JPH08261850A

JPH08261850A - 多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置

Info

Publication number: JPH08261850A
Application number: JP7086076A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Shimoda; 亨志下田
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1996-10-11
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: JP3020829B2

Abstract

(57)【要約】【目的】容量型多次元方向に関する力・加速度・磁気
の検出感度の高い安定な検出装置を提供する。【構成】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ＸＹ平面に沿って延びる変
位面を有する変位基板と、変位基板と固定基板の対向し
た面のＸＹ平面と直交する点を中心とし、ほぼ等しい距
離でＸ軸とＹ軸それぞれに配置した２つの容量素子Ｃ１
〜Ｃ４と、変位基板のＸＹ平面に直交する点を中心とし
た円形または多角形の電極対１５、２５と、変位基板を
変位させうる所定の作用点に、Ｘ軸とＹ軸方向の力が加
わったときに、Ｘ軸とＹ軸に配置された４つの容量素子
Ｃ１〜Ｃ４で加わった力を検出する手段と、Ｘ軸とＹ軸
に対称に配置された４つの容量素子Ｃ１〜Ｃ４より前記
変位基板と固定基板の距離を検出する手段と、前記固定
基板と変位基板距離の信号で前記変位基板の中央部に配
置された電極１５、２５間のクーロン力で変位基板と固
定基板の距離を一定に保つよう制御する手段とからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、力・加速度・磁気の
検出装置、特に三次元の各成分毎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することができ
る検出装置が使用されている。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正確に検出し得る
小型で安価な装置が望まれている。このような需要に応
えるためには、シリコンなどの半導体基板に容量素子を
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・磁気検出装置が提案されている。しか
し、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点を有し
ている。

【０００３】また、他の力・加速度・磁気の検出装置と
しては、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
に形成され可橈性をもった可橈部と、前記可橈基板と対
向するように装置筐体に固定された固定基板と、外部か
らの力を受け、この力を前記可橈基板の前記作用部に伝
達する作用体と、前記可橈基板の前記固定基板に対する
対向面に形成された変位電極と、前記固定基板の可橈基
板に対する対向面に形成された固定電極とを備え、前記
変位電極と前記固定電極との間に生じる静電容量の変化
に基づいて、前記作用体に作用した力を検出する装置
（特開平４−１４８８３３号公報）が提案されている。

【０００４】さらに、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
させ得る所定の作用点に、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装置（特開平４−３３７
４３１号公報）が提案されている。

【０００５】さらにまた、装置筐体に固定される固定部
と、外因により力が作用する作用部と、前記固定部と前
記作用部との間に形成され可橈性をもった可橈部とを有
する可橈基板と、前記可橈基板と対向するように装置筐
体に固定された固定基板と、前記可橈基板の前記作用部
上の前記固定基板に対する対向面に形成された変位電極
と、前記固定基板の可橈基板に対する対向面に形成され
た固定電極とを備え、前記変位電極と前記固定電極との
間に生じる静電容量の変化に基づいて、前記作用部に作
用した力を検出する装置（特開平５−２６７５４号公
報）等が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平４−１４８
８３３号公報、特開平４−３３７４３１号公報および特
開平５−２６７５４号公報に開示の容量型多次元方向検
出装置は、原理的に加わった力と検出部の容量変化が直
線的に変化しないため、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の検出信号が加わ
った力と直線下的な比例関係になく、更にＸ軸とＹ軸の
検出信号をＺ軸の検出信号で補正する必要があった。ま
た、これらの容量型多次元方向検出装置は、容量値は温
度によって変動がないため温度補償が不要とされてきた
が、現実には温度変動による熱応力によって変位基板の
位置が変動するため、検出信号が変動すると言う問題が
あった。

