JPH08240609A - 静電容量式加速度センサ - Google Patents
静電容量式加速度センサInfo
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- JPH08240609A JPH08240609A JP4266095A JP4266095A JPH08240609A JP H08240609 A JPH08240609 A JP H08240609A JP 4266095 A JP4266095 A JP 4266095A JP 4266095 A JP4266095 A JP 4266095A JP H08240609 A JPH08240609 A JP H08240609A
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- JP
- Japan
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- fixed
- acceleration sensor
- movable electrode
- electrode
- capacitance
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Abstract
(57)【要約】
【目的】弾性体の中央部の可動電極の裏面に結合された
重錘体に加わる加速度を可動電極と対向する固定基板上
の固定電極との間の静電容量で検出する加速度センサの
感度を、外形寸法を大きくしないで高くする。 【構成】弾性体を可動電極と固定される外周部との間で
複数の梁にすることにより、加速度によって弾性体に発
生する応力を梁部に集中させ、大きくたわませて可動電
極の変位を大きくし、感度を上げる。
重錘体に加わる加速度を可動電極と対向する固定基板上
の固定電極との間の静電容量で検出する加速度センサの
感度を、外形寸法を大きくしないで高くする。 【構成】弾性体を可動電極と固定される外周部との間で
複数の梁にすることにより、加速度によって弾性体に発
生する応力を梁部に集中させ、大きくたわませて可動電
極の変位を大きくし、感度を上げる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加速度の変化をコンデ
ンサの容量に変換することにより加速度を検出する静電
容量式加速度センサに関する。
ンサの容量に変換することにより加速度を検出する静電
容量式加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスの遮断器等の安全装置、エアバッ
ク、車体制御などの用途に適用される静電容量式加速度
センサとして図３、図４に示す構造が知られている。図
３に示すような円板状の弾性体よりなるダイヤフラム１
０の中心の斜線を引いて示した部分が可動電極１であ
り、図４に示す固定基板３の下面の固定電極２と対向し
ている。図４に示すように可動電極１裏側には重錘体４
が接合されている。ダイヤフラム１０の外周部１１は、
固定基板３と固定ベース５の間にスペーサ６を介して挟
まれ、ねじ７により締め付けることにより固定されてい
る。スペーサ６により形成された隙間２０には一定の誘
電率を持つ空気などの気体またはシリコーン油などの液
体等が入り、固定電極２と可動電極１との間に静電容量
が発生する。静電容量は固定基板３上に図４ (ａ) のみ
に示すように搭載された電子回路部品１２よりなる信号
処理回路によって電圧に変換される。固定ベース３また
は装置全体に図４ (ｂ) に示す矢印２１方向に加速度の
エネルギーが加わったとき重錘体４の重さが慣性力とな
り、その力がダイヤフラム１０を形成している弾性体を
領域１３において変形させ、隙間２０の距離をｌ0 から
ｌ1 までｘだけ変化させる。その時同時に発生する静電
容量が変化することにより、変化した出力電圧から加速
度を測定する。
ク、車体制御などの用途に適用される静電容量式加速度
センサとして図３、図４に示す構造が知られている。図
３に示すような円板状の弾性体よりなるダイヤフラム１
０の中心の斜線を引いて示した部分が可動電極１であ
り、図４に示す固定基板３の下面の固定電極２と対向し
ている。図４に示すように可動電極１裏側には重錘体４
が接合されている。ダイヤフラム１０の外周部１１は、
固定基板３と固定ベース５の間にスペーサ６を介して挟
まれ、ねじ７により締め付けることにより固定されてい
る。スペーサ６により形成された隙間２０には一定の誘
電率を持つ空気などの気体またはシリコーン油などの液
体等が入り、固定電極２と可動電極１との間に静電容量
が発生する。静電容量は固定基板３上に図４ (ａ) のみ
に示すように搭載された電子回路部品１２よりなる信号
処理回路によって電圧に変換される。固定ベース３また
は装置全体に図４ (ｂ) に示す矢印２１方向に加速度の
エネルギーが加わったとき重錘体４の重さが慣性力とな
り、その力がダイヤフラム１０を形成している弾性体を
領域１３において変形させ、隙間２０の距離をｌ0 から
ｌ1 までｘだけ変化させる。その時同時に発生する静電
容量が変化することにより、変化した出力電圧から加速
度を測定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図３、図４に示した加
