JPH10177032A - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
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- JPH10177032A JPH10177032A JP8353562A JP35356296A JPH10177032A JP H10177032 A JPH10177032 A JP H10177032A JP 8353562 A JP8353562 A JP 8353562A JP 35356296 A JP35356296 A JP 35356296A JP H10177032 A JPH10177032 A JP H10177032A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低消費電力で動作可能な地震計に適した電子
式加速度センサを提供する。 【解決手段】 加速度の作用で撓みが生じる圧電素子を
用意し、その上面に電極Ａ１〜Ａ９を配置し、下面に共
通電極Ｂを配置する。平常時は、スイッチ１８１は開放
状態を維持し、主検出素子群１６０は休眠状態となる。
副検出素子１７０に対する電力供給は常に行われ、モニ
タ用電極Ａ９で発生した電荷はアンプ１７１を介して端
子Ｔｍに与えられる。地震の初期振動により、端子Ｔｍ
の信号がしきい値を越えた場合、制御信号によりスイッ
チ１８１が閉じられ、主検出素子群１６０に対する電力
供給が行われる。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の各加速度成分
の作用により各電極に発生した電荷は、アンプ１６１〜
１６３を介して端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚに与えられ、コン
ピュータ１８０で検出される。
式加速度センサを提供する。 【解決手段】 加速度の作用で撓みが生じる圧電素子を
用意し、その上面に電極Ａ１〜Ａ９を配置し、下面に共
通電極Ｂを配置する。平常時は、スイッチ１８１は開放
状態を維持し、主検出素子群１６０は休眠状態となる。
副検出素子１７０に対する電力供給は常に行われ、モニ
タ用電極Ａ９で発生した電荷はアンプ１７１を介して端
子Ｔｍに与えられる。地震の初期振動により、端子Ｔｍ
の信号がしきい値を越えた場合、制御信号によりスイッ
チ１８１が閉じられ、主検出素子群１６０に対する電力
供給が行われる。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の各加速度成分
の作用により各電極に発生した電荷は、アンプ１６１〜
１６３を介して端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚに与えられ、コン
ピュータ１８０で検出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は加速度センサに関
し、特に、地震の振動検出に用いるのに適した低消費電
力型の多次元加速度センサに関する。
し、特に、地震の振動検出に用いるのに適した低消費電
力型の多次元加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】都市生活でごく日常的に利用されている
インフラ設備には、災害時における対応策を盛り込むこ
とが不可欠であり、特に、地震対策はその最も重要な課
題である。たとえば、エレベータの運転制御装置は、地
震の振動を検知したら、かごを最寄階で停止させ、運転
を停止させる必要がある。また、都市ガスの供給系に
は、マイクロコンピュータを内蔵したガスメータが設置
されており、地震の振動を検知すると、ガスの供給弁を
閉鎖し、自動的にガスの供給を停止させる機能が付加さ
れている。
インフラ設備には、災害時における対応策を盛り込むこ
とが不可欠であり、特に、地震対策はその最も重要な課
題である。たとえば、エレベータの運転制御装置は、地
震の振動を検知したら、かごを最寄階で停止させ、運転
を停止させる必要がある。また、都市ガスの供給系に
は、マイクロコンピュータを内蔵したガスメータが設置
されており、地震の振動を検知すると、ガスの供給弁を
閉鎖し、自動的にガスの供給を停止させる機能が付加さ
れている。
【０００３】このような地震の振動を検出するためのセ
ンサとして、従来は、機械式の加速度センサが用いられ
ている。たとえば、ガスメータに内蔵されている一般的
な地震計は、いわゆる「ボール式感震センサ」であり、
半球状のカップの底に、自由に転がる状態でボールを収
容し、カップの縁の部分に機械式スイッチを設けたもの
である。地震の揺れにより、ボールがカップの内壁面を
底から縁へと伝い上がり機械式スイッチに接触すると、
電気的な検出信号が得られるしくみになっている。
ンサとして、従来は、機械式の加速度センサが用いられ
ている。たとえば、ガスメータに内蔵されている一般的
な地震計は、いわゆる「ボール式感震センサ」であり、
半球状のカップの底に、自由に転がる状態でボールを収
容し、カップの縁の部分に機械式スイッチを設けたもの
である。地震の揺れにより、ボールがカップの内壁面を
底から縁へと伝い上がり機械式スイッチに接触すると、
電気的な検出信号が得られるしくみになっている。
【０００４】この「ボール式感震センサ」は、単純な構
造ではあるが、機械式スイッチのＯＮ／ＯＦＦの状態を
示す信号しか得られないため、検出結果を示す情報量は
乏しいと言わざるを得ない。通常、地震には、「横揺れ
成分（水平方向の振動成分）」と「縦揺れ成分（垂直方
向の振動成分）」とが含まれており、前者はＳ波と呼ば
れている振動波に起因する揺れの成分であり、後者はＰ
波と呼ばれている振動波に起因する揺れの成分である。
一般に、地震による被害を予測するためには、「横揺れ
成分」と「縦揺れ成分」との双方を別個独立して検出す
るのが望ましい。ところが、従来から用いられている
「ボール式感震センサ」は、その構造上、「横揺れ成
分」の検出しか行うことができない（「縦揺れ」が生じ
ても、センサ全体が上下に振動するため、ボールがカッ
プの縁まで転がり上ることがなく、機械式スイッチを動
作させることができない）。また、この「ボール式感震
センサ」は、機械的な構成要素を含むため、小型化が困
難であるという別な問題もかかえている。
造ではあるが、機械式スイッチのＯＮ／ＯＦＦの状態を
示す信号しか得られないため、検出結果を示す情報量は
乏しいと言わざるを得ない。通常、地震には、「横揺れ
成分（水平方向の振動成分）」と「縦揺れ成分（垂直方
向の振動成分）」とが含まれており、前者はＳ波と呼ば
れている振動波に起因する揺れの成分であり、後者はＰ
波と呼ばれている振動波に起因する揺れの成分である。
一般に、地震による被害を予測するためには、「横揺れ
成分」と「縦揺れ成分」との双方を別個独立して検出す
るのが望ましい。ところが、従来から用いられている
「ボール式感震センサ」は、その構造上、「横揺れ成
分」の検出しか行うことができない（「縦揺れ」が生じ
ても、センサ全体が上下に振動するため、ボールがカッ
プの縁まで転がり上ることがなく、機械式スイッチを動
作させることができない）。また、この「ボール式感震
センサ」は、機械的な構成要素を含むため、小型化が困
難であるという別な問題もかかえている。
【０００５】このような機械式の加速度センサに代わっ
て、近年、電子式の加速度センサが種々提案されてお
り、特に、最近では、二次元あるいは三次元の加速度を
各方向成分ごとに独立して検出し、電気信号として出力
することが可能な多次元加速度センサが注目を集めてい
る。たとえば、特許協力条約に基づく国際公開公報第Ｗ
Ｏ８８／０８５２２号には、ピエゾ抵抗素子を用いた三
次元加速度センサが開示されている。このセンサでは、
複数のピエゾ抵抗素子を半導体基板上の特定の位置に形
成することにより、ＸＹＺ三次元座標系における各座標
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
できる。また、国際公開公報第ＷＯ９１／１０１１８号
や同ＷＯ９２／１７７５９号公報には、静電容量素子を
用いた三次元加速度センサが開示されており、国際公開
公報第ＷＯ９３／０２３４２号公報には、圧電素子を用
いた三次元加速度センサが開示されている。これらのセ
ンサでは、複数の電極を特定の位置に形成することによ
り、やはりＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向の
加速度成分をそれぞれ独立して検出することができる。
て、近年、電子式の加速度センサが種々提案されてお
り、特に、最近では、二次元あるいは三次元の加速度を
各方向成分ごとに独立して検出し、電気信号として出力
することが可能な多次元加速度センサが注目を集めてい
る。たとえば、特許協力条約に基づく国際公開公報第Ｗ
Ｏ８８／０８５２２号には、ピエゾ抵抗素子を用いた三
次元加速度センサが開示されている。このセンサでは、
複数のピエゾ抵抗素子を半導体基板上の特定の位置に形
成することにより、ＸＹＺ三次元座標系における各座標
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
できる。また、国際公開公報第ＷＯ９１／１０１１８号
や同ＷＯ９２／１７７５９号公報には、静電容量素子を
用いた三次元加速度センサが開示されており、国際公開
公報第ＷＯ９３／０２３４２号公報には、圧電素子を用
いた三次元加速度センサが開示されている。これらのセ
ンサでは、複数の電極を特定の位置に形成することによ
り、やはりＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向の
加速度成分をそれぞれ独立して検出することができる。
【０００６】上述した電子式の多次元加速度センサを地
震計として利用すれば、「横揺れ成分」と「縦揺れ成
分」との双方を別個独立して検出することが可能にな
る。しかも、検出結果は、各方向成分ごとの大きさを示
す電気信号として出力されるため、マイクロコンピュー
タなどを用いてエレベータの運転制御やガスの供給制御
を行う上で非常に適している。また、電子式の加速度セ
ンサは、半導体回路などで利用されている集積化の技術
を転用して大量生産を行うことも可能であり、小型化や
量産化にも適している。
震計として利用すれば、「横揺れ成分」と「縦揺れ成
分」との双方を別個独立して検出することが可能にな
る。しかも、検出結果は、各方向成分ごとの大きさを示
す電気信号として出力されるため、マイクロコンピュー
タなどを用いてエレベータの運転制御やガスの供給制御
を行う上で非常に適している。また、電子式の加速度セ
ンサは、半導体回路などで利用されている集積化の技術
を転用して大量生産を行うことも可能であり、小型化や
量産化にも適している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、機械
式の加速度センサに比べ、電子式の加速度センサは、多
次元の検出値を電気信号として得ることができ、小型化
や量産化に適しているというメリットを有するが、消費
電力の面で問題がある。機械式の加速度センサの場合、
振動が生じたときにのみ電力が消費される構造を採るこ
とが可能であり、電力供給を常時行う必要はない。たと
えば、現在、多くのガスメータに内蔵されている「ボー
ル式感震センサ」は、地震のない平常時は、ボールがカ
ップの底に静止した状態となっており、カップの縁に取
り付けられた機械式スイッチはＯＦＦの状態を維持して
いる。この状態では、原理的には、電力消費は一切生じ
ない。別言すれば、地震の振動により、ボールがカップ
の縁へと転がり上り、機械式スイッチをＯＮにしたとき
にのみ電力が消費されることになる。
式の加速度センサに比べ、電子式の加速度センサは、多
次元の検出値を電気信号として得ることができ、小型化
や量産化に適しているというメリットを有するが、消費
電力の面で問題がある。機械式の加速度センサの場合、
振動が生じたときにのみ電力が消費される構造を採るこ
とが可能であり、電力供給を常時行う必要はない。たと
えば、現在、多くのガスメータに内蔵されている「ボー
ル式感震センサ」は、地震のない平常時は、ボールがカ
ップの底に静止した状態となっており、カップの縁に取
り付けられた機械式スイッチはＯＦＦの状態を維持して
いる。この状態では、原理的には、電力消費は一切生じ
ない。別言すれば、地震の振動により、ボールがカップ
の縁へと転がり上り、機械式スイッチをＯＮにしたとき
にのみ電力が消費されることになる。
【０００８】これに対して、上述した電子式の加速度セ
ンサは、電力の供給を受けてはじめてセンサとしての正
常動作を行う機構になっているため、電力供給を常時行
っていなければ、センサとして機能しない。もちろん、
一般的な工作機械などに取り付けて利用する場合には、
常時、電力供給を行うことを前提とした加速度センサで
も何ら問題はない。しかしながら、地震計の場合、平常
時は振動のない環境に設置されながら、非常に長い期間
にわたって万一の振動発生を検知する役目を果たす必要
がある。このため、電力供給を常時必要とする電子式の
加速度センサを地震計に利用するには、徹底した低消費
電力化を図ることが不可欠である。
ンサは、電力の供給を受けてはじめてセンサとしての正
常動作を行う機構になっているため、電力供給を常時行
っていなければ、センサとして機能しない。もちろん、
一般的な工作機械などに取り付けて利用する場合には、
常時、電力供給を行うことを前提とした加速度センサで
も何ら問題はない。しかしながら、地震計の場合、平常
時は振動のない環境に設置されながら、非常に長い期間
にわたって万一の振動発生を検知する役目を果たす必要
がある。このため、電力供給を常時必要とする電子式の
加速度センサを地震計に利用するには、徹底した低消費
電力化を図ることが不可欠である。
【０００９】たとえば、わが国の基準によると、ガスメ
ータは１０年ごとに交換されることになっているため、
ガスメータ用の地震計として用いる加速度センサには、
少なくとも１０年間は電池交換なしに動作し続けるとい
う性能が要求されることになる。
ータは１０年ごとに交換されることになっているため、
ガスメータ用の地震計として用いる加速度センサには、
少なくとも１０年間は電池交換なしに動作し続けるとい
う性能が要求されることになる。
【００１０】そこで本発明は、低消費電力で動作可能な
電子式の加速度センサを提供することを目的とする。
電子式の加速度センサを提供することを目的とする。
【００１１】
(1) 本発明の第１の態様は、所定の検出軸方向の加速
度成分を検出する複数の主検出素子と、これら主検出素
子に対して電力を供給する主電力供給手段と、個々の主
検出素子をそれぞれの検出軸方向が互いに異なるような
配置となるように支持する支持手段と、を備え、各主検
出素子に対して主電力供給手段から電力供給を行うこと
により、複数の検出軸方向の加速度成分をそれぞれ独立
した電気信号として出力する機能をもった加速度センサ
において、予め設定したモニター用検出軸方向の加速度
成分を検出できるように支持手段によって支持された副
検出素子と、この副検出素子により検出される加速度成
分が電気信号として出力されるように、副検出素子に対
して電力を供給する副電力供給手段と、副電力供給手段
に対しては、センサ動作中の期間における少なくとも主
電力供給手段が電力供給を行っていない期間は、電力供
給を行うよう制御し、主電力供給手段に対しては、副検
出素子の出力する電気信号が所定のしきい値レベル以上
の場合にのみ、電力供給を行うよう制御する制御手段
と、を更に設けたものである。
度成分を検出する複数の主検出素子と、これら主検出素
子に対して電力を供給する主電力供給手段と、個々の主
検出素子をそれぞれの検出軸方向が互いに異なるような
配置となるように支持する支持手段と、を備え、各主検
出素子に対して主電力供給手段から電力供給を行うこと
により、複数の検出軸方向の加速度成分をそれぞれ独立
した電気信号として出力する機能をもった加速度センサ
において、予め設定したモニター用検出軸方向の加速度
成分を検出できるように支持手段によって支持された副
検出素子と、この副検出素子により検出される加速度成
分が電気信号として出力されるように、副検出素子に対
して電力を供給する副電力供給手段と、副電力供給手段
に対しては、センサ動作中の期間における少なくとも主
電力供給手段が電力供給を行っていない期間は、電力供
給を行うよう制御し、主電力供給手段に対しては、副検
出素子の出力する電気信号が所定のしきい値レベル以上
の場合にのみ、電力供給を行うよう制御する制御手段
と、を更に設けたものである。
【００１２】(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１
の態様に係る加速度センサにおいて、複数組の副検出素
子を、それぞれのモニター用検出軸方向が互いに異なる
ような配置となるように、支持手段によって支持したも
のである。
の態様に係る加速度センサにおいて、複数組の副検出素
子を、それぞれのモニター用検出軸方向が互いに異なる
ような配置となるように、支持手段によって支持したも
のである。
【００１３】(3) 本発明の第３の態様は、上述の第１
または第２の態様に係る加速度センサにおいて、複数の
主検出素子のうちの一部を副検出素子として兼用し、主
電力供給手段の一部を副電力供給手段として兼用するよ
うにしたものである。
または第２の態様に係る加速度センサにおいて、複数の
主検出素子のうちの一部を副検出素子として兼用し、主
電力供給手段の一部を副電力供給手段として兼用するよ
うにしたものである。
【００１４】(4) 本発明の第４の態様は、上述の第１
〜第３の態様に係る加速度センサにおいて、副電力供給
手段による電力供給を、所定のサンプリング周期をもっ
たパルス信号を用いて断続的に行うようにしたものであ
る。
〜第３の態様に係る加速度センサにおいて、副電力供給
手段による電力供給を、所定のサンプリング周期をもっ
たパルス信号を用いて断続的に行うようにしたものであ
る。
【００１５】(5) 本発明の第５の態様は、上述の第１
〜第４の態様に係る加速度センサにおいて、中心部と周
辺部とのいずれか一方がセンサ筐体に固定され、他方に
重錘体が形成された可撓性をもった基板により支持手段
を構成し、この可撓性基板の中心部に原点Ｏを定め、基
板主面がＸＹ平面に含まれるようにＸＹＺ三次元座標系
を定義したときに、基板のＸ軸の正の部分の応力もしく
は変位を検出する第１の検出器と、基板のＸ軸の負の部
分の応力もしくは変位を検出する第２の検出器と、基板
のＹ軸の正の部分の応力もしくは変位を検出する第３の
検出器と、基板のＹ軸の負の部分の応力もしくは変位を
検出する第４の検出器と、を設け、第１の検出器と第２
の検出器とによりＸ軸方向を検出軸方向とする主検出素
子を構成し、第３の検出器と第４の検出器とによりＹ軸
方向を検出軸方向とする主検出素子を構成し、更に、基
板の任意の一部分の応力もしくは変位を検出する補助検
出器を設け、この補助検出器により副検出素子を構成し
たものである。
〜第４の態様に係る加速度センサにおいて、中心部と周
辺部とのいずれか一方がセンサ筐体に固定され、他方に
重錘体が形成された可撓性をもった基板により支持手段
を構成し、この可撓性基板の中心部に原点Ｏを定め、基
板主面がＸＹ平面に含まれるようにＸＹＺ三次元座標系
を定義したときに、基板のＸ軸の正の部分の応力もしく
は変位を検出する第１の検出器と、基板のＸ軸の負の部
分の応力もしくは変位を検出する第２の検出器と、基板
のＹ軸の正の部分の応力もしくは変位を検出する第３の
検出器と、基板のＹ軸の負の部分の応力もしくは変位を
検出する第４の検出器と、を設け、第１の検出器と第２
の検出器とによりＸ軸方向を検出軸方向とする主検出素
子を構成し、第３の検出器と第４の検出器とによりＹ軸
方向を検出軸方向とする主検出素子を構成し、更に、基
板の任意の一部分の応力もしくは変位を検出する補助検
出器を設け、この補助検出器により副検出素子を構成し
たものである。
【００１６】(6) 本発明の第６の態様は、上述の第５
の態様に係る加速度センサにおいて、重錘体にＺ軸方向
の力が作用したときに可撓性基板に生じる応力もしくは
変位を検出する検出器を更に設け、この検出器によりＺ
軸方向を検出軸方向とする主検出素子を構成したもので
ある。
の態様に係る加速度センサにおいて、重錘体にＺ軸方向
の力が作用したときに可撓性基板に生じる応力もしくは
変位を検出する検出器を更に設け、この検出器によりＺ
軸方向を検出軸方向とする主検出素子を構成したもので
ある。
【００１７】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第１
〜第６の態様に係る加速度センサにおいて、加速度の作
用により応力が加わるように構成された圧電素子の基板
を支持手段として用い、この圧電素子の所定部分に発生
する電荷を検出する電極と、この電極で検出された電荷
量を電気信号として出力する電子回路と、によって各検
出素子を構成したものである。
〜第６の態様に係る加速度センサにおいて、加速度の作
用により応力が加わるように構成された圧電素子の基板
を支持手段として用い、この圧電素子の所定部分に発生
する電荷を検出する電極と、この電極で検出された電荷
量を電気信号として出力する電子回路と、によって各検
出素子を構成したものである。
【００１８】(8) 本発明の第８の態様は、上述の第１
〜第６の態様に係る加速度センサにおいて、加速度の作
用により応力が加わるように構成された単結晶基板を支
持手段として用い、この単結晶基板上の所定位置に形成
されたピエゾ抵抗素子と、このピエゾ抵抗素子の抵抗値
の変化を電気信号として出力する電子回路と、によって
各検出素子を構成したものである。
〜第６の態様に係る加速度センサにおいて、加速度の作
用により応力が加わるように構成された単結晶基板を支
持手段として用い、この単結晶基板上の所定位置に形成
されたピエゾ抵抗素子と、このピエゾ抵抗素子の抵抗値
の変化を電気信号として出力する電子回路と、によって
各検出素子を構成したものである。
【００１９】(9) 本発明の第９の態様は、上述の第１
〜第６の態様に係る加速度センサにおいて、加速度の作
用により撓みが生じるように構成された可撓性基板と、
この可撓性基板に対向する位置に配置された固定基板
と、によって支持手段を構成し、可撓性基板上の所定位
置に配置された変位電極と、固定基板上の所定位置に配
置された固定電極と、によって容量素子を構成し、この
容量素子と、この容量素子の容量値の変化を電気信号と
して出力する電子回路と、によって各検出素子を構成し
たものである。
〜第６の態様に係る加速度センサにおいて、加速度の作
用により撓みが生じるように構成された可撓性基板と、
この可撓性基板に対向する位置に配置された固定基板
と、によって支持手段を構成し、可撓性基板上の所定位
置に配置された変位電極と、固定基板上の所定位置に配
置された固定電極と、によって容量素子を構成し、この
容量素子と、この容量素子の容量値の変化を電気信号と
して出力する電子回路と、によって各検出素子を構成し
たものである。
【００２０】(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第
７の態様に係る加速度センサにおいて、副検出素子を構
成する圧電素子に発生した電荷に基づいてＯＮ／ＯＦＦ
動作するトランジスタを設け、このトランジスタに流れ
る電流を副検出素子からの電気信号として取り出すよう
にしたものである。
７の態様に係る加速度センサにおいて、副検出素子を構
成する圧電素子に発生した電荷に基づいてＯＮ／ＯＦＦ
動作するトランジスタを設け、このトランジスタに流れ
る電流を副検出素子からの電気信号として取り出すよう
にしたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施形態
に基づいて説明する。図１は、従来の一般的な電子式の
三次元加速度センサの基本構成を示すブロック図であ
る。この加速度センサは、ＸＹＺ三次元座標系における
Ｘ軸方向の加速度成分αｘ、Ｙ軸方向の加速度成分α
ｙ、Ｚ軸方向の加速度成分αｚをそれぞれ別個独立して
検出し、これらを電気信号として出力する機能を有して
いる。ここで、Ｘ軸方向主検出素子１１は、Ｘ軸方向の
加速度成分αｘを検出する機能を有し、Ｙ軸方向主検出
素子１２は、Ｙ軸方向の加速度成分αｙを検出する機能
を有し、Ｚ軸方向主検出素子１３は、Ｚ軸方向の加速度
成分αｚを検出する機能を有している。また、主電力供
給手段２０は、これらの各主検出素子１１〜１３を動作
させるための電力供給を行う機能を有している。各主検
出素子１１〜１３は、この電力供給を受けることにより
動作する検出素子であり、電力供給が停止すると動作は
停止する。一方、支持手段３０は、各主検出素子１１〜
１３をそれぞれ特定の方向に配置した状態で支持固定す
る手段である。上述のように、各主検出手段１１〜１３
は、それぞれＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向
の加速度成分を検出する機能を有しており、それぞれが
特定の方向性をもった検出処理を行うことになる。支持
手段３０は、個々の主検出手段１１〜１３による検出軸
方向がそれぞれ異なるように（この実施形態では、各検
出軸方向が互いに直交するように）、各主検出手段１１
〜１３を所定の向きに配置して支持固定する役目を果た
す。
に基づいて説明する。図１は、従来の一般的な電子式の
三次元加速度センサの基本構成を示すブロック図であ
る。この加速度センサは、ＸＹＺ三次元座標系における
Ｘ軸方向の加速度成分αｘ、Ｙ軸方向の加速度成分α
ｙ、Ｚ軸方向の加速度成分αｚをそれぞれ別個独立して
検出し、これらを電気信号として出力する機能を有して
いる。ここで、Ｘ軸方向主検出素子１１は、Ｘ軸方向の
加速度成分αｘを検出する機能を有し、Ｙ軸方向主検出
素子１２は、Ｙ軸方向の加速度成分αｙを検出する機能
を有し、Ｚ軸方向主検出素子１３は、Ｚ軸方向の加速度
成分αｚを検出する機能を有している。また、主電力供
給手段２０は、これらの各主検出素子１１〜１３を動作
させるための電力供給を行う機能を有している。各主検
出素子１１〜１３は、この電力供給を受けることにより
動作する検出素子であり、電力供給が停止すると動作は
停止する。一方、支持手段３０は、各主検出素子１１〜
１３をそれぞれ特定の方向に配置した状態で支持固定す
る手段である。上述のように、各主検出手段１１〜１３
は、それぞれＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向
の加速度成分を検出する機能を有しており、それぞれが
特定の方向性をもった検出処理を行うことになる。支持
手段３０は、個々の主検出手段１１〜１３による検出軸
方向がそれぞれ異なるように（この実施形態では、各検
出軸方向が互いに直交するように）、各主検出手段１１
〜１３を所定の向きに配置して支持固定する役目を果た
す。
【００２２】この図１に示すような構成をもった加速度
センサは、作用した加速度についてのＸＹＺ三次元座標
系における各座標軸方向成分を、それぞれ独立した電気
信号として検出することができるので、作用した加速度
の三次元空間内での向きと大きさを特定することができ
る。したがって、この加速度センサを地震計として利用
すれば、「横揺れ成分」と「縦揺れ成分」とを独立して
認識できることはもとより、揺れの方向について、正確
な角度まで特定することが可能になる。
センサは、作用した加速度についてのＸＹＺ三次元座標
系における各座標軸方向成分を、それぞれ独立した電気
信号として検出することができるので、作用した加速度
の三次元空間内での向きと大きさを特定することができ
る。したがって、この加速度センサを地震計として利用
すれば、「横揺れ成分」と「縦揺れ成分」とを独立して
認識できることはもとより、揺れの方向について、正確
