JPH0634654A

JPH0634654A - 静電容量式加速度センサ

Info

Publication number: JPH0634654A
Application number: JP4212024A
Authority: JP
Inventors: Tetsuzo Hara; 鉄三原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1992-07-16
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】センサの上，下、左，右、前，後の３軸方向
の加速度を高精度に検出する。【構成】シリコン基板２１と２２の間に支持枠２９お
よび各支持梁３１を介して可動電極３０が支持される。
前記シリコン基板２１，２２の対向面には、長方形状の
固定電極２５，２６および２７，２８がそれぞれ６本づ
つ形成されている。また、可動電極３０には４本の貫通
穴３２が穿設され、残りの各可動電極部３３は前記各固
定電極２５，２６，２７，２８に対して等しい離間距
離、有効面積となる。そして、離間距離、有効面積の変
位により静電容量が変化し、３軸方向の加速度を検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両等の加速状
態，振動状態等を検出するのに用いて好適な静電容量式
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。

【０００３】そこで、図１２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。

【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）で支持された可動電極部５が形成されて
いる。該可動電極部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。

【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。

【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
に加速度（または減速度）が加わった場合には、可動電
極部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可動電極部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、該各シリコン基板１，３の固定電極は加速
度に応じても変位しないから、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１３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。

【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、重り
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。

【００１１】このように構成される第２の従来技術にお
いては、重り部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１３参照）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の従来技術による加速度センサにおいては、
上，下方向の加速度を検出でき、第２の従来技術による
加速度センサにおいては、左，右方向の加速度を検出す
ることができるものの、それぞれ１軸方向の加速度しか
検出できず、上，下、左，右、前，後の３軸方向の加速
度、即ち任意の方向の加速度を検出することができな
い。そして、３軸方向の任意の加速度を検出しようとす
る場合には、それぞれの方向に加速度センサを組合せて
設けるため、複数の素子を必要としコスト高になるとい
う問題がある。

【００１３】また、１個の加速度センサで前記各従来技
術の構造の加速度センサを製造する場合には、製造プロ
セスを複雑にして大幅な改良しなければならず、簡単な
改良では、任意の方向の加速度を検出することは不可能
であるという問題がある。

【００１４】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、複数の軸方向の加速度を精度良く検出で
き、しかもコンパクトに形成できるようにした静電容量
式加速度センサを提供することを目的とする。

【００１５】

【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、
上，下に配設された一対の基板と、該各基板のそれぞれ
対向する面に位置して形成された複数個の固定電極と、
前記各基板間に挟持して設けられた支持枠と、該支持枠
内に少なくとも１個の支持梁を介して設けられ、上，下
に位置した前記各固定電極から等しい距離をもって離間
した可動電極と、該可動電極が上，下に位置した各固定
電極のうち、それぞれ隣合う電極に等しい面積をもって
重なり合うように、該可動電極に貫通して形成された貫
通穴とから構成したことにある。

【００１６】

【作用】上記構成により、上，下に位置した各固定電極
と可動電極との離間距離および各固定電極と可動電極と
が重なり合う有効面積により静電容量が変化し、上，下
方向に加わる加速度においては、離間距離の変位により
静電容量が変化し、左，右、前，後方向に加わる加速度
においては、有効面積の変化により静電容量が変化す
る。また、可動電極に形成された貫通穴により、各基板
間に封入された気体との抵抗を減らすことができ、可動
電極の移動を容易にし、応答速度の向上を図ることがで
きる。

【００１７】また、可動電極に形成された貫通穴によ
り、各基板間に封入された気体との抵抗を減らすことが
でき、可動電極の移動を容易にし、応答速度の向上を図
ることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１１に
基づいて説明する。

【００１９】まず、第１の実施例を図１ないし図４に示
す。

【００２０】図中、２１，２２は上，下に配設された一
対の正方形状のシリコン基板をそれぞれ示し、該各シリ
コン基板２１，２２の下面側，上面側の外周側には、厚
さＨの矩形状の酸化膜２３，２４が形成されている。

【００２１】２５，２５，…、２６，２６，…は基板２
１の下面側に形成された上側固定電極をそれぞれ示し、
該各上側固定電極２５，２６は前後方向に向けて伸長す
るようにＣｒ等により長方形状に形成され、それぞれ交
互に合計６本、順次配設されている。また、該各上側固
定電極２５，２６は点線で示すそれぞれの配線パターン
２５Ａ，２６Ａを介して外部に信号を導出する。

