JPH0666825A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で、３次元方向の加速度を高い精
度で測定可能な加速度センサを提供する。 【構成】 絶縁性の容器１１の内壁を球面状に形成して
多数の電極１２を配設すると共に、導電性流動体１３を
容器内に収容する。導電性流動体は、加速度の方向・大
きさに対応して変位ないし変形し、この導電性流動体１
３により短絡される電極の位置と数とは、加速度の方向
及び大きさに応じて変化する。この導電性流動体１３に
より短絡される電極の位置とに基づいて、３次元の加速
度を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、３次元的に、加速度
の方向及び大きさの検出が可能な加速度センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、図６に示すような機械的
な加速度センサが知られている。これは、図６に示すよ
うに、支点２を回動中心として回動自在とされている錘
１と、この錘１の回動に応じて上下動するＴ字形の中継
片３と、この中継片３の上下方向の位置を検知するため
の発光素子４Ａと受光素子４Ｂとからなる光学センサ４
とにより構成される。中継片３の先端は、発光素子４Ａ
と受光素子４Ｂとの光路を横切るように上下動し、その
位置に応じた量だけ、発光素子４Ａから受光素子４Ｂに
向かう光を遮るようにされている。

【０００３】図５において、加速度Ａｃにより、錘１が
支点２を中心として図示のように振れると、この振れに
応じて、中継片３が上昇し、中継片３の先端の上昇距離
に応じて発光素子４Ａから受光素子４Ｂに供給される光
量が変化する。そして、所定値以上の加速度が印加され
た場合には、受光素子４Ｂの出力と所定のスレッショー
ルド値とを比較することにより、それが検出され、その
検出出力により、警報が発せられ、あるいは所定の制御
が行なわれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のよう
な従来の機械的な加速度センサは、錘１の支点２の回り
の回動により加速度を検出する構造であるため、測定可
能な加速度が１方向に制約されるため、３次元的に、互
いに直交する３方向の加速度を検出するためには、それ
ぞれの方向に対して、図６の構成のセンサを設けなけれ
ばならず、構造が複雑であるという問題があった。ま
た、測定がデジタル的で粗いという問題があった。

【０００５】この発明は、以上の点に鑑み、簡単な構造
で、３次元的な方向の加速度をアナログ的に高精度で測
定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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明による加速度センサは、後述の実施例の参
照符号を対応させると、絶縁材からなり、球面状の内壁
面を有し、この内壁面に複数の電極１２が互いに非接触
の状態で、近接して設けられる容器１１と、少なくとも
表面が導電体からなり、前記容器内に配されて、前記球
面状の内壁面上を自由に移動可能とされた導電性流動体
１３と、前記導電性流動体１３と接触して電気的に短絡
される前記電極１２の位置及び数を検出する検出手段２
１と、この検出手段２１で検出された電極位置及び電極
数の変化から加速度の方向及び大きさを検出する加速度
演算手段２３とを備えることを特徴とする。

【０００７】

【作用】上述のこの発明の構成によれば、加速度の方向
及び大きさに対応して、導電性流動体１３の容器１１内
での位置が変わると共に、導電性流動体の形が変形す
る。このため、この導電性流動体１３と接触して電気的
に短絡される電極位置及び電極吸うが変化する。この電
極位置及び電極数の変位により加速度の方向及び大きさ
が分かり、加速度が測定される。

【０００８】

【実施例】以下、図１〜図３を参照しながら、この発明
による加速度センサの一実施例について説明する。

【０００９】この発明の一実施例の機構的構造の断面図
を図１に示す。図１において、１０は、この例の加速度
センサを全体として示し、絶縁材からなる球殻容器１１
と、この球殻容器１１内に収納される導電性流動体１３
とで構成されている。

【００１０】球殻容器１１には、この絶縁材からなる球
殻容器１１を貫通するような状態で、図２に示すよう
に、多数の電極１２が近接して配設される。また、各電
極１２間は、絶縁材により電気的に絶縁されている。こ
の例では、各電極１２のそれぞれは、球殻を貫通するよ
うに設けられているので、球殻容器１１の内壁面だけで
なく、外壁面にも、露呈している。

【００１１】また、球殻容器１１内に封入される導電性
流動体１３としては、この例では表面張力が比較的大き
い導電性液体、例えば水銀が用いられる。なお、球殻容
器１１内には、必要に応じて、不活性ガスが充填され
る。後述のように、導電性流動体１３は、加速度センサ
１０に作用する加速度の方向及び大きさに応じて球殻容
器１１内での位置が変化し、また、その形が変形し、導
電性流動体１３が接触する電極の位置及び数が変化す
る。

