JPH0949856A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の一平面に含まれる方向を向いた加速度
の大きさを電気信号として検出する。 【解決手段】 固定基板１０と変位基板２０とが平行に
設置される。固定基板１０は円筒状の筐体内に固着さ
れ、変位基板２０はその周囲を支持手段３０によって円
筒状の筐体内に弾性支持される。変位基板２０の上面に
は、環状変位電極Ｅ２１と中央部変位電極Ｅ２２とが形
成され、下面には重錘体４０が固着される。固定基板１
０の下面には、Ｅ２１，Ｅ２２に対向した環状固定電極
および中央部固定電極が形成されており、対向配置され
た一対の電極により、環状容量素子Ｃ１および中央部容
量素子Ｃ２が形成される。地震等の振動により、重錘体
４０が揺れ、変位基板２０は固定基板１０に対して変位
する。環状容量素子Ｃ１の静電容量値の変動により横揺
れの大きさが検出でき、中央部容量素子Ｃ２の静電容量
値の変動により縦揺れの大きさが検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加速度センサ、特
に、地震や自動車の衝突に基く加速度を検出するのに適
した加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の運動を把握する上で、加速度の検
出は重要な意味をもつ。このため、従来から種々の加速
度センサが提案されている。特に、最近では、二次元あ
るいは三次元の加速度を各方向成分ごとに検出すること
が可能な多次元加速度センサが注目を集めている。たと
えば、特許協力条約に基く国際公開公報第ＷＯ８８／０
８５２２号には、ピエゾ抵抗素子を用いた三次元加速度
センサが開示されている。このセンサでは、複数のピエ
ゾ抵抗素子を半導体基板上の特定の位置に形成すること
により、ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向の加
速度成分をそれぞれ独立して検出することができる。ま
た、国際公開公報第ＷＯ９１／１０１１８号や同第ＷＯ
９２／１７７５９号公報には、静電容量素子を用いた三
次元加速度センサが開示されており、国際公開公報第Ｗ
Ｏ９３／０２３４２号公報には、圧電素子を用いた三次
元加速度センサが開示されている。これらのセンサで
は、複数の電極を特定の位置に形成することにより、や
はりＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向の加速度
成分をそれぞれ独立して検出することができる。

【０００３】このような三次元加速度センサでは、単一
のセンサによって、作用した加速度の各座標軸方向成分
のすべてをそれぞれ独立して検出することができるた
め、検出対象となる加速度を三次元空間内でのベクトル
量として特定することができる。したがって、このよう
な三次元加速度センサは、三次元空間内を移動中の物
体、走行中の車両、飛行中の航空機、などに作用する加
速度を、その方向を含めて正確に検出する用途に広く利
用可能であり、今後も、その利用価値は高まってゆくも
のと期待されている。

【０００４】一方、加速度センサは、地震計や衝撃計と
しても利用可能である。たとえば、都市ガスの制御弁や
エレベータの制御装置には、地震計として機能する加速
度センサが内蔵されており、地震の振動に基く加速度が
所定のしきい値を越えた場合には、ガスの供給を停止さ
せたり、エレベータの運転を中止させたりする制御が行
われている。また、最近急速に普及し始めたエアバッグ
付きの自動車では、衝撃計として機能する加速度センサ
が搭載されており、衝撃に基く加速度が所定のしきい値
を越えた場合には、エアバッグを瞬時に膨らませてドラ
イバーを保護する機能が働くようなしくみになってい
る。ただ、このような地震計や衝撃計として現在のとこ
ろ用いられている加速度センサは、上述した三次元加速
度センサではなく、たとえば、鋼鉄球が椀状容器から飛
び出すか否かによって、しきい値以上の加速度が作用し
たか否かを判断するような機械式のセンサが主流であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、地震
計や衝撃計として利用されている加速度センサは、現在
のところ機械式のものが主流であるが、このような機械
式の加速度センサは検出精度や信頼性が低く、また、検
出結果を電気的に取り出すことが困難であるという問題
がある。一方、ピエゾ抵抗素子、容量素子、圧電素子を
用いた三次元加速度センサは、高い検出精度および信頼
性をもち、かつ、電気的に検出結果を取り出すことが可
能である。しかしながら、地震計や衝撃計としての用途
では、必ずしもこのような三次元の加速度センサが必要
とされるものではなく、逆に、従来の三次元の加速度セ
ンサでは使いにくい場合さえある。

【０００６】たとえば、地震の震度を測定する用途で
は、地震によるいわゆる「横揺れ（水平方向の振動）」
と「縦揺れ（垂直方向の振動）」とをそれぞれ独立して
検出する機能があれば十分である。このとき、「横揺
れ」の大きさおよび「縦揺れ」の大きさが直接的に検出
できることが望ましい。一般に、地震における「横揺
れ」はＳ波と呼ばれている振動波に起因する揺れであ
り、「縦揺れ」はＰ波と呼ばれている振動波に起因する
揺れであることが知られており、Ｓ波の大きさとＰ波の
大きさとをそれぞれ独立して検出することさえできれ
ば、地震計として十分に機能するのである。すなわち、
ある測定地点において、水平面上にＸＹ平面を、鉛直方
向にＺ軸を、それぞれ有するＸＹＺ三次元座標系を定義
すれば、地震計としては、ＸＹ平面に沿った方向の振動
（横揺れ）の大きさとＺ軸に沿った方向の振動（縦揺
れ）の大きさとが測定できれば十分である。

【０００７】もちろん、従来提案されている三次元加速
度センサを用いても、このような測定は可能である。従
来の三次元加速度センサを用いれば、たとえば、「北北
東の方向を向いた横揺れ」というように、同じ横揺れで
あっても、その方向までも特定した検出が可能になる。
しかしながら、都市ガスの供給制御やエレベータの運転
制御を行う上では、横揺れの方位までも特定する必要は
ない。「北北東の方向を向いた横揺れ」であろうが、
「南東の方向を向いた横揺れ」であろうが、その横揺れ
の大きさが所定のしきい値以上であった場合には、都市
ガスの供給やエレベータの運転を停止する必要があり、
横揺れの大きささえ検出できれば、地震計に用いる加速
度センサとしての機能を十分に果たすことができる。ま
た、従来の三次元加速度センサでは、ＸＹＺ三次元座標
系における加速度について、Ｘ軸方向成分αｘ、Ｙ軸方
向成分αｙ、Ｚ軸方向成分αｚが、それぞれ別個独立し
て検出されるため、たとえば、ＸＹ平面に沿った横揺れ
の大きさを得るには、αｘ^２とαｙ^２との和を求め、こ
の和の平方根を求める演算が必要になる。

【０００８】このように、従来の三次元加速度センサ
を、地震計として用いることは可能ではあるが、構造が
複雑で、また、地震計として利用するための演算回路な
どが必要になるため、全体的にコストが高くなるという
問題が生じる。特に、都市ガスの供給制御やエレベータ
の運転制御への利用を考えると、各家庭のガスメータや
各エレベータの制御装置内にそれぞれ設置する必要性が
あり、単純な構造をもった低コストの加速度センサが望
まれる。

【０００９】このような事情は、自動車のエアバッグを
動作させるための衝撃計として用いる加速度センサにお
いても同様である。自動車の走行面をＸＹ平面とすれ
ば、自動車の衝突によって生じる衝撃は、ＸＹ平面に沿
った加速度成分を主とするものであり、Ｚ軸に沿った加
速度成分は無視してよい。また、正面衝突であろうが、
側面衝突であろうが、ドライバーを危険にさらす衝撃が
加わる点では同じであり、どのような方向の衝突であろ
うとも、エアバッグを膨らませてドライバーを保護する
必要があることに変わりはない。したがって、ＸＹ平面
に沿った方向の加速度の大きさが検出できれば十分であ
り、その方向までも正確に検出する必要はない。

【００１０】そこで本発明は、所定の一平面に含まれる
方向を向いた加速度の大きさを電気信号として検出する
のに適した加速度センサを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

(1) 本発明の第１の態様は、加速度センサにおいて、
センサ筐体と、このセンサ筐体に固着された固定基板
と、この固定基板の下方に所定距離をおいて、かつ固定
基板に対向するように配置された変位基板と、この変位
基板の周囲をセンサ筐体に対して弾力性をもって支持す
る支持手段と、変位基板に固着され、検出対象となる加
速度の作用により、支持手段に弾性変形を誘発させるの
に十分な質量をもった重錘体と、固定基板の下面に形成
され、環状形状をした環状固定電極と、変位基板の上面
に形成され、環状固定電極に対する対向電極として機能
する環状変位電極と、環状固定電極と環状変位電極とに
よって形成される環状容量素子の静電容量値の変動分Ｖ
１に基いて、固定基板の主面に平行な方向に作用する加
速度の大きさを示す電気信号を出力する検出回路と、を
設けたものである。

【００１２】(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１
の態様に係る加速度センサにおいて、固定基板下面の環
状固定電極の内側領域内に配置された中央部固定電極
と、変位基板上面の環状変位電極の内側領域内に配置さ
れ、中央部固定電極に対する対向電極として機能する中
央部変位電極と、を更に設け、検出回路が、中央部固定
電極と中央部変位電極とによって形成される中央部容量
素子の静電容量値の変動分Ｖ２を用いて、環状容量素子
の静電容量値の変動分Ｖ１に対する補正を行い、補正後
の値に基いて、固定基板の主面に平行な方向に作用する
加速度の大きさを示す電気信号を出力するようにしたも
のである。

【００１３】(3) 本発明の第３の態様は、上述の第２
の態様に係る加速度センサにおいて、検出回路が、更
に、中央部容量素子の静電容量値の変動分Ｖ２に基い
て、固定基板の主面に垂直な方向に作用する加速度の大
きさを示す電気信号を出力するようにしたものである。

【００１４】(4) 本発明の第４の態様は、上述の第２
または第３の態様に係る加速度センサにおいて、環状固
定電極、環状変位電極、中央部固定電極、中央部変位電
極のそれぞれを、重錘体の重心を通り固定基板の主面に
対して垂直な中心軸に関してほぼ回転対称となるような
形状としたものである。

【００１５】(5) 本発明の第５の態様は、上述の第２
〜４の態様に係る加速度センサにおいて、環状容量素子
を構成する一対の電極の電極間距離ｄ１と、中央部容量
素子を構成する一対の電極の電極間距離ｄ２と、が等し
くなるような構造とし、環状容量素子を構成する各電極
の面積Ｓ１と、中央部容量素子を構成する各電極の面積
Ｓ２と、を用いて、環状容量素子の静電容量値の変動分
Ｖ１に対して、 Ｖｓ ＝ Ｖ１ − （Ｓ１／Ｓ２）・Ｖ２ なる補正演算を行うことによって得られる値Ｖｓに基い
て、固定基板の主面に平行な方向に作用する加速度の大
きさを示す電気信号を出力するようにしたものである。

【００１６】(6) 本発明の第６の態様は、上述の第２
〜４の態様に係る加速度センサにおいて、環状容量素子
を構成する一対の電極の電極間距離ｄ１と、中央部容量
素子を構成する一対の電極の電極間距離ｄ２と、環状容
量素子を構成する各電極の面積Ｓ１と、中央部容量素子
を構成する各電極の面積Ｓ２と、の間に、 Ｓ１ ／ （ｄ１）^２ ＝ Ｓ２ ／ （ｄ２）^２ なる関係が成り立つ構造とし、環状容量素子の静電容量
値の変動分Ｖ１に対して、 Ｃｓ ＝ Ｖ１ − Ｖ２ なる補正演算を行うことによって得られる値Ｖｓに基い
て、固定基板の主面に平行な方向に作用する加速度の大
きさを示す電気信号を出力するようにしたものである。

【００１７】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第６
の態様に係る加速度センサにおいて、環状容量素子を構
成する一対の電極の電極間距離ｄ１と、中央部容量素子
を構成する一対の電極の電極間距離ｄ２と、が等しくな
り、かつ、環状容量素子を構成する各電極の面積Ｓ１
と、中央部容量素子を構成する各電極の面積Ｓ２と、が
等しくなるような構造としたものである。

【００１８】(8) 本発明の第８の態様は、上述の第２
〜４の態様に係る加速度センサにおいて、検出回路が、
環状容量素子の静電容量値の変動分Ｖ１に対して所定の
定数Ｋ１１を乗じて（Ｋ１１・Ｖ１）を得る回路および
所定の定数Ｋ２１を乗じて（Ｋ２１・Ｖ１）を得る回路
と、中央部容量素子の静電容量値の変動分Ｖ２に対して
所定の定数Ｋ１２を乗じて（Ｋ１２・Ｖ２）を得る回路
および所定の定数Ｋ２２を乗じて（Ｋ２２・Ｖ２）を得
る回路と、（Ｋ１１・Ｖ１）−（Ｋ１２・Ｖ２）なる演
算を行って値Ｖｓを得る回路と、（Ｋ２１・Ｖ１）−
（Ｋ２２・Ｖ２）なる演算を行って値Ｖｐを得る回路
と、を有し、値Ｖｓに基いて、固定基板の主面に平行な
方向に作用する加速度の大きさを示す電気信号を出力
し、値Ｖｐに基いて、固定基板の主面に垂直な方向に作
用する加速度の大きさを示す電気信号を出力するように
したものである。

