本発明者は、静電容量型加速度センサに� ��いて測定される静電容量に、測定の際に印� ��される電圧に起因する静電引力による影響� ��含まれていることに着目し、参照部におい� ��、静電容量測定部での静電引力による変位� ��同じ変位を起こすようにさせることで、静� ��引力に起因する影響を相殺して加速度のみ� ��感度を持つようにできることを見出し、本� ��明をするに至った。

 すなわち、本発明の骨子は、第1固定電極 、及び前記第1固定電極と対向して配置され� �前記第1固定電極との間に測定対象の容量を� ��成する第1可動電極で構成された静電容量測 定部と、第2固定電極、及び前記第2固定電極� ��対向して配置され、静電引力に関して前記� ��1可動電極とほぼ同じように変位し、かつ、 加速度に関しては変位しない第2可動電極で� �成された参照部と、を具備する静電容量型� �速度センサにより、より高い精度で加速度� �測を行うことである。

 以下、本発明の実施の形態について添付図� ��を参照して詳細に説明する。
 図1は、本発明の実施の形態に係る静電容量 型加速度センサを示す断面図である。また、 図2は、図1に示す静電容量型加速度センサの� ��電容量測定部を示す斜視図である。

 図1に示す静電容量型加速度センサは、静 電容量測定空間及び参照空間を有するフレー ム1を有する。静電容量測定空間には、静電� �量測定部11が設けられており、参照空間には 、参照部12が設けられている。なお、この静� ��容量型加速度センサは、鉛直方向の加速度( Z軸方向の加速度)を測定するものである。

 静電容量空間におけるフレーム1の上面に は、第1固定電極111が形成されている。また� �静電容量空間において、第1固定電極111より� ��下側には、撓み梁112により昇降可能に支持� ��れた第1可動電極である略直方体形状の錘113 が配設されている。すなわち、略直方体形状 の錘113の上部周縁部とフレーム1の静電容量� �間の側壁との間に撓み梁112が設けられてお� �、図2に示す、該側壁と撓み梁112の一方との� ��接部分112aを支点として錘113が昇降可能にな っている。なお、この撓み梁112は、図2に示� �ように、その長手方向が錘113の外形に沿っ� �延在するように設けられている。このよう� �、第1固定電極111と、この第1固定電極111と所 定の間隔をおいて対向して配置された第1可� �電極である錘113とで静電容量測定部を構成� �、第1固定電極111と錘113との間に測定対象で� ��る静電容量が形成される。

 参照空間におけるフレーム1の上面には、 第2固定電極121が形成されている。また、参� �空間において、第2固定電極121よりも下側に� ��、撓み梁122により変位可能に支持された第2 可動電極である板状体123が配設されている。 すなわち、板状体123の周縁部とフレーム1の� �照空間の側壁との間に撓み梁122が設けられ� �おり、図3(a)に示す、該側壁と撓み梁122の一� ��との連接部分122aを支点として板状体123が変 位可能になっている。なお、この撓み梁122は 、図3(a)に示すように、その長手方向が板状� �123の外形に沿って延在するように設けられ� �いる。このように、第2固定電極121と、この� ��2固定電極121と所定の間隔をおいて対向して 配置された第2可動電極である板状体123とで� �照部を構成し、第2固定電極121と板状体123と� ��間に参照用の静電容量が形成される。

 この板状体123は、静電引力に関して上記� ��113とほぼ同じように変位し、かつ、加速度� ��関しては変位しない。すなわち、第2可動電 極である板状体123の質量が小さいので、加速 度に対しては図3(a)に示すように変位せず、� �電引力に対しては図3(b)に示すように変位す� ��。したがって、板状体123については、加速� ��に対して変位しない状態で、参照部側にお� ��る静電引力による静電容量変化が静電容量� ��定部側における静電引力による静電容量変� ��と概略一致するように板状体123の寸法、厚� ��を設定することが好ましい。

 第1固定電極111及び第2固定電極121は、通� �用いられる電極材料で構成されており、錘11 3及び板状体123は、シリコンのような導電性� �料で構成されている。また、梁112及び錘113� �、梁122及び板状体123を同じ材料で構成する� �とにより、梁112及び錘113や、梁122及び板状� �123を一体的に形成することが可能となる。� �えば、梁112及び錘113や、梁122及び板状体123� �シリコンで構成する場合、シリコンをエッ� �ングすることにより梁112及び錘113や、梁122� �び板状体123を一体的に形成することが可能� �なる。

