DE69608380T2

DE69608380T2 - Beschleunigungsdetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE69608380T2
Application number: DE69608380T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Negoro
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-09-04
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: CA2184758A1; US5892154A; CA2184758C; EP0762128B1; DE69608380D1; EP0762128A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beschleunigungserfassungsvorrichtung zur Verwendung in einem Beschleunigungserfassungssensor.

2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK

Fig. 9 zeigt ein Beispiel für eine herkömmliche Beschleunigungserfassungsvorrichtung 18. Die Beschleunigungserfassungsvorrichtung 18 umfaßt eine Platine 20, einen Trägerabschnitt 25, einen Balken 21 in der Form eines Auslegers, ein Gewicht 22, bewegbare Elektroden 23a und 23b und feste Elektroden 24a und 24b. Bezugnehmend auf Fig. 9 ist der Trägerabschnitt 25 auf der Trägeroberfläche der Platine 22 fest gebildet, wobei das Basisende des Balkens 21 mit dem Trägerabschnitt 25 verbunden ist. Der Balken 21 ist gebildet, um sich horizontal entlang der Platinenoberfläche zu erstrecken, wobei ein Zwischenraum zwischen demselben und der Platinenoberfläche der Platine 20 vorhanden ist, und wobei das Gewicht 22 an dem äußeren Ende des Balkens 21 vorgesehen ist. Das Gewicht 22 ist symmetrisch zwischen der oberen und unteren Hälfte bezüglich der Mittelachse entlang der Länge des Balkens 21 gebildet, wobei sich die Position des Schwerpunkts G des Gewichts 22 an der Mittelachse befindet. Die bewegbare Elektrode 23a ist auf der Oberfläche des Gewichts 22 gebildet, die zu der Platine hin gerichtet ist, und die bewegbare Elektrode 23b ist auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Gewichts 22 gebildet. Ferner sind die festen Elektroden 24a und 24b angeordnet, um den bewegbaren Elektroden 23a bzw. 23b gegenüber zu liegen, wobei immer ein Zwischenraum zwischen denselben vorgesehen ist.
Mit den bewegbaren Elektroden 23a und 23b und den festen Elektroden 24a und 24b ist eine Detektionseinrichtung (nicht gezeigt) verbunden, um eine Erfassung durchzuführen, indem eine Spannung zwischen den bewegbaren Elektroden 23a und 23b und den festen Elektroden 24a und 24b angelegt wird, welche sich einander gegenüber liegen, und indem die elektrostatische Kapazität zwischen den bewegbaren Elektroden 23a und 23b und den festen Elektroden 24a und 24b in eine Spannung umgewandelt wird.
Die Beschleunigungserfassungsvorrichtung 18, die aufgebaut ist, wie es oben beschrieben worden ist, soll eine Beschleunigung in einer Richtung (in der Richtung Y bei dem in der Figur gezeigten Beispiel) senkrecht zu der Platinenoberfläche der Platine 20 erfassen. Wenn eine nach oben gerichtete oder nach unten gerichtete Beschleunigung (eine nach oben oder nach unten gerichtete Beschleunigung in der Richtung Y) in der in Fig. 9 gezeigten Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Platine 20 angelegt wird, tritt eine nach oben gerichtete oder nach unten gerichtete Trägheitskraft in der Richtung Y entsprechend der Richtung und der Größe der Beschleunigung auf (genauer gesagt, wenn eine nach oben gerichtete Beschleunigung auftritt, ist die Trägheitskraft nach unten gerichtet, wenn dagegen eine Beschleunigung nach unten auftritt, ist die Trägheitskraft nach oben gerichtet). Diese Trägheitskraft bewirkt, daß der Balken 21 flexibel deformiert wird, was dazu führt, daß das Gewicht 22 verschoben wird. Das heißt, daß die bewegbaren Elektroden 23a und 23b einstückig mit dem Gewicht 22 verschoben werden, und daß der Elektrode-zu-Elektrode-Abstand zwischen den bewegbaren Elektroden 23a und 23b und den festen Elektroden 24a und 24b variiert. Aus diesem Grund variiert die elektrostatische Kapazität zwischen den bewegbaren Elektroden 23a und 23b und den festen Elektroden 24a und 24b. Der Betrag der nach oben gerichteten und nach unten gerichteten Beschleunigung und dergleichen wird auf der Basis der Menge einer solchen Ände rung der elektrostatischen Kapazität erfaßt.
Bei der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 18, die die oben beschriebene Konstruktion aufweist, wirkt jedoch ein Trägheitsmoment nicht auf den Balken 21, und das Gewicht 22 wird nicht verschoben, wenn eine Beschleunigung entlang der Länge (in der Richtung X) des Balkens 21 angelegt wird, da die Position des Schwerpunkts G des Gewichts 22 auf der Mittelachse des Balkens 21 ist. Daher variiert die elektrostatische Kapazität zwischen den bewegbaren Elektroden 23a und 23b und den festen Elektroden 24a und 24b nicht, weshalb eine Beschleunigung in der Richtung X nicht erfaßt werden kann. Das heißt, daß bei der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 18, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, nur die Beschleunigung in der Richtung Y senkrecht zu der Oberfläche der Platine 20 erfaßt werden kann. Natürlich ist es nicht möglich, den Betrag einer Beschleunigung in zwei oder mehreren Richtungen zu erfassen.
Die EP 0369352 A1 betrifft einen Beschleunigungsmesser vom Kapazitätstyp, der ein erstes Siliziumelement hat, das einen Siliziumbalken umfaßt, der eine bewegbare Elektrode auslegerartig hält. Der Siliziumbalken ist nicht auf der Achse des Schwerpunkts der bewegbaren Elektrode angeordnet. Ferner sind zwei Siliziumplatten vorgesehen, zwischen denen der Siliziumbalken und die bewegbaren Elektroden vorgesehen sind. Die zwei Siliziumplatten dienen als feste Elektroden des Beschleunigungsmessers.
Die WO 95/02431 betrifft einen Mehrachsensensor für physische Aktivitäten zur Verwendung mit einem ratenabhängigen Schrittmacher. Der Sensor umfaßt einen Auslegerbalken mit einer ersten Wandlerschicht, die auf eine erste Oberfläche des Auslegerbalkens laminiert ist, und mit einer zweiten Wandlerschicht, die auf eine zweite Oberfläche des Auslegerbalkens laminiert ist. Eine Versatzmaske ist an einem freien Ende des Auslegerbalkens befestigt, um den Betrag der Ablenkungen zu erhöhen, um dadurch einen Sensor zu haben, der ein stärkeres Ausgangssignal liefert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Beschleunigungserfassungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine Beschleunigung in zwei oder mehreren Richtungen unter Verwendung einer einzigen Beschleunigungserfassungsvorrichtung zu erfassen.
