JPH11194139A - 静電容量型加速度センサ - Google Patents
静電容量型加速度センサInfo
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- JPH11194139A JPH11194139A JP9368830A JP36883097A JPH11194139A JP H11194139 A JPH11194139 A JP H11194139A JP 9368830 A JP9368830 A JP 9368830A JP 36883097 A JP36883097 A JP 36883097A JP H11194139 A JPH11194139 A JP H11194139A
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極が対向して一方が可動側となる静電容量
素子を有した静電容量型加速度センサにおける、外力の
入力と得られる各静電容量素子の出力に関して、種々の
要因で各静電容量素子間に出力差が生じる問題を、減少
または解消して、例えば他軸干渉出力が現れ難く、設定
した各軸方向の加速度が高精度に測定可能な静電容量型
加速度センサの提供。 【解決手段】 基板面に平行なＸＹ平面を設定してこれ
と直交するＺ軸のＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向成分の検出を
行う構成である場合、Ｚ軸方向成分の検出感度が他の
Ｘ，Ｙ軸に比べてかなり高いため、Ｚ軸方向の電極間の
ギャップを他２軸のギャップより大きく設定する。
素子を有した静電容量型加速度センサにおける、外力の
入力と得られる各静電容量素子の出力に関して、種々の
要因で各静電容量素子間に出力差が生じる問題を、減少
または解消して、例えば他軸干渉出力が現れ難く、設定
した各軸方向の加速度が高精度に測定可能な静電容量型
加速度センサの提供。 【解決手段】 基板面に平行なＸＹ平面を設定してこれ
と直交するＺ軸のＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向成分の検出を
行う構成である場合、Ｚ軸方向成分の検出感度が他の
Ｘ，Ｙ軸に比べてかなり高いため、Ｚ軸方向の電極間の
ギャップを他２軸のギャップより大きく設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車等の姿勢
制御、衝突検出等に利用される２軸以上の加速度を同時
に検出できる静電容量変化を利用した加速度センサの改
良に係り、構造上の非対称性が原因となる他軸干渉出力
等の補正等をできるだけ少なくするため、加速度の変化
による静電容量変化の出方に差があるのを各電極間のギ
ャップを所要軸方向ごとに最適値に設定、すなわち、ギ
ャップを変更できるように可動側基板に電極高さを変更
する凹凸加工を施して、所要軸間の出力差や誤差、他軸
干渉出力を小さくした静電容量型加速度センサに関す
る。
制御、衝突検出等に利用される２軸以上の加速度を同時
に検出できる静電容量変化を利用した加速度センサの改
良に係り、構造上の非対称性が原因となる他軸干渉出力
等の補正等をできるだけ少なくするため、加速度の変化
による静電容量変化の出方に差があるのを各電極間のギ
ャップを所要軸方向ごとに最適値に設定、すなわち、ギ
ャップを変更できるように可動側基板に電極高さを変更
する凹凸加工を施して、所要軸間の出力差や誤差、他軸
干渉出力を小さくした静電容量型加速度センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、容量式多軸力センサが、例えば特
開平５−１８８０７９等により知られている。これは、
電極間距離が力により動くことにより、電極間距離の平
均値に相当する容量で電極間方向の力を検出し、電極の
傾きで電極平面方向の力を検出するものである。
開平５−１８８０７９等により知られている。これは、
電極間距離が力により動くことにより、電極間距離の平
均値に相当する容量で電極間方向の力を検出し、電極の
傾きで電極平面方向の力を検出するものである。
【０００３】詳述すると、静電容量型加速度センサとし
て使用する場合には、固定基板と可撓基板との各対向面
に電極を着設して対向配置される静電容量素子を複数対
設け、該基板面に平行なＸＹ平面を設定しこれと直交す
るＺ軸のＸ，Ｙ，Ｚ軸３次元方向の加速度の変化を、複
