JP3178143B2 - 静電容量式加速度センサ - Google Patents
静電容量式加速度センサInfo
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0808—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
- G01P2015/0811—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0817—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for pivoting movement of the mass, e.g. in-plane pendulum
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、静電容量式加速度セン
サに関し、高精度に加速度を検出できる静電容量式加速
度センサに関する。
サに関し、高精度に加速度を検出できる静電容量式加速
度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、車両等の加速度や回転方向を検
出するのに用いられる静電容量式加速度センサは、電極
間の静電容量を利用して検出するもので、例えば特開平
３−９４１６９号公報および特開昭６２−２３２１７１
号公報のようなものが知られている。
出するのに用いられる静電容量式加速度センサは、電極
間の静電容量を利用して検出するもので、例えば特開平
３−９４１６９号公報および特開昭６２−２３２１７１
号公報のようなものが知られている。
【０００３】そこで、図５に第１の従来技術による静電
容量式加速度センサとして特開平３−９４１６９号に記
載の半導体容量式加速度センサを例に挙げて示す。
容量式加速度センサとして特開平３−９４１６９号に記
載の半導体容量式加速度センサを例に挙げて示す。
【０００４】図中、１，２，３は３枚のシリコン基板を
示し、該各シリコン基板１，２，３のうち、真中に位置
したシリコン基板２は、異方性エッチングにより、ビー
ム４（片持梁）で支持された質量部５が形成されてい
る。該質量部５の厚さは、シリコン基板２の厚さよりも
薄く形成され、固定電極板となるシリコン基板１または
３の方向に変位可能になっている。
示し、該各シリコン基板１，２，３のうち、真中に位置
したシリコン基板２は、異方性エッチングにより、ビー
ム４（片持梁）で支持された質量部５が形成されてい
る。該質量部５の厚さは、シリコン基板２の厚さよりも
薄く形成され、固定電極板となるシリコン基板１または
３の方向に変位可能になっている。
【０００５】また、６はシリコン基板１，２の間に発生
する信号を処理する信号処理回路である。
する信号を処理する信号処理回路である。
【０００６】そして、このように構成される各基板１，
２，３を重合させる場合には、各基板１，２，３が短絡
しないように、各接合面は酸化処理を施した後に積層す
るようになっている。
２，３を重合させる場合には、各基板１，２，３が短絡
しないように、各接合面は酸化処理を施した後に積層す
るようになっている。
【０００７】このように構成される第１の従来技術にお
ける半導体容量式加速度センサにおいては、上，下方向
の加速度（または減速度）が加わった場合には、質量部
５に働く慣性力とビーム４による復元力との釣合いか
ら、その加速度に応じて質量部５と固定電極としての各
シリコン基板１，３との間の隙間寸法が変化する。そし
て、前記隙間寸法に対応した静電容量を信号処理回路６
に出力し、該信号処理回路６ではこの静電容量を処理し
て、加速度に応じた信号として図示しない制御回路等に
出力する。
ける半導体容量式加速度センサにおいては、上，下方向
の加速度（または減速度）が加わった場合には、質量部
５に働く慣性力とビーム４による復元力との釣合いか
ら、その加速度に応じて質量部５と固定電極としての各
シリコン基板１，３との間の隙間寸法が変化する。そし
て、前記隙間寸法に対応した静電容量を信号処理回路６
に出力し、該信号処理回路６ではこの静電容量を処理し
て、加速度に応じた信号として図示しない制御回路等に
出力する。
【０００８】次に、図６に第２の従来技術による静電容
量式加速度センサとして特開昭６２−２３２１７１号に
記載の半導体加速度センサを例に挙げて示す。
量式加速度センサとして特開昭６２−２３２１７１号に
記載の半導体加速度センサを例に挙げて示す。
【０００９】図中、１１はシリコン基板を示し、該シリ
コン基板１１にはエッチングによって上面から下面まで
貫通する溝１２が設けられ、該溝１２によって支持部１
３付近を除いて外部のシリコン基板１１と離間した片持
梁１４が形成されている。また該片持梁１４の先端側に
は、質量部１５が設けられている。
コン基板１１にはエッチングによって上面から下面まで
貫通する溝１２が設けられ、該溝１２によって支持部１
３付近を除いて外部のシリコン基板１１と離間した片持
梁１４が形成されている。また該片持梁１４の先端側に
は、質量部１５が設けられている。
【００１０】なお、片持梁１４の支持部１３付近におけ
る幅、即ちシリコン基板１の面の水平方向における幅寸
法は、シリコン基板１１の厚さ寸法よりも小さくなるよ
うに設定されているから、片持梁１４はシリコン基板１
１の面に垂直な方向の加速度に対しては変位せず、面に
水平な方向の加速度に対して変位するようになってい
る。
る幅、即ちシリコン基板１の面の水平方向における幅寸
法は、シリコン基板１１の厚さ寸法よりも小さくなるよ
うに設定されているから、片持梁１４はシリコン基板１