Diese Aufgabe wird durch eine Beschleunigungserfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Beschleunigungserfassungsvorrichtung geschaffen, bei der ein Ausleger, der sich horizontal entlang einer Oberfläche einer Platine erstreckt, auf der Platine gebildet ist, wobei ein Zwischenraum zwischen demselben und der Oberfläche der Platine vorhanden ist, wobei ein Ende des Auslegers an der Platine befestigt ist, und wobei ein Gewicht an dem vorderen Ende des Auslegers vorgesehen ist. Die vordere Oberfläche des Gewichts ist in einer nach oben gerichteten Oberfläche einer bewegbaren Elektrode gebildet, wobei eine feste Elektrode an einer gegenüberliegenden Position vorgesehen ist, wobei ein Zwischenraum zwischen derselben und der Oberfläche der bewegbaren Elektrode des Gewichts ist, und wobei die Position des Schwerpunkts auf eine Position eingestellt ist, die senkrecht von der Mittelachse entlang der Länge des Balkens beabstandet ist, so daß der Balken flexibel deformiert werden kann, wenn eine Beschleunigung entlang der Länge des Balkens angelegt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Beschleunigungserfassungsvorrichtung geschaffen, bei der eine nach oben gerichtete Oberfläche der bewegbaren Elektrode ferner auf der hinteren Endoberfläche an dem Gewicht, das auf der vorderen Seite des Auslegers vorgesehen ist, gebildet ist, wobei eine feste Elektrode jeweils an einer Position vorgesehen ist, die über einen Zwischenraum der Oberfläche der bewegbaren Elektrode auf der vorderen Endoberfläche des Gewichts gegenüber liegt, und über einen Zwischenraum der Oberfläche der hinteren Endoberfläche des Gewichts gegenüber liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Beschleunigungserfassungsvorrichtung geschaffen, bei der zwei oder mehr Beschleunigungserfassungsvorrichtungen gebildet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Beschleunigungserfassungsvorrichtung geschaffen, bei der, wenn die Anzahl von zwei oder mehreren Beschleunigungserfassungsvorrichtungen auf N eingestellt ist, die jeweiligen Beschleunigungserfassungsvorrichtungen gegenseitig in einem ebenen Winkel von 360º/N angeordnet sind.
Bei der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben worden ist, wirkt ein Trägheitsmoment auf den Balken proportional zu der Größe der Beschleunigung, und wird der Balken in einer Richtung (z. B. in der Richtung Y) senkrecht zu der Platinenoberfläche flexibel deformiert, was dazu führt, daß das Gewicht verschoben wird, wenn eine Beschleunigung entlang der Länge (z. B. in der Richtung X) des Auslegers angelegt wird, da die Position des Schwerpunkts auf eine Position eingestellt ist, die senkrecht von der Mittelachse entlang der Länge des Balkens beabstandet ist. Das heißt, daß die bewegbare Elektrode verschoben wird, und der Elektrode-zu-Elektrode-Abstand zwischen der bewegbaren Elektrode und der festen Elektrode variiert. Entsprechend des Betrags der Änderung des Elektrode-zu-Elektrode-Abstands nimmt die elektrostatische Kapazität zwischen der bewegbaren Elektrode und der festen Elektrode zu oder ab, wodurch der Betrag der Beschleunigung auf der Basis der Menge einer solchen Änderung der elektrostatischen Kapazität erfaßt werden kann.
Wenn ferner eine Beschleunigung in einer Richtung (in der Richtung Y) senkrecht zu der Platinenoberfläche angelegt wird, wirkt eine Trägheitskraft proportional zu dem Betrag der Beschleunigung auf den Ausleger und das Gewicht, was dazu führt, daß der Balken in einer Richtung (in der Richtung Y) flexibel deformiert wird, die senkrecht zu der Platinenoberfläche ist, was dazu führt, daß das Gewicht verschoben wird. Anschließend variiert, wie es oben beschrieben worden ist, auch hier der Elektrode-zu-Elektrode-Abstand zwischen der bewegbaren Elektrode und der festen Elektrode, wodurch die elektrostatische Kapazität zwischen der bewegbaren Elektrode und der festen Elektrode zu- oder abnimmt. Somit kann der Betrag der Beschleunigung auf der Basis der Menge einer solchen Änderung der elektrostatischen Kapazität erfaßt werden.
Die obigen und weitere Aufgaben, Aspekte und neue Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, offensichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A sind Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeiund 2B spiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5A sind darstellende Beispiele von Anordnungen, bei und 5B denen zwei Beschleunigungserfassungsvorrichtungen verwendet werden;
Fig. 6A sind darstellende Beispiele für Anordnungen, bei und 6B denen drei Beschleunigungserfassungsvorrichtungen verwendet werden;
Fig. 7 ist eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel für eine Verbindung zwischen Kondensatoren mit elektrostatischen Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; darstellt, wenn eine Spannung, die der Summe oder der Differenz zwischen den elektrostatischen Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; entspricht, erfaßt wird; und
Fig. 9 zeigt eine herkömmliche Beschleunigungserfassungsvorrichtung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt die Hauptkomponenten einer Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 umfaßt eine Platine 3, einen Trägerabschnitt 6, einen Balken 4 in der Form eines Auslegers, ein Gewicht 5, eine bewegbare Elektrode 7 und eine feste Elektrode 8. Bezugnehmend auf Fig. 1 ist der Trägerabschnitt 6, der aus SiO&sub2; oder dergleichen besteht, fest auf der Platinenoberfläche der Platine 3, die aus Si oder dergleichen gebildet ist, befestigt, wobei das Basisende des Balkens 4, der aus Si oder dergleichen besteht, an dem Trägerabschnitt 6 befestigt ist. Der Balken 4 ist ferner so gebildet, um sich horizontal (in der Richtung X bei dem in der Figur gezeigten Beispiel) entlang der Platinenoberfläche zu er strecken, wobei ein Zwischenraum zwischen demselben und der Platinenoberfläche vorhanden ist, und wobei das Gewicht 5, das mit einem Leitermetall aus einer Fe-Ni-Legierung oder dergleichen laminiert ist, an dem äußeren Ende des Balkens 4 vorgesehen ist. Die Position des Schwerpunkts G des Gewichts 5 ist auf eine Position eingestellt, die senkrecht (nach oben) um Δy, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, von der Mittelachse entlang der Länge des Balkens 4 beabstandet ist, so daß, wenn eine Beschleunigung in der Richtung X, die entlang der Länge des Balkens 4 ist, angelegt wird, der Balken 4 in einer Richtung (in der Richtung Y bei dem in der Figur gezeigten Beispiel) senkrecht zu der Platinenoberfläche aufgrund des Trägheitsmoments flexibel deformiert wird.