【０００７】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、従来の容量型多次元方向検出装置の構成を大き
く変えることなく、多次元方向に関する力・加速度・磁
気の検出感度の高い安定な検出装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を重ねた。その結果、容量型
多次元方向検出装置の変位基板にクーロン力で変位する
ように制御電極を設け、加わった力に対しＺ軸方向の変
位基板の動きを検出して静止させるように制御すること
によって、Ｘ軸およびＹ軸の検出信号のＺ軸干渉の補正
が不要となり、検出感度を上げることができること、ま
た、Ｚ軸方向の変位が無くなることによって、Ｚ軸方向
の信号検出において変位基板の固有振動条件（エアダン
ピング効果等での周波数応答特性）に係わることなくセ
ンサの感度を上げることが可能となること、さらに、必
要に応じてＺ軸方向の力の検出を制御電極に印加する信
号より得ることが可能で、この信号を温度で補正するこ
とより正確なＺ軸の力信号を得ることができることを究
明し、この発明に到達した。

【０００９】すなわち本願の第１発明は、ＸＹＺ三次元
座標系における力の多次元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、変位基板と固定基板の
対向した面で、ＸＹ平面の変位基板の重心点からＸＹ平
面と直交する点を中心としほぼ等しい距離でＸ軸とＹ軸
にそれぞれにほぼ同じ形の２つの容量素子と、前記ＸＹ
平面に変位基板の重心からＸＹ平面に直交する点を中心
とした円形または多角形の電極対と、前記変位基板を変
位させうる所定の作用点にＸ軸とＹ軸方向の力が加わっ
たときに、前記Ｘ軸とＹ軸に配置された４つの容量素子
で加わった力を検出する手段と、前記Ｘ軸とＹ軸に対称
に配置された４つの容量素子より前記変位基板と固定基
板の距離を検出する手段と、前記固定基板と変位基板距
離の信号で前記変位基板の中央部に配置された円形また
は多角形の容量素子の電極間のクーロン力で変位基板と
固定基板の距離を一定に保つよう制御する手段とを備え
たことを特徴とする多次元方向に関する力の検出装置で
ある。

【００１０】本願の第２発明は、前記第１発明の多次元
方向に関する力の検出装置において、前記作用点にＺ軸
方向の力が加わったときに、前記変位基板の中心に設け
た電極を制御する信号からＺ軸方向の力を検出する手段
を有することを特徴とする多次元方向に関する力の検出
装置である。

【００１１】本願の第３発明は、上記第２発明の多次元
方向に関する力の検出装置において、前記Ｚ軸方向の検
出信号を温度で補正する手段を有することを特徴とする
多次元方向に関する力の検出装置である。

【００１２】本願の第４発明は、上記第１ないし第３発
明の多次元方向に関する力の検出装置において、前記変
位基板の周辺を密閉構造としたことを特徴とする多次元
方向に関する力の検出装置である。

【００１３】本願の第５発明は、上記第１ないし第４発
明の多次元方向に関する力の検出装置において、力検出
手段を圧電素子で構成したことを特徴とする多次元方向
に関する力の検出装置である。

【００１４】本願の第６発明は、上記第１ないし第５発
明の検出装置において、加速度に起因して発生する力を
作用点に作用させ、加速度の検出を行うことを特徴とす
る多次元方向に関する加速度の検出装置である。

【００１５】本願の第７発明は、上記第１ないし第５発
明の検出装置において、磁気に起因して発生する力を作
用点に作用させ、磁気の検出を行うことを特徴とする多
次元方向に関する磁気の検出装置である。

【００１６】

【作用】従来の検出装置では、固定基板に対し変位基板
が加わった力に応じて変位していた。これに対し本願の
第１発明の多次元方向に関する力の検出装置では、外部
から作用点にＸ軸とＹ軸方向の力が加わると、前記Ｘ軸
とＹ軸に配置された４つの容量素子で加わった力を検出
する手段と、前記Ｘ軸とＹ軸に対称に配置された４つの
容量素子より前記変位基板と固定基板の距離を検出する
手段と、前記固定基板と変位基板距離の信号で、前記変
位基板の中央部に配置された円形または多角形の容量素
子の電極間のクーロン力で変位基板と固定基板の距離を
一定に保つよう制御することによって、Ｘ軸およびＹ軸
の検出信号のＺ軸干渉の補正が不要となり、検出感度を
上げることができる。また、Ｚ軸方向の変位が無くなる
ことにより、Ｚ軸方向の信号検出において変位基板の固
有振動条件（エアダンピング効果等での周波数数応答特
性）に係わることなく、センサの感度を上げることが可
能となる。