１の面に垂直な方向の加速度に対しては変位せず、面に
水平な方向の加速度に対して変位するようになってい
る。
【００１１】このように構成される第２の従来技術にお
いては、質量部１５とシリコン基板１１の溝１２とのそ
れぞれの隙間寸法により静電容量（図６参照）が変化す
るから、シリコン基板１１の面に対して水平方向（左，
右方向）の加速度を静電容量の変化として検出すること
ができる。
いては、質量部１５とシリコン基板１１の溝１２とのそ
れぞれの隙間寸法により静電容量（図６参照）が変化す
るから、シリコン基板１１の面に対して水平方向（左，
右方向）の加速度を静電容量の変化として検出すること
ができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した如
く、第１，第２の従来技術による加速度センサにおいて
は、質量部５（１５）と各シリコン基板１，３（１１）
との間の隙間寸法の変位による静電容量の変化で、加速
度の大きさに比例した出力を得ることができる。しか
し、この隙間寸法が異なっている場合には加速度が加わ
っていない初期状態にも拘らず、２箇所の隙間から異な
る容量を持った静電容量が検出され、加速度の検出時に
は、正確な加速度を検出することができないという問題
がある。
く、第１，第２の従来技術による加速度センサにおいて
は、質量部５（１５）と各シリコン基板１，３（１１）
との間の隙間寸法の変位による静電容量の変化で、加速
度の大きさに比例した出力を得ることができる。しか
し、この隙間寸法が異なっている場合には加速度が加わ
っていない初期状態にも拘らず、２箇所の隙間から異な
る容量を持った静電容量が検出され、加速度の検出時に
は、正確な加速度を検出することができないという問題
がある。
【００１３】一方、加速度センサからの２つの静電容量
は、センサとして成形・組立てられた後でなければ検出
できないから、センサ成形後に確認されるこの隙間寸法
の差を、センサ形成後に補正することはできない。この
ため、静電容量の差を補正するには、オフセット調整用
回路により初期状態における零点調整を行なう必要があ
った。従って、センサにオフセット調整用回路を組込ん
だ場合には、センサのサイズが大きくなるという問題が
ある。
は、センサとして成形・組立てられた後でなければ検出
できないから、センサ成形後に確認されるこの隙間寸法
の差を、センサ形成後に補正することはできない。この
ため、静電容量の差を補正するには、オフセット調整用
回路により初期状態における零点調整を行なう必要があ
った。従って、センサにオフセット調整用回路を組込ん
だ場合には、センサのサイズが大きくなるという問題が
ある。
【００１４】また、質量部５（１５）と各シリコン基板
１，３（１１）との間の隙間寸法は固定されているか
ら、一つの加速度センサでは一つの感度しか得ることが
できないという問題がある。
１，３（１１）との間の隙間寸法は固定されているか
ら、一つの加速度センサでは一つの感度しか得ることが
できないという問題がある。
【００１５】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、センサ形成後の零点調整を容易に行なう
と共に、検出感度の調整を行なうことができる静電容量
式加速度センサを提供することを目的とする。
されたもので、センサ形成後の零点調整を容易に行なう
と共に、検出感度の調整を行なうことができる静電容量
式加速度センサを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する静電容量式加速度センサは、
基端側が固定端となり梁を介して先端側が加速度に応じ
て変位する質量部となった可動電極と、基端側が固定端
となり先端側が該可動電極の質量部の変位方向両側に対
向して変位可能な可動薄肉部となった一対の固定電極
と、該各固定電極の可動薄肉部と可動電極の質量部との
間の静電容量を検出する静電容量検出手段と、該静電容
量検出手段からの信号に基づいて、前記各固定電極の可
動薄肉部と可動電極の質量部との間の距離を調整すべ
く、該各固定電極の可動薄肉部を変位させる距離調整手
段とから構成したことにある。
ために、本発明が採用する静電容量式加速度センサは、
基端側が固定端となり梁を介して先端側が加速度に応じ
て変位する質量部となった可動電極と、基端側が固定端
となり先端側が該可動電極の質量部の変位方向両側に対
向して変位可能な可動薄肉部となった一対の固定電極
と、該各固定電極の可動薄肉部と可動電極の質量部との
間の静電容量を検出する静電容量検出手段と、該静電容
量検出手段からの信号に基づいて、前記各固定電極の可
動薄肉部と可動電極の質量部との間の距離を調整すべ
く、該各固定電極の可動薄肉部を変位させる距離調整手
段とから構成したことにある。
【００１７】また、前記距離調整手段は、前記各固定電
極の可動薄肉部に対向する位置に形成された一対の電極
間調整用電極と、該各電極間調整用電極と各固定電極の
間に設けられ、前記静電容量検出手段からの信号に基づ
いた直流電圧をそれぞれ印加する補正回路とから構成す
ることが望ましい。
極の可動薄肉部に対向する位置に形成された一対の電極
間調整用電極と、該各電極間調整用電極と各固定電極の
間に設けられ、前記静電容量検出手段からの信号に基づ
いた直流電圧をそれぞれ印加する補正回路とから構成す
ることが望ましい。
【００１８】さらに、前記距離調整手段は、前記各固定
電極の可動薄肉部と各可動電極の質量部との間に設けら
れ、前記静電容量検出手段からの信号に基づいた直流電
圧をそれぞれ印加する補正回路から構成してもよい。
