JPH11248737A

JPH11248737A - 静電容量型多軸加速度センサ

Info

Publication number: JPH11248737A
Application number: JP10061929A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hikasa; 浩一日笠; Masatoshi Oba; 正利大場; Katsumi Hosoya; 克己細谷
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】簡略な構成により他軸の干渉を防止すること
ができ、加速度の検出を多軸について高精度に行える静
電容量型多軸加速度センサを提供すること【解決手段】可動電極１５の上方に、Ｘ軸の検出電極
３１，３２を対に配置するとともにＹ軸の検出電極も交
差して対に配置する。可動電極の上面と重り１１ｂの下
面に突起部１７ａ，１７ｂを設ける。Ｚ軸方向の加速度
が加わると、可動電極が移動しようとするが、上下の空
隙では突起部が対向面に接触し、その移動は阻止されて
動けない。この接触した突起部が支持軸となるので可動
電極のスイング動作は可能であり、Ｘ軸，Ｙ軸方向の加
速度の検出には支障ない。可動電極は突起部が接触する
までは極わずかに変位するが、これは定位置に止められ
ると考えてよく、Ｘ軸，Ｙ軸には影響が極めて小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスメータやエレ
ベータなどにおいて地震の振動を検知する感震器及び自
動車のエアバッグ装置やナビゲーション装置などにおい
て振動と衝撃の検知器等として用いられる静電容量型多
軸加速度センサに関するもので、より具体的には、基板
の積層方向への可動電極の変位をメカニカルに制限する
ようにした静電容量型多軸加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１，図２は従来の静電容量型多軸加速
度センサの一例を示している。同図に示すように、この
加速度センサは、４枚の基板を積層して構成している。
つまり、下から順に半導体固定基板１，ガラス基板２，
半導体基板３，ガラス固定基板４を積層して接合する。
そして、半導体基板３には、その内側を分離させて可動
電極５を形成するとともに、その可動体５に梁６を渡し
て周囲の枠体と連結し、内側空間の定位置に可動体５が
収まるようにしている。そしてこの可動体５の上面が可
動電極５ａとなる。

【０００３】この可動体５の下面には重り７を取り付け
ている。この重り７は、ガラス基板２から分離して形成
している。そして、最上のガラス固定基板４の下面に
は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３方向の加速度軸について検出
するため５つの固定電極８１〜８５を形成してある。具
体的な各電極の配置レイアウトは、略正方形の固定電極
８５を中央に配置し、これを取り囲んで略台形の固定電
極８１〜８４を９０度毎に配置している。可動電極５ａ
は共通電極となり、その電極面と５つの固定電極８１〜
８５との間には、静電容量Ｃ８１〜Ｃ８５が形成され
る。

【０００４】係る構成においては、加速度が０の平常状
態では、５つの固定電極８１〜８５と可動電極５ａとは
平行で距離が所定値となり、また、各固定電極８１〜８
５と可動電極５ａの重なり合う面積も等しくなる。これ
により、各電極間に発生する静電容量Ｃ８１〜Ｃ８５は
等しくなる。

【０００５】ここで、互いに直交する３軸を、いわゆる
右手系の座標としてＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と呼び、Ｘ軸とＹ
軸とが上記電極がなす平面に含まれるとすると、Ｚ軸は
電極がなす平面に直交する。

【０００６】このＸ軸方向のみに加速度が加わった場
合、可動体５は梁６で支持している部分よりも下方に重
心があるため、可動体５がスイング動作する。このた
め、その加速度の方向にある固定電極８１と可動電極５
ａの間隔が短くなり、逆に固定電極８２と可動電極５ａ
の間隔が長くなる。同様に、Ｙ軸方向のみに加速度が加
わったとすると、固定電極８３と可動電極５ａの間隔が
短くなり、逆に固定電極８４と可動電極５ａの間隔が長
くなる。そして、Ｚ軸方向のみに加速度が加わったとす
ると、固定電極８５と可動電極５ａの間隔が短くなる。

