JP2003270265A - Multi-axis acceleration detector - Google Patents

Multi-axis acceleration detector

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JP2003270265A
JP2003270265A JP2002068838A JP2002068838A JP2003270265A JP 2003270265 A JP2003270265 A JP 2003270265A JP 2002068838 A JP2002068838 A JP 2002068838A JP 2002068838 A JP2002068838 A JP 2002068838A JP 2003270265 A JP2003270265 A JP 2003270265A
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acceleration
electrode
mass
axis
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Japanese (ja)
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Motohiro Fujiyoshi
基弘 藤吉
Yutaka Nonomura
裕 野々村
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Toyota Central R&D Labs Inc
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01P15/02Measuring 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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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve detection accuracy of acceleration by reducing effect of acceleration of other axis in a multi-axis acceleration detector. <P>SOLUTION: A folded beam 130 of the multi-axis acceleration detector 301A has a going beam 130a, a returning beam 130c and a connection part 130b. The other end of the going beam 130a is connected to a fixed part 134. A linear beam 126 extends in y-axis direction in nearly parallel and one end of it is connected to a joint 128. A mass 112 is connected to the other end of linear beam 126 and is variable in x-axis direction and y-axis direction. An acceleration detection electrode 121 in x-axis direction has a movable electrode 121a connected to the mass 112 and a fixed electrode 121b. The acceleration detection electrode 140 in y-axis direction has a movable electrode 140a connected to the joint 128 and a fixed electrode 140b. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、少なくともx軸
方向とこれに直交するy軸方向の加速度を検出する多軸
(典型的には2軸又は3軸)加速度検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-axis (typically 2-axis or 3-axis) acceleration detection device for detecting acceleration in at least an x-axis direction and a y-axis direction orthogonal thereto.

【0002】[0002]

【従来の技術】 図16に特開平4−232875号公
報に記載の2軸加速度検出装置1の平面図を示す。図1
7に図16のA−A線断面図を示し、図18にx軸方向
に加速度が印加された場合のA−A線断面図を示す。図
16〜18に示す2軸加速度検出装置1は、x軸方向と
これに直交するy軸方向の加速度を検出する装置であ
り、図示しない基板に固定された固定部38と、固定部
38に一端が接続された4本の直線状ビーム22、2
4、26、28と、各ビーム22、24、26、28上
に形成された4つの歪みゲージ30、32、34、36
と、各ビーム22、24、26、28の他端が接続され
たx軸方向とy軸方向に変位可能なマス20が形成され
ている。各ビーム22等とマス20は図示しない基板上
に浮いている。
2. Description of the Related Art FIG. 16 is a plan view of a biaxial acceleration detecting device 1 disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-232875. Figure 1
7 shows a sectional view taken along the line AA of FIG. 16, and FIG. 18 shows a sectional view taken along the line AA when acceleration is applied in the x-axis direction. The two-axis acceleration detection device 1 shown in FIGS. 16 to 18 is a device that detects acceleration in the x-axis direction and the y-axis direction orthogonal to the x-axis direction. 4 straight beams 22, 2 connected at one end
4, 26, 28 and four strain gauges 30, 32, 34, 36 formed on each beam 22, 24, 26, 28.
And the other end of each beam 22, 24, 26, 28 is connected to form a mass 20 that is displaceable in the x-axis direction and the y-axis direction. The beams 22 and the like and the mass 20 are floating on a substrate (not shown).

【0003】図17の断面図に示すように、マス20は
下方に突出した形状となっているため、マス20の重心
G1は各直線状ビーム22、24、26、28の重心よ
り下に位置する。このため、マス20に例えばx軸方向
の加速度を印加すると、マス20はその重心G1を中心
にy軸回りに回転する。この結果、直線状ビーム22、
26が図18のようにたわみ、各直線状ビーム22、2
6上の歪みゲージ30、34は曲げ力を受ける。左側の
直線状ビーム22は下向きにたわんでいるので、その直
線状ビーム22の上面は圧縮応力を受ける。このため、
その直線状ビーム22上に形成された歪みゲージ30は
縮む。一方、右側の直線状ビーム26は上向きにたわん
でいるので、直線状ビーム26の上面は引張り応力を受
ける。このため、その直線状ビーム26上に形成された
歪みゲージ34は伸びる。従って、各歪みゲージ30、
34の両端に現れる電圧を測定することで、マス20に
印加された加速度の向きと大きさがわかる。
As shown in the sectional view of FIG. 17, since the mass 20 has a downwardly projecting shape, the center of gravity G1 of the mass 20 is located below the center of gravity of each linear beam 22, 24, 26, 28. To do. Therefore, for example, when an acceleration in the x-axis direction is applied to the mass 20, the mass 20 rotates around the y-axis about the center of gravity G1. As a result, the linear beam 22,
26 bends as shown in FIG. 18, and each linear beam 22, 2
The strain gauges 30, 34 on 6 are subjected to bending forces. Since the left linear beam 22 bends downward, the upper surface of the linear beam 22 is subjected to compressive stress. For this reason,
The strain gauge 30 formed on the linear beam 22 contracts. On the other hand, the straight beam 26 on the right side is bent upward, so that the upper surface of the straight beam 26 is subjected to tensile stress. Therefore, the strain gauge 34 formed on the linear beam 26 expands. Therefore, each strain gauge 30,
By measuring the voltage appearing across both ends of 34, the direction and magnitude of the acceleration applied to the mass 20 can be known.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】 図17に示すマス2
0にx軸方向の加速度が印加されてマス20が重心G1
を中心にy軸回りに回転した場合、x軸方向に伸びる直
線状ビーム30、34のみならず、図16に示すy軸方
向に伸びる直線状ビーム24、28上の歪みゲージ3
2、36も変形する。即ち、マス20が重心G1を中心
にy軸回りに回転すると、y軸方向に伸びる直線状ビー
ム24、28にねじり力が加わり、これによってy軸方
向に伸びる直線状ビーム24、28上の歪みゲージ3
2、36も変形してしまう。つまり、本来y軸方向の加
速度を検出するための歪みゲージ32、36がx軸方向
の加速度によっても変形してしまう。
[Problems to be Solved by the Invention]
The acceleration in the x-axis direction is applied to 0, and the mass 20 moves to the center of gravity G1.
When it is rotated about the y-axis about the strain gauges 3 not only on the linear beams 30 and 34 extending in the x-axis direction but also on the linear beams 24 and 28 extending in the y-axis direction shown in FIG.
2, 36 also deform. That is, when the mass 20 rotates about the center of gravity G1 around the y-axis, a twisting force is applied to the linear beams 24 and 28 extending in the y-axis direction, which causes strain on the linear beams 24 and 28 extending in the y-axis direction. Gauge 3
2, 36 will also be deformed. That is, the strain gauges 32 and 36 originally for detecting the acceleration in the y-axis direction are also deformed by the acceleration in the x-axis direction.

【0005】また、前記したようにマス20にx軸方向
の加速度を印加すると、マス20は重心G1を中心にし
て回転するのみならず、図18に示すように重心の位置
がG2となるようにx軸方向に変位する。この結果、歪
みゲージ30は引張り応力を受け、歪みゲージ34は圧
縮応力を受ける。これらの応力は、歪みゲージ30、3
4の両端に現れる電圧から加速度を求める際に検出誤差
を生じさせる。また、x軸方向の加速度が印加されてマ
ス20がx軸方向に変位すると、歪みゲージ32、36
もx軸方向に引張り応力を受けて変形する。さらに、z
軸回りの角速度が印加されると、各ビーム22、24、
26、28にねじり力が加わり、これによって各ビーム
22、24、26、28上の歪みゲージ30、32、3
4、36が変形してしまう。
When the acceleration in the x-axis direction is applied to the mass 20 as described above, the mass 20 not only rotates about the center of gravity G1 but also the position of the center of gravity becomes G2 as shown in FIG. Is displaced in the x-axis direction. As a result, the strain gauge 30 receives a tensile stress and the strain gauge 34 receives a compressive stress. These stresses are due to strain gauges 30, 3
4 causes a detection error when obtaining the acceleration from the voltage appearing at both ends. Further, when the mass 20 is displaced in the x-axis direction by applying the acceleration in the x-axis direction, the strain gauges 32, 36
Also receives tensile stress in the x-axis direction and deforms. Furthermore, z
When an angular velocity about the axis is applied, each beam 22, 24,
Torsional force is applied to 26, 28, which causes strain gauges 30, 32, 3 on each beam 22, 24, 26, 28.
4, 36 will be deformed.

【0006】このように、従来の2軸加速度検出装置1
では、例えばx軸方向に加速度を印加すると、本来y軸
方向の加速度を検出する歪みゲージ32、36にも、x
軸方向の加速度の影響が大きく及んでしまうという問題
があった。即ち、他軸加速度の影響が大きく、この結
果、検出軸方向の加速度の検出精度が悪くなってしまう
という問題があった。しかしながら、このような他軸加
速度の影響を低減できる多軸加速度検出装置の実現は難
しく、その実現が強く求められていた。
As described above, the conventional biaxial acceleration detecting device 1
Then, for example, when acceleration is applied in the x-axis direction, x is also applied to the strain gauges 32 and 36 that originally detect the acceleration in the y-axis direction.
There has been a problem that the influence of the acceleration in the axial direction greatly affects. That is, there is a problem in that the influence of the acceleration of the other axis is large, and as a result, the accuracy of detecting the acceleration in the detection axis direction deteriorates. However, it is difficult to realize a multi-axis acceleration detecting device that can reduce the influence of such other-axis acceleration, and there has been a strong demand for its realization.

【0007】本発明は、多軸加速検出装置における他軸
加速度の影響を低減し、加速度の検出精度を向上させる
ことを目的とする。
It is an object of the present invention to reduce the influence of other axis acceleration in a multi-axis acceleration detection device and improve the accuracy of acceleration detection.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段、作用及び効果】 本発明
の技術的思想を具現化した多軸加速度検出装置は、固定
部と、第1ビームと、第2ビームと、マスと、x軸方向
の加速度検出電極と、これに直交するy軸方向の加速度
検出電極を備え、少なくともx軸方向とy軸方向の加速
度を検出する装置である。第1ビームは、x軸方向にほ
ぼ平行に伸びる往きビーム部及び戻りビーム部と、両ビ
ーム部の一端が接続されているとともに両ビーム部と曲
げ剛性が同等以上の接続部を有する。往きビーム部の他
端は固定部に接続されている。両ビーム部の他端は接続
部に対し同じ側に配置されている。第2ビームは、y軸
方向にほぼ平行に伸びており、その一端が第1ビームの
戻りビーム部の他端に直接又は間接に接続されている。
マスは、第2ビームの他端に直接又は間接に接続されて
おり、x軸方向とy軸方向に変位可能である。x軸方向
の加速度検出電極は、マスに直接又は間接に設けられた
可動電極と、固定電極を有する。y軸方向の加速度検出
電極は、第1ビームの戻りビーム部の他端に直接又は間
接に設けられた可動電極と、固定電極を有する(請求項
1)。
Means for Solving the Problems, Actions and Effects A multi-axis acceleration detecting device embodying the technical idea of the present invention is a fixed part, a first beam, a second beam, a mass, and an x-axis direction. Is an apparatus for detecting accelerations in at least the x-axis direction and the y-axis direction, and the acceleration detection electrode and the acceleration detection electrode in the y-axis direction orthogonal thereto. The first beam has a forward beam portion and a return beam portion that extend substantially parallel to the x-axis direction, one end of each of the beam portions is connected, and a connection portion having a bending rigidity equal to or higher than that of the both beam portions. The other end of the outgoing beam portion is connected to the fixed portion. The other ends of both beam parts are arranged on the same side with respect to the connection part. The second beam extends substantially parallel to the y-axis direction, and one end thereof is directly or indirectly connected to the other end of the return beam portion of the first beam.
The mass is directly or indirectly connected to the other end of the second beam and is displaceable in the x-axis direction and the y-axis direction. The acceleration detection electrode in the x-axis direction has a movable electrode provided directly or indirectly on the mass and a fixed electrode. The y-axis acceleration detection electrode has a movable electrode provided directly or indirectly at the other end of the return beam portion of the first beam, and a fixed electrode (claim 1).

【0009】ここで、一の部位が他の部位に「間接に」
接続されているとは、一の部位と他の部位が別部材を介
して接続されていることをいう。例えば第1ビームの戻
りビーム部の他端と第2ビームの一端は、連結部を介し
て接続されていてもよい。また、一の部位に他の部位が
「間接に」設けられているとは、一部の部位に接続され
ている別部材に他の部位が設けられていることをいう。
例えばy軸方向の加速度検出電極の可動電極は、第1ビ
ームの戻りビーム部の他端に接続されている連結部に設
けられていてもよい。
[0009] Here, one part is "indirectly" to another part.
"Connected" means that one part and another part are connected via another member. For example, the other end of the return beam part of the first beam and one end of the second beam may be connected via a connecting part. Further, the phrase "indirectly provided with another portion on one portion" means that the other portion is provided on another member connected to a portion of the portion.
For example, the movable electrode of the acceleration detection electrode in the y-axis direction may be provided at the connecting portion connected to the other end of the return beam portion of the first beam.

【0010】本発明者らは、上記構成の第1ビームの戻
りビーム部の他端に直接又は間接に第2ビームを接続
し、その第1ビームの戻りビーム部の他端に直接又は間
接にy軸方向の加速度検出電極の可動電極を接続するこ
とで、従来の加速度検出装置と比較して、他軸加速度の
影響が大幅に低減され、この結果、加速度の検出精度が
大きく向上した加速度検出装置を実現した。即ち、上記
構成の第1ビームと、第2ビームと、y軸方向の加速度
検出電極を組合せた構造によって、従来から多軸加速度
検出装置で大きな問題となっていた一方の軸方向に印加
された加速度が、他方の軸方向の加速度の検出値に影響
を与えてしまうという他軸加速度の影響を大幅に低減で
きるという有効な効果が得られることを見出したのであ
る。
The present inventors connect the second beam directly or indirectly to the other end of the return beam portion of the first beam having the above-mentioned structure, and directly or indirectly to the other end of the return beam portion of the first beam. By connecting the movable electrode of the acceleration detection electrode in the y-axis direction, the influence of the acceleration of the other axis is significantly reduced as compared with the conventional acceleration detection device, and as a result, the acceleration detection with the acceleration detection accuracy greatly improved. Realized the device. That is, due to the structure in which the first beam, the second beam, and the acceleration detection electrode in the y-axis direction having the above-described configuration are combined, the voltage is applied in one axial direction, which has been a big problem in the conventional multi-axis acceleration detection device. It has been found that an effective effect can be obtained in which the acceleration significantly reduces the effect of the acceleration of the other axis that affects the detected value of the acceleration in the other axis direction.

【0011】ここで、本明細書にいう「他軸加速度の影
響」には以下の2つの内容が含まれる。第1に「他軸加
速度によって検出軸方向に可動電極が変位することで検
出値が変化すること」が含まれる。例えばy軸方向の加
速度検出電極を基準とした場合、印加された加速度のう
ち「x軸方向の加速度によって、y軸方向の加速度検出
電極の可動電極がy軸方向に変位することでy軸方向の
加速度の検出値(例えば可動電極と固定電極間の静電容
量)が変化すること」が含まれる。第2に「他軸加速度
によって検出軸以外の方向に可動電極が変位することで
検出値が変化すること」が含まれる。例えばy軸方向の
加速度検出電極を基準とした場合、印加された加速度の
うち「x軸方向の加速度によって、y軸方向の加速度検
出電極の可動電極がx軸方向に変位することでy軸方向
の加速度の検出値が変化すること」が含まれる。
Here, the following two contents are included in the "influence of acceleration of another axis" in this specification. Firstly, "the detection value changes due to displacement of the movable electrode in the detection axis direction due to the other axis acceleration" is included. For example, when the acceleration detection electrode in the y-axis direction is used as a reference, "the movable electrode of the acceleration detection electrode in the y-axis direction is displaced in the y-axis direction by the acceleration in the x-axis direction among the applied accelerations. Changes in the acceleration detection value (for example, the electrostatic capacitance between the movable electrode and the fixed electrode). Secondly, "the detection value changes due to displacement of the movable electrode in a direction other than the detection axis due to the acceleration of the other axis" is included. For example, when the acceleration detection electrode in the y-axis direction is used as a reference, "the movable electrode of the acceleration detection electrode in the y-axis direction is displaced in the x-axis direction by the acceleration in the x-axis direction among the applied accelerations. That the detected value of the acceleration of “changes” is included.

【0012】本発明の作用効果の理解を容易するため、
図13と図14に、本発明の一つの態様を具現化した加
速度検出装置501の一部を示す。この装置501は、
固定部536と、第1ビーム532と、第2ビーム52
7と、マス512を備えている。第1ビーム532は、
x軸方向に伸びる長さLの往きビーム部532a及び戻
りビーム部532cと、両ビーム部532a、532b
の一端が接続されているとともに両ビーム部532a、
532cと曲げ剛性が同等以上の接続部532bを有す
る。往きビーム部532aの他端は固定部536に接続
されている。両ビーム部532a、532cの他端は接
続部532bに対し同じ側に配置されている。第2ビー
ム527は、長さMであり、y軸方向に伸びており、そ
の一端が第1ビーム532の戻りビーム部532cの他
端(変位端A)に接続されている。マス512は、第2
ビーム527の他端に接続されている。固定部536は
図示しない基板に固定され、各ビーム532、527は
その基板上に浮いている。
In order to facilitate understanding of the function and effect of the present invention,
13 and 14 show a part of an acceleration detecting device 501 embodying one aspect of the present invention. This device 501
The fixed portion 536, the first beam 532, and the second beam 52
7 and a mass 512. The first beam 532 is
Forward beam portion 532a and return beam portion 532c having a length L extending in the x-axis direction, and both beam portions 532a and 532b.
Is connected to one end of both beam portions 532a,
The connection portion 532b has bending rigidity equal to or higher than that of the connection portion 532c. The other end of the outgoing beam portion 532a is connected to the fixed portion 536. The other ends of both beam portions 532a and 532c are arranged on the same side with respect to the connection portion 532b. The second beam 527 has a length M, extends in the y-axis direction, and one end thereof is connected to the other end (displacement end A) of the return beam portion 532c of the first beam 532. The mass 512 is the second
It is connected to the other end of the beam 527. The fixed portion 536 is fixed to a substrate (not shown), and the beams 532 and 527 float above the substrate.

【0013】図13に示すように、加速度検出装置50
1のマス512にx軸の正の向きに加速度が印加された
とすると、第2ビーム527がたわむとともに第1ビー
ム532の戻りビーム部532cも若干たわむ。しか
し、戻りビーム部532cの一端が接続された接続部5
32bは曲げ剛性がビーム部532a、532cと同等
以上である。また、図13では、変位端Aと接続部C
(マス512と第2ビーム527の接続部)間の距離N
1を、固定部536と変位端A間の距離N2と同等以上
の長さとしている。よって、戻りビーム部532cの変
位端Aのx軸方向とy軸方向の変位量は、マス512の
x軸方向とy軸方向の変位量と比べ、非常に小さい。本
発明の態様では、y軸方向の加速度検出電極の可動電極
(図示省略)を、x軸方向又はy軸方向の変位量が大き
いマス512ではなく、この戻りビーム部532cの変
位端(他端)Aに直接又は間接に接続している。このた
め、x軸方向の加速度によってy軸方向の加速度検出電
極の可動電極が変位することを大きく抑制できている。
従って、加速度検出装置501によると、x軸方向へ印
加された加速度がy軸方向の加速度の検出値に与える影
響を大幅に低減できる。
As shown in FIG. 13, the acceleration detecting device 50
When acceleration is applied to the first mass 512 in the positive direction of the x-axis, the second beam 527 bends and the return beam portion 532c of the first beam 532 also bends slightly. However, the connecting portion 5 in which one end of the return beam portion 532c is connected
The bending rigidity of 32b is equal to or higher than that of the beam portions 532a and 532c. Further, in FIG. 13, the displacement end A and the connecting portion C are
Distance N between (connecting portion of mass 512 and second beam 527) N
1 is equal to or longer than the distance N2 between the fixed portion 536 and the displacement end A. Therefore, the displacement amounts of the displacement end A of the return beam portion 532c in the x-axis direction and the y-axis direction are much smaller than the displacement amounts of the mass 512 in the x-axis direction and the y-axis direction. In the aspect of the present invention, the movable electrode (not shown) of the acceleration detection electrode in the y-axis direction is not the mass 512 having a large displacement amount in the x-axis direction or the y-axis direction but the displacement end (the other end) of the return beam portion 532c. ) Directly or indirectly connected to A. Therefore, the displacement of the movable electrode of the acceleration detection electrode in the y-axis direction due to the acceleration in the x-axis direction can be greatly suppressed.
Therefore, according to the acceleration detection device 501, the influence of the acceleration applied in the x-axis direction on the detected value of the acceleration in the y-axis direction can be significantly reduced.

【0014】なお、図13では戻りビーム532cの変
位端Aが若干変位している態様を示しているが、各ビー
ム部532a、532cのバネ定数と接続部532bの
曲げ剛性を適切に調整することで、x軸方向に印加され
た加速度が所定範囲内の大きさであれば、戻りビーム部
532cの変位端Aの変位を極めて小さく(ほぼゼロ)
することができる。
Although FIG. 13 shows a mode in which the displacement end A of the return beam 532c is slightly displaced, it is necessary to properly adjust the spring constant of each beam portion 532a, 532c and the bending rigidity of the connecting portion 532b. Then, if the acceleration applied in the x-axis direction is within a predetermined range, the displacement of the displacement end A of the return beam portion 532c is extremely small (nearly zero).
can do.

【0015】図14に示すように、加速度検出装置50
1のマス512にy軸の負の向きに加速度が印加された
とすると、マス512はy軸方向に変位する。このと
き、接続部532bによってx軸方向の変位が規制され
る。また、往きビーム部532aと戻りビーム部532
cの長さはほぼ同じであるため、各ビーム部532a、
532cは接続部532bに対し対称に変位し、かつ、
接続部532bはy軸と平行に変位する。このため、変
位端Aはほぼy軸方向のみに変位できる。従って、マス
512のy軸方向の振動に伴うx軸方向のふらつきBが
非常に小さい。即ち、この加速度検出装置501による
と、y軸方向へ印加された加速度がx軸方向の加速度の
検出値に与える影響を大幅に低減できる。
As shown in FIG. 14, the acceleration detecting device 50
If acceleration is applied to the first mass 512 in the negative direction of the y-axis, the mass 512 is displaced in the y-axis direction. At this time, the displacement in the x-axis direction is restricted by the connecting portion 532b. Further, the forward beam section 532a and the return beam section 532
Since the length of c is almost the same, each beam portion 532a,
532c is symmetrically displaced with respect to the connecting portion 532b, and
The connecting portion 532b is displaced parallel to the y-axis. Therefore, the displacement end A can be displaced only in the y-axis direction. Therefore, the fluctuation B in the x-axis direction due to the vibration of the mass 512 in the y-axis direction is very small. That is, according to the acceleration detecting device 501, the influence of the acceleration applied in the y-axis direction on the detected value of the acceleration in the x-axis direction can be significantly reduced.

