JP2001343240A - 静電容量型外力検出装置 - Google Patents

静電容量型外力検出装置

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JP2001343240A JP2000166547A JP2000166547A JP2001343240A JP 2001343240 A JP2001343240 A JP 2001343240A JP 2000166547 A JP2000166547 A JP 2000166547A JP 2000166547 A JP2000166547 A JP 2000166547A JP 2001343240 A JP2001343240 A JP 2001343240A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出用電極の間隔を適切に設定することによ
り、センサの小型化と検出感度の向上とを両立できるよ
うにする。 【解決手段】 角速度センサ１の基板２には櫛歯状の固
定側検出電極１３を設け、内側振動体７には櫛歯状の可
動側検出電極１４を設け、これらの電極１３，１４を互
いに噛合するように配置する。そして、センサの作動時
には、内側振動体７をＸ軸方向に振動させつつ、Ｚ軸周
りに加わる角速度に応じてＹ軸方向に変位させることに
より、角速度を電極１３，１４間の静電容量の変化とし
て検出する。この場合、電極１３，１４間に形成される
第１，第２の電極間隔の寸法比率を所定の範囲内に形成
することにより、センサの寸法を小型化しつつ、その検
出感度を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば角速度、加
速度等の物理量を静電容量の変化によって検出するのに
好適に用いられる静電容量型外力検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、静電容量型の外力検出装置は、
例えば角速度センサ、加速度センサ等として用いられて
いる。そして、これらのセンサは、基板上に設けられた
可動部が角速度、加速度等の外力によって変位すること
により、基板と可動部との間で静電容量を変化させ、そ
の変化量を外力の大きさとして検出するものである。
【０００３】この種の従来技術による外力検出装置は、
基板と、該基板に支持梁を介して支持され検出方向に変
位可能となった可動部と、前記基板に設けられ検出方向
に間隔をもって配置された複数の固定側電極部を有する
櫛歯状固定電極と、前記可動部に設けられ該各固定側電
極部と噛合するように各固定側電極部間にそれぞれ配置
された複数の可動側電極部を有する櫛歯状可動電極と、
前記可動部が外力によって検出方向に変位するときの変
位量を前記固定側電極部と可動側電極部との間の静電容
量の変化として検出する静電容量検出回路とを備えてい
る（例えば特開平１１−３３７３４２号、特開平９−３
１８６５６号公報等）。
【０００４】ここで、櫛歯状をなす固定側電極部と可動
側電極部とは、例えばシリコン材料にエッチング処理等
の微細加工を施すことによって形成されている。そし
て、固定側電極部は、外力の検出方向に沿って一定の間
隔で列設され、可動側電極部は、これらの固定側電極部
間に隙間をもって噛合するように配置されている。
【０００５】この場合、各可動側電極部のうち１つの可
動側電極部に着目すると、この可動側電極部を挟んで検
出方向の両側には、１組の固定側電極部が配置された状
態となっている。そして、可動側電極部は、これら１組
の固定側電極部のうち一方の固定側電極部との間に第１
のコンデンサを形成し、他方の固定側電極部との間に第
２のコンデンサを形成すると共に、これら２個のコンデ
ンサは、固定側電極部と可動側電極部とを介して静電容
量検出回路に並列に接続されている。
【０００６】また、可動側電極は、これらの固定側電極
部の中間位置ではなく、例えば一方の固定側電極部寄り
の位置に偏った状態で配設されており、これによって第
１のコンデンサの電極間隔は第２のコンデンサよりも小
さく形成されている。
【０００７】そして、例えば角速度、加速度等の外力が
基板に加わったときには、可動部が慣性力等によって検
出方向に変位すると、可動側電極部が固定側電極部に対
して変位することにより、これらの間に形成されたコン
デンサの静電容量（電極間隔）が変化するから、静電容
量検出回路は、固定側電極部と可動側電極部との間の静
電容量の変化を角速度、加速度等の大きさとして検出す
ることができる。
【０００８】ここで、例えば可動側電極部が検出方向の
一側に向けて変位した場合には、第１のコンデンサは電
極間隔が小さくなって静電容量が増大し、第２のコンデ
ンサは電極間隔が大きくなって静電容量が減少するた
め、これらのコンデンサ全体としては静電容量の変化分
が相殺されて減少し、その検出が難しくなる。
【０００９】このため、従来技術では、例えば第１のコ
ンデンサの電極間隔を第２のコンデンサよりも予め小さ
く形成しておくことにより、電極間隔が微小変化したと
きの静電容量の変化量（静電容量の変化率）は、第１の
コンデンサの方が第２のコンデンサよりも大きくなるよ
うに構成している。
【００１０】これにより、可動側電極部が外力によって
変位するときには、第１，第２のコンデンサの静電容量
が互いに異なる変化率をもって変化するため、これらの
コンデンサ全体としての静電容量が十分に変動するよう
になり、静電容量検出回路による外力の検出感度を向上
させることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、第１，第２のコンデンサからなるコンデン
サ全体での静電容量を可動側電極部の変位に応じて大き
く変化させることにより、外力の検出感度を可能な限り
向上させたいという要求がある。そして、この場合に
は、例えば第１のコンデンサの電極間隔をより小さく形
成するか、または第２のコンデンサの電極間隔をより大
きく形成することにより、これらのコンデンサ間におい
て静電容量の変化率の差を増大させる方法が考えられ
る。
【００１２】しかし、第１のコンデンサ側で電極間隔を
微細化しようとする場合には、例えばエッチング処理の
加工精度等によって電極間の最小寸法が制約されるた
め、微細化による検出感度の向上には限界がある。ま
た、第２のコンデンサ側で電極間隔を大きく形成する
