(57)【要約】【課題】構造が簡素で応答速度の速い振動型力検出センサー素子、それを用いた振動型力検出センサー、および、それを用いた振動型力検出センサー装置を提供する。【解決手段】振動型力検出センサー素子１は、支持部１２、および両主面に励振電極１５ａ，１５ｂが設けられた振動部１４を有する振動片１０と、基部３および錘部５が弾性を有する梁部により接続された質量部２と、を備えている。振動片１０は、振動部１４と、錘部５との対向する主面５ａとが、間隙（ｇ）を空けて略平行に片持ち支持された態様で質量部２上に接合部材９６を介して接合されている。振動型力検出センサー２０は、パッケージ３０内に振動型力検出センサー素子１が接合部材９６を介して接合され、パッケージ３０上にはシールリング３９を介してリッド４０が接合されている。パッケージ３０とリッド４０により形成された内部空間Ｔには、例えばアルゴン等の気体が充填されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、前記支持部から延びる振動部と、前記振動部に設けられた励振電極と、を有する振動片と、
基部と、錘部と、一端部が前記基部から延出され他端部が前記錘部に接続された梁部と、を有する質量部と、を備え、
前記振動部の主面と、前記錘部の主面とが間隙を空けて対向するように前記基部上に前記支持部が接合され、前記質量部上に前記振動片が片持ち支持されていることを特徴とする振動型力検出センサー素子。
【請求項２】
請求項１に記載の振動型力検出センサー素子において、
前記振動片が、圧電体材料を用いて形成されていることを特徴とする振動型力検出センサー素子。
【請求項３】
請求項２に記載の振動型力検出センサー素子において、
前記圧電体材料として水晶が用いられていることを特徴とする振動型力検出センサー素子。
【請求項４】
請求項２または３に記載の振動型力検出センサー素子において、
前記振動片が、前記支持部から平行に延びる一対の振動腕を前記振動部として有する音叉型の圧電振動片であることを特徴とする振動型力検出センサー素子。
【請求項５】
請求項２または３に記載の振動型力検出センサー素子において、
前記振動片が、厚みすべり振動をする圧電振動片であることを特徴とする振動型力検出センサー素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動型力検出センサー素子において、
前記振動片の前記主面が粗面化されていることを特徴とする振動型力検出センサー素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動型力検出センサー素子と、
前記振動型力検出センサー素子を収容するパッケージと、を備え、
前記パッケージ内に気体が充填されていることを特徴とする振動型力検出センサー。
【請求項８】
請求項７に記載の振動型力検出センサーと、発振回路と、フィルター回路と、整流回路と、積分回路とを、備えたことを特徴とする振動型力検出センサー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型力検出センサー素子、それを用いた振動型力検出センサー、および、それを用いた振動型力検出センサー装置に関し、特に、構造が簡素で応答速度の速い振動型力検出センサー素子、それを用いた振動型力検出センサー、および、それを用いた振動型力検出センサー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電振動素子を使用した力検出センサーとしての加速度センサーが知られている。圧電振動素子を用いた加速度センサーは、圧電振動素子に検出軸方向の力が作用すると、圧電振動素子の共振周波数が変化し、この共振周波数の変化から加速度センサーに印加される加速度を検出するように構成されている。
例えば、特許文献１には、矩形状の構造体と、応力感応素子と、を備えた加速度検知ユニットが開示されている。この特許文献１に記載の加速度検知ユニットにおいて、矩形状の構造体は、直方体状の固定部材と、直方体状の可動部材と、固定部材と可動部材とによって両端部を夫々支持された二本の平行な長尺梁と、それらの長尺梁の中間部により両端部を固定され、且つ各長尺梁と直交する方向へ延びる短尺梁と、を備えている。固定部材及び可動部材の夫々の一方の上面は、同一平面上に構成されている。二本の長尺梁の端縁であって固定部材寄りの上下面の対向する位置に、夫々くびれ部を備えている。加速度αが加速度検出軸方向から構造体に印加されると、くびれ部を支点として各長尺梁が撓むように構成されている。
【０００３】
応力感応素子は、２つの応力感応部と、それらの応力感応部を挟むよう応力感応部と連結した２つの固定端と、を備えている。
このような構成の加速度検知ユニットに加速度検出軸の＋方向（＋Ｚ軸方向）の加速度αを印加すると、慣性力により可動部材は加速度αの方向とは逆の加速度検出軸の−方向（−Ｚ軸方向）に力を受け、矩形状の構造体の各長尺梁のくびれ部を支点として撓む（屈曲する）。このように各長尺梁が撓むことにより、可動部材に接合された応力感応素子の固定端を介して、応力感応部には伸張応力が加わり、応力感応素子の共振周波数が変化する。この応力感応素子の周波数の変化より、印加された加速度の大きさと方向を求めることができる。
【０００４】
また、特許文献２には、容量式加速度センサー、及びその製造方法が開示されている。この特許文献２に記載の容量式加速度センサーは、固定電極と、可動電極である質量体と、外枠部分と、を備えている。この容量式加速度センサーにおいて、質量体は加速度を受けると変位し、質量体と固定電極との間の空隙が変化し、この変化を静電容量の変化として検出することにより、加速度の大きさを求めることができる。また、容量式加速度センサーは、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術等を用いて、シリコン基板等に微細加工を施し、真空蒸着等の手法を用いることによって形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７１０２９号公報
【特許文献２】特開２０１０−３２５３８号公報
【発明の概要】
【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に開示されている加速度検知ユニットは、周波数変化型のセンサーであり、デジタル出力のためノイズが少ないという利点はあるものの、ゲートタイムの幅内で周波数をカウントする必要があり、応答時間が遅く、消費電流が大きくなるという問題点があった。また、周波数をカウントするにはマスタークロックが必要であり、加速度検知装置が大きくなるという欠点もあった。
