JPH1089967A

JPH1089967A - センサー

Info

Publication number: JPH1089967A
Application number: JP8239551A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Tomikawa; 義朗富川; Kazumasa Onishi; 一正大西
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-09-10
Publication date: 1998-04-10
Also published as: DE19732131C2; DE19732131A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】所定の質量が加速度を受けて移動するときの
移動量を検出する加速度センサーでは、微小な加速度で
は前記質量が動かず、加速度を検出できない場合があ
る。【解決手段】弾性材料で形成された質量ｍの測定部材
１に対し、軸Ｏ回りに互いに逆向きの角速度ω1とω2を
交互に与える。この測定部材１に加速度のなど外力が与
えられて測定部材１が軸Ｏに直交する速度成分Ｕを持つ
と、コリオリ力Ｆｃ1，Ｆｃ2により、測定部材１がＦｃ
1およびＦｃ2方向へ曲げ振動する。この振動を検出手段
３で検出することにより、コリオリ力を検出でき、微小
な加速度に基づく速度成分Ｕを求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定部材に対して
質点運動の加速度または慣性力などの外力が与えられた
とき、または測定部材に磁気力などの外力が作用したと
きに、この外力に基づく測定部材の変位を検出して、移
動体に与えられる加速度や慣性力の検出、さらには測定
部材に与えられる磁気力などの検出を可能としたセンサ
ーに関する。

【０００２】

【従来の技術】装置あるいは器具に対して作用する外力
を検出するものとして、例えば移動体の加速度を検出す
る加速度センサーがある。この加速度センサーは、例え
ば移動体上に一定の質量の測定部材を弾性支持してお
き、移動体が加速度を持ち、（加速度）×（質量）＝
（力）が前記測定部材に作用して、この力により測定部
材が移動したときに、その移動量や変位量を検出できる
ようにしたものが一般的である。また、この加速度セン
サーでは、移動体が始動したときまたは停止したときの
慣性力による測定部材の移動についても検出できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の加
速度センサーは、大きな加速度が与えられたときには前
記測定部材に大きな力が作用して測定部材が変位し、そ
の変位量を測定できるが、測定部材を搭載した移動体が
ゆっくり加速されながら動くときのように、測定部材に
作用する加速度または慣性力が微小であると、測定部材
がほとんど動かず、加速度や慣性力を高精度に検出する
ことができない。同様に、例えば磁気力や電気力その他
の物理的な力が分布している領域に、前記磁気力や電気
力の影響を受ける物質の測定部材が位置しており、前記
磁気力や電気力などの外力の影響を測定する必要がある
場合に、磁気力や電気力などが前記測定部材に与える外
力があまりにも微細であると、測定部材の移動量や変位
量に基づいて前記磁気力や電気力などの物理的な外力を
正確に検出することができない。

【０００４】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、移動体に作用する小さな加速度や慣性力などを高
精度に検出できるようにしたセンサーを提供することを
目的としている。

【０００５】また、本発明は、測定部材が磁気力や電気
力などの外力を受けたときに、その外力を高精度に検出
できるようにしたセンサーを提供することを目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のセンサーは、所
定質量の測定部材に回転を与える駆動手段と、回転が与
えられている前記測定部材に外力が与えられて前記測定
部材が前記回転に対して相対的な速度成分を持ったとき
に、この速度成分と前記回転の角速度とに基づいて前記
測定部材に生じる変位を検出する検出手段と、が設けら
れていることを特徴とするものである。

【０００７】また、本発明のセンサーは、弾性材料で形
成された軸状の測定部材と、前記測定部材に対しこの測
定部材の中心軸回りまたは中心軸と平行な軸回りに回転
を与える駆動手段と、回転が与えられている前記測定部
材に外力が与えられて前記測定部材が前記回転に対して
相対的な速度成分を持ったときに、この速度成分と前記
回転の角速度に基づいて前記測定部材に生じる曲げ変形
を検出する検出手段と、が設けられていることを特徴と
するものである。

【０００８】上記において、駆動手段によって、測定部
材に対しその回転方向が交互に変化する回転が与えら
れ、前記速度成分と角速度に基づいて測定部材が曲げ振
動を発生するように構成することが可能である。

