(57)【要約】【課題】小型化に適し、小型化しても力検出感度が劣化しない力検出ユニットと力検出装置を得る。【解決手段】力検出ユニットは、厚さ方向に可撓性を有する薄板状の第１及び第２枠体３、４と、前記第１及び第２枠体３、４の夫々の対向する辺を連結し、厚さ方向の電界により厚みすべり振動をする第１及び第２梁５、１５と、前記第１及び第２梁５、１５の中央領域を避け、前記第１及び第２梁５、１５の上面及び下面に形成された上部電極及１０ａ、１１ａ、２０ａ、２１ａ及び下部電極１０ｂ、１１ｂ、２０ｂ、２１ｂと、を備えている。前記第１及び第２梁５、１５の延長方向に沿う前記第１及び第２枠体３、４の夫々一辺を結合した構造であって、前記第１及び第２梁５、１５は、前記上部電極及び下部電極に駆動信号が印加されたときに生じる厚みすべり振動により、屈曲振動が励振されるよう構成されている。【選択図】図１
2011085395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に可撓性を有する薄板状の第１及び第２枠体と、
前記第１及び第２枠体の夫々の対向する辺を連結し、厚さ方向の電界によりすべり歪み
による振動をする第１及び第２梁と、
前記第１及び第２梁の中央領域を回避した、前記第１及び第２梁の上面及び下面に形成
された上部電極及び下部電極と、
を備え、
前記第１及び第２梁の延長方向に沿う前記第１及び第２枠体の各一辺を結合し、
前記第１及び第２梁は、前記上部電極及び下部電極に駆動信号が印加されたときに生じ
るすべり歪による振動により、屈曲振動が励振されるように構成されたことを特徴とする
力検出ユニット。
【請求項２】
前記第１梁の底面は前記第１枠体の底面と同一平面上にあり、
前記第２梁の上面は前記第２枠体の上面と同一平面上にあることを特徴とする請求項１
に記載の力検出ユニット。
【請求項３】
前記第１及び第２の枠体は、前記第１及び第２梁と平行する部材の上下面の少なくとも
一方に溝部を有することを特徴とする請求項１に記載の力検出ユニット。
【請求項４】
前記第１及び第２梁の夫々の両側で、前記第１及び第２の枠体の前記対向する辺から夫
々前記第１及び第２梁と平行で、前記第１及び第２の枠体の夫々の中心部に向かって延在
するカウンタービームを有し、
前記カウンタービームは、前記第１及び第２梁の前記屈曲振動による変位を相殺するよ
うに変位することを特徴とする請求項１に記載の力検出ユニット。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の力検出ユニットと、
前記第１及び第２梁の屈曲振動、又は厚みすべり振動の周波数変化を検出する検出部と
、
を備えたことを特徴とする力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力検出ユニット及び力検出装置に関し、特に圧電性の梁を挟む二対の上下電
極により厚みすべり振動を励起し、二対の厚みすべり振動の位相を互いに１８０度異なら
せて励振した屈曲振動を利用した力検出ユニットと、これを用いて構成した力検出装置に
関するものである。
【背景技術】
【０００２】
力検出ユニット及び力検出装置は、従来から自動車、航空機、ロケットから各種プラン
トの異常振動監視等まで、広く使用されている。特許文献１には、応力感応素子に双音叉
型圧電振動子を用いた加速度検知ユニットと、加速度センサーが開示されている。
図６は加速度検知ユニット７１の構成を示す斜視図であり、Ｚ軸方向が加速度検出軸方
向である。加速度検知ユニット７１は、外枠部材７５と、応力感応部と該応力感応部を挟
む２つの固定端部８０ａ、８０ｂとを有する双音叉型圧電振動素子８０と、を備えている
。外枠部材７５は、矩形状で細長い四角柱状の２個の部材７５ａ、７５ｂと、短い四角柱
状の２個の部材７５ｃ、７５ｄと、の夫々の端を接合して構成されている。外枠部材７５
と双音叉型圧電振動素子８０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、前記圧電基板は、外枠部材７５の厚さより薄く、且つ外枠部材７５の一方の面と平行
