JPH08304450A

JPH08304450A - 加速度センサ及び加速度センサの製造方法

Info

Publication number: JPH08304450A
Application number: JP7137413A
Authority: JP
Inventors: Jun Mizuno; 潤水野; Notsutomaiyaa Kai; カイ・ノットマイヤー; Masaki Esashi; 正喜江刺
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】簡易な構成で複数の軸における加速度及び角
加速度の検出が可能な加速度センサを提供する。【構成】第１及び第２のガラス基板１，２により主枠
６の内側に配置された重り１１等が挟持されて３層構造
をなし、第１及び第２のガラス基板１，２に設けられた
透明電極３ａ〜３ｈと、シリコンからなり外部で接地さ
れている重り１１の平面部分とでコンデンサが構成され
るようになっている。そして、加速度又は角加速度が作
用すると、支持梁８，１０により支持されている重り１
１が変位し、その変位に応じて透明電極３ａ〜３ｈと重
り１１の平面部分との対向する面積が変化し、コンデン
サの容量が変化することから加速度又は角加速度の検出
が可能となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両等の移動体に作用
する加速度を検出するための加速度センサに係り、特
に、コンデサの容量変化により加速度検出を可能とした
加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車においては、より安全で快
適な運転環境を提供すべく、アクティブサスペンショ
ン、エアバック、アンチロックブレーキシステム等、様
々な制御が施されるようになってきている。このような
様々な制御を行うにあたり、自動車の加速度や角速度
は、欠くべからざる重要な情報である。

【０００３】このような加速度センサとしては、種々の
ものが提案されており、例えば、特開平４−２５２９６
１号公報には、平板状に形成された導電材からなる重り
を、この重りに一体に設けられた軸により回動可能に設
けると共に、この重りの所定の領域と対向するように固
定電極を設け、この固定電極と重りとでコンデンサが構
成されるようにし、加速度に応じた重りの回動に伴うコ
ンデンサの容量変化として加速度を検出可能としたもの
が開示されている。

【０００４】また、特開平５−２５６８４１号公報に
は、いわゆるカンチレバーに支持された可動電極を、２
つの固定電極間に配置し、この可動電極とぞれぞれの固
定電極との間でコンデンサが構成されるようにし、加速
度に応じた可動電極の偏位にともなう２つのコンデンサ
の容量変化から、加速度検出を可能としたものが開示さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、３次元空間
における移動体の運動は、３次元の座標空間での位置
（ｘ、ｙ、ｚ）及び３軸方向の回転角速度（ピッチ、ヨ
ー、ロール）により表されるが、上述したような自動車
における各種制御においては、これら全てのパラメータ
を活用することが理想である。例えば、上述したような
アクティブサスペンションやアンチロックブレーキシス
テムでは、加速度及び角加速度が必要となる。

【０００６】このため、自動車に搭載される加速度セン
サとしては、一つのセンサで可能な限り、複数の軸方向
での加速度や角加速度が検出できるものが望まれる。し
かしながら、上述した従来の加速度センサは、一軸方向
における加速度又は角加速度の検出ができるだけであ
る。このため、３次元空間における３軸方向（Ｘ、Ｙ、
Ｚ軸方向）での加速度、角加速度が必要となる場合に
は、各軸毎に、加速度用のセンサと角加速度用のセンサ
とを設けなければならず、極めて不経済であるばかり
か、部品数の増加による信頼性の低下を招くという問題
があった。

【０００７】本発明は、上記実状に鑑みてなされたもの
で、簡易な構造で、複数の軸における加速度及び角速度
を検出することのできる加速度センサを提供するもので
ある。本発明の他の目的は、いわゆるマイクロマシニン
ング技術が適用でき、大量生産が可能な加速度センサを
提供することにある。本発明の他の目的は、１つで極力
多くの、異なる軸における加速度や角加速度を検出する
ことのできる加速度センサを提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、歩留まりの向上を図
ることができると共に、より高品質の加速度センサを提
供することができる製造方法を提供することにある。本
発明の他の目的は、少ない空間で電極面積を大きく確保
することができ、容量変化が検出し易く、感度の良い加
速度センサを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る加速度センサは、複数の電極が対向面側に設けられ、
かつ、平行に対向する２枚の絶縁基板間に、半導体又は
導体からなる重り部材が変位可能に設けられてなり、前
記複数の電極と重り部材との間隔又は対向面積の変化に
応じて生ずる前記複数の電極と重り部材との間の静電容
量変化により加速度及び角加速度の検出を可能とした加
速度センサであって、前記平行する２枚の絶縁基板間に
は、端面が前記２枚の絶縁基板に接合する支持柱を設
け、前記支持柱には、前記２枚の絶縁基板に平行して延
びる第１の梁部材を延設し、前記第１の梁部材の両端に
は枠状支持部材を設け、前記枠状支持部材の外周には、
前記２枚の絶縁基板に平行し、かつ、前記第１の梁部材
の方向に対して所定の角度をなす方向に第２の梁部材を
延設し、前記第２の梁部材の両端に枠状の重り部材を設
け、前記支持柱、前記第１の梁部材、前記枠状部材、前
記第２の梁部材及び前記重り部材を半導体又は導体から
一体形成すると共に、前記２枚の絶縁基板の対向方向に
おける前記第１の梁部材、前記枠状部材、前記第２の梁
部材及び前記重り部材の厚みを、前記支持柱の同方向に
おける厚みに比して小としてなるものである。

【００１０】特に、半導体はシリコンであって、その
（１１１）面を用いてなり、第１の梁部材と第２の梁部
材とがなす所定の角度は、第１の梁部材を基準として右
回りに第２の梁部材までの角度が１０９．５度であるも
のが好適である。また、第１及び第２の梁部材は、２枚
の絶縁基板の対向方向での断面形状が長方形であり、加
速度に対する所望の感度が高い程、前記２枚の絶縁基板
の対向方向に沿う辺の長さを短く設定してなるものや、
第１及び第２の梁部材は、２枚の絶縁基板の対向方向で
の断面形状が長方形であり、角加速度に対する所望の感
度が高い程、前記２枚の絶縁基板と平行する方向に沿う
辺の長さを短く設定してなるものが好適である。

【００１１】請求項５記載の発明に係る加速度センサの
製造方法は、２枚の絶縁基板と、この２枚の絶縁基板の
外周の開口部分を閉鎖する閉鎖部材とで形成される空間
内に、重り部材が変位可能に収納されてなる加速度セン
サの製造方法であって、前記２枚の絶縁基板の一方と前
記閉鎖部材との接合を行った後、この一方の絶縁基板と
前記閉鎖部材とで形成される空間内にゲッタ剤を収納
し、その後、前記閉鎖部材と前記２枚の絶縁基板の他方
との接合を行うことで、接合の際に前記空間内に生ずる
ガスを前記ゲッタ剤に吸収せしめ、内部気圧の変動を抑
圧するものである。

【００１２】請求項６記載の発明に係る加速度センサ
は、２枚の絶縁基板間に、半導体又は導体からなる重り
部材が変位可能に設けられてなる加速度センサであっ
て、前記重り部材の外周面に、板状に形成された複数の
電極片が互いに平行に対向してなる櫛形電極を重り部材
と一体に設けると共に、板状に形成された複数の電極片
が互いに平行に対向してなる半導体又は導体からなる固
定櫛形電極を、この固定櫛形電極を構成する電極片が前
記櫛形電極を構成する電極片の間に位置するように配置
してなり、前記重り部材の変位による前記櫛形電極と前
記固定櫛形電極との間隔の変化によるこれら電極間の静
電容量の変化により加速度又は角加速度検出を可能とし
たものである。特に、重り部材は、その外周が矩形をな
し、４つの外周面にそれぞれ櫛形電極が重り部材と一体
に設けられてなるものが好適である。

【００１３】請求項８記載の発明に係る加速度センサ
は、複数の電極が対向面側に設けられ、かつ、平行に対
向する２枚の絶縁基板間に、半導体又は導体からなる重
り部材が変位可能に設けられてなり、前記複数の電極と
重り部材との間隔又は対向面積の変化に応じて生ずる前
記複数の電極と重り部材との間の静電容量変化により加
速度及び角加速度の検出を可能とした加速度センサであ
って、前記複数の電極は、複数の分岐部が平行に設けら
て櫛状に形成された櫛形電極である一方、前記重り部材
には前記２つの絶縁基板の対向方向に貫通する貫通孔
が、重り部材の静止状態において前記複数の分岐部の間
に位置するように設けられてなるものである。