【００１７】本願の第２発明の多次元方向に関する力の
検出装置では、作用点にＺ軸方向の力が加わったとき
に、前記変位基板の中心に設けた電極を制御する信号か
らＺ軸方向の力を検出する手段を有することによって、
Ｚ軸方向の力の検出を制御電極に印加する信号より得る
ことが可能となる。より正確なＺ軸の力信号を得ること
ができる。

【００１８】本願の第３発明の多次元方向に関する力の
検出装置では、前記本願の第１および第２発明により得
られたＺ軸方向の検出信号を温度で補正することによっ
て、より正確なＺ軸の力信号を得ることができる。

【００１９】本願の第４発明の多次元方向に関する力の
検出装置では、変位基板の周辺を密閉構造としたことに
よって、Ｚ軸方向への変位基板の移動に起因する気体の
流動が発生しなくなり、変位基板のＺ軸方向への変位速
度が制限されることもなくなる。

【００２０】本願の第５発明の多次元方向に関する力の
検出装置では、力検出手段を圧電素子で構成したことに
よって、圧電素子の発生電圧の変化に基づいて多次元方
向に関する力を検出することができる。

【００２１】本願の第６発明の検出装置では、作用点に
作用する加速度に起因して発生する力が検出されること
によって、この検出値は、加速度に対応したものとな
り、多次元方向に関する加速度検出装置として使用でき
る。

【００２２】本願の第７発明の検出装置では、磁性材料
からなる作用体に作用する磁力に基づいて発生する力が
検出されることによって、この検出値は、磁気に対応し
たものとなり、多次元方向に関する磁気検出装置として
使用できる。

【００２３】

【実施例】

実施例１以下、この発明を実施の一例を示す図９に基づいて説明
する。はじめに、この発明と基本構造がほぼ同じである
従来提案されている容量素子を用いた加速度検出装置
（特開平４−１４８８３３号明細書に開示されている装
置）の基本構造およびその基本原理について簡単に説明
する。図２はこの従来提案されてい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、そして装置筺体４０である。図３に、固定基板１０
の下側面図を示す。図３の固定基板１０をＸ軸に沿って
切断した断面が図２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、周囲は装置筺体４０
に固定されている。この固定基板１０下面には、四分円
盤状の固定電極１１〜１４とその中心に円形の固定電極
１５が図のように配置されている。一方、図４に可撓基
板２０の上面図を示す。図４の可撓基板２０をＸ軸に沿
って切断した断面が図２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、周囲は装置筺体４
０に固定されている。この可撓基板２０上面には、やは
り四分円盤状の変位電極２１〜２４とその中心に円形の
固定電極２５が図のように配置されている。

【００２４】作用体３０は、その上面が図４に破線で示
すとおり円柱状をしており、可撓基板２０の下面に同軸
接合されている。装置筺体４０は、円筒状をしており、
固定基板１０および可撓基板２０の周囲を固着支持して
いる。いま、図２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ＸＹＺ三次
元座標系を図のように定義する。すなわち、図２の右方
向にＸ軸、上方向にＹ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２
０のうち、作用体３０が接合された中心部を作用部、装
置筺体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
加速度が生じると可撓部に撓が生じ、作用部が変位を生
じることになる。

【００２５】作用点Ｐに加速度が加わっていない状態で
は、図２に示すように、固定電極１１〜１５と、変位電
極２１〜２５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、それぞれに対向す
る変位電極２１〜２５との組合せを、それぞれ容量素子
Ｃ１〜Ｃ５と呼ぶことにする。ここで、例えば作用点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５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との間隔は狭
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発生することにな
る。このように力Ｆｘがまたは−Ｆｘが作用したとき、
容量素子Ｃ１およびＣ３の静電容量Ｃ₁およびＣ₃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、２４、２５と固定電極１２、１４、１５のそ
れぞれの間隔は、部分的には異なるが、全体としては変
化していないと考えてよい。

