JPWO2013157264A1 - 慣性力センサ - Google Patents

Abstract

慣性力センサは、固定部と、固定部に接続された梁部と、梁部の他端に接続されて慣性力によって梁部を変形させつつ変位する錘部と、錘部に設けられた導電部と、梁部に設けられて梁部の変形を検出する歪抵抗と、固定部に設けられた第１と第２の故障診断電極と、梁部を経由して第１の故障診断電極と導電部とを接続する第１の故障診断配線と、梁部を経由して第２の故障診断電極と導電部とを接続する第２の故障診断配線とを備える。この慣性力センサは、錘部にクラックが発生しても誤った出力信号を出力し続けるということがなく、高い信頼性を有する。

Description

本発明は、車両や携帯端末等に用いられて加速度や角速度等の慣性力を検出する慣性力センサに関する。

図１９は従来の慣性力センサ５０１の上面図である。慣性力センサ５０１は加速度を検出する加速度センサである。枠部１は中空領域２を囲むように環状に連結された固定部１ａ〜１ｄを有する。梁部３〜６はそれぞれの一端が枠部１に接続されて、中空領域２に延びる。錘部７は梁部３の他端から斜めの方向に延出されている。錘部８は梁部５の他端から斜めの方向に延出されている。錘部９は梁部４の他端に接続されている。錘部１０ａは梁部６の他端に接続されている。梁部３の上面には歪抵抗１１が設けられている。梁部５の上面には歪抵抗１３が設けられている。梁部４の上面には歪抵抗１２が設けられている。梁部６の上面には歪抵抗１４が設けられている。歪抵抗１１〜１４は配線により電気的に接続されてブリッジ回路を構成している。

従来の慣性力センサ５０１においては、印加された加速度に応じて錘部７〜１０が上下方向に変位し、その変位に応じて歪抵抗１１〜１４の抵抗値が変化する。これらの抵抗値の変化によりブリッジ回路から出力される信号により加速度が検出される。

なお、慣性力センサ５０１に類似する従来の慣性力センサは、例えば特許文献１に記載されている。

図２０は従来の他の慣性力センサ５０２の断面図である。慣性力センサ５０２も加速度を検出する加速度センサである。慣性力センサ５０２は、固定部２０１と、固定部２０１の上面に設けられた対向基板２０８とを備える。固定部２０１は、外枠部２０３と、錘部２０２と、外枠部２０３に一端が接続され、錘部２０２に他端が接続された起歪部２０４とを有する。対向基板２０８は、錘部２０２と対向するように外枠部２０３に接続されている。慣性力センサ５０２は、錘部２０２の上面に形成された自己診断用電極２０７と、対向基板２０８の下面に設けられた対向電極２０６とを備える。対向電極２０６は自己診断用電極２０７と所定の空隙を空けて対向する。

この構成において、自己診断用電極２０７と対向電極２０６との間に電圧Ｖｄを印加して錘部２０２に静電力Ｆｄを与えることにより、あたかも加速度がかかったかのように錘部２０２を変位させることができる。これにより、慣性力センサ５０２が正常に機能しているか否かを確認することができる。

慣性力センサ５０２に類似する従来の慣性力センサは、例えば、特許文献２に記載されている。

特開２００７−８５８００号公報 特開平５−３２２９２５号公報

慣性力センサは、固定部と、固定部に接続された梁部と、梁部の他端に接続されて慣性力によって梁部を変形させつつ変位する錘部と、錘部に設けられた導電部と、梁部に設けられて梁部の変形を検出する歪抵抗と、固定部に設けられた第１と第２の故障診断電極と、梁部を経由して第１の故障診断電極と導電部とを接続する第１の故障診断配線と、梁部を経由して第２の故障診断電極と導電部とを接続する第２の故障診断配線とを備える。

この慣性力センサは、錘部にクラックが発生しても誤った出力信号を出力し続けるということがなく、高い信頼性を有する。

図１は実施の形態１における慣性力センサの上面図である。 図２は実施の形態１における慣性力センサの上面図である。 図３は実施の形態１における慣性力センサの上面図である。 図４Ａは実施の形態１における慣性力センサの上面図である。 図４Ｂは実施の形態１における慣性力センサの検出回路の模式図である。 図４Ｃは実施の形態１における慣性力センサの検出回路の模式図である。 図４Ｄは実施の形態１における慣性力センサの検出回路の模式図である。 図５は実施の形態１における慣性力センサの回路図である。 図６は実施の形態１の慣性力センサにおける故障診断回路の出力電圧を示す図である。 図７は実施の形態２における慣性力センサの上面図である。 図８は実施の形態２における慣性力センサの回路図である。 図９は実施の形態３における慣性力センサの上面図である。 図１０は図１０に示す慣性力センサの線１０−１０における断面図である。 図１１Ａは実施の形態３における慣性力センサの模式図である。 図１１Ｂは実施の形態３における慣性力センサの模式図である。 図１２は実施の形態３における慣性力センサの回路図である。 図１３は比較例の慣性力センサの上面図である。 図１４は実施の形態４における慣性力センサの上面図である。 図１５は図１４に示す慣性力センサの線１５−１５における断面図である。 図１６Ａは実施の形態４における慣性力センサの上面図である。 図１６Ｂは実施の形態４における慣性力センサの回路図である。 図１６Ｃは実施の形態４における慣性力センサの回路図である。 図１６Ｄは実施の形態４における慣性力センサの回路図である。 図１７Ａは実施の形態４における慣性力センサ動作を示す上面図である。 図１７Ｂは実施の形態４における慣性力センサ動作を示す回路図である。 図１７Ｃは実施の形態４における慣性力センサ動作を示す回路図である。 図１７Ｄは実施の形態４における慣性力センサ動作を示す上面図である。 図１７Ｅは実施の形態４における慣性力センサ動作を示す上面図である。 図１８は実施の形態４における他の慣性力センサの上面図である。 図１９は従来の慣性力センサの上面図である。 図２０は他の従来の慣性力センサの断面図である。

（実施の形態１）
図１は実施の形態１における慣性力センサ１００１の上面図である。慣性力センサ１００１は印加された慣性力である加速度を検出する加速度センサである。慣性力センサ１００１は、枠部２０と、枠部２０に接続された梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂと、梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂに接続されて梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂを介して枠部２０に接続された錘部２７〜３０とを備える。枠部２０は、中空領域２２を取り囲むように矩形環形状に連結された固定部２１ａ〜２１ｄを有する、固定部２１ａ、２１ｂは枠部２０の矩形環形状の互いに対向する対辺を成し、固定部２１ｃ、２１ｄは枠部２０の矩形環形状の互いに対向する他の対辺を成す。梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂは枠部２０から中空領域２２に延びる。梁部２３ａ、２３ｂのそれぞれの一端は枠部２０の固定部２１ａに接続されている。梁部２４ａ、２４ｂのそれぞれの一端は枠部２０の固定部２１ｂに接続されている。梁部２５ａ、２５ｂのそれぞれの一端は枠部２０の固定部２１ｃに接続されている。梁部２６ａ、２６ｂのそれぞれの一端は枠部２０の固定部２１ｄに接続されている。

錘部２７は梁部２３ａ、２３ｂのそれぞれの他端に接続されている。錘部２８は梁部２４ａ、２４ｂのそれぞれの他端に接続されている。錘部２９は梁部２５ａ、２５ｂのそれぞれの他端に接続されている。錘部３０は梁部２６ａ、２６ｂのそれぞれの他端に接続されている。錘部２７は、印加された慣性力である加速度に応じて梁部２３ａ、２３ｂを変形させつつ変位する。錘部２８は、加速度によって梁部２４ａ、２４ｂを変形させつつ変位する。錘部２９は、加速度に応じて梁部２５ａ、２５ｂを変形させつつ変位する。錘部３０は、加速度に応じて梁部２６ａ、２６ｂを変形させつつ変位する。梁部２３ａ、２３ｂの上面には歪抵抗３１ａ、３１ｂがそれぞれ設けられている。また、梁部２５ａ、２５ｂの上面には歪抵抗３３ａ、３３ｂがそれぞれ設けられている。梁部２４ａ、２４ｂの上面には歪抵抗３２ａ、３２ｂがそれぞれ設けられている。梁部２６ａ、２６ｂの上面には歪抵抗３４ａ、３４ｂがそれぞれ設けられている。梁部２３ａ、２３ｂはＸ軸の方向に延びる。錘部２７は固定部２１ａからＸ軸の負方向に位置し、錘部２８は固定部２１ｂからＸ軸の正方向に位置する。梁部２５ａ、２５ｂはＸ軸に直角のＹ軸の方向に延びる。錘部２９は固定部２１ｃからＹ軸の負方向に位置し、錘部３０は固定部２１ｄからＹ軸の正方向に位置する。