な角度まで特定することが可能になる。
【００２３】しかしながら、この加速度センサを動作さ
せるには、主電力供給手段２０から各主検出手段１１〜
１３へ電力供給を行うことが前提となるため、地震計と
して機能させるためには、主電力供給手段２０からの電
力供給を常時行う必要がある。したがって、たとえば、
１０年間電池交換なしで動作することが要求される用途
に利用する場合には、内蔵電池で１０年分の消費電力を
賄う必要があり、消費電力を低減させるための工夫が不
可欠となる。
せるには、主電力供給手段２０から各主検出手段１１〜
１３へ電力供給を行うことが前提となるため、地震計と
して機能させるためには、主電力供給手段２０からの電
力供給を常時行う必要がある。したがって、たとえば、
１０年間電池交換なしで動作することが要求される用途
に利用する場合には、内蔵電池で１０年分の消費電力を
賄う必要があり、消費電力を低減させるための工夫が不
可欠となる。
【００２４】図２は、本発明に係る電子式の三次元加速
度センサの基本構成を示すブロック図である。この加速
度センサは、図１に示した従来の加速度センサと同様
に、ＸＹＺ三次元座標系における各軸方向の加速度成分
αｘ、αｙ、αｚをそれぞれ独立した電気信号として出
力する機能を有する。ここで、各主検出素子１１〜１
３、主電力供給手段２０、支持手段３０は、図１に示す
従来の加速度センサと同様の構成要素である。この加速
度センサの特徴は、従来の電子式加速度センサに、更
に、副検出素子４０、副電力供給手段５０、制御手段６
０を付加した点にある。
度センサの基本構成を示すブロック図である。この加速
度センサは、図１に示した従来の加速度センサと同様
に、ＸＹＺ三次元座標系における各軸方向の加速度成分
αｘ、αｙ、αｚをそれぞれ独立した電気信号として出
力する機能を有する。ここで、各主検出素子１１〜１
３、主電力供給手段２０、支持手段３０は、図１に示す
従来の加速度センサと同様の構成要素である。この加速
度センサの特徴は、従来の電子式加速度センサに、更
に、副検出素子４０、副電力供給手段５０、制御手段６
０を付加した点にある。
【００２５】副検出素子４０は、予め設定したモニター
用検出軸方向の加速度成分を検出できるように支持手段
３０によって支持された素子である。ここで、モニター
用検出軸は、加速度（振動）を監視する対象となる方向
を示す軸であり、用途に応じて最も効果的と思われる方
向に、モニター用検出軸を設定すればよい。もちろん、
このモニター用検出軸は、主検出素子の検出軸と同じ方
向（具体的には、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）に設定してもかま
わない。実用上は、各主検出素子１１〜１３および副検
出素子４０を、物理的に同じ構造をもち同じ原理を利用
した同種の検出素子で構成するのが、全体の構造を単純
化し、製造コストを低減させる上で好ましい。
用検出軸方向の加速度成分を検出できるように支持手段
３０によって支持された素子である。ここで、モニター
用検出軸は、加速度（振動）を監視する対象となる方向
を示す軸であり、用途に応じて最も効果的と思われる方
向に、モニター用検出軸を設定すればよい。もちろん、
このモニター用検出軸は、主検出素子の検出軸と同じ方
向（具体的には、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）に設定してもかま
わない。実用上は、各主検出素子１１〜１３および副検
出素子４０を、物理的に同じ構造をもち同じ原理を利用
した同種の検出素子で構成するのが、全体の構造を単純
化し、製造コストを低減させる上で好ましい。
【００２６】副電力供給手段５０は、副検出素子４０に
対して電力供給を行うための手段であり、電力を供給す
るという本質的な機能に関しては、主電力供給手段２０
と全く同じである。副検出素子４０は、副電力供給手段
５０からの電力供給を受けることにより、モニター用検
出軸方向の加速度成分、すなわち、モニター加速度成分
αｍを電気信号として出力する。
対して電力供給を行うための手段であり、電力を供給す
るという本質的な機能に関しては、主電力供給手段２０
と全く同じである。副検出素子４０は、副電力供給手段
５０からの電力供給を受けることにより、モニター用検
出軸方向の加速度成分、すなわち、モニター加速度成分
αｍを電気信号として出力する。
【００２７】制御手段６０は、主電力供給手段２０およ
び副電力供給手段５０に対して、電力供給指示を与える
機能を有する。まず、副電力供給手段５０に対しては、
センサ動作中は常時、電力供給を行う旨の指示が与えら
れる。すなわち、この加速度センサの電源スイッチをＯ
Ｎにすると、制御手段６０から副電力供給手段５０に対
して常に電力供給を行う旨の指示が与えられ、副検出素
子４０はこの電力供給を受けて、常時、検出動作を行う
ことになる。一方、主電力供給手段２０に対しては、副
検出素子４０から電気信号として出力されるモニター加
速度成分αｍの値が、所定のしきい値レベル以上の場合
にのみ、電力供給を行う旨の指示が与えられる。別言す
れば、モニター加速度成分αｍの値がしきい値レベルに
達しない場合、主電力供給手段２０には、給電停止の指
示が与えられることになり、各主検出素子１１〜１３に
対する電力供給は行われないことになる。
び副電力供給手段５０に対して、電力供給指示を与える
機能を有する。まず、副電力供給手段５０に対しては、
センサ動作中は常時、電力供給を行う旨の指示が与えら
れる。すなわち、この加速度センサの電源スイッチをＯ
Ｎにすると、制御手段６０から副電力供給手段５０に対
して常に電力供給を行う旨の指示が与えられ、副検出素
子４０はこの電力供給を受けて、常時、検出動作を行う
ことになる。一方、主電力供給手段２０に対しては、副
検出素子４０から電気信号として出力されるモニター加
速度成分αｍの値が、所定のしきい値レベル以上の場合
にのみ、電力供給を行う旨の指示が与えられる。別言す
れば、モニター加速度成分αｍの値がしきい値レベルに
達しない場合、主電力供給手段２０には、給電停止の指
示が与えられることになり、各主検出素子１１〜１３に
対する電力供給は行われないことになる。
【００２８】結局、この図２に示す本発明の加速度セン
サを地震計として利用した場合、電源スイッチをＯＮに
することにより、まず、副電力供給手段５０から副検出
素子４０に対して電力供給が行われ、主電力供給手段２
０から各主検出素子１１〜１３に対する電力供給は停止
した状態になる。別言すれば、主検出素子１１〜１３は
動作せず、副検出素子４０のみが動作した状態になる。
副検出素子４０は、所定のモニター用検出軸方向の加速
度成分αｍを検出して電気信号として出力するが、平常
時、所定の大きさ以上の地震が発生しなければ、モニタ
ー加速度成分αｍはしきい値以下の値となるので、制御
手段６０は、依然として、副電力供給手段５０に対して
のみ電力供給を行う旨の指示を与えることになる。こう
して、この加速度センサの平常時の動作モードでは、副
検出素子４０のみが機能している状態が続くことにな
る。
サを地震計として利用した場合、電源スイッチをＯＮに
することにより、まず、副電力供給手段５０から副検出
素子４０に対して電力供給が行われ、主電力供給手段２
０から各主検出素子１１〜１３に対する電力供給は停止
した状態になる。別言すれば、主検出素子１１〜１３は
動作せず、副検出素子４０のみが動作した状態になる。
副検出素子４０は、所定のモニター用検出軸方向の加速
度成分αｍを検出して電気信号として出力するが、平常
時、所定の大きさ以上の地震が発生しなければ、モニタ
ー加速度成分αｍはしきい値以下の値となるので、制御
手段６０は、依然として、副電力供給手段５０に対して
のみ電力供給を行う旨の指示を与えることになる。こう
して、この加速度センサの平常時の動作モードでは、副
検出素子４０のみが機能している状態が続くことにな
る。
【００２９】ところが、実際に地震が発生すると、副検
出素子４０の出力するモニター加速度成分αｍが所定の
しきい値を越え、地震の初期振動が検出されることにな
る。すると、制御手段６０は、主電力供給手段２０に対
して電力供給を開始するよう指示を与える。その結果、
主電力供給手段２０から各主検出素子１１〜１３に対し
て電力が供給され、各主検出素子１１〜１３はそれぞれ
本来の検出動作を開始する。これにより、加速度の各軸
方向成分αｘ，αｙ，αｚがそれぞれ独立して検出さ
れ、電気信号として出力されることになる。やがて、地
震の振動が収まり、副検出素子４０の出力するモニター
加速度成分αｍが所定のしきい値に満たなくなると、制
御手段６０から主電力供給手段２０に対して、電力供給
を停止するよう指示が与えられる。その結果、主電力供
給手段２０から各主検出素子１１〜１３に対する電力供
給は停止し、各主検出素子１１〜１３は動作を停止する
ことになる。
出素子４０の出力するモニター加速度成分αｍが所定の
しきい値を越え、地震の初期振動が検出されることにな
る。すると、制御手段６０は、主電力供給手段２０に対
して電力供給を開始するよう指示を与える。その結果、
主電力供給手段２０から各主検出素子１１〜１３に対し
て電力が供給され、各主検出素子１１〜１３はそれぞれ
本来の検出動作を開始する。これにより、加速度の各軸
方向成分αｘ，αｙ，αｚがそれぞれ独立して検出さ
れ、電気信号として出力されることになる。やがて、地
震の振動が収まり、副検出素子４０の出力するモニター
加速度成分αｍが所定のしきい値に満たなくなると、制
御手段６０から主電力供給手段２０に対して、電力供給
を停止するよう指示が与えられる。その結果、主電力供
給手段２０から各主検出素子１１〜１３に対する電力供
給は停止し、各主検出素子１１〜１３は動作を停止する
ことになる。
【００３０】このように、本発明に係る加速度センサで
は、各主検出素子１１〜１３は、平常時は休眠状態とな
っており、地震の初期振動が検出されてから地震が収ま
るまでの間だけ動作することになる。したがって、平常
時に消費される電力は、副検出素子４０の動作に必要な
電力だけであり、図１に示す従来の加速度センサに比べ
て、消費電力が軽減されることになる。具体的には、副
検出素子４０として、仮に、各主検出素子１１〜１３と
同程度の消費電力を要する素子を用いた場合であって
も、図２に示す加速度センサの平常時の消費電力は、図
１に示す加速度センサの平常時の消費電力の１／３に低
減されることになる。
は、各主検出素子１１〜１３は、平常時は休眠状態とな
っており、地震の初期振動が検出されてから地震が収ま
るまでの間だけ動作することになる。したがって、平常
時に消費される電力は、副検出素子４０の動作に必要な
電力だけであり、図１に示す従来の加速度センサに比べ
て、消費電力が軽減されることになる。具体的には、副
検出素子４０として、仮に、各主検出素子１１〜１３と
同程度の消費電力を要する素子を用いた場合であって
も、図２に示す加速度センサの平常時の消費電力は、図
１に示す加速度センサの平常時の消費電力の１／３に低
減されることになる。
【００３１】モニター加速度成分αｍに対するしきい値
は、用途に応じて適当に設定すればよい。微小な振動ま
でも検出できる高感度の測定が必要な場合には、しきい
値を低く設定するようにすればよいし、逆に、高感度の
測定は不要だが消費電力をできるだけ低減させる必要が
ある場合には、しきい値を高く設定すればよい。
は、用途に応じて適当に設定すればよい。微小な振動ま
でも検出できる高感度の測定が必要な場合には、しきい
値を低く設定するようにすればよいし、逆に、高感度の
測定は不要だが消費電力をできるだけ低減させる必要が
ある場合には、しきい値を高く設定すればよい。
【００３２】また、副検出素子４０による検出対象とな
るモニター用検出軸の向きも、用途に応じて適宜設定す
ればよい。後述する実施例のように、可撓性基板を支持
手段として用い、この可撓性基板の各部の応力もしくは
変位を検出する検出器によって検出素子を構成すると、
１つの検出器によって複数の検出軸に関する加速度の検
出が可能になる。したがって、「縦揺れ成分」と「横揺
れ成分」との双方を検出する必要ある地震計などに利用
するには便利である。たとえば、図３に示すＸＹＺ三次
元座標系において、各主検出素子１１〜１３による検出
軸方向が、それぞれＤｘ，Ｄｙ，Ｄｚ（すなわち、Ｘ軸
方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）であったとしよう。この場
合、図のような２つのモニター用検出軸Ｄｍ１１，Ｄｍ
１２に関する加速度をともに検出することができる検出
素子を副検出素子として用いれば、この副検出素子によ
って、「横揺れ成分（モニター用検出軸Ｄｍ１１の方向
の成分）」と「縦揺れ成分（モニター用検出軸Ｄｍ１２
の方向の成分）」との双方を検出することが可能にな
る。
るモニター用検出軸の向きも、用途に応じて適宜設定す
ればよい。後述する実施例のように、可撓性基板を支持
手段として用い、この可撓性基板の各部の応力もしくは
変位を検出する検出器によって検出素子を構成すると、
１つの検出器によって複数の検出軸に関する加速度の検
出が可能になる。したがって、「縦揺れ成分」と「横揺
れ成分」との双方を検出する必要ある地震計などに利用
するには便利である。たとえば、図３に示すＸＹＺ三次
元座標系において、各主検出素子１１〜１３による検出
軸方向が、それぞれＤｘ，Ｄｙ，Ｄｚ（すなわち、Ｘ軸
方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）であったとしよう。この場
合、図のような２つのモニター用検出軸Ｄｍ１１，Ｄｍ
１２に関する加速度をともに検出することができる検出
素子を副検出素子として用いれば、この副検出素子によ
って、「横揺れ成分（モニター用検出軸Ｄｍ１１の方向
の成分）」と「縦揺れ成分（モニター用検出軸Ｄｍ１２
の方向の成分）」との双方を検出することが可能にな
る。
【００３３】もっとも、この場合、２つのモニター用検
出軸Ｄｍ１１，Ｄｍ１２の双方に直交する方向について
の「横揺れ成分」は検出することができない。三次元空
間内のどのような方向の揺れについても、副検出素子に
よって検出する必要がある場合には、２組の副検出素子
を設けるようにすればよい。たとえば、第１の副検出素
子４１と第２の副検出素子４２とを用意し、図３に示す
ように、第１の副検出素子４１によって、２つのモニタ
ー用検出軸Ｄｍ１１，Ｄｍ１２に関する加速度成分の検
出が可能になり、第２の副検出素子４２によって、２つ
のモニター用検出軸Ｄｍ２１，Ｄｍ２２に関する加速度
成分の検出が可能になるように、これら２組の副検出素
子を配置すればよい。各モニター用検出軸の向きは、少
なくとも３つの検出軸が互いに平行にならないような関
係になればよい。ただ、最も効率的な検出を行うために
は、３つの検出軸が互いに直交するような関係に設定す
るのが好ましい。図３に示す例では、３つの検出軸Ｄｍ
１１，Ｄｍ１２，Ｄｍ２１が互いに直交しており、この
ような２組の副検出素子４１，４２を用いれば、互いに
直交する３つの方向（図３に示す検出軸Ｄｍ１１，Ｄｍ
１２，Ｄｍ２１）に沿ったすべての加速度成分をモニタ
ーすることができる。
出軸Ｄｍ１１，Ｄｍ１２の双方に直交する方向について
の「横揺れ成分」は検出することができない。三次元空
間内のどのような方向の揺れについても、副検出素子に
よって検出する必要がある場合には、２組の副検出素子
を設けるようにすればよい。たとえば、第１の副検出素
子４１と第２の副検出素子４２とを用意し、図３に示す
ように、第１の副検出素子４１によって、２つのモニタ
ー用検出軸Ｄｍ１１，Ｄｍ１２に関する加速度成分の検
出が可能になり、第２の副検出素子４２によって、２つ
のモニター用検出軸Ｄｍ２１，Ｄｍ２２に関する加速度
成分の検出が可能になるように、これら２組の副検出素
子を配置すればよい。各モニター用検出軸の向きは、少
なくとも３つの検出軸が互いに平行にならないような関
係になればよい。ただ、最も効率的な検出を行うために
は、３つの検出軸が互いに直交するような関係に設定す
るのが好ましい。図３に示す例では、３つの検出軸Ｄｍ
１１，Ｄｍ１２，Ｄｍ２１が互いに直交しており、この
ような２組の副検出素子４１，４２を用いれば、互いに
直交する３つの方向（図３に示す検出軸Ｄｍ１１，Ｄｍ
１２，Ｄｍ２１）に沿ったすべての加速度成分をモニタ
ーすることができる。
【００３４】図４は、上述した２組の副検出素子４１，
４２を用いた加速度センサの基本構成を示すブロック図
である。図２に示す加速度センサとの相違点は、副検出
素子４０の代わりに２組の副検出素子４１，４２を用い
た点である。第１の副検出素子４１からは、モニター加
速度成分αｍ１（図３に示すモニター用検出軸Ｄｍ１１
またはＤｍ１２に沿った加速度方向成分）が出力され、
第２の副検出素子４２からは、モニター加速度成分αｍ
２（図３に示すモニター用検出軸Ｄｍ２１またはＤｍ２
２に沿った加速度方向成分）が出力される。制御手段６
０は、モニター加速度成分αｍ１またはαｍ２のいずれ
か一方が所定のしきい値以上になったときに、主電力供
給手段２０に対して電力供給を開始する旨の指示を与え
る。なお、モニター加速度成分αｍ１とαｍ２とで、そ
れぞれ異なるしきい値を設定してもよい。
４２を用いた加速度センサの基本構成を示すブロック図
である。図２に示す加速度センサとの相違点は、副検出
素子４０の代わりに２組の副検出素子４１，４２を用い
た点である。第１の副検出素子４１からは、モニター加
速度成分αｍ１（図３に示すモニター用検出軸Ｄｍ１１
またはＤｍ１２に沿った加速度方向成分）が出力され、
第２の副検出素子４２からは、モニター加速度成分αｍ
２（図３に示すモニター用検出軸Ｄｍ２１またはＤｍ２
２に沿った加速度方向成分）が出力される。制御手段６
０は、モニター加速度成分αｍ１またはαｍ２のいずれ
か一方が所定のしきい値以上になったときに、主電力供
給手段２０に対して電力供給を開始する旨の指示を与え
る。なお、モニター加速度成分αｍ１とαｍ２とで、そ
れぞれ異なるしきい値を設定してもよい。
【００３５】本発明を実施する上では、複数の主検出素
子のうちの一部を副検出素子として兼用し、主電力供給
手段の一部を副電力供給手段として兼用することも可能
である。図５は、このような兼用を行った実施形態の基
本構成を示すブロック図である。この例では、３つの主
検出素子のうち、Ｘ軸方向主検出素子１１の一部を第１
の副検出素子として兼用し、Ｙ軸方向主検出素子１２の
一部を第２の副検出素子として兼用するようにしてい
る。また、主電力供給手段２５の一部が副電力供給手段
５５として兼用されている。
子のうちの一部を副検出素子として兼用し、主電力供給
手段の一部を副電力供給手段として兼用することも可能
である。図５は、このような兼用を行った実施形態の基
本構成を示すブロック図である。この例では、３つの主
検出素子のうち、Ｘ軸方向主検出素子１１の一部を第１
の副検出素子として兼用し、Ｙ軸方向主検出素子１２の
一部を第２の副検出素子として兼用するようにしてい
る。また、主電力供給手段２５の一部が副電力供給手段
５５として兼用されている。
【００３６】平常時、制御手段６０は、主電力供給手段
２５内の一部を構成する副電力供給手段５５に対して、
Ｘ軸方向主検出素子１１の一部を構成する第１の副検出
素子への電力供給と、Ｙ軸方向主検出素子１２の一部を
構成する第２の副検出素子への電力供給とを指示する。
この動作モードでは、Ｘ軸方向主検出素子１１およびＹ
軸方向主検出素子１２は、その一部分のみしか動作して
おらず、また、Ｚ軸方向主検出素子１３には電力供給は
行われていないため、本来の動作に比べると消費電力は
少なくてすむ。すなわち、Ｘ軸方向主検出素子１１は、
本来、Ｘ軸方向の加速度成分αｘの正確な値を検出する
機能を有し、Ｙ軸方向主検出素子１２は、本来、Ｙ軸方
向の加速度成分αｙの正確な値を検出する機能を有する
が、この平常時の動作モードでは、このような正確な値
を検出する必要はないため、その一部分のみを動作させ
れば足りる。こうして、この平常時の動作モードでは、
第１の副検出素子（Ｘ軸方向主検出素子１１の一部）か
らはモニター加速度成分αｍ１が出力され、第２の副検
出素子（Ｙ軸方向主検出素子１２の一部）からはモニタ
ー加速度成分αｍ２が出力されることになる。
２５内の一部を構成する副電力供給手段５５に対して、
Ｘ軸方向主検出素子１１の一部を構成する第１の副検出
素子への電力供給と、Ｙ軸方向主検出素子１２の一部を
構成する第２の副検出素子への電力供給とを指示する。
この動作モードでは、Ｘ軸方向主検出素子１１およびＹ
軸方向主検出素子１２は、その一部分のみしか動作して
おらず、また、Ｚ軸方向主検出素子１３には電力供給は
行われていないため、本来の動作に比べると消費電力は
少なくてすむ。すなわち、Ｘ軸方向主検出素子１１は、
本来、Ｘ軸方向の加速度成分αｘの正確な値を検出する
機能を有し、Ｙ軸方向主検出素子１２は、本来、Ｙ軸方
向の加速度成分αｙの正確な値を検出する機能を有する
が、この平常時の動作モードでは、このような正確な値
を検出する必要はないため、その一部分のみを動作させ
れば足りる。こうして、この平常時の動作モードでは、
第１の副検出素子（Ｘ軸方向主検出素子１１の一部）か
らはモニター加速度成分αｍ１が出力され、第２の副検
出素子（Ｙ軸方向主検出素子１２の一部）からはモニタ
ー加速度成分αｍ２が出力されることになる。
【００３７】制御手段６０は、このモニター加速度成分
αｍ１，αｍ２のいずれかが、所定のしきい値（同一の
しきい値でもよいし、それぞれ別個のしきい値でもよ
い）以上になった場合、主電力供給手段２５に対して電
力供給を行うよう指示を与える。これにより、各主検出
素子１１〜１３には本来の動作を行うための電力供給が
行われ、作用している加速度の各軸方向成分の正確な検
出値αｘ，αｙ，αｚが出力されることになる。このと
き、モニター加速度成分αｍ１，αｍ２も引き続き出力
され、これら双方の値がともに所定のしきい値未満にな
ったら、制御手段６０から主電力供給手段２５に対し
て、電力供給を停止するよう指示が出される。以後、副
電力供給手段５５からの電力供給だけ引き続き継続さ
れ、平常時の動作モードに復帰することになる。
αｍ１，αｍ２のいずれかが、所定のしきい値（同一の
しきい値でもよいし、それぞれ別個のしきい値でもよ
い）以上になった場合、主電力供給手段２５に対して電
力供給を行うよう指示を与える。これにより、各主検出
素子１１〜１３には本来の動作を行うための電力供給が
行われ、作用している加速度の各軸方向成分の正確な検
出値αｘ，αｙ，αｚが出力されることになる。このと
き、モニター加速度成分αｍ１，αｍ２も引き続き出力
され、これら双方の値がともに所定のしきい値未満にな
ったら、制御手段６０から主電力供給手段２５に対し
て、電力供給を停止するよう指示が出される。以後、副
電力供給手段５５からの電力供給だけ引き続き継続さ
れ、平常時の動作モードに復帰することになる。
【００３８】このように主電力供給手段と副電力供給手
段とを一部兼用し、主検出素子と副検出素子とを一部兼
用すれば、全体的な構成はより単純化される。このよう
な兼用を行った具体的な実施例については後述する。
段とを一部兼用し、主検出素子と副検出素子とを一部兼
用すれば、全体的な構成はより単純化される。このよう
な兼用を行った具体的な実施例については後述する。
【００３９】なお、主電力供給手段からの電力供給が開
始した時点で、副電力供給手段からの電力供給を一時休
止させるようにしてもよい。この場合、主検出素子を一
時的に副検出素子として利用し、主検出素子の出力する
信号が所定のしきい値未満になったら、主電力供給手段
の電力供給を停止させ、副電力供給手段からの電力供給
を再開すればよい。
始した時点で、副電力供給手段からの電力供給を一時休
止させるようにしてもよい。この場合、主検出素子を一
時的に副検出素子として利用し、主検出素子の出力する
信号が所定のしきい値未満になったら、主電力供給手段
の電力供給を停止させ、副電力供給手段からの電力供給
を再開すればよい。
【００４０】続いて、平常時における消費電力を更に低
減させるための付加的なアプローチを述べておく。この
方法は、検出対象となる加速度の主たる周波数成分が、
一定の周波数以下の成分しか含まないような場合に有効
であり、特に地震に基づく加速度検出には非常に効果的
である。一般に、地震の揺れを構成する周波数成分のう
ち、ある程度の大きさの振幅をもった主たる周波数成分
の最大値はたかだか１０Ｈｚ程度であることが知られて
いる。したがって、本発明に係る加速度センサにおい
て、平常時の動作モードで地震の揺れをモニターする場
合、揺れを常時モニターし続ける必要はない。たとえ
ば、上述した地震の揺れの最大周波数１０Ｈｚに対し
て、十分に余裕をもって、５０Ｈｚ程度のサンプリング
周波数を定め、このサンプリング周波数で周期的にモニ
ターを行えばよい。別言すれば、本発明に係る加速度セ
ンサを地震計として利用する場合、副検出素子による平
常時の検出動作は、５０Ｈｚのサンプリング周波数、す
なわち、２０ｍｓの周期で実行すれば足りる。
減させるための付加的なアプローチを述べておく。この
方法は、検出対象となる加速度の主たる周波数成分が、
一定の周波数以下の成分しか含まないような場合に有効
であり、特に地震に基づく加速度検出には非常に効果的
である。一般に、地震の揺れを構成する周波数成分のう
ち、ある程度の大きさの振幅をもった主たる周波数成分
の最大値はたかだか１０Ｈｚ程度であることが知られて
いる。したがって、本発明に係る加速度センサにおい
て、平常時の動作モードで地震の揺れをモニターする場
合、揺れを常時モニターし続ける必要はない。たとえ
ば、上述した地震の揺れの最大周波数１０Ｈｚに対し
て、十分に余裕をもって、５０Ｈｚ程度のサンプリング
周波数を定め、このサンプリング周波数で周期的にモニ
ターを行えばよい。別言すれば、本発明に係る加速度セ
ンサを地震計として利用する場合、副検出素子による平
常時の検出動作は、５０Ｈｚのサンプリング周波数、す
なわち、２０ｍｓの周期で実行すれば足りる。
【００４１】結局、地震計に限らず、一定の周波数以下
の成分しか含まないような加速度成分を測定する場合、
副電力供給手段５０，５５から副検出素子４０，４１，
４２に対する電力供給は、図６に示すように、給電状態
と非給電状態とを交互に繰り返すパルス信号を用いて断
続的に行えば十分である。特に、地震計として利用する
場合、パルス信号の周期Ｌを２０ｍｓ（サンプリング周
波数５０Ｈｚ）程度に設定すれば十分である。また、パ
ルス信号のパルス幅Ｗとしては、瞬時における加速度検
出を行うのに十分な時間が確保できればよく、たとえ
ば、後述する種々の実施例の場合、回路の立上がり時間
を１ｍｓ程度とすれば、パルス幅Ｗを２ｍｓ程度に設定
すれば十分である。仮に、パルス信号の周期Ｌを２０ｍ
ｓ，パルス幅Ｗを２ｍｓに設定すれば、給電を行ってい
る時間を全体の１／１０に短縮することができ、消費電
力もほぼ１／１０に抑制させることができる。したがっ
て、上述した本発明に係る加速度センサにおいて、副電
力供給手段による電力供給を、所定のサンプリング周期
をもったパルス信号を用いて断続的に行うようにすれ
ば、従来の加速度センサに比べて消費電力を格段に低減
させることが可能になる。
の成分しか含まないような加速度成分を測定する場合、
副電力供給手段５０，５５から副検出素子４０，４１，
４２に対する電力供給は、図６に示すように、給電状態
と非給電状態とを交互に繰り返すパルス信号を用いて断
続的に行えば十分である。特に、地震計として利用する
場合、パルス信号の周期Ｌを２０ｍｓ（サンプリング周
波数５０Ｈｚ）程度に設定すれば十分である。また、パ
ルス信号のパルス幅Ｗとしては、瞬時における加速度検
出を行うのに十分な時間が確保できればよく、たとえ
ば、後述する種々の実施例の場合、回路の立上がり時間
を１ｍｓ程度とすれば、パルス幅Ｗを２ｍｓ程度に設定
すれば十分である。仮に、パルス信号の周期Ｌを２０ｍ
