JPH0526744A - 圧電素子を用いた力・加速度・磁気のセンサ - Google Patents

圧電素子を用いた力・加速度・磁気のセンサ

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JPH0526744A
JPH0526744A JP3203876A JP20387691A JPH0526744A JP H0526744 A JPH0526744 A JP H0526744A JP 3203876 A JP3203876 A JP 3203876A JP 20387691 A JP20387691 A JP 20387691A JP H0526744 A JPH0526744 A JP H0526744A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度補償なしに高精度な検出が可能であり、
しかも製造プロセスが容易な力、加速度、磁気のセンサ
を提供する。 【構成】 可撓性をもった円盤状の基板１０の周囲部分
はセンサ筐体に固定され、中心部分には作用体５０が接
合される。基板１０内の原点Ｏについて、ＸＹＺ三次元
座標系を定義し、Ｘ軸に沿って、４組の検出子Ｄ１〜Ｄ
４が配置される。各検出子は圧電素子２１，２３を上部
電極３１〜３４と下部電極４１〜４４とで挟んだサンド
イッチ構造をしている。加速度の作用により、作用体５
０にＸ軸方向の力Ｆｘが作用すると、基板１０が撓み、
各電極に正または負の電荷が発生する。電荷の発生態様
は、作用した力の方向に依存し、電荷の発生量は、作用
した力の大きさに依存する。よって、この電荷発生パタ
ーンに基づいて、作用した力の各軸方向成分を検出でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子を用いた力・
加速度・磁気のセンサ、特に、多次元の各成分ごとに
力、加速度、磁気を検出することのできるセンサに関す
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センサの
需要が高まっている。特に、二次元あるいは三次元の各
成分ごとにこれらの物理量を検出しうる小型のセンサが
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センサが提案され
ている。この力センサの検出部に、重錘体を取り付けれ
ば、重錘体に加わる加速度を力として検出する加速度セ
ンサが実現でき、磁性体を取り付ければ、磁性体に作用
する磁気を力として検出する磁気センサが実現できる。
たとえば、特許協力条約に基づく国際公開第ＷＯ８８／
０８５２１号公報や同第ＷＯ８９／０２５８７号公報に
は、上述の原理に基づくセンサが開示されている。
【０００４】また、特願平２−２７４２９９号明細書に
は、２枚の電極板間の静電容量の変化を利用したセンサ
や、２枚の電極板間に圧電素子を挟んだ構造のセンサが
開示されている。これらのセンサでは、力、加速度、磁
気などの作用により、２枚の電極板の間隔に変化を生じ
させ、この間隔の変化を静電容量の変化、あるいは圧電
素子に発生する電荷量の変化として検出するものであ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に、ゲージ抵抗や
ピエゾ抵抗係数には温度依存性があるため、上述した半
導体基板を用いたセンサでは、使用する環境の温度に変
動が生じると検出値が誤差を含むようになる。したがっ
て、正確な測定を行うためには、温度補償を行う必要が
ある。特に、自動車などの分野で用いる場合、−４０℃
〜＋１２０℃というかなり広い動作温度範囲について温
度補償が必要になる。
【０００６】また、上述した静電容量の変化を利用した
センサは、製造コストが安価であるという利点はある
が、形成される静電容量が小さいため、信号処理がむず
かしいという欠点があり、従来提案されている圧電素子
を利用したセンサは、圧電素子を電極間に挟む必要があ
るため、製造上困難を伴うという問題がある。
【０００７】そこで本発明は、温度補償なしに高精度な
検出が可能であり、しかも製造プロセスが容易な力、加
速度、磁気のセンサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
(1) 本願第１の発明は、圧電素子を用いた力センサに
おいて、板状の圧電素子と、この圧電素子の上面に形成
された上部電極と、この圧電素子の下面に形成された下
部電極と、によって構成される検出子を４組用意し、可
撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点を
通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を定義し、用意した
４組の検出子のうちの２組をＸ軸の正の側に、他の２組
を負の側に、それぞれＸ軸に沿って並べて配置し、各検
出子の一方の電極を基板に固定し、基板外側の周囲部分
をセンサ筐体に固定し、外部から作用する物理量に基い
て発生した力を、原点に伝達する機能を有する作用体を
形成し、この作用体に発生した力を、４組の検出子の各
電極に発生する電荷に基づいて検出するようにしたもの
である。
【０００９】(2) 本願第２の発明は、上述の第１の発
明に係る力センサにおいて、基板の内側（原点側）と外
側（周囲部分側）との関係を逆にし、作用体で発生した
力を基板外側の周囲部分に伝達するようにし、原点近傍
をセンサ筐体に固定したものである。
【００１０】(3) 本願第３の発明は、圧電素子を用い
た力センサにおいて、板状の圧電素子と、この圧電素子
の上面に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に
形成された下部電極と、によって構成される検出子を４
組用意し、可撓性をもった基板内の１点に原点を定義
し、この原点を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、
原点を通りかつ基板面に垂直な方向にＺ軸を、それぞれ
定義し、用意した４組の検出子のうち、第１の検出子を
Ｘ軸の負領域の基板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領
域の基板内側に、第３の検出子をＸ軸の正領域の基板内
側に、第４の検出子をＸ軸の正領域の基板外側に、それ
ぞれＸ軸に沿って並べて配置し、各検出子の一方の電極
を基板に固定し、基板外側の周囲部分をセンサ筐体に固
定し、外部から作用する物理量に基いて発生した力を、
原点に伝達する機能を有する作用体を形成し、各検出子
において、基板に固定された電極に対するもう一方の電
極の電位を求め、第１の検出子における電位と第３の検
出子における電位との和と、第２の検出子における電位
と第４の検出子における電位との和と、の差に基づい
て、作用体に発生したＸ軸方向の力を検出し、第１の検
出子における電位と第４の検出子における電位との和
と、第２の検出子における電位と第３の検出子における
電位との和と、の差に基づいて、作用体に発生したＺ軸
方向の力を検出するようにしたものである。
【００１１】(4) 本願第４の発明は、上述の第３の発
明に係る力センサにおいて、基板の内側（原点側）と外
側（周囲部分側）との関係を逆にし、作用体で発生した
力を基板外側の周囲部分に伝達するようにし、原点近傍
をセンサ筐体に固定したものである。
【００１２】(5) 本願第５の発明は、圧電素子を用い
た力センサにおいて、板状の圧電素子と、この圧電素子
の上面に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に
形成された下部電極と、によって構成される検出子を８
組用意し、可撓性をもった基板内の１点に原点を定義
し、この原点を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、
原点においてＸ軸と直交しかつ基板面に平行な方向にＹ
軸を、原点を通りかつ基板面に垂直な方向にＺ軸を、そ
れぞれ定義し、用意した８組の検出子のうち、第１の検
出子をＸ軸の負領域の基板外側に、第２の検出子をＸ軸
の負領域の基板内側に、第３の検出子をＸ軸の正領域の
基板内側に、第４の検出子をＸ軸の正領域の基板外側
に、それぞれＸ軸に沿って並べて配置し、これら各検出
子の一方の電極を基板に固定し、用意した８組の検出子
のうち、第５の検出子をＹ軸の負領域の基板外側に、第
６の検出子をＹ軸の負領域の基板内側に、第７の検出子
をＹ軸の正領域の基板内側に、第８の検出子をＹ軸の正
領域の基板外側に、それぞれＹ軸に沿って並べて配置
し、これら各検出子の一方の電極を基板に固定し、基板
外側の周囲部分をセンサ筐体に固定し、外部から作用す
る物理量に基いて発生した力を、原点に伝達する機能を
有する作用体を形成し、各検出子において、基板に固定
された電極に対するもう一方の電極の電位を求め、第１
の検出子における電位と第３の検出子における電位との
和と、第２の検出子における電位と第４の検出子におけ
る電位との和と、の差に基づいて、作用体に発生したＸ
軸方向の力を検出し、第５の検出子における電位と第７
の検出子における電位との和と、第６の検出子における
電位と第８の検出子における電位との和と、の差に基づ
いて、作用体に発生したＹ軸方向の力を検出し、第１の
検出子における電位と第４の検出子における電位との和
と、第２の検出子における電位と第３の検出子における
電位との和と、の差に基づいて、あるいは、第５の検出
子における電位と第８の検出子における電位との和と、
第６の検出子における電位と第７の検出子における電位
との和と、の差に基づいて、または、第１の検出子にお
ける電位、第４の検出子における電位、第５の検出子に
おける電位、および第８の検出子における電位の総和
と、第２の検出子における電位、第３の検出子における
電位、第６の検出子における電位、および第７の検出子
における電位の総和と、の差に基づいて作用体に発生し
たＺ軸方向の力を検出するようにしたものである。
【００１３】(6) 本願第６の発明は、上述の第５の発
明に係る力センサにおいて、基板の内側（原点側）と外
側（周囲部分側）との関係を逆にし、作用体で発生した
力を基板外側の周囲部分に伝達するようにし、原点近傍
をセンサ筐体に固定したものである。
【００１４】(7) 本願第７の発明は、圧電素子を用い
た力センサにおいて、板状の圧電素子と、この圧電素子
の上面に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に
形成された下部電極と、によって構成される検出子を１
２組用意し、可撓性をもった基板内の１点に原点を定義
し、この原点を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、
原点においてＸ軸と直交しかつ基板面に平行な方向にＹ
軸を、原点を通りかつ基板面に垂直な方向にＺ軸を、原
点においてＸ，Ｙ，Ｚの各軸と交わりかつ基板面に平行
な方向にＷ軸を、それぞれ定義し、用意した１２組の検
出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負領域の基板外側
に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板内側に、第３の
検出子をＸ軸の正領域の基板内側に、第４の検出子をＸ
軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸に沿って並べて
配置し、これら各検出子の一方の電極を基板に固定し、
用意した１２組の検出子のうち、第５の検出子をＹ軸の
負領域の基板外側に、第６の検出子をＹ軸の負領域の基
板内側に、第７の検出子をＹ軸の正領域の基板内側に、
第８の検出子をＹ軸の正領域の基板外側に、それぞれＹ
