(57)【要約】【課題】屈曲振動モードの圧電振動片を感応素子に備える加速度センサーにおいて、錘部の設計自由度を拡大し、高精度かつ高感度な加速度の測定を可能にする。【解決手段】振動ビーム１３及びその表面に形成した励振電極を有する圧電振動片１２からなる感応素子と、その両端を支持するための支持部１７，１８と、振動ビームの一方の基端部１４と隣接する支持部との間に薄肉部１９を有する連結部１６と、該一方の基端部から感応素子の幅方向両側に配置されかつその長手方向に沿って他方の基端部側に延長する錘部２０とを備える。錘部の主面法線方向に加速度が作用すると、その向き及び大きさに応じて感応素子の周波数が変化する。錘部の幅方向両側に沿って延長する振動ビームからなる第２及び第３の感応素子４２，４３を追加すると、更に錘部の面内方向の加速度を測定できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の振動ビーム、前記第１の振動ビームの長手方向両端の基端部、及び前記第１の振動ビームの表面に形成されて該第１の振動ビームを屈曲振動モードで励振するための励振電極を有する第１の感応素子と、前記第１の感応素子を支持するために前記各基端部にそれぞれ結合した支持部と、一方の前記基端部から前記第１の振動ビームと同軸上にそれとは反対向きに延長して前記支持部との間に設けられ、かつ前記第１の振動ビームの長手方向に沿って形成される薄肉部を有する連結部と、前記一方の基端部に結合させて前記第１の感応素子の幅方向両側に配置され、その長手方向に沿って他方の前記基端部側に向けて延長する錘部とを備えることを特徴とする加速度センサー。
【請求項２】
前記錘部の幅方向両側に左右対称に配置された第２及び第３の感応素子と、前記第２及び第３の感応素子をそれぞれ支持するための第２及び第３の支持部とを更に備え、前記第２及び第３の感応素子が、それぞれ前記錘部に沿って前記第１の振動ビームと平行に延長する第２及び第３の振動ビームを有し、前記第２及び第３の振動ビームが、それぞれ長手方向の前記連結部とは反対側の基端部において隣接する前記錘部に結合し、かつそれぞれ長手方向の前記連結部側の基端部において前記第２及び第３の支持部に結合していることを特徴とする請求項１記載の加速度センサー。
【請求項３】
前記第１の感応素子が平行に延長する２本の前記第１の振動ビームを有することを特徴とする請求項１又は２記載の加速度センサー。
【請求項４】
前記支持部が、前記感応素子及び前記錘部の外側を囲繞する１つの支持フレームからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の加速度センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば対象物の移動や振動、姿勢の変化等を測定または検出するために、圧電振動片を感応素子に用いて加速度を検出するための加速度センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に圧電振動子は、応力が印加されるとその大きさによって共振周波数が変化する性質を有する。特に屈曲振動モードの圧電振動子は、他の振動モードに比して印加応力に対する周波数変化率が大きいことが知られている。中でも、平行な２本の振動ビームとそれらの両端をそれぞれ結合する基端部とからなる構造の双音叉振動子は、高いＱ値及び良好な直線性の周波数特性を有し、再現性及びヒステリシスに優れ、応答速度が速いことが報告されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００３】
そこで従来、双音叉圧電振動子を用いた様々な加速度センサーが開発されている。例えば、双音叉圧電振動片の一方の基端部を固定部材上に支持し、他方の基端部を錘である可動部材上に支持し、可動部材が加速度によりその印加方向に変位すると、圧電振動片にその両端から圧縮方向又は引張方向の力を作用して、その周波数を増加または減少させるようにした加速度センサーが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この加速度センサーは、圧電振動片と固定部材及び可動部材とが別個の部材として形成され、それらを接着剤等で固定して一体化するので、部品点数及び組立工数が多くなり、組立作業が複雑である。
