JP5202900B2

JP5202900B2 - 加速度・角速度センサ

Info

Publication number: JP5202900B2
Application number: JP2007206899A
Authority: JP
Inventors: 眞治藤井
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2027-08-08
Also published as: JP2009042050A

Description

本発明は、加速度および角速度を検出する加速度・角速度センサに関する。

近年の自動車、携帯端末、アミューズメント分野、ロボティクス分野などでは加速度や角速度といった物理量を検出することへの要望が高まっている。特に、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３次元座標系における各座標軸の成分ごとに、加速度や角速度といった物理量を検出可能であって、サイズの小さなセンサの必要性が高まっている。

この要求を満足するものとして、特許文献１には、振動子が加速度によって変位したことを検出し、角速度が加わった場合には振動子がコリオリ力により変位したことを検出することによって、±Ｘ方向、±Ｙ方向、±Ｚ方向の合計６方向における加速度および角速度を検出する装置が開示されている。また、特許文献２には、振動子がコリオリ力により変位したことを検出することによって、合計６方向における角速度を検出する多軸角速度センサが開示されている。

特開２００５−３１０９６号公報特開２００６−２３３２０号公報

しかしながら、特許文献１、２に開示されている装置やセンサにおいては、合計６方向の各々で、ピエゾ起電力を検出する電極の構造および励振電極が異なっている。そのため、角速度、加速度を検出する場合、Ｘ方向、Ｙ方向については構造が対称であるため、同一の加速度、角速度が印加された場合、等しい圧電起電力が生じるが、Ｚ方向の構造は、Ｘ、Ｙ方向とは異なる。したがって、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸に同一の加速度、角速度が印加された場合、Ｘ、Ｙ軸方向とＺ軸方向とは出力特性が異なる（出力起電力の方向依存性）。
また、同じ加速度、角速度が印加された場合、出力起電力は、加速度、角速度が小さいときは、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸とも印加された加速度、角速度に比例するが、加速度、角速度が大きくなった場合、前記センサーの構造変化（しなり）は、追従できなくなるため、加速度、角速度が小さい場合の印加された加速度、角速度に比例する出力起電力とは異なることになる。つまり、Ｘ、Ｙ軸方向とＺ軸方向では、構造が異なることにより、出力起電力の直線性の方向依存性が生じる。
よって、加速度および角速度の検出感度、および、出力の直線性の方向依存性が大きいという問題があった。

本発明の目的は、円筒形または角筒形のスペーサの中に剛体を配置し、前記スペーサの内壁と剛体との間に働く、圧力、ねじれを検出するもので、Ｘ、Ｙ方向とＺ方向とは構造が対称で、出力特性を同じとすることで、検出感度および出力の直線性の方向依存性を改善することが可能な加速度・角速度センサを提供することである。

本発明は、３次元座標系における各座標軸の成分ごとに加速度および角速度を検出する加速度・角速度センサであって、水平面内に配置され、上面に第１の電極を有し、下面に第２の電極を有する第１のピエゾフィルムと、前記第１のピエゾフィルムから下方に離間された水平面内に配置され、上面に第３の電極を有し、下面に第４の電極を有する第２のピエゾフィルムと、前記第１のピエゾフィルムと前記第２のピエゾフィルムとの間に配置され、水平方向および垂直方向に変位可能な剛体と、を有するセンサ体と、前記第１の電極と前記第２の電極との間が、変位された前記剛体で圧縮されることによって、前記第１のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力と、前記第１の電極と前記第２の電極との間が、変位された前記剛体で伸長されることによって、前記第１のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力と、前記第３の電極と前記第４の電極との間が、変位された前記剛体で圧縮されることによって、前記第２のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力と、前記第３の電極と前記第４の電極との間が、変位された前記剛体で伸長されることによって、前記第２のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力と、をそれぞれ検出する検出手段と、前記検出手段が検出した各ピエゾ起電力に基づいて、加速度および角速度を算出する加速度・角速度算出手段と、を有し、前記第２の電極および前記第３の電極が、前記剛体に対向する中央小電極と、該中央小電極の水平方向前方に位置する前側周囲小電極と、前記中央小電極の水平方向後方に位置する後側周囲小電極と、前記中央小電極の水平方向左方に位置する左側周囲小電極と、前記中央小電極の水平方向右方に位置する右側周囲小電極とを含むように、複数の周囲小電極に分割されており、前記検出手段は、前記第１の電極と、前記第２の電極側の任意の周囲小電極との間が、変位された前記剛体で圧縮されることによって、前記第１のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力を第１のピエゾ起電力として検出し、前記第１の電極と、前記第２の電極側の任意の周囲小電極との間が、変位された前記剛体で伸長されることによって、前記第１のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力を第２のピエゾ起電力として検出し、前記第３の電極側の任意の周囲小電極と、前記第４の電極との間が、変位された前記剛体で圧縮されることによって、前記第２のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力を第３のピエゾ起電力として検出し、前記第３の電極側の任意の周囲小電極と、前記第４の電極との間が、変位された前記剛体で伸長されることによって、前記第２のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力を第４のピエゾ起電力として検出し、前記第１の電極と、前記第２の電極側の前記中央小電極との間が、変位された前記剛体で圧縮または伸長されることによって、前記第１のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力を第５のピエゾ起電力として検出し、前記第３の電極側の前記中央小電極と、前記第４の電極との間が、変位された前記剛体で圧縮または伸長されることによって、前記第２のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力を第６のピエゾ起電力として検出し、前記加速度・角速度算出手段は、前記第１乃至第４のピエゾ起電力に基づいて水平方向の加速度を算出し、前記第５乃至第６のピエゾ起電力に基づいて垂直方向の加速度を算出する。

上記構成において、センサ体は、水平方向および垂直方向に対称性を有する構造にしているので、３次元座標系における各座標軸の成分ごとに加速度および角速度を検出した場合に、検出感度および出力の直線性の方向依存性を改善することができる。

