Source: https://patents.google.com/patent/JPH09119943A/en
Timestamp: 2020-02-19 22:03:45
Document Index: 218583440

Matched Legal Cases: ['§１', '§1', '§２', '§2', '§３', '§3', '§４', '§4', '§４', '§4', '§２', '§2', '§３', '§3', '§５', '§5', '§４', '§4', '§４', '§4', '§６', '§6']

JPH09119943A - Acceleration sensor - Google Patents
JPH09119943A
JPH09119943A JP7298952A JP29895295A JPH09119943A JP H09119943 A JPH09119943 A JP H09119943A JP 7298952 A JP7298952 A JP 7298952A JP 29895295 A JP29895295 A JP 29895295A JP H09119943 A JPH09119943 A JP H09119943A
JP7298952A
Toshimichi Nakatsugawa
順道 中津川
1995-10-24 Application filed by Wako:Kk, 株式会社ワコー filed Critical Wako:Kk
1997-05-06 Publication of JPH09119943A publication Critical patent/JPH09119943A/en
PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the level of acceleration in a direction included in a specified plane as an electrical signal.
SOLUTION: A fixed substrate 10 and a displacement substrate 20 are installed in parallel. The fixed substrate 10 is sealed in a cylindrical enclosure 50 and the surrounding of the displacement substrate 20 is elastically supported by a supporting means 30. A cylindrical weight body 40 is adhered to the lower surface of the displacement substrate 20 and a cylindrical inner electrode E21 is formed around the weight body 40. A cylindrical outer electrode E22 is fixed around the inner electrode E21 by a fixing means 45. A first capacitive element C1 is formed by a displacement electrode E11 formed on the upper surface of the displacement substrate 20 and a fixed electrode E12 formed on the lower surface of the fixed substrate 10 and a pitching acceleration is detected by the capacity change. A second capacitive element is formed by the inner electrode E21 and the outer electrode E22 and a rolling acceleration is detected by the capacitance change.
【発明の属する技術分野】本発明は加速度センサ、特に、地震や自動車の衝突に基く加速度を検出するのに適した加速度センサに関する。 The present invention is an acceleration sensor BACKGROUND OF THE INVENTION, in particular, it relates to an acceleration sensor suitable for detecting acceleration based on a collision earthquakes and automobiles.
【従来の技術】物体の運動を把握する上で、加速度の検出は重要な意味をもつ。 BACKGROUND ART In order to understand the motion of the object, the detection of the acceleration has important meaning. このため、従来から種々の加速度センサが提案されている。 Therefore, various acceleration sensor have been proposed. 特に、最近では、二次元あるいは三次元の加速度を各方向成分ごとに検出することが可能な多次元加速度センサが注目を集めている。 In particular, recently, multi-dimensional acceleration sensor capable of detecting accelerations in two-dimensional or three-dimensional for each direction component has attracted attention. たとえば、特許協力条約に基く国際公開公報第ＷＯ８８／０ For example, International Publication No. WO88 / 0 based on the Patent Cooperation Treaty
８５２２号には、ピエゾ抵抗素子を用いた三次元加速度センサが開示されている。 The No. 8522, a three-dimensional acceleration sensor using the piezoresistive element is disclosed. このセンサでは、複数のピエゾ抵抗素子を半導体基板上の特定の位置に形成することにより、ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向の加速度成分をそれぞれ独立して検出することができる。 In this sensor, by forming a plurality of piezoresistive elements in a specific position on a semiconductor substrate, it is possible to detect independently the acceleration component in the directions of the axes of the three-dimensional coordinate system XYZ. また、国際公開公報第ＷＯ９１／１０１１８号や同第ＷＯ In addition, International Publication No. WO91 / 10118 Patent and the first WO
９２／１７７５９号公報には、静電容量素子を用いた三次元加速度センサが開示されており、国際公開公報第Ｗ The 92/17759 discloses a three-dimensional acceleration sensor using a capacitive element is disclosed in International Publication No. W
Ｏ９３／０２３４２号公報には、圧電素子を用いた三次元加速度センサが開示されている。 The O93 / 02342 discloses a three-dimensional acceleration sensor using a piezoelectric element is disclosed. これらのセンサでは、複数の電極を特定の位置に形成することにより、やはりＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向の加速度成分をそれぞれ独立して検出することができる。 In these sensors, by forming a plurality of electrodes in a particular location, it can also be detected independently acceleration components in the directions of the axes of the three-dimensional coordinate system XYZ.
【０００３】このような三次元加速度センサでは、単一のセンサによって、作用した加速度の各座標軸方向成分のすべてをそれぞれ独立して検出することができるため、検出対象となる加速度を三次元空間内でのベクトル量として特定することができる。 In such a three-dimensional acceleration sensor, a single sensor, it is possible to detect all the coordinate axis direction component of the applied acceleration independently, three-dimensional space of the acceleration to be detected it can be specified as a vector quantity with. したがって、このような三次元加速度センサは、三次元空間内を移動中の物体、走行中の車両、飛行中の航空機、などに作用する加速度を、その方向を含めて正確に検出する用途に広く利用可能であり、今後も、その利用価値は高まってゆくものと期待されている。 Therefore, such a three-dimensional acceleration sensor, moving objects within the three-dimensional space, a running vehicle, aircraft in flight, the acceleration acting on such widely applied to detect accurately, including the direction is available, it is expected that Yuku in the future, increasing its utility value.
【０００４】一方、加速度センサは、地震計や衝撃計としても利用可能である。 [0004] On the other hand, the acceleration sensor can also be used as a seismometer or an impact meter. たとえば、都市ガスの制御弁やエレベータの制御装置には、地震計として機能する加速度センサが内蔵されており、地震の振動に基く加速度が所定のしきい値を越えた場合には、ガスの供給を停止させたり、エレベータの運転を中止させたりする制御が行われている。 For example, the control unit of the control valve and the elevator of the city gas, has a built-in acceleration sensor which functions as a seismometer, when the acceleration based on the vibration of an earthquake exceeds a predetermined threshold value, the supply of gas the or is stopped, control is performed or to stop the operation of the elevator. また、最近急速に普及し始めたエアバッグ付きの自動車では、衝撃計として機能する加速度センサが搭載されており、衝撃に基く加速度が所定のしきい値を越えた場合には、エアバッグを瞬時に膨らませてドライバーを保護する機能が働くようなしくみになっている。 Also, in the rapidly popular car with an air bag it began recently, an acceleration sensor which functions as an impact detector is mounted, when the acceleration based on the impact exceeds a predetermined threshold, the instantaneous air bag inflated and has a mechanism, such as the ability to protect the driver works. ただ、このような地震計や衝撃計として現在のところ用いられている加速度センサは、上述した三次元加速度センサではなく、たとえば、鋼鉄球が椀状容器から飛び出すか否かによって、しきい値以上の加速度が作用したか否かを判断するような機械式のセンサが主流である。 However, the acceleration sensor used at present as such seismometer and impact detector is not a three-dimensional acceleration sensor described above, for example, depending on whether steel ball pops out from the bowl-shaped container, above the threshold mechanical sensors such as acceleration to determine whether the action is the mainstream.
【発明が解決しようとする課題】上述したように、地震計や衝撃計として利用されている加速度センサは、現在のところ機械式のものが主流であるが、このような機械式の加速度センサは検出精度や信頼性が低く、また、検出結果を電気的に取り出すことが困難であるという問題がある。 [SUMMARY OF THE INVENTION] As described above, the acceleration sensor being utilized as seismometers or impact meter is currently of a mechanical type is the mainstream, the acceleration sensor of such a mechanical the detection accuracy and unreliable, also, there is a problem that it is difficult to take out the detection result electrically. 一方、ピエゾ抵抗素子、容量素子、圧電素子を用いた三次元加速度センサは、高い検出精度および信頼性をもち、かつ、電気的に検出結果を取り出すことが可能である。 On the other hand, a three-dimensional acceleration sensor using piezo resistor, a capacitor, a piezoelectric element has a high detection accuracy and reliability, and it is possible to take out the electrical detection result. しかしながら、地震計や衝撃計としての用途では、必ずしもこのような三次元の加速度センサが必要とされるものではなく、逆に、従来の三次元の加速度センサでは使いにくい場合さえある。 However, in the application as seismometer and impact detector, not necessarily those that acceleration sensor such three-dimensional is required, conversely, even if difficult to use in an acceleration sensor of a conventional three-dimensional.
【０００６】たとえば、地震の震度を測定する用途では、地震によるいわゆる「横揺れ（水平方向の振動）」 [0006] For example, in applications to measure the seismic intensity of the earthquake, so-called by the earthquake "transverse vibration (vibration in the horizontal direction)."
と「縦揺れ（垂直方向の振動）」とをそれぞれ独立して検出する機能があれば十分である。 Is sufficient ability to detect independently the "longitudinal vibration (vibration in the vertical direction)" and. このとき、「横揺れ」の大きさおよび「縦揺れ」の大きさが直接的に検出できることが望ましい。 In this case, it is desirable that the size of the magnitude of the "transverse vibration" and "longitudinal vibration" can be detected directly. 一般に、地震における「横揺れ」はＳ波と呼ばれている振動波に起因する揺れであり、「縦揺れ」はＰ波と呼ばれている振動波に起因する揺れであることが知られており、Ｓ波の大きさとＰ波の大きさとをそれぞれ独立して検出することさえできれば、地震計として十分に機能するのである。 In general, the "transverse vibration" in the earthquake is the shaking caused by the vibration waves are called S-wave, "pitching" is known to be a shake caused by the vibration waves are called P-wave cage, if even possible to detect the S-wave magnitude and P-wave magnitude and each independently is to function well as a seismometer. すなわち、 That is,
ある測定地点において、水平面上にＸＹ平面を、鉛直方向にＺ軸を、それぞれ有するＸＹＺ三次元座標系を定義すれば、地震計としては、ＸＹ平面に沿った方向の振動（横揺れ）の大きさとＺ軸に沿った方向の振動（縦揺れ）の大きさとが測定できれば十分である。 In certain measurement point, the XY plane on a horizontal plane, the Z-axis in the vertical direction, by defining an XYZ three-dimensional coordinate system having respectively, as a seismograph, vibration in the direction along the XY plane (rolling) size if the measurement and the magnitude of vibration in the direction along the Sato Z-axis (pitch) is sufficient.
【０００７】もちろん、従来提案されている三次元加速度センサを用いても、このような測定は可能である。 [0007] Of course, even using a three-dimensional acceleration sensor which is conventionally proposed, such a measurement is possible. 従来の三次元加速度センサを用いれば、たとえば、「北北東の方向を向いた横揺れ」というように、同じ横揺れであっても、その方向までも特定した検出が可能になる。 Using the conventional three-dimensional acceleration sensor, for example, such as "roll facing direction of the north-northeast", even in the same roll, it becomes possible to detect identified to that direction.
しかしながら、都市ガスの供給制御やエレベータの運転制御を行う上では、横揺れの方位までも特定する必要はない。 However, in performing the operation control of the supply control and elevator city gas need not be identified even orientation of the roll. 「北北東の方向を向いた横揺れ」であろうが、 But it would be "transverse vibration facing the direction of the north-northeast",
「南東の方向を向いた横揺れ」であろうが、その横揺れの大きさが所定のしきい値以上であった場合には、都市ガスの供給やエレベータの運転を停止する必要があり、 As will be "roll facing the direction of the southeast", when the size of the roll is equal to or larger than the predetermined threshold value, it is necessary to stop the operation of the supply and the elevator of the city gas,
横揺れの大きささえ検出できれば、地震計に用いる加速度センサとしての機能を十分に果たすことができる。 If the detection even of roll sizes can serve sufficiently functions as an acceleration sensor used in the seismograph. また、従来の三次元加速度センサでは、ＸＹＺ三次元座標系における加速度について、Ｘ軸方向成分αｘ、Ｙ軸方向成分αｙ、Ｚ軸方向成分αｚが、それぞれ別個独立して検出されるため、たとえば、ＸＹ平面に沿った横揺れの大きさを得るには、αｘ ２とαｙ ２との和を求め、この和の平方根を求める演算が必要になる。 Further, in the conventional three-dimensional acceleration sensor, the acceleration in the three-dimensional coordinate system XYZ, since the X-axis direction component .alpha.x, Y-axis direction component .alpha.y, the Z-axis direction component .alpha.z, are detected independently by, for example, to obtain the size of the roll along the XY plane, we obtain a sum of the .alpha.x 2 and .alpha.y 2, the calculation for obtaining the square root of this sum is needed.
【０００８】このように、従来の三次元加速度センサを、地震計として用いることは可能ではあるが、構造が複雑で、また、地震計として利用するための演算回路などが必要になるため、全体的にコストが高くなるという問題が生じる。 [0008] Thus, the conventional three-dimensional acceleration sensor, While it is possible to use as a seismometer, the structure is complicated and, since the arithmetic circuit for use as a seismometer is required, the entire to a problem that the cost is high occurs. 特に、都市ガスの供給制御やエレベータの運転制御への利用を考えると、各家庭のガスメータや各エレベータの制御装置内にそれぞれ設置する必要性があり、単純な構造をもった低コストの加速度センサが望まれる。 In particular, given the use of the supply control and the elevator operation control of city gas, there is a need to be installed respectively in the control unit of the gas meter and each elevator in each home, low cost acceleration sensor having a simple structure It is desired.
【０００９】このような事情は、自動車のエアバッグを動作させるための衝撃計として用いる加速度センサにおいても同様である。 [0009] Such situation is the same in the acceleration sensor is used as an impact detector for operating an air bag of an automobile. 自動車の走行面をＸＹ平面とすれば、自動車の衝突によって生じる衝撃は、ＸＹ平面に沿った加速度成分を主とするものであり、Ｚ軸に沿った加速度成分は無視してよい。 If the running surface of the automobile to the XY plane, the impact caused by the collision of an automobile, which is mainly the acceleration component along the XY plane, the acceleration component along the Z-axis can be ignored. また、正面衝突であろうが、 In addition, it would be a head-on collision,
側面衝突であろうが、ドライバーを危険にさらす衝撃が加わる点では同じであり、どのような方向の衝突であろうとも、エアバッグを膨らませてドライバーを保護する必要があることに変わりはない。 Would a side collision, but in that the impact of exposing the driver to the risk is applied are the same, even would be any direction of the collision, the fact remains that it is necessary to protect the driver inflating the air bag. したがって、ＸＹ平面に沿った方向の加速度の大きさが検出できれば十分であり、その方向までも正確に検出する必要はない。 Therefore, it is sufficient if detected magnitude of the direction of acceleration along the XY plane, it is not necessary to accurately detect even the direction.
【００１０】そこで本発明は、所定の一平面に含まれる方向を向いた加速度の大きさを電気信号として検出するのに適した加速度センサを提供することを目的とする。 [0010] The present invention aims to provide an acceleration sensor suitable for detecting the magnitude of the acceleration oriented included within a predetermined plane as an electric signal.
(1) 本発明の第１の態様は、加速度センサにおいて、 (1) A first aspect of the present invention, in the acceleration sensor,
センサ筐体と、このセンサ筐体内に収容された変位基板と、この変位基板の周囲をセンサ筐体に対して弾力性をもって支持する支持手段と、変位基板の下面に固着され、検出対象となる加速度の作用により、支持手段に弾性変形を誘発させるのに十分な質量をもった重錘体と、 A sensor housing, a displacement board accommodated in the sensor housing, a support means for supporting with a resilient around the displacement substrate with respect to the sensor housing is secured to the lower surface of the displacement substrate, be detected by the action of the acceleration, the weight body having a sufficient mass to induce an elastic deformation to the support means,
この重錘体の重心を通り変位基板の基準主面に対して垂直な中心軸を取り囲むように、重錘体の周囲側面に形成された内側電極と、内側電極を収容できるような筒状形状をなし、内側電極との間に所定間隔を維持しつつ内側電極を取り囲む位置においてセンサ筐体に固定された外側電極と、内側電極と外側電極とによって形成される容量素子の静電容量の変動分に基いて、基準主面に平行な方向に作用する加速度の大きさを示す電気信号を出力する検出回路と、を設け、重錘体が中心軸に沿って変位した場合にも、内側電極と外側電極との間の有効対向面積が一定となるように、内側電極の中心軸方向の幅と外側電極の中心軸方向の幅とについて、一方の幅が他方の幅よりも、少なくとも重錘体の中心軸に沿った変位量だけ広くなるように構 So as to surround the central axis perpendicular to the reference main surface of the through displacement substrate the center of gravity of the weight body, an inner electrode that is formed around the side surface of the weight body, the cylindrical shape to accommodate the inner electrode without a change in capacitance of a capacitor formed with an outer electrode that is fixed to the sensor housing at a position surrounding the inner electrode while maintaining a predetermined distance, the inner electrode and the outer electrode between the inner electrode based on the minute, a detection circuit for outputting an electrical signal indicative of the magnitude of the acceleration applied in a direction parallel to the reference main surface, the is provided, even when the weight body is displaced along the central axis, the inner electrode and as effective opposing area between the outer electrode is constant, for the central axis direction of the width of the central axis direction of the width and the outer electrode of the inner electrode, even one width than the width of the other, at least the weight configured to be wider by the amount of displacement along the central axis of the body したものである。 One in which the.
