(57)【要約】【課題】加速度検出感度がよく、且つ加速度印加時の可動部の不要振動を抑圧し、時々刻々変化する加速度を精度よく測定する加速度センサーを得る。【解決手段】加速度センサーは、圧電センサー１０と、これを支持する支持基板４と、両者を収容した状態で真空雰囲気中に気密封止する容器４０と、を備える。圧電センサーは、圧電センサー要素２０と、これを支持基板４上に支持する被固定部１４ａ、１４ｃと、を備える。支持基板は、固定側の第１基板片５と、可動側の第２基板片７と、第２基板片を厚さ方向へ揺動させる蝶番部８と、を備える。圧電センサー要素２０は、検知軸方向と直交する方向へ延びる細長い構成であり、且つ蝶番部と対向した状態で各支持面から離間配置されている。第１基板片５を容器内４０に固定すると共に、第２基板片７と容器４０との間を制振部材（弾性体）４７ａ、４７ｂにより接触させる。【選択図】図１
2011141152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電センサーと、該圧電センサーを支持する第１支持面及び第２支持面を有した支持基
板と、前記圧電センサーと前記支持基板とを収容した状態で真空雰囲気中に気密封止する
容器と、を備え、
前記圧電センサーは、検知軸方向へ加わる力に応じた電気信号を生成する圧電センサー
要素と、前記圧電センサー要素を前記支持基板上に支持するために前記第１及び第２支持
面に夫々固定される第１被固定部及び第２被固定部と、を備え、
前記支持基板は、前記第１支持面を備えた固定側の第１基板片と、該第１支持面の面方
向に並置され且つ前記第２支持面を備えた可動側の第２基板片と、前記第１基板片と前記
第２基板片の対向する側端縁間を連結して該第２基板片を厚さ方向へ揺動させる蝶番部と
、を備え、
前記圧電センサー要素は、前記検知軸方向と直交する方向へ延びる細長い構成であり、
且つ該センサー要素は前記蝶番部と対向した状態で前記支持面から離間配置されており、
前記第１基板片を前記容器内に固定すると共に、前記第２基板片と容器との間を制振部
材により接続したことを特徴とする加速度センサー。
【請求項２】
前記制振部材はボンディングワイヤであり、該ボンディングワイヤの一端を前記容器に
固定する一方で、他端を前記第２基板片に接触することにより制振効果を発揮させるよう
に構成したことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサー。
【請求項３】
前記制振部材はプラスチック材であり、該プラスチック材の一端を前記容器に固定する
一方で、他端を前記第２基板片に接触することにより制振効果を発揮させるように構成し
たことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサー。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の加速度センサーと、
前記加速度センサーの圧電センサー要素を励振する発振回路と前記発振回路の出力周波
数をカウントするカウンターと前記カウンターの信号を処理する演算回路を有するＩＣと
、
を備えたことを特徴とする加速度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサー、及び加速度計に関し、特に加速度が印加された際に可動部
に生じる不要撓み振動を抑圧するように改善した加速度センサー、及び加速度計に関する
ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電振動素子を使用した加速度センサーが知られている。圧電振動素子を用
いた加速度センサーは、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、当該共振周波数の変化から加速度センサーに印加される加速度を検出
するように構成されている。
特許文献１には、中空平行四辺形枠の一方の対角に双音叉型振動素子を連結し、他方の
対角に圧縮力、又は伸長力を加える構成の加速度計及び製造方法が開示されている。
この加速度計は、図８の断面図に示すように、検知軸１１９に沿って可動するマス１１
６が、屈曲部１１８によって支持体１１７に結合されるように構成されている。マス１１
