JP5700655B2 - 静電容量型加速度センサ - Google Patents

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Description

本発明は、静電容量型加速度センサに関し、より詳細には、可動電極に対向する固定電極の容量が、検出軸に垂直な方向に加速度がかかった際に、容量変化を起こさない電極配置パターン構造を有し、表面ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）における差動式の静電容量型加速度センサに関する。
従来の静電容量型加速度センサとしては、例えば、特許文献１に開示されているような、櫛歯状電極を用いた静電容量型加速度センサが知られている。また、実質的に櫛歯状の電極を備えた差動式静電容量型加速度センサは、例えば、特許文献２に開示されている。
図１は、特許文献２に開示されている従来の差動式静電容量型加速度センサを説明するための構成図である。この従来の差動式静電容量型加速度センサの電極の各々は、各コンデンサが複数の並列に接続されたより小さなキャパシタンスの「セル」から構成されている複数のセグメントから形成され、シリコン基板２２上に、懸下されたポリシリコンビーム２４が形成されている。このビーム２４は、アンカ２６Ａ乃至２６Ｄの上の基板の表面の上に載置されている。ビーム２４は全体的にＨ形であり、２本の延びた細い足２８及び３２、並びにそれらの間に懸下されている横断中心部材３４を有している。この中心部材３４から一対のビームフィンガ３６及び３８が並列配向に、ビームの軸を横断するように垂れ下がっている。フィンガ３６は静止部材４２をその対向電極、すなわち、板として有している並列板コンデンサの一方の電極を形成している。同様に、フィンガ３８は静止部材４４をその対向板として有している第２並列板コンデンサの一方の電極を形成している。
また、上述した特許文献以外に、上下又は左右対称の櫛歯を有する静電容量型加速度センサとしては、例えば、特許文献３乃至５に開示されている。
特開２００３−２４８０１６号公報 特公平６−４４００８号公報 特開２０００−２２１７１号公報 特開２００５−１７２５４３号公報 特開２０００−１３１０７５号公報
図２（ａ）乃至（ｃ）は、図１の差動容量検出型加速度センサにおける可動電極及び固定電極間の静電容量の関係を説明するための図で、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
図中符号３１は複数組ある可動電極と固定電極の１組（１Ｃｅｌｌ）、３７は上部可動電極、３６は下部可動電極、４３は上部固定電極（Ｌ側）、４６は上部固定電極（Ｒ側）、４２は下部固定電極（Ｌ側）、４７は下部固定電極（Ｒ側）、ＣＬ１〜ＣＬ４は、上部可動電極３７及び下部可動電極３６と上部固定電極（Ｌ側）４３及び下部固定電極（Ｌ側）４２との間に形成される容量、ＣＲ１〜ＣＲ４は、上部可動電極３７及び下部可動電極３６と上部固定電極（Ｒ側）４６及び下部固定電極（Ｒ側）４７との間に形成される容量を示している。
ここで、加速度の検出軸方向に対する可動電極と固定電極との間の容量、すなわち図２のＣＬ１,ＣＬ２,ＣＲ１,ＣＲ2は検出軸方向の重力加速度に対して大きく容量変化を起こす容量(主感度容量部と定義する)で、検出軸と垂直方向の容量、すなわち図２のＣＬ３,ＣＬ4,ＣR3,ＣR４は検出軸方向と垂直な重力加速度に対し変化を起こす場所(副感度容量部と定義する)を示す。副感度容量部は重力加速度がかかっていない時(Ｇ＝０)では、（ＣＬ１＋ＣＬ２＋ＣＬ３＋ＣＬ４）−（ＣＲ１＋ＣＲ２＋ＣＲ３＋ＣＲ４）＝０となり、差動容量検出型の加速度センサにおいては、容量の差分が０であるため、Ｇ＝０で出力が０、すなわち、オフセットが０である。一方、検出軸方向に垂直な加速度が加わった場合（Ｇ≠０）、ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＲ１，ＣＲ２においては容量変化を起こさないので、（ＣＬ１＋ＣＬ２）−（ＣＲ１＋ＣＲ２）＝０だが、ＣＬ3，ＣＬ4，ＣＲ3，ＣＲ4においては(ＣＬ３＋ＣＬ４）−（ＣＲ３＋ＣＲ４）≠０となり、本来、検出されないはずの出力が出る。これの意味する所は、検出軸と垂直方向に力が加わった際に容量変化を起こし、他軸感度として加速度の誤検出を起こすという問題があるということである。なお、ここで言う容量変化とは、Ｌ側の容量とＲ側の容量に容量差が起こる事を意味している。この問題は、可動電極に対向する固定電極の櫛の数や長さが互いに異なるために起こる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、可動電極に対向する固定電極の容量を、検出軸に垂直な方向に加速度がかかった際に、容量変化を起こさない電極配置パターン構造を有する静電容量型加速度センサを提供することにある。
