DE4234969A1 - Mikrowandler elektrostatischer bauart und ihn verwendendes steuersystem - Google Patents
Mikrowandler elektrostatischer bauart und ihn verwendendes steuersystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Mikrowandler elektrostatischer Bauart wie
beispielsweise einen Mikrosensor und einen Mikrobetätiger und ein ihn
verwendendes Steuersystem, und insbesondere einen elektrostatischen
Mikrowandler mit verbessertem Nutzen während seiner Herstellung und
einer ausgezeichneten Zuverlässigkeit während seines Einsatzes und ein
ihn verwendendes Steuersystem.
Im allgemeinen wirkt eine Vielzahl physikalischer Kräfte auf Grund
verschiedener Arten von Mechanismen zwischen Oberflächen von festen
Körpern, insbesondere bei einem Mikrosensor, der von strukturellen
Mikroteilen gebildet ist, wobei das Verhältnis ihres Oberflächenbereiches
zu ihren Massen groß wird, so daß die wechselseitige Wirkung zwischen
den Oberflächen eine wesentliche Rolle spielt. Beispielsweise wird auf
Grund verschiedener Arten von Mechanismen eine Vielzahl von Anzie
hungskräften zwischen bewegbaren Teilen oder zwischen einem beweg
baren Teil und einem stationären Teil, die zueinander weisen, wobei
dazwischen ein mikroskopischer Spalt oder nicht vorgesehen ist, induziert,
so daß es häufig eintritt, daß die beiden Teile aneinanderhaften und so
den Mikrosensor unwirksam machen.
Ein Beispiel herkömmlicher Mikrosensoren, die als Beschleunigungsmesser
dienen, ist in der JP-A-60-2 44 864 (1985) erläutert, welche den US-Patent
schriften 45 74 327 und 46 09 968 entspricht, wobei eine Vielzahl dielek
trischer Anschläge an einer bewegbaren Kondensatorplatte vorgesehen ist,
um einen Kurzschlußstrom zwischen der bewegbaren Kondensatorplatte
und einer gegenüberliegenden fixierten Kondensatorplatte zu verhindern,
wenn sich beide berühren.
Bei dem bekannten Mikrosensor wurde das technische Problem hinsicht
lich des Ausschaltens eines Kurzschlußstromes zwischen der bewegbaren
und der fixierten Kondensatorplatte mit Hilfe dielektrischer Anschläge
gelöst, jedoch wurden keine Überlegungen in bezug auf das Verhindern
eines Anhaftens durch physikalische Kräfte zwischen der bewegbaren
Elektrodenplatte und der stationären Elektrodenplatte in einen Mikrosen
sor angestellt, und zwar wegen des Vorhandenseins der dielektrischen
Anschläge. Bei dem Mikrosensor beispielsweise elektrostatischer Bauart
und einem elektrostatischen servoartigen Mikrosensor kann die bewegbare
Elektrode zur stationären Elektrode auf Grund einer elektrostatischen
Anziehungskraft während der Herstellung oder während ihrer Handha
bung vor oder nach ihrer Montage angezogen werden, wenn eine hohe
Spannung aus bestimmten Gründen zwischen der bewegbaren Elektrode
und der stationären Elektrode angelegt wird oder wenn ein aufgeladener
externer Körper den Mikrosensor berührt und eine statische Elektrizität
zwischen den beiden Elektroden geladen ist, wie dies beispielsweise
hervorgerufen wird, wenn die Bekleidungsstücke eines Arbeiters, die
durch statische Elektrizität aufgeladen sind, ein Elektrodenende des
Mikrosensors während seines Handhabens berührt. In diesem Augenblick
wird ein hohes elektrisches Feld an einen elektrischen Isolierfilm wie
beispielsweise den an den Elektroden vorgesehenen dielektrischen An
schlag angelegt, so daß eine dielektrische Polarisation, eine Bewegung der
elektrischen Aufladungen wie beispielsweise Ionen innerhalb des Isolierfil
mes, ein Injizieren der elektrischen Ladungen von der Außenseite in den
Isolierfilm und ein Ansammeln elektrischer Ladungen in den Zwischen
flächen zwischen dem Isolierfilm und den Elektroden verursacht wird, so
daß eine räumliche Verteilung der elektrischen Ladungen innerhalb des
Isolierfilmes oder in der Nähe der Zwischenflächen zwischen dem Isolier
film und den Elektroden erfolgt, und ein solches räumliches Verteilen
der elektrischen Ladung kann selbst dann verbleiben, wenn das von der
Außenseite verursachte elektrische Feld entfernt ist.
Wegen dieser verbleibenden dielektrischen Polarisation und restlichen
elektrischen Ladungen wird eine Anziehungskraft auf Grund der elektro
statischen Kraft zwischen den zueinander weisenden Elektroden verur
sacht, die voneinander beabstandet sind, wobei der elektrische Isolierfilm
und ein mikroskopischer Spalt vorgesehen sind. Als Ergebnis ergab sich
das unerwünschte Phänomen kontinuierlichen Anhaftens der bewegbaren
Elektrode und der stationären Elektrode über den Isolierfilm. Der Aus
druck "haften" wird hier verwendet, um ein Phänomen anzugeben, bei
welchem zueinander weisende, sich berührende Flächen miteinander auf
Grund mikroskopischer physikalischer Kräfte verbinden, die anders sind
als chemische Bindungskräfte und zwischen den entsprechenden zuein
ander weisenden Oberflächen wirken.
Ein Gegegenstand der Erfindung ist ein Mikrowandler elektrostatischer
Bauart wie beispielsweise ein Mikrosensor und Mikrobetätiger mit einem
Mittel, das ein Haften zwischen der bewegbaren Elektrode und der
stationären Elektrode verhindert, auf Grund welchen der elektrostatische
Mikrowandler unbetreibbar wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Steuersystem, welches
einen solchen zuverlässig arbeitenden Mikrosensor elektrostatischer Bauart
verwendet.
Der erstere Gegenstand der Erfindung wird erzielt durch einen Mikro
wandler elektrostatischer Bauart, der ein bewegbares Elektrodenglied, ein
stationäres Elektrodenglied, welches dem bewegbaren Elektrodenglied
zugeordnet ist, und eine eine Haftkraft zwischen dem bewegbaren Elek
trodenglied und dem stationären Elektrodenglied reduzierende Einrichtung
umfaßt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die die Haftkraft reduzierende
Einrichtung erhalten, indem Mittel zum Verhindern oder Reduzieren
verbleibender dielektrischer Polarisation und restlicher elektrischer Aufla
dungen zwischen dem bewegbaren Elektrodenglied und dem stationären
Elektrodenglied vorgesehen sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die die Haftkraft
reduzierende Einrichtung durch Mittel zum Verhindern eines Berührens
oder zum Limitieren eines Berührungsbereiches zwischen dem bewegbaren
Elektrodenglied und dem stationären Elektrodenglied geschaffen, wenn
sich das bewegbare Elektrodenglied übermäßig verlagert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die die Haftkraft
reduzierende Einrichtung durch Füllen des Raumes zwischen der beweg
baren Elektrode und der stationären Elektrode mit einem Trockengas
oder durch Evakuieren des Raumes geschaffen.
Der letztere Gegenstand gemäß Erfindung wird mit einem
Kraftfahrzeug-Steuersystem erreicht, in welchem ein Beschleunigungsmesser elektro
statischer kapazitiver Art oder elektrostatischer Servoart an einem Kraft
fahrzeug, welches zu steuern ist, angeordnet ist, welches ein bewegbares
Elektrodenglied, das von einem elastischen Glied aufgehängt ist, und ein
stationäres Elektrodenglied einschließt, welches dem bewegbaren Elek
trodenglied zugewandt ist und von ihm in einem vorbestimmten Spalt
beabstandet ist, wobei weiterhin eine die Haftkraft zwischen dem beweg
baren Elektrodenglied und dem stationären Elektrodenglied reduzierende
Einrichtung vorgesehen ist, wobei Daten von dem Ausgang des Beschleu
nigungsmessers erhalten werden, die für wenigstens eine Steuerung wie
beispielsweise Antiblockierbremsen-Steuerung, aktive Aufhängung-Steue
rung, Gesamtumdrehung-Steuerung, Antrieb-Steuerung und
Airbag-Steuerung für das Kraftfahrzeug erforderlich sind, und wobei wenigstens eine
dieser Kraftfahrzeugsteuerungen auf der Grundlage der erhaltenen Daten
erfolgt.
Durch Vorsehen der die Haftkraft reduzierenden Einrichtung zwischen
dem bewegbaren Elektrodenglied und dem stationären Elektrodenglied in
dem Mikrowandler elektrostatischer Bauart wird, wenn sich das beweg
bare Elektrodenglied während des Einsatzes des Mikrowandlers über
mäßig verlagert und das stationäre Elektrodenglied berührt, das Haften
zwischen dem bewegbaren Elektrodenglied und dem stationären Elek
trodenglied verhindert, so daß der Betrieb des Mikrowandlers aufrech
terhalten wird.
Weiterhin werden durch die Einrichtung zum Verhindern oder Reduzie
ren restlicher dielektrischer Polarisation und restlicher elektrischer La
dungen in dem Mikrowandler elektrostatischer Bauart elektrische Ladun
gen, die innerhalb des elektrischen Isolierfilmes, der an den Elektroden
oberflächen ausgebildet ist, räumlich verteilt sind und in der Nähe von
Zwischenflächen zwischen dem Isolierfilm und den Elektroden entfernt
oder ausreichend reduziert, so daß eine Anziehungskraft zwischen dem
elektrischen Isolierfilm und der gegenüberliegenden Elektrode auf Grund
elektrostatischer Kraft eliminiert oder geringer als die Rückstellkraft des
das bewegbare Elektrodenteil aufhängenden elastischen Gliedes gemacht
wird, so daß ein Haften der beiden Elektrodenglieder aneinander ver
ändert ist.
Weiterhin wird mit der Einrichtung zum Verhindern eines Berührens
oder Begrenzens des Kontaktbereiches zwischen dem bewegbaren Elek
trodenglied und dem stationären Elektrodenglied, wenn sich das beweg
bare Elektrodenglied in dem Mikrowandler elektrostatischer Bauart
übermäßig verlagert, ein wesentlicher Kontaktbereich zwischen dem
bewegbaren Elektrodenglied und dem stationären Elektrodenglied her
abgesetzt, und die Haftkraft zwischen dem bewegbaren Elektrodenglied
und dem stationären Elektrodenglied wird ebenfalls insgesamt reduziert,
so daß ein Haften der beiden Elektrodenglieder verhindert ist.
Weiterhin wird mit der Einrichtung zum Reduzieren von Wasserablage
rung an möglichen sich berührenden Flächen des bewegbaren Elektroden
gliedes und des stationären Elektrodengliedes, die beispielsweise durch
Einschließen von Trockengas in dem Raum zwischen dem bewegbaren
Elektrodenglied und dem stationären Elektrodenglied oder durch Evakuie
ren des Raumes in dem elektrostatischen Mikrowandler geschaffen ist,
die Feuchtigkeit in dem Raum reduziert, und der Betrag an Wasser
absorption und Kondensation an den möglichen sich berührenden Flächen
des bewegbaren Elektrodengliedes und des stationären Elektrodengliedes
wird ebenfalls herabgesetzt, so daß die Haftkräfte über Wasser wie
beispielsweise Flüssigkeits-Überbrückungskraft und Wasserstoffatom-Kopp
lungskraft zwischen den Wassermolekülen, die an den möglichen Kontakt
flächen physikalisch absorbiert werden, reduziert werden; demzufolge wird
das Haften zwischen den beiden Elektroden auf Grund von Wasser
vermieden.
