特許 5828298 加速度検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5828298

(24)【登録日】2015年10月30日

(45)【発行日】2015年12月2日

(54)【発明の名称】加速度検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01P 21/00 20060101AFI20151112BHJP

   G01P 15/125 20060101ALI20151112BHJP

   G01P 15/08 20060101ALI20151112BHJP

【ＦＩ】

   G01P21/00

   G01P15/125 V

   G01P15/08 101A

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-105670(P2012-105670)

(22)【出願日】2012年5月7日

(65)【公開番号】特開2013-234858(P2013-234858A)

(43)【公開日】2013年11月21日

【審査請求日】2014年7月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100095795

【弁理士】

【氏名又は名称】田下 明人

(72)【発明者】

【氏名】有坂 直樹

【審査官】 荒井 誠

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１８０６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２２３８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１６１１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｐ １５／１２５−１５／１３５

Ｇ０１Ｐ ２１／００ −２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１および第２の固定電極（１１ａ、１１ｂ）と、当該第１および第２の固定電極の間に配置され、加速度が印加されることにより前記第１および第２の固定電極に対して相対的に変位する可動電極（１２ｄ）と、によって構成されたコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）を有する加速度センサと、
前記可動電極の変位に伴う前記コンデンサの静電容量の変化に応じて、電圧信号を出力する電荷電圧変換回路（２１）と、
前記第１および第２の固定電極の間に駆動電圧（Ｖａ）を印加する駆動電圧印加手段（２２）と、
互いに異なる複数の電圧（Ｖ１〜Ｖ３）を出力する電源部（２４）と、
前記駆動電圧印加手段によって前記第１および第２の固定電極の間に前記駆動電圧が印加されているときに、前記可動電極に、前記電源部から出力された前記複数の電圧を周期的に切り換えて印加することにより、前記第１および第２の固定電極の間で前記可動電極を周期的に変位させる可動電極変位手段（２２、ＳＷ１〜ＳＷ３）と、
前記電荷電圧変換回路から出力された電圧信号を、互いに異なる第１および第２のタイミングでサンプリングするサンプリング手段（２２）と、
当該サンプリング手段により前記第１および第２のタイミングでサンプリングした前記電圧信号に基づいて、前記第１および第２のタイミングにおける前記可動電極の変位量をそれぞれ検出する変位量検出手段（２２）と、
当該検出した前記第１および第２のタイミングにおける変位量の少なくとも一方に応じて、前記可動電極に印加された加速度を検出する加速度検出手段（２２）と、
前記変位量検出手段によって検出した前記第１および第２のタイミングにおける変位量に応じて、前記加速度センサの自己診断を実行するセンサ診断手段（２２）と、
を備え、
前記電源部は、
前記可動電極を前記第１の電極側に変位させるための第１の電圧と、
前記可動電極を前記第２電極側に変位させるための第２の電圧と、
を出力し、
前記第１および第２のタイミングの少なくとも一方は、前記可動電極変位手段によって前記可動電極に印加される電圧が、前記第１および第２の電圧の一方から他方に切り換えられたことにより、前記可動電極の変位の方向が、前記第１および第２の電極の一方から他方に向かって変化したタイミングの近傍であることを特徴とする加速度検出装置。

【請求項2】

第１および第２の固定電極（１１ａ、１１ｂ）と、当該第１および第２の固定電極の間に配置され、加速度が印加されることにより前記第１および第２の固定電極に対して相対的に変位する可動電極（１２ｄ）と、によって構成されたコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）を有する加速度センサと、
前記可動電極の変位に伴う前記コンデンサの静電容量の変化に応じて、電圧信号を出力する電荷電圧変換回路（２１）と、
前記第１および第２の固定電極の間に駆動電圧（Ｖａ）を印加する駆動電圧印加手段（２２）と、
互いに異なる複数の電圧（Ｖ１〜Ｖ３）を出力する電源部（２４）と、
前記駆動電圧印加手段によって前記第１および第２の固定電極の間に前記駆動電圧が印加されているときに、前記可動電極に、前記電源部から出力された前記複数の電圧を周期的に切り換えて印加することにより、前記第１および第２の固定電極の間で前記可動電極を周期的に変位させる可動電極変位手段（２２、ＳＷ１〜ＳＷ３）と、
前記電荷電圧変換回路から出力された電圧信号を、互いに異なる第１および第２のタイミングでサンプリングするサンプリング手段（２２）と、
当該サンプリング手段により前記第１および第２のタイミングでサンプリングした前記電圧信号に基づいて、前記第１および第２のタイミングにおける前記可動電極の変位量をそれぞれ検出する変位量検出手段（２２）と、
当該検出した前記第１および第２のタイミングにおける変位量の少なくとも一方に応じて、前記可動電極に印加された加速度を検出する加速度検出手段（２２）と、
前記変位量検出手段によって検出した前記第１および第２のタイミングにおける変位量に応じて、前記加速度センサの自己診断を実行するセンサ診断手段（２２）と、
を備え、
前記電源部は、
前記可動電極を前記第１の電極側に変位させるための第１の電圧と、
前記可動電極を前記第２電極側に変位させるための第２の電圧と、
前記第１および第２の電圧の中間の第３の電圧を出力し、
を出力し、
前記可動電極変位手段は、前記第１および第２の電圧の一方、前記第３の電圧、前記第１および第２の電圧の他方、前記第３の電圧の順に、前記第１〜第３の電圧を周期的に切り換えて印加し、
前記第１および第２のタイミングの少なくとも一方は、前記可動電極変位手段によって前記可動電極に印加される電圧が、前記第１または第２の電圧から前記第３の電圧に切り換えられたことにより、前記可動電極の変位の速度が低下したタイミングの近傍であることを特徴とする加速度検出装置。

【請求項3】

前記センサ診断手段は、前記変位量検出手段によって検出された、前記第１および第２のタイミングにおける前記可動電極の変位量の差分に基づいて、前記加速度センサの自己診断を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の加速度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加速度センサの自己診断機能を備えた加速度検出装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の加速度検出装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この加速度検出装置は、車両に搭載されたエアバッグ装置に用いられており、車体の前後方向の減速度を検出するためのＧｘセンサと、左右方向の減速度を検出するためのＧｙセンサを備えている。ＧｘセンサおよびＧｙセンサには、自己診断回路がそれぞれ設けられており、エンジンの始動時において、Ｇｘセンサ側の自己診断回路は、Ｇｘセンサの状態に応じて位相が正のアナログ信号を出力し、Ｇｙセンサ側の自己診断回路は、Ｇｙセンサの状態に応じて位相が負のアナログ信号を出力する。両センサの自己診断回路からそれぞれ出力されたアナログ信号は、Ｇｘセンサ側およびＧｙセンサ側のＡ／Ｄコンバータをそれぞれ介して信号処理器に入力される。

【0003】

信号処理器は、両Ａ／Ｄコンバータから出力された出力値の一方と、あらかじめ定められた所定値とを比較する。双方の自己診断回路と双方のＡ／Ｄコンバータとの間の導線に短絡が発生した場合、位相の正負が逆のアナログ信号同士が干渉して相殺される結果、Ａ／Ｄコンバータからの出力値もより小さくなるので、信号処理器は、出力値が所定値よりも小さいときには、導線に短絡が発生したものと判定する。

【0004】

また、信号処理器は、両Ａ／Ｄコンバータからそれぞれ出力された出力値と、あらかじめ定められた所定値とを比較し、出力値が所定値以上のときには、両出力値の差が所定の範囲内にあるか否かを判別する。この差が所定の範囲内にあるときには、両センサはいずれも正常であると判定され、所定の範囲内にないときには、両出力値の差と、両Ａ／Ｄコンバータからのそれぞれの出力値との比較から、異常のあるセンサを検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−２１２５６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上述した特許文献に係る加速度検出装置では、加速度の検出およびセンサの診断を同時に行うことができず、導線の短絡や各センサの異常などの不具合の診断を、エンジンの始動時に実行するものであり、それ以降、次回のエンジン始動時まで、各センサなどに不具合が発生してもそれを検出することができない。また、上述した加速度検出装置では、不具合の検出に２つのセンサからの出力が必要であり、センサの状態を個別に診断することができない。

【0007】

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、エンジンの稼働中において、加速度の検出および加速度センサの自己診断を常時、実行することができる加速度検出装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明に係る加速度検出装置は、第１および第２の固定電極と、当該第１および第２の固定電極の間に配置され、加速度が印加されることにより前記第１および第２の固定電極に対して相対的に変位する可動電極と、によって構成されたコンデンサを有する加速度センサと、前記可動電極の変位に伴う前記コンデンサの静電容量の変化に応じて、電圧信号を出力する電荷電圧変換回路と、前記第１および第２の固定電極の間に駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段と、互いに異なる複数の電圧を出力する電源部と、前記駆動電圧印加手段によって前記第１および第２の固定電極の間に前記駆動電圧が印加されているときに、前記可動電極に、前記電源部から出力された前記複数の電圧を周期的に切り換えて印加することにより、前記第１および第２の固定電極の間で前記可動電極を周期的に変位させる可動電極変位手段と、前記電荷電圧変換回路から出力された電圧信号を、互いに異なる第１および第２のタイミングでサンプリングするサンプリング手段と、当該サンプリング手段により前記第１および第２のタイミングでサンプリングした前記電圧信号に基づいて、前記第１および第２のタイミングにおける前記可動電極の変位量をそれぞれ検出する変位量検出手段と、当該検出した前記第１および第２のタイミングにおける変位量の少なくとも一方に応じて、前記可動電極に印加された加速度を検出する加速度検出手段と、前記変位量検出手段によって検出した前記第１および第２のタイミングにおける変位量に応じて、前記加速度センサの自己診断を実行するセンサ診断手段と、を備え、前記電源部は、前記可動電極を前記第１の電極側に変位させるための第１の電圧と、前記可動電極を前記第２電極側に変位させるための第２の電圧と、を出力し、前記第１および第２のタイミングの少なくとも一方は、前記可動電極変位手段によって前記可動電極に印加される電圧が、前記第１および第２の電圧の一方から他方に切り換えられたことにより、前記可動電極の変位の方向が、前記第１および第２の電極の一方から他方に向かって変化したタイミングの近傍であることを特徴とする。

【0009】

この加速度検出装置装置によれば、第１および第２の固定電極と、これらの間に配置された可動電極とを有するコンデンサに、加速度が印加されると、可動電極が固定電極に対して相対的に変位し、それにより第１および第２の固定電極と可動電極の間の間隔が変動するのに伴い、コンデンサの静電容量が変動する。この静電容量の変化に応じて、電圧信号が電荷電圧変換回路から出力される。

【0010】

また、駆動電圧印加手段によって第１および第２の固定電極の間に駆動電圧が印加された状態で、電源部から出力される互いに異なる複数の電圧を、可動電極変位手段によって可動電極に周期的に切り換えて印加することにより、第１および第２の固定電極と可動電極との間の静電引力が周期的に変動し、その結果、可動電極が、第１および第２の固定電極の間で周期的に変位する。これにより、第１および第２の固定電極と可動電極の間の間隔が強制的に変動させられ、それによるコンデンサの静電容量の周期的な変動が、電圧信号に反映される。

【0011】

この電圧信号は、サンプリング手段によって、互いに異なる第１および第２のタイミングでサンプリングされ、第１および第２のタイミングにおける可動部の変位量が、変位量検出手段によって検出される。そして、可動電極に印加された加速度が、加速度検出手段によって、第１および第２のタイミングにおける変位量の少なくとも一方に応じて、検出される。また、第１および第２のタイミングの双方における可動電極の変位量に応じて、加速度センサの自己診断が、センサ診断手段によって実行される。

【0012】

以上の構成によれば、可動電極変位手段によって可動電極が周期的に変位し、このような状態のもとで、第１および第２のタイミングにおける変位量がそれぞれ検出される。加速度センサが正常に稼働していれば、加速度が印加されていないときには、第１および第２のタイミングにおける変位量のいずれにも変化が生じず、加速度が印加されたときには、第１および第２のタイミングにおける変位量の双方に同じ変位が生じる。したがって、第１および第２のタイミングにおける変位量の少なくとも一方に基づいて、可動電極に印加された加速度を検出することができる。

【0013】

また、加速度センサが正常に稼働しているときには、第１および第２のタイミングにおける変位量の関係に変化が生じることはないのに対し、例えば、可動電極の固着やコンデンサの電極への微細な異物の噛込みなどの不具合が加速度センサに発生した場合、加速度が印加されても、コンデンサの静電容量の変化に加速度の影響が正しく反映されない。そのような場合、第１および第２のタイミングで検出した変位量の間の関係が、加速度センサの正常稼働時とは異なるものになる。したがって、この加速度検出装置では、第１および第２のタイミングにおける変位量の双方に応じて、上述した加速度の検出とともに加速度センサの自己診断を常時、実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明による加速度検出装置を示す概略構成図である。

【図2】図１の加速度検出装置を示す概略回路図である。

【図3】図１の加速度検出装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。

【図4】図１の加速度検出装置に加速度が印加されたときの動作の一例を示すタイミングチャートである。

【図5】図１の加速度検出装置の変形例の動作を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態に係る加速度検出装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態による加速度検出装置１は、車両に搭載されたエアバッグ装置（いずれも図示せず）の一部として設けられている。エアバッグ装置は、複数の加速度検出装置１（１つのみ図示）と、複数の加速度検出装置１で検出した加速度に基づいて、エアバッグを膨張させるための制御装置（いずれも図示せず）を備えている。複数の加速度検出装置１は、車両の各所に分散して配置されていて、静電容量式の加速度センサ１０および検出回路２０をそれぞれ備えている。

【0016】

加速度センサ１０は、半導体製造技術を利用したマイクロマシニング技術によって形成されており、図１に示すように、基板１１と、加速度を検知して変位する可動部１２を有している。可動部１２は、板状に形成されており、長方形状の可動部本体１２ａと、その短辺方向に四隅からそれぞれ延びる梁部１２ｂと、各梁部１２ｂの先端に形成されたアンカ部１２ｃを有している。可動部１２は、アンカ部１２ｃによって基板１１に結合されている。計４つのアンカ１２ｃのうちの１つには、検出回路２０が接続されている。

【0017】

また、可動部本体１２ａの長辺方向（図１に示すＤ１−Ｄ２方向）における梁部１２ｂ、１２ｂの間の領域には、例えば４つの可動電極１２ｄが、ほぼ等間隔で配置されている。各可動電極１２ｄは、可動部本体１２ａから、梁部１２ｂと平行に延びている。可動部１２は一体に形成された導体であり、したがって各可動電極１２ｄの電位は同一になっている。

【0018】

また、Ｄ１−Ｄ２方向における各可動電極１２ｄの両側には、一対の第１の固定電極１１ａおよび第２の固定電極１１ｂが配置されており、各固定電極１１ａ、１１ｂは基板１１に固定されている。各固定電極１１ａ、１１ｂは、可動電極１２ｄと平行に延びており、所定の間隔を隔てて可動電極１２ｄに対向するように配置されている。また、各可動電極１２ｄの一方の側に設けられた計８つの第１の固定電極１１ａ同士、および他方の側に設けられた計８つの第２の固定電極１１ｂ同士が、それぞれ共通結線されており、検出回路２０に接続されている。また、第１の固定電極１１ａおよび第２の固定電極１１ｂは、基板１１上において互いに絶縁されている。したがって、第１の固定電極１１ａ同士と、第２の固定電極１１ａ同士の電位は、それぞれ同一になっている。

【0019】

以上のように設けた可動電極１２ｄおよび第１および第２の固定電極１１ａ、１１ｂによって、計８つの検出用コンデンサＣｄが構成されている。各検出用コンデンサＣｄは、直列に接続された一対の第１および第２コンデンサＣ１、Ｃ２を有している。具体的には、可動電極１２ｄおよび第１の固定電極１１ａによって第１コンデンサＣ１が構成され、可動電極１２ｄおよび第２の固定電極１１ｂによって第２コンデンサＣ２が構成されている。また、加速度が印加されていない状態では、第１および第２コンデンサＣ１、Ｃ２間の静電容量の差が０になるように、可動電極１２ｄ、第１および第２固定電極１１ａ、１１ｂの大きさおよび形状などが設定されている。

【0020】

例えばエアバッグ装置を搭載した走行中の車両が急減速したときに、加速度センサ１２がＤ１−Ｄ２方向の加速度を受けると、可動部１２は、慣性力によって、各梁部１２ｂを撓ませながら基板１１に対してＤ１−Ｄ２方向に相対的に変位する。これにより、各可動電極１２ｄと第１および第２固定電極１１ａ、１１ｂとの間の間隔が増減する結果、第１および第２コンデンサＣ１、Ｃ２の一方の静電容量が増大し、他方の静電容量が減少する。このときの第１および第２コンデンサＣ１、Ｃ２間の静電容量の差は、加速度の大きさに応じて変化し、この静電容量の差に相当する信号が、アンカ部１２ｃを介して検出回路２０に出力される。

【0021】

図２に示すように、検出回路２０は、電荷電圧変換回路２１、制御回路２２、電圧切換え回路２３および電源部２４を有している。電荷電圧変換回路２１は、電荷検出用の負帰還コンデンサ２１ｂを備えた演算増幅器２１ａを有しており、加速度センサ１０の可動電極１２ｄがアンカ部１２ｃを介して演算増幅器２１ａの反転入力端子に接続されている。電荷電圧変換回路２１には、上述した第１および第２コンデンサＣ１、Ｃ２間の静電容量の差に応じた信号が入力され、電荷電圧変換回路２１は、この信号を電圧信号に変換して出力する。また、電荷電圧変換回路２１は、負帰還コンデンサ２１ｂに並列に接続され、負帰還コンデンサ２１ｂに蓄積された電荷を放電させるための放電スイッチ２１ｃを有している。

【0022】

制御回路２２は、本実施形態において、駆動電圧印加手段、可動電極変位手段、サンプリング手段、変位量検出手段、加速度検出手段およびセンサ診断手段を構成するものであり、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）（図示せず）を備えており、マイコンは、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどを有している（いずれも図示せず）。ＣＰＵには、各種の信号が、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、入力され、ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、各種の制御処理を実行する。

【0023】

また、制御回路２２には、共通結線された第１の固定電極１１ａ、および第２の固定電極１１ｂがそれぞれ接続されており、電圧レベルが互いに反転した第１および第２の搬送波信号ＦＥ１、ＦＥ２が、制御回路２２から、第１および第２の固定電極１１ａ、１１ｂにそれぞれ入力される。第１および第２の搬送波信号ＦＥ１、ＦＥ２の電圧レベルは、所定の駆動電圧Ｖａ（例えば５Ｖ）と０（Ｖ）の間で変動する。また、制御回路２２は、上述した放電スイッチ２１ｃに接続されており、負帰還コンデンサ２１ｂに充電された電荷を必要に応じて放電させるために、放電スイッチ２１ｃをオン／オフする駆動信号を出力する。

【0024】

また、電荷電圧変換回路２１から出力された電圧信号は、制御回路２２に入力される。制御回路２２は、後述するように、互いに異なるタイミングで、且つ双方とも同じ所定の周期で、電圧信号をサンプリングし、サンプリングした電圧信号に基づいて、加速度センサ１０に印加された加速度の検出、および加速度センサ１０の自己診断を行う。

【0025】

また、各加速度検出装置１で検出された加速度は、これを表す加速度信号として通信バス２を介して制御装置に送信され、制御装置は、複数の加速度検出装置１から受信した複数の加速度信号に応じて、車両の衝突の有無を判定し、判定結果に応じてエアバッグを作動させる。

【0026】

電圧切換え回路２３は、第１〜第３スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を有しており、これらは、制御回路２２からの駆動信号によってそれぞれオン／オフされる。また、電源部２４は、第１〜第３の電圧Ｖ１〜Ｖ３をそれぞれ出力する第１〜第３の電源２４ａ〜２４ｃを有している。第１スイッチＳＷ１がオンされる一方、第２および第３スイッチＳＷ２、ＳＷ３がオフされたときには、第１の電圧Ｖ１（例えば３．４Ｖ）が、第１の電源２４ａから演算増幅器２１ａの非反転入力端子に入力される。また、第２スイッチＳＷ２がオンされる一方、第１および第３スイッチＳＷ１、ＳＷ３がオフされたときには、第２の電圧Ｖ２（例えば１．６Ｖ）が第２の電源２４ｂから非反転入力端子に入力される。また、第３スイッチＳＷ３がオンされる一方、第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオフされたときには、第３の電圧Ｖ３（例えば２．５Ｖ）が第３の電源２４ｃから非反転入力端子に入力される。この第３の電圧Ｖ３の大きさは、第１および第２の搬送波信号ＦＥ１、ＦＥ２により第１および第２の固定電極１１ａ、１１ｂに入力される駆動電圧Ｖａの１／２に設定されている。また、第１の電圧Ｖ１は、駆動電圧Ｖａよりも低く且つ第３の電圧Ｖ３よりも高い電圧に設定され、第２の電圧Ｖ２は、第３の電圧Ｖ３よりも低い電圧に設定されている。

【0027】

放電スイッチ２１ｃがオフされているときに、演算増幅器２１ａに入力された第１〜第３の電圧Ｖ１〜Ｖ３のいずれかは、演算増幅器２１ａの仮想短絡により、可動部１２のアンカ部１２ｃを介して可動電極に１２ｄに入力される。また、第１の搬送波信号ＦＥ１が立ち上がる一方、第２の駆動電圧ＦＥ２が立ち下がると、第１コンデンサＣ１が充電され、第２コンデンサＣ２は放電される。一方、第１の搬送波信号ＦＥ１が立ち下がる一方、第２の駆動電圧ＦＥ２が立ち上がると、第１コンデンサＣ１は放電され、第２コンデンサＣ２は充電される。

【0028】

第１および第２コンデンサＣ１、Ｃ２が充放電されるときに、加速度を印加されることにより可動電極１２ｄが変位していると、第１および第２コンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量がそれぞれ加速度の大きさに応じて変化する。そして、第１および第２コンデンサＣ１、Ｃ２における充放電量に応じた電荷が負帰還コンデンサ２１ｂに充電され、負帰還コンデンサ２１ｂに充電された電荷に応じて、可動部１２の変位量を表す電圧信号が、演算増幅器２１ａから出力される。なお、電荷電圧変換回路２１において、負帰還コンデンサ２１ｂに充電された電荷をキャンセルするために、放電スイッチ２１ｃが、第１および第２の搬送波信号ＦＥ１、ＦＥ２に合わせてオン／オフされ、オフのときに、電荷電圧変換回路２１から電圧信号が出力される。

【0029】

次いで、上述した加速度検出装置１の動作の一例について説明する。例えばエンジンの始動直後において、図３に示すように、第１の搬送波信号ＦＥ１の電圧レベルが駆動電圧Ｖａ、第２の搬送波信号ＦＥ２の電圧レベルが０で、可動電極１２ｄに第１の電圧Ｖ１が入力されたときには、可動電極１２ｄには、Ｄ１側（以下、「＋側」という）に静電気力が作用する。したがって、可動部１２は中立位置から＋側に変位を開始する。

【0030】

この中立位置は以下のように設定されている。加速度センサ１０に加速度が印加されていないときに、第１および第２の固定電極１１ａ、１１ｂに、第１および第２の搬送波信号ＦＥ１、ＦＥ２を、短い周期で振動する矩形波パルス信号として入力するとともに、可動電極１２ｄに第３の電圧Ｖ３を入力する。これにより、可動電極１２ｄと、第１および第２固定電極１１ａ、１１ｂとの間の静電引力の釣り合いによって、可動電極１２ｄは、第１および第２固定電極１１ａ、１１ｂの中間で両者１１ａ、１１ｂに対して静止する。このときの可動部１２の位置が、変位量が０の中立位置として設定されている。

【0031】

可動電極１２ｄなどへの電圧の印加を開始したときから期間ｔａが経過したタイミングｔ１において、可動電極１２への入力電圧が第２の電圧Ｖ２に切り換えられると、第１および第２コンデンサＣ１、Ｃ２における静電引力の強さが逆転し、可動電極１２ｄに作用する静電気力がＤ２側（以下「−側」という）に切り換えられる。それにより、可動部１２は＋側への変位を停止し、−側への変位を開始する。

【0032】

可動部１２の変位方向が−側に切り換わったタイミングの近傍、具体的にはタイミングｔ１から期間ｔｂが経過し、可動部１２が−側への変位を開始した直後のタイミングｔ２において、第１の搬送波信号ＦＥ１が０に、第２の搬送波信号ＦＥ２が駆動電圧Ｖａにそれぞれ切り換えられる。このとき、放電スイッチ２１ｃはオフされる。これにより、第１および第２固定電極１１ａ、１１ｂに印加される電圧が逆転し、可動電極１２ａから負帰還コンデンサ２１ｂに電荷が移動し、負帰還コンデンサ２１ｂに充電された電荷量に応じた電圧信号が、電荷電圧変換回路２１から出力される。このときを第１のタイミングとして、電圧信号が制御回路２２によってサンプリングされる。制御回路２２は、サンプリングした電圧信号に基づいて、タイミングｔ２における可動部２２の中立位置からの変位量を算出する。

【0033】

そして、タイミングｔ２から期間ｔｃが経過したとき、すなわちサンプリングを実行した直後のタイミングｔ３において、第１および第２の搬送波信号ＦＥ１、ＦＥ２が、駆動電圧Ｖａおよび０にそれぞれ戻され、可動部１２は、−側への変位を継続する。

【0034】

次いで、制御回路２２は、タイミングｔ３から期間ｔｄが経過したタイミングｔ４において、タイミングｔ２と同様に、第１および第２の搬送波信号ＦＥ１、ＦＥ２を切り換え、このときを第２のタイミングとして電圧信号をサンプリングするとともに、可動部２２の変位量を算出する。タイミングｔ４は、加速度センサ１０に加速度が印加されていない状態で、上述したタイミングで可動電極１２ｄへの入力電圧を第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り換えた場合に、可動部１２が中立位置を通過するタイミングとして設定されている。制御回路２２は、第２のタイミングでサンプリングした電圧信号に基づく可動部１２の変位量に基づいて、加速度を検出する。

【0035】

加速度センサ１０にＤ１−Ｄ２方向の加速度が印加されている場合、可動電極１２ｄへの入力電圧の切換えにより、可動部１２に作用する静電気力だけでなく、慣性力によって、可動部１２が基板１１に対して相対的に変位する。例えばＤ２側への加速度が印加されている場合、図４に示すように、可動部１２は、加速度の大きさに応じた変位量ｄ１だけ＋側にずれた状態で変位する。したがって、制御回路２２は、第２のタイミングでサンプリングした電圧信号に基づく変位量ｄ１に基づいて、加速度センサ１０に印加された加速度の大きさを検出する。

【0036】

また、制御回路２２は、加速度センサ１０の自己診断のために、第１および第２のタイミングでサンプリングした電圧信号に基づく変位量の差分ｄ２を算出する。加速度が印加されている間においては、可動部１２は＋側または−側に変位量ｄ１だけ常時、変位するので、差分ｄ２は加速度の有無にかかわらずほぼ一定の値になる。したがって、差分ｄ２が、加速度の大きさに応じてあらかじめ設定された値を含む所定の範囲内にあり、あらかじめ設定された値と差分ｄ２がほぼ同じときには、加速度センサ１０は正常に機能しているものと制御装置２２によって診断され、所定の範囲内にないときには、加速度センサ１０に不具合が発生したものと診断される。

【0037】

そして、タイミングｔ４から期間ｔｃが経過したとき、すなわちタイミングｔ４直後のタイミングｔ５において、第１および第２搬の送波信号ＦＥ１、ＦＥ２などを、タイミングｔ３のときと同様に、切換え前の状態に戻す。

【0038】

そして、タイミングｔ５から期間ｔｅが経過したタイミングｔ６において、可動電極１２ｄへの入力電圧を第１の電圧Ｖ１に切り換えることによって、第１および第２コンデンサＣ１、Ｃ２の静電引力の大きさが再度、逆転し、可動電極１２ｄに作用する静電気力が−側から＋側に変化する。これにより、可動部１２は、−側への変位を停止し、＋側への変位を開始する。タイミングｔ６から期間ｔｆが経過し、可動部１２が中立位置を通過して＋側への移動がほぼ限界に達したタイミングｔ７において、タイミングｔ２と同様に可動電極１２ｄのへの入力電圧を第２の電圧Ｖ２に切り換えることによって、可動部１２に作用する静電気力が−側に切り換わる。

【0039】

次いで、上述したタイミングｔ１〜ｔ７の間の期間Ｔａを所定の周期として、タイミングｔ１〜ｔ７と同様の動作を繰り返し実行する。それにより、タイミングｔ２から期間Ｔａが経過したタイミングｔ８を第１のタイミングとして、また、タイミングｔ４から期間Ｔａが経過したタイミングｔ１０を第２のタイミングとして、電圧信号のサンプリングおよび可動部１２の変位量の算出がそれぞれ実行される。そして、タイミングｔ１０における変位量に基づいて加速度を検出し、タイミングｔ８およびｔ１０での変位量の差分ｄ２に基づいて、加速度センサ１０の自己診断を実行する。そして、エンジンが停止されるまで、第１および第２のタイミングにおいて、期間Ｔａごとに電圧信号をそれぞれサンプリングし、加速度の検出および加速度センサ１０の自己診断を実行する。

【0040】

以上のように、本実施形態に係る加速度検出装置１によれば、可動電極１２ｄに第１および第２の電圧Ｖ１、Ｖ２を周期的に切り換えて入力することによって、可動電極１２ｄが、第１および第２の固定電極１１ａ、１１ｂの間で期間Ｔａごとに周期的に変位する。そして、第１および第２のタイミングにおける可動部１２の基板１１に対する変位量が、期間Ｔａごとにそれぞれ検出される。このように、可動部１２を周期的に変位させ、この周期に同期して第２のタイミングにおいて検出した変位量に基づいて、加速度が検出される。

【0041】

したがって、加速度センサ１０に加速度が印加されていないときには、第２のタイミングにおける変位量には変化が生じないのに対し、加速度が印加されたときには変位量ｄ１だけ変化するので、第２のタイミングにおける変位量を期間Ｔａごとに検出することによって、加速度を常時、適切に検出することができる。なお、第１のタイミングで検出した変位量に基づいて加速度を検出するようにしてもよい。また、第１および第２のタイミング以外の任意のタイミングで変位量を期間Ｔａごとに検出し、それに基づいて加速度を検出するようにしてもよい。

【0042】

また、加速度センサ１０が正常に稼働しているときには、第１および第２のタイミングにおける変位量の差分ｄ２には変化が生じないのに対し、加速度センサ１０に不具合が生じ、加速度が印加されたときの第１および第２コンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量の変化が、正常稼働時対して異なると、変位量の差分ｄ２にも変化が生じる。したがって、この加速度検出装置１では、第１および第２のタイミングにおける変位量の差分ｄ２を期間Ｔａごとに検出することによって、上述した加速度の検出とともに、加速度センサ１０の自己診断を常時、加速度センサ１０ごとに実行することができる。

【0043】

また、第１のタイミングは、可動部１２の変位が＋側から−側に切り換わった直後に設定されており、それにより、可動部１２の変位速度が低下したタイミングで変位量が検出される。したがって、第１のタイミングで期間Ｔａごとに算出した変位量に生じるばらつきを抑制できるので、この変位量に応じた加速度センサ１０の自己診断の信頼性を、より向上させることができる。

【0044】

また、可動電極１２ｄに第１および第２の電圧Ｖ１、Ｖ２を周期的に切り換えて印加し、可動部１２を、中立位置を中心として＋側と−側に大きく振動させることにより、差分ｄ２がより大きな値として検出され、期間Ｔａごとに算出した差分ｄ２に生じるばらつきを抑制できるので、加速度センサ１０の自己診断の信頼性をさらに向上させることができる。なお、本実施形態では、可動部１２が＋側から中立位置を通過するタイミングを第２のタイミングとして説明したが、例えば、可動部１２の変位が−側から＋側に切り換わるタイミングの近傍を第２のタイミングとして設定してもよい。それにより、第１および第２のタイミングで検出した変位量の差分ｄ２に基づく自己診断の信頼性を、さらに向上させることができる。また、可動部１２の変位が−側から＋側に切り換わるタイミングの近傍における変位量を、第１および第２のタイミングでの変位量とは別個に検出し、加速度の検出や加速度センサ１０の自己診断に用いてもよい。

【0045】

次いで、上述した実施形態に係る加速度検出装置１の変形例について説明する。変形例に係る加速度検出装置は、加速度検出装置１と同じ構成を有しており、第１および第２の搬送波信号ＦＥ１、ＦＥ２や、可動電極１２への入力電圧の切換えタイミングなどが、実施形態に係る加速度検出装置１と異なっている。以下、加速度検出装置１との差異を中心として、変形例に係る加速度検出装置について説明する。

【0046】

図５に示すように、第１の搬送波信号ＦＥ１の電圧レベルがＶａで、第２の搬送波信号ＦＥ２の電圧レベルが０のときに、可動電極１２ｄに第１の電圧Ｖ１が入力されると、可動電極１２ｄに＋側の静電気力が作用し、可動部１２が中立位置から＋側に変位を開始する。そして、期間ｔｇが経過したタイミングｔ２１から、第１および第２の搬送波信号ＦＥ１、ＦＥ２をそれぞれ駆動電圧Ｖａと０の間で振動させるとともに、可動電極１２ｄへの入力電圧を第３の電圧Ｖ３に切り換えると、可動電極１２ｄに−側への静電気力が作用することによって、可動部１２が−側に変位を開始する。このように可動部１２の変位方向が−側に切り換わった直後で、タイミングｔ２１から期間ｔｈが経過したタイミングｔ２１ａを第１のタイミングとして、電荷電圧変換回路２１から出力された電圧信号がサンプリングされ、このときの可動部１２の変位量が制御回路２２によって検出される。