【０００７】このように各電極間の間隔が変化すること
から、各電極間に発生する静電容量も変化し、しかも変
化のパターンは、加速度が加わる方向により異なるの
で、各電極間に発生する静電容量の変化量を検出するこ
とにより、その加速度の方向と大きさを知ることができ
る。

【０００８】つまり図示の例では、Ｘ軸方向に沿って配
置された固定電極８１，８２がＸ軸方向の検出用とな
り、それらと直交して配置された固定電極８３，８４が
Ｙ軸方向の検出用となっていて、中央の固定電極８５が
Ｚ軸方向の検出用となっている。そして、固定電極８１
〜８５と可動電極５ａとの間には、間隔に応じた静電容
量が発生しているので、固定電極８１，８２と可動電極
５ａとの間の静電容量Ｃ８１，Ｃ８２は、加速度が加わ
らない状態では、電極間隔が等しいので同一の値をと
る。ここでＸ軸方向に加速度が加わると、可動体５がス
イング動作して傾き、固定電極８１側の間隔が狭まって
静電容量Ｃ８１が増加し、固定電極８２側の間隔が広が
って静電容量Ｃ８２は減少する。当然のことながら、
（−Ｘ）方向に加速度が加わると、上記と逆の現象とな
る。そして、加速度が大きいほど、可動電極５ａの変位
量が大きくなるので、その静電容量の差も大きくなる。

【０００９】従って、図２に示すように外部回路を接続
して、２つの静電容量Ｃ８１，Ｃ８２の差を求めること
により、Ｘ軸方向について加速度の向きと大きさを検出
することができる。同様に、固定電極８３，８４と可動
電極５ａとの間の発生する静電容量の差（Ｃ８３−Ｃ８
４）から、Ｙ軸方向について加速度の向きと大きさを検
出することができ、Ｚ軸方向については静電容量Ｃ８５
の容量変化から加速度の向きと大きさを検出することが
できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、係る従
来の加速度センサにあっては、検出方向ではない他軸の
加速度により検出方向のセンサ出力が変動するという他
軸干渉の問題があった。これは例えば、Ｘ軸方向の加速
度が作用すると、図３に鎖線で示すように、可動電極５
ａがスイング動作して傾き、前述したように静電容量Ｃ
８１が増加し、静電容量Ｃ８２は減少するが、このとき
同時にＺ軸方向の加速度も作用した場合には、図３に実
線で示すように、可動電極５ａが上に平行移動して、固
定電極８１〜８５との間隔が全体で同等に狭まる。する
と、Ｘ軸に関わる静電容量Ｃ８１，Ｃ８２は、電極間隔
に反比例する物理量であるため可動電極５がすでに傾い
ている状態では等値には変化しなく、このため静電容量
の差（Ｃ８１−Ｃ８２）が変動してしまい、干渉され
る。

【００１１】この他軸を干渉してしまうという現象は、
Ｘ，Ｙ平面に含まれる梁６により可動体５（可動電極５
ａ）が支持された構造のため、Ｚ軸方向の加速度が他軸
に及ぼす影響が大きく、Ｘ軸及びＹ軸のセンサ出力を大
きく変動させてしまうため補正する必要がある。係る補
正を行うため、従来は、センサ出力を信号処理する測定
回路に補正機能を持たせるようにしている。このため、
信号処理が複雑になり、コストが増して好ましくない。

【００１２】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、簡略な構成により他
軸の干渉を防止することができ、加速度の検出を多軸に
ついて高精度に行える静電容量型多軸加速度センサを提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る静電容量型多軸加速度センサで
は、複数の固定電極が形成された固定基板と、その固定
基板に接合される半導体基板とを有し、前記半導体基板
は、前記固定基板と接合される枠体と、その枠体の内側
に配置された加速度を受けて変位する可動体と、その可
動体を前記枠体に対して弾性支持する梁とを有し、その
可動体の前記固定電極に対向する面に所定のギャップを
おいて可動電極を設け、その可動電極と前記固定電極と
の間に発生する静電容量に基づいて複数方向の加速度を
検知する半導体容量型多軸加速度センサであって、前記
可動体と、前記固定基板の対向する表面の少なくとも一
方に、突起部を設けるように構成した（請求項１）。

