(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置筐体と、前記装置筐体に収容された重錘体と、前記重錘体と前記装置筐体とを直接もしくは間接的に接続する可撓性接続体と、前記可撓性接続体の撓みを電気的に検出する検出素子と、前記検出素子による検出結果に基づいて前記装置筐体に作用した加速度を示す信号を出力する検出回路と、を備えた加速度センサであって、
前記可撓性接続体は、第１のアーム部と第２のアーム部とを有し、
前記第１のアーム部の根端部と前記第２のアーム部の根端部は、前記装置筐体の所定箇所に固定された支持基部に直接もしくは間接的に接続されており、前記第１のアーム部の先端部と前記第２のアーム部の先端部は、前記重錘体に直接もしくは間接的に接続されており、
前記支持基部上もしくは前記支持基部内に起点Ｑを定義したときに、前記第１のアーム部の根端部近傍は前記起点Ｑを通る第１の長手方向軸に沿って伸び、前記第２のアーム部の根端部近傍は前記起点Ｑを通る第２の長手方向軸に沿って伸び、前記第１の長手方向軸と前記第２の長手方向軸とは異なる軸であり、
前記検出素子は、前記第１のアーム部の所定箇所に固定された第１グループの検出子と前記第２のアーム部の所定箇所に固定された第２グループの検出子とを有することを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
第１のアーム部の先端部が重錘体の第１の支持点に直接もしくは間接的に接続され、第２のアーム部の先端部が重錘体の前記第１の支持点とは異なる第２の支持点に直接もしくは間接的に接続されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の加速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系に装置筐体を配置し、ＸＹ平面もしくはこれに平行な平面上に、Ｘ軸に平行な第１の長手方向軸とＹ軸に平行な第２の長手方向軸とを、前記第１の長手方向軸と前記第２の長手方向軸との交点となる起点Ｑが支持基部上もしくは支持基部内に位置するように定義したときに、
第１のアーム部が前記支持基部から前記第１の長手方向軸を中心線として伸びる細長い板状部材により構成され、第２のアーム部が前記支持基部から前記第２の長手方向軸を中心線として伸びる細長い板状部材により構成されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の加速度センサにおいて、
第１グループの検出子が、第１のアーム部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第１の長手方向軸に関する伸縮状態を検出し、
第２グループの検出子が、第２のアーム部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第２の長手方向軸に関する伸縮状態を検出することを特徴とする加速度センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の加速度センサにおいて、
第１のアーム部に関して、その中心線を境界として、前記第２のアーム部が位置する側を内側、前記第２のアーム部が位置しない側を外側と定義し、第２のアーム部に関して、その中心線を境界として、前記第１のアーム部が位置する側を内側、前記第１のアーム部が位置しない側を外側と定義したときに、
第１グループの検出子が、第１のアーム部の根端部近傍の中心線上に配置された第１中心検出子と、前記第１中心検出子の内側に隣接配置された第１内側検出子と、前記第１中心検出子の外側に隣接配置された第１外側検出子と、を有し、
第２グループの検出子が、第２のアーム部の根端部近傍の中心線上に配置された第２中心検出子と、前記第２中心検出子の内側に隣接配置された第２内側検出子と、前記第２中心検出子の外側に隣接配置された第２外側検出子と、を有し、
検出回路が、前記第１中心検出子、前記第１内側検出子、前記第１外側検出子、前記第２中心検出子、前記第２内側検出子および前記第２外側検出子による検出結果に基づいて、前記装置筐体に作用した加速度のうち、ＸＹ平面に含まれる方向成分を示す信号と、前記ＸＹ平面に直交するＺ軸方向成分を示す信号とを出力することを特徴とする加速度センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の加速度センサにおいて、
第１中心検出子、第１内側検出子、第１外側検出子が、それぞれ第１の長手方向軸に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成され、
第２中心検出子、第２内側検出子、第２外側検出子が、それぞれ第２の長手方向軸に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成され、
重錘体が変位を生じても撓みが生じない場所に配置されているピエゾ抵抗素子からなる第１参照検出子および第２参照検出子を更に有し、
検出回路が、第１内側検出子と第２外側検出子とを第１の対辺とし、第１外側検出子と第２内側検出子とを第２の対辺とする第１のブリッジ回路と、第１中央検出子と第２中央検出子とを第１の対辺とし、第１参照検出子と第２参照検出子とを第２の対辺とする第２のブリッジ回路と、を有し、前記第１のブリッジ回路によりＸＹ平面に含まれる方向成分を示す信号を出力し、前記第２のブリッジ回路によりＺ軸方向成分を示す信号を出力することを特徴とする加速度センサ。
【請求項７】
請求項６に記載の加速度センサにおいて、
第１中心検出子、第１内側検出子、第１外側検出子なる３組の検出子を構成要素とする第１グループの検出子の集合体は、第１の長手方向軸を含みＸＹ平面に垂直な第１の対称面に関して対称性を有しており、
第２中心検出子、第２内側検出子、第２外側検出子なる３組の検出子を構成要素とする第２グループの検出子の集合体は、第２の長手方向軸を含みＸＹ平面に垂直な第２の対称面に関して対称性を有しており、
ＸＹ平面上に原点Ｏを通りＸ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＷ軸を定義し、このＷ軸を含みＸＹ平面に垂直な第３の対称面を定義したときに、起点Ｑは前記第３の対称面に含まれ、前記第１グループの検出子の集合体と前記第２グループの検出子の集合体とは、前記第３の対称面に関して対称性を有しており、
重錘体が変位を生じていない状態において、第１参照検出子は第１中心検出子と等しい抵抗値を示し、第２参照検出子は第２中心検出子と等しい抵抗値を示すことを特徴とする加速度センサ。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれかに記載の加速度センサにおいて、
第１のアーム部と第２のアーム部とによって挟まれた領域内に重錘体が配置されており、第１のアーム部の先端部が第１の中間接続部を介して重錘体の第１の支持点に接続され、第２のアーム部の先端部が第２の中間接続部を介して重錘体の第２の支持点に接続されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項９】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
第１のアーム部および第２のアーム部が、それぞれ少なくとも一部分が湾曲した細長い構造体によって構成され、
第１のアーム部の根端部近傍は支持基部から第１の方向に伸び、第２のアーム部の根端部近傍は支持基部から前記第１の方向とは異なる第２の方向に伸び、
第１のアーム部の先端部および第２のアーム部の先端部が共通接続部を介して重錘体の支持点に接続されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載の加速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系に装置筐体を配置し、ＸＹ平面もしくはこれに平行な平面上に、Ｘ軸に平行な第１の長手方向軸とＹ軸に平行な第２の長手方向軸とを、前記第１の長手方向軸と前記第２の長手方向軸との交点となる起点Ｑが支持基部上もしくは支持基部内に位置するように定義し、Ｙ軸に平行な第３の長手方向軸とＸ軸に平行な第４の長手方向軸とを、前記第３の長手方向軸と前記第４の長手方向軸との交点となる終点Ｆが共通接続部上もしくは共通接続部内に位置するように定義したときに、
第１のアーム部の根端部近傍が前記支持基部から前記第１の長手方向軸を中心線として伸びる細長い板状部材により構成され、第１のアーム部の先端部近傍が前記共通接続部から前記第３の長手方向軸を中心線として伸びる細長い板状部材により構成され、
第２のアーム部の根端部近傍が前記支持基部から前記第２の長手方向軸を中心線として伸びる細長い板状部材により構成され、第２のアーム部の先端部近傍が前記共通接続部から前記第４の長手方向軸を中心線として伸びる細長い板状部材により構成されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
第１グループの検出子が、第１のアーム部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第１の長手方向軸に関する伸縮状態を検出する第１の根端部側検出子と、第１のアーム部の先端部近傍に配置され、当該配置位置における第３の長手方向軸に関する伸縮状態を検出する第１の先端部側検出子と、を有し、
第２グループの検出子が、第２のアーム部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第２の長手方向軸に関する伸縮状態を検出する第２の根端部側検出子と、第２のアーム部の先端部近傍に配置され、当該配置位置における第４の長手方向軸に関する伸縮状態を検出する第２の先端部側検出子と、を有することを特徴とする加速度センサ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の加速度センサにおいて、
第１のアーム部に関して、その中心線を境界として、前記第２のアーム部が位置する側を内側、前記第２のアーム部が位置しない側を外側と定義し、第２のアーム部に関して、その中心線を境界として、前記第１のアーム部が位置する側を内側、前記第１のアーム部が位置しない側を外側と定義したときに、
第１グループの検出子が、第１のアーム部の根端部近傍の中心線上に配置された第１根端部側中心検出子と、前記第１根端部側中心検出子の内側に隣接配置された第１根端部側内側検出子と、前記第１根端部側中心検出子の外側に隣接配置された第１根端部側外側検出子と、第１のアーム部の先端部近傍の中心線上に配置された第１先端部側中心検出子と、前記第１先端部側中心検出子の内側に隣接配置された第１先端部側内側検出子と、前記第１先端部側中心検出子の外側に隣接配置された第１先端部側外側検出子と、を有し、
第２グループの検出子が、第２のアーム部の根端部近傍の中心線上に配置された第２根端部側中心検出子と、前記第２根端部側中心検出子の内側に隣接配置された第２根端部側内側検出子と、前記第２根端部側中心検出子の外側に隣接配置された第２根端部側外側検出子と、第２のアーム部の先端部近傍の中心線上に配置された第２先端部側中心検出子と、前記第２先端部側中心検出子の内側に隣接配置された第２先端部側内側検出子と、前記第２先端部側中心検出子の外側に隣接配置された第２先端部側外側検出子と、を有し、
検出回路が、前記第１根端部側中心検出子、前記第１根端部側内側検出子、前記第１根端部側外側検出子、前記第１先端部側中心検出子、前記第１先端部側内側検出子、前記第１先端部側外側検出子、前記第２根端部側中心検出子、前記第２根端部側内側検出子、前記第２根端部側外側検出子、前記第２先端部側中心検出子、前記第２先端部側内側検出子および前記第２先端部側外側検出子による検出結果に基づいて、前記装置筐体に作用した加速度のうち、Ｘ軸方向成分を示す信号と、Ｙ軸方向成分を示す信号と、Ｚ軸方向成分を示す信号と、を出力することを特徴とする加速度センサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の加速度センサにおいて、
第１根端部側中心検出子、第１根端部側内側検出子、第１根端部側外側検出子が、それぞれ第１の長手方向軸に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成され、第１先端部側中心検出子、第１先端部側内側検出子、第１先端部側外側検出子が、それぞれ第３の長手方向軸に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成され、
第２根端部側中心検出子、第２根端部側内側検出子、第２根端部側外側検出子が、それぞれ第２の長手方向軸に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成され、第２先端部側中心検出子、第２先端部側内側検出子、第２先端部側外側検出子が、それぞれ第４の長手方向軸に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成され、
検出回路が、
第２根端部側外側検出子と第１先端部側外側検出子とを第１の対辺とし、第２根端部側内側検出子と第１先端部側内側検出子とを第２の対辺とする第１のブリッジ回路と、
第１根端部側外側検出子と第２先端部側外側検出子とを第１の対辺とし、第１根端部側内側検出子と第２先端部側内側検出子とを第２の対辺とする第２のブリッジ回路と、
第１先端部側中央検出子と第２先端部側中央検出子とを第１の対辺とし、第１根端部側中央検出子と第２根端部側中央検出子とを第２の対辺とする第３のブリッジ回路と、
を有し、前記第１のブリッジ回路によりＸ軸方向成分を示す信号を出力し、前記第２のブリッジ回路によりＹ軸方向成分を示す信号を出力し、前記第３のブリッジ回路によりＺ軸方向成分を示す信号を出力することを特徴とする加速度センサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の加速度センサにおいて、
第１根端部側中心検出子、第１根端部側内側検出子、第１根端部側外側検出子なる３組の検出子の集合体は、第１の長手方向軸を含みＸＹ平面に垂直な第１の対称面に関して対称性を有しており、
第２根端部側中心検出子、第２根端部側内側検出子、第２根端部側外側検出子なる３組の検出子の集合体は、第２の長手方向軸を含みＸＹ平面に垂直な第２の対称面に関して対称性を有しており、
第１先端部側中心検出子、第１先端部側内側検出子、第１先端部側外側検出子なる３組の検出子の集合体は、第３の長手方向軸を含みＸＹ平面に垂直な第３の対称面に関して対称性を有しており、
第２先端部側中心検出子、第２先端部側内側検出子、第２先端部側外側検出子なる３組の検出子の集合体は、第４の長手方向軸を含みＸＹ平面に垂直な第４の対称面に関して対称性を有しており、
ＸＹ平面上に原点Ｏを通りＸ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＷ軸を定義し、このＷ軸を含みＸＹ平面に垂直な第５の対称面を定義したときに、起点Ｑおよび終点Ｆは前記第５の対称面に含まれ、第１先端部側中心検出子、第１先端部側内側検出子、第１先端部側外側検出子、第１根端部側中心検出子、第１根端部側内側検出子、第１根端部側外側検出子なる６組の検出子を構成要素とする第１グループの検出子の集合体と、第２先端部側中心検出子、第２先端部側内側検出子、第２先端部側外側検出子、第２根端部側中心検出子、第２根端部側内側検出子、第２根端部側外側検出子なる６組の検出子を構成要素とする第２グループの検出子の集合体とは、前記第５の対称面に関して対称性を有していることを特徴とする加速度センサ。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれかに記載の加速度センサにおいて、
第１のアーム部と第２のアーム部とによって囲まれた部分に所定の収容空間が形成されるように、第１のアーム部と第２のアーム部とが互いに異なる方向に湾曲しており、前記収容空間に重錘体が配置されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項１６】
請求項９〜１５のいずれかに記載の加速度センサにおいて、
第１のアーム部の先端部と共通接続部との接続部分において、第１のアーム部の側面から共通接続部の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成しており、第２のアーム部の先端部と共通接続部との接続部分において、第２のアーム部の側面から共通接続部の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成していることを特徴とする加速度センサ。
【請求項１７】
請求項９〜１６のいずれかに記載の加速度センサにおいて、
装置筐体の内面の共通接続部に対向する部分に、重錘体に向けた方向に突出するストッパ突起を設け、
共通接続部に、前記ストッパ突起の先端部を収容するストッパ溝を設け、
前記ストッパ突起の先端部の外面と前記ストッパ溝の内面との間に所定の空隙部を維持しつつ、前記ストッパ突起の先端部と前記ストッパ溝とを嵌合状態にしたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の加速度センサにおいて、
第１のアーム部の根端部と支持基部との接続部分において、第１のアーム部の側面から支持基部の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成しており、第２のアーム部の根端部と支持基部との接続部分において、第２のアーム部の側面から支持基部の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成していることを特徴とする加速度センサ。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の加速度センサにおいて、
支持基部に、重錘体に向けた方向に突出するストッパ突起を設け、
重錘体に、前記ストッパ突起の先端部を収容するストッパ溝を設け、
前記ストッパ突起の先端部の外面と前記ストッパ溝の内面との間に所定の空隙部を維持しつつ、前記ストッパ突起の先端部と前記ストッパ溝とを嵌合状態にしたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載の加速度センサにおいて、
装置筐体が、第１のアーム部、第２のアーム部および重錘体を収容する枠状構造体と、この枠状構造体の下面に接合された板状構造体とを有し、支持基部が前記枠状構造体の内部の一隅に設けられた隆起部によって構成されており、
前記第１のアーム部の厚み、前記第２のアーム部の厚み、前記重錘体の厚みが、いずれも前記枠状構造体の厚みよりも小さく設定されており、前記第１のアーム部、前記第２のアーム部、前記重錘体が、前記板状構造体の上面から浮いた状態となるように前記支持基部によって支持されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２１】
請求項９〜１７のいずれかに記載の加速度センサを２組含む加速度検出装置であって、
個々の加速度センサに含まれる個別の検出回路に代えて統合検出回路を設け、個々の加速度センサに含まれる個別の装置筐体に代えて統合装置筐体を設け、
前記統合検出回路が、前記２組の加速度センサに含まれる検出素子による検出結果に基づいて前記統合装置筐体に作用した加速度を示す信号を出力することを特徴とする加速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサに関し、特に、所定の座標軸方向に作用した加速度を所定の軸方向成分ごとに検出する機能をもった加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種車両、船舶、航空機などでは、姿勢制御やナビゲーションの情報を得るために加速度センサが利用されている。また、ロボットや産業機械においても、その動きを的確に制御するため、様々な箇所に加速度センサが取り付けられている。このようなセンサのうち、装置筐体内に可撓性部材を介して重錘体を取付け、この重錘体の慣性を利用して加速度の検出を行うタイプのセンサは、一般に慣性センサと呼ばれている。
【０００３】
慣性センサでは、作用した加速度に基づいて装置筐体が移動すると、内部の重錘体は慣性により元の位置に留まろうとするため、重錘体は装置筐体に対して相対的な変位を生じる。この変位を電気的に検出することにより、作用した加速度を検出することができる。
【０００４】
このような慣性センサでは、装置筐体内に重錘体を支持するための様々な支持構造が提案されており、また、作用した加速度を電気信号として検出するために、様々な検出素子が利用されている。たとえば、下記の特許文献１には、ダイアフラムの中央部に重錘体を垂下させ、ダイアフラムの周囲部を台座によって装置筐体に支持固定する構造を採用した加速度センサが開示されている。この加速度センサでは、ダイアフラムの所定位置に形成したピエゾ抵抗素子を利用して、作用した加速度の特定の軸方向成分を電気信号として検出することができる。
【０００５】
一方、特許文献２には、２本の橋梁部によって板状の重錘体を装置筐体に対して支持する構造を採用し、橋梁部に設けたピエゾ抵抗素子を利用して、作用した加速度の２軸方向成分を電気信号として検出する加速度センサが開示されている。また、特許文献３には、慣性センサを角速度センサに応用した技術として、重錘体を１本の橋梁部によって支持した状態で振動させ、角速度を検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１７４５７１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３５６２号公報
【特許文献３】ＷＯ２００８／０３５６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前掲の特許文献１に開示されているように、重錘体をダイアフラムの中央に垂下させ、ダイアフラムの周囲を台座で固定する支持構造を採用している従来の加速度センサは、構造が非常に単純であるため、製造コストを大幅に低減できるというメリットがある。しかも、重錘体の周囲を取り囲むように配置されたダイアフラムの撓みを検出することにより、重錘体の変位検出が可能になるため、比較的感度の高い検出を行うことができる。しかしながら、ダイアフラムの周囲が台座によって装置筐体に固定されているため、利用時に装置筐体に何らかの応力が加わると、当該応力が台座を介してダイアフラムまで伝達され、検出結果に影響を与えるという問題がある。
【０００８】
たとえば、利用時の温度環境により装置筐体が膨張したり収縮したりすると、当該応力がダイアフラムまで伝達され、検出結果に悪影響を及ぼすことになる。また、装置筐体を何らかの測定対象物に実装するために、接着剤やネジで固定したとすると、当該実装時に装置筐体に応力が加わる可能性があり、当該応力により検出結果に悪影響が及ぶことになる。