と、固定側電極部と可動側電極部とを含めて基板全体の
寸法が大型化してしまう。
【００１３】このため、従来技術では、固定側電極部と
可動側電極部との間の電極間隔を適切に設定するのが難
しく、基板等の寸法を小型化しつつ検出感度を容易に向
上させることができないという問題がある。
【００１４】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、固定側電極部と可動側
電極部との間の電極間隔を適切に設定でき、基板等の寸
法を小型化しつつ大きな検出感度を得ることができるよ
うにした静電容量型外力検出装置を提供することにあ
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために請求項１の発明は、基板と、該基板に支持梁を介
して支持され検出方向に変位可能となった可動部と、前
記基板に設けられ検出方向に間隔をもって配置された複
数の固定側電極部を有する櫛歯状固定電極と、前記可動
部に設けられ該各固定側電極部と噛合するように各固定
側電極部間にそれぞれ配置された複数の可動側電極部を
有する櫛歯状可動電極と、前記可動部が外力によって検
出方向に変位するときの変位量を前記固定側電極部と可
動側電極部との間の静電容量の変化として検出し静電容
量の変化率にほぼ比例した電圧信号を出力する静電容量
検出手段とを備えた静電容量型外力検出装置において、
前記可動側電極部は、該可動側電極部を挟んで検出方向
の両側に位置する１組の固定側電極部のうち一方の固定
側電極部との間に第１の電極間隔を形成し、他方の固定
側電極部との間に第２の電極間隔を形成する構成とし、
前記静電容量の変化率に応じた電圧信号を出力すると
き、前記第１の電極間隔と第２の電極間隔との寸法比率
を１：２〜１：５の範囲内に形成する構成としたことを
特徴している。
【００１６】このように構成することにより、固定側電
極部と可動側電極部との間には、第１，第２の電極間隔
によって第１，第２のコンデンサをそれぞれ形成するこ
とができる。そして、可動部が外力によって検出方向に
変位するときには、静電容量検出手段により第１，第２
のコンデンサ全体としての静電容量の変化を外力の大き
さとして検出することができる。
【００１７】また、例えば入力インピーダンスが高い電
界効果型トランジスタ、オペアンプ等を用いて静電容量
検出手段を構成し、静電容量の変化率（初期状態での静
電容量に対する容量変化の割合）にほぼ比例した電圧信
号を出力する構成とした場合には、第１，第２の電極間
隔の寸法比率を１：２〜１：５の範囲内に形成すること
により、例えば可動部が検出方向に単位寸法分だけ変化
するときの静電容量の変化量を大きく設定しつつ、電極
間隔等を小さく形成でき、装置の小型化と検出感度の向
上とを両立させることができる。
【００１８】また、請求項２の発明によると、静電容量
検出手段は、前記固定側電極部と可動側電極部との間の
静電容量の変化を電圧信号に変換して出力する電界効果
型トランジスタによって構成している。
【００１９】これにより、固定側電極部と可動側電極部
との間の静電容量が外力によって変化するときには、電
界効果型トランジスタにより静電容量の変化率にほぼ比
例した電圧信号を出力することができる。
【００２０】また、請求項３の発明によると、静電容量
検出手段は、前記固定側電極部と可動側電極部との間の
静電容量の変化を電圧信号に変換して出力するオペアン
プによって構成している。
【００２１】これにより、固定側電極部と可動側電極部
との間の静電容量が外力によって変化するときには、オ
ペアンプにより静電容量の変化率にほぼ比例した電圧信
号を出力することができる。
【００２２】一方、請求項４の発明は、基板と、該基板
に支持梁を介して支持され検出方向に変位可能となった
可動部と、前記基板に設けられ検出方向に間隔をもって
配置された複数の固定側電極部を有する櫛歯状固定電極
と、前記可動部に設けられ該各固定側電極部と噛合する
ように各固定側電極部間にそれぞれ配置された複数の可
動側電極部を有する櫛歯状可動電極と、前記可動部が外
力によって検出方向に変位するときの変位量を前記固定
側電極部と可動側電極部との間の静電容量の変化として
検出し静電容量の変化量にほぼ比例した電圧信号を出力
する静電容量検出手段とを備えた静電容量型外力検出装
置において、前記可動側電極部は、該可動側電極部を挟
んで検出方向の両側に位置する１組の固定側電極部のう
ち一方の固定側電極部との間に第１の電極間隔を形成
し、他方の固定側電極部との間に第２の電極間隔を形成
する構成とし、前記静電容量の変化量に応じた電圧信号
を出力するとき、前記第１の電極間隔と第２の電極間隔
との寸法比率を１：１．７〜１：３．５の範囲内に形成
する構成としたことを特徴としている。
【００２３】これにより、例えば静電容量検出手段によ
って静電容量の変化量（絶対量）にほぼ比例した電圧信
号を出力する構成とした場合には、第１，第２の電極間
隔の寸法比率を１：１．７〜１：３．５の範囲内に形成
することにより、例えば可動部が検出方向に単位寸法分
だけ変化するときの静電容量の変化量を大きく設定しつ
つ、電極間隔等を小さく形成することができる。
【００２４】また、請求項５の発明によると、櫛歯状固
定側電極と櫛歯状可動側電極とは単結晶または多結晶の
シリコン材料を用いて形成する構成としている。
【００２５】これにより、例えばシリコン材料にエッチ
ング処理等の微細加工を施すことにより、可動部、櫛歯
状固定側電極、櫛歯状可動側電極等を同時に効率よく形
成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
静電容量型外力検出装置を、添付図面を参照しつつ詳細
に説明する。ここで、図１ないし図６は本発明による第
１の実施の形態を示し、本実施の形態では、外力検出装
置を角速度センサに適用した場合を例に挙げて述べる。
【００２７】１は角速度センサ、２は該角速度センサ１
の本体部分を構成する基板で、該基板２は、図１ないし
図３に示す如く、例えば高抵抗なシリコン材料、ガラス
材料等によって四角形状に形成されている。
【００２８】また、基板２上には、例えば単結晶または
多結晶をなす低抵抗なシリコン材料を基板２上に設けて
エッチング処理等の微細加工を施すことにより、後述の
支持部３、支持梁４，６、外側振動体５、内側振動体
