(57)【要約】      （修正有）【課題】常時電力を供給（消費）することなしに、より高い精度で加速度の方向、大きさや、角加速度の回転の中心、大きさを容易に検出すること。【解決手段】Ｚ軸に直角に切断された水晶片により構成され、付加された重りを中心に３本の等角度アーム（Ａ１１（Ａ１２），Ａ２１（Ａ２２），Ａ３１（Ａ３２））が広がり、それぞれの外端が円形の輪と連続している車輪のごとき構造を有し、中心の重り（Ｂ１１（Ｂ１２））と外端の間のスポークを構成する各水晶アームの伸張変位、圧縮変位、屈曲変位による電圧発生を検出されるように配置された電極（Ｐ１１，Ｐ１２）（Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５，Ｐ１６）を有し、この構造物に外部から加えられた加速度（Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４）、角加速度（Ｇ１５）を電極の電圧情報により、方向、大きさを検出する加速度センサ及び角加速度センサ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚ軸に直角に切断された水晶片により構成され、付加された重りを中心に３本の１２０度等角度配置のアームが広がり、そのそれぞれの外端が円形の輪と連続している車輪のごとき構造を有し、中心の重りと外端の間のスポークを構成する水晶アームの伸張変位、圧縮変位もしくは屈曲変位による電圧発生を検出されるように配置された電極を有し、該構造の面に平行に加えられる加速度により発生される３本のアームの伸張変位、圧縮変位もしくは屈曲変位の電圧情報により、加速度の方向、大きさを検出することを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
Ｚ軸に直角に切断された水晶片より構成され、付加された重りを中心に３本の１２０度等角度配置のアームが広がり、そのそれぞれの外端が円形の輪と連続している車輪のごとき構造を有し、中心の重りと外端の間のスポークを構成する水晶アームの屈曲変位による電圧発生を検出されるように配置された電極を有し、該構造の面に非平行に加えられる加速度により発生される３本のアームの屈曲変位の電圧情報により、加速度の方向、大きさを検出することを特徴とする加速度センサ。
【請求項３】
Ｚ軸に直角に切断された水晶片より構成され、付加された重りを中心に３本の１２０度等角度配置のアームが広がり、そのそれぞれの外端が円形の輪と連続している車輪のごとき構造を有し、中心の重りと外端のスポークを構成する水晶アームの屈曲変位による電圧発生を検出されるように配置された電極を有し、該構造の面に非平行に加えられる角加速度により発生される３本のアームの屈曲変位の電圧情報により、重りの回りの角加速度を検出することを特徴とする角加速度センサ。
【請求項４】
請求項１及び請求項２に記載の加速度センサを組合せてＸ，Ｙ，Ｚの３軸の加速度センサを構成し、このＸ，Ｙ，Ｚの３軸の加速度センサに、さらに請求項３に記載の角加速度センサを組合せたことを特徴とするモーションセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、Ｚ軸に直角に切断された水晶において、加速度を検出するため３本の水晶アームの対称性を活用した加速度センサと角加速度センサの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の加速度センサには、ピエゾ抵抗体など圧力によって抵抗値が変化する抵抗を加速度により圧力が変化するように構成し、圧力によって抵抗値が変化する４つの抵抗をブリッジ回路に組み電圧（或は電流）の変化により圧力変化すなわち加速度を検出するものがある。また、Ｚ軸に直角に切断された水晶片で１つの水晶アームを構成し１方向の加速度を検出するものもある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  ところが、ピエゾ抵抗体による加速度センサは、このセンサに常に電流を流しておくことが必要とされる。また、１つの水晶アームで構成されるモーションセンサでは、ＸＹＺ３軸の加速度の方向、強さを検出するには、このセンサを複数個組合わせて使用しなければならないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明は、Ｚ軸に直角に切断された水晶片より構成され、付加された重りを中心に３本の等角度アームが広がり、それぞれの外端が円形の輪と連続している車輪のごとき構造を有し、中心の重りと外端の間のスポークを構成する各水晶アームの伸張変位、圧縮変位、屈曲変位による電圧発生を検出されるように配置された電極を有し、この構造物に外部から加えられた加速度、角加速度を電極の電圧情報により方向、大きさを検出することを特徴とする加速度センサおよび角加速度センサである。本構造の１個の加速度センサだけで、常時電力を供給（消費）しないで、加速度の方向、大きさを検出することができる。また、水晶アームの屈曲変位を適切に検出することで角加速度センサを構成しうる。さらに、これらの加速度センサ、角加速度センサを組合わせることで、さらに複雑な動きをも簡単な構成で検出できる。
【発明の効果】
