(57)【要約】【課題】応答速度が速く、高感度、高安定性で、しかも周波数温度特性の頂点温度が常温近傍にある加速度センサを得る。【解決手段】加速度印加によって変位しない固定部材と、該固定部材によって加速度印加方向へ可動な状態で支持される可動部材と、該固定部材と該可動部材とを連結する可撓性を有した梁と、前記固定部材と前記可動部材とによって両端部を支持された応力感応素子と、前記固定部材を固定するパッケージと、を備え、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加され、前記応力感応素子に伸張・圧縮応力が加わる場合に前記可動部材を加速度印加方向へ変位させるように構成されており、前記パッケージの側壁に可動部材を加速度印加方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材を配置して加速度センサを構成する。【選択図】図１
2008170167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むように該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、前記固定部材を固定するパッケージと、を備え、前記応力感応素子が、前記固定部材に一方の固定端を支持されると共に、前記可動部材に他方の固定端を支持されたものであり、
前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるように屈曲可能な可撓性を有する構成であり、
前記パッケージの側壁に、前記可動部材を加速度検出軸方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材を配置したことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むように該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、前記固定部材を固定するパッケージと、を備え、前記応力感応素子が、前記固定部材に一方の固定端を支持されると共に、前記可動部材に他方の固定端を支持されたものであり、
前記可動部材は、前記梁を介して該固定部材によって支持される略コ字状の第１の可動部材と、前記第１の可動部材に固定された第２の可動部材と、を備え、
前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるように屈曲可能な可撓性を有する構成であり、
前記パッケージの側壁に、前記第２の可動部材を加速度検出軸方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材を配置したことを特徴とする加速度センサ。
【請求項３】
加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むように該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、前記固定部材を固定するパッケージと、を備え、前記応力感応素子が、前記固定部材に一方の固定端を支持されると共に、前記可動部材に他方の固定端を支持されたものであり、
前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるように屈曲可能な可撓性を有する構成であり、
前記固定部材に、前記可動部材を加速度検出軸方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材を配置したことを特徴とする加速度センサ。
【請求項４】
前記弾性付勢手段は、前記可動部材を前記パッケージ側壁、又は前記固定部材から離間する方向、又は／及び、近接する方向に付勢することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記応力感応素子は、固定端、及び各固定端間を連設する振動領域を備えた圧電基板と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記応力感応素子は、固定端、及び各固定端間を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた双音叉型圧電振動素子であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記応力感応素子は、水晶材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の加速度センサ。