【０００９】
このような問題は、前掲の特許文献２に開示されているように、２本の橋梁部によって重錘体を支持する方式の加速度センサについても同様である。２本の橋梁部の根端部がそれぞれ装置筐体の異なる箇所に固定されているため、利用時の温度環境や取付環境に起因して生じた装置筐体の応力が橋梁部へと伝わり、検出結果に悪影響が及ぶ可能性がある。
【００１０】
これに対して、前掲の特許文献３に開示されているように、重錘体を１本のアームによって支持する片持ち梁構造を採用すると、１本のアームの根端部が装置筐体に固定されるだけなので、装置筐体に生じた応力に基づく検出結果への悪影響はほとんど無視できる。しかしながら、装置筐体内での重錘体の変位を、１本のアームの撓みによって検出せざるを得ないので、効率的な検出を行うことができず、検出感度が低下することは否めない。
【００１１】
そこで本発明は、温度や取付状態などの利用環境に起因する誤差を排除しつつ、高い検出感度をもって加速度を検出することが可能な加速度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
(1)   本発明の第１の態様は、装置筐体と、装置筐体に収容された重錘体と、重錘体と装置筐体とを直接もしくは間接的に接続する可撓性接続体と、可撓性接続体の撓みを電気的に検出する検出素子と、検出素子による検出結果に基づいて装置筐体に作用した加速度を示す信号を出力する検出回路と、を備えた加速度センサにおいて、
可撓性接続体が、第１のアーム部と第２のアーム部とを有し、
第１のアーム部の根端部と第２のアーム部の根端部は、装置筐体の所定箇所に固定された支持基部に直接もしくは間接的に接続されており、第１のアーム部の先端部と第２のアーム部の先端部は、重錘体に直接もしくは間接的に接続されており、
支持基部上もしくは支持基部内に起点Ｑを定義したときに、第１のアーム部の根端部近傍は起点Ｑを通る第１の長手方向軸に沿って伸び、第２のアーム部の根端部近傍は起点Ｑを通る第２の長手方向軸に沿って伸び、第１の長手方向軸と第２の長手方向軸とは異なる軸であり、
検出素子は、第１のアーム部の所定箇所に固定された第１グループの検出子と第２のアーム部の所定箇所に固定された第２グループの検出子とを有するようにしたものである。
【００１３】
(2)   本発明の第２の態様は、上述した第１の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部の先端部が重錘体の第１の支持点に直接もしくは間接的に接続され、第２のアーム部の先端部が重錘体の第１の支持点とは異なる第２の支持点に直接もしくは間接的に接続されているようにしたものである。
【００１４】
(3)   本発明の第３の態様は、上述した第２の態様に係る加速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系に装置筐体を配置し、ＸＹ平面もしくはこれに平行な平面上に、Ｘ軸に平行な第１の長手方向軸とＹ軸に平行な第２の長手方向軸とを、第１の長手方向軸と第２の長手方向軸との交点となる起点Ｑが支持基部上もしくは支持基部内に位置するように定義したときに、
第１のアーム部が支持基部から第１の長手方向軸を中心線として伸びる細長い板状部材により構成され、第２のアーム部が支持基部から第２の長手方向軸を中心線として伸びる細長い板状部材により構成されているようにしたものである。
【００１５】
(4)   本発明の第４の態様は、上述した第３の態様に係る加速度センサにおいて、
第１グループの検出子が、第１のアーム部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第１の長手方向軸に関する伸縮状態を検出し、
第２グループの検出子が、第２のアーム部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第２の長手方向軸に関する伸縮状態を検出するようにしたものである。
【００１６】
(5)   本発明の第５の態様は、上述した第４の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部に関して、その中心線を境界として、第２のアーム部が位置する側を内側、第２のアーム部が位置しない側を外側と定義し、第２のアーム部に関して、その中心線を境界として、第１のアーム部が位置する側を内側、第１のアーム部が位置しない側を外側と定義したときに、
第１グループの検出子が、第１のアーム部の根端部近傍の中心線上に配置された第１中心検出子と、第１中心検出子の内側に隣接配置された第１内側検出子と、第１中心検出子の外側に隣接配置された第１外側検出子と、を有し、
第２グループの検出子が、第２のアーム部の根端部近傍の中心線上に配置された第２中心検出子と、第２中心検出子の内側に隣接配置された第２内側検出子と、第２中心検出子の外側に隣接配置された第２外側検出子と、を有し、
検出回路が、第１中心検出子、第１内側検出子、第１外側検出子、第２中心検出子、第２内側検出子および第２外側検出子による検出結果に基づいて、装置筐体に作用した加速度のうち、ＸＹ平面に含まれる方向成分を示す信号と、ＸＹ平面に直交するＺ軸方向成分を示す信号とを出力するようにしたものである。
【００１７】
(6)   本発明の第６の態様は、上述した第５の態様に係る加速度センサにおいて、
第１中心検出子、第１内側検出子、第１外側検出子が、それぞれ第１の長手方向軸に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成され、
第２中心検出子、第２内側検出子、第２外側検出子が、それぞれ第２の長手方向軸に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成され、
重錘体が変位を生じても撓みが生じない場所に配置されているピエゾ抵抗素子からなる第１参照検出子および第２参照検出子を更に有し、
検出回路が、第１内側検出子と第２外側検出子とを第１の対辺とし、第１外側検出子と第２内側検出子とを第２の対辺とする第１のブリッジ回路と、第１中央検出子と第２中央検出子とを第１の対辺とし、第１参照検出子と第２参照検出子とを第２の対辺とする第２のブリッジ回路と、を有し、第１のブリッジ回路によりＸＹ平面に含まれる方向成分を示す信号を出力し、第２のブリッジ回路によりＺ軸方向成分を示す信号を出力するようにしたものである。
【００１８】
(7)   本発明の第７の態様は、上述した第６の態様に係る加速度センサにおいて、
第１中心検出子、第１内側検出子、第１外側検出子なる３組の検出子を構成要素とする第１グループの検出子の集合体は、第１の長手方向軸を含みＸＹ平面に垂直な第１の対称面に関して対称性を有しており、
第２中心検出子、第２内側検出子、第２外側検出子なる３組の検出子を構成要素とする第２グループの検出子の集合体は、第２の長手方向軸を含みＸＹ平面に垂直な第２の対称面に関して対称性を有しており、
ＸＹ平面上に原点Ｏを通りＸ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＷ軸を定義し、このＷ軸を含みＸＹ平面に垂直な第３の対称面を定義したときに、起点Ｑは第３の対称面に含まれ、第１グループの検出子の集合体と第２グループの検出子の集合体とは、第３の対称面に関して対称性を有しており、
重錘体が変位を生じていない状態において、第１参照検出子は第１中心検出子と等しい抵抗値を示し、第２参照検出子は第２中心検出子と等しい抵抗値を示すようにしたものである。
【００１９】
(8)   本発明の第８の態様は、上述した第２〜第７の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部と第２のアーム部とによって挟まれた領域内に重錘体が配置されており、第１のアーム部の先端部が第１の中間接続部を介して重錘体の第１の支持点に接続され、第２のアーム部の先端部が第２の中間接続部を介して重錘体の第２の支持点に接続されているようにしたものである。
【００２０】
(9)   本発明の第９の態様は、上述した第１の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部および第２のアーム部が、それぞれ少なくとも一部分が湾曲した細長い構造体によって構成され、
第１のアーム部の根端部近傍は支持基部から第１の方向に伸び、第２のアーム部の根端部近傍は支持基部から第１の方向とは異なる第２の方向に伸び、
第１のアーム部の先端部および第２のアーム部の先端部が共通接続部を介して重錘体の支持点に接続されているようにしたものである。
【００２１】
(10)  本発明の第１０の態様は、上述した第９の態様に係る加速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系に装置筐体を配置し、ＸＹ平面もしくはこれに平行な平面上に、Ｘ軸に平行な第１の長手方向軸とＹ軸に平行な第２の長手方向軸とを、第１の長手方向軸と第２の長手方向軸との交点となる起点Ｑが支持基部上もしくは支持基部内に位置するように定義し、Ｙ軸に平行な第３の長手方向軸とＸ軸に平行な第４の長手方向軸とを、第３の長手方向軸と第４の長手方向軸との交点となる終点Ｆが共通接続部上もしくは共通接続部内に位置するように定義したときに、
第１のアーム部の根端部近傍が支持基部から第１の長手方向軸を中心線として伸びる細長い板状部材により構成され、第１のアーム部の先端部近傍が共通接続部から第３の長手方向軸を中心線として伸びる細長い板状部材により構成され、
第２のアーム部の根端部近傍が支持基部から第２の長手方向軸を中心線として伸びる細長い板状部材により構成され、第２のアーム部の先端部近傍が共通接続部から第４の長手方向軸を中心線として伸びる細長い板状部材により構成されているようにしたものである。
【００２２】
(11)  本発明の第１１の態様は、上述した第１０の態様に係る加速度センサにおいて、
第１グループの検出子が、第１のアーム部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第１の長手方向軸に関する伸縮状態を検出する第１の根端部側検出子と、第１のアーム部の先端部近傍に配置され、当該配置位置における第３の長手方向軸に関する伸縮状態を検出する第１の先端部側検出子と、を有し、
第２グループの検出子が、第２のアーム部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第２の長手方向軸に関する伸縮状態を検出する第２の根端部側検出子と、第２のアーム部の先端部近傍に配置され、当該配置位置における第４の長手方向軸に関する伸縮状態を検出する第２の先端部側検出子と、を有するようにしたものである。
【００２３】
(12)  本発明の第１２の態様は、上述した第１１の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部に関して、その中心線を境界として、第２のアーム部が位置する側を内側、第２のアーム部が位置しない側を外側と定義し、第２のアーム部に関して、その中心線を境界として、第１のアーム部が位置する側を内側、第１のアーム部が位置しない側を外側と定義したときに、
第１グループの検出子が、第１のアーム部の根端部近傍の中心線上に配置された第１根端部側中心検出子と、第１根端部側中心検出子の内側に隣接配置された第１根端部側内側検出子と、第１根端部側中心検出子の外側に隣接配置された第１根端部側外側検出子と、第１のアーム部の先端部近傍の中心線上に配置された第１先端部側中心検出子と、第１先端部側中心検出子の内側に隣接配置された第１先端部側内側検出子と、第１先端部側中心検出子の外側に隣接配置された第１先端部側外側検出子と、を有し、
第２グループの検出子が、第２のアーム部の根端部近傍の中心線上に配置された第２根端部側中心検出子と、第２根端部側中心検出子の内側に隣接配置された第２根端部側内側検出子と、第２根端部側中心検出子の外側に隣接配置された第２根端部側外側検出子と、第２のアーム部の先端部近傍の中心線上に配置された第２先端部側中心検出子と、第２先端部側中心検出子の内側に隣接配置された第２先端部側内側検出子と、第２先端部側中心検出子の外側に隣接配置された第２先端部側外側検出子と、を有し、
検出回路が、第１根端部側中心検出子、第１根端部側内側検出子、第１根端部側外側検出子、第１先端部側中心検出子、第１先端部側内側検出子、第１先端部側外側検出子、第２根端部側中心検出子、第２根端部側内側検出子、第２根端部側外側検出子、第２先端部側中心検出子、第２先端部側内側検出子および第２先端部側外側検出子による検出結果に基づいて、装置筐体に作用した加速度のうち、Ｘ軸方向成分を示す信号と、Ｙ軸方向成分を示す信号と、Ｚ軸方向成分を示す信号と、を出力するようにしたものである。
【００２４】
(13)  本発明の第１３の態様は、上述した第１２の態様に係る加速度センサにおいて、
第１根端部側中心検出子、第１根端部側内側検出子、第１根端部側外側検出子が、それぞれ第１の長手方向軸に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成され、第１先端部側中心検出子、第１先端部側内側検出子、第１先端部側外側検出子が、それぞれ第３の長手方向軸に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成され、
第２根端部側中心検出子、第２根端部側内側検出子、第２根端部側外側検出子が、それぞれ第２の長手方向軸に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成され、第２先端部側中心検出子、第２先端部側内側検出子、第２先端部側外側検出子が、それぞれ第４の長手方向軸に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成され、
検出回路が、
第２根端部側外側検出子と第１先端部側外側検出子とを第１の対辺とし、第２根端部側内側検出子と第１先端部側内側検出子とを第２の対辺とする第１のブリッジ回路と、
第１根端部側外側検出子と第２先端部側外側検出子とを第１の対辺とし、第１根端部側内側検出子と第２先端部側内側検出子とを第２の対辺とする第２のブリッジ回路と、
第１先端部側中央検出子と第２先端部側中央検出子とを第１の対辺とし、第１根端部側中央検出子と第２根端部側中央検出子とを第２の対辺とする第３のブリッジ回路と、
を有し、第１のブリッジ回路によりＸ軸方向成分を示す信号を出力し、第２のブリッジ回路によりＹ軸方向成分を示す信号を出力し、第３のブリッジ回路によりＺ軸方向成分を示す信号を出力するようにしたものである。
【００２５】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述した第１３の態様に係る加速度センサにおいて、
第１根端部側中心検出子、第１根端部側内側検出子、第１根端部側外側検出子なる３組の検出子の集合体は、第１の長手方向軸を含みＸＹ平面に垂直な第１の対称面に関して対称性を有しており、
第２根端部側中心検出子、第２根端部側内側検出子、第２根端部側外側検出子なる３組の検出子の集合体は、第２の長手方向軸を含みＸＹ平面に垂直な第２の対称面に関して対称性を有しており、
第１先端部側中心検出子、第１先端部側内側検出子、第１先端部側外側検出子なる３組の検出子の集合体は、第３の長手方向軸を含みＸＹ平面に垂直な第３の対称面に関して対称性を有しており、
第２先端部側中心検出子、第２先端部側内側検出子、第２先端部側外側検出子なる３組の検出子の集合体は、第４の長手方向軸を含みＸＹ平面に垂直な第４の対称面に関して対称性を有しており、
ＸＹ平面上に原点Ｏを通りＸ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＷ軸を定義し、このＷ軸を含みＸＹ平面に垂直な第５の対称面を定義したときに、起点Ｑおよび終点Ｆは第５の対称面に含まれ、第１先端部側中心検出子、第１先端部側内側検出子、第１先端部側外側検出子、第１根端部側中心検出子、第１根端部側内側検出子、第１根端部側外側検出子なる６組の検出子を構成要素とする第１グループの検出子の集合体と、第２先端部側中心検出子、第２先端部側内側検出子、第２先端部側外側検出子、第２根端部側中心検出子、第２根端部側内側検出子、第２根端部側外側検出子なる６組の検出子を構成要素とする第２グループの検出子の集合体とは、第５の対称面に関して対称性を有しているようにしたものである。
【００２６】
(15)  本発明の第１５の態様は、上述した第９〜第１４の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部と第２のアーム部とによって囲まれた部分に所定の収容空間が形成されるように、第１のアーム部と第２のアーム部とが互いに異なる方向に湾曲しており、上記収容空間に重錘体を配置したものである。
【００２７】
(16)  本発明の第１６の態様は、上述した第９〜第１５の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部の先端部と共通接続部との接続部分において、第１のアーム部の側面から共通接続部の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成しており、第２のアーム部の先端部と共通接続部との接続部分において、第２のアーム部の側面から共通接続部の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成しているようにしたものである。
【００２８】
(17)  本発明の第１７の態様は、上述した第９〜第１６の態様に係る加速度センサにおいて、
装置筐体の内面の共通接続部に対向する部分に、重錘体に向けた方向に突出するストッパ突起を設け、
共通接続部に、ストッパ突起の先端部を収容するストッパ溝を設け、
ストッパ突起の先端部の外面とストッパ溝の内面との間に所定の空隙部を維持しつつ、ストッパ突起の先端部とストッパ溝とを嵌合状態にしたものである。
【００２９】
(18)  本発明の第１８の態様は、上述した第１〜第１７の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部の根端部と支持基部との接続部分において、第１のアーム部の側面から支持基部の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成しており、第２のアーム部の根端部と支持基部との接続部分において、第２のアーム部の側面から支持基部の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成しているようにしたものである。
【００３０】
(19)  本発明の第１９の態様は、上述した第１〜第１８の態様に係る加速度センサにおいて、
支持基部に、重錘体に向けた方向に突出するストッパ突起を設け、
重錘体に、ストッパ突起の先端部を収容するストッパ溝を設け、
ストッパ突起の先端部の外面とストッパ溝の内面との間に所定の空隙部を維持しつつ、ストッパ突起の先端部とストッパ溝とを嵌合状態にしたものである。
【００３１】
(20)  本発明の第２０の態様は、上述した第１〜第１９の態様に係る加速度センサにおいて、
装置筐体が、第１のアーム部、第２のアーム部および重錘体を収容する枠状構造体と、この枠状構造体の下面に接合された板状構造体とを有し、支持基部が枠状構造体の内部の一隅に設けられた隆起部によって構成されており、
第１のアーム部の厚み、第２のアーム部の厚み、重錘体の厚みが、いずれも枠状構造体の厚みよりも小さく設定されており、第１のアーム部、第２のアーム部、重錘体が、板状構造体の上面から浮いた状態となるように支持基部によって支持されているようにしたものである。
【００３２】
(21)  本発明の第２１の態様は、上述した第９〜第１７の態様に係る加速度センサを２組設けて加速度検出装置を構成し、
個々の加速度センサに含まれる個別の検出回路に代えて統合検出回路を設け、個々の加速度センサに含まれる個別の装置筐体に代えて統合装置筐体を設け、
統合検出回路が、２組の加速度センサに含まれる検出素子による検出結果に基づいて統合装置筐体に作用した加速度を示す信号を出力するようにしたものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る加速度センサでは、重錘体が２本のアーム部によって装置筐体内に支持される。ここで、２本のアーム部の根端部は、装置筐体の所定箇所に固定された同一の支持基部に接続されるため、片持ち梁構造と同様に、利用時の温度環境や取付環境に起因して生じた装置筐体の応力が検出結果に悪影響を及ぼす問題を排除することができる。しかも、加速度の作用により重錘体が変位を生じると、２本のアーム部のそれぞれに固有の撓みが生じるため、１本のアーム部によって重錘体を支持する純然たる片持ち梁構造を採用した場合に比べ、より良好な検出感度を確保することができる。かくして、本発明によれば、温度や取付状態などの利用環境に起因する誤差を排除しつつ、高い検出感度をもって加速度を検出することが可能になる。また、検出子が２本のアーム部に分散して配置されるため、アーム部上の配線の引き回わしが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る加速度センサに用いる基本構造体１００の上面図（図(a) ）およびＸ軸に沿って切断した側断面図（図(b) ）である。
【図２】図１に示す基本構造体１００を、各切断線の位置で切断した側断面図である。
【図３】図１に示す基本構造体１００を、別な各切断線の位置で切断した側断面図である。
【図４】図１に示す基本構造体１００の各部の厚みを示す平面図（図(a) ：ハッチングは厚みの分布を示す）および側断面図（図(b) ：断面を示すハッチングは省略する）である。
【図５】図１に示す基本構造体１００のアーム部上の特定箇所を示す平面図である。
【図６】図５に示す重錘体１４０が、Ｘ軸正方向の変位ΔＸ（＋）を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す平面図である。
【図７】図５に示す重錘体１４０が、Ｙ軸正方向の変位ΔＹ（＋）を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す平面図である。
【図８】図５に示す重錘体１４０が、Ｚ軸正方向の変位ΔＺ（＋）を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す平面図である。
【図９】図５に示す重錘体１４０が、各座標軸方向の変位を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す表である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る加速度センサ１００αの上面図（図(a) ）およびＸ軸に沿って切断した側断面図（図(b) ：一部はブロック図）である。