また、この態様においては、前記第１の電極と前記第２の電極の中央小電極との間に任意の極性の電圧を印加するとともに、前記第３の電極の中央小電極と前記第４の電極との間に前記任意の極性とは逆の極性の電圧を印加し、前記極性を交互に切り替えることによって、前記剛体を垂直方向に振動させる垂直振動手段と、前記第１の電極と前記第２の電極の前側周囲小電極との間、および、前記第３の電極の前側周囲小電極と前記第４の電極との間に任意の極性の電圧をそれぞれ印加するとともに、前記第１の電極と前記第２の電極の後側周囲小電極との間、および、前記第３の電極の後側周囲小電極と前記第４の電極との間に前記任意の極性とは逆の極性の電圧をそれぞれ印加し、前記極性を交互に切り替えることによって、前記剛体を水平方向前方から水平方向後方にかけての前後方向に振動させる前後振動手段と、前記第１の電極と前記第２の電極の左側周囲小電極との間、および、前記第３の電極の左側周囲小電極と前記第４の電極との間に任意の極性の電圧をそれぞれ印加するとともに、前記第１の電極と前記第２の電極の右側周囲小電極との間、および、前記第３の電極の右側周囲小電極と前記第４の電極との間に前記任意の極性とは逆の極性の電圧をそれぞれ印加し、前記極性を交互に切り替えることによって、前記剛体を水平方向左方から水平方向右方にかけての左右方向に振動させる左右振動手段と、を更に有し、前記加速度・角速度算出手段は、前記剛体が振動している状態において前記検出手段が検出した各ピエゾ起電力に基づいて、加速度に起因して生じる外力と角速度に起因して生じるコリオリ力との合成力を算出する合成力算出手段と、前記合成力を前記外力と前記コリオリ力とに分離する分離手段と、前記外力に基づいて加速度を算出する加速度算出手段と、前記コリオリ力に基づいて角速度を算出する角速度算出手段と、を有している。

なお、前記第１のピエゾフィルムおよび前記第２のピエゾフィルムが、ポリフッ化ビニリデンで形成されていることが好ましい。

また、前記第１のピエゾフィルムと前記第２のピエゾフィルムとの間であって、前記剛体の周りの隙間には、ゲル状物質が充填されていることが好ましい。

ゲル状物質としては、ウレタン系、エチレン系、スチレン系、およびシリコン系のゲルエラストマー、シリコンゴム系のシーリング材を挙げることができる。

本発明によると、センサ体が水平方向および垂直方向に対称性を有する電極構造にしているため、３次元座標系における各座標軸の成分ごとに加速度および角速度を検出した場合に、検出感度および出力の直線性の方向依存性を改善することができる。
また、複数のピエゾ起電力に基づいて、加速度や角速度が算出されるから、加速された方向や回転された方向が精度良く検出されるとともに、加速度や角速度の算出精度が向上できる。よって、加速度や角速度を精度良く求めることができる。

［参考形態］
参考形態を図１，図２に基づいて以下に説明する。

（加速度・角速度センサの構成）
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、参考形態における加速度・角速度センサは、センサ体１を有している。センサ体１は、円筒形のスペーサ１０６を有し、この内部に、第１の電極１０１、第１のピエゾフィルム１０２、第２の電極１０３、シリコーンシーラントからなるゲル材１０４、ステンレスからなる球状の剛体１０５、第３の電極１０７、第２のピエゾフィルム１０８、第４の電極１０９を、上から下に亙ってこの順番で有している。

第１のピエゾフィルム１０２は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）で形成されており、図１（ａ）に示すように、上面に第１の電極１０１が、下面に第２の電極１０３が、それぞれインクジェット印刷法によって印刷されて、水平面内に配置されている。この第１のピエゾフィルム１０２は、高電界印加で分極処理されることによって、ピエゾ性を備えている。第２のピエゾフィルム１０８も同様に、ＰＶＤＦで形成されており、図１（ａ）に示すように、上面に第３の電極１０７が、下面に第４の電極１０９が、それぞれインクジェット印刷法によって印刷されて、第１のピエゾフィルム１０２から下方に離間された水平面内に配置されている。この第２のピエゾフィルム１０８も同様に、高電界印加で分極処理されることによって、ピエゾ性を備えている。このように、ＰＶＤＦを用いることにより、好適なピエゾ効果を示すピエゾフィルムを形成することができる。

第１のピエゾフィルム１０２と第２のピエゾフィルム１０８との間には、球形の剛体１０５が埋め込まれて、水平方向および垂直方向に変位可能な状態で、スペーサ１０６のほぼ中心に位置されている。このように、剛体１０５が球形をしているから、剛体１０５を水平方向および垂直方向に効率良く変位させることができる。

第１のピエゾフィルム１０２と第２のピエゾフィルム１０８との間であって、剛体１０５の周りの隙間には、ゲル状物質としてのゲル材１０４が充填されている。このゲル材１０４は、剛体１０５の変位を妨げないようなやわらかい性質を有しており、剛体１０５を、スペーサ１０６のほぼ中心に位置させる役割を果たしている。これにより、第１のピエゾフィルム１０２と第２のピエゾフィルム１０８との間のほぼ中心に剛体１０５を位置させることができる。ここで、スペーサ１０６と剛体１０５との間で位置ずれが起こりにくくするために、スペーサ１０６と剛体１０５との間の隙間はできるだけ小さいことが好ましい。

なお、図１（ａ）に示すように、第２の電極１０３と第３の電極１０７とは、剛体１０５の形状に沿った球面を有している。この球面によって、第１のピエゾフィルム１０２と第２のピエゾフィルム１０８との間のほぼ中心に剛体１０５を位置させることができる。

第１の電極１０１、第２の電極１０３、第３の電極１０７、および、第４の電極１０９は、上方から見て同じ形状にされている。図２（ａ）は第１の電極１０１の形状、図２（ｂ）は第２の電極１０３の形状、図２（ｃ）は第３の電極１０７の形状、図２（ｄ）は第４の電極１０９の形状をそれぞれ示している。

図２（ａ）に示すように、第１の電極１０１は、剛体１０５に対向する中央小電極Ａ１５と、この中央小電極Ａ１５の周囲に位置し、円環を４分割した形状の４つの周囲小電極Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４とに分割されている。図２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、第２の電極１０３、第３の電極１０７、および、第４の電極１０９についても同様に、５つの小電極に分割されている。

（センサ体１の製造方法）
このようなセンサ体１は、以下の手順で作成される。まず、ＰＶＤＦで形成された第２のピエゾフィルム１０８が用意され、この表面に第３の電極１０７が、この裏面に第４の電極１０９が、インクジェット印刷法によってそれぞれ印刷される。そして、この第２のピエゾフィルム１０８に分極処理が施されることによって、第２のピエゾフィルム１０８にピエゾ性が持たされる。

また、光硬化形成樹脂法によって、円筒形のスペーサ１０６が３次元的に形成される。そして、第２のピエゾフィルム１０８に形成された電極のうち、スペーサ１０６に接する部分がエッチングにより除去されて、第２のピエゾフィルム１０８がスペーサ１０６の底面に貼り合わされる。その後、剛体１０５およびゲル材１０４がスペーサ１０６内に詰め込まれる。

また、第２のピエゾフィルム１０８と同様にして、表面に第１の電極１０１、裏面に第２の電極１０３がそれぞれ印刷され、ピエゾ性を有した第１のピエゾフィルム１０２が作成される。この第１のピエゾフィルム１０２が、剛体１０５およびゲル材１０４が詰め込まれたスペーサ１０６の上面に貼り合わされて、センサ体１が完成される。

