JP3280009B2 - Apparatus for detecting physical quantity using change in distance between electrodes and operation test method thereof - Google Patents

Apparatus for detecting physical quantity using change in distance between electrodes and operation test method thereof

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JP3280009B2
JP3280009B2 JP36949799A JP36949799A JP3280009B2 JP 3280009 B2 JP3280009 B2 JP 3280009B2 JP 36949799 A JP36949799 A JP 36949799A JP 36949799 A JP36949799 A JP 36949799A JP 3280009 B2 JP3280009 B2 JP 3280009B2
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    • 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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  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電極間距離の変化
を利用して、力、加速度、磁気などの物理量を検出する
装置において、その動作を試験する方法に関し、更に、
この動作試験方法を実施する機能を備えた力、加速度、
磁気などの物理量の検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for testing the operation of an apparatus for detecting a physical quantity such as force, acceleration, or magnetism by utilizing a change in the distance between electrodes.
Force, acceleration, with the ability to perform this motion test method
The present invention relates to a device for detecting a physical quantity such as magnetism.

【０００２】[0002]

【従来の技術】自動車産業や機械産業などでは、力、加
速度、磁気といった物理量を正確に検出できる検出装置
の需要が高まっている。特に、二次元あるいは三次元の
各成分ごとにこれらの物理量を検出しうる小型の装置が
望まれている。2. Description of the Related Art In the automobile industry, the machine industry, and the like, there is an increasing demand for a detection device capable of accurately detecting physical quantities such as force, acceleration, and magnetism. In particular, a small device capable of detecting these physical quantities for each of two-dimensional or three-dimensional components is desired.

【０００３】このような需要に応えるため、シリコンな
どの半導体基板にゲージ抵抗を形成し、外部から加わる
力に基づいて基板に生じる機械的な歪みを、ピエゾ抵抗
効果を利用して電気信号に変換する力検出装置が提案さ
れている。この力検出装置の検出部に、重錘体を取り付
ければ、重錘体に加わる加速度を力として検出する加速
度検出装置が実現でき、磁性体を取り付ければ、磁性体
に作用する磁気を力として検出する磁気検出装置が実現
できる。たとえば、米国特許第４９０５５２３号、同第
４９６７６０５号、同第４９６９３６６号には、本願発
明者の発明に係る力、加速度、磁気の検出装置が開示さ
れている。In order to meet such demands, a gauge resistor is formed on a semiconductor substrate such as silicon, and mechanical strain generated in the substrate based on an externally applied force is converted into an electric signal using a piezoresistance effect. A force detecting device has been proposed. If a weight is attached to the detection part of this force detection device, an acceleration detection device that detects the acceleration applied to the weight as a force can be realized. If a magnetic material is attached, the magnetism acting on the magnetic material is detected as a force. The magnetic detection device can be realized. For example, U.S. Pat. Nos. 4,905,523, 4,967,605 and 4,969,366 disclose force, acceleration, and magnetism detection devices according to the invention of the present inventor.

【０００４】上述のピエゾ抵抗効果を利用した検出装置
に代わって、電極間距離の変化を利用した検出装置も提
案されている。たとえば、特開平４−１４８８３３号明
細書には、２枚の基板を対向させて配置し、それぞれの
基板上に電極を形成した単純な構造の検出装置が開示さ
れている。この検出装置においては、検出対象となる
力、加速度、磁気などの物理量に基づいて一方の基板を
変位させ、この変位により両基板上に形成した電極間距
離を変化させ、これを両電極間の静電容量の変化として
検出している。あるいは、両電極間に圧電素子を挟んで
おき、電極間距離の変化をこの圧電素子が発生する電圧
として検出する方法も開示されている。一方の基板に外
力をそのまま作用させて変位を起こさせれば、作用した
外力を検出する力検出装置として機能する。また、一方
の基板に重錘体を接合しておき、この重錘体に作用した
加速度に基づいて基板を変位させれば、作用した加速度
を検出する加速度検出装置として機能する。更に、一方
の基板に磁性体を接合しておき、この磁性体に作用した
磁気に基づいて基板を変位させれば、作用した磁気を検
出する磁気検出装置として機能する。[0006] Instead of the above-described detection device utilizing the piezoresistance effect, a detection device utilizing a change in the distance between the electrodes has been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-148833 discloses a detection device having a simple structure in which two substrates are arranged to face each other and electrodes are formed on each of the substrates. In this detection device, one of the substrates is displaced based on a physical quantity such as force, acceleration, or magnetism to be detected, and the displacement changes the distance between the electrodes formed on the two substrates. Detected as a change in capacitance. Alternatively, a method is disclosed in which a piezoelectric element is sandwiched between both electrodes, and a change in the distance between the electrodes is detected as a voltage generated by the piezoelectric element. If an external force is applied to one of the substrates as it is to cause displacement, it functions as a force detecting device for detecting the applied external force. If a weight is joined to one of the substrates and the substrate is displaced based on the acceleration applied to the weight, the device functions as an acceleration detecting device for detecting the applied acceleration. Furthermore, if a magnetic body is bonded to one of the substrates and the substrate is displaced based on the magnetism acting on the magnetic body, the device functions as a magnetism detecting device for detecting the magnetism acted on.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一般に、何らかの物理
量の検出装置を製品化する場合、この検出装置が正しい
検出信号を出力するか否かの動作試験を行う必要が生じ
る。従来、このような動作試験は、検出対象となる物理
量を実際にその検出装置に作用させ、そのときの検出信
号を調べるという方法が採られている。たとえば、加速
度の検出装置であれば、実際に所定の大きさの加速度を
所定の方向から検出装置に作用させ、そのときの検出信
号が、与えた加速度に応じた正しいものになっているか
否かを判定することになる。しかしながら、このような
動作試験を行うには、専用の試験設備が必要になり、試
験作業も煩雑で時間のかかるものとなる。特に、専用の
試験設備で試験できる数量が限定され、生産性の低下を
招くことになる。したがって、このような従来の試験方
法は、大量生産される装置に対する動作試験としては不
適当である。Generally, when a detector for detecting a certain physical quantity is commercialized, it is necessary to conduct an operation test to determine whether or not the detector outputs a correct detection signal. Conventionally, such an operation test employs a method in which a physical quantity to be detected is actually applied to the detection device and a detection signal at that time is examined. For example, in the case of an acceleration detection device, an acceleration of a predetermined magnitude is actually applied to the detection device from a predetermined direction, and whether a detection signal at that time is correct according to the applied acceleration is determined. Will be determined. However, in order to perform such an operation test, dedicated test equipment is required, and the test operation is complicated and time-consuming. In particular, the quantity that can be tested by a dedicated test facility is limited, which leads to a decrease in productivity. Therefore, such a conventional test method is not suitable as an operation test for mass-produced devices.

【０００６】そこで本発明は、電極間距離の変化を利用
して物理量を検出する装置について、簡便な動作試験を
行い得る方法を提供することを目的とし、また、この簡
便な動作試験方法によって自己診断を行う機能をもった
検出装置を提供することを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a method capable of performing a simple operation test on an apparatus for detecting a physical quantity by utilizing a change in the distance between electrodes. An object is to provide a detection device having a function of performing a diagnosis.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】(1) 本発明の第１の態
様は、物理量の検出装置において、ＸＹＺ三次元座標系
におけるＸＹ平面に沿って配置された固定基板と、この
固定基板に対して所定間隔をおいて配置され、外部から
の物理量の作用に基づく力を受ける作用部と、この作用
部を中心として、これをその周囲から支持する機能を有
し、可撓性をもった可撓部と、この可撓部をその周囲か
ら支持する機能を有し、固定基板に固定された固定部
と、を設け、作用部に力が作用したときに、可撓部の撓
みにより作用部が固定基板に対して変位するように構成
し、作用部とともに変位する位置に形成された変位電極
と、固定基板の変位電極に対向する位置に形成された固
定電極と、によって容量素子を構成し、この容量素子
は、作用部がＺ軸方向に変位したときに、この変位に応
じて電極間隔が変化するような位置に配置されるように
し、この容量素子の一方の電極に時間的変動成分を有す
る電気信号を与えたときに、他方の電極に伝達される変
動成分の大きさを示す電気信号を、作用部に対して作用
した力のＺ軸方向成分を示す信号として出力する検出手
段と、変位電極と固定電極との間に所定の電圧を印加し
てクーロン力を作用させることにより、作用部をＺ軸方
向に変位させる電圧印加手段と、を更に設け、電圧印加
手段により所定の電圧を印加した状態において、検出手
段の出力する信号をモニタすることにより動作試験を行
うことができるようにしたものである。(1) A first aspect of the present invention is directed to a physical quantity detection device, comprising: a fixed substrate disposed along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system; And an action part which is arranged at a predetermined interval and receives a force based on the action of an external physical quantity, and has a function of supporting the action part around the action part and having flexibility. A flexible portion having a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof, and a fixing portion fixed to a fixed substrate, wherein when a force is applied to the operating portion, the flexible portion is bent by the flexible portion; Is configured to be displaced with respect to the fixed substrate, and a displacement element formed at a position displaced together with the action portion and a fixed electrode formed at a position opposed to the displacement electrode on the fixed substrate constitute a capacitive element. In this capacitive element, the action portion changes in the Z-axis direction. When the capacitor is placed, it is arranged at a position where the electrode interval changes according to this displacement, and one of the electrodes of this capacitive element has a time-varying component.
When an electrical signal is applied, the change transmitted to the other electrode
Detecting means for outputting an electric signal indicating the magnitude of the dynamic component as a signal indicating the Z-axis direction component of the force applied to the acting portion; and applying a predetermined voltage between the displacement electrode and the fixed electrode. Voltage applying means for displacing the acting portion in the Z-axis direction by applying Coulomb force, and monitoring a signal output from the detecting means in a state where a predetermined voltage is applied by the voltage applying means. An operation test can be performed.

【０００８】(2) 本発明の第２の態様は、物理量の検
出装置において、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面
に沿って配置された固定基板と、この固定基板に対して
所定間隔をおいて配置され、外部からの物理量の作用に
基づく力を受ける作用部と、この作用部を中心として、
これをその周囲から支持する機能を有し、可撓性をもっ
た可撓部と、この可撓部をその周囲から支持する機能を
有し、固定基板に固定された固定部と、を設け、作用部
に力が作用したときに、可撓部の撓みにより作用部が固
定基板に対して変位するように構成し、作用部とともに
変位する位置に形成された変位電極と、固定基板の変位
電極に対向する位置に形成された固定電極と、によって
容量素子を構成し、この容量素子は、作用部がＸ軸方向
に変位したときに、この変位に応じて電極間隔が変化す
るような位置に配置されるようにし、この容量素子の一
方の電極に時間的変動成分を有する電気信号を与えたと
きに、他方の電極に伝達される変動成分の大きさを示す
電気信号を、作用部に対して作用した力のＸ軸方向成分
を示す信号として出力する検出手段と、変位電極と固定
電極との間に所定の電圧を印加してクーロン力を作用さ
せることにより、作用部をＸ軸方向に変位させる電圧印
加手段と、を更に設け、電圧印加手段により所定の電圧
を印加した状態において、検出手段の出力する信号をモ
ニタすることにより動作試験を行うことができるように
したものである。(2) According to a second aspect of the present invention, in a physical quantity detecting device, a fixed substrate disposed along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system and a predetermined distance from the fixed substrate are provided. An action part that is arranged and receives a force based on the action of a physical quantity from the outside, and with this action part as the center,
A flexible portion having a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof and having flexibility, and a fixing portion having a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof and fixed to a fixed substrate are provided. And a displacement electrode formed at a position displaced together with the acting portion when the force is applied to the acting portion and the acting portion is displaced with respect to the fixed substrate by bending of the flexible portion. A capacitive element is formed by a fixed electrode formed at a position facing the electrode, and the capacitive element is positioned such that when the action portion is displaced in the X-axis direction, the electrode interval changes according to the displacement. And one of the capacitive elements
The electric signal with the time-varying component is given to the other electrode
A detecting means for outputting an electric signal indicating the magnitude of the fluctuation component transmitted to the other electrode as a signal indicating the X-axis direction component of the force applied to the acting portion; A voltage applying means for displacing the acting portion in the X-axis direction by applying a predetermined voltage during the application of the Coulomb force, and detecting the state where the predetermined voltage is applied by the voltage applying means. The operation test can be performed by monitoring the signal output from the means.

【０００９】(3) 本発明の第３の態様は、上述の第２
の態様に係る物理量の検出装置において、作用部がＸ軸
方向に変位したときに、一方の容量素子の電極間隔が広
がり、他方の容量素子の電極間隔が縮まるような位置
に、第１の容量素子および第２の容量素子を設け、検出
手段が、第１の容量素子について伝達された変動成分の
大きさと第２の容量素子について伝達された変動成分の
大きさとの差に対応する信号を、作用した力のＸ軸方向
成分を示す信号として出力し、電圧印加手段が、一方の
容量素子の電極間隔が広がり、他方の容量素子の電極間
隔が縮まるようなクーロン力を作用させるための電圧印
加を行うようにしたものである。(3) The third aspect of the present invention is the above-mentioned second aspect.
In the physical quantity detection device according to the aspect, when the action portion is displaced in the X-axis direction, the first capacitor is located at a position where the electrode interval of one capacitor element is increased and the electrode interval of the other capacitor element is reduced. the element and the second capacitive element is provided, the detection unit, by variation component of the transmission with the first capacitive element
The size and the fluctuation component transmitted with the second capacitive element
A signal corresponding to the difference from the magnitude is output as a signal indicating the component of the applied force in the X-axis direction, and the voltage applying means increases the electrode interval of one capacitor and reduces the electrode interval of the other capacitor. A voltage for applying such Coulomb force is applied.

【００１０】(4) 本発明の第４の態様は、物理量の検
出装置において、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面
に沿って配置された固定基板と、この固定基板に対して
所定間隔をおいて配置され、外部からの物理量の作用に
基づく力を受ける作用部と、この作用部を中心として、
これをその周囲から支持する機能を有し、可撓性をもっ
た可撓部と、この可撓部をその周囲から支持する機能を
有し、固定基板に固定された固定部と、を設け、作用部
に力が作用したときに、可撓部の撓みにより作用部が固
定基板に対して変位するように構成し、作用部とともに
変位する位置に形成された変位電極と、固定基板の変位
電極に対向する位置に形成された固定電極と、によって
Ｘ軸用容量素子とＹ軸用容量素子とを構成し、Ｘ軸用容
量素子は、作用部がＸ軸方向に変位したときに、この変
位に応じて電極間隔が変化するような位置に配置される
ようにし、Ｙ軸用容量素子は、作用部がＹ軸方向に変位
したときに、この変位に応じて電極間隔が変化するよう
な位置に配置されるようにし、Ｘ軸用容量素子の一方の
電極に時間的変動成分を有する電気信号を与えたとき
に、他方の電極に伝達される変動成分の大きさを示す電
気信号を、作用部に対して作用した力のＸ軸方向成分を
示す信号として出力するとともに、Ｙ軸用容量素子の一
方の電極に時間的変動成分を有する電気信号を与えたと
きに、他方の電極に伝達される変動成分の大きさを示す
電気信号を、作用部に対して作用した力のＹ軸方向成分
を示す信号として出力する検出手段と、Ｘ軸用容量素子
を構成する変位電極と固定電極との間に所定の電圧を印
加してクーロン力を作用させることにより、作用部をＸ
軸方向に変位させる機能と、Ｙ軸用容量素子を構成する
変位電極と固定電極との間に所定の電圧を印加してクー
ロン力を作用させることにより、作用部をＹ軸方向に変
位させる機能と、を有する電圧印加手段と、を更に設
け、電圧印加手段による電圧印加によって作用部をＸ軸
方向に変位させた状態において、検出手段の出力するＸ
軸方向成分を示す信号をモニタすることによりＸ軸方向
の検出に関する動作試験を行う機能と、電圧印加手段に
よる電圧印加によって作用部をＹ軸方向に変位させた状
態において、検出手段の出力するＹ軸方向成分を示す信
号をモニタすることによりＹ軸方向の検出に関する動作
試験を行う機能と、を実現するようにしたものである。(4) According to a fourth aspect of the present invention, in a physical quantity detection device, a fixed substrate disposed along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system is provided at a predetermined distance from the fixed substrate. An action part that is arranged and receives a force based on the action of a physical quantity from the outside, and with this action part as the center,
A flexible portion having a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof and having flexibility, and a fixing portion having a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof and fixed to a fixed substrate are provided. And a displacement electrode formed at a position displaced together with the acting portion when the force is applied to the acting portion and the acting portion is displaced with respect to the fixed substrate by bending of the flexible portion. An X-axis capacitance element and a Y-axis capacitance element are configured by a fixed electrode formed at a position facing the electrode, and the X-axis capacitance element is configured such that when the action portion is displaced in the X-axis direction, The Y-axis capacitive element is arranged such that the electrode interval changes in accordance with the displacement when the acting portion is displaced in the Y-axis direction. so as to be disposed at a position, one of the capacitance element X axis
When an electric signal having a time-varying component is given to the electrode
An electric signal indicating the magnitude of the fluctuation component transmitted to the other electrode is output as a signal indicating the X-axis direction component of the force acting on the acting portion, and one of the Y-axis capacitive elements is output.
The electric signal with the time-varying component is given to the other electrode
Detecting means for outputting an electric signal indicating the magnitude of the fluctuation component transmitted to the other electrode as a signal indicating the Y-axis direction component of the force applied to the action portion; By applying a predetermined voltage between the displacement electrode and the fixed electrode to form a Coulomb force, the action portion is changed to X.
A function to displace in the axial direction and a function to displace the acting part in the Y-axis direction by applying a predetermined voltage between the displacement electrode and the fixed electrode constituting the Y-axis capacitive element to apply Coulomb force. And a voltage application unit having the following configuration. In a state where the action unit is displaced in the X-axis direction by voltage application by the voltage application unit, X
A function of performing an operation test relating to detection in the X-axis direction by monitoring a signal indicating an axial component; and a function of outputting Y by the detection means in a state where the action portion is displaced in the Y-axis direction by voltage application by the voltage application means. A function of performing an operation test on detection in the Y-axis direction by monitoring a signal indicating an axial component is realized.