【図１１】図１０に示す加速度センサ１００αの検出回路１９０の回路図である。
【図１２】図１に示す基本構造体１００の変形例に係る基本構造体１００′の各部の厚みを示す平面図（図(a) ：ハッチングは厚みの分布を示す）および側断面図（図(b) ：断面のハッチングは省略する）である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る加速度センサに用いる基本構造体２００の上面図（図(a) ）およびＸ軸に沿って切断した側断面図（図(b) ）である。
【図１４】図１３に示す基本構造体２００を、各切断線の位置で切断した側断面図である。
【図１５】図１３に示す基本構造体２００を、別な各切断線の位置で切断した側断面図である。
【図１６】図１３に示す基本構造体２００の各部の厚みを示す平面図（図(a) ：ハッチングは厚みの分布を示す）および側断面図（図(b) ：断面のハッチングは省略する）である。
【図１７】図１３に示す基本構造体２００のアーム部上の特定箇所を示す平面図である。
【図１８】図１７に示す重錘体２４０が、Ｘ軸正方向の変位ΔＸ（＋）を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す平面図である。
【図１９】図１７に示す重錘体２４０が、Ｙ軸正方向の変位ΔＹ（＋）を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す平面図である。
【図２０】図１７に示す重錘体２４０が、Ｚ軸正方向の変位ΔＺ（＋）を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す平面図である。
【図２１】図１７に示す重錘体２４０が、各座標軸方向の変位を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す表である。
【図２２】本発明の第２の実施形態に係る加速度センサ２００αの上面図（図(a) ）およびＸ軸に沿って切断した側断面図（図(b) ：一部はブロック図）である。
【図２３】図２２に示す加速度センサ２００αの検出回路２９０の回路図である。
【図２４】図１３に示す基本構造体２００の変形例に係る基本構造体２００′の平面図である。
【図２５】図１７に示す基本構造体２００を２組用いて構成した基本構造体３００の平面図である。
【図２６】図２５に示す基本構造体３００の各重錘体が、各座標軸方向の変位を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す表である。
【図２７】図２５に示す基本構造体３００を用いた加速度検出装置に利用可能な検出回路の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明は、装置筐体と、装置筐体に収容された重錘体と、重錘体と装置筐体とを接続する可撓性接続体と、可撓性接続体の撓みを電気的に検出する検出素子と、検出素子による検出結果に基づいて装置筐体に作用した加速度を示す信号を出力する検出回路と、を備えた加速度センサに係るものである。
【００３６】
本発明の基本的な技術思想は、このような加速度センサにおいて、可撓性接続体として第１のアーム部と第２のアーム部とを用い、第１のアーム部の根端部と第２のアーム部の根端部は、装置筐体の所定箇所に固定された同一の支持基部に直接もしくは間接的に接続されるようにし、第１のアーム部の先端部と第２のアーム部の先端部は、重錘体に直接もしくは間接的に接続されるようし、検出素子として、第１のアーム部の所定箇所に固定された第１グループの検出子と第２のアーム部の所定箇所に固定された第２グループの検出子とを用いるようにした点にある。
【００３７】
以下、このような基本的な技術思想に基づく本発明を、図面を参照しながら、いくつかの実施形態について具体的に説明する。
【００３８】
＜＜＜  §１．  本発明の第１の実施形態  ＞＞＞
＜１−１．  第１の実施形態に用いられる基本構造体１００＞
図１(a) は、本発明の第１の実施形態に係る加速度センサに用いられる基本構造体１００の平面図である。ここでは、便宜上、図示の位置に原点Ｏをとり、図の右方にＸ軸、図の上方にＹ軸、紙面垂直上方にＺ軸をそれぞれとり、ＸＹＺ三次元直交座標系を定義して以下の説明を行うことにする。図１(b) は、この基本構造体１００をＸＺ平面で切断した側断面図である。
【００３９】
図１(a) に示すとおり、この基本構造体１００の主要な構成要素は、四角い枠状構造体１１０と、その内部に配置された２本のアーム部１２０，１３０および重錘体１４０である。この実施例の場合、枠状構造体１１０は正方形状をしており、左辺枠部１１１、下辺枠部１１２、右辺枠部１１３、上辺枠部１１４の４辺を有している。この枠状構造体１１０の左下角の内側部分には、支持基部１１５が固定されており、２本のアーム部１２０，１３０を支持する起点となっている。
【００４０】
第１のアーム部１２０は、この支持基部１１５から第１の方向（図示の例では右方向）に伸び、第２のアーム部１３０は、この支持基部１１５から第２の方向（図示の例では上方向）に伸びている。図に一点鎖線で描かれた長手方向軸Ｃ１は第１のアーム部１２０が伸びる方向を示しており、長手方向軸Ｃ２は第２のアーム部１３０が伸びる方向を示している。長手方向軸Ｃ１はＸ軸に平行な軸になっており、長手方向軸Ｃ２はＹ軸に平行な軸になっている。ここでは、長手方向軸Ｃ１および長手方向軸Ｃ２を、この基本構造体１００の上面に定義し、両者の交点を起点Ｑと呼ぶことにする。
【００４１】
図示のとおり、起点Ｑは支持基部１１５上の点になり、第１のアーム部１２０は、この起点Ｑから図の右方へと伸びる板状橋梁構造体によって構成され、第２のアーム部１３０は、この起点Ｑから図の上方へと伸びる板状橋梁構造体によって構成されている。これらの板状橋梁構造体は、可撓性を有している。本願では、各アーム部について、支持基部１１５に接続されている端部を根端部と呼び、もう一方の端部を先端部と呼ぶことにする。第１のアーム部１２０の先端部は中間接続部１２５を介して重錘体１４０の第１の支持点Ｓ１に接続されており、第２のアーム部１３０の先端部は中間接続部１３５を介して重錘体１４０の第２の支持点Ｓ２に接続されている。
【００４２】
重錘体１４０は、図示のとおり、正方形状の板状部材である。ここでは、便宜上、この重錘体１４０の重心点に原点Ｏをとり、ＸＹＺ三次元直交座標系を定義している。重錘体１４０は、この三次元座標空間内において、図の右下隅近傍の第１の支持点Ｓ１を、中間接続部１２５を介して第１のアーム部１２０によって支持され、図の左上隅近傍の第２の支持点Ｓ２を、中間接続部１３５を介して第２のアーム部１３０によって支持されている。後述するとおり、枠状構造体１１０は装置筐体の一部を構成しており、第１のアーム部１２０および第２のアーム部１３０は、重錘体１４０と装置筐体１１０とを接続する可撓性接続体として機能する。
【００４３】
図１(b) の側断面図は、この基本構造体１００をＸＺ平面で切断した図である。図示のとおり、枠状構造体１１０（図には、左辺枠部１１１および右辺枠部１１３の断面が示されている）の下面は板状構造体１８０の上面に接合されている。板状構造体１８０は、枠状構造体１１０とともに装置筐体を構成する板状の構成要素であり、平面形状は枠状構造体１１０と同じサイズの正方形をしている。上述したとおり、ここではＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏを重錘体１４０の重心点にとっているため、図１(b) では、原点Ｏが重錘体１４０の中心に位置している。
【００４４】
この基本構造体１００の上面は同一平面上に揃っているが、重錘体１４０は、その厚みが枠状構造体１１０の厚みよりも小さく設定されているため、板状構造体１８０の上面よりも浮き上がった状態になっている。図示の実施例の場合、中間接続部１２５，１３５の厚みは重錘体１４０の厚みと同じに設定されているが、第１のアーム部１２０および第２のアーム部１３０の厚みは、重錘体１４０の厚みよりも更に小さく設定されている。これは、両アーム部１２０，１３０に可撓性をもたせるためである。
【００４５】
結局、重錘体１４０は、板状構造体１８０の上方に、２本のアーム部１２０，１３０によって宙吊り状態に支持されることになる。しかも、両アーム部１２０，１３０は可撓性を有しているため、装置筐体１１０，１８０に対して加速度が作用すると、重錘体１４０は、慣性力に基づいて、当該可撓性に応じた自由度の範囲で装置筐体内で変位を生じることになる。
【００４６】
この図１に示す実施例の場合、第１のアーム部１２０、第２のアーム部１３０、重錘体１４０は、枠状構造体１１０の内部に収容されており、この枠状構造体１１０とその下面に接合された板状構造体１８０とによって装置筐体が構成されている。また、支持基部１１５は、枠状構造体１１０の内部の一隅に設けられた隆起部によって構成されている。なお、実用上は、枠状構造体１１０の上方に、重錘体１４０の上方への変位を妨げないような形状をしたカバー部材（図示省略）を取り付け、重錘体１４０の変位空間がカバーされるようにするのが好ましい。
【００４７】
この基本構造体１００の三次元構造は、図２および図３の各側断面図に、より明瞭に示されている。図２(a) は、この基本構造体１００を図１(a) に示す切断線Ｌ１−Ｌ１′に沿って切断した側断面図であり、板状構造体１８０の上面に、上辺枠部１１４が接合された状態が示されている。図２(b) は、この基本構造体１００を図１(a) に示す切断線Ｌ２−Ｌ２′に沿って切断した側断面図であり、板状構造体１８０の上面に、左辺枠部１１１および右辺枠部１１３が接合された状態が示されている。図２(c) は、この基本構造体１００を図１(a) に示す切断線Ｌ３−Ｌ３′に沿って切断した側断面図であり、板状構造体１８０の上方に、重錘体１４０が中間接続部１３５を介して宙吊りとなるように支持された状態が示されている。
【００４８】
一方、図３(a) は、この基本構造体１００を図１(a) に示す切断線Ｌ４−Ｌ４′に沿って切断した側断面図であり、重錘体１４０が、左側からは中間接続部１３５を介して第２のアーム部１３０によって支持され、右側からは中間接続部１２５を介して支持されている状態が示されている。図３(b) は、この基本構造体１００を図１(a) に示す切断線Ｌ５−Ｌ５′（第１の長手方向軸Ｃ１の位置）に沿って切断した側断面図であり、第１のアーム部１２０の根端部（図の左端）が支持基部１１５に接続され、先端部（図の右端）が中間接続部１２５を介して重錘体１４０に接続されている状態が示されている。
【００４９】
前述したとおり、ここでは、第１の長手方向軸Ｃ１および第２の長手方向軸Ｃ２を基本構造体１００の上面に定義しているため、両者の交点である起点Ｑは、図３(b) に示すとおり、支持基部１１５の上面に定義される。図３(c) は、この基本構造体１００を図１(a) に示す切断線Ｌ６−Ｌ６′に沿って切断した側断面図である。
【００５０】
以上、この基本構造体１００を、Ｘ軸に平行ないくつかの切断線に沿って切った側断面図を示した。ここに示す実施例の場合、図１(a) に示すように、ＸＹ平面上に原点Ｏを通りＸ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＷ軸を定義し、このＷ軸を含みＸＹ平面に垂直な対称面を定義すると、基本構造体１００の構造は、この対称面に関して対称になる。したがって、ここでは、Ｙ軸に平行な切断線に沿って切った側断面の図示は省略する。
【００５１】
図４(a) および図４(b) は、図１に示す基本構造体１００の各部の厚みを示す平面図およびＸ軸に沿った側断面図である。なお、図４(a) におけるハッチングは厚みの分布を示すものであり、断面を示すものではない。また、図４(b) の側断面図では、断面を示すハッチングは省略している。
【００５２】
図４(a) の平面図において、同一のハッチングが施された領域は、同一の厚みを有する部分である。図示のとおり、枠状構造体１１０の部分（波状ハッチングの部分）は、支持基部１１５の部分を含めて厚みｔ１に設定されており、重錘体１４０および中間接続部１２５，１３５の部分（ドッドによるハッチングの部分）は、厚みｔ２に設定されており（ｔ２＜ｔ１）、２本のアーム部１２０，１３０の部分（網状ハッチングの部分）は厚みｔ３に設定されている（ｔ３＜ｔ２）。一方、板状構造体１８０は厚みｔ４に設定されている。
【００５３】
このように、第１のアーム部１２０の厚みｔ３、第２のアーム部１３０の厚みｔ３、重錘体１４０の厚みｔ２は、いずれも枠状構造体１１０の厚みｔ１よりも小さく設定されているので、第１のアーム部１２０、第２のアーム部１３０、重錘体１４０は、いずれも板状構造体１８０の上面から浮いた状態となるように支持基部１１５によって支持されることになる。
【００５４】
ここで、板状構造体１８０の厚みｔ４および枠状構造体１１０の厚みｔ１は、装置筐体として必要な剛性を確保するのに十分な寸法に設定すればよい。また、重錘体１４０の厚みｔ２は、板状構造体１８０の上面との間に必要な空隙、すなわち、センサとしての検出レンジ内の加速度が作用したときに、重錘体１４０が板状構造体１８０の上面に接触しないのに十分な空隙が確保できるように設定すればよい。一方、２本のアーム部１２０，１３０の厚みｔ３は、検出に必要な可撓性が確保できるように設定すればよい。
【００５５】
たとえば、ここに示す実施例の場合、図４(b) に示す上段の層を、一辺１ｍｍ角、厚み０．２ｍｍのシリコン基板によって構成しているため、ｔ１＝０．２ｍｍである。また、図４(b) の下段の層も、一辺１ｍｍ角、厚み０．２ｍｍのシリコン基板によって構成しているため、ｔ４＝０．２ｍｍである（なお、図面上の各部の寸法比は、ここで述べる実寸比を正確に反映したものにはなっていない。）。上段のシリコン基板については、０．０２ｍｍ程度の幅をもった溝をエッチングにより形成することにより、図４(a) に示すような平面構造に加工し、続いて、図４(a) にドットによるハッチングを施した領域の下面からエッチング加工を施して厚みｔ２＝０．１９ｍｍとし、図４(a) に網目ハッチングを施した領域については更に下方からのエッチング加工を施し、厚みｔ３＝３μｍとした。その結果、２本のアーム部１２０，１３０は、幅０．１ｍｍ、厚み３μｍのシリコンからなる板状橋梁構造体となり、加速度センサとして必要な可撓性を有する部材になっている。
【００５６】
もちろん、各部の寸法は任意に設定することができ、適正な設計寸法は各部の材質やセンサの用途に応じて適宜決められるべきものである。要するに、各アーム部１２０，１３０は、重錘体１４０が、検出レンジ内の加速度の作用によって各座標軸方向に変位可能になるような可撓性を有する寸法に設定すればよく、重錘体１４０は、当該加速度の検出を行うために十分な質量を有する寸法に設定すればよく、枠状構造体１１０や板状構造体１８０は、この基本構造体１００全体を堅固に支持する構造が得られる寸法に設定すればよい。
【００５７】
このように、図１に示す基本構造体１００では、第１のアーム部１２０と第２のアーム部１３０とによって挟まれた領域内に重錘体１４０が配置されており、第１のアーム部１２０の先端部が第１の中間接続部１２５を介して重錘体１４０の第１の支持点Ｓ１に間接的に接続され、第２のアーム部１３０の先端部が第２の中間接続部１３５を介して重錘体１４０の第２の支持点Ｓ２に間接的に接続されている。
【００５８】
もっとも、実際には、中間接続部１２５，１３５の部分も質量を有しているため、重錘体１４０と同等の機能を果たすことになるので、図１の平面図における正方形状の部分だけでなく、中間接続部１２５，１３５の部分も含めた全体を重錘体として把握することも可能である。
【００５９】
すなわち、図４(a) にドットによるハッチングを施して示す部分全体を重錘体として捉えれば、図１に示す基本構造体１００は、第１のアーム部１２０が重錘体（１４０，１２５，１３５からなる全体）の第１の支持点（ドッドによるハッチングの部分と網目ハッチングの部分との境界線上の１点）に直接接続され、第２のアーム部１３０が重錘体（１４０，１２５，１３５からなる全体）の第２の支持点（ドッドによるハッチングの部分と網目ハッチングの部分との境界線上の１点）に直接接続されている構造として捉えることも可能である。
【００６０】
要するに、本発明の第１の実施形態に用いる基本構造体１００では、第１のアーム部の先端部が重錘体の第１の支持点に直接もしくは間接的に接続され、第２のアーム部の先端部が重錘体の前記第１の支持点とは異なる第２の支持点に直接もしくは間接的に接続されているようにすればよい。
【００６１】
また、これまでは、ＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏを重錘体１４０の重心点にとった説明を行ってきたが、これは説明を容易にするための便宜であり、座標系の原点Ｏの位置や各座標軸の向きは任意に設定してかまわない。もっとも、後述するように、重錘体１４０の各座標軸方向への変位を議論する上では、その重心点位置に原点Ｏを配置した三次元座標系を定義するのが最も適切である。したがって、本願では、重錘体の重心に原点Ｏをとった三次元直交座標系を前提として、以下の説明を行うことにする。
【００６２】
同様に、これまでの説明では、第１の長手方向軸Ｃ１および第２の長手方向軸Ｃ２を基本構造体１００の上面に定義しているが、第１の長手方向軸Ｃ１はＸ軸に平行な軸として定義されればよく、第２の長手方向軸Ｃ２はＹ軸に平行な軸として定義されればよいので、これらの各長手方向軸Ｃ１，Ｃ２は、ＸＹ平面もしくはこれに平行な平面上に定義されればよいことになる。ただ、後述する実施例では、検出素子は、各アーム部１２０，１３０の上面に配置されることになるので、便宜上、ここでは基本構造体１００の上面に第１の長手方向軸Ｃ１および第２の長手方向軸Ｃ２を定義した場合についての説明を行うことにする。
【００６３】
結局、図１〜図４に示した実施例の場合、ＸＹＺ三次元座標系に装置筐体（枠状構造体１１０および板状構造体１８０）を配置し、ＸＹ平面もしくはこれに平行な平面上に、Ｘ軸に平行な第１の長手方向軸Ｃ１とＹ軸に平行な第２の長手方向軸Ｃ２とを、第１の長手方向軸Ｃ１と第２の長手方向軸Ｃ２との交点となる起点Ｑが支持基部１１５上もしくは支持基部１１５内に位置するように定義したときに、第１のアーム部１２０が、支持基部１１５から第１の長手方向軸Ｃ１に沿って伸びる細長い板状部材により構成され、第２のアーム部１３０が、支持基部１１５から第２の長手方向軸Ｃ２に沿って伸びる細長い板状部材により構成されていることになる。いずれの板状部材も、上面および下面がＸＹ平面に平行な面になっている。
【００６４】
なお、図１(a) の平面図において、第１の長手方向軸Ｃ１は第１のアーム部１２０の中心線となっており、第２の長手方向軸Ｃ２は第２のアーム部１３０の中心線となっている。§１−２で詳述するように、重錘体１４０の変位に起因して生じる第１のアーム部１２０の撓み具合の挙動は第１の長手方向軸Ｃ１を中心線として左右で異なり、重錘体１４０の変位に起因して生じる第２のアーム部１３０の撓み具合の挙動は第２の長手方向軸Ｃ２を中心線として左右で異なる。そのため、後述する検出素子の配置に関して、これら中心線Ｃ１，Ｃ２は重要な意味をもつ。
【００６５】
以下、説明の便宜上、第１のアーム部１２０に関して、その中心線Ｃ１を境界として、第２のアーム部１３０が位置する側を内側、第２のアーム部１３０が位置しない側を外側と定義し、第２のアーム部１３０に関して、その中心線Ｃ２を境界として、第１のアーム部１２０が位置する側を内側、第１のアーム部１２０が位置しない側を外側と定義することにする。
【００６６】
＜１−２．  基本構造体１００のアーム部に生じる撓み＞
続いて、図１に示す基本構造体１００について、重錘体１４０が各座標軸方向に変位を生じたときに、第１のアーム部１２０および第２のアーム部１３０にどのような撓みが生じるかを説明する。
【００６７】
図５は、図１に示す基本構造体１００のアーム部上の特定箇所を示す平面図である。図に示す１２個の小さな白抜きの長方形は、それぞれアーム部の上面の特定箇所（特定領域）を示している。具体的には、第１のアーム部１２０の根端部上面には３組の特定箇所ｘ１〜ｘ３が定義され、先端部上面には３組の特定箇所ｘ４〜ｘ６が定義されている。これら合計６組の特定箇所ｘ１〜ｘ６は、いずれも第１のアーム部１２０上において、第１の長手方向軸Ｃ１に沿った方向（すなわち、Ｘ軸に平行な方向）に伸びる長方形の領域によって構成されている。
【００６８】
一方、第２のアーム部１３０の根端部上面には３組の特定箇所ｙ１〜ｙ３が定義され、先端部上面には３組の特定箇所ｙ４〜ｙ６が定義されている。これら合計６組の特定箇所ｙ１〜ｙ６は、いずれも第２のアーム部１３０上において、第２の長手方向軸Ｃ２に沿った方向（すなわち、Ｙ軸に平行な方向）に伸びる長方形の領域によって構成されている。なお、特定箇所の符号の番号は、いずれも各アーム部の内側から外側に向かう順に付してある。
【００６９】
この図５の平面図において、第１の長手方向軸Ｃ１は第１のアーム部１２０の中心線となっており、第２の長手方向軸Ｃ２は第２のアーム部１３０の中心線となっている。そして、第１のアーム部１２０の根端部に定義された３組の特定箇所ｘ１〜ｘ３のうち、ｘ２は中心線Ｃ１上、ｘ１は中心線Ｃ１より内側、ｘ３は中心線Ｃ１より外側に配置されており、第１のアーム部１２０の先端部に定義された３組の特定箇所ｘ４〜ｘ６のうち、ｘ５は中心線Ｃ１上、ｘ４は中心線Ｃ１より内側、ｘ６は中心線Ｃ１より外側に配置されている。
【００７０】
同様に、第２のアーム部１３０の根端部に定義された３組の特定箇所ｙ１〜ｙ３のうち、ｙ２は中心線Ｃ２上、ｙ１は中心線Ｃ２より内側、ｙ３は中心線Ｃ２より外側に配置されており、第２のアーム部１３０の先端部に定義された３組の特定箇所ｙ４〜ｙ６のうち、ｙ５は中心線Ｃ２上、ｙ４は中心線Ｃ２より内側、ｙ６は中心線Ｃ２より外側に配置されている。
【００７１】
本願発明者は、この図５に示す基本構造体１００について、支持基部１１５（起点Ｑ）を固定した状態において、重錘体１４０が各座標軸方向に変位を生じたときに、上述した１２組の特定箇所にどのような撓みが生じるかをコンピュータシミュレーションにより解析してみた。より具体的には、上述した１２組の特定箇所において、それぞれの長手方向軸に関してどのような伸縮応力が加わるかを調べてみた。
【００７２】
図６〜図８は、このシミュレーション結果を示す平面図であり、いずれも支持基部１１５（起点Ｑ）を固定した状態において、重錘体１４０が変位したときに個々の特定箇所に生じる伸縮応力が、太線で示されている。具体的には、外方向の矢印付きの太線は、当該特定箇所に長手方向軸に沿って伸びる方向の応力が加わることを示し、内方向の矢印付きの太線は、当該特定箇所に長手方向軸に沿って縮む方向の応力が加わることを示し、矢印無しの太線は、当該特定箇所には長手方向軸に沿った有意な伸縮応力が加わらないことを示している。なお、実際には、各アーム部１２０，１３０は変形を生じることになるが、ここでは説明の便宜上、変形態様を太線矢印でのみ示すことにする。別言すれば図６〜図８では、基本構造体１００の変形状態は示されていない。