７、振動電極９，１０、検出電極１３，１４等が形成さ
れている。
【００２９】３は基板２上に固定的に設けられた支持部
で、該支持部３は、外側振動体５等を取囲んで延びた四
角形の枠状に形成されている。
【００３０】４，４，…は支持部３の内側部位と外側振
動体５との間に設けられた４本の外側支持梁で、該各外
側支持梁４は、図１中のＸ軸方向に対して外側振動体５
を挟んで両側に２本ずつ配設され、Ｙ軸方向に延びてい
る。
【００３１】５は各外側支持梁４によって支持部３の内
側に支持された外側振動体で、該外側振動体５は四角形
の枠状に形成され、互いに対向してＸ軸方向に延びた横
枠部５Ａ，５Ａと、該各横枠部５Ａの両端側を連結して
Ｙ軸方向に延びた縦枠部５Ｂ，５Ｂとによって構成され
ている。そして、外側振動体５は、各外側支持梁４によ
って基板２から離間した状態でＸ軸方向に変位（振動）
可能に支持され、Ｙ軸方向への変位が規制されている。
【００３２】６，６，…は外側振動体５の内側部位に設
けられた４本の内側支持梁で、該各内側支持梁６は、Ｙ
軸方向に対して内側振動体７を挟んで両側に２本ずつ配
設され、Ｘ軸方向に延びると共に、先端側が内側振動体
７に連結されている。
【００３３】７は各内側支持梁６によって外側振動体５
の内側に支持された可動部としての内側振動体で、該内
側振動体７は、略「日」の字をなす枠状体として形成さ
れている。そして、内側振動体７は、互いに対向してＸ
軸方向に延びた横枠部７Ａ，７Ａと、該各横枠部７Ａの
両端側を連結してＹ軸方向に延びた縦枠部７Ｂ，７Ｂ
と、各横枠部７Ａ間に位置してＸ軸方向に延設され、各
縦枠部７Ｂのほぼ中間部位を連結した中間枠部７Ｃとに
よって構成されている。また、内側振動体７は、各内側
支持梁６によってＹ軸方向に対し変位可能に支持され、
Ｘ軸方向への変位が規制されている。
【００３４】また、内側振動体７は、後述の振動発生部
１１によって外側振動体５と共に図１中の矢示ａ方向
（Ｘ軸方向）に振動した状態に保持され、この振動状態
でＺ軸周りに角速度が加わると、角速度に応じたコリオ
リ力Ｆが作用することによってＹ軸方向（検出方向）に
変位する。そして、内側振動体７がＹ軸方向に変位する
ときの変位量は、後述の図５に示す検出回路１６により
固定側検出電極１３と可動側検出電極１４との間の静電
容量の変化として検出される。
【００３５】８，８，…は基板２上に固定的に設けられ
た振動用固定部で、該各振動用固定部８は、Ｙ軸方向に
対し外側振動体５を挟んで両側に２個ずつ配置されてい
る。
【００３６】９，９，…は各振動用固定部８にそれぞれ
設けられた固定側振動電極で、該各固定側振動電極９
は、振動用固定部８からＹ軸方向に延設された支柱９Ａ
と、該支柱９ＡからＸ軸方向に突出し、Ｙ軸方向に間隔
をもって櫛歯状に配置された複数の電極板９Ｂ，９Ｂ，
…とによって構成されている。
【００３７】１０，１０，…は各固定側振動電極９に対
応して外側振動体５にそれぞれ設けられた可動側振動電
極で、該各可動側振動電極１０は、外側振動体５の横枠
部５ＡからＹ軸方向に延びた支柱１０Ａと、該支柱１０
ＡからＸ軸方向に櫛歯状をなして突出した複数の電極板
１０Ｂ，１０Ｂ，…とによって構成されている。
【００３８】１１，１１，…は基板２と外側振動体５と
の間に設けられた振動発生部で、該各振動発生部１１
は、固定側振動電極９と可動側振動電極１０とによって
構成され、これらの電極板９Ｂ，１０Ｂ間には略等しい
寸法の隙間がそれぞれ形成されている。そして、振動発
生部１１は、固定側振動電極９と可動側振動電極１０と
の間に交流の駆動信号を印加することによって、その電
極板９Ｂ，１０Ｂ間に静電引力を交互に発生し、外側振
動体５等を図１中の矢示ａ方向に振動させる。
【００３９】１２，１２は内側振動体７の内側に位置し
て基板２上に固定的に設けられた２個の検出用固定部
で、該各検出用固定部１２は、Ｙ軸方向に対して内側振
動体７の中間枠部７Ｃを挟んで両側に配置され、Ｘ軸方
向に延びている。
【００４０】１３，１３，…は各検出用固定部１２にそ
れぞれ複数個設けられた櫛歯状固定側電極としての固定
側検出電極で、該各固定側検出電極１３は、図４に示す
如く、検出用固定部１２からＹ軸方向に延設された支柱
１３Ａと、該支柱１３ＡからＸ軸方向に突出した複数の
固定側電極部としての固定側電極板１３Ｂ，１３Ｂ，…
とによって構成されている。また、検出用固定部１２に
は、一部の固定側電極板１３Ｂが直接的に設けられてい
る。
【００４１】ここで、各固定側電極板１３Ｂは、Ｘ軸方
向に対してほぼ一定の長さ寸法と、Ｙ軸方向に対して例
えば１〜３μｍ程度の予め定められた幅寸法ｗとをもっ
て形成されている。また、各固定側電極板１３Ｂは、Ｙ
軸方向に対して所定の寸法Ｄ毎に配置され、櫛歯状に並
んだ状態となっている。
【００４２】１４，１４，…は各固定側検出電極１３に
対応して内側振動体７に複数個設けられた櫛歯状可動側
電極としての可動側検出電極で、該各可動側検出電極１
４は、内側振動体７の中間枠部７ＣからＹ軸方向に延設
された支柱１４Ａと、該支柱１４ＡからＸ軸方向に突出
し、櫛歯状に形成された複数の可動側電極部としての可
動側電極板１４Ｂ，１４Ｂ，…とによって構成されてい
る。また、内側振動体７の縦枠部７Ｂには、一部の可動
側電極板１４Ｂが直接的に設けられている。
【００４３】ここで、各可動側電極板１４Ｂは、固定側
電極板１３Ｂとほぼ同様に、一定の長さ寸法と幅寸法ｗ
とをもって形成され、Ｙ軸方向に対して寸法Ｄ毎に配置
されている。また、各可動側電極板１４Ｂは、各固定側
電極板１３Ｂと噛合するように該各電極板１３Ｂ間にそ
れぞれ隙間をもって配置され、可動側電極板１４Ｂを挟
んで検出方向（Ｙ軸方向）の両側には、１組の固定側電
極板１３Ｂが配置された状態となっている。
【００４４】そして、可動側電極板１４Ｂは、これら１
組の固定側電極板１３Ｂのうち一方の固定側電極板１３
Ｂとの間に例えば１〜３μｍ程度の一定寸法である第１
の電極間隔ｄ1 を形成し、他方の固定側電極板１３Ｂと
の間に第２の電極間隔ｄ2 を形成している。この場合、
電極間隔ｄ1 は電極間隔ｄ2 よりも小さく形成され（ｄ
1 ＜ｄ2 ）、両者の寸法比率（ｄ1 ：ｄ2 ）は、後述す
る数１３の式に示す如く、例えばｄ1 ：ｄ2 ＝１：２〜
１：５程度の比率範囲に予め設定されている。
【００４５】また、可動側電極板１４Ｂは、固定側電極
