JPH11248741A

JPH11248741A - 静電容量型多軸加速度センサ

Info

Publication number: JPH11248741A
Application number: JP10060337A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hikasa; 浩一日笠; Katsumi Hosoya; 克己細谷; Keisuke Uno; 圭輔宇野
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
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
対に配置する。第１，第２補正用固定電極３５，３６
を、可動電極１５の上方及び下方に対向させて配置す
る。第１補正用固定電極に定電圧Ｖｂｚを印加し、第２
補正用固定電極に可変電圧Ｖｂｄを印加する。Ｚ軸方向
の加速度が作用すると、これを相殺する静電引力を発生
させるように可変電圧Ｖｂｄを調整する。このフィード
バック制御により可動電極１５のＺ軸方向の移動が阻止
され、他軸干渉がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、可動
電極の変位を静電引力により定値制御するようにした静
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
してある。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８ａ〜８ｅ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
８ｅを中央に配置し、これを取り囲んで略台形の固定電
極８ａ〜８ｄ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８ａ〜
８ｅとの間には、静電容量Ｃ８ａ〜Ｃ８ｅ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、４つの固定電極８ａ〜８ｄと可動電極５ａとは
平行で距離が等しくなり、また、各固定電極８ａ〜８ｅ
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８ａと可動電極５
ａの間隔が短くなり、逆に固定電極８ｂ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８ｃと可動電極５ａの間隔が
短くなり、逆に固定電極８ｄ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８ｅ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８ａ，８ｂ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８ｃ，８ｄが
Ｙ軸方向の検出用となっていて、中央の固定電極８ｅが
Ｚ軸方向の検出用となっている。そして、固定電極８ａ
〜８ｅ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８ａ，８ｂと可動電極
５ａとの間の静電容量は、加速度が加わらない状態で
は、電極間隔が等しいため同一の値をとる。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８ａ側の間隔が狭まって静電容量が増加
し、固定電極８ｂ側の間隔が広がって静電容量は減少す
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８ｃ，８ｄと可動電極５ａとの間
に発生する静電容量の差から、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に実線で示すように、可動電極５
ａがスイング動作して傾き、前述したようにＸ軸用の固
定電極８ａ，可動電極５ａ間の静電容量が増加し、固定
電極８ｂ側の静電容量は減少する。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に一点鎖線で示
すように、可動電極５ａが上に平行移動して、固定電極
８ａ〜８ｅ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は、電極間隔に反比例する物理量で
あるため可動電極５ａ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、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、前記可動体と前記固定基板との間
に静電引力を発生させる第１引力発生手段と、前記可動
体またはその可動体と一体に移動する部材（実施の形態
の「重り１１ｂ」に対応）と、前記他の固定基板の対向
する表面の間に静電引力を発生させる第２引力発生手段
とを備え、前記各引力発生手段のうち少なくとも一方
は、発生させる静電引力を調整可能とする。さらに、前
記各基板の積層方向の加速度を打ち消すような静電引力
を前記可動体に与えるように前記静電引力の調整を制御
する制御手段とを備えるように構成した（請求項１）。

【００１４】実施の形態では、第１，第２引力発生手段
は、一方がＺ軸制御回路１９の機能の一部により実現さ
れ（静電引力を調整できる方）、他方がＺ軸定電圧源２
０により実現されている。そして、制御手段は、容量変
換回路２０の出力を受けて動作するＺ軸制御回路１９に
より実現されている。

【００１５】そして、好ましくは、前記制御手段が行う
前記静電引力の調整量に対応する情報に基づいて、その
積層方向の加速度を検出するように構成することである
（請求項２）。これら請求項１，２に記載の発明は、第
１の実施の形態（図８に示す変形例も含む）により具体
化されている。

【００１６】また、別の解決手段としては、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、加速度を受けて前記可動体が移動しようと
した際に、前記加速度を相殺する静電引力を前記可動体
に与える引力発生手段と、前記引力発生手段が発生する
前記加速度を相殺する静電引力の大きさに基づいて前記
加速度に対応する信号を出力するように構成することで
ある（請求項３）。