錘部２７と錘部２８とが対向し、錘部２９と錘部３０とが対向している。錘部２７、２８、２９、３０には導電部２７ａ、２８ａ、２９ａ、３０ａがそれぞれ設けられている。

この構成では、錘部２７が梁部２３ａ、２３ｂにより一方向（Ｘ軸の負方向）からのみ支持されている。錘部２８が梁部２４ａ、２４ｂにより一方向（Ｘ軸の正方向）からのみ支持されている。錘部２９が梁部２５ａ、２５ｂにより一方向（Ｙ軸の負方向）からのみ支持されている。錘部３０が梁部２６ａ、２６ｂにより一方向（Ｙ軸の正方向）からのみ支持されている。したがって、錘部２７〜３０の変位により、梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂが異なる座屈のモードへの遷移を抑制することができるので、慣性力センサ１００１の感度のばらつきを抑制し、また、感度の経時変化を抑制することができる。

固定部２１ａ〜２１ｄの各々には、電圧を印加する電源電極３５と、出力電極３６、３７と、グランドに接地するＧＮＤ電極３８が設けられている。電源電極３５と、出力電極３６、３７と、グランドに接地するＧＮＤ電極３８は歪抵抗３１ａ〜３４ａ、３１ｂ〜３４ｂと配線４１により電気的に接続されてブリッジ回路を構成する。

固定部２１ａ〜２１ｄの各々には故障診断用の電圧を印加する故障診断電極３９と、一対の故障診断電極４０ａ、４０ｂとが設けられている。

図２と図３とは慣性力センサ１００１の拡大上面図であり、固定部２１ａの周辺部と固定部２１ｂの周辺部とをそれぞれ示す。固定部２１ａの周辺部において、図２に示すように、故障診断配線４８ｃは、固定部２１ａに設けられた故障診断電極３９から延びて枝線１４８ｃ、２４８ｃに枝分かれしている。枝線１４８ｃ、２４８ｃは梁部２３ａの上面と梁部２３ｂの上面とをそれぞれ経由して導電部２７ａに接続されている。このように、固定部２１ａに設けられた故障診断電極３９は故障診断配線４８ｃを介して導電部２７ａに接続されている。故障診断配線４８ａは、固定部２１ａに設けられた故障診断電極４０ａから延びて梁部２３ａの上面を経由して導電部２７ａに接続されている。このように、固定部２１ａに設けられた故障診断電極４０ａは故障診断配線４８ａを介して導電部２７ａに接続されている。故障診断配線４８ｂは、固定部２１ａに設けられた故障診断電極４０ｂから延びて梁部２３ｂの上面を経由して導電部２７ａに接続されている。このように、固定部２１ａに設けられた故障診断電極４０ｂは故障診断配線４８ｂを介して導電部２７ａに接続されている。固定部２１ｂの周辺部において、図３に示すように、故障診断配線４８ｃは、固定部２１ｂに設けられた故障診断電極３９から延びて枝線１４８ｃ、２４８ｃに枝分かれしている。枝線１４８ｃ、２４８ｃは梁部２４ａの上面と梁部２４ｂの上面とをそれぞれ経由して導電部２８ａに接続されている。このように、固定部２１ｂに設けられた故障診断電極３９は故障診断配線４８ｃを介して導電部２８ａに接続されている。故障診断配線４８ａは、固定部２１ｂに設けられた故障診断電極４０ａから延びて梁部２４ａの上面を経由して導電部２８ａに接続されている。このように、固定部２１ｂに設けられた故障診断電極４０ａは故障診断配線４８ａを介して導電部２８ａに接続されている。故障診断配線４８ｂは、固定部２１ｂに設けられた故障診断電極４０ｂから延びて梁部２４ｂの上面を経由して導電部２８ａに接続されている。このように、固定部２１ｂに設けられた故障診断電極４０ｂは故障診断配線４８ｂを介して導電部２８ａに接続されている。

固定部２１ａ、２１ｂの周辺部と同様に、固定部２１ｃの周辺部において、故障診断配線４８ｃは、固定部２１ｃに設けられた故障診断電極３９から延びて枝線１４８ｃ、２４８ｃに枝分かれしている。枝線１４８ｃ、２４８ｃは梁部２５ａの上面と梁部２５ｂの上面とをそれぞれ経由して導電部２９ａに接続されている。このように、固定部２１ｃに設けられた故障診断電極３９は故障診断配線４８ｃを介して導電部２９ａに接続されている。故障診断配線４８ａは、固定部２１ｃに設けられた故障診断電極４０ａから延びて梁部２５ａの上面を経由して導電部２９ａに接続されている。このように、固定部２１ｃに設けられた故障診断電極４０ａは故障診断配線４８ａを介して導電部２９ａに接続されている。故障診断配線４８ｂは、固定部２１ｃに設けられた故障診断電極４０ｂから延びて梁部２５ｂの上面を経由して導電部２９ａに接続されている。このように、固定部２１ｃに設けられた故障診断電極４０ｂは故障診断配線４８ｂを介して導電部２９ａに接続されている。固定部２１ｄの周辺部において、故障診断配線４８ｃは、固定部２１ｄに設けられた故障診断電極３９から延びて枝線１４８ｃ、２４８ｃに枝分かれしている。枝線１４８ｃ、２４８ｃは梁部２６ａの上面と梁部２６ｂの上面とをそれぞれ経由して導電部３０ａに接続されている。このように、固定部２１ｄに設けられた故障診断電極３９は故障診断配線４８ｃを介して導電部３０ａに接続されている。故障診断配線４８ａは、固定部２１ｄに設けられた故障診断電極４０ａから延びて梁部２６ａの上面を経由して導電部３０ａに接続されている。このように、固定部２１ｄに設けられた故障診断電極４０ａは故障診断配線４８ａを介して導電部３０ａに接続されている。故障診断配線４８ｂは、固定部２１ｄに設けられた故障診断電極４０ｂから延びて梁部２６ｂの上面を経由して導電部３０ａに接続されている。このように、固定部２１ｄに設けられた故障診断電極４０ｂは故障診断配線４８ｂを介して導電部３０ａに接続されている。

図４Ａは慣性力センサ１００１の上面図である。梁部２３ａ、２３ｂにそれぞれ設けられた歪抵抗３１ａ、３１ｂは抵抗Ｒ２、Ｒ４をそれぞれ構成する。梁部２４ａ、２４ｂにそれぞれ設けられた歪抵抗３２ａ、３２ｂは抵抗Ｒ１、Ｒ３をそれぞれ構成する。梁部２５ａ、２５ｂにそれぞれ設けられた歪抵抗３３ａ、３３ｂは抵抗Ｒ７、Ｒ５をそれぞれ構成する。梁部２６ａ、２６ｂにそれぞれ設けられた歪抵抗３４ａ、３４ｂは抵抗Ｒ８、Ｒ６をそれぞれ構成する。また、枠部２０上に設けられた歪抵抗４９ａ、４９ｂは抵抗Ｒ９、Ｒ１０をそれぞれ構成する。

図４Ｂは慣性力センサ１００１のＸ軸の方向の加速度を検出する検出回路の模式図である。図４Ｂに示すように、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４がブリッジ接続され、対向する一対の接続点Ｖｄｄ、ＧＮＤ間に電圧を印加し、他の一対の接続点Ｖｘ１、Ｖｘ２間の電圧を検出することにより、Ｘ軸の方向の加速度を検出することができる。

図４Ｃは慣性力センサ１００１のＹ軸の方向の加速度を検出する検出回路の模式図である。図４Ｃに示すように、抵抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８がブリッジ接続され、対向する一対の接続点Ｖｄｄ、ＧＮＤ間に電圧を印加し、他の一対の接続点Ｖｙ１、Ｖｙ２間の電圧を検出することにより、Ｙ軸の方向の加速度を検出することができる。

図４Ｄは慣性力センサ１００１のＸ軸とＹ軸とに直角のＺ軸の方向の加速度を検出する検出回路の模式図である。図４Ｄに示すように、抵抗Ｒ５、Ｒ１０、Ｒ８、Ｒ９がブリッジ接続され、対向する一対の接続点Ｖｄｄ、ＧＮＤ間に電圧を印加し、他の一対の接続点Ｖｚ１、Ｖｚ２間の電圧を検出することにより、Ｚ軸の方向の加速度を検出することができる。

図１９に示す従来の慣性力センサ５０１を長期にわたって使用することにより錘部７〜１０のいずれかの根元にクラックが発生する場合がある。この場合には、錘部７〜１０の上下方向の変位量が変化し、歪抵抗１１〜１４の抵抗値が変動する。したがって、歪抵抗１１〜１４で構成されるブリッジ回路から出力される信号は加速度を反映しなくなり、加速度を正確に検出することができない。