【００１４】また、別の解決手段としては、複数の固定
電極が形成された固定基板と、その固定基板に接合され
る半導体基板と、前記半導体基板の反対側に直接または
所定基板を介して接合される他の固定基板とを有し、前
記半導体基板は、前記固定基板と接合される枠体と、そ
の枠体の内側に配置され加速度を受けて変位する可動体
と、その可動体を前記枠体に対して弾性支持する梁とを
有し、その可動体の前記固定電極に対向する面に所定の
ギャップをおいて可動電極を設け、その可動電極と前記
固定電極との間に発生する静電容量に基づいて複数方向
の加速度を検知する半導体容量型多軸加速度センサであ
って、前記可動体またはその可動体と一体に移動する部
材と、前記他の固定基板の対向する表面の少なくとも一
方に、突起部を設けるように構成してもよい（請求項
２）。

【００１５】本発明では、電極面と直交する基板の積層
方向に加速度が加わると、可動体が係る方向に移動しよ
うとするが、その移動方向には突起部が設けられている
ので、その突起部と対向する基板表面とが接触し、それ
以上の移動が阻止される。そして、この接触した突起部
が支持軸となるので、可動体のスイング動作は可能であ
る。よって、電極面と平行な方向の加速度の検出には支
障ない。

【００１６】そして、請求項１と請求項２を同時に実施
した場合には、可動体を基準として上記積層方向の両側
の領域に突起部が形成されるので、係る積層方向の正／
負両方向への加速度の影響を可及的に抑制できる。

【００１７】また、突起部と、それに対向する基板表面
との接触部分に、陽極接合されない絶縁部材を設けるよ
うに構成してもよい（請求項３）。このようにすると、
突起部と対向する基板が陽極接合されてしまうおそれが
なくなるので、加速度のかからない状態でも突起部と対
向する基板を接触させておくことができる。よって、他
軸干渉をより確実に抑制できる。なお、絶縁部材は、図
１４に示したように、所定の絶縁部材（絶縁膜）を成膜
する場合でもよいし、突起部自体を係る絶縁部材で構成
するようにしてもよい。

【００１８】前記固定電極と前記可動電極の間に所定の
静電引力を発生させる手段をさらに備えるとよい（請求
項４）。また、前記固定電極を設けた基板表面に吸引電
極を設け、前記吸引電極と前記可動電極の間に所定の静
電引力を発生させる手段をさらに備えるように構成して
もよい（請求項５）。

【００１９】係る発生させる手段を作動させることによ
り、可動電極（可動体）を吸引し、突起部と対向する基
板表面とを加速度がかからない状態から接触させること
ができる。これにより、他軸干渉がより精度よく抑制で
きる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図４，図５は、本発明に係る静電
容量型多軸加速度センサの第１の実施の形態を示してい
る。同図に示すように、この加速度センサは、４枚の基
板を積層して構成している。但し、図１に示す従来例と
相違して２枚の半導体基板１１，１２の上下にガラス固
定基板１３，１４が配置されている。

【００２１】各半導体基板１１，１２は、シリコン等の
半導体チップであって、上側の半導体基板１２は、エッ
チングにより平面ロ字型の枠体１２ａの内側に梁１６を
介して可動体１２ｂが形成されている。そして、その可
動体１２ｂの上面が可動電極１５となる。これにより可
動体１２ｂ（可動電極１５）が弾性支持され、枠体１２
ａの内側空間の定位置に収まるようになっている。

【００２２】また、下側の半導体基板１１は、図６に示
すように井桁状にダイシングすることにより、周囲の複
数のブロックからなる枠体１１ａの内側に、周囲から分
離独立した重り１１ｂを形成している。そしてこの重り
１１ｂが本形態では、可動体１２ｂの下面に接合され、
可動体１２ｂと一体に移動するようになっている。この
ように重り１１ｂを取り付けることにより、加速度を受
けて移動する部材（可動体１２ｂ＋重り１１ｂ）の重量
が増すので、感度が向上する。なお、重り１１ｂの下面
側は、エッチングにより削られており、下側の第２ガラ
ス固定基板１４に接触せずに移動可能となっている。

