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【発明の名称】 静電容量式センサ
【発明者】 【氏名】岡田 和廣

【氏名】板野 弘道

【氏名】谷口 伸光
【要約】 【課題】単純な構造で、他軸干渉のない正確な検出値を得る。

【解決手段】下方固定基板１１０、変位基板１２５、上方固定基板１３０を、スペーサとして機能する台座１４５，１５５を介挿した状態で積層固定する。基板１１０，１３０は絶縁性剛体基板からなり、変位基板１２５は導電性可撓基板からなる。基板１１０上面の右側には電極Ｅ１１、左側には電極Ｅ１２、中央にはワッシャ状の電極Ｅ１５が形成され、基板１３０下面の右側には電極Ｅ２１、左側には電極Ｅ２２、中央にはワッシャ状の電極Ｅ２５が形成される。これら各電極と変位基板１２５とによって、容量素子Ｃ１１〜Ｃ２５が形成される。作用体１６０に加速度が作用すると、変位基板１２５が変位し、各容量素子の容量値が変化する。加速度のＸ軸成分は、（Ｃ１１＋Ｃ２２）−（Ｃ１２＋Ｃ２１）で求まり、加速度のＺ軸成分は、Ｃ２５−Ｃ１５で求まる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 静電容量素子を利用して、ＸＹＺ三次元座標系における所定軸方向の力もしくは加速度を検出する静電容量式センサであって、各基板面がＸＹ平面にほぼ平行になるように、かつ、各基板面をＺ軸が貫通するように、互いに所定間隔をおいて固定された下方固定基板および上方固定基板と、前記下方固定基板および前記上方固定基板の間に配置され、力もしくは加速度が作用していない環境下では、ＸＹ平面にほぼ平行な基準状態を維持し、力もしくは加速度が作用している状態においては、前記基準状態から変位した状態となる変位基板と、前記変位基板の一部に接続され、力もしくは加速度の作用に基づいて、前記変位基板に、作用した力もしくは加速度に応じた変位を生じさせる作用体と、前記下方固定基板上面のＸ軸正領域に対応した位置に形成されたＸ軸正領域下方電極と、前記下方固定基板上面のＸ軸負領域に対応した位置に形成されたＸ軸負領域下方電極と、前記上方固定基板下面のＸ軸正領域に対応した位置に形成されたＸ軸正領域上方電極と、前記上方固定基板下面のＸ軸負領域に対応した位置に形成されたＸ軸負領域上方電極と、前記変位基板下面における前記Ｘ軸正領域下方電極に対向する位置に形成された変位電極と、前記変位基板下面における前記Ｘ軸負領域下方電極に対向する位置に形成された変位電極と、前記変位基板上面における前記Ｘ軸正領域上方電極に対向する位置に形成された変位電極と、前記変位基板上面における前記Ｘ軸負領域上方電極に対向する位置に形成された変位電極と、を備え、前記Ｘ軸正領域下方電極およびこれに対向する変位電極によってＸ軸正領域下方容量素子が形成され、前記Ｘ軸負領域下方電極およびこれに対向する変位電極によってＸ軸負領域下方容量素子が形成され、前記Ｘ軸正領域上方電極およびこれに対向する変位電極によってＸ軸正領域上方容量素子が形成され、前記Ｘ軸負領域上方電極およびこれに対向する変位電極によってＸ軸負領域上方容量素子が形成されており、前記Ｘ軸正領域下方容量素子の静電容量値および前記Ｘ軸負領域上方容量素子の静電容量値の和と、前記Ｘ軸負領域下方容量素子の静電容量値および前記Ｘ軸正領域上方容量素子の静電容量値の和と、の差に基づいて、Ｘ軸方向に作用した力もしくは加速度を検出する機能を有する検出手段を更に備えることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項２】 請求項１に記載の静電容量式センサにおいて、下方固定基板上面のＹ軸正領域に対応した位置に形成されたＹ軸正領域下方電極と、下方固定基板上面のＹ軸負領域に対応した位置に形成されたＹ軸負領域下方電極と、上方固定基板下面のＹ軸正領域に対応した位置に形成されたＹ軸正領域上方電極と、上方固定基板下面のＹ軸負領域に対応した位置に形成されたＹ軸負領域上方電極と、変位基板下面における前記Ｙ軸正領域下方電極に対向する位置に形成された変位電極と、変位基板下面における前記Ｙ軸負領域下方電極に対向する位置に形成された変位電極と、変位基板上面における前記Ｙ軸正領域上方電極に対向する位置に形成された変位電極と、変位基板上面における前記Ｙ軸負領域上方電極に対向する位置に形成された変位電極と、を更に備え、前記Ｙ軸正領域下方電極およびこれに対向する変位電極によってＹ軸正領域下方容量素子が形成され、前記Ｙ軸負領域下方電極およびこれに対向する変位電極によってＹ軸負領域下方容量素子が形成され、前記Ｙ軸正領域上方電極およびこれに対向する変位電極によってＹ軸正領域上方容量素子が形成され、前記Ｙ軸負領域上方電極およびこれに対向する変位電極によってＹ軸負領域上方容量素子が形成されており、検出手段が、前記Ｙ軸正領域下方容量素子の静電容量値および前記Ｙ軸負領域上方容量素子の静電容量値の和と、前記Ｙ軸負領域下方容量素子の静電容量値および前記Ｙ軸正領域上方容量素子の静電容量値の和と、の差に基づいて、Ｙ軸方向に作用した力もしくは加速度を検出する機能を更に有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項３】 請求項１または２に記載の静電容量式センサにおいて、各下方電極および各上方電極が、ＸＺ平面もしくはＹＺ平面に関して対称となる形状を有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項４】 請求項３に記載の静電容量式センサにおいて、各容量素子がいずれも同一形状、同一サイズの同一電極間隔をもった電極対からなることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の静電容量式センサにおいて、下方固定基板上面の原点近傍位置に形成された原点近傍下方電極と、上方固定基板下面の原点近傍位置に形成された原点近傍上方電極と、変位基板下面における前記原点近傍下方電極に対向する位置に形成された変位電極と、変位基板上面における前記原点近傍上方電極に対向する位置に形成された変位電極と、を更に備え、前記原点近傍下方電極およびこれに対向する変位電極によって原点近傍下方容量素子が形成され、前記原点近傍上方電極およびこれに対向する変位電極によって原点近傍上方容量素子が形成されており、検出手段が、前記原点近傍下方容量素子の静電容量値と前記原点近傍上方容量素子の静電容量値との差に基づいて、Ｚ軸方向に作用した力もしくは加速度を検出する機能を更に有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項６】 請求項５に記載の静電容量式センサにおいて、原点近傍下方電極および原点近傍上方電極が、それぞれＺ軸に関して回転対称となる形状を有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項７】 