JP2946776B2 - 容量型加速度センサ - Google Patents
容量型加速度センサInfo
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- JP2946776B2 JP2946776B2 JP2555691A JP2555691A JP2946776B2 JP 2946776 B2 JP2946776 B2 JP 2946776B2 JP 2555691 A JP2555691 A JP 2555691A JP 2555691 A JP2555691 A JP 2555691A JP 2946776 B2 JP2946776 B2 JP 2946776B2
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- Japan
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- electrode
- wiring
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- capacitive acceleration
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電極が形成された基板
同士を接合して形成した容量型加速度センサに関する。
同士を接合して形成した容量型加速度センサに関する。
【０００２】
【従来技術】容量型加速度センサは移動電極を有する一
方の基板と固定電極を有する他方の基板との各電極を対
向させて配設される。その一方の基板に形成された移動
電極はその周囲からバネ性を有した複数のビームにて支
持されている。そして、加速度を受けるとそれらビーム
が撓んで一方の基板の移動電極と他方の基板に形成され
た固定電極との間隔が変化する。容量型加速度センサは
この両電極間の間隔が変化することによる容量の変化に
より加速度を測定している。 一般に、容量Ｃは、次式にて求められる。 Ｃ＝εＳ／ｄ （ε：誘電率，Ｓ：電極面
積，ｄ：電極間隔）
方の基板と固定電極を有する他方の基板との各電極を対
向させて配設される。その一方の基板に形成された移動
電極はその周囲からバネ性を有した複数のビームにて支
持されている。そして、加速度を受けるとそれらビーム
が撓んで一方の基板の移動電極と他方の基板に形成され
た固定電極との間隔が変化する。容量型加速度センサは
この両電極間の間隔が変化することによる容量の変化に
より加速度を測定している。 一般に、容量Ｃは、次式にて求められる。 Ｃ＝εＳ／ｄ （ε：誘電率，Ｓ：電極面
積，ｄ：電極間隔）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記複数の
ビームのうち１つでも破損等すると、被測定加速度が同
じであっても正常時の電極間隔と違ってしまうことにな
り、電極間の容量が正確に検出されないことになる。こ
の問題の解決としては、特開昭６１−９３９６１号公報
「力の作用に応答するセンサ」にて開示されたようなも
のが知られている。このものは、ビーム（支持要素）上
に連続した（中断のない）配線（導体路）を配設してい
る。そして、ビームが過剰な機械的応力のために破損す
ると、その上に配設された配線も中断されることを利用
し、センサの故障状態を検出している。
ビームのうち１つでも破損等すると、被測定加速度が同
じであっても正常時の電極間隔と違ってしまうことにな
り、電極間の容量が正確に検出されないことになる。こ
の問題の解決としては、特開昭６１−９３９６１号公報
「力の作用に応答するセンサ」にて開示されたようなも
のが知られている。このものは、ビーム（支持要素）上
に連続した（中断のない）配線（導体路）を配設してい
る。そして、ビームが過剰な機械的応力のために破損す
ると、その上に配設された配線も中断されることを利用
し、センサの故障状態を検出している。
【０００４】ここで、被測定加速度が極端に大きな過負
荷時、微小ギャップを有する電極間が極端に接近する
と、両電極が吸着してしまうという状態が起こる。この
吸着は次式にて示された両電極間の静電力Ｐe により生
じる。 Ｐe＝εＳＶ2／２ｄ2 （ε：誘電率，Ｓ：電極面積，Ｖ：電圧，ｄ：電極間
隔） 即ち、静電力Ｐe は電極間隔ｄの二乗に反比例して大き
くなる。従って、この静電力Ｐe により両電極が吸着し
たような場合には、上述したようなビームの破損とは関
係なく、つまり、ビームが破損していなくても電極間の
容量が検出できなくなるという問題が生じていた。
荷時、微小ギャップを有する電極間が極端に接近する
と、両電極が吸着してしまうという状態が起こる。この
吸着は次式にて示された両電極間の静電力Ｐe により生
じる。 Ｐe＝εＳＶ2／２ｄ2 （ε：誘電率，Ｓ：電極面積，Ｖ：電圧，ｄ：電極間
隔） 即ち、静電力Ｐe は電極間隔ｄの二乗に反比例して大き
くなる。従って、この静電力Ｐe により両電極が吸着し