【００２３】なお、本実施の形態では、このように２枚
の半導体基板１１，１２を積層して各部を形成している
が、所望する厚みの１枚の半導体基板から各部を形成し
てももちろんよい。また、従来と同様に下側の半導体基
板１１をガラス板から構成してもよい。

【００２４】一方、第１，第２ガラス固定基板１３，１
４は、両者の厚みが同一に設定されている。上側の第１
ガラス固定基板１３の下面には、図５に示すように、可
動電極１５の上面に対向する位置に４つの固定電極３１
〜３４が設けられており、これらはＸ軸，Ｙ軸の２軸に
ついて検出するための固定電極となっている。つまり、
固定電極３１〜３４は、台形状で同面積とされており、
当該電極面の中央を基準に取り囲んで９０度毎に配置さ
れている。これら各固定電極３１〜３４は、中央を挟ん
で反対側に位置する固定電極３１，３２がＸ軸方向の検
出用となり、それらと直交する固定電極３３，３４がＹ
軸方向の検出用となっている。これにより、共通電極と
なる可動電極１５と４つの固定電極３１〜３４との間に
は、距離に応じた静電容量Ｃ３１〜Ｃ３４が発生する。

【００２５】上記した各電極は、図５に示すように、外
部回路と接続されている。つまり、Ｘ軸方向について
は、固定電極３１，３２がＣ−Ｖ変換回路１８１，１８
２と接続され、静電容量Ｃ３１，３２が電圧値に各々変
換されるようになっており、これらが後段の差動増幅回
路２１に送られて両者の差値が求められる構成とされて
いる。そして、Ｙ軸方向についてもＸ軸方向と同様であ
って、固定電極３３，３４がＣ−Ｖ変換回路１８３，１
８４と接続され、静電容量Ｃ３３，３４が電圧値に各々
変換されるようになっており、これらが後段の差動増幅
回路２２に送られて両者の差値が求められる構成とされ
ている。

【００２６】すなわち、Ｘ軸方向出力Ｖx 及びＹ軸方向
出力Ｖy は、Ｖx ＝ｋ×［（Ｃ３１）−（Ｃ３２）］ …（１）Ｖy ＝ｋ×［（Ｃ３３）−（Ｃ３４）］ …（２）により求められる。

【００２７】上記のように構成すると、図中矢印で示す
Ｘ軸方向にのみ加速度が加わった場合、可動電極１５が
加速度の作用方向へ移動しようとするが、梁１６で支持
している部分よりも下方に重心があるため、可動電極１
５がスイング動作する。このため、固定電極３１と可動
電極１５との間隔が短くなり静電容量Ｃ３１が増加し、
固定電極３２と可動電極１５との間隔が長くなって静電
容量Ｃ３２が減少する。そして、（−Ｘ）方向に加速度
が加わった場合には、上記と逆になる。

【００２８】従って、Ｘ軸方向出力Ｖx は、Ｘ軸方向に
加速度が加わった場合には正値をとり、（−Ｘ）方向に
加速度が加わった場合には負値をとる。そして、Ｙ軸方
向のみ或いはＺ軸方向のみに加速度が加わった場合に
は、Ｘ軸方向出力Ｖx は変化しない。さらに、加速度が
大きいほど、Ｖx の絶対値は大きくなる。このため、Ｖ
x の値から加速度の方向及び大きさを知ることができ
る。同様に、Ｙ軸方向についてもＶy から加速度の方向
及び大きさを知ることができる。

【００２９】ここで本発明では、可動体１２ｂの上面、
つまり可動電極１５の電極面の中央に突起部１７ａを形
成している。また、第２ガラス固定基板１４と対向する
重り１１ｂの下面（対向面）の中央にも突起部１７ｂを
形成している。そして、それら両突起部１７ａ，１７ｂ
は、対向するガラス固定基板１３，１４の対向面に近接
させている。また、第１ガラス固定基板１３の下面に
は、上側の突起部１７ａに対向する位置には固定電極３
１〜３４を設けないようにしている。