【００１７】さらに、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、前記可動体と前記
固定基板との間にそれぞれ補正用電極（実施の形態で
は、可動体側の補正電極は、可動電極により兼用させて
いる。）を設け、前記可動体またはその可動体と一体に
移動する部材（実施の形態では、「重り」に対応する）
と、前記他の固定基板の対向する表面にそれぞれ他の補
正用電極（実施の形態では、可動体（重り）側の補正電
極は、その下面をそのまま用いている）を設け、前記対
向する前記固定電極と前記可動電極間及び前記補正電極
間と前記他の補正電極間には、それぞれ電圧を印可して
静電引力を発生させる引力発生手段をさらに設け、同一
軸方向の加速度を検出するための複数の固定電極に接続
された前記引力発生手段のうち少なくとも一つは発生さ
せる静電引力を調整可能とするとともに、他の固定電極
と対向する可動電極間に発生する静電容量が一定になる
ように前記調整可能な引力発生手段を制御する手段をさ
らに設け、かつ、前記補正用電極間と前記他の補助電極
間に取り付けられた各引力発生手段のうち少なくとも一
方は、発生させる静電引力を調整可能とし、他の引力発
生手段が取り付けられた電極間に発生する静電容量が一
定になるように前記調整可能な引力発生手段を制御する
手段をさらに設け、前記制御する手段が行う前記静電引
力の調整量に対応する情報に基づいて、所定方向の加速
度を検出するように構成してもよい（請求項４）。

【００１８】請求項３，４は、第２の実施の形態により
具体化されており、この請求項における引力発生手段
は、定電圧源１７，２２や、制御回路１９，１９ａ（Ｙ
軸方向用の引力発生手段は図示省略）により実現されて
いる。そして、制御する手段は、各軸方向の検出用の電
極間の静電容量を検出する容量変換回路２０，２０ａの
出力を受けて動作する制御回路１９，１９ａにより実現
されている。

【００１９】本発明では、基板の積層方向の加速度がか
かった場合に、その加速度を相殺するような静電引力を
可動体に対して与えることにより、可動体（可動電極）
がその積層方向に移動するのを抑制する。これにより、
他軸干渉の影響を無くすことができ、高精度な測定が行
える。

【００２０】そして、係る積層方向の加速度も検出した
い場合には、請求項２を実施することにより実現でき
る。すなわち、可動体の移動を停止するために加える静
電引力は、加速度に対応して一義的に決まる。したがっ
て、その静電引力を発生させる信号に基づいて加速度を
算出できる。

【００２１】そして、この原理を利用した請求項３，４
の発明によれば、検出方向のすべてに対し、加速度を相
殺するような静電引力を発生させる。これにより、可動
電極が実際には動かない状態で加速度を検出することが
可能となり、他軸干渉を抑制できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図４〜図７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。

【００２３】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。

【００２４】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に接触せずにスイング移動可能となって
いる。

【００２５】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。なおまた、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。

【００２６】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Ｘ軸，Ｙ軸方向の加
速度を検出するための４つの固定電極３１〜３４と、第
１補正用固定電極３５を設けている。具体的には、第１
補正用固定電極３５は略正方形状とされており、これは
基板面の中央に設けられている。この第１補正用固定電
極３５は、従来であれば単純にＺ軸検出用の固定電極と
して用いられていたものであるが、本形態においては、
主として後述するように可動体１２ｂのＺ軸方向の移動
を抑制するために機能する。

【００２７】また、各固定電極３１〜３４は、略台形状
で同面積とされており、第１補正用固定電極３５を取り
囲んで９０度毎に配置されている。そして、第１補正用
固定電極３５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Ｃｘ１，
Ｃｘ２，Ｃｙ１，Ｃｙ２が発生する。また、第１補正用
固定電極３５と可動電極１５の間にも、距離に応じた静
電容量Ｃｚ１が発生する。

【００２８】一方、第２ガラス固定基板１４の上面に
は、可動体１２ｂ（可動電極１５）と一体になって移動
する重り１１ｂの下面に対向する位置に第２補正用固定
電極３６が設けられいる。この第２補正用固定電極３６
は、第１補正用固定電極３５と同一形状で、上下に重な
る位置に形成されている。そして、重り１１ｂも半導体
基板で形成されているので、その重り１１ｂの下面と第
２補正用固定電極３６の間には、距離に応じた静電容量
Ｃｚ２が発生している。そして、本形態では、上側の半
導体基板１２の上面中央のエッチング量と下側の半導体
基板１１の下面中央のエッチング量を等しくすることに
より、加速度がかからない平常状態における第１補正用
固定基板３５と可動電極１５間の距離と、第２補正用固
定基板３６と重り１１ｂの下面間の距離が等しくなり、
それぞれで発生する静電容量Ｃｚ１，Ｃｚ２が等しくな
る。