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明においては、重り部材が支
持柱から延びる第１の梁部材、この第１の梁部材に設け
られた枠状支持部材及びこの枠状支持部材から延びる第
２の梁部材を介して２枚の絶縁基板の間で支持されるよ
うになっており、第１の梁部材及び第２の梁部材は同一
平面内でしかも互いに所定の角度をなすように設けられ
ている。このため、作用する加速度又は角加速度の方向
に応じて、第１の梁部材又は第２の梁部材がたわみ又は
ねじりを生じ、重りが変位できるようになっている。そ
して、重りは半導体又は導体からなることで、絶縁基板
に設けられた電極との間には、静電容量が生じ、重りの
変位による容量変化が生ずるため、その変化量から加速
度又は角加速度の大きさを知ることができるようになっ
ているものである。

【００１５】特に、２枚の絶縁基板の対向方向に沿う断
面形状が長方形である場合には、その辺の長さを、加速
度センサに要求される加速度又は角加速度に対する感度
が高い程、短く設定することで、より小さな加速度又は
角加速度に対して第１の梁部材又は第２の梁部材がたわ
み又はねじりを生じ易くなり、そのため高感度のセンサ
を得ることができることとなる。

【００１６】請求項５記載の発明においては、ゲッタ剤
を加速度センサ内部に入れ、最後に残った絶縁基板と閉
鎖部材との接合を行うことによって、その際加速度セン
サ内部で生ずるガスがゲッタ剤により吸収されるので、
当該ガスによる影響を受けることなく、加速度センサ内
部の気圧を所望の大きさに保つことが可能となるもので
ある。

【００１７】請求項６記載の発明においては、重りの外
周に設けられる電極及びその近傍に設けられる固定の電
極の双方が、複数の電極片からなる櫛形状の電極である
ために、少ない収納空間において、双方の電極の対向面
積を大きくすることが可能となり、従来に比してより容
量変化の検知が容易なものとなる。

【００１８】請求項８記載の発明においては、重りに設
けられた貫通孔が、重りの変位に伴い、絶縁基板に設け
られた電極と対向する位置に移動することにより重りと
電極間の静電容量の変化が生ずるようになっており、そ
のため加速度又は角加速度の検出を可能としたものであ
る。

【００１９】

【実施例】以下、本発明に係る加速度センサの実施例に
ついて、図１乃至図２１を参照しつつ説明する。なお、
以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するもので
はなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することがで
きるものである。

【００２０】最初に、図１乃至図１５を参照しつつ請求
項１乃至５記載の発明に係る加速度センサ及び製造方法
の一実施例について説明する。この実施例における加速
度センサは、まず、全体構成を概説すれば、２つのガラ
ス層によりシリコン層が挟持されてなる３層構造の容量
型加速度センサである。

【００２１】すなわち、この実施例における加速度セン
サは、第１のガラス基板１と、第２のガラス基板２との
間に、重り部５、主枠６等が挟持された構成となってい
るものである（図１及び図２参照）。絶縁基板としての
第１及び第２のガラス基板１，２は、それぞれ対向面側
に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極３ａ
〜３ｈが４個づつ設けられており、後述する重り１１等
を介して互いに平行に対向するようになっている。

【００２２】この実施例における透明電極３ａ〜３ｈ
は、略台形状に形成されており、この略台形形状を画す
る辺であって、平行する２辺の内の短辺側が、丁度第１
及び第２のガラス基板１，２の略中心を囲み、略菱形が
形成されるように配置されている（図１参照）。尚、図
１において、第１のガラス基板１の透明電極３ａ〜３ｄ
は、図１の紙面に現れた第１のガラス基板１の面と反対
側の面に設けられるものであるため、二点鎖線で示され
ている。

【００２３】また、第１のガラス基板１には、後述する
接続部１４ａ〜１４ｈの一方の端面に臨むように配線接
続孔４ａ〜４ｈが、支持柱７の一方の端面に臨むように
配線接続孔４ｉが、それぞれ穿設されている。そして、
この配線接続孔４ａ〜４ｉには、例えば、アルミウム等
の金属材が充填されると共に接続線（図示せず）が挿入
され、アルミニウム等の金属材とシリコンからなる接続
部１４ａ〜１４ｈ及び支持柱７との間にオーミックコン
タクトが生ずるようになっている。

【００２４】重り部５は、平面形状（第１又は第２のガ
ラス基板１，２を含む面に現れる形状）が略Ｈ状をなす
支持柱７の周囲に、支持梁８、支持枠９及び支持梁１０
を介して重り１１が設けられた構成となっており、これ
らは、後述する主枠６と共に、シリコンから形成されて
いる（図１参照）。なお、以下の説明においては、便宜
上、支持柱７の中心すなわち連結部７ｃ（詳細は後述）
の中心を通り、かつ連結部７ｃの両端面（第１及び第２
のガラス基板１，２と接合される面）に平行な２つの軸
をＸ軸、Ｙ軸とし、これらＸ，Ｙ軸と直交する軸をＺ軸
とする（図１参照）。

【００２５】支持柱７は、Ｘ軸方向で平行する２つの柱
部材７ａ，７ｂが連結部７ｃにより連結されてなり、連
結部７ｃからは、直方体状に形成された支持梁８がＸ軸
方向に一致して延設されている。ここで、連結部７ｃ
は、図２に示されたように、Ｙ軸に対して右回り方向に
１９．５度（図２においてΘ1に相当）傾いている。換
言すれば、連結部７ｃは、Ｘ軸に対して右回り方向に１
０９．５度（図２においてΘ2に相当）の位置に配置さ
れている（図２参照）。

【００２６】第１の梁部材としての支持梁８の両端部に
は、支持柱７を囲むように、平板枠状の支持枠９が一体
に設けられている。この枠状支持部材としての支持枠９
の２辺は、Ｘ軸に平行であり、他の２辺は、Ｙ軸に対し
て１９．５度傾いており、先の支持柱７の連結部７ｃと
平行するようになっている。さらに、この支持枠９の外
周面からは、先の支持柱７の連結部７ｃと同一方向に、
直方体状に形成された第２の梁部材としての支持梁１０
が延設されており、その両端には重り１１が設けられて
いる。したがって、支持梁１０は、連結部７ｃと同様に
Ｙ軸に対して１９．５度傾いた方向に配置されているこ
ととなる。

【００２７】上述した連結部７ｃ及び支持梁１０がＹ軸
に対して右回り方向に１９．５度傾いた状態となってい
るのは、この実施例では、ウエットエッチングを用いて
これら連結部７ｃ等を成形していることに起因して、こ
れら連結部７ｃ等がシリコンの（１１１）面を用いて形
成されるためであり、それ以上の技術的な特別の意味が
あるものではない。

【００２８】重り部材としての重り１１は、平板枠状に
形成されており、平面形状（図１においてＸＹ平面に現
れる形状）を画する外周の２辺がＸ軸に平行に、他の２
辺が支持梁１０と平行したものとなっている。また、こ
の重り１１の内周において、Ｘ軸に平行する２辺の略中
央部分には、切欠１２ａ，１２ｂが形成されており、こ
の切欠１２ａ，１２ｂ部分に支持梁１０の端部が接合す
るようになっている（図１参照）。

【００２９】上述した支持梁８、支持枠９、支持梁１０
及び重り１１は、Ｚ軸方向の厚みが同一に形成されてお
り、しかもその厚みは、支持柱７の厚みよりも小さく設
定されている（図３参照）。そして、上述の構成を有す
る重り部５は、平板の枠状に形成された閉鎖部材として
の主枠６の内側に配置されるようになっている（図１参
照）。

【００３０】ところで、この実施例における支持梁８，
１０のＺ軸方向における断面形状は、図４に示されたよ
うに長方形状に形成されており、この断面形状は後述す
るように加速度センサの感度に影響するものとなってい
る。すなわち、Ｘ軸方向の幅ｂ、Ｚ軸方向の高さｄとす
ると、これらの大きさを変えることによって、ねじれや
たわみに対する耐力を変えることができる。

【００３１】上述した重り１１及び支持枠９は、加速度
が作用しない状態において、透明電極３ａ〜３ｈに対し
て、平行状態となっており、ＸＹ平面における重り１
１、支持枠９及び透明電極３ａ〜３ｈの相対的位置関係
は、透明電極３ａ〜３ｈが重り１１及び支持枠９を若干
大きめに覆うようになっている（図５参照）。なお、図
５においては、透明電極３ａ〜３ｄを実線により、重り
部５を二点鎖線により、それぞれ表しており、透明電極
３ｅ〜３ｈは省略してある。また、同図において、接続
部１４ａ〜１４ｈは図を簡単にするため省略してある。