実施の形態１における慣性力センサ１００１でもその使用時に過大な加速度が長期間繰り返し加わることにより錘部２７〜３０の変位量が大きくなることが繰り返される。これにより、梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂが疲労してクラックが発生する場合がある。実施の形態１における慣性力センサ１００１では、梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂにクラックが発生する故障を検出することができる。

図５は上記の故障を検出する慣性力センサ１００１の故障診断回路１００２の回路図である。固定部２１ａにおいて、故障診断回路１００２の増幅器４２により増幅された故障診断用の入力電圧ＶＦは固定部２１ａに設けられた故障診断電極３９に印加され、さらに比較器４３の非反転入力端子４４に入力される。故障診断電極３９に印加された入力電圧ＶＦは故障診断配線４８ｃ（枝線１４８ｃ）と導電部２７ａと故障診断配線４８ａと故障診断電極４０ａとを介して比較器４３における反転入力端子４５に印加されている。故障診断電極４０ａは比較器４３の反転入力端子４５に接続されてかつ接地抵抗Ｒ４５を介して接地されるように構成されている。

同様に、固定部２１ａにおいて、別の故障診断回路１００２の増幅器４２により増幅された故障診断用の入力電圧ＶＦは固定部２１ａに設けられた故障診断電極３９に印加され、さらに比較器４３の非反転入力端子４４に入力される。故障診断電極３９に印加された入力電圧ＶＦは故障診断配線４８ｃ（枝線２４８ｃ）と導電部２７ａと故障診断配線４８ｂと故障診断電極４０ｂとを介して比較器４３における反転入力端子４５に印加されている。故障診断電極４０ｂは比較器４３の反転入力端子４５に接続されてかつ接地抵抗Ｒ４５を介して接地されるように構成されている。

同様に、固定部２１ｂにおいて、さらに別の故障診断回路１００２の増幅器４２により増幅された故障診断用の入力電圧ＶＦは固定部２１ｂに設けられた故障診断電極３９に印加され、さらに比較器４３の非反転入力端子４４に入力される。故障診断電極３９に印加された入力電圧ＶＦは故障診断配線４８ｃ（枝線１４８ｃ）と導電部２８ａと故障診断配線４８ａと故障診断電極４０ａとを介して比較器４３における反転入力端子４５に印加されている。故障診断電極４０ａは比較器４３の反転入力端子４５に接続されてかつ接地抵抗Ｒ４５を介して接地されるように構成されている。

同様に、固定部２１ｂにおいて、さらに別の故障診断回路１００２の増幅器４２により増幅された故障診断用の入力電圧ＶＦは固定部２１ｂに設けられた故障診断電極３９に印加され、さらに比較器４３の非反転入力端子４４に入力される。故障診断電極３９に印加された入力電圧ＶＦは故障診断配線４８ｃ（枝線２４８ｃ）と導電部２８ａと故障診断配線４８ｂと故障診断電極４０ｂとを介して比較器４３における反転入力端子４５に印加されている。故障診断電極４０ｂは比較器４３の反転入力端子４５に接続されてかつ接地抵抗Ｒ４５を介して接地されるように構成されている。

同様に、固定部２１ｃにおいて、さらに別の故障診断回路１００２の増幅器４２により増幅された故障診断用の入力電圧ＶＦは固定部２１ｃに設けられた故障診断電極３９に印加され、さらに比較器４３の非反転入力端子４４に入力される。故障診断電極３９に印加された入力電圧ＶＦは故障診断配線４８ｃ（枝線１４８ｃ）と導電部２９ａと故障診断配線４８ａと故障診断電極４０ａとを介して比較器４３における反転入力端子４５に印加されている。故障診断電極４０ａは比較器４３の反転入力端子４５に接続されてかつ接地抵抗Ｒ４５を介して接地されるように構成されている。

同様に、固定部２１ｃにおいて、さらに別の故障診断回路１００２の増幅器４２により増幅された故障診断用の入力電圧ＶＦは固定部２１ｃに設けられた故障診断電極３９に印加され、さらに比較器４３の非反転入力端子４４に入力される。故障診断電極３９に印加された入力電圧ＶＦは故障診断配線４８ｃ（枝線２４８ｃ）と導電部２９ａと故障診断配線４８ｂと故障診断電極４０ｂとを介して比較器４３における反転入力端子４５に印加されている。故障診断電極４０ｂは比較器４３の反転入力端子４５に接続されてかつ接地抵抗Ｒ４５を介して接地されるように構成されている。

同様に、固定部２１ｄにおいて、さらに別の故障診断回路１００２の増幅器４２により増幅された故障診断用の入力電圧ＶＦは固定部２１ｄに設けられた故障診断電極３９に印加され、さらに比較器４３の非反転入力端子４４に入力される。故障診断電極３９に印加された入力電圧ＶＦは故障診断配線４８ｃ（枝線１４８ｃ）と導電部３０ａと故障診断配線４８ａと故障診断電極４０ａとを介して比較器４３における反転入力端子４５に印加されている。故障診断電極４０ａは比較器４３の反転入力端子４５に接続されてかつ接地抵抗Ｒ４５を介して接地されるように構成されている。

同様に、固定部２１ｄにおいて、さらに別の故障診断回路１００２の増幅器４２により増幅された故障診断用の入力電圧ＶＦは固定部２１ｄに設けられた故障診断電極３９に印加され、さらに比較器４３の非反転入力端子４４に入力される。故障診断電極３９に印加された入力電圧ＶＦは故障診断配線４８ｃ（枝線２４８ｃ）と導電部３０ａと故障診断配線４８ｂと故障診断電極４０ｂとを介して比較器４３における反転入力端子４５に印加されている。故障診断電極４０ｂは比較器４３の反転入力端子４５に接続されてかつ接地抵抗Ｒ４５を介して接地されるように構成されている。

図６は慣性力センサ１００１の固定部２１ａに設けられた故障診断電極３９、４０ａに接続された故障診断回路１００２の比較器４３の出力電圧Ｖｏｕｔを示す。図６において、縦軸は比較器４３の出力電圧Ｖｏｕｔを示し、横軸に時間を示す。図６に示すように、時点ｔｐ１までは梁部２３ａにクラックが発生しておらず、慣性力センサ１００１は加速度を正常に検出している。この正常な使用状態においては、故障診断電極３９、４０ａの双方に電圧ＶＦが印加されるので比較器４３からは零Ｖの電圧が出力される。時点ｔｐ１において梁部２３ａにクラックが発生すると、故障診断配線４８ａと故障診断配線４８ｃ（枝線１４８ｃ）の少なくとも１つが断線してオープンになり、比較器４３の非反転入力端子４４に電圧ＶＦが入力されたままで、非反転入力端子は接地抵抗Ｒ４５を介して接地されて零Ｖの電圧が印加され、比較器４３からは電圧ＶＦの電圧が出力される。実施の形態１では電圧ＶＦは１２．５Ｖである。このように、固定部２１ａに設けられた故障診断電極３９、４０ａに接続された故障診断回路１００２の出力電圧Ｖｏｕｔにより、梁部２３ａのクラックの発生を検知することができる。同様に、固定部２１ａに設けられた故障診断電極３９、４０ｂに接続された故障診断回路１００２の出力電圧Ｖｏｕｔにより、梁部２３ｂのクラックの発生を検知することができる。

同様に、固定部２１ｂに設けられた故障診断電極３９、４０ａに接続された故障診断回路１００２の出力電圧Ｖｏｕｔにより、梁部２４ａのクラックの発生を検知することができる。同様に、固定部２１ｂに設けられた故障診断電極３９、４０ｂに接続された故障診断回路１００２の出力電圧Ｖｏｕｔにより、梁部２４ｂのクラックの発生を検知することができる。

同様に、固定部２１ｃに設けられた故障診断電極３９、４０ａに接続された故障診断回路１００２の出力電圧Ｖｏｕｔにより、梁部２５ａのクラックの発生を検知することができる。同様に、固定部２１ｃに設けられた故障診断電極３９、４０ｂに接続された故障診断回路１００２の出力電圧Ｖｏｕｔにより、梁部２４ｂのクラックの発生を検知することができる。

同様に、固定部２１ｄに設けられた故障診断電極３９、４０ａに接続された故障診断回路１００２の出力電圧Ｖｏｕｔにより、梁部２６ａのクラックの発生を検知することができる。同様に、固定部２１ｄに設けられた故障診断電極３９、４０ｂに接続された故障診断回路１００２の出力電圧Ｖｏｕｔにより、梁部２６ｂのクラックの発生を検知することができる。

（実施の形態２）
図７は実施の形態２における慣性力センサ２００１の上面図である。慣性力センサ２００１は印加された慣性力である加速度を検出する加速度センサである。図７において、図１に示す実施の形態１における慣性力センサ１００１と同じ部分には同じ参照符号を付す。