【００１９】(9) 本発明の第９の態様は、上述の第２
または第３の態様に係る加速度センサにおいて、環状固
定電極および環状変位電極を、重錘体の重心を通り固定
基板の主面に対して垂直な中心軸に関して非回転対称と
なるような環状形状としたものである。

【００２０】(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第
２〜９の態様に係る加速度センサにおいて、環状変位電
極および中央部変位電極を物理的に単一の共通電極によ
って構成したものである。

【００２１】(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第
１０の態様に係る加速度センサにおいて、変位基板を導
電性材料によって構成し、この変位基板の一部を単一の
共通電極として用いるようにしたものである。

【００２２】(12) 本発明の第１２の態様は、上述の
第２〜９の態様に係る加速度センサにおいて、環状固定
電極および中央部固定電極を物理的に単一の共通電極に
よって構成したものである。

【００２３】(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第
１２の態様に係る加速度センサにおいて、固定基板を導
電性材料によって構成し、この固定基板の一部を単一の
共通電極として用いたものである。

【００２４】(14) 本発明の第１４の態様は、上述の第
１〜１３の態様に係る加速度センサにおいて、可撓性基
板に複数のスリットを形成することによりダイヤフラム
を構成し、このダイヤフラムを変位基板および支持手段
として用いるようにしたものである。

【００２５】(15) 本発明の第１５の態様は、上述の第
１４の態様に係る加速度センサにおいて、可撓性基板の
中心点を取り囲む環状線に沿って形成された複数のスリ
ットと、可撓性基板の中心点から外方へ向かう放射線に
沿って形成された複数のスリットと、を設け、スリット
相互の間隙部分によって、ダイヤフラムの各部が物理的
に接続されるような構造とし、ダイヤフラムの周囲部分
をセンサ筐体に固着し、スリット相互の間隙部分の弾性
変形に基いて、ダイヤフラムの中央部分に変位が生じる
構造としたものである。

【００２６】(16) 本発明の第１６の態様は、上述の第
１４または第１５の態様に係る加速度センサにおいて、
可撓性基板を、その主面を含む平面内で所定角θ°回転
させたときに、スリットのパターンが、回転前のパター
ンにほぼ一致するように、各スリットを形成するように
したものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明に係る加速度センサでは、
筐体内に固定基板と変位基板とが設けられ、固定基板側
には環状固定電極が、変位基板側には環状変位電極が、
それぞれ形成される。両環状電極は、互いに対向するよ
うに配置され、環状容量素子が形成される。変位基板の
周囲は支持手段によって弾性支持されており、力を加え
ることにより、変位基板は固定基板に対して傾斜した
り、平行移動したりして変位可能である。変位基板には
重錘体が固着されており、センサ筐体全体に加速度が作
用すると、この加速度に基く力が重錘体に作用し、支持
手段に弾性変形が生じることになる。その結果、変位基
板は固定基板に対して変位する。

【００２８】いま、固定基板の主面に対して平行な方向
（横方向）の加速度が作用したとすると、変位基板が固
定基板に対して傾斜することになり、環状容量素子の静
電容量値に変化が生じる。よって、この静電容量値の変
化に基いて、作用した加速度の大きさを検出することが
できる。ここで、各環状電極を、中心軸に関してほぼ回
転対称となる形状にしておけば、この静電容量値の変化
現象は、固定基板の主面に平行なあらゆる方向について
等価な現象となる。したがって、固定基板の主面に平行
などのような方向の加速度が作用したとしても、その大
きさを等しく検出することが可能になる。また、各環状
電極を意図的に非回転対称となる形状にしておけば、固
定基板の主面に平行な方向によって検出感度が異なる加
速度センサが実現できる。

【００２９】ただ、固定基板の主面に対して垂直な方向
（縦方向）の加速度が作用した場合、両環状電極間の距
離が変化するため、この場合にも環状容量素子の静電容
量値に変化が生じることになる。したがって、縦方向の
加速度も作用する可能性のある環境下で、横方向の加速
度のみを正確に検出するためには、得られた静電容量値
の変化から、縦方向の加速度に基く変化分を除去する補
正を行う必要がある。そのために、環状固定電極の内側
領域内に中央部固定電極が設けられ、環状変位電極の内
側領域内に中央部変位電極が設けられる。これら一対の
電極により、中央部容量素子が形成される。縦方向の加
速度が作用すると、固定基板と変位基板との間の距離に
変化が生じるため、中央部容量素子の静電容量値がこの
距離変化に応じて変化することになる。したがって、中
央部容量素子の静電容量値の変動分に基いて、環状容量
素子の静電容量値に対する補正を行えば、縦方向の加速
度成分を含まない横方向の加速度成分のみの出力が可能
になる。もちろん、中央部容量素子の静電容量値の変動
分を縦方向の加速度成分として出力すれば、縦横両方向
の加速度検出が可能になる。

【００３０】なお、各電極は、必ずしもそれぞれが物理
的に独立した電極である必要はないので、たとえば、環
状変位電極および中央部変位電極を物理的に単一の共通
電極によって構成したり、あるいは、環状固定電極およ
び中央部固定電極を物理的に単一の共通電極によって構
成したりすれば、構造を単純化することができる。更
に、変位基板あるいは固定基板を導線性材料から構成す
れば、これらの基板の一部を共通電極として利用するこ
とができ、構造を更に単純化することができる。

【００３１】なお、変位基板および支持手段として、複
数のスリットが形成されたダイヤフラムを用いると、構
造を単純化し製造コストを低減させることができる。特
に、中心点を取り囲む環状線に沿って形成された複数の
スリットと、中心点から外方へ向かう放射線に沿って形
成された複数のスリットと、を設けることにより、ダイ
ヤフラムの撓みに関する方向性を均一化することが可能
になり、横方向のあらゆる加速度をほぼ均等に検出する
ことができるようになる。また、スリットのパターン
が、所定角θ°回転させたパターンにほぼ一致するよう
にしても、ダイヤフラムの撓みに関する方向性を均一化
することが可能になり、横方向のあらゆる加速度をほぼ
均等に検出することができるようになる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基いて説明
する。

【００３３】§１． 本発明の基本的な実施例の構造 図１に、本発明の基本的な実施例に係る加速度センサの
主要部分の斜視図を示し、図２には、その側断面図を示
す。図１に示されているように、この加速度センサは、
円盤状の固定基板１０と、同じく円盤状の変位基板２０
とを有し、変位基板２０の周囲には支持手段３０が取り
付けられている。また、変位基板２０の下面には、円柱
状の重錘体４０が固着されている。これらの構成要素
は、いずれも円筒状のセンサ筐体５０（図１には示され
ていない）内に収容されている。図２の側断面図は、こ
れらの構成要素を重錘体４０の重心Ｇを通る中心軸Ｗを
含む平面で切断した断面を示すものである。この図２で
は、図１では示されていないセンサ筐体５０も示されて
いる。図２を参照すればわかるように、固定基板１０の
周囲は、センサ筐体５０の内側に嵌合固着されている。
別言すれば、円盤状の固定基板１０の周囲は、その全周
にわたって、円筒状のセンサ筐体５０の内側に固着され
ていることになる。一方、変位基板２０は、その周囲に
取り付けられた支持手段３０によって、センサ筐体５０
の内側に支持されている。支持手段３０は、変位基板２
０の周囲をセンサ筐体５０に対して弾力性をもって支持
する機能を有する。この基本的な実施例では、支持手段
３０として８本のばねを用いた例を示したが、実用上
は、後述するように、スリットを有するダイヤフラムな
どを用いて、変位基板２０および支持手段３０を構成す
るのが好ましい。

【００３４】このセンサ筐体５０に対して加速度が作用
していない状態においては、図２に示すように、固定基
板１０と変位基板２０とは、互いに所定距離をおいてほ
ぼ平行な状態を保っている。ところが、センサ筐体５０
に対して加速度が作用すると、重錘体４０の重心Ｇに加
速度に基く力が作用し、この力により支持手段３０が弾
性変形し、変位基板２０は固定基板１０に対して変位す
るようになる。たとえば、この加速度センサを所定の地
震観測地点に設置しておけば、地震が発生したときに、
地震観測地点の振動に基いて重錘体４０に対して加速度
が作用し、変位基板２０が固定基板１０に対して変位す
るような振動が生じることになる。もちろん、重錘体４
０は、検出対象となる加速度の作用により、支持手段３
０に弾性変形を誘発させるのに十分な質量をもっていな
ければならない。この加速度センサの感度は、支持手段
３０の弾性係数と重錘体４０の質量とを適当に選択する
ことにより調整可能である。

【００３５】なお、説明の便宜上、ここでは図１の左下
に示したようなＸＹＺ三次元座標系を定義する。固定基
板１０および変位基板２０の主面は、いずれもこの座標
系におけるＸＹ平面に平行な面になる。また、ここで
は、図２に示すように、重錘体４０の重心Ｇを通りＺ軸
に平行な中心軸Ｗを定義しておく。この実施例では、固
定基板１０、変位基板２０、重錘体４０、センサ筐体５
０は、いずれもこの中心軸Ｗに関して回転対称体となっ
ている。理想的には、支持手段３０も中心軸Ｗに関して
回転対称となるような構造を採るのが好ましいが、この
実施例では、８本のばねによって支持手段３０を形成
し、できるだけ回転対称に近い挙動が得られるようにし
ている。

【００３６】さて、この加速度センサにおいて重要な点
は、固定基板１０の下面および変位基板２０の上面に、
それぞれ電極が形成されている点である。図３に固定基
板１０の下面図を、図４に変位基板２０の上面図をそれ
ぞれ示す。図３に示されているように、固定基板１０の
下面には、環状固定電極Ｅ１１および中央部固定電極Ｅ
１２が形成されている。また、図４に示されているよう
に、変位基板２０の上面には、環状変位電極Ｅ２１およ
び中央部変位電極Ｅ２２が形成されている。環状固定電
極Ｅ１１および環状変位電極Ｅ２１は、いずれも円環状
（いわゆるワッシャ状、ドーナツ状）の電極であり、図
２に示す中心軸Ｗに関して回転対称となる形状を有し、
回転対称となる位置に配置されている。一方、中央部固
定電極Ｅ１２および中央部変位電極Ｅ２２は、いずれも
円盤状の電極であり、やはり図２に示す中心軸Ｗに関し
て回転対称となる形状を有し、回転対称となる位置に配
置されている。環状固定電極Ｅ１１と環状変位電極Ｅ２
１とは同一形状をしており、互いに対向する位置に配置
されており、これら一対の電極により容量素子が形成さ
れている。ここでは、この容量素子を、環状容量素子Ｃ
１と呼ぶことにする。一方、中央部固定電極Ｅ１２と中
央部変位電極Ｅ２２とは同一形状をしており、互いに対
向する位置に配置されており、これら一対の電極により
容量素子が形成されている。ここでは、この容量素子
を、中央部容量素子Ｃ２と呼ぶことにする。

【００３７】なお、図３および図４において、各電極の
部分にハッチングを施して示してあるが、これは電極の
形状を把握しやすくするための配慮であり、断面を示す
ためのハッチングではない。これは他の図においても同
様であり、本願における平面図において電極部分に施さ
れたハッチングは、いずれも断面を示すためのものでは
ない。

【００３８】また、この基本的な実施例に示す構造をも
った加速度センサを構成する各部分の材質については、
これまで特に述べなかったが、少なくとも各電極Ｅ１
１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２は、金属などの導電性材料
によって構成する必要がある。また、固定基板１０、変
位基板２０は、導電性材料で構成してもよいし、絶縁性
材料で構成してもよいが、導電性材料で構成する場合に
は、その上に形成される２つの電極が短絡しないよう
に、基板と電極との間に絶縁膜を形成する必要がある。
もっとも、§６で述べる共通電極を構成する場合は、そ
の必要はない。

【００３９】§２． 本発明の基本的な実施例の横揺れ
検出動作 続いて、§１で述べた実施例の検出動作について説明す
る。本発明に係る加速度センサの特徴は、「横揺れ」と
「縦揺れ」とを区別して検出できる点にある。ここで、
「横揺れ」とは、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面
に沿った方向への振動を意味し、「縦揺れ」とは、Ｚ軸
に沿った方向への振動を意味するものとする。一般に、
地震における「横揺れ」はＳ波に基く振動であり、「縦
揺れ」はＰ波に基く振動であることが知られており、地
震計では、これら両波に基く振動をそれぞれ独立して検
出できることが望ましい。ここでは、まず、Ｓ波に基く
振動、すなわち「横揺れ」の検出動作を説明しよう。§
１で述べた実施例では、環状固定電極Ｅ１１と環状変位
電極Ｅ２１とによって構成される環状容量素子Ｃ１の静
電容量値に基いて、「横揺れ」の振幅が検出される。

