JP2009175087A - 加速度センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加速度の検出に際して、簡単な構成で、重力加速度の影響を無くし、基準容量素子等の周辺素子の使用を抑え、小型化が可能な加速度センサ装置を提供する。
【解決手段】Ｚ軸を中心に対称に形成されたＺ軸固定電極Ｚｓ１と、ＸＹ軸の原点に対してＸ軸方向であって、Ｚ軸固定電極Ｚｓ１の一側方に形成されたＸ軸固定電極Ｘｓ１と、ＸＹ軸の原点に対してＹ軸方向であって、Ｚ軸固定電極Ｚｓ１の一側方に形成されたＹ軸固定電極Ｙｓ１とを有した絶縁基板３２を備える。Ｚ軸上に重心を有する重錘Ｗ１と一体に形成され、Ｘ軸電極板Ｘｍ１と、Ｙ軸電極板Ｙｍ１と、Ｚ軸電極部Ｚｍ１とが各々設けられた変位部材１４ａを備える。変位部材１４ａを筐体１４ｃに支持し、弾性変形可能な複数の梁部材１４ｂを備える。各電極による容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２，Ｃｙ１，Ｃｙ２，Ｃｚ１，Ｃｚ２を備えた一対のセンサモジュールＳＭ１，ＳＭ２を、表裏に回転対称に備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、静電容量の変化に基づいて加速度を検出する加速度センサ装置に関する。

従来、互いに直交するＸＹＺ三次元座標系の各成分ごとに加速度を検出する加速度センサ装置として、図１４〜図１６に示す構成のものがあった。加速度センサ装置１０は、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、表面に所定の電極が形成されたガラス板などの絶縁基板１２と、変位部材１４ａが梁部材１４ｂを介して筐体１４ｃに固定されたセンサ部分１４と、覆い蓋１６とを備えている。

絶縁基板１２の表面はＸＹ軸方向の平面を形成しており、図１５に示すように、表面中央部に形成された正方形領域と、その各頂点から放射状に外側に延びて筐体１４ｃの角部で４５°屈曲させて形成された４個のレ字状領域とを一体にした形状のＺ軸固定電極Ｚｓ１を有している。Ｚ軸固定電極Ｚｓ１の正方形領域のＸ軸方向の両側には、各々台形状に形成されたＸ軸固定電極Ｘｓ１及びＸｓ２と、上記正方形領域のＹ軸方向の両側に各々台形状に形成されたＹ軸固定電極Ｙｓ１及びＹｓ２と、各固定電極と配線パターン１２ａで接続された引出用電極１２ｂとを備えている。引出用電極１２ｂは、絶縁基板１２の四方の各辺のほぼ中央部端縁近傍に位置している。各電極や配線パターン１２ａは、アルミニウムや金等の金属薄膜により形成されている。

絶縁基板１２の表面には、シリコンで形成されたセンサ部分１４が接合されている。センサ部分１４の筐体１４ｃは、図１４、図１６に示すように、薄い四角筒状に形成され、四方の各辺の一部が各々矩形状に切除された形状に形成されている。この四方の切除部１４ｄは、絶縁基板１２にセンサ部分１４を接合した状態で、引出用電極１２ｂが各々露出する程度の大きさに形成されている。

センサ部分１４の中空部１４ｅ内には、変位部材１４ａが配置されている。変位部材１４ａは、その中央部に位置し、Ｚ軸に中心軸を有する円筒状の重錘Ｗ１と、重錘Ｗ１のＸ軸方向両側に各々一体に突出したＸ軸電極板Ｘｍ１，Ｘｍ２と、重錘Ｗ１のＹ軸方向両側に各々一体に突出したＹ軸電極板Ｙｍ１，Ｙｍ２とを備えている。そして、変位部材１４ａは、筐体１４ｃの内壁１４ｆから延出した４本の梁部材１４ｂによって筐体１４ｃに支持されている。

梁部材１４ｂは、筐体１４ｃの内壁１４ｆの下面近傍から一辺の側壁１４ｆに沿って延出し、直交する他の内壁１４ｆにぶつかる前に４５°屈曲してレ字状に形成され、屈曲した部分は中央部に向かい、その先端は、一体に重錘Ｗ１の下部に繋がっている。このように、梁部材１４ｂは、筐体１４ｃの内壁１４ｆの四方の面から同様にして４本延出し、重錘Ｗ１の周囲４箇所に繋がっている。梁部材１４ｂは、重錘Ｗ１に作用する加速度に応じて自在に弾性変形する可撓性を備えている。その動作については後述する。

上記重錘Ｗ１、各変位電極、梁部材１４ｂ及び筐体１４ｃは、シリコン半導体により一体に形成されている。このシリコン半導体は、シリコンウエハ基板に所定の不純物をドープして、ｐ型またはｎ型半導体に形成されたものである。

筐体１４ｃの上面開口部は、図１４（ｂ）に示すように、ガラス板やシリコン板等の覆い蓋１６が低融点ガラス等を介して気密状態で密着して固定され、絶縁基板１２とともに筐体１４ｃの中空部１４ｅ内を密封し、一体となって加速度センサ装置１０が形成されている。

そして、Ｘ軸電極板Ｘｍ１とＸ軸固定電極Ｘｓ１は所定の距離を空けて互いに平行に対向して容量素子Ｃｘ１を形成し、Ｘ軸電極板Ｘｍ２とＸ軸固定電極Ｘｓ２は所定の距離を空けて互いに平行に対向して容量素子Ｃｘ２を形成し、絶縁基板１２の表面に対して平行なＸ軸方向の加速度を検知する。また、Ｙ軸電極板Ｙｍ１とＹ軸固定電極Ｙｓ１は所定の距離を空けて互いに平行に対向して容量素子Ｃｙ１を形成し、Ｙ軸電極板Ｙｍ２とＹ軸固定電極Ｙｓ２は所定の距離を空けて互いに平行に対向して容量素子Ｃｙ２を形成し、絶縁基板１２の表面に対して平行なＹ軸方向の加速度を検知する。また、重錘Ｗ１及び梁部材１４ｂの下面で構成するＺ軸電極部Ｚｍ１とＺ軸固定電極Ｚｓ１とが、所定の距離を空けて互いに平行に対向して容量素子Ｃｚ１を形成し、絶縁基板１２の表面に対して垂直なＺ軸方向の加速度を検知する。

なお、容量素子の静電容量（以下、容量）をＣ、対向する電極の対向面積をＳ、対向する電極間距離をｄ、密封された中空部１４ｅ内の誘電率をεとすると、容量Ｃは、式（１）のように表される。