（水平方向の加速度の算出）
スペーサ１０６内において、剛体１０５が水平方向に移動（変位）すると、第１の電極１０１を構成する５つの小電極Ａ１１〜Ａ１５のうち、剛体１０５が変位した方向に位置する小電極と、第２の電極１０３を構成する５つの小電極Ｂ１１〜Ｂ１５のうち、剛体１０５が変位した方向に位置する小電極との間が、剛体１０５により圧縮される。これにより、互いに接近された２つの周囲小電極間の第１のピエゾフィルム１０２から、第１のピエゾ起電力が生じる。

また、スペーサ１０６内において、剛体１０５が水平方向に移動（変位）すると、第１の電極１０１を構成する５つの小電極Ａ１１〜Ａ１５のうち、剛体１０５が変位した方向と反対の方向に位置する小電極と、第２の電極１０３を構成する５つの小電極Ｂ１１〜Ｂ１５のうち、剛体１０５が変位した方向と反対の方向に位置する小電極との間が、剛体１０５により伸長される。これにより、互いに離間された２つの小電極間の第１のピエゾフィルム１０２から、第２のピエゾ起電力が生じる。

同様に、スペーサ１０６内において、剛体１０５が水平方向に移動（変位）すると、第３の電極１０７を構成する５つの小電極Ｃ１１〜Ｃ１５のうち、剛体１０５が変位した方向に位置する小電極と、第４の電極１０９を構成する５つの小電極Ｄ１１〜Ｄ１５のうち、剛体１０５が変位した方向に位置する小電極との間が、剛体１０５により圧縮される。これにより、互いに接近された２つの小電極間の第２のピエゾフィルム１０８から、第３のピエゾ起電力が生じる。

また、スペーサ１０６内において、剛体１０５が水平方向に移動（変位）すると、第３の電極１０７を構成する５つの小電極Ｃ１１〜Ｃ１５のうち、剛体１０５が変位した方向と反対の方向に位置する小電極と、第４の電極１０９を構成する５つの小電極Ｄ１１〜Ｄ１５のうち、剛体１０５が変位した方向と反対の方向に位置する小電極との間が、剛体１０５により伸長される。これにより、互いに離間された２つの小電極間の第２のピエゾフィルム１０８から、第４のピエゾ起電力が生じる。

例えば、図１（ａ）に示す、剛体１０５が＋Ｘ方向（紙面手前方向）に加速された場合、剛体１０５は慣性力によって元の位置に留まろうとするために、−Ｘ方向（紙面奥方向）に変位する。この場合、図２に示す周囲小電極Ａ１１と周囲小電極Ｂ１１との間、および、周囲小電極Ａ１２と周囲小電極Ｂ１２との間が圧縮されて、周囲小電極Ａ１１と周囲小電極Ｂ１１との間の第１のピエゾフィルム１０２、および、周囲小電極Ａ１２と周囲小電極Ｂ１２との間の第１のピエゾフィルム１０２から、それぞれ第１のピエゾ起電力が生じる。また、周囲小電極Ａ１３と周囲小電極Ｂ１３との間、および、周囲小電極Ａ１４と周囲小電極Ｂ１４との間が伸長されて、周囲小電極Ａ１３と周囲小電極Ｂ１３との間の第１のピエゾフィルム１０２、および、周囲小電極Ａ１４と周囲小電極Ｂ１４との間の第１のピエゾフィルム１０２から、それぞれ第２のピエゾ起電力が生じる。

また、この場合、図２に示す周囲小電極Ｃ１１と周囲小電極Ｄ１１との間、および、周囲小電極Ｃ１２と周囲小電極Ｄ１２との間が圧縮されて、周囲小電極Ｃ１１と周囲小電極Ｄ１１との間の第２のピエゾフィルム１０８、および、周囲小電極Ｃ１２と周囲小電極Ｄ１２との間の第２のピエゾフィルム１０８から、それぞれ第３のピエゾ起電力が生じる。また、周囲小電極Ｃ１３と周囲小電極Ｄ１３との間、および、周囲小電極Ｃ１４と周囲小電極Ｄ１４との間が伸長されて、周囲小電極Ｃ１３と周囲小電極Ｄ１３との間の第２のピエゾフィルム１０８、および、周囲小電極Ｃ１４と周囲小電極Ｄ１４との間の第２のピエゾフィルム１０８から、それぞれ第４のピエゾ起電力が生じる。

ここで、第１の起電力および第３の起電力の極性が正である場合、第２の起電力および第４の起電力の極性は負である。

以上のように発生した各ピエゾ起電力は、検出手段としての検出装置（例えば電圧計、図示せず）により検出される。加速度・角速度算出手段としての算出装置（例えば、マイクロコンピュータにより構成される、図示せず）は、例えば、第１のピエゾ起電力と第２のピエゾ起電力との絶対値を算出するとともに、第３のピエゾ起電力と第４のピエゾ起電力との絶対値を算出する。

ここで、各ピエゾ起電力は、加速度に起因して生じる外力ｆに比例した形として検出される。加速度に起因して生じる外力ｆは、ｆ＝ｍ・ａで表される。ｍは剛体１０５の重さ、ａは剛体１０５の加速度である。したがって、各ピエゾ起電力が検出されると、算出装置によって外力ｆが算出され、水平方向の加速度が算出される。

なお、−Ｘ方向（紙面奥方向）や、±Ｙ方向（紙面左右方向）に加速度が加わった場合には、センサ体１の水平方向の構造の対称性から、第１乃至第４のピエゾ起電力が検出装置によって同様に検出される。これにより、算出装置によって、水平方向の加速度が算出される。

（垂直方向の加速度の算出）
また、スペーサ１０６内において、剛体１０５が垂直方向に移動（変位）すると、第１の電極１０１を構成する中央小電極Ａ１５と、第２の電極１０３を構成する中央小電極Ｂ１５との間が、剛体１０５により圧縮または伸長される。これにより、互いに接近または離間された中央小電極Ａ１５と中央小電極Ｂ１５との間の第１のピエゾフィルム１０２から、第５のピエゾ起電力が生じる。

また、スペーサ１０６内において、剛体１０５が垂直方向に移動（変位）すると、第３の電極１０７を構成する中央小電極Ｃ１５と、第４の電極１０９を構成する中央小電極Ｄ１５との間が、剛体１０５により圧縮または伸長される。これにより、互いに接近または離間された中央小電極Ｃ１５と中央小電極Ｄ１５との間の第２のピエゾフィルム１０８から、第６のピエゾ起電力が生じる。ここで、第５の起電力の極性と第６の起電力の極性とは逆である。