板１３Ｂの全長のうち図４中の寸法Ｌ1 に対応する先端
側部位のみと対向するように配置されている。そして、
可動側電極板１４Ｂの先端面と固定側検出電極１３の支
柱１３Ａとは、Ｘ軸方向に対して寸法Ｌ2 分だけ離間し
ており、この寸法Ｌ2 は、後述する数１５の式により設
定されるものである。
【００４６】１５，１５は基板２と内側振動体７との間
に設けられた静電容量可変部で、該各静電容量可変部１
５は、図１、図４に示す如く、固定側検出電極１３と可
動側検出電極１４とによって構成され、その固定側電極
板１３Ｂと可動側電極板１４Ｂとは、電極間隔ｄ1 を挟
んで平行平板コンデンサ１５Ａを形成すると共に、電極
間隔ｄ2 を挟んで他のコンデンサ１５Ｂを形成してい
る。また、これらのコンデンサ１５Ａ，１５Ｂは、後述
の電極パッド２１，２２等を介して検出回路１６に対し
並列に接続されている。
【００４７】そして、内側振動体７がＺ軸周りの角速度
によってＹ軸方向に変位するときには、可動側電極板１
４Ｂが固定側電極板１３Ｂに対してＹ軸方向に変位し、
コンデンサ１５Ａ，１５Ｂ全体としての静電容量が変化
することにより、その変化量が角速度として検出される
構成となっている。
【００４８】１６は角速度センサ１に接続された静電容
量検出手段としての検出回路で、該検出回路１６は、図
５に示す如く、例えば電界効果型トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）等、高い入力インピーダンスもって形成されたトラ
ンジスタ１７と、抵抗１８とを含んで構成されている。
【００４９】そして、検出回路１６は、後述の如くコン
デンサ１５Ａ，１５Ｂ全体としての静電容量の変化を検
出し、静電容量の変化率（ΔＣ／Ｃ）にほぼ比例する電
圧信号を角速度の検出信号として出力端子１９から外部
に出力するものである。
【００５０】また、図１において、２０，２０，…は各
固定側振動電極９を外部に接続する電極パッド、２１，
２１は各固定側検出電極１３を外部に接続する電極パッ
ド、２２，２２は各可動側振動電極１０と可動側検出電
極１４とを外部に接続する電極パッドを示し、該電極パ
ッド２０，２１，２２は、それぞれ振動用固定部８、検
出用固定部１２、支持部３に設けられている。
【００５１】本実施の形態による外力検出装置は上述の
如き構成を有するもので、次にその作動について説明す
る。
【００５２】まず、各振動発生部１１に逆位相となる交
流の駆動信号を印加すると、左，右の固定側振動電極９
と可動側振動電極１０との間に静電引力が交互に発生
し、外側振動体５は、内側振動体７と共に図１中の矢示
ａ方向に振動した状態となる。
【００５３】そして、この振動状態で角速度センサ１に
Ｚ軸周りの角速度Ωが加わると、振動体５，７には、Ｙ
軸方向に対して下記数１の式に示すコリオリ力（慣性
力）Ｆが作用するため、内側振動体７はコリオリ力Ｆに
よってＹ軸方向に変位する。
【００５４】
【数１】Ｆ＝２ｍΩｖ 但し、ｍ：内側振動体７の質量 Ω：Ｙ軸周りの角速度 ｖ：内側振動体７のＸ軸方向の速度
【００５５】また、内側振動体７がＹ軸方向に変位する
ときには、可動側検出電極１４の電極板１４Ｂが固定側
検出電極１３の電極板１３Ｂに対してＹ軸方向に変位
し、その変位量に応じてコンデンサ１５Ａ，１５Ｂの電
極間隔ｄ1 ，ｄ2 （静電容量）が変化する。そして、検
出回路１６は、コンデンサ１５Ａ，１５Ｂ全体での静電
容量の変化を角速度Ωとして検出し、この角速度Ωに応
じた電圧値をもつ電圧信号を出力端子２０から出力す
る。
【００５６】従って、角速度の検出感度は、可動側電極
板１４Ｂが一定寸法分だけ変位するときの電圧信号の電
圧変化を大きく設定することによって増大するから、以
下、可動側電極板１４Ｂの変位量と電圧信号との関係に
ついて説明する。
【００５７】まず、可動側電極板１４Ｂが角速度（コリ
オリ力）によってＹ軸方向に変位していない状態では、
図４に示す如く、静電容量可変部１５のコンデンサ１５
Ａ，１５Ｂが電極間隔ｄ1 ，ｄ2 をそれぞれ保持してい
る。このとき、コンデンサ１５Ａの静電容量Ｃ1 とコン
デンサ１５Ｂの静電容量Ｃ2 とは、下記数２の式のよう
に表すことができる。
【００５８】
【数２】 但し、ｄ1 ：コンデンサ１５Ａの電極間隔 ｄ2 ：コンデンサ１５Ｂの電極間隔 Ｓ：電極板１３Ｂ，１４Ｂの対向面積 ε：誘電率
【００５９】また、検出回路１６により検出されるコン
デンサ１５Ａ，１５Ｂ全体としての静電容量Ｃは、前記
数２の式を用いて下記数３の式の如く算出される。
【００６０】
【数３】
【００６１】そして、この初期状態から可動側電極板１
４Ｂが角速度（コリオリ力）によって図４中のＹ軸方向
に微小量Δｄ分だけ変位したとすれば、コンデンサ１５
Ａの電極間隔は（ｄ1 −Δｄ）となり、コンデンサ１５
Ａの電極間隔は（ｄ2 ＋Δｄ）となるから、このときコ
ンデンサ１５Ａ，１５Ｂ全体としての静電容量Ｃd は下
記数４の式のようになる。
【００６２】
【数４】
【００６３】この結果、可動側電極板１４Ｂが微小量Δ
ｄ分だけ変位したときには、コンデンサ１５Ａ，１５Ｂ
全体としての静電容量の変化量ΔＣ（＝Ｃd −Ｃ）は、
前記数３、数４の式を用いて、下記数５の式のように表
すことができる。
【００６４】
【数５】
【００６５】一方、この静電容量の変化量ΔＣは、検出
回路１６のトランジスタ１７等によって電圧変化ΔＶに
変換され、電圧信号として出力される。この場合、ＦＥ
Ｔ等のトランジスタ１７においては、下記数６の式に示
すように、電圧信号の電圧変化ΔＶが静電容量の変化率
（ΔＣ／Ｃ）にほぼ比例した大きさとなる。
【００６６】
【数６】 但し、Ｖ0 ：電圧信号の基準電圧 ΔＶ：電圧信号の電圧変化 圧変化 Ｃ：初期状態での静電容量静電容量 ΔＣ：静電容量の変化量 化量
【００６７】そして、この数６の式に前記数３、数５の
式を代入すると、下記数７の式のようになり、電圧信号
の電圧変化ΔＶは、電極間隔ｄ1 ，ｄ2 等によって表す
ことができる。
【００６８】
【数７】
【００６９】従って、電圧信号の電圧変化ΔＶは、電極
間隔ｄ1 ，ｄ2 の差を大きく形成することによって増大
し、検出感度を向上させることができる。しかし、単に
電極間隔ｄ1 ，ｄ2 の差を大きく形成しようとすると、
角速度センサ１の寸法が検出方向（Ｙ軸方向）に対して
大きくなる。
【００７０】このため、本実施の形態では、可動側電極