６と支持体１１７との間に接続された一対の力検知クリスタル１２１、１２２は、加えら
れた力に応じて周波数が変動する。これらの力検知クリスタル１２１、１２２は、周波数
発振器１２３、１２４で励振され、２つの発振器の信号が加算回路１２６に入力され、２
つの周波数の差に対応した出力信号を出力する。
【０００３】
加速度計は、水晶（石英結晶）等で形成された５つのディスク状素子が、検知軸に沿っ
て互いに積層されて構成されている。即ち、加速度計は、図９に示す中央素子１２７と、
該中央素子１２７の両側に夫々配置される図１０に示す一対のトランスジューサ素子１２
８と、これらトランスジューサ素子１２８の両外側に夫々配置される一対の蓋（図示せず
）と、を有している。図９（ａ）は中央素子１２７の平面図であり、同図（ｂ）はＱ−Ｑ
における断面図である。
中央素子１２７は、図９に示すように固定部１３４と、質量を有する可動部（震性マス
）１３３とを備えている。可動部３３は、検知軸と直交する方向に延びた蝶番軸１３７の
回りに可動できるように、一対の屈曲部１３６によって固定部１３４に取りつけられてい
る。可動部１３３と固定部１３４は、該固定部１３４が取りつけられる載置リング１３９
の内部に配置される。隔離リング１４１はこの載置リング１３９の外側に同心的に配置さ
れており、フレキシブルなアームが、載置リング１３９と隔離リング１４１とを接続して
いる。中央素子１２７は一体構造として形成されている。
【０００４】
トランスジューサ素子１２８は、図１０の平面図に示すように載置リング１４６を有し
、この内部には、力検知素子（クリスタル）１４７と結合プレート１４８が配置される。
力検知素子１４７は、４つのリンク１５２から成る四辺形フレーム１４９の一方の相対す
る対角に双音叉型圧電振動素子１５１を連接し、他方の相対する対角にパッド１５４、１
５６を備えている。一方のパッド１５４は結合プレート１４８と一体的に形成され、他方
のパッド１５６は載置リング１４６と一体的に形成されている。
２つのトランスジューサ素子１２８の各結合プレート１４８は、中央素子１２７の可動
部１３３の両主表面１３８と接着剤によって結合され、トランスジューサ素子の載置リン
グ１４６は接着剤によって中央素子１２７の載置リング１３９に接合される。
加速度計は、一方の側に窪みを有し円形に形成された２個の蓋を有しており、この蓋の
窪みは各トランスジューサ素子１２８に面しており、蓋の周辺は接着剤によってトランス
ジューサ素子１２８の載置リング１４６に接合されている。各窪みの深さ１ミルであり、
トランスジューサ・プレートの外部表面と窪みの底壁の間にガス・フィルムが形成される
。底壁は可動部（震性マス）１３３の制振部材として機能し、ガス・フィルムはマスの動
きを制動すべく圧縮されると開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８５１５６６号
【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に開示されている加速度計は、１つの中央素子１２７と、２
つのトランスジューサ素子１２８と、２つの蓋を用いて構成され、部品点数が多すぎ、中
央素子１２７及びトランスジューサ素子１２８は極めて複雑な構造をしている。その上、
加速度計内部に制動用のガスが封入され、このガスによりマスの動きを制動しているため
、トランスジューサ素子１２８の振動素子１５１のＱ値が、真空状態におけるＱ値より悪
く、励振回路による発振が難しいという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、構造が単純で加速度検出感が高く
、製造コストの低減が可能な加速度センサー、及び加速度計を提供することにある。特に
、制振部材（弾性体）を用いることにより、加速度印加時に支持基板の可動片に生じる第
１の撓み振動に続く第２の撓み振動以下の振動を抑圧し、加速度センサーの時々刻々の測
定を精度よく測定することを目的としている。
【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］本発明の加速度センサーは、圧電センサーと、該圧電センサーを支持する
