(57)【要約】      （修正有）【課題】加速度検出機能に加え、簡易構成として加速度をも検出し得る音叉型振動子の提供。【解決手段】音叉基部から一対の音叉腕が延出して前記音叉腕には少なくとも音叉振動を励振する駆動電極を備えた音叉型振動子であって、前記音叉基部は前記音叉腕が延出した第１基部と前記第１基部から延長した第２基部からなり、前記第２基部には主面方向に沿って外周側から内部に向かう厚み方向を貫通した切り込みが設けられ、前記切り込みの前記内部の根元部からは可動棒が延出し、前記可動棒における前記第２基部の主面方向に沿った対向する両主面には第１及び第２電極を有し、前記可動棒の両主面に対向した前記切り込みの各内周面には前記第１及び第２電極に対向して第１及び第２コンデンサを形成する第３及び第４電極を有し、前記可動棒の変位による前記第１及び第２コンデンサの容量値の変化に基づく加速度検出機能を設けた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音叉基部から少なくとも２本の音叉腕が延出して前記音叉腕には少なくとも音叉振動を励振する駆動電極を備えた音叉型振動子であって、前記音叉基部は前記音叉腕が延出した第１基部と前記第１基部から延長した第２基部からなり、前記第２基部には主面方向に沿って外周側から内部に向かう厚み方向を貫通した切り込みが設けられ、前記切り込みの前記内部の根元部からは可動棒が延出し、前記可動棒における前記第２基部の主面方向に沿った対向する両主面には第１及び第２電極を有し、前記可動棒の両主面に対向した前記切り込みの各内周面には前記第１及び第２電極に対向して第１及び第２コンデンサを形成する第３及び第４電極を有し、前記可動棒の変位による前記第１及び第２コンデンサの容量値の変化に基づく加速度検出機能を設けたことを特徴とする多機能型の音叉型振動子。
【請求項２】
請求項１において、前記音叉腕にはコリオリの力による角速度を検出するセンサ電極を備えた多機能型の音叉型振動子。
【請求項３】
請求項１において、前記切り込みは前記第２音叉基部の外周側を幅広部として前記第２基部の内部を幅狭部とし、前記可動棒の先端側には錘部を有する多機能型の音叉型振動子。
【請求項４】
請求項３において、前記錘部は前記幅広部に対応して幅広とした多機能型の音叉型振動子。
【請求項５】
請求項３又は４において、前記錘部は前記幅広部内に設けられた多機能型の音叉型振動子。
【請求項６】
請求項１において、前記切り込みは、前記第２基部の幅方向又は高さ方向に設けられた多機能型の音叉型振動子。
【請求項７】
請求項１において、前記第２基部は前記第１基部の下方に延長し、前記第２基部との境界領域である前記第１基部の少なくとも下端部を固定部とした多機能型の音叉型振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は少なくとも音叉振動を生ずる音叉型振動子を技術分野とし、特に角速度検出機能に加えて加速度検出機能を付加した多機能型の音叉型振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
角速度検出機能を備えた音叉型振動子（所謂角速度検出素子）は、例えば自動車等の誘導装置（ナビゲータ）やカメラの手振れ防止装置内に組み込まれ、角速度を検出する素子として知られている。近年では、特に自動車においては、ナビゲータ用の角速度検出素子のみならず、加速度検出素子をも搭載して例えば高速道路と側道との区別をすることが行われている。
【０００３】
（従来技術の一例）
第４図は一従来例を説明する角速度検出機能を有する音叉型振動子の図で、同図（ａ）は音叉型振動子（音叉状水晶片）の外観図、同図（ｂ）は上面から見た結線図である。
【０００４】