【００３２】閉鎖部材としての主枠６は、Ｚ軸方向の厚
みが、上述した支持柱７と同一に形成され、ＸＹ平面に
おける外周形状が、略正方形に形成されており、第１及
び第２のガラス基板１，２の外周の開口部分を閉鎖する
ものである。また、ＸＹ平面におけるその内周形状も、
略正方形に形成されると共に、対向する２つの隅には、
切欠１３ａ，１３ｂが形成されており、この切欠１３
ａ，１３ｂの近傍には、シリコンからなるいわゆる島状
の接続部１４ａ〜１４ｄが形成されている（図１及び図
５参照）。

【００３３】また、切欠１３ａ，１３ｂが形成されてい
ない主枠６の内周の他の２隅近傍においては、重り１１
との間に、上述した接続部１４ａ〜１４ｄと同様の島状
の接続部１４ｅ〜１４ｈが形成されている。なお、いず
れの接続部１４ａ〜１４ｈも、そのＺ軸方向の厚みは、
支持柱７と略同一に形成されている。

【００３４】これら接続部１４ａ〜１４ｈには、対応す
る透明電極３ａ〜３ｈが、例えば、アルミニウム等の導
電材を介して、それぞれ接続されるようになっている。
一方、支持柱７は、配線接続孔４ｉから外部に引き出さ
れた接続線（図示せず）によって、外部でアースされる
ようになっている。したがって、透明電極３ａ〜３ｈと
重り１１とで、図６に示された等価回路のようにコンデ
ンサＣ1〜Ｃ8が構成されるようになっている。

【００３５】次に、図７乃至図１０を参照しつつ、上述
した構成を有する加速度センサの製造プロセスについて
概略的に説明する。先ず、第１のガラス基板１及び透明
電極３ａ〜３ｄの製造プロセスについて説明すれば、最
初に第１のガラス基板１については、電解放電加工によ
り、配線接続孔４ａ〜４ｉのための孔あけ加工が施され
る（図７（ａ）参照）。

【００３６】ここで、図７は、製造プロセスを概念的に
示したものであり、配線接続孔４ａ〜４ｈ等の各構成要
素の位置は、図１及び図２に示されたものと必ずしも対
応しているものではない。したがって、同図において付
された符号は、説明の便宜上から付されたもので、単に
如何なる種類の構成要素であるかを示すだけの意味を有
するものである。なお、図８乃至図１０においても、基
本的には図７と同様であるとする。

【００３７】次に、フォトリソグラフィーにより、第１
のガラス基板１の裏面（図７において紙面下側の面）に
おいて、透明電極３ａ〜３ｄを配置する以外の面がレジ
スト２０により覆われるようにする（図７（ｂ）参
照）。

【００３８】そして、スパッタリングによりＩＴＯを第
１のガラス基板１の裏面に堆積させ、不要な部分をリフ
トオフにより取り除くことで、所定の位置に透明電極３
ａ〜３ｄが形成されることとなる（図７（ｃ）参照）。

【００３９】第２のガラス基板２については、第１のガ
ラス基板１における配線接続孔４ａ〜４ｉに相当するも
のがない点を除けば、透明電極３ｅ〜３ｈを形成するプ
ロセスは、上述した第１のガラス基板１におけるものと
同一であるので、ここでの説明は省略することとする。

【００４０】次に、図８及び図１０を参照しつつ、重り
部５及び主枠６の製造プロセスについて説明する。先
ず、この実施例においては、（１１０）面のシリコンを
ベースにして、支持梁８，１０は（１１１）面を用いて
形成されている。このため、製造過程において面方位を
誤ることのないようにするために、始めに（１１０）面
方向を識別するための印としての切り込み２３をシリコ
ン基板２２に形成する（図８参照）。なお、以下の製造
プロセスの説明に使用する図においては、この切り込み
２３を省略して図を簡単にしている。

【００４１】図８（ａ），（ｂ）には、上述の切り込み
２３を形成する概略過程が示されている。すなわち、シ
リコン基板２２の両面に、熱酸化の一種であるウェット
酸化によりシリコン酸化膜２４を、例えば０．５μｍ程
度の膜厚に形成する。次に、フォト・エッチングによ
り、切り込み２３を形成する位置イのシリコン酸化膜２
４を除去する（図８（ａ）参照）。

【００４２】さらに、位置イの部分のシリコンみにエッ
チングを施すことで、シリコン基板２２表面から所定の
深さ（例えば５０μｍ程度）の切り込み２３を形成し、
その後、シリコン酸化膜２４をエッチングにより除去す
る（図８（ｂ）参照）。

【００４３】以後の工程は、重り部５、主枠６及び接続
部１４ａ〜１４ｈとなる部分を、所定の形状及び厚みに
段階的に形成してゆくと共に、必要のないシリコン基板
２２の一部を除去するものである（図８（ｃ），（ｄ）
及び図９（ａ）〜（ｄ）参照）。個々の工程の詳細は、
省略するが、基本的な製造プロセスとしては、最初に大
まかな部分について、フォトエッチングによる形状形成
を行い、徐々に細かな部分の形成を行ってゆく。このた
め、シリコン酸化膜２４の形成、除去、シリコン基板２
２のエッチングを複数回繰り返し、最終的に所望の形
状、厚みを得るようになっている（図８（ｃ）、（ｄ）
及び図９（ａ）〜（ｄ）参照）。

【００４４】なお、図９（ｄ）において、符号ロ、ハが
付された部分は、この後の工程において切断されて、後
述するようにゲッタ剤を注入する際の注入口となる部分
である。次に、上述のようにして形成された重り部５、
主枠６等と第１及び第２のガラス基板１，２の接合が行
われる。

【００４５】この重り部５等と第１及び第２のガラス基
板１，２の接合は、公知技術である陽極接合法を用いて
行われる。なお、陽極接合法は、概括的に言えば、ガラ
ス基板を所定の高温に熱した状態において、所定の負の
電圧を印加する一方、シリコン基板を接地又は所定の正
の電圧に保持することで、ガラス基板とシリコン基板と
の界面に作用する静電力を利用して接合を行うものであ
る。

【００４６】すなわち、まず、第２のガラス基板２上
（透明電極３ｅ〜３ｈが形成された面上）に図９（ｄ）
の状態の重り部５等を載せて、陽極接合法により接合を
行った後、符号ロ、ハで示された部分を、例えばＹＡＧ
レーザ装置を用いて切断し、この部分からゲッタ剤
（図示せず）を内部へ入れる（図１０（ａ）参照）。

【００４７】ところで、この実施例において、重り部５
は第１及び第２のガラス基板１，２と主枠６とで形成さ
れる密閉空間に収納される構造となっており、この密閉
空間の気圧は、外気と同じ略１気圧に設定している。

【００４８】ところが、最後に第１のガラス基板１を陽
極接合法により接合した際、接合部分からガスが発生す
るために、重り部５が収納されている空間の気圧が所望
の気圧にならないという問題がある。そこで、この実施
例においては、上述のように陽極接合を施す前に、加速
度センサ内部（重り部５が収納される部分）にゲッタ剤
を入れて、陽極接合の際に発生するガスを、このゲッタ
剤により吸収させることで、内部の気圧を所望の大きさ
に保てるようにしている。

【００４９】この実施例では、非蒸発型ゲッタ剤（例え
ば、Ｚｒ-Ｖ-Ｆe／Ｔi系）を用いている。具体的なゲッ
タ剤の使用方法としては、例えば、１００ｍｍ×２ｍｍ
×０．１５ｍｍ（厚み）のものを任意の大きさに切断
し、切断後薬包紙に包んで平坦になるようにする。

【００５０】次に、超音波中においてアセトンに浸して
ゲッタ剤のごみを除去する。ごみの除去を行った後、空
気中において自然乾燥又は温風により強制乾燥（ただ
し、１５０℃以上の温度に上げない）を施し、上述のよ
うに所定の部位に収納するようにする。

【００５１】次に、第１のガラス基板１を、主枠６、支
持柱７等の上（図１０において紙面上方）へ載せ、陽極
接合法を施すことにより第１のガラス基板１と主枠６、
支持柱７及び接続部１４ａ〜１４ｈとの接合を行う。最
後に、導電部材からなる配線２５を配線接続孔４ａ〜４
ｉへ挿入すると共に、スパッタリングにより例えばアル
ミニウムを配線接続孔４ａ〜４ｉに充填させることで、
各透明電極３ａ〜３ｈに、それぞれ配線２５が接続され
た状態となり、この実施例における加速度センサが完成
される。なお、上記構成において、第１及び第２のガラ
ス基板１，２に代えて、他の絶縁部材からなる絶縁基板
を用いてもよいことは勿論である。さらに、重り１１
は、他の半導体材料や導体材料から形成してもよいもの
である。

