JP2999291B2 - 多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置 - Google Patents
多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置Info
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
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- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は力・加速度・磁気の検出
装置、特に三次元の各成分ごとに検出値を得ることがで
きる検出装置に関する。
装置、特に三次元の各成分ごとに検出値を得ることがで
きる検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車産業や機械産業などでは、力、加
速度、磁気といった物理量を正確に検出できる検出装置
の需要が高まっている。特に、三次元の各成分ごとにこ
れらの物理量を検出しうる小型の装置が望まれている。
速度、磁気といった物理量を正確に検出できる検出装置
の需要が高まっている。特に、三次元の各成分ごとにこ
れらの物理量を検出しうる小型の装置が望まれている。
【０００３】このような需要に応えるため、シリコンな
どの半導体基板にゲージ抵抗を形成し、外部から加わる
力に基づいて基板に生じる機械的な歪みを、ピエゾ抵抗
効果を利用して電気信号に変換する力・加速度・磁気の
検出装置が提案されている。ただ、このようなゲージ抵
抗を用いた検出装置は、製造コストが高く、温度補償が
必要であるという問題がある。そこで、特願平２−２７
４２９９号明細書において、静電容量の変化を利用した
新規な検出装置が提案されている。この新規な検出装置
では、固定基板上に形成された固定電極と、力の作用に
より変位を生じる変位電極と、によって容量素子が構成
され、この容量素子の静電容量の変化に基づいて、作用
した力の三次元成分のそれぞれが検出できる。また、特
願平２−４１６１８８号明細書には、この新規な検出装
置の製造方法が開示され、特許協力条約に基づく国際出
願に係るＰＣＴ／ＪＰ９１／００４２８号明細書には、
この新規な検出装置の検査方法が開示されている。
どの半導体基板にゲージ抵抗を形成し、外部から加わる
力に基づいて基板に生じる機械的な歪みを、ピエゾ抵抗
効果を利用して電気信号に変換する力・加速度・磁気の
検出装置が提案されている。ただ、このようなゲージ抵
抗を用いた検出装置は、製造コストが高く、温度補償が
必要であるという問題がある。そこで、特願平２−２７
４２９９号明細書において、静電容量の変化を利用した
新規な検出装置が提案されている。この新規な検出装置
では、固定基板上に形成された固定電極と、力の作用に
より変位を生じる変位電極と、によって容量素子が構成
され、この容量素子の静電容量の変化に基づいて、作用
した力の三次元成分のそれぞれが検出できる。また、特
願平２−４１６１８８号明細書には、この新規な検出装
置の製造方法が開示され、特許協力条約に基づく国際出
願に係るＰＣＴ／ＪＰ９１／００４２８号明細書には、
この新規な検出装置の検査方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た静電容量の変化を利用した新規な力・加速度・磁気の
検出装置には、三次元の各軸方向に関する検出感度にば
らつきが生じるという問題がある。より具体的には、固
定基板および変位基板の基板面に平行なＸＹ平面をもつ
三次元座標系を定義し、固定基板上に形成された固定電
極と、変位基板上に形成された変位電極と、によって構
成される容量素子の静電容量の変化に基づいて、作用し
た力のＸＹＺ各軸方向成分を検出すると、Ｘ軸方向の検
出感度とＹ軸方向の検出感度とは同じになるが、これら
とＺ軸方向の検出感度との間には相違が生じる。このよ
うに、検出感度に差が生じると、電気信号として取り出
した各軸方向成分の検出値に対して、感度補正を行う必
要がある。したがって、検出信号を処理する電気回路が
複雑になるという弊害が生じる。
た静電容量の変化を利用した新規な力・加速度・磁気の
検出装置には、三次元の各軸方向に関する検出感度にば
らつきが生じるという問題がある。より具体的には、固
定基板および変位基板の基板面に平行なＸＹ平面をもつ
三次元座標系を定義し、固定基板上に形成された固定電
極と、変位基板上に形成された変位電極と、によって構
成される容量素子の静電容量の変化に基づいて、作用し
た力のＸＹＺ各軸方向成分を検出すると、Ｘ軸方向の検
出感度とＹ軸方向の検出感度とは同じになるが、これら
とＺ軸方向の検出感度との間には相違が生じる。このよ
うに、検出感度に差が生じると、電気信号として取り出
した各軸方向成分の検出値に対して、感度補正を行う必
要がある。したがって、検出信号を処理する電気回路が
複雑になるという弊害が生じる。
【０００５】そこで本発明は、三次元の各軸方向に関す
る検出感度を所望の値に調整した多次元方向に関する力
・加速度・磁気の検出装置を提供することを目的とす
る。
る検出感度を所望の値に調整した多次元方向に関する力
・加速度・磁気の検出装置を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】(1) 本願第１の発明
は、ＸＹＺ三次元座標系における力の少なくとも二軸方
向成分を検出する装置において、 ほぼＸＹ平面に沿って
延びる固定面を有する固定基板と、 この固定面に対向
し、ほぼＸＹ平面に沿って延びる変位面を有する変位基
板と、 を設け、 固定面上に形成された固定電極と、変位
面上に形成された変位電極と、を対向させてなる電極対
を、少なくとも２対構成し、 変位基板を変位させうる所
定の作用点に、Ｘ軸方向の力が加わったときには、２対
の電極対のうちの第１の電極対についての電極間距離の
変化に基づいて、加わったＸ軸方向の力を検出できるよ
うに構成し、 作用点に、Ｚ軸方向の力が加わったときに
は、２対の電極対のうちの第２の電極対についての電極
間距離の変化に基づいて、加わったＺ軸方向の力を検出
できるように構成し、 かつ、第２の電極対における平均
電極間距離を、第１の電極対における平均電極間距離と
異ならせるようにしたものである。
は、ＸＹＺ三次元座標系における力の少なくとも二軸方
向成分を検出する装置において、 ほぼＸＹ平面に沿って
延びる固定面を有する固定基板と、 この固定面に対向
し、ほぼＸＹ平面に沿って延びる変位面を有する変位基
板と、 を設け、 固定面上に形成された固定電極と、変位
面上に形成された変位電極と、を対向させてなる電極対
