JP2000221208A - 静電容量式加速度センサ - Google Patents

静電容量式加速度センサ

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JP2000221208A
JP2000221208A JP11025127A JP2512799A JP2000221208A JP 2000221208 A JP2000221208 A JP 2000221208A JP 11025127 A JP11025127 A JP 11025127A JP 2512799 A JP2512799 A JP 2512799A JP 2000221208 A JP2000221208 A JP 2000221208A
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JP
Japan
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capacitance
acceleration sensor
acceleration
variable capacitance
movable electrode
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JP11025127A
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English (en)
Inventor
Hideo Morimoto
森本  英夫
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Nitta Corp
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Nitta Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring 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
    • G01P2015/0805Measuring 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
    • G01P2015/0822Measuring 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
    • G01P2015/084Measuring 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】 低コストで且つ優れた感度を有する静電容量
式加速度センサを提供すること。 【解決手段】 基板1に形成した固定電極Dx+,Dx
−,Dy+,Dy−,Dz+群と、弾性を有する導電性
ゴム又は導電性樹脂により形成した可動電極2とから、
可変静電容量部Cx+,Cx−,Cy+,Cy−,Cz
+を構成してあり、加速度が作用したときには慣性によ
り導電性ゴム又は導電性樹脂が変形又は変位せしめられ
て上記可変静電容量部Cx+,Cx−,Cy+,Cy
−,Cz+の静電容量が変化するようにしてある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、静電容量式加速
度センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の静電容量式加速度センサとして
は、例えば図9に示すようなものがあり、基本的には同
図に示す如く、固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy
−,Dz+を有したシリコン基板90と、可動電極Dを有
したシリコン基板91と、前記シリコン基板91の中央部に
固着された重錐体92と、前記シリコン基板91の外周部に
重錐体92を包囲する態様で固着された取付用台座93とを
具備すると共に、前記固定電極Dx+,Dx−,Dy
+,Dy−,Dz+と可動電極Dにより可変静電容量部
Cx+,Cx−,Cy+,Cy−,Cz+が構成される
ようにしてある。なお、上記加速度センサは、図9に示
す如く取付用台座93を介して被計測物Kに取り付けられ
る。
【0003】この加速度センサに加速度が作用すると、
重錐体92の慣性によりシリコン基板91及びこれに形成さ
れた電極Dが変形せしめられて可変静電容量部Cx+,
Cx−,Cy+,Cy−,Cz+の静電容量が変化し、
例えば加速度の大きさを電圧値の大きさとして検出でき
る。
【0004】しかしながら、上記加速度センサでは、シ
リコン基板に電極を形成したり、シリコン基板にガラス
等の重錐体を固着する必要があり、製造プロセスの複雑
さから高コストであるという問題があった。また、重錐
体の慣性によりシリコン基板を変形させるものであるた
め変形量が小さく、感度が悪いという問題もあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明で
は、低コストで且つ優れた感度を有する静電容量式加速
度センサを提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】(請求項1記載の発明)
この発明の静電容量式加速度センサは、基板に形成した
固定電極群と、弾性を有する導電性ゴム又は導電性樹脂
により形成した可動電極とから、可変静電容量部を構成
してあり、加速度が作用したときには慣性により導電性
ゴム又は導電性樹脂が変形又は変位せしめられて上記可
変静電容量部の静電容量が変化するようにしてある。 (請求項2記載の発明)この発明の静電容量式加速度セ
ンサは、請求項1記載の発明に関して、可動電極が板状
に形成されていると共に、前記可動電極にはゴム又は樹
脂から成る重錐部が一体成形されており、加速度が作用
したときには重錐部の慣性により可動電極が変形せしめ
られて上記可変静電容量部の静電容量が変化するように
してある。 (請求項3記載の発明)この発明の静電容量式加速度セ
