(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交２軸をＸ軸，Ｙ軸とするとき、Ｘ−Ｙ平面に平行な固定基板と可撓性基板とが空隙を介して対向して配され、
前記固定基板の内面に固定電極が形成され、
前記可撓性基板の外面の中心部に錘部が固定され、内面の中心に対してＸ軸の正及び負の方向側にＸ正電極及びＸ負電極、Ｙ軸の正及び負の方向側にＹ正電極及びＹ負電極がそれぞれ前記固定電極と対向して形成され、
前記Ｘ正電極と固定電極との間にデューティ比が0.１〜0.４の矩形波の第１相駆動電圧を印加し、前記Ｘ負電極と固定電極との間に、前記第１相駆動電圧の位相を１８０°ずらした第２相駆動電圧を印加し、そのとき、前記Ｙ正電極及びＹ負電極と固定電極との間の静電容量の差分より、Ｘ軸方向の入力角速度を検出し、
前記Ｙ正電極と固定電極との間に前記第１相駆動電圧を印加し、前記Ｙ負電極と固定電極との間に前記第２相駆動電圧を印加し、そのとき、前記Ｘ正電極及びＸ負電極と固定電極との間の静電容量の差分より、Ｙ軸方向の入力角速度を検出することを特徴とする振動型差動容量センサ。
【請求項２】
請求項１において、前記第１相、第２相の駆動電圧を発生する回路が、２相の矩形波電圧を発生する２相発振回路と、その２相発振回路の各相の出力のデューティ比を可変する回路と、その可変する回路の各相の出力をそれぞれ増幅する２つのバッファ回路とより構成されることを特徴とする振動型差動容量センサ。
【請求項３】
請求項１において、前記Ｘ正電極及びＸ負電極は、前記可撓性基板の内面の中心側に頂点を有し、Ｘ軸の正及び負の方向側にＹ軸に平行な底辺を有する二等辺三角形にほぼ近い形状であり、前記Ｙ正電極及びＹ負電極は、前記可撓性基板の内面の中心側に頂点を有し、Ｙ軸の正及び負の方向側にＸ軸に平行な底辺を有する二等辺三角形にほぼ近い形状であることを特徴とする振動型差動容量センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、振動型差動容量センサに関し、特に可撓性基板の検出用電極に対してＺ軸方向の正弦振動の歪みを少なくすることのできる駆動電圧波形に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の振動型差動容量センサ（以下単にセンサと言う）を図５を参照して説明する。
直交３軸をＸ，Ｙ及びＺ軸とするとき、Ｘ−Ｙ平面に平行な固定基板１と可撓性基板２とが空隙３を介して対向して筐体４に取り付けられる。固定基板１の内面に固定電極１ａが形成される。可撓性基板２の外面の中心部に錘部５が固定され、内面の中心部に中心電極２ａ，その中心電極２ａを中心として、Ｘ軸の正及び負の方向側にＸ正電極２ｂ及びＸ負電極２ｃ，Ｙ軸の正及び負の方向側にＹ正電極２ｄ及びＹ負電極２ｅがそれぞれ固定電極１ａと対向して形成される。
【０００３】
中心電極２ａと固定電極１ａとの間にデューティ比0.５の矩形波の駆動電圧を印加して両電極の間にクーロン引力を発生させ、錘部５をＺ軸方向に振動させ、これにより可撓性基板２を固定基板１に対して平行変位振動させる。このとき、Ｘ軸方向に入力角速度があると、可撓性基板２及び錘部５にＹ軸方向にコリオカが作用するので、Ｙ正電極２ｄ及びＹ負電極２ｅと固定電極１ａとの間の静電容量の差分よりＸ軸方向の入力角速度を検出する。同様にＹ軸方向の入力角速度をＸ正電極２ｂ及びＸ負電極２ｃと固定電極１ａとの間の静電容量の差分より検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のセンサでは、電極間の静電容量の測定信号に重畳するノイズ成分が大きいため、検出感度が低下する問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の振動型差動容量センサは、直交２軸をＸ軸，Ｙ軸とするとき、Ｘ−Ｙ平面に平行な固定基板と可撓性基板とが空隙を介して対向して配される。固定基板の内面に固定電極が形成される。可撓性基板の外面の中心部に錘部が固定され、内面の中心に対してＸ軸の正及び負の方向側にＸ正電極及びＸ負電極、Ｙ軸の正及び負の方向側にＹ正電極及びＹ負電極がそれぞれ固定電極と対向して形成される。
【０００６】
Ｘ正電極と固定電極との間にデューティ比が0.１〜0.４の矩形波の第１相駆動電圧を印加し、Ｘ負電極と固定電極との間に、第１相駆動電圧の位相を１８０°ずらした第２相駆動電圧を印加する。そのとき、Ｙ正電極及びＹ負電極と固定電極との間の静電容量の差分よりＸ軸方向の入力角速度を検出する。
Ｙ正電極と固定電極との間に第１相駆動電圧を印加し、Ｙ負電極と固定電極との間に第２相駆動電圧を印加し、そのとき、Ｘ正電極及びＸ負電極と固定電極との間の静電容量の差分より、Ｙ軸方向の入力角速度を検出する。
【０００７】
（２）請求項２の発明では、前記（１）において、第１相、第２相の駆動電圧を発生する回路が２相の矩形波電圧を発生する２相発振回路と、その２相発振回路の各相の出力のデューティ比を可変する回路と、その可変する回路の各相の出力をそれぞれ増幅する２つのバッファ回路とより構成される。
