WO1993002342A1

WO1993002342A1 - Sensor for force, acceleration and magnetism using piezoelectric devices

Info

Publication number: WO1993002342A1
Application number: PCT/JP1992/000882
Authority: WO
Inventors: Kazuhiro Okada
Original assignee: Kazuhiro Okada
Priority date: 1991-07-17
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1993-02-04
Also published as: EP0549807A1; JPH0526744A; JP3141954B2; EP0549807A4; US5365799A; EP0549807B1; DE69222745T2; DE69222745D1

Description

明細

圧電素子を用いた力 ·加速度♦磁気のセンサ

技

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分する。

野背景技術

自動車産業や機械産業などでは、力、加速度、磁気といつた物理量を正確に検出できるセンサの需要が高まつている。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一ジ抵抗を形成し、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 W O 8 8 / 0 8 5 2 1 号公報や同第 W O 8 9 / 0 2 5 8 7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。

また、特願平 2— 2 7 4 2 9 9号明細書には、 2枚の電極扳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。

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、温度捕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、一 4 0 °C〜十 1 2 0 °Cというかなり広い動作温度範囲について温度捕償が必要になる。

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。

そこで本発明は、温度捕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。発明 .の開示

(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づいて発生した力を、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 _c

(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。

(3) 本願第 3の明は、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、

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。

(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、作用休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。

(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;/;こ下部電極と、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 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 $も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、

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 ₍

(6 ) 本願第 6の発明は、上述の第 5の発明に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 ^：に固定したものである。

(7) 本願第 7の発明、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 1 2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 1 2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 Υ $ι &の正領域の基板内側に、第 8の検出子を Υ軸の正領域の基板外側に、それぞれ Υ 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 1 2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、第 1 Όの検出子を W軸の負領域の基板内側に、第 1 1の検出子を W軸の正領域の基板内側に、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、

第 9の検出子における電位と第 1 2の検出子における電位との和と、第 1 0の検出子における電位と第 1 1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

(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。

(9) 本願第 9〜第 1 4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。

(10) 本願第 1 5の発明は、上述の力センサにおいて、単一の基板からなる圧電素子を、複数の検出子で共通して用いるようにしたものである。 (11) 本願第 1 6の発明は、上述のカセンサにおいて、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。

(12) 本願第 1 7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。

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、この橈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 τ軸方向に関する力成分の検出も行うことができる。

基板面に平行に X軸および Υ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 , Ζの 3 $由に関する力の成分検出が可能になる。また、 Ζ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 1 2組の検出子を配置すればよい。

力を作用させる作用体として、ある程度の質量をもつ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。図面の簡単な説明図 1は、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は、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は、図 1に示す加速度センサにおける作用体 5 〇の重心 Gに X軸方向の力 F Xが与えられたときの状態を示す側断面図である。

図 4は、図 1 に示す加速度センサにおける作用体 5 0 の重心 Gに Ζ軸方向の力 F ζが与えられたときの状態を示す側断面図である。

図 5 aおよび図 5 bは、図 1に示す加速度センサにおいて、 X軸方向の力 F Xを検出するための検出回路を示す回路図である。

図 6は、図 5 aおよび図 5 bに示す回路の動作を説明する 3¾である。

図 7 aおよび図 7 bは、図 1に示す加速度センサにおいて、 Y軸方向の力 F yを検出するための検出回路を示す回路図である。

図 8は、図 7 aおよび図 7 bに示す回路の動作を説明する表である。

図 9 aおよび図 9 bは、図 1に示す加速度センサにおいて、 Z ώ方向の力 F zを検出するための検出回路を示す回路図である。

図 1 0は、図 9 aおよび図 9 bに示す回路の動作を説明する表である。

図 1 1 aおよび図 1 1 bは、図 1 に示す加速度センサにおいて、 X轴方向の力 F Xの検出と、 Z軸方向の力 F z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 1 2は、図 1 に示す加速度センサにおいて、 Z軸方向の力 F zを検出するための別な検出回路を示す回路図である。

図 1 3は、図 1 に示す加速度センサにおいて、 Z軸方向の力 F z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 1 4は、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 1 5は、図 1 4に示す加速度センサの上面図である。図 1 6は、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 1 7は、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 1 8は、 1 6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 1 9は、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 2 0は、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 2 1は、図 1 5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。発明を実施するための最良の形態以下、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。

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、可撓性をもつた円盤状の基板 1 0を有する。本明細書では、説明の便宜を考慮して、この基板 1 ◦の中心部に原点 0 一

を定め、図の矢印方向に、それぞれ X軸、 Y軸、 Z軸をとり、 X Y Z三次元座標系を定義している。 X Y平面は基板 1 0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軸に沿つて切断した断面に相当する。

図 1に示すように、基板 1 0の上面には、扇型の圧電素子 2 1 , 2 2 , 2 3， 2 4が原点 0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 2 1の上面には上部電極 3 1 , 3 2が、圧電素子 2 3の上面には上部電極 3 3 , 3 4が、圧電素子 2 2の上面には上部電極 3 5 , 3 6が、圧電素子 2 4の上面には上部電極 3 7 , 3 8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 3 1〜 3 8に対応して、これらと同一形状の下部電極 4 1〜4 8が形成されている。上部電極 3 1〜 3 8と、下部電極 4 1〜4 8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。基扳 1 0の下面には、作用体 5 0が接合されている。この作用体 5 0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 1 0 の原点 0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 1 0の周囲部分は、センサ筐体 6 0に固着支持されている。本明細書では、この基板 1 0の周囲部分を外側、原点 O c 近傍を内側、と呼ぶことにする。結局、円盤状の基板 1 0の外側はセンサ筐体 6 0によつて固定されており、内側は自由な状態となっている。基板 1 0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、榭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 4 1〜4 8を互いに電気的に独立させるために、基板 1 ◦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つて説明する。また、圧電素子 2 1 〜 2 4 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 3 1 〜 3 8， 4 1〜4 8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 ◦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 _c この実施例では、基板 1 0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 1 0と作用体 5 ◦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。