電極の可動薄肉部と各可動電極の質量部との間に設けら
れ、前記静電容量検出手段からの信号に基づいた直流電
圧をそれぞれ印加する補正回路から構成してもよい。
【００１９】
【作用】上記構成により、距離調整手段で一対の固定電
極の可動薄肉部と可動電極の質量部との距離を調整する
ことで、各静電容量を等しくでき零点調整を行なうこと
ができる。
極の可動薄肉部と可動電極の質量部との距離を調整する
ことで、各静電容量を等しくでき零点調整を行なうこと
ができる。
【００２０】また、電極間調整用電極と固定電極とのそ
れぞれの間に、補正回路から直流電圧を印加することに
より、固定電極と電極間調整用電極との間に静電引力を
発生させ、各可動薄肉部を変位させて、該各可動薄肉部
と質量部との電極間距離をそれぞれ調整することができ
る。
れぞれの間に、補正回路から直流電圧を印加することに
より、固定電極と電極間調整用電極との間に静電引力を
発生させ、各可動薄肉部を変位させて、該各可動薄肉部
と質量部との電極間距離をそれぞれ調整することができ
る。
【００２１】さらに、可動電極と一対の固定電極との間
に、補正回路から直流電圧を印加することにより、固定
電極の可動薄肉部と可動電極の質量部との間に静電引力
を発生させ、各可動薄肉部を変位させて、該各可動薄肉
部と質量部との電極間距離をそれぞれ調整することがで
きる。
に、補正回路から直流電圧を印加することにより、固定
電極の可動薄肉部と可動電極の質量部との間に静電引力
を発生させ、各可動薄肉部を変位させて、該各可動薄肉
部と質量部との電極間距離をそれぞれ調整することがで
きる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図４に基
づいて説明する。
づいて説明する。
【００２３】まず、第１の実施例を図１および図２に示
す。
す。
【００２４】図中、２１は例えば１０m Ω・cm（０．０
１Ω・cm）程度の低い抵抗率を有するｎ型のシリコン材
料から形成された上側基板を示し、該上側基板２１は
（１１０）の結晶面を有している。そして、該上側基板
２１の内部には、後述する溝２５によって可動電極２
４，固定電極２６，２６および電極間調整用電極２７，
２７等が一体形成されている。
１Ω・cm）程度の低い抵抗率を有するｎ型のシリコン材
料から形成された上側基板を示し、該上側基板２１は
（１１０）の結晶面を有している。そして、該上側基板
２１の内部には、後述する溝２５によって可動電極２
４，固定電極２６，２６および電極間調整用電極２７，
２７等が一体形成されている。
【００２５】２２は上側基板２１の下面側にガラス層２
３を介して接合された下側基板を示し、該下側基板２２
は例えばガラス材料等の絶縁性材料から形成され、上側
基板２１と電気的に絶縁されている。そして、該下側基
板２２は溝２５と共に、可動電極２４と各固定電極２６
等を電気的に絶縁するものである。なお、前記ガラス層
２３は、上側基板２１と下側基板２２の全周縁部分に設
けられ、可動電極２４の質量部２４Ｃの変位を確保すべ
く中央部には設けられていない。
３を介して接合された下側基板を示し、該下側基板２２
は例えばガラス材料等の絶縁性材料から形成され、上側
基板２１と電気的に絶縁されている。そして、該下側基
板２２は溝２５と共に、可動電極２４と各固定電極２６
等を電気的に絶縁するものである。なお、前記ガラス層
２３は、上側基板２１と下側基板２２の全周縁部分に設
けられ、可動電極２４の質量部２４Ｃの変位を確保すべ
く中央部には設けられていない。
【００２６】２４は上側基板２１の内部に一体的に形成
された可動電極を示し、該可動電極２４はその基端側が
下側電極２２に固定された固定端２４Ａとなり、中間部
が上側電極２１の厚さ寸法よりも薄肉に形成された梁２
４Ｂとなり、該梁２４Ｂの先端側の自由端が所定の質量
を有するように厚肉に形成された質量部２４Ｃとなって
いる。そして、該可動電極２４は梁２４Ｂの幅寸法が上
側基板２１の厚さ寸法よりも小さく形成することによ
り、加速度検出に対する指向性を与え、加速度に応じて
水平方向に変位するものである。
された可動電極を示し、該可動電極２４はその基端側が
下側電極２２に固定された固定端２４Ａとなり、中間部
が上側電極２１の厚さ寸法よりも薄肉に形成された梁２
４Ｂとなり、該梁２４Ｂの先端側の自由端が所定の質量
を有するように厚肉に形成された質量部２４Ｃとなって
いる。そして、該可動電極２４は梁２４Ｂの幅寸法が上
側基板２１の厚さ寸法よりも小さく形成することによ
り、加速度検出に対する指向性を与え、加速度に応じて
水平方向に変位するものである。
【００２７】２５は可動電極２４の外周側全部を取囲む
ようにして上側基板２１に穿設された溝を示し、該溝２
５は可動電極２４の全周に亘って上側基板２１の上面側
から下面側まで貫通して設けられ、これにより、可動電
極２４と各固定電極２６との間を分断し、電気的に絶縁
している。また、図２に示すように、該溝２５のうち可
動電極２４の質量部２４Ｃと各固定電極２６の可動薄肉
部２６Ｂとの間は、例えば数十μｍ以下の離間寸法ｄ1
，ｄ2 を有する検出用溝部２５Ａ，２５Ａとなり、後
述の各電極間調整用電極２７と各固定電極２６の可動薄
肉部２６Ｂとの間は、離間寸法ｄa ，ｄb を有する調整
用溝部２５Ｂ，２５Ｂとなっている。
ようにして上側基板２１に穿設された溝を示し、該溝２
５は可動電極２４の全周に亘って上側基板２１の上面側
から下面側まで貫通して設けられ、これにより、可動電
極２４と各固定電極２６との間を分断し、電気的に絶縁
している。また、図２に示すように、該溝２５のうち可
動電極２４の質量部２４Ｃと各固定電極２６の可動薄肉