に形成されている。
外枠部材７５の一方の対向する短辺部材７５ｃ、７５ｄには、夫々双音叉型圧電振動素
子８０の２つの固定端部８０ａ、８０ｂが接合され、外枠部材７５の他方の対向する長辺
部材７５ａ、７５ｂには、夫々溝部７７ａ、７７ｂが形成されている。溝部７７ａ、７７
ｂより部材７５ｄ側を固定端とし、溝部７７ａ、７７ｂより部材７５ｃ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部で固定し、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７７ａ、７７ｂのほぼ中央部
より可撓するように形成されている。
【０００３】
図６に示すように自由端側にＺ軸方向の加速度Ｇが加えられると、溝部７７ａ、７７ｂ
がほぼ中央部を支点として撓み、その結果、部材７５ｃに連結した双音叉型圧電振動素子
８０に圧縮あるいは伸張の応力が作用する。双音叉型圧電振動素子８０に応力が作用する
と、双音叉型圧電振動素子８０の共振周波数が変化する。双音叉型圧電振動素子８０の周
波数変化量は印加される応力に比例するので、周波数変化量から印加された応力（加速度
×質量）、つまり加速度が測定できると、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２００８−３０９７３１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
加速度センサー、力検出装置等に対しては、小型化への強い要請がある。しかしながら
、従来の加速度検知ユニット（力検出ユニット）、例えば特許文献１に開示された加速度
検知ユニットを小型化する場合には、音叉型圧電振動素子の小型化が必要となる。音叉型
圧電振動素子を小型化すると応力検出感度が低下するという問題があった。
音叉型圧電振動素子の応力感度は、その振動腕の幅の３乗に反比例し、長さの２乗に比
例する。つまり、振動腕の長さ短くすると感度が低下する。また、応力感度を増加すべく
振動腕の幅を狭くすると、励振電極、引出電極の形成が難しくなる。また、振動腕の幅を
細くすると熱弾性損失が増加し、音叉型圧電振動素子のＱ値が劣化するという問題もあっ
た。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、力検出感度が良く、小型化に適し
た力検出ユニット及び力検出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］力検出感度が良く、小型化に適した力検出ユニットを実現するため、本発
明に係る力検出ユニットは、厚さ方向に可撓性を有する薄板状の第１及び第２枠体と、前
記第１及び第２枠体の夫々の対向する辺を連結し、厚さ方向の電界によりすべり歪みによ
る振動をする第１及び第２梁と、前記第１及び第２梁の中央領域を回避した、前記第１及
び第２梁の上面及び下面に形成された上部電極及び下部電極と、を備え、前記第１及び第
２梁の延長方向に沿う前記第１及び第２枠体の各一辺を結合し、前記第１及び第２梁は、
前記上部電極及び下部電極に駆動信号が印加されたときに生じるすべり歪みによる振動に
より、屈曲振動が励振されるように構成されたことを特徴とする。
【０００８】
前記第１及び第２梁夫々に励起する互いに位相の異なる２つの厚みすべり振動を利用し
て、前記第１及び第２梁夫々に屈曲振動を励振する。前記第１及び第２梁に加わる力によ
って梁の屈曲振動の共振周波数が変化するので、該周波数変化を力検出に用いる。従って
音叉型圧電振動素子に比較し、小型化しても電極形成が容易であり、検出感度が維持でき
るという効果がある。また、屈曲振動が励振される第１及び第２梁を差動的に動作させる
ことにより、力検出感度を倍増させることができるという効果がある。また、差動動作に
より、第１及び第２梁がピックアップする不要振動、例えば他軸方向の振動を低減するこ
とができるという効果がある。
