(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板と、両主面に電極が形成された圧電体よりなり、その長さ方向中間部に対向する電極間でエネルギー閉じ込め振動が励振される振動部を有する第１，第２の共振子とを備え、上記第１，第２の共振子をベース板の加速度印加方向の両面に接合してバイモルフ型加速度検出素子を構成し、加速度の印加に伴って上記加速度検出素子の撓みによって生じる第１，第２の共振子の周波数変化またはインピーダンス変化を差動的に検出して加速度を検出可能とした加速度センサにおいて、
上記第１，第２の共振子は、その電極が加速度印加方向と直角方向を向くように、上記ベース板に接合されており、
上記加速度検出素子の加速度印加方向の両側面が一対のケース部材によって覆われるように、上記加速度検出素子の長手方向の一端部または両端部が上記ケース部材によって固定支持されており、
上記ケース部材によって固定支持された状態で上記第１又は第２の共振子の電極にレーザーを照射してトリミングを行うか、又は電極面に周波数調整用インクを塗布することで、２つの共振子間の共振特性差を調整することを特徴とする、加速度センサの特性調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は加速度センサ、特に圧電体を利用した加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】従来、圧電セラミックスを利用した加速度センサとして、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この加速度センサは、一対の圧電セラミックスよりなる圧電素子を対面接合して一体化したバイモルフ型検出素子を備え、この素子をケース内に両持ち梁構造で収納支持してある。この加速度センサに加速度が加わると、検出素子が撓むことによって圧電素子に応力が発生し、圧電効果によって発生した電荷または電圧を検知して、加速度を知ることができる。この加速度センサの場合には、小型で、表面実装型部品（チップ部品）に容易に構成できるという利点がある。
この原理の加速度センサの場合には、回路を構成する際、回路から流れ込むバイアス電流が圧電体の容量Ｃにチャージされ、回路が飽和してしまうので、バイアス電流をリークさせるための抵抗Ｒが必要となる。ところが、抵抗Ｒと容量Ｃとによってハイパスフィルタが構成され、カットオフ以下の周波数であるＤＣや低周波の加速度を検出できない。
［特許文献１］特許第２７８０５９４号公報【０００３】特許文献２に記載の加速度センサ、特に特許文献２の図８に示された加速度センサは、単一のベース板の表裏面に、両主面に電極が形成された圧電体よりなる第１と第２の共振子を接合して加速度検出素子を構成し、上記加速度検出素子が第１と第２の共振子の対向方向の加速度に対して撓み得るように、その長手方向一端部または両端部を固定支持してなり、加速度の印加により上記加速度検出素子が撓み、その撓みによって生じる第１と第２の共振子の周波数変化またはインピーダンス変化を差動的に検出することにより、加速度を検出可能としたものである。
この場合には、ＤＣや低周波の加速度でも検出可能である。しかも２つの共振子の周波数変化またはインピーダンス変化を個別に取り出すのではなく、その周波数変化またはインピーダンス変化を差動的に検出するので、２つの共振子に共通に加わる応力（例えば温度変化による応力）は相殺され、温度変化などの影響を受けない高感度の加速度センサを得ることができる。また、曲げ中正面（応力が０の面）をベース板内に設定することができるので、ベース板の表裏面に設けられた共振子に大きな引張応力と圧縮応力とを発生させることができ、検出感度が向上する利点がある。
［特許文献２］特開２００２−１０７３７２号公報【０００４】加速度検出素子はその加速度印加方向の両側面が一対のケース部材によって覆われており、加速度検出素子とケース部材とで形成される加速度印加方向と直角方向の開放面が一対のカバー部材によって覆われている。そのため、加速度の印加に伴って撓む加速度検出素子の変位部分が密閉した空間内に配置され、表面実装型電子部品として好適な加速度センサを実現できる。