【００１１】(5) 本発明の第５の態様は、上述の第４
の態様に係る物理量の検出装置において、作用部がＸ軸
方向に変位したときに、一方の容量素子の電極間隔が広
がり、他方の容量素子の電極間隔が縮まるような位置
に、第１の容量素子および第２の容量素子を設け、この
第１の容量素子および第２の容量素子によってＸ軸用容
量素子を構成し、作用部がＹ軸方向に変位したときに、
一方の容量素子の電極間隔が広がり、他方の容量素子の
電極間隔が縮まるような位置に、第３の容量素子および
第４の容量素子を設け、この第３の容量素子および第４
の容量素子によってＹ軸用容量素子を構成し、検出手段
が、第１の容量素子について伝達された変動成分の大き
さと第２の容量素子について伝達された変動成分の大き
さとの差に対応する信号を、作用した力のＸ軸方向成分
を示す信号として出力し、第３の容量素子について伝達
された変動成分の大きさと第４の容量素子について伝達
された変動成分の大きさとの差に対応する信号を、作用
した力のＹ軸方向成分を示す信号として出力し、電圧印
加手段が、Ｘ軸用容量素子を構成する一対の容量素子の
うちの一方の容量素子の電極間隔が広がり、他方の容量
素子の電極間隔が縮まるようなクーロン力を作用させる
ための電圧印加を行うことにより、作用部をＸ軸方向に
変位させ、Ｙ軸用容量素子を構成する一対の容量素子の
うちの一方の容量素子の電極間隔が広がり、他方の容量
素子の電極間隔が縮まるようなクーロン力を作用させる
ための電圧印加を行うことにより、作用部をＹ軸方向に
変位させるようにしたものである。(5) The fifth aspect of the present invention relates to the above-described fourth aspect.
In the physical quantity detection device according to the aspect, when the action portion is displaced in the X-axis direction, the first capacitor is located at a position where the electrode interval of one capacitor element is increased and the electrode interval of the other capacitor element is reduced. An element and a second capacitor, and the first capacitor and the second capacitor constitute an X-axis capacitor. When the action portion is displaced in the Y-axis direction,
A third capacitor and a fourth capacitor are provided at positions where the electrode interval of one capacitor is increased and the electrode interval of the other capacitor is reduced.
A capacitance element for the Y-axis is constituted by the capacitance element described above, and the detecting means determines the magnitude of the variation component transmitted with respect to the first capacitance element
It is To magnitude of the transmitted fluctuation component for the second capacitive element
A signal corresponding to the difference between the outputs as a signal indicating the X-axis direction component of the force exerted, transmitting the third capacitor
About the magnitude of the changed fluctuation component and the fourth capacitive element
A signal corresponding to the difference with the magnitude of the fluctuated component is output as a signal indicating the component of the applied force in the Y-axis direction. By applying a voltage for applying a Coulomb force such that the electrode interval of one of the capacitive elements is widened and the electrode interval of the other capacitive element is reduced, the action portion is displaced in the X-axis direction, and the Y-axis capacitor is displaced. By applying a voltage for applying a Coulomb force such that the electrode interval of one of the pair of capacitive elements constituting the element is increased and the electrode interval of the other capacitive element is reduced, the action portion is changed to Y. It is designed to be displaced in the axial direction.

【００１２】(6) 本発明の第６の態様は、上述の第１
〜第５の態様に係る物理量の検出装置において、１枚の
基板の中央部分に第１の領域、その周囲に第２の領域、
更にその周囲に第３の領域、をそれぞれ定義し、この第
２の領域の部分に、溝もしくは貫通孔を形成することに
より可撓性をもたせ、第１の領域を作用部、第２の領域
を可撓部、第３の領域を固定部として用いるようにした
ものである。(6) The sixth aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the physical quantity detection device according to the fifth to fifth aspects, a first region is provided at a central portion of one substrate, a second region is provided around the first region,
Further, a third region is defined around each of the regions, and a portion of the second region is formed with a groove or a through hole so as to have flexibility, and the first region is defined as an action portion and the second region. Are used as a flexible portion and the third region is used as a fixed portion.

【００１３】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第１
〜第６の態様に係る物理量の検出装置において、外部か
らの加速度が作用したときに、この加速度に基づく力に
より作用部が変位を生じるように構成し、検出手段が作
用した加速度を示す信号を出力することにより、加速度
検出装置として機能するようにしたものである。(7) The seventh aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the physical quantity detection device according to the sixth aspect, when an externally applied acceleration is applied, a force based on the acceleration causes the action portion to be displaced, and a signal indicating the acceleration applied by the detection means is output. By outputting it, it functions as an acceleration detection device.

【００１４】(8) 本発明の第８の態様は、ＸＹＺ三次
元座標系におけるＸＹ平面に沿って配置された固定基板
と、この固定基板に対して所定間隔をおいて配置され、
外部からの物理量の作用に基づく力を受ける作用部と、
この作用部を中心として、これをその周囲から支持する
機能を有し、可撓性をもった可撓部と、この可撓部をそ
の周囲から支持する機能を有し、固定基板に固定された
固定部と、を備え、作用部に力が作用したときに、可撓
部の撓みにより作用部が固定基板に対して変位するよう
に構成され、作用部とともに変位する位置に形成された
変位電極と、固定基板の変位電極に対向する位置に形成
された固定電極と、によって容量素子が構成され、この
容量素子は、作用部がＺ軸方向に変位したときに、この
変位に応じて電極間隔が変化するような位置に配置され
ており、この容量素子の静電容量の変化に基づいて、作
用部に対して作用した力のＺ軸方向成分を検出すること
ができる検出装置の動作試験方法において、変位電極と
固定電極との間に所定の電圧を印加してクーロン力を作
用させ、このクーロン力に基づいて作用部をＺ軸方向に
変位させた状態において、容量素子の一方の電極に時間
的変動成分を有する電気信号を与えたときに、他方の電
極に伝達される変動成分の大きさを測定することによ
り、この検出装置の動作を試験するようにしたものであ
る。(8) According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a fixed substrate arranged along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system, and arranged at a predetermined distance from the fixed substrate.
An action section that receives a force based on the action of an external physical quantity,
It has a function of supporting the action portion from the periphery thereof, and has a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof, and has a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof. And a displacement portion formed at a position displaced together with the action portion when the action portion is displaced with respect to the fixed substrate when a force acts on the action portion. An electrode and a fixed electrode formed at a position facing the displacement electrode of the fixed substrate constitute a capacitive element. The capacitive element, when the working portion is displaced in the Z-axis direction, has an electrode corresponding to the displacement. An operation test of a detection device which is arranged at a position where the interval changes and is capable of detecting a Z-axis direction component of a force acting on an action portion based on a change in capacitance of the capacitance element. In the method, between the displacement electrode and the fixed electrode Applying a constant voltage by applying a Coulomb force, in the state in which the working portion is displaced in the Z-axis direction based on the Coulomb force, the time to the one electrode of the capacitor
When an electrical signal having a dynamic fluctuation component is given, the other
The operation of this detection device is tested by measuring the magnitude of the fluctuation component transmitted to the pole .

【００１５】(9) 本発明の第９の態様は、ＸＹＺ三次
元座標系におけるＸＹ平面に沿って配置された固定基板
と、この固定基板に対して所定間隔をおいて配置され、
外部からの物理量の作用に基づく力を受ける作用部と、
この作用部を中心として、これをその周囲から支持する
機能を有し、可撓性をもった可撓部と、この可撓部をそ
の周囲から支持する機能を有し、固定基板に固定された
固定部と、を備え、作用部に力が作用したときに、可撓
部の撓みにより作用部が固定基板に対して変位するよう
に構成され、作用部とともに変位する位置に形成された
変位電極と、固定基板の変位電極に対向する位置に形成
された固定電極と、によって容量素子が構成され、この
容量素子は、作用部がＸ軸方向に変位したときに、この
変位に応じて電極間隔が変化するような位置に配置され
ており、この容量素子の静電容量の変化に基づいて、作
用部に対して作用した力のＸ軸方向成分を検出すること
ができる検出装置の動作試験方法において、変位電極と
固定電極との間に所定の電圧を印加してクーロン力を作
用させ、このクーロン力に基づいて作用部をＸ軸方向に
変位させた状態において、容量素子の一方の電極に時間
的変動成分を有する電気信号を与えたときに、他方の電
極に伝達される変動成分の大きさを測定することによ
り、この検出装置の動作を試験するようにしたものであ
る。(9) According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a fixed substrate disposed along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system, and disposed at a predetermined distance from the fixed substrate.
An action section that receives a force based on the action of an external physical quantity,
It has a function of supporting the action portion from the periphery thereof, and has a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof, and has a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof. And a displacement portion formed at a position displaced together with the action portion when the action portion is displaced with respect to the fixed substrate when a force acts on the action portion. An electrode and a fixed electrode formed at a position opposite to the displacement electrode on the fixed substrate constitute a capacitance element. An operation test of a detection device which is arranged at a position where the interval changes and is capable of detecting a component in the X-axis direction of a force acting on an action portion based on a change in capacitance of the capacitance element. In the method, between the displacement electrode and the fixed electrode Applying a constant voltage by applying a Coulomb force, in the state of displacing the working portion in the X-axis direction based on the Coulomb force, the time to the one electrode of the capacitor
When an electrical signal having a dynamic fluctuation component is given, the other
The operation of this detection device is tested by measuring the magnitude of the fluctuation component transmitted to the pole .

【００１６】(10) 本発明の第１０の態様は、ＸＹＺ三
次元座標系におけるＸＹ平面に沿って配置された固定基
板と、この固定基板に対して所定間隔をおいて配置さ
れ、外部からの物理量の作用に基づく力を受ける作用部
と、この作用部を中心として、これをその周囲から支持
する機能を有し、可撓性をもった可撓部と、この可撓部
をその周囲から支持する機能を有し、固定基板に固定さ
れた固定部と、を備え、作用部に力が作用したときに、
可撓部の撓みにより作用部が固定基板に対して変位する
ように構成され、作用部とともに変位する位置に形成さ
れた変位電極と、固定基板の変位電極に対向する位置に
形成された固定電極と、によってＸ軸用容量素子とＹ軸
用容量素子とが構成され、Ｘ軸用容量素子は、作用部が
Ｘ軸方向に変位したときに、この変位に応じて電極間隔
が変化するような位置に配置されており、Ｙ軸用容量素
子は、作用部がＹ軸方向に変位したときに、この変位に
応じて電極間隔が変化するような位置に配置されてお
り、Ｘ軸用容量素子の静電容量の変化に基づいて、作用
部に対して作用した力のＸ軸方向成分を検出することが
でき、Ｙ軸用容量素子の静電容量の変化に基づいて、作
用部に対して作用した力のＹ軸方向成分を検出すること
ができる検出装置の動作試験方法において、Ｘ軸用容量
素子を構成する変位電極と固定電極との間に所定の電圧
を印加してクーロン力を作用させ、このクーロン力に基
づいて作用部をＸ軸方向に変位させた状態において、Ｘ
軸用容量素子の一方の電極に時間的変動成分を有する電
気信号を与えたときに、他方の電極に伝達される変動成
分の大きさを測定することにより、この検出装置のＸ軸
方向の検出に関する動作を試験し、Ｙ軸用容量素子を構
成する変位電極と固定電極との間に所定の電圧を印加し
てクーロン力を作用させ、このクーロン力に基づいて作
用部をＹ軸方向に変位させた状態において、Ｙ軸用容量
素子の一方の電極に時間的変動成分を有する電気信号を
与えたときに、 他方の電極に伝達される変動成分の大き
さを測定することにより、この検出装置のＹ軸方向の検
出に関する動作を試験するようにしたものである。(10) According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a fixed substrate arranged along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system, and a fixed substrate arranged at a predetermined distance from the fixed substrate. An action portion that receives a force based on the action of a physical quantity, and has a function of supporting the action portion around the action portion, and a flexible portion having flexibility, and a Having a function of supporting, and a fixed portion fixed to the fixed substrate, when a force acts on the action portion,
The operating portion is configured to be displaced with respect to the fixed substrate by bending of the flexible portion, and a displacement electrode formed at a position displaced with the operating portion, and a fixed electrode formed at a position facing the displacement electrode of the fixed substrate. Thus, an X-axis capacitance element and a Y-axis capacitance element are formed, and the X-axis capacitance element is configured such that when the action portion is displaced in the X-axis direction, the electrode interval changes according to the displacement. The Y-axis capacitive element is disposed at such a position that when the acting portion is displaced in the Y-axis direction, the electrode spacing changes according to the displacement. The X-axis component of the force acting on the acting portion can be detected based on the change in the capacitance of the acting portion. Of a detecting device capable of detecting the Y-axis direction component of the applied force. In the operation test method, a predetermined voltage is applied between the displacement electrode and the fixed electrode constituting the X-axis capacitive element to cause a Coulomb force to act, and the acting portion is displaced in the X-axis direction based on the Coulomb force. X
An electrode having a time-varying component is applied to one electrode of the axis capacitive element.
When the air signal is given, the fluctuation component transmitted to the other electrode
By measuring the size of the minute, the operation of the detection device in the X-axis direction detection is tested, and a predetermined voltage is applied between the displacement electrode and the fixed electrode constituting the Y-axis capacitive element to generate a coulomb. When a force is applied and the action portion is displaced in the Y-axis direction based on the Coulomb force, an electric signal having a time-varying component is applied to one electrode of the Y-axis capacitive element.
Given, the magnitude of the fluctuation component transmitted to the other electrode
The operation relating to the detection in the Y-axis direction of the detection device is tested by measuring the height.

【００１７】[0017]

【発明の実施の形態】§１．検出装置の基本構造 本発明に係る動作試験方法について説明する前に、本発
明の適用対象となる検出装置の構造およびその原理につ
いて簡単に述べておく。図１は、本発明の適用対象とな
る加速度検出装置の基本構造を示す側断面図である。こ
の検出装置の主たる構成要素は、固定基板１０、可撓基
板２０、作用体３０、そして装置筐体４０である。図２
に、固定基板１０の下面図を示す。図２の固定基板１０
をＸ軸に沿って切断した断面が図１に示されている。固
定基板１０は、図示のとおり円盤状の基板であり、周囲
は装置筐体４０に固定されている。この下面には、扇状
の固定電極１１〜１４および円盤状の固定電極１５が図
のように形成されている。一方、図３に可撓基板２０の
上面図を示す。図３の可撓基板２０をＸ軸に沿って切断
した断面が図１に示されている。可撓基板２０も、図示
のとおり円盤状の基板であり、周囲は装置筐体４０に固
定されている。この上面には、扇状の変位電極２１〜２
４および円盤状の変位電極２５が図のように形成されて
いる。作用体３０は、その上面が図３に破線で示されて
いるように、円柱状をしており、可撓基板２０の下面
に、同軸接合されている。装置筐体４０は、円筒状をし
ており、固定基板１０および可撓基板２０の周囲を固着
支持している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS §1. Basic Structure of Detector Before describing the operation test method according to the present invention, the structure and principle of the detector to which the present invention is applied will be briefly described. FIG. 1 is a side sectional view showing a basic structure of an acceleration detecting device to which the present invention is applied. The main components of this detection device are a fixed substrate 10, a flexible substrate 20, an operating body 30, and a device housing 40. FIG.
2 shows a bottom view of the fixed substrate 10. 2. Fixed substrate 10 of FIG.
Is shown in FIG. 1 along the X-axis. The fixed substrate 10 is a disk-shaped substrate as shown, and the periphery thereof is fixed to the device housing 40. On the lower surface, fan-shaped fixed electrodes 11 to 14 and a disk-shaped fixed electrode 15 are formed as shown in the figure. On the other hand, FIG. 3 shows a top view of the flexible substrate 20. FIG. 1 shows a cross section of the flexible substrate 20 of FIG. 3 cut along the X-axis. The flexible substrate 20 is also a disk-shaped substrate as shown, and the periphery thereof is fixed to the device housing 40. On this upper surface, fan-shaped displacement electrodes 21 to 2
4 and a disk-shaped displacement electrode 25 are formed as shown in the figure. The action body 30 has a columnar shape as shown by a broken line in FIG. 3, and is coaxially joined to the lower surface of the flexible substrate 20. The device housing 40 has a cylindrical shape and fixedly supports the periphery of the fixed substrate 10 and the flexible substrate 20.