Die vordere Endoberfläche des Gewichts 5 ist in eine nach oben gerichtete Oberfläche der bewegbaren Elektrode 7 gebildet, wobei die feste Elektrode 8 an einer Position vorgesehen ist, die über einen Zwischenraum der bewegbaren Elektrode 7 gegenüber liegt. Die feste Elektrode 8 wird durch Laminieren einer metallischen Leiterschicht 14 aus einer Fe-Ni-Legierung oder dergleichen gebildet, wobei darunter eine SiO&sub2;-Schicht 12 und eine Schicht 13 aus polykristallinem Silizium auf der Platinenoberfläche der Platine 3 laminiert sind, wobei die Oberfläche der metallischen Leiterschicht 14 der bewegbaren Elektrode 7 gegenüber liegt, die in einer Oberfläche der festen Elektrode 8 gebildet ist.
Eine Signalverarbeitungseinrichtung (nicht gezeigt) zum Erfassen der elektrostatischen Kapazität zwischen der bewegbaren Elektrode 7 und der festen Elektrode 8, zum Verarbeiten des Spannungssignals und zum Bestimmen des Betrags der Beschleunigung oder dergleichen, ist mit der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 verbunden, die wie oben beschrieben ausgeführt ist. Die Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 erfaßt die Beschleunigung entlang der Länge (in der Richtung X) des Balkens 4 und die Beschleunigung in einer Richtung (in der Richtung Y) senkrecht zu der Plati nenoberfläche der Platine 4 folgendermaßen.
Wenn eine Beschleunigung entlang der Länge (in der Seitezu-Seite-Richtung X) des Balkens 4 in der in Fig. 1 gezeigten Seite-zu-Seite-Richtung an die Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 angelegt wird, wie es oben beschrieben worden ist, befindet sich die Position des Schwerpunkts G des Gewichts 5 auf einer Position, die um Δy von der Mittelachse entlang der Länge des Balkens 4 nach oben beabstandet ist. Daher wirkt ein Trägheitsmoment auf den Balken 4 proportional zu der Beschleunigung in der oben erwähnten Seite-zu-Seite-Richtung X. Aus diesem Grund wird der Balken 4 in einer nach oben gerichteten und nach unten gerichteten Richtung (in der nach oben gerichteten und nach unten gerichteten Richtung Y) senkrecht zu der Platinenoberfläche der Platine 3 flexibel deformiert (d. h., wenn eine Beschleunigung in der linken X-Richtung auftritt, wird der Balken 4 nach unten gebogen, und, wenn eine Beschleunigung in der rechten X-Richtung auftritt, wird der Balken 4 nach oben gebogen), was dazu führt, daß das Gewicht 5 vertikal verschoben wird. Wenn der Balken beispielsweise zu der Seite der Platine 3 hin flexibel deformiert wird, und wenn das Gewicht 5 nach unten verschoben wird, wie es durch die strichpunktierte Linie von Fig. 1 gezeigt ist, wird das Gewicht 5 zu der Seite der festen Elektrode 8 hin geneigt. Wenn dagegen das Gewicht 5 nach oben verschoben wird, wird die feste Elektrode 8 in einer Richtung geneigt, die zu der oben beschriebenen entgegengesetzt ist. Daher variiert der Elektrode-zu-Elektrode-Zwischenraum (Abstand) zwischen der bewegbaren Elektrode 7 und der festen Elektrode 8 proportional zu dem Betrag der Beschleunigung in der Seite-zu-Seite- Richtung X, was dazu führt, daß die elektrostatische Kapazität zwischen der bewegbaren Elektrode 7 und der festen Elektrode 8 erhöht oder erniedrigt wird. Der Betrag der Beschleunigung oder dergleichen wird auf der Basis des Betrags einer solchen Änderung der elektrostatischen Kapazität erfaßt.
Wenn ferner eine nach oben gerichtete und nach unten gerichtete (die nach oben gerichtete und nach unten gerichtete Richtung Y) Beschleunigung senkrecht zu der Oberfläche der Platine 3 angelegt wird, tritt eine nach oben gerichtete und nach unten gerichtete Trägheitskraft in der Richtung Y proportional zu dem Betrag der Beschleunigung auf, wodurch der Balken 4 aufgrund dieser Trägheitskraft flexibel deformiert wird. Auf diese Art und Weise wird, wie es oben beschrieben worden ist, das Gewicht 5 vertikal verschoben und geneigt. Der Elektrode-zu-Elektrode-Abstand zwischen der bewegbaren Elektrode 7 und der festen Elektrode 8 variiert, was dazu führt, daß die elektrostatische Kapazität zwischen der bewegbaren Elektrode 7 und der festen Elektrode 8 erhöht oder erniedrigt wird. Der Betrag der Beschleunigung oder dergleichen wird auf der Basis des Betrags einer solchen Änderung der elektrostatischen Kapazität erfaßt.
Da gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Gewicht 5 so gebildet ist, daß die Position des Schwerpunkts G des Gewichts 5 auf einer Position ist, die vertikal (nach oben) von der Mittelachse entlang der Länge des Balkens 4 beabstandet ist, wird, wenn eine Beschleunigung entlang der Länge (in der Richtung X) des Balkens 4 angelegt wird, eine Wirkung einer Trägheitskraft auf den Balken 4 proportional zu dem Betrag der Beschleunigung auftreten, was dazu führt, daß der Balken 4 flexibel deformiert wird, und was dazu führt, daß das Gewicht 5 vertikal verschoben und geneigt wird. Aus diesem Grund variiert der Elektrode-zu-Elektrode-Abstand (Zwischenraum) zwischen der bewegbaren Elektrode 7 und der festen Elektrode 8, wodurch die elektrostatische Kapazität zwischen der bewegbaren Elektrode 7 und der festen Elektrode 8 variiert. Somit kann ebenfalls der Betrag einer Beschleunigung für eine Beschleunigung in der Richtung X auf der Basis der Menge einer solchen Änderung der elektrostatischen Kapazität erfaßt werden. Da natürlich die Beschleunigung in der Richtung Y senkrecht zu der Platine 3 erfaßt werden kann, ist es nun möglich, den Betrag der Beschleunigung sowohl der X- als auch der Y-Richtung zu erfassen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend bezugnehmend auf die Fig. 2A und 2B beschrieben. Die Komponenten in dem zweiten Ausführungsbeispiel, die gleich sind bzw. die gleiche Funktion wie Komponenten in dem ersten Ausführungsbeispiel durchführen, haben die gleichen Bezugszeichen oder die gleichen Bezugszeichennummern und Buchstaben-Suffixe. Eine Beschreibung dieser Komponenten wird weggelassen.
