(57)【要約】【課題】力検出素子に高周波の過負荷が印加されたか否かを作業者が判断できる物理量検出素子、電子装置、及び過負荷検出方法を提供する。【解決手段】ベース基板１２と、前記ベース基板１２に配置された固定板３４と、前記固定板３４に片持ち支持されるとともに、力を受けることにより前記固定板３４の位置を基準にして変位する可動板４０と、前記固定板３４及び前記可動板４０に跨って接続された周波数変化型の力検出素子（圧電振動片４４）と、を備え、前記可動板４０に配置された可動電極５６と、前記ベース基板１２に配置された固定電極２６と、前記可動電極５６と前記固定電極２６との間の静電容量の変化に基づき過負荷信号を出力する監視回路６８（図６）と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定板と、
前記固定板に片持ち支持されるとともに、力を受けることにより前記固定板の位置を基準にして変位する可動板と、
前記固定板及び前記可動板に跨って接続された周波数変化型の力検出素子と、を備え、
前記可動板の変位を検知するとともに、前記可動板の変位が所定の大きさを超えた場合に過負荷信号を出力する変位検知手段を有することを特徴とする物理量検出素子。
【請求項２】
前記固定板は、
ベース基板に配置され、
前記変位検知手段は、
前記可動板に配置された可動電極と、
前記ベース基板に前記可動電極と重ねられて配置された固定電極と、
前記変位に応じた前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づき前記過負荷信号を出力する監視回路と、を有することを特徴とする請求項１に記載の物理量検出素子。
【請求項３】
前記ベース基板上には、前記可動電極を覆うようにリッドが配置され、
前記監視回路は、
前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化と、前記変位に応じた前記可動電極と前記リッドとの間の静電容量の変化と、の差分に基づき前記過負荷信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の物理量検出素子。
【請求項４】
前記固定板は、枠形状を有し、
前記可動板は、前記固定板の内側に配置されるとともに、前記固定板の内縁に片持ち支持され、
前記変位検知手段は、
前記可動板に配置されるとともに前記固定板に対向する可動電極と、
前記固定板の前記可動電極に対向する位置に設けられた固定電極と、
前記変位に応じた前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づき前記過負荷信号を出力する監視回路と、を有することを特徴とする請求項１に記載の物理量検出素子。
【請求項５】
前記可動電極は、前記可動板の両面に配置され、
前記固定電極は、前記固定板の両面に配置され、
前記監視回路は、
前記可動電極と前記固定電極の一方との間の静電容量の変化と、前記可動電極と前記固定電極の他方との間の静電容量の変化と、の差分に基づいて前記過負荷信号を出力することを特徴とする請求項４に記載の物理量検出素子。
【請求項６】
前記可動板の変位の範囲を制限して前記可動電極と前記固定電極との接触を回避するストッパが設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の物理量検出素子。
【請求項７】
前記固定板は、枠形状を有し、
前記可動板は、前記固定板の内側に配置されるとともに、前記固定板の内縁に片持ち支持され、
前記変位検知手段は、
前記可動板に配置されるとともに前記可動板から前記固定板側に延出した櫛型の可動電極と、
前記固定板に配置されるとともに前記可動電極に交差する櫛型の固定電極と、
前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づき前記過負荷信号を出力する監視回路と、を有することを特徴とする請求項１に記載の物理量検出素子。
【請求項８】
前記監視回路は、
前記可動電極の電極指と、前記可動電極の前記電極指を挟みこむ前記固定電極の一対の電極指のうちの一方の前記電極指と、の間の静電容量と、
前記可動電極の前記電極指と、前記固定電極指の一対の前記電極指うちの他方の前記電極指と、の間の静電容量と、の差分に基づき前記過負荷信号を出力することを特徴とする請求項７に記載の物理量検出素子。
【請求項９】
前記監視回路は、
前記可動電極及び前記固定電極を容量として組み込んで発振する発振回路と、
前記発振回路の出力を同期検波して前記容量の変化量を検出する同期検波回路と、
前記同期検波回路の出力に基づき前記過負荷信号を出力する判定回路と、
を有することを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の物理量検出素子。
【請求項１０】
前記監視回路には、前記過負荷信号を記憶する記憶部が設けられていることを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の物理量検出素子。
【請求項１１】
前記判定回路は、
前記過負荷情報を前記同期検波回路の出力を複数の段階に分けて識別できるように生成可能とすることを特徴とする請求項１０に記載の物理量検出素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の物理量検出素子を搭載していることを特徴とする電子装置。
【請求項１３】
固定板と、前記固定板に片持ち支持されるとともに、外力を受けることにより前記固定板の位置を基準にして変位する可動板と、に跨って周波数変化型の力検出素子を接続し、
前記可動板の変位を検知するとともに、前記可動板の変位が所定の大きさを超えた場合に過負荷信号を出力する変位検知手段を設けたことを特徴とする過負荷検出方法。
【請求項１４】
前記変位検知手段として、前記可動板に可動電極を配置し、前記可動電極に対向する位置に固定電極を配置して、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づいて前記過負荷信号を出力する監視回路を設けたことを特徴とする請求項１３に記載の過負荷検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量検出素子、電子装置、及び過負荷検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加速度検出器には、例えば、圧電振動片に検出軸方向の力が作用すると圧電振動片の共振周波数が変化する現象を利用して、この共振周波数の変化から加速度検出器に印加される加速度を検出するように構成されているものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、一端をベースに固定し、他端に錘を配置した水晶板からなる梁に双音叉振動片を固定した加速度検出器において、前記双音叉振動片を固定する梁上の位置に突出部を設け、前記双音叉振動片を突出部に接続して架橋構造とした加速度検出器が開示されている。
【０００４】
