮想中心線に対して略対称に形成されているので、力センサー素子１
（２）にはその両端部から応力を加えることができ、力センサー素子１（２）の感度を上
げることができるという効果がある。
第１の梁１０（１０’）の溝部と第２の梁２０（２０’）の溝部とは、応力感応素子５
の延出方向の仮想中心線に対して略対称になるように形成されているので、力センサー素
子１（２）に垂直方向の力が作用する際に、第１及び第２の梁１０、２０（１０’、２０
’）はあたかもパンタグラフのように作用し、片持ち支持の応力感応素子に比べ倍加した
応力が加わるため、力センサー素子１（２）の感度が向上するという効果がある。
【００３２】
図６に示すように、図１、５に示した力センサー素子１、２の突出部２６ａ、２６ｂの
下側に接着材を塗布し、絶縁容器４０、例えばパッケージの内底部に設けた段差部４１に
載置し、前記接着剤を乾燥、硬化させ、固定する。力センサー素子として用いる場合には
、パッケージ４０の上面を開放して用いる。また、加速度検出素子として用いる場合には
、パッケージ４０の開口部を蓋部材４５で気密封止する。
力センサー素子１、２を絶縁基板、例えばパッケージに搭載することにより、力センサ
ー素子の用法が容易になるという効果がある。また、力センサー素子を加速度検出素子と
して用いる場合にはパッケージを気密封止すると品質維持が容易となるという効果がある
。
【符号の説明】
【００３３】
１、２…力センサー素子、５…応力感応素子、６ａ、６ｂ…基部、１０’、１０…第１の
梁、１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ…端部、１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂ、２２ａ
、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ、１２’ａ、１２’ｂ、１４’ａ、１４’ｂ、２２’ａ、２２
’ｂ、２４’ａ、２４’ｂ…溝部、１５…中心部、２０、２０’…第２の梁、２６ａ、２
６ｂ…突出部、３０…質量体、３１…突起部、３６…接着剤、４０…絶縁容器、４１…段
差部、４５…蓋部材、Ｃ１、Ｃ２…中心線
【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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【図７】
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【図８】
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