を、少なくとも２対構成し、 変位基板を変位させうる所
定の作用点に、Ｘ軸方向の力が加わったときには、２対
の電極対のうちの第１の電極対についての電極間距離の
変化に基づいて、加わったＸ軸方向の力を検出できるよ
うに構成し、 作用点に、Ｚ軸方向の力が加わったときに
は、２対の電極対のうちの第２の電極対についての電極
間距離の変化に基づいて、加わったＺ軸方向の力を検出
できるように構成し、 かつ、第２の電極対における平均
電極間距離を、第１の電極対における平均電極間距離と
異ならせるようにしたものである。
【０００７】(2) 本願第２の発明は、上述の第１の発
明に係る検出装置において、 第１の電極対を構成する電
極の形成面を、第２の電極対を構成する電極の形成面に
対して傾斜させることにより、平均電極間距離を異なら
せるようにしたものである。 (3) 本願第３の発明は、上述の第１の発明に係る検出
装置において、 第１の電極対を構成する電極の形成面
を、第２の電極対を構成する電極の形成面に対して段差
をもたせることにより、平均電極間距離を異ならせるよ
うにしたものである。
明に係る検出装置において、 第１の電極対を構成する電
極の形成面を、第２の電極対を構成する電極の形成面に
対して傾斜させることにより、平均電極間距離を異なら
せるようにしたものである。 (3) 本願第３の発明は、上述の第１の発明に係る検出
装置において、 第１の電極対を構成する電極の形成面
を、第２の電極対を構成する電極の形成面に対して段差
をもたせることにより、平均電極間距離を異ならせるよ
うにしたものである。
【０００８】(4) 本願第４の発明は、ＸＹＺ三次元座
標系における力の各軸方向成分を検出する装置におい
て、 ほぼＸＹ平面に沿って延びる固定面を有する固定基
板と、 この固定面に対向し、ほぼＸＹ平面に沿って延び
る変位面を有する変位基板と、を設け、 固定面上に形成
された固定電極と、変位面上に形成された変位電極と、
を対向させてなる電極対を、少なくとも３対構成し、 変
位基板を変位させうる所定の作用点に、Ｘ軸方向の力が
加わったときには、３対の電極対のうちの第１の電極対
についての電極間距離の変化に基づいて、加わったＸ軸
方向の力を検出できるように構成し、 作用点に、Ｙ軸方
向の力が加わったときには、３対の電極対のうちの第２
の電極対についての電極間距離の変化に基づいて、加わ
ったＹ軸方向の力を検出できるように構成し、 作用点
に、Ｚ軸方向の力が加わったときには、３対の電極対の
うちの第３の電極対についての電極間距離の変化に基づ
いて、加わったＺ軸方向の力を検出できるように構成
し、 かつ、第３の電極対における平均電極間距離を、第
１の電極対あるいは第２の電極対における平均電極間距
離と異ならせるようにしたものである。
標系における力の各軸方向成分を検出する装置におい
て、 ほぼＸＹ平面に沿って延びる固定面を有する固定基
板と、 この固定面に対向し、ほぼＸＹ平面に沿って延び
る変位面を有する変位基板と、を設け、 固定面上に形成
された固定電極と、変位面上に形成された変位電極と、
を対向させてなる電極対を、少なくとも３対構成し、 変
位基板を変位させうる所定の作用点に、Ｘ軸方向の力が
加わったときには、３対の電極対のうちの第１の電極対
についての電極間距離の変化に基づいて、加わったＸ軸
方向の力を検出できるように構成し、 作用点に、Ｙ軸方
向の力が加わったときには、３対の電極対のうちの第２
の電極対についての電極間距離の変化に基づいて、加わ
ったＹ軸方向の力を検出できるように構成し、 作用点
に、Ｚ軸方向の力が加わったときには、３対の電極対の
うちの第３の電極対についての電極間距離の変化に基づ
いて、加わったＺ軸方向の力を検出できるように構成
し、 かつ、第３の電極対における平均電極間距離を、第
１の電極対あるいは第２の電極対における平均電極間距
離と異ならせるようにしたものである。
【０００９】(5) 本願第５の発明は、上述の第４の発
明に係る検出装置において、 第１の電極対を構成する電
極および第２の電極対を構成する電極の形成面を、第３
の電極対を構成する電極の形成面に対して傾斜させるこ
とにより、平均電極間距離を異ならせるようにしたもの
である。 (6) 本願第６の発明は、上述の第４の発明に係る検出
装置において、 第１の電極対を構成する電極および第２
の電極対を構成する電極の形成面を、第３の電極対を構
成する電極の形成面に対して段差をもたせることによ
り、平均電極間距離を異ならせるようにしたものであ
る。
明に係る検出装置において、 第１の電極対を構成する電
極および第２の電極対を構成する電極の形成面を、第３
の電極対を構成する電極の形成面に対して傾斜させるこ
とにより、平均電極間距離を異ならせるようにしたもの
である。 (6) 本願第６の発明は、上述の第４の発明に係る検出
装置において、 第１の電極対を構成する電極および第２
の電極対を構成する電極の形成面を、第３の電極対を構
成する電極の形成面に対して段差をもたせることによ
り、平均電極間距離を異ならせるようにしたものであ
る。
【００１０】(7) 本願第７の発明は、上述の第１〜６
の発明に係る検出装置において、 装置筐体に固定される
固定部と、外部からの力が伝達される作用部と、固定部
と作用部との間に形成され可撓性をもった可撓部と、を
有する可撓基板と、 外部からの力を受け、この力を可撓
基板の作用部に伝達する作用体と、 を設け、作用部に生
じる変位に基づいて、変位基板を変位させるように構成
したものである。
の発明に係る検出装置において、 装置筐体に固定される
固定部と、外部からの力が伝達される作用部と、固定部
と作用部との間に形成され可撓性をもった可撓部と、を
有する可撓基板と、 外部からの力を受け、この力を可撓
基板の作用部に伝達する作用体と、 を設け、作用部に生
じる変位に基づいて、変位基板を変位させるように構成
したものである。
【００１１】(8) 本願第８の発明は、上述の第１〜７
の発明に係る検出装置において、 加速度に起因して発生
する力により変位基板を変位させ、加速度の検出を行い
得るようにしたものである。 (9) 本願第９の発明は、上述の第１〜７の発明 に係る
検出装置において、磁気に起因して発生する力により変
位基板を変位させ、磁気の検出を行い得るようにしたも
のである。
の発明に係る検出装置において、 加速度に起因して発生
する力により変位基板を変位させ、加速度の検出を行い
得るようにしたものである。 (9) 本願第９の発明は、上述の第１〜７の発明 に係る
検出装置において、磁気に起因して発生する力により変
位基板を変位させ、磁気の検出を行い得るようにしたも
のである。
【００１２】
【作 用】本発明によれば、Ｘ軸方向の力を検出する電