【００１２】(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１ [0012] (2) A second aspect of the present invention, first the above-mentioned
の態様に係る加速度センサにおいて、変位基板の上面に形成された変位電極と、変位基板の上方において、変位電極に対向するようにセンサ筐体に固定された固定電極と、を更に設け、検出回路が、更に、変位電極と固定電極とによって形成される容量素子の静電容量の変動分に基いて、基準主面に垂直な方向に作用する加速度の大きさを示す電気信号を出力するようにしたものである。 In the acceleration sensor according to the embodiment of the displacement electrode formed on the upper surface of the displacement substrate, above the displacement substrate further provided a fixed electrode fixed to the sensor casing so as to face the displacement electrode, the detection circuit as but further based on the change of the electrostatic capacitance of the capacitor formed by the displacement electrode and the fixed electrode, and outputs an electrical signal indicative of the magnitude of the acceleration acting in the direction perpendicular to the reference main surface one in which the.
【００１３】(3) 本発明の第３の態様は、上述の第１ [0013] (3) A third aspect of the present invention, first the above-mentioned
または第２の態様に係る加速度センサにおいて、円柱状の重錘体を用い、内側電極をこの円柱状重錘体の側面に形成された円筒状電極により構成し、外側電極を内側電極を構成する円筒状電極よりも径の大きな別な円筒状電極により構成したものである。 Or in the acceleration sensor according to the second embodiment, using the cylindrical weight body, the inner electrode is constituted by the columnar weight body cylindrical electrode formed on the side surface of, constituting the outer electrode inner electrode those constituted by a large another cylindrical electrode of diameter than the cylindrical electrode.
【００１４】(4) 本発明の第４の態様は、上述の第１ [0014] (4) Fourth aspect of the present invention, first the above-mentioned
または第２の態様に係る加速度センサにおいて、検出対象となる加速度が作用しない基準状態において、内側電極と外側電極との間の間隔が部分的に異なるように設定し、基準主面に平行な方向に作用する加速度の検出感度を検出方向に応じて変えるようにしたものである。 Or in the acceleration sensor according to the second aspect, in the reference state acceleration to be detected is not applied, the set interval is to partially different between the inner and outer electrodes, the direction parallel to the reference main surface is obtained changed in accordance with the detected direction detection sensitivity of acceleration acting on.
【００１５】(5) 本発明の第５の態様は、上述の第４ [0015] (5) A fifth aspect of the invention, a fourth above
の態様に係る加速度センサにおいて、内側電極および外側電極のうち、一方を断面が円形となる円筒状電極により構成し、他方を断面が楕円形となる楕円筒状電極により構成したものである。 In the acceleration sensor according to the aspect, of the inner and outer electrodes, in which one cross-section constituted by a cylindrical electrode to be circular, other cross section is constituted by the elliptical cylindrical electrode to be elliptical.
【００１６】(6) 本発明の第６の態様は、上述の第２ [0016] (6) A sixth aspect of the present invention, the second above
〜第５の態様に係る加速度センサにおいて、変位基板を導電性材料によって構成し、この変位基板の一部を変位電極として用いるようにしたものである。 In the acceleration sensor according to the ~ fifth aspect, the displacement substrate constituted by a conductive material, is obtained by a part of the displacement substrate used as the displacement electrode.
【００１７】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第１ [0017] (7) The seventh feature of the present invention, first the above-mentioned
〜第６の態様に係る加速度センサにおいて、重錘体を導電性材料によって構成し、この重錘体の一部を内側電極として用いるようにしたものである。 In the acceleration sensor according to the ~ sixth aspect, the weight body constructed of a conductive material, is obtained by a portion of the weight body used as the inner electrode.
【００１８】(8) 本発明の第８の態様は、上述の第１ [0018] (8) An eighth aspect of the present invention, first the above-mentioned
〜第７の態様に係る加速度センサにおいて、センサ筐体を導電性材料によって構成し、このセンサ筐体の一部を外側電極として用いるようにしたものである。 In the acceleration sensor according to the ~ seventh aspect, the sensor housing is constituted by a conductive material, in which a portion of the sensor housing and used as the outer electrode.
【００１９】(9) 本発明の第９の態様は、上述の第１ [0019] (9) A ninth aspect of the present invention, first the above-mentioned
〜第８の態様に係る加速度センサにおいて、可撓性基板に複数のスリットを形成することによりダイヤフラムを構成し、このダイヤフラムを変位基板および支持手段として用いるようにしたものである。 In the acceleration sensor according to the to the eighth aspect, it constitutes a diaphragm by forming a plurality of slits in the flexible substrate is obtained by the diaphragm used as the displacement substrate and supporting means.
【００２１】 §１． [0021] §1. 基本的な実施形態に係る加速度セ Acceleration cell according to a basic embodiment
ンサの構造図１に、本発明の基本的な実施形態に係る加速度センサの主要部分の斜視図を示し、図２には、その側断面図を示す。 Structure Figure 1 capacitors, shows a perspective view of a main portion of the acceleration sensor according to the basic embodiment of the present invention, FIG. 2 shows the side cross-sectional view. 図１に示されているように、この加速度センサは、円盤状の固定基板１０と、同じく円盤状の変位基板２０とを有し、変位基板２０の周囲には支持手段３０が取り付けられている。 As shown in Figure 1, this acceleration sensor, a disk-shaped fixed substrate 10, and likewise has a disk-shaped displacement board 20, the support means 30 is attached to the periphery of the displacement substrate 20 . 変位基板２０の上面には円盤状の変位電極Ｅ１１が形成されており、固定基板１０の下面にはこの変位電極Ｅ１１に対向するように、固定電極Ｅ The upper surface of the displacement substrate 20 is formed with disk-shaped displacement electrode E11, as the lower surface of the fixed substrate 10 opposite to the displacement electrode E11, the fixed electrode E
１２が形成されている。 12 is formed. また、変位基板２０の下面には、円柱状の重錘体４０が固着されており、この重錘体４０の側面には円筒状の内側電極Ｅ２１が形成されている。 Further, on the lower surface of the displacement substrate 20, it is fixed the cylindrical weight body 40, the cylindrical inner electrode E21 are formed on the side surface of the weight body 40. また、この内側電極Ｅ２１の外側には、より径の大きな円筒状の外側電極Ｅ２２が設けられており、この外側電極Ｅ２２は固定手段４５によって固定されている。 Further, on the outer side of the inner electrode E21, and a large cylindrical outer electrode E22 more diameter is provided, the outer electrode E22 is fixed by fixing means 45.
【００２２】これらの構成要素は、いずれも円筒状のセンサ筐体５０（図１にはその構造は明示されていない） [0022] These components are all cylindrical sensor housing 50 (the structure in Figure 1 is not explicitly shown)
内に収容されている。 It is housed within. 図２の側断面図は、これらの構成要素を重錘体４０の重心Ｇを通る中心軸Ｗを含む平面で切断した断面を示すものである。 Sectional side view of FIG. 2 shows a section taken along a plane including the central axis W of these components passes through the center of gravity G of the weight body 40. この図２では、図１では示されていないセンサ筐体５０の構造がはっきり示されている。 In FIG. 2, the structure of the sensor housing 50 not shown in FIG 1 is shown clearly. 図２を参照すればわかるように、固定基板１ As it is seen by reference to FIG. 2, the fixed substrate 1
０の周囲は、センサ筐体５０の内側に嵌合固着されている。 Around 0 is fixedly fitted to the inside of the sensor housing 50. 別言すれば、円盤状の固定基板１０の周囲は、その全周にわたって、円筒状のセンサ筐体５０の内側に固着されていることになる。 In other words, the periphery of the disk-shaped fixed substrate 10 would have over its entire periphery, is secured to the inside of the cylindrical sensor housing 50. 一方、変位基板２０は、その周囲に取り付けられた支持手段３０によって、センサ筐体５０の内側に支持されている。 On the other hand, the displacement substrate 20, the supporting means 30 attached to the periphery thereof, and is supported inside the sensor housing 50. 支持手段３０は、変位基板２０の周囲をセンサ筐体５０に対して弾力性をもって支持する機能を有する。 The support means 30 has a function of supporting with a resilient around the displacement substrate 20 relative to the sensor housing 50. この基本的な実施形態では、支持手段３０として８本のばねを用いた例を示したが、実用上は、後述する実施例に示すように、スリットを有するダイヤフラムなどを用いて、変位基板２０および支持手段３０を構成するのが好ましい。 In this basic embodiment shows an example using eight spring as the support means 30, in practice, as shown in the examples below, by using a diaphragm with a slit, the displacement substrate 20 and preferably configured to support means 30.
【００２３】また、外側電極Ｅ２２は、固定手段４５によってセンサ筐体５０の内部に固定されている。 Further, the outer electrode E22, and is fixed to the inside of the sensor housing 50 by fixing means 45. この基本的な実施形態では、固定手段４５の具体的な構造を示していないが、外側電極Ｅ２２がセンサ筐体５０に対して移動しないよう固着することができる構造であれば、 In this basic embodiment, does not show specific structure of the fixing unit 45, as long as the structure that can be outside electrode E22 is fixed so as not to move relative to the sensor housing 50,
どのような構造で固定手段４５を実現してもかまわない。 What In such a structure may be realized securing means 45. 後述する実施例では、センサ筐体５０の一部が内側へ突出する構造とし、センサ筐体５０の一部端面が外側電極Ｅ２２の役割を果たす構造としている。 In Examples described later, a structure in which part of the sensor housing 50 protrudes inwardly, partial end of the sensor housing 50 is a role structure of the outer electrode E22.
【００２４】このセンサ筐体５０に対して検出対象となる加速度が作用していない状態においては、図２に示すように、固定基板１０と変位基板２０とは、互いに所定距離をおいてほぼ平行な状態を保っている。 [0024] In a state where the acceleration to be detected with respect to the sensor housing 50 is not applied, as shown in FIG. 2, the fixed substrate 10 and the displacement substrate 20, substantially parallel with a predetermined distance from each other They are keeping the state. その結果、 as a result,
変位電極Ｅ１１と固定電極Ｅ１２とが、互いに所定距離をおいてほぼ平行な状態となり、また、内側電極Ｅ２１ The displacement electrode E11 and the fixed electrode E12 becomes a substantially parallel state with a predetermined distance from each other, also, the inner electrode E21
と外側電極Ｅ２２との間隔も、ほぼ一定の所定間隔に維持された状態になる。 Distance between the outer electrode E22 also in a state of being maintained at a substantially constant predetermined distance. 本明細書では、このように、検出対象となる加速度が作用していない状態における変位基板２０の主面（たとえば上面）の位置を「基準主面」と呼ぶことにする。 In this specification, this way, to the position of the main surface of the displacement substrate 20 in a state where the acceleration to be detected is not applied (e.g., upper surface) is referred to as a "reference main surface". 図２に示されているように、変位基板２０の基準主面は固定基板１０の主面に対して平行になっており、円柱状の重錘体４０の重心Ｇを通る中心軸Ｗ As shown in FIG. 2, the reference main surface of the displacement substrate 20 is in parallel to the principal surface of the fixed substrate 10, the center axis W passing through the center of gravity G of the cylindrical weight body 40
は、この基準主面に対して垂直になっている。 It has become perpendicular to the reference main surface. また、内側電極Ｅ２１は、中心軸Ｗを取り囲むように、重錘体４ The inner electrode E21, as to surround the center axis W, the weight body 4
０の周囲側面に形成されていることになり、外側電極Ｅ It will be formed around the side surface of 0, the outer electrode E
２２は、この内側電極Ｅ２１を収容可能な円筒状形状をなし、内側電極Ｅ２１との間に所定間隔を維持しつつ内側電極Ｅ２１を取り囲む位置においてセンサ筐体５０に固定されていることになる。 22, the inner electrode E21 None can accommodate cylindrical shape, will have been fixed to the sensor casing 50 at a position surrounding the inner electrode E21 while maintaining a predetermined distance between the inner electrode E21.
【００２５】重錘体４０は変位基板２０および支持手段３０を介してセンサ筐体５０内に支持されており、いわば支持手段３０によって、センサ筐体５０内に宙吊りの状態になっている。 The weight body 40 is supported in the sensor housing 50 through the displacement substrate 20 and the supporting means 30, the speak support means 30 is in a state of suspended in the sensor housing 50. したがって、支持手段３０に弾性変形が生じると、重錘体４０のセンサ筐体５０に対する相対位置は変化し、変位電極Ｅ１１および内側電極Ｅ２１ Therefore, the elastic deformation occurs in the support means 30, relative position changes with respect to the sensor casing 50 of the weight body 40, the displacement electrode E11 and the inner electrode E21
も変位を生じることになる。 It will also produce a displacement. これに対して、固定電極Ｅ In contrast, the fixed electrode E
１２は固定基板１０によってセンサ筐体５０に固着されており、外側電極Ｅ２２は固定手段４５によってセンサ筐体５０に固着されている。 12 is secured to the sensor housing 50 by the fixing substrate 10, the outer electrode E22 is fixed to the sensor casing 50 by fixing means 45. したがって、支持手段３０ Thus, the support means 30
の弾性変形によって重錘体４０が変位を生じると、変位電極Ｅ１１と固定電極Ｅ１２との相対位置に変化が生じ、内側電極Ｅ２１と外側電極Ｅ２２との相対位置にも変化が生じることになる。 When the weight body 40 by the elastic deformation of the results in a displacement, change in the relative position between the displacement electrode E11 and the fixed electrode E12 is generated, it becomes possible to change it occurs in the relative position between the inner electrode E21 and the outside electrode E22.
【００２６】そこで、このセンサ全体に対して加速度が作用すると、重錘体４０の重心Ｇに加速度に基く力が作用し、この力により支持手段３０が弾性変形し、上述した各電極間の相対位置に変化が生じることになる。 [0026] Therefore, when acceleration is applied to the whole sensor, a force based on acceleration at the center of gravity G of the weight body 40 acts, the support means 30 by this force is elastically deformed, the relative between the electrodes described above so that the change in position occurs. たとえば、この加速度センサを所定の地震観測地点に設置しておけば、地震が発生したときに、地震観測地点の振動に基いて重錘体４０に対して加速度が作用し、重錘体４ For example, if by installing the acceleration sensor at a predetermined seismic observation point, when an earthquake occurs, the acceleration acts on the weight body 40 based on vibration of seismic observation point, the weight body 4
０がセンサ筐体５０内部で振動することになり、その結果、各電極間の相対位置に変化が生じることになる。 0 is to vibrate inside the sensor casing 50, resulting in a change in the relative positions between the electrodes. もちろん、重錘体４０は、検出対象となる加速度の作用により、支持手段３０に弾性変形を誘発させるのに十分な質量をもっていなければならない。 Of course, the weight body 40 by the action of the acceleration to be detected must have sufficient mass to allow the support means 30 induce an elastic deformation. この加速度センサの感度は、支持手段３０の弾性係数と重錘体４０の質量とを適当に選択することにより調整可能である。 The sensitivity of the acceleration sensor is adjustable by suitably selecting the mass of the elastic modulus and the weight body 40 of the support means 30.
【００２７】なお、説明の便宜上、ここでは図１の左下に示したようなＸＹＺ三次元座標系を定義する。 [0027] For convenience of explanation, here we define the XYZ three-dimensional coordinate system as shown in the lower left of FIG. 固定基板１０の主面および変位基板２０の基準主面は、いずれもこの座標系におけるＸＹ平面に平行な面になる。 Main surface and a reference main surface of the displacement substrate 20 of the fixed substrate 10 are both made in a plane parallel to the XY plane in this coordinate system. また、ここでは、図２に示すように、重錘体４０の重心Ｇ Further, here, as shown in FIG. 2, the weight body 40 center of gravity G
を通りＺ軸に平行な中心軸Ｗを定義しておく。 It is defined parallel central axes W as Z axis. この実施形態では、固定基板１０、変位基板２０、重錘体４０、 In this embodiment, the fixed substrate 10, the displacement substrate 20, the weight body 40,
センサ筐体５０は、いずれもこの中心軸Ｗに関して回転対称体となっている。 Sensor housing 50 are both a rotationally symmetrical body with respect to the central axis W. ＸＹ平面に平行な方向に関する加速度の検出感度を均一にするためには、このように各構成要素を中心軸Ｗに関する回転対称体とするのが好ましく、理想的には、支持手段３０も中心軸Ｗに関して回転対称となるような構造を採るのが好ましいが、この実施形態では、８本のばねによって支持手段３０を形成し、 In order to make uniform the detection sensitivity of the acceleration about the direction parallel to the XY plane, thus it is preferable to be rotationally symmetrical body about the central axis W of each component, ideally, the support means 30 is also the central axis preferably adopt a structure such that rotational symmetry with respect to W, but in this embodiment, form the support means 30 by the eight springs,
できるだけ回転対称に近い挙動が得られるようにしている。 Behavior as close as possible to the rotational symmetry is to be obtained.