Weiterhin ist bei dem Kraftfahrzeug-Steuersystem, welches den Beschleu
nigungsmesser elektrostatischer kapazitiver Bauart oder elektrostatischer
Servobauart mit der die Haftkraft reduzierenden Einrichtung zwischen
dem bewegbaren Elektrodenglied und dem stationären Elektrodenglied
verwendet, eine Fehlfunktion des Beschleunigungsmessers auf Grund des
Haftens der beiden Elektroden eliminiert. Demzufolge wird die Zuver
lässigkeit des Kraftfahrzeug-Steuersystems verbessert.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand der
beigefügten Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines
Mikrobeschleunigungsmessers längs der Linie I-I in Fig. 2;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Elektrodenabschnitt der ersten
Ausführungsform nach Fig. 1;
Fig. 3 perspektivisch den Montagezustand eines Mikrobeschleuni
gungsmessers nach Fig. 1;
Fig. 4 ein Diagramm, in welchem ein Versuchsergebnis hinsichtlich
der Haftkraft zwischen den Elektroden des Mikrobeschleuni
gungsmessers nach Fig. 1 und eines bekannten in Abhängig
keit von der Zeit einer Spannungsanlegung an die Elek
troden gezeigt ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht durch die zweite Ausführungsform eines
Mikrobeschleunigungsmessers;
Fig. 6 eine Schnittansicht durch eine dritte Ausführungsform eines
Mikrobeschleunigungsmessers;
Fig. 7 eine Schnittansicht durch die vierte Ausführungsform eines
Mikrobeschleunigungsmessers längs der Linie II-II in Fig. 8;
Fig. 8 eine Draufsicht auf den Elektrodenteil der vierten in Fig. 7
gezeigten Ausführungsform;
Fig. 9 eine Schnittansicht durch eine fünfte Ausführungsform eines
Mikrobeschleunigungsmessers;
Fig. 10 eine Schnittansicht durch eine sechste Ausführungsform des
Mikrobeschleunigungsmessers;
Fig. 11 eine Schnittansicht durch eine siebte Ausführungsform eines
Mikrobeschleunigungsmessers;
Fig. 12 eine Schnittansicht durch eine achte Ausführungsform eines
Mikrobeschleunigungsmessers;
Fig. 13 eine Schnittansicht einer neunten Ausführungsform eines
Mikrobeschleunigungsmessers;
Fig. 14 eine Schnittansicht durch eine zehnte Ausführungsform eines
Mikrobeschleunigungsmessers;
Fig. 15 perspektivisch die elfte Ausführungsform eines Mikrobe
schleunigungsmessers;
Fig. 16 eine Schnittansicht durch die zwölfte Ausführungsform eines
Mikrobeschleunigungsmessers;
Fig. 17 eine Schnittansicht durch eine dreizehnte Ausführungsform
eines Mikrobeschleunigungsmessers längs der Linie III-III in
Fig. 18;
Fig. 18 eine Draufsicht auf die Abschnitte der bewegbaren Elek
trode und eines Trägers der dreizehnten Ausführungsform
nach Fig. 17;
Fig. 19 perspektivisch den Isoliervorsprung der dreizehnten Ausfüh
rungsform nach Fig. 17 auf der Grundlage eines SEM-Pho
tos;
Fig. 20 ein Diagramm eines Versuchsergebnisses hinsichtlich der auf
die Elektroden des Mikrobeschleunigers nach Fig. 17 wir
kenden Haftkraft in Abhängigkeit von der Breite des Iso
liervorsprunges an der Oberfläche einer der Elektroden;
Fig. 21 eine Draufsicht auf die Abschnitte der bewegbaren Elek
trode und des Trägers der vierzehnten Ausführungsform
eines Mikrobeschleunigungsmessers, die an Stelle der in
Fig. 17 und 18 gezeigten verwendet werden;
Fig. 22 eine Draufsicht auf die Abschnitte der bewegbaren Elek
trode und des Trägers der fünfzehnten Ausführungsform
eines Mikrobeschleunigungsmessers, die an Stelle derjenigen
nach Fig. 17 und 18 verwendet werden;
Fig. 23 eine Draufsicht auf die Abschnitte der bewegbaren Elek
trode und des Trägers der sechzehnten Ausführungsform
eines Mikrobeschleunigungsmessers, die an Stelle der in
Fig. 17 und 18 gezeigten verwendet werden;
Fig. 24 eine Draufsicht auf die Abschnitte der bewegbaren Elek
trode und des Trägers einer siebzehnten Ausführungsform
eines Mikrobeschleunigungsmessers, die an Stelle der in
Fig. 17 und 18 gezeigten verwendet werden;
Fig. 25 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 24;
Fig. 26 eine Draufsicht auf die Abschnitte der bewegbaren Elek
trode und des Trägers der achtzehnten Ausführungsform
eines Mikrobeschleunigungsmessers, die an Stelle der in Fig.
17 und 18 gezeigten verwendet werden;
Fig. 27 eine Draufsicht auf die Abschnitte der bewegbaren Elek
trode und des Trägers der neunzehnten Ausführungsform
eines Mikrobeschleunigungsmessers, die an Stelle der in Fig.
17 und 18 gezeigten verwendet werden;
Fig. 28 eine Draufsicht auf die Abschnitte der bewegbaren Elek
trode und des Trägers der zwanzigsten Ausführungsform
eines Mikrobeschleunigungsmessers, die an Stelle der in Fig.
17 und 18 gezeigten verwendet werden;
Fig. 29 eine Draufsicht auf die stationäre Elektrode der einund
zwanzigsten Ausführungsform eines Mikrobeschleunigungs
messers, die an Stelle der in Fig. 13 gezeigten verwendet
wird;
Fig. 30 eine Schnittansicht durch die zweiundzwanzigste Ausfüh
rungsform eines Mikrobeschleunigungsmessers;
Fig. 31 eine Schnittansicht durch die dreiundzwanzigste Ausführungs
form eines Mikrobeschleunigungsmessers;
Fig. 32 eine Draufsicht auf die stationäre Elektrode der dreiund
zwanzigsten Ausführungsform nach Fig. 31;
Fig. 33 eine Schnittansicht durch die vierundzwanzigste Ausführungs
form eines Mikrobeschleunigungsmessers;
Fig. 34 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform eines Mi
krodrucksensors elektrostatischer kapazitiver Bauart;
Fig. 35(a) und Fig. 35(b) schematische Schnittansichten einer Ausfüh
rungsform eines Mikrobetätigers in der Form eines elektro
statisch betätigbaren Ventiles, wobei in Fig. 35(a) sein
Offenzustand und in Fig. 35(b) sein Schließzustand gezeigt
sind;
Fig. 36 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Fahrzeug
steuersystemes mit dem Mikrobeschleunigungsmesser nach
Fig. 1;
Fig. 37 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines
Fahrzeugsteuersystemes mit dem Mikrobeschleunigungsmesser
nach Fig. 1;
Fig. 38 eine Darstellung, um das Messen der Drehwinkelgeschwin
digkeit eines Kraftfahrzeuges mit einem Paar Beschleuni
gungsmesser zu erläutern.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen in der Form
von Beschleunigern der elektrostatischen kapazitiven Bauart oder elektro
statischen Servobauart erläutert. Gleiche Bezugsziffern und Symbole
bezeichnen das gleiche oder äquivalente Bauteil.
In Fig. 1 ist eine vertikale Schnittansicht längs der Linie I-I in Fig. 2
der ersten Ausführungsform eines Beschleunigungsmessers unter Ver
wendung eines Siliziumhalbleiterkörpers gemäß Erfindung gezeigt, der
sowohl auf eine elektrostatische als auch eine elektrostatische Servobauart
anwendbar ist, und in Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die erste Ausfüh
rungsform gezeigt, gesehen von der Seite der bewegbaren Elektroden in
Richtung der Seite der gegenüberliegenden stationären Elektroden und
der Seite der Elektroden gleichen Potentials.
In Fig. 1 ist ein Siliziumsubstrat 2 gezeigt, und durch einen Ätzprozeß
sind eine als seismische Masse dienende bewegbare Elektrode 5 und ein
Träger 4 einstückig miteinander geformt. Die Substrate 1 und 3 sind
gegenüberliegend angeordnet, während sie dazwischen das Siliziumsubstrat
2 aufnehmen. Die gesamten Teile der Substrate 1 und 3 oder wenigstens
die Oberflächenabschnitte, die zum Siliziumsubstrat 2 weisen, bestehen
aus einem Isoliermaterial, das bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus
Pyrex-Glas besteht. Ein Paar stationärer Elektroden 6 ist an den ent
sprechenden Substraten 1 bzw. 3 ausgebildet, so daß sie zu den ent
sprechenden Hauptflächen der bewegbaren Elektrode 5 mit einem mikroskopischen
Spalt von ungefähr 1 bis 10 µ weisen.
An einem Teil der Hauptflächen der bewegbaren Elektrode 5 sind
elektrische Isolierfilme 7 angeordnet, und bei der gezeigten Ausführungs
form sind vier Isolierfilme 7 an den vier Ecken einer jeden der ent
sprechenden Hauptflächen der bewegbaren Elektrode 5 vorgesehen.
Äquipotential-Elektroden 8 mit der bewegbaren Elektrode 5 sind an den
Isoliersubstraten 1 und 3 in der zu den Isolierfilmen 7 an der beweg
baren Elektrode 5 weisenden Position ausgebildet. Wenn sich demzufolge
die bewegbare Elektrode 5 übermäßig verschiebt, berühren die Isolierfil
me 7 an der bewegbaren Elektrode anfänglich die Äquipotential-Elek
troden 8, um somit einen direkten Kontakt der Isolierfilme 7 einer der
stationären Elektroden 6 zu verhindern.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind die an den entsprechenden Substraten 1
und 3 ausgebildeten Äquipotential-Elektroden 8 so gestaltet, daß sie sich
in die die stationäre Elektrode entfernenden Abschnitte oder Kerbab
schnitte 9 erstreckt, um somit zu den entsprechenden Isolierfilmen 7 an
der bewegbaren Elektrode 5 zu weisen und einen Kontakt damit schaf
fen, wenn sich die bewegbare Elektrode 5 übermäßig verlagert.
Wenn der Beschleunigungsmesser als elektrostatisch-kapazitiver Beschleu
nigungsmesser verwendet wird, bilden die bewegbare Elektrode 5 und die
stationären Elektroden 6 Kondensatoren, und wenn sich die bewegbare
Elektrode 5 verlagert, variieren ihre Kapazitäten. Wenn nämlich eine
gewisse Beschleunigung in Richtung senkrecht zu den Hauptflächen der
Substrate 1, 2 und 3 auftritt, wirkt eine Trägheitskraft auf die bewegbare
Elektrode 5, und die bewegbare Elektrode 5 verlagert sich in der Zeich
nung aufwärts oder abwärts gegen die Rückstellkraft des Trägers 4.
Diese Verlagerung wird durch die Änderung der elektrostatischen Kapazi
tät zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und den stationären Elektroden
6 angezeigt, und ein Beschleunigungsmeßkreis 10 errechnet die Beschleu
nigung über Umwandlung der Kapazitätsänderung.
Wenn weiterhin der Beschleunigungsmesser als elektrostatischer
Servo-Beschleunigungsmesser verwendet wird und die bewegbare Elektrode 5
dazu neigt, sich in Ansprechen auf eine Beschleunigung zu verlagern,
wird eine entsprechende Spannung zwischen der bewegbaren Elektrode
5 und den entsprechenden stationären Elektroden 6 angelegt, die eine
elektrostatische Kraft oder eine Servokraft induziert, welche erforderlich
ist, um die bewegbare Elektrode 5 in der Mitte zwischen den stationären
Elektroden 6 zu halten, und die Beschleunigung, auf die eingewirkt wird,
wird auf der Grundlage der angelegten Spannung errechnet.
In Fig. 3 ist ein Montagezustand des in Fig. 1 und 2 gezeigten Beschleu
nigungsmessers dargestellt. Ein Beschleunigungsmesserchip 11 und der
Beschleunigungsmeßkreis 10 nach Fig. 1 sind an einen Stab 13 gebunden.
Elektrodenpolster an drei Stellen für die bewegbare Elektrode 5 und die
beiden oberen und unteren stationären Elektroden 6 an dem Beschleuni
gungsmesserchip 11 und der Beschleunigungsmeßkreis 10 sind über
Drahtverbindungen angeschlossen, und Elektrodenpolster für Eingang und
Ausgang und zum Erden des Beschleunigungsmeßkreises 10 sind mit
entsprechenden externen Stiften verbunden.
Bei einem derart aufgebauten elektrostatischen Beschleunigungsmesser
wirkt, wenn eine hohe Spannung zwischen der bewegbaren Elektrode 5
und den stationären Elektroden 6 aus irgendwelchen Gründen angelegt
wird oder wenn ein externer aufgeladener Körper einen der Elektroden
anschlüsse und Bindepolster berührt und statische Elektrizität zwischen
der bewegbaren Elektrode 5 und den stationären Elektroden 6 aufge
laden wird, auf die bewegbare Elektrode 5 und die stationären Elek
troden 6 eine große elektrostatische Kraft.
In diesem Fall berühren bei der gezeigten Ausführungsform die Isolierfilme
7 an der bewegbaren Elektrode 5 zum ersten Mal die
Äquipotential-Elektroden 8. Wenn das Potential der Äquipotential-Elektroden 8 immer
gleich dem der bewegbaren Elektrode 5 eingestellt ist, ist die an die
berührenden Abschnitte angelegte Spannung immer Null, so daß kein
elektrisches Feld erzeugt wird. Selbst wenn weiterhin eine bestimmte
Spannung zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und den stationären
Elektroden 6 angelegt wird, ist der Einfluß auf Grund des elektrischen
Feldes, welches von der angelegten Spannung an den Isolierfilmen 7 der
sich berührenden Abschnitte erzeugt wird, sehr gering. Als Ergebnis
werden nach Entfernen des elektrischen Feldes restliche dielektrische
Polarisation und verbleibende elektrische Ladungen in den Isolierfilmen
7 auf ein Minimum herabgesetzt, und die Anziehungskraft, die zwischen
den Isolierfilmen 7 und den Äquipotential-Elektroden 8 wirkt, ist eben
falls unterhalb der Rückstellkraft des Trägers 4 reduziert. Demzufolge
wird die bewegbare Elektrode 5 von den Äquipotential-Elektroden 8 über
die elastische Rückstellkraft des Trägers 4 getrennt.
In Fig. 4 ist ein Versuchsergebnis hinsichtlich der Variation von Haft
kräften gezeigt, welche auf die bewegbare Elektrode und die stationären
Elektroden einwirken, wenn dazwischen eine Spannung von 100 Volt
angelegt wird, während die Anlegzeit geändert wird. Der Versuch wurde
an zwei Beschleunigungsmessern durchgeführt, von denen einer die
Struktur nach Fig. 1 und 2 aufweist, wobei die bewegbare Siliziumelek
trode eine Größe von 1,3·1,8 mm aufweist und 0,2 mm dick ist,
Isolierfilme aus Siliziumoxid von 50 µm2 an den vier Ecken der ent
sprechenden Hauptflächen der bewegbaren Elektrode angeordnet sind, die
bewegbare Elektrode von den beiden Trägern schwebend gehalten wird,
die je eine Breite von 250 µm, eine Länge von 800 µm und eine Dicke
von 13 Um aufweisen, und die stationären Elektroden mit dünnem Film
und die Äquipotential-Elektroden an den entsprechenden
Pyrex-Glassubstraten ausgebildet sind, so daß sie zu den entsprechenden Hauptflächen
der bewegbaren Elektrode mit entsprechenden Spalten von 3 µm weisen,
wobei der andere die gleichen Abmessungen wie oben erwähnt unter
Ausschließung der Äquipotential-Elektroden aufweist. Die Kurve A zeigt
das Versuchsergebnis der Ausführungsform und Kurve B das einer
bekannten Anordnung ohne Äquipotential-Elektroden. Wie aus den
beiden Kurven hervorgeht, ist die Haftkraft, welche auf die beiden
Elektroden des Beschleunigungsmessers mit den Äquipotential-Elektroden
wirkt, auf weniger als 1/10 derjenigen reduziert, bei denen keine Äquipo
tential-Elektroden vorgesehen sind. Das obige Vergleichsergebnis zeigt,
daß die Äquipotential-Elektroden sehr wirksam sind, um die Haftkraft
herabzusetzen.