たような場合には、上述したようなビームの破損とは関
係なく、つまり、ビームが破損していなくても電極間の
容量が検出できなくなるという問題が生じていた。
【０００５】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、移動電極
を支持するビームが破損した場合のみならずその移動電
極が対向する固定電極に吸着した場合の異常状態をも検
出することができる容量型加速度センサを提供すること
である。
されたものであり、その目的とするところは、移動電極
を支持するビームが破損した場合のみならずその移動電
極が対向する固定電極に吸着した場合の異常状態をも検
出することができる容量型加速度センサを提供すること
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、一方の基板に形成された移動電極と他
方の基板に形成された固定電極とが微小ギャップを有す
るように対向させてそれら両基板を接合し、前記両電極
間の容量の変化により加速度を測定する容量型加速度セ
ンサにおいて、前記移動電極を周囲からバネ性を有して
支持する複数のビームと、前記一方の基板の周辺部から
前記移動電極の近傍に至る少なくとも１つの前記ビーム
の全長を経て前記一方の基板の周辺部まで連続的に、且
つ、全てのビームに対して配設された配線と、前記配線
の途中で前記移動電極の近傍位置とその位置に対向した
固定電極の近傍位置とに各々配設された接点部とを備え
たことを特徴とする。
の発明の構成は、一方の基板に形成された移動電極と他
方の基板に形成された固定電極とが微小ギャップを有す
るように対向させてそれら両基板を接合し、前記両電極
間の容量の変化により加速度を測定する容量型加速度セ
ンサにおいて、前記移動電極を周囲からバネ性を有して
支持する複数のビームと、前記一方の基板の周辺部から
前記移動電極の近傍に至る少なくとも１つの前記ビーム
の全長を経て前記一方の基板の周辺部まで連続的に、且
つ、全てのビームに対して配設された配線と、前記配線
の途中で前記移動電極の近傍位置とその位置に対向した
固定電極の近傍位置とに各々配設された接点部とを備え
たことを特徴とする。
【０００７】
【作用】複数のビームにより一方の基板に形成された移
動電極がその基板の周囲からバネ性を有して支持され
る。配線は上記基板の周辺部から上記移動電極の近傍に
至る少なくとも１つのビームの全長を経てその基板の周
辺部まで連続的に、且つ、全てのビームに対して配設さ
れている。又、接点部は上記配線の途中で上記移動電極
の近傍位置とその位置に対向した他方の基板の固定電極
の近傍位置とに各々配設されている。上記ビーム自身が
破損等損傷した場合には、そのビームに配設された配線
も破損され、その配線の導通が絶たれる。更に、上記移
動電極と固定電極とが極端に接近しその間の静電力によ
り吸着した場合には、それら両電極の近傍位置に対向し
て各々配設された接点部同士が接触して短絡状態とな
る。
動電極がその基板の周囲からバネ性を有して支持され
る。配線は上記基板の周辺部から上記移動電極の近傍に
至る少なくとも１つのビームの全長を経てその基板の周
辺部まで連続的に、且つ、全てのビームに対して配設さ
れている。又、接点部は上記配線の途中で上記移動電極
の近傍位置とその位置に対向した他方の基板の固定電極
の近傍位置とに各々配設されている。上記ビーム自身が
破損等損傷した場合には、そのビームに配設された配線
も破損され、その配線の導通が絶たれる。更に、上記移
動電極と固定電極とが極端に接近しその間の静電力によ
り吸着した場合には、それら両電極の近傍位置に対向し
て各々配設された接点部同士が接触して短絡状態とな
る。
【０００８】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。
明する。
【０００９】図１は本発明に係る容量型加速度センサ１
０を示した中央縦断面図である。又、図２は図１の容量
型加速度センサ１０からガラス基板３０を取り外した状
態を示した平面図である。
０を示した中央縦断面図である。又、図２は図１の容量
型加速度センサ１０からガラス基板３０を取り外した状
態を示した平面図である。
【００１０】容量型加速度センサ１０は移動電極２１な
どが形成されたシリコン基板２０と固定電極３１が形成
されたガラス基板３０とガラスから成る基台４０とから
主として構成されている。上記移動電極２１と固定電極
３１とが微小ギャップを有するように対向させて両基板
２０，３０を接合し、更に、それらを基台４０上に接合
している。上記移動電極２１はシリコン基板２０の表面
に不純物としてリン拡散により形成され、その下部に加
速度により移動するおもり２２を有する。又、シリコン
基板２０には移動電極２１をその周囲からバネ性を有し
て支持する４本の細いビーム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，
２３ｄが形成されている。又、上記固定電極３１はガラ