部２６Ｂとの間は、例えば数十μｍ以下の離間寸法ｄ1
，ｄ2 を有する検出用溝部２５Ａ，２５Ａとなり、後
述の各電極間調整用電極２７と各固定電極２６の可動薄
肉部２６Ｂとの間は、離間寸法ｄa ，ｄb を有する調整
用溝部２５Ｂ，２５Ｂとなっている。
【００２８】２６，２６は溝２５を挟んで可動電極２４
の左，右両側に設けられた一対の固定電極を示し、該各
固定電極２６は溝２５によって上側基板２１と一体形成
されている。また、該各固定電極２６はその基端側が下
側基板２２に固定された固定端２６Ａとなり、先端側が
自由端となる可動薄肉部２６Ｂとなっている。そして、
固定電極２６は低抵抗の上側基板２１に一体形成されて
いるから、その全体が導電性を有している。さらに、前
記各可動薄肉部２６Ｂと可動電極２４の質量部２４Ｃと
の間は、離間寸法ｄ1 ，ｄ2 に設定されている。
の左，右両側に設けられた一対の固定電極を示し、該各
固定電極２６は溝２５によって上側基板２１と一体形成
されている。また、該各固定電極２６はその基端側が下
側基板２２に固定された固定端２６Ａとなり、先端側が
自由端となる可動薄肉部２６Ｂとなっている。そして、
固定電極２６は低抵抗の上側基板２１に一体形成されて
いるから、その全体が導電性を有している。さらに、前
記各可動薄肉部２６Ｂと可動電極２４の質量部２４Ｃと
の間は、離間寸法ｄ1 ，ｄ2 に設定されている。
【００２９】２７，２７は各固定電極２６の可動薄肉部
２６Ｂと可動電極２４の固定端２４Ａとの間に位置し、
下側基板２２上にガラス層２３を介して固定された距離
調整手段を構成する電極間調整用電極を示し、該各電極
間調整用電極２７は上側基板２１に一体形成されている
ので、その全体が導電性を有している。さらに、前記各
電極間調整用電極２７と各固定電極２６の可動薄肉部２
６Ｂとの間は、離間寸法ｄa ，ｄb に設定されている。
２６Ｂと可動電極２４の固定端２４Ａとの間に位置し、
下側基板２２上にガラス層２３を介して固定された距離
調整手段を構成する電極間調整用電極を示し、該各電極
間調整用電極２７は上側基板２１に一体形成されている
ので、その全体が導電性を有している。さらに、前記各
電極間調整用電極２７と各固定電極２６の可動薄肉部２
６Ｂとの間は、離間寸法ｄa ，ｄb に設定されている。
【００３０】２８，２８，…は可動電極２４の固定端２
４Ａ，各固定電極２６の固定端２６Ａおよび各電極間調
整用電極２７の上面側にそれぞれ形成された配線取り出
し用電極を示し、該各配線取り出し用電極２８は例えば
金，チタン等の導電性合金材料から形成されている。
４Ａ，各固定電極２６の固定端２６Ａおよび各電極間調
整用電極２７の上面側にそれぞれ形成された配線取り出
し用電極を示し、該各配線取り出し用電極２８は例えば
金，チタン等の導電性合金材料から形成されている。
【００３１】次に、図２を参照しつつ、本実施例のセン
サの回路構成について説明する。
サの回路構成について説明する。
【００３２】図中、２９，３０は可動電極２４と各固定
電極２６との間にそれぞれ接続された静電容量検出手段
としてのＣ1 ，Ｃ2 検出回路を示し、該検出回路２９，
３０は所定周波数の交流電圧を質量部２４Ｃと各固定電
極２６との間にそれぞれ印加することにより、各検出用
溝部２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 に対応した静電容量Ｃ
1 ，Ｃ2 を検出するもので、その検出信号を後述の信号
処理回路３３に出力する。
電極２６との間にそれぞれ接続された静電容量検出手段
としてのＣ1 ，Ｃ2 検出回路を示し、該検出回路２９，
３０は所定周波数の交流電圧を質量部２４Ｃと各固定電
極２６との間にそれぞれ印加することにより、各検出用
溝部２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 に対応した静電容量Ｃ
1 ，Ｃ2 を検出するもので、その検出信号を後述の信号
処理回路３３に出力する。
【００３３】３１，３２は各固定電極２６と各電極間調
整用電極２７との間にそれぞれ接続された距離調整手段
を構成するＣ1 ，Ｃ2 補正回路を示し、該補正回路３
１，３２は信号処理回路３３からの補正信号に基づいた
直流電圧を電極２６，２７間にそれぞれ印加し、調整用
溝部２５Ｂ，２５Ｂ間に静電引力を発生させ、固定電極
２６の可動薄肉部２６Ｂを変位させる。これにより、各
電極間調整用電極２７と各固定電極２６の可動薄肉部２
６Ｂとの調整用溝部２５Ｂ，２５Ｂの離間寸法ｄa ，ｄ
b を調整するようになっている。
整用電極２７との間にそれぞれ接続された距離調整手段
を構成するＣ1 ，Ｃ2 補正回路を示し、該補正回路３
１，３２は信号処理回路３３からの補正信号に基づいた
直流電圧を電極２６，２７間にそれぞれ印加し、調整用
溝部２５Ｂ，２５Ｂ間に静電引力を発生させ、固定電極
２６の可動薄肉部２６Ｂを変位させる。これにより、各
電極間調整用電極２７と各固定電極２６の可動薄肉部２
６Ｂとの調整用溝部２５Ｂ，２５Ｂの離間寸法ｄa ，ｄ
b を調整するようになっている。
【００３４】３３は信号処理回路を示し、該信号処理回
路３３の入力側には前記検出回路２９，３０が接続さ
れ、出力側には前記補正回路３１，３２がそれぞれ接続
されている。また、該信号処理回路３３は、初期状態に
おいては、前記検出回路２９，３０からの各検出用溝部
２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 に対応した静電容量Ｃ1 ，
Ｃ2 が入力され、静電容量Ｃ1 ，Ｃ2 が等しくなるよう
に、調整用溝部２５Ｂ，２５Ｂの離間寸法ｄa ，ｄb を