【０００９】
［適用例２］また、力検出ユニットは、前記第１梁の底面が前記第１枠体の底面と同一
平面上にあり、前記第２梁の上面が前記第２枠体の上面と同一平面上にあることを特徴と
する適用例１に記載の力検出ユニットである。
【００１０】
力検出ユニットは、前記第１枠体の厚さ方向の中心線より下部に前記第１梁を形成し、
前記第２枠体の厚さ方向の中心線より上部に前記第２梁を形成した構造であるので、力検
出ユニットに厚さ方向の力が加わった際に、前記第１梁と前記第２梁とに生じる応力は、
一方が伸長応力、他方が圧縮応力となる。つまり、前記第１梁と前記第２梁との共振周波
数は互いに逆に変化する。つまり、前記第１梁と前記第２梁とを差動動作させることがで
きるので、力の検出感度が倍増し、第１及び第２梁に生じる不要振動、例えば他軸方向の
振動を低減することができるという効果がある。
【００１１】
［適用例３］また、力検出ユニットは、前記第１及び第２の枠体が、前記第１及び第２
梁と平行する部材の上下面の少なくとも一方に溝部を有することを特徴とする適用例１に
記載の力検出ユニットである。
【００１２】
前記第１及び第２梁と平行する前記第１及び第２の枠体の部材に夫々溝部を形成するこ
とにより、前記第１及び第２の枠体が厚さ方向の力の印加により溝部より容易に撓むよう
に構成すること可能となり、小さな力も検出できるようになり、力の検出範囲が広がると
いう効果がある。
【００１３】
［適用例４］また、力検出ユニットは、前記第１及び第２梁の夫々の両側で、前記第１
及び第２の枠体の前記対向する辺から夫々前記第１及び第２梁と平行で、前記第１及び第
２の枠体の夫々の中心部に向かって延在するカウンタービームを有し、前記カウンタービ
ームは、前記第１及び第２梁の前記屈曲振動による変位を相殺するように変位することを
特徴とする適用例１に記載の力検出ユニットである。
【００１４】
前記第１及び第２梁夫々の両側に前記第１及び第２梁と平行に前記カウンタービームを
配置することにより、前記第１及び第２梁の前記屈曲振動による変位を相殺するように、
前記カウンタービームが変位するので、前記第１及び第２梁の振動漏れを低減するこがで
きる。その結果、第１及び第２梁のＱ値を高めると共に、力検出ユニットの検出精度を高
めることができるという効果がある。
【００１５】
［適用例５］本発明の力検出装置は、適用例１乃至４の何れかに記載の力検出ユニット
と、前記第１及び第２梁の屈曲振動、又は厚みすべり振動の周波数変化を検出する検出部
と、を備えたことを特徴とする力検出装置である。
【００１６】
適用例１乃至４の何れかに記載の力検出ユニットを用いれば、前記第１及び第２梁の屈
曲振動を互いに差動動作させ、その周波数変化を前記検出部で検出することにより、検出
感度が倍増した力検出装置が構成できるという効果がある。また、前記第１及び第２梁の
屈曲振動の振動漏れを低減し、検出感度が優れ、他軸感度を抑圧し、検出範囲の広い力検
出装置が構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る力検出ユニット１の構成を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）はＰ−Ｐにおける断面図、（ｃ）、（ｄ）は枠体３、４の平面図。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、夫々図１（ａ）のＱ１−Ｑ１、Ｑ２−Ｑ２、Ｑ３−Ｑ３に於ける断面図。
【図３】第１梁（或いは第２梁）の振動モードを説明する要部拡大断面図。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、力検出ユニット１が印加された力Ｆにより変形する様子を示す断面図。
【図５】本発明の力検出装置の構成を示す断面図。
【図６】従来の加速度検知ユニットの構成を示す斜視図。
【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