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 2 1〜 2 4の両面に、各電極 3 1 〜 3 8， 4 1 〜4 8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つた素子を基板 1 0 の所定位置に配置し、下部電極 4 1〜48の下面を基板 1 0の上面に接着剤などで固着すればよい。あるいは、基板 1 0上に下部電極 4 1〜48を形成し、その上に圧電セラミツクを焼結形成し、その上に上部電極 3 1〜 3 8を形成してもよい。

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 2 1 , 電極 3 1 , 4 1によつて構成される第 1の検出子 D 1、圧電素子 2 1，電極 3 2, 4 2によって構成される第 2の検出子 D 2、圧電素子 2 3，電極 3 3 , 43によって構成'される第 3の検出子 D 3、圧電素子 2 3，電極 34, 44によって構成される第 4の検出子 D 4、の順に配置されている。 ― 方、図の Υ ώ方向に沿って上から下へ、圧電素子 22, 電極 3 5, 4 5によって構成される第 5の検出子 D 5、圧電素子 22 , 電極 36, 4 6によって構成される第 6 の検出子 D 6、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 D 7、圧電素子 24 , 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。

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 5 0に X紬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 5 0の重心 Gに X軸方向の力 F x (作用体 5 0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 F Xにより、原点 0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 1 0の外側（周囲部分）が固定されているため、基板 1 ◦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、理解を容易にするため、断面部分のみを示し、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 3 1 , 4 2 , 3 3, 44には正電荷が発生し、電極 4 1 , 3 2 , 4 3， 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 Acceleration Evalation System for Super Low Range Frequency (pp87-49 - No.910273, Sensors Actuators 1991)」に言命じられている。このように、 X軸方向の力 F Xが作用すると、 X 寧由に沿って配置され検出子 D 1〜D 4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 D 5〜D 8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 D 5〜D 8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つ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。

—方、作用体 5 0に Y軸方向の加速度が作用したとすると、作用体 5 0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 D 5〜D 8における上下両電極間に電荷が発生し、検出子 D 1〜D 4における上下両電極間には電荷は発生しない。

次に、作用体 5 0に Z軸方向の加速度が作用したとすると、作用体 5 0の重心 Gに Z軸方向の力 F zが作用する。この力 F zにより、図 4に示すように、原点 0は図の下方へ向かつて引っ張られ、基板 1 0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 3 1 , 4 2 , 4 3 , 3 4には正電荷が発生し、電極 4 1 , 3 2 , 3 3 , 4 4には負電荷が発生する。

このように、作用体 5◦に X , Υ , Z軸方向の加速度 - 一

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— F X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 - F z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。

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 および図 5 bは X軸方向の力 F Xを検出するための検出回路を示す回路図である。ここで、 D 1〜D 4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 F x (すなわち、 X軸方向の加速度）は、端子 A xおよび B xの間の電圧 V xを測定することにより検出できる。

図 6は、作用体 5 0に各軸方向の力 F X , F y , F z 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 F x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 E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 F Xの攔を参照すると、図 5 aおよび図 5 bの回路図において、各検出子の端子 A X側の電極には負の電荷が発生し、端子 B X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 A x には一 4の電荷が、端子 B Xには + 4の電荷が、それぞれ集まることになる。逆に、一 F xの力が作用した場合には、極性が反転し、端子 A Xには + 4の電荷が、端子 B xには一 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、 + F Xの力が作用した場合には、端子 A Xには— 1の電荷が、端子 B xには + 1の電荷が、それぞれ集まることになる。逆に、一 F Xの力が作用した場合には、極性が反転し、端子 A Xには + 1の電荷が、端子 B Xには一 1の電荷が、それぞれ集まることになる。結局、端子 A Xおよび B Xの間の電圧 V Xは、 X軸方向の力 F Xに対応した値となる。

ここで、 Y軸方向の力 F yが作用した場合に、電圧 V x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 F yの欄に示すように、力 F y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 D 1〜D 4は X軸に沿って配置されているため、 Y軸方向の力 F, y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 V Xは Y軸方向の力 F yには何ら影響されない。 '

次に、 Z軸方向の力 F zが作用した場合に、電圧 V X 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 F z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および図 5 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 F zだけが作用した場合の電圧値 V Xは 0になる。したがって、電圧 V Xは Z軸方向の力 F zには何ら影響されない。

以上のことから、作用体 5 0に三次元の力 Fが作用した場合、その X軸方向成分 F X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 F yおよび Z軸方向成分 F zの影響を受けることがない。

図 7 aおよび図 7 bは Y軸方向の力 F yを検出するための検出回路を示す回路図である。ここで、 D 5〜D 8 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 F y (すなわち、 Y軸方向の加速度）は、端子 A yおよび B yの間の電圧 V yを測定することにより検出できる。図 8は、作用体 5 Qに各軸方向の力 F x , F y , F z 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 V yは Y軸方向の力 F y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 5 0に三次元の力 Fが作用した場合、その Y軸方向成分 F yだけが電圧 V y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 F X および Z軸方向成分 F zの影響を受けることがない。図 9 aおよび図 9 bは Z軸方向の力 F zを検出するための検出回路を示す回路図である。ここで、 D 1〜D 4 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 F z (すなわち、 Z軸方向の加速度）は、端子 A zおよび B zの間の電圧 V zを測定することにより検出できる。