数対の静電容量素子間の静電容量変化に基づき各Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸方向成分の検出を行う。
て使用する場合には、固定基板と可撓基板との各対向面
に電極を着設して対向配置される静電容量素子を複数対
設け、該基板面に平行なＸＹ平面を設定しこれと直交す
るＺ軸のＸ，Ｙ，Ｚ軸３次元方向の加速度の変化を、複
数対の静電容量素子間の静電容量変化に基づき各Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸方向成分の検出を行う。
【０００４】例えば、図１Ｂの縦断面に示すごとく、円
筒１０内に直径方向に配置された固定基板１１と、これ
に所定の間隔を設けて可撓基板１２を平行に配置し、固
定基板１１の下面を示す図１Ａに示すごとく、この固定
基板１１と可撓基板１２との各対向面にそれぞれ電極１
〜５を着設して静電容量素子Ｃ1〜Ｃ5を形成する構成か
らなる。可撓基板１２の下面には適当な質量を有する作
動子１３を設けてある。
筒１０内に直径方向に配置された固定基板１１と、これ
に所定の間隔を設けて可撓基板１２を平行に配置し、固
定基板１１の下面を示す図１Ａに示すごとく、この固定
基板１１と可撓基板１２との各対向面にそれぞれ電極１
〜５を着設して静電容量素子Ｃ1〜Ｃ5を形成する構成か
らなる。可撓基板１２の下面には適当な質量を有する作
動子１３を設けてある。
【０００５】詳述するとここでは、該対向面間の外周部
に４対、中央部に１対の電極を設けて、静電容量素子Ｃ
1〜Ｃ5を形成した構成、すなわち、電極面にて直交する
Ｘ，Ｙの２軸上に配置された各々２つの静電容量素子Ｃ
1〜Ｃ4と、前２軸の中央に静電容量素子Ｃ5を配置した
構成からなる。
に４対、中央部に１対の電極を設けて、静電容量素子Ｃ
1〜Ｃ5を形成した構成、すなわち、電極面にて直交する
Ｘ，Ｙの２軸上に配置された各々２つの静電容量素子Ｃ
1〜Ｃ4と、前２軸の中央に静電容量素子Ｃ5を配置した
構成からなる。
【０００６】上記の構成において、Ｘ軸方向に加速度が
加わった場合、作動子１３を有する可撓基板１２が変形
することにより、固定基板１１と可撓基板１２との対向
面間の各電極１〜５間距離が変化することから、各静電
容量素子Ｃ1〜Ｃ4の静電容量が変化する。また、Ｚ軸方
向に加速度が加わった場合も同様に各静電容量素子Ｃ 1
〜Ｃ5の静電容量が変化する。
加わった場合、作動子１３を有する可撓基板１２が変形
することにより、固定基板１１と可撓基板１２との対向
面間の各電極１〜５間距離が変化することから、各静電
容量素子Ｃ1〜Ｃ4の静電容量が変化する。また、Ｚ軸方
向に加速度が加わった場合も同様に各静電容量素子Ｃ 1
〜Ｃ5の静電容量が変化する。
【０００７】静電容量の変化より加速度の各成分の検出
は、例えば、Ｘ軸方向の加速度に対する出力として、静
電容量素子Ｃ1とＣ3の静電容量差（Ｃ1−Ｃ3）、Ｙ軸方
向の加速度に対する出力として、静電容量素子Ｃ2とＣ4
の静電容量差（Ｃ2−Ｃ4）、Ｚ軸方向の加速度に対する
出力として、静電容量素子Ｃ5の静電容量（Ｃ5）あるい
はＣ1＋Ｃ2＋Ｃ3＋Ｃ4として検出する。
は、例えば、Ｘ軸方向の加速度に対する出力として、静
電容量素子Ｃ1とＣ3の静電容量差（Ｃ1−Ｃ3）、Ｙ軸方
向の加速度に対する出力として、静電容量素子Ｃ2とＣ4
の静電容量差（Ｃ2−Ｃ4）、Ｚ軸方向の加速度に対する
出力として、静電容量素子Ｃ5の静電容量（Ｃ5）あるい
はＣ1＋Ｃ2＋Ｃ3＋Ｃ4として検出する。
【０００８】加わった加速度に対し、各電極間距離ｄ1
〜ｄ5の変化量が加速度に比例する量となる。すなわ
ち、静電容量Ｃｊは下記式で表すことができる。但し、
ε；誘電率、Ｓ；電極面積、ｄ；電極ギャップの距離で
ある。
〜ｄ5の変化量が加速度に比例する量となる。すなわ
ち、静電容量Ｃｊは下記式で表すことができる。但し、
ε；誘電率、Ｓ；電極面積、ｄ；電極ギャップの距離で
ある。
【０００９】
【数１】
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】一般に上記構成の静電
容量式センサにおいては、可撓基板は、熱膨張を回転に
よって回避できるように、例えば、４箇所においてビー
ムにより支持されており、適当な質量を有する作動子が
加速度を受けると可撓基板が歪み、各静電容量素子のギ
ャップが変化する。
