(57)【要約】【課題】力の検出軸方向に対し圧電センサーの主面が直交するように、振動型慣性センサーチップの圧電センサーの主平面と、これを収容するパッケージの外部底面とが平行になるような慣性センサーを提供する。【解決手段】慣性センサー１は、圧電センサー１０と圧電センサー１０を支持する第１支持面及び第２支持面を有した支持基板２０とを備えた振動型の慣性センサーチップ３と、慣性センサーチップ３を支持台４を介して片持ち梁の状態で搭載する基台５と、慣性センサーチップ３と基台５とを同一空間内に収容する空間を備えたパッケージ７と、を備えており、基台５は圧電デバイス６を一体的に備えている慣性センサー１である。【選択図】図１
2011169671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動型の慣性センサーチップと、該慣性センサーチップを支持台を介して片持ち梁の状
態で搭載する基台と、前記慣性センサーチップと前記基台とを同一空間内に収容する空間
を備えたパッケージと、を備え、
前記基台は、圧電デバイスを一体的に備えていることを特徴とする慣性センサー。
【請求項２】
前記慣性センサーチップは、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、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支持面及び第
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、前記圧電センサー要素に対
して前記第１被固定部及び前記第２被固定部を夫々連結する第１乃至第４の梁を有する環
状梁と、を備え、
前記支持基板は、前記第１被固定部を固定する前記第１支持面を有するとともに該第１
支持面と対向する他面を前記支持台により支持された固定側の第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被固定部を支持する前記第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の短手方向中心部が前記蝶番部の短手方向幅内に位置するように前記
蝶番部の長手方向に沿って前記支持面から離間配置されており、
前記第１の梁は、前記第１被固定部と前記圧電センサー要素の長手方向一端部とを連結
し、
前記第２の梁は、前記第１被固定部と前記圧電センサー要素の長手方向他端部とを連結
し、
前記第３の梁は、前記第２被固定部と前記圧電センサー要素の長手方向一端部とを連結
し、
前記第４の梁は、前記第２被固定部と前記圧電センサー要素の他方の端部とを連結する
ことを特徴とする請求項１に記載の慣性センサー。
【請求項３】
前記第１支持面及び第２支持面と直交する方向から見た前記第１乃至第４の梁は、夫々
全長に渡って同一幅の細幅帯状をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の慣
性センサー。
【請求項４】
前記第１基板片及び前記第２基板片と前記蝶番部とが一体的に形成され、且つ前記第１
基板片の前記第１支持面と前記第２基板片の前記第２支持面とが同一平面上にあることを
特徴とする請求項１乃至３に記載の慣性センサー。
【請求項５】
前記圧電センサー要素の短手方向中心部の位置が、前記蝶番部の短手方向幅中心部と一
致していることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の慣性センサー。
【請求項６】
前記第１乃至第４の梁は、いずれも直線状であり、
前記第１被固定部において前記第１の梁と前記第２の梁とのなす角度、及び前記第２被固
定部において前記第３の梁と前記第４の梁とのなす角度は、夫々鈍角であることを特徴と
する請求項１乃至５の何れかに記載の慣性センサー。
【請求項７】
前記慣性センサーチップの前記圧電センサー要素と前記圧電デバイスとが同一構造であ
ることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の慣性センサー。
【請求項８】
前記圧電デバイスが片持ち梁構造であることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記
載の慣性センサー。
【請求項９】
前記基台は、圧電基板をエッチングにより加工することにより形成されていることを特
徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の慣性センサー。
【請求項１０】
前記慣性センサーチップは、前記第１支持面及び第２支持面が検出すべき力の方向に対
して直交するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の慣
性センサー。
【請求項１１】
前記慣性センサーチップは、ジャイロセンサー素子であることを特徴とする慣性センサ
ー。
【請求項１２】
請求項１乃至１０の何れかに記載の慣性センサーと、
前記慣性センサーの前記圧電センサー要素と前記基台の前記圧電デバイスとを励振する２
つの発振回路と、
前記２つの発振回路の出力周波数をカウントする２つのカウンターと、
前記２つの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慣性センサー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性センサー、及び慣性センサー装置に関し、特に慣性センサーの底部に基
台を設け、これを用いて検出軸と直交するパッケージの底面と、支持基板の面方向の中心
線とを平行にすると共に、基台面内に基準周波数源となる圧電デバイスを内蔵させた慣性
センサー、及び慣性装置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慣性センサー（例えば、加速度センサー）が知られて
いる。圧電振動素子を用いた慣性センサー（加速度センサー）は、検出軸方向へ力が作用
することによって圧電振動素子の共振周波数が変化した時に、当該共振周波数の変化から
慣性センサー（加速度センサー）に印加される力を検出するように構成されている。
特許文献１には、フレーム状の平行四辺形枠の一方の対角に、双音叉型振動素子を接合し
、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９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。屈曲部１