板１４Ｂを挟んで寸法Ｄ毎に配置された１組の固定側電
極板１３Ｂに対して、検出方向に対する単位長さ当たり
の検出感度（ΔＶ／Ｄ）を求めることにより、この単位
長さ当たりの検出感度（ΔＶ／Ｄ）が大きくなるように
電極間隔ｄ1 ，ｄ2 の寸法比率を設定している。
【００７１】即ち、各固定側電極板１３Ｂ間の寸法Ｄ
は、図４から判るように、電極板１３Ｂ，１４Ｂの幅寸
法ｗと、これらの間の電極間隔ｄ1 ，ｄ2 とを用いて下
記数８の式のように表される。
【００７２】
【数８】Ｄ＝ｄ1 ＋ｄ2 ＋２ｗ
【００７３】そして、前記数７、数８の式を用いて単位
長さ当たりの検出感度（ΔＶ／Ｄ）を算出すると、下記
数９の式のようになる。
【００７４】
【数９】
【００７５】また、検出方向の寸法を可能な限り小型化
するため、電極板１３Ｂ，１４Ｂの幅寸法ｗと第１の電
極間隔ｄ1 とを、例えばエッチング処理により形成可能
な最小の寸法と等しい大きさに形成するとすれば（即
ち、ｗ＝ｄ1 ）、前記数９の式を用いて下記数１０の式
を得ることができる。
【００７６】
【数１０】
【００７７】ここで、この数１０式中の（ｄ1 ／ｄ2 ）
を、下記数１１の式のように比率Ｘとして置換えると、
【００７８】
【数１１】 前記数１０の式は下記数１２の式のように書換えること
ができる。
【００７９】
【数１２】
【００８０】この結果、前記数１２の式による比率Ｘと
検出感度（ΔＶ／Ｄ）との関係を示す特性線は図６のよ
うになる。そして、この図６から判るように、単位長さ
当たりの検出感度（ΔＶ／Ｄ）が大きくなるのは、例え
ば比率Ｘが０．２〜０．５程度となる比率範囲Ｒであ
り、この比率範囲Ｒは下記数１３の式と等しいものであ
る。
【００８１】
【数１３】ｄ1 ：ｄ2 ＝１：２〜１：５
【００８２】従って、電極間隔ｄ1 ，ｄ2 の寸法比率を
前記数１３の式に基づいて形成することにより、検出方
向に対する単位長さ当たりの検出感度（ΔＶ／Ｄ）を大
きな値として設定でき、角速度センサ１の寸法を検出方
向に対して小型化しつつ、その検出感度を向上させるこ
とができる。
【００８３】一方、可動側検出電極１４の先端面と固定
側検出電極１３の支柱１３Ａとの間には、図４に示す如
く、Ｘ軸方向の寸法Ｌ2 を電極間隔とする寄生的なコン
デンサ１５Ｃが形成されている。そして、角速度センサ
１の作動時には、可動側検出電極１４がＸ軸方向に振動
することにより、このコンデンサ１５Ｃの静電容量の変
化分がノイズとなってコンデンサ１５Ａ，１５Ｂ側での
静電容量の変化量ΔＣに悪影響を与える虞れがある。
【００８４】この場合、コンデンサ１５Ｃの静電容量が
可動側電極板１４Ｂ等の振動によって変化するときの変
化量ΔＣX は、可動側検出電極１４の先端面と固定側検
出電極１３の支柱１３Ａとの間の対向面積ＳT と、これ
らの間の寸法Ｌ2 と、Ｘ軸方向に対する可動側電極板１
４Ｂの振幅Ａとを用いて、下記数１４の如く演算するこ
とができる。
【００８５】
【数１４】
【００８６】ここで、前記数１４の式のうち最右辺の第
１項（Ａ／Ｌ2 ）は、図４に示すように、寄生的なコン
デンサ１５Ｃ，１５Ｃが可動側検出電極１４の支柱１４
Ａを挟んで振動方向の両側に形成される構成とすること
によって、両側のコンデンサ１５Ｃ間で相殺される。ま
た、第２項（Ａ／Ｌ2 ）２ は、振動周波数に対し２倍
の周波数信号となって検出回路１６に伝わるため、電圧
信号に誤差が生じる。
【００８７】しかし、本実施の形態では、下記数１５の
式に示すように、実験データ等に基づいてコンデンサ１
５Ｃの寸法Ｌ2 を例えば振幅Ａの約５倍以上の大きさに
形成している。
【００８８】
【数１５】Ｌ2 ≧５Ａ
【００８９】これにより、コンデンサ１５Ｃ側の静電容
量の変化量ΔＣX をコンデンサ１５Ａ，１５Ｂ側の変化
量ΔＣに対して十分に小さく抑制でき、検出精度を向上
させることができる。
【００９０】かくして、本実施の形態によれば、例えば
ＦＥＴ等の入力インピーダンスが高いトランジスタ１７
を含んだ検出回路１６を用いる角速度センサ１におい
て、固定側検出電極１３と可動側検出電極１４との間に
形成される電極間隔ｄ1 ，ｄ2の寸法比率（ｄ1 ：ｄ2
）を、例えば１：２〜１：５の範囲内に形成する構成
としている。
【００９１】これにより、固定側検出電極１３と可動側
検出電極１４との間では、検出方向に対する単位長さ当
たりの検出感度（ΔＶ／Ｄ）を大きな値として設定で
き、可動側検出電極１４が微小量Δｄ分だけ僅かに変位
する場合でも、電圧信号を電圧変化ΔＶ分だけ大きく変
化させることができる。
【００９２】従って、角速度センサ１による検出感度を
向上できると共に、この検出感度を保持しつつ電極板１
３Ｂ間の寸法Ｄ等を小さく形成することが可能となり、
電極間隔ｄ1 ，ｄ2 の寸法比率を適切に設計して角速度
センサ１の小型化とセンサ感度の向上とを両立させるこ
とができる。
【００９３】また、例えば単結晶または多結晶をなす低
抵抗なシリコン材料を用いて電極９，１０，１３，１４
等を形成したので、例えば陽極接合等の手段によって基
板２上に固着したシリコン材料に対しエッチング処理等
の微細加工を施すだけで、櫛歯状の電極９，１０，１
３，１４等を同時に効率よく形成することができる。
【００９４】次に、図７は本発明による第２の実施の形
態を示し、本実施の形態の特徴は、静電容量検出手段と
してオペアンプを用いる構成としたことにある。なお、
本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成
要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとす
る。
【００９５】３１は角速度センサ１に接続された検出回
路で、該検出回路３１は、例えば入力インピーダンスが
高い静電容量検出手段としてのオペアンプ３２と、抵抗
３３とを含んで構成されている。また、オペアンプ３２
の入力側には、角速度センサ１のコンデンサ１５Ａ，１
５Ｂが並列に接続されている。
【００９６】そして、検出回路３１は、第１の実施の形
態とほぼ同様に、角速度センサ１の内側振動体７が外力
によって変位すると、コンデンサ１５Ａ，１５Ｂ全体と
しての静電容量の変化を検出し、静電容量の変化率（Δ
Ｃ／Ｃ）にほぼ比例する電圧信号を角速度の検出信号と
して出力端子３４から外部に出力するものである。