上記の容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２は、対向面積及び電極間距離は互いに等しく設定されており、初期状態としてＣｘ１＝Ｃｘ２となっている。容量素子Ｃｙ１，Ｃｙ２についても同様に、初期状態としてＣｙ１＝Ｃｙ２となっている。

次に、加速度センサ装置１０の動作を、図１７〜図２２に基づいて説明する。図１７（ａ）は加速度センサ１０が実装基板１８に実装されたときのＸＺ平面部分の断面図であって、Ｘ軸方向に加速度αが加わっている状態を示している。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の状態の変位部材１４ａと、絶縁基板１２と、それらの間に形成される容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２を模式的に表している。重錘Ｗ１に加速度αが作用していない初期状態においては、変位部材１４ａは絶縁基板１２に対して平行な状態であって、容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２の電極間距離はともにｄ（＋）という等しい値になる。その状態に、図１７（ｂ）のようにＸ軸方向に加速度αが加わると、重錘Ｗ１は加速後αの方向に作用して変位部材１４ａ全体が傾く。このとき、変位部材１４ａはＺ軸電極部Ｚｍ１の中心点を揺動軸として傾くので、容量素子Ｃｘ１の電極間距離はｄ（＋）＋Δｄとなって、その容量が減少する。一方、容量素子Ｃｘ２の電極間距離はｄ（＋）−Δｄとなって、その容量が増加する。そして、図２１（ａ）に示す信号処理回路により、容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２の容量は、加速度センサ装置１０の外部に設けたＣ／Ｖ変換回路２０によって電圧信号に変換され、減算回路２２によりその差分の電圧信号±Ｖｘを求めることによって、加速度αが検出される。

Ｙ軸方向に加速度αが加わった場合も、上記Ｘ軸方向の場合と同様に動作し、図２１（ｂ）に示すように、容量素子Ｃｙ１，Ｃｙ２の容量は、加速度センサ装置１０の外部に設けたＣ／Ｖ変換回路２０によって電圧信号に変換され、減算回路２２によりその差分の電圧信号±Ｖｙを求めることによって、加速度αが検出される。

Ｚ軸方向に加速度が加わった場合の動作を、図１９に基づいて説明する。図１９（ａ）は加速度センサ装置１０と、後述する基準容量素子Ｃｒｅｆとが実装基板１８に実装されたときのＸＺ平面部分の断面図であって、Ｚ軸方向に加速度αが加わっている状態を示している。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の状態の変位部材１４ａと、絶縁基板１２と、それらの間に形成される容量素子Ｃｚ１と、基準容量素子Ｃｒｅｆとを模式的に表している。重錘１４ｃに加速度αが作用していない初期状態においては、変位部材１４ａは絶縁基板１２に対して平行であって、容量素子Ｃｚ１の電極間距離はｄ（＋）である。そして、図１９（ｂ）のようにＺ軸方向に加速度αが加わると、重錘Ｗ１は加速後αの方向に作用して変位部材１４ａ全体がＺ軸方向に変位し、容量素子Ｃｚ１の電極間距離はｄ（＋）＋Δｄとなって、その容量が減少する。そして、図２１（ｃ）に示すように、容量素子Ｃｚ１及び固定容量値を有する基準容量素子Ｃｒｅｆの容量は、加速度センサ装置１０の外部に設けた容量−電圧変換回路（以下、Ｃ／Ｖ変換回路）２０によって電圧信号に変換され、減算回路２２によりその差分の電圧信号±Ｖｚを求めることによって、加速度αが検出される。

また、特許文献１に開示された多次元方向に関する力検出装置は、上述の加速度センサ１０における加速度を受けて変位する各軸の電極板Ｘｍ１，Ｘｍ２，Ｙｍ１，Ｙｍ２，Ｚｍ１を、弾性変形可能な可撓基板の表面に形成した電極に置き換えたものであって、そこに発生する容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２，Ｃｙ１，Ｃｙ２，Ｃｚ１によって、加速度センサ１０と同様の動作でＸ軸及びＹ軸方向の力を検出するものである。

さらに、特許文献１には、Ｚ軸方向の力の検出感度を向上させるため、形状一定な変位基板、固定基板及び補助基板を用いて、第一の容量素子Ｃｚ１と、相補的に容量値が増減する第二の容量素子Ｃｚ２とを構成した他の実施形態が開示されている。この力検出装置は、可撓基板の中央部分に取り付けられた重錘に加速度が作用すると可撓基板が変形し、それに応じて可撓基板に一体に取り付けられた変位基板が変位し、その結果、容量素子Ｃｚ１，Ｃｚ２の容量が変化する、という動作を行う。そして、図２１（ｃ）の信号処理回路の基準容量素子Ｃｒｅｆに代えて容量素子Ｃｚ２を接続し、Ｚ軸方向の力を検出するものである。
特開平４−３３７４３１号公報

加速度センサ装置１０のような小型の加速度センサ装置は、必ずしも固定的に設置されるとは限らず、例えばゲーム機や産業用ロボット等の機械装置の可動部分に取り付けられ、稼働中においては、重力が作用する方向であるＺ軸方向に、上下裏返しになる場合がある。このような使用状況において、従来の加速度センサ１０では、実装基板１８の下面側に配置されたときと、上面側に配置されたときで、出力特性が異なるという問題があった。

例えば、図１８（ａ）に示すように、加速度センサ１０が実装基板１８の下面側に配置された場合、重錘Ｗ１に加速度が作用していない初期状態では、変位部材１４ａは絶縁基板１２に対して平行な状態となって、容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２の電極間距離は等しくｄ（−）となる。しかし、重力加速度Ｇが重錘Ｗ１に作用するため、加速度センサ１０が実装基板１８の上面側に配置された図１７（ａ）に示す場合における初期状態の電極間距離ｄ（＋）よりも大きな値となっている。

その状態で、Ｘ軸方向に加速度αが加わると、図１８（ｂ）のように、重錘Ｗ１は加速度αの方向に作用して変位部材１４ａ全体が傾く。このとき、変位部材１４ａはＺ軸電極部Ｚｍ１の中心点を揺動軸として傾くので、容量素子Ｃｘ１の電極間距離はｄ（−）−Δｄとなって容量が増加し、容量素子Ｃｘ２の電極間距離はｄ（−）＋Δｄとなって容量が減少する。

ここで、式（１）で規定される容量Ｃと電極間距離ｄは、図２２に示すように反比例の関係を有している。図２２から分かるように、電極間距離ｄが初期状態のｄ（＋）からΔｄだけ変位したときの容量変化ΔＣ（＋）と、初期状態ｄ（−）からΔｄだけ変位したときの容量変化ΔＣ（−）を比較すると、ΔＣ（＋）の方がΔＣ（−）よりも常に大きな値になる。そして、減算回路２２から出力される電圧信号±Ｖｘも異なる値を示す。すなわち、同一の加速度αが加わっていても、実装基板の上面側に配置されたときと下面側に配置されたときで、異なる値として検出されてしまうものであった。これは、Ｙ軸方向の加速度検出についても同様であり、Ｚ軸についても図２０に示すように、重力加速度Ｇによる影響が同様に発生するものであった。