【0016】このように本発明は、他軸加速度の影響の
うち、「他軸加速度によって、検出軸方向に可動電極が
変位することで検出値が変化すること」を大きく抑制で
きる点で極めて有意義なものである。勿論本発明は、y
軸方向の加速度検出電極の可動電極については、「x軸
方向の加速度によって、y軸方向の加速度検出電極の可
動電極がx軸方向に変位すること(他軸加速度によって
検出軸以外の方向に可動電極が変位することで検出値が
変化すること)」を大きく抑制できる点でも有用なもの
である。但し、他軸加速度によって検出軸以外の方向に
可動電極が変位した場合は、例えば後記する請求項6の
態様等によってその影響を比較的容易に抑制できる。
As described above, the present invention is extremely significant in that it is possible to greatly suppress "the change in the detection value due to the displacement of the movable electrode in the detection axis direction due to the other axis acceleration" among the effects of the other axis acceleration. It is something. Of course, the present invention is y
Regarding the movable electrode of the acceleration detecting electrode in the axial direction, "The movable electrode of the acceleration detecting electrode in the y-axis direction is displaced in the x-axis direction by the acceleration in the x-axis direction (movable in a direction other than the detection axis by the other axis acceleration. It is also useful in that it is possible to greatly suppress "the detection value changes due to the displacement of the electrodes". However, when the movable electrode is displaced in a direction other than the detection axis due to the acceleration of the other axis, the influence thereof can be suppressed relatively easily, for example, by the aspect of claim 6 described later.

【0017】しかしながら、「他軸加速度によって、検
出軸方向に可動電極が変位」した場合は、その変位方向
が正に検出軸方向であるが故に、本来検出したい加速度
による変位との区別が難しく、また、わずかな変位も高
感度で検出してしまうため、その影響を抑制することが
困難である。その意味で本発明は、上記したようにx軸
方向についてもy軸方向についても、「他軸加速度によ
って、検出軸方向に可動電極が変位することで検出値が
変化すること」を大幅に低減できることから、極めて有
意義な効果を発揮するものである。
However, when "the movable electrode is displaced in the detection axis direction by the other axis acceleration", since the displacement direction is the positive detection axis direction, it is difficult to distinguish it from the displacement due to the acceleration to be detected. In addition, even a slight displacement is detected with high sensitivity, and it is difficult to suppress the influence. In that sense, as described above, the present invention significantly reduces the “change in the detection value due to the displacement of the movable electrode in the detection axis direction due to the other axis acceleration” in both the x-axis direction and the y-axis direction. Since it is possible, it has a very significant effect.

【0018】図19に、本発明者らによって創作された
特開平10−170276号公報に記載の角速度検出装
置2の平面図を示す。この角速度検出装置2は、z軸回
りの角速度を検出する装置であり、固定部66、68、
82、84と、第1ビーム62、64、78、80と、
y軸方向に伸びる第2ビーム56、58、72、74
と、連結部60、76と、マス50と、容量検出電極5
2と、励振振幅検出電極70、86を備えている。励振
振幅検出電極70、86はそれぞれ、連結部60、76
に接続された可動電極70a、86aと、固定電極70
b、86bを有する。可動電極70a、86aと固定電
極70b、86bの電極指はy軸方向に伸びている。各
固定部66等と、各電極の固定電極70b等は図示しな
い基板に固定されている。各ビーム62等と、各電極の
可動電極70a等と、各連結部60等と、マス50は、
その基板上に浮いている。
FIG. 19 shows a plan view of the angular velocity detecting device 2 described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-170276, which was created by the present inventors. The angular velocity detection device 2 is a device that detects an angular velocity around the z-axis, and includes fixed portions 66, 68,
82, 84 and the first beams 62, 64, 78, 80,
Second beams 56, 58, 72, 74 extending in the y-axis direction
, Connecting portions 60 and 76, mass 50, and capacitance detection electrode 5
2 and excitation amplitude detection electrodes 70 and 86. The excitation amplitude detection electrodes 70 and 86 are connected to the coupling portions 60 and 76, respectively.
Movable electrodes 70a and 86a connected to the fixed electrode 70
b, 86b. The electrode fingers of the movable electrodes 70a and 86a and the fixed electrodes 70b and 86b extend in the y-axis direction. The fixed portions 66 and the like, the fixed electrode 70b and the like of each electrode are fixed to a substrate (not shown). The beams 62, the movable electrodes 70a of the electrodes, the connecting portions 60, and the mass 50 are
It floats on the substrate.

【0019】このように、この角速度検出装置2では、
本発明の一つの態様を具現化したものと類似する構造が
用いられている。しかしながら、従来の角速度検出装置
2でこの類似構造を用いている意味合いと、本発明の加
速度検出装置で本発明の構造を用いている意味合いは、
大きく異なるものである。
As described above, in the angular velocity detecting device 2,
Structures similar to those embodying one aspect of the invention are used. However, the implications of using this similar structure in the conventional angular velocity detecting device 2 and the implications of using the structure of the present invention in the acceleration detecting device of the present invention are as follows.
It is very different.

【0020】図19に示す角速度検出装置2はコリオリ
力を利用しており、マス50に働くコリオリ力はマス5
0の変位速度に比例している。マス50の変位速度を大
きくするためには、マス50の変位を励振方向(y軸方
向)に大きくすることが有効である。このため、角速度
検出装置2では、マス50を常に大振幅の振動状態に維
持している。角速度検出装置2では、マス50を励振さ
せるための励振電極70、86として、変位が大きくて
も互いに衝突しないように、電極指が励振方向(y軸方
向)に伸びる可動電極70a、86aと固定電極70
b、86bを用いている。この大振幅の振動状態のマス
50に角速度が印加されると、コリオリの力によりマス
50の振動方向と垂直な方向に新たな振動が発生する。
この振動を検出することにより角速度を検出できる。こ
のように、角速度検出装置2では、励振方向に大振幅の
振動状態を発生させ、その状態を維持する構造が必要で
ある。
The angular velocity detector 2 shown in FIG. 19 utilizes the Coriolis force, and the Coriolis force acting on the mass 50 is the mass 5
It is proportional to a displacement velocity of zero. In order to increase the displacement speed of the mass 50, it is effective to increase the displacement of the mass 50 in the excitation direction (y-axis direction). Therefore, in the angular velocity detection device 2, the mass 50 is always kept in a vibrating state with a large amplitude. In the angular velocity detection device 2, as the excitation electrodes 70 and 86 for exciting the mass 50, the electrode fingers are fixed to the movable electrodes 70a and 86a extending in the excitation direction (y-axis direction) so as not to collide with each other even if the displacement is large. Electrode 70
b and 86b are used. When an angular velocity is applied to the large-amplitude vibrating mass 50, new Coriolis force causes new vibration in a direction perpendicular to the vibrating direction of the mass 50.
The angular velocity can be detected by detecting this vibration. As described above, the angular velocity detection device 2 needs a structure that generates a large-amplitude vibration state in the excitation direction and maintains the vibration state.

【0021】ところが、加速度検出装置では大振幅の振
動状態を維持する必要はなく、むしろ逆に、大振幅の振
動状態を発生させる構造では他軸加速度の影響が大きく
現れ、また、応答性、直線性、温度特性が悪くなり、加
速度を検出するのが困難となる。このため、加速度検出
装置では、x軸方向、y軸方向共にマスの変位を小さく
することが必要である。即ち、角速度検出装置では比較
的高い励振周波数を基準としてその周りに角速度検出周
波数が分布するので、直流成分からの共振特性を考慮し
なくてもよい。しかし、加速度検出装置は直流成分から
例えば1kHz程度まで延びる周波数範囲で振動特性が
平坦である必要がある。このため、共振振幅が大きいと
周波数特性が悪い。また、加速度によるマスの振幅が大
きい場合、電極からの変位が大きくなり過ぎて直線性が
大きく劣化する。これは温度特性の劣化をもたらす。
However, it is not necessary to maintain a large-amplitude vibration state in the acceleration detecting device, and conversely, in a structure that generates a large-amplitude vibration state, the influence of the acceleration of another axis appears significantly, and the response and linearity are high. Characteristics and temperature characteristics deteriorate, and it becomes difficult to detect acceleration. Therefore, in the acceleration detecting device, it is necessary to reduce the displacement of the mass in both the x-axis direction and the y-axis direction. That is, in the angular velocity detection device, since the angular velocity detection frequency is distributed around the excitation frequency which is relatively high, it is not necessary to consider the resonance characteristic from the DC component. However, the acceleration detection device needs to have flat vibration characteristics in the frequency range extending from the DC component to, for example, about 1 kHz. Therefore, when the resonance amplitude is large, the frequency characteristic is poor. Further, when the amplitude of the mass due to acceleration is large, the displacement from the electrode becomes too large and the linearity is greatly deteriorated. This causes deterioration of temperature characteristics.

【0022】このように、角速度検出装置と多軸加速度
検出装置は、一見すると同じような構造で角速度又は加
速度を検知できるようにも見えるが、実際には、必要と
される構造は大きく異なる。
As described above, the angular velocity detecting device and the multi-axis acceleration detecting device seem to be able to detect the angular velocity or the acceleration with the same structure at first glance, but actually, the required structures are greatly different.

【0023】角速度検出装置2では、上記公報の〔00
68〕、〔0069〕等の記載にあるように、上記構造
(特に第1ビーム62、64、78、80)を、励振方
向に大振幅の振動状態を発生させるという角速度検出装
置に固有の課題を解決するために用いているものであ
る。一方、本発明では、請求項1に記載の構造を、多軸
加速度検出装置に特有であり、かつ、極めて重要な課題
である一の軸方向に印加された加速度の影響が他の軸方
向の出力にも現れてしまうという課題を、効果的に解決
するために用いているものである。即ち、従来の角速度
検出装置と本発明の加速度検出装置では、上記構造の奏
する意味合いが大きく異なるのである。
In the angular velocity detecting device 2, [00
68], [0069], etc., a problem peculiar to the angular velocity detecting device that the above-described structure (especially the first beams 62, 64, 78, 80) generates a large-amplitude vibration state in the excitation direction. It is used to solve the problem. On the other hand, according to the present invention, the structure according to claim 1 has the effect of acceleration applied in one axial direction which is peculiar to the multi-axis acceleration detection device and is a very important subject, in the other axial directions. It is used to effectively solve the problem of appearing in the output. That is, the conventional angular velocity detecting device and the acceleration detecting device of the present invention have greatly different meanings from the above structure.

【0024】このように本発明は、従来、角速度検出装
置に特有の課題を解決するために用いていた構造と類似
する構造を加速度検出装置に適用することを見出し、上
記請した請求項1あるいは以下に述べる請求項2〜15
に記載したような正に加速度検出装置に適した構成を創
り出した結果、加速度検出装置に特有の課題を効果的に
解決することができた、という点に大きな技術的意義を
見出せるものである。
As described above, the present invention finds that a structure similar to the structure conventionally used for solving the problems peculiar to the angular velocity detecting device is applied to the acceleration detecting device, and the above-mentioned contracted claim 1 or Claims 2 to 15 described below
As a result of creating the configuration just suitable for the acceleration detecting device as described in (1), it is possible to find a great technical significance in that the problem peculiar to the acceleration detecting device can be effectively solved.

【0025】請求項1の装置は、x軸方向とy軸方向に
直交するz軸方向の加速度検出電極をさらに備え、x軸
方向とy軸方向に加えてz軸方向の加速度も検出する装
置であることが好ましい。この装置においては、マス
は、x軸方向とy軸方向に加えてz軸方向にも変位可能
であり、z軸方向の加速度検出電極は、マスの表面に形
成された可動電極と、固定電極を有することが好ましい
(請求項2)。
The apparatus according to claim 1 further comprises an acceleration detection electrode in the z-axis direction orthogonal to the x-axis direction and the y-axis direction, and detects the acceleration in the z-axis direction in addition to the x-axis direction and the y-axis direction. Is preferred. In this device, the mass can be displaced not only in the x-axis direction and the y-axis direction but also in the z-axis direction, and the acceleration detection electrode in the z-axis direction includes a movable electrode formed on the surface of the mass and a fixed electrode. It is preferable to have (Claim 2).

【0026】この態様によると、x軸方向とy軸方向に
加え、z軸方向の加速度も検出可能な加速度検出装置を
実現できる。また、上記した第1ビームと第2ビームに
よるマスの支持構造によると、x軸方向又はy軸方向に
印加された加速度によってマスがz軸方向に変位しない
ようにすることが容易である。このため、この態様によ
ると、z軸方向についても他軸加速度の影響が小さい多
軸加速度検出装置を実現できる。なお、「x軸方向又は
y軸方向の加速度によって、マス(z軸方向の加速度検
出電極の可動電極)がx軸方向又はy軸方向に変位する
こと(他軸加速度によって検出軸以外の方向に可動電極
が変位することで検出値が変化すること)」について
は、例えば後記する請求項6の態様等によってその影響
を抑制できる。
According to this aspect, it is possible to realize an acceleration detecting device capable of detecting acceleration in the z-axis direction in addition to the x-axis direction and the y-axis direction. Further, according to the above-described mass supporting structure of the first beam and the second beam, it is easy to prevent the mass from being displaced in the z-axis direction by the acceleration applied in the x-axis direction or the y-axis direction. Therefore, according to this aspect, it is possible to realize a multi-axis acceleration detection device in which the influence of the other-axis acceleration is small even in the z-axis direction. Note that "the mass (the movable electrode of the acceleration detection electrode in the z-axis direction) is displaced in the x-axis direction or the y-axis direction by the acceleration in the x-axis direction or the y-axis direction (in the direction other than the detection axis by the other-axis acceleration. With respect to "the detection value changes due to the displacement of the movable electrode)", its influence can be suppressed by, for example, an aspect of claim 6 described later.

【0027】請求項1又は2の装置においては、固定部
と、第1ビームと、第2ビームを有するビームユニット
を少なくとも2組備え、各ビームユニットがx軸方向に
並列に配置されており、マスのx軸方向に伸びる側部に
各ビームユニットの第2ビームの他端が直接又は間接に
接続されていることが好ましい(請求項3)。
In the apparatus of claim 1 or 2, at least two sets of beam units each having a fixed portion, a first beam and a second beam are provided, and each beam unit is arranged in parallel in the x-axis direction, The other end of the second beam of each beam unit is preferably directly or indirectly connected to the side portion of the mass extending in the x-axis direction (claim 3).

【0028】この態様のように、上記構造の少なくとも
2組のビームユニットを備えることで、x軸方向の加速
度によるy軸方向の検出値の変化をより抑制できる。ま
た、y軸方向の加速度によるx軸方向の検出値の変化も
抑制できる。さらに、z軸方向の加速度も検出する場
合、x軸方向又はy軸方向の加速度によるz軸方向の検
出値の変化をも抑制できる。即ち、他軸加速度の影響を
より受けにくくすることができる。
By providing at least two sets of beam units having the above structure as in this aspect, it is possible to further suppress the change in the detection value in the y-axis direction due to the acceleration in the x-axis direction. Further, it is possible to suppress the change in the detected value in the x-axis direction due to the acceleration in the y-axis direction. Further, when the acceleration in the z-axis direction is also detected, it is possible to suppress the change in the detected value in the z-axis direction due to the acceleration in the x-axis direction or the y-axis direction. That is, it is possible to make it less likely to be affected by the acceleration of the other axis.

【0029】請求項3の装置においては、連結部をさら
に備え、その連結部に、x軸方向に並列に配置された各
ビームユニットの第1ビームの戻りビーム部の他端と、
x軸方向に並置された2つ以上の第2ビームの一端が接
続されていることが好ましい(請求項4)。
In the apparatus according to the third aspect, a connecting portion is further provided, and the connecting portion has the other end of the return beam portion of the first beam of each beam unit arranged in parallel in the x-axis direction,
It is preferable that one ends of two or more second beams juxtaposed in the x-axis direction are connected to each other (claim 4).

【0030】この態様のように、各ビームユニットの第
1ビームと第2ビームを連結部で連結することで、各ビ
ームユニットが別個独立に変位することが抑制された構
造となるので、他軸加速度の影響をより受けにくくする
ことができる。
By connecting the first beam and the second beam of each beam unit with the connecting portion as in this aspect, it is possible to suppress the displacement of each beam unit independently. It is possible to make it less susceptible to the influence of acceleration.

【0031】請求項4の装置においては、連結部にy軸
方向の加速度検出電極の可動電極がさらに設けられてい
ることが好ましい(請求項5)。
In the apparatus of claim 4, it is preferable that a movable electrode of the acceleration detecting electrode in the y-axis direction is further provided at the connecting portion (claim 5).

【0032】連結部は、マスにx軸方向の加速度が印加
されたときでも、x軸方向及びy軸方向への変位量が非
常に少ない第1ビームの戻りビーム部の他端(変位端)
に接続されている。しかも、連結部は第1ビームと第2
ビームで安定的に支持されている。このため、この連結
部にy軸方向の加速度検出電極の可動電極を設けること
で、他軸加速度の影響をより安定的に受けにくくするこ
とができる。
The connecting portion has the other end (displacement end) of the return beam portion of the first beam with a very small displacement amount in the x-axis direction and the y-axis direction even when acceleration in the x-axis direction is applied to the mass.
It is connected to the. Moreover, the connecting portion is the first beam and the second beam.
It is stably supported by the beam. For this reason, by providing the movable electrode of the acceleration detection electrode in the y-axis direction at this connecting portion, it is possible to more stably and less likely to be affected by the acceleration of another axis.

【0033】請求項1から5のいずれかの装置において
は、固定部と、第1ビームと、第2ビームを有するビー
ムユニットを少なくとも2組備え、各ビームユニットが
マスを挟んで配置されており、マスのx軸方向に伸びる
両側部にそれぞれビームユニットの第2ビームの他端が
直接又は間接に接続されていることが好ましい(請求項
6)。
In the apparatus according to any one of claims 1 to 5, at least two sets of beam units each having a fixed portion, a first beam and a second beam are provided, and each beam unit is arranged so as to sandwich the mass. It is preferable that the other end of the second beam of the beam unit is directly or indirectly connected to both sides of the mass extending in the x-axis direction (claim 6).

【0034】この態様によっても、他軸加速度の影響を
より受けにくくすることができる。
Also according to this aspect, it is possible to make it more difficult to be affected by the acceleration of the other axis.

【0035】請求項3から6のいずれかの装置において
は、第1ビーム同士と第2ビーム同士が所定の基準線に
対しほぼ線対称な位置に配置されていることが好ましい
(請求項7)。
In the apparatus according to any one of claims 3 to 6, it is preferable that the first beams and the second beams are arranged at positions substantially line-symmetric with respect to a predetermined reference line (claim 7). .

【0036】この態様のように、各ビームを対称的に配
置すれば、他軸加速度の影響をさらに受けにくくするこ
とができる。
By arranging the beams symmetrically as in this aspect, it is possible to further reduce the influence of the acceleration of the other axis.

【0037】請求項1の態様に加えて、請求項3から7
の態様の少なくとも2つを適宜組合せると、その組合せ
による相乗的な作用によって、他軸加速度の影響をより
大きく低減することができる。
In addition to the features of claim 1, claims 3 to 7
If at least two of the above modes are appropriately combined, the effect of the other-axis acceleration can be greatly reduced by the synergistic effect of the combination.

【0038】請求項1から7のいずれかの装置において
は、一の軸方向の加速度検出電極は、可動電極が他の軸
方向に変位したときでも、可動電極と固定電極の対向面
積がほぼ一定となるように構成されていることが好まし
い(請求項8)。
In the device according to any one of claims 1 to 7, the acceleration detecting electrode in one axial direction has a substantially constant facing area between the movable electrode and the fixed electrode even when the movable electrode is displaced in the other axial direction. It is preferable that the structure is such that (claim 8).

【0039】この態様によると、他軸加速度の影響のう
ち、「他軸加速度によって検出軸以外の方向に可動電極
が変位することで検出値が変化すること」を大幅に抑制
できる。即ち、この態様によると、可動電極が他の軸方
向に変位したときでも、可動電極と固定電極の対向面積
がほぼ一定であるから、その変位によってその加速度検
出電極の可動電極と固定電極間の静電容量に変化が生じ
ることを大幅に抑制できる。このように、他軸加速度の
影響をより低減できるので、加速度の検出精度をより向
上させることができる。
According to this aspect, among the influences of the accelerations of the other axes, "the detection values are changed by the displacements of the movable electrode in the directions other than the detection axis due to the accelerations of the other axes" can be significantly suppressed. That is, according to this aspect, even when the movable electrode is displaced in the other axial direction, the facing area between the movable electrode and the fixed electrode is substantially constant, and therefore the displacement causes a gap between the movable electrode and the fixed electrode of the acceleration detection electrode. It is possible to significantly suppress the change in capacitance. In this way, the influence of the acceleration of the other axis can be further reduced, so that the accuracy of detecting the acceleration can be further improved.

【0040】請求項1から8のいずれかの装置において
は、検出軸方向の加速度検出電極の可動電極と固定電極
の電極指が、検出軸方向にほぼ直交する方向に伸びてい
ることが好ましい(請求項9)。
In the device according to any one of claims 1 to 8, it is preferable that the movable electrode of the acceleration detection electrode and the electrode finger of the fixed electrode in the detection axis direction extend in a direction substantially orthogonal to the detection axis direction ( Claim 9).

【0041】角速度検出装置との比較で説明したよう
に、加速度検出装置では、マスの変位を小さくすること
が要求される。そして、このマスの小さな変位を高感度
で検出するための構成の実現が要求される。この態様に
よると、印加された加速度によるマスの変位が小さい場
合であっても、検出軸方向(例えばy軸方向)の加速度
検出電極の可動電極と固定電極の電極指が、検出軸方向
にほぼ直交する方向(例えばx軸方向)に伸びているの
で、電極指が検出軸方向に伸びている場合に比較して、
可動電極と固定電極間の静電容量の変化を大きくするこ
とができる。このため、印加された加速度が小さく、マ
スの変位が小さい場合であっても、その小さな加速度を
感度良く検出できる。
As described in comparison with the angular velocity detecting device, the acceleration detecting device is required to reduce the displacement of the mass. Then, it is required to realize a configuration for detecting this small displacement of the mass with high sensitivity. According to this aspect, even when the displacement of the mass due to the applied acceleration is small, the movable electrode of the acceleration detection electrode and the electrode finger of the fixed electrode in the detection axis direction (for example, the y-axis direction) are almost in the detection axis direction. Since it extends in the orthogonal direction (for example, the x-axis direction), compared with the case where the electrode fingers extend in the detection axis direction,
The change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode can be increased. Therefore, even when the applied acceleration is small and the displacement of the mass is small, the small acceleration can be detected with high sensitivity.