 このような構成の静電容量型加速度セン� ��においては、加速度がかかった状態では、� ��電容量測定部11において連接部分112aを支点� ��して錘113が昇降する。このように錘113が昇� ��して変位することにより、固定電極111との� ��の距離が変わり、その距離の変化による静� ��容量の変化を検出することができ、その静� ��容量変化で加速度を測定することができる� ��このとき、参照部12において、板状体123は� �位しない。

 静電容量を測定する際の電圧印加により、� ��電容量測定部11の第1固定電極111と錘113との� ��にε・S・V ² /(2d) ² (ε:電極間の誘電率、V:印加電圧、d:電極間距� ��)の静電引力が生じる。このように、第1固� �電極111と錘113とが引き合うために、両者間� �距離は、加速度に起因する成分と静電引力� �起因する成分が含まれている。一方、参照� �12の第2固定電極121と板状体123との間にも同� �の静電引力が生じている。したがって、第2� ��定電極121と板状体123との間の距離は、静電� ��力に起因する成分のみが含まれる。このた� ��、静電容量測定部11において求められた静� �容量値と、参照部12において求められた静電 容量値との間の差分をとることにより、静電 引力に起因する成分が相殺されて、加速度の みに起因する静電容量を求めることができる 。このように上記構成によれば、静電容量を 測定する際の電圧印加の際に発生する静電引 力の影響を排除して加速度のみに感度を持つ 静電容量型加速度センサを実現することが可 能となる。

 次に、本発明の効果を明確にするために行� ��た実施例について説明する。
 (実施例)
 図1に示す構成の静電容量型加速度センサを 作製した。この場合、図2に示す静電容量測� �部11の錘113のサイズを0.3mm角とし、各梁112の� ��さを0.34mmとし、幅を0.015mmとし、厚さを0.006m mとした。また、図3に示す参照部12の板状体12 3のサイズを0.3mm角とし、厚さを0.006mmとし、� �梁122の長さを0.34mmとし、幅を0.015mmとし、厚� ��を0.006mmとした。なお、板状体123のサイズに ついては、加速度に対して変位しない状態で 、参照部12側における静電引力による静電容� ��変化が静電容量測定部11側における静電引� �による静電容量変化と概略一致するように� �定してある。固定電極と対向する可動電極� �の間の間隙は共に0.8μmであり、対向する電� �間に形成されるギャップの形状、寸法は同� �である。

 このように構成された静電容量型加速度� ��ンサ(実施例)について、加速度3Gを印加した 状態で、静電容量測定部11で算出された静電� ��量値と、参照部12で算出された静電容量値� �の間の差分を測定の際の印加電圧を変えて� �めた。その結果を図4(a)に示す。図4(a)から分 かるように、実施例の静電容量型加速度セン サにおいては、測定の際に印加する電圧の大 きさに拘わらず一定の値を示した。これは、 静電容量測定部11と参照部12との間で、静電� �力に起因する影響を相殺することができた� �めであると考えられる。このように、実施� �の静電容量型加速度センサは、加速度のみ� �感度を持ち、高い精度で加速度を測定する� �とができることが分った。

 (比較例)
 参照部の可動電極を、梁を持たず変位しな� ��固定の板状体にする(板状体がフレームに固 定されている)こと以外実施例と同様にして� �電容量型加速度センサを作製した(図5に示す 構成を想定したモデル)。すなわち、図1の板� ��体122が、電極との間のギャップはそのまま� ��して、図1の下側の空間全てを埋めるように フレーム1と一体化された構造であるので、� �電引力では電極間距離は変化しない。この� �合、図2に示す静電容量測定部11の錘113のサ� �ズを0.3mm角とし、各梁112の長さを0.34mmとし、 幅を0.015mmとし、厚さを0.006mmとした。なお、� ��施例の場合と同様に、静電容量測定部と参� ��部において、電極間に形成されるギャップ� ��形状、寸法は同一である。

 このように構成された静電容量型加速度� ��ンサ(比較例)について、加速度3Gを印加した 状態で、静電容量測定部で算出された静電容 量値と、参照部で算出された静電容量値との 間の差分を測定の際の印加電圧を変えて求め た。その結果を図4(b)に示す。図4(b)から分か� ��ように、比較例の静電容量型加速度センサ� ��おいては、測定の際に印加する電圧により� ��分容量が変化しており、印加電圧が大きく� ��るにしたがって差分容量が大きく変化して� ��る(最大30%以上の変化)。これは、静電容量� �定部の静電容量が静電引力に起因する影響� �受けているためであると考えられる。

 本発明は上記実施の形態に限定されず、� ��々変更して実施することが可能である。ま� ��、また、センサにおける電極や各層の厚さ� ��材質については本発明の効果を逸脱しない� ��囲で適宜設定することができる。その他、� ��発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおい� ��適宜変更することが可能である。