図 1 0 は、作用体 5 ◦に各軸方向の力 F X , F y ,

F z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 V zは Z軸方向の力 F zの大きさおよび方向によつてのみ決まる fitであることがわかる。結局、作用体 5 0に三次元の力 Fが作用した場合、その Z軸方向成分 F zだけが電圧 V _Z 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 - -

F xおよび Y軸方向成分 F yの影響を受けることがない。以上のように、 X軸方向に沿って配置した 4つの検出子 D 1〜D 4によって、 X軸方向の力 F xと Z軸方向の力 F z とが検出でき、 Y軸方向に沿って配置した 4つの検出子 D 5〜D 8によって、 Y軸方向の力 F yが検出できる。結局、検出子 D 1〜D 4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 1 1 aおよび図 1 1 b に示す。図 1 1 aの回路は、 4つのスィツチ S 1〜 S 4を用いた切換回路を構成しており、 Χ$Λ方向成分は共通端子 A X z と X軸用端子 B xとの間の電圧 V xによって検出され、 Z軸方向成分は共通端子 A X z と Z軸用端子 B z との間の電圧 V zによって検出される。スィッチ S 1 と S 2とは連動しており、一方が 0 Nになると他方が 0 F F となる。同様に、スィッチ S 3と S 4とは連動しており、一方が 0 Nになると他方が 0 F F となる。図に示すように、スィッチ S 1を O N、スィッチ S 2を O F F、スィッチ 5 3を0 、スィッチ S 4を O N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、各スィッチを切り換え、スィッチ S 1を 0 F F、スィッチ S 2を O N、スィッチ S 3を O N、スィツチ S 4を 0 F F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 1 1 bの回路も同様に、 4つのスィッチ S 1〜 S 4の操作により、 X軸方向成分の検出 ^: 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、スィッチ S 1を O F F、スィッチ S 2を O N、スィッチ S 3を O N、スイツチ S 4を 0 F F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、各スィツチを切り換え、スィッチ S 1を O N、スイッチ S 2を O F F. スィッチ S 3を O F F、スィッチ S 4を O Nの状態にすると、この回路は図 7 bに示す Z轴方向成分の検出回路と等価になる。

なお、 Z軸方向の力 F zの検出は、検出子 D 1〜D 4 の代わりに検出子 D 5〜D 8を用いても行うことができる。この場合は、検出子 D 5〜D 8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！） 1 〜D 8のすベてを用いて Z軸方向の力 F zを検出してもよい。この場合は、図 1 2または図 1 3のような検出回路を組めばよい。

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、いわゆるパイ口効果を示す素子である (前掲文献 F i g. 1 6参照）。本発明によるセンサでは、 X, Y, Zの各軸方向の検出値は、各く検出子によつ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。したがって温度捕償のための回路などを付加する必要はない。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 _c 図 14は、この別な構造をもったセンサの側断面図、図 1 5はその上面図である。図 1 5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 D 1および D 2には共通の圧電素子 2 1が用いられ、検出子 D 3および D 4には共通の圧電素子 2 3が用いられ、検出子 D 5および D 6には共通の圧電素子 2 2 が用いられ、検出子！) 7および D 8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 1 5に示すセンサでは、 8個の圧電素子 2 1 a , 2 1 b , 2 2 a , 2 2 b , 2 3 a , 2 3 b , 24 a , 24 bを設け、各検出子 D 1〜D 8が物理的に完全に独立した部品によつて構成されるようにしている。

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 1 6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 1 4および図 1 5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。

図 1 7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 1 0の上面に検出子を配置していたが、この実施例では、基板 1 0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 D 1〜D 4を配置し、 Y軸に沿って 4つの検出子 D 5〜D 8を配置することができれば、基板 1 0の上面に配置しょう力、下面に配置しょうが、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。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 1 8に上面図を示す実施例は、 1 6組の検出子 D 1〜D 1 6を用いた例である。ここで、検出子 D 1〜D 8は、図 1に示す検出子 D 1〜D 8と同等（面積が若千小さくなつている）のものであり、 X軸に沿って検出子 D 1〜 D 4力く、 Y軸に沿って検出子 D 5〜D 8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 4 5 ° の角度をもった W 1軸と 1 3 5 ° の角度をもつた W2軸とを定義し、 W 1軸に沿って検出子 D 9〜D 1 2を、 W2$由に沿って検出子 D 1 3〜D 1 6を、それぞれ配置している。

このような配置を行えば、検出子 D 1〜 D 4によって X軸方向の力を検出し、検出子 D 5〜D 8によって Y軸方向の力を検出し、検出子 D 9〜D 1 2または検出子 D 1 3〜 1 6、あるいは検出子 D 9〜D 1 6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つ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〜D 4、 Y軸に沿って配置した検出子 D 5〜D 8、 W 1軸に沿って配置した検出子 D 9〜D 1 2、 W 2軸に沿って配置した検出子 D 1 3〜D 1 6、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 1 6に示すように単一の基板 2 5で構成されたものであってもよい。いままで述べてきた実施例では、いずれも、基板 1 0 の外側の周囲部分をセンサ筐体に固定し、内側の原点 0 近傍に作用体 5 0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 1 9に側断面図を示す実施例のように、基板 1 0 の内側の原点 0近傍の作用体 5 0 (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 6 1に固定し、基板 1 0の外側の周囲部分に新たな作用体 5 1を形成してもよい。この実施例では、作用体 5 1は、円盤状の基板 1 0の外周に沿って取り付けられたリング状の重錘体となつている。このような構成では、基板 1 ◦の内側が固定され、外側に力が作用するようになる力 <、作用した力に基づいて基板 1 0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。