【００２２】２７，２７，…、２８，２８，…は基板２
２の上面側に形成された下側固定電極をそれぞれ示し、
該各下側固定電極２７，２８は前後方向に向けて伸長す
るようにＣｒ等により長方形状に形成され、それぞれ交
互に合計６本、順次配設されている。また、該各下側固
定電極２７，２８は点線で示すそれぞれの配線パターン
２７Ａ，２８Ａを介して外部に信号を導出する。

【００２３】２９は各基板２１，２２の間に挟持された
矩形状の支持枠を示し、該支持枠２９はポリシリコン等
の薄板により形成され、中心部には後述する可動電極３
０が各支持梁３１を介して形成されている。

【００２４】３０は可動電極を示し、該可動電極３０は
前記支持枠２９内に位置して正方形状に一体形成され、
上，下に位置した各固定電極２５，２６，２７，２８と
等しい距離で離間し、各辺から四方に伸長する所定の弾
性力を有した支持梁３１，３１，…により支持されてい
る。そして、可動電極３０は慣性力により、センサに対
して加わる方向と逆方向に移動することになる。

【００２５】３２，３２，…は可動電極３０に形成され
た複数個の長方形状をなす貫通穴を示し、該各貫通穴３
２により可動電極３０に残った部分が前後方向に伸長す
る３本の可動電極部３３，３３，…となる。また、該各
可動電極部３３は図２および図４に示すように、各固定
電極２５，２６，２７，２８と等しい離間距離を有する
と共に、重なり合う有効面積も等しくなる。さらに、該
各可動電極部３３は図１に点線で示す配線パターン３３
Ａを介して外部に信号を導出する。

【００２６】なお、可動電極３０に形成された各貫通穴
３２により、該可動電極３０の空気抵抗を低減でき、移
動を容易にする。さらに、配線パターン３３Ａ，２５
Ａ，２６Ａ，２７Ａ，２８Ａからそれぞれ検出される信
号を信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅとする。

【００２７】本実施例による静電容量式加速度センサは
上述の如き構成を有するもので、次に、その製造方法に
ついて説明する。なお、便宜上、図２の紙面の上，下方
向を前，後方向と呼ぶものとし、他の２軸方向を順次こ
の方向に対応して左，右方向、上，下方向と呼ぶものと
する。

【００２８】まず、上側に位置する基板２１および下側
に位置する基板２２の中心部付近の所定位置にＣｒ等に
より長方形状の上側固定電極２５，２６および下側固定
電極２７，２８をそれぞれ６本づつ形成する。また、各
基板２１，２２の下面側，上面側に犠牲層となる厚さＨ
のシリコン酸化膜をそれぞれ堆積させる。そして、上側
に位置する基板２１においては、シリコン酸化膜の中心
部をエッチングして除去することにより、矩形状の酸化
膜２３を形成する。

【００２９】一方、下側の基板２２においては、シリコ
ン酸化膜の上にポリシリコン等をマスクによるパターニ
ング処理の後、蒸着法またはスパッタ法等により支持枠
２９，可動電極３０および各支持梁３１を堆積させる。
その後に、可動電極３０および各支持梁３１の下側にあ
るシリコン酸化膜の中心部分をエッチングして除去する
ことにより、基板２２上に矩形状の酸化膜２４を形成す
る。これにより、可動電極３０は各酸化膜２３，２４の
厚さＨにより各基板２１，２２に対して離間距離Ｈを有
して支持される。

【００３０】そして、最後に各基板２１，２２を支持枠
２９を介して接合することにより静電容量式加速度セン
サを形成する。なお、製造はシリコンウェハの状態で形
成するので、一度に多数個のセンサを容易に製造でき
る。

【００３１】次に、図４に基づいて、本実施例による静
電容量式加速度センサの検出動作を説明する。なお、説
明の便宜上、各固定電極２５，２６，２７，２８および
可動電極部３３のみを１個づつ示している。また、可動
電極部３３と上側固定電極２５との離間距離をｄ1 ，有
効面積をＳ1 、可動電極部３３と上側固定電極２６との
離間距離をｄ2 ，有効面積をＳ2 、可動電極部３３と下
側固定電極２７との離間距離をｄ3 ，有効面積をＳ3 、
可動電極部３３と下側固定電極２８との離間距離をｄ4
，有効面積をＳ4 とする。図４の中心の図は、静電容
量式加速度センサにどの方向からも加速度を加えていな
いときの状態を示し、この場合には、後述する数１を満
足するようになっている。