１８を跨ぐようにマス１１６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１０に示す中央素子１２７と
、中央素子１２７の両側に配置される図１１に示す一対のトランスジューサ素子１２８と
、これらトランスジューサ素子１２８の両外側の一対の蓋（図示せず）と、を有している
。ここで、図８（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１０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、検知軸に対して直交する方向へ延びた丁番軸
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、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１１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、
１５６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。
【０００５】
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に対面しており、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】
【０００６】
【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】
【０００７】
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、部品点数が多すぎると
いう問題があった。更に、中央素子１２７及びトランスジューサ素子１２８は極めて複雑
な構造をしており、これらの素子の歩留まりも低いことが想定され、組み立てられた加速
度の調整に多くの工数を要する虞もあり、加速度計のコストも極めて高価になるという問
題があった。
また、加速度計内部に制動用のガスが封入されているので、トランスジューサ素子１２
８の振動素子１５１のＱ値が劣化し、発振回路で励振しずらいという問題があった。
また、マス１１６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の夫々の主面を、検知軸１１９方向と正確に直交させることは、極めて難しいとい
う問題もあって。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、構造が単純で力検出感が高く、製
造コストの低減が可能な慣性センサー、及び慣性センサー装置を提供することにある。特
に、基台を用いることにより、慣性センサーのパッケージの底面と、支持基板の主面とを
平行になるように構成し、且つ基台に圧電デバイスを一体的に形成して、この圧電デバイ
スを用いて性能を改善した慣性センサー装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
［適用例１］本発明の慣性センサーは、振動型の慣性センサーチップと、該慣性センサ
ーチップを支持台を介して片持ち梁の状態で搭載する基台と、前記慣性センサーチップと
前記基台とを同一空間内に収容する空間を備えたパッケージと、を備え、前記基台は、圧
電デバイスを一体的に備えていることを特徴とする慣性センサーである。
【００１０】
基台の一方の端部の上面に支持台を介して慣性センサーチップの一方の端部を搭載する
際に、基台の他方の端部の上面に支持台と同一厚さのスペーサー（錘を貼り付ける場合は
、第２基板片の下側に貼り付ける錘の厚さと、スペーサーの厚さとの和が支持台の厚さと
同じとする）を載せ、その上に慣性センサーチップの他方の端部を載置する。支持台とス
ペーサーを用いることにより、慣性センサーチップの主面の方向の中心線と、基台面とを
平行に維持して接着・固定できるので、力検出軸に対し慣性センサーチップを正確に直交
させることができるという効果がある。更に、基台と一体的に圧電デバイス（圧電振動素
子）を形成しているので、慣性センサー装置を構成するときにこの圧電デバイスを、基準
振動素子として用いることも、又は慣性センサーチップの温度補償用に用いることもでき
るという効果がある。
【００１１】
［適用例２］また、慣性センサーは、前記慣性センサーチップが、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、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支持面及び第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、前記圧電センサー要素に対して前記
第１被固定部及び前記第２被固定部を夫々連結する第１乃至第４の梁を有する環状梁と、
を備え、前記支持基板は、前記第１被固定部を固定する前記第１支持面を有するとともに
該第１支持面と対向する他面を前記支持台により支持された固定側の第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被固定部を支持する前記第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の短手方向中心
部が前記蝶番部の短手方向幅内に位置するように前記蝶番部の長手方向に沿って前記支持
面から離間配置されており、前記第１の梁は、前記第１被固定部と前記圧電センサー要素
の長手方向一端部とを連結し、前記第２の梁は、前記第１被固定部と前記圧電センサー要
素の長手方向他端部とを連結し、前記第３の梁は、前記第２被固定部と前記圧電センサー
要素の長手方向一端部とを連結し、前記第４の梁は、前記第２被固定部と前記圧電センサ
ー要素の他方の端部とを連結することを特徴とする適用例１に記載の慣性センサーである
。
【００１２】
支持基板は、固定側の平板状の第１基板片と、可動側の平板状の第２基板片と、両者を
連結する蝶番とを備えている。圧電センサーは、第１の梁乃至第４の梁が形成する平行四
辺形状の環状梁と、環状梁の一方の対角に第１被固定部及び第２被固定部と、他の対角に
連結された圧電センサー要素と、を備えている。両者とも平板状の圧電基板を用い、フォ
トリソグラフィ技術を用いたエッチング加工法を適用して寸法精度の良い支持基板と圧電