【００４０】いま、図２に示すような構造をもった加速
度センサを、所定の地震観測地点に設置したものとす
る。このとき、この地震観測地点がＸ軸方向に振動した
としよう。このような振動は、Ｓ波に基く「横揺れ」の
振動である。観測地点がＸ軸の正負両方向に往復振動す
ると、重錘体４０は、センサ筐体５０内でＸ軸方向に揺
すられる。すなわち、重錘体４０には、Ｘ軸方向の加速
度αｘが作用することになる。このため、質量ｍをもっ
た重錘体４０の重心Ｇには、Ｆｘ＝ｍ・αｘなる力が作
用することになる。前述したように、このような力の作
用によって、支持手段３０は弾性変形を生じ、変位基板
２０は固定基板１０に対して傾斜する。図５の側断面図
は、Ｘ軸正方向に力Ｆｘが作用したときの変位基板２０
の傾斜の様子を示すものである。もちろん、地震による
「横揺れ」の振動は、Ｘ軸正方向への加速度とＸ軸負方
向への加速度とを交互に生じさせるので、重錘体４０に
対しては、Ｘ軸正方向への力ＦｘとＸ軸負方向への力−
Ｆｘとが交互に加えられることになり、図５は、そのよ
うな振動における瞬時の状態を示すものである。

【００４１】さて、図５に示すように変位基板２０が傾
斜したときに、環状容量素子Ｃ１の静電容量値がどのよ
うに変化するか考えてみる。一般に、容量素子の静電容
量値Ｃは、 Ｃ ＝ ε （Ｓ／ｄ） で表される。ここで、εは、容量素子を形成する両電極
間に存在する媒体（この実施例では空気）の誘電率であ
り、Ｓは電極の面積、ｄは電極間距離である。変位基板
２０が図２に示すような状態から、図５に示すような状
態に変化すると、環状容量素子Ｃ１については、電極間
距離ｄに関して大きな変化が生じる。すなわち、図５に
おいて、右側の半分については電極間距離ｄが小さくな
り、左側の半分については電極間距離ｄが大きくなる。
なお、電極自体が傾斜するため、電極の実効面積にも若
干の変化が生じるが、電極間距離の変化に比べて微小で
あるため、ここでは電極の面積変化については無視する
ことにする。

【００４２】図６は、このような電極間距離ｄの変化の
分布を示すための変位基板２０の上面図である。Ｙ軸に
沿って描かれた一点鎖線を境界線として、図の右側半分
では電極間距離ｄが小さくなり、図の左側半分では電極
間距離ｄが大きくなる。したがって、上述した静電容量
値Ｃの式を考慮すれば、図の右側半分では静電容量値は
増加し、図の左側半分では静電容量値は減少することに
なる。ところで、環状変位電極Ｅ２１は中心軸Ｗに関し
て回転対称形（この実施例では、中心軸Ｗを中心とした
円環状）をしているので、当然、図の一点鎖線に関して
環状変位電極Ｅ２１は線対称になる。したがって、図の
右側半分で静電容量値が増加しても、図の左側半分では
静電容量値が減少するので、環状容量素子Ｃ１全体の静
電容量値の変化は左右で相殺され、図２に示す状態と図
５に示す状態とでは、環状容量素子Ｃ１の静電容量値に
差は生じないようにみえる。しかしながら、実際には、
この２つの状態では、環状容量素子Ｃ１の静電容量値に
差が生じるのである。その理由を以下に述べる。

【００４３】いま、図６に示すように、環状変位電極Ｅ
２１の右側半分に微小領域Ｑａを定義し、左側半分に微
小領域Ｑｂを定義する。ここで、微小領域Ｑａと微小領
域Ｑｂとは、Ｙ軸（一点鎖線）に関して線対称の位置に
存在し、同一形状、同一面積Ｓｑをもっているものとす
る。そして、これら微小領域Ｑａ，Ｑｂと、これらに対
向する環状固定電極Ｅ１１内の微小領域とによって形成
される容量素子Ｃａ，Ｃｂの静電容量値がどうなるかを
考える。

【００４４】まず、固定基板１０と変位基板２０とが、
図２に示すように、互いに平行な状態にあったとしよ
う。このとき、環状固定電極Ｅ１１と環状変位電極Ｅ２
１との距離をｄ０とすれば、容量素子Ｃａの静電容量値
Ｃａ（０）および容量素子Ｃｂの静電容量値Ｃｂ（０）
は、 Ｃａ（０）＝Ｃｂ（０）＝ ε （Ｓｑ／ｄ０） となり、両者は等しくなる。次に、図５に示すように、
Ｘ軸正方向の力Ｆｘが重錘体４０に作用したために、変
位基板２０が固定基板１０に対して傾斜し、その結果、
微小領域Ｑａと環状固定電極Ｅ１１との距離がΔｄだけ
短くなり、微小領域Ｑｂと環状固定電極Ｅ１１との距離
がΔｄだけ長くなったとする。この場合、容量素子Ｃａ
の静電容量値Ｃａ（＋ｘ）は、電極間距離の差Δｄに対
応するΔＣａだけ増加したものになる。一方、容量素子
Ｃｂの静電容量値Ｃｂ（＋ｘ）は、電極間距離の差Δｄ
に対応するΔＣｂだけ減少したものになる。すなわち、
容量素子Ｃａの静電容量値はΔＣａだけ増加するのに対
し、容量素子Ｃｂの静電容量値はΔＣｂだけ減少するの
で、両者の増減分は相殺され、容量素子Ｃａと容量素子
Ｃｂとの合計静電容量値には変化がないようにみえる。

【００４５】しかしながら、このような考え方は誤りで
ある。なぜなら、静電容量値の変化分であるΔＣａとΔ
Ｃｂとは、等しくならないからである。これは、図７の
グラフをみれば容易に理解できる。前述したように、容
量素子を構成する電極対の電極間距離ｄと静電容量値Ｃ
との間には反比例の関係が成り立ち、両者間の関係をグ
ラフにすると、たとえば、図７のグラフのようになる。
ここで、図２に示すように、両基板が互いに平行な状態
にあったとすると、容量素子Ｃａ，Ｃｂの電極間距離は
いずれもｄ０と等しくなり、容量素子Ｃａ，Ｃｂの静電
容量値Ｃａ（０），Ｃｂ（０）は等しくなる。ところ
が、図５に示すように、Ｘ軸正方向の力Ｆｘが重錘体４
０に作用したために、変位基板２０が固定基板１０に対
して傾斜すると、容量素子Ｃａの電極間隔はｄ０−Δｄ
と小さくなり、その結果、静電容量値はΔＣａだけ増加
したＣａ（＋ｘ）となる。一方、容量素子Ｃｂの電極間
隔はｄ０＋Δｄと大きくなり、その結果、静電容量値は
ΔＣｂだけ減少したＣｂ（＋ｘ）となる。ここで、両容
量素子Ｃａ，Ｃｂにおいて、電極間隔の変化分Δｄは等
しいにもかかわらず、静電容量値の変化分ΔＣａ，ΔＣ
ｂは等しくならない点は重要である。

【００４６】結局、図２に示す状態から図５に示す状態
に変化した場合、右側の微小領域Ｑａによって構成され
る容量素子Ｃａの静電容量値はΔＣａだけ増加し、左側
の微小領域Ｑｂによって構成される容量素子Ｃｂの静電
容量値はΔＣｂだけ減少するが、ΔＣａとΔＣｂとは等
しくならず（ΔＣａ＞ΔＣｂ）、両容量素子のトータル
の静電容量値に着目すれば、図２に示す状態から図５に
示す状態に変化することにより、静電容量値が（ΔＣａ
−ΔＣｂ）の分だけ増加することになる。

【００４７】これまで、図６に示す右側半分の微小領域
Ｑａの静電容量値と左側半分の微小領域Ｑｂの静電容量
値とについて議論してきたが、このような現象が、環状
変位電極Ｅ２１の右側半分の全領域と左側半分の全領域
とについても同様に生じていることを考慮すれば、環状
変位電極Ｅ２１と環状固定電極Ｅ１１とによって構成さ
れる環状容量素子Ｃ１全体の静電容量値は、図２に示す
状態に比べて、図５に示す状態の方が増加することが理
解できるであろう。

【００４８】以上、図５に示すように、重錘体４０に対
してＸ軸正方向の力Ｆｘが作用した瞬間の状態について
検討したが、逆に、重錘体４０に対してＸ軸負方向の力
−Ｆｘが作用した瞬間の状態についても同様の現象が生
じる。すなわち、Ｘ軸負方向の力−Ｆｘが作用した場合
は、図５に示す状態とは左右が逆の状態になり、環状容
量素子Ｃ１の左側半分における静電容量値はΣΔＣａだ
け増加し、右側半分における静電容量値はΣΔＣｂだけ
減少する（Σは各微小領域についての変動分の和を意味
する）。したがって、環状容量素子Ｃ１全体の静電容量
値は、図２に示す状態に比べて、やはり増加することに
なる。

【００４９】結局、環状固定電極Ｅ１１と環状変位電極
Ｅ２１とによって構成される環状容量素子Ｃ１の静電容
量値の変化分が、Ｘ軸方向に作用した加速度±αｘ、別
言すれば、Ｘ軸方向に作用した力±Ｆｘの大きさを示す
ものになる。したがって、この環状容量素子Ｃ１の静電
容量値を、センサ出力として電気的に取り出せば、Ｘ軸
方向に作用した加速度±αｘの大きさを電気信号として
出力する加速度センサが実現できる。図８は、作用した
加速度とセンサ出力との関係を示すグラフである。地震
によって、Ｘ軸方向に関する横揺れが生じた場合、Ｘ軸
方向の加速度αｘは、図８の上段のグラフに示すよう
に、正負の値を交互にとる。これに対して、センサ出力
（すなわち、環状容量素子Ｃ１の静電容量値）は、加速
度αｘがＸ軸の正方向に作用しても、負方向に作用して
も、いずれにしても基準値Ｒ（加速度が全く作用してい
ない状態の出力値）から増加することになるので、図８
の下段のグラフに示すようなものになる。そこで、環状
容量素子Ｃ１の静電容量値を電圧として出力できるよう
な変換回路を用意し、環状容量素子Ｃ１の静電容量値の
変動幅を電圧として出力できるような検出回路を構成し
ておけば、この検出回路の出力電圧をそのままＸ軸方向
に作用した加速度±αｘの絶対値として利用することが
できる。また、図８の下段に示すようなセンサ出力を平
滑化すれば、振動の平均的な値を得ることができるし、
このセンサ出力を積分すれば、振動の累積エネルギー値
を得ることもできる。

【００５０】ところで、これまでＸ軸方向の加速度±α
ｘが作用した場合について、この加速度センサの動作を
説明してきたが、このような検出動作は、Ｘ軸方向の加
速度±αｘについてのみ行われるものではない。前述し
たように、固定基板１０、変位基板２０、環状固定電極
Ｅ１１、環状変位電極Ｅ２１は、いずれも中心軸Ｗに関
して回転対称形をしているため、Ｙ軸方向の加速度±α
ｙが作用した場合にも、全く同様の検出動作によって、
この加速度の絶対値を検出することができる。もちろ
ん、Ｘ軸やＹ軸に限定されるわけではなく、ＸＹ平面に
含まれる任意の方向に関する加速度が作用した場合につ
いて、全く同様の検出が行われることになる。別言すれ
ば、この加速度センサはＸＹ平面上の３６０°のいずれ
の方向の加速度に対しても同じ感度で検出が可能であ
り、ＸＹ平面に関しては指向性を有しない。これは地震
計や衝撃計として用いるには理想的な性質である。

【００５１】たとえば、この加速度センサを、ＸＹ平面
が水平面に一致するように地震観測地点に設置しておけ
ば、この地震観測地点におけるあらゆる方向の横揺れの
大きさを、環状容量素子Ｃ１の静電容量値に基いて検出
することが可能になる。また、この加速度センサを、Ｘ
Ｙ平面が走行面に一致するように車両に搭載しておけ
ば、この車両に対して走行面に沿った方向に加わるあら
ゆる衝撃の大きさを、環状容量素子Ｃ１の静電容量値に
基いて検出することが可能になる。

【００５２】従来の三次元加速度センサでは、横揺れに
関してその方向までも特定することができたが、既に述
べたように、都市ガスの供給制御やエレベータの運転制
御を行う上では、所定のしきい値以上の横揺れが発生し
たか否かが検出できる加速度センサがあれば十分であ
り、また、自動車におけるエアバッグの作動制御を行う
上では、所定のしきい値以上の衝撃が正面、背面、側面
から加わったか否かが検出できる加速度センサがあれば
十分である。本発明に係る加速度センサは、このような
条件を十分に満たしており、しかも、その検出出力は、
環状容量素子Ｃ１の静電容量値として直接的に得ること
ができ、非常に単純な構成で必要十分な加速度検出が可
能である。