例えば、図１（ａ）に示す−Ｚ方向（紙面下方向）に加速度が加わった場合、剛体１０５は慣性力によって元の位置に留まろうとするために、＋Ｚ方向（紙面上方向）に変位する。この場合、図２に示す中央小電極Ａ１５と中央小電極Ｂ１５との間が圧縮されて、中央小電極Ａ１５と中央小電極Ｂ１５との間の第１のピエゾフィルム１０２から第５のピエゾ起電力が生じる。また、中央小電極Ｃ１５と中央小電極Ｄ１５との間が伸長されて、中央小電極Ｃ１５と中央小電極Ｄ１５との間の第２のピエゾフィルム１０８から第６のピエゾ起電力が生じる。

以上のように生じた各ピエゾ起電力は、検出装置により検出される。算出装置は、例えば、第５のピエゾ起電力と第６のピエゾ起電力との絶対値を算出する。

ここで、各ピエゾ起電力は、前記のように加速度に起因して生じる外力ｆに比例した形として検出される。各ピエゾ起電力が検出されると、算出装置によって外力ｆが算出され、垂直方向の加速度が算出される。

（角速度の算出）
また、スペーサ１０６内において、剛体１０５が回転すると、第１の電極１０１を構成する５つの小電極Ａ１１〜Ａ１５のうち、剛体１０５が変位した方向に位置する小電極と、この小電極に対向しない第２の電極１０３側の小電極であって、第２の電極１０３を構成する５つの小電極Ｂ１１〜Ｂ１５のうち、剛体１０５が変位した方向に位置する小電極との間が、剛体１０５により圧縮される。これにより、互いに接近された２つの小電極間の第１のピエゾフィルム１０２から、第７のピエゾ起電力が生じる。

また、スペーサ１０６内において、剛体１０５が回転すると、第１の電極１０１を構成する５つの小電極Ａ１１〜Ａ１５のうち、剛体１０５が変位した方向と反対の方向に位置する小電極と、この小電極に対向しない第２の電極１０３側の小電極であって、第２の電極１０３を構成する５つの小電極Ｂ１１〜Ｂ１５のうち、剛体１０５が変位した方向と反対の方向に位置する小電極との間が、剛体１０５により伸長される。これにより、互いに離間された２つの小電極間の第１のピエゾフィルム１０２から、第８のピエゾ起電力が生じる。

同様に、スペーサ１０６内において、剛体１０５が回転すると、第３の電極１０７を構成する５つの小電極Ｃ１１〜Ｃ１５のうち、剛体１０５が変位した方向に位置する小電極と、この小電極に対向しない第４の電極１０９側の小電極であって、第４の電極１０９を構成する５つの小電極Ｄ１１〜Ｄ１５のうち、剛体１０５が変位した方向に位置する小電極との間が、剛体１０５により圧縮される。これにより、互いに接近された２つの小電極間の第２のピエゾフィルム１０８から、第９のピエゾ起電力が生じる。

また、スペーサ１０６内において、剛体１０５が回転すると、第３の電極１０７を構成する５つの小電極Ｃ１１〜Ｃ１５のうち、剛体１０５が変位した方向と反対の方向に位置する小電極と、この小電極に対向しない第４の電極１０９側の小電極であって、第４の電極１０９を構成する５つの小電極Ｄ１１〜Ｄ１５のうち、剛体１０５が変位した方向と反対の方向に位置する小電極との間が、剛体１０５により伸長される。これにより、互いに離間された２つの小電極間の第２のピエゾフィルム１０８から、第１０のピエゾ起電力が生じる。

例えば、図１（ａ）に示す剛体１０５がＺ軸方向（垂直方向）からＸ軸方向（紙面に直交する方向）に回転した場合、周囲小電極Ａ１１と周囲小電極Ｂ１３との間、および、周囲小電極Ａ１４と周囲小電極Ｂ１２との間が圧縮されて、周囲小電極Ａ１１と周囲小電極Ｂ１３との間の第１のピエゾフィルム１０２、および、周囲小電極Ａ１４と周囲小電極Ｂ１２との間の第１のピエゾフィルム１０２から、それぞれ第７のピエゾ起電力が生じる。また、周囲小電極Ａ１１と周囲小電極Ｂ１２との間、および、周囲小電極Ａ１４と周囲小電極Ｂ１３との間が伸長されて、周囲小電極Ａ１１と周囲小電極Ｂ１２との間の第１のピエゾフィルム１０２、および、周囲小電極Ａ１４と周囲小電極Ｂ１３との間の第１のピエゾフィルム１０２から、それぞれ第８のピエゾ起電力が生じる。

また、この場合、周囲小電極Ｃ１３と周囲小電極Ｄ１１との間、および、周囲小電極Ｃ１２と周囲小電極Ｄ１４との間が伸長されて、周囲小電極Ｃ１３と周囲小電極Ｄ１１との間の第２のピエゾフィルム１０８、および、周囲小電極Ｃ１２と周囲小電極Ｄ１４との間の第２のピエゾフィルム１０８から、それぞれ第９のピエゾ起電力が生じる。また、周囲小電極Ｃ１２と周囲小電極Ｄ１１との間、および、周囲小電極Ｃ１１と周囲小電極Ｄ１４との間が圧縮されて、周囲小電極Ｃ１２と周囲小電極Ｄ１１との間の第２のピエゾフィルム１０８、および、周囲小電極Ｃ１１と周囲小電極Ｄ１４との間の第２のピエゾフィルム１０８から、それぞれ第１０のピエゾ起電力が生じる。

ここで、第７のピエゾ起電力および第９のピエゾ起電力の極性が正である場合、第８のピエゾ起電力および第１０のピエゾ起電力の極性は負である。

以上のように生じた各ピエゾ起電力は、検出装置により検出される。算出装置は、例えば、第７のピエゾ起電力と第８のピエゾ起電力との絶対値を算出するとともに、第９のピエゾ起電力と第１０のピエゾ起電力との絶対値を算出する。

ここで、各ピエゾ起電力は、角速度に起因して生じるコリオリ力Ｆに比例した形として検出される。コリオリ力Ｆは、Ｆ＝２ｍ・Ｖ・ωで表される。ｍは剛体１０５の重さ、Ｖは剛体１０５の瞬時の速度、ωは剛体１０５の瞬時の角速度である。したがって、各ピエゾ起電力が検出されると、算出装置によってコリオリ力Ｆが算出され、さらに、瞬時の速度Ｖを推定することにより、角速度が算出される。