【００２６】Ｙ軸についてもＹ軸方向の力Ｆｙおよび−
Ｆｙは、Ｘ軸と同様に固定電極１２、１４と変位電極２
２、２４からなる容量素子Ｃ２、Ｃ４の静電容量Ｃ₂、
Ｃ₄の変化で検出することができる。また、Ｘ軸および
Ｙ軸を４５°回転させた向きの加速度Ｘ’およびＹ’の
検出は、前記同様に容量素子Ｃ１とＣ２の静電容量Ｃ₁
とＣ₂の変化の和より容量素子Ｃ３とＣ４の静電容量Ｃ₃
とＣ₄の変化の和を減算した値を加速度Ｘ’とすると、
容量素子Ｃ４とＣ１の静電容量Ｃ₄とＣ₁の変化の和より
容量素子Ｃ２とＣ３の静電容量Ｃ₂とＣ₃の変化の和を減
算した値を加速度Ｙ’として求めることができる。Ｚ軸
の加速度は、可撓基板２０の中央部の変位電極２５と対
向する固定電極１５からなる容量素子Ｃ５の静電容量Ｃ
₅の変化により求めることができる。

【００２７】また、特開平４−１４８８３３号公報のよ
うに容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量Ｃ₁〜Ｃ₄の変化の和
により求めることもできる。この場合の基本回路を図７
に示す。図７に示すように、容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電
容量Ｃ₁〜Ｃ₅を、電圧値Ｖ１〜Ｖ５に変換するＣＶ変換
回路５１、５２、５３、５４、５５で構成される。例え
ば、ＣＶ変換回路５１、５２、５３、５４、５５は、Ｃ
Ｒ発振器などによって、静電容量値Ｃを周波数ｆに変換
し、続いて周波数／電圧変換回路により、この周波数ｆ
をさらに電圧値Ｖに変換するように構成すればよい。静
電容量値Ｃを直接電圧値Ｖに変換する手段を用いること
もできる。差動増幅器５６は、電圧値Ｖ１とＶ３との差
を取り、これを検出すべき力のＸ軸方向成分±Ｆｘとし
て端子Ｔｘに出力する回路である。また、差動増幅器５
７は、電圧値Ｖ２とＶ４との差を取り、これを検出すべ
き力のＹ軸方向成分±Ｆｙとして端子Ｔｙに出力する回
路である。さらに、容量素子Ｃ５の電圧値Ｖ５からＺ軸
方向成分±Ｆｚとして端子Ｔｚに出力する。

【００２８】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、誘導率をεとすると、Ｃ＝εＳ／ｄで定まる。したがって検出される静電容量Ｃは、図８に
示すように加速度と比例関係にある電極間距離ｄに反比
例の関係となっている。つまり図９に示すように検出装
置の静電容量が増加する方向に加速度Ｇが加わった場合
は、検出装置の出力電圧信号Ｖが非直線的に増加するこ
ととなる。このため、静電容量Ｃをそのまま電圧Ｖとし
て検出した場合には、加速度Ｇを得るために補正演算が
必要であった。一方、図２に示される電極間ギャップ
は、一般的にはマイクロマシーニングで製作され、ほぼ
密閉構造となってしまう。したがって、前記従来の検出
装置では、前記ギャップ内の気体の流動性により可撓基
板２０の変位速度が制限されることになり、最大で数十
Ｈｚ程度の加速度の変位しか検出できなかった。その対
策としては、ギャップの一部に穴を設け気体の流動性を
良くするようなことも行われているが、それでも大きな
改善はされていなかった。