【００１８】固定基板１０および可撓基板２０は、互い
に平行な位置に所定間隔をおいて配設されている。いず
れも円盤状の基板であるが、固定基板１０は剛性が高く
撓みを生じにくい基板であるのに対し、可撓基板２０は
可撓性をもち、力が加わると撓みを生じる基板となって
いる。図１に示す例では、固定基板１０は厚みを厚くす
ることにより剛性を高めており、可撓基板２０は厚みを
薄くすることにより可撓性をもたせているが、材質を変
えることにより、剛性および可撓性をもたせるようにし
てもかまわない。あるいは、基板に溝を形成したり、貫
通孔を形成したりして可撓性をもたせることもできる。
固定基板１０、可撓基板２０、作用体３０は、本来の機
能を果たすことができるのであれば、どのような材質で
構成してもよい。たとえば、半導体やガラスなどで構成
することもできるし、金属で構成することもできる。た
だし、固定基板１０および可撓基板２０を金属で構成し
た場合は、各電極が短絡しないように、電極との間に絶
縁層を形成するなどの方法を講じる必要がある。また、
各電極層も導電性をもったものであれば、どのような材
質で構成してもよい。The fixed substrate 10 and the flexible substrate 20 are arranged at predetermined intervals at positions parallel to each other. Both are disc-shaped substrates, whereas the fixed substrate 10 has high rigidity and is unlikely to be bent, whereas the flexible substrate 20 has flexibility and becomes a substrate that bends when a force is applied. I have. In the example shown in FIG. 1, the rigidity of the fixed substrate 10 is increased by increasing the thickness, and the flexibility of the flexible substrate 20 is increased by decreasing the thickness. And it may be made to have flexibility. Alternatively, a groove may be formed in the substrate, or a through-hole may be formed to provide flexibility.
The fixed substrate 10, the flexible substrate 20, and the working body 30 may be made of any material as long as they can perform their original functions. For example, it can be made of a semiconductor, glass, or the like, or can be made of a metal. However, when the fixed substrate 10 and the flexible substrate 20 are made of metal, it is necessary to take a method such as forming an insulating layer between the electrodes so as not to short-circuit each electrode. Also,
Each electrode layer may be made of any material as long as it has conductivity.

【００１９】いま、図１に示すように、作用体３０の重
心に作用点Ｐを定義し、この作用点Ｐを原点とするＸＹ
Ｚ三次元座標系を図のように定義する。すなわち、図１
の右方向にＸ軸、上方向にＺ軸、紙面に対して垂直に紙
面裏側へ向かう方向にＹ軸、をそれぞれ定義する。可撓
基板２０のうち、作用体３０が接合された中心部を作用
部、装置筐体４０によって固着された周囲部を固定部、
これらの間の部分を可撓部、と呼ぶことにすれば、作用
体３０に加速度が作用すると、可撓部に撓みが生じ、作
用部が固定部に対して変位を生じることになる。ここ
で、この検出装置全体をたとえば自動車に搭載したとす
ると、自動車の走行に基づき作用体３０に加速度が加わ
ることになる。この加速度により、作用点Ｐに外力が作
用する。作用点Ｐに力が作用していない状態では、図１
に示すように、固定電極１１〜１５と変位電極２１〜２
５とは所定間隔をおいて平行な状態を保っている。い
ま、固定電極１１〜１５と、このそれぞれに対向する変
位電極２１〜２５との組み合わせを、それぞれ容量素子
Ｃ１〜Ｃ５と呼ぶことにする。ここで、たとえば、作用
点ＰにＸ軸方向の力Ｆｘが作用すると、この力Ｆｘは可
撓基板２０に対してモーメント力を生じさせ、図４に示
すように、可撓基板２０に撓みが生じることになる。こ
の撓みにより、変位電極２１と固定電極１１との間隔は
大きくなるが、変位電極２３と固定電極１３との間隔は
小さくなる。作用点Ｐに作用した力が逆向きの−Ｆｘで
あったとすると、これと逆の関係の撓みが生じることに
なる。このように力Ｆｘまたは−Ｆｘが作用したとき、
容量素子Ｃ１およびＣ３の静電容量に変化が表れること
になり、これを検出することにより力Ｆｘまたは−Ｆｘ
を検出することができる。このとき、変位電極２２，２
４，２５のそれぞれと固定電極１２，１４，１５のそれ
ぞれの間隔は、部分的に大きくなったり小さくなったり
するが、全体としては変化しないと考えてよい。一方、
Ｙ方向の力Ｆｙまたは−Ｆｙが作用した場合は、変位電
極２２と固定電極１２との間隔、および変位電極２４と
固定電極１４との間隔、についてのみ同様の変化が生じ
る。また、Ｚ軸方向の力Ｆｚが作用した場合は、図５に
示すように、変位電極２５と固定電極１５との間隔が小
さくなり、逆向きの力−Ｆｚが作用した場合は、この間
隔は大きくなる。このとき、変位電極２１〜２４と固定
電極１１〜１４との間隔も、小さくあるいは大きくなる
が、変位電極２５と固定電極１５との間隔の変化が最も
顕著である。そこで、この容量素子Ｃ５の静電容量の変
化を検出することにより力Ｆｚまたは−Ｆｚを検出する
ことができる。Now, as shown in FIG. 1, an action point P is defined at the center of gravity of the action body 30, and XY with the action point P as the origin.
The Z three-dimensional coordinate system is defined as shown in the figure. That is, FIG.
, An X axis is defined in the right direction, a Z axis is defined in the upward direction, and a Y axis is defined in a direction perpendicular to the paper surface toward the back side of the paper surface. Of the flexible substrate 20, a central portion to which the operating body 30 is joined is an operating portion, a peripheral portion fixed by the device housing 40 is a fixing portion,
If the portion between them is called a flexible portion, when acceleration acts on the action body 30, the flexible portion bends and the action portion displaces with respect to the fixed portion. Here, assuming that the entire detection device is mounted on, for example, an automobile, acceleration is applied to the operating body 30 based on the traveling of the automobile. Due to this acceleration, an external force acts on the action point P. In the state where no force acts on the point of action P, FIG.
As shown in the figure, fixed electrodes 11 to 15 and displacement electrodes 21 to 2
5 is maintained in parallel with a predetermined interval. Now, a combination of the fixed electrodes 11 to 15 and the displacement electrodes 21 to 25 opposed thereto will be referred to as capacitance elements C1 to C5, respectively. Here, for example, when a force Fx in the X-axis direction acts on the point of action P, this force Fx generates a moment force on the flexible substrate 20, and as shown in FIG. Will happen. Due to this bending, the distance between the displacement electrode 21 and the fixed electrode 11 increases, but the distance between the displacement electrode 23 and the fixed electrode 13 decreases. Assuming that the force applied to the point of action P is -Fx in the opposite direction, the bending in the opposite relationship to this occurs. When the force Fx or -Fx acts in this way,
A change appears in the capacitance of the capacitance elements C1 and C3, and by detecting this, the force Fx or -Fx
Can be detected. At this time, the displacement electrodes 22, 2
Although the distance between each of the fixed electrodes 4, 25 and each of the fixed electrodes 12, 14, 15 partially increases or decreases, it may be considered that the distance does not change as a whole. on the other hand,
When a force Fy or −Fy in the Y direction acts, a similar change occurs only in the interval between the displacement electrode 22 and the fixed electrode 12 and in the interval between the displacement electrode 24 and the fixed electrode 14. In addition, when the force Fz in the Z-axis direction acts, as shown in FIG. 5, the distance between the displacement electrode 25 and the fixed electrode 15 decreases, and when the force −Fz in the opposite direction acts, this distance becomes growing. At this time, the distance between the displacement electrodes 21 to 24 and the fixed electrodes 11 to 14 also becomes smaller or larger, but the change in the distance between the displacement electrode 25 and the fixed electrode 15 is most remarkable. Therefore, the force Fz or -Fz can be detected by detecting a change in the capacitance of the capacitive element C5.

【００２０】一般に、容量素子の静電容量Ｃは、電極面
積をＳ、電極間隔をｄ、誘電率をεとすると、 Ｃ＝εＳ／ｄ で定まる。したがって、対向する電極間隔が接近すると
静電容量Ｃは大きくなり、遠ざかると静電容量Ｃは小さ
くなる。本検出装置は、この原理を利用し、各電極間の
静電容量の変化を測定し、この測定値に基づいて作用点
Ｐに作用した外力、別言すれば作用した加速度を検出す
るものである。すなわち、Ｘ軸方向の加速度は容量素子
Ｃ１，Ｃ３の間の容量変化に基づき、Ｙ軸方向の加速度
は容量素子Ｃ２，Ｃ４の容量変化に基づき、Ｚ軸方向の
加速度は容量素子Ｃ５の容量変化に基づき、それぞれ検
出が行われる。In general, the capacitance C of a capacitance element is determined by C = εS / d, where S is an electrode area, d is an electrode interval, and ε is a dielectric constant. Therefore, the capacitance C increases as the distance between the opposing electrodes decreases, and decreases as the distance increases. The present detection device uses this principle to measure a change in capacitance between the electrodes, and detects an external force applied to the action point P, in other words, an applied acceleration based on the measured value. is there. That is, the acceleration in the X-axis direction is based on the capacitance change between the capacitance elements C1 and C3, the acceleration in the Y-axis direction is based on the capacitance change in the capacitance elements C2 and C4, and the acceleration in the Z-axis direction is the capacitance change of the capacitance element C5. The detection is performed based on.

【００２１】本発明は、このような原理に基づく検出装
置の動作試験方法に関するものである。なお、上述の検
出装置は静電容量式のものであるが、圧電式の検出装置
では、可撓基板と固定基板との間に圧電素子が挿入され
ており、静電容量の変化を検出する代わりに、この圧電
素子が発生する電圧が検出される。The present invention relates to a method for testing the operation of a detection device based on such a principle. Note that the above-described detection device is of a capacitance type, but in a piezoelectric detection device, a piezoelectric element is inserted between a flexible substrate and a fixed substrate to detect a change in capacitance. Instead, the voltage generated by this piezoelectric element is detected.

【００２２】§２．動作試験の方法 続いて、本発明に係る動作試験方法を説明する。図６
は、図１に示す検出装置を動作させるための回路および
これに対する動作試験を行うための回路を示す回路図で
ある。ここで、容量素子Ｃ１〜Ｃ５は、上述の加速度検
出装置において形成される容量素子に対応する。たとえ
ば、容量素子Ｃ１は、固定電極１１と変位電極２１との
組み合わせよりなる。各容量素子Ｃ１〜Ｃ５に接続され
たＣＶ変換回路５１〜５５は、各容量素子の静電容量値
Ｃを電圧値Ｖに変換する機能を有する。したがって、Ｃ
Ｖ変換回路５１〜５５が出力する電圧値Ｖ１〜Ｖ５は、
それぞれ容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量値に比例した値
となる。差動増幅器７１は、電圧値Ｖ１とＶ３との差を
端子Ｔｘに出力し、差動増幅器７２は、電圧値Ｖ２とＶ
４との差を端子Ｔｙに出力する。また、電圧値Ｖ５は、
端子Ｔｚに出力される。§１で述べた検出装置の構造お
よび動作説明を参照すれば、端子Ｔｘに得られた電圧
（Ｖ１−Ｖ３）がＸ軸方向の加速度検出値となり、端子
Ｔｙに得られた電圧（Ｖ２−Ｖ４）がＹ軸方向の加速度
検出値となり、端子Ｔｚに得られた電圧Ｖ５がＺ軸方向
の加速度検出値となることが理解できよう。 §2. Operation Test Method Next, an operation test method according to the present invention will be described. FIG.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit for operating the detection device shown in FIG. 1 and a circuit for performing an operation test on the circuit. Here, the capacitance elements C1 to C5 correspond to the capacitance elements formed in the above-described acceleration detection device. For example, the capacitance element C1 is composed of a combination of the fixed electrode 11 and the displacement electrode 21. The CV conversion circuits 51 to 55 connected to the capacitance elements C1 to C5 have a function of converting the capacitance value C of each capacitance element into a voltage value V. Therefore, C
The voltage values V1 to V5 output from the V conversion circuits 51 to 55 are:
Each value is proportional to the capacitance value of each of the capacitance elements C1 to C5. The differential amplifier 71 outputs the difference between the voltage values V1 and V3 to a terminal Tx, and the differential amplifier 72 outputs the voltage values V2 and V3.
4 is output to a terminal Ty. The voltage value V5 is
Output to terminal Tz. Referring to the description of the structure and operation of the detection device described in §1, the voltage (V1-V3) obtained at the terminal Tx becomes the acceleration detection value in the X-axis direction, and the voltage (V2-V4) obtained at the terminal Ty. ) Is the detected acceleration value in the Y-axis direction, and the voltage V5 obtained at the terminal Tz is the detected acceleration value in the Z-axis direction.

【００２３】なお、上述のように、Ｘ軸またはＹ軸方向
の加速度は、差動増幅器によって２つの電圧値の差をと
ることによって検出される。このような差による検出
は、外部環境による誤差（たとえば、温度誤差）を相殺
することができるメリットがある。なお、上述の実施例
では、Ｚ軸の加速度については差による検出を行ってい
ないが、これについては後の§４において説明する。As described above, the acceleration in the X-axis or Y-axis direction is detected by taking the difference between the two voltage values by the differential amplifier. Detection based on such a difference has an advantage that errors due to the external environment (for example, temperature errors) can be offset. In the above-described embodiment, the Z-axis acceleration is not detected by the difference, but this will be described later in §4.

【００２４】以上説明したＣＶ変換回路５１〜５５およ
び差動増幅器７１，７２は、結局、この検出装置に検出
動作を行わせるために必要な回路である。本発明に係る
動作試験は、この回路に更に電圧発生回路６１〜６５お
よび試験スイッチＳ１〜Ｓ５を付加することにより行う
ことができる。電圧発生回路６１〜６５は、所望の電圧
を発生することのできる回路であれば、どのようなもの
でもかまわない。たとえば、マイクロコンピュータの出
力するデジタルデータをＤ／Ａ変換器でアナログ信号に
変換するような回路を用いればよい。The CV conversion circuits 51 to 55 and the differential amplifiers 71 and 72 described above are circuits necessary for the detection device to perform the detection operation. The operation test according to the present invention can be performed by further adding voltage generating circuits 61 to 65 and test switches S1 to S5 to this circuit. The voltage generation circuits 61 to 65 may be any circuits as long as they can generate a desired voltage. For example, a circuit that converts digital data output from a microcomputer into an analog signal using a D / A converter may be used.

【００２５】いま、たとえば、図６に示す回路におい
て、試験スイッチＳ１およびＳ３を投入した場合を考え
る。このとき、電圧発生回路６３から容量素子Ｃ３の両
電極に逆極性の電荷が供給されるようにしておけば、固
定電極１３と変位電極２３との間において、一方が正に
チャージされ、もう一方が負にチャージされるため、両
者間にクーロン力に基づく引力が作用する。また、電圧
発生回路６１から容量素子Ｃ１の両電極に同極性の電荷
が供給されるようにしておけば、両者間にクーロン力に
基づく斥力が作用する。こうして、図４に示すように、
可撓基板２０が変位を生じることになる。これは、作用
点ＰにＸ軸方向の力Ｆｘが作用した状態と同じ状態であ
ることがわかる。この状態で、各端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ
に出力される検出電圧を調べ、力Ｆｘが作用したことを
示す正しい検出値となっているか否かを検査するのであ
る。結局、電圧発生回路６１および６３から容量素子Ｃ
１およびＣ３に電圧を印加することにより、作用点Ｐに
Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用したのと同じ状態を作り出し、
この状態での検出電圧を検査することにより動作試験が
行われることになる。印加電圧と検出電圧との正しい関
係を予め求めておけば、定量的な動作試験が可能にな
る。この動作試験では、加振器などを使って、作用体３
０に実際に加速度を作用させる必要はなく、電気的な信
号を入力したときに出力される電気的な信号を観察する
だけで動作試験が完了する。したがって、従来の動作試
験に比べて作業は非常に簡単なものとなり、大量生産に
向いたものとなる。Ｘ軸方向の加速度の検出動作を試験
するには、スイッチＳ１，Ｓ３により容量素子Ｃ１，Ｃ
３に電圧を印加し、Ｙ軸方向の加速度の検出動作を試験
するには、スイッチＳ２，Ｓ４により容量素子Ｃ２，Ｃ
４に電圧を印加し、Ｚ軸方向の加速度の検出動作を試験
するには、スイッチＳ５により容量素子Ｃ５に電圧を印
加すればよい。For example, consider the case where the test switches S1 and S3 are turned on in the circuit shown in FIG. At this time, if charges of opposite polarities are supplied from the voltage generation circuit 63 to both electrodes of the capacitive element C3, one is positively charged between the fixed electrode 13 and the displacement electrode 23, and the other is charged. Is negatively charged, and an attractive force based on Coulomb force acts between the two. If charges of the same polarity are supplied from the voltage generating circuit 61 to both electrodes of the capacitive element C1, a repulsive force based on Coulomb force acts between the two. Thus, as shown in FIG.
The flexible substrate 20 will be displaced. It is understood that this is the same state as the state where the force Fx in the X-axis direction acts on the point of action P. In this state, each terminal Tx, Ty, Tz
Is checked to determine whether the detected value is a correct detection value indicating that the force Fx has acted. After all, the voltage generating circuits 61 and 63
By applying a voltage to 1 and C3, the same state as when the force Fx in the X-axis direction acts on the action point P is created,
An operation test is performed by checking the detection voltage in this state. If a correct relationship between the applied voltage and the detection voltage is obtained in advance, a quantitative operation test can be performed. In this operation test, the actuator 3
It is not necessary to actually apply an acceleration to 0, and the operation test is completed only by observing an electric signal output when an electric signal is input. Therefore, the operation is very simple as compared with the conventional operation test, and is suitable for mass production. In order to test the operation of detecting the acceleration in the X-axis direction, the capacitances C1 and C3 are determined by switches S1 and S3.
In order to test the operation of detecting the acceleration in the Y-axis direction by applying a voltage to the
In order to test the operation of detecting the acceleration in the Z-axis direction by applying a voltage to the capacitor 4, a voltage may be applied to the capacitor C5 by the switch S5.