【００１２】多数個の電極１２は、例えば図３に示すよ
うに、マトリクス状に配列したものとして取り扱うこと
ができ、個々の電極１２ij（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）
は、球殻容器１１の外側で、演算系２０の接触電極位置
及び数検出回路２１に、それぞれ独立に接続される。

【００１３】また、この例では、球殻容器１１の多数個
の電極の内の所定の１個が共通電極１２ccとされ、この
共通電極１２ccには、電流供給手段例えば直流電源２２
が接続される。したがって、この共通電極１２ccを含む
複数個の電極１２ijに導電性流動体１３が接触している
と、これら電極間が短絡し、この共通電極１２ccから流
入する電流が、各接触している電極から導出され、この
電流が導出する電極を検出することにより、導電性流動
体１３と接触している電極の位置及び接触している電極
の数を検出することができる。

【００１４】共通電極１２ccは、固定的な位置の電極と
するのではなく、任意の１電極を選択し、これより電流
を流し込んで、他の電極から導出電流が得られるような
状態になるか否か判別して、他の電極から導出電流が得
られるような電極をサーチし、その電極を、そのときの
共通電極１２ccと選定するようにしてもよい。

【００１５】接触電極位置及び数検出回路２１において
は、多数の電極１２を順次走査して、個々の電極１２ij
からの導出電流の有無を検出して、導電性流動体１３と
接触して互いに短絡される電極位置及び電極数を検出す
る。電流検出は、例えば電流検出用抵抗を各電極１２に
対応して設け、その両端電圧を検出することにより行う
ことができる。

【００１６】この接触電極位置及び数検出回路２１にお
いて検出された接触電極位置及び接触電極数の情報は演
算部２３に供給される。演算部２３では、その前に検出
された接触電極位置及び接触電極数と、新たに検出され
た接触電極位置及び接触電極数とを比較することにより
導電性流動体１３の位置的変位及び変形を検出する。そ
して、この検出結果から、加速度センサ１０に作用する
加速度の方向及び大きさが高い精度で算定される。

【００１７】次に、図４をも参照しながら、この発明の
一実施例の動作について説明する。加速度センサ１０に
加速度が作用しない状態では、導電性流動体１３は、球
殻１１の底部に、共通電極１２ccを接触電極に含んで溜
まっている。この状態では、重力だけが作用して、導電
性流動体１３の形状は、その表面張力により、偏平球形
に比較的近くなる。そして、共通電極１２ccと、図３Ｈ
及び図３Ｖにおいて破線Ｌｏで囲んで示す範囲の電極群
１２ｏとが導電性流動体１３により短絡されて、接触電
極位置及び数検出回路２１では、電極群１２ｏの電位
が、例えば“Ｈ”となり、その余の電極の電位が、例え
ば“Ｌ”として検出される。

【００１８】以下の説明では、この電極群１２ｏの電位
分布状態が基準とされる。この状態から加速度センサ１
０に対して、図４におけるｘ方向の正の加速度Ａｘが作
用した場合、導電性流動体１３は、慣性により、球殻容
器１１の底部内面に沿って負のｘ方向に移動し、導電性
流動体１３への反作用と重力とが平衡する位置で留ま
る。

【００１９】この状態では、導電性流動体１３により、
共通電極１２ccと、図３Ｈにおいて１点鎖線Ｌｘで囲ん
で示した範囲の電極群１２ｘが短絡されて、電極群１２
ｘの電位が、例えば“Ｈ”となり、その余の電極の電位
が、例えば“Ｌ”となる。そして、演算部２３では、こ
の電極群１２ｘの電位分布状態と、上述のような基準電
位分布状態とに基づいて、加速度Ａｘの方向及び大きさ
が算定される。

【００２０】次に、センサ１０にｘ方向と直交するｙ方
向の正の加速度Ａｙが作用した場合には、上述と同様
に、導電性流動体１３が負のｙ方向に移動し、導電性流
動体１３への反作用と重力とが平衡する位置で留まる。

【００２１】この状態では、導電性流動体１３により、
共通電極１２ccと、図３Ｈにおいて２点鎖線Ｌｙで囲ん
で示した範囲の電極群１２ｙが短絡されて、電極群１２
ｙの電位が、例えば“Ｈ”となり、演算部２３におい
て、電極群１２ｙの電位分布状態と、基準電位分布状態
とに基づいて、加速度Ａｙの方向及び大きさが算定され
る。任意の水平方向の加速度が作用する場合も、上述と
全く同様である。

