專利名稱：加速度檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加速度檢測(cè)裝置，尤其涉及改善加速度檢測(cè)軸方向 的靈敏度，同時(shí)抑制其他軸方向的靈敏度的加速度檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
以往，加速度傳感器被廣泛用于汽車、飛機(jī)、火箭、各種設(shè)備的異 常振動(dòng)監(jiān)視裝置等用途。作為民用設(shè)備用加速度傳感器，利用半導(dǎo)體工
藝技術(shù)制作加速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)的MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) 傳感器已被廣泛公知。
專利文獻(xiàn)1公開了一種加速度檢測(cè)元件。圖5 (a)是以往的加速度 檢測(cè)元件81的俯視圖，該加速度檢測(cè)元件81具有基部82、從該基部82 的一端緣并行突出的一對(duì)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部83、 84和檢測(cè)振動(dòng)部85。
驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部83、 84和檢測(cè)振動(dòng)部85都是細(xì)長(zhǎng)的彎曲振動(dòng)臂。在一 方驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部83的上下表面形成有一對(duì)槽86a、 86b(未圖示)，在槽86a、 86b內(nèi)部和側(cè)壁面上設(shè)有按照?qǐng)D5 (b)的箭頭A所示激勵(lì)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部83 的電極88。并且， 一方驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部83在其帶狀主體的前端側(cè)設(shè)有寬幅部 96。
另一方驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部84呈帶狀的平板狀。在驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部84的正面設(shè) 有按照?qǐng)D5 (b)的箭頭A所示激勵(lì)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部84的電極87。并且，在 帶狀平板狀的檢測(cè)振動(dòng)部85的上下表面分別形成有一對(duì)槽89a、 89b (未 圖示)，在槽89a、 89b內(nèi)部和側(cè)壁面上設(shè)有可以檢測(cè)檢測(cè)振動(dòng)部85朝向 箭頭C方向的振動(dòng)的電極90。
加速度檢測(cè)元件81按照?qǐng)D5 (b)所示設(shè)定成為使各個(gè)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部 83、 84按照箭頭A所示彎曲振動(dòng)，但彼此為反相。并且，使各個(gè)驅(qū)動(dòng)振 動(dòng)部83、 84自激時(shí)的頻率都相等。因此，中間的檢測(cè)振動(dòng)部5的振幅在不施加加速度時(shí)為零。
專利文獻(xiàn)l還公開了如下內(nèi)容在按照?qǐng)D5 (b)所示對(duì)加速度檢測(cè) 元件1施加朝向箭頭B方向的加速度時(shí)，朝向X軸方向?qū)Ω鱾€(gè)驅(qū)動(dòng)振動(dòng) 部83、 84施加力，所以朝向X軸方向延伸，各個(gè)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部83、 84的 振動(dòng)頻率都上升。在驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部83的前端設(shè)有質(zhì)量較大的寬幅部96，所 以驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部83的頻率變化(增加量)大于驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部84的頻率變化 (增加量)。結(jié)果，各個(gè)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部的各個(gè)轉(zhuǎn)矩ma (m:質(zhì)量，a:加速 度)彼此不同，所以在檢測(cè)振動(dòng)部85產(chǎn)生圖5 (b)中箭頭C所示的朝 向Y軸方向的彎曲振動(dòng)。該彎曲振動(dòng)C的振幅相對(duì)加速度B的大小單調(diào) 增加，振幅基本與來自檢測(cè)振動(dòng)部5的檢測(cè)電極的輸出成比例，所以可 以求出加速度B。
專利文獻(xiàn)1日本特開2006—64397公報(bào)