軸に沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極
を基板に固定し、用意した１２組の検出子のうち、第９
の検出子をＷ軸の負領域の基板外側に、第１０の検出子
をＷ軸の負領域の基板内側に、第１１の検出子をＷ軸の
正領域の基板内側に、第１２の検出子をＷ軸の正領域の
基板外側に、それぞれＷ軸に沿って並べて配置し、これ
ら各検出子の一方の電極を基板に固定し、基板外側の周
囲部分をセンサ筐体に固定し、外部から作用する物理量
に基いて発生した力を、原点に伝達する機能を有する作
用体を形成し、各検出子において、基板に固定された電
極に対するもう一方の電極の電位を求め、第１の検出子
における電位と第３の検出子における電位との和と、第
２の検出子における電位と第４の検出子における電位と
の和と、の差に基づいて、作用体に発生したＸ軸方向の
力を検出し、第５の検出子における電位と第７の検出子
における電位との和と、第６の検出子における電位と第
８の検出子における電位との和と、の差に基づいて、作
用体に発生したＹ軸方向の力を検出し、第９の検出子に
おける電位と第１２の検出子における電位との和と、第
１０の検出子における電位と第１１の検出子における電
位との和と、の差に基づいて、作用体に発生したＺ軸方
向の力を検出するようにしたものである。
【００１５】(8) 本願第８の発明は、上述の第７の発
明に係る力センサにおいて、基板の内側（原点側）と外
側（周囲部分側）との関係を逆にし、作用体で発生した
力を基板外側の周囲部分に伝達するようにし、原点近傍
をセンサ筐体に固定したものである。
【００１６】(9) 本願第９〜第１４の発明は、上述の
第３〜第８の発明に係る力センサにおいて、各検出子の
所定の電極同士を接続して複数の検出端子を形成し、こ
の検出端子間電圧により力の検出を行うようにしたもの
である。
【００１７】(10) 本願第１５の発明は、上述の力セ
ンサにおいて、外部から与えられる加速度に基づいて作
用体に力を発生させることにより、加速度を検出しうる
ようにしたものである。
【００１８】(11) 本願第１６の発明は、上述の力セン
サにおいて、作用体を磁性材料で構成し、外部から与え
られる磁気に基づいて作用体に力を発生させることによ
り、磁気を検出しうるようにしたものである。
【００１９】
【作 用】本発明に係る力センサでは、可撓性をもった
基板上に定義されたＸ軸に沿って、４組の検出子が配置
される。これらの検出子は、一方の電極が基板に固定さ
れている。基板の外側（周囲部分側）をセンサ筐体に固
定し、内側（原点側）に力を作用させるか、逆に、基板
の内側（原点側）をセンサ筐体に固定し、外側（周囲部
分側）に力を作用させることにより、基板に撓みが生
じ、この撓みは各検出子の圧電素子に伝達される。この
ため、各検出子の両電極間には、検出子が配置された位
置に応じた電荷が発生する。したがって、この４組の検
出子に基づく電圧により、Ｘ軸方向に関する力成分の検
出を行うことができる。また、同じ４組の検出子を用い
て、基板面に対して垂直なＺ軸方向に関する力成分の検
出も行うことができる。
【００２０】基板面に平行にＸ軸およびＹ軸を定義し、
これら各軸にそれぞれ４組ずつ、合計８組の検出子を配
置すれば、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸に関する力の成分検出が可
能になる。また、Ｚ軸についての検出を独立して行うよ
うにするのであれば、更に４組の検出子を追加し、合計
１２組の検出子を配置すればよい。
【００２１】力を作用させる作用体として、ある程度の
質量をもった重錘体を用いれば、加速度の検出が可能に
なり、磁性体を用いれば、磁気の検出が可能になる。
【００２２】
【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。本発明は力センサ、加速度センサ、磁気センサ
のいずれにも適用可能であるが、ここでは、加速度セン
サに適用した例を述べることにする。
【００２３】センサの基本的な構造 図１は、本発明の一実施例に係る加速度センサの上面
図、図２は、その側断面図である。このセンサは、可撓
性をもった円盤状の基板１０を有する。本明細書では、
説明の便宜を考慮して、この基板１０の中心部に原点Ｏ
を定め、図の矢印方向に、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を
とり、ＸＹＺ三次元座標系を定義している。ＸＹ平面は
基板１０の基板面に平行な平面となり、Ｚ軸はこれに垂
直な軸となる。図２は、図１に示すセンサをＸ軸に沿っ
て切断した断面に相当する。
【００２４】図１に示すように、基板１０の上面には、
扇型の圧電素子２１，２２，２３，２４が原点Ｏを取り
囲むように配置されており、各圧電素子の上面には、そ
れぞれ２枚ずつ上部電極が形成されている。すなわち、
圧電素子２１の上面には上部電極３１，３２が、圧電素
子２３の上面には上部電極３３，３４が、圧電素子２２
の上面には上部電極３５，３６が、圧電素子２４の上面
には上部電極３７，３８が、それぞれ形成されている。
また、図１には示されていないが、各圧電素子の下面に
は、各上部電極３１〜３８に対応して、これらと同一形
状の下部電極４１〜４８が形成されている。上部電極３
１〜３８と、下部電極４１〜４８とは、それぞれ圧電素
子を挟んで対向している。この様子は、図２の側断面図
に明瞭に示されている。基板１０の下面には、作用体５
０が接合されている。この作用体５０は、円柱状の重錘
体であり、作用した加速度に基づいて力を発生し、この
力を基板１０の原点Ｏ近傍に伝達する機能を有する。ま
た、図２に示すように、基板１０の周囲部分は、センサ
筐体６０に固着支持されている。本明細書では、この基
板１０の周囲部分を外側、原点Ｏの近傍を内側、と呼ぶ
ことにする。結局、円盤状の基板１０の外側はセンサ筐
体６０によって固定されており、内側は自由な状態とな
っている。
【００２５】基板１０は可撓性をもった基板であれば、
どのような材質のものを用いてもかまわない。ガラス、
セラミックス、樹脂のような絶縁体で構成してもよい
し、金属のような導体で構成してもよいし。ただし、導
体で構成した場合には、下部電極４１〜４８を互いに電
気的に独立させるために、基板１０上面には絶縁層を形
成しておく必要がある。ここでは、絶縁体で構成した場
合を例にとって説明する。また、圧電素子２１〜２４と
しては、この実施例では、圧電セラミックを用いてい
る。各電極３１〜３８，４１〜４８は、導体であればど
のような材質で構成してもかまわない。また、作用体５
０は、重錘体として機能すればよいので、どのような材
質を用いることも可能であるが、検出感度を高めるため
には、十分な質量が必要であり、密度の高い材質を用い
るのが好ましい。この実施例では、基板１０と作用体５
０とを別体として構成しているが、これは各部の機能を
説明するための便宜であり、実際には、基板１０と作用
体５０とは同じ材質を用いて一体のものとして形成して
もかまわない。
【００２６】このセンサの製造プロセスは、非常に簡単
である。４つの扇型の圧電素子２１〜２４の両面に、各
電極３１〜３８，４１〜４８を形成し（たとえば、金属
を蒸着すればよい）、このサンドイッチ状になった素子
を基板１０の所定位置に配置し、下部電極４１〜４８の
下面を基板１０の上面に接着剤などで固着すればよい。
あるいは、基板１０上に下部電極４１〜４８を形成し、
その上に圧電セラミックを焼結形成し、その上に上部電
極３１〜３８を形成してもよい。
【００２７】さて、このセンサの動作を考える上では、
この構造は次のように理解できる。いま、板状の圧電素
子と、この圧電素子の上面に形成された上部電極と、こ
の圧電素子の下面に形成された下部電極と、によって構
成される素子を、「１組の検出子」と呼ぶことにする。
すると、この実施例のセンサは、８組の検出子を基板１
０上に配置したものということができる。すなわち、図
のＸ軸方向に沿って左から右へ、圧電素子２１，電極３
１，４１によって構成される第１の検出子Ｄ１、圧電素
子２１，電極３２，４２によって構成される第２の検出
子Ｄ２、圧電素子２３，電極３３，４３によって構成さ
れる第３の検出子Ｄ３、圧電素子２３，電極３４，４４
によって構成される第４の検出子Ｄ４、の順に配置され
ている。一方、図のＹ軸方向に沿って上から下へ、圧電
素子２２，電極３５，４５によって構成される第５の検
出子Ｄ５、圧電素子２２，電極３６，４６によって構成
される第６の検出子Ｄ６、圧電素子２４，電極３７，４
７によって構成される第７の検出子Ｄ７、圧電素子２
４，電極３８，４８によって構成される第８の検出子Ｄ
８、の順に配置されている。
【００２８】加速度が作用したときに生じる現象 さて、上述の加速度センサに、加速度が作用した場合
に、どのような現象が起こるかを検討してみる。いま、
作用体５０にＸ軸方向の加速度が作用したとすると、図
３に示すように、作用体５０の重心ＧにＸ軸方向の力Ｆ
ｘ（作用体５０の質量に比例した大きさをもつ）が発生
することになる。この力Ｆｘにより、原点Ｏには図３に
おける反時計回りのモーメント力が生じ、基板１０の外
側（周囲部分）が固定されているため、基板１０は図の
ように撓む。この撓みは、そのまま圧電素子および各電
極へと伝達され、ある部分は伸び、ある部分は縮む変形
が生じる（図では、この伸び縮みを誇張して示してあ
る）。このような撓みにより、各電極には、図３に示す
ような極性の電荷が発生することが知られている。すな
わち、電極３１，４２，３３，４４には正電荷が発生
し、電極４１，３２，４３，３４には負電荷が発生す
る。なお、圧電素子のこのような性質は、たとえば、
「Development of Acceleration Sensor and Accelerat
ion Evaluation System for Super Low Range Frequenc
y (pp37-49, No.910273, Sensors & Actuators1991)に
論じられている。このように、Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用
すると、Ｘ軸に沿って配置された検出子Ｄ１〜Ｄ４にお
ける上下両電極間に電荷が発生する。これに対し、Ｙ軸
に沿って配置された検出子Ｄ５〜Ｄ８における上下両電
極間には電荷は発生しない。これは、図１に示すよう
に、検出子Ｄ５〜Ｄ８は、Ｘ軸の正の領域と負の領域と
に跨がって配置されているため、一方の片側部分で発生
した電荷が他方の片側部分で発生した電荷によって相殺
されてしまい、全体としては電荷は発生しないのであ
る。
【００２９】一方、作用体５０にＹ軸方向の加速度が作
用したとすると、作用体５０の重心ＧにＹ軸方向の力Ｆ
ｙが発生する。この場合にも、全く同様の現象が起こる
ことが理解できよう。ただし、今度は、Ｙ軸に沿って配
置された検出子Ｄ５〜Ｄ８における上下両電極間に電荷
が発生し、検出子Ｄ１〜Ｄ４における上下両電極間には
電荷は発生しない。
【００３０】次に、作用体５０にＺ軸方向の加速度が作
用したとすると、作用体５０の重心ＧにＺ軸方向の力Ｆ
ｚが作用する。この力Ｆｚにより、図４に示すように、
原点Ｏは図の下方へ向かって引っ張られ、基板１０が図
のように撓む。この撓みによる圧電素子の変形は、各電
極に、図４に示すような極性の電荷を発生させる。すな
わち、電極３１，４２，４３，３４には正電荷が発生
し、電極４１，３２，３３，４４には負電荷が発生す
る。
【００３１】このように、作用体５０にＸ，Ｙ，Ｚ軸方
向の加速度が作用すると、それぞれの場合によって各検
出子に特有の態様で電荷が発生することになる。しか
も、発生する電荷量は作用した加速度の大きさに関連し
た量となり、発生する電荷の極性は作用した加速度の向
きに応じて決まるものとなる。たとえば、図３におい
て、重心ＧにＸ軸負方向の力−Ｆｘが作用すると、各電