また、双音叉型水晶振動素子の感度は、その振動腕の幅に依存しているため、小型化すると電極形成が難しくなるという問題があった。
また、特許文献２に開示されている容量式加速度センサーは、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術等を用いる微細加工であるために歩留まりが低下してコスト高になる虞があり、さらに、電場や静電気の影響を受けやすいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
〔適用例１〕本適用例にかかる振動型力検出センサー素子は、支持部と、前記支持部から延びる振動部と、前記振動部に設けられた励振電極と、を有する振動片と、基部と、錘部と、一端部が前記基部から延出され他端部が前記錘部に接続された梁部と、を有する質量部と、を備え、前記振動部の主面と、前記錘部の主面とが間隙を空けて対向するように前記基部上に前記支持部が接合され、前記質量部上に前記振動片が片持ち支持されていることを特徴とする。
【０００９】
このような構成の振動型力検出センサー素子によれば、気体中に配置した振動型力検出センサー素子に加わる力により、質量部の錘部に変位が生じて振動片と錘部との間隙が狭まって気体の抵抗が増加するために、振動片の電気的等価抵抗ＣＩ値が変化することを利用して、そのＣＩ値の変化から印加された力を求めることができる。このように、ＣＩ値の変化から印加された力を求めるので、デジタル方式の加速度センサーに比べ、応答時間（測定時間）が速いという効果がある。
また、錘部を有する質量部上に振動片を搭載した力検出センサー素子であるため、構造が簡素であり、低コストにできるという利点がある。その上、周波数を測定するカウンターも必要なく、測定も間欠測定でよいので、消費電流も小さく、小型にできるという効果がある。
また、振動片の固定は片側固定でよいため、周囲の温度変化による熱膨張の影響が少ないため、検出精度が高いという利点がある。
【００１０】
〔適用例２〕上記適用例にかかる振動型力検出センサー素子において、前記振動片が、圧電体材料を用いて形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、従来より振動片の材料として広く用いられている圧電体材料を用いることによって、周知の原理やノウハウを活かして高性能な圧電振動片を振動型力検出センサー素子に搭載することができるので、検出精度の高い振動型力検出センサー素子を提供することができる。
【００１２】
〔適用例３〕上記適用例にかかる振動型力検出センサー素子において、前記圧電体材料として水晶が用いられていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、圧電振動片の材料として最も広く使われている水晶を用いることにより、既存の振動片製造設備を利用して、優れた発振特性を有し機械的強度の高い水晶振動片を振動型力検出センサー素子に搭載することができるので、低コストで、検出精度、および、機械的強度の高い振動型力検出センサー素子を提供することができる。
【００１４】
〔適用例４〕上記適用例にかかる振動型力検出センサー素子において、前記振動片が、前記支持部から平行に延びる一対の振動腕を前記振動部として有する音叉型の圧電振動片であることを特徴とする。
【００１５】
この構成のように、振動片として音叉型の圧電振動片を用いることにより、フォトリソグラフィー技術とエッチング手法を用いた従来の製造ラインが適用できるので、現在生産されている圧電振動素子が適用できて、低コスト化が図られるという利点がある。また、音叉型の圧電振動片のような屈曲振動モードの振動片は、上記構成の振動型力検出センサー素子において、周辺雰囲気の気体の粘性の影響を受けやすいので、ＣＩ値の変化が大きくなり、力の検出感度が良くなるという効果がある。
【００１６】
〔適用例５〕上記適用例にかかる振動型力検出センサー素子において、前記振動片が、厚みすべり振動をする圧電振動片であることを特徴とする。
【００１７】
この構成のように、振動片として厚みすべり振動モードの振動片を用いることにより、小型で、温度特性やエージング特性に優れた振動型力検出センサー素子を構成できるという効果がある。
【００１８】
〔適用例６〕上記適用例にかかる振動型力検出センサー素子において、前記振動片の前記主面が粗面化されていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、上記適用例の振動型力検出センサーの動作原理において、振動型力検出センサー素子に加えられた力に対するＣＩ値の変化が大きくなることにより、力検出の感度を向上させることができる。
【００２０】
〔適用例７〕本適用例にかかる振動型力検出センサーは、上記適用例に記載の振動型力検出センサー素子と、前記振動型力検出センサー素子を収容するパッケージと、を備え、前記パッケージ内に気体が充填されていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、上記適用例の振動型力検出センサー素子を気体中に配置して、振動型力検出センサーに加わる力により変化する振動片の電気的等価抵抗ＣＩ値を利用したパッケージタイプの振動型力検出センサーを提供することができる。この振動型力検出センサーは、ＣＩ値の変化から印加された力を求めるので、デジタル方式の加速度センサーに比べ、応答時間（測定時間）が速いという効果がある。また、構造が簡素であり、低コストにできるという利点があるとともに、周波数を測定するカウンターも必要なく、測定も間欠測定でよいので、消費電流が小さく、小型にできるという効果がある。
【００２２】
〔適用例８〕本適用例にかかる振動型力検出センサー装置は、上記適用例に記載の振動型力検出センサーと、発振回路と、フィルター回路と、整流回路と、積分回路とを、備えたことを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、低コストで、応答時間（測定時間）が速く、消費電流が小さく、小型の振動型力検出センサー装置ができるという効果がある。また、周囲の温度変化による熱膨張の影響が小さいため、検出精度が高い振動型力検出センサー装置ができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は、振動型力検出センサー素子の一実施形態を説明する概略平面図、（ｂ）は、（ａ）の矢印Ｓの方向からみた概略側面図。