【００５２】上記構成における、加速度センサの動作に
ついて図１１乃至図１５を参照しつつ説明する。まず、
この実施例における加速度センサを、第１及び第２のガ
ラス基板１，２がＸＹ平面に平行となるように、すなわ
ち、水平状態に設置した場合において、Ｘ軸方向で図１
１に実線白抜き矢印をもって示された方向に加速度ｇが
作用したとする。

【００５３】重り１１に作用する慣性力のため、重り１
１は加速度の方向と反対方向へ平行移動し、支持梁１０
がたわみ、そのたわみ力と慣性力との釣り合う位置で重
り１１は停止することとなる。なお、支持梁８は、Ｘ軸
方向に沿って設けてあるため、この方向に加わる力に対
しては強く、殆ど「たわみ」や「ねじり」が生ずること
はない。

【００５４】図１１には、このときの透明電極３ａ〜３
ｈと、重り１１との相対位置関係が示されている。すな
わち、透明電極３ａ〜３ｈの位置を基準にして考える
と、重り１１は、同図において紙面左方向へ変位するこ
ととなる。なお、図１１においては、理解を容易にする
ために、重り１１と透明電極３ａ〜３ｈ相対的位置関係
のみを示し、支持柱７、支持枠９等の他のものは省略し
てある。

【００５５】ここで、透明電極３ａ〜３ｈと重り１１と
の間で構成されるコンデンサＣ1〜Ｃ8について、上述の
重り１１の変位に伴う容量変化を考えるにあたり、説明
を簡単にし、理解を容易にするため次のような前提の下
に説明することとする。すなわち、コンデンサＣ1〜Ｃ8
の容量をなす要素としては、厳密には透明電極３ａ〜３
ｈと対向する重り１１の平面部分だけでなく、透明電極
３ａ〜３ｈと対向する支持枠９の平面部分や、透明電極
３ａ〜３ｈと対向する支持梁８，１０の平面部分も含ま
れる。

【００５６】しかしながら、これらの要素がコンデンサ
Ｃ1〜Ｃ8の容量に及ぼす割合は、重り１１の平面部分が
透明電極３ａ〜３ｈと対向することにより生ずる静電容
量と比して無視できる程度のものであり、また、現実に
重り１１の平面部分と透明電極３ａ〜３ｈとの対向によ
り生ずる静電容量の変化を考えることで十分に加速度等
の大きさを知ることができるため、コンデンサＣ1〜Ｃ8
の容量は、透明電極３ａ〜３ｈと重り１１の平面部分と
の対向部分により生ずるものとする。

【００５７】しかして、図１１に示されたような位置関
係においては、透明電極３ｂと重り１１の平面部分との
間で構成されるコンデンサＣ2及び透明電極３ｆと重り
１１の平面部分との間で構成されるコンデンサＣ6のそ
れぞれの容量は、支持梁８による静電容量への影響部分
を除けば大きな変化はない。

【００５８】一方、透明電極３ｄと重り１１の平面部分
との間で構成されるコンデンサＣ4及び透明電極３ｈと
重り１１の平面部分との間で構成されるコンデンサＣ8
のそれぞれの容量は、加速度が作用する前（図５参照）
に比して減少することとなる。なお、コンデサＣ4とコ
ンデンサＣ8とは、重り１１を挟んで上下の位置にある
点が異なるだけで、基本的には同一の構成である（重り
１１の上下に位置する他の各コンデサについても同様で
ある。）ので、この場合におけるそれぞれの容量変化量
は、基本的に同一である。

【００５９】また、Ｘ軸方向における加速度が作用した
場合、コンデンサＣ1，Ｃ5，Ｃ3，Ｃ7においても、容量
変化は生ずるが、その変化量が小さいことと、理論的に
は各コンデンサの変化量が同一となるため、Ｘ軸方向の
加速度検出において考慮する必要はないものである。

【００６０】したがって、コンデンサＣ2，Ｃ6の容量に
対するコンデンサＣ4，Ｃ8の各容量変化の大きさによ
り、加速度の大きさと、その方向を知ることができるこ
ととなる。加速度が図１１において白抜き矢印により示
された方向と逆方向に作用した場合には、各コンデサＣ
2，Ｃ4，Ｃ6，Ｃ8の容量変化は、上述とは逆となる。す
なわち、コンデンサＣ2，Ｃ6の容量が減少することとな
り、このことより加速度の方向が解かると共に、その減
少量から加速度の大きさを知ることができる。

【００６１】図１４にはコンデンサＣ1〜Ｃ8の内、任意
のコンデンサの容量変化を電圧変化に変換した場合の加
速度変化に対する電圧変化を示す特性曲線が示されてい
る。同図において、黒塗りの点は実測値を示しており、
その変化は同図において実線で示された直線に略沿うこ
とが確認できる。

【００６２】なお、加速度に対するコンデンサＣ1〜Ｃ8
の容量は、次式で表すことができる。すなわち、ある加
速度が作用したときの容量をＣgとすると、Ｃg＝Ｃo×
（ｍ・ｌ³・ｇ）／（２・Ｅ・ｂ・ｄ³・ｄo）と表すこ
とができる。ここで、Ｃoは加速度が作用する前のコン
デンサの初期容量、ｍは重り１１の重量、ｌは支持梁
８，１０の長さ、ｇは作用した加速度の大きさ、Ｅは支
持梁８，１０のヤング率、ｂは支持梁８，１０の幅（図
４参照）、ｄは支持梁８，１０の高さ（図４参照）、ｄ
oは重り１１と透明電極３ａ〜３ｈとの初期間隔、をそ
れぞれ示すものとする。

【００６３】なお、支持梁８，１０の長さｌは、支持梁
８の場合にはｌ＝ｌ1であり、支持梁１０の場合にはｌ
＝ｌ2であり（図５参照）、本実施例においてはｌ1＜ｌ
2と設定されている。上述の式によれば、支持梁８，１
０の断面形状すなわち、幅ｂと高さｄを小さくすること
によって、容量Ｃgが増加することが解る。換言すれ
ば、支持梁８，１０の断面形状を変えることによって、
加速度センサのいわゆるセンサ感度を向上させることが
可能であることが解る。特に、加速度に対する感度を高
める場合には、上述の高さｄを短く設定すればよい。

【００６４】次に、Ｙ軸方向における加速度が作用した
場合について説明する。例えば、図１１において、点線
白抜き矢印方向に加速度が作用したとすると、上述した
Ｘ軸方向に加速度が作用した場合と同様にして、この場
合は重り１１が加速度の方向と反対方向すなわち、図示
されないが図１１において紙面下方向へ変位し、また、
支持梁８が同様に加速度の方向と反対方向にたわむこと
となる。

【００６５】したがって、この場合には、コンデンサＣ
1，Ｃ5の容量変化が、上述したコンデンサＣ2，Ｃ6の容
量変化と、コンデンサＣ3，Ｃ7の容量変化がコンデンサ
Ｃ4，Ｃ8の容量変化と、それぞれ同様となり、図１１に
おいて点線白抜き矢印方向へ加速度が作用したこと及び
その大きさを知ることができる。また、Ｙ軸方向の加速
度が図１１に示された点線白抜き矢印方向とは反対方向
に作用した場合には、上述の場合とは逆にコンデンサＣ
1，Ｃ5の容量が減少することとなり、これより加速度の
方向及びその大きさを知ることができる。

【００６６】次に、Ｚ軸方向における加速度が作用した
場合について図１２を参照しつつ説明する。なお、図１
２は、図示を簡単にするため、重り１１と透明電極３
ｂ，３ｄ，３ｆ，３ｈとの位置関係をやや拡大して示し
たもので、他の部分は省略してある。例えば、加速度が
図１２に示された実線白抜き矢印方向に作用した場合、
重り１１に作用する慣性力のため、加速度が作用する方
向と反対方向に支持梁８，１０がたわみ、重り１１は加
速度の方向と反対方向へ平行移動し、慣性力と支持梁
８，１０のたわみ力とが釣り合う位置で停止することと
なる（図１２参照）。なお、図１２において加速度が作
用する前の重り１１の位置は点線で示されている。

【００６７】このため、透明電極３ａ〜３ｄと重り１１
との間隔が広がる一方、透明電極３ｅ〜３ｈと重り１１
との間隔が狭まり、その結果、コンデンサＣ1〜Ｃ4の容
量が減少する一方、コンデンサＣ5〜Ｃ8の容量が増加す
ることとなる。また、加速度が図１２に示された実線白
抜き矢印と反対方向に作用した場合には、同図に示され
た状態とは逆に、透明電極３ｅ〜３ｈと重り１１との間
隔が広がる一方、透明電極３ａ〜３ｄと重り１１との間
隔が狭まることとなる。このためコンデンサＣ1〜Ｃ4の
容量が増加する一方、コンデンサＣ5〜Ｃ8の容量が減少
することとなる。