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、本発明の一態様は、基板上に弾性部材を介して設けられた重錘体に一体的に構成された櫛歯状の可動電極と、該可動電極と対向配置された櫛歯状の固定電極とを備えた静電容量型加速度センサにおいて、前記重錘体の一側に設けられた一対の可動電極と、該一対の可動電極の外側に各々配置された一対の外側固定電極と、前記一対の可動電極間に各々配置された一対の内側固定電極とで構成された一側電極セルと、前記重錘体の他側に設けられた一対の可動電極と、該一対の可動電極の外側に各々配置された一対の外側固定電極と、前記一対の可動電極間に各々配置された一対の内側固定電極とで構成された他側電極セルとを備え、前記一側電極セルと前記他側電極セルとで電極セル構造を構成し、前記一対の可動電極が、前記重錘体の長手方向に対して垂直方向に配置されており、前記一側電極セルの前記一対の可動電極が、前記重錘体の一側に設けられた第１の可動電極と第２の可動電極とからなり、前記一対の外側固定電極が、前記一対の可動電極の外側に各々配置された第１の外側固定電極と第２の外側固定電極とからなり、前記一対の内側固定電極が、前記一対の可動電極間に各々配置された第２の内側固定電極と第１の内側固定電極とから構成され、前記他側電極セルの前記一対の可動電極が、前記重錘体の他側に設けられた第１の可動電極と第２の可動電極とからなり、前記一対の外側固定電極が、前記一対の可動電極の外側に各々配置された第１の外側固定電極と第２の外側固定電極とからなり、前記一対の内側固定電極が、前記一対の可動電極間に各々配置された第２の内側固定電極と第１の内側固定電極とから構成され、前記一側における前記第１の外側固定電極と前記第１の内側固定電極とが接続されているとともに、前記第２の外側固定電極と前記第２の内側固定電極とが接続され、前記他側における前記第１の外側固定電極と前記第１の内側固定電極とが接続されているとともに、前記第２の外側固定電極と前記第２の内側固定電極とが接続され、前記第１の外側固定電極と前記第２の内側固定電極とが、前記第１の可動電極を介して対向配置され、前記第２の外側固定電極と前記第１の内側固定電極とが、前記第２の可動電極を介して対向配置され、前記一側における前記第２の内側固定電極は、前記一側に設けられた前記第１の可動電極の前記重錘体側でない端部を覆うように形成され、さらに、前記一側における前記第１の外側固定電極は、この第２の内側固定電極の端部を覆うように形成され、前記他側における前記第２の内側固定電極は、前記他側に設けられた前記第１の可動電極の前記重錘体側でない端部を覆うように形成され、さらに、前記他側における前記第１の外側固定電極は、この第２の内側固定電極の端部を覆うように形成され、前記一側における前記第１の内側固定電極は、前記一側に設けられた前記第２の可動電極の前記重錘体側でない端部を覆うように形成され、さらに、前記一側における前記第２の外側固定電極は、この第１の内側固定電極の端部を覆うように形成され、前記他側における前記第１の内側固定電極は、前記他側に設けられた前記第２の可動電極の前記重錘体側でない端部を覆うように形成され、さらに、前記他側における前記第２の外側固定電極は、この第１の内側固定電極の端部を覆うように形成されていることを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、上述の静電容量型加速度センサにおいて、前記一側における前記第１の可動電極、前記第２の内側固定電極、および前記第１の外側固定電極の構成と、前記一側における前記第２の可動電極、前記第１の内側固定電極、および前記第２の外側固定電極の構成とは、前記重錘体の長手方向に垂直な軸を中心に軸対称であり、前記他側における前記第１の可動電極、前記第２の内側固定電極、および前記第１の外側固定電極の構成と、前記他側における前記第２の可動電極、前記第１の内側固定電極、および前記第２の外側固定電極の構成とは、前記重錘体の長手方向に垂直な軸を中心に軸対称であることを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、上述の静電容量型加速度センサにおいて、前記一側電極セルと前記他側電極セルとが、前記重錘体の長手方向に対して軸対称に配置されていることを