上記加速度検出器は、梁が加速度により撓み変形することにより突出部同士の間隔が変化し、これにより双音叉振動片に圧縮応力・引張応力が印加され、これによる共振周波数の変化を検出することにより、加速度を検出するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２４８８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記加速度検出器で用いられる周波数変化型の力検出素子は、加速度等の力の検出感度は極めて高い反面、検知可能な力の周波数はゼロから低周波（数１０Ｈｚ）の領域であり周波数帯域は広くはない。さらに、この力検出素子が検知できない高周波の力が過負荷として力検出素子に印加されると力検出素子の周波数特性が変化する虞があり、加速度検出器を用いる作業者がその変化に気がつかずに使用しつづけてしまう虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に着目し、力検出素子に高周波の過負荷が印加されたか否かを作業者が判断できる物理量検出素子、電子装置、及び過負荷検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］固定板と、前記固定板に片持ち支持されるとともに、力を受けることにより前記固定板の位置を基準にして変位する可動板と、前記固定板及び前記可動板に跨って接続された周波数変化型の力検出素子と、を備え、前記可動板の変位を検知するとともに、前記可動板の変位が所定の大きさを超えた場合に過負荷信号を出力する変位検知手段を有することを特徴とする物理量検出素子。
上記構成により、力検出素子が検知できない高周波の外力を可動板の変位により測定し、それが一定の大きさを超えた場合に過負荷信号を出力するので、作業者が周波数変化型の力検出素子に過負荷が印加されたことを知ることができる物理量検出素子となる。
【０００９】
［適用例２］前記固定板は、ベース基板に配置され、前記変位検知手段は、前記可動板に配置された可動電極と、前記ベース基板に前記可動電極と重ねられて配置された固定電極と、前記変位に応じた前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づき前記過負荷信号を出力する監視回路と、を有することを特徴とする適用例１に記載の物理量検出素子。
上記構成において、可動電極と固定電極により静電容量型の力検出素子が形成されている。そして、可動板が変位することにより可動電極と固定電極との間の距離が変化して静電容量が変化する。この静電容量型の力検出素子は、検出できる力の周波数帯域が周波数変化型の力検出素子より高い。よってこの静電容量型の力検出素子が、周波数変化型の力検出素子に印加される高周波の過負荷を検知することができる。そしてその過負荷が一定の強度となったときに監視回路が信号を出力するので、作業者が周波数変化型の力検出素子に過負荷が印加されたことを知ることができる物理量検出素子となる。
【００１０】
［適用例３］前記ベース基板上には、前記可動電極を覆うようにリッドが配置され、前記監視回路は、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化と、前記変位に応じた前記可動電極と前記リッドとの間の静電容量の変化と、の差分に基づき前記過負荷信号を出力することを特徴とする適用例２に記載の物理量検出素子。
上記構成により、監視回路の感度が向上するので、周波数変化型の力検出素子に印加される過負荷をより正確に検知することができる。
【００１１】
［適用例４］前記固定板は、枠形状を有し、前記可動板は、前記固定板の内側に配置されるとともに、前記固定板の内縁に片持ち支持され、前記変位検知手段は、前記可動板に配置されるとともに前記固定板に対向する可動電極と、前記固定板の前記可動電極に対向する位置に設けられた固定電極と、前記変位に応じた前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づき前記過負荷信号を出力する監視回路と、を有することを特徴とする適用例１に記載の物理量検出素子。
上記構成により、適用例２と同様の理由により、作業者が周波数変化型の力検出素子に過負荷が印加されたことを知ることができる物理量検出素子となる。
【００１２】
［適用例５］前記可動電極は、前記可動板の両面に配置され、前記固定電極は、前記固定板の両面に配置され、前記監視回路は、前記可動電極と前記固定電極の一方との間の静電容量の変化と、前記可動電極と前記固定電極の他方との間の静電容量の変化と、の差分に基づいて前記過負荷信号を出力することを特徴とする適用例４に記載の物理量検出素子。
上記構成により、監視回路の感度が向上するので、周波数変化型の力検出素子に印加される過負荷をより正確に検知することができる。
【００１３】
［適用例６］前記可動板の変位の範囲を制限して前記可動電極と前記固定電極との接触を回避するストッパが設けられていることを特徴とする適用例１乃至５のいずれか１例に記載の物理量検出素子。
上記構成により、可動電極と固定電極との短絡を回避して監視回路の誤動作を回避することができる。
【００１４】
［適用例７］前記固定板は、枠形状を有し、前記可動板は、前記固定板の内側に配置されるとともに、前記固定板の内縁に片持ち支持され、前記変位検知手段は、前記可動板に配置されるとともに前記可動板から前記固定板側に延出した櫛型の可動電極と、前記固定板に配置されるとともに前記可動電極に交差する櫛型の固定電極と、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づき前記過負荷信号を出力する監視回路と、を有することを特徴とする適用例１に記載の物理量検出素子。
上記構成により、可動電極と固定電極との対向面積の変化により可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。そして、適用例２と同様の理由により、作業者が周波数変化型の力検出素子に過負荷が印加されたことを知ることができる物理量検出素子となる。さらに、可動電極と固定電極との間の距離の変化を静電容量の変化として検出することも可能であるので、可動板が変位する方向に垂直な方向の高周波の力を検知することができる。
【００１５】
［適用例８］前記監視回路は、前記可動電極の電極指と、前記可動電極の前記電極指を挟みこむ前記固定電極の一対の電極指のうちの一方の前記電極指と、の間の静電容量と、前記可動電極の前記電極指と、前記固定電極指の一対の前記電極指うちの他方の前記電極指と、の間の静電容量と、の差分に基づき前記過負荷信号を出力することを特徴とする適用例７に記載の物理量検出素子。
上記構成により、周波数変化型の力検出装置に対して可動板の変位方向に垂直な方向に印加された力を検知することができるので、周波数変化型の力検出素子に印加される過負荷を漏れなく検知することができる。
【００１６】
［適用例９］前記監視回路は、前記可動電極及び前記固定電極を容量として組み込んで発振する発振回路と、前記発振回路の出力を同期検波して前記容量の変化量を検出する同期検波回路と、前記同期検波回路の出力に基づき前記過負荷信号を出力する判定回路と、を有することを特徴とする適用例２乃至８のいずれか１例に記載の物理量検出素子。
上記構成により、簡易な構成で周波数変化型の力検出素子に印加される高周波の過負荷を検知することができる。
【００１７】
［適用例１０］前記監視回路には、前記過負荷信号を記憶する記憶部が設けられていることを特徴とする適用例２乃至９のいずれか１例に記載の物理量検出素子。
上記構成により、周波数変化型の力検出素子にいつ過負荷が印加されたかを知ることができるので、過負荷の原因の特定を容易に行なうことができる。
【００１８】
［適用例１１］前記判定回路は、前記過負荷情報を前記同期検波回路の出力を複数の段階に分けて識別できるように生成可能とすることを特徴とする適用例１０に記載の物理量検出素子。