【００９７】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得
ることができる。即ち、オペアンプ３２を含んだ検出回
路３１を用いる場合でも、角速度センサ１の電極間隔ｄ
1 ，ｄ2 の寸法比率（ｄ1 ：ｄ2 ）を、例えば１：２〜
１：５の範囲内に形成することにより、センサを小型化
しつつ検出感度を向上させることができる。
【００９８】次に、図８ないし図１１は本発明による第
３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、静電容
量型外力検出装置を加速度センサに適用する構成とした
ことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施
の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明
を省略するものとする。
【００９９】４１は加速度センサ、４２は該加速度セン
サ４１の本体部分を構成する基板で、該基板４２は、第
１の実施の形態とほぼ同様に、例えば高抵抗なシリコン
材料、ガラス材料等によって四角形状に形成されてい
る。そして、基板４２上には、例えば単結晶または多結
晶をなす低抵抗なシリコン材料にエッチング処理等の微
細加工を施すことにより、後述の支持部４３、支持梁４
４、質量体４５、検出電極４７，４８等が形成されてい
る。
【０１００】４３は基板４２上に固定的に設けられた支
持部で、該支持部４３は、質量体４５等を取囲んで延び
た四角形の枠状に形成されている。
【０１０１】４４，４４，…は支持部４３の内側部位と
質量体４５との間に設けられた４本の支持梁で、該各支
持梁４４は、図８中のＹ軸方向に対して質量体４５を挟
んで両側に２本ずつ配設され、Ｘ軸方向に延びている。
【０１０２】４５は各支持梁４４によって支持部４３内
に支持された可動部としての質量体で、該質量体４５
は、第１の実施の形態の内側振動体７とほぼ同様に、略
「日」の字をなす枠状体として形成され、横枠部４５
Ａ，４５Ａ、縦枠部４５Ｂ，４５Ｂおよび中間枠部４５
Ｃによって構成されている。また、質量体４５は、各支
持梁４４によってＹ軸方向に対し変位可能に支持され、
Ｘ軸方向への変位が規制されている。
【０１０３】そして、質量体４５は、Ｙ軸方向（検出方
向）に加速度が加わると、慣性力Ｆ′によってＹ軸方向
に変位し、このときの変位量は、後述の図１０に示す検
出回路５０により固定側検出電極４７と可動側検出電極
４８との間の静電容量の変化として検出される。
【０１０４】４６，４６は質量体４５の内側に位置して
基板２上に固定的に設けられた２個の検出用固定部で、
該各検出用固定部４６は、Ｙ軸方向に対して質量体４５
の中間枠部４５Ｃを挟んで両側に配置され、Ｘ軸方向に
延びている。
【０１０５】４７，４７，…は各検出用固定部４６にそ
れぞれ複数個設けられた櫛歯状固定側電極としての固定
側検出電極で、該各固定側検出電極４７は、図９に示す
如く、第１の実施の形態とほぼ同様に、検出用固定部４
６からＹ軸方向に延設された支柱４７Ａと、該支柱４７
ＡからＸ軸方向に突出した複数の固定側電極部としての
固定側電極板４７Ｂ，４７Ｂ，…とによって構成されて
いる。また、検出用固定部４６には、一部の固定側電極
板４７Ｂが直接的に設けられている。そして、各固定側
電極板４７Ｂは、例えば１〜３μｍ程度の予め定められ
た幅寸法ｗ′をもって形成され、Ｙ軸方向に対して所定
の寸法Ｄ′毎に配置されている。
【０１０６】４８，４８，…は各固定側検出電極４７に
対応して質量体４５に複数個設けられた櫛歯状可動電極
としての可動側検出電極で、該各可動側検出電極４８
は、質量体４５の中間枠部４５ＣからＹ軸方向に延設さ
れた支柱４８Ａと、該支柱４８ＡからＸ軸方向に突出し
た複数の可動側電極部としての可動側電極板４８Ｂ，４
８Ｂ，…とによって構成されている。また、質量体４５
の縦枠部４５Ｂには、一部の可動側電極板４８Ｂが直接
的に設けられている。
【０１０７】ここで、各可動側電極板４８Ｂは、第１の
実施の形態とほぼ同様に、幅寸法ｗ′をもって形成さ
れ、Ｙ軸方向に対して寸法Ｄ′毎に配置されている。ま
た、各可動側電極板４８Ｂは、各固定側電極板４７Ｂと
隙間をもって噛合するように配置され、可動側電極板４
８Ｂを挟んで検出方向（Ｙ軸方向）の両側には、１組の
固定側電極板４７Ｂが配置されている。
【０１０８】そして、可動側電極板４８Ｂは、これら１
組の固定側電極板４７Ｂのうち一方の固定側電極板４７
Ｂとの間に例えば１〜３μｍ程度の一定寸法をもつ第１
の電極間隔ｄ3 を形成し、他方の固定側電極板４７Ｂと
の間に第２の電極間隔ｄ4 を形成している。また、電極
間隔ｄ3 は電極間隔ｄ4 よりも小さく形成され（ｄ3＜
ｄ4 ）、これらの寸法比率（ｄ3 ：ｄ4 ）は、後述する
検出回路５０の仕様に対応した数２３の式に示すよう
に、例えばｄ3 ：ｄ4 ＝１：１．７〜１：３．５程度の
比率範囲に予め設定されている。
【０１０９】４９，４９は基板４２と質量体４５との間
に設けられた静電容量可変部で、該各静電容量可変部４
９は、図８、図９に示す如く、固定側検出電極４７と可
動側検出電極４８とによって構成され、その固定側電極
板４７Ｂと可動側電極板４８Ｂとは、電極間隔ｄ3 を挟
んで平行平板コンデンサ４９Ａを形成すると共に、電極
間隔ｄ4 を挟んで他のコンデンサ４９Ｂを形成してい
る。また、これらのコンデンサ４９Ａ，４９Ｂは、後述
の検出回路５０に対し並列に接続されている。
【０１１０】そして、質量体４５がＹ軸方向の加速度
（慣性力Ｆ′）によって変位するときには、可動側電極
板４８Ｂが固定側電極板４７Ｂに対してＹ軸方向に変位
し、コンデンサ４９Ａ，４９Ｂ全体としての静電容量が
変化することにより、その変化量が加速度として検出さ
れる構成となっている。
【０１１１】５０は加速度センサ４１に接続された静電
容量検出手段としての検出回路で、該検出回路５０は、
図１０に示す如く、発振器５１、オペアンプ５２、抵抗
５３、全波整流器５４、ローパスフィルタ５５とを含ん
で構成され、オペアンプ５２は、コンデンサ４９Ａ，４
９Ｂと共に微分回路を構成している。
【０１１２】そして、加速度センサ４１の作動時には、
発振器５１により正弦波が発振されると、この正弦波
は、例えば振幅値がコンデンサ４９Ａ，４９Ｂの静電容
量分だけ増幅された状態でオペアンプ５２から出力さ
