(57)【要約】【課題】ｚ軸方向の入力加速度の検出感度を良好とすると共に、自己診断に加速度検出用の固定電極を兼用して電極総数および引出し線本数を削減した容量検出型自己診断３軸加速度センサを提供する。【解決手段】ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２は固定基板１の表面の中心部に一方の対角線に沿って分割して形成され、この一方の対角線に関して互いに対称に対向して他方の対角線方向に離隔して配置され、ｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２は電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｙ軸方向に沿って分割し台形に形成され、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２に関してｘ軸方向に離隔対向して配置され、ｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２は電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｘ軸方向に沿って分割して台形に形成され、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２に関してｙ軸方向に離隔対向して配置されている容量検出型自己診断３軸加速度センサ。【選択図】  図１
2004294309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定基板と、固定基板に対向するダイアフラムと、ダイアフラム上面中央部に形成される錘体と、ダイアフラムの下面に形成される可動電極と、可動電極に対向して固定基板上面に形成される固定電極とを有し、両電極間に形成される静電容量の変化に基づいて固定基板面内の互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびこれらに直交するｚ軸の各軸方向の加速度を検出する容量検出型自己診断３軸加速度センサにおいて、
ｚ固定電極対は、固定基板の表面の中心部に一方の対角線に沿って分割して直角三角形に形成され、この一方の対角線に関して互いに対称に対向して他方の対角線方向に離隔して固定基板の表面に配置され、
ｘ固定電極対は、電極面を固定基板の２本の対角線方向およびｙ軸方向に沿って分割して台形に形成され、ｚ固定電極対に関してｘ軸方向に離隔対向して固定基板の表面に配置され、
ｙ固定電極対は、電極面を固定基板の２本の対角線方向およびｘ軸方向に沿って分割して台形に形成され、ｚ固定電極対に関してｙ軸方向に離隔対向して固定基板の表面に配置されていることを特徴とする容量検出型自己診断３軸加速度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載される容量検出型自己診断３軸加速度センサにおいて、
第１のｙ固定電極と第１のｚ固定電極と第２のｚ固定電極とを駆動電極としてｘ軸方向の自己診断を行い、第２のｘ固定電極と第１のｚ固定電極と第２のｚ固定電極とを駆動電極としてｙ軸方向の自己診断を行い、ｘ固定電極対とｙ固定電極対とを駆動電極としてｚ軸方向の自己診断をそれぞれ行うことを特徴とする容量検出型自己診断３軸加速度センサ。
【請求項３】
請求項２に記載される容量検出型自己診断３軸加速度センサにおいて、
可動電極を基準電位点に接続し、第１のｙ固定電極と第１のｚ固定電極とを一方の極性の電圧で駆動すると共に第２のｚ固定電極を他方の極性の電圧で駆動してｘ軸方向の自己診断を行い、第２のｘ固定電極と第１のｚ固定電極とを一方の極性の電圧で駆動すると共に第２のｚ固定電極を他方の極性の電圧で駆動してｙ軸方向の自己診断を行い、ｘ固定電極対とｙ固定電極対とを一方の極性の電圧で駆動してｚ軸方向の自己診断をそれぞれ行うことを特徴とする容量検出型自己診断３軸加速度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載される容量検出型自己診断３軸加速度センサにおいて、
所定の周波数の矩形波或いは正弦波電圧を発振する検出用発振回路を具備し、
検出用発振回路から出力される発振出力を自己診断に必要な所定の周波数に分周する自己診断用分周回路を具備し、
検出用発振回路の出力と自己診断用分周回路の出力を切り替えて各固定電極対に供給する切り替え回路を具備し、
切り替え回路を切り替える自己診断切り替え制御回路を具備し、自己診断に使用する駆動しようとする固定電極には自己診断用分周回路から出力される電圧信号を印加し、加速度検出するに使用する固定電極には検出用発振回路から出力される電圧信号を印加する切り替えを実行することを特徴とする容量検出型自己診断３軸加速度センサ。
【請求項５】