ス基板３０上にアルミニウムなどの金属を蒸着して形成
されている。尚、上記移動電極２１の下部のおもり２２
及びビーム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ等はシリコ
ン基板２０をエッチングすることで達成される。
どが形成されたシリコン基板２０と固定電極３１が形成
されたガラス基板３０とガラスから成る基台４０とから
主として構成されている。上記移動電極２１と固定電極
３１とが微小ギャップを有するように対向させて両基板
２０，３０を接合し、更に、それらを基台４０上に接合
している。上記移動電極２１はシリコン基板２０の表面
に不純物としてリン拡散により形成され、その下部に加
速度により移動するおもり２２を有する。又、シリコン
基板２０には移動電極２１をその周囲からバネ性を有し
て支持する４本の細いビーム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，
２３ｄが形成されている。又、上記固定電極３１はガラ
ス基板３０上にアルミニウムなどの金属を蒸着して形成
されている。尚、上記移動電極２１の下部のおもり２２
及びビーム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ等はシリコ
ン基板２０をエッチングすることで達成される。
【００１１】シリコン基板２０の周辺部で接合されたガ
ラス基板３０の外側にはＣＭＯＳ回路を用いたＩＣ５０
が配設されている。又、シリコン基板２０の表面には移
動電極２１と同じくリン拡散により配線２５，２６，２
７がそれぞれ形成されている。このうち、配線２５によ
り移動電極２１とＩＣ５０とが接続されている。そし
て、配線２６はＩＣ５０からビーム２３ａの全長、移動
電極２１の近傍、更に、ビーム２３ｂの全長を経て連続
的にＩＣ５０に接続されている。又、配線２７はＩＣ５
０からビーム２３ｃの全長、移動電極２１の近傍、更
に、ビーム２３ｄの全長を経て連続的にＩＣ５０に接続
されている。更に、配線２６の途中で移動電極２１の近
傍位置には接点部２８、又、配線２７の途中で移動電極
２１の近傍位置には接点部２９が配設されている。これ
ら接点部２８，２９の位置に対向したガラス基板３０の
固定電極３１の近傍位置には各々接点部３８，３９が配
設されている。
ラス基板３０の外側にはＣＭＯＳ回路を用いたＩＣ５０
が配設されている。又、シリコン基板２０の表面には移
動電極２１と同じくリン拡散により配線２５，２６，２
７がそれぞれ形成されている。このうち、配線２５によ
り移動電極２１とＩＣ５０とが接続されている。そし
て、配線２６はＩＣ５０からビーム２３ａの全長、移動
電極２１の近傍、更に、ビーム２３ｂの全長を経て連続
的にＩＣ５０に接続されている。又、配線２７はＩＣ５
０からビーム２３ｃの全長、移動電極２１の近傍、更
に、ビーム２３ｄの全長を経て連続的にＩＣ５０に接続
されている。更に、配線２６の途中で移動電極２１の近
傍位置には接点部２８、又、配線２７の途中で移動電極
２１の近傍位置には接点部２９が配設されている。これ
ら接点部２８，２９の位置に対向したガラス基板３０の
固定電極３１の近傍位置には各々接点部３８，３９が配
設されている。
【００１２】図３は本発明の容量型加速度センサ１０の
電気的構成を示した回路図である。
電気的構成を示した回路図である。
【００１３】上記ガラス基板３０に配設された接点部３
８，３９からの配線３６，３７、更に、固定電極３１か
らの図示しない配線もシリコン基板２０のＩＣ５０内の
判定回路５１に接続されている。ここで、配線２６と配
線２７とは同様の回路を構成しており、以下、配線２６
側の回路に基づいて、その判定手順を説明する。配線２
６の途中に配設された接点部２８にはＩＣ５０内の直列
抵抗Ｒ1,Ｒ2 を介して基準電圧Ｖ0 が印加され、その接
点部２８の後段の配線２６はＩＣ５０内の抵抗Ｒ3 を介
して接地されている。又、ＩＣ５０内の判定回路５１は
上記直列抵抗Ｒ1,Ｒ2 との間に接続されている。
８，３９からの配線３６，３７、更に、固定電極３１か
らの図示しない配線もシリコン基板２０のＩＣ５０内の
判定回路５１に接続されている。ここで、配線２６と配
線２７とは同様の回路を構成しており、以下、配線２６
側の回路に基づいて、その判定手順を説明する。配線２
６の途中に配設された接点部２８にはＩＣ５０内の直列
抵抗Ｒ1,Ｒ2 を介して基準電圧Ｖ0 が印加され、その接
点部２８の後段の配線２６はＩＣ５０内の抵抗Ｒ3 を介
して接地されている。又、ＩＣ５０内の判定回路５１は
上記直列抵抗Ｒ1,Ｒ2 との間に接続されている。
【００１４】先ず、ビーム２３ａ，２３ｂが破損等して
おらず、又、移動電極２１と固定電極３１とが吸着等し
ていなくて、容量型加速度センサ１０が正常な場合につ
いて説明する。この時、基準電圧Ｖ0 が分圧され上記判
定回路５１に入力される電圧Ｖ1 は次式にて表される値