【０００９】さらに本発明のセンサーは、弾性材料で形
成された軸状の測定部材と、前記測定部材に対しねじり
振動を与える駆動手段と、ねじり振動している前記測定
部材に外力が与えられて前記測定部材が前記ねじり振動
に対して相対的な速度成分を持ったときに、この速度成
分とねじり振動の角速度とに基づいて前記測定部材に対
し作用する曲げ振動を検出する検出手段と、が設けられ
ていることを特徴とするものである。

【００１０】上記では、測定部材のねじり振動による共
振周波数と、曲げ振動による共振周波数とがほぼ同じで
あることが好ましい。

【００１１】さらに本発明のセンサーは、所定の質量の
測定部材と、この測定部材を支持する支持部材と、この
支持部材を介して前記測定部材に円運動を与える駆動手
段と、円運動している前記測定部材に外力が与えられて
前記測定部材が前記円運動に対して相対的な速度成分を
持ったときに、この速度成分と前記円運動の角速度とに
基づいて前記測定部材に生じる変位を検出する検出手段
と、が設けられていることを特徴とするものである。

【００１２】前記各センサーにおいては、測定部材が移
動体に設けられ、この移動体の加速度または移動体の移
動に基づく慣性力が、測定部材に対して外力として作用
する場合に、この外力を検出することが可能である。

【００１３】また、測定部材が磁気力や電気力などの力
を受けて移動するものでは、測定部材の変位や移動量を
検出することにより、前記磁気力や電気力などを測定す
ることも可能である。

【００１４】本発明のセンサーでは、所定質量の測定部
材が回転しており、回転している測定部材を支持してい
る移動体に加速度または慣性力が与えられると、測定部
材が前記回転の系に対して相対的な速度成分を持つ。こ
の速度成分と、前記回転の角速度とにより、測定部材に
前記速度成分と直交する向きのコリオリ力が作用する。
コリオリ力による前記測定部材の変位量または移動量を
検出することにより、回転している測定部材に作用した
加速度または慣性力の方向および大きさを検出すること
ができる。

【００１５】このセンサーでは、測定部材を回転させた
りねじり振動させることにより、測定部材に角速度を持
たせているため、この角速度を所定値以上に設定してお
けば、比較的小さな加速度や慣性力などの外力により生
じる速度成分であっても、前記角速度との関係でコリオ
リ力を発生させることができる。よって、加速度や慣性
力が小さく、測定部材の速度成分が小さくても、高精度
な検出が可能である。

【００１６】また、測定部材が磁気力や電気力により速
度が与えられるものである場合に、測定部材に角速度を
与えて前記磁気力や電気力の作用領域内に位置させるこ
とにより、測定部材が磁気力や電気力から与えられる力
を検出することができる。

【００１７】例えば軸形状の測定部材が、軸に直交する
各断面での重心を通る軸（中心軸）回りに回転した場
合、またはこの軸と平行な軸回りに回転した場合に、外
力により測定部材に与えられる速度のうちの前記中心軸
に直交する速度成分に応じて、中心軸および前記速度成
分の双方に対して直交するコリオリ力が作用する。軸状
の測定部材ではコリオリ力により曲げ変形を生じさせる
ことが可能であるため、この曲げ変形を歪みゲージなど
で検出することにより速度の検出が可能である。

【００１８】また、所定質量の測定部材が円運動し、こ
の測定部材に対して外力に基づく速度が与えられる場合
も、測定部材に対しコリオリ力が作用し、測定部材が運
動の中心軸および、前記中心軸に直交する速度成分の双
方に直交する方向へ変位することになる。

【００１９】このように、本発明のセンサーは、測定部
材に外力が作用し測定部材が速度成分を持ったときに、
この速度成分に直交するコリオリ力を検出し、前記外力
に基づく速度成分を知ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）（Ｂ）と図２（Ａ）
（Ｂ）は、本発明のセンサーの基本的な実施の形態を示
す斜視図である。図１（Ａ）に示すものでは、断面が円
形の軸状の測定部材１が片持ちにて支持されている。こ
の測定部材１はエリンバなどの恒弾性材料により形成さ
れたものであり、その下端が支持体２に固定されてい
る。この支持体２に対してはモータなどにより回転が与
えられる。この回転は、測定部材１の中心軸Ｏを中心と
して一定の方向へ等速度にて与えられる。図１（Ａ）で
はこのときの角速度をωで示している。なお、前記中心
軸Ｏは、軸状の測定部材１の各横断面の重心を通る線で
あり、且つ測定部材１の中立軸である。