上記構成により、周波数変化型の力検出素子に印加された過負荷を強度ごとに分けて記録することができるので、物理量検出素子の耐用年数をより正確に判断することができる。
【００１９】
［適用例１２］適用例１乃至１１のいずれか１項に記載の物理量検出素子を搭載していることを特徴とする電子装置。
上記構成により、適用例１と同様の理由により、作業者が周波数変化型の力検出素子に過負荷が印加されたことを知ることができる電子装置となる。
【００２０】
［適用例１３］固定板と、前記固定板に片持ち支持されるとともに、外力を受けることにより前記固定板の位置を基準にして変位する可動板と、に跨って周波数変化型の力検出素子を接続し、前記可動板の変位を検知するとともに、前記可動板の変位が所定の大きさを超えた場合に過負荷信号を出力する変位検知手段を設けたことを特徴とする過負荷検出方法。
上記方法により、適用例１と同様の理由により、作業者が周波数変化型の力検出素子に過負荷が印加されたことを知ることができる。
【００２１】
［適用例１４］前記変位検知手段として、前記可動板に可動電極を配置し、前記可動電極に対向する位置に固定電極を配置して、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づいて前記過負荷信号を出力する監視回路を設けたことを特徴とする適用例１３に記載の過負荷検出方法。
上記方法により、適用例２と同様の理由により、作業者が周波数変化型の力検出素子に過負荷が印加されたことを知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の物理量検出素子の基本構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の物理量検出素子の平面図である。
【図３】第１実施形態の物理量検出素子を構成する固定板及び可動板等の下面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】第１実施形態の物理量検出素子の回路構成図である。
【図７】第２実施形態の物理量検出素子の平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】第３実施形態の物理量検出素子の平面図である。
【図１０】図９の部分拡大図のＡ−Ａ線断面図である。
【図１１】図９のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１２】図９のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１３】第３実施形態の物理量検出素子の回路構成図である。
【図１４】物理量検出素子の回路構成の変形例を示す図である。
【図１５】本実施形態の物理量検出素子を搭載した傾斜計の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本実施形態について詳細に説明する。但し、本実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２４】
図１に、本実施形態の物理量検出素子の基本構成を示す。本実施形態の物理量検出素子１０は、鉄道のレール等に取り付けてレールの傾斜度を、重力を介して測定する目的、または携帯電話等の移動体に取り付けて移動体に印加される加速度等を検知する目的等で用いられるものである。
【００２５】
本実施形態では、外力（重力、加速度）を高精度に検知するため、周波数変化型の力検出素子を用いるが、この力検出素子は、高周波の力の検知が困難である。さらに、このような力が印加されると力検出素子の周波数特性が変化して力を正確に測定することが困難となるばかりか、繰り替えしこのような力を受けることにより力検出素子が破損する虞がある。よって、本発明の物理量検出素子１０は以下のような基本構成を有している。
【００２６】
図１に示すように、本発明の物理量検出素子１０の基本構成は、ベース基板１２の上段部１４に固定された固定板３４と、固定板３４にヒンジ部３６を介して片持ち支持状態で支持された可動板４０と、を有している。そして、固定板３４と可動板４０に跨るように周波数変化型の力検出素子（圧電振動片４４）が接続されている。ここで、可動板４０は、固定板４０の位置を基準にして変位するが、その変位が所定の大きさを超えた場合に過負荷信号を出力する変位検知手段が設けられている。可動板４０の変位検知手段として、可動板４０のベース基板１２の下段部１８側の面には可動電極５６が配置され、ベース基板１２の下段部１８の可動電極５６と対向する位置には固定電極２６が配置されている。さらに可動電極５６及び固定電極２６は、変位検知手段を構成する後述の監視回路６８（図６）に接続されている。よって、本実施形態では、可動板４０の変位に応じた可動電極５６と固定電極２６との間の静電容量の変化に基づき後述の監視回路６８が過負荷信号を出力するようになっている。
【００２７】
圧電振動片４４（図２）は、双音叉型の振動部４６と、振動部４６の両端に配置された基部４８Ａ、４８Ｂと、を有し、一定の共振周波数で振動するものである。一方、固定板３４および可動板４０において、圧電振動片４４の基部４８Ａ、４８Ｂに対応する位置には支持部４２Ａ、４２Ｂが配置されている。この支持部４２Ａ、４２Ｂに基部４８Ａ、４８Ｂをそれぞれ接合することにより、振動部４６の固定板３４及び可動板４０との接触を回避している。
【００２８】
ヒンジ部３６は、固定板３４及び可動板４０より厚みを薄肉に形成した部分である。よって、可動板４０は、可動板４０の厚み方向から外力を受けると、ヒンジ部３６を支点として可動板４０の厚み方向に変位することができる。
【００２９】
ここで、可動板４０がベース基板１２側に変位すると、支持部４２Ａと支持部４２Ｂとの間隔が広がるため、圧電振動片４４は基部４８Ａ、４８Ｂの間隔が広がる方向に力を受け、これにより振動部４６は引張応力を受けてその共振周波数が高くなる。このとき、可動電極５６と固定電極２６との間隔が狭くなるので、可動電極５６と固定電極２６との間の静電容量は大きくなる。
【００３０】
逆に、可動板４０がベース基板１２から離れる方向に変位すると、支持部４２Ａと支持部４２Ｂとの間隔が狭くなるため、圧電振動片４４は、基部４８Ａ、４８Ｂの間隔が狭くなる方向に力を受け、これにより振動部４６は圧縮応力を受けてその共振周波数が低くなる。このとき、可動電極５６と固定電極２６との間隔が広くなるので、可動電極５６と固定電極２６との間の静電容量は小さくなる。したがって、この共振周波数の変化及び静電容量の変化をモニターすることにより可動板４０に印加された力及びその方向を検知することができる。
【００３１】
ところで、可動板４０が受ける外力は、周波数がゼロの成分のみならず、周波数を持った成分も包含する。そこで、本発明では、可動板４０が受ける外力のうち、圧電振動片４４の共振周波数の変化から周波数がゼロの成分及び低周波（数１０Ｈｚ程度まで）の成分を検知し、静電容量の変化から高周波（数１０Ｈｚ以上）の成分を検知している。さらに本実施形態では、後述の監視回路６８（図６）が、高周波の成分が所定の強度に達したところで警告を発するように構成され、作業者に対して注意を促すようになっている。以下、本実施形態についてより詳細に説明する。
【００３２】
図２に、第１実施形態の物理量検出素子の平面図を示す。また図３に、第１実施形態の物理量検出素子を構成する固定板及び可動板等の下面図を示す。さらに、図４に、図２のＡ−Ａ線断面図を示し、図５に、図２のＢ−Ｂ線断面図を示す。なお、以下の説明及び図においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交するものとする。