となる。 Ｖ1＝Ｖ0（Ｒ2＋Ｒ3）／（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3） 次に、ビーム２３ａ又はビーム２３ｂが破損等した場
合、基準電圧Ｖ0が分圧され上記判定回路５１に入力さ
れる電圧Ｖ1 は次式にて表される値となる。 Ｖ1＝Ｖ0 次に、移動電極２１と固定電極３１とが吸着等して、移
動電極２１の近傍の接点部２８と固定電極３１の近傍の
接点部３８とが短絡した場合、基準電圧Ｖ0が分圧され
上記判定回路５１に入力される電圧Ｖ1 は次式にて表さ
れる値となる。 Ｖ1＝Ｖ0Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2） 上述したように、判定回路５１に入力される電圧Ｖ1 は
容量型加速度センサ１０の状態により変化する。従っ
て、判定回路５１で電圧Ｖ1 の値を検出することによ
り、容量型加速度センサ１０の異常の状態を知ることが
できる。
おらず、又、移動電極２１と固定電極３１とが吸着等し
ていなくて、容量型加速度センサ１０が正常な場合につ
いて説明する。この時、基準電圧Ｖ0 が分圧され上記判
定回路５１に入力される電圧Ｖ1 は次式にて表される値
となる。 Ｖ1＝Ｖ0（Ｒ2＋Ｒ3）／（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3） 次に、ビーム２３ａ又はビーム２３ｂが破損等した場
合、基準電圧Ｖ0が分圧され上記判定回路５１に入力さ
れる電圧Ｖ1 は次式にて表される値となる。 Ｖ1＝Ｖ0 次に、移動電極２１と固定電極３１とが吸着等して、移
動電極２１の近傍の接点部２８と固定電極３１の近傍の
接点部３８とが短絡した場合、基準電圧Ｖ0が分圧され
上記判定回路５１に入力される電圧Ｖ1 は次式にて表さ
れる値となる。 Ｖ1＝Ｖ0Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2） 上述したように、判定回路５１に入力される電圧Ｖ1 は
容量型加速度センサ１０の状態により変化する。従っ
て、判定回路５１で電圧Ｖ1 の値を検出することによ
り、容量型加速度センサ１０の異常の状態を知ることが
できる。
【００１５】更に、上述の実施例では、ビーム２３ａ，
２３ｂを経て配設されていた配線２６を、図４に示した
ように、各ビーム２３ａ，２３ｂに対してそれぞれ往復
するように配線２６ａ，２６ｂを設ける。同様に、各ビ
ーム２３ｃ，２３ｄに対してそれぞれ往復するように配
線２７ａ，２７ｂを設ける。この場合には、各配線２６
ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂの途中で移動電極２１の近
傍にそれぞれ接点部２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂを
設け、対向するガラス基板３０の固定電極３１の近傍に
それら接点部に対向した図示しない接点部を設ける。こ
のように、構成された容量型加速度センサ１０において
は、各ビームに設けられた配線の電圧値を検出すること
で、どのビームが破損したかを判定することが可能とな
る。
２３ｂを経て配設されていた配線２６を、図４に示した
ように、各ビーム２３ａ，２３ｂに対してそれぞれ往復
するように配線２６ａ，２６ｂを設ける。同様に、各ビ
ーム２３ｃ，２３ｄに対してそれぞれ往復するように配
線２７ａ，２７ｂを設ける。この場合には、各配線２６
ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂの途中で移動電極２１の近
傍にそれぞれ接点部２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂを
設け、対向するガラス基板３０の固定電極３１の近傍に
それら接点部に対向した図示しない接点部を設ける。こ
のように、構成された容量型加速度センサ１０において
は、各ビームに設けられた配線の電圧値を検出すること
で、どのビームが破損したかを判定することが可能とな
る。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、一方の基板に形成された移動
電極を周囲からバネ性を有して支持する複数のビーム
と、その基板の周辺部から移動電極の近傍に至る少なく
とも１つのビームの全長を経て再びその基板の周辺部ま
で連続的に、且つ、全てのビームに対して配設された配
線と、その配線の途中で移動電極の近傍位置とその位置
に対向した他方の基板に形成された固定電極の近傍位置
とに各々配設された接点部とを備えており、移動電極を
支持するビームが破損等損傷した場合にはそのビーム上
に配設された配線が中断される。又、移動電極が対向す
る固定電極に吸着した場合には配線の途中で移動電極の
近傍位置に配設された接点部と対向した固定電極の近傍
位置に配設された接点部とが接触して配線が短絡され
る。このように、本発明の容量型加速度センサは配設さ
れた配線の中断又は短絡により正常・異常状態が確実に