このようなパッケージ構造の加速度センサの場合、ベース板の両面に接合された２つの共振子が全く同一の共振特性を有する場合であっても、ベース板への接合状況やケース部材との接着状況などによって微妙に共振特性差が生じる。この共振特性差は、加速度が全く作用しない状態でも出力信号として現れる。
したがって、接着などによる共振特性差をケース部材を接着した状態で解消できるよう、トリミング等による特性調整を行う必要がある。しかしながら、特許文献２に記載の加速度センサの場合、２つの共振子の電極がベース板との対向方向あるいはケース部材との対向方向を向いているので、電極が外部に露出しておらず、ケース部材を接着した状態の共振子に対してトリミングを行うことができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】そこで、本発明の目的は、ケース部材を接着した状態の加速度検出素子に対して、２つの共振子の共振特性差の調整を容易に行うことができる加速度センサを提供することにある。
他の目的は、小型でしかも温度変化などの加速度以外の要因による影響を排除でき、かつ検出感度の高い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】
【０００６】
上記目的は、請求項１に記載の発明によって達成される。
すなわち、請求項１に係る発明は、ベース板と、両主面に電極が形成された圧電体よりなり、その長さ方向中間部に対向する電極間でエネルギー閉じ込め振動が励振される振動部を有する第１，第２の共振子とを備え、上記第１，第２の共振子をベース板の加速度印加方向の両面に接合してバイモルフ型加速度検出素子を構成し、加速度の印加に伴って上記加速度検出素子の撓みによって生じる第１，第２の共振子の周波数変化またはインピーダンス変化を差動的に検出して加速度を検出可能とした加速度センサにおいて、上記第１，第２の共振子は、その電極が加速度印加方向と直角方向を向くように、上記ベース板に接合されており、上記加速度検出素子の加速度印加方向の両側面が一対のケース部材によって覆われるように、上記加速度検出素子の長手方向の一端部または両端部が上記ケース部材によって固定支持されており、上記ケース部材によって固定支持された状態で上記第１又は第２の共振子の電極にレーザーを照射してトリミングを行うか、又は電極面に周波数調整用インクを塗布することで、２つの共振子間の共振特性差を調整することを特徴とする、加速度センサの特性調整方法を提供する。
【０００７】加速度検出素子を１枚のベース板の両面に共振子を接合したバイモルフ構造とした場合、曲げ撓みの中正面をベース板の板厚の中央部とすれば、加速度が加わった際、ベース板は質量体として機能し、一方の共振子に引張応力、他方の共振子に圧縮応力を効果的に発生させることができる。引張側の共振子の周波数は低くなり、圧縮側の共振子の周波数は高くなるので、両共振子の周波数変化またはインピーダンス変化を差動的に取り出せば、加速度を検出することができる。しかも、２つの共振子の周波数変化またはインピーダンス変化を差動的に検出するので、２つの共振子に共通に加わる応力（例えば温度変化による応力）は相殺され、温度変化などの影響を受けない高感度の加速度センサを得ることができる。
本発明のさらなる特徴は、加速度検出素子の加速度印加方向の両側面が一対のケース部材によって覆われており、第１，第２の共振子は、その電極が加速度検出素子とケース部材とで形成される加速度印加方向と直角方向の開放面を向くようにベース板に接合されている点にある。つまり、第１，第２の共振子の電極が開放面に露出しているため、電極トリミングが容易になり、２つの共振子間の特性差を解消することができる。なお、共振特性差を解消する方法としては、レーザなどを用いて電極をトリミングする方法のほか、電極上に周波数調整インクを塗布する方法などを用いることもできる。