【００２９】上記した各電極は、図７に示すように、外
部回路と接続されている。すなわち、Ｘ軸用の固定電極
３１，３２と可動電極１５が差動増幅回路１８に接続さ
れる。この差動増幅回路１８は、実際には入力側にＣ−
Ｖ変換回路を設け、各固定電極３１，３２と可動電極１
５の間に発生する静電容量Ｃｘ１，Ｃｘ２に対応する電
圧値に変換し、その変換した電圧値同士の差を所定倍し
た値を出力するようになっている。また、具体的な図示
は省略するが、Ｙ軸用の固定電極３３，３４と可動電極
１５の間にも上記と同様の差動増幅回路が設けられ、両
電極間に発生する静電容量の差に応じた電圧値を出力す
るようになっている。そして、係るＸ軸方向出力Ｖx 及
びＹ軸方向出力Ｖy の正負及びその大きさから加速度の
方向と大きさを検出することができるようになってい
る。係るＸ，Ｙ軸方向の検出手法は、従来と同様であ
る。

【００３０】ここで本発明では、第１補正用固定電極３
５と可動電極１５の間に、Ｚ軸定電圧源２０を接続し、
両電極間に定電圧Ｖｂｚを印加するようになっている。
これにより、第１補正用固定電極３５と可動電極１５と
の間に所定の静電引力が発生する。一方、Ｚ軸制御回路
１９は、第２補正用固定電極３６と重り１１ｂの下面と
の間に所定の電圧を印可するようにしている。

【００３１】これにより、第２補正用固定電極３６と重
り１１ｂとの間にも所定の静電引力が発生する。そし
て、重り１１ｂと可動体１２ｂ（可動電極１５）は一体
となっているので、それら両静電引力や可動体等にかか
る重力などにより両ガラス固定基板１３，１４側に引き
寄せられるので、そのバランスのとれた位置に停止す
る。そして、その停止した状態では第１補正用固定電極
３５と、可動電極１５の間に距離に応じた静電容量Ｃｚ
１が発生する。

【００３２】ところで、仮にＺ軸制御回路１９を介して
印可される電圧値を固定とすると、上記のように可動体
１２ｂが停止した状態からＺ軸方向に加速度がかかる
と、可動体１２ｂはその加速度の方向に移動する。すな
わち、例えば上方（Ｚ軸正方向）に加速度がかかると、
可動電極１５と第１補正用固定電極３５との距離が短く
なり、そこに発生する静電容量Ｃｚ１も増加する。する
と、従来と同様に他軸干渉の問題が生じる。そこで本形
態では、可動電極１５と第１補正用固定電極３５の間に
発生する静電容量Ｃｚ１を、容量変換回路２０を介して
監視し、その静電容量Ｃｚ１に応じた出力を上記Ｚ軸制
御回路１９に与えるようにしている。容量変換回路２０
は、例えばＣ−Ｖ変換回路により実現できる。

【００３３】そして、Ｚ軸制御回路１９では、容量変換
回路２０から与えられる値が所定の基準値になるように
印加電圧Ｖｂｄを調整するようにしている。つまり、静
電容量Ｃｚ１が一定であれば、可動体１２ｂ等はＺ軸方
向の変位がないことになる。従って、上記した加速度が
かからない状態における静電容量Ｃｚ１を維持するよう
に印加電圧Ｖｂｄを調整することにより、たとえＺ軸方
向の加速度がかかった場合であっても、それと逆方向の
静電引力を発生させることにより相殺し、Ｚ軸方向の変
位を阻止する。つまり、Ｚ軸（正）方向に加速度がかか
った場合には、印加電圧Ｖｂｄを大きくし、Ｚ軸（負）
方向に加速度がかかった場合には、印加電圧Ｖｂｄを小
さくなるように調整する。これにより、可動体１２ｂ
（可動電極１５）のＺ軸方向の移動が抑制されるので、
他軸干渉の影響がなく、精度よくＸ，Ｙ軸方向の加速度
を検出することができる。