このように、変位された剛体１０５により電極間が圧縮または伸長されることによって、２つのピエゾフィルム１０２，１０８にそれぞれ生じた各ピエゾ起電力に基づいて、加速度および角速度が算出される。そして、センサ体１が水平方向および垂直方向に対称性を有する構造にされているから、３次元座標系における各座標軸の成分ごとに加速度および角速度を検出した場合に、検出感度および出力の直線性の方向依存性を改善することができる。

また、複数のピエゾ起電力に基づいて、加速度や角速度が算出されるから、加速された方向や回転された方向が精度良く検出されるとともに、加速度や角速度の算出精度が向上される。よって、加速度や角速度を精度良く求めることができる。

（加速度・角速度センサの動作）
センサ体１に加速度に起因して生じる外力ｆや、角速度に起因して生じるコリオリ力Ｆが作用すると、前記したように剛体１０５が加速され各種のピエゾ起電力が検出される。

各種のピエゾ起電力が検出装置により検出されると、前記したように、これらに比例する外力ｆやコリオリ力Ｆが算出装置により算出される。これにより、算出装置によって、加速度や角速度が算出される。

なお、本参考形態では、剛体１０５の形状は球形であるが、他の形、例えば、碁石形状としても良い。また、典型的な剛体１０５の直径は、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍである。

［一の実施の形態］
次に、本発明の一の実施の形態を図３乃至図１２に基づいて以下に説明する。

図３は一の実施の形態における加速度・角速度センサの断面図である。図３に示すように、一の実施の形態における加速度・角速度センサは、センサ体１１を有している。センサ体１１は、角筒形のスペーサ３０６を有し、この内部に、第１の電極３０１、第１のピエゾフィルム３０２、第２の電極３０３、ゲル材３０４、立方体状の剛体３０５、第３の電極３０７、第２のピエゾフィルム３０８、第４の電極３０９を、上から下に亙ってこの順番で有している。

第１の電極３０１は、第１のピエゾフィルム３０２の上面に貼り付けられている。第２の電極３０３は、第１のピエゾフィルム３０２の下面に貼り付けられている。また、第３の電極３０７は、第２のピエゾフィルム３０８の上面に貼り付けられている。第４の電極３０９は、第２のピエゾフィルム３０８の下面に貼り付けられている。なお、第１のピエゾフィルム３０２および第２のピエゾフィルム３０８は、参考形態と同様に、ＰＶＤＦで形成されている。また、ゲル材３０４は、参考形態のゲル材１０４と同様の役割を果たしている。

図４は、センサ体１１を上方より見た斜視図である。図４は、第２の電極３０３、剛体３０５、第３の電極３０７のみを表示している。第２の電極３０３は、後側周囲小電極Ｅ１１、左側周囲小電極Ｅ２１、右側周囲小電極Ｅ３１、前側周囲小電極Ｅ４１、中央小電極Ｅ５１を含む９個の小電極に分割されている。また、第３の電極３０７も同様に、後側周囲小電極Ｅ１２、左側周囲小電極Ｅ２２、右側周囲小電極Ｅ３２、前側周囲小電極Ｅ４２、中央小電極Ｅ５２を含む９個の小電極に分割されている。そして、剛体３０５は、中央小電極Ｅ５１と中央小電極Ｅ５２との間に配置されている。

（水平方向の加速度の算出）
スペーサ３０６内において、剛体３０５が水平方向に移動すると、第２の電極３０３を構成する９つの小電極のうち、剛体３０５が移動した方向に位置する小電極と、第１の電極３０１との間が、剛体３０５により圧縮される。これにより、互いに接近された小電極と第１の電極３０１との間の第１のピエゾフィルム３０２から、第１のピエゾ起電力が生じる。

また、スペーサ３０６内において、剛体３０５が水平方向に移動すると、第２の電極３０３を構成する９つの小電極のうち、剛体３０５が移動した方向と反対の方向に位置する小電極と、第１の電極３０１との間が、剛体３０５により伸長される。これにより、互いに離間された小電極と第１の電極３０１との間の第１のピエゾフィルム３０２から、第２のピエゾ起電力が生じる。

同様に、スペーサ３０６内において、剛体３０５が水平方向に移動すると、第３の電極３０７を構成する９つの小電極のうち、剛体３０５が移動した方向に位置する小電極と、第４の電極３０９との間が、剛体３０５により圧縮される。これにより、互いに接近された小電極と第４の電極３０９との間の第２のピエゾフィルム３０８から、第３のピエゾ起電力が生じる。

また、スペーサ３０６内において、剛体３０５が水平方向に移動すると、第３の電極３０７を構成する９つの小電極のうち、剛体３０５が移動した方向と反対の方向に位置する小電極と、第４の電極３０９との間が、剛体３０５により伸長される。これにより、互いに離間された小電極と第４の電極３０９との間の第２のピエゾフィルム３０８から、第４のピエゾ起電力が生じる。

例えば、図４に示すように、剛体３０５に＋Ｙ方向（紙面右方向）の加速度が加わった場合、剛体３０５は慣性力によって、−Ｙ方向（紙面左方向）に変位する。この場合、図４に示す左側周囲小電極Ｅ２１と第１の電極３０１との間が圧縮されて、左側周囲小電極Ｅ２１と第１の電極３０１との間の第１のピエゾフィルム３０２から第１のピエゾ起電力が生じる。また、右側周囲小電極Ｅ３１と第１の電極３０１との間が伸長されて、右側周囲小電極Ｅ３１と第１の電極３０１との間の第１のピエゾフィルム３０２から第２のピエゾ起電力が生じる。

また、この場合、図４に示す左側周囲小電極Ｅ２２と第４の電極３０９との間が圧縮されて、左側周囲小電極Ｅ２２と第４の電極３０９との間の第２のピエゾフィルム１０８から第３のピエゾ起電力が生じる。また、右側周囲小電極Ｅ３２と第４の電極３０９との間が伸長されて、右側周囲小電極Ｅ３２と第４の電極３０９との間の第２のピエゾフィルム１０８から第４のピエゾ起電力が生じる。

以上のように生じた各ピエゾ起電力は、検出装置（例えば、電圧計、図示せず）により検出される。算出装置（例えば、マイクロコンピュータにより構成される、図示せず）は、例えば、第１のピエゾ起電力と第２のピエゾ起電力との絶対値を算出するとともに、第３のピエゾ起電力と第４のピエゾ起電力との絶対値を算出する。

ここで、各ピエゾ起電力は、前記のように加速度に起因して生じる外力ｆに比例した形として検出される。各ピエゾ起電力が検出されると、算出装置によって外力ｆが算出され、水平方向の加速度が算出される。