【００２６】なお、図６に示す回路図で、電圧発生回路
６１〜６５を外部からみたときの容量値は、発生する電
圧にかかわりなく一定となるような回路にしておくのが
好ましい。あるいは、発生する電圧と容量との間に一定
の相関関係がある回路でもかまわない。回路上は、電圧
発生回路６１〜６５は容量素子Ｃ１〜Ｃ５に並列接続さ
れているため、電圧発生回路６１〜６５の容量値にラン
ダムに変動が生じると、正しい動作試験を行うことがで
きなくなる。また、ＣＶ変換回路５１〜５５は、電圧発
生回路６１〜６５によって印加される電圧の影響を受け
ることなしに、容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量を検出す
る必要がある。このような機能をもったＣＶ変換回路の
一例を図７に示す。ここに示すＣＶ変換回路５０は、容
量素子Ｃ０の静電容量Ｃを電圧Ｖに変換し、端子Ｔout
に出力する機能を有する。なお、容量素子Ｃ０には、電
圧発生回路６０から電圧が印加されている。ＣＶ変換回
路５０は、発振回路５６と整流回路５７とによって構成
されている。発振回路５６は、所定周波数の交流信号を
生成し、これを容量素子Ｃ０に与える。整流回路５７
は、抵抗Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣ６，Ｃ７、ダイオー
ドＤ１によって構成され、交流信号が与えられた容量素
子Ｃ０の静電容量Ｃを電圧Ｖに変換して出力する。この
ような構成をもったＣＶ変換回路５０は、電圧発生回路
６０からの印加電圧の影響を受けることなしに、容量素
子Ｃ０の静電容量Ｃを電圧Ｖに変換することができる。
なお、図７の回路は一例として示したものであり、ＣＶ
変換回路としては、この他にも種々の回路を適用するこ
とができる。In the circuit diagram shown in FIG. 6, it is preferable that the voltage generating circuits 61 to 65 be configured such that the capacitance value when viewed from the outside is constant irrespective of the generated voltage. Alternatively, a circuit having a certain correlation between the generated voltage and the capacitance may be used. On the circuit, the voltage generation circuits 61 to 65 are connected in parallel to the capacitance elements C1 to C5. Therefore, if the capacitance values of the voltage generation circuits 61 to 65 randomly fluctuate, a correct operation test cannot be performed. . Further, the CV conversion circuits 51 to 55 need to detect the capacitance of the capacitance elements C1 to C5 without being affected by the voltage applied by the voltage generation circuits 61 to 65. FIG. 7 shows an example of a CV conversion circuit having such a function. The CV conversion circuit 50 shown here converts the capacitance C of the capacitance element C0 into a voltage V,
It has the function of outputting to Note that a voltage is applied to the capacitive element C0 from the voltage generating circuit 60. The CV conversion circuit 50 includes an oscillation circuit 56 and a rectification circuit 57. The oscillating circuit 56 generates an AC signal of a predetermined frequency and supplies the signal to the capacitor C0. Rectifier circuit 57
Is composed of resistors R1 and R2, capacitors C6 and C7, and a diode D1, and converts a capacitance C of a capacitive element C0 to which an AC signal is applied into a voltage V and outputs the voltage. The CV conversion circuit 50 having such a configuration can convert the capacitance C of the capacitance element C0 into the voltage V without being affected by the voltage applied from the voltage generation circuit 60.
The circuit of FIG. 7 is shown as an example, and the CV
Various other circuits can be applied as the conversion circuit.

【００２７】続いて、本発明による動作試験を、より具
体的な実施例に基づいて説明する。図８は、＋Ｚ軸方向
の力の検出動作についての具体的な試験方法を示す側断
面図である。この検出装置は、固定基板８０と可撓基板
９０とによって構成されている。可撓基板９０の底面に
は、ドーナツ状の溝Ｇが掘られており、この溝Ｇが掘ら
れた部分は他の部分に比べて肉厚が薄くなっており、可
撓基板９０は、この部分において可撓性をもつようにな
る。固定基板８０は、この可撓基板９０の上面に所定の
空間を保持したまま、可撓基板９０の上面を覆うように
接合されている。固定基板８０の下面には複数枚の固定
電極８１が、可撓基板９０の上面には複数枚の変位電極
９１が、互いに対向する位置に形成されている。この実
施例では、固定基板８０および可撓基板９０は、それぞ
れガラス基板およびシリコン基板から構成されており、
固定電極８１および変位電極９１は、各基板上に形成さ
れたアルミニウム層によって構成されている。また、可
撓基板９０と変位電極９１との間には、シリコン酸化膜
あるいはシリコン窒化膜のような絶縁層９２が形成され
ている。このような検出装置において、作用点Ｐに＋Ｚ
軸方向の力が作用したのと同じ状態にするには、固定電
極８１と変位電極９１との間にクーロン力による引力を
作用させればよい。図８は、この場合の電圧印加方法を
示したものである。すなわち、電源Ｖによって、固定電
極８１側には正の電荷を、変位電極９１側には負の電荷
を、それぞれ与えてやれば、両者間に引力が作用して、
作用点Ｐに＋Ｚ軸方向の力が作用した状態での動作試験
が可能になる。Next, an operation test according to the present invention will be described based on a more specific embodiment. FIG. 8 is a side sectional view showing a specific test method for the operation of detecting a force in the + Z-axis direction. This detection device includes a fixed substrate 80 and a flexible substrate 90. On the bottom surface of the flexible substrate 90, a donut-shaped groove G is dug, and the portion where the groove G is dug is thinner than other portions. The part becomes flexible. The fixed substrate 80 is joined so as to cover the upper surface of the flexible substrate 90 while maintaining a predetermined space on the upper surface of the flexible substrate 90. A plurality of fixed electrodes 81 are formed on the lower surface of the fixed substrate 80, and a plurality of displacement electrodes 91 are formed on the upper surface of the flexible substrate 90 at positions facing each other. In this embodiment, the fixed substrate 80 and the flexible substrate 90 are made of a glass substrate and a silicon substrate, respectively.
The fixed electrode 81 and the displacement electrode 91 are constituted by an aluminum layer formed on each substrate. An insulating layer 92 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed between the flexible substrate 90 and the displacement electrode 91. In such a detecting device, the point of action P is + Z
In order to achieve the same state as when the axial force is applied, an attractive force due to Coulomb force may be applied between the fixed electrode 81 and the displacement electrode 91. FIG. 8 shows a voltage application method in this case. That is, if a positive charge is given to the fixed electrode 81 side and a negative charge is given to the displacement electrode 91 side by the power source V, an attractive force acts between the two,
It is possible to perform an operation test in a state where a force in the + Z axis direction acts on the action point P.

【００２８】なお、作用点Ｐに−Ｚ軸方向の力が作用し
たのと同じ状態にするには、検出装置自体の構造を少し
変えておく必要がある。すなわち、図９に示すように、
固定電極８０の上面に複数枚の補助電極８２を形成して
おく。ここで電源Ｖによって、補助電極８２および可撓
基板９０（シリコン基板）に正の電荷を与え、固定電極
８１および変位電極９１に負の電荷を与えるようにす
る。すると、補助電極８２と固定電極８１との間で分極
作用が起こり、また、変位電極９１と可撓基板９０との
間で分極作用が起こり、図に示すような極性に各部が帯
電する。結局、固定電極８１と変位電極９１との間にク
ーロン力による斥力が作用し、作用点Ｐに−Ｚ軸方向の
力が作用したのと同じ状態になる。In order to obtain the same state where the force in the -Z axis direction acts on the point of action P, it is necessary to slightly change the structure of the detection device itself. That is, as shown in FIG.
A plurality of auxiliary electrodes 82 are formed on the upper surface of the fixed electrode 80. Here, a positive charge is applied to the auxiliary electrode 82 and the flexible substrate 90 (silicon substrate) and a negative charge is applied to the fixed electrode 81 and the displacement electrode 91 by the power supply V. Then, a polarization action occurs between the auxiliary electrode 82 and the fixed electrode 81, and a polarization action occurs between the displacement electrode 91 and the flexible substrate 90, and each part is charged to the polarity shown in the figure. Eventually, a repulsive force due to the Coulomb force acts between the fixed electrode 81 and the displacement electrode 91, and the state is the same as when a force in the −Z axis direction acts on the action point P.

【００２９】以上のように両者間に引力を作用させた状
態の動作試験では、クーロン力を直接作用させる２枚の
電極だけで十分であるが、両者間に斥力を作用させた状
態の動作試験では、更に補助的な電極を形成する必要が
ある。ただ、構造説明が複雑になるため、以下の各実施
例ではこの補助的な電極の説明は省略する。As described above, in the operation test in the state where the attractive force is applied between the two, only the two electrodes that directly apply the Coulomb force are sufficient, but the operation test in the state where the repulsive force is applied between the two. Then, it is necessary to further form an auxiliary electrode. However, since the description of the structure is complicated, the description of the auxiliary electrode will be omitted in the following embodiments.

【００３０】§３．動作試験機能を備えた検出装置 上述の実施例では、クーロン力を発生させるための電極
対と、容量素子を構成するための電極対と、は同一の電
極対である。すなわち、クーロン力を発生させるための
電極対は、固定電極（１１〜１５，８１）と変位電極
（２１〜２５，８２）との対であり、容量素子を構成す
るための電極対も全く同じ電極対である。このように、
同じ電極対を共用すれば、動作試験のために別な電極を
形成する必要がないという利点はあるが、試験の自由度
に制約が生じ、また、試験のための回路も複雑になると
いう欠点がある。特に、市販品として流通させるには、
物理量の検出信号を出力する検出端子と、試験のための
電圧を印加するための試験端子と、が別個に設けられて
いた方が都合がよい。以下に示す検出装置は、予め試験
用の電極を形成しておき、クーロン力を発生させるため
の電極対と、容量素子を構成するための電極対と、を別
個の電極対で構成するようにしたものである。 §3. In the above-described embodiment, the electrode pair for generating the Coulomb force and the electrode pair for forming the capacitive element are the same electrode pair. That is, the electrode pair for generating the Coulomb force is a pair of the fixed electrode (11 to 15, 81) and the displacement electrode (21 to 25, 82), and the electrode pair for forming the capacitive element is exactly the same. It is an electrode pair. in this way,
Sharing the same electrode pair has the advantage that it is not necessary to form another electrode for operation tests, but has the disadvantage of limiting the degree of freedom of the test and complicating the test circuit. There is. In particular, for distribution as a commercial product,
It is more convenient to separately provide a detection terminal for outputting a physical quantity detection signal and a test terminal for applying a test voltage. In the detection device described below, a test electrode is formed in advance, and an electrode pair for generating Coulomb force and an electrode pair for forming a capacitive element are configured as separate electrode pairs. It was done.

【００３１】図１０は、動作試験を実施するための試験
電極を備えた加速度検出装置の側断面図である。基本的
な構造は、図１に示す加速度検出装置と同様であり、固
定基板１０と可撓基板２０とが対向して設けられ、それ
ぞれが周囲において装置筐体４０に固定されている。固
定基板１０は剛性をもった基板であるが、可撓基板２０
は厚みが薄く可撓性をもっている。可撓基板２０の上面
には、図３に示すような５枚の変位電極２１〜２５が形
成されている。一方、固定基板１０の下面には、５枚の
試験電極１１ｔ〜１５ｔが形成され、更に絶縁層１６を
介して５枚の固定電極１１〜１５が形成されている。５
枚の試験電極１１ｔ〜１５ｔの平面的な配置、および５
枚の固定電極１１〜１５の平面的な配置は、図２に示す
電極配置と同じである。このような構造では、容量素子
Ｃ１〜Ｃ５を構成するための電極対は、固定電極１１〜
１５と変位電極２１〜２５との対であるが、クーロン力
を発生させるための電極対は、試験電極１１ｔ〜１５ｔ
と変位電極２１〜２５との対となり、一方の変位電極は
共用するものの、電極対としては別個のものが用いられ
る。FIG. 10 is a side sectional view of an acceleration detecting device provided with a test electrode for performing an operation test. The basic structure is the same as that of the acceleration detection device shown in FIG. 1. A fixed substrate 10 and a flexible substrate 20 are provided to face each other, and each is fixed to the device housing 40 around the periphery. The fixed substrate 10 is a rigid substrate, but the flexible substrate 20
Is thin and flexible. On the upper surface of the flexible substrate 20, five displacement electrodes 21 to 25 are formed as shown in FIG. On the other hand, on the lower surface of the fixed substrate 10, five test electrodes 11t to 15t are formed, and further, five fixed electrodes 11 to 15 are formed via an insulating layer 16. 5
Planar arrangement of the test electrodes 11t to 15t, and 5
The planar arrangement of the fixed electrodes 11 to 15 is the same as the electrode arrangement shown in FIG. In such a structure, the electrode pairs for forming the capacitance elements C1 to C5 are fixed electrodes 11 to
15 and the pair of displacement electrodes 21 to 25, the electrode pairs for generating Coulomb force are test electrodes 11t to 15t.
And a pair of displacement electrodes 21 to 25, and one of the displacement electrodes is shared, but a separate electrode pair is used.

【００３２】図１１は、５枚の試験電極２１ｔ〜２５ｔ
とを、可撓基板２０側に形成した実施例である。試験電
極２１ｔ〜２５ｔと変位電極２１〜２５との間には絶縁
層２６が形成されている。この場合、クーロン力を発生
させるための電極対は、試験電極２１ｔ〜２５ｔ固定電
極１１〜１５との対となる。FIG. 11 shows five test electrodes 21t to 25t.
Are formed on the flexible substrate 20 side. An insulating layer 26 is formed between the test electrodes 21t to 25t and the displacement electrodes 21 to 25. In this case, the electrode pair for generating the Coulomb force is a pair with the test electrodes 21t to 25t and the fixed electrodes 11 to 15.

【００３３】図１２は、図１０のような構造をもった検
出装置について適用する回路図の一例である。電圧発生
回路６０は、試験スイッチＳの投入により、試験電極１
１ｔと変位電極２１との間に電圧を印加してクーロン力
を作用させる。これによって、可撓基板２０が撓みを生
じ、外力が作用したのと同じ状態になる。一方、ＣＶ変
換回路５０は、固定電極１１と変位電極２１とによって
構成される容量素子Ｃ１の静電容量を検出し、電圧Ｖと
して端子Ｔout に出力する。固定電極１１と試験電極１
１ｔとは、絶縁層１６によって電気的に絶縁されている
ため、ＣＶ変換回路５０は、電圧発生回路６０による印
加電圧に何ら影響を受けずに静電容量の検出を行うこと
ができる。また、この検出装置の外部接続端子として
は、変位電極２１〜２５のそれぞれに導通した共通端
子、固定電極１１〜１５のそれぞれに導通した検出端
子、試験電極１１ｔ〜１５ｔのそれぞれに導通した試験
端子、をそれぞれ設けておけばよい。試験端子に所定の
電圧を印加したときに、検出端子に所定の出力が得られ
るか否かを確かめることにより、容易に自己診断を行う
ことが可能である。FIG. 12 is an example of a circuit diagram applied to a detection device having the structure as shown in FIG. When the test switch S is turned on, the voltage generation circuit 60
A voltage is applied between 1t and the displacement electrode 21 to exert a Coulomb force. As a result, the flexible substrate 20 bends, and becomes in the same state as when an external force is applied. On the other hand, the CV conversion circuit 50 detects the capacitance of the capacitance element C1 constituted by the fixed electrode 11 and the displacement electrode 21, and outputs the capacitance as a voltage V to the terminal Tout. Fixed electrode 11 and test electrode 1
Since 1t is electrically insulated by the insulating layer 16, the CV conversion circuit 50 can detect the capacitance without being affected by the voltage applied by the voltage generation circuit 60 at all. Further, as the external connection terminals of this detection device, a common terminal electrically connected to each of the displacement electrodes 21 to 25, a detection terminal electrically connected to each of the fixed electrodes 11 to 15, and a test terminal electrically connected to each of the test electrodes 11t to 15t. , Respectively. Self-diagnosis can be easily performed by checking whether a predetermined output is obtained at the detection terminal when a predetermined voltage is applied to the test terminal.