【００２２】また、センサ１０に垂直方向の加速度が作
用した場合、導電性流動体１３への反作用は、上述のよ
うな水平方向の加速度が作用する場合とは異なり、重力
と同方向または逆方向となって、導電性流動体１３によ
り短絡される電極群の範囲が、基準状態よりも拡大また
は縮小する。

【００２３】すなわち、ｚ方向の正（上向き）の加速度
Ａzuが作用した場合は、導電性流動体１３への反作用が
重力に加わって、導電性流動体１３の形状は、重力だけ
が作用するときに比べて、さらに偏平となる。この状態
では、導電性流動体１３により、共通電極１２ccと、図
３Ｖに１点鎖線Ｌzuで示す範囲の電極群１２zuが短絡さ
れる。

【００２４】また、下向きで、重力よりも小さい加速度
Ａzdが作用した場合には、導電性流動体１３への反作用
が重力から差し引かれて、導電性流動体１３の形状は、
重力だけが作用するときに比べて、より球形に近くな
る。この状態では、導電性流動体１３により、共通電極
１２ccと、図３Ｖにおいて２点鎖線Ｌzdで囲んで示す範
囲の電極群１２zdが短絡される。

【００２５】図３Ｖに示すように、加速度が垂直方向の
場合には、導電性流動体１３によって短絡され、電位が
“Ｈ”となる電極群１２zu，１２zdが、基準状態で短絡
される電極群１２ｏと同心円状の分布状態となり、演算
部２３においては、各電極群１２zu，１２zdの電極の数
に基づいて、加速度Ａｚの方向及び大きさが算定され
る。

【００２６】この実施例では、上述のように、センサに
作用する加速度の方向及び大きさに対応して、導電性流
動体により短絡される電極の位置と数とが異なり、これ
に基づいて、３次元の加速度が高い精度で測定される。

【００２７】また、測定精度は、球殻容器１１の半径，
電極１２の密度，導電性流動体１３の量に依存するが、
共通電極から離れるほど、内面の傾斜が急になるため、
水平方向の加速度の測定可能範囲が広くなる。

【００２８】以上の説明から明らかなように、重力だけ
が作用しているときに、容器の底部中央に導電性流動体
が溜まっている状態が、この発明による加速度センサの
基準状態である。上述の実施例では、容器を球形とした
が、容器の形状は加速度の検出方向に関して球面状の内
壁面を有するものであればよく、例えば、図５に示すよ
うに、容器１１Ｃの底部が、球面状に構成されているよ
うなものであってもよい。

【００２９】なお、上述の実施例においては、導電性流
動体１３は導電性の液体の例としての水銀を直接に容器
に封入しているが、可撓性が高いシートに液体などの流
動体を封入すると共に、可撓性シートの外周面に導体を
印刷するようにしてもよい。

【００３０】また、上記の例では共通電極を配設して、
接触電極位置及び接触電極数を検出するようにしたが、
マトリクス配列の電極の行方向と列方向とをそれぞれ共
通に接続し、例えば行の電極から電流を供給し、流出す
る列の電極を検出することにより、接触電極位置及び接
触電極数を検知するようにすることもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、絶縁性の容器の底部を球面状に形成して多数の電極
を配設すると共に、その容器内に導電性流動体を収納
し、加速度の方向及び大きさに対応して変位ないし変形
する導電性流動体により、短絡される電極の位置と数と
の変化を検出し、これに基づいて、３次元の加速度を演
算することができる。

【００３２】そして、この発明による加速度センサによ
れば、構造的には単一の容器と導電性流動体により構成
され、構造が非常に簡単になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による加速度センサの一実施例の構成
を示す断面図である。

【図２】この発明の一実施例の一部構成を説明するため
の図である。

【図３】この発明の一実施例の動作を説明するためのブ
ロック図である。

【図４】この発明の一実施例の動作を説明するための展
開図である。

【図５】この発明の他の実施例の構成を示す断面図であ
る。

【図６】従来の加速度センサの構成例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 加速度センサ １１，１１Ｃ 容器 １２ 電極 １３ 導電性流動体 ２０ 演算系 ２１ 接触電極位置及び数検出回路 ２３ 加速度演算回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁材からなり、球面状の内壁面を有
   し、この内壁面に複数の電極が互いに非接触の状態で、
   近接して設けられる容器と、 少なくとも表面が導電体からなり、前記容器内に配され
   て、前記球面状の内壁面上を自由に移動可能とされた導
   電性流動体と、 前記導電性流動体と接触して、電気的に短絡される前記
   電極の位置及び数を検出する検出手段と、 この検出手段で検出された電極位置及び電極数の変化か
   ら加速度の方向及び大きさを検出する加速度演算手段と
   を備えた加速度センサ。