【００２１】測定部材１の側面には検出手段３が設けら
れている。この検出手段３は、測定部材１が速度を有し
て運動するときに、その速度の前記中心軸Ｏに垂直な成
分Ｕに対して直交する方向への測定部材１の曲げ変形を
検出できる位置に設けられている。この検出手段３は、
測定部材１の表面の歪みを検出する歪みゲージ（歪みセ
ンサー）あるいは圧電素子などである。

【００２２】図１（Ｂ）に示すように、所定質量ｍの測
定部材１に中心軸Ｏの回りで一定方向の角速度ωが与え
られている状態で、この測定部材１が搭載されている装
置、機器などに加速度や慣性力または磁気力などの物理
的な外力が作用すると、測定部材１が中心軸Ｏに直交す
る速度成分Ｕを持つ。そして、測定部材１には、速度成
分Ｕと前記角速度ωとにより、前記速度成分Ｕに対して
直交する方向のコリオリ力Ｆｃが作用する。このコリオ
リ力Ｆｃの絶対値は、

【００２３】

【数１】

【００２４】である。なお、Ｆｃ，ω，Ｕはそれぞれベ
クトル値であり、前記〔Ｕ×ω〕はベクトル積である。
前記コリオリ力Ｆｃは、前記速度成分Ｕに対して垂直な
向きに作用するため、測定部材１はＦｃ方向へ曲げ変形
する。この曲げ変形（変位）による測定部材１の表面の
歪みが検出手段３により検出されるが、このコリオリ力
Ｆｃに基づく曲げ変形量（歪み量）は、速度成分Ｕに比
例するため、コリオリ力Ｆｃの検出値から速度成分Ｕを
求めることができ、また前記外力の方向および大きさを
知ることができる。

【００２５】図２（Ａ）のセンサーでは、図１（Ａ）に
示したのと同じ構造の測定部材１が用いられ、駆動手段
により測定部材１に対し中心軸Ｏ回りの回転が与えられ
るが、その回転方向が交互に切換えられるものとなって
いる。図示上方から見た平面において反時計方向の角速
度をω1、時計方向の角速度をω2で示している。この測
定部材１を搭載している装置、機器に加速度や慣性力ま
たは磁気力などの外力が与えられると、この外力により
測定部材１が速度成分Ｕを持つ。測定部材１の角速度の
成分がω1であるとき、測定部材１にコリオリ力Ｆｃ1が
作用し、角速度の成分がω2であるとき、測定部材１に
コリオリ力Ｆｃ2が作用する。コリオリ力Ｆｃ1とＦｃ2
は逆向きである。したがって、測定部材１はＦｃ1およ
びＦｃ2方向へ曲げ振動を発生する。この曲げ振動によ
る測定部材１の表面の歪みを検出手段３で検出すること
により、速度成分Ｕを求めることができる。

【００２６】なお、測定部材１に対して角速度ω1とω2
を交互に与えるときの周波数は、測定部材１の曲げ振動
による共振周波数と一致させ、またはほぼ一致させてお
くことが好ましい。これにより、測定部材１はＦｃ1と
Ｆｃ2方向へ共振振動し、その振幅の大きさを検出手段
３で検出することにより、速度成分Ｕの大きさを高精度
に検出できるようになる。なお、図１（Ａ）と図２
（Ａ）において、検出手段３を測定部材１の表面の各方
向に向けて設けておくことにより、中心軸Ｏに垂直な多
方向からの外力に基づく速度成分を検出することが可能
になる。また、図１（Ａ）と図２（Ａ）において、角速
度ω，ω1，ω2の回転は、必ずしも測定部材１の中心軸
Ｏ回りである必要はなく、中心軸Ｏと平行な軸またはほ
ぼ平行な軸回りの回転を与えることにより、前記コリオ
リ力により測定部材１に曲げ変形または曲げ振動が与え
られ、外力に基づく速度成分Ｕを得ることが可能であ
る。