Demgemäß wird das Haften der bewegbaren Elektrode 5 an dem gegen
überliegenden stationären Elektrodenglied auf Grund restlicher dielek
trischer Polarisation und restlicher elektrischer Ladungen in den Isolierfil
men 7 verhindert, und eine Fehlfunktion des Beschleunigungsmessers auf
Grund des Haftens wird eliminiert. Als Ergebnis wird bei der Herstel
lung des Beschleunigungsmessers seine Ausbeute verbessert und nach der
Montage die Zuverlässigkeit des Beschleunigungsmessers erhöht.
Wenn weiterhin eine Vielzahl von Isolierfilmen 7 an der bewegbaren
Elektrode 5 ausgebildet ist, brauchen die Äquipotential-Elektroden 8
nicht notwendigerweise so geformt zu sein, daß sie allen Filmen 7
entsprechen. Bei einem elektrostatischen kapazitiven Beschleunigungs
messer ist die elektrostatische Kapazität zwischen den Elektroden wün
schenswert so hoch wie möglich, und bei einem elektrostatischen Be
schleunigungsmesser der Servobauart ist es wünschenswert, daß die
elektrostatische Servokraft, welche zwischen der bewegbaren Elektrode 5
und den stationären Elektroden 6 wirkt, so groß wie möglich ist, um
einen großen Beschleunigungsmeßbereich zu erzielen. Demgemäß ist es
bei beiden Arten eines Beschleunigungsmessers erwünscht, den Bereich
der Äquipotential-Elektroden 8, der nicht zum Erhöhen der elektrostati
schen Kapazität und der elektrostatischen Servokraft beiträgt, so gering
wie möglich zu machen.
Bei der zweiten in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform sind die Äquipoten
tial-Elektroden 8 lediglich für die Isolierfilme an den oberen Endab
schnitten der bewegbaren Elektrode 5 ausgebildet, mit anderen Worten
an der gegenüberliegenden Seite des Trägers 4, wobei die Isolierfilme 7
an den gleichen Stellen wie bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 1
ausgebildet sind.
Bei dieser Ausführungsform berühren die Isolierfilme 7 der bewegbaren
Elektrode 5 an der Trägerseite direkt die stationären Elektroden 6.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und Fig. 5, bei welcher die beweg
bare Elektrode 5 an einer Seite von dem Träger 4 abgestützt ist, berüh
ren, wenn eine externe Kraft senkrecht zu den Flächen der Substrate 1,
2 und 3 auf die bewegbare Elektrode 5 einwirkt, die Isolierfilme 7 an
dem oberen Ende an der bewegbaren Elektrode 5 anfänglich die ent
sprechenden Äquipotential-Elektroden 8, und der Träger 4 verformt sich
demgemäß. Die Rückstellkraft des Trägers 4, die dazu neigt, die beweg
bare Elektrode 5 in die Mitte zwischen den stationären Elektroden 6
zurückzustellen, wenn alle Isolierfilme 7 das stationäre Elektrodenglied
berühren, ist wesentlich größer als diejenige, wenn die Isolierfilme 7
lediglich am oberen Ende der bewegbaren Elektrode 5 das stationäre
Elektrodenglied auf Grund des Unterschiedes der Verlagerungswinkel des
Trägers 4 berührt. Demgemäß ist eine mögliche Haftkraft, die zwischen
den Isolierfilmen 7 und dem stationären Elektrodenglied einschließlich
der stationären Elektroden 6 und der Äquipotential-Elektroden 8 wirkt,
normalerweise wesentlich geringer als die Rückstellkraft seitens des
Trägers 4, wenn alle Isolierfilme das stationäre Elektrodenglied berühren,
so daß ein derartiger Zustand, daß alle Isolierfilme 7 an dem stationären
Elektrodenglied haften, äußerst selten eintritt. Demzufolge tritt bei
diesem Aufbau, bei welchem die bewegbare Elektrode 5 auf einer Seite
von dem Träger 4 abgestützt ist, das Haften zwischen Elektroden primär
an den Isolierfilmen 7 an dem oberen Ende der bewegbaren Elektrode
5 auf. Demgemäß wird das Haften vollständig verhindert, wenn die
Äquipotential-Elektroden 8 nur in den Positionen vorgesehen sind, wie
sie in Verbindung mit der ersten Ausführungsform erwähnt sind, die den
Isolierfilmen 7 am oberen Ende der bewegbaren Elektrode 5 gegenüber
liegen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Haften zwischen den
Elektroden vollständig verhindert, während der Bereich der
Äquipotential-Elektroden 8 so gering wie möglich ist.
Fig. 6 zeigt die dritte Ausführungsform gemäß Erfindung, wobei die
Isolierfilme 7 fortgelassen sind, statt dessen ein Teil der bewegbaren
Elektrode 5 so ausgebildet ist, daß er direkt die Äquipotential-Elektroden
8 berührt.
Die Isolierfilme 7 werden anfänglich ausgebildet, um die Oberflächen der
stationären Elektroden 6 vor der bewegbaren Elektrode 5 zu berühren,
wenn sich die bewegbare Elektrode 5 übermäßig verlagert, um somit
einen elektrischen Kontakt zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und
den stationären Elektroden 6 zu verhindern und auszuschalten, daß ein
Kurzschlußstrom dazwischen fließt, wobei weiterhin eine Bindung durch
Anschmelzen auf Grund des Kurzschlußstromes vermieden wird. Bei der
dritten Ausführungsform, bei welcher die Isolierfilme 7 fortgelassen sind,
fließt, da das Potential der Äquipotential-Elektroden 8 gleich dem der
bewegbaren Elektrode 5 eingestellt ist, kein Kurzschlußstrom zwischen
der bewegbaren Elektrode 5 und den Äquipotential-Elektroden 8, selbst
wenn der Abschnitt an der Oberfläche der bewegbaren Elektrode direkt
die Äquipotential-Elektroden 8 auf Grund übermäßiger Verlagerung der
bewegbaren Elektrode 5 berührt. Um bei dieser Ausführungsform anfäng
lich den Teil der bewegbaren Elektrode 5 mit den Äquipotential-Elek
troden 8 zu kontaktieren, sind Siliziumvorsprünge 14 an den Oberflächen
der bewegbaren Elektrode 5 ausgebildet.
Bei der oben erläuterten ersten, zweiten und dritten Ausführungsform ist
das Potential an den Abschnitten an dem stationären Elektrodenglied,
welche die Isolierfilme 7 an dem bewegbaren Elektrodenglied oder die
vorspringenden Teile der bewegbaren Elektrode 5 selbst kontaktieren,
wenn das bewegbare Elektrodenglied übermäßig verlagert wird, immer
gleich dem der bewegbaren Elektrode 5 gehalten, und demzufolge ist die
an die sich berührenden Abschnitte angelegte Spannung immer Null und
selbst dann, wenn eine bestimmte Spannung zwischen bewegbarer Elek
trode 5 und stationären Elektroden 6 angelegt ist, ist der Einfluß des
elektrischen Feldes an den Isolierfilmen 7 und den sich berührenden
Abschnitten der bewegbaren Elektrode 5 sehr gering, so daß das Haften
zwischen den Elektroden auf Grund verbleibender dielektrischer Polarisa
tion und restlicher elektrischer Ladungen ausreichend vermieden ist.
Fig. 7 ist eine vertikale Schnittansicht der vierten Ausführungsform längs
der Linie II-II in Fig. 8 und Fig. 8 ist eine Draufsicht auf die beweg
bare Elektrode und eine der stationären Elektroden nach der vierten
Ausführungsform.
In Fig. 7 und 8 sind an den Bereichen der stationären Elektroden 6
Abschnitte 9′ von den stationären Elektroden entfernt, die nachfolgend
als die stationäre Elektrode entfernenden Abschnitte 9′ bezeichnet wer
den, und diese Abschnitte sind an den Stellen und in dem Bereich
herum vorgesehen, die zu den entsprechenden Isolierfilmen 7 an der
bewegbaren Elektrode 5 weisen, wobei an diesen die stationäre Elektrode
entfernenden Abschnitte 9′ die Oberflächen der Substrate 1 und 3
freigelegt sind.
Bei dem Beschleunigungsmesser eines solchen Aufbaus der elektrostati
schen kapazitiven oder elektrostatischen Servobauart wirkt, wenn eine
hohe Spannung zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und den stationä
ren Elektroden 6 angelegt ist oder wenn externe elektrisch aufgeladene
Körper beispielsweise die Elektrodenanschlüsse und die Bindepolster
berühren und statische Elektrizität zwischen der bewegbaren Elektrode 5
und den stationären Elektroden 6 aufgeladen wird, eine große elektro
statische Anziehungskraft zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und den
stationären Elektroden 6.
In diesem Fall berühren bei dieser Ausführungsform die Isolierfilme 7 an
der bewegbaren Elektrode 5 die Oberflächen der Substrate 1 und 3 über
die die stationäre Elektrode entfernenden Abschnitte 9′. Zu der Zeit,
wenn die Isolierfilme 7 das Substrat 1 oder 3 berühren, wenn der
Abstand zwischen den entsprechenden Außenumfängen der Isolierfilme 7
und den entsprechenden umgebenden Umfängen der die stationäre
Elektrode entfernenden Abschnitte 9′ ausreichend groß im Vergleich zur
Dicke der Isolierfilme 7 ist, wird der Einfluß auf die Isolierfilme 7 auf
Grund des zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und den stationären
Elektroden 6 erzeugten elektrischen Feldes ausreichend klein im Ver
gleich mit dem Fall, bei welchem keine die stationäre Elektrode entfer
nenden Abschnitte 9′ vorgesehen sind und die Isolierfilme 7 direkt eine
der stationären Elektroden 6 berühren. Als Ergebnis werden nach Entfer
nen des elektrischen Feldes die restliche dielektrische Polarisation und
restliche elektrische Ladungen in den Isolierfilmen 7 reduziert, und die
zwischen den Isolierfilmen 7 und den Oberflächen des zu ihnen weisen
den Isoliersubstrates oder der stationären Elektrode 6 wird geringer als
die Rückstellkraft des Trägers 4. Somit ist die bewegbare Elektrode 5
von der stationären Elektrode 6 durch die elastische Rückstellkraft des
Trägers 4 getrennt.
Demgemäß ist das Anhaften der bewegbaren Elektrode 5 an einer der
stationären Elektroden 6 auf Grund der restlichen dielektrischen Polarisa
tion und der restlichen elektrischen Ladungen in den Isolierfilmen 7
verhindert, und es wird eine Fehlfunktion des Beschleunigungsmessers auf
Grund des Anhaftens eliminiert.
Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht durch die fünfte Ausführungsform mit
ähnlicher Ausbildung wie die vierte Ausführungsform nach Fig. 7 und 8
mit der Ausnahme, daß Schichtglieder 15, die von der stationären Elek
trode 6 im Abstand angeordnet und dagegen elektrisch isoliert sind, in
den Bereichen der entsprechenden die stationäre Elektrode entfernenden
Abschnitte 9′ angeordnet sind. Das Schichtglied 15 kann entweder ein
leitendes oder ein isolierendes Material sein. Wenn eine übermäßig hohe
Spannung zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und den stationären
Elektroden 6 angelegt wird und sich die bewegbare Elektrode 5 über
mäßig verlagert, berühren die Isolierfilme 7 an der bewegbaren Elektrode
5 anfänglich die festen Schichten 15, um somit einen direkten Kontakt
zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und einer der stationären Elek
troden 6 zu verhindern. In diesem Fall ist, da die Schichtglieder 15
elektrisch von der stationären Elektrode 6 isoliert sind, ähnlich der
vierten Ausführungsform nach Fig. 7 und 8, der Einfluß der Isolierfilme
7 auf Grund des zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und einer der
stationären Elektroden 6 erzeugten elektrischen Feldes ausreichend gering
im Vergleich mit dem Fall, bei welchem die Isolierfilme 7 direkt eine
der stationären Elektroden 6 berühren.
Im Hinblick auf die Materialauswahl für die Schichtglieder 15 kann,
wenn die Isolierfilme 7 die Oberflächen des Substrates 1 oder 3 berüh
ren, eine andere physikalische Kraft als die elektrostatische Anziehungs
kraft wie beispielsweise eine Flüssigkeit überbrückende Kraft auf Grund
des Wassers wahrscheinlich dazwischen wirken, wobei ein Material,
welches zusätzlich eine Eigenschaft aufweist, um eine solche physikalische
Kraft zu verhindern, wie beispielsweise hydrophobe Polymere, für die
Schichtglieder 15 ausgewählt werden kann, so daß das Haften zwischen
der bewegbaren Elektrode 5 und einer der stationären Elektroden 6
weiterhin sicher vermieden wird.
Bei dieser Ausführungsform wird das Haften zwischen den Elektroden
auf Grund der restlichen dielektrischen Polarisation und verbleibender
elektrischer Ladungen in den Isolierfilmen 7 verhindert, und gleichzeitig
wird die Haftkraft auf Grund der anderen physikalischen Kräfte ebenfalls
reduziert.
