JP2011169630A - 静電容量型加速度センサ及び静電容量型加速度検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の静電容量型加速度センサは、重錘体41に設けられた可動電極41aと、可動電極41aに対向して配置された固定電極42aとを備え、両電極41a,42a間の静電容量の変化を重錘体41の変位に基づいて加速度を検出する。重錘体41のZ軸方向に働く加速度の影響を排除するためにZ軸加速度検出部44が設けられ、Z軸加速度検出部44により検出された出力電圧に合わせて、重錘体41にクーロン力を与える電圧を印加する電圧発生部45が設けられている。電圧発生部45からの電圧により重錘体41にクーロン力を与えるために、X・Y平面上にクーロン力供給電極43が配置されている。
【選択図】図3
Description
ここで、Sは可動電極及び固定電極の面積、dは電極間の距離、Δdは水平方向の加速度によるdの変化分、εは空気中の誘電率を示している。
まず、Z軸方向の影響をクーロン力により打ち消して水平方向の加速度を正確に検出することについて説明する。
a=(Fa+Fc)/Kz
と常に一定の値となり、可動電極41aと固定電極42aが対向する面積Sは
S=L・(H−a)
と表されるため、これも常に一定となる。ここでLは対向する電極の長さで、Hは電極の高さである。したがって、水平方向の加速度を加速度によって動く重錘体41とともに動く可動電極41aと、基板に固定された固定電極42aの距離dを容量として検出することによって、重錘体にかかる加速度を求める関係式は、
Δc=1/2・ε・SΔd/d2
であり、Z軸方向の加速度の大きさによらず面積Sが常に一定であるため、水平方向から生じる距離dのみの変動を検出していることがわかる。なお、Δdは水平方向の加速度によるdの変化分、εは空気中の誘電率を示している。
Δc=(1/2・ε・SΔdL/dL 2)−(1/2・ε・SΔdR/dR 2)
=(1/2・ε・(L・(H−a))・ΔdL/dL 2)
−(1/2・ε・(L・(H−a))・ΔdR/dR 2)
=(1/2・ε・(L・(H−(Fa+Fc)/Kz))・ΔdL/dL 2)
−(1/2・ε・(L・(H−(Fa+Fc)/Kz))・ΔdR/dR 2)
であり、Fa+Fcが常に一定となるようになっているため出力信号は水平方向から生じる変動のみを検出している。ここでLは対向している固定電極と可動電極の長さ、Hは固定電極及び可動電極の高さ、Kzは梁部材(ばね部材)のZ軸方向のばね定数、dLは可動電極と左側固定電極の距離、dRは可動電極と右側固定電極の距離、ΔdLは水平方向の加速度によるdLの変化分、ΔdRは水平方向の加速度によるdRの変化分、εは空気中の誘電率を示している。
21 重り部
21a 可動電極
22 ばね部
23 支持部
24 固定電極部
24a 連結部
24b 固定電極
24c 櫛溝
24d 固定部
26 パッド
31,41 重錘体(おもり)
31a,41a 可動電極
32a,42a 固定電極
43 クーロン力供給電極(下部電極)
44 Z軸加速度検出部
45 電圧発生部
46 係数記憶装置
47 加算器
48 CV変換部
50 静電容量型加速度センサ
51a,51b 支柱部材(アンカー)
52a乃至52d 梁部材(ばね部材)
53a乃至53h 一方の固定電極(左側固定電極)
54a乃至54h 他方の固定電極(右側固定電極)
55 基板
56 重錘体(おもり)
57a乃至57h 可動電極
58 クーロン力供給電極(下部電極)
Claims (15)
- 基板上に離間状態で配置された変位可能な重錘体と、該重錘体に設けられた可動電極と、該可動電極に対向して配置された固定電極とを備え、前記両電極間の静電容量の変化を前記重錘体の変位に基づいて検出する静電容量型加速度センサにおいて、
前記重錘体にクーロン力を与えるために電圧発生部に接続され、前記重錘体に対して水平方向であるX・Y平面上に配置されたクーロン力供給電極を備えたことを特徴とする静電容量型加速度センサ。 - 前記クーロン力供給電極が、前記重錘体の前記基板側に配置されている下部電極であることを特徴とする請求項1に記載の静電容量型加速度センサ。
- 前記可動電極が、複数の薄板状の櫛型可動電極で、前記固定電極が、前記櫛型可動電極に対向してそれぞれ配置された複数の薄板状の櫛型固定電極であることを特徴とする請求項1又は2に記載の静電容量型加速度センサ。