Ein Merkmal dieses Ausführungsbeispiels, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, besteht darin, daß, wie es in Fig. 2A gezeigt ist, die hintere Endoberfläche des Gewichts 5 ebenfalls in die nach oben gerichtete Elektrodenoberfläche der bewegbaren Elektrode 7B gebildet ist, wobei die feste Elektrode 8B, die der bewegbaren Elektrode 7B gegenüber liegt, so angeordnet ist, daß ein Zwischenraum zwischen denselben ist, und wobei der Betrag der Beschleunigung genauer erfaßt werden kann. Die feste Elektrode 8B wird durch Laminieren einer Leitermetallschicht 11 aus einer Fe-Ni-Legierung oder dergleichen auf dem Trägerabschnitt 6 gebildet, wobei die Oberfläche der metallischen Leiterschicht 11, die der bewegbaren Elektrode 7B gegenüber liegt, in der Oberfläche der festen Elektrode 8B gebildet ist. Der sonstige Aufbau ist im wesentlichen der gleiche wie bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind eine elektrostatische Kapazität C&sub1; zwischen der bewegbaren Elektrode 7A und der festen Elektrode 8A und eine elektrostatische Kapazität C&sub2; zwischen der bewegbaren Elektrode 7B und der festen Elektrode 8B im wesentlichen zueinander gleich, wenn keine Beschleunigung angelegt wird, und es gilt C&sub1; = C&sub2; = C&sub0;. Wenn dagegen eine Beschleunigung in der Richtung X oder Y angelegt wird, wird in einem Fall, bei dem beispielsweise C&sub1; um ΔC bezüglich C&sub0; erhöht wird, C&sub2; um ΔC' (ΔC' ist fast gleich ΔC) verringert. Auf die obige Art und Weise werden die elektrostatischen Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; gebildet, um nahezu um denselben Grad zu variieren.
Wie es ferner in Fig. 2B gezeigt ist, ist ein Tunnelloch 10 zum Führen des Balkens 4 durch dasselbe in dem mittleren Abschnitt der metallischen Leiterschicht 11 vorgesehen. Der Zwischenraum zwischen der Deckenoberfläche des Tunnellochs 10 und dem Balken 4 ist so weit geöffnet, daß das Biegen und die Deformation des Balkens 4 aufgrund der Beschleunigung nicht behindert werden. Eine Leiterstruktur 16 zum Anlegen einer Spannung an die bewegbaren Elektroden 7A und 7B des Gewichts 5 ist auf dem Balken 4 gebildet, wie es in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist. Die Dicke der Leiterstruktur 16 ist außerordentlich dünn, wobei dieselben ausreichend voneinander entfernt angeordnet sind, daß die elektrostatische Kapazität zwischen der Leiterstruktur 16 und der metallischen Leiterschicht 11 klein wird.
Bei der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 mit dem in Fig. 2A gezeigten Aufbau wird als Ergebnis des Anlegens einer Beschleunigung entlang der Länge (in der Richtung X) des Balkens 4 oder in einer Richtung (in der Richtung Y) senkrecht zu der Platinenoberfläche der Platine 3 auf dieselbe Art und Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Balken 4 proportional zu dem Betrag der Beschleunigung vertikal flexibel deformiert, was bewirkt, daß das Gewicht 5 geneigt wird, während es vertikal verschoben wird. Wenn das Gewicht 5 nach unten verschoben wird, wie es bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, wird das Gewicht 5 zu der Seite der festen Elektrode 8A hin geneigt, die in Fig. 2A gezeigt ist, wobei der Elektrode-zu-Elektrode-Abstand zwischen der bewegbaren Elektrode 7A und der festen Elektrode 8A schmäler wird, während dagegen der Elektrode-zu- Elektrode-Zwischenraum zwischen der bewegbaren Elektrode 7B und der festen Elektrode 8B verbreitert wird. Aus diesem Grund wird die elektrostatische Kapazität C&sub1; zwischen der bewegbaren Elektrode 7A und der festen Elektrode 8A beispielsweise um Δc bezüglich C&sub0; erhöht. Dagegen wird die elektrostatische Kapazität C&sub2; zwischen der bewegbaren Elek trode 7B und der festen Elektrode 8B beispielsweise um ΔC' (ΔC' ist nahezu gleich ΔC) bezüglich C&sub0; verringert. Durch Subtrahieren von C&sub2; = C&sub0; - ΔC' von C&sub1; = C&sub0; + Δc (oder durch Subtrahieren von C&sub1; von C&sub2;) ergibt sich folgende Gleichung:
C&sub1; - C&sub2; = (C&sub0; + ΔC) - (C&sub0; - ΔC') = ΔC + ΔC'.
Der Betrag der Änderung der elektrostatischen Kapazität kann ohne weiteres erhalten werden. Somit kann der Betrag der Beschleunigung auf der Basis der Menge einer solchen Änderung der elektrostatischen Kapazität erfaßt werden.
Da bei der oben berechneten elektrostatischen Kapazität ΔC + ΔC' ΔC' nahezu gleich ΔC ist, kann folgende Näherung durchgeführt werden: ΔC + ΔC' 2ΔC. Das heißt, daß eine Änderungsmenge der elektrostatischen Kapazität, die im wesentlichen doppelt so groß ist, im Vergleich zu dem Fall erhalten werden kann, bei dem nur ein Paar einer bewegbaren Elektrode und einer festen Elektrode vorgesehen ist. Somit ist es möglich, den Beschleunigungsbetrag genauer zu erfassen.
Wenn das Gewicht ferner nach oben verschoben wird, wird das Gewicht 5 zu der Seite der festen Elektrode 8B hin geneigt. Dagegen wird der Elektrode-zu-Elektrode-Zwischenraum zwischen der bewegbaren Elektrode 7A und der festen Elektrode 8A verbreitert, und die elektrostatische Kapazität C&sub1; zwischen der bewegbaren Elektrode 7A und der festen Elektrode 8A nimmt bezüglich C&sub0; ab. Dagegen wird der Elektrode-zu- Elektrode-Zwischenraum zwischen der bewegbaren Elektrode 7B und der festen Elektrode 8B schmäler, und die elektrostatische Kapazität C&sub2; zwischen der bewegbaren Elektrode 7B und der festen Elektrode 8B nimmt bezüglich C&sub0; ab. Auf ähnliche Art und Weise, wie es oben beschrieben worden ist, kann der Betrag der Beschleunigung mit einem höheren Grad an Genauigkeit auf der Basis der Menge der Differenz zwischen den elektrostatischen Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; erfaßt werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann eine Beschleunigung in sowohl der Richtung X als auch der Richtung Y auf dieselbe Art und Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel erfaßt werden, wobei die hintere Oberfläche des Gewichts 5, das auf der vorderen Endoberflächenseite des Balkens 4 vorgesehen ist, an der Oberfläche die bewegbare Elektrode 7B hat, und wobei die feste Elektrode 8B, die der bewegbaren Elektrode 7B über einen Zwischenraum zwischen denselben gegenüber liegt, vorgesehen ist. Daher können sowohl die elektrostatische Kapazität C&sub1; zwischen der bewegbaren Elektrode 7A und der festen Elektrode 8A und die elektrostatische Kapazität C&sub2; zwischen der bewegbaren Elektrode 7B und der festen Elektrode 8B, wobei diese elektrostatischen Kapazitäten erhöht oder erniedrigt werden, aufgrund der Beschleunigung in der Richtung X oder Y erhalten werden, wodurch es möglich wird, den Betrag der Beschleunigung in sowohl der Richtung X als auch der Richtung Y mit einem höheren Genauigkeitsgrad auf der Basis der Menge einer solchen Änderung der elektrostatischen Kapazität zu erfassen.
