JP6785689B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサに関する。

近年、カンチレバー部を有し、カンチレバーの変形に応じた圧力差を検出する圧力センサが知られている。このような圧力センサでは、カンチレバー部にダストが付着して、センサの性能が低下することがあり、カンチレバー部へのダストの付着を低減するために、分流路を設ける技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１４−２３８２７３号公報

しかしながら、上述した圧力センサでは、分流路にダストが混入する可能性があり、分流路にダストが混入した場合には、カンチレバー部にダストが付着して、依然としてセンサの性能が低下する場合があった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、ダストによる性能の低下を低減することができる圧力センサを提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、内部にキャビティが形成され、前記キャビティの内部と外部とを連通する連通孔を有する中空のセンサ本体と、前記センサ本体上に配置された蓋部に形成され、前記連通孔を除いて前記キャビティの開口面を塞ぐように基端部から先端部に向けて一方向に延びる板状であり、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部と、前記連通孔に接するように、前記蓋部上に配置され、金属層で構成された静電気除去部とを備えることを特徴とする圧力センサである。

また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記静電気除去部は、前記蓋部のうちの前記カンチレバーを除いた庇部の少なくとも一部を含むように配置されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記静電気除去部は、前記庇部のうちの前記連通孔を挟んで前記カンチレバーの前記先端部に対向する位置に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記静電気除去部は、前記連通孔を沿うように前記カンチレバーに配置され、前記カンチレバーは、前記カンチレバーの撓み変形に応じて抵抗が変化する抵抗部と、前記カンチレバーに配置された前記静電気除去部と前記抵抗部とを電気的に絶縁する絶縁部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記静電気除去部を所定の電位にする電位制御部を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記電位制御部は、所定の期間に応じて、前記所定の電位を変更することを特徴とする。

本発明によれば、ダストによる性能の低下を低減することができる。

第１の実施形態による圧力センサの一例を示す構成図である。 図１に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサの断面図である。 第１の実施形態における変位検出部の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態における圧力センサの出力信号の一例を示す図である。 第１の実施形態における圧力センサの動作の一例を示す図である。 第１の実施形態による圧力センサのダストの付着を低減する動作を説明する図である。 第２の実施形態による圧力センサの一例を示す構成図である。 第２の実施形態における電位制御部の一例を示すブロック図である。 第２の実施形態における電位制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 第３の実施形態による圧力センサの一例を示す構成図である。 第４の実施形態による圧力センサの一例を示す構成図である。 図１１に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサの断面図である。 第５の実施形態による圧力センサの一例を示す構成図である。 図１３に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサの断面図である。 第６の実施形態による圧力センサの一例を示す構成図である。

以下、本発明の実施形態による圧力センサについて図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態による圧力センサ１の一例を示す構成図である。また、図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサ１の断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の圧力センサ１は、所定の周波数帯域（例えば、１Ｈｚ以下の低周波帯域）の圧力変動を検出するセンサであり、流体（例えば、空気等の気体）が存在する空間等に配置されて使用される。圧力センサ１は、例えば、ＳＯＩ基板２を利用して形成された直方体状の外形を有するキャビティ筐体３と、先端部４ｂが自由端とされ、基端部４ａが片持ち支持されたカンチレバー４と、静電気除去部３０と、変位検出部４０と、電位制御部５０と、を備えている。

なお、本実施形態では、圧力センサ１の厚み方向（Ｚ軸方向）に沿ったカンチレバー４側を上方、その反対側を下方といい、圧力センサ１の平面視で長手方向をＸ軸方向、圧力センサ１の平面視で長手方向（Ｘ軸方向）に直交する短手方向をＹ軸方向として説明する。
また、ＳＯＩ基板２は、図２に示すように、シリコン支持層２ａ、シリコン酸化膜等の電気的絶縁性を有する絶縁層２ｂ、及びシリコン活性層２ｃを熱的に張り合わせた基板とされている。