【図２】（ａ）は、振動型力検出センサー素子の質量部を説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）の矢印Ｓ´の方向からみた側面図。
【図３】（ａ）は、振動型力検出センサーの一実施形態を上側からみた概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線概略断面図。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、共に一般的な圧電振動子の電気的等価回路図。
【図５】振動型力検出センサー素子を大気中に設置し、振動片と質量部の錘部との相対面する間隙ｇを横軸とし、振動型力検出センサー素子の電気的等価抵抗Ｒｘ（ＣＩ）を縦軸にした場合、間隙ｇを変化させたときのＣＩ値の変化を実測し、それをプロットした曲線。
【図６】振動型力検出センサーの動作原理を模式的に説明する図。
【図７】振動型力検出センサー装置の構成を示すブロック図。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は、図７のブロック図に示す各部の波形を示す図。
【図９】振動型力検出センサー素子の質量部の変形例１のバリエーションの一つを説明する概略平面図。
【図１０】振動型力検出センサー素子の質量部の変形例１のバリエーションの一つを説明する概略平面図。
【図１１】振動型力検出センサー素子の質量部の変形例１のバリエーションの一つを説明する概略平面図。
【図１２】振動型力検出センサー素子の質量部の変形例２を説明する概略側面図。
【図１３】振動片として適用可能な弾性表面波素子の構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の振動型力検出センサー素子、および、それを用いた振動型力検出センサーの一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
〔振動型力検出センサー素子〕
まず、振動型力検出センサー素子について説明する。図１（ａ）は、振動型力検出センサー素子１の構成を示す概略平面図であり、同図（ｂ）は、（ａ）の矢印Ｓの方向からみた概略側面図である。また、図２（ａ）は、振動型力検出センサー素子１に備わる質量部２を詳細に説明する平面図であり、同図（ｂ）は、（ａ）の矢印Ｓ´の方向からみた側面図である。
図１に示すように、振動型力検出センサー素子１は、錘部５を有する質量部２と、その質量部２上に片持ち支持された態様で接合された振動片１０と、を備えている。
【００２７】
＜振動片＞
振動片１０は、例えば、水晶などの圧電基板を用いて形成することができる。水晶を用いて形成される振動片１０は、人工水晶原石の一部を結晶軸（光軸）を明確にしてブロック状に成形した水晶ランバードから所定の切断角度で切り出された単結晶基板としての水晶ウェハを用いて形成される。ここで、所定の切断角度とは、水晶の結晶軸に対して狙った角度だけ傾けたカット角を指し、本実施形態では、結晶軸から３５°１５′傾けた切断角度で切り出された所謂ＡＴカット水晶を用いて形成された厚みすべり振動モードを呈する振動片１０として説明する。このようなＡＴカット水晶を用いた振動片１０は、広範囲な温度領域において安定した周波数が得られる優れた温度特性を有する圧電振動片として従来より広く利用されている。
【００２８】
振動片１０は、図１（ａ）に示すように、固定端となる支持部１２と、自由端となる振動部１４とを有している。振動部１４の両主面上には一対の励振電極１５ａ，１５ｂが対向させて設けられている。また、支持部１２の両主面上には、各励振電極１５ａ，１５ｂとそれぞれ対応する外部接続端子１６ａ，１６ｂが設けられ、対応する各励振電極１５ａ，１５ｂおよび外部接続端子１６ａ，１６ｂ同士が、各励振電極１５ａ，１５ｂから引き出された端子間配線を介して電気的に接続されている。
このような電極や端子あるいは配線などの電極パターンは、水晶ウェハをエッチングして振動片１０の外形を形成した後で、蒸着またはスパッタリングにより、例えばニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に例えば金（Ａｕ）による金属膜を成膜し、その後フォトリソグラフィーを用いてパターニングすることにより形成できる。
【００２９】
なお、振動片１０の振動部１４において、質量部２の錘部５と対向する側の主面の表面を、化学的あるいは機械的な方法を用いて粗面化しておくことが、後述する質量部２上に振動片１０を接合して構成した振動型力検出センサーの動作原理において、振動型力検出センサーに加えられた力に対するＣＩ値の変化を大きくしてセンサーの感度を向上させることができるので好ましい。
【００３０】
＜質量部＞
質量部２は、図２に示すように、基部３と、錘部５と、一端が基部３の一端部から延出され他端が錘部５の一端部（側壁部分）に接続される梁部４とが、同一材料により例えば平面内に並んだ状態で一体形成されたものである。
基部３は、振動型力検出センサー素子１を例えばパッケージ内に固定する際の固定部分になるとともに振動片１０が接合される部分であり、振動片１０が接合される領域（図中上側の面の一領域）に振動片接続端子７が設けられている。
【００３１】
梁部４は、図２（ｂ）に示すように、弾力性を持たせるために基部３や錘部５に比して厚みが薄く形成されているとともに、図２（ａ）に示すように、狭い幅で細長い形状を有している。また、梁部４は、所定の弾性を有して、且つ、十分な強度を保持しながら錘部５を支持できるように屈曲形状を呈して形成されている。本実施形態では、基部３の一端部である基部側接続端８ａから延出された梁部４が、平面視で錘部５の周縁を数周取り囲むような螺旋形状（コイルバネ形状）を形成して錘部５の一端部の側面に位置する錘部側接続端８ｂに接続されている。これにより、梁部４の長さが長く確保されるので、錘部５が、基部３を固定端として、梁部４の弾性（ばね性）により検出すべき力の向き（検出方向）である上下方向（質量部２の厚み方向）に可動な状態で支持される。また、本実施形態の質量部２を平面視したときに、梁部４に形成される螺旋形状において、梁部４と基部３との接続部である基部側接続端８ａ、および、梁部４と錘部５との接続部である錘部側接続端８ｂの屈曲形状部分は、丸味を帯びた形状に加工されている。これにより、基部３および錘部５の梁部４の付け根に応力が集中して破損するなどの不具合を抑制することができる。なお、本実施形態では、梁部４の屈曲形状部分のうち、特に応力集中が起こり易い基部側接続端８ａおよび錘部側接続端８ｂの屈曲形状部分を丸味を帯びた形状に加工する例を説明したが、これに限らず、梁部４の他の屈曲形状部分についても丸味を帯びた形状を形成すれば、さらに質量部の機械的な強度が向上するので好ましい。