２つの共振子から得られる信号を差動的に取り出し、加速度検出素子に作用する加速度に比例した信号を得る方法としては、第１と第２の共振子を個別の周波数で発振させ、各発振周波数差を検出し、この周波数差から加速度に比例した信号を得る方法や、第１と第２の共振子を同一周波数で発振させ、各共振子の電気的インピーダンスの違いから位相差または振幅差を検知し、これら位相差または振幅差から加速度に比例した信号を得る方法などがある。【０００８】
加速度検出素子とケース部材とで形成される加速度印加方向と直角方向の開放面に、第１の共振子の一方の電極と導通する第１の電極と、第２の共振子の一方の電極と導通する第２の電極と、第１，第２の共振子の他方の電極と導通する第３の電極とが形成されているのがよい。
この場合には、同一面に３つの電極が露出しているので、これら電極に測定器の端子を接触させることで、それぞれの共振子の共振特性を容易に測定できる。そのため、トリミング作業が容易になるという利点がある。
【０００９】
ベース板と第１および第２の共振子とを、熱膨張係数がほぼ同じ材料で形成するのがよい。
ベース板と第１および第２の共振子の熱膨張係数が大きく異なる場合には、加速度が印加されなくても、周囲の温度変化によって共振子に引張応力または圧縮応力が発生し、周波数やインピーダンスが変化してしまう。そこで、ベース板と第１および第２の共振子の熱膨張係数をほぼ等しくすることで、センサ出力の温度ドリフトを抑制でき、温度ヒステリシスを低減できる。
なお、ベース板と第１および第２の共振子とを同一材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。使用温度範囲における共振子に生じる周波数変化またはインピーダンス変化が誤差範囲程度の小さい場合であれば、ベース板と共振子の熱膨張係数が多少異なっていてもよい。
【００１０】
加速度検出素子はその長手方向の一端部のみが固定支持されたものであり、上記加速度検出素子とケース部材とで形成される加速度印加方向と直角方向の開放面を一対のカバー部材によって覆い、加速度の印加に伴って撓む加速度検出素子の変位部分を密閉した空間内に配置するのがよい。このようなパッケージ構造とすることにより、変位部分が外部から遮断され、湿気や埃などの影響を受けず、表面実装部品として構成することができる。
第１，第２の共振子の自由端側に形成された一方の電極を、ベース板に形成された引出電極を介してケース部材およびカバー部材の固定支持部側の外表面に形成された共通電極に接続し、第１共振子の基端側に形成された他方の電極を、ケース部材に形成された第１の引出電極を介してケース部材およびカバー部材の自由端側の外表面に形成された第１の個別電極に接続し、第２共振子の基端側に形成された他方の電極をケース部材に形成された第２の引出電極を介してケース部材およびカバー部材の自由端側の外表面に形成された第２の個別電極に接続するのがよい。
片持ち梁構造の加速度検出素子を用いた場合、加速度検出素子の基端側に３個の電極が集中するため、これら電極をパッケージの外表面の互いに離れた部位に引き出すのが難しい。そこで、２つの共振子の一方の電極をベース板を介してパッケージ（ケース部材およびカバー部材）の固定支持部側の外表面に形成された共通電極に接続し、残りの２つの電極をケース部材を介してパッケージの固定支持部とは反対側、つまり自由端側の外表面に形成された２つの個別電極にそれぞれ接続することで、３個の外部電極を互いに離間した位置へ引き出すことができる。そのため、表面実装部品として用いた場合に、互いの電極同士の短絡を防止することができる。
【００１１】
第１，第２の共振子の加速度印加方向と直角方向の高さはベース板の同方向の高さより小さい方がよい。
このように第１，第２の共振子の加速度印加方向と直角方向の高さをベース板よりも小さくすれば、第１，第２の共振子の断面積が小さくなり、加速度印加による共振子に発生する引張応力と圧縮応力を大きくでき、感度（Ｓ／Ｎ比）を高くできる。
【００１２】
第１，第２の共振子のベース板に対する接合位置を、ベース板の両面の対向位置とするのがよい。