但是，專利文獻(xiàn)1公開的加速度檢測(cè)元件作為破壞振動(dòng)系統(tǒng)的平衡 的手段，依賴于增大一方驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部的質(zhì)量，所以存在難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)形 狀上的小型化和靈敏度改善的問題。
并且，專利文獻(xiàn)1公開的加速度檢測(cè)元件還存在其他軸靈敏度的問 題，g口，破壞振動(dòng)系統(tǒng)的平衡的加速度軸不僅向1軸方向(圖7中的X 軸方向)，例如還向與驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部正交的方向施加加速度時(shí)，導(dǎo)致也檢測(cè) 到該加速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述問題而提出的，提供一種小型且高靈敏度、 并抑制其他軸靈敏度的加速度檢測(cè)元件。
本發(fā)明正是為了解決上述問題的至少一部分而提出的，可以實(shí)現(xiàn)為 下述的形式或適用例。本發(fā)明涉及的加速度檢測(cè)裝置的特征在于，所述加速度檢 測(cè)裝置具有外殼；第1驅(qū)動(dòng)臂，其兩端部分別通過基部支撐在該外殼 的相對(duì)的端邊上；第2驅(qū)動(dòng)臂，其從所述端邊中至少一方端邊的基部朝 向另一方端邊延伸；以及檢測(cè)臂，其在所述第1驅(qū)動(dòng)臂和所述第2驅(qū)動(dòng)臂的中間位置，從所述一方端面的基部朝向另一方端邊延伸；所述第1 驅(qū)動(dòng)臂和所述第2驅(qū)動(dòng)臂具有用于彎曲振動(dòng)的激勵(lì)電極，所述檢測(cè)臂具 有用于提取產(chǎn)生于該檢測(cè)臂的電荷的電極，利用所述第1驅(qū)動(dòng)臂和第2 驅(qū)動(dòng)臂構(gòu)成音叉型振子，所述基部中位于所述第1驅(qū)動(dòng)臂的延長(zhǎng)線上的
部位的厚度的中心位置與所述第1驅(qū)動(dòng)臂的厚度的中心位置錯(cuò)開。
如上所述，在基部設(shè)置第1和第2驅(qū)動(dòng)臂，在其中間位置設(shè)置檢測(cè) 臂， 一同以相同頻率反相激勵(lì)第1和第2驅(qū)動(dòng)臂，由此在不施加加速度 時(shí)檢測(cè)臂不會(huì)被激勵(lì)振動(dòng)，在施加加速度時(shí)在檢測(cè)臂產(chǎn)生彎曲振動(dòng)，可 以根據(jù)通過該振動(dòng)而激勵(lì)的電荷來求出加速度的大小。由于使用外殼， 所以具有加速度的檢測(cè)靈敏度高且其他軸靈敏度被良好抑制的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)適用例l所述的加速度檢測(cè)裝置，其特征在于，加速 度檢測(cè)裝置構(gòu)成為，所述第2驅(qū)動(dòng)臂的兩端部分別通過基部支撐在所述 外殼的相對(duì)的端邊上，所述基部中位于所述第2驅(qū)動(dòng)臂的延長(zhǎng)線上的部 位的厚度的中心位置與所述第2驅(qū)動(dòng)臂的厚度的中心位置錯(cuò)開，所述第1 驅(qū)動(dòng)臂的厚度的中心位置與所述第2驅(qū)動(dòng)臂的厚度的中心位置錯(cuò)開。
如上所述，通過使位于第1和第2驅(qū)動(dòng)臂的延長(zhǎng)線上的部位的厚度 的中心位置與驅(qū)動(dòng)臂的厚度的中心錯(cuò)開，在不施加加速度時(shí)檢測(cè)臂不會(huì) 被激勵(lì)振動(dòng)，在施加加速度時(shí)振動(dòng)系統(tǒng)的平衡被破壞，檢測(cè)臂被激勵(lì)振 動(dòng)，可以根據(jù)由此形成的電荷獲得加速度的大小。通過反相取得平衡， 具有可以提高施加加速度時(shí)的檢測(cè)靈敏度的效果。根據(jù)適用例1或2所述的加速度檢測(cè)裝置，其特征在于， 加速度檢測(cè)裝置構(gòu)成為所述外殼具有第1縮頸部和第2縮頸部，該第2 縮頸部位于從該第1縮頸部的位置在與所述第1驅(qū)動(dòng)臂的延長(zhǎng)方向正交 的方向跨越該外殼的開口的位置上。
如上所述，通過設(shè)置第l和第2縮頸部，具有提高加速度的檢測(cè)靈
敏度的效果。根據(jù)適用例1 3中的任意一例所述的加速度檢測(cè)裝置， 其特征在于，加速度檢測(cè)裝置在所述相對(duì)的兩個(gè)端邊的內(nèi)緣部分別設(shè)有 突起狀的所述基部，所述第1和第3驅(qū)動(dòng)臂的兩端部分別與所述各個(gè)基部成為一體，所述檢測(cè)臂的基端部與所述一方基部成為一體，在所述基
部的一方表面上具有第1和第2凹部，在所述基部的另一方表面上具有 第3和第4凹部。