検出回路の別な実施例

図 5 aおよび図 5 b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 4 1〜4 8 ) に対するもう一方の電極の電位をその検岀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および図 5 bに示す回路を参照すると、検出子 D 1 と D 3 については、基板に固着された方の電極 4 1 , 4 3が端子 A X側に接続され、検出子 D 2と D 4 については、基板に固着された方の電極 4 2 , 44が端子 B X側に接続されていることがわかる。すなわち、検出子 D l , D 3と検出子 D 2， D 4とは逆方向に接続されていることになる。結局、検出子 D 1における電位と検出子 D 3における電位との和と、検出子 D 2における電位と検出子 D 4における電位との和と、の差が、端子 A X , B X間に現れる電圧 V Xであることがわかる。すなわち、検出子 D l , D 2 , D 3 , D 4によって得られる電位を、それぞれ V I , V 2 , V 3 , V 4とすれば、

V X = ( V 1 + V 3 ) 一（V 2 + V 4 ) である。したがつて、図 2 0に示すように、これらの電圧 V I , V 2 ,

V 3 , V 4を検出するための電圧検出器 8 1， 8 2，

83， 84を設ければ、差動増幅器 A P Iの出力として、電圧 V Xを得ることができる。

また、図 7 aおよび図 7 bに示す回路を参照すると、検出子 D 5と D 7については、基板に固着された方の電極 4 5 , 4 7が端子 A y側に接続され、検出子 D 6と D 8については、基板に固着された方の電極 4 6， 48が端子 B y側に接続されていることがわかる。すなわち、検出子 D 5 , D 7と検出子 D 6, D 8とは逆方向に接続されていることになる。結局、検出子 D 5における電位と検出子 D 7における電位との和と、検出子 D 6における電位と検出子 D 8における電位との和と、の差が、端子 A y , B y間に現れる電圧 V yであることがわかる。すなわち、検出子 D 5, D 6 , D 7, D 8における電位を、それぞれ V 5, V 6 , V 7 , V 8とすれば、 V y - ( V 5 + V 7 ) 一 ( V 6 + V 8) である。したがって、図 2 0に示すように、これらの電圧 V 5, V 6 , V 7, V 8を検出するための電圧検出器 85 , 86, 87, 8 8を設ければ、差動増幅器 A P 3の出力として、電圧 V yを得ることができる。

更に、図 9 aおよび図 9 bに示す回路を参照すると、検出子 D 1 と D 4については、基板に固着された方の電極 4 1 , 44が端子 A z側に接続され、検出子 D 2と D 3については、基板に固着された方の電極 4 2, 43 が端子 B z側に接続されていることがわかる。すなわち、検出子 D l , D 4と検出子 D 2, D 3とは逆方向に接続されていることになる。結局、検出子 D 1における電位と検出子 D 4における電位との和と、検出子 D 2における電位と検出子 D 3における電位との和と、の差が、端子 A z , B z間に現れる電圧 V zであることがわかる。すなわち、検出子 D l , D 2, D 3 , D 4における電位を、それぞれ V I , V 2 , V 3 , V 4とすれば、 V z = (V I + V 4 ) 一 ( V 2 + V 3 ) である。したがって、図 2 0 に示すように、電圧検出器 8 1 , 8 2 , 8 3 , 84を用いて、差動増幅器 A P 2の出力として、電圧 V zを得ることができる。

また、図 1 8に示す 1 6.組の検出子を用いたセンサでは、電圧 V z については、図 2 1 に示す回路によって検出ができる。すなわち、検出子 D 9〜 D 1 6における電位 V 9〜V 1 6を、電圧検出器 9 1〜 98によって検出し、差動増幅器 A P 4の出力として電圧 V zを得ることができる。この場合、図 2 0に示す差動増幅器 A P 2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 2 1 に示す回路では、電位 V 9〜V 1 6のすベてを用いている力電位 V 9〜 V 1 2の 4つだけ、あるいは、電位 V 1 3〜 V 1 6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〜V 1 6のすべてを用いるのが好ましい。

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力《、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 1 6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。たとえ一つ一

ば、検出子 D 1〜D 4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。

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 5 0から接触子を伸ばし、この接触子によつて外力を基板 1 0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 5 0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。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。産業上の利用可能性本発明による圧電素子を用いたセンサは、力、加速度、磁気のセンサとして利用することができ、しかも三次元の各成分ごとにこれらの物理量を検出することができる。したがって、自動車や産業用ロボッ卜に搭載して、各部の圧力検出、加速度検出、磁気検出を行うのに広く利用できる。特に自動車塔載用の加速度センサとして用いれば、正面衝突や側面衝突時の衝撃を各軸方向成分ごとに正確に検出することができ、エアバッグシステムに利用することが可能になる。

Claims

請求の範囲

1. 板状の圧電素子（2 1 , 2 3) と、この圧電素子の上面に形成された上部電極（3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4) と、この圧電素子の下面に形成された下部電極（4 1 , 4 2， 4 3, 44 ) と、によって構成される検出子 (D l , D 2, D 3 , D 4 ) を 4組用意し、