さらに、Ｚ軸方向については、ばらつきが小さく特性が安定した基準容量素子Ｃｒｅｆを別個に用意し、加速度センサ装置１０の外部に接続する必要があるため、加速度センサ装置１０の小型化の妨げとなり、また基準容量素子Ｃｒｅｆの品質管理や生産管理の面で煩雑さがあった。

一方、特許文献１に開示された多次元方向に関する力検出装置も、上下逆さまに配置された場合、Ｘ軸またはＹ軸に同一の力が加わっていても、異なる値が検出されてしまうというという同様の問題があった。

さらに、特許文献１に開示された力検出装置のように、Ｚ軸方向の力を検出する２つの容量素子Ｃｚ１，Ｃｚ２を備えた力検出装置にあっては、可撓基板と容量素子Ｃｚ１との距離と可撓基板と容量素子Ｃｚ２との距離が異なるため、ＸＹＺ軸方向の成分を含む力が重錘に加わって可撓基板が変形したとき、可撓基板の変形量のＺ軸方向成分が、容量素子Ｃｚ１，Ｃｚ２の変位電極に等しく伝わらず、その各電極間距離が均等に変化しない場合がある。すなわち、各容量の差分に応じた電圧信号±Ｖｚに、変位電極の変位量の不均等による誤差分が重畳される、という問題があった。さらに、容量素子Ｃｚ１と容量素子Ｃｚ２の電極形状が異なっているため、上記誤差分が一層顕著に現れる要因となっていた。また、力検出装置を上下逆さまに配置したとき等、上記誤差分が必ずしも一律にならないため、外部の信号処理回路で補正することも容易ではなかった。

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたもので、加速度の検出に際して、重力加速度の影響を無くして、基準容量素子等の周辺素子を使用する必要がなく、簡単な構成で小型化が可能な加速度センサ装置を提供することを目的とする。

この発明は、一方の面に、互いに直交するＸＹＺ三次元座標系のうちのＸＹ軸を含む平面を有し、その表面に、Ｚ軸を中心に対称に形成されたＺ軸固定電極と、前記ＸＹ軸の原点に対してＸ軸方向であって、前記Ｚ軸固定電極の一側方に形成されたＸ軸固定電極と、前記ＸＹ軸の原点に対してＹ軸方向であって、前記Ｚ軸固定電極の一側方に形成されたＹ軸固定電極とを備える絶縁基板と、前記Ｚ軸上に重心を有する重錘が設けられてこの重錘と一体に形成され、前記Ｘ軸固定電極と所定の距離を空けて対向したＸ軸変位電極、前記Ｙ軸固定電極と所定の距離を空けて対向したＹ軸変位電極、及び前記Ｚ軸固定電極と所定の距離を空けて対向したＺ軸変位電極が設けられた変位部材と、前記変位部材を収容した筐体と、前記変位部材を前記筐体に支持した弾性変形可能な複数の梁部材とを備え、前記Ｘ軸固定電極と前記Ｘ軸変位電極、前記Ｙ軸固定電極と前記Ｙ軸変位電極、及び前記Ｚ軸固定電極と前記Ｚ軸変位電極により、Ｘ軸容量素子、Ｙ軸容量素子及びＺ軸容量素子を各々形成して、ＸＹＺ軸方向の加速度を検知するセンサモジュールを構成した加速度センサ装置であって、前記センサモジュールが一対設けられ、前記一対のセンサモジュールは同形状に形成され、前記Ｚ軸固定電極同士が前記絶縁基板を挟んで互いに反対側に位置して対称な位置関係であり、前記一対のセンサモジュールに加速度が作用した際、前記第一のセンサモジュールのＺ軸容量素子の容量と前記第二のセンサモジュールのＺ軸容量素子の容量の差分に基づいて加速度のＺ軸方向成分を検出する加速度センサ装置である。

また、前記Ｘ軸固定電極は前記Ｚ軸固定電極の一側方に形成され、前記Ｙ軸固定電極は前記Ｚ軸固定電極の一側方に形成され、前記一対のセンサモジュールは、前記Ｘ軸固定電極同士及び前記Ｙ軸固定電極同士が、互いに前記絶縁基板面と平行な方向の軸を中心に回転対称な位置で表裏となる位置関係であり、前記一対のセンサモジュールに加速度が作用した際、第一の前記センサモジュールのＸ軸容量素子の容量と第二の前記センサモジュールのＸ軸容量素子の容量の差分に基づいて加速度のＸ軸方向成分を検出し、第一の前記センサモジュールのＹ軸容量素子の容量と第二の前記センサモジュールのＹ軸容量素子の容量の差分に基づいて加速度のＹ軸方向成分を検出する加速度センサ装置である。

さらに、前記一対のセンサモジュールは、実装基板を挟んでその表裏に設けられ、互いに前記実装基板面方向の軸を中心に回転対称の位置関係に配置されたものである。

または、前記一対のセンサモジュールは、前記絶縁基板を共用して、その表裏に互いに前記絶縁基板面方向の軸を中心に回転対称の配置関係に配置されたものである。

この発明の加速度センサ装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向に加わる加速度に対する出力特性について、重力加速度の影響が抑えられ、例えば鉛直方向について、逆に配置された場合も検出誤差が生じない。しかも、Ｚ軸方向の検出感度を向上させつつも測定誤差が発生しにくく、基準容量素子等の周辺素子の使用を削減することができ、加速度センサ装置の小型化にも寄与するものである。

また、請求項３記載の加速度センサ装置にあっては、実装基板の上面側と下面側に実装する２つのセンサモジュールを、同一仕様及び同一プロセスで製造し性能がほぼ一致したものを使用することが可能であるため、加速度センサ装置として安定した性能が得られるとともに、生産管理の面においても煩雑さが少ない。

また、請求項４記載の加速度センサ装置にあっては、実装基板等の構成部材の削減によって装置の小型化や製造コストの低減にさらに寄与することができる。また、製造プロセスの管理によって上面側と下面側の性能を一致させることも容易であり、加速度検知精度をより向上させることができる。

以下、この発明の加速後センサ装置の第一の実施形態について、図１〜図８に基づいて説明する。ここで、上述の加速度センサ装置１０と同様の構成は、同一の符号を付して説明する。