２つの共振子をベース板の両面の対向しない位置に接合することもできるが、加速度の印加方向以外の外力によって加速度検出素子が撓んだ時（他軸撓み）、２つの共振子の間で異なる信号が発生することになり、誤差の原因となる。これに対し、２つの共振子をベース板の両面の対向位置に接合すれば、両方の共振子から信号を差動的に取り出すことで、他軸撓みに対しても検出ばらつきを吸収することができる。
【００１３】
第１，第２の共振子のベース板に対する接合位置を、ベース板の加速度印加方向と直角方向の高さ中央部とするのがよい。
２つの共振子をベース板の両面の対向する位置であって、かつ高さ方向中央部に接合すれば、他軸撓みに対して両方の共振子には応力が働かないので、検出ばらつきを一層小さくできる。
【発明の効果】
【００１４】請求項１に記載の発明によれば、加速度検出素子をベース板の両面に共振子を接合したバイモルフ構造とし、加速度が加わった際に生じる両共振子の周波数変化またはインピーダンス変化を差動的に取り出すようにしたので、温度変化などの影響を受けない高感度の加速度センサを得ることができる。
また、第１，第２の共振子は、その少なくとも一方の主面の電極が加速度検出素子とケース部材とで形成される加速度印加方向と直角方向の開放面を向くようにベース板に接合されているので、加速度検出素子にケース部材を接着した後で、２つの共振子の特性差を調整するための作業が容易になり、２つの共振子の特性差を解消できる。その結果、加速度が印加されない状態で出力信号が生じるのを防止でき、検出誤差を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】図１〜図５は本発明にかかる加速度センサの第１実施例を示す。
この加速度センサ１Ａは、バイモルフ型の加速度検出素子２Ａを絶縁性セラミック等からなる絶縁性のケース部材６およびカバー部材７内に片持ち梁構造で収納支持したものである。図２，図３に示すように加速度Ｇの印加方向をＹ方向とした場合、加速度検出素子２Ａの長さ方向がＸ方向、高さ方向がＺ方向となる。【００１７】この実施例の加速度検出素子２Ａは、ベース板５の加速度印加方向（Ｙ方向）の両面の両端部にスペーサ５１〜５４を介して共振子３，４を接着により接合一体化したものである。共振子３，４は、短冊形状の圧電セラミック板の上下両主面にそれぞれ電極３ａ，３ｂおよび４ａ，４ｂを形成したエネルギー閉じ込め型厚みすべり振動モードの共振子である。共振子３，４の一方の電極３ａ，４ａは加速度検出素子２Ａの上方側に露出しており、他方の電極３ｂ，４ｂは加速度検出素子２Ａの下方側に露出している。表裏主面の電極３ａ，３ｂおよび４ａ，４ｂの一端部は、長さ方向中間部で対向しており、他端部が共振子３，４の異なる端部へ引き出されている。共振子３，４のＺ方向の高さＨは互いに同一寸法であり、高さＨ１は共振子３，４の共振周波数によって決定される。共振子３，４の高さＨ１はベース板５のＺ方向の高さＨ２より小さいため、Ｈ１＝Ｈ２の場合より加速度印加によって共振子３，４に発生する応力を大きくできる。この実施例では、Ｈ１はＨ２の１／５以下に設定されている。【００１８】共振子３，４は、温度特性を含む共振特性差をできるだけ低減するため、図５に示すように１枚の圧電体親基板Ｍの隣接する部分から切り出した２個の共振子をペアリングして使用するのがよい。このようにすることで、温度変化による２素子の出力信号差が少なくなり、加速度センサとしての出力変動を低減できる。
上記のように共振子３，４として、同一の圧電体親基板から切り出した２個の素子をペアリングして使用した場合でも、スペーサやベース板５との接着などによって２つの共振子３，４の間に共振特性のばらつきが生じることがある。このような特性ばらつきは、加速度が全く印加されなくても出力信号として出力される。共振子３，４の電極３ａ，４ａおよび電極３ｂ，４ｂはそれぞれ加速度検出素子２Ａの同一方向に露出しているため、両共振子３，４の共振特性に差があった場合には、加速度検出素子２Ａの上方側または下方側に露出した電極をレーザなどを用いてトリミングしたり、電極面に周波数調整用インクなどを塗布することで、共振特性を調整でき、特性差を小さくすることができる。