容量式センサにおいては、可撓基板は、熱膨張を回転に
よって回避できるように、例えば、４箇所においてビー
ムにより支持されており、適当な質量を有する作動子が
加速度を受けると可撓基板が歪み、各静電容量素子のギ
ャップが変化する。
【００１１】かかる静電容量式センサにおいては、外力
と電極間距離ｄは比例関係にあり、電極距離ｄと静電容
量Ｃは反比例の関係にある。例えば、電極間距離ｄ
1（＜ｄ2）の点で一定の力が加わって変化した静電容量
分はＣ1（≠Ｃ2）となるが、電極間距離ｄ2の点で同様
に同じ力が加わって変化した静電容量分はＣ2となる。
このＣ1とＣ2を比較すると電極間距離の短いＣ1の値が
大きくなる場合があり、電極間距離によって同じ印加し
た力でも検出された静電容量値が異なり、これが検出電
圧の誤差となっている。
と電極間距離ｄは比例関係にあり、電極距離ｄと静電容
量Ｃは反比例の関係にある。例えば、電極間距離ｄ
1（＜ｄ2）の点で一定の力が加わって変化した静電容量
分はＣ1（≠Ｃ2）となるが、電極間距離ｄ2の点で同様
に同じ力が加わって変化した静電容量分はＣ2となる。
このＣ1とＣ2を比較すると電極間距離の短いＣ1の値が
大きくなる場合があり、電極間距離によって同じ印加し
た力でも検出された静電容量値が異なり、これが検出電
圧の誤差となっている。
【００１２】また、上記構成の静電容量型加速度センサ
において、静電容量素子Ｃ1〜Ｃ5を構成している電極の
非対称性や信号処理回路間の差をなくすことは実現不可
能である。また、この場合、Ｘ，Ｙ軸出力がＺ軸出力に
依存することになる。すなわち、加速度０でＣ1≠Ｃ3、
Ｃ2≠Ｃ4、の場合、Ｘ、Ｙ軸出力にＺ軸方向加速度に応
じた他軸干渉出力が現れ、精度良く測れないという問題
がある。
において、静電容量素子Ｃ1〜Ｃ5を構成している電極の
非対称性や信号処理回路間の差をなくすことは実現不可
能である。また、この場合、Ｘ，Ｙ軸出力がＺ軸出力に
依存することになる。すなわち、加速度０でＣ1≠Ｃ3、
Ｃ2≠Ｃ4、の場合、Ｘ、Ｙ軸出力にＺ軸方向加速度に応
じた他軸干渉出力が現れ、精度良く測れないという問題
がある。
【００１３】さらに、上記構成の静電容量型加速度セン
サにおいて、平面方向の外力に対する出力感度は、電極
間距離に応じ変化するという問題がある。この電極平面
の外力の検出感度の変動について、何らの補正をも行わ
ないと、電極間距離による感度の変化が無視できないほ
ど大きい問題があった。
サにおいて、平面方向の外力に対する出力感度は、電極
間距離に応じ変化するという問題がある。この電極平面
の外力の検出感度の変動について、何らの補正をも行わ
ないと、電極間距離による感度の変化が無視できないほ
ど大きい問題があった。
【００１４】従来、上述の問題に鑑み、加速度に対する
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸間の干渉のない出力が得られる３軸加速度
センサを実現できるように、他軸干渉出力の補正方法
（特開平９−２１８２５）が種々提案されており、ま
た、電極間距離に関係なく電極平面の外力の検出感度を
ほぼ一定にすることが可能な信号処理方法（特開平９−
４３０６８）等が種々提案されている。
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸間の干渉のない出力が得られる３軸加速度
センサを実現できるように、他軸干渉出力の補正方法
（特開平９−２１８２５）が種々提案されており、ま
た、電極間距離に関係なく電極平面の外力の検出感度を
ほぼ一定にすることが可能な信号処理方法（特開平９−
４３０６８）等が種々提案されている。
【００１５】しかし、出力や感度の補正手段にもそれぞ
れ限度があり、また、信号処理回路において多重補正あ
るいは過度の補正を行うことは、センサ自体の安定性を
損なうことになるため、できるだけ裸特性のすぐれた静
電容量型加速度センサが求められるところである。
れ限度があり、また、信号処理回路において多重補正あ
るいは過度の補正を行うことは、センサ自体の安定性を
損なうことになるため、できるだけ裸特性のすぐれた静
電容量型加速度センサが求められるところである。
【００１６】この発明は、電極が対向して一方が可動側
となる静電容量素子を有した静電容量型加速度センサに
おける、外力の入力と得られる各静電容量素子の出力に
関して、種々の要因で各静電容量素子間に出力差が生じ
る問題を、減少または解消して、例えば他軸干渉出力が