音叉型振動子は、音叉基部１から一対の音叉腕２（ａｂ）が長さ方向に延出し、例えばＺカットとした音叉状水晶片３を備える。音叉状水晶片３は、結晶軸（ＸＹＺ）におけるＸ軸の±方向を逆向きとした２枚の水晶片３（ａｂ）を直接接合してなる。音叉状水晶片の長さはＹ軸、幅はＸ軸、厚みはＺ軸方向に一致する。
【０００５】
音叉状水晶片３の一対の音叉腕２（ａｂ）には駆動電極（Ｄ±、Ｄ0）、及びモニタ電極（Ｍ）を有する。駆動電極（Ｄ0）はセンサ電極（Ｓ±）を兼用し、駆動電極（Ｄ±）の基準電極として機能する。以下では、駆動電極（Ｄ0）を基準電極（Ｄ0）又はセンサ電極（Ｓ±）とも呼ぶ。そして、各電極（Ｄ±、Ｄ0、Ｍ）からは音叉状水晶片３の例えば一主面に引出部４が延出し、外部接続用の図示しない電極パッドとなる。
【０００６】
駆動電極（Ｄ±）のうちの（Ｄ−）は、一方の音叉腕２ａの一主面及び他方の音叉腕２ｂの他主面に形成されて共通接続され、（Ｄ＋）は一方の音叉腕２ａの他主面に形成される。センサ電極（Ｓ±）を兼用する駆動電極（Ｄ0）は、各音叉腕２（ａｂ）の両側面に形成され、基準電圧Ｅo（直流）が印加される。そして、内側面同士をセンサ電極（Ｓ＋）、外側面同士をセンサ電極（Ｓ−）として共通接続される。モニタ電極（Ｍ）は他方の音叉腕２ｂの一主面に形成される。
【０００７】
このようなものでは、第５図に示したように、反転及び非反転信号が駆動回路５から駆動電極（Ｄ±）に印加される。そして、基準電極（Ｄ0）との間に生ずる矢印（実線）で示す電界によって、音叉振動が励起される「第４図（ｂ）」。これにより、モニタ電極（Ｍ）と基準電極（Ｄ0）との間には音叉振動による電界（点線）を生じ、これに基づく電荷をチャージアンプ（オペアンプ、電流・電圧変換回路）６にて増幅する。
【０００８】
この場合、チャージアンプ６の一方の入力端にはモニタ電極（Ｍ）からの電荷（電流）が流入し、他方の入力端には基準電圧（Ｅ0）が印加される。これにより、モニタ電圧が出力される。そして、音叉振動の振幅（モニタ電圧）に応じてＡＧＣ７が機能し、モニタ電圧を一定にする電圧が駆動回路５に印加される。なお、符号Ｒfは帰還抵抗である。
【０００９】
また、センサ電極（Ｓ±）には、コリオリの力（角速度）に基づく板面に直交した垂直振動によって異符号の電荷を生じる。これら異符号の電荷はそれぞれチャージアンプ６によって増幅され、差動増幅器（合成器）８によって加算される。なお、センサ電極（Ｓ±）に生ずる電荷は音叉振動の振動周波数と同一の交流成分となる。そして、同期検波回路９及びローパスフィルタ（LPF）１０を経て、直流成分として検出される。
【特許文献１】特開２００４−３４７３９８号公報
【特許文献２】特開２００５−０９８８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の音叉型振動子では、センサ電極Ｓ（±）を設けることによって角速度検出機能を有するものの、加速度検出機能を有するまでには至っていない。この点、角速度及び加速度検出機能のいずれをも備えた音叉型振動子は多数存在するが、簡易な構成によって加速度検出機能をも備えた音叉型振動子は存在しなかった。
【００１１】
（発明の目的）
本発明は加速度検出機能に加え、簡易構成として加速度をも検出し得る音叉型振動子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】
【００１２】
本発明は、特許請求の範囲に示したように、音叉基部から少なくとも２本の音叉腕が延出して前記音叉腕には少なくとも音叉振動を励振する駆動電極を備えた音叉型振動子であって、前記音叉基部は前記音叉腕が延出した第１基部と前記第１基部から延長した第２基部からなり、前記第２基部には主面方向に沿って外周側から内部に向かう厚み方向を貫通した切り込みが設けられ、前記切り込みの前記内部の根元部からは可動棒が延出し、前記可動棒における前記第２基部の主面方向に沿った対向する両主面には第１及び第２電極を有し、前記可動棒の両主面に対向した前記切り込みの各内周面には前記第１及び第２電極に対向して第１及び第２コンデンサを形成する第３及び第４電極を有し、前記可動棒の変位による前記第１及び第２コンデンサの容量値の変化に基づく加速度検出機能を設けた構成とする。