請求項６に記載の静電容量式センサにおいて、各原点近傍容量素子が同一形状、同一サイズの同一電極間隔をもった電極対からなることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の静電容量式センサにおいて、変位基板の第１の部分を下方固定基板および上方固定基板に固定し、変位基板の第２の部分に作用体を接続し、少なくとも、前記第１の部分と前記第２の部分との間に位置する第３の部分を可撓性をもった材料で構成し、前記第３の部分の撓みに基づいて変位が生じるように構成したことを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の静電容量式センサにおいて、変位基板上に形成される複数の変位電極を、物理的に単一の共通電極によって構成したことを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１０】 請求項９に記載の静電容量式センサにおいて、可撓性をもった導電性基板を変位基板として用い、この変位基板自身を単一の共通電極とすることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１１】 請求項９または１０に記載の静電容量式センサにおいて、互いに静電容量値の和を求める必要がある一対の容量素子については、それぞれ共通電極ではない側の電極同士を電気的に接続し、この接続点と共通電極との間の静電容量値を前記和として用いるようにしたことを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１２】 請求項１１に記載の静電容量式センサにおいて、下方固定基板および上方固定基板の接続対象となる電極形成位置に、それぞれスルーホールを形成し、このスルーホールを介した配線層を利用して、接続対象となる一対の電極を電気的に接続したことを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１３】 請求項１〜１２のいずれかに記載の静電容量式センサにおいて、下方固定基板の周囲と上方固定基板の周囲とを台座によって固定し、変位基板の周囲を前記台座によって固定し、変位基板の上面中心部に作用体を接続し、上方固定基板の中心部に前記作用体を挿通させるための貫通孔を形成したことを特徴とする静電容量式センサ。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、力もしくは加速度のセンサに関し、特に、静電容量素子を利用して、ＸＹＺ三次元座標系における所定軸方向の力もしくは加速度を検出する静電容量式センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】力センサや加速度センサは、様々な産業機器において物理量の検出装置として利用されており、また、デジタル機器用の入力装置としても広く利用されている。特に、静電容量素子を利用したセンサは、構造が単純で製造コストを低減させることができるため、コンピュータ用の安価なデジタル情報入力機器として普及している。
【０００３】力や加速度を検出するための静電容量式センサでは、検出対象となる力や加速度の作用によって電極間隔が変化するような静電容量素子が用意され、この素子の静電容量値の変化に基づいて力や加速度の検出が行われる。最近では、複数の静電容量素子を所定位置に配置することにより、二次元あるいは三次元の力あるいは加速度成分をそれぞれ独立して検出することができるセンサが主流になってきている。たとえば、特開平４−１４８８３３号公報、特開平４−２４９７２６号公報、特開平４−２９９２２７号公報などには、力・加速度・磁気などを検出することができる静電容量式の多次元センサの基本原理が開示されている。また、特開平４−３３７４３１号公報、特開平５−０２６７５４号公報には、更にその応用技術が開示されており、実開平４−１２７５７５号公報、実開平４−１２７５３７号公報には、より具体的なセンサ構造例が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これまで提案されている種々の静電容量式センサには、特定の検出軸方向についての力や加速度を検出する場合に、異なる検出軸間において干渉が生じるという問題がある。通常、多次元の静電容量式センサでは、各検出軸ごとにそれぞれ専用の静電容量素子が用意され、独立した検出値が出力される構造となっている。ところが、実際には、本来の検出軸とは異なる別な軸成分の力や加速度の作用により、多少なりとも検出値に影響が生じてしまう。このため、より精度の高い検出値を得るためには、異なる軸成分の干渉による影響を相殺するための補正回路を設けるなどの措置を講じる必要があり、結果的に全体の構造が複雑になり、製造コストが高騰するという問題が生じることになる。
【０００５】そこで本発明は、単純な構造で、他軸干渉のない正確な検出値を得ることができる静電容量式センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】(1) 本発明の第１の態様は、静電容量素子を利用して、ＸＹＺ三次元座標系における所定軸方向の力もしくは加速度を検出する静電容量式センサにおいて、各基板面がＸＹ平面にほぼ平行になるように、かつ、各基板面をＺ軸が貫通するように、互いに所定間隔をおいて固定された下方固定基板および上方固定基板と、下方固定基板および上方固定基板の間に配置され、力もしくは加速度が作用していない環境下では、ＸＹ平面にほぼ平行な基準状態を維持し、力もしくは加速度が作用している状態においては、基準状態から変位した状態となる変位基板と、変位基板の一部に接続され、力もしくは加速度の作用に基づいて、変位基板に、作用した力もしくは加速度に応じた変位を生じさせる作用体と、下方固定基板上面のＸ軸正領域に対応した位置に形成されたＸ軸正領域下方電極と、下方固定基板上面のＸ軸負領域に対応した位置に形成されたＸ軸負領域下方電極と、上方固定基板下面のＸ軸正領域に対応した位置に形成されたＸ軸正領域上方電極と、上方固定基板下面のＸ軸負領域に対応した位置に形成されたＸ軸負領域上方電極と、変位基板下面におけるＸ軸正領域下方電極に対向する位置に形成された変位電極と、変位基板下面におけるＸ軸負領域下方電極に対向する位置に形成された変位電極と、変位基板上面におけるＸ軸正領域上方電極に対向する位置に形成された変位電極と、変位基板上面におけるＸ軸負領域上方電極に対向する位置に形成された変位電極と、を設け、Ｘ軸正領域下方電極およびこれに対向する変位電極によってＸ軸正領域下方容量素子を形成し、Ｘ軸負領域下方電極およびこれに対向する変位電極によってＸ軸負領域下方容量素子を形成し、Ｘ軸正領域上方電極およびこれに対向する変位電極によってＸ軸正領域上方容量素子を形成し、Ｘ軸負領域上方電極およびこれに対向する変位電極によってＸ軸負領域上方容量素子を形成し、Ｘ軸正領域下方容量素子の静電容量値およびＸ軸負領域上方容量素子の静電容量値の和と、Ｘ軸負領域下方容量素子の静電容量値およびＸ軸正領域上方容量素子の静電容量値の和と、の差に基づいて、Ｘ軸方向に作用した力もしくは加速度を検出する機能を有する検出手段を設けるようにしたものである。