キャビティ筐体３（センサ本体の一例）は、例えば、ＳＯＩ基板２におけるシリコン支持層２ａと、筐体部３ａとで形成されている。
具体的には、キャビティ筐体３は、筐体部３ａによる底壁部及び周壁部を有し、上方に開口する中空の有底筒状に形成されている。キャビティ筐体３の内部空間は、キャビティ（空気室）１０として機能し、上方に開口した部分がキャビティ１０の内部と外部とを連通する連通開口１２として機能する。すなわち、中空のキャビティ筐体３は、内部にキャビティ１０が形成され、キャビティ１０の内部と外部とを連通する連通開口１２を有する。

絶縁層２ｂは、例えば、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）により形成された酸化層であり、連通開口１２を上方から塞ぐように、キャビティ筐体３のシリコン支持層２ａ上に形成されている。

シリコン活性層２ｃは、絶縁層２ｂと同様に連通開口１２を上方から塞ぐように、絶縁層２ｂ上に形成されている。シリコン活性層２ｃは、ドープ材（不純物）をドーピングされることにより、後述するピエゾ抵抗５として機能する。

なお、絶縁層２ｂとシリコン活性層２ｃとは、連通開口１２を上方から塞ぐように形成されることにより、蓋部１３を形成している。また、蓋部１３（絶縁層２ｂ及びシリコン活性層２ｃ）には、当該蓋部１３を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する平面視コ形状（Ｃ形状）のギャップＧ１（連通孔の一例）が形成されている。これにより、蓋部１３には、環状の庇部１３ａとカンチレバー４とが形成されている。

ギャップＧ１は、平面視で連通開口１２の内側に位置する領域内（キャビティ１０の内部に連通する領域内）に形成され、流体（例えば、空気等の気体）をキャビティ１０の内外に流通させる連通孔として機能する。

カンチレバー４は、基端部４ａがキャビティ筐体３における周壁部の開口端の内側に一体的に接続され、且つ先端部４ｂが自由端とされた片持ち梁構造とされ、連通開口１２を覆うように配置されている。すなわち、カンチレバー４は、ギャップＧ１（連通孔）を除くキャビティ１０の開口面を塞ぐように基端部４ａから先端部４ｂに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ１０の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。また、カンチレバー４は、レバー本体２０と、レバー本体２０とキャビティ筐体３とを接続するとともにレバー本体２０を片持ち状態で支持する複数のレバー支持部２１とを有し、連通開口１２を覆うように配置される。

カンチレバー４の基端部４ａには、当該カンチレバー４を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する平面視コ形状（Ｃ形状）のギャップＧ２（区画溝）が形成されている。このギャップＧ２は、カンチレバー４の基端部４ａにおいて圧力センサ１の短手方向（Ｙ軸方向）の中央部に配置されている。これにより、カンチレバー４は、基端部４ａを中心として撓み変形し易い構造とされている。

２つのレバー支持部２１は、ギャップＧ２を挟んで短手方向（Ｙ軸方向）に並ぶように配置され、レバー本体２０とキャビティ筐体３とを接続するとともにレバー本体２０を片持ち状態で支持している。従って、カンチレバー４は、レバー支持部２１を中心に撓み変形する。
なお、２つのレバー支持部２１の短手方向（Ｙ軸方向）に沿った支持幅は、同等とされている。従って、カンチレバー４が撓み変形した際、一方のレバー支持部２１に作用する単位面積当たりの応力と、他方のレバー支持部２１に作用する単位面積当たりの応力とは同等とされている。

上述したカンチレバー４が形成されたシリコン活性層２ｃには、ドープ層（不純物半導体層）によるピエゾ抵抗５がシリコン活性層２ｃの全面に亘って形成されている。ピエゾ抵抗５は、例えばリン等のドープ材（不純物）がイオン注入法や拡散法等の各種の方法によりドーピングされることで形成されている。