【００３０】さらに、上記突起部１７ａ，１７ｂを設け
る位置は、可動体１２ｂ，重り１１ｂの移動物体の重心
位置、つまりスイング中心を通る可動電極１５の電極面
の法線と、その可動電極１５，重り１１ｂの上・下面と
を交差する位置としている。なお、この突起部を設ける
位置としては、移動物体の重心という点から規定するこ
ともできるが、それに限らず、単に設置面の中心とした
り、移動物体の重さのバランスがとれる位置や、移動物
体の体積の中央位置を通る可動電極１５の電極面の法線
と、設置面との交点位置とするなど各種の規定の仕方に
より特定できる。もちろんこれ以外でも構わない。

【００３１】係る構成をとると、（−Ｚ）方向に加速度
が加わると、可動電極１５が下方に移動しようとする
が、下側の空隙では重り１１ｂの下面に突起部１７ｂが
形成されているので、この突起部１７ｂが第２ガラス固
定基板１４の上面に接触し、それ以上の移動は阻止され
て動けない。但し、この接触した突起部１７ｂが支持軸
となるので、可動電極１５はスイング動作は可能であ
る。

【００３２】一方、Ｚ軸の正値方向に加速度が加わった
場合には、上記とは逆に可動電極１５は上方に移動しよ
うとするが、上側の空隙でも同様に可動電極１５の上面
に形成した突起部１７ａが第１ガラス固定基板１３の下
面に接触し、それ以上の上昇移動は阻止されて動けな
い。そして、突起部１７ａの接触点を軸として可動電極
１５はスイング動作する。

【００３３】従って、可動体１１ｂ（可動電極１５）は
Ｚ軸方向に関しては、突起部１７ａ，１７ｂが接触する
までは極わずかに変位するが、加速度のかからない正常
状態での突起部１７ａ，１７ｂと第１，第２ガラス固定
基板１３，１４の対向面間距離を接近させて非常に短く
しているので、可動体１２ｂ（可動電極１５）は、Ｚ軸
方向に対しては定位置に止められると考えてもよい。

【００３４】このように、可動電極１５がＺ軸方向に関
して定位置に止められてほとんど変位しないので、Ｚ軸
方向の加速度がＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度検出に与
える影響が極めて小さく、Ｘ軸方向（Ｙ軸方向）に加わ
った加速度を精度よく検出することができる。すなわ
ち、Ｚ軸方向の加速度による他軸の干渉を実質的に防止
することができる。その結果、Ｘ軸及びＹ軸のセンサ出
力は、従来のように複雑な補正処理を行う必要がなく、
直ちに高精度な検出値を得ることができる。このため、
加速度を測定するための外部回路は簡略な構成となり、
加速度の検出を多軸について高精度に行える。

【００３５】さらに、上記の突起部１７ａ，１７ｂの形
状は、先端を細くし、対向する基板に接触した場合の接
触面積を小さくしている。これにより、Ｚ軸方向の移動
を規制しつつ、スイング移動の邪魔にならないようにし
ている。

【００３６】なお、突起部１７ａ，１７ｂは、可動体１
２ｂ（＋重り１１ｂ）の上下の空隙において、対向して
いるいずれか一方面に形成されていればよい。従って、
例えば図７に示すように、第１ガラス固定基板１３の下
面と第２ガラス固定基板１４の上面とに突起部１７を形
成した構成としたり、図８に示すように第１ガラス固定
基板１３の下面と重り１１ｂの下面とに突起部１７を形
成した構成としたり、さらには、図９に示すように可動
電極１５の上面と第２ガラス固定基板１４の上面とに突
起部１７を形成した構成とするなど、各種の構造をとる
ことができる。そして、いずれの構成でも同様に動作
し、同様の作用効果を得ることができる。但し、半導体
基板側に突起部を設ける方が製造が容易に行える。さら
には、上記した各実施の形態のように、両側に突起部を
設けるのではなく、片側にのみ突起部を設けてもよい。
そのようにすると、突起部を設けない側への移動は抑制
できないので、上記した各実施の形態に比べるとＺ軸干
渉を抑制する効果は低いものの、加速度測定時に発生す
るＺ軸方向の加速度に方向性があり、主として正または
負の片側に発生するような場合には一方でもよい。

