JP2001099861A - 容量式物理量検出装置 - Google Patents
容量式物理量検出装置Info
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- 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
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- G01P2015/0808—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 in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
- G01P2015/0811—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 in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0814—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 in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 別体の自己診断用の電極を設けることなく、
効率的に自己診断を可能な容量式半導体加速度センサを
提供する。 【解決手段】 加速度センサ１００は、梁の長手方向と
直交する方向に変位する梁部２２を有し、この梁部２２
に一体に形成された可動電極２４と固定電極３２、４２
との間に周期的に変化する信号を印加して、これら両電
極間の容量ＣＳ１、ＣＳ２の差動容量変化に応じた電圧
を出力することにより加速度を検出する。ここで、加速
度を検出するための検出信号と自己診断信号とを切り替
えて印加し、自己診断信号の印加によって可動電極２４
に疑似的な加速度を発生させるようになっており、可動
電極２４の変位方向の梁幅Ｗ１を梁部２２の変位方向の
梁幅Ｗ２と略同一とし且つ可動電極２４の変位方向の剛
性を梁部２２の変位方向の剛性よりも大きくしている。
効率的に自己診断を可能な容量式半導体加速度センサを
提供する。 【解決手段】 加速度センサ１００は、梁の長手方向と
直交する方向に変位する梁部２２を有し、この梁部２２
に一体に形成された可動電極２４と固定電極３２、４２
との間に周期的に変化する信号を印加して、これら両電
極間の容量ＣＳ１、ＣＳ２の差動容量変化に応じた電圧
を出力することにより加速度を検出する。ここで、加速
度を検出するための検出信号と自己診断信号とを切り替
えて印加し、自己診断信号の印加によって可動電極２４
に疑似的な加速度を発生させるようになっており、可動
電極２４の変位方向の梁幅Ｗ１を梁部２２の変位方向の
梁幅Ｗ２と略同一とし且つ可動電極２４の変位方向の剛
性を梁部２２の変位方向の剛性よりも大きくしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度、角速度、
圧力等の物理量を検出する容量式物理量検出装置に関す
る。
圧力等の物理量を検出する容量式物理量検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、物理量を検出する容量式物理量検
出装置において、その自己診断を行うものとしては、例
えば特開平８−１１０３５５号公報に記載の容量式加速
度センサが提案されている。このものは、梁形状をなす
とともに物理量としての加速度の印加に応じて弾性的に
変位する梁部と、この梁部に一体成形された梁形状の可
動電極と、この可動電極に対向配置された２つの固定電
極とを備え、これら可動電極と固定電極との間に形成さ
れた２つの容量差をＣ−Ｖ変換して出力を計測するよう
にしたものである。
出装置において、その自己診断を行うものとしては、例
えば特開平８−１１０３５５号公報に記載の容量式加速
度センサが提案されている。このものは、梁形状をなす
とともに物理量としての加速度の印加に応じて弾性的に
変位する梁部と、この梁部に一体成形された梁形状の可
動電極と、この可動電極に対向配置された２つの固定電
極とを備え、これら可動電極と固定電極との間に形成さ
れた２つの容量差をＣ−Ｖ変換して出力を計測するよう
にしたものである。
【０００３】さらに、この加速度センサにおいては、セ
ンサの自己診断を行うために、上記の可動及び固定電極
の他に、別体の自己診断用の電極（セルフ電極）を設
け、このセルフ電極にある電圧を印加することにより、
静電気力を発生させ、上記梁部を強制的に変位させるこ
とで自己診断を行っている。
ンサの自己診断を行うために、上記の可動及び固定電極
の他に、別体の自己診断用の電極（セルフ電極）を設
け、このセルフ電極にある電圧を印加することにより、
静電気力を発生させ、上記梁部を強制的に変位させるこ
とで自己診断を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
容量式物理量検出装置においては、上記のように、擬似
的に物理量が発生したような状態とすべく、別体の自己
診断用の電極を設けているために、装置の体格が大きく
なるという問題がある。
容量式物理量検出装置においては、上記のように、擬似
的に物理量が発生したような状態とすべく、別体の自己
診断用の電極を設けているために、装置の体格が大きく
なるという問題がある。
【０００５】そこで、本発明は上記問題に鑑み、別体の
自己診断用の電極を設けることなく、効率的に自己診断
を行うことのできる容量式物理量検出装置を提供するこ
とを目的とする。
自己診断用の電極を設けることなく、効率的に自己診断
を行うことのできる容量式物理量検出装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１〜請求項３記載の発明では、まず、梁形状
をなす梁部（２２）に一体に形成されて該梁部と同一方
向に延びる梁形状をなす可動電極（２４）と固定電極
（３２、４２）との間に周期的に変化する信号を印加し
て、該可動電極と該固定電極とからなる容量の変化に応
じた電圧を出力することにより物理量を検出するように
したものであって、物理量を検出するための検出信号と
自己診断を行うための自己診断信号とを切り替えて印加
し、該自己診断信号の印加によって該梁部を変位させ該
可動電極に疑似的な物理量を発生させるようになってい
ることを特徴としている。
め、請求項１〜請求項３記載の発明では、まず、梁形状
をなす梁部（２２）に一体に形成されて該梁部と同一方
向に延びる梁形状をなす可動電極（２４）と固定電極
（３２、４２）との間に周期的に変化する信号を印加し
て、該可動電極と該固定電極とからなる容量の変化に応
じた電圧を出力することにより物理量を検出するように
したものであって、物理量を検出するための検出信号と
自己診断を行うための自己診断信号とを切り替えて印加
し、該自己診断信号の印加によって該梁部を変位させ該
可動電極に疑似的な物理量を発生させるようになってい
ることを特徴としている。