【００７３】
図６は、図５に示す重錘体１４０が、Ｘ軸正方向の変位ΔＸ（＋）を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す平面図である。図示のとおり、第１のアーム部１２０の根端部については、内側が伸び、外側が縮み、中心線位置は有意な変化なしとの結果が得られ、第２のアーム部１３０の根端部については、内側が縮み、外側が伸び、中心線位置は有意な変化なしとの結果が得られている。一方、先端部については、いずれも若干の変化はあるものの有意な変化なしとの結果が得られている。
【００７４】
図７は、図５に示す重錘体１４０が、Ｙ軸正方向の変位ΔＹ（＋）を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す平面図である。図示のとおり、第１のアーム部１２０の根端部については、内側が縮み、外側が伸び、中心線位置は有意な変化なしとの結果が得られ、第２のアーム部１３０の根端部については、内側が伸び、外側が縮み、中心線位置は有意な変化なしとの結果が得られている。一方、先端部については、いずれも若干の変化はあるものの有意な変化なしとの結果が得られている。
【００７５】
図８は、図５に示す重錘体１４０が、Ｚ軸正方向（紙面垂直上方）の変位ΔＺ（＋）を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す平面図である。図示のとおり、根端部については、いずれも縮むとの結果が得られ、先端部については、いずれも若干の変化はあるものの有意な変化なしとの結果が得られている。
【００７６】
以上、重錘体１４０に、Ｘ軸正方向の変位ΔＸ（＋），Ｙ軸正方向の変位ΔＹ（＋），Ｚ軸正方向の変位ΔＺ（＋）が生じたときの、アーム部１２０，１３０の上面の各位置における長手方向軸に沿った伸縮状態を説明したが、逆向きの変位、すなわち、Ｘ軸負方向の変位ΔＸ（−），Ｙ軸負方向の変位ΔＹ（−），Ｚ軸負方向の変位ΔＺ（−）が生じたときの、アーム部１２０，１３０の上面の各位置における長手方向軸に沿った伸縮状態は、上述の説明と伸／縮を逆にしたものになる。
【００７７】
図９は、図５に示す重錘体１４０が、各座標軸方向の変位を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す表であり、図６〜図８に示すシミュレーション結果をまとめたものである。この表の各欄において、「＋」は長手方向軸に沿って伸びる応力が作用することを示し、「−」は長手方向軸に沿って縮む応力が作用することを示し、「０」は有意な変化が生じないことを示している。
【００７８】
この表において、特定箇所ｘ４〜ｘ６の各欄および特定箇所ｙ４〜ｙ６の各欄はいずれも「０」になっている。これは、いずれのアーム部１２０，１３０についても、先端部近傍には、重錘体１４０がどの方向に変位しようとも、若干の応力発生は見られるものの有意な伸縮応力は発生しないことを示している。また、図には示されていないが、根端部近傍と先端部近傍との間の中間部分についても、若干の応力発生は見られるものの有意な伸縮応力は発生しない。結局、伸縮応力を検出するための検出素子は、先端部近傍や中間部分に配置しても意味がなく、根端部近傍に配置すれば十分であることになる。
【００７９】
＜１−３．  第１の実施形態に係る加速度センサ１００α＞
ここでは、図１に示す基本構造体１００を用いた加速度センサ１００αの構成を説明する。図１０(a) は、この加速度センサ１００αの上面図であり、図１０(b) は、この加速度センサ１００αをＸＺ平面で切断した側断面図（一部はブロック図）である。この加速度センサ１００αは、図１に示す基本構造体１００に、更に検出素子（検出子Ｐｘ１〜Ｐｘ３，Ｐｙ１〜Ｐｙ３，Ｐｒ１〜Ｐｒ２）と検出回路１９０とを付加することによって構成される。
【００８０】
図１０(a) に黒塗りの小さな長方形で示すとおり、検出素子は、第１のアーム部１２０の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第１の長手方向軸Ｃ１に関する伸縮状態を検出する第１グループの検出子Ｐｘ１〜Ｐｘ３と、第２のアーム部１３０の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第２の長手方向軸Ｃ２に関する伸縮状態を検出する第２グループの検出子とを有している。ここで、検出子Ｐｘ１〜Ｐｘ３は、図５に示す特定箇所ｘ１〜ｘ３に配置された検出子であり、検出子Ｐｙ１〜Ｐｙ３は、図５に示す特定箇所ｙ１〜ｙ３に配置された検出子である。
【００８１】
したがって、重錘体１４０に各座標軸方向への変位が生じると、検出子Ｐｘ１〜Ｐｘ３には、図９の表におけるｘ１〜ｘ３の各欄に示された伸縮応力が第１の長手方向軸Ｃ１に沿って作用することになり、検出子Ｐｙ１〜Ｐｙ３には、図９の表におけるｙ１〜ｙ３の各欄に示された伸縮応力が第２の長手方向軸Ｃ２に沿って作用することになる。そこで、各検出子として、その長手方向についての伸縮応力を電気信号として検出する素子を用いるようにすれば、各検出子の検出出力に基づいて、重錘体１４０に作用した加速度の特定の方向成分を検出することが可能になる。
【００８２】
前述したとおり、ここでは、第１のアーム部１２０に関して、その中心線Ｃ１を境界として、第２のアーム部１３０が位置する側を内側、第２のアーム部１３０が位置しない側を外側と定義し、第２のアーム部１３０に関して、その中心線Ｃ２を境界として、第１のアーム部１２０が位置する側を内側、第１のアーム部１２０が位置しない側を外側と定義している。
【００８３】
そこで、第１グループの検出子については、上記内側と外側の定義を利用して、第１のアーム部１２０の根端部近傍の中心線Ｃ１上に配置された検出子Ｐｘ２を第１中心検出子と呼び、第１中心検出子Ｐｘ２の内側に隣接配置された検出子Ｐｘ１を第１内側検出子と呼び、第１中心検出子Ｐｘ２の外側に隣接配置された検出子Ｐｘ３を第１外側検出子と呼ぶことにする。
【００８４】
同様に、第２グループの検出子については、上記内側と外側の定義を利用して、第２のアーム部１３０の根端部近傍の中心線Ｃ２上に配置された検出子Ｐｙ２を第２中心検出子と呼び、第２中心検出子Ｐｙ２の内側に隣接配置された検出子Ｐｙ１を第２内側検出子と呼び、第２中心検出子Ｐｙ２の外側に隣接配置された検出子Ｐｙ３を第２外側検出子と呼ぶことにする。
【００８５】
図９の表を参照するとわかるとおり、重錘体１４０にＸ軸方向の変位ΔＸ（±）やＹ軸方向の変位ΔＹ（±）が生じると、特定箇所ｘ１，ｘ３，ｙ１，ｙ３に伸縮応力が発生するため、作用した加速度のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分の合同成分を、第１内側検出子Ｐｘ１、第１外側検出子Ｐｘ３、第２内側検出子Ｐｙ１、第２外側検出子Ｐｙ３による検出結果に基づいて求めることができる（後述するように、Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分とをそれぞれ独立して検出することはできない）。また、重錘体１４０にＺ軸方向の変位ΔＺ（±）が生じると、特定箇所ｘ２，ｙ２に伸縮応力が発生するため、作用した加速度のＺ軸方向成分を、第１中心検出子Ｐｘ２、第２中心検出子Ｐｙ２による検出結果に基づいて求めることができる。
【００８６】
したがって、検出回路１９０としては、第１中心検出子Ｐｘ２、第１内側検出子Ｐｘ１、第１外側検出子Ｐｘ３、第２中心検出子Ｐｙ２、第２内側検出子Ｐｙ１、第２外側検出子Ｐｙ３による検出結果に基づいて、装置筐体に作用した加速度のうち、ＸＹ平面に含まれる方向成分を示す信号と、ＸＹ平面に直交するＺ軸方向成分を示す信号とを出力する回路を設けておけばよい。
【００８７】
個々の検出子としては、その長手方向についての伸縮応力を電気信号として検出する機能をもった素子であれば、どのような素子を用いてもかまわないが、実上用は、ピエゾ抵抗素子を個々の検出子として用いるのが最も好ましい。特に、ここに示す実施例の場合、各アーム部１２０，１３０はシリコンによって構成されているため、アーム部表面の特定領域に不純物を注入する工程を行うだけで、ピエゾ抵抗素子を形成することができる。これは、量産型の加速度センサを製造する上で好適である。
【００８８】
図１０(b) には、３組の検出子Ｐｙ１〜Ｐｙ３から検出回路１９０に対する配線が模擬的に描かれているが、実際の配線は、基本構造体１００の上面に形成された配線層によって行われる。各検出子としてピエゾ抵抗素子を用いた場合、その長手方向についての両端部から検出回路１９０に対して配線がなされることになる。基本構造体１００をシリコン基板によって構成しておけば、その一部の領域（たとえば、図１０(a) に示す支持基部１１５の上面部分）に半導体集積回路として、検出回路１９０を形成することが可能である。
【００８９】
このように検出回路１９０を基本構造体１００上に設けるようにすると、各検出子に対する配線を基本構造体１００の上面に形成された配線層によって構成することができる。実用上は、基本構造体１００を構成するシリコン基板上にピエゾ抵抗素子と検出回路１９０とを半導体集積回路の製造プロセスを利用して形成するのが好ましい。
【００９０】
図１０(a) に示す実施例は、第１中心検出子Ｐｘ２、第１内側検出子Ｐｘ１、第１外側検出子Ｐｘ３を、それぞれ第１の長手方向軸Ｃ１に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成し、第２中心検出子Ｐｙ２、第２内側検出子Ｐｙ１、第２外側検出子Ｐｙ３を、それぞれ第２の長手方向軸Ｃ２に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成した例である。
【００９１】
このように、個々の検出子をピエゾ抵抗素子によって構成した場合、これらピエゾ抵抗素子を利用したブリッジ回路によって検出回路１９０を構成することができる。図１１(a) および(b) は、図１０に示す加速度センサ１００αの検出回路１９０を、ブリッジ回路によって構成した一例を示す回路図である。
【００９２】
図１０(a) に示す実施例では、ブリッジ回路により加速度検出を行うことを前提として、上述した６組のピエゾ抵抗素子の他に、２組の参照検出子を設けている。すなわち、図１０(a) に示す加速度センサ１００αには、枠状構造体１１０の左下隅部の上面に、第１参照検出子Ｐｒ１および第２参照検出子Ｐｒ２が設けられている。これら参照検出子Ｐｒ１，Ｐｒ２は、上述した６組のピエゾ抵抗素子Ｐｘ１〜Ｐｘ３，Ｐｙ１〜Ｐｙ３と同様のピエゾ抵抗素子であるが、その形成位置が、各アーム部１２０，１３０の上面ではなく、枠状構造体１１０の上面になっている。
【００９３】
この参照検出子Ｐｒ１，Ｐｒ２は、図１１(b) に示すブリッジ回路において参照用に利用される検出子であり、重錘体１４０が変位を生じても撓みが生じない場所（応力が発生しない場所）に配置されたピエゾ抵抗素子であればよい。図６〜図８に示すとおり、各アーム部１２０，１３０の先端部には、重錘体１４０が変位を生じても有意な伸縮応力は生じないので、参照検出子Ｐｒ１，Ｐｒ２を第１のアーム部１２０や第２のアーム部１３０の先端部近傍に配置するようにしてもよいが、図１０(a) に示す実施例の場合、応力発生が極めて小さいと考えられる枠状構造体１１０の左下隅（支持基部１１５の形成部分）の上面に配置している。
【００９４】
なお、理論的には、参照検出子Ｐｒ１，Ｐｒ２は、必ずしもピエゾ抵抗素子である必要はなく、任意の抵抗素子でかまわない。しかしながら、実用上は、参照検出子Ｐｒ１，Ｐｒ２を、他の検出子と同一のピエゾ抵抗素子によって構成するのが好ましい。これは、利用時の温度環境が変化した場合にも、自律的な温度補償が可能になるメリットが得られるためである。一般に、抵抗素子は温度によってその抵抗値が変化するが、すべての検出子を同一のピエゾ抵抗素子によって構成しておけば、温度による抵抗値の変化も同じになるため、ブリッジ回路に対する温度変化に起因する悪影響を排除することができる。
【００９５】
この実施例の場合、検出回路１９０は、図１１(a) に示す第１のブリッジ回路１９１と図１１(b) に示す第２のブリッジ回路１９２によって構成される。
【００９６】
第１のブリッジ回路１９１は、第１内側検出子Ｐｘ１と第２外側検出子Ｐｙ３とを第１の対辺とし、第１外側検出子Ｐｘ３と第２内側検出子Ｐｙ１とを第２の対辺とするホイートストンブリッジ回路であり、図示のとおり、第１内側検出子Ｐｘ１と第１外側検出子Ｐｘ３との接続点に電圧源Ｅからの正電圧が印加され、第２内側検出子Ｐｙ１と第２外側検出子Ｐｙ３との接続点に電圧源Ｅからの負電圧が印加されている。そして、第１外側検出子Ｐｘ３と第２外側検出子Ｐｙ３との接続点に対応する端子Ｔ１１と、第１内側検出子Ｐｘ１と第２内側検出子Ｐｙ１との接続点に対応する端子Ｔ１２との間の電圧Ｖｓをブリッジ電圧として出力する機能を果たす。
【００９７】
一方、第２のブリッジ回路１９２は、第１中央検出子Ｐｘ２と第２中央検出子Ｐｙ２とを第１の対辺とし、第１参照検出子Ｐｒ１と第２参照検出子Ｐｒ２とを第２の対辺とするホイートストンブリッジ回路であり、図示のとおり、第１中央検出子Ｐｘ２と第１参照検出子Ｐｒ１との接続点に電圧源Ｅからの正電圧が印加され、第２参照検出子Ｐｒ２と第２中央検出子Ｐｙ２との接続点に電圧源Ｅからの負電圧が印加されている。そして、第１参照検出子Ｐｒ１と第２中央検出子Ｐｙ２との接続点に対応する端子Ｔ１３と、第１中央検出子Ｐｘ２と第２参照検出子Ｐｒ２との接続点に対応する端子Ｔ１４との間の電圧Ｖｐをブリッジ電圧として出力する機能を果たす。
【００９８】
＜１−４．  加速度センサ１００αにおける検出動作＞
以下、図１０に示す加速度センサ１００αにおける検出動作を説明する。図示の加速度センサ１００αの場合、第１中心検出子Ｐｘ２、第１内側検出子Ｐｘ１、第１外側検出子Ｐｘ３なる３組の検出子を構成要素とする第１グループの検出子の集合体は、第１の長手方向軸Ｃ１を含みＸＹ平面に垂直な第１の対称面に関して対称性を有している。要するに、第１のアーム部１２０およびその上面に形成された検出子は、第１の長手方向軸Ｃ１に関して内側部分と外側部分とが対称な構造になっている。
【００９９】
一方、第２中心検出子Ｐｙ２、第２内側検出子Ｐｙ１、第２外側検出子Ｐｙ３なる３組の検出子を構成要素とする第２グループの検出子の集合体は、第２の長手方向軸Ｃ２を含みＸＹ平面に垂直な第２の対称面に関して対称性を有している。要するに、第２のアーム部１３０およびその上面に形成された検出子は、第２の長手方向軸Ｃ２に関して内側部分と外側部分とが対称な構造になっている。
【０１００】
また、§１−１で述べたとおり、図１に示す基本構造体１００は、ＸＹ平面上に原点Ｏを通りＸ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＷ軸を定義し、このＷ軸を含みＸＹ平面に垂直な第３の対称面を定義したときに、この第３の対称面に関して対称性を有する構造体になっており、起点Ｑはこの第３の対称面に含まれた点になる。そして、３組の検出子Ｐｘ１〜Ｐｘ３を構成要素とする第１グループの検出子の集合体と３組の検出子Ｐｙ１〜Ｐｙ３を構成要素とする第２グループの検出子の集合体とは、この第３の対称面に関して対称性を有している。
【０１０１】
図１０に示す加速度センサ１００αは、このような対称性をもった設計が行われているため、重錘体１４０が変位を生じていない状態において、図１１(a) に示す第１のブリッジ回路１９１の平衡は維持され、ブリッジ電圧Ｖｓは０になる。また、重錘体１４０が変位を生じていない状態において、第１参照検出子Ｐｒ１は第１中心検出子Ｐｘ２と等しい抵抗値を示し、第２参照検出子Ｐｒ２は第２中心検出子Ｐｙ２と等しい抵抗値を示すように設定しておけば（上記対称性により、結局、この４組の検出子はすべて同一の抵抗値を示す）、図１１(b) に示す第２のブリッジ回路１９２の平衡は維持され、ブリッジ電圧Ｖｐは０になる。
【０１０２】
続いて、この加速度センサ１００αに、各座標軸方向の加速度が作用した場合の挙動を考えてみる。ここでは、説明の便宜上、各ブリッジ回路１９１，１９２を構成する検出子が、いずれもｐ型のピエゾ抵抗素子であるものとしよう。ｐ型のピエゾ抵抗素子は、長手方向に伸びる応力が加わると抵抗値が増加し、長手方向に縮む応力が加わると抵抗値が減少する性質を有している。したがって、図５に示す個々の特定箇所にｐ型のピエゾ抵抗素子を配置した場合、その抵抗値は、図９の表に示されている符号に応じて増減する。すなわち、表に符号「＋」が記載されている場合は抵抗値が増加し、表に符号「−」が記載されている場合は抵抗値が減少し、表に符号「０」が記載されている場合は抵抗値は変化しないことになる。
【０１０３】
そこで、まず、この加速度センサ１００αに、Ｘ軸方向の加速度αｘが作用した場合を考えてみる。重錘体１４０は、慣性の作用により、装置筐体に加えられた加速度と逆方向に変位を生じることになるので、装置筐体にＸ軸正方向の加速度＋αｘが作用すると、重錘体１４０には負方向の変位ΔＸ（−）が生じ、装置筐体にＸ軸負方向の加速度−αｘが作用すると、重錘体１４０には正方向の変位ΔＸ（＋）が生じる。そこで、ここでは、Ｘ軸負方向の加速度−αｘが作用した場合を考えてみる。
【０１０４】
図９の表の第１行目のΔＸ（＋）の欄を参照すると、図１１(a) に示す第１のブリッジ回路１９１における第１の対辺を構成する検出子Ｐｘ１，Ｐｙ３の抵抗値は増加し（表の対応欄は「＋」）、第２の対辺を構成する検出子Ｐｘ３，Ｐｙ１の抵抗値は減少する（表の対応欄は「−」）。その結果、ブリッジの平衡状態が崩れ、Ｘ軸負方向の加速度−αｘがブリッジ電圧Ｖｓとして出力される。
【０１０５】
一方、図１１(b) に示す第２のブリッジ回路１９２における第１の対辺を構成する検出子Ｐｘ２，Ｐｙ２の抵抗値は変化せず（表の対応欄は「０」）、第２の対辺を構成する参照検出子Ｐｒ１，Ｐｒ２の抵抗値も変化しないので、ブリッジは平衡状態が維持される。すなわち、Ｘ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｐとして誤検出されることはない。
【０１０６】
装置筐体にＸ軸正方向の加速度＋αｘが作用すると、重錘体１４０には負方向の変位ΔＸ（−）が生じるので、図９の表の第４行目のΔＸ（−）の欄を参照すれば、図１１(a) に示す第１のブリッジ回路１９１からは、上述の例とは逆極性のブリッジ電圧Ｖｓが加速度＋αｘを示す信号として出力されることがわかる。このときも、図１１(b) に示す第２のブリッジ回路１９２は平衡状態が維持され、Ｘ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｐとして誤検出されることはない。
【０１０７】
次に、この加速度センサ１００αに、Ｙ軸方向の加速度αｙが作用した場合を考えてみる。まず、装置筐体にＹ軸負方向の加速度−αｙが作用すると、重錘体１４０には正方向の変位ΔＹ（＋）が生じる。
【０１０８】
そこで、図９の表の第２行目のΔＹ（＋）の欄を参照すると、図１１(a) に示す第１のブリッジ回路１９１における第１の対辺を構成する検出子Ｐｘ１，Ｐｙ３の抵抗値は減少し（表の対応欄は「−」）、第２の対辺を構成する検出子Ｐｘ３，Ｐｙ１の抵抗値は増加する（表の対応欄は「＋」）。その結果、ブリッジの平衡状態が崩れ、Ｙ軸負方向の加速度−αｙがブリッジ電圧Ｖｓとして出力される。
【０１０９】
一方、図１１(b) に示す第２のブリッジ回路１９２における第１の対辺を構成する検出子Ｐｘ２，Ｐｙ２の抵抗値は変化せず（表の対応欄は「０」）、第２の対辺を構成する参照検出子Ｐｒ１，Ｐｒ２の抵抗値も変化しないので、ブリッジは平衡状態が維持される。すなわち、Ｙ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｐとして誤検出されることはない。
【０１１０】
装置筐体にＹ軸正方向の加速度＋αｙが作用すると、重錘体１４０には負方向の変位ΔＹ（−）が生じるので、図９の表の第５行目のΔＹ（−）の欄を参照すれば、図１１(a) に示す第１のブリッジ回路１９１からは、上述の例とは逆極性のブリッジ電圧Ｖｓが加速度＋αｙを示す信号として出力されることがわかる。このときも、図１１(b) に示す第２のブリッジ回路１９２は平衡状態が維持され、Ｙ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｐとして誤検出されることはない。
【０１１１】
最後に、この加速度センサ１００αに、Ｚ軸方向の加速度αｚが作用した場合を考えてみる。まず、装置筐体にＺ軸負方向の加速度−αｚが作用すると、重錘体１４０には正方向の変位ΔＺ（＋）が生じる。
【０１１２】
そこで、図９の表の第３行目のΔＺ（＋）の欄を参照すると、図１１(a) に示す第１のブリッジ回路１９１における第１の対辺を構成する検出子Ｐｘ１，Ｐｙ３の抵抗値は減少し（表の対応欄は「−」）、第２の対辺を構成する検出子Ｐｘ３，Ｐｙ１の抵抗値も減少する（表の対応欄は「−」）。その結果、ブリッジの平衡状態が維持され、Ｚ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｓとして誤検出されることはない。
【０１１３】
一方、図１１(b) に示す第２のブリッジ回路１９２における第１の対辺を構成する検出子Ｐｘ２，Ｐｙ２の抵抗値は減少し（表の対応欄は「−」）、第２の対辺を構成する参照検出子Ｐｒ１，Ｐｒ２の抵抗値は変化しないので、ブリッジは平衡状態が崩れ、Ｚ軸負方向の加速度−αｚがブリッジ電圧Ｖｐとして出力される。
【０１１４】
装置筐体にＺ軸正方向の加速度＋αｚが作用すると、重錘体１４０には負方向の変位ΔＺ（−）が生じるので、図９の表の第６行目のΔＺ（−）の欄を参照すれば、図１１(a) に示す第１のブリッジ回路１９１は、ブリッジの平衡状態が維持され、Ｚ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｓとして誤検出されることはないことがわかる。一方、図１１(b) に示す第２のブリッジ回路１９２は、ブリッジの平衡状態が崩れ、上述の例とは逆極性のブリッジ電圧Ｖｐが加速度＋αｚを示す信号として出力される
【０１１５】
結局、図１１(b) に示す第２のブリッジ回路１９２は、Ｚ軸方向の加速度αｚのみを独立して検出する機能を有し、出力されるブリッジ電圧Ｖｐは、Ｚ軸方向の加速度成分αｚのみを示すものになる。これに対して、図１１(a) に示す第１のブリッジ回路１９１は、Ｚ軸方向の加速度成分αｚには反応を示さないものの、Ｘ軸方向の加速度成分αｘおよびＹ軸方向の加速度成分αｙの検出値として、ブリッジ電圧Ｖｓを出力することになる。