【0042】請求項1から9のいずれかの装置において
は、印加された加速度による加速度検出電極の可動電極
と固定電極の位置関係の変化を静電容量の変化として検
出する容量検出回路をさらに備えることが好ましい(請
求項10)。
The apparatus according to any one of claims 1 to 9 further comprises a capacitance detection circuit for detecting a change in the positional relationship between the movable electrode and the fixed electrode of the acceleration detection electrode due to the applied acceleration as a change in electrostatic capacitance. It is preferable (claim 10).

【0043】この態様によると、可動電極と固定電極の
位置関係の変化を静電容量の変化として電気的に処理で
きるので、電子回路による処理に適するため、加速度の
検出精度をより向上させることができる。
According to this aspect, since the change in the positional relationship between the movable electrode and the fixed electrode can be electrically processed as the change in electrostatic capacitance, it is suitable for the processing by the electronic circuit, so that the acceleration detection accuracy can be further improved. it can.

【0044】請求項1から10のいずれかの装置におい
ては、差分回路をさらに備え、加速度検出電極は、2組
の可動電極と固定電極を有し、一方の組の可動電極と固
定電極間の距離が所定値だけ増加すると、他方の組の可
動電極と固定電極間の距離が前記所定値とほぼ同じ値だ
け減少し、差分回路は、容量検出回路で検出された2組
の可動電極と固定電極間の静電容量の変化の差をとるこ
とが好ましい(請求項11)。
In the device according to any one of claims 1 to 10, a differential circuit is further provided, and the acceleration detection electrode has two sets of movable electrodes and fixed electrodes, and one set of movable electrodes and fixed electrodes is provided. When the distance is increased by a predetermined value, the distance between the movable electrode and the fixed electrode of the other set is decreased by almost the same value as the predetermined value, and the difference circuit is fixed to the two sets of movable electrodes detected by the capacitance detection circuit. It is preferable to take the difference in the change in capacitance between the electrodes (claim 11).

【0045】この態様によると、加速度検出電極の1組
の可動電極と固定電極間から静電容量の変化を検出する
場合に比較して、ノイズ等を大幅に除去することがで
き、また、約2倍の感度で加速度を検出することができ
る。
According to this aspect, noise and the like can be significantly removed, compared with the case where a change in electrostatic capacitance is detected between a pair of movable electrode and fixed electrode of the acceleration detection electrode, and about Acceleration can be detected with twice the sensitivity.

【0046】請求項10又は11の装置においては、フ
ィードバック回路と、フィードバック電極を備え、フィ
ードバック回路は、容量検出回路の出力値が入力される
とその出力値に応じた電圧をフィードバック電極に印加
するように構成されていることが好ましい(請求項1
2)。
According to a tenth or eleventh aspect of the present invention, a feedback circuit and a feedback electrode are provided, and when the output value of the capacitance detection circuit is input, the feedback circuit applies a voltage according to the output value to the feedback electrode. It is preferable that it is configured as follows (claim 1
2).

【0047】この態様のフィードバック回路によると、
容量検出回路の出力値に対応する加速度成分による慣性
力とほぼ同じ大きさで逆向きの静電引力をフィードバッ
ク電極の電極間に生じさせることができる。この結果、
その力のつり合う方向ではマスの変位をほぼゼロに保つ
ことができる。加速度が印加されていてもマスの変位を
ほぼゼロに保つことができれば、マスに印加された一の
軸方向の加速度が他の軸方向の出力に与える影響を低減
できる。また、マスの変位に伴う問題を解決ないしは大
幅に解消できる。例えば、ビームの応答特性を向上させ
たり、ビームの直線性を向上させたり、温度特性を向上
させたり、可動電極と固定電極の電極指同士の衝突を防
止することができる。
According to the feedback circuit of this aspect,
It is possible to generate an electrostatic attraction force between the feedback electrodes, which has substantially the same magnitude as the inertial force due to the acceleration component corresponding to the output value of the capacitance detection circuit and which is in the opposite direction. As a result,
The displacement of the mass can be kept almost zero in the direction in which the forces are balanced. If the displacement of the mass can be kept substantially zero even when the acceleration is applied, the influence of the acceleration applied to the mass in the one axial direction on the output in the other axial direction can be reduced. In addition, the problems associated with displacement of the mass can be solved or largely eliminated. For example, the response characteristics of the beam can be improved, the linearity of the beam can be improved, the temperature characteristics can be improved, and the collision between the electrode fingers of the movable electrode and the fixed electrode can be prevented.

【0048】請求項1から12のいずれかの装置におい
て、離調率が所定値以上であることが好ましい(請求項
13)。この場合特に、離調率が1%以上であることが
より好ましい(請求項14)。離調率が3%以上で10
00%以下であることがよりさらに好ましい。ここで、
「離調率」とは、一の軸方向の共振周波数f1と他の軸
方向の共振周波数f2の差の絶対値を、一の軸方向の共
振周波数f1で割った値、即ち|f1−f2|/f1の
ことをいう。
In the apparatus according to any one of claims 1 to 12, it is preferable that the detuning rate is equal to or more than a predetermined value (claim 13). In this case, it is particularly preferable that the detuning rate is 1% or more (claim 14). Detuning rate of 3% or more is 10
Even more preferably, it is at most 00%. here,
The "detuning rate" is a value obtained by dividing the absolute value of the difference between the resonance frequency f1 in one axial direction and the resonance frequency f2 in the other axial direction by the resonance frequency f1 in one axial direction, that is, | f1-f2. | / F1.

【0049】この態様によると、一の軸方向に印加され
た加速度による他の軸方向の加速度の検出値の変化をよ
り抑制できる。このように、他軸加速度の影響をより低
減できるので、加速度の検出精度をより向上させること
ができる
According to this aspect, it is possible to further suppress the change in the detected value of the acceleration in the other axial direction due to the acceleration applied in the one axial direction. In this way, the influence of the acceleration of the other axis can be further reduced, so that the accuracy of detecting the acceleration can be further improved.

【0050】請求項2から14のいずれかの装置におい
て、マスは、第1マス部と、第2マス部と、第3ビーム
を有し、第1マス部は、第3ビームによって第2マス部
と接続されており、第1マス部は第2マス部に対しz軸
方向に変位可能であり、第2マス部は、第2ビームの他
端に接続されていることが好ましい(請求項15)。
In the apparatus according to any one of claims 2 to 14, the mass has a first mass part, a second mass part, and a third beam, and the first mass part uses the third beam to form the second mass part. Preferably, the first mass part is displaceable in the z-axis direction with respect to the second mass part, and the second mass part is connected to the other end of the second beam. 15).

【0051】この態様によると、z軸方向の感度は主に
第3ビームによって調整すればよい。このため、第1ビ
ームと第2ビームについては、z軸方向の感度をほとん
ど考慮せずに、x軸方向又はy軸方向の感度を主に考慮
して設計すればよい。このため、各ビームの設計の自由
度が広がるため、各軸方向についてより適切な感度で加
速度を検出することができる。
According to this aspect, the sensitivity in the z-axis direction may be adjusted mainly by the third beam. For this reason, the first beam and the second beam may be designed with the sensitivity in the x-axis direction or the y-axis direction taken into consideration, with little consideration given to the sensitivity in the z-axis direction. For this reason, the degree of freedom in designing each beam is increased, so that acceleration can be detected with more appropriate sensitivity in each axial direction.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】 図15に、本発明の一つの態様
を具現化した2軸加速度検出装置を示す。この加速度検
出装置は、固定部134、136と、第1ビーム(と曲
げ状ビーム)166、168と、第2ビーム(直線状ビ
ーム)126、127と、マス120と、x軸方向の加
速度検出電極710と、これに直交するy軸方向の加速
度検出電極700を備え、x軸方向とy軸方向の加速度
を検出する装置である。第2ビーム126、127は、
その一端が第1ビーム166、168の戻りビーム部1
66c、168cの他端に連結部128aを介して接続
されている(請求項4に対応)。マス120は、第2ビ
ーム126、127の他端に接続されている。マス12
0は、x軸方向とy軸方向に変位可能である。x軸方向
の加速度検出電極710は、マス120の右側面に設け
られた可動電極710aと、固定電極710bを有す
る。y軸方向の加速度検出電極700は、可動電極70
0aと固定電極700bを有する。可動電極700a
は、第1ビーム166、168の戻りビーム部166
c、168cの他端に接続された連結部128aの上側
面に設けられている(請求項5に対応)。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION FIG. 15 shows a two-axis acceleration detection device that embodies one aspect of the present invention. This acceleration detecting device includes fixed portions 134 and 136, first beams (and curved beams) 166 and 168, second beams (straight beams) 126 and 127, a mass 120, and acceleration detection in the x-axis direction. The device includes an electrode 710 and an acceleration detection electrode 700 in the y-axis direction orthogonal to the electrode 710, and is a device that detects accelerations in the x-axis direction and the y-axis direction. The second beams 126 and 127 are
One end of the return beam portion 1 of the first beams 166, 168
It is connected to the other ends of 66c and 168c via a connecting portion 128a (corresponding to claim 4). The mass 120 is connected to the other ends of the second beams 126 and 127. Square 12
0 can be displaced in the x-axis direction and the y-axis direction. The acceleration detection electrode 710 in the x-axis direction has a movable electrode 710a provided on the right side surface of the mass 120 and a fixed electrode 710b. The acceleration detection electrode 700 in the y-axis direction is the movable electrode 70.
0a and fixed electrode 700b. Movable electrode 700a
Is a return beam portion 166 of the first beams 166, 168.
It is provided on the upper side surface of the connecting portion 128a connected to the other ends of the c and 168c (corresponding to claim 5).

【0053】この加速度検出装置には、固定部134と
第1ビーム166と第2ビーム126で構成される第1
ビームユニットと、固定部136と第1ビーム168と
第2ビーム127で構成される第2ビームユニットが設
けられている。各ビームユニットはx軸方向に並列に配
置されている。マス120の上側面に各ビームユニット
の第2ビーム126、127の他端が接続されている
(請求項3に対応)。第1ビーム同士166、168と
第2ビーム同士126、127は、マス120の中心線
Lに対し線対称な位置に配置されている(請求項7に対
応)。各軸方向の加速度検出電極700、710は、可
動電極700a、710aが他の軸方向に変位したとき
でも、可動電極700a、710aと固定電極700
b、710bの対向面積がほぼ一定となるように構成さ
れている(請求項8に対応)。
In this acceleration detecting device, a first portion composed of a fixed portion 134, a first beam 166 and a second beam 126 is provided.
A beam unit and a second beam unit including the fixing portion 136, the first beam 168, and the second beam 127 are provided. The beam units are arranged in parallel in the x-axis direction. The other ends of the second beams 126 and 127 of each beam unit are connected to the upper side surface of the mass 120 (corresponding to claim 3). The first beams 166, 168 and the second beams 126, 127 are arranged at positions symmetrical with respect to the center line L of the mass 120 (corresponding to claim 7). Even when the movable electrodes 700a and 710a are displaced in the other axial directions, the acceleration detection electrodes 700 and 710 in the respective axial directions are movable electrodes 700a and 710a and the fixed electrode 700.
The facing areas of b and 710b are configured to be substantially constant (corresponding to claim 8).

【0054】マス120の上側面の両端はそれぞれ、x
軸方向に並列に配置された第2ビーム126、127の
下端に接続されている。両第2ビーム126、127は
マス120の中心線Lに対し線対称な位置に配置されて
いる。また、これらの第2ビーム126、127の上端
は、x軸方向に伸びる1つの連結部128aを介して、
第1ビーム166、168の戻りビーム部166c、1
68cの他端に接続されている。この結果、連結部12
8aの下側面と、マス120aの上側面と、2つの第2
ビーム126、127によって箱形構造が形成されてい
る。また、2つの第2ビーム126、127は平行な板
バネ構造となっている。さらに、第1ビーム166、1
68自体が本明細書の段落番号〔0014〕に記載した
ように、x軸方向に作用した加速度がy軸方向の加速度
の検出値に与える影響を大幅に低減できる構造となって
いる。このため、これらの構造の相乗的な作用によっ
て、マス120にx軸方向の加速度が印加された場合、
マス120はx軸方向にのみ変位し、y軸方向への変位
あるいは回転運動はほぼ禁止されている。y軸方向検出
電極700の可動電極700aはそのマス120と連動
して変位する連結部128aに設けられている。よっ
て、x軸方向の加速度によって可動電極700a(連結
部128a)がy軸方向に変位することがほぼ禁止され
ている。従って、他軸(x軸)の加速度によって検出軸
の方向(y軸方向)に可動電極700aが変位すること
による検出値の変化量を極めて小さくできる。
Both ends of the upper side surface of the mass 120 are respectively x
It is connected to the lower ends of the second beams 126 and 127 arranged in parallel in the axial direction. Both the second beams 126 and 127 are arranged at positions symmetrical with respect to the center line L of the mass 120. Further, the upper ends of these second beams 126 and 127 are connected via one connecting portion 128a extending in the x-axis direction,
Return beams 166c, 1 of the first beams 166, 168
It is connected to the other end of 68c. As a result, the connecting portion 12
8a lower side, mass 120a upper side, two second
A box-shaped structure is formed by the beams 126 and 127. Further, the two second beams 126 and 127 have a parallel leaf spring structure. Further, the first beams 166, 1
As described in Paragraph No. [0014] of this specification, 68 itself has a structure capable of significantly reducing the influence of the acceleration acting in the x-axis direction on the detected value of the acceleration in the y-axis direction. Therefore, when acceleration in the x-axis direction is applied to the mass 120 due to the synergistic effect of these structures,
The mass 120 is displaced only in the x-axis direction, and displacement or rotational movement in the y-axis direction is almost prohibited. The movable electrode 700a of the y-axis direction detection electrode 700 is provided on the connecting portion 128a that is displaced in association with the mass 120. Therefore, displacement of the movable electrode 700a (coupling portion 128a) in the y-axis direction due to acceleration in the x-axis direction is almost prohibited. Therefore, the amount of change in the detected value due to the displacement of the movable electrode 700a in the direction of the detection axis (y-axis direction) due to the acceleration of the other axis (x-axis) can be made extremely small.

【0055】また、第1ビーム166、168自体が本
明細書の段落番号〔0015〕に記載したように、y軸
方向に作用した加速度がx軸方向の加速度の検出値に与
える影響を大幅に低減できる構造となっている。このた
め、この構造と上記した構造との相乗的な作用によっ
て、マス120にy軸方向の加速度が印加された場合、
マス120と連動して変位する連結部128はy軸方向
にのみ変位し、x軸方向への変位あるいは回転運動はほ
ぼ禁止されている。x軸方向検出電極710の可動電極
710aはそのマス120の右側面に設けられている。
よって、y軸方向の加速度によって可動電極710aが
x軸方向に変位することがほぼ禁止されている。従っ
て、他軸(y軸)の加速度によって検出軸の方向(x軸
方向)に可動電極710aが変位することよる検出値の
変化量を極めて小さくできる。
Further, as described in paragraph number [0015] of the present specification by the first beams 166 and 168 themselves, the influence of the acceleration acting in the y-axis direction on the detected value of the acceleration in the x-axis direction is significantly increased. It has a structure that can be reduced. Therefore, when the y-axis direction acceleration is applied to the mass 120 by the synergistic action of this structure and the above-mentioned structure,
The connecting portion 128 that is displaced in conjunction with the mass 120 is displaced only in the y-axis direction, and displacement or rotational movement in the x-axis direction is almost prohibited. The movable electrode 710 a of the x-axis direction detection electrode 710 is provided on the right side surface of the mass 120.
Therefore, displacement of the movable electrode 710a in the x-axis direction due to acceleration in the y-axis direction is almost prohibited. Therefore, the amount of change in the detection value due to the displacement of the movable electrode 710a in the direction of the detection axis (x-axis direction) due to the acceleration of the other axis (y-axis) can be made extremely small.

【0056】第1ビーム166、168はy軸方向への
剛性は低いが、x軸方向への剛性は高い。よって、第1
ビーム166、168の戻りビーム部166c、168
cの他端は、y軸方向には変位し易いが、x軸方向には
変位しにくい。また、第1ビーム166、168はx軸
方向に並列に2つ配置され、これらの第1ビーム16
6、168の戻りビーム部166c、168cの他端に
連結部128aが接続されている。しかも、これらの第
1ビーム166、168はマス120の中心線Lに対し
線対称な位置に配置されている。この構成により、連結
部128aはy軸方向には変位し易いが、x軸方向への
変位はほぼ禁止されている。その連結部128aにy軸
方向検出電極700の可動電極700aが設けられてい
る。このため、この可動電極700aは、y軸方向の加
速度によってy軸方向には変位し易いが、x軸方向の加
速度によってx軸方向に変位することはほぼ禁止されて
いる。従って、他軸(x軸)の加速度によって検出軸以
外の方向(x軸方向)に可動電極700aが変位するこ
とによる検出値の変化量を極めて小さくできる。
The first beams 166 and 168 have low rigidity in the y-axis direction but high rigidity in the x-axis direction. Therefore, the first
Return beams 166c and 168 of the beams 166 and 168
The other end of c is easily displaced in the y-axis direction, but difficult to be displaced in the x-axis direction. Further, the two first beams 166 and 168 are arranged in parallel in the x-axis direction.
The connecting portion 128a is connected to the other ends of the return beam portions 166c, 168c of the reference numerals 6, 168. Moreover, these first beams 166 and 168 are arranged at positions symmetrical with respect to the center line L of the mass 120. With this configuration, the connecting portion 128a is easily displaced in the y-axis direction, but displacement in the x-axis direction is almost prohibited. The movable electrode 700a of the y-axis direction detection electrode 700 is provided on the connecting portion 128a. For this reason, the movable electrode 700a is easily displaced in the y-axis direction by the acceleration in the y-axis direction, but it is almost prohibited to be displaced in the x-axis direction by the acceleration in the x-axis direction. Therefore, the amount of change in the detected value due to the displacement of the movable electrode 700a in the direction other than the detection axis (x-axis direction) due to the acceleration of the other axis (x-axis) can be made extremely small.

【0057】y軸方向検出電極700の固定電極700
bの検出面(下側面)と、連結部128aの上側面に設
けられた可動電極700aの検出面は、互いに平行に微
小な間隔を介して対向する位置にある。両電極700
a、700b間の静電容量は、両電極700a、700
b間の距離と対向面積で決定される。ここで、固定電極
700bの検出面の面積は、可動電極700aの検出面
の面積より小さい。このため、上記したように連結部1
28aはx軸方向への変位が強固に規制された構造とな
っているが、仮に連結部128aがx軸方向に変位した
としても、両電極700a、700b間の対向面積は変
化せず一定である。従って、他軸(x軸)の加速度によ
って検出軸以外の方向(x軸方向)に可動電極700a
が変位することで検出値が変化することに対する万全の
対策が施されている。
Fixed electrode 700 of y-axis direction detection electrode 700
The detection surface (lower side surface) of b and the detection surface of the movable electrode 700a provided on the upper side surface of the connecting portion 128a are in a position facing each other in parallel to each other with a minute gap. Both electrodes 700
The capacitance between a and 700b is
It is determined by the distance between b and the facing area. Here, the area of the detection surface of the fixed electrode 700b is smaller than the area of the detection surface of the movable electrode 700a. Therefore, as described above, the connecting portion 1
28a has a structure in which the displacement in the x-axis direction is strongly restricted, but even if the connecting portion 128a is displaced in the x-axis direction, the facing area between the electrodes 700a and 700b does not change and remains constant. is there. Therefore, the movable electrode 700a is moved in a direction other than the detection axis (x-axis direction) by the acceleration of the other axis (x-axis).
All measures are taken against the change in the detected value due to the displacement of.

【0058】x軸方向検出電極710の固定電極710
bの検出面(右側面)と、マス120の右側面に設けら
れた可動電極710aの検出面も、互いに平行に微小な
間隔を介して対向する位置にある。マス120は、上記
したようにx軸方向の加速度が印加された場合にx軸方
向へ変位する。x軸方向検出電極710はこの加速度を
検出するためのものである。しかし、マス120はy軸
方向の加速度が印加された場合にはy軸方向へ変位す
る。この結果、マス120の右側面に設けられたx軸方
向検出電極710の可動電極710aもy軸方向へ変位
する。しかし、可動電極710aの検出面の面積は固定
電極710bの検出面の面積より大きいので、その可動
電極710aがy軸方向に変位したとしても、両電極7
10a、710b間の対向面積は変化せず一定である。
このため、x軸方向検出電極710の可動電極710a
がy軸方向に変位しても、そのことがx軸方向の加速度
検出に及ぼす影響は非常に小さい。従って、他軸(y
軸)の加速度によって検出軸以外の方向(y軸方向)に
可動電極710aが変位することによる検出値の変化量
を非常に小さくできる。
Fixed electrode 710 of x-axis direction detection electrode 710
The detection surface (the right side surface) of b and the detection surface of the movable electrode 710a provided on the right side surface of the mass 120 are also opposed to each other in parallel to each other with a minute gap. The mass 120 is displaced in the x-axis direction when the acceleration in the x-axis direction is applied as described above. The x-axis direction detection electrode 710 is for detecting this acceleration. However, the mass 120 is displaced in the y-axis direction when acceleration in the y-axis direction is applied. As a result, the movable electrode 710a of the x-axis direction detection electrode 710 provided on the right side surface of the mass 120 is also displaced in the y-axis direction. However, since the area of the detection surface of the movable electrode 710a is larger than the area of the detection surface of the fixed electrode 710b, even if the movable electrode 710a is displaced in the y-axis direction, both electrodes 7
The facing area between 10a and 710b does not change and is constant.
Therefore, the movable electrode 710a of the x-axis direction detection electrode 710 is
Even if is displaced in the y-axis direction, its effect on acceleration detection in the x-axis direction is very small. Therefore, the other axis (y
The amount of change in the detection value due to the displacement of the movable electrode 710a in the direction other than the detection axis (y-axis direction) due to the acceleration of the axis) can be made extremely small.

【0059】以上のように、上記した加速度検出装置に
よると、他軸加速度の影響を著しく低減することができ
る。従って、加速度の検出精度を大きく向上させること
ができる。
As described above, according to the above-described acceleration detecting device, it is possible to remarkably reduce the influence of the other-axis acceleration. Therefore, the accuracy of detecting the acceleration can be greatly improved.