【００３２】

【数１】

【００３３】また、各固定電極２５，２６，２７，２８
と可動電極部３３との離間距離および有効面積により検
出される静電容量は次式の数２により検出される。

【００３４】

【数２】

【００３５】そして、可動電極部３３，上側固定電極２
５からの信号Ａ，Ｂにより検出される静電容量をＣ1 ，
可動電極部３３，上側固定電極２６からの信号Ａ，Ｃに
より検出される静電容量をＣ2 ，可動電極部３３，下側
固定電極２７からの信号Ａ，Ｄにより検出される静電容
量をＣ3 ，可動電極部３３，下側固定電極２８からの信
号Ａ，Ｅにより検出される静電容量をＣ4 とすると、前
記数１の関係から、センサにどの方向の加速も加わって
いないときには、数３のようになる。

【００３６】

【数３】Ｃ1 ＝Ｃ2 ＝Ｃ3 ＝Ｃ4

【００３７】次に、図４の左上に、センサに対して下向
きの加速が加わった場合を示す。このときには、可動電
極部３３は慣性力により上側に移動する。そして、可動
電極部３３と各上側固定電極２５，２６との離間距離ｄ
1 ，ｄ2 が短くなり、各下側固定電極２７，２８との離
間距離ｄ3 ，ｄ4 が長くなる。なお、有効面積Ｓ1 ，Ｓ
2 ，Ｓ3 ，Ｓ4 は変化しないから、次の数４が成り立
つ。

【００３８】

【数４】Ｃ1 ＝Ｃ2 ＞Ｃ3 ＝Ｃ4

【００３９】また、図４の右上に、センサに対して上向
きの加速が加わった場合を示す。このときには、可動電
極部３３は慣性力により下側に移動する。そして、可動
電極部３３と各上側固定電極２５，２６との離間距離ｄ
1 ，ｄ2 が長くなり、各下側固定電極２７，２８との離
間距離ｄ3 ，ｄ4 が短くなる。なお、有効面積Ｓ1 ，Ｓ
2 ，Ｓ3 ，Ｓ4 は変化しないから、次の数５が成り立
つ。

【００４０】

【数５】Ｃ1 ＝Ｃ2 ＜Ｃ3 ＝Ｃ4

【００４１】さらに、図４の左下に、センサに対して右
向きの加速が加わった場合を示す。このときには、可動
電極部３３は慣性力により左側に移動する。そして、可
動電極部３３と上側固定電極２５，下側固定電極２７と
の有効面積Ｓ1 ，Ｓ3 が大きくなり、上側固定電極２
６，下側固定電極２８との有効面積Ｓ3 ，Ｓ4 が小さく
なる。なお、離間距離ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 は変化し
ないから、次の数６が成り立つ。

【００４２】

【数６】Ｃ1 ＝Ｃ3 ＞Ｃ2 ＝Ｃ4

【００４３】一方、図４の右下に、センサに対して左向
きの加速が加わった場合を示す。このときには、可動電
極部３３は慣性力により右側に移動する。そして、可動
電極部３３と上側固定電極２５，下側固定電極２７との
有効面積Ｓ1 ，Ｓ3 が小さくなり、上側固定電極２６，
下側固定電極２８との有効面積Ｓ3 ，Ｓ4 が大きくな
る。なお、離間距離ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 は変化しな
いから、次の数７が成り立つ。

【００４４】

【数７】Ｃ1 ＝Ｃ3 ＜Ｃ2 ＝Ｃ4

【００４５】このように、本実施例による静電容量式加
速度センサにおいては、静電容量Ｃの変化率は可動電極
３０の重さ、支持梁３１の幅，厚さおよび長さ、各電極
間の離間距離、支持梁３１の材料となるポリシリコンの
ヤング率、および重力加速度により設定されるから、セ
ンサに対して左，右方向および上，下方向の２軸方向の
加速度を、静電容量の変化として高精度に検出すること
ができる。さらに、本実施例のセンサでは、実際には可
動電極部３３および各固定電極２５，２６，２７，２８
を３個づつ設けるようにしてそれぞれを並列接続してい
るから、各信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅによる静電容量Ｃ1
，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 の変化量を大きくすることがで
き、より高精度の検出を行うことができる。

【００４６】かくして、本実施例による静電容量式加速
度センサでは、従来技術においては１軸方向の加速度し
か検出できなかったものが、本センサにおいては上，下
方向および左，右方向の２軸方向の加速度を正確に検出
することができる。

【００４７】また、斜め方向（上，下方向および左，右
方向）に加わる加速度においても、出力される４個の静
電容量Ｃ1 〜Ｃ4 の値を、前記数４〜７に示した不等式
に当て嵌めて比較することにより、容易に検出すること
ができるから、車輌に設けた場合には、進行方向に対す
る加速度および振動等を容易に検出することが可能とな
る。