第１支持面及び第２支持面を有した支持基板と、前記圧電センサーと前記支持基板とを収
容した状態で真空雰囲気中に気密封止する容器と、を備え、前記圧電センサーは、検知軸
方向へ加わる力に応じた電気信号を生成する圧電センサー要素と、前記圧電センサー要素
を前記支持基板上に支持するために前記第１及び第２支持面に夫々固定される第１被固定
部及び第２被固定部と、を備え、  前記支持基板は、前記第１被固定部を固定する固定側
の第１基板片と、該第１支持面の面方向に並置され且つ前記第２支持面を備えた可動側の
第２基板片と、前記第１基板片と前記第２基板片の対向する側端縁間を連結して該第２基
板片を厚さ方向へ揺動させる蝶番部と、を備え、前記圧電センサー要素は、前記検知軸方
向と直交する方向へ延びる細長い構成であり、且つ該センサー要素は前記蝶番部と対向し
た状態で前記支持面から離間配置されており、前記第１基板片を前記容器内に固定すると
共に、前記第２基板片と容器との間を制振部材により接触したことを特徴とする加速度セ
ンサーである。
【０００９】
加速度センサーは、圧電センサーと、圧電センサーを支持する支持基板と、両者を収容
した状態で真空雰囲気中に気密封止する容器と、有し、第２基板片と容器との間を制振部
材（弾性体）により接触させている。第２基板片に制振部材（弾性体）を接触させること
により、加速度印加時に支持基板の第２基板片に生じる第１の撓み振動に続く第２の撓み
振動以下の振動を抑圧することができ、加速度センサーの時々刻々の測定を精度よく測定
できるという効果がある。
【００１０】
［適用例２］また、加速度センサーは、前記制振部材がボンディングワイヤであり、該
ボンディングワイヤの一端を前記容器に固定する一方で、他端を前記第２基板片に接触す
ることにより制振効果を発揮させるように構成したことを特徴とする適用例１に記載の加
速度センサーである。
【００１１】
制振部材（弾性体）にボンディングワイヤを用いることにより、ＩＣ製造用に開発され
た治具が採用できると共に、所望の剛性を有する線材を所定の長さでボンディングするこ
とが可能である。また、ボンディングワイヤを放物線状に形成することも容易であり、加
速度センサーの測定精度の改善に効果がある。
【００１２】
［適用例３］また、加速度センサーは、前記制振部材がプラスチック材であり、該プラ
スチック材の一端を前記容器に固定する一方で、他端を前記第２基板片に接触することに
より制振効果を発揮させるように構成したことを特徴とする適用例１に記載の加速度セン
サーである。
【００１３】
制振部材（弾性体）にプラスチック材を用いることにより、任意の硬度のプラスチック
材を選定することは容易であり、またその加工もし易いので、測定精度のよい加速度セン
サーの製造コストを、それ程上げることなく製造できるという効果がある。
【００１４】
［適用例４］本発明の加速度計は、適用例１又は２に記載の加速度センサーと、前記加
速度センサーの圧電センサー要素を励振する発振回路と前記発振回路の出力周波数をカウ
ントするカウンターと前記カウンターの信号を処理する演算回路を有するＩＣと、を備え
たことを特徴とする加速度計である。
【００１５】
支持基板４及び圧電センサーを、水晶基板を用いて形成し、且つ圧電センサー要素を双
音叉型水晶振動素子として加速度センサーを構成する。加速度センサーと、発振回路とカ
ウンターと演算回路とを備えたＩＣと、で加速度計を構成すると、加速度検出感度が大幅
に改善され、検出精度、再現性、温度特性、エージング等の優れた加速度計が実現できる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る加速度センサー１の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図２】双音叉型圧電振動素子を説明する図であり、（ａ）は振動モードの平面図、（ｂ）は振動腕に形成した励振電極と、ある瞬間に発生する電荷の符号を示す図、（ｃ）は励振電極の結線図。
【図３】環状連結片（平行四辺形梁）の作用を説明する概略図。
【図４】第２の実施例の加速度センサー２の構造を示した断面図。
【図５】第３の実施例の加速度センサー３の構造を示した断面図。