上記トリミングやインクの塗布は、後述するようにケース部材６を接着し、内部電極６１，６２ｂ，６３ｂを形成した後（図４参照）で実施される。その際、ケース部材６の上面に形成された３つの内部電極６１，６２ｂ，６３ｂに測定端子を接触させることができるので、各共振子３，４の特性を測定しながら、トリミングを容易に行うことができる。その結果、検出誤差の小さな高精度な加速度センサを実現できる。【００１９】共振子３，４の長さ方向両端部の上下主面には、共振子３，４と同一厚みのスペーサ３１，３２および４１，４２がそれぞれ固定されており、電極３ａ，３ｂおよび４ａ，４ｂが対向した部分（振動部）は、スペーサ３１，３２および４１，４２が固定されていない部分に設けられている。この実施例では、共振子３，４の基端側のスペーサ３１，４１に比べて自由端側のスペーサ３２，４２の方が長く形成されている。そのため、共振子３，４の振動部は加速度検出素子２Ａの基端部側、つまり固定支持部に近づけて配置される。加速度印加により発生する応力は、片持ち梁の根元部ほど大きいので、共振子３，４の振動部を根元部に近づけることにより、共振子が受ける応力を大きくでき、センサの感度を高くできる。スペーサ３１，３２を含む共振子３の高さ寸法、およびスペーサ４１，４２を含む共振子４の高さ寸法は、ベース板５の高さ寸法Ｈ２と等しい。
なお、スペーサ３１，３２、４１，４２は省略可能であり、共振子３，４をベース板５の両面に直接接着してもよい。【００２０】共振子３，４はベース板５の両面の対向位置に接合されており、特にベース板５の全高の中央位置に接合されているのが最適である。その理由は、加速度の印加方向以外の外力によって加速度検出素子が撓んだ時（他軸撓み）、２つの共振子３，４から信号を差動的に取り出すことで、他軸撓みに対しても検出ばらつきを吸収することができるからである。２つの共振子３，４が対向位置にある場合、他軸撓みに対して両方の共振子に同一の応力が働くため、検出ばらつきを小さくできる。特に、２つの共振子３，４をベース板５の全高の中央位置に接合すれば、他軸撓みに対して両方の共振子３，４には応力が働くが、それぞれの共振子３，４の高さ方向中正面を中心に撓むため、それぞれの共振子３，４内で応力が相殺され、検出ばらつきを一層小さくできる。【００２１】上記のようにスペーサ３１，３２を固定した共振子３のＹ方向の一側面には、共振子３の主面電極３ａ，３ｂとそれぞれ導通する接続電極３３，３４が高さ方向（Ｚ方向）に連続的に形成されている。同様に、スペーサ４１，４２を固定した共振子４のＹ方向の一側面にも、共振子４の主面電極４ａ，４ｂとそれぞれ導通する接続電極４３，４４が高さ方向（Ｚ方向）に連続的に形成されている。特に、共振子３，４の基端側の接続電極３３，４３は、共振子３，４およびスペーサ３１，４１の外側面に形成されている。【００２２】ベース板５は共振子３，４と同一長さに形成された絶縁板であり、加速度検出素子２Ａの加速度Ｇの印加に伴う曲げ中正面（図４に破線Ｎ１で示す）がベース板５の厚み方向（Ｙ方向）の中央部に位置している。ベース板５と共振子３，４との間には、共振子３，４の閉じ込め振動の範囲より広い空隙５ａ（図５参照）が形成されている。この実施例では、空隙５ａを形成するためにスペーサ５１〜５４がベース板５の両面に長さ方向に間隔をあけて接合されているが、スペーサに代えてベース板５の両面に凹部を形成してもよいし、共振子３，４とベース板５とを接合する接着剤層の厚みによって空隙を形成してもよい。【００２３】基端側のスペーサ５１，５２は共振子３，４の基端側のスペーサ３１，４１と同一長さであり、かつその高さ（Ｚ方向）寸法はベース板５の高さＨ２と等しい。同様に、自由端側のスペーサ５３，５４は共振子３，４の自由端側のスペーサ３２，４２と同一長さであり、かつその高さ（Ｚ方向）寸法は、ベース板５の高さＨ２と等しい。