【発明の効果】
【００１３】
このような構成であれば、音叉型振動子の音叉基部に簡易構成の加速度検出機能を設ける。すなわち、従来の音叉基部（第１基部）から第２基部を延長して切り込みを設けて、錘部を有する可動棒を切り込みの根元部から延出する。そして、可動棒の両主面と切り込みの各内周面との間による第１及び第２コンデンサを形成する。
【００１４】
これにより、音叉基部の底面を含む外周側面から加速度が加わると、特に可動棒の両主面に対して直交方向の加速度が加わると、加速度に応じて可動棒が変位する。これにより、第１及び第２コンデンサの容量値が加速度に応じて変化する。したがって、容量値の変化を検出することによって、特に可動棒の両主面方向からの加速度を検出できる。
【００１５】
（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記音叉腕にはコリオリの力による角速度を検出するセンサ電極を備える。これにより、単一の音叉型振動子によって角速度及び加速度のいずれをも検出できる。
【００１６】
同請求項３では、請求項１において、前記切り込みは前記第２音叉基部の外周側を幅広部として前記第２基部の内部を幅狭部とし、前記可動棒の先端側には錘部を有する。これにより、幅広部によって先端側の変位を容易にし、さらに錘部によって加速度に対する検出感度を高められる。
【００１７】
同請求項４では、請求項３において、前記錘部は前記幅広部に対応して幅広とする。これにより、可動棒の先端側を簡単に錘部にできる。
【００１８】
同請求項５では、請求項３又は４において、前記錘部は前記幅広部内に設けられる。これにより、可動棒を第２基部内とするので、音叉型振動子を小型に維持できる。
【００１９】
同請求項６では、請求項１において、前記切り込みは、前記第２基部の幅方向又は高さ方向に設けられる。これにより、特に、幅方向及び高さ方向に直交方向の加速度を検出できる。
【００２０】
同請求項７では、請求項１において、前記第２基部は前記第１基部の下方に延長し、前記第２基部との境界領域である前記第１基部の少なくとも下端部を固定部とする。これにより、第1の基部の下端部を固定部とするので、加速度検出機構を音叉型振動子から実質的に分離し、音叉型振動子の特性をそのまま維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
第１図は本発明の一実施形態を説明する音叉型振動子の図で、同図（ａ）は概観図、同図（ｂ）は点線枠部の拡大図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
【００２２】
音叉型振動子「前第３図及び第４図参照」は、前述したように、Ｘ軸方向を逆向きとした２枚の音叉状水晶片を直接接合してなり、一対の音叉腕２（ａｂ）には駆動電極（Ｄ±、Ｄ0）、センサ電極（Ｓ±）及びモニタ電極（Ｍ）を有する。駆動電極（Ｄ±）には、反転及び非反転信号が駆動回路５から印加され、基準電極（Ｄ0）との間に生ずる矢印（実線）で示す電界によって、音叉振動が励起される。
【００２３】
これにより、モニタ電極（Ｍ）と基準電極（Ｄ0）との間には音叉振動による電界（点線）を生じ、これに基づく電荷をチャージアンプ（オペアンプ、電流・電圧変換回路）６にて増幅して前述同様にモニタ電圧が出力される。そして、音叉振動の振幅（モニタ電圧）に応じてＡＧＣ７が機能し、モニタ電圧を一定にする。
【００２４】
センサ電極（Ｓ±）には、コリオリの力（角速度）に基づく板面に直交した垂直振動によって異符号の電荷を生じる。そして、チャージアンプ５によって増幅され、差動増幅器（合成器）８によって加算され、同期検波回路９及びローパスフィルタ（LPF）１０を経て、直流成分として検出される。