Ferner tritt folgendes manchmal auf. Wenn eine Beschleunigung in einer Richtung (in der Richtung Z) senkrecht zu der Richtung entlang der Länge des Balkens 4 entlang der Oberfläche der Platine 3 angelegt wird, schwingt der Balken 4 etwas in der Richtung Z aufgrund der Trägheitskraft, was dazu führt, daß das Gewicht 5 in der Z-Richtung verschoben wird. Daher nimmt die Elektrode-zu-Elektrode-Fläche zwischen den bewegbaren Elektroden 7A und 7B und den festen Elektroden 8A und 8B ab, wodurch die elektrostatischen Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; nahezu um denselben Grad abnehmen. Wie bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch die Änderungsmenge der elektrostatischen Kapazität aufgrund der Beschleunigung in der Richtung Z durch Bestimmen des Differenzbetrags zwischen den elektrostatischen Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; entfernt, wenn beispielsweise C&sub1; und C&sub2; jeweils um ΔC aufgrund der Beschleunigung in der Richtung Z zunehmen, wobei folgende Gleichung gilt:
C&sub1; - C&sub2; = (C&sub0; - ΔC) - (C&sub0; - ΔC) = 0.
Aus diesem Grund ist es möglich, nur die Beschleunigung in der Richtung X und Y mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu erfassen.
Da ferner die festen Elektroden 8A und 8B, die einander gegenüber liegen, an der vorderen Endoberfläche und der hinteren Endoberfläche des Gewichts 5 jeweils mit einem Zwischenraum zwischen denselben vorgesehen sind, wirken, selbst wenn eine außerordentlich große Beschleunigung angelegt wird und das Gewicht 5 übermäßig versetzt werden sollte, die festen Elektroden 8A und 8B als Stopper für das Gewicht 5, wodurch verhindert wird, daß das Gewicht außerordentlich stark versetzt wird. Das heißt, daß es vermieden wird, daß der Balken 4 übermäßig stark flexibel deformiert wird, wodurch verhindert wird, daß der Balken 4 beschädigt wird. Somit ist es möglich, die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Stoß auf die Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 zu erhöhen.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend bezugnehmend auf Fig. 3 beschrieben. Die in dem dritten Ausführungsbeispiel genannten Komponenten, die gleich sind oder die gleiche Funktionen durchführen wie die entsprechenden Komponenten in dem ersten Ausführungsbeispiel, haben die gleichen Bezugszeichen oder haben die gleichen Bezugsnummern gefolgt von Buchstaben-Suffixen, wobei eine Beschreibung derselben nicht wiederholt wird.
Ein Merkmal dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß, zwei Beschleunigungserfassungsvorrichtungen 1A und 1B wie bei der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1, die als erstes Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, vorgesehen sind. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Beschleunigungserfassungsvorrichtungen 1A und 1B symmetrisch bezüglich der Symmetriereferenzebene senkrecht zu der Platine 3 zwischen den metallischen Leiterschichten 14A und 14B vorgesehen, wobei die metallische Leiterschicht 14A und die metallische Leiterschicht 14B einander gegenüber liegen. Der andere Aufbau ist grundsätzlich zu dem des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die elektrostatische Kapazität C&sub1; zwischen der bewegbaren Elektrode 7A und der festen Elektrode 8A der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1A und die elektrostatische Kapazität C&sub2; zwischen der bewegbaren Elektrode 7B und der festen Elektrode 8B der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1B fast gleich zueinander, wenn keine Beschleunigung angelegt wird, weshalb C&sub1; = C&sub2; = C&sub0; erfüllt ist. Wenn eine Beschleunigung in der Richtung X oder Y angelegt wird, werden die elektrostatischen Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; so gebildet, um jeweils um nahezu denselben Grad zu variieren, wie es nachfolgend beschrieben ist.
Wenn eine in Fig. 3 gezeigte nach rechts gerichtete Beschleunigung entlang der Länge (in der Richtung X nach rechts) des Balkens 4 auf der Seite der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1A angelegt wird, wird der Balken 4A proportional zu dem Betrag der Beschleunigung aufgrund des Trägheitsmoments flexibel nach oben verformt, wodurch das Gewicht 5A zu der linken Seite hin geneigt wird, während es nach oben versetzt wird. Auf der Seite der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1B wird der Balken 4B flexibel nach unten deformiert, und das Gewicht 5B wird zu der linken Seite hin geneigt, während es nach unten versetzt wird. Aus diesem Grund wird der Elektrode-zu-Elektrode-Zwischenraum zwischen der bewegbaren Elektrode 7A und der festen Elektrode 8A breiter, und die elektrostatische Kapazität C&sub1; zwischen der bewegbaren Elektrode 7A und der festen Elektrode 8A nimmt beispielsweise um ΔC bezüglich C&sub0; ab, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist. Dagegen wird der Elektrode-zu-Elektrode-Zwischenraum zwischen der bewegbaren Elektrode 7B und der festen Elektrode 8B schmäler, und die elektrostatische Kapazität C&sub2; zwischen der bewegbaren Elektrode 7B und der festen Elektrode 8B nimmt beispielsweise um ΔC' bezüglich C&sub0; zu (ΔC' ist fast gleich ΔC). Tabelle 1 Richtung der Beschleunigung
Wenn ferner eine nach links gerichtete Beschleunigung in der Richtung X angelegt wird, wird der Balken 4A der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1A proportional zu dem Betrag der Beschleunigung aufgrund des Trägheitsmoments flexibel nach unten deformiert, was dazu führt, daß das Gewicht 5A zu der rechten Seite hin geneigt wird, während es nach unten verschoben wird. Dagegen wird der Balken 4B der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1B nach oben flexibel deformiert, was dazu führt, daß das Gewicht 5B zu der rechten Seite hin geneigt wird, während es nach oben verschoben wird. Daher nimmt die elektrostatische Kapazität C&sub1; beispielsweise um ΔC bezüglich C&sub0; zu, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist. Dagegen nimmt die elektrostatische Kapazität C&sub2; um ΔC', das nahezu gleich ΔC ist, bezüglich C&sub0; ab.
Wenn ferner eine nach oben gerichtete und nach unten gerichtete Beschleunigung in einer Richtung (in der nach oben gerichteten und nach unten gerichteten Richtung Y) senkrecht zu der Platine 3 angelegt wird, tritt eine nach oben gerichtete und nach unten gerichtete Trägheitskraft entsprechend dem Betrag der Beschleunigung auf. Auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben werden die Balken 4A und 4B flexibel deformiert, was dazu führt, daß die Gewichte 5A und 5B geneigt werden, während sie verschoben werden. Als Ergebnis nehmen die elektrostatischen Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; um denselben Grad bezüglich C&sub0; zu oder ab, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist.