【００２８】図３は、固定基板１０の下面図を示し、図４は、変位基板２０の上面図を示す。 [0028] Figure 3 shows a bottom view of the fixed substrate 10, FIG. 4 shows a top view of the displacement substrate 20. 図３に示されている固定電極Ｅ１２、図４に示されている変位電極Ｅ１１ Fixed electrode E12 shown in FIG. 3, the displacement electrode is shown in FIG. 4 E11
は、いずれも円盤状の電極であり、図２に示す中心軸Ｗ Are both disk-shaped electrodes, the center axis W shown in FIG. 2
に関して回転対称となる形状を有し、回転対称となる位置に配置されている。 It has a shape which is rotationally symmetrical with respect to, and is disposed at a position where the rotational symmetry. これら両電極Ｅ１１，Ｅ１２は、 Both electrodes E11, E12 is
図２に示すように、互いに対向する位置に配置され、これら一対の電極により容量素子が形成されている。 As shown in FIG. 2, is disposed at a position facing each other, the capacitance element is formed by a pair of electrodes. ここでは、この容量素子を、第１の容量素子Ｃ１と呼ぶことにする。 Here, the capacitive element is referred to as a first capacitor C1. 一方、図１および図２に示されているように、 On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2,
内側電極Ｅ２１および外側電極Ｅ２２は、いわゆる「入れ子状」になっており、やはりこれら一対の電極により容量素子が形成される。 Inside electrode E21 and the outer electrode E22 is a so-called "nested", also capacitive element by the pair of electrodes are formed. ここでは、この容量素子を、第２の容量素子Ｃ２と呼ぶことにする。 Here, the capacitive element is referred to as a second capacitor C2. ここで重要な点は、内側電極Ｅ２１の中心軸Ｗ方向の幅は、外側電極Ｅ Here Importantly, the center axis W width of the inner electrode E21, the outer electrode E
２２の中心軸Ｗ方向の幅に比べて広くなっている点である。 Compared to the central axis W width of 22 in that it is wider. 別言すれば、内側電極Ｅ２１なる円筒の高さは、外側電極Ｅ２２なる円筒の高さよりも高いことになる。 In other words, the height of the cylinder comprising the inner electrode E21 will be higher than the outer electrode E22 becomes cylindrical height. これは、重錘体４０が中心軸Ｗに沿って変位した場合でも、両電極間の有効対向面積が一定となり、第２の容量素子Ｃ２の静電容量値に変化が生じないようにするための配慮であり、詳しいことは後述する。 This, even when the weight body 40 is displaced along the center axis W, becomes effective opposing area is constant between the electrodes, since a change in the capacitance value of the second capacitor C2 is to prevent the occurrence it is a consideration, detailed it will be described later.
【００２９】なお、この基本的な実施形態に示す構造をもった加速度センサを構成する各部分の材質については、これまで特に述べなかったが、少なくとも各電極Ｅ [0029] Incidentally, the material of each part constituting the acceleration sensor having the structure shown in this basic embodiment, which have been shown not stated, at least the electrodes E
１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２は、金属などの導電性材料によって構成する必要がある。 11, E12, E21, E22, it is necessary to configure a conductive material such as metal. また、固定基板１０、 In addition, the fixed substrate 10,
変位基板２０は、導電性材料で構成してもよいし、絶縁性材料で構成してもよいが、導電性材料で構成する場合には、後述する検出動作に支障が生じないように、適宜絶縁を施す必要がある。 Displacement substrate 20 may be made of a conductive material, but may be formed of an insulating material, when made of a conductive material, so as not to cause trouble in the detection operation to be described later, as appropriate it is necessary to apply the insulation.
【００３０】 §２． [0030] §2. 縦揺れによって起こる現象一般に、地震による振動は、「縦揺れ」と「横揺れ」とに分けられ、「縦揺れ」はＰ波に基く振動であり、「横揺れ」はＳ波に基く振動であることが知られている。 The phenomenon commonly caused by pitching, vibration caused by the earthquake is divided into the "pitch" and "roll", "pitch" is a vibration based on the P-wave, "transverse vibration" is vibration based on S-wave it is known that there is. 地震計では、これら両波に基く振動をそれぞれ独立して検出できることが望ましい。 The seismometer, it is desirable to be able to independently detect the vibration based on these two waves, respectively. 図１および図２に示す加速度センサを、このままの向きで地面に設置した場合、「縦揺れ」とは、Ｚ軸に沿った方向への振動を意味し、「横揺れ」とは、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に沿った方向への振動を意味することになる。 If the acceleration sensor shown in FIGS. 1 and 2, was placed on the ground in the direction of this state, the "pitch" means the vibration in the direction along the Z axis, the "roll" is, XYZ tertiary It will mean vibration in the direction along the XY plane in the original coordinate system. ここでは、まず、Ｐ波に基く振動、すなわち「縦揺れ」が生じた場合に、本発明の加速度センサにどのような現象が起こるかを検討してみる。 Here, first, when the vibration, i.e. the "longitudinal vibration" caused based on P wave, let consider what phenomenon occurs in the acceleration sensor of the present invention.
【００３１】いま、図２に示すような構造をもった加速度センサを、所定の地震観測地点に設置したとき、この地震観測地点がＺ軸方向に振動したとしよう。 [0031] Now, an acceleration sensor having a structure as shown in FIG. 2, when installed in a predetermined seismic observation point, the seismic observation point tries to that vibrates in the Z-axis direction. このＺ軸方向の振動は、Ｐ波に基く「縦揺れ」の振動に相当する。 The vibration in the Z-axis direction corresponds to the vibration of the based on the P-wave "longitudinal vibration". 観測地点がＺ軸の正負両方向に往復振動すると、重錘体４０は、センサ筐体５０内でＺ軸方向に揺すられる。 When the observation point is reciprocally vibrates in both the positive and negative directions of the Z-axis, the weight body 40 is swung in the Z-axis direction in the sensor casing 50 within. すなわち、重錘体４０には、Ｚ軸方向の加速度αｚ That is, the weight body 40, the acceleration in the Z-axis direction αz
が作用することになる。 There will be action. このため、質量ｍをもった重錘体４０の重心Ｇには、Ｆｚ＝ｍ・αｚなる力が作用することになる。 Therefore, the center of gravity G of the weight body 40 having mass m, would Fz = m · .alpha.z becomes force acts. 前述したように、このような力の作用によって、支持手段３０は弾性変形を生じ、変位基板２０は固定基板１０に対して変位する。 As described above, by the action of such a force, the support means 30 elastically deformed, the displacement substrate 20 is displaced with respect to the fixed substrate 10. 図５の側断面図は、Ｚ Sectional side view of FIG. 5, Z
軸正方向に力Ｆｚが作用したときの重錘体４０の変位の様子を示すものである。 Axis at the force Fz is indicative of the state of displacement of the weight body 40 when the action. もちろん、地震による「縦揺れ」の振動は、Ｚ軸正方向への加速度とＺ軸負方向への加速度とを交互に生じさせるので、重錘体４０に対しては、Ｚ軸正方向への力ＦｚとＺ軸負方向への力−Ｆｚとが交互に加えられることになり、図５は、そのような振動における瞬時の状態を示すものである。 Of course, the vibration of the "longitudinal vibration" caused by the earthquake, so causing an acceleration of the acceleration and the Z-axis negative direction in the Z-axis positive direction alternately with respect to the weight body 40, in the Z-axis positive direction will be a force -Fz to the force Fz and Z-axis negative direction is applied alternately, FIG. 5 shows the instantaneous state in such vibrations.
【００３２】さて、図５に示すように重錘体４０が変位したときに、変位電極Ｅ１１と固定電極Ｅ１２とによって構成される第１の容量素子Ｃ１の静電容量値がどのように変化するか考えてみる。 [0032] Now, when the Jutsumutai 40 displaced as shown in FIG. 5, the capacitance value of the first capacitor C1 formed by the displacement electrode E11 and the fixed electrode E12 how changes Come to think of it either. 一般に、容量素子の静電容量値Ｃは、 Ｃ ＝ ε （Ｓ／ｄ） で表される。 In general, the capacitance value C of the capacitor is represented by C = ε (S / d). ここで、εは、容量素子を形成する両電極間に存在する媒体（この実施形態では空気）の誘電率であり、Ｓは電極の面積、ｄは電極間距離である。 Here, epsilon is the dielectric constant of the medium (air in this embodiment) existing between the two electrodes forming the capacitor element, S is the area of ​​the electrodes, d is the distance between the electrodes. 変位基板２０が図２に示すような状態から、図５に示すような状態に変化すると、第１の容量素子Ｃ１の電極間距離ｄ Displacement substrate 20 from the state shown in FIG. 2, when the changes in the state as shown in FIG. 5, between the electrodes of the first capacitor C1 distance d
は小さくなるので、静電容量値Ｃ１は大きくなる。 Since the smaller the capacitance value C1 increases. 逆に、重錘体４０に対して、Ｚ軸負方向の力−Ｆｚが作用した場合には、重錘体４０は図の下方へと変位し、第１ Conversely, to the weight body 40, when the Z-axis negative direction force -Fz is applied, the weight body 40 is displaced downward in the figure, the first
の容量素子Ｃ１の電極間距離ｄが大きくなるので、静電容量値Ｃ１は小さくなる。 Since the inter-electrode distance d of the capacitor C1 increases, the capacitance value C1 is small. したがって、地震による「縦揺れ」の振動が伝わると、重錘体４０は図５における図の上下方向に振動し、第１の容量素子Ｃ１の電極間距離ｄは、大きくなったり小さくなったり周期的に変化する。 Therefore, the vibration of the "longitudinal vibration" caused by an earthquake is transmitted, the weight body 40 vibrates in the vertical direction in FIG. In FIG. 5, the distance d between the electrodes of the first capacitor C1, the period increases or decreases to change. この変化の振幅は、「縦揺れ」の振動の振幅を示すものになる。 The amplitude of this variation will show the amplitude of the vibration of the "longitudinal vibration".
【００３３】図６は、「縦揺れ」の振動成分である加速度αｚと、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値Ｃ１との関係を示すグラフである。 [0033] FIG. 6 is a graph showing the acceleration αz is a vibration component of the "longitudinal vibration", the relationship between the capacitance value C1 of the first capacitor C1. 「縦揺れ」により、加速度αｚ By the "longitudinal vibration", acceleration αz
が周期的に変化すると、静電容量値Ｃ１も同様に、基準値Ｒを中心に増減することになる。 There the periodically changes, as well capacitance value C1, increases or decreases around a reference value R. したがって、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値の変動分が、Ｚ軸方向に作用した加速度±αｚ、別言すれば、Ｚ軸方向に作用した力±Ｆｚの大きさを示すものになる。 Therefore, a change of the electrostatic capacitance of the first capacitive element C1, acceleration ± .alpha.z applied in the Z-axis direction, in other words, the indicates the magnitude of the force ± Fz applied in the Z-axis direction . したがって、この第１の容量素子Ｃ１の静電容量値を、センサ出力として電気的に取り出せば、Ｚ軸方向に作用した加速度±αｚの大きさ、すなわち「縦揺れ」の大きさを電気信号として出力する加速度センサが実現できる（実際には、大きさだけでなく、瞬時の振動方向を知ることもできる）。 Therefore, the capacitance value of the first capacitor C1, is electrically taken out as a sensor output, the magnitude of the acceleration ± .alpha.z applied in the Z-axis direction, that is, the magnitude of the "longitudinal vibration" as an electric signal an acceleration sensor for outputting can be achieved (in fact, not only the size, it is also possible to know the instantaneous vibration direction). このセンサ出力の変動分を平滑化すれば、振動の平均的な値を得ることができるし、このセンサ出力の変動分を積分すれば、振動の累積エネルギー値を得ることもできる。 If smoothing the variation of the sensor output, to be able to obtain the average value of the vibration, by integrating the variation of the sensor output, it is also possible to obtain the accumulated energy value of the vibration.
【００３４】ところで、このような「縦揺れ」が生じている場合に、第２の容量素子Ｃ２の静電容量値がどうなるかを考えてみると、この第２の容量素子Ｃ２の静電容量値には、何ら変化は生じないことがわかる。 [0034] By the way, if such a "longitudinal vibration" has occurred, and the capacitance value of the second capacitor C2 is consider what happens, the capacitance of the second capacitive element C2 the value, it can be seen that does not occur any change. たとえば、図５に示すように、重錘体４０に対して、Ｚ軸正方向への力Ｆｚが加えられた瞬時の状態を、図２に示す基準状態と比較してみると、第２の容量素子Ｃ２の静電容量値には変化は生じていないことがわかる。 For example, as shown in FIG. 5, to the weight body 40, the instantaneous state of the force Fz is applied in the Z-axis positive direction, when compared with the reference state shown in FIG. 2, the second it can be seen that not the capacitance value of the capacitance element C2 change occurs. なぜなら、 This is because,
内側電極Ｅ２１と外側電極Ｅ２２との間の有効対向面積は、常に外側電極Ｅ２２の上下方向の幅によって支配されるため、重錘体４０が上下方向に振動しても、有効対向面積に何ら変化は生じないからである。 The effective facing area between the inner electrode E21 and the outside electrode E22, always to be governed by the vertical width of the outer electrode E22, even weight body 40 is vibrated in the vertical direction, any change in the effective opposing area This is because not occur. 図５は、重錘体４０が上方に変位した状態を示しているが、逆に、重錘体４０が下方に変位した状態でも、内側電極Ｅ２１と外側電極Ｅ２２との間の有効対向面積に変わりがないことが容易に理解できよう。 Figure 5 illustrates a state where the weight body 40 is displaced upward, conversely, even when the weight body 40 is displaced downward, to enable the opposing area between the inner electrode E21 and the outside electrode E22 it does not change the will be easily understood. 内側電極Ｅ２１の上下方向の幅を、外側電極Ｅ２２の上下方向の幅よりも広く設定しておいたのは、第２の容量素子Ｃ２の静電容量値が、 The vertical width of the inner electrode E21, were allowed to set wider than the vertical width of the outer electrode E22 is the capacitance value of the second capacitor C2 is,
「縦揺れ」によって変化しないようにするために他ならない。 None other in order to ensure that does not change by the "longitudinal vibration".
【００３５】 §３． [0035] §3. 横揺れによって起こる現象続いて、Ｓ波に基く振動、すなわち「横揺れ」が生じた場合に、本発明の加速度センサにどのような現象が起こるかを検討してみる。 Following phenomenon caused by rolling, when vibration, i.e. the "transverse vibration" caused based on S-wave, let consider what phenomenon occurs in the acceleration sensor of the present invention. 「横揺れ」とは、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に沿った方向への振動ということになる。 The "roll", it comes to vibration in the direction along the XY plane in the three-dimensional coordinate system XYZ. いま、図２に示すような構造をもった加速度センサを、所定の地震観測地点に設置したときに、この地震観測地点がＸ軸方向に振動したとしよう。 Now, an acceleration sensor having a structure as shown in FIG. 2, when installed in a predetermined seismic observation point, suppose the seismic observation point is vibrated in the X-axis direction. 観測地点がＸ軸の正負両方向に往復振動すると、重錘体４０は、センサ筐体５０内でＸ軸方向に揺すられる。 When the observation point is reciprocally vibrates in both the positive and negative directions of the X-axis, the weight body 40 is swung in the X axis direction in the sensor casing 50 within. すなわち、重錘体４０には、Ｘ軸方向の加速度αｘが作用することになる。 That is, the weight body 40, the acceleration αx in the X-axis direction will act. このため、質量ｍをもった重錘体４０の重心Ｇには、Ｆｘ＝ｍ・αｘなる力が作用することになる。 Therefore, the center of gravity G of the weight body 40 having mass m, Fx = m · αx becomes a force will act. 前述したように、このような力の作用によって、支持手段３ As described above, by the action of such a force, the support means 3
０は弾性変形を生じ、重錘体４０がセンサ筐体５０内において変位を生じることになる。 0 elastically deformed, the weight body 40 will occur a displacement in the sensor housing 50.
【００３６】図７の側断面図は、Ｘ軸正方向に力Ｆｘが作用したときの重錘体４０の変位状態を示すものである。 The side cross-sectional view of FIG. 7 shows the displacement state of the weight body 40 when the force Fx is applied in the X axis positive direction. 重錘体４０の重心Ｇは、図２に示す基準状態に比べて、図の右方（Ｘ軸正方向）に変位しており、また、重錘体４０全体は左側へ傾斜した状態になっている。 The center of gravity G of the weight body 40, as compared to the reference state shown in FIG. 2, is displaced to the right in FIG. (X-axis positive direction), also the overall weight body 40 in a state inclined to the left ing. その結果、図７の側断面図に示されているように、変位電極Ｅ１１は固定電極Ｅ１２に対して傾斜した状態になる。 As a result, as shown in the side sectional view of FIG. 7, the displacement electrode E11 is an inclined state with respect to the fixed electrode E12.