【0060】[0060]

【実施例】(第1実施例) 図1に第1実施例の3軸加
速度検出装置301Aの説明図を示す。図2にこの装置
301Aのz軸方向加速度検出の説明図(図1のA−A
線断面図を含む)を示す。図1には、3軸加速度検出装
置301Aを構成するセンサ部101Aの平面図と、セ
ンサ回路部201Aのブロック図が示されている。この
3軸加速度検出装置301Aは、x軸方向と、これに直
交するy軸方向と、xy平面に直交するz軸方向の加速
度を検出する装置である。
Embodiments (First Embodiment) FIG. 1 shows an explanatory diagram of a triaxial acceleration detection device 301A of the first embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram of z-axis direction acceleration detection of this device 301A (AA in FIG. 1).
(Including line sectional views). FIG. 1 shows a plan view of a sensor unit 101A constituting a triaxial acceleration detection device 301A and a block diagram of a sensor circuit unit 201A. The triaxial acceleration detection device 301A is a device that detects acceleration in the x-axis direction, the y-axis direction orthogonal thereto, and the z-axis direction orthogonal to the xy plane.

【0061】センサ部101Aはシリコン基板110上
に形成されており、マス112と、マス112の上側面
112aに接続された上側ビームユニット123と、マ
ス112の下側面120bに接続された下側ビームユニ
ット125と、マス112の右側面112dに接続され
た2つのx軸方向検出電極121、122と、上側ビー
ムユニット123に接続された電極連結部138と、電
極連結部138に接続された2つのy軸方向検出電極1
40、141と、図2に示すマス112(内側マス部1
18)を挟む位置に配置された2つのz軸方向検出電極
180、182を備えている。センサ回路部201A
は、x軸方向回路部202Aと、y軸方向回路部220
Aと、図2に示すz軸方向回路部240Aを備えてい
る。
The sensor portion 101A is formed on the silicon substrate 110, and has a mass 112, an upper beam unit 123 connected to the upper side surface 112a of the mass 112, and a lower beam unit connected to the lower side surface 120b of the mass 112. The unit 125, the two x-axis direction detection electrodes 121 and 122 connected to the right side surface 112d of the mass 112, the electrode connecting portion 138 connected to the upper beam unit 123, and the two connecting electrodes 138 connected to the electrode connecting portion 138. y-axis direction detection electrode 1
40, 141 and the mass 112 (inner mass part 1 shown in FIG.
18) is provided with two z-axis direction detection electrodes 180 and 182 arranged at positions sandwiching 18). Sensor circuit unit 201A
Is an x-axis direction circuit unit 202A and a y-axis direction circuit unit 220.
A and a z-axis direction circuit portion 240A shown in FIG.

【0062】マス112は、内側マス部(第1マス部に
相当)118と、内側マス部118を囲うように配置さ
れた外側マス部(第2マス部に相当)120と、内側マ
ス部118と外側マス部120をつなぐ8本のマス接続
ビーム(第3ビームに相当)114、116を有する。
マス112(外側マス部120)の上側面112aと下
側面112bはx軸方向に、左側面112cと右側面1
12dはy軸方向に伸びている。内側マス部118は平
板状に形成されており、平面視すると(z軸方向からみ
ると)、長方形状である。マス112はシリコン基板1
10上に浮いている。
The mass 112 includes an inner mass part (corresponding to a first mass part) 118, an outer mass part (corresponding to a second mass part) 120 arranged so as to surround the inner mass part 118, and an inner mass part 118. And eight mass connection beams (corresponding to a third beam) 114 and 116 for connecting the outer mass part 120 to each other.
The upper side surface 112a and the lower side surface 112b of the mass 112 (outer mass part 120) are arranged in the x-axis direction in the left side surface 112c and the right side surface 1.
12d extends in the y-axis direction. The inner mass portion 118 is formed in a flat plate shape, and has a rectangular shape in a plan view (when viewed from the z-axis direction). The mass 112 is the silicon substrate 1
Floating above 10.

【0063】マス接続ビーム114、116は、x軸方
向に伸びる4本のビーム114a、114b、114
c、114dとy軸方向に伸びる4本のビーム116
a、116b、116c、116dで構成されている。
このうち、各1対のビーム群(114a、116a)、
(114b、116b)、(114c、116c)、
(114d、116d)の一端が内側マス部118の各
隅部近傍に接続され、そのビーム群の他端が外側マス部
120の内側の各隅部周辺に接続されている。
The mass connecting beams 114, 116 are four beams 114a, 114b, 114 extending in the x-axis direction.
c, 114d and four beams 116 extending in the y-axis direction
a, 116b, 116c, 116d.
Of these, each pair of beam groups (114a, 116a),
(114b, 116b), (114c, 116c),
One end of (114d, 116d) is connected to the vicinity of each corner of the inner mass portion 118, and the other end of the beam group is connected to the periphery of each inner corner of the outer mass portion 120.

【0064】上側ビームユニット123は、2つの固定
部134、136と、2つの折曲げ状ビーム(第1ビー
ムに相当)130、132と、2つの直線状ビーム(第
2ビームに相当)126、127と、ビーム連結部12
8を有する。上側ビームユニット123は、シリコン基
板110に固定された固定部134、136を除いて、
シリコン基板110上に浮いている。
The upper beam unit 123 includes two fixing portions 134 and 136, two bent beams (corresponding to a first beam) 130 and 132, two linear beams (corresponding to a second beam) 126, 127 and the beam connecting portion 12
Have eight. The upper beam unit 123, except for the fixing portions 134 and 136 fixed to the silicon substrate 110,
It floats on the silicon substrate 110.

【0065】折曲げ状ビーム130は、x軸方向に平行
に伸びる2本の往きビーム部130a及び2本の戻りビ
ーム部130cと、接続部130bを有する。両ビーム
部130a、130cの一端は接続部130bに接続さ
れている。2本の往きビーム部130aと2本の戻りビ
ーム部130cは共にシリコンで形成され、長さと幅が
ほぼ等しい。このため、バネ定数がほぼ等しい。接続部
130bは往き及び戻りビーム部130a、130cよ
りも幅が広いため、細長状の両ビーム部130a、13
0cよりも曲げ剛性が高い。往きビーム部130aの他
端は固定部134に接続されている。即ち、往きビーム
部130aの他端は固定端となっている。戻りビーム部
130cの他端は、後述する連結部128(補助板部1
28b)に接続されている。戻りビーム部130cの他
端はy軸方向への変位が許容された変位端となってい
る。但し、x軸方向への変位は規制されている。往きビ
ーム部130aの他端(固定端)と戻りビーム部130
cの他端(変位端)は接続部130bに対し同じ側に配
置されている。
The bent beam 130 has two forward beam portions 130a and two return beam portions 130c extending parallel to the x-axis direction, and a connecting portion 130b. One end of each of the beam portions 130a and 130c is connected to the connecting portion 130b. The two forward beam portions 130a and the two return beam portions 130c are both made of silicon and have substantially the same length and width. Therefore, the spring constants are almost equal. Since the connecting portion 130b is wider than the forward and return beam portions 130a and 130c, both elongated beam portions 130a and 13c are formed.
Bending rigidity is higher than 0c. The other end of the outgoing beam portion 130a is connected to the fixed portion 134. That is, the other end of the outgoing beam portion 130a is a fixed end. The other end of the return beam portion 130c has a connecting portion 128 (auxiliary plate portion 1) described later.
28b). The other end of the return beam portion 130c is a displacement end that allows displacement in the y-axis direction. However, the displacement in the x-axis direction is restricted. The other end (fixed end) of the outgoing beam section 130a and the return beam section 130
The other end (displacement end) of c is arranged on the same side with respect to the connecting portion 130b.

【0066】直線状ビーム126、127はy軸方向に
伸びる細長状のビームである。ビーム連結部128は、
x軸方向に伸びる長尺状の主板部128aと、略正方形
状の2つの補助板部128b、128cを有する。長尺
状の主板部128aの上側面の両端に、補助板部128
b、128cが1つずつ取付けられている。ビーム連結
部128の上側面の両端にはそれぞれ、上記したように
補助板部128b、128cを介して折曲げ状ビーム1
30、132(戻りビーム部130c、132c)の他
端(変位端)が接続されている。一方、ビーム連結部1
28の下側面の両端にはそれぞれ、直線状ビーム12
6、127の一端が接続されている。直線状ビーム12
6、127の他端は、マス112(マス外側部120)
の上側面112aの両端に接続されている。
The linear beams 126 and 127 are elongated beams extending in the y-axis direction. The beam connecting portion 128 is
It has an elongated main plate portion 128a extending in the x-axis direction and two substantially square auxiliary plate portions 128b and 128c. At both ends of the upper side surface of the long main plate 128a, the auxiliary plate 128
b and 128c are attached one by one. As described above, the bent beam 1 is formed on both ends of the upper surface of the beam connecting portion 128 via the auxiliary plate portions 128b and 128c.
The other ends (displacement ends) of 30, 132 (return beam portions 130c, 132c) are connected. On the other hand, the beam connection part 1
Each of the lower ends of the lower surface 28 is provided with a linear beam 12
One end of 6, 127 is connected. Straight beam 12
The other end of 6, 127 is the mass 112 (mass outer part 120)
It is connected to both ends of the upper side surface 112a.

【0067】このように、x軸方向に伸びる長尺状のビ
ーム連結部128の上側面と下側面の両端に上記構造の
折曲げ状ビーム130、132と直線状ビーム126、
127が接続され、その直線状ビーム126、127の
他端にマス112が接続されることで、マス112がし
っかりと支持され、ぶれの少ない安定的な変位が可能と
なるので、他軸加速度の影響が極めて小さくなってい
る。
As described above, the bent beams 130 and 132 and the linear beam 126 having the above structure are provided at both ends of the upper and lower side surfaces of the elongated beam connecting portion 128 extending in the x-axis direction.
127 is connected and the mass 112 is connected to the other ends of the linear beams 126 and 127, the mass 112 is firmly supported, and stable displacement with less blurring is possible, so that the acceleration of the other axis is reduced. The impact is extremely small.

【0068】加速度検出装置では、角速度検出装置2と
の比較で説明したように(図19参照)、他軸加速度の
影響や、応答性、直線性、温度特性の観点からマス11
2の変位を小さくすることが必要である。このため、折
曲げ状ビーム130等によるy軸方向のマス112の変
位を小さくする必要がある。本実施例では、折曲げ状ビ
ーム130等をコンパクトに構成することで、y軸方向
のマス112の変位を小さくすることに成功した。ま
た、y軸方向検出電極140等とマス112の間のスペ
ースに折曲げ状ビーム130等を配置することで、加速
度検出装置301A(センサ部101A)の小型化にも
成功した。これらの構成は、図19に示す角速度検出装
置2の構成(y軸方向にマス50を大きく変位させるた
めに折曲げ状ビーム62等を大きなコの字形に構成し、
また、折曲げ状ビーム62等をセンサ部の4隅周辺に配
置した構成)と大きく異なる。
In the acceleration detecting device, as described in comparison with the angular velocity detecting device 2 (see FIG. 19), the mass 11 is considered from the viewpoint of the influence of the acceleration of another axis, the responsiveness, the linearity, and the temperature characteristic.
It is necessary to reduce the displacement of 2. Therefore, it is necessary to reduce the displacement of the mass 112 in the y-axis direction due to the bent beam 130 and the like. In the present embodiment, the displacement of the mass 112 in the y-axis direction was successfully reduced by making the bent beam 130 and the like compact. Further, by disposing the bent beam 130 and the like in the space between the y-axis direction detection electrode 140 and the like and the mass 112, the acceleration detecting device 301A (sensor unit 101A) has been successfully downsized. These configurations are the configuration of the angular velocity detecting device 2 shown in FIG.
Further, it is significantly different from the configuration in which the bent beam 62 and the like are arranged around the four corners of the sensor section).

【0069】下側ビームユニット125は、2つの固定
部150、152と、2つの折曲げ状ビーム146、1
48と、2つの直線状ビーム142、143と、ビーム
連結部144を有する。下側ビームユニット125は、
上側ビームユニット123とほぼ同様の構造となってい
る。
The lower beam unit 125 includes two fixing portions 150 and 152 and two bent beams 146 and 1.
48, two linear beams 142 and 143, and a beam connecting portion 144. The lower beam unit 125 is
It has almost the same structure as the upper beam unit 123.

【0070】両ビームユニット123、125(ビーム
ユニットを構成する各ビーム等)は、マス112をx軸
方向に平行に2等分割する線に対しほぼ線対称の位置に
配置されている。また、両ビームユニット123、12
5の各ビームは、マス112のy軸方向に平行に2等分
割する線に対してもほぼ線対称の位置に配置されてい
る。このような両側対称なマス112の支持構造によ
り、マス112がよりしっかりと支持され、ぶれの少な
い安定的な変位が可能となるので、他軸加速度の影響が
極めて小さくなっている。
Both beam units 123 and 125 (each beam constituting the beam unit, etc.) are arranged at positions substantially symmetrical with respect to a line that divides the mass 112 into two equal parts parallel to the x-axis direction. Also, both beam units 123, 12
The beams No. 5 are arranged substantially line-symmetrically with respect to a line that divides the beam into two equal parts in parallel with the y-axis direction of the mass 112. The bilaterally symmetric support structure of the mass 112 supports the mass 112 more firmly and enables stable displacement with less blurring, so that the influence of the other-axis acceleration is extremely small.

【0071】マス112の重心と、各ビームユニット1
23、125の直線状ビーム126、127、142、
143と折曲げ状ビーム130、132、146、14
8の重心は、シリコン基板110上のほぼ同じ高さに位
置している。この態様によると、マス112に加速度が
印加されたときに、マス112が回転運動することを抑
制できる。この結果、他軸加速度の影響を大きく低減で
きる。
The center of gravity of the mass 112 and each beam unit 1
23, 125 linear beams 126, 127, 142,
143 and the bent beams 130, 132, 146, 14
The center of gravity of 8 is located at substantially the same height on the silicon substrate 110. According to this aspect, it is possible to suppress rotational movement of the mass 112 when acceleration is applied to the mass 112. As a result, the influence of the other axis acceleration can be greatly reduced.

【0072】下側のビームユニット125のビーム連結
部144をy軸方向で挟む位置には、ストッパー部15
6が設けられている。ストッパー部156を設けること
によって、y軸方向に大きな加速度が印加されてマス1
12が大きく変位しようとした場合であっても、マス1
12は所定量以上変位することが禁止されるので、マス
112に接続されたy軸方向検出電極140、141等
の可動電極と固定電極が衝突することを防止できる。
The stopper portion 15 is provided at a position where the beam connecting portion 144 of the lower beam unit 125 is sandwiched in the y-axis direction.
6 is provided. By providing the stopper portion 156, a large acceleration is applied in the y-axis direction and the mass 1
Even if 12 is going to be displaced a lot, mass 1
Since 12 is prohibited from being displaced by a predetermined amount or more, it is possible to prevent the movable electrode such as the y-axis direction detection electrodes 140 and 141 connected to the mass 112 from colliding with the fixed electrode.

【0073】このようなストッパー部156を設けるこ
とは、小さな加速度による小さな変位を感度良く検出す
るための電極構造(例えば本実施例のようにy軸方向検
出電極140、141の可動電極140a、141aと
固定電極140b、141bの電極指の伸びる方向を検
出軸方向(y軸方向)に直交する方向(x軸方向)に形
成した構造)を採用している場合には、その電極指同士
が衝突して破壊されることを防止できるので、特に有意
義である。なお、ストッパー部156の位置は、上記し
た連結部156のみならず、マス112や、ビーム等の
変位し得る部位を挟むような位置であってもよい。ま
た、ストッパー部156は、連結部156や、マス11
2や、ビームの両側に配置する必要は必ずしもなく、片
側のみに配置してもよい。
The provision of such a stopper portion 156 allows the electrode structure for detecting a small displacement due to a small acceleration with high sensitivity (for example, the movable electrodes 140a, 141a of the y-axis direction detecting electrodes 140, 141 as in this embodiment). And a structure in which the direction in which the electrode fingers of the fixed electrodes 140b and 141b extend is the direction (x-axis direction) orthogonal to the detection axis direction (y-axis direction), the electrode fingers collide with each other. It is particularly meaningful because it can be prevented from being destroyed. The position of the stopper portion 156 may be a position that sandwiches not only the connecting portion 156 described above but also the mass 112 and a displaceable portion such as a beam. In addition, the stopper portion 156 includes the connecting portion 156 and the mass 11
It is not always necessary to arrange the beam on both sides of the beam 2, and it may be arranged on only one side.

【0074】x軸方向検出電極121、122は、可動
電極121a、122aと、固定電極121b、122
bと、固定電極端子121c、122cを有する。可動
電極121a、122aは、マス112の右側面112
dに接続された状態で浮いている。固定電極端子121
c、122cはシリコン基板110に固定されており、
この固定電極端子121c、122cに固定電極121
b、122bが取付けられている。図3にx軸方向検出
電極121、122の拡大平面図を示す。図3に示すよ
うに、可動電極121aは、x軸方向に等間隔に3箇所
に2本ずつ、y軸方向に中央から離反する向きに伸びる
6本の可動電極指121a−1〜121a−6を有す
る。固定電極121bは、x軸方向に等間隔に3箇所に
2本ずつ、y軸方向に外側から近接する向きに伸びる6
本の固定電極指121b−1〜121b−6を有する。
The x-axis direction detection electrodes 121 and 122 are movable electrodes 121a and 122a and fixed electrodes 121b and 122, respectively.
b, and fixed electrode terminals 121c and 122c. The movable electrodes 121a and 122a are the right side surface 112 of the mass 112.
It is floating while connected to d. Fixed electrode terminal 121
c and 122c are fixed to the silicon substrate 110,
The fixed electrode 121 is attached to the fixed electrode terminals 121c and 122c.
b and 122b are attached. FIG. 3 shows an enlarged plan view of the x-axis direction detection electrodes 121 and 122. As shown in FIG. 3, the movable electrode 121a includes two movable electrode fingers 121a-1 to 121a-6 at two positions at equal intervals in the x-axis direction, and two movable electrode fingers 121a-1 to 121a-6 extending in a direction away from the center in the y-axis direction. Have. The fixed electrodes 121b extend in the direction of approaching from the outside in the y-axis direction, two in each of the three fixed electrodes in the x-axis direction.
The book has fixed electrode fingers 121b-1 to 121b-6.

【0075】可動電極121aのy軸の正の向きに伸び
る可動電極指121a−1〜121a−3と、固定電極
121bのy軸の負の向きに伸びる固定電極指121b
−1〜121b−3は、交互に噛み合うように配置され
ている。可動電極121aのy軸の負の向きに伸びる可
動電極指121a−4〜121a−6と、固定電極12
1bのy軸の正の向きに伸びる固定電極指121b−4
〜121b−6も、交互に噛合うように配置されてい
る。
The movable electrode fingers 121a-1 to 121a-3 extending in the positive direction of the y-axis of the movable electrode 121a and the fixed electrode finger 121b extending in the negative direction of the y-axis of the fixed electrode 121b.
-1 to 121b-3 are arranged so as to mesh with each other. Movable electrode fingers 121a-4 to 121a-6 extending in the negative direction of the y-axis of the movable electrode 121a, and the fixed electrode 12.
Fixed electrode finger 121b-4 extending in the positive direction of the y-axis of 1b
.About.121b-6 are also arranged so as to mesh with each other.

【0076】図3に示すように、x軸方向検出電極12
2も、マス112の右側面112dに接続され、前記し
た左側のy軸方向検出電極121と類似した構成となっ
ている。ただし、上側の可動電極121aの右からn番
目の可動電極指121a−n(以下「右からn番目の」
を省略する)は、固定電極121bの固定電極指121
b−nより左側に配置されているが、下側の可動電極1
22aの可動電極指122a−nは、固定電極122b
の固定電極指122b−nより右側に配置されている点
で異なる。
As shown in FIG. 3, the x-axis direction detection electrode 12
2 is also connected to the right side surface 112d of the mass 112 and has a configuration similar to that of the left side y-axis direction detection electrode 121 described above. However, the n-th movable electrode finger 121a-n from the right of the upper movable electrode 121a (hereinafter referred to as "n-th from right").
Is omitted) is the fixed electrode finger 121 of the fixed electrode 121b.
The lower movable electrode 1 is arranged on the left side of b-n.
The movable electrode fingers 122a-n of 22a correspond to the fixed electrodes 122b.
It is different in that it is arranged on the right side of the fixed electrode fingers 122b-n.

【0077】このため、例えばマス112がx軸の正の
向きに変位すると、そのマス112に連結している上側
の可動電極121aの可動電極指121a−nと、上側
の固定電極121bの固定電極指121b−nの間の距
離は減少する。一方、そのマス112に連結している下
側の可動電極122aの可動電極指122a−nと、固
定電極122bの固定電極指122b−nの間の距離は
増加する。即ち、2つのx軸方向検出電極121、12
2は互いに相補的な構造となっている。
Therefore, for example, when the mass 112 is displaced in the positive direction of the x-axis, the movable electrode fingers 121a-n of the upper movable electrode 121a connected to the mass 112 and the fixed electrodes of the upper fixed electrode 121b are connected. The distance between fingers 121b-n decreases. On the other hand, the distance between the movable electrode finger 122a-n of the lower movable electrode 122a connected to the mass 112 and the fixed electrode finger 122b-n of the fixed electrode 122b increases. That is, the two x-axis direction detection electrodes 121 and 12
2 has a structure complementary to each other.

【0078】また、図3に示すように、可動電極121
aの可動電極指121a−nと固定電極121bの固定
電極指121b−nの間の距離は、可動電極121aの
可動電極指121a−nと固定電極121bの固定電極
指121b−(n+1)の間の距離に比較して狭い。即
ち、可動電極指121a−nとこれに隣り合う2つの固
定電極指121b−n、121b−(n+1)の間の距
離は異なっている。このため、可動電極121aと固定
電極121b間の静電容量は、可動電極指121a−n
と固定電極指121b−n間の静電容量の和のみによっ
て決まるとみなしてよい。
Further, as shown in FIG.
The distance between the movable electrode finger 121a-n of a and the fixed electrode finger 121b-n of the fixed electrode 121b is between the movable electrode finger 121a-n of the movable electrode 121a and the fixed electrode finger 121b- (n + 1) of the fixed electrode 121b. Narrow compared to the distance. That is, the distance between the movable electrode finger 121a-n and the two fixed electrode fingers 121b-n and 121b- (n + 1) adjacent thereto is different. Therefore, the electrostatic capacitance between the movable electrode 121a and the fixed electrode 121b is determined by the movable electrode fingers 121a-n.
It may be considered that it is determined only by the sum of the electrostatic capacities between the fixed electrode fingers 121b-n and.