【００３７】図１０，図１１は、本発明の第２の実施の
形態を示している。同図に示すように、この加速度セン
サには、突起部１７ａが可動電極１５の上側の空隙にの
み形成されており、可動電極１５に静電引力を作用させ
て固定電極側に吸引するように構成されている。

【００３８】つまり、図１１に示すように、Ｘ軸の検出
電極となる固定電極３１にはＸ軸定電圧源１９１の負側
端子が接続され、そのＸ軸定電圧源１９１の正側端子は
可動電極１５に接続されている（図示の便宜上ラインＬ
を介して接続されている）。これにより、固定電極３１
と可動電極１５の間には、定電圧Ｖb1が印可されること
になる。同様に、Ｘ軸定電圧源１９２によって、固定電
極３２と可動電極１５の間に定電圧Ｖb2が印可される。
さらに、Ｙ軸の検出電極となる固定電極３３，３４と可
動電極１５の間にはそれぞれＹ軸定電圧源１９３，１９
４によって定電圧Ｖb3，Ｖb4が印可されている。これに
より、固定電極３１〜３４と可動電極１５との間に所定
の静電引力を発生させている。

【００３９】このような構成によれば、可動電極１５は
静電引力により固定電極３１〜３４側に引かれ、測定対
象の加速度がかかっていない平常状態であっても上面に
形成した突起部１７ａが固定基板１３の下面に接触す
る。そして、加速度がかかった場合には、この突起部１
７ａの接触部位を軸にして可動電極１５のスイング動作
は可能となるので、Ｘ軸，Ｙ軸方向の加速度の検出には
支障なく、この接触した状態が保たれる定位置に止めら
れる。

【００４０】このように、突起部１７が固定基板１３の
下面に最初から接触した状態とされているので、可動電
極１５はＺ軸方向に関して定位置に止められて全く変位
しない。従って、Ｘ軸及びＹ軸には何ら影響がなく、Ｘ
軸，Ｙ軸方向に加わった加速度を極めて精度よく検出す
ることができる。これにより、Ｚ軸方向の加速度による
他軸の干渉を良好に防止することができ、可動電極１５
のＺ軸方向変位に起因する測定特性の直線性の悪化もな
くなる。なお、その他の構成並びに作用効果は、上記し
た各実施の形態と同様であるので、同一符号を付しその
詳細な説明を省略する。

【００４１】図１２，図１３は、本発明の第３の実施の
形態を示している。同図に示すように、本実施の形態で
は、上記した第２の実施の形態における静電引力を発生
させるための構成を変更したものである。具体的には、
固定電極３１〜３４側に吸引電極３６を形成し、この吸
引電極３６により可動電極１５に静電引力を作用させて
固定電極３１〜３４側に吸引するように構成されてい
る。

【００４２】つまり、図１３に示すように、吸引電極３
６は略正方形状で、突起部１７ａが接触する中央部分が
円形に除去されており、基板面の中央に設けられてい
る。そして、固定電極３１〜３４が吸引電極３６を取り
囲んで９０度毎に配置されている。この吸引電極３６と
可動電極１５の間に定電圧源１９６が接続され、可動電
極１５と吸引電極３６間に定電圧Ｖb6を印加し、所定の
静電引力を発生させている。

【００４３】このような構成によれば、可動電極１５は
静電引力により固定電極側に引かれるので、正常状態で
固定基板１３の下面に突起部１７ａが接触する。そし
て、その接触点を中心に可動電極１５はスイング動作が
可能となっているので、Ｘ軸，Ｙ軸方向の加速度の検出
には支障はない。なお、その他の構成並びに作用効果
は、上記した各実施の形態と同様であるので、同一符号
を付しその詳細な説明を省略する。