【０１１６】
このブリッジ電圧Ｖｓには、Ｘ軸方向の加速度成分αｘとＹ軸方向の加速度成分αｙとを区別する情報は含まれていない。図９の表において、ΔＸ（＋）の行とΔＹ（−）の行とを比較すると、両者の各欄の符号は全く同一になっている。ΔＹ（＋）の行とΔＸ（−）の行についても同様である。したがって、この加速度センサ１００αは、Ｘ軸方向の加速度成分αｘとＹ軸方向の加速度成分αｙとを相互に区別することができないことになる。結局、ブリッジ電圧Ｖｓは、作用した加速度αのうち、ＸＹ平面に含まれる方向成分を示す信号ということになる。別言すれば、作用した加速度αに、Ｘ軸方向の加速度成分±αｘとＹ軸方向の加速度成分±αｙとが含まれていた場合、両者の合成成分（各加速度成分の向きによって加算されたり減算されたりする）がブリッジ電圧Ｖｓとして出力されることになる。
【０１１７】
このように、図１１(a) に示す第１のブリッジ回路１９１と図１１(b) に示す第２のブリッジ回路１９２とによって構成される検出回路１９０は、装置筐体に作用した加速度αの３軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能は有していないが、地震計などの用途に利用するには十分な機能を有している。一般に、地震による振動波には、Ｐ波（Primary Wave）とＳ波（Secondary Wave）とが含まれているとされ、地震計としては、これら２種類の波を相互に区別して検出することができれば十分である。
【０１１８】
ここで、Ｐ波は鉛直方向の揺れ、Ｓ波は水平方向の揺れを引き起こす地震波とされているので、加速度センサ１００αを、ＸＹ平面が水平面を向くように設置すれば、Ｚ軸方向の振動成分はＰ波によるもの、Ｘ軸もしくはＹ軸方向の振動成分はＳ波によるものと判断することができるので、第１のブリッジ回路１９１の出力電圧ＶｓはＳ波の振幅を示す信号となり、第２のブリッジ回路１９２の出力電圧ＶｐはＰ波の振幅を示す信号になる。したがって、図１０に示す加速度センサ１００αは、地震計としての用途に最適であり、これまで述べてきた本発明の第１の実施形態は、産業上、十分に利用価値のある技術である。
【０１１９】
なお、図１０に示す実施例は、上述したように、基本構造体１００の形態や個々の検出子の配置に対称性をもたせている。このような対称性をもたせた設計を行うと、重錘体１４０が変位を生じていない状態において、各ブリッジ回路１９１，１９２が平衡状態になるので、ブリッジ電圧Ｖｓ，Ｖｐの零点が加速度の零点と一致することになる。しかしながら、本発明を実施するにあたり、上述した対称性をもたせた設計は必須要件ではない。たとえば、何らかのバイアス回路を付加して、ブリッジ電圧Ｖｓ，Ｖｐの零点を調整して出力するようにすれば、必ずしも対称性をもたせた設計を行う必要はない。もちろん、ブリッジ電圧Ｖｓ，Ｖｐの絶対値が、作用した加速度の値に対して線形性を有していなくても、デジタル処理等により最終的には線形出力を得ることが可能である。
【０１２０】
また、これまでの説明は、各ブリッジ回路１９１，１９２を構成する検出子が、いずれもｐ型のピエゾ抵抗素子である場合の説明であるが、もちろん、ｐ型のピエゾ抵抗素子の代わりにｎ型のピエゾ抵抗素子を採用してもかまわない。この場合、抵抗値の増減の関係が、これまでの説明と逆転することになるので、ブリッジ電圧Ｖｓ，Ｖｐの符号と作用した加速度の方向を示す符号との関係が逆転するが、基本的な検出原理に相違はない。
【０１２１】
もちろん、必要があれば、ｐ型のピエゾ抵抗素子とｎ型のピエゾ抵抗素子とを混在させることも可能である。この場合、図９の表の各欄の符号（個々の特定箇所の伸縮状態を示す符号）とピエゾ抵抗素子のタイプを考慮して、正しい検出値が得られるようなブリッジ回路を組むようにすればよい。
【０１２２】
一般論として説明すれば、図１１(c) のようなブリッジ回路１９９において、ブリッジを構成する各辺をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、電圧源Ｅから電圧を供給し、端子Ｔ１５，Ｔ１６間のブリッジ電圧Ｖとして、特定の検出対象軸方向に作用した加速度の検出値を得るには、次の条件が満たされるように、各辺Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを特定のピエゾ抵抗素子によって構成すればよい。
【０１２３】
まず、このブリッジ回路１９９が担当する特定の検出対象軸方向の加速度が作用したときに、第１の対辺ＡＣの抵抗値変化の符号（増加／減少の別）が同じになり、第２の対辺ＢＤの抵抗値変化の符号が同じになり、かつ、第１の左右隣接辺ＡＢの抵抗値変化の符号が異なり、第２の左右隣接辺ＣＤの抵抗値変化の符号が異なるようにし、このブリッジ回路１９９が担当しない非検出対象軸方向の加速度が作用したときに、第１の対辺ＡＣの抵抗値変化の符号（増加／減少の別）が異なり、第２の対辺ＢＤの抵抗値変化の符号が異なり、かつ、第１の左右隣接辺ＡＢの抵抗値変化の符号が同じになり、第２の左右隣接辺ＣＤの抵抗値変化の符号が同じになるように、各辺Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを構成するピエゾ抵抗素子を選択すればよい。
【０１２４】
なお、上述の条件において、「抵抗値変化の符号が同じになる」とされている一対の辺については、「抵抗値変化の絶対値まで同じになる」のが理想的である。これは、「抵抗値変化の符号が同じになる」とされている一対の辺について、抵抗値変化の絶対値が異なると、非検出対象軸方向の加速度成分が誤検出される可能性があるためである。ただ、ブリッジ回路１９９により、非検出対象軸方向の加速度成分が誤検出された場合でも、信号処理回路によってこれを補正することが可能であるので、「抵抗値変化の絶対値まで同じになる」ことは、必須の要件ではない。
【０１２５】
図１０に示す第１の実施形態に係る加速度センサ１００αの特徴は、重錘体１４０を支持する２本のアーム部１２０，１３０の根端部が、装置筐体の所定箇所に固定された同一の支持基部１１５に接続されている点にある。図１(a) に示されているとおり、重錘体１４０は、第１の支持点Ｓ１を第１のアーム部１２０によって支持され、第２の支持点Ｓ２を第２のアーム部１３０によって支持されており、重錘体１４０の異なる２箇所がそれぞれ別々のアーム部によって支持される構造を採っている。
【０１２６】
しかしながら、２本のアーム部１２０，１３０の根端部は、いずれも同一の支持基部１１５（起点Ｑの位置）に接続されているため（図示のように直接接続する代わりに、何らかの中間部材を介して間接的に接続してもかまわない。）、片持ち梁構造と同様に、利用時の温度環境や取付環境に起因して生じた装置筐体の応力が検出結果に悪影響を及ぼす問題を排除することができる。
【０１２７】
たとえば、装置筐体として機能する板状構造体１８０を何らかの物体に取り付け、当該物体に作用する加速度検出を行う場合を考えてみる。この場合、当該物体の材質と板状構造体１８０の材質との間に熱膨張係数の差があると、温度環境の変化により板状構造体１８０を介して枠状構造体１１０に応力が加わることになる。また、板状構造体１８０を当該物体に接着剤を用いて接着して取り付けたような場合には、その取付環境に応じて、やはり枠状構造体１１０に応力が加わることになる。しかしながら、枠状構造体１１０にこのような外的要因に基づく応力歪みが発生したとしても、当該応力歪みが各アーム部１２０，１３０にまで伝達され、検出結果に悪影響が及ぶことはほとんどない。これは、各アーム部１２０，１３０が単一の起点Ｑに接続されており、実質的に、片持ち梁と同等の支持構造が実現されているためである。
【０１２８】
しかも、加速度の作用により重錘体１４０が変位を生じると、２本のアーム部１２０，１３０のそれぞれに固有の撓みが生じ、個々のアーム部上に設けられた検出子によって、それぞれの撓みを検出することができる。このため、１本のアーム部によって重錘体を支持する純然たる片持ち梁構造を採用した場合に比べ、より良好な検出感度を確保することができる。結局、この第１の実施形態に係る加速度センサ１００αによれば、温度や取付状態などの利用環境による悪影響を排除しつつ、高い検出感度をもって加速度を検出することが可能になる。
【０１２９】
＜１−５．  第１の実施形態の変形例＞
続いて、第１の実施形態に係る加速度センサ１００αの変形例を述べる。この変形例に係る加速度センサでは、図１に示す基本構造体１００の代わりに、図１２に示す基本構造体１００′が用いられる。図１２(a) は、この基本構造体１００′の各部の厚みを示す平面図（ハッチングは厚みの分布を示す）であり、図１２(b) は、側断面図（断面のハッチングは省略する）である。
【０１３０】
図１２に示す基本構造体１００′を、図４に示す基本構造体１００と比較すると、両者の相違が明確になる。両者は、基本的には、同等の機能をもった構造体であり、加速度センサに利用した場合、その動作原理に相違はない。
【０１３１】
図１２に示す基本構造体１００′の１つの特徴は、第１のアーム部１２０′の根端部と支持基部１１５′との接続部分において、第１のアーム部１２０′の側面から支持基部１１５′の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成しており、第２のアーム部１３０′の根端部と支持基部１１５′との接続部分において、第２のアーム部１３０′の側面から支持基部１１５′の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成している点である。その結果、左辺枠部１１１′および下辺枠部１１２′の形状も一部湾曲したものとなっており、枠状構造体１１０′も枠状構造体１１０とは若干形状が異なっている。
【０１３２】
図１２に示す基本構造体１００′のもう１つの特徴は、第１のアーム部１２０′の先端部と中間接続部１２５′との接続部分において、第１のアーム部１２０′の側面から中間接続部１２５′の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成しており、第２のアーム部１３０′の先端部と中間接続部１３５′との接続部分において、第２のアーム部１３０′の側面から中間接続部１３５′の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成している点である。その結果、重錘体１４０′も重錘体１４０とは若干形状が異なっている。
【０１３３】
このように支持基部１１５′との接続部分や中間接続部１２５′，１３５′との接続部分の連結面を湾曲面にすると、接続部分へ集中する応力を分散させることができ、接続部分に過度の応力が集中して破損する事態を防ぐメリットが得られる。すなわち、図４に示す基本構造体１００の場合、接続部分に直交面が形成されるため、図において、異なるハッチングが施された領域間の境界部分に応力が集中することになり、重錘体１４０が大きく変位したときに、この応力集中部が破損しやすくなる。もちろん、このような応力集中によって、検出子による検出感度を高める効果が得られるが、過度な応力集中により破損が生じることは避けなければならない。したがって、アーム部の材質や厚みに応じて、破損が生じる可能性がある場合には、図１２に示す変形例のように、接続部分を直交面とせずに湾曲面にするのが好ましい。
【０１３４】
なお、これまでの実施例では、検出子をアーム部の上面に形成しているが、検出子はアーム部の側面や下面に形成することも可能である。いずれの場合も、検出子の配置箇所における伸縮態様を考慮してブリッジ回路を組むようにすればよい。また、これまでの実施例は、２本のアーム部によって重錘体を支持する基本構造体を用いているが、３本以上のアーム部による支持構造を採用することも可能である。複数ｍ本のアーム部による支持構造を採用する場合は、この複数ｍ本のアーム部の各根端部を同一の支持基部に直接もしくは間接的に接続し、各先端部を重錘体の各部に直接もしくは間接的に接続すればよい。
【０１３５】
＜＜＜  §２．  本発明の第２の実施形態  ＞＞＞
＜２−１．  第２の実施形態に用いられる基本構造体２００＞
続いて、本発明の第２の実施形態を説明する。この第２の実施形態に係る加速度センサも、装置筐体、重錘体、両者を接続する可撓性接続体、この可撓性接続体の撓みを検出する検出素子、検出素子による検出結果に基づいて加速度を示す信号を出力する検出回路、を備えたセンサである点に変わりはなく、可撓性接続体として２本のアーム部を用いる点も同じである。また、２本のアーム部の根端部が、装置筐体の所定箇所に固定された同一の支持基部に接続される点も同じである。ただ、§１で述べた第１の実施形態と§２で述べる第２の実施形態とは、２本のアーム部の先端部と重錘体との接続態様が若干異なっている。
【０１３６】
以下、図面を参照しながら、第２の実施形態をその具体例に即して説明する。図１３(a) は、本発明の第２の実施形態に係る加速度センサに用いられる基本構造体２００の平面図である。ここでも、便宜上、図示の位置に原点Ｏをとり、図の右方にＸ軸、図の上方にＹ軸、紙面垂直上方にＺ軸をそれぞれとり、ＸＹＺ三次元直交座標系を定義して以下の説明を行う。図１３(b) は、この基本構造体２００をＸＺ平面で切断した側断面図である。
【０１３７】
図１３(a) に示すとおり、この基本構造体２００の主要な構成要素は、四角い枠状構造体２１０と、その内部に配置された２本のアーム部２２０，２３０および重錘体２４０である。図示の実施例の場合、枠状構造体２１０は正方形状をしており、左辺枠部２１１、下辺枠部２１２、右辺枠部２１３、上辺枠部２１４の４辺を有している。この枠状構造体２１０の左下角の内側部分には、支持基部２１５が固定されており、２本のアーム部２２０，２３０を支持する起点となっている。
【０１３８】
このように、同一の支持基部２１５によって、２本のアーム部２２０，２３０の根端部を支持する構造を採用している点は、図１に示す第１の実施形態の基本構造体１００と同様である。ただ、２本のアーム部２２０，２３０の形状および重錘体２４０に対する接続方法には若干の相違がある。
【０１３９】
まず、第１のアーム部２２０は、支持基部２１５から図の右方向へ伸びた後、図の上方向へと湾曲する形状を有している。一方、第２のアーム部２３０は、支持基部２１５から図の上方向へ伸びた後、図の右方向へと湾曲する形状を有している。いずれのアーム部も、その先端部は、共通接続部２５０に接続されている。共通接続部２５０は、図示のとおり、ほぼ正方形状の部材であり、四角い枠状構造体２１０の内部の右上隅部分に配置されている。しかも共通接続部２５０の左下隅部分は、重錘体２４０の右上隅近傍の支持点Ｓに接続されている。
【０１４０】
重錘体２４０は、図示のとおり、正方形状の板状部材である。ここでは、便宜上、この重錘体２４０の重心点に原点Ｏをとり、ＸＹＺ三次元直交座標系を定義している。重錘体２４０は、この三次元座標空間内において、図の右上隅近傍の支持点Ｓを、共通接続部２５０を介して２本のアーム部２２０，２３０によって支持されている。
【０１４１】
ここでは、説明の便宜上、第１のアーム部２２０のうち、支持基部２１５に近い部分を根端部近傍２２１、共通接続部２５０に近い部分を先端部近傍２２３、両者の間の部分を中間部分２２２と呼び、第２のアーム部２３０のうち、支持基部２１５に近い部分を根端部近傍２３１、共通接続部２５０に近い部分を先端部近傍２３３、両者の間の部分を中間部分２３２と呼ぶことにする。
【０１４２】
図示の例の場合、第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１はＸ軸に平行な第１の長手方向軸Ｃ１に沿って図の右方向に伸び、第２のアーム部２３０の根端部近傍２３１はＹ軸に平行な第２の長手方向軸Ｃ２に沿って図の上方向に伸びている。また、第１のアーム部２２０の中間部分２２２および第２のアーム部２３０の中間部分２３２は、いずれもＬ字状をなすように緩やかに湾曲している。そして、第１のアーム部２２０の先端部近傍２２３はＹ軸に平行な第３の長手方向軸Ｃ３に沿って図の上方向に伸び、第２のアーム部２３０の先端部近傍２３３はＸ軸に平行な第４の長手方向軸Ｃ４に沿って図の右方向に伸びている。
【０１４３】
図示のとおり、第１のアーム部２２０と第２のアーム部２３０とは、互いに異なる方向に湾曲しており、第１のアーム部２２０と第２のアーム部２３０とによって囲まれた部分に所定の収容空間が形成される。そのため、当該収容空間に重錘体２４０を配置することができ、省スペース化を図ることができる。枠状構造体２１０は装置筐体の一部を構成しており、第１のアーム部２２０および第２のアーム部２３０は、重錘体２４０と装置筐体２１０とを接続する可撓性接続体として機能する。
【０１４４】
ここで、重錘体２４０は、支持点Ｓにおいて共通接続部２５０を介して２本のアーム部２２０，２３０によって支持され、片持ち梁による支持方式が採られている。よって、上記収容空間内において十分な自由度をもって変位することができる。なお、図示の例の場合、中間部分２２２，２３２のみが湾曲した構造になっているが、根端部近傍２２１，２３１や先端部近傍２２３，２３３を湾曲させた構造を採用してもかまわない。
【０１４５】
要するに、基本構造体２００の重要な特徴は、第１のアーム部２２０および第２のアーム部２３０を、それぞれ少なくとも一部分が湾曲した細長い構造体によって構成し、第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１が支持基部２１５から第１の方向（図示の例の場合、Ｘ軸正方向）に伸び、第２のアーム部２３０の根端部近傍２３１が支持基部２１５から上記第１の方向とは異なる第２の方向（図示の例の場合、Ｙ軸正方向）に伸びるようにし、第１のアーム部２２０の先端部および第２のアーム部２３０の先端部が共通接続部２５０を介して重錘体２４０の支持点Ｓに接続されるようにした点にある。
【０１４６】
上述したとおり、図１３(a) に一点鎖線で描かれた各長手方向軸Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、各アーム部２２０，２３０の根端部近傍２２１，２３１および先端部近傍２２３，２３３が伸びる方向を示しており、長手方向軸Ｃ１，Ｃ４はＸ軸に平行な軸になっており、長手方向軸Ｃ２，Ｃ３はＹ軸に平行な軸になっている。ここでは、各長手方向軸Ｃ１〜Ｃ４を、この基本構造体２００の上面に定義し、長手方向軸Ｃ１とＣ２との交点を起点Ｑと呼び、長手方向軸Ｃ３とＣ４との交点を終点Ｆと呼ぶことにする。
【０１４７】
図示のとおり、起点Ｑは支持基部２１５上の点になり、終点Ｆは共通接続部２５０上の点になる。第１のアーム部２２０は、起点Ｑから図の右方へと伸び、上方へと湾曲して終点Ｆに向かって伸びる板状橋梁構造体によって構成され、第２のアーム部２３０は、起点Ｑから図の上方へと伸び、右方へと湾曲して終点Ｆに向かって伸びる板状橋梁構造体によって構成されている。これらの板状橋梁構造体は、可撓性を有している。
【０１４８】
図１３(b) の側断面図は、この基本構造体２００をＸＺ平面で切断した図である。図示のとおり、枠状構造体２１０（図には、左辺枠部２１１および右辺枠部２１３の断面が示されている）の下面は板状構造体２８０の上面に接合されている。板状構造体２８０は、枠状構造体２１０とともに装置筐体を構成する板状の構成要素であり、平面形状は枠状構造体２１０と同じサイズの正方形をしている。上述したとおり、ここではＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏを重錘体２４０の重心点にとっているため、図１３(b) では、原点Ｏが重錘体２４０の中心に位置している。
【０１４９】
この基本構造体２００の上面は同一平面上に揃っているが、重錘体２４０は、その厚みが枠状構造体２１０の厚みよりも小さく設定されているため、板状構造体２８０の上面よりも浮き上がった状態になっている。図示の実施例の場合、共通接続部２５０の厚みは重錘体２４０の厚みと同じに設定されているが、第１のアーム部２２０および第２のアーム部２３０（図１３(b) には、根端部近傍２３１と先端部近傍２２３の断面が現れている）の厚みは、重錘体２４０の厚みよりも更に小さく設定されている。これは、両アーム部２２０，２３０に可撓性をもたせるためである。
【０１５０】
結局、重錘体２４０は、板状構造体２８０の上方に、２本のアーム部２２０，２３０によって宙吊り状態に支持されることになる。しかも、両アーム部２２０，２３０は可撓性を有しているため、装置筐体２１０，２８０に対して加速度が作用すると、重錘体２４０は、慣性力に基づいて、当該可撓性に応じた自由度の範囲で装置筐体内で変位を生じる。
【０１５１】
この図１３に示す実施例の場合、第１のアーム部２２０、第２のアーム部２３０、重錘体２４０は、枠状構造体２１０の内部に収容されており、この枠状構造体２１０とその下面に接合された板状構造体２８０とによって装置筐体が構成されている。また、支持基部２１５は、枠状構造体２１０の内部の一隅に設けられた隆起部によって構成されている。なお、実用上は、枠状構造体２１０の上方に、重錘体２４０の上方への変位を妨げないような形状をしたカバー部材（図示省略）を取り付け、重錘体２４０の変位空間がカバーされるようにするのが好ましい。
【０１５２】
この基本構造体２００の三次元構造は、図１４および図１５の各側断面図に、より明瞭に示されている。図１４(a) は、この基本構造体２００を図１３(a) に示す切断線Ｌ１−Ｌ１′に沿って切断した側断面図であり、板状構造体２８０の上面に、上辺枠部２１４が接合された状態が示されている。図１４(b) は、この基本構造体２００を図１３(a) に示す切断線Ｌ２−Ｌ２′に沿って切断した側断面図であり、板状構造体２８０の上面に、左辺枠部２１１および右辺枠部２１３が接合された状態が示されている。図１４(c) は、この基本構造体２００を図１３(a) に示す切断線Ｌ３−Ｌ３′（第４の長手方向軸Ｃ４の位置）に沿って切断した側断面図であり、板状構造体２８０の上方に、共通接続部２５０が第２のアーム部２３０の先端部近傍２３３を介して支持されている状態が示されている。前述したとおり、ここでは、第３の長手方向軸Ｃ３および第４の長手方向軸Ｃ４を基本構造体２００の上面に定義しているため、両者の交点である終点Ｆは、図１４(c) に示すとおり、共通接続部２５０の上面に定義される。
【０１５３】
一方、図１５(a) は、この基本構造体２００を図１３(a) に示す切断線Ｌ４−Ｌ４′に沿って切断した側断面図であり、板状構造体２８０の上方に、共通接続部２５０が第２のアーム部２３０の中間部分２３２および先端部近傍２３３を介して支持されている状態が示されている。図１５(b) は、この基本構造体２００を図１３(a) に示す切断線Ｌ５−Ｌ５′（第１の長手方向軸Ｃ１の位置）に沿って切断した側断面図であり、第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１が支持基部２１５に接続され、中間部分２２２が奥に位置する共通接続部２５０へ向かって伸びてゆく状態が示されている。