【０００４】
そこで、ヒンジ部分でベースに接続された錘である振子型回動質量と、その両側に配置された２つの振動梁即ち双音叉圧電振動片とを備え、該振動片の一方の基端部をベースに固定しかつ他方の基端部を回動質量に固定した単一片として、水晶片をフォトリソグラフィー技術で加工することにより形成した加速度計が知られている（例えば、特許文献２を参照）。この加速度計は、回動質量が面内方向の加速度によってヒンジ部分を中心に回転すると、一方の圧電振動片には引張応力が、他方の圧電振動片には圧縮応力が作用してそれぞれ周波数をシフトさせるので、それらの周波数差を測定する。
【０００５】
同様に支持部と、錘部である慣性質量部と、双音叉圧電振動片からなる力変換器とを備え、圧電振動片の両端を支持部と慣性質量部とにそれぞれ接続した単結晶基板からなる加速度センサーが知られている（例えば、特許文献３を参照）。図６（Ａ）は、この加速度センサー１の全体構成を概略的に示している。
【０００６】
力変換器即ち圧電振動片２は、２本の平行な振動ビーム３とその長手方向両端の基端部４，５とを有する双音叉型で、一方の基端部４が支持部６に、他方の基端部５が慣性質量部即ち錘部７に接続されている。支持部６は圧電振動片２の両側をその長手方向に沿って他方の基端部５付近まで延長し、錘部７に接続している。支持部６と錘部７とは、その上面側に前記振動ビームの長手方向と直交する向きに延長する溝を形成することによって、屈曲可能な薄肉部８で接続されている。他方の基端部５と錘部７とは、その下面側に同様に前記振動ビームの長手方向と直交する向きに延長する溝を形成することによって、屈曲可能な薄肉部９で接続されている。
【０００７】
錘部７は、図６（Ｂ）に矢印で示すように、その主面の法線方向下向きに加速度が作用すると、薄肉部８の中心を通る軸線ＨＡを中心に下向きに回動する。この動作により、双音叉振動片２の基端部５と錘部７とを接続する薄肉部９は、図６（Ｃ）に示すように、その中心を通る軸線ＴＡが軸線ＨＡを中心として下向きに回転した位置ＴＡ’に変位する。その結果、振動ビーム３には基端部５から引張方向の力が作用し、圧電振動片２の周波数が上昇する。
【０００８】
逆に、加速度が、図６（Ｄ）に矢印で示すように錘部７の主面の法線方向上向きに作用すると、該錘部は、薄肉部８の中心を通る軸線ＨＡを中心に上向きに回動する。この動作により、薄肉部９は、図６（Ｅ）に示すように、その中心を通る軸線ＴＡが軸線ＨＡを中心として上向きに回転した位置ＴＡ’に変位する。その結果、振動ビーム３には基端部５から圧縮方向の力が作用し、圧電振動片２の周波数が下降する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１７０２０３号明細書
【特許文献２】特開平１−３０２１６６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，１６５，２７９号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】栗原正雄、外３名，「双音叉振動子を用いた水晶圧力センサ」，東洋通信機技報，東洋通信機株式会社，１９９０年，Ｎｏ．４６，ｐ．１−８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献３記載の加速度センサーは、１つの圧電振動片で加速度の大きさだけでなく、その向きまで判定できるので、特許文献２記載のように２つの圧電振動片を必要とするものよりも有利である。しかしながら、特許文献３記載の加速度センサーには、次のような問題がある。
【００１２】
一般に加速度センサーにおいて感度を上げるためには、加速度による慣性力の作用を受ける質量体即ち錘部をより大きくすることが好ましい。特許文献３記載のように、１枚の圧電ウエハ又はチップからフォトエッチングで加工される加速度センサーの場合、錘部の面積をより大きくすることがセンサー感度の向上に重要である。
【００１３】
特許文献３記載の加速度センサーは、錘部が圧電振動片の基端部から振動ビームとは反対側に設けられるから、錘部の平面寸法を大きくすると、加速度センサー全体の平面寸法が大型化する。そのため、感度の向上と小型化とを同時に実現することは困難である。また、圧電振動片からなる感応素子は、その共振周波数に基づいて振動ビームの長さが決定されるから、パッケージ寸法が予め決まっている場合、錘部の設計自由度は低く、十分な感度を得られない虞がある。