ンサは、請求項1記載の発明に関して、可動電極が、固
定電極群と小間隔を設けて対向配置させた重錐部であ
り、前記重錐部を弾性を有したゴム又は樹脂から成る支
持部により基板に支持させたものとしてあり、加速度が
作用したときには重錐部の変位により可変静電容量部の
静電容量が変化するようにしてある。 (請求項4記載の発明)この発明の静電容量式加速度セ
ンサは、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明に関し
て、固定電極群は、180°間隔で電極が配置されたも
のであり、二つの可変静電容量部の静電容量の変化によ
りX軸方向の加速度が検出できるようにしてある。 (請求項5記載の発明)この発明の静電容量式加速度セ
ンサは、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明に関し
て、固定電極群は、90°間隔で電極が配置されたもの
であり、一方の対向する可変静電容量部の静電容量の変
化によりX軸方向の加速度が検出でき、他方の対向する
可変静電容量部の静電容量の変化によりY軸方向の加速
度が検出できるようにしてある。 (請求項6記載の発明)この発明の静電容量式加速度セ
ンサは、請求項5記載の発明に関して、X軸及びY軸方
向の加速度を検出するための四個の電極により囲まれた
基板部分に、Z軸方向の加速度を検出するための電極を
配置させてある。 (請求項7記載の発明)この発明の静電容量式加速度セ
ンサは、請求項2又は3記載の発明に関して、加速度検
出の感度を上げるべく重錐部の内部に重い塊状物を埋設
して成る。
【0007】なお、上記発明の静電容量式加速度センサ
の機能については、以下の発明の実施の形態の欄で詳述
する。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。 (実施形態1)図1は、この発明の実施形態1の静電容
量式加速度センサSの断面図を示している。
【0009】上記静電容量式加速度センサSは、図1や
図2に示すように、固定電極Dx+,Dx−,Dy+,
Dy−,Dz+が形成された基板1と、前記基板1に接
着され且つ導電性ゴムより成る可動電極Dと、前記可動
電極Dと一体成形され且つ円筒状の取付用台座部21とこ
れの中央部に位置させた重錐部20とを薄膜部22により連
結して成るシリコンゴム体2とから構成されており、前
記固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+と
可動電極Dにより可変静電容量部Cx+,Cx−,Cy
+,Cy−,Cz+が形成されるようにしてある。
【0010】ここで、この加速度センサSにX軸方向の
加速度Ax−が作用すると、重錐部20の慣性により可動
電極Dは図3のように弾性変形する。これにより、固定
電極Dx+と可動電極Dとの間隔は小さくなり、可変静
電容量部Cx+の静電容量は大きくなる。逆に固定電極
Dx−と可動電極Dとの間隔は大きくなり、可変静電容
量部Cx−の静電容量は小さくなる。何故ならば、一般
に、静電容量=誘電率ε×(電極面積s/電極間距離
d)であるからである。なお、固定電極Dz+と可動電
極Dとの間隔は相対的にはほとんど変化しない。
【0011】上記したことは加速度Ax+,Ay+,A
y−の場合も同様のことが言える。
【0012】次に、この加速度センサSにX軸方向の加
速度Az−が作用すると、重錐部20の慣性により可動電
極Dは図4のように弾性変形する。これにより、固定電
極Dz+と可動電極Dの間隔は小さくなり、可変静電容
量部Cz+の静電容量は大きくなる。なお、この場合に
おいて、可変静電容量部Cx+,Cx−,Cy+,Cy
−も大きくなるが、その変化量は機械的対称性により同
じである。
【0013】以上、加速度の方向と、静電容量の変化を
まとめると表1のようになる。この場合の変化の度合い
は加速度の大きさに応じて大きくなる。
【0014】
【表1】
【0015】ここで、表1の特性を利用して図5に示す
回路を構成すれば、加速度の大きさと方向に応じた電圧
値として出力することができる。
【0016】また、この静電容量式加速度センサSは以
下のに示す作用・効果を有する。 板状の導電性ゴムがそのまま可動電極Dとなると共
に、前記可動電極Dと重錐部20とがゴム部材により一体
成形できることから、製造プロセスは容易になり、その
結果、低コストになる。 可動電極Dは導電性ゴムにより構成されているから、
重錐部20の慣性により大きく変形し、その結果、感度は
良いものとなる。 (実施形態2)図6は、この発明の実施形態2の静電容
量式加速度センサSの断面図を示しており、図7は、前
記静電容量式加速度センサSの外観図を示している。
【0017】この加速度センサSは、基本的には図6に
示す如く実施形態1の加速度センサと同様の構成として
あり、相違するところは、プリント基板1上にスペーサ
3を設けて空間Aを形成してある点、前記空間A内のプ
リント基板1上に加速度検出回路用電子部品4を配設し
てある点、固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,
Dz+を包囲する態様でプリント基板1に接続用ランド
Lを形成してある点、センサの構成部材の全てを金属フ
レーム5で覆って一体化してある点である。なお、この
加速度センサSでは、図6に示すように、可動電極Dと
電気的接続状態に接触させてあり、固定電極Dx+,D
x−,Dy+,Dy−,Dz+、接続用ランドL及び加
速度検出回路用電子部品4を所定に入出力端子50に電気
的接続状態にしている。
【0018】したがって、この加速度センサSは上記実
施形態1のものと同様に機能し、さらに取扱いが非常に
容易なものとなる。 (実施形態3)この発明の実施形態3の静電容量式加速
度センサSは、図8に示すように、基板1に形成された
固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+と、
前記固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+