固定基板と、固定基板に対向するダイアフラムと、ダイアフラム上面中央部に形成される錘体と、ダイアフラムの下面に形成される可動電極と、可動電極に対向して固定基板上面に形成される固定電極とを有し、両電極間に形成される静電容量の変化に基づいて固定基板面内の互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびこれらに直交するｚ軸の各軸方向の加速度を検出する容量検出型自己診断３軸加速度センサにおいて、
加速度検出用の固定電極の内のｘ固定電極対は電極面を固定基板の２本の対角線方向およびｙ軸方向に沿って分割され直角三角形に形成され、固定基板中心点に関して対称にｘ軸方向に離隔対向して固定基板の表面に形成配置され、
ｙ固定電極対は電極面を固定基板の２本の対角線方向およびｘ軸方向に沿って分割され直角三角形に形成され、固定基板中心点に関して対称にｙ軸方向に離隔対向して固定基板の表面に形成配置され、
ｚ固定電極対は、Ｌ字状に分割され、一方の対角線方向に沿って離隔してｘ、ｙ固定電極の外側で固定基板の表面の隅部に形成され、
ここで、ダイアフラムは多数の穿孔を有する可撓性に富むメッシュ状ダイアフラムに形成したことを特徴とする容量検出型自己診断３軸加速度センサ。
【請求項６】
固定基板と、固定基板に対向する可動電極と、可動電極上面中央部に接続固定される錘体と、可動電極に対向して固定基板上面に形成される固定電極とを有し、両電極間に形成される静電容量の変化に基づいて固定基板面内の互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびこれらに直交するｚ軸の各軸方向の加速度を検出する容量検出型自己診断３軸加速度センサにおいて、
細い可撓性に富むヒンジを具備し、ヒンジは錘体に接続して錘体およびこれが接続固定される可動電極を錘体支持枠に結合支持し、
ｚ固定電極対は、固定基板の表面の中心部に一方の対角線に沿って分割して直角三角形に形成され、この一方の対角線に関して互いに対称に対向して他方の対角線方向に離隔し固定基板の表面に配置され、ｘ固定電極対は、電極面を固定基板の２本の対角線方向およびｙ軸方向に沿って分割して台形に形成され、ｚ固定電極対に関してｘ軸方向に離隔対向して固定基板の表面に配置され、ｙ固定電極対は電極面を固定基板の２本の対角線方向およびｘ軸方向に沿って分割して台形に形成され、ｚ固定電極対に関してｙ軸方向に離隔対向して固定基板の表面に配置されていることを特徴とする容量検出型自己診断３軸加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、容量検出型自己診断３軸加速度センサに関し、特に、３軸方向の自己診断に加速度検出用の固定電極を兼用する容量検出型自己診断３軸加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
容量検出型加速度センサとは、シリコンの如き半導体を原材料とする半導体薄板にエッチングを含むマイクロマシニング技術を適用して製造した方形ダイアフラムに形成される可動電極と、ガラスその他の絶縁材料を原材料とする絶縁材料板に切削研削加工を施して製造した固定基板１に形成される固定電極とにより容量検出型加速度センサ素子が構成され、可動電極はダイアフラム自身を共通接地電極とし、可動電極の加速度変化で可動電極と固定電極との間の静電容量が変化するところから、この静電容量変化を電気信号に変換してセンサ出力を得るものである。
【０００３】
ここで、図４を参照して従来例を説明する。方形の固定基板１表面の中心を原点とし、この表面内において直交するｘ軸、ｙ軸、およびこれらに直交するｚ軸を定義して説明する。
以下の加速度検出用の固定電極は固定基板１の表面に形成した金属薄膜からその一部を小幅の帯状に除去することにより分割形成される。固定電極の内のｚ固定電極Ｚは固定基板１の表面の中心部にｘ軸およびｙ軸に平行に整列して方形に形成されている。第１のｘ固定電極Ｘ１と、第２のｘ固定電極Ｘ２の対であるｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２は、電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｙ軸方向に沿って分割され、ｚ固定電極Ｚに関してｘ軸方向に離隔対向して固定基板１の表面に形成配置される一方、第１のｙ固定電極Ｙ１と、第２のｙ固定電極Ｙ２の対であるｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２は、電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｘ軸方向に沿って分割され、ｚ固定電極Ｚに関してｙ軸方向に離隔対向して固定基板１の表面に形成配置されている。
【０００４】
ｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２とｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２は、それぞれの電極対の可動電極Ｍとの間の容量差を電気信号に変換して入力加速度とするものであり、ｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２はｙ軸を入力軸としてｙ軸に関する回動運動を検出する。ｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２は、ｘ軸を入力軸としてｘ軸に関する回動運動を検出する。また、ｚ固定電極Ｚは、可動電極Ｍとの間の単体の容量変化或いはバイアス相殺用の固定容量との間の容量差を電気信号に変換して入力加速度とするものであり、ｚ軸方向の運動を検出する。
【０００５】
図５を参照するに、これは図４の容量検出型加速度センサに自己診断用の固定電極を付加した容量検出型自己診断加速度センサの従来例を説明する図である。
図５において、ｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２の近傍の固定基板１表面には、それぞれ、Ｘ自己診断固定電極対ＳＴＸ１、ＳＴＸ２が形成されている。ｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２の近傍の固定基板１表面には、それぞれ、Ｙ自己診断固定電極対ＳＴＹ１、ＳＴＹ２が形成されている。ｚ固定電極Ｚの近傍の固定基板１表面には、Ｚ自己診断固定電極ＳＴＺが形成されている。
【０００６】
容量検出型加速度センサについて自己診断を実施しようとすると、上述した通り、固定電極および電極対のそれぞれに対応して固定電極の数と同数の自己診断固定電極を形成する必要がある。これに伴って、付加形成された自己診断固定電極の数だけ引き出し線が必要となり、容量検出型加速度センサが３軸加速度センサの場合は加速度検出の固定電極と自己診断の固定電極と合わせて１０本の引き出し線が必要となる。また、電極間絶縁不良の回避に有効な間隙を設ける必要上引き出し線に固定基板１の面積をとられると、センサチップ全体の面積に占める電極面積が制限されることにつながる（特許文献１、２  参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−６４３７０号公報
【特許文献２】
特開２００２−１６２４１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明は、格別に自己診断用の電極を形成することをせずに、加速度検出用の固定電極自体に外部から電圧を印加して静電気力により可動電極を運動させ、固定電極との間の静電容量の変化を入力加速度とみなし、これにより電極面積および引き出し線本数を削減して小型化および信頼性を向上した容量検出型自己診断３軸加速度センサを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１：固定基板１と、固定基板１に対向するダイアフラム２と、ダイアフラム２上面中央部に形成される錘体３と、ダイアフラム２の下面に形成される可動電極Ｍと、可動電極Ｍに対向して固定基板１上面に形成される固定電極とを有し、両電極間に形成される静電容量の変化に基づいて固定基板１面内の互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびこれらに直交するｚ軸の各軸方向の加速度を検出する容量検出型自己診断３軸加速度センサにおいて、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２は、固定基板１の表面の中心部に一方の対角線に沿って分割して直角三角形に形成され、この一方の対角線に関して互いに対称に対向して他方の対角線方向に離隔し固定基板１の表面に配置され、ｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２は、電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｙ軸方向に沿って分割して台形に形成され、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２に関してｘ軸方向に離隔対向して固定基板１の表面に配置され、ｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２は電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｘ軸方向に沿って分割して台形に形成され、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２に関してｙ軸方向に離隔対向して固定基板１の表面に配置されている容量検出型自己診断３軸加速度センサを構成した。