【図６】本発明を他の加速度センサーに適用する例を示した図。
【図７】本発明の加速度計５０の、（ａ）は構造を示した断面図、（ｂ）は構成を示すブロック図。
【図８】従来の加速度計の構成を示す模式的断面図。
【図９】従来の加速度計の中央素子の構成を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図１０】従来の加速度計のトランスジューサ素子の構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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（ａ）、（ｂ）は、
本発明の一実施形態に係る加速度センサー１の構成を示す概略図であり、同図（ａ）は平
面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。
加速度センサー１は、圧電センサー１０と、圧電センサー１０を支持する第１支持面５
ａ及び第２支持面７ａを有する支持基板４と、圧電センサー１０と支持基板４とを収容し
た状態で真空雰囲気中に気密封止する容器４０と、を備えている。
圧電センサー１０は、図１（ｂ）に示す検知軸方向９へ加わる力に応じた電気信号を生
成する圧電センサー要素２０と、圧電センサー要素２０を支持基板４上に支持するために
、第１支持面５ａ及び第２支持面７ａに夫々固定される第１被固定部１４ａ及び第２被固
定部１４ｃと、圧電センサー要素２０に対して第１被固定部１４ａ及び第２被固定部１４
ｃを夫々連結する環状連結片１２と、を備えている。
【００１８】
支持基板４は、図１（ｂ）に示すように、固定する側の第１基板片５と、可動する側の
第２基板片７と、第１基板片５と第２基板片７とを連結する蝶番部８と、を備えている。
つまり、支持基板４は、圧電センサー１０の第１被固定部１４ａを固定する第１支持面５
ａを有する固定側の第１基板片５と、第１支持面５ａの面方向に並置され、且つ第２被固
定部１４ｃを支持する第２支持面７ａを備えた可動側の第２基板片７と、第１基板片５と
第２基板片７の対向する側端縁間を連結して第２基板片７を厚さ方向へ揺動させる蝶番部
８と、を備えている。
蝶番部８は、第１基板片５及び第２基板片７の厚さより薄く形成され、蝶番部８より可
撓するように構成されている。蝶番部８の断面形状は矩形状、台形状、円弧状等であり、
厚さ方向の少なくとも一方に形成されている。
第１基板片５及び第２基板片７と蝶番部８とは、一体的に形成され、且つ第１基板片５
の第１支持面５ａと、第２基板片７の第２支持面７ａとは、同一平面上にある。
【００１９】
圧電センサー１０を構成する環状連結片１２は、例えば平行四辺形状（菱形）であり、
その一方の対角に第１被固定部１４ａ、及び第２被固定部１４ｃが配置され、他方の対角
に第１結合片１４ｂ、及び第２結合片１４ｄが配置されている。つまり、環状連結片１２
は、第１連結片１２ａと、第２連結片１２ｂとからなり、第１連結片１２ａは、第１結合
片１４ｂと第１被固定部１４ａと第２結合片１４ｄとを連結し、第２連結片１２ｂは、第
１結合片１４ｂと第２被固定部１４ｃと第２結合片１４ｄとを連結している。
圧電センサー要素２０は、環状連結片１２の第１結合片１４ｂ及び第２結合片１４ｄに
、夫々第１支持片２６ａ、及び第２支持片２６ｂにより連結され、環状連結片１２と一体
となり、圧電センサー１０を構成している。
圧電センサー要素２０は、加速度センサー１の検知軸方向９と直交する方向へ延びる細
長い構成であり、圧電センサー１０の第１被固定部１４ａ、及び第２被固定部１４ｃを、
支持基板４の第１支持面５ａ、及び第２支持面７ａに支持・固定する際に、圧電センサー
要素２０の短手方向中心部が、支持基板４の蝶番部８の短手方向幅内に位置し且つ対向し
た状態で、第１及び第２支持面５ａ、７ａから離間して配置されている。
【００２０】
圧電センサー１０と支持基板４とを収容する容器４０は、容器本体４０ａと蓋部材４０
ｂとからなり、容器４０内部を真空状態に保つような密閉構造となっている。絶縁材から
なる容器本体４０ａは、矩形状の底板４１と、底板４１の側面に立設された４つの側壁と
からなり、底板４１の外部底面には外部端子４２が設けられている。容器本体４０ａの内