【００４８】さらに、本実施例による静電容量式加速度
センサは、基板２１，２２にシリコン材料を用いること
により、シリコンウェハの状態で可動電極３０および各
可動電極部３３等をエッチング処理等で容易に形成する
ことができ、静電容量式加速度センサを一度の製造工程
で多数個製造することが可能となる。そして、製造コス
トを大幅に低減することができる。さらに、小型で軽量
の静電容量式加速度センサを製造することができる。

【００４９】次に、本発明の第２の実施例を図５ないし
図７に基づいて説明するに、本実施例の特徴は、前述し
た第１の実施例の静電容量式加速度センサにおける固定
電極および可動電極のような配置のものを、左右方向、
前後方向に向けてそれぞれ交互に配設したことにある。
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。さらに便宜
上、固定電極は下側の基板に形成したものについてのみ
説明し、上側の基板に形成した固定電極等については、
符号にダッシュ（′）を付けて説明を省略する。

【００５０】図中、４１は下側に位置した基板２２の酸
化膜２４内の上面側のうち、図６の左上部に位置して形
成された第１の固定電極郡を示し、該第１の固定電極郡
４１はそれぞれ３本づつ交互に合計６本配設された各固
定電極４２，４３とから構成され、該各固定電極４２，
４３は第１の実施例で示した各上側固定電極２５，２６
と同様に、前後方向に向けて伸長するようにＣｒ等によ
り長方形状に形成されている。

【００５１】４４は下側に位置した基板２２の酸化膜２
４内の上面側のうち、図６の右下部に位置して形成され
た第２の固定電極郡を示し、該第２の固定電極郡４４は
それぞれ３本づつ交互に合計６本配設された各固定電極
４５，４６とから構成され、該各固定電極４５，４６は
前記各固定電極４２，４３と同様に、前後方向に向けて
伸長するようにＣｒ等により長方形状に形成されてい
る。

【００５２】４７は下側に位置した基板２２の酸化膜２
４内の上面側のうち、図６の右上部に位置して形成され
た第３の固定電極郡を示し、該第３の固定電極郡４７は
それぞれ３本づつ交互に合計６本配設された各固定電極
４８，４９とから構成され、該各固定電極４８，４９は
前記各固定電極４２，４３，４５，４６に対し直交する
左右方向に向けて伸長するようにＣｒ等により長方形状
に形成されている。

【００５３】５０は下側に位置した基板２２の酸化膜２
４内の上面側のうち、図６の左下部に位置して形成され
た第４の固定電極郡を示し、該第４の固定電極郡５０は
それぞれ３本づつ交互に合計６本配設された各固定電極
５１，５２とから構成され、該各固定電極５１，５２は
前記各固定電極４８，４９と同様に、左右方向に向けて
伸長するようにＣｒ等により長方形状に形成されてい
る。

【００５４】５３，５４，５５，５６は配線パターンを
それぞれ示し、該配線パターン５３は第１の固定電極郡
４１の各固定電極４２および第２の固定電極郡４４の各
固定電極４５にそれぞれ接続され、信号を導出する。配
線パターン５４は第１の固定電極郡４１の各固定電極４
３および第２の固定電極郡４４の各固定電極４６にそれ
ぞれ接続され、信号を導出する。配線パターン５５は第
３の固定電極郡４７の各固定電極４８および第４の固定
電極郡５０の各固定電極５１にそれぞれ接続され、信号
を導出する。配線パターン５６は第３の固定電極郡４７
の各固定電極４９および第４の固定電極郡５０の各固定
電極５２にそれぞれ接続され、信号を導出するようにな
っている。

【００５５】そして、前記各固定電極郡４１，４４，４
７，５０は固定電極の方向が同じ方向を向くものが対角
線上に配置されている。なお、上側に位置した基板２１
に形成される固定電極も同様に配置されているから、上
側の基板２１の固定電極においては、ダッシュ（′）を
付すことにより、説明を省略する。

【００５６】次に、可動電極について図７に基づいて説
明する。

【００５７】図中、５７は第１の実施例と同様に支持枠
２９内に各支持梁３１を介して設けられた可動電極を示
し、該可動電極５７は前述した第１の実施例と同様にポ
リシリコンにより形成されている。