極対およびＹ軸方向の力を検出する電極対の平均電極間
距離と、Ｚ軸方向の力を検出する電極対の平均電極間距
離と、が異なるように各電極が形成される。この発明で
は、電極間距離の変化Δｄを、静電容量の変化ΔＣとし
て検出することになるが、電極対の平均電極間距離が異
なると、同じΔｄに対して得られるΔＣの値が異なる。
したがって、平均電極間距離を調整することにより、感
度の調整を行うことができる。
極対およびＹ軸方向の力を検出する電極対の平均電極間
距離と、Ｚ軸方向の力を検出する電極対の平均電極間距
離と、が異なるように各電極が形成される。この発明で
は、電極間距離の変化Δｄを、静電容量の変化ΔＣとし
て検出することになるが、電極対の平均電極間距離が異
なると、同じΔｄに対して得られるΔＣの値が異なる。
したがって、平均電極間距離を調整することにより、感
度の調整を行うことができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて説
明する。はじめに、本発明の適用対象となる検出装置の
基本構造およびその基本原理について簡単に述べてお
く。図１は、本発明の適用対象となる加速度検出装置の
基本構造を示す側断面図である。この検出装置の主たる
構成要素は、固定基板１０、可撓基板２０、作用体３
０、そして装置筐体４０である。図２に、固定基板１０
の下面図を示す。図２の固定基板１０をＸ軸に沿って切
断した断面が図１に示されている。固定基板１０は、図
示のとおり円盤状の基板であり、周囲は装置筐体４０に
固定されている。この下面には、扇状の固定電極１１〜
１４および円盤状の固定電極１５が図のように形成され
ている。一方、図３に可撓基板２０の上面図を示す。図
３の可撓基板２０をＸ軸に沿って切断した断面が図１に
示されている。可撓基板２０も、図示のとおり円盤状の
基板であり、周囲は装置筐体４０に固定されている。こ
の上面には、扇状の変位電極２１〜２４および円盤状の
変位電極２５が図のように形成されている。作用体３０
は、その上面が図３に破線で示されているように、円柱
状をしており、可撓基板２０の下面に、同軸接合されて
いる。装置筐体４０は、円筒状をしており、固定基板１
０および可撓基板２０の周囲を固着支持している。
明する。はじめに、本発明の適用対象となる検出装置の
基本構造およびその基本原理について簡単に述べてお
く。図１は、本発明の適用対象となる加速度検出装置の
基本構造を示す側断面図である。この検出装置の主たる
構成要素は、固定基板１０、可撓基板２０、作用体３
０、そして装置筐体４０である。図２に、固定基板１０
の下面図を示す。図２の固定基板１０をＸ軸に沿って切
断した断面が図１に示されている。固定基板１０は、図
示のとおり円盤状の基板であり、周囲は装置筐体４０に
固定されている。この下面には、扇状の固定電極１１〜
１４および円盤状の固定電極１５が図のように形成され
ている。一方、図３に可撓基板２０の上面図を示す。図
３の可撓基板２０をＸ軸に沿って切断した断面が図１に
示されている。可撓基板２０も、図示のとおり円盤状の
基板であり、周囲は装置筐体４０に固定されている。こ
の上面には、扇状の変位電極２１〜２４および円盤状の
変位電極２５が図のように形成されている。作用体３０
は、その上面が図３に破線で示されているように、円柱
状をしており、可撓基板２０の下面に、同軸接合されて
いる。装置筐体４０は、円筒状をしており、固定基板１
０および可撓基板２０の周囲を固着支持している。
【００１４】固定基板１０および可撓基板２０は、互い
に平行な位置に所定間隔をおいて配設されている。いず
れも円盤状の基板であるが、固定基板１０は剛性が高く
撓みを生じにくい基板であるのに対し、可撓基板２０は
可撓性をもち、力が加わると撓みを生じる基板となって
いる。図１に示す例では、固定基板１０は厚みを厚くす
ることにより剛性を高めており、可撓基板２０は厚みを
薄くすることにより可撓性をもたせているが、材質を変
えることにより、剛性および可撓性をもたせるようにし
てもかまわない。あるいは、基板に溝を形成したり、貫
通孔を形成したりして可撓性をもたせることもできる。
固定基板１０、可撓基板２０、作用体３０は、本来の機
能を果たすことができるのであれば、どのような材質で
構成してもよい。たとえば、半導体やガラスなどで構成
することもできるし、金属で構成することもできる。た
だし、固定基板１０および可撓基板２０を金属で構成し
た場合は、各電極が短絡しないように、電極との間に絶
縁層を形成するなどの方法を講じる必要がある。また、
各電極層も導電性をもったものであれば、どのような材
質で構成してもよい。なお、固定基板１０、可撓基板２
０、作用体３０を半導体基板あるいはガラス基板で構成
した場合、これらの形状は円盤状でなく四角形の板状に
するのが、組み立てを容易にする上で好ましい。
に平行な位置に所定間隔をおいて配設されている。いず
れも円盤状の基板であるが、固定基板１０は剛性が高く
撓みを生じにくい基板であるのに対し、可撓基板２０は
可撓性をもち、力が加わると撓みを生じる基板となって
いる。図１に示す例では、固定基板１０は厚みを厚くす
ることにより剛性を高めており、可撓基板２０は厚みを
薄くすることにより可撓性をもたせているが、材質を変
えることにより、剛性および可撓性をもたせるようにし
てもかまわない。あるいは、基板に溝を形成したり、貫
通孔を形成したりして可撓性をもたせることもできる。
固定基板１０、可撓基板２０、作用体３０は、本来の機
能を果たすことができるのであれば、どのような材質で
構成してもよい。たとえば、半導体やガラスなどで構成
することもできるし、金属で構成することもできる。た
だし、固定基板１０および可撓基板２０を金属で構成し
た場合は、各電極が短絡しないように、電極との間に絶
縁層を形成するなどの方法を講じる必要がある。また、
各電極層も導電性をもったものであれば、どのような材
質で構成してもよい。なお、固定基板１０、可撓基板２
０、作用体３０を半導体基板あるいはガラス基板で構成
した場合、これらの形状は円盤状でなく四角形の板状に
するのが、組み立てを容易にする上で好ましい。
【００１５】いま、図１に示すように、作用体３０の重
心に作用点Ｐを定義し、この作用点Ｐを原点とするＸＹ
Ｚ三次元座標系を図のように定義する。すなわち、図１
の右方向にＸ軸、上方向にＺ軸、紙面に対して垂直に紙
面裏側へ向かう方向にＹ軸、をそれぞれ定義する。可撓
基板２０のうち、作用体３０が接合された中心部を作用
部、装置筐体４０によって固着された周囲部を固定部、
これらの間の部分を可撓部、と呼ぶことにすれば、作用
体３０に加速度が作用すると、可撓部に撓みが生じ、作
用部が固定部に対して変位を生じることになる。ここ