まず、図１〜図４に基づいて、第一の実施形態である加速度センサ装置３０の構成を説明する。加速度センサ装置３０は、従来の加速度センサ装置１０とほぼ同外形のセンサモジュールＳＭ１，ＳＭ２と、表面に所定の電極が形成されたガラス板などであって、センサモジュールＳＭ１，ＳＭ２が搭載される実装基板１８とを備えている。

センサモジュールＳＭ１は、図１に示すように、表面に所定の電極が形成された絶縁基板３２と、変位部材３４ａが梁部材１４ｂを介して筐体１４ｃに固定されたセンサ部分３４と、覆い蓋１６とを備えている。絶縁基板３２の表面はＸＹ軸方向の平面を形成しており、図２に示すように、表面中央部に形成された正方形領域と、その各頂点から放射状に外側に延びて筐体１４ｃの角部で４５°屈曲させて形成された４個のレ字状領域とを一体にした形状のＺ軸固定電極Ｚｓ１を有している。Ｚ軸固定電極Ｚｓ１の正方形領域のＸ軸方向の片側に台形状に形成されたＸ軸固定電極Ｘｓ１と、上記正方形領域のＹ軸方向の片側に台形状に形成されたＹ軸固定電極Ｙｓ１と、各固定電極と配線パターン１２ａで接続された引出用電極１２ｂとを備えている。すなわち、絶縁基板３２は、従来の絶縁基板１２におけるＸ軸固定電極Ｘｓ２、Ｙ軸固定電極Ｙｓ２を削除した構成である。

絶縁基板３２の表面には、シリコンで形成されたセンサ部分３４が接合されている。センサ部分３４の筐体１４ｃは、図１、図３に示すように、薄い四角筒状に形成され、四方の各辺の一部が各々矩形状に切除された形状に形成されている。この四方の切除部１４ｄは、絶縁基板３２にセンサ部分３４を接合した状態で、引出用電極１２ｂが各々露出する程度の大きさに形成されている。

センサ部分３４の中空部１４ｅ内には、変位部材３４ａが配置されている。変位部材３４ａは、その中央部に位置し、Ｚ軸方向に中心軸を有する円筒状の重錘Ｗ１と、重錘Ｗ１のＸ軸方向片側に一体に突出したＸ軸変位電極であるＸ軸電極板Ｘｍ１と、重錘Ｗ１のＹ軸方向片側に一体に突出したＹ軸変位電極であるＹ軸電極板Ｙｍ１とを備えている。そして、変位部材３２ａは、筐体１４ｃの内壁１４ｆから延出した４本の梁部材１４ｂによって筐体１４ｃに支持されている。すなわち、センサ部分３４は、従来のセンサ部分１４におけるＸ軸電極板Ｘm２、Ｙ軸電極板Ｙｍ２を削除した構成を備えている。

なお、梁部材１４ｂの構造や、センサ部分３４を形成するシリコン材料の半導体処理については、従来のセンサ部分１４と同様である。

筐体１４ｃの上面開口部は、図１（ｂ）に示すように、ガラス板やシリコン板等の覆い蓋１６が低融点ガラス等を介して気密状態で密着して固定され、絶縁基板３２とともに筐体１４の中空部１４ｅ内を密封し、一体となってセンサモジュールＳＭ１が形成されている。

そして、Ｘ軸電極板Ｘｍ１とＸ軸固定電極Ｘｓ１は所定の距離を空けて互いに平行に対向して容量素子Ｃｘ１を形成し、絶縁基板３２の表面に対して平行なＸ軸方向の加速度を検知する。また、Ｙ軸電極板Ｙｍ１とＹ軸固定電極Ｙｓ１は所定の距離を空けて互いに平行に対向して容量素子Ｃｙ１を形成し、絶縁基板３２の表面に対して平行なＹ軸方向の加速度を検知する。また、重錘Ｗ１及び梁部材１４ｂの下面で構成するＺ軸変位電極であるＺ軸電極部Ｚｍ１とＺ軸固定電極Ｚｓ１は所定の距離を空けて互いに平行に対向して容量素子Ｃｚ１を形成し、絶縁基板３２の表面に対して垂直なＺ軸方向の加速度を検知する。

センサモジュールＳＭ２は、センサモジュールＳＭ１と同一の構造を備え、センサモジュールＳＭ１，ＳＭ２において、各々対応する位置の同じ部材は、大きさ及び形状が等しいものである。ここで、説明の便宜のため、センサモジュールＳＭ２の変位部材３４ａを構成する重錘をＷ２、Ｘ軸電極板をＸｍ２、Ｙ軸電極板をＹｍ２、Ｚ軸電極部をＺｍ２とする。また、絶縁基板３２の表面に形成されたＸ軸固定電極をＸｓ２、Ｙ軸固定電極Ｙｓ２、Ｚ軸固定電極をＺｓ２とする。また、Ｘ軸電極板Ｘｍ２とＸ軸固定電極Ｘｓ２が対向して形成する容量素子をＣｘ２、Ｙ軸電極板Ｙｍ２とＹ軸固定電極Ｙｓ２が対向して形成する容量素子をＣｙ２、Ｚ軸電極部Ｚｍ２とＺ軸固定電極Ｚｓ１が対向して形成する容量素子をＣｚ２とする。

このように構成されたセンサモジュールＳＭ１，ＳＭ２は、図４（ａ）に示すように、実装基板１８の表面側と裏面側にそれぞれ実装される。そのとき、Ｚ軸固定電極Ｚｓ１，Ｚｓ２が、実装基板１８を介して互いに対向する位置に配置される。Ｘ軸固定電極Ｘｓ１，Ｘｓ２は、互いに実装基板１８の中心であってＹ軸方向の軸を中心に、１８０°回転対称な位置で、実装基板１８の表裏となる位置関係にある。同様に、Ｙ軸固定電極Ｙｓ１，Ｙｓ２も、互いに実装基板１８の中心であってＸ軸方向の軸を中心に、１８０°回転対称な位置で、実装基板１８の表裏となる位置関係にある。そして、各固定電極に対面した各変位電極も同様に配置される。

以上のように構成された加速度センサ装置３０の動作を、図４〜図８に基づいて説明する。図４（ａ）は、センサモジュールＳＭ１，ＳＭ２が実装基板１８に実装されたときの加速度センサ装置３０のＸＺ平面部分の断面図であって、Ｘ軸方向に加速度αが加わっている状態を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態の変位部材１４ａと、絶縁基板３２と、それらの間に形成される容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２を模式的に表している。重錘Ｗ１，Ｗ２に加速度αが作用していない初期状態においては、センサモジュールＳＭ１とＳＭ２の各変位部材１４ａは、それぞれ絶縁基板１２に対して平行な状態となるが、容量素子Ｃｘ１の電極間距離はｄ（＋）、Ｃｘ２の電極間距離はｄ（−）という異なった値となる。これは、重力加速度Ｇの作用によるものであり、ｄ（−）はｄ（＋）よりも常に大きな値となる。