Wenn die elektrostatischen Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; erfaßt werden, kann der Betrag der Beschleunigung sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung auf der Basis des Betrags der Änderung von C&sub1; und C&sub2; erfaßt werden. Wenn ferner die Menge der Differenz, so daß C&sub2; von C&sub1; subtrahiert wird (oder die Menge der Differenz, so daß C&sub1; von C&sub2; subtrahiert wird) bestimmt wird, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, kann nur die Änderungsmenge von C&sub1; und C&sub2; aufgrund der Beschleunigung in der Richtung X erhalten werden. Somit ist es möglich, nur den Betrag der Beschleunigung in der Richtung X zu erfassen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Beschleunigung in sowohl der Richtung X als auch der Richtung Y auf dieselbe Art und Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel zu erfassen. Da ferner beide Beschleunigungserfassungsvorrichtungen 1A und 1B vorgesehen sind, und die Vorrichtungen symmetrisch bezüglich der Symmetriereferenzebene vorgesehen sind, wird, wenn eine Beschleunigung in der Richtung X angelegt wird, die Biegerichtung des Balkens 4A der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1A entgegengesetzt zu der des Balkens 4B der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1B. Als Ergebnis nehmen die Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; derart zu oder ab, daß, wenn die elektrostatische Kapazität C&sub1; zunimmt, die Kapazität C&sub2; abnimmt. Aus diesem Grund ermöglicht die Bestimmung der Differenzmenge zwischen den elektrostatischen Kapazitäten C&sub1; und C&sub2;, daß nur der Betrag der Beschleunigung in der Richtung X ohne weiteres erfaßt werden kann. Das heißt, daß nicht nur der Betrag der Beschleunigung, sondern auch die Richtung der Beschleunigung ohne weiteres erfaßt werden können. Da natürlich eine Änderungsmenge der elektrostatischen Kapazität größer als in einem Fall, bei dem ein Paar aus einer bewegbaren Elektrode 7 und einer festen Elektrode 8, die einander gegenüber liegen, vorgesehen sind, erhalten werden kann, ist es möglich, den Betrag der Beschleunigung mit einem höheren Genauigkeitsgrad zu erfassen.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend bezugnehmend auf Fig. 4 beschrieben. Die Komponenten des vierten Ausführungsbeispiels, die die gleichen sind oder die gleiche Funktion haben wie die Komponenten des zweiten Ausführungsbeispiels, haben die gleichen Bezugszeichen oder dieselben Bezugsnummern mit Buchstaben- Suffixen. Eine erneute Beschreibung derselben wird nicht gegeben.
Ein Merkmal dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß, zwei Beschleunigungserfassungsvorrichtungen 1, die in dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt sind, vorgesehen werden. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, sind die Beschleunigungserfassungsvorrichtungen 1A und 1B symmetrisch bezüglich der Symmetriereferenzebene senkrecht zu der Platine 3 zwischen den metallischen Leiterschichten 14 gebildet, wobei sich die metallischen Leiterschichten 14 einander gegenüber liegen. Die weitere Konstruktion ist grundsätzlich die gleiche wie beim dritten Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, vier Paare der bewegbaren Elektroden 7A und 7B und der festen Elektroden 8A und 8B gebildet, die einander gegenüber liegen. Die elektrostatischen Kapazitäten C&sub1;&sub1;, C&sub1;&sub2;, C&sub2;&sub1; und C&sub2;&sub2;, die zwischen diesen bewegbaren Elektroden 7A und 7B und den festen Elektroden 8A und 8B erzeugt werden, sind fast zueinander gleich, wenn keine Beschleunigung angelegt wird. Die Bedingung C&sub1;&sub1; = C&sub1;&sub2; = C&sub2;&sub1; = C&sub2;&sub2; = C&sub0; ist daher erfüllt. Wenn eine Beschleunigung in der Richtung X oder Y angelegt wird, werden, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, elektrostatische Kapazitäten C&sub1;&sub1;, C&sub1;&sub2;, C&sub2;&sub1; und C&sub2;&sub2; derart gebildet, daß die elektrostatischen Kapazitäten um nahezu die gleiche Menge variieren. Tabelle 2 Richtung der Beschleunigung
Wenn beispielsweise eine nach rechts gerichtete Beschleunigung entlang der Länge (in der nach rechts gerichteten X- Richtung) des Balkens 4 angelegt wird, wie es in dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, wird das Gewicht 5A der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1A nach links geneigt, während es proportional zu dem Betrag der Beschleunigung aufgrund des Trägheitsmoments nach oben verschoben wird. Dagegen wird das Gewicht 5B der Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1B nach links geneigt, während es nach unten verschoben wird. Wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, nimmt die elektrostatische Kapazität C&sub1;&sub1; beispielsweise um ΔC bezüglich C&sub0; ab. Die Kapazität C&sub1;&sub2; steigt um ΔC' an, wobei ΔC' fast den gleichen Wert hat wie ΔC bezüglich C0. Die Kapazität C&sub2;&sub1; nimmt um ΔC' bezüglich C&sub0; zu. Schließlich nimmt die Kapazität C&sub2;&sub2; bezüglich C&sub0; um ΔC ab. Wenn ferner eine nach unten gerichtete Beschleunigung in einer Richtung (in der nach unten gerichteten Y-Richtung) senkrecht zu der Platine 3 angelegt wird, wird das Gewicht 5A nach links geneigt, während es proportional zu dem Betrag der Beschleunigung aufgrund der Trägheitskraft nach oben verschoben wird. Das Gewicht 5B wird ferner nach rechts geneigt, während es nach oben verschoben wird. Wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, nimmt die elektrostatische Kapazität C&sub1;&sub1; beispielsweise um 4C bezüglich C&sub0; ab. C&sub1;&sub2; steigt um ΔC' bezüglich C&sub0;. C&sub2;&sub1; nimmt um ΔC bezüglich C&sub0; zu. C&sub2;&sub2; schließlich steigt um ΔC' bezüglich C&sub0;.