加速度検出素子２Ａを構成する共振子３，４、スペーサ３１，３２，４１，４２、ベース板５、スペーサ５１〜５４は、共振子３，４と同じ熱膨張係数の材料（例えばＰＺＴなどのセラミックス）で形成されている。そのため、温度変化に伴う熱膨張差により、共振子３，４に応力が発生するのを防止できる。【００２４】スペーサ５１，５３を接合したベース板５の一側面には、引出電極５ｂが全長に亘って形成されている。この引出電極５ｂは、共振子３，４を接合した加速度検出素子２Ａの基端部の上面に連続的に形成される内部電極６１と導通する。ベース板５の自由端側の上面およびスペーサ５３，５４，３２，４２の上面には、内部電極６４が連続的に形成されており、この内部電極６４はベース板５の一側面に形成された引出電極５ｂと共振子３，４の側面に形成された接続電極３４，４４とを相互に導通させる役割を有する。【００２５】検出素子２Ａの加速度Ｇの印加方向の両側面は、左右一対のケース部材６によって覆われている。ケース部材６は断面コ字形状に形成されており、その一端側の突出部６ａが検出素子２Ａの基端部両側面に接着固定されている。また、ケース部材６の他端側突出部６ｂは、スペーサ部材２ａを間にして接着固定されている。この実施例のスペーサ部材２ａは、長さ方向に連続した検出素子２Ａの先端部をカットした後の切れ端であり、ベース板５や共振子３，４、スペーサ５３，５４，３２，４２の一部で構成されている。上記突出部６ａ，６ｂの間には、検出素子２Ａが撓み得る空間を形成するための凹部６ｃが形成されている。また、ケース部材６の他端側突出部６ｂの内側には、過大な加速度Ｇが印加された時の検出素子２Ａの変位を制限し、検出素子２Ａの変形や破壊を防止するためのストッパ６ｄが設けられている。検出素子２Ａの撓み量は微少であるため、ケース部材６と検出素子２Ａとの間を接着する接着剤層の厚みにより撓み空間を形成できる場合には、凹部６ｃやストッパ６ｄは省略可能である。【００２６】ケース部材６の内壁面および上面には、相互に導通する引出電極６２ａ，６２ｂおよび６３ａ，６３ｂが形成されている。ケース部材６と検出素子２Ａとの接合は、電極３３と６２ａ、および電極４３と６３ａとの電気的接続を兼ねるため導電性接着剤で行われるが、ケース部材６および検出素子２Ａの基端部の上面に連続的に形成される内部電極６１および外部電極７１と電極３３および電極４３の短絡を防止するため、異方性導電性接着剤が用いられる。【００２７】上記ケース部材６の上面に形成された引出電極６２ｂ，６３ｂは、加速度検出素子２Ａの自由端側の上面に形成された内部電極６４と一直線上に並んでおり、これら電極６２ｂ，６３ｂ，６４は、加速度検出素子２Ａにケース部材６を接合した後で、その上面にスパッタリングや蒸着などを行うことで同時に形成することができる。なお、内部電極６１も同時に形成できる。【００２８】加速度検出素子２Ａとケース部材６とで形成される上下の開放面が上下一対のカバー部材７，７によって覆われている。カバー部材７の内面には、加速度検出素子２Ａとの接触を防止するための空洞形成用凹部７ａが形成され、その外周部が開放面に接着固定されている。そのため、加速度検出素子２Ａの加速度Ｇによる変位部分は、ケース部材６およびカバー部材７によって完全に密閉されている。カバー部材７もケース部材６と同様に、カバー部材７の内面に枠形に設けられる接着剤層の厚みによって空洞を形成できるので、カバー部材７の内面の空洞形成用凹部７ａも省略可能である。【００２９】カバー部材７の外表面には、加速度検出素子２Ａの基端側に位置する外部電極７１と、加速度検出素子２Ａの自由端側に位置する２個の外部電極７２，７３とが設けられている。図１に示すように、外部電極７２，７３は外部電極７１から長さ方向（Ｘ方向）に離れた位置にあり、かつ互いに加速度印加方向（Ｙ方向）に対向する２辺に沿って設けられている。外部電極７２，７３の位置は、図１に示される位置に限らず、外部電極７１と対向する端部のＹ方向両側であってもよい。【００３０】上記構造よりなる加速度センサ１Ａの導電経路は次の通りである。
すなわち、一方の共振子３の上側電極３ａは、接続電極３３、引出電極６２ａ，６２ｂを経由して外部電極７２へと接続されている。他方の共振子４の上側電極４ａは、接続電極４３、引出電極６３ａ，６３ｂを経由して外部電極７３へと接続されている。共振子３，４の下側電極３ｂ，４ｂは、接続電極３４，４４および内部電極６４によって相互に導通しており、ベース板５の一側面に設けられた引出電極５ｂ、内部電極６１を経由して外部電極７１へと接続されている。