で、この検出装置全体をたとえば自動車に搭載したとす
ると、自動車の走行に基づき作用体３０に加速度が加わ
ることになる。この加速度により、作用点Ｐに外力が作
用する。作用点Ｐに力が作用していない状態では、図１
に示すように、固定電極１１〜１５と変位電極２１〜２
５とは所定間隔をおいて平行な状態を保っている。い
ま、固定電極１１〜１５と、このそれぞれに対向する変
位電極２１〜２５との組み合わせを、それぞれ容量素子
Ｃ１〜Ｃ５と呼ぶことにする。ここで、たとえば、作用
点ＰにＸ軸方向の力Ｆｘが作用すると、この力Ｆｘは可
撓基板２０に対してモーメント力を生じさせ、図４に示
すように、可撓基板２０に撓みが生じることになる。こ
の撓みにより、変位電極２１と固定電極１１との間隔は
大きくなるが、変位電極２３と固定電極１３との間隔は
小さくなる。作用点Ｐに作用した力が逆向きの−Ｆｘで
あったとすると、これと逆の関係の撓みが生じることに
なる。このように力Ｆｘまたは−Ｆｘが作用したとき、
容量素子Ｃ１およびＣ３の静電容量に変化が表れること
になり、これを検出することにより力Ｆｘまたは−Ｆｘ
を検出することができる。このとき、変位電極２２，２
４，２５のそれぞれと固定電極１２，１４，１５のそれ
ぞれの間隔は、部分的に大きくなったり小さくなったり
するが、全体としては変化しないと考えてよい。一方、
Ｙ方向の力Ｆｙまたは−Ｆｙが作用した場合は、変位電
極２２と固定電極１２との間隔、および変位電極２４と
固定電極１４との間隔、についてのみ同様の変化が生じ
る。また、Ｚ軸方向の力Ｆｚが作用した場合は、図５に
示すように、変位電極２５と固定電極１５との間隔が小
さくなり、逆向きの力−Ｆｚが作用した場合は、この間
隔は大きくなる。このとき、変位電極２１〜２４と固定
電極１１〜１４との間隔も、小さくあるいは大きくなる
が、変位電極２５と固定電極１５との間隔の変化が最も
顕著である。そこで、この容量素子Ｃ５の静電容量の変
化を検出することにより力Ｆｚまたは−Ｆｚを検出する
ことができる。
心に作用点Ｐを定義し、この作用点Ｐを原点とするＸＹ
Ｚ三次元座標系を図のように定義する。すなわち、図１
の右方向にＸ軸、上方向にＺ軸、紙面に対して垂直に紙
面裏側へ向かう方向にＹ軸、をそれぞれ定義する。可撓
基板２０のうち、作用体３０が接合された中心部を作用
部、装置筐体４０によって固着された周囲部を固定部、
これらの間の部分を可撓部、と呼ぶことにすれば、作用
体３０に加速度が作用すると、可撓部に撓みが生じ、作
用部が固定部に対して変位を生じることになる。ここ
で、この検出装置全体をたとえば自動車に搭載したとす
ると、自動車の走行に基づき作用体３０に加速度が加わ
ることになる。この加速度により、作用点Ｐに外力が作
用する。作用点Ｐに力が作用していない状態では、図１
に示すように、固定電極１１〜１５と変位電極２１〜２
５とは所定間隔をおいて平行な状態を保っている。い
ま、固定電極１１〜１５と、このそれぞれに対向する変
位電極２１〜２５との組み合わせを、それぞれ容量素子
Ｃ１〜Ｃ５と呼ぶことにする。ここで、たとえば、作用
点ＰにＸ軸方向の力Ｆｘが作用すると、この力Ｆｘは可
撓基板２０に対してモーメント力を生じさせ、図４に示
すように、可撓基板２０に撓みが生じることになる。こ
の撓みにより、変位電極２１と固定電極１１との間隔は
大きくなるが、変位電極２３と固定電極１３との間隔は
小さくなる。作用点Ｐに作用した力が逆向きの−Ｆｘで
あったとすると、これと逆の関係の撓みが生じることに
なる。このように力Ｆｘまたは−Ｆｘが作用したとき、
容量素子Ｃ１およびＣ３の静電容量に変化が表れること
になり、これを検出することにより力Ｆｘまたは−Ｆｘ
を検出することができる。このとき、変位電極２２，２
４，２５のそれぞれと固定電極１２，１４，１５のそれ
ぞれの間隔は、部分的に大きくなったり小さくなったり
するが、全体としては変化しないと考えてよい。一方、
Ｙ方向の力Ｆｙまたは−Ｆｙが作用した場合は、変位電
極２２と固定電極１２との間隔、および変位電極２４と
固定電極１４との間隔、についてのみ同様の変化が生じ
る。また、Ｚ軸方向の力Ｆｚが作用した場合は、図５に
示すように、変位電極２５と固定電極１５との間隔が小
さくなり、逆向きの力−Ｆｚが作用した場合は、この間
隔は大きくなる。このとき、変位電極２１〜２４と固定
電極１１〜１４との間隔も、小さくあるいは大きくなる
が、変位電極２５と固定電極１５との間隔の変化が最も
顕著である。そこで、この容量素子Ｃ５の静電容量の変
化を検出することにより力Ｆｚまたは−Ｆｚを検出する
ことができる。
【００１６】一般に、容量素子の静電容量Ｃは、電極面
積をＳ、電極間隔をｄ、誘電率をεとすると、Ｃ＝εＳ
／ｄで定まる。したがって、対向する電極間隔が接近す
ると静電容量Ｃは大きくなり、遠ざかると静電容量Ｃは
小さくなる。本検出装置は、この原理を利用し、各電極
間の静電容量の変化を測定し、この測定値に基づいて作
用点Ｐに作用した外力、別言すれば作用した加速度を検
出するものである。すなわち、Ｘ軸方向の加速度は容量
素子Ｃ１，Ｃ３の間の容量変化に基づき、Ｙ軸方向の加
速度は容量素子Ｃ２，Ｃ４の容量変化に基づき、Ｚ軸方
向の加速度は容量素子Ｃ５の容量変化に基づき、それぞ
れ検出が行われる。
積をＳ、電極間隔をｄ、誘電率をεとすると、Ｃ＝εＳ
／ｄで定まる。したがって、対向する電極間隔が接近す
ると静電容量Ｃは大きくなり、遠ざかると静電容量Ｃは
小さくなる。本検出装置は、この原理を利用し、各電極
間の静電容量の変化を測定し、この測定値に基づいて作
用点Ｐに作用した外力、別言すれば作用した加速度を検
出するものである。すなわち、Ｘ軸方向の加速度は容量
素子Ｃ１，Ｃ３の間の容量変化に基づき、Ｙ軸方向の加
速度は容量素子Ｃ２，Ｃ４の容量変化に基づき、Ｚ軸方
向の加速度は容量素子Ｃ５の容量変化に基づき、それぞ
れ検出が行われる。
【００１７】実際には、図６に示すような検出回路によ
り、各軸方向の加速度成分が検出される。すなわち、容
量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量値を、それぞれＣＶ変換回
路５１〜５５によって電圧値Ｖ１〜Ｖ５に変換する。そ
して、Ｘ軸方向の加速度は、減算器６１によって（Ｖ１
−Ｖ３）なる演算を行った差電圧として端子Ｔｘに得ら
れ、Ｙ軸方向の加速度は、減算器６２によって（Ｖ２−
Ｖ４）なる演算を行った差電圧として端子Ｔｙに得ら
れ、Ｚ軸方向の加速度は、そのまま電圧Ｖ５として端子
Ｔｚに得られる。
り、各軸方向の加速度成分が検出される。すなわち、容
量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量値を、それぞれＣＶ変換回