如上所述，在外殼的各個(gè)基部之間設(shè)置第1和第3驅(qū)動(dòng)臂，在一方 基部設(shè)置檢測(cè)臂，在第1驅(qū)動(dòng)臂的各個(gè)基端部的部位且一方表面上設(shè)置 凹部，在第2驅(qū)動(dòng)臂的各個(gè)基端部的部位且另一方表面上設(shè)置凹部，使 這些凹部點(diǎn)對(duì)稱，使第1和第3驅(qū)動(dòng)臂反相激勵(lì)，所以在不施加加速度 時(shí)不會(huì)在檢測(cè)臂產(chǎn)生振動(dòng)，在施加加速度時(shí)，第1和第2驅(qū)動(dòng)臂的諧振 頻率的變化彼此相反，所以具有能夠有效破壞振動(dòng)系統(tǒng)的平衡的效果。 而且，具有可以提高加速度的檢測(cè)靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)適用例1 4中的任意一例所述的加速度檢測(cè)裝置， 其特征在于，加速度檢測(cè)裝置構(gòu)成為設(shè)于所述第1和第2驅(qū)動(dòng)臂的激勵(lì) 電極激勵(lì)該第1和第2驅(qū)動(dòng)臂的振動(dòng)模式都是彎曲振動(dòng)，而且相位彼此 反相。
如上所述，彼此反相地激勵(lì)第1和第2驅(qū)動(dòng)臂，所以在不施加加速 度時(shí)檢測(cè)臂不會(huì)被激勵(lì)振動(dòng)，在施加加速度時(shí)振動(dòng)系統(tǒng)的平衡被破壞， 檢測(cè)臂被激勵(lì)振動(dòng)，能夠利用通過該振動(dòng)激勵(lì)的電荷獲得加速度的大小。 并且，在施加加速度時(shí)，第1和第2驅(qū)動(dòng)臂的頻率變化相反，所以還具 有能夠判定加速度的朝向的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的加速度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要立 體圖。
圖2 (a)是加速度檢測(cè)裝置的電極的俯視圖，圖2 (b)是其剖視圖。 圖3是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的加速度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要立 體圖。
圖4 (a)是加速度檢測(cè)裝置的電極的俯視圖，圖4 (b)是其剖視圖。 圖5 (a)是表示以往的加速度檢測(cè)元件的結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖5 (b) 表示施加加速度時(shí)的振動(dòng)狀態(tài)。標(biāo)號(hào)說明
1、 2加速度檢測(cè)裝置；la、 2a輪廓振動(dòng)體；lb、 2b電極；5外殼； 5a、 5b、 5c、 5d外殼的各邊；6a、 6b基部；10第1驅(qū)動(dòng)臂；11第2驅(qū)動(dòng) 臂；12檢測(cè)臂；13第3驅(qū)動(dòng)臂；15a、 15b凹部；15a，第1凹部；15b，第 2凹部；16a第3凹部；16b第4凹部；16a、 16b縮頸部；20a 20d、 21a 21d、 22a 22d、 23a 23d、 24a 24d、 27a 27d、 28a 28d、 29a 29d 電極。
具體實(shí)施例方式
以下，根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是表示本發(fā)明的 第1實(shí)施方式的加速度檢測(cè)裝置1的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要立體圖。
加速度檢測(cè)裝置1具有作為壓電基板的輪廓振動(dòng)體la、和形成于輪 廓振動(dòng)體la上的電極lb。
輪廓振動(dòng)體la具有矩形環(huán)狀的外殼5、第1和第2驅(qū)動(dòng)臂10、 11 以及檢測(cè)臂12。矩形環(huán)狀的外殼5由兩個(gè)長(zhǎng)邊5a、 5b和兩個(gè)短邊5c、 5d構(gòu)成。
輪廓振動(dòng)體la具有第1驅(qū)動(dòng)臂10，其兩端部由矩形環(huán)狀的外殼5 的相對(duì)的兩個(gè)短邊(端邊)5c、 5d支撐著，而且與外殼5的長(zhǎng)邊(端邊) 5a、 5b平行地延伸；和單臂構(gòu)造的第2驅(qū)動(dòng)臂11，其基端部lla固定在 設(shè)于一方端邊5c的內(nèi)緣上的突起狀的基部6a上，而且朝向另一方短邊 5d與長(zhǎng)邊5a、 5b平行地延伸。另外，輪廓振動(dòng)體la具有單臂構(gòu)造的檢 測(cè)臂12，其基端部12a固定在基部6a上，而且朝向另一方短邊5d (端 邊)與長(zhǎng)邊5a、 5b平行地延伸。并且，輪廓振動(dòng)體la具有凹部15a、 15b，其分別形成于兩個(gè)短邊5c、 5d的同一表面上相當(dāng)于第1驅(qū)動(dòng)臂10 的兩端部的部位(基部6a、 6b)上；和縮頸部16a、 16b，其相對(duì)形成于 構(gòu)成外殼5的相對(duì)的兩邊(長(zhǎng)邊)5a、 5b的上下表面上靠近一方短邊5c 的部位。并且，檢測(cè)臂12配置在第1和第2驅(qū)動(dòng)臂10、 ll的中間位置。
艮P，與一方短邊5c的內(nèi)緣成為一體的突起狀的一方基部6a在其一 面上具有凹部15a，第1和第2驅(qū)動(dòng)臂10、 11的基端部10a、 lla與檢測(cè)
8臂12的基端部12a相對(duì)基部6a成為一體。并且，在另一方短邊5d的內(nèi) 緣設(shè)有與其成為一體的另一方基部6b，在基部6b的一面(與凹部15a同 一表面)上形成有凹部15b，第1驅(qū)動(dòng)臂10的另一方基端部10b與基部 6b成為一體。即，兩個(gè)凹部15a和15b在各個(gè)基部6a、 6b的同一表面上 相對(duì)外殼5的長(zhǎng)度方向?qū)ΨQ配置。