【００２７】図３は、図２の変形例を示している。図３
に示すものでは、エリンバなどの恒弾性材料で形成され
た測定部材１が、断面係数の小さい細めの弾性腕１ａを
有し、その基部１ｂが支持体２の上に固定され、弾性腕
１ａの先部に所定質量の頭部（錘部）１ｃが一体に設け
られている。図２（Ａ）に示したものと同様に、支持体
２または基部１ｂに設けられたねじり振動の駆動部によ
り、測定部材１がω1とω2の双方の角速度を持つように
ねじり振動させられる。このセンサーに加速度や慣性力
などの外力が作用すると、断面係数が小さく細い弾性腕
１ａが容易に変形し、弾性腕１ａおよび頭部１ｃが速度
成分Ｕを持つ。この速度成分Ｕと前記角速度ω1とω2と
により、弾性腕１ａおよび頭部１ｃがＦｃ1およびＦｃ2
方向へ振動し、その振動成分が検出手段３から検出され
る。このように、本発明のセンサーでの検出感度は、測
定部材１の剛性を適度に変更することにより自由に設定
可能である。

【００２８】図４は測定部材のねじり振動を利用した本
発明のセンサーの他の実施の形態を示す斜視図、図５
（Ａ）（Ｂ）は図４の測定部材にねじり振動を与える駆
動手段を示す斜視図、図６はコリオリ力により振動モー
ドを説明する説明図である。図４に示すセンサーでは、
例えばエリンバなどの恒弾性材料などの弾性体により形
成された一対の軸状の測定部材４ａと４ｂが用いられて
いる。この測定部材４ａと４ｂは、弾性腕４ａ1と４ｂ1
が断面係数の小さい細い軸となっており、基部４ａ2，
４ｂ2および頭部４ａ3，４ｂ3が太くなっており、頭部
４ａ3，４ｂ3が錘部として機能するようになっている。

【００２９】測定部材４ａと４ｂを駆動する駆動手段と
しては、円板形状の圧電振動子５ａと５ｂが使用され
る。圧電振動子５ａと５ｂは、圧電セラミックにより形
成されたものであり、各圧電振動子５ａと５ｂの分極方
向は図５（Ａ）（Ｂ）に示す通りである。図５（Ａ）に
示す圧電振動子５ａでは、半円部分に互いに逆方向の誘
電分極が施され、図５（Ｂ）に示す圧電振動子５ｂで
は、同じく半円部分に互いに逆方向の誘電分極が施され
ており、圧電振動子５ａと圧電振動子５ｂとでは、誘電
分極方向が違いに逆向きである。

【００３０】図４に示すように、測定部材４ａの基部４
ａ2と圧電振動子５ａは電極６ａを挟んで互いに固着さ
れ、測定部材４ｂの基部４ｂ2と圧電振動子５ｂも電極
６ｂを挟んで互いに固着されている。また圧電振動子５
ａと５ｂは、コモン電極（アース電極）７を挟んで互い
に固着されている。前記コモン電極７はある程度厚い導
電性金属板により形成されており、その一部が側方へ突
出し支持片７ａとなっている。この支持片７ａがプリン
ト基板などの支持部に固定され、センサーはその全体が
中央部で支持されたものとなる。また、各測定部材４ａ
と４ｂの弾性腕４ａ1と４ｂ1の側面には、歪みゲージ
（歪みセンサー）または圧電素子などの検出手段８ａ，
８ｂが貼着されている。この検出手段８ａ，８ｂは、セ
ンサーの図６に示す曲げモードにおいて、弾性腕４ａ1
と４ｂ1の表面の歪みが最も大きくなる部分に取り付け
られる。

【００３１】図４に示すセンサーでは、駆動電極となる
電極６ａと６ｂに同位相の交流電圧が与えられる。この
交流電圧の周波数は、図４に示すセンサーのねじり振動
の共振周波数と同じまたはほぼ同じである。電極６ａと
６ｂに前記周波数の交流電圧が与えられると、圧電振動
子５ａでは面と面との間でねじり力が発生し、圧電
振動子５ｂの面と面の間でもねじり力が発生する。
この圧電振動子５ａと５ｂのねじり力により、一方の測
定部材４ａに角速度ω1が発生したときには他方の測定
部材４ｂに逆向きの角速度ω1が発生し、次の瞬間に測
定部材４ａには前記ω1と逆向きの角速度ω2が発生し、
測定部材４ｂにはこれと逆の角速度ω2が発生する。