庇部１３ａは、蓋部１３のうちのカンチレバー４を除いた部分であり、ギャップＧ１に沿って、キャビティ筐体３における周壁部の開口端の内側に庇状に配置されている。庇部１３ａは、ギャップＧ１を挟んでカンチレバー４に対向して配置されている。庇部１３ａは、絶縁層２ｂ上に全周に亘って環状に形成されているとともに、一部が連通開口１２を覆うように周壁部よりもカンチレバー４側に突出している。これにより、庇部１３ａの一部は、連通開口１２を覆っている。ここで、庇部１３ａには、連通開口１２の開口端の内側に突出して、連通開口を覆う庇と、当該庇を支持する支持部とが含まれる。

静電気除去部３０は、ギャップＧ１に接するように、蓋部１３上に配置されている。本実施形態では、静電気除去部３０は、蓋部１３のうちのカンチレバー４を除いた庇部１３ａの少なくとも一部を含むように配置されている。静電気除去部３０は、例えば、蓋部１３の一部である庇部１３ａの全面に配置されている。また、静電気除去部３０は、金属層で構成されており、例えば、ドープ層（ピエゾ抵抗５）よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ（金）等）により形成されている。

なお、静電気除去部３０は、ギャップＧ１の端と一致するように庇部１３ａに配置されてもよいし、ギャップＧ１側にはみ出るように、又は、ギャップＧ１の端の手前になるように、庇部１３ａに配置されていてもよい。

電位制御部５０は、静電気除去部３０に接続されており、静電気除去部３０を所定の電位にする。ここで、所定の電位とは、例えば、電源ＧＮＤの電位、圧力センサ１が搭載された装置の筐体ＧＮＤの電位、電源電圧の電位などの一定の電位である。電位制御部５０は、例えば、電源ＧＮＤの信号線と、静電気除去部３０とを電気的に接続して、静電気除去部３０を電源ＧＮＤの電位にすることにより、静電気除去部３０に帯電した静電気を除去（除電）する。

変位検出部４０は、カンチレバー４の変位（撓み変位）を検出する。すなわち、変位検出部４０は、カンチレバー４の撓み変形に応じた変位を検出する。変位検出部４０は、カンチレバー４の撓み変形に応じた変位を、カンチレバー４の撓み変形に応じたカンチレバー４のピエゾ抵抗５の抵抗変化に基づいて検出する。
また、変位検出部４０は、ピエゾ抵抗５と接続され、ピエゾ抵抗５の電気抵抗値変化に基づいた信号を出力する回路である。変位検出部４０は、例えば、カンチレバー４の撓み変形に応じた基端部４ａの抵抗変化に基づいて、流体の圧力変動を検出する。変位検出部４０は、例えば、図３に示すように、ブリッジ回路４１と、差動増幅回路４２とを備えている。

ブリッジ回路４１は、カンチレバー４のピエゾ抵抗５と、２つの固定抵抗Ｒｏと、参照抵抗Ｒｒｅｆとを備えるホイートストンブリッジ回路である。ブリッジ回路４１は、ピエゾ抵抗５の電気抵抗値の変化を電圧変化として取り出すことができる。
２つの固定抵抗Ｒｏは、電圧＋Ｖの供給線と電源ＧＮＤの電源線との間に、分圧点Ｖａを介して直列に接続されている。固定抵抗Ｒｏは、例えば、外付け抵抗である。

ピエゾ抵抗５は、第１端が電圧＋Ｖの供給線に、第２端が分圧点Ｖｂに接続されており、キャビティ１０内外の差圧に応じて抵抗が変化する。また、参照抵抗Ｒｒｅｆは、第１端が分圧点Ｖｂに、第２端が電源ＧＮＤの電源線に接続されている。なお、参照抵抗Ｒｒｅｆは、図示を省略するが、例えば、カンチレバー４のピエゾ抵抗５と同一の形状であり、且つ、撓み変形しないピエゾ抵抗である。参照抵抗Ｒｒｅｆは、例えば、ピエゾ抵抗５と温度特性が同一になるように形成された抵抗であり、圧力センサ１内に構成されてもよいし、圧力センサ１の近傍の外部に備えられてもよい。なお、ピエゾ抵抗５と参照抵抗Ｒｒｅｆとの温度特性を一致させることにより、変位検出部４０は、温度変動による検出結果への影響を低減することができる。