可撓性をもつた基板（ 1 0 ) 内の 1点に原点（0) を定義し、この原点を通りかつ基板面に平行な方向に X拳由を定義し、前記 4組の検出子のうちの 2組（D 3 , D 4 ) を X軸の正の側に、他の 2組（ D 1 , D 2 ) 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（4 1 , 42, 43, 44) 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（ 6 0 ) に固定し、

外部から作用する物理量に基づいて発生した力を、前記原点に伝達する機能を有する作用体（ 5 0 ) 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徵とする圧電素子を用いた力センサ。

2. 板状の圧電素子（2 1 , 2 3) と、この圧電素子の上面に形成された上部電極（ 3 1， 32, 3 3， 3 4 ) と、この圧電素子の下面に形成された下部電極（4 1 , 4 2, 4 3， 44 ) と、によって構成される検出子 (D 1 , D 2 , D 3 , D 4 ) を 4組用意し、

可撓性をもった基板（ 1 0 ) 内の 1点に原点（ 0) 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（D 3 , D 4 ) を X軸の正の側に、他の 2組（ D 1， D 2 ) 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（4 1 , 4 2, 4 3 , 44 ) を前記基板に固定し、前記基板の原点近傍をセンサ筐体（ 6 1 ) に固定し、外部から作用する物理量に基づいて発生した力を、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 ( 5 1 ) 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カセンサ。

3. 板状の圧電素子（ 2 1 , 2 3 ) と、この圧電素子の上面に形成された上部電極（ 3 1， 3 2 , 3 3， 3 4 ) と、この圧電素子の下面に形成された下部電極（4 1 , 4 2 , 4 3 , 44 ) と、によって構成される検出子 (D 1 , D 2 , D 3 , D 4 ) を 4組用意し、

可撓性をもった基板（ 1 0 ) 内の 1点に原点（0) 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 ( D 1 ) を X軸の負領域の基板外側に、第 2の検出子 ( D 2 ) を X軸の負領域の基板内側に、第 3の検出子 ( D 3 ) を X軸の正領域の基板内側に、第 4の検出子 (D 4 ) 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（4 1 , 4 2 , 4 3 , 44 ) 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（6 0 ) に固定し、

外部から作用する物理量に基づいて発生した力を、前記原点に伝達する機能を有する作用体（ 5 0 ) を形成し、各検出子において、前記基板に固定された電極（4 1 , 4 2 , 4 3， 44 ) に対するもう一方の電極（ 3 1， 3 2 , 3 3 , 34 ) 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徵とする圧電素子を用いたカセンサ。 7 一

4. 板状の圧電素子（ 2 1 , 2 3 ) と、この圧電素子の上面に形成された上部電極（ 3 1 , 3 2, 3 3, 3 4 ) と、この圧電素子の下面に形成された下部電極（4 1 , 4 2 , 4 3 , 44 ) と、によって構成される検出子 (D 1， D 2 , D 3 , D 4 ) を 4組用意し、

可撓性をもった基板（ 1 0 ) 内の 1点に原点（0) を定義し、この原点を通りかつ基板面に苹行な方向に 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 ( D 1 ) を X $由の負領域の基板外側に、第 2の検出子 ( D 2 ) を X軸の負領域の基板内側に、第 3の検出子 ( D 3 ) を X軸の正領域の基板内側に、第 4の検出子 (D 4 ) 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（4 1 , 4 2 , 4 3 , 44 ) を前記基板に固定し、

前記原点近傍をセンサ筐体（ 6 1 ) に固定し、外部から作用する物理量に基づいて発生した力を、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 ( 5 1 ) 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拿由方向の力を検出し、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$由方向の力を検出することを特徵とする圧電素子を用いた力センサ。

5. 板状の圧電素子（ 2 1 — 24) と、この圧電素子の上面に形成された上部電極（3 1— 38) と、この圧電素子の下面に形成された下部電極（4 1一 48) と、によって構成される検出子（D 1 — D 8) を 8組用意し、可撓性をもつた基板（ 1 0 ) 内の 1点に原点（0) 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（D 1 ) を X 軸の負領域の基板外側に、第 2の検出子（D 2) を X軸の負領域の基板内側に、第 3の検出子（D 3) を X軸の正領域の基板内側に、第 4の検出子（D 4 ) 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（4 1 —44 ) 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（D 5) を Y 車由の負領域の基板外側に、第 6の検出子（D 6 ) を Y軸の負領域の基板内側に、第 7の検出子（D 7 ) を Y軸の正領域の基板内側に、第 8の検出子（D 8) 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（4 5— 48) 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（60) に固定し、

外部から作用する物理量に基づいて発生した力を、前記原点に伝達する機能を有する作用体（ 5 0 ) を形成し、各検出子において、前記基板に固定された電極（4 1 — 48) に対するもう一方の電極（ 3 1 — 38) 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 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徵とする圧電素子を用いた力センサ。

6. 板状の圧電素子（2 1 — 24) と、この圧電素子の上面に形成された上部電極（3 1— 38) と、この圧電素子の下面に形成された下部電極（4 1 — 48) と、によって構成される検出子（D 1— D 8) を 8組用意し、可撓性をもつた基板（ 1 0 ) 内の 1点に原点（0) 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（D 1 ) を X 寧由の負領域の基板外側に、第 2の検出子（D 2 ) を X軸の負領域の基板内側に、第 3の検出子（D 3) を X軸の正領域の基板内側に第 4の検出子（D 4 ) 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（D 5 ) を Y 軸の負領域の基板外側に、第 6の検出子（D 6 ) を Y軸の負領域の基板内側に、第 7の検出子（D 7 ) を Y軸の正領域の基板内側に、第 8の検出子（D 8) を Y軸の正領域の基板外側に、それぞれ Y$由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（ 6 1 ) に固定し、