另外，縮頸部16a、 16b的斷面形狀優(yōu)選在對(duì)加速度檢測(cè)裝置1施加 應(yīng)力時(shí)容易以縮頸部16a、 16b為支點(diǎn)撓曲的形狀，包括圖示的矩形狀、 半圓狀、雙曲線狀、楔形狀等。
圖2 (a)是形成于輪廓振動(dòng)體的電極的俯視圖，圖2 (b)是各個(gè)部 位的電極剖視圖，示出了在某個(gè)瞬間產(chǎn)生的各個(gè)電極的電荷的符號(hào)。在 第1和第2驅(qū)動(dòng)臂10、 11上分別設(shè)有激勵(lì)電極20(20a 20d) 22(22a 22d)和23 (23a 23d)，第1驅(qū)動(dòng)臂10構(gòu)成為激勵(lì)兩端固定的彎曲振動(dòng)， 第2驅(qū)動(dòng)臂11構(gòu)成為激勵(lì)一端固定的彎曲振動(dòng)。并且，檢測(cè)臂12設(shè)有 電極24 (24a 24d)，其在檢測(cè)臂12產(chǎn)生一端固定的彎曲振動(dòng)時(shí)拾取通 過彎曲振動(dòng)激勵(lì)的電荷。
在第1驅(qū)動(dòng)臂IO上從一方基端部10a朝向另一方基端部10b依次設(shè) 有激勵(lì)電極20 (20a 20d)、 21 (21a 21d)、 22 (22a 22d)，各個(gè)電極 20a 22d通過設(shè)于驅(qū)動(dòng)臂10上的導(dǎo)線電極(布線電極)相連接。導(dǎo)線電 極的連接方法為2端子結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖2(b)的第1驅(qū)動(dòng)臂10示出的電荷 的符號(hào)，連接各個(gè)正(+ )符號(hào)、各個(gè)負(fù)(一)符號(hào)。在對(duì)該2端子施 加交流電壓時(shí)，激勵(lì)兩端固定的彎曲振動(dòng)。
在第2驅(qū)動(dòng)臂11上設(shè)有激勵(lì)電極23 (23a 23d)，各個(gè)電極23a 23d通過設(shè)于驅(qū)動(dòng)臂11上的導(dǎo)線電極相連接。導(dǎo)線電極的連接方法為2 端子結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖2(b)的第2驅(qū)動(dòng)臂11示出的電荷的符號(hào)，連接各個(gè) 正(+ )符號(hào)、各個(gè)負(fù)(一)符號(hào)。在對(duì)該2端子施加交流電壓時(shí)，激 勵(lì)一端固定的彎曲振動(dòng)。
另外，從第1和第2驅(qū)動(dòng)臂10、 11延伸的導(dǎo)線電極連接各個(gè)正(+ ) 符號(hào)、各個(gè)負(fù)(一)符號(hào)，從而與設(shè)于基部6a上的端子電極26a、 26b 連接。并且，在檢測(cè)臂12上設(shè)有電極24 (24a 24d)，各個(gè)電極24a 24d 通過設(shè)于檢測(cè)臂12上的導(dǎo)線電極相連接。導(dǎo)線電極的連接方法為2端子 結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖2 (b)的檢測(cè)臂12示出的電荷的符號(hào)，連接各個(gè)正(+ ) 符號(hào)、各個(gè)負(fù)(一)符號(hào)。設(shè)置電極24a 24d，在檢測(cè)臂12被激勵(lì)一端 固定的彎曲振動(dòng)時(shí)拾取通過彎曲振動(dòng)激勵(lì)的電荷。
下面，說明對(duì)加速度檢測(cè)裝置1施加圖1所示的厚度方向(Z軸方 向)的加速度a的情況。在施加加速度a之前，從第1和第2驅(qū)動(dòng)臂10、 11的激勵(lì)電極延伸的導(dǎo)線電極分別與未圖示的諧振電路連接，并分別以 相同頻率fD諧振(自激)。第1驅(qū)動(dòng)臂10的電極20a 20d和第2驅(qū)動(dòng)臂 11的電極23a 23d被布線成為對(duì)各自的對(duì)應(yīng)電極施加不同符號(hào)的電壓， 所以第1驅(qū)動(dòng)臂10的靠近基部6a的部分的彎曲振動(dòng)與第2驅(qū)動(dòng)臂11的 彎曲振動(dòng)反相。即，第1驅(qū)動(dòng)臂10的靠近基部6a的部分在+X軸方向 振動(dòng)時(shí)，第2驅(qū)動(dòng)臂ll在一X軸方向振動(dòng)。這樣以相同頻率且彼此反相 振動(dòng)，所以因擴(kuò)散到基部6a的振動(dòng)而形成的畸變相對(duì)從檢測(cè)臂12的中 間延伸的中心線對(duì)稱分布，振動(dòng)系統(tǒng)即包括第1和第2驅(qū)動(dòng)臂10、 11、 檢測(cè)臂12、基部6a在內(nèi)的區(qū)域取得振動(dòng)的平衡，所以檢測(cè)臂12不會(huì)被 激勵(lì)振動(dòng)。