- 前記櫛型可動電極が、前記重錘体の変位方向であるX軸方向に対してY軸方向の両側に設けられているとともに、前記櫛型固定電極が、前記櫛型可動電極に対向して配置されていることを特徴とする請求項3に記載の静電容量型加速度センサ。
- 前記櫛型固定電極が、前記櫛型可動電極を挟み込むようにした一対の櫛型固定電極であることを特徴とする請求項3又は4に記載の静電容量型加速度センサ。
- 前記重錘体が、前記基板上に設けられた支柱部材に梁部材を介して取り付けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の静電容量型加速度センサ。
- 基板上に離間状態で配置された変位可能な重錘体と、該重錘体に設けられた可動電極と、該可動電極に対向して配置された固定電極とを備え、前記両電極間の静電容量の変化を前記重錘体の変位に基づいて検出する静電容量型加速度センサを備えた静電容量型加速度検出装置において、
前記重錘体のZ軸方向に働く加速度の影響を排除するために、前記Z軸方向の加速度を検出するZ軸加速度検出部と、
該Z軸加速度検出部により検出された出力電圧に合わせて、前記重錘体にクーロン力を与える電圧を印加する電圧発生部と、
該電圧発生部からの前記電圧により前記重錘体にクーロン力を与えるために、前記重錘体に対して水平方向であるX・Y平面上に配置されたクーロン力供給電極と
を備えたことを特徴とする静電容量型加速度検出装置。 - 前記クーロン力供給電極が、前記重錘体の前記基板側に配置されている下部電極であることを特徴とする請求項7に記載の静電容量型加速度検出装置。
- 前記静電容量型加速度センサの前記可動電極が、複数の薄板状の櫛型可動電極で、前記固定電極が、前記櫛型可動電極に対向してそれぞれ配置された複数の薄板状の櫛型固定電極であることを特徴とする請求項7又は8に記載の静電容量型加速度検出装置。
- 前記櫛型可動電極が、前記重錘体の変位方向であるX軸方向に対してY軸方向の両側に設けられているとともに、前記櫛型固定電極が、前記櫛型可動電極に対向して配置されていることを特徴とする請求項9に記載の静電容量型加速度検出装置。
- 前記櫛型固定電極が、前記櫛型可動電極を挟み込むようにした一対の櫛型固定電極であることを特徴とする請求項9又は10に記載の静電容量型加速度センサ。
- 前記重錘体が、前記基板上に設けられた支柱部材に梁部材を介して取り付けられていることを特徴とする請求項7乃至11のいずれかに記載の静電容量型加速度検出装置。
- 前記電圧発生部が、前記重錘体の前記Z軸方向の位置を前記水平方向の測定時に同じ位置に保持されるように前記クーロン力を印加することを特徴とする請求項7乃至12のいずれかに記載の静電容量型加速度検出装置。
- 前記Z軸加速度検出部からの出力信号と、前記クーロン力に相当する信号を加算する加算器を備え、前記Z軸方向の力が、加速度とクーロン力の和で与えられ、前記クーロン力を調整してその和を一定となるようにすることを特徴とする請求項7乃至13のいずれかに記載の静電容量型加速度検出装置。
- 前記クーロン力に相当する信号が、係数記憶装置に記憶されていることを特徴とする請求項14に記載の静電容量型加速度検出装置。
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JP2010031379A JP2011169630A (ja) | 2010-02-16 | 2010-02-16 | 静電容量型加速度センサ及び静電容量型加速度検出装置 |
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JP2011169630A true JP2011169630A (ja) | 2011-09-01 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013145126A (ja) * | 2012-01-13 | 2013-07-25 | Seiko Epson Corp | 物理量センサー、物理量センサーの製造方法および電子機器 |
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-
2010
- 2010-02-16 JP JP2010031379A patent/JP2011169630A/ja active Pending
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