【０００７】(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る静電容量式センサにおいて、下方固定基板上面のＹ軸正領域に対応した位置に形成されたＹ軸正領域下方電極と、下方固定基板上面のＹ軸負領域に対応した位置に形成されたＹ軸負領域下方電極と、上方固定基板下面のＹ軸正領域に対応した位置に形成されたＹ軸正領域上方電極と、上方固定基板下面のＹ軸負領域に対応した位置に形成されたＹ軸負領域上方電極と、変位基板下面におけるＹ軸正領域下方電極に対向する位置に形成された変位電極と、変位基板下面におけるＹ軸負領域下方電極に対向する位置に形成された変位電極と、変位基板上面におけるＹ軸正領域上方電極に対向する位置に形成された変位電極と、変位基板上面におけるＹ軸負領域上方電極に対向する位置に形成された変位電極と、を更に設け、Ｙ軸正領域下方電極およびこれに対向する変位電極によってＹ軸正領域下方容量素子を形成し、Ｙ軸負領域下方電極およびこれに対向する変位電極によってＹ軸負領域下方容量素子を形成し、Ｙ軸正領域上方電極およびこれに対向する変位電極によってＹ軸正領域上方容量素子を形成し、Ｙ軸負領域上方電極およびこれに対向する変位電極によってＹ軸負領域上方容量素子を形成し、Ｙ軸正領域下方容量素子の静電容量値およびＹ軸負領域上方容量素子の静電容量値の和と、Ｙ軸負領域下方容量素子の静電容量値およびＹ軸正領域上方容量素子の静電容量値の和と、の差に基づいて、Ｙ軸方向に作用した力もしくは加速度を検出する機能を検出手段にもたせるようにしたものである。
【０００８】(3) 本発明の第３の態様は、上述の第１または第２の態様に係る静電容量式センサにおいて、各下方電極および各上方電極が、ＸＺ平面もしくはＹＺ平面に関して対称形状になるようにしたものである。
【０００９】(4) 本発明の第４の態様は、上述の第３の態様に係る静電容量式センサにおいて、各容量素子がいずれも同一形状、同一サイズの同一電極間隔をもった電極対からなるようにしたものである。
【００１０】(5) 本発明の第５の態様は、上述の第１〜第４の態様に係る静電容量式センサにおいて、下方固定基板上面の原点近傍位置に形成された原点近傍下方電極と、上方固定基板下面の原点近傍位置に形成された原点近傍上方電極と、変位基板下面における原点近傍下方電極に対向する位置に形成された変位電極と、変位基板上面における原点近傍上方電極に対向する位置に形成された変位電極と、を更に設け、原点近傍下方電極およびこれに対向する変位電極によって原点近傍下方容量素子を形成し、原点近傍上方電極およびこれに対向する変位電極によって原点近傍上方容量素子を形成し、原点近傍下方容量素子の静電容量値と原点近傍上方容量素子の静電容量値との差に基づいて、Ｚ軸方向に作用した力もしくは加速度を検出する機能を検出手段にもたせるようにしたものである。
【００１１】(6) 本発明の第６の態様は、上述の第５の態様に係る静電容量式センサにおいて、原点近傍下方電極および原点近傍上方電極が、それぞれＺ軸に関して回転対称形状となるようにしたものである。
【００１２】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第６の態様に係る静電容量式センサにおいて、各原点近傍容量素子が同一形状、同一サイズの同一電極間隔をもった電極対からなるようにしたものである。
【００１３】(8) 本発明の第８の態様は、上述の第１〜第７の態様に係る静電容量式センサにおいて、変位基板の第１の部分を下方固定基板および上方固定基板に固定し、変位基板の第２の部分に作用体を接続し、少なくとも、第１の部分と第２の部分との間に位置する第３の部分を可撓性をもった材料で構成し、第３の部分の撓みに基づいて変位が生じるように構成したものである。
【００１４】(9) 本発明の第９の態様は、上述の第１〜第８の態様に係る静電容量式センサにおいて、変位基板上に形成される複数の変位電極を、物理的に単一の共通電極によって構成するようにしたものである。
【００１５】(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第９の態様に係る静電容量式センサにおいて、可撓性をもった導電性基板を変位基板として用い、この変位基板自身を単一の共通電極として用いるようにしたものである。
【００１６】(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第９または第１０の態様に係る静電容量式センサにおいて、互いに静電容量値の和を求める必要がある一対の容量素子については、それぞれ共通電極ではない側の電極同士を電気的に接続し、この接続点と共通電極との間の静電容量値を、一対の容量素子の静電容量値の和として用いるようにしたものである。
【００１７】(12) 本発明の第１２の態様は、上述の第１１の態様に係る静電容量式センサにおいて、下方固定基板および上方固定基板の接続対象となる電極形成位置に、それぞれスルーホールを形成し、このスルーホールを介した配線層を利用して、接続対象となる一対の電極を電気的に接続するようにしたものである。
【００１８】(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第１〜第１２の態様に係る静電容量式センサにおいて、下方固定基板の周囲と上方固定基板の周囲とを台座によって固定し、この台座によって変位基板の周囲を固定し、変位基板の上面中心部に作用体を接続し、上方固定基板の中心部にこの作用体を挿通させるための貫通孔を形成するようにしたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００２０】§１．従来提案されている静電容量式センサはじめに、従来から提案されている一般的な多次元静電容量式センサの基本構造および動作について簡単に説明する。図１は、従来から利用されている量産タイプの三次元静電容量式加速度センサの側断面図である。ベース基板１０と変位基板２０とは、互いに所定間隔をおいて対向するように配置されている。両基板１０，２０は、スペーサの機能を果たす台座３０によって相互に接続されている。この例の場合、ベース基板１０および変位基板２０は、いずれも正方形状の絶縁性材料からなる基板であるが、ベース基板１０は十分な厚みを有するため全体的に剛性を有しているのに対し、変位基板２０は比較的薄く、ある程度の可撓性を有する。また、変位基板２０の上面中央部には、円柱状の重錘体４０が接続されている。