調整する補正信号を補正回路３１，３２に出力する。一
方、検出状態においては、補正信号を補正回路３１，３
２に出力したままで、検出回路２９，３０からの静電容
量Ｃ1 ，Ｃ2 の差を、加速度に対応した出力として外部
に導出する。
路３３の入力側には前記検出回路２９，３０が接続さ
れ、出力側には前記補正回路３１，３２がそれぞれ接続
されている。また、該信号処理回路３３は、初期状態に
おいては、前記検出回路２９，３０からの各検出用溝部
２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 に対応した静電容量Ｃ1 ，
Ｃ2 が入力され、静電容量Ｃ1 ，Ｃ2 が等しくなるよう
に、調整用溝部２５Ｂ，２５Ｂの離間寸法ｄa ，ｄb を
調整する補正信号を補正回路３１，３２に出力する。一
方、検出状態においては、補正信号を補正回路３１，３
２に出力したままで、検出回路２９，３０からの静電容
量Ｃ1 ，Ｃ2 の差を、加速度に対応した出力として外部
に導出する。
【００３５】本実施例による静電容量式加速度センサは
上述の如く構成されるが、加速度の検出においては、第
２の従来技術と同様に、水平方向の加速度が加わると、
その加速度に応じて可動電極２４の質量部２４Ｃが溝２
５内を、図２に示す矢示Ａ方向に変位し、これにより、
各検出用溝部２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 が変位し、こ
の変位を検出回路２９，３０において静電容量Ｃ1 ，Ｃ
2 に対応した検出信号として検出し、信号処理回路３３
でこの静電容量Ｃ1 ，Ｃ2 の差を演算し、加速度に対応
した出力を導出する。
上述の如く構成されるが、加速度の検出においては、第
２の従来技術と同様に、水平方向の加速度が加わると、
その加速度に応じて可動電極２４の質量部２４Ｃが溝２
５内を、図２に示す矢示Ａ方向に変位し、これにより、
各検出用溝部２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 が変位し、こ
の変位を検出回路２９，３０において静電容量Ｃ1 ，Ｃ
2 に対応した検出信号として検出し、信号処理回路３３
でこの静電容量Ｃ1 ，Ｃ2 の差を演算し、加速度に対応
した出力を導出する。
【００３６】また、本実施例による静電容量式センサに
おいては、質量部２４Ｃに対向した各固定電極２６に
は、該質量部２４Ｃに対して変位する可動薄肉部２６Ｂ
を有するように形成し、該各可動薄肉部２６Ｂに対向し
た位置に各調整用溝部２５Ｂの離間寸法ｄa ，ｄb を調
整する各電極間調整用電極２７を設ける構成としてい
る。これにより、センサの形成後の初期状態において、
各検出用溝部２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 が異なった場
合には、静電容量Ｃ1 ，Ｃ2 はＣ1 ≠Ｃ2 となってい
る。ここで、補正回路３１，３２からは信号処理回路３
３からの補正信号に基づいた直流電圧を、各電極間調整
用電極２７と各固定電極２６との間にそれぞれ印加する
ことにより、該各固定電極２６の可動薄肉部２６Ｂをそ
れぞれ変位させて、各調整用溝部２５Ｂの離間寸法ｄa
，ｄb を調整する。これに伴って、各検出用溝部２５
Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 も変位するから、検出回路２
９，３０からの静電容量をＣ1 ＝Ｃ2 とすることで、初
期状態における零点調整を容易に行なうことができる。
おいては、質量部２４Ｃに対向した各固定電極２６に
は、該質量部２４Ｃに対して変位する可動薄肉部２６Ｂ
を有するように形成し、該各可動薄肉部２６Ｂに対向し
た位置に各調整用溝部２５Ｂの離間寸法ｄa ，ｄb を調
整する各電極間調整用電極２７を設ける構成としてい
る。これにより、センサの形成後の初期状態において、
各検出用溝部２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 が異なった場
合には、静電容量Ｃ1 ，Ｃ2 はＣ1 ≠Ｃ2 となってい
る。ここで、補正回路３１，３２からは信号処理回路３
３からの補正信号に基づいた直流電圧を、各電極間調整
用電極２７と各固定電極２６との間にそれぞれ印加する
ことにより、該各固定電極２６の可動薄肉部２６Ｂをそ
れぞれ変位させて、各調整用溝部２５Ｂの離間寸法ｄa
，ｄb を調整する。これに伴って、各検出用溝部２５
Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 も変位するから、検出回路２
９，３０からの静電容量をＣ1 ＝Ｃ2 とすることで、初
期状態における零点調整を容易に行なうことができる。
【００３７】さらに、検出感度について考えると、次の
数１に示すような関係が成り立っている。
数１に示すような関係が成り立っている。
【００３８】
【数１】 ただし、 ΔＣ：静電容量変化（＝検出感度） Δｄ：梁の変位量 ｄ：電極間距離（離間寸法ｄ1 ，ｄ2 ） ε：誘電率 Ｓ：電極面積
【００３９】従って、前記数１の静電容量変化ΔＣ（＝
検出感度）を大きくするためには、電極間距離ｄを大き
くすればよいことになる。然るに、初期状態において、
静電容量Ｃ1 ＝Ｃ2 を調整する零点調整時に、各固定電
極２６の可動薄肉部２６Ｂを変位させるときに、該各可
動薄肉部２６Ｂと各電極間調整用電極２７との各調整用
溝部２５Ｂの離間寸法ｄa ，ｄb を狭くすることで、前
記各可動薄肉部２６Ｂと質量部２４Ｃとの各検出用溝部