Weiterhin sind bei der vierten und fünften Ausführungsform die die
stationäre Elektrode entfernenden Abschnitte 9′ für alle Isolierfilme 7
vorgesehen, die an der bewegbaren Elektrode 5 angeordnet sind, jedoch
ist es wie bei der beschriebenen zweiten Ausführungsform nicht notwen
dig, die die stationäre Elektrode entfernenden Abschnitte 9′ für alle
Isolierfilme 7 vorzusehen. Bei dem elektrostatischen Beschleunigungs
messer der kapazitiven oder Servo-Art ist es wünschenswert, soweit wie
möglich den Bereich der die stationäre Elektrode entfernenden Abschnit
te 9′ zu reduzieren, die nicht zum Erhöhen der elektrostatischen Kapazi
tät oder der elektrostatischen Servokraft beitragen.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht durch die sechste Ausführungsform, welche
einen ähnlichen Aufbau wie die vierte Ausführungsform nach Fig. 7 und
8 mit der Ausnahme aufweist, daß die die stationäre Elektrode entfer
nenden Abschnitte 9′ lediglich für die Isolierfilme 7 vorgesehen sind,
welche an dem oberen Ende der bewegbaren Elektrode 5 angeordnet
sind. Bei der Konstruktion, bei welcher die bewegbare Elektrode 5 an
einer Seite von dem Träger 4 abgestützt ist, tritt das Haften zwischen
der bewegbaren Elektrode und einer der stationären Elektroden 6 primär
an dem oberen Ende der stationären Elektrode 5 auf, demzufolge wird
ein ähnlicher das Anhaften verhindernde Effekt erhalten, wenn die die
stationäre Elektrode entfernenden Abschnitte 9′ lediglich für die Isolierfilme
7 gebildet sind, die an den entsprechenden oberen Endabschnitten
der bewegbaren Elektrode 5 angeordnet sind.
Fig. 11 ist eine Schnittansicht durch die siebte Ausführungsform, die in
ähnlicher Weise wie oben erläutert aufgebaut ist, wobei die die stationä
re Elektrode entfernenden Abschnitte 9′ lediglich für die Isolierfilme 7
gebildet sind, welche an den oberen Endabschnitten der bewegbaren
Elektrode 5 angeordnet sind, und die Schichtglieder 15, die von der
stationären Elektrode 6 beabstandet angeordnet und elektrisch isoliert
sind, sind in den Bereichen der die stationäre Elektrode entfernenden
Abschnitte 9′ vorgesehen.
Nach der sechsten und siebten Ausführungsform nach Fig. 10 und 11
wird das Haften zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und einer der
stationären Elektroden 6 verhindert, während der Bereich für die die
stationäre Elektrode entfernenden Abschnitte 9′ so gering wie möglich
ausgebildet ist.
Bei der oben beschriebenen vierten, fünften, sechsten und siebten Aus
führungsform fließt, da die die stationäre Elektrode entfernenden Ab
schnitte 9′ und die Schichtglieder 15, welche dort ausgebildet sind,
elektrisch von der stationären Elektrode 6 isoliert sind, kein Kurzschluß
strom durch die Abschnitte an der bewegbaren Elektrode 5, welche die
die stationäre Elektrode entfernenden Abschnitte 9′ oder die Schicht
glieder 15 berühren, wenn sich die bewegbare Elektrode 5 übermäßig
verlagert, selbst wenn keine Isolierfilme 7 an der bewegbaren Elektrode
5 vorgesehen sind. Demzufolge können die möglichen berührenden
Abschnitte der bewegbaren Elektrode 5 die freigelegten Siliziumflächen
der bewegbaren Elektrode 5 sein oder mit anderen leitenden Körpern
versehen werden.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht der achten Ausführungsform, die auf der
gleichen Idee wie die dritte Ausführungsform nach Fig. 6 aufgebaut ist.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Anschlag 16, welcher den Verschie
bungsbereich der bewegbaren Elektrode 5 begrenzt, an dem Siliziumsub
strat 2 vorgesehen, welches das gleiche Potential wie die bewegbare
Elektrode 5 aufweist, und wenn die bewegbare Elektrode 5 sich bis zu
einem vorbestimmten Ausmaß verschiebt, berührt sie den Anschlag 16
vor Berührung einer der stationären Elektroden 6, so daß ein übermäßi
ges Verlagern der bewegbaren Elektrode 5 vermieden ist. Insbesondere
ist am oberen Ende der bewegbaren Elektrode 5 ein Vorsprung 17 vor
gesehen, und an dem hierzu weisenden Siliziumsubstrat 2 ist der An
schlag 16 mit kanalartiger Form gebildet, der die Aufwärts- und Abwärts
verschiebung des Vorsprunges 17 auf einen vorbestimmten Bereich
begrenzt.
Gemäß dieser Ausführungsform ist durch Zusammenwirken des Anschlags
16 und des Vorsprungs 17 das Berühren zwischen der bewegbaren
Elektrode 5 und einer der stationären Elektroden 6 verhindert, so daß
an der bewegbaren Elektrode 5 keine Isolierfilme 7 vorgesehen sein
müssen; weiterhin ist keine Spannung an dem berührenden Abschnitt
zwischen dem Anschlag 16 und dem Vorsprung 17 vorgesehen. Weiterhin
ist, selbst wenn eine übermäßig hohe Spannung zwischen der bewegbaren
Elektrode 5 und den stationären Elektroden 6 angelegt ist, der Einfluß
auf beide Elektroden auf Grund des elektrischen Feldes, welches von der
angelegten Spannung erzeugt wird, sehr gering, so daß das Haften zwi
schen der bewegbaren Elektrode 5 und einer der stationären Elektroden
6 selten eintritt.
Eine Herabsetzung der elektrischen Feldstärke an den Isolierfilmen 7 an
der bewegbaren Elektrode 5 ist ebenfalls durch Modifizieren der Aus
bildung der Isolierfilme 7 realisiert. Die elektrische Feldstärke in den
Isolierfilmen 7 nimmt in Abhängigkeit von der Abstandszunahme zwi
schen der bewegbaren Elektrode 5 und den stationären Elektroden 6 ab.
Demzufolge ist es bevorzugt, die Konfiguration der Isolierfilme 7 so zu
modifizieren, daß der Abstand zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und
den stationären Elektroden 6 an den möglichen berührenden Abschnitten
so groß wie möglich wird, wenn sich die beiden Elektroden 5 und 6
über die Isolierfilme 7 berühren.
Der einfachste Weg besteht in dem Erhöhen der Dicke der Isolierfilme
7, weil das angelegte elektrische Feld umgekehrt proportional abnimmt.
Jedoch können Isolierfilme 7, die eine Dicke aufweisen, die größer als
der Spalt zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und den stationären
Elektroden 6 ist, nicht verwendet werden, wenn keine Maßnahmen an
der bewegbaren Elektrode 5 vorgenommen werden. Fig. 13 zeigt eine
Schnittansicht durch die neunte Ausführungsform, wobei die Isolierfilme
7 an abgetragenen Ebenen an den Oberflächen der bewegbaren Elek
trode 5 angeordnet sind, während sich die Oberflächen der Isolierfilme
7 oberhalb der nicht abgetragenen Ebenen der bewegbaren Elektrode 5
erstrecken, um somit die Dicke der Isolierfilme 7 zu erhöhen.
In Fig. 14 ist eine Schnittansicht durch die zehnte Ausführungsform
gezeigt, bei welcher ein horizontaler Vorsprung 7a für die entsprechen
den Isolierfilme an dem oberen Ende der bewegbaren Elektrode 5
angeordnet ist, und die entsprechenden horizontalen Vorsprünge 7a
können anfänglich eine der stationären Elektroden 6 berühren, um somit
das Berühren zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und einer der
stationären Elektroden 6 zu verhindern. Da weiterhin das obere Ende
der bewegbaren Elektrode 5 mit geneigten Oberflächen 5a ausgebildet
ist, ergibt sich ein Abstand zwischen dem möglichen Kontaktbereich eines
horizontalen Vorsprunges 7a an der stationären Elektrode 6 und der
bewegbaren Elektrode 5, in welchem die geneigte Oberfläche 5a ansteigt,
so daß somit die elektrische Feldstärke nahe der Isolierfilme 7 reduziert
wird, wenn die bewegbare Elektrode 5 eine der stationären Elektroden
6 über die Isolierfilme 7 berührt. Demzufolge sind nach Entfernen des
elektrischen Feldes die restliche dielektrische Polarisation und verbleiben
de elektrische Aufladungen in den Isolierfilmen 7 ausreichend reduziert,
und das Haften zwischen den Elektroden ist eliminiert.
Gemäß der neunten und zehnten Ausführungsform sind durch Modifika
tion der Anordnung der Isolierfilme 7 und der bewegbaren Elektrode 5
die Gefahren eines Haftens zwischen den Elektroden ausgeschaltet.
Selbst wenn an den Elektroden statische Elektrizität angesammelt ist,
wenn kein Potential unterschied zwischen der bewegbaren Elektrode und
den stationären Elektroden erscheint, entstehen keine Probleme.
Fig. 15 zeigt perspektivisch die elfte Ausführungsform, die auf der
Grundlage, wie sie oben genannt ist, aufgebaut ist, wobei Polsterabschnit
te 18 für die bewegbare Elektrode 5 und die stationären Elektroden 6
wechselseitig mittels Leiter 19 verbunden sind, um die Potentiale
der Elektroden 5 und 6 gleich zu halten, bis der Beschleunigungsmesser
montiert ist. Als Ergebnis ist das Anhaften der bewegbaren Elektrode 5
an einer der stationären Elektroden 6 auf Grund der elektrostatischen
Anziehungskraft vor der Montage verhindert. Die Verbindung zwischen
den Polstern 18 kann gelöst werden, wie beispielsweise mittels
Laser-Strahlen nach der Montage, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Da die Polster
18 mit dem Beschleunigungsmeßkreis 10 nach Montage des Beschleuni
gungsmessers verbunden sind, ist, wenn eine zweckmäßige Maßnahme für
statische Elektrizität in dem Kreis vorgesehen ist, das Aufbringen einer
abnormal hohen Spannung oder ein Entladen der statischen Elektrizität
zum Beschleunigungsmesserchip 11 verhindert, und das Haften zwischen
Elektroden auf Grund statischer Elektrizität ist eliminiert.
Gemäß dieser Ausführungsform ist das Haften zwischen Elektroden auf
Grund der Entladung statischer Elektrizität verhindert, ohne den Aufbau
des Elektrodengliedes zu modifizieren, sondern einfach durch Modifizieren
des Verdrahtungszustandes der Polsterabschnitte. An Stelle des Modifizie
rens des Aufbaus der Elektrodenglieder wie in den vorhergehenden
Ausführungsformen wird das Haften zwischen den Elektroden durch
Modifizieren des Materials der Isolierfilme 7 verhindert.
Zum Reduzieren restlicher dielektrischer Polarisation und restlicher
elektrischer Ladungen in den Isolierfilmen 7 sind Materialien wie trocke
nes Siliziumoxid und (thermisches) Siliziumnitrid für die Isolierfilme 7
bevorzugter als Siliziumoxid, das beispielsweise durch Dampfoxidation
zubereitet ist. Wenn jedoch das durch die Dampfoxidation zubereitete
Siliziumoxid danach bei einer Temperatur von ungefähr 1000°C wärmebe
handelt wird, werden innere Defekte reduziert, und die Beständigkeit
gegen restliche dielektrische Polarisation und verbleibende elektrische
Ladungen werden erhöht.
In Fig. 16 ist eine Schnittansicht durch die zwölfte Ausführungsform
gezeigt, bei welcher an der bewegbaren Elektrode 5 an Stelle der Isolier
filme 7 nach den vorhergehenden Ausführungsbeispielen hochbeständige
Filme 20 gebildet sind, die anfänglich eine der stationären Elektroden 6
berühren, wenn sich die bewegbare Elektrode übermäßig verschiebt.
Diese hochbeständigen Filme können an den stationären Elektroden
anstatt an der bewegbaren Elektrode 5 angeordnet sein.
Bei dem so gebildeten Beschleunigungsmesser, wenn sich die bewegbare
Elektrode 5 übermäßig während der Verwendung verlagert und eine der
stationären Elektroden 6 berührt, erfolgt ein solches Berühren über die
hochbeständigen bzw. Hochwiderstandsfilme 20, so daß der dazwischen
fließende Kurzschlußstrom begrenzt ist und ein Binden auf Grund eines
Schmelzens zwischen den Elektroden 5 und 6 verhindert ist. Da weiter
hin keine Isolierfilme 7 verwendet werden, werden elektrostatische Anzie
hungskräfte zwischen den Elektroden 5 und 6 auf Grund restlicher
dielektrischer Polarisation und restlicher elektrischer Ladungen in den
Isolierfilmen 7 erzeugt, demgemäß das Haften zwischen den Elektroden,
welches hierdurch verursacht wird, ausgeschaltet ist.
Andererseits wird ein Anhaften auf Grund von adsorbiertem oder an
möglichen Kontaktflächen des bewegbaren Elektrodengliedes und des
stationären Elektrodengliedes des Beschleunigungsmessers kondensiertem
Wasser beispielsweise durch Evakuieren eines Innenraumes 21 (siehe
Fig. 1) des Beschleunigungsmessers verhindert, welcher beispielsweise die
bewegbare Elektrode 5, die stationären Elektroden 6, die Isolierfilme 7,
die Äquipotential-Elektroden 8, das Schichtglied 15 und die Hochwider
standsfilme 20 umgibt, indem in dem Raum 21 ein Trockengas einge
schlossen wird, indem wenigstens die möglichen Kontaktflächen mit einem
hydrophoben Material gebildet sind, und indem wenigstens an den mögli
chen Kontaktflächen zwecks Wasserabweisung eine chemische Behandlung
erfolgt. Demgemäß ist die Menge von adsorbiertem und kondensiertem
Wasser an den möglichen Kontaktflächen reduziert, und die Haftkraft auf
Grund von Wasser wird reduziert, so daß das Haften zwischen den
Elektroden weiterhin ausgeschaltet ist.
Fig. 17 ist eine Schnittansicht durch die dreizehnte Ausführungsform
längs der Linie III-III in Fig. 18, und Fig. 18 ist eine Draufsicht auf die
bewegbare Elektrode und die Trägerabschnitte nach Fig. 17.