【００２１】図２は、ベース基板１０の上面図である。図示のとおり、ベース基板１０の上面には、５枚の下方電極Ｅ１〜Ｅ５が形成されている。ここでは、説明の便宜上、ベース基板１０の上面中央位置に原点Ｏをおき、図示の方向に各座標軸をもったＸＹＺ三次元座標系を定義することにする。ベース基板１０および変位基板２０は、いずれも基板面がＸＹ平面に平行になるように配置されていることになる。また、下方電極Ｅ１，Ｅ２は、それぞれＸ軸の正領域および負領域に配置されており、下方電極Ｅ３，Ｅ４は、それぞれＹ軸の正領域および負領域に配置されており、下方電極Ｅ５は、原点近傍位置に配置されている。
【００２２】一方、変位基板２０の下面には、５枚の上方電極Ｅ６〜Ｅ１０が形成されている。この上方電極Ｅ６〜Ｅ１０の平面図は示されていないが、これらの平面形状パターンは、図２に示す下方電極の平面形状パターンと同一である。別言すれば、上方電極Ｅ６〜Ｅ１０は、それぞれ下方電極Ｅ１〜Ｅ５と同一形状をなし、それぞれ上下に向かい合う位置に配置されている。ここでは、下方電極Ｅ１〜Ｅ５と、これらに対向する上方電極Ｅ６〜Ｅ１０とによって形成される容量素子を、それぞれ容量素子Ｃ１〜Ｃ５と呼ぶことにする。図２において、各下方電極Ｅ１〜Ｅ５の符号に括弧書きで示したＣ１〜Ｃ５なる符号は、これら容量素子を示すためのものである。
【００２３】このような構造をもった加速度センサの動作は、前掲の各公報に詳述されているので、ここではその原理だけを簡単に述べておく。いま、重錘体４０に対してＸ軸正方向（図１における右方向）の加速度が作用したとすると、重錘体４０をＸ軸正方向に変位させる力が働き、変位基板２０に撓みが生じる。その結果、電極Ｅ１，Ｅ６の間隔は小さくなり、電極Ｅ２，Ｅ７の間隔は大きくなる。このような電極間隔の変化により、容量素子Ｃ１の静電容量値は増加し、容量素子Ｃ２の静電容量値は減少する。したがって、容量素子Ｃ１の静電容量値と容量素子Ｃ２の静電容量値との差を求めることにより、Ｘ軸方向に作用した加速度の方向および大きさを検出することができる（加速度の方向は、得られた差の符号により決定でき、加速度の大きさは、得られた差の絶対値により決定できる）。同様にして、容量素子Ｃ３の静電容量値と容量素子Ｃ４の静電容量値との差を求めることにより、Ｙ軸方向に作用した加速度の方向および大きさを検出することができ、容量素子Ｃ５の静電容量値を求めることにより、Ｚ軸方向に作用した加速度の方向および大きさを検出することができる。
【００２４】このような検出原理では、Ｘ軸方向の検出値とＹ軸方向の検出値との間には、原則として干渉は生じない。すなわち、Ｘ軸方向の加速度成分がＹ軸方向の検出値に影響を与えることはなく、逆に、Ｙ軸方向の加速度成分がＸ軸方向の検出値に影響を与えることはない。ところが、Ｚ軸方向の加速度成分は、Ｘ軸方向の検出値およびＹ軸方向の検出値に多少なりとも影響を与えることになる。図３は、このような他軸干渉の影響を調べるための実験結果を示すグラフである。すなわち、上述した加速度センサを用いて、Ｘ軸方向の加速度αｘを種々の環境で測定した結果を示している。具体的には、横軸は、実際に作用した加速度αｘの値を示し、縦軸はそのときに得られた出力電圧（容量素子Ｃ１の静電容量値と容量素子Ｃ２の静電容量値との差に相当する電圧）の値を示している。
【００２５】ここで、実線で示すグラフは、Ｘ軸方向の加速度αｘのみが作用している環境下での測定結果であり、加速度αｘ（−１Ｇ＜αｘ＜＋１Ｇの範囲）に対して出力電圧が線形対応し、正確な検出が行われていることが示されている。一方、破線で示すグラフは、＋１Ｇの大きさをもったＺ軸方向加速度αｚが常に作用している環境下（図１において、重錘体４０に対して常に上方向の加速度が作用している状態）において、Ｘ軸方向の加速度αｘを測定した結果であり、加速度αｘに対する出力電圧の線形性が失われ、誤差を含んだ検出が行われていることがわかる。また、一点鎖線で示すグラフは、−１Ｇの大きさをもったＺ軸方向加速度αｚが常に作用している環境下（図１において、重錘体４０に対して常に下方向の加速度が作用している状態）において、Ｘ軸方向の加速度αｘを測定した結果であり、やはり加速度αｘに対する出力電圧の線形性が失われ、誤差を含んだ検出が行われていることがわかる。
【００２６】図４は、このような測定誤差を補正する機能を備えた検出回路の一例を示す回路図である。図の左側のＣ１〜Ｃ５は、上述した加速度センサにおける各容量素子であり、Ｃ／Ｖ変換回路５１〜５５は、各容量素子の静電容量値Ｃ１〜Ｃ５を電圧値Ｖ１〜Ｖ５に変換するための回路である。減算回路６１によって、電圧値Ｖ１，Ｖ２の差が演算され、更に補正回路７１による補正が施された後、Ｘ軸方向の加速度αｘの検出値として電圧Ｖｘが出力される。同様に、減算回路６２によって、電圧値Ｖ３，Ｖ４の差が演算され、更に補正回路７２による補正が施された後、Ｙ軸方向の加速度αｙの検出値として電圧Ｖｙが出力される。また、電圧値Ｖ５は、バッファ回路６３を介して、Ｚ軸方向の加速度αｚの検出電圧Ｖｚとしてそのまま出力される。
【００２７】ここで、補正回路７１および補正回路７２は、電圧値Ｖ５に基づいて、電圧値（Ｖ１−Ｖ２）および電圧値（Ｖ３−Ｖ４）に対する補正を行う機能を有しており、Ｚ軸方向の加速度αｚが作用している環境下においても、Ｘ軸方向の加速度αｘおよびＹ軸方向の加速度αｙについての正しい検出値が得られるような補正が行われる。
【００２８】このように、補正回路を設けて補正処理を行うようにすれば、最終的には他軸干渉を受けない正確な測定値を得ることは可能である。しかしながら、図３のグラフに示すような非線形特性をもった測定値に対して、線形出力を得るための補正を行うためには、かなり複雑な補正回路が必要になるため、センサ全体の構成が複雑になり、コストは高騰せざるを得ない。
【００２９】§２．本発明に係る静電容量式センサ続いて、本発明に係る静電容量式センサの基本構造およびその動作について説明する。本発明に係るセンサの基本構成要素は、下方固定基板、上方固定基板、変位基板なる３枚の基板である。ここでは、まず、これら各基板の構成を順に説明する。
【００３０】図５は下方固定基板１１０の上面図であり、図６はその側断面図である。ここでは、説明の便宜上、この下方固定基板１１０の上面中央位置に原点Ｏをおき、図示の方向に各座標軸をもったＸＹＺ三次元座標系を定義することにする。下方固定基板１１０は、正方形状の絶縁性基板であり、その基板面がＸＹ平面に平行となっており、その中心位置にＺ軸が貫通していることになる。なお、下方固定基板１１０は全体として十分な剛性を有している。図５に示すとおり、下方固定基板１１０の上面には、５枚の電極Ｅ１１〜Ｅ１５が形成されている。これらの電極は、下方固定基板１１０上に形成されているため、ここでは下方電極と呼ぶことにする。