ｓ，パルス幅Ｗを２ｍｓに設定すれば、給電を行ってい
る時間を全体の１／１０に短縮することができ、消費電
力もほぼ１／１０に抑制させることができる。したがっ
て、上述した本発明に係る加速度センサにおいて、副電
力供給手段による電力供給を、所定のサンプリング周期
をもったパルス信号を用いて断続的に行うようにすれ
ば、従来の加速度センサに比べて消費電力を格段に低減
させることが可能になる。
【００４２】
【実施例】§１． 圧電素子を用いた基本的な実施例 ここでは、各検出素子として圧電素子を用いた基本的な
実施例を述べる。すなわち、この実施例では、加速度の
作用により応力が加わるように構成された圧電素子から
なる可撓性基板を支持手段として用い、この圧電素子の
所定部分に発生する電荷を検出する電極と、この電極で
検出された電荷量を電気信号として出力する電子回路
と、によって各検出素子が構成されることになる。
実施例を述べる。すなわち、この実施例では、加速度の
作用により応力が加わるように構成された圧電素子から
なる可撓性基板を支持手段として用い、この圧電素子の
所定部分に発生する電荷を検出する電極と、この電極で
検出された電荷量を電気信号として出力する電子回路
と、によって各検出素子が構成されることになる。
【００４３】以下、圧電素子を用いた加速度センサの実
施例の基本構造を図を参照しながら説明する。図７は、
この実施例に係る加速度センサの本体部を斜め上方から
見た斜視図、図８は、このセンサ本体部を斜め下方から
見た斜視図である。この加速度センサ本体部は、円盤状
の圧電素子１１０の上面に９枚の上部電極Ａ１〜Ａ９を
形成するとともに、下面に１枚の下部電極Ｂを形成した
ものである。ここでは説明の便宜上、ＸＹＺ三次元座標
系の原点Ｏを、円盤状の圧電素子１１０の上面の中心位
置に定義し、Ｘ軸およびＹ軸をこの圧電素子１１０の上
面に沿った方向に定義し、Ｚ軸をこの上面に対して垂直
上方に向かう方向に定義することにする。したがって、
この圧電素子１１０の上面は、ＸＹ平面に含まれること
になる。なお、ここでは、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５
°の角度をなすＷ１軸およびＷ２軸を図９のように定義
することにする。
施例の基本構造を図を参照しながら説明する。図７は、
この実施例に係る加速度センサの本体部を斜め上方から
見た斜視図、図８は、このセンサ本体部を斜め下方から
見た斜視図である。この加速度センサ本体部は、円盤状
の圧電素子１１０の上面に９枚の上部電極Ａ１〜Ａ９を
形成するとともに、下面に１枚の下部電極Ｂを形成した
ものである。ここでは説明の便宜上、ＸＹＺ三次元座標
系の原点Ｏを、円盤状の圧電素子１１０の上面の中心位
置に定義し、Ｘ軸およびＹ軸をこの圧電素子１１０の上
面に沿った方向に定義し、Ｚ軸をこの上面に対して垂直
上方に向かう方向に定義することにする。したがって、
この圧電素子１１０の上面は、ＸＹ平面に含まれること
になる。なお、ここでは、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５
°の角度をなすＷ１軸およびＷ２軸を図９のように定義
することにする。
【００４４】圧電素子１１０の構造的な特徴は、図８に
示されているように、下面に環状溝１１５が形成されて
いる点である。この実施例では、環状溝１１５は原点Ｏ
を取り囲むような円形をしている。下部電極Ｂは、１枚
の単一の電極層であり、この環状溝１１５の内部をも含
めた圧電素子１１０の下面全面に形成されている。一
方、９枚の上部電極Ａ１〜Ａ９は、図９の上面図に明瞭
に示されているように、いずれも原点Ｏを中心とした円
弧に沿った帯状をしており、Ｘ軸、Ｙ軸あるいはＷ２軸
に関して線対称な形状および配置をなしている。
示されているように、下面に環状溝１１５が形成されて
いる点である。この実施例では、環状溝１１５は原点Ｏ
を取り囲むような円形をしている。下部電極Ｂは、１枚
の単一の電極層であり、この環状溝１１５の内部をも含
めた圧電素子１１０の下面全面に形成されている。一
方、９枚の上部電極Ａ１〜Ａ９は、図９の上面図に明瞭
に示されているように、いずれも原点Ｏを中心とした円
弧に沿った帯状をしており、Ｘ軸、Ｙ軸あるいはＷ２軸
に関して線対称な形状および配置をなしている。
【００４５】この加速度センサ本体部の構造は、図１０
を参照すると、より明らかになる。図１０は、この加速
度センサ本体部をＸＺ平面で切った側断面図である。圧
電素子１１０の環状溝１１５が形成された部分は、他の
部分に比べて肉厚が薄くなっており、可撓性を有する。
ここでは、圧電素子１１０の中の環状溝１１５の上方に
位置する部分を可撓部１１２と呼び、この可撓部１１２
によって囲まれた中心の部分を中心部１１１と呼び、可
撓部１１２の外周に位置する部分を周囲部１１３と呼ぶ
ことにする。これら３つの部分の相対的な位置関係は、
図１１の下面図に明瞭に示されている。すなわち、中心
部１１１の周囲の環状溝１１５が形成された部分に可撓
部１１２が形成され、この可撓部１１２の周囲に周囲部
１１３が形成されていることになる。
を参照すると、より明らかになる。図１０は、この加速
度センサ本体部をＸＺ平面で切った側断面図である。圧
電素子１１０の環状溝１１５が形成された部分は、他の
部分に比べて肉厚が薄くなっており、可撓性を有する。
ここでは、圧電素子１１０の中の環状溝１１５の上方に
位置する部分を可撓部１１２と呼び、この可撓部１１２
によって囲まれた中心の部分を中心部１１１と呼び、可
撓部１１２の外周に位置する部分を周囲部１１３と呼ぶ
ことにする。これら３つの部分の相対的な位置関係は、
図１１の下面図に明瞭に示されている。すなわち、中心
部１１１の周囲の環状溝１１５が形成された部分に可撓
部１１２が形成され、この可撓部１１２の周囲に周囲部
１１３が形成されていることになる。
【００４６】ここで、たとえば中心部１１１だけをセン
サ筐体に固定し、センサ筐体全体を揺らすと、周囲部１
１３が重錘体として機能することになり、この重錘体に
は加速度に基づく力が作用し、この力により可撓部１１
２に撓みが生じることになる。逆に、周囲部１１３だけ
をセンサ筐体に固定し、センサ筐体全体を揺らすと、中
心部１１１が重錘体として機能することになる。すなわ
ち、中心部１１１には加速度に基づく力が作用し、この
力によりやはり可撓部１１２に撓みが生じることにな
る。結局、中心部１１１と周囲部１１３とは、可撓性を
もった可撓部１１２によって接合されているため、いず
れか一方に加速度が作用すると、可撓部１１２に応力が
発生し、撓みが生じることになる。応力の発生態様は、
作用した加速度の向きおよび大きさによって異なること
になる。この加速度センサでは、この応力の分布を求め
ることにより、作用した加速度の向きおよび大きさを検
出するのである。
サ筐体に固定し、センサ筐体全体を揺らすと、周囲部１
１３が重錘体として機能することになり、この重錘体に
は加速度に基づく力が作用し、この力により可撓部１１
２に撓みが生じることになる。逆に、周囲部１１３だけ
をセンサ筐体に固定し、センサ筐体全体を揺らすと、中
心部１１１が重錘体として機能することになる。すなわ
ち、中心部１１１には加速度に基づく力が作用し、この
力によりやはり可撓部１１２に撓みが生じることにな
る。結局、中心部１１１と周囲部１１３とは、可撓性を
もった可撓部１１２によって接合されているため、いず
れか一方に加速度が作用すると、可撓部１１２に応力が
発生し、撓みが生じることになる。応力の発生態様は、
作用した加速度の向きおよび大きさによって異なること
になる。この加速度センサでは、この応力の分布を求め
ることにより、作用した加速度の向きおよび大きさを検
出するのである。
【００４７】可撓部１１２に生じる応力を検出するため
に、可撓部１１２の上部に９枚の上部電極Ａ１〜Ａ９が
配置されている。この上部電極Ａ１〜Ａ９の配置は、図
９の上面図に明瞭に示されているが、図１０の側断面図
を見ればわかるように、９枚の上部電極Ａ１〜Ａ９は、
いずれも可撓部１１２の上方に配置されている。これ
は、可撓部１１２の撓みによって圧電素子の各部に発生
する電荷を取り出すためである。
に、可撓部１１２の上部に９枚の上部電極Ａ１〜Ａ９が
配置されている。この上部電極Ａ１〜Ａ９の配置は、図
９の上面図に明瞭に示されているが、図１０の側断面図
を見ればわかるように、９枚の上部電極Ａ１〜Ａ９は、
いずれも可撓部１１２の上方に配置されている。これ
は、可撓部１１２の撓みによって圧電素子の各部に発生
する電荷を取り出すためである。
【００４８】一般に、圧電素子は、機械的な応力の作用
により分極現象を生じる。すなわち、ある特定の方向に
応力が加わると、一方には正の電荷が発生し、他方には
負の電荷が発生する性質を有する。この実施例の加速度
センサ本体部には、圧電素子１１０として、図１２に示
すような分極特性をもった圧電セラミックスが用いられ
ている。すなわち、図１２(a) に示すように、ＸＹ平面
に沿って伸びる方向の力が作用した場合には、上部電極
Ａ側に正の電荷が、下部電極Ｂ側に負の電荷が、それぞ
れ発生し、逆に、図１２(b) に示すように、ＸＹ平面に
沿って縮む方向の力が作用した場合には、上部電極Ａ側
に負の電荷が、下部電極Ｂ側に正の電荷が、それぞれ発
生するような分極特性をもっている。ここでは、このよ
うな分極特性をタイプと呼ぶことにする。ここで述べ
る実施例の加速度センサでは、圧電素子１１０はどの部
分においても、このタイプの分極特性をもつ。
により分極現象を生じる。すなわち、ある特定の方向に
応力が加わると、一方には正の電荷が発生し、他方には
負の電荷が発生する性質を有する。この実施例の加速度
センサ本体部には、圧電素子１１０として、図１２に示
すような分極特性をもった圧電セラミックスが用いられ
ている。すなわち、図１２(a) に示すように、ＸＹ平面
に沿って伸びる方向の力が作用した場合には、上部電極
Ａ側に正の電荷が、下部電極Ｂ側に負の電荷が、それぞ
れ発生し、逆に、図１２(b) に示すように、ＸＹ平面に
沿って縮む方向の力が作用した場合には、上部電極Ａ側
に負の電荷が、下部電極Ｂ側に正の電荷が、それぞれ発
生するような分極特性をもっている。ここでは、このよ
うな分極特性をタイプと呼ぶことにする。ここで述べ
る実施例の加速度センサでは、圧電素子１１０はどの部
分においても、このタイプの分極特性をもつ。
【００４９】続いて、上述した加速度センサの動作原理
を説明する。この加速度センサは、圧電素子１１０上面
の中心位置を原点ＯとするＸＹＺ三次元座標系における
各軸方向成分ごとに、作用した加速度を検出することが
できる三次元加速度センサである。このような三次元セ
ンサとして機能させるために、特有の配置をもった９枚
の上部電極Ａ１〜Ａ９が用意されている。なお、後述す
るように、この９枚の電極のうち、電極Ａ１〜Ａ８は主
検出素子として機能し、電極Ａ９は副検出素子のモニタ
用電極として機能することになる。
を説明する。この加速度センサは、圧電素子１１０上面
の中心位置を原点ＯとするＸＹＺ三次元座標系における
各軸方向成分ごとに、作用した加速度を検出することが
できる三次元加速度センサである。このような三次元セ
ンサとして機能させるために、特有の配置をもった９枚
の上部電極Ａ１〜Ａ９が用意されている。なお、後述す
るように、この９枚の電極のうち、電極Ａ１〜Ａ８は主
検出素子として機能し、電極Ａ９は副検出素子のモニタ
用電極として機能することになる。
【００５０】ここでは、まず、図９の上面図を参照し
て、９枚の上部電極Ａ１〜Ａ９についての特有の配置を
見てみよう。まず、上部電極Ａ１，Ａ３，Ａ７，Ａ２，
Ａ４，Ａ６は、円形の環状帯（以下、内側環状領域と呼
ぶ）に沿って配置されており、その外側の円形の環状帯
（以下、外側環状領域と呼ぶ）に沿って、上部電極Ａ
５，Ａ８，Ａ９が配置されている。このように、原点Ｏ
を取り囲むように定義された内側環状領域および外側環
状領域に沿って、各上部電極を配置することにより、非
常に効率的な検出が可能になる。特に、外側環状領域に
配置された各上部電極の外周部分を、可撓部１１２の外
周部分（すなわち、環状溝１１５の外壁部分）に揃える
ようにし、内側環状領域に配置された各上部電極の内周
部分を、可撓部１１２の内周部分（すなわち、環状溝１
１５の内壁部分）に揃えるようにすると、感度良い検出
を行う上で好ましい。
て、９枚の上部電極Ａ１〜Ａ９についての特有の配置を
見てみよう。まず、上部電極Ａ１，Ａ３，Ａ７，Ａ２，
Ａ４，Ａ６は、円形の環状帯（以下、内側環状領域と呼
ぶ）に沿って配置されており、その外側の円形の環状帯
（以下、外側環状領域と呼ぶ）に沿って、上部電極Ａ
５，Ａ８，Ａ９が配置されている。このように、原点Ｏ
を取り囲むように定義された内側環状領域および外側環
状領域に沿って、各上部電極を配置することにより、非
常に効率的な検出が可能になる。特に、外側環状領域に
配置された各上部電極の外周部分を、可撓部１１２の外
周部分（すなわち、環状溝１１５の外壁部分）に揃える
ようにし、内側環状領域に配置された各上部電極の内周
部分を、可撓部１１２の内周部分（すなわち、環状溝１
１５の内壁部分）に揃えるようにすると、感度良い検出
を行う上で好ましい。
【００５１】さて、この加速度センサ本体部について、
周囲部１１３をセンサ筐体に固定した状態で、重錘体と
して機能する中心部１１１内の作用点Ｐに所定方向の加
速度に基づく力が作用した場合に、どのような現象が起
こるかを考える。まず、図１３に示すように、作用点Ｐ
に対してＸ軸方向の力Ｆｘ（Ｘ軸方向の加速度に基づく
力）が作用した場合を考える。このような力Ｆｘが作用
すると、可撓部１１２に撓みが生じ、図１３に示すよう
な変形が起こる。その結果、この圧電素子１１０の上面
のＸ軸に沿った位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４には、図に
矢印で示すような応力が発生することになる。すなわ
ち、位置Ｘ１，Ｘ３の部分については、Ｘ軸方向に沿っ
て縮む応力が発生し、位置Ｘ２，Ｘ４の部分について
は、Ｘ軸方向に沿って伸びる応力が発生する。
周囲部１１３をセンサ筐体に固定した状態で、重錘体と
して機能する中心部１１１内の作用点Ｐに所定方向の加
速度に基づく力が作用した場合に、どのような現象が起
こるかを考える。まず、図１３に示すように、作用点Ｐ
に対してＸ軸方向の力Ｆｘ（Ｘ軸方向の加速度に基づく
力）が作用した場合を考える。このような力Ｆｘが作用
すると、可撓部１１２に撓みが生じ、図１３に示すよう
な変形が起こる。その結果、この圧電素子１１０の上面
のＸ軸に沿った位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４には、図に
矢印で示すような応力が発生することになる。すなわ
ち、位置Ｘ１，Ｘ３の部分については、Ｘ軸方向に沿っ
て縮む応力が発生し、位置Ｘ２，Ｘ４の部分について
は、Ｘ軸方向に沿って伸びる応力が発生する。
【００５２】ところで、この圧電素子１１０は、図１２
に示すように、タイプの分極特性を有するので、結
局、圧電素子１１０の位置Ｘ１，Ｘ３の上面部分には
「−」の極性の電荷が発生し、位置Ｘ２，Ｘ４の上面部
分には「＋」の極性の電荷が発生することになる。この
とき、下部電極Ｂは単一の共通電極となっているので、
部分的に「＋」または「−」の極性の電荷が発生しても
相殺され、トータルでの電荷の発生はない。なお、この
実施例では、下部電極Ｂを単一の共通電極としている
が、各上部電極に対向する位置に、それぞれ電気的に独
立した個々の下部電極を設けるようにすれば、各電極に
発生する電荷を個々に処理することが可能である。
に示すように、タイプの分極特性を有するので、結
局、圧電素子１１０の位置Ｘ１，Ｘ３の上面部分には
「−」の極性の電荷が発生し、位置Ｘ２，Ｘ４の上面部
分には「＋」の極性の電荷が発生することになる。この
とき、下部電極Ｂは単一の共通電極となっているので、
部分的に「＋」または「−」の極性の電荷が発生しても
相殺され、トータルでの電荷の発生はない。なお、この
実施例では、下部電極Ｂを単一の共通電極としている
が、各上部電極に対向する位置に、それぞれ電気的に独
立した個々の下部電極を設けるようにすれば、各電極に
発生する電荷を個々に処理することが可能である。
【００５３】一方、作用点Ｐに対してＹ軸方向の力Ｆｙ
が作用した場合には、可撓部１１２に同様に撓みが生
じ、Ｙ軸に沿った各位置の上面部分に同様の極性の電荷
が発生する（図１３において、Ｘ軸をＹ軸に置き換え、
位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４を、位置Ｙ１，Ｙ２，Ｙ
３，Ｙ４と置き換えればよい）。
が作用した場合には、可撓部１１２に同様に撓みが生
じ、Ｙ軸に沿った各位置の上面部分に同様の極性の電荷
が発生する（図１３において、Ｘ軸をＹ軸に置き換え、
位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４を、位置Ｙ１，Ｙ２，Ｙ
３，Ｙ４と置き換えればよい）。
【００５４】次に、Ｚ軸方向の力Ｆｚ（Ｚ軸方向の加速
度に基づく力）が作用した場合を考える。この場合は、
可撓部１１２が図１４に示すように変形し、外側環状領
域に相当する位置Ｘ１，Ｘ４の部分は縮むために上面部
分に「−」の電荷が発生し、内側環状領域に相当する位
置Ｘ２，Ｘ３の部分は伸びるために上面部分に「＋」の
電荷が発生することになる。
度に基づく力）が作用した場合を考える。この場合は、
可撓部１１２が図１４に示すように変形し、外側環状領
域に相当する位置Ｘ１，Ｘ４の部分は縮むために上面部
分に「−」の電荷が発生し、内側環状領域に相当する位
置Ｘ２，Ｘ３の部分は伸びるために上面部分に「＋」の
電荷が発生することになる。
【００５５】ここで、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚのそれぞれが
作用した場合に、各上部電極に発生する電荷の極性をま
とめると、図１５に示す表が得られる。表中「０」と記
されているのは、圧電素子が部分的には伸びるが部分的
には縮むため、正負が相殺されてトータルとして電荷は
発生しないことを示す。特に、上部電極Ａ１〜Ａ４は、
Ｘ軸またはＹ軸に関して線対称な形状をしており、互い
に線対称な位置に配置されているため、力Ｆｘの作用に
より電荷を発生する上部電極Ａ１，Ａ２には、力Ｆｙが
作用しても電荷は発生せず、逆に、力Ｆｙの作用により
電荷を発生する上部電極Ａ３，Ａ４には、力Ｆｘが作用
しても電荷は発生しないのである。このように、他軸干
渉を避ける上では、電極形状を線対称にしておくことは
重要である。なお、図１５の表は、いずれも各軸の正方
向の力＋Ｆｘ，＋Ｆｙ，＋Ｆｚが作用した場合の極性を
示すものであるが、各軸の負方向の力−Ｆｘ，−Ｆｙ，
−Ｆｚが作用したときは、それぞれこの表とは逆の極性
の電荷が現われることになる。このような表が得られる
ことは、図１３および図１４に矢印で示す応力分布と、
図９に示す各上部電極の配置とを参照すれば、容易に理
解できよう。また、作用した力の大きさは、発生した電
荷量として検出することが可能である。
作用した場合に、各上部電極に発生する電荷の極性をま
とめると、図１５に示す表が得られる。表中「０」と記
されているのは、圧電素子が部分的には伸びるが部分的
には縮むため、正負が相殺されてトータルとして電荷は
発生しないことを示す。特に、上部電極Ａ１〜Ａ４は、
Ｘ軸またはＹ軸に関して線対称な形状をしており、互い
に線対称な位置に配置されているため、力Ｆｘの作用に
より電荷を発生する上部電極Ａ１，Ａ２には、力Ｆｙが
作用しても電荷は発生せず、逆に、力Ｆｙの作用により
電荷を発生する上部電極Ａ３，Ａ４には、力Ｆｘが作用
しても電荷は発生しないのである。このように、他軸干
渉を避ける上では、電極形状を線対称にしておくことは
重要である。なお、図１５の表は、いずれも各軸の正方
向の力＋Ｆｘ，＋Ｆｙ，＋Ｆｚが作用した場合の極性を
示すものであるが、各軸の負方向の力−Ｆｘ，−Ｆｙ，
−Ｆｚが作用したときは、それぞれこの表とは逆の極性
の電荷が現われることになる。このような表が得られる
ことは、図１３および図１４に矢印で示す応力分布と、
図９に示す各上部電極の配置とを参照すれば、容易に理
解できよう。また、作用した力の大きさは、発生した電
荷量として検出することが可能である。
【００５６】上述した加速度センサ本体部を用いて、作
用した加速度の検出を行うためには、図１６に示すよう
な検出回路を用意すればよい。この検出回路は、主検出
素子群１３０と、副検出素子１５０とによって構成され
ている。主検出素子群１３０は、図２に示すブロック図
における各主検出素子１１〜１３に対応するものであ
り、副検出素子１５０は同ブロック図における副検出素
子４０に対応するものである。図１６に示す回路図の左
側に示されているＡ１〜Ａ９およびＢなる回路構成要素
は、上述の加速度センサ本体部の上部電極Ａ１〜Ａ９お
よび下部電極Ｂを示すものであり、これらの電極に接続
されたＱ／Ｖ変換回路１３１〜１３８，１５１は、各上
部電極Ａ１〜Ａ９に発生する電荷量を、下部電極Ｂの電
位を基準電位としたときの電圧値に変換する回路であ
る。たとえば、上部電極に「＋」の電荷が発生した場合
には、発生した電荷量に応じた正の電圧（基準電位に対
して）が出力され、逆に、上部電極に「−」の電荷が発
生した場合には、発生した電荷量に応じた負の電圧（基
準電位に対して）が出力される。演算器１４１〜１４３
は、こうして出力された電圧Ｖ１〜Ｖ８に対して所定の
演算処理を実施する回路であり、最終的には、端子Ｔ
ｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｍにそれぞれ所定の電圧が出力され
ることになる。ここで、端子Ｔｘの基準電位に対する電
圧値が力Ｆｘの検出値となり、端子Ｔｙの基準電位に対
する電圧値が力Ｆｙの検出値となり、端子Ｔｚの基準電
位に対する電圧値が力Ｆｚの検出値となる。
用した加速度の検出を行うためには、図１６に示すよう
な検出回路を用意すればよい。この検出回路は、主検出
素子群１３０と、副検出素子１５０とによって構成され
ている。主検出素子群１３０は、図２に示すブロック図
における各主検出素子１１〜１３に対応するものであ
り、副検出素子１５０は同ブロック図における副検出素
子４０に対応するものである。図１６に示す回路図の左
側に示されているＡ１〜Ａ９およびＢなる回路構成要素
は、上述の加速度センサ本体部の上部電極Ａ１〜Ａ９お
よび下部電極Ｂを示すものであり、これらの電極に接続
されたＱ／Ｖ変換回路１３１〜１３８，１５１は、各上
部電極Ａ１〜Ａ９に発生する電荷量を、下部電極Ｂの電
位を基準電位としたときの電圧値に変換する回路であ
る。たとえば、上部電極に「＋」の電荷が発生した場合
には、発生した電荷量に応じた正の電圧（基準電位に対
して）が出力され、逆に、上部電極に「−」の電荷が発
生した場合には、発生した電荷量に応じた負の電圧（基
準電位に対して）が出力される。演算器１４１〜１４３
は、こうして出力された電圧Ｖ１〜Ｖ８に対して所定の
演算処理を実施する回路であり、最終的には、端子Ｔ
ｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｍにそれぞれ所定の電圧が出力され
ることになる。ここで、端子Ｔｘの基準電位に対する電
圧値が力Ｆｘの検出値となり、端子Ｔｙの基準電位に対
する電圧値が力Ｆｙの検出値となり、端子Ｔｚの基準電
位に対する電圧値が力Ｆｚの検出値となる。
【００５７】各出力端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚに得られる電
圧値が、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの検出値になることは、図
１５の表を参照すればわかる。たとえば、力Ｆｘが作用
した場合、上部電極Ａ１には「＋」の電荷が発生し、上
部電極Ａ２には「−」の電荷が発生する。したがって、
Ｖ１は正、Ｖ２は負の電圧となる。そこで、演算器１４
１によって、Ｖ１−Ｖ２なる演算を行うことにより、電
圧Ｖ１，Ｖ２の絶対値の和が求まり、これが力Ｆｘの検
出値として端子Ｔｘに出力されることになる。同様に、
力Ｆｙが作用した場合は、上部電極Ａ３には「＋」の電
荷が発生し、上部電極Ａ４には「−」の電荷が発生す
る。したがって、Ｖ３は正、Ｖ４は負の電圧となる。そ
こで、演算器１４２によって、Ｖ３−Ｖ４なる演算を行
うことにより、電圧Ｖ３，Ｖ４の絶対値の和が求まり、
これが力Ｆｙの検出値として端子Ｔｙに出力されること
になる。また、力Ｆｚが作用した場合は、上部電極Ａ
６，Ａ７には「＋」の電荷が発生し、上部電極Ａ５，Ａ
８には「−」の電荷が発生する。したがって、Ｖ６，Ｖ
７は正、Ｖ５，Ｖ８は負の電圧となる。そこで、演算器
１４３によって、−Ｖ５＋Ｖ６＋Ｖ７−Ｖ８なる演算を
行うことにより、電圧Ｖ５〜Ｖ８の絶対値の和が求ま
り、これが力Ｆｚの検出値として端子Ｔｚに出力される
ことになる。
圧値が、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの検出値になることは、図
１５の表を参照すればわかる。たとえば、力Ｆｘが作用
した場合、上部電極Ａ１には「＋」の電荷が発生し、上
部電極Ａ２には「−」の電荷が発生する。したがって、
Ｖ１は正、Ｖ２は負の電圧となる。そこで、演算器１４
１によって、Ｖ１−Ｖ２なる演算を行うことにより、電
圧Ｖ１，Ｖ２の絶対値の和が求まり、これが力Ｆｘの検
出値として端子Ｔｘに出力されることになる。同様に、
力Ｆｙが作用した場合は、上部電極Ａ３には「＋」の電
荷が発生し、上部電極Ａ４には「−」の電荷が発生す
る。したがって、Ｖ３は正、Ｖ４は負の電圧となる。そ
こで、演算器１４２によって、Ｖ３−Ｖ４なる演算を行
うことにより、電圧Ｖ３，Ｖ４の絶対値の和が求まり、
これが力Ｆｙの検出値として端子Ｔｙに出力されること
になる。また、力Ｆｚが作用した場合は、上部電極Ａ
６，Ａ７には「＋」の電荷が発生し、上部電極Ａ５，Ａ
８には「−」の電荷が発生する。したがって、Ｖ６，Ｖ
７は正、Ｖ５，Ｖ８は負の電圧となる。そこで、演算器
１４３によって、−Ｖ５＋Ｖ６＋Ｖ７−Ｖ８なる演算を
行うことにより、電圧Ｖ５〜Ｖ８の絶対値の和が求ま
り、これが力Ｆｚの検出値として端子Ｔｚに出力される
ことになる。
【００５８】ここで注目すべき点は、主検出素子群１３
０を構成する各出力端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚに得られる検
出値は、他軸成分を含まないということである。たとえ
ば、図１５の表に示されているように、力Ｆｘだけが作
用した場合、力Ｆｙ検出用の上部電極Ａ３，Ａ４には電
荷の発生はなく、端子Ｔｙには検出電圧は得られない。
このとき、力Ｆｚ検出用の上部電極Ａ５〜Ａ８にはそれ
ぞれ電荷が発生するが、演算器１４３において全電圧Ｖ
５〜Ｖ８は互いに加算されるため相殺されてしまい、や
はり端子Ｔｚには検出電圧は得られない。力Ｆｙだけが
作用した場合も同様に、端子Ｔｙ以外には検出電圧は得
られない。また、力Ｆｚだけが作用した場合も同様に、
端子Ｔｚ以外には検出電圧は得られない。こうして、主
検出素子群１３０を動作させることにより、ＸＹＺの三
軸方向成分が独立して検出できる。
０を構成する各出力端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚに得られる検
出値は、他軸成分を含まないということである。たとえ
ば、図１５の表に示されているように、力Ｆｘだけが作
用した場合、力Ｆｙ検出用の上部電極Ａ３，Ａ４には電
荷の発生はなく、端子Ｔｙには検出電圧は得られない。
このとき、力Ｆｚ検出用の上部電極Ａ５〜Ａ８にはそれ
ぞれ電荷が発生するが、演算器１４３において全電圧Ｖ
５〜Ｖ８は互いに加算されるため相殺されてしまい、や
はり端子Ｔｚには検出電圧は得られない。力Ｆｙだけが