なお、±Ｘ方向（紙面に直交する方向）や、−Ｙ方向（紙面左方向）に加速度が加わった場合には、センサ体１１の水平方向の構造の対称性から、第１乃至第４のピエゾ起電力が検出装置により同様に検出される。これにより、算出装置によって、水平方向の加速度が算出される。

（垂直方向の加速度の算出）
また、スペーサ３０６内において、剛体３０５が垂直方向に移動すると、中央小電極Ｅ５１と、第１の電極３０１との間が、剛体３０５により圧縮または伸長される。これにより、互いに接近または離間された中央小電極Ｅ５１と第１の電極３０１との間の第１のピエゾフィルム１０２から、第５のピエゾ起電力が生じる。

また、スペーサ３０６内において、剛体３０５が垂直方向に移動すると、中央小電極Ｅ５２と、第４の電極１０９との間が、剛体３０５により圧縮または伸長される。これにより、互いに接近または離間された中央小電極Ｅ５２と第４の電極１０９との間の第２のピエゾフィルム１０８から、第６のピエゾ起電力が生じる。ここで、第５の起電力の極性と第６の起電力の極性とは逆である。

例えば、剛体３０５に−Ｚ方向（紙面下方向）の加速度が加わった場合、剛体３０５は慣性力によって元の位置に留まろうとするために、＋Ｚ方向（紙面上方向）に移動する。この場合、図４に示す中央小電極Ｅ５１と第１の電極３０１との間が圧縮されて、中央小電極Ｅ５１と第１の電極３０１との間の第１のピエゾフィルム３０２から第５のピエゾ起電力が生じる。また、中央小電極Ｅ５２と第４の電極１０９との間が伸長されて、中央小電極Ｅ５２と第４の電極１０９との間の第２のピエゾフィルム１０８から第６のピエゾ起電力が生じる。

このように、変位した剛体３０５により電極間が圧縮または伸長されることによって、２つのピエゾフィルム３０２，３０８にそれぞれ生じた各ピエゾ起電力に基づいて、加速度が算出される。そして、センサ体が水平方向および垂直方向に対称性を有する構造にされているから、３次元座標系における各座標軸の成分ごとに加速度を検出した場合に、検出感度および出力の直線性の方向依存性を改善することができる。

また、複数のピエゾ起電力に基づいて、加速度が算出されるから、加速された方向が精度良く検出されるとともに、加速度の算出精度が向上される。よって、加速度を精度良く求めることができる。

（加速度および角速度の算出）
また、垂直振動手段、前後振動手段、および、左右振動手段としての図示しない電圧印加装置により、第１の電極３０１と第２の電極３０３との間、第３の電極３０７と第４の電極３０９との間にそれぞれ電圧を印加することによって、剛体３０５をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のいずれかに振動させることが可能である。

例えば、図５に示すように、左側周囲小電極Ｅ２１と左側周囲小電極Ｅ２２との間を広げ、右側周囲小電極Ｅ３１と右側周囲小電極Ｅ３２との間を狭めるように、第１の電極３０１と左側周囲小電極Ｅ２１との間、第４の電極３０９と左側周囲小電極Ｅ２２との間、第１の電極３０１と右側周囲小電極Ｅ３１との間、第４の電極３０９と右側周囲小電極Ｅ３２との間にそれぞれ電圧を印加することによって、剛体３０５を−Ｙ方向（紙面左方向）へ変位させることが可能である。そして、印加した電圧の極性を交互に変える（励振）ことによって、Ｙ軸方向（紙面左右方向）に沿った振動Ｕを剛体３０５に生じさせることが可能である。

Ｙ軸方向に沿った振動Ｕを剛体３０５に生じさせている状態で、図５に示すように、Ｚ軸を中心とした回転が加わると、剛体３０５にコリオリ力が働き、剛体３０５が−Ｘ方向（紙面奥方向）に変位する。この変位は後側周囲小電極Ｅ１１と後側周囲小電極Ｅ１２との間を広げ、前側周囲小電極Ｅ４１と前側周囲小電極Ｅ４２との間を狭める。
この場合、図５に示す後側周囲小電極Ｅ１１と第１の電極３０１との間が圧縮されて、第１の電極３０１と後側周囲小電極Ｅ１１との間の第１のピエゾフィルム３０２から第１のピエゾ起電力が生じる。また、前側周囲小電極Ｅ４１と第１の電極３０１との間が伸長されて、第１の電極３０１と前側周囲小電極Ｅ４１との間の第１のピエゾフィルム３０２から第２のピエゾ起電力が生じる。

また、この場合、図５に示す後側周囲小電極Ｅ１２と第４の電極３０９との間が圧縮されて、後側周囲小電極Ｅ１２と第４の電極３０９との間の第２のピエゾフィルム３０８から第３のピエゾ起電力が生じる。また、前側周囲小電極Ｅ４２と第４の電極３０９との間が伸長されて、前側周囲小電極Ｅ４２と第４の電極３０９との間の第２のピエゾフィルム３０８から第４のピエゾ起電力が生じる。

また、例えば、図６に示すように、第１の電極３０１と中央小電極Ｅ５１との間、および、中央小電極Ｅ５２と第４の電極３０９との間にそれぞれ電圧を印加し、印加した電圧の極性を交互に変える（励振）ことによって、Ｚ軸方向（紙面上下方向）に沿った振動Ｕを剛体３０５に生じさせることが可能である。

Ｚ軸方向に沿った振動Ｕを剛体３０５に生じさせている状態で、図６に示すように、Ｙ軸を中心とした回転が加わると、剛体３０５にコリオリ力が働き、剛体３０５が＋Ｘ方向（紙面手前方向）に変位する。この変位は前側周囲小電極Ｅ４１と前側周囲小電極Ｅ４２との間を広げ、後側周囲小電極Ｅ１１と後側周囲小電極Ｅ１２との間を狭める。
この場合、図６に示す前側周囲小電極Ｅ４１と第１の電極３０１との間が圧縮されて、第１の電極３０１と前側周囲小電極Ｅ４１との間の第１のピエゾフィルム３０２から第１のピエゾ起電力が生じる。また、後側周囲小電極Ｅ１１と第１の電極３０１との間が伸長されて、第１の電極３０１と後側周囲小電極Ｅ１１との間の第１のピエゾフィルム３０２から第２のピエゾ起電力が生じる。

また、この場合、図６に示す前側周囲小電極Ｅ４２と第４の電極３０９との間が圧縮されて、前側周囲小電極Ｅ４２と第４の電極３０９との間の第２のピエゾフィルム３０８から第３のピエゾ起電力が生じる。また、後側周囲小電極Ｅ１２と第４の電極３０９との間が伸長されて、後側周囲小電極Ｅ１２と第４の電極３０９との間の第２のピエゾフィルム３０８から第４のピエゾ起電力が生じる。