底部にはメタライズ部４３と、支持基板４を固定する第１台座４４と、上部にパッド電極
４５ａが形成された第２台座４５が設けられている。
容器本体４０ａの内底面のメタライズ部４３には、例えばボンディングワイヤからなる
制振部材（弾性体）４７ａが弧状に、所定の間隔で且つ一様の高さに形成されてボンディ
ングされている。
また、第２台座４５には内部に導体が埋設されおり、上面のパッド電極４５ａと、底板
に設けた外部端子４２とが導通している。
蓋部材４０ｂは、金属、又は絶縁材（例えばガラス）からなり、矩形の平板状をしている
。
【００２１】
支持基板４の第１支持面５ａ及び第２支持面７ａに、圧電センサー１０の第１被固定部
１４ａ及び第２被固定部１４ｃを接着・固定する。加速度センサー１の感度を上げる場合
には、図１（ｂ）に示すように、支持基板４の第２基板片７の主面に錘部材１６を接着・
固定し、第２基板片７の質量を増すようにする。図１（ｂ）に示す例では第２基板片の表
裏面に錘部材１６を貼り付けた例である。
又は、支持基板４を形成する際に、第２基板片７の一部を第１基板片５より厚くして、
第２基板片７の質量を増すようにしてもよい。
支持基板４の第１支持面５ａ及び第２支持面７ａに、圧電センサー１０の第１被固定部
１４ａ及び第２被固定部１４ｃを、接着剤を用いて接着・固定する。この際に、圧電セン
サー要素２０の短手方向中心部が、支持基板４の蝶番部８の短手方向幅内に位置するよう
に、蝶番部８の長手方向に沿って第１支持面５ａ、及び第２支持面７ａから離間して配置
する。
必要とする検出感度に応じて支持基板４の第２基板片７の一部に錘部材１６を接着・固
定し、第１基板片５の裏面に接着剤３０を塗布し、容器本体４０ａの第１台座４４の上面
に面と平行に載置し、接着・固定する。圧電センサー１０の第１被固定部１４ａに形成さ
れたリード電極（図示せず）と、第２台座４５の上面に形成されたパッド電極４５ａと、
をボンディングワイヤ４８で接続する。更に、圧電センサー１０の第２被固定部１４ｃに
形成したパッド電極と、第２台座４５に設けたパッド電極４５ｂとをボンディングワイヤ
４７ｂで接続する。そして、容器本体４０ａの側壁上面に接着剤で蓋部材４０ｂを気密状
態で接着・固定して、加速度センサー１を完成する。
【００２２】
圧電センサー要素２０には、例えば図１（ａ）に示すように一対の振動腕２２ａ、２２
ｂと、一対の基部２４ａ、２４ｂと、を備えた双音叉型圧電振動素子を用いる。圧電セン
サー要素２０が、双音叉型圧電振動素子で構成される場合について、図２を用いて簡単に
説明する。
双音叉型圧電振動素子２０は、図２（ａ）に示すような一対の基部２４ａ、２４ｂ、及
び基部２４ａ、２４ｂ間を連設する一対の振動腕２２ａ、２２ｂ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２（ａ
）の破線は双音叉型圧電振動素子２０の振動姿態を示す平面図である。双音叉型圧電振動
素子２０の振動モードが、一対の振動腕２２ａ、２２ｂ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２（ｂ）は振動腕２２ａ
、２２ｂに形成した励振電極と、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。また、図２（ｃ）は励振電極の結線を示す模式断面図である。
双音叉型圧電振動素子２０、例えば双音叉型水晶振動素子は、伸張・圧縮応力に対する
感度が良好であり、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。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の変化量はほぼ比例し、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。応力感度ＳＦは振動ビームのＬ／ｗ（Ｌは振動ビ
ームの長さ、ｗはその幅である）の２乗に比例する。また、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（２５℃）になるように各パラメー
タを設定する。
【００２３】