【００２５】
そして、この実施形態では、音叉基部１は第１基部１ａと第２基部１ｂとからなる。第１基部１ａは従来の音叉基部に相当して一対の音叉腕２（ａｂ）が延出し、第２基部１ｂは第１基部１ａの下方に延長する。第２基部１ｂとの境界となる第１基部１ａの下端側を接着剤等による固定部とする。第２基部１ｂのＸ軸である幅方向には、外周側（一端側の側面）から内部に向かう切込み１１が設けられる。
【００２６】
切り込み１１は外周側を幅広として除々に狭くなるスリバチ状として、内部では間隔が一定となる幅狭とする。そして、切り込み１１の内部の根元部からは第２基部１ｂと一体とした可動棒１２が延出する。可動棒１２は根元部から幅狭として外周側に延出し、幅広としたスリバチ状に対応した三角状の錘部１２ａを先端側に有する。
【００２７】
可動棒１２の内部における幅狭部１２ｂの両主面には第１及び第２電極１３（ａｂ）を有し、これらと対面する切り込み１１の各内周面には第３及び第４電極１３（ｃｄ）を有する。これにより、それぞれ対向する第１及び第３電極１３（ａｃ）は第１コンデンサＣ1を、第２及び第４電極１３（ｂｄ）は第２コンデンサＣ2を形成する。そして、可動棒１２の両主面の第１及び第２電極１３（ａｂ）は共通接続されて、第３及び第４電極１３（ｃｄ）とともに第２基部１ｂの一主面の図示しない電極パッドに延出する。
【００２８】
このようなものでは、第２図に示したように、第１及び第２コンデンサＣ1、Ｃ2の第１及び第２電極１３（ａｂ）の共通接続点には例えば音叉振動に基づく交流電圧Ｖdが印加される。そして、第１及び第２コンデンサＣ1、Ｃ2の第３及び第４電極１３（ｃｄ）には電流−電圧変換器としての、帰還抵抗Ｒfを有する第１及び第２オペアンプ（チャージアンプ）６（ａｂ）が接続する。
【００２９】
第１及び第２オペアンプ６（ａｂ）は、交流電圧Ｖdに起因した第１及び第２コンデンサＣ1、Ｃ2を流れる信号を検出する。そして、第１及び第２オペアンプ６（ａｂ）の出力Ｖc1、Ｖc2が、点線枠で示す差動増幅器１４によって合成される。差動増幅器１４は第３オペアンプ６ｃ及び各抵抗Ｒから形成され、合成出力Ｖc3を得る。そして、合成出力Ｖc3は交流電圧Ｖdに基づく同期信号によって同期検波され、積分回路等によるＬＰＦ１０によって平滑して直流化された加速度に対応した検出電圧Ｖsaを得る。なお、符号９は同期検波回路である。
【００３０】
これらにより、第１及び第２コンデンサＣ1、Ｃ2の容量値が等しい場合は、差動増幅器１４の同相成分の除去機能により、合成出力Ｖc3は実質的にゼロになる。加速度が及んで第１コンデンサＣ1、Ｃ2がアンバランスになると、合成電圧Ｖc3に信号が生じる。また、加速度の方向が逆になれば合成出力Ｖc3の位相も逆になる。したがって、加速度の大小と方向を検出できる。
【００３１】
このような構成であれば、角速度検出機能を備えた音叉型振動子の従来の音叉基部１に対応した第１基部１ａに第２基部１ｂを設けて、第１及び第２コンデンサＣ1、Ｃ2を形成する切り込み１１及び可動棒１２を形成するのみで加速度検出機能を得られる。したがって、角速度検出機能に加えて、簡易構成とした加速度検出機能を得られる。
【００３２】
また、切り込み１１は第２音叉基部１ｂの外周側を幅広部として、第２基部１ｂの内部を幅狭部とし、可動棒１２の先端側には幅広部に応じた錘部１２ａを有する。この場合、先端側の錘部１２ａによって、矢印で示したように、可動棒１２の上下方向での変位を容易にする。
【００３３】
これにより、錘部１２ａによって加速度に対する検出感度を高められる。そして、可動棒１２の先端側を幅広とするのみで簡単に錘部１２ａを設けられる。また、この例では、錘部１２ａは切り込み１１の幅広部内とするので、音叉型振動子の幅を従来同様に維持して、音叉基部１の長さ（高さ）を大きくするのみで小型化を図れる。