【００２９】この発明に係わる加速度検出装置の一実施
例を説明する。本発明に係わる検出装置の基本構造およ
び基本動作は、図２〜７と同等であり説明を省略する。
ただし、図３または図４の中央部の固定電極１５、変位
電極２５は、加速度検出用ではなく、可撓基板２０の変
位量を制御するために用いる制御電極である。つまり、
本発明に係わる検出装置と従来の検出装置とでは、構造
的にはほとんど異ならないので、コスト的変位なしに性
能の改善を図ることができる。図１はこの発明に係わる
検出装置の制御回路を示す。図１において、図７と同一
記号は同一機能を意味し、９１は容量素子Ｃ１〜Ｃ４の
容量変化の和を電圧で求めてＺ軸方向の可撓基板２０の
移動量を求める演算器、９２は可撓基板２０の基準位置
相当の電源９３の基準電圧と比較する演算器、制御電極
２５および１５は、従来の容量素子Ｃ５相当であるが前
記演算器９２の出力信号により可撓基板２０と固定基板
１０間にクーロン力を作用させている。

【００３０】つまり図７と図１の比較で分かるようにこ
の発明では、この前記検出装置の中央部の電極１５、２
５を加速度の検出に用いず、可撓基板２０のＺ軸の位置
制御に用いて可撓基板２０を一定の位置に制御するよう
にした点にある。したがって、Ｚ軸については、容量素
子Ｃ１〜Ｃ４の総和で求める方式を含め、Ｘ軸、Ｙ軸お
よびＺ軸の加速度の検出については、従来どおりである
ので以下説明を省略する。図１において可撓基板２０の
Ｚ軸の移動量は、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の変化量の和によ
り求められる。したがって、作用点Ｐに加速度が加わり
可撓基板２０が固定基板１０より遠くなると、前記静電
容量値は小さくなり端子Ｔｚの出力電圧は小さくなる。
この電圧を可撓基板２０と固定基板１０との基準距離相
当になる基準電圧９３と比較し、この差分の電圧を容量
素子Ｃ５の両端に印加するようにし、この印加した電圧
によるクーロン力で可撓基板２０と固定基板１０の距離
を一定に保つようにしている。

【００３１】また、Ｚ軸の加速度は、従来の端子Ｔｚの
出力点Ｆｚは常に一定値に制御されているので、加速度
に比例した電圧は、制御電極２５と１５間に印加される
電圧より出力されるよう変更している。上述のように構
成された検出装置では、Ｚ軸の加速度は、加速度による
可撓基板２０のＺ軸の変位を静止させるクーロン力に比
例した電圧となり、従来の検出装置のように可橈基板２
０の位置による加速度の補正演算は不要となる。また、
Ｚ軸の変位の検出は、電極２５と１５間容量で行ってい
るため、可橈基板２０と固定基板１０の距離が支持材料
の熱膨張等に変化しても静電容量値Ｃ₅も温度により同
様に変化し、従って基本的に温度による可橈基板２０の
ずれも自動的に補正することができる。しかし、可橈基
板２０を制御する電圧は、温度で自動的に変化すること
となるのでＺ軸の加速度の出力信号のみ温度補正回路９
４が必要である。一方、可橈基板２０のＺ軸の位置が一
定に制御されると、ほぼ密閉された電極間ギャップであ
ってもＺ軸方向への可橈基板２０の移動に起因する気体
の流動が発生しなくなり、可橈基板２０のＺ軸方向への
変位速度が制限されることもなくなる。

【００３２】続いて、本発明に係わる検出装置の別な実
施例を説明する。上記実施例では、従来の検出装置と同
様、可橈基板２０と固定基板１０の電極を同じとしてい
るが、どちらかの１面は全面１枚の電極で構成すること
もできる。本実施例では、固定基板１枚と可橈基板１枚
の構成であるが、可橈基板の両面に電極を設け、可橈基
板の両側に固定電極を設けた構造とすることもできる。
上述の実施例は、いずれも容量素子の静電容量値の変化
に基づいて加速度を検出する装置であるが、本発明は、
圧電素子の発生電圧の変化に基づいて、加速度を検出す
る装置にも適用できることはいうまでもない。