２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 も小さくできる。これによ
り、静電容量変化ΔＣ（＝検出感度）を大きくして静電
容量式加速度センサの検出感度を上げることができる。
検出感度）を大きくするためには、電極間距離ｄを大き
くすればよいことになる。然るに、初期状態において、
静電容量Ｃ1 ＝Ｃ2 を調整する零点調整時に、各固定電
極２６の可動薄肉部２６Ｂを変位させるときに、該各可
動薄肉部２６Ｂと各電極間調整用電極２７との各調整用
溝部２５Ｂの離間寸法ｄa ，ｄb を狭くすることで、前
記各可動薄肉部２６Ｂと質量部２４Ｃとの各検出用溝部
２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 も小さくできる。これによ
り、静電容量変化ΔＣ（＝検出感度）を大きくして静電
容量式加速度センサの検出感度を上げることができる。
【００４０】一方、検出感度を鈍らせるときには、前述
とは逆に、各検出用溝部２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 を
大きくすることにより行なうことができる。
とは逆に、各検出用溝部２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 を
大きくすることにより行なうことができる。
【００４１】かくして、本実施例の静電容量式加速度セ
ンサにおいては、センサ形成時に質量部２４Ｃと各固定
電極２６との検出用溝部２５Ａ，２５Ａの離間寸法ｄ1
，ｄ2 が異なるために発生していた静電容量Ｃ1 ，Ｃ2
の差を、各固定電極２６の各可動薄肉部２６Ｂを質量
部２４Ｃ側に変位させることにより、各検出用溝部２５
Ａから検出される静電容量を等しくすることができ、初
期時の零点調整を容易に行なうことができる。
ンサにおいては、センサ形成時に質量部２４Ｃと各固定
電極２６との検出用溝部２５Ａ，２５Ａの離間寸法ｄ1
，ｄ2 が異なるために発生していた静電容量Ｃ1 ，Ｃ2
の差を、各固定電極２６の各可動薄肉部２６Ｂを質量
部２４Ｃ側に変位させることにより、各検出用溝部２５
Ａから検出される静電容量を等しくすることができ、初
期時の零点調整を容易に行なうことができる。
【００４２】また、センサの検出感度を変更する場合に
は、前記各検出用溝部２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 を調
整することで、容易に変更することができ、センサの使
用範囲を拡大できる。
は、前記各検出用溝部２５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 を調
整することで、容易に変更することができ、センサの使
用範囲を拡大できる。
【００４３】さらに、センサの取付位置等により質量部
２４Ｃに重力等が作用した場合でも、前述した零点調整
を行なうことによって、信頼性の高い静電容量式センサ
とすることができる。
２４Ｃに重力等が作用した場合でも、前述した零点調整
を行なうことによって、信頼性の高い静電容量式センサ
とすることができる。
【００４４】なお、前記実施例においては、各電極間調
整用電極２７および補正回路３１，３２、信号処理回路
３３が本発明による距離調整手段の具体例である。
整用電極２７および補正回路３１，３２、信号処理回路
３３が本発明による距離調整手段の具体例である。
【００４５】次に、第２の実施例を図３および図４に示
す。本実施例の特徴は、前記第１の実施例の電極間調整
用電極を廃止したものである。なお、前記第１の実施例
と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略
するものとする。
す。本実施例の特徴は、前記第１の実施例の電極間調整
用電極を廃止したものである。なお、前記第１の実施例
と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略
するものとする。
【００４６】図中、４１は前記第１の実施例の上側基板
２１とほぼ同様に形成された上側基板を示し、該上側基
板４１の内部には、後述する溝２５によって可動電極２
４，固定電極４２，４２等が一体形成されている。
２１とほぼ同様に形成された上側基板を示し、該上側基
板４１の内部には、後述する溝２５によって可動電極２
４，固定電極４２，４２等が一体形成されている。
【００４７】４２，４２は溝２５の各検出用溝部２５Ａ
を挟んで質量部２４Ｃの左，右両側に設けられた固定電
極を示し、該各固定電極４２はその基端側が下側基板２
２に固定された固定端４２Ａとなり、先端側が自由端と
なる可動薄肉部４２Ｂとなり、該各可動薄肉部４２Ｂは
前記第１の実施例の固定電極２６の可動薄肉部２６Ｂよ
りも短く形成されている。そして、固定電極４２は低抵
抗の上側基板４１に一体形成されているから、その全体
が導電性を有している。
を挟んで質量部２４Ｃの左，右両側に設けられた固定電
極を示し、該各固定電極４２はその基端側が下側基板２
２に固定された固定端４２Ａとなり、先端側が自由端と
なる可動薄肉部４２Ｂとなり、該各可動薄肉部４２Ｂは
前記第１の実施例の固定電極２６の可動薄肉部２６Ｂよ
りも短く形成されている。そして、固定電極４２は低抵
抗の上側基板４１に一体形成されているから、その全体
が導電性を有している。
【００４８】次に、図４を参照しつつ、本実施例のセン
サの回路構成について説明する。
サの回路構成について説明する。
【００４９】図中、第１の実施例で述べたＣ1 ，Ｃ2 検
出回路２９，３０およびＣ1 ，Ｃ2補正回路３１，３２