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、上述の静電容量型加速度センサにおいて、前記電極セル構造が、前記重錘体の長手方向に沿って複数連続的に配列されていることを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、上述の静電容量型加速度センサにおいて、前記重錘体の長手方向が、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に配置されていることを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、基板上に弾性部材を介して設けられた重錘体に一体的に構成された櫛歯状の可動電極と、該可動電極と対向配置された櫛歯状の固定電極とを備えた静電容量型加速度センサにおいて、前記重錘体の一側に設けられた可動電極と、該可動電極を挟むように配置された一方の第１の固定電極と、前記可動電極を挟むように配置された他方の第２の固定電極とで構成された一側電極セルと、前記重錘体の他側に設けられた可動電極と、該可動電極を挟むように配置された一方の第１の固定電極と、前記可動電極を挟むように配置された他方の第２の固定電極とで構成された他側電極セルと、前記一側電極セルと前記他側電極セルとで電極セル構造を構成し、前記可動電極が、前記重錘体の長手方向に対して垂直方向に配置されており、前記一側電極セルの前記第１の固定電極は、前記一側電極セルの前記可動電極の前記重錘体側でない端部の一部を覆うように形成され、前記一側電極セルの前記第２の固定電極は、前記一側電極セルの前記可動電極に対して前記一側電極セルの前記第１の固定電極と対称となるように形成され、前記他側電極セルの前記第１の固定電極は、前記他側電極セルの前記可動電極の前記重錘体側でない端部の一部を覆うように形成され、前記他側電極セルの前記第２の固定電極は、前記他側電極セルの前記可動電極に対して前記他側電極セルの前記第１の固定電極と対称となるように形成されていることを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、上述の静電容量型加速度センサにおいて、前記一側電極セルと前記他側電極セルとが、前記重錘体の長手方向に対して軸対称に配置されていることを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、上述の静電容量型加速度センサにおいて、前記第１の固定電極と前記第２の固定電極とが、前記可動電極を介して対向配置されていることを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、上述の静電容量型加速度センサにおいて、前記電極セル構造が、前記重錘体の長手方向に沿って複数連続的に配列されていることを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、上述の静電容量型加速度センサにおいて、前記重錘体の長手方向をＸ軸又はＹ軸に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、従来技術の構造に対して可動電極と固定電極の容量が、検出軸に垂直な方向に加速度がかかった際に容量変化を起こさない容量を提供する。これにより従来構造に対して他軸感度が小さくできるという効果を奏する。
特許文献２に開示されている従来の静電容量型加速度センサを説明するための構成図である。 図１に示した静電容量型加速度センサにおける可動電極及び固定電極間の静電容量の関係を説明するための図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。 本発明に係る静電容量型加速度センサの前提となる構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 図２に示した静電容量型加速度センサにおける信号検出ブロック図である。 本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例１を説明するための構成図である。 図５に示した実施例１における可動電極及び固定電極間の静電容量の関係を説明するための図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ’線断面図である。 本発明の実施例１に係る静電容量型加速度センサを用いた静電容量型加速度装置を説明するためのブロック図である。 本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例２を説明するための構成図である。