【００６８】したがって、コンデンサＣ1〜Ｃ8の増減と
その大小により、Ｚ軸方向の加速度の方向と大きさを知
ることができることとなる。次に、Ｘ軸周りの角加速度
が作用した場合について説明する。なお、図１３におい
ては、図示を簡単にするため、重り１１と透明電極３
ａ，３ｃ，３ｅ，３ｇとの位置関係をやや拡大して示し
たもので、他の部分は省略されている。

【００６９】例えば、図１３において実線矢印方向の角
加速度が作用した場合、支持梁８を回転軸として、透明
電極３ａ，３ｅ間に位置する重り１１の部位は、透明電
極３ａ側へ変位する一方、透明電極３ｃ，３ｇ間に位置
する重り１１の部位は、透明電極３ｇ側へ変位し、重り
１１に作用する力と、支持梁８に生ずるねじり力とが釣
り合う位置で停止することとなる（図１３実線部分参
照）。なお、図１３において、角加速度が作用する前の
重り１１の位置が点線で示されている。

【００７０】その結果、コンデンサＣ1，Ｃ7の容量が増
加する一方、コンデンサＣ3，Ｃ5の容量が減少すること
となる。一方、上述した場合とは反対方向（図１３にお
いて実線矢印で示された角加速度方向と反対方向）の角
加速度が作用した場合には、支持梁８を回転軸として、
図１３に示されたとは逆、すなわち、透明電極３ａ，３
ｅ間に位置する重り１１の部位が透明電極３ｅ側へ、透
明電極３ｃ，３ｇ間に位置する重り１１の部位が透明電
極３ｃ側へ、それぞれ変位することとなる。

【００７１】これにより、コンデンサＣ1，Ｃ7の容量が
減少する一方、コンデンサＣ3，Ｃ5の容量が増加するこ
ととなる。したがって、コンデンサＣ1，Ｃ3，Ｃ5，Ｃ7
の容量の増減と、その大小により角加速度の方向と大き
さを知ることができることとなる。

【００７２】次に、Ｙ軸周り角加速度が作用した場合で
あるが、基本的な作用は上述したＸ軸周りの角加速度が
作用した場合と同様であるので詳細な説明は省略し、簡
単に説明すれば、この場合、支持梁１０を回転軸として
重り１１が変位し、コンデンサＣ2，Ｃ4，Ｃ6，Ｃ8容量
の増減と、その大小により上述と同様に角加速度の方向
と大きさを知ることができることとなる。

【００７３】図１５には、コンデンサＣ1〜Ｃ8の容量変
化を電圧変化に変化した場合における角加速度の変化に
対する電圧変化を示す特性曲線が示されている。同図に
おいて、黒塗りの点は実測値を示している。実測値を結
ぶ実線は、直線ではないが、角加速度の変化に対する電
圧変化が十分読み取れる特性曲線となっている。

【００７４】なお、角速度とコンデンサＣ1〜Ｃ8の容量
との関係は次式によって表し得る。すなわち、角速度ω
における静電容量値をＣωとすると、Ｃω＝Ｃo×（１
＋（１２・ｌ・ｍ・ｒ³・ω²）／（Ｇ・ｂ・ｄ・（ｂ²
＋ｄ²）・ｄo））と表される。ここで、Ｃoは加速度が
作用する前のコンデンサの初期容量、ｍは重り１１の重
量、ｌは支持梁８，１０の長さ、ωは作用した角速度、
Ｇは支持梁８，１０におけるせん断係数、ｂは支持梁
８，１０の幅（図４参照）、ｄは支持梁８，１０の高さ
（図４参照）、ｄoは重り１１と透明電極３ａ〜３ｈと
の初期間隔、をそれぞれ示すものとする。

【００７５】なお、支持梁８，１０の長さｌは、支持梁
８の場合にはｌ＝ｌ1であり、支持梁１０の場合にはｌ
＝ｌ2であり（図５参照）、本実施例においてはｌ1＜ｌ
2と設定されている。上述の式によれば、支持梁８，１
０の断面形状すなわち、幅ｂと高さｄを小さくすること
によって、容量Ｃωが増加することが解る。換言すれ
ば、支持梁８，１０の断面形状を変えることによって、
加速度センサのいわゆるセンサ感度を向上させることが
可能であることが解る。特に、角速度及び角加速度に対
する変化を高めるには、上述の幅ｂを短く設定すればよ
い。

【００７６】角加速度は、角速度の時間変化量を表すも
のであるので、上述のように角速度が検出できること
は、角加速度も検出可能であることを意味するものであ
る。

【００７７】なお、実際には、上述のように一つの軸に
ついて加速度、角加速度が単独で生ずることは殆どな
く、通常はそれらが合成された状態で作用することが多
い。このような場合に対する検出形態としては、この実
施例における加速度センサをＺ軸に対して４５度傾けた
状態とするのが好適である。これは、同時に作用した加
速度及び角加速度の各軸成分を求める際、各コンデンサ
Ｃ1〜Ｃ8の増減を解析することにより行うこととなる
が、傾きが４５度であれば、各軸成分の分析が容易とな
るためである。

【００７８】次に、請求項６及び７記載の発明に係る加
速度センサの実施例について図１６乃至図１９を参照し
つつ説明する。この実施例は、ガラス基板により重りな
どが挟持されてなり、いわゆる３層構造である点におい
て、図１に示された加速度センサと同様のものである
が、特に、加速度、角加速度を検出するためのコンデン
サの構造が異なるものである。なお、以下の説明におい
て、図１６の紙面表裏方向をＺ軸方向、同図の紙面左右
方向をＸ軸方向、同図の紙面上下方向をＹ軸方向として
説明することとする。

【００７９】絶縁基板としての第１及び第２のガラス基
板３０，３１の間には、加速度及び角加速度に応じて変
位可能に重り３２が設けられると共に、この重り３２の
外周部分において後述するようにしてコンデンサが構成
されている（図１６及び図１７参照）。まず、重り３２
の丁度中心となる位置には、柱状に形成された中央支持
柱３３が設けられており、この中央支持柱３３の両端面
は第１及び第２のガラス基板３０，３１に接合されてい
る（図１７参照）。

【００８０】中央支持柱３３の長手軸方向（図１７にお
いて紙面上下方向）の中央からは、この長手軸方向に直
交するように支持梁３４がＹ軸方向に沿って延設されて
おり、この支持梁３４の両端部には外周の平面形状（図
１６に表された形状）が正方形状の支持枠３５が一体に
設けられている。なお、支持梁３４の両端部は、支持枠
３５の対向する２辺のそれぞれ中央に接合されている
（図１６参照）。

【００８１】さらに、支持枠３５の外周においては、先
の支持梁３４の端部が接合された２辺とは別の２辺の中
央から支持梁３６がＸ軸方向に沿って延設されている。
そして、支持梁３６の両端部は、重り３２に形成された
略正方形状の開口部３２ａの内周面に接合されている。

【００８２】重り３２は、平面形状（図１６に表された
形状）が略枠状に形成されると共に、外周部分に後述す
るように櫛形電極３７ａ〜３７ｄが一体に形成されてな
るものである。櫛形電極３７ａ〜３７ｄは、それぞれ重
り３２の外周面において、複数の電極片３８が外周面に
垂設されてなるものである。この電極片３８は、平面形
状（ＸＹ平面又はＹＺ平面に現れる形状）が長方形状を
有して板状に形成されており、等間隔を隔てて、互いに
平行になるように重り３２の外周面に垂設されているも
のである。

【００８３】なお、上述した支持梁３４、支持枠３５、
支持梁３６、重り３２及び櫛形電極３７ａ〜３７ｄのＺ
軸方向の厚みは、同一であり、かつ、中央支持柱３３の
Ｚ軸方向での厚みに比して小さく設定されている（図１
７参照）。また、中央支持柱３３、支持梁３４、支持枠
３５、支持梁３６、重り３２及び櫛形電極３７ａ〜３７
ｄは、シリコンにより一体形成されているものである。

【００８４】一方、重り３２の周囲には、上述の櫛形電
極３７ａ〜３７ｄとコンデンサを構成する固定櫛形電極
３９ａ〜３９ｄが配置されている。すなわち、固定櫛形
電極３９ａ〜３９ｄは、シリコンを用いてなるもので、
図１８に示されたように、直方体体状に形成された基部
４０に、上述した櫛形電極３７ａ〜３７ｄを構成する電
極片３８と略同一の形状を有してなる複数の電極片４１
が、平行に、かつ、等間隔で垂設されてなるものであ
る。