【０００７】さらに、本発明によれば、可動電極（２
４）におけるその変位方向の梁幅（Ｗ１）が、梁部（２
２）におけるその変位方向の梁幅（Ｗ２）と略同一であ
り、且つ、該可動電極におけるその変位方向の剛性が、
該梁部におけるその変位方向の剛性よりも大きくなって
いることを特徴としている。
４）におけるその変位方向の梁幅（Ｗ１）が、梁部（２
２）におけるその変位方向の梁幅（Ｗ２）と略同一であ
り、且つ、該可動電極におけるその変位方向の剛性が、
該梁部におけるその変位方向の剛性よりも大きくなって
いることを特徴としている。
【０００８】まず、本発明によれば、自己診断時には、
自己診断信号が周期的に可動電極と固定電極との間に印
加されるため、可動電極と固定電極の間に静電気力を発
生させ、それにより、梁部及びこれと一体である可動電
極を、該梁の長手方向と直交する方向に変位させ、可動
電極に疑似的に物理量が発生した状態にすることができ
る。この場合、可動電極の変位を、Ｃ−Ｖ変換回路の出
力電圧に基づいて検出することによって自己診断を行う
ことができる。
自己診断信号が周期的に可動電極と固定電極との間に印
加されるため、可動電極と固定電極の間に静電気力を発
生させ、それにより、梁部及びこれと一体である可動電
極を、該梁の長手方向と直交する方向に変位させ、可動
電極に疑似的に物理量が発生した状態にすることができ
る。この場合、可動電極の変位を、Ｃ−Ｖ変換回路の出
力電圧に基づいて検出することによって自己診断を行う
ことができる。
【０００９】この自己診断において、可動電極の変位を
大きくすれば、可動電極と固定電極とからなる容量の変
化も大きくなり、出力電圧を大きくできて効率的な自己
診断が可能となる。そのための手段として、本発明者等
は、可動電極におけるその変位方向の梁幅を狭くして可
動電極を軽くすることに着目した。しかし、この梁幅を
あまりにも細くし過ぎると、物理量が印加されたときに
梁部だけでなく、可動電極もたわんで変位してしまう。
大きくすれば、可動電極と固定電極とからなる容量の変
化も大きくなり、出力電圧を大きくできて効率的な自己
診断が可能となる。そのための手段として、本発明者等
は、可動電極におけるその変位方向の梁幅を狭くして可
動電極を軽くすることに着目した。しかし、この梁幅を
あまりにも細くし過ぎると、物理量が印加されたときに
梁部だけでなく、可動電極もたわんで変位してしまう。
【００１０】この種の容量式検出装置においては、物理
量の印加時、梁部の変位と可動電極の変位とは、一体且
つ同一方向であることが必要であるが、可動電極自身が
たわんで変位してしまうと、可動電極と固定電極との間
隔の変化が不均一となり、所望の容量変化を得ることが
できなくなる可能性がある。
量の印加時、梁部の変位と可動電極の変位とは、一体且
つ同一方向であることが必要であるが、可動電極自身が
たわんで変位してしまうと、可動電極と固定電極との間
隔の変化が不均一となり、所望の容量変化を得ることが
できなくなる可能性がある。
【００１１】その点、本発明によれば、可動電極（２
４）におけるその変位方向の剛性が梁部（２２）におけ
るその変位方向の剛性よりも大きいことを確保した上
で、該可動電極におけるその変位方向の梁幅（Ｗ１）が
該梁部におけるその変位方向の梁幅（Ｗ２）と略同一と
なるまで細くしているため、可動電極を軽くしつつ、物
理量の印加時に可動電極がたわむのを防止できる。
４）におけるその変位方向の剛性が梁部（２２）におけ
るその変位方向の剛性よりも大きいことを確保した上
で、該可動電極におけるその変位方向の梁幅（Ｗ１）が
該梁部におけるその変位方向の梁幅（Ｗ２）と略同一と
なるまで細くしているため、可動電極を軽くしつつ、物
理量の印加時に可動電極がたわむのを防止できる。
【００１２】よって、本発明によれば、別体の自己診断
用の電極を設けることなく、効率的に自己診断を行うこ
とのできる容量式物理量検出装置を提供することができ
る。ここで、可動電極（２４）におけるその変位方向の
梁幅（可動電極幅）が梁部（２２）におけるその変位方
向の梁幅（梁部幅）と略同一であることは、装置の加工
誤差等を考えた場合、可動電極幅（Ｗ１）が梁部幅（Ｗ
２）の０．８倍〜１．２倍の範囲にあれば良い。
用の電極を設けることなく、効率的に自己診断を行うこ
とのできる容量式物理量検出装置を提供することができ
る。ここで、可動電極（２４）におけるその変位方向の
梁幅（可動電極幅）が梁部（２２）におけるその変位方
向の梁幅（梁部幅）と略同一であることは、装置の加工
誤差等を考えた場合、可動電極幅（Ｗ１）が梁部幅（Ｗ
２）の０．８倍〜１．２倍の範囲にあれば良い。
【００１３】また、固定電極（３２、４２）が可動電極
（２４）と略平行に延びる梁形状をなすものであり、且
つ、該可動電極と該固定電極とが梁の側面にて互いに対
向している場合、梁部（２２）の変位方向における該固
定電極の梁幅を、該可動電極におけるその変位方向の梁
幅（Ｗ１）と略同一とすれば、変位方向における装置の
体格を小さくできる。
（２４）と略平行に延びる梁形状をなすものであり、且
つ、該可動電極と該固定電極とが梁の側面にて互いに対
向している場合、梁部（２２）の変位方向における該固
定電極の梁幅を、該可動電極におけるその変位方向の梁
幅（Ｗ１）と略同一とすれば、変位方向における装置の
体格を小さくできる。
【００１４】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。本実施形態は、容量式物理量検出装
置として、差動容量式の半導体加速度センサについて本
発明を適用したものである。図１に半導体加速度センサ
１００の平面構成を示し、図２に図１中のＡ−Ａ線に沿
った模式的な断面構造を示す。この半導体加速度センサ
１００は、例えば、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作
動制御を行うための自動車用加速度センサやジャイロセ
ンサ等に適用できる。
について説明する。本実施形態は、容量式物理量検出装
置として、差動容量式の半導体加速度センサについて本
発明を適用したものである。図１に半導体加速度センサ
１００の平面構成を示し、図２に図１中のＡ−Ａ線に沿
った模式的な断面構造を示す。この半導体加速度センサ
１００は、例えば、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作
動制御を行うための自動車用加速度センサやジャイロセ
ンサ等に適用できる。
【００１６】半導体加速度センサ（以下、単にセンサと
いう）１００は、半導体基板に周知のマイクロマシン加
工を施すことにより形成される。センサ１００を構成す
る半導体基板は、図２に示す様に、第１の半導体層とし
ての第１シリコン基板１１と第２の半導体層としての第
２シリコン基板１２との間に、絶縁層としての酸化膜１
３を有する矩形状のＳＯＩ基板１０である。
いう）１００は、半導体基板に周知のマイクロマシン加
工を施すことにより形成される。センサ１００を構成す
る半導体基板は、図２に示す様に、第１の半導体層とし
ての第１シリコン基板１１と第２の半導体層としての第