その状態に、Ｘ軸方向に加速度αが加わると、図４（ｂ）のように、重錘Ｗ１，Ｗ２は加速後αの方向に作用して、各変位部材１４ａ全体が傾く。このとき、各変位部材１４ａは、各々Ｚ軸電極部Ｚｍ１，Ｚｍ２の中心点を揺動軸として傾くので、容量素子Ｃｘ１の電極間距離はｄ（＋）＋Δｄとなって、その容量が減少する。一方、容量素子Ｃｘ２の電極間距離はｄ（−）−Δｄとなって、その容量が増加する。そして、容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２の容量は、図８（ａ）に示す信号処理回路のＣ／Ｖ変換回路２０によって電圧信号に変換され、減算回路２２によりその差分の電圧信号±Ｖｘを求めることによって、加速度αが検出される。

Ｙ軸方向に加速度αが加わった場合も上記Ｘ軸方向の場合と同様に動作し、容量素子Ｃｙ１，Ｃｙ２の容量は、図８（ｂ）に示す信号処理回路のＣ／Ｖ変換回路２０によって電圧信号に変換され、減算回路２２によりその差分の電圧信号±Ｖｙを求めることによって、加速度αが検出される。

このとき、容量素子Ｃｘ１の容量減少分はΔＣ（＋）、容量素子Ｃｘ２の容量増加分はΔＣ（−）となり、容量素子Ｃｘ１の方が変化幅が大きくなる。これは、上記のように、容量Ｃと電極間距離ｄが反比例の関係を有し、ｄ（＋）がｄ（−）よりも小さな値となるからである。

一方、図５（ａ）に示すように、加速度センサ装置３０を、重力が作用する方向であるＺ軸方向に上下裏返し、センサモジュールＳＭ２が実装基板１８の上面側に、センサモジュールＳＭ１が実装基板１８の下面側に配置された状態で、Ｘ軸方向に加速度αが加わった場合の動作を考える。この場合、上記と同様な動作によって、容量素子Ｃｘ１の電極間距離はｄ（−）−Δｄとなり、その容量は増加する。一方、容量素子Ｃｘ２の電極間距離はｄ（＋）＋Δｄとなり、その容量は減少する。そして、容量素子Ｃｘ１の容量増加分はΔＣ（−）、容量素子Ｃｘ２の容量減少分はΔＣ（＋）となる。

即ち、Ｃ／Ｖ変換回路２０を介して減算回路２２が出力するのはΔＣ（＋）とΔＣ（−）の和に基づく電圧信号±Ｖｘであるので、加速度センサ装置３０にＸ軸方向の加速度αが加わった場合、センサモジュールＳＭ１，ＳＭ２の上下配置の如何によらず、絶対値が等しい電圧信号±Ｖｘが出力されることになる。また、Ｙ軸方向の動作についても同様である。

次に、Ｚ軸方向に加速度が加わった場合の動作を、図６に基づいて説明する。図６（ａ）は、センサモジュールＳＭ１，ＳＭ２が実装基板１８に実装されたときの加速度センサ装置３０のＸＺ平面部分の断面図であって、Ｚ軸方向に加速度αが加わっている状態を示している。重錘Ｗ１，Ｗ２に加速度αが作用していない初期状態では、上記のように、容量素子Ｃｚ１の電極間距離はｄ（＋）、Ｃｚ２の電極間距離はｄ（−）という異なった値となる。

その状態に、Ｚ軸方向の加速度αが加わると、図６（ｂ）のように、重錘Ｗ１，Ｗ２は加速後αの方向に作用して各変位部材１４ａ全体がＺ軸方向に変位し、容量素子Ｃｚ１の電極間距離はｄ（＋）＋Δｄとなって、その容量が減少する。一方、容量素子Ｃｚ２の電極間距離はｄ（−）−Δｄとなって、その容量が増加する。そして、容量素子Ｃｚ１，Ｃｚ２の容量は、図８（ｃ）の信号処理回路のＣ／Ｖ変換回路２０によって電圧信号に変換され、減算回路２２からその差分の電圧信号±Ｖｚを観測することによって、加速度αが検出される。このとき、容量素子Ｃｚ１の容量減少分はΔＣ（＋）、容量素子Ｃｘ２の容量増加分はΔＣ（−）となる。

さらに、図７（ａ）に示すように、加速度センサ装置３０を、重力が働くＺ軸方向に上下裏返され、センサモジュールＳＭ２が実装基板１８の上面側に、センサモジュールＳＭ１が実装基板１８の下面側に配置された状態で、Ｚ軸方向に加速度αが加わった場合の動作を考える。この場合、上記と同様な動作によって、容量素子Ｃｚ１の電極間距離はｄ（−）−Δｄとなり、その容量は増加する。一方、容量素子Ｃｚ２の電極間距離はｄ（＋）＋Δｄとなり、その容量は減少する。そして、容量素子Ｃｚ１の容量増加分はΔＣ（−）、容量素子Ｃｚ２の容量減少分はΔＣ（＋）となる。

即ち、Ｃ／Ｖ変換回路２０を介して減算回路２２が出力するのはΔＣ（＋）とΔＣ（−）の和に基づく電圧信号±Ｖｚであるので、加速度センサ装置３０にＺ軸方向の加速度αが加わった場合、センサモジュールＳＭ１，ＳＭ２の上下配置の如何によらず、絶対値が等しい電圧信号±Ｖzが出力されることになる。

また、容量素子Ｃｚ１，Ｃｚ２は、電極形状や電極面積が互いに等しく、同一形状の重錘Ｗ１，Ｗ２に加速度が作用したときに、各々の電極間距離を変化させる構造も同一である。従って、ＸＹＺ軸の成分が複合した加速度が作用して重錘Ｗ１，Ｗ２が変位したときでも、重錘の変位量のＺ軸方向成分は、容量素子Ｃｚ１，Ｃｚ２の変位電極Ｚｍ１，Ｚｍ２に等しく伝わり、各電極間距離ｄは等しく変化する。従って、電圧信号±Ｖｚには、変位電極の変位量の不均等による誤差分が発生するという問題はない。

以上説明したように、加速度センサ装置３０によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向に加わる加速度に対する出力特性は、重力が作用する方向であるＺ軸方向に上下逆さまに配置されても誤差が発生せず、重力加速度の影響を受けることがなく、精度よく出力を得ることができる。また、基準容量素子等の付属部品の使用を減らし、加速度センサ装置の小型化にも寄与する。