【請求項８】
前記応力感応素子を構成する励振電極と電気的に接続される発振回路と、を備えたことを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項に記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサに関し、特に加速度センサに印加される加速度を圧電振動子の周波数の変化から検出する加速度センサにおいて、その温度特性を改善した加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサは、従来より自動車、航空機、ロッケットから各種プラントの異常振動監視装置等まで、広く使用されている。特許文献１には図８の斜視図に示すような力感知装置１００が開示されている。力感知装置１００は、固定部材１１０と、該固定部材１１０の先に取り付けられた可撓蝶番（ピポット）１２０と、該可撓蝶番１２０に直交して取り付けられた力伝達部材１３０と、を一体的に形成した機能部材を構成する。固定部材１１０の基底の端部１１１と、力伝達部材１３０の一方の端部１３１との間に双音叉型圧電振動子１４０を差し渡して接着固定している。力伝達部材１３０の他方の端部に力Ｆが印加されると、可撓蝶番（ピポット）１２０の中心を支点とするモーメントが生じ、双音叉型圧電振動子１４０に伸張あるいは圧縮応力が加わる。双音叉型圧電振動子１４０に応力が印加されるとその応力に応じて双音叉型圧電振動子１４０の共振周波数が変化し、該周波数の変化から応力の大きさを検知する。
【０００３】
また、特許文献２には図９の斜視図に示すような半導体加速度センサが開示されている。図９に示す半導体加速度センサは、方形状に形成されたシリコン単結晶基板（以下、Ｓｉ基板という）１５０の面内に周縁部に沿った略Ｃ字スリット状に空隙部１５１を貫通形成し、空隙部１５１の内側部を重り部１６０、その外側部をＳｉ基板枠部１５２とし、重り部１６０とＳｉ基板枠部１５２とは片持梁部１６１で連結されている。片持梁部１６１の２箇所にボロン等の３族元素を熱拡散あるいはイオン注入してゲージ抵抗１７０、１７１を形成すると共に、片持梁部１６１の近傍のＳｉ基板枠部１５２にも同様にゲージ抵抗１７２、１７３を形成する。４つのゲージ抵抗１７０〜１７３をゲージ抵抗１７０と１７１とが対辺となるようにブリッジ接続回路を構成する。
図９に示すように矢印方向から加速度αが印加されると、印加された方向に重り部１６０が偏位し、片持梁部１６１は撓む。片持梁部１６１に設けたゲージ抵抗１７０、１７１は各々引っ張り応力を受け、この応力に応じて抵抗値が変化し、ブリッジ回路の出力端から加わった加速度の大きさに応じた出力電圧が得られると開示されている。
【０００４】
特許文献１以外に圧電振動子（例えば、水晶振動子）に応力を加えることによって共振周波数が変化する性質を利用した加速度センサが各種実用化され、公開特許公報、文献等に数多く公開されている。例えば、非特許文献１には双音叉水晶振動子の構造、外力が無いときの共振周波数式、外力が印加されたときの共振周波数式、印加された力と共振周波数の関係、水晶圧力センサ用発振回路、双音叉水晶振動子を用いた圧力センサ等が詳しく開示されている。
【０００５】
特許文献３には図１０に示すような圧力センサが開示されている。図１０（ａ）は圧力センサ１８０の概略平面透視図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける概略断面図である。圧力センサ１８０は、上部のダイヤフラム１９０と、該ダイヤフラム１９０と対向する下部のダイヤフラム２００と、双音叉圧電振動子２１０とを備えている。上部ダイヤフラム１９０は円形であり、中央部の下面に円形の凹陥部１９１が形成されている。下部ダイヤフラム２００も円形であり中央部の上面に力伝達用の２つの支柱２０２と、該力伝達用の２つの支柱２０２の近傍に２つの載置部２０３、２０４とを設け、これらの周囲に円形の凹陥部２０１が形成されている。凹陥部１９１、２０１同士は上下対向するように形成されている。双音叉圧電振動子２１０には応力感度のよい双音叉水晶振動子を用い、双音叉水晶振動子２１０の両基端部が載置部２０３、２０４に搭載され、接着剤で固定される。
支柱２０２を介して双音叉水晶振動子２１０に応力が加えられた場合の応力と周波数変化との関係は、図１１に示すように略直線となる。双音叉水晶振動子に応力が加えられないときの双音叉水晶振動子の共振周波数をｆ0とし、双音叉水晶振動子に伸張応力が加わると共振周波数はｆ0より高くなり、圧縮応力が加わると共振周波数はｆ0より減少し、印加応力と共振周波数との関係は略直線となると開示されている。