Auf dieselbe Art und Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel kann die Änderungsmenge der elektrostatischen Kapazität ohne weiteres bestimmt werden, wenn die elektrostatischen Kapazitäten C&sub1;&sub1;, C&sub1;&sub2;, C&sub2;&sub1; und C&sub2;&sub2; erfaßt werden, wobei C&sub1;&sub2; von C&sub1;&sub1; subtrahiert wird (oder C&sub1;&sub1; von C&sub1;&sub2; substrahiert wird), oder C&sub2;&sub2; von C&sub2;&sub1; subtrahiert wird (oder C&sub2;&sub1; von C&sub2;&sub2; subtrahiert wird), wie es in Tabelle 2 gezeigt ist. Somit kann der Betrag der Beschleunigung oder dergleichen auf der Basis der Menge solcher Änderungen erfaßt werden. Wenn die Summe der Differenzmenge zwischen C&sub1;&sub1; und C&sub1;&sub2; und der Differenzmenge zwischen C&sub2;&sub1; und C&sub2;&sub2; bestimmt wird, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, kann nur die Änderungsmenge der elektrostatischen Kapazität aufgrund der Beschleunigung in der Y-Richtung erfaßt werden. Daher kann nur der Betrag der Beschleunigung in der Y-Richtung erfaßt werden. Wenn ferner die Differenz, die durch Subtrahieren der Differenzmenge zwischen C&sub2;&sub1; und C&sub2;&sub2; von der Differenzmenge zwischen C&sub1;&sub1; und C&sub1;&sub2; erhalten wird, bestimmt wird, kann nur der Betrag der Beschleunigung in der X-Richtung erfaßt werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können dieselben herausra genden Vorteile wie beim zweiten Ausführungsbeispiel erhalten werden. Da ferner zwei Beschleunigungserfassungsvorrichtungen 1, die im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt sind, bereitgestellt werden, und da diese Beschleunigungserfassungsvorrichtungen 1A und 1B symmetrisch bezüglich der Symmetriereferenzebene bereitgestellt werden, sind die Biegerichtungen der Balken 4A und 4B einander entgegengesetzt. Wenn als Ergebnis die Differenz zwischen der Differenzmenge zwischen den elektrostatischen Kapazitäten C&sub1;&sub1; und C&sub1;&sub2; und der Differenzmenge zwischen den elektrostatischen Kapazitäten C&sub2;&sub1; und C&sub2;&sub2; bestimmt wird, kann nur der Betrag der Beschleunigung entlang der Länge (in der X-Richtung) des Balkens 4 erfaßt werden. Ferner kann durch Bestimmung der Summe der Differenzmenge zwischen den elektrostatischen Kapazitäten C&sub1;&sub1; und C&sub1;&sub2; und der Differenzmenge zwischen den elektrostatischen Kapazitäten C&sub2;&sub1; und C&sub2;&sub2; nur der Betrag der Beschleunigung in einer Richtung (in der Y-Richtung) senkrecht zu der Platine 3 erfaßt werden. Das heißt, daß es möglich ist, den Betrag der Beschleunigung und die Richtung der Beschleunigung mit einem höheren Genauigkeitsgrad zu erfassen. Da natürlich vier Paare der bewegbaren Elektroden 7A und 7B und der festen Elektroden 8A und 8B vorgesehen sind, kann sogar eine noch größere Änderung der elektrostatischen Kapazität erhalten werden, wodurch der Betrag der Beschleunigung oder dergleichen genauer erfaßt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt. Es können verschiedene Modifikationen durchgeführt werden. Beispielsweise sind bei dem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel ein Paar der bewegbaren Elektroden 7 und der festen Elektroden 8, die bezüglich der Platine 3 aufrecht sind, vorgesehen. Wie es jedoch in Fig. 7 gezeigt ist, kann ein Paar aus einer bewegbaren Elektrode 7α und einer festen Elektrode 8α, die bezüglich der Platine 3 aufrecht sind, vorgesehen werden, und es kann ein Paar aus einer bewegbaren Elektrode 7β und einer festen Elektrode 8β, die parallel zu der Oberfläche der Platine 3 sind, vorgesehen werden.
Obwohl bei dem oben beschriebenen dritten und vierten Ausführungsbeispiel die Beschleunigungserfassungsvorrichtungen 1A und 1B vorgesehen sind, um symmetrisch bezüglich der Symmetriereferenzebene zu sein, d. h. die Mittelachsen derselben entlang der Länge des Balkens 4 sind koaxial, wie es in den Fig. 5A und 5B gezeigt ist, kann es möglich sein, daß die Beschleunigungserfassungsvorrichtungen 1A und 1B derart angeordnet sind, daß die Mittelachsen der Balken 4 parallel zueinander sind, oder daß die Mittelachsen der Balken 4 kreuzweise zueinander sind, wie es in den Fig. 6A und 6B gezeigt ist.
Obwohl die oben beschriebenen dritten und vierten Ausführungsbeispiele ein Beispiel beschreiben, bei dem zwei Beschleunigungserfassungsvorrichtungen 1, die als erstes oder zweites Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, kann es möglich sein, drei oder mehr Beschleunigungserfassungsvorrichtungen vorzusehen. In einem solchen Fall, d. h. wenn die Anzahl von Beschleunigungserfassungsgeräten 3 oder mehr beträgt, sollten die jeweiligen Beschleunigungserfassungsvorrichtungen jedoch vorzugsweise gegenseitig in ebenen Winkeln von 360º/N angeordnet sein, wobei N > 3 ist, da eine solche Ausrichtung die Analyse der elektrostatischen Kapazität etc. erleichtert. Wie es in den Fig. 6A und 6B gezeigt ist, werden, wenn drei Beschleunigungserfassungsvorrichtungen 1A, 1B und 1C vorgesehen werden sollen, diese vorzugsweise derart vorgesehen, daß die Mittenachsen entlang der Länge der Balken 4 der Beschleunigungserfassungsvorrichtungen 1A bis 1C gegenseitig einen ebenen Winkel von (360º/3) = 120º haben. Natürlich kann eine Mehrzahl von Beschleunigungserfassungsvorrichtungen angeordnet sein, welche nicht auf den ebenen Winkel von 360º/N begrenzt sind. Die Anordnung einer Mehrzahl von Beschleunigungserfassungsvorrichtungen in einem ebenen Winkel außer 180º macht es möglich, Beschleunigungen nicht nur in sowohl der X- als auch der Y-Richtung zu erfassen, sondern auch in Richtungen, die sich von diesen beiden Richtungen unterscheiden.
Zusätzlich werden, wenn bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Differenz zwischen den elektrostatischen Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; zwischen den bewegbaren Elektroden 7A und 7B und den festen Elektroden 8A und 8B bestimmt werden sollen, C&sub1; und C&sub2; erfaßt, wonach die Differenz zwischen den elektrostatischen Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; durch eine Signalverarbeitung bestimmt wird. Es ist jedoch möglich, die Differenz zwischen C&sub1; und C&sub2; zu bestimmen, indem die Beschleunigungserfassungsvorrichtung in die folgende Erfassungsschaltung aufgenommen wird. Wenn beispielsweise die Differenz zwischen C&sub1; und C&sub2; erhalten werden soll, werden zwei Paare bewegbarer Elektroden 7A und 7B und fester Elektroden 8A und 8B, die in Fig. 2A gezeigt sind, seriell geschaltet, wie es in Fig. 8A gezeigt ist. Durch Erfassen der Spannung an dem Serienschaltungspunkt X kann die Spannung, die der Differenz zwischen C&sub1; und C&sub2; entspricht, erfaßt werden. Wenn die Summe von C&sub1; und C&sub2; erhalten werden soll, werden zwei Paare von bewegbaren Elektroden 7A und 7B und festen Elektroden 8A und 8B parallel geschaltet, wie es in Fig. 8B gezeigt ist, wodurch die Spannung, die der Summe von C&sub1; und C&sub2; entspricht, erfaßt werden kann. Die Summe und die Differenz zwischen den elektrostatischen Kapazitäten kann für die Ausführungsbeispiele Nr. 3 und Nr. 4 auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben bestimmt werden.
