JPH0714382U - 静電容量型加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静電容量型加速度センサの感度を上げる。 【構成】 変位基板３０の中心部に動作部３２を配置
し、動作部３２の外側に固定部３１を配置する。動作部
３２の中心に位置する本体部３２ａから放射状に延出し
た複数本のビーム状の可撓部３３により、動作部３２を
支持する。本体部３２ａから外側に張り出した張出部３
３ｂを動作部３２に設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、静電容量型加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来より移動体の動きを検出するために、静電容量型加速度センサが多用され ている。図１に静電容量型加速度センサの従来例を示す。

【０００３】 図１の静電容量型加速度センサは、ガラスからなる固定基板１０，２０の間に 、シリコンからなる変位基板３０が挟まれたサンドイッチ構造になっている。変 位基板３０は、固定基板１０，２０間に挟持された角枠状の固定部３１と、固定 部３１の内側に間隔をあけて配置された角柱状の動作部３２とを有する。動作部 ３２は、その各側面から外側へ放射状に延出した複数本のビーム状の可撓部３３ により、固定部３１と連結されている。動作部３２の表面には変位電極４０が形 成されている。また、変位電極４０に対向して固定基板２０の表面には固定電極 ５０が形成されている。

【０００４】 加速度を受けると、変位基板３０の動作部３２が、その加速度の方向および大 きさに応じて変位し、固定電極５０から変位電極４０までの距離が変わることに より、その加速度の方向および大きさが検出される。

【０００５】 変位基板３０の可撓部３３としては、ダイヤフラム型式のものもある。ダイヤ フラム型式の可撓部を用いたものは、例えば特開平４−１４８８３３号公報に開 示されている。また、前述したビーム状の可撓部を持つものは、例えば実開平５ −５０３６４号公報に開示されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、このような静電容量型加速度センサにおいては、その感度を高める ために、動作部の機械的な応答性が良いことと、面電極を広くすることが求めら れる。ここで面電極の広さは、通常は、動作部の表面に形成される変位電極の広 さに支配されるので、動作部を広くすることが求められる。

【０００７】 これらの要求に対し、ダイヤフラム型式の可撓部を用いた静電容量型加速度セ ンサは、動作部の機械的な応答性が良くない。一方、ビーム状の可撓部を持つ静 電容量型加速度センサは、動作部の機械的な応答性は良い。しかし、このセンサ と言えども、固定部と動作部の間に可撓部が存在し、動作部が狭くなるため、電 極面積は小さい。特に、この型の加速度センサにおいては、可撓部を長くするこ とが動作部の応答性の改善につながるので、動作部が一層狭くなる。

【０００８】 このように、従来の静電容量型加速度センサにおいては、面電極の広さと動作 部の機械的な応答性を両立させることができない。そのため、高感度化により大 型化を招くという問題がある。

【０００９】 本考案の目的は、面電極の広さと動作部の機械的な応答性を両立させ、大型化 を伴うことなく高感度化を達成できる静電容量型加速度センサを提供することに ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案の静電容量型加速度センサは、枠状の固定部の内側に間隔をあけて動作 部が配置され、加速度を受けて動作部が変位することにより、その加速度を検出 する静電容量型加速度センサにおいて 動作部から外側へ放射状に延出した複数本のビーム状の可撓部により、動作部 と固定部が連結されると共に、動作部が隣接する可撓部の間にそれぞれ張り出し 、その各張出部を含めた動作部表面に変位電極が形成されていることを特徴とす る。

【００１１】

【作用】 本考案の静電容量型加速度センサにおいては、動作部から周囲に放射状に延出 した複数本のビーム状の可撓部により、動作部が支持されているので、その機械 的な応答性が良い。動作部が隣接する可撓部の間にそれぞれ張り出し、その各張 出部を含めた動作部表面に変位電極が形成されているので、ビーム状の可撓部を 使用するにもかかわらず面電極が広くなる。また、その面電極の広さは、可撓部 を長くしても実質的に不変である。

【００１２】 なお、放射状に配列された複数本のビーム状の可撓部の各間に張出部が形成さ れた加速度センサは、特開平４−２２５１６６号公報に開示されているが、その 加速度センサは静電サーボ式である。静電サーボ式の加速度センサは、加速度に よって可動部に働く慣性力と釣り合うように固定電極と可動電極との間に電圧を 印加して、加速度によらずに可動部の姿勢を一定に維持するものである。従って 、その可動部は変位しない。しかも、可撓部間に形成された張出部は、可動部の 側に可撓部を長くしたために生じた付随的なものであり、ここに面電極を広くす る意図はなく、むしろ可動部の側に可撓部を長くしたために可動部は狭くなって いる。ちなみに、この可撓部は可動電極の径の５０％以上としているが、本考案 においては限られた固定部の内側に広い動作部を形成するため、その可撓部の通 常の長さは、変位電極が円形の場合はその径の５０％未満、変位電極が正方形の 場合はその一辺の長さの５０％未満となる。

【００１３】

【実施例】

以下に本考案の実施例を図面に基づいて説明する。図２は本考案の静電容量型 加速度センサの一例についてその構造を示す縦断面図（図Ａ）および変位基板の 平面図（図Ｂ）である。なお、図Ａは図ＢのＡ−Ａ線矢視図である。