なお、ベース板５の一側面に引出電極５ｂを設けたが、導電路の断線をより確実に防止するため、両側面に引出電極５ｂを設けてもよい。
上記のようにして表面実装型のチップ型加速度センサ１Ａを得ることができる。【００３１】図６は上記加速度センサ１Ａを用いた加速度検出装置の回路図の一例を示す。
この検出装置は加速度検出素子２Ａの独立発振を利用したものであり、加速度センサ１Ａの外部電極７２と７１が発振回路９ａに接続され、外部電極７３と７１が発振回路９ｂに接続されている。発振回路９ａ，９ｂとしては、例えば公知のコルピッツ型発振回路などを使用できる。共振子３，４を発振回路９ａ，９ｂによってそれぞれ独自に発振させ、その発振周波数ｆ１，ｆ２が周波数差カウンタ９ｃに入力され、その周波数差に比例した信号Ｖ０を出力するものである。
加速度センサ１Ａに加速度Ｇが加わると、検出素子２Ａには加速度の印加方向と逆方向の慣性力が作用し、検出素子２Ａが加速度Ｇの印加方向と逆方向に撓む。検出素子２Ａの撓みに伴って発生する応力によって、一方の共振子には引張応力が、他方の共振子には圧縮応力が作用する。厚みすべり振動モードを利用した共振子の場合、引張応力の共振子の発振周波数は低下し、圧縮応力の共振子の発振周波数は上昇するので、その周波数差を外部電極７１，７２，７３へと取り出すことによって、加速度Ｇに比例した信号Ｖ０を得ることができる。【００３２】加速度センサ１Ａを温度変化がある環境で使用すると、共振子３，４、ベース板５、ケース部材６、カバー部材７が熱膨張を起こす。共振子３，４とベース板５の熱膨張係数が異なる場合には、温度変化によって検出素子２Ａに撓みが発生し、共振子３，４に応力が発生する。その結果、加速度以外の要因で周波数差に変化が生じることになる。しかしながら、共振子３，４とベース板５とが熱膨張係数がほぼ等しい材料で形成されておれば、温度変化に伴う応力も同一となるため、周波数差カウンタ９ｃで２個の共振子３，４の出力を差動的に取り出すことにより、各共振子３，４が同一に受ける温度変化などによる出力信号の変化を相殺することができる。したがって、加速度Ｇに対してのみ感度を持つ加速度検出装置を得ることができる。
なお、検出素子２Ａとケース部材６、カバー部材７との熱膨張係数が異なる場合でも、検出素子２Ａが片持ち支持されているに過ぎないので、温度変化によって検出素子２Ａには応力が作用しない。【００３３】図７は上記加速度センサ１Ａを用いた加速度検出装置の他の例を示す。この検出装置は加速度検出素子２Ａの単一発振を利用したものである。加速度センサ１Ａの外部電極７２と７３はインピーダンス差動検出回路９ｄに接続され、共通電極である外部電極７１は発振回路９ｅに接続されている。なお、９ｆ，９ｇはマッチング用抵抗である。この場合には、両方の共振子３，４を発振回路９ｅによって同一の周波数で発振させ、それぞれの共振子３，４の電気的インピーダンスの違いから、位相差または振幅差を検知し、加速度Ｇに比例した出力Ｖ０をインピーダンス差動検出回路９ｄから取り出すものである。同一周波数で発振させるには、どちらか一方の共振子の出力、または両方の共振子の合算された出力をフィードバックして発振回路９ｅを構成すればよい。
この場合も、図６の例と同様に、加速度Ｇに比例した信号を取り出すことができるとともに、温度変化等による出力変化を相殺できるので、加速度Ｇに対してのみ感度を持つ加速度検出装置を得ることができる。
【実施例２】
【００３４】図８，図９は加速度センサの第２実施例を示す。
この加速度センサ１Ｂは、バイモルフ型の加速度検出素子２Ｂを絶縁性セラミック等からなるケース部材６およびカバー部材７内に両持ち梁構造で収納支持したものである。図１〜図４に記載の第１実施例と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。【００３５】加速度検出素子２Ｂの長手方向両端部は、一対の断面コ字形ケース部材６によって左右両側から固定支持され、さらに表裏の開放面にカバー部材７が接着固定されている。