【０１５４】
前述したとおり、ここでは、第１の長手方向軸Ｃ１および第２の長手方向軸Ｃ２を基本構造体２００の上面に定義しているため、両者の交点である起点Ｑは、図１５(b) に示すとおり、支持基部２１５の上面に定義される。図１５(c) は、この基本構造体２００を図１３(a) に示す切断線Ｌ６−Ｌ６′に沿って切断した側断面図である。
【０１５５】
以上、この基本構造体２００を、Ｘ軸に平行ないくつかの切断線に沿って切った側断面図を示した。ここに示す実施例の場合、図１３(a) に示すように、ＸＹ平面上に原点Ｏを通りＸ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＷ軸を定義し、このＷ軸を含みＸＹ平面に垂直な対称面を定義すると、基本構造体２００の構造は、この対称面に関して対称になる。したがって、ここでは、Ｙ軸に平行な切断線に沿って切った側断面の図示は省略する。
【０１５６】
図１６(a) および図１６(b) は、図１３に示す基本構造体２００の各部の厚みを示す平面図およびＸ軸に沿った側断面図である。なお、図１６(a) におけるハッチングは厚みの分布を示すものであり、断面を示すものではない。また、図１６(b) の側断面図では、断面を示すハッチングは省略している。
【０１５７】
図１６(a) の平面図において、同一のハッチングが施された領域は、同一の厚みを有する部分である。図示のとおり、枠状構造体２１０の部分（波状ハッチングの部分）は、支持基部２１５の部分を含めて厚みｔ１に設定されており、重錘体２４０および共通接続部２５０の部分（ドッドによるハッチングの部分）は、厚みｔ２に設定されており（ｔ２＜ｔ１）、２本のアーム部２２０，２３０の部分（網状ハッチングの部分）は厚みｔ３に設定されている（ｔ３＜ｔ２）。一方、板状構造体２８０は厚みｔ４に設定されている。
【０１５８】
このように、第１のアーム部２２０の厚みｔ３、第２のアーム部２３０の厚みｔ３、重錘体２４０の厚みｔ２は、いずれも枠状構造体２１０の厚みｔ１よりも小さく設定されているので、第１のアーム部２２０、第２のアーム部２３０、重錘体２４０は、いずれも板状構造体２８０の上面から浮いた状態となるように支持基部２１５によって支持されることになる。
【０１５９】
ここで、板状構造体２８０の厚みｔ４および枠状構造体２１０の厚みｔ１は、装置筐体として必要な剛性を確保するのに十分な寸法に設定すればよい。また、重錘体２４０の厚みｔ２は、板状構造体２８０の上面との間に必要な空隙、すなわち、センサとしての検出レンジ内の加速度が作用したときに、重錘体２４０が板状構造体２８０の上面に接触しないのに十分な空隙が確保できるように設定すればよい。一方、２本のアーム部２２０，２３０の厚みｔ３は、検出に必要な可撓性が確保できるように設定すればよい。ここに示す基本構造体２００の各部の材質や具体的な寸法値は、§１−１で述べた基本構造体１００の材質や寸法値に準じたものであるため、ここでは説明は省略する。
【０１６０】
なお、この第２の実施形態についても、ＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏを重錘体２４０の重心点にとった説明を行ってきたが、座標系の原点Ｏの位置や各座標軸の向きは任意に設定してかまわない。もっとも、重錘体２４０の各座標軸方向への変位を議論する上では、その重心点位置に原点Ｏを配置した三次元座標系を定義するのが最も適切であるので、以下の説明では、これまで述べてきたとおり、重錘体の重心に原点Ｏをとって三次元直交座標系を定義することにする。
【０１６１】
同様に、これまでの説明では、各長手方向軸Ｃ１〜Ｃ４を基本構造体２００の上面に定義しているが、長手方向軸Ｃ１，Ｃ４はＸ軸に平行な軸として定義されればよく、長手方向軸Ｃ２，Ｃ３はＹ軸に平行な軸として定義されればよいので、これらの各長手方向軸Ｃ１〜Ｃ４は、ＸＹ平面もしくはこれに平行な平面上に定義されればよいことになる。ただ、後述する実施例では、検出素子は、各アーム部２２０，２３０の上面に配置されることになるので、便宜上、ここでは基本構造体２００の上面に各長手方向軸Ｃ１〜Ｃ４を定義した場合についての説明を行うことにする。
【０１６２】
結局、図１３に示す基本構造体２００は、ＸＹＺ三次元座標系に装置筐体を配置し、ＸＹ平面もしくはこれに平行な平面上に、Ｘ軸に平行な第１の長手方向軸Ｃ１とＹ軸に平行な第２の長手方向軸Ｃ２とを、両軸の交点となる起点Ｑが支持基部２１５上もしくは支持基部２１５内に位置するように定義し、Ｙ軸に平行な第３の長手方向軸Ｃ３とＸ軸に平行な第４の長手方向軸Ｃ４とを、両軸の交点となる終点Ｆが共通接続部２５０上もしくは共通接続部２５０内に位置するように定義したときに、次のような構造上の特徴を有していることになる。
【０１６３】
まず、第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１は、支持基部２１５から第１の長手方向軸Ｃ１を中心線として伸びる細長い板状部材により構成され、第１のアーム部２２０の先端部近傍２２３は、共通接続部２５０から第３の長手方向軸Ｃ３を中心線として伸びる細長い板状部材により構成されている。一方、第２のアーム部２３０の根端部近傍２３１は、支持基部２１５から第２の長手方向軸Ｃ２を中心線として伸びる細長い板状部材により構成され、第２のアーム部２３０の先端部近傍２３３は、共通接続部２５０から第４の長手方向軸Ｃ４を中心線として伸びる細長い板状部材により構成されている。いずれの板状部材も、上面および下面がＸＹ平面に平行な面になっている。
【０１６４】
また、この図１３に示す基本構造体２００には、§１−５で述べた変形例と同様の工夫が施されている。すなわち、§１−５では、図１に示す基本構造体１００の代わりに、各アーム部の接続部分を湾曲させた図１２に示す基本構造体１００′を用いる変形例を述べ、アーム部の材質や厚みに応じて、破損が生じる可能性がある場合には、各アーム部の接続部分を直交面とせずに湾曲面にするのが好ましいことを述べた。図１３に示す基本構造体２００では、このような観点から、各アーム部の接続部分が直交面ではなく湾曲面になっている。
【０１６５】
具体的には、図１３(a) に示すとおり、第１のアーム部２２０の根端部と支持基部２１５との接続部分において、第１のアーム部２２０の側面から支持基部２１５の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成しており、第２のアーム部２３０の根端部と支持基部２１５との接続部分において、第２のアーム部２３０の側面から支持基部２１５の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成している。
【０１６６】
同様に、第１のアーム部２２０の先端部と共通接続部２５０との接続部分において、第１のアーム部２２０の側面から共通接続部２５０の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成しており、第２のアーム部２３０の先端部と共通接続部２５０との接続部分において、第２のアーム部２３０の側面から共通接続部２５０の側面へと連なる連結面が湾曲面を形成している。
【０１６７】
もちろん、検出子が配置されているアーム部２２０，２３０の根端部および先端部に応力を集中させても、破損が生じる可能性がない場合は、各アーム部の接続部分を湾曲面にしないで直交面とすることにより、検出感度をより高めることができる。
【０１６８】
なお、図１３(a) の平面図において、第１の長手方向軸Ｃ１は第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１の中心線となっており、第２の長手方向軸Ｃ２は第２のアーム部２３０の根端部近傍２３１の中心線となっており、第３の長手方向軸Ｃ３は第１のアーム部２２０の先端部近傍２２３の中心線となっており、第４の長手方向軸Ｃ４は第２のアーム部２３０の根端部近傍２３３の中心線となっている。
【０１６９】
§２−２で詳述するように、重錘体２４０の変位に起因して生じるアーム部２２０，２３０の各部の撓み具合の挙動は、これら各長手方向軸Ｃ１〜Ｃ４を中心線として左右で異なる。そのため、後述する検出素子の配置に関して、これら中心線Ｃ１〜Ｃ４は重要な意味をもつ。したがって、ここでも、説明の便宜上、第１のアーム部２２０に関して、その中心線Ｃ１，Ｃ３を境界として、第２のアーム部２３０が位置する側を内側、第２のアーム部２３０が位置しない側を外側と定義し、第２のアーム部２３０に関して、その中心線Ｃ２，Ｃ４を境界として、第１のアーム部２２０が位置する側を内側、第１のアーム部２２０が位置しない側を外側と定義することにする。
【０１７０】
＜２−２．  基本構造体２００のアーム部に生じる撓み＞
続いて、図１３に示す基本構造体２００について、重錘体２４０が各座標軸方向に変位を生じたときに、第１のアーム部２２０および第２のアーム部２３０にどのような撓みが生じるかを説明する。
【０１７１】
図１７は、図１３に示す基本構造体２００のアーム部上の特定箇所を示す平面図である。図に示す１２個の小さな白抜きの長方形は、それぞれアーム部の上面の特定箇所（特定領域）を示している。
【０１７２】
具体的には、第１のアーム部２２０について、根端部近傍２２１の上面には、第１の長手方向軸Ｃ１に沿った方向（すなわち、Ｘ軸に平行な方向）に伸びる長方形の領域として３組の特定箇所ｘ１１〜ｘ１３が定義され、先端部近傍２２３の上面には、第３の長手方向軸Ｃ３に沿った方向（すなわち、Ｙ軸に平行な方向）に伸びる長方形の領域として３組の特定箇所ｙ１１〜ｙ１３が定義されている。
【０１７３】
また、第２のアーム部２３０について、根端部近傍２３１の上面には、第２の長手方向軸Ｃ２に沿った方向（すなわち、Ｙ軸に平行な方向）に伸びる長方形の領域として３組の特定箇所ｙ２１〜Ｙ２３が定義され、先端部近傍２３３の上面には、第４の長手方向軸Ｃ４に沿った方向（すなわち、Ｘ軸に平行な方向）に伸びる長方形の領域として３組の特定箇所ｘ２１〜ｘ２３が定義されている。なお、特定箇所の符号の番号は、いずれも各アーム部の内側から外側に向かう順に付してある。
【０１７４】
この図１７の平面図において、第１の長手方向軸Ｃ１は第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１の中心線となっており、第３の長手方向軸Ｃ３は第１のアーム部２２０の先端部近傍２２３の中心線となっている。ここで、根端部近傍２２１に定義された３組の特定箇所ｘ１１〜ｘ１３のうち、ｘ１２は中心線Ｃ１上、ｘ１１は中心線Ｃ１より内側、ｘ１３は中心線Ｃ１より外側に配置されており、先端部近傍２２３に定義された３組の特定箇所ｙ１１〜ｙ１３のうち、ｙ１２は中心線Ｃ３上、ｙ１１は中心線Ｃ３より内側、ｙ１３は中心線Ｃ３より外側に配置されている。
【０１７５】
同様に、第２の長手方向軸Ｃ２は第２のアーム部２３０の根端部近傍２３１の中心線となっており、第４の長手方向軸Ｃ４は第２のアーム部２３０の先端部近傍２３３の中心線となっている。ここで、根端部近傍２３１に定義された３組の特定箇所ｙ２１〜ｙ２３のうち、ｙ２２は中心線Ｃ２上、ｙ２１は中心線Ｃ２より内側、ｙ２３は中心線Ｃ２より外側に配置されており、先端部近傍２３３に定義された３組の特定箇所ｘ２１〜ｘ２３のうち、ｘ２２は中心線Ｃ４上、ｘ２１は中心線Ｃ４より内側、ｘ２３は中心線Ｃ４より外側に配置されている。
【０１７６】
本願発明者は、この図１７に示す基本構造体２００についても、支持基部２１５（起点Ｑ）を固定した状態において、重錘体２４０が各座標軸方向に変位を生じたときに、上述した１２組の特定箇所にどのような撓みが生じるかをコンピュータシミュレーションにより解析してみた。より具体的には、上述した１２組の特定箇所において、それぞれの長手方向軸に関してどのような伸縮応力が加わるかを調べてみた。
【０１７７】
図１８〜図２０は、このシミュレーション結果を示す平面図であり、いずれも支持基部２１５（起点Ｑ）を固定した状態において、重錘体２４０が変位したときに個々の特定箇所に生じる伸縮応力が、太線で示されている。ここでも、外方向の矢印付きの太線は、当該特定箇所に長手方向軸に沿って伸びる方向の応力が加わることを示し、内方向の矢印付きの太線は、当該特定箇所に長手方向軸に沿って縮む方向の応力が加わることを示し、矢印無しの太線は、当該特定箇所には長手方向軸に沿った有意な伸縮応力が加わらないことを示している。
【０１７８】
また、矢印には、実線の矢印と破線の矢印とが混在している。いずれも矢印の方向に応じて伸縮応力が加わることを示すものであるが、破線の矢印は実線の矢印に比べて、加わる応力の大きさがかなり小さいことを示している。
【０１７９】
なお、実際には、各アーム部２２０，２３０は変形を生じることになるが、ここでは説明の便宜上、変形態様を太線矢印でのみ示すことにする。別言すれば、図１８〜図２０では、基本構造体２００の変形状態は示されていない。
【０１８０】
図１８は、図１７に示す重錘体２４０が、Ｘ軸正方向の変位ΔＸ（＋）を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す平面図である。図示のとおり、第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１については、内側が伸び、外側が縮み、中心線位置は有意な変化なしとの結果が得られ、先端部近傍２２３については、内側が縮み、外側が伸び、中心線位置は有意な変化なしとの結果が得られる。一方、第２のアーム部２３０の根端部近傍２３１については、内側が縮み、外側が伸び、中心線位置は有意な変化なしとの結果が得られ、先端部近傍２３３については、いずれも有意な変化なしとの結果が得られている。なお、第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１の矢印は破線で示されており、加わる応力の大きさは実線の矢印が付された特定箇所に比べると小さいものになる。
【０１８１】
図１９は、図１７に示す重錘体２４０が、Ｙ軸正方向の変位ΔＹ（＋）を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す平面図である。図示のとおり、第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１については、内側が縮み、外側が伸び、中心線位置は有意な変化なしとの結果が得られ、先端部近傍２２３については、いずれも有意な変化なしとの結果が得られている。一方、第２のアーム部２３０の根端部近傍２３１については、内側が伸び、外側が縮み、中心線位置は有意な変化なしとの結果が得られ、先端部近傍２３３については、内側が縮み、外側が伸び、中心線位置は有意な変化なしとの結果が得られる。なお、第２のアーム部２３０の根端部近傍２３１の矢印は破線で示されており、加わる応力の大きさは実線の矢印が付された特定箇所に比べると小さいものになる。
【０１８２】
図２０は、図１７に示す重錘体２４０が、Ｚ軸正方向（紙面垂直上方）の変位ΔＺ（＋）を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す平面図である。図示のとおり、第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１については、いずれも縮むとの結果が得られ、先端部近傍２２３については、いずれも伸びるとの結果が得られている。同様に、第２のアーム部２３０の根端部近傍２３１については、いずれも縮むとの結果が得られ、先端部近傍２３３については、いずれも伸びるとの結果が得られている。
【０１８３】
以上、重錘体２４０に、Ｘ軸正方向の変位ΔＸ（＋），Ｙ軸正方向の変位ΔＹ（＋），Ｚ軸正方向の変位ΔＺ（＋）が生じたときの、アーム部２２０，２３０の上面の各位置における長手方向軸に沿った伸縮状態を説明したが、逆向きの変位、すなわち、Ｘ軸負方向の変位ΔＸ（−），Ｙ軸負方向の変位ΔＹ（−），Ｚ軸負方向の変位ΔＺ（−）が生じたときの、アーム部２２０，２３０の上面の各位置における長手方向軸に沿った伸縮状態は、上述の説明と伸／縮を逆にしたものになる。
【０１８４】
図２１は、図１７に示す重錘体２４０が、各座標軸方向の変位を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す表であり、図１８〜図２０に示すシミュレーション結果をまとめたものである。この表の各欄において、「＋」は長手方向軸に沿って伸びる応力が作用することを示し、「−」は長手方向軸に沿って縮む応力が作用することを示し、「０」は有意な変化が生じないことを示している。また、「（＋）」は長手方向軸に沿って伸びる応力が作用するものの、その大きさは「＋」で示す応力の大きさに比べて小さいことを示し、「（−）」は長手方向軸に沿って縮む応力が作用するものの、その大きさは「−」で示す応力の大きさに比べて小さいことを示す（図１８，図１９に破線の矢印で示した伸縮態様に対応する）。
【０１８５】
なお、図には示されていないが、根端部近傍と先端部近傍との間の中間部分については、有意な伸縮応力は発生しない。結局、伸縮応力を検出するための検出素子は、先端部近傍および根端部近傍に配置すれば十分であることになる。
【０１８６】
＜２−３．  第２の実施形態に係る加速度センサ２００α＞
ここでは、図１３に示す基本構造体２００を用いた加速度センサ２００αの構成を説明する。図２２(a) は、この加速度センサ２００αの上面図であり、図２２(b) は、この加速度センサ２００αをＸＺ平面で切断した側断面図（一部はブロック図）である。この加速度センサ２００αは、図１３に示す基本構造体２００に、更に検出素子と検出回路２９０とを付加することによって構成される。
【０１８７】
図２２(a) に黒塗りの小さな長方形で示すとおり、検出素子は、第１のアーム部２２０上に配置された第１グループに属する６組の検出子Ｐｘ１１〜Ｐｘ１３，Ｐｙ１１〜Ｐｙ１３と、第２のアーム部２３０上に配置された第２グループに属する６組の検出子Ｐｘ２１〜Ｐｘ２３，Ｐｙ２１〜Ｐｙ２３とによって構成される。
【０１８８】
より具体的に説明すれば、第１グループの検出子は、第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１に配置され、当該配置位置における第１の長手方向軸Ｃ１に関する伸縮状態を検出する第１の根端部側検出子Ｐｘ１１〜Ｐｘ１３と、第１のアーム部２２０の先端部近傍２２３に配置され、当該配置位置における第３の長手方向軸Ｃ３に関する伸縮状態を検出する第１の先端部側検出子Ｐｙ１１〜Ｐｙ１３と、によって構成される。ここで、検出子Ｐｘ１１〜Ｐｘ１３は、図１７に示す特定箇所ｘ１１〜ｘ１３に配置された検出子であり、検出子Ｐｙ１１〜Ｐｙ１３は、図１７に示す特定箇所ｙ１１〜ｙ１３に配置された検出子である。
【０１８９】
また、第２グループの検出子は、第２のアーム部２３０の根端部近傍２３１に配置され、当該配置位置における第２の長手方向軸Ｃ２に関する伸縮状態を検出する第２の根端部側検出子Ｐｙ２１〜Ｐｙ２３と、第２のアーム部２３０の先端部近傍２３３に配置され、当該配置位置における第４の長手方向軸Ｃ４に関する伸縮状態を検出する第２の先端部側検出子Ｐｘ２１〜Ｐｘ２３と、によって構成される。ここで、検出子Ｐｙ２１〜Ｐｙ２３は、図１７に示す特定箇所ｙ２１〜ｙ２３に配置された検出子であり、検出子Ｐｘ２１〜Ｐｘ２３は、図１７に示す特定箇所ｘ２１〜ｘ２３に配置された検出子である。
【０１９０】
したがって、重錘体２４０に各座標軸方向への変位が生じると、検出子Ｐｘ１１〜Ｐｘ１３，Ｐｙ１１〜Ｐｙ１３，Ｐｘ２１〜Ｐｘ２３，Ｐｙ２１〜Ｐｙ２３には、図２１の表におけるｘ１１〜ｘ１３，ｙ１１〜ｙ１３，ｘ２１〜ｘ２３，ｙ２１〜ｙ２３の各欄に示された伸縮応力が各長手方向軸Ｃ１〜Ｃ４に沿って作用することになる。そこで、各検出子として、その長手方向についての伸縮応力を電気信号として検出する素子を用いるようにすれば、各検出子の検出出力に基づいて、重錘体２４０に作用した加速度の特定の座標軸方向成分を検出することが可能になる。
【０１９１】
前述したとおり、ここでは、第１のアーム部２２０に関して、その中心線Ｃ１，Ｃ３を境界として、第２のアーム部２３０が位置する側を内側、第２のアーム部２３０が位置しない側を外側と定義し、第２のアーム部２３０に関して、その中心線Ｃ２，Ｃ４を境界として、第１のアーム部２２０が位置する側を内側、第１のアーム部２２０が位置しない側を外側と定義している。
【０１９２】
そこで、第１グループの検出子については、上記内側と外側の定義を利用して、第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１の中心線Ｃ１上に配置された検出子Ｐｘ１２を第１根端部側中心検出子と呼び、第１根端部側中心検出子Ｐｘ１２の内側に隣接配置された検出子Ｐｘ１１を第１根端部側内側検出子と呼び、第１根端部側中心検出子Ｐｘ１２の外側に隣接配置された検出子Ｐｘ１３を第１根端部側外側検出子と呼び、第１のアーム部２２０の先端部近傍２２３の中心線Ｃ３上に配置された検出子Ｐｙ１２を第１先端部側中心検出子と呼び、第１先端部側中心検出子Ｐｙ１２の内側に隣接配置された検出子Ｐｙ１１を第１先端部側内側検出子と呼び、第１先端部側中心検出子Ｐｙ１２の外側に隣接配置された検出子Ｐｙ１３を第１先端部側外側検出子と呼ぶことにする。
【０１９３】
同様に、第２グループの検出子については、上記内側と外側の定義を利用して、第２のアーム部２３０の根端部近傍２３１の中心線Ｃ２上に配置された検出子Ｐｙ２２を第２根端部側中心検出子と呼び、第２根端部側中心検出子Ｐｙ２２の内側に隣接配置された検出子Ｐｙ２１を第２根端部側内側検出子と呼び、第２根端部側中心検出子Ｐｙ２２の外側に隣接配置された検出子Ｐｙ２３を第２根端部側外側検出子と呼び、第２のアーム部２３０の先端部近傍２３３の中心線Ｃ４上に配置された検出子Ｐｘ２２を第２先端部側中心検出子と呼び、第２先端部側中心検出子Ｐｘ２２の内側に隣接配置された検出子Ｐｘ２１を第２先端部側内側検出子と呼び、第２先端部側中心検出子Ｐｘ２２の外側に隣接配置された検出子Ｐｘ２３を第２先端部側外側検出子と呼ぶことにする。
【０１９４】
図２２(b) に示す検出回路２９０は、上述した１２組の検出子による検出結果に基づいて、装置筐体に作用した加速度のうち、Ｘ軸方向成分を示す信号と、Ｙ軸方向成分を示す信号と、Ｚ軸方向成分を示す信号と、を出力する機能を果たす。
【０１９５】
個々の検出子としては、その長手方向についての伸縮応力を電気信号として検出する機能をもった素子であれば、どのような素子を用いてもかまわないが、ここでも実用性を考慮して、ピエゾ抵抗素子を個々の検出子として用いている。ここに示す実施例の場合、§１で述べた第１の実施形態と同様に、各アーム部２２０，２３０はシリコンによって構成されているため、アーム部表面の特定領域に不純物を注入する工程を行うだけで、ピエゾ抵抗素子を形成することができる。