【００１０】
そして、請求項２：請求項１に記載される容量検出型自己診断３軸加速度センサにおいて、第１のｙ固定電極Ｙ１と第１のｚ固定電極Ｚ１と第２のｚ固定電極Ｚ２とを駆動電極としてｘ軸方向の自己診断を行い、第２のｘ固定電極Ｘ２と第１のｚ固定電極Ｚ１と第２のｚ固定電極Ｚ２とを駆動電極としてｙ軸方向の自己診断を行い、ｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２とｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２とを駆動電極としてｚ軸方向の自己診断をそれぞれ行う容量検出型自己診断３軸加速度センサを構成した。
【００１１】
また、請求項３：請求項２に記載される容量検出型自己診断３軸加速度センサにおいて、可動電極Ｍを基準電位点に接続し、第１のｙ固定電極Ｙ１と第１のｚ固定電極Ｚ１とを一方の極性の電圧で駆動すると共に第２のｚ固定電極Ｚ２を他方の極性の電圧で駆動してｘ軸方向の自己診断を行い、第２のｘ固定電極Ｘ２と第１のｚ固定電極Ｚ１とを一方の極性の電圧で駆動すると共に第２のｚ固定電極Ｚ２を他方の極性の電圧で駆動してｙ軸方向の自己診断を行い、ｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２とｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２とを一方の極性の電圧で駆動してｚ軸方向の自己診断をそれぞれ行う容量検出型自己診断３軸加速度センサを構成した。
【００１２】
更に、請求項４：請求項３に記載される容量検出型自己診断３軸加速度センサにおいて、所定の周波数の矩形波或いは正弦波電圧を発振する検出用発振回路４を具備し、検出用発振回路４から出力される発振出力を自己診断に必要な所定の周波数に分周する自己診断用分周回路７を具備し、検出用発振回路４の出力と自己診断用分周回路７の出力を切り替えて各固定電極対に供給する切り替え回路８１ないし８７を具備し、切り替え回路ｅを切り替える自己診断切り替え制御回路９を具備し、自己診断に使用する駆動しようとする固定電極には自己診断用分周回路７から出力される電圧信号を印加し、加速度検出するに使用する固定電極には検出用発振回路４から出力される電圧信号を印加する切り替えを実行することを特徴とする容量検出型自己診断３軸加速度センサを構成した。
【００１３】
また、固定基板１と、固定基板１に対向するダイアフラム２と、ダイアフラム２上面中央部に形成される錘体３と、ダイアフラム２の下面に形成される可動電極Ｍと、可動電極Ｍに対向して固定基板１上面に形成される固定電極とを有し、両電極間に形成される静電容量の変化に基づいて固定基板１面内の互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびこれらに直交するｚ軸の各軸方向の加速度を検出する容量検出型自己診断３軸加速度センサにおいて、加速度検出用の固定電極の内のｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２は電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｙ軸方向に沿って分割され直角三角形に形成され、固定基板１中心点に関して対称にｘ軸方向に離隔対向して固定基板１の表面に形成配置され、ｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２は電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｘ軸方向に沿って分割され直角三角形に形成され、固定基板１中心点に関して対称にｙ軸方向に離隔対向して固定基板１の表面に形成配置され、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２は、Ｌ字状に分割され、一方の対角線方向に沿って離隔してｘ、ｙ固定電極の外側で固定基板１の表面の隅部に形成され、ここで、ダイアフラム２は多数の穿孔を有する可撓性に富むメッシュ状ダイアフラムに形成した容量検出型自己診断３軸加速度センサを構成した。
【００１４】