【００１４】
また、特許文献３記載の加速度センサーは、錘部と支持部及び基端部との間にそれぞれ薄肉部を形成するために、圧電基板の表裏各面にそれぞれ凹部を別個にエッチングしなければならない。そのため、加工工程が複雑かつ面倒で工数が増え、コストが増大するという問題がある。
【００１５】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、屈曲振動モードの振動ビームを有する感応素子を備える速度センサーにおいて、好ましくは加工工程の複雑化や工数を増加しないで、錘部の設計自由度を拡大し、加速度を高精度かつ高感度に測定できるようにすることである。
【００１６】
更に本発明の目的は、直交する２軸方向の加速度を検出し得る加速度センサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の加速度センサーは、上記目的を達成するために、第１の振動ビーム、該第１の振動ビームの長手方向両端の基端部、及び第１の振動ビームの表面に形成されて該第１の振動ビームを屈曲振動モードで励振するための励振電極を有する第１の感応素子と、該第１の感応素子を支持するために各基端部にそれぞれ結合する支持部と、一方の基端部から第１の振動ビームと同軸上にそれとは反対向きに延長して隣接する支持部との間に設けられ、かつ第１の振動ビームの長手方向に沿って形成される薄肉部を有する連結部と、前記一方の基端部に結合させて感応素子の幅方向両側に配置され、その長手方向に沿って他方の基端部側に向けて延長する錘部とを備えることを特徴とする。
【００１８】
錘部は、その主面の法線方向下向き又は上向きに加速度が作用すると、基端部との連結部分を支点に下方又は上方へ弾性変形する。これが、錘部の重心を力点としかつ薄肉部を作用点として、加速度の大きさ及び向きに対応した回転モーメントを発生させ、基端部から振動ビームの長手方向に沿って圧縮又は引張応力を作用させる。
【００１９】
本発明によれば、錘部を感応素子の一方の基端部から他方の基端部側に向けて設けるので、錘部の重心から作用点までの距離を、振動ビームの長さに制限されることなく自由に設定できる。これにより、同じ大きさの加速度に対して、錘部から振動ビームにより大きな力を作用させることができる。これに加えて、錘部から振動ビームに伝達される力の作用点が、連結部の薄肉部に設定されるので、錘部から加速度を振動ビームに直接、効率良く伝達できる。これらの結果、本発明は、加速度センサーの感度を従来より大幅に向上させることができる。
【００２０】
更に本発明の加速度センサーは、感応素子がその両端の２点で固定支持されるので、従来の圧電振動片をその片側一端で１点支持する構造に比して、振動漏れが小さい。その結果、感応素子を構成する圧電振動片はＣＩ値が小さくなり、Ｑ値が上昇し、周波数のばらつきが小さくなるので、加速度センサーとして高い分解能が得られる。
【００２１】
或る実施例において、加速度センサーは、錘部の幅方向両側に左右対称に配置された第２及び第３の感応素子と、該第２及び第３の感応素子をそれぞれ支持するための第２及び第３の支持部とを更に備え、第２及び第３の感応素子が、それぞれ隣接する錘部に沿って第１の振動ビームと平行に延長する第２及び第３の振動ビームを有し、該第２及び第３の振動ビームが、それぞれ長手方向の連結部とは反対側の基端部において隣接する錘部に結合し、かつそれぞれ長手方向の連結部側の基端部において第２及び第３の支持部に結合している。
【００２２】
錘部は、その面内方向に加速度が作用すると、基端部との連結部分及び第２，第３の支持部をそれぞれ支点に左右方向に弾性変形して、第２及び第３の感応素子の振動ビームを第２，第３の支持部との連結部分を支点に左右方向に同じように湾曲させる。これにより第２及び第３の感応素子は、振動ビームの長手方向に沿って圧縮又は引張応力が発生し、周波数が変化する。このとき、第２及び第３の感応素子の振動ビームは、左右対称に屈曲振動しているので、それらの周波数変動量は、加速度が振動ビームの幅方向の場合に正負逆になり、加速度が振動ビームの長手方向の場合は正負同じになる。従って、第２及び第３の感応素子の周波数変動量の差から、振動ビーム幅方向の加速度を検出することができる。