次に、この発明の加速度センサ装置の第二の実施形態について、図９に基づいて説明する。ここで、上記加速度センサ装置１０，３０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。加速度センサ装置４０は、表面側と裏面側に所定の電極が形成された絶縁基板４２と、変位部材３４ａが梁部材１４ｂを介して筐体１４ｃに繋がった構成を有する２つのセンサ部分３４と、２つの覆い蓋１６とを備えている。

絶縁基板４２の表面側には、上記センサモジュール３０の絶縁基板３２と同じ形態の各軸の固定電極Ｘｓ１，Ｙｓ１及びＺｓ１と、各固定電極との間を配線パターン１２ａで接続された引出用電極１２ｂとを備えている。一方、裏面側には、表面側のレイアウトと同じであって、Ｚ軸固定電極Ｚｓ１と対向する位置にそれと同一形状のＺ軸固定電極Ｚｓ２が、Ｘ軸固定電極Ｘｓ１とＺ軸を挟んで反対位置にそれと同一形状のＸ軸固定電極Ｘｓ２が、Ｙ軸固定電極Ｙｓ１とＺ軸を挟んで反対位置にそれと同一形状のＹ軸固定電極Ｙｓ２が配置されている。

絶縁基板４２の表面側には、センサ部分３４が取り付けられ、Ｘ軸電極板Ｘｍ１とＸ軸固定電極Ｘｓ１は所定の距離を空けて対向して容量素子Ｃｘ１を形成し、絶縁基板４２の表面に対して平行なＸ軸方向の加速度を検知する。また、Ｙ軸電極板Ｙｍ１とＹ軸固定電極Ｙｓ１は所定の距離を空けて対向して容量素子Ｃｙ１を形成し、絶縁基板３２の表面に対して平行なＹ軸方向の加速度を検知する。また、重錘Ｗ１及び梁部材１４ｂの下面で構成するＺ軸電極部Ｚｍ１とＺ軸固定電極Ｚｓ１は所定の距離を空けて対向して容量素子Ｃｚ１を形成し、絶縁基板３２の表面に対して垂直なＺ軸方向の加速度を検知する。

同様に、絶縁基板４２の裏面側にもセンサ部分３４が取り付けられ、Ｘ軸電極板Ｘｍ２とＸ軸固定電極Ｘｓ２は所定の距離を空けて対向して容量素子Ｃｘ２を形成し、絶縁基板４２の表面に対して平行なＸ軸方向の加速度を検知する。また、Ｙ軸電極板Ｙｍ２とＹ軸固定電極Ｙｓ２は所定の距離を空けて対向して容量素子Ｃｙ２を形成し、絶縁基板４２の表面に対して平行なＹ軸方向の加速度を検知する。また、重錘Ｗ２及び梁部材１４ｂの下面で構成するＺ軸電極部Ｚｍ２とＺ軸固定電極Ｚｓ２は所定の距離を空けて対向して容量素子Ｃｚ２を形成し、絶縁基板４２の表面に対して垂直なＺ軸方向の加速度を検知する。

そして、上面側及び下面側の各センサ部分３４の上面開口部は、各々覆い蓋１６で閉じられ、一体となって加速度センサ装置４０が形成されている。即ち、加速度センサ装置４０は、加速度センサ装置３０の構成から、実装基板１８とセンサモジュールＳＭ２を構成する絶縁基板１２を除去し、その除去された絶縁基板１２の表面に形成されていた電極等を絶縁基板４２の裏面側に形成し、それらを一体化した構造を有している。よって、加速度センサ装置４０は、加速度センサ装置３０と同様の動作を行うものである。

このような構成の加速度センサ装置４０によれば、加速度センサ装置３０に比べて薄型化し易く、また、図９に示すように透孔４４ａが形成された実装基板４４に落とし込んで実装することも容易である。すなわち、加速度センサ装置はもとより、加速度センサ装置を使用する機器の小型化に寄与することができる。

次に、この発明の加速度センサ装置の第三の実施形態について、図１０〜図１３に基づいて説明する。ここで、上述の加速度センサ装置１０，３０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

加速度センサ装置５０は、加速度センサ装置３０とほぼ同外形のセンサモジュールＳＭ１１，ＳＭ１２と、表面に所定の電極が形成されたガラス板などであって、センサモジュールＳＭ１１，ＳＭ１２が搭載される実装基板１８とを備えている。

まず、センサモジュールＳＭ１１の詳細な構成を説明する。センサモジュールＳＭ１１は、表面に所定の電極が形成された絶縁基板５２と、変位部材５４ａが梁部材１４ｂを介して筐体１４ｃに固定されたセンサ部分５４と、覆い蓋１６とを備えており、外観上は、図１（ａ）（ｂ）に示す第一の実施形態のセンサモジュールＳＭ１と同様である。絶縁基板５２の表面はＸＹ軸方向の平面を形成しており、従来の絶縁基板１２におけるＹ軸固定電極Ｙｓ１，Ｙｓ２を削除した構成であって、Ｚ軸固定電極Ｚｓ１の正方形領域のＸ軸方向の両側に台形状に形成された固定電極Ｘｓ１，Ｘｓ２と、各固定電極と配線パターン１２ａで接続された引出用電極１２ｂとを備えている。

絶縁基板５２の表面には、センサ部分５４が接合されている。センサ部分５４は、従来のセンサ部分１４におけるＹ軸電極板Ｙm１，Ｙｍ２を削除した構成であって、センサ部分５４の中空部１４ｅに配置された変位部材５４ａは、その中央部に位置し、Ｚ軸方向に中心軸を有する円筒状の重錘Ｗ１と、重錘Ｗ１のＸ軸方向の両側に一体に突出したＸ軸変位電極であるＸ軸電極板Ｘｍ１，Ｘｍ２とを備えている。そして、変位部材５２ａは、筐体１４ｃの内壁１４ｆから延出した４本の梁部材１４ｂによって筐体１４ｃに支持されている。

そして、Ｘ軸電極板Ｘｍ１とＸ軸固定電極Ｘｓ１、およびＸ軸電極板Ｘｍ２とＸ軸固定電極Ｘｓ２は各々所定の距離を空けて互いに平行に対向して容量素子Ｃｘ１および容量素子Ｃｘ２を形成し、絶縁基板５２の表面に対して平行なＸ軸方向の加速度を検知する。また、重錘Ｗ１及び梁部材１４ｂの下面で構成するＺ軸変位電極であるＺ軸電極部Ｚｍ１とＺ軸固定電極Ｚｓ１とが、所定の距離を空けて互いに平行に対向して容量素子Ｃｚ１を形成し、絶縁基板３２の表面に対して垂直なＺ軸方向の加速度を検知する。センサモジュールＳＭ１１のその他の部分は、センサモジュールＳＭ１と同様の構成である。