【００５３】§３． 本発明の基本的な実施例の縦揺れ
検出動作 上述した基本的な実施例の加速度センサは、「横揺れ」
だけではなく「縦揺れ」をも検出する機能がある。既に
述べたように、地震計として利用する場合には、Ｓ波に
基く「横揺れ」とＰ波に基く「縦揺れ」とをそれぞれ独
立して検出できることが望ましい。ここでは、このＰ波
に基く「縦揺れ」の検出動作を説明しよう。この実施例
では、中央部固定電極Ｅ１２と中央部変位電極Ｅ２２と
によって構成される中央部容量素子Ｃ２の静電容量値に
基いて、「縦揺れ」の振幅が検出される。

【００５４】いま、図２に示すような構造をもった加速
度センサを、所定の地震観測地点に設置したとき、この
地震観測地点がＺ軸方向に振動したとしよう。このよう
な振動は、Ｐ波に基く「縦揺れ」の振動である。観測地
点がＺ軸の正負両方向に往復振動すると、重錘体４０
は、センサ筐体５０内でＺ軸方向に揺すられる。すなわ
ち、重錘体４０には、Ｚ軸方向の加速度αｚが作用する
ことになる。このため、質量ｍをもった重錘体４０の重
心Ｇには、Ｆｚ＝ｍ・αｚなる力が作用することにな
る。前述したように、このような力の作用によって、支
持手段３０は弾性変形を生じ、変位基板２０は固定基板
１０に対して変位する。図９の側断面図は、Ｚ軸正方向
に力Ｆｚが作用したときの変位基板２０の変位の様子を
示すものである。もちろん、地震による「縦揺れ」の振
動は、Ｚ軸正方向への加速度とＺ軸負方向への加速度と
を交互に生じさせるので、重錘体４０に対しては、Ｚ軸
正方向への力ＦｚとＺ軸負方向への力−Ｆｚとが交互に
加えられることになり、図９は、そのような振動におけ
る瞬時の状態を示すものである。

【００５５】さて、図９に示すように変位基板２０が変
位したときに、中央部固定電極Ｅ１２と中央部変位電極
Ｅ２２とによって構成される中央部容量素子Ｃ２の静電
容量値がどのように変化するか考えてみる。図２に示す
ような状態から、図９に示すような状態に変化すると、
中央部容量素子Ｃ２については、電極間距離ｄが小さく
なるので、静電容量値Ｃ２は大きくなる。逆に、重錘体
４０に対して、Ｚ軸負方向の力−Ｆｚが作用した場合に
は、重錘体４０は図の下方へと変位し、中央部容量素子
Ｃ２の電極間距離ｄが大きくなるので、静電容量値Ｃ２
は小さくなる。したがって、地震による「縦揺れ」の振
動が伝わると、重錘体４０は図９における図の上下方向
に振動し、中央部容量素子Ｃ２の電極間距離ｄは、小さ
くなったり大きくなったり周期的に変化し、中央部容量
素子Ｃ２の静電容量値は、大きくなったり小さくなった
り周期的に変化する。この変化の振幅は、「縦揺れ」の
振動の振幅を示すものになる。

【００５６】結局、中央部固定電極Ｅ１２と中央部変位
電極Ｅ２２とによって構成される中央部容量素子Ｃ２の
静電容量値の変動分が、Ｚ軸方向に作用した加速度±α
ｚ、別言すれば、Ｚ軸方向に作用した力±Ｆｚの大きさ
を示すものになる。したがって、この中央部容量素子Ｃ
２の静電容量値を、センサ出力として電気的に取り出せ
ば、Ｚ軸方向に作用した加速度±αｚの大きさ、すなわ
ち「縦揺れ」の大きさを電気信号として出力する加速度
センサが実現できる。このセンサ出力を平滑化すれば、
振動の平均的な値を得ることができるし、このセンサ出
力を積分すれば、振動の累積エネルギー値を得ることも
できる。

【００５７】§４． 本発明の基本的な実施例における
補正 これまで、本発明の基本的な実施例に係る加速度センサ
について、§１ではその構造を、§２では横揺れ検出動
作を、§３では縦揺れ検出動作を、それぞれ説明した。
そして、これまでの説明では、環状固定電極Ｅ１１と環
状変位電極Ｅ２１とによって構成される環状容量素子Ｃ
１によって横揺れ検出動作を行い、中央部固定電極Ｅ１
２と中央部変位電極Ｅ２２とによって構成される中央部
容量素子Ｃ２によって縦揺れ検出動作を行うことを述べ
た。しかしながら、理論的には、この逆の検出動作も可
能である。すなわち、中央部容量素子Ｃ２によって横揺
れ検出動作を行い、環状容量素子Ｃ１によって縦揺れ検
出動作を行うことも、理論的には可能である。ここで
は、まず、この逆の検出動作について触れておく。

【００５８】まず、中央部容量素子Ｃ２によっても、横
揺れ検出動作を行うことが可能であることを示そう。た
とえば、重錘体４０にＸ軸正方向の力Ｆｘが作用した状
態では、変位基板２０は図５に示すように傾斜する。こ
のとき、中央部固定電極Ｅ１２と中央部変位電極Ｅ２２
とによって構成される中央部容量素子Ｃ２の静電容量値
の変化について検討すると、やはり右側半分では電極間
距離が小さくなり静電容量値が増加し、左側半分では電
極間距離が大きくなるので静電容量値が減少する。しか
も、図７のグラフで示したように、静電容量値の増加分
は減少分よりも大きくなるため、中央部容量素子Ｃ２全
体としての静電容量値は、図２に示す状態よりも図５に
示す状態の方が大きくなるのである。別言すれば、中央
部容量素子Ｃ２は、環状容量素子Ｃ１と同様に、「横揺
れ」の振動を検出する機能を有していることになる。

【００５９】しかしながら、このような「横揺れ」の振
動検出に関しては、中央部容量素子Ｃ２の検出感度は、
環状容量素子Ｃ１の検出感度に比べて非常に小さいもの
になる。なぜなら、図５を見ればわかるとおり、「横揺
れ」に基いて変位基板２０が傾斜した場合、変位基板２
０の外側領域に配置されている環状容量素子Ｃ１の電極
間距離ｄの変動分Δｄに比べて、変位基板２０の内側領
域に配置されている中央部容量素子Ｃ２の電極間距離ｄ
の変動分Δｄは小さくなり、全体的な静電容量値の変化
も小さくなるためである。したがって、中央部容量素子
Ｃ２の静電容量値の変動分として得られるセンサ出力
は、「縦揺れ」の大きさを示す信号に、「横揺れ」の大
きさを示す信号が重畳されたものになるが、前者に比べ
て後者は非常に小さく、実用上は、このセンサ出力を
「縦揺れ」の大きさを示す信号として取り扱っても支障
は生じないのである。

【００６０】次に、環状容量素子Ｃ１によっても、縦揺
れ検出動作を行うことが可能であることを示そう。たと
えば、重錘体４０にＺ軸正方向の力Ｆｚが作用した状態
では、変位基板２０は図９に示すように変位する。この
とき、環状固定電極Ｅ１１と環状変位電極Ｅ２１とによ
って構成される環状容量素子Ｃ１の静電容量値の変化に
ついて検討すると、やはり電極間距離ｄが小さくなるた
め、静電容量値は増加することになる。逆に、重錘体４
０にＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用した状態では、変位基
板２０は図９における図の下方に変位するので、環状容
量素子Ｃ１は、電極間距離ｄが大きくなるため、静電容
量値は減少することになる。したがって、環状容量素子
Ｃ１の静電容量値の変動分は、「縦揺れ」の大きさを示
すものになり、環状容量素子Ｃ１は、中央部容量素子Ｃ
２と同様に、「縦揺れ」の振動を検出する機能を有して
いることになる。

【００６１】したがって、環状容量素子Ｃ１の静電容量
値の変化として得られるセンサ出力は、「横揺れ」の大
きさを示す信号に、「縦揺れ」の大きさを示す信号が重
畳されたものになる。ここで、前者に比べて後者が無視
できるほど小さくなれば、このセンサ出力を「横揺れ」
の大きさを示す信号として取り扱っても支障は生じない
のであるが、残念ながら、実際には、後者を無視するこ
とはできないのである。すなわち、図９に示すような変
位状態を考えればわかるように、「縦揺れ」に基いて生
じる変位基板２０の変位量は、環状容量素子Ｃ１も中央
部容量素子Ｃ２も全く同じであり、中央部容量素子Ｃ２
において「縦揺れ」の大きさを示す信号が十分に得られ
たのと同様に、環状容量素子Ｃ１においても「縦揺れ」
の大きさを示す信号が十分に得られることになる。した
がって、環状容量素子Ｃ１の静電容量値の変動分として
得られるセンサ出力は、「横揺れ」の大きさを示す信号
と、「縦揺れ」の大きさを示す信号とを重畳したものと
なり、両者はともに無視できない信号になる。このた
め、環状容量素子Ｃ１の静電容量値の変動分として得ら
れるセンサ出力を、「横揺れ」の大きさを示す信号とし
て取り扱うためには、「縦揺れ」の大きさを示す信号分
を差し引く補正を行わねばならない。

【００６２】このような事情から、§２で述べた横揺れ
検出動作は、実は、「縦揺れ」が存在しない環境下にお
いては、「横揺れ」の大きさを正しく検出することはで
きるが、「縦揺れ」が存在する環境下においては、正し
い検出を行うことができないことになる。これに対し
て、§３で述べた縦揺れ検出動作は、たとえ「横揺れ」
が存在する環境下においても、実用上は十分な精度で、
「縦揺れ」の大きさを検出することができる。したがっ
て、「縦揺れ」と「横揺れ」との両方が存在する環境下
において、本発明に係る加速度センサを用いる場合に
は、§２で述べた横揺れ検出動作に対する補正を行う必
要がある。以下に、その補正方法の一例を示す。

【００６３】この補正の基本概念は非常に単純である。
すなわち、環状容量素子Ｃ１の静電容量値の変動分は、
「横揺れ」の振幅を示す成分と「縦揺れ」の振幅を示す
成分との和になる。一方、中央部容量素子Ｃ２の静電容
量値の変動分は、理論的には、「縦揺れ」の振幅を示す
成分と「横揺れ」の振幅を示す成分との和になるが、後
者は前者に比べて非常に小さいために無視することがで
き、実用上は、「縦揺れ」の振幅を示す成分のみとして
取り扱っても支障は生じない。そこで、環状容量素子Ｃ
１の静電容量値の変動分として検出された、「横揺れ」
の振幅を示す成分と「縦揺れ」の振幅を示す成分との和
から、中央部容量素子Ｃ２の静電容量値の変動分として
検出された「縦揺れ」の振幅を示す成分を差し引く補正
を行えば、「横揺れ」の振幅を示す成分のみを得ること
ができる。

【００６４】図１０は、このような基本概念に基いて、
補正演算を行う機能をもった検出回路の一例を示す回路
図である。この図１０において、左端に示された可変容
量素子Ｃ１およびＣ２は、それぞれ環状容量素子Ｃ１お
よび中央部容量素子Ｃ２を示す等価回路である。また、
Ｃ／Ｖ変換回路６１およびＣ／Ｖ変換回路６２は、それ
ぞれ環状容量素子Ｃ１および中央部容量素子Ｃ２の静電
容量値を電圧値に変換する回路である。ここで、「縦揺
れ」および「横揺れ」がない状態、すなわち、加速度が
零の状態でのＣ／Ｖ変換回路６１，６２の出力電圧が０
ボルトになるようなキャリブレーションがなされている
ので、この出力電圧は、実際には静電容量値の変動分を
示すことになる。したがって、Ｃ／Ｖ変換回路６１の出
力電圧Ｖ１は、環状容量素子Ｃ１の静電容量値の変動分
を示し、Ｃ／Ｖ変換回路６２の出力電圧Ｖ２は、中央部
容量素子Ｃ２の静電容量値の変動分を示す。そして、上
述したように、出力電圧Ｖ１は、「横揺れ」の振幅を示
す成分と「縦揺れ」の振幅を示す成分との和であるのに
対し、出力電圧Ｖ２は、実用上は、「縦揺れ」の振幅を
示す成分として取り扱うことができる。