【０００５】  本発明は、水晶からできた３本のアームで構成された加速度センサ、角加速度センサであり、常時電力を供給（消費）することなしに、加速度の方向、大きさや、角加速度の回転の中心、大きさを容易に、かつ高精度で検出することができる。また、１個のセンサで多方面の加速度を検出しうる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  Ｚ軸に直角に切断された水晶片で、中心からそれぞれ等角度で３本のアームが広がり、各アームの外端は円形の輪に連続的につながる。３本のアームの中心には重りが取付けられている。この構造物に加速度が加わると各アームに適切に取付けられた電極を通して伸縮変位、屈曲変位を電圧の形で検出することができる。水晶片の平面に平行な加速度は各アームの伸縮変位もしくは屈曲変位の大きさによって方向と大きさを検出できる。平面に非平行な加速度は各アームの上下への屈曲変位によって方向と大きさを検出することができる。各アームの方向や直角方向からのズレは各アームの伸縮変位もしくは屈曲変位の大きさ、各アームの上下への屈曲変位の大きさから求めることができる。従って、これを加速度センサとして利用できる。【０００７】  前記水晶片の構造物に角加速度が加わると各アームに適切に取付けられた電極を通じてそれぞれのアームの屈曲変位を電圧の形で検出することができる。平面に直角な角加速度は各アームの中心の回りの屈曲変位によって角加速度の中心の方向と大きさを検出することができる。また、直角方向からのズレはアームの中心の回りの屈曲変位の大きさから求めることができる。従って、これを角加速度センサとして利用できる。【０００８】  前記の加速度センサと角加速度センサを組合わせて使用することにより加速度と角加速度を同時に検出することができる。また、加速度センサ、角加速度センサを複数使用することにより、より高い精度で加速度の方向、大きさ、角加速度の回転の中心、大きさを容易に検出することができる。
【実施例】
【０００９】「実施例１」
以下、本発明の加速度センサの実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は加速度センサ概要図である。水晶片の適切な１点を中心となし、そこからアームＡ１１、Ａ２１、Ａ３１が１２０度の等間隔で広がり外周輪Ｒ１１と一体となる形状を持つ。３本のアームの中心には重りＢ１１が取付けられている。図１の下部は支えの台Ｃ１１に取付けられている本加速度センサを横から見た図である。この水晶構造物の面に平行に、例えば、図２のごとくアームＡ３１と同一方向に加速度Ｇ１１が加わるとアーム３１には圧縮変位を生じ、Ａ１１、２１にはそれぞれ同一の伸張変位を生じる。これらの伸縮変位を適切な電極、例えば、図示のような２個の電極Ｐ１１を通して検出することができる。さらには３本のアームの伸縮変位の大きさからこの加速度センサに加わる加速度の方向、大きさを求めることができる。また、図３のように構成して、３本のアームの面内屈曲変位を図示の電極Ｐ１１、Ｐ１２を通してそれぞれの方向の加速度Ｇ１２、Ｇ１３、Ｇ１４の大きさを求めることもできる。さらに、図４のように構成して、構造の垂直方向の加速度を検出するように構成することも可能である。【００１０】  次に、アームに取付けられる電極配置の一例について説明する。アームへの電極の取付けは、各アームの切断図を示す図５、図６、図７のように取付けられている。アームＡ１１の伸縮変位は図５に示される２個の電極Ｐ１１間の電圧変化として検出される。また、アームの水平方向の屈曲変位は図６のように２個の電極Ｐ１１と２個の電極Ｐ１２間で、アームの上下方向への屈曲変位は図７に示される電極Ｐ１３と、Ｐ１６と電極Ｐ１４、Ｐ１５間の電圧変化として検出される。他のアームＡ２１、Ａ３１にも同様に適切に電極が配置されている。また、これら３種の電極を図８のように同時に使用することも可能である。【００１１】「実施例２」
次に、本発明による角加速度センサの実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図９は角加速度センサ概要図である。アームＡ１２、Ａ２２、Ａ３２、外周輪Ｒ１２よりなり加速度センサと同一構造物である。３本のアームの中心には重りＢ１２が取付けられている。図９の下部は支えの台Ｃ１２に取付けられている本加速度センサを横から見た図である。例えば、この構造物の重りＢ１２を中心に構造物に図１０のような直角な角加速Ｇ１５は各アームの中心の回りの屈曲変位を生じる。これらの屈曲変位は適切な電極を通して検出することができる。さらには、３本のアームの屈曲変位の大きさから構造の面に非平行な角加速度の中心のズレを求めることができる。【００１２】  次にアームに取付けられる電極配置の一例について説明する。アームへの電極の取付けは図１０のように取付けられている。アームの屈曲変位は図６の２個の電極Ｐ１１と２個の電極Ｐ１２間の電圧変化として検出される。他のアームＡ２２、Ａ３２にも同様に電極が配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の加速度センサの概要図である。電極は省略されている。
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【図４】構造の面垂直方向の加速度センサのアームに取付けられる電極の配置を示す図である。
【図５】加速度センサのアームに取付けられる電極の配置を示す図である。
【図６】加速度センサ、角加速度センサのアームに取付けられる電極の配置を示す図である。
【図７】加速度センサのアームに取付けられる電極の配置を示す図である。
【図８】面内の加速度センサ、面垂直加速度センサを同時に構成する概要図である。
【図９】本発明の角加速度センサの概要図である。電極は省略されている。
【図１０】構造の面垂直方向の角加速度センサのアームに取付けられる電極の配置を示す図である。
【符号の説明】
【００１４】  Ａ１１  加速度センサのアーム
Ａ２１  加速度センサのアーム
Ａ３１  加速度センサのアーム
Ａ１２  角加速度センサのアーム
Ａ２２  角加速度センサのアーム
Ａ３２  角加速度センサのアーム
Ｂ１１  加速度センサの重り
Ｂ１２  角加速度センサの重り
Ｃ１１  支えの台
Ｃ１２  支えの台
Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３、Ｇ１４  加速度
Ｇ１５  角加速度
Ｐ１１、Ｐ１２  電極
Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５、Ｐ１６  電極
【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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