作用した場合も同様に、端子Ｔｙ以外には検出電圧は得
られない。また、力Ｆｚだけが作用した場合も同様に、
端子Ｔｚ以外には検出電圧は得られない。こうして、主
検出素子群１３０を動作させることにより、ＸＹＺの三
軸方向成分が独立して検出できる。
【００５９】一方、副検出素子１５０は、非常に単純な
構成からなる。すなわち、上部電極Ａ９に発生した電荷
量がＱ／Ｖ変換回路１５１によって電圧値Ｖ９に変換さ
れ、この電圧値Ｖ９がそのまま端子Ｔｍに出力されるこ
とになる。この端子Ｔｍに得られる電圧値Ｖ９は、モニ
ター加速度成分αｍを示す電圧値として利用することが
できる。図１５の表に示されているように、モニタ用の
上部電極Ａ９には、Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用した場合
も、Ｚ軸方向の力Ｆｚが作用した場合も、何らかの電荷
が発生する。したがって、端子Ｔｍに得られる電圧値Ｖ
９は、Ｘ軸およびＺ軸をモニター用検出軸としたときの
モニター加速度成分αｍを示す電圧値となる。
構成からなる。すなわち、上部電極Ａ９に発生した電荷
量がＱ／Ｖ変換回路１５１によって電圧値Ｖ９に変換さ
れ、この電圧値Ｖ９がそのまま端子Ｔｍに出力されるこ
とになる。この端子Ｔｍに得られる電圧値Ｖ９は、モニ
ター加速度成分αｍを示す電圧値として利用することが
できる。図１５の表に示されているように、モニタ用の
上部電極Ａ９には、Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用した場合
も、Ｚ軸方向の力Ｆｚが作用した場合も、何らかの電荷
が発生する。したがって、端子Ｔｍに得られる電圧値Ｖ
９は、Ｘ軸およびＺ軸をモニター用検出軸としたときの
モニター加速度成分αｍを示す電圧値となる。
【００６０】本発明に係る加速度センサを実現するため
には、図１６の回路図に示す構成要素に、更に、主電力
供給手段２０、副電力供給手段５０、制御手段６０を付
加する必要がある（図２のブロック図を参照）。ここ
で、主電力供給手段２０は、主検出素子群１３０を構成
する８個のＱ／Ｖ変換回路１３１〜１３８および３個の
演算器１４１〜１４３への電力供給を行うための手段で
あり、副電力供給手段５０は、副検出素子１５０を構成
するＱ／Ｖ変換回路１５１への電極供給を行うための手
段であり、制御手段６０は、これら各電力供給手段によ
る電力供給動作を制御する手段である。
には、図１６の回路図に示す構成要素に、更に、主電力
供給手段２０、副電力供給手段５０、制御手段６０を付
加する必要がある（図２のブロック図を参照）。ここ
で、主電力供給手段２０は、主検出素子群１３０を構成
する８個のＱ／Ｖ変換回路１３１〜１３８および３個の
演算器１４１〜１４３への電力供給を行うための手段で
あり、副電力供給手段５０は、副検出素子１５０を構成
するＱ／Ｖ変換回路１５１への電極供給を行うための手
段であり、制御手段６０は、これら各電力供給手段によ
る電力供給動作を制御する手段である。
【００６１】これらの各手段を図１６に示す回路に付加
すれば、この加速度センサは次のような動作が可能にな
る。まず、この加速度センサの電源スイッチをＯＮにす
ると、副電力供給手段５０から副検出素子１５０への電
力供給が開始される。すなわち、Ｑ／Ｖ変換回路１５１
への電力供給が行われることになり、端子Ｔｍには、モ
ニター加速度成分αｍに相当する電圧値Ｖ９が得られる
ことになる。制御手段６０は、この電圧値Ｖ９に基づい
て、主電力供給手段２０へ所定の指示を与える。すなわ
ち、電圧値Ｖ９が所定のしきい値以上であった場合にの
み、主電力供給手段２０に対して電力供給を行うよう指
示する。したがって、電圧値Ｖ９がしきい値に到達しな
い限り、主電力供給手段２０から主検出素子群１３０に
対して電力供給が行われることはない。
すれば、この加速度センサは次のような動作が可能にな
る。まず、この加速度センサの電源スイッチをＯＮにす
ると、副電力供給手段５０から副検出素子１５０への電
力供給が開始される。すなわち、Ｑ／Ｖ変換回路１５１
への電力供給が行われることになり、端子Ｔｍには、モ
ニター加速度成分αｍに相当する電圧値Ｖ９が得られる
ことになる。制御手段６０は、この電圧値Ｖ９に基づい
て、主電力供給手段２０へ所定の指示を与える。すなわ
ち、電圧値Ｖ９が所定のしきい値以上であった場合にの
み、主電力供給手段２０に対して電力供給を行うよう指
示する。したがって、電圧値Ｖ９がしきい値に到達しな
い限り、主電力供給手段２０から主検出素子群１３０に
対して電力供給が行われることはない。
【００６２】このような構成の加速度センサを地震計と
して利用すれば、消費電力が非常に低い電子式多次元地
震計を実現することができる。すなわち、平常時の動作
モードでは、副検出素子１５０内のＱ／Ｖ変換回路１５
１に対してのみ電力供給が行われ、主検出素子群１３０
は休眠状態を維持するため、消費電力は非常に少なくて
すむ。特に、上述したように、所定のサンプリング周期
をもったパルス信号をＱ／Ｖ変換回路１５１に与え、端
子Ｔｍにはこのサンプリング周期ごとに電圧値Ｖ９を得
るようにすれば、消費電力は更に低減されることにな
る。そして、所定のレベル以上の地震が発生した場合に
は、この地震の振動により、端子Ｔｍに得られる電圧値
Ｖ９が所定のしきい値を越えることになるので、主検出
素子群１３０に対する電力供給が開始される。その結
果、端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚには、作用した加速度の方向
および大きさが、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸方向成分ごと
に独立して出力されることになる。前述したように、こ
の検出結果は、他軸成分の干渉がない正確な値になる。
やがて、地震の振動が収まると、端子Ｔｍに得られる電
圧値Ｖ９がしきい値未満となるため、主検出素子群１３
０への電力供給は停止され、副検出素子１５０のみが動
作する平常時の動作モードに戻ることになる。
して利用すれば、消費電力が非常に低い電子式多次元地
震計を実現することができる。すなわち、平常時の動作
モードでは、副検出素子１５０内のＱ／Ｖ変換回路１５
１に対してのみ電力供給が行われ、主検出素子群１３０
は休眠状態を維持するため、消費電力は非常に少なくて
すむ。特に、上述したように、所定のサンプリング周期
をもったパルス信号をＱ／Ｖ変換回路１５１に与え、端
子Ｔｍにはこのサンプリング周期ごとに電圧値Ｖ９を得
るようにすれば、消費電力は更に低減されることにな
る。そして、所定のレベル以上の地震が発生した場合に
は、この地震の振動により、端子Ｔｍに得られる電圧値
Ｖ９が所定のしきい値を越えることになるので、主検出
素子群１３０に対する電力供給が開始される。その結
果、端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚには、作用した加速度の方向
および大きさが、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸方向成分ごと
に独立して出力されることになる。前述したように、こ
の検出結果は、他軸成分の干渉がない正確な値になる。
やがて、地震の振動が収まると、端子Ｔｍに得られる電
圧値Ｖ９がしきい値未満となるため、主検出素子群１３
０への電力供給は停止され、副検出素子１５０のみが動
作する平常時の動作モードに戻ることになる。
【００６３】なお、図１５の表によれば、モニタ用の上
部電極Ａ９には、Ｘ軸方向の力ＦｘおよびＺ軸方向の力
Ｆｚが作用した場合には所定極性の電荷が発生するが、
Ｙ軸方向の力Ｆｙが作用した場合には電荷の発生はな
い。したがって、理論的には、Ｙ軸方向の加速度成分の
みからなる地震の揺れや、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の加
速度成分が極めて小さい地震の揺れが生じた場合、副検
出素子１５０によってこの揺れを検出することはできな
い。このような問題に対処するためには、図３および図
４を用いて既に説明したように、副検出素子をもう１組
設けるようにすればよい。このように副検出素子を２組
設けた具体的な実施例については、後の§２で説明す
る。なお、通常の地震は、「縦揺れ」と「横揺れ」との
双方の振動成分を含んでいるのが一般的であり、上述し
た実施例のように、１組の副検出素子のみを用いた加速
度センサであっても、実用上は大きな問題は生じない。
部電極Ａ９には、Ｘ軸方向の力ＦｘおよびＺ軸方向の力
Ｆｚが作用した場合には所定極性の電荷が発生するが、
Ｙ軸方向の力Ｆｙが作用した場合には電荷の発生はな
い。したがって、理論的には、Ｙ軸方向の加速度成分の
みからなる地震の揺れや、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の加
速度成分が極めて小さい地震の揺れが生じた場合、副検
出素子１５０によってこの揺れを検出することはできな
い。このような問題に対処するためには、図３および図
４を用いて既に説明したように、副検出素子をもう１組
設けるようにすればよい。このように副検出素子を２組
設けた具体的な実施例については、後の§２で説明す
る。なお、通常の地震は、「縦揺れ」と「横揺れ」との
双方の振動成分を含んでいるのが一般的であり、上述し
た実施例のように、１組の副検出素子のみを用いた加速
度センサであっても、実用上は大きな問題は生じない。
【００６４】§２． 圧電素子を用いた実用的な実施例
(1) 上述の§１では、本発明に係る圧電素子を用いた加速度
センサの基本的な実施例を述べた。ここでは、より実用
的ないくつかの変形例を述べることにする。
(1) 上述の§１では、本発明に係る圧電素子を用いた加速度
センサの基本的な実施例を述べた。ここでは、より実用
的ないくつかの変形例を述べることにする。
【００６５】図１７は、図７に示す加速度センサ本体部
を利用して、より実用的なセンサを実現するための検出
回路の一例を示す回路図である。この検出回路の主たる
構成要素は、主検出素子群１６０と、副検出素子１７０
と、マイクロコンピュータ１８０とである。この図１７
の回路図中に示されている電極Ａ１〜Ａ９および電極Ｂ
は、図７の加速度センサ本体部に形成されている上部電
極Ａ１〜Ａ９および下部電極Ｂに相当する。また、チャ
ージアンプ１６１〜１６３，１７１は、図１６に示す回
路におけるＱ／Ｖ変換回路に相当するものであり、各電
極に発生した電荷量に比例した電圧値をもった信号を発
生する機能を有する。図１６に示す回路では、合計９組
のＱ／Ｖ変換回路が用いられているのに対し、図１７に
示す回路では、合計４組のチャージアンプしか用いられ
ていない。これは、主検出素子群１６０内のチャージア
ンプ１６１がＱ／Ｖ変換回路１３１，１３２の機能を兼
ね、チャージアンプ１６２がＱ／Ｖ変換回路１３３，１
３４の機能を兼ね、チャージアンプ１６３がＱ／Ｖ変換
回路１３５〜１３８の機能を兼ねているためである。な
お、副検出素子１７０内のチャージアンプ１７１は、そ
のままＱ／Ｖ変換回路１５１に対応するものである。ま
た、図１６に示す検出回路における各演算器１４１，１
４２，１４３は、図１７に示す検出回路では不要になっ
ている。
を利用して、より実用的なセンサを実現するための検出
回路の一例を示す回路図である。この検出回路の主たる
構成要素は、主検出素子群１６０と、副検出素子１７０
と、マイクロコンピュータ１８０とである。この図１７
の回路図中に示されている電極Ａ１〜Ａ９および電極Ｂ
は、図７の加速度センサ本体部に形成されている上部電
極Ａ１〜Ａ９および下部電極Ｂに相当する。また、チャ
ージアンプ１６１〜１６３，１７１は、図１６に示す回
路におけるＱ／Ｖ変換回路に相当するものであり、各電
極に発生した電荷量に比例した電圧値をもった信号を発
生する機能を有する。図１６に示す回路では、合計９組
のＱ／Ｖ変換回路が用いられているのに対し、図１７に
示す回路では、合計４組のチャージアンプしか用いられ
ていない。これは、主検出素子群１６０内のチャージア
ンプ１６１がＱ／Ｖ変換回路１３１，１３２の機能を兼
ね、チャージアンプ１６２がＱ／Ｖ変換回路１３３，１
３４の機能を兼ね、チャージアンプ１６３がＱ／Ｖ変換
回路１３５〜１３８の機能を兼ねているためである。な
お、副検出素子１７０内のチャージアンプ１７１は、そ
のままＱ／Ｖ変換回路１５１に対応するものである。ま
た、図１６に示す検出回路における各演算器１４１，１
４２，１４３は、図１７に示す検出回路では不要になっ
ている。
【００６６】もっとも、図１６に示す検出回路の代わり
に、図１７に示す検出回路を用いるためには、図７に示
す加速度センサ本体部に若干の設計変更を施す必要があ
る。図７に示す加速度センサ本体部に用いられている圧
電素子１１０は、既に述べたように、図１２に示すよう
なタイプの分極特性をもつ。そして、このタイプの
分極特性をもつ圧電素子１１０を用いると、種々の方向
からの力（加速度）の作用により、図１５の表に示すよ
うな極性の電荷が上部電極側に発生することになる。そ
こで、図１６に示すような回路を用意しておけば、作用
した力の各軸方向成分をそれぞれ別個独立して検出する
ことができることは既に述べたとおりである。この図１
６の回路において、演算器１４１〜１４３が必要な理由
は、信号の差分を求めるためである。別言すれば、図１
６に示す回路において、電圧値Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ８
は、演算器１４１〜１４３によって正負の極性を反転し
た上で他の電圧値に加算されていることになる。したが
って、これらの電圧値Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ８の極性を
もともと反転させておくことができれば、演算器１４１
〜１４３は不要になる。電圧値Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ８
の極性を反転させるには、上部電極Ａ２，Ａ４，Ａ５，
Ａ８に発生する電荷の極性を反転させればよい。
に、図１７に示す検出回路を用いるためには、図７に示
す加速度センサ本体部に若干の設計変更を施す必要があ
る。図７に示す加速度センサ本体部に用いられている圧
電素子１１０は、既に述べたように、図１２に示すよう
なタイプの分極特性をもつ。そして、このタイプの
分極特性をもつ圧電素子１１０を用いると、種々の方向
からの力（加速度）の作用により、図１５の表に示すよ
うな極性の電荷が上部電極側に発生することになる。そ
こで、図１６に示すような回路を用意しておけば、作用
した力の各軸方向成分をそれぞれ別個独立して検出する
ことができることは既に述べたとおりである。この図１
６の回路において、演算器１４１〜１４３が必要な理由
は、信号の差分を求めるためである。別言すれば、図１
６に示す回路において、電圧値Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ８
は、演算器１４１〜１４３によって正負の極性を反転し
た上で他の電圧値に加算されていることになる。したが
って、これらの電圧値Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ８の極性を
もともと反転させておくことができれば、演算器１４１
〜１４３は不要になる。電圧値Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ８
の極性を反転させるには、上部電極Ａ２，Ａ４，Ａ５，
Ａ８に発生する電荷の極性を反転させればよい。
【００６７】本実施例は、部分的に分極特性の異なる圧
電素子を用いることにより、このような発生電荷の極性
反転を行っている。すなわち、図１２に示す「タイプ
の分極特性」とは全く逆の「タイプの分極特性」を定
義し、圧電素子１１０のうち、上部電極Ａ２，Ａ４，Ａ
５，Ａ８が形成された領域だけは、「タイプの分極特
性」をとるように設計変更するのである。このような設
計変更を行った加速度センサ本体部を用いると、図１５
に示す表のうち、上部電極Ａ２，Ａ４，Ａ５，Ａ８の欄
は正負が逆転した結果（図１９の太枠部分参照）が得ら
れることになる。その結果、電圧値Ｖ１〜Ｖ８について
の減算は一切不要になる。
電素子を用いることにより、このような発生電荷の極性
反転を行っている。すなわち、図１２に示す「タイプ
の分極特性」とは全く逆の「タイプの分極特性」を定
義し、圧電素子１１０のうち、上部電極Ａ２，Ａ４，Ａ
５，Ａ８が形成された領域だけは、「タイプの分極特
性」をとるように設計変更するのである。このような設
計変更を行った加速度センサ本体部を用いると、図１５
に示す表のうち、上部電極Ａ２，Ａ４，Ａ５，Ａ８の欄
は正負が逆転した結果（図１９の太枠部分参照）が得ら
れることになる。その結果、電圧値Ｖ１〜Ｖ８について
の減算は一切不要になる。
【００６８】図１７に示す検出回路は、このような設計
変更を行った加速度センサ本体部に適用するための回路
である。上述の設計変更により、Ｘ軸正方向の力Ｆｘが
作用した場合、上部電極Ａ１，Ａ２のいずれにも正の電
荷が発生することになる。チャージアンプ１６１は、こ
れら両電極Ａ１，Ａ２に発生した正電荷の合計に相当す
る電圧値を発生し、この電圧値をマイクロコンピュータ
１８０の端子Ｔｘに与える機能を有する。また、上述の
設計変更により、Ｙ軸正方向の力Ｆｙが作用した場合、
上部電極Ａ３，Ａ４のいずれにも正の電荷が発生するこ
とになる。チャージアンプ１６２は、これら両電極Ａ
３，Ａ４に発生した正電荷の合計に相当する電圧値を発
生し、この電圧値をマイクロコンピュータ１８０の端子
Ｔｙに与える機能を有する。同様に、上述の設計変更に
より、Ｚ軸正方向の力Ｆｚが作用した場合、上部電極Ａ
５〜Ａ８のいずれにも正の電荷が発生することになる。
チャージアンプ１６３は、これら４つの電極Ａ５〜Ａ８
に発生した正電荷の合計に相当する電圧値を発生し、こ
の電圧値をマイクロコンピュータ１８０の端子Ｔｚに与
える機能を有する。このように、圧電素子に局在的な分
極処理を施すことにより、検出回路の構成をより単純化
することができる。
変更を行った加速度センサ本体部に適用するための回路
である。上述の設計変更により、Ｘ軸正方向の力Ｆｘが
作用した場合、上部電極Ａ１，Ａ２のいずれにも正の電
荷が発生することになる。チャージアンプ１６１は、こ
れら両電極Ａ１，Ａ２に発生した正電荷の合計に相当す
る電圧値を発生し、この電圧値をマイクロコンピュータ
１８０の端子Ｔｘに与える機能を有する。また、上述の
設計変更により、Ｙ軸正方向の力Ｆｙが作用した場合、
上部電極Ａ３，Ａ４のいずれにも正の電荷が発生するこ
とになる。チャージアンプ１６２は、これら両電極Ａ
３，Ａ４に発生した正電荷の合計に相当する電圧値を発
生し、この電圧値をマイクロコンピュータ１８０の端子
Ｔｙに与える機能を有する。同様に、上述の設計変更に
より、Ｚ軸正方向の力Ｆｚが作用した場合、上部電極Ａ
５〜Ａ８のいずれにも正の電荷が発生することになる。
チャージアンプ１６３は、これら４つの電極Ａ５〜Ａ８
に発生した正電荷の合計に相当する電圧値を発生し、こ
の電圧値をマイクロコンピュータ１８０の端子Ｔｚに与
える機能を有する。このように、圧電素子に局在的な分
極処理を施すことにより、検出回路の構成をより単純化
することができる。
【００６９】この図１７に示す検出回路を用いた加速度
センサの動作は、マイクロコンピュータ１８０によって
統括管理される。まず、このセンサの電源スイッチをＯ
Ｎにすると、電源Ｅに電力が供給される。電源Ｅからの
電力供給を受けたマイクロコンピュータ１８０は、制御
スイッチ１８１に対して、ＯＦＦ状態を維持すべき制御
信号を与えるとともに、チャージアンプ１７１から端子
Ｔｍに入力される電圧値を所定のしきい値電圧と比較す
る処理を開始する。チャージアンプ１７１の電源入力端
子ｅに対しては、電源Ｅから常に電力供給がなされる状
態になるため、チャージアンプ１７１は、上部電極Ａ９
に発生する電荷に相当する電圧を常に発生し、これをマ
イクロコンピュータ１８０の端子Ｔｍに与える。センサ
本体に大きな振動が加わらない平常時の動作モードで
は、この端子Ｔｍに与えられる電圧値はしきい値より小
さな値となるため、マイクロコンピュータ１８０は、ひ
き続きＯＦＦ状態を維持すべき制御信号を制御スイッチ
１８１に与える。その結果、電源Ｅの電力は、主検出素
子群１６０を構成する各チャージアンプ１６１〜１６３
へは供給されず、主検出素子群１６０は休眠状態を維持
する。よって、マイクロコンピュータ１８０の端子Ｔ
ｘ，Ｔｙ，Ｔｚには加速度の検出値は得られない。
センサの動作は、マイクロコンピュータ１８０によって
統括管理される。まず、このセンサの電源スイッチをＯ
Ｎにすると、電源Ｅに電力が供給される。電源Ｅからの
電力供給を受けたマイクロコンピュータ１８０は、制御
スイッチ１８１に対して、ＯＦＦ状態を維持すべき制御
信号を与えるとともに、チャージアンプ１７１から端子
Ｔｍに入力される電圧値を所定のしきい値電圧と比較す
る処理を開始する。チャージアンプ１７１の電源入力端
子ｅに対しては、電源Ｅから常に電力供給がなされる状
態になるため、チャージアンプ１７１は、上部電極Ａ９
に発生する電荷に相当する電圧を常に発生し、これをマ
イクロコンピュータ１８０の端子Ｔｍに与える。センサ
本体に大きな振動が加わらない平常時の動作モードで
は、この端子Ｔｍに与えられる電圧値はしきい値より小
さな値となるため、マイクロコンピュータ１８０は、ひ
き続きＯＦＦ状態を維持すべき制御信号を制御スイッチ
１８１に与える。その結果、電源Ｅの電力は、主検出素
子群１６０を構成する各チャージアンプ１６１〜１６３
へは供給されず、主検出素子群１６０は休眠状態を維持
する。よって、マイクロコンピュータ１８０の端子Ｔ
ｘ，Ｔｙ，Ｔｚには加速度の検出値は得られない。
【００７０】このように、平常時の動作モードでは、電
源Ｅから供給された電力がマイクロコンピュータ１８０
で消費されるとともに、副検出素子１７０内で消費され
ることになるが、主検出素子群１６０内で消費されるこ
とはない。このため、通常の動作を行わせる場合に比べ
て、平常時の電力消費は大幅に低減される。
源Ｅから供給された電力がマイクロコンピュータ１８０
で消費されるとともに、副検出素子１７０内で消費され
ることになるが、主検出素子群１６０内で消費されるこ
とはない。このため、通常の動作を行わせる場合に比べ
て、平常時の電力消費は大幅に低減される。
【００７１】一方、地震の発生により、センサ本体に大
きな振動が加わると、端子Ｔｍに与えられる電圧値が所
定のしきい値を越えることになる。すると、マイクロコ
ンピュータ１８０は、ＯＮ状態に切り替えるべき制御信
号を制御スイッチ１８１に与える。これにより、電源Ｅ
から主検出素子群１６０への給電が開始し、チャージア
ンプ１６１〜１６３は、各電源入力端子ｅに電力の供給
を受けて本来の動作を開始する。その結果、マイクロコ
ンピュータ１８０の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚには、実際に
作用した加速度のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向成分の検出値が
得られることになる。たとえば、この加速度センサがガ
スメータ用のセンサであれば、マイクロコンピュータ１
８０は、これらの加速度検出値に基づいて、ガスの供給
を停止すべきか否かを判断し、供給を停止する必要があ
ると判断した場合には、端子Ｔoff から遮断信号をガス
供給弁に対して出力することになる。
きな振動が加わると、端子Ｔｍに与えられる電圧値が所
定のしきい値を越えることになる。すると、マイクロコ
ンピュータ１８０は、ＯＮ状態に切り替えるべき制御信
号を制御スイッチ１８１に与える。これにより、電源Ｅ
から主検出素子群１６０への給電が開始し、チャージア
ンプ１６１〜１６３は、各電源入力端子ｅに電力の供給
を受けて本来の動作を開始する。その結果、マイクロコ
ンピュータ１８０の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚには、実際に
作用した加速度のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向成分の検出値が
得られることになる。たとえば、この加速度センサがガ
スメータ用のセンサであれば、マイクロコンピュータ１
８０は、これらの加速度検出値に基づいて、ガスの供給
を停止すべきか否かを判断し、供給を停止する必要があ
ると判断した場合には、端子Ｔoff から遮断信号をガス
供給弁に対して出力することになる。
【００７２】やがて、地震の振動が収まり、端子Ｔｍに
与えられる電圧値が所定のしきい値よりも小さくなる
と、マイクロコンピュータ１８０は、ＯＦＦ状態に切り
替えるべき制御信号を制御スイッチ１８１に与える。こ
れにより、電源Ｅから主検出素子群１６０への給電は再
び停止し、主検出素子群１６０は休眠状態に入り、平常
時の動作モードへ復帰することになる。
与えられる電圧値が所定のしきい値よりも小さくなる
と、マイクロコンピュータ１８０は、ＯＦＦ状態に切り
替えるべき制御信号を制御スイッチ１８１に与える。こ
れにより、電源Ｅから主検出素子群１６０への給電は再
び停止し、主検出素子群１６０は休眠状態に入り、平常
時の動作モードへ復帰することになる。
【００７３】なお、図１５の表に示されているように、
モニタ用の上部電極Ａ９には、Ｙ軸方向の力Ｆｙのみが
作用した場合、何ら電荷は発生しない。したがって、Ｙ
軸方向成分に比べて、Ｘ軸およびＺ軸方向成分が極めて
小さな揺れが生じた場合、全体としては比較的大きな揺
れであったとしても、モニタ用の上部電極Ａ９に発生す
る電荷は微量なものとなり、マイクロコンピュータ１８
０の端子Ｔｍに与えられる電圧値はしきい値に達しない
ものになる。このような事態を避けるためには、互いに
モニター用検出軸の方向が異なる複数の副検出素子を設
けるようにするのが好ましい。
モニタ用の上部電極Ａ９には、Ｙ軸方向の力Ｆｙのみが
作用した場合、何ら電荷は発生しない。したがって、Ｙ
軸方向成分に比べて、Ｘ軸およびＺ軸方向成分が極めて
小さな揺れが生じた場合、全体としては比較的大きな揺
れであったとしても、モニタ用の上部電極Ａ９に発生す
る電荷は微量なものとなり、マイクロコンピュータ１８
０の端子Ｔｍに与えられる電圧値はしきい値に達しない
ものになる。このような事態を避けるためには、互いに
モニター用検出軸の方向が異なる複数の副検出素子を設
けるようにするのが好ましい。
【００７４】図１８は、２組の副検出素子を有する加速
度センサ本体部を示す上面図である。この加速度センサ
本体部と、図９に示した加速度センサ本体部との相違は
次の２点である。まず、第１の相違点は、図９に示す圧
電素子１１０は、全領域がタイプの分極特性を有して
いたが、この図１８に示す圧電素子１１８は、電極Ａ
２，Ａ４，Ａ５，Ａ８が形成されている領域については
タイプの分極特性を示すような分極処理が施されてい
る点である。このような局在的な分極処理を施す理由
は、既に述べたように、検出回路における減算を不要と
し、回路を単純化するためである。第２の相違点は、第
１０番目の上部電極Ａ１０がＹ軸上に形成されている点
である。このセンサでは、Ｘ軸上に形成されている上部
電極Ａ９が第１の副検出素子として機能し、Ｙ軸上に形
成されている上部電極Ａ１０が第２の副検出素子として
機能する。
度センサ本体部を示す上面図である。この加速度センサ
本体部と、図９に示した加速度センサ本体部との相違は
次の２点である。まず、第１の相違点は、図９に示す圧
電素子１１０は、全領域がタイプの分極特性を有して
いたが、この図１８に示す圧電素子１１８は、電極Ａ
２，Ａ４，Ａ５，Ａ８が形成されている領域については
タイプの分極特性を示すような分極処理が施されてい
る点である。このような局在的な分極処理を施す理由