速度センサでは、一定の加速度が加わった時の隙間２０
の距離ｌ1 あるいは可動電極の移動量ｘを一定にするた
め、弾性体の形成を円盤状のダイヤフラム１０として形
成している。しかし、加速度が加わった時の変形領域
は、環状の領域１３のみであり、撓みが小さいためにそ
れに伴う静電容量の変化量も小さい。その結果、微小加
速度の検出をする場合は重錘体４を重くして慣性力を大
きくするか、微小変化した静電容量を測定するかのどち
らかしかなかった。しかし、市場の要求としての軽量、
小型化に対しては重錘体４を重くするのは逆行してい
る。また微小変化した静電容量を測定するのは、変換し
た電圧をかなりの倍率で増幅しなければならず、ノイズ
の影響、重錘体のばらつきの影響などが、大きく係わっ
てきてしまい、実用化に対して困難であった。
速度センサでは、一定の加速度が加わった時の隙間２０
の距離ｌ1 あるいは可動電極の移動量ｘを一定にするた
め、弾性体の形成を円盤状のダイヤフラム１０として形
成している。しかし、加速度が加わった時の変形領域
は、環状の領域１３のみであり、撓みが小さいためにそ
れに伴う静電容量の変化量も小さい。その結果、微小加
速度の検出をする場合は重錘体４を重くして慣性力を大
きくするか、微小変化した静電容量を測定するかのどち
らかしかなかった。しかし、市場の要求としての軽量、
小型化に対しては重錘体４を重くするのは逆行してい
る。また微小変化した静電容量を測定するのは、変換し
た電圧をかなりの倍率で増幅しなければならず、ノイズ
の影響、重錘体のばらつきの影響などが、大きく係わっ
てきてしまい、実用化に対して困難であった。
【０００４】本発明の目的は、上記の問題を解決し、重
錘体重量を増加させることなく微小加速度を高精度で検
出できる、すなわち高感度の静電容量式加速度センサを
提供することにある。
錘体重量を増加させることなく微小加速度を高精度で検
出できる、すなわち高感度の静電容量式加速度センサを
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、固定基板上に設けられた固定電極と、
外周部が固定基板と所定の間隔を保って固定され、中央
部の裏面側に重錘体が結合された弾性体の重錘体と反対
側の表面に設けられた可動電極とが誘電体を挟んで対向
してなるコンデンサの静電容量値から、重錘体に加わる
固定基板面に垂直方向の加速度を検出する静電容量式加
速度センサにおいて、弾性体が可動電極と固定される外
周部との間では等間隔で分散配置された梁として形成さ
れたものとする。その梁が可動電極の中心を通る直線と
角度をなして交わる部分を有することも有効である。そ
の場合、梁の可動電極の中心を通る直線となす角度が直
角であることが望ましい。
めに、本発明は、固定基板上に設けられた固定電極と、
外周部が固定基板と所定の間隔を保って固定され、中央
部の裏面側に重錘体が結合された弾性体の重錘体と反対
側の表面に設けられた可動電極とが誘電体を挟んで対向
してなるコンデンサの静電容量値から、重錘体に加わる
固定基板面に垂直方向の加速度を検出する静電容量式加
速度センサにおいて、弾性体が可動電極と固定される外
周部との間では等間隔で分散配置された梁として形成さ
れたものとする。その梁が可動電極の中心を通る直線と
角度をなして交わる部分を有することも有効である。そ
の場合、梁の可動電極の中心を通る直線となす角度が直
角であることが望ましい。
【０００６】
【作用】裏面に重錘体が結合される可動電極と外周の固
定部との間の弾性体の変形する部分を梁とすることによ
り、可動電極と固定部の間隔および重錘体の重さが一定
のときに加速度が加わって重錘体の重さによって発生す
る応力が梁部に集中するため、弾性体の撓みが大きくな
る。さらに、同一加速度による弾性体の変位量を梁の幅
と長さから容易に算出することができるため、センサ感
度を梁部の幅によって制御することが可能になる。ま
た、梁に可動電極の中心を通る直線と角度をなして交わ
る部分を設けることにより、梁のたわむ部分の長さを調
整することができ、感度の一層の向上を図ることができ
る。その場合、梁のたわむ部分の長さを長くするために
は、可動電極の中心を通る直線となる角度が直角に近い
ほど有利である。
定部との間の弾性体の変形する部分を梁とすることによ
り、可動電極と固定部の間隔および重錘体の重さが一定
のときに加速度が加わって重錘体の重さによって発生す
る応力が梁部に集中するため、弾性体の撓みが大きくな
る。さらに、同一加速度による弾性体の変位量を梁の幅
と長さから容易に算出することができるため、センサ感
度を梁部の幅によって制御することが可能になる。ま
た、梁に可動電極の中心を通る直線と角度をなして交わ
る部分を設けることにより、梁のたわむ部分の長さを調
整することができ、感度の一層の向上を図ることができ
る。その場合、梁のたわむ部分の長さを長くするために
は、可動電極の中心を通る直線となる角度が直角に近い
ほど有利である。
【０００７】
【実施例】以下、図２、図３を含めて共通の部分に同一
の符号を付した図を引用して本発明の実施例について述
べる。図１は、本発明の一実施例の加速度センサのダイ
ヤフラムを示し、弾性体であるステンレス鋼よりなる厚
さ0.２５ｍｍのダイヤフラム１０は、図４に示したよう
に固定電極２と対向する斜線を引いて示した従来と同様
の直径１６ｍｍの可動電極１となる円形部分とスペーサ