【００８５】そして、基部４０のＺ軸方向における厚み
は、中央支持柱３３と同一に設定されており、Ｚ軸方向
の端面は第１及び第２のガラス基板３０，３１に接合す
るようにしてある（図１７参照）。

【００８６】なお、この実施例においては、櫛形電極３
７ａ〜３７ｄを構成する電極片３８は、五つ設けられて
おり、その数は、固定櫛形電極３９ａ〜３９ｄを構成す
る電極片４１の数よりも一つ多く設定されている。そし
て、櫛形電極３７ａ〜３７ｄの各電極片３８の間に、固
定電極３９ａ〜３９ｄの各電極片４１が位置するよう
に、それぞれ配置されている（図１６参照）。

【００８７】また、櫛形電極３７ａ〜３７ｄと固定櫛形
電極３９ａ〜３９ｄとは、櫛形電極３７ａ〜３７ｄの各
電極片３８の先端部と、固定櫛形電極３９ａ〜３９ｄの
各電極片４１の先端部との間に、若干の間隔が生ずるよ
うにして配置されている（図１６参照）。このように、
櫛形電極を用いる場合には、単に二枚の板状の電極を対
向させるものに比して、いわゆる平板コンデンサにおけ
る対向電極の面積を、比較的小さな空間で、大きく確保
することができる。

【００８８】上述した中央支持柱３３及び固定櫛形電極
３９ａ〜３９ｄの基部４０が第１及び第２のガラス基板
３０，３１に挟持されるように第１及び第２のガラス基
板３０，３１に接合された状態において、中央支持柱３
３及び固定櫛形電極３９ａ〜３９ｄは、第１のガラス基
板３０に穿設された配線接続孔４２から取り出された配
線（図示せず）により外部の図示されない回路に接続さ
れ得るようになっている（図１７参照）。

【００８９】すなわち、この配線接続孔４２には、導電
性部材（例えばアルミニウム）が充填され、中央支持柱
３３をなすシリコン又は固定櫛形電極３９ａ〜３９ｄの
基部４０をなすシリコンとオーミックコンタクトが生ず
るようになっているが、この導電性部材の充填の際、配
線が一緒に配線接続孔４２に挿入される。したがって、
この配線が導電部材を介して中央支持柱３３又は固定櫛
形電極３９ａ〜３９ｄと導通するようになっている。

【００９０】そして、中央支持柱３３は、図示されない
配線を介して外部で接地されるようになっており、その
結果、櫛形電極３７ａ〜３７ｄと固定櫛形電極３９ａ〜
３９ｄとにより、等価的に図１９に示されたようなコン
デンサＣ1〜Ｃ4が構成されるようになっている。

【００９１】なお、中央支持柱３３、支持梁３４、支持
枠３５、支持梁３６、重り３２、櫛形電極３７ａ〜３７
ｄ及び固定櫛形電極３９ａ〜３９ｄは、第１及び第２の
ガラス基板３０，３１との間に密封されるようにしてあ
り、そのため第１及び第２のガラス基板３０，３１の図
示されない部位がシリコン等の部材により閉鎖されるよ
うになっている。また、上記構成において、第１及び第
２のガラス基板３０，３１に代えて、他の絶縁材料から
形成された絶縁基板を用いてもよいことは勿論であり、
さらに、重り３２もシリコンに代わって、他の半導体材
料又は導体材料から形成したものであってもよい。

【００９２】次に、上記構成における動作について説明
する。始めに、Ｚ軸方向の加速度が作用した場合につい
て説明する。この場合、重り３２は、慣性力のため加速
度の方向と反対方向に変位し、支持梁３６に生じたたわ
みによる応力との釣り合う位置で停止することとなる。

【００９３】このため、重り３２の変位に伴い櫛形電極
３７ａ〜３７ｄの電極片３８と、固定櫛形電極３９ａ〜
３９ｄの電極片４１との対向面積が減少し、コンデンサ
Ｃ1〜Ｃ4の容量が減少することとなる。したがって、こ
の容量減少の大きさによって加速度の大きさを知ること
が可能となる。

【００９４】次に、Ｙ軸周りの角加速度が作用した場合
について説明する。この場合、角加速度により支持梁３
４にねじりが生じ、重り３２は支持梁３４を中心にして
回転変位することとなる。例えば、右回り方向（図１７
において紙面右回り方向）に角加速度が作用したとする
と、図１７において言えば、中央支持柱３３から左側に
位置する重り３２の部分が下方向（換言すれば角加速度
の方向と反対方向）へ変位する一方、中央支持柱３３か
ら右側に位置する重り３２の部分は、上方向（換言すれ
ば角加速度の方向と反対方向）へ重り３２の左側の部位
と同一変位量だけ変位して、それぞれ平衡することとな
る。

【００９５】このため、櫛形電極３７ｂ，３７ｄの電極
片３８と固定櫛形電極３９ｂ，３９ｄの電極片４１との
対向面積が減少し、コンデンサＣ2，Ｃ4の容量が減少す
ることとなる。また、この際、櫛形電極３７ａ，３７ｃ
の電極片４１と固定櫛形電極３９ａ，３９ｃの電極片４
１との対向面積も減少し、コンデンサＣ1，Ｃ3の容量も
減少することとなるが、その減少量は先のコンデンサＣ
2，Ｃ4の容量減少に比して小さいものとなる。これは、
櫛形電極３７ａ，３７ｃの変位量が櫛形電極３７ｂ，３
７ｄの変位量に比して小さいためである。

【００９６】したがって、コンデンサＣ1，Ｃ3の容量変
化と、コンデンサＣ2，Ｃ4の容量変化との比較をし、か
つ、コンデンサＣ2，Ｃ4の容量の変化量によりＹ軸周り
の角加速度の大きさを知ることができる。

【００９７】一方、Ｘ軸周りの角加速度が作用した場
合、支持梁３４に代わり支持梁３６を回転中心として重
り３２が回転変位することとなり、その基本的な動きは
上述したＹ軸の場合と同様であるので詳細な説明は省略
する。ただし、この場合、上述したＹ軸の場合とは、丁
度逆にコンデンサＣ1，Ｃ3が、コンデンサＣ2，Ｃ4に比
して容量変化が大となり、これによりＸ軸周りの角加速
度であること及びその大きさを知ることができる。

【００９８】なお、櫛形電極３７ａ〜３７ｄの電極片３
８と、固定櫛形電極３９ａ〜３９ｄの電極片４１との間
隔は、検出しようとする加速度又は角加速度の最大値に
おいて隣接する電極片と接触しないように、予め実験や
計算機を用いたシュミレーション等により確認して設定
される必要がある。

【００９９】また、実際には、上述のように一つの軸に
ついて加速度又は角加速度が単独で生ずることは殆どな
く、通常はそれらが合成された状態で作用することが多
い。したがって、所定の大きさの加速度、角加速度が同
時に作用した場合の各コンデンサＣ1〜Ｃ4の容量変化を
予め分析しておけば、それに基づいて種々の加速度及び
角加速度が同時に作用した場合の検出も可能である。

【０１００】上述のように、この実施例における加速度
センサにおいては、１軸の加速度と２軸の角加速度を検
出することができる。なお、この実施例においても、図
１に示された加速度センサと同様に支持梁３４，３６の
Ｚ軸方向における断面形状を変えることで、センサ感度
を調整することができる。

【０１０１】次に、請求項８記載の発明に係る加速度セ
ンサの一実施例について図２０及び２１を参照しつつ説
明する。この実施例は、２枚のガラス基板の間に重りが
設けられると共に、２枚のガラス基板にそれぞれ設けら
れた透明電極と重りとの間でコンデンサを構成するよう
にした点は、図１に示された加速度センサと同様である
が、重りの所定の部位に後述するようにコンデンサの容
量変化を生じさせるための孔を設けた点が異なるもので
ある。

【０１０２】重り部材としての重り５０の支持は、図１
６で示された実施例と同様であるので、同一の構成要素
については、同一の符号を付してその説明を省略し、以
下、異なる点を中心に説明することとする。まず、重り
５０は板状のシリコンを用いて、その平面形状（図２０
に表された形状）が略正方形状の枠状に形成されてなる
もので、枠をなす四辺の部位ニ，ホ，ヘ，トには、複数
の貫通孔５１がそれぞれ穿設されている（図２０参
照）。