路５１〜５５によって電圧値Ｖ１〜Ｖ５に変換する。そ
して、Ｘ軸方向の加速度は、減算器６１によって（Ｖ１
−Ｖ３）なる演算を行った差電圧として端子Ｔｘに得ら
れ、Ｙ軸方向の加速度は、減算器６２によって（Ｖ２−
Ｖ４）なる演算を行った差電圧として端子Ｔｙに得ら
れ、Ｚ軸方向の加速度は、そのまま電圧Ｖ５として端子
Ｔｚに得られる。
【００１８】以上がこの加速度検出装置の基本構造およ
びその動作原理であるが、より実用的な構造の断面を図
７に示す。この図７に示す装置では、装置筐体４０に固
定された固定基板１０に、固定電極１１〜１５が形成さ
れている点は前述の基本的な装置と同様であるが、変位
電極２１〜２５の形成位置が若干異なる。すなわち、可
撓基板２０の上面中心部（作用部）に円柱状の接合部材
７０の底面が固着されており、この接合部材７０の上面
には円盤状の変位基板８０の中心部が固着されている。
そして、変位電極２１〜２５は、この変位基板８０の上
面に形成されている。この変位電極２１〜２５の配置
は、図３に示すものと同じである。この図７に示す構造
は、図１に示した基本構造に比べ、より高感度の動作が
期待できる。すなわち、図１に示す構造では、作用体３
０に作用した力に基づく変位は、可撓基板２０の外周部
分（固定部）にまでは十分に伝達されない。この外周部
分は装置筐体４０に固定されているため、大きく変位す
ることができないためである。したがって、変位電極２
１〜２４の外周部分には効率良く変位が生じない。これ
に対して、図７に示す構造によれば、変位基板８０は、
その中心部において接合部材７０によって可撓基板２０
の中心部（作用部）に接合されているだけであり、装置
筐体４０による変位の制限は何ら受けることがない。し
たがって、変位電極２１〜２５には効率良く変位が生じ
ることになる。
びその動作原理であるが、より実用的な構造の断面を図
７に示す。この図７に示す装置では、装置筐体４０に固
定された固定基板１０に、固定電極１１〜１５が形成さ
れている点は前述の基本的な装置と同様であるが、変位
電極２１〜２５の形成位置が若干異なる。すなわち、可
撓基板２０の上面中心部（作用部）に円柱状の接合部材
７０の底面が固着されており、この接合部材７０の上面
には円盤状の変位基板８０の中心部が固着されている。
そして、変位電極２１〜２５は、この変位基板８０の上
面に形成されている。この変位電極２１〜２５の配置
は、図３に示すものと同じである。この図７に示す構造
は、図１に示した基本構造に比べ、より高感度の動作が
期待できる。すなわち、図１に示す構造では、作用体３
０に作用した力に基づく変位は、可撓基板２０の外周部
分（固定部）にまでは十分に伝達されない。この外周部
分は装置筐体４０に固定されているため、大きく変位す
ることができないためである。したがって、変位電極２
１〜２４の外周部分には効率良く変位が生じない。これ
に対して、図７に示す構造によれば、変位基板８０は、
その中心部において接合部材７０によって可撓基板２０
の中心部（作用部）に接合されているだけであり、装置
筐体４０による変位の制限は何ら受けることがない。し
たがって、変位電極２１〜２５には効率良く変位が生じ
ることになる。
【００１９】さて、ここで本願発明の主題に触れること
にする。図７に示す実用的な構造の加速度検出装置にお
いて、Ｘ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度、そしてＺ
軸方向の加速度、についての検出感度を考えてみる。各
電極が図２および図３に示すように配置されていること
を考慮すれば、Ｘ軸方向の検出感度とＹ軸方向の検出感
度とは同じになることが理解できよう。Ｘ軸とＹ軸とは
同一平面内で直交する軸であり、検出に関する幾何学的
な条件は全く同じである。すなわち、電極対１１，２１
と、電極対１３，２３とにおける静電容量の変化に基づ
いてＸ軸方向の加速度検出がなされるのに対して、電極
対１２，２２と、電極対１４，２４とにおける静電容量
の変化に基づいてＹ軸方向の加速度検出がなされるだけ
であり、理論的には両者の検出感度は全く等しくなる。
これに対して、Ｚ軸方向の加速度検出は、電極対１５，
２５における静電容量の変化に基づいてなされるもので
あり、Ｘ軸あるいはＹ軸方向の加速度検出とは幾何学的
な条件が異なってくる。そのため、一般に、Ｚ軸方向の
検出感度は、Ｘ軸あるいはＹ軸方向の検出感度に比べて
感度が低下する。このように、三次元の各軸方向につい
ての検出感度にばらつきが生じると、感度補正のための
処理回路が必要になるため好ましくない。本発明は、こ
のような各軸方向についての検出感度を調整するために
有用な技術を提示するものである。
にする。図７に示す実用的な構造の加速度検出装置にお
いて、Ｘ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度、そしてＺ
軸方向の加速度、についての検出感度を考えてみる。各
電極が図２および図３に示すように配置されていること
を考慮すれば、Ｘ軸方向の検出感度とＹ軸方向の検出感
度とは同じになることが理解できよう。Ｘ軸とＹ軸とは
同一平面内で直交する軸であり、検出に関する幾何学的
な条件は全く同じである。すなわち、電極対１１，２１
と、電極対１３，２３とにおける静電容量の変化に基づ
いてＸ軸方向の加速度検出がなされるのに対して、電極
対１２，２２と、電極対１４，２４とにおける静電容量
の変化に基づいてＹ軸方向の加速度検出がなされるだけ
であり、理論的には両者の検出感度は全く等しくなる。
これに対して、Ｚ軸方向の加速度検出は、電極対１５，
２５における静電容量の変化に基づいてなされるもので
あり、Ｘ軸あるいはＹ軸方向の加速度検出とは幾何学的
な条件が異なってくる。そのため、一般に、Ｚ軸方向の
検出感度は、Ｘ軸あるいはＹ軸方向の検出感度に比べて
感度が低下する。このように、三次元の各軸方向につい
ての検出感度にばらつきが生じると、感度補正のための
処理回路が必要になるため好ましくない。本発明は、こ
のような各軸方向についての検出感度を調整するために
有用な技術を提示するものである。
【００２０】図８は、本発明の一実施例に係る加速度検
出装置の側断面図である。図７に示す装置と比較する
と、その構造の特徴が明瞭になる。図７に示す装置で
は、平らな円盤状の変位基板８０の上面に変位電極２１
〜２５を形成していたのに対し、図８に示す装置では、
周面に傾斜がついた皿状の変位基板８１の上面に変位電
極２１〜２５を形成している。変位電極２５は中心部の
平坦面に形成されているが、変位電極２１〜２４はその
周囲の傾斜面に形成されている。前述したように、電極
１１〜１５のそれぞれと、これに向かい合う電極２１〜
２５のそれぞれと、によって構成される容量素子をそれ