本発明の各実施例を説明する前に、本発明に係る静電容量型加速度センサの前提となる構成について以下に説明する。
図３（ａ），（ｂ）は、本発明に係る静電容量型加速度センサの前提となる構成図で、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。図中符号８０は静電容量型加速度センサ、８１は基板、８２は重錘体（おもり）、８３は弾性部材（バネ）、８４はアンカ（支柱部材）、８５は可動電極、８６は固定電極を示している。
静電容量型加速度センサ８０は、基板８１上に離間状態で配置された変位可能な重錘体（おもり）８２と、この重錘体８２に設けられた可動電極８５と、この可動電極８５を挟み込むようにして対向して配置された一対の固定電極８６，８６とを備え、可動電極と固定電極間の静電容量の変化を重錘体８２の変位に基づいて検出するものである。
また、可動電極８５は、複数の薄板状の櫛歯状の可動電極で、この櫛歯状の可動電極を挟むようにして配置された一対の固定電極８６，８６は、複数の薄板状の櫛歯状の固定電極である。また、これらの櫛歯状の可動電極は、重錘体８２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、一対の櫛歯状の固定電極は、櫛歯状の可動電極に対向して配置されている。
また、重錘体８２は、基板８１上に設けられたアンカ（支柱部材）８４に梁部材（弾性部材）８３を介して取り付けられている。この梁部材８３の一方は、支柱部材８４に結合されており、梁部材８３の他方は、重錘体８２に結合されている。そして、この梁部材８３は、重錘体８２の水平方向の変位に対して弾性力を持って変位するばね部材である。
このような構成により、重錘体８２が変位した際に、可動電極８５と固定電極８６，８６間に生じる容量変化を検出することができる。
なお、図３では、Ｘ軸方向の加速度を検出する場合について説明したが、Ｙ軸方向の加速度を検出する場合には、図３に示した静電容量型加速度センサ８０を９０度回転したものを使用すれば、Ｙ軸方向の加速度出力が得られる。
図４は、図３に示した静電容量型加速度センサにおける信号検出ブロック図である。図４に示されている静電容量型加速度センサは、図３において説明したような静電容量型加速度センサ８０と同じ構造を有している。また、説明の都合上、固定電極８６は、左側固定電極８６Ｌと右側固定電極８６Ｒとし、可動電極８５と左固定電極８６Ｌ間の容量をＣＬ、可動電極８５と右固定電極８６Ｒ間の容量をＣＲとしている。
ドライブ回路９１は、ＣＶ変換回路９２ａ，９２ｂへＣL、ＣRにチャージされた電荷Qを渡すためのもので、可動電極８５に接続されている。このＱの変化をＣＶ変換回路９２ａ，９２ｂは電圧変換する。Ｘ軸方向に加速度が印加され、ＣLとＣRに容量変化が起きた時、ＣＶ変換回路９２ａ，９２ｂを通して、ＣLとＣRの容量差を差動増幅器９３で出力として取り出す。この出力がＸ軸方向の加速度出力となる。
以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。
図５は、本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例１を説明するための構成図で、図中符号１００は本実施例１に係る静電容量型加速度センサで、この静電容量型加速度センサ１００は、一側電極セルＡ１と他側電極セルＡ２とからなる電極セル構造Ａを、重錘体１０１の長手方向に沿って複数連続的に配列した構造を備えている。
一側電極セルＡ１は、基板１１０上に弾性部材１０３を介して設けられた重錘体１０１に一体的に構成された櫛歯状の可動電極１０１ａ，１０１ｂと、この可動電極１０１ａ，１０１ｂと対向配置された櫛歯状の固定電極１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂとを備えている。
つまり、一側電極セルＡ１は、重錘体１０１の一側に設けられた一対の可動電極１０１ａ，１０１ｂと、この一対の可動電極１０１ａ，１０１ｂの外側に各々配置された一対の外側固定電極１１１ａ，１１２ａと、この一対の可動電極１０１ａ，１０１ｂ間に各々配置された一対の内側固定電極１１１ｂ，１１２ｂとで構成されている。
そして、一側電極セルＡ１の一対の可動電極１０１ａ，１０１ｂは、重錘体１０１の一側に設けられた第１の可動電極１０１ａと第２の可動電極１０１ｂとからなり、一対の外側固定電極１１１ａ，１１２ａは、この一対の可動電極１０１ａ，１０１ｂの外側に各々配置された第１の外側固定電極１１１ａと第２の外側固定電極１１２ａとからなり、一対の内側固定電極１１１ｂ，１１２ｂは、一対の可動電極１０１ａ，１０１ｂ間に各々配置された第２の内側固定電極１１２ｂと第１の内側固定電極１１１ｂとから構成されている。