２シリコン基板１２との間に、絶縁層としての酸化膜１
３を有する矩形状のＳＯＩ基板１０である。
【００１７】第２シリコン基板１２には、溝を形成する
ことにより、可動部２０及び固定部３０、４０よりなる
櫛歯形状を有する梁構造体が形成されている。また、酸
化膜１３のうち上記梁構造体２０〜４０の形成領域に対
応した部位は、犠牲層エッチング等により矩形状に除去
されて開口部１３ａを形成している。
ことにより、可動部２０及び固定部３０、４０よりなる
櫛歯形状を有する梁構造体が形成されている。また、酸
化膜１３のうち上記梁構造体２０〜４０の形成領域に対
応した部位は、犠牲層エッチング等により矩形状に除去
されて開口部１３ａを形成している。
【００１８】開口部１３ａ上を横断するように配置され
た可動部２０は、矩形状の錘部２１の両端を、梁部２２
を介してアンカー部２３ａ及び２３ｂに一体に連結した
構成となっており、これらアンカー部２３ａ及び２３ｂ
は、酸化膜１３における開口部１３ａの開口縁部に固定
され、支持基板としての第１シリコン基板１１上に支持
されている。これにより、錘部２１及び梁部２２は、開
口部１３ａに臨んだ状態となっている。
た可動部２０は、矩形状の錘部２１の両端を、梁部２２
を介してアンカー部２３ａ及び２３ｂに一体に連結した
構成となっており、これらアンカー部２３ａ及び２３ｂ
は、酸化膜１３における開口部１３ａの開口縁部に固定
され、支持基板としての第１シリコン基板１１上に支持
されている。これにより、錘部２１及び梁部２２は、開
口部１３ａに臨んだ状態となっている。
【００１９】また、梁部２２は、２本の梁がその両端で
連結された矩形枠状をなしており、梁の長手方向と直交
する方向に変位するバネ機能を有する。具体的には、梁
部２２は、図１中の矢印Ｘ方向の成分を含む加速度を受
けたときに錘部２１を矢印Ｘ方向へ変位させるととも
に、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるように
なっている。よって、可動部２０は、加速度の印加に応
じて、開口部１３ａ上にて梁部２２の変位方向（矢印Ｘ
方向）へ変位可能となっている。
連結された矩形枠状をなしており、梁の長手方向と直交
する方向に変位するバネ機能を有する。具体的には、梁
部２２は、図１中の矢印Ｘ方向の成分を含む加速度を受
けたときに錘部２１を矢印Ｘ方向へ変位させるととも
に、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるように
なっている。よって、可動部２０は、加速度の印加に応
じて、開口部１３ａ上にて梁部２２の変位方向（矢印Ｘ
方向）へ変位可能となっている。
【００２０】また、可動部２０は、梁部２２の変位方向
（矢印Ｘ方向）と直交した方向にて、錘部２１の両側面
から互いに反対方向へ一体的に突出形成された複数個の
可動電極２４を備えている。図１では、可動電極２４
は、錘部２１の左側及び右側に各々３個ずつ突出して形
成され、各可動電極２４は断面矩形の梁状に形成され
て、開口部１３ａに臨んだ状態となっている。このよう
に、各可動電極２４は、梁部２２及び錘部２１と一体的
に形成され、梁部２２及び錘部２１とともに梁部２１の
変位方向へ変位可能となっている。
（矢印Ｘ方向）と直交した方向にて、錘部２１の両側面
から互いに反対方向へ一体的に突出形成された複数個の
可動電極２４を備えている。図１では、可動電極２４
は、錘部２１の左側及び右側に各々３個ずつ突出して形
成され、各可動電極２４は断面矩形の梁状に形成され
て、開口部１３ａに臨んだ状態となっている。このよう
に、各可動電極２４は、梁部２２及び錘部２１と一体的
に形成され、梁部２２及び錘部２１とともに梁部２１の
変位方向へ変位可能となっている。
【００２１】ここにおいて、本センサ１００では、各可
動電極２４におけるその変位方向（図１中、矢印Ｘ方
向）の梁幅Ｗ１を、梁部２２におけるその変位方向（図
１中、矢印Ｘ方向）の１本の梁幅Ｗ２と略同一とし、且
つ、可動電極２４におけるその変位方向の剛性を、梁部
２２におけるその変位方向の剛性よりも大きくした独自
の構成としている。本センサ１００では、これら梁幅Ｗ
１、Ｗ２を略同一としても、梁部２２の方は、上述のよ
うに２本の梁がその両端で連結された矩形枠状であり、
変位の支点が２カ所あるため、変位の支点が１カ所であ
る可動電極２４に比べて、変位方向に曲がりやすく（即
ち、剛性が大きく）できる。
動電極２４におけるその変位方向（図１中、矢印Ｘ方
向）の梁幅Ｗ１を、梁部２２におけるその変位方向（図
１中、矢印Ｘ方向）の１本の梁幅Ｗ２と略同一とし、且
つ、可動電極２４におけるその変位方向の剛性を、梁部
２２におけるその変位方向の剛性よりも大きくした独自
の構成としている。本センサ１００では、これら梁幅Ｗ
１、Ｗ２を略同一としても、梁部２２の方は、上述のよ
うに２本の梁がその両端で連結された矩形枠状であり、
変位の支点が２カ所あるため、変位の支点が１カ所であ
る可動電極２４に比べて、変位方向に曲がりやすく（即
ち、剛性が大きく）できる。
【００２２】固定部３０、４０は、酸化膜１３における
開口部１３ａの開口縁部における対向辺部のうち、アン
カー部２３ａ、２３ｂが支持されていないもう１組の対
向辺部に支持されている。ここで、固定部３０、４０
は、錘部２１を挟んで２個設けられており、図１中の左
側に位置する第１の固定部３０と、図１中の右側に位置
する第２の固定部４０とより成り、両固定部３０、４０
は互いに電気的に独立している。
開口部１３ａの開口縁部における対向辺部のうち、アン
カー部２３ａ、２３ｂが支持されていないもう１組の対
向辺部に支持されている。ここで、固定部３０、４０
は、錘部２１を挟んで２個設けられており、図１中の左
側に位置する第１の固定部３０と、図１中の右側に位置
する第２の固定部４０とより成り、両固定部３０、４０
は互いに電気的に独立している。
【００２３】各固定部３０、４０は、酸化膜１３におけ
る開口部１３ａの開口縁部に固定されて第１シリコン基
板１１に支持された配線部３１及び４１と、可動電極２
４の側面と所定の検出間隔を存して平行した状態で対向
配置された複数個（図示例では３個ずつ）の固定電極３
２及び４２とを有した構成となっている。なお、第１の
固定部３０側の固定電極３２を第１の固定電極、第２の
固定部４０側の固定電極４２を第２の固定電極とする。
各固定電極３２及び４２は、可動電極２４と略平行に延
びる断面矩形の梁状に形成されて、各配線部３１、４１
に片持ち状に支持された状態となっており、開口部１３
ａに臨んだ状態となっている。
る開口部１３ａの開口縁部に固定されて第１シリコン基
板１１に支持された配線部３１及び４１と、可動電極２
４の側面と所定の検出間隔を存して平行した状態で対向
配置された複数個（図示例では３個ずつ）の固定電極３
２及び４２とを有した構成となっている。なお、第１の
固定部３０側の固定電極３２を第１の固定電極、第２の
固定部４０側の固定電極４２を第２の固定電極とする。
各固定電極３２及び４２は、可動電極２４と略平行に延