【０１０３】一方、第１及び第２のガラス基板５２，５
３にはぞれそれ、櫛形透明電極５４ａ〜５４ｈが、重り
５０の部位ニ，ホ，ヘ，トを挟むような位置に設けられ
ており、図示しない配線を介して図示されない外部回路
との接続が可能となっている。そして、重り５０の貫通
孔５１は、重り５０が静止状態にある場合において、櫛
形透明電極５４ａ〜５４ｈの各分岐片５５の間に位置す
るように設けられている。なお、図２０においては、櫛
形透明電極５４ａ〜５４ｄのみが点線により示されてい
る。

【０１０４】中央支持柱３３は、図１６に示された実施
例と同様に外部で接地されている。そして、各櫛形透明
電極５４ａ〜５４ｈと、重り５０の対向面との間で、コ
ンデンサＣ1〜Ｃ8が構成されるようになっている。

【０１０５】上記構成において、例えばＸ軸方向におい
て、図２１（ａ）に白抜き矢印方向に加速度が作用した
とする。この場合、重り５０は、慣性力により加速度の
方向と反対方向（図２１において紙面左方向）に変位し
て停止することとなる。その結果、櫛形透明電極５４
ａ，５４ｅ間及び櫛形透明電極５４ｃ，５４ｇ間では、
重り５０の変位に伴い、各貫通孔５１は、櫛形透明電極
５４ａ，５４ｅの各分岐片５５間及び櫛形透明電極５４
ｃ，５４ｇの各分岐片５５間に入り込んでくることとな
る（図２１（ｂ）参照）。

【０１０６】すなわち、重り５０が最も大きく変位した
場合には、図２１（ｂ）に示されたように貫通孔５１
は、その全体が櫛形透明電極５４ａ，５４ｅ間及び櫛形
透明電極５４ｃ，５４ｇ間に位置することとなるが、重
り５０の変位がこれより小さい場合には、その変位に応
じて貫通孔５１の一部が櫛形透明電極５４ａ，５４ｅ間
及び櫛形透明電極５４ｃ，５４ｇ間に位置することとな
る。

【０１０７】その結果、コンデンサＣ1，Ｃ3，Ｃ5，Ｃ7
の容量が変化することとなり、その変化量の大きさから
加速度の大きさを知ることができる。Ｙ軸方向の加速度
が作用した場合には、コンデンサＣ2，Ｃ4，Ｃ6，Ｃ8の
容量変化が、上述したＸ軸の場合と同様にして生じ、こ
れによりＹ軸方向の加速度の大きさを知ることができ
る。

【０１０８】なお、貫通孔５１は、上述のようにコンデ
ンサの容量を変化させる作用を有する他に、重り５０の
変位に対するいわゆるダンピング効果をも有する。した
がって、貫通孔５１の数によって、重り５１の動きをあ
る程度抑圧することも可能である。

【０１０９】また、Ｚ軸方向の加速度が生じた場合に
は、重り５０が加速度の方向とは反対側の方向に変位す
ることとなるので、加速度の方向と反対側に位置する櫛
形透明電極と重り５０との間隔が狭まる一方、加速度の
方向に位置する櫛形透明電極と重り５０との間隔は広が
ることとなる。このため、加速度の方向と反対側に位置
する櫛形透明電極と重り５０との間で構成される各コン
デンサの容量は増加し、反対側に位置するコンデンサの
容量は減少することとなるので、このことより、加速度
の大きさと方向とを知ることができる。

【０１１０】次に、Ｘ軸周りの角加速度が作用した場合
について説明する。例えば、Ｘ軸を中心として右回りの
角加速度が作用したとすると、図２０において支持梁３
６を回転中心として、支持梁３６を境にして図２０にお
いて紙面上側に位置する重り５０の部位は、慣性力によ
り角加速度の方向と反対側すなわち、同図において言え
ば、紙面表側から裏方向へ変位するような状態となる一
方、支持梁３６を境にして図２０において紙面下側に位
置する重り５０の部位は、同図において言えば、紙面裏
側から表方向へ変位するような状態となる。

【０１１１】したがって、コンデンサＣ3，Ｃ5の容量が
増加する一方、コンデンサＣ1，Ｃ7の容量は減少するこ
ととなり、このことより角加速度の大きさ及び方向を知
ることができる。なお、角加速度が上述と反対方向に作
用した場合には、重り５０の変位は、上述したものとは
逆になる。したがって、コンデンサＣ1，Ｃ7の容量が増
加する一方、コンデンサＣ3，Ｃ5の容量は減少すること
となり、このことより角加速度の大きさ及び方向を知る
ことができる。

【０１１２】次に、Ｙ軸周りの角加速度が作用した場合
であるが、この場合には支持梁３４が回転変位の中心と
なり、角加速度に対する重り５０の変位の仕方は、基本
的に上述したＸ軸の場合と同様であるので詳細な説明は
省略する。すなわち、この場合には、コンデンサＣ2，
Ｃ4，Ｃ6，Ｃ8の容量変化により上述したＸ軸の場合と
同様にして角加速度の方向と大きさを知ることができ
る。

【０１１３】次に、Ｚ軸周りの角加速度が作用した場合
であるが、この場合には、支持梁３４，３６がたわん
で、重り５０が角加速度の方向とは反対方向へ、中央支
持柱３３を中心として回転変位することとなり、その変
位量に応じて貫通孔５１が櫛形透明電極５４ａ〜５４ｈ
の間に位置することとなる。

【０１１４】したがって、コンデンサＣ1〜Ｃ8の容量が
重り５０の変位量に応じて減少することとなり、その減
少量から角加速度の大きさを知ることができる。以上、
説明したように、この請求項８記載の発明に係る加速度
センサの実施例によれば、比較的簡単な構成で３軸の加
速度及び３軸の角加速度の検出が可能であり、複数の軸
における加速度や角加速度を必要とする装置における加
速度センサの数を、必要最小限とすることができ、部品
点数の削減による低価格を図ることが可能となるもので
ある。

【０１１５】なお、この実施例においても、図１に示さ
れた加速度センサと同様に、支持梁３４，３６のＺ軸方
向での断面形状を変えることで、センサ感度を調整でき
るものである。また、上記構成において、第１及び第２
のガラス基板５２，５３に代えて、他の絶縁材からなる
絶縁基板を用いてもよいことは勿論である。さらに、重
り５０は、シリコンに代えて他の半導体材料又は導体材
料から形成したものとしてもよい。なお、図２０におい
て貫通孔５１の形状がやや不揃いとなっているが、同図
はあくまで、基本的な構成を示すものであって、各貫通
孔５１の形状を不揃いとすることを意味しているもので
はない。したがって、現実には、同一の形状寸法とする
ことが望ましい。

【０１１６】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１記載の
発明によれば、重りを半導体又は導体から形成し、この
重りを加速度及び角加速度の作用に対して変位可能とし
て２つの絶縁基板に設ける構成としたので、特に、半導
体を用いて重り形成する場合には、いわゆるマイクロマ
シニンング技術が適用でき、大量生産が可能となるとい
う効果を奏するものである。

【０１１７】また、１つの加速度センサにより１軸の加
速度及び２つの軸の角速度又は角加速度の検出可能であ
るので、自動車等の移動体について、３次元座標におけ
る各軸毎の加速度及び角速度（又は角加速度）の情報が
必要な場合、３つの加速度センサを組み合わせることに
よって、必要な情報全てを得ることができるので、従来
に比して少ないセンサで効率良く必要な情報を得る構成
とすることができる。

【０１１８】請求項５記載の発明によれば、加速度セン
サの内部を密封状態とする際の製造過程において、内部
で発生するガスをゲッタ剤に吸収せしめることによっ
て、完成後の加速度センサの内部圧の変動を来すような
ことがなくなるので、所望の内部圧にすることができ、
歩留まりの向上を図ることができると共に、より高品質
の加速度センサを提供することができる。

【０１１９】請求項６記載の発明によれば、静電容量を
形成する重り側の電極と、固定の電極とを、それぞれい
わゆる櫛形状に形成し、互いに対向するようにしたの
で、より小さな空間で、対向面積を多く確保することが
可能となり、そのため、静電容量を増やすことができ、
その容量変化が検出し易くなり、感度の良い加速度セン
サを提供することができる。

【０１２０】請求項８記載の発明によれば、重りの平面
部分と平行に対向する電極との間でコンデンサが形成さ
れるようにし、重りの変位にともなう電極との間隔の変
化に起因するコンデンサの容量変化に加え、重りの平面
部分に貫通孔を設けると共に、電極をいわゆる櫛形状に
形成することによって、重りが電極と平行に対向した状
態で変位した場合にもコンデンサの容量変化を生じるよ
うに構成したので、比較的簡単な構成で３軸の加速度及
び３軸の角加速度の検出が可能であり、複数の軸におけ
る加速度や角加速度を必要とする装置における加速度セ
ンサの数を、必要最小限とすることができ、部品点数の
削減による低価格を図ることが可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明に係る加速度センサの一実
施例における加速度センサの分解斜視図である。