【００５８】５８，５８，…は可動電極５７内に位置
し、図７の左上部に形成された第１の貫通穴を示し、該
各第１の貫通穴５８は前述した第１の実施例の各貫通穴
３２と同様に前後方向に向けて伸びるような長方形状に
貫通して穿設されている。そして、該各第１の貫通穴５
８により形成された残りの部分が、３本の第１の可動電
極部５９，５９，…となり、該各第１の可動電極部５９
は前記第１の固定電極郡４１，４１′間に配置され、各
固定電極４２，４２′および４３，４３′に等しい離間
距離と等しい有効面積で合わさるようになっている。

【００５９】６０，６０，…は可動電極５７内に位置
し、図７の右下部に形成された第２の貫通穴を示し、該
各第２の貫通穴６０は前述した第１の実施例の各貫通穴
３２と同様に前後方向に向けて伸びるような長方形状に
貫通して穿設されている。そして、該各第２の貫通穴６
０により形成された残りの部分が、３本の第２の可動電
極部６１，６１，…となり、該各第２の可動電極部６１
は前記第２の固定電極郡４４，４４′間に配置され、各
固定電極４５，４５′および４６，４６′に等しい離間
距離と等しい有効面積で合わさるようになっている。

【００６０】６２，６２，…は可動電極５７内に位置
し、図７の右上部に形成された第３の貫通穴を示し、該
各第３の貫通穴６２は前述した第１の実施例の各貫通穴
３２と直交する左右方向に向けて伸びるような長方形状
に貫通して穿設されている。そして、該各第３の貫通穴
６２により形成された残りの部分が、３本の第３の可動
電極部６３，６３，…となり、該各第３の可動電極部６
３は前記第３の固定電極郡４７，４７′間に配置され、
各固定電極４８，４８′および４９，４９′に等しい離
間距離と等しい有効面積で合わさるようになっている。

【００６１】６４，６４，…は可動電極５７内に位置
し、図７の左下部に形成された第４の貫通穴を示し、該
各第４の貫通穴６４は前記各第３の貫通穴６２と同様に
左右方向に向けて伸びるような長方形状に貫通して穿設
されている。そして、該各第４の貫通穴６４により形成
された残りの部分が、３本の第４の可動電極部６５，６
５，…となり、該各第４の可動電極部６５は前記第４の
固定電極郡５０，５０′間に配置され、各固定電極５
１，５１′および５２，５２′に等しい離間距離と等し
い有効面積で合わさるようになっている。

【００６２】６６は可動電極５７の各可動電極部５９，
６１，６３，６５からの信号を導出する配線パターンで
ある。

【００６３】なお、製造方法については、第１の実施例
と同様の行程により製造することができる。

【００６４】次に、本実施例による静電容量式加速度セ
ンサの検出動作を説明する。なお、可動電極５７の配線
パターン６６から導出される信号を信号ａ、下側に位置
した基板２２の各配線パターン５３，５４，５５，５６
から導出される信号を信号ｂ，ｃ，ｄ，ｅ、上側に位置
した基板２１の各配線パターン５３′，５４′，５
５′，５６′から導出される信号を信号ｂ′，ｃ′，
ｄ′，ｅ′とすると、本実施例によるセンサにおいて
は、信号ａと各信号ｂ〜ｅおよびｂ′〜ｅ′から８種類
の静電容量を検出することができる。

【００６５】そして、この静電容量により、本実施例に
よるセンサにおいても、第１の実施例の図４に示したよ
うな検出を行う。

【００６６】即ち、センサに対して上，下方向の加速度
が加わった場合には、可動電極５７は基板２１，２２に
対して上，下に移動し、各可動電極部５９，６１，６
３，６５と各固定電極郡４１，４４，４７，５０および
各固定電極郡４１′，４４′，４７′，５０′の離間距
離が変化する。そして、信号ａ，ｂ〜ｅ，ｂ′〜ｅ′か
らの静電容量の変化により上，下方向の加速度を検出す
ることができる。

【００６７】また、センサに対して左，右方向（図７の
紙面上の左，右方向）の加速度が加わった場合には、可
動電極５７は基板２１，２２に対して左，右に移動し、
各可動電極部５９，６１，６３，６５と各固定電極郡４
１，４４，４７，５０および各固定電極郡４１′，４
４′，４７′，５０′との有効面積が変化する。このと
きには、各第３の固定電極郡４７，４７′および各第４
の固定電極郡５０，５０′と、これに対応した各可動電
極部６３，６５による有効面積の変化量は小さいから、
各第１の固定電極郡４１，４１′および各第２の固定電
極郡４４，４４′と、これに対応した各可動電極部５
９，６１による有効面積の変化のみで検出する。そし
て、信号ａ，ｂ，ｂ′，ｃ，ｃ′からの静電容量の変化
により左，右方向の加速度を検出することができる。