びる断面矩形の梁状に形成されて、各配線部３１、４１
に片持ち状に支持された状態となっており、開口部１３
ａに臨んだ状態となっている。
【００２４】また、各固定部３０、４０の各配線部３
１、４１上の所定位置には、それぞれワイヤボンディン
グ用の固定電極パッド３１ａ、４１ａが形成されてい
る。また、一方のアンカー部２３ｂと一体に連結された
状態で、可動電極用配線部２５が形成されており、この
配線部２５上の所定位置には、ワイヤボンディング用の
可動電極パッド２５ａが形成されている。上記の各電極
パッド２５ａ、３１ａ、４１ａは、例えばアルミニウム
により形成されている。
１、４１上の所定位置には、それぞれワイヤボンディン
グ用の固定電極パッド３１ａ、４１ａが形成されてい
る。また、一方のアンカー部２３ｂと一体に連結された
状態で、可動電極用配線部２５が形成されており、この
配線部２５上の所定位置には、ワイヤボンディング用の
可動電極パッド２５ａが形成されている。上記の各電極
パッド２５ａ、３１ａ、４１ａは、例えばアルミニウム
により形成されている。
【００２５】更に、錘部２１、アンカー部２３ａ及び２
３ｂ、及び各固定電極３２、４２には、開口部１３ａ側
から反対側に貫通する矩形状の貫通孔５０が複数形成さ
れており、これら貫通孔５０により、矩形枠状部を複数
組み合わせた所謂ラーメン構造形状が形成されている。
これにより、可動部２０及び各固定電極３２、４２の軽
量化、捩じり強度の向上がなされている。
３ｂ、及び各固定電極３２、４２には、開口部１３ａ側
から反対側に貫通する矩形状の貫通孔５０が複数形成さ
れており、これら貫通孔５０により、矩形枠状部を複数
組み合わせた所謂ラーメン構造形状が形成されている。
これにより、可動部２０及び各固定電極３２、４２の軽
量化、捩じり強度の向上がなされている。
【００２６】また、本センサ１００は、第１シリコン基
板１１の裏面（酸化膜１３とは反対側の面）側において
接着剤６０を介してパッケージ７０に接着固定されてい
る。このパッケージ７０には、後述する回路手段２００
が収納されている。そして、この回路手段２００と上記
の各電極パッド２５ａ、３１ａ、４１ａとは、金もしく
はアルミニウムのワイヤボンディング等により形成され
たワイヤＷ１、Ｗ２、Ｗ３により電気的に接続されてい
る。
板１１の裏面（酸化膜１３とは反対側の面）側において
接着剤６０を介してパッケージ７０に接着固定されてい
る。このパッケージ７０には、後述する回路手段２００
が収納されている。そして、この回路手段２００と上記
の各電極パッド２５ａ、３１ａ、４１ａとは、金もしく
はアルミニウムのワイヤボンディング等により形成され
たワイヤＷ１、Ｗ２、Ｗ３により電気的に接続されてい
る。
【００２７】このような構成においては、図１中にコン
デンサ記号で示す様に、第１の固定電極３２と可動電極
２４との検出空隙に第１の容量ＣＳ１、第２の固定電極
４２と可動電極２４との検出空隙に第２の容量ＣＳ２が
形成されている。そして、加速度を受けると、梁部２２
のバネ機能により、アンカー部を除く可動部２０全体が
一体的に矢印Ｘ方向へ変位し、可動電極２４の変位に応
じて上記各容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化する。そして、上
記検出回路２００は、可動電極２４と固定電極３２、４
２による差動容量（ＣＳ１−ＣＳ２）の変化に基づいて
加速度を検出する。
デンサ記号で示す様に、第１の固定電極３２と可動電極
２４との検出空隙に第１の容量ＣＳ１、第２の固定電極
４２と可動電極２４との検出空隙に第２の容量ＣＳ２が
形成されている。そして、加速度を受けると、梁部２２
のバネ機能により、アンカー部を除く可動部２０全体が
一体的に矢印Ｘ方向へ変位し、可動電極２４の変位に応
じて上記各容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化する。そして、上
記検出回路２００は、可動電極２４と固定電極３２、４
２による差動容量（ＣＳ１−ＣＳ２）の変化に基づいて
加速度を検出する。
【００２８】なお、本センサ１００における回路手段２
００及び検出方法は、本出願人が先に出願した特願平１
１−１０８４５４号に記載した検出回路を基本としてお
り、その詳細説明は同号明細書に譲ることとし、以下、
主として本実施形態における特徴部分を述べることとす
る。図３に、本センサ１００に設けられた回路手段２０
０の構成を示す。
００及び検出方法は、本出願人が先に出願した特願平１
１−１０８４５４号に記載した検出回路を基本としてお
り、その詳細説明は同号明細書に譲ることとし、以下、
主として本実施形態における特徴部分を述べることとす
る。図３に、本センサ１００に設けられた回路手段２０
０の構成を示す。
【００２９】回路手段２００は、Ｃ−Ｖ変換回路（スイ
ッチドキャパシタ回路）２１０及びスイッチ回路２２０
を有する。Ｃ−Ｖ変換回路２１０は、可動電極２４と固
定電極３２、４２とからなる容量ＣＳ１、ＣＳ２の変化
を電圧に変換して出力するもので、演算増幅器２１１、
コンデンサ２１２、及びスイッチ２１３から構成されて
いる。
ッチドキャパシタ回路）２１０及びスイッチ回路２２０
を有する。Ｃ−Ｖ変換回路２１０は、可動電極２４と固
定電極３２、４２とからなる容量ＣＳ１、ＣＳ２の変化
を電圧に変換して出力するもので、演算増幅器２１１、
コンデンサ２１２、及びスイッチ２１３から構成されて
いる。
【００３０】演算増幅器２１１の反転入力端子は、可動
電極パッド２５ａを介して可動電極２４に接続されてお
り、反転入力端子と出力端子との間には、コンデンサ２
１２およびスイッチ２１３が並列に接続されている。ま
た、演算増幅器２１１の非反転入力端子には、スイッチ
回路２２０を介してＶ／２の電圧とＶ１の電圧のいずれ
かが入力される。
電極パッド２５ａを介して可動電極２４に接続されてお
り、反転入力端子と出力端子との間には、コンデンサ２
１２およびスイッチ２１３が並列に接続されている。ま
た、演算増幅器２１１の非反転入力端子には、スイッチ
回路２２０を介してＶ／２の電圧とＶ１の電圧のいずれ
かが入力される。
【００３１】スイッチ回路２２０は、Ｃ−Ｖ変換回路２
１０における演算増幅器２１１の非反転入力端子に、図
示しないそれぞれの電圧源からのＶ／２の電圧とＶ１
（Ｖ／２とは異なる）の電圧のいずれかを入力するもの
で、スイッチ２２１とスイッチ２２２から構成されてい
る。スイッチ２２１とスイッチ２２２は、一方が閉じて
いるときに他方が開くようになっている。
１０における演算増幅器２１１の非反転入力端子に、図
示しないそれぞれの電圧源からのＶ／２の電圧とＶ１
（Ｖ／２とは異なる）の電圧のいずれかを入力するもの
で、スイッチ２２１とスイッチ２２２から構成されてい
る。スイッチ２２１とスイッチ２２２は、一方が閉じて
いるときに他方が開くようになっている。
【００３２】また、回路手段２００は図示しない制御回
路を有しており、この制御回路は、固定電極パッド３１
ａから、一定振幅Ｖで周期的に変化する搬送波Ｐ１を第
１の固定電極３２へ入力し、固定電極パッド４１ａか