と小間隙を設けて対向配置された導電性ゴム製の重錐部
20と、前記重錐部20を保持する円筒状の支持部21(前記
重錐部20と一体成形されている弾性体:導電性ゴムやシ
リコンゴム等が採用できる)とにより構成されており、
前記重錐部20の下端面が可動電極Dとして機能するもの
としてある。このものでは、重錐部20の変位により可変
静電容量部Cx+,Cx−,Cy+,Cy−,Cz+の
静電容量が変化する。
【0019】したがって、この加速度センサSは上記実
施形態1,2のものとほぼ同様に機能することとなる。 (その他の実施形態)上記実施形態2に関して、スペー
サ3をゴム等の弾性体により構成することができ、この
構成を採った場合、空間Aは外周水密状態となり防水効
果が期待できる。
【0020】上記実施形態1〜3に関して、加速度検出
の感度を上げるべく重錐部20の内部に重い塊状物を埋設
するようにしてもよい。
【0021】上記実施形態にかえて、固定電極群は、1
80°間隔で電極が配置されたものであり、二つの可変
静電容量部の静電容量の変化によりX軸方向の加速度が
検出できるようにしてあるものとすることができる。ま
た、固定電極群は、90°間隔で電極が配置されたもの
であり、一方の対向する可変静電容量部の静電容量の変
化によりX軸方向の加速度が検出でき、他方の対向する
可変静電容量部の静電容量の変化によりY軸方向の加速
度が検出できるようにしてあるものとすることができ
る。
【0022】
【発明の効果】この発明は上記構成を有するものである
から以下の効果を奏する。
【0023】発明の実施の形態段の欄の説明から明らか
なように、低コストで且つ優れた感度を有する静電容量
式加速度センサを提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態1の静電容量式加速度セン
サの断面図。
【図2】前記加速度センサの固定電極の平面図。
【図3】前記加速度センサにX軸方向の加速度が生じた
ときの断面図。
【図4】前記加速度センサにZ軸方向の加速度が生じた
ときの断面図。
【図5】前記加速度センサに採用される回路図。
【図6】この発明の実施形態2の静電容量式加速度セン
サの断面図。
【図7】前記実施形態2の静電容量式加速度センサの外
観斜視図。
【図8】この発明の実施形態3の静電容量式加速度セン
サの断面図。
【図9】先行技術の静電容量式加速度センサの断面図。
【符号の説明】
D 可動電極 Dx+ 固定電極 Dx− 固定電極 Dy+ 固定電極 Dy− 固定電極 Dz+ 固定電極 Cx+ 可変静電容量部 Cx− 可変静電容量部 Cy+ 可変静電容量部 Cy− 可変静電容量部 Cz+ 可変静電容量部 1 基板 2 シリコンゴム体 20 重錐部 21 支持部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板に形成した固定電極群と、弾性を有
    する導電性ゴム又は導電性樹脂により形成した可動電極
    とから、可変静電容量部を構成してあり、加速度が作用
    したときには慣性により導電性ゴム又は導電性樹脂が変
    形又は変位せしめられて上記可変静電容量部の静電容量
    が変化するようにしてあることを特徴とする静電容量式
    加速度センサ。
  2. 【請求項2】 可動電極が板状に形成されていると共
    に、前記可動電極にはゴム又は樹脂から成る重錐部が一
    体成形されており、加速度が作用したときには重錐部の
    慣性により可動電極が変形せしめられて上記可変静電容
    量部の静電容量が変化するようにしてあることを特徴と
    する請求項1記載の静電容量式加速度センサ。
  3. 【請求項3】 可動電極が、固定電極群と小間隔を設け
    て対向配置させた重錐部であり、前記重錐部を弾性を有
    したゴム又は樹脂から成る支持部により基板に支持させ
    たものとしてあり、加速度が作用したときには重錐部の
    変位により可変静電容量部の静電容量が変化するように
    してあることを特徴とする請求項1記載の静電容量式加
    速度センサ。
  4. 【請求項4】 固定電極群は、180°間隔で電極が配
    置されたものであり、二つの可変静電容量部の静電容量
    の変化によりX軸方向の加速度が検出できるようにして
    あることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載
    の静電容量式加速度センサ。
  5. 【請求項5】 固定電極群は、90°間隔で電極が配置
    されたものであり、一方の対向する可変静電容量部の静
    電容量の変化によりX軸方向の加速度が検出でき、他方
    の対向する可変静電容量部の静電容量の変化によりY軸
    方向の加速度が検出できるようにしてあることを特徴と
    する請求項1乃至3のいずれかに記載の静電容量式加速
    度センサ。
  6. 【請求項6】 X軸及びY軸方向の加速度を検出するた
    めの四個の電極により囲まれた基板部分に、Z軸方向の
    加速度を検出するための電極を配置させてあることを特
    徴とする請求項5記載の静電容量式加速度センサ。
  7. 【請求項7】 加速度検出の感度を上げるべく重錐部の
    内部に重い塊状物を埋設して成ることを特徴とする請求
    項2又は3記載の静電容量式加速度センサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006137230A1 (ja) * 2005-06-20 2006-12-28 Micro Precision Co. & Ltd. 容量検出型加速度センサ
WO2018179764A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 株式会社ミクニ 自動二輪車の転倒検出装置

Cited By (3)

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