現れ難く、設定した各軸方向の加速度が高精度に測定可
能な静電容量型加速度センサの提供を目的としている。
となる静電容量素子を有した静電容量型加速度センサに
おける、外力の入力と得られる各静電容量素子の出力に
関して、種々の要因で各静電容量素子間に出力差が生じ
る問題を、減少または解消して、例えば他軸干渉出力が
現れ難く、設定した各軸方向の加速度が高精度に測定可
能な静電容量型加速度センサの提供を目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】発明者らは、外力の入力
と得られる各静電容量素子の出力に関して、各静電容量
素子間に出力差が生じるのを減少させるべく、種々検討
した結果、例えば、基板面に平行なＸＹ平面を設定して
これと直交するＺ軸のＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向成分の検
出を行う構成である場合、Ｚ軸方向成分の検出感度が他
のＸ，Ｙ軸に比べてかなり高いため、Ｚ軸方向の電極間
のギャップを他２軸のギャップより大きく設定する、例
えば、上記の例で当該電極間のギャップを他２軸のギャ
ップより大きくするため、可動側基板に凹み加工を施し
て電極高さを変更することにより、目的が達成できるこ
とを知見した。
と得られる各静電容量素子の出力に関して、各静電容量
素子間に出力差が生じるのを減少させるべく、種々検討
した結果、例えば、基板面に平行なＸＹ平面を設定して
これと直交するＺ軸のＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向成分の検
出を行う構成である場合、Ｚ軸方向成分の検出感度が他
のＸ，Ｙ軸に比べてかなり高いため、Ｚ軸方向の電極間
のギャップを他２軸のギャップより大きく設定する、例
えば、上記の例で当該電極間のギャップを他２軸のギャ
ップより大きくするため、可動側基板に凹み加工を施し
て電極高さを変更することにより、目的が達成できるこ
とを知見した。
【００１８】すなわち、発明者らは、固定基板と可撓基
板との各対向面に電極を着設して対向配置される静電容
量素子を複数対設け、予め設定する複数軸方向の加速度
の変化を、複数対の静電容量素子間の静電容量変化に基
づき所要軸方向成分の検出を行う静電容量型加速度セン
サにおいて、固定基板と可撓基板との間に形成した静電
容量素子の各電極間のギャップをそれに対応する各軸方
向ごとに最適値に設定することを知見し、この発明を完
成した。
板との各対向面に電極を着設して対向配置される静電容
量素子を複数対設け、予め設定する複数軸方向の加速度
の変化を、複数対の静電容量素子間の静電容量変化に基
づき所要軸方向成分の検出を行う静電容量型加速度セン
サにおいて、固定基板と可撓基板との間に形成した静電
容量素子の各電極間のギャップをそれに対応する各軸方
向ごとに最適値に設定することを知見し、この発明を完
成した。
【００１９】また、発明者らは、上記構成の静電容量型
加速度センサにおいて、例えば、可動側基板に凹み加工
を施して電極高さを変更するに際し、自己診断用の可撓
基板を振動させるための駆動電極のギャップを、静電容
量素子の各電極間のギャップより小さく設定、例えば、
可動側基板に凸加工を施して当該ギャップをより小さく
することにより、その駆動電圧を小さくできることを知
見した。
加速度センサにおいて、例えば、可動側基板に凹み加工
を施して電極高さを変更するに際し、自己診断用の可撓
基板を振動させるための駆動電極のギャップを、静電容
量素子の各電極間のギャップより小さく設定、例えば、
可動側基板に凸加工を施して当該ギャップをより小さく
することにより、その駆動電圧を小さくできることを知
見した。
【００２０】
【発明の実施の形態】この発明において、対象とする静
電容量型加速度センサは２軸以上の多軸方向成分の検出
を行う構成で、電極が対向して一方が可動側となる静電
容量素子を有した構成であれば、電極配置や各基板の支
持方法がいずれの構成であっても適用できる。
電容量型加速度センサは２軸以上の多軸方向成分の検出
を行う構成で、電極が対向して一方が可動側となる静電
容量素子を有した構成であれば、電極配置や各基板の支
持方法がいずれの構成であっても適用できる。
【００２１】図２Ａに静電容量型加速度センサの縦断説
明図を示すが、ここでは作動子１３には何らの加速度も
作用していないので、静電容量素子Ｃ1〜Ｃ5の容量変化