【0079】このように、可動電極121aと固定電極
121bの電極指121a−nと121b−nは、x軸
方向(検出軸方向)に直交するy軸方向に伸びている。
この場合、可動電極121aと固定電極121bの電極
指121a−nと121b−n間の距離の変化によって
静電容量の変化を検出することになる。仮に、可動電極
121aと固定電極121bの電極指をx軸方向(検出
軸方向)に伸びるように構成した場合は、可動電極12
1aと固定電極121bの電極指の重なる面積の変化に
よって静電容量の変化を検出することになる。マス11
2の変位が1μm以下と小さい場合、前者の方が後者よ
りも加速度の検出感度が約10倍大きい。
As described above, the electrode fingers 121a-n and 121b-n of the movable electrode 121a and the fixed electrode 121b extend in the y-axis direction orthogonal to the x-axis direction (detection axis direction).
In this case, the change in capacitance is detected by the change in the distance between the electrode fingers 121a-n and 121b-n of the movable electrode 121a and the fixed electrode 121b. If the electrode fingers of the movable electrode 121a and the fixed electrode 121b are configured to extend in the x-axis direction (detection axis direction), the movable electrode 12
The change in the capacitance is detected by the change in the area where the electrode fingers of 1a and the fixed electrode 121b overlap. Square 11
When the displacement of 2 is as small as 1 μm or less, the former has about 10 times greater acceleration detection sensitivity than the latter.

【0080】また、可動電極121aと固定電極121
bの電極指121a−nと121b−nが、x軸方向
(検出軸方向)に直交するy軸方向に伸びている場合、
可動電極指121a−nが変位して固定電極指121b
−nに近づくと、両電極指121a−nと121b−n
の間に挟まれた気体が圧縮されるいわゆるスクイーズ効
果が生じる。このため、x軸方向(検出軸方向)に伸び
る電極指同士を噛合わせる場合に比較して、大きな粘性
ダンピング効果を得られる。また、可動電極121aの
変位を抑制するバネ効果も得られる。従って、マス11
2に急激に大きな加速度が印加された場合であっても、
電極指121a−nと121b−n同士が互いに衝突す
ることを防止できる。
In addition, the movable electrode 121a and the fixed electrode 121
When the electrode fingers 121a-n and 121b-n of b extend in the y-axis direction orthogonal to the x-axis direction (detection axis direction),
The movable electrode fingers 121a-n are displaced and fixed electrode fingers 121b
-N, both electrode fingers 121a-n and 121b-n
A so-called squeeze effect occurs in which the gas sandwiched between is compressed. Therefore, a larger viscous damping effect can be obtained as compared with the case where the electrode fingers extending in the x-axis direction (detection axis direction) are meshed with each other. In addition, a spring effect that suppresses the displacement of the movable electrode 121a can be obtained. Therefore, mass 11
Even if a large acceleration is suddenly applied to 2,
It is possible to prevent the electrode fingers 121a-n and 121b-n from colliding with each other.

【0081】また、x軸方向検出電極121、122の
可動電極121a、122aは、x軸方向とy軸方向に
変位可能なマス112の右側面112dに接続されてい
るため、x軸方向のみならず、y軸方向にも変位し得
る。可動電極121aがy軸の正の向きに変位した場
合、図3に示すように、可動電極121aの電極指12
1a−1、121a−2、121a−3と、固定電極1
21bの電極指121b−1、121b−2、121b
−3の対向する面積は増加する。一方、可動電極121
aの電極指121a−4、121a−5、121a−6
と、固定電極121bの電極指121b−4、121b
−5、121b−6の対向する面積は、前記した面積の
増加量と同じだけ逆に減少する。
Further, since the movable electrodes 121a and 122a of the x-axis direction detection electrodes 121 and 122 are connected to the right side surface 112d of the mass 112 which is displaceable in the x-axis direction and the y-axis direction, only in the x-axis direction. Instead, it can also be displaced in the y-axis direction. When the movable electrode 121a is displaced in the positive direction of the y-axis, as shown in FIG.
1a-1, 121a-2, 121a-3 and fixed electrode 1
21b electrode fingers 121b-1, 121b-2, 121b
The opposing area of -3 increases. On the other hand, the movable electrode 121
a of the electrode fingers 121a-4, 121a-5, 121a-6
And the electrode fingers 121b-4 and 121b of the fixed electrode 121b.
The area where -5 and 121b-6 face each other decreases by the same amount as the above-mentioned increase in area.

【0082】従って、全体としてみると、可動電極12
1aと固定電極121bの電極指の対向する面積は一定
である。即ち、原理的には、y軸方向に加速度が印加さ
れてマス112がy軸方向に変位することの影響は、x
軸方向検出電極121の出力に現れないように構成され
ている。下側のx軸方向検出電極122についても同様
である。
Therefore, as a whole, the movable electrode 12
The area where the electrode fingers of 1a and fixed electrode 121b face each other is constant. That is, in principle, the effect of displacement of the mass 112 in the y-axis direction due to acceleration applied in the y-axis direction is x
It is configured so as not to appear in the output of the axial detection electrode 121. The same applies to the lower x-axis direction detection electrode 122.

【0083】しかしながら、実際には、可動電極121
aと固定電極121bの製造誤差等によってマス112
のy軸方向への変位による影響がx軸方向検出電極12
1の出力に若干現れてしまう場合がある。このため、x
軸方向検出電極121の出力に若干現れるマス112の
y軸方向変位による影響を除去するために、以下のよう
な方式を採用してもよい。
However, in practice, the movable electrode 121
mass 112 due to a manufacturing error between a and the fixed electrode 121b.
The influence of the displacement in the y-axis direction affects the detection electrode 12 in the x-axis direction.
It may appear slightly in the output of 1. Therefore, x
In order to remove the influence of the displacement of the mass 112 in the y-axis direction, which slightly appears in the output of the axial detection electrode 121, the following method may be adopted.

【0084】まず、y軸方向にのみマス112が変位し
ている時のx軸方向検出電極121の出力値Aとその時
のy軸方向検出電極140の出力値Bの比A/Bを求め
る。この比は、出力値Aと出力値Bの関係を複数点プロ
ットして最小二乗法等を用いて求めると精度が上がる。
そして、x軸方向とy軸方向にマス112が変位してい
る時のx軸方向検出電極121の出力値Cから、その時
のy軸方向検出電極140の出力値Dと前記出力値の比
A/Bを乗じた値を引くと、y軸方向に印加された加速
度がx軸方向検出電極121の出力に与える影響を除去
できる。なお、上記した方法と同様にして、z軸方向検
出電極180、182の出力値から内側マス部118の
x方向変位又はy方向変位の寄与分を除去するようにし
てもよい。
First, the ratio A / B of the output value A of the x-axis direction detection electrode 121 when the mass 112 is displaced only in the y-axis direction and the output value B of the y-axis direction detection electrode 140 at that time is obtained. The accuracy of this ratio can be improved by plotting the relationship between the output value A and the output value B at a plurality of points and using the least square method or the like.
Then, from the output value C of the x-axis direction detection electrode 121 when the mass 112 is displaced in the x-axis direction and the y-axis direction to the output value D of the y-axis direction detection electrode 140 at that time and the ratio A of the output values. By subtracting the value multiplied by / B, the influence of the acceleration applied in the y-axis direction on the output of the x-axis direction detection electrode 121 can be removed. Note that the contribution of the x-direction displacement or the y-direction displacement of the inner mass portion 118 may be removed from the output values of the z-axis direction detection electrodes 180 and 182 in the same manner as the above method.

【0085】図1に示すように、上側ビームユニット1
23のビーム連結部128(主板部128a)の上側面
の中央には、T字状の電極連結部138が接続されてい
る。電極連結部138は、y軸方向に伸びる長尺状の第
1連結棒138aと、第1連結棒138aの一端が接続
されたx軸方向に伸びる長尺状の第2連結棒138bに
よって構成されている。第2連結棒138bの上側面の
両端には、それぞれy軸方向検出電極140、141の
可動電極140a、141aが接続されている。電極連
結部138と可動電極140a、141aはシリコン基
板110上に浮いている。y軸方向検出電極140、1
41はそれぞれ、前記したx軸方向検出電極121、1
22と同様の構成となっており、可動電極140a、1
41aと、固定電極140b、141bと、固定電極端
子140c、141cを有する。
As shown in FIG. 1, the upper beam unit 1
A T-shaped electrode connecting portion 138 is connected to the center of the upper side surface of the beam connecting portion 128 (main plate portion 128a) of 23. The electrode connecting portion 138 is composed of an elongated first connecting rod 138a extending in the y-axis direction and an elongated second connecting rod 138b extending in the x-axis direction to which one end of the first connecting rod 138a is connected. ing. The movable electrodes 140a and 141a of the y-axis direction detection electrodes 140 and 141 are connected to both ends of the upper side surface of the second connecting rod 138b, respectively. The electrode connecting portion 138 and the movable electrodes 140a and 141a are floating on the silicon substrate 110. y-axis direction detection electrodes 140, 1
41 are the above-mentioned x-axis direction detection electrodes 121, 1 respectively.
22 has the same configuration as that of the movable electrodes 140a, 1a.
41a, fixed electrodes 140b and 141b, and fixed electrode terminals 140c and 141c.

【0086】センサ回路部201Aのx軸方向回路部2
02Aは、それぞれ上側と下側のx軸方向検出電極12
1、122の出力が入力される容量検出回路206、2
08と、両容量検出回路206、208の出力が入力さ
れる変位算出回路210と、変位算出回路210の出力
が入力される加速度表示装置218を有する。y軸方向
回路部220Aもまた、容量検出回路224、226
と、変位算出回路228と、加速度表示装置236を有
しており、前記したx軸方向回路部202Aと同様の構
成となっている。
X-axis direction circuit section 2 of sensor circuit section 201A
02A is the upper and lower x-axis direction detection electrodes 12 respectively.
The capacitance detection circuits 206 and 2 to which the outputs of 1 and 122 are input
08, a displacement calculation circuit 210 to which the outputs of both capacitance detection circuits 206 and 208 are input, and an acceleration display device 218 to which the output of the displacement calculation circuit 210 is input. The y-axis direction circuit unit 220A also includes the capacitance detection circuits 224 and 226.
It has a displacement calculation circuit 228 and an acceleration display device 236, and has the same configuration as the above-mentioned x-axis direction circuit unit 202A.

【0087】3軸加速度検出装置301Aの加速度の検
出動作を説明する。実際には、3軸の各方向に加速度成
分が現れるような加速度が印加されているのが通常であ
るため、以下では、このような加速度が印加されている
ことを前提として説明する。
An acceleration detecting operation of the triaxial acceleration detecting device 301A will be described. In practice, it is usual to apply an acceleration that causes an acceleration component to appear in each direction of the three axes, and hence the following description will be made on the assumption that such an acceleration is applied.

【0088】まず、x軸方向の加速度の検出動作を説明
する。x軸方向に加速度が印加されると、上側ビームユ
ニット123の固定部134、136と下側ビームユニ
ット125の固定部150、152によって支持された
状態で浮いているマス112は、上側ビームユニット1
23の直線状ビーム126、127と、下側ビームユニ
ット125の直線状ビーム142、143がx軸方向に
たわむことによってx軸方向に振動する。
First, the operation of detecting acceleration in the x-axis direction will be described. When acceleration is applied in the x-axis direction, the mass 112 floating in a state of being supported by the fixed portions 134 and 136 of the upper beam unit 123 and the fixed portions 150 and 152 of the lower beam unit 125 moves to the upper beam unit 1.
The linear beams 126 and 127 of 23 and the linear beams 142 and 143 of the lower beam unit 125 are deflected in the x-axis direction to vibrate in the x-axis direction.

【0089】マス112がx軸方向に振動すると、x軸
方向検出電極121、122のそれぞれの可動電極12
1a、122aの電極指と固定電極121b、122b
の電極指間の距離が変化する。電極指間の距離が変化す
ると、それぞれ容量検出回路206、208によって電
極指間の距離の変化による静電容量の変化値が検出され
る。静電容量の変化値が検出されると、その容量変化値
が変位算出回路210に入力される。
When the mass 112 vibrates in the x-axis direction, the movable electrodes 12 of the x-axis direction detection electrodes 121 and 122 are moved.
Electrode fingers 1a and 122a and fixed electrodes 121b and 122b
The distance between the electrode fingers changes. When the distance between the electrode fingers changes, the capacitance detection circuits 206 and 208 respectively detect the change value of the electrostatic capacitance due to the change in the distance between the electrode fingers. When the capacitance change value is detected, the capacitance change value is input to the displacement calculation circuit 210.

【0090】前記したように、x軸方向検出検出電極1
21、122は、一方の静電容量が増加すると、他方の
静電容量が前記増加量と同じだけ減少することから、変
位算出回路210は、上側のx軸方向検出電極121か
ら検出される容量変化値と、下側のx軸方向検出電極1
22から検出される容量変化値の差をとり、測定に悪影
響のある寄生容量や外部ノイズの影響を相殺し、また、
容量変化値を2倍の感度で検出する。その後、検出した
容量変化値に基づいてマス112の変位値を算出する。
算出された変位値はx軸方向の加速度表示装置218に
入力される。この加速度表示装置218では、入力され
た算出変位値に対応するx軸方向の加速度を計算して表
示する。この結果、x軸方向に印加された加速度がわか
る。
As described above, the x-axis direction detection detection electrode 1
21 and 122, when one capacitance increases, the capacitance of the other decreases by the same amount as the increase amount. Change value and lower x-axis direction detection electrode 1
The difference of the capacitance change value detected from 22 is taken to cancel the influence of the parasitic capacitance and external noise which have a bad influence on the measurement.
The capacitance change value is detected with double sensitivity. Then, the displacement value of the mass 112 is calculated based on the detected capacitance change value.
The calculated displacement value is input to the acceleration display device 218 in the x-axis direction. The acceleration display device 218 calculates and displays the acceleration in the x-axis direction corresponding to the input calculated displacement value. As a result, the acceleration applied in the x-axis direction can be known.

【0091】このように、x軸方向に加速度が印加され
てマス112がx軸方向に変位(振動)しても、本実施
例のセンサ部101Aの構造によると、そのx軸方向の
変位(振動)によってy軸方向加速度検出電極140、
141の可動電極140a、141aがy軸方向、x軸
方向共に変位することを極めて強固に規制できる。
As described above, even if the mass 112 is displaced (vibrated) in the x-axis direction due to the acceleration applied in the x-axis direction, the displacement (vibration) in the x-axis direction (according to the structure of the sensor portion 101A of the present embodiment). Vibration), the y-axis direction acceleration detection electrode 140,
Displacement of the movable electrodes 140a and 141a of 141 in both the y-axis direction and the x-axis direction can be extremely firmly regulated.

【0092】y軸方向の加速度の検出動作を説明する。
y軸方向に加速度が印加されると、マス112は、上側
ビームユニット123の折曲げ状ビーム130、132
と、下側ビームユニット125の折曲げ状ビーム14
6、148がy軸方向にたわむことによってy軸方向に
振動する。その後の動作は上記したx軸方向の加速度の
検出動作と同様である。
The operation of detecting the acceleration in the y-axis direction will be described.
When acceleration is applied in the y-axis direction, the mass 112 causes the bent beams 130 and 132 of the upper beam unit 123 to move.
And the bent beam 14 of the lower beam unit 125.
The bending of 6, 6 148 in the y-axis direction causes vibration in the y-axis direction. The subsequent operation is the same as the above-described operation of detecting the acceleration in the x-axis direction.

【0093】このように、y軸方向に加速度が印加され
てマス112がy軸方向に変位(振動)しても、本実施
例のセンサ部101Aの構造によると、その変位(振
動)によってx軸方向加速度検出電極121、122の
可動電極121a、122aがx軸方向に変位すること
が極めて強固に規制される。この場合、可動電極121
a、122aがy軸方向に変位することは規制し得ない
が、上記したようにx軸方向加速度検出電極121、1
22は、y軸方向の変位をキャンセルする相補型構造と
なっているので、x軸方向の加速度の検出精度は悪化し
ない。また、本実施例のセンサ部101Aの構造による
と、仮にz軸回りの角速度が印加された場合でも、その
角速度の影響がx軸方向又はy軸方向に現れることを大
きく抑制できるという効果も得られる。
As described above, even if the mass 112 is displaced (vibrated) in the y-axis direction by applying the acceleration in the y-axis direction, the displacement (vibration) causes x in the structure of the sensor unit 101A according to the present embodiment. Displacement of the movable electrodes 121a and 122a of the axial acceleration detection electrodes 121 and 122 in the x-axis direction is extremely strongly restricted. In this case, the movable electrode 121
Although it cannot be restricted that the a and 122a are displaced in the y-axis direction, as described above, the x-axis direction acceleration detection electrodes 121, 1
Since 22 has a complementary structure that cancels the displacement in the y-axis direction, the accuracy of detecting the acceleration in the x-axis direction does not deteriorate. Further, according to the structure of the sensor unit 101A of the present embodiment, even if an angular velocity around the z-axis is applied, the effect of the angular velocity can be greatly suppressed from appearing in the x-axis direction or the y-axis direction. To be

【0094】z軸方向の加速度を検出するための構造を
図2を参照して説明する。図2(図1のA−A線断面
図)には、上部電極180と、下部電極182と、両電
極180、182の間に配置された内側マス部118
と、両電極180、182に接続されたz軸方向回路部
240が示されている。内側マス部118の上面と下面
にはそれぞれ電極118a、118bが形成されてい
る。ここで、両電極180、182の表面積は内側マス
部118の上面積及び下面積より小さく、z軸方向から
みると両電極180、182は内側マス部118の領域
内に含まれるような位置に配置されている。z軸方向回
路部240Aは、上部電極180と下部電極182の出
力が入力される容量検出回路242、244と、両容量
検出回路242、244の出力が入力される変位検出回
路246と、変位検出回路246の出力が入力される加
速度表示装置248を有する。
A structure for detecting acceleration in the z-axis direction will be described with reference to FIG. FIG. 2 (a sectional view taken along the line AA in FIG. 1) shows an upper electrode 180, a lower electrode 182, and an inner mass portion 118 arranged between the electrodes 180 and 182.
And a z-axis direction circuit portion 240 connected to both electrodes 180, 182 is shown. Electrodes 118a and 118b are formed on the upper surface and the lower surface of the inner mass portion 118, respectively. Here, the surface area of both electrodes 180, 182 is smaller than the upper area and the lower area of the inner mass portion 118, and both electrodes 180, 182 are located in the region of the inner mass portion 118 when viewed from the z-axis direction. It is arranged. The z-axis direction circuit section 240A includes capacitance detection circuits 242 and 244 to which outputs of the upper electrode 180 and the lower electrode 182 are input, a displacement detection circuit 246 to which outputs of both capacitance detection circuits 242 and 244 are input, and displacement detection. It has an acceleration display device 248 to which the output of the circuit 246 is input.

【0095】z軸方向の加速度の検出動作を説明する。
z軸方向に加速度が印加されると、図2の内側マス部1
18がz軸方向に変位する。図2の内側マス部118は
先に述べたように図1の8本のマス接続ビーム群11
4、116によって外側マス部120に接続されてい
る。マス接続ビーム群114、116は、z軸方向に加
速度が印加されたときに、図1の外側マス部120に対
し内側マス部118をz軸方向に変位させる役割を果た
している。これらのマス接続ビーム群114、116
は、ビームユニット123、125の各ビームに比較し
て、z軸方向にたわみ易い。一方、x軸方向又はy軸方
向に加速度が印加されたときでも、外側マス部120に
対し内側マス部118がx軸方向又はy軸方向に変位す
るのを規制する役割を果たしている。
The operation of detecting the acceleration in the z-axis direction will be described.
When acceleration is applied in the z-axis direction, the inner mass portion 1 of FIG.
18 is displaced in the z-axis direction. As described above, the inner mass portion 118 of FIG. 2 includes the eight mass connecting beam groups 11 of FIG.
4, 116 are connected to the outer mass part 120. The mass connection beam groups 114 and 116 play a role of displacing the inner mass part 118 in the z-axis direction with respect to the outer mass part 120 of FIG. 1 when acceleration is applied in the z-axis direction. These mass connection beam groups 114 and 116
Is easier to bend in the z-axis direction than the beams of the beam units 123 and 125. On the other hand, even when acceleration is applied in the x-axis direction or the y-axis direction, the inner mass portion 118 plays a role of restricting displacement of the inner mass portion 118 in the x-axis direction or the y-axis direction with respect to the outer mass portion 120.

【0096】このように、z軸方向変位用の内側マス部
118と、z軸方向にたわみ易いマス接続ビーム群11
4、116を設けることによって、z軸方向の加速度も
高感度に検出できる。但し、z軸方向の加速度を、この
ような内側マス部118やマス接続ビーム群114、1
16が設けられていないマスを用いて検出しても勿論よ
い。このようなマスを用いた場合でも、z軸方向の加速
度を相当程度に高感度に検出できる。
As described above, the inner mass portion 118 for displacing in the z-axis direction and the mass connection beam group 11 which is easily bent in the z-axis direction.
By providing 4, 116, acceleration in the z-axis direction can also be detected with high sensitivity. However, the acceleration in the z-axis direction is calculated by using the inner mass portion 118 and the mass connection beam groups 114, 1
It is needless to say that the detection may be performed using a mass not provided with 16. Even when such a mass is used, the acceleration in the z-axis direction can be detected with a considerably high sensitivity.

【0097】図2の内側マス部118がz軸の正の向き
に変位したときには、内側マス部118の上面電極11
8aと上部電極180間の距離は小さくなる。一方、内
側マス部118の下面電極118bと下部電極182間
の距離は大きくなる。上面電極118aと上部電極18
0間の距離の減少値は、下面電極118bと下部電極1
82間の距離の増加値と同じである。このため、それぞ
れ容量検出回路242、244で容量変化を検出し、そ
の差をとることによって、測定に悪影響のある寄生容量
や外部ノイズの影響を相殺し、しかも、1つの電極で容
量変化を検出する場合の約2倍の感度で加速度を検出で
きる。算出された変位値はz軸方向の加速度表示装置2
48に入力され、その算出変位値に対応するz軸方向の
加速度を計算して表示する。この結果、z軸方向に印加
された加速度がわかる。
When the inner mass portion 118 in FIG. 2 is displaced in the positive direction of the z-axis, the upper surface electrode 11 of the inner mass portion 118 is moved.
The distance between 8a and the upper electrode 180 becomes smaller. On the other hand, the distance between the lower surface electrode 118b of the inner mass portion 118 and the lower electrode 182 becomes large. Upper surface electrode 118a and upper electrode 18
The reduced value of the distance between 0 is that the lower electrode 118b and the lower electrode 1
It is the same as the increase value of the distance between 82. Therefore, the capacitance detection circuits 242 and 244 respectively detect the capacitance change, and by taking the difference between them, the influences of the parasitic capacitance and external noise, which have an adverse effect on the measurement, are canceled, and the capacitance change is detected by one electrode. The acceleration can be detected with a sensitivity about twice as high as that of the case. The calculated displacement value is the acceleration display device 2 in the z-axis direction.
It is input to 48, and the acceleration in the z-axis direction corresponding to the calculated displacement value is calculated and displayed. As a result, the acceleration applied in the z-axis direction can be known.