【０１９６】
図２２(b) には、３組の検出子Ｐｙ２１〜Ｐｙ２３から検出回路２９０に対する配線が模擬的に描かれているが、実際の配線は、基本構造体２００の上面に形成された配線層によって行われる。各検出子としてピエゾ抵抗素子を用いた場合、その長手方向についての両端部から検出回路２９０に対して配線がなされることになる。基本構造体２００をシリコン基板によって構成しておけば、その一部の領域（たとえば、図２０(a) に示す支持基部２１５の上面部分）に半導体集積回路として、検出回路２９０を形成することが可能である。
【０１９７】
このように検出回路２９０を基本構造体２００上に設けるようにすると、各検出子に対する配線を基本構造体２００の上面に形成された配線層によって構成することができる。図２２(a) に示す加速度センサ２００αの場合、検出子は、各アーム部２２０，２３０の根端部近傍および先端部近傍の双方に配置されているが、各アーム部２２０，２３０の上面を配線路として利用することができるため、配線の取り回しは非常に簡単である。実用上は、基本構造体２００を構成するシリコン基板上にピエゾ抵抗素子および配線層と検出回路２９０とを半導体集積回路の製造プロセスを利用して形成するのが好ましい。
【０１９８】
図２２(a) に示す実施例は、第１根端部側中心検出子Ｐｘ１２、第１根端部側内側検出子Ｐｘ１１、第１根端部側外側検出子Ｐｘ１３を、それぞれ第１の長手方向軸Ｃ１に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成し、第１先端部側中心検出子Ｐｙ１２、第１先端部側内側検出子Ｐｙ１１、第１先端部側外側検出子Ｐｙ１３を、それぞれ第３の長手方向軸Ｃ３に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成し、更に、第２根端部側中心検出子Ｐｙ２２、第２根端部側内側検出子Ｐｙ２１、第２根端部側外側検出子Ｐｙ２３を、それぞれ第２の長手方向軸Ｃ２に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成し、第２先端部側中心検出子Ｐｘ２２、第２先端部側内側検出子Ｐｘ２１、第２先端部側外側検出子Ｐｘ２３を、それぞれ第４の長手方向軸Ｃ４に沿って伸びるピエゾ抵抗素子によって構成した例である。
【０１９９】
このように、個々の検出子をピエゾ抵抗素子によって構成した場合、これらピエゾ抵抗素子を利用したブリッジ回路によって検出回路２９０を構成することができる。図２３は、図２２に示す加速度センサ２００αの検出回路２９０を、ブリッジ回路によって構成した一例を示す回路図である。
【０２００】
この実施例の場合、検出回路２９０は、図２３(a) に示す第１のブリッジ回路２９１と、図２３(b) に示す第２のブリッジ回路２９２と、図２３(c) に示す第３のブリッジ回路２９３と、によって構成される。
【０２０１】
第１のブリッジ回路２９１は、第２根端部側外側検出子Ｐｙ２３と第１先端部側外側検出子Ｐｙ１３とを第１の対辺とし、第２根端部側内側検出子Ｐｙ２１と第１先端部側内側検出子Ｐｙ１１とを第２の対辺とするホイートストンブリッジ回路であり、図示のとおり、第２根端部側外側検出子Ｐｙ２３と第２根端部側内側検出子Ｐｙ２１との接続点に電圧源Ｅからの正電圧が印加され、第１先端部側内側検出子Ｐｙ１１と第１先端部側外側検出子Ｐｙ１３との接続点に電圧源Ｅからの負電圧が印加されている。そして、第２根端部側内側検出子Ｐｙ２１と第１先端部側外側検出子Ｐｙ１３との接続点に対応する端子Ｔ２１と、第２根端部側外側検出子Ｐｙ２３と第１先端部側内側検出子Ｐｙ１１との接続点に対応する端子Ｔ２２との間の電圧Ｖｘをブリッジ電圧として出力する機能を果たす。当該ブリッジ電圧Ｖｘは、作用した加速度のＸ軸方向成分を示す信号になる。
【０２０２】
一方、第２のブリッジ回路２９２は、第１根端部側外側検出子Ｐｘ１３と第２先端部側外側検出子Ｐｘ２３とを第１の対辺とし、第１根端部側内側検出子Ｐｘ１１と第２先端部側内側検出子Ｐｘ２１とを第２の対辺とするホイートストンブリッジ回路であり、図示のとおり、第１根端部側外側検出子Ｐｘ１３と第１根端部側内側検出子Ｐｘ１１との接続点に電圧源Ｅからの正電圧が印加され、第２先端部側内側検出子Ｐｘ２１と第２先端部側外側検出子Ｐｘ２３との接続点に電圧源Ｅからの負電圧が印加されている。そして、第１根端部側内側検出子Ｐｘ１１と第２先端部側外側検出子Ｐｘ２３との接続点に対応する端子Ｔ２３と、第１根端部側外側検出子Ｐｘ１３と第２先端部側内側検出子Ｐｘ２１との接続点に対応する端子Ｔ２４との間の電圧Ｖｙをブリッジ電圧として出力する機能を果たす。当該ブリッジ電圧Ｖｙは、作用した加速度のＹ軸方向成分を示す信号になる。
【０２０３】
そして、第３のブリッジ回路２９３は、第１先端部側中心検出子Ｐｙ１２と第２先端部側中心検出子Ｐｘ２２とを第１の対辺とし、第１根端部側中心検出子Ｐｘ１２と第２根端部側中心検出子Ｐｙ２２とを第２の対辺とするホイートストンブリッジ回路であり、図示のとおり、第１先端部側中心検出子Ｐｙ１２と第１根端部側中心検出子Ｐｘ１２との接続点に電圧源Ｅからの正電圧が印加され、第２根端部側中心検出子Ｐｙ２２と第２先端部側中心検出子Ｐｘ２２との接続点に電圧源Ｅからの負電圧が印加されている。そして、第１根端部側中心検出子Ｐｘ１２と第２先端部側中心検出子Ｐｘ２２との接続点に対応する端子Ｔ２５と、第１先端部側中心検出子Ｐｙ１２と第２根端部側中心検出子Ｐｙ２２との接続点に対応する端子Ｔ２６との間の電圧Ｖｚをブリッジ電圧として出力する機能を果たす。当該ブリッジ電圧Ｖｚは、作用した加速度のＺ軸方向成分を示す信号になる。
【０２０４】
＜２−４．  加速度センサ２００αにおける検出動作＞
以下、図２２に示す加速度センサ２００αにおける検出動作を説明する。図示の加速度センサ２００αの場合、第１根端部側中心検出子Ｐｘ１２、第１根端部側内側検出子Ｐｘ１１、第１根端部側外側検出子Ｐｘ１３なる３組の検出子の集合体は、第１の長手方向軸Ｃ１を含みＸＹ平面に垂直な第１の対称面に関して対称性を有しており、第１先端部側中心検出子Ｐｙ１２、第１先端部側内側検出子Ｐｙ１１、第１先端部側外側検出子Ｐｙ１３なる３組の検出子の集合体は、第３の長手方向軸Ｃ３を含みＸＹ平面に垂直な第３の対称面に関して対称性を有している。
【０２０５】
要するに、第１のアーム部２２０の根端部近傍２２１およびその上面に形成された検出子は、第１の長手方向軸Ｃ１に関して内側部分と外側部分とが対称な構造になっており、先端部近傍２２３およびその上面に形成された検出子は、第３の長手方向軸Ｃ３に関して内側部分と外側部分とが対称な構造になっている。
【０２０６】
一方、第２根端部側中心検出子Ｐｙ２２、第２根端部側内側検出子Ｐｙ２１、第２根端部側外側検出子Ｐｙ２３なる３組の検出子の集合体は、第２の長手方向軸Ｃ２を含みＸＹ平面に垂直な第２の対称面に関して対称性を有しており、第２先端部側中心検出子Ｐｘ２２、第２先端部側内側検出子Ｐｘ２１、第２先端部側外側検出子Ｐｘ２３なる３組の検出子の集合体は、第４の長手方向軸Ｃ４を含みＸＹ平面に垂直な第４の対称面に関して対称性を有している。
【０２０７】
要するに、第２のアーム部２３０の根端部近傍２３１およびその上面に形成された検出子は、第２の長手方向軸Ｃ２に関して内側部分と外側部分とが対称な構造になっており、先端部近傍２３３およびその上面に形成された検出子は、第４の長手方向軸Ｃ４に関して内側部分と外側部分とが対称な構造になっている。
【０２０８】
また、§２−１で述べたとおり、図１３に示す基本構造体２００は、ＸＹ平面上に原点Ｏを通りＸ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＷ軸を定義し、このＷ軸を含みＸＹ平面に垂直な第５の対称面を定義したときに、この第５の対称面に関して対称性を有する構造体になっており、起点Ｑおよび終点Ｆはこの第５の対称面に含まれる点になる。
【０２０９】
そして、第１先端部側中心検出子Ｐｙ１２、第１先端部側内側検出子Ｐｙ１１、第１先端部側外側検出子Ｐｙ１３、第１根端部側中心検出子Ｐｘ１２、第１根端部側内側検出子Ｐｘ１１、第１根端部側外側検出子Ｐｘ１３なる６組の検出子を構成要素とする第１グループの検出子の集合体と、第２先端部側中心検出子Ｐｘ２２、第２先端部側内側検出子Ｐｘ２１、第２先端部側外側検出子Ｐｘ２３、第２根端部側中心検出子Ｐｙ２２、第２根端部側内側検出子Ｐｙ２１、第２根端部側外側検出子Ｐｙ２３なる６組の検出子を構成要素とする第２グループの検出子の集合体とは、第５の対称面に関して対称性を有している。
【０２１０】
図２２に示す加速度センサ２００αは、このような対称性をもった設計が行われているため、重錘体２４０が変位を生じていない状態において、図２３(a) に示す第１のブリッジ回路２９１の平衡は維持され、ブリッジ電圧Ｖｘは０になり、図２３(b) に示す第２のブリッジ回路２９２の平衡は維持され、ブリッジ電圧Ｖｙは０になり、図２３(c) に示す第３のブリッジ回路２９３の平衡は維持され、ブリッジ電圧Ｖｚは０になる。
【０２１１】
続いて、この加速度センサ２００αに、各座標軸方向の加速度が作用した場合の挙動を考えてみる。ここでは、説明の便宜上、各ブリッジ回路２９１〜２９３を構成する検出子が、いずれもｐ型のピエゾ抵抗素子であるものとしよう。前述したとおり、ｐ型のピエゾ抵抗素子は、長手方向に伸びる応力が加わると抵抗値が増加し、長手方向に縮む応力が加わると抵抗値が減少する性質を有している。したがって、図１７に示す個々の特定箇所にｐ型のピエゾ抵抗素子を配置した場合、その抵抗値は、図２１の表に示されている符号に応じて増減する。
【０２１２】
すなわち、表に符号「＋」が記載されている場合は抵抗値が増加し、表に符号「−」が記載されている場合は抵抗値が減少し、表に符号「０」が記載されている場合は抵抗値は変化しないことになる。また、表に符号「（＋）」が記載されている場合は抵抗値がわずかに増加し、表に符号「（−）」が記載されている場合は抵抗値がわずかに減少する（§２−２で述べたとおり、図２１の表における符号「（＋）」および「（−）」は、符号「＋」および「−」に比べて、作用する伸縮応力が小さいことを示している）。
【０２１３】
そこで、まず、この加速度センサ２００αに、Ｘ軸方向の加速度αｘが作用した場合を考えてみる。重錘体２４０は、慣性の作用により、装置筐体に加えられた加速度と逆方向に変位を生じることになるので、装置筐体にＸ軸正方向の加速度＋αｘが作用すると、重錘体２４０には負方向の変位ΔＸ（−）が生じ、装置筐体にＸ軸負方向の加速度−αｘが作用すると、重錘体２４０には正方向の変位ΔＸ（＋）が生じる。そこで、ここでは、Ｘ軸負方向の加速度−αｘが作用した場合を考えてみる。
【０２１４】
図２１の表の第１行目のΔＸ（＋）の欄を参照すると、図２３(a) に示す第１のブリッジ回路２９１における第１の対辺を構成する検出子Ｐｙ２３，Ｐｙ１３の抵抗値は増加し（表の対応欄は「＋」）、第２の対辺を構成する検出子Ｐｙ２１，Ｐｙ１１の抵抗値は減少する（表の対応欄は「−」）。その結果、ブリッジの平衡状態が崩れ、Ｘ軸負方向の加速度−αｘがブリッジ電圧Ｖｘとして出力される。
【０２１５】
一方、図２３(b) に示す第２のブリッジ回路２９２における第１の対辺を構成する検出子Ｐｘ１３，Ｐｘ２３の抵抗値については、Ｐｘ１３は微減（表の対応欄は「（−）」）、Ｐｘ２３は変化せず（表の対応欄は「０」）となり、第２の対辺を構成する検出子Ｐｘ１１，Ｐｘ２１の抵抗値については、Ｐｘ１１は微増（表の対応欄は「（＋）」）、Ｐｘ２１は変化せず（表の対応欄は「０」）となる。したがって、微増／微減の分だけブリッジの平衡状態が崩れ、Ｘ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｙとして誤検出されることになる。ただ、この微増／微減の分によって出力されるブリッジ電圧Ｖｙは微小なものであるため、一般的な用途では、測定誤差として無視しうる範囲内のものになり、無視できない場合には、信号処理回路で補正することが可能である。
【０２１６】
また、図２３(c) に示す第３のブリッジ回路２９３における第１の対辺を構成する検出子Ｐｙ１２，Ｐｘ２２の抵抗値については変化せず（表の対応欄は「０」）となり、第２の対辺を構成する検出子Ｐｘ１２，Ｐｙ２２の抵抗値については変化せず（表の対応欄は「０」）となる。したがって、ブリッジは平衡状態が維持され、Ｘ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｚとして誤検出されることはない。
【０２１７】
これに対して、装置筐体にＸ軸正方向の加速度＋αｘが作用した場合は、重錘体２４０には負方向の変位ΔＸ（−）が生じるので、上述した説明における符号を逆転させた現象が生じることになる。その結果、Ｘ軸正方向の加速度＋αｘは、図２３(a) に示す第１のブリッジ回路２９１によって、これまで述べてきた説明とは逆の極性のブリッジ電圧Ｖｘとして出力される。このとき、ブリッジ電圧Ｖｙ，Ｖｚには変化は生じないか、あるいは微小な変化のみしか生じない。
【０２１８】
次に、この加速度センサ２００αに、Ｙ軸方向の加速度αｙが作用した場合を考えてみる。まず、装置筐体にＹ軸負方向の加速度−αｙが作用すると、重錘体２４０には正方向の変位ΔＹ（＋）が生じる。
【０２１９】
そこで、図２１の表の第２行目のΔＹ（＋）の欄を参照すると、図２３(b) に示す第２のブリッジ回路２９２における第１の対辺を構成する検出子Ｐｘ１３，Ｐｘ２３の抵抗値は増加し（表の対応欄は「＋」）、第２の対辺を構成する検出子Ｐｘ１１，Ｐｘ２１の抵抗値は減少する（表の対応欄は「−」）。その結果、ブリッジの平衡状態が崩れ、Ｙ軸負方向の加速度−αｙがブリッジ電圧Ｖｙとして出力される。
【０２２０】
一方、図２３(a) に示す第１のブリッジ回路２９１における第１の対辺を構成する検出子Ｐｙ２３，Ｐｙ１３の抵抗値については、Ｐｙ２３は微減（表の対応欄は「（−）」）、Ｐｙ１３は変化せず（表の対応欄は「０」）となり、第２の対辺を構成する検出子Ｐｙ２１，Ｐｙ１１の抵抗値については、Ｐｙ２１は微増（表の対応欄は「（＋）」）、Ｐｙ１１は変化せず（表の対応欄は「０」）となる。したがって、微増／微減の分だけブリッジの平衡状態が崩れ、Ｙ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｘとして誤検出されることになる。ただ、この微増／微減の分によって出力されるブリッジ電圧Ｖｘは微小なものであるため、一般的な用途では、測定誤差として無視しうる範囲内のものになり、無視できない場合には、信号処理回路で補正することが可能である。
【０２２１】
また、図２３(c) に示す第３のブリッジ回路２９３における第１の対辺を構成する検出子Ｐｙ１２，Ｐｘ２２の抵抗値については変化せず（表の対応欄は「０」）となり、第２の対辺を構成する検出子Ｐｘ１２，Ｐｙ２２の抵抗値については変化せず（表の対応欄は「０」）となる。したがって、ブリッジは平衡状態が維持され、Ｙ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｚとして誤検出されることはない。
【０２２２】
これに対して、装置筐体にＹ軸正方向の加速度＋αｙが作用した場合は、重錘体２４０には負方向の変位ΔＹ（−）が生じるので、上述した説明における符号を逆転させた現象が生じることになる。その結果、Ｙ軸正方向の加速度＋αｙは、図２３(b) に示す第２のブリッジ回路２９２によって、これまで述べてきた説明とは逆の極性のブリッジ電圧Ｖｙとして出力される。このとき、ブリッジ電圧Ｖｘ，Ｖｚには変化は生じないか、あるいは微小な変化のみしか生じない。
【０２２３】
最後に、この加速度センサ２００αに、Ｚ軸方向の加速度αｚが作用した場合を考えてみる。まず、装置筐体にＺ軸負方向の加速度−αｚが作用すると、重錘体２４０には正方向の変位ΔＺ（＋）が生じる。
【０２２４】
そこで、図２１の表の第３行目のΔＺ（＋）の欄を参照すると、図２３(c) に示す第３のブリッジ回路２９３における第１の対辺を構成する検出子Ｐｙ１２，Ｐｘ２２の抵抗値は増加し（表の対応欄は「＋」）、第２の対辺を構成する検出子Ｐｘ１２，Ｐｙ２２の抵抗値は減少する（表の対応欄は「−」）。その結果、ブリッジの平衡状態が崩れ、Ｚ軸負方向の加速度−αｚがブリッジ電圧Ｖｚとして出力される。
【０２２５】
一方、図２３(a) に示す第１のブリッジ回路２９１における第１の対辺を構成する検出子Ｐｙ２３，Ｐｙ１３の抵抗値については、Ｐｙ２３は減少するが（表の対応欄は「−」）、Ｐｙ１３は逆に増加し（表の対応欄は「＋」）、第２の対辺を構成する検出子Ｐｙ２１，Ｐｙ１１の抵抗値については、Ｐｙ２１は減少するが（表の対応欄は「−」）、Ｐｙ１１は逆に増加する（表の対応欄は「＋」）。したがって、ブリッジは平衡状態が維持され、Ｚ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｘとして誤検出されることはない。
【０２２６】
また、図２３(b) に示す第２のブリッジ回路２９２における第１の対辺を構成する検出子Ｐｘ１３，Ｐｘ２３の抵抗値については、Ｐｘ１３は減少するが（表の対応欄は「−」）、Ｐｘ２３は逆に増加し（表の対応欄は「＋」）、第２の対辺を構成する検出子Ｐｘ１１，Ｐｘ２１の抵抗値については、Ｐｘ１１は減少するが（表の対応欄は「−」）、Ｐｘ２１は逆に増加する（表の対応欄は「＋」）。したがって、ブリッジは平衡状態が維持され、Ｚ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｙとして誤検出されることはない。
【０２２７】
これに対して、装置筐体にＺ軸正方向の加速度＋αｚが作用した場合は、重錘体２４０には負方向の変位ΔＺ（−）が生じるので、上述した説明における符号を逆転させた現象が生じることになる。その結果、Ｚ軸正方向の加速度＋αｚは、図２３(c) に示す第３のブリッジ回路２９３によって、これまで述べてきた説明とは逆の極性のブリッジ電圧Ｖｚとして出力される。このとき、ブリッジ電圧Ｖｘ，Ｖｙには変化は生じない。
【０２２８】
かくして、検出回路２９０として、図２３(a) ，(b) ，(c) に示すような３通りのブリッジ回路２９１，２９２，２９３を用意しておけば、装置筐体に作用した３軸方向の加速度成分をそれぞれ独立して検出することが可能になる。上述したとおり、実際には、Ｘ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｙとして誤検出され、Ｙ軸方向の加速度がブリッジ電圧Ｖｘとして誤検出されることになるが、これら誤検出される電圧は微小なものであり、高精度の検出が必要とされる用途でない限り、測定誤差として無視しうる範囲内のものである。また、上述のとおり、必要があれば、補正することも可能である。
【０２２９】
なお、図２３に示すブリッジ回路２９１〜２９３は、この加速度センサ２００αに用いる検出回路２９０の一例を示すものであり、この他のブリッジ構成によって検出回路２９０を構成することも可能である。
【０２３０】
また、図２２に示す加速度センサ２００αは、上述したように、基本構造体２００の形態や個々の検出子の配置に対称性をもたせている。このような対称性をもたせた設計を行うと、重錘体２４０が変位を生じていない状態において、各ブリッジ回路２９１〜２９３が平衡状態になるので、ブリッジ電圧Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚの零点が加速度の零点と一致することになるが、本発明を実施するにあたり、上述した対称性をもたせた設計は必須要件ではない。たとえば、何らかのバイアス回路を付加して、ブリッジ電圧Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚの零点を調整して出力するようにすれば、必ずしも対称性をもたせた設計を行う必要はない。もちろん、ブリッジ電圧Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚの絶対値が、作用した加速度の値に対して線形性を有していなくても、デジタル処理等により最終的には線形出力を得ることが可能である。
【０２３１】
また、これまでの説明は、各ブリッジ回路２９１〜２９３を構成する検出子が、いずれもｐ型のピエゾ抵抗素子である場合の説明であるが、もちろん、ｐ型のピエゾ抵抗素子の代わりにｎ型のピエゾ抵抗素子を採用してもかまわない。この場合、抵抗値の増減の関係が、これまでの説明と逆転することになるので、ブリッジ電圧Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚの符号と作用した加速度の方向を示す符号との関係が逆転するが、基本的な検出原理に相違はない。
【０２３２】
もちろん、必要があれば、ｐ型のピエゾ抵抗素子とｎ型のピエゾ抵抗素子とを混在させることも可能である。この場合、図２１の表の各欄の符号（個々の特定箇所の伸縮状態を示す符号）とピエゾ抵抗素子のタイプを考慮して、正しい検出値が得られるようなブリッジ回路を組むようにすればよい。適正なブリッジ回路を組むための基本概念は、§１−４において、図１１(c) のブリッジ回路１９９を参照して説明したとおりであり、ここでは説明を省略する。
【０２３３】
図２２に示す第２の実施形態に係る加速度センサ２００αの特徴は、重錘体２４０を支持する２本のアーム部２２０，２３０の根端部が、装置筐体の所定箇所に固定された同一の支持基部２１５に接続されており、かつ、図１３(a) に示されているとおり、重錘体２４０の支持点Ｓが、共通接続部２５０を介して２本のアーム部２２０，２３０の先端部に接続されている点にある。別言すれば、２本のアーム部２２０，２３０は、いずれも根端部が起点Ｑに接続され、先端部が終点Ｆに接続されている（直接接続する代わりに、何らかの中間部材を介して間接的に接続してもかまわない）。
【０２３４】
このような構造を採るため、片持ち梁構造と同様に、利用時の温度環境や取付環境に起因して生じた装置筐体の応力が検出結果に悪影響を及ぼす問題を排除することができる。
【０２３５】
ここで、重錘体２４０は、支持点Ｓにおいてのみ支持されているため、変位の自由度が高く、感度の高い検出が可能になる。しかも、重錘体２４０の周囲を２本のアーム部２２０，２３０が取り囲む形態を採るため、省スペース設計が実現できる。また、加速度の作用により重錘体２４０が変位を生じると、２本のアーム部２２０，２３０のそれぞれに固有の撓みが生じ、個々のアーム部上に設けられた検出子によって、それぞれの撓みを検出することができる。このため、１本のアーム部によって重錘体を支持する純然たる片持ち梁構造を採用した場合に比べ、より良好な検出感度を確保することができる。
【０２３６】
このように、この第２の実施形態に係る加速度センサ２００αによれば、温度や取付状態などの利用環境による悪影響を排除しつつ、高い検出感度をもって加速度を検出することが可能になる。
【０２３７】
＜２−５．  第２の実施形態の変形例＞