そして、固定基板１と、固定基板１に対向する可動電極Ｍと、可動電極Ｍ上面中央部に接続固定される錘体３と、可動電極Ｍに対向して固定基板１上面に形成される固定電極とを有し、両電極間に形成される静電容量の変化に基づいて固定基板１面内の互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびこれらに直交するｚ軸の各軸方向の加速度を検出する容量検出型自己診断３軸加速度センサにおいて、細い可撓性に富むヒンジを具備し、ヒンジは錘体３に接続して錘体３およびこれが接続固定される可動電極Ｍを錘体支持枠に結合支持し、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２は、固定基板１の表面の中心部に一方の対角線に沿って分割して直角三角形に形成され、この一方の対角線に関して互いに対称に対向して他方の対角線方向に離隔し固定基板１の表面に配置され、ｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２は、電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｙ軸方向に沿って分割して台形に形成され、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２に関してｘ軸方向に離隔対向して固定基板１の表面に配置され、ｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２は電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｘ軸方向に沿って分割して台形に形成され、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２に関してｙ軸方向に離隔対向して固定基板１の表面に配置されている容量検出型自己診断３軸加速度センサを構成した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１の実施例を参照して説明する。方形の固定基板１の表面の中心を原点とし、この表面において直交するするｘ軸、ｙ軸、およびこれらに直交するｚ軸を定義して説明する。
以下の加速度検出用の固定電極は固定基板１の表面に形成した金属薄膜からその一部を小幅の帯状に除去することにより分割形成される。固定電極の内の、第１のｚ固定電極Ｚ１と、第２のｚ固定電極Ｚ２の対であるｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２は、固定基板１の表面の中心部に一方の対角線に沿って分割して直角三角形に形成され、この一方の対角線に関して対称に互いに対向して他方の対角線方向に離隔して固定基板１の表面に配置されている。
【００１６】
ｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２は、電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｙ軸方向に沿って分割して台形に形成され、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２に関してｘ軸方向に離隔対向して固定基板１の表面に配置されている。一方において、ｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２は、電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｘ軸方向に沿って分割して台形に形成され、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２に関してｙ軸方向に離隔対向して固定基板１の表面に配置されている。
ｘ固定電極対Ｘ１，Ｘ２とｙ固定電極対Ｙ１，Ｙ２はそれぞれの電極対の可動電極Ｍとの間の容量差を電気信号に変換して入力加速度のとするものであり、ｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２はｙ軸を入力軸としてｙ軸に関する回動運動を検出する。ｙ固定電極対Ｙ１，Ｙ２は、ｘ軸を入力軸としてｘ軸に関する回動運動を検出する。
【００１７】
また、ｚ固定電極対Ｚ１，Ｚ２は検出回路において接続され、単体の容量変化或いはバイアス相殺用の固定容量との間の容量差を電気信号に変換して入力加速度とするものであり、ｚ軸方向の運動を検出する。ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２は可動電極Ｍの変位量が最大となるダイアフラム２の中心部分に対向して固定基板１上面の中心部に配置されて検出感度を最も効率的にしている。
固定基板１面内方向の入力加速度に対して、錘体３はｘ軸或いはｙ軸回りに傾く変位をするので、可動電極Ｍと入力軸方向の２つの固定電極それぞれとの間の距離に従って静電容量に差異を生じる。この静電容量の差異を電気信号に変換する回路を図２を参照して説明する。
【００１８】
検出用発振回路４は所定の周波数の矩形波或いは正弦波電圧を発振し、この出力電圧は電極対を組み合せた電圧変換兼差動増幅回路部ｂに印加され、加速度変化がデューティサイクルの変化した矩形波出力に変換される。検出用発振回路４の出力が正弦波の場合、電圧変換兼差動増幅回路部ｂの出力は全波整流出力、或いは半波整流出力となる。これらの整流出力を出力用平滑回路６を介して直流電圧出力に変換し、この直流電圧出力の変化を加速度信号としている。