【００３４】図１３は、可撓基板２０側の電極を共用せ
ずに別個にした実施例である。すなわち、可撓基板２０
の上面には、第１の試験電極２１ｔ〜２５ｔが形成さ
れ、その上に絶縁層２６を介して変位電極２１〜２５が
形成されている。また、固定基板１０側は、前述の実施
例と同様であり、第２の試験電極１１ｔ〜１５ｔの上に
絶縁層１６を介して固定電極１１〜１５が形成されてい
る。このような構造では、容量素子Ｃ１〜Ｃ５を構成す
るための電極対は、固定電極１１〜１５と変位電極２１
〜２５との対であるが、クーロン力を発生させるための
電極対は、第１の試験電極２１ｔ〜２５ｔと第２の試験
位電極１１ｔ〜２５ｔとの対となり、電極対としては完
全に別個のものが用いられる。FIG. 13 shows an embodiment in which the electrodes on the flexible substrate 20 side are not shared but are separately provided. That is, the flexible substrate 20
The first test electrodes 21t to 25t are formed on the upper surface of the substrate, and the displacement electrodes 21 to 25 are formed thereon via an insulating layer 26. The fixed substrate 10 side is the same as that of the above-described embodiment, and fixed electrodes 11 to 15 are formed on the second test electrodes 11 t to 15 t via an insulating layer 16. In such a structure, the electrode pairs for forming the capacitive elements C1 to C5 are composed of the fixed electrodes 11 to 15 and the displacement electrodes 21.
The electrode pair for generating Coulomb force is a pair of the first test electrodes 21t to 25t and the second test position electrodes 11t to 25t, and is completely separate as an electrode pair. Is used.

【００３５】図１４は、更に別な実施例に係る力検出装
置の側断面図である。装置筐体１００内には、固定基板
１１０、可撓基板１２０、作用体１３０、補助基板１４
０が設けられている。作用体１３０から伸びる検出子１
３１は、装置筐体１００に設けられた孔部１０１から外
部へと導出されている。この実施例では、以上の各構成
要素はいずれも金属からなる。固定基板１１０の下面に
は、絶縁層１１６が形成され、更にその上に２枚の固定
電極１１１，１１２が形成されている。また、補助基板
１４０の上面には、絶縁層１４６が形成され、更にその
上に２枚の試験電極１４１，１４２が形成されている。
装置筐体１００の左側外部には、検出端子１５１，共通
端子１５２，試験端子１５３が導出されている（図では
１本ずつしか示されていないが、実際には、電極数に応
じただけの数が用意される）。もちろん、各端子１５１
〜１５３は装置筐体１００とは電気的に絶縁されてい
る。各端子１５１〜１５３は、ボンディングワイヤ１６
１〜１６３によって、各電極および可撓基板１２０に接
続されている。この検出装置では、可撓基板１２０上に
変位電極は設けられていないが、前述のように、可撓基
板１２０は金属で構成されているため、それ自身が電極
の機能を有することになる。FIG. 14 is a side sectional view of a force detecting device according to still another embodiment. In the device housing 100, a fixed substrate 110, a flexible substrate 120, an operating body 130, an auxiliary substrate 14
0 is provided. Detector 1 extending from working body 130
31 is led out from a hole 101 provided in the device housing 100. In this embodiment, each of the above components is made of metal. An insulating layer 116 is formed on the lower surface of the fixed substrate 110, and two fixed electrodes 111 and 112 are formed thereon. An insulating layer 146 is formed on the upper surface of the auxiliary substrate 140, and two test electrodes 141 and 142 are further formed thereon.
A detection terminal 151, a common terminal 152, and a test terminal 153 are led out of the left side of the device housing 100 (only one is shown in the figure, but actually, only the number corresponding to the number of electrodes is shown). Number is prepared). Of course, each terminal 151
153 are electrically insulated from the apparatus housing 100. Each of the terminals 151 to 153 is connected to a bonding wire 16.
1 to 163 are connected to each electrode and the flexible substrate 120. In this detection device, no displacement electrode is provided on the flexible substrate 120. However, as described above, the flexible substrate 120 is made of metal, and thus has its own electrode function.

【００３６】この検出装置では、検出子１３１の先端に
力が加わると、可撓基板１２０が撓みを生じ、この可撓
基板１２０（変位電極として機能する）と固定電極１１
１，１１２との距離が変化する。したがって、検出端子
１５１と共通端子１５２との間の静電容量の変化に基づ
いて、作用した力を検出することができる。もっとも、
この実施例の装置では、固定電極は２枚しか設けられて
いないので、二次元方向の力（図の左右方向と上下方向
の力）の検出しかできない。三次元方向の力を検出する
ためには、最低限４枚の固定電極を設けておけばよい。
さて、この検出装置の動作試験を行うには、試験端子１
５３と共通端子１５２との間に所定の電圧を印加した状
態で、前述の検出処理を行えばよい。印加電圧に基づく
クーロン力の作用により、検出子１３１に外力が作用し
たのと同じ状態を作ることができる。なお、三次元方向
の動作試験を行うには、やはり最低限４枚の試験電極を
設けておけばよい。In this detection device, when a force is applied to the tip of the detector 131, the flexible substrate 120 bends, and the flexible substrate 120 (functioning as a displacement electrode) and the fixed electrode 11
The distance from 1,112 changes. Therefore, the applied force can be detected based on the change in the capacitance between the detection terminal 151 and the common terminal 152. However,
In the apparatus of this embodiment, since only two fixed electrodes are provided, it is possible to detect only two-dimensional forces (horizontal and vertical directions in the figure). In order to detect a three-dimensional force, at least four fixed electrodes may be provided.
By the way, in order to perform an operation test of this detection device, a test terminal 1
The above-described detection processing may be performed in a state where a predetermined voltage is applied between 53 and the common terminal 152. By the action of the Coulomb force based on the applied voltage, the same state as when an external force acts on the detector 131 can be created. In order to perform the operation test in the three-dimensional direction, at least four test electrodes may be provided.

【００３７】以上述べてきたいくつかの実施例は、いず
れも静電容量式の検出装置である。実用上は、このよう
な静電容量式の検出装置だけでなく、圧電式の検出装置
も利用されている。図１４は、動作試験機能を備えた圧
電式の加速度検出装置の側断面図である。剛性をもった
固定基板１０と可撓性をもった可撓基板２０とが、装置
筐体４０によって支持されており、可撓基板２０の下面
に作用体３０が接合されている点は、図１に示した静電
容量式の検出装置と同様である。固定基板１０の下面お
よび可撓基板２０の上面には、後述するようにそれぞれ
８枚の電極が形成されており、これらの間に圧電素子４
５が挟まれている。圧電素子４５としては、たとえば、
ＰＺＴセラミックス（チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固
溶体）を用いることができ、これを両電極間に挿入して
おけばよい。実際には、圧電素子４５の上下両面に電極
を形成し、これを両基板間に挿入するという方法で製造
するのが好ましい。このとき、図の上下方向に所定の圧
力がかかった状態で挿入するようにする。こうしておけ
ば、上下の電極間隔が縮まった場合だけでなく、広がっ
た場合にも検出が可能になる。All of the embodiments described above are capacitance type detection devices. In practice, not only such a capacitance-type detection device but also a piezoelectric detection device is used. FIG. 14 is a side sectional view of a piezoelectric acceleration detection device having an operation test function. The rigid fixed substrate 10 and the flexible substrate 20 are supported by a device housing 40, and the operating body 30 is joined to the lower surface of the flexible substrate 20. This is the same as the capacitance type detection device shown in FIG. Eight electrodes are formed on the lower surface of the fixed substrate 10 and the upper surface of the flexible substrate 20, respectively, as described later.
5 is sandwiched. As the piezoelectric element 45, for example,
PZT ceramics (solid solution of lead titanate and lead zirconate) can be used, which may be inserted between both electrodes. Actually, it is preferable that electrodes are formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 45 and the electrodes are inserted between both substrates. At this time, insertion is performed in a state where a predetermined pressure is applied in the vertical direction in the figure. By doing so, it becomes possible to detect not only when the interval between the upper and lower electrodes is reduced, but also when it is widened.

【００３８】図１６は、圧電素子４５の上面図であり、
上面に形成された８枚の電極の平面的な配置が明瞭に示
されている。図のように、圧電素子４５の上面に形成さ
れた電極は、４枚の固定電極１８ａ〜１８ｄ（パターン
の視覚的な把握を助けるため、図では斜線によるハッチ
ングを施して示してある）と、４枚の試験電極１９ａ〜
１９ｄ（同様に、ドットによるハッチングを施して示し
てある）と、からなる。圧電素子４５の下面にも、これ
と全く同じ配置で、４枚の変位電極２８ａ〜２８ｄと、
４枚の試験電極２９ａ〜２９ｄと、が形成されている。
図１６の圧電素子４５を切断線１４〜１４に沿って切断
した断面が図１５に示されていることになる。なお、電
極構成は、図１６のような平面的な一層構造に限定され
るものではなく、図１０、図１１、図１３に示すような
多層を重ねた構造にしてもよい。FIG. 16 is a top view of the piezoelectric element 45.
The planar arrangement of the eight electrodes formed on the upper surface is clearly shown. As shown in the figure, the electrodes formed on the upper surface of the piezoelectric element 45 include four fixed electrodes 18a to 18d (indicated by hatching in the figure in order to assist in visually grasping the pattern). Four test electrodes 19a-
19d (similarly, hatched by dots). On the lower surface of the piezoelectric element 45, with exactly the same arrangement, four displacement electrodes 28a to 28d,
Four test electrodes 29a to 29d are formed.
FIG. 15 shows a cross section obtained by cutting the piezoelectric element 45 of FIG. 16 along cutting lines 14 to 14. Note that the electrode configuration is not limited to a planar one-layer structure as shown in FIG. 16, but may be a multilayer structure as shown in FIGS. 10, 11, and 13.

【００３９】このような圧電式の検出装置では、対向す
る電極対の距離の変化を、静電容量の変化として検出す
る代わりに、両電極間に生じる電圧として検出すること
になる。すなわち、作用体３０に加速度が作用し、可撓
基板２０に撓みが生じると、圧電素子４５は部分的な圧
縮力が加わったり、引き伸し力が加わったりする。これ
により、各電極対に電圧が生じることになる。どの電極
対にどの程度の電圧が出力されたかを認識することによ
り、作用した加速度の三次元座標上での方向および大き
さが検出できる。圧電式の検出装置では、静電容量式の
検出装置のように、検出用の電極対と試験用の電極対と
を兼用することはできない。両電極間に生じる電圧を直
接検出するため、同じ電極に試験用電圧を印加すること
ができないからである。このため、検出用の電極対と試
験用の電極対とを別個にせざるを得ない。図１５に示す
電極配置を行えば、同一平面上で２種類の電極を混在さ
せることができ、かつ、三次元方向の検出および動作試
験を行うことができる。In such a piezoelectric detecting device, a change in the distance between the pair of electrodes facing each other is detected not as a change in capacitance but as a voltage generated between the two electrodes. That is, when an acceleration is applied to the acting body 30 and the flexible substrate 20 is bent, the piezoelectric element 45 is subjected to a partial compressive force or a stretching force. As a result, a voltage is generated at each electrode pair. By recognizing how much voltage is output to which electrode pair, the direction and magnitude of the applied acceleration on three-dimensional coordinates can be detected. In the piezoelectric detection device, unlike the capacitance detection device, the detection electrode pair and the test electrode pair cannot be shared. This is because a test voltage cannot be applied to the same electrode because the voltage generated between both electrodes is directly detected. For this reason, the detection electrode pair and the test electrode pair must be separated. By performing the electrode arrangement shown in FIG. 15, two types of electrodes can be mixed on the same plane, and three-dimensional detection and an operation test can be performed.

【００４０】動作試験は、次のようにして行うことがで
きる。たとえば、試験電極１９ａと２９ａおよび１９ｃ
と２９ｃとの間に電圧を印加し、１９ａと２９ａとの間
に引力、１９ｃと２９ｃとの間に斥力を作用させると、
この装置が正常な動作をするのであれば、固定電極１８
ａと変位電極２８ａとの間、および固定電極１８ｃと変
位電極２８ｃとの間に所定の電圧が生じる。この電圧を
モニタすることにより、動作試験を行うことができる。
試験電極１９ｂと２９ｂおよび１９ｄと２９ｄとの間に
電圧を印加すれば、前述の試験方向とは垂直な方向に関
する試験を行うことができる。The operation test can be performed as follows. For example, test electrodes 19a and 29a and 19c
When a voltage is applied between and 19c and 29c, and an attractive force is applied between 19a and 29a and a repulsive force is applied between 19c and 29c,
If this device operates normally, the fixed electrode 18
A predetermined voltage is generated between a and the displacement electrode 28a and between the fixed electrode 18c and the displacement electrode 28c. By monitoring this voltage, an operation test can be performed.
If a voltage is applied between the test electrodes 19b and 29b and between the test electrodes 19d and 29d, a test in a direction perpendicular to the above-described test direction can be performed.

【００４１】図１７は、動作試験機能を備えた圧電式の
力検出装置の側断面図である。装置筐体２００は、ねじ
穴２０１を用いて産業機械などに固着され、その下部に
は起歪体２５０が接合されている。起歪体２５０は金属
からなり、下面にドーナツ状の溝Ｇが形成されている。
この溝Ｇの形成部２５２は肉厚が薄くなっており可撓性
を有する。起歪体２５０のねじ穴２５１に通されたねじ
は、装置筐体２００のねじ穴２０２に螺着される。起歪
体２５０の中心部下面には検出子２６０が伸びており、
その先端に作用した外力は、作用点Ｐに関するモーメン
ト力として伝達される。この装置の中枢となる圧電素子
２３０の上面および下面には電極が形成され、固定基板
２１０と変位電極平板２２０とによって所定圧力をもっ
て挟まれた状態となっている。上面には４枚の固定電極
２１８ａ〜２１８ｄと４枚の試験電極２１９ａ〜２１９
ｄとが、図１６に示すパターンと同じ配置で形成されて
いる。一方、下面には単一の変位電極平板２２０が形成
されている。上面の８枚の電極は固定基板２１０によっ
て装置筐体２００に固定されており、下面の変位電極平
板２２０は伝達体２４０によって起歪体２５０の上面中
心部に接合されている。変位電極平板２２０を剛性をも
った厚い金属板で構成しておくことにより、作用点Ｐに
作用した力を圧電素子２３０に効率的に伝達することが
できる。FIG. 17 is a side sectional view of a piezoelectric force detecting device having an operation test function. The device housing 200 is fixed to an industrial machine or the like using a screw hole 201, and a strain body 250 is joined to a lower portion thereof. The strain body 250 is made of metal, and has a donut-shaped groove G on the lower surface.
The formation portion 252 of the groove G is thin and has flexibility. The screw passed through the screw hole 251 of the flexure element 250 is screwed into the screw hole 202 of the device housing 200. A detector 260 extends on the lower surface of the center of the strain body 250,
The external force acting on the tip is transmitted as a moment force about the point of action P. Electrodes are formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 230 which is the center of the device, and are sandwiched between the fixed substrate 210 and the displacement electrode flat plate 220 with a predetermined pressure. On the upper surface, four fixed electrodes 218a to 218d and four test electrodes 219a to 219
d are formed in the same arrangement as the pattern shown in FIG. On the other hand, a single displacement electrode flat plate 220 is formed on the lower surface. The eight electrodes on the upper surface are fixed to the device housing 200 by the fixed substrate 210, and the displacement electrode flat plate 220 on the lower surface is joined to the center of the upper surface of the strain generating body 250 by the transmission body 240. By forming the displacement electrode flat plate 220 from a thick metal plate having rigidity, the force applied to the action point P can be efficiently transmitted to the piezoelectric element 230.

【００４２】このような構成をもった圧電式の力検出装
置では、変位電極平板２２０を共通の電極として用い、
固定電極２１８ａ〜２１８ｄに発生する電圧により、検
出子２６０に作用した外力の検出を行うことができる
し、試験電極２１９ａ〜２１９ｄに所定の電圧を印加し
ながら、固定電極２１８ａ〜２１８ｄに発生する電圧を
モニタすることにより動作試験を行うことができる。In the piezoelectric force detecting device having such a configuration, the displacement electrode plate 220 is used as a common electrode,
The voltage generated at the fixed electrodes 218a to 218d can be used to detect the external force acting on the detector 260, and the voltage generated at the fixed electrodes 218a to 218d while applying a predetermined voltage to the test electrodes 219a to 219d. The operation test can be performed by monitoring the data.

【００４３】図１８に示す実施例は、図１４に示す静電
容量型の力検出装置を、圧電式に置き換えたものであ
る。この検出装置では、５枚の固定電極１１１〜１１５
を図２に示す平面的配置と同じ配置で形成し、三次元方
向の力の検出ができるようにしてある。また、４枚の試
験電極１４１〜１４４を配置し（電極１４２は作用体１
３０の後方、電極１４４は作用体１３０の前方に配置さ
れるが図示されていない）、三次元方向の動作試験がで
きるようにしてある。固定電極１１１〜１１５と可撓基
板１２０との間には圧電素子１４５が挿入されており、
固定電極１１１〜１１５に発生する電圧により、作用し
た外力の検出が行われる。In the embodiment shown in FIG. 18, the capacitance type force detecting device shown in FIG. 14 is replaced by a piezoelectric type. In this detection device, five fixed electrodes 111 to 115
Are formed in the same arrangement as the two-dimensional arrangement shown in FIG. 2 so that a three-dimensional force can be detected. Further, four test electrodes 141 to 144 are arranged (the electrode 142 is
The electrode 144 is disposed behind the electrode 30 and in front of the working body 130 (not shown), so that a three-dimensional operation test can be performed. A piezoelectric element 145 is inserted between the fixed electrodes 111 to 115 and the flexible substrate 120,
The applied external force is detected based on the voltage generated at the fixed electrodes 111 to 115.