【００３１】一方、図７は変位基板１２０の下面図、図８はその上面図、図９はその側断面図である。この変位基板１２０は、後述するように、下方固定基板１１０の上方に配置される。したがって、その基板面はやはりＸＹ平面に平行となり、Ｘ軸，Ｙ軸との位置関係は図示のとおりになる。変位基板１２０は下方固定基板１１０と同様に、正方形状の絶縁性基板であるが、その厚みは小さく全体的に可撓性を有する。そのため、力や加速度の作用によって撓みが生じることになる。変位基板１２０の下面には、図７に示すとおり、５枚の電極Ｆ１１〜Ｆ１５が形成されており、上面にも、図８に示すとおり、５枚の電極Ｆ２１〜Ｆ２５が形成されている。これらの電極は、変位基板１２０自身の撓みとともに変位することになるため、ここでは変位電極と呼ぶことにする。
【００３２】図１０は上方固定基板１３０の下面図であり、図１１はその側断面図である。この上方固定基板１３０も、後述するように、下方固定基板１１０の上方に配置される。したがって、その基板面はやはりＸＹ平面に平行となり、Ｘ軸，Ｙ軸との位置関係は図示のとおりになる。上方固定基板１３０は、全体として十分な剛性を有している。図１０に示すとおり、上方固定基板１３０の下面には、５枚の電極Ｅ２１〜Ｅ２５が形成されている。これらの電極は、上方固定基板１３０上に形成されているため、ここでは上方電極と呼ぶことにする。なお、上方固定基板１３０の中央部（ワッシャー状の上方電極Ｅ２５の内側部分）には、貫通孔Ｈが形成されている。
【００３３】図１２は、上述した３枚の基板１１０，１２０，１３０を、台座１４０，１５０を介して上下に積層状態にして固定した状態を示す側断面図であり、本発明に係る静電容量式センサの本体部分を示している。台座１４０は、下方固定基板１１０の上面周囲を囲むような壁面構造体であり、下方固定基板１１０と変位基板１２０とを、所定間隔をおいて互いに接続するスペーサとしての機能を有している。同様に、台座１５０は、上方固定基板１３０の下面周囲を囲むような壁面構造体であり、上方固定基板１３０と変位基板１２０とを、所定間隔をおいて互いに接続するスペーサとしての機能を有している。また、変位基板１２０の上面中心部には、円柱状の作用体１６０が接続されている。この作用体１６０は、上方固定基板１３０に形成された貫通孔Ｈを挿通した状態となっており、加速度を検出するための錘として十分な質量を有する。なお、加速度センサの場合、この作用体１６０は重錘体として機能するが、本発明は後述するように加速度センサに限定されるものではないので、ここでは作用体と呼ぶことにする。
【００３４】この実施形態では、各基板１１０，１２０，１３０および各台座１４０，１５０は、いずれも絶縁性の材料から構成されている。具体的には、たとえば、ガラスエポキシ基板やセラミック基板などによって各基板や台座を構成することができる。ただ、変位基板１２０は可撓性を有する必要があるため、ガラスエポキシ基板などを用いる場合には、必要な可撓性が得られる程度の厚みにしておく必要がある。可撓性が高ければ高いほど、感度の高いセンサが得られる。一方、基板１１０，１３０および台座１４０，１５０は、十分な剛性を確保しておく必要があり、これらの各部は、測定中に変位が生じない固定部として機能する。各部の実寸は、用いた材質や、センサとして必要な感度などを考慮して適宜定めるようにすればよい。なお、図示されている各部の寸法比は、図示の便宜を考慮した寸法比となっており、実際の実施形態に係るセンサについての寸法比を示すものではない。
【００３５】作用体１６０に加速度が作用すると、この加速度に基づく力が変位基板１２０の中心部へ伝達され、変位基板１２０が変位を生じることになる。この変位基板１２０の変位を、各電極から構成される容量素子の静電容量値の変化として検出することにより、加速度検出を行う点は、§１で述べた従来のセンサと同様である。図１２に示されているように、作用体１６０の外周面と貫通孔Ｈの内周面との間には、所定幅の空隙が確保されているが、これは作用体１６０がある程度の自由度をもって変位することができるようにするためである。なお、ここではこのセンサを加速度センサとして説明するが、このセンサは力センサとしての機能を果たすことができる。たとえば、作用体１６０に指で直接力を加えた場合、加速度が作用したのと同様に、変位基板１２０に変位が生じることになるので、加速度検出と全く同じ原理で、作用した外力の検出を行うことができる。また、作用体１６０を磁性材料で構成しておけば、磁気力の作用により変位基板１２０に変位を生じさせることができるので、このセンサは磁気センサとして機能することになる。このように、本発明に係るセンサは、結果的に作用体１６０に力を作用させることができる物理量（加速度や磁気力）を検出するためのセンサとして広く利用可能である。
【００３６】続いて、各部に形成された電極構成に着目しながら、このセンサの動作を説明する。図５に示されているように、下方固定基板１１０の上面には、５枚の下方電極Ｅ１１〜Ｅ１５が形成されている。ここで、下方電極Ｅ１１，Ｅ１２は、それぞれＸ軸の正領域および負領域に対応した位置に配置されており、下方電極Ｅ１３，Ｅ１４は、それぞれＹ軸の正領域および負領域に対応した位置に配置されており、下方電極Ｅ１５は、原点近傍領域に配置されている。一方、この下方固定基板１１０の上面に対向するように配置された変位基板１２０の下面には、図７に示すように５枚の変位電極Ｆ１１〜Ｆ１５が配置されているが、これらの変位電極Ｆ１１〜Ｆ１５は、それぞれ下方電極Ｅ１１〜Ｅ１５と同一形状、同一サイズの電極であり、それぞれ下方電極Ｅ１１〜Ｅ１５に対向する位置に配置されている。別言すれば、下方電極Ｅ１１〜Ｅ１５の平面形状パターンは、変位電極Ｆ１１〜Ｆ１５の平面形状パターンと同一になる。このように対向して配置された５組の電極対によって、それぞれ容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５が形成されている。図５および図７において、各電極Ｅ１１〜Ｅ１５、Ｆ１１〜Ｆ１５の符号に括弧書きで示したＣ１１〜Ｃ１５なる符号は、これら容量素子を示すためのものである。