【００２３】
更に、第２及び第３の感応素子の周波数変動量に基づいて、第１の感応素子の周波数変動量に含まれる、加速度の振動ビーム幅方向成分による周波数変動分が検出される。従って、第１の感応素子の周波数変動量から加速度の振動ビーム幅方向成分による影響を排除し、錘部の主面法線方向の加速度を補正してより高精度に測定することができる。
【００２４】
また、第２及び第３の感応素子の周波数変動量から、それが等しい場合には、加速度が振動ビームの長手方向であることを、そうでない場合には、加速度がそれ以外の方向であることを判定することができる。
【００２５】
別の実施例では、第１の感応素子が平行に延長する２本の第１の振動ビームを有する双音叉圧電振動片で構成される。双音叉圧電振動片は、上述したように高いＱ値及び良好な直線性の周波数特性を有し、再現性及びヒステリシスに優れ、応答速度が速いことが知られており、加速度センサーをより高精度かつ高感度にすることができる。
【００２６】
更に別の実施例によれば、支持部が、感応素子及び錘部の外側を囲繞する１つの支持フレームを構成することによって、加速度センサーは、支持フレームの上下各面にベース板及びリッド板を積層しかつ接合することにより、容易に一体構造にパッケージ化した加速度センサーデバイスを製造することができる。特にこの加速度センサーは、ベース板及びリッド板と同様に、１枚のウエハに多数個を同時に加工できるので、公知のウエハ加工技術及び組立技術を用いて多数の加速度センサーデバイスを一括製造でき、製造コストが大幅に低減する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（Ａ）図は本発明による加速度センサーの第１実施例の平面図、（Ｂ）図はそのＩ−Ｉ線における連結部の部分拡大断面図。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）図は、第１実施例の感応素子の動作状態を示す連結部付近の部分拡大断面図。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）図は、第１実施例の感応素子の別の動作状態を示す連結部付近の部分拡大断面図。
【図４】（Ａ）図は第１実施例の変形例による加速度センサーの平面図、（Ｂ）図はそのIV−IV線における連結部の部分拡大断面図。
【図５】（Ａ）図は本発明による加速度センサーの第２実施例の平面図、（Ｂ）図はそのＶ−Ｖ線における連結部の部分拡大断面図。
【図６】（Ａ）図は従来の加速度センサーの平面図、（Ｂ）〜（Ｅ）図はその動作状態を示す部分拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。尚、添付図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して表す。
【００２９】
図１（Ａ）は、本発明による加速度センサーの第１実施例を概略的に示している。本実施例の加速度センサー１１は、感応素子として双音叉圧電振動片１２を有する。双音叉圧電振動片１２は、平行に延長する１対の振動ビーム１３，１３と、それらの長手方向両端の基端部１４，１５とを有する。一方の基端部１４は、前記振動ビームとは反対側に連結部１６を介して支持部１７に結合し、他方の基端部１５は、前記振動ビームとは反対側の支持部１８に直接結合している。前記各振動ビームは、その表面に図示しない励振電極が所望のパターンに形成されており、それらに所定の電圧を印加すると、面内で互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する。
【００３０】
連結部１６には、図１（Ｂ）に示すように、その下面側に全幅に亘って溝を形成することにより、厚さ一定の薄肉部１９が設けられている。連結部１６を設けた側の基端部１４には、圧電振動片１２の幅方向両側に配置した概ね矩形の錘部２０，２０が一体に結合している。前記各錘部は、圧電振動片１２を挟んで左右対称に形成され、基端部１４から前記圧電振動片の長手方向に沿ってその全長及び支持部１８の先端にまで亘って延長している。
【００３１】