【００６８】さらに、センサに対して前，後方向（図７
の紙面上の上，下方向）の加速度が加わった場合には、
可動電極５７は基板２１，２２に対して前，後に移動
し、各可動電極部５９，６１，６３，６５と各固定電極
郡４１，４４，４７，５０および各固定電極郡４１′，
４４′，４７′，５０′との有効面積が変化する。この
ときには、各第１の固定電極郡４１，４１′および各第
２の固定電極郡４４，４４′と、これに対応した各可動
電極部５９，６３による有効面積の変化量は小さいか
ら、各第３の固定電極郡４７，４７′および各第４の固
定電極郡５０，５０′と、これに対応した各可動電極部
６３，６５による有効面積の変化のみで検出する。そし
て、信号ａ，ｄ，ｄ′，ｅ，ｅ′からの静電容量の変化
により前，後方向の加速度を検出することができる。

【００６９】従って、本実施例による静電容量式加速度
センサにおいては、上，下、左，右、前，後の３軸方向
の加速度を高精度に検出することができる。

【００７０】かくして、本実施例による静電容量式加速
度センサにおいては、可動電極の平面上の左，右、前，
後の移動方向に対して、固定電極および可動電極部が伸
びる形状に形成したから、前記第１の実施例では高精度
に検出することのできなかったセンサに対する前，後方
向の加速度も精度良く検出することができる。そして、
上，下、左，右、前，後の３軸方向の加速度を正確に検
出することができ、任意の方向（３次元方向）の加速度
も容易に検出することができる。従って、車輌に設けた
場合には、進行方向の加速度、振動加速度等を容易に検
出することができる。

【００７１】さらに、製造方法もシリコンウェハの状態
で、各固定電極４２，４３，４５，４６，４８，４９，
５１，５２および可動電極５７の各可動電極部５９，６
１，６３，６５を形成する各貫通穴５８，６０，６２，
６４をマスクによるパターニング処理（例えば、写真食
刻法等）で形成しているから、微小な構造も一括して同
時に製造することができ、コンパクトな加速度センサを
形成できる。

【００７２】なお、前記第２の実施例においては、伸長
方向の異なる固定電極および可動電極部の郡を対角線上
に４個配設したが、本発明はこれに限らず、各郡を１個
づつを並べるようにしてもよく、また縦，横に３個づつ
９個配設するようにしてもよく、要は伸長方向の異なる
固定電極および可動電極部の郡を同数づつを配設するよ
うにすればよい。

【００７３】次に、第３の実施例を図８ないし図１１に
基づいて説明するに、本実施例による特徴は、上，下に
位置した基板に設ける固定電極を、二等辺直角三角形状
に形成し、４枚の固定電極を対角線上に配置することに
より正方形状をなし、この各固定電極に対応した貫通穴
を可動電極に形成したことにある。なお、前述した第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。また便宜上、固定電極は下側
の基板に形成したものについて説明し、上側の基板に形
成した固定電極等については、符号にダッシュ（′）を
付けて説明を省略する。

【００７４】図中、７１，７１，…は下側の基板２２の
上面側に、図９中の四方向の上側に４個位置して形成さ
れた固定電極を示し、該各固定電極７１は直角三角形状
にＣｒ等により形成されている。また、該各固定電極７
１は配線パターン７１Ａを介して外部に信号を導出す
る。

【００７５】７２，７２，…は下側の基板２２の上面側
に、図９中の四方向の下側に４個位置して形成された固
定電極を示し、該各固定電極７２は前記各固定電極７１
と同様に、直角三角形状にＣｒ等により形成されてい
る。また、該各固定電極７２は配線パターン７２Ａを介
して外部に信号を導出する。

【００７６】７３，７３，…は下側の基板２２の上面側
に、図９中の四方向の左側に４個位置して形成された固
定電極を示し、該各固定電極７３は前記各固定電極７１
と同様に、直角三角形状にＣｒ等により形成されてい
る。また、該各固定電極７３は配線パターン７３Ａを介
して外部に信号を導出する。

【００７７】７４，７４，…は下側の基板２２の上面側
に、図９中の四方向の右側に４個位置して形成された固
定電極を示し、該各固定電極７４は前記各固定電極７１
と同様に、直角三角形状にＣｒ等により形成されてい
る。また、該各固定電極７４は配線パターン７４Ａを介
して外部に信号を導出する。

【００７８】なお、上側に位置した基板２１に形成され
る固定電極も同様に配置されているから、上側の基板２
１の固定電極においては、ダッシュ（′）を付すことに
より、説明を省略する。