センサーとが形成でき、これら用いて小型で低コストの加速度センサーが量産可能になる
という効果がある。その上、慣性センサーは第１の梁乃至第４の梁が形成する環状梁は、
加わる力の方向を９０度変換すると共に、力を増大するように作用するので、小さな加速
度も検出でき（高感度）、検出精度が高く再現性のある環状梁センサーが得られるという
効果がある。
【００１３】
［適用例３］また、慣性センサーは、前記第１支持面及び第２支持面と直交する方向か
ら見た前記第１乃至第４の梁は、夫々全長に渡って同一幅の細幅帯状をなしていることを
特徴とする適用例１又は２に記載の慣性センサーである。
【００１４】
第１の梁乃至第４の梁を同一幅の細幅帯状に形成することにより、加わる力の伝達効率
がよく、小さな力も高精度に検出でき、また再現性よいという効果がある。
【００１５】
［適用例４］また、慣性センサーは、前記第１基板片及び前記第２基板片と前記蝶番部
とが一体的に形成され、且つ前記第１基板片の前記第１支持面と前記第２基板片の前記第
２支持面とが同一平面上にあることを特徴とする適用例１乃至３に記載の慣性センサーで
ある。
【００１６】
フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工法で、圧電基板から第１基板片及び第
２基板片と蝶番部とを、一体的に形成することにより、各部の寸法が精度よく形成でき、
慣性センサーの検出感度と検出精度を改善できるという効果がある。また、第１基板片の
第１支持面と第２基板片の第２支持面とを同一平面上にすることができ、支持基板と圧電
センサーとの接着による歪を最小にし、慣性センサーの歩留まりと、検出精度の再現性を
改善するという効果がある。
【００１７】
［適用例５］また、慣性センサーは、前記圧電センサー要素の短手方向中心部の位置が
、前記蝶番部の短手方向幅中心部と一致していることを特徴とする適用例１乃至４の何れ
かに記載の慣性センサーである。
【００１８】
圧電センサー要素の短手方向中心部と、蝶番部の短手方向幅中心部とをほぼ一致させる
ことにより、慣性センサーの感度（加えられた力に対する圧電センサー要素の周波数変化
量）が最も良くなるという効果がある。
【００１９】
［適用例６］また、慣性センサーは、前記第１乃至第４の梁は、いずれも直線状であり
、前記第１被固定部において前記第１の梁と前記第２の梁とのなす角度、及び前記第２被
固定部において前記第３の梁と前記第４の梁とのなす角度は、夫々鈍角であることを特徴
とする適用例１乃至５の何れかに記載の慣性センサーである。
【００２０】
第１の梁と第２の梁とのなす角度、及び第３の梁と第４の梁とのなす角度を鈍角とする
ことにより、第１の梁と第３の梁とのなす角度、及び第２の梁と第４の梁とのなす角度が
鋭角になる。この平行四辺形状の環状梁により、第１被固定部と第２被固定部とにかかる
力の方向を９０度変換し、且つ力の大きさを増大できるという効果がある。
【００２１】
［適用例７］また、慣性センサーは、前記慣性センサーチップの前記圧電センサー要素
と前記圧電デバイスとが同一構造であることを特徴とする適用例１乃至６の何れかに記載
の慣性センサーである。
【００２２】
慣性センサーチップの圧電センサー要素と、基台に一体的に形成した圧電デバイス（圧
電振動素子）との構造を同一にすることにより、圧電デバイス（圧電振動素子）を基準振
動素子として慣性センサー装置に用いる場合に、両者の周波数を近接させて信号処理でき
、利用価値が高いという効果がある。また、両者を同一構造とすることにより、両者の温
度特性がほぼ同じになり、慣性センサーチップの温度補償を行う際に補償が容易になると
いう効果がある。
【００２３】
［適用例８］また、慣性センサーは、前記圧電デバイスが片持ち梁構造であることを特
徴とする適用例１乃至７の何れかに記載の慣性センサー。
【００２４】
基台に一体的に形成する圧電デバイス（圧電振動素子）を片持ち梁構造とすることによ
り、両持ち梁構造の場合に比べて保持部からの歪等の影響が少なく、ＣＩ値（圧電デバイ
スの等価抵抗値）を小さく、且つ温度特性を本来の特性、即ち歪の影響のない温度特性に
することができるという効果がある。
【００２５】
［適用例９］また、慣性センサーは、前記基台が、圧電基板をエッチングにより加工す
ることにより形成されていることを特徴とする適用例１乃至８の何れかに記載の慣性セン
サーである。
【００２６】
フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工法を適用して基台を構成することにより
、平坦で寸法精度の良い基台が容易に得られ、小型で低コストの慣性センサーの量産が可
能になるという効果がある。その上、基台と一体的に形成される圧電デバイスを基準振動
素子、又は温度補償用の素子として用いることができるという効果がある。
【００２７】
［適用例１０］また、慣性センサーは、前記慣性センサーチップが、前記第１支持面及
び第２支持面が検出すべき力の方向に対して直交するように構成されていることを特徴と
する適用例１乃至９の何れかに記載の慣性センサーである。
【００２８】
慣性センサーは、基台上の両端部に支持台とスペーサーとを載置し、支持台上に慣性セ
ンサーチップの一方の端部を、スペーサー上に他方の端部を載せて、構成するので、支持
台の厚さと、スペーサーの厚さとを同一とすることにより、基台の主面と、慣性センサー
チップの主面方向の中心線とを平行とすることができる。そのため、検出すべき力の方向
に対し、圧電センサーを直交させることが可能となり、検出すべき力を正確に検出できる
という効果がある。
【００２９】
［適用例１１］また、慣性センサーは、前記慣性センサーチップが、ジャイロセンサー
素子であることを特徴とする慣性センサーである。
【００３０】
圧電デバイスを一体的に備えている基台表面の一方の端部に支持台を、他方の端部にス
ペーサーを載せる。支持台の上面に２つの音叉型振動素子の基部を互いの振動腕が平行に
なるように併置し、スペーサーの上面に振動腕が載るようにする。音叉型振動素子の基部
が支持台の上面に固定された後、スペーサーを抜き去ると、基台の表面と音叉型振動素子
の主面とが平行になる。このように所定の座標軸に対し、正確に音叉型振動素子を配置す
ることにより、感応軸である中心線と直交した面内に角速度の変化が生じた場合に、音叉
型振動素子の円振動の周波数を正確に測定できるという効果がある。更に、基台と一体的
に形成した圧電デバイスを音叉型振動素子の温度補償に用いることができるという効果が
ある。
【００３１】
［適用例１２］本発明の慣性センサー装置は、適用例１乃至１０の何れかに記載の慣性
センサーと、前記慣性センサーの前記圧電センサー要素と前記基台の前記圧電デバイスを
励振する２つの発振回路と、該２つの発振回路の出力周波数をカウントする２つのカウン
ターと、該２つの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
特徴とする慣性センサー装置である。
【００３２】
支持基板及び圧電センサーを備えた慣性センサーチップを、水晶基板にフォトリソグラ
フィ技術を用いたエッチング加工法を適用して形成し、且つ圧電センサー要素を双音叉型
水晶振動素子として慣性センサーを構成する。この慣性センサーと、発振器回路、カウン
ター、演算機能を備えたＩＣとで慣性センサー装置を構成することにより、力の検出感度
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慣性センサー装
置が実現できるという効果がある。
圧電デバイス（圧電振動素子）は、慣性センサー装置の基準周波数源として用いること
も、圧電センサー要素の温度補償用として用いることもできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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断面図。
【図２】パッケージを省略した加速度センサー１’の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は基台の平面図。
【図３】双音叉型圧電振動素子を説明する図で、（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４】第１乃至第４の梁が形成する環状梁の作用を説明する概略図。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、夫々圧電センサー要素と蝶番部との相互の位置関係を示す要部平面図。
【図６】本発明の慣性センサー装置の構成を示すブロック図。
【図７】パッケージを省略したジャイロセンサー素子の構成を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は底面図。
【図８】ジャイロセンサー素子の構成を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図９】従来の加速度計の構成を示す模式的断面図。
【図１０】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１１】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】
【００３４】
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
形態に係る慣性センサー１の構成を示す概略断面図である。慣性センサー１は、振動型の
慣性センサーチップ３と、慣性センサーチップ３を支持台４を介して片持ち梁の状態で搭
載すると共に圧電デバイス（圧電振動素子）を一体的に有している基台５と、慣性センサ
ーチップ３と基台５とを同一空間内に収容する空間を備えたパッケージ７と、を備えてい
る。
パッケージ７は、凹所を有したパッケージ本体７ａと蓋体７ｂとからなり、パッケージ
本体７ａの内部空間を密閉している。パッケージ本体７ａの外底面には外部端子７ｃがあ
り、慣性センサーチップ３及び基台５に設けた圧電デバイスと導通している。
【００３５】
図２は、パッケージ７を省略した慣性センサー１’（パッケージに収容したものを慣性
センサー１、パッケージを省略したものを慣性センサー１’と称す）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、同図（ｃ）は基台の
平面図である。
慣性センサーチップ３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２２ａ及び第２支持面２４ａを有した支持基板２０と、を備えている。
圧電センサー１０は、検知軸９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１１と、圧電センサー要素１１を支持基板２０上に支持するために第１支持面２２
ａ及び第２支持面２４ａに夫々固定される第１被固定部１４ａ及び第２被固定部１４ｃを
有する環状梁１２と、を備えている。
【００３６】
環状梁１２は、実施形態の場合、４つの辺の長さがほぼ等しい平行四辺形であり、一方
の対角部に第１被固定部１４ａ及び第２被固定部１４ｃが配置され、他方の対角部に第１
基部１４ｂ及び第２基部１４ｄが配置されている。第１の梁１２ａは、第１被固定部１４
ａと第１基部１４ｂとを連結し、第２の梁１２ｂは、第１被固定部１４ａと第２基部１４
ｄとを連結している。第３の梁１２ｃは、第２被固定部１４ｃと第１基部１４ｂとを連結
し、第４の梁１２ｂは、第２被固定部１４ｃと第２基部１４ｄとを連結している。第１の
梁１２ａ乃至第４の梁１２ｄが平行四辺形を形成している。更に、第１被固定部１４ａの
環状梁１２の外側から圧電センサー要素１１と平行に一対の引出片１６ａ、１６ｂが延出
している。引出片１６ａ、１６ｂ上には、後述する圧電センサー要素の励振電極から延出
するリード電極が形成されている。
圧電センサー１０の第１被固定部１４ａ及び第２被固定部１４ｃは、支持基板４の第１
支持面２２ａ及び第２支持面２４ａに固定され、第２基板片２４の揺動を、第１の梁１２
ａ乃至第４の梁１２ｄ介して圧電センサー要素１１に伝達するように構成されている。
第１の梁１２ａ乃至第４の梁１２ｄは、いずれも直線状であり、第１被固定部１４ａに
おいて第１の梁１２ａと第２の梁１４ｂとのなす角度、及び第２被固定部１４ｃにおいて
第３の梁１２ｃと第４の梁１２ｄとのなす角度は、夫々鈍角であるように構成する。つま
り、第１基部１４ｂにおける第１の梁１２ａと第３の梁１４ｃとのなす角度θと、第２基
台部１４ｄにおける第２の梁１２ｂと第４の梁１４ｄとのなす角度θと、が鋭角である環
状梁１２は、第１被固定部１４ａ及び第２被固定部１４ｃに加わる力の方向を９０度変換
し、力の大きさを増大して圧電センサー要素１１に加える働きをする。角度θにより力の
増大率は変化する。また、第１支持面２２ａ及び第２支持面２４ａと直交する方向から見
た第１の梁１２ａ乃至第４の梁１２ｄは、夫々全長に渡って同一幅の細幅帯状をなしてい
る。
【００３７】
支持基板２０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２２ａ
を有するとともに第１支持面２２ａに対し裏側に相当する他面を支持台４により支持され
た固定側の第１基板片２２と、第１支持面２２ａの広がり方向に並置され、且つ第２被固
定部１４ｃを支持する第２支持面２４ａを備えた可動側の第２基板片２４と、第１基板片
２２と第２基板片２４の対向する側端縁間を連結して第２基板片２４を厚さ方向へ揺動さ
せる蝶番部２６と、を備えている。更に、必要に応じて図２（ｂ）に示すように、第２基
板片２４の上下面の一部には夫々錘２８ａ、２８ｂを貼り付ける。
圧電センサー要素１１の長手方向と直交する方向の蝶番部２６の断面形状は矩形状、台
形状、円弧状等であり、支持基板２０の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２２及び第２基板片２４と蝶番部２６とは、一体的に形成され、且つ第１基板
片２２の第１支持面２２ａと第２基板片２４の第２支持面２４ａとは同一平面上にある。
なお、第１支持面２２ａと第２支持面２４ａとが同一平面上でなくとも良く圧電センサ
ー要素１１が搭載可能な範囲であれば第１支持面２２ａの高さと第２支持面２４ａの高さ
に差があっても構わない。
【００３８】
基台５は、図２（ｂ）の慣性センサー１’の断面図、及び同図（ｃ）の平面図に示すよ
うに、矩形平面状の圧電基板５の一部にフォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工
で、空間部５ａと圧電デバイス（圧電振動素子）６とを形成した基板である。圧電振動素
子６は、本実施形態の場合、片持ち梁構造の双音叉型圧電振動素子であり、一対の基部６
ａ、６ｂ及び基部６ａ、６ｂ間を連設する一対の振動腕６ｃ、６ｄを備えた圧電基板と、
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。
圧電振動素子６は、慣性センサー１’を例えば慣性センサー装置として用いる際に、基
準信号の発生源として用いることができる。
また、図２（ｂ）に示すように圧電基板５の板厚に対して圧電振動素子６の厚さを薄く
形成した場合であれば、圧電基板５の底面（パッケージ本体７ａの底面と対向する側の面
）に対して圧電振動素子６を奥まった位置に構成することができる。そしてこれにより検
知軸９に沿って基部６ａが動揺したとしても圧電振動素子６がパッケージ本体７ａの底面
に衝突し破壊してしまうことを防止することが可能である。
なお、圧電基板５の板厚と圧電振動素子６の厚さを等しくし形成しても構わない。この
場合、パッケージ本体７ａの底面と圧電基板５の底面とを接合する際にパッケージ本体７
ａの底面と圧電基板５の底面との間に隙間ができるように接着剤などの媒体を挟めばよい
。
【００３９】
圧電センサー要素１１は、検知軸９方向と直交する方向へ延びる細長い構成であり、且
つセンサー要素１１の短手方向中心部が蝶番部２６の短手方向幅内に位置するように蝶番
部２６の長手方向に沿って支持面から離間配置されている。
圧電センサー要素１１は、実施形態の場合、双音叉型圧電振動素子であり、図２（ａ）
に示すように一対の基部片１５ａ、１５ｂ間を一対の振動腕１７ａ、１７ｂが連接した構
造をしている。
圧電センサー要素１１は、環状梁１２の第１基部１４ｂ及び第２基部１４ｄに対して、
夫々第１支持片１８ａ及び第２支持片１８ｂを介して連結され、環状梁１２の内部におい
てこれと一体となり、圧電センサー１０を構成している。圧電センサー要素１１は、慣性
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２０の第１支持面２２ａ及び
第２持面２４ａに支持・固定する際に、圧電センサー要素１１の短手方向中心部が、支持
基板２０の蝶番部２６の短手方向幅内に位置するように、蝶番部２６の長手方向に沿って
第１支持面２２ａ及び第２支持面２４ａから離間して配置されている。望ましくは、圧電
センサー要素１１の短手方向中心部と、蝶番部２６の短手方向幅中心部とがほぼ一致して
いることである。
【００４０】
圧電センサー要素１１が、双音叉型圧電振動素子で構成される場合について、図３を用
いて簡単に説明する。
双音叉型圧電振動素子１１は、図３（ａ）に示すような一対の基部１５ａ、１５ｂ及び
基部１５ａ、１５ｂ間を連設する一対の振動腕１７ａ、１７ｂ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）
の破線は双音叉型圧電振動素子１１の振動姿態を示す平面図である。双音叉型圧電振動素
子１１の振動モードが、一対の振動腕１７ａ、１７ｂ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）は振動腕１７ａ、
１７ｂ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。
【００４１】
双音叉型圧電振動素子１１、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、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一対の振動腕に外力Ｆを加えたときの共振周波数ｆFは式（１
）のように表わされる。
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）は式（２
）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。
【００４２】
以上の式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。
図２に示した圧電センサー要素１１は、上記の水晶基板を用いた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振動素子であればどのような振動素子
でもよい。例えば振動体に駆動部を接着した振動素子、シングルビーム振動素子、厚み滑
り振動素子、ＳＡＷ振動素子等を用いることが可能である。
【００４３】
慣性センサー１’の組み立ての一例は、支持基板２０の第１支持面２２ａ、及び第２支
持面２４ａに接着剤を塗布し、それらの上に圧電センサー１０の第１被固定部１４ａ、及
び第２被固定部１４ｃを夫々載置し、接着・固定して、慣性センサーチップ３を構成する