は可動電極２４の固定端２４Ａと固定電極４２の固定端
４２Ａとの間にそれぞれ並列に接続され、該検出回路２
９，３０からは所定周波数の交流電圧が印加され、該補
正回路３１，３２からは直流電圧が印加されることにな
る。
出回路２９，３０およびＣ1 ，Ｃ2補正回路３１，３２
は可動電極２４の固定端２４Ａと固定電極４２の固定端
４２Ａとの間にそれぞれ並列に接続され、該検出回路２
９，３０からは所定周波数の交流電圧が印加され、該補
正回路３１，３２からは直流電圧が印加されることにな
る。
【００５０】さらに、信号処理回路３３は前記検出回路
２９，３０からの検出信号に基づいて、各検出用溝部２
５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 を調整すべく、補正信号を補
正回路３１，３２に出力するものである。
２９，３０からの検出信号に基づいて、各検出用溝部２
５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 を調整すべく、補正信号を補
正回路３１，３２に出力するものである。
【００５１】このように構成される本実施例の静電容量
式センサでは、補正回路３１，３２から可動電極２４の
固定端２４Ａと各固定電極４２の固定端４２Ａとの間に
直流電圧を印加することにより、各可動薄肉部４２Ｂを
変位させ、離間寸法ｄ1 ，ｄ2 を変化させることができ
る。
式センサでは、補正回路３１，３２から可動電極２４の
固定端２４Ａと各固定電極４２の固定端４２Ａとの間に
直流電圧を印加することにより、各可動薄肉部４２Ｂを
変位させ、離間寸法ｄ1 ，ｄ2 を変化させることができ
る。
【００５２】然るに、本実施例においても、前述した第
１の実施例と同様に、初期状態における零点調整および
検出感度の変更を容易に行なうことができる。
１の実施例と同様に、初期状態における零点調整および
検出感度の変更を容易に行なうことができる。
【００５３】さらに、本実施例では、前記第１の実施例
に比べて、可動電極２４に直接電圧を印加することによ
り、電極間調整用電極２７，２７を不要にでき、部品点
数を削減することができ、コスト低減を図ることができ
る。
に比べて、可動電極２４に直接電圧を印加することによ
り、電極間調整用電極２７，２７を不要にでき、部品点
数を削減することができ、コスト低減を図ることができ
る。
【００５４】なお、前記第２の実施例においては、可動
電極２４および補正回路３１，３２、信号処理回路３３
が本発明による距離調整手段の具体例である。
電極２４および補正回路３１，３２、信号処理回路３３
が本発明による距離調整手段の具体例である。
【００５５】また、前記各実施例では、零点調整および
検出感度の変更は、センサ形成時において行なうように
したが、本発明はこれに限らず、センサ使用前等に適宜
に調整するようにしてもよい。
検出感度の変更は、センサ形成時において行なうように
したが、本発明はこれに限らず、センサ使用前等に適宜
に調整するようにしてもよい。
【００５６】さらに、前記各実施例では、距離調整手段
を電気的に調整するものについて述べたが、本発明はこ
れに限らず、機械的に各固定電極２６（４２）の可動薄
肉部２６Ｂ（４２Ｂ）を押圧することで各検出用溝部２
５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 を調整するようにしてもよ
い。
を電気的に調整するものについて述べたが、本発明はこ
れに限らず、機械的に各固定電極２６（４２）の可動薄
肉部２６Ｂ（４２Ｂ）を押圧することで各検出用溝部２
５Ａの離間寸法ｄ1 ，ｄ2 を調整するようにしてもよ
い。
【００５７】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、可
動電極の質量部の変位方向両側に位置し、該質量部に対
して変位する一対の可動薄肉部を有する固定電極を形成
し、各可動薄肉部を距離調整手段で変位させ、質量部と
各可動薄肉部との距離を調整する構成としたから、各可
動薄肉部と質量部との距離により検出される静電容量を
等しくする零点調整を容易に行なうことができる。さら
に、各固定電極と質量部との距離を短くすることで、セ
ンサの検出感度を向上させることができる。
動電極の質量部の変位方向両側に位置し、該質量部に対
して変位する一対の可動薄肉部を有する固定電極を形成
し、各可動薄肉部を距離調整手段で変位させ、質量部と
各可動薄肉部との距離を調整する構成としたから、各可
動薄肉部と質量部との距離により検出される静電容量を
等しくする零点調整を容易に行なうことができる。さら
に、各固定電極と質量部との距離を短くすることで、セ
ンサの検出感度を向上させることができる。
【００５８】また、前記距離調整手段を、各固定電極の
可動薄肉部に対向する位置に形成された一対の電極間調
整用電極と、該各電極間調整用電極と各固定電極の間に
設けられ、静電容量検出手段からの信号に基づいた直流
電圧をそれぞれ印加する補正回路とから構成すること
で、各固定電極の可動薄肉部と各電極間調整用電極との
間に静電引力を発生させて距離を調整し、質量部と各固
定電極の可動薄肉部との距離を調整する零点調整を行な
うことができる。
可動薄肉部に対向する位置に形成された一対の電極間調
整用電極と、該各電極間調整用電極と各固定電極の間に
設けられ、静電容量検出手段からの信号に基づいた直流
電圧をそれぞれ印加する補正回路とから構成すること
で、各固定電極の可動薄肉部と各電極間調整用電極との
間に静電引力を発生させて距離を調整し、質量部と各固
定電極の可動薄肉部との距離を調整する零点調整を行な