【００３２】
質量部２において、錘部５の両主面のうち、振動片１０と対向する一方の主面５ａ（図１を参照）と、基部３の振動片接続端子７が接合される側の主面とは、平行に設けられる。本実施形態では、錘部５の振動片１０と対向する側の主面５ａと、基部３の振動片接続端子７が接合される側の主面とは、同一面となっている。また、本実施形態では、梁部４の一方の主面（図２（ｂ）において、上側の面）と、錘部５および基部３の同一面となっている側の主面とについても同一面となっている。この構成により、フォトリソグラフィーやエッチング手法を用いて質量部２を形成するときに、質量部２形成材料の一方の面（上記一方の主面とは異なる他方の主面）の一方向からエッチング加工のみによって質量部２の外形を形成することができるので、製造効率がよいという利点がある。
なお、質量部２の形成材料としては、質量があって、その質量がエージングで変化しない材料が望ましく、例えば、水晶やガラス、あるいはシリコンなどを用いることができる。
【００３３】
＜振動型力検出センサー素子＞
次に、振動片１０を備えた振動型力検出センサー素子について説明する。
図１に示すように、振動型力検出センサー素子１は、質量部２の錘部５の主面に対して、振動型力検出センサー素子１の振動の変位方向（厚みすべり振動方向）が略平行な向きとなるように振動片１０が配置され、接合部材９６を介して接合されている。具体的には、振動片１０の支持部１２に設けられた外部接続端子１６ａ，１６ｂと、質量部２の基部３上に設けられた対応する振動片接続端子７とが位置合わせされた状態で、例えば導電性接着剤などの導電性および粘性を有する接合部材９６により電気的な接続を伴う接合がなされている。これにより、質量部２の錘部５の一方の主面５ａと、その一方の主面５ａと対向する振動片１０の振動部１４の面とが間隙ｇを空けて平行に配置された態様で、質量部２上に振動片１０が片持ち支持された状態で固定されている。なお、ここで言う平行に片持ち支持された状態とは、振動片１０と質量部２との対向する面同士が、後述する振動型力検出センサーによる力の検出の作用が得られるのに十分なレベルの略均一な間隙ｇを空けて配置された状態を指すものであり、例えば、±数μｍの精度で平行に保たれている状態を言っているものではない。
【００３４】
このような構成を有する振動型力検出センサー素子１において、質量部２の錘部５の一方の主面５ａと直交するＺ軸方向（検出方向）の力（Ｆ）が作用すると、基部３から延出され螺旋形状を形成して錘部５に接続された梁部４の弾性（ばね性）により撓み、振動片１０の振動部１４の裏面（錘部５の一方の主面５ａと対向する面）と、錘部５の主面５ａとの間隙ｇが変化して、振動片１０の電気的等価抵抗が変化する。本実施形態の振動型力検出センサー素子１を用いた振動型力検出センサーは、この原理を利用して力検出するものである（詳細は後述する）。
【００３５】
〔振動型力検出センサー〕
次に、上記振動型力検出センサー素子１を用いた振動型力検出センサーについて、図面を参照しながら説明する。
図３（ａ）は、振動型力検出センサーの一実施形態を上側からみて説明する概略平面図、（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ線概略断面図である。なお、図３（ａ）では、振動型力検出センサーの内部の構造を説明する便宜上、パッケージ３０の上部に接合されるリッド４０（同図（ｂ）を参照）を取り外した状態を図示している。
図３において、振動型力検出センサー２０は、上記に説明した振動型力検出センサー素子１と、その振動型力検出センサー素子１を収容するパッケージ３０と、パッケージ３０上に接合される蓋体としてのリッド４０と、を有している。
【００３６】
パッケージ３０は、平板状の第１層基板３１上に、矩形環状の第２層基板３２が積層されて構成されることにより、上面側に開口部を有した凹部が形成されている。パッケージ３０の材質としては、例えば、セラミック、ガラスなどを用いることができる。
パッケージ３０の凹部の凹底部分となる第１層基板３１上には、振動型力検出センサー素子１が接合される複数の素子接続端子３５が設けられている。また、図示はしないが、パッケージ３０の外底面となる第１層基板３１の外底面には、振動型力検出センサーを外部基板に接合する際に用いる外部実装端子が設けられている。このように、パッケージ３０に設けられた上記の各種端子は、対応する端子どうしが、図示しない引き回し配線やスルーホールなどの層内配線により電気的に接続されている。
【００３７】
パッケージ３０の凹部には、振動型力検出センサー素子１が接合されている。具体的には、振動型力検出センサー素子１の質量部２の基部３に設けられた図示しない外部接続電極と、パッケージ３０の凹部に設けられた素子接続端子３５とが位置合わせされ、例えば銀ペーストなどの導電性の接合部材９６により接合されるとともに、電気的に接続されている。これにより、振動型力検出センサー素子１が、パッケージ３０内において、凹部の凹底部分となる第１層基板３１との間に間隙を空けながら、質量部２の錘部５側を自由端として片持ち支持された態様で固定される。
【００３８】
図３（ｂ）に示すように、振動型力検出センサー素子１が凹部内に接合されたパッケージ３０の上端には、蓋体としてのリッド４０が配置され、パッケージ３０の開口部を封鎖している。リッド４０の材質としては、例えば、４２アロイ（鉄にニッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）等の金属、セラミックス、あるいはガラスなどを用いることができる。例えば、金属からなるリッド４０は、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング３９を介してシーム溶接することによりパッケージ３０と接合される。
【００３９】