自己診断を行う場合、検出用発振回路４から出力される発振出力を自己診断用分周回路７において自己診断に必要な所定の周波数に分周する。自己診断用分周回路７の出力は、切り替え回路ｅにより検出用発振回路４の出力と切り替えられて各固定電極対に供給される。自己診断切り替え制御回路９は切り替え回路ｅを制御し、当該自己診断に使用する駆動しようとする固定電極には自己診断用分周回路７から出力される電圧信号を印加し、加速度検出するに使用する固定電極には検出用発振回路４から出力される電圧信号を印加する切り替えを実行する。なお、自己診断実施中は対象以外の軸の出力は不定となる。
【００１９】
ここで、自己診断を実施する場合の固定電極の駆動の仕方を説明する。
自己診断用分周回路７の出力は位相の反転した２つの出力信号ｄｐ、ｄｎより成る。ここで、自己診断実施軸に対応するｘ固定電極対Ｘ１，Ｘ２、ｙ固定電極対Ｙ１，Ｙ２、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２の組み合わせを表１に示す。表１の固定電極の組み合わせ接続に表１の対応する電圧を印加して各軸の自己診断を実施する。
【表１】
2004294309.tif 000003
【００２０】
自己診断実施軸がｘ軸の場合、第１のｚ固定電極Ｚ１と第１のｙ固定電極Ｙ１を駆動電極としてこれに出力信号ｄｐを印加する一方、第２のｚ固定電極Ｚ２を駆動電極としてこれに逆極性の出力信号ｄｎを印加して、基準電位点に接続する可動電極Ｍが形成されるダイアフラム２の一方の対角線を自己診断動作軸とする回動運動を検出し、自己診断する。
自己診断実施軸がｙ軸の場合、同様にして、第１のｚ固定電極Ｚ１と第２のｘ固定電極Ｘ２とを駆動電極としてこれに出力信号ｄｐを印加する一方、第２のｚ固定電極Ｚ２を駆動電極としてこれに逆極性の出力信号ｄｎを印加して、基準電位点に接続する可動電極Ｍが形成されるダイアフラム２の自己診断動作軸の回動運動を検出して自己診断する。
【００２１】
自己診断実施軸がｚ軸の場合は、ｘ、ｙ、固定電極全てを駆動電極としてこれに同一の出力信号を印加し、ダイアフラム２をｚ軸方向に運動させ、この運動を検出して自己診断する。
容量検出型自己診断３軸加速度センサの動作を具体的に説明する。３軸加速度センサは、切り替え回路８１ないし８７が図２に図示される状態に切り替えられている場合、３軸加速度を検出する状態にある。
自己診断実施軸がｘ軸の場合、自己診断切り替え制御回路９により切り替え回路８３、８５、８７を図２に図示される状態から他方の状態に切り替える。自己診断実施軸がｙ軸の場合も、同様に、自己診断切り替え制御回路９により切り替え回路８２、８５、８７を図２に図示される状態から他方の状態に切り替える。自己診断実施軸がｚ軸の場合は、自己診断切り替え制御回路９により、切り替え回路８１、８２、８３、８４を図２に図示される状態から他方の状態に切り替える。
【００２２】
図３を参照して他の実施例を説明する。図３の実施例も、格別に自己診断用の電極を形成することをせずに、加速度検出用の固定電極自体に外部から電圧を印加し、可動電極との間の静電気力により可動電極を所定方向に運動させて、両電極間の静電容量変化を入力加速度とみなして自己診断する容量検出型自己診断加速度センサの実施例である。以下、これについて説明する。
加速度検出用の固定電極の内のｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２は電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｙ軸方向に沿って分割され直角三角形に形成され、固定基板１中心点に関して対称にｘ軸方向に離隔対向して固定基板１の表面に形成配置されている。ｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２は電極面を固定基板１の２本の対角線方向およびｘ軸方向に沿って分割され直角三角形に形成され、固定基板１中心点に関して対称にｙ軸方向に離隔対向して固定基板１の表面に形成配置されている。ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２は、Ｌ字状に分割され、一方の対角線方向に沿って離隔してｘ、ｙ固定電極の外側で固定基板１の表面の隅部に形成されている。
【００２３】
錘体３および可動電極Ｍを支持する部材をダイアフラムではなく細い可撓性に富むヒンジ３１により構成する。ヒンジ３１は錘体３に接続して錘体３を錘体支持枠１１に結合支持させる。４枚の剛性の板体より成る可動電極Ｍは、ヒンジ３１に直接には接続せずに錘体３の一部を構成する錘体接合部３０の下面に接合固定し、錘体３を介して間接的にヒンジ３１により錘体支持枠１１に結合支持されている。