【００４４】なお、図１０，１１，１３，１４，１５，
１７，１８に示す実施例は、固定電極、変位電極、試験
電極という動作試験方法を実施するために最小限必要な
電極を備えた実施例である。２つの電極間にクーロン力
による引力を作用させる場合には、図８に示すように、
この２枚の電極だけで十分であるが、斥力を作用させる
場合には、図９に示すように、更に補助電極が必要にな
る。したがって、実用上は、上述の各実施例に示す構造
に、更に補助電極を設けておくのが好ましい。Incidentally, FIGS. 10, 11, 13, 14, 15, and FIG.
The embodiments shown in FIGS. 17 and 18 are the ones provided with the minimum required electrodes for performing the operation test method including the fixed electrode, the displacement electrode, and the test electrode. When applying an attractive force due to Coulomb force between two electrodes, as shown in FIG.
Although only these two electrodes are sufficient, when a repulsive force is applied, an additional auxiliary electrode is required as shown in FIG. Therefore, practically, it is preferable that an auxiliary electrode is further provided in the structure shown in each of the above embodiments.

【００４５】§４．Ｚ軸方向について差分をとる実施例 図６に示す回路図に示されているように、図１に示した
基本的な加速度検出装置は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の
加速度検出には差をとっているが、Ｚ軸方向の加速度検
出には差をとっていない。差による検出は、温度などの
外部環境による誤差を相殺することができるメリットが
あるため、Ｚ軸方向の加速度検出にも差をとるのが好ま
しい。以下にこれを実現するための実施例を示す。 §4. Example of taking a difference in the Z-axis direction As shown in the circuit diagram of FIG. 6, the basic acceleration detecting device shown in FIG. However, there is no difference in the acceleration detection in the Z-axis direction. Since the detection based on the difference has an advantage that an error due to an external environment such as a temperature can be offset, it is preferable that the difference is also detected in the acceleration detection in the Z-axis direction. An embodiment for realizing this will be described below.

【００４６】図１９に側断面を示す実施例は、ＸＹＺす
べての方向の加速度検出を、差分をとることにより行う
加速度検出装置である。固定基板３１０の下面には、図
２０に示すレイアウトで、５枚の固定電極１１〜１５が
形成されている。可撓基板３２０は、下面にドーナツ状
の溝Ｇが掘られており、中央に作用部３２１、その周囲
に可撓部３２２、その周囲に固定部３２３を形成する。
その上面には、図２１に示すレイアウトで５枚の変位電
極２１〜２５が形成されている。以上の構成は、図１に
示す基本構成と同じである。この装置の特徴は、更に、
第２固定基板３３０が設けられており、作用部３２１の
下面に変位電極３２６が、第２固定基板３３０の上面に
固定電極３３６が、それぞれ対向するように形成されて
いる点である。The embodiment whose side cross section is shown in FIG. 19 is an acceleration detecting device which performs acceleration detection in all XYZ directions by calculating a difference. On the lower surface of the fixed substrate 310, five fixed electrodes 11 to 15 are formed in the layout shown in FIG. A doughnut-shaped groove G is dug in the lower surface of the flexible substrate 320, and an action portion 321 is formed in the center, a flexible portion 322 is formed around the action portion 321, and a fixed portion 323 is formed around the action portion 321.
On its upper surface, five displacement electrodes 21 to 25 are formed in the layout shown in FIG. The above configuration is the same as the basic configuration shown in FIG. The features of this device are:
The second fixed substrate 330 is provided, and the point is that the displacement electrode 326 is formed on the lower surface of the action portion 321 and the fixed electrode 336 is formed on the upper surface of the second fixed substrate 330 so as to face each other.

【００４７】この装置によるＸ軸およびＹ軸方向につい
ての加速度検出および動作試験は、図１の装置と同様で
ある。ところがＺ軸方向についての加速度検出および動
作試験は、図２２に示す回路によって行われる。ここ
で、容量素子Ｃ５は、固定電極１５と変位電極２５とで
構成されるものであるが、容量素子Ｃ６は、固定電極３
３６と変位電極３２６とによって構成されるものであ
る。図６に示すＺ軸に関する回路と比較すると、容量素
子Ｃ６に関しての電圧発生回路６６およびＣＶ変換回路
５６が付加され、電圧値Ｖ５とＶ６との差を差動増幅器
７３によって求め、これをＺ軸に関する検出値として出
力する点が異なる。これにより、ＸＹＺすべての方向に
関しての検出値が差分に基づいて求まり、温度などの影
響を相殺することができる。The acceleration detection and operation test in the X-axis and Y-axis directions by this device are the same as those in the device of FIG. However, the acceleration detection and the operation test in the Z-axis direction are performed by the circuit shown in FIG. Here, the capacitive element C5 is composed of the fixed electrode 15 and the displacement electrode 25, while the capacitive element C6 is composed of the fixed electrode 3
36 and a displacement electrode 326. Compared with the circuit relating to the Z axis shown in FIG. 6, a voltage generation circuit 66 and a CV conversion circuit 56 relating to the capacitive element C6 are added, and the difference between the voltage values V5 and V6 is obtained by the differential amplifier 73, and this is calculated as the Z axis. The difference is that the detection value is output as a detection value. As a result, the detection values in all the XYZ directions are obtained based on the differences, and the influence of the temperature and the like can be offset.

【００４８】また、このような差分に基づく検出は、次
のような点においても有利である。一般に容量素子の電
極間距離ｄと容量値Ｃとの関係は図２３に示すグラフの
ようになる。いま、距離ｄ０において、容量値Ｃ０であ
った状態から、距離をΔｄだけ縮めｄ０−Δｄにする
と、容量値はΔＣ１だけ増え、Ｃ０＋ΔＣ１となる。逆
に、距離をΔｄだけ広げｄ０＋Δｄにすると、容量値は
ΔＣ２だけ減り、Ｃ０−ΔＣ２となる。ここでΔＣ１〉
ΔＣ２である。したがって、１組の容量素子Ｃ５の容量
値のみに基づいてＺ軸方向の加速度検出を行うと、絶対
値が同じ加速度であっても、＋Ｚ方向と−Ｚ方向とで
は、容量値の変化の度合が異なってしまう。これに対処
するためには、何らかの補正回路を設ける必要がある。
ところが、図２２に示すように、差分に基づいた検出を
行えば、このような問題は生じない。たとえば、図１９
に示す装置において、＋Ｚ方向（図の上方）に加速度が
作用すると、容量素子Ｃ５の容量値はＣ０からＣ０＋Δ
Ｃ１に変化し、容量素子Ｃ６の容量値はＣ０からＣ０−
ΔＣ２に変化する。よって、差動増幅器７３の出力は、
ΔＣ１＋ΔＣ２に相当したものになる。これに対し、同
じ加速度が−Ｚ方向（図の下方）に作用すると、容量素
子Ｃ５の容量値はＣ０からＣ０−ΔＣ２に変化し、容量
素子Ｃ６の容量値はＣ０からＣ０＋ΔＣ１に変化する。
よって、差動増幅器７３の出力は、−（ΔＣ１＋ΔＣ
２）に相当したものになる。こうして、絶対値が同じ加
速度に対しては同じ絶対値の出力がなされる。The detection based on such a difference is also advantageous in the following points. Generally, the relationship between the distance d between the electrodes of the capacitive element and the capacitance value C is as shown in the graph of FIG. Now, at the distance d0, if the distance is reduced by Δd from the state where the capacitance value was C0 to d0−Δd, the capacitance value increases by ΔC1 and becomes C0 + ΔC1. Conversely, when the distance is increased by Δd to d0 + Δd, the capacitance value decreases by ΔC2, and becomes C0−ΔC2. Here ΔC1>
ΔC2. Accordingly, when acceleration in the Z-axis direction is detected based on only the capacitance value of one set of the capacitance element C5, the degree of change in the capacitance value between the + Z direction and the −Z direction even if the acceleration has the same absolute value. Will be different. To cope with this, it is necessary to provide some kind of correction circuit.
However, if the detection is performed based on the difference as shown in FIG. 22, such a problem does not occur. For example, FIG.
In the device shown in FIG. 7, when an acceleration acts in the + Z direction (upward in the figure), the capacitance value of the capacitive element C5 changes from C0 to C0 + Δ.
C0, and the capacitance value of the capacitor C6 changes from C0 to C0−
It changes to ΔC2. Therefore, the output of the differential amplifier 73 is
It is equivalent to ΔC1 + ΔC2. On the other hand, when the same acceleration acts in the −Z direction (downward in the figure), the capacitance value of the capacitance element C5 changes from C0 to C0−ΔC2, and the capacitance value of the capacitance element C6 changes from C0 to C0 + ΔC1.
Therefore, the output of the differential amplifier 73 is − (ΔC1 + ΔC
It is equivalent to 2). Thus, the same absolute value is output for the acceleration having the same absolute value.

【００４９】図２４に示す実施例は、図１９に示す実施
例に更に作用体３４５と台座３４０とを加えたものであ
る。変位電極３２６は作用体３４５の下面に形成されて
いる。図２５に示す実施例は、図２４に示す実施例の電
極の位置を変えたものであり、固定電極１１〜１５が固
定基板３３０の上面に、変位電極２１〜２５が作用体３
４５の下面に、それぞれ形成され、固定電極３３６が固
定基板３１０の下面に、変位電極３２６が可撓基板３２
０の上面に、それぞれ形成されている。The embodiment shown in FIG. 24 is obtained by adding an action body 345 and a pedestal 340 to the embodiment shown in FIG. The displacement electrode 326 is formed on the lower surface of the working body 345. In the embodiment shown in FIG. 25, the positions of the electrodes in the embodiment shown in FIG. 24 are changed, and the fixed electrodes 11 to 15 are on the upper surface of the fixed substrate 330, and the displacement electrodes 21 to 25 are
The fixed electrode 336 is formed on the lower surface of the fixed substrate 310, and the displacement electrode 326 is formed on the flexible substrate 32
0 is formed on the upper surface.

【００５０】以上の図１９，２４，２５の各実施例は、
各基板をガラスまたは半導体（この場合は、電極との間
に絶縁層を形成する）で構成するのに適しているが、図
２６に示す加速度検出装置は、金属によって構成するの
に適した例である。部材４１０，４２０，４２５，４３
０，４４０，４５０はいずれも金属からなる。部材４１
０の下面には絶縁層４１８を介して５枚の固定電極１１
〜１５が形成されている。部材４２０の上面には絶縁層
４２８を介して５枚の変位電極２１〜２５が形成されて
おり、下面には絶縁層４２９を介してドーナツ状の変位
電極４２６が形成されている。部材４２０の下面には、
部材４２５が接続されており、この部材４２５の下端は
ダイヤフラム４３５を介して部材４５０に接続されてい
る。また、部材４３０の上面には絶縁層４３８を介して
ドーナツ状の固定電極４３６が形成されている。部材４
５０に加速度が作用すると、ダイヤフラム４３５が撓
み、部材４２５を介して部材４２０が変位する。この変
位検出の原理は上述した通りである。Each of the embodiments shown in FIGS.
Although each substrate is suitable for being formed of glass or a semiconductor (in this case, an insulating layer is formed between the electrodes), the acceleration detection device shown in FIG. 26 is an example suitable for being formed of metal. It is. Members 410, 420, 425, 43
0, 440 and 450 are all made of metal. Member 41
On the lower surface of the fixed electrode 11, five fixed electrodes 11 are interposed via an insulating layer 418.
To 15 are formed. Five displacement electrodes 21 to 25 are formed on the upper surface of the member 420 via an insulating layer 428, and a donut-shaped displacement electrode 426 is formed on the lower surface via an insulating layer 429. On the lower surface of the member 420,
The member 425 is connected, and the lower end of the member 425 is connected to the member 450 via the diaphragm 435. A donut-shaped fixed electrode 436 is formed on the upper surface of the member 430 with an insulating layer 438 interposed therebetween. Member 4
When acceleration acts on 50, the diaphragm 435 bends, and the member 420 is displaced via the member 425. The principle of this displacement detection is as described above.

【００５１】図２７に示す実施例は、図２６に示す加速
度検出装置を力検出装置に適用したものであり、下半分
の構成を金属製の部材４３１に（可撓基板）に置換して
いる。検出子４３２先端に作用した外力に基づいて、部
材４２０が変位し、この外力の検出が行われる。In the embodiment shown in FIG. 27, the acceleration detecting device shown in FIG. 26 is applied to a force detecting device, and the lower half structure is replaced by a metal member 431 (flexible substrate). . The member 420 is displaced based on the external force applied to the tip of the detector 432, and the external force is detected.

【００５２】§５．その他の実施例 以上、本発明を図示するいくつかの実施例に基づいて説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、この他にも種々の態様で実施可能である。たと
えば、各電極の配置は、上述の実施例の他にも、種々の
配置が考えられよう。また、各電極の枚数も上述の実施
例だけに限定されるものではない。固定電極、変位電
極、試験電極、をそれぞれ何枚ずつどのような位置に形
成するかは、設計上、適宜変更しうる事項である。ま
た、たとえば、上述の実施例では、図１６に示す８枚の
電極配置を圧電式の検出装置に適用した例を示したが、
この配置を静電容量式の検出装置にも適用できることは
もちろんである。図１０、図１１、図１３に示す検出装
置のように電極を二段に重ねる構造にするよりも、図１
６に示すように一層に配置する方が、製造工程は単純に
なり、大量生産する上ではむしろ好ましい。 §5. Other Embodiments Although the present invention has been described based on some embodiments illustrating the present invention, the present invention is not limited to these embodiments and can be implemented in various other modes. . For example, various arrangements of the electrodes may be considered in addition to the above-described embodiment. Also, the number of electrodes is not limited to the above-described embodiment. How and how many fixed electrodes, displacement electrodes, and test electrodes are to be formed is a matter that can be appropriately changed in design. Also, for example, in the above-described embodiment, an example is shown in which the eight electrode arrangement shown in FIG. 16 is applied to a piezoelectric detection device.
Of course, this arrangement can also be applied to a capacitance type detection device. Rather than having a structure in which electrodes are overlapped in two stages as in the detection devices shown in FIGS. 10, 11 and 13, FIG.
The arrangement in one layer as shown in FIG. 6 simplifies the manufacturing process and is preferable in mass production.

【００５３】上述の実施例では、主として、半導体基板
の上にアルミニウムなどの金属層を形成し、これを電極
とする例を示したが、電極はどのような方法によって形
成してもよい。たとえば、半導体基板内に不純物拡散領
域を形成し、これを電極として用いることもできよう。
また、固定基板や可撓基板を金属で形成すれば、この基
板自身を電極として用いることもできる。したがって、
本発明において、電極は必ずしも基板と別体のものであ
る必要はない。また、上述の実施例では、加速度検出装
置および力検出装置について述べたが、作用体を磁性材
料で構成しておけば、磁気に基づく力の検出を行うこと
ができる。すなわち、本発明は磁気検出装置にも等しく
適用しうるものである。In the above embodiment, an example has been described in which a metal layer such as aluminum is formed on a semiconductor substrate and this is used as an electrode, but the electrode may be formed by any method. For example, an impurity diffusion region may be formed in a semiconductor substrate and used as an electrode.
If the fixed substrate and the flexible substrate are formed of metal, the substrate itself can be used as an electrode. Therefore,
In the present invention, the electrodes need not necessarily be separate from the substrate. Further, in the above-described embodiment, the acceleration detecting device and the force detecting device have been described. However, if the acting body is made of a magnetic material, a force based on magnetism can be detected. That is, the present invention is equally applicable to a magnetic detection device.

【００５４】[0054]

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、電極間距
離の変化を利用して物理量を検出する装置について、簡
便な方法で動作試験を行うことができるようになる。As described above, according to the present invention, an operation test can be performed by a simple method for an apparatus for detecting a physical quantity using a change in the distance between electrodes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明による動作試験方法の適用対象となる静
電容量型の加速度検出装置の基本構造を示す側断面図で
ある。FIG. 1 is a side sectional view showing a basic structure of a capacitance type acceleration detecting device to which an operation test method according to the present invention is applied.

【図２】図１に示す検出装置の固定基板１０の下面図で
ある。図２の固定基板１０をＸ軸に沿って切断した断面
が図１に示されている。FIG. 2 is a bottom view of a fixed substrate 10 of the detection device shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section of the fixed substrate 10 of FIG. 2 cut along the X-axis.

【図３】図１に示す検出装置の可撓基板２０の上面図で
ある。図３の可撓基板２０をＸ軸に沿って切断した断面
が図１に示されている。FIG. 3 is a top view of a flexible substrate 20 of the detection device shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section of the flexible substrate 20 of FIG. 3 cut along the X-axis.

【図４】図１に示す検出装置の作用点ＰにＸ軸方向の力
Ｆｘが作用したときの、検出装置の撓み状態を示す側断
面図である。FIG. 4 is a side sectional view showing a bent state of the detection device when a force Fx in an X-axis direction acts on an action point P of the detection device shown in FIG.

【図５】図１に示す検出装置の作用点ＰにＺ軸方向の力
Ｆｚが作用したときの、検出装置の撓み状態を示す側断
面図である。FIG. 5 is a side sectional view showing a bending state of the detection device when a force Fz in a Z-axis direction is applied to an action point P of the detection device shown in FIG.