極に発生する電荷の符号は逆転する。同様に、図４にお
いて、重心ＧにＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用すると、各
電極に発生する電荷の符号は逆転する。結局、各検出子
に発生する電荷を検出することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸
方向の加速度を独立して検出することができることにな
る。これが、本発明の基本原理である。
【００３２】加速度の検出回路 続いて、前述した加速度センサを用いて、実際に加速度
の検出を行うための検出回路について述べる。図５(a),
(b) はＸ軸方向の力Ｆｘを検出するための検出回路を示
す回路図である。ここで、Ｄ１〜Ｄ４は、Ｘ軸上に配さ
れた各検出子を示し、回路図中には、この各検出子の上
部電極および下部電極についての配線を示す。Ｘ軸方向
の力Ｆｘ（すなわち、Ｘ軸方向の加速度）は、端子Ａｘ
およびＢｘの間の電圧Ｖｘを測定することにより検出で
きる。
【００３３】図６は、作用体５０に各軸方向の力Ｆｘ，
Ｆｙ，Ｆｚが作用したときに各電極に発生する電荷の極
性を示す表である。たとえば、この表のＦｘの欄の極性
符号は、図３に示す各電極に示した符号に対応し、電極
欄に記載の電極の符号は、図５(a) の回路図の順に並べ
てある。この表のＦｘの欄を参照すると、図５(a),(b)
の回路図において、各検出子の端子Ａｘ側の電極には負
の電荷が発生し、端子Ｂｘ側の電極には正の電荷が発生
することがわかる。例えば、図５(b) の回路では、各電
極で発生する電荷量をそれぞれ±１として数えれば、端
子Ａｘには−４の電荷が、端子Ｂｘには＋４の電荷が、
それぞれ集まることになる。逆に、−Ｆｘの力が作用し
た場合には、極性が反転し、端子Ａｘには＋４の電荷
が、端子Ｂｘには−４の電荷が、それぞれ集まることに
なる。同様に、図５(a) の回路では、＋Ｆｘの力が作用
した場合には、端子Ａｘには−１の電荷が、端子Ｂｘに
は＋１の電荷が、それぞれ集まることになる。逆に、−
Ｆｘの力が作用した場合には、極性が反転し、端子Ａｘ
には＋１の電荷が、端子Ｂｘには−１の電荷が、それぞ
れ集まることになる。結局、端子ＡｘおよびＢｘの間の
電圧Ｖｘは、Ｘ軸方向の力Ｆｘに対応した値となる。
【００３４】ここで、Ｙ軸方向の力Ｆｙが作用した場合
に、電圧Ｖｘとしてどのような値が出力されるかを考え
てみる。図６の表のＦｙの欄に示すように、力Ｆｙが作
用した場合には、各電極に電荷は発生しない。これは前
述したように、検出子Ｄ１〜Ｄ４はＸ軸に沿って配置さ
れているため、Ｙ軸方向の力Ｆｙが作用すると、部分的
に発生した正および負の電荷が互いに相殺されるためで
ある。したがって、電圧ＶｘはＹ軸方向の力Ｆｙには何
ら影響されない。
【００３５】次に、Ｚ軸方向の力Ｆｚが作用した場合
に、電圧Ｖｘとしてどのような値が出力されるかを考え
てみる。図６の表のＦｚの欄の極性符号は、図４に示す
各電極に示した符号に対応する。このような電荷を発生
する各電極が、図５(a),(b) に示すように配線されてい
ることを考えると、やはり正および負の電荷が互いに相
殺され、力Ｆｚだけが作用した場合の電圧値Ｖｘは０に
なる。したがって、電圧ＶｘはＺ軸方向の力Ｆｚには何
ら影響されない。
【００３６】以上のことから、作用体５０に三次元の力
Ｆが作用した場合、そのＸ軸方向成分Ｆｘだけが電圧Ｖ
ｘとして検出されることになり、この検出値はＹ軸方向
成分ＦｙおよびＺ軸方向成分Ｆｚの影響を受けることが
ない。
【００３７】図７(a),(b) はＹ軸方向の力Ｆｙを検出す
るための検出回路を示す回路図である。ここで、Ｄ５〜
Ｄ８は、Ｙ軸上に配された各検出子を示し、回路図中に
は、この各検出子の上部電極および下部電極についての
配線を示す。Ｙ軸方向の力Ｆｙ（すなわち、Ｙ軸方向の
加速度）は、端子ＡｙおよびＢｙの間の電圧Ｖｙを測定
することにより検出できる。
【００３８】図８は、作用体５０に各軸方向の力Ｆｘ，
Ｆｙ，Ｆｚが作用したときに各電極に発生する電荷の極
性を示す表である。電極欄に記載の電極の符号は、図７
(a)の回路図の順に並べてある。この表から、電圧Ｖｙ
はＹ軸方向の力Ｆｙの大きさおよび方向によってのみ決
まる値であることがわかる。結局、作用体５０に三次元
の力Ｆが作用した場合、そのＹ軸方向成分Ｆｙだけが電
圧Ｖｙとして検出されることになり、この検出値はＸ軸
方向成分ＦｘおよびＺ軸方向成分Ｆｚの影響を受けるこ
とがない。
【００３９】図９(a),(b) はＺ軸方向の力Ｆｚを検出す
るための検出回路を示す回路図である。ここで、Ｄ１〜
Ｄ４は、Ｘ軸上に配された各検出子を示し、回路図中に
は、この各検出子の上部電極および下部電極についての
配線を示す。Ｚ軸方向の力Ｆｚ（すなわち、Ｚ軸方向の
加速度）は、端子ＡｚおよびＢｚの間の電圧Ｖｚを測定
することにより検出できる。
【００４０】図１０は、作用体５０に各軸方向の力Ｆ
ｘ，Ｆｙ，Ｆｚが作用したときに各電極に発生する電荷
の極性を示す表である。電極欄に記載の電極の符号は、
図９(a) の回路図の順に並べてある。この表から、電圧
ＶｚはＺ軸方向の力Ｆｚの大きさおよび方向によっての
み決まる値であることがわかる。結局、作用体５０に三
次元の力Ｆが作用した場合、そのＺ軸方向成分Ｆｚだけ
が電圧Ｖｚとして検出されることになり、この検出値は
Ｘ軸方向成分ＦｘおよびＹ軸方向成分Ｆｙの影響を受け
ることがない。
【００４１】以上のように、Ｘ軸方向に沿って配置した
４つの検出子Ｄ１〜Ｄ４によって、Ｘ軸方向の力Ｆｘと
Ｚ軸方向の力Ｆｚとが検出でき、Ｙ軸方向に沿って配置
した４つの検出子Ｄ５〜Ｄ８によって、Ｚ軸方向の力Ｆ
ｚが検出できる。結局、検出子Ｄ１〜Ｄ４は、Ｘ軸方向
の検出とＹ軸方向の検出とに共用される。このような共
用を可能にするための回路を図１１(a),(b) に示す。図
１１(a) の回路は、４つのスイッチＳ１〜Ｓ４を用いた
切換回路を構成しており、Ｘ軸方向成分は共通端子Ａｘ
ｚとＸ軸用端子Ｂｘとの間の電圧Ｖｘによって検出さ
れ、Ｚ軸方向成分は共通端子ＡｘｚとＺ軸用端子Ｂｚと
の間の電圧Ｖｚによって検出される。スイッチＳ１とＳ
２とは連動しており、一方がＯＮになると他方がＯＦＦ
となる。同様に、スイッチＳ３とＳ４とは連動してお
り、一方がＯＮになると他方がＯＦＦとなる。図に示す
ように、スイッチＳ１をＯＮ、スイッチＳ２をＯＦＦ、
スイッチＳ３をＯＦＦ、スイッチＳ４をＯＮの状態にす
ると、この回路は図５(a) に示すＸ軸方向成分の検出回
路と等価になる。また、各スイッチを切り換え、スイッ
チＳ１をＯＦＦ、スイッチＳ２をＯＮ、スイッチＳ３を
ＯＮ、スイッチＳ４をＯＦＦの状態にすると、この回路
は図７(a) に示すＺ軸方向成分の検出回路と等価にな
る。図１１(b) の回路も同様に、４つのスイッチＳ１〜
Ｓ４の操作により、Ｘ軸方向成分の検出とＺ軸方向成分
の検出とを切り換えることができる。図に示すように、
スイッチＳ１をＯＦＦ、スイッチＳ２をＯＮ、スイッチ
Ｓ３をＯＮ、スイッチＳ４をＯＦＦの状態にすると、こ
の回路は図５(b) に示すＸ軸方向成分の検出回路と等価
になる。また、各スイッチを切り換え、スイッチＳ１を
ＯＮ、スイッチＳ２をＯＦＦ、スイッチＳ３をＯＦＦ、
スイッチＳ４をＯＮの状態にすると、この回路は図７
(b) に示すＺ軸方向成分の検出回路と等価になる。
【００４２】なお、Ｚ軸方向の力Ｆｚの検出は、検出子
Ｄ１〜Ｄ４の代わりに検出子Ｄ５〜Ｄ８を用いても行う
ことができる。この場合は、検出子Ｄ５〜Ｄ８が、Ｙ軸
方向の検出とＺ軸方向の検出とに共用されることにな
る。また、８個の検出子Ｄ１〜Ｄ８のすべてを用いてＺ
軸方向の力Ｆｚを検出してもよい。この場合は、図１２
または図１３のような検出回路を組めばよい。
【００４３】ここで、このセンサの温度特性について述
べておく。圧電素子は急激な温度変化に対して電極間に
電荷を生じる性質をもち、いわゆるパイロ効果を示す素
子である（前掲文献Ｆｉｇ．１６参照）。本発明による
センサでは、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向の検出値は、各く検
出子によって得られる電圧の差に基づいて算出されるた
め、温度の影響は相殺されることになる。したがって温
度補償のための回路などを付加する必要はない。
【００４４】センサの別な実施例 続いて、本発明による加速度センサの別な構造を示す。
図１４は、この別な構造をもったセンサの側断面図、図
１５はその上面図である。図１５に示すセンサをＸ軸に
沿って切断した断面が図１４に対応する。なお、図１４
の側断面図では、図が繁雑になるのを避けるため、断面
部分だけを示してある。図１および図２に示すセンサと
の違いは、各検出子ごとに独立した圧電素子を設けた点
である。すなわち、図１および図２に示すセンサでは、
検出子Ｄ１およびＤ２には共通の圧電素子２１が用いら
れ、検出子Ｄ３およびＤ４には共通の圧電素子２３が用
いられ、検出子Ｄ５およびＤ６には共通の圧電素子２２
が用いられ、検出子Ｄ７およびＤ８には共通の圧電素子
２４が用いられていた。これに対して、図１４および図
１５に示すセンサでは、８個の圧電素子２１ａ，２１
ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ
を設け、各検出子Ｄ１〜Ｄ８が物理的に完全に独立した
部品によって構成されるようにしている。
【００４５】本発明では、各検出子の電極が他の検出子
の電極に対して独立していれば、理論的には、圧電素子
は各検出子間で共通のものにしても差支えない。極端な
例では、図１６に示すように大きな円盤状の圧電素子を
１枚だけ用意し、８組の検出子をこの１枚の圧電素子を
共用して構成することもできる。ただ、実際には、圧電
素子内で電荷の再結合が生じるため、低周波数の振動を
精密に測定するためには、図１４および図１５に示す実
施例のように、各検出子ごとに独立した圧電素子を用い
るようにするのが好ましい。ただ、製造プロセスはそれ
だけ複雑になる。
【００４６】図１７は、本発明による加速度センサの更
に別な構造を示す側断面図である。この側断面図におい
ても、図が繁雑になるのを避けるため、断面部分だけを
示してある。前述した各実施例では、基板１０の上面に
検出子を配置していたが、この実施例では、基板１０の
下面に検出子を配置している。本発明によるセンサで
は、要するに、Ｘ軸に沿って４つの検出子Ｄ１〜Ｄ４を
配置し、Ｙ軸に沿って４つの検出子Ｄ５〜Ｄ８を配置す
ることができれば、基板１０の上面に配置しようが、下
面に配置しようが、どちらでもかまわない。また、ある
検出子は上面に、ある検出子は下面に、と上下入り乱れ
て配置してもかまわないし、上下両面に配置してもかま
わない。ただし、正しい検出を行うためには、各電極に
発生する電荷の極性を考え、電極間の配線を適切なもの
にする必要がある。
【００４７】上述の実施例では、８組の検出子を用い
て、三次元の各軸方向成分を検出しているが、より多数
の検出子を用いて同様の検出を行ってもかまわない。図
１８に上面図を示す実施例は、１６組の検出子Ｄ１〜Ｄ
１６を用いた例である。ここで、検出子Ｄ１〜Ｄ８は、
図１に示す検出子Ｄ１〜Ｄ８と同等（面積が若干小さく
なっている）のものであり、Ｘ軸に沿って検出子Ｄ１〜
Ｄ４が、Ｙ軸に沿って検出子Ｄ５〜Ｄ８が、それぞれ配
置されている。この実施例では、更に、ＸＹ平面上にお
いて、Ｘ軸に対して４５°の角度をもったＷ１軸と１３
５°の角度をもったＷ２軸とを定義し、Ｗ１軸に沿って
検出子Ｄ９〜Ｄ１２を、Ｗ２軸に沿って検出子Ｄ１３〜
Ｄ１６を、それぞれ配置している。
【００４８】このような配置を行えば、検出子Ｄ１〜Ｄ
４によってＸ軸方向の力を検出し、検出子Ｄ５〜Ｄ８に
よってＹ軸方向の力を検出し、検出子Ｄ９〜Ｄ１２また
は検出子Ｄ１３〜１６、あるいは検出子Ｄ９〜Ｄ１６に
よってＺ軸方向の力を検出することができる。したがっ