形態に係る力検出ユニット１の構成を示す概略図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ
）はＰ−Ｐに於ける断面図である。図１（ｃ）、（ｄ）は圧電基板２の構造の理解をはか
るため２つに分けて、第１及び第２梁５、１５と、カウンタービーム６、７及び１６、１
７を省略して示した平面図で、夫々を枠体３、４と称す。但し、第１及び第２梁５、１５
の取付位置を示すために破線５、１５で示している。
力検出ユニット１は、厚さ方向、図１（ａ）ではＹ軸方向に可撓性を有する薄板状の第
１及び第２枠体３、４と、厚さ方向の電界によりすべり歪が発生することで例えば厚みす
べり振動をする第１及び第２梁５、１５と、を備え、第１及び第２枠体３、４の構成要素
として後述する部材３ｂと部材３ｄとの間に第１梁５を連結し、部材４ｂと部材４ｄとの
間に第２梁１５を連結した構成を備えている。更に、第１梁５の両側で、第１枠体３の対
向する部材３ｂ、３ｄから第１梁５と平行に枠体３の中心領域に夫々延在するカウンター
ビーム６、７を備えている。同様に、第２梁１５の両側で、第２枠体４の対向する部材４
ｂ、４ｄから第２梁１５と平行に枠体４の中心領域に夫々延在するカウンタービーム１６
、１７を備えている。
【００１９】
第１枠体３は、図１（ｃ）に示す平面図のように、同じ厚さ（Ｙ軸方向）の４個の部材
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄより成り、部材３ａの一方の端部と部材３ｂの一方の端部とを接
合し、部材３ｂの他方の端部と部材３ｃの一方の端部とを接合し、部材３ｃの他方の端部
と部材３ｄの一方の端部とを接合し、部材３ｄの他方の端部と部材３ａの他方の端部とを
接合して、中空平板の枠体３が構成される。
同様に、図１（ｄ）に示す平面図のように、第２枠体４は、同じ厚さ（Ｙ軸方向）の４
個の部材４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄより成り、部材４ａの一方の端部と部材４ｂの一方の端
部とを接合し、部材４ｂの他方の端部と部材４ｃの一方の端部とを接合し、部材４ｃの他
方の端部と部材４ｄの一方の端部とを接合し、部材４ｄの他方の端部と部材４ａの他方の
端部とを接合して、中空平板の枠体４が構成される。
なお、第１及び第２枠体３、４の部材３ａ、３ｃ及び部材４ａ、４ｃの中央部の上下面
の少なくとも一方には細い溝部３０が形成され、厚さ方向（Ｙ軸方向）に溝部３０より撓
み易い構造となっている。
尚、第１枠体３、第２枠体４として、複数の部材を接合した構成としたが、複数の部材
同士が一体的に形成された構成であってもよい。
【００２０】
第１梁５とカウンタービーム６、７の厚さ（Ｙ軸方向）は略同一であり、第１枠体３の
厚さより薄く形成される。第１梁５及びカウンタービーム６、７の底面と、第１枠体４の
底面とは同一平面上となるように構成される。
また、第２梁１５とカウンタービーム１６、１７の厚さは略同一であり、第２枠体４の
厚さよりも薄く形成される。第２梁１５及びカウンタービーム１６、１７の上面と、第１
枠体４の上面とは同一平面上となるように構成される。
第１枠体３の部材３ｃの外側側面と、第２枠体４の部材４ａの外側側面とは結合され、
第１及び第２枠体３、４は共に一体化されて、圧電基板２が形成される。
つまり、第１梁５及びカウンタービーム６、７は、圧電基板２の厚さ方向（Ｙ軸方向）
の中心線より下側に形成されており、第２梁１５及びカウンタービーム１６、１７は、圧
電基板２の厚さ方向（Ｙ軸方向）の中心線より上側に形成されている。
【００２１】
図１（ａ）、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１及び第２梁５、１５の中央領域を
避け、第１梁５の上面には上部電極１０ａ、１１ａが、第２梁１５の上面には上部電極２
０ａ、２１ｂが形成されている。また第１梁５の下面には下部電極１０ｂ、１１ｂが、第
２梁１５の下面には下部電極２０ｂ、２１ｂが形成されている。