【図２】図１に示された加速度センサのＸ軸方向に設け
られた支持梁と連結部との部分拡大平面図である。

【図３】図１に示された加速度センサにおいてＸＺ面に
おける縦断面図であって、図１に示されたＡＡ線で示さ
れた方向での断面図である。

【図４】図１に示された加速度センサの支持梁のＸＺ平
面における縦断面図である。

【図５】請求項１記載の発明に係る加速度センサの一実
施例における加速度センサの透明電極と重りとの相対的
位置関係を示す平面図である。

【図６】請求項１記載の発明に係る加速度センサの一実
施例における電気的等価回路図である。

【図７】請求項１記載の発明に係る加速度センサの一実
施例における第１のガラス基板の製造プロセスを説明す
るための模式図である。

【図８】請求項１記載の発明に係る加速度センサの一実
施例における重り等の部分の製造プロセスを説明するた
めの模式図である。

【図９】請求項１記載の発明に係る加速度センサの一実
施例における重り等の部分の製造プロセスを説明するた
めの模式図である。

【図１０】請求項１記載の発明に係る加速度センサの一
実施例における第１及び第２のガラス基板と重り等との
接合工程を説明する模式図である。

【図１１】請求項１記載の発明に係る加速度センサの一
実施例においてＸ軸方向の加速度が作用した場合におけ
る透明電極と重りとの相対的位置関係を示す平面図であ
る。

【図１２】請求項１記載の発明に係る加速度センサの一
実施例においてＺ軸方向の加速度が作用した場合の透明
電極と重りとの相対的位置関係を示す平面図である。

【図１３】請求項１記載の発明に係る加速度センサの一
実施例においてＹ軸周りの角加速度が作用した場合の透
明電極と重りとの相対的位置関係を示す平面図である。

【図１４】請求項１記載の発明に係る加速度センサの一
実施例において加速度センサにより得られるコンデンサ
の容量変化を電圧変化に変換した場合の、加速度の変化
に対する電圧変化を示す特性曲線図である。

【図１５】請求項１記載の発明に係る加速度センサの一
実施例において加速度センサにより得られるコンデンサ
の容量変化を電圧変化に変換した場合の、角速度の変化
に対する電圧変化を示す特性曲線図である。

【図１６】請求項６及び７記載の発明に係る加速度セン
サの一実施例における主要部を示す平面図である。

【図１７】図１６のＢＢ線断面を示す断面図である。

【図１８】図１６に示された加速度センサの固定櫛形電
極の全体斜視図である。

【図１９】図１６に示された加速度センサの電気的等価
回路図である。

【図２０】請求項８記載の発明に係る加速度センサの一
実施例における主要部を示す平面図である。

【図２１】図２０に示された加速度センサにＸ軸方向の
加速度が作用した場合の櫛形透明電極と重りとの相対的
位置関係をＺ軸方向の断面で模式的に表した模式図であ
り、同図（ａ）は加速度が作用する前の状態を、同図
（ｂ）は加速度が作用した後の状態を、それぞれ表す模
式図である。

【符号の説明】

１…第１のガラス基板２…第２のガラス基板３ａ〜３ｈ…透明電極６…主枠７…支持柱８…支持梁９…支持枠１０…支持梁１１…重り１４ａ〜１４ｈ…接続部３０…第１のガラス基板３１…第２のガラス基板３２…重り３３…中央支持柱３４…支持梁３５…支持枠３６…支持梁３７ａ〜３７ｄ…櫛形電極３９ａ〜３９ｄ…固定櫛形電極４１…電極片５０…重り５１…貫通孔５２…第１のガラス基板５３…第２のガラス基板５４ａ〜５４ｈ…櫛形透明電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者カイ・ノットマイヤー埼玉県東松山市箭弓町３−13−26 株式会社ゼクセル東松山工場内 (72)発明者江刺正喜宮城県仙台市太白区八木山南１−11−９

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電極が対向面側に設けられ、か
つ、平行に対向する２枚の絶縁基板間に、半導体又は導
体からなる重り部材が変位可能に設けられてなり、前記
複数の電極と重り部材との間隔又は対向面積の変化に応
じて生ずる前記複数の電極と重り部材との間の静電容量
変化により加速度及び角加速度の検出を可能とした加速
度センサであって、前記平行する２枚の絶縁基板間には、端面が前記２枚の
絶縁基板に接合する支持柱を設け、前記支持柱には、前記２枚の絶縁基板に平行して延びる
第１の梁部材を延設し、前記第１の梁部材の両端には枠状支持部材を設け、前記枠状支持部材の外周には、前記２枚の絶縁基板に平
行し、かつ、前記第１の梁部材の方向に対して所定の角
度をなす方向に第２の梁部材を延設し、前記第２の梁部材の両端に枠状の重り部材を設け、前記支持柱、前記第１の梁部材、前記枠状部材、前記第
２の梁部材及び前記重り部材を半導体又は導体から一体
形成すると共に、前記２枚の絶縁基板の対向方向における前記第１の梁部
材、前記枠状部材、前記第２の梁部材及び前記重り部材
の厚みを、前記支持柱の同方向における厚みに比して小
としてなることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】半導体はシリコンであって、その（１１
１）面を用いてなり、第１の梁部材と第２の梁部材とが
なす所定の角度は、第１の梁部材を基準として右回りに
第２の梁部材までの角度が１０９．５度であることを特
徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項３】第１及び第２の梁部材は、２枚の絶縁基
板の対向方向での断面形状が長方形であり、加速度に対
する所望の感度が高い程、前記２枚の絶縁基板の対向方
向に沿う辺の長さを短く設定してなることを特徴とする
請求項１又は２記載の加速度センサ。
【請求項４】第１及び第２の梁部材は、２枚の絶縁基
板の対向方向での断面形状が長方形であり、角加速度に
対する所望の感度が高い程、前記２枚の絶縁基板と平行
する方向に沿う辺の長さを短く設定してなることを特徴
とする請求項１、２又は３記載の加速度センサ。
【請求項５】２枚の絶縁基板と、この２枚の絶縁基板
の外周の開口部分を閉鎖する閉鎖部材とで形成される空
間内に、重り部材が変位可能に収納されてなる加速度セ
ンサの製造方法であって、前記２枚の絶縁基板の一方と前記閉鎖部材との接合を行
った後、この一方の絶縁基板と前記閉鎖部材とで形成さ
れる空間内にゲッタ剤を収納し、その後、前記閉鎖部材
と前記２枚の絶縁基板の他方との接合を行うことで、接
合の際に前記空間内に生ずるガスを前記ゲッタ剤に吸収
せしめ、内部気圧の変動を抑圧することを特徴とする加
速度センサの製造方法。
【請求項６】２枚の絶縁基板間に、半導体又は導体か
らなる重り部材が変位可能に設けられてなる加速度セン
サであって、前記重り部材の外周面に、板状に形成された複数の電極
片が互いに平行に対向してなる櫛形電極を重り部材と一
体に設けると共に、板状に形成された複数の電極片が互いに平行に対向して
なる半導体又は導体からなる固定櫛形電極を、この固定
櫛形電極を構成する電極片が前記櫛形電極を構成する電
極片の間に位置するように配置してなり、前記重り部材の変位による前記櫛形電極と前記固定櫛形
電極との間隔の変化によるこれら電極間の静電容量の変
化により加速度又は角加速度検出を可能としたことを特
徴とする加速度センサ。
【請求項７】重り部材は、その外周が矩形をなし、４
つの外周面にそれぞれ櫛形電極が重り部材と一体に設け
られてなることを特徴とする請求項６記載の加速度セン
サ。
【請求項８】複数の電極が対向面側に設けられ、か
つ、平行に対向する２枚の絶縁基板間に、半導体又は導
体からなる重り部材が変位可能に設けられてなり、前記
複数の電極と重り部材との間隔又は対向面積の変化に応
じて生ずる前記複数の電極と重り部材との間の静電容量
変化により加速度及び角加速度の検出を可能とした加速
度センサであって、前記複数の電極は、複数の分岐部が平行に設けらて櫛状
に形成された櫛形電極である一方、前記重り部材には前記２つの絶縁基板の対向方向に貫通
する貫通孔が、重り部材の静止状態において前記複数の
分岐部の間に位置するように設けられてなることを特徴
とする加速度センサ。