【0098】z軸方向の他に、x軸方向又はy軸方向の
加速度が印加されてマス112がx軸方向又はy軸方向
に変位(振動)していても、本実施例のセンサ部101
Aの構造によると、そのx軸方向又はy軸方向の変位に
よってマス112(内側マス118の上面及び下面電極
118a、118b)がz軸方向に変位することを極め
て強固に規制できる。この場合、マス112が全体とし
てx軸方向又はy軸方向にある程度変位(振動)するこ
とはやむを得ないが、上記したように、外側マス部12
0に対し内側マス部118が変位することは規制されて
いるので、内側マス部118がx軸方向又はy軸方向に
大きく変位することは抑制されている。内側マス部11
8がx軸方向又はy軸方向にある程度変位しても、上部
及び下部電極180、182は内側マス部118の上面
及び下面の領域内に含まれる位置に配置されているか
ら、上部及び下部電極180、182と内側マス部11
8の上面及び下面電極118a、118bが重なる面積
の大きさは変化しない。このため、内側マス部118が
x軸方向又はy軸方向に若干変位しても、その影響はz
軸方向の検出値には現れない。従って、本実施例のセン
サ部101Aの構造によると、z軸方向についても、他
軸加速度の影響を極めて小さくすることができる。
Even if the mass 112 is displaced (vibrated) in the x-axis direction or the y-axis direction due to the acceleration applied in the x-axis direction or the y-axis direction in addition to the z-axis direction, the sensor unit 101 of the present embodiment.
According to the structure A, the displacement of the mass 112 (the upper surface and the lower surface electrodes 118a and 118b of the inner mass 118) in the z-axis due to the displacement in the x-axis direction or the y-axis direction can be extremely strongly restricted. In this case, it is inevitable that the mass 112 is displaced (vibrated) to some extent in the x-axis direction or the y-axis direction as a whole, but as described above, the outer mass portion 12
Since displacement of the inner mass portion 118 with respect to 0 is restricted, large displacement of the inner mass portion 118 in the x-axis direction or the y-axis direction is suppressed. Inner mass part 11
Even if 8 is displaced to some extent in the x-axis direction or the y-axis direction, the upper and lower electrodes 180, 182 are arranged at the positions included in the upper and lower regions of the inner mass portion 118. 180, 182 and inner mass portion 11
8 does not change the size of the area where the upper and lower electrodes 118a and 118b overlap. Therefore, even if the inner mass portion 118 is slightly displaced in the x-axis direction or the y-axis direction, its effect is z.
It does not appear in the axial detection value. Therefore, according to the structure of the sensor unit 101A of the present embodiment, the influence of the acceleration of the other axis can be made extremely small also in the z-axis direction.

【0099】なお、逆に、両電極180、182の表面
積を内側マス部118の上面積及び下面積より大きくし
て、z軸方向からみると内側マス部118が両電極18
0、182の領域内に含まれるような位置に両電極18
0、182と内側マス部118を配置しても同様の効果
を得ることができる。
On the contrary, when the surface areas of both electrodes 180 and 182 are made larger than the upper area and the lower area of the inner mass portion 118, and viewed from the z-axis direction, the inner mass portion 118 has both electrodes 18.
Both electrodes 18 are placed at positions such that they are included in the region of 0 and 182.
The same effect can be obtained by arranging 0, 182 and the inner mass portion 118.

【0100】以上のように、第1実施例の3軸加速度検
出装置301Aの構造によると、x軸方向、y軸方向、
z軸方向共に、他軸加速度の影響を大きく低減すること
ができる。このため、加速度の検出精度を大幅に向上さ
せることができる。このように、この装置301Aによ
ると、x軸方向、y軸方向、z軸方向の加速度を高い検
出精度で同時に検出することができる。
As described above, according to the structure of the triaxial acceleration detecting device 301A of the first embodiment, the x-axis direction, the y-axis direction,
In both the z-axis direction, the influence of the acceleration of the other axis can be greatly reduced. Therefore, the acceleration detection accuracy can be significantly improved. As described above, according to the device 301A, accelerations in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction can be simultaneously detected with high detection accuracy.

【0101】本実施例のセンサ部101Aの構造は例え
ば、SOI基板のシリコン活性層にフォトリソグラフィ
技術、エッチング技術を用いてマス112と、マス11
2の厚さより薄い直線状ビーム126、127等の構造
体をパターニングすることで形成できる。なお、内側マ
ス部118の上面と下面は電極118a、118bとし
て用いるため、低抵抗化するために不純物を添加しても
よい。
The structure of the sensor portion 101A of this embodiment is, for example, the mass 112 and the mass 11 formed on the silicon active layer of the SOI substrate by using the photolithography technique and the etching technique.
It can be formed by patterning a structure such as the linear beams 126 and 127 having a thickness smaller than two. Since the upper and lower surfaces of the inner mass portion 118 are used as the electrodes 118a and 118b, impurities may be added to reduce the resistance.

【0102】このように、SOI基板を用いてそのシリ
コン活性層の部位にマス112やビームユニット12
3、125等の構造体を形成すると、材料物性が一定で
あるため、長期に亘って信頼性の高い安定したセンサ特
性が得られる。また、シリコン基板上に酸化膜やシリコ
ン層を成膜する工程が不要であるため、製造工程を簡単
化することができる。また、SOI基板を用いると、シ
リコン活性層に一括してマスや各ビームをパターニング
して形成して多軸のセンサ部を製造できるため、複数の
単軸の加速度センサ部を組合せて構成するよりビームの
直交性が高い。
As described above, the mass 112 and the beam unit 12 are formed on the silicon active layer portion using the SOI substrate.
When a structure such as 3, 125 is formed, the physical properties of the material are constant, so that reliable and stable sensor characteristics can be obtained over a long period of time. Further, since the step of forming an oxide film or a silicon layer on the silicon substrate is unnecessary, the manufacturing process can be simplified. In addition, since the SOI substrate can be used to fabricate a multi-axis sensor unit by patterning a mass and each beam in a batch on the silicon active layer, a plurality of uniaxial acceleration sensor units can be formed. The beam orthogonality is high.

【0103】なお、マス102やビームユニット12
3、125、電極121、122、140、141、1
24、154等の構造体の材料は、前記したシリコンの
他にも、例えばニッケル、鉄あるいはその他の金属であ
ってもよい。
The mass 102 and the beam unit 12
3, 125, electrodes 121, 122, 140, 141, 1
The material of the structure such as 24 and 154 may be, for example, nickel, iron, or another metal other than the above-mentioned silicon.

【0104】(第2実施例) 図4に第2実施例の3軸
加速度検出装置301Bの説明図を示す。図5にこの装
置301Bのz軸方向加速度検出の説明図(図4のA−
A線断面図を含む)を示す。第2実施例は、第1実施例
と比較して、感度調整機能と、自己診断機能を有してい
る点が特徴的な点である。以下、第1実施例と同様の部
位については同じ符号を付し、説明を省略し、第1実施
例と異なる点を中心に説明する。この3軸加速度検出装
置301Bのセンサ部101Bは、マス112の左側面
112cに接続されたx軸方向感度調整電極124と、
下側のビームユニット125に接続されたy軸方向感度
調整電極154を備えている。図4と図5に示すよう
に、センサ回路部201Bの各軸方向回路部202B、
220B、240B(図5参照)は、交流電源204、
222、250を有する。この交流電源204、22
2、250と容量検出回路206、224、242は、
選択スイッチ203、221、249によって各軸方向
の検出電極121、140、180に選択的に接続可能
となっている。
(Second Embodiment) FIG. 4 shows an explanatory view of a triaxial acceleration detecting device 301B of the second embodiment. FIG. 5 is an explanatory diagram of the z-axis direction acceleration detection of this device 301B (A- in FIG. 4).
(A sectional view taken along line A is included). The second embodiment is characterized in that it has a sensitivity adjustment function and a self-diagnosis function as compared with the first embodiment. Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and the differences from the first embodiment will be mainly described. The sensor unit 101B of the triaxial acceleration detection device 301B includes an x-axis direction sensitivity adjustment electrode 124 connected to the left side surface 112c of the mass 112,
The y-axis direction sensitivity adjustment electrode 154 connected to the lower beam unit 125 is provided. As shown in FIGS. 4 and 5, each axial circuit portion 202B of the sensor circuit portion 201B,
220B and 240B (see FIG. 5) are AC power sources 204,
222 and 250. This AC power source 204, 22
2, 250 and the capacitance detection circuits 206, 224, 242,
The selection switches 203, 221, 249 can be selectively connected to the detection electrodes 121, 140, 180 in each axial direction.

【0105】センサ回路部201Bはさらに、感度制御
回路238と、感度制御回路238に接続された増幅器
242、246を備えている。感度制御回路238はそ
の出力を、それぞれ「a」「b」「c」の箇所で各軸方
向回路部202B、220B、240Bの交流電源20
4、222、250に入力する。また、感度制御回路2
38は、それぞれ「d」「e」「f」の箇所で容量検出
回路208、226、244の出力が入力される。ま
た、感度制御回路238はその出力を増幅器242、2
46に入力する。増幅器242、246はその出力を、
x軸方向又はy軸方向感度調整電極124、154の固
定電極端子124c、154cに入力する。
The sensor circuit section 201B further includes a sensitivity control circuit 238 and amplifiers 242 and 246 connected to the sensitivity control circuit 238. The sensitivity control circuit 238 outputs its output to the AC power source 20 of each of the axial direction circuit units 202B, 220B, 240B at "a", "b", and "c".
4, 222, 250. Also, the sensitivity control circuit 2
The outputs of the capacitance detection circuits 208, 226, and 244 are input to 38 at points “d”, “e”, and “f”, respectively. Further, the sensitivity control circuit 238 outputs its output to the amplifiers 242, 2
Enter in 46. The amplifiers 242 and 246 output their outputs,
It is input to the fixed electrode terminals 124c and 154c of the x-axis direction or y-axis direction sensitivity adjustment electrodes 124 and 154.

【0106】なお、図5に示すz軸方向の加速度の検出
構造では、感度調整電極は設けられていないが、z軸方
向では、容量検出回路242、244は回路動作におい
て検出電極180、182に印加している直流バイアス
電圧を調整することで、感度調整を行っている。本実施
例では、感度制御回路238の「g」の箇所から出力さ
れる制御信号によって容量検出回路242、244から
同じ直流バイアス電圧を上部及び下部検出電極180、
182に印加するように制御することで、感度調整を行
っている。このように、同じ直流バイアス電圧を上部及
び下部検出電極180、182に印加すると、内側マス
部118は上下に同じ力で引かれるため、図4に示す第
2実施例の感度調整電極124、154を用いたのと同
様の電気的バネ効果によってバネ定数を調整できる。な
お、x軸方向又はy軸方向の感度調整においても、同様
の構成を採用することができる。
In the structure for detecting acceleration in the z-axis direction shown in FIG. 5, the sensitivity adjusting electrode is not provided, but in the z-axis direction, the capacitance detecting circuits 242, 244 act as the detecting electrodes 180, 182 in the circuit operation. The sensitivity is adjusted by adjusting the applied DC bias voltage. In this embodiment, the same DC bias voltage is applied from the capacitance detection circuits 242 and 244 to the upper and lower detection electrodes 180 by the control signal output from the position “g” of the sensitivity control circuit 238.
The sensitivity is adjusted by controlling the voltage applied to 182. As described above, when the same DC bias voltage is applied to the upper and lower detection electrodes 180 and 182, the inner mass portion 118 is pulled vertically with the same force. Therefore, the sensitivity adjustment electrodes 124 and 154 of the second embodiment shown in FIG. The spring constant can be adjusted by the electric spring effect similar to that using. Note that the same configuration can be adopted for the sensitivity adjustment in the x-axis direction or the y-axis direction.

【0107】図6にx軸方向感度調整電極124の拡大
平面図を示す。x軸方向感度調整電極124は、可動電
極124aと、固定電極124bと、固定電極端子12
4cを有する。可動電極124aは、x軸方向に等間隔
に2箇所に2本ずつ、y軸方向に中央から離反する向き
に伸びる4本の可動電極指124a−1〜124a−4
を有する。固定電極124bは、x軸方向に等間隔に2
箇所に2本ずつ、y軸方向に外側から近接する向きに伸
びる4本の固定電極指124b−1〜124b−4を有
する。
FIG. 6 shows an enlarged plan view of the x-axis direction sensitivity adjusting electrode 124. The x-axis direction sensitivity adjustment electrode 124 includes a movable electrode 124a, a fixed electrode 124b, and a fixed electrode terminal 12
4c. The movable electrode 124a has four movable electrode fingers 124a-1 to 124a-4, each of which has two movable electrode fingers 124a-1 to 124a-4 extending in two directions at equal intervals in the x-axis direction and in a direction away from the center in the y-axis direction.
Have. The fixed electrodes 124b are arranged at equal intervals in the x-axis direction.
Two fixed electrode fingers 124b-1 to 124b-4 are provided at two locations, each extending from the outer side in the y-axis direction in a direction in which they approach each other.

【0108】可動電極124aの左からn番目の可動電
極指124a−n(以下「左からn番目」を省略する)
と、固定電極124bの固定電極指124b−nの間の
距離と、可動電極124aの可動電極指124a−nと
固定電極124bの固定電極指124b−(n+1)の
間の距離は等しい。即ち、可動電極指124a−nとこ
れに隣り合う2つの固定電極指124b−n、124b
−(n+1)の間の距離は等しい。隣り合う電極指間距
離が等しい場合、固定電極端子154cに図4に示す直
流電源244により直流電圧を印加すると、可動電極1
54aと固定電極154bの間に負のバネ定数を持つ電
気バネが発生する。
The n-th movable electrode finger 124a-n from the left of the movable electrode 124a (hereinafter "n-th from the left" is omitted).
And the distance between the fixed electrode fingers 124b-n of the fixed electrode 124b is equal to the distance between the movable electrode fingers 124a-n of the movable electrode 124a and the fixed electrode fingers 124b- (n + 1) of the fixed electrode 124b. That is, the movable electrode fingers 124a-n and the two fixed electrode fingers 124b-n and 124b adjacent to the movable electrode fingers 124a-n.
The distance between-(n + 1) is equal. When the distance between adjacent electrode fingers is equal, when a DC voltage is applied to the fixed electrode terminal 154c by the DC power supply 244 shown in FIG.
An electric spring having a negative spring constant is generated between 54a and the fixed electrode 154b.

【0109】図4に示すように、y軸方向感度調整電極
154の可動電極154aは、前記した下側のビームユ
ニット125のビーム連結部144の下側面の中央に接
続されている。y軸方向感度調整電極154は、前記し
たx軸方向感度調整電極124と同様の構成となってお
り、可動電極154aと、固定電極154bと、固定電
極端子154cを有する。なお、y軸方向感度調整電極
154は、マス112の上側面112a又は下側面11
2bに直接に接続してもよい。
As shown in FIG. 4, the movable electrode 154a of the y-axis direction sensitivity adjusting electrode 154 is connected to the center of the lower side surface of the beam connecting portion 144 of the lower beam unit 125 described above. The y-axis direction sensitivity adjustment electrode 154 has the same configuration as the x-axis direction sensitivity adjustment electrode 124 described above, and has a movable electrode 154a, a fixed electrode 154b, and a fixed electrode terminal 154c. The y-axis direction sensitivity adjustment electrode 154 is provided on the upper surface 112 a or the lower surface 11 of the mass 112.
It may be directly connected to 2b.

【0110】(感度調整機能) ビームのバネ定数は、
加工精度や、使用時の環境温度により設計値からのズレ
を生じる。このため、このズレの大きさ、即ち、現在の
ビームのバネ定数を加速度検出前に知っておき、ビーム
のバネ定数、即ち、感度を調整しておく必要がある。感
度調整のタイミングは、加速度検出装置の使用開始時又
は使用開始後に定期的に行うものとする。例えばx軸方
向の感度調整の場合、感度調整の開始時はまず図4に示
す切換スイッチ203を交流電源204側にする。そし
て、規定した周波数、大きさを持つ交流電圧を一方のx
軸方向検出電極121に印加する。この交流電圧はマス
112をx軸方向に振動させる力を発生する。このた
め、マス112はx軸方向に振動を開始する。このとき
に生じるマス112のx軸方向の変位値を他方のx軸方
向検出電極122(容量検出回路208)で検出するこ
とで、現在の直線状ビーム126、127、142、1
43のバネ定数の大きさを推定できる。例えば、容量検
出回路208で検出した容量変化値が規定値よりも小さ
ければ、直線状ビーム126、127、142、143
のバネ定数が規定値よりも大きいことがわかる。
(Sensitivity Adjustment Function) The spring constant of the beam is
Deviation from the design value may occur depending on processing accuracy and ambient temperature during use. Therefore, it is necessary to know the magnitude of this deviation, that is, the current spring constant of the beam before the acceleration is detected, and adjust the spring constant of the beam, that is, the sensitivity. The timing of sensitivity adjustment shall be performed at the start of use of the acceleration detection device or periodically after the start of use. For example, in the case of sensitivity adjustment in the x-axis direction, the changeover switch 203 shown in FIG. 4 is first set to the AC power supply 204 side at the start of sensitivity adjustment. Then, an AC voltage having a specified frequency and magnitude is applied to one x
It is applied to the axial direction detection electrode 121. This AC voltage generates a force that vibrates the mass 112 in the x-axis direction. Therefore, the mass 112 starts vibrating in the x-axis direction. The displacement value of the mass 112 in the x-axis direction generated at this time is detected by the other x-axis direction detection electrode 122 (capacitance detection circuit 208), whereby the current linear beams 126, 127, 142, 1
The magnitude of the spring constant of 43 can be estimated. For example, if the capacitance change value detected by the capacitance detection circuit 208 is smaller than the specified value, then the linear beams 126, 127, 142, 143.
It can be seen that the spring constant of is larger than the specified value.

【0111】そこで、この容量検出回路208の出力値
を「d」の箇所に示すように感度制御回路238に入力
すると、感度制御回路238はこの値に基づいて感度調
整電極124に印加する直流電圧を設定する。設定され
た直流電圧となるように増幅器242で増幅された直流
電圧が感度調整電極124に入力される。この結果、可
動電極124aと固定電極124bの間に負のバネ定数
−k2を持つ電気バネが発生する。この結果、可動電極
124aと固定電極124bの間の全体のバネ定数をK
とし、直線状ビーム126、127、142、143の
バネ定数をk1とすると、全体のバネ定数はK=k1−
k2となる。このような方式で感度調整を行うと、電気
的バネ効果によって直線状ビーム126、127、14
2、143のバネ定数を調整することができる。この感
度調整が終了すると、切換スイッチ203を容量検出回
路206側に切換え、通常の加速度検出処理を開始す
る。なお、感度調整の終了後も、感度調整電極124に
は、直流電圧をそのまま印加しておく。
Therefore, when the output value of the capacitance detection circuit 208 is input to the sensitivity control circuit 238 as indicated by the point "d", the sensitivity control circuit 238 applies a DC voltage to the sensitivity adjustment electrode 124 based on this value. To set. The DC voltage amplified by the amplifier 242 so as to have the set DC voltage is input to the sensitivity adjustment electrode 124. As a result, an electric spring having a negative spring constant −k2 is generated between the movable electrode 124a and the fixed electrode 124b. As a result, the total spring constant between the movable electrode 124a and the fixed electrode 124b is set to K.
And the spring constant of the linear beams 126, 127, 142, 143 is k1, the overall spring constant is K = k1−
k2. When the sensitivity is adjusted by such a method, the linear beams 126, 127, and 14 are formed by the electric spring effect.
The spring constant of 2,143 can be adjusted. When this sensitivity adjustment is completed, the changeover switch 203 is switched to the capacitance detection circuit 206 side, and the normal acceleration detection process is started. Even after the sensitivity adjustment is completed, the direct current voltage is applied to the sensitivity adjustment electrode 124 as it is.

【0112】このように、感度制御回路238によって
固定電極端子154cに印加する直流電圧の値を適宜調
整することで、可動電極154aと固定電極154bの
間のビームのバネ定数を調整することができる。このた
め、加工精度や使用時の環境温度によるバネ定数の感度
のばらつきを低減できる。また、全体のバネ定数Kを小
さくして、マス112を変位し易くすることもできる。
このため、印加された加速度が小さな場合であっても、
その加速度を感度良く検出することができる。
As described above, the spring constant of the beam between the movable electrode 154a and the fixed electrode 154b can be adjusted by appropriately adjusting the value of the DC voltage applied to the fixed electrode terminal 154c by the sensitivity control circuit 238. . For this reason, it is possible to reduce variations in sensitivity of the spring constant due to processing accuracy and environmental temperature during use. Further, the spring constant K of the whole can be reduced to facilitate displacement of the mass 112.
Therefore, even if the applied acceleration is small,
The acceleration can be detected with high sensitivity.

【0113】(自己診断機能) センサ部101Bの一
部(例えば、マス112や各ビーム)が基板110にく
っつく等の事態が生じると、マス112は加速度により
変位できない。即ち、故障状態となる。このため、上記
した感度調整動作と同様に、例えばx軸方向回路部20
2Bの切換スイッチ203を交流電源204側に切換
え、x軸方向検出電極121の一方の固定電極端子12
1cに交流電圧を印加させて、マス112を振動させ
る。このように、マス112を振動させようとしたにも
かかわらず、他方の検出電極122の出力を検出する容
量検出回路208で容量変化が検出されなかった場合、
又は予定した容量変化が検出されなかった場合は、セン
サ部101Bの一部が基板110にくっつく等の事態が
生じて、マス112が加速度が印加されても変位できな
いか又は予定しただけ変位しないという故障状態である
ことが検知できる。この場合は、感度制御回路238か
らダイアグノーシス信号(故障検知信号)をシステム側
に出力することによって、3軸加速度検出装置301B
の故障を検出することができる。
(Self-Diagnosis Function) When a part of the sensor unit 101B (for example, the mass 112 or each beam) sticks to the substrate 110, the mass 112 cannot be displaced due to acceleration. That is, it becomes a failure state. Therefore, similar to the sensitivity adjustment operation described above, for example, the x-axis direction circuit unit 20.
The changeover switch 203 of 2B is switched to the side of the AC power source 204, and one fixed electrode terminal 12 of the x-axis direction detection electrode 121.
An alternating voltage is applied to 1c to vibrate the mass 112. Thus, when the capacitance detection circuit 208 that detects the output of the other detection electrode 122 does not detect a capacitance change, even if the mass 112 is oscillated,
Alternatively, if the expected capacitance change is not detected, a situation such as a part of the sensor unit 101B sticking to the substrate 110 may occur, and the mass 112 may not be displaced even if acceleration is applied or may not be displaced as planned. It can be detected that there is a failure. In this case, the sensitivity control circuit 238 outputs a diagnosis signal (fault detection signal) to the system side so that the triaxial acceleration detecting device 301B
The failure of can be detected.