更に、第１及び第２梁５、１５の上部電極１０ａ、１１ａ及び２０ａ、２１ａからは引
出電極１０ｃ、１１ｃ及び２０ｃ、２１ｃが延在され、力検出ユニット１の端に形成され
たパッド電極（図示せず）と接続されている。同様に、下部電極１０ｂ、１１ｂ及び２０
ｂ、２１ｂからは引出電極１０ｄ、１１ｄ及び２０ｄ、２１ｄが延在され、力検出ユニッ
ト１の端に形成されたパッド電極（図示せず）と接続されている。
図１（ａ）に示した枠体３の引出電極１０ｃ、１１ｃ、１０ｄ、１１ｄと、枠体４の引
出電極２０ｃ、２１ｃ、２０ｄ、２１ｄと、は一例であり、種々の引出方法がある。要は
第１及び第２枠体３、４の部材３ｂ、４ｂ側（自由端側）をＹ軸方向に可撓させると、力
検出ユニット１の固定端側（部材３ｄ、４ｄ側）に引出電極のパッド電極を設けることが
望ましい。
【００２２】
力検出ユニット１の圧電基板２は、第１枠体３と第２枠体４とが一体的に結合されたも
のと説明したが、実際は圧電基板をフォトリソグラフィ技法とエッチング手法を用いて材
料となる一つの圧電基板に第１枠体３と第２枠体４と形成するよう加工する方法が望まし
い。圧電基板としては、例えば水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ランガサ
イト等がある。水晶基板を用いる場合、ＡＴカット水晶基板（ＡＴ板）、ＢＴカット水晶
基板（ＢＴ板）、Ｙカット水晶基板（Ｙ板；水晶の結晶軸Ｙに垂直な基板）などがある。
ＡＴ板、ＢＴ板、Ｙ板を用いれば、厚み方向に電圧を印加することにより、すべり歪が発
生し厚みすべり振動を容易に励振することができる。
【００２３】
図１、２に示した例は平板状の水晶基板２を加工した例で、水晶の結晶軸方向によりエ
ッチング速度が異なるため、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように水晶基板２の基板面に垂直
ではなく、傾斜面３’ａ、３’ｂ、３’ｃ、３’ｄ、４’ａ、４’ｂ、４’ｃ、４’ｄが
形成される。
第１梁５と、カウンタービーム６、７と、開口部８ａ、８ｂとは、圧電基板２の上面か
らエッチングを進めるので、第１梁５と、カウンタービーム６、７とは圧電基板２の底部
に形成される。
一方、第２梁１５と、カウンタービーム１６、１７と、開口部１８ａ、１８ｂとは、圧
電基板２の下面からエッチングを進めるので、第２梁１５と、カウンタービーム１６、１
７とは圧電基板２の上面に形成される。
【００２４】
図３は、第１梁５の振動姿態を説明するための要部拡大断面図で、上部電極１０ａと下
部電極１１ｂとを接続し、上部電極１１ａと下部電極１０ｂとを接続するように引出電極
が結線されている。つまり、電極１０ａと１０ｂに励振電圧を印加すると、第１梁５の図
中左方領域の電界と、図中右方の領域の電界とを互いに異ならせることができ、この電界
の位相が互いに１８０度異なることにより、互いに位相の異なるすべり歪によって厚みす
べり振動を励振させることができる。この厚みすべり振動により、ある瞬間には、第１梁
５内部には図３の波線で示すような変位が生じ、第１梁５の上部には中心方向に向かって
の変位が生じ、第１梁５の下部には両端部方向へ向かって変位が生じる。また、ある瞬間
には、第１梁５の上部には両端部方向へ向かっての変位が生じ、第１梁５の下部には中心
方向に向かって変位が生じる。
この変位により第１梁５には実線で示すＹ軸方向の屈曲振動が励振される。つまり、第
１梁５上に形成した上部電極１０ａ、１１ａ及び下部電極１０ｂ、１１ｂへの電圧の印加
状態により、第１梁５に屈曲振動を駆動することが可能となる。
第２梁１５についても同様であるので、説明を省略する。
第１及び第２梁５、１５には、梁５、１５の寸法（長さ、幅等）に依存する周波数の低
い屈曲振動と、梁５、１５の厚さの逆数に比例する周波数の高い厚みすべり振動が同時に
励起される。屈曲振動と厚みすべり振動とは、周波数が大きく離れているので、駆動用の
発振器を互いに別に用意する。屈曲振動の周波数変化は力検出に用い、安定度の高い厚み