外部から作用する物理量に基づいて発生した力を、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 ( 5 1 ) 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 Υ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徵とする圧電素子を用いた力センサ。 7 . 扳状の圧電素子と、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（D 1— D 1 2 ) 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、前記 1 2組の検出干のうち、第 1の検出子（D 1 ) を X拳由の負領域の基板外側に、第 2の検出子（D 2 ) を X 軸の負領域の基板内側に、第 3の検出子（D 3 ) を X軸の正領域の基板内側に、第 4の検出子（D 4 ) 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 1 2組の検出子のうち、第 5の検出子（D 5 ) を Y軸の負領域の基板外側に、第 6の検出子（D 6 ) を Y 軸の負領域の基板内側に、第 7の検出子（D 7 ) を Y拳由の正領域の基板内側に、第 8の検出子（D 8) 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 1 2組の検出子のうち、第 9の検岀子（D 9 ) を W軸の負領域の基板外側に、第 1 0の検出子（D 1 0 ) を W軸の負領域の基板内側に、第 1 1の検出子（D 1 1 ) を W軸の正領域の基板内側に、第 1 2の検出子（D 1 2) を W軸の正領域の基板外側に、それぞれに沿って並ベて配置し、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づいて発生した力を、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拿由方向の力を検出し、前記第 9の検出子における電位と前記第 1 2の検出子における電位との和と、前記第 1 ◦の検出子における電位と前記第 1 1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軸方向のカを検出することを特徵とする圧電素子を用いたカセンサ。 S . 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（D 1 — D 1 2 ) 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 $ώを、原点において X , Υ， Ζ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 1 2組の検出子のうち、第 1の検出子（D 1 ) を X軸の負領域の基板外側に、第 2の検出子（D 2 ) を X 軸の負領域の基板内側に、第 3の検出子（D 3 ) を X軸の正領域の基板内側に、第 4の検出子（D 4 ) 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 1 2組の検出子のうち、第 5の検出子（D 5 ) を Y軸の負領域の基板外側に、第 6の検出子（D 6 ) を Y 軸の負領域の基板内側に、第 7の検出子（D 7) を Y軸の正領域の基板内側に、第 8の検出子（D 8) 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 1 2組の検出子のうち、第 9の検出子（D 9 ) を W軸の負領域の基板外側に、第 1 0の検出子（D l 〇）を" W軸の負領域の基板内側に、第 1 1の検出子（D 1 1 ) を W軸の正領域の基板内側に、第 1 2の検出子（D 1 2) を W軸の正領域の基板外側に、それぞれ W軸に沿つて並ベて配置し、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づいて発生した力を、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霉位を求め、

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 1 2の検出子における電位との和と、前記第 1 0の検出子における電位と前記第 1 1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$由方向のカを検出することを特徵とする圧電素子を用いた力センサ。

9. 板状の圧電素子（ 2 1 , 2 3 ) と、この圧電素子の上面に形成された上部電極（ 3 1 , 3 2, 33, 3 4) と、この圧電素子の下面に形成された下部電極（4 1 , 42, 4 3, 44) と、によって構成される検出子 (D 1 , D 2 , D 3 , D 4 ) を 4組用意し、

可撓性をもった基板（ 1 0 ) 内の 1点に原点（0) 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 ( D 1 ) を X軸の負領域の基板外側に、第 2の検出子 ( D 2 ) を X軸の負領域の基板内側に、第 3の検出子 (D 3 ) を X軸の正領域の基板内側に、第 4の検出子 (D 4 ) 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（4 1， 4 2, 43, 44) 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（60) に固定し、

外部から作用する物理量に基づいて発生した力を、前記原点に伝達する機能を有する作用体（50) を形成し、各検出子において、前記基板に固定された電極（4 1 , 42, 43， 44) を第 1の電極、もう一方の電極（3 1 , 32, 33 , 34) 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（41 ) と、前記第 2 の検出子の第 2の電極（32) と、前記第 3の検出子の第 1の電極（43) と、前記第 4の検出子の第 2の電極 (34) と、に接続しうる第 1の検出端子（A x) と、前記第 1の検出子の第 2の電極（31) と、前記第 2 の検出子の第 1の電極（42) と、前記第 3の検出子の第 2の電極（33) と、前記第 4の検出子の第 1の電極 (44) と、に接続しうる第 2の検出端子（B x) と、前記第 1の検出子の第 1の電極（4 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 2の電極（32) と、前記第 3の検出子の第 2の電極（3 3 ) と、前記第 4の検出子の第 1の電極 (44) と、に接続しうる第 3の検出端子（A z ) と、前記第 1の検出子の第 2の電極（3 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 1の電極（42) と、前記第 3の検出子の第 1の電極（4 3 ) と、前記第 4の検出子の第 2の電極 (34) と、に接続しうる第 4の検出端子（B z ) 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（V x) 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（V z ) 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カセンサ。

1 0. 板状の圧電素子（2 1 , 23) と、この圧電素子の上面に形成された上部電極（3 1 , 3 2, 33， 34) と、この圧電素子の下面に形成された下部電極 (4 1 , 4 2， 4 3, 44) と、によって構成される検出子（D l , D 2 , D 3 , D 4 ) を 4組用意し、