ここで、可動電極Ｍを基準電位として第１のｘ固定電極Ｘ１と第２のｙ固定電極Ｙ２に互に逆極性の電圧を印加することにより、可動電極Ｍを他方の対角線を自己診断動作軸として回動運動を検出して自己診断をする。或いは、同様に、可動電極Ｍを基準電位として第１のｙ固定電極Ｙ１と第２のｘ固定電極Ｘ２に互いに逆極性の電圧を印加することにより、可動電極Ｍを他方の対角線を自己診断動作軸としてその回動運動を検出し、自己診断とする。
【００２４】
以上の如く、可動電極Ｍが下向きに静電的に吸引駆動された場合、可撓性の大きいヒンジ３１のみが変形し、錘体３およびこれと剛性の板体より成る可動電極Ｍは剛性を保持したまま両者一体で下向きに平行移動変位する。可撓性に富むヒンジ３１の下向きの変位は充分大きいので、ｚ固定電極Ｚ１、Ｚ２が固定基板１の中央から離れた周縁部に位置決め形成されていても、可動電極Ｍは大きな変位をすることにより、ｚ軸方向の入力加速度の検出感度を充分に確保することができる。
【００２５】
更に、錘体３および可動電極Ｍを支持する部材をダイアフラムにより構成する場合は、ダイアフラムにエッチング処理を施してメッシュ加工し、多数の穿孔を有する可撓性に富むメッシュ状ダイアフラムに形成する。これに依っても、先の可撓性に富むヒンジによる場合と同様に、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２が固定基板１の中央から離れた周縁部に位置決め形成されていても、可動電極Ｍは大きな変位をすることにより、ｚ軸方向の入力加速度の検出感度を充分に確保することができる。
【００２６】
【発明の効果】
上述した通りであって、この発明の容量検出型自己診断３軸加速度センサは下記の通りの効果を奏す。
（１）自己診断に加速度検出用の固定電極を兼用するところから、自己診断用の電極を格別に形成する必要はないので、加速度センサにおけるセンサ検出素子の占める領域をその分だけ減少することができてセンサ全体の構造寸法を簡略化することができる。これはセンサ検出素子をシリコンウェハの如き半導体ウェハから形成する場合、半導体ウェハ１枚当たりの製造個数を増加させると共に生産効率の向上につながる。
【００２７】
（２）自己診断用の電極が省略されたところから全体の引き出し線の本数が半減し、引き出し線間の絶縁に対する信頼性が向上する。
（３）ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２を固定基板１の表面の中心部の表面に配置することにより、自己診断に加速度検出用の固定電極を兼用する容量検出型自己診断３軸加速度センサでありながら、ｙ固定電極を固定基板１表面の中心部に位置決め形成してｚ軸方向の入力加速度の検出感度を良好とするとすることができる。
（４）固定電極の組み合わせ並列接続して両者に自己診断用分周回路の出力信号を印加して駆動することにより、ｚ固定電極対のみで駆動する場合と比較してダイアフラム２の変動量が大きくなり、自己診断がより確実に実施される。
【００２８】
即ち、ｘ軸方向の駆動をさせたい時に、ｚ固定電極対Ｚ１，Ｚ２だけによる駆動によっては錘体３の変位を得るに充分なパワーを得られないところ、ｙ固定電極Ｙ１をも並列接続して駆動することでより強いパワーを得ることができ、この駆動の変位をｘ固定電極対Ｘ１，Ｘ２で検出して自己診断の動作をする。ｙ軸の自己診断についても同様である。また、ｘ固定電極対Ｘ１、Ｘ２、ｙ固定電極対Ｙ１、Ｙ２のすべて同時に自己診断用分周回路の出力電圧信号を印加して錘体３をｚ軸方向に駆動させながら、ｚ固定電極対Ｚ１，Ｚ２で変位を検出してｚ軸の自己診断をすることができる。
【００２９】
（５）ダイアフラム２は多数の穿孔を有する可撓性に富むメッシュ状ダイアフラムに形成し、或いは細い可撓性に富むヒンジを錘体３に接続して錘体３およびこれが接続固定される可動電極Ｍを錘体支持枠に結合支持する構成を採用することにより、ｚ固定電極対Ｚ１、Ｚ２が固定基板１の中央から離れた周縁部に位置決め形成されていても、可動電極Ｍは大きな変位をすることにより、ｚ軸方向の入力加速度の検出感度を充分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を説明する図。
【図２】静電容量の差異を電気信号に変換する回路の実施例を説明する図。
【図３】他の実施例を説明する図。
【図４】従来例を説明する図。
【図５】他の従来例を説明する図。
【符号の説明】
１  固定基板
２  ダイアフラム
３  錘体
Ｍ  可動電極
Ｘ１  第１のｘ固定電極
Ｘ２  第２のｘ固定電極
Ｘ１、Ｘ２  ｘ固定電極対
Ｙ１  第１のｙ固定電極
Ｙ２  第２のｙ固定電極
Ｙ１、Ｙ２  ｙ固定電極対
Ｚ１  第１のｚ固定電極
Ｚ２  第２のｚ固定電極
Ｚ１、Ｚ２  ｚ固定電極対
【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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