６と固定ベースに挟着される環状部１１との間が４本の
梁８で連結されている。可動電極２の裏側には、加速度
センサ装置全体の断面図である図５ (ｂ) に示すように
ステンレス鋼よりなる重錘体４がレーザ溶接により接合
されている。ねじ７によりスペーサ６、ダイヤフラム固
定部１１を介して固定ベース５に固定されている固定基
板３は、ガラスエポキシ基板またはセラミック基板によ
り形成されている。その上に搭載された電子回路部品１
２が信号処理回路を形成し、その回路にはんだ付けさ
れ、キャップ９を接着されたブッシュ１５の中のガラス
シール部１６を介して引き出される導線１４により出力
信号を取り出すことができる。キャップ９は、ベース５
に溶接、固定され、その間の空間１７には不活性ガスと
してちっ素が充てんされる。固定電極２は、銀、銅ある
いは銀パラジウム層からなり、固定基板３上に配線パタ
ーンと同時に形成される。図５ (ａ) は加速度センサ装
置の平面図である。このような構造にすることにより、
ダイヤフラム１０の外径は従来同様２３ｍｍであって
も、梁８のたわみが大きいため、微小加速度でも静電容
量の変化が大きくなる。
の符号を付した図を引用して本発明の実施例について述
べる。図１は、本発明の一実施例の加速度センサのダイ
ヤフラムを示し、弾性体であるステンレス鋼よりなる厚
さ0.２５ｍｍのダイヤフラム１０は、図４に示したよう
に固定電極２と対向する斜線を引いて示した従来と同様
の直径１６ｍｍの可動電極１となる円形部分とスペーサ
６と固定ベースに挟着される環状部１１との間が４本の
梁８で連結されている。可動電極２の裏側には、加速度
センサ装置全体の断面図である図５ (ｂ) に示すように
ステンレス鋼よりなる重錘体４がレーザ溶接により接合
されている。ねじ７によりスペーサ６、ダイヤフラム固
定部１１を介して固定ベース５に固定されている固定基
板３は、ガラスエポキシ基板またはセラミック基板によ
り形成されている。その上に搭載された電子回路部品１
２が信号処理回路を形成し、その回路にはんだ付けさ
れ、キャップ９を接着されたブッシュ１５の中のガラス
シール部１６を介して引き出される導線１４により出力
信号を取り出すことができる。キャップ９は、ベース５
に溶接、固定され、その間の空間１７には不活性ガスと
してちっ素が充てんされる。固定電極２は、銀、銅ある
いは銀パラジウム層からなり、固定基板３上に配線パタ
ーンと同時に形成される。図５ (ａ) は加速度センサ装
置の平面図である。このような構造にすることにより、
ダイヤフラム１０の外径は従来同様２３ｍｍであって
も、梁８のたわみが大きいため、微小加速度でも静電容
量の変化が大きくなる。
【０００８】図２に示す本発明の別の実施例の加速度セ
ンサのダイヤフラム１０では、可動電極１が一辺１６ｍ
ｍの方形であり、各辺の中央に梁８が連結されている。
図１、図２の加速度センサの感度を上げるには、梁８の
長さＬを長くするのが最も簡単な方法である。しかし、
Ｌを長くするとダイヤフラム１０の固定部１１の内径あ
るいは内辺の長さＭを大きくしなければならず、ダイヤ
フラムの寸法ひいてはセンサ全体の寸法が大きくなり、
センサ小形化の要求に反する。図６、図７は外形寸法を
大きくしないで感度を高めた本発明の実施例であり、梁
８を屈曲した形状にし、可動電極１すなわち重錘体の外
周と平行な長さＬ1 の部分８１を設けて、この部分を加
速度によりたわませる。梁８の幅ｗは約２ｍｍであり、
たわみ部８１と可動電極１およびダイヤフラム固定部１
１との間の間隔ｄも約２ｍｍである。可動電極１の外径
あるいは一辺の長さは図１、図２と同様１６ｍｍであ
り、ダイヤフラムの外径あるいは一辺の長さを図１、図
２と同様２３ｍｍであっても、たわみ部８１の長さＬ1
を変化させることにより、たわみ量を調整してセンサの
感度を任意に設定することが可能になる。
ンサのダイヤフラム１０では、可動電極１が一辺１６ｍ
ｍの方形であり、各辺の中央に梁８が連結されている。
図１、図２の加速度センサの感度を上げるには、梁８の
長さＬを長くするのが最も簡単な方法である。しかし、
Ｌを長くするとダイヤフラム１０の固定部１１の内径あ
るいは内辺の長さＭを大きくしなければならず、ダイヤ
フラムの寸法ひいてはセンサ全体の寸法が大きくなり、
センサ小形化の要求に反する。図６、図７は外形寸法を
大きくしないで感度を高めた本発明の実施例であり、梁
８を屈曲した形状にし、可動電極１すなわち重錘体の外
周と平行な長さＬ1 の部分８１を設けて、この部分を加
速度によりたわませる。梁８の幅ｗは約２ｍｍであり、
たわみ部８１と可動電極１およびダイヤフラム固定部１
１との間の間隔ｄも約２ｍｍである。可動電極１の外径
あるいは一辺の長さは図１、図２と同様１６ｍｍであ
り、ダイヤフラムの外径あるいは一辺の長さを図１、図
２と同様２３ｍｍであっても、たわみ部８１の長さＬ1
を変化させることにより、たわみ量を調整してセンサの
感度を任意に設定することが可能になる。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、中央部に重錘体が結合
され、周囲が固定される弾性体のたわむ部分を梁状にす
ることにより、同一加速度でたわみ量を大きくすること
ができ、小形で高感度の静電容量式加速度センサを得る
ことができた。さらに梁部を屈曲させ、重錘体あるいは