慣性力センサ２００１は図１に示す実施の形態１における慣性力センサ１００１の４つの故障診断電極３９と４つの故障診断電極４０ａと４つの故障診断電極４０ｂの代りに固定部２１ａのみに設けられた故障診断電極５１、５２を備え、固定部２１ｂ〜２１ｃには故障診断電極は設けられていない。また、慣性力センサ２００１は、導電部２７ａの代りに錘部２７の上面に設けられた導電部５４ａ、５４ｂを備え、導電部２８ａの代りに錘部２８の上面に設けられた導電部５５ａ、５５ｂを備え、導電部２９ａの代りに錘部２９の上面に設けられた導電部５６ａ、５６ｂを備え、導電部３０ａの代りに錘部３０の上面に設けられた導電部５７ａ、５７ｂを備える。慣性力センサ２００１は故障診断配線４８ａ〜４８ｃの代りに複数の故障診断配線５３を備える。複数の故障診断配線５３は、梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂを経由して故障診断電極５１から導電部５４ａ〜５７ａ、５４ｂ〜５７ｂを介して故障診断電極５２までを電気的に直列に接続する。

慣性力センサ２００１は、実施の形態１における慣性力センサ１００１と同様にＸ軸とＹ軸とＺ軸の方向の加速度を検出することができる。

図８は慣性力センサ２００１の故障診断回路２００２の回路図である。図８において、図５に示す故障診断回路１００２と同じ部分には同じ参照番号を付す。故障診断回路２００２では、比較器４３の反転入力端子４５に故障診断電極５２が接続されている。入力電圧ＶＦは故障診断電極５１に印加され、故障診断配線５３と導電部５４ａ〜５７ａ、５４ｂ〜５７ｂと故障診断電極５２とを介して比較器４３の反転入力端子４５に印加されている。故障診断回路２００２においても、図６に示す実施の形態１における故障診断回路１００２と同様に、時点ｔｐ１までは梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂのいずれにもクラックが発生しておらず、慣性力センサ２００１は加速度を正常に検出している。この正常な使用状態においては、故障診断電極５１、５２の双方に電圧ＶＦが印加されるので比較器４３からは零Ｖの電圧が出力される。梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂの少なくとも１つにクラックが発生すると、故障診断配線５３が断線してオープンになり、比較器４３の非反転入力端子４４に電圧ＶＦが入力されたままで、非反転入力端子は接地抵抗Ｒ４５を介して接地されて零Ｖの電圧が印加され、比較器４３からは電圧ＶＦの電圧が出力される。実施の形態１では電圧ＶＦは１２．５Ｖである。このように、故障診断回路１００２の出力電圧Ｖｏｕｔにより、梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂのクラックの発生を検知することができる。

（実施の形態３）
図９は、実施の形態３における慣性力センサ２１１の上面図である。図１０は図９に示す慣性力センサ２１１の線１０−１０における断面図である。慣性力センサ２１１は印加された慣性力である加速度を検出する加速度センサである。

慣性力センサ２１１は、固定部２１２と、錘部２１３と、固定部２１２に接続された一端をそれぞれ有する梁部２１４ａ、２１４ｂと、錘部２１３と対向するように固定部２１２に接続された対向基板２１５と、錘部２１３の上面に形成された錘部変位電極２１６と、対向基板２１５の下面に設けられた対向電極２１７と、固定部２１２に設けられた故障診断電極２１８と、故障診断電極２１８と錘部変位電極２１６とを電気的に接続する故障診断配線２１９とを備える。梁部２１４ａ、２１４ｂのそれぞれの他端は錘部２１３に接続されている。対向基板２１５の下面は錘部２１３の上面に対向する。対向電極２１７は錘部変位電極２１６と対向する。梁部２１４ａの上に検出部２１４ｃが設けられ、梁部２１４ｂの上に検出部２１４ｄが形成されている。故障診断配線２１９は故障診断電極２１８に接続され、梁部２１４ａ、２１４ｂを経由して錘部変位電極２１６に接続されている。

この構成において、錘部変位電極２１６と対向電極２１７との間に電圧Ｖｄを印加して錘部２１３に静電力を与えることにより、あたかも加速度がかかったかのように錘部２１３を変位させ、慣性力センサ２１１が正常に機能しているか否かを確認する自己診断機能を実現できる。

図１１Ａは梁部２１４ｂが折れずに梁部２１４ａが折れた場合の慣性力センサ２１１の模式図である。図１１Ｂは梁部２１４ａが折れずに梁部２１４ｂが折れた場合の慣性力センサ２１１の模式図である。図１１Ａに示すように、梁部２１４ａが折れた場合には故障診断配線２１９は梁部２１４ａで断線する。また、図１１Ｂに示すように、梁部２１４ｂが折れた場合には故障診断配線２１９は梁部２１４ｂで断線する。このように、梁部２１４ａ、２１４ｂのいずれか一方が折れた場合に、故障診断配線２１９が断線し、故障診断電極２１８と錘部変位電極２１６は電気的に接続されなくなる。したがって、故障診断電極２１８に電圧Ｖｄを印加しても、錘部変位電極２１６と対向電極２１７との間に電圧Ｖｄが印加されず錘部２１３が変位しない。したがって、慣性力センサ２１１が故障状態にあると判定できる。

以下、慣性力センサ２１１の構成について詳細に説明する。

固定部２１２、錘部２１３、梁部２１４ａ、２１４ｂ、対向基板２１５はシリコン、溶融石英、アルミナ等で形成することができる。好ましくは、これらをシリコンを用いて形成することにより、微細加工技術を用いて小型の慣性力センサ２１１が得られる。

固定部２１２は接着材による接着や金属接合、常温接合、陽極接合等により対向基板２１５と接着することができる。接着材としてはエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂等の接着剤が用いられる。接着材としてシリコーン系樹脂を用いることにより、接着剤自身の硬化により発生する応力を小さくすることができる。

検出部２１４ｃ、２１４ｄとして歪抵抗方式や静電容量方式などを用いることができる。検出部２１４ｃ、２１４ｄに歪抵抗方式としてピエゾ抵抗を用いることにより、慣性力センサ２１１の感度を向上させることができる。また、検出部２１４ｃ、２１４ｄに歪抵抗方式として酸化膜歪み抵抗体を用いた薄膜抵抗方式を用いることにより、慣性力センサ２１１の温度特性を向上させることができる。

図１２は検出部２１４ｃ、２１４ｄとして歪抵抗方式を用いた場合の慣性力センサ２１１の回路図である。歪抵抗Ｒ２０１は検出部２１４ｃに対応する。歪抵抗Ｒ２０４は検出部２１４ｄに対応する。歪抵抗Ｒ２０２、Ｒ２０３は固定部２１２に設けられた基準となる抵抗である。図１２に示すように、歪抵抗Ｒ２０１、Ｒ２０２、Ｒ２０３、Ｒ２０４はブリッジ型に接続されてブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の対向する一対の接続点Ｖｄｄ、ＧＮＤ間に電圧を印加し、他の一対の接続点Ｖ２０１、Ｖ２０２間の電圧Ｖｓを検出することにより、慣性力センサ２１１に印加された加速度を検出することができる。

以下、図１０および図１２を用いて慣性力センサ２１１の自己診断機能について説明する。自己診断を行う際には、図１０に示すように、錘部変位電極２１６と対向電極２１７との間に電圧Ｖｄを印加する。実施の形態３では電圧Ｖｄは約１２Ｖである。これにより錘部変位電極２１６と対向電極２１７との間に静電力が発生し、錘部２１３が対向基板２１５に引き寄せられるように変位する。錘部２１３のこの変位により、検出部２１４ｃに対応する歪抵抗Ｒ２０１および検出部２１４ｄに対応する歪抵抗Ｒ２０４の抵抗値が低下する。したがって、ブリッジ回路の出力電圧Ｖｓは大きくなり、慣性力センサ２１１が正常に動作していることが確認できる。

図１３は比較例の慣性力センサ５１１の固定部２１２の上面図である。図１３において、図９に示す実施の形態３における慣性力センサ２１１と同じ部分には同じ参照番号を付す。比較例の慣性力センサ５１１は、図９に示す故障診断配線２１９の代りに故障診断配線２１０を備える。故障診断配線２１０の一端は故障診断電極２１８に接続されている。故障診断配線２１０の他端は２つの枝線に分岐されている。一方の枝線は梁部２１４ａを経由して錘部変位電極２１６に接続され、他方の枝線は梁部２１４ｂを経由して錘部変位電極２１６と接続されている。この構成において、例えば、慣性力センサ５１１が落下や衝突による衝撃等により一方の梁部２１４ａが折れて故障した場合であっても、他方の梁部２１４ｂは繋がっていので、梁部２１４ｂ上に設けられた故障診断配線２１０は断線しない。このため、慣性力センサ５１１では、梁部２１４ａが折れているにもかかわらず、自己診断機能によりその故障を検知出来ない。