本実施例の加速度センサー１１は、水晶ウエハから公知のフォトエッチング技術等を用いて、容易に製造することができる。水晶以外に、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の公知の圧電材料を用いることができる。
【００３２】
加速度センサー１１は、両支持部１７，１８をベース等のマウントに例えば接着剤で固定し、前記圧電振動片を両端で２点支持する状態で使用される。この状態で、錘部２０，２０は、その主面の法線方向下向き又は上向きに加速度が作用すると、基端部１４との連結部分を支点に下方又は上方へ弾性変形する。これにより、前記錘部の重心を力点としかつ薄肉部１９を作用点として、前記加速度の大きさ及び向きに対応した回転モーメントが発生する。これが、基端部１４及び振動ビーム１３にその長手方向に沿って圧縮又は引張応力を作用させる。
【００３３】
図２（Ａ）は、加速度が錘部２０，２０に下向きに作用した場合の動作状態を示している。このとき、連結部１６の薄肉部１９は上向き凸に湾曲する。この状態で、圧電振動片１２に応力がどのように作用しているかを、有限要素法を用いてシミュレーションした。その結果を図２（Ｂ）に示す。
【００３４】
同図において、○に＋印は圧縮応力の発生を、○に−印は引張応力の発生をそれぞれ示す。同図から分かるように、下向き加速度の場合には、振動ビーム１３の上面側に圧縮応力が、下面側に引張応力が分かれて分布する。その結果、圧力振動片１２の周波数は、加速度０の場合の共振周波数ｆ0 を基準として下降する向きに変化することを、周波数の実測結果からも確認できた。
【００３５】
図３（Ａ）は、加速度が錘部２０，２０に上向きに作用した場合の動作状態を示している。このとき、連結部１６の薄肉部１９は下向き凸に湾曲する。この状態で、圧電振動片１２に応力がどのように作用しているかを、同様に有限要素法を用いてシミュレーションした。その結果を図３（Ｂ）に示す。
【００３６】
同図から分かるように、上向き加速度の場合には、振動ビーム１３の上面側に引張応力が、下面側に圧縮応力が分かれて分布する。その結果、圧力振動片１２の周波数は、同じく共振周波数ｆ0 を基準として上昇する向きに変化することを、周波数の実測結果からも確認できた。
【００３７】
別の実施例では、連結部１６上面側に溝を形成することによって、上記実施例の薄肉部１９と同様に機能する薄肉部を設けることができる。この場合、圧電振動片１２の周波数は、錘部２０に作用する加速度の向きに関して上記実施例の場合と逆向きに変化する。
【００３８】
本実施例では、錘部２０，２０が圧電振動片１２の一方の基端部１４からその長手方向に沿って支持部１８の先端付近まで設けられているが、本発明によれば、それを越えて更に延長させることもできる。このように錘部２０，２０を、前記圧電振動片の一方の基端部から他方の基端部側に向けて設けることによって、振動ビーム１３の長さに制限されることなく、前記錘部の重心即ち力点から作用点までの距離を自由に、従来よりも大きく設定できる。これにより、同じ大きさの加速度に対して、従来よりも大きな力を前記錘部から圧電振動片１２により容易に作用させることができる。
【００３９】
更に、錘部２０，２０から圧電振動片１２に伝達される力の作用点が、基端部１４の振動ビーム１３とは反対側に結合する連結部１６の薄肉部１９に設定される。従って、前記錘部が受けた加速度を、感応素子である圧電振動片１２に直接、効率良く伝達できる。これらの結果、加速度センサー１１の感度を従来より大幅に向上させることができる。
【００４０】
例えば、図１に示す第１実施例の加速度センサーについて、そのチップサイズを５．５×３．５×０．１mmとした場合の感度を、公知の解析モデルを用いてシミュレーションした。その結果、２００ppm／Ｇの感度を得られることが分かった。比較のために、図６に示す従来技術の加速度センサーについて、チップサイズが同一の場合の感度を、同じ解析モデルを用いてシミュレーションしたところ、４０ppm／Ｇであった。このように、本実施例では、感度を５倍も向上させることができた。
【００４１】
特に本実施例の加速度センサー１１は、上述したように圧電振動片１２がその両端の２点で固定支持されるので、図６に示す従来例のように圧電振動片をその片側一端で１点支持する構造に比して、振動漏れが小さい。その結果、圧電振動片１２は、ＣＩ値が小さくなり、Ｑ値が上昇し、周波数のばらつきが小さくなるから、加速度センサーとして高い分解能が得られる。