【図６】図１に示す検出装置を動作させるための回路お
よびこれに対する動作試験を行うための回路を示す回路
図である。6 is a circuit diagram showing a circuit for operating the detection device shown in FIG. 1 and a circuit for performing an operation test on the circuit.

【図７】図６に示すＣＶ変換回路の具体的な回路構成の
一例を示す回路図である。7 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit configuration of the CV conversion circuit shown in FIG.

【図８】＋Ｚ軸方向の力の検出動作についての具体的な
試験方法を示す側断面図である。FIG. 8 is a side sectional view showing a specific test method for detecting a force in the + Z-axis direction.

【図９】−Ｚ軸方向の力の検出動作についての具体的な
試験方法を示す側断面図である。FIG. 9 is a side sectional view showing a specific test method for detecting a force in the −Z-axis direction.

【図１０】動作試験を実施することにより自己診断を行
う機能を備えた静電容量型の加速度検出装置の側断面図
である。FIG. 10 is a side sectional view of a capacitance type acceleration detection device having a function of performing a self-diagnosis by performing an operation test.

【図１１】動作試験を実施することにより自己診断を行
う機能を備えた別な静電容量型の加速度検出装置の側断
面図である。FIG. 11 is a side sectional view of another capacitance type acceleration detecting device having a function of performing a self-diagnosis by performing an operation test.

【図１２】図１０に示す検出装置を動作させるための回
路およびこれに対する動作試験を行うための回路を示す
回路図である。12 is a circuit diagram showing a circuit for operating the detection device shown in FIG. 10 and a circuit for performing an operation test on the circuit.

【図１３】動作試験を実施することにより自己診断を行
う機能を備えた更に別な静電容量型の加速度検出装置の
側断面図である。FIG. 13 is a side sectional view of still another capacitance-type acceleration detection device having a function of performing a self-diagnosis by performing an operation test.

【図１４】動作試験を実施することにより自己診断を行
う機能を備えた静電容量型の力検出装置の側断面図であ
る。FIG. 14 is a side sectional view of a capacitance-type force detection device having a function of performing a self-diagnosis by performing an operation test.

【図１５】動作試験を実施することにより自己診断を行
う機能を備えた圧電型の加速度検出装置の側断面図であ
る。FIG. 15 is a side sectional view of a piezoelectric acceleration detection device having a function of performing a self-diagnosis by performing an operation test.

【図１６】図１５に示す検出装置において、圧電素子４
５の上面に形成された電極の形状を示す上面図である。16 shows a detection device shown in FIG.
5 is a top view showing the shape of an electrode formed on the upper surface of FIG.

【図１７】動作試験を実施することにより自己診断を行
う機能を備えた圧電型の力検出装置の側断面図である。FIG. 17 is a side sectional view of a piezoelectric force detection device having a function of performing a self-diagnosis by performing an operation test.

【図１８】動作試験を実施することにより自己診断を行
う機能を備えた圧電型の別な力検出装置の側断面図であ
る。FIG. 18 is a side sectional view of another piezoelectric type force detecting device having a function of performing a self-diagnosis by performing an operation test.

【図１９】すべての方向の加速度検出に差分をとるタイ
プの加速度検出装置の側断面図である。FIG. 19 is a side sectional view of an acceleration detecting device of a type that takes a difference in detecting accelerations in all directions.

【図２０】図１９に示す装置における電極配列を示す平
面図である。20 is a plan view showing an electrode arrangement in the device shown in FIG.

【図２１】図１９に示す装置における電極配列を示す別
な平面図である。21 is another plan view showing an electrode arrangement in the device shown in FIG.

【図２２】図１９に示す装置におけるＺ軸方向について
の加速度検出および動作試験を行う回路の回路図であ
る。22 is a circuit diagram of a circuit for performing acceleration detection and an operation test in the Z-axis direction in the device shown in FIG.

【図２３】容量素子の電極間距離ｄと容量値Ｃとの一般
的な関係を示すグラフである。FIG. 23 is a graph showing a general relationship between a distance d between electrodes of a capacitor and a capacitance value C;

【図２４】図１９に示す装置の別な実施例を示す側断面
図である。FIG. 24 is a side sectional view showing another embodiment of the device shown in FIG. 19;

【図２５】図１９に示す装置の更に別な実施例を示す側
断面図である。FIG. 25 is a side sectional view showing still another embodiment of the device shown in FIG. 19;

【図２６】図１９に示す装置を金属を用いて構成した実
施例を示す側断面図である。FIG. 26 is a side sectional view showing an embodiment in which the device shown in FIG. 19 is formed using metal.

【図２７】図２６に示す装置を力検出装置に適用した実
施例を示す側断面図である。27 is a side sectional view showing an embodiment in which the device shown in FIG. 26 is applied to a force detection device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０…固定基板 １１〜１５…固定電極 １１ｔ〜１５ｔ…試験電極 １６…絶縁層 １８ａ〜１８ｄ…固定電極 １９ａ〜１９ｄ…試験電極 ２０…可撓基板 ２１〜２５…変位電極 ２１ｔ〜２５ｔ…試験電極 ２６…絶縁層 ２８ａ〜２８ｄ…変位電極 ２９ａ〜２９ｄ…試験電極 ３０…作用体 ４０…装置筐体 ４５…圧電素子 ５０〜５６…ＣＶ変換回路 ５６…発振回路 ５７…整流回路 ６０〜６６…電圧発生回路 ７１〜７３…差動増幅器 ８０…固定基板 ８１…固定電極 ８２…補助電極 ９０…可撓基板 ９１…変位電極 ９２…絶縁層 １００…装置筐体 １０１…孔部 １１０…固定基板 １１１〜１１５…固定電極 １１６…絶縁層 １２０…可撓基板 １３０…作用体 １３１…検出子 １４０…補助基板 １４１〜１４４…試験電極 １４５…圧電素子 １４６…絶縁層 １５１…検出端子 １５２…共通端子 １５３…試験端子 １６１〜１６３…ボンディングワイヤ ２００…装置筐体 ２０１…ねじ穴 ２０２…ねじ穴 ２１０…固定基板 ２１８ａ〜２１８ｄ…固定電極 ２１９ａ〜２１９ｄ…試験電極 ２２０…変位電極平板 ２３０…圧電素子 ２４０…伝達体 ２５０…起歪体 ２５１…ねじ穴 ２５２…溝の形成部 ２６０…検出子 ３１０…固定基板 ３２０…可撓基板 ３２１…作用部 ３２２…可撓部 ３２３…固定部 ３２６…変位電極 ３３０…第２固定基板 ３３６…固定電極 ３４５…作用体 ４１０…金属部材 ４１８…絶縁層 ４２０…金属部材 ４２５…金属部材 ４２６…変位電極 ４２８…絶縁層 ４２９…絶縁層 ４３０…金属部材 ４３１…金属部材 ４３２…検出子 ４３５…ダイヤフラム ４３６…固定電極 ４３８…絶縁層 ４４０…金属部材 ４５０…金属部材 Ｃ０〜Ｃ７…容量素子 Ｄ１…ダイオード Ｆｘ，Ｆｚ…力 Ｇ…溝 Ｐ…作用点 Ｒ１，Ｒ２…抵抗素子 Ｓ，Ｓ１〜Ｓ６…試験スイッチ Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔout …出力端子 Ｖ，Ｖ１〜Ｖ６…電圧値 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fixed substrate 11-15 ... Fixed electrode 11t-15t ... Test electrode 16 ... Insulating layer 18a-18d ... Fixed electrode 19a-19d ... Test electrode 20 ... Flexible substrate 21-25 ... Displacement electrode 21t-25t ... Test electrode 26 ... insulating layers 28a to 28d ... displacement electrodes 29a to 29d ... test electrodes 30 ... working body 40 ... device housing 45 ... piezoelectric elements 50 to 56 ... CV conversion circuits 56 ... oscillation circuits 57 ... rectification circuits 60 to 66 ... voltage generation circuits 71 to 73: Differential amplifier 80: Fixed substrate 81: Fixed electrode 82: Auxiliary electrode 90: Flexible substrate 91: Displacement electrode 92: Insulating layer 100: Device housing 101: Hole 110: Fixed substrate 111 to 115: Fixed Electrode 116 ... Insulating layer 120 ... Flexible substrate 130 ... Working body 131 ... Detector 140 ... Auxiliary substrate 141-144 ... Test electrode 145 ... Piezoelectric element 14 6 Insulating layer 151 Detection terminal 152 Common terminal 153 Test terminal 161 to 163 Bonding wire 200 Device housing 201 Screw hole 202 Screw hole 210 Fixed substrate 218a to 218d Fixed electrode 219a to 219d Test Electrode 220: Displacement electrode flat plate 230 ... Piezoelectric element 240 ... Transmitter 250 ... Strain generator 251 ... Screw hole 252 ... Groove forming part 260 ... Detector 310 ... Fixed substrate 320 ... Flexible substrate 321 ... Working part 322 ... Flexible Part 323 Fixed part 326 Displacement electrode 330 Second fixed substrate 336 Fixed electrode 345 Working body 410 Metal member 418 Insulating layer 420 Metal member 425 Metal member 426 Displacement electrode 428 Insulating layer 429 Insulation Layer 430: Metal member 431: Metal member 432: Detector 435: Diaphragm 436: Solid Electrode 438 ... Insulating layer 440 ... Metal member 450 ... Metal member C0-C7 ... Capacitance element D1 ... Diode Fx, Fz ... Power G ... Groove P ... Working point R1, R2 ... Resistance element S, S1-S6 ... Test switch Tx, Ty, Tz, Tout ... output terminals V, V1 to V6 ... voltage values

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 5/16 G01L 1/14 G01P 15/125 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01L 5/16 G01L 1/14 G01P 15/125