実施の形態３における慣性力センサ２１１では、図１１Ａと図１１Ｂに示すように梁部２１４ａ、２１４ｂのどちらか一方が折れた場合には、錘部変位電極２１６と対向電極２１７との間に電圧Ｖｄが印加されない。したがって錘部２１３は変位せず、歪抵抗Ｒ２０１、Ｒ２０４の抵抗値が変化せず、慣性力センサ２１１が故障状態にあると判定できる。

（実施の形態４）
図１４は実施の形態４における慣性力センサ２２１の上面図である。図１５は図１４に示す慣性力センサ２２１の線１５−１５における断面図である。

慣性力センサ２２１は、枠形状を有する固定部２２２と、固定部２２２に接続された一端をそれぞれ有する梁部２３４ａ〜２３７ａ、２３４ｂ〜２３７ｂと、錘部２２３ａ〜２２３ｄと、錘部２２３ａ〜２２３ｄの上面と対向するように固定部２２２に接続された対向基板２２５と、錘部２２３ａ〜２２３ｄの上面にそれぞれ設けられた錘部変位電極２２６ａ〜２２６ｄと、対向基板２２５の下面に設けられた対向電極２２７ａ〜２２７ｄと、固定部２２２に設けられた故障診断電極２２８ａ〜２２８ｄと、故障診断電極２２８ａ〜２２８ｄと錘部変位電極２２６ａ〜２２６ｄとをそれぞれ電気的に接続する故障診断配線２２９ａ〜２２９ｄとを備える。対向電極２２７ａ〜２２７ｄの下面は錘部変位電極２２６ａ〜２２６ｄの上面とそれぞれ対向する。梁部２３４ａ〜２３７ａ、２３４ｂ〜２３７ｂの上面には検出部２３４ｃ〜２３７ｃ、２３４ｄ〜２３７ｄがそれぞれ設けられている。故障診断配線２２９ａ〜２２９ｄは故障診断電極２２８ａ〜２２８ｄにそれぞれ接続されている。故障診断配線２２９ａは故障診断電極２２８ａから梁部２３４ａ、２３４ｂを経由して錘部変位電極２２６ａに接続されている。故障診断配線２２９ｂは故障診断電極２２８ｂから梁部２３５ａ、２３５ｂを経由して錘部変位電極２２６ｂに接続されている。故障診断配線２２９ｃは故障診断電極２２８ｃから梁部２３６ａ、２３６ｂを経由して錘部変位電極２２６ｃに接続されている。故障診断配線２２９ｄは故障診断電極２２８ｄから梁部２３７ａ、２３７ｂを経由して錘部変位電極２２６ｄに接続されている。

この構成において、錘部変位電極２２６ａ〜２２６ｄと対向電極２２７ａ〜２２７ｄとの間に電圧Ｖｄを印加して錘部２２３ａ〜２２３ｄに静電力を与えることにより、あたかも加速度がかかったかのように錘部２２３ａ〜２２３ｄを変位させ、慣性力センサ２２１が正常に機能しているか否かを確認する自己診断機能を実現できる。

以下、慣性力センサ２２１の構成について詳細に説明する。

固定部２２２は上面からみて四角形状であり、中心部に中空領域２２２ａが形成された枠形状を有する。中空領域２２２ａは四角形状や円形状でも良い。

図１４に示すように、中空領域２２２ａの外縁は交互に配置された４つの長辺２２２ｂと４つの短辺２２２ｃからなる八角形状を有する。４つの長辺２２２ｂは固定部２２２の４つの角部２２２ｄにそれぞれ対向するように設けられることが好ましい。これにより、４つの長辺２２２ｂと角部２２２ｄとの間の領域に、対向基板２２５を固定部２２２に接着するための接着領域２２２ｅを設けることができる。この結果、対向基板２２５の面積を固定部２２２の面積よりも小さくすることができる。このように対向基板２２５の面積を小さくして、固定部２２２の端部を対向基板２２５から露出させることにより、固定部２２２の端部に設けた故障診断電極２２８とパッケージ又はＩＣとの接続を容易に行うことができる。

中空領域２２２ａの４つの短辺２２２ｃに梁部２３４ａ〜２３７ａ、２３４ｂ〜２３７ｂを接続することが好ましい。この構成により、固定部２２２の端部に設けた故障診断電極２２８ａ〜２２８ｄと検出部２３４ｃ〜２３７ｃ、２３４ｄ〜２３７ｄとの配線距離を短くすることができ、不要なノイズの混入を防ぐことができる。

固定部２２２と対向基板２２５とを接着する方法として、接着材による接着や金属接合、常温接合、陽極接合等を用いることができる。このうち、接着材としてはエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂等の接着剤が用いられる。ここで、製造工程において、この接着材を加熱して硬化させる際に、接着材自身の硬化や固定部２２２と対向基板２２５との線膨張係数の差に起因する応力が発生するため、この応力が梁部２３４ａ〜２３７ａ、２３４ｂ〜２３７ｂに残留応力として蓄積される。実施の形態４における慣性力センサ２２１では、錘部２２３ａ〜２２３ｄが梁部２３４ａ〜２３７ａ、２３４ｂ〜２３７ｂにより一方向からのみ支持されているので、梁部２３４ａ〜２３７ａ、２３４ｂ〜２３７ｂの異なる座屈のモードへの遷移を抑制することができる。なお、接着材として、シリコーン系樹脂を用いることにより、接着材自身の硬化による応力を小さくすることができる。

図１４に示すように、梁部２３４ａ〜２３７ａ、２３４ｂ〜２３７ｂは、それらの一端が固定部２２２に接続されて中空領域２２２ａに延伸している。梁部２３４ａ〜２３７ａ、２３４ｂ〜２３７ｂの厚みは、固定部２２２の厚みよりも薄く、かつ、錘部２２３ａ〜２２３ｄの厚みよりも薄くすることが好ましい。これにより、梁部２３４ａ〜２３７ａ、２３４ｂ〜２３７ｂが撓み易くなり、慣性力センサ２２１の加速度の検出感度を向上させることができる。

錘部２２３ａは梁部２３４ａ、２３４ｂの他端に接続されている。錘部２２３ｂは梁部２３５ａ、２３５ｂの他端に接続されている。錘部２２３ｃは梁部２３６ａ、２３６ｂの他端に接続されている。錘部２２３ｄは梁部２３７ａ、２３７ｂの他端に接続されている。錘部２２３ａ〜２２３ｄはそれぞれ凸部を有する。錘部２２３ａの凸部と錘部２２３ｂの凸部とが対向し、錘部２２３ｃの凸部と錘部２２３ｄの凸部とが対向することが好ましい。すなわち、中空領域２２２ａの中心において、錘部２２３ａ〜２２３ｄの凸部が互いに対向することが好ましい。この構成により、４つの錘部２２３ａ〜２２３ｄを互いに近接させることができる。これにより、４つの錘部２２３ａ〜２２３ｄの質量を大きくして感度を大きくするとともに、慣性力センサ２２１を小型化することができる。

固定部２２２と梁部２３４ａ〜２３７ａ、２３４ｂ〜２３７ｂと錘部２２３ａ〜２２３ｄと対向基板２２５は、シリコン、溶融石英、アルミナ等で形成することができる。好ましくは、これらをシリコンを用いて形成することにより、微細加工技術を用いて小型の慣性力センサ２２１が得られる。

検出部２３４ｃ〜２３７ｃ、２３４ｄ〜２３７ｄとして、歪抵抗方式や静電容量方式などを用いることができる。歪抵抗方式としてピエゾ抵抗を用いることにより、慣性力センサ２２１の感度を向上させることができる。また、歪抵抗方式として酸化膜歪み抵抗体を用いた薄膜抵抗方式を用いることにより、慣性力センサ２２１の温度特性を向上させることができる。

図１６Ａは慣性力センサ２２１の加速度の検出方法を説明するための上面図である。梁部２３４ａ、２３４ｂの上面にそれぞれ設けられた検出部２３４ｃ、２３４ｄとして歪抵抗Ｒ２０３、Ｒ２０１がそれぞれ配置されている。梁部２３５ａ、２３５ｂの上面にそれぞれ設けられた検出部２３５ｃ、２３５ｄとして歪抵抗Ｒ２０４、Ｒ２０２がそれぞれ配置されている。梁部２３６ａ、２３６ｂの上面にそれぞれ設けられた検出部２３６ｃ、２３６ｄとして歪抵抗Ｒ２０５、Ｒ２０７がそれぞれ配置されている。梁部２３７ａ、２３７ｂの上面にそれぞれ設けられた検出部２３７ｃ、２３７ｄとして歪抵抗Ｒ２０６、Ｒ２０８がそれぞれ配置されている。また、固定部２２２の上に歪抵抗Ｒ２０９、Ｒ２１０が配置されている。