うことができる。
【００５９】さらに、前記距離調整手段を、可動電極の
質量部と各固定電極との間に直流電圧を印加する補正回
路によって構成することにより、零点調整を容易に行な
うことができ、しかも可動電極に直接直流電圧を印加す
ることで、部品点数を削減できる。
質量部と各固定電極との間に直流電圧を印加する補正回
路によって構成することにより、零点調整を容易に行な
うことができ、しかも可動電極に直接直流電圧を印加す
ることで、部品点数を削減できる。
【図１】第１の実施例による静電容量式加速度センサを
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図２】第１の実施例による静電容量式加速度センサの
回路構成図である。
回路構成図である。
【図３】第２の実施例による静電容量式加速度センサを
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図４】第２の実施例による静電容量式センサの回路構
成図である。
成図である。
【図５】第１の従来技術による加速度センサの断面図で
ある。
ある。
【図６】第２の従来技術による加速度センサの斜視図で
ある。
ある。
２１，４１ 上側基板 ２４ 可動電極 ２４Ａ 固定端 ２４Ｂ 梁 ２４Ｃ 質量部 ２５ 溝 ２５Ａ 検出用溝部 ２５Ｂ 調整用溝部 ２６，４２ 固定電極 ２６Ａ，４２Ａ 固定端 ２６Ｂ，４２Ｂ 可動薄肉部 ２７ 電極間調整用電極 ２９ Ｃ1 検出回路 ３０ Ｃ2 検出回路 ３１ Ｃ1 補正回路 ３２ Ｃ2 補正回路 ３３ 信号処理回路
Claims (3)
- 【請求項１】 基端側が固定端となり梁を介して先端側
が加速度に応じて変位する質量部となった可動電極と、
基端側が固定端となり先端側が該可動電極の質量部の変
位方向両側に対向して変位可能な可動薄肉部となった一
対の固定電極と、該各固定電極の可動薄肉部と可動電極
の質量部との間の静電容量を検出する静電容量検出手段
と、該静電容量検出手段からの信号に基づいて、前記各
固定電極の可動薄肉部と可動電極の質量部との間の距離
を調整すべく、該各固定電極の可動薄肉部を変位させる
距離調整手段とから構成してなる静電容量式加速度セン
サ。 - 【請求項２】 前記距離調整手段は、前記各固定電極の
可動薄肉部に対向する位置に形成された一対の電極間調
整用電極と、該各電極間調整用電極と各固定電極の間に
設けられ、前記静電容量検出手段からの信号に基づいた
直流電圧をそれぞれ印加する補正回路とから構成してな
る請求項１記載の静電容量式加速度センサ。 - 【請求項３】 前記距離調整手段は、前記各固定電極の
可動薄肉部と各可動電極の質量部との間に設けられ、前
記静電容量検出手段からの信号に基づいた直流電圧をそ
れぞれ印加する補正回路から構成してなる請求項１記載
の静電容量式加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2869693A JP3178143B2 (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 静電容量式加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2869693A JP3178143B2 (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 静電容量式加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06222076A JPH06222076A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3178143B2 true JP3178143B2 (ja) | 2001-06-18 |
Family
ID=12255645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2869693A Expired - Fee Related JP3178143B2 (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 静電容量式加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3178143B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10357870B4 (de) * | 2003-12-11 | 2013-02-07 | Robert Bosch Gmbh | Sensor mit symmetrischer Begrenzung eines Signals |
| JP5206054B2 (ja) * | 2008-03-21 | 2013-06-12 | 株式会社デンソー | 容量式物理量センサ |
| JP5441027B2 (ja) * | 2009-02-10 | 2014-03-12 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 静電容量型加速度センサの検査方法及びその検査装置 |
-
1993
- 1993-01-25 JP JP2869693A patent/JP3178143B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06222076A (ja) | 1994-08-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |