[0001]【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。[0002]【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。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。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。Treaty8522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。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。WO93/02342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。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。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。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。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。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。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。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。[0005]【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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。図示する実施形態に基いて説明する。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。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。E12が形成されている。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。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。shown)内に収容されている。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。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。10の周囲は、センサ筐体50の内側に嵌合固着されている。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。40は、この基準主面に対して垂直になっている。E22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。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。E21も変位を生じることになる。E12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。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。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。40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。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。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。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。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。Gを通りZ軸に平行な中心軸Wを定義しておく。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。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。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。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。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。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。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。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。E22の中心軸W方向の幅に比べて広くなっている点である。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。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。E11,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。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。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。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。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。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。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。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。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。αzが作用することになる。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。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。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。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。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。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。dは小さくなるので、静電容量値C1は大きくなる。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。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。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。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。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。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。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)。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。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。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。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。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。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。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。「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。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。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。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。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。30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。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。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。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。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。(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。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。そのような振動における瞬時の状態を示すものである。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。その理由を以下に述べる。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。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。Sqをもっているものとする。theretoa,Cbの静電容量値がどうなるかを考える。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。なり、両者は等しくなる。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。ΔCaだけ増加したものになる。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。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。change.【0043】しかしながら、このような考え方は誤りである。ΔCbとは、等しくならないからである。11のグラフをみれば容易に理解できる。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。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。d0-deltad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。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。deltaCbは等しくならない点は重要である。.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。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。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。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)。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。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。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。「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。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。directionαx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。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。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。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。Cbb(0)は、互いに等しくなる。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。ΔCaだけ増加したものになる。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。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。"is(ΔCa−ΔCb)の分だけ増加することになる。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。§2において述べた「縦揺れ」が生じたときの現象を考える。「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。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。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。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。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。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。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。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。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。T2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。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。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。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。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。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。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。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。これは次のような理由による。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。間隔の変化分Δdは、電極の全領域において等しくなる。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。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。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。isの変化に寄与するわけではない。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。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。T1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。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。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。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。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。14に示すような検出回路を用いればよい。T2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。なる2本の式が成り立つことになる。M11,M12,M21,M22は、それぞれ所定の比例定数である。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。Vs.【0061】しかし、実際には、M12は0ではない。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。M21,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。M21,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。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。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。ような行列式が得られる。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。K12,K21,K22の各値を求める。演算が行われることになる。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。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。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。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。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。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。E11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。径の小さい方の電極によって決定されることになる。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。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。secondの容量素子C2のみを形成するだけで十分である。E11および固定電極E12は不要になる。W,実用上は完全な回転対称形でなくてもかまわない。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。E21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。360°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。これは地震計として用いるには理想的な性質である。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。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。16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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。[0072]【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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。150に固定されている。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。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。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。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。150は、いずれも導電性材料からなる。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。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。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。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。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。T10,T11,T12が設けられている。T10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。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。E12としての役割を果たす。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。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。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。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。[0078]【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。DRAWINGS【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。invention.【図2】図1に示す加速度センサの側断面図である。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。121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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。