また、内側電極Ｅ２１と外側電極Ｅ２２との間の間隔は、部分的に不均衡を生じるようになる。 The distance between the inner electrode E21 and the outer electrode E22 will yield a partially unbalanced. 図８(a)は、 FIG. 8 (a),
図２に示す基準状態において、このセンサを切断面Ａ− In the reference state shown in FIG. 2, the cut surface of the sensor A-
Ａで切断した状態を示す横断面図であり、図８(b) は、 Is a cross-sectional view showing a state taken along A, FIG. 8 (b),
図７に示す「横揺れ」状態において、このセンサを切断面Ａ−Ａで切断した状態を示す横断面図である。 In the "transverse vibration" state shown in FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which cutting the sensor at the cut surface A-A. 図８ Figure 8
(a) では、内側電極Ｅ２１と外側電極Ｅ２２との間隔が均一になっているのに対し、図８(b) では、重錘体４０ (A), the contrast is distance between the inner electrode E21 and the outside electrode E22 are uniform, in FIG. 8 (b), the weight body 40
自体が図の右方（Ｘ軸正方向）に変位した結果、両電極の間隔は、図の右側半分では狭くなり、図の左側半分では広くなっている。 Results itself displaced to the right in FIG. (X-axis positive direction), distance between the electrodes is narrowed on the right half of the figure is wider on the left half of FIG. もちろん、地震による「横揺れ」の振動は、Ｘ軸正方向への加速度とＸ軸負方向への加速度とを交互に生じさせるので、重錘体４０に対しては、Ｘ Of course, the vibration of the "transverse vibration" caused by the earthquake, so causing an acceleration of the acceleration and the X-axis negative direction in the X-axis positive direction alternately, the weight body 40, X
軸正方向への力ＦｘとＸ軸負方向への力−Ｆｘとが交互に加えられることになり、図７および図８(b) は、そのような振動における瞬時の状態を示すものである。 Will be a force -Fx to the force Fx in the X-axis negative direction in the axial positive direction is applied alternately, 7 and 8 (b) shows the instantaneous state in such vibrations .
【００３７】さて、このような「横揺れ」によって、互いに対向する電極間の位置関係に変化が生じたときに、 [0037] Now, such a "transverse vibration", when a change occurs in the positional relationship between the electrodes facing each other,
各対向電極によって構成される容量素子の静電容量値にどのような変化が生じるかを検討してみよう。 Let us consider what changes occur in the capacitance values ​​of the capacitance elements constituted by the counter electrodes. ここでは、まず、変位電極Ｅ１１と固定電極Ｅ１２とによって構成される第１の容量素子Ｃ１の静電容量値を考える。 Here, first, consider the capacitance value of the first capacitor C1 formed by the displacement electrode E11 and the fixed electrode E12.
変位基板２０が図２に示すような状態から、図７に示すような状態に変化すると、第１の容量素子Ｃ１については、電極間距離ｄに関して大きな変化が生じる。 Displacement substrate 20 from the state shown in FIG. 2, when the changes in the state as shown in FIG. 7, for the first capacitor C1, a large change with respect to a distance d between the electrodes occurs. すなわち、図７において、右側の半分については電極間距離ｄ That is, in FIG. 7, the inter-electrode distance d is the right half
が小さくなり、左側の半分については電極間距離ｄが大きくなる。 Is reduced, the distance d between electrodes is increased for half of the left side. なお、電極自体が傾斜するため、電極の有効対向面積にも若干の変化が生じるが、電極間距離の変化に比べて微小であるため、ここでは電極の面積変化については無視することにする。 Since the electrode itself is inclined, but also slight changes in the effective opposing area of ​​the electrodes occurs, because it is very small compared to the change in the distance between electrodes, here, to ignore the change in area of ​​the electrodes.
【００３８】図９は、このような電極間距離ｄの変化の分布を示すための変位基板２０の上面図である。 [0038] Figure 9 is a top view of the displacement substrate 20 to show the distribution of such a change in the inter-electrode distance d. Ｙ軸に沿って描かれた一点鎖線を境界線として、図の右側半分では電極間距離ｄが小さくなり、図の左側半分では電極間距離ｄが大きくなる。 The dashed line drawn along the Y-axis as a boundary line, the distance d between the electrodes is reduced on the right half of the figure, the inter-electrode distance d is larger on the left side half of Fig. したがって、上述した静電容量値Ｃの式を考慮すれば、図の右側半分では静電容量値は増加し、図の左側半分では静電容量値は減少することになる。 Therefore, considering the equation of the electrostatic capacitance value C described above, the capacitance value on the right half of the figure is increased, resulting in a decrease in the capacitance value on the left half of FIG. ところで、変位電極Ｅ１１は中心軸Ｗに関して回転対称形（この実施形態では、中心軸Ｗを中心とした円盤状）をしているので、当然、図の一点鎖線に関して変位電極Ｅ１１は線対称になる。 Incidentally, (in this embodiment, a disk shape centered on the central axis W) displacement electrode E11 is rotationally symmetrical with respect to the center axis W so that the course, the displacement electrode E11 respect dashed line in the figure becomes axisymmetric . したがって、図の右側半分で静電容量値が増加しても、図の左側半分では静電容量値が減少するので、第１の容量素子Ｃ１全体の静電容量値の変化は左右で相殺され、図２に示す状態と図７に示す状態とでは、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値に差は生じないようにみえる。 Therefore, even if the increase in the capacitance value in the right half of the figure, the left half of the figure is the capacitance value decreases, the change in the capacitance value of the entire first capacitor C1 is offset by the right and left in the state shown in state and 7 shown in FIG. 2, it appears to no difference in the capacitance value of the first capacitor C1.
【００３９】一方、内側電極Ｅ２１と外側電極Ｅ２２とによって構成される第２の容量素子Ｃ２の静電容量値も同様に、一部では増加し、別な一部では減少する。 On the other hand, also the capacitance value of the second capacitor C2 formed by the inner electrode E21 and the outside electrode E22, partially in increased, decreased in another part. すなわち、図１０に示すように、Ｙ軸に沿って描かれた一点鎖線を境界線として、図の右側半分では電極間距離ｄが小さくなり、図の左側半分では電極間距離ｄが大きくなる。 That is, as shown in FIG. 10, a dashed line drawn along the Y-axis as a boundary line, the distance d between the electrodes is reduced on the right half of the figure, the inter-electrode distance d is larger on the left side half of Fig. したがって、上述した静電容量値Ｃの式を考慮すれば、図の右側半分では静電容量値は増加し、図の左側半分では静電容量値は減少することになる。 Therefore, considering the equation of the electrostatic capacitance value C described above, the capacitance value on the right half of the figure is increased, resulting in a decrease in the capacitance value on the left half of FIG. ところで、内側電極Ｅ２１および外側電極Ｅ２２は、いずれも中心軸Ｗに関して回転対称形（この実施形態では、中心軸Ｗを中心とした円筒状）をしているので、図８(a) に示す基準状態では、内側電極Ｅ２１も外側電極Ｅ２２も、いずれも左右対称になる。 Meanwhile, the inner electrode E21 and the outer electrode E22 is rotation symmetrical with respect to the center axis W (in this embodiment, a cylindrical shape centered on the central axis W) since the reference shown in FIG. 8 (a) in the state, even inside electrode E21 outer electrode E22 also both made symmetrical. したがって、図の右側半分で静電容量値が増加しても、図の左側半分では静電容量値が減少するので、第２の容量素子Ｃ２全体の静電容量値の変化は左右で相殺され、図２に示す状態と図７に示す状態とでは、第２の容量素子Ｃ２の静電容量値にも差は生じないようにみえる。 Therefore, even if the increase in the capacitance value in the right half of the figure, the left half of the figure is the capacitance value decreases, the change of the second capacitor C2 overall capacitance value is canceled by left and right , state and shown in the state and 7 shown in FIG. 2, appears to no difference in the capacitance value of the second capacitor C2.
【００４０】しかしながら、実際には、図２に示す状態と図７に示す状態とでは、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値にも、第２の容量素子Ｃ２の静電容量値にも、差が生じるのである。 [0040] However, in practice, in the state shown in state and 7 shown in FIG. 2, in the electrostatic capacitance value of the first capacitor C1, to the capacitance value of the second capacitor C2 , is the difference occurs. その理由を以下に述べる。 The reason for this is as follows.
【００４１】まず、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値にどのような変化が生じるかを詳細に検討してみる。 Firstly, let us consider what changes in the electrostatic capacitance of the first capacitive element C1 occurs in detail. いま、図９に示すように、変位電極Ｅ１１の右側半分に微小領域Ｑａを定義し、左側半分に微小領域Ｑｂを定義する。 Now, as shown in FIG. 9, to define a small region Qa in the right half of the displacement electrode E11, it defines a small area Qb in the left half. ここで、微小領域Ｑａと微小領域Ｑｂとは、Ｙ軸（一点鎖線）に関して線対称の位置に存在し、同一形状、同一面積Ｓｑをもっているものとする。 Here, the small region Qa and the minute region Qb, located at a position axisymmetric with respect to the Y-axis (dashed line), it is assumed to have the same shape, the same area Sq. そして、これら微小領域Ｑａ，Ｑｂと、これらに対向する固定電極Ｅ１２内の微小領域とによって形成される容量素子Ｃ And these micro areas Qa, Qb and, the capacitor C formed by the small area in the fixed electrode E12 opposite thereto
ａ，Ｃｂの静電容量値がどうなるかを考える。 a, consider whether the capacitance value of Cb is what happens.
【００４２】はじめに、固定基板１０と変位基板２０とが、図２に示すように、互いに平行な状態にあったとしよう。 [0042] First, the fixed substrate 10 and the displacement substrate 20, as shown in FIG. 2, suppose there was a parallel to each other. このとき、変位電極Ｅ１１と固定電極Ｅ１２との距離をｄ０とすれば、容量素子Ｃａの静電容量値Ｃａ At this time, if the distance between the displacement electrode E11 and the fixed electrode E12 and d0, the capacitance value Ca of the capacitor Ca
（０）および容量素子Ｃｂの静電容量値Ｃｂ（０）は、 Ｃａ（０）＝Ｃｂ（０）＝ ε （Ｓｑ／ｄ０） となり、両者は等しくなる。 (0) and the electrostatic capacitance value Cb (0) of the capacitor Cb is, Ca (0) = Cb (0) = ε (Sq / d0), and the both are equal. 次に、図７に示すように、 Next, as shown in FIG. 7,
Ｘ軸正方向の力Ｆｘが重錘体４０に作用したために、変位基板２０が固定基板１０に対して傾斜し、その結果、 For X-axis positive direction force Fx is applied to the weight body 40, the displacement substrate 20 is inclined with respect to the fixed substrate 10, as a result,
微小領域Ｑａと固定電極Ｅ１２との距離がΔｄだけ短くなり、微小領域Ｑｂと固定電極Ｅ１２との距離がΔｄだけ長くなったとする。 The distance between the micro areas Qa and the fixed electrode E12 is shortened by [Delta] d, the distance between the micro areas Qb and the fixed electrode E12 is assumed to longer by [Delta] d. この場合、容量素子Ｃａの静電容量値Ｃａ（＋ｘ）は、電極間距離の差Δｄに対応するΔ In this case, the capacitance value Ca of the capacitor Ca (+ x) corresponds to the difference Δd of electrode distance Δ
Ｃａだけ増加したものになる。 Made to what has been increased by Ca. 一方、容量素子Ｃｂの静電容量値Ｃｂ（＋ｘ）は、電極間距離の差Δｄに対応するΔＣｂだけ減少したものになる。 On the other hand, the capacitance value Cb of the capacitor Cb (+ x) will those reduced by ΔCb corresponding to the difference Δd of the distance between the electrodes. すなわち、容量素子Ｃａの静電容量値はΔＣａだけ増加するのに対し、容量素子Ｃｂの静電容量値はΔＣｂだけ減少するので、両者の増減分は相殺され、容量素子Ｃａと容量素子Ｃｂとの合計静電容量値には変化がないようにみえる。 That is, the electrostatic capacitance of the capacitor Ca whereas increased by .DELTA.Ca, the electrostatic capacitance of the capacitor Cb is reduced by .DELTA.Cb, both increment and decrement are canceled, a capacitive element Ca and the capacitive element Cb the total capacitance value looks like there is no change.
【００４３】しかしながら、このような考え方は誤りである。 [0043] However, this way of thinking is wrong. なぜなら、静電容量値の変化分であるΔＣａとΔ This is because the change of the electrostatic capacitance value ΔCa and Δ
Ｃｂとは、等しくならないからである。 The Cb, because not equal. これは、図１１ This is, as shown in FIG. 11
のグラフをみれば容易に理解できる。 It can be readily understood looking at the graphs. 前述したように、 As previously mentioned,
容量素子を構成する電極対の電極間距離ｄと静電容量値Ｃとの間には反比例の関係が成り立ち、両者間の関係をグラフにすると、たとえば、図１１のグラフのようになる。 If between the inter-electrode distance d and the capacitance value C of the electrode pair constituting the capacitance element holds the inverse relationship, the relationship between them in the graph, for example, as the graph of FIG. 11. ここで、図２に示すように、両基板が互いに平行な状態にあったとすると、容量素子Ｃａ，Ｃｂの電極間距離はいずれもｄ０と等しくなり、容量素子Ｃａ，Ｃｂの静電容量値Ｃａ（０），Ｃｂ（０）は等しくなる。 Here, as shown in FIG. 2, when the two substrates were in parallel to each other, the capacitor Ca, the distance between the electrodes of Cb is equal to d0 either, the capacitive element Ca, Cb capacitance value Ca of (0), Cb (0) is equal. ところが、図７に示すように、Ｘ軸正方向の力Ｆｘが重錘体４０に作用したために、変位基板２０が固定基板１０に対して傾斜すると、容量素子Ｃａの電極間隔はｄ０−Δ However, as shown in FIG. 7, for X-axis positive direction force Fx is applied to the weight body 40, the displacement substrate 20 is inclined with respect to the fixed substrate 10, the electrode spacing of the capacitive element Ca d0-delta
ｄと小さくなり、その結果、静電容量値はΔＣａだけ増加したＣａ（＋ｘ）となる。 It decreases and d, as a result, the electrostatic capacitance value is Ca (+ x) which increased by .DELTA.Ca. 一方、容量素子Ｃｂの電極間隔はｄ０＋Δｄと大きくなり、その結果、静電容量値はΔＣｂだけ減少したＣｂ（＋ｘ）となる。 On the other hand, the electrode interval of the capacitor Cb increases the d0 + [Delta] d, as a result, the electrostatic capacitance value is Cb (+ x) which decreased by .DELTA.Cb. ここで、両容量素子Ｃａ，Ｃｂにおいて、電極間隔の変化分Δｄは等しいにもかかわらず、静電容量値の変化分ΔＣａ，Δ Here, both capacitive elements Ca, in Cb, despite the variation Δd of the electrode spacing equal, the capacitance value of the variation .DELTA.Ca, delta
Ｃｂは等しくならない点は重要である。 Cb is that it does not become equal to each other is important.
【００４４】結局、図２に示す状態から図７に示す状態に変化した場合、図９において、右側の微小領域Ｑａによって構成される容量素子Ｃａの静電容量値はΔＣａだけ増加し、左側の微小領域Ｑｂによって構成される容量素子Ｃｂの静電容量値はΔＣｂだけ減少するが、ΔＣａ [0044] Finally, when the change in the state shown in FIG. 7 from the state shown in FIG. 2, 9, the electrostatic capacitance of the capacitor Ca formed by the right of the small area Qa is increased by .DELTA.Ca, left the capacitance value of the capacitive element Cb composed of minute regions Qb is decreased by ΔCb but, .DELTA.Ca
とΔＣｂとは等しくならず（ΔＣａ＞ΔＣｂ）、両容量素子のトータルの静電容量値に着目すれば、図２に示す状態から図７に示す状態に変化することにより、静電容量値が（ΔＣａ−ΔＣｂ）の分だけ増加することになる。 And .DELTA.Cb not equal to the (.DELTA.Ca> .DELTA.Cb), when attention is paid to the electrostatic capacitance value of the total of the two capacitive elements, by changing the state shown in FIG. 7 from the state shown in FIG. 2, the capacitance value It will be increased by (ΔCa-ΔCb) of the minute.
【００４５】これまで、図９に示す右側半分の微小領域Ｑａの静電容量値と左側半分の微小領域Ｑｂの静電容量値とについて議論してきたが、このような現象が、変位電極Ｅ１１の右側半分の全領域と左側半分の全領域とについても同様に生じていることを考慮すれば、変位電極Ｅ１１と固定電極Ｅ１２とによって構成される第１の容量素子Ｃ１全体の静電容量値は、図２に示す状態に比べて、図７に示す状態の方が増加することが理解できるであろう。 [0045] Until now, have been discussed and the capacitance value of the electrostatic capacitance value and the left half of the minute regions Qb of the right half of the small region Qa shown in Figure 9, such a phenomenon, the displacement electrode E11 considering that occurs as well for the entire region and the left half of the entire area of ​​the right half, the first capacitor C1 across the capacitance value formed by the displacement electrode E11 and the fixed electrode E12 is , as compared to the state shown in FIG. 2, it will be appreciated that increases towards the state shown in FIG.