【００３７】また、図１０に示されているように、上方固定基板１３０の下面には、５枚の下方電極Ｅ２１〜Ｅ２５が形成されている。ここで、上方電極Ｅ２１，Ｅ２２は、それぞれＸ軸の正領域および負領域に対応した位置（正確に表現すれば、Ｘ軸をＺ軸方向に投影することにより基板上に得られるＸ軸投影像の正領域および負領域の位置。以下、同様）に配置されており、上方電極Ｅ２３，Ｅ２４は、それぞれＹ軸の正領域および負領域に対応した位置に配置されており、上方電極Ｅ２５は、原点近傍領域に配置されている。一方、この上方固定基板１３０の下面に対向するように配置された変位基板１２０の上面には、図８に示すように５枚の変位電極Ｆ２１〜Ｆ２５が配置されているが、これらの変位電極Ｆ２１〜Ｆ２５は、それぞれ上方電極Ｅ２１〜Ｅ２５と同一形状、同一サイズの電極であり、それぞれ上方電極Ｅ２１〜Ｅ２５に対向する位置に配置されている。別言すれば、上方電極Ｅ２１〜Ｅ２５の平面形状パターンは、変位電極Ｆ２１〜Ｆ２５の平面形状パターンと同一になり、また、変位電極Ｆ１１〜Ｆ１５の平面形状パターンや下方電極Ｅ１１〜Ｅ１５の平面形状パターンとも同一になる。このように対向して配置された５組の電極対によって、それぞれ容量素子Ｃ２１〜Ｃ２５が形成されている。図１０および図８において、各電極Ｅ２１〜Ｅ２５、Ｆ２１〜Ｆ２５の符号に括弧書きで示したＣ２１〜Ｃ２５なる符号は、これら容量素子を示すためのものである。
【００３８】結局、下方固定基板１１０と変位基板１２０との間には、５組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５が形成され、上方固定基板１３０と変位基板１２０との間には、５組の容量素子Ｃ２１〜Ｃ２５が形成されることになる。ここで、Ｘ軸上に配置された４つの容量素子Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２がＸ軸方向の加速度αｘの検出に利用でき、Ｙ軸上に配置された４つの容量素子Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ２３，Ｃ２４がＹ軸方向の加速度αｙの検出に利用でき、原点近傍に配置された２つの容量素子Ｃ１５，Ｃ２５がＺ軸方向の加速度αｚの検出に利用できることは、§１に示す従来の静電容量式センサの動作を考慮すれば理解できるであろう。
【００３９】図１２に示すセンサに、検出対象となる加速度が作用していない環境下では、図示のとおり、変位基板１２０はＸＹ平面に平行な基準状態を維持しており、対向する一対の電極間距離は、いずれの電極対についても一定となる。ところが、ここで、作用体１６０に対してＸ軸正方向の加速度が加わったとすると、変位基板１２０が撓みながら変位し、容量素子Ｃ１１および容量素子Ｃ２２の電極間距離は減少するため、これらの静電容量値は増加し、容量素子Ｃ１２および容量素子Ｃ２１の電極間距離は増加するため、これらの静電容量値は減少する。結局、容量素子Ｃ１１の容量値と容量素子Ｃ２２の容量値との和と、容量素子Ｃ１２の容量値と容量素子Ｃ２１の容量値との和と、の差を求めれば、この差の値がＸ軸方向の加速度αｘに対応したものになる（差の符号が加速度の向きを示し、差の絶対値が加速度の大きさを示す）。
【００４０】同様に、Ｙ軸方向の加速度αｙは、容量素子Ｃ１３の容量値と容量素子Ｃ２４の容量値との和と、容量素子Ｃ１４の容量値と容量素子Ｃ２３の容量値との和と、の差によって求めることができる。また、Ｚ軸方向の加速度αｚは、容量素子Ｃ２５の容量値と容量素子Ｃ１５の容量値との差によって求めることができる。
【００４１】このような原理に基づいて、ＸＹＺ三次元座標系における各軸方向成分の加速度αｘ，αｙ，αｚを求めるには、図１３の回路図に示すような検出回路を用意しておけばよい。図の左側のＣ１１〜Ｃ１５，Ｃ２１〜Ｃ２５は、図１２に示す加速度センサにおける各容量素子であり、Ｅ１１〜Ｅ１５，Ｆ１１〜Ｆ１５，Ｅ２１〜Ｅ２５，Ｆ２１〜Ｆ２５は、各容量素子を構成する電極である。この実施例では、Ｆ１１〜Ｆ１５，Ｆ２１〜Ｆ２５はすべて接地されている。別言すれば、変位基板１２０側に形成された変位電極側がすべて接地されていることになる。このように、変位電極側を接地するような形態にすると、複数の変位電極を物理的に単一の共通電極によって構成することができるようになるので、変位基板１２０側の構造を単純化することができる。すなわち、図７および図８に示されている変位基板１２０側の個々の変位電極は、それぞれ電気的に独立した別個の電極になっているが、これらを単一の共通電極（たとえば、大きな円盤状の電極）に置き換えることが可能になる。
【００４２】図１３の回路図において、容量素子Ｃ１１，Ｃ２２、容量素子Ｃ１２，Ｃ２１、容量素子Ｃ１３，Ｃ２４、容量素子Ｃ１４，Ｃ２３がそれぞれ並列接続されているが、これは２つの容量素子について容量値の和を求めるためである。こうして求められた容量値の和は、Ｃ／Ｖ変換回路２１１〜２１４によって電圧値Ｖ１〜Ｖ４に変換される。更に、減算回路２２１によって、電圧値Ｖ１，Ｖ２の差が演算され、この差がＸ軸方向の加速度αｘの検出値を示す電圧Ｖｘとして出力され、減算回路２２２によって、電圧値Ｖ３，Ｖ４の差が演算され、この差がＹ軸方向の加速度αｙの検出値を示す電圧Ｖｙとして出力される。一方、容量素子Ｃ２５の容量値は、Ｃ／Ｖ変換回路２１５によって電圧値Ｖ５に変換され、容量素子Ｃ１５の容量値は、Ｃ／Ｖ変換回路２１６によって電圧値Ｖ６に変換される。そして、減算回路２２３によって、電圧値Ｖ５，Ｖ６の差が演算され、この差がＺ軸方向の加速度αｚの検出値を示す電圧Ｖｚとして出力される。
【００４３】こうして得られた各軸に関する加速度検出値は、他軸干渉のない正確な検出値となる。まず、Ｘ軸成分とＹ軸成分との間の干渉が生じない点は、§１で述べた従来の静電容量式センサと同様である。これは、Ｘ軸成分の検出に供される電極（Ｘ軸上に配置された電極Ｅ１１，Ｅ１２，Ｆ１１，Ｆ１２，Ｅ２１，Ｅ２２，Ｆ２１，Ｆ２２）は、ＸＺ平面に関して対称形状をなし、Ｙ軸成分の検出に供される電極（Ｙ軸上に配置された電極Ｅ１３，Ｅ１４，Ｆ１３，Ｆ１４，Ｅ２３，Ｅ２４，Ｆ２３，Ｆ２４）は、ＹＺ平面に関して対称形状をなすためである。たとえば、図５における下方電極Ｅ１１，Ｅ１２および図７における変位電極Ｆ１１，Ｆ１２は、いずれもＸＺ平面に関して対称形状をなしている。このため、Ｙ軸方向の加速度が作用して変位基板１２０に変位が生じたとしても、容量素子Ｃ１１，Ｃ１２の電極間隔は、減少する部分と増加する部分とが半々となり、容量素子全体としての静電容量値には変化は生じない。結局、Ｙ軸方向の加速度が作用しても、Ｘ軸上に配置された容量素子の静電容量値には変化は生じないことになり、図１３に示す検出電圧Ｖｘは、Ｙ軸加速度成分の影響を受けない。同様の理由により、Ｘ軸方向の加速度が作用しても、Ｙ軸上に配置された容量素子の静電容量値には変化は生じないことになり、図１３に示す検出電圧Ｖｙは、Ｘ軸加速度成分の影響を受けない。