環状連結片１２の動作について、図３に示す模式図を用いて説明する。図３では、第１
連結片１２ａを、第１結合片１４ｂと第１被固定部１４ａとを連結する連結片１２ａ１と
、第１被固定部１４ａと第２結合片１４ｄとを連結する連結片１２ａ２と、の２つに分け
ている。更に、第２連結片１２ｂを、第１結合片１４ｂと第２被固定部１４ｃとを連結す
る連結片１２ｂ１と、第２被固定部１４ｃと第２結合片１４ｄとを連結する連結片１２ｂ
２と、の２つに分けている。
第２被固定部１４ｃに−Ｘ軸方向（図中左方）への力（ベクトル）ｆａが、第１被固定
部１４ａに＋Ｘ軸方向（図中右方）への力（ベクトル）ｆｂが、作用するものとする。−
Ｘ軸方向の力ｆａは、ベクトルの平行四辺形の法則により、連結片１２ｂ１の方向の力ｆ
ａ２と、連結片１２ｂ２の方向の力ｆａ１とに分解され、＋Ｘ軸方向の力ｆｂは、連結片
１２ａ１の方向の力ｆｂ２と、連結片１２ａ２の方向の力ｆｂ１とに分解される。第２被
固定部１４ｃ及び第１被固定部１４ａに作用する分解された力ｆａ１、ｆａ２、ｆｂ１、
ｆｂ２は、環状連結片１２の第１結合片１４ｂに、連結片１２ｂ１の方向の力ｆａ２と連
結片１２ａ１の方向の力ｆｂ２とが、第２結合片１４ｄに、連結片１２ｂ２の方向の力ｆ
ａ１と連結片１２ａ２の方向の力ｆｂ１とが、作用するのと等価である。
第１結合片１４ｂに働く力ｆａ２とｆｂ２を、平行四辺形の法則により合成すると力Ｆ
２となる。同様に第２結合片１４ｄに働く力ｆａ１とｆｂ１とを合成すると力Ｆ１となる
。
環状連結片１２の第１被固定部１４ａ、及び第２被固定部１４ｃに作用する力ｆａ、ｆ
ｂは、第１結合片１４ｂ及び第２結合片１４ｄに夫々作用する力Ｆ２及びＦ１と等価であ
る。つまり、環状連結片１２は、力の方向を９０度変換させると共に、力の大きさを増大
させる機能を有している。
【００２４】
本発明の加速度センサー１の動作について説明する。加速度センサー１に検出軸９（Ｚ
軸）方向の加速度α（＋Ｚ軸方向）が印加されると、支持基板４の第２支持片７には力Ｆ
（＝ｍ×α、ｍは錘部材１６及び第２支持片７の質量）が働き、この力Ｆにより第２支持
片７は蝶番部８から−Ｚ軸方向に撓むことになる。第２支持片７が−Ｚ軸方向に撓むと、
第１被固定部１４ａは、第１基板片に固定されているので、＋Ｘ軸方向の力が加わる。第
２支持片７に固定された第２被固定部１４ｃには、−Ｘ軸方向に力が作用する。つまり、
第２被固定部１４ｃには−Ｘ軸方向の力ｆが、第１被固定部１４ａには＋Ｘ軸方向の力ｆ
が、作用することになる。環状連結片１２の第１被固定部１４ａ、及び第２被固定部１４
ｃに互いに逆向きで同じ大きさの力ｆがＸ軸方向に働くと、図３で説明したように、第１
結合片１４ｂ、及び第２結合片１４ｄにはＹ軸方向で互いに環状連結片１２の中心部に向
かう力Ｆ２、Ｆ１が働く。この力Ｆ２、Ｆ１により、圧電センサー要素２０は圧縮力が加
わる。圧電センサー要素２０が、例えば双音叉型圧電振動素子の場合にはその周波数が減
少する。
また、加速度センサー１に−Ｚ軸方向の加速度αが印加されると、第２支持片７は蝶番
部８から＋Ｚ軸方向に撓み、圧電センサー要素２０には伸長力（引張力）が加わる。圧電
センサー要素２０が双音叉型圧電振動素子の場合には、その周波数が増加する。
圧電センサー要素２０の周波数の増減により加速度αの方向が検出でき、周波数の変化
量から加速度αの大きさが検出できる。
【００２５】
支持基板４、及び圧電センサー１０の製造法の一例は、平板状の圧電基板にフォトリソ
グラフィ技法とエッチング手段を適用して製造する方法である。更に圧電センサー１０の
場合は蒸着法を用いて電極、リード電極、パッド電極等を形成する。圧電基板としては、
水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ランガサイト等の圧電基板がある。例え
ば水晶基板（水晶ウエハー）を用いる場合には、フォトリソグラフィ技法とエッチング手
法については長年の実績があり、寸法精度のよい圧電センサー１０と、支持基板４との量
産化が容易である。
なお、支持基板４と圧電センサー１０とに同一の材料を用いると、温度変化による膨張
、収縮をほぼ同じにすることが可能となるので、圧電センサーの検出精度、温度特性、エ
ージング等が改善される。
【００２６】