【００６５】Ｃ／Ｖ変換回路６２から出力された電圧Ｖ
２は、逓倍回路６３によってｋ倍に増幅され、差動増幅
器６４のマイナス側の入力端子に与えられる。ここで、
ｋは、環状固定電極Ｅ１１（もしくは環状変位電極Ｅ２
１）の面積をＳ１、中央部固定電極Ｅ１２（もしくは中
央部変位電極Ｅ２２）の面積をＳ２としたときに、 ｋ ＝ Ｓ１／Ｓ２ で与えられる面積比の値である。一方、差動増幅器６４
のプラス側の入力端子には、Ｃ／Ｖ変換回路６１から出
力された電圧Ｖ１が与えられている。したがって、差動
増幅器６４において、 Ｖｓ＝Ｖ１−ｋ・Ｖ２ なる演算が行われ、電圧Ｖｓが出力端子Ｔ１に出力され
ることになる。また、逓倍回路６３から出力された電圧
（ｋ・Ｖ２）は、バッファ回路６５を通して出力電圧Ｖ
ｐとして出力端子Ｔ２に出力されることになる。なお、
図１０の回路では、逓倍回路６３の出力信号ｋＶ２をバ
ッファ回路６５の入力端子に与えているが、Ｃ／Ｖ変換
回路６２の出力信号Ｖ２を直接バッファ回路６５の入力
端子に与えてもよい。

【００６６】こうして出力端子Ｔ２に出力された電圧Ｖ
ｐは、この加速度センサによって検出された「縦揺れ」
の大きさを示すものになり、地震計として用いた場合に
は、Ｐ波の大きさを示すものになる。これは、この電圧
Ｖｐが、中央部容量素子Ｃ２の静電容量値の変動分に比
例した電圧になるためである。一方、出力端子Ｔ１に出
力された電圧Ｖｓは、この加速度センサによって検出さ
れた「横揺れ」の大きさを示すものになり、地震計とし
て用いた場合には、Ｓ波の大きさを示すものになる。な
ぜなら、電圧Ｖ１は、この加速度センサによって検出さ
れた「横揺れ」の大きさを示す成分と「縦揺れ」の大き
さを示す成分との和であり、電圧（ｋ・Ｖ２）は、この
加速度センサによって検出された「縦揺れ」の大きさを
示す成分であるので、電圧Ｖ１と電圧（ｋ・Ｖ２）との
差として求まる電圧Ｖｓは、「横揺れ」の大きさを示す
成分のみに対応した電圧になるためである。

【００６７】なお、ここで、電圧Ｖ２に電極の面積比ｋ
を乗じているのは、面積の違いによる検出感度を補正す
るためである。すなわち、図３および図４に示すよう
に、環状容量素子Ｃ１を構成する電極Ｅ１１，Ｅ２１
と、中央部容量素子Ｃ２を構成する電極Ｅ１２，Ｅ２２
とでは、互いに面積が異なる（図示の例では、前者＞後
者）。したがって、図９に示す原理に基いて、「縦揺
れ」の大きさを検出した場合であっても、環状容量素子
Ｃ１による検出値と中央部容量素子Ｃ２による検出値と
の間には、面積比ｋに応じた差が生じることになる。す
なわち、電極面積がより大きい容量素子の方が、より大
きい検出電圧が得られることになる。そこで、逓倍回路
６３によって、一方の検出値に面積比ｋを乗じることに
より、電極面積の差に基く検出感度の差を補正している
のである。なお、図１０の回路では、Ｃ／Ｖ変換回路６
２の後段に逓倍回路６３を設けて、電圧Ｖ２をｋ倍する
処理を行っているが、逆に、Ｃ／Ｖ変換回路６１の後段
に逓倍回路６３を設けて、電圧Ｖ１を（１／ｋ）倍する
処理を行ってもかまわない。

【００６８】§５． 補正をより単純化するための工夫 上述の§４では、図１０に示す検出回路によって、「縦
揺れ」と「横揺れ」とが混在する環境下において、「横
揺れ」の大きさを正確に検出するための補正処理を行う
ことができることを説明した。ただ、この図１０に示す
検出回路における逓倍回路６３は、必ずしも必要なもの
ではなく、電極の構成を工夫することによって、この逓
倍回路６３を省略することも可能である。すなわち、容
量素子の静電容量値Ｃが、 Ｃ ＝ ε （Ｓ／ｄ） で表されることを考慮すれば、環状容量素子Ｃ１を構成
する一対の電極の電極間距離ｄ１と、中央部容量素子Ｃ
２を構成する一対の電極の電極間距離ｄ２と、環状容量
素子Ｃ１を構成する各電極Ｅ１１，Ｅ２１の面積Ｓ１
と、中央部容量素子Ｃ２を構成する各電極Ｅ２１，Ｅ２
２の面積Ｓ２と、の間に、 Ｓ１ ／ （ｄ１）^２ ＝ Ｓ２ ／ （ｄ２）^２ なる関係が成り立つような電極構造を採れば、環状容量
素子Ｃ１と中央部容量素子Ｃ２との「縦揺れ」の検出感
度を等しくすることができるので、図１０に示す検出回
路における逓倍回路６３は省略することができる。

【００６９】念のために、上式が導かれる根拠を示して
おけば、次のとおりである。いま、電極面積Ｓ，電極間
距離ｄ、電極間の誘電率εをもった静電容量素子を考え
る。ここで、この静電容量素子の電極間距離ｄがΔｄだ
け広がった場合、静電容量値は、次式で表されるΔＣだ
け減少する。

【００７０】 ΔＣ＝ε（Ｓ／ｄ）−ε（Ｓ／（ｄ＋Δｄ）） ＝εＳ（１／ｄ）・（１−（１＋Δｄ／ｄ）^−１） ここで、Δｄがｄに比べて十分小さいとすれば、 （１＋Δｄ／ｄ）^−１ ＝ （１−Δｄ／ｄ） なる近似が成り立つので、結局、 ΔＣ＝εＳ（１／ｄ）・（１−（１−Δｄ／ｄ）） ＝εＳ（１／ｄ）・（Δｄ／ｄ） ＝ε（Ｓ／ｄ^２）・Δｄ となる。したがって、（Ｓ／ｄ^２）の値が同一となるよ
うな複数の容量素子を用意すれば、電極間距離ｄがΔｄ
だけ変化しても、各容量素子の静電容量値の変化分ΔＣ
はほぼ同じになる。そこで、 Ｓ１ ／ （ｄ１）^２ ＝ Ｓ２ ／ （ｄ２）^２ なる式を満足するような電極によって、環状容量素子Ｃ
１および中央部容量素子Ｃ２を構成すれば、「縦揺れ」
の検出感度を等しくすることができ、逓倍回路６３を省
略することができる。

【００７１】図１１に側断面図を示す実施例は、上式を
満たすような電極構造をもった加速度センサの一例であ
る。すなわち、環状容量素子Ｃ１を構成する電極Ｅ１
１，Ｅ２１の面積Ｓ１と、中央部容量素子Ｃ２を構成す
る各電極Ｅ２１，Ｅ２２の面積Ｓ２と、の間には、Ｓ１
＞Ｓ２の関係があるが、環状容量素子Ｃ１を構成する電
極Ｅ１１，Ｅ２１の電極間距離ｄ１と、中央部容量素子
Ｃ２を構成する各電極Ｅ２１，Ｅ２２の電極間距離ｄ２
と、の間にも、ｄ１＞ｄ２の関係が成り立つようにし、
両容量素子Ｃ１，Ｃ２の「縦揺れ」の検出感度が等しく
なるようにしているのである。

【００７２】このように、両容量素子Ｃ１，Ｃ２につい
て電極間距離を変えるような構造を採る場合には、図１
１に示す例のように、変位基板２０側の電極形成面に段
差を設けるか、あるいは逆に、固定基板１０側の電極形
成面に段差を設ける必要がある。このような段差構造を
避けるには、環状容量素子Ｃ１を構成する各電極Ｅ１
１，Ｅ２１の面積Ｓ１と、中央部容量素子Ｃ２を構成す
る各電極Ｅ２１，Ｅ２２の面積Ｓ２と、が等しくなるよ
うな構造にすればよい。たとえば、図１２に上面図を示
すように、変位基板２０の上面に面積の等しい環状変位
電極Ｅ２３と中央部変位電極Ｅ２４とを形成し、固定基
板１０の下面にも、これに応じた対向電極を形成するよ
うにすれば、環状容量素子Ｃ１と中央部容量素子Ｃ２と
は、電極間距離も電極面積も等しくなり、「縦揺れ」の
検出感度は等しくなる。ただし、図１２に示すように、
中央部変位電極Ｅ２４の径をあまり大きくしすぎると、
中央部容量素子Ｃ２の静電容量値の変動分に含まれる
「横揺れ」の成分が無視できなくなるおそれがあるので
注意する必要がある。できるだけ効率的なかつ正確な加
速度検出を行うためには、各環状電極をできるだけ基板
の外周近傍に配置し、各中央部電極をできるだけ小さく
するのが望ましい。

【００７３】§６． 共通電極を用いた実施例 以上、本発明を基本的な実施例に基いて説明したが、こ
こでは構造をより単純化するために、共通電極を用いた
実施例を説明しよう。上述した基本的な実施例では、図
３に示すように、固定基板１０の下面にそれぞれ物理的
に独立した環状固定電極Ｅ１１および中央部固定電極Ｅ
１２を形成し、また、図４に示すように、変位基板２０
の上面にそれぞれ物理的に独立した環状変位電極Ｅ２１
および中央部変位電極Ｅ２２を形成していた。すなわ
ち、物理的に独立した合計４枚の電極層が形成されてい
る。しかしながら、必ずしもこのように４枚の電極層を
形成する必要はない。

【００７４】たとえば、図１０に示す検出回路におい
て、図の左端に示す可変容量Ｃ１およびＣ２は、それぞ
れ環状容量素子Ｃ１および中央部容量素子Ｃ２に対応す
るものであるが、いずれも一方の電極は接地されてい
る。したがって、前述した原理に基いて加速度検出を行
う上では、固定基板１０側に形成される２枚の電極Ｅ１
１，Ｅ１２か、変位基板２０側に形成される２枚の電極
Ｅ２１，Ｅ２２か、のいずれか一方は、物理的に単一の
共通電極としてもかまわない。この場合、共通電極側を
接地すれば、図１０に示す検出回路を構成することが可
能である。たとえば、固定基板１０側に形成される２枚
の電極Ｅ１１，Ｅ１２を共通電極とするには、環状固定
電極Ｅ１１の外径と同じ直径をもった円盤状の共通電極
１枚を用意すれば、この共通電極１枚によって、２枚の
電極Ｅ１１，Ｅ１２と同等の機能を果たすことができ
る。同様に、変位基板２０側に形成される２枚の電極Ｅ
２１，Ｅ２２を共通電極とするには、環状変位電極Ｅ２
１の外径と同じ直径をもった円盤状の共通電極１枚を用
意すれば、この共通電極１枚によって、２枚の電極Ｅ２
１，Ｅ２２と同等の機能を果たすことができる。

【００７５】このような共通電極を用いるようにすれ
ば、加速度センサ全体の構造をより単純化することがで
きるが、更に単純化を図るには、固定基板１０もしくは
変位基板２０の一部を共通電極として用いればよい。た
とえば、図３に示す固定基板１０として、金属などの導
電性材料からなる基板を用いるようにすれば、環状固定
電極Ｅ１１や中央部固定電極Ｅ１２を形成する必要はな
くなる。このような導電性材料からなる１枚の固定基板
１０を、図４に示す変位基板２０に対向させれば、環状
変位電極Ｅ２１に向かい合った固定基板１０の一部分が
環状固定電極Ｅ１１としての機能を果たし、中央部変位
電極Ｅ２２に向かい合った固定基板１０の一部分が中央
部固定電極Ｅ１２としての機能を果たすことになる。

【００７６】あるいは、逆に、図４に示す変位基板２０
として、金属などの導電性材料からなる基板を用いるよ
うにすれば、環状変位電極Ｅ２１や中央部変位電極Ｅ２
２を形成する必要はなくなる。このような導電性材料か
らなる１枚の変位基板２０を、図３に示す固定基板１０
に対向させれば、環状固定電極Ｅ１１に向かい合った変
位基板２０の一部分が環状変位電極Ｅ２１としての機能
を果たし、中央部固定電極Ｅ１２に向かい合った変位基
板２０の一部分が中央部変位電極Ｅ２２としての機能を
果たすことになる。実は、以下に述べる§７および§８
に示す実施例は、このタイプの実施例である。

【００７７】§７． 本発明の実用的な実施例（その
１） これまで、§１において説明した基本的な実施例に係る
加速度センサについて、その動作や変形例を述べてき
た。この加速度センサでは、変位基板２０の周囲が８本
のばねからなる支持手段３０で支持されている。しかし
ながら、このような構造は、量産に適した実用的な加速
度センサを実現する上では、必ずしも最適なものではな
い。ここでは、可撓性基板に複数のスリットを形成する
ことによりダイヤフラムを構成し、このダイヤフラムを
変位基板２０および支持手段３０として用いたより実用
的な実施例を示す。