また、他側電極セルＡ２は、基板１１０上に弾性部材１０３を介して設けられた重錘体１０１に一体的に構成された櫛歯状の可動電極１０２ａ，１０２ｂと、この可動電極１０２ａ，１０２ｂと対向配置された櫛歯状の固定電極１２１ａ，１２１ｂ，１２２ａ，１２２ｂとを備えている。
つまり、他側電極セルＡ２は、重錘体１０１の他側に設けられた一対の可動電極１０２ａ，１０２ｂと、この一対の可動電極１０２ａ，１０２ｂの外側に各々配置された一対の外側固定電極１２１ａ，１２２ａと、一対の可動電極１０２ａ，１０２ｂ間に各々配置された一対の内側固定電極１２１ｂ，１２２ｂとで構成されている。
そして、他側電極セルＡ２の一対の可動電極１０２ａ，１０２ｂは、重錘体１０１の他側に設けられた第１の可動電極１０２ａと第２の可動電極１０２ｂとからなり、一対の外側固定電極１２１ａ，１２２ａは、この一対の可動電極１０２ａ，１０２ｂの外側に各々配置された第１の外側固定電極１２１ａと第２の外側固定電極１２２ａとからなり、一対の内側固定電極１２１ｂ，１２２ｂは、一対の可動電極１０２ａ，１０２ｂ間に各々配置された第２の内側固定電極１２２ｂと第１の内側固定電極１２１ｂとから構成されている。
また、一側の一対の可動電極１０１ａ，１０１ｂ及び他側の一対の可動電極１０２ａ，１０２ｂは、重錘体１０１の長手方向に対して垂直方向に配置されている。また、一側電極セルＡ１と他側電極セルＡ２とは、重錘体１０１の長手方向に対して軸対称に配置されている。
また、一側における第１の外側固定電極１１１ａと第１の内側固定電極１１１ｂとが接続されているとともに、第２の外側固定電極１１２ａと第２の内側固定電極１１２ｂとが接続され、他側における前記第１の外側固定電極１２１ａと第１の内側固定電極１２１ｂとが接続されているとともに、第２の外側固定電極１２２ａと第２の内側固定電極１２２ｂとが接続されている。
また、一側における第１の外側固定電極１１１ａと第２の内側固定電極１１２ｂとが、第１の可動電極１０１ａを介して対向配置され、第２の外側固定電極１１２ａと第１の内側固定電極１１１ｂとが、第２の可動電極１０１ｂを介して対向配置されている。
さらに、他側における第１の外側固定電極１２１ａと第２の内側固定電極１２２ｂとが、第１の可動電極１０２ａを介して対向配置され、第２の外側固定電極１２２ａと第１の内側固定電極１２１ｂとが、第２の可動電極１０２ｂを介して対向配置されている。
なお、上述した実施例１においては、Ｘ軸方向の加速度を検出するために、重錘体の長手方向がＸ軸方向に配置されている場合について説明したが、重錘体の長手方向をＹ軸方向に配置すれば、Ｙ軸方向の加速度が検出できることは明らかである。
図６（ａ）乃至（ｃ）は、図５に示した実施例１における可動電極及び固定電極間の静電容量の関係を説明するための図で、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ’線断面図である。
図中符号ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ５，ＣＬ６は、可動電極１０１ａ及び可動電極１０２ａと外側固定電極１１１ａ及び外側固定電極１２１ａとの間に形成される容量、ＣＬ３，ＣＬ４，ＣＬ７，ＣＬ８は、可動電極１０１ｂ及び可動電極１０２ｂと内側固定電極１１１ｂ及び内側固定電極１２１ｂとの間に形成される容量、ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ５，ＣＲ６は、可動電極１０１ａ及び可動電極１０２ａと内側固定電極１１２ｂ及び内側固定電極１２２ｂとの間に形成される容量、ＣＲ３，ＣＲ４，ＣＲ７，ＣＲ８は、可動電極１０１ｂ及び可動電極１０２ｂと外側固定電極１１２ａ及び外側固定電極１２２ａとの間に形成される容量を示している。
加速度がかかっていない時（Ｇ＝０）は、（ＣＬ１＋ＣＬ２＋・・・・＋ＣＬ８）−（ＣＲ１＋ＣＲ２＋・・・・＋ＣＲ８）＝０となり、オフセットに対しマッチングが取れ、かつ、検出軸に垂直な方向に加速度がかかった時（Ｇ≠０）は、ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４，ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３，ＣＲ４においては検出軸と垂直な加速度に対しては不感であり、ＣＬ５＝ＣＲ７，ＣＲ５＝ＣＬ７，ＣＬ６＝ＣＲ８，ＣＲ６＝ＣＬ８であるから（ＣＬ５＋ＣＬ６＋・・・・＋ＣＬ８）−（ＣＲ５＋ＣＲ６＋・・・・＋ＣＲ８）＝０となり、この構成は他軸感度に対して有効であることが分かる。