【特許文献１】特開昭５７−１１３３３５号公報
【特許文献２】特開平１−２５９２６４号公報
【特許文献３】特開２００４−１３２９１３公報
【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
【発明の開示】
【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に記載されているように、可撓蝶番に直交して取り付けられた力伝達部材の構造では、力Ｆに対し可撓蝶番が可撓しづらく、微細な力の検出が難しいという問題と、双音叉型圧電振動子を固定部材と、力伝達部材の端部との間に接着固定すると、双音叉型圧電振動子の周波数温度特性が設計時のそれからシフトするという問題もあった。
また、特許文献２に記載の半導体加速度センサでは、梁が数ミクロン撓んでから加速度が検出されるので、梁が大きく撓むまでの時間を必要とする分、検出までに時間がかかるという問題と、半導体にボロン等の３族元素を熱拡散、あるいはイオン注入して形成するゲージ抵抗のピエゾ抵抗は温度特性が悪いという問題があった。
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、微細な加速度も検出できる高感度、高安定性で、しかも温度特性のよい加速度検知ユニット、及び加速度センサ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、応答速度が速く、高感度、高再現性で、しかも周波数温度特性の頂点温度が２５℃近傍にある加速度センサを得るため、加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むように該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、前記固定部材を固定するパッケージと、を備え、前記応力感応素子が、前記固定部材に一方の固定端を支持されると共に、前記可動部材に他方の固定端を支持されたものであり、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると、前前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるように構成されており、前記パッケージの側壁に、前記可動部材を加速度印加方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材を配置して加速度センサを構成する。
このようにして加速度センサを構成すると、重量のある可動部材が梁により容易に撓み、変換された応力（加速度×質量）を応力感応素子に印加できるので、応答速度が速く、感度の良好な加速度センサを構成できると共に、弾性付勢部材を調整することにより、該加速度センサが呈する周波数温度特性の頂点温度を常温近傍にできるという利点がある。
【０００８】
加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むように該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、前記固定部材を固定するパッケージと、を備え、前記応力感応素子が、前記固定部材に一方の固定端を支持されると共に、前記可動部材に他方の固定端を支持されたものであり、前記可動部材は、前記梁を介して該固定部材によって支持される略コ字状の第１の可動部材と、前記第１の可動部材に固定された第２の可動部材と、を備え、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるように屈曲可能な可撓性を有する構成であり、前記パッケージの側壁に、前記第２の可動部材を加速度検出軸方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材を配置して加速度センサを構成する。
このように加速度センサを構成することにより、第１の可動部材を梃子として用いることができ、第２の可動部材の重心にかかる応力（加速度×質量）が、腕の長さの比だけ増幅されて応力感応素子に印加されるので、感度が向上するという利点と、弾性付勢部材を調整することにより、該加速度センサが呈する周波数温度特性の頂点温度を常温近傍にできるという利点がある。
【０００９】
加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むように該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、前記固定部材を固定するパッケージと、を備え、前記応力感応素子が、前記固定部材に一方の固定端を支持されると共に、前記可動部材に他方の固定端を支持されたものであり、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるように屈曲可能な可撓性を有する構成であり、前記固定部材に、前記可動部材を加速度印加方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材を配置する。
このように加速度センサを構成することにより、重量のある可動部材が梁により容易に撓み、変換された応力（加速度×質量）を応力感応素子に印加できるので、応答速度が速く、感度の良好な加速度センサを構成できると共に、弾性付勢部材を調整することにより、該加速度センサが呈する周波数温度特性の頂点温度を常温近傍にできるという利点がある。
【００１０】
前記弾性付勢手段は、前記可動部材を前記パッケージ側壁、又は前記固定部材から離間する方向、又は／及び、近接する方向に付勢することができるように加速度センサを構成する。
このように加速度センサを構成することにより、加速度センサが呈する周波数温度特性の頂点温度を、低温側又は高温側にシフトすることができるという効果がある。
【００１１】
前記応力感応素子は、固定端、及び各固定端間を連設する振動領域を備えた圧電基板と、該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を用いて加速度センサを構成する。
このように加速度センサを構成することにより、応答速度、応力感度、再現性等が向上すると共に、加速度センサが呈する周波数温度特性を調整できるという利点がある。
【００１２】
前記応力感応素子は、固定端、及び各固定端間を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた双音叉型圧電振動素子を用いて加速度センサを構成する。
このようにして加速度センサを構成すると、応答速度が速く、感度の良好な加速度センサを構成できると共に、弾性付勢部材を調整することにより、加速度センサが呈する周波数温度特性を調整できるという利点がある。
【００１３】
前記応力感応素子は、水晶材料を用いて加速度センサを構成する。
このようにして加速度センサを構成すると、重量のある可動部材が梁により容易に撓み、変換された応力（加速度×質量）を応力感応素子に印加できるので、応答速度が速く、感度の良好な加速度センサを構成できると共に、弾性付勢部材を調整することにより、該加速度センサが呈する周波数温度特性の頂点温度を常温近傍にできるという利点がある。
【００１４】
前記応力感応素子を構成する励振電極と電気的に接続される発振回路と、を備えた加速度センサを構成する。
このようにして加速度センサを構成すると、応力の印加された応力感応素子の変化を発振回路により瞬時に検出できるので、応答速度が速いと共に、出力される周波数は外部回路のより、必要なデータとして容易に加工できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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は本発明に係る加速度センサ１の構成を示す斜視図である。加速度センサ１は、加速度の印加によって変位しない固定部材２と、該固定部材２によって加速度印加方向へ可動な状態で支持される可動部材１０と、固定部材２と可動部材１０とを連結する可撓性を有した梁２０と、固定部材２と可動部材１０とによって両固定端を支持された応力感応素子３０と、固定部材２を固定するパッケージ４０と、を備えている。梁２０は、可動部材１０に加速度が印加され、応力感応素子３０に伸張・圧縮応力が加わる場合に、可動部材１０を加速度印加方向とは逆方向へ変位させるように構成されている。
パッケージ４０の側壁４０ａには、可動部材１０を加速度印加方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材５０を配置して、側壁の外側からの操作によって弾性付勢部材を調整できるように構成している。
【００１６】
固定部材２、可動部材１０、梁２０は真鍮、アルミニウム、燐青銅等の金属材料を機械加工して一体的に構成されている。
図１に示す加速度センサ１は内部の構造を示すため、底面と両側面（Ｘ軸）以外の側壁及び上面を除いたパッケージ４０を示し、応力感応素子３０の電極に接続される発振器は図示していない。