【００７９】次に、可動電極について図１０に基づいて
説明する。

【００８０】図中、７５は第１の実施例と同様に支持枠
２９内に各支持梁３１を介して設けられた可動電極を示
し、該可動電極７５は前述した第１の実施例と同様にポ
リシリコンにより形成されている。

【００８１】７６，７６，…は可動電極７５内に位置
し、図９に示す各固定電極７１，７２，７３，７４に対
応する位置に形成された貫通穴を示し、該各貫通穴７６
は正方形状に貫通して穿設されている。そして、該各貫
通穴７６により残された部分が可動電極部７７となり、
該可動電極部７７は上側の各固定電極７１′〜７４′と
下側の各固定電極７１〜７４間に配置され、各固定電極
７１，７１′、７２，７２′、７３，７３′および７
４，７４′に等しい離間距離と等しい有効面積で合わさ
るようになっている。また、７７Ａは配線パターンを示
し、該配線パターン７７Ａは可動電極部７７からの信号
を外部に導出する。

【００８２】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もので、その製造方法におい
ては、前述した第１の実施例と同様にして製造すること
ができる。

【００８３】次に、本実施例による静電容量式加速度セ
ンサの検出動作について、図１１に基づいて説明する。
なお、本センサに対しての上，下方向の加速度は前述し
た第１の実施例と同様に可動電極部と固定電極との離間
距離の変位による静電容量の変化で検出できるため、そ
の説明を省略する。

【００８４】また、図１１においては上，下方向の加速
度は加わっていないものとして考えるから、可動電極部
７７と下側の各固定電極７１〜７４との間の静電容量の
変化についてのみ説明する。

【００８５】さらに、図１１では、説明の便宜上、下側
の基板２２に設けられた各１個の固定電極７１〜７４お
よびその上に位置した可動電極部７７を図示している。
さらに、各配線パターン７７Ａ，７１Ａ，７２Ａ，７３
Ａ，７４Ａからの各信号をａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅとする。

【００８６】そして、可動電極部７７，固定電極７１か
らの信号ａ，ｂにより検出される静電容量をＣa ，可動
電極部７７，固定電極７２からの信号ａ，ｃにより検出
される静電容量をＣb ，可動電極部７７，固定電極７３
からの信号ａ，ｄにより検出される静電容量をＣc ，可
動電極部７７，固定電極７４からの信号ａ，ｅにより検
出される静電容量をＣd とする。また、可動電極部８１
と各固定電極７１〜７４との有効面積をＳa ，Ｓb ，Ｓ
c ，Ｓd とする。

【００８７】ここで、図１１の中央の図に示すように、
センサに左，右、前，後の２軸方向の加速が加わってい
ないときには、前記数１および数２の関係から、次の数
８のようになる。

【００８８】

【数８】

【００８９】次に、図１１の左上に、センサに対して前
向きの加速が加わった場合を示す。このときには、可動
電極部７７は慣性力により後側に移動する。そして、可
動電極部７７と各固定電極７１，７２との有効面積が変
化し、有効面積Ｓa が小さくなり、Ｓb が大きくなり、
可動電極部７７と各固定電極７３，７４との有効面積Ｓ
c ，Ｓd は変化しないから、次の数９が成り立つ。

【００９０】

【数９】

【００９１】また、図１１の右上に、センサに対して後
向きの加速が加わった場合を示す。このときには、可動
電極部７７は慣性力により前側に移動する。そして、可
動電極部７７と各固定電極７１，７２との有効面積が変
化し、有効面積Ｓa が大きくなり、Ｓb が小さくなり、
可動電極部７７と各固定電極７３，７４との有効面積Ｓ
c ，Ｓd は変化しないから、次の数１０が成り立つ。

【００９２】

【数１０】

【００９３】さらに、図１１の左下に、センサに対して
右向きの加速が加わった場合を示す。このときには、可
動電極部７７は慣性力により左側に移動する。そして、
可動電極部７７と各固定電極７３，７４との有効面積が
変化し、有効面積Ｓc が小さくなり、Ｓd が大きくな
り、可動電極部７７と各固定電極７１，７２との有効面
積Ｓa ，Ｓb は変化せず、次の数１１が成り立つ。

【００９４】

【数１１】

【００９５】また、図１１の右下に、センサに対して左
向きの加速が加わった場合を示す。このときには、可動
電極部７７は慣性力により右側に移動する。そして、可
動電極部７７と各固定電極７３，７４との有効面積が変
化し、有効面積Ｓc が大きくなり、Ｓd が小さくなり、
可動電極部７７と各固定電極７１，７２との有効面積Ｓ
a ，Ｓb は変化せず、次の数１２が成り立つ。