上述したように、実施例１の静電容量型加速度センサにおいて、固定電極の配置を最適にすることで、可動電極に対向する固定電極の容量が、検出軸に垂直な方向に加速度がかかった際に、容量変化を起こさない電極配置パターン構造を提供することができる。この構造において、他軸感度が小さくするようにした静電容量型加速度センサ及びそれを用いた静電容量型加速度装置を提供することができる。
図７は、本発明の実施例１に係る静電容量型加速度センサを用いた静電容量型加速度装置を説明するためのブロック図である。図７に示されている静電容量型加速度センサは、図６において説明したような静電容量型加速度センサ１００と同じ構造を有している。
ドライブ回路９１は、ＣＶ変換回路９２ａへＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ５，ＣＬ６及びＣＬ３，ＣＬ４，ＣＬ７，ＣＬ８にチャージされた電荷Qを渡し、また、ＣＶ変換回路９２ｂへＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ５，ＣＲ６及びＣＲ３，ＣＲ４，ＣＲ７，ＣＲ８にチャージされた電荷Qを渡すためのもので、可動電極１０１に接続されている。このＱの変化をＣＶ変換回路９２ａ，９２ｂは電圧変換する。Ｘ軸方向に加速度が印加され、ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ５，ＣＬ６及びＣＬ３，ＣＬ４，ＣＬ７，ＣＬ８と、ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ５，ＣＲ６及びＣＲ３，ＣＲ４，ＣＲ７，ＣＲ８に容量変化が起きた時、ＣＶ変換回路９２ａ，９２ｂを通して、ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ５，ＣＬ６及びＣＬ３，ＣＬ４，ＣＬ７，ＣＬ８と、ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ５，ＣＲ６及びＣＲ３，ＣＲ４，ＣＲ７，ＣＲ８の容量差を差動増幅器９３で出力として取り出す。この出力がＸ軸方向の加速度出力となる。
このように、上述した実施例１における静電容量型加速度センサを用いて、センサの出力信号から信号処理回路を介して加速度を検出する静電容量型加速度装置を実現することができる。
図８は、本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例２を説明するための構成図で、図中符号２００は、本実施例２に係る静電容量型加速度センサ、この静電容量型加速度センサ２００は、一側電極セルＢ１と他側電極セルＢ２とからなる電極セル構造Ｂを、重錘体２０１の長手方向に沿って複数連続的に配列した構造を備えている。
一側電極セルＢ1は、基板２１０上に弾性部材（図示せず）を介して設けられた重錘体２０１に一体的に構成された櫛歯状の可動電極２０１ａと、この可動電極２０１ａと対向配置された櫛歯状の固定電極２１１，２１２とを備えている。
つまり、一側電極セルＢ１は、重錘体２０１の一側に設けられた可動電極２０１ａと、この可動電極２０１ａを挟むように配置された一方の第１の固定電極（Ｌ）２１１と、可動電極２０１ａを挟むように配置された他方の第２の固定電極（Ｒ）２１２とで構成されている。
また、他側電極セルＢ２は、基板２１０上に弾性部材（図示せず）を介して設けられた重錘体２０１に一体的に構成された櫛歯状の可動電極２０２ａと、この可動電極２０２ａと対向配置された櫛歯状の固定電極２２１，２２２とを備えている。
つまり、他側電極セルＢ２は、重錘体２０１の他側に設けられた可動電極２０２ａと、この可動電極２０２ａを挟むように配置された一方の第１の固定電極（Ｌ）２２１と、可動電極２０２ａを挟むように配置された他方の第２の固定電極（Ｒ）２２２とで構成されている。
また、一側の可動電極２０１ａ及び他側の可動電極２０２ａは、重錘体２０１の長手方向に対して垂直方向に配置され、一側電極セルＢ１と他側電極セルＢ２とは、重錘体２０１の長手方向に対して軸対称に配置されている。
また、一側における第１の固定電極２１１と第２の固定電極２１２とは、可動電極２０１ａを介して対向配置され、他側における第１の固定電極２２１と第２の固定電極２２２とは、可動電極２０２ａを介して対向配置されている。