図１６ＢはＸ軸方向の加速度を検出する慣性力センサ２２１のＸ軸検出回路の回路図である。歪抵抗Ｒ２０１、Ｒ２０２、Ｒ２０３、Ｒ２０４がブリッジ接続され、対向する一対の接続点Ｖｄｄ、ＧＮＤ間に電圧を印加し、他の一対の接続点ＶｘＰ、ＶｘＭ間の電位差Ｖｓｘ（接続点ＶｘＰの電圧から接続点ＶｘＭの電圧を引いた差）を検出することにより、Ｘ軸方向の加速度を検出することができる。

図１６ＣはＹ軸方向の加速度を検出する慣性力センサ２２１のＹ軸検出回路の回路図である。歪抵抗Ｒ２０５、Ｒ２０６、Ｒ２０７、Ｒ２０８がブリッジ接続されて、対向する一対の接続点Ｖｄｄ、ＧＮＤ間に電圧を印加し、他の一対の接続点ＶｙＰ、ＶｙＭ間の電位差Ｖｓｙ（接続点ＶｙＰの電圧から接続点ＶｙＭの電圧を引いた差）を検出することにより、Ｙ軸方向の加速度を検出することができる。

図１６ＤはＺ軸方向の加速度を検出する慣性力センサ２２１のＺ軸検出回路の回路図である。歪抵抗Ｒ２０５、Ｒ２１０、Ｒ２０６、Ｒ２０９がブリッジ接続され、対向する一対の接続点Ｖｄｄ、ＧＮＤ間に電圧を印加し、他の一対の接続点ＶｚＰ、ＶｚＭ間の電位差Ｖｓｚ（接続点ＶｚＰの電圧から接続点ＶｚＭの電圧を引いた差）を検出することにより、Ｚ軸方向の加速度を検出することができる。

次に、実施の形態４における慣性力センサ２２１の自己診断機能について説明する。実施の形態４における慣性力センサ２２１では、３つの電圧印加パターン１〜３で自己診断を行う。

図１７Ａは電圧印加パターン１を示す慣性力センサ２２１の上面図である。図１７Ｂと図１７Ｃは電圧印加パターン１で自己診断を行う慣性力センサ２２１の回路図である。電圧印加パターン１では、錘部２２３ａの上面に設けられた錘部変位電極２２６ａと対向電極２２７ａとの間に所定の電圧Ｖｄを印加し、かつ錘部２２３ｃの上面に設けられた錘部変位電極２２６ｃと対向電極２２７ｃとの間に所定の電圧Ｖｄを印加する。錘部２２３ｂの上面に設けられた錘部変位電極２２６ｂと対向電極２２７ｂとの間に電圧は印加せず、かつ錘部２２３ｄの上面に設けられた錘部変位電極２２６ｄと対向電極２２７ｄとの間に電圧を印加しない。これにより静電力が発生して錘部２２３ａ、２２３ｃが対向基板２２５に引き寄せられるように変位するが、錘部２２３ｂ、２２３ｄは変位しない。錘部２２３ａ、２２３ｄの変位により、歪抵抗Ｒ２０１、Ｒ２０３、Ｒ２０５、Ｒ２０７の抵抗値が低下する。図１７Ｂに示すように、Ｙ軸検出回路において接続点ＶｙＭの電圧が上がり、接続点ＶｙＰの電圧が下がるので、接続点ＶｙＰ、ＶｙＭ間の電位差Ｖｓｙ（接続点ＶｙＰの電圧から接続点ＶｙＭの電圧をひいた差）は負となる。また、図１７Ｃに示すように、Ｚ軸検出回路において接続点ＶｚＭの電圧が上がり、接続点ＶｚＰの電圧は変化しない。したがって、接続点ＶｚＰ、ＶｚＭ間の電位差Ｖｓｚ（接続点ＶｚＰの電圧から接続点ＶｚＭの電圧をひいた差）は負となる。このように、Ｙ軸検出回路とＺ軸検出回路の出力する電位差Ｖｓｙ、Ｖｓｘともに負となれば、梁部２３４ａ、２３４ｂ、２３６ａ、２３６ｂは折れておらず、正常に動作していると判定できる。

図１７Ｄは電圧印加パターン２を示す慣性力センサ２２１の上面図である。電圧印加パターン２では、錘部２２３ｂの上面に設けられた錘部変位電極２２６ｂと対向電極２２７ｂとの間に所定の電圧Ｖｄを印加し、錘部２２３ｄの上面に設けられた錘部変位電極２２６ｄと対向電極２２７ｄとの間に所定の電圧Ｖｄを印加する。このとき、錘部２２３ａの上面に設けられた錘部変位電極２２６ａと対向電極２２７ａとの間に電圧を印加せず、錘部２２３ｃの上面に設けられた錘部変位電極２２６ｃと対向電極２２７ｃとの間に電圧Ｖｄを印加しない。これにより静電力が発生して錘部２２３ｂ、２２３ｄが対向基板２２５に引き寄せられるように変位するが、錘部２２３ａ、２２３ｃは変位しない。錘部２２３ｂ、２２３ｄの変位により、歪抵抗Ｒ２０２、Ｒ２０４、Ｒ２０６、Ｒ２０８の抵抗値が低下する。したがって、図１６Ｃに示すＹ軸検出回路において、接続点ＶｙＭの電圧が下がり、接続点ＶｙＰの電圧が上がるので、接続点ＶｙＰ、ＶｙＭ間の電位差Ｖｓｙ（接続点ＶｙＰの電圧から接続点ＶｙＭの電圧を引いた差）は正となる。また、図１６Ｄに示すＺ軸検出回路において、接続点ＶｚＭの電圧は変化せず、接続点ＶｚＰの電圧は下がるので、接続点ＶｚＰ、ＶｚＭ間の電位差Ｖｓｚ（接続点ＶｚＰの電圧から接続点ＶｚＭの電圧を引いた差）は負となる。このように、Ｙ軸検出回路の出力する電位差Ｖｓｙが正となり、Ｚ軸検出回路の出力する電位差Ｖｓｚが負となれば、梁部２３５ａ、２３５ｂ、２３７ａ、２３７ｂは折れておらず、正常に動作していると判定できる。

図１７Ｅは電圧印加パターン３を示す慣性力センサ２２１の上面図である。電圧印加パターン３では、錘部２２３ａ〜２２３ｄの上面に設けられた錘部変位電極２２６ａ〜２２６ｄと対向電極２２７ａ〜２２７ｄとの間にそれぞれ所定の電圧Ｖｄを印加する。これにより静電力が発生し、錘部２２３ａ〜２２３ｄが対向基板２２５に引き寄せられるように変位する。錘部２２３ａ〜２２３ｄの変位により、歪抵抗Ｒ２０１〜Ｒ２０８の抵抗値が低下する。したがって、図１６Ｃに示すＹ軸検出回路において、接続点ＶｙＭ、ＶｙＰの電圧は変化せず、接続点ＶｙＰ、ＶｙＭ間の電位差Ｖｓｙ（接続点ＶｙＰの電圧から接続点ＶｙＭの電圧を引いた差）は０となる。また、図１６Ｄに示すＺ軸検出回路において、接続点ＶｚＭの電圧は上がり、ＶｚＰの電圧は下がるので、接続点ＶｚＰ、ＶｚＭ間の電位差Ｖｓｚ（接続点ＶｚＰの電圧から接続点ＶｚＭの電圧を引いた差）は負となる。このように、Ｙ軸検出回路の出力する電位差Ｖｓｙが０となり、Ｚ軸検出回路の出力する電位差Ｖｓｚが負となれば、梁部２３４ａ〜２３７ａ、２３４ｂ〜２３７ｂは折れておらず、慣性力センサ２２１は正常に動作していると判定できる。

ここで、錘部２２３ａ〜２２３ｄに接続された梁部２３４ａ〜２３４ａ、２３４ｂ〜２３７ｂのいずれか一本の梁部が折れた場合には、折れた梁部により接続された錘部は変位しないので、上記自己診断機能を用いて故障状態にあると判定できる。