【0047】

可動部１２が中立位置に近づくと、その変位速度が低下し、中立位置を通過すると、再度、変位速度が増大する。制御回路２２では、タイミング２１ａから期間ｔｉが経過し、可動部１２が中立位置を通過したタイミングｔ２１ｂを第２のタイミングとして、変位量のサンプリング、および加速度センサ１０に印加された加速度の検出が実行される。また、制御回路２２は、タイミングｔ２１ａおよびｔ２１ｂで検出した可動部１２の変位量の差分ｄ３に基づいて、実施形態と同様に加速度センサ１０の自己診断を実行する。

【0048】

そして、タイミングｔ２１ｂから期間ｔｊが経過し、可動部１２の−側への変位量が最大に近づいたタイミングｔ２２において、可動電極１２ｄへの入力電圧を第２の電圧Ｖ２に切り換えるとともに、第１および第２の搬送波信号ＦＥ１、ＦＥ２の電圧レベルを駆動電圧Ｖａ、および０にそれぞれ固定する。これにより、可動電極１２ｄに＋側の静電気力が作用し、可動部１２が−側への変位を停止して＋側への変位を開始する。そして、中立位置付近で変位速度を一旦、減速しながら、＋側への移動を継続する。

【0049】

そして、タイミングｔ２２から期間ｔｋが経過したタイミングｔ２３において、可動電極１２ｄへの入力電圧を第３の電圧Ｖ３に切り換えるとともに、タイミングｔ２１〜ｔ２２と同様に、タイミングｔ２３〜ｔ２４にかけて、第１および第２の搬送波信号ＦＥ１、ＦＥ２を振動させる。これにより、可動電極１２ｄに再度、−側の静電気力が作用し、可動部１２が−側への変位を開始する。そして、タイミングｔ２１ａ、ｔ２１ｂと同様に、可動部１２の変位速度が低下したタイミングｔ２３ａおよびｔ２３ｂをそれぞれ第１および第２タイミングとして、制御回路２２によって、変位量の検出およびその差分ｄ３が検出されるとともに、加速度センサ１０の自己診断が実行される。

【0050】

そして、タイミングｔ２４において、タイミングｔ２２と同様に、第１および第２の搬送波信号ＦＥ１、ＦＥ２と、可動電極１２ｄへの入力電圧を切り換え、この状態をタイミングｔ２５まで維持することによって、可動部１２が＋側に変位する。

【0051】

また、タイミングｔ２５以降は、上述したタイミングｔ２１〜ｔ２５の間の期間Ｔｂを所定の周期として、タイミングｔ２１〜ｔ２５と同様の動作を繰り返し実行する。それにより、制御装置２２は、期間Ｔｂに応じた第１のタイミングとして、タイミングｔ２１ａからタイミングｔ２３ａの間の期間Ｔｂ／２ごとに、また、同じく期間Ｔｂに応じた第２のタイミングとして、タイミングｔ２１ｂからタイミングｔ２３ｂの間の期間Ｔｂ／２ごとに、電圧信号のサンプリングおよび可動部１２の変位量の算出をそれぞれ実行する。また、第２のタイミングで検出した電圧信号に応じて加速度を検出するとともに、第１および第２のタイミングでの変位量の差分ｄ３に基づいて、加速度センサ１０の自己診断を実行する。

【0052】

以上のように、本変形例に係る加速度検出装置によれば、可動部１２が変位する速度が低下する第１および第２のタイミングにおいて、可動部１２の変位量が検出される。したがって、第１および第２のタイミングの双方において可動部１２の変位量がより高い精度で検出され、加速度センサ１０に印加された加速度を、より精度よく検出できるとともに、加速度センサ１０の自己診断の信頼性をより向上させることができる。

【0053】

なお、上述した実施形態および変形例では、第１および２のタイミングにおいて電圧信号をサンプリングするごとに可動部１２の変位量を算出するものとして説明したが、例えば、第１および第２のタイミングにおいて複数の周期にわたってサンプリングした複数の電圧信号に応じ、それらの平均値に基づいて、変位量をそれぞれ算出するようにしてもよい。それにより、サンプリングした電圧信号にばらつきが生じたとしても、そのばらつきが変位量に及ぼす影響を緩和することができる。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

【符号の説明】

【0054】

１ 加速度検出装置
１０ 加速度センサ
１１ａ 第１の固定電極
１１ｂ 第２の固定電極
１２ｄ 可動電極
２１ 電荷電圧変換回路
２２ 制御回路（駆動電圧印加手段、可動電極変位手段、サンプリング手段、
変位量検出手段、加速度検出手段、センサ診断手段）
２４ 電源部
Ｃ１ 第１のコンデンサ（コンデンサ）
Ｃ２ 第２のコンデンサ（コンデンサ）
ＳＷ１〜ＳＷ３ 第１〜第３スイッチ（可動電極変位手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】