なお、上述した実施例２においては、Ｘ軸方向の加速度を検出するために、重錘体の長手方向がＸ軸方向に配置されている場合について説明したが、重錘体の長手方向をＹ軸方向に配置すれば、Ｙ軸方向の加速度が検出できることは明らかである。
上述した実施例２における静電容量型加速度センサを用いて、センサの出力信号から信号処理回路を介して加速度を検出する静電容量型加速度装置を実現することができる。
上述したように、実施例２の静電容量型加速度センサにおいて、固定電極の配置を最適にすることで、上述したように、実施例１の静電容量型加速度センサにおいて、固定電極の配置を最適にすることで、可動電極に対向する固定電極の容量が、検出軸に垂直な方向に加速度がかかった際に、容量変化を起こさない電極配置パターン構造を提供することができる。この構造において、他軸感度が小さくするようにした静電容量型加速度センサ及びそれを用いた静電容量型加速度装置を提供することができる。
２２ シリコン基板
２４ ポリシリコンビーム
２６Ａ乃至２６Ｄ アンカ
２８，３２ 細い足
３４ 横断中心部材
３６，３８ ビームフィンガ
４２，４４ 静止部材
６２Ａ乃至６２Ｄ セル
８０ 静電容量型加速度センサ
８１ 基板
８２ 重錘体（おもり）
８３ 弾性部材（バネ）
８４ アンカ（支柱部材）
８５ 可動電極
８６ 固定電極
９１ ドライブ回路
９２ａ，９２ｂ ＣＶ変換回路
９３ 差動増幅器
１００，２００ 静電容量型加速度センサ
１０１，２０１ 重錘体
１０３ 弾性部材
１１０，２１０ 基板
１０１ａ，１０１ｂ，２０１ａ 一側の可動電極
１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂ，２１１，２１２ 一側の固定電極
１０２ａ，１０２ｂ，２０２ａ 他側の可動電極
１２１ａ，１２１ｂ，１２２ａ，１２２ｂ，２２１，２２２ 他側の固定電極
Ａ１，Ｂ１ 一側電極セル
Ａ２，Ｂ２ 他側電極セル
Ａ，Ｂ 電極セル構造

Claims (10)

  1. 基板上に弾性部材を介して設けられた重錘体に一体的に構成された櫛歯状の可動電極と、該可動電極と対向配置された櫛歯状の固定電極とを備えた静電容量型加速度センサにおいて、
    前記重錘体の一側に設けられた一対の可動電極と、該一対の可動電極の外側に各々配置された一対の外側固定電極と、前記一対の可動電極間に各々配置された一対の内側固定電極とで構成された一側電極セルと、
    前記重錘体の他側に設けられた一対の可動電極と、該一対の可動電極の外側に各々配置された一対の外側固定電極と、前記一対の可動電極間に各々配置された一対の内側固定電極とで構成された他側電極セルとを備え、
    前記一側電極セルと前記他側電極セルとで電極セル構造を構成し、
    前記一対の可動電極が、前記重錘体の長手方向に対して垂直方向に配置されており、
    前記一側電極セルの前記一対の可動電極が、前記重錘体の一側に設けられた第１の可動電極と第２の可動電極とからなり、前記一対の外側固定電極が、前記一対の可動電極の外側に各々配置された第１の外側固定電極と第２の外側固定電極とからなり、前記一対の内側固定電極が、前記一対の可動電極間に各々配置された第２の内側固定電極と第１の内側固定電極とから構成され、
    前記他側電極セルの前記一対の可動電極が、前記重錘体の他側に設けられた第１の可動電極と第２の可動電極とからなり、前記一対の外側固定電極が、前記一対の可動電極の外側に各々配置された第１の外側固定電極と第２の外側固定電極とからなり、前記一対の内側固定電極が、前記一対の可動電極間に各々配置された第２の内側固定電極と第１の内側固定電極とから構成され、
    前記一側における前記第１の外側固定電極と前記第１の内側固定電極とが接続されているとともに、前記第２の外側固定電極と前記第２の内側固定電極とが接続され、
    前記他側における前記第１の外側固定電極と前記第１の内側固定電極とが接続されているとともに、前記第２の外側固定電極と前記第２の内側固定電極とが接続され、
    前記第１の外側固定電極と前記第２の内側固定電極とが、前記第１の可動電極を介して対向配置され、前記第２の外側固定電極と前記第１の内側固定電極とが、前記第２の可動電極を介して対向配置され、
    前記一側における前記第２の内側固定電極は、前記一側に設けられた前記第１の可動電極の前記重錘体側でない端部を覆うように形成され、さらに、前記一側における前記第１の外側固定電極は、この第２の内側固定電極の端部を覆うように形成され、
    前記他側における前記第２の内側固定電極は、前記他側に設けられた前記第１の可動電極の前記重錘体側でない端部を覆うように形成され、さらに、前記他側における前記第１の外側固定電極は、この第２の内側固定電極の端部を覆うように形成され、