はなく、静電容量素子の容量を電圧に変換する各Ｃ−Ｖ
変換器（図示せず）の出力電圧、並びに各素子間、すな
わち各Ｃ−Ｖ変換器間の出力電圧差は生じていない。
明図を示すが、ここでは作動子１３には何らの加速度も
作用していないので、静電容量素子Ｃ1〜Ｃ5の容量変化
はなく、静電容量素子の容量を電圧に変換する各Ｃ−Ｖ
変換器（図示せず）の出力電圧、並びに各素子間、すな
わち各Ｃ−Ｖ変換器間の出力電圧差は生じていない。
【００２２】作動子１３にＸ軸の正方向への加速度が加
わると、可撓基板１２が歪み、静電容量素子Ｃ1のギャ
ップが小さくなると同時に静電容量素子Ｃ3のギャップ
が大きくなり、各Ｃ−Ｖ変換器の出力電圧差を生じるこ
とにより、差動増幅器に所定の出力が生じてＸ軸方向へ
の加速度が検出できる。
わると、可撓基板１２が歪み、静電容量素子Ｃ1のギャ
ップが小さくなると同時に静電容量素子Ｃ3のギャップ
が大きくなり、各Ｃ−Ｖ変換器の出力電圧差を生じるこ
とにより、差動増幅器に所定の出力が生じてＸ軸方向へ
の加速度が検出できる。
【００２３】この際、静電容量素子Ｃ1，Ｃ3，Ｃ5のに
も可撓基板１２の歪みによるギャップの変化が生じ、こ
れらのギャップ変化は垂直なＹ軸に対して対称に発生す
ると、該静電容量素子の容量は変化せず、出力電圧の差
もないが、現実には完全に対称に基板歪みが発生するこ
とはなく、僅かながらもＹ軸方向の出力電圧の差が生じ
る。
も可撓基板１２の歪みによるギャップの変化が生じ、こ
れらのギャップ変化は垂直なＹ軸に対して対称に発生す
ると、該静電容量素子の容量は変化せず、出力電圧の差
もないが、現実には完全に対称に基板歪みが発生するこ
とはなく、僅かながらもＹ軸方向の出力電圧の差が生じ
る。
【００２４】一方、Ｚ軸の正方向への加速度が加わる
と、特に静電容量素子Ｃ5のギャップが小さくなってそ
の容量が大きくなり、変換器の出力電圧は加速度が加わ
る前よりも大きくなり、そのときの出力電圧の変化量か
らＺ軸方向への加速度を検出できる。
と、特に静電容量素子Ｃ5のギャップが小さくなってそ
の容量が大きくなり、変換器の出力電圧は加速度が加わ
る前よりも大きくなり、そのときの出力電圧の変化量か
らＺ軸方向への加速度を検出できる。
【００２５】このとき、静電容量素子Ｃ1〜Ｃ4の容量も
同じように大きくなり、これらのギャップ変化はＸ軸、
Ｙ軸に対して対称に発生すると、該静電容量素子の容量
は変化せず、出力電圧の差もないが、現実には完全に対
称に基板歪みが発生することはなく、僅かながらもＸ、
Ｙ軸方向の出力電圧の差が生じる。
同じように大きくなり、これらのギャップ変化はＸ軸、
Ｙ軸に対して対称に発生すると、該静電容量素子の容量
は変化せず、出力電圧の差もないが、現実には完全に対
称に基板歪みが発生することはなく、僅かながらもＸ、
Ｙ軸方向の出力電圧の差が生じる。
【００２６】従って、前述した静電容量式Ｃｊは下記式
の如く、各軸ごとに他軸出力を考慮して補正する必要が
ある。但し、（ｊ＝１，２，３，４，５）、ｄ0は初期
電極ギャップの距離、ｋは係数である。
の如く、各軸ごとに他軸出力を考慮して補正する必要が
ある。但し、（ｊ＝１，２，３，４，５）、ｄ0は初期
電極ギャップの距離、ｋは係数である。
【００２７】
【数２】
【００２８】加速度の各成分の検出は、例えば、Ｘ軸方
向の静電容量差（Ｃ1−Ｃ3）、Ｙ軸方向の静電容量差
（Ｃ2−Ｃ4）、Ｚ軸方向の静電容量（Ｃ5）あるいは静
電容量（Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ3＋Ｃ4）として検出するが、上記
の補正等が行われないと、測定誤差が拡大することにな
る。
向の静電容量差（Ｃ1−Ｃ3）、Ｙ軸方向の静電容量差
（Ｃ2−Ｃ4）、Ｚ軸方向の静電容量（Ｃ5）あるいは静
電容量（Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ3＋Ｃ4）として検出するが、上記
の補正等が行われないと、測定誤差が拡大することにな
る。
【００２９】特に、Ｚ軸方向の静電容量素子は、作動子
が外力によりＺ軸方向に容易に移動するため、Ｘ軸方向
及びＹ軸方向と比較して高感度となりかつ静電容量はよ
り大きな値として変動してＣ−Ｖ変換器より出力される
傾向にある。
が外力によりＺ軸方向に容易に移動するため、Ｘ軸方向
及びＹ軸方向と比較して高感度となりかつ静電容量はよ