【００３４】また、上記の構成によれば、Ｘ軸，Ｙ軸方
向の加速度を検出するのは従来と同様の方法により行え
る。そして、Ｚ軸方向の加速度も検出したい場合には、
以下のようにして測定できる。つまり、本実施の形態で
は、可動電極１５がＺ軸方向には変位しないため、その
可動電極１５と第１補正用固定電極３５との間の静電容
量Ｃｚ１は一定となる。よって、係る静電容量Ｃｚ１に
基づいて加速度を計測することはできない。

【００３５】そこで、Ｚ軸制御回路１９の出力Ｖｚに基
づいてＺ軸方向の加速度を検出するようにした。つま
り、上記したようにＺ軸制御回路１９は、Ｚ軸方向の加
速度の大きさに基づいて印加電圧Ｖｂｄを調整するもの
であるので、印加電圧Ｖｂｄの値からＺ軸方向の加速度
を算出できる。つまり、Ｚ軸方向の加速度がない場合に
は印加電圧Ｖｂｄが一定の基準電圧となるので、その基
準電圧よりも大きい場合にはＺ軸の正方向の加速度がか
かり、基準電圧よりも小さい場合にはＺ軸の負方向の加
速度がかかることになる。そして、基準電圧との差が大
きいほど加速度も大きくかかっていることになる。そし
て、係る印加電圧Ｖｂｄに対応した信号（電圧値）を出
力することにより、Ｚ軸方向の加速度の向きと大きさを
算出するようにした。

【００３６】なお、Ｚ軸定電圧源２０とＺ軸制御回路１
９は、図８に示すように、逆に接続した構成としてもよ
い。つまり、Ｚ軸定電圧源１７５を第２補正用固定電極
３６に接続して、その第２補正用固定電極３６に定電圧
Ｖb5を印加して、第２補正用固定電極３６と可動電極１
５との間に所定の静電引力を発生させる。そして、Ｚ軸
制御回路１９の出力側は、第１補正用固定電極３５と接
続し、補正信号の電圧Ｖｂｄを第１補正用固定電極３
５，可動電極１５間に印加させる構成をとる。この場合
も同様に動作し、同様の作用効果を得ることができる。

【００３７】図９は、本発明の第２の実施の形態を示し
ている。この加速度センサは、図７に示すＺ軸の構成に
加えて、Ｘ軸及びＹ軸についても静電引力により可動電
極１５の静止バランスをとるように構成されている。

【００３８】つまり、Ｘ軸の検出電極の一方の固定電極
３１と可動電極１５の間にはＸ軸定電圧源２２が接続さ
れ、固定電極３１と可動電極１５間に定電圧Ｖｂｘ１を
印加するようになっている。これにより、第１固定電極
３１と可動電極１５との間に所定の静電引力が発生す
る。そして他方のＸ軸検出用の固定電極３２と可動電極
の間に発生する静電容量を容量変換回路２０ａにて検出
し、その検出結果をＸ軸制御回路１９ａに与えるように
している。そして、Ｘ軸制御回路１９ａの出力側はＸ軸
検出用の固定電極３２と接続されており、可動電極１５
のＸ軸方向の変位を相殺する静電引力に相当する補正信
号である電圧Ｖｂｘ２を、固定電極３２に印加するフィ
ードバックループが形成されている。

【００３９】なお、図示省略するがＹ軸についても同様
となる。また、Ｚ軸方向については、上記した第１の実
施の形態と同様である。このような構成によれば、Ｘ軸
及びＹ軸方向についても静電引力により可動電極１５の
静止バランスがとられる。そして前述した実施の形態と
同様の原理に従い、Ｘ軸及びＹ軸方向の加速度による変
位を引き戻す方向に静電引力が作用するので加速度がか
かっても可動体１２ｂ（可動電極１５）は動かずに、定
常状態と同一姿勢を保つ。このように、可動電極１５が
３軸全てに関して定位置に止められて変位しないので、
相互干渉の影響が全くなくなる。

【００４０】そして、各軸方向の加速度の方向及びまた
は大きさの検出は、上記した第１の実施の形態における
Ｚ軸方向の加速度検出と同様に、各制御回路１９，１９
ａからの出力（制御対象の印加電圧の大きさ・増減）に
基づいて行える。従って、本形態では、可動体１２ｂ
（可動電極１５）が実際に移動するのが抑制される（こ
の意味では、「可動」という称呼は適しないかもしれな
いが、移動しようとしている電極という意味で本形態で
は「可動電極」，「可動体」と称する）ため、他軸干渉
のない高精度な加速度の測定が行える。しかも、可動体
１２ｂ（可動電極１５）が移動しないため、従来のよう
に可動体（可動電極）・重りがスイングするための領域
を確保する必要がなくなるので、元々の電極間距離を短
くし、感度の向上を図ることができ、また、電極面積を
小さくすることもできるので、チップサイズの小型化を
図ることもできる。さらには、スイングしないため、長
期にわたって損傷することなく、安定動作する。