差動増幅回路４２は、ブリッジ回路４１による電圧変化を所定のゲインで増幅して出力する。差動増幅回路４２は、ブリッジ回路４１の分圧点Ｖａと分圧点Ｖｂとの電圧差を差動増幅回路４２で増幅した電圧を出力する。
なお、上記のピエゾ抵抗５のドープ材は、シリコン活性層２ｃ表面近傍のみに添加される。このため、ピエゾ抵抗５の電気抵抗値の変化は、カンチレバー４に加わる応力の圧縮／伸長の方向に対して正負逆となる。

次に、図面を参照して、本実施形態による圧力センサ１の動作について説明する。
まず、図４及び図５を参照して、本実施形態における圧力センサ１の圧力検出の動作について説明する。ここでは、大気（空気）の圧力が変化した場合のカンチレバー４の動作と、その時の変位検出部４０の出力特性について説明する。なお、以下の説明において、空気の圧力は、外圧Ｐｏｕｔと表記することとする。外圧Ｐｏｕｔは、カンチレバー４のキャビティ筐体３への配設面と対向する面（すなわち、図２における上面）側の圧力である。また、キャビティ１０内部の内圧を内圧Ｐｉｎと定義し、キャビティ１０外部の外圧を外圧Ｐｏｕｔとする。

図４は、本実施形態における圧力センサ１の出力信号の一例を示す図である。
ここで、図４（ａ）は、外圧Ｐｏｕｔ及び内圧Ｐｉｎの経時変化を示しており、図４（ｂ）は、変位検出部４０の出力信号の経時変化を示している。
また、図５は、本実施形態における圧力センサ１の圧力検出の動作の一例を示す図であり、図２に示すカンチレバー４の動作の一例を模式的に示す断面図である。
ここで、図５（ａ）は、初期状態のカンチレバー４の断面図を示し、図５（ｂ）は、外圧Ｐｏｕｔが内圧Ｐｉｎより高い状態のカンチレバー４の断面図を示している。また、図５（ｃ）は、キャビティ１０内外の圧力が同じに戻った状態のカンチレバー４の断面図を示している。なお、図５において、変位検出部４０の図示を省略する。

まず、図４（ａ）における期間Ａのように、外圧Ｐｏｕｔと内圧Ｐｉｎとが等しく、差圧ΔＰがゼロである場合には、図５（ａ）に示すように、カンチレバー４は、撓み変形しない。

次に、図４（ａ）における時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、例えば、外圧Ｐｏｕｔがステップ状に上昇すると、内圧Ｐｉｎは急激に変化できず、差圧ΔＰが生じるため、図５（ｂ）に示すように、カンチレバー４は、キャビティ１０内部に向けて撓み変形する。すると、当該カンチレバー４の撓み変形に応じてピエゾ抵抗５に応力が加わり、電気抵抗値が変化するので、図４（ｂ）に示すように、変位検出部４０の出力信号が増大する。

また、外圧Ｐｏｕｔの上昇以降（時刻ｔ１以降）において、ギャップＧ１を介してキャビティ１０の外部から内部へと大気（空気）が徐々に流動する。このため、図４（ａ）に示すように、内圧Ｐｉｎは、時間の経過とともに、外圧Ｐｏｕｔに遅れながら、かつ外圧Ｐｏｕｔの変動よりも緩やかな応答で上昇する。
その結果、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔに徐々に近づくので、カンチレバー４の撓みが徐々に小さくなり、図４（ｂ）に示すように、上述の出力信号が、時刻ｔ２以降において、徐々に低下する（期間Ｃ）。