直方体状の固定部材２は、応力感応素子３０の一方の固定端を支持する素子支持部３と、該素子支持部３から側方へ（Ｘ軸方向）張出し形成され上面に梁２０を備えた張出し部４と、を備え、梁２０は、可動部材１０の底部を支持するように構成される。素子支持部３の図中上端隅には応力感応素子３０を素子支持部３に固定する際に所定の位置に固定できるように、応力感応素子３０の幅（Ｙ軸）及び厚さ（Ｚ軸）寸法と同程度の段差部５を形成する。該段差部５のＸ軸方向の寸法は、応力感応素子３０の振動を妨げないように応力感応素子３０の固定端の長さ（Ｘ軸方向）と同程度とする。
【００１７】
固定部材２の張出し部４と可動部材１０とを連結する梁２０は、加速度が印加されない時には張出し部４の上面に対して直交した姿勢を維持し、Ｘ軸方向（加速度検出軸方向）への加速度が印加された時には梁２０の中央部に在る支点（くびれ部）を中心として横方向（Ｘ軸方向）へ撓み、加速度印加方向（Ｘ軸）と直交する奥行き方向（Ｙ軸）への可動部材１０の変位を阻止する形状とする。また、梁２０の奥行き方向（Ｙ軸方向）寸法は、可動部材１０が加速度印加方向と直交する方向に変形することがないように構成すればよく、梁の奥行き方向（Ｙ軸方向）の寸法を梁の幅方向（Ｘ軸方向）の寸法よりも長くした構成を有していれば例えば可動部材１０の奥行き方向（Ｙ軸方向）全長と同等か、該奥行き方向全長よりも短いか、或いは該奥行き方向よりも長い場合のいずれでもよい。
【００１８】
直方体状の可動部材１０の上部で奥行き方向（Ｙ軸方向）の一端部に、応力感応素子３０を所定の位置で位置決めするためのストッパ１５を形成すると共に、応力感応素子３０の振動を妨げないように、可動部材１０の上端の一部を研削し、応力感応素子３０と可動部材１０の上端との間に間隙を設ける。また、可動部材１０は、張出し部４の奥行き方向（Ｙ軸）の一端寄りに偏位した領域を占め、可動部材１０の奥行き方向（Ｙ軸）の一側面と張出し部４の奥行き方向の一端縁との間には空隙を設けるように構成する。これは加速度センサを横置きして用いる際に、可動部材１０とパッケージ側壁とが干渉しないようにするための空隙である。
【００１９】
応力感応素子３０は、固定部材２の素子支持部３上面に形成された凹所としての段差部５と、可動部材１０の上面及びストッパ１５との間に差し渡して配置されている。応力感応素子３０としては、両端部に位置する固定端、及び各固定端間を連設する振動領域を備えた圧電基板と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた圧電振動素子を用いると、加速度に対する良好な感度が得られる。また、応力感応素子３０として、両端部に位置する固定端、及び各固定端間を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた双音叉型圧電振動素子を用いることにより応力感度が優れ、検出の応答速度が速いという特徴を有する。特に水晶材料を用いて双音叉型圧電振動素子（双音叉型水晶振動素子）構成すると、周波数の温度特性、周波数安定性、応力感度が優れた加速度検知ユニットが構成できる。
【００２０】
本実施形態では、応力感応素子として２つの固定端の間に固定端と連結した２本の振動ビーム（応力感応部）を備えた双音叉型水晶振動素子を用いている。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２本の振動ビームに外力Ｆを加えたときの共振周波数ｆFは以下の如くである。
【００２１】
［数１］
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。
［数２］
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。
［数３］
ＳF＝１２（Ｋ／Ｅ）（Ｌ／ｗ）2                （３）
［数４］
σ＝Ｆ／（２Ａ）                              （４）
【００２２】
ここで、Ａは振動ビームの断面積（＝ｗ・ｄ）である。以上から双音叉型振動子に作用する力Ｆを圧縮方向のときを負、伸張方向（引張り方向）のときを正としたとき、力Ｆと共振周波数ｆFの関係は、力Ｆが圧縮で共振周波数ｆFが減少し、伸張（引張り）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。しかし、圧電振動素子としては、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を用いても良い。
双音叉型水晶振動子の周波数−温度特性は、上に凸の二次曲線を呈し、通常、頂点温度が２５℃近傍になるように設計する。この双音叉型水晶振動子に伸張応力を付加すると頂点温度は低音側へシフトし、圧縮応力を加えると高温側へシフトする特性を有している。