當(dāng)在加速度檢測(cè)軸方向(圖1中的+Z軸方向)施加加速度a時(shí)，把 加速度檢測(cè)裝置1的自由端5d作為加重部，外殼5以縮頸部16a、 16b 為支點(diǎn)在一Z軸方向撓曲(彎曲)。在第1驅(qū)動(dòng)臂10的兩端的基部6a、 6b，只在一方表面(圖1中的上表面)上形成凹部15a、 15b，所以在慣 性力借助加速度a作用于一Z軸方向時(shí)，壓縮應(yīng)力作用于凹部15a、 15b 夾持的第1驅(qū)動(dòng)臂10，第1驅(qū)動(dòng)臂10的諧振頻率減小。相反，當(dāng)在一Z 軸方向施加加速度a時(shí)，即慣性力作用于+Z軸方向時(shí)，伸長(zhǎng)應(yīng)力(拉伸 應(yīng)力)作用于凹部15a、 15b夾持的第1驅(qū)動(dòng)臂10，第1驅(qū)動(dòng)臂10的諧 振頻率增大。
另一方面，基于加速度oc的外殼5的撓曲(彎曲)對(duì)第2驅(qū)動(dòng)臂11 不產(chǎn)生影響，所以第2驅(qū)動(dòng)臂11的頻率不變。結(jié)果，基于第1驅(qū)動(dòng)臂10 的振動(dòng)的畸變分布與基于第2驅(qū)動(dòng)臂11的振動(dòng)的畸變分布相對(duì)所述中心線的對(duì)稱性被破壞。即，由于振動(dòng)系統(tǒng)的平衡被破壞，所以畸變也擴(kuò)散
到檢測(cè)臂12，導(dǎo)致激勵(lì)一端固定的彎曲振動(dòng)。該一端固定的彎曲振動(dòng)的 振幅相對(duì)所施加的加速度的大小單調(diào)增加，在檢測(cè)臂12激勵(lì)的電荷與彎 曲振動(dòng)的振幅成比例。因此，可以根據(jù)被電極拾取的電荷量求出所施加 的加速度的大小。
兩個(gè)凹部15a、 15b只設(shè)于基部6a、 6b —方表面上，所以根據(jù)加速 度a的施加方向，施加給凹部15a、 15b夾持的第l驅(qū)動(dòng)臂10的應(yīng)力成為 壓縮應(yīng)力或伸長(zhǎng)(拉伸)應(yīng)力，第1驅(qū)動(dòng)臂10的諧振頻率不同。E口，相 對(duì)施加加速度oc之前的頻率fD，由于施加給第1驅(qū)動(dòng)臂10的伸長(zhǎng)應(yīng)力而 成為fD+Af，由于壓縮應(yīng)力而成為fO—Af。第2驅(qū)動(dòng)臂11的諧振頻率不 因加速度a而變化，基本保持f0。因此，根據(jù)加速度的施加方向，在檢測(cè) 臂12激勵(lì)的振動(dòng)的頻率雖然由檢測(cè)臂12的形狀尺寸確定，但可以根據(jù) 與第1驅(qū)動(dòng)臂10的相位差來檢測(cè)加速度的方向。
圖3是表示第2實(shí)施方式的加速度檢測(cè)裝置2的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要立體圖。 對(duì)與第1實(shí)施例的加速度檢測(cè)裝置1相同的部件標(biāo)注相同標(biāo)號(hào)進(jìn)行說明。
加速度檢測(cè)裝置2具有作為壓電基板的輪廓振動(dòng)體2a、和形成于輪 廓振動(dòng)體2a上的電極2b。輪廓振動(dòng)體2a具有矩形環(huán)狀的外殼5、第1 和第2驅(qū)動(dòng)臂10、 13以及檢測(cè)臂12。矩形環(huán)狀的外殼5由兩個(gè)長(zhǎng)邊(端 邊)5a、 5b和兩個(gè)短邊(端邊)5c、 5d構(gòu)成。
輪廓振動(dòng)體2a具有第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13，其兩端部由矩形環(huán) 狀的外殼5的相對(duì)的兩個(gè)短邊(端邊)5c、 5d支撐著，而且與長(zhǎng)邊5a、 5b方向平行地延伸；和單臂構(gòu)造的檢測(cè)臂12，其基端部12a固定在一方 短邊5c上，而且朝向另一方短邊5d與長(zhǎng)邊5a、 5b平行地延伸。
設(shè)于一方短邊5c的內(nèi)緣的突起狀的基部6a在一方表面(正面?zhèn)? 上具有第1凹部15，a，在另一方表面(背面?zhèn)?上具有第3凹部16a。并 且，在另一方短邊5d的內(nèi)緣與其成為一體的基部6b，在一方表面(正面 側(cè))上具有第2凹部15，b，在另一方表面(背面?zhèn)?上具有第4凹部16b。 第3和第4凹部16a、 16b與第1和第2凹部15'a、 15'b分別呈點(diǎn)對(duì)稱配 置。艮P， 一方基部6a —體地支撐第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13的一方基端 部10a、 13a，同時(shí)一體地支撐檢測(cè)臂12的基端部12a。另一方基部6b 一體地支撐第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13的另一方基端部10a、 13a。
第1和第2凹部15，a、 15'b分別形成于各個(gè)基部6a、 6b的正面?zhèn)壬?相當(dāng)于第1驅(qū)動(dòng)臂10的兩端部的部位，第3和第4凹部16a、 16b分別 形成于各個(gè)基部6a、 6b的背面?zhèn)壬舷喈?dāng)于第3驅(qū)動(dòng)臂13的兩端部的部 位。
并且，在構(gòu)成外殼5的相對(duì)的兩邊5a、 5b的上下表面、即靠近一方 短邊5c的上下表面的相對(duì)的部位具有縮頸部16a、 16b。并且，檢測(cè)臂 12配置在第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13的中間位置。