【００３３】以上、この発明を加速度検出装置に適用し
た例について述べたが、この発明は、力検出装置あるい
は磁気検出装置にも適用することが可能である。すなわ
ち、作用点Ｐに外力を直接作用させるための接触子など
を設けておけば、上述の加速度検出装置は、いずれも力
検出装置として機能する。また、作用体を磁性材料で構
成しておけば、この装置を磁界の中に置くことによっ
て、作用体に磁力を作用させることができるため、上述
の加速度検出装置は、いずれも磁気検出装置として作用
する。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明の検出装置
は、変位基板の加速度によるＺ軸方向の変位を一定位置
に制御できるため、検出された加速度に対する補償演算
が不要となり、変位基板の位置がほぼ一定となったこと
によって、検出するＺ軸方向の加速度の応答速度を上げ
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の検出装置の検出回路を示す回路図で
ある。

【図２】従来の加速度検出装置の基本構造を示す側断面
図である。

【図３】図２に示す装置におけるＡ−Ａ矢視図である。

【図４】図２に示す装置におけるＢ−Ｂ矢視図である。

【図５】図２に示す装置にＸ軸方向の力Ｆｘが加わった
状態を示す側断面図である。

【図６】図２に示す装置にＺ軸方向の力Ｆｚが加わった
状態を示す側断面図である。

【図７】図２に示す加速度検出装置の検出回路を示す回
路図である。

【図８】図２に示す装置の可橈基板と固定基板間の距離
ｄと静電容量Ｃとの変化特性を示すグラフである。

【図９】従来の検出装置の印加された加速度Ｇと検出さ
れた電圧信号Ｖとの変化特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１０固定基板１１、１２、１３、１４、１５固定電極２０可撓基板２１、２２、２３、２４、２５変位電極３０作用体４０装置筐体５１、５２、５３、５４、５５ＣＶ変換器５６、５７増幅演算器９１加算演算器９２比較演算器９３基準電圧Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５容量素子Ｐ作用点Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃、Ｃ₄、Ｃ₅ 静電容量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＸＹＺ三次元座標系における力の多次元
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、変位基板と固定基板の対向した面で、ＸＹ平面の
変位基板の重心点からＸＹ平面と直交する点を中心と
し、ほぼ等しい距離でＸ軸とＹ軸それぞれに配置したほ
ぼ同じ形の２つの容量素子と、前記ＸＹ平面に変位基板
の重心からＸＹ平面に直交する点を中心とした円形また
は多角形の電極対と、前記変位基板を変位させうる所定
の作用点に、Ｘ軸とＹ軸方向の力が加わったときに、前
記Ｘ軸とＹ軸に配置された４つの容量素子で加わった力
を検出する手段と、前記Ｘ軸とＹ軸に対称に配置された
４つの容量素子より前記変位基板と固定基板の距離を検
出する手段と、前記固定基板と変位基板距離の信号で前
記変位基板の中央部に配置された円形または多角形の電
極間のクーロン力で変位基板と固定基板の距離を一定に
保つよう制御する手段とを備えることを特徴とする多次
元方向に関する力の検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の多次元方向に関する力
の検出装置において、前記作用点にＺ軸方向の力が加わ
ったときに、前記変位基板の中心に設けられた電極を制
御する信号から、Ｚ軸方向の力を検出する手段を有する
ことを特徴とする多次元方向に関する力の検出装置。
【請求項３】請求項２に記載の多次元方向に関する力
の検出装置において、前記Ｚ軸方向の検出信号を温度で
補正する手段を有することを特徴とする多次元方向に関
する力の検出装置。
【請求項４】請求項１ないし３に記載の多次元方向に
関する力の検出装置において、前記変位基板の周辺を密
閉構造としたことを特徴とする多次元方向に関する力の
検出装置。
【請求項５】請求項１ないし４に記載の多次元方向に
関する力の検出装置において、力検出手段を圧電素子で
構成したことを特徴とする多次元方向に関する力の検出
装置。
【請求項６】請求項１ないし５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を作用点に作用さ
せ、加速度の検出を行うことを特徴とする多次元方向に
関する加速度の検出装置。
【請求項７】請求項１ないし５に記載の検出装置にお
いて、磁気に起因して発生する力を作用点に作用させ、
磁気の検出を行うことを特徴とする多次元方向に関する
磁気の検出装置。