ぞれＣ１〜Ｃ５と表わすと、図７に示す構造では、各容
量素子Ｃ１〜Ｃ５の平均電極間距離はすべて等しい。こ
れに対し、図８に示す構造では、容量素子Ｃ５の平均電
極間距離に比べて、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の平均電極間距
離が大きくなる。
出装置の側断面図である。図７に示す装置と比較する
と、その構造の特徴が明瞭になる。図７に示す装置で
は、平らな円盤状の変位基板８０の上面に変位電極２１
〜２５を形成していたのに対し、図８に示す装置では、
周面に傾斜がついた皿状の変位基板８１の上面に変位電
極２１〜２５を形成している。変位電極２５は中心部の
平坦面に形成されているが、変位電極２１〜２４はその
周囲の傾斜面に形成されている。前述したように、電極
１１〜１５のそれぞれと、これに向かい合う電極２１〜
２５のそれぞれと、によって構成される容量素子をそれ
ぞれＣ１〜Ｃ５と表わすと、図７に示す構造では、各容
量素子Ｃ１〜Ｃ５の平均電極間距離はすべて等しい。こ
れに対し、図８に示す構造では、容量素子Ｃ５の平均電
極間距離に比べて、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の平均電極間距
離が大きくなる。
【００２１】ここで、一般に、容量素子の電極間距離ｄ
と静電容量値Ｃとの関係を考えてみると、図９に示すグ
ラフに示すような関係が知られている。この関係によれ
ば、電極間距離ｄ＝ｄ１を中心として幅Δｄの変位が生
じた場合には、ΔＣ１なる大きな容量値変化が得られる
ことがわかる。ところが、電極間距離ｄ＝ｄ２を中心と
して幅Δｄの変位が生じた場合には、ΔＣ２なる小さな
容量値変化しか得られない。すなわち、同じ変位Δｄを
静電容量の変化として検出する場合であっても、得られ
る容量値変化（すなわち検出感度）は、電極間距離ｄに
よって異なることになる。より詳しく言えば、電極間距
離ｄが小さいほど検出感度は高くなる。結局、図８に示
す構造では、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の平均電極間距離を大
きくすることにより、Ｘ軸およびＹ軸方向の検出感度を
低下させ、Ｚ軸方向の検出感度に揃えることができる。
実際には、電極面積によっても感度が異なるので、各電
極の面積および変位基板の傾斜度を総合的に勘案して、
ＸＹＺ各軸方向の感度が等しくなるような設計を行うこ
とになる。
と静電容量値Ｃとの関係を考えてみると、図９に示すグ
ラフに示すような関係が知られている。この関係によれ
ば、電極間距離ｄ＝ｄ１を中心として幅Δｄの変位が生
じた場合には、ΔＣ１なる大きな容量値変化が得られる
ことがわかる。ところが、電極間距離ｄ＝ｄ２を中心と
して幅Δｄの変位が生じた場合には、ΔＣ２なる小さな
容量値変化しか得られない。すなわち、同じ変位Δｄを
静電容量の変化として検出する場合であっても、得られ
る容量値変化（すなわち検出感度）は、電極間距離ｄに
よって異なることになる。より詳しく言えば、電極間距
離ｄが小さいほど検出感度は高くなる。結局、図８に示
す構造では、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の平均電極間距離を大
きくすることにより、Ｘ軸およびＹ軸方向の検出感度を
低下させ、Ｚ軸方向の検出感度に揃えることができる。
実際には、電極面積によっても感度が異なるので、各電
極の面積および変位基板の傾斜度を総合的に勘案して、
ＸＹＺ各軸方向の感度が等しくなるような設計を行うこ
とになる。
【００２２】逆に、Ｘ軸およびＹ軸方向の検出感度を高
め、Ｚ軸方向の検出感度との差を顕著にするためには、
図１０に示すような構造にすればよい。ここでは、周囲
が上方に傾斜した皿状の変位基板８２を用い、容量素子
Ｃ１〜Ｃ４の平均電極間距離を小さくしている。このた
め、Ｘ軸およびＹ軸方向の検出感度がより向上すること
になる。
め、Ｚ軸方向の検出感度との差を顕著にするためには、
図１０に示すような構造にすればよい。ここでは、周囲
が上方に傾斜した皿状の変位基板８２を用い、容量素子
Ｃ１〜Ｃ４の平均電極間距離を小さくしている。このた
め、Ｘ軸およびＹ軸方向の検出感度がより向上すること
になる。
【００２３】変位基板に傾斜を設ける代わりに、段差を
設けることにより、平均電極間距離を変えることもでき
る。図１１に示す構造は、中央部が上に凸となった変位
基板８３を用い、中央部に形成された容量素子の電極間
距離を小さくしてＺ軸方向の検出感度を向上させた実施
例である。また、図１２に示す構造は、中央部が下に凸
となった変位基板８４を用い、中央部に形成された容量
素子の電極間距離を大きくしてＺ軸方向の検出感度を低
下させた実施例である。
設けることにより、平均電極間距離を変えることもでき
る。図１１に示す構造は、中央部が上に凸となった変位
基板８３を用い、中央部に形成された容量素子の電極間
距離を小さくしてＺ軸方向の検出感度を向上させた実施
例である。また、図１２に示す構造は、中央部が下に凸
となった変位基板８４を用い、中央部に形成された容量
素子の電極間距離を大きくしてＺ軸方向の検出感度を低
下させた実施例である。
【００２４】図１３に示す実施例は、図１１の実施例を
更に改良し、Ｚ軸方向の検出精度を高めたものである。
可撓基板２０と変位基板９１とは、接続部材９２によっ
て接続されており、この間に更に補助基板９３が設けら
れている。この補助基板９３の中央には貫通孔が形成さ
れており、この貫通孔に接続部材９２が挿通している。
変位基板９１の上面に形成された変位電極２１〜２５
と、固定基板１０の下面に形成された固定電極１１〜１
５とによって、容量素子Ｃ１〜Ｃ５が構成される点は上
述の実施例と同様であるが、この実施例では更に、変位
基板９１の下面に形成された変位電極２６と、補助基板
９３の上面に形成された固定電極１６とによって、容量
素子Ｃ６が構成されている。このような構成をもった検
出装置では、Ｚ軸方向の検出値は図１４に示す回路によ
って得られる。すなわち、容量素子Ｃ５、Ｃ６の容量値
を、ＣＶ変換回路５５，５６によって電圧値Ｖ５，Ｖ６
に変換し、減算器６３によりその差Ｖ５−Ｖ６を求め、
これをＺ軸方向の検出値とする。このようにＺ軸方向の
検出に関しても差を用いるようにすれば、誤差要因が相
殺され、より精度良い検出が可能になる。なお、この理
由については、特許協力条約に基づく国際出願ＰＣＴ／
ＪＰ９１／００４２８号明細書の§４に詳述されてい
る。
更に改良し、Ｚ軸方向の検出精度を高めたものである。
可撓基板２０と変位基板９１とは、接続部材９２によっ
て接続されており、この間に更に補助基板９３が設けら
れている。この補助基板９３の中央には貫通孔が形成さ