可撓性をもつた基板（ 1 0 ) 内の 1点に原点（0) 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 (D 1 ) を X軸の負領域の基板外側に、第 2の検出子 (D 2) を X軸の負領域の基板内側に、第 3の検出子 (D 3 ) を X軸の正領域の基板内側に、第 4の検出子 (D 4 ) 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（4 1 , 4 2 , 4 3 , 44 ) を前記碁板に固定し、

各検出子において、前記基板に固定された電極（4 1 , 4 2， 4 3 , 44 ) を第 1の電極、もう一方の電極（ 3 1 , 3 2, 3 3， 34 ) 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（4 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 2の電極（ 3 2 ) と、前記第 3の検出子の第 1の電極（4 3 ) と、前記第 4の検出子の第 2の電極 ( 34 ) と、に接铳しうる第 1の検出端子（A x ) と、前記第 1の検出子の第 2の電極（ 3 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 1の電極（4 2 ) と、前記第 3の検出子の第 2の電極（ 3 3 ) と、前記第 4の検出子の第 1の電極 (44 ) と、に接続しうる第 2の検出端子（ B x ) と、前記第 1の検出子の第 1の電極（4 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 2の電極（ 3 2 ) と、前記第 3の検出子の第 2の電極（ 33 ) と、前記第 4の検出子の第 1の電極 (44 ) と、に接続しうる第 3の検出端子（A z ) と、前記第 1の検出子の.第 2の電極（3 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 1の電極（4 2 ) と、前記第 3の検出子の第 1の電極（4 3) と、前記第 4の検出子の第 2の電極 (34) と、に接続しうる'第 4の検出端子（B z ) 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（V x) 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（V z ) 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カセンサ。

1 1. 板状の圧電素子（2 1— 24 ) と、この圧電素子の上面に形成された上部電極（3 1— 38) と、この圧電素子の下面に形成された下部電極（4 1一 48) と、によって構成される検出子（D l— D 8) を 8組用意し、

可撓性をもった基板（ 1 0 ) 内の 1点に原点（0) 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（D 1 ) を X 軸の負領域の基板外側に、第 2の検出子（D 2) を X軸の負領域の基板内側に、第 3の検出子（D 3) を X軸の正領域の基板内側に、第 4の検出子（D 4 ) を X il]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（4 1 一 44 ) 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（D 5 ) を Y 軸の負領域の基板外側に、第 6の検出子（D 6 ) を Y軸の負領域の基板内側に、第 7の検出子（D 7 ) を Y軸の正領域の基板内側に、第 8の検出子（D 8) 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（4 5— 48) 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（ 6 0 ) に固定し、

外部から作用する物理量に基づいて発生した力を、前記原点に伝達する機能を有する作用体（ 5 0 ) を形成し、各検出子において、前記基板に固定された電極（4 1 - 48) を第 1の電極、もう一方の電極（ 3 1 — 38) 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（4 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 2の電極（ 3 2 ) と、前記第 3の検出子の第 1の電極（4 3 ) と、前記第 4の検出子の第 2の電極 ( 34 ) と、に接続しうる第 1の検出端子（A x ) と、前記第 1の検出子の第 2の電極（ 3 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 1の電極（4 2) と、前記第 3の検出子の第 2の電極（3 3 ) と、前記第 4の検出子の第 1の電極 (44 ) と、に接銃しうる第 2の検出端子（B x) と、前記第 5の検出子の第 1の電極（45) と、前記第 6 の検出子の第 2の電極（3 6) と、前記第 7の検出子の第 1の電極（4 7 ) と、前記第 8の検出子の第 2の電極 ( 38) と、に接続しうる第 3の検出端子（A y ) と、前記第 5の検出子の第 2の電極（ 3 5) と、前記第 6 の検出子の第 1の電極（46 ) と、前記第 7の検出子の第 2の電極（ 3 7 ) と、前記第 8の検出子の第 1の電極 (48) と、に接続しうる第 4の検出端子（B y ) と、前記第 1の検出子の第 1の電極（4 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 2の電極（32 ) と、前記第 3の検出子の第 2の電極（ 33) と、前記第 4の検出子の第 1の電極 (44) と、に接続しうる第 5の検出端子（A _Z ) と、前記第 1の検出子の第 2の電極（ 3 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 1の電極（42) と、前記第 3の検出子の第 1の電極（4 3 ) と、前記第 4の検出子の第 2の電極 (34) と、に接続しうる第 6の検出端子（B z ) 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（V x ) 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（V y ) 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 ( V z ) 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徵とする圧電素子を用いた力センサ。 1 2. 板状の圧電素子（ 2 1 — 24 ) と、この圧電素子の上面に形成された上部電極（ 3 1 — 38) と、この圧電素子の下面に形成された下部電極（4 1一 48) と、によって構成される検出子（D 1 — D 8) を 8組用意し、

可撓性をもつた基板（ 1 0 ) 内の 1点に原点（0) 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 Ζ$ώ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（D 1 ) を X 軸の負領域の基板外側に、第 2の検出子（D 2 ) を X軸の負領域の基板内側に、第 3の検出子（D 3 ) を X軸の正領域の基板内側に、第 4の検出子（D 4 ) 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（4 1 — 44 ) 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（D 5 ) を Υ 軸の負領域の基板外側に、第 6の検出子（D 6 ) を Υ軸の負領域の基板内側に、第 7の検出子（D 7 ) を Υ軸の正領域の基板内側に、第 8の検出子（D 8) 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（4 5— 48) を前記基板に固定し、