また、振動型力検出センサー素子１が凹部内に接合されたパッケージ３０上にリッド４０を接合することにより形成される内部空間Ｔは、振動型力検出センサー素子１が動作するための空間となり、この内部空間Ｔには気体が充填されている。内部空間Ｔに充填される気体は、本発明の振動型力検出センサー素子１を用いた振動型力検出センサー２０に不可欠なものであり、振動型力検出センサー素子１の特性の劣化を抑制するとともに安定した内部空間Ｔの雰囲気を確保するために、例えば、窒素、アルゴンなどの不活性ガスを用いて内部空間Ｔを不活性ガス雰囲気にすることが望ましい。
なお、パッケージ３０は平板形状であってもよく、この場合のリッド４０は、凹部を有するキャップ形状であることが好ましい。
【００４０】
〔振動型力検出センサーの動作原理〕
次に、振動型力検出センサー２０の動作原理について説明する。
振動片１０を含めた振動型力検出センサー素子１のような一般的な圧電振動子の電気的等価回路は、図４（ａ）に示すように、モーショナルインダクタンスＬ１と、モーショナルキャパシタンスＣ１と、振動損失を表わす抵抗Ｒ１との直列接続回路に、静電容量Ｃ０が並列接続された回路で示される。また、図４（ａ）の回路は等価的に、同図（ｂ）に示すように、リアクタンスｊＸと抵抗Ｒｘとの直列接続回路で表わされ、リアクタンスｊＸが零となる周波数を共振周波数、そのときの抵抗Ｒｘを電気的等価抵抗と言うのが一般的である。また、抵抗ＲｘをＣＩ（クリスタル・インピーダンス）とも言い、Ｒ１とＲｘは、ほぼ等しい。
【００４１】
図５は、振動型力検出センサー素子１を大気中に設置し、振動片１０と質量部２の錘部５との相対面する間隙ｇ（図１（ｂ）を参照）を横軸とし、振動型力検出センサー素子１の電気的等価抵抗Ｒｘ（ＣＩ）を縦軸にした場合、間隙ｇを変化させたときのＣＩ値の変化を実測し、それをプロットした曲線である。黒菱形◆の曲線は、振動片１０の長手方向の長さが２ｍｍ（共振周波数が２２０ｋＨ）、白抜き◇の曲線は、長手方向の長さが２０ｍｍ（共振周波数が４０ｋＨ）の振動片１０を用いた場合の、夫々の間隙ｇ対電気的等価抵抗Ｒｘ（ＣＩ）曲線である。
図５において、間隙ｇが大きいとき、例えば３００μｍ以上では、振動片１０のＣＩ値は、通常用いられる振動片と同様なＣＩ値を呈するが、間隙ｇが２００μｍ以下になるにつれてＣＩ値は大きくなり、５０μｍ以下では急激に大きくなることが判る。また、長さ２ｍｍの振動片１０の場合は、間隙ｇが７０μｍ以下で、間隙ｇとＣＩ値が略比例関係となる。また、長さ２０ｍｍの振動片１０の場合は、間隙ｇが２００μｍ以下で間隙ｇとＣＩ値が双曲線状の関係となる。
【００４２】
図６は、振動型力検出センサー２０の動作原理を模式的に説明する図であり、図１および図２に示した振動型力検出センサー素子１のＸ軸方向の部分断面図である。
図６において、振動片１０の振動部１４と錘部５との間隙をｇとし、錘部５の上面に座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚをとる。振動片１０と錘部５の空間には気体、例えば、アルゴンなどの不活性ガスが満たされ、振動部１４は速度Ｕで振動しているとする。間隙ｇが大きい場合、錘部５に接する気体はその位置を保持しようとするので、その速度は零である。錘部５と振動部１４との間の気体の剪断変形速度ｕは、
ｕ＝Ｕ×ｚ／ｇ                      （１）
で表わされる（ｚはＺ軸上の位置）。つまり、錘部５からｚの位置の気体は、ｚに比例した速度で錘部５と平行した面内で運動することになる。
また、振動部１４の振動に逆らう力と、錘部５の表面に留まろうとする力とは等しく、いずれも速度Ｕに比例し、間隙ｇに反比例する。ここで、気体に接触している単位面積当たりの力τ0は、式（１）を微分し気体の粘性係数μをかけて、
τ0＝μ×Ｕ／ｇ                      （２）
で表わすことができる。つまり、間隙ｇに反比例する。
【００４３】
一般に、振動片１０などの圧電振動片を用いる際は、振動エネルギーが気体中へ漏洩するのを防止するため、真空中で用いる場合が多い。本発明は、気体中への振動エネルギーの放出による振動片１０のＣＩ変化を利用して、振動型力検出センサー（振動型力検出センサー２０）を構成している。図５に示した間隙ｇ対電気的等価抵抗ＣＩ曲線は、大気中で振動片１０の電気的等価抵抗（ＣＩ）の変化を測定した結果を説明したが、上述したとおり、真空状態と比較して窒素やアルゴンなどの粘性を有する不活性ガス中であってもよい。
また、間隙ｇ対ＣＩ曲線は直線である場合の方が、力Ｆを求めるためのデータ処理は容易であるが、曲線であっても間隙ｇ対ＣＩ曲線の再現性が良ければ問題とはならない。間隙ｇ対ＣＩ曲線を多項式で近似し、多項式の各係数をメモリーに格納し、必要に応じて演算回路からこれらの各係数を参照し、加わる力Ｆを求めればよい。
【００４４】
振動型力検出センサー２０の動作について、さらに具体的に説明する。
振動型力検出センサー２０においては、予め、振動型力検出センサー素子１の形状毎に、間隙ｇとＣＩ値との関係と、力Ｆと間隙ｇとの関係を測定し、データ化しておく。一例として、加速度を測定する場合について説明する。図３の振動型力検出センサー２０に＋Ｚ軸方向（同図（ｂ）において上方向）の加速度αが印加されると、力Ｆ（＝ｍ×α、質量ｍは振動片１０と質量部２との和）が慣性力として−Ｚ軸方向に働く。この力Ｆにより錘部５が−Ｚ軸方向に移動する一方、振動片１０は略移動しないので振動片１０の裏面と錘部５の主面５ａとの間隙ｇが広くなる。力Ｆが加わらないときの振動片１０のＣＩ値をＣＩ0とし、間隙ｇをｇ0とする。力Ｆが加えられたときの振動片１０のＣＩ値はＣＩ1となる。予め測定した間隙ｇ対ＣＩ値曲線より、ＣＩ1に相当する間隙ｇ1を求め、力Ｆ対間隙ｇ曲線より、間隙ｇ1に相当する力Ｆ1を求める。この力Ｆ1より加速度α１が求められる。
また、振動型力検出センサー２０に＋Ｚ軸方向の力Ｆが加わり、間隙ｇが広がると、振動片１０のＣＩ値は小さくなる。このため＋Ｚ軸方向、−Ｚ軸方向双方向の力Ｆの大きさが求められるように、図５に示す間隙ｇ対ＣＩ曲線の適当な位置に間隙ｇを設定しておく必要がある。
【００４５】
次に、本実施形態の振動型力検出センサー素子１を用いた振動型力検出センサー２０の効果を述べる。