ら、搬送波Ｐ１と位相が１８０°ずれ且つ同一振幅Ｖで
ある搬送波Ｐ２を第２の固定電極４２へ入力する。ま
た、この制御回路は、上記の各スイッチ２１３、２２
１、２２２の開閉を所定のタイミングにて制御できるよ
うになっている。本実施形態では、この制御回路と上記
スイッチ回路２２０とにより本発明でいう信号印加手段
が構成される。
路を有しており、この制御回路は、固定電極パッド３１
ａから、一定振幅Ｖで周期的に変化する搬送波Ｐ１を第
１の固定電極３２へ入力し、固定電極パッド４１ａか
ら、搬送波Ｐ１と位相が１８０°ずれ且つ同一振幅Ｖで
ある搬送波Ｐ２を第２の固定電極４２へ入力する。ま
た、この制御回路は、上記の各スイッチ２１３、２２
１、２２２の開閉を所定のタイミングにて制御できるよ
うになっている。本実施形態では、この制御回路と上記
スイッチ回路２２０とにより本発明でいう信号印加手段
が構成される。
【００３３】上記構成においてその作動を説明する。ま
ず、加速度を検出する検出信号を印加する状態（通常動
作時）について図４に示す信号波形図を参照して説明す
る。信号印加手段としての上記制御回路から出力される
搬送波Ｐ１（例えば、周波数１００ｋＨｚ、振幅０〜５
Ｖ）は、図４に示すように、期間φ１を１周期（例えば
１０μｓ）としてハイレベルとローレベルが変化する一
定振幅の矩形波信号となっており、搬送波Ｐ２は、搬送
波Ｐ１に対して電圧レベルが反転した矩形波信号となっ
ている。
ず、加速度を検出する検出信号を印加する状態（通常動
作時）について図４に示す信号波形図を参照して説明す
る。信号印加手段としての上記制御回路から出力される
搬送波Ｐ１（例えば、周波数１００ｋＨｚ、振幅０〜５
Ｖ）は、図４に示すように、期間φ１を１周期（例えば
１０μｓ）としてハイレベルとローレベルが変化する一
定振幅の矩形波信号となっており、搬送波Ｐ２は、搬送
波Ｐ１に対して電圧レベルが反転した矩形波信号となっ
ている。
【００３４】また、通常動作時では、上記の各搬送波Ｐ
１及びＰ２が各固定電極３２、４２へ印加されていると
き、スイッチ回路２２０においてスイッチ２２１は閉、
スイッチ２２２は開になっている。それによって、演算
増幅器２１１の非反転入力端子にＶ／２の電圧が印加さ
れ、可動電極２４にはＶ／２（例えば２．５Ｖ）の一定
電圧（可動電極信号）が印加されている。
１及びＰ２が各固定電極３２、４２へ印加されていると
き、スイッチ回路２２０においてスイッチ２２１は閉、
スイッチ２２２は開になっている。それによって、演算
増幅器２１１の非反転入力端子にＶ／２の電圧が印加さ
れ、可動電極２４にはＶ／２（例えば２．５Ｖ）の一定
電圧（可動電極信号）が印加されている。
【００３５】この状態において加速度が印加されていな
い場合には、第１の固定電極３２と可動電極２４との電
位差、及び、第２の固定電極４２と可動電極２４との電
位差は、共にＶ／２となり、第１の固定電極３２と可動
電極２４との間の静電気力、及び、第２の固定電極４２
と可動電極２４との間の静電気力は、略等しく釣り合っ
ている。
い場合には、第１の固定電極３２と可動電極２４との電
位差、及び、第２の固定電極４２と可動電極２４との電
位差は、共にＶ／２となり、第１の固定電極３２と可動
電極２４との間の静電気力、及び、第２の固定電極４２
と可動電極２４との間の静電気力は、略等しく釣り合っ
ている。
【００３６】また、通常動作時では、Ｃ−Ｖ変換回路２
２０において、スイッチ２１３は図４に示すタイミング
で開閉される。このスイッチ２１３が閉のとき（期間φ
２）、コンデンサ２１２がリセットされる。一方、スイ
ッチ２１３が開のときに、加速度検出が行われる。つま
り、期間φ１のうち期間φ２以外の期間が加速度を検出
する期間である。この検出期間において、Ｃ−Ｖ変換回
路２２０からの出力電圧Ｖ０は、次の数式１で示され
る。
２０において、スイッチ２１３は図４に示すタイミング
で開閉される。このスイッチ２１３が閉のとき（期間φ
２）、コンデンサ２１２がリセットされる。一方、スイ
ッチ２１３が開のときに、加速度検出が行われる。つま
り、期間φ１のうち期間φ２以外の期間が加速度を検出
する期間である。この検出期間において、Ｃ−Ｖ変換回
路２２０からの出力電圧Ｖ０は、次の数式１で示され
る。
【００３７】
【数１】Ｖ０＝（ＣＳ１−ＣＳ２）・Ｖ’／Ｃｆ ここで、Ｖ’は両パッド３１ａ及び４１ａ間、即ち、両
固定電極３２及び４２の間の電圧であり、Ｃｆはコンデ
ンサ２１２の容量である。
固定電極３２及び４２の間の電圧であり、Ｃｆはコンデ
ンサ２１２の容量である。
【００３８】加速度が印加されると、第１の容量ＣＳ１
と第２の容量ＣＳ２とのバランスが変化する。すると、
上記数式１に基づき容量差（ＣＳ１−ＣＳ２）に応じた
電圧が、加速度が印加されていないときの出力Ｖ０にバ
イアスとして加わった形で出力Ｖ０（例えば０〜５Ｖ）
として出力される。この出力Ｖ０は、この後、増幅回路
やローパスフィルタ等を備えた信号処理回路（図示せ
ず）にて信号処理され、加速度検出信号として検出され
る。
と第２の容量ＣＳ２とのバランスが変化する。すると、
上記数式１に基づき容量差（ＣＳ１−ＣＳ２）に応じた
電圧が、加速度が印加されていないときの出力Ｖ０にバ
イアスとして加わった形で出力Ｖ０（例えば０〜５Ｖ）
として出力される。この出力Ｖ０は、この後、増幅回路
やローパスフィルタ等を備えた信号処理回路（図示せ
ず）にて信号処理され、加速度検出信号として検出され
る。
【００３９】次に、自己診断時の作動について、図５に
示す信号波形図を参照して説明する。信号印加手段とし
ての上記制御回路により、図５に示す様に、一定振幅Ｖ
（図示例では振幅０〜５Ｖ）の矩形波信号である搬送波
Ｐ１及びＰ２が入力される。ここで、期間φ３（例えば
１００μｓ）において、搬送波Ｐ１と搬送波Ｐ２とは、
互いに電圧レベルが反転した一定電圧信号（例えば搬送
波Ｐ１が０Ｖ、搬送波Ｐ２が５Ｖ）となっている。
示す信号波形図を参照して説明する。信号印加手段とし
ての上記制御回路により、図５に示す様に、一定振幅Ｖ
（図示例では振幅０〜５Ｖ）の矩形波信号である搬送波
Ｐ１及びＰ２が入力される。ここで、期間φ３（例えば
１００μｓ）において、搬送波Ｐ１と搬送波Ｐ２とは、
互いに電圧レベルが反転した一定電圧信号（例えば搬送
波Ｐ１が０Ｖ、搬送波Ｐ２が５Ｖ）となっている。
【００４０】また、この期間φ３では、上記の各搬送波
Ｐ１及びＰ２が各固定電極３２、４２へ印加されている
とき、スイッチ回路２２０においてスイッチ２２１は
開、スイッチ２２２は閉になっている。そのため、演算
増幅器２１１の非反転入力端子へ、Ｖ／２とは異なるＶ
１（例えば３Ｖ）の電圧が印加され、可動電極２４に
は、この電圧Ｖ１が可動電極信号として印加されてい
る。
Ｐ１及びＰ２が各固定電極３２、４２へ印加されている
とき、スイッチ回路２２０においてスイッチ２２１は
開、スイッチ２２２は閉になっている。そのため、演算
増幅器２１１の非反転入力端子へ、Ｖ／２とは異なるＶ
１（例えば３Ｖ）の電圧が印加され、可動電極２４に
は、この電圧Ｖ１が可動電極信号として印加されてい