【００３３】
本実施形態の物理量検出素子１０は、ベース基板１２と、ベース基板１２の周囲に壁面を形成する矩形のリング状の側壁部材２８と、側壁部材２８の上面に配置されたリッド３０（図４、図５）と、ベース基板１２上に配置され、ベース基板１２、側壁部材２８、リッド３０とにより全体の外形が形成されている。そしてベース基板１２、側壁部材２８、リッド３０により真空封止された内部空間３２（図４、図５）が形成されている。そして固定板３４が可動板４０に片持ち支持状態で支持した状態で内部空間３２に配置されている。そして固定板３４と可動板４０とを跨ぐように圧電振動片４４が配置され、この圧電振動片４４が内部空間３２で真空封止された形となっている。
【００３４】
図３（図２）に示すように、固定板３４は、例えばＹ軸に沿って（Ｙ軸方向に）伸びている第１支持部分３４ａと、第１支持部分３４ａのＹ軸方向の端部から−Ｘ軸側に延出している２つの腕（２つの第２支持部分３４ｂ）と、を備えている。また第１支持部分３４ａの−Ｘ軸側の縁辺のＹ軸方向の中央部からは、第３支持部分３４ｃが−Ｘ軸方向に延出している。そして第３支持部分３４ｃの−Ｘ軸側の端部にはヒンジ部３６を介して矩形の可動板４０が接続されている。よって可動板４０は、ヒンジ部３６を介して固定板３４（第３支持部分３４ｃ）に片持ち支持状態で支持されている。
【００３５】
また固定板３４において、第２支持部分３４ｂの±Ｘ軸方向の端部の外側の角部には（図２の部分拡大図）、円柱の一部を形成するように切り欠いた切欠き部３８（３８Ａ乃至３８Ｄ）が形成されている。この切欠き部３８は、キャスタレーションとなっており、その内壁に後述の接続電極５２や引出電極５８が引き出される。
【００３６】
図４、図５に示すように、固定板３４及び可動板４０の上面にはそれぞれ支持部４２Ａ、４２Ｂが配置され、支持部４２Ａに圧電振動片４４の基部４８Ａが接合され、支持部４２Ｂに基部４８Ｂが接合される。図２に示すように圧電振動片４４は、振動腕（振動部４６）を２つ有する双音叉型の振動片となっているが、振動腕（振動部４６）が１つのシングルビーム型の振動片としてもよい。なお、圧電振動片４４の振動部４６には、励振電極（不図示）と、励振電極（不図示）に接続した引出電極５０（５０Ａ、５０Ｂ）が配置され、引出電極５０は基部４８Ａにまで引き出されている。そして引出電極５０に交流電圧を印加することにより振動部４６が所定の共振周波数で振動する。
【００３７】
固定板３４の引出電極５０に隣接する位置には接続電極５２が配置され、接続電極５２Ａ（５２Ｂ）は、固定板３４の＋Ｘ軸側の端部に形成された切欠き部３８Ａ（３８Ｂ）の内壁にまで延出している。そして、引出電極５０Ａ（５０Ｂ）と接続電極５２Ａ（５２Ｂ）とは、導電性接着剤５４により電気的に接続されている。
【００３８】
図４、図５に示すように、可動板４０の先端（−Ｘ軸側の端部）の両面には可動電極５６（変位検知手段）が配置されている。可動板４０の上面に配置された可動電極５６Ａは、少なくとも圧電振動片４４の上面よりＺ軸方向で高くなるように、且つリッド３０との間で隙間を有するように形成されている。可動板４０の下面に配置された可動電極５６Ｂは、ベース基板１２（固定電極２６）との間で隙間を有するように形成されている。なお、可動電極５６Ａ、５６Ｂは、全体を金属や導電性のシリコン等で形成してもよいし、形状そのものを絶縁体で形成し、その表面を金属で覆うようにしてもよい。
【００３９】
また、可動電極５６Ａからは引出電極５８Ａが引き出され、可動電極５６Ｂからは引出電極５８Ｂが引き出されている。引出電極５８Ａは、可動板４０の上面、ヒンジ部３６、固定板３４を経由して、＋Ｙ軸側の第２支持部分３４ｂ（図３）の−Ｘ軸側の端部の角部に配置された切欠き部３８Ｃの内壁にまで延出している。同様に、図３に示すように、引出電極５８Ｂは、可動板４０の下面、可動板４０の側面、可動板４０の上面、ヒンジ部３６、固定板３４を経由して、−Ｙ軸側の第２支持部分３４ｂ（図３）の−Ｘ軸側の端部の角部に配置された切欠き部３８Ｄの内壁にまで延出している。
【００４０】
ここで、圧電振動片４４は水晶で形成されているが、固定板３４、可動板４０、支持部４２Ａ、４２Ｂは、圧電振動片４４と同一材料で形成することが好ましい。これにより、熱膨張係数の相違による圧電振動片４４に対する熱歪みを低減することができる。
【００４１】
なお、固定板３４、可動板４０の一体構造は、まず支持部４２Ａ、４２Ｂを有する前記一体構造と同じ厚みとなる母基板（不図示）を用意し、母基板（不図示）を前記一体構造の外形となる部分を残してエッチングし、支持部４２Ａ、４２Ｂとなる位置を残して固定板３４、可動板４０と同じ厚みなるまでエッチングし、ヒンジ部３６を形成する部分を両面からヒンジ部３６の厚みとなるまでエッチングして形成することができる。そして、引出電極５８及び接続電極５２をスパッタやエッチング等で形成すればよい。さらに可動電極５６を引出電極５８と重なるように可動板４０に配置すればよい。
【００４２】
ベース基板１２は、セラミック等の絶縁体で形成され、図２、図４、図５に示すように、上段部１４と下段部１８を有する。上段部１４は、固定板３４を支持するとともに、固定板３４に配置された接続電極５２や引出電極５８と電気的に接続するものである。また上段部１４は、ヒンジ部３６、可動板４０、及び可動電極５６Ｂと干渉しないように、平面視（図２）で固定板３４の外形に倣ってＵ字型に形成されている。
【００４３】
図２に示すように、上段部１４の切欠き部３８に対向する位置にはマウント電極１６が配置されている。そしてベース基板１２の下面であってマウント電極１６に対向する位置には外部電極２２が配置されている。そして、マウント電極１６と外部電極２２とは、それぞれ貫通電極２０を介して電気的に接続されている。さらに、マウント電極１６は導電性接着剤２４により、接続電極５２や引出電極５８に電気的に接続される。
【００４４】
よって、圧電振動片４４の引出電極５０Ａ（５０Ｂ）は、導電性接着剤５４、接続電極５２Ａ（５２Ｂ）、導電性接着剤２４、マウント電極１６Ａ（１６Ｂ）、貫通電極２０を介して外部電極２２Ａ（２２Ｂ）に電気的に接続される。また可動電極５６Ａ（５６Ｂ）は、引出電極５８Ａ（５８Ｂ）、導電性接着剤２４、マウント電極１６Ｃ（１６Ｄ）、貫通電極２０を介して外部電極２２Ｃ（２２Ｄ）に電気的に接続される。
【００４５】
固定板３４は、切欠き部３８が導電性接着剤２４でマウント電極１６に接合されることにより、ベース基板１２の上段部１４で支持・固定されることになる。本実施形態のように固定板３４は、可動板４０の長手方向に腕を延ばした第２支持部分３４ｂ（図３）を有し、第２支持部分３４ｂの先端と根元の部分でベース基板１２に支持されている。よって、固定板３４は、可動板４０を安定的に支持することができる。
【００４６】
図２、図４、図５に示すように、ベース基板１２の下段部１８の可動電極５６Ｂに対向する位置（平面視で重なる位置）には固定電極２６（変位検知手段）が配置されている。固定電極２６は、ベース基板１２の下面に配置された外部電極２２Ｅと貫通電極２０Ａを介して電気的に接続されている。
【００４７】
側壁部材２８は、ベース基板１２と同様にセラミック等の絶縁体で形成され、矩形のリング形状を有している。そして、側壁部材２８は、ベース基板１２の周縁となる位置でベース基板１２と接合している。すなわち、下段部１８の周縁と側壁部材２８の下面が接合し、上段部１４の側面と側壁部材２８の内側側面が接合している。よって側壁部材２８は、ベース基板１２の上段部１４と下段部１８を底面とする凹部を形成している。