そして、図４（ａ）に示す時刻ｔ３以降の期間Ｄのように、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔと同じになると、図５（ｃ）に示すように、カンチレバー４の撓み変形が解消され、図５（ａ）に示す初期状態に復帰する。さらに、図４（ｂ）に示すように、変位検出部４０の出力信号も期間Ａの初期状態と同値に戻る。
なお、変位検出部４０の出力信号は、初期状態における基準電圧と、ピエゾ抵抗５の抵抗変化に基づいて増幅された信号との加算となる。初期状態における基準電圧は、カンチレバー４に加わる差圧ΔＰがゼロの場合の、図３に図示したブリッジ回路４１の分圧点Ｖａと分圧点Ｖｂとの電圧差を差動増幅回路４２で増幅した電圧値となる。

なお、上述した圧力センサ１では、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃを利用して半導体プロセス技術によりカンチレバー４を形成できるので、非常に薄型化（例えば数十から数百ｎｍ厚）しやすい。したがって、圧力センサ１では、微小な圧力変動の検出を精度よく行うことができる。

さらに、圧力センサ１では、外圧Ｐｏｕｔが非常に緩やかに変化する場合、ギャップＧ１による大気（空気）の流動制限機能が作用せず、内圧Ｐｉｎは外圧Ｐｏｕｔに対して時間遅れせず、ほぼ同じ圧力値となり、差圧ΔＰが発生しない。本実施形態では、これを逆に利用し、外圧Ｐｏｕｔが非常に遅い変化速度の場合（例えば、気象変化のような気圧変化の場合）、外圧Ｐｏｕｔの変化を無視することが可能となる。よって、気象変化のような気圧変化をノイズとして除去することが可能になる。

次に、図６を参照して、本実施形態による圧力センサ１のダストの付着を低減する原理及び圧力センサ１の効果について説明する。
図６は、本実施形態による圧力センサ１のダストの付着を低減する動作を説明する図である。図６（ａ）は、従来の静電気除去部３０を備えない圧力センサによるダストが付着する原理を説明している。また、図６（ｂ）は、本実施形態による圧力センサ１のダストの付着を低減する原理及び動作の一例を示している。

なお、図６において、ダストＤＳ１は、例えば、ごみ、ちり、ほこり、異物などである。ダストＤＳ１は、他の物質とぶつかることにより静電気が発生し、電荷を帯びて帯電しているものとする。

図６（ａ）に示すように、従来の静電気除去部３０を備えない圧力センサでは、カンチレバー又は庇部は、ダストＤＳ１と同様に、他の物質とぶつかることにより静電気が発生し、例えば、ダストＤＳ１と異なる電荷を帯びて帯電しているものとする。この場合、ダストＤＳ１と、例えば、庇部との間には、帯電した電荷によりクーロン力が発生し、ダストＤＳ１が、庇部に付着する。庇部に付着したダストＤＳ１は、カンチレバーの動きを阻害して、カンチレバーの撓み変形を阻害するため、従来の静電気除去部３０を備えない圧力センサでは、センサの性能が低下することがある。

これに対して、図６（ｂ）に示すように、本実施形態による圧力センサ１は、金属層の静電気除去部３０を備えているため、例えば、庇部１３ａが、静電気により電荷を帯びることが低減され、ダストＤＳ１と庇部１３ａとの間に発生するクーロン力を低減することができる。そのため、本実施形態による圧力センサ１では、帯電したダストＤＳ１が、庇部１３ａ付近に付着することを低減することができる。
また、本実施形態による圧力センサ１では、帯電したダストＤＳ１が付着した場合でも、金属層の静電気除去部３０に付着することで、帯電したダストＤＳ１が除電されるとともに、ダストＤＳ１に帯電していた電荷が金属層の静電気除去部３０全体に分散されるため、ダストＤＳ１と庇部１３ａとの間に発生するクーロン力が低減される。そのため、金属層の静電気除去部３０に付着したダストＤＳ１は、庇部１３ａに留まることなく、庇部１３ａから離れる。
このように、本実施形態による圧力センサ１は、金属層の静電気除去部３０が庇部１３ａに配置されていることにより、ダストＤＳ１の付着を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１は、中空のキャビティ筐体３（センサ本体）と、カンチレバー４と、変位検出部４０と、静電気除去部３０とを備える。中空のキャビティ筐体３は、内部にキャビティ１０が形成され、キャビティ１０の内部と外部とを連通するギャップＧ１（連通孔）を有する。カンチレバー４は、キャビティ筐体３上に配置された蓋部１３に形成され、ギャップＧ１を除いてキャビティ１０の開口面を塞ぐように基端部４ａから先端部４ｂに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ１０の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。変位検出部４０は、カンチレバー４の撓み変形に応じた変位を検出する。静電気除去部３０は、ギャップＧ１に接するように、蓋部１３上に配置され、金属層で構成されている。