【００４２】
また、本発明によれば、加速度センサー１１の表面に加工される凹溝が、連結部１６の薄肉部１９を画定するための前記溝だけである。従って、加速度センサーの加工工程において、凹溝は片面だけに形成すればよいから、上述した従来の加速度センサーを加工する場合に比して、その工数を少なくしかつ作業を簡単にして、製造コストを低減することができる。
【００４３】
図４（Ａ），（Ｂ）は、本発明による加速度センサーの第１実施例の変形例を示している。本実施例の加速度センサー２１は、双音叉圧電振動片１２の一方の基端部１４に連結部１６を介して結合する支持部２２と、他方の基端部１５に直接結合する反対側の支持部１８とが、圧電振動片１２及び錘部２０，２０の周囲を延長して互いに連結され、矩形の枠部２４を形成している。
【００４４】
この加速度センサー２１は、両支持部２２，２３をベース板のマウントに接着剤等で固定し、かつ枠部２４の上下各面にベース板及びリッド板を積層しかつ接合することで、容易に一体構造の加速度センサーデバイスにパッケージ化することができる。前記ベース板及びリッド板を、加速度センサー２１と同じ圧電材料又は該圧電材料と略同じ熱膨張率の材料で形成すると、使用時に環境温度の変化による熱膨張の影響を受ける虞がないので有利である。
【００４５】
更に加速度センサー２１は、１枚のウエハに多数個を同時に加工することができる。前記ベース板及びリッド板も同様に、１枚のウエハに多数個を同時に加工できることは、よく知られている。従って、公知のウエハ加工技術及び組立技術を用いて、パッケージ化した多数の加速度センサーデバイスを一括製造でき、それにより製造コストを大幅に低減させることができる。
【００４６】
図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明による加速度センサーの第２実施例を示している。本実施例の加速度センサー３１は、第１実施例と同様に、感応素子としての第１の双音叉圧電振動片３２が、平行に延長する１対の振動ビーム３３，３３と、それらの長手方向両端の基端部３４，３５とを有し、一方の基端部３４は、前記振動ビームとは反対側に連結部３６を介して支持部３７に結合し、他方の基端部３５は、前記振動ビームとは反対側の支持部３８に直接結合している。前記各振動ビームは、その表面に図示しない励振電極が所望のパターンに形成されており、それらに所定の電圧を印加すると、面内で互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する。
【００４７】
連結部３６には、図５（Ｂ）に示すように、その下面側に全幅に亘って溝を形成して厚さ一定の薄肉部３９が設けられている。連結部３６を設けた側の基端部３４には、第１の圧電振動片３２の幅方向両側に配置した概ね矩形の錘部４０，４１が一体に結合している。前記各錘部は、前記第１の圧電振動片を挟んで左右対称に形成され、基端部３４から該第１の圧電振動片の長手方向に沿ってその全長及び支持部３８の先端にまで亘って延長している。
【００４８】
更に、本実施例の加速度センサー３１には、各錘部４０，４１の幅方向両側にその外側縁に沿って、感応素子として第２及び第３の圧電振動片４２，４３が設けられている。前記第２及び第３の圧電振動片は、それぞれ第１の圧電振動片３２の振動ビーム３３と平行に延長する１本の振動ビームを有し、その一方の基端部が錘部４０，４１の長手方向中央位置付近に結合し、他方の基端部が、支持部３７の幅方向両側に配置された第２及び第３の支持部４４，４５に結合している。第２及び第３の圧電振動片４２，４３及び支持部４４，４５は、前記第１の圧電振動片を挟んで左右対称に設けられる。前記第２及び第３の圧電振動片の振動ビームは、その表面にそれぞれ励振電極が所定のパターンに形成されており、それらに所定の電圧を印加すると、面内で錘部４０，４１を挟んで互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する。
【００４９】