【００４８】
リッド３０は、金属により形成され、側壁部材２８の上面に接合している。そして、図２、図５に示すように、リッド３０は、側壁部材２８及びベース基板１２を連通する貫通電極２０Ｂ（図２、図５）に接続され、この貫通電極２０Ｂがベース基板１２の下面に配置された外部電極２２Ｆ（図２、図５）に接続されている。
【００４９】
上述のように可動板４０は、ヒンジ部３６を支点としてその厚み方向（Ｚ軸方向）に変位（屈曲）するため、可動電極５６Ａがリッド３０に接触して両者が短絡し、可動電極５６Ｂが固定電極２６に接触して両者が短絡する虞がある。そこで、可動電極５６Ａのリッド３０に対向する面、可動電極５６Ｂの固定電極２６に対向する面、には樹脂等の絶縁体により凸部６０（６０Ａ、６０Ｂ）がそれぞれ配置されている。凸部６０（６０Ａ、６０Ｂ）は、可動板４０の変位の範囲を制限して可動電極５６と固定電極２６との接触（短絡）を回避するためのストッパである。これにより、凸部６０Ａがリッド３０に接触しても可動電極５６Ａがリッド３０に接触することはなく、凸部６０Ｂが固定電極２６に接触しても可動電極５６Ｂが固定電極２６に接触することはない。これにより、後述の監視回路６８において誤動作を回避することができる。なお、凸部６０は、可動電極５６に設けられているが、その代わりに固定電極２６及びリッド３０に取り付けてもよい。さらに凸部６０を、可動電極５６、固定電極２６、リッド３０に設けてもよい。
【００５０】
図において、凸部６０は、可動電極５６、固定電極２６上に設けた形となっている。しかし、凸部６０を、可動板４０、ベース基板１２（後述の第２実施形態の固定板９０）、リッド３０に形成し、凸部６０が可動電極５６及び固定電極２６の表面から突出するように設けてもよい。
【００５１】
可動電極５６Ａとリッド３０は、後述の監視回路６８において可変容量（Ｃｖ１）として組み込まれ、可動電極５６Ｂと固定電極２６は、後述の監視回路６８において可変容量（Ｃｖ２）として組み込まれる。なお、本実施形態では、後述の監視回路６８によりリッド３０が接地され、可動電極５６に交流電圧が印加される。
【００５２】
また、上記構成により、可動板４０がＺ軸方向に一定量変位した場合には、ベース基板１２（固定電極２６）及びリッド３０が可動板４０の変位を制限するストッパとしての役割を果たすことになるので、圧電振動片４４に対して過大な負荷が印加されることを回避することができる。
【００５３】
図６に、第１実施形態の物理量検出素子の回路構成図を示す。図６に示すように、本実施形態の物理量検出素子の回路６２は、主に発振回路７０の系統と、監視回路６８（変位検知手段）の系統と、により構成されている。
【００５４】
発振回路６４は、例えばコルピッツ型の発振回路であり、圧電振動片４４を発振源として組み込んで発振信号を出力するものである。よって、発振回路６４の接点６４ａは外部電極２２Ａに接続され、接点６４ｂは外部電極２２Ｂに接続される。
【００５５】
なお、発振回路６４には温度補償回路（不図示）が内蔵されている。温度補償回路（不図示）は、圧電振動片４４の環境温度を測定し、その環境温度の変化により発振回路６４に内蔵された可変容量（不図示）の大きさを変化させて発振信号の周波数が温度変化に関わらず一定となるように温度補償している。
【００５６】
また発振回路６４は、周波数デジタル変換器６６に接続され、周波数デジタル変換器６６は、発振信号をその周波数の数値を表す周波数の情報に変換している。よって周波数デジタル変換器６６から出力される周波数の情報を可動板４０が受けた外力の情報に変換し、その情報をモニターすることにより可動板４０に印加された外力（重力、加速度）の大きさを測定することができる。
【００５７】
監視回路６８は、可動電極５６Ａとリッド３０との間の静電容量（可動容量Ｃｖ１）の変化、及び可動電極５６Ｂと固定電極２６との間の静電容量（可動容量Ｃｖ２）の変化を監視するものである。また監視回路６８は、固定容量Ｃ１、固定容量Ｃ２、可動容量Ｃｖ１、可動容量Ｃｖ２を接続したブリッジ回路７２と、ブリッジ回路７２を組み込んで発振する発振回路７０と、を有している。
【００５８】
ブリッジ回路７２は、可動容量Ｃｖ１、可動容量Ｃｖ２の順に直列に接続された直列回路７３ａと、容量Ｃ１、容量Ｃ２の順に直列に接続された直列回路７３ｂと、を有している。そして直列回路７３ａのＣｖ１側と直列回路のＣ１側を接続し、直列回路７３ｂのＣｖ２側とＣ２側とを接続して並列回路を形成している。そしてＣｖ２とＣ２との接点７２ｃが発振回路７０に接続され、Ｃｖ１とＣ１との接点７２ａが接地されている。
【００５９】
このブリッジ回路７２において、Ｃｖ１とＣ１との接点７２ａにはリッド３０と電気的に接続した外部電極２２Ｆが接続されている。この接続によりリッド３０は接地される。また、Ｃｖ１とＣｖ２との接点７２ｂには可動電極５６Ａに電気的に接続された外部電極２２Ｃ、及び可動電極５６Ｂに電気的に接続された外部電極２２Ｄが接続されている。そして、Ｃｖ２とＣ２との接点７２ｃには固定電極２６と電気的に接続された外部電極２２Ｅが接続される。なお、発振回路７０は、上記発振回路６４と一体であってもよいし、ＬＣ発振回路のように別体として用意してもよいが、少なくとも、その発振周波数が、外力の測定範囲の周波数や可動板４０の固有振動数よりも十分大きな値を有するものとする。
【００６０】
ここで、可動板４０に外力が印加されていないときのＣｖ１及びＣｖ２と、Ｃ１及びＣ２との関係は、
【数１】
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となるように調整されている。そして、可動板４０が外力を受けて変位し、可動電極５６Ａとリッド３０との間の距離が小さくなるとＣｖ１が大きくなり、反対に可動電極５６Ａと固定電極２６との間の距離は大きくなるのでＣｖ２が小さくなる。一方、可動電極５６Ａとリッド３０との間の距離が大きくなるとＣｖ１が小さくなり、反対に可動電極５６Ｂと固定電極２６との間の距離は小さくなるのでＣｖ２が大きくなる。よって、Ｃｖ１とＣｖ２は容量変化の周波数は互いに逆相で同期する。したがって、ブリッジ回路７２では、発振回路７０から出力された発振信号にＣｖ１及びＣｖ２の容量変化の周波数の信号を用いて変調することになる。
【００６１】
また、監視回路６８は、同期検波回路７４、ローパスフルタ７６、判定回路７８、記憶部８８を有している。同期検波回路７４は、ブリッジ回路７２の出力を復調してＣｖ１とＣｖ２の容量変化の信号を出力（アナログ出力）するものである。同期検波回路７４は、発振回路７０の出力、Ｃ１とＣ２との接点７２ｄ、Ｃｖ１とＣｖ２との接点７２ｂに接続されている。よって、同期検波回路７４は、接点７２ｂと接点７２ｄとの電位差の差分を同期検波している。この電位差の差分は、Ｃｖ１の容量変化と、Ｃｖ１の容量変化と逆相となるＣｖ２の容量変化の差分により生成される。よって、同期検波回路７４は高い感度で可動板４０の高周波の変位を検知することができる。なお、同期検波回路７４の出力はローパスフィルタ７６に入力され、可動板４０の固有振動に係る容量変化の成分を除去している。
【００６２】