検出できるので、誤った加速度測定結果に基づく出力を
回避することができるという効果がある。
電極を周囲からバネ性を有して支持する複数のビーム
と、その基板の周辺部から移動電極の近傍に至る少なく
とも１つのビームの全長を経て再びその基板の周辺部ま
で連続的に、且つ、全てのビームに対して配設された配
線と、その配線の途中で移動電極の近傍位置とその位置
に対向した他方の基板に形成された固定電極の近傍位置
とに各々配設された接点部とを備えており、移動電極を
支持するビームが破損等損傷した場合にはそのビーム上
に配設された配線が中断される。又、移動電極が対向す
る固定電極に吸着した場合には配線の途中で移動電極の
近傍位置に配設された接点部と対向した固定電極の近傍
位置に配設された接点部とが接触して配線が短絡され
る。このように、本発明の容量型加速度センサは配設さ
れた配線の中断又は短絡により正常・異常状態が確実に
検出できるので、誤った加速度測定結果に基づく出力を
回避することができるという効果がある。
【図１】本発明の具体的な一実施例に係る容量型加速度
センサを示した中央縦断面図である。
センサを示した中央縦断面図である。
【図２】同実施例に係る容量型加速度センサからガラス
基板を取り外した状態を示した平面図である。
基板を取り外した状態を示した平面図である。
【図３】同実施例に係る容量型加速度センサの電気的構
成を示した回路図である。
成を示した回路図である。
【図４】本発明に係る容量型加速度センサの図２に対応
した他の実施例を示した平面図である。
した他の実施例を示した平面図である。
１０−容量型加速度センサ ２０−シリコン基板
２１−移動電極 ２２−おもり ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ−ビ
ーム ２６，２７−配線 ２８，２９−接点部 ３０−ガ
ラス基板 ３１−固定電極 ３８，３９−接点部 ４０−基台
５０−ＩＣ
２１−移動電極 ２２−おもり ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ−ビ
ーム ２６，２７−配線 ２８，２９−接点部 ３０−ガ
ラス基板 ３１−固定電極 ３８，３９−接点部 ４０−基台
５０−ＩＣ
Claims (1)
- 【請求項１】 一方の基板に形成された移動電極と他方
の基板に形成された固定電極とが微小ギャップを有する
ように対向させてそれら両基板を接合し、前記両電極間
の容量の変化により加速度を測定する容量型加速度セン
サにおいて、前記移動電極を周囲からバネ性を有して支
持する複数のビームと、前記一方の基板の周辺部から前
記移動電極の近傍に至る少なくとも１つの前記ビームの
全長を経て前記一方の基板の周辺部まで連続的に、且
つ、全てのビームに対して配設された配線と、前記配線
の途中で前記移動電極の近傍位置とその位置に対向した
固定電極の近傍位置とに各々配設された接点部とを備え
たことを特徴とする容量型加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2555691A JP2946776B2 (ja) | 1991-01-24 | 1991-01-24 | 容量型加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2555691A JP2946776B2 (ja) | 1991-01-24 | 1991-01-24 | 容量型加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04240569A JPH04240569A (ja) | 1992-08-27 |
| JP2946776B2 true JP2946776B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=12169226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2555691A Expired - Lifetime JP2946776B2 (ja) | 1991-01-24 | 1991-01-24 | 容量型加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2946776B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2999088B2 (ja) * | 1993-04-28 | 2000-01-17 | 株式会社日立製作所 | エアバッグシステム |
-
1991
- 1991-01-24 JP JP2555691A patent/JP2946776B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04240569A (ja) | 1992-08-27 |
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