【００１４】 本センサは、角枠状の固定基板１０と、固定基板１０に重ねられた変位基板３ ０と、変位基板３０に重ねられた平板状の固定基板２０とを備えている。固定基 板１０，２０はガラスからなり、変位基板３０はシリコンからなる。

【００１５】 シリコン製の変位基板３０は、角枠状の固定部３１と、固定部３１の内側に配 置された動作部３２とを有する。固定部３１は、角枠状をした下側の固定基板１ ０と、平板状をした上側の固定基板２０の周縁部との間に挟持されている。

【００１６】 変位基板３０の動作部３２は、固定部３１の内側に形成された空間の中心部に 位置する角板状の本体部３２ａと、本体部３２ａの四隅部から外側に張り出して 形成された４つの角板状の張出部３２ｂとからなる。本体部３２ａは、その各辺 中央部から外側へ放射状に延出した４本のビーム状の可撓部３３により、固定部 ３１と連結されている。また、本体部３２ａと固定部３１の間に形成された空間 は、４本の可撓部３３により４つの小空間に分割されており、４つの張出部３２ ｂは、その各小空間に配設されている。

【００１７】 動作部３２の上面には、そのほぼ全体にわたって変位電極４０が形成されてい る。動作部３２の本体部３２ａ上面に形成された変位電極４１はＺ軸方向の加速 度検出用、一方の対角線上に位置する２つの張出部３２ｂ，３２ｂの上面に形成 された変位電極４２，４２はＸ軸方向の加速度検出用、他方の対角線上に位置す る２つの張出部３２ｂ，３２ｂの上面に形成された変位電極４３，４３はＹ軸方 向の加速度検出用である。つまり、本センサは３方向の加速度を検出できる多軸 センサである。

【００１８】 固定基板２０の下面には、変位電極４０に対向して固定電極５０が形成されて いる。また、変位基板３０の動作部３２下面には、ガラスからなる重錘６０が接 合されている。

【００１９】 なお、電極はここでは３種類（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の変位電極が連続し、これらに対 応する固定電極が分離しているが、逆に固定電極を連続させ、変位電極を分離さ せることもできる。また、固定電極および変位電極の両方を分離させることもで きる。

【００２０】 変位基板３０の動作部３２は、その機械的な応答性を良くするため、本体部３ ２ａを小さくして可撓部３３を長くするのがよい。同時に、電極面積を大きくす るために、張出部３２ｂを前記小空間内で出来るだけ大きくするのがよい。張出 部３２ｂを大きくすれば、可撓部３３を長くしても、その長さは動作部３２の一 辺の長さの５０％未満となる。

【００２１】 本センサに加速度が作用すると、その加速度の方向および大きさに応じて、変 位基板３０の動作部３２が変位する。ここで、動作部３２は４本の長いビーム状 の可撓部３３によりフローティング支持されている。従って、動作部３２の機械 的な応答性が非常に良い。また、動作部３２は、その本体部３２ａから隣接する 可撓部３３，３３間に張り出した張出部３３ｂを有し、本体部３２ａと固定部３ １の間の空間を有効に活用するので、長いビーム状の可撓部３３で支持されてい るにもかかわらず、広い面電極を確保できる。よって、センサを大型化させずに 、その感度を高めることができる。

【００２２】 なお、上記実施例では、ビーム状の可撓部３３を四角形の固定部３１の各辺に 平行させているが、図３（Ａ）に示すように、固定部３１の対角線方向にその可 撓部３３を向けることもでき、可撓部３３の方向を特に限定するものではない。 特に固定部３１の外形はその内形等に拘束されずに自由に選択することができる 。

【００２３】 また、固定部３１および動作部３２の形成については、図３（Ｂ）に示すよう に、円形等の平面形状も可能であり、その形状を限定するものではない。

【００２４】

【考案の効果】

以上に説明した通り、本考案の静電容量型加速度センサは、枠状の固定部とそ の内側の動作部とをビーム状の可撓部により連結し、且つ、動作部を隣接する可 撓部間にそれぞれ張り出し、その各張出部により固定部と動作部との間の空間を 有効利用するので、面電極の広さと動作部の機械的な応答性を両立させることが できる。従って、センサの大型化を回避しつつその高感度化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】静電容量型加速度センサの従来例を示す縦断面
図および変位基板の平面図である。

【図２】本考案の静電容量型加速度センサの一例を示す
縦断面図および変位基板の平面図である。

【図３】本考案の静電容量型加速度センサの他の例を示
す変位基板の平面図である。

【符号の説明】

１０，２０ 固定基板 ３０ 変位基板 ３１ 固定部 ３２ 動作部 ３２ａ 本体部 ３２ｂ 張出部 ３３ 可撓部 ４０ 変位電極 ５０ 固定電極 ６０ 重錘

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 枠状の固定部の内側に間隔をあけて動作
   部が配置され、加速度を受けて動作部が変位することに
   より、その加速度を検出する静電容量型加速度センサに
   おいて動作部から外側へ放射状に延出した複数本のビー
   ム状の可撓部により、動作部と固定部が連結されると共
   に、動作部が隣接する可撓部の間にそれぞれ張り出し、
   その各張出部を含めた動作部表面に変位電極が形成され
   ていることを特徴とする静電容量型加速度センサ。