支持基板４及び圧電センサー１０を、共に水晶基板を用いて加速度センサー１を構成す
ると、加速度検出感度が高くなるため、加速度が印加された後の第２基板片７は、加速度
測定に必要な第１撓み振動に続いて第１振動の振幅より小さな撓み振動が連続して励振さ
れる。つまり、検知軸方向の撓み振動が急速には消滅せず、減衰振動となる。第１基板片
５、第２基板片７及び蝶番部８からなる支持基板４の振動系としてのＱ値が高い程、減衰
時間ｔｄ（振幅が最大振幅の１／ｅになるまでの時間、ｅは2.718）は長くなる。そこで
、第２基板片７の撓み振動を抑圧する制振部材として、容器本体４０ａのメタライズ部４
３に放物線状のボンディングワイヤ４７ａをボンディングし、その先端を第２基板片７に
接着・固定した錘部材１６に接触させ、上記振動系のＱ値を下げるようにした。更に、圧
電センサー１０の第２被固定部１４ｃで圧電センサー要素２０の励振電極に導通していな
いパッド電極と、第２台座４５に設けたパッド電極４５ｂとをボンディングワイヤ４７ｂ
で接続し、ボンディングワイヤ４７ｂの先端部と蓋部材４０ｂが接触するようにする。
ボンディングワイヤ４７ａ、４７ｂには柔軟性をもたせ、加速度印加の際の第１撓み振動
には影響せず、減衰時間を短縮するようにボンディングワイヤ４７ａ、４７ｂの位置、そ
の本数、剛性を実験的に決める。
制振部材（弾性体）４７ａ、４７ｂにボンディングワイヤを用いることにより、ＩＣ製
造用に開発された治具が採用できると共に、所望の剛性を有する線材を所定の長さでボン
ディングすることが可能である。また、ボンディングワイヤを放物線状に形成することも
容易である。
第２基板片７の撓み振動の減衰時間を短縮することにより、時々刻々に変化する加速度
を精度よく測定できるようになる効果がある。
【００２７】
以上では制振部材にボンディングワイヤ４７ａ、４７ｂを用いる例について説明してき
たが、制振部材としてはこれに限定するものではなく、例えば工業用プラスチックのよう
に弾性を備えていると共に、真空中でもガスの出ない耐久性のある材料を用いても、支持
基板４の減衰時間ｔｄを短くすることができる。加速度センサーの測定精度を改善するこ
とができるという効果がある。
制振部材（弾性体）４７ａ、４７ｂにプラスチック材を用いることにより、任意の硬度
のプラスチック材を選定することは容易であり、またその加工もし易いので、測定精度の
よい加速度センサー１の製造コストを、それ程上げることなく製造できるという効果があ
る。
また、線材のみではなく、弾性のあるプラスチックブロックを底板４１及び蓋部材４０
ｂに貼り付けても支持基板４の減衰時間ｔｄを短くすることができ、加速度センサーの測
定精度を改善することができるという効果がある。
なお、制振部材４７ａ、又は制振部材４７ｂの何れか一方のみを用いても良い。
【００２８】
図４は、第２の実施例の加速度センサー２の構成を示す断面図である。図１の加速度セ
ンサー１と異なる点は、第２基板片７の振動を抑圧する制振部材として、蓋部材４０ｂの
内面にボンディングワイヤ４７ｂを弧状にボンディングし、その中間部を第２基板片７に
接着・固定した錘部材１６に接触させ、支持基板４の振動系のＱ値を下げるようにした。
加速度センサー２の減衰時間の方が、加速度センサー１の減衰時間より短くなる。
【００２９】
図５は、第３の実施例の加速度センサー３の構成を示す断面図である。図４に示す加速
度センサー２と異なる点は、底板４１上で側壁に寄せて第３台座４５ｂを設け、第３台座
４５ｂ上のパッド電極と、第２第２基板片７に接着・固定した錘部材１６とにボンディン
グワイヤ４８をボンディングし、このワイヤの先端を蓋部材４０ｂに接触させた点ある。
制振部材４７ａ、４７ｂは、環状連結片１２を有する加速度センサーに有用であるだけ
でなく、図６の斜視図に示すような加速度センサーにも有用である。図６に示す加速度セ
ンサーは、外枠部材６５と、応力感応部と該応力感応部を挟む一対の固定端部７０ａ、７
０ｂとを有する双音叉型圧電振動素子７０と、を備えた加速度センサーである。外枠部材
６５は矩形状をしており、細長い四角柱形状の２個の部材６５ａ、６５ｂと、短い四角柱
形状の２個の部材６５ｃ、６５ｄとの夫々の端を接合して構成されている。外枠部材６５