り大きな値として変動してＣ−Ｖ変換器より出力される
傾向にある。
【００３０】そこで、加速度の変化による静電容量変化
の出方に差があることから、例えばＺ軸方向の静電容量
素子Ｃ5の容量変化の度合いを静電容量素子Ｃ1〜Ｃ4の
それと同等にする必要があり、このためには各静電容量
素子の電極間のギャップを所要軸方向ごとに容量変化の
度合いに応じて最適値に設定、すなわち、ギャップ長を
変更するとよい。
の出方に差があることから、例えばＺ軸方向の静電容量
素子Ｃ5の容量変化の度合いを静電容量素子Ｃ1〜Ｃ4の
それと同等にする必要があり、このためには各静電容量
素子の電極間のギャップを所要軸方向ごとに容量変化の
度合いに応じて最適値に設定、すなわち、ギャップ長を
変更するとよい。
【００３１】上記の例では、容量変化が大きい軸方向の
静電容量素子Ｃ5の電極間のギャップを、容量変化が小
さな他の静電容量素子Ｃ1〜Ｃ4のそれより大きくとっ
て、Ｃ−Ｖ変換後の出力をより小さくすることにより、
Ｘ軸、Ｙ軸方向の加速度から派生したＺ軸方向の加速度
による他軸への干渉がより減少して、各軸方向の静電容
量変化が実際の加速度方向に一層正確に対応するように
なる。
静電容量素子Ｃ5の電極間のギャップを、容量変化が小
さな他の静電容量素子Ｃ1〜Ｃ4のそれより大きくとっ
て、Ｃ−Ｖ変換後の出力をより小さくすることにより、
Ｘ軸、Ｙ軸方向の加速度から派生したＺ軸方向の加速度
による他軸への干渉がより減少して、各軸方向の静電容
量変化が実際の加速度方向に一層正確に対応するように
なる。
【００３２】図１の構成からなる静電容量型加速度セン
サにおいて、例えば、Ｚ軸方向の静電容量素子Ｃ5の電
極間のギャップを変更する方法としては、図３Ａに示す
ごとく、可撓基板１２の所要位置に固定側の当該電極面
積より少し広い凹みを設けて電極５を形成し、他の静電
容量素子Ｃ1〜Ｃ4の初期ギャップ値ｄ0より凹みの深さ
だけ長いｄ0 +とすることができる。
サにおいて、例えば、Ｚ軸方向の静電容量素子Ｃ5の電
極間のギャップを変更する方法としては、図３Ａに示す
ごとく、可撓基板１２の所要位置に固定側の当該電極面
積より少し広い凹みを設けて電極５を形成し、他の静電
容量素子Ｃ1〜Ｃ4の初期ギャップ値ｄ0より凹みの深さ
だけ長いｄ0 +とすることができる。
【００３３】また、逆に図３Ｂに示すごとく、可撓基板
１２の所要位置に固定側の当該電極面積より少し狭い凸
部を設けて電極４を形成し、Ｚ軸方向の静電容量素子Ｃ
5の電極間のギャップ値ｄ0より凸部高さだけ短いｄ0 -と
することができる。さらには、図３Ｃに示すごとく、可
撓基板１２の所要位置に凹みあるいは凸部を設けて電極
を形成し、構成に応じた最適のギャップ値ｄa，ｄb，ｄ
cをそれぞれ設定することができる。
１２の所要位置に固定側の当該電極面積より少し狭い凸
部を設けて電極４を形成し、Ｚ軸方向の静電容量素子Ｃ
5の電極間のギャップ値ｄ0より凸部高さだけ短いｄ0 -と
することができる。さらには、図３Ｃに示すごとく、可
撓基板１２の所要位置に凹みあるいは凸部を設けて電極
を形成し、構成に応じた最適のギャップ値ｄa，ｄb，ｄ
cをそれぞれ設定することができる。
【００３４】すなわち、この発明において、静電容量型
加速度センサの各静電容量素子の電極間のギャップの設
定は、静電容量素子を構成する電極の配置や可撓基板の
支持ビームの構成等に応じて、上記のごとくＺ軸方向の
静電容量素子のみを他より拡大したり、それぞれ個別に
設定したり、適宜選定することができる。
加速度センサの各静電容量素子の電極間のギャップの設
定は、静電容量素子を構成する電極の配置や可撓基板の
支持ビームの構成等に応じて、上記のごとくＺ軸方向の
静電容量素子のみを他より拡大したり、それぞれ個別に
設定したり、適宜選定することができる。
【００３５】特に、自己診断用に設ける可撓基板を振動
させるための駆動電極のギャップを、静電容量素子の各
電極間のギャップより小さくするために、可撓基板のエ
ッチング時に駆動電極部のみを凸部となるように加工し
て当該ギャップをより小さくすることにより、その駆動
電圧を小さくできる。
させるための駆動電極のギャップを、静電容量素子の各
電極間のギャップより小さくするために、可撓基板のエ
ッチング時に駆動電極部のみを凸部となるように加工し
て当該ギャップをより小さくすることにより、その駆動
電圧を小さくできる。
【００３６】
【実施例】図１に示す構成の静電容量型加速度センサを