【００４６】以上、図７に示すように、重錘体４０に対してＸ軸正方向の力Ｆｘが作用した瞬間の状態について検討したが、逆に、重錘体４０に対してＸ軸負方向の力−Ｆｘが作用した瞬間の状態についても同様の現象が生じる。 The above, as shown in FIG. 7, the X-axis positive direction force Fx to the weight body 40 was studied state at the moment of acting, on the contrary, X-axis negative relative to the weight body 40 similar phenomenon also the moment of force -Fx is applied condition occurs. すなわち、Ｘ軸負方向の力−Ｆｘが作用した場合は、図７に示す状態とは左右が逆の状態になり、第１の容量素子Ｃ１の左側半分における静電容量値はΣΔＣａ That is, when the X-axis negative direction force -Fx is exerted, the right and left is reversed state to the state shown in FIG. 7, the electrostatic capacitance value in the left half of the first capacitor C1 is ΣΔCa
だけ増加し、右側半分における静電容量値はΣΔＣｂだけ減少する（Σは各微小領域についての変動分の和を意味する）。 Increased by the capacitance value in the right half is only reduced ShigumaderutaCb (the Σ means the sum of the variation for each minute region). したがって、第１の容量素子Ｃ１全体の静電容量値は、図２に示す状態に比べて、やはり増加することになる。 Therefore, the capacitance value of the entire first capacitor element C1, as compared with the state shown in FIG. 2, so that also increases.
【００４７】結局、変位電極Ｅ１１と固定電極Ｅ１２とによって構成される第１の容量素子Ｃ１の静電容量値の変化分は、Ｘ軸方向に作用した加速度±αｘ、別言すれば、Ｘ軸方向に作用した力±Ｆｘの大きさを示すものになる。 [0047] Finally, the change of the electrostatic capacitance value of the first capacitor C1 formed by the displacement electrode E11 and the fixed electrode E12 is acceleration ± .alpha.x applied in the X-axis direction, in other words, the X-axis becomes indicates the magnitude of the force ± Fx acting on direction. 図１２は、「横揺れ」の振動成分である加速度α 12, the acceleration α is a vibration component of the "transverse vibration"
ｘと、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値Ｃ１との関係を示すグラフである。 And x, is a graph showing the relationship between the capacitance value C1 of the first capacitor C1. 「横揺れ」により、加速度αｘが周期的に変化すると、静電容量値Ｃ１も同様に周期的に変化することになる。 By "transverse vibration", when the acceleration αx is periodically changed, the capacitance value C1 is also changed similarly periodically. ただし、図６に示す「縦揺れ」時の周期的変化とは異なり、常に基準値Ｒよりも増加する方向に変化が生じることになり、「横揺れ」の場合は、振幅の絶対値を静電容量値の変動分として得ることはできるが、その方向は認識することはできない。 However, unlike the cyclic changes at the time of the "longitudinal vibration" shown in FIG. 6, always be changed in the increasing direction than the reference value R occurs in the case of "transverse vibration" static absolute value of the amplitude can be obtained as a variation in the capacitance value, it is impossible that direction to recognize. こうして、 In this way,
この第１の容量素子Ｃ１の静電容量値を、センサ出力として電気的に取り出せば、Ｘ軸方向に作用した加速度± The capacitance value of the first capacitor C1, is electrically taken out as a sensor output, acceleration ± applied in the X-axis direction
αｘの大きさ、すなわち「横揺れ」の大きさを電気信号として出力する加速度センサが実現できる。 Size of .alpha.x, i.e. an acceleration sensor that outputs the magnitude of the "transverse vibration" as an electric signal can be realized. このセンサ出力の変動分を平滑化すれば、振動の平均的な値を得ることができるし、このセンサ出力の変動分を積分すれば、振動の累積エネルギー値を得ることもできる。 If smoothing the variation of the sensor output, to be able to obtain the average value of the vibration, by integrating the variation of the sensor output, it is also possible to obtain the accumulated energy value of the vibration.
【００４８】ところで、上述と全く同じ現象が、第２の容量素子Ｃ２においても生じることになる。 By the way, exactly the same phenomenon as described above, also will occur in the second capacitor C2. すなわち、 That is,
図１０におけるＸ軸の正の軸上に、一対の微小領域からなる微小容量素子Ｃａを定義し、Ｘ軸の負の軸上に、一対の微小領域からなる微小容量素子Ｃｂを定義し、これら容量素子Ｃａ，Ｃｂの静電容量値の変化を考える。 On the positive axis of the X-axis in FIG. 10, to define a minute capacitance element Ca made of a pair of small areas, on the negative axis of the X-axis, define a small capacitive element Cb consisting of a pair of small regions, these consider the change of the electrostatic capacitance value of the capacitor Ca, Cb. いま、図８(a) に示すような基準状態において、内側電極Ｅ２１と外側電極Ｅ２２との距離が、いずれの箇所においても同一のｄ０であったとすれば、容量素子Ｃａの静電容量値Ｃａ（０）および容量素子Ｃｂの静電容量値Ｃ Now, in the reference state shown in FIG. 8 (a), the distance between the inner electrode E21 and the outer electrode E22, if were identical d0 at any point, the electrostatic capacitance value Ca of the capacitor Ca (0) and the capacitance value C of the capacitive element Cb
ｂ（０）は、互いに等しくなる。 b (0) are equal to each other. ところが、図７に示すように、Ｘ軸正方向の力Ｆｘが重錘体４０に作用したために、重錘体４０が図１０に示すように図の右方へと移動すると、右側半分の容量素子Ｃａの電極間距離はΔｄ However, as shown in FIG. 7, the X-axis positive direction force Fx is to applied to the weight body 40, the weight body 40 is moved to the right in FIG. 10, the right half of the volume the distance between the electrodes of the elements Ca is Δd
だけ短くなり、左側半分の容量素子Ｃｂの電極間距離はΔｄだけ長くなる。 Only shorter distance between the electrodes in the left half of the capacitor Cb becomes longer by [Delta] d. この場合、容量素子Ｃａの静電容量値Ｃａ（＋ｘ）は、電極間距離の差Δｄに対応するΔＣ In this case, the capacitance value Ca of the capacitor Ca (+ x) corresponds to the difference Δd of electrode distance ΔC
ａだけ増加したものになる。 Made to what has been increased by a. 一方、容量素子Ｃｂの静電容量値Ｃｂ（＋ｘ）は、電極間距離の差Δｄに対応するΔＣｂだけ減少したものになる。 On the other hand, the capacitance value Cb of the capacitor Cb (+ x) will those reduced by ΔCb corresponding to the difference Δd of the distance between the electrodes.
【００４９】既に、図１１のグラフで説明したとおり、 [0049] Already, as described in the graph of FIG. 11,
静電容量値の変化分であるΔＣａとΔＣｂとは等しくならず、ΔＣａ＞ΔＣｂの関係にある。 It is the change of the electrostatic capacitance value .DELTA.Ca and .DELTA.Cb and not equal, a relationship of .DELTA.Ca> .DELTA.Cb. よって、容量素子Ｃａの静電容量値と容量素子Ｃｂの静電容量値との和に着目すると、基準状態における和「Ｃａ（０）＋Ｃｂ Therefore, paying attention to the sum of the capacitance value of the electrostatic capacitance value and the capacitive element Cb of the capacitor Ca, the sum of the reference state "Ca (0) + Cb
（０）」に対して、重錘体４０がＸ軸正方向に変位した状態における和「Ｃａ（＋ｘ）＋Ｃｂ（＋ｘ）」は、 Against (0) ", the sum in the state where the weight body 40 is displaced in the X-axis positive direction" Ca (+ x) + Cb (+ x) "is
（ΔＣａ−ΔＣｂ）の分だけ増加することになる。 It will be increased by (ΔCa-ΔCb) of the minute. このような現象が、内側電極Ｅ２１と外側電極Ｅ２２とからなる容量素子Ｃ２の右側半分の全領域と左側半分の全領域とについて生じていることを考慮すれば、第２の容量素子Ｃ２全体の静電容量値は、図２に示す状態に比べて、図７に示す状態の方が増加することが理解できるであろう。 This phenomenon, considering that occurs for the right half of the total area and the left half of the total area of ​​the capacitor C2 formed of the inner electrode E21 outer electrode E22 Tokyo, the entire second capacitor C2 capacitance value than the state shown in FIG. 2, it will be appreciated that increases towards the state shown in FIG. もちろん、重錘体４０に対してＸ軸負方向の力−Ｆｘが作用した瞬間の状態についても同様の現象が生じる。 Of course, a similar phenomenon also at the moment the X-axis negative direction force -Fx to the weight body 40 is applied condition occurs.
【００５０】結局、「横揺れ」の振動成分である加速度αｘに対して、図１２に示すような静電容量値の変化は、第１の容量素子Ｃ１と第２の容量素子Ｃ２との双方において起こることになる。 [0050] Finally, with respect to the acceleration αx is a vibration component of the "transverse vibration", both the change in capacitance value as shown in FIG. 12, a first capacitor C1 and second capacitor C2 It will occur in. もっとも、後の§４において述べるように、本発明に係る加速度センサでは、「横揺れ」は第２の容量素子Ｃ２によって検出され、「縦揺れ」は第１の容量素子Ｃ１によって検出される。 However, as described in §4 after, the acceleration sensor according to the present invention, "transverse vibration" is detected by the second capacitor C2, the "longitudinal vibration" is detected by the first capacitor C1. したがって、「横揺れ」に基づいて静電容量値が変化する感度は、第２の容量素子Ｃ２については高感度に、第１の容量素子Ｃ１については低感度に設定するのが好ましい。 Thus, the sensitivity of the electrostatic capacitance value is changed based on the "transverse vibration", for the second capacitor C2 is a high sensitivity, preferably for the first capacitive element C1 is set to low sensitivity.
別言すれば、「横揺れ」が生じたとき、第２の容量素子Ｃ２については静電容量値が大きく変化するようにして「横揺れ」の効果的な検出ができるようにする一方で、 In other words, when the "transverse vibration" occurs, while the second capacitor C2 is to make as the electrostatic capacitance value varies largely it can effectively detect the "transverse vibration",
第１の容量素子Ｃ１については静電容量値の変化をできるだけ小さくし、「縦揺れ」の検出結果に「横揺れ」の成分ができるだけ干渉しないようにするのが好ましい。 The first capacitor C1 is as small as possible a change in capacitance value, to such components of the "transverse vibration" of the detection result of the "longitudinal vibration" is not possible interference preferred.
具体的には、重錘体４０の軸方向の長さをある程度長く設定し、第２の容量素子Ｃ２をできるだけ重錘体４０の下方に設けるようにすれば、第２の容量素子Ｃ２の「横揺れ」検出を第１の容量素子Ｃ１の「横揺れ」検出感度よりも高めることができる。 Specifically, the axial length of the weight body 40 is set long to some extent, if the second capacitor C2 as much as possible so as to provide under the weight body 40, of the second capacitor C2 ' the transverse vibration "detection can be made higher than" transverse vibration "detection sensitivity of the first capacitor C1.
【００５１】 §４． [0051] §4. 加速度の検出回路図１および図２に示す加速度センサによって、「縦揺れ」の加速度および「横揺れ」の加速度を検出するには、図１３に示すような検出回路を用意しておけばよい。 By the acceleration sensor shown in detector FIGS. 1 and 2 of the acceleration to detect the acceleration of the acceleration and "roll" of the "longitudinal vibration", it is sufficient to prepare a detecting circuit as shown in FIG. 13. この検出回路において、可変容量素子Ｃ１として示した要素は、変位電極Ｅ１１および固定電極Ｅ１２によって構成される第１の容量素子Ｃ１であり、可変容量素子Ｃ２として示した要素は、内側電極Ｅ２１および外側電極Ｅ２２によって構成される第２の容量素子Ｃ２である。 In this detection circuit, as indicated elements variable capacitance element C1, a first capacitor C1 composed of the displacement electrode E11 and the fixed electrode E12, elements shown as the variable capacitance element C2, the inner electrode E21 and the outside a second capacitive element C2 constituted by the electrode E22. また、Ｃ／Ｖ変換回路６１，６２は、各容量素子の静電容量値Ｃ１，Ｃ２をそれぞれ電圧値Ｖ１，Ｖ２に変換する回路である。 Also, C / V conversion circuits 61 and 62 is a circuit for converting electrostatic capacitance values ​​C1, C2 of the capacitance elements into voltage values ​​V1, V2, respectively. 結局、この検出回路を用いれば、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値は電圧Ｖ１として出力端子Ｔ１に出力され、第２の容量素子Ｃ２の静電容量値は電圧Ｖ２として出力端子Ｔ２に出力されることになる。 After all, by using the detection circuit, the electrostatic capacitance of the first capacitive element C1 is output to the output terminal T1 as a voltage V1, the capacitance value of the second capacitor C2 to the output terminal T2 as the voltage V2 It will be output.
【００５２】ここで、この検出回路の各出力端子Ｔ１， [0052] Here, the output terminals of the detection circuit T1,
Ｔ２に得られる電圧Ｖ１，Ｖ２が、どのような物理量を示しているかを考えてみる。 Voltages V1, V2 obtained T2 is, consider what shows what physical quantity. まず、§２において述べた「縦揺れ」が生じたときの現象を考える。 First, consider the phenomenon of the time mentioned in §2 "longitudinal vibration" has occurred. 「縦揺れ」が生じると、Ｚ軸方向の加速度αｚは、図６の上段のグラフに示すように、正負の値を交互にとる。 When the "longitudinal vibration" is generated, the acceleration αz in the Z-axis direction, as shown in the upper graph of Figure 6, takes a negative value alternately. そして、この図６の上段のグラフのような加速度αｚが作用した状態では、第１の容量素子Ｃ１に関して、同図下段のグラフのような容量値Ｃ１の変化が得られる。 In a state where the acceleration αz acts like upper graph of FIG. 6, with respect to the first capacitor C1, the change in the capacitance value C1 as the graph of FIG lower is obtained. したがって、出力端子Ｔ１に得られる電圧Ｖ１は加速度αｚそのものを示すものとなる。 Accordingly, the voltage V1 obtained at the output terminal T1 is as shown acceleration αz itself. 要するに、電圧Ｖ１の変動幅は加速度αｚの大きさ、すなわち縦揺れの振幅を示し、電圧Ｖ１ In short, the variation width of the voltage V1 is the magnitude of the acceleration .alpha.z, i.e. represents the amplitude of the longitudinal vibration, voltage V1
の極性は瞬時における加速度αｚの方向を示すことになる。 The polarity will indicate the direction of the acceleration αz at the instant. 一方、このような「縦揺れ」に対して、第２の容量素子Ｃ２の静電容量値には変化は生じないことは既に述べたとおりである。 On the other hand, with respect to such "longitudinal vibration", the capacitance value of the second capacitor C2 changes shall not occur are as described above. よって、出力端子Ｔ２に得られる電圧Ｖ２は、この「縦揺れ」には依存しない一定の値となる。 Therefore, the voltage V2 obtained at the output terminal T2, a constant value that does not depend on the "longitudinal vibration".
【００５３】続いて、§３において述べた「横揺れ」が生じたときの現象を考える。 [0053] Then, think about the phenomenon of time where there arises the "transverse vibration" described in §3. たとえば、Ｘ軸方向に関する「横揺れ」が生じると、Ｘ軸方向の加速度αｘは、図１２の上段のグラフに示すように、正負の値を交互にとる。 For example, if the "transverse vibration" in the X-axis direction occurs, the acceleration αx in the X-axis direction, as shown in the upper graph of Figure 12, takes a negative value alternately. そして、この図１２の上段のグラフのような加速度αｘが作用した状態では、第１の容量素子Ｃ１および第２の容量素子Ｃ２の双方に関して、同図下段のグラフのような容量値Ｃ１，Ｃ２の変化が得られる。 In a state where the acceleration αx acts like upper graph of FIG. 12, with respect to both of the first capacitor C1 and second capacitor C2, the capacitance values ​​C1, as in FIG lower graph, C2 change can be obtained. したがって、出力端子Ｔ１に得られる電圧Ｖ１および出力端子Ｔ Therefore, the voltage obtained at the output terminal T1 V1 and the output terminal T
２に得られる電圧Ｖ２は、いずれも加速度αｘを示すものとなる。 Voltage V2 obtained 2 are both becomes indicative of acceleration .alpha.x. 要するに、電圧の変動幅が、加速度αｘの大きさ、すなわち横揺れの振幅を示すことになる。 In short, the variation width of voltage will indicate the magnitude of the acceleration .alpha.x, i.e. the amplitude of the roll. ただし、これらの電圧変動波形は、図１２の下段のグラフに示すように、加速度αｘの方向にかかわらず、常に所定の基準値Ｒから増加する方向への変動であるため、瞬時における加速度αｘの「方向」に関する情報は得られない。 However, these voltage fluctuation waveform, as shown in the lower graph of Figure 12, regardless of the direction of acceleration .alpha.x, always because of the variation in the direction of increasing from a predetermined reference value R, the acceleration .alpha.x at the instant information about the "direction" can not be obtained.