【００４４】続いて、Ｚ軸方向の加速度成分が、検出電圧ＶｘやＶｙに及ぼす影響について考えてみる。前述したように、§１で述べた従来の静電容量式センサの場合、図３の破線あるいは一点鎖線のグラフに示されているように、Ｚ軸方向の加速度成分αｚの存在により、Ｘ軸方向の加速度αｘの出力電圧に影響が及んでいた。これに対して、本発明に係る静電容量式センサでは、Ｚ軸方向の加速度成分αｚの有無によらず、Ｘ軸方向の加速度αｘの出力電圧は、図３の実線のグラフに示されているように、常に線形性が維持された。その理由は、変位基板１２０の下方に形成された容量素子の容量値と、変位基板１２０の上方に形成された容量素子の容量値との和による検出が行われているためである。
【００４５】たとえば、図１２において、Ｘ軸方向の加速度成分の検出は、容量素子Ｃ１１，Ｃ２２の容量値の和と、容量素子Ｃ１２，Ｃ２１の容量値の和と、の差に基づいて行われている。これは、Ｘ軸方向の加速度成分に基づいて生じる変位に関し、容量素子Ｃ１１，Ｃ２２の容量値の増減は互いに同一、容量素子Ｃ１２，Ｃ２１の容量値の増減も互いに同一、となるのに、容量素子Ｃ１１，Ｃ２２の容量値の増減と容量素子Ｃ１２，Ｃ２１の容量値の増減は逆になるためである。ところが、Ｚ軸方向の加速度成分に基づいて生じる変位に関しては、容量素子Ｃ１１，Ｃ２２の容量値の増減は互いに逆、容量素子Ｃ１２，Ｃ２１の容量値の増減も互いに逆となるので、和をとることにより、増減変化は相殺されてしまうことになる。このため、検出電圧Ｖｘには、Ｘ軸方向の加速度成分に関する情報は含まれるが、Ｚ軸方向の加速度成分に関する情報は含まれないことになる。同様の理由により、検出電圧Ｖｙには、Ｙ軸方向の加速度成分に関する情報は含まれるが、Ｚ軸方向の加速度成分に関する情報は含まれない。
【００４６】なお、Ｚ軸方向の加速度成分の増減変化を正確に相殺するためには、相殺対象となる容量素子の物理的構成、すなわち、電極の形状、サイズ、電極間隔を全く同一にしておくのが好ましい。たとえば、上述の例の場合、容量素子Ｃ１１，Ｃ２２を、物理的構成が全く同一の容量素子により構成し、容量素子Ｃ１２，Ｃ２１を、物理的構成が全く同一の容量素子により構成しておけば、上述した相殺が正確に行われることになる。もちろん、両者の物理的構成が異なっていても、電極の形状、サイズ、電極間隔などを所定の条件に設定すれば、増減変化の正確な相殺を行うことが可能であるが、実用上は、物理的構成を同一にするのが最も簡単である。また、実用上は、Ｘ軸方向の感度とＹ軸方向の感度とが同じ方が扱いが便利である。したがって、電極Ｅ１１〜Ｅ１４，電極Ｆ１１〜Ｆ１４，電極Ｅ２１〜Ｅ２４，電極Ｆ２１〜Ｆ２４（Ｘ軸およびＹ軸方向の検出に関与するすべての電極）を、すべて同じ形、同じサイズのものとし、原点Ｏに関してシンメトリックな配置となるようにし、かつ、加速度が作用していない基準状態における各容量素子の電極間隔がすべて同一となるような設定にするのが好ましい。
【００４７】最後に、Ｘ軸またはＹ軸方向の加速度成分が、検出電圧Ｖｚに及ぼす影響について考えてみる。上述した実施例に係るセンサでは、Ｚ軸方向の加速度成分の検出に用いられる電極Ｅ１５，Ｆ１５，Ｅ２５，Ｆ２５は、いずれもワッシャー状の円盤電極であり、それぞれＺ軸に関して回転対称となる形状となっている。このため、Ｘ軸またはＹ軸方向の加速度成分によって変位基板１２０に何らかの変位が生じたとしても、電極間隔の増減変化は全体としてみれば相殺されてしまう。したがって、この変位は、回転対称形をした一対の電極からなる容量素子の容量値には何ら影響を及ぼさない。よって、検出電圧Ｖｚには、Ｘ軸あるいはＹ軸方向の加速度成分に関する情報は含まれない。なお、Ｚ軸方向の加速度成分について線形出力を得る上では、容量素子Ｃ１５の物理的構成と容量素子Ｃ２５の物理的構成とを同一にするのが好ましく、具体的には、電極Ｅ１５，Ｆ１５，Ｅ２５，Ｆ２５（Ｚ軸方向の検出に関与するすべての電極）を、すべて同一形状、同一サイズのものとし、かつ、加速度が作用していない基準状態における容量素子Ｃ１５，Ｃ２５の電極間隔が同一となるような設定にするのが好ましい。
【００４８】最後に、上述した静電容量式センサのメリットを掲げておく。
(1) Ｘ軸もしくはＹ軸方向に関する加速度検出値が、Ｚ軸方向の加速度による影響を受けず、他軸干渉のない正確な検出値が得られる。
(2) §１で述べた従来のセンサに比べ、下方容量素子と上方容量素子との双方を用いた検出が可能になるため、検出感度が２倍になる。
(3) Ｚ軸方向の加速度検出についても、差動検出が行われるようになるため、直線性と温度特性が改善される。
(4) 下方固定基板１１０と上方固定基板１３０とが、変位基板１２０の変位を所定範囲内に制限するストッパー基板としての役目を果たすことになり、作用体１６０に大きな加速度や力が加わったとしても、変位基板１２０の変位は所定範囲内に制限されることになり、変位基板１２０を機械的な破損から保護することができる。
(5) 変位基板１２０が、下方固定基板１１０，上方固定基板１３０，台座１４０，１５０からなる部屋内に収容された状態となり、この部屋内の空気によるダンピング作用によって、共振特性が抑制され、振動に起因する問題が生じにくくなる。
【００４９】§３．より実用的な実施形態上述した§２では、図１２に示す基本形態について、本発明に係る静電容量式センサの基本構造およびその動作について説明した。ここでは、本発明に係る静電容量式センサのより実用的な実施形態をいくつか述べておく。
【００５０】図１４に側断面図を示す実施形態は、図１２に示す実施形態をより簡素化したものである。図１２に示すセンサでは、絶縁性材料からなる変位基板１２０の上下両面に、それぞれ変位電極を形成することにより容量素子を構成するようにしていた。しかしながら、信号処理を行う上では、図１３の回路図にも示されているように、変位基板１２０側に形成されるすべての変位電極は、共通電位（図の例では接地電位）に維持することができるので、これらの変位電極は、物理的に単一の共通電極によって構成することが可能である。図１４に示すセンサにおける変位基板１２５は、可撓性をもった導電性基板（たとえば、ステンレス基板や、不純物が高濃度でドープされたシリコン基板など）から構成されており、この変位基板自身が単一の共通電極として利用されている。別言すれば、図１４に示す変位基板１２５は、図１２に示すセンサにおける変位基板１２０として機能するとともに、変位電極Ｆ１１〜Ｆ１５，Ｆ２１〜Ｆ２５としても機能することになる。
【００５１】図１４において、台座１４５は下方固定基板１１０と変位基板１２５とを所定間隔をおいて固定するスペーサであり、台座１５５は上方固定基板１３０と変位基板１２５とを所定間隔をおいて固定するスペーサである。変位基板１２５は、上述のように、可撓性をもった導電性基板であるが、その周囲部分は、台座１４５，１５５を介して下方固定基板１１０および上方固定基板１３０に固定されていることになる。また、変位基板１２５の中心部分には、作用体１６０が接続されている。結局、変位基板１２０の周囲部分と中心部分との間に位置する中間部分が可撓性をもった領域として機能し、この領域の撓みによって変位が生じることになる。この変位基板１２５自身が変位電極として機能するため、各容量素子の容量値に§２で述べたような変化が生じる。