【００４４】図１４は本発明の第４の実施の形態を示し
ている。本実施の形態は上記した第１の実施の形態及び
その変形例を前提とし、さらにＺ軸干渉を抑制するもの
である。すなわち、第１の実施の形態などにおいては、
正常状態では突起部１７ａ，１７ｂ，１７の先端と、対
向する基板表面との間には所定の隙間を設けていて接触
しないようにしていた。これは、半導体基板とガラス基
板とを陽極接合して一体化する際に、突起部１７ａ，１
７ｂ，１７の先端と対向する基板との間でも陽極接合さ
れて一体化してしまうおそれがある（接触面積が小さい
ため、その後に分離することはあり、製品としては支障
がなくなることもありえるが、安全を考慮して離反させ
ている）。一方、Ｚ軸干渉を考慮すると、第２，第３の
実施の形態のように突起部１７は接触していた方が好ま
しい。

【００４５】そこで、図１４に示すように、突起部１７
ａ，１７ｂの先端と、対向する基板（図示の例では、い
ずれもガラス固定基板１３，１４）の間に、陽極接合さ
れない絶縁部材を介在させ、その絶縁部材を介して突起
部１７ａ，１７ｂと対向する基板を接触させている。よ
り具体的には、可動体１２ｂの可動電極１５を覆うよう
にして酸化膜などの絶縁膜４１を形成している。なお、
本発明との関係においては、少なくとも突起部１７ａの
先端のみに絶縁膜４１を形成すればよいが、確実に成膜
させるために可動電極１５の全面に形成している。ま
た、このように突起部を覆うのではなく、第２ガラス固
定基板１４の上面所定位置に所定の絶縁膜４２を形成
し、その絶縁膜４２と突起部１７ｂを接触させるように
してもよい。このように、突起部と対向する基板側のい
ずれに設けてもかまわない。そして、具体的な図示を省
略するが、上記した各実施の形態に適用できる。

【００４６】図１５は、本発明の第５の実施の形態を示
している。上記した各実施の形態では、突起部の形成位
置は異なるものの、いずれも取り付ける基板をエッチン
グなどにより加工することにより一体に形成していた
が、本実施の形態では、突起部１７′を別部材で構成し
ている。なお、別部材であれば、同一材質でもよく異な
る材質でもよい。さらには、例えば樹脂等の陽極接合し
ない材料で構成すれば、突起部１７′を対向する基板表
面に接触させることができるので、より好ましい。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る静電容量型
多軸加速度センサでは、突起部が、可動体の上方及びま
たは下方の空隙において、対向している少なくとも一方
の面に形成されているので、Ｚ軸の正負方向に加速度が
加わって可動体が移動しようとしても、突起部が対向す
る基板表面に接触し、その移動は阻止される。そして、
この接触した突起部が支持軸となるので可動体はスイン
グ動作は可能であるので、Ｘ軸，Ｙ軸方向の加速度の検
出には支障ない。従って、可動電極はＺ軸方向に関して
は、突起部が接触するまでは極わずかに変位するが、こ
れは定位置に止められると考えてよく、このためＸ軸及
びＹ軸には影響が極めて小さく、Ｘ軸及びＹ軸方向に加
わった加速度を精度よく検出することができる。すなわ
ち、Ｚ軸方向の加速度による他軸の干渉を実質的に防止
することができ、この場合、Ｘ軸及びＹ軸のセンサ出力
は、従来のように複雑な補正処理を行う必要がなく、直
ちに高精度な検出値を得ることができる。このため、加
速度を測定するための外部回路は簡略な構成となり、加
速度の検出を高精度に行える。

【００４８】また、請求項３のように構成した場合に
は、突起部を対向する基板表面に最初から接触させてお
くことができるので、上記したＺ軸方向に加速度がかか
った場合の他軸干渉をより確実に解消できる。

【００４９】また、請求項４，５のように構成した場合
には、固定電極或いは別途設けた吸引電極に定電圧源が
接続されて定電圧が印加され、これにより固定電極と可
動電極との間に所定の静電引力が発生するため、可動体
は静電引力により固定電極側に引かれ、当該空隙に形成
した突起部が対向面に接触する。このように突起部が対
向面に最初から接触した状態とされているので、可動電
極はＺ軸方向に関して定位置に止められて全く変位しな
い。従って、Ｘ軸及びＹ軸には何ら影響がなく、Ｘ軸及
びＹ軸方向に加わった加速度を極めて精度よく検出する
ことができる。すなわち、Ｚ軸方向の加速度による他軸
の干渉を良好に防止することができ、可動電極のＺ軸方
向変位に起因する測定特性の直線性の悪化もなくなると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の加速度センサの一例を示す断面図であ
る。