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に
沿って配置された固定基板と、 前記固定基板に対して所定間隔をおいて配置され、外部
からの物理量の作用に基づく力を受ける作用部と、 前記作用部を中心として、これをその周囲から支持する
機能を有し、可撓性をもった可撓部と、 前記可撓部をその周囲から支持する機能を有し、前記固
定基板に固定された固定部と、 を備え、前記作用部に力が作用したときに、前記可撓部
の撓みにより前記作用部が前記固定基板に対して変位す
るように構成され、 前記作用部とともに変位する位置に形成された変位電極
と、前記固定基板の前記変位電極に対向する位置に形成
された固定電極と、によって容量素子が構成され、前記
容量素子は、前記作用部がＺ軸方向に変位したときに、
この変位に応じて電極間隔が変化するような位置に配置
されており、 前記容量素子の一方の電極に時間的変動成分を有する電
気信号を与えたときに、他方の電極に伝達される前記変
動成分の大きさを示す電気信号を、前記作用部に対して
作用した力のＺ軸方向成分を示す信号として出力する検
出手段と、 前記変位電極と前記固定電極との間に所定の電圧を印加
してクーロン力を作用させることにより、前記作用部を
前記Ｚ軸方向に変位させる電圧印加手段と、 を更に備え、前記電圧印加手段により所定の電圧を印加
した状態において、前記検出手段の出力する信号をモニ
タすることにより動作試験を行う機能を有することを特
徴とする物理量の検出装置。1. A fixed substrate disposed along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system, and an action portion disposed at a predetermined distance from the fixed substrate and receiving a force based on the action of an external physical quantity. The fixed substrate having a function of supporting the action portion as a center from the periphery thereof, a flexible portion having flexibility, and a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof; And a fixing portion fixed to the working portion, wherein when a force acts on the working portion, the working portion is displaced with respect to the fixed substrate due to bending of the flexible portion, and A capacitive element is formed by a displacement electrode formed at a position to be displaced, and a fixed electrode formed at a position facing the displacement electrode on the fixed substrate. When displaced,
The electrode is arranged at a position where the electrode interval changes according to the displacement, and an electrode having a time-varying component is applied to one electrode of the capacitive element.
When the air signal is given, the change is transmitted to the other electrode.
Detecting means for outputting an electric signal indicating a magnitude of a dynamic component as a signal indicating a Z-axis direction component of a force applied to the action portion; and applying a predetermined voltage between the displacement electrode and the fixed electrode. Voltage applying means for displacing the acting portion in the Z-axis direction by applying a Coulomb force to apply the voltage, and wherein the output of the detecting means in a state where a predetermined voltage is applied by the voltage applying means. A physical quantity detection device having a function of performing an operation test by monitoring a signal to be performed. 【請求項２】 ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に
沿って配置された固定基板と、 前記固定基板に対して所定間隔をおいて配置され、外部
からの物理量の作用に基づく力を受ける作用部と、 前記作用部を中心として、これをその周囲から支持する
機能を有し、可撓性をもった可撓部と、 前記可撓部をその周囲から支持する機能を有し、前記固
定基板に固定された固定部と、 を備え、前記作用部に力が作用したときに、前記可撓部
の撓みにより前記作用部が前記固定基板に対して変位す
るように構成され、 前記作用部とともに変位する位置に形成された変位電極
と、前記固定基板の前記変位電極に対向する位置に形成
された固定電極と、によって容量素子が構成され、前記
容量素子は、前記作用部がＸ軸方向に変位したときに、
この変位に応じて電極間隔が変化するような位置に配置
されており、 前記容量素子の一方の電極に時間的変動成分を有する電
気信号を与えたときに、他方の電極に伝達される前記変
動成分の大きさを示す電気信号を、前記作用部に対して
作用した力のＸ軸方向成分を示す信号として出力する検
出手段と、 前記変位電極と前記固定電極との間に所定の電圧を印加
してクーロン力を作用させることにより、前記作用部を
前記Ｘ軸方向に変位させる電圧印加手段と、 を更に備え、前記電圧印加手段により所定の電圧を印加
した状態において、前記検出手段の出力する信号をモニ
タすることにより動作試験を行う機能を有することを特
徴とする物理量の検出装置。2. A fixed substrate disposed along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system, and an action unit disposed at a predetermined distance from the fixed substrate and receiving a force based on the action of an external physical quantity. The fixed substrate having a function of supporting the action portion as a center from the periphery thereof, a flexible portion having flexibility, and a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof; And a fixing portion fixed to the working portion, wherein when a force acts on the working portion, the working portion is displaced with respect to the fixed substrate due to bending of the flexible portion, and A displacement element formed at a position to be displaced, and a fixed electrode formed at a position facing the displacement electrode on the fixed substrate, a capacitance element is configured, and the capacitance element is configured such that the action portion is arranged in the X-axis direction. When displaced,
The electrode is arranged at a position where the electrode interval changes according to the displacement, and an electrode having a time-varying component is applied to one electrode of the capacitive element.
When the air signal is given, the change is transmitted to the other electrode.
Detecting means for outputting an electric signal indicating a magnitude of a dynamic component as a signal indicating an X-axis direction component of a force applied to the action portion; and applying a predetermined voltage between the displacement electrode and the fixed electrode. Voltage applying means for displacing the acting portion in the X-axis direction by applying a Coulomb force to apply the voltage, and wherein the output of the detecting means in a state where a predetermined voltage is applied by the voltage applying means. A physical quantity detection device having a function of performing an operation test by monitoring a signal to be performed. 【請求項３】 請求項２に記載の検出装置において、 作用部がＸ軸方向に変位したときに、一方の容量素子の
電極間隔が広がり、他方の容量素子の電極間隔が縮まる
ような位置に、第１の容量素子および第２の容量素子を
設け、 検出手段が、前記第１の容量素子について伝達された変
動成分の大きさと前記第２の容量素子について伝達され
た変動成分の大きさとの差に対応する信号を、作用した
力のＸ軸方向成分を示す信号として出力し、 電圧印加手段が、一方の容量素子の電極間隔が広がり、
他方の容量素子の電極間隔が縮まるようなクーロン力を
作用させるための電圧印加を行うことを特徴とする物理
量の検出装置。3. The detecting device according to claim 2, wherein when the acting portion is displaced in the X-axis direction, the electrode interval of one of the capacitive elements is widened and the electrode interval of the other capacitive element is reduced. , A first capacitance element and a second capacitance element are provided, and the detecting means is configured to detect the change transmitted to the first capacitance element.
It is transmitted for measurement and the second capacitor of the dynamic component
A signal corresponding to the difference between the magnitude of the fluctuating component and a signal indicating the component of the applied force in the X-axis direction.
An apparatus for detecting a physical quantity, wherein a voltage is applied to apply a Coulomb force so as to reduce an electrode interval of the other capacitor. 【請求項４】 ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に
沿って配置された固定基板と、 前記固定基板に対して所定間隔をおいて配置され、外部
からの物理量の作用に基づく力を受ける作用部と、 前記作用部を中心として、これをその周囲から支持する
機能を有し、可撓性をもった可撓部と、 前記可撓部をその周囲から支持する機能を有し、前記固
定基板に固定された固定部と、 を備え、前記作用部に力が作用したときに、前記可撓部
の撓みにより前記作用部が前記固定基板に対して変位す
るように構成され、 前記作用部とともに変位する位置に形成された変位電極
と、前記固定基板の前記変位電極に対向する位置に形成
された固定電極と、によってＸ軸用容量素子とＹ軸用容
量素子とが構成され、前記Ｘ軸用容量素子は、前記作用
部がＸ軸方向に変位したときに、この変位に応じて電極
間隔が変化するような位置に配置されており、前記Ｙ軸
用容量素子は、前記作用部がＹ軸方向に変位したとき
に、この変位に応じて電極間隔が変化するような位置に
配置されており、 前記Ｘ軸用容量素子の一方の電極に時間的変動成分を有
する電気信号を与えたときに、他方の電極に伝達される
前記変動成分の大きさを示す電気信号を、前記作用部に
対して作用した力のＸ軸方向成分を示す信号として出力
するとともに、前記Ｙ軸用容量素子の一方の電極に時間
的変動成分を有する電気信号を与えたときに、他方の電
極に伝達される前記変動成分の大きさを示す電気信号
を、前記作用部に対して作用した力のＹ軸方向成分を示
す信号として出力する検出手段と、 前記Ｘ軸用容量素子を構成する変位電極と固定電極との
間に所定の電圧を印加してクーロン力を作用させること
により、前記作用部を前記Ｘ軸方向に変位させる機能
と、前記Ｙ軸用容量素子を構成する変位電極と固定電極
との間に所定の電圧を印加してクーロン力を作用させる
ことにより、前記作用部を前記Ｙ軸方向に変位させる機
能と、を有する電圧印加手段と、 を更に備え、前記電圧印加手段による電圧印加によって
前記作用部を前記Ｘ軸方向に変位させた状態において、
前記検出手段の出力するＸ軸方向成分を示す信号をモニ
タすることによりＸ軸方向の検出に関する動作試験を行
う機能と、前記電圧印加手段による電圧印加によって前
記作用部を前記Ｙ軸方向に変位させた状態において、前
記検出手段の出力するＹ軸方向成分を示す信号をモニタ
することによりＹ軸方向の検出に関する動作試験を行う
機能と、を有することを特徴とする物理量の検出装置。4. A fixed substrate disposed along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system, and an action unit disposed at a predetermined distance from the fixed substrate and receiving a force based on the action of a physical quantity from the outside. The fixed substrate having a function of supporting the action portion as a center from the periphery thereof, a flexible portion having flexibility, and a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof; And a fixing portion fixed to the working portion, wherein when a force acts on the working portion, the working portion is displaced with respect to the fixed substrate due to bending of the flexible portion, and A displacement electrode formed at a position to be displaced, and a fixed electrode formed at a position of the fixed substrate facing the displacement electrode, constitute an X-axis capacitance element and a Y-axis capacitance element. In the capacitive element for use, the operating portion is an X-axis. When the action portion is displaced in the Y-axis direction, it is arranged at a position where the electrode interval changes in accordance with the displacement. The X-axis capacitive element has a time-varying component in one of the electrodes.
Is transmitted to the other electrode when an electric signal is given
An electric signal indicating the magnitude of the fluctuation component is output as a signal indicating the X-axis direction component of the force applied to the action portion, and a time signal is applied to one electrode of the Y-axis capacitive element.
When an electrical signal having a dynamic fluctuation component is given, the other
Detecting means for outputting an electric signal indicating the magnitude of the fluctuation component transmitted to the pole as a signal indicating a Y-axis direction component of the force acting on the action portion; and forming the X-axis capacitive element. A function of displacing the acting portion in the X-axis direction by applying a predetermined voltage between the displacement electrode and the fixed electrode to apply a Coulomb force, and a displacement electrode constituting the Y-axis capacitive element. A voltage applying means having a function of displacing the acting portion in the Y-axis direction by applying a predetermined voltage between the fixed electrode and the applied electrode to cause a Coulomb force to act thereon, further comprising: In the state where the action section is displaced in the X-axis direction by applying a voltage according to
A function of performing an operation test related to detection in the X-axis direction by monitoring a signal indicating an X-axis direction component output by the detection unit; and displacing the action unit in the Y-axis direction by applying a voltage by the voltage application unit. A function of performing an operation test relating to detection in the Y-axis direction by monitoring a signal indicating the Y-axis direction component output from the detection means in the state of being detected. 【請求項５】 請求項４に記載の検出装置において、 作用部がＸ軸方向に変位したときに、一方の容量素子の
電極間隔が広がり、他方の容量素子の電極間隔が縮まる
ような位置に、第１の容量素子および第２の容量素子を
設け、この第１の容量素子および第２の容量素子によっ
てＸ軸用容量素子を構成し、 作用部がＹ軸方向に変位したときに、一方の容量素子の
電極間隔が広がり、他方の容量素子の電極間隔が縮まる
ような位置に、第３の容量素子および第４の容量素子を
設け、この第３の容量素子および第４の容量素子によっ
てＹ軸用容量素子を構成し、 検出手段が、前記第１の容量素子について伝達された変
動成分の大きさと前記第２の容量素子について伝達され
た変動成分の大きさとの差に対応する信号を、作用した
力のＸ軸方向成分を示す信号として出力し、前記第３の
容量素子について伝達された変動成分の大きさと前記第
４の容量素子について伝達された変動成分の大きさとの
差に対応する信号を、作用した力のＹ軸方向成分を示す
信号として出力し、 電圧印加手段が、Ｘ軸用容量素子を構成する一対の容量
素子のうちの一方の容量素子の電極間隔が広がり、他方
の容量素子の電極間隔が縮まるようなクーロン力を作用
させるための電圧印加を行うことにより、前記作用部を
Ｘ軸方向に変位させ、Ｙ軸用容量素子を構成する一対の
容量素子のうちの一方の容量素子の電極間隔が広がり、
他方の容量素子の電極間隔が縮まるようなクーロン力を
作用させるための電圧印加を行うことにより、前記作用
部をＹ軸方向に変位させることを特徴とする物理量の検
出装置。5. The detecting device according to claim 4, wherein when the action portion is displaced in the X-axis direction, the distance between the electrodes of one capacitive element is increased and the distance between the electrodes of the other capacitive element is reduced. , A first capacitive element and a second capacitive element, and the first capacitive element and the second capacitive element constitute an X-axis capacitive element. When the acting portion is displaced in the Y-axis direction, A third capacitance element and a fourth capacitance element are provided at positions where the electrode distance of the capacitance element is widened and the electrode distance of the other capacitance element is reduced, and the third capacitance element and the fourth capacitance element constitute the capacitance element Y axis, the detection means, transmitted with the first capacitor varying
It is transmitted for measurement and the second capacitor of the dynamic component
A signal corresponding to the difference between the magnitude of the variation component and the magnitude of the variation component transmitted to the third capacitive element is output as a signal indicating the X-axis component of the applied force. A signal corresponding to the difference between the magnitude of the fluctuation component transmitted with respect to the capacitive element is output as a signal indicating the Y-axis direction component of the applied force. By applying a voltage for applying a Coulomb force such that the electrode interval of one of the capacitive elements is increased and the electrode interval of the other capacitive element is reduced, the action portion is displaced in the X-axis direction. The electrode spacing of one of the pair of capacitors constituting the Y-axis capacitor is increased,
A physical quantity detection device, characterized in that the applied portion is displaced in the Y-axis direction by applying a voltage for applying a Coulomb force to reduce the electrode interval of the other capacitive element. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の検出装
置において、 １枚の基板の中央部分に第１の領域、その周囲に第２の
領域、更にその周囲に第３の領域、をそれぞれ定義し、
前記第２の領域の部分に、溝もしくは貫通孔を形成する
ことにより可撓性をもたせ、前記第１の領域を作用部、
前記第２の領域を可撓部、前記第３の領域を固定部とし
て用いることを特徴とする物理量の検出装置。6. The detection device according to claim 1, wherein a first region is provided at a central portion of one substrate, a second region is provided around the first region, and a third region is provided around the first region. , Respectively,
A groove or a through hole is formed in the second region to provide flexibility, and the first region is formed as an action portion,
An apparatus for detecting a physical quantity, wherein the second area is used as a flexible part and the third area is used as a fixed part. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の検出装
置において、 外部からの加速度が作用したときに、この加速度に基づ
く力により作用部が変位を生じるように構成し、検出手
段が作用した加速度を示す信号を出力することにより、
加速度検出装置として機能することを特徴とする物理量
の検出装置。7. The detecting device according to claim 1, wherein when an external acceleration acts, the acting portion is displaced by a force based on the acceleration. By outputting a signal indicating the applied acceleration,
A physical quantity detection device that functions as an acceleration detection device. 【請求項８】 ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に
沿って配置された固定基板と、 前記固定基板に対して所定間隔をおいて配置され、外部
からの物理量の作用に基づく力を受ける作用部と、 前記作用部を中心として、これをその周囲から支持する
機能を有し、可撓性をもった可撓部と、 前記可撓部をその周囲から支持する機能を有し、前記固
定基板に固定された固定部と、 を備え、前記作用部に力が作用したときに、前記可撓部
の撓みにより前記作用部が前記固定基板に対して変位す
るように構成され、 前記作用部とともに変位する位置に形成された変位電極
と、前記固定基板の前記変位電極に対向する位置に形成
された固定電極と、によって容量素子が構成され、前記
容量素子は、前記作用部がＺ軸方向に変位したときに、
この変位に応じて電極間隔が変化するような位置に配置
されており、 前記容量素子の静電容量の変化に基づいて、前記作用部
に対して作用した力のＺ軸方向成分を検出することがで
きる検出装置の動作試験方法であって、 前記変位電極と前記固定電極との間に所定の電圧を印加
してクーロン力を作用させ、このクーロン力に基づいて
前記作用部を前記Ｚ軸方向に変位させた状態において、
前記容量素子の一方の電極に時間的変動成分を有する電
気信号を与えたときに、他方の電極に伝達される前記変
動成分の大きさを測定することにより、この検出装置の
動作を試験することを特徴とする動作試験方法。8. A fixed substrate disposed along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system, and an action portion disposed at a predetermined distance from the fixed substrate and receiving a force based on the action of an external physical quantity. The fixed substrate having a function of supporting the action portion as a center from the periphery thereof, a flexible portion having flexibility, and a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof; And a fixing portion fixed to the working portion, wherein when a force acts on the working portion, the working portion is displaced with respect to the fixed substrate due to bending of the flexible portion, and A capacitive element is formed by a displacement electrode formed at a position to be displaced, and a fixed electrode formed at a position facing the displacement electrode on the fixed substrate. When displaced,
Detecting a Z-axis direction component of a force acting on the acting portion based on a change in capacitance of the capacitive element; An operation test method for a detection device, wherein a predetermined voltage is applied between the displacement electrode and the fixed electrode to cause a Coulomb force to act, and based on the Coulomb force, the action portion is moved in the Z-axis direction. In the state displaced to
An electrode having a time-varying component is applied to one electrode of the capacitive element.
When the air signal is given, the change is transmitted to the other electrode.
An operation test method characterized by testing the operation of the detection device by measuring the magnitude of a moving component . 【請求項９】 ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に
沿って配置された固定基板と、 前記固定基板に対して所定間隔をおいて配置され、外部
からの物理量の作用に基づく力を受ける作用部と、 前記作用部を中心として、これをその周囲から支持する
機能を有し、可撓性をもった可撓部と、 前記可撓部をその周囲から支持する機能を有し、前記固
定基板に固定された固定部と、 を備え、前記作用部に力が作用したときに、前記可撓部
の撓みにより前記作用部が前記固定基板に対して変位す
るように構成され、 前記作用部とともに変位する位置に形成された変位電極
と、前記固定基板の前記変位電極に対向する位置に形成
された固定電極と、によって容量素子が構成され、前記
容量素子は、前記作用部がＸ軸方向に変位したときに、
この変位に応じて電極間隔が変化するような位置に配置
されており、 前記容量素子の静電容量の変化に基づいて、前記作用部
に対して作用した力のＸ軸方向成分を検出することがで
きる検出装置の動作試験方法であって、 前記変位電極と前記固定電極との間に所定の電圧を印加
してクーロン力を作用させ、このクーロン力に基づいて
前記作用部を前記Ｘ軸方向に変位させた状態において、
前記容量素子の一方の電極に時間的変動成分を有する電
気信号を与えたときに、他方の電極に伝達される前記変
動成分の大きさを測定することにより、この検出装置の
動作を試験することを特徴とする動作試験方法。9. A fixed substrate disposed along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system, and an action unit disposed at a predetermined distance from the fixed substrate and receiving a force based on the action of an external physical quantity. The fixed substrate having a function of supporting the action portion as a center from the periphery thereof, a flexible portion having flexibility, and a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof; And a fixing portion fixed to the working portion, wherein when a force acts on the working portion, the working portion is displaced with respect to the fixed substrate due to bending of the flexible portion, and A displacement element formed at a position to be displaced, and a fixed electrode formed at a position facing the displacement electrode on the fixed substrate, a capacitance element is configured, and the capacitance element is configured such that the action portion is arranged in the X-axis direction. When displaced,
Detecting the X-axis direction component of the force acting on the acting portion based on a change in the capacitance of the capacitive element; An operation test method for a detection device, wherein a predetermined voltage is applied between the displacement electrode and the fixed electrode to cause a Coulomb force to act, and based on the Coulomb force, the action portion is moved in the X-axis direction. In the state displaced to
An electrode having a time-varying component is applied to one electrode of the capacitive element.
When the air signal is given, the change is transmitted to the other electrode.
An operation test method characterized by testing the operation of the detection device by measuring the magnitude of a moving component . 【請求項１０】 ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面
に沿って配置された固定基板と、 前記固定基板に対して所定間隔をおいて配置され、外部
からの物理量の作用に基づく力を受ける作用部と、 前記作用部を中心として、これをその周囲から支持する
機能を有し、可撓性をもった可撓部と、 前記可撓部をその周囲から支持する機能を有し、前記固
定基板に固定された固定部と、 を備え、前記作用部に力が作用したときに、前記可撓部
の撓みにより前記作用部が前記固定基板に対して変位す
るように構成され、 前記作用部とともに変位する位置に形成された変位電極
と、前記固定基板の前記変位電極に対向する位置に形成
された固定電極と、によってＸ軸用容量素子とＹ軸用容
量素子とが構成され、前記Ｘ軸用容量素子は、前記作用
部がＸ軸方向に変位したときに、この変位に応じて電極
間隔が変化するような位置に配置されており、前記Ｙ軸
用容量素子は、前記作用部がＹ軸方向に変位したとき
に、この変位に応じて電極間隔が変化するような位置に
配置されており、 前記Ｘ軸用容量素子の静電容量の変化に基づいて、前記
作用部に対して作用した力のＸ軸方向成分を検出するこ
とができ、前記Ｙ軸用容量素子の静電容量の変化に基づ
いて、前記作用部に対して作用した力のＹ軸方向成分を
検出することができる検出装置の動作試験方法であっ
て、 前記Ｘ軸用容量素子を構成する変位電極と固定電極との
間に所定の電圧を印加してクーロン力を作用させ、この
クーロン力に基づいて前記作用部を前記Ｘ軸方向に変位
させた状態において、前記Ｘ軸用容量素子の一方の電極
に時間的変動成分を有する電気信号を与えたときに、他
方の電極に伝達される前記変動成分の大きさを測定する
ことにより、この検出装置のＸ軸方向の検出に関する動
作を試験し、前記Ｙ軸用容量素子を構成する変位電極と
固定電極との間に所定の電圧を印加してクーロン力を作
用させ、このクーロン力に基づいて前記作用部を前記Ｙ
軸方向に変位させた状態において、前記Ｙ軸用容量素子
の一方の電極に時間的変動成分を有する電気信号を与え
たときに、他方の電極に伝達される前記変動成分の大き
さを測定することにより、この検出装置のＹ軸方向の検
出に関する動作を試験することを特徴とする動作試験方
法。10. A fixed substrate disposed along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system, and an action unit disposed at a predetermined distance from the fixed substrate and receiving a force based on the action of an external physical quantity. The fixed substrate having a function of supporting the action portion as a center from the periphery thereof, a flexible portion having flexibility, and a function of supporting the flexible portion from the periphery thereof; And a fixing portion fixed to the working portion, wherein when a force acts on the working portion, the working portion is displaced with respect to the fixed substrate due to bending of the flexible portion, and A displacement electrode formed at a position to be displaced, and a fixed electrode formed at a position of the fixed substrate facing the displacement electrode, constitute an X-axis capacitance element and a Y-axis capacitance element. The acting portion of the capacitive element for X When the action portion is displaced in the Y-axis direction, it is arranged at a position where the electrode interval changes in accordance with the displacement. And detecting an X-axis direction component of a force acting on the acting portion based on a change in capacitance of the X-axis capacitance element. An operation test method for a detection device capable of detecting a Y-axis direction component of a force acting on the acting portion based on a change in capacitance of the Y-axis capacitive element, In a state in which a predetermined voltage is applied between the displacement electrode and the fixed electrode constituting the X-axis capacitive element to cause a Coulomb force to act, and based on the Coulomb force, the action portion is displaced in the X-axis direction. , one electrode of the capacitor for the X-axis
When an electric signal having a time-varying component is given to
By measuring the magnitude of the fluctuation component transmitted to one of the electrodes, the operation of the detection device in the X-axis direction detection is tested, and the displacement electrode and the fixed electrode constituting the Y-axis capacitive element are tested. A predetermined voltage is applied in between to apply a Coulomb force, and based on the Coulomb force, the action section
An electric signal having a time-varying component is applied to one of the electrodes of the Y-axis capacitive element in a state of being displaced in the axial direction.
The magnitude of the fluctuation component transmitted to the other electrode when
By measuring the of the operation test method characterized by testing the operation relates to the detection of the Y-axis direction of the detection device.
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