本実施形態の振動型力検出センサー素子１は、振動片１０と、振動片１０の振動部１４と間隙ｇを空けて平行に配置される錘部５を含む質量部２とを含む振動型力検出センサー素子１が、パッケージ３０内に収容された簡素な構造であり、低コストで製造できるという利点がある。また、その動作は、振動型力検出センサー素子１に加わる力により、振動片１０と錘部５との間隙が狭まり、気体の抵抗が増加するために振動片１０の電気的等価抵抗ＣＩ値が変化することを利用し、そのＣＩ値の変化から振動型力検出センサー素子１に印加された力を求めるので、応答時間（測定時間）が速いという特徴がある。その上、カウンターも必要なく、測定も間欠動作でよいので、消費電流を低く抑えることができるとともに、小型化が図りやすいという効果を奏する。また、振動片１０の固定は片側固定（片持ち支持）でよいことから、周囲の温度変化による熱膨張の影響が少ないため、検出精度が高いという利点がある。
【００４６】
〔振動型力検出センサー装置〕
次に、振動型力検出センサー素子１を用いた振動型力検出センサー装置１０３の一実施形態について図面を参照して説明する。図７は、振動型力検出センサー装置１０３の構成を示すブロック図である。
振動型力検出センサー装置１０３は、上記の振動型力検出センサー２０と、発振回路１６０と、フィルター回路１６２と、整流回路１６３と、積分回路１６４と、直流増幅回路１６５と、を備えている。また、図８は、各回路における信号を示す模式図であり、横軸は時間（Ｔ）、縦軸は電圧（Ｖ）を表わす。
発振回路１６０は、振動片１０を発振させる増幅器のインバーター１７１，１７２，１７３と、抵抗ＲＡ，ＲＢ，ＲＣを直列に接続した回路からなる抵抗Ｒ１１と、コンデンサーＣ１１，Ｃ２２とを有している。インバーター１７１，１７２，１７３の直列接続回路は、振動型力検出センサー２０の振動片１０の両端子間に直列に接続されている。
１段目のインバーター１７１は、入力が振動片１０の一方の端子に接続され、出力端子が２段目のインバーター１７２の入力端子に接続されている。２段目のインバーター１７２は、出力端子が３段目のインバーター１７３の入力端子に接続されている。３段目のインバーター１７３は、出力端子が振動片１０の他方の端子に接続されている。
【００４７】
抵抗Ｒ１１は、振動片１０の両端子の間に接続されている。そして、抵抗Ｒ１１の端子である抵抗ＲＡの端子は、インバーター１７１の入力端子に接続されている。抵抗Ｒ１１の他方の端子である抵抗ＲＣの端子は、インバーター１７３の出力端子に接続されている。抵抗ＲＡと抵抗ＲＢとの接続中点はインバーター１７１の出力端子に接続されている。抵抗ＲＢと抵抗ＲＣとの接続中点は、インバーター１７２の出力端子に接続されている。なお、抵抗Ｒ１１の他方の端子である抵抗ＲＣの端子と、振動片１０の他方の端子との間には、位相制御用の抵抗ＲＤが接続されている。
コンデンサーＣ１１は、インバーター１７１の入力端子と接地との間に接続されている。コンデンサーＣ２２は、インバーター１７３の出力端子と接地との間に接続されている。これにより発振回路１６０は、振動片１０を発振させた発振信号ＯＵＴをインバーター１７３の出力端子から出力する。
【００４８】
フィルター回路１６２は、コンデンサーＣ３と抵抗Ｒ３とを有している。コンデンサーＣ３は、一方の端子がインバーター１７１の入力端子及び振動片１０の一方の端子に接続され、他方の端子が整流回路１６３のダイオードＤ１の入力端子に接続されている。抵抗Ｒ３は、コンデンサーＣ３の他方の端子と接地との間に接続されている。
フィルター回路１６２は、図８（ａ）に示すように、振動片１０の端子のうち、インバーター１７１の入力端子側に接続された端子から出力された電流としての振動子電流の一部である信号ａを入力信号として入力する。
ここで、信号（ａ）は、直流成分が重畳された正弦波の交流信号である。信号ａの振幅（電圧）Ｖｐｐ１は、ＣＩ値の大きさに反比例して変化し、ＣＩ値が小さければ振幅Ｖｐｐ１は大きく出力され、ＣＩ値が大きければ振幅Ｖｐｐ１は小さく出力される。
そして、フィルター回路１６２は、図８（ｂ）に示すように、この信号ａの直流成分を取り除き、信号ｂとして出力する。
【００４９】
整流回路１６３は、ダイオードＤ１を有している。ダイオードＤ１は、一方の端子がフィルター回路１６２のコンデンサーＣ３の他方の端子に接続され、他方の端子が積分回路１６４の抵抗Ｒ４の一方の端子に接続されている。整流回路１６３は、フィルター回路１６２が出力した信号ｂを入力し、図８（ｃ）に示すように、信号ｂを半端整流した信号ｃを出力する。
積分回路１６４は、抵抗Ｒ４とコンデンサーＣ４とを有している。抵抗Ｒ４は、一方の端子が整流回路１６３のダイオードＤ１の出力端子に接続され、他方の端子が直流増幅回路１６５の演算増幅器６５ａの正相入力端子側に接続されている。コンデンサーＣ４は、抵抗Ｒ４の他方の端子と接地との間に接続されている。積分回路１６４は、整流回路１６３が出力した信号ｃを入力し、図８（ｄ）に示すように、信号ｃを積分した信号ｄを出力する。
直流増幅回路１６５は、演算増幅器６５ａと抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７とを有している。抵抗Ｒ５は、一方の端子が積分回路１６４の抵抗Ｒ４の他方の端子に接続され、他方の端子が演算増幅器６５ａの正相入力端子に接続されている。抵抗Ｒ６は、一方の端子が接地され、他方の端子が演算増幅器６５ａの逆相入力端子に接続されている。抵抗Ｒ７は、一方の端子が演算増幅器６５ａの逆相入力端子に接続され、他方の端子が演算増幅器６５ａの出力端子に接続されている。
直流増幅回路１６５は、積分回路１６４が出力した信号ｄを入力し、図８（ｅ）に示すように、信号ｄの電位を増幅し、信号ｅを出力する（Ｖｏｕｔ）。
【００５０】
振動型力検出センサー装置１０３は、上記のような回路構成によって、間隙ｇ（図１を参照）の変化に応じ振動片１０のＣＩ値の変化に基づいた信号ｅの電位を検出することにより、振動型力検出センサー装置１０３に加えられる力を検出することができる。なお、信号ｅの電位の検出は、数ｍｓで行うことができる。
なお、図７に示した振動型力検出センサー装置１０３のブロック図は、一例であり、発振回路１６０の増幅器が３段の例を用いて説明したが、１段でもよく、段数は、発振回路１６０の設計条件に応じて適宜設定すればよい。
また、直流増幅回路１６５は必ずしも必要ではない。
【００５１】
以上、述べた構成のように、振動片１０を備えた振動型力検出センサー素子（１）を含む振動型力検出センサー（２０）と、発振回路１６０と、フィルター回路１６２と、整流回路１６３と、積分回路１６４と、を備えた振動型力検出センサー装置１０３を構成することにより、低コストで、応答時間（測定時間）が速く、消費電流が小さく、小型の装置ができるという効果がある。また、周囲の温度変化による熱膨張の影響が小さいため、検出精度が高い装置ができるという利点がある。