【００４１】

【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、基板の積層方向（Ｚ軸方向）の
加速度が作用した場合に、これを相殺する静電引力が可
動体（可動電極）等に対して作用するので、可動電極は
Ｚ軸方向には移動できない。従って、可動電極はＺ軸方
向に対して定位置に止められる。これにより、Ｘ軸及び
Ｙ軸には何ら影響がなく、Ｘ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、Ｙ軸方向の加速度も精度
よく検出することができる。すなわち、他軸の干渉を防
止することができる。このように他軸干渉がないので、
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。

【００４２】また、そのように移動させない方向の加速
度は、相殺するために必要とした静電引力に基づいて算
出することができる（請求項２）。したがって、究極に
は請求項３，４に記載するように、複数の方向に対して
移動を阻止するための静電引力を印加できるようにする
ことによって、可動電極を移動させずに加速度の測定が
可能となる。そして、可動電極が移動しないので、他軸
干渉ももちろん発生しない。

【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に示す従来例の各電極を説明する斜視図で
ある。

【図３】従来の問題点を説明する図である。

【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の実施の形態における電極の配置構造を示
す図である。

【図６】半導体基板１２を示す平面図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態におけるセンサに接
続する回路の一例を示す図である。

【図８】本発明の変形例を示す図である。

【図９】本発明に係る静電容量型多軸加速度センサの第
２の実施の形態における図７に対応する図である。

【符号の説明】

１１，１２半導体基板１１ｂ重り１２ｂ可動体１３，１４固定基板１５可動電極１６梁１７Ｚ軸定電圧源１９Ｚ軸制御回路１９ａＸ軸制御回路２０容量変換回路２２Ｘ軸定電圧源３１〜３４固定電極３５第１補正用固定電極３６第２補正用固定電極

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、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、前記可動体と前記固定基板との間に静電引力を発生させ
る第１引力発生手段と、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間に静電引力を発生
させる第２引力発生手段とを備え、前記各引力発生手段のうち少なくとも一方は、発生させ
る静電引力を調整可能とし、かつ、前記各基板の積層方向の加速度を打ち消すような
静電引力を前記可動体に与えるように前記静電引力の調
整を制御する制御手段とを備えた静電容量型多軸加速度
センサ。
【請求項２】前記制御手段が行う前記静電引力の調整
量に対応する情報に基づいて、その積層方向の加速度を
検出するようにした請求項１に記載の静電容量型多軸加
速度センサ。
【請求項３】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、加速度を受けて前記可動体が移動しようとした際に、前
記加速度を相殺する静電引力を前記可動体に与える引力
発生手段と、前記引力発生手段が発生する前記加速度を相殺する静電
引力の大きさに基づいて前記加速度に対応する信号を出
力するように構成した静電容量型多軸加速度センサ。
【請求項４】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、前記可動体と前記固定基板との間にそれぞれ補正用電極
を設け、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にそれぞれ他の補正用
電極を設け、前記対向する前記固定電極と前記可動電極間及び前記補
正電極間と前記他の補正電極間には、それぞれ電圧を印
可して静電引力を発生させる引力発生手段をさらに設
け、同一軸方向の加速度を検出するための複数の固定電極に
接続された前記引力発生手段のうち少なくとも一つは発
生させる静電引力を調整可能とするとともに、他の固定
電極と対向する可動電極間に発生する静電容量が一定に
なるように前記調整可能な引力発生手段を制御する手段
をさらに設け、かつ、前記補正用電極間と前記他の補助電極間に取り付
けられた各引力発生手段のうち少なくとも一方は、発生
させる静電引力を調整可能とし、他の引力発生手段が取
り付けられた電極間に発生する静電容量が一定になるよ
うに前記調整可能な引力発生手段を制御する手段をさら
に設け、前記各制御する手段が行う前記静電引力の調整量に対応
する情報に基づいて、所定方向の加速度を検出するよう
にしたことを特徴とする静電容量型多軸加速度センサ。