加速度センサー３１は、各支持部３７，３８，４４，４５をベース等のマウントに例えば接着剤で固定し、前記第１の圧電振動片を両端で２点支持し、前記第２及び第３の圧電振動片をそれぞれ片側一端で１点支持した状態で使用される。この状態で、錘部４０，４１の主面の法線方向即ちｚ方向に下向き又は上向きの加速度が作用すると、前記各錘部は、基端部３４との連結部分を支点に下方又は上方へ弾性変形する。これにより、前記錘部の重心を力点としかつ薄肉部３９を作用点として、前記加速度の大きさ及び向きに対応した回転モーメントが発生する。これが、第１の圧電振動片３２の基端部３４及び振動ビーム３３にその長手方向に沿って圧縮又は引張応力を作用させる。
【００５０】
図２及び図３に関連して説明した第１実施例の場合と同様に、錘部４０，４１に下向きの加速度が作用すると、第１の圧力振動片３２の周波数は、加速度０の場合の共振周波数ｆ0 を基準として下降する向きに変化する。逆に、前記錘部に上向きの加速度が作用すると、前記第１の圧力振動片の周波数は、同じく共振周波数ｆ0 を基準として上昇する向きに変化する。
【００５１】
錘部４０，４１に面内方向即ちｘ軸方向の加速度が作用すると、前記各錘部は、基端部３４との連結部分及び第２，第３の支持部４４，４５をそれぞれ支点に左右方向に弾性変形する。これにより、前記第２及び第３の圧電振動片は、各振動ビームがそれぞれ第２，第３の支持部４４，４５との連結部分を支点に左右方向に同じように湾曲し、その長手方向に沿って同じように圧縮又は引張応力が発生する。前記第１の圧力振動片も、前記各錘部の変形によって基端部３４内に圧縮又は引張応力が発生し、振動ビーム３３に伝達される。
【００５２】
温度Ｔの下で、錘部４０，４１に加速度ｇ（ｇx，ｇy，ｇz）が作用した場合に、所定の共振周波数で発振中の第１，第２，第３の圧電振動片３２，４２，４３に発生した周波数変化量をΔＦ1，ΔＦ2，ΔＦ3とすると、それらは以下の式で表される。
【００５３】
ΔＦ1 ＝ΔＦ1gx＋ΔＦ1gy＋ΔＦ1gz＋ΔＦT
ΔＦ2 ＝ΔＦ2gx＋ΔＦ2gy＋ΔＦ2gz＋ΔＦT
ΔＦ3 ＝ΔＦ3gx＋ΔＦ3gy＋ΔＦ3gz＋ΔＦT
ここで、ΔＦT は、温度成分項である。
【００５４】
第２及び第３の圧電振動片４２，４３は、上述したように対称に設けられて、互いに接近離反する向きに屈曲振動するから、
ΔＦ2gy＝ΔＦ3gy，ΔＦ2gz＝ΔＦ3gz，ΔＦ2gx＝−ΔＦ3gx である。従って、
ΔＦ2 −ΔＦ3 ＝２ΔＦ2gx 
となる。これから、ΔＦ1gxが求められるので、加速度ｇのｘ方向成分ｇx を検出することができる。
【００５５】
また、第１の圧力振動片３２は検出軸がｚ方向であるから、ΔＦ1 中のΔＦ1gx成分、ΔＦ1gy成分及び温度成分ΔＦT は誤差要因である。しかし、ΔＦ1gxは上述したようにして求められるので、加速度ｇのｘ方向成分ｇx の影響を補正することができる。従って、ｚ方向の加速度をより高精度に測定することができる。
【００５６】
更に、第２及び第３の圧電振動片４２，４３は、上述したようにｘ方向の加速度による周波数変動量が正負逆であるのに対し、ｙ方向の加速度による周波数変動量が正負同じになる。従って、加速度がｙ方向のみの場合には、ΔＦ2 ＝ΔＦ3 となるので、それらの周波数変動量を比較することによって、加速度の向きがｙ方向か、ｘ，ｚ方向かを判定することができる。
【００５７】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、上記各実施例における双音叉圧電振動片は、１本の振動ビームからなる圧電振動片に変更することができる。また、振動ビームと支持部との連結部に設ける薄肉部は、該連結部の厚さ方向にその中心線に関して非対称である限り、その上下面両側から溝を形成しても、上記実施例と同様に加速度の向きに応じて周波数を変化させる機能を発揮させることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１，１１，２１，３１…加速度センサー、２，１２，３２，４２，４３…圧電振動片、３，１３，３３…振動ビーム、４，５，１４，１５，３４，３５…基端部、６，１７，１８，３７，３８，４４，４５…支持部、７，２０，４０，４１…錘部、８，９，１９，３９…薄肉部、１６，３６…連結部。
【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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