前記原点近傍をセンサ筐体（61) に固定し、

各検出子において、前記基板に固定された電極（4 1 一 48) を第 1の電極、もう一方の電極（3 1 — 38) 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（4 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 2の電極（ 3 2 ) と、前記第 3の検出子の第 1の電極（43) と、前記第 4の検出子の第 2の電極 ( 34) と、に接铳しうる第 1の検出端子（A x) と、前記第 1の検出子の第 2の電極（ 3 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 1の電極（4 2) と、前記第 3の検出子の第 2の電極（33 ) と、前記第 4の検出子の第 1の電極 (44 ) と、に接铳しうる第 2の検出端子（ B x) と、前記第 5の検出子の第 1の電極（45) と、前記第 6 の検出子の第 2の電極（ 36 ) と、前記第 7の検出子の第 1の電極（4 7) と、前記第 8の検出子の第 2の電極 ( 38) と、に接続しうる第 3の検出端子（A y ) と、前記第 5の検出子の第 2の電極（ 3 5) と、前記第 6 の検出子の第 1の電悸（4 6 ) と、前記第 7の検出子の第 2の電極（ 3 7 ) と、前記第 8の検出子の第 1の電極 (48) と、に接続しうる第 4の検出端子（ B y ) と、前記第 1の検出子の第 1の電極（4 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 2の電極（ 3 2 ) と、前記第 3の検出子の第 2の電極（ 3 3 ) と、前記第 4の検出子の第 1の電極 (44 ) と、に接続しうる第 5の検出端子 ·（ A z ) と、前記第 1の検出子の第 2の電極（ 3 1 ) と、前記第 2 の検出子の第 1の電極（4 2 ) と、前記第 3の検出子の第 1の電極（4 3 ) と、前記第 4の検出子の第 2の電極 ( 34 ) と、に接続しうる第 6の検出端子（ B z ) 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（V x ) 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（V y ) 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 ( V z ) 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。

1 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（D 1 — D 1 2 ) 6

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^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 輸を、それぞれ定義し、

前記 1 2組の検出子のうち、第 1の検出子（D 1 ) を X軸の負領域の基板外側に、第 2の検出子（D 2 ) を X $由の負領域の基板内側に、第 3の検出子（D 3 ) を X軸の正領域の基板内側に、第 4の検出子（D 4) を X軸の正領域の基板外側に、それぞれ X軸に沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前記基板に固定し、前記 1 2組の検出子のうち、第 5の検出子（D 5 ) を Y軸の負領域の基板外側に、第 6の検出子（D 6) を Y 軸の負領域の基板内側に、第 7の検出子（D 7 ) を Y軸の正領域の基板内側に、第 8の検出子（D 8) を Y軸の正領域の基板外側に、それぞれ Y軸に沿って並べて配置し、これら各検出子の一方の電極を前記基板に固定し、前記 1 2組の検出子のうち、第 9の検出子（D 9 ) を W事由の負領域の基板外側に、第 1 0の検出子（D 1 0 ) を W軸の負領域の基板内側に、第 1 の検出子（D 1 1 ) を W$由の正領域の基板内側に、第 1 2の検出子（D 1 2 ) を W軸の正領域の基板外側に、それぞれ W軸に沿って並ベて配置し、これら各検出子の一方の電極を前記基板に固定し、

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の検出子第 1の電極と、前記第 1 0の検出子の第 2の電極と、前記第 1 1の検出子の第 2の電極と前記第 1 2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 1 0の検出子の第 1の電極と、前記第 1 1の検出子の第 1の電極と、前記第 1 2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カセンサ。

1 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（D 1 — D 1 2 ) 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拿由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 1 2組の検出子のうち、第 1の検出子（D 1 ) を X$由の負領域の基板外側に、第 2の検出子（D 2 ) を X 軸の負領域の基板内側に、第 3の検出子（D 3 ) を X軸の正領域の内側に、第 4の検出子（D 4 ) 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 1 2組の検出子のうち、第 5の検出子（D 5 ) を Y軸の負領域の基板外側に、第 6の検出子（D 6 ) を Y 軸の負領域の基板内側に、第 7の検出子（D 7 ) を Y軸の正領域の内側に、第 8の検出子（D 8) 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 1 2組の検出子のうち、第 9の検出子（D 9 ) を W軸の負領域の基板外側に、第 1 0の検出子（D 1 0 ) を W軸の負領域の基板内側に、第 1 1の検出子（D 1 1 ) を W軸の正領域の内側に、第 1 2の検出子（D 1 2) 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づいて発生した力を、前記基板外側の周囲部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 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 1 0の検出子の第 2の電極と、前記第 1 1の検出子の第 2の電極と、前記第 1 2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 1 0の検出子の第 1の電極と、前記第 1 1の検出子の第 1の電極と前記第 1 2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の検出端午と前記第 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拿由方向の力を検出し、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徵とする圧電素子を用いたカセンサ。 1 5 . 請求項 1 〜 1 4のいずれかに記載のセンサにおいて、単一の基板からなる圧電素子（ 2 5 ) を、複数の検出子（D l— D 8 ) で共通して用いる.ようにしたことを特徴とする圧電素子を用いたカセンサ。 1 6 . 請求項 1 〜 1 4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徵とする圧電素子を用いた加速度センサ。

1 7 . 請求項 1〜 1 4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徵とする圧電素子を用いた磁気センサ。