れ、全波整流器５４とローパスフィルタ５５とを介して
コンデンサ４９Ａ，４９Ｂの静電容量に対応する直流電
圧に変換される。
【０１１３】これにより、検出回路５０は、コンデンサ
４９Ａ，４９Ｂ全体としての静電容量の変化を検出し、
後述する静電容量の変化量ΔＣ′にほぼ比例する電圧信
号を加速度の検出信号として出力端子５６から外部に出
力するものである。
【０１１４】本実施の形態による外力検出装置は上述の
如き構成を有するもので、次に検出回路５０を用いた場
合において、可動側電極板４８Ｂの変位量と電圧信号と
の関係について説明する。
【０１１５】まず、可動側電極板４８Ｂが加速度によっ
て図４中のＹ軸方向に微小量Δｄ分だけ変位したとすれ
ば、コンデンサ４９Ａ，４９Ｂの静電容量の変化量Δ
Ｃ′は、第１の実施の形態で用いた前記数５の式におい
て電極間隔ｄ1 ，ｄ2 を電極間隔ｄ3 ，ｄ4 に置換える
ことにより、下記数１６の式のようになる。
【０１１６】
【数１６】
【０１１７】また、この静電容量の変化量ΔＣ′は、検
出回路５０によって電圧変化ΔＶ′に変換され、電圧信
号として出力される。この場合、検出回路５０において
は、下記数１７の式に示すように、電圧信号の電圧変化
ΔＶ′が静電容量の変化量ΔＣ′にほぼ比例した大きさ
となる。
【０１１８】
【数１７】ΔＶ′＝ｋΔＣ′ 但し、ｋ：比例係数
【０１１９】また、各固定側電極板４７Ｂ間の寸法Ｄ′
は、第１の実施の形態とほぼ同様に、電極板４７Ｂ，４
８Ｂの幅寸法ｗ′と、電極間隔ｄ3 ，ｄ4 とを用いて下
記数１８の式のように表される。
【０１２０】
【数１８】Ｄ′＝ｄ3 ＋ｄ4 ＋２ｗ′
【０１２１】この結果、検出出方向に対する単位長さ当
たりの検出感度（ΔＶ′／Ｄ′）は、前記数１６〜数１
８の式を用いて下記数１９の式のように演算される。
【０１２２】
【数１９】
【０１２３】そして、この数１９の式に対し、第１の実
施の形態と同様に、第１の電極間隔ｄ3 と電極板１３
Ｂ，１４Ｂの幅寸法ｗ′とを等しい寸法に形成するとし
てｗ′＝ｄ3 を代入することにより、下記数２０の式を
得ることができる。
【０１２４】
【数２０】
【０１２５】そして、前記数２０の式中の（ｄ3 ／ｄ4
）を下記数２１の式のように比率Ｘとして置換える
と、
【０１２６】
【数２１】 前記数２０の式は下記数数２２の式のように書換えるこ
とができる。
【０１２７】
【数２２】
【０１２８】この結果、前記数２２の式による比率Ｘと
検出感度（ΔＶ′／Ｄ′）との関係を示す特性線は図１
１のようになる。そして、この図１１から判るように、
単位長さ当たりの検出感度（ΔＶ′／Ｄ′）が大きくな
るのは、例えば比率Ｘが０．２８〜０．５９程度となる
比率範囲Ｒ′であり、この比率範囲Ｒ′は下記数２３の
式と等しいものである。
【０１２９】
【数２３】ｄ3 ：ｄ4 ＝１：１．７〜１：３．５
【０１３０】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果
を得ることができる。即ち、電極間隔ｄ3 ，ｄ4 の寸法
比率を前記数２３の式に基づいて形成することにより、
検出方向に対する単位長さ当たりの検出感度（ΔＶ′／
Ｄ′）を大きな値として設定でき、加速度センサ４１の
寸法を検出方向に対して小型化しつつ、その検出感度を
向上させることができる。
【０１３１】また、加速度センサ４１の質量体４５は、
第１の実施の形態における角速度センサ１の振動体５，
７よりも低い周波数で変位（振動）することが多く、検
出回路５０は、第１の実施の形態の検出回路１６，３１
と比較して静電容量の低周波での変化を精度よく検出で
きる構成となっているので、これらの加速度センサ４１
と検出回路５０とを組合わせることにより、加速度の検
出精度をより向上させることができる。
【０１３２】なお、前記第１，第２の実施の形態では、
角速度センサ１に接続した検出回路１６，３１によって
静電容量の変化率にほぼ比例した電圧信号を出力する構
成とし、第３の実施の形態では、加速度センサ４１に接
続した検出回路５０によって静電容量の変化量にほぼ比
例した電圧信号を出力する構成としたが、本発明はこれ
に限らず、角速度センサ１に検出回路５０を接続する構
成としてもよく、また加速度センサ４１に検出回路１
６，３１を接続する構成としてもよい。
【０１３３】
【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、静電容量検出手段により固定側電極部と可動側電
極部との間の静電容量の変化率に応じた電圧信号を出力
するとき、第１，第２の電極間隔の寸法比率を１：２〜
１：５の範囲内に形成する構成としたので、例えば入力
インピーダンスが高い電界効果型トランジスタ、オペア
ンプ等を用いて静電容量検出手段を構成する場合におい
て、固定側電極部と可動側電極部との間で第１，第２の
電極間隔の寸法比率を適切に設定でき、検出方向に対す
る単位長さ当たりの検出感度を増大させることができ
る。この結果、可動側電極部が検出方向へと僅かに変位
する場合でも、電圧信号を大きく変化させることがで
き、外力の検出感度を高めることができる。そして、こ
の検出感度を保持しつつ電極間隔等を小さく形成するこ
とが可能となり、装置の小型化と検出感度の向上とを両
立させることができる。
【０１３４】また、請求項２の発明によれば、静電容量
検出手段を電界効果型トランジスタによって構成したの
で、このトランジスタから静電容量の変化率にほぼ比例
した電圧信号が出力されるときには、第１，第２の電極
間隔の寸法比率を予め１：２〜１：５の範囲内に形成し
ておくことにより、検出方向に対する単位長さ当たりの
検出感度を増大させることができる。
【０１３５】また、請求項３の発明によれば、静電容量
検出手段をオペアンプによって構成したので、このオペ
アンプから静電容量の変化率にほぼ比例した電圧信号が
出力されるときには、第１，第２の電極間隔の寸法比率
を予め１：２〜１：５の範囲内に形成しておくことによ
り、検出方向に対する単位長さ当たりの検出感度を増大
させることができる。
【０１３６】一方、請求項４の発明によれば、静電容量
検出手段により固定側電極部と可動側電極部との間の静
電容量の変化量に応じた電圧信号を出力するとき、第
１，第２の電極間隔の寸法比率を１：１．７〜１：３．
５の範囲内に形成する構成としたので、例えば静電容量
検出手段が静電容量の変化量にほぼ比例した電圧信号を