【００３４】
そして、ここでの切り込み１１は、前記第２基部１ｂの幅方向に設けるので、特に、幅方向に直交方向した高さ方向の加速度を検出できる。したがって、音叉主面を進行方向に対して垂直方向として設置される自動車用の場合、上下方向の加速度を検出して例えば高速道路への乗り降りを検出できる。
【００３５】
また、第２基部１ｂとの境界領域である第１基部１ａの少なくとも下端部を固定部とするので、加速度検出機構を音叉型振動子から実質的に分離する。したがって、角速度検出機能と加速度検出機能との緩衝はなく、それぞれ独立的に機能して角速度及び加速度を高精度に検出する音叉型振動子を得られる。
【００３６】
（他の事項）
上記実施形態では第２基部１ｂの幅方向に切り込み１１及び可動棒１２を設けたが、これらは第２基部１ｂの底面から内部に向けて設けてもよい。この場合、幅方向の加速度を検出して例えば車の横ぶれを感知できる。要は、切り込み１１及び可動棒１２は第２基の主面方向に沿って外周側から内部に向かって形成され、特にこれらに直交方向の加速度を検出できる。
【００３７】
また、可動棒１２は第２基部１ｂの板面内としたが、第２基部１ｂの外周側面から突出してもよい。この場合、可動棒１２が長くなるので加速度に対する変位も大きくなって、検出感度を高められる。但し、小型化を維持するには本実施形態のように第２基部１ｂの板面内した方がよい。
【００３８】
また、可動棒１２の先端側に幅広とした錘部１２ａを設けたが、例えば第３図に示したように、第２基部１ｂの根元部から除々に広がる切り込み１１として、これに応じて除々に広がる可動棒１２とする。この場合でも、先端側に錘部１２ａを設けたと同様の効果を奏する。
【００３９】
そして、例えば可動棒１の両主面及び各対向面に全面的に第１〜第４電極１３（ａｂｃｄ）を設ける。この場合、電極１３（ａｃ）及び１３（ｂｄ）の対向面積を大きくするので、検出感度をさらに高める。なお、必ずしも、錘部１２ａ及びこれに相当する構成とすることなく、可動棒１２を同一幅として錘部がなくても基本的に動作する。
【００４０】
また、音叉型振動子は２枚の水晶片３（ａｂ）からなる接合型として説明したが、音叉型水晶振動子を単一の水晶片から形成した場合でも同様に適用できる。但し、この場合は特にセンサ電極Ｓ±の配置構造が異なる。さらには、既存の角速度検出機能を有する音叉型水晶振動子あるいは単なる音叉振動を生じる音叉型振動子に適用できる。
【００４１】
また、音叉型振動子は材料として水晶を用いた例を示したが、シリコン等の他の材料を用いた場合でも適用できる。また、音叉腕は一対（２本）としたが、３本以上とした場合でも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態を説明する音叉型振動子の図で、同図（ａ）は概観図、同図（ｂ）は点線枠部の拡大図である。
【図２】本発明の一実施形態を説明する加速度検出機能の概略回路図である。
【図３】本発明の他の例を説明する音叉型振動子（第２基部）の一部拡大した正面図である。
【図４】従来を説明する角速度検出機能を有する音叉型振動子の図で、同図（ａ）は音叉型振動子（音叉状水晶片）の外観図、同図（ｂ）は上面から見た結線図である。
【図５】従来例を説明する角速度検出機能の概略回路図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  音叉基部、２  音叉腕、３  音叉状水晶片（音叉型振動子）、５  駆動回路、６  オペアンプ、７  ＡＧＣ、８  差動増幅器、９  同期検波回路、１０  ローパスフィルタ、１１  切り込み、１２  可動棒、１３  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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