る。
【００４１】可動電極２４に電圧Ｖ１を加えた場合、上
記通常動作時における静電気力の釣り合いが崩れ、可動
電極２４は、両固定電極３２、４２のうち可動電極２４
との間の電位差が大きい方の固定電極へ引き寄せられ
る。図５に示す例では、第１の固定電極３２の方へ引き
寄せられるように、梁部２２がたわみ、それと一体的に
可動電極２４が擬似的に変位する。このように、期間φ
３は、可動電極２４に擬似的な加速度を発生させる期間
である。なお、期間φ３においては、Ｃ−Ｖ変換回路２
２０のスイッチ２１３は閉であるため、コンデンサ２１
２がリセット状態にある。
記通常動作時における静電気力の釣り合いが崩れ、可動
電極２４は、両固定電極３２、４２のうち可動電極２４
との間の電位差が大きい方の固定電極へ引き寄せられ
る。図５に示す例では、第１の固定電極３２の方へ引き
寄せられるように、梁部２２がたわみ、それと一体的に
可動電極２４が擬似的に変位する。このように、期間φ
３は、可動電極２４に擬似的な加速度を発生させる期間
である。なお、期間φ３においては、Ｃ−Ｖ変換回路２
２０のスイッチ２１３は閉であるため、コンデンサ２１
２がリセット状態にある。
【００４２】次に、期間φ４（例えば１０μｓ）は、上
記図４に示した期間φ１と同様の信号波形を、可動電極
２４と固定電極３２、４２との間に印加することによ
り、直前の期間φ３にて発生した擬似的な加速度（物理
量）を検出する期間である。つまり、Ｃ−Ｖ変換回路２
２０のスイッチ２１３を開とし、コンデンサ２１２を加
速度検出可能な状態と同じにし、上記通常動作時と同様
の搬送波Ｐ１及びＰ２を印加する。また、スイッチ回路
２２０においてスイッチ２２１を閉、スイッチ２２２を
開として可動電極２４にＶ／２（例えば２．５Ｖ）の一
定電圧を駆動電極信号として印加する。
記図４に示した期間φ１と同様の信号波形を、可動電極
２４と固定電極３２、４２との間に印加することによ
り、直前の期間φ３にて発生した擬似的な加速度（物理
量）を検出する期間である。つまり、Ｃ−Ｖ変換回路２
２０のスイッチ２１３を開とし、コンデンサ２１２を加
速度検出可能な状態と同じにし、上記通常動作時と同様
の搬送波Ｐ１及びＰ２を印加する。また、スイッチ回路
２２０においてスイッチ２２１を閉、スイッチ２２２を
開として可動電極２４にＶ／２（例えば２．５Ｖ）の一
定電圧を駆動電極信号として印加する。
【００４３】すると、この期間φ４にて、例えば第１の
固定電極３２の方へ引き寄せられていた可動電極２４が
元の位置に戻ろうとするため、この容量変化に応じてＣ
−Ｖ変換回路２２０のコンデンサ２１２に電荷が発生
し、期間φ３にて発生した擬似的な加速度を検出するこ
とができる。このように、期間（φ３＋φ４）を１周期
とした自己診断信号（上記搬送波及び可動電極信号）を
可動電極２４と固定電極３２、４２との間に印加するこ
とにより、自己診断が可能となっている。
固定電極３２の方へ引き寄せられていた可動電極２４が
元の位置に戻ろうとするため、この容量変化に応じてＣ
−Ｖ変換回路２２０のコンデンサ２１２に電荷が発生
し、期間φ３にて発生した擬似的な加速度を検出するこ
とができる。このように、期間（φ３＋φ４）を１周期
とした自己診断信号（上記搬送波及び可動電極信号）を
可動電極２４と固定電極３２、４２との間に印加するこ
とにより、自己診断が可能となっている。
【００４４】ところで、この自己診断において、可動電
極２４の変位を大きくすれば、可動電極２４と固定電極
３２、４２とからなる容量ＣＳ１、ＣＳ２の変化も大き
くなり、出力電圧Ｖ０を大きくできて効率的な自己診断
が可能となる。そのための手段としては、可動部２０を
軽くすることが考えられる。可動部２０の軽量化にあた
っては、上記のラーメン構造を採用する等により最低限
まで錘部２１を軽量化した上で、さらに可動電極２４を
軽量化することが必要である。
極２４の変位を大きくすれば、可動電極２４と固定電極
３２、４２とからなる容量ＣＳ１、ＣＳ２の変化も大き
くなり、出力電圧Ｖ０を大きくできて効率的な自己診断
が可能となる。そのための手段としては、可動部２０を
軽くすることが考えられる。可動部２０の軽量化にあた
っては、上記のラーメン構造を採用する等により最低限
まで錘部２１を軽量化した上で、さらに可動電極２４を
軽量化することが必要である。
【００４５】可動電極２４の軽量化としては、梁の長さ
を短くすることが考えられるが、その場合、固定電極３
２、４２との対向面積（電極面積）が小さくなり、検出
の容量ＣＳ１、ＣＳ２が減少してしまうため好ましくな
い。そこで、可動電極２４におけるその変位方向の梁幅
Ｗ１（以下、可動電極幅Ｗ１という）を狭くすることで
可動電極２４の軽量化を実現することとした。
を短くすることが考えられるが、その場合、固定電極３
２、４２との対向面積（電極面積）が小さくなり、検出
の容量ＣＳ１、ＣＳ２が減少してしまうため好ましくな
い。そこで、可動電極２４におけるその変位方向の梁幅
Ｗ１（以下、可動電極幅Ｗ１という）を狭くすることで
可動電極２４の軽量化を実現することとした。
【００４６】しかし、この可動電極幅Ｗ１をあまりにも
細くし過ぎると、物理量が印加されたときに梁部２２だ
けでなく、可動電極２４自身もたわんで変位してしま
う。この種の加速度センサにおいては、加速度の印加
時、梁部の変位と可動電極の変位とは一体且つ同一方向
であることが必要であるが、可動電極自身がたわんで変
位してしまうと、可動電極と固定電極との検出間隔の変
化が不均一となり、所望の容量変化を得ることができな
くなる可能性がある。
細くし過ぎると、物理量が印加されたときに梁部２２だ
けでなく、可動電極２４自身もたわんで変位してしま
う。この種の加速度センサにおいては、加速度の印加
時、梁部の変位と可動電極の変位とは一体且つ同一方向
であることが必要であるが、可動電極自身がたわんで変
位してしまうと、可動電極と固定電極との検出間隔の変
化が不均一となり、所望の容量変化を得ることができな
くなる可能性がある。
【００４７】その点、本センサ１００によれば、上記し
た独自の構成、即ち、可動電極２４におけるその変位方
向の剛性が梁部２２におけるその変位方向の剛性よりも
大きいことを確保した上で、可動電極幅Ｗ１が梁部２２
におけるその変位方向（図１中、矢印Ｘ方向）の１本の
梁幅Ｗ２（以下、梁部幅Ｗ２という）と略同一となるま
で細くした構成としている。そのため、可動電極２４を
軽くしつつ、加速度の印加時に可動電極２４がたわむの
を防止でき、可動電極２４の擬似的な変位を大きくして
効率的な自己診断が可能となる。
た独自の構成、即ち、可動電極２４におけるその変位方
向の剛性が梁部２２におけるその変位方向の剛性よりも
大きいことを確保した上で、可動電極幅Ｗ１が梁部２２
におけるその変位方向（図１中、矢印Ｘ方向）の１本の
梁幅Ｗ２（以下、梁部幅Ｗ２という）と略同一となるま
で細くした構成としている。そのため、可動電極２４を
軽くしつつ、加速度の印加時に可動電極２４がたわむの
を防止でき、可動電極２４の擬似的な変位を大きくして
効率的な自己診断が可能となる。