【００５２】
（変形例１）
上記実施形態では、振動型力検出センサー２０に備わる振動型力検出センサー素子１において、質量部２の基部３と錘部５との梁部４による支持構造として、一つの基部３の基部側接続端８ａから延出された一つの梁部４を錘部５の周縁を平面視で取り囲む螺旋形状を形成させて引き回し、錘部５の錘部側接続端８ｂに接続する態様を説明した。これに限らず、梁部の弾性により基部に対して錘部が上下方向に可動な状態で支持できる構造であればよく、基部や梁部の数や形状を適宜に変えて、質量部の機能を向上させることができる。
図９、図１０、および図１１は、質量部の変形例を示すものであり、各々、基部と錘部と梁部による支持構造の３つのバリエーションを示す概略平面図である。
【００５３】
まず、図９において、本変形例の一つ目のバリエーションの質量部５２は、平面視で錘部５５を挟んだ両側に第１基部５３Ａと第２基部５３Ｂが配置されている。第１基部５３Ａの第１基部側接続端５８Ａａから延びた第１梁部５４Ａは、錘部５５の周縁を取り囲むような螺旋形状を形成して錘部５５の一端部の第１錘部側接続端５８Ａｂに接続されている。また、第２基部５３Ｂの第２基部側接続端５８Ｂａから延びた第２梁部５４Ｂは、錘部５５の周縁を第１梁部５４Ａとともに取り囲むような螺旋形状を形成して錘部５５の他端部の第２錘部側接続端５８Ｂｂに接続されている。また、２つの基部のうちの一方、本変形例では第１基部５３Ａの一方の主面に振動片接続端子５７が設けられている。
【００５４】
この構成によれば、質量部５２において、錘部５５の対向する２端部、すなわち、第１錘部側接続端５８Ａｂおよび第２錘部側接続端５８Ｂｂの各々を、第１梁部５４Ａおよび第２梁部５４Ｂにより両側から支持する構造になっている。これにより、質量部５２を用いた振動型力検出センサーに力が加わった際に、錘部５５の振動片１０と対向する面が、振動片１０の振動部１４（図１を参照）の錘部５５と対向する面に対して平行に動くことが可能になるので、力の検出を精度よく行うことができる。
【００５５】
次に、図１０において、本変形例の二つ目のバリエーションの質量部６２は、平面視で錘部６５を挟んだ両側に第１基部６３Ａと第２基部６３Ｂが配置され、第１基部６３Ａの第１基部側接続端６８Ａａから延びた第１梁部６４Ａが、錘部６５の一端部の第１錘部側接続端６８Ａｂに接続され、第２基部６３Ｂの第２基部側接続端６８Ｂａから延びた第２梁部６４Ｂが、錘部６５の他端部の第２錘部側接続端６８Ｂｂに接続されている。第１梁部６４Ａおよび第２梁部６４Ｂは、第１基部６３Ａの第１基部側接続端６８Ａａまたは第２基部６３Ｂの第２基部側接続端６８Ｂａから錘部６５に向かって、左右交互に鋭角に折れ曲がったジグザグを形成して錘部６５の第１錘部側接続端６８Ａｂまたは第２錘部側接続端６８Ｂｂに接続されている。
また、２つの基部のうち第１基部６３Ａの一方の主面には振動片接続端子６７が設けられている。
【００５６】
この構成によれば、上記一つ目のバリエーションの質量部５２（図９を参照）に比して、平面視で略矩形状の錘部６５の端部（辺）のうち、第１基部６３Ａおよび第２基部６３Ｂが配置される側の二辺と直交する二辺側に第１梁部６４Ａおよび第２梁部６４Ｂが配置されない構成となっているので、その方向の幅を小さくして振動型力検出センサーの小型化に寄与することができる。
【００５７】
次に、図１１において、本変形例の三つ目のバリエーションの質量部７２は、平面視で矩形状の錘部７５を囲む四方に第１基部７３Ａ、第２基部７３Ｂ、第３基部７３Ｃ、および第４基部７３Ｄが配置されている。そして、第１基部７３Ａの第１基部側接続端７８Ａａから延びた第１梁部７４Ａが、錘部７５の一端部の第１錘部側接続端７８Ａｂに接続され、第２基部７３Ｂの第２基部側接続端７８Ｂａから延びた第２梁部７４Ｂが、錘部７５の第２錘部側接続端７８Ｂｂに接続され、第３基部７３Ｃの第３基部側接続端７８Ｃａから延びた第３梁部７４Ｃが、錘部７５の第３錘部側接続端７８Ｃｂに接続され、第４基部７３Ｄの第４基部側接続端７８Ｄａから延びた第４梁部７４Ｄが、錘部７５の第４錘部側接続端７８Ｄｂに接続されている。第１梁部７４Ａ、第２梁部７４Ｂ、第３梁部７４Ｃ、および第４梁部７４Ｄは、第１基部７３Ａの第１基部側接続端７８Ａａ、第２基部７３Ｂの第２基部側接続端７８Ｂａ、第３基部７３Ｃの第３基部側接続端７８Ｃａ、あるいは第４基部７３Ｄの第４基部側接続端７８Ｄａのそれぞれから錘部７５に向かって、左右交互に鋭角に折れ曲がったジグザグを形成してから、錘部７５の第１錘部側接続端７８Ａｂ、第２錘部側接続端７８Ｂｂ、第３錘部側接続端７８Ｃｂ、あるいは第４錘部側接続端７８Ｄｂに接続されている。また、本変形例では第１基部７３Ａの一方の主面に振動片接続端子７７が設けられている。
【００５８】
この構成によれば、４つの第１〜第４基部７３Ａ〜７３Ｄから延びる４つの第１〜第４梁部７４Ａ〜７４Ｄによって、よりバランスよく錘部７５を支持することができるので、質量部７２を用いた振動型力検出センサーに力が加わった際に、錘部７５が、振動片１０の振動部１４（図１を参照）の錘部７５と対向する面に対してさらに平行に動くことが可能になることによって、力の検出精度がより向上するという効果を奏する。
【００５９】
（変形例２）
上記実施形態では、振動型力検出センサー素子１の質量部２の基部３と錘部５との梁部４による支持構造において、梁部４の一方の主面（図２（ｂ）において上側の面）と、錘部５と基部３の同一面となっている側の主面とが同一面になっている構成とした。これに限らず、例えば、錘部の厚み方向の中心線上を梁部で支持することにより、力検出の精度をより向上させることができる。
図１２は、質量部の変形例２を示すものであり、図２（ｂ）と同じ側面を示す概略側面図である。
【００６０】
図１２において、本変形例の質量部９２は、基部９３と、錘部９５と、一端が基部９３の一端部から延出され他端が錘部９５の一端部に接続された梁部９４とが、同一材料により一体形成され、錘部９５が、基部９３を固定部として梁部９４の有する弾性により上下方向（質量部９２の厚み方向）に可動な状態で支持されている。梁部９４は、上記実施形態の梁部４（図２を参照）と同様に、基部９３や錘部９５に比して厚みが薄く形成されているとともに狭い幅で細長い形状を有し、所定の弾性を有して、且つ、十分な強度を保持しながら錘部９５を支持できるように屈曲形状を呈して形成されている。