【0114】図4に示す3軸加速度検出装置301Bで
は、x軸方向の共振周波数をf1とし、y軸方向の共振
周波数をf2とすると、離調率|f1−f2|/f1が
1%以上となるように調整している。x軸方向とy軸方
向の共振周波数f1とf2の値が近いと、例えばx軸方
向に加速度が印加されてx軸方向にマスが振動したとき
に、y軸方向にもマスが振動してしまう。即ち、x軸方
向にしか加速度が印加されていなくても、y軸方向検出
電極の出力に影響を与えてしまう。離調率|f1−f2
|/f1を1%以上にすれば、例えばx軸方向に加速度
を印加したときに、その影響がy軸方向に現れることを
充分に抑制できる。ただし、離調率を大きくし過ぎて、
一方の軸方向の共振周波数が著しく高くなるか、あるい
は低くなると、x軸方向とy軸方向で検出できる加速度
の範囲に大きく差が生じてしまう。このため、離調率|
f1−f2|/f1は1000%以下であることが好ま
しい。さらに、離調率が3%以上で1000%以下であ
ることがより好ましい。x軸方向とy軸方向の共振周波
数f1、f2の調整は、上記したx軸方向とy軸方向の
感度調整電極124、154に印加する直流電圧の値を
変化させて、バネ定数を調整することで行える。
In the triaxial acceleration detecting device 301B shown in FIG. 4, if the resonance frequency in the x-axis direction is f1 and the resonance frequency in the y-axis direction is f2, the detuning rate | f1-f2 | / f1 is 1% or more. Is adjusted so that If the resonance frequencies f1 and f2 in the x-axis direction and the y-axis direction are close to each other, for example, when acceleration is applied in the x-axis direction and the mass vibrates in the x-axis direction, the mass also vibrates in the y-axis direction. I will end up. That is, even if the acceleration is applied only in the x-axis direction, the output of the y-axis direction detection electrode is affected. Detuning rate | f1-f2
If | / f1 is set to 1% or more, it is possible to sufficiently suppress the influence of the acceleration in the y-axis direction when the acceleration is applied in the x-axis direction. However, if you increase the detuning rate too much,
If the resonance frequency in one axial direction becomes extremely high or low, there will be a large difference in the range of acceleration that can be detected in the x-axis direction and the y-axis direction. Therefore, the detuning rate |
f1-f2 | / f1 is preferably 1000% or less. Further, the detuning rate is more preferably 3% or more and 1000% or less. To adjust the resonance frequencies f1 and f2 in the x-axis direction and the y-axis direction, the value of the DC voltage applied to the sensitivity adjustment electrodes 124 and 154 in the x-axis direction and the y-axis direction is changed to adjust the spring constant. You can do that.

【0115】(第3実施例) 図7に第3実施例の3軸
加速度検出装置301Cの説明図を示す。図8にこの装
置301Cのz軸方向加速度検出の説明図(図7のA−
A線断面図を含む)を示す。第3実施例は、第1実施例
と比較して、フィードバック機能を有している点が特徴
的な点である。以下、第1実施例と同様の部位について
は同じ符号を付し、説明を省略し、第1実施例と異なる
点を中心に説明する。この3軸加速度検出装置301C
のセンサ部101Cは、マス112の左側面112cに
並列に接続された2つのx軸方向フィードバック電極1
90、191と、下側ビームユニット125の下側面に
並列に接続された2つのy軸方向フィードバック電極1
92、193を有する。各軸方向フィードバック電極1
90、191、192、193は、それぞれ、各軸方向
検出電極122、121、141、140と同様の構成
をしている。
(Third Embodiment) FIG. 7 shows an explanatory view of a triaxial acceleration detecting device 301C according to a third embodiment. FIG. 8 is an explanatory diagram of the z-axis direction acceleration detection of this device 301C (A- in FIG. 7).
(A sectional view taken along line A is included). The third embodiment is characterized in that it has a feedback function as compared with the first embodiment. Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and the differences from the first embodiment will be mainly described. This triaxial acceleration detection device 301C
The sensor section 101C of the two x-axis direction feedback electrodes 1 connected in parallel to the left side surface 112c of the mass 112.
90, 191, and two y-axis direction feedback electrodes 1 connected in parallel to the lower surface of the lower beam unit 125.
92, 193. Each axial feedback electrode 1
90, 191, 192, and 193 have the same configuration as the axial direction detection electrodes 122, 121, 141, and 140, respectively.

【0116】センサ回路部201Cのx軸方向又はy軸
方向回路部202C、220Cは、フィードバック回路
212、230を有する。フィードバック回路212、
230には、変位算出回路210、228の出力が入力
される。フィードバック回路212、230の出力は、
各軸方向加速度表示装置218、236に入力される。
また、フィードバック回路212、230の出力は、各
軸方向フィードバック電極190、191及び192、
193の固定電極端子190c、191c及び192
c、193cに入力される。
The x-axis direction or y-axis direction circuit portions 202C and 220C of the sensor circuit portion 201C have feedback circuits 212 and 230. Feedback circuit 212,
The outputs of the displacement calculation circuits 210 and 228 are input to 230. The outputs of the feedback circuits 212 and 230 are
It is input to each axial acceleration display device 218, 236.
Also, the outputs of the feedback circuits 212 and 230 are the axial feedback electrodes 190, 191 and 192,
Fixed electrode terminals 190c, 191c and 192 of 193
c, 193c.

【0117】図7と8に示すように、z軸方向について
も、上部又は下部検出電極180、181をそれぞれ囲
うように上部又は下部フィードバック電極184、18
6が形成されている。z軸方向回路部240Cは、フィ
ードバック回路252を有する。このフィードバック回
路252にも、変位算出回路246の出力が入力され
る。フィードバック回路252の出力は、加速度表示装
置248に入力されると共に、上部又は下部フィードバ
ック電極184、186にも入力される。
As shown in FIGS. 7 and 8, also in the z-axis direction, the upper or lower feedback electrodes 184, 18 are arranged so as to surround the upper or lower detection electrodes 180, 181, respectively.
6 is formed. The z-axis direction circuit unit 240C has a feedback circuit 252. The output of the displacement calculation circuit 246 is also input to the feedback circuit 252. The output of the feedback circuit 252 is input to the acceleration display device 248 and also to the upper or lower feedback electrodes 184 and 186.

【0118】一例としてy軸方向のフィードバック動作
を説明する。y軸方向回路部220Bの変位検出回路2
28で算出された変位値はフィードバック回路230に
入力される。フィードバック回路230は入力された変
位値に基づいて、フィードバック電極192、193に
印加する所望の大きさの電圧を印加する。フィードバッ
ク電極192、193に電圧が印加されると、x軸方向
の加速度によって変位しようとするマス112は、その
加速度による慣性力と同じ大きさで、その加速度の向き
と反対向きの静電引力によって引張られる。このように
して、マス112の変位がほぼゼロとなるように制御さ
れる。このような制御方式は零位法と呼ばれる。なお、
y軸方向とz軸方向のフィードバック動作についても同
様に行うことができる。また、本実施例ではx軸方向検
出電極122、121と零位法を行うフィードバック電
極190、191と別個に設けているが、兼用してもよ
い。
The feedback operation in the y-axis direction will be described as an example. Displacement detection circuit 2 of y-axis direction circuit section 220B
The displacement value calculated in 28 is input to the feedback circuit 230. The feedback circuit 230 applies a voltage of a desired magnitude to be applied to the feedback electrodes 192 and 193 based on the input displacement value. When a voltage is applied to the feedback electrodes 192 and 193, the mass 112, which is about to be displaced by the acceleration in the x-axis direction, has the same magnitude as the inertial force due to the acceleration, and the electrostatic attraction in the opposite direction to the direction of the acceleration. Pulled. In this way, the displacement of the mass 112 is controlled to be substantially zero. Such a control method is called a null method. In addition,
The feedback operations in the y-axis direction and the z-axis direction can be similarly performed. Further, in this embodiment, the x-axis direction detection electrodes 122 and 121 and the feedback electrodes 190 and 191 for performing the null method are provided separately, but they may be used in combination.

【0119】マス112のy軸方向の変位がほぼゼロと
なるように制御されると、x軸方向検出電極121、1
22の可動電極121a、122aが検出軸方向(x軸
方向)に直交する方向(y軸方向)に変位しないように
できる。即ち、y軸方向検出電極140、141の可動
電極140a、141aと同じように、検出軸方向に直
交する方向に変位しないようにできる。このように、マ
ス112に印加されたy軸方向の加速度がx軸方向又は
z軸方向の出力に与える影響を大きく低減できる。ま
た、マス112の変位に伴う問題を解決あるいは大幅に
解消できる。例えば、ビームの応答特性を向上させた
り、ビームの直線性を向上させたり、温度特性を向上さ
せたり、可動電極と固定電極の電極指同士の衝突を防止
することができる
When the displacement of the mass 112 in the y-axis direction is controlled to be substantially zero, the x-axis direction detection electrodes 121, 1
It is possible to prevent the movable electrodes 121a and 122a of 22 from being displaced in the direction (y-axis direction) orthogonal to the detection axis direction (x-axis direction). That is, like the movable electrodes 140a and 141a of the y-axis direction detection electrodes 140 and 141, the y-axis direction detection electrodes 140 and 141 can be prevented from being displaced in the direction orthogonal to the detection axis direction. In this way, the influence of the y-axis direction acceleration applied to the mass 112 on the output in the x-axis direction or the z-axis direction can be greatly reduced. Further, the problem associated with the displacement of the mass 112 can be solved or largely eliminated. For example, the response characteristics of the beam can be improved, the linearity of the beam can be improved, the temperature characteristics can be improved, and the collision between the electrode fingers of the movable electrode and the fixed electrode can be prevented.

【0120】図17に示す従来の加速度検出装置1の別
の問題点を説明する。加速度検出装置1の各直線状ビー
ム22、24、26、28は、その一端が固定部38に
接続され、その他端がマス20に接続されている。しか
しながら、その一端が固定部38に接続されていると、
直線状ビーム22、24、26、28内に内部応力が蓄
積されて残留してしまうという問題があった。この残留
応力の大きさは、例えば製造プロセスの変化により大き
くばらつくため、製造直後の装置間あるいは装置内のビ
ーム間でバネ定数にばらつきを生じさせる。また、残留
応力の大きさは温度変化によっても大きく変化するた
め、各装置間又は1つの装置内のビーム間でバネ定数に
ばらつきを生じさせる。一端が固定部に接続された直線
状ビームでは、ビームの長手方向に存在する内部応力が
蓄積されてしまい、解放することができないからであ
る。安定した感度を得るためには、直線状ビームのバネ
定数はばらつきがなく、ほぼ一定であることが望まれ
る。直線状ビームのバネ定数が加速度に対するマスの変
位量を規定するからである。
Another problem of the conventional acceleration detecting device 1 shown in FIG. 17 will be described. Each linear beam 22, 24, 26, 28 of the acceleration detecting device 1 has one end connected to the fixed portion 38 and the other end connected to the mass 20. However, if one end is connected to the fixed portion 38,
There is a problem that internal stress is accumulated and remains in the linear beams 22, 24, 26 and 28. Since the magnitude of this residual stress varies greatly due to, for example, changes in the manufacturing process, the spring constant varies between devices immediately after manufacturing or between beams within the device. Further, the magnitude of the residual stress greatly changes depending on the temperature change, so that the spring constant varies among the devices or between the beams in one device. This is because, in a linear beam whose one end is connected to the fixed portion, internal stress existing in the longitudinal direction of the beam is accumulated and cannot be released. In order to obtain a stable sensitivity, it is desirable that the spring constant of the linear beam does not vary and is almost constant. This is because the spring constant of the linear beam defines the displacement amount of the mass with respect to acceleration.

【0121】このように、直線状ビーム22、24、2
6、28の一端を固定部38に接続し、他端をマス20
に接続する構成では、その直線状ビーム22、24、2
6、28のバネ定数は、単純にその幅、厚み、長さとい
った形状だけでは決まらず、残留応力や大きくたわんだ
ときに発生する長手方向の応力の影響を受けてしまう。
このため、安定した感度を得ることができないという問
題があった。
Thus, the linear beams 22, 24, 2
One end of 6, 28 is connected to the fixed portion 38, and the other end is connected to the mass 20.
Connection to the linear beam 22, 24, 2
The spring constants of 6 and 28 are not simply determined by their shapes such as width, thickness, and length, but are affected by residual stress and stress in the longitudinal direction generated when largely bent.
Therefore, there is a problem that stable sensitivity cannot be obtained.

【0122】第1〜第3実施例の加速度検出装置301
は、4箇所の固定部134、136、150、152で
一端が固定された折曲げ状ビーム130、132、14
6、148と、これらに連結部128、144を介して
接続された直線状ビーム126、127、142、14
3によってマス112を支持することで、x軸方向とy
軸方向について他軸加速度が充分に低減された構造でで
ある。それでいながら、直線状ビーム126、127、
142、143に対し、折曲げ状ビーム130、13
2、146、148が緩衝構造となっている。よって、
ビームに応力が蓄積されることが大きく抑制されてい
る。このため、バネ定数が安定するので、安定した感度
を得られる。
Acceleration detecting device 301 of the first to third embodiments
Is a bent beam 130, 132, 14 whose one end is fixed by four fixing portions 134, 136, 150, 152.
6, 148 and the linear beams 126, 127, 142, 14 connected to them via connecting portions 128, 144.
By supporting the mass 112 by 3
This is a structure in which the acceleration of another axis is sufficiently reduced in the axial direction. Nevertheless, the linear beams 126, 127,
142, 143 with respect to the bent beams 130, 13
2, 146 and 148 have a buffer structure. Therefore,
Accumulation of stress in the beam is greatly suppressed. Therefore, the spring constant is stable, and stable sensitivity can be obtained.

【0123】第1〜第3実施例のセンサ部101の構成
は、以下に示すような構成であってもよい。(第1変形
例) 図9に第1変形例のセンサ部102の平面図を示
す。なお、以下の変形例では図1に示す第1実施例のセ
ンサ部101Aの部材と同様の構成の部材は、同じ符号
を付し、説明を省略する。第1変形例のセンサ部102
の折曲げ状ビーム162、164の往きビーム部162
a、164a及び戻りビーム部162b、164bは、
それぞれ1本のビームで構成されている。この点で折曲
げ状ビーム130、132の往きビーム部130a、1
32a及び戻りビーム部130b、132bがそれぞれ
2本のビーム構成されている第1〜第3実施例と異な
る。また、第1変形例の折曲げ状ビーム162、164
の接続部162b、164bは、それぞれ長方形状に形
成されている。この点で、折曲げ状ビーム130、13
2の接続部130b、132bがほぼ正方形状に形成さ
れている第1〜第3実施例と異なる。
The structure of the sensor section 101 of the first to third embodiments may be as follows. (First Modification) FIG. 9 shows a plan view of the sensor unit 102 of the first modification. In addition, in the following modified examples, members having the same configurations as the members of the sensor unit 101A of the first embodiment shown in FIG. First Modification Sensor Unit 102
Bending beams 162, 164 of the forward beam portion 162
a, 164a and the return beam portions 162b, 164b are
Each is composed of one beam. At this point, the outward beam portions 130a, 1a of the bent beams 130, 132
32a and the return beam sections 130b and 132b are different from those of the first to third embodiments in which each of them has two beams. Further, the bent beams 162 and 164 of the first modified example.
The connecting portions 162b and 164b are each formed in a rectangular shape. At this point, the bent beams 130, 13
This is different from the first to third embodiments in which the second connecting portions 130b and 132b are formed in a substantially square shape.

【0124】また、一方のx軸方向検出電極121の可
動電極121aがマス102の右側面120dに接続さ
れ、他方のx軸方向検出電極160の可動電極160a
がマス102の左側面120cに接続されている。そし
て、x軸方向検出電極121と160は同一の構成であ
る。この点で、2つのx軸方向検出電極121、122
の可動電極121a、122aともにマス102の右側
面120dに接続され、2つのx軸方向検出電極12
1、122の構成が若干異なる第1〜第3実施例と異な
る。さらに、第1変形例のセンサ部102は、下側ビー
ムユニットを有していない点で第1〜第3実施例と異な
る。
The movable electrode 121a of one x-axis direction detection electrode 121 is connected to the right side surface 120d of the mass 102, and the movable electrode 160a of the other x-axis direction detection electrode 160.
Is connected to the left side surface 120c of the mass 102. The x-axis direction detection electrodes 121 and 160 have the same configuration. In this respect, the two x-axis direction detection electrodes 121, 122
Of the two movable electrodes 121a and 122a are connected to the right side surface 120d of the mass 102, and the two x-axis direction detection electrodes 12
The configuration of Nos. 1 and 122 is slightly different from that of the first to third embodiments. Furthermore, the sensor unit 102 of the first modification is different from the first to third embodiments in that it does not have the lower beam unit.

【0125】(第2変形例) 図10に第2変形例のセ
ンサ部103の平面図を示す。第2変形例のセンサ部1
03の折曲げ状ビーム166、168は、互いに離反す
る向きに伸びている。この点で折曲げ状ビーム162、
164が互いに近接する向きに伸びている第1変形例の
センサ部102等と異なる。
(Second Modification) FIG. 10 shows a plan view of a sensor section 103 of a second modification. Sensor unit 1 of second modification
The bent beams 166 and 168 of No. 03 extend in directions away from each other. At this point the bent beam 162,
This is different from the sensor unit 102 and the like of the first modification in which 164 extend in the direction in which they approach each other.

【0126】(第3変形例) 図11に第3変形例のセ
ンサ部104の平面図を示す。第3変形例のセンサ部1
04は、ビームユニット169の折曲げ状ビーム17
0、172と固定部174、176が、マス102と、
2本の直線状ビーム126、127と、ビーム連結部1
28で囲まれた領域内に配置されている。この点で折曲
げ状ビーム162、164と固定部134、136が前
記した領域外に配置されている第1変形例のセンサ部1
02等と異なる。
(Third Modification) FIG. 11 shows a plan view of a sensor section 104 of a third modification. Sensor unit 1 of the third modification
04 is a bent beam 17 of the beam unit 169.
0 and 172 and the fixed portions 174 and 176 are the mass 102,
Two linear beams 126 and 127 and the beam connecting portion 1
It is arranged in a region surrounded by 28. In this respect, the sensor unit 1 of the first modification example in which the bent beams 162 and 164 and the fixing portions 134 and 136 are arranged outside the above-mentioned region.
Different from 02 etc.

【0127】(第4変形例) 図12に第4変形例のセ
ンサ部105の平面図を示す。第4変形例のセンサ部1
05は、y軸方向検出電極の位置と構成が、第1変形例
のセンサ部102と異なる。具体的には、第1変形例の
センサ部102では、図9に示すように、ビーム連結部
128に、電極連結部140を介してy軸方向検出電極
140、141がx軸方向に並んで配置されているのに
対し、第4変形例のセンサ部105では、図12に示す
ように、ビーム連結部128の上側面の中央に一方のy
軸方向検出電極140の可動電極140aが接続され、
下側面の中央に他方のy軸方向検出電極178の可動電
極178aが接続されている。即ち、y軸方向に並んで
配置されている。
(Fourth Modification) FIG. 12 shows a plan view of a sensor section 105 of a fourth modification. Sensor unit 1 of the fourth modification
05 differs from the sensor unit 102 of the first modification in the position and configuration of the y-axis direction detection electrode. Specifically, in the sensor unit 102 of the first modified example, as shown in FIG. 9, the y-axis direction detection electrodes 140 and 141 are lined up in the x-axis direction on the beam connecting unit 128 via the electrode connecting unit 140. On the other hand, in the sensor unit 105 of the fourth modified example, as shown in FIG.
The movable electrode 140a of the axial direction detection electrode 140 is connected,
The movable electrode 178a of the other y-axis direction detection electrode 178 is connected to the center of the lower surface. That is, they are arranged side by side in the y-axis direction.

【0128】第1〜第3実施例の3軸加速度検出装置3
01は、上記した第1変形例から第4変形例に示す構成
の他に、以下に示すような構成であってもよい。
Three-axis acceleration detecting device 3 of the first to third embodiments
01 may have the following configurations in addition to the configurations shown in the first to fourth variations.

【0129】例えば折曲げ状ビーム130を構成する往
きビーム部130a又は戻りビーム部130cの本数は
2本より多くてもよい。この場合、他軸加速度の影響を
より低減し、また、ビームのバネ定数を線形にするため
には、往きビーム部130aと戻りビーム部130cの
本数を同一とすることが好ましい。また、往きビーム部
130aと戻りビーム部130cの変形時の形状が同一
であることが好ましい。即ち、往きビーム部130aと
戻りビーム部130cの長さと幅を同等とすることが好
ましい。このように構成すると、マス120のy軸方向
への変位により両ビーム部130a、130cが変形し
たとき両ビーム部130a、130cの内部に発生する
応力分布がほぼ同じとなる。よって、両ビーム部130
a、130cの曲がりに対して、両ビーム部130a、
130cの接続部130b側の端部が均等にx軸方向に
変位できる。このため、ビーム部130a、130c同
士にかかる力の不均一性がほとんどなく、バネ定数をさ
らに線形にできる。即ち、F=kxという関係におい
て、変位xがより大きくても、バネ定数kを一定にでき
る。また、両ビーム部130a、130cの長さが同一
であるため、温度変化による両ビーム部130a、13
0cの変化が同一となり、温度変化がバネ定数に与える
影響を大幅に改善できる。
For example, the number of the forward beam portions 130a or the return beam portions 130c forming the bent beam 130 may be more than two. In this case, in order to further reduce the influence of the other-axis acceleration and make the spring constant of the beam linear, it is preferable that the number of the forward beam portions 130a and the number of the return beam portions 130c be the same. Further, it is preferable that the forward beam portion 130a and the return beam portion 130c have the same shape when deformed. That is, it is preferable that the forward beam portion 130a and the return beam portion 130c have the same length and width. With this configuration, when the beam portions 130a and 130c are deformed by the displacement of the mass 120 in the y-axis direction, the stress distributions generated inside the beam portions 130a and 130c are substantially the same. Therefore, both beam units 130
a, 130c bending, both beam portions 130a,
The end portion of the connecting portion 130b on the side of the connecting portion 130b can be uniformly displaced in the x-axis direction. Therefore, there is almost no nonuniformity of the force applied to the beam portions 130a and 130c, and the spring constant can be made more linear. That is, in the relationship of F = kx, the spring constant k can be made constant even if the displacement x is larger. In addition, since the lengths of both beam portions 130a and 130c are the same, both beam portions 130a and 130c due to temperature change.
The change in 0c is the same, and the effect of temperature change on the spring constant can be greatly improved.