すべり振動の周波数は、その周波数温度特性を利用して、力検出ユニット１の温度検出に
用いて、屈曲振動の共振周波数の温度補正に用いることができる。
【００２５】
本発明の力検出ユニット１を基台４０に導電性接着３５を介して接続、固定した場合の
動作について、図４を用いて説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、図１（ａ）のＱ１−Ｑ１
及びＱ２−Ｑ２に於ける断面図である。
−Ｙ軸方向に力Ｆ、あるいは＋Ｙ軸方向に加速度αが力検出ユニット１に加わると、図
４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１及び第２梁５、１５は溝部３０より−Ｙ軸方向に撓
むことになる。この際、圧電基板２の厚さ方向の中心線Ｌより下側に位置する第１梁５に
は圧縮応力が加わり、該第１梁５の屈曲振動の周波数は減少する。一方、圧電基板２の厚
さ方向の中心線Ｌより上側に位置する第２梁１５には引張（伸長）応力が加わり該第２梁
１５の屈曲振動の周波数は増加する。
また、＋Ｙ軸方向に力Ｆ、あるいは−Ｙ軸方向に加速度αが力検出ユニット１に加わる
と、第１及び第２梁５、１５は溝部３０より＋Ｙ軸方向に撓むことになり、第１梁５には
引張（伸長）応力が加わり、該第１梁５の屈曲振動の周波数は増加し、第２梁１５には圧
縮応力が加わり該第２梁１５の屈曲振動の周波数は減少する。
【００２６】
電極１０ａ、１０ｂと、電極１１ａ、１１ｂとに印加する電圧を互いに逆位相とするこ
とにより、第１及び第２梁５、１５には、屈曲振動が励振される。屈曲振動をする梁に伸
長（引張）応力、或いは圧縮応力を加えると梁の共振周波数が変化し、伸長（引張）応力
では共振周波数は増加し、圧縮応力では減少する。梁の共振周波数の変化分と、印加する
応力とは略比例するが、力検出ユニット１の検出精度を期する場合には、梁に印加する力
と、梁の屈曲振動の周波数変化分との対応表を記憶装置に格納して用いればよい。
力検出軸方向のＹ軸方向に力Ｆ、あるいは加速度αを加えることにより、第１梁５の屈
曲振動の周波数変化と、第２梁１５の屈曲振動の周波数変化とは互いに逆に変化する。つ
まり、第１及び第２梁５、１５を差動動作させることができる。差動動作の利点は、周知
のように周波数感度、即ち力検出感度が２倍になることである。また、第１及び第２梁５
、１５の共振周波数の差をとることにより、不要振動、例えば他軸方向の感度を低減する
こと等が可能である。
【００２７】
図１に示す力検出ユニット１では、第１梁５の両端部と枠体３との結合部の両側で、第
１梁５と同一平面上に枠体３の部材３ｂ、３ｄより第１梁５に平行に中央部に延びるカウ
ンタービーム６、７を夫々形成する。同様に、第２梁１５の両端部と枠体４との結合部の
両側で、第２梁１５と同一平面上に枠体４の部材４ｂ、４ｄより第２梁１５に平行に中央
部に延びるカウンタービーム１６、１７を夫々形成する。
カウンタービーム６、７、１６、１７は夫々片持ち梁であり、第１及び第２梁５、１５
の幅の中心線に対し、対称に形成されている。
カウンタービーム６、７、１６、１７の機能は、第１及び第２梁５、１５がＹ軸方向に
変位する際に、この変位と逆方向に変位することで枠体への振動の伝播を抑え、第１及び
第２梁５、１５の振動漏れを少なくするように働く。
【００２８】
図１に示した第１及び第２梁５、１５夫々に励起する互いに位相の異なる２つの厚みす
べり振動を利用して、第１及び第２梁５、１５夫々に屈曲振動を励振する。第１及び第２
梁５、１５に加わる力によって梁の屈曲振動の共振周波数が変化するので、該周波数変化
を力検出に用いる。従来の音叉型圧電振動素子に比較し、小型化しても電極形成が容易で
あり、検出感度が維持できるという効果がある。また、屈曲振動が励振される第１梁と第
２梁５、１５とを差動的に動作させることにより、力検出感度を倍増させることができる
という効果がある。また、差動動作により、第１及び第２梁５、１５がピックアップする