。接着剤としては、例えば残留歪の少ない低融点ガラス等を用いる。慣性センサー１’の
感度を上げる必要がある場合には、接着剤を用いて支持基板２０の第２基板片２４の上下
面の一部に錘２８ａ、２８ｂを接着・固定し、第２基板片２４の質量を増す等の手段をと
る。
そして、第１基板片２２の第１支持面２２ａと対向する裏面に接着剤を塗布し、所定の
形状寸法の支持台４の表面を接着・固定する。基台５の一方の端部に接着剤を塗布し、他
方の端部に所定の厚さを有するスペーサー８を載置する。基台５の一方の端部の接着剤を
塗布した位置に、支持台４の裏面を載置するとともに、スペーサー８の上面には錘２８ｂ
の裏面が接し、基台５の上下面と支持基板２０の主面（第１及び第２支持面）方向の中心
線とが平行になるようにして、接着剤を硬化させる。接着剤が硬化した後、スペーサー８
を基台５と錘２８ｂとの間から抜き去る。慣性センサー１’の基台５の上下面と、支持基
板２０の主面の中心線とが平行な状態を確認した後、図１の断面図に示すように、パッケ
ージ本体７ａの内部底面に収容し、蓋体７ｂにて封止し内部を真空にして、慣性センサー
１を完成する。
例えば、慣性センサー１を加速度計に用いる際に、慣性センサー１のパッケージの外底
面と支持基板２０の主面の中心線とが平行であることが、測定すべき検出軸方向の加速度
を正確に測定するのに重要な要因であり、測定誤差を最小限にする重要な条件である
【００４４】
環状梁１２の動作について、図４に示す模式図を用いて説明する。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、第３の梁１２ｃの方向の力ｆａ２と、第４の梁１２
ｄの方向の力ｆａ１とに分解され、＋Ｘ軸方向の力ｆｂは、第１の梁１２ａの方向の力ｆ
ｂ２と、第２の梁１２ｂ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に作用するこれらの力ｆａ１、ｆａ２、ｆｂ１、ｆｂ２は、環状梁１２の
第１基部１４ｂに、第３の梁１２ｃの方向の力ｆａ２と第１の梁１２ａの方向の力ｆｂ２
とが、第２基部１４ｄに、第４の梁１２ｄの方向の力ｆａ１と第２の梁１２ｂの方向の力
ｆｂ１とが、作用するのと等価である。
第１基部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Ｆ２
となる。同様に第２基部１４ｄに働く力ｆａ１とｆｂ１とを合成すると力Ｆ１となる。
環状梁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、ｆｂは、
第１基部１４ｂ及び第２基部１４ｄに作用する力Ｆ２とＦ１と等価である。つまり、環状
梁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。
【００４５】
本発明の慣性センサー１を加速度センサーとして用いる場合の動作について説明する。
慣性センサー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２４には慣性の力Ｆ（＝ｍ×−α、ｍは第２支持片２４の質量）が働
き、この力Ｆにより第２支持片２４は蝶番部２６から−Ｚ軸方向に撓むことになる。第２
支持片２４が−Ｚ軸方向に撓むと、第１被固定部１４ａは、第１基板片２２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２４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。環状梁１２の第１被
固定部１４ａ及び第２被固定部１４ｃ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４で説明したように、第１基部１４ｂ及び第２基部１４ｄにはＹ軸方向で互いに
環状梁１２の中心部に向かう力Ｆが働く。この力Ｆにより、圧電センサー要素１１は圧縮
力が加わる。圧電センサー要素１１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、慣性センサー１に−Ｚ軸方向の加速度αが印加されると、第２支持片２４は蝶番
部２６から＋Ｚ軸方向に撓み、圧電センサー要素１１には伸長力（引張力）が加わる。圧
電センサー要素１１が双音叉型圧電振動素子の場合には、その周波数が高くなる。
圧電センサー要素１１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。
【００４６】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は慣性センサー１の要部である支持基板２０の蝶番部２６
と、第１基板片２２と第２基板片２４とに支持・固定された圧電センサー１０と、の相互
の位置関係を示した要部平面図である。図５（ａ）は、蝶番部２６の長手方向の中心線が
、圧電センサー要素１１の長手方向の中心線から図中左方にずれた場合の平面図である。
図５（ｂ）は、蝶番部２６の長手方向の中心線と、圧電センサー要素１１の長手方向の中
心線とがほぼ一致する場合の平面図である。図５（ｃ）は蝶番部２６の長手方向の中心線
が、圧電センサー要素１１の長手方向の中心線から図中右方へずれた場合の平面図である
。
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の夫々の場合のセンサー感度（同一の力を加えた場合の周
波数変化度）を、有限要素法を用いてシミュレーションした。その結果、図５（ｂ）に示
すように慣性センサー１を構成した場合、即ち  圧電センサー要素１１の短手方向中心部
と、蝶番部２６の短手方向幅中心部とをほぼ一致させた場合が、環状梁１２の各梁に均等
に応力が加わり、且つ蝶番部２６の中央部に応力が集中し、センサー感度が最も大きいこ
とが判明した。図５（ａ）、（ｃ）の場合は、環状梁１２の各梁に加わる応力は均等では
なく、且つ蝶番部２６にかかる応力も中央より端の方に分散し、センサー感度も小さくな
ることが分かった。
これに対し、特許第２８５１５６６号公報では、その図４に示されているように、蝶番
軸（蝶番の中心線）と、振動枝（双音叉型振動子）の長手方向の中心線とが離れており、
本発明の加速度センサーと大きく異なる。また、梁の形状も異なる。
【００４７】
以上においては、第１の梁１２ａ乃至第４の１２ｄの形成する環状梁１２の形状が平行
四辺形である場合について説明したが、環状梁１２はこれに限定するものではない。第１
の梁１２ａ及び第１被固定部１４ａと、第２の梁１２ｂ及び第１被固定部１４ａを夫々コ