作製するに際し、Ｚ軸方向の静電容量素子Ｃ5の電極間
のギャップを図３Ａに示すごとく、可撓基板１２の所要
位置に固定側の当該電極面積より少し広い凹みを設けて
電極５を形成するため、エッチングにて前記凹み部を設
けた。他の静電容量素子Ｃ1〜Ｃ4の初期ギャップ値を２
μｍに、静電容量素子Ｃ5の初期ギャップ値を３μｍに
設定した。
作製するに際し、Ｚ軸方向の静電容量素子Ｃ5の電極間
のギャップを図３Ａに示すごとく、可撓基板１２の所要
位置に固定側の当該電極面積より少し広い凹みを設けて
電極５を形成するため、エッチングにて前記凹み部を設
けた。他の静電容量素子Ｃ1〜Ｃ4の初期ギャップ値を２
μｍに、静電容量素子Ｃ5の初期ギャップ値を３μｍに
設定した。
【００３７】一方、比較のために全ての静電容量素子Ｃ
1〜Ｃ5の初期ギャップ値を２μｍ、３μｍに設定した２
種の静電容量型加速度センサを作製した。
1〜Ｃ5の初期ギャップ値を２μｍ、３μｍに設定した２
種の静電容量型加速度センサを作製した。
【００３８】この発明によるＺ軸方向の静電容量素子Ｃ
5の初期ギャップ値を他より拡大した構成と、従来の全
ての静電容量素子Ｃ1〜Ｃ5の初期ギャップ値が同一の構
成との比較において、感度（ｐＦ／Ｇ）、直線性誤差
（％、Ｚ軸干渉の補正後）を測定した。表１にその結果
を示す。
5の初期ギャップ値を他より拡大した構成と、従来の全
ての静電容量素子Ｃ1〜Ｃ5の初期ギャップ値が同一の構
成との比較において、感度（ｐＦ／Ｇ）、直線性誤差
（％、Ｚ軸干渉の補正後）を測定した。表１にその結果
を示す。
【００３９】この実施例では、かかる構成の静電容量型
加速度センサにおいて、最も誤差の出やすいＺ軸の感度
を下げて他軸干渉出力を小さくし、Ｘ軸とＹ軸の感度を
大幅に向上させることにより、各軸間の出力差を減少さ
せることを主眼にギャップ値を設定したが、表１に示す
ごとく、目的が達成できたことが分かる。
加速度センサにおいて、最も誤差の出やすいＺ軸の感度
を下げて他軸干渉出力を小さくし、Ｘ軸とＹ軸の感度を
大幅に向上させることにより、各軸間の出力差を減少さ
せることを主眼にギャップ値を設定したが、表１に示す
ごとく、目的が達成できたことが分かる。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【発明の効果】この発明による静電容量型加速度センサ
は、可動側基板に電極高さを変更する凹凸加工などを施
して、各電極間のギャップを所要軸方向ごとに最適値に
設定することが可能なため、構造上の非対称性が原因と
なる他軸干渉出力を大幅に減少させることができ、これ
に伴う等の補正等もできるだけ少なくすることができ
る。
は、可動側基板に電極高さを変更する凹凸加工などを施
して、各電極間のギャップを所要軸方向ごとに最適値に
設定することが可能なため、構造上の非対称性が原因と
なる他軸干渉出力を大幅に減少させることができ、これ
に伴う等の補正等もできるだけ少なくすることができ
る。
【００４２】また、静電容量型加速度センサは、構造あ
るいは加工精度上の非対称性が原因で、加速度の変化に
よる各軸方向の静電容量変化の出方に差があるが、各電
極間のギャップを所要軸方向ごとに最適値に設定するこ
とが可能なため、所要軸間の出力差や誤差、他軸干渉出
力を小さくすることが可能となる。
るいは加工精度上の非対称性が原因で、加速度の変化に
よる各軸方向の静電容量変化の出方に差があるが、各電
極間のギャップを所要軸方向ごとに最適値に設定するこ
とが可能なため、所要軸間の出力差や誤差、他軸干渉出
力を小さくすることが可能となる。
【００４３】さらに、各軸方向の検出精度を向上させる
ことが可能で、所要軸間の出力差や誤差、他軸干渉出力
を小さくすることが可能となるため、センサの回路内で
の増幅によるノイズの増加を防止することができる。
ことが可能で、所要軸間の出力差や誤差、他軸干渉出力
を小さくすることが可能となるため、センサの回路内で
の増幅によるノイズの増加を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは静電容量型加速度センサの固定基板の下面
を示す説明図であり、Ｂは静電容量型加速度センサの縦
断説明図である。
を示す説明図であり、Ｂは静電容量型加速度センサの縦
断説明図である。
【図２】Ａは静電容量型加速度センサの縦断説明図であ
り、ＢはＦｘの力が作用して可撓基板が歪んだ場合の縦
断説明図、ＣはＦｚの力が作用して可撓基板が歪んだ場