以上のように生じた各ピエゾ起電力は、検出装置により検出される。算出装置は、例えば、第１のピエゾ起電力と第２のピエゾ起電力との絶対値を算出するとともに、第３のピエゾ起電力と第４のピエゾ起電力との絶対値を算出する。

ここで、各ピエゾ起電力は、加速度に起因して生じる外力ｆと、角速度に起因して生じるコリオリ力Ｆとの合成力ｆ＋Ｆに比例した形として検出される。合成力算出手段として機能する算出装置は、合成力ｆ＋Ｆを算出する。そして、分離手段として機能する算出装置は、以下の手順によって、合成力ｆ＋Ｆを外力ｆとコリオリ力Ｆとに分離する。

まず、図７に示すような合成力ｆ＋Ｆの検出信号について、変極点Ｐ１〜Ｐ９を抽出する。そして、図８に示すように、各変極点Ｐ１〜Ｐ９の時間軸ｔ上の位置を示す区画線Ｑ１〜Ｑ９を定義し、隣接する各区画線の中間位置を通る参照線Ｑ１２〜Ｑ８９を定義する。そして、図９に示すように、各参照線上に、その両側にある変極点の信号値の平均値をもった参照点ｍをプロットする。たとえば、参照点ｍ１は、変極点Ｐ１の信号値と変極点Ｐ２の信号値との平均値をもった参照線Ｑ１２上の点ということになる。
このように、参照点ｍ１〜ｍ８が得られたら、図１０に示すように、これらを順に結んだ信号波形を求める。こうして得られた信号波形は、もとの合成力ｆ＋Ｆのうちのバイアス成分に対応するものになり、従って、加速度ａに基づく外力ｆに対応するものになる。

バイアス成分が求まれば、これをもとの合成力から差し引くことにより、振幅成分に対応する信号波形を得ることができて、図１１に示すようなコリオリ力Ｆに対応した信号波形を得ることができる。なお、角速度ωの大きさは、コリオリ力Ｆに対応した信号波形の包絡線Ｅを抽出することにより得られる。また、角速度ωの向きは、得られたコリオリ力Ｆと図１２に示す剛体３０５に与えた振動Ｕとの位相差により得ることができる。

加速度に起因して生じる外力ｆは、ｆ＝ｍ・ａで表される。ｍは剛体３０５の重さ、ａは剛体３０５の加速度である。したがって、外力ｆが求まると、加速度算出手段として機能する算出装置によって、加速度が算出される。また、コリオリ力Ｆは、Ｆ＝２ｍ・Ｖ・ωで表される。ｍは剛体３０５の重さ、Ｖは剛体３０５の瞬時の速度、ωは剛体３０５の瞬時の角速度である。したがって、コリオリ力Ｆが求まると、角速度算出手段として機能する算出装置によって、角速度が算出される。

なお、瞬間の速度Ｖは、剛体３０５の振動状態から推定することができる。つまり、剛体３０５を振動させている電圧の振幅、周波数、そして瞬時瞬時における位相から、瞬間速度Ｖを推定することが可能である。

このように、変位した剛体３０５により電極間が圧縮または伸長されることによって、２つのピエゾフィルム３０２，３０８にそれぞれ生じた各ピエゾ起電力に基づいて、加速度および角速度が算出される。そして、センサ体１１が水平方向および垂直方向に対称性を有する構造にしているから、３次元座標系における各座標軸の成分ごとに加速度および角速度を検出した場合に、検出感度および出力の直線性の方向依存性を改善することができる。

また、剛体３０５が振動している状態において検出された各ピエゾ起電力に基づいて、合成力ｆ＋Ｆが算出され、これが外力ｆとコリオリ力Ｆとに分離されて、加速度および角速度が算出される。これにより、加速度および角速度を精度良く求めることができる。

なお、Ｘ軸を中心とした回転が加わった場合の角速度の検出については、センサ体１１の水平方向の構造の対称性から同様に、Ｚ軸方向に沿った振動を剛体３０５に生じさせている状態で、第１乃至第４のピエゾ起電力を求めればよい。

（加速度・角速度センサの動作）
センサ体１１に加速度に起因して生じる外力ｆが作用すると、前記したように剛体３０５に加速度が加わり各種のピエゾ起電力が検出される。

また、任意の軸方向に振動中のセンサ体１１に、角速度に起因して生じるコリオリ力Ｆが作用すると、前記したように剛体３０５が変位して各種のピエゾ起電力が検出される。

このように、剛体３０５が振動している状態において検出された各ピエゾ起電力に基づいて、合成力ｆ＋Ｆが算出され、これが外力ｆとコリオリ力Ｆとに分離されて、加速度および角速度が算出される。これにより、加速度および角速度を精度良く求めることができる。

（本実施の形態の変形例）
以上、本発明の実施例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用および効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、本実施の形態において、ピエゾフィルムがＰＶＤＦで形成された構成にしているが、この構成に限定されるものではなく、ピエゾフィルムがピエゾ効果を示すセラミックス材料で形成された構成にしてもよい。

また、一の実施の形態において、ピエゾフィルムのピエゾ効果によって剛体３０５が振動する構成にしているが、この構成に限定されるものではなく、ピエゾフィルムの代わりに誘電体が用いられて、静電駆動により剛体３０５が振動し、静電容量の変化が検出される構成にしてもよい。

また、本実施の形態において、ピエゾフィルムから出力されるピエゾ起電力が用いられる構成にしているが、この構成に限定されるものではなく、ピエゾフィルムのピエゾ抵抗の変化が用いられる構成にしても良い。

また、本実施の形態において、第１乃至第４のピエゾ起電力に基づいて、加速度や角速度が算出される構成にしているが、この構成に限定されるものではなく、例えば、第１のピエゾ起電力のみに基づいて、加速度や角速度が算出される構成にしてもよい。また、第５乃至第６のピエゾ起電力に基づいて、加速度が算出される構成にしているが、この構成に限定されるものではなく、例えば、第５のピエゾ起電力のみに基づいて、加速度が算出される構成にしてもよい。また、第１の実施の形態において、第７乃至第１０のピエゾ起電力に基づいて、角速度が算出される構成にしているが、この構成に限定されるものではなく、例えば、第７のピエゾ起電力のみに基づいて、角速度が算出される構成にしてもよい。

また、本実施の形態において、変位する剛体の数が１個の構成にされているが、この構成に限定されるものではなく、剛体の数が２個以上であってもよい。また、センサ体の数は１個に限定されるものではなく、左右方向、または、上下方向に複数のセンサ体が設けられた構成にしてもよい。この場合、検出感度や検出精度が向上される。