Bei der dreizehnten Ausführungsform sind konische oder pyramidenförmig
gebildete Vorsprünge 7b aus einem elektrischen Isoliermaterial mit einem
sehr kleinen oberen Bereich an einem Teil der Oberflächen der beweg
baren Elektrode 5 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind vier
pyramidenförmig gebildete Isoliervorsprünge 7b an den vier Ecken der
entsprechenden Hauptflächen der bewegbaren Elektrode 5 gebildet. Diese
Isoliervorsprünge 7b berühren die Oberfläche einer der stationären
Elektroden 6 vor der bewegbaren Elektrode 5, wenn sich die bewegbare
Elektrode 5 übermäßig verlagert.
Wenn eine große externe Kraft auf die bewegbare Elektrode 5 während
des Handhabens oder des Betriebes des Beschleunigungsmessers ausgeübt
wird und sich die bewegbare Elektrode 5 übermäßig verlagert und die
Isoliervorsprünge 7b die Oberfläche einer der stationären Elektroden 6
berühren, kann eine physikalische Anziehungskraft dazwischen geschaffen
werden. Da jedoch die Isoliervorsprünge 7b pyramidenförmig sind, wie
dies in Fig. 17 und 18 gezeigt ist, ist der Kontaktbereich S der Isolier
vorsprünge 7b mit der Oberfläche der stationären Elektrode 6 sehr
gering, so daß selbst dann, wenn die physikalische Anziehungskraft fs auf
einen Einheitsbereich der sich berührenden Abschnitte wirkt, relativ groß
ist, wird die Gesamthaftkraft Fs = fsx S reduziert, so daß ein Haften
zwischen den Elektroden 5 und 6 verhindert ist. Der obere Abschnitt
beispielsweise eines solchen kreisförmigen Kegels und einer Pyramide ist
aus dem mathematischen Gesichtspunkt ein Punkt, obwohl der obere
Abschnitt des tatsächlich gebildeten kreisförmigen Kegels und Pyramide
eine kleine Ebene oder eine sphärische Oberfläche aufweist. Wenn
jedoch die Gesamthaftkraft Fs so gesteuert ist, daß sie kleiner als die
äußeren Kräfte ist, die dazu neigen, die Haftkraft, die auf die Elek
troden wirkt, freizugeben, wie beispielsweise die Rückstellkraft des Trä
gers 4 und die elektrostatische Servokraft, tritt ein Haften niemals ein.
In Fig. 19 ist perspektivisch der pyramidenförmig gebildete Vorsprung 7b
aus Siliziumoxid gezeigt, der an der bewegbaren Elektrode 5 ausgebildet
ist, dargestellt unter Bezug auf ein SEM-Photo. In Fig. 20 ist ein Ver
suchsergebnis hinsichtlich einer Relation zwischen der Haftkraft und der
Breite des Isoliervorsprunges gezeigt in der Länge in Richtung recht
winklig zur Achse des Trägers 4. Aus der Zeichnung ist erkennbar, daß
wenn die Breite des Isoliervorsprunges unterhalb 15 µm gewählt ist, die
Haftkraft plötzlich abnimmt, und wenn die Breite geringer als 10 µm
gewählt ist, reduziert sich die Haftkraft auf einen vernachlässigbar klei
nen Bereich in bezug auf die Rückstellkraft des Trägers 4.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Isoliervorsprünge 7b als
Kreiskegel und als Pyramidenform beispielhaft gezeigt. Jedoch besteht der
Zweck des Vorsehens derartiger Isoliervorsprünge darin, den Kontaktbe
reich S mit der gegenüberliegenden Elektrodenoberfläche zu reduzieren,
so daß die Form des Isoliervorsprunges nicht auf einen Kreiskegel und
eine Pyramidenform begrenzt ist, wie sie bei dem vorhergehenden Aus
führungsbeispiel beschrieben ist, wenn er einen geringeren oberen Bereich
aufweist. Im Hinblick auf leichte Herstellung und mechanische Festigkeit
ist ein Isoliervorsprung mit größerem Bodenbereich und geringerem
oberen Bereich bevorzugt.
Weiterhin ist die Zahl der Isoliervorsprünge 7b an einer Hauptfläche der
bewegbaren Elektrode 5 nicht auf vier begrenzt, wie dies in der Aus
führungsform nach Fig. 18 gezeigt ist. Fig. 21 ist eine Draufsicht auf die
bewegbare Elektrode und den Träger der vierzehnten Ausführungsform,
wobei die Anzahl der Isoliervorsprünge 7b mit größerem Bodenbereich
und geringerem oberem Bereich im Hinblick auf ihre mechanische
Festigkeit bei dieser Ausführungsform erhöht ist. Die Haftkraft zwischen
den Elektroden ist ähnlich verhindert, als Ergebnis ist die Ausbeute
während der Herstellung verbessert, und die Betriebszuverlässigkeit nach
der Montage wird erhöht. Bei der vorstehenden Ausführungsform sind
die Isoliervorsprünge 7b gleichmäßig über die Oberflächen der beweg
baren Elektrode 5 verteilt, jedoch müssen diese Isoliervorsprünge 7b
nicht notwendigerweise gleichmäßig verteilt sein.
Wie in Verbindung mit der zweiten Ausführungsform nach Fig. 5 erläu
tert ist, tritt bei der Konstruktion, bei welcher die bewegbare Elektrode
5 an einer Seite durch die Träger 4 abgestützt ist, das Haften zwischen
den Elektroden primär an den Isoliervorsprüngen 7b auf, die an dem
oberen Ende an der bewegbaren Elektrode 5 angeordnet sind. Demzufol
ge wird das Anhaften lediglich durch Anordnen der Isoliervorsprünge 7b
mit einem kleinen oberen Bereich an den oberen Endabschnitten an der
bewegbaren Elektrode 5 ausreichend verhindert.
Fig. 22 und 23 zeigen entsprechend Querschnittsansichten der fünfzehnten
und sechzehnten Ausführungsform, die gemäß dem oben erläuterten
Aspekt gebildet sind, so daß im Hinblick auf die mechanische Festigkeit
der Isoliervorsprünge, wenn eine übermäßige äußere Kraft auf die beweg
bare Elektrode wirkt, die Isoliervorsprünge auf die stationäre Elektrode
mit einer großen Kraft gedrückt werden. Wenn eine derartig übermäßige
große externe Kraft auf die bewegbare Elektrode einwirkt, werden alle
Isoliervorsprünge an der bewegbaren Elektrode auf die stationäre Elek
trode gedrückt. Da jedoch die Isoliervorsprünge, die an der Trägerseite
angeordnet sind, nicht direkt mit der Verhinderung des Haftens in
Verbindung stehen, wie dies oben erläutert ist, sind keine Probleme
vorhanden, wenn der Berührungsbereich der Isoliervorsprünge an der
Trägerseite der stationären Elektrode um ein gewisses Maß erhöht wird.
Bei der fünfzehnten Ausführungsform nach Fig. 22 ist eine Vielzahl von
Isoliervorsprüngen 7c, die einen etwas größeren oberen Bereich als die
an dem oberen Endabschnitt der bewegbaren Elektrode 5 angeordneten
haben, an der Trägerseite der bewegbaren Elektrode 5 vorgesehen, und
bei der sechzehnten Ausführungsform nach Fig. 23 sind zwei Isoliervor
sprünge 7d vorgesehen, die einen weiteren größeren oberen Bereich an
den beiden Ecken der Trägerseite haben.
Bei dem Beschleunigungsmesser nach der fünfzehnten und sechzehnten
Ausführungsform, wobei die bewegbare Elektrode 5 an einer Seite von
Trägern abgestützt ist und der obere Kontaktbereich der Isoliervorsprünge
oder der Isolierfilme an den Trägerseiten der bewegbaren Elektrode
vergrößert ist, wenn eine große externe Kraft auf die bewegbare Elek
trode 5 einwirkt, wenn beispielsweise eine übermäßig hohe Beschleuni
gung auf Grund eines mechanischen Schocks an den Beschleunigungs
esser gegeben wird, wird ein wesentlicher Teil der Kraft auf die Iso
liervorsprünge 7c oder 7d an der Trägerseite abgegeben, und die Bela
stung der Isoliervorsprünge 7b mit einem kleinen oberen Bereich an dem
oberen Ende der bewegbaren Elektrode 5 wird somit reduziert, so daß
die Belastung der Isoliervorsprünge 7c an den oberen Endabschnitten der
bewegbaren Elektrode 5 herabgesetzt wird, die eine wesentliche Funktion
für das Verhindern des Haftens haben. Bei diesen Ausführungsformen
wird nämlich die Funktion des Verhinderns eines Haftens primär den
Vorsprüngen 7b an den oberen Endabschnitten der bewegbaren Elektrode
5 zugeordnet, und die Funktion des Aufrechterhaltens mechanischer
Festigkeit wird primär den Vorsprüngen 7c oder 7d zugeordnet, die an
der Trägerseite an der bewegbaren Elektrode 5 angeordnet sind.
Wie oben erwähnt ist, ist es zum Verhindern eines Haftens zwischen den
Elektroden ausreichend, wenn der Kontaktbereich der Isoliervorsprünge
an den oberen Endabschnitten der bewegbaren Elektrode 5 reduziert
wird, und es ist nicht erforderlich, den oberen Bereich aller
Isoliervor-Sprünge an der bewegbaren Elektrode 5 zu reduzieren.
In Fig. 24 ist eine Draufsicht auf die bewegbare Elektrode und die
Trägerabschnitte der siebzehnten Ausführungsform und in Fig. 25 eine
Schnittansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 24 gezeigt, wobei ein Paar
Isoliervorsprünge 7e mit einer Konfiguration ähnlich eines dreieckigen
Prismas an den beiden Ecken an dem oberen Ende der entsprechenden
Hauptflächen der bewegbaren Elektrode 5 angeordnet sind, während die
Achsen der dreieckförmigen Prismen als Isoliervorsprünge 7e mit der
Achse des Trägers ausgerichtet sind. Bei dieser Ausführungsform berüh
ren die oberen Endabschnitte P der Isoliervorsprünge 7e anfänglich die
stationäre Elektrode, so daß ein Haften möglicherweise an den oberen
Endabschnitten auftritt, so daß ein kleiner Kontaktbereich ebenfalls
beibehalten wird. Wenn weiterhin eine übermäßig große Kraft auf die
bewegbare Elektrode 5 wirkt, wird die große Kraft über die Rippen der
Isoliervorsprünge 7e und der Isoliervorsprünge 7b an der Trägerseite der
bewegbaren Elektrode 5 abgestützt, so daß der Kontaktbereich vergrößert
ist und die mechanische Festigkeit der Isoliervorsprünge gegen eine
übermäßig große externe Kraft beibehalten wird.
Fig. 26 ist eine Draufsicht auf die bewegbare Elektrode und die Träger
abschnitte der achtzehnten Ausführungsform, wobei die Anzahl der
Isoliervorsprünge 7e dreieckiger Prismenform erhöht ist, so daß hierdurch
die mechanische Festigkeit der Isoliervorsprünge weiterhin erhöht wird.
Die Ausbildung der Isoliervorsprünge 7e ist nicht auf die Form ähnlich
eines dreieckigen Prismas begrenzt, wenn der Isoliervorsprung die statio
näre Elektrode über Punktkontakte o. dgl. berührt. Demgemäß kann der
Isoliervorsprung 7e die Form einer Halbsäule oder die Form eines
pentagonalen Prismas aufweisen.
Fig. 27 und 28 zeigen entsprechend die bewegbare Elektrode und Trä
gerabschnitte der neunzehnten und zwanzigsten Ausführungsform. Bei der
in Fig. 27 gezeigten neunzehnten Ausführungsform ist ein Paar
Isoliervorsprünge 7f, die die Form einer abgestumpften Dreieckpyramide aufweisen,
an den oberen Endabschnitten der bewegbaren Elektrode 5 angeordnet.
Bei der zwanzigsten Ausführungsform nach Fig. 28 ist ein Paar Isolier
vorsprünge 7g vorgesehen, die eine kegelstumpfförmige Pyramidenform
aufweisen und an den oberen Endabschnitten der bewegbaren Elektrode
5 angeordnet sind. Bei beiden Ausführungsformen berühren lediglich die
oberen Endabschnitte Q und R der Isoliervorsprünge 7f und 7g die
stationäre Elektrode, so daß ein kleiner Kontaktbereich ebenfalls ähnlich
wie bei der siebzehnten Ausführungsform nach Fig. 24 und 25 beibehal
ten ist. Bei diesen Ausführungsformen sind, selbst wenn die kegelstumpf
artigen oberen Bereiche der Isoliervorsprünge 7f und 7g relativ groß
ausgebildet sind, die möglichen Haftabschnitte der Isoliervorsprünge für
die stationäre Elektrode immer auf die oberen Endabschnitte Q und R
und ihre Umgebung begrenzt. Demzufolge ist ein Haften zwischen den
Elektroden ähnlich den vorhergehenden Ausführungsformen verhindert,
weiterhin werden die Isoliervorsprünge 7f und 7g leicht geformt und ihre
Konfiguration wird von der Größenvariation während der Herstellung
schwerlich beeinträchtigt. Die Form der kegelstumpfförmigen oberen
Fläche der Isoliervorsprünge 7f und 7g ist nicht auf Dreieck- und Vier
eckformen begrenzt, es sind alle Formen geeignet, wenn ein winkliger
Abschnitt an dem oberen Ende der entsprechenden oberen kegelstumpf
förmigen Flächen vorgesehen ist, der einen Kontaktpunkt für die statio
näre Elektrode definiert.
Bei den Ausführungsformen sind die Isoliervorsprünge 7b, 7c, 7d, 7e, 7f
und 7g und die Isolierfilme 7 an der bewegbaren Elektrode 5 vorgese
hen. Jedoch können diese Isoliervorsprünge und die Isolierfilme an der
stationären Elektrode an den entsprechenden Stellen mit den gleichen
oben beschriebenen Vorteilen ausgebildet sein.