字状とし、第３の梁１２ｃ及び第２被固定部１４ｃと、第４の梁１４ｄ及び第２被固定部
１４ｃとがコ字状に連結していてもよい。すなわち環状梁１２が中空の略正方形または長
方形であり、正方形または長方形の角の部分を構成するように第１の梁１２ａ乃至第４の
梁１２ｄが屈曲または屈折した構成であっても良い。
また、第１の梁１２ａ乃至第４の１２ｄは、いずれも円弧状とし、第１の梁１２ａと第
２の梁１２ｂ、及び第３の梁１２ｃと第４の梁１２ｄは、夫々半円状、半楕円状、或いは
半長円状に形成されていてもよい。
以上何れの場合も、第２基板片に加わる力の方向を９０度変換し、且つ力の大きさを増
大するという効果がある。
【００４８】
基台５、圧電センサー１０及び支持基板２０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及びリード電極、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術を用
いたエッチング加工法については長年の実績があり、精度のよい圧電センサー１０及び支
持基板２０の量産化が容易である。
慣性センサーチップ３の一方の端部を基台５の一方の端部の上面に支持台４を介して搭
載する際に、基台５の他方の端部の上面に支持台４と同一厚さのスペーサー８（錘２８ｂ
を貼り付ける場合は錘２８ｂの厚さと、スペーサー８の厚さとの和が支持台４の厚さと同
じとする）を載せ、その上に慣性センサーチップ３の他方の端部を載置する。支持台４と
スペーサー８を用いることにより、慣性センサーチップ３の主面の方向の中心線と、基台
５面とを平行に維持して接着・固定できるので、力検出軸９に対し慣性センサーチップを
正確に直交させることができるという効果がある。更に、基台５と一体的に圧電デバイス
（圧電振動素子）６を形成しているので、慣性センサー装置を構成するときにこの圧電デ
バイス６を、基準振動素子として用いることも、又は慣性センサーチップの温度補償用に
用いることもできるという効果がある。
【００４９】
慣性センサー１は、基台５上の両端部に支持台４とスペーサー８とを載置し、支持台４
上に慣性センサーチップの一方の端部を、スペーサー上に他方の端部を載せて、構成する
ので、支持台４の厚さと、スペーサー８の厚さ（錘２８ｂを貼り付ける場合は錘２８ｂの
厚さと、スペーサー８の厚さとの和が支持台４の厚さと同じとする）とを同一とすること
により、基台５の主面と、慣性センサーチップ３の主面方向の中心線とを平行とすること
ができる。そのため、検出すべき力の方向に対し、圧電センサー１０を直交させることが
可能となり、検出すべき力を正確に検出できるという効果がある。
また、基台５上に圧電センサー１０を搭載した状態のものをパッケージ本体７ａに収容
するようにした製造方法を採用することで、パッケージ本体７ａが凹形状であっても検出
すべき力の方向に対し、圧電センサー１０を直交させることが容易にできるという効果が
ある。即ち、パッケージ本体７ａが平板であればパッケージ本体７ａの底面上に圧電セン
サー１０を搭載する際にスペーサー８を使用し、且つこれを圧電センサー１０にダメージ
が発生しないようにＸ軸方向に抜き去ることも容易である。一方、凹形状であるパッケー
ジ本体７ａに圧電センサー１０を直接搭載する時にスペーサー８を使用して組み立てする
場合は、圧電センサー１０を固定した状態においては、スペーサー８を引き抜く方向にパ
ッケージ本体７ａの側壁があり、慣性センサー１が小型であるほど側壁とスペーサー８ま
での距離は近くなる。そのため、圧電センサー１０にＺ軸方向の過度な刺激を与えること
なくスペーサー８を抜き去ることは困難になる。従って、効率的に慣性センサー１を組み
立てるには一旦基台５に圧電センサー１０を搭載し、スペーサー８を取り除いた後、パッ
ケージ本体７ａに圧電センサー１０を収容した方が好ましい。
フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工法を適用して基台５、圧電センサー１
０及び支持基板２０を構成することにより、寸法精度の良い基台５、圧電センサー１０及
び支持基板２０が形成でき、これらを用いて小型で低コストの慣性センサー１が量産可能
になるという効果がある。
第１の梁１２ａと第３の梁１２ｃとのなす角度、及び第２の梁１２ｂと第４の梁１２ｄ
とのなす角度を鋭角にすることで、平行四辺形状の環状梁により、第１被固定部と第２被
固定部とにかかる力の方向を９０度変換し、且つ力の大きさを増大できるという効果があ
る。そのため、小さな加速度も検出できる高感度で、精度が高く再現性のある加速度セン
サーが得られるという効果がある。
また、第１の梁１２ａ乃至第４の梁１２ｄを同一幅の細幅帯状に形成することにより、
加速度印加により生じる力の伝達効率がよく、小さく加速度を再現性よく検出することが
可能になるという効果がある。
また、基台と一体的に形成される圧電デバイスを基準振動素子、又は温度補償用の素子
として用いることができるという効果がある。
【００５０】
フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工法で、圧電基板から第１基板片２２及
び第２基板片２４と蝶番部２６とを、一体的に形成することにより、第１基板片２２の第
１支持面２２ａと第２基板片２４の第２支持面２４ａとを同一平面上にすることができ、
支持基板と圧電センサーとの接着による歪を最小にし、慣性センサーの歩留まりと、検出
精度の再現性を改善するという効果がある。
また、圧電センサー要素１１の短手方向中心部と、蝶番部２６の短手方向幅中心部とを
ほぼ一致させることにより、慣性センサーの感度（同一の加速度が印加された場合の前記
圧電センサー要素の周波数変化量）が最も良くなるという効果がある。
基台５に一体的に形成する圧電デバイス（圧電振動素子）６を片持ち梁構造とすること
により、両持ち梁構造の場合に比べて保持部からの歪等の影響が少なく、ＣＩ値（圧電デ
バイスの等価抵抗値）を小さく、且つ温度特性を本来の特性、即ち歪の影響のない温度特
性にすることができるという効果がある。
【００５１】
図６は、上記の慣性センサー１を用いて慣性センサー装置４０を構成した場合のブロッ
ク図である。慣性センサー装置４０は、慣性センサー１と、慣性センサー１の圧電センサ
ー要素１１を励振する発振回路５１ａと、基台５に形成した圧電デバイス（圧電振動素子
）６を励振する発振回路５１ｂと、発振回路５１ａ、５１ｂの出力周波数をカウントする