【００２３】
図２は、パッケージ４０の側壁４０ａに配置した弾性付勢部材５０を拡大して示した断面図である。可動部材１０の側面と対向するパッケージ４０の側壁４０ａに所定の大きさの貫通孔５２を空け、貫通孔５２内にネジ山を形成してメネジ状に構成する。弾性付勢部材５０は、図２に示すように貫通孔５２のメネジ部を螺合するネジ部を有したボルト状の金具５１の先端部分にコイルスプリング５３を取り付け、コイルスプリング５３の先端に平板状金具５４を固定した構成を備える。この弾性付勢部材５０を貫通孔５２に外側から差込み、金具５１の先端部で平板状金具５４を可動部材１０の側面に押し当てて固定する。金具５１の先端部と固定された金具５１は、更に接着剤等によって可動部材側面に固定する。ボルト状の金具５１は、ドラバー等で正逆方向へ回転させることにより貫通孔５２内を進退し、可動部材１０の側面を押圧したり引っ張る力を調整することにより、加速度方向（図中左右方向）に対して加える力を任意に調整することが可能となる。可動部材１０に図中左右方向への力が加わると、可動部材１０の上端に固定された応力感応素子３０に圧縮・伸張の応力が加わることになる。
【００２４】
図１に示すように応力感応素子３０を固定部材２の素子支持部３の上面、可動部材１０の上面との間に差し渡し、接着剤にて固定する際には、応力感応素子３０に若干の歪が残り、この歪のため二次曲線の頂点温度が２５℃からシフトする。このため、加速度センサとしての感度が安定しない不具合をもたらす虞がある。
本発明では、このような不具合を解消するために、ボルト状の金具５１を回転させることによって固定部材１０に対する付勢方向、付勢力を調整して、応力感応素子３０に対して伸張あるいは圧縮応力を付加することにより、応力感応素子３０の頂点温度を２５℃近傍に調整できるようにしている。
双音叉型水晶振動子にあっては、伸張応力（左方向への引張り力）を加えると、二次曲線の頂点温度は低温側へ、圧縮応力（右方向への押圧力）を加えると高温側へシフトさせることができる。
【００２５】
図３は本発明の他の実施形態に係る加速度センサの要部を示した側面図であり、固定部材２に、可動部材１０を加速度印加方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材５０を配置した加速度センサである。固定部材２に所定の大きさの貫通孔５２を空け、該貫通孔５２にネジ山を形成してメネジ状とする。上記と同様に構成した弾性付勢部材５０を貫通孔５２内に螺着し、弾性付勢部材５０の先端に固定した平板状金具５４に接着剤を塗布して可動部材１０の側面に押し当て固定する。弾性付勢部材５０のネジ状の金具５１をドラバー等で回転させることにより、可動部材１０に図中左右（加速度方向）の力を加えることができ、応力感応素子３０（双音叉型水晶振動素子）の呈する頂点温度を２５℃近傍に調整することが可能となる。
【００２６】
図４（ａ）は、加速度センサ１の固定部材２の素子支持部３の上面と、可動部材１０の上面との間に接着剤にて固定した圧力感応素子（双音叉型水晶振動素子）３０の呈する周波数温度特性を示している。接着剤により双音叉型水晶振動素子３０にかかる歪の影響で頂点温度が高温側にシフトしている。図４（ｂ）は、加速度センサ１の弾性付勢部材５０のネジ状の金具５１をドラバー等で回転させ、可動部材１０に応力を付加した場合の双音叉型水晶振動素子３０の呈する周波数温度特性である。図４（ｂ）より双音叉型水晶振動素子３０の呈する頂点温度を２５℃近傍に調整できることが分かる。
【００２７】
図５は本発明の他の実施形態に係る加速度センサ６を示す斜視図である。図１と同じ機能でほぼ同じ形状の部材には同じ符号を付して示す。加速度センサ６は、加速度印加によって変位しない固定部材２と、該固定部材２によって加速度印加方向へ可動な状態で支持される可動部材１０と、固定部材１０と可動部材１０とを連結する可撓性を有した梁２１と、固定部材１０と可動部材１０とによって両端部を支持された応力感応素子３０と、固定部材２を固定するパッケージ４０と、を備えている。可動部材１０は、梁２１を介して固定部材２によって支持される略コ字状の第１の可動部材１１と、第１の可動部材１１に固定された第２の可動部材１２と、を備えている。そして、梁２１は、可動部材１０に加速度が印加され、応力感応素子３０に伸張・圧縮応力が加わる場合に可動部材１０を加速度印加方向へ変位させるように構成されている。加速度センサ６は、パッケージ４０の側壁に、第２の可動部材１２を加速度印加方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材５０を配置している。