可動電極と固定部との間隙の長手方向に任意の長さで存
在するようにすることにより、たわみ部分を長くするこ
とができ、より感度を高くすることが可能になった。
され、周囲が固定される弾性体のたわむ部分を梁状にす
ることにより、同一加速度でたわみ量を大きくすること
ができ、小形で高感度の静電容量式加速度センサを得る
ことができた。さらに梁部を屈曲させ、重錘体あるいは
可動電極と固定部との間隙の長手方向に任意の長さで存
在するようにすることにより、たわみ部分を長くするこ
とができ、より感度を高くすることが可能になった。
【図１】本発明の一実施例の加速度センサに用いられた
ダイヤフラムの平面図
ダイヤフラムの平面図
【図２】本発明の別の実施例の加速度センサに用いられ
たダイヤフラムの平面図
たダイヤフラムの平面図
【図３】従来の静電容量式加速度センサに用いられたダ
イヤフラムの平面図
イヤフラムの平面図
【図４】従来の静電容量式加速度センサの動作を示し、
(ａ) が加速度０における断面図、 (ｂ) が加速度印加
時の断面図
(ａ) が加速度０における断面図、 (ｂ) が加速度印加
時の断面図
【図５】本発明の実施例の加速度センサを収容した加速
度センサ装置を示し、 (ａ) が平面図、 (ｂ) が断面図
度センサ装置を示し、 (ａ) が平面図、 (ｂ) が断面図
【図６】本発明のさらに別の実施例の加速度センサに用
いられたダイヤフラムの平面図
いられたダイヤフラムの平面図
【図７】本発明のさらに異なる実施例の加速度センサに
用いられたダイヤフラムの平面図
用いられたダイヤフラムの平面図
１ 可動電極 ２ 固定電極 ３ 固定基板 ４ 重錘体 ５ 固定ベース ６ スペーサ ７ ねじ ８ 梁 ８１ 梁のたわみ部 １０ ダイヤフラム １１ 固定部 １２ 電子回路部品
Claims (3)
- 【請求項１】固定基板上に設けられた固定電極と、外周
部が固定基板と所定の間隔を保って固定され、中央部の
裏面側に重錘体が結合された弾性体の重錘体と反対側の
表面に設けられた可動電極とが、誘電体を挟んで対向し
てなるコンデンサの静電容量値から、重錘体に加わる固
定基板面に垂直方向の加速度を検出する静電容量式加速
度センサにおいて、弾性体が可動電極と固定される外周
部との間では等間隔で分散配置された複数の梁として形
成されたことを特徴とする静電容量式加速度センサ。 - 【請求項２】梁が可動電極の中心を通る直線と角度をな
して交わる部分を有する請求項１記載の静電容量式加速
度センサ。 - 【請求項３】梁の可動電極の中心を通る直線となす角度
が直角である請求項２記載の静電容量式加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4266095A JPH08240609A (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | 静電容量式加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4266095A JPH08240609A (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | 静電容量式加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08240609A true JPH08240609A (ja) | 1996-09-17 |
Family
ID=12642178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4266095A Pending JPH08240609A (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | 静電容量式加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08240609A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003052690A (ja) * | 2001-08-20 | 2003-02-25 | Akoo:Kk | 錘を可動膜に張り付けた加速度検出による静電容量形心音マイクロホン。 |
| JP2004012326A (ja) * | 2002-06-07 | 2004-01-15 | Hiroaki Niitsuma | 物理量検出器及び物理量検出器の製造方法 |
| WO2005111555A1 (ja) * | 2004-05-18 | 2005-11-24 | Hosiden Corporation | 振動センサ |
| WO2006082716A1 (ja) * | 2005-02-01 | 2006-08-10 | Matsushita Electric Works, Ltd. | 半導体加速度センサ |
| WO2007029878A1 (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-15 | Yamaha Corporation | Capacitor microphone |
| WO2007085017A1 (en) * | 2006-01-20 | 2007-07-26 | Analog Devices, Inc. | Support apparatus for condenser microphone diaphragm |