Ferner sind bei dem zweiten, dem dritten und dem vierten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Paaren der bewegbaren Elektroden 7A und 7B und der festen Elektroden 8A und 8B vorgesehen. Bei den Paaren dieser bewegbaren Elektroden 7A und 7B und der festen Elektroden 8A und 8B sind alle jeweiligen elektrostatischen Kapazitäten zueinander gleich, wenn keine Beschleunigung angelegt wird. Wenn eine Beschleunigung in der X- oder der Y-Richtung angelegt wird, sind die bewegbaren Elektroden 7A und 7B und die festen Elektroden 8A und 8B vorgesehen, damit die elektrostatische Kapazität um nahezu denselben Grad proportional zu dem Betrag der Beschleunigung variiert. Wenn jedoch keine Beschleunigung angelegt wird, müssen die elektrostatischen Kapazitäten des Paars der bewegbaren Elektroden 7A und 7B und der festen Elektroden 8A und 8B nicht zueinander gleich sein, und die elektrostatischen Kapazitäten müssen nicht um nahezu denselben Grad variieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird an dem vorderen Ende eines Auslegers ein Gewicht vorgesehen, wobei der Schwerpunkt dieses Gewichts auf eine Position eingestellt wird, die von der Mittenachse entlang der Länge des Auslegers senkrecht beabstandet ist, so daß derselbe flexibel deformiert werden kann, wenn eine Beschleunigung entlang der Länge des Auslegers angelegt wird. Daher wirkt nicht nur, wenn eine Beschleunigung in einer Richtung senkrecht zu der Platinenoberfläche angelegt wird, sondern auch wenn eine Beschleunigung entlang der Länge des Auslegers angelegt wird, ein zu dem Betrag der Beschleunigung proportionales Trägheitsmoment, wodurch das Gewicht in Verbindung mit dem Biegen und der Deformation des Balkens versetzt wird. Die bewegbare Elektrode wird aufgrund der Verschiebung des Gewichts versetzt, was bewirkt, daß der Elektrode-zu-Elektrode-Abstand zwischen der bewegbaren Elektrode und der festen Elektrode variiert, was dazu führt, daß die elektrostatische Kapazität zwischen der bewegbaren Elektrode und der festen Elektrode variiert. Somit kann der Betrag der Beschleunigung etc. auf der Basis der Menge einer solchen Änderung der elektrostatischen Kapazität erfaßt werden. Das heißt, daß die Beschleunigungserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, eine Beschleunigung in einer Richtung senkrecht zur Platinenoberfläche und in einer Richtung entlang der Länge des Balkens zu erfassen.
Zusätzlich können erhebliche Vorteile erhalten werden, beispielsweise in einem Fall, bei dem zwei Beschleunigungserfassungsvorrichtungen gemäß dem ersten, zweiten und dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung gebildet sind und die Beschleunigungserfassungsvorrichtungen in einem ebenen Winkel von 180º gegenseitig angeordnet sind. Dann ist es möglich, Beschleunigungen in den oben beschriebenen zwei Richtungen mit einem höheren Genauigkeitsgrad zu erfassen, wobei nur der Betrag der Beschleunigung in einer Richtung senkrecht zu der Platinenoberfläche oder entlang der Länge des Balkens erfaßt werden kann. Ferner wird es in einem Fall, bei dem N Beschleunigungserfassungsvorrichtungen gemäß dem ersten, zweiten und dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung gebildet sind und gegenseitig in einem ebenen Winkel von 360º/N angeordnet sind, möglich, Beschleunigungen in zwei oder mehreren Richtungen zu erfassen.

Claims

1. Eine Beschleunigungserfassungsvorrichtung (1) mit folgenden Merkmalen:

einem Balken (4) in der Form eines Auslegers, der sich horizontal entlang einer Oberfläche einer Platine (3) erstreckt und auf der Platine (3) gebildet ist, wobei ein Zwischenraum zwischen demselben und der Oberfläche der Platine (3) vorhanden ist, und wobei ein Ende des Balkens (4) auf der Platine (3) befestigt ist, und

einem Gewicht (5), das an dem vorderen Ende des Balkens (4) vorgesehen ist, wobei die Position des Schwerpunkts des Gewichts (5) auf eine Position eingestellt ist, die von der Mittenachse entlang der Länge des Balkens (4) senkrecht beabstandet ist, so daß der Balken (4) flexibel deformiert werden kann, wenn eine Beschleunigung entlang der Länge des Balkens (4) angelegt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine vordere Endoberfläche des Gewichts in eine nach oben gerichtete Oberfläche einer bewegbaren Elektrode (7; 7α) gebildet ist, und

eine feste Elektrode (8; 8α) an einer Position vorgesehen ist, wobei ein Zwischenraum zwischen derselben und der Oberfläche der bewegbaren Elektrode (7; 7α) des Gewichts (5) vorhanden ist.

2. Eine Beschleunigungserfassungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, bei der eine nach oben gerichtete Oberfläche der bewegbaren Elektrode (7A, 7B) ebenfalls auf der hinteren Endoberfläche des Gewichts (5), das an der vorderen Endseite des Balkens (4) vorgesehen ist, gebildet ist, bei der eine feste Elektrode (8A, 8B) jeweils an einer Position vorgesehen ist, die über einen Zwischenraum der Oberfläche der bewegbaren Elektrode (7A) auf der vorderen Endoberfläche des Gewichts (5) und der Oberfläche der bewegbaren Elektrode (7B) auf der hinteren Endoberfläche des Gewichts (5) gegenüber liegt.

3. Eine Beschleunigungserfassungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der eine weitere bewegbare Elektrode (7β) an einer horizontalen Oberfläche des Balkens (4) angebracht ist, und eine weitere feste Elektrode (8β) horizontal an der Platine (3) zu der weiteren bewegbaren Elektrode (7β) gegenüberliegend angebracht ist.

4. Vorrichtung zum Erfassen einer Beschleunigung mit folgendem Merkmal: einer Mehrzahl von Beschleunigungserfassungsvorrichtungen (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3.

5. Vorrichtung zum Erfassen einer Beschleunigung gemäß Anspruch 4, mit N Beschleunigungserfassungsvorrichtungen (1) (N > 3), wobei die Beschleunigungserfassungsvorrichtungen (1) gegenseitig derart angeordnet sind, daß sich die Horizontalachsen ihrer jeweiligen Balken (4) in ebenen Winkeln von 360º/N schneiden.