另外，縮頸部16a、 16b的斷面形狀如果是與加速度檢測(cè)裝置1的縮 頸部相同的矩形狀、半圓狀、雙曲線狀、楔形狀，則容易燒曲。
圖4 (a)是形成于輪廓振動(dòng)體的電極2b的俯視圖，圖4 (b)是各 個(gè)部位的電極剖視圖，示出了在某個(gè)瞬間產(chǎn)生的各個(gè)電極的電荷的符號(hào)。
在輪廓振動(dòng)體2a的第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13上分別沿著長(zhǎng)度方向 依次設(shè)有圖4所示的激勵(lì)電極20(20a 20d) 22(22a 22d)和27(27a 27d) 29 (29a 29d)，并構(gòu)成為在第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13激勵(lì)兩端 固定的彎曲振動(dòng)。并且，檢測(cè)臂12設(shè)有電極24 (24a 24d),其在檢測(cè) 臂12產(chǎn)生一端固定的彎曲振動(dòng)時(shí)拾取通過彎曲振動(dòng)激勵(lì)的電荷。
關(guān)于第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13、檢測(cè)臂12的各個(gè)電極的連接方法 己在圖2中說明，所以省略，但第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13構(gòu)成為彼此反 相振動(dòng)。
說明對(duì)加速度檢測(cè)裝置2施加厚度方向(Z軸方向)的加速度a的情 況。在施加加速度a之前，從第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13的激勵(lì)電極延伸 的導(dǎo)線電極分別與未圖示的諧振電路連接，并分別以相同頻率f0諧振(自 激)。第1驅(qū)動(dòng)臂10的電極20 22和第3驅(qū)動(dòng)臂13的電極27 29被布 線成為對(duì)各自的對(duì)應(yīng)電極施加不同符號(hào)的電壓，所以第1和第3驅(qū)動(dòng)臂 10、 13激勵(lì)彼此反相的彎曲振動(dòng)、即與雙音叉振子相同的振動(dòng)模式。這 樣以相同頻率而且彼此反相振動(dòng)，所以由于第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13的
12振動(dòng)形成的擴(kuò)散到基部6a的畸變相對(duì)從檢測(cè)臂12的中間延伸的中心線 對(duì)稱分布，振動(dòng)系統(tǒng)即包括第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13、檢測(cè)臂12、基部 6a在內(nèi)的區(qū)域取得振動(dòng)的平衡，所以檢測(cè)臂12不會(huì)被激勵(lì)振動(dòng)。
當(dāng)在加速度檢測(cè)裝置2的加速度檢測(cè)軸方向(圖3中的+Z軸方向) 施加加速度cc時(shí)，把自由端5d作為加重部，外殼5以縮頸部16a、 16b為 支點(diǎn)在一Z軸方向彎曲。在兩個(gè)基部6a、 6b的上表面，在第1驅(qū)動(dòng)臂10 的基端部10a、 10b的部位形成有第l和第2凹部15a'、 15b'，所以在慣 性力借助加速度ot作用于一Z軸方向時(shí)，壓縮應(yīng)力作用于第1和第2凹部 15a'、 15b'夾持的第1驅(qū)動(dòng)臂10，第1驅(qū)動(dòng)臂10的諧振頻率減小。相反， 當(dāng)在一Z軸方向施加加速度a時(shí)，即慣性力作用于+Z軸方向時(shí)，伸長(zhǎng)應(yīng) 力(拉伸應(yīng)力)作用于第l和第2凹部15a'、 15b'夾持的第1驅(qū)動(dòng)臂10， 第1驅(qū)動(dòng)臂10的諧振頻率增大。
另一方面，在兩個(gè)基部6a、 6b的背面上，在第3驅(qū)動(dòng)臂13的基端 部13a、 13b的部位形成有第3和第4凹部16a、 16b (未圖示)，所以在 慣性力借助加速度oc作用于一Z軸方向時(shí)，伸長(zhǎng)應(yīng)力(拉伸應(yīng)力)作用于 第3和第4凹部16a、 16b夾持的第3驅(qū)動(dòng)臂13，第3驅(qū)動(dòng)臂13的諧振 頻率增大。相反，當(dāng)在一Z軸方向施加加速度ot時(shí)，即慣性力作用于+Z 軸方向時(shí)，壓縮應(yīng)力作用于第3和第4凹部16a、 16b夾持的第3驅(qū)動(dòng)臂 13，第3驅(qū)動(dòng)臂13的諧振頻率減小。