【００７８】まず、図１３に平面図を示すようなダイヤ
フラム１２０を用意する。このダイヤフラム１２０は、
円盤状の可撓性基板１２１（この実施例では薄い金属
板）に多数のスリット１２２を形成したものである。こ
の多数のスリットは、２つのグループに分類できる。第
１のグループに属するスリットは、中心点Ｏを取り囲む
円周状の環状線に沿って形成された円弧状のスリット１
２２ａ，１２２ｂであり、第２のグループに属するスリ
ットは、中心点Ｏから外方へ向かう放射線に沿って形成
された直線状のスリット１２２ｃ，１２２ｄである。そ
して、第１のグループに属するスリット１２２ａ，１２
２ｂと、第２のグループに属するスリット１２２ｃ，１
２２ｄとは、その端部もしくは端部近傍において互いに
接続している。特に、図１３に示す実施例では、円弧状
のスリットは中心点Ｏを取り囲む二重同心円に沿って配
された外側の円弧状スリット１２２ａと内側の円弧状ス
リット１２２ｂによって構成されており、また、直線状
のスリットは平行に並んで配された２本のスリット１２
２ｃ，１２２ｄによって構成されている。

【００７９】ダイヤフラム１２０上にこのようなパター
ンをもった多数のスリット１２２を形成すると、スリッ
ト相互の間隙部分によって、ダイヤフラム１２０の各部
が物理的に接続されるような構造になる。すなわち、ス
リットによって周囲すべてが包囲されるような閉領域部
分は決して存在せず、各部分はスリット相互の間隙部分
によって必ず他の部分に物理的に接続されていることに
なり、全体として、１枚の物理的なダイヤフラムの形態
を維持している。このダイヤフラム１２０の周囲部分を
固定し、中心点Ｏに力を作用させると、スリット相互の
間隙部分の弾性変形に基いて、中央部分に変位が生じる
ことになる。このようなダイヤフラム１２０は、本発明
において変位基板２０と支持手段３０との双方の機能を
果たすことになる。しかも、ダイヤフラム１２０は導電
性材料（金属板）から構成されているため、更に、この
ダイヤフラム１２０は、環状変位電極Ｅ２１および中央
部変位電極Ｅ２２を兼ねた共通電極としての機能も併せ
もつことになる。

【００８０】このようなダイヤフラム１２０を用いて構
成した加速度センサの一実施例を、図１４の側断面図に
示す。この実施例において、固定基板１１０は、絶縁性
の剛体からなる円盤状の基板であり、その下面には、環
状固定電極Ｅ１１１および中央部固定電極Ｅ１１２が形
成されている。図１５は、この固定基板１１０の下面図
であり、環状固定電極Ｅ１１１および中央部固定電極Ｅ
１１２の形状が明瞭に示されている。ダイヤフラム１２
０は、この固定基板１１０の下方に所定距離をおいて配
置され、その下面には、重錘体１４０が固着される。固
定基板１１０の周囲およびダイヤフラム１２０の周囲
は、いずれも円筒状のセンサ筐体１５０の内側に嵌合支
持されている。加速度が作用していない状態では、固定
基板１１０とダイヤフラム１２０とは平行に保たれてお
り、環状容量素子Ｃ１と中央部容量素子Ｃ２とが形成さ
れることになる。すなわち、ダイヤフラム１２０のう
ち、環状固定電極Ｅ１１１に対向する部分が環状変位電
極としての機能を果たし、これら両電極によって環状容
量素子Ｃ１が形成され、同様に、ダイヤフラム１２０の
うち、中央部固定電極Ｅ１１２に対向する部分が中央部
変位電極としての機能を果たし、これら両電極によって
中央部容量素子Ｃ２が形成されることになる。

【００８１】この加速度センサの動作は、既に述べた基
本的実施例に係るセンサの動作と全く同様である。たと
えば、重錘体１４０の重心Ｇに対して、Ｘ軸正方向の力
Ｆｘが作用すると、ダイヤフラム１２０は図１６に示す
ように撓み、環状容量素子Ｃ１および中央部容量素子Ｃ
２の静電容量値に変化が生じ、この変化を利用して「横
揺れ」および「縦揺れ」が検出できる。すなわち、この
ダイヤフラム１２０において、内側の円弧状スリット１
２２ｂによって囲まれた部分が、§１で述べた加速度セ
ンサにおける変位基板２０としての機能と、環状変位電
極Ｅ２１および中央部変位電極Ｅ２２としての機能と、
を果たすことになり、その外側の部分が、支持手段３０
としての機能を果たすことになる。なお、図１６では、
図面が繁雑になるのを避けるため、ダイヤフラム１２０
の変形状態を単純化して描いたが、実際には、図１３に
示すスリット１２２ａとスリット１２２ｂとの間に位置
するビーム部分、およびスリット１２２ｃとスリット１
２２ｄとの間に位置するビーム部分が、かなり複雑な変
形状態をとる。

【００８２】このように、円弧状のスリット１２２ａ，
１２２ｂと直線状のスリット１２２ｃ，１２２ｄとを組
み合わせて形成すると、非常に単純な構造ながら、本発
明に係る加速度センサの検出動作に適した変位が可能に
なり、また、比較的小さな加速度の作用によっても十分
な変位が可能になる。このため、安価で感度の高い加速
度センサを実現できる。

【００８３】本発明に係る加速度センサにおいて、あら
ゆる方向についての「横揺れ」の検出感度を均一にする
ためには、理想的には、ダイヤフラム１２０の構造を中
心点Ｏに関して完全な回転対称形にするのが好ましい。
しかしながら、物理的なスリット１２２を形成する以
上、完全な回転対称形にすることはできない。そこで、
この実施例では、この可撓性基板１２１を、その主面を
含む平面内で９０°回転させたときに、スリットのパタ
ーンが、回転前のパターンにほぼ一致するように、各ス
リット１２２が形成されている。このような構成を採る
ことにより、少なくとも、Ｘ軸方向の「横揺れ」が作用
したときの変位状態と、Ｙ軸方向の「横揺れ」が作用し
たときの変位状態とが、ほぼ同じになる。これに対し、
Ｘ軸に対して４５°の方向の「横揺れ」が作用したとき
の変位状態は、厳密に言えば、Ｘ軸方向の「横揺れ」が
作用したときの変位状態とは若干異なることになる。た
だ、実用上は、円弧状のスリット１２２ａ，１２２ｂが
形成されているため、中心点Ｏのまわり３６０°のいず
れの方向に関しても、ほぼ均等な変位が得られるものと
みて支障はなく、いずれの方向の「横揺れ」もほぼ均一
な感度で検出が可能である。

【００８４】このような「横揺れ」感度の方向に関する
無指向性を確保するには、この可撓性基板１２１を、そ
の主面を含む平面内でθ°回転させたときに、スリット
のパターンが、回転前のパターンにほぼ一致するよう
に、各スリット１２２を形成するようにすればよく、無
指向性を高めるためには、θ（図１３の例ではθ＝９０
°）をより小さくすればよい。

【００８５】また、レーザー加工やエッチングなどの手
法を用いれば、１００μｍ程度の幅をもったスリットを
形成することが可能であり、このような微細幅のスリッ
ト形成により、無指向性を更に向上させることができ
る。

【００８６】§８． 本発明の実用的な実施例（その
２） 図１７は、本発明の実用的な実施例の更に別な形態を示
す側断面図である。この加速度センサは、ガラス製の固
定基板２１０と、シリコン製の変位基板２２０と、ガラ
ス製の台座２３０と、同じくガラス製の重錘体２４０
と、シリコン製の底板基板２５０と、を有する。変位基
板２２０は、周囲に設けられた固定部２２１と、この固
定部２２１の内側に設けられた可撓部２２２と、この可
撓部２２２によって囲まれた作用部２２３と、の３つの
部分から構成されている。変位基板２２０の下面には、
下面から見ると方環状をした溝２２４が掘られており、
この溝２２４が形成されている部分は厚みが小さくなっ
ている。可撓部２２２は、この溝２２４の形成領域に相
当する部分であり、厚みが小さいために可撓性を有して
いる。しかも、この可撓部２２２には、多数のスリット
２２５が形成されている。

【００８７】図１８は、変位基板２２０の上面図であ
り、スリット２２５のパターンが明瞭に示されている。
この図１８に示すスリット２２５のパターンは、図１３
に示すスリット１２２のパターンと共通性をもってい
る。すなわち、中心点Ｏを取り囲む方環状線に沿って形
成された第１のグループに属するスリットと、中心点Ｏ
から外方へ向かう放射線に沿って形成された第２のグル
ープに属するスリットと、によって構成され、第１のグ
ループに属するスリットと、第２のグループに属するス
リットとは、その端部もしくは端部近傍において互いに
接続している。しかも、この変位基板２２０を、その主
面を含む平面内で９０°回転させたときに、スリットの
パターンが、回転前のパターンにほぼ一致するように、
各スリット２２５が形成されている。

【００８８】可撓部２２２は、溝２２４の形成により厚
みが小さくなった部分であり、しかも、図１８に示すよ
うなスリット２２５が形成された部分であるため、十分
な可撓性を有することになる。作用部２２３は、周囲を
この可撓部２２２によって支持された部分であり、重錘
体２４０に作用した力が伝達される部分でもある。した
がって、重錘体２４０に加速度が作用すると、この加速
度に起因して生じた力が作用部２２３に伝達され、可撓
部２２２が弾性変形を生じることになる。

【００８９】変位基板２２０の上面のうち、可撓部２２
２および作用部２２３に相当する領域には、浅い溝が掘
られており、固定基板２１０の下面との間にわずかな空
間が形成されている。固定基板２１０の下面には、環状
固定電極Ｅ２１１および中央部固定電極Ｅ２１２が形成
されており、これらの電極に対して、空間を隔てて対向
している変位基板２２０の上面の一部分が、それぞれ環
状変位電極および中央部変位電極として機能することに
なり、環状容量素子Ｃ１および中央部容量素子Ｃ２が形
成される。

【００９０】結局、この実施例に係る加速度センサにお
いては、作用部２２３および可撓部２２２が、§１で述
べた加速度センサの変位基板２０としての機能を果た
し、可撓部２２２および固定部２２１が、§１で述べた
加速度センサの支持手段３０としての機能を果たしてい
ることになる。なお、この加速度センサにおける重錘体
２４０は、周囲を台座２３０によって囲まれており、下
面には底板基板２５０が配置されているため、過度の加
速度が作用した場合であっても、重錘体２４０の過度の
変位は、台座２３０の内側面もしくは底板基板２５０の
上面との接触によって抑制される。このため、過度の加
速度の作用によって、重錘体２４０が過度の変位を生
じ、その結果、可撓部２２２に過度の応力が加わって損
傷が生じるのを防ぐことができる。

【００９１】この図１７に示す実施例は、量産に非常に
適した加速度センサである。各基板はガラスあるいはシ
リコンからなり、製造プロセスは、既存の半導体の製造
技術やマイクロマシニング技術を利用して行うことがで
きる。また、台座２３０と重錘体２４０とは、もともと
１枚の基板を切断することによって形成することが可能
である。それから、固定基板２１０の下面に形成される
電極は、たとえば、アルミニウムなどの金属を蒸着させ
る工程によって形成可能であり、各基板相互の接着は、
陽極接合などの技術を用いて行うことが可能である。ま
た、図１０に示すような検出回路は、シリコンからなる
変位基板２２０あるいは底板基板２５０内に半導体回路
として形成することができるので、１チップ内に検出回
路までをも内蔵した加速度センサを実現することも可能
である。

【００９２】§９． より厳密な補正 既に§４において説明したように、本発明に係る加速度
センサでは、図１０に示すような回路を用いることによ
り、出力端子Ｔ１に「横揺れ」を示す電圧Ｖｓが得ら
れ、出力端子Ｔ２に「縦揺れ」を示す電圧Ｖｐが得られ
ることになる。そして、§５において述べたように、特
定の電極構成を採れば、逓倍回路６３を省略することも
可能である。しかしながら、この図１０に示す回路は、
中央部容量素子Ｃ２の静電容量の変動分に相当する電圧
Ｖ２が、「縦揺れ」の振幅を示す成分のみからなるとい
う前提において成り立つ検出回路である。理論的には、
環状容量素子Ｃ１の静電容量の変動分Ｖ１も、中央部容
量素子Ｃ２の静電容量の変動分Ｖ２も、いずれも「横揺
れ」の振幅を示す成分と「縦揺れ」の振幅を示す成分と
の和になる。ただ、中央部容量素子Ｃ２の静電容量の変
動分を示す電圧Ｖ２では、「横揺れ」の振幅を示す成分
は、「縦揺れ」の振幅を示す成分に比べて非常に小さい
ために、前者を無視して後者のみからなると近似しても
大きな問題は生じないため、電圧Ｖ２をそのまま「縦揺
れ」の振幅値として用い、この電圧Ｖ２に基いて、電圧
Ｖ１に対する補正を行うようにしたのが、図１０の回路
である。