と双音叉型圧電振動素子７０の圧電基板とは、同一の圧電材料より一体的に形成される共
に、前記圧電基板の厚さは、外枠部材６５の厚さより薄く、且つ外枠部材６５の一方の面
に平行に形成されている。
【００３０】
外枠部材６５の一方の対向する短辺である部材６５ｃ、６５ｄには、夫々双音叉型圧電
振動素子７０の一対の固定端部７０ａ、７０ｂが接合され、外枠部材６５の他方の対向す
る長辺である部材６５ａ、６５ｂには、夫々溝部６７ａ、６７ｂが形成されている。そし
て、部材６５ｄと、部材６５ａ及び６５ｂの夫々の溝部６７ａ、６７ｂより部材６５ｄ側
を固定端とし、部材６５ｃと、部材６５ａ及び６５ｂの夫々の溝部６７ａ、６７ｂより部
材６５ｃの側を自由端（可動端）とする。固定端側を例えば、図示しない基台に図中の黒
点で固定し、自由端側にＺ軸方向（図中上下方向）の加速度Ｇを印加する場合に、溝部６
７ａ、６７ｂのほぼ中央部より可撓するように形成されている。なお、双音叉型圧電振動
素子７０の夫々の応力感応部には励振電極が成膜され、該励振電極より固定端部まで引き
出し電極（リード電極）が形成されている。
【００３１】
図６に示す加速度センサーについても容器に収容するにあたり、図１（ａ）、（ｂ）に
示すように、部材６５ｃ側の振動を抑圧する制振部材として、容器本体に放物線状のボン
ディングワイヤ４７ａ、４７ｂを形成し、その先端を部材６５ｃ側に接触させるようにす
る。また、図４に示すように、蓋部材に放物線状のボンディングワイヤ４７ｂを形成し、
その先端を部材６５ｃ側に接触させ、外枠部材６５の振動系のＱ値を下げるようにする。
外枠部材６５の振動系のＱ値を下げることにより、時々刻々変化する加速度の測定精度を
上げることができる。
【００３２】
図７（ａ）は、本発明の加速度計３の構成を示す断面図である。図４に示す加速度セン
サー２に加え、第２台座４５にＩＣ５０を搭載し、このＩＣ５０と第１被固定部１４ａと
の間をボンディングワイヤで接続した点である。
図７（ｂ）は、加速度計３のブロック図である。加速度計３は、加速度センサー１と、
加速度センサー１の圧電センサー要素２０を励振する発振回路５１と、発振回路５１の出
力周波数をカウントするカウンター５３と、カウンター５３の信号を処理する演算回路５
５を有するＩＣ５０と、表示部５６と、を備えている。
支持基板４及び圧電センサー１０を、水晶基板を用いて形成し、且つ圧電センサー要素
２０を双音叉型水晶振動素子として加速度センサー１を構成する。加速度センサー１と、
発振回路とカウンターと演算回路とを備えたＩＣと、で加速度計を構成すると、加速度検
出感度が大幅に改善され、検出精度、再現性、温度特性、エージング等の優れた加速度計
が実現できるという効果がある。
【符号の説明】
【００３３】
１、２、３…加速度センサー、４…支持基板、５…第１基板片、５ａ…第１支持面、７…
第２基板片、７ａ…第２支持面、８…蝶番部、９…検知軸、１０…圧電センサー、１２…
環状連結片、１２ａ…第１連結片、１２ｂ…第２連結片、１２ａ１、１２ａ２、１２ｂ１
、１２ｂ２…連結片、１４ａ…第１被固定部、１４ｂ…第１結合片、１４ｃ…第２被固定
部、１４ｄ…第２結合片、１６…錘部材、２０…圧電センサー要素、２２ａ、２２ｂ…振
動腕、２４ａ、２４ｂ…基部、２６ａ…第１支持片、２６ｂ…第２支持片、３０…接着剤
、４０…容器４０、４０ａ…容器本体、４０ｂ…蓋部材、４１…底板、４２…外部端子、
４３…メタライズ部、４４…第１台座、４５…第２台座、４５ａ…パッド電極、４５ｂ…
第３台座、４７ａ、４７ｂ…制振部材、５０…加速度計、５１…ＩＣ、５２…発振回路、
５３…カウンター、５５…演算回路、５６…表示部、６５…外枠部材、６５ａ、６５ｂ、
６５ｃ、６５ｄ…部材、６７ａ、６７ｂ…溝部、７０…双音叉型圧電振動素子、７０ａ、
７０ｂ…固定端部
【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】
2011141152.tif 000009
【図８】
2011141152.tif 000010
【図９】
2011141152.tif 000011
【図１０】
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