通過施加加速度oc，第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13的諧振頻率向彼此相 反的方向變化，所以由于第1驅(qū)動(dòng)臂10的振動(dòng)而形成的基部6a上的畸 變分布、與由于第3驅(qū)動(dòng)臂13的振動(dòng)而形成的基部6a上的畸變分布相 對(duì)檢測(cè)臂12的中心線的延長(zhǎng)線的對(duì)稱性被破壞。即，由于振動(dòng)系統(tǒng)的平 衡被破壞，所以畸變也擴(kuò)散到檢測(cè)臂12，導(dǎo)致激勵(lì)一端固定的彎曲振動(dòng)。 該一端固定的彎曲振動(dòng)的振幅相對(duì)所施加的加速度的大小單調(diào)增加，在 檢測(cè)臂12激勵(lì)的電荷與彎曲振動(dòng)的振幅成比例。因此，可以根據(jù)被電極 拾取的電荷量求出所施加的加速度的大小。與第1實(shí)施例的加速度檢測(cè) 裝置1相比，本實(shí)施例的第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13彼此反相振動(dòng)，所以 在施加加速度時(shí)容易破壞振動(dòng)系統(tǒng)的平衡，相應(yīng)地可以改善加速度的檢測(cè)靈敏度。
第1和第2凹部15a，、 15b，設(shè)于基部6a、 6b的正面上且基端部10a、 10b的部位，第3和第4凹部16a、 16b設(shè)于基部6a、 6b的背面上且基端 部13a、 13b的部位，并且呈點(diǎn)對(duì)稱配置。因此，根據(jù)加速度a的施加方 向，第1和第3驅(qū)動(dòng)臂被施加彼此不同的應(yīng)力(壓縮應(yīng)力或伸長(zhǎng)應(yīng)力)， 頻率的偏移彼此不同。結(jié)果，根據(jù)加速度的施加方向，雖然在檢測(cè)臂12 激勵(lì)的振動(dòng)依賴于檢測(cè)臂12的形狀尺寸，但檢測(cè)臂12與驅(qū)動(dòng)臂10、 13 的相位差依賴于加速度方向。即，可以根據(jù)檢測(cè)臂12的電荷量求出加速 度的大小，可以根據(jù)其相位檢測(cè)加速度的方向。
另外，第1和第2實(shí)施例的加速度檢測(cè)裝置1、 2具有外殼5，所以 X、 Y軸方向的變形極小。即，具有相對(duì)于X、 Y軸方向的加速度的靈敏 度(其他軸靈敏度)極小的特征。
以上使用壓電基板說明了加速度檢測(cè)裝置l、 2的結(jié)構(gòu)，但作為壓電 材料還有石英、鉭酸鋰、鈮酸鋰、硅酸鎵鑭等。
并且，第1、第2和第3驅(qū)動(dòng)臂的斷面形狀不限于矩形狀，為了提 高激勵(lì)效率，也可以是在音叉振子中使用的H字形狀。
并且，還可以利用金屬材料、玻璃材料等形成輪廓振動(dòng)體la、 2a， 并粘貼壓電陶瓷材料來形成加速度檢測(cè)裝置。
根據(jù)以上所述的本發(fā)明，在基部6a、 6b設(shè)置第1和第2驅(qū)動(dòng)臂10、 11，而且在其中間位置設(shè)置檢測(cè)臂12， 一同以相同頻率反相激勵(lì)第1和 第2驅(qū)動(dòng)臂，由此在不施加加速度時(shí)檢測(cè)臂不會(huì)被激勵(lì)振動(dòng)，在施加加 速度時(shí)，在檢測(cè)臂產(chǎn)生彎曲振動(dòng)，根據(jù)通過該振動(dòng)激勵(lì)的電荷可以求出 加速度的大小。由于使用外殼5，所以具有加速度的檢測(cè)靈敏度提高、而 且良好地抑制其他軸靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。
并且，第1和第2驅(qū)動(dòng)臂10、 11以及檢測(cè)臂12與基部6a、 6b成為 一體，而且在第1驅(qū)動(dòng)臂的兩個(gè)基端部分別形成有凹部15a、 15b，所以 在對(duì)加速度檢測(cè)裝置施加加速度時(shí)，可以有效地對(duì)第1驅(qū)動(dòng)臂施加壓縮 應(yīng)力或伸長(zhǎng)應(yīng)力(拉伸應(yīng)力)，所以具有提高加速度檢測(cè)裝置的檢測(cè)靈敏 度的效果。并且，第1和第2驅(qū)動(dòng)臂10、 ll彼此反相激勵(lì)，所以在不施加加速 度時(shí)檢測(cè)臂不會(huì)被激勵(lì)振動(dòng)，在施加加速度時(shí)振動(dòng)系統(tǒng)的平衡被破壞， 檢測(cè)臂被激勵(lì)振動(dòng)，可以根據(jù)由此形成的電荷獲得加速度的大小。通過 反相取得平衡，具有可以提高施加加速度時(shí)的檢測(cè)靈敏度的效果。
并且，在外殼5的各個(gè)基部6a、 6b之間雙臂支撐第1和第3驅(qū)動(dòng)臂 10、 13，在一方基部6a上單臂支撐檢測(cè)臂12，在第l驅(qū)動(dòng)臂的各個(gè)基端 部的部位且一方表面上設(shè)置凹部，在第3驅(qū)動(dòng)臂的各個(gè)基端部的部位且 另一方表面上設(shè)置凹部，使這些凹部點(diǎn)對(duì)稱，使第1和第3驅(qū)動(dòng)臂反相 激勵(lì)，所以在不施加加速度時(shí)不會(huì)在檢測(cè)臂產(chǎn)生振動(dòng)，在施加加速度時(shí)， 第1和第3驅(qū)動(dòng)臂的諧振頻率的變化彼此相反，所以具有能夠有效破壞 振動(dòng)系統(tǒng)的平衡的效果。而且，具有可以提高加速度的檢測(cè)靈敏度的優(yōu) 點(diǎn)。
并且，第1和第3驅(qū)動(dòng)臂10、 13的兩端部被雙臂支撐在各個(gè)基部 6a、 6b上，檢測(cè)臂12的基端部被一體地單臂支撐在一方的基部6a上， 在第1驅(qū)動(dòng)臂的兩個(gè)基端部的一方表面上分別形成有凹部，在第3驅(qū)動(dòng) 臂的兩個(gè)基端部的另一方表面上分別形成有凹部，所以在施加加速度時(shí)， 可以對(duì)第1和第3驅(qū)動(dòng)臂施加彼此相反的應(yīng)力，并有效破壞振動(dòng)系統(tǒng)， 具有可以提高加速度檢測(cè)裝置的檢測(cè)靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。