【図２】図１に示す加速度センサの各電極を説明する斜
視図、及び外部回路の一例を示す図である。

【図３】図１の可動電極の部分を拡大して示す断面図で
ある。

【図４】本発明に係る静電容量型多軸加速度センサの第
１の実施の形態を示す断面図である。

【図５】第１の実施の形態の要部を示す斜視図である。

【図６】半導体基板１１を示す平面図である。

【図７】本発明に係る静電容量型多軸加速度センサの変
形例を示す断面図である。

【図８】本発明に係る静電容量型多軸加速度センサの変
形例を示す断面図である。

【図９】本発明に係る静電容量型多軸加速度センサの変
形例を示す断面図である。

【図１０】本発明に係る静電容量型多軸加速度センサの
第２の実施の形態を示す断面図である。

【図１１】第２の実施の形態の要部を示す斜視図であ
る。

【図１２】本発明に係る静電容量型多軸加速度センサの
第３の実施の形態を示す断面図である。

【図１３】第３の実施の形態の要部を示す斜視図であ
る。

【図１４】本発明に係る静電容量型多軸加速度センサの
第４の実施の形態を示す断面図である。

【図１５】本発明に係る静電容量型多軸加速度センサの
第５の実施の形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１１，１２半導体基板１１ａ，１２ａ枠体１１ｂ重り１２ｂ可動体１３，１４ガラス固定基板１５可動電極１６梁１７，１７ａ，１７ｂ，１７′ 突起部３１〜３４固定電極３１，３２Ｘ軸の検出電極３３，３４Ｙ軸の検出電極３６吸引電極４１，４２絶縁膜（絶縁部材）１９１，１９２Ｘ軸定電圧源１９３，１９４Ｙ軸定電圧源１９６定電圧源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の固定電極が形成された固定基板
と、その固定基板に接合される半導体基板とを有し、前記半導体基板は、前記固定基板と接合される枠体と、
その枠体の内側に配置された加速度を受けて変位する可
動体と、その可動体を前記枠体に対して弾性支持する梁
とを有し、その可動体の前記固定電極に対向する面に所
定のギャップをおいて可動電極を設け、その可動電極と
前記固定電極との間に発生する静電容量に基づいて複数
方向の加速度を検知する半導体容量型多軸加速度センサ
であって、前記可動体と、前記固定基板の対向する表面の少なくと
も一方に、突起部を設けたことを特徴とする静電容量型
多軸加速度センサ。
【請求項２】複数の固定電極が形成された固定基板
と、その固定基板に接合される半導体基板と、前記半導体基板の反対側に直接または所定基板を介して
接合される他の固定基板とを有し、前記半導体基板は、前記固定基板と接合される枠体と、
その枠体の内側に配置され加速度を受けて変位する可動
体と、その可動体を前記枠体に対して弾性支持する梁と
を有し、その可動体の前記固定電極に対向する面に所定
のギャップをおいて可動電極を設け、その可動電極と前
記固定電極との間に発生する静電容量に基づいて複数方
向の加速度を検知する半導体容量型多軸加速度センサで
あって、前記可動体またはその可動体と一体に移動する部材と、
前記他の固定基板の対向する表面の少なくとも一方に、
突起部を設けたことを特徴とする静電容量型多軸加速度
センサ。
【請求項３】突起部と、それに対向する基板表面との
接触部分に、陽極接合されない絶縁部材を設けたことを
特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型多軸加
速度センサ。
【請求項４】前記固定電極と前記可動電極の間に所定
の静電引力を発生させる手段をさらに備えたことを特徴
とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電容量型
多軸加速度センサ。
【請求項５】前記固定電極を設けた基板表面に吸引電
極を設け、前記吸引電極と前記可動電極の間に所定の静電引力を発
生させる手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１
〜３のいずれか１項に記載の静電容量型多軸加速度セン
サ。