れており、この貫通孔に接続部材９２が挿通している。
変位基板９１の上面に形成された変位電極２１〜２５
と、固定基板１０の下面に形成された固定電極１１〜１
５とによって、容量素子Ｃ１〜Ｃ５が構成される点は上
述の実施例と同様であるが、この実施例では更に、変位
基板９１の下面に形成された変位電極２６と、補助基板
９３の上面に形成された固定電極１６とによって、容量
素子Ｃ６が構成されている。このような構成をもった検
出装置では、Ｚ軸方向の検出値は図１４に示す回路によ
って得られる。すなわち、容量素子Ｃ５、Ｃ６の容量値
を、ＣＶ変換回路５５，５６によって電圧値Ｖ５，Ｖ６
に変換し、減算器６３によりその差Ｖ５−Ｖ６を求め、
これをＺ軸方向の検出値とする。このようにＺ軸方向の
検出に関しても差を用いるようにすれば、誤差要因が相
殺され、より精度良い検出が可能になる。なお、この理
由については、特許協力条約に基づく国際出願ＰＣＴ／
ＪＰ９１／００４２８号明細書の§４に詳述されてい
る。
【００２５】以上、本発明を三次元の加速度検出装置に
基づいて説明したが、本発明は加速度検出装置だけに限
定されるものではなく、力検出装置あるいは磁気検出装
置にも適用しうるものである。たとえば、図８に示す加
速度検出装置において、作用体３０に接触子を取り付
け、この接触子の先端に作用した力に基づいて、可撓基
板２０を変位させれば、三次元の力検出装置として利用
することができる。また、作用体３０を磁性体で構成し
ておけば、この検出装置が置かれた空間の磁界に基づい
て、作用体３０が磁気力を受けることになるので、磁気
検出装置として利用することができる。
基づいて説明したが、本発明は加速度検出装置だけに限
定されるものではなく、力検出装置あるいは磁気検出装
置にも適用しうるものである。たとえば、図８に示す加
速度検出装置において、作用体３０に接触子を取り付
け、この接触子の先端に作用した力に基づいて、可撓基
板２０を変位させれば、三次元の力検出装置として利用
することができる。また、作用体３０を磁性体で構成し
ておけば、この検出装置が置かれた空間の磁界に基づい
て、作用体３０が磁気力を受けることになるので、磁気
検出装置として利用することができる。
【００２６】上述の実施例では、変位基板を傾斜させた
り段差構造にしたりして、電極間距離を調節する例を示
したが、固定基板を傾斜させたり段差構造にしたりする
ことも可能である。また、その他の方法によって、電極
間距離を調節してもかまわない。更に、上述の実施例で
は、固定電極および変位電極をそれぞれ５枚ずつ設けて
いるが、一方の電極を共通の１枚の電極で構成すること
もできるし、より多数の電極を設けることもできる。
り段差構造にしたりして、電極間距離を調節する例を示
したが、固定基板を傾斜させたり段差構造にしたりする
ことも可能である。また、その他の方法によって、電極
間距離を調節してもかまわない。更に、上述の実施例で
は、固定電極および変位電極をそれぞれ５枚ずつ設けて
いるが、一方の電極を共通の１枚の電極で構成すること
もできるし、より多数の電極を設けることもできる。
【００２７】
【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、多次元方
向に関する力・加速度・磁気の検出装置において、Ｘ軸
方向の力を検出する電極対およびＹ軸方向の力を検出す
る電極対の平均電極間距離と、Ｚ軸方向の力を検出する
電極対の平均電極間距離と、がそれぞれ所望の値となる
ように各電極を形成するようにしたため、多次元の各軸
方向に関する検出感度を所望の値に調整した検出装置を
提供することができる。
向に関する力・加速度・磁気の検出装置において、Ｘ軸
方向の力を検出する電極対およびＹ軸方向の力を検出す
る電極対の平均電極間距離と、Ｚ軸方向の力を検出する
電極対の平均電極間距離と、がそれぞれ所望の値となる
ように各電極を形成するようにしたため、多次元の各軸
方向に関する検出感度を所望の値に調整した検出装置を
提供することができる。
【図１】本発明の適用対象となる加速度検出装置の基本
構造を示す側断面図である。
構造を示す側断面図である。
【図２】図１に示す検出装置における固定基板１０の下
面図である。
面図である。
【図３】図１に示す検出装置における可撓基板２０の上
面図である。
面図である。
【図４】図１に示す検出装置に、Ｘ軸方向の力Ｆｘが加
わった状態を示す側断面図である。
わった状態を示す側断面図である。
【図５】図１に示す検出装置に、Ｚ軸方向の力Ｆｚが加
わった状態を示す側断面図である。
わった状態を示す側断面図である。
【図６】図１に示す検出装置に用いる信号処理回路を示
す回路図である。
す回路図である。
【図７】図１に示す検出装置のより実用的な構造を示す
側断面図である。
側断面図である。
【図８】傾斜面をもつ変位基板を用いてＸ軸およびＹ軸
方向の検出感度を低下させた本発明の一実施例に係る加
速度検出装置の側断面図である。
方向の検出感度を低下させた本発明の一実施例に係る加
速度検出装置の側断面図である。
【図９】容量素子における電極間距離と静電容量値との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図１０】傾斜面をもつ変位基板を用いてＸ軸およびＹ
軸方向の検出感度を向上させた本発明の一実施例に係る
加速度検出装置の側断面図である。
軸方向の検出感度を向上させた本発明の一実施例に係る
加速度検出装置の側断面図である。
【図１１】段差をもつ変位基板を用いてＸ軸およびＹ軸
方向の検出感度を低下させた本発明の一実施例に係る加
速度検出装置の側断面図である。
方向の検出感度を低下させた本発明の一実施例に係る加
速度検出装置の側断面図である。
【図１２】段差をもつ変位基板を用いてＸ軸およびＹ軸
方向の検出感度を向上させた本発明の一実施例に係る加
速度検出装置の側断面図である。
方向の検出感度を向上させた本発明の一実施例に係る加
速度検出装置の側断面図である。
【図１３】図１１に示す実施例に、Ｚ軸方向の検出を精
度良く行うための改良を加えた実施例に係る加速度検出
装置の側断面図である。
度良く行うための改良を加えた実施例に係る加速度検出
装置の側断面図である。
【図１４】図１３に示す検出装置に用いる信号処理回路
の回路図である。
の回路図である。
１０…固定基板 １１〜１６…固定電極 ２０…可撓基板 ２１〜２６…変位電極 ３０…作用体 ４０…装置筐体 ５１〜５６…ＣＶ変換回路 ６１〜６３…減算器 ７０…接合部材 ８０〜８４…変位基板 ９１…変位基板 ９２…接合部材 ９３…補助基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 5/16 G01L 1/14 G01L 9/12 G01P 15/125 G01R 33/038