    前記一側における前記第１の内側固定電極は、前記一側に設けられた前記第２の可動電極の前記重錘体側でない端部を覆うように形成され、さらに、前記一側における前記第２の外側固定電極は、この第１の内側固定電極の端部を覆うように形成され、
    前記他側における前記第１の内側固定電極は、前記他側に設けられた前記第２の可動電極の前記重錘体側でない端部を覆うように形成され、さらに、前記他側における前記第２の外側固定電極は、この第１の内側固定電極の端部を覆うように形成されていることを特徴とする静電容量型加速度センサ。
  2. 前記一側における前記第１の可動電極、前記第２の内側固定電極、および前記第１の外側固定電極の構成と、前記一側における前記第２の可動電極、前記第１の内側固定電極、および前記第２の外側固定電極の構成とは、前記重錘体の長手方向に垂直な軸を中心に軸対称であり、
    前記他側における前記第１の可動電極、前記第２の内側固定電極、および前記第１の外側固定電極の構成と、前記他側における前記第２の可動電極、前記第１の内側固定電極、および前記第２の外側固定電極の構成とは、前記重錘体の長手方向に垂直な軸を中心に軸対称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。
  3. 前記一側電極セルと前記他側電極セルとが、前記重錘体の長手方向に対して軸対称に配置されてい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。
  4. 前記電極セル構造が、前記重錘体の長手方向に沿って複数連続的に配列されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の静電容量型加速度センサ。
  5. 前記重錘体の長手方向が、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電容量型加速度センサ。
  6. 基板上に弾性部材を介して設けられた重錘体に一体的に構成された櫛歯状の可動電極と、該可動電極と対向配置された櫛歯状の固定電極とを備えた静電容量型加速度センサにおいて、
    前記重錘体の一側に設けられた可動電極と、該可動電極を挟むように配置された一方の第１の固定電極と、前記可動電極を挟むように配置された他方の第２の固定電極とで構成された一側電極セルと、
    前記重錘体の他側に設けられた可動電極と、該可動電極を挟むように配置された一方の第１の固定電極と、前記可動電極を挟むように配置された他方の第２の固定電極とで構成された他側電極セルと、
    前記一側電極セルと前記他側電極セルとで電極セル構造を構成し、
    前記可動電極が、前記重錘体の長手方向に対して垂直方向に配置されており、
    前記一側電極セルの前記第１の固定電極は、前記一側電極セルの前記可動電極の前記重錘体側でない端部の一部を覆うように形成され、
    前記一側電極セルの前記第２の固定電極は、前記一側電極セルの前記可動電極に対して前記一側電極セルの前記第１の固定電極と対称となるように形成され、
    前記他側電極セルの前記第１の固定電極は、前記他側電極セルの前記可動電極の前記重錘体側でない端部の一部を覆うように形成され、
    前記他側電極セルの前記第２の固定電極は、前記他側電極セルの前記可動電極に対して前記他側電極セルの前記第１の固定電極と対称となるように形成されていることを特徴とする静電容量型加速度センサ。
  7. 前記一側電極セルと前記他側電極セルとが、前記重錘体の長手方向に対して軸対称に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の静電容量型加速度センサ。
  8. 前記第１の固定電極と前記第２の固定電極とが、前記可動電極を介して対向配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の静電容量型加速度センサ。
  9. 前記電極セル構造が、前記重錘体の長手方向に沿って複数連続的に配列されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の静電容量型加速度センサ。
  10. 前記重錘体の長手方向をＸ軸又はＹ軸に配置されていることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の静電容量型加速度センサ。
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