[发明专利]加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及加速度传感器，该加速度传感器将压电振动片用于感应元件来检测加速度，以测定或检测例如对象物的移动、振动、姿态的变化等。

背景技术

一般而言，压电振子具有这样的性质：当被施加了应力时，谐振频率随该应力的大小而变化。特别对于弯曲振动模式的压电振子而言，众所周知，与其他振动模式相比，频率相对于施加应力的变化率更大。其中，还公开了以下情况：对于由平行的2个振动梁和分别将它们的两端结合的基端部构成的结构的双音叉振子，它具有较高的Q值和良好的线性频率特性，并且再现性和磁滞性优异，响应速度快(例如参照非专利文献1)。

因此，以往已开发出使用了双音叉压电振子的各种加速度传感器。例如，以下这样的加速度传感器是公知的：在该加速度传感器中，将双音叉压电振动片的一方的基端部支撑在固定部件上，将另一方的基端部支撑在作为施重部的活动部件上，当活动部件因加速度的作用而在该加速度的施加方向上产生了位移时，从压电振动片的两端向压电振动片作用压缩方向或拉伸方向的力，从而使压电振动片的频率增加或减小(例如参照专利文献1)。在该加速度传感器中，压电振动片、固定部件以及活动部件分别形成为独立的部件，并用粘接剂等将它们固定在一起而使它们一体化，因此部件个数和组装工序数量多，组装作业复杂。

因此，已开发出以下这样的加速度计，该加速度计具有：作为施重部的振子型转动质量体，其通过铰接部分与基座连接；以及两个振动梁即双音叉压电振动片，它们配置在上述振子型转动质量体的两侧，该加速度计采用了将该振动片的一方的基端部固定在基座上并将另一方的基端部固定在转动质量体上的单片结构，它是通过光刻技术对石英片进行加工而形成的(例如参照专利文献2)。在该加速度计中，当转动质量体因面内方向的加速度而以铰接部分为中心旋转时，对一方的压电振动片作用拉伸应力，对另一方的压电振动片作用压缩应力，从而它们的频率分别产生变化，因而对它们的频率差进行测定。

此外，还公知有如下的由单结晶基板构成的加速度传感器：该加速度传感器同样具有支撑部、作为施重部的惯性质量部、以及由双音叉压电振动片构成的力转换器，并且，压电振动片的两端分别与支撑部和惯性质量部连接(例如参照专利文献3)。图6(A)概略地示出了该加速度传感器1的整体结构。

力转换器即压电振动片2为双音叉型，其具有2个平行的振动梁3和位于振动梁3的长度方向两端的基端部4、5，一方的基端部4与支撑部6连接，另一方的基端部5与惯性质量部即施重部7连接。支撑部6在压电振动片2的两侧，沿着该压电振动片2的长度方向一直延伸到另一方的基端部5，从而连接到施重部7。通过在支撑部6与施重部7的上表面侧形成在与所述振动梁的长度方向垂直的方向上延伸的槽，由此利用可弯曲的薄壁部8将支撑部6与施重部7连接。通过在另一方的基端部5与施重部7的下表面侧同样地形成在与所述振动梁的长度方向垂直的方向上延伸的槽，由此利用可弯曲的薄壁部9将另一方的基端部5与施重部7连接。

如图6(B)中箭头所示，当在施重部7的主面的法线方向的向下方向上对施重部7作用了加速动时，施重部7以经过薄壁部8的中心的轴线HA为中心向下转动。响应于该动作，如图6(C)所示，将双音叉振动片2的基端部5与施重部7连接的薄壁部9的经过其中心的轴线TA，以轴线HA为中心向下旋转而移位到位置TA′。其结果，从基端部5对振动梁3作用拉伸方向的力，压电振动片2的频率上升。

反之，如图6(D)中箭头所示，当在施重部7的主面的法线方向的向上方向上对施重部7作用了加速动时，该施重部以经过薄壁部8的中心的轴线HA为中心向上转动。响应于该动作，如图6(E)所示，薄壁部9的经过其中心的轴线TA以轴线HA为中心，向上旋转到位置TA′。其结果，从基端部5对振动梁3作用压缩方向的力，压电振动片2的频率下降。

【专利文献1】日本特开2008-170203号说明书

【专利文献2】日本特开平1-302166号说明书

【专利文献3】美国专利第5165279号说明书

【非专利文献1】栗原正雄及另外3人，“双音叉振動子を用いた水晶压力センサ”，束洋通信機技報，束洋通信機株式会社，1990年，No.46，p.1-8

上述专利文献3记载的加速度传感器能够利用1个压电振动片来判定加速度的大小及其方向，因此，与如专利文献2那样的需要两个压电振动片的加速度计相比，更有优势。但是，在专利文献3记载的加速度传感器中存在以下问题。