は、既に述べたように、検出回路における減算を不要と
し、回路を単純化するためである。第２の相違点は、第
１０番目の上部電極Ａ１０がＹ軸上に形成されている点
である。このセンサでは、Ｘ軸上に形成されている上部
電極Ａ９が第１の副検出素子として機能し、Ｙ軸上に形
成されている上部電極Ａ１０が第２の副検出素子として
機能する。
【００７５】図１９は、図１８に示す加速度センサ本体
部について、各上部電極に発生する電荷の極性を示す表
である。ここで、太枠で囲った欄は、タイプの分極特
性を有する領域に形成された電極を示しており、図１５
に示す表と比較すると、この太枠欄の符号が正負逆転し
ていることがわかる。図１９の表に示されているよう
に、この実施例のセンサでは、モニタ用に２つの上部電
極Ａ９，Ａ１０が用意されており、上部電極Ａ９はＸ軸
およびＺ軸方向の加速度検出が可能であり、上部電極Ａ
１０はＹ軸およびＺ軸方向の加速度検出が可能である。
したがって、両電極Ａ９，Ａ１０を利用すれば、Ｘ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸のいずれの加速度成分が作用した場合にも検
出が可能になる。
部について、各上部電極に発生する電荷の極性を示す表
である。ここで、太枠で囲った欄は、タイプの分極特
性を有する領域に形成された電極を示しており、図１５
に示す表と比較すると、この太枠欄の符号が正負逆転し
ていることがわかる。図１９の表に示されているよう
に、この実施例のセンサでは、モニタ用に２つの上部電
極Ａ９，Ａ１０が用意されており、上部電極Ａ９はＸ軸
およびＺ軸方向の加速度検出が可能であり、上部電極Ａ
１０はＹ軸およびＺ軸方向の加速度検出が可能である。
したがって、両電極Ａ９，Ａ１０を利用すれば、Ｘ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸のいずれの加速度成分が作用した場合にも検
出が可能になる。
【００７６】図２０に示す検出回路は、この図１８に示
す加速度センサ本体部に適用するための回路である。図
１７に示す検出回路との大きな相違点は、図１７に示す
回路における副検出素子１７０の代わりに、副検出素子
群１７５が設けられている点である。モニタ用の上部電
極Ａ９に発生した電荷量は、チャージアンプ１７１によ
って電圧値に変換され、マイクロコンピュータ１８５の
端子Ｔｍ１に与えられ、もうひとつのモニタ用の上部電
極Ａ１０に発生した電荷量は、チャージアンプ１７２に
よって電圧値に変換され、マイクロコンピュータ１８５
の端子Ｔｍ２に与えられる。マイクロコンピュータ１８
５は、端子Ｔｍ１およびＴｍ２に与えられる２組の電圧
値に基づいて、制御スイッチ１８１に与える制御信号の
ＯＮ／ＯＦＦを決定することになる。具体的には、予め
共通のしきい値を設定しておき、いずれか一方の電圧値
でもしきい値以上になった場合には、スイッチＯＮを示
す制御信号を与えるようにしてもよいし、両電圧値の和
が所定のしきい値以上になった場合に、ＯＮを示す制御
信号を与えるようにしてもよい。また、個々の電圧値ご
とにそれぞれ別個のしきい値を設定しておいてもかまわ
ない。
す加速度センサ本体部に適用するための回路である。図
１７に示す検出回路との大きな相違点は、図１７に示す
回路における副検出素子１７０の代わりに、副検出素子
群１７５が設けられている点である。モニタ用の上部電
極Ａ９に発生した電荷量は、チャージアンプ１７１によ
って電圧値に変換され、マイクロコンピュータ１８５の
端子Ｔｍ１に与えられ、もうひとつのモニタ用の上部電
極Ａ１０に発生した電荷量は、チャージアンプ１７２に
よって電圧値に変換され、マイクロコンピュータ１８５
の端子Ｔｍ２に与えられる。マイクロコンピュータ１８
５は、端子Ｔｍ１およびＴｍ２に与えられる２組の電圧
値に基づいて、制御スイッチ１８１に与える制御信号の
ＯＮ／ＯＦＦを決定することになる。具体的には、予め
共通のしきい値を設定しておき、いずれか一方の電圧値
でもしきい値以上になった場合には、スイッチＯＮを示
す制御信号を与えるようにしてもよいし、両電圧値の和
が所定のしきい値以上になった場合に、ＯＮを示す制御
信号を与えるようにしてもよい。また、個々の電圧値ご
とにそれぞれ別個のしきい値を設定しておいてもかまわ
ない。
【００７７】また、この図２０の検出回路では、副検出
素子群１７５に対しての電力供給を、マイクロコンピュ
ータ１８５の端子Ｔｐから出力するパルス信号Ｅｐによ
って行っている。このパルス信号Ｅｐは、図６に示した
ような所定のサンプリング周波数をもった信号であり、
副検出素子群１７５の動作は断続的に行われることにな
る。したがって、マイクロコンピュータ１８５の端子Ｔ
ｍ１，Ｔｍ２には、所定のサンプリング周期で電圧値が
与えられることになるが、既に述べたように、サンプリ
ング周期を地震の揺れの周期よりも短い設定しておけ
ば、地震計として用いるには何ら支障は生じない。この
図２０に示す検出回路では、平常時の動作モードで２組
のチャージアンプ１７１，１７２が動作することになる
が、パルス信号Ｅｐによる断続的な動作になるようにし
たため、図１７に示す検出回路よりもむしろ消費電力は
低下している。この図２０の検出回路のその他の動作
は、上述した図１７の検出回路と同様である。
素子群１７５に対しての電力供給を、マイクロコンピュ
ータ１８５の端子Ｔｐから出力するパルス信号Ｅｐによ
って行っている。このパルス信号Ｅｐは、図６に示した
ような所定のサンプリング周波数をもった信号であり、
副検出素子群１７５の動作は断続的に行われることにな
る。したがって、マイクロコンピュータ１８５の端子Ｔ
ｍ１，Ｔｍ２には、所定のサンプリング周期で電圧値が
与えられることになるが、既に述べたように、サンプリ
ング周期を地震の揺れの周期よりも短い設定しておけ
ば、地震計として用いるには何ら支障は生じない。この
図２０に示す検出回路では、平常時の動作モードで２組
のチャージアンプ１７１，１７２が動作することになる
が、パルス信号Ｅｐによる断続的な動作になるようにし
たため、図１７に示す検出回路よりもむしろ消費電力は
低下している。この図２０の検出回路のその他の動作
は、上述した図１７の検出回路と同様である。
【００７８】なお、図１７あるいは図２０の検出回路で
は、マイクロコンピュータの端子Ｔｃからの制御信号に
よって、制御スイッチ１８１のＯＮ／ＯＦＦを切り替
え、電源Ｅからの主検出素子群１６０への給電を制御し
ているが、この制御信号をそのまま給電信号として各チ
ャージアンプ１６１〜１６３の電源入力端子ｅに供給す
るようにしてもかまわない。
は、マイクロコンピュータの端子Ｔｃからの制御信号に
よって、制御スイッチ１８１のＯＮ／ＯＦＦを切り替
え、電源Ｅからの主検出素子群１６０への給電を制御し
ているが、この制御信号をそのまま給電信号として各チ
ャージアンプ１６１〜１６３の電源入力端子ｅに供給す
るようにしてもかまわない。
【００７９】図２１は、２組の副検出素子を有する別な
加速度センサ本体部を示す上面図である。この加速度セ
ンサ本体部は、図１８に示す加速度センサ本体部におけ
るモニタ用の上部電極Ａ９の代わりに、モニタ用の上部
電極Ａ１１を設けたものである。図１８に示すモニタ用
の上部電極Ａ９，Ａ１０は、いずれも外側環状領域に形
成されていたが、図２１に示すモニタ用の上部電極Ａ１
０は外側環状領域、Ａ１１は内側環状領域に形成されて
いる。図２２は、図２１に示す加速度センサ本体部につ
いて、各上部電極に発生する電荷の極性を示す表であ
る。やはり、太枠で囲った欄は、タイプの分極特性を
有する領域に形成された電極を示している。モニタ用の
上部電極Ａ１０，Ａ１１の欄を見ると、やはりこの２組
の上部電極Ａ１０，Ａ１１により、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の
すべての方向の加速度の検出が可能になっている。
加速度センサ本体部を示す上面図である。この加速度セ
ンサ本体部は、図１８に示す加速度センサ本体部におけ
るモニタ用の上部電極Ａ９の代わりに、モニタ用の上部
電極Ａ１１を設けたものである。図１８に示すモニタ用
の上部電極Ａ９，Ａ１０は、いずれも外側環状領域に形
成されていたが、図２１に示すモニタ用の上部電極Ａ１
０は外側環状領域、Ａ１１は内側環状領域に形成されて
いる。図２２は、図２１に示す加速度センサ本体部につ
いて、各上部電極に発生する電荷の極性を示す表であ
る。やはり、太枠で囲った欄は、タイプの分極特性を
有する領域に形成された電極を示している。モニタ用の
上部電極Ａ１０，Ａ１１の欄を見ると、やはりこの２組
の上部電極Ａ１０，Ａ１１により、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の
すべての方向の加速度の検出が可能になっている。
【００８０】図１８の実施例では、上部電極Ａ９がＸ軸
上に配置され、上部電極Ａ１０がＹ軸上に配置されてい
たため、両配置軸は直交関係にあった。ところが、図２
１の実施例では、上部電極Ａ１０はＹ軸上に配置され、
上部電極Ａ１１はＷ１軸上に配置されているため、両配
置軸は直交関係にはない。このように２組の副検出素子
を設ける場合、両者は必ずしも直交関係にある軸上に配
置する必要はない。また、図１８の実施例では、２組の
副検出素子（上部電極Ａ９，Ａ１０）がともに外側環状
領域に配置されているが、図２１に示すように、一方を
外側環状領域に配置し、他方を内側環状領域に配置する
ことも可能であるし、両方ともに内側環状領域に配置す
ることも可能である。
上に配置され、上部電極Ａ１０がＹ軸上に配置されてい
たため、両配置軸は直交関係にあった。ところが、図２
１の実施例では、上部電極Ａ１０はＹ軸上に配置され、
上部電極Ａ１１はＷ１軸上に配置されているため、両配
置軸は直交関係にはない。このように２組の副検出素子
を設ける場合、両者は必ずしも直交関係にある軸上に配
置する必要はない。また、図１８の実施例では、２組の
副検出素子（上部電極Ａ９，Ａ１０）がともに外側環状
領域に配置されているが、図２１に示すように、一方を
外側環状領域に配置し、他方を内側環状領域に配置する
ことも可能であるし、両方ともに内側環状領域に配置す
ることも可能である。
【００８１】§３． 圧電素子を用いた実用的な実施例
(2) ここでは、主検出素子の一部を副検出素子として兼用し
た実施例を説明する。図２３は、このような素子の兼用
を行った加速度センサ本体部を示す上面図である。この
加速度センサ本体部には、８枚の上部電極Ａ１〜Ａ８の
みが形成されており、これまでの実施例で述べてきたモ
ニタ用の上部電極Ａ９〜Ａ１１は形成されていない。一
方、圧電素子１１８は、これまで図１８あるいは図２１
に示した圧電素子１１８と同様に、電極Ａ２，Ａ４，Ａ
５，Ａ８が形成されている領域についてはタイプの分
極特性をもち、それ以外の領域についてはタイプの分
極特性をもつような分極処理が施されている。
(2) ここでは、主検出素子の一部を副検出素子として兼用し
た実施例を説明する。図２３は、このような素子の兼用
を行った加速度センサ本体部を示す上面図である。この
加速度センサ本体部には、８枚の上部電極Ａ１〜Ａ８の
みが形成されており、これまでの実施例で述べてきたモ
ニタ用の上部電極Ａ９〜Ａ１１は形成されていない。一
方、圧電素子１１８は、これまで図１８あるいは図２１
に示した圧電素子１１８と同様に、電極Ａ２，Ａ４，Ａ
５，Ａ８が形成されている領域についてはタイプの分
極特性をもち、それ以外の領域についてはタイプの分
極特性をもつような分極処理が施されている。
【００８２】既に述べたように、上部電極Ａ１，Ａ２は
Ｘ軸方向の加速度成分検出に利用され、上部電極Ａ３，
Ａ４はＹ軸方向の加速度成分検出に利用され、上部電極
Ａ５〜Ａ８はＺ軸方向の加速度成分検出に利用される。
したがって、これら８枚の上部電極Ａ１〜Ａ８は、いず
れも主検出素子を構成する電極である。しかしながら、
ここで述べる実施例では、これらの８枚のうち、上部電
極Ａ２およびＡ４は、副検出素子を構成する電極（モニ
タ用電極）としても利用される。上部電極Ａ２およびＡ
４がモニタ用の電極を兼ねるものとすると、この加速度
センサ本体部について、各上部電極に発生する電荷の極
性は、図２４の表のように表される。ここで、太枠で囲
った欄は、タイプの分極特性を有する領域に形成され
た電極を示している。この表からもわかるとおり、上部
電極Ａ２およびＡ４をモニタ用電極として利用した場
合、この２組のモニタ用電極Ａ２，Ａ４により、Ｘ軸，
Ｙ軸，Ｚ軸のすべての方向の加速度の検出が可能になっ
ている。
Ｘ軸方向の加速度成分検出に利用され、上部電極Ａ３，
Ａ４はＹ軸方向の加速度成分検出に利用され、上部電極
Ａ５〜Ａ８はＺ軸方向の加速度成分検出に利用される。
したがって、これら８枚の上部電極Ａ１〜Ａ８は、いず
れも主検出素子を構成する電極である。しかしながら、
ここで述べる実施例では、これらの８枚のうち、上部電
極Ａ２およびＡ４は、副検出素子を構成する電極（モニ
タ用電極）としても利用される。上部電極Ａ２およびＡ
４がモニタ用の電極を兼ねるものとすると、この加速度
センサ本体部について、各上部電極に発生する電荷の極
性は、図２４の表のように表される。ここで、太枠で囲
った欄は、タイプの分極特性を有する領域に形成され
た電極を示している。この表からもわかるとおり、上部
電極Ａ２およびＡ４をモニタ用電極として利用した場
合、この２組のモニタ用電極Ａ２，Ａ４により、Ｘ軸，
Ｙ軸，Ｚ軸のすべての方向の加速度の検出が可能になっ
ている。
【００８３】図２５は、図２３に示す加速度センサ本体
部に適用すべき検出回路を示す回路図である。主検出素
子群１９０は、センサ本体部に形成された上部電極Ａ１
〜Ａ８および下部電極Ｂと、５組のチャージアンプ１９
１〜１９５と、３組の演算器１９６〜１９８によって構
成されている。チャージアンプ１９１〜１９４は、それ
ぞれ上部電極Ａ１〜Ａ４に発生した電荷量を電圧値に変
換する機能を有し、チャージアンプ１９５は、上部電極
Ａ５〜Ａ８に発生した電荷量の総和を電圧値に変換する
機能を有する。また、演算器１９６，１９７は加算器か
ら構成され、演算器１９８は単なるアンプ回路から構成
されている。各チャージアンプ１９１〜１９５および各
演算器１９６〜１９８は、電源入力端子ｅへの電力供給
を受けて動作する。各電源入力端子ｅへの電力供給は、
電源Ｅから制御スイッチ１８２，１８３を介して行われ
る。また、チャージアンプ１９２および１９４に関して
は、マイクロコンピュータ１８８の端子Ｔｐから供給さ
れるパルス信号Ｅｐの形でも、電源入力端子ｅへの電力
供給がなされる。
部に適用すべき検出回路を示す回路図である。主検出素
子群１９０は、センサ本体部に形成された上部電極Ａ１
〜Ａ８および下部電極Ｂと、５組のチャージアンプ１９
１〜１９５と、３組の演算器１９６〜１９８によって構
成されている。チャージアンプ１９１〜１９４は、それ
ぞれ上部電極Ａ１〜Ａ４に発生した電荷量を電圧値に変
換する機能を有し、チャージアンプ１９５は、上部電極
Ａ５〜Ａ８に発生した電荷量の総和を電圧値に変換する
機能を有する。また、演算器１９６，１９７は加算器か
ら構成され、演算器１９８は単なるアンプ回路から構成
されている。各チャージアンプ１９１〜１９５および各
演算器１９６〜１９８は、電源入力端子ｅへの電力供給
を受けて動作する。各電源入力端子ｅへの電力供給は、
電源Ｅから制御スイッチ１８２，１８３を介して行われ
る。また、チャージアンプ１９２および１９４に関して
は、マイクロコンピュータ１８８の端子Ｔｐから供給さ
れるパルス信号Ｅｐの形でも、電源入力端子ｅへの電力
供給がなされる。
【００８４】まず、このセンサの電源スイッチをＯＮに
すると、電源Ｅに電力が供給される。電源Ｅからの電力
供給を受けたマイクロコンピュータ１８８は、制御スイ
ッチ１８２，１８３に対して、ＯＦＦ状態を維持すべき
制御信号を与えるとともに、端子Ｔｐから所定のサンプ
リング周期をもったパルス信号Ｅｐを出力する処理を開
始する。このパルス信号Ｅｐは、５組のチャージアンプ
１９１〜１９５のうち、２組のチャージアンプ１９２，
１９４の電源入力端子ｅに対してのみ供給される。既に
述べたように、この実施例では、上部電極Ａ２，Ａ４は
副検出素子の構成要素としても機能し、２組のチャージ
アンプ１９２，１９４も副検出素子としての機能を果た
すことになる。結局、センサ本体に大きな振動が加わら
ない平常時の動作モードでは、主検出素子群１９０内の
各要素のうち、副検出素子を兼ねる２組のチャージアン
プ１９２，１９４の電源入力端子ｅに対してのみ電力供
給（パルス信号Ｅｐ）がなされ、上部電極Ａ２に発生し
た電荷量に応じた電圧値がマイクロコンピュータ１８８
の端子Ｔｍ１に与えられるとともに、上部電極Ａ４に発
生した電荷量に応じた電圧値がマイクロコンピュータ１
８８の端子Ｔｍ２に与えられる。
すると、電源Ｅに電力が供給される。電源Ｅからの電力
供給を受けたマイクロコンピュータ１８８は、制御スイ
ッチ１８２，１８３に対して、ＯＦＦ状態を維持すべき
制御信号を与えるとともに、端子Ｔｐから所定のサンプ
リング周期をもったパルス信号Ｅｐを出力する処理を開
始する。このパルス信号Ｅｐは、５組のチャージアンプ
１９１〜１９５のうち、２組のチャージアンプ１９２，
１９４の電源入力端子ｅに対してのみ供給される。既に
述べたように、この実施例では、上部電極Ａ２，Ａ４は
副検出素子の構成要素としても機能し、２組のチャージ
アンプ１９２，１９４も副検出素子としての機能を果た
すことになる。結局、センサ本体に大きな振動が加わら
ない平常時の動作モードでは、主検出素子群１９０内の
各要素のうち、副検出素子を兼ねる２組のチャージアン
プ１９２，１９４の電源入力端子ｅに対してのみ電力供
給（パルス信号Ｅｐ）がなされ、上部電極Ａ２に発生し
た電荷量に応じた電圧値がマイクロコンピュータ１８８
の端子Ｔｍ１に与えられるとともに、上部電極Ａ４に発
生した電荷量に応じた電圧値がマイクロコンピュータ１
８８の端子Ｔｍ２に与えられる。
【００８５】マイクロコンピュータ１８８は、端子Ｔｍ
１に入力される電圧値および端子Ｔｍ２に入力される電
圧値を所定のしきい値電圧と比較する処理を行う。セン
サ本体に大きな振動が加わらない平常時の動作モードで
は、これらの電圧値はしきい値より小さな値となるた
め、マイクロコンピュータ１８８は、ひき続きＯＦＦ状
態を維持すべき制御信号を制御スイッチ１８２，１８３
に与える。その結果、電源Ｅの電力は、主検出素子群１
９０を構成するチャージアンプ１９１，１９３，１９５
や各演算器１９６〜１９８へは供給されず、主検出素子
群１９０は、副検出素子群を構成するチャージアンプ１
９２および１９４を除いて、休眠状態を維持する。よっ
て、マイクロコンピュータ１８８の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔ
ｚには加速度の検出値は得られない。
１に入力される電圧値および端子Ｔｍ２に入力される電
圧値を所定のしきい値電圧と比較する処理を行う。セン
サ本体に大きな振動が加わらない平常時の動作モードで
は、これらの電圧値はしきい値より小さな値となるた
め、マイクロコンピュータ１８８は、ひき続きＯＦＦ状
態を維持すべき制御信号を制御スイッチ１８２，１８３
に与える。その結果、電源Ｅの電力は、主検出素子群１
９０を構成するチャージアンプ１９１，１９３，１９５
や各演算器１９６〜１９８へは供給されず、主検出素子
群１９０は、副検出素子群を構成するチャージアンプ１
９２および１９４を除いて、休眠状態を維持する。よっ
て、マイクロコンピュータ１８８の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔ
ｚには加速度の検出値は得られない。
【００８６】このように、平常時の動作モードでは、電
源Ｅから供給された電力がマイクロコンピュータ１８８
で消費されるだけであり、マイクロコンピュータ１８８
は、パルス信号Ｅｐの発生にある程度の電力を消費する
ものの、通常の動作を行わせる場合に比べて、平常時の
電力消費は大幅に低減される。
源Ｅから供給された電力がマイクロコンピュータ１８８
で消費されるだけであり、マイクロコンピュータ１８８
は、パルス信号Ｅｐの発生にある程度の電力を消費する
ものの、通常の動作を行わせる場合に比べて、平常時の
電力消費は大幅に低減される。
【００８７】一方、地震の発生により、センサ本体に大
きな振動が加わると、端子Ｔｍ１あるいはＴｍ２に与え
られる電圧値が所定のしきい値を越えることになる。す
ると、マイクロコンピュータ１８８は、ＯＮ状態に切り
替えるべき制御信号を制御スイッチ１８２，１８３に与
える。これにより、電源Ｅから主検出素子群１９０への
給電が開始し、チャージアンプ１９１〜１９５および演
算器１９６〜１９８は、各電源入力端子ｅに電力の供給
を受けて本来の動作を開始する。なお、マイクロコンピ
ュータ１８８は、この時点で、端子Ｔｐからのパルス信
号Ｅｐの出力を停止する（回路に支障がなければ出力を
継続してもかまわない）。主検出素子群１９０が本来の
動作を開始した結果、マイクロコンピュータ１８８の端
子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚには、実際に作用した加速度のＸ
軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向成分の検出値が得られることにな
る。たとえば、この加速度センサがガスメータ用のセン
サであれば、マイクロコンピュータ１８８は、これらの
加速度検出値に基づいて、ガスの供給を停止すべきか否
かを判断し、供給を停止する必要があると判断した場合
には、端子Ｔoff から遮断信号をガス供給弁に対して出
力することになる。
きな振動が加わると、端子Ｔｍ１あるいはＴｍ２に与え
られる電圧値が所定のしきい値を越えることになる。す
ると、マイクロコンピュータ１８８は、ＯＮ状態に切り
替えるべき制御信号を制御スイッチ１８２，１８３に与
える。これにより、電源Ｅから主検出素子群１９０への
給電が開始し、チャージアンプ１９１〜１９５および演
算器１９６〜１９８は、各電源入力端子ｅに電力の供給
を受けて本来の動作を開始する。なお、マイクロコンピ
ュータ１８８は、この時点で、端子Ｔｐからのパルス信
号Ｅｐの出力を停止する（回路に支障がなければ出力を
継続してもかまわない）。主検出素子群１９０が本来の
動作を開始した結果、マイクロコンピュータ１８８の端
子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚには、実際に作用した加速度のＸ
軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向成分の検出値が得られることにな
る。たとえば、この加速度センサがガスメータ用のセン
サであれば、マイクロコンピュータ１８８は、これらの
加速度検出値に基づいて、ガスの供給を停止すべきか否
かを判断し、供給を停止する必要があると判断した場合
には、端子Ｔoff から遮断信号をガス供給弁に対して出
力することになる。
【００８８】やがて、地震の振動が収まり、端子Ｔｍ１
あるいはＴｍ２に与えられる電圧値が所定のしきい値よ
りも小さくなると、マイクロコンピュータ１８８は、Ｏ
ＦＦ状態に切り替えるべき制御信号を制御スイッチ１８
２，１８３に与える。これにより、電源Ｅから主検出素
子群１９０への給電は再び停止する。一方、マイクロコ
ンピュータ１８８は、端子Ｔｐからパルス信号Ｅｐの供
給を開始する。こうして、主検出素子群１９０は、副検
出素子群を兼ねるチャージアンプ１９２，１９４を除い
て、休眠状態に入り、平常時の動作モードへ復帰するこ
とになる。
あるいはＴｍ２に与えられる電圧値が所定のしきい値よ
りも小さくなると、マイクロコンピュータ１８８は、Ｏ
ＦＦ状態に切り替えるべき制御信号を制御スイッチ１８
２，１８３に与える。これにより、電源Ｅから主検出素
子群１９０への給電は再び停止する。一方、マイクロコ
ンピュータ１８８は、端子Ｔｐからパルス信号Ｅｐの供
給を開始する。こうして、主検出素子群１９０は、副検
出素子群を兼ねるチャージアンプ１９２，１９４を除い
て、休眠状態に入り、平常時の動作モードへ復帰するこ
とになる。
【００８９】§４． ピエゾ抵抗素子を用いた実施例 図２６は、ピエゾ抵抗素子を用いて、本発明に利用でき
る加速度センサ本体部を構成した実施例の上面図であ
り、図２７は、この図２６に示す構造体をＸ軸に沿って
切断した側断面図である。半導体基板２１０は、シリコ
ンの単結晶基板であり、ここでは説明の便宜上、この半
導体基板２１０の上面中央にＸＹＺ三次元座標系の原点
Ｏを定義し、図示の各方向に、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を定義
する。したがって、半導体基板２１０の上面はＸＹ平面
に含まれる面になる。また、図示のとおり、Ｘ軸および
Ｙ軸に対して４５°の角度をなすＷ１軸およびＷ２軸を
定義する。
る加速度センサ本体部を構成した実施例の上面図であ
り、図２７は、この図２６に示す構造体をＸ軸に沿って
切断した側断面図である。半導体基板２１０は、シリコ
ンの単結晶基板であり、ここでは説明の便宜上、この半
導体基板２１０の上面中央にＸＹＺ三次元座標系の原点
Ｏを定義し、図示の各方向に、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を定義
する。したがって、半導体基板２１０の上面はＸＹ平面
に含まれる面になる。また、図示のとおり、Ｘ軸および
Ｙ軸に対して４５°の角度をなすＷ１軸およびＷ２軸を
定義する。
【００９０】半導体基板２１０の構造的な特徴は、図２
６に破線で示されているように、下面に環状溝２１５が
形成されている点である。この実施例では、環状溝２１
５は原点Ｏを取り囲むような円形をしている。図２７の
側断面図に示されているように、半導体基板２１０の環
状溝２１５が形成された部分は、他の部分に比べて肉厚
が薄くなっており、可撓性を有する。ここでは、半導体
基板２１０の中の環状溝２１５の上方に位置する部分を
可撓部２１２と呼び、この可撓部２１２によって囲まれ
た中心の部分を中心部２１１と呼び、可撓部２１２の外
周に位置する部分を周囲部２１３と呼ぶことにする。
６に破線で示されているように、下面に環状溝２１５が
形成されている点である。この実施例では、環状溝２１
５は原点Ｏを取り囲むような円形をしている。図２７の
側断面図に示されているように、半導体基板２１０の環
状溝２１５が形成された部分は、他の部分に比べて肉厚
が薄くなっており、可撓性を有する。ここでは、半導体
基板２１０の中の環状溝２１５の上方に位置する部分を
可撓部２１２と呼び、この可撓部２１２によって囲まれ
た中心の部分を中心部２１１と呼び、可撓部２１２の外
周に位置する部分を周囲部２１３と呼ぶことにする。
【００９１】このような機械的な構造は、これまで述べ
てきた圧電素子を用いた加速度センサ本体部と全く同様
である。したがって、この半導体基板２１０において
も、中心部２１１だけをセンサ筐体に固定し、センサ筐
体全体を揺らすと、周囲部２１３が重錘体として機能す
ることになり、この重錘体には加速度に基づく力が作用
し、この力により可撓部２１２に撓みが生じることにな
る。逆に、周囲部２１３だけをセンサ筐体に固定し、セ
ンサ筐体全体を揺らすと、中心部２１１が重錘体として
機能することになる。すなわち、中心部２１１には加速
度に基づく力が作用し、この力によりやはり可撓部２１
２に撓みが生じることになる。
てきた圧電素子を用いた加速度センサ本体部と全く同様
である。したがって、この半導体基板２１０において
も、中心部２１１だけをセンサ筐体に固定し、センサ筐
体全体を揺らすと、周囲部２１３が重錘体として機能す
ることになり、この重錘体には加速度に基づく力が作用
し、この力により可撓部２１２に撓みが生じることにな
る。逆に、周囲部２１３だけをセンサ筐体に固定し、セ
ンサ筐体全体を揺らすと、中心部２１１が重錘体として