【００３２】その結果、図４に示すセンサーは、ねじり
振動を発生し、そのねじり振動は主に弾性腕４ａ1と４
ｂ1に生じる。ねじり振動を発生しているセンサーに、
加速度または慣性力あるいは磁気力などの外力が作用し
て、弾性腕４ａ1，４ｂ1、および頭部４ａ3，４ｂ3が、
中心軸（中立軸）Ｏに対して垂直な速度成分Ｕを持つ
と、各測定部材４ａと４ｂの弾性腕４ａ1，４ｂ1および
頭部４ａ3，４ｂ3には、前記速度成分Ｕの向きおよび中
心軸Ｏの双方に対して直交するコリオリ力が作用する。
測定部材４ａと４ｂとでは、ねじり振動の方向が逆であ
るため、測定部材４ａと４ｂに対して逆向きのコリオリ
力が作用する。すなわち、弾性腕４ａ1，４ｂ1および頭
部４ａ3，４ｂ3が共にω1方向への角速度を有すると
き、コリオリ力Ｆｃ1により、測定部材４ａと４ｂには
図６において破線で示すような曲げ変形が発生し、次の
瞬間に弾性腕４ａ1，４ｂ1および頭部４ａ3，４ｂ3が角
速度ω2を持つと、コリオリ力Ｆｃ2により、測定部材４
ａと４ｂは図６において破線で示すのと上下逆の曲げ変
形を生じ、これの繰り返しにより、弾性腕４ａ1，４ｂ1
および頭部４ａ3，４ｂ3は、曲げ振動（横振動）を発生
する。

【００３３】この曲げ振動に基づく弾性腕４ａ1と４ｂ1
の表面の歪みが、検出手段８ａと８ｂにより検出され
る。この検出出力に基づき前記速度成分Ｕを求めること
ができ、このセンサーに作用した外力の方向および大き
さを求めることが可能である。図４に示すセンサーで
は、各測定部材４ａ，４ｂの弾性腕４ａ1，４ｂ1のねじ
り振動の共振周波数と、曲げ振動（横振動）の共振周波
数を等しいかまたはほぼ等しくすることにより、コリオ
リ力に基づく速度成分Ｕを高精度に検出することができ
るようになる。

【００３４】ここで、弾性腕４ａ1，４ｂ1のねじり振動
の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが等しくなる条
件について述べる。長さがＬで直径がｄの弾性腕４ａ
1，４ｂ1のねじり振動の１次の共振周波数ｆ1は数２に
示すとおりである。なお、Ｇは弾性腕４ａ1，４ｂ1を構
成するエリンバなどの恒弾性材料の横弾性係数、ρは恒
弾性材料の密度、ｇは重力の加速度である。

【００３５】

【数２】

【００３６】次に、前記測定部材４ａまたは４ｂの曲げ
振動（横振動）の１次の共振周波数ｆ2は数３に示す通
りである。数３において、Ｅ・Ｉは曲げ剛性でＥは縦弾
性係数、Ｉは慣性モーメント、Ａは軸状（丸棒状）の弾
性腕４ａ1，４ｂ1の断面積である。

【００３７】

【数３】

【００３８】上記数３において、慣性モーメントＩおよ
び断面積Ａを代入した結果が数４である。

【００３９】

【数４】

【００４０】ここで、ｆ1＝ｆ2として整理すると、数５
の通りとなる。

【００４１】

【数５】

【００４２】弾性腕４ａ1，４ｂ1の直径ｄと長さＬとの
比（Ｌ／ｄ）が数５の関係であると、駆動手段である圧
電振動子５ａと５ｂに前記ｆ1とｆ2の周波数の駆動電圧
を与え、弾性腕４ａ1，４ｂ1にねじり共振を発生させれ
ば、図６に示すように、速度成分Ｕに基づくコリオリ力
Ｆｃ1，Ｆｃ2により、図６に示す曲げ共振を発生させる
ことができる。