合の縦断説明図である。
り、ＢはＦｘの力が作用して可撓基板が歪んだ場合の縦
断説明図、ＣはＦｚの力が作用して可撓基板が歪んだ場
合の縦断説明図である。
【図３】この発明による静電容量型加速度センサの要部
縦断説明図であり、Ａは静電容量素子の電極のギャップ
を拡大した構成例、Ｂは電極のギャップを縮小した構成
例、Ｃは電極のギャップを種々の値にした例を示す。
縦断説明図であり、Ａは静電容量素子の電極のギャップ
を拡大した構成例、Ｂは電極のギャップを縮小した構成
例、Ｃは電極のギャップを種々の値にした例を示す。
１，２，３，４，５ 電極 １０ 円筒 １１ 固定基板 １２ 可撓基板 １３ 作動子 Ｃ1〜Ｃ5 静電容量素子
Claims (5)
- 【請求項１】 固定基板と可撓基板との各対向面に電極
を着設して対向配置される静電容量素子を複数対設け、
予め設定する複数軸方向の加速度の変化を、複数対の静
電容量素子間の静電容量変化に基づき所要軸方向成分の
検出を行う静電容量型加速度センサにおいて、固定基板
と可撓基板との間に形成した静電容量素子の各電極間の
ギャップをそれに対応する各軸方向ごとに最適値に設定
する静電容量型加速度センサ。 - 【請求項２】 請求項１において、基板面に平行なＸＹ
平面を設定してこれと直交するＺ軸のＸ，Ｙ，Ｚ軸の３
軸方向成分の検出を行う構成である静電容量型加速度セ
ンサ。 - 【請求項３】 請求項２において、Ｚ軸方向成分の検出
を行う電極間のギャップを他２軸のギャップより大きく
設定した静電容量型加速度センサ。 - 【請求項４】 請求項１において、可動側基板に電極高
さを変更する加工を施した静電容量型加速度センサ。 - 【請求項５】 請求項１において、自己診断用の可撓基
板を振動させる駆動電極のギャップを、静電容量素子の
各電極間のギャップより小さく設定した静電容量型加速
度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9368830A JPH11194139A (ja) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | 静電容量型加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9368830A JPH11194139A (ja) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | 静電容量型加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11194139A true JPH11194139A (ja) | 1999-07-21 |
Family
ID=18492873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9368830A Pending JPH11194139A (ja) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | 静電容量型加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11194139A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008529001A (ja) * | 2005-01-28 | 2008-07-31 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | 少なくとも２つの間隙寸法と、活性コンデンサ空間の外側に配置された行程ストッパを備えているｚ軸加速度計 |
-
1997
- 1997-12-27 JP JP9368830A patent/JPH11194139A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008529001A (ja) * | 2005-01-28 | 2008-07-31 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | 少なくとも２つの間隙寸法と、活性コンデンサ空間の外側に配置された行程ストッパを備えているｚ軸加速度計 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070327 |