機能することになる。すなわち、中心部２１１には加速
度に基づく力が作用し、この力によりやはり可撓部２１
２に撓みが生じることになる。
【００９２】この実施例では、このような撓みにより各
部に生じた応力を、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化とし
て検出することになる。そのために、図２６に示されて
いるように、合計１４組の抵抗素子が半導体基板２１０
の上面の所定位置に形成されている。すなわち、Ｘ軸上
には４組の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４が、Ｙ軸上には４組
の抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４が、Ｗ２軸上には４組の抵抗
素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４が、それぞれ形成されている。これ
ら１２組の抵抗素子の他に、モニタ用の抵抗素子Ｒｍ
１，Ｒｍ２が図示の位置に形成されている。抵抗素子Ｒ
ｘ１〜Ｒｘ４は、Ｘ軸方向の加速度成分を検出するため
の主検出素子であり、抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４は、Ｙ軸
方向の加速度成分を検出するための主検出素子であり、
抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、Ｚ軸方向の加速度成分を検
出するための主検出素子である。一方、モニタ用の抵抗
素子Ｒｍ１，Ｒｍ２は、副検出素子であり、地震計とし
て用いた場合、地震の初期振動を検出する機能を果た
す。
部に生じた応力を、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化とし
て検出することになる。そのために、図２６に示されて
いるように、合計１４組の抵抗素子が半導体基板２１０
の上面の所定位置に形成されている。すなわち、Ｘ軸上
には４組の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４が、Ｙ軸上には４組
の抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４が、Ｗ２軸上には４組の抵抗
素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４が、それぞれ形成されている。これ
ら１２組の抵抗素子の他に、モニタ用の抵抗素子Ｒｍ
１，Ｒｍ２が図示の位置に形成されている。抵抗素子Ｒ
ｘ１〜Ｒｘ４は、Ｘ軸方向の加速度成分を検出するため
の主検出素子であり、抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４は、Ｙ軸
方向の加速度成分を検出するための主検出素子であり、
抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、Ｚ軸方向の加速度成分を検
出するための主検出素子である。一方、モニタ用の抵抗
素子Ｒｍ１，Ｒｍ２は、副検出素子であり、地震計とし
て用いた場合、地震の初期振動を検出する機能を果た
す。
【００９３】モニタ用の抵抗素子Ｒｍ１，Ｒｍ２の形成
位置は任意でかまわないが、この２組の副検出素子によ
り、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のすべての加速度方向成分を効率
的に検出できるようにするためには、互いに直交する２
軸に沿ってそれぞれのモニタ用抵抗素子を配置するよう
にするのが好ましい。図示の実施例では、抵抗素子Ｒｍ
１はＷ１軸に沿って配置されており、抵抗素子Ｒｍ２は
ほぼＷ２軸に沿って配置されており、２つの配置軸は直
交関係にある。
位置は任意でかまわないが、この２組の副検出素子によ
り、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のすべての加速度方向成分を効率
的に検出できるようにするためには、互いに直交する２
軸に沿ってそれぞれのモニタ用抵抗素子を配置するよう
にするのが好ましい。図示の実施例では、抵抗素子Ｒｍ
１はＷ１軸に沿って配置されており、抵抗素子Ｒｍ２は
ほぼＷ２軸に沿って配置されており、２つの配置軸は直
交関係にある。
【００９４】図２８は、図２６に示す加速度センサ本体
部に適用するための検出回路を示す回路図である。この
検出回路の中で、マイクロコンピュータ２３０の上方の
部分が主検出素子群を構成し、下方の部分が副検出素子
群を構成する。ブリッジ回路Ｂｒｘは、図２６に示され
ている４組の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４により構成され、
ブリッジ回路Ｂｒｙは、図２６に示されている４組の抵
抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４により構成され、ブリッジ回路Ｂ
ｒｚは、図２６に示されている４組の抵抗素子Ｒｚ１〜
Ｒｚ４により構成される。各ブリッジ回路の上端点に
は、マイクロコンピュータ２３０の端子Ｔｅから所定の
電源電圧が供給され、各ブリッジ回路の下端点は接地さ
れている。個々のブリッジ回路Ｂｒｘ，Ｂｒｙ，Ｂｒｚ
の左右端点の電圧差は、それぞれアンプ回路２２１，２
２２，２２３によって増幅され、増幅された電圧値は、
マイクロコンピュータ２３０の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚに
与えられる。また、各アンプ回路２２１，２２２，２２
３の電源入力端子ｅには、マイクロコンピュータ２３０
の端子Ｔｅからの電力が供給される。
部に適用するための検出回路を示す回路図である。この
検出回路の中で、マイクロコンピュータ２３０の上方の
部分が主検出素子群を構成し、下方の部分が副検出素子
群を構成する。ブリッジ回路Ｂｒｘは、図２６に示され
ている４組の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４により構成され、
ブリッジ回路Ｂｒｙは、図２６に示されている４組の抵
抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４により構成され、ブリッジ回路Ｂ
ｒｚは、図２６に示されている４組の抵抗素子Ｒｚ１〜
Ｒｚ４により構成される。各ブリッジ回路の上端点に
は、マイクロコンピュータ２３０の端子Ｔｅから所定の
電源電圧が供給され、各ブリッジ回路の下端点は接地さ
れている。個々のブリッジ回路Ｂｒｘ，Ｂｒｙ，Ｂｒｚ
の左右端点の電圧差は、それぞれアンプ回路２２１，２
２２，２２３によって増幅され、増幅された電圧値は、
マイクロコンピュータ２３０の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚに
与えられる。また、各アンプ回路２２１，２２２，２２
３の電源入力端子ｅには、マイクロコンピュータ２３０
の端子Ｔｅからの電力が供給される。
【００９５】各アンプ回路２２１，２２２，２２３は、
各ブリッジ回路Ｂｒｘ，Ｂｒｙ，Ｂｒｚの左右端点間の
平衡状態を検出する機能を有する。図２６に示す加速度
センサ本体部に対して、何ら加速度が作用していない状
態では、各ブリッジ回路Ｂｒｘ，Ｂｒｙ，Ｂｒｚの左右
端点間は平衡状態を維持するように調整されている。加
速度が作用すると、その加速度の方向成分に応じた所定
のブリッジ回路の平衡がくずれるので、作用した加速度
は、所定のアンプ回路によって検出されることになる。
具体的には、アンプ回路２２１によって作用した加速度
のＸ軸方向成分が検出され、アンプ回路２２２によって
Ｙ軸方向成分が検出され、アンプ回路２２３によってＺ
軸方向成分が検出されることになる。
各ブリッジ回路Ｂｒｘ，Ｂｒｙ，Ｂｒｚの左右端点間の
平衡状態を検出する機能を有する。図２６に示す加速度
センサ本体部に対して、何ら加速度が作用していない状
態では、各ブリッジ回路Ｂｒｘ，Ｂｒｙ，Ｂｒｚの左右
端点間は平衡状態を維持するように調整されている。加
速度が作用すると、その加速度の方向成分に応じた所定
のブリッジ回路の平衡がくずれるので、作用した加速度
は、所定のアンプ回路によって検出されることになる。
具体的には、アンプ回路２２１によって作用した加速度
のＸ軸方向成分が検出され、アンプ回路２２２によって
Ｙ軸方向成分が検出され、アンプ回路２２３によってＺ
軸方向成分が検出されることになる。
【００９６】このような検出が行われる原理は、前述し
た圧電素子を用いた加速度センサとほぼ同じである。す
なわち、半導体基板２１０の周囲部２１３をセンサ筐体
に固定し、中心部２１１を重錘体として機能させ、この
重錘体に各座標軸方向の加速度が作用した場合を考える
と、作用した加速度の向きに応じて、半導体基板２１０
の各部には、図１３あるいは図１４に矢印で示すよう
に、伸びる方向もしくは縮む方向への応力が生じること
になる。一方、半導体基板２１０上に形成された各ピエ
ゾ抵抗素子は、伸びたり縮んだりする機械的変形によ
り、抵抗値が増減する性質を有する。このため、図２８
に示すようなブリッジ回路を形成しておけば、Ｘ軸，Ｙ
軸，Ｚ軸方向の加速度成分を、他軸成分の干渉を排除し
た状態で、それぞれ独立して検出できるようになり、マ
イクロコンピュータ２３０の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚに
は、加速度の各軸方向成分を示す電圧値が与えられるこ
とになる。
た圧電素子を用いた加速度センサとほぼ同じである。す
なわち、半導体基板２１０の周囲部２１３をセンサ筐体
に固定し、中心部２１１を重錘体として機能させ、この
重錘体に各座標軸方向の加速度が作用した場合を考える
と、作用した加速度の向きに応じて、半導体基板２１０
の各部には、図１３あるいは図１４に矢印で示すよう
に、伸びる方向もしくは縮む方向への応力が生じること
になる。一方、半導体基板２１０上に形成された各ピエ
ゾ抵抗素子は、伸びたり縮んだりする機械的変形によ
り、抵抗値が増減する性質を有する。このため、図２８
に示すようなブリッジ回路を形成しておけば、Ｘ軸，Ｙ
軸，Ｚ軸方向の加速度成分を、他軸成分の干渉を排除し
た状態で、それぞれ独立して検出できるようになり、マ
イクロコンピュータ２３０の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚに
は、加速度の各軸方向成分を示す電圧値が与えられるこ
とになる。
【００９７】一方、マイクロコンピュータ２３０の下方
の部分（副検出素子群）には、端子Ｔｐ１からモニタ用
の抵抗素子Ｒｍ１を通って端子Ｔｍ１に至る電流路と、
端子Ｔｐ２からモニタ用の抵抗素子Ｒｍ２を通って端子
Ｔｍ２に至る電流路と、が形成されており、これらの電
流路には、モニタ用電流ｉｍ１，ｉｍ２が供給される。
この実施例では、モニタ用電流ｉｍ１，ｉｍ２として、
所定のサンプリング周期をもって断続的に供給されるパ
ルス状の電流が用いられている。
の部分（副検出素子群）には、端子Ｔｐ１からモニタ用
の抵抗素子Ｒｍ１を通って端子Ｔｍ１に至る電流路と、
端子Ｔｐ２からモニタ用の抵抗素子Ｒｍ２を通って端子
Ｔｍ２に至る電流路と、が形成されており、これらの電
流路には、モニタ用電流ｉｍ１，ｉｍ２が供給される。
この実施例では、モニタ用電流ｉｍ１，ｉｍ２として、
所定のサンプリング周期をもって断続的に供給されるパ
ルス状の電流が用いられている。
【００９８】この図２８に示す回路を用いた加速度セン
サの動作は次のとおりである。まず、この加速度センサ
の電源スイッチをＯＮにすると、端子Ｔｐ１，Ｔｐ２か
らモニタ用電流ｉｍ１，ｉｍ２の供給が開始され、モニ
タ用抵抗素子Ｒｍ１，Ｒｍ２を通る電流路が形成され
る。この時点では、端子Ｔｅからの電力供給は行われな
いため、各ブリッジ回路Ｂｒｘ，Ｂｒｙ，Ｂｒｚおよび
各アンプ回路２２１，２２２，２２３は動作せず休眠状
態となっている。大きな振動のない平常時の動作モード
では、モニタ用抵抗素子Ｒｍ１，Ｒｍ２は標準となる抵
抗値を示す。マイクロコンピュータ２３０は、端子Ｔｍ
１，Ｔｍ２へと還流する電流値（あるいは端子Ｔｍ１，
Ｔｍ２の電圧値）をモニタすることにより、モニタ用抵
抗素子Ｒｍ１，Ｒｍ２の抵抗値を検出することができ
る。そして、この検出された抵抗値と標準抵抗値との差
が所定のしきい値に達しない限りは、そのまま平常時の
動作モードを維持する。すなわち、端子Ｔｅからの電力
供給は停止状態のままとなる。
サの動作は次のとおりである。まず、この加速度センサ
の電源スイッチをＯＮにすると、端子Ｔｐ１，Ｔｐ２か
らモニタ用電流ｉｍ１，ｉｍ２の供給が開始され、モニ
タ用抵抗素子Ｒｍ１，Ｒｍ２を通る電流路が形成され
る。この時点では、端子Ｔｅからの電力供給は行われな
いため、各ブリッジ回路Ｂｒｘ，Ｂｒｙ，Ｂｒｚおよび
各アンプ回路２２１，２２２，２２３は動作せず休眠状
態となっている。大きな振動のない平常時の動作モード
では、モニタ用抵抗素子Ｒｍ１，Ｒｍ２は標準となる抵
抗値を示す。マイクロコンピュータ２３０は、端子Ｔｍ
１，Ｔｍ２へと還流する電流値（あるいは端子Ｔｍ１，
Ｔｍ２の電圧値）をモニタすることにより、モニタ用抵
抗素子Ｒｍ１，Ｒｍ２の抵抗値を検出することができ
る。そして、この検出された抵抗値と標準抵抗値との差
が所定のしきい値に達しない限りは、そのまま平常時の
動作モードを維持する。すなわち、端子Ｔｅからの電力
供給は停止状態のままとなる。
【００９９】結局、この平常時の動作モードでは、マイ
クロコンピュータ２３０の下方に示された副検出素子の
みが動作している状態となり、上方に示された主検出素
子は休眠状態となっている。しかも、副検出素子に供給
されるモニタ用電流ｉｍ１，ｉｍ２は、サンプリングに
必要な周期で断続的に供給されるため、この平常時の動
作モードの消費電力は極めて低いものになる。
クロコンピュータ２３０の下方に示された副検出素子の
みが動作している状態となり、上方に示された主検出素
子は休眠状態となっている。しかも、副検出素子に供給
されるモニタ用電流ｉｍ１，ｉｍ２は、サンプリングに
必要な周期で断続的に供給されるため、この平常時の動
作モードの消費電力は極めて低いものになる。
【０１００】一方、所定のレベル以上の地震が発生した
場合、この地震の振動により半導体基板２１０に撓みが
生じ、モニタ用抵抗素子Ｒｍ１もしくはＲｍ２の抵抗値
に大きな変化が生じることになる。マイクロコンピュー
タ２３０は、この抵抗値の変化が所定のしきい値以上に
なった場合、端子Ｔｅからの電力供給を開始する。これ
により、各ブリッジ回路Ｂｒｘ，Ｂｒｙ，Ｂｒｚおよび
各アンプ回路２２１，２２２，２２３は通常の動作を開
始し、端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚには、作用した加速度の方
向および大きさが、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸方向成分ご
とに独立して出力されることになる。マイクロコンピュ
ータ２３０は、これらの検出値に基づいて、たとえば、
ガスの供給を停止すべきか否かを判断し、必要に応じ
て、端子Ｔoff からガスの供給弁に対して遮断信号を与
える処理を実行する。
場合、この地震の振動により半導体基板２１０に撓みが
生じ、モニタ用抵抗素子Ｒｍ１もしくはＲｍ２の抵抗値
に大きな変化が生じることになる。マイクロコンピュー
タ２３０は、この抵抗値の変化が所定のしきい値以上に
なった場合、端子Ｔｅからの電力供給を開始する。これ
により、各ブリッジ回路Ｂｒｘ，Ｂｒｙ，Ｂｒｚおよび
各アンプ回路２２１，２２２，２２３は通常の動作を開
始し、端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚには、作用した加速度の方
向および大きさが、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸方向成分ご
とに独立して出力されることになる。マイクロコンピュ
ータ２３０は、これらの検出値に基づいて、たとえば、
ガスの供給を停止すべきか否かを判断し、必要に応じ
て、端子Ｔoff からガスの供給弁に対して遮断信号を与
える処理を実行する。
【０１０１】やがて地震の振動が収まると、モニタ用抵
抗素子Ｒｍ１もしくはＲｍ２の抵抗値がもとの標準値に
もどるため、マイクロコンピュータ２３０は、端子Ｔｅ
からの電力供給を停止し、もとの平常時の動作モードに
復帰する。
抗素子Ｒｍ１もしくはＲｍ２の抵抗値がもとの標準値に
もどるため、マイクロコンピュータ２３０は、端子Ｔｅ
からの電力供給を停止し、もとの平常時の動作モードに
復帰する。
【０１０２】§５． 容量素子を用いた実施例(1) 続いて、容量素子を用いて、本発明に利用できる加速度
センサ本体部を構成した実施例を説明する。いま、図２
９に示すように、可撓性をもち、表面が絶縁性を有する
可撓性基板３１０を用意し、その上面に７枚の電極Ｅ１
〜Ｅ７を形成する。一方、図３０に示すような固定基板
３２０を用意し、電極Ｅ０を形成する。そして、両基板
の電極形成面を向かい合わせるようにして、両基板の周
囲部をセンサ筐体に固定する。図３１は、このようにし
て構成したセンサ本体部の側断面図である。この例で
は、図２９に示す可撓性基板３１０を、電極Ｅ１〜Ｅ７
の形成面が上向きになるように配置するとともに、図３
０に示す固定基板３２０を、電極Ｅ０の形成面が下向き
になるようにして配置しており、可撓性基板３１０の下
面には、円柱状の重錘体３３０を取り付けている。可撓
性基板３１０と固定基板３２０とは、互いに所定間隔を
保って平行になるように配置され、両基板の周囲部はセ
ンサ筐体３４０に固着されている。
センサ本体部を構成した実施例を説明する。いま、図２
９に示すように、可撓性をもち、表面が絶縁性を有する
可撓性基板３１０を用意し、その上面に７枚の電極Ｅ１
〜Ｅ７を形成する。一方、図３０に示すような固定基板
３２０を用意し、電極Ｅ０を形成する。そして、両基板
の電極形成面を向かい合わせるようにして、両基板の周
囲部をセンサ筐体に固定する。図３１は、このようにし
て構成したセンサ本体部の側断面図である。この例で
は、図２９に示す可撓性基板３１０を、電極Ｅ１〜Ｅ７
の形成面が上向きになるように配置するとともに、図３
０に示す固定基板３２０を、電極Ｅ０の形成面が下向き
になるようにして配置しており、可撓性基板３１０の下
面には、円柱状の重錘体３３０を取り付けている。可撓
性基板３１０と固定基板３２０とは、互いに所定間隔を
保って平行になるように配置され、両基板の周囲部はセ
ンサ筐体３４０に固着されている。
【０１０３】図示のとおり、固定基板３２０は比較的厚
く、撓みを生じない剛性を有するのに対し、可撓性基板
３１０は比較的薄く、可撓性を有している。両基板の対
向面には、それぞれ所定位置に電極が形成されている。
いま、可撓性基板３１０の上面に原点Ｏを定め、図示の
方向にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を定めることにより、ＸＹＺ三
次元座標系を定義する。可撓性基板３１０および固定基
板３２０は、いずれもＸＹ平面に平行に配置されている
ことになる。
く、撓みを生じない剛性を有するのに対し、可撓性基板
３１０は比較的薄く、可撓性を有している。両基板の対
向面には、それぞれ所定位置に電極が形成されている。
いま、可撓性基板３１０の上面に原点Ｏを定め、図示の
方向にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を定めることにより、ＸＹＺ三
次元座標系を定義する。可撓性基板３１０および固定基
板３２０は、いずれもＸＹ平面に平行に配置されている
ことになる。
【０１０４】図２９に示すように、可撓性基板３１０上
には、Ｘ軸上に電極Ｅ１，Ｅ２が形成され、Ｙ軸上に電
極Ｅ３，Ｅ４が形成され、中心部に円形の電極Ｅ５が形
成されている。ここで、電極Ｅ１，Ｅ２はＸ軸に関して
線対称となるような形状および配置を有し、電極Ｅ３，
Ｅ４はＹ軸に関して線対称となるような形状および配置
を有している。また、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°を
なすＷ１軸およびＷ２軸が定義されており、電極Ｅ６，
Ｅ７は、それぞれＷ１軸，Ｗ２軸上に配置されている。
これに対し、図３０に示す電極Ｅ０は、電極Ｅ１〜Ｅ７
のすべてに対向するような大型の円形をなしており、図
３１に示すように両基板を対向配置した場合に、可撓性
基板３１０側の７枚の電極Ｅ１〜Ｅ７は、それぞれ固定
基板３２０側の電極Ｅ０の一部分と対向することにな
り、この対向した一対の電極により容量素子が形成され
ることになる。ここでは、７枚の電極Ｅ１〜Ｅ７と、電
極Ｅ０の各対向部分とによって形成される容量素子を、
それぞれ容量素子Ｃ１〜Ｃ７と呼ぶことにする。
には、Ｘ軸上に電極Ｅ１，Ｅ２が形成され、Ｙ軸上に電
極Ｅ３，Ｅ４が形成され、中心部に円形の電極Ｅ５が形
成されている。ここで、電極Ｅ１，Ｅ２はＸ軸に関して
線対称となるような形状および配置を有し、電極Ｅ３，
Ｅ４はＹ軸に関して線対称となるような形状および配置
を有している。また、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°を
なすＷ１軸およびＷ２軸が定義されており、電極Ｅ６，
Ｅ７は、それぞれＷ１軸，Ｗ２軸上に配置されている。
これに対し、図３０に示す電極Ｅ０は、電極Ｅ１〜Ｅ７
のすべてに対向するような大型の円形をなしており、図
３１に示すように両基板を対向配置した場合に、可撓性
基板３１０側の７枚の電極Ｅ１〜Ｅ７は、それぞれ固定
基板３２０側の電極Ｅ０の一部分と対向することにな
り、この対向した一対の電極により容量素子が形成され
ることになる。ここでは、７枚の電極Ｅ１〜Ｅ７と、電
極Ｅ０の各対向部分とによって形成される容量素子を、
それぞれ容量素子Ｃ１〜Ｃ７と呼ぶことにする。
【０１０５】いま、この加速度センサ本体部に対して、
Ｘ軸方向の加速度が作用した場合を考える。この場合、
重錘体３３０の重心Ｐに対しては、Ｘ軸方向の力Ｆｘが
加わることになり、可撓性基板３１０は図３２に示すよ
うに撓みを生じることになる。この撓みにより、可撓性
基板３１０の各部分はそれぞれ変位を生じる。たとえ
ば、電極Ｅ１が形成されている部分は電極Ｅ０へ接近す
る方向への変位を生じ、電極Ｅ２が形成されている部分
は電極Ｅ０から遠ざかる方向への変位を生じる。同様
に、Ｙ軸方向の加速度が作用した場合は、重錘体３３０
の重心Ｐに対してＹ軸方向の力Ｆｙが加わることにな
り、電極Ｅ３が形成されている部分は電極Ｅ０へ接近す
る方向への変位を生じ、電極Ｅ４が形成されている部分
は電極Ｅ０から遠ざかる方向への変位を生じる。更に、
この加速度センサ本体部に対して、Ｚ軸方向の加速度が
作用した場合は、重錘体３３０の重心Ｐに対してＺ軸方
向の力Ｆｚが加わることになり、可撓性基板３１０は図
３３に示すように撓みを生じることになる。この撓みに
より、可撓性基板３１０上の全電極は、電極Ｅ０へ接近
する方向への変位を生じることになる。
Ｘ軸方向の加速度が作用した場合を考える。この場合、
重錘体３３０の重心Ｐに対しては、Ｘ軸方向の力Ｆｘが
加わることになり、可撓性基板３１０は図３２に示すよ
うに撓みを生じることになる。この撓みにより、可撓性
基板３１０の各部分はそれぞれ変位を生じる。たとえ
ば、電極Ｅ１が形成されている部分は電極Ｅ０へ接近す
る方向への変位を生じ、電極Ｅ２が形成されている部分
は電極Ｅ０から遠ざかる方向への変位を生じる。同様
に、Ｙ軸方向の加速度が作用した場合は、重錘体３３０
の重心Ｐに対してＹ軸方向の力Ｆｙが加わることにな
り、電極Ｅ３が形成されている部分は電極Ｅ０へ接近す
る方向への変位を生じ、電極Ｅ４が形成されている部分
は電極Ｅ０から遠ざかる方向への変位を生じる。更に、
この加速度センサ本体部に対して、Ｚ軸方向の加速度が
作用した場合は、重錘体３３０の重心Ｐに対してＺ軸方
向の力Ｆｚが加わることになり、可撓性基板３１０は図
３３に示すように撓みを生じることになる。この撓みに
より、可撓性基板３１０上の全電極は、電極Ｅ０へ接近
する方向への変位を生じることになる。
【０１０６】この実施例に係る加速度センサの原理は、
このように可撓性基板３１０の各部分の変位に基づい
て、作用した加速度を検出するというものである。変位
の検出には、容量素子の静電容量値の変化を利用するこ
とができる。すなわち、一対の電極により構成される容
量素子の静電容量値は、電極間隔によって変化する。電
極間隔が広がれば容量値は小さくなり、電極間隔が縮ま
れば容量値は大きくなる。したがって、各容量素子の容
量値を測定することにより、電極間隔を測定することが
でき、可撓性基板３１０各部の変位状態を認識すること
ができる。
このように可撓性基板３１０の各部分の変位に基づい
て、作用した加速度を検出するというものである。変位
の検出には、容量素子の静電容量値の変化を利用するこ
とができる。すなわち、一対の電極により構成される容
量素子の静電容量値は、電極間隔によって変化する。電
極間隔が広がれば容量値は小さくなり、電極間隔が縮ま
れば容量値は大きくなる。したがって、各容量素子の容
量値を測定することにより、電極間隔を測定することが
でき、可撓性基板３１０各部の変位状態を認識すること
ができる。
【０１０７】図２９に示されている７枚の電極Ｅ１〜Ｅ
７のうち、電極Ｅ１，Ｅ２はＸ軸方向の加速度検出に利
用され、電極Ｅ３，Ｅ４はＹ軸方向の加速度検出に利用
され、電極Ｅ５はＺ軸方向の加速度検出に利用される。
これら５枚の電極は、主検出素子を構成する電極という
ことになる。一方、電極Ｅ６およびＥ７は、モニタ用の
電極であり、副検出素子を構成する電極である。
７のうち、電極Ｅ１，Ｅ２はＸ軸方向の加速度検出に利
用され、電極Ｅ３，Ｅ４はＹ軸方向の加速度検出に利用
され、電極Ｅ５はＺ軸方向の加速度検出に利用される。
これら５枚の電極は、主検出素子を構成する電極という
ことになる。一方、電極Ｅ６およびＥ７は、モニタ用の
電極であり、副検出素子を構成する電極である。
【０１０８】図３２の変位状態を観察すれば、容量素子
Ｃ１，Ｃ２の容量値の変化により、Ｘ軸方向の加速度検
出が可能なことが理解できよう。Ｘ軸方向の加速度に基
づいて、重錘体３３０に力Ｆｘが加わると、電極Ｅ１−
Ｅ０間の距離は小さくなり、電極Ｅ２−Ｅ０間の距離は
大きくなる。したがって、容量素子Ｃ１の容量値は大き
くなり、容量素子Ｃ２の容量値は小さくなる。結局、両
容量素子Ｃ１，Ｃ２の容量値の差が、作用したＸ軸方向
の加速度の値を示していることになる。同様に、両容量
素子Ｃ３，Ｃ４の容量値の差が、作用したＹ軸方向の加
速度の値を示すことになる。しかも、電極Ｅ１〜Ｅ４
は、Ｘ軸またはＹ軸に関して線対称になっているので、
他軸成分の検出値が干渉を及ぼすことはない。たとえ
ば、Ｘ軸方向の加速度が作用した場合、電極Ｅ３−Ｅ０
間の距離や電極Ｅ４−Ｅ０間の距離は、部分的に大きく
なったり小さくなったりするが、全体としては変わりは
ないため、両容量素子Ｃ３，Ｃ４の容量値の差に変化は
生じない。
Ｃ１，Ｃ２の容量値の変化により、Ｘ軸方向の加速度検
出が可能なことが理解できよう。Ｘ軸方向の加速度に基
づいて、重錘体３３０に力Ｆｘが加わると、電極Ｅ１−
Ｅ０間の距離は小さくなり、電極Ｅ２−Ｅ０間の距離は
大きくなる。したがって、容量素子Ｃ１の容量値は大き
くなり、容量素子Ｃ２の容量値は小さくなる。結局、両
容量素子Ｃ１，Ｃ２の容量値の差が、作用したＸ軸方向
の加速度の値を示していることになる。同様に、両容量
素子Ｃ３，Ｃ４の容量値の差が、作用したＹ軸方向の加
速度の値を示すことになる。しかも、電極Ｅ１〜Ｅ４
は、Ｘ軸またはＹ軸に関して線対称になっているので、
他軸成分の検出値が干渉を及ぼすことはない。たとえ
ば、Ｘ軸方向の加速度が作用した場合、電極Ｅ３−Ｅ０