２つのカウンター５３ａ、５３ｂと、該カウンター５３の信号を処理する演算回路５５を
有するＩＣ５０と、表示部５６と、を備えた慣性センサー装置である。
支持基板２０及び圧電センサー１０を備えた慣性センサーチップ３を、水晶基板にフォ
トリソグラフィ技術を用いたエッチング加工法を適用して形成し、且つ圧電センサー要素
１１を双音叉型水晶振動素子として慣性センサー１を構成する。この慣性センサー１と、
発振器回路５１ａ、５１ｂ、カウンター５３ａ、５３ｂ、演算回路５５等の機能を備えた
ＩＣ５０とで、慣性センサー装置４０を構成することにより、力の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慣性センサー装置が実現でき
るという効果がある。
圧電デバイス（圧電振動素子）６は、慣性センサー装置４０の基準周波数源として用い
ることも、圧電センサー要素１１の温度補償用として用いることもできるという効果があ
る。
【００５２】
本発明の慣性センサーは、加速度センサーに限らず、特開２００６−２０１１１７公報
に開示された振動ジャイロ素子、振動ジャイロ素子の支持構造及びジャイロセンサー、特
開２００８−８２８４１公報に開示された角速度センサー素子及び角速度センサー等にも
適用できる。後者の角速度センサー素子及び角速度センサーに本発明を適用した例につい
て説明する。
図７は角速度センサー素子６０’の概略図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は
断面図、同図（ｃ）は底面図である。角速度センサー素子６０’は、２つの音叉型振動素
子６２ａ、６２ｂとこれら音叉型振動素子６２ａ、６２ｂを支持する支持台６７とを有す
る慣性センサーチップ３と、圧電デバイス（圧電振動素子）６６を一体的に備えた基台６
５と、を備えている。角速度センサー素子６０’の組み立ては、基台６５の主面の一方の
端部に接着剤を塗布し、その上に支持台６７の裏面を載置すると共に、他方の端部に支持
台６７と同一の厚さのスペーサー６８を載置する。支持台６７の表面に接着剤を塗布し、
この上に２つの音叉型振動素子６２ａ、６２ｂの夫々の基部６３を、音叉型振動素子６２
ａ、６２ｂの夫々の振動腕が互いに平行になるように載置し、スペーサー６８の上面に夫
々の振動腕の先端部を載せる。接着剤を硬化させた後、スペーサー６８を抜き去ると、基
台６５の主面と、音叉型振動素子６２ａ、６２ｂの主面と平行な中心線と、が平行な状態
で保持された角速度センサー素子６０’が組み立てられる。
【００５３】
図８（ａ）は角速度センサー素子６０（パッケージに収容した角速度センサー素子の符
号を６０とする）の平面図であり、同図（ｂ）は断面図である。
上記のように組み立てられた角速度センサー素子６０’を、パッケージ本体７０ａの内
部底面に収容し、内部底面に形成された内部端子電極と、基台６５に一体的に形成した圧
電デバイス６６の励振電極から延出する引出電極のパッド電極と、を導電性接着剤で導通
接続すると共に、音叉型振動素子６２ａ、６２ｂの夫々の基部６３に設けたパッド電極と
、パッケージ本体７ａの台座７ｄに形成したパッド電極と、をボンディングワイヤ６９で
接続し、パッケージ本体７ａを蓋体７ｂで気密封止して角速度センサー素子６０を完成す
る。パッケージ本体７ａの外底面の外部端子７ｃと、内部の台座７ｄのパッド電極とは導
体配線により導通している。
基台６５と一体的に形成された圧電デバイス（圧電振動素子）６６は、基準の信号源と
して又、音叉型振動素子６２ａ、６２ｂの温度補償として用いることができる。
【００５４】
角速度センサー素子６０の動作については、特開２００８−８２８４１に開示されてい
る。音叉型振動素子６２ａ、６２ｂが励振されると、円の回転方向が互いに逆方向の円振
動を行う。図７（ａ）に示す感応軸の中心線Ｃ１、Ｃ２と直交した面内で回転（角速度ω
）を受けると、音叉型振動素子６２ａ、６２ｂはコリオリ力を受け、一方の音叉型振動素
子は円振動の振幅が小さくなると共に、円振動の周波数が低下し、他方の音叉型振動素子
は円振動の振幅が大きくなると共に、円振動の周波数が増加する。
本発明により、パッケージ底面と音叉型振動素子６２ａ、６２ｂの主面方向の中心線と
を平行にすることができる。
【００５５】
圧電デバイスを一体的に備えている基台表面の一方の端部に支持台を、他方の端部にス
ペーサーを載せる。支持台の上面に２つの音叉型振動素子の基部を互いの振動腕が平行に
なるように併置し、スペーサーの上面に振動腕が載るようにする。音叉型振動素子の基部
が支持台の上面に固定された後、スペーサーを抜き去ると、基台の表面と音叉型振動素子
の主面とが平行になる。このように所定の座標軸に対し、正確に音叉型振動素子を配置す
ることにより、感応軸である中心線Ｃ１、Ｃ２と直交した面内に角速度の変化が生じた場
合に、音叉型振動素子の円振動の周波数を正確に測定できるという効果がある。更に、基
台と一体的に形成した圧電デバイスを音叉型振動素子の温度補償に用いることができると
いう効果がある。
【符号の説明】
【００５６】
１、１’…慣性センサー、３…慣性センサーチップ、４…支持台、５…基台、５ａ…空
間部、６…圧電デバイス（圧電振動素子）、６ａ、６ｂ…基部、６ｃ、６ｄ…振動腕、７
…パッケージ、７ａ…パッケージ本体、７ｂ…蓋体、７ｃ…外部端子、７ｄ…台座、８…
スペーサー、９…検知軸、１０…圧電センサー、１１…圧電センサー要素、１２…環状梁
、１２ａ…第１の梁、１２ｂ…第２の梁、１２ｃ…第３の梁、１２ｄ…第４の梁、１４ａ
…第１被固定部、１４ｂ…第１基部、１４ｃ…第２被固定部、１４ｄ…第２基部、１５ａ
、１５ｂ…基部片、１６ａ、１６ｂ…引出片、１７ａ、１７ｂ…振動腕、１８ａ…第１支
持片、１８ｂ…第２支持片、２０…支持基板、２２…第１基板片、２２ａ…第１支持面、
２４…第２基板片、２４ａ…第２支持面、２６…蝶番部、２８ａ…第１錘、２８ｂ…第２
錘、３０…接着剤、４０…加速度計、５０…ＩＣ、５１ａ、５１ｂ…発振回路、５３ａ、
５３ｂ…カウンター、５５…演算回路、５６…表示部、６０、６０’ … 角速度センサー
素子、６２ａ、６２ｂ…音叉型振動素子、６３…基部、６５…基台、６６…圧電デバイス
（圧電振動素子）、６７…支持台、６８…スペーサー、Ｃ１、Ｃ２…感応軸の中心線
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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