【００２８】
直方体状の固定部材２は、応力感応素子３０の一端を支持する素子支持部３と、該素子支持部３から側方（Ｘ軸方向）へ張出し形成され梁２１を先端部に備えた張出し部４と、を備えている。そして、素子支持部３の図中上端隅には応力感応素子３０を素子支持部３に固定する際に所定の位置に固定できるように、応力感応素子３０の幅（Ｙ軸）及び厚さ（Ｚ軸）寸法と同程度の段差部５を設ける。該段差部５のＸ軸方向の寸法は、応力感応素子３０の振動を妨げないように応力感応素子３０の固定端の長さ（Ｘ軸方向）と同程度とする。また、梁２１は、第１の可動部材１１の開口内部に非接触嵌合された張出し部４の先端と、第１の可動部材１１の縦片の内側面との間を連結するように構成されている。梁２１は加速度によって変形する個所、つまり梁２１のくびれ部にある支点が、第２の可動部材１２の重心の位置に対応するように配置されている（重心ＸＧと梁の支点とを結ぶ直線（重心線）は加速度検出軸方向（Ｘ軸）と直交する）。
【００２９】
固定部材２の張出し部４と可動部材１０とを連結する梁２１は、加速度が印加されない時には張出し部４の延長線上に水平な姿勢を維持する。Ｘ軸方向への加速度が印加された時には梁２０のくびれ部に在る支点を中心として撓み、支点を中心としたモーメントがはたらき、応力感応素子３０に応力が加わるように作用する。また、梁２１は、加速度印加方向（Ｘ軸）と直交する奥行き方向（Ｙ軸）への可動部材１０の変位を阻止する形状とする。図４では端面の形状が２つの半円状を背中合わせした凹状の円弧形状の梁２１を図示しているが、端面の形状は可動部材１０が常に一定の支点で撓むような形状であれば他の形状であってもよい。
また、梁２１の奥行き方向（Ｙ軸方向）寸法は、可動部材１０が加速度印加方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に変形することがないように構成すればよく、梁の奥行き方向（Ｙ軸方向）の寸法を梁の幅方向（Ｚ軸方向）の寸法よりも長くした構成を有していれば例えば可動部材１０の奥行き方向（Ｙ軸方向）全長と同等か、該奥行き方向全長よりも短いか、或いは該奥行き方向よりも長い場合のいずれでもよい。
【００３０】
略コ字状の第１の可動部材１１の上部で奥行き方向（Ｙ軸方向）の一端部に応力感応素子３０を所定の位置で位置決めするためのストッパ１５を設けると共に、応力感応素子３０の振動を妨げないように、第１の可動部材１１の上端の一部を研削し、応力感応素子３０と第１の可動部材１１の上端との間に間隙を設ける。第１の可動部材１１、及び重りとして機能する第２の可動部材１２は、張出し部４の奥行き方向（Ｙ軸方向）一端寄りに偏位した領域を占め、第１及び第２の可動部材１１、１２の奥行き方向一側面と張出し部の奥行き方向一端縁との間には空隙Ｓが存在するように構成する。これは加速度センサ６を横置きして用いる際に、パッケージの側壁と可動部材１０とが干渉しないようにするための空隙Ｓである。
【００３１】
応力感応素子３０は、固定部材２の素子支持部３上面に形成された凹所としての段差部５と、第１の可動部材１１の上面及びストッパ１１との間に差し渡して配置される。応力感応素子３０としては、図１の加速度センサ１を説明する際に記した応力感応素子と同様な応力感応素子３０を用いる。
【００３２】
図５に示すように加速度センサ６は、パッケージ４０の側壁と、第２の可動部材１２側壁、第２の可動部材１２を加速度印加方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材５０を配置した構成となっている。弾性付勢部材５０は図２に示したように構成し、その作用も前述した通りである。
【００３３】
図６は本発明の他の実施形態に係る加速度センサ７を示す斜視図である。加速度センサ７は、加速度印加によって変位しない固定部材２と、該固定部材２によって加速度印加方向へ可動な状態で支持される可動部材１０と、固定部材２と可動部材１０とを連結する可撓性を有した梁２２と、固定部材２と可動部材１０とによって両端部を支持された応力感応素子３０と、固定部材２を固定するパッケージ４０と、を備えている。梁２２は、可動部材１０に加速度が印加され、応力感応素子３０に伸張・圧縮応力が加わる場合に、可動部材１０を加速度印加方向へ変位させるように構成されている。加速度センサ７は、パッケージ４０の側壁４０ａに可動部材１０を加速度印加方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材５０を備えている。
【００３４】