図１８は、実施の形態４における他の慣性力センサ２２１Ａの上面図である。図１８において、図１４に示す慣性力センサ２２１と同じ部分には同じ参照番号を付す。なお、図１４に示す慣性力センサ２２１においては、錘部２２３ａ〜２２３ｄの上面の錘部変位電極２２６ａ〜２２６ｄにそれぞれ接続された４つの故障診断配線２２９ａ〜２２９ｄはそれぞれ別の故障診断電極２２８ａ〜２２８ｂに接続されている。図１８に示す慣性力センサ２２１Ａは、故障診断電極２２８ｃ、２２８ｄを備えておらず、故障診断配線２２９ａ〜２２９ｄの代りに故障診断電極２２８ａ、２２８ｂにそれぞれ接続された故障診断配線２３９ａ、２３９ｂを備える。故障診断配線２３９ａは故障診断電極２２８ａから梁部２３４ａ、２３４ｂを経由して錘部２２３ａの上面の錘部変位電極２２６ａに接続されている。故障診断配線２３９ａは、さらに、錘部変位電極２２６ａから梁部２３６ａ、２３６ｂを経由して錘部２２３ｃの上面の錘部変位電極２２６ｃにまで延びる。故障診断配線２３９ｂは故障診断電極２２８ｂから梁部２３５ａ、２３５ｂを経由して錘部２２３ｂの上面の錘部変位電極２２６ｂに接続されている。故障診断配線２３９ｂは、さらに、錘部変位電極２２６ｂから梁部２３７ａ、２３７ｂを経由して錘部２２３ｄの上面の錘部変位電極２２６ｄにまで延びる。慣性力センサ２２１Ａでも、図１７Ａから図１７Ｅに示す電圧印加パターン１〜３による自己診断を行うことができる。これにより、故障診断電極の数を減らして慣性力センサ２２１Ａを小型化することができるとともに、慣性力センサ２２１Ａを実装する際に、故障診断電極と実装基板との間のボンディングワイヤの数を減らすことができ、製造工程を簡易化することができる。

なお、実施の形態における慣性力センサ２１１、２２１、２２１Ａは加速度を検出する加速度センサであるが、歪センサなど、他種類のセンサであってもよい。

上記の実施の形態において、「上面」「下面」等の方向を示す用語は、錘部等の慣性力センサの構成部品の相対的な位置関係にのみ依存する相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。

上述のように、実施の形態３、４における慣性力センサ２１１、２２１、２２１Ａは、衝撃等により一方の梁部のみが折れ、他方の梁部が折れていない場合であっても自己診断機能により故障と診断でき、高い信頼性を有するので、車両やナビゲーション装置、携帯端末等に用いられる慣性力センサや角速度センサ等のセンサとして有用である。

本発明における慣性力センサは高い信頼性を有し、車両や携帯端末等に用いられる慣性力センサとして有用である。

２１ａ 固定部（第１の固定部）
２１ｂ 固定部（第２の固定部）
２３ａ 梁部（第１の梁部）
２４ａ 梁部（第２の梁部）
２７ 錘部（第１の錘部）
２７ａ 導電部（第１の導電部）
２８ 錘部（第２の錘部）
２８ａ 導電部（第１の導電部）
３１ａ 歪抵抗（第１の歪抵抗）
３２ａ 歪抵抗（第２の歪抵抗）
３９ 故障診断電極（第１の故障診断電極、第３の故障診断電極）
４０ａ 故障診断電極（第２の故障診断電極、第４の故障診断電極）
４３ 比較器（第１の比較器。第２の比較器）
４４ 非反転入力端子
４５ 反転入力端子
４８ａ 故障診断配線（第２の故障診断配線、第４の故障診断配線）
４８ｃ 故障診断配線（第１の故障診断配線、第３の故障診断配線）
２１１，２２１，２２１Ａ 慣性力センサ
２１２，２２２ 固定部
２１３，２２３ａ 錘部（第１の錘部）
２１４ａ，２３４ａ 梁部（第１の梁部）
２１４ｂ，２３４ｂ 梁部（第２の梁部）
２１６，２２６ａ 錘部変位電極（第１の錘部変位電極）
２１７，２２７ａ 対向電極（第１の対向電極）
２１８，２２８，２２８ａ〜２２８ｄ 故障診断電極
２１９，２２９ａ〜２２９ｄ 故障診断配線
２２３ｃ 錘部（第２の錘部）
２２６ｃ 錘部変位電極（第２の錘部変位電極）
２２７ｃ 対向電極（第２の対向電極）
２３６ａ 梁部（第３の梁部）
２３６ｂ 梁部（第４の梁部）

図１は実施の形態１における慣性力センサの上面図である。 図２は実施の形態１における慣性力センサの上面図である。 図３は実施の形態１における慣性力センサの上面図である。 図４Ａは実施の形態１における慣性力センサの上面図である。 図４Ｂは実施の形態１における慣性力センサの検出回路の模式図である。 図４Ｃは実施の形態１における慣性力センサの検出回路の模式図である。 図４Ｄは実施の形態１における慣性力センサの検出回路の模式図である。 図５は実施の形態１における慣性力センサの回路図である。 図６は実施の形態１の慣性力センサにおける故障診断回路の出力電圧を示す図である。 図７は実施の形態２における慣性力センサの上面図である。 図８は実施の形態２における慣性力センサの回路図である。 図９は実施の形態３における慣性力センサの上面図である。 図１０は図９に示す慣性力センサの線１０−１０における断面図である。 図１１Ａは実施の形態３における慣性力センサの模式図である。 図１１Ｂは実施の形態３における慣性力センサの模式図である。 図１２は実施の形態３における慣性力センサの回路図である。 図１３は比較例の慣性力センサの上面図である。 図１４は実施の形態４における慣性力センサの上面図である。 図１５は図１４に示す慣性力センサの線１５−１５における断面図である。 図１６Ａは実施の形態４における慣性力センサの上面図である。 図１６Ｂは実施の形態４における慣性力センサの回路図である。 図１６Ｃは実施の形態４における慣性力センサの回路図である。 図１６Ｄは実施の形態４における慣性力センサの回路図である。 図１７Ａは実施の形態４における慣性力センサ動作を示す上面図である。 図１７Ｂは実施の形態４における慣性力センサ動作を示す回路図である。 図１７Ｃは実施の形態４における慣性力センサ動作を示す回路図である。 図１７Ｄは実施の形態４における慣性力センサ動作を示す上面図である。 図１７Ｅは実施の形態４における慣性力センサ動作を示す上面図である。 図１８は実施の形態４における他の慣性力センサの上面図である。 図１９は従来の慣性力センサの上面図である。 図２０は他の従来の慣性力センサの断面図である。

図６は慣性力センサ１００１の固定部２１ａに設けられた故障診断電極３９、４０ａに接続された故障診断回路１００２の比較器４３の出力電圧Ｖｏｕｔを示す。図６において、縦軸は比較器４３の出力電圧Ｖｏｕｔを示し、横軸に時間を示す。図６に示すように、時点ｔｐ１までは梁部２３ａにクラックが発生しておらず、慣性力センサ１００１は加速度を正常に検出している。この正常な使用状態においては、故障診断電極３９、４０ａの双方に電圧ＶＦが印加されるので比較器４３からは零Ｖの電圧が出力される。時点ｔｐ１において梁部２３ａにクラックが発生すると、故障診断配線４８ａと故障診断配線４８ｃ（枝線１４８ｃ）の少なくとも１つが断線してオープンになり、比較器４３の非反転入力端子４４に電圧ＶＦが入力されたままで、反転入力端子４５は接地抵抗Ｒ４５を介して接地されて零Ｖの電圧が印加され、比較器４３からは電圧ＶＦの電圧が出力される。実施の形態１では電圧ＶＦは１２．５Ｖである。このように、固定部２１ａに設けられた故障診断電極３９、４０ａに接続された故障診断回路１００２の出力電圧Ｖｏｕｔにより、梁部２３ａのクラックの発生を検知することができる。同様に、固定部２１ａに設けられた故障診断電極３９、４０ｂに接続された故障診断回路１００２の出力電圧Ｖｏｕｔにより、梁部２３ｂのクラックの発生を検知することができる。

図８は慣性力センサ２００１の故障診断回路２００２の回路図である。図８において、図５に示す故障診断回路１００２と同じ部分には同じ参照番号を付す。故障診断回路２００２では、比較器４３の反転入力端子４５に故障診断電極５２が接続されている。入力電圧ＶＦは故障診断電極５１に印加され、故障診断配線５３と導電部５４ａ〜５７ａ、５４ｂ〜５７ｂと故障診断電極５２とを介して比較器４３の反転入力端子４５に印加されている。故障診断回路２００２においても、図６に示す実施の形態１における故障診断回路１００２と同様に、時点ｔｐ１までは梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂのいずれにもクラックが発生しておらず、慣性力センサ２００１は加速度を正常に検出している。この正常な使用状態においては、故障診断電極５１、５２の双方に電圧ＶＦが印加されるので比較器４３からは零Ｖの電圧が出力される。梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂの少なくとも１つにクラックが発生すると、故障診断配線５３が断線してオープンになり、比較器４３の非反転入力端子４４に電圧ＶＦが入力されたままで、反転入力端子４５は接地抵抗Ｒ４５を介して接地されて零Ｖの電圧が印加され、比較器４３からは電圧ＶＦの電圧が出力される。実施の形態２では電圧ＶＦは１２．５Ｖである。このように、故障診断回路１００２の出力電圧Ｖｏｕｔにより、梁部２３ａ〜２６ａ、２３ｂ〜２６ｂのクラックの発生を検知することができる。