出力する構成とした場合において、固定側電極部と可動
側電極部との間で第１，第２の電極間隔の寸法比率を適
切に設定でき、検出方向に対する単位長さ当たりの検出
感度を増大させることができる。この結果、外力の検出
感度を良好に保持しつつ、電極間隔等を小さく形成する
ことが可能となり、装置の小型化と検出感度の向上とを
両立させることができる。
【０１３７】また、請求項５の発明によれば、櫛歯状固
定側電極と櫛歯状可動側電極とは単結晶または多結晶の
シリコン材料を用いて形成する構成としたので、例えば
シリコン材料に対しエッチング処理等の微細加工を施す
だけで、これらの櫛歯状電極を同時に効率よく形成する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による角速度センサ
を示す平面図である。
【図２】角速度センサを図１中の矢示II−II方向からみ
た断面図である。
【図３】角速度センサを図１中の矢示III − III方向か
らみた断面図である。
【図４】図１中の固定側電極板と可動側電極板とを拡大
して示す要部拡大図である。
【図５】角速度センサと静電容量検出回路とを接続した
状態で示す回路図である。
【図６】第１，第２の電極間隔の寸法比率と角速度の検
出感度との関係を示す特性線図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による静電容量検出
回路を示す回路図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による加速度センサ
を示す平面図である。
【図９】図８中の固定側電極板と可動側電極板とを拡大
して示す要部拡大図である。
【図１０】加速度センサと静電容量検出回路とを接続し
た状態で示す回路図である。
【図１１】第１，第２の電極間隔の寸法比率と加速度の
検出感度との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
１ 角速度センサ ２，４２ 基板 ３，４３ 支持部 ４ 外側支持梁（支持梁） ５ 外側振動体 ６ 内側支持梁（支持梁） ７ 内側振動体（可動部） ８ 振動用固定部 ９ 固定側振動電極 １０ 可動側振動電極 １１ 振動発生部 １２，４６ 検出用固定部 １３，４７ 固定側検出電極（櫛歯状固定側電極） １３Ａ，１４Ａ，４７Ａ，４８Ａ 支柱 １３Ｂ，４７Ｂ 固定側電極板（固定側電極部） １４，４８ 可動側検出電極（櫛歯状可動側電極） １４Ｂ，４８Ｂ 可動側電極板（可動側電極部） １５，４９ 静電容量容量可変部 １６，３１，５０ 検出回路（静電容量検出手段） １７ トランジスタ ２０，２１，２２ 電極パッド ３２，５２ オペアンプ ４１ 加速度センサ ４４ 支持梁 ４５ 質量体（可動部） ｄ1 ，ｄ3 第１の電極間隔 ｄ2 ，ｄ4 第２の電極間隔

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板と、該基板に支持梁を介して支持さ
    れ検出方向に変位可能となった可動部と、前記基板に設
    けられ検出方向に間隔をもって配置された複数の固定側
    電極部を有する櫛歯状固定電極と、前記可動部に設けら
    れ該各固定側電極部と噛合するように各固定側電極部間
    にそれぞれ配置された複数の可動側電極部を有する櫛歯
    状可動電極と、前記可動部が外力によって検出方向に変
    位するときの変位量を前記固定側電極部と可動側電極部
    との間の静電容量の変化として検出し静電容量の変化率
    にほぼ比例した電圧信号を出力する静電容量検出手段と
    を備えた静電容量型外力検出装置において、 前記可動側電極部は、該可動側電極部を挟んで検出方向
    の両側に位置する１組の固定側電極部のうち一方の固定
    側電極部との間に第１の電極間隔を形成し、他方の固定
    側電極部との間に第２の電極間隔を形成する構成とし、
    前記静電容量の変化率に応じた電圧信号を出力すると
    き、前記第１の電極間隔と第２の電極間隔との寸法比率
    を１：２〜１：５の範囲内に形成する構成としたことを
    特徴とする静電容量型外力検出装置。
  2. 【請求項２】 前記静電容量検出手段は、前記固定側電
    極部と可動側電極部との間の静電容量の変化を電圧信号
    に変換して出力する電界効果型トランジスタによって構
    成してなる請求項１に記載の静電容量型外力検出装置。
  3. 【請求項３】 前記静電容量検出手段は、前記固定側電
    極部と可動側電極部との間の静電容量の変化を電圧信号
    に変換して出力するオペアンプによって構成してなる請
    求項１に記載の静電容量型外力検出装置。
  4. 【請求項４】 基板と、該基板に支持梁を介して支持さ
    れ検出方向に変位可能となった可動部と、前記基板に設
    けられ検出方向に間隔をもって配置された複数の固定側
    電極部を有する櫛歯状固定電極と、前記可動部に設けら
    れ該各固定側電極部と噛合するように各固定側電極部間
    にそれぞれ配置された複数の可動側電極部を有する櫛歯
    状可動電極と、前記可動部が外力によって検出方向に変
    位するときの変位量を前記固定側電極部と可動側電極部
    との間の静電容量の変化として検出し静電容量の変化量
    にほぼ比例した電圧信号を出力する静電容量検出手段と
    を備えた静電容量型外力検出装置において、 前記可動側電極部は、該可動側電極部を挟んで検出方向
    の両側に位置する１組の固定側電極部のうち一方の固定
    側電極部との間に第１の電極間隔を形成し、他方の固定
    側電極部との間に第２の電極間隔を形成する構成とし、
    前記静電容量の変化量に応じた電圧信号を出力すると
    き、前記第１の電極間隔と第２の電極間隔との寸法比率
    を１：１．７〜１：３．５の範囲内に形成する構成とし
    たことを特徴とする静電容量型外力検出装置。
  5. 【請求項５】 前記櫛歯状固定側電極と櫛歯状可動側電
    極とは単結晶または多結晶のシリコン材料を用いて形成
    してなる請求項１，２，３または４に記載の静電容量型
    外力検出装置。
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