第二のセンサモジュールＳＭ１２は、センサモジュールＳＭ１１と同一の構造を備えたものである。なお、センサモジュールＳＭ１２は、後述するように、内蔵する容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２と同様の構成の容量素子Ｃｙ１，Ｃｙ２を用いて、Ｙ軸方向の加速度を検知する。そこで、説明の便宜のため、センサモジュールＳＭ１２においては、変位部材５４ａを構成する重錘Ｗ１を重錘Ｗ２、Ｘ軸電極板Ｘｍ１，Ｘｍ２をＹ軸電極板Ｙｍ１，Ｙｍ２、Ｚ軸電極部Ｚｍ１をＺ軸電極部Ｚｍ２と読み替える。また、絶縁基板５２の表面に形成されたＸ軸固定電極Ｘｓ１，Ｘｓ２をＹ軸固定電極Ｙｓ１，Ｙｓ２、Ｚ軸固定電極Ｚｓ１をＺ軸固定電極Ｚｓ２と読み替える。また、容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２を容量素子Ｃｙ１，Ｃｙ２、容量素子Ｃｚ１を容量素子Ｃｚ２と読み替える。

このように構成されたセンサモジュールＳＭ１１，ＳＭ１２は、図１２（ａ）に示すように、実装基板１８の表面側と裏面側にそれぞれ実装される。そのとき、Ｚ軸固定電極Ｚｓ１，Ｚｓ２が、実装基板１８を介して互いに対向する位置に配置される。センサモジュールＳＭ１１のＸ軸固定電極Ｘｓ１，Ｘｓ２はＸ軸上に、センサモジュールＳＭ１２のＹ軸固定電極はＹｓ１，Ｙｓ２はＹ軸上に配置される位置関係にある。

以上のように構成された加速度センサ装置５０の動作を、図１２〜図１３に基づいて説明する。図１２（ａ）は、センサモジュールＳＭ１１，ＳＭ１２が実装基板１８に実装されたときの加速度センサ装置５０のＸＺ平面部分の断面図であって、Ｘ軸方向に加速度αが加わっている状態を示している。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の状態の変位部材５４ａと、絶縁基板５２と、それらの間に形成される容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２を模式的に表している。ＳＭ１１は、Ｘ軸方向の加速度に対して、従来の加速度センサ装置１０と同様の動作を行う。すなわち、容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２の容量は相補的に増減し、加速度センサ装置５０の外部に設けた図２１（ａ）の信号処理回路のＣ／Ｖ変換回路２０によって電圧信号に変換され、減算回路２２によりその差分の電圧信号±Ｖｘを求めることによって、加速度αが検出される。一方、ＳＭ１２は、Ｙ軸上に容量素子Ｃｙ１，Ｃｙ２が形成されているため、Ｘ軸方向の加速度に対しては反応しない。

Ｙ軸方向に加速度αが加わった場合も、図１３（ｂ）に示すように、ＳＭ１２は従来の加速度センサ装置１０と同様の動作を行う。即ち、容量素子Ｃｙ１，Ｃｙ２の容量は相補的に増減し、加速度センサ装置５０の外部に設けた図２１（ｂ）の信号処理回路のＣ／Ｖ変換回路２０によって電圧信号に変換され、減算回路２２によりその差分の電圧信号±Ｖｙを求めることによって、加速度αが検出される。一方、ＳＭ１１は、Ｘ軸上に容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２が形成されているため、Ｙ軸方向の加速度に対しては反応しない。

Ｚ軸方向に加速度αが加わった場合は、第一の実施形態の加速度センサ装置３０と同様の動作を行う。すなわち、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、容量素子Ｃｚ１，Ｃｚ２の容量は相補的に増減し、加速度センサ装置５０の外部に設けた図８（ｃ）の信号処理回路のＣ／Ｖ変換回路２０によって電圧信号に変換され、減算回路２２によりその差分の電圧信号±Ｖｚを求めることによって、加速度αが検出される。そして、ＸＹＺ軸の成分が複合した加速度が作用しても、重錘Ｗ１，Ｗ２の変位のＺ軸方向成分に応じて、Ｃｚ１，Ｃｚ２の電極間距離ｄは等しく変化するので、変位電極の変位量の不均等による誤差が発生するという問題はない。

以上説明したように、加速度センサ装置５０によれば、引用文献１に開示されたＺ軸方向の力を検出する２つの容量素子Ｃｚ１，Ｃｚ２を備えた力検出装置の電気的性能を維持しつつ、Ｚ軸方向の検出精度を向上させることができる。

また、加速度センサ装置５０は、Ｚ軸方向の容量素子Ｃｚ１，Ｃｚ２が実装基板１８を挟んで互いに反対側に位置するよう構成されていれば良く、容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２，Ｃｙ１，Ｃｙ２，及びＣｚ１をセンサモジュールＳＭ１１に形成し、容量素子Ｃｚ２のみをセンサモジュールＳＭ１２に形成してもよい。

なお、この発明の加速度センサ装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、一対の容量素子「Ｃｘ１とＣｘ２」、「Ｃｙ１とＣｙ２」及び「Ｃｚ１とＣｚ２」は、固定電極と変位電極が対向する部分の面積および形状がそれぞれ等しく設定されたもの同士で一対をなすものであればよく、例えば「Ｃｘ１とＣｙ１」の電極の形状等は、異なるものであってもよい。また、センサ部分や絶縁基板は円形その他の形状であってもよく、実装基板への固定方法は、接着剤による固定、はんだ付けによる固定、金具端子等による固定など、特に限定するものではなく、適宜選択すればよい。また、加速度センサ装置の全体又は一部を樹脂などの封止材で封止して環境負荷に対する信頼性の向上を図ってもよい。また、変位部材は、重錘に作用する加速度に応じて各軸の電極間距離を変位させ、容量素子の容量を増減させる作用を奏するものであれば、可撓性を有する変位基板表面に電極を形成したもの等に置き換えてもよい。

さらに、信号処理回路の減算器の出力である電圧信号±Ｖｘ、±Ｖｙ、±Ｖｚから、重力加速度Ｇ以外の加速度αが加わっていない初期状態に出力される電圧信号Ｖｘ０、Ｖｙ０、Ｖｚ０をそれぞれ減算する演算処理を行い、重力加速度Ｇの影響をキャンセルした電圧信号を抽出するようにしてもよい。