図１７Ａは電圧印加パターン１を示す慣性力センサ２２１の上面図である。図１７Ｂと図１７Ｃは電圧印加パターン１で自己診断を行う慣性力センサ２２１の回路図である。電圧印加パターン１では、錘部２２３ａの上面に設けられた錘部変位電極２２６ａと対向電極２２７ａとの間に所定の電圧Ｖｄを印加し、かつ錘部２２３ｃの上面に設けられた錘部変位電極２２６ｃと対向電極２２７ｃとの間に所定の電圧Ｖｄを印加する。錘部２２３ｂの上面に設けられた錘部変位電極２２６ｂと対向電極２２７ｂとの間に電圧は印加せず、かつ錘部２２３ｄの上面に設けられた錘部変位電極２２６ｄと対向電極２２７ｄとの間に電圧を印加しない。これにより静電力が発生して錘部２２３ａ、２２３ｃが対向基板２２５に引き寄せられるように変位するが、錘部２２３ｂ、２２３ｄは変位しない。錘部２２３ａ、２２３ｃの変位により、歪抵抗Ｒ２０１、Ｒ２０３、Ｒ２０５、Ｒ２０７の抵抗値が低下する。図１７Ｂに示すように、Ｙ軸検出回路において接続点ＶｙＭの電圧が上がり、接続点ＶｙＰの電圧が下がるので、接続点ＶｙＰ、ＶｙＭ間の電位差Ｖｓｙ（接続点ＶｙＰの電圧から接続点ＶｙＭの電圧をひいた差）は負となる。また、図１７Ｃに示すように、Ｚ軸検出回路において接続点ＶｚＭの電圧が上がり、接続点ＶｚＰの電圧は変化しない。したがって、接続点ＶｚＰ、ＶｚＭ間の電位差Ｖｓｚ（接続点ＶｚＰの電圧から接続点ＶｚＭの電圧をひいた差）は負となる。このように、Ｙ軸検出回路とＺ軸検出回路の出力する電位差Ｖｓｙ、Ｖｓｘともに負となれば、梁部２３４ａ、２３４ｂ、２３６ａ、２３６ｂは折れておらず、正常に動作していると判定できる。

ここで、錘部２２３ａ〜２２３ｄに接続された梁部２３４ａ〜２３７ａ、２３４ｂ〜２３７ｂのいずれか一本の梁部が折れた場合には、折れた梁部により接続された錘部は変位しないので、上記自己診断機能を用いて故障状態にあると判定できる。

Claims (10)

1. 印加された慣性力を検出する慣性力センサであって、
   第１の固定部と、
   前記第１の固定部に接続された一端と、他端とを有する第１の梁部と、
   前記第１の梁部の前記他端に接続されて、前記慣性力によって前記第１の梁部を変形させつつ変位する第１の錘部と、
   前記第１の錘部に設けられた第１の導電部と、
   前記第１の梁部に設けられて前記第１の梁部の変形を検出する第１の歪抵抗と、
   前記第１の固定部に設けられた第１の故障診断電極と、
   前記第１の固定部に設けられた第２の故障診断電極と、
   前記第１の梁部を経由して前記第１の故障診断電極と前記第１の導電部とを接続する第１の故障診断配線と、
   前記第１の梁部を経由して前記第２の故障診断電極と前記第１の導電部とを接続する第２の故障診断配線と、
   を備えた慣性力センサ。
2. 前記第１の故障診断電極は比較器の非反転入力端子に接続されてかつ電圧が印加されるように構成されており、
   前記第２の故障診断電極は前記比較器の反転入力端子に接続されるように構成されている、請求項１記載の慣性力センサ。
3. 第２の固定部と、
   前記第２の固定部に接続された一端と、他端とを有する第２の梁部と、
   前記第２の梁部の前記他端に接続されて、前記慣性力によって前記第２の梁部を変形させつつ変位する第２の錘部と、
   前記第２の錘部に設けられた第２の導電部と、
   前記第２の梁部に設けられて前記第２の梁部の変形を検出する第２の歪抵抗と、
   前記第２の固定部に設けられた第３の故障診断電極と、
   前記第２の固定部に設けられた第４の故障診断電極と、
   前記第２の梁部を経由して前記第３の故障診断電極と前記第２の導電部とを接続する第３の故障診断配線と、
   前記第２の梁部を経由して前記第４の故障診断電極と前記第２の導電部とを接続する第４の故障診断配線と、
   をさらに備えた、請求項１に記載の慣性力センサ。
4. 前記第１の故障診断電極は第１の比較器の非反転入力端子に接続されてかつ電圧が印加されるように構成されており、
   前記第２の故障診断電極は前記第１の比較器の反転入力端子に接続されるように構成されており、
   前記第３の故障診断電極は第２の比較器の非反転入力端子に接続されてかつ電圧が印加されるように構成されており、
   前記第４の故障診断電極は前記第２の比較器の反転入力端子に接続されるように構成されている、請求項３に記載の慣性力センサ。
5. 印加された慣性力を検出する慣性力センサであって、
   第１の固定部と、
   前記第１の固定部に接続された一端と、他端とを有する第１の梁部と、
   前記第１の梁部の前記他端に接続されて、前記慣性力によって前記第１の梁部を変形させつつ変位する第１の錘部と、
   前記第１の錘部に設けられた第１の導電部と、
   前記第１の梁部に設けられて前記第１の梁部の変形を検出する第１の歪抵抗と、
   第２の固定部と、
   前記第２の固定部に接続された一端と、他端とを有する第２の梁部と、
   前記第２の梁部の前記他端に接続されて、前記慣性力によって前記第２の梁部を変形させつつ変位する第２の錘部と、
   前記第２の錘部に設けられた第２の導電部と、
   前記第２の梁部に設けられて前記第２の梁部の変形を検出する歪抵抗と、
   前記第１の固定部に設けられた第１の故障診断電極と、
   前記第１の固定部と前記第２の固定部との一方に設けられた第２の故障診断電極と、
   前記第１の故障診断電極と前記第２の故障診断電極との間で、前記第１の梁部と前記第２の梁部とを経由して前記第１の導電部と前記第２の導電部とを直列に接続する複数の故障診断配線と、
   を備えた慣性力センサ。
6. 前記第１の故障診断電極は比較器の非反転入力端子に接続されてかつ電圧が印加されるように構成されており、
   前記第２の故障診断電極は前記比較器の反転入力端子に接続されるように構成されている、請求項５に記載の慣性力センサ。
7. 印加された慣性力を検出する慣性力センサであって、
   固定部と、
   前記固定部に接続された一端と、他端とを有する第１の梁部と、
   前記固定部に接続された一端と、他端とを有する第２の梁部と、
   前記第１の梁部の前記他端と前記第２の梁部の前記他端とに接続されて、前記慣性力によって前記第１の梁部と前記第２の梁部とを変形させつつ変位する第１の錘部と、
   前記第１の錘部に設けられた第１の錘部変位電極と、
   前記第１の錘部変位電極と所定の間隔を空けて対向する第１の対向電極と、
   前記固定部に設けられた故障診断電極と、
   前記故障診断電極から延びて前記第１の梁部と前記第２の梁部とを経由して前記第１の錘部変位電極に接続された第１の故障診断配線と、
   を備えた慣性力センサ。
8. 前記第１の故障診断配線は前記第１の梁部の前記一端および前記他端と前記第２の梁部の前記一端および前記他端とを経由する、請求項７に記載の慣性力センサ。
9. 前記固定部に接続された一端と、他端とを有する第３の梁部と、
   前記固定部に接続された一端と、他端とを有する第４の梁部と、
   前記第３の梁部の前記他端と前記第４の梁部の前記他端とに接続された第２の錘部と、
   前記第２の錘部の上面に形成された第２の錘部変位電極と、
   前記第２の錘部変位電極と所定の間隔を空けて対向する第２の対向電極と、
   前記第３の梁部と前記第４の梁部とを経由して前記故障診断電極と前記第２の錘部変位電極とを電気的に接続する第２の故障診断配線と、
   をさらに備えた、請求項７または８に記載の慣性力センサ。
10. 前記第２の故障診断配線は前記第３の梁部の前記一端および前記他端と前記第４の梁部の前記一端および前記他端とを経由する、請求項９に記載の慣性力センサ。

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