【００６１】
質量部９２において、錘部９５と基部９３との振動片と対向する側の主面（図中上側の面）は平行に設けられ、本変形例では同一面となっている。一方、基部９３から延びて錘部９５に接続され錘部９５を支持する梁部９４は、錘部９５の厚み方向の仮想の中心線に沿って形成されている。このような形状の質量部９２は、質量部９２形成材料の厚み方向で対向する両面のそれぞれから、フォトリソグラフィーやエッチング手法を用いて加工することにより形成することができる。
【００６２】
変形例２の構成の質量部９２によれば、基部９３を固定部として、錘部９５が梁部９４により厚み方向にバランスよく支持されるので、質量部９２に力が加わった際の錘部９５の上下方向（質量部９２の厚み方向）の変位のバランスがよくなる。これにより、変形例２の質量部９２を用いて上記実施形態に示す振動型力検出センサー素子１を構成することによって、より高精度なＣＩ値の変化を利用した振動型力検出センサー、あるいは、振動型力検出センサー装置を提供することができる。
【００６３】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００６４】
例えば、上記実施形態では、振動片１０にＡＴカット水晶からなり厚みすべり振動モードを呈する平板状の振動片１０を用いた例を示した。これに限らず、例えば、ＢＴカット水晶を用いることにより、振動片の高周波数化や高速化を図ることが可能となり、また、ＳＣカット水晶を用いることにより、耐応力性の高い振動片とすることができる。
また、この他の振動片として、例えば、基部と、基部から平行に延出された一対の振動腕とを有する音叉型の振動片や、平行に配置された一対の振動腕の両端部が２つの基部にそれぞれ接続された双音叉型の振動片などの、屈曲振動モードの振動片を用いてもよい。このような音叉型振動片や双音叉型振動片を用いることにより、フォトリソグラフィー技術とエッチング手法を用いた従来の製造ラインが適用できるので、振動片の低コスト化が図られるという利点がある。また、屈曲振動は気体の粘性の影響を受けやすいので、ＣＩ値の変化がおおきく、力の検出感度が良くなるという効果がある。
【００６５】
この他にも、振動片１０として用いることができる振動素子として、図１３に示すように、弾性表面振動基板１３５の表面に弾性表面波の進行方向に沿って設けたＩＤＴ電極（インターデジタル・トランスジューサー）１３６と、その両側にグレーティング反射器１３７ａ，１３７ｂを配置した弾性表面波素子（ＳＡＷ素子）１１０を用いてもよい。ただし、弾性表面波素子の振動は基板内部では減衰し、裏面では振動エネルギーは零となるので、ＩＤＴ電極が形成されている面を質量部２の錘部５の主面と対向させる必要がある。このような弾性表面波共振素子１１０を振動片として用いることにより、振動片の支持が容易であり、質量部２の錘部５をＣＩ変化の大きい任意の位置に搭載できるという効果がある。
【００６６】
さらに、これらの他の振動片（振動素子）として振動ジャイロ素子を用いてもよい。振動ジャイロ素子は、例えば、基部と、基部から延びる駆動振動部（駆動振動腕）と、検出振動部（検出振動腕）とを有し、また、駆動振動部には駆動電極（励振電極）が設けられ、検出振動部には検出電極が設けられたものである。このような振動ジャイロ素子を、図１の場合と同様に錘部５の一方の主面５ａ上に片持ち支持された態様で搭載し、発振回路、フィルター回路、整流回路、積分回路等の所要回路と組み合わせることによって振動型力検出センサー（振動型力検出センサー装置）を構成することができる。
このような振動ジャイロ素子を振動片として用いて構成した振動型力検出センサーは、駆動振動部を振動させた状態で、振動型力検出センサーに角速度が加わったときに、検出振動部により錘部５の一方の主面５ａに平行な方向に回転する角速度を検出することができる複合型の振動型力検出センサーが構成できるという効果がある。
【００６７】
また、上記実施形態で説明した振動型力検出センサー素子１では、水晶からなる振動片１０（圧電振動片）を用いた例について説明した。これに限らず、水晶以外に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電材料からなる圧電振動片を用いることもできる。
また、圧電体材料からなる圧電振動片の他のほかに、例えばシリコンからなる振動片を用いて振動型力検出センサー素子を構成することもできる。
【符号の説明】
【００６８】
１…振動型力検出センサー素子、２，５２，６２，７２，９２…質量部、３，９３…基部、４，９４…梁部、５，５５，６５，７５，９５…錘部、５ａ…主面、７，５７，６７，７７…振動片接続端子、８ａ…基部側接続端、８ｂ…錘部側接続端、１０…振動片、１２…支持部、１４…振動部、１５ａ，１５ｂ…励振電極、１６ａ，１６ｂ…外部接続端子、２０…振動型力検出センサー、３０…パッケージ、３１…第１層基板、３２…第２層基板、３５…素子接続端子、３９…シールリング、４０…リッド、５３Ａ，６３Ａ，７３Ａ…第１基部、５３Ｂ，６３Ｂ，７３Ｂ…第２基部、５４Ａ，６４Ａ，７４Ａ…第１梁部、５４Ｂ，６４Ｂ，７４Ｂ…第２梁部、５８Ａａ，６８Ａａ，７８Ａａ…第１基部側接続端、５８Ａｂ，６８Ａｂ，７８Ａｂ…第１錘部側接続端、５８Ｂａ，６８Ｂａ，７８Ｂａ…第２基部側接続端、５８Ｂｂ，６８Ｂｂ，７８Ｂｂ…第２錘部側接続端、６５ａ…演算増幅器、７３Ｃ…第３基部、７３Ｄ…第４基部、７４Ｃ…第３梁部、７４Ｄ…第４梁部、７８Ｃａ…第３基部側接続端、７８Ｃｂ…第３錘部側接続端、７８Ｄａ…第４基部側接続端、７８Ｄｂ…第４錘部側接続端、９６…接合部材、１０３…振動型力検出センサー装置、１１０…弾性表面波共振素子、１３５…弾性表面振動基板、１３７ａ…グレーティング反射器、１６０…発振回路、１６２…フィルター回路、１６３…整流回路、１６４…積分回路、１６５…直流増幅回路、１７１…１段目のインバーター、１７２…２段目のインバーター、１７３…３段目のインバーター。
【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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【図１２】
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【図１３】
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