Das Haften zwischen Elektroden kann durch das Aufrauhen der Ober
fläche des festen Körpers verhindert werden. Eine Möglichkeit ist das
Anwenden eines Texturierverfahrens an der Oberfläche der bewegbaren
Elektrode oder der stationären Elektrode mit Hilfe von Photolithogra
phie, um dort mikroskopisch eine unebene Oberfläche zu bilden.
Fig. 29 ist eine Draufsicht auf die stationäre Elektrode nach der einund
zwanzigsten Ausführungsform, wobei eine Vielzahl von Mustern 22
vorgesehen ist, die Schlitze aufweisen und deren Richtung parallel zur
Achse des Trägers 4 verläuft. Diese Muster sind an der stationären
Elektrode 6 in Lagen angeordnet, die zu den entsprechenden Isolierfil
men 7 an der bewegbaren Elektrode 5 weisen. Die Breite der entspre
chenden mikroskopischen Schlitze ist auf ungefähr 1 µm oder niedriger
ausgewählt, und der Kontaktbereich wird in Proportion zu der Anzahl
der Schlitze herabgesetzt.
Eine Struktur, die durch Anwenden eines mikroskopischen Texturierver
fahrens an der Oberfläche der bewegbaren Elektrode 5 erreicht ist, ist
analog der in Fig. 26 gezeigten achtzehnten Ausführungsform.
Das Aufrauhen der Oberfläche der bewegbaren Elektrode oder der
stationären Elektroden wird ebenfalls erhalten, indem die Oberfläche mit
Schleifmittel poliert wird. Wenn ein Texturierverfahren, mit welchem eine
Vielzahl von mikroskopischen Schlitzen mit einem Abstand von einem
Mikron oder darunter und einer Tiefe von mehr als einigen Nanometern
durch zweckmäßige Auswahl des Korndurchmessers des Schleifmittels
erhalten wird, wenigstens an oder nahe an den möglichen Kontaktflächen
der bewegbaren Elektrode oder der stationären Elektroden angewandt
wird, wird das Haften zwischen den Elektroden ebenfalls verhindert.
Wenn die Elektroden und die Isolierfilme mittels eines Dünnfilm-Form
verfahrens wie beispielsweise Sputtern und CVD bzw. CVP gebildet sind,
wird ein Film mit einer unebenen Oberfläche leicht geformt, indem die
Bedingungen für die Ausbildung dieses Dünnfilmes zweckmäßig gewählt
sind. Wenn eine unebene Fläche mit einem Zwischenraum von einem
Mikron oder darunter und eine Tiefe von mehr als einigen Nanometern
an der bewegbaren Elektrode oder an den stationären Elektroden ge
formt ist, wird das Haften zwischen Elektroden ausreichend verhindert.
Eine solche unebene Oberfläche kann ähnlich durch Ätzen oder durch
(Rück)Sputtern gebildet werden.
Betreffend das Siliziumsubstrat selbst wird eine unebene Siliziumober
fläche gebildet, indem monokristallines Silizium (silicon monocrystalline)
einer anodischen Bildung in wäßriger Flußsäure unterworfen wird, um
poröses Silizium zu erhalten.
Bei dem Beschleunigungsmesser nach den vorhergehenden Ausführungs
formen wird der gesamte Abschnitt der Substrate 1 und 3 oder wenig
stens der zum Substrat 2 weisende Abschnitt aus einem Isoliermaterial
geformt, jedoch sind die Maßnahmen zum Verhindern des Haftens
zwischen den Elektroden, die bei den vorhergehenden Ausführungsformen
genannt sind, ebenfalls auf einen Beschleunigungsmesser nach Fig. 30
anwendbar, bei welchem die oberen und unteren Substrate, die den
Substraten 1 und 3 in den vorhergehenden Ausführungsformen entspre
chen, aus Silizium bestehen, wobei die Siliziumoberflächen der beiden
Siliziumsubstrate 23 und 24, die zur bewegbaren Elektrode 5 weisen,
freigelegt sind und als stationäre Elektroden dienen. Isolierschichten 25
aus beispielsweise Glas und Siliziumoxid sind zwischen entsprechenden
benachbarten Siliziumsubstraten 5, 23 und 24 gelegt, um sie gegenein
ander elektrisch zu isolieren.
Für den Beschleunigungsmesser mit der Dreischichtstruktur aus Silizium/
Silizium/Silizium, wie dies oben erläutert ist, ist die Struktur, wie sie bei
den Ausführungsformen angewandt sind, die in Verbindung mit der
achten Ausführungsform nach Fig. 12 erläutert sind, ebenfalls ohne
wesentliche Modifizierung anwendbar.
Fig. 30 ist eines solcher Beispiele entsprechend der dreizehnten Aus
führungsform nach Fig. 17 und zeigt eine Schnittansicht durch die zwei
undzwanzigste Ausführungsform, wobei die Isoliervorsprünge 7b einen
kleinen oberen Bereich aufweisen und an der bewegbaren Elektrode 5
vorgesehen sind.
Analog der einundzwanzigsten Ausführungsform nach Fig. 29 kann an
den Oberflächen der Siliziumsubstrate 23 und 24, die zu den entspre
chenden Isoliervorsprüngen 7b weisen, eine Vielzahl von mikroskopischen
Unebenheiten durch Ätzen ausgebildet sein, um ein Haften zu verhin
dern.
Fig. 31 ist eine Schnittansicht durch die dreiundzwanzigste Ausführungs
form, und Fig. 32 ist eine Draufsicht auf eine der Siliziumsubstrate der
stationären Elektrode nach Fig. 31, wobei die Isoliervorsprünge 7b an
den Seiten der Siliziumsubstrate 23 und 24 der stationären Elektrode im
Gegensatz zu der zweiundzwanzigsten Ausführungsform nach Fig. 30
angeordnet sind.
Bei den obigen Ausführungsformen und ihren Modifikationen sind die
Ausführungsformen 1 bis 12 und ihre Modifikationen auf Maßnahmen
gerichtet, um die Ursachen zu eliminieren oder zu reduzieren, durch
welche sich das Haften zwischen den Elektroden ergibt, wie beispiels
weise restliche dielektrische Polarisation, restliche elektrische Ladungen
und Wasser in der Nähe der möglichen Kontaktabschnitte an der beweg
baren und den stationären Elektroden, um die zwischen den beiden
Elektroden wirkende Anziehungskraft zu reduzieren. Die dreizehnte bis
dreiundzwanzigste Ausführungsform sind auf Maßnahmen gerichtet, um
den Kontaktbereich der möglichen sich berührenden Abschnitte der
bewegbaren und stationären Elektroden herabzusetzen, um die Anzie
hungskraft zu reduzieren, die möglicherweise zwischen den beiden Elek
troden wirkt.
Bei Kombination dieser beiden Arten von Maßnahmen wird der Effekt,
das Haften der Elektroden zu verhindern, weiterhin erhöht. Fig. 33 ist
eine Schnittansicht durch die vierundzwanzigste Ausführungsform, wobei
die Maßnahme der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 und die Maßnah
me der dreizehnten Ausführungsform nach Fig. 17 kombiniert sind.
Nachfolgend wird das Verhindern eines Anhaftens der bewegbaren
Elektrode und der stationären Elektrode unter Bezugnahme auf Beschleu
nigungsmesser erläutert, bei welchen die bewegbare Elektrode an einer
Seite von den Trägern abgestützt ist. Jedoch ist die Erfindung nicht auf
eine derartige Konstruktion beschränkt, und die beschriebenen Ausfüh
rungsformen sind ebenfalls auf solche Beschleunigungsmesser anwendbar,
bei denen die bewegbare Elektrode von vier Seiten durch Balken oder
mittels einer Membran an Stelle des Trägers abgestützt ist mit der
Ausnahme der Ausführungsformen, die auf das Verhindern eines An
haftens lediglich an dem oberen Ende der bewegbaren Elektrode gerich
tet sind.
Die oben erwähnten Maßnahmen, wie sie in Bezugnahme auf die Aus
führungsformen bei Beschleunigungsmessern erläutert sind, sind ebenfalls
auf andere Arten von Sensoren anwendbar.
Fig. 34 ist eine Schnittansicht eines elektrostatischen kapazitiven Druck
sensors, bei welchem eine bewegbare Elektrode 5′ durch ein Diaphragma
bzw. eine Membran gebildet ist, die zu einer stationären Elektrode 6′
mit einem mikroskopischen Spalt weist und sich in Ansprechen auf einen
Druck P verlagert, der über einen Verbindungsanschluß 26 aufgebracht
wird, und die Änderung der elektrostatischen Kapazität zwischen der
bewegbaren Elektrode 5, und der stationären Elektrode 6′ auf Grund des
angelegten Drucks P wird von einem Erfassungsschaltkreis 27 erfaßt, um
den angelegten Druck P zu bestimmen.
Wenn ein übermäßig hoher Druck P auf die bewegbare Elektrodenmem
bran 5′ ausgeübt wird, berührt letztere die stationäre Elektrode 6′. Da
jedoch eine Vielzahl von Isoliervorsprüngen 7b mit einem kleinen oberen
Bereich ähnlich denen der dreizehnten Ausführungsform nach Fig. 17 an
der bewegbaren Elektrodenmembran 5, vorgesehen ist, wird die Gesamt
haftkraft zwischen den beiden Elektroden, wenn sich letztere miteinander
berühren, herabgesetzt, und ein dauerndes Anhaften der bewegbaren
Elektrodenmembran 5, an der stationären Elektrode 6′ ist verhindert.
Da ein Unterschied der Konstruktion zwischen dem elektrostatischen
kapazitiven Drucksensor und den oben beschriebenen Beschleunigungs
messern darin besteht, daß die Kombination von bewegbarer Elektrode
und Trägern durch eine Membran gebildet ist, welche als die bewegbare
Elektrode dient, sind die auf die Beschleunigungsmesser zum Verhindern
des Haftens zwischen Elektroden angewandten Maßnahmen auch auf
einen elektrostatisch kapazitiven Drucksensor ohne wesentliche Modifika
tion anwendbar.
Außer dem obigen Beschleunigungsmesser und dem Drucksensor ist die
Erfindung auch anwendbar auf solche Sensoren, die ein bewegliches
Glied und ein feststehendes Glied oder ein weiteres gegenüberliegendes,
bewegliches Glied mit einem kleinen Spalt umfassen und die Größe
einer Kraft erfassen, die auf das bewegliche Glied wirkt, um den die
Kraft hervorrufenden physikalischen Betrag zu bestimmen und auf einen
elektrostatischen kondensatorartigen kapazitiven Vibrationskreisel, der die
Winkelgeschwindigkeit auf der Grundlage der auf die vibrierende be
wegliche Elektrode wirkenden Coriolis-Kraft bestimmt und einen visuellen
Sensor, der eine Verteilung von Kräften bestimmt, die auf eine Vielzahl
von beweglichen in zwei Dimensionen angeordneten Elektroden wirken,
um ein Haften zwischen dem beweglichen Teil und dem stationären Teil
zu verhindern.
Oben ist insbesondere auf Sensoren Bezug genommen, wobei die Erfin
dung auch auf Mikrobetätiger anwendbar ist, die eine bewegbare Elek
trode und eine stationäre Elektrode oder ein bewegbares Glied und ein
stationäres Glied umfassen, die miteinander verbunden sind, um in
elektrisch äquivalenter Weise wie die bewegbaren und stationären Elek
troden zu arbeiten.
In Fig. 35(a) und 35(b) sind Schnittansichten einer Ausführungsform
eines Betätigers in der Form eines elektrostatisch zu öffnenden und zu
verschließenden Ventiles gezeigt. Ein Isoliersubstrat 1a ist mit einem
Loch 29 versehen, welches einen Fluiddurchgang bildet, um welches eine
stationäre Elektrode 6a mit die stationäre Elektrode entfernenden Ab
schnitten 9′ ähnlich den Ausführungsformen des Beschleunigungsmessers
vorgesehen ist. Die stationäre Elektrode 6a weist zu einer Membran 28,
die mit einem Siliziumsubstrat 2a mit einem kleinen Spalt gebildet ist.
Ein Teil der zur stationären Elektrode 6a weisenden Membran 28 bildet
eine bewegbare Elektrode 28′. An den Abschnitten der bewegbaren
Elektrode 28′, die den die stationäre Elektrode entfernenden Abschnitten 9′
entsprechen, sind Isolierfilme 7 vorgesehen, welche ein Binden durch
Schmelzen verhindern. Wenn zwischen den beiden Elektroden keine
Spannung angelegt ist, bleibt die Membran 28 ohne eine Verschiebung,
wie dies in Fig. 35(a) gezeigt ist, wobei das Loch 29 offen ist und Fluid
in Pfeilrichtung oder Gegenpfeilrichtung in Abhängigkeit von dem Druck
unterschied strömt. Wenn eine Antriebsspannung zwischen der beweg
baren und der stationären Elektrode angelegt ist, verlagert sich die
Membran 28 zu der stationären Elektrode 6a hin auf Grund der elek
trostatischen Anziehungskraft, bis die Isolierfilme 7 die die stationäre
Elektrode entfernenden Abschnitte 9′ berühren, wie dies in Fig. 35(b)
gezeigt ist, und in diesem Zustand ist das Ventil geschlossen, und es
strömt kein Fluid hindurch.
Durch Vorsehen der die stationäre Elektrode entfernenden Abschnitte 9′
ist das Haften zwischen den Elektroden auf Grund restlicher dielek
trischer Polarisation und restlicher elektrischer Ladungen, wenn zwischen
der bewegbaren und der stationären Elektrode eine abnormal hohe
Spannung angelegt ist, ähnlich wie bei den obigen Ausführungsformen
des Beschleunigungsmeßgerätes verhindert. Andere Maßnahmen zum
Verhindern des Haftens zwischen den Elektroden auf Grund restlicher
dielektrischer Polarisation und von restlichen elektrischen Ladungen, wie
dies oben in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen für
den Beschleunigungsmesser erläutert ist, sind ebenfalls auf den obigen
Betätiger anwendbar, um seine Betriebszuverlässigkeit zu erhöhen.