【００９３】しかしながら、より厳密な検出を行う場合
には、やはり電圧Ｖ２には「横揺れ」の振幅を示す成分
も含まれているものとして取り扱う必要がある。このよ
うな厳密な検出を行う場合には、図１０に示す回路の代
わりに図１９に示す回路を用いればよい。この図１９に
示す回路において、図の左端に示された可変容量素子Ｃ
１およびＣ２は、図１０に示す回路と同様に、それぞれ
環状容量素子Ｃ１および中央容量素子Ｃ２を示す等価回
路である。また、Ｃ／Ｖ変換回路６１および６２も、図
１０に示す回路と同様に、各静電容量値を電圧値に変換
する回路であり、検出対象となる加速度が零のときに、
出力電圧が０ボルトになるようにキャリブレーションさ
れている。したがって、電圧Ｖ１は環状容量素子Ｃ１の
静電容量値の変化を示し、電圧Ｖ２は中央部容量素子Ｃ
２の静電容量値の変化を示す。そして、理論的には、電
圧Ｖ１，Ｖ２ともに、「横揺れ」の振幅を示す成分と
「縦揺れ」の振幅を示す成分との和からなる。

【００９４】いま、ここで、「横揺れ」の振幅のみを示
す出力電圧を電圧Ｖｓとし、「縦揺れ」の振幅のみを示
す出力電圧を電圧Ｖｐとすれば、この検出回路の目的
は、電圧Ｖ１，Ｖ２に対して何らかの演算を行い、電圧
Ｖｓ，Ｖｐを求め、これらを出力端子Ｔ１，Ｔ２に出力
することである。図１９に示す検出回路では、逓倍回路
７１〜７４および差動増幅器７５，７６によって、この
ような演算がなされていることになる。以下、この演算
について説明する。

【００９５】前述したように、電圧Ｖ１，Ｖ２ともに、
「横揺れ」の振幅を示す成分（電圧Ｖｓに対応）と「縦
揺れ」の振幅を示す成分（電圧Ｖｐに対応）との和から
なるので、 Ｖ１＝Ｍ１１・Ｖｓ ＋ Ｍ１２・Ｖｐ Ｖ２＝Ｍ２１・Ｖｓ ＋ Ｍ２２・Ｖｐ なる２本の式が成り立つことになる。ここで、Ｍ１１，
Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２は、それぞれ所定の比例定数で
ある。§４で述べた補正は、比例定数Ｍ２１がＭ２２に
比べて非常に小さいために、Ｍ２１＝０と近似し、 Ｖ１＝Ｍ１１・Ｖｓ ＋ Ｍ１２・Ｖｐ Ｖ２＝Ｍ２２・Ｖｐ なる２本の式に基いて、電圧Ｖｓ，Ｖｐを出力するよう
にしたものである。すなわち、この２本の式から、 Ｖ１＝Ｍ１１・Ｖｓ ＋ （Ｍ１２／Ｍ２２）・Ｖ２ なる関係が得られるので、 Ｖｓ＝（Ｖ１−（Ｍ１２／Ｍ２２）・Ｖ２）／Ｍ１１ Ｖｐ＝Ｖ２／Ｍ２２ なる式が得られる。そこで、図１０に示す検出回路にお
いて、ｋ＝（Ｍ１２／Ｍ２２）に設定した逓倍回路６３
を用い、差動増幅器６４のゲインを（１／Ｍ１１）にキ
ャリブレーションし、バッファ回路６５のゲインを（１
／Ｍ２２）にキャリブレーションすれば、出力端子Ｔ１
に電圧Ｖｓが得られ、出力端子Ｔ２に電圧Ｖｐが得られ
ることになる。

【００９６】ここでは、比例定数Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２
１，Ｍ２２がいずれも零でないとする取扱いを行うこと
により、厳密な検出値を得る方法を述べる。この場合、 Ｖ１＝Ｍ１１・Ｖｓ ＋ Ｍ１２・Ｖｐ Ｖ２＝Ｍ２１・Ｖｓ ＋ Ｍ２２・Ｖｐ なる２本の連立方程式において、電圧値Ｖ１，Ｖ２は実
測値として得られる値であり、Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２
１，Ｍ２２は所定の値をもった比例定数であるから、未
知数はＶｓ，Ｖｐの２つだけである。したがって、この
２本の連立方程式を解けば、未知数の解は得られること
になる。これをアナログ回路による演算で行うために
は、具体的には、次のようにすればよい。いま、上述の
２本の連立方程式を行列式で表すと、

【００９７】

【数１】 のようになる。この行列式を、Ｖｓ，Ｖｐについて解く
と、

【００９８】

【数２】 のような行列式が得られる。ここで、Ｋ１１，Ｋ１２，
Ｋ２１，Ｋ２２は、Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２を
要素とする行列に対する逆行列の要素である。そこで、
演算によりこの逆行列を求め、その要素Ｋ１１，Ｋ１
２，Ｋ２１，Ｋ２２の各値を求める。そして、これらの
値Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２をそれぞれ逓倍定数
とする逓倍回路７１〜７４を用意し、図１９に示すよう
に、これらの逓倍回路７１〜７４と差動増幅器７５，７
６によって検出回路を組めば、 Ｖｓ＝Ｋ１１・Ｖ１ − Ｋ１２・Ｖ２ Ｖｐ＝Ｋ２１・Ｖ１ − Ｋ２２・Ｖ２ なる演算が行われることになる。これは、逆行列を用い
た上述の行列式の演算に他ならない。よって、図１９に
示すアナログ演算回路によれば、出力端子Ｔ１に得られ
る電圧Ｖｓは、「横揺れ」の厳密な振幅値を示し、出力
端子Ｔ２に得られる電圧Ｖｐは、「縦揺れ」の厳密な振
幅値を示すものになる。

【００９９】§１０． その他の変形例 以上、本発明に係る加速度センサをいくつかの実施例に
基いて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではなく、この他にも種々の態様で実施可能であ
る。たとえば、これまでの実施例は、いずれも環状容量
素子Ｃ１と中央部容量素子Ｃ２との双方を備えていた
が、「横揺れ」のみが生じるような環境で用いるのであ
れば、環状容量素子Ｃ１のみを形成しておけば足りる。
たとえば、自動車に搭載する衝撃計として利用する場
合、自動車同士の衝突あるいは自動車と建造物との衝突
などでは、通常、「横揺れ」の衝撃成分のみしか発生せ
ず、「縦揺れ」の衝撃成分は無視しうる。このような使
用環境であれば、「縦揺れ」成分についての補正を行う
必要はないため、環状容量素子Ｃ１のみを形成するだけ
で十分である。

【０１００】また、上述の実施例において各電極はいず
れも中心軸Ｗに関して完全に回転対称形をしていたが、
実用上は完全な回転対称形でなくてもかまわない。もち
ろん、「横揺れ」検出をできるだけ無指向性にする上で
は、環状電極はできるだけ回転対称形にするのが好まし
く、「縦揺れ」検出の値に「横揺れ」検出の値をできる
だけ干渉させないようにする上では、中央部電極はでき
るだけ回転対称形にするのが好ましい。

【０１０１】ただ、用途によっては、「横揺れ」加速度
に対する検出感度に指向性をもたせた方が好ましい場合
もある。たとえば、自動車におけるエアバッグの作動制
御を行うための衝撃センサとして用いる場合、正面衝突
による衝撃の検出感度と、側面衝突による衝撃の検出感
度と、に差をもたせた方が好ましい。これは、図２０に
示すように、運転席が受ける衝撃加速度は、一般に、正
面衝突よりも側面衝突の方が大きくなる傾向にあるため
である。具体的には、自動車搭載用の加速度センサとし
ては、正面衝突による衝撃加速度のフルスケールが５０
Ｇ程度で十分であるのに対し、側面衝突による衝撃加速
度のフルスケールは２００Ｇ程度が必要であると考えら
れている。このような要望に応えるためには、正面から
作用する加速度に対する検出感度よりも、側面から作用
する加速度に対する検出感度を低く設定する必要があ
る。

【０１０２】このような「横揺れ」加速度に対する検出
感度に指向性をもたせるには、一対の環状電極の形状
を、中心軸Ｗに関して非回転対称形にすればよい。たと
えば、前述した基本的な実施例では、図３に示すよう
に、固定基板１０上に環状固定電極Ｅ１１が設けられて
いるが、この環状固定電極Ｅ１１は、内側輪郭線も外側
輪郭線もいずれも完全な円である。別言すれば、中心軸
Ｗに関して完全な回転対称形となっている。この環状固
定電極Ｅ１１に対向する環状変位電極Ｅ２１も、図４に
示すように、完全な回転対称形となっている。このよう
に、完全な回転対称形をした一対の環状電極を用いる
と、ＸＹ平面に平行な「横揺れ」加速度についての検出
感度は無指向性となり、Ｘ軸方向を向いた加速度に対し
ても、Ｙ軸方向を向いた加速度に対しても、同じ感度の
検出値が得られる。

【０１０３】ところが、図２１に示すように、固定基板
１０上に非回転対称形をした環状固定電極Ｅ３１を形成
し、変位基板２０上にも、これに対向するように同じ形
状の環状変位電極（図示省略）を形成すれば、ＸＹ平面
に平行な「横揺れ」加速度に関して指向性をもった加速
度センサが実現できる。この環状固定電極Ｅ３１は、外
側輪郭線は完全な円であるが、内側輪郭線はＹ軸方向に
長軸をもった楕円になっており、Ｘ軸と交差する部分の
電極幅は、Ｙ軸と交差する部分の電極幅よりも広くなっ
ている。このため、同じ大きさの加速度が作用した場合
であっても、Ｘ軸方向に作用したときの静電容量値の変
化は、Ｙ軸方向に作用したときの静電容量値の変化より
も大きくなる。別言すれば、Ｘ軸方向の検出感度は、Ｙ
軸方向の検出感度よりも高くなる。したがって、この加
速度センサを、Ｘ軸が正面に向くようにして自動車に搭
載すれば、図２０に示すように、正面衝突による衝撃加
速度のフルスケールよりも、側面衝突による衝撃加速度
のフルスケールが大きくなるような設定ができる。

【０１０４】図２２は、別な非回転対称形をした環状固
定電極Ｅ４１を固定基板１０上に形成した実施例を示す
図である。この環状固定電極Ｅ４１は、内側輪郭線は完
全な円であるが、外側輪郭線はＸ軸方向に長軸をもった
楕円になっており、やはりＸ軸と交差する部分の電極幅
は、Ｙ軸と交差する部分の電極幅よりも広くなってい
る。したがって、変位基板２０上にも、これに対向する
ように同じ形状の環状変位電極（図示省略）を形成して
おけば、Ｙ軸検出感度よりもＸ軸検出感度の方が高い指
向性をもった加速度センサが実現できる。

【０１０５】図２３は、更に別な非回転対称形をした環
状固定電極Ｅ５１を固定基板１０上に形成した実施例を
示す図である。この環状固定電極Ｅ５１は、内側輪郭線
も外側輪郭線もともにＸ軸方向に長軸をもった楕円にな
っている。このため、電極の幅は各部において若干異な
るものの大きな差はない。しかし、電極の形成位置分布
に関しては、Ｘ軸と交差する部分と、Ｙ軸と交差する部
分とではかなり差が生じている。すなわち、Ｘ軸と交差
する部分は中心からかなり隔たった位置に分布している
のに対し、Ｙ軸と交差する部分は比較的中心に近い位置
に分布している。したがって、変位基板２０上にも、こ
れに対向するように同じ形状の環状変位電極（図示省
略）を形成しておけば、同じ大きさの加速度が作用した
場合であっても、Ｘ軸方向に作用したときの電極間距離
の変化は、Ｙ軸方向に作用したときの電極間距離の変化
よりも大きくなり、Ｘ軸方向の検出感度は、Ｙ軸方向の
検出感度よりも高くなる。

【０１０６】図２４は、矩形状の環状固定電極Ｅ６１と
中央部固定電極Ｅ６２とを固定基板１０上に形成した実
施例を示す図である。ここで、環状固定電極Ｅ６１は、
内側輪郭線は正方形であるが、外側輪郭線はＸ軸方向に
細長い長方形になっており、中央部固定電極Ｅ６２は、
正方形状をしている。この環状固定電極Ｅ６１では、Ｘ
軸と交差する部分の電極幅は、Ｙ軸と交差する部分の電
極幅よりも広くなっており、また、Ｘ軸と交差する部分
は中心からかなり隔たった位置に分布しているのに対
し、Ｙ軸と交差する部分は比較的中心に近い位置に分布
している。したがって、変位基板２０上にも、これに対
向するように同じ形状の環状変位電極（図示省略）を形
成しておけば、やはりＸ軸方向の検出感度がＹ軸方向の
検出感度よりも高い指向性をもった加速度センサが実現
できる。

【０１０７】

【発明の効果】以上のとおり本発明に係る加速度センサ
によれば、環状容量素子の静電容量値の変化に基いて作
用した加速度を検出するようにしたため、所定の一平面
に含まれる方向を向いた加速度の大きさを電気信号とし
て効率良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な実施例に係る加速度センサの
主要部分の斜視図である。