共振子３，４の上側電極３ａ，４ａは、接続電極３３，４３を介してケース部材６の一端側の上面に設けられた内部電極６１ａ，６１ｂとそれぞれ個別に接続され、共振子３，４の下側電極３ｂ，４ｂは、接続電極３４，４４を介して検出素子２Ｂおよびケース部材６の上面に連続的に形成された内部電極６５に接続されている。そして、内部電極６１ａ，６１ｂはカバー部材７の外表面に設けられた外部電極７２，７３にそれぞれ接続され、内部電極６５は外部電極７１に接続されている。【００３６】上記実施例のように、両端支持構造の加速度検出素子２Ｂを用いた場合には、加速度検出素子２Ｂの両端から信号を取り出すことができるので、片持ち支持構造の加速度検出素子２Ａの場合に比べて電極の引出が容易となる。例えば、ベース板５の側面に形成される引出電極５ｂや、ケース部材６の内壁面に形成される引出電極６２ａ，６３ａを省略できる。また、接続電極３３，４３と引出電極６２ａ，６３ａとを接続するための異方性導電性接着剤も省略できる。【００３７】本発明にかかる加速度センサは、上記実施例に限定されるものではない。
例えば、第１，第２実施例では、共振子３，４として厚みすべり振動モードの共振子を用いたが、他の振動モード（例えば厚み縦振動モード、長さ振動モードなど）の共振子でも使用可能である。
上記実施例では、ベース板と第１，第２の共振子との間に、共振子の閉じ込め振動の範囲より広い空隙を形成したが、ベース板と第１，第２の共振子とを全面で対面接合してもよい。但し、全面で対面接合した場合には、共振子の振動がベース板で拘束されるので、共振子としての性能（ＱおよびＫ）が低下するが、逆に加速度による応力の発生効率の面では効果的である。
上記実施例では、共振子３，４の電極３ａ，３ｂおよび４ａ，４ｂを上下方向（Ｚ方向）の両面に露出させたため、上下いずれの方向からでも電極トリミングを実施できるが、上下いずれか一方の面に露出させてもよい。
ただし、共振子３，４の電極が上下いずれか一方の面に露出している場合には、電極トリミング時に測定装置の端子を接触させる電極６２ｂ，６３ｂ，６４も、共振子３，４の電極と同一面に露出させるのがトリミング作業上好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】［図１］本発明にかかる加速度センサの第１実施例の全体斜視図である。
［図２］図１に示した加速度センサの分解斜視図である。
［図３］図１に示した加速度センサの加速度検出素子部分の分解斜視図である。
［図４］図１に示した加速度センサのカバー部材を取り外した状態の平面図である。
［図５］共振子を母基板から切り出す方法を示す斜視図である。
［図６］本発明にかかる加速度センサを用いた加速度検出装置の一例の回路図である。
［図７］本発明にかかる加速度センサを用いた加速度検出装置の他の例の回路図である。
［図８］本発明にかかる加速度センサの第２実施例の分解斜視図である。
［図９］図８に示した加速度センサのカバー部材を取り外した状態の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】１Ａ，１Ｂ                  加速度センサ
２Ａ，２Ｂ                  加速度検出素子
３，４                      共振子
５                          ベース板
６                          ケース部材
７                          カバー部材
５ｂ                        引出電極
６２ａ，６３ａ              引出電極
６１，６２ｂ，６３ｂ，６４  内部電極
７１〜７３                  外部電極
【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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