判定回路７８は、ＡＤ変換器８０、コンパレータ８２、オーバーロード警告回路８４、エンコーダ８６により構成されている。ＡＤ変換器８０は、同期検波回路７４（ローパスフィルタ７６）のアナログ出力をデジタル出力に変換するものである。コンパレータ８２は、ＡＤ変換器８０から入力されたデジタル出力を、互いに値が異なる複数の閾値（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）と比較し、その大小関係を示す過負荷情報をパラレル（シリアルでもよい）で出力するものである。ここで、デジタル出力の値がＶ１以下であれば、Ｖ０端子８２ａから過負荷情報を出力（電圧Ｈ（高電位）の信号を出力、以下同様）し、Ｖ１以上Ｖ２以下であればＶ１端子８２ｂから過負荷情報を出力し、Ｖ２以上Ｖ３以下であればＶ２端子８２ｃから過負荷情報を出力し、Ｖ３以上であればＶ３端子８２ｄから過負荷情報を出力する。
【００６３】
判定回路７８において、例えば、Ｖ１は、圧電振動片４４の周波数特性に影響を及ぼす過負荷は掛かっていないとされる最大値であり、Ｖ２は、過負荷はある程度掛かっているが、ただちに周波数特性に影響を及ぼすことはないとされる最大値であり、Ｖ３は過負荷がかなり掛かっており、周波数特性に影響を及ぼす虞があるが圧電振動片４４の破損の虞は小さいとされる最大値であり、Ｖ３以上であれば圧電振動片４４の破損の虞が大きい、というように過負荷情報のランク分けを行なっている。よって、判定回路７８は、デジタル出力を複数の段階に分けて識別できるように過負荷情報を生成している。
【００６４】
オーバーロード警告回路８４は、Ｖ１端子８２ｂ、Ｖ２端子８２ｃ、Ｖ３端子８２ｄに接続され、それぞれの端子から過負荷信号が出力されると警告音や警告点滅等により作業者に注意を促すものである（図１５参照）。
【００６５】
エンコーダ８６は、Ｖ０端子８２ａ、Ｖ１端子８２ｂ、Ｖ２端子８２ｃ、Ｖ３端子８２ｄに接続され、入力される過負荷情報のうち最大の過負荷を示す過負荷情報を２ビットのバイナリデータにエンコードするものである。例えば、Ｖ０端子８２ａのみから過負荷情報が出力されると「００」と変換し、Ｖ１端子８２ｂから過負荷情報が入力され、Ｖ２端子８２ｃ、Ｖ３端子８２ｄが過負荷情報を出力しない場合（電圧Ｌ（低電位）の信号を出力、以下同様）は、「０１」と変換し、Ｖ２端子８２ｃから過負荷情報が入力され、Ｖ３端子８２ｄから過負荷情報が入力されない場合は「１０」と変換し、Ｖ３端子８２ｄから過負荷信号が入力されると「１１」と変換する。
【００６６】
記憶部８８は、エンコーダ８６から送られてきたバイナリデータを過負荷情報として記憶する。また記憶部８８には時計が内蔵され、入力されたバイナリデータを時刻の情報に対応させて記憶する。さらに記憶部８８は、周波数デジタル変換器６６に接続され、周波数デジタル変換器６６から出力された周波数の情報を時刻の情報に対応して記憶する。これにより、作業者は測定された周波数の情報（重力の情報、加速度の情報）と過負荷情報の時刻の情報を照合して、周波数の情報の信頼性を確認することができる。
【００６７】
なお、上記物理量検出素子の回路６２は、記憶部８８を除いて集積回路により一体で構築可能であり、記憶部８８は、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等により構築することができる。
【００６８】
図７に、第２実施形態の物理量検出素子の平面図を示し、図８に、図７のＡ−Ａ線断面図を示す。なお、以後の説明において、従前で用いた構成要素と共通の構成要素については、同一番号を付し、必要な場合を除いてその説明を省略する。
【００６９】
第２実施形態の物理量検出素子１０Ａは、その基本構成が第１実施形態と共通する。しかし、図７に示すように、固定板９０は矩形の枠形状を有し、可動板４０は、固定板９０に囲まれるように配置されている。また、固定板９０は、枠形状の−Ｘ軸側の角となる部分に切欠き部３８Ｅ、３８Ｆを有している。そして、ベース基板１２の上段部１４は、平面視でＵ字形状を有しているが、切欠き部３８Ｅ、３８Ｆに対応する位置にはマウント電極１６Ｅ、１６Ｆが配置されている。このマウント電極１６Ｅは、外部電極２２Ｅと貫通電極２０Ｃを介して電気的に接続されている。
【００７０】
そして可動電極５６Ａ、５６Ｂは、可動板４０に配置されるが−Ｘ軸方向に延出し、固定板９０の−Ｘ軸側の部分に対向する位置にまで延出している。よって可動電極５６Ａ、５６Ｂ（変位検知手段）は、固定板９０の−Ｘ軸側の部分を、固定板の厚み方向（Ｚ軸方向）から挟み込むように配置されている。また固定板９０の上面の可動電極５６Ａに対向する位置には固定電極９２Ａ（変位検知手段）が配置され、固定板９０の下面の可動電極５６Ｂに対向する位置には固定電極９２Ｂ（図８）が配置されている。
【００７１】
そして、図８に示すように、可動電極５６と固定電極９２との干渉を回避するため、可動電極５６は、可動電極５６Ａの固定電極９２Ａに対向する面、可動電極５６Ｂの固定電極９２Ｂに対向する面がそれぞれ掘り込まれた態様で形成され、可動電極５６の固定電極９２に対向する部分が薄肉に形成されている。これにより、可動電極５６と固定電極９２との間に隙間が形成される。
【００７２】
また可動電極５６Ａの固定電極９２Ａに対向する面、可動電極５６Ｂの固定電極９２Ｂに対向する面には、第１実施形態と同様に絶縁体の凸部６０Ａ、６０Ｂがそれぞれ配置され、可動電極５６と固定電極９２との短絡を回避している。
【００７３】
また、固定電極９２Ａと固定電極９２Ｂとは固定板９０の側面を経由する側面電極９４を介して電気的に互いに接続されている。そして、固定電極９２Ａからは引出電極９６が引き出され、切欠き部３８Ｅの内壁にまで延出している。そして導電性接着剤２４を切欠き部３８Ｅに塗布することにより、固定電極９２は、引出電極９６、導電性接着剤２４、マウント電極１６Ｅ、貫通電極２０を介して外部電極２２Ｅに電気的に接続される。なおマウント電極１６Ｆ及び切欠き部３８Ｆは、導電性接着剤２４を介して互いに接続されるが、本実施形態では、両者は外部とは電気的に接続していない。
【００７４】
上記構成により、可動電極５６が固定板９０を、固定板９０の厚み方向、すなわち、可動板４０の変位方向から挟みこむことになるので、可動電極５６が可動板４０の変位を一定の範囲に制限するストッパとなるので、圧電振動片４４に対する過負荷を制限することができる。
【００７５】
なお本実施形態の回路構成は第１実施形態と同様であり、可動電極５６Ａと電気的に接続された外部電極２２Ｃは、ブリッジ回路７２の接点７２ａに接続される。また、可動電極５６Ｂに電気的に接続された外部電極２２Ｄは接点７２ｃに接続される。そして、固定電極２６と電気的に接続された外部電極２２Ｅは、接点７２ｂに接続される。
【００７６】
また本実施形態において、リッド３０は、可動容量用の電極としては用いられてはいない。しかし、外部電極２２Ｆを単独で接地することにより、リッド３０が圧電振動片４４を静電遮蔽することが可能となる。これは後述の第３実施形態においても同様である。
【００７７】
図９に、第３実施形態の物理量検出素子の平面図を示し、図１０に、図９の部分拡大図のＡ−Ａ線断面図を示す。また、図１１に、図９のＢ−Ｂ線断面図を示し、図１２に、図９のＣ−Ｃ線断面図を示す。
【００７８】
第３実施形態の物理量検出素子１０Ｂは、その基本構成が第２実施形態と類似するが、可動電極９８（変位検知手段）及び固定電極（変位検知手段）がそれぞれ櫛型の形状を有している。本実施形態において可動電極９８は、可動板４０の上面にのみ配置されているが、−Ｘ軸方向に延びる可動電極指１００を複数有している。なお可動電極９８は引出電極５８Ａに接続されている。一方、固定電極（固定電極指）は、固定板９０の上面の可動電極指１００が−Ｘ軸方向に延出する先となる部分に配置されており、第１の固定電極指１０２と、第２の固定電極指１０４と、をそれぞれ複数有する。第１の固定電極指１０２及び第２の固定電極指１０４は、それぞれ＋Ｘ軸方向に延出し、可動電極指１００と交差している。また第１の固定電極指１０２と第２の固定電極指１０４は、一定の間隔となるように平行に配置され、この２つの固定電極指をＹ軸方向から可動電極指１００が挟むように配置されている。