【図２】図１に示す加速度センサの側断面図である。

【図３】図１に示す加速度センサの固定基板１０の下面
図である。

【図４】図１に示す加速度センサの変位基板２０の上面
図である。

【図５】図１に示す加速度センサにＸ軸正方向の力Ｆｘ
が作用したときの動作を説明する側断面図である。

【図６】図５に示す状態における静電容量値の変化を示
すための変位基板２０の上面図である。

【図７】静電容量素子における電極間距離ｄと静電容量
値Ｃとの一般的な関係を示すグラフである。

【図８】図１に示す加速度センサに作用した加速度αｘ
とセンサ出力との関係を示すグラフである。

【図９】図１に示す加速度センサにＺ軸正方向の力Ｆｚ
が作用したときの動作を説明する側断面図である。

【図１０】図１に示す加速度センサに用いる検出回路の
一例を示す回路図である。

【図１１】図１に示す加速度センサの変形例の構造を示
す側断面図である。

【図１２】図１に示す加速度センサの変形例における変
位基板２０の上面図である。

【図１３】本発明の実用的な実施例に係る加速度センサ
に用いるダイヤフラム１２０の上面図である。

【図１４】図１３に示すダイヤフラム１２０を用いた実
施例に係る加速度センサの側断面図である。

【図１５】図１４に示す加速度センサにおける変位基板
１１０の下面図である。

【図１６】図１４に示す加速度センサにＸ軸正方向の力
Ｆｘが作用したときの動作を説明する側断面図である。

【図１７】本発明の別な実用的な実施例に係る加速度セ
ンサの側断面図である。

【図１８】図１７に示す加速度センサに用いる変位基板
２２０の上面図である。

【図１９】図１に示す加速度センサに用いる検出回路の
別な一例を示す回路図である。

【図２０】自動車衝突時の衝撃センサとして用いる場合
の検出感度の指向性を説明する図である。

【図２１】本発明に係る指向性をもった第１の実施例に
係る加速度センサの固定基板１０の下面図である。

【図２２】本発明に係る指向性をもった第２の実施例に
係る加速度センサの固定基板１０の下面図である。

【図２３】本発明に係る指向性をもった第３の実施例に
係る加速度センサの固定基板１０の下面図である。

【図２４】本発明に係る指向性をもった第４の実施例に
係る加速度センサの固定基板１０の下面図である。

【符号の説明】

１０…固定基板 ２０…変位基板 ２５…変位基板 ３０…支持手段 ４０…重錘体 ５０…センサ筐体 ６１，６２…Ｃ／Ｖ変換回路 ６３…逓倍回路 ６４…差動増幅器 ６５…バッファ回路 ７１〜７４…逓倍回路 ７５，７６…差動増幅器 １１０…固定基板 １２０…ダイヤフラム １２１…可撓性基板 １２２…スリット １２２ａ…外側の円弧状スリット １２２ｂ…内側の円弧状スリット １２２ｃ，１２２ｄ…直線状スリット １４０…重錘体 １５０…センサ筐体 ２１０…ガラス製の固定基板 ２２０…シリコン製の変位基板 ２２１…固定部 ２２２…可撓部 ２２３…作用部 ２２４…溝 ２２５…スリット ２３０…ガラス製の台座 ２４０…ガラス製の重錘体 ２５０…シリコン製の底板基板 Ｃ１…環状容量素子 Ｃ２…中央部容量素子 Ｅ１１…環状固定電極 Ｅ１２…中央部固定電極 Ｅ２１…環状変位電極 Ｅ２２…中央部変位電極 Ｅ２３…環状変位電極 Ｅ２４…中央部変位電極 Ｅ３１，Ｅ４１，Ｅ５１，Ｅ６１…環状固定電極 Ｅ６２…中央部固定電極 Ｅ１１１…環状固定電極 Ｅ１１２…中央部固定電極 Ｅ２１１…環状固定電極 Ｅ２１２…中央部固定電極 Ｇ…重錘体の重心 Ｏ…中心点 Ｑａ，Ｑｂ…微小領域 Ｗ…中心軸

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年６月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１９】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９８】

【数２】 のような行列式が得られる。ここで、Ｋ１１，Ｋ１２，
Ｋ２１，Ｋ２２は、Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２を
要素とする行列に対する逆行列の要素である。そこで、
演算によりこの逆行列を求め、その要素Ｋ１１，Ｋ１
２，Ｋ２１，Ｋ２２の各値を求める。そして、これらの
値Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２をそれぞれ逓倍定数
とする逓倍回路７１〜７４を用意し、図１９に示すよう
に、これらの逓倍回路７１〜７４と差動増幅器７５，７
６によって検出回路を組めば、 Ｖｓ＝Ｋ１１・Ｖ１ − Ｋ１２・Ｖ２Ｖｐ＝−Ｋ２１・Ｖ１ ＋ Ｋ２２・Ｖ２ なる演算が行われることになる。これは、逆行列を用い
た上述の行列式の演算に他ならない。よって、図１９に
示すアナログ演算回路によれば、出力端子Ｔ１に得られ
る電圧Ｖｓは、「横揺れ」の厳密な振幅値を示し、出力
端子Ｔ２に得られる電圧Ｖｐは、「縦揺れ」の厳密な振
幅値を示すものになる。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサ筐体と、 このセンサ筐体に固着された固定基板と、 この固定基板の下方に所定距離をおいて、前記固定基板
   に対向するように配置された変位基板と、 この変位基板の周囲を前記センサ筐体に対して弾力性を
   もって支持する支持手段と、 前記変位基板に固着され、検出対象となる加速度の作用
   により、前記支持手段に弾性変形を誘発させるのに十分
   な質量をもった重錘体と、 前記固定基板の下面に形成され、環状形状をした環状固
   定電極と、 前記変位基板の上面に形成され、前記環状固定電極に対
   する対向電極として機能する環状変位電極と、 前記環状固定電極と前記環状変位電極とによって形成さ
   れる環状容量素子の静電容量値の変動分Ｖ１に基いて、
   前記固定基板の主面に平行な方向に作用する加速度の大
   きさを示す電気信号を出力する検出回路と、 を備えることを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の加速度センサにおい
   て、 固定基板下面の環状固定電極の内側領域内に配置された
   中央部固定電極と、 変位基板上面の環状変位電極の内側領域内に配置され、
   前記中央部固定電極に対する対向電極として機能する中
   央部変位電極と、 を更に設け、 検出回路が、前記中央部固定電極と前記中央部変位電極
   とによって形成される中央部容量素子の静電容量値の変
   動分Ｖ２を用いて、環状容量素子の静電容量値の変動分
   Ｖ１に対する補正を行い、補正後の値に基いて、固定基
   板の主面に平行な方向に作用する加速度の大きさを示す
   電気信号を出力することを特徴とする加速度センサ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の加速度センサにおい
   て、 検出回路が、更に、中央部容量素子の静電容量値の変動
   分Ｖ２に基いて、固定基板の主面に垂直な方向に作用す
   る加速度の大きさを示す電気信号を出力することを特徴
   とする加速度センサ。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載の加速度センサ
   において、 環状固定電極、環状変位電極、中央部固定電極、中央部
   変位電極のそれぞれを、重錘体の重心を通り固定基板の
   主面に対して垂直な中心軸に関してほぼ回転対称となる
   ような形状としたことを特徴とする加速度センサ。
5. 【請求項５】 請求項２〜４のいずれかに記載の加速度
   センサにおいて、 環状容量素子を構成する一対の電極の電極間距離ｄ１
   と、中央部容量素子を構成する一対の電極の電極間距離
   ｄ２と、が等しくなるような構造とし、環状容量素子を
   構成する各電極の面積Ｓ１と、中央部容量素子を構成す
   る各電極の面積Ｓ２と、を用いて、環状容量素子の静電
   容量値の変動分Ｖ１に対して、 Ｖｓ ＝ Ｖ１ − （Ｓ１／Ｓ２）・Ｖ２ なる補正演算を行うことによって得られる値Ｖｓに基い
   て、固定基板の主面に平行な方向に作用する加速度の大
   きさを示す電気信号を出力することを特徴とする加速度
   センサ。
6. 【請求項６】 請求項２〜４のいずれかに記載の加速度
   センサにおいて、 環状容量素子を構成する一対の電極の電極間距離ｄ１
   と、中央部容量素子を構成する一対の電極の電極間距離
   ｄ２と、環状容量素子を構成する各電極の面積Ｓ１と、
   中央部容量素子を構成する各電極の面積Ｓ２と、の間
   に、 Ｓ１ ／ （ｄ１）^２ ＝ Ｓ２ ／ （ｄ２）^２ なる関係が成り立つ構造とし、環状容量素子の静電容量
   値の変動分Ｖ１に対して、 Ｖｓ ＝ Ｖ１ − Ｖ２ なる補正演算を行うことによって得られる値Ｖｓに基い
   て、固定基板の主面に平行な方向に作用する加速度の大
   きさを示す電気信号として出力することを特徴とする加
   速度センサ。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の加速度センサにおい
   て、 環状容量素子を構成する一対の電極の電極間距離ｄ１
   と、中央部容量素子を構成する一対の電極の電極間距離
   ｄ２と、が等しくなり、かつ、環状容量素子を構成する
   各電極の面積Ｓ１と、中央部容量素子を構成する各電極
   の面積Ｓ２と、が等しくなるような構造としたことを特
   徴とする加速度センサ。
8. 【請求項８】 請求項２〜４のいずれかに記載の加速度
   センサにおいて、 検出回路が、環状容量素子の静電容量値の変動分Ｖ１に
   対して所定の定数Ｋ１１を乗じて（Ｋ１１・Ｖ１）を得
   る回路および所定の定数Ｋ２１を乗じて（Ｋ２１・Ｖ
   １）を得る回路と、中央部容量素子の静電容量値の変動
   分Ｖ２に対して所定の定数Ｋ１２を乗じて（Ｋ１２・Ｖ
   ２）を得る回路および所定の定数Ｋ２２を乗じて（Ｋ２
   ２・Ｖ２）を得る回路と、（Ｋ１１・Ｖ１）−（Ｋ１２
   ・Ｖ２）なる演算を行って値Ｖｓを得る回路と、（Ｋ２
   １・Ｖ１）−（Ｋ２２・Ｖ２）なる演算を行って値Ｖｐ
   を得る回路と、を有し、 前記値Ｖｓに基いて、固定基板の主面に平行な方向に作
   用する加速度の大きさを示す電気信号を出力し、 前記値Ｖｐに基いて、固定基板の主面に垂直な方向に作
   用する加速度の大きさを示す電気信号を出力することを
   特徴とする加速度センサ。
9. 【請求項９】 請求項２または３に記載の加速度センサ
   において、 環状固定電極および環状変位電極を、重錘体の重心を通
   り固定基板の主面に対して垂直な中心軸に関して非回転
   対称となるような環状形状としたことを特徴とする加速
   度センサ。
10. 【請求項１０】 請求項２〜９のいずれかに記載の加速
    度センサにおいて、 環状変位電極および中央部変位電極を物理的に単一の共
    通電極によって構成したことを特徴とする加速度セン
    サ。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の加速度センサにお
    いて、 変位基板を導電性材料によって構成し、この変位基板の
    一部を単一の共通電極として用いたことを特徴とする加
    速度センサ。
12. 【請求項１２】 請求項２〜９のいずれかに記載の加速
    度センサにおいて、 環状固定電極および中央部固定電極を物理的に単一の共
    通電極によって構成したことを特徴とする加速度セン
    サ。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の加速度センサにお
    いて、 固定基板を導電性材料によって構成し、この固定基板の
    一部を単一の共通電極として用いたことを特徴とする加
    速度センサ。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれかに記載の加
    速度センサにおいて、 可撓性基板に複数のスリットを形成することによりダイ
    ヤフラムを構成し、このダイヤフラムを変位基板および
    支持手段として用いることを特徴とする加速度センサ。
15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の加速度センサにお
    いて、 可撓性基板の中心点を取り囲む環状線に沿って形成され
    た複数のスリットと、可撓性基板の中心点から外方へ向
    かう放射線に沿って形成された複数のスリットと、を設
    け、スリット相互の間隙部分によって、ダイヤフラムの
    各部が物理的に接続されるような構造とし、 ダイヤフラムの周囲部分をセンサ筐体に固着し、前記間
    隙部分の弾性変形に基いて、ダイヤフラムの中央部分に
    変位が生じる構造としたことを特徴とする加速度セン
    サ。
16. 【請求項１６】 請求項１４または１５に記載の加速度
    センサにおいて、 可撓性基板を、その主面を含む平面内で所定角θ°回転
    させたときに、スリットのパターンが、回転前のパター
    ンにほぼ一致するように、各スリットが形成されている
    ことを特徴とする加速度センサ。