て、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の力の検出を、完全に独立別個の
検出子によって行うことができる。もっとも、基板１０
の基板面に垂直なＺ軸方向に関しては、基板面に平行な
いずれの軸に沿って配置した検出子を用いても検出が可
能である。すなわち、Ｘ軸に沿って配置した検出子Ｄ１
〜Ｄ４、Ｙ軸に沿って配置した検出子Ｄ５〜Ｄ８、Ｗ１
軸に沿って配置した検出子Ｄ９〜Ｄ１２、Ｗ２軸に沿っ
て配置した検出子Ｄ１３〜Ｄ１６、のいずれを用いて
も、Ｚ軸方向の力検出が可能である。また、ここで用い
る圧電素子は、図１６に示すように単一の基板で構成さ
れたものであってもよい。
【００４９】いままで述べてきた実施例では、いずれ
も、基板１０の外側の周囲部分をセンサ筐体に固定し、
内側の原点Ｏ近傍に作用体５０を形成していたが、この
基板の内側と外側との関係を全く逆にすることも可能で
ある。すなわち、図１９に側断面図を示す実施例のよう
に、基板１０の内側の原点Ｏ近傍の作用体５０（ここで
は、作用体としての機能は失われ、単なる台座として用
いられている）をセンサ筐体６１に固定し、基板１０の
外側の周囲部分に新たな作用体５１を形成してもよい。
この実施例では、作用体５１は、円盤状の基板１０の外
周に沿って取り付けられたリング状の重錘体となってい
る。このような構成では、基板１０の内側が固定され、
外側に力が作用するようになるが、作用した力に基づい
て基板１０に撓みが生じることに変わりはなく、前述の
各実施例のいずれについても、このように基板の内外を
逆にした構造を適用することができる。
【００５０】検出回路の別な実施例 図５に示す回路のもつ意味をもう少し検討してみる。い
ま、各検出子において、力に基づいて発生する電荷を符
号を考慮した電位に変換して考える。すなわち、基板に
固着された方の電極（図１の例では、下部電極４１〜４
８）に対するもう一方の電極の電位をその検出子におけ
る電位と定義する。別言すれば、基板に固着された方の
電極を接地したとき、もう一方の電極に現れる電圧値が
その検出子における電位となる。ここで、図５(a),(b)
に示す回路を参照すると、検出子Ｄ１とＤ３について
は、基板に固着された方の電極４１，４３が端子Ａｘ側
に接続され、検出子Ｄ２とＤ４については、基板に固着
された方の電極４２，４４が端子Ｂｘ側に接続されてい
ることがわかる。すなわち、検出子Ｄ１，Ｄ３と検出子
Ｄ２，Ｄ４とは逆方向に接続されていることになる。結
局、検出子Ｄ１における電位と検出子Ｄ３における電位
との和と、検出子Ｄ２における電位と検出子Ｄ４におけ
る電位との和と、の差が、端子Ａｘ，Ｂｘ間に現れる電
圧Ｖｘであることがわかる。すなわち、検出子Ｄ１，Ｄ
２，Ｄ３，Ｄ４によって得られる電位を、それぞれＶ
１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４とすれば、Ｖｘ＝（Ｖ１＋Ｖ３）
−（Ｖ２＋Ｖ４）である。したがって、図２０に示すよ
うに、これらの電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を検出する
ための電圧検出器８１，８２，８３，８４を設ければ、
差動増幅器ＡＰ１の出力として、電圧Ｖｘを得ることが
できる。
【００５１】また、図７(a),(b) に示す回路を参照する
と、検出子Ｄ５とＤ７については、基板に固着された方
の電極４５，４７が端子Ａｙ側に接続され、検出子Ｄ６
とＤ８については、基板に固着された方の電極４６，４
８が端子Ｂｙ側に接続されていることがわかる。すなわ
ち、検出子Ｄ５，Ｄ７と検出子Ｄ６，Ｄ８とは逆方向に
接続されていることになる。結局、検出子Ｄ５における
電位と検出子Ｄ７における電位との和と、検出子Ｄ６に
おける電位と検出子Ｄ８における電位との和と、の差
が、端子Ａｙ，Ｂｙ間に現れる電圧Ｖｙであることがわ
かる。すなわち、検出子Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８におけ
る電位を、それぞれＶ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８とすれば、
Ｖｙ＝（Ｖ５＋Ｖ７）−（Ｖ６＋Ｖ８）である。したが
って、図２０に示すように、これらの電圧Ｖ５，Ｖ６，
Ｖ７，Ｖ８を検出するための電圧検出器８５，８６，８
７，８８を設ければ、差動増幅器ＡＰ３の出力として、
電圧Ｖｙを得ることができる。
【００５２】更に、図９(a),(b) に示す回路を参照する
と、検出子Ｄ１とＤ４については、基板に固着された方
の電極４１，４４が端子Ａｚ側に接続され、検出子Ｄ２
とＤ３については、基板に固着された方の電極４２，４
３が端子Ｂｚ側に接続されていることがわかる。すなわ
ち、検出子Ｄ１，Ｄ４と検出子Ｄ２，Ｄ３とは逆方向に
接続されていることになる。結局、検出子Ｄ１における
電位と検出子Ｄ４における電位との和と、検出子Ｄ２に
おける電位と検出子Ｄ３における電位との和と、の差
が、端子Ａｚ，Ｂｚ間に現れる電圧Ｖｚであることがわ
かる。すなわち、検出子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４におけ
る電位を、それぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４とすれば、
Ｖｚ＝（Ｖ１＋Ｖ４）−（Ｖ２＋Ｖ３）である。したが
って、図２０に示すように、電圧検出器８１，８２，８
３，８４を用いて、差動増幅器ＡＰ２の出力として、電
圧Ｖｚを得ることができる。
【００５３】また、図１８に示す１６組の検出子を用い
たセンサでは、電圧Ｖｚについては、図２１に示す回路
によって検出ができる。すなわち、検出子Ｄ９〜Ｄ１６
における電位Ｖ９〜Ｖ１６を、電圧検出器９１〜９８に
よって検出し、差動増幅器ＡＰ４の出力として電圧Ｖｚ
を得ることができる。この場合、図２０に示す差動増幅
器ＡＰ２は不要となり、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向成分が完
全に別個独立した回路で検出できることになる。なお、
図２１に示す回路では、電位Ｖ９〜Ｖ１６のすべてを用
いているが、電位Ｖ９〜Ｖ１２の４つだけ、あるいは、
電位Ｖ１３〜Ｖ１６の４つだけを用いるようにしてもか
まわない。ただ、精度良い測定を行うためには、電位Ｖ
９〜Ｖ１６のすべてを用いるのが好ましい。
【００５４】更に別な実施例 以上、本発明をいくつかの実施例に基づいて説明した
が、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでは
なく、この他にも種々の態様で実施可能である。たとえ
ば、上述の実施例では、８組あるいは１６組の検出子を
用いて三次元の各軸方向成分の加速度検出を行っている
が、４組の検出子だけを用いて二次元の各軸方向成分の
加速度検出を行うようにすることも可能である。たとえ
ば、検出子Ｄ１〜Ｄ４だけを用いれば、Ｘ軸方向成分と
Ｚ軸方向成分との検出が可能である。
【００５５】また、上述の実施例は、いずれも加速度セ
ンサに本発明を適用したものであるが、本発明は力セン
サや磁気センサにも適用可能である。たとえば、力セン
サとして用いるのであれば、作用体５０から接触子を伸
ばし、この接触子によって外力を基板１０に伝達するよ
うにすればよい。また、磁気センサとして用いるのであ
れば、作用体５０を、鉄、コバルト、ニッケルといった
磁性体で構成すれば、磁気の作用により発生した力を検
出することにより、間接的に磁気を検出することが可能
である。
【００５６】
【発明の効果】以上のとおり本発明によるセンサによれ
ば、板状の圧電素子とこの圧電素子の両面に形成された
一対の電極とによって構成される検出子を複数用意し、
可撓性の基板上の所定位置にこの検出子を配置し、各電
極間に生じる電圧値に基づいて、作用した力、加速度、
磁気を検出するようにしたため、温度補償なしに高精度
な検出が可能であり、しかも製造プロセスも容易にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る加速度センサの上面図
である。
【図２】図１に示す加速度センサをＸ軸に沿って切断し
た側断面図である。
【図３】図１に示す加速度センサにおける作用体５０の
重心ＧにＸ軸方向の力Ｆｘが与えられたときの状態を示
す側断面図である。
【図４】図１に示す加速度センサにおける作用体５０の
重心ＧにＺ軸方向の力Ｆｚが与えられたときの状態を示
す側断面図である。
【図５】図１に示す加速度センサにおいて、Ｘ軸方向の
力Ｆｘを検出するための検出回路を示す回路図である。
【図６】図５に示す回路の動作を説明する表である。
【図７】図１に示す加速度センサにおいて、Ｙ軸方向の
力Ｆｙを検出するための検出回路を示す回路図である。
【図８】図７に示す回路の動作を説明する表である。
【図９】図１に示す加速度センサにおいて、Ｚ軸方向の
力Ｆｚを検出するための検出回路を示す回路図である。
【図１０】図９に示す回路の動作を説明する表である。
【図１１】図１に示す加速度センサにおいて、Ｘ軸方向
の力Ｆｘの検出と、Ｚ軸方向の力Ｆｚの検出との共用を
可能にする検出回路を示す回路図である。
【図１２】図１に示す加速度センサにおいて、Ｚ軸方向
の力Ｆｚを検出するための別な検出回路を示す回路図で
ある。
【図１３】図１に示す加速度センサにおいて、Ｚ軸方向
の力Ｆｚを検出するための更に別な検出回路を示す回路
図である。
【図１４】本発明の別な一実施例に係る加速度センサの
側断面図であり、断面部分のみを示す。
【図１５】図１４に示す加速度センサの上面図である。
【図１６】円盤状の圧電素子を１枚だけ用いて構成した
加速度センサの実施例を示す上面図である。
【図１７】本発明の更に別な一実施例に係る加速度セン
サの側断面図であり、断面部分のみを示す。
【図１８】１６組の検出子を用いた本発明の一実施例に
係る加速度センサの上面図である。
【図１９】基板の内側を固定した本発明の一実施例に係
る加速度センサの側断面図である。
【図２０】図１に示す加速度センサに用いる別な検出回
路を示す回路図である。
【図２１】図１５に示す加速度センサに用いるＺ軸方向
についての検出回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１０…可撓性をもった基板 ２１〜２５…圧電素子 ３１〜３８…上部電極 ４１〜４８…下部電極 ５０，５１…作用体（重錘体） ６０，６１…センサ筐体 ８１〜８８…電圧検出器 ９１〜９８…電圧検出器 ＡＰ１〜ＡＰ４…差動増幅器 Ｄ１〜Ｄ１６…検出子 Ｇ…重心 Ｏ…原点 Ｓ１〜Ｓ４…スイッチ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年６月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２０】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２１】 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年７月１５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４１】 以上のように、Ｘ軸方向に沿って配置し
た４つの検出子Ｄ１〜Ｄ４によって、Ｘ軸方向の力Ｆｘ
とＺ軸方向の力Ｆｚとが検出でき、Ｙ軸方向に沿って配
置した４つの検出子Ｄ５〜Ｄ８によって、Ｙ軸方向の力
Ｆｙが検出できる。結局、検出子Ｄ１〜Ｄ４は、Ｘ軸方
向の検出とＺ軸方向の検出とに共用される。このような
共用を可能にするための回路を図１１(a),(b) に示す。
図１１(a)の回路は、４つのスイッチＳ１〜Ｓ４を用い
た切換回路を構成しており、Ｘ軸方向成分は共通端子Ａ
ｘｚとＸ軸用端子Ｂｘとの間の電圧Ｖｘによって検出さ