この発明の第一の実施形態の加速度センサ装置に用いるセンサモジュールを示す分解斜視図（ａ）、及び組み立て状態の斜視図（ｂ）である。 第一の実施形態の絶縁基板の構成を示す平面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）である 第一の実施形態のセンサ部分の構成を示す平面図（ａ）とＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。 第一の実施形態の加速度センサ装置のＸ軸方向の加速度に対する動作を説明する縦断面図（ａ）と模式図（ｂ）である。 第一の実施形態の加速度センサ装置のＸ軸方向の加速度に対する動作をさらに説明する縦断面図（ａ）と模式図（ｂ）である。 第一の実施形態の加速度センサ装置のＺ軸方向の加速度に対する動作を説明する縦断面図（ａ）と模式図（ｂ）である。 第一の実施形態の加速度センサ装置のＺ軸方向の加速度に対する動作をさらに説明する縦断面図（ａ）と模式図（ｂ）である。 第一の実施形態の加速度センサ装置の信号処理回路の回路図である。 この発明の第二の実施形態の加速度センサ装置の縦断面図である。 この発明の第三の実施形態の絶縁基板の構成を示す平面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）である 第三の実施形態のセンサ部分の構成を示す平面図（ａ）とＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。 第三の実施形態の加速度センサ装置のＸ軸方向の加速度に対する動作を説明する縦断面図（ａ）と模式図（ｂ）である。 第三の実施形態の加速度センサ装置のＹ軸方向の加速度に対する動作を説明する縦断面図（ａ）と模式図（ｂ）である。 従来の加速度センサ装置を示す分解斜視図（ａ）、及び組み立て状態の斜視図（ｂ）である。 従来の加速度センサ装置の絶縁基板の構成を示す平面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）である 従来の加速度センサ装置のセンサ部分の構成を示す平面図（ａ）とＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。 従来の加速度センサ装置のＸ軸方向の加速度に対する動作を説明する縦断面図（ａ）と模式図（ｂ）である。 従来の加速度センサ装置のＸ軸方向の加速度に対する動作をさらに説明する縦断面図（ａ）と模式図（ｂ）である。 従来の加速度センサ装置のＺ軸方向の加速度に対する動作を説明する縦断面図（ａ）と模式図（ｂ）である。 従来の加速度センサ装置のＺ軸方向の加速度に対する動作をさらに説明する縦断面図（ａ）と模式図（ｂ）である。 従来の加速度センサ装置の信号処理回路の回路図である。 容量素子の静電容量Ｃと電極間距離ｄの関係を表したグラフである。

符号の説明

１４，３４，５４ センサ部分
１４ａ，３４ａ，５４ａ 変位部材
１４ｂ 梁部材
１４ｃ 筐体
１６ 覆い蓋
１８ 実装基板
２０ 容量−電圧変換回路
２２ 減算回路
３０，４０，５０ 加速度センサ装置
３２，４２，５２ 絶縁基板
Ｃｘ１，Ｃｘ２，Ｃｙ１，Ｃｙ２，Ｃｚ１，Ｃｚ２ 容量素子
ＳＭ１，ＳＭ２，ＳＭ１１，ＳＭ１２ センサモジュール
Ｗ１，Ｗ２ 重錘
Ｘｍ１，Ｘｍ２ Ｘ軸電極板
Ｘｓ１，Ｘｓ２ Ｘ軸固定電極
Ｙｍ１，Ｙｍ２ Ｙ軸電極板
Ｙｓ１，Ｙｓ２ Ｙ軸固定電極
Ｚｍ１，Ｚｍ２ Ｚ軸電極部
Ｚｓ１，Ｚｓ２ Ｚ軸固定電極

Claims (4)

1. 一方の面に、互いに直交するＸＹＺ三次元座標系のうちのＸＹ軸を含む平面を有し、その表面に、Ｚ軸を中心に対称に形成されたＺ軸固定電極と、前記ＸＹ軸の原点に対してＸ軸方向であって、前記Ｚ軸固定電極の側方に形成されたＸ軸固定電極と、前記ＸＹ軸の原点に対してＹ軸方向であって、前記Ｚ軸固定電極の側方に形成されたＹ軸固定電極とを備える絶縁基板と、
   前記Ｚ軸上に重心を有する重錘が設けられてこの重錘と一体に形成され、前記Ｘ軸固定電極と所定の距離を空けて対向したＸ軸変位電極、前記Ｙ軸固定電極と所定の距離を空けて対向したＹ軸変位電極、及び前記Ｚ軸固定電極と所定の距離を空けて対向したＺ軸変位電極が設けられた変位部材と、
   前記変位部材を収容した筐体と、
   前記変位部材を前記筐体に支持した弾性変形可能な複数の梁部材とを備え、
   前記Ｘ軸固定電極と前記Ｘ軸変位電極、前記Ｙ軸固定電極と前記Ｙ軸変位電極、及び前記Ｚ軸固定電極と前記Ｚ軸変位電極により、Ｘ軸容量素子、Ｙ軸容量素子及びＺ軸容量素子を各々形成して、ＸＹＺ軸方向の加速度を検知するセンサモジュールを構成した加速度センサ装置において、
   前記センサモジュールが一対設けられ、
   前記一対のセンサモジュールは同形状に形成され、前記Ｚ軸固定電極同士が前記絶縁基板を挟んで互いに反対側に位置して対称な位置関係であり、
   前記一対のセンサモジュールに加速度が作用した際、前記第一のセンサモジュールのＺ軸容量素子の容量と前記第二のセンサモジュールのＺ軸容量素子の容量の差分に基づいて加速度のＺ軸方向成分を検出することを特徴とする加速度センサ装置。
2. 前記Ｘ軸固定電極は前記Ｚ軸固定電極の一側方に形成され、前記Ｙ軸固定電極は前記Ｚ軸固定電極の一側方に形成され、
   前記一対のセンサモジュールは、前記Ｘ軸固定電極同士及び前記Ｙ軸固定電極同士が、互いに前記絶縁基板面と平行な方向の軸を中心に回転対称な位置で表裏となる位置関係であり、
   前記一対のセンサモジュールに加速度が作用した際、第一の前記センサモジュールのＸ軸容量素子の容量と第二の前記センサモジュールのＸ軸容量素子の容量の差分に基づいて加速度のＸ軸方向成分を検出し、第一の前記センサモジュールのＹ軸容量素子の容量と第二の前記センサモジュールのＹ軸容量素子の容量の差分に基づいて加速度のＹ軸方向成分を検出することを特徴とする請求項１記載の加速度センサ装置。
3. 前記一対のセンサモジュールは、実装基板を挟んでその表裏に設けられ、互いに前記実装基板面方向の軸を中心に回転対称の位置関係に配置されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の加速度センサ装置。
4. 前記一対のセンサモジュールは、前記絶縁基板を共用して、その表裏に互いに前記絶縁基板面方向の軸を中心に回転対称の配置関係に配置されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の加速度センサ装置。
   
   

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