不要振動、例えば他軸方向の振動を低減することができるという効果がある。
また、力検出ユニット１は、第１枠体３の厚さ方向の中心線より下部に第１梁５を形成
し、第２枠体４の厚さ方向の中心線より上部に第２梁１５を形成した構造であるので、力
検出ユニット１に厚さ方向の力が加わった際に、第１梁５と第２梁１５とに生じる応力は
、一方が伸長応力、他方が圧縮応力となる。つまり、前記第１梁と前記第２梁との共振周
波数は互いに逆に変化する。つまり、第１梁５と第２梁１５とを差動動作させることがで
きるので、力の検出感度が倍増し、第１及び第２梁５、１５生じる不要振動、例えば他軸
方向の振動を低減することができるという効果がある。
【００２９】
第１及び第２梁５、１５と平行する第１及び第２の枠体３、４の部材に夫々溝部３０を形
成することにより、第１及び第２の枠体３、４が厚さ方向の力の印加により溝部より容易
に撓むように構成すること可能となり、小さな力も検出できるようになり、力の検出範囲
が広がるという効果がある。
また、第１及び第２梁５、１５の夫々の両側に第１及び第２梁５、１５と平行にカウン
タービーム６、７及び１６、１７を配置することにより、第１及び第２梁５、１５の屈曲
振動による変位を相殺するように、カウンタービーム６、７及び１６、１７が変位するの
で、第１及び第２梁５、１５の振動漏れを低減するこができる。その結果、第１及び第２
梁５、１５のＱ値を高めると共に、力検出ユニットの検出精度を高めることができるとい
う効果がある。
【００３０】
図５は本発明の力検出装置５０の断面図の一例である。力検出装置５０は、図１に示し
た力検出ユニット１と、力検出ユニット１の第１及び第２梁５、１５の屈曲振動、又は厚
みすべり振動の周波数変化を検出する検出部５５と、力検出ユニット１と検出部５５とを
収容するパッケージ５１と、を備えている。
検出部５５は、第１及び第２梁５、１５を励振するための発振回路と、該発振回路の出
力周波数を演算処理する演算回路とを備えたＩＣ等を含んでいる。パッケージ５１は、パ
ッケージ本体５１ａと、蓋部材５１ｂとからなり、パッケージ本体５１ａの外底部には外
部接続端子５２が形成されている。パッケージ本体５１ａの内部には力検出ユニット１を
例えば、導電性接着材５３を介して搭載するための台座５３が設けられている。検出部５
５はパッケージパッケージ本体５１ａの内部に形成された内部電極に接続される。内部電
極と外部接続端子５２とは導通されている。
適用例１乃至４の何れかに記載の力検出ユニット１を用いれば、前記第１及び第２梁の
屈曲振動を互いに差動動作させ、その周波数変化を前記検出部で検出することにより、検
出感度が倍増した力検出装置が構成できるという効果がある。
また、前記第１及び第２梁の屈曲振動の振動漏れを低減し、検出感度が優れ、他軸感度
を抑圧し、検出範囲の広い力検出装置が構成できるという効果がある。
【符号の説明】
【００３１】
１…力検出ユニット、２圧電基板、３…第１枠体、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…部材、３’
ａ、３’ｂ、３’ｃ、３’ｄ、４’ａ、４’ｂ、４’ｃ、４’ｄ…傾斜面、４…第２枠体
、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ…部材、５…第１梁、６、７、１６、１７…カウンタービーム
、８ａ、８ｂ、１８ａ、１８ｂ開口部、１０ａ、１１ａ、２０ａ、２１ｂ…上部電極、１
０ｂ、１１ｂ、２０ｂ、２１ｂ…下部電極、１０ｃ、１０ｄ、１１ｃ、１１ｄ、２０ｃ、
２０ｄ、２１ｃ、２１ｄ…引出電極、１５…第２梁、３０…溝部、３５…導電性接着剤、
４０…基台、５０…力検出装置、５１…パッケージ、５１ａ…パッケージ本体、５１ｂ…
蓋部材、５２…外部接続端子、５３…台座、５５…検出部
【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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