【００７９】
固定板９０の上面の第１の固定電極指１０２及び第２の固定電極指１０４に交差する位置には、第１の溝１０６、第２の溝１０８が配置されている。第１の溝１０６及び第２の溝１０８は、それぞれＹ軸方向に長手方向を有している。そして、第１の溝１０６は、切欠き部３８Ｆから延出し、平面視で第１の固定電極指１０２及び第２の固定電極指１０４に交差している。また第２の溝１０８は切欠き部３８Ｅから延出し、第１の固定電極１０２及び第２の固定電極指１０４に交差している。
【００８０】
第１の溝１０６の底部には、引出電極１１０が配置されている。引出電極１１０は、平面視で第１の固定電極指１０２及び第２の固定電極指１０４を交差し、切欠き部３８Ｆの内壁にまで延出している。また引出電極１１０の第１の固定電極指１０２に対向する位置には凸部電極１１２が配置され、この凸部電極１１２が第１の固定電極指１０２と電気的に接続する。よって、第１の固定電極指１０２は、凸部電極１１２、引出電極１１０、導電性接着剤２４、マウント電極１６Ｆ、貫通電極２０Ｄを介して外部電極２２Ｆに接続される。
【００８１】
同様に第２の溝１０８の底部には、引出電極１１４が配置されている。引出電極１１４は、平面視で第１の固定電極指１０２及び第２の固定電極指１０４を交差し、切欠き部３８Ｅの内壁にまで延出している。また引出電極１１４の第２の固定電極指１０４に対向する位置には凸部電極１１６が配置され、この凸部電極１１６が第２の固定電極指１０４と電気的に接続する。よって、第２の固定電極指１０４は、凸部電極１１６、引出電極１１４、導電性接着剤２４、マウント電極１６Ｅ、貫通電極２０を介して外部電極２２Ｅに接続される。
【００８２】
凸部電極１１２、１１６は、それぞれ引出電極１１０、１１４上に一定の高さを有する導電性の部材を配置することにより形成してもよいし、エッチングにより溝部の各固定電極指に対向する位置に凸部を形成し、この凸部上に引出電極１１０、１１４が配置されるようにしてもよい。
【００８３】
なお、リッド３０は、側壁部材２８及びベース基板１２を連通する貫通電極２０Ｂに接続され、貫通電極２０Ｂは、ベース基板１２の下面に配置された外部電極２２Ｇに接続されている。
【００８４】
上記構成において、可動電極指１００とそれに隣接する第１の固定電極指１０２により可変容量（Ｃｖ１）が形成され、可動電極指１００とそれに隣接する第２の固定電極指１０４により可動容量（Ｃｖ２）が形成される。そして可動板４０がその厚み方向（Ｚ軸方向）に変位すると、可動電極指１００がＺ軸方向に変位する。これにより可動電極指１００と第１の固定電極指１０２との対向面積と、可動電極指１００と第２の固定電極指１０４との対向面積と、が同相で変化するため、Ｃｖ１及びＣｖ２は同相で変化する。
【００８５】
ところで、可動板４０は、Ｙ軸方向から外力を受けた場合は、Ｙ軸方向にも僅かながら変位する。例えば可動板４０がヒンジ部３６を支点として＋Ｙ軸側に変位（屈曲）した場合には、可動電極指１００と第１の固定電極指１０２との間が狭くなるのでＣｖ１は増加し、可動電極指１００と第２の固定電極指１０４との間が広くなるのでＣｖ２は減少する。すなわち、Ｃｖ１とＣｖ２は逆相で変化する。
【００８６】
図１３に、第３実施形態の物理量検出素子の回路構成図を示す。第３実施形態の物理量検出素子の回路において、発振回路６４とそれに接続する後段の構成要素は第１実施形態と同様であるため、図１３においてはその記載を省略している。そして、第３実施形態において監視回路１１８（変位検知手段）は、第１実施形態の監視回路６８が全体的に並列に接続にしたような構成となっている。
【００８７】
すなわち、発振回路７０には第１のブリッジ回路１２０、第２のブリッジ回路１２２が並列に接続され、各ブリッジ回路に同期検波回路１２４、１２６が接続されている。なお、同期検波回路１２４、１２６より後段の構成要素は、それぞれ第１実施形態の監視回路６８と同様であるため、図１３においてその記載を省略している。そして、第２のブリッジ回路１２２及び同期検波回路１２６の回路構成は、第１実施形態と同様である。
【００８８】
第１のブリッジ回路１２０は、固定容量Ｃ３、Ｃｖ１、Ｃｖ２の順に直列に接続された直列回路１２１ａと、Ｃ１、Ｃ２の順に直列に接続された直列回路１２１ｂと、を有している。そして、直列回路１２１ａのＣ３側と直列回路１２１ｂのＣ１側とを接続し、直列回路１２１ａのＣｖ２側と直列回路１２１ｂのＣ２側とを接続して並列回路を形成している。そしてＣｖ２とＣ２の接点１２０ｃを発振回路７０に接続し、Ｃ３とＣ１との接点１２０ｅを接地している。
【００８９】
このため、第１のブリッジ回路１２０において、接点１２０ａには、第１の固定電極指１０２と電気的に接続した外部電極２２Ｆが接続されている。また、接点１２０ｂには、可動電極指１００と電気的に接続された外部電極２２Ｃが接続されている。そして、接点１２０ｃには、第２の固定電極指１０４と電気的に接続された外部電極２２Ｅが接続される。
【００９０】
同期検波回路１２４は、発振回路７０の出力と、Ｃｖ１とＣ３との接点１２０ａと、Ｃ１とＣ２との接点１２０ｄと、に接続されている。よって同期検波回路１２４が、Ｃｖ１とＣｖ２の和の変化量を抽出することにより、可動板４０に印加されたＺ軸方向の外力を検知することができる。
【００９１】
第２のブリッジ回路１２２において、接点１２２ａには、第１の固定電極指１０２に電気的に接続した外部電極２２Ｆが接続されている。また、接点１２２ｂには、可動電極指１００に電気的に接続された外部電極２２Ｃが接続されている。そして、接点１２２ｃには、第２の固定電極指１０４に電気的に接続された外部電極２２Ｅが接続される。よって同期検波回路１２６は、Ｃｖ１の変化量と、Ｃｖ２の変化量の差分により、可動板４０に印加されたＹ軸方向の外力を検知することができる。なお、可動電極指１００、第１の固定電極指１０２、第２の固定電極指１０４は、第１実施形態の可動電極５６と同様の方法で製造することができる。
【００９２】
図１４に、物理量検出素子の回路構成の変形例を示す。図１４に示すように、監視回路６８において判定回路７８Ａが、エンコーダ８６を除いてアナログ演算により過負荷情報を生成できるようにしてもよい。
【００９３】
すなわち、判定回路７８Ａを、入力側が並列接続された複数のコンパレータ８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃと、インバータ８５と、オーバーロード警告回路８４と、エンコーダ８６より構成する。コンパレータ８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃは、それぞれ、閾値電源電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に接続され、ローパスフィルタ７６からのアナログ出力が、それぞれＶ１、Ｖ２、Ｖ３を超えた場合に過負荷信号を出力（電圧Ｈの信号を出力）し、超えない場合は過負荷信号を出力しない（電圧Ｌの信号を出力する）。そしてコンパレータ８３Ａの出力は分岐してインバータ８５に接続される。インバータ８５は、コンパレータ８３Ａが過負荷信号を出力しない（電圧Ｌの信号を出力）ときに、過負荷信号を出力する（電圧Ｈの信号を出力する）。
【００９４】