并且，由于第1和第3驅(qū)動(dòng)臂彼此反相激勵(lì)，所以在不施加加速度 時(shí)檢測(cè)臂不會(huì)被激勵(lì)振動(dòng)，在施加加速度時(shí)振動(dòng)系統(tǒng)的平衡被破壞，檢 測(cè)臂被激勵(lì)振動(dòng)，可以利用通過該振動(dòng)激勵(lì)的電荷獲得加速度的大小。 并且，在施加加速度時(shí)，第1和第3驅(qū)動(dòng)臂的頻率變化相反，所以還具 有可以判定加速度的方向的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種加速度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述加速度檢測(cè)裝置具有外殼；第1驅(qū)動(dòng)臂，其兩端部分別通過基部支撐在該外殼的相對(duì)的端邊上；第2驅(qū)動(dòng)臂，其從所述端邊中至少一方端邊的基部朝向另一方端邊延伸；以及檢測(cè)臂，其在所述第1驅(qū)動(dòng)臂和所述第2驅(qū)動(dòng)臂的中間位置，從所述一方端面的基部朝向另一方端邊延伸；所述第1驅(qū)動(dòng)臂和所述第2驅(qū)動(dòng)臂具有用于彎曲振動(dòng)的激勵(lì)電極，所述檢測(cè)臂具有用于提取產(chǎn)生于該檢測(cè)臂的電荷的電極，利用所述第1驅(qū)動(dòng)臂和第2驅(qū)動(dòng)臂構(gòu)成音叉型振子，所述基部中位于所述第1驅(qū)動(dòng)臂的延長(zhǎng)線上的部位的厚度的中心位置與所述第1驅(qū)動(dòng)臂的厚度的中心位置錯(cuò)開。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第2驅(qū)動(dòng)臂的兩端部分別通過基部支撐在所述外殼的相對(duì)的端 邊上，所述基部中位于所述第2驅(qū)動(dòng)臂的延長(zhǎng)線上的部位的厚度的中心 位置與所述第2驅(qū)動(dòng)臂的厚度的中心位置錯(cuò)開，所述第1驅(qū)動(dòng)臂的厚度的中心位置與所述第2驅(qū)動(dòng)臂的厚度的中心 位置錯(cuò)開。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加速度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述 外殼構(gòu)成為具有第1縮頸部和第2縮頸部，該第2縮頸部位于從該第1 縮頸部的位置在與所述第1驅(qū)動(dòng)臂的延長(zhǎng)方向正交的方向跨越該外殼的 開口的位置上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的加速度檢測(cè)裝置，其特 征在于，在所述相對(duì)的兩個(gè)端邊的內(nèi)緣部分別設(shè)有突起狀的所述基部， 所述第1和第3驅(qū)動(dòng)臂的兩端部分別與所述各個(gè)基部成為一體，所述檢 測(cè)臂的基端部與所述一方基部成為一體，在所述基部的一方表面上具有第1和第2凹部，在所述基部的另一 方表面上具有第3和第4凹部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項(xiàng)所述的加速度檢測(cè)裝置，其特征在于，設(shè)于所述第1和第2驅(qū)動(dòng)臂的激勵(lì)電極構(gòu)成為激勵(lì)該第1和第2驅(qū)動(dòng)臂的振動(dòng)模式都是彎曲振動(dòng)，而且相位彼此反相。
全文摘要
本發(fā)明提供一種加速度的檢測(cè)靈敏度高且抑制其他軸靈敏度的加速度檢測(cè)裝置。該加速度檢測(cè)裝置具有矩形環(huán)狀的外殼(5)；第1驅(qū)動(dòng)臂(10)，其兩端部由外殼的相對(duì)的兩個(gè)端邊支撐著；單臂構(gòu)造的第2驅(qū)動(dòng)臂(11)和單臂構(gòu)造的檢測(cè)臂(12)，其基端部由一方端邊固定而朝向另一方端邊延伸；凹部(15a、15b)，其分別形成于兩個(gè)端邊的同一表面上相當(dāng)于第1驅(qū)動(dòng)臂的兩端部的部位；以及縮頸部(16a、16b)，其相對(duì)形成在靠近一方端邊的上下表面上，第1驅(qū)動(dòng)臂設(shè)有激勵(lì)兩端固定的彎曲振動(dòng)的激勵(lì)電極，第2驅(qū)動(dòng)臂設(shè)有激勵(lì)一端固定的彎曲振動(dòng)的激勵(lì)電極，檢測(cè)臂設(shè)有當(dāng)檢測(cè)臂產(chǎn)生一端固定的彎曲振動(dòng)時(shí)拾取通過彎曲振動(dòng)激勵(lì)的電荷的電極。
文檔編號(hào)G01P13/02GK101556291SQ20091012837
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者渡邊潤(rùn) 申請(qǐng)人:愛普生拓優(yōu)科夢(mèng)株式會(huì)社