続いて、第２の実施形態に係る加速度センサ２００αの変形例を述べる。この変形例に係る加速度センサの特徴は、重錘体２４０の過度の変位を制御するための変位制御機構を付加した点にある。この変形例に係る加速度センサでは、図１３に示す基本構造体２００の代わりに、図２４に示す基本構造体２００′が用いられる。両者は、基本的には、同等の機能をもった構造体であり、加速度センサに利用した場合、その動作原理に相違はない。
【０２３８】
図２４に示す基本構造体２００′の第１の特徴は、支持基部２１５′に、重錘体２４０′に向けた方向に突出するストッパ突起２６０を設け、重錘体２４０′に、このストッパ突起２６０の先端部を収容するストッパ溝２４５を設けた点にある。図示の例の場合、ストッパ突起２６０は、ストッパ突起幹部２６１とストッパ突起頭部２６２とを有するハンマー状の突起になっており、ストッパ突起幹部２６１の端部が支持基部２１５′に固定されている。支持基部２１５′は、このストッパ突起幹部２６１の端部を支持するため、図１３に示す支持基部２１５より若干広い領域を占めている。このため、２本のアーム部２２０′，２３０′の形状も若干変更されている。
【０２３９】
ここで、ストッパ突起２６０の先端部の外面とストッパ溝２４５の内面との間には所定の空隙部が維持されつつ、ストッパ突起２６０の先端部とストッパ溝２４５とが嵌合状態になっている。ストッパ突起２６０は、支持基部２１５′を介して装置筐体に固定されているため、重錘体２４０′の変位は、上記空隙部の寸法の範囲内に制限される。別言すれば、装置筐体に過度の加速度が作用して、重錘体２４０′に過度の変位が生じようとした場合でも、ストッパ溝２４５の内面がストッパ突起２６０の外面に接触した時点で、それ以上の変位が抑制されることになる。
【０２４０】
前述したとおり、重錘体２４０′の過度の変位は、各アーム部２２０′，２３０′の端部に損傷を生じさせる要因になるので、ストッパ突起２６０によって重錘体２４０′の過度の変位を抑制させる構造は、実用上、センサの耐久性を向上させる上で非常に重要な効果を奏する。
【０２４１】
図２４に示す基本構造体２００′の第２の特徴は、装置筐体として機能する枠状構造体２１０′の内面の共通接続部２５０′に対向する部分に、重錘体２４０′に向けた方向に突出するストッパ突起２７０を設け、共通接続部２５０′に、このストッパ突起２７０の先端部を収容するストッパ溝２５５を設けた点にある。図示の例の場合、ストッパ突起２７０は、ストッパ突起幹部２７１とストッパ突起頭部２７２とを有するハンマー状の突起になっており、ストッパ突起幹部２７１の端部が枠状構造体２１０′の内面に固定されている。枠状構造体２１０′の右上隅は、このストッパ突起幹部２７１の端部を支持するため、図１３に示す枠状構造体２１０より若干広い領域を占めている。
【０２４２】
ここで、ストッパ突起２７０の先端部の外面とストッパ溝２５５の内面との間には所定の空隙部が維持されつつ、ストッパ突起２７０の先端部とストッパ溝２５５とが嵌合状態になっている。ストッパ突起２７０は、装置筐体となる枠状構造体２１０′に固定されているため、共通接続部２５０′の変位は、上記空隙部の寸法の範囲内に制限される。ストッパ突起２７０は、重錘体２４０′の変位を直接的に制限する機能を果たすわけではないが、重錘体２４０′に接続されている共通接続部２５０′の変位を制限することにより、重錘体２４０′の変位を間接的に制限する機能を果たすことができる。すなわち、重錘体２４０′に過度の変位が生じようとした場合、共通接続部２５０′にも過度の変位が生じることになるが、ストッパ溝２５５の内面がストッパ突起２７０の外面に接触した時点で、それ以上の変位が抑制されることになる。
【０２４３】
図２４に示す基本構造体２００′の第３の特徴は、枠状構造体２１０′の内面と各アーム部２２０′，２３０′の外面との間の空隙寸法を、重錘体２４０′の過度の変位を制限するのに適切な寸法に設定した点にある。図１３に示す枠状構造体２１０と図２４に示す枠状構造体２１０′とを比較すると、後者における左辺枠部２１１′、下辺枠部２１２′、右辺枠部２１３′、上辺枠部２１４′の内側部分の形状が若干変更され、各アーム部２２０′，２３０′の外面との間の空隙寸法が狭まっていることがわかる。重錘体２４０′の変位は、各アーム部２２０′，２３０′の変形を伴うものであるので、この第３の特徴によって、各アーム部２２０′，２３０′の外側への変形を枠状構造体２１０′の内面との接触によって制限することにより、重錘体２４０′の変位を間接的に制限することが可能になる。また、§２−１で述べたように、枠状構造体２１０の上方にカバー部材を設けて、重錘体２４０′の上方への変位を制御するようにすれば、下方への変位は板状構造体２８０によって制御されるので、結局、ＸＹＺの３軸方向の衝撃に対して有効な変位制御が可能になる。
【０２４４】
なお、この第２の実施形態の場合も、検出子をアーム部の上面ではなく、アーム部の側面や下面に形成することも可能である。この場合も、検出子の配置箇所における伸縮態様を考慮してブリッジ回路を組むようにすればよい。また、これまでの実施例は、２本のアーム部によって重錘体を支持する基本構造体を用いているが、３本以上のアーム部による支持構造を採用することも可能である。複数ｍ本のアーム部による支持構造を採用する場合は、この複数ｍ本のアーム部の各根端部を同一の支持基部に直接もしくは間接的に接続し、各先端部を同一の共通接続部に直接もしくは間接的に接続して重錘体を支持する構造にすればよい。
【０２４５】
＜＜＜  §３．  本発明の第３の実施形態  ＞＞＞
最後に本発明の第３の実施形態を述べる。ここで述べる実施形態は、実際には、§２で述べた第２の実施形態の変形例に相当するものであるが、２組の加速度センサを組み合わせて用いるため、本願では、第３の実施形態として述べることにする。また、２組の加速度センサを構成要素とするため、個々の「加速度センサ」と区別する便宜上、この第３の実施形態に係る装置については、「加速度検出装置」と呼ぶことにする。
【０２４６】
この第３の実施形態に係る装置は、§２で述べた第２の実施形態に係る加速度センサを２組含む加速度検出装置であり、個々の加速度センサに含まれる個別の検出回路に代えて統合検出回路を設け、個々の加速度センサに含まれる個別の装置筐体に代えて統合装置筐体を設け、統合検出回路が、２組の加速度センサに含まれる検出素子による検出結果に基づいて統合装置筐体に作用した加速度を示す信号を出力する装置ということができる。
【０２４７】
図２５は、図１７に示す基本構造体２００を２組用いて構成した基本構造体３００の平面図であり、本発明の第３の実施形態に係る加速度検出装置はした上で、この基本構造体３００の特定箇所にピエゾ抵抗素子などの検出素子を配置した上で、統合検出回路を付加することにより構成される。図２５に示す２４個の小さな白抜きの長方形は、それぞれアーム部の上面の特定箇所（特定領域）を示している。実際の加速度検出装置では、これら２４組の特定箇所の中から選択された所定箇所にピエゾ抵抗素子などの検出素子が配置されることになる。
【０２４８】
図２５の中央に一点鎖線で示す中間線Ｍ−Ｍ′は、この基本構造体３００を上段構造体αと下段構造体βとに分けて示すための参考線である。ここで、上段構造体αは、図１７に示す基本構造体２００と同一の構造体であり、下段構造体βは、この図１７に示す基本構造体２００の鏡像体である。すなわち、中間線Ｍ−Ｍ′に沿って鏡を紙面に垂直に立てた場合、上段構造体αの鏡の中の像は、下段構造体βに一致することになる。
【０２４９】
ここでは、上段構造体αの個々の部分については、図１７に示す基本構造体２００の各対応部分に付した符号末尾にαを付加した符号で示すことにし、下段構造体βの個々の部分については、図１７に示す基本構造体２００の各対応部分に付した符号末尾にβを付加した符号で示すことにする。
【０２５０】
なお、枠状構造体（装置筐体）の部分については、上段構造体αの枠状構造体と下段構造体βの枠状構造体とが統合され、統合装置筐体が構成される。図に示す統合枠状構造体３１０は、この統合装置筐体として機能する構成要素であり、図示のとおり、上段左辺枠部３１１、共通中間枠部３１２、上段右辺枠部３１３、上辺枠部３１４、下段左辺枠部３１５、下段右辺枠部３１６、下辺枠部３１７によって構成されている。
【０２５１】
また、座標系に関しては、便宜上、上段構造体αについては、重錘体２４０αの重心点に原点Ｏαをとったαローカル座標系を定義し、下段構造体βについては、重錘体２４０βの重心点に原点Ｏβをとったβローカル座標系を定義している。ここで、αローカル座標系の各座標軸の方向は、図１７に示すＸＹＺ座標系と同じ方向に定義し、βローカル座標系の各座標軸の方向は、αローカル座標系と鏡像関係になるように定義している。したがって、図示のとおり、Ｘα軸とＸβ軸とは同じ方向に定義されるが、Ｙα軸とＹβ軸とは逆の方向に定義されることになる。なお、Ｚα軸とＺβ軸は、いずれも紙面垂直上方を向く軸になるので、同じ方向に定義される。
【０２５２】
もっとも、装置全体としては、共通の座標軸を定義して加速度検出を行う必要があるので、ここでは、上段構造体αについて定義されたαローカル座標系を、装置全体の基準となるグローバル座標系（ＸＹＺ座標系）として取り扱うことにする。したがって、Ｘα軸の方向はそのままＸ軸方向となり、Ｙα軸の方向はそのままＹ軸方向となり、Ｚα軸の方向はそのままＺ軸方向となる。一方、上記鏡像関係を考慮すると、Ｘβ軸の方向はＸ軸方向に一致し、Ｚβ軸の方向はＺ軸方向に一致するが、Ｙβ軸の方向はＹ軸方向とは逆方向になる。
【０２５３】
図２６は、図２５に示す基本構造体３００の各重錘体２４０α，２４０βが、グローバル座標系の座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向に変位を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す表である。すなわち、図２６(a) は、上段構造体αの重錘体２４０αが、各座標軸方向の変位を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す表であり、図２６(b) は、下段構造体βの重錘体２４０βが、各座標軸方向の変位を生じたときの各特定箇所の伸縮状態を示す表である。
【０２５４】
上述したとおり、ここでは、αローカル座標系をそのままグローバル座標系（ＸＹＺ座標系）として取り扱うことにしたため、図２６(a) の表の内容は、実質的に図２１の表の内容と同じになる。これに対して、βローカル座標系では、Ｙβ軸のみがグローバル座標系のＹ軸に対して反対向きに定義されるため、図２６(b) の表の内容は、図２１の表の内容において、ΔＹ（＋）およびΔＹ（−）の行の各欄の符号を逆転させたものになる。
【０２５５】
図２５に示す基本構造体３００の各特定箇所について、図２６の表に示すような伸縮応力が作用することを考慮すれば、図２７に示す３組のブリッジ回路によって統合検出回路を構成しておけば、ＸＹＺ三次元グローバル座標系において、作用した加速度の各座標軸方向成分αｘ，αｙ，αｚをそれぞれ独立して検出することができる。この図２７に示すブリッジ回路において、「Ｐ＊」なる符号で示されている検出子は、図２５の平面図において、「＊」なる符号で示されている特定箇所に配置されたｐ型のピエゾ抵抗素子を示すものである。
【０２５６】
たとえば、図２７(a) に示す第１のブリッジ回路３９１は、特定箇所ｙ１３αに配置された検出子Ｐｙ１３αと特定箇所ｙ１３βに配置された検出子Ｐｙ１３βとを第１の対辺とし、特定箇所ｙ１１αに配置された検出子Ｐｙ１１αと特定箇所ｙ１１βに配置された検出子Ｐｙ１１βとを第２の対辺とするホイートストンブリッジ回路である。図２６の表を参照すれば、当該ブリッジ回路３９１に対して電圧源Ｅによる電圧印加を行ったときに、両端子Ｔ３１，Ｔ３２間に得られるブリッジ電圧Ｖｘは、この加速度検出装置に作用した加速度のＸ軸方向成分αｘを示す信号になることが理解できよう。
【０２５７】
同様に、図２７(b) に示す第２のブリッジ回路３９２は、特定箇所ｘ２３αに配置された検出子Ｐｘ２３αと特定箇所ｘ２１βに配置された検出子Ｐｘ２１βとを第１の対辺とし、特定箇所ｘ２１αに配置された検出子Ｐｘ２１αと特定箇所ｘ２３βに配置された検出子Ｐｘ２３βとを第２の対辺とするホイートストンブリッジ回路である。図２６の表を参照すれば、当該ブリッジ回路３９２に対して電圧源Ｅによる電圧印加を行ったときに、両端子Ｔ３３，Ｔ３４間に得られるブリッジ電圧Ｖｙは、この加速度検出装置に作用した加速度のＹ軸方向成分αｙを示す信号になることが理解できよう。
【０２５８】
また、図２７(c) に示す第３のブリッジ回路３９３は、特定箇所ｙ１２αに配置された検出子Ｐｙ１２αと特定箇所ｘ２２αに配置された検出子Ｐｘ２２αとを第１の対辺とし、特定箇所ｘ１２αに配置された検出子Ｐｘ１２αと特定箇所ｙ２２αに配置された検出子Ｐｙ２２αとを第２の対辺とするホイートストンブリッジ回路である。図２６の表を参照すれば、当該ブリッジ回路３９３に対して電圧源Ｅによる電圧印加を行ったときに、両端子Ｔ３５，Ｔ３６間に得られるブリッジ電圧Ｖｚは、この加速度検出装置に作用した加速度のＺ軸方向成分αｚを示す信号になることが理解できよう。
【０２５９】
このように、本発明の第３の実施形態に係る加速度検出装置は、§２で述べた第２の実施形態に係る加速度センサを２組用いた装置ということができる。そして、その基本構造体３００は、図２５に示すように、図１７に示す基本構造体２００のほぼ２倍の設定面積が必要になり、装置の小型化を図るには不利である。しかしながら、§２で述べた第２の実施形態に係る加速度センサに比べて、検出精度が向上するというメリットが得られる。
【０２６０】
§２−４で述べたとおり、第２の実施形態に係る加速度センサには、厳密にいえば、他軸成分が測定誤差として混入するという問題がある。これは、既に述べたとおり、図２１の表において、「（＋）」もしくは「（−）」と記した欄に対応する抵抗値の微増／微減が生じるためである。この微増／微減によって出力されるブリッジ電圧は微小なものであるため、一般的な用途では支障は生じないが、高い検出精度が必要な場合には、測定誤差が問題になることは否めない。
【０２６１】
ここで述べた第３の実施形態に係る加速度検出装置の場合、このような他軸成分が測定誤差として混入する問題は生じないので、高い検出精度が必要な場合にも支障なく利用することができる。図２７に示す検出回路を用いると、他軸成分が混入することのない正確な検出値が得られる理由は、図２６の表において、「（＋）」もしくは「（−）」と記した欄に対応する特定箇所に配置した検出子を用いることなしにブリッジ回路を構成したためである。図２６の表を参照しながら、実際に各座標軸方向の加速度が作用した場合に、図２７に示す各ブリッジ回路からどのようなブリッジ電圧が出力されるかを確認すれば、他軸成分が混入することのない正確な検出値が得られることが容易に理解できよう。
【０２６２】
この図２７に示す検出回路では、上段構造体αに配置された検出子と下段構造体βに配置された検出子との双方が用いられている。したがって、それぞれの検出子に対する配線を施す必要があるが、図２５に示すとおり、この基本構造体３００には、各アーム部や統合枠状構造体３１０など、配線層を形成することが可能なスペースが十分に確保されているため、容易に配線を施すことが可能である。
【０２６３】
なお、図２５には、説明の便宜上、合計２４の特定箇所を示し、図２６の表には、これら２４の特定箇所について生じる伸縮応力を示したが、実際に検出素子を配置する箇所は、これら２４箇所から選択された必要箇所のみでよい。たとえば、図２７に示す検出回路を利用する場合は、１２箇所に検出素子を配置すれば十分である。もちろん、この図２７の検出回路は一例を示すものであり、同等の検出機能を果たすことが可能なブリッジ回路は他にも存在する。したがって、この第３の実施形態に係る加速度検出装置に利用可能な検出回路は、図２７に示す回路に限定されるものではない。
【０２６４】
また、図２５には、２組の加速度センサを上下に並設した例を示したが、左右に並設したり、斜めに並設したりすることも可能であり、２組の加速度センサの配置は任意でかまわない。また、上例は各検出子としてｐ型のピエゾ抵抗素子を用いた例であるが、ｎ型のピエゾ抵抗素子を用いれば、抵抗値の増減は上述の場合と逆転する。もちろん、ｐ型とｎ型を混合させてもかまわない。この場合、ブリッジ回路は図２７に示すものとは異なるものを用いる必要があるが、図１１(c) を参照して§１−４で一般論として述べた回路であれば、どのような回路を用いてもかまわない。もちろん、本発明に用いる検出子は、ピエゾ抵抗素子に限定されるものではなく、たとえば、板状の圧電素子の上下両面にそれぞれ電極層を形成した素子を用いてもよい。
【符号の説明】
【０２６５】
１００，１００′：基本構造体（第１の実施形態）
１００α：加速度センサ（第１の実施形態）
１１０，１１０′：枠状構造体（装置筐体）
１１１，１１１′：左辺枠部
１１２，１１２′：下辺枠部
１１３：右辺枠部
１１４：上辺枠部
１１５：支持基部
１２０，１２０′：第１のアーム部
１２５，１２５′：中間接続部
１３０，１３０′：第２のアーム部
１３５，１３５′：中間接続部
１４０，１４０′：重錘体
１８０：板状構造体（装置筐体）
１９０：検出回路
１９１：第１のブリッジ回路
１９２：第２のブリッジ回路
１９９：一般的なブリッジ回路
２００，２００′：基本構造体（第２の実施形態）
２００α：加速度センサ（第２の実施形態）
２１０，２１０′：枠状構造体（装置筐体）
２１１，２１１′：左辺枠部
２１２，２１２′：下辺枠部
２１３，２１３′：右辺枠部
２１４，２１４′：上辺枠部
２１５，２１５′，２１５α，２１５β：支持基部
２２０，２２０′，２２０α，２２０β：第１のアーム部
２２１：第１のアーム部の根端部近傍
２２２：第１のアーム部の中間部分
２２３：第１のアーム部の先端部近傍
２３０，２３０′，２３０α，２３０β：第２のアーム部
２３１：第２のアーム部の根端部近傍
２３２：第２のアーム部の中間部分
２３３：第２のアーム部の先端部近傍
２４０，２４０′，２４０α，２４０β：重錘体
２４５：ストッパ溝
２５０，２５０′，２５０α，２５０β：共通接続部
２５５：ストッパ溝
２６０：ストッパ突起
２６１：ストッパ突起幹部
２６２：ストッパ突起頭部
２７０：ストッパ突起
２７１：ストッパ突起幹部
２７２：ストッパ突起頭部
２８０：板状構造体（装置筐体）
２９０：検出回路
２９１：第１のブリッジ回路
２９２：第２のブリッジ回路
２９３：第３のブリッジ回路
３００：基本構造体
３１０：統合枠状構造体
３１１：上段左辺枠部
３１２：共通中間枠部
３１３：上段右辺枠部
３１４：上辺枠部
３１５：下段左辺枠部
３１６：下段右辺枠部
３１７：下辺枠部
３９１：第１のブリッジ回路
３９２：第２のブリッジ回路
３９３：第３のブリッジ回路
Ａ〜Ｄ：ブリッジ回路の各辺
Ｃ１：第１の長手方向軸（中心線）
Ｃ２：第２の長手方向軸（中心線）
Ｃ３：第３の長手方向軸（中心線）
Ｃ４：第４の長手方向軸（中心線）
Ｅ：電圧源
Ｆ：終点
Ｌ１〜Ｌ７，Ｌ１′〜Ｌ７′：切断線
Ｍ，Ｍ′：中間線
Ｏ，Ｏα，Ｏβ：三次元座標系の原点
Ｐｒ１：第１参照検出子
Ｐｒ２：第２参照検出子
Ｐｘ１：第１内側検出子
Ｐｘ２：第１中心検出子
Ｐｘ３：第１外側検出子
Ｐｙ１：第２内側検出子
Ｐｙ２：第２中心検出子
Ｐｙ３：第２外側検出子
Ｐｘ１１：第１根端部側内側検出子
Ｐｘ１２：第１根端部側中心検出子
Ｐｘ１３：第１根端部側外側検出子
Ｐｘ２１：第２先端部側内側検出子
Ｐｘ２２：第２先端部側中心検出子
Ｐｘ２３：第２先端部側外側検出子
Ｐｙ１１：第１先端部側内側検出子
Ｐｙ１２：第１先端部側中心検出子
Ｐｙ１３：第１先端部側外側検出子
Ｐｙ２１：第２根端部側内側検出子
Ｐｙ２２：第２根端部側中心検出子
Ｐｙ２３：第２根端部側外側検出子
Ｑ：起点
Ｓ：重錘体の支持点
Ｓ１：重錘体の第１の支持点
Ｓ２：重錘体の第２の支持点
Ｔ１１〜Ｔ３６：端子
ｔ１〜ｔ４：各部の厚み
Ｖ：ブリッジ電圧
Ｖｐ：加速度のＺ軸方向成分を示すブリッジ電圧
Ｖｓ：加速度のＸＹ平面に含まれる方向成分を示すブリッジ電圧
Ｖｘ：加速度のＸ軸方向成分を示すブリッジ電圧
Ｖｙ：加速度のＹ軸方向成分を示すブリッジ電圧
Ｖｚ：加速度のＺ軸方向成分を示すブリッジ電圧
Ｗ：４５°方向に定義した参照軸
Ｘ，Ｘα，Ｘβ：三次元座標系の座標軸
ｘ１〜ｘ６：第１のアーム部１２０上の特定箇所（Ｘ軸に沿った配置箇所）
ｘ１１〜ｘ１３：第１のアーム部２２０上の特定箇所（Ｘ軸に沿った配置箇所）
ｘ１１α〜ｘ１３α：第１のアーム部２２０α上の特定箇所（Ｘα軸に沿った配置箇所）
ｘ１１β〜ｘ１３β：第１のアーム部２２０β上の特定箇所（Ｘβ軸に沿った配置箇所）
ｘ２１〜ｘ２３：第２のアーム部２３０上の特定箇所（Ｘ軸に沿った配置箇所）
ｘ２１α〜ｘ２３α：第２のアーム部２３０α上の特定箇所（Ｘα軸に沿った配置箇所）
ｘ２１β〜ｘ２３β：第２のアーム部２３０β上の特定箇所（Ｘβ軸に沿った配置箇所）
Ｙ，Ｙα，Ｙβ：三次元座標系の座標軸
ｙ１〜ｙ６：第２のアーム部１３０上の特定箇所（Ｙ軸に沿った配置箇所）
ｙ１１〜ｙ１３：第１のアーム部２２０上の特定箇所（Ｙ軸に沿った配置箇所）
ｙ１１α〜ｙ１３α：第１のアーム部２２０α上の特定箇所（Ｙα軸に沿った配置箇所）
ｘ１１β〜ｘ１３β：第１のアーム部２２０β上の特定箇所（Ｙβ軸に沿った配置箇所）
ｙ２１〜ｙ２３：第２のアーム部２３０上の特定箇所（Ｙ軸に沿った配置箇所）
ｙ２１α〜ｙ２３α：第２のアーム部２３０α上の特定箇所（Ｙα軸に沿った配置箇所）
ｙ２１β〜ｙ２３β：第２のアーム部２３０β上の特定箇所（Ｙβ軸に沿った配置箇所）
Ｚ：三次元座標系の座標軸
α：上段構造体
β：下段構造体
ΔＸ（＋）：Ｘ軸正方向の変位
ΔＹ（＋）：Ｙ軸正方向の変位
ΔＺ（＋）：Ｚ軸正方向の変位
【要約】
【課題】温度や取付状態などの利用環境に起因する誤差を排除しつつ、高い検出感度をもって加速度を検出する。
【解決手段】装置筐体２１０内に重錘体２４０を収容する。装置筐体２１０の左下に固定された支持基部２１５上の点Ｑを起点として、右方向に第１のアーム部２２０が伸び、上方向に第２のアーム部２３０が伸びる。両アーム部２２０，２３０は、中間部分２２２，２３２において湾曲し、両者の先端部２２３，２３３は共通接続部２５０を介して重錘体２４０に接続される。重錘体２４０は、両アーム部２２０，２３０によって装置筐体２１０内に宙吊り状態で支持される。各アーム部の両端には、ピエゾ抵抗素子Ｐｘ１１〜Ｐｘ２３，Ｐｙ１１〜Ｐｙ２３が固定されており、検出回路２９０内に設けられたブリッジ回路が、これらピエゾ抵抗素子の電気抵抗の変化に基づいて、ＸＹＺ三次元座標系における加速度の各座標軸成分を検出する。
【選択図】図２２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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