れ、Ｚ軸方向成分は共通端子ＡｘｚとＺ軸用端子Ｂｚと
の間の電圧Ｖｚによって検出される。スイッチＳ１とＳ
２とは連動しており、一方がＯＮになると他方がＯＦＦ
となる。同様に、スイッチＳ３とＳ４とは連動してお
り、一方がＯＮになると他方がＯＦＦとなる。図に示す
ように、スイッチＳ１をＯＮ、スイッチＳ２をＯＦＦ、
スイッチＳ３をＯＦＦ、スイッチＳ４をＯＮの状態にす
ると、この回路は図５(a) に示すＸ軸方向成分の検出回
路と等価になる。また、各スイッチを切り換え、スイッ
チＳ１をＯＦＦ、スイッチＳ２をＯＮ、スイッチＳ３を
ＯＮ、スイッチＳ４をＯＦＦの状態にすると、この回路
は図７(a) に示すＺ軸方向成分の検出回路と等価にな
る。図１１(b) の回路も同様に、４つのスイッチＳ１〜
Ｓ４の操作により、Ｘ軸方向成分の検出とＺ軸方向成分
の検出とを切り換えることができる。図に示すように、
スイッチＳ１をＯＦＦ、スイッチＳ２をＯＮ、スイッチ
Ｓ３をＯＮ、スイッチＳ４をＯＦＦの状態にすると、こ
の回路は図５(b) に示すＸ軸方向成分の検出回路と等価
になる。また、各スイッチを切り換え、スイッチＳ１を
ＯＮ、スイッチＳ２をＯＦＦ、スイッチＳ３をＯＦＦ、
スイッチＳ４をＯＮの状態にすると、この回路は図７
(b) に示すＺ軸方向成分の検出回路と等価になる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４８】 このような配置を行えば、検出子Ｄ１〜
Ｄ４によってＸ軸方向の力を検出し、検出子Ｄ５〜Ｄ８
によってＹ軸方向の力を検出し、検出子Ｄ９〜Ｄ１２ま
たは検出子Ｄ１３〜１６、あるいは検出子Ｄ９〜Ｄ１６
によってＺ軸方向の力を検出することができる。したが
って、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の力の検出を、完全に独立別個
の検出子によって行うことができる。もっとも、基板１
０の基板面に垂直なＺ軸方向に関しては、基板面に平行
ないずれの軸に沿って配置した検出子を用いても検出が
可能である。すなわち、Ｘ軸に沿って配置した検出子Ｄ
１〜Ｄ４、Ｙ軸に沿って配置した検出子Ｄ５〜Ｄ８、Ｗ
１軸に沿って配置した検出子Ｄ９〜Ｄ１２、Ｗ２軸に沿
って配置した検出子Ｄ１３〜Ｄ１６、のいずれを用いて
も、Ｚ軸方向の力検出が可能である。また、ここで用い
る圧電素子は、図１６に示すように単一の基板２５で構
成されたものであってもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上面
    に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成さ
    れた下部電極と、によって構成される検出子を４組用意
    し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を定義し、前記４
    組の検出子のうちの２組をＸ軸の正の側に、他の２組を
    負の側に、それぞれＸ軸に沿って並べて配置し、各検出
    子の一方の電極を前記基板に固定し、 前記基板外側の周囲部分をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記原
    点に伝達する機能を有する作用体を形成し、 前記作用体に発生した力を、前記４組の検出子の各電極
    に発生する電荷に基づいて検出するようにしたことを特
    徴とする圧電素子を用いた力センサ。
  2. 【請求項２】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上面
    に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成さ
    れた下部電極と、によって構成される検出子を４組用意
    し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を定義し、前記４
    組の検出子のうちの２組をＸ軸の正の側に、他の２組を
    負の側に、それぞれＸ軸に沿って並べて配置し、各検出
    子の一方の電極を前記基板に固定し、 前記基板の原点近傍をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記基
    板外側の周囲部分に伝達する機能を有する作用体を形成
    し、 前記作用体に発生した力を、前記４組の検出子の各電極
    に発生する電荷に基づいて検出するようにしたことを特
    徴とする圧電素子を用いた力センサ。
  3. 【請求項３】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上面
    に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成さ
    れた下部電極と、によって構成される検出子を４組用意
    し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、原点を通りか
    つ基板面に垂直な方向にＺ軸を、それぞれ定義し、前記
    ４組の検出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負領域の基
    板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板内側に、
    第３の検出子をＸ軸の正領域の基板内側に、第４の検出
    子をＸ軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸に沿って
    並べて配置し、各検出子の一方の電極を前記基板に固定
    し、 前記基板外側の周囲部分をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記原
    点に伝達する機能を有する作用体を形成し、 各検出子において、前記基板に固定された電極に対する
    もう一方の電極の電位を求め、 前記第１の検出子における電位と前記第３の検出子にお
    ける電位との和と、前記第２の検出子における電位と前
    記第４の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、前記作用体に発生した前記Ｘ軸方向の力を検出し、
    前記第１の検出子における電位と前記第４の検出子にお
    ける電位との和と、前記第２の検出子における電位と前
    記第３の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、前記作用体に発生した前記Ｚ軸方向の力を検出する
    ことを特徴とする圧電素子を用いた力センサ。
  4. 【請求項４】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上面
    に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成さ
    れた下部電極と、によって構成される検出子を４組用意
    し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、原点を通りか
    つ基板面に垂直な方向にＺ軸を、それぞれ定義し、前記
    ４組の検出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負領域の基
    板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板内側に、
    第３の検出子をＸ軸の正領域の基板内側に、第４の検出
    子をＸ軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸に沿って
    並べて配置し、各検出子の一方の電極を前記基板に固定
    し、 前記原点近傍をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記基
    板外側の周囲部分に伝達する機能を有する作用体を形成
    し、 各検出子において、前記基板に固定された電極に対する
    もう一方の電極の電位を求め、 前記第１の検出子における電位と前記第３の検出子にお
    ける電位との和と、前記第２の検出子における電位と前
    記第４の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、前記作用体に発生した前記Ｘ軸方向の力を検出し、 前記第１の検出子における電位と前記第４の検出子にお
    ける電位との和と、前記第２の検出子における電位と前
    記第３の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、前記作用体に発生した前記Ｚ軸方向の力を検出する
    ことを特徴とする圧電素子を用いた力センサ。
  5. 【請求項５】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上面
    に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成さ
    れた下部電極と、によって構成される検出子を８組用意
    し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、原点において
    Ｘ軸と直交しかつ基板面に平行な方向にＹ軸を、原点を
    通りかつ基板面に垂直な方向にＺ軸を、それぞれ定義
    し、 前記８組の検出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負領域
    の基板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板内側
    に、第３の検出子をＸ軸の正領域の基板内側に、第４の
    検出子をＸ軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸に沿
    って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前記
    基板に固定し、 前記８組の検出子のうち、第５の検出子をＹ軸の負領域
    の基板外側に、第６の検出子をＹ軸の負領域の基板内側
    に、第７の検出子をＹ軸の正領域の基板内側に、第８の
    検出子をＹ軸の正領域の基板外側に、それぞれＹ軸に沿
    って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前記
    基板に固定し、 前記基板外側の周囲部分をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記原
    点に伝達する機能を有する作用体を形成し、 各検出子において、前記基板に固定された電極に対する
    もう一方の電極の電位を求め、 前記第１の検出子における電位と前記第３の検出子にお
    ける電位との和と、前記第２の検出子における電位と前
    記第４の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、前記作用体に発生した前記Ｘ軸方向の力を検出し、 前記第５の検出子における電位と前記第７の検出子にお
    ける電位との和と、前記第６の検出子における電位と前
    記第８の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、前記作用体に発生した前記Ｙ軸方向の力を検出し、 前記第１の検出子における電位と前記第４の検出子にお
    ける電位との和と、前記第２の検出子における電位と前