【００５２】このように、変位基板１２５を可撓性をもった導電性基板で構成し、この基板の１か所を接地すれば、図１３の回路図に示す接地側配線がすべて完了することになる。また、図１３の回路図では、容量素子Ｃ１１，Ｃ２２、容量素子Ｃ１２，Ｃ２１、容量素子Ｃ１３，Ｃ２４、容量素子Ｃ１４，Ｃ２３の各容量素子対は、互いに静電容量値の和を求める必要がある容量素子対となっている。このような容量素子対については、それぞれ共通電極（変位基板１２５側の接地された電極）ではない側の電極同士を電気的に接続し、この接続点をＣ／Ｖ変換回路２１１〜２１４の入力端子に接続する必要がある。このような電極同士の接続を行うには、下方固定基板１１０および上方固定基板１３０上の接続対象となる電極形成位置に、それぞれスルーホールを形成し、このスルーホールを介した配線層を利用して、接続対象となる一対の電極を電気的に接続すると、構造が単純化されるので好ましい。
【００５３】図１５は、接続対象となる電極Ｅ１１と電極Ｅ２２とについての配線例を示す側断面図である。ここに示すセンサの構造は、図１４に示すセンサの構造とほぼ同じであるが、下方固定基板１１０の代わりにやや左方に伸びた下方固定基板１１５が用いられており、上方固定基板１３０の代わりにやや左方に伸びた上方固定基板１３５が用いられている。各基板および台座は、固定用ボルト１７１およびナット１７２でしっかりと固定されている。上方固定基板１３５における電極Ｅ２２の形成位置には、スルーホールが形成されており、ここにスルーホール導通路Ｔ１が設けられている。このスルーホール導通路Ｔ１は、配線層Ｗ１へと連なっている。同様に、下方固定基板１１５における電極Ｅ１１の形成位置には、スルーホールが形成されており、ここにスルーホール導通路Ｔ２が設けられている。このスルーホール導通路Ｔ２は、配線層Ｗ２へと連なっている。配線層Ｗ１と配線層Ｗ２とは、結線用リードピン１７５によって導通している。また、配線層Ｗ２は、スルーホール導通路Ｔ３を介して配線層Ｗ３へと接続されている。結局、配線層Ｗ３をＣ／Ｖ変換回路２１１の入力端子に接続すれば、図１３に示す回路図における電極Ｅ１１，Ｅ２２についての配線が完了することになる。
【００５４】図１６は、図１５に示す配線の変形例を示す側断面図である。上方固定基板１３５における電極Ｅ２２の形成位置には、スルーホールが形成されており、ここにスルーホール導通路Ｔ１が設けられている。このスルーホール導通路Ｔ１は、配線層Ｗ４へと連なっており、この配線層Ｗ４は、更に、スルーホール導通路Ｔ４を介して、配線層Ｗ５へと連なっている。一方、下方固定基板１１５における電極Ｅ１１の形成位置には、スルーホールが形成されており、ここにスルーホール導通路Ｔ２が設けられている。このスルーホール導通路Ｔ２は、配線層Ｗ６へと連なっており、この配線層Ｗ６は、更に、スルーホール導通路Ｔ５を介して、配線層Ｗ７へと連なっている。ここで、配線層Ｗ７の上面には、半田バンプ１８０が形成されており、その上部は配線層Ｗ５に接触している。結局、配線層Ｗ７をＣ／Ｖ変換回路２１１の入力端子に接続すれば、図１３に示す回路図における電極Ｅ１１，Ｅ２２についての配線が完了することになる。
【００５５】なお、この図１６に示す実施例では、変位基板１２５の下面に突起部１６１が形成されている。これは作用体１６０の底面を変位基板１２５の上面に溶接（電気溶接、レーザ溶接、熱溶接（作用体１６０が樹脂の場合））した場合に生じた突起である。溶接によっては、このように、変位基板１２５の下面側に突起部１６１が形成されてしまう場合があるが、このような場合、下方固定基板１１５の上面側に溝Ｇを形成するようにし、変位基板１２５が変位した場合でも、突起部１６１が下方固定基板１１５の上面に接触しないような配慮を行うのが好ましい。
【００５６】図１７は、図１５に示す配線の別な変形例を示す側断面図である。上方固定基板１３５における電極Ｅ２２の形成位置には、スルーホールが形成されており、ここにスルーホール導通路Ｔ１が設けられている。このスルーホール導通路Ｔ１は、配線層Ｗ８へと連なっている。一方、下方固定基板１１５における電極Ｅ１１の形成位置には、スルーホールが形成されており、ここにスルーホール導通路Ｔ２が設けられている。このスルーホール導通路Ｔ２は、配線層Ｗ９へと連なっており、この配線層Ｗ９は、更に、スルーホール導通路Ｔ６を介して、配線層Ｗ１０へと連なっている。また、各基板および台座は、固定用ボルト１７３およびナット１７４でしっかりと固定されているが、この固定用ボルト１７３およびナット１７４により、配線層Ｗ８およびＷ９が導通するようになっている。結局、配線層Ｗ１０をＣ／Ｖ変換回路２１１の入力端子に接続すれば、図１３に示す回路図における電極Ｅ１１，Ｅ２２についての配線が完了することになる。
【００５７】なお、図１５〜図１７では、電極Ｅ１１，Ｅ２２についての相互配線例のみを示したが、実際には、電極Ｅ１２，Ｅ２１、電極Ｅ１３，Ｅ２４、電極Ｅ１４，Ｅ２３についても同様の手法により相互配線がなされ、各接続点が、それぞれＣ／Ｖ変換回路２１２、２１３、２３４の入力端子に接続されることになる。また、図１５〜図１７では、各基板および台座をボルトとナットで固定した例を示したが、リベットを用いて固定してもよい。この場合、図１７に示す例では、リベットにより配線層Ｗ８およびＷ９を導通させるようにすればよい。
【００５８】以上、本発明を図示するいくつかの実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、この他にも種々の形態で実施可能である。特に、上述した実施形態における電極の形状は、これらのものに限定されるものではなく、本発明の原理に基づく検出が可能な範囲内で任意の形状にすることができる。また、上述の実施形態では、本発明に係るセンサを加速度センサとして用いた例を示したが、既に述べたように、本発明は力センサや磁気センサなどにも適用可能である。
【００５９】
【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、単純な構造で、他軸干渉のない正確な検出値を得ることができる静電容量式センサを提供することが可能になる。
【出願人】 【識別番号】３９００１３３４３
【氏名又は名称】株式会社ワコー
【出願日】 平成１１年３月１日（１９９９．３．１）
【代理人】 【識別番号】１０００９１４７６
【弁理士】
【氏名又は名称】志村 浩
【公開番号】 特開２０００−２４９６０９（Ｐ２０００−２４９６０９Ａ）
【公開日】 平成１２年９月１４日（２０００．９．１４）
【出願番号】 特願平１１−５２９５７