【００４３】図７と図８は本発明のセンサーの他の実施
の形態を示す斜視図である。図７（Ａ）（Ｂ）はその原
理を説明する説明図であり、図８は具体的な実施の形態
を示している。図７（Ａ）では、所定の質量ｍの測定部
材１１が、固定部１２に対し、支持部材１３で吊下げ支
持されている。この質量ｍの測定部材１１を、軸（垂直
軸）Ｏ回りの一定方向へ円運動させる。このときの円運
動の角速度をωで示す。円運動している測定部材１１に
加速度や慣性力または磁気力などの外力が作用し、測定
部材１１が軸Ｏに直交する速度成分Ｕを持つと、図７
（Ｂ）に示すように、速度成分Ｕに対して直交する向き
のコリオリ力Ｆｃが測定部材１１に作用し、円運動して
いる測定部材１１がＦｃ方向へ変位する。この変位量を
検出すれば、前記数１に基づいて、速度成分Ｕを求める
ことができる。

【００４４】図８は図７（Ａ）のセンサーを具体的に構
成したものである。図８では、所定質量ｍの測定部材１
１が、立方体のブロックであり、支持部材１３は、恒弾
性材料などの弾性材料で形成された四角柱である。測定
部材１１は、支持部材１３の下面に絶縁層１４を介して
接合されており、測定部材１１と支持部材１３は電気的
に絶縁されている。測定部材１１のひとつの側面には、
駆動手段として表面に電極を有する圧電素子１５ａが貼
着されており、これに直交して隣接する他の側面にも駆
動手段として、表面に電極を有する圧電素子１５ｂが貼
着されている。圧電素子１５ａと１５ｂの誘電分極方向
は、図８に示すようにその板厚方向である。

【００４５】圧電素子１５ａの表面の電極に、交流駆動
電圧｛Ｖ0・sin（ω・ｔ）｝が与えられ、圧電素子１５
ｂの表面の電極に、前記交流駆動電圧と位相が９０度相
違する交流駆動電圧｛Ｖ0・cos（ω・ｔ）｝が与えられ
る（なお駆動電圧の前記ωは角周波数を意味しており、
角速度ωとは相違している）。これにより、支持部材１
３は、ｘ1方向への曲げ変形、ｙ1方向への曲げ変形、ｘ
2方向への曲げ変形、ｙ2方向への曲げ変形が順に発生
し、その結果、図７（Ａ）に示すように質量ｍの測定部
材１１が軸Ｏ回りに円運動する。

【００４６】検出手段として、測定部材１１の下方に
は、測定部材１１と空間的に分離された基板１６が設け
られ、この基板１６上に検出電極１７ａ，１７ｂ，１７
ｃ，１７ｄが垂直に取り付けられている。この検出電極
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、立方体の前記測定
部材１１の各側面に対し、ｘ1，ｘ2，ｙ1，ｙ2方向に微
小間隔を介して対向している。その結果、測定部材１１
と検出電極１７ａとの間、測定部材１１と検出電極１７
ｂとの間、測定部材１１と検出電極１７ｃとの間、およ
び測定部材１１と検出電極１７ｄとの間で、空気を誘電
体とした可変容量素子が構成されている。

【００４７】図９は、前記検出手段が接続される検出回
路を示している。前記測定部材１１は導電性材料で形成
されており、この測定部材１１には、電源回路１８から
所定周波数の交流電圧が与えられている。図８では、Ｙ
1−Ｙ2方向にて測定部材１１に対向する一対の検出電極
１７ｃと１７ｄを示しており、この検出電極１７ｃと１
７ｄとダイオードおよびコンデンサーＣ，Ｃが組み合わ
されて回路が構成されている。この回路により、検出電
極１７ｃに発生する電圧Ｖ3と、電極１７ｄに発生する
電圧Ｖ4との差を、出力端子１９ａと１９ｂ間で直流電
圧として得ることができる。なおＸ1−Ｘ2に対向する検
出電極１７ａと１７ｂに関しても、図９に示したのと同
じ検出回路が接続されている。