Die Maßnahmen zum Verhindern eines Haftens zwischen Elektroden, wie
dies oben unter Bezugnahme auf die Au 08284 00070 552 001000280000000200012000285910817300040 0002004234969 00004 08165sführungsformen des Beschleuni
gungsmessers erläutert ist, sind ebenfalls anwendbar, um ein Haften
zwischen dem bewegbaren Abschnitt und dem stationären Abschnitt eines
Mikrodrehmotors, eines Mikrolinearmotors und eines Mikroschalters zu
verhindern.
Es werden Kraftfahrzeugsteuersysteme wie beispielsweise ein Antiblockier
system, Antriebsteuersystem, Aufhängungssteuersystem und Gesamtdreh
impuls- (total spin)-Steuersystem, die von einer der Ausführungsformen
der Beschleunigungsmesser Gebrauch machen, nachfolgend erläutert.
In Fig. 36 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Antibloc
kiersystems (ABS) gezeigt. Bei einer Beschleunigungsmeßeinheit 30 ist
der Beschleunigungsmesser nach der ersten in Fig. 1 gezeigten Ausfüh
rungsform vorgesehen. Wenn die bewegbare Elektrode 5 dazu neigt, sich
in Ansprechen auf eine Beschleunigung zu verlagern, wird dies als
elektrostatischer Kapazitätsunterschied Δ C = C1-C2 zwischen der beweg
baren Elektrode 5 und den stationären Elektroden 6 mittels eines Δ
C-Detektors 10a angezeigt, und das angezeigte Signal wird durch einen
Pulsbreitenmodulator 10b pulsbreitenmoduliert, um Spannungen in umge
kehrter Beziehung zueinander zwischen der bewegbaren Elektrode 5 und
den stationären Elektroden 6 anzulegen. Dadurch wird eine elektrostati
sche Servosteuerung durchgeführt, bei welcher eine elektrostatische Kraft
auf die bewegbare Elektrode 5 aufgebracht wird, um so immer die
bewegbare Elektrode 5 in der Mitte zwischen den stationären Elektroden
6 zu halten. Die für die elektrostatische Servosteuerung verwendete
Spannung VE wird ebenfalls in eine ABS-Steuereinheit 31 eingegeben.
Das Antiblockiersystem ist ein System, in welchem, wenn der Fahrer das
Bremspedal drückt, die Bremskraft so gesteuert wird, daß die Rutschrate
der Räder einen vorbestimmten Wert einnimmt, um für das Kraftfahr
zeug Sicherheit zu schaffen. Die Schlupf- bzw. Rutschrate S wird durch
folgende Gleichung definiert.
S = (Vr-Vw)/Vr, (1)
wobei Vr die Fahrzeuggeschwindigkeit in bezug auf den Boden und
somit eine tatsächliche Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in bezug auf
die Straßenoberfläche ist, Vw eine durch die Drehgeschwindigkeit eines
Fahrzeugrades bestimmte Geschwindigkeit ist, die gleich der Fahrzeug
geschwindigkeit in bezug auf den Boden ist, wenn kein Schlupf (S = 0)
vorhanden ist und welche geringer als die Fahrzeuggeschwindigkeit in
bezug auf den Boden ist, wenn ein Schlupf bzw. Durchdrehen oder ein
Rutschen vorhanden ist (0<S1).
Die Rutschrate S wird in der ABS-Steuereinheit 31 errechnet, und die
Fahrzeuggeschwindigkeit in bezug auf den Boden, die für die obige
Berechnung benutzt wird, wird gemäß der folgenden Gleichung unter
Verwendung eines Signales von der Beschleunigungsmeßeinheit 30 errech
net.
Vr (t) = Vr(0) + ∫ α (t) dt (2)
Es wird nämlich die Fahrzeuggeschwindigkeit auf Grund des anfänglichen
Wertes der Fahrzeuggeschwindigkeit Vr(0) und Zeitintegration der Be
schleunigung α(t) berechnet. Da die Radgeschwindigkeit gleich der Fahr
zeuggeschwindigkeit ist, wenn kein Rutschen eintritt, wird die Radge
schwindigkeit beispielsweise unmittelbar vor Drücken des Bremspedales
als anfängliche Fahrzeuggeschwindigkeit Vr(0) verwendet.
Wenn eine Rutschrate S bestimmt ist, treibt die ABS-Steuereinheit einen
Betätiger für eine Antiblockiereinheit 32 an, um somit die Soll-Rutschra
te S anzunehmen. Der Betätiger für das Antiblockiersystem 32 übt eine
die Bremskraft reduzierende Steuerung und demzufolge eine Antiblockier
bremssteuerung aus. Ein Beispiel eines Betätigers für ein Antiblockier-System 32
ist ein Magnetventil für eine Hydraulikdruck-Bremskraftsteuerung.
Im Gegensatz zu dem obigen Antiblockiersystem ist ein Steuersystem,
welches eine Antriebskraft schafft, um das Fahrzeug sicher und glatt zu
starten, wobei die Rutschrate während des Startens gesteuert wird, ein
Antriebssteuersystem, welches ebenfalls einen Sensor erfordert, um die
Fahrzeuggeschwindigkeit in bezug auf den Boden zu bestimmen, demzu
folge wird mit dem obigen Beschleunigungsmesser und auf der Basis der
obigen Gleichung 2 die Fahrzeuggeschwindigkeit in der gleichen Weise
erhalten.
Fig. 37 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines wirksamen
Aufhängung-Steuersystems gemäß der Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform wird die gleiche Beschleunigungsmeßeinheit
30 wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendet. Ein
Hydraulikdruck-Aufhängungssystem, welches wirksam die aufwärts- und
abwärtsgerichtete Vibration und die Lage des Kraftfahrzeuges unter
Verwendung eines Hydraulikdruckes steuert, regelt die Kräfte der Hy
draulikdruckbetätiger, die für die entsprechenden vier Räder vorgesehen
sind, in Ansprechen auf Straßenzustände wie deren Unregelmäßigkeit und
die Fahrbedingungen, um Vibration und Änderung der Lage des Fahr
zeuges zu unterdrücken und somit den Fahrkomfort als auch die Fahr
sicherheit des Fahrzeuges zu verbessern.
Mit der obigen Beschleunigungsmeßeinheit 30 werden Beschleunigungen
des Fahrzeuges vorwärts und rückwärts und nach rechts und links und
weiter in Aufwärts- und Abwärtsrichtungen erfaßt und in eine Steuer
einheit 33 gegeben, in welcher auf der Basis der erfaßten Beschleunigun
gen ein Steuersignal bestimmt und zu einem Hydraulikdruckbetätiger 34
gegeben wird, um den Druck darin zu steuern.
Die Aufhängung wird wirksam über eine genaue Erfassung der Vibration
und Lage des Fahrzeuges mit dem obigen Beschleunigungsmesser gesteu
ert, wobei Fahrkomfort und Fahrsicherheit des Fahrzeuges zusammen auf
ein sehr hohes Niveau verbessert werden.
Das Gesamtrotation-Steuersystem ist ein System, welches ein glattes
Schlinger- bzw. Schleuderverhalten als auch ein Bremsverhalten ohne
instabiles Schaukeln für das Kraftfahrzeug schafft und einen Sensor für
die Drehgeschwindigkeit zum Messen einer Schlingerrate des Kraftfahr
zeuges als Hauptsensor erfordert. Wenn nunmehr zwei Beschleunigungs
meß-Einheiten 30 und 30′ an dem Kraftfahrzeug mit einem Abstand von
L angeordnet sind, ist die Drehgeschwindigkeit 6 des Kraftfahrzeuges
durch die folgende Gleichung unter Verwendung der erfaßten Beschleuni
gungen α1 und α2 durch die entsprechenden Beschleunigungsmeßeinhei
ten 30 und 30′ ausgedrückt.
Zusätzlich zu den obigen Beispielen ist der Beschleunigungsmesser gemäß
Erfindung auf ein Gesamtsteuersystem für einen Kraftfahrzeugmotor,
Transmissionssteuersystem und Vierradantriebssystem anwendbar und wird
als Kollisionserfassungssensor verwendet, der in einem
Airbag-Steuersystem in bezug auf die Kraftfahrzeugsicherheit verwendet ist.
Weiterhin wird der erfindungsgemäße Beschleunigungsmesser als Beschleu
nigungsmesser oder Schwingungserfassungssensor für ein Steuersystem
elektrischer Schienenfahrzeuge, als Steuersystem für Fahrstuhlanlagen und
andere Steuersysteme wie beispielsweise in der Raumfahrt, bei Robotern
und Haushaltsgeräten verwendet.
Erfindungsgemäß wird die Fehlfunktion eines Mikrowandlers wie bei
spielsweise eines Mikrosensors und Mikrobetätigers auf Grund eines
Anhaftens zwischen dem bewegbaren Glied und dem stationären Glied
oder zwischen den bewegbaren Gliedern verhindert und somit die Zuver
lässigkeit von Mikrosensor, Mikrobetätiger und demgemäß bei den ihn
verwendenden Systemen weitgehend verbessert. Weiterhin wird der Aus
beute während der Herstellung des Mikrosensors und des Mikrobetätigers
verbessert, so daß deren Herstellungskosten ebenfalls herabgesetzt werden.
Claims (30)
1. Mikrowandler elektrostastischer Bauart mit
einer plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) aus mikrokristal linem Silizium;
einem ersten Substrat (2), welches aus dem gleichen Material wie die plattenförmige bewegbare Elektrode (5) besteht und sie umgibt;
einer Einrichtung (4) zum Verbinden der plattenförmigen beweg baren Elektrode (5) mit dem ersten Substrat (2), wobei die Verbindungs einrichtung (4) diese plattenförmige bewegbare Elektrode (5) elastisch abstützt;
einer ersten stationären Elektrode (6), welche zu einer Haupt oberfläche der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) mit einem vorbestimmten Spalt dazwischen weist und mit
einer Einrichtung zum Verhindern eines Haftens dieser platten förmigen bewegbaren Elektrode (5) an der ersten stationären Elektrode (6) auf Grund einer restlichen dielektrischen Polarisation, verbleibenden elektrischen Ladungen und/oder von Wasser im Bereich möglicher Kon taktabschnitte zwischen der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) und der ersten stationären Elektrode (6), wenn sich die plattenförmige bewegbare Elektrode (5) übermäßig verlagert.
einer plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) aus mikrokristal linem Silizium;
einem ersten Substrat (2), welches aus dem gleichen Material wie die plattenförmige bewegbare Elektrode (5) besteht und sie umgibt;
einer Einrichtung (4) zum Verbinden der plattenförmigen beweg baren Elektrode (5) mit dem ersten Substrat (2), wobei die Verbindungs einrichtung (4) diese plattenförmige bewegbare Elektrode (5) elastisch abstützt;
einer ersten stationären Elektrode (6), welche zu einer Haupt oberfläche der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) mit einem vorbestimmten Spalt dazwischen weist und mit
einer Einrichtung zum Verhindern eines Haftens dieser platten förmigen bewegbaren Elektrode (5) an der ersten stationären Elektrode (6) auf Grund einer restlichen dielektrischen Polarisation, verbleibenden elektrischen Ladungen und/oder von Wasser im Bereich möglicher Kon taktabschnitte zwischen der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) und der ersten stationären Elektrode (6), wenn sich die plattenförmige bewegbare Elektrode (5) übermäßig verlagert.
2. Mikrowandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
erstes Isoliersubstrat (1) die erste stationäre Elektrode (6) trägt, und daß
erste Glieder (7, 14) an den möglichen Kontaktabschnitten der platten
förmigen bewegbaren Elektrode (5) vorgesehen sind, wobei die ein
Haften verhindernde Einrichtung eine Einrichtung (8, 9, 9′, 15, 16, 17, 7a, 19, 20)
ist, um ein elektrisches Feld zu reduzieren, welches im
Bereich der möglichen Kontaktabschnitte induziert ist.
3. Mikrowandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
das elektrische Feld reduzierende Einrichtung von der stationären Elek
trode entfernte bzw. entfernende Abschnitte (9′) sind, die an den mögli
chen Kontaktabschnitten gebildet sind und die Oberfläche des ersten
Isoliersubstrates (1) freilegen, und daß die ersten Teile (7) aus einem
elektrisch isolierenden Material (Fig. 7, Fig. 10) hergestellt sind.
4. Mikrowandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
das elektrische Feld reduzierende Einrichtung von der stationären Elek
trode entfernte Abschnitte (9′) an den möglichen Kontaktabschnitten und
zweite Glieder (15) sind, die an den von der stationären Elektrode ent
fernten Abschnitten (9′) angeordnet sind, während sie von der ersten
stationären Elektrode (6) elektrisch isolieren, und daß die ersten Glieder
(7) aus einem elektrisch isolierenden Material (Fig. 9, Fig. 11) bestehen.
5. Mikrowandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
das elektrische Feld reduzierende Einrichtung von der stationären Elek
trode entfernte Abschnitte (9′) an den möglichen Kontaktabschnitten und
mit der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) äquipotentielle Elek
troden (9) sind, die an den von den stationären Elektroden entfernten
Abschnitten (9′) angeordnet sind, und daß die ersten Glieder (7, 14)
entweder aus einem elektrisch isolierenden Material oder einem elek
trisch leitenden Material (Fig. 1, Fig. 5, Fig. 6) bestehen.
6. Mikrowandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
das elektrische Feld reduzierende Einrichtung das erste Glied (7) aus
einem elektrisch isolierenden Material und mit einer vergrößerten Dicke
ist, welches an abgetragenen Flächen an den möglichen Kontaktabschnit
ten der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) (Fig. 13) angeordnet
ist.
7. Mikrowandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
das elektrische Feld reduzierende Einrichtung das erste Glied (7a) aus
einem elektrisch isolierenden Material ist, welches eine horizontale Er
streckung aufweist, die zunächst die stationäre Elektrode (6) berührt,
wenn sich die plattenförmige bewegbare Elektrode (5) übermäßig ver
lagert.
8. Mikrowandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
das elektrische Feld reduzierende Einrichtung das erste Glied ist, welches
aus einem hochwiderstandsfähigen Material (20) (Fig. 6) besteht.
9. Mikrowandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
das elektrische Feld reduzierende Einrichtung eine Erstreckung (17), die
einstückig mit der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) ist, zu dem
umgebenden ersten Substrat (2) hin ausgebildet ist, und daß eine Aus
nehmung (16) an dem umgebenden ersten Substrat (2) ausgebildet ist,
um die Bewegung der Erstreckung (17) (Fig. 8) zu begrenzen.
10. Mikrowandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
das elektrische Feld reduzierende Einrichtung eine Kurzschlußleitung (19)
ist, welche ein externes Polster (18) für die plattenförmige bewegbare
Elektrode (5) und ein externes Polster (18) für die stationäre Elektrode
(6) verbindet, und daß die Kurzschlußleitung (19) vor der Anordnung des
elektrostatischen Mikrowandlers (11) vorgesehen ist und die ersten Glie
der (7) aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen (Fig. 15).
11. Mikrowandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Glied (7) aus trockenem Siliziumoxid, thermischem Siliziumnitrid
oder Siliziumoxid besteht, das durch Dampfoxidation gebildet und danach
bei ungefähr 1000°C wärmebehandelt ist.
12. Mikrowandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
erstes Isoliersubstrat (1) die erste stationäre Elektrode (6) trägt und daß
die ersten Glieder (7) aus einem elektrisch isolierenden Material beste
hen und an den möglichen Kontaktabschnitten der plattenförmigen
bewegbaren Elektrode (5) angeordnet sind, wobei die ein Anhaften
verhindernde Einrichtung eine Einrichtung zum Herabsetzen von Wasser
adsorption und Kondensation im Bereich um die möglichen Kontakt
abschnitte ist.
13. Mikrowandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wasser reduzierende Einrichtung eine Vakuumumgebung ist, welche
die möglichen Kontaktabschnitte umgibt.
14. Mikrowandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wasser reduzierende Einrichtung eine Trockengasumgebung ist,
welche die möglichen Kontaktabschnitte umgibt.
15. Mikrowandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wasser reduzierende Einrichtung ein hydrophobes Material ist, wel
ches im Bereich um die möglichen Kontaktabschnitte aufgebracht ist.
16. Mikrowandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wasser reduzierende Einrichtung eine chemische hydrophobe Behand
lung ist, die im Bereich um die möglichen Kontaktabschnitte angewandt
ist.
17. Mikrowandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes
Isoliersubstrat (1), welches die erste stationäre Elektrode (6) trägt und
durch erste Glieder (7) aus einem elektrisch isolierenden Material,
welche an den möglichen Kontaktabschnitten der plattenförmigen beweg
baren Elektrode (5) vorgesehen sind, wobei die das Anhaften verhindern
de Einrichtung eine Kombination von Einrichtungen zum Reduzieren
eines um die möglichen Kontaktabschnitte herum induzierten elektrischen
Feldes und eine Einrichtung zum Reduzieren von Wasseradsorption und
Kondensation im Bereich um die möglichen Kontaktabschnitte ist.
18. Mikrowandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes
Isoliersubstrat (1), welches die erste stationäre Elektrode (6) darauf trägt,
wobei die das Anhaften verhindernde Einrichtung eine Einrichtung zum
Begrenzen eines Kontaktabschnittes zwischen der plattenförmigen beweg
baren Elektrode (5) und der ersten stationären Elektrode (6) in der
Form von Isoliervorsprüngen (7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g) ist, die entweder an
der Oberfläche der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) oder an
der Oberfläche der ersten stationären Elektrode (6) gebildet sind und die
Ausbildungen einer Pyramide, eines Pyramidenstumpfes, eines Kreiskegels,
eines Kreiskegelstumpfes, einer Halbkugel oder eines dreieckförmigen
Prismas aufweist, dessen Rücken parallel zu der Achse der Stützeinrich
tung (4) verläuft (Fig. 17, Fig. 18, Fig. 21, Fig. 22, Fig. 23,
Fig. 24, Fig. 26, Fig. 27, Fig. 28, Fig. 30, Fig. 31, Fig. 32).
19. Mikrowandler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
die Isoliervorsprünge (7b) gleichmäßig über entweder an der einen
Oberfläche der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) oder an der
Oberfläche der ersten stationären Elektrode (6) (Fig. 21) gebildet sind.
20. Mikrowandler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
die Isoliervorsprünge (7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g) entweder an der einen
Oberfläche der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) oder an der
Oberfläche der ersten stationären Elektrode (6) an den möglichen Kon
taktabschnitten gebildet sind (Fig. 17, Fig. 18, Fig. 22, Fig. 23, Fig. 24,
Fig. 26, Fig. 27, Fig. 28, Fig. 30, Fig. 31, Fig. 32).
21. Mikrowandler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
der obere Kontaktabschnitt der Isoliervorsprünge (7c, 7d) nahe der Stütz
einrichtung (4) größer als derjenige (7b, 7e, 7f, 7g, P, Q, R) ist, der
entfernt von der Stützeinrichtung (4) ist (Fig. 22, Fig. 23, Fig. 24, Fig.
26, Fig. 27, Fig. 28).
22. Mikrowandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
erstes Isoliersubstrat (1) die erste stationäre Elektrode (6) trägt, daß
erste Glieder (7) aus einem elektrisch isolierenden Material entweder an
der einen Oberfläche der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) oder
an der Oberfläche der ersten stationären Elektrode (6) an den möglichen
Kontaktabschnitten geformt sind, wobei die das Anhaften verhindernde
Einrichtung eine Einrichtung zum Begrenzen des Kontaktabschnittes zwi
schen der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) und der ersten
stationären Elektrode (6) in einer Form einer aufgerauhten Oberfläche
(22) ist, die an den den ersten Gliedern (7) gegenüberliegenden Ober
flächen gebildet ist (Fig. 29).
23. Mikrowandler nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß
das Aufrauhen der Oberfläche durch Photolithographie, Polieren, Ätzen
oder Rücksputtern durchgeführt ist.
24. Mikrowandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes
Isoliersubstrat (1), welches die erste stationäre Elektrode (6) trägt, wobei
die das Anhaften verhindernde Einrichtung eine Kombination einer
Einrichtung zum Reduzieren eines elektrischen Feldes, das an den mögli
chen Kontaktabschnitten induziert ist und einer Einrichtung zum Be
grenzen des Kontaktabschnittes zwischen der plattenförmigen bewegbaren
Elektrode (5) und der ersten stationären Elektrode (6) in der Form von
Isoliervorsprüngen (7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g) ist, die entweder an der einen
Oberfläche der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) oder an der
Oberfläche der ersten stationären Elektrode (6) an möglichen Kontakt
abschnitten geformt sind (Fig. 31).
25. Mikrowandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
erstes Isoliersubstrat (1) die erste stationäre Elektrode (6) trägt, daß
erste Glieder (7) aus einem elektrisch isolierenden Material entweder an
der einen Oberfläche der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) oder
an der Oberfläche der ersten stationären Elektrode (6) an den möglichen
Kontaktabschnitten geformt sind, wobei die das Anhaften verhindernde
Einrichtung eine Kombination einer Einrichtung zum Reduzieren eines
elektrischen Feldes, welches an den möglichen Kontaktabschnitten indu
ziert ist und einer Einrichtung zum Begrenzen eines Kontaktabschnittes
zwischen der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) und der ersten
stationären Elektrode (6) in der Form aufgerauhter Oberflächen ist, die
an der den ersten Gliedern (7) gegenüberliegenden Oberfläche geformt
sind.
26. Mikrowandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite stationäre Elektrode (6) zu der anderen Hauptfläche der
plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) mit einem vorbestimmten Spalt
dazwischen weist und daß eine weitere Einrichtung zum Verhindern eines
Anhaftens der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) an der zweiten
stationären Elektrode (6) auf Grund von restlicher dielektrischer Polarisa
tion, restlichen elektrischen Ladungen und/oder Wasser im Bereich um
mögliche Kontaktabschnitte zwischen der plattenförmigen Elektrode (5)
und der zweiten stationären Elektrode (6) vorgesehen ist, wenn sich die
plattenförmige bewegbare Elektrode (5) übermäßig verlagert.
27. Mikrowandler nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch ein erstes
Isoliersubstrat (1), welches die erste stationäre Elektrode (6) darauf trägt,
durch ein zweites Isoliersubstrat (3), welches die zweite stationäre Elek
trode (6) trägt und durch erste Glieder (7), welche an den möglichen
Kontaktabschnitten der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) vor
gesehen sind.
28. Mikrowandler nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden stationären Elektroden (23, 24) entsprechend aus monokristal
linem Silizium hergestellt sind, daß eine erste Isolierschicht (25), die
zwischen der ersten stationären Elektrode (23) und dem ersten Substrat
(2) angeordnet ist, und eine zweite Isolierschicht (25) vorgesehen sind,
welche zwischen dem ersten Substrat (2) und der zweiten stationären
Elektrode (24) angeordnet ist, daß die beiden ein Haften verhindernden
Einrichtungen eine Einrichtung zum Begrenzen eines Kontaktbereiches
zwischen der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) und den beiden
stationären Elektroden (23, 24) in der Form von Isoliervorsprüngen (7b)
sind, welche entweder an den Oberflächen der plattenförmigen beweg
baren Elektrode (5) oder an den Oberflächen der ersten und zweiten
stationäre Elektrode (23, 24) an den möglichen Kontaktabschnitten
gebildet sind und eine der Konfigurationen einer Pyramide, eines Pyrami
denstumpfes, eines Kreiskegels, eines abgestumpften Kreiskegels, einer
Halbkugel und eines niedergelegten dreieckigen Prismas aufweisen,
dessen Rücken parallel zu der Achse der Stützeinrichtung (4) verläuft
(Fig. 30, Fig. 31, Fig. 32).
29. Mikrowandler nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß
entweder poröses Silizium oder poröses Siliziumoxid an der Oberfläche
geformt ist, die den Isoliervorsprüngen (7b) an den möglichen Kontakt
abschnitten gegenüberliegt.
30. Kraftfahrzeugsteuersystem mit
einer elektrostatischen Mikrobeschleunigungsmeßeinheit (30) mit
einer plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) aus monokristallinem Silizium,
einem ersten Substrat (2) des gleichen Materials wie die plat tenförmige bewegbare Elektrode (5), welches sie umgibt,
einer Einrichtung (4) zum Verbinden der plattenförmigen beweg baren Elektrode (5) mit dem ersten Substrat (2), wobei die Verbindungs einrichtung (4) die plattenförmige bewegbare Elektrode (5) elastisch trägt,
einer ersten stationären Elektrode (6), welche zu einer Haupt oberfläche der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) mit einem vorbestimmten Spalt weist,
einer Einrichtung zum Verhindern eines Anhaftens der platten förmigen bewegbaren Elektrode (5) an der ersten stationären Elektrode (6) auf Grund einer restlichen dielektrischen Polarisation, und/oder restlicher elektrischer Ladungen und/oder Wasser im Bereich um mögli che Kontaktabschnitte zwischen der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) und der ersten stationären Elektrode (6), wenn sich die plattenförmige bewegbare Elektrode (5) übermäßig verlagert, und
eine einer Antiblockier-Steuereinheit (31, 32), einer aktiven Aufhängung-Steuereinheit (33, 34), einer Gesamtrotation-Steuereinheit, einer Antriebssteuereinheit und/oder einer Airbag-Steuereinheit, wobei die Antiblockier-Steuereinheit, die aktive Aufhängung-Steuereinheit, der Ge samtrotationsteuereinheit, der Antriebssteuereinheit und/oder die Airbag-Steuereinheit eine vorbestimmte Steuerung auf der Grundlage eines Ausgangssignales von dem Beschleunigungsmeßgerät (Fig. 36, Fig. 37) ausführt.
einer elektrostatischen Mikrobeschleunigungsmeßeinheit (30) mit
einer plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) aus monokristallinem Silizium,
einem ersten Substrat (2) des gleichen Materials wie die plat tenförmige bewegbare Elektrode (5), welches sie umgibt,
einer Einrichtung (4) zum Verbinden der plattenförmigen beweg baren Elektrode (5) mit dem ersten Substrat (2), wobei die Verbindungs einrichtung (4) die plattenförmige bewegbare Elektrode (5) elastisch trägt,
einer ersten stationären Elektrode (6), welche zu einer Haupt oberfläche der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) mit einem vorbestimmten Spalt weist,
einer Einrichtung zum Verhindern eines Anhaftens der platten förmigen bewegbaren Elektrode (5) an der ersten stationären Elektrode (6) auf Grund einer restlichen dielektrischen Polarisation, und/oder restlicher elektrischer Ladungen und/oder Wasser im Bereich um mögli che Kontaktabschnitte zwischen der plattenförmigen bewegbaren Elektrode (5) und der ersten stationären Elektrode (6), wenn sich die plattenförmige bewegbare Elektrode (5) übermäßig verlagert, und
eine einer Antiblockier-Steuereinheit (31, 32), einer aktiven Aufhängung-Steuereinheit (33, 34), einer Gesamtrotation-Steuereinheit, einer Antriebssteuereinheit und/oder einer Airbag-Steuereinheit, wobei die Antiblockier-Steuereinheit, die aktive Aufhängung-Steuereinheit, der Ge samtrotationsteuereinheit, der Antriebssteuereinheit und/oder die Airbag-Steuereinheit eine vorbestimmte Steuerung auf der Grundlage eines Ausgangssignales von dem Beschleunigungsmeßgerät (Fig. 36, Fig. 37) ausführt.
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