（３）請求項３の発明では、前記（１）において、Ｘ正電極及びＸ負電極は、可撓性基板の内面の中心側に頂点を有し、Ｘ軸の正及び負の方向側にＹ軸に平行な底辺を有する二等辺三角形にほぼ近い形状とされ、Ｙ正電極及びＹ負電極は、可撓性基板の内面の中心側に頂点を有し、Ｙ軸の正及び負の方向側にＸ軸に平行な底辺を有する二等辺三角形にほぼ近い形状とされる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
従来のセンサが静電容量の測定信号に重畳するノイズ成分が大きく、検出感度が低下する問題を種々検討した結果、錘部５のＺ軸方向の正弦振動に図６Ｂに示すような歪みが発生し、この歪みが大きいほどノイズ成分が大きいことが分かった。そこで、この発明では駆動電圧による正弦振動の歪みが極めて少なく、検出感度のよい新しい構造のセンサを実現したものであり、以下にその詳細を説明する。
【０００９】
この発明では、図１に示すように可撓性基板２に従来例で用いた中心電極を設けないで、基板の内面の中心に対して、Ｘ軸の正及び負の方向に、二等辺三角形に近い形状のＸ正電極２ｂ及びＸ負電極２ｃ，Ｙ軸の正及び負の方向に、二等辺三角形に近い形状のＹ正電極２ｄ及びＹ負電極２ｅをそれぞれ設ける。そして、Ｘ正電極２ｂと固定電極１ａとの間に図２Ａに示すようなデューティ比0.１〜0.４の矩形波の第１相駆動電圧をＸ正電極２ｂと固定電極１ａとの間に印加し、第１相駆動電圧の位相を１８０°ずらした第２相駆動電圧（図２Ｂ）をＸ負電極２ｃと固定電極１ａとの間に印加する。
【００１０】
可撓性基板２は、第１相駆動電圧の１つのパルスがＸ正電極２ｂと固定電極１ａとの間に印加された瞬間には、両電極間に発生したクーロン引力により図３Ａのように弾性変形され、同様に第２相駆動電圧の１つのパルスがＸ負電極２ｃと固定電極１ａとの間に印加された瞬間には、図３Ｂに示すように弾性変形される。可撓性基板２は第１相、第２相駆動電圧によって図３Ａ，Ｂの変形を交互に繰り返す。このような振動は回転変位振動と呼ばれる。Ｘ正電極２ｂ及びＸ負電極２ｃ、Ｙ正電極２ｄ及びＹ負電極２ｅのＺ軸方向の振動波形は図２Ｃに示すように歪みの少ない正弦振動になっている。第１相、第２相駆動電圧によって可撓性基板２に回転変位振動を与えておき、図４の検出回路１０でＸ軸方向の入力角速度をＹ正電極２ｄ及びＹ負電極２ｅと固定電極１ａとの間の静電容量Ｃｙ+ ，Ｃｙ- の差分より検出する。
【００１１】
同様に、Ｙ正電極２ｄと固定電極１ａとの間に第１相駆動電圧を印加し、Ｙ負電極２ｅと固定電極１ａとの間に第２相駆動電圧を印加して、可撓性基板２を回転変位振動させ、Ｘ正電極２ｂ及びＸ負電極２ｃと固定電極１ａとの間の静電容量Ｃｙ+ ，Ｃｙ- の差分よりＹ軸方向の入力角速度を検出することもできる。
第１相、第２相駆動電圧のデューティ比は0.４以上にすると、図２Ｃに示した電極２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅのＺ軸方向の正弦振動に歪みが発生し、静電容量の測定信号のノイズ成分が増加する恐れがあるので0.４以下とする。また、デューティ比を小さくすると駆動エネルギも小さくなり、パルスの振幅を大きくしなければならず、駆動電圧発生回路が大型となるので0.１以上に設定する。
【００１２】
この発明のセンサに用いる駆動電圧発生回路２０は図４に示すように、デューティ比がほぼ0.５の第１相、第２相の矩形波Φ１，Φ２を発生する２相発振回路６と、矩形波Φ１，Φ２のデューティ比を任意に可変できるデューティ比可変回路７と、各相の矩形波（駆動電圧）を増幅して負荷となる電極間静電容量Ｃｘ+ ，Ｃｘ- （或いはＣｙ+ ，Ｃｙ- ）に印加するバッファ８，９により構成される。
【００１３】
【発明の効果】
この発明では、従来の中心電圧を無くして可撓性基板２の電極をＸ系電極（Ｘ正電極２ｂ，Ｘ負電極２ｃ）及びＹ系電極（Ｙ正電極２ｄ，Ｙ負電極２ｅ）のみとし、Ｘ系電極を駆動用電極、Ｙ系電極を検出用電極とするか、またはＸ系電極を検出用電極、Ｙ系電極を駆動用電極としている。そして、駆動用電極の一方に第１相矩形波電圧、他方に第２相矩形波電圧（いずれもデューティ比0.１〜0.４）を印加して可撓性基板２を回転変位振動させることにより、駆動用電極及び検出用電極のＺ軸方向の正弦振動の歪みを充分小さくすることができ、その結果、静電容量の測定信号に重畳するノイズ成分を充分減少させて、感度を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のセンサの構造を示す図で、Ａは縦断面図、ＢはＡの可撓性基板２の平面図。
【図２】図１の要部の動作波形図。
【図３】図１の可撓性基板の駆動電圧による振動モードを説明するためのセンサの縦断面図。
【図４】この発明のセンサに使用する駆動電圧発生回路と検出回路のブロック図。
【図５】従来のセンサの構造を示す図で、Ａは縦断面図、ＢはＡの可撓性基板２の平面図。
【図６】図５の要部の動作波形図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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