    記第３の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、あるいは、前記第５の検出子における電位と前記第
    ８の検出子における電位との和と、前記第６の検出子に
    おける電位と前記第７の検出子における電位との和と、
    の差に基づいて、または、前記第１の検出子における電
    位、前記第４の検出子における電位、前記第５の検出子
    における電位、および前記第８の検出子における電位の
    総和と、前記第２の検出子における電位、前記第３の検
    出子における電位、前記第６の検出子における電位、お
    よび前記第７の検出子における電位の総和と、の差に基
    づいて、前記作用体に発生した前記Ｚ軸方向の力を検出
    することを特徴とする圧電素子を用いた力センサ。
  6. 【請求項６】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上面
    に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成さ
    れた下部電極と、によって構成される検出子を８組用意
    し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、原点において
    Ｘ軸と直交しかつ基板面に平行な方向にＹ軸を、原点を
    通りかつ基板面に垂直な方向にＺ軸を、それぞれ定義
    し、 前記８組の検出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負領域
    の基板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板内側
    に、第３の検出子をＸ軸の正領域の基板内側に、第４の
    検出子をＸ軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸に沿
    って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前記
    基板に固定し、 前記８組の検出子のうち、第５の検出子をＹ軸の負領域
    の基板外側に、第６の検出子をＹ軸の負領域の基板内側
    に、第７の検出子をＹ軸の正領域の基板内側に、第８の
    検出子をＹ軸の正領域の基板外側に、それぞれＹ軸に沿
    って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前記
    基板に固定し、 前記原点近傍をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記基
    板外側の周囲部分に伝達する機能を有する作用体を形成
    し、 各検出子において、前記基板に固定された電極に対する
    もう一方の電極の電位を求め、 前記第１の検出子における電位と前記第３の検出子にお
    ける電位との和と、前記第２の検出子における電位と前
    記第４の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、前記作用体に発生した前記Ｘ軸方向の力を検出し、 前記第５の検出子における電位と前記第７の検出子にお
    ける電位との和と、前記第６の検出子における電位と前
    記第８の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、前記作用体に発生した前記Ｙ軸方向の力を検出し、 前記第１の検出子における電位と前記第４の検出子にお
    ける電位との和と、前記第２の検出子における電位と前
    記第３の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、あるいは、前記第５の検出子における電位と前記第
    ８の検出子における電位との和と、前記第６の検出子に
    おける電位と前記第７の検出子における電位との和と、
    の差に基づいて、または、前記第１の検出子における電
    位、前記第４の検出子における電位、前記第５の検出子
    における電位、および前記第８の検出子における電位の
    総和と、前記第２の検出子における電位、前記第３の検
    出子における電位、前記第６の検出子における電位、お
    よび前記第７の検出子における電位の総和と、の差に基
    づいて、前記作用体に発生した前記Ｚ軸方向の力を検出
    することを特徴とする圧電素子を用いた力センサ。
  7. 【請求項７】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上面
    に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成さ
    れた下部電極と、によって構成される検出子を１２組用
    意し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、原点において
    Ｘ軸と直交しかつ基板面に平行な方向にＹ軸を、原点を
    通りかつ基板面に垂直な方向にＺ軸を、原点において
    Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸と交わりかつ基板面に平行な方向にＷ
    軸を、それぞれ定義し、 前記１２組の検出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負領
    域の基板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板内
    側に、第３の検出子をＸ軸の正領域の基板内側に、第４
    の検出子をＸ軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸に
    沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前
    記基板に固定し、 前記１２組の検出子のうち、第５の検出子をＹ軸の負領
    域の基板外側に、第６の検出子をＹ軸の負領域の基板内
    側に、第７の検出子をＹ軸の正領域の基板内側に、第８
    の検出子をＹ軸の正領域の基板外側に、それぞれＹ軸に
    沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前
    記基板に固定し、 前記１２組の検出子のうち、第９の検出子をＷ軸の負領
    域の基板外側に、第１０の検出子をＷ軸の負領域の基板
    内側に、第１１の検出子をＷ軸の正領域の基板内側に、
    第１２の検出子をＷ軸の正領域の基板外側に、それぞれ
    Ｗ軸に沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電
    極を前記基板に固定し、 前記基板外側の周囲部分をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記原
    点に伝達する機能を有する作用体を形成し、 各検出子において、前記基板に固定された電極に対する
    もう一方の電極の電位を求め、 前記第１の検出子における電位と前記第３の検出子にお
    ける電位との和と、前記第２の検出子における電位と前
    記第４の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、前記作用体に発生した前記Ｘ軸方向の力を検出し、 前記第５の検出子における電位と前記第７の検出子にお
    ける電位との和と、前記第６の検出子における電位と前
    記第８の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、前記作用体に発生した前記Ｙ軸方向の力を検出し、 前記第９の検出子における電位と前記第１２の検出子に
    おける電位との和と、 前記第１０の検出子における電位と前記第１１の検出子
    における電位との和と、 の差に基づいて、前記作用体に発生した前記Ｚ軸方向の
    力を検出することを特徴とする圧電素子を用いた力セン
    サ。
  8. 【請求項８】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上面
    に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成さ
    れた下部電極と、によって構成される検出子を１２組用
    意し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、原点において
    Ｘ軸と直交しかつ基板面に平行な方向にＹ軸を、原点を
    通りかつ基板面に垂直な方向にＺ軸を、原点において
    Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸と交わりかつ基板面に平行な方向にＷ
    軸を、それぞれ定義し、 前記１２組の検出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負領
    域の基板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板内
    側に、第３の検出子をＸ軸の正領域の基板内側に、第４
    の検出子をＸ軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸に
    沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前
    記基板に固定し、 前記１２組の検出子のうち、第５の検出子をＹ軸の負領
    域の基板外側に、第６の検出子をＹ軸の負領域の基板内
    側に、第７の検出子をＹ軸の正領域の基板内側に、第８
    の検出子をＹ軸の正領域の基板外側に、それぞれＹ軸に
    沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前
    記基板に固定し、 前記１２組の検出子のうち、第９の検出子をＷ軸の負領
    域の基板外側に、第１０の検出子をＷ軸の負領域の基板
    内側に、第１１の検出子をＷ軸の正領域の基板内側に、
    第１２の検出子をＷ軸の正領域の基板外側に、それぞれ
    Ｗ軸に沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電
    極を前記基板に固定し、 前記原点近傍をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記基
    板外側の周囲部分に伝達する機能を有する作用体を形成
    し、 各検出子において、前記基板に固定された電極に対する
    もう一方の電極の電位を求め、 前記第１の検出子における電位と前記第３の検出子にお
    ける電位との和と、前記第２の検出子における電位と前
    記第４の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、前記作用体に発生した前記Ｘ軸方向の力を検出し、 前記第５の検出子における電位と前記第７の検出子にお
    ける電位との和と、前記第６の検出子における電位と前
    記第８の検出子における電位との和と、の差に基づい
    て、前記作用体に発生した前記Ｙ軸方向の力を検出し、 前記第９の検出子における電位と前記第１２の検出子に
    おける電位との和と、前記第１０の検出子における電位
    と前記第１１の検出子における電位との和と、の差に基
    づいて、前記作用体に発生した前記Ｚ軸方向の力を検出
    することを特徴とする圧電素子を用いた力センサ。