間の距離や電極Ｅ４−Ｅ０間の距離は、部分的に大きく
なったり小さくなったりするが、全体としては変わりは
ないため、両容量素子Ｃ３，Ｃ４の容量値の差に変化は
生じない。
【０１０９】また、Ｚ軸方向の加速度に基づいて、重錘
体３３０に力Ｆｚが加わると、図３３に示されているよ
うに、電極Ｅ５−Ｅ０間の距離が小さくなり、容量素子
Ｃ５の容量値は大きくなる。よって、容量素子Ｃ５の容
量値の変化分が作用したＺ軸方向の加速度の値を示すこ
とになる。
体３３０に力Ｆｚが加わると、図３３に示されているよ
うに、電極Ｅ５−Ｅ０間の距離が小さくなり、容量素子
Ｃ５の容量値は大きくなる。よって、容量素子Ｃ５の容
量値の変化分が作用したＺ軸方向の加速度の値を示すこ
とになる。
【０１１０】一方、モニタ用電極Ｅ６，Ｅ７が形成され
ている部分は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のいずれの加速度成分
が作用した場合であっても変位が生じる。したがって、
容量素子Ｃ６，Ｃ７の容量値の変化をモニタしていれ
ば、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のいずれの加速度成分が作用した
場合であっても検出が可能になる。なお、モニタ用電極
を２組設けているのは、１組だけでは、Ｗ１軸方向のみ
の加速度あるいはＷ２軸方向のみの加速度を検出するこ
とができないためである。
ている部分は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のいずれの加速度成分
が作用した場合であっても変位が生じる。したがって、
容量素子Ｃ６，Ｃ７の容量値の変化をモニタしていれ
ば、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のいずれの加速度成分が作用した
場合であっても検出が可能になる。なお、モニタ用電極
を２組設けているのは、１組だけでは、Ｗ１軸方向のみ
の加速度あるいはＷ２軸方向のみの加速度を検出するこ
とができないためである。
【０１１１】図３４は、図３１に示す加速度センサ本体
部に適用するための検出回路の一例を示す回路図であ
る。この検出回路の主たる構成要素は、主検出素子群３
５０と、副検出素子群３６０と、マイクロコンピュータ
３７０とである。この図３４の回路図中に示されている
電極Ｅ１〜Ｅ７は図２９に示されている各電極であり、
電極Ｅ０は図３０に示されている電極である。前述のよ
うに、対向する各電極により、容量素子Ｃ１〜Ｃ７が形
成されている。主検出素子群３５０には、５組のＣ／Ｖ
変換回路３５１〜３５５と３組の演算器３５６〜３５８
が設けられている。５組のＣ／Ｖ変換回路３５１〜３５
５は、それぞれ容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量値を電圧
値に変換する機能を有する。
部に適用するための検出回路の一例を示す回路図であ
る。この検出回路の主たる構成要素は、主検出素子群３
５０と、副検出素子群３６０と、マイクロコンピュータ
３７０とである。この図３４の回路図中に示されている
電極Ｅ１〜Ｅ７は図２９に示されている各電極であり、
電極Ｅ０は図３０に示されている電極である。前述のよ
うに、対向する各電極により、容量素子Ｃ１〜Ｃ７が形
成されている。主検出素子群３５０には、５組のＣ／Ｖ
変換回路３５１〜３５５と３組の演算器３５６〜３５８
が設けられている。５組のＣ／Ｖ変換回路３５１〜３５
５は、それぞれ容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量値を電圧
値に変換する機能を有する。
【０１１２】演算器３５６は、Ｃ／Ｖ変換回路３５１の
出力電圧とＣ／Ｖ変換回路３５２の出力電圧との差に相
当する電圧を求め、これをＸ軸方向の加速度検出値とし
てマイクロコンピュータ３７０の端子Ｔｘに与える機能
を有する。容量素子Ｃ１の容量値と容量素子Ｃ２の容量
値との差が、Ｘ軸方向の加速度成分を示すことは既に述
べたとおりである。同様に、演算器３５７は、Ｃ／Ｖ変
換回路３５３の出力電圧とＣ／Ｖ変換回路３５４の出力
電圧との差に相当する電圧を求め、これをＹ軸方向の加
速度検出値としてマイクロコンピュータ３７０の端子Ｔ
ｙに与える機能を有する。容量素子Ｃ３の容量値と容量
素子Ｃ４の容量値との差が、Ｙ軸方向の加速度成分を示
すことも既に述べたとおりである。演算器３５８は、単
なるアンプとして機能し、Ｃ／Ｖ変換回路３５５の出力
に相当する電圧を、Ｚ軸方向の加速度検出値としてマイ
クロコンピュータ３７０の端子Ｔｚに与える機能を有す
る。容量素子Ｃ５の容量値の変化分が、Ｚ軸方向の加速
度成分を示すことも既に述べたとおりである。
出力電圧とＣ／Ｖ変換回路３５２の出力電圧との差に相
当する電圧を求め、これをＸ軸方向の加速度検出値とし
てマイクロコンピュータ３７０の端子Ｔｘに与える機能
を有する。容量素子Ｃ１の容量値と容量素子Ｃ２の容量
値との差が、Ｘ軸方向の加速度成分を示すことは既に述
べたとおりである。同様に、演算器３５７は、Ｃ／Ｖ変
換回路３５３の出力電圧とＣ／Ｖ変換回路３５４の出力
電圧との差に相当する電圧を求め、これをＹ軸方向の加
速度検出値としてマイクロコンピュータ３７０の端子Ｔ
ｙに与える機能を有する。容量素子Ｃ３の容量値と容量
素子Ｃ４の容量値との差が、Ｙ軸方向の加速度成分を示
すことも既に述べたとおりである。演算器３５８は、単
なるアンプとして機能し、Ｃ／Ｖ変換回路３５５の出力
に相当する電圧を、Ｚ軸方向の加速度検出値としてマイ
クロコンピュータ３７０の端子Ｔｚに与える機能を有す
る。容量素子Ｃ５の容量値の変化分が、Ｚ軸方向の加速
度成分を示すことも既に述べたとおりである。
【０１１３】５組のＣ／Ｖ変換回路３５１〜３５５も３
組の演算器３５６〜３５８も、いずれもマイクロコンピ
ュータ３７０の端子Ｔｅから各電源入力端子ｅへ電力供
給を受けることにより動作する。したがって、端子Ｔｅ
からの電力供給が行われないと、主検出素子群３５０は
本来の機能を停止し休眠状態となる。
組の演算器３５６〜３５８も、いずれもマイクロコンピ
ュータ３７０の端子Ｔｅから各電源入力端子ｅへ電力供
給を受けることにより動作する。したがって、端子Ｔｅ
からの電力供給が行われないと、主検出素子群３５０は
本来の機能を停止し休眠状態となる。
【０１１４】一方、副検出素子群３６０には、２組のＣ
／Ｖ変換回路３６１，３６２が設けられている。Ｃ／Ｖ
変換回路３６１は、モニタ用容量素子Ｃ６の静電容量値
を電圧値に変換してマイクロコンピュータ３７０の端子
Ｔｍ１に与える機能を有し、Ｃ／Ｖ変換回路３６２は、
モニタ用容量素子Ｃ７の静電容量値を電圧値に変換して
マイクロコンピュータ３７０の端子Ｔｍ２に与える機能
を有する。Ｃ／Ｖ変換回路３６１，３６２の電源入力端
子ｅに対しては、マイクロコンピュータ３７０の端子Ｔ
ｐからパルス信号Ｅｐが供給され、このパルス信号Ｅｐ
による電力でＣ／Ｖ変換回路３６１，３６２は断続的に
動作する。既に述べてきたように、パルス信号Ｅｐを用
いて副検出素子を断続的に動作させることは、消費電力
を低減するために非常に効果的である。しかも、この加
速度センサの利用環境に応じた所定のサンプリング周期
をもったパルス信号Ｅｐを用いるようにすれば、断続的
な動作であっても何ら支障は生じない。
／Ｖ変換回路３６１，３６２が設けられている。Ｃ／Ｖ
変換回路３６１は、モニタ用容量素子Ｃ６の静電容量値
を電圧値に変換してマイクロコンピュータ３７０の端子
Ｔｍ１に与える機能を有し、Ｃ／Ｖ変換回路３６２は、
モニタ用容量素子Ｃ７の静電容量値を電圧値に変換して
マイクロコンピュータ３７０の端子Ｔｍ２に与える機能
を有する。Ｃ／Ｖ変換回路３６１，３６２の電源入力端
子ｅに対しては、マイクロコンピュータ３７０の端子Ｔ
ｐからパルス信号Ｅｐが供給され、このパルス信号Ｅｐ
による電力でＣ／Ｖ変換回路３６１，３６２は断続的に
動作する。既に述べてきたように、パルス信号Ｅｐを用
いて副検出素子を断続的に動作させることは、消費電力
を低減するために非常に効果的である。しかも、この加
速度センサの利用環境に応じた所定のサンプリング周期
をもったパルス信号Ｅｐを用いるようにすれば、断続的
な動作であっても何ら支障は生じない。
【０１１５】この図３４に示す検出回路を用いた加速度
センサの動作は、マイクロコンピュータ３７０によって
統括管理される。まず、このセンサの電源スイッチをＯ
Ｎにすると、電源Ｅに電力が供給される。電源Ｅからの
電力供給を受けたマイクロコンピュータ３７０は、端子
Ｔｐからパルス信号Ｅｐの供給を開始し、副検出素子群
３６０に対する電力供給を行う。この時点では、端子Ｔ
ｅからの電力供給は行われないため、主検出素子群３５
０は休眠状態を維持する。Ｃ／Ｖ変換回路３６１，３６
２は、容量素子Ｃ６，Ｃ７の静電容量値に対応する電圧
値を、マイクロコンピュータ３７０の端子Ｔｍ１，Ｔｍ
２へ与える。センサ本体に大きな振動が加わらない平常
時の動作モードでは、端子Ｔｍ１，Ｔｍ２に与えられる
電圧値は所定の基準値を維持する。マイクロコンピュー
タ３７０は、端子Ｔｍ１，Ｔｍ２に与えられる電圧値と
所定の基準値との差が所定のしきい値より小さい限り、
端子Ｔｅからの電力供給は行わない。このため、主検出
素子群３５０はひき続き休眠状態を継続することにな
り、平常時の動作モードが維持される。
センサの動作は、マイクロコンピュータ３７０によって
統括管理される。まず、このセンサの電源スイッチをＯ
Ｎにすると、電源Ｅに電力が供給される。電源Ｅからの
電力供給を受けたマイクロコンピュータ３７０は、端子
Ｔｐからパルス信号Ｅｐの供給を開始し、副検出素子群
３６０に対する電力供給を行う。この時点では、端子Ｔ
ｅからの電力供給は行われないため、主検出素子群３５
０は休眠状態を維持する。Ｃ／Ｖ変換回路３６１，３６
２は、容量素子Ｃ６，Ｃ７の静電容量値に対応する電圧
値を、マイクロコンピュータ３７０の端子Ｔｍ１，Ｔｍ
２へ与える。センサ本体に大きな振動が加わらない平常
時の動作モードでは、端子Ｔｍ１，Ｔｍ２に与えられる
電圧値は所定の基準値を維持する。マイクロコンピュー
タ３７０は、端子Ｔｍ１，Ｔｍ２に与えられる電圧値と
所定の基準値との差が所定のしきい値より小さい限り、
端子Ｔｅからの電力供給は行わない。このため、主検出
素子群３５０はひき続き休眠状態を継続することにな
り、平常時の動作モードが維持される。
【０１１６】このように、平常時の動作モードでは、電
源Ｅから供給された電力がマイクロコンピュータ３７０
で消費されるとともに、Ｃ／Ｖ変換回路３６１，３６２
で消費されることになるが、主検出素子群３５０内で消
費されることはない。このため、通常の動作を行わせる
場合に比べて、平常時の電力消費は大幅に低減される。
源Ｅから供給された電力がマイクロコンピュータ３７０
で消費されるとともに、Ｃ／Ｖ変換回路３６１，３６２
で消費されることになるが、主検出素子群３５０内で消
費されることはない。このため、通常の動作を行わせる
場合に比べて、平常時の電力消費は大幅に低減される。
【０１１７】一方、地震の発生により、センサ本体に大
きな振動が加わると、端子Ｔｍ１あるいはＴｍ２に与え
られる電圧値と基準値との差が所定のしきい値を越える
ことになる。すると、マイクロコンピュータ３７０は、
端子Ｔｅからの電力供給を開始し、主検出素子群３５０
を通常動作させる。その結果、マイクロコンピュータ３
７０の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚには、実際に作用した加速
度のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向成分の検出値が得られること
になる。たとえば、この加速度センサがガスメータ用の
センサであれば、マイクロコンピュータ３７０は、これ
らの加速度検出値に基づいて、ガスの供給を停止すべき
か否かを判断し、供給を停止する必要があると判断した
場合には、端子Ｔoff から遮断信号をガス供給弁に対し
て出力することになる。
きな振動が加わると、端子Ｔｍ１あるいはＴｍ２に与え
られる電圧値と基準値との差が所定のしきい値を越える
ことになる。すると、マイクロコンピュータ３７０は、
端子Ｔｅからの電力供給を開始し、主検出素子群３５０
を通常動作させる。その結果、マイクロコンピュータ３
７０の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚには、実際に作用した加速
度のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向成分の検出値が得られること
になる。たとえば、この加速度センサがガスメータ用の
センサであれば、マイクロコンピュータ３７０は、これ
らの加速度検出値に基づいて、ガスの供給を停止すべき
か否かを判断し、供給を停止する必要があると判断した
場合には、端子Ｔoff から遮断信号をガス供給弁に対し
て出力することになる。
【０１１８】やがて、地震の振動が収まり、端子Ｔｍ１
およびＴｍ２に与えられる電圧値が基準値に近い値まで
戻ると、マイクロコンピュータ３７０は、端子Ｔｅから
の電力供給を停止し、主検出素子群３５０を再び休眠状
態にする。こうして、平常時の動作モードへ復帰するこ
とになる。
およびＴｍ２に与えられる電圧値が基準値に近い値まで
戻ると、マイクロコンピュータ３７０は、端子Ｔｅから
の電力供給を停止し、主検出素子群３５０を再び休眠状
態にする。こうして、平常時の動作モードへ復帰するこ
とになる。
【０１１９】§６． 容量素子を用いた実施例(2) ここでは、§５で述べた実施例において、主検出素子の
一部を副検出素子として兼用した実施例を説明する。図
３５は、このような素子の兼用を行う場合の可撓性基板
３１０上の電極構成を示す上面図である。図２９に示す
電極構成と比較すればわかるように、図３５に示す可撓
性基板３１０には、モニタ用の電極Ｅ６，Ｅ７が設けら
れていない。既に述べたように、電極Ｅ１，Ｅ２はＸ軸
方向の加速度成分検出に利用され、電極Ｅ３，Ｅ４はＹ
軸方向の加速度成分検出に利用され、電極Ａ５はＺ軸方
向の加速度成分検出に利用される。したがって、これら
５枚の電極Ｅ１〜Ｅ５は、いずれも主検出素子を構成す
る電極である。しかしながら、ここで述べる実施例で
は、これらの５枚のうち、電極Ｅ２およびＥ４は、副検
出素子を構成する電極（モニタ用電極）としても利用さ
れる。
一部を副検出素子として兼用した実施例を説明する。図
３５は、このような素子の兼用を行う場合の可撓性基板
３１０上の電極構成を示す上面図である。図２９に示す
電極構成と比較すればわかるように、図３５に示す可撓
性基板３１０には、モニタ用の電極Ｅ６，Ｅ７が設けら
れていない。既に述べたように、電極Ｅ１，Ｅ２はＸ軸
方向の加速度成分検出に利用され、電極Ｅ３，Ｅ４はＹ
軸方向の加速度成分検出に利用され、電極Ａ５はＺ軸方
向の加速度成分検出に利用される。したがって、これら
５枚の電極Ｅ１〜Ｅ５は、いずれも主検出素子を構成す
る電極である。しかしながら、ここで述べる実施例で
は、これらの５枚のうち、電極Ｅ２およびＥ４は、副検
出素子を構成する電極（モニタ用電極）としても利用さ
れる。
【０１２０】図３６は、図３５に示す可撓性基板３１０
を用いたセンサ本体部に適用すべき検出回路を示す回路
図である。主検出素子群３５９は、センサ本体部に形成
された電極Ｅ０〜Ｅ５と、５組のＣ／Ｖ変換回路３５１
〜３５５と、３組の演算器３５６〜３５８によって構成
されており、この構成は図３４に示す回路における主検
出素子群３５０の構成とほぼ同じである。ただ、図３６
に示す回路におけるＣ／Ｖ変換回路３５２ａ，３５４ａ
の電源入力端子ｅには、マイクロコンピュータ３７５の
端子Ｔｅからの電力と端子Ｔｐからの電力（パルス信号
Ｅｐ）との双方を受け入れる機能が備わっている。
を用いたセンサ本体部に適用すべき検出回路を示す回路
図である。主検出素子群３５９は、センサ本体部に形成
された電極Ｅ０〜Ｅ５と、５組のＣ／Ｖ変換回路３５１
〜３５５と、３組の演算器３５６〜３５８によって構成
されており、この構成は図３４に示す回路における主検
出素子群３５０の構成とほぼ同じである。ただ、図３６
に示す回路におけるＣ／Ｖ変換回路３５２ａ，３５４ａ
の電源入力端子ｅには、マイクロコンピュータ３７５の
端子Ｔｅからの電力と端子Ｔｐからの電力（パルス信号
Ｅｐ）との双方を受け入れる機能が備わっている。
【０１２１】まず、このセンサの電源スイッチをＯＮに
すると、電源Ｅに電力が供給される。電源Ｅからの電力
供給を受けたマイクロコンピュータ３７５は、端子Ｔｐ
から所定のサンプリング周期をもったパルス信号Ｅｐを
出力する処理を開始する。このパルス信号Ｅｐは、５組
のＣ／Ｖ変換回路３５１〜３５５のうち、２組のＣ／Ｖ
変換回路３５２ａ，３５４ａの電源入力端子ｅに対して
のみ供給される。既に述べたように、この実施例では、
電極Ｅ２，Ｅ４は副検出素子の構成要素としても機能
し、２組のＣ／Ｖ変換回路３５２ａ，３５４ａも副検出
素子としての機能を果たすことになる。一方、マイクロ
コンピュータ３７５は、端子Ｔｅからの電力供給はこの
時点では行わない。したがって、Ｃ／Ｖ変換回路３５
１，３５３，３５５および各演算器３５６〜３５８へは
電力が供給されない状態となる。
すると、電源Ｅに電力が供給される。電源Ｅからの電力
供給を受けたマイクロコンピュータ３７５は、端子Ｔｐ
から所定のサンプリング周期をもったパルス信号Ｅｐを
出力する処理を開始する。このパルス信号Ｅｐは、５組
のＣ／Ｖ変換回路３５１〜３５５のうち、２組のＣ／Ｖ
変換回路３５２ａ，３５４ａの電源入力端子ｅに対して
のみ供給される。既に述べたように、この実施例では、
電極Ｅ２，Ｅ４は副検出素子の構成要素としても機能
し、２組のＣ／Ｖ変換回路３５２ａ，３５４ａも副検出
素子としての機能を果たすことになる。一方、マイクロ
コンピュータ３７５は、端子Ｔｅからの電力供給はこの
時点では行わない。したがって、Ｃ／Ｖ変換回路３５
１，３５３，３５５および各演算器３５６〜３５８へは
電力が供給されない状態となる。
【０１２２】結局、センサ本体に大きな振動が加わらな
い平常時の動作モードでは、主検出素子群３５９内の各
要素のうち、副検出素子を兼ねる２組のＣ／Ｖ変換回路
３５２ａ，３５４ａの電源入力端子ｅに対してのみ電力
供給（パルス信号Ｅｐ）がなされ、容量素子Ｃ２の静電
容量値に応じた電圧値がマイクロコンピュータ３７５の
端子Ｔｍ１に与えられるとともに、容量素子Ｃ４の静電
容量値に応じた電圧値がマイクロコンピュータ３７５の
端子Ｔｍ２に与えられる。
い平常時の動作モードでは、主検出素子群３５９内の各
要素のうち、副検出素子を兼ねる２組のＣ／Ｖ変換回路
３５２ａ，３５４ａの電源入力端子ｅに対してのみ電力
供給（パルス信号Ｅｐ）がなされ、容量素子Ｃ２の静電
容量値に応じた電圧値がマイクロコンピュータ３７５の
端子Ｔｍ１に与えられるとともに、容量素子Ｃ４の静電
容量値に応じた電圧値がマイクロコンピュータ３７５の
端子Ｔｍ２に与えられる。
【０１２３】マイクロコンピュータ３７５は、端子Ｔｍ
１に入力される電圧値および端子Ｔｍ２に入力される電
圧値と、所定の基準値との電圧差を求め、この電圧差が
所定のしきい値以上か否かを判断する。センサ本体に大
きな振動が加わらない平常時の動作モードでは、この電
圧差はしきい値より小さな値となるため、マイクロコン
ピュータ３７５は、ひき続き、２組のＣ／Ｖ変換回路３
５２ａ，３５４ａに対してのみ電力供給を行うことにな
る。その結果、主検出素子群３５９は、副検出素子群を
構成する２組のＣ／Ｖ変換回路３５２ａ，３５４ａを除
いて、休眠状態を維持する。よって、マイクロコンピュ
ータ３７５の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚには加速度の検出値
は得られない。
１に入力される電圧値および端子Ｔｍ２に入力される電
圧値と、所定の基準値との電圧差を求め、この電圧差が
所定のしきい値以上か否かを判断する。センサ本体に大
きな振動が加わらない平常時の動作モードでは、この電
圧差はしきい値より小さな値となるため、マイクロコン
ピュータ３７５は、ひき続き、２組のＣ／Ｖ変換回路３
５２ａ，３５４ａに対してのみ電力供給を行うことにな
る。その結果、主検出素子群３５９は、副検出素子群を
構成する２組のＣ／Ｖ変換回路３５２ａ，３５４ａを除
いて、休眠状態を維持する。よって、マイクロコンピュ
ータ３７５の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚには加速度の検出値
は得られない。
【０１２４】このように、平常時の動作モードでは、電
源Ｅから供給された電力がマイクロコンピュータ３７５
で消費されるだけであり、マイクロコンピュータ３７５
は、パルス信号Ｅｐの発生にある程度の電力を消費する
ものの、通常の動作を行わせる場合に比べて、平常時の
電力消費は大幅に低減される。
源Ｅから供給された電力がマイクロコンピュータ３７５
で消費されるだけであり、マイクロコンピュータ３７５
は、パルス信号Ｅｐの発生にある程度の電力を消費する
ものの、通常の動作を行わせる場合に比べて、平常時の
電力消費は大幅に低減される。
【０１２５】一方、地震の発生により、センサ本体に大
きな振動が加わると、端子Ｔｍ１あるいはＴｍ２に与え
られる電圧値が変動し、基準値に対する電圧差が所定の
しきい値を越えることになる。すると、マイクロコンピ
ュータ３７５は、端子Ｔｅからの電力供給を開始する。
これにより、主検出素子群３５９全体が本来の動作を開
始する。なお、マイクロコンピュータ３７５は、この時
点で、端子Ｔｐからのパルス信号Ｅｐの出力を停止する
（回路動作に支障がなければ出力を継続したままでもよ
い）。主検出素子群３５９が本来の動作を開始した結
果、マイクロコンピュータ３７５の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔ
ｚには、実際に作用した加速度のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向
成分の検出値が得られることになる。たとえば、この加
速度センサがガスメータ用のセンサであれば、マイクロ
コンピュータ３７５は、これらの加速度検出値に基づい
て、ガスの供給を停止すべきか否かを判断し、供給を停
止する必要があると判断した場合には、端子Ｔoff から
遮断信号をガス供給弁に対して出力することになる。
きな振動が加わると、端子Ｔｍ１あるいはＴｍ２に与え
られる電圧値が変動し、基準値に対する電圧差が所定の
しきい値を越えることになる。すると、マイクロコンピ
ュータ３７５は、端子Ｔｅからの電力供給を開始する。
これにより、主検出素子群３５９全体が本来の動作を開
始する。なお、マイクロコンピュータ３７５は、この時
点で、端子Ｔｐからのパルス信号Ｅｐの出力を停止する
（回路動作に支障がなければ出力を継続したままでもよ
い）。主検出素子群３５９が本来の動作を開始した結
果、マイクロコンピュータ３７５の端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔ
ｚには、実際に作用した加速度のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向
成分の検出値が得られることになる。たとえば、この加
速度センサがガスメータ用のセンサであれば、マイクロ
コンピュータ３７５は、これらの加速度検出値に基づい
て、ガスの供給を停止すべきか否かを判断し、供給を停
止する必要があると判断した場合には、端子Ｔoff から
遮断信号をガス供給弁に対して出力することになる。
【０１２６】やがて、地震の振動が収まり、端子Ｔｍ１
あるいはＴｍ２に与えられる電圧値が所定の基準値に近
い値まで戻ると、マイクロコンピュータ３７５は、端子
Ｔｅからの電力供給を停止するとともに、端子Ｔｐから
パルス信号Ｅｐの供給を開始する。こうして、主検出素
子群３５９は、副検出素子群を兼ねる２組のＣ／Ｖ変換
回路３５２ａ，３５４ａを除いて、休眠状態に入り、平
常時の動作モードへ復帰することになる。
あるいはＴｍ２に与えられる電圧値が所定の基準値に近
い値まで戻ると、マイクロコンピュータ３７５は、端子
Ｔｅからの電力供給を停止するとともに、端子Ｔｐから
パルス信号Ｅｐの供給を開始する。こうして、主検出素
子群３５９は、副検出素子群を兼ねる２組のＣ／Ｖ変換
回路３５２ａ，３５４ａを除いて、休眠状態に入り、平
常時の動作モードへ復帰することになる。
【０１２７】§７． 消費電力を更に低減させるための
回路構成 最後に、平常時の消費電力を更に低減させるための工夫
を述べておく。この工夫は、§１〜§３で述べた圧電素
子を用いた実施例に適用するためのものである。図１
７，図２０，図２５には、圧電素子を用いた実用的な実
施例に係る検出回路を示した。これらの検出回路では、
副検出素子として機能する圧電素子についての発生電荷
量を、チャージアンプを用いて所定の電圧値に変換し、
マイクロコンピュータに信号伝達を行うようにしてい
た。このとき、チャージアンプへの電力供給を、所定の
サンプリング周期をもったパルス信号を用いて間欠的に
行えば、平常時の電力消費を低減させることができるこ
とは既に述べたとおりである。しかしながら、チャージ
アンプを駆動させるためには、間欠的にせよ電力供給を
行うことが不可欠であり、電力消費は避けられない。
回路構成 最後に、平常時の消費電力を更に低減させるための工夫
を述べておく。この工夫は、§１〜§３で述べた圧電素
子を用いた実施例に適用するためのものである。図１
７，図２０，図２５には、圧電素子を用いた実用的な実
施例に係る検出回路を示した。これらの検出回路では、
副検出素子として機能する圧電素子についての発生電荷
量を、チャージアンプを用いて所定の電圧値に変換し、
マイクロコンピュータに信号伝達を行うようにしてい
た。このとき、チャージアンプへの電力供給を、所定の
サンプリング周期をもったパルス信号を用いて間欠的に
行えば、平常時の電力消費を低減させることができるこ
とは既に述べたとおりである。しかしながら、チャージ
アンプを駆動させるためには、間欠的にせよ電力供給を
行うことが不可欠であり、電力消費は避けられない。
【０１２８】ここでは、消費電力を更に低減させ、平常
時における電力消費を理論的には零に抑えることができ
る検出回路を開示しておく。図３７は、副検出素子から
の信号を取り出してマイクロコンピュータに伝達させる
仕事を、チャージアンプではなく、ＭＯＳトランジスタ
を用いて行うようにした検出回路を示す回路図である。
ここで、圧電素子４１０は、副検出素子として機能する
圧電素子であり、上部電極Ａと下部電極Ｂとによって挟
まれている。下部電極Ｂは接地され、上部電極Ａは、Ｐ
型ＭＯＳトランジスタＴＲ１およびＮ型ＭＯＳトランジ
スタＴＲ２のゲート電極に接続されている。また、各Ｍ
ＯＳトランジスタＴＲ１，ＴＲ２のソース・ドレイン電
極の一方は接地され、他方はマイクロコンピュータ４２
０の端子Ｔｍ１，Ｔｍ２に接続されている。マイクロコ
ンピュータ４２０の端子Ｔｍ１，Ｔｍ２には、接地電位
に対して所定の電圧が加わっており、各ＭＯＳトランジ
スタがＯＮになると、端子Ｔｍ１，Ｔｍ２からそれぞれ
モニタ電流ｉｍ１，ｉｍ２が流れるようになっている。
時における電力消費を理論的には零に抑えることができ
る検出回路を開示しておく。図３７は、副検出素子から
の信号を取り出してマイクロコンピュータに伝達させる
仕事を、チャージアンプではなく、ＭＯＳトランジスタ
を用いて行うようにした検出回路を示す回路図である。
ここで、圧電素子４１０は、副検出素子として機能する
圧電素子であり、上部電極Ａと下部電極Ｂとによって挟
まれている。下部電極Ｂは接地され、上部電極Ａは、Ｐ
型ＭＯＳトランジスタＴＲ１およびＮ型ＭＯＳトランジ
スタＴＲ２のゲート電極に接続されている。また、各Ｍ
ＯＳトランジスタＴＲ１，ＴＲ２のソース・ドレイン電
極の一方は接地され、他方はマイクロコンピュータ４２