参考形態における加速度・角速度センサの構造概略図。参考形態における加速度・角速度センサの電極配置図。一の実施の形態における加速度・角速度センサの構造概略図。一の実施の形態における加速度・角速度センサの説明図。一の実施の形態における加速度・角速度センサの説明図。一の実施の形態における加速度・角速度センサの説明図。合成力の変極点を示す図。合成力の参照線を示す図。合成力の参照点を示す図。外力を示す図。コリオリ力を示す図。剛体に与えた振動を示す図。

符号の説明

１センサ体
１１センサ体
１０１第１の電極
１０２第１のピエゾフィルム
１０３第２の電極
１０４ゲル材
１０５剛体
１０６スペーサ
１０７第３の電極
１０８第２のピエゾフィルム
１０９第４の電極
３０１第１の電極
３０２第１のピエゾフィルム
３０３第２の電極
３０４ゲル材
３０５剛体
３０６スペーサ
３０７第３の電極
３０８第２のピエゾフィルム
３０９第４の電極
Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４周囲小電極
Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ１４周囲小電極
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４周囲小電極
Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４周囲小電極
Ａ１５，Ｂ１５，Ｃ１５，Ｄ１５中央小電極
Ｅ１１，Ｅ１２後側周囲小電極
Ｅ２１，Ｅ２２左側周囲小電極
Ｅ３１，Ｅ３２右側周囲小電極
Ｅ４１，Ｅ４２前側周囲小電極
Ｅ５１，Ｅ５２中央小電極

Claims

３次元座標系における各座標軸の成分ごとに加速度および角速度を検出する加速度・角速度センサであって、
水平面内に配置され、上面に第１の電極を有し、下面に第２の電極を有する第１のピエゾフィルムと、
前記第１のピエゾフィルムから下方に離間された水平面内に配置され、上面に第３の電極を有し、下面に第４の電極を有する第２のピエゾフィルムと、
前記第１のピエゾフィルムと前記第２のピエゾフィルムとの間に配置され、水平方向および垂直方向に変位可能な剛体と、
を有するセンサ体と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間が、変位された前記剛体で圧縮されることによって、前記第１のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間が、変位された前記剛体で伸長されることによって、前記第１のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力と、
前記第３の電極と前記第４の電極との間が、変位された前記剛体で圧縮されることによって、前記第２のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力と、
前記第３の電極と前記第４の電極との間が、変位された前記剛体で伸長されることによって、前記第２のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力と、
をそれぞれ検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した各ピエゾ起電力に基づいて、加速度および角速度を算出する加速度・角速度算出手段と、
を有し、
前記第２の電極および前記第３の電極が、前記剛体に対向する中央小電極と、該中央小電極の水平方向前方に位置する前側周囲小電極と、前記中央小電極の水平方向後方に位置する後側周囲小電極と、前記中央小電極の水平方向左方に位置する左側周囲小電極と、前記中央小電極の水平方向右方に位置する右側周囲小電極とを含むように、複数の周囲小電極に分割されており、
前記検出手段は、
前記第１の電極と、前記第２の電極側の任意の周囲小電極との間が、変位された前記剛体で圧縮されることによって、前記第１のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力を第１のピエゾ起電力として検出し、
前記第１の電極と、前記第２の電極側の任意の周囲小電極との間が、変位された前記剛体で伸長されることによって、前記第１のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力を第２のピエゾ起電力として検出し、
前記第３の電極側の任意の周囲小電極と、前記第４の電極との間が、変位された前記剛体で圧縮されることによって、前記第２のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力を第３のピエゾ起電力として検出し、
前記第３の電極側の任意の周囲小電極と、前記第４の電極との間が、変位された前記剛体で伸長されることによって、前記第２のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力を第４のピエゾ起電力として検出し、
前記第１の電極と、前記第２の電極側の前記中央小電極との間が、変位された前記剛体で圧縮または伸長されることによって、前記第１のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力を第５のピエゾ起電力として検出し、
前記第３の電極側の前記中央小電極と、前記第４の電極との間が、変位された前記剛体で圧縮または伸長されることによって、前記第２のピエゾフィルムに生じたピエゾ起電力を第６のピエゾ起電力として検出し、
前記加速度・角速度算出手段は、前記第１乃至第４のピエゾ起電力に基づいて水平方向の加速度を算出し、前記第５乃至第６のピエゾ起電力に基づいて垂直方向の加速度を算出することを特徴とする加速度・角速度センサ。
前記第１の電極と前記第２の電極の中央小電極との間に任意の極性の電圧を印加するとともに、前記第３の電極の中央小電極と前記第４の電極との間に前記任意の極性とは逆の極性の電圧を印加し、前記極性を交互に切り替えることによって、前記剛体を垂直方向に振動させる垂直振動手段と、
前記第１の電極と前記第２の電極の前側周囲小電極との間、および、前記第３の電極の前側周囲小電極と前記第４の電極との間に任意の極性の電圧をそれぞれ印加するとともに、前記第１の電極と前記第２の電極の後側周囲小電極との間、および、前記第３の電極の後側周囲小電極と前記第４の電極との間に前記任意の極性とは逆の極性の電圧をそれぞれ印加し、前記極性を交互に切り替えることによって、前記剛体を水平方向前方から水平方向後方にかけての前後方向に振動させる前後振動手段と、
前記第１の電極と前記第２の電極の左側周囲小電極との間、および、前記第３の電極の左側周囲小電極と前記第４の電極との間に任意の極性の電圧をそれぞれ印加するとともに、前記第１の電極と前記第２の電極の右側周囲小電極との間、および、前記第３の電極の右側周囲小電極と前記第４の電極との間に前記任意の極性とは逆の極性の電圧をそれぞれ印加し、前記極性を交互に切り替えることによって、前記剛体を水平方向左方から水平方向右方にかけての左右方向に振動させる左右振動手段と、
を更に有し、
前記加速度・角速度算出手段は、
前記剛体が振動している状態において前記検出手段が検出した各ピエゾ起電力に基づいて、加速度に起因して生じる外力と角速度に起因して生じるコリオリ力との合成力を算出する合成力算出手段と、
前記合成力を前記外力と前記コリオリ力とに分離する分離手段と、
前記外力に基づいて加速度を算出する加速度算出手段と、
前記コリオリ力に基づいて角速度を算出する角速度算出手段と、
を有していることを特徴とする請求項１に記載の加速度・角速度センサ。
前記第１のピエゾフィルムおよび前記第２のピエゾフィルムが、ポリフッ化ビニリデンで形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加速度・角速度センサ。
前記第１のピエゾフィルムと前記第２のピエゾフィルムとの間であって、前記剛体の周りの隙間には、ゲル状物質が充填されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の加速度・角速度センサ。