  9. 【請求項９】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上面
    に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成さ
    れた下部電極と、によって構成される検出子を４組用意
    し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、原点を通りか
    つ基板面に垂直な方向にＺ軸を、それぞれ定義し、前記
    ４組の検出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負領域の基
    板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板内側に、
    第３の検出子をＸ軸の正領域の基板内側に、第４の検出
    子をＸ軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸に沿って
    並べて配置し、各検出子の一方の電極を前記基板に固定
    し、 前記基板外側の周囲部分をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記原
    点に伝達する機能を有する作用体を形成し、 各検出子において、前記基板に固定された電極を第１の
    電極、もう一方の電極を第２の電極、とそれぞれ定義
    し、 前記第１の検出子の第１の電極と、前記第２の検出子の
    第２の電極と、前記第３の検出子の第１の電極と、前記
    第４の検出子の第２の電極と、に接続しうる第１の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第２の電極と、前記第２の検出子の
    第１の電極と、前記第３の検出子の第２の電極と、前記
    第４の検出子の第１の電極と、に接続しうる第２の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第１の電極と、前記第２の検出子の
    第２の電極と、前記第３の検出子の第２の電極と、前記
    第４の検出子の第１の電極と、に接続しうる第３の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第２の電極と、前記第２の検出子の
    第１の電極と、前記第３の検出子の第１の電極と、前記
    第４の検出子の第２の電極と、に接続しうる第４の検出
    端子と、 を設け、前記第１の検出端子と前記第２の検出端子との
    間の電位差に基づいて、前記作用体に発生した前記Ｘ軸
    方向の力を検出し、前記第３の検出端子と前記第４の検
    出端子との間の電位差に基づいて、前記作用体に発生し
    た前記Ｚ軸方向の力を検出することを特徴とする圧電素
    子を用いた力センサ。
  10. 【請求項１０】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上
    面に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成
    された下部電極と、によって構成される検出子を４組用
    意し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、原点を通りか
    つ基板面に垂直な方向にＺ軸を、それぞれ定義し、前記
    ４組の検出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負領域の基
    板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板内側に、
    第３の検出子をＸ軸の正領域の基板内側に、第４の検出
    子をＸ軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸に沿って
    並べて配置し、各検出子の一方の電極を前記基板に固定
    し、 前記原点近傍をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記基
    板外側の周囲部分に伝達する機能を有する作用体を形成
    し、 各検出子において、前記基板に固定された電極を第１の
    電極、もう一方の電極を第２の電極、とそれぞれ定義
    し、 前記第１の検出子の第１の電極と、前記第２の検出子の
    第２の電極と、前記第３の検出子の第１の電極と、前記
    第４の検出子の第２の電極と、に接続しうる第１の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第２の電極と、前記第２の検出子の
    第１の電極と、前記第３の検出子の第２の電極と、前記
    第４の検出子の第１の電極と、に接続しうる第２の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第１の電極と、前記第２の検出子の
    第２の電極と、前記第３の検出子の第２の電極と、前記
    第４の検出子の第１の電極と、に接続しうる第３の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第２の電極と、前記第２の検出子の
    第１の電極と、前記第３の検出子の第１の電極と、前記
    第４の検出子の第２の電極と、に接続しうる第４の検出
    端子と、 を設け、前記第１の検出端子と前記第２の検出端子との
    間の電位差に基づいて、前記作用体に発生した前記Ｘ軸
    方向の力を検出し、前記第３の検出端子と前記第４の検
    出端子との間の電位差に基づいて、前記作用体に発生し
    た前記Ｚ軸方向の力を検出することを特徴とする圧電素
    子を用いた力センサ。
  11. 【請求項１１】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上
    面に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成
    された下部電極と、によって構成される検出子を８組用
    意し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、原点において
    Ｘ軸と直交しかつ基板面に平行な方向にＹ軸を、原点を
    通りかつ基板面に垂直な方向にＺ軸を、それぞれ定義
    し、前記８組の検出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負
    領域の基板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板
    内側に、第３の検出子をＸ軸の正領域の基板内側に、第
    ４の検出子をＸ軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸
    に沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を
    前記基板に固定し、 前記８組の検出子のうち、第５の検出子をＹ軸の負領域
    の基板外側に、第６の検出子をＹ軸の負領域の基板内側
    に、第７の検出子をＹ軸の正領域の基板内側に、第８の
    検出子をＹ軸の正領域の基板外側に、それぞれＹ軸に沿
    って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前記
    基板に固定し、 前記基板外側の周囲部分をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記原
    点に伝達する機能を有する作用体を形成し、 各検出子において、前記基板に固定された電極を第１の
    電極、もう一方の電極を第２の電極、とそれぞれ定義
    し、 前記第１の検出子の第１の電極と、前記第２の検出子の
    第２の電極と、前記第３の検出子の第１の電極と、前記
    第４の検出子の第２の電極と、に接続しうる第１の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第２の電極と、前記第２の検出子の
    第１の電極と、前記第３の検出子の第２の電極と、前記
    第４の検出子の第１の電極と、に接続しうる第２の検出
    端子と、 前記第５の検出子の第１の電極と、前記第６の検出子の
    第２の電極と、前記第７の検出子の第１の電極と、前記
    第８の検出子の第２の電極と、に接続しうる第３の検出
    端子と、 前記第５の検出子の第２の電極と、前記第６の検出子の
    第１の電極と、前記第７の検出子の第２の電極と、前記
    第８の検出子の第１の電極と、に接続しうる第４の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第１の電極と、前記第２の検出子の
    第２の電極と、前記第３の検出子の第２の電極と、前記
    第４の検出子の第１の電極と、に接続しうる第５の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第２の電極と、前記第２の検出子の
    第１の電極と、前記第３の検出子の第１の電極と、前記
    第４の検出子の第２の電極と、に接続しうる第６の検出
    端子と、 を設け、前記第１の検出端子と前記第２の検出端子との
    間の電位差に基づいて、前記作用体に発生した前記Ｘ軸
    方向の力を検出し、前記第３の検出端子と前記第４の検
    出端子との間の電位差に基づいて、前記作用体に発生し
    た前記Ｙ軸方向の力を検出し、前記第５の検出端子と前
    記第６の検出端子との間の電位差に基づいて、前記作用
    体に発生した前記Ｚ軸方向の力を検出することを特徴と
    する圧電素子を用いた力センサ。
  12. 【請求項１２】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上
    面に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成
    された下部電極と、によって構成される検出子を８組用
    意し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、原点において
    Ｘ軸と直交しかつ基板面に平行な方向にＹ軸を、原点を
    通りかつ基板面に垂直な方向にＺ軸を、それぞれ定義
    し、 前記８組の検出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負領域
    の基板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板内側
    に、第３の検出子をＸ軸の正領域の基板内側に、第４の
    検出子をＸ軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸に沿
    って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前記
    基板に固定し、 前記８組の検出子のうち、第５の検出子をＹ軸の負領域
    の基板外側に、第６の検出子をＹ軸の負領域の基板内側
    に、第７の検出子をＹ軸の正領域の基板内側に、第８の
    検出子をＹ軸の正領域の基板外側に、それぞれＹ軸に沿
    って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前記
