JP2005241350A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 極めて簡便な構成でありながら、３次元方向の加速度を高精度に検出することができる加速度センサを提供する。
【解決手段】 ３次元方向の加速度を検出する加速度センサである。所定の電圧が印加される複数の電極板ＥＲが内面に形成された筐体１と、表面に金属箔が形成された電極体３とを備え、 電極体３は、ゴム状のシリコン材料等からなる誘電弾性体ＳＧが充填された前記筐体１の内部空間に封入されている。加速度が加わると電極体３が内部空間内で移動し、当該移動に伴う筐体内面の各電極板ＥＲと金属箔の間の距離の変化を、電気容量の変化として検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばゲーム機のコントローラ等の入力装置に用いられ、加速度を検出して入力信号を発生する加速度センサに関する。

従来から、加速度センサとしては、例えば、圧電効果を利用した圧電式のもの、電磁力フィードバック機構を有する電磁サーボ方式のもの、差動トランスを利用した電気式のもの、フォトインタラプタを利用した光式のもの、半導体の微細加工技術を利用した歪みゲージ式や静電容量式のもの等が知られている。

これらの各種方式の加速度センサのうち、静電容量式の加速度センサは、他の方式に比べ、ダイナミックレンジが広く高感度であることから注目されている。かかる静電容量式の加速度センサとしては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
特開平８−１３６５７４号公報 具体的には、特許文献１には、加速度検出素子部を形成したシリコン基板を用いて静電容量を形成させ、加速度を検出する半導体容量式加速度センサが開示されている。この半導体容量式加速度センサは、中央近傍部分を所定のパターンで除去してそれぞれ梁部及びこの梁部より延在する荷重部からなる複数の加速度検出素子部が中央近傍部分に互いに隣接されて形成されたシリコン基板と、このシリコン基板の一面と他面とにそれぞれ重ね合わされて接合されるとともに、複数の加速度検出素子部に対向する局部を除去して当該複数の加速度検出素子部を収納可能な収納溝が形成された一対の絶縁基板と、複数の加速度検出素子部の荷重部にそれぞれ対向し、且つ荷重部の表面からそれぞれ離間されるように一対の絶縁基板におけるそれぞれの収納溝の壁部に設けられた複数の固定電極とを備えるものである。これにより、この半導体容量式加速度センサは、簡素な構成で低加速度から高加速度までの広い範囲で高精度に加速度検出を行うことができるとしている。

ところで、上述した特許文献１をはじめとする従来の加速度センサは、１方向の加速度を検出するものが多い。また、例えば特開２００２−３１６４４号公報に記載されているように、従来から複数方向の加速度を検出する加速度センサも提案されているが、かかる加速度センサは、１つの加速度センサを各軸方向に対応させて複数設置するのが通常であり、回路規模の増大や処理の複雑化を招来していた。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、極めて簡便な構成でありながらも、３次元方向の加速度を高精度に検出することができる加速度センサを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明に係る加速度センサは、３次元方向の加速度を検出する加速度センサであって、所定の電圧が印加される複数の電極板が内面に形成された筐体と、表面に金属箔が形成された電極体とを備え、前記電極体は、誘電弾性体が充填された前記筐体の内部空間に封入されていることを特徴とする。

本発明に係る加速度センサにおいては、筐体内に形成される内部空間において、誘電弾性体により、電極体は当該内部空間の中央部に配置される。そして、本発明に係る加速度センサにおいては、所定方向に加速度が加えられると、電極体が移動し、電極体の表面と筐体の内面との距離が、この初期状態から変化する。

ここで、筐体の内面には電極板が形成され、電極体の表面には金属箔が形成されている。したがって、加速度によって電極体が移動し、電極体の表面と筐体の内面との距離が変化すると、距離に応じて電気容量が変化し、電極板に印加される電圧が変化する。この電圧変化を検出することで、加速度の大きさ、及び方向が検出される。

例えば前記筐体及び前記電極体を略立方体形状とし、前記電極板及び金属箔を６つの面に形成すれば、ｘ，ｙ，ｚの各軸方向の加速度が検出され、３次元加速度センサが実現される。同様に、前記筐体及び前記電極体を球体形状とし、等角度間隔で電極板及び金属箔を形成すれば、任意の方向の加速度を検出し得る３次元加速度センサが実現される。

本発明の加速度センサによれば、極めて簡便な構成でありながらも、３次元方向の加速度を高精度に検出することができる。また、本発明の加速度センサは、製造が容易であり、高価な半導体材料等も必要としないので、高性能な３次元加速度センサを低コストで提供することが可能である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

この実施の形態は、例えばゲーム機のコントローラ等の各種入力装置等に用いられ、操作者の手の動き等、３次元方向の加速度を検出する加速度センサである。この加速度センサは、従来の加速度センサとは全く新規な発想のもとに案出されたものであり、極めて簡便な構成でありながらも、３次元方向の加速度を高精度に検出することができるものである。

具体的には、この加速度センサは、図１に示すように、一面が開放された略立方体状の筐体本体１と、この筐体本体１の開放された面を塞ぐ蓋体２と、筐体本体１及び蓋体２によって形成される内部空間に封入される略立方体状の電極体３とを備える。