固定部材２は応力感応素子の一端を支持する素子支持部３と、素子支持部３から側方（Ｘ軸方向）へ張出し形成され梁２２と連結された張出し部４と、を備え、梁２２は、第１の可動部材１３の開口内部に非接触状態で嵌合された張出し部４の上面と、第１の可動部材の上側片１３ａの内側面（下面）とを連結するように構成されている。可動部材１０は、梁２２を介して固定部材２によって支持される略コ字状の第１の可動部材１３と、可動部材１３に連結された第２の可動部材１２を備えている。梁２２は、可動部材１０に加速度が印加され、可動部材１０を加速度印加方向（Ｘ軸）へ変位させるように構成されている。また、梁２２は、加速度印加方向と直交する奥行き方向（Ｙ軸）への可動部材１０の変位を阻止する形状とする。そして、図５に示すように、第１の可動部材１３の形状は、略コ字状の下側片１３ｂを長くし、且つ上側片１３ａを厚くした構造をしている。梁２２の端面形状として、略Ｉ字状の例を示したが、２つの半円状を背中合わせした凹状の円弧形状でもよい。
【００３５】
図６に示すように加速度センサ７は、パッケージ４０の側壁に、第２の可動部材１２を加速度印加方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材５０を配置した構成となっている。弾性付勢部材５０は、図２に示したように構成し、その作用も前述した通りである。
【００３６】
図７は本発明の他の実施形態に係る加速度センサ８を示す斜視図である。加速度センサ８は、加速度印加によって変位しない固定部材２と、固定部材２によって加速度印加方向へ可動な状態で支持される可動部材１０と、固定部材２と可動部材１０とを連結する可撓性を有した梁２０と、固定部材２と可動部材１０とによって両端部を支持された応力感応素子３０と、固定部材２を固定するパッケージ４０と、を備えている。梁２０は、可動部材１０に加速度が印加され、応力感応素子３０に伸張・圧縮応力が加わる場合に、可動部材１０を加速度印加方向へ変位させるように構成されている。加速度センサ８は、パッケージ４０の側壁に、可動部材１０を加速度印加方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材５０を備えている。
【００３７】
図７に示す加速度センサ８が、図５に示す加速度センサ６と異なる点は、第２の可動部材１４の構造にある。即ち、図５に示すように第２の可動部材１４は、重り部１４ａと、該重り部１４ａの上面に形成した細幅の連結片１４ｂとを備え、連結片１４ｂにより、第１の可動部材１１に連結されている。連結片１４ｂを設けることにより重り部１４ａの重心と、梁２０の支点との間の距離を長くすることができる。
図７に示すように加速度センサ８は、パッケージ４０の側壁に、第２の可動部材１４を加速度印加方向と同方向に弾性付勢する弾性付勢部材５０を配置した構成となっている。弾性付勢部材５０は、図２に示したように構成し、その作用も前述した通りである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る加速度センサの構造を示した概略斜視図。
【図２】弾性付勢部材の構成を示す側面図。
【図３】他の弾性付勢部材の構成を示す側面図。
【図４】（ａ）は応力感応素子の応力非付加時の周波数温度特性を示す図、（ｂ）は応力感応素子の応力付加時の周波数温度特性を示す図。
【図５】本発明に係る他の加速度センサの構造を示した概略斜視図。
【図６】本発明に係る他の加速度センサの構造を示した概略斜視図。
【図７】本発明に係る他の加速度センサの構造を示した概略斜視図。
【図８】従来の力感知装置の斜視図。
【図９】従来の半導体加速度センサの構成を示す斜視図。
【図１０】（ａ）は圧力センサの平面図、（ｂ）は断面図。
【図１１】応力と周波数変化との関係を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１、６、７、８  加速度センサ、２  固定部材、３  素子支持部、４  張出し部、５、  段差部、１０  可動部材、１１、１３  第１の可動部材、１２、１４  第２の可動部材、１３ａ  上側片、１３ｂ  下側片、１４ａ  重り部、１４ｂ  連結片、１５  ストッパ、２０、２１、２２  梁、３０  応力感応素子、４０  パッケージ、５０  弾性付勢部材、５１  ネジ状の金具、５２  貫通孔、５３  スプリング、５４  平面状金具
【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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