【００４８】図８に示すセンサーにおいて、軸Ｏ回りに
円運動する測定部材１１に外力が与えられて、測定部材
１１が円運動に対して相対的なＸ1方向で且つ軸Ｏに直
交する速度成分Ｕを持つと、円運動している測定部材１
１は、コリオリ力ＦｃによりＹ1方向へ変位する。前記
変位により、図８に示す回路では、測定部材１１と検出
電極１７ｃとの距離と、測定部材１１と検出電極１７ｄ
との距離、との間に差が発生し、これに応じて電圧Ｖ3
と電圧Ｖ4が変化する。出力端子１９ａと１９ｂ間にお
いて得られる電圧差Ｖ3−Ｖ4は、コリオリ力Ｆｃによる
測定部材１１の変位に関係するものとなり、よって前記
電圧差Ｖ3−Ｖ4から速度成分Ｕを得ることが可能にな
る。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明のセンサーでは、コ
リオリ力を用いることにより、測定部材に作用する外力
の方向および強さを検出することが可能であり、小さな
加速度や磁気力などの小さな物理的な力を検出すること
ができる。またこのセンサーは、振動子などを用いて小
型に構成することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサーの基本的な実施の形態を示す
ものであり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は動作原理の説明
図、

【図２】本発明のセンサーの基本的な実施の形態を示す
ものであり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は動作原理の説明
図、

【図３】図２に示すセンサーの変形例を示す斜視図、

【図４】ねじり振動を生じるセンサーの実施の形態を示
す斜視図、

【図５】（Ａ）（Ｂ）は、図４に示すセンサーの駆動手
段である圧電振動子を示す斜視図、

【図６】図４に示すセンサーの動作原理の説明図、

【図７】円運動を用いたセンサーの基本的な実施の形態
を示すものであり、（Ａ）は原理を示す斜視図、（Ｂ）
は動作原理の説明図、

【図８】円運動を用いたセンサーの具体的な構造を示す
斜視図、

【図９】図８の検出手段が接続される検出回路図、

【符号の説明】

１測定部材１ａ弾性腕１ｃ頭部２支持体３検出手段４ａ，４ｂねじり振動する測定部材４ａ1，４ｂ1 弾性腕４ａ3，４ｂ3 頭部５ａ，５ｂ駆動手段となる圧電振動子１１測定部材１２固定部１３支持部材１５ａ，１５ｂ駆動手段となる圧電素子１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ検出電極１８電源Ｕ外力により測定部材に与えられる速度成分Ｆｃ，Ｆｃ1，Ｆｃ2 コリオリ力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定質量の測定部材に回転を与える駆動
手段と、回転が与えられている前記測定部材に外力が与
えられて前記測定部材が前記回転に対して相対的な速度
成分を持ったときに、この速度成分と前記回転の角速度
とに基づいて前記測定部材に生じる変位を検出する検出
手段と、が設けられていることを特徴とするセンサー。
【請求項２】弾性材料で形成された軸状の測定部材
と、前記測定部材に対しこの測定部材の中心軸回りまた
は中心軸と平行な軸回りに回転を与える駆動手段と、回
転が与えられている前記測定部材に外力が与えられて前
記測定部材が前記回転に対して相対的な速度成分を持っ
たときに、この速度成分と前記回転の角速度に基づいて
前記測定部材に生じる曲げ変形を検出する検出手段と、
が設けられていることを特徴とするセンサー。
【請求項３】駆動手段によって、測定部材に対しその
回転方向が交互に変化する回転が与えられ、前記速度成
分と角速度に基づいて測定部材が曲げ振動を発生する請
求項２記載のセンサー。
【請求項４】弾性材料で形成された軸状の測定部材
と、前記測定部材に対しねじり振動を与える駆動手段
と、ねじり振動している前記測定部材に外力が与えられ
て前記測定部材が前記ねじり振動に対して相対的な速度
成分を持ったときに、この速度成分とねじり振動の角速
度とに基づいて前記測定部材に対し作用する曲げ振動を
検出する検出手段と、が設けられていることを特徴とす
るセンサー。
【請求項５】測定部材のねじり振動による共振周波数
と、曲げ振動による共振周波数とがほぼ同じである請求
項４記載のセンサー。
【請求項６】所定の質量の測定部材と、この測定部材
を支持する支持部材と、この支持部材を介して前記測定
部材に円運動を与える駆動手段と、円運動している前記
測定部材に外力が与えられて前記測定部材が前記円運動
に対して相対的な速度成分を持ったときに、この速度成
分と前記円運動の角速度とに基づいて前記測定部材に生
じる変位を検出する検出手段と、が設けられていること
を特徴とするセンサー。
【請求項７】測定部材が移動体に設けられ、この移動
体の加速度または移動体の移動に基づく慣性力が、測定
部材に対して外力として作用する請求項１ないし６のい
ずれかに記載のセンサー。