筐体本体１は、例えばプラスチック等の任意の材料から構成され、その５つの内面、すなわち、４つの側面及び底面に、所定の金属板からなる電極板ＥＲが形成されて構成される。電極板ＥＲは、別途形成した金属板を貼着形成してもよいし、例えば蒸着やスパッタ等のＰＶＤ技術やメッキ等によって成膜形成してもよい。

蓋体２は、筐体本体１と同様の材料から構成され、筐体本体１の開口を覆うように当該筐体本体１に取り付けられる。蓋体２は、ここでは図示しないが、筐体本体１とともに形成する略立方体状の内部空間面を形成する一方の面に、筐体１の内面に貼着形成された電極板ＥＲと同様の電極板ＥＲが形成されて構成される。すなわち、筐体本体１及び蓋体２から構成される略立方体は、その内部が中空とされ、その６つの内面にそれぞれ電極板ＥＲが貼着形成されたものとされる。

電極体３は、略立方体の各表面に所定の金属箔が形成されて構成され、筐体１の内部空間体積よりも小さい体積からなる。金属箔は、前記筐体本体１及び蓋体２により構成される立方体の６つの内面に対応して、６つの周面に形成してもよいし、電極体３の全面を覆う形で形成してもよい。この金属箔も、別途形成した金属箔を貼着してもよいし、蒸着やスパッタにより成膜形成してもよい。あるいは、電極体３自体を金属により形成することも可能である。

このような加速度センサは、図２に断面を示すように、筐体本体１及び蓋体２によって形成される略立方体状の内部空間に電極体３が封入され、当該蓋体２によって密閉された構造とされる。このとき、筐体本体１及び蓋体２によって形成される内部空間の中央部に例えば位置合わせピン等によって固定された電極体３と筐体本体１及び蓋体２との間に、例えば熱硬化性のゴム状のシリコン材料からなる誘電弾性体ＳＧが充填され、これにより、電極体３は、筐体本体１及び蓋体２によって形成される当該内部空間の中央部に配置される。なお、この状態を初期状態と称する。

さて、このような加速度センサにおいては、所定方向に加速度が加えられると、電極体３は慣性によって、上記加速度方向と逆方向に移動し、電極体３の表面と、筐体本体１及び蓋体２によって形成される略立方体状の内部空間面との距離が、初期状態から変化する。したがって、加速度センサにおいては、初期状態において電極板ＥＲに対して所定の電圧を印加しておくことにより、電極体３の表面と、筐体本体１及び蓋体２によって形成される内部空間面との距離に応じた電気容量が変化し、電極板ＥＲに印加される電圧が変化する。そこで、本発明の加速度センサでは、この電圧変化を検出し、加速度に換算することにより、３次元方向の加速度を検出することができる。なお、加速度センサは、必要に応じて、電極板ＥＲや電極体３の表面に帯電した電荷を除去する手段を設けてもよい。 また、上記加速度が解除されると電極体３は誘電弾性体ＳＧによって、筐体本体１及び蓋体２によって形成される当該内部空間の中央部に移動し、初期状態に復帰する。

このように、本発明の実施の形態として示す加速度センサは、電極板ＥＲが形成された筐体本体１及び蓋体２によって形成される略立方体の内部に電極体３を封入し、電極体３の表面と、筐体本体１及び蓋体２によって形成される内部空間面との距離に応じた電圧を検出することにより、極めて簡便な構成でありながら、３次元方向の加速度を高精度に検出することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、筐体本体１及び電極体３が略立方体状であるものとして説明したが、本発明は、このような形状以外の任意の形状であっても適用することができる。

特に、加速度センサとしては、図３に示すように、筐体を球体形状とするとともに、電極体３を球体（完全体）とし、筐体の等角度間隔の２以上の経線上に、それぞれ電極板ＥＲを等角度間隔で複数形成すれば、極めて高精度に３次元方向の加速度を検出することが可能となる。

このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の形態として示す加速度センサの構成を示す分解斜視図である。 図１に示す加速度センサの縦断面図である。 球体形状の加速度センサの横断面図である。

符号の説明

１ 筐体本体、２ 蓋体、３ 電極体、ＥＲ 電極板、ＳＧ 誘電弾性体

Claims (5)

1. ３次元方向の加速度を検出する加速度センサであって、
   所定の電圧が印加される複数の電極板が内面に形成された筐体と、
   表面に金属箔が形成された電極体とを備え、
   前記電極体は、誘電弾性体が充填された前記筐体の内部空間に封入されていることを特徴とする加速度センサ。
2. 加速度が加わると前記電極体が前記内部空間内で移動し、当該移動に伴う前記筐体内面の各電極板と前記金属箔の間の距離の変化を、電気容量の変化として検出することを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
3. 前記筐体及び前記電極体は、略立方体形状とされ、
   前記電極板が前記筐体の６つの面に形成されるとともに、前記金属箔がこれに対応して前記電極体の６つの面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
4. 前記筐体は、一面が開放された筐体本体と、この開放された面を覆う蓋体とから構成されることを特徴とする請求項３記載の加速度センサ。
5. 前記筐体及び電極体が、いずれも球体形状とされていることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
   

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