エンコーダ８６は、第１実施形態と同様の動作をするが、インバータ８５のみから過負荷情報が出力されると「００」と変換するようになっている。なお、図６、図１４の判定回路７８、７８Ａ、およびエンコーダ８６は、正論理により動作しているが、負論理により動作するようにしてもよい。
【００９５】
図１５に、本実施形態の物理量検出素子を搭載した傾斜計の模式図を示す。図１５に示すように、傾斜計１２８は、本実施形態の物理量検出素子１０、１０Ａ、１０Ｂを、電子装置である傾斜センサーとして備えている。
【００９６】
傾斜計１２８は、例えば、山の斜面、道路の法面、レールの側面、盛土の擁壁面などの被計測場所に設置される。傾斜計１２８は、外部からケーブル１３０を介して電源が供給され、または電源を内蔵して、図示しない駆動回路によって物理量検出素子１０、１０Ａ、１０Ｂに駆動信号が送られている。そして傾斜計１２８は、周波数デジタル変換器６６から出力される共振周波数の情報（外力の情報）から、傾斜計１２８の姿勢の変化（傾斜計１２８に対する重力加速度が加わる方向の変化）を検出し、それを角度に変換して、例えば、無線などで、基地局にデータ転送する。これにより、傾斜計１２８は、異常の早期発見に貢献することができる。
【００９７】
また、傾斜計１２８には、記憶部８８の情報を読み出し、これを基地局にデータ転送することができる。さらに傾斜計１２８のパッケージ１３２には、オーバーロード警告回路８４に電気的に接続されたスピーカー１３４やＬＥＤ１３６（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が配置され、オーバーロード警告回路８４からの出力に応じて警告音や警告点灯を発することができ、傾斜計１２８を被計測場所に取り付ける作業員に注意を促すことができる。
【００９８】
本実施形態の物理量検出素子１０、１０Ａ、１０Ｂは、上述の傾斜計１２８以外に、地震計、ナビゲーション装置、姿勢制御装置、ゲームコントローラー、携帯電話などの加速センサー、傾斜センサーの電子装置に搭載することができ、いずれの場合であっても上記基本構成及び実施形態で説明した効果を奏する電子装置となる。
【００９９】
第１実施形態、第２実施形態において、同期検波回路７４がＣｖ１の変化とＣｖ２の変化の差分を検出しているので、Ｃｖ１、Ｃｖ２の静電容量の変化を単独で検知する場合よりも検知感度が向上している。しかし、ブリッジ回路７２において、Ｃｖ１、Ｃｖ２のいずれか一方を固定容量に置き換え、Ｃｖ１、Ｃｖ２のいずれか他方のみをブリッジ回路７２に組み込んだ状態とし、その可動容量の変化を同期検波回路７４が検知するようにしてもよい。
【０１００】
本実施形態において、圧電振動片４４は、双音叉型の振動片を用いて説明したが、ＡＴカットの水晶基板を用いた厚みすべり振動片を用いてもよい。また圧電振動片４４の素材は、水晶に限定するものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、チタン酸ジルコン酸円（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電材料、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電材料を被膜として備えたシリコンなどの半導体材料であってもよい。
【０１０１】
なお、本実施形態において、可動板４０の変位検知手段を、可動電極５６、固定電極２６、監視回路６８等により構成する旨説明したが、これに限定されず、可動板４０の変位及びその大きさを検知できる他の周知技術を適用することができる。例えば、可動板４０にレーザー光を照射するレーザー光源（不図示）と、レーザー光の反射光を受光する受光素子（不図示）と、可動板４０が静止時の受光素子（不図示）におけるレーザー光の受光位置と、可動板４０が外力を受けているときの受光素子（不図示）におけるレーザー光の受光位置との差分を算出し、その差分が一定の大きさを超えた場合に過負荷信号を出力する監視回路（不図示）と、により変位検知手段を構成することもできる。
【符号の説明】
【０１０２】
１０………物理量検出素子、１２………ベース基板、１４………上段部、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆ………マウント電極、１８………下段部、２０，２０Ａ，２０Ｂ、２０Ｃ，２０Ｄ………貫通電極、２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆ，２２Ｇ………外部電極、２４………導電性接着剤、２６………固定電極、２８………側壁部材、３０………リッド、３２………内部空間、３４………固定板、３４ａ………第１支持部分、３４ｂ………第２支持部分、３４ｃ………第３支持部分、３６………ヒンジ部、３８，３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ，３８Ｅ，３８Ｆ………切欠き部、４０………可動板、４２Ａ、４２Ｂ………支持部、４４………圧電振動片、４６………振動部、４８Ａ，４８Ｂ………基部、５０，５０Ａ，５０Ｂ………引出電極、５２Ａ，５２Ｂ………接続電極、５４………導電性接着剤、５６，５６Ａ、５６Ｂ………可動電極、５８，５８Ａ、５８Ｂ………引出電極、６０，６０Ａ、６０Ｂ………凸部、６２………物理量検出素子の回路、６４………発振回路、６４ａ，６４ｂ………接点、６６………周波数デジタル変換器、６８………監視回路、７０………発振回路、７２………ブリッジ回路、７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ………接点、７４………同期検波回路、７６………ローパスフィルタ、７８………判定回路、８０………ＡＤ変換器、８２………コンパレータ、８２ａ………Ｖ０端子、８２ｂ………Ｖ１端子、８２ｃ………Ｖ２端子、８２ｄ………Ｖ３端子、８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ………コンパレータ、８４………オーバーロード警告回路、８５………インバータ、８６………エンコーダ、８８………記憶部、９０………固定板、９２，９２Ａ，９２Ｂ………固定電極、９４………側面電極、９６………引出電極、９８………可動電極、１００………可動電極指、１０２………第１の固定電極指、１０４………第２の固定電極指、１０６………第１の溝、１０８………第２の溝、１１０………引出電極、１１２………凸部電極、１１４………引出電極、１１６………凸部電極、１１８………監視回路、１２０………第１のブリッジ回路、１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ………接点、１２２………第２のブリッジ回路、１２４，１２６………同期検波回路、１２８………傾斜計、１３０………ケーブル、１３２………パッケージ、１３４………スピーカー、１３６………ＬＥＤ。
【図１】
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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８】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図２】
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【図７】
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【図９】
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