【００９６】

【数１２】

【００９７】かくして、本実施例による静電容量式加速
度センサにおいても、静電容量Ｃの変化率により上，
下、左，右、前，後方向の３軸方向に加わる加速度を高
精度に検出することができる。

【００９８】また、任意の方向の加速度においても、前
記数９ないし数１２の不等式に当て嵌めて検出すること
ができるから、車輌に設けた場合には、進行方向の加速
度、振動加速度等を容易に検出できる。

【００９９】なお、前記第３の実施例においては、図９
のように加速度を検出する部分を４個形成するようにし
たが、本発明はこれに限らず、１個でも、２個，３個，
５個，…でもよく、個数を増やすことにより検出感度を
向上することができる。

【０１００】また、固定電極および可動電極に穿設され
た貫通穴による可動電極部のような形状は前記各実施例
に限らず、メアンダ状に形成してもよく、要はセンサに
対して左，右方向、前，後方向に加わる加速度が検出で
きる形状でればよい。そして、可動電極はマスクによる
パターニングで形成しているから、その変更は容易に行
うことができる。

【０１０１】さらに、前記各実施例では、支持枠２９内
に位置した可動電極３０，５７，７５を４個の支持梁３
１により支持したが、本発明はこれに限らず、片持梁に
より支持するようにしても、２個，３個の支持梁で支持
するようにしてもよい。

【０１０２】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、
上，下に配設された一対の基板と、該各基板のそれぞれ
対向する面に位置して形成された複数個の固定電極と、
前記各基板間に挟持して設けられた支持枠と、該支持枠
内に少なくとも１個の支持梁を介して設けられ、上，下
に位置した前記各固定電極から等しい距離をもって離間
した可動電極と、該可動電極が上，下に位置した各固定
電極のうち、それぞれ隣合う電極に等しい面積をもって
重なり合うように、該可動電極に貫通して形成された貫
通穴とによって構成したから、上，下に位置した各固定
電極と可動電極との離間距離および各固定電極と可動電
極との重なり合う有効面積により複数個の静電容量が設
定され、上，下方向に加わる加速度においては、離間距
離の変位により静電容量が変化し、左，右、前，後方向
に加わる加速度においては、有効面積の変化により静電
容量が変化する。これにより、センサに対する上，下、
左，右、前，後の３軸方向の加速度を高精度に検出する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例による静電容量式加速度センサを
示す分解斜視図である。

【図２】図１中の可動電極および支持梁を示す平面図で
ある。

【図３】図２中の矢示III −III 方向断面図である。

【図４】第１の実施例による可動電極および固定電極に
よる加速度の検出動作を示す説明図である。

【図５】第２の実施例による静電容量式加速度センサを
示す分解斜視図である。

【図６】図５中の可動電極を示す平面図である。

【図７】図５中の固定電極を設けた状態を示す下側に位
置した基板の平面図である。

【図８】第３の実施例による静電容量式加速度センサを
示す分解斜視図である。

【図９】図８中の固定電極を示す下側に位置した基板の
平面図である。

【図１０】図８中の可動電極を示す平面図である。

【図１１】第３の実施例による可動電極および固定電極
による加速度の検出動作を示す説明図である。

【図１２】第１の従来技術による加速度センサの断面図
である。

【図１３】第２の従来技術による加速度センサの斜視図
である。

【符号の説明】

２１，２２シリコン基板２５，２６上側固定電極（固定電極）２７，２８下側固定電極（固定電極）２９支持枠３１支持梁３０，５７，７５可動電極３２，５８，６０，６２，６４，７６貫通穴４２，４３，４５，４６，４８，４９，５１，５２固
定電極４２′，４３′，４５′，４６′，４８′，４９′，５
１′，５２′ 固定電極７１，７２，７３，７４固定電極７１′，７２′，７３′，７４′ 固定電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上，下に配設された一対の基板と、該各
基板のそれぞれ対向する面に位置して形成された複数個
の固定電極と、前記各基板間に挟持して設けられた支持
枠と、該支持枠内に少なくとも１個の支持梁を介して設
けられ、上，下に位置した前記各固定電極から等しい距
離をもって離間した可動電極と、該可動電極が上，下に
位置した各固定電極のうち、それぞれ隣合う電極に等し
い面積をもって重なり合うように、該可動電極に貫通し
て形成された貫通穴とから構成してなる静電容量式加速
度センサ。