【００５４】なお、これまでの説明では、「横揺れ」としてＸ軸方向の加速度±αｘが作用した場合を想定して、どのような現象が起こるかを説明してきたが、このような現象は、Ｘ軸方向の加速度±αｘが加わったときにのみ生じる現象ではなく、ＸＹ平面に沿ったあらゆる方向についての加速度が加わったときに生じる一般的な現象である。 [0054] It should be noted that, in the description so far, on the assumption that acts acceleration ± αx of the X-axis direction as the "transverse vibration", what kind of a phenomenon has been described what happens, such a phenomenon not a phenomenon that occurs only when the acceleration ± .alpha.x the X-axis direction is applied, is a common phenomenon that occurs when the acceleration for all directions along the XY plane is applied. 前述したように、各電極Ｅ１１，Ｅ１２， As described above, the electrodes E11, E12,
Ｅ２１，Ｅ２２は、いずれも中心軸Ｗに関して回転対称形をしているため、Ｙ軸方向の加速度±αｙが作用した場合にも、全く同様の現象が生じることになり、ＸＹ平面に含まれる任意の方向に関する加速度が作用した場合について、全く同様の現象が生じることになる。 E21, E22 optionally are both because of the rotational symmetrical with respect to the center axis W, which when acceleration ± .alpha.y the Y-axis direction acts also will be exactly the same phenomenon occurs, are included in the XY plane for the case where acceleration in the direction of the acts, so that exactly the same phenomenon occurs.
【００５５】結局、図１３に示す検出回路において、出力端子Ｔ２に得られる電圧Ｖ２は、「縦揺れ」の影響を受けない「横揺れ」の振幅成分のみを示す値となる。 [0055] Finally, in the detection circuit shown in FIG. 13, the voltage V2 obtained at the output terminal T2, a value indicating only an amplitude component of not affected by the "pitch", "transverse vibration". したがって、この電圧Ｖ２の変動分を、この加速度センサにおける「横揺れ振幅」を示す検出値としてそのまま用いることができる。 Therefore, the variation of the voltage V2, can be used as it is as the detection value indicating the "transverse vibration amplitude" of the acceleration sensor.
【００５６】一方、出力端子Ｔ１に得られる電圧Ｖ１ Meanwhile, the voltage obtained at the output terminal T1 V1
は、「縦揺れ」の振幅成分と「横揺れ」の振幅成分との和を示すことになるが、実際には、前者に対して後者は非常に小さな値となる。 Is will show the sum of the amplitude component of the "longitudinal vibration" amplitude component and the "transverse vibration" of, in fact, the latter is extremely small value with respect to the former. これは次のような理由による。 This is due to the following reasons.
まず、「縦揺れ」が生じた場合は、図５に示すように、 First, if the "longitudinal vibration" occurs, as shown in FIG. 5,
変位電極Ｅ１１と固定電極Ｅ１２との間隔は、これら電極の全領域において均一に変化する。 Spacing between the displacement electrode E11 and the fixed electrode E12 is uniformly changed in the entire region of the electrodes. すなわち、間隔の変化分Δｄは、電極の全領域において等しくなる。 That is, the change amount Δd interval is equal in the entire region of the electrode. しかも、この変化分Δｄが、静電容量値Ｃ１の変化に直接作用するため、「縦揺れ」により電圧Ｖ１はかなり効果的に変動することになる。 Moreover, the variation Δd is, to act directly on the change in the capacitance value C1, the voltage V1 will vary considerably effectively by "longitudinal vibration". これに対し、「横揺れ」が生じた場合は、図７に示すように、変位電極Ｅ１１と固定電極Ｅ１２との間隔ｄは、これら電極の一方においては広がり、他方においては縮まることになり、しかも円盤状の電極の周囲部に比べて中心部での間隔の変化量は極めて小さくなる。 In contrast, if the "transverse vibration" occurs, as shown in FIG. 7, the distance d between the displacement electrode E11 and the fixed electrode E12 is spread at one of the electrodes, will be shortened in the other, Moreover the amount of change in distance at the center portion than the peripheral portion of the disk-shaped electrode is extremely small. すなわち、間隔の変化分Δｄは、電極の各部において、符号も大きさもそれぞれ異なることになる。 That is, the change amount Δd intervals, in each part of the electrode, so that each different also signs size. しかも、この変化分Δｄが直接的に静電容量値Ｃ１ Moreover, the capacitance value C1 directly the variation Δd is
の変化に寄与するわけではない。 Do not contribute to the change. 図１１のグラフで説明したように、電極間隔がｄ０から（ｄ０−Δｄ）に変化することによって生じる静電容量の増加分ΔＣａと、電極間隔がｄ０から（ｄ０＋Δｄ）に変化することによって生じる静電容量の減少分ΔＣａと、の差に相当する静電容量値（ΔＣａ−ΔＣｂ）だけ、合計の静電容量値が増加するのである。 As described in the graph of FIG. 11, the static caused by the change in the increment ΔCa in capacitance caused by varying the electrode spacing from d0 to (d0-[Delta] d), the electrode spacing is from d0 to (d0 + [Delta] d) electrostatic decrease .DELTA.Ca and the capacitance value corresponding to the difference between the volume only (.DELTA.Ca-.DELTA.Cb), is the capacitance value of the sum will increase.
【００５７】このような理由から、出力端子Ｔ１に得られる電圧Ｖ１の変動分は、主として、「縦揺れ」の振幅成分を示すものとなり、実用上は、この電圧Ｖ１の変動分を、この加速度センサにおける「縦揺れ振幅」を示す検出値としてそのまま用いても問題はない。 [0057] For this reason, the variation of the voltage V1 obtained at the output terminal T1, mainly becomes indicates the amplitude component of the "longitudinal vibration", practically, the variation of the voltage V1, the acceleration there is no problem in using it as a detection value indicating the "longitudinal vibration amplitude" in the sensor. 結局、図１ After all, as shown in FIG. 1
３に示すような検出回路を用意しておけば、出力端子Ｔ By preparing a detection circuit as shown in 3, the output terminal T
１の電圧変動分を「縦揺れ」の振幅として検出し、出力端子Ｔ２の電圧変動分を「横揺れ」の振幅として検出することが可能になる。 1 of the voltage change is detected as the amplitude of the "longitudinal vibration", consisting of voltage change at the output terminal T2 can be detected as an amplitude of the "transverse vibration". なお、Ｃ／Ｖ変換回路６１，６２ Incidentally, C / V conversion circuits 61 and 62
を、検出対象となる加速度が零のときに出力電圧が０ボルトになるようにキャリブレーションしておけば、出力端子Ｔ１，Ｔ２に得られる電圧値を、検出した加速度の振幅値を示す値としてそのまま用いることが可能になる。 The, if calibrated so that the output voltage when the acceleration is zero to be detected is 0 volts, the voltage value obtained at the output terminal T1, T2, as a value indicating the amplitude value of the detected acceleration it is possible to use as it is.
【００５８】なお、従来の三次元加速度センサでは、 [0058] In the conventional three-dimensional acceleration sensor,
「横揺れ」に関してその方向までも特定することができたが、既に述べたように、都市ガスの供給制御やエレベータの運転制御を行う上では、所定のしきい値以上の「横揺れ」が発生したか否かが検出できる加速度センサがあれば十分であり、また、自動車におけるエアバッグの作動制御を行う上では、所定のしきい値以上の衝撃が正面、背面、側面から加わったか否かが検出できる加速度センサがあれば十分である。 Could also be identified to its direction with respect to the "transverse vibration", but as already mentioned, in carrying out the operation control of the supply control and elevator city gas, more than a predetermined threshold "transverse vibration" is a sufficient acceleration sensor capable of detecting whether or not occurred, also, in carrying out the operation control of the air bag in the vehicle, a predetermined threshold value or more shock front, back, whether applied from the side there is sufficient acceleration sensor capable of detecting. 本発明に係る加速度センサは、このような条件を十分に満たしており、しかも、 The acceleration sensor according to the present invention, sufficiently satisfies such conditions, moreover,
その検出出力は、第２の容量素子Ｃ２の静電容量値として直接的に得ることができ、非常に単純な構成で必要十分な加速度検出が可能である。 The detection output can be obtained directly as a capacitance value of the second capacitor C2, it is possible to necessary and sufficient acceleration detected by a very simple structure.
【００５９】 §５． [0059] §5. より高精度な検出回路上述の§４では、図１３に示すような検出回路によって、実用上は十分な加速度センサが得られることを述べた。 More in accurate detection circuits described above §4, it said that by the detection circuit as shown in FIG. 13, practically sufficient acceleration sensor is obtained. しかしながら、より高精度な検出を行うには、図１ However, to do more accurate detection, FIG. 1
４に示すような検出回路を用いればよい。 The detection circuit may be used as shown in 4. この検出回路は、図１３に示す検出回路に、更に、逓倍回路７１〜７ The detection circuit, the detection circuit shown in FIG. 13, further, the multiplying circuit 71-7
４および差動増幅器７５，７６を付加し、電圧Ｖ１，Ｖ 4 and added to the differential amplifier 75 and 76, the voltage V1, V
２に対する補正を加えることにより、出力端子Ｔ１に「縦揺れ」を示す正確な電圧Ｖｐを出力し、出力端子Ｔ By adding the correction for 2, and outputs the correct voltage Vp that indicates the "longitudinal vibration" to the output terminal T1, an output terminal T
２に「横揺れ」を示す正確な電圧Ｖｓを出力できるようにしたものである。 2 is obtained by allowing to output correct voltage Vs indicating the "roll" on.
【００６０】いま、電圧Ｖ１，Ｖ２ともに、「縦揺れ」 [0060] Now, the voltage V1, V2 together, "longitudinal vibration"
の振幅を示す成分（電圧Ｖｐに対応）と「横揺れ」の振幅を示す成分（電圧Ｖｓに対応）との和からなるものと考えると、 Ｖ１＝Ｍ１１・Ｖｐ ＋ Ｍ１２・Ｖｓ Ｖ２＝Ｍ２１・Ｖｐ ＋ Ｍ２２・Ｖｓ なる２本の式が成り立つことになる。 Considering the component showing the amplitude (corresponding to the voltage Vp) shall consist of the sum of the components showing the amplitude (corresponding to the voltage Vs) of the "transverse vibration", V1 = M11 · Vp + M12 · Vs V2 = M21 · Vp + M22 · Vs 2 pieces of expression that will be is true. ここで、Ｍ１１， Here, M11,
Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２は、それぞれ所定の比例定数である。 M12, M21, M22 are each predetermined proportional constant. §４で述べた検出回路は、比例定数Ｍ２１＝０とし、また、比例定数Ｍ１２がＭ１１に比べて非常に小さいために、Ｍ１２＝０と近似し、 Ｖ１＝Ｍ１１・Ｖｐ Ｖ２＝Ｍ２２・Ｖｓ なる２本の式に基いて、電圧Ｖｐ，Ｖｓを出力するようにしたものである。 Detection circuit described in §4 is a proportional constant M21 = 0, also in order proportional constant M12 is very small compared to M11, approximated to M12 = 0, becomes V1 = M11 · Vp V2 = M22 · Vs based on the two equations, in which to output voltage Vp, the Vs.
【００６１】しかし、実際には、Ｍ１２は０ではない。 [0061] However, in fact, M12 is not a 0.
また、Ｍ２１は理論上は０になる定数であるが、実際の装置では、機械的誤差などが避けられないため、０にはならない。 Also, M21 is theoretically a constant equal to 0, in an actual apparatus, because the unavoidable and mechanical error, not zero. ここでは、比例定数Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２ Here, proportionality constant M11, M12, M2
１，Ｍ２２がいずれも０でないとする取扱いを行うことにより、厳密な検出値を得る方法を述べる。 By 1, M22 performs the handling of the non-zero any, describes a method of obtaining a precise detection value. この場合、 Ｖ１＝Ｍ１１・Ｖｐ ＋ Ｍ１２・Ｖｓ Ｖ２＝Ｍ２１・Ｖｐ ＋ Ｍ２２・Ｖｓ なる２本の連立方程式において、電圧値Ｖ１，Ｖ２は実測値として得られる値であり、Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２ In this case, the V1 = M11 · Vp + M12 · Vs V2 = M21 · Vp + M22 · Vs becomes two simultaneous equations, the value is a voltage value V1, V2 obtained as measured value, M11, M12, M2
１，Ｍ２２は所定の値をもった比例定数であるから、未知数はＶｐ，Ｖｓの２つだけである。 1, M22 is because a proportionality constant having a predetermined value, unknowns is Vp, only two Vs. したがって、この２本の連立方程式を解けば、未知数の解は得られることになる。 Therefore, solving the simultaneous equations of the two, so that the solution of the unknowns can be obtained. これをアナログ回路による演算で行うためには、具体的には、次のようにすればよい。 This in order to perform the computation by the analog circuit, specifically, the following procedures may be used. いま、上述の２本の連立方程式を行列式で表すと、 Now, to represent the two simultaneous equations of the above in the determinant,
【数１】 [Number 1] のようになる。 become that way. この行列式を、Ｖｐ，Ｖｓについて解くと、 This matrix equation, Vp, and solving for Vs,
【数２】 [Number 2] のような行列式が得られる。 Determinant such as is obtained. ここで、Ｋ１１，Ｋ１２， Here, K11, K12,
Ｋ２１，Ｋ２２は、Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２を要素とする行列に対する逆行列の要素である。 K21, K22 are the elements of the inverse matrix for the matrix to M11, M12, M21, M22 elements. そこで、 there,
演算によりこの逆行列を求め、その要素Ｋ１１，Ｋ１ Computed by seeking the inverse matrix, its elements K11, K1
２，Ｋ２１，Ｋ２２の各値を求める。 2, K21, obtains the values ​​of K22. そして、これらの値Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２をそれぞれ逓倍定数とする逓倍回路７１〜７４を用意し、図１４に示すように、これらの逓倍回路７１〜７４と差動増幅器７５，７ Then, prepare the multiplication circuit 71 to 74 to these values ​​K11, K12, K21, K22 and respectively multiplying constant, as shown in FIG. 14, these multiplication circuits 71 through 74 and the differential amplifier 75,7
６によって検出回路を組めば、 Ｖｐ＝Ｋ１１・Ｖ１ − Ｋ１２・Ｖ２ Ｖｓ＝−Ｋ２１・Ｖ１ ＋ Ｋ２２・Ｖ２ なる演算が行われることになる。 If Kume detection circuit by 6, Vp = K11 · V1 - K12 · V2 Vs = -K21 · V1 + K22 · V2 becomes operation will be performed. これは、逆行列を用いた上述の行列式の演算に他ならない。 This is nothing but the above-described determinant calculation using the inverse matrix. よって、図１４に示すアナログ演算回路によれば、出力端子Ｔ１に得られる電圧Ｖｐは、「縦揺れ」の厳密な振幅値を示し、出力端子Ｔ２に得られる電圧Ｖｓは、「横揺れ」の厳密な振幅値を示すものになる。 Therefore, according to the analog operation circuit shown in FIG. 14, the voltage Vp obtained at the output terminal T1, indicates the exact amplitude value of the "longitudinal vibration", the voltage Vs obtained at the output terminal T2, the "transverse vibration" It will show the exact amplitude values.
【００６４】 §６． [0064] §6. その他の実施形態以上、本発明に係る加速度センサを基本的な実施形態に基いて説明したが、本発明はこの実施形態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。 Other embodiments While the acceleration sensor according to the present invention has been described with reference to the basic embodiment, the present invention is not limited to this embodiment, can be implemented in this addition to the various embodiments also is there. たとえば、上述の実施形態では、外側電極Ｅ２２に比べて内側電極Ｅ２１の幅（中心軸Ｗ方向の幅）を広く設定し、「縦揺れ」の加速度成分が作用して重錘体４０ For example, in the embodiment described above, widely set the width of the inner electrode E21 (the width of the center axis W direction) than the outer electrode E22, the acceleration components of the "longitudinal vibration" acts weight body 40
が中心軸Ｗ方向に変位しても、第２の容量素子Ｃ２の有効対向面積が一定となるような構造を採っていた。 There is also displaced in the central axis direction W, the effective facing areas of the second capacitor C2 had adopted a structure such that constant. これに対して、図１５に示すように、内側電極Ｅ３１に比べて外側電極Ｅ３２の幅を広く設定してもかまわない。 In contrast, as shown in FIG. 15, it may be set wider outer electrode E32 as compared to the inner electrode E31. 要するに、重錘体４０が中心軸Ｗに沿って変位した場合にも、内側電極と外側電極との間の有効対向面積が一定となるように、内側電極の中心軸方向の幅と外側電極の中心軸方向の幅とについて、一方の幅が他方の幅よりも、 In short, even when the weight body 40 is displaced along the center axis W, so that the effective opposing area between the inner and outer electrodes is constant, the inner electrode in the central axis direction of the width and the outer electrode for the width of the central axis, also one width than the width of the other,
少なくとも重錘体４０の中心軸Ｗに沿った変位量だけ広くなるように構成すればよい。 It may be configured so that only the displacement amount becomes wider along the central axis W of at least the weight body 40.