【００４８】ここで、可動電極幅Ｗ１が梁部幅Ｗ２と略
同一であることは、ミクロンオーダーの加工（エッチン
グ等）を行う本センサ１００における加工誤差等を考え
た場合、可動電極幅Ｗ１が梁部幅Ｗ２の０．８倍〜１．
２倍の範囲にあれば良いものである。
同一であることは、ミクロンオーダーの加工（エッチン
グ等）を行う本センサ１００における加工誤差等を考え
た場合、可動電極幅Ｗ１が梁部幅Ｗ２の０．８倍〜１．
２倍の範囲にあれば良いものである。
【００４９】このように、本実施形態によれば、別体の
自己診断用の電極を設けることなく、装置の体格（チッ
プサイズ）の小型化が可能であり、且つ、効率的に自己
診断を行うことのできる容量式物理量検出装置１００を
提供することができる。そして、自己診断を行うことに
より、例えば、可動電極２４と固定電極３２、４２間に
ゴミが付着して容量が変化しない場合には、出力電圧Ｖ
０が変化しないため故障検出ができる。また、経時変化
等で感度が変化した場合も、出力電圧の変化量により感
度変化を検出することができる。
自己診断用の電極を設けることなく、装置の体格（チッ
プサイズ）の小型化が可能であり、且つ、効率的に自己
診断を行うことのできる容量式物理量検出装置１００を
提供することができる。そして、自己診断を行うことに
より、例えば、可動電極２４と固定電極３２、４２間に
ゴミが付着して容量が変化しない場合には、出力電圧Ｖ
０が変化しないため故障検出ができる。また、経時変化
等で感度が変化した場合も、出力電圧の変化量により感
度変化を検出することができる。
【００５０】なお、本実施形態のように可動電極２４を
軽くした場合、通常動作時における感度が落ちないかと
いう問題があるが、これについては、次に述べる考え方
を用いれば解決できる。この加速度センサ１００におい
ては、感度ΔＣ及び自己診断の出力Ｊは、各々、次の数
式２で示される。
軽くした場合、通常動作時における感度が落ちないかと
いう問題があるが、これについては、次に述べる考え方
を用いれば解決できる。この加速度センサ１００におい
ては、感度ΔＣ及び自己診断の出力Ｊは、各々、次の数
式２で示される。
【００５１】
【数２】ΔＣ＝２・Ｃ0・ｍ・ｇ／（ｄ・Ｋ） Ｊ＝ε・Ｓ・Ｄ・Ｖ2／（２・ｍ・ｄ2） ここで、Ｃ0は加速度が０の時の初期容量（＝ε・Ｓ／
ｄ、単位Ｆ）であり、ｍは可動部の質量（単位ｋｇ）、
ｄは可動電極と固定電極との間隔（単位ｍ）、Ｋはバネ
定数（単位Ｎ／ｍ）、Ｓは電極面積（可動電極と固定電
極との対向する部分の面積、単位ｍ2）、Ｄは自己診断
におけるデューティ比、Ｖは自己診断における電圧（単
位Ｖ）である。
ｄ、単位Ｆ）であり、ｍは可動部の質量（単位ｋｇ）、
ｄは可動電極と固定電極との間隔（単位ｍ）、Ｋはバネ
定数（単位Ｎ／ｍ）、Ｓは電極面積（可動電極と固定電
極との対向する部分の面積、単位ｍ2）、Ｄは自己診断
におけるデューティ比、Ｖは自己診断における電圧（単
位Ｖ）である。
【００５２】よって、質量ｍを軽くして、自己診断の出
力Ｊを高めれば、感度ΔＣが質量ｍに比例することから
感度ΔＣは下がる。しかし、上記数式２をみると、自己
診断にの出力Ｊには効かなくて、感度ΔＣにのみ効く項
目「Ｋ」が存在する。つまりバネ定数Ｋの調整により、
感度の低下を防止できる。また、振動体においては、そ
の共振周波数ω0は、ω0＝（Ｋ／ｍ）1/2で表されるた
め、例えば、可動電極の質量ｍを半分にしても、梁部２
２のバネ定数Ｋを半分にすれば、感度も共振周波数も変
化しないので、通常動作時におけるセンサ特性は確保さ
れる。具体的には、センサ１００において、梁部２２の
長さを長くする等により梁部２２のバネ定数を小さくで
きる。
力Ｊを高めれば、感度ΔＣが質量ｍに比例することから
感度ΔＣは下がる。しかし、上記数式２をみると、自己
診断にの出力Ｊには効かなくて、感度ΔＣにのみ効く項
目「Ｋ」が存在する。つまりバネ定数Ｋの調整により、
感度の低下を防止できる。また、振動体においては、そ
の共振周波数ω0は、ω0＝（Ｋ／ｍ）1/2で表されるた
め、例えば、可動電極の質量ｍを半分にしても、梁部２
２のバネ定数Ｋを半分にすれば、感度も共振周波数も変
化しないので、通常動作時におけるセンサ特性は確保さ
れる。具体的には、センサ１００において、梁部２２の
長さを長くする等により梁部２２のバネ定数を小さくで
きる。
【００５３】（他の実施形態）なお、上記実施形態のよ
うに、固定電極３２、４２が可動電極２４と略平行に延
びる梁形状をなすものであり、且つ、可動電極２４と固
定電極３２、４２とが梁の側面にて互いに対向している
場合、梁部２２の変位方向（図１中の矢印Ｘ方向）にお
ける固定電極３２、４２の梁幅を、可動電極幅Ｗ１と略
同一としても良い。それにより、変位方向（図１中の矢
印Ｘ方向）における装置の体格を小さくできる。
うに、固定電極３２、４２が可動電極２４と略平行に延
びる梁形状をなすものであり、且つ、可動電極２４と固
定電極３２、４２とが梁の側面にて互いに対向している
場合、梁部２２の変位方向（図１中の矢印Ｘ方向）にお
ける固定電極３２、４２の梁幅を、可動電極幅Ｗ１と略
同一としても良い。それにより、変位方向（図１中の矢
印Ｘ方向）における装置の体格を小さくできる。
【００５４】また、上記実施形態においては、通常動作
時と自己診断時とで、可動電極２４に印加する電圧を変
えて可動電極２４を擬似的に変位させているが、固定電
極３２、４２に印加する搬送波Ｐ１、Ｐ２において電圧
を変えることにより、可動電極２４を擬似的に変位さ
せ、自己診断を行うようにしても良い。
時と自己診断時とで、可動電極２４に印加する電圧を変
えて可動電極２４を擬似的に変位させているが、固定電
極３２、４２に印加する搬送波Ｐ１、Ｐ２において電圧
を変えることにより、可動電極２４を擬似的に変位さ
せ、自己診断を行うようにしても良い。
【００５５】また、本発明は上記半導体加速度センサ１
００に適用するものに限らず、圧力センサ、ヨーレート
センサなどの静電容量式の物理量検出装置にも同様に適
用することができる。
００に適用するものに限らず、圧力センサ、ヨーレート
センサなどの静電容量式の物理量検出装置にも同様に適
用することができる。
【図１】本発明の実施形態に係る半導体加速度センサの
概略平面図である。
概略平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った模式的断面図であ
る。
る。
【図３】図１に示すセンサにおける回路手段の具体的構
成図である。
成図である。
【図４】図３に示す回路手段の通常動作時の作動説明に
供する信号波形図である。
供する信号波形図である。
【図５】図３に示す回路手段の自己診断時の作動説明に
供する信号波形図である。
供する信号波形図である。
【符号の説明】 ２２…梁部、２４…可動電極、３２…第１の固定電極、
４２…第２の固定電極、２１０…Ｃ−Ｖ変換回路、２２
０…スイッチ回路、Ｗ１…可動電極におけるその変位方
向の梁幅、Ｗ２…梁部におけるその変位方向の梁幅。
４２…第２の固定電極、２１０…Ｃ−Ｖ変換回路、２２
０…スイッチ回路、Ｗ１…可動電極におけるその変位方