    基板に固定し、 前記原点近傍をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記基
    板外側の周囲部分に伝達する機能を有する作用体を形成
    し、 各検出子において、前記基板に固定された電極を第１の
    電極、もう一方の電極を第２の電極、とそれぞれ定義
    し、 前記第１の検出子の第１の電極と、前記第２の検出子の
    第２の電極と、前記第３の検出子の第１の電極と、前記
    第４の検出子の第２の電極と、に接続しうる第１の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第２の電極と、前記第２の検出子の
    第１の電極と、前記第３の検出子の第２の電極と、前記
    第４の検出子の第１の電極と、に接続しうる第２の検出
    端子と、 前記第５の検出子の第１の電極と、前記第６の検出子の
    第２の電極と、前記第７の検出子の第１の電極と、前記
    第８の検出子の第２の電極と、に接続しうる第３の検出
    端子と、 前記第５の検出子の第２の電極と、前記第６の検出子の
    第１の電極と、前記第７の検出子の第２の電極と、前記
    第８の検出子の第１の電極と、に接続しうる第４の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第１の電極と、前記第２の検出子の
    第２の電極と、前記第３の検出子の第２の電極と、前記
    第４の検出子の第１の電極と、に接続しうる第５の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第２の電極と、前記第２の検出子の
    第１の電極と、前記第３の検出子の第１の電極と、前記
    第４の検出子の第２の電極と、に接続しうる第６の検出
    端子と、 を設け、前記第１の検出端子と前記第２の検出端子との
    間の電位差に基づいて、前記作用体に発生した前記Ｘ軸
    方向の力を検出し、前記第３の検出端子と前記第４の検
    出端子との間の電位差に基づいて、前記作用体に発生し
    た前記Ｙ軸方向の力を検出し、前記第５の検出端子と前
    記第６の検出端子との間の電位差に基づいて、前記作用
    体に発生した前記Ｚ軸方向の力を検出することを特徴と
    する圧電素子を用いた力センサ。
  13. 【請求項１３】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上
    面に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成
    された下部電極と、によって構成される検出子を１２組
    用意し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、原点において
    Ｘ軸と直交しかつ基板面に平行な方向にＹ軸を、原点を
    通りかつ基板面に垂直な方向にＺ軸を、原点において
    Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸と交わりかつ基板面に平行な方向にＷ
    軸を、それぞれ定義し、 前記１２組の検出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負領
    域の基板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板内
    側に、第３の検出子をＸ軸の正領域の基板内側に、第４
    の検出子をＸ軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸に
    沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前
    記基板に固定し、 前記１２組の検出子のうち、第５の検出子をＹ軸の負領
    域の基板外側に、第６の検出子をＹ軸の負領域の基板内
    側に、第７の検出子をＹ軸の正領域の基板内側に、第８
    の検出子をＹ軸の正領域の基板外側に、それぞれＹ軸に
    沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前
    記基板に固定し、 前記１２組の検出子のうち、第９の検出子をＷ軸の負領
    域の基板外側に、第１０の検出子をＷ軸の負領域の基板
    内側に、第１１の検出子をＷ軸の正領域の基板内側に、
    第１２の検出子をＷ軸の正領域の基板外側に、それぞれ
    Ｗ軸に沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電
    極を前記基板に固定し、 前記基板外側の周囲部分をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記原
    点に伝達する機能を有する作用体を形成し、 各検出子において、前記基板に固定された電極を第１の
    電極、もう一方の電極を第２の電極、とそれぞれ定義
    し、 前記第１の検出子の第１の電極と、前記第２の検出子の
    第２の電極と、前記第３の検出子の第１の電極と、前記
    第４の検出子の第２の電極と、に接続しうる第１の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第２の電極と、前記第２の検出子の
    第１の電極と、前記第３の検出子の第２の電極と、前記
    第４の検出子の第１の電極と、に接続しうる第２の検出
    端子と、 前記第５の検出子の第１の電極と、前記第６の検出子の
    第２の電極と、前記第７の検出子の第１の電極と、前記
    第８の検出子の第２の電極と、に接続しうる第３の検出
    端子と、 前記第５の検出子の第２の電極と、前記第６の検出子の
    第１の電極と、前記第７の検出子の第２の電極と、前記
    第８の検出子の第１の電極と、に接続しうる第４の検出
    端子と、 前記第９の検出子の第１の電極と、前記第１０の検出子
    の第２の電極と、前記第１１の検出子の第２の電極と、
    前記第１２の検出子の第１の電極と、に接続しうる第５
    の検出端子と、 前記第９の検出子の第２の電極と、前記第１０の検出子
    の第１の電極と、前記第１１の検出子の第１の電極と、
    前記第１２の検出子の第２の電極と、に接続しうる第６
    の検出端子と、 を設け、前記第１の検出端子と前記第２の検出端子との
    間の電位差に基づいて、前記作用体に発生した前記Ｘ軸
    方向の力を検出し、前記第３の検出端子と前記第４の検
    出端子との間の電位差に基づいて、前記作用体に発生し
    た前記Ｙ軸方向の力を検出し、前記第５の検出端子と前
    記第６の検出端子との間の電位差に基づいて、前記作用
    体に発生した前記Ｚ軸方向の力を検出することを特徴と
    する圧電素子を用いた力センサ。
  14. 【請求項１４】 板状の圧電素子と、この圧電素子の上
    面に形成された上部電極と、この圧電素子の下面に形成
    された下部電極と、によって構成される検出子を１２組
    用意し、 可撓性をもった基板内の１点に原点を定義し、この原点
    を通りかつ基板面に平行な方向にＸ軸を、原点において
    Ｘ軸と直交しかつ基板面に平行な方向にＹ軸を、原点を
    通りかつ基板面に垂直な方向にＺ軸を、原点において
    Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸と交わりかつ基板面に平行な方向にＷ
    軸を、それぞれ定義し、 前記１２組の検出子のうち、第１の検出子をＸ軸の負領
    域の基板外側に、第２の検出子をＸ軸の負領域の基板内
    側に、第３の検出子をＸ軸の正領域の内側に、第４の検
    出子をＸ軸の正領域の基板外側に、それぞれＸ軸に沿っ
    て並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前記基
    板に固定し、 前記１２組の検出子のうち、第５の検出子をＹ軸の負領
    域の基板外側に、第６の検出子をＹ軸の負領域の基板内
    側に、第７の検出子をＹ軸の正領域の内側に、第８の検
    出子をＹ軸の正領域の基板外側に、それぞれＹ軸に沿っ
    て並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前記基
    板に固定し、 前記１２組の検出子のうち、第９の検出子をＷ軸の負領
    域の基板外側に、第１０の検出子をＷ軸の負領域の基板
    内側に、第１１の検出子をＷ軸の正領域の内側に、第１
    ２の検出子をＷ軸の正領域の基板外側に、それぞれＷ軸
    に沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を
    前記基板に固定し、 前記原点近傍をセンサ筐体に固定し、 外部から作用する物理量に基いて発生した力を、前記基
    板外側の周囲部分に伝達する機能を有する作用体を形成
    し、 各検出子において、前記基板に固定された電極にを第１
    の電極、もう一方の電極を第２の電極、とそれぞれ定義
    し、 前記第１の検出子の第１の電極と、前記第２の検出子の
    第２の電極と、前記第３の検出子の第１の電極と、前記
    第４の検出子の第２の電極と、に接続しうる第１の検出
    端子と、 前記第１の検出子の第２の電極と、前記第２の検出子の
    第１の電極と、前記第３の検出子の第２の電極と、前記
    第４の検出子の第１の電極と、に接続しうる第２の検出
    端子と、 前記第５の検出子の第１の電極と、前記第６の検出子の
    第２の電極と、前記第７の検出子の第１の電極と、前記
    第８の検出子の第２の電極と、に接続しうる第３の検出
    端子と、 前記第５の検出子の第２の電極と、前記第６の検出子の
    第１の電極と、前記第７の検出子の第２の電極と、前記
    第８の検出子の第１の電極と、に接続しうる第４の検出
    端子と、 前記第９の検出子の第１の電極と、前記第１０の検出子
    の第２の電極と、前記第１１の検出子の第２の電極と、
    前記第１２の検出子の第１の電極と、に接続しうる第５
    の検出端子と、 前記第９の検出子の第２の電極と、前記第１０の検出子
    の第１の電極と、前記第１１の検出子の第１の電極と、
    前記第１２の検出子の第２の電極と、に接続しうる第６
    の検出端子と、 を設け、前記第１の検出端子と前記第２の検出端子との
    間の電位差に基づいて、前記作用体に発生した前記Ｘ軸
    方向の力を検出し、前記第３の検出端子と前記第４の検
    出端子との間の電位差に基づいて、前記作用体に発生し
    た前記Ｙ軸方向の力を検出し、前記第５の検出端子と前
    記第６の検出端子との間の電位差に基づいて、前記作用
    体に発生した前記Ｚ軸方向の力を検出することを特徴と
    する圧電素子を用いた力センサ。
  15. 【請求項１５】 請求項１〜１４のいずれかに記載のセ
    ンサにおいて、外部から与えられる加速度に基づいて作
    用体に力を発生させることにより、加速度を検出しうる
    ようにしたことを特徴とする圧電素子を用いた加速度セ
    ンサ。
  16. 【請求項１６】 請求項１〜１４のいずれかに記載のセ
    ンサにおいて、作用体を磁性材料で構成し、外部から与
    えられる磁気に基づいて作用体に力を発生させることに
    より、磁気を検出しうるようにしたことを特徴とする圧
    電素子を用いた磁気センサ。
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