Claims (9)
- 【請求項１】 ＸＹＺ三次元座標系における力の少なく
とも二軸方向成分を検出する装置であって、 ほぼＸＹ平面に沿って延びる固定面を有する固定基板
と、 この固定面に対向し、ほぼＸＹ平面に沿って延びる変位
面を有する変位基板と、 を備え、 前記固定面上に形成された固定電極と、前記変位面上に
形成された変位電極と、を対向させてなる電極対を、少
なくとも２対構成し、 前記変位基板を変位させうる所定の作用点に、Ｘ軸方向
の力が加わったときには、前記２対の電極対のうちの第
１の電極対についての電極間距離の変化に基づいて、加
わったＸ軸方向の力を検出できるように構成し、 前記作用点に、Ｚ軸方向の力が加わったときには、前記
２対の電極対のうちの第２の電極対についての電極間距
離の変化に基づいて、加わったＺ軸方向の力を検出でき
るように構成し、 かつ、前記第２の電極対における平均電極間距離を、前
記第１の電極対における平均電極間距離と異ならせるよ
うにしたことを特徴とする多次元方向に関する力検出装
置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の力検出装置において、 第１の電極対を構成する電極の形成面を、第２の電極対
を構成する電極の形成面に対して傾斜させることによ
り、平均電極間距離を異ならせるようにしたことを特徴
とする多次元方向に関する力検出装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載の力検出装置において、 第１の電極対を構成する電極の形成面を、第２の電極対
を構成する電極の形成面に対して段差をもたせることに
より、平均電極間距離を異ならせるようにしたことを特
徴とする多次元方向に関する力検出装置。 - 【請求項４】 ＸＹＺ三次元座標系における力の各軸方
向成分を検出する装置であって、 ほぼＸＹ平面に沿って延びる固定面を有する固定基板
と、 この固定面に対向し、ほぼＸＹ平面に沿って延びる変位
面を有する変位基板と、 を備え、 前記固定面上に形成された固定電極と、前記変位面上に
形成された変位電極と、を対向させてなる電極対を、少
なくとも３対構成し、 前記変位基板を変位させうる所定の作用点に、Ｘ軸方向
の力が加わったときには、前記３対の電極対のうちの第
１の電極対についての電極間距離の変化に基づいて、加
わったＸ軸方向の力を検出できるように構成し、 前記作用点に、Ｙ軸方向の力が加わったときには、前記
３対の電極対のうちの第２の電極対についての電極間距
離の変化に基づいて、加わったＹ軸方向の力を検出でき
るように構成し、 前記作用点に、Ｚ軸方向の力が加わったときには、前記
３対の電極対のうちの第３の電極対についての電極間距
離の変化に基づいて、加わったＺ軸方向の力を検出でき
るように構成し、 かつ、前記第３の電極対における平均電極間距離を、前
記第１の電極対あるいは前記第２の電極対における平均
電極間距離と異ならせるようにしたことを特徴とする多
次元方向に関する力検出装置。 - 【請求項５】 請求項４に記載の力検出装置において、 第１の電極対を構成する電極および第２の電極対を構成
する電極の形成面を、第３の電極対を構成する電極の形
成面に対して傾斜させることにより、平均電極間距離を
異ならせるようにしたことを特徴とする多次元方向に関
する力検出装置。 - 【請求項６】 請求項４に記載の力検出装置において、 第１の電極対を構成する電極および第２の電極対を構成
する電極の形成面を、第３の電極対を構成する電極の形
成面に対して段差をもたせることにより、平均電極間距
離を異ならせるようにしたことを特徴とする多次元方向
に関する力検出装置。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の力検出
装置において、 装置筐体に固定される固定部と、外部からの力が伝達さ
れる作用部と、前記固定部と前記作用部との間に形成さ
れ可撓性をもった可撓部と、を有する可撓基板と、 外部からの力を受け、この力を前記可撓基板の前記作用
部に伝達する作用体と、 を設け、前記作用部に生じる変位に基づいて、変位基板
を変位させるように構成したことを特徴とする多次元方
向に関する力検出装置。 - 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の検出装
置において、 加速度に起因して発生する力により変位基板を変位さ
せ、加速度の検出を行い得るようにしたことを特徴とす
る加速度検出装置。 - 【請求項９】 請求項１〜７のいずれかに記載の検出装
置において、 磁気に起因して発生する力により変位基板を変位させ、
磁気の検出を行い得るようにしたことを特徴とする磁気
検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3138191A JP2999291B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3138191A JP2999291B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04337431A JPH04337431A (ja) | 1992-11-25 |
| JP2999291B2 true JP2999291B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=15216210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3138191A Expired - Lifetime JP2999291B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2999291B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2713241B2 (ja) * | 1995-05-25 | 1998-02-16 | 日本電気株式会社 | 加速度センサおよびその製造方法 |
| JP4295883B2 (ja) * | 1999-12-13 | 2009-07-15 | 株式会社ワコー | 力検出装置 |
-
1991
- 1991-05-14 JP JP3138191A patent/JP2999291B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04337431A (ja) | 1992-11-25 |
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