向の梁幅、Ｗ２…梁部におけるその変位方向の梁幅。
Claims (3)
- 【請求項１】 梁形状をなすとともに物理量の印加に応
じて該梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能
を有する梁部（２２）と、 この梁部に一体に形成されて前記梁部と同一方向に延び
る梁形状をなし、前記梁部とともに前記梁部の変位方向
へ変位可能な可動電極（２４）と、 前記可動電極に対向して配置された固定電極（３２、４
２）と、 周期的に変化する信号であって前記物理量を検出するた
めの検出信号と周期的に変化する信号であって自己診断
を行うための自己診断信号とを切り替えて、前記可動電
極と前記固定電極との間に印加する信号印加手段（２２
０）と、 前記可動電極と前記固定電極とからなる容量の変化に応
じた電圧を出力するＣ−Ｖ変換回路（２１０）とを備
え、 前記検出信号の印加中に発生する前記容量の変化に応じ
て前記物理量を検出し、 前記自己診断信号の印加によって前記梁部を変位させる
ことにより前記可動電極に疑似的な物理量を発生させる
ようになっており、 前記可動電極におけるその変位方向の梁幅（Ｗ１）が、
前記梁部におけるその変位方向の梁幅（Ｗ２）と略同一
であり、且つ、前記可動電極におけるその変位方向の剛
性が、前記梁部におけるその変位方向の剛性よりも大き
くなっていることを特徴とする容量式物理量検出装置。 - 【請求項２】 前記可動電極（２４）におけるその変位
方向の梁幅（Ｗ１）は、前記梁部（２２）におけるその
変位方向の梁幅（Ｗ２）の０．８倍〜１．２倍であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の容量式物理量検出装
置。 - 【請求項３】 前記固定電極（３２、４２）は前記可動
電極（２４）と略平行に延びる梁形状をなすものであ
り、 前記可動電極と前記固定電極とは、梁の側面にて互いに
対向しており、 前記梁部（２２）の変位方向における前記固定電極の梁
幅は、前記可動電極におけるその変位方向の梁幅（Ｗ
１）と略同一であることを特徴とする請求項１または２
に記載の容量式物理量検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27997199A JP2001099861A (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 容量式物理量検出装置 |
| DE10046958A DE10046958B4 (de) | 1999-09-27 | 2000-09-21 | Kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Grösse |
| US09/667,800 US6450029B1 (en) | 1999-09-27 | 2000-09-22 | Capacitive physical quantity detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27997199A JP2001099861A (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 容量式物理量検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001099861A true JP2001099861A (ja) | 2001-04-13 |
Family
ID=17618502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27997199A Pending JP2001099861A (ja) | 1999-09-27 | 1999-09-30 | 容量式物理量検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001099861A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002318244A (ja) * | 2001-04-24 | 2002-10-31 | Denso Corp | 半導体力学量センサとその製造方法 |
| DE102005038914B8 (de) * | 2004-08-17 | 2009-01-22 | Denso Corp., Kariya-shi | Sensor für eine physikalische Grösse, der einen beweglichen Abschnitt aufweist |
| JP2009115811A (ja) * | 2008-12-26 | 2009-05-28 | Denso Corp | 力学量センサ装置 |
| KR100928909B1 (ko) | 2005-11-30 | 2009-11-30 | 가부시키가이샤 덴소 | 용량성 물리량 센서 및 용량성 물리량 센서의 진단 방법 |
| JP2018531158A (ja) * | 2015-09-30 | 2018-10-25 | メムズ ドライブ, インク.Mems Drive, Inc. | Ｍｅｍｓデバイスの構造パラメータを操作する為のｍｅｍｓグリッド |
-
1999
- 1999-09-30 JP JP27997199A patent/JP2001099861A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002318244A (ja) * | 2001-04-24 | 2002-10-31 | Denso Corp | 半導体力学量センサとその製造方法 |
| DE102005038914B8 (de) * | 2004-08-17 | 2009-01-22 | Denso Corp., Kariya-shi | Sensor für eine physikalische Grösse, der einen beweglichen Abschnitt aufweist |
| KR100928909B1 (ko) | 2005-11-30 | 2009-11-30 | 가부시키가이샤 덴소 | 용량성 물리량 센서 및 용량성 물리량 센서의 진단 방법 |
| JP2009115811A (ja) * | 2008-12-26 | 2009-05-28 | Denso Corp | 力学量センサ装置 |
| JP2018531158A (ja) * | 2015-09-30 | 2018-10-25 | メムズ ドライブ, インク.Mems Drive, Inc. | Ｍｅｍｓデバイスの構造パラメータを操作する為のｍｅｍｓグリッド |
| JP7166917B2 (ja) | 2015-09-30 | 2022-11-08 | メムズ ドライブ，インク． | Ｍｅｍｓデバイスの構造パラメータを操作する為のｍｅｍｓグリッド |
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