０の端子Ｔｍ１，Ｔｍ２に接続されている。マイクロコ
ンピュータ４２０の端子Ｔｍ１，Ｔｍ２には、接地電位
に対して所定の電圧が加わっており、各ＭＯＳトランジ
スタがＯＮになると、端子Ｔｍ１，Ｔｍ２からそれぞれ
モニタ電流ｉｍ１，ｉｍ２が流れるようになっている。
【０１２９】平常時、すなわち加速度が作用していない
状態では、圧電素子４１０には何ら電荷は発生しない。
したがって、平常時には各ＭＯＳトランジスタＴＲ１，
ＴＲ２のゲート電極の電位は零（接地レベル）になり、
両トランジスタはＯＦＦの状態になる。このため、モニ
タ電流ｉｍ１，ｉｍ２は流れることなく、副検出素子と
しての消費電力は零になる。ところが、地震発生により
加速度が作用すると、上部電極Ａに所定の電荷が発生
し、ＭＯＳトランジスタがＯＮ状態になる。すなわち、
上部電極Ａに正の電荷が発生すると、各トランジスタの
ゲート電極に正電圧が印加され、Ｎ型ＭＯＳトランジス
タＴＲ２がＯＮ状態になり、モニタ電流ｉｍ２が観測さ
れることになる。逆に、上部電極Ａに負の電荷が発生す
ると、各トランジスタのゲート電極に負電圧が印加さ
れ、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＴＲ１がＯＮ状態になり、
モニタ電流ｉｍ１が観測されることになる。マイクロコ
ンピュータ４２０は、端子Ｔｍ１，Ｔｍ２を流れるモニ
タ電流ｉｍ１，ｉｍ２を監視し、この電流値が所定のし
きい値以上になった場合に、主検出素子（図示されてい
ない）への給電を開始すればよい。
状態では、圧電素子４１０には何ら電荷は発生しない。
したがって、平常時には各ＭＯＳトランジスタＴＲ１，
ＴＲ２のゲート電極の電位は零（接地レベル）になり、
両トランジスタはＯＦＦの状態になる。このため、モニ
タ電流ｉｍ１，ｉｍ２は流れることなく、副検出素子と
しての消費電力は零になる。ところが、地震発生により
加速度が作用すると、上部電極Ａに所定の電荷が発生
し、ＭＯＳトランジスタがＯＮ状態になる。すなわち、
上部電極Ａに正の電荷が発生すると、各トランジスタの
ゲート電極に正電圧が印加され、Ｎ型ＭＯＳトランジス
タＴＲ２がＯＮ状態になり、モニタ電流ｉｍ２が観測さ
れることになる。逆に、上部電極Ａに負の電荷が発生す
ると、各トランジスタのゲート電極に負電圧が印加さ
れ、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＴＲ１がＯＮ状態になり、
モニタ電流ｉｍ１が観測されることになる。マイクロコ
ンピュータ４２０は、端子Ｔｍ１，Ｔｍ２を流れるモニ
タ電流ｉｍ１，ｉｍ２を監視し、この電流値が所定のし
きい値以上になった場合に、主検出素子（図示されてい
ない）への給電を開始すればよい。
【０１３０】なお、地震の揺れは、上下や左右の往復振
動であるため、加速度の方向は周期的に逆転する。この
ため、上部電極Ａに発生する電荷の極性も周期的に反転
することになる。したがって、図３７に示す回路図で
は、一対のＭＯＳトランジスタＴＲ１，ＴＲ２を設けた
例を示したが、地震などの往復振動を検出する一般的な
加速度センサとして用いるのであれば、Ｐ型ＭＯＳトラ
ンジスタＴＲ１か、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＴＲ２かの
いずれか一方だけを設けておけば十分である。
動であるため、加速度の方向は周期的に逆転する。この
ため、上部電極Ａに発生する電荷の極性も周期的に反転
することになる。したがって、図３７に示す回路図で
は、一対のＭＯＳトランジスタＴＲ１，ＴＲ２を設けた
例を示したが、地震などの往復振動を検出する一般的な
加速度センサとして用いるのであれば、Ｐ型ＭＯＳトラ
ンジスタＴＲ１か、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＴＲ２かの
いずれか一方だけを設けておけば十分である。
【０１３１】図３８は、ＭＯＳトランジスタの代わり
に、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタを用いた例であ
る。上部電極Ａは、抵抗素子Ｒおよび容量素子Ｃを介し
て接地されるとともに、バイポーラトランジスタＴＲ３
のベース電極に接続されている。また、バイポーラトラ
ンジスタＴＲ３のエミッタ電極は接地され、コレクタ電
極はマイクロコンピュータ４３０の端子Ｔｍに接続され
ている。マイクロコンピュータ４３０の端子Ｔｍには、
接地電位に対して所定の電圧が加わっており、トランジ
スタＴＲ３がＯＮになると、モニタ電流ｉｍが流れるよ
うになっている。
に、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタを用いた例であ
る。上部電極Ａは、抵抗素子Ｒおよび容量素子Ｃを介し
て接地されるとともに、バイポーラトランジスタＴＲ３
のベース電極に接続されている。また、バイポーラトラ
ンジスタＴＲ３のエミッタ電極は接地され、コレクタ電
極はマイクロコンピュータ４３０の端子Ｔｍに接続され
ている。マイクロコンピュータ４３０の端子Ｔｍには、
接地電位に対して所定の電圧が加わっており、トランジ
スタＴＲ３がＯＮになると、モニタ電流ｉｍが流れるよ
うになっている。
【０１３２】平常時、すなわち加速度が作用していない
状態では、圧電素子４１０には何ら電荷は発生しない。
したがって、平常時にはトランジスタＴＲ３のベース電
極の電位は零（接地レベル）になり、ｎｐｎ型トランジ
スタはＯＦＦの状態になる。このため、モニタ電流ｉｍ
は流れることなく、副検出素子としての消費電力は零に
なる。ところが、地震発生により加速度が作用すると、
上述したように、上部電極Ａには正の電荷および負の電
荷が周期的に発生する。ベース電極に正の電圧がかかる
と、トランジスタＴＲ３はＯＮ状態になり、モニタ電流
ｉｍが観測されることになる。マイクロコンピュータ４
３０は、端子Ｔｍを流れるモニタ電流ｉｍを監視し、こ
の電流値が所定のしきい値以上になった場合に、主検出
素子（図示されていない）への給電を開始すればよい。
状態では、圧電素子４１０には何ら電荷は発生しない。
したがって、平常時にはトランジスタＴＲ３のベース電
極の電位は零（接地レベル）になり、ｎｐｎ型トランジ
スタはＯＦＦの状態になる。このため、モニタ電流ｉｍ
は流れることなく、副検出素子としての消費電力は零に
なる。ところが、地震発生により加速度が作用すると、
上述したように、上部電極Ａには正の電荷および負の電
荷が周期的に発生する。ベース電極に正の電圧がかかる
と、トランジスタＴＲ３はＯＮ状態になり、モニタ電流
ｉｍが観測されることになる。マイクロコンピュータ４
３０は、端子Ｔｍを流れるモニタ電流ｉｍを監視し、こ
の電流値が所定のしきい値以上になった場合に、主検出
素子（図示されていない）への給電を開始すればよい。
【０１３３】このように、図３７あるいは図３８に示す
回路を副検出素子の信号検出に用いれば、平常時の電力
消費を零に抑えることが可能になり、センサ全体の消費
電力を更に低減させることが可能になる。
回路を副検出素子の信号検出に用いれば、平常時の電力
消費を零に抑えることが可能になり、センサ全体の消費
電力を更に低減させることが可能になる。
【０１３４】たとえば、図１７に示す検出回路の場合、
チャージアンプ１７１の代わりに上述のトランジスタ回
路を適用すればよい。また、図２０に示す検出回路の場
合、チャージアンプ１７１，１７２の代わりに上述のト
ランジスタ回路を適用すればよい。更に、図２５に示す
検出回路の場合、上部電極Ａ２，Ａ４を上述のトランジ
スタ回路に接続するようにし、このトランジスタ回路に
流れるモニタ電流をマイクロコンピュータ１８８で監視
するようにすればよい。
チャージアンプ１７１の代わりに上述のトランジスタ回
路を適用すればよい。また、図２０に示す検出回路の場
合、チャージアンプ１７１，１７２の代わりに上述のト
ランジスタ回路を適用すればよい。更に、図２５に示す
検出回路の場合、上部電極Ａ２，Ａ４を上述のトランジ
スタ回路に接続するようにし、このトランジスタ回路に
流れるモニタ電流をマイクロコンピュータ１８８で監視
するようにすればよい。
【０１３５】
【発明の効果】以上のとおり本発明に係る加速度センサ
によれば、平常時の動作モードではモニタ用の副検出素
子に対してのみ電力供給を行い、この副検出素子が所定
レベル以上の加速度を検出したときにのみ、本来の加速
度検出を行う主検出素子への電力供給を行うようにした
ため、低消費電力で動作可能な電子式の加速度センサを
実現できる。
によれば、平常時の動作モードではモニタ用の副検出素
子に対してのみ電力供給を行い、この副検出素子が所定
レベル以上の加速度を検出したときにのみ、本来の加速
度検出を行う主検出素子への電力供給を行うようにした
ため、低消費電力で動作可能な電子式の加速度センサを
実現できる。
【図１】従来の一般的な電子式の三次元加速度センサの
基本構成を示すブロック図である。
基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る電子式の三次元加速度センサの基
本構成を示すブロック図である。
本構成を示すブロック図である。
【図３】ＸＹＺ三次元座標系において各主検出素子およ
び各副検出素子による検出軸方向を示す概念図である。
び各副検出素子による検出軸方向を示す概念図である。
【図４】２組の副検出素子を用いた加速度センサの基本
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図５】複数の主検出素子のうちの一部を副検出素子と
して兼用し、主電力供給手段の一部を副電力供給手段と
して兼用した実施形態の基本構成を示すブロック図であ
る。
して兼用し、主電力供給手段の一部を副電力供給手段と
して兼用した実施形態の基本構成を示すブロック図であ
る。
【図６】副電力供給手段から副検出素子に対する電力供
給を、給電状態と非給電状態とを交互に繰り返すパルス
信号を用いて断続的に行うことを示す波形図である。
給を、給電状態と非給電状態とを交互に繰り返すパルス
信号を用いて断続的に行うことを示す波形図である。
【図７】圧電素子を用いた基本的な実施例に係る加速度
センサの本体部を斜め上方から見た斜視図である。
センサの本体部を斜め上方から見た斜視図である。
【図８】図７に示すセンサ本体部を斜め下方から見た斜
視図である。
視図である。
【図９】図７に示すセンサ本体部の上面図である。
【図１０】図７に示すセンサ本体部をＸＺ平面で切った
側断面図である。
側断面図である。
【図１１】図７に示すセンサ本体部の下面図である。
【図１２】圧電素子の分極特性の一例を示す側断面図で
ある。
ある。
【図１３】図７に示すセンサ本体部にＸ軸方向の力Ｆｘ
（Ｘ軸方向の加速度に基づく力）が作用した場合の撓み
状態を示す側断面図である。
（Ｘ軸方向の加速度に基づく力）が作用した場合の撓み
状態を示す側断面図である。
【図１４】図７に示すセンサ本体部にＺ軸方向の力Ｆｚ
（Ｚ軸方向の加速度に基づく力）が作用した場合の撓み
状態を示す側断面図である。
（Ｚ軸方向の加速度に基づく力）が作用した場合の撓み
状態を示す側断面図である。
【図１５】図９に示す電極配置をもつセンサ本体部に対
して、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚのそれぞれが作用した場合
に、各上部電極に発生する電荷の極性を示す図表であ
る。
して、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚのそれぞれが作用した場合
に、各上部電極に発生する電荷の極性を示す図表であ
る。
【図１６】図９に示す電極配置をもつセンサ本体部を用
いて加速度検出を行うための検出回路を示す回路図であ
る。
いて加速度検出を行うための検出回路を示す回路図であ
る。
【図１７】図９に示す電極配置をもつセンサ本体部を用
いて、より実用的な加速度検出を行うための検出回路を
示す回路図である。
いて、より実用的な加速度検出を行うための検出回路を
示す回路図である。
【図１８】２組の副検出素子を有する加速度センサ本体
部を示す上面図である。
部を示す上面図である。
【図１９】図１８に示す電極配置をもつセンサ本体部に
対して、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚのそれぞれが作用した場合
に、各上部電極に発生する電荷の極性を示す図表であ
る。
対して、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚのそれぞれが作用した場合
に、各上部電極に発生する電荷の極性を示す図表であ
る。
【図２０】図１８に示す電極配置をもつセンサ本体部を
用いて加速度検出を行うための検出回路を示す回路図で
ある。
用いて加速度検出を行うための検出回路を示す回路図で
ある。
【図２１】２組の副検出素子を有する別な加速度センサ
本体部を示す上面図である。
本体部を示す上面図である。
【図２２】図２１に示す電極配置をもつセンサ本体部に
対して、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚのそれぞれが作用した場合
に、各上部電極に発生する電荷の極性を示す図表であ
る。
対して、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚのそれぞれが作用した場合
に、各上部電極に発生する電荷の極性を示す図表であ
る。
【図２３】主検出素子と副検出素子との一部兼用を行っ
た圧電素子を用いた加速度センサ本体部を示す上面図で
ある。
た圧電素子を用いた加速度センサ本体部を示す上面図で
ある。
【図２４】図２３に示す電極配置をもつセンサ本体部に
対して、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚのそれぞれが作用した場合
に、各上部電極に発生する電荷の極性を示す図表であ
る。
対して、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚのそれぞれが作用した場合
に、各上部電極に発生する電荷の極性を示す図表であ
る。
【図２５】図２３に示す加速度センサ本体部に適用すべ
き検出回路を示す回路図である。
き検出回路を示す回路図である。
【図２６】ピエゾ抵抗素子を用いた実施例に係る加速度
センサの本体部を示す上面図である。
センサの本体部を示す上面図である。
【図２７】図２６に示すセンサ本体部をＸＺ平面で切っ
た側断面図である。
た側断面図である。
【図２８】図２６に示す加速度センサ本体部に適用すべ
き検出回路を示す回路図である。
き検出回路を示す回路図である。
【図２９】容量素子を用いた実施例に係る加速度センサ
の本体部を構成する可撓性基板３１０の上面図である。
の本体部を構成する可撓性基板３１０の上面図である。
【図３０】容量素子を用いた実施例に係る加速度センサ
の本体部を構成する固定基板３２０の下面図である。
の本体部を構成する固定基板３２０の下面図である。
【図３１】容量素子を用いた実施例に係る加速度センサ
の本体部の側断面図である。
の本体部の側断面図である。
【図３２】図３１に示すセンサ本体部にＸ軸方向の力Ｆ
ｘ（Ｘ軸方向の加速度に基づく力）が作用した場合の撓
み状態を示す側断面図である。
ｘ（Ｘ軸方向の加速度に基づく力）が作用した場合の撓
み状態を示す側断面図である。
【図３３】図３１に示すセンサ本体部にＺ軸方向の力Ｆ
ｚ（Ｚ軸方向の加速度に基づく力）が作用した場合の撓
み状態を示す側断面図である。
ｚ（Ｚ軸方向の加速度に基づく力）が作用した場合の撓
み状態を示す側断面図である。
【図３４】図３１に示す加速度センサ本体部に適用すべ
き検出回路を示す回路図である。
き検出回路を示す回路図である。
【図３５】検出素子と副検出素子との一部兼用を行った
容量素子を用いた加速度センサの電極配置を示す上面図
である。
容量素子を用いた加速度センサの電極配置を示す上面図
である。
【図３６】図３５に示す加速度センサ本体部に適用すべ
き検出回路を示す回路図である。
き検出回路を示す回路図である。
【図３７】副検出素子からの信号をＭＯＳトランジスタ
を用いて取り出す検出回路を示す回路図である。
を用いて取り出す検出回路を示す回路図である。
【図３８】副検出素子からの信号をバイポーラトランジ
スタを用いて取り出す検出回路を示す回路図である。
スタを用いて取り出す検出回路を示す回路図である。
１１…Ｘ軸方向主検出素子 １２…Ｙ軸方向主検出素子 １３…Ｚ軸方向主検出素子 ２０，２５…主電力供給手段 ３０…支持手段 ４０…副検出素子 ４１…第１の副検出素子 ４２…第２の副検出素子 ５０，５５…副電力供給手段 ６０…制御手段 １１０…圧電素子 １１１…中心部 １１２…可撓部 １１３…周囲部 １１５…環状溝 １１８…局在的な分極処理がなされた圧電素子 １３０…主検出素子群 １３１〜１３８…Ｑ／Ｖ変換回路 １４１〜１４３…演算器 １５０…副検出素子 １５１…Ｑ／Ｖ変換回路 １６０…主検出素子群 １６１〜１６３…チャージアンプ １７０…副検出素子 １７１，１７２…チャージアンプ １７５…副検出素子群 １８０，１８５，１８８…マイクロコンピュータ １８１，１８２，１８３…制御スイッチ １９０…主検出素子群 １９１〜１９５…チャージアンプ １９６〜１９８…演算器 ２１０…単結晶半導体基板 ２１１…中心部 ２１２…可撓部 ２１３…周囲部 ２１５…環状溝 ２２１〜２２３…アンプ回路 ２３０…マイクロコンピュータ ３１０…可撓性基板 ３２０…固定基板 ３３０…重錘体 ３４０…センサ筐体 ３５０…主検出素子群 ３５１〜３５５，３５２ａ，３５４ａ…Ｃ／Ｖ変換回路 ３５６〜３５８…演算器 ３５９…主検出素子群 ３６０…副検出素子群 ３６１，３６２…Ｃ／Ｖ変換回路 ３７０，３７５…マイクロコンピュータ ４１０…圧電素子 ４２０，４３０…マイクロコンピュータ Ａ，Ａ１〜Ａ１１…上部電極 Ｂ…下部電極 Ｂｒｘ，Ｂｒｙ，Ｂｒｚ…ブリッジ回路 Ｃ，Ｃ１〜Ｃ７…容量素子 Ｄｍ１１，Ｄｍ１２，Ｄｍ２１，Ｄｍ２２…モニター用
検出軸方向 Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ…加速度の検出軸方向 Ｅ…電源 Ｅ０，Ｅ１〜Ｅ７…電極 Ｅｐ…パルス信号 ｅ…電源入力端子 Ｆｘ…Ｘ軸方向に作用する力 Ｆｚ…Ｚ軸方向に作用する力 ｉｍ，ｉｍ１，ｉｍ２…モニタ用電流 Ｌ…サンプリング周期 Ｐ…中心部の重心 Ｒ…抵抗素子 Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４…ピ
エゾ抵抗素子 Ｒｍ１，Ｒｍ２…モニタ用ピエゾ抵抗素子 Ｔｃ…制御信号出力端子 Ｔｅ…電力供給用端子 Ｔｍ，Ｔｍ１，Ｔｍ２…モニター加速度成分の検出値が
得られる端子 Ｔoff …遮断信号出力端子 Ｔｐ，Ｔｐ１，Ｔｐ２…パルス信号供給端子 ＴＲ１…Ｐ型ＭＯＳトランジスタ ＴＲ２…Ｎ型ＭＯＳトランジスタ ＴＲ３…バイポーラトランジスタ Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ…加速度のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸成分の検
出値が得られる端子 Ｗ…パルス信号のパルス幅 Ｗ１，Ｗ２…配置軸 Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４…Ｘ軸上の位置 αｘ…加速度のＸ軸方向成分 αｙ…加速度のＹ軸方向成分 αｚ…加速度のＺ軸方向成分 αｍ，αｍ１，αｍ２…モニター加速度成分
検出軸方向 Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ…加速度の検出軸方向 Ｅ…電源 Ｅ０，Ｅ１〜Ｅ７…電極 Ｅｐ…パルス信号 ｅ…電源入力端子 Ｆｘ…Ｘ軸方向に作用する力 Ｆｚ…Ｚ軸方向に作用する力 ｉｍ，ｉｍ１，ｉｍ２…モニタ用電流 Ｌ…サンプリング周期 Ｐ…中心部の重心 Ｒ…抵抗素子 Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４…ピ
エゾ抵抗素子 Ｒｍ１，Ｒｍ２…モニタ用ピエゾ抵抗素子 Ｔｃ…制御信号出力端子 Ｔｅ…電力供給用端子 Ｔｍ，Ｔｍ１，Ｔｍ２…モニター加速度成分の検出値が
得られる端子 Ｔoff …遮断信号出力端子 Ｔｐ，Ｔｐ１，Ｔｐ２…パルス信号供給端子 ＴＲ１…Ｐ型ＭＯＳトランジスタ ＴＲ２…Ｎ型ＭＯＳトランジスタ ＴＲ３…バイポーラトランジスタ Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ…加速度のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸成分の検
出値が得られる端子 Ｗ…パルス信号のパルス幅 Ｗ１，Ｗ２…配置軸 Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４…Ｘ軸上の位置 αｘ…加速度のＸ軸方向成分 αｙ…加速度のＹ軸方向成分 αｚ…加速度のＺ軸方向成分 αｍ，αｍ１，αｍ２…モニター加速度成分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｖ 1/18 Ｇ０１Ｖ 1/18
Claims (10)
- 【請求項１】 所定の検出軸方向の加速度成分を検出す
る複数の主検出素子と、これら主検出素子に対して電力
を供給する主電力供給手段と、前記複数の主検出素子を
それぞれの検出軸方向が互いに異なるような配置となる
ように支持する支持手段と、を備え、前記各主検出素子
に対して前記主電力供給手段から電力供給を行うことに
より、複数の検出軸方向の加速度成分をそれぞれ独立し
た電気信号として出力する機能をもった加速度センサに
おいて、 予め設定したモニター用検出軸方向の加速度成分を検出
できるように前記支持手段によって支持された副検出素
子と、 前記副検出素子により検出される加速度成分が電気信号
として出力されるように、前記副検出素子に対して電力
を供給する副電力供給手段と、 前記副電力供給手段に対しては、センサ動作中の期間に
おける少なくとも前記主電力供給手段が電力供給を行っ
ていない期間は、電力供給を行うよう制御し、前記主電
力供給手段に対しては、前記副検出素子の出力する電気
信号が所定のしきい値レベル以上の場合にのみ、電力供
給を行うよう制御する制御手段と、 を更に設けた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、 複数組の副検出素子を、それぞれのモニター用検出軸方
向が互いに異なるような配置となるように、支持手段に
よって支持したことを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の加速度センサ
において、 複数の主検出素子のうちの一部を副検出素子として兼用
し、主電力供給手段の一部を副電力供給手段として兼用
することを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の加速度
センサにおいて、 副電力供給手段による電力供給を、所定のサンプリング
周期をもったパルス信号を用いて断続的に行うことを特
徴とする加速度センサ。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の加速度
センサにおいて、 中心部と周辺部とのいずれか一方がセンサ筐体に固定さ
れ、他方に重錘体が形成された可撓性をもった基板によ
り支持手段を構成し、 前記可撓性基板の中心部に原点Ｏを定め、基板主面がＸ
Ｙ平面に含まれるようにＸＹＺ三次元座標系を定義した
ときに、前記基板のＸ軸の正の部分の応力もしくは変位
を検出する第１の検出器と、前記基板のＸ軸の負の部分
の応力もしくは変位を検出する第２の検出器と、前記基
板のＹ軸の正の部分の応力もしくは変位を検出する第３
の検出器と、前記基板のＹ軸の負の部分の応力もしくは
変位を検出する第４の検出器と、を設け、 前記第１の検出器と前記第２の検出器とによりＸ軸方向
を検出軸方向とする主検出素子を構成し、前記第３の検
出器と前記第４の検出器とによりＹ軸方向を検出軸方向
とする主検出素子を構成し、 更に、前記基板の任意の一部分の応力もしくは変位を検
出する補助検出器を設け、この補助検出器により副検出
素子を構成した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、 重錘体にＺ軸方向の力が作用したときに可撓性基板に生
じる応力もしくは変位を検出する検出器を更に設け、こ
の検出器によりＺ軸方向を検出軸方向とする主検出素子
を構成したことを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の加速度
センサにおいて、 加速度の作用により応力が加わるように構成された圧電
素子の基板を支持手段として用い、 この圧電素子の所定部分に発生する電荷を検出する電極
と、この電極で検出された電荷量を電気信号として出力
する電子回路と、によって各検出素子を構成したことを
特徴とする加速度センサ。 - 【請求項８】 請求項１〜６のいずれかに記載の加速度
センサにおいて、 加速度の作用により応力が加わるように構成された単結
晶基板を支持手段として用い、 この単結晶基板上の所定位置に形成されたピエゾ抵抗素
子と、このピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を電気信号と
して出力する電子回路と、によって各検出素子を構成し
たことを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項９】 請求項１〜６のいずれかに記載の加速度
センサにおいて、 加速度の作用により撓みが生じるように構成された可撓
性基板と、この可撓性基板に対向する位置に配置された
固定基板と、によって支持手段を構成し、 前記可撓性基板上の所定位置に配置された変位電極と、
前記固定基板上の所定位置に配置された固定電極と、に
よって容量素子を構成し、 前記容量素子と、前記容量素子の容量値の変化を電気信
号として出力する電子回路と、によって各検出素子を構
成したことを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項１０】 請求項７に記載の加速度センサにおい
て、 副検出素子を構成する圧電素子に発生した電荷に基づい
てＯＮ／ＯＦＦ動作するトランジスタを設け、このトラ
ンジスタに流れる電流を副検出素子からの電気信号とし
て取り出すことを特徴とする加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8353562A JPH10177032A (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8353562A JPH10177032A (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10177032A true JPH10177032A (ja) | 1998-06-30 |
Family
ID=18431682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8353562A Pending JPH10177032A (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10177032A (ja) |
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-
1996
- 1996-12-17 JP JP8353562A patent/JPH10177032A/ja active Pending
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