【0130】また、例えば折曲げ状ビーム130を構成
する接続部130bの形状に特に限定はない。接続部1
30bの形状は、往きビーム部及び戻りビーム部と曲げ
剛性が同等以上であれば、例えば、湾曲していても、半
円状であっても、直線状であってもよいし、往きビーム
部及び戻りビーム部と異なる材料であってもよい。ま
た、折曲げ状ビームは、本実施例の折曲げ状ビーム13
0を複数組合せたような構造であってもよい。例えば、
2つの折曲げ状ビーム130の変位端を連結して、2箇
所の固定端が固定部に接続されているような構造であっ
てもよい。
Further, the shape of the connecting portion 130b constituting the bent beam 130 is not particularly limited. Connection 1
The shape of 30b may be, for example, curved, semicircular, or linear as long as it has bending rigidity equal to or higher than that of the forward beam portion and the return beam portion. The material may be different from that of the return beam portion. The bent beam is the bent beam 13 of this embodiment.
A structure in which a plurality of 0s are combined may be used. For example,
The structure may be such that the displacement ends of the two bent beams 130 are connected to each other and the two fixed ends are connected to the fixed portion.

【0131】各ビームユニット123、125を構成す
る直線状ビーム又は折曲げ状ビームは1つでもよい。ま
た、例えば直線状ビームと折曲げ状ビームの間に連結部
を介して接続せずに、直線状ビームと折曲げ状ビームを
直接に接続してもよい。ビームユニットの直線状ビーム
及び折曲げ状ビームを1つにして、両ビームを直接に接
続する場合、例えばビームユニット123では、直線状
ビームの一端をマス112の上側面112aの中央付近
に接続し、直線状ビームの他端に折曲げ状ビームを接続
することが好ましい。この構成によると、直線状ビーム
及び折曲げ状ビームが1つであっても、マス112を比
較的安定に支持でき、他軸加速度の影響を低減できる。
また、例えばビームユニット123を構成する直線状ビ
ームあるいは折曲げ状ビームの本数は、2本より多くて
もよい。この場合も、偶数本であることが好ましい。
Each of the beam units 123 and 125 may have one linear beam or one bent beam. Further, for example, the straight beam and the bent beam may be directly connected without connecting the straight beam and the bent beam via the connecting portion. When the linear beam and the bent beam of the beam unit are combined into one and both beams are directly connected, for example, in the beam unit 123, one end of the linear beam is connected to the vicinity of the center of the upper side surface 112a of the mass 112. It is preferable to connect a bent beam to the other end of the linear beam. According to this configuration, even if there is only one linear beam and one bent beam, the mass 112 can be supported relatively stably, and the influence of the acceleration of the other axis can be reduced.
Further, for example, the number of linear beams or bent beams forming the beam unit 123 may be more than two. Also in this case, it is preferable that the number is even.

【0132】図4の感度調整調整124、154の接続
箇所は、他の箇所であってもよい。図4ではx軸方向感
度調整電極124はマス120に接続されているが、例
えば連結部128aとマス120の間の箇所に接続して
もよい。例えば、第2ビーム126の中間部に接続して
もよい。また、図4ではy軸方向感度調整電極154は
連結部144に接続されているが、例えば固定部150
と連結部144の間の箇所に接続してもよい。例えば、
折曲げ状ビーム146の往きビームと戻りビームをつな
ぐ接続部に接続してもよい。
The connection points of the sensitivity adjustment adjustments 124 and 154 in FIG. 4 may be other points. Although the x-axis direction sensitivity adjustment electrode 124 is connected to the mass 120 in FIG. 4, it may be connected to, for example, a portion between the connecting portion 128a and the mass 120. For example, it may be connected to the middle portion of the second beam 126. Further, in FIG. 4, the y-axis direction sensitivity adjusting electrode 154 is connected to the connecting portion 144, but for example, the fixing portion 150.
It may be connected to a place between and the connecting portion 144. For example,
The folded beam 146 may be connected to a connecting portion connecting the forward beam and the return beam.

【0133】感度調整電極124においては(感度調整
電極154も同様である)、可動電極124aの電極指
の両側には、固定電極124bの電極指が位置する。可
動電極124aの電極指が、両側の固定電極124bの
電極指のほぼ中間に位置する場合、両側の固定電極12
4bの電極指からの静電引力が均等にかかり、最も動作
が安定する。しかし、過大な加速度が印加された場合、
可動電極124aの電極指の位置が片側の固定電極12
4bの電極指の方に寄ってしまう場合がある。この場
合、両側の固定電極124bの電極指からの静電引力が
不均一となる。この結果、可動電極124aが片側の固
定電極124bの電極指から強く静電引力を受ける。よ
って、可動電極124aの電極指が片側の固定電極の1
24bの電極指に引寄せられて、固着したり、あるいは
中間位置に戻らないという現象が発生してしまう。
In the sensitivity adjusting electrode 124 (the same applies to the sensitivity adjusting electrode 154), the electrode fingers of the fixed electrode 124b are located on both sides of the electrode finger of the movable electrode 124a. When the electrode fingers of the movable electrode 124a are located substantially in the middle of the electrode fingers of the fixed electrodes 124b on both sides, the fixed electrodes 12 on both sides are
The electrostatic attraction from the electrode fingers of 4b is evenly applied, and the operation is most stable. However, if excessive acceleration is applied,
The position of the electrode finger of the movable electrode 124a is the fixed electrode 12 on one side.
The electrode finger of 4b may be approached. In this case, the electrostatic attraction from the electrode fingers of the fixed electrodes 124b on both sides becomes uneven. As a result, the movable electrode 124a receives a strong electrostatic attraction force from the electrode finger of the fixed electrode 124b on one side. Therefore, the electrode finger of the movable electrode 124a is one of the fixed electrodes on one side.
There is a phenomenon in which the electrode fingers of 24b are attracted and fixed, or do not return to the intermediate position.

【0134】そこで、上記したように感度調整電極12
4、154を、変位の大きな部位ではなく、変位の小さ
な部位に接続することで、過大な加速度が印加された場
合であっても、可動電極124a、154aの電極指に
両側の固定電極124a、154aの電極指からほぼ均
等な静電引力をかけることができる。このため、安定し
た感度調整動作が可能となる。
Therefore, as described above, the sensitivity adjusting electrode 12
By connecting 4 and 154 to a portion with a small displacement instead of a portion with a large displacement, even when an excessive acceleration is applied, the fixed electrodes 124a on both sides are attached to the electrode fingers of the movable electrodes 124a and 154a. A substantially uniform electrostatic attraction can be applied from the electrode fingers of 154a. Therefore, stable sensitivity adjustment operation is possible.

【0135】以上で第1〜第3実施例と、他の変形例の
3軸加速度検出装置を説明したが、特に第1〜第3実施
例については、装置構成の理解を容易にするために便宜
的に第1〜第3実施例に分けたものであり、実際には、
第1〜第3実施例の構成を組合せて用いることが好まし
い。第1〜第3実施例の構成と他の変形例の構成を適宜
組合せて用いることで、(1)他軸加速度の影響が極め
て低減されて本来検出したい検出軸方向の加速度を非常
に精度良く検知でき、(2)小さな加速度による小さな
変位を非常に高感度に検出でき、(3)各装置間又は1
つの装置内でビームのバネ定数のばらつきやずれが小さ
く非常に安定した感度が得られる加速度検出装置を実現
することができる。
The three-axis acceleration detecting devices of the first to third embodiments and the other modified examples have been described above. However, in order to facilitate understanding of the device configuration, particularly in the first to third embodiments. It is divided into the first to third embodiments for the sake of convenience, and actually,
It is preferable to use the configurations of the first to third embodiments in combination. By appropriately combining and using the configurations of the first to third embodiments and the configurations of other modified examples, (1) the influence of the acceleration of the other axis is extremely reduced, and the acceleration in the detection axis direction to be originally detected is very accurately. It can detect (2) small displacement due to small acceleration with very high sensitivity, (3) between devices or 1
It is possible to realize an acceleration detection device in which variations and deviations of the spring constant of the beam are small in one device and very stable sensitivity is obtained.

【0136】以上、本発明の具体例を詳細に説明した
が、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定する
ものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上
に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれ
る。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単
独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮
するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定され
るものではない。また、本明細書又は図面に例示した技
術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうち
の一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つ
ものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. Further, the technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technique illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving the one purpose among them has technical utility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 第1実施例の3軸加速度検出装置の説明図を
示す。
FIG. 1 shows an explanatory diagram of a triaxial acceleration detection device according to a first embodiment.

【図2】 第1実施例の3軸加速度検出装置のz軸方向
の加速度検出の説明図を示す。
FIG. 2 is an explanatory diagram of acceleration detection in the z-axis direction of the triaxial acceleration detection device according to the first embodiment.

【図3】 第1実施例の3軸加速度検出装置のx軸方向
検出電極の拡大平面図を示す。
FIG. 3 is an enlarged plan view of an x-axis direction detection electrode of the triaxial acceleration detection device according to the first embodiment.

【図4】 第2実施例の3軸加速度検出装置の説明図を
示す。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a triaxial acceleration detecting device according to a second embodiment.

【図5】 第2実施例の3軸加速度検出装置のz軸方向
の加速度検出の説明図を示す。
FIG. 5 is an explanatory diagram of acceleration detection in the z-axis direction of the triaxial acceleration detection device according to the second embodiment.

【図6】 第2実施例の3軸加速度検出装置のx軸方向
感度調整電極の拡大平面図を示す。
FIG. 6 is an enlarged plan view of an x-axis direction sensitivity adjustment electrode of the triaxial acceleration detection device of the second embodiment.

【図7】 第3実施例の3軸加速度検出装置の説明図を
示す。
FIG. 7 shows an explanatory diagram of a triaxial acceleration detecting device of a third embodiment.

【図8】 第3実施例の3軸加速度検出装置のz軸方向
の加速度検出の説明図を示す。
FIG. 8 is an explanatory diagram of acceleration detection in the z-axis direction of the triaxial acceleration detection device according to the third embodiment.

【図9】 第1変形例のセンサ部の平面図を示す。FIG. 9 shows a plan view of a sensor unit of a first modified example.

【図10】 第2変形例のセンサ部の平面図を示す。FIG. 10 shows a plan view of a sensor section of a second modification.

【図11】 第3変形例のセンサ部の平面図を示す。FIG. 11 shows a plan view of a sensor section of a third modification.

【図12】 第4変形例のセンサ部の平面図を示す。FIG. 12 shows a plan view of a sensor section of a fourth modified example.

【図13】 本発明の理解を補助するための図を示す
(1)。
FIG. 13 shows a diagram to assist in understanding the present invention (1).

【図14】 本発明の理解を補助するための図を示す
(2)。
FIG. 14 shows a diagram to assist in understanding the present invention (2).

【図15】 本発明の一つの態様を具現化した加速度検
出装置の説明図を示す。
FIG. 15 is an explanatory diagram of an acceleration detection device that embodies one aspect of the present invention.

【図16】 従来の2軸加速度検出装置の平面図を示
す。
FIG. 16 is a plan view of a conventional biaxial acceleration detecting device.

【図17】 図16のA−A線断面図を示す(1)。FIG. 17 is a sectional view taken along line AA of FIG. 16 (1).

【図18】 図16のA−A線断面図を示す(2)。FIG. 18 is a sectional view taken along line AA of FIG. 16 (2).

【図19】 従来の角速度検出装置の平面図を示す。FIG. 19 shows a plan view of a conventional angular velocity detecting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

301:3軸加速度検出装置 101:センサ部 201:センサ回路部 120:マス 121、122:x軸方向検出電極 126、127:直線状ビーム 128:ビーム連結部 130、132:折曲げ状ビーム 134、136:固定部 138:電極連結部 140、141:y軸方向検出電極 301: 3-axis acceleration detection device 101: Sensor section 201: Sensor circuit section 120: Trout 121, 122: x-axis direction detection electrodes 126 and 127: linear beam 128: Beam connection part 130, 132: Bent beam 134, 136: Fixed part 138: Electrode connection part 140, 141: y-axis direction detection electrode

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固定部と、第1ビームと、第2ビーム
と、マスと、x軸方向の加速度検出電極と、これに直交
するy軸方向の加速度検出電極を備え、少なくともx軸
方向とy軸方向の加速度を検出する装置であり、 第1ビームは、x軸方向にほぼ平行に伸びる往きビーム
部及び戻りビーム部と、両ビーム部の一端が接続されて
いるとともに両ビーム部と曲げ剛性が同等以上の接続部
を有し、往きビーム部の他端は固定部に接続されてお
り、両ビーム部の他端は接続部に対し同じ側に配置され
ており、 第2ビームは、y軸方向にほぼ平行に伸びており、その
一端が第1ビームの戻りビーム部の他端に直接又は間接
に接続されており、 マスは、第2ビームの他端に直接又は間接に接続されて
おり、x軸方向とy軸方向に変位可能であり、 x軸方向の加速度検出電極は、マスに直接又は間接に設
けられた可動電極と、固定電極を有し、 y軸方向の加速度検出電極は、第1ビームの戻りビーム
部の他端に直接又は間接に設けられた可動電極と、固定
電極を有する多軸加速度検出装置。
1. A fixed part, a first beam, a second beam, a mass, an acceleration detection electrode in the x-axis direction, and an acceleration detection electrode in the y-axis direction orthogonal thereto, and at least in the x-axis direction. The first beam is a device that detects acceleration in the y-axis direction, and the first beam has a forward beam portion and a return beam portion that extend substantially parallel to the x-axis direction, one end of each of the beam portions is connected, and both beam portions are bent. It has a connecting part with equal or higher rigidity, the other end of the forward beam part is connected to the fixed part, the other ends of both beam parts are arranged on the same side with respect to the connecting part, and the second beam is It extends substantially parallel to the y-axis direction, one end of which is directly or indirectly connected to the other end of the return beam section of the first beam, and the mass is directly or indirectly connected to the other end of the second beam. It is displaceable in the x-axis direction and the y-axis direction. The acceleration detection electrode has a movable electrode provided directly or indirectly on the mass and a fixed electrode, and the acceleration detection electrode in the y-axis direction is provided directly or indirectly on the other end of the return beam portion of the first beam. Multi-axis acceleration detection device having fixed movable electrode and fixed electrode.
【請求項2】 x軸方向とy軸方向に直交するz軸方向
の加速度検出電極をさらに備え、x軸方向とy軸方向に
加えてz軸方向の加速度も検出する装置であり、 マスは、x軸方向とy軸方向に加えてz軸方向にも変位
可能であり、 z軸方向の加速度検出電極は、マスの表面に形成された
可動電極と、固定電極を有する請求項1の多軸加速度検
出装置。
2. A device for detecting acceleration in the z-axis direction in addition to the x-axis direction and the y-axis direction, the device further comprising an acceleration detection electrode in the z-axis direction orthogonal to the x-axis direction and the y-axis direction. , The x-axis direction and the y-axis direction can be displaced in the z-axis direction, and the acceleration detection electrode in the z-axis direction has a movable electrode formed on the surface of the mass and a fixed electrode. Axial acceleration detector.
【請求項3】 固定部と、第1ビームと、第2ビームを
有するビームユニットを少なくとも2組備え、各ビーム
ユニットがx軸方向に並列に配置されており、 マスのx軸方向に伸びる側部に各ビームユニットの第2
ビームの他端が直接又は間接に接続されていることを特
徴とする請求項1又は2の多軸加速度検出装置。
3. A fixed part, a first beam, and at least two sets of beam units having a second beam, each beam unit being arranged in parallel in the x-axis direction, the side extending in the x-axis direction of the mass. 2nd of each beam unit
3. The multi-axis acceleration detecting device according to claim 1, wherein the other end of the beam is directly or indirectly connected.
【請求項4】 連結部をさらに備え、 その連結部に、x軸方向に並列に配置された各ビームユ
ニットの第1ビームの戻りビーム部の他端と、x軸方向
に並置された2つ以上の第2ビームの一端が接続されて
いることを特徴とする請求項3の多軸加速度検出装置。
4. A connecting portion is further provided, and the connecting portion has the other end of the return beam portion of the first beam of each beam unit arranged in parallel in the x-axis direction and two juxtaposed in the x-axis direction. The multi-axis acceleration detecting device according to claim 3, wherein one end of the second beam is connected.
【請求項5】 連結部にy軸方向の加速度検出電極の可
動電極がさらに設けられていることを特徴とする請求項
4の多軸加速度検出装置。
5. The multi-axis acceleration detection device according to claim 4, wherein a movable electrode of an acceleration detection electrode in the y-axis direction is further provided at the connecting portion.
【請求項6】 固定部と、第1ビームと、第2ビームを
有するビームユニットを少なくとも2組備え、各ビーム
ユニットがマスを挟んで配置されており、 マスのx軸方向に伸びる両側部にそれぞれビームユニッ
トの第2ビームの他端が直接又は間接に接続されている
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかの多軸加速
度検出装置。
6. A fixing unit, a first beam, and at least two sets of beam units having a second beam are provided, and each beam unit is arranged so as to sandwich the mass, and both side parts extending in the x-axis direction of the mass are provided. 6. The multi-axis acceleration detecting device according to claim 1, wherein the other ends of the second beams of the beam units are directly or indirectly connected to each other.
【請求項7】 第1ビーム同士と第2ビーム同士が所定
の基準線に対しほぼ線対称な位置に配置されていること
を特徴とする請求項3から6の多軸加速度検出装置。
7. The multiaxial acceleration detecting device according to claim 3, wherein the first beams and the second beams are arranged at positions substantially line-symmetric with respect to a predetermined reference line.
【請求項8】 一の軸方向の加速度検出電極は、可動電
極が他の軸方向に変位したときでも、可動電極と固定電
極の対向面積がほぼ一定となるように構成されているこ
とを特徴とする請求項1から7のいずれかの多軸加速度
検出装置。
8. The acceleration detecting electrode in one axial direction is configured such that the facing area between the movable electrode and the fixed electrode is substantially constant even when the movable electrode is displaced in the other axial direction. The multi-axis acceleration detection device according to claim 1.
【請求項9】 検出軸方向の加速度検出電極の可動電極
と固定電極の電極指が、検出軸方向にほぼ直交する方向
に伸びていることを特徴とする請求項1から8のいずれ
かの多軸加速度検出装置。
9. The movable electrode of the acceleration detection electrode and the electrode finger of the fixed electrode in the detection axis direction extend in a direction substantially orthogonal to the detection axis direction. Axial acceleration detector.
【請求項10】 印加された加速度による加速度検出電
極の可動電極と固定電極の位置関係の変化を静電容量の
変化として検出する容量検出回路をさらに備えることを
特徴とする請求項1から9のいずれかの多軸加速度検出
装置。
10. The capacitance detection circuit according to claim 1, further comprising a capacitance detection circuit that detects a change in the positional relationship between the movable electrode and the fixed electrode of the acceleration detection electrode due to the applied acceleration as a change in electrostatic capacitance. Any multi-axis acceleration detection device.
【請求項11】 差分回路をさらに備え、 加速度検出電極は、2組の可動電極と固定電極を有し、
一方の組の可動電極と固定電極間の距離が所定値だけ増
加すると、他方の組の可動電極と固定電極間の距離が前
記所定値とほぼ同じ値だけ減少し、 差分回路は、容量検出回路で検出された2組の可動電極
と固定電極間の静電容量の変化の差をとることを特徴と
する請求項10の多軸加速度検出装置。
11. A differential circuit is further provided, and the acceleration detection electrode has two sets of movable electrodes and fixed electrodes,
When the distance between the movable electrode and the fixed electrode of one set increases by a predetermined value, the distance between the movable electrode and the fixed electrode of the other set decreases by about the same value as the predetermined value. 11. The multi-axis acceleration detection device according to claim 10, wherein the difference in the change in electrostatic capacitance between the two sets of the movable electrode and the fixed electrode, which is detected in step 3, is taken.
【請求項12】 フィードバック回路と、フィードバッ
ク電極を備え、 フィードバック回路は、容量検出回路の出力値が入力さ
れるとその出力値に応じた電圧をフィードバック電極に
印加するように構成されていることを特徴とする請求項
10又は11の多軸加速度検出装置。
12. A feedback circuit and a feedback electrode are provided, and the feedback circuit is configured to apply a voltage according to the output value of the capacitance detection circuit to the feedback electrode when the output value is input. The multi-axis acceleration detection device according to claim 10 or 11.
【請求項13】 離調率が所定値以上であることを特徴
とする請求項1から12のいずれかの多軸加速度検出装
置。
13. The multiaxial acceleration detecting device according to claim 1, wherein the detuning rate is equal to or more than a predetermined value.
【請求項14】 離調率が1%以上であることを特徴と
する請求項13の多軸加速度検出装置。
14. The multi-axis acceleration detection device according to claim 13, wherein the detuning rate is 1% or more.
【請求項15】 マスは、第1マス部と、第2マス部
と、第3ビームを有し、 第1マス部は、第3ビームによって第2マス部と接続さ
れており、第1マス部は第2マス部に対しz軸方向に変
位可能であり、 第2マス部は、第2ビームの他端に接続されていること
を特徴とする請求項2から14のいずれかの多軸加速度
検出装置。
15. The mass has a first mass part, a second mass part and a third beam, and the first mass part is connected to the second mass part by the third beam. The part is displaceable in the z-axis direction with respect to the second mass part, and the second mass part is connected to the other end of the second beam. Acceleration detection device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009063430A (en) * 2007-09-06 2009-03-26 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Two-axis capacitive acceleration sensor, and two-axis capacitive accelerometer
JP2009097932A (en) * 2007-10-15 2009-05-07 Freescale Semiconductor Inc Capacitive detector

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100875457B1 (en) 2006-08-31 2008-12-22 (주)에스엠엘전자 Angular velocity sensor structure
JP2009063430A (en) * 2007-09-06 2009-03-26 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Two-axis capacitive acceleration sensor, and two-axis capacitive accelerometer
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