【００６５】また、上述の実施形態では、変位電極Ｅ１ [0065] In the above embodiments, the displacement electrode E1
１と固定電極Ｅ１２とを同じ径の円盤状電極によって構成したが、一方の径を他方の径よりも大きくしてもかまわない。 1 and the fixed electrode E12 is constituted by a disc-shaped electrodes of the same diameter but may be larger than the other diameter one size. この場合、実効対向面積は径の小さい方の電極によって決定されることになる。 In this case, the effective facing areas will be determined by the smaller electrode diameters.
【００６６】更に、上述の実施形態は、「縦揺れ」を検出するための第１の容量素子Ｃ１と、「横揺れ」を検出するための第２の容量素子Ｃ２と、の双方を備えた加速度センサについてのものであったが、「横揺れ」のみが生じるような環境で用いるのであれば、第２の容量素子Ｃ２のみを形成しておけば足りる。 [0066] Furthermore, the above-described embodiments, includes a first capacitor C1 for detecting a "longitudinal vibration", a second capacitor C2 for detecting the "transverse vibration", both but was of the acceleration sensor, if used in an environment in which only the "transverse vibration" occurs, it is sufficient by forming only the second capacitive element C2. たとえば、自動車に搭載する衝撃計として利用する場合、自動車同士の衝突あるいは自動車と建造物との衝突などでは、通常、「横揺れ」の衝撃成分のみしか発生せず、「縦揺れ」の衝撃成分は無視しうる。 For example, if used as an impact detector to be mounted on an automobile, a collision between the collision or automobile and building between an automobile, usually, only a shock component of "transverse vibration" does not occur, the impact component of the "longitudinal vibration" negligible. このような使用環境であれば、「縦揺れ」成分についての検出を行う必要はないため、第２ With such a use environment, the "longitudinal vibration" detection is not necessary to perform for the component, the second
の容量素子Ｃ２のみを形成するだけで十分である。 Only by forming only the capacitive element C2 is sufficient. すなわち、図２に示す加速度センサにおいて、変位電極Ｅ１ That is, in the acceleration sensor shown in FIG. 2, the displacement electrode E1
１および固定電極Ｅ１２は不要になる。 1 and the fixed electrode E12 is unnecessary.
【００６７】また、上述の実施形態では、各電極はいずれも中心軸Ｗに関して完全に回転対称形をしていたが、 [0067] Further, in the above embodiment, each electrode was completely rotation symmetrical with respect to the center axis W,
実用上は完全な回転対称形でなくてもかまわない。 Practice may not be a perfect rotationally symmetrical. ただ、変位電極Ｅ１１および固定電極Ｅ１２を中心軸Ｗに関する回転対称形（円形）にしておけば、「横揺れ」に基く静電容量値の変化をできるだけ低く抑えることが可能になり、図１３に示す単純な検出回路を用いても、 However, if the rotation symmetrical (circular) about the central axis W of the displacement electrode E11 and the fixed electrode E12, it is possible to suppress low as possible variation in capacitance value based on a "roll", 13 even using a simple detection circuit shown,
「横揺れ」の成分をできるだけ含まない「縦揺れ」検出値を得ることができるようになる。 It is possible to obtain a "longitudinal vibration" detected value as much as possible does not contain a component of the "transverse vibration". また、内側電極Ｅ２ In addition, the inner electrode E2
１および外側電極Ｅ２２を中心軸Ｗに関する回転対称形（円筒形）にしておけば、「横揺れ」検出を無指向性にすることが可能になる。 If in the first and the outer electrode E22 center axis W about rotationally symmetrical (cylindrical), it is possible to "roll" detected omnidirectional. 別言すれば、ＸＹ平面上の３６ In other words, on the XY plane 36
０°のいずれの方向の「横揺れ」加速度に対しても同じ感度で検出が可能になる。 0. allows detection with the same sensitivity with respect to the "transverse vibration" of either direction °. これは地震計として用いるには理想的な性質である。 This is an ideal property to use as a seismograph.
【００６８】ただ、用途によっては、この「横揺れ」加速度に対する検出感度に指向性をもたせた方が好ましい場合もある。 [0068] However, in some applications, it may this better remembering directivity in the detection sensitivity to "transverse vibration" preferred. たとえば、自動車におけるエアバッグの作動制御を行うための衝撃センサとして用いる場合、正面衝突による衝撃の検出感度と、側面衝突による衝撃の検出感度と、に差をもたせる方が好ましい。 For example, when used as an impact sensor for controlling the operation of the air bag in a motor vehicle, the detection sensitivity of an impact by a head-on collision, the detection sensitivity of an impact due to side collision, to have a difference in the preferable. これは、図１ This is, as shown in FIG. 1
６に示すように、運転席が受ける衝撃加速度は、一般に、正面衝突よりも側面衝突の方が大きくなる傾向にあるためである。 As shown in 6, the impact acceleration is the driver's seat receives generally there is a tendency that the direction of a side impact than frontal collision increases. 具体的には、自動車搭載用の加速度センサとしては、正面衝突による衝撃加速度のフルスケールが５０Ｇ程度で十分であるのに対し、側面衝突による衝撃加速度のフルスケールは２００Ｇ程度が必要であると考えられている。 Specifically, the acceleration sensor for a vehicle mounted considered while the full scale of the impact acceleration due frontal collision is sufficient at about 50G, the full scale of the impact acceleration caused by the side collision is required to be about 200G It is. このような要望に応えるためには、正面から作用する加速度に対する検出感度よりも、側面から作用する加速度に対する検出感度を低く設定する必要がある。 Such To meet the demand, than the detection sensitivity to acceleration applied from the front, it is necessary to set a low detection sensitivity to acceleration applied from the side.
【００６９】このような「横揺れ」加速度に対する検出感度に指向性をもたせるには、検出対象となる加速度が作用しない基準状態において、内側電極と外側電極との間の間隔が部分的に異なるように設定し、間隔に指向性をもたせるようにすればよい。 [0069] To impart a directivity in the detection sensitivity for such "lateral vibration", in reference state acceleration to be detected is not applied, so that the spacing between the inner and outer electrodes is different from the partial set, it is sufficient to impart a directivity to the interval. 図１７(a) は、これまで述べた実施形態に係るセンサにおける内側電極Ｅ２１と外側電極Ｅ２２との位置関係を示す横断面図である。 Figure 17 (a) is a cross-sectional view showing the positional relationship between the inner electrode E21 and the outer electrode E22 in the sensor according to the embodiment described heretofore. この例では、Ｘ軸上における両電極間隔ｄｘとＹ軸上における両電極間隔ｄｙとは等しく、Ｘ軸およびＹ軸に限らず、あらゆる位置において両電極間隔は均一である。 In this example, equal to the two electrode spacing dy at both electrode distance dx and the Y-axis on the X-axis, not only the X-axis and Y-axis, the electrodes intervals in all positions is uniform. これは、内側電極Ｅ２１および外側電極Ｅ２２が同軸円筒状をしているためである。 This is because the inner electrode E21 and the outer electrode E22 has a coaxial cylindrical. このような構造をもった電極を用いた場合、ＸＹ平面上における「横揺れ」加速度に対する検出感度は、図１７(b) の感度分布曲線Ｓ０に示すように、どの方向についても同一になる。 When using such a structure having the electrodes, the detection sensitivity to "transverse vibration" in the XY plane, as shown in the sensitivity distribution curve S0 of FIG. 17 (b), be the same for any direction.
【００７０】これに対し、たとえば図１８(a) に示すように、円柱状の重錘体４０の代わりに、楕円柱状の重錘体４０Ｚを用い、その表面に楕円筒状の内側電極Ｅ２１ [0070] In contrast, for example, as shown in FIG. 18 (a), in place of the columnar weight body 40, with a weight body 40Z of elliptic cylinder, elliptic cylinder-shaped inner electrode on its surface E21
Ｚを形成するようにすれば、Ｘ軸上における両電極間隔ｄｘはＹ軸上における両電極間隔ｄｙよりも広くなり、 If so as to form a Z, the electrodes distance dx in the X-axis is wider than the electrodes distance dy in the Y-axis,
ＸＹ平面上における「横揺れ」加速度に対する検出感度は、図１８(b) の感度分布曲線Ｓ１に示すように、Ｙ軸方向に関しては感度が高く、Ｘ軸方向に関しては感度が低くなる。 Detection sensitivity to "transverse vibration" in the XY plane, as shown in the sensitivity distribution curve S1 in FIG. 18 (b), the high sensitivity in the Y-axis direction, the sensitivity is low with respect to the X-axis direction. また、図１９(a) に示すように、重錘体４０ Further, as shown in FIG. 19 (a), the weight body 40
を円柱状のままとし、その表面に円筒状の内側電極Ｅ２ It was left cylindrical, cylindrical inner electrode E2 on the surface thereof
１を形成しておき、外側電極として、楕円筒状の外側電極Ｅ２２Ｚを用いるようにしても、やはりＸ軸上における両電極間隔ｄｘはＹ軸上における両電極間隔ｄｙよりも広くなり、ＸＹ平面上における「横揺れ」加速度に対する検出感度は、図１９(b) の感度分布曲線Ｓ２に示すように、Ｙ軸方向に関しては感度が高く、Ｘ軸方向に関しては感度が低くなる。 Leave form 1, as the outer electrode, be used an elliptical cylindrical outer electrode E22Z, also the electrodes distance dx in the X-axis is wider than the electrodes distance dy in the Y-axis, XY plane detection sensitivity to "transverse vibration" on, as shown in the sensitivity distribution curve S2 in FIG. 19 (b), the high sensitivity in the Y-axis direction, the sensitivity is low with respect to the X-axis direction.
【００７１】このように、本発明に係る加速度センサでは、用途に応じて「横揺れ」加速度に対する検出感度を自由に設定することができる。 [0071] Thus, in the acceleration sensor according to the present invention, it is possible to freely set the detection sensitivity to "transverse vibration" depending on the application.
【実施例】続いて、本発明に係る加速度センサのより実用的な実施例を述べる。 EXAMPLES Next, described more practical example of an acceleration sensor according to the present invention. これまで述べた実施形態に係る加速度センサでは、変位基板２０の周囲が８本のばねからなる支持手段３０で支持されている。 In the acceleration sensor according to the embodiment described so far, it is supported by a supporting means 30 around the displacement substrate 20 is composed of eight springs. しかしながら、 However,
このような構造は、量産に適した実用的な加速度センサを実現する上では、必ずしも最適なものではない。 Such structures, in order to realize a practical acceleration sensor suitable for mass production is not always optimal. ここでは、可撓性基板に複数のスリットを形成することによりダイヤフラムを構成し、このダイヤフラムを変位基板２０および支持手段３０として用いたより実用的な実施例を示す。 Here, constitute a diaphragm by forming a plurality of slits in the flexible substrate, shows a practical embodiment than with the diaphragm as a displacement substrate 20 and the supporting means 30.
【００７３】まず、図２０に平面図を示すようなダイヤフラム１２０を用意する。 [0073] First, a diaphragm 120 as shown in the plan view of FIG. 20. このダイヤフラム１２０は、 The diaphragm 120,
円盤状の可撓性基板（この実施例では薄い金属板）に多数のスリット１２５を形成したものである。 (In this example a thin metal plate) disk-shaped flexible substrate is obtained by forming a plurality of slits 125. ダイヤフラム１２０上にこのようなパターンをもった多数のスリット１２５を形成すると、スリット相互の間隙部分によって、ダイヤフラム１２０の各部が物理的に接続されるような構造になる。 When forming a plurality of slits 125 having such a pattern on the diaphragm 120, the gap portion of the slit each other, resulting in the structure as each part of the diaphragm 120 is physically connected. すなわち、スリットによって周囲すべてが包囲されるような閉領域部分は決して存在せず、各部分はスリット相互の間隙部分によって必ず他の部分に物理的に接続されていることになり、全体として、１枚の物理的なダイヤフラムの形態を維持している。 That closed region part where all around are surrounded by the slit is not in any way there, each part will have been always physically connected to other portions by a gap portion of the slit each other as a whole, 1 It maintains the form of sheets of a physical diaphragm. このダイヤフラム１２０の周囲部分を固定し、中心点に力を作用させると、スリット相互の間隙部分の弾性変形に基いて、中央部分に変位が生じることになる。 This peripheral portion of the diaphragm 120 is fixed, when a force is applied to the center point, based on the elastic deformation of the gap portion of the slit each other, so that the displacement at the center portion occurs. このようなダイヤフラム１２０は、本発明において変位基板２０と支持手段３０との双方の機能を果たすことになる。 Such diaphragm 120 will fulfill both the functions of the displacement substrate 20 and the support means 30 in the present invention. しかも、ダイヤフラム１２０は導電性材料（金属板）から構成されているため、更に、このダイヤフラム１２０の一部分は、変位電極Ｅ１１として機能することになる。 Moreover, since the diaphragm 120 is made of a conductive material (metal plate), and further, a portion of the diaphragm 120 will serve as a displacement electrode E11.
【００７４】このようなダイヤフラム１２０を用いて構成した加速度センサの一実施例を、図２１の側断面図に示す。 [0074] One embodiment of an acceleration sensor constituted by using such a diaphragm 120, shown in a side cross-sectional view of FIG. 21. この実施例において、固定基板１１０は、絶縁性の剛体からなる円盤状の基板であり、その下面には、円盤状の固定電極１１５が形成されている。 In this embodiment, the fixed substrate 110 is a disk-shaped substrate made of an insulating rigid body, the lower surface thereof, a disc-shaped fixed electrode 115 is formed. 具体的には、 In particular,
固定基板１１０はセラミックあるいはガラスエポキシからなる円盤であり、固定電極１１５は、この円盤の下面に印刷もしくは蒸着の手法により形成された銀またはアルミニウムなどからなる金属層である。 Fixing the substrate 110 is a disk made of ceramic or glass epoxy, fixed electrode 115 is a metal layer made of formed of silver or aluminum by the method of printing or deposition on the lower surface of the disc. 固定基板１１０ Fixed substrate 110
とダイヤフラム１２０との間には、ワッシャ状のスペーサ１６０が介挿されており、ダイヤフラム１２０は、やはりワッシャ状の台座１７０によって、センサ筐体１５ And between the diaphragm 120, the washer-shaped spacer 160 can be interposed by the diaphragm 120, also a washer-shaped base 170, the sensor casing 15
０に固定されている。 It is fixed to 0. センサ筐体１５０は、アルミニウムなどの金属材料からなり、全体的には円筒状容器を構成している。 Sensor housing 150 is made of a metal material such as aluminum, as a whole constitutes a cylindrical container. このセンサ筐体１５０には、板状の中仕切部１５５が形成されており、この中仕切部１５５によって、センサ筐体１５０内部は、上部空間１５１と下部空間１５２とに仕切られる。 The sensor housing 150 is formed with a plate-like partition portion 155, by the intermediate partition portion 155, internal sensor housing 150 is partitioned into an upper space 151 and the lower space 152. ただ、中仕切部１５５の中央には、円柱状の空洞部１５３が設けられており、上部空間１５１と下部空間１５２とは、この空洞部１５３を通じて連結している。 However, in the center of the partition portion 155 is provided with a cylindrical cavity 153, and the upper space 151 and the lower space 152, are coupled through the cavity portion 153. ダイヤフラム１２０の下面には、金属製の円柱からなる重錘体１４０が固着されており、この重錘体１４０は、空洞部１５３内に収容されている。 On the lower surface of the diaphragm 120, the weight body 140 consisting of a cylinder made of metal are fixed, the weight body 140 is housed in the cavity 153.
【００７５】結局、この加速度センサの各構成要素のうち、ダイヤフラム１２０、重錘体１４０、センサ筐体１ [0075] Finally, among the components of the acceleration sensor, the diaphragm 120, the weight body 140, the sensor casing 1
５０は、いずれも導電性材料からなる。 50 are all made of a conductive material. 台座１７０は、 Pedestal 170,
ダイヤフラム１２０とセンサ筐体１５０とが導通しないように、絶縁性の材料から構成されている。 As the diaphragm 120 and the sensor housing 150 does not conduct, and an insulating material. 具体的には、台座１７０はプラスチックやセラミックで構成すればよい。 Specifically, the base 170 may be constructed of plastic or ceramic. この実施例では、固定基板１１０は絶縁材料からなるので、スペーサ１６０を金属などの導電性材料で構成しても、ダイヤフラム１２０と固定電極１１５とが導通することはないので支障はない。 In this embodiment, the fixed substrate 110 so made of an insulating material, also constitute a spacer 160 with a conductive material such as metal, there is no problem because the diaphragm 120 and the stationary electrode 115 does not conduct. ただ、台座１７０ However, the pedestal 170
が単にダイヤフラム１２０を支持する機能を果たすだけであるのに対し、スペーサ１６０は、固定基板１１０を単に支持する機能だけではなく、固定電極１１５とダイヤフラム１２０との間の間隔（すなわち、第１の容量素子Ｃ１の電極間隔）を定める機能を果たすことになる。 There to simply only serves the function of supporting the diaphragm 120, the spacer 160 not only functions to simply support the fixed substrate 110, the distance between the fixed electrode 115 and the diaphragm 120 (i.e., first It would serve to define electrode spacing) of the capacitor C1.