| US7449356B2 (en) | 2005-04-25 | 2008-11-11 | Analog Devices, Inc. | Process of forming a microphone using support member |
| WO2008156018A1 (ja) * | 2007-06-18 | 2008-12-24 | Alps Electric Co., Ltd. | 静電容量型加速度センサ |
| US7825484B2 (en) | 2005-04-25 | 2010-11-02 | Analog Devices, Inc. | Micromachined microphone and multisensor and method for producing same |
| US7885423B2 (en) | 2005-04-25 | 2011-02-08 | Analog Devices, Inc. | Support apparatus for microphone diaphragm |
| US8270634B2 (en) | 2006-07-25 | 2012-09-18 | Analog Devices, Inc. | Multiple microphone system |
| CN113985072A (zh) * | 2021-09-18 | 2022-01-28 | 电子科技大学 | 一种双平行螺旋梁及其mems加速度计 |
-
1995
- 1995-03-02 JP JP4266095A patent/JPH08240609A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003052690A (ja) * | 2001-08-20 | 2003-02-25 | Akoo:Kk | 錘を可動膜に張り付けた加速度検出による静電容量形心音マイクロホン。 |
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| WO2005111555A1 (ja) * | 2004-05-18 | 2005-11-24 | Hosiden Corporation | 振動センサ |
| WO2006082716A1 (ja) * | 2005-02-01 | 2006-08-10 | Matsushita Electric Works, Ltd. | 半導体加速度センサ |
| KR100856179B1 (ko) * | 2005-02-01 | 2008-09-03 | 마츠시다 덴코 가부시키가이샤 | 반도체 가속도 센서 |
| US7464591B2 (en) | 2005-02-01 | 2008-12-16 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | Semiconductor acceleration sensor |
| US7825484B2 (en) | 2005-04-25 | 2010-11-02 | Analog Devices, Inc. | Micromachined microphone and multisensor and method for producing same |
| US8309386B2 (en) | 2005-04-25 | 2012-11-13 | Analog Devices, Inc. | Process of forming a microphone using support member |
| US7449356B2 (en) | 2005-04-25 | 2008-11-11 | Analog Devices, Inc. | Process of forming a microphone using support member |
| US7885423B2 (en) | 2005-04-25 | 2011-02-08 | Analog Devices, Inc. | Support apparatus for microphone diaphragm |
| WO2007029878A1 (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-15 | Yamaha Corporation | Capacitor microphone |
| US8059842B2 (en) | 2005-09-09 | 2011-11-15 | Yamaha Corporation | Capacitor microphone |
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| WO2008156018A1 (ja) * | 2007-06-18 | 2008-12-24 | Alps Electric Co., Ltd. | 静電容量型加速度センサ |
| CN113985072A (zh) * | 2021-09-18 | 2022-01-28 | 电子科技大学 | 一种双平行螺旋梁及其mems加速度计 |
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