このため、スペーサ１６０としては、できるだけ熱膨脹係数の小さいセラミックなどを用いるのが好ましい。 Therefore, as the spacer 160, or the like is preferably used a ceramic is as small as possible thermal expansion coefficients.
【００７６】この加速度センサには、３つの出力端子Ｔ [0076] The acceleration sensor, three output terminals T
１０，Ｔ１１，Ｔ１２が設けられている。 10, T11, T12 are provided. 出力端子Ｔ１ Output terminal T1
０は、金属製のセンサ筐体１５０に接続されており、出力端子Ｔ１１は固定電極１１５に接続されており、出力端子Ｔ１２はダイヤフラム１２０に接続されている。 0 is connected to a metal sensor housing 150, the output terminal T11 is connected to the fixed electrode 115, the output terminal T12 is connected to the diaphragm 120.
【００７７】このように、図２１に示す加速度センサは、量産に適した単純な構造を有するが、原理的には、 [0077] Thus, the acceleration sensor shown in FIG. 21, has a simple structure suitable for mass production, in principle,
図２に示す加速度センサと同様の機能を果たすことになる。 So that the same functions as those of the acceleration sensor shown in FIG. すなわち、導電性をもったダイヤフラム１２０の中央の一部分が図２における変位電極Ｅ１１としての役割を果たし、固定電極１１５が図２における固定電極Ｅ１ That is, central portion of the diaphragm 120 having conductivity serves as the displacement electrode E11 in FIG. 2, the fixed electrode fixing electrode 115 in FIG. 2 E1
２としての役割を果たす。 Serve as 2. したがって、出力端子Ｔ１１ Therefore, the output terminal T11
と出力端子Ｔ１２との間の静電容量は、第１の容量素子Ｃ１の静電容量に対応したものとなる。 The capacitance between the output terminal T12 is such as to correspond to the capacitance of the first capacitor C1. また、導電性をもった重錘体１４０は、図２における重錘体４０としての機能を果たし、しかもその表面の一部分は、図２における内側電極Ｅ２１としての機能を果たす。 Further, the weight body 140 having conductivity, functions as weight body 40 in FIG. 2, moreover a portion of its surface, serves as the inner electrode E21 in FIG. 更に、導電性をもった中仕切部１５５の空洞部１５３に接した端面は、図２における外側電極Ｅ２２としての機能を果たす。 Furthermore, the end surface in contact with the cavity 153 of the intermediate partition 155 having a conductive property, serve as the outer electrode E22 in FIG. したがって、出力端子Ｔ１０と出力端子Ｔ１２との間の静電容量は、第２の容量素子Ｃ２の静電容量に対応したものとなる。 Accordingly, the capacitance between the output terminal T10 and the output terminal T12 is such as to correspond to the capacitance of the second capacitor C2.
【発明の効果】以上のとおり本発明に係る加速度センサによれば、内側電極と外側電極とによって構成した容量素子の静電容量値の変化に基いて作用した加速度を検出するようにしたため、所定の一平面に含まれる方向を向いた加速度の大きさを電気信号として効率良く検出することができる。 According to the acceleration sensor according to the present invention as above, according to the present invention, since in order to detect the applied acceleration based on the change of the electrostatic capacitance of the capacitor constituted by the inner and outer electrodes, a predetermined the acceleration magnitude facing direction included in a plane of the can be efficiently detected as an electrical signal.
【図１】本発明の基本的な実施形態に係る加速度センサの主要部分の斜視図である。 1 is a perspective view of a main portion of the acceleration sensor according to the basic embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す加速度センサの側断面図である。 2 is a side sectional view of the acceleration sensor shown in FIG.
【図３】図１に示す加速度センサの固定基板１０の下面図である。 3 is a bottom view of the fixed substrate 10 of the acceleration sensor shown in FIG.
【図４】図１に示す加速度センサの変位基板２０の上面図である。 It is a top view of the displacement substrate 20 of the acceleration sensor shown in FIG. 1; FIG.
【図５】図１に示す加速度センサに「縦揺れ」の加速度成分が作用したときの動作を説明する側断面図である。 [5] the acceleration component in the "longitudinal vibration" in the acceleration sensor shown in FIG. 1 is a side cross-sectional view for explaining the operation when the action.
【図６】図５に示すような「縦揺れ」状態における加速度αｚと第１の容量素子の容量値Ｃ１との関係を示すグラフである。 6 is a graph showing the relationship between the capacitance value C1 of the acceleration αz and the first capacitive element in the "longitudinal vibration" state as shown in FIG.
【図７】図１に示す加速度センサに「横揺れ」の加速度成分が作用したときの動作を説明する側断面図である。 [7] the acceleration component in the "transverse vibration" in the acceleration sensor shown in FIG. 1 is a side cross-sectional view for explaining the operation when the action.
【図８】図１に示す加速度センサを切断面Ａ−Ａに沿って切断することにより得られる内側電極Ｅ２１および外側電極Ｅ２２の横断面図である。 8 is a cross-sectional view of the inner electrode E21 and the outer electrode E22 obtained by cutting along the cutting plane A-A of the acceleration sensor shown in FIG.
【図９】図１に示す加速度センサの変位基板２０の上面図である。 9 is a top view of the displacement substrate 20 of the acceleration sensor shown in FIG.
【図１０】図８に示す横断面図に基いて、第２の容量素子の容量値Ｃ２の変化を説明する図である。 [10] Based on the cross-sectional view shown in FIG. 8 is a diagram for explaining a change in the capacitance value C2 of the second capacitor.
【図１１】静電容量素子における電極間距離ｄと静電容量値Ｃとの一般的な関係を示すグラフである。 11 is a graph showing the general relationship between the inter-electrode distance d and the capacitance value C of the capacitance element.
【図１２】図７に示すような「横揺れ」状態における加速度αｘと第１の容量素子の容量値Ｃ１および第２の容量素子の容量値Ｃ２との関係を示すグラフである。 12 is a graph showing the relationship between the capacitance value C2 of the capacitance value C1 and the second capacitor of the acceleration αx a first capacitor element in the "transverse vibration" state as shown in FIG.
【図１３】図１に示す加速度センサに用いる検出回路を示す回路図である。 13 is a circuit diagram showing a detection circuit used in the acceleration sensor shown in FIG.
【図１４】図１に示す加速度センサに用いるための更に高精度な検出回路を示す回路図である。 14 is a circuit diagram showing a more accurate detection circuit for use in the acceleration sensor shown in FIG.
【図１５】本発明に係る加速度センサの別な実施形態を示す側断面図である。 It is a side cross-sectional view showing another embodiment of an acceleration sensor according to the present invention; FIG.
【図１６】自動車衝突時の衝撃センサとして用いる場合の検出感度の指向性を説明する図である。 16 is a diagram for explaining the directivity of the detection sensitivity when used as an impact sensor at the time of an automobile crash.
【図１７】図１に示す加速度センサにおける内側電極Ｅ [17] The inner electrode E in the acceleration sensor shown in FIG. 1
２１および外側電極Ｅ２２の構造と、この構造により得られる感度分布曲線Ｓ０を示す図である。 21 and the structure of the outer electrode E22, a view showing a sensitivity distribution curve S0 obtained by this structure.
【図１８】図１７に示す構造における内側電極Ｅ２１の代わりに、楕円筒状の内側電極Ｅ２１Ｚを用いた構造と、この構造により得られる感度分布曲線Ｓ１を示す図である。 Instead of the inner electrode E21 in the structure shown in FIG. 18 FIG. 17 is a diagram showing the structure using the elliptic cylindrical inner electrode E21Z, the sensitivity distribution curve S1, obtained by this structure.
【図１９】図１７に示す構造における外側電極Ｅ２２の代わりに、楕円筒状の外側電極Ｅ２２Ｚを用いた構造と、この構造により得られる感度分布曲線Ｓ２を示す図である。 Instead of the outer electrode E22 in the structure shown in FIG. 19 FIG. 17 is a diagram showing the structure using the elliptic cylindrical outer electrode E22Z, the sensitivity distribution curve S2, which is obtained by this structure.
【図２０】本発明の量産に適した実施例に係る加速度センサに用いるダイヤフラム１２０を示す平面図である。 20 is a plan view showing a diaphragm 120 for use in an acceleration sensor according to the embodiment is suitable for mass production of the present invention.
【図２１】図２０に示すダイヤフラム１２０を用いた加速度センサの構造を示す側断面図である。 21 is a side sectional view showing a structure of an acceleration sensor using a diaphragm 120 shown in FIG. 20.
１０…固定基板 ２０…変位基板 ３０…支持手段 ４０，４０Ｚ…重錘体 ４５…固定手段 ５０…センサ筐体 ６１，６２…Ｃ／Ｖ変換回路 ７１〜７４…逓倍回路 ７５，７６…差動増幅器 １１０…固定基板 １１５…固定電極 １２０…ダイヤフラム １２５…スリット １４０…重錘体 １５０…センサ筐体 １５１…上部空間 １５２…下部空間 １５３…空洞部 １５５…中仕切部 １６０…スペーサ １７０…台座 Ｃ１…第１の容量素子およびその静電容量値 Ｃ２…第２の容量素子およびその静電容量値 Ｃａ，Ｃｂ…微小容量素子およびその静電容量値 Ｅ１１…変位電極 Ｅ１２…固定電極 Ｅ２１，Ｅ２１Ｚ…内側電極 Ｅ２２，Ｅ２２Ｚ…外側電極 Ｅ３１…内側電極 Ｅ３２…外側電極 Ｇ…重錘体の重心 Ｑａ，Ｑｂ…微小領域 Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２… 10 ... fixed substrate 20 ... displacement substrate 30 ... support means 40,40Z ... weight body 45 ... fixing means 50 ... sensor housing 61, 62 ... C / V conversion circuit 71 to 74 ... multiplying circuit 75, 76 ... differential amplifier 110 ... fixed substrate 115 ... fixed electrode 120 ... diaphragm 125 ... slit 140 ... weight body 150 ... sensor housing 151 ... upper space 152 ... lower space 153 ... cavity 155 ... partition portion 160 ... spacer 170 ... pedestal C1 ... first 1 of the capacitor and its capacitance value C2 ... second capacitor and its capacitance value Ca, Cb ... minute capacitance element and the capacitance value E11 ... displacement electrode E12 ... fixed electrode E21, E21Z ... inner electrode E22, E22Z ... centroid Qa of the outer electrode E31 ... inner electrode E32 ... outer electrode G ... weight body, Qb ... micro areas S0, S1, S2 ... 出感度分布曲線 Ｔ１，Ｔ２，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２…出力端子 Ｗ…中心軸 Out sensitivity distribution curve T1, T2, T10, T11, T12 ... output terminal W ... center axis
【請求項１】 センサ筐体と、 前記センサ筐体内に収容された変位基板と、 前記変位基板の周囲を前記センサ筐体に対して弾力性をもって支持する支持手段と、 前記変位基板の下面に固着され、検出対象となる加速度の作用により、前記支持手段に弾性変形を誘発させるのに十分な質量をもった重錘体と、 前記重錘体の重心を通り前記変位基板の基準主面に対して垂直な中心軸を取り囲むように、前記重錘体の周囲側面に形成された内側電極と、 前記内側電極を収容可能な筒状形状をなし、前記内側電極との間に所定間隔を維持しつつ前記内側電極を取り囲む位置において前記センサ筐体に固定された外側電極と、 前記内側電極と前記外側電極とによって形成される容量素子の静電容量の変動分に基いて、前記基準主面に平行な方向に作用 And 1. A sensor housing, a displacement board accommodated in the sensor housing, a support means for supporting with a resilient the periphery of the displacement substrate with respect to the sensor housing, the lower surface of the displacement substrate is fixed by the action of the acceleration to be detected, a weight body having a sufficient mass to induce an elastic deformation to said support means, said the reference main surface of the street the displacement substrate with the center of gravity of the weight body so as to surround the central axis perpendicular against, the sustain an inner electrode that is formed around the side surface of the weight body, the inner electrode without can accommodate tubular shape, a predetermined distance between the inner electrode the outer electrode which is fixed to the sensor housing at a position surrounding the inner electrode, based on the change of the electrostatic capacitance of a capacitor formed between the inner electrode by said outer electrode, the reference main surface while acting in a direction parallel to the する加速度の大きさを示す電気信号を出力する検出回路と、 を備え、 前記重錘体が前記中心軸に沿って変位した場合にも、前記内側電極と前記外側電極との間の有効対向面積が一定となるように、前記内側電極の前記中心軸方向の幅と前記外側電極の前記中心軸方向の幅とについて、一方の幅が他方の幅よりも、少なくとも前記重錘体の前記中心軸に沿った変位量だけ広くなるように構成したことを特徴とする加速度センサ。 Effective opposing area between the acceleration of a detection circuit for outputting an electrical signal indicative of the magnitude, wherein the even when the weight body is displaced along said central axis, said outer electrode and said inner electrode to as but becomes constant, for said center axis direction of the width of the central axis direction of width and said outer electrode of the inner electrode, than one width the width of the other, the central axis of at least the weight body an acceleration sensor, characterized by being configured so that only the wider displacement along.
【請求項２】 請求項１に記載の加速度センサにおいて、 変位基板の上面に形成された変位電極と、 前記変位基板の上方において、前記変位電極に対向するようにセンサ筐体に固定された固定電極と、 を更に備え、 検出回路が、更に、前記変位電極と前記固定電極とによって形成される容量素子の静電容量の変動分に基いて、 2. A acceleration sensor according to claim 1, a displacement electrode formed on the upper surface of the displacement substrate, above the said displacement board, which is fixed to the sensor casing so as to face the displacement electrode fixed further comprising an electrode, a detection circuit further based on the change of the electrostatic capacitance of the capacitor formed by the said fixed electrode and the displacement electrode,
基準主面に垂直な方向に作用する加速度の大きさを示す電気信号を出力することを特徴とする加速度センサ。 Acceleration sensor and outputs an electrical signal indicating the magnitude of the acceleration acting in the direction perpendicular to the reference main surface.
【請求項３】 請求項１または２に記載の加速度センサにおいて、 円柱状の重錘体を用い、内側電極をこの円柱状重錘体の側面に形成された円筒状電極により構成し、外側電極を前記内側電極を構成する円筒状電極よりも径の大きな別な円筒状電極により構成したことを特徴とする加速度センサ。 In the acceleration sensor according to 3. A process according to claim 1 or 2, using a cylindrical weight body is constituted by a cylindrical electrode formed on the side surface of the columnar weight body inner electrode, the outer electrode an acceleration sensor, characterized by being configured by a large another cylindrical electrode of diameter than the cylindrical electrode constituting the inner electrode.
【請求項４】 請求項１または２に記載の加速度センサにおいて、 検出対象となる加速度が作用しない基準状態において、 4. The acceleration sensor according to claim 1 or 2, in the reference state where the acceleration to be detected is not applied,
内側電極と外側電極との間の間隔が部分的に異なるように設定し、基準主面に平行な方向に作用する加速度の検出感度を検出方向に応じて変えるようにしたことを特徴とする加速度センサ。 Acceleration distance between the inner electrode and the outer electrode is set to be partially different, characterized in that changed in accordance with the detected direction detection sensitivity of the acceleration acting in a direction parallel to the reference main surface sensor.
【請求項５】 請求項４に記載の加速度センサにおいて、 内側電極および外側電極のうち、一方を断面が円形となる円筒状電極により構成し、他方を断面が楕円形となる楕円筒状電極により構成したことを特徴とする加速度センサ。 5. The acceleration sensor according to claim 4, of the inner and outer electrodes, constituted by a cylindrical electrode of the one of cross-section a circular, the elliptical cylindrical electrode of the other cross-section is elliptical an acceleration sensor, characterized in that configuration was.
【請求項６】 請求項２〜５のいずれかに記載の加速度センサにおいて、 変位基板を導電性材料によって構成し、この変位基板の一部を変位電極として用いたことを特徴とする加速度センサ。 6. The acceleration sensor according to any one of claims 2 to 5, an acceleration sensor characterized by using the displacement substrate composed of a conductive material, a portion of the displacement substrate as the displacement electrode.
【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の加速度センサにおいて、 重錘体を導電性材料によって構成し、この重錘体の一部を内側電極として用いたことを特徴とする加速度センサ。 7. The acceleration sensor according to claim 1, acceleration the weight body constructed of a conductive material, characterized by using a portion of the weight body as an inner electrode sensor.
【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の加速度センサにおいて、 センサ筐体を導電性材料によって構成し、このセンサ筐体の一部を外側電極として用いたことを特徴とする加速度センサ。 8. The acceleration sensor according to any of claims 1 to 7, the sensor housing is constituted by a conductive material, characterized by using a part of the sensor housing as an outer electrode acceleration sensor.
【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の加速度センサにおいて、 可撓性基板に複数のスリットを形成することによりダイヤフラムを構成し、このダイヤフラムを変位基板および支持手段として用いることを特徴とする加速度センサ。 9. The acceleration sensor according to any of claims 1 to 8, to constitute a diaphragm by forming a plurality of slits in the flexible substrate, the use of the diaphragm as a displacement substrate and supporting means an acceleration sensor according to claim.
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