これにより、本実施形態による圧力センサ１は、上述した図６（ｂ）に示したように、静電気除去部３０により、庇部１３ａが、静電気により電荷を帯びることが低減され、ダストＤＳ１と庇部１３ａとの間に発生するクーロン力を低減することができる。よって、本実施形態による圧力センサ１は、カンチレバー４付近にダストが付着することを抑制することができ、ダストによる性能の低下を低減することができる。

また、本実施形態では、静電気除去部３０は、蓋部１３のうちのカンチレバー４を除いた庇部１３ａの少なくとも一部を含むように配置されている。すなわち、静電気除去部３０は、庇部１３ａの全体に配置されている。
これにより、本実施形態による圧力センサ１は、庇部１３ａにダストが付着することを抑制することができるため、ダストによる性能の低下を低減することができる。

また、本実施形態による圧力センサ１は、静電気除去部３０を所定の電位（例えば、電源ＧＮＤの電位など）にする電位制御部５０を備える。
これにより、本実施形態による圧力センサ１は、静電気除去部３０を所定の電位に維持することで、静電気により電荷を帯びることを低減することができる。

［第２の実施形態］
次に、図面を参照して、第２の実施形態による圧力センサ１ａについて説明する。
本実施形態では、静電気除去部３０に接続（印加）する電位を変更する場合の一例について説明する。

図７は、本実施形態による圧力センサ１ａの一例を示す構成図である。
図７に示すように、圧力センサ１ａは、キャビティ筐体３と、先端部４ｂが自由端とされ、基端部４ａが片持ち支持されたカンチレバー４と、静電気除去部３０と、変位検出部４０と、電位制御部５０ａと、を備えている。
なお、図７において、図１と同一の構成には同一の符号を付与してその説明を省略する。また、本実施形態による圧力センサ１ａの断面は、上述した図２に示す第１の実施形態と同様である。

電位制御部５０ａは、所定の期間に応じて、所定の電位を変更する。電位制御部５０ａは、例えば、静電気除去部３０に接続（印加）する電位を、定期的に変更する。電位制御部５０ａは、例えば、電源ＧＮＤの電位（第１の電位）と、電圧＋Ｖの電位（第２の電位）とを、所定の時間間隔で交互に静電気除去部３０に接続する。ここで、図８を参照して、電位制御部５０ａの構成について説明する。

図８は、本実施形態における電位制御部５０ａの一例を示すブロック図である。
図８に示すように、電位制御部５０ａは、切替部５１と、切替制御部５２とを備えている。
切替部５１は、例えば、切り替えスイッチであり、静電気除去部３０に接続する電位を切り替える。切替部５１には、電源ＧＮＤの電源線と、電圧＋Ｖの供給線とが接続されており、切替部５１は、切替制御部５２から供給される制御信号に基づいて、電源ＧＮＤの電源線を静電気除去部３０に接続するのか、電圧＋Ｖの供給線を静電気除去部３０に接続するのかを切り替える。

切替制御部５２は、例えば、不図示のタイマ回路などを備えて、所定の期間ごとに、制御信号を切り替えて、切替部５１の接続を切り替える制御を行う。例えば、切替制御部５２は、所定の期間（第１の期間）、切替部５１に対して、静電気除去部３０に電源ＧＮＤの電源線を接続させた後、所定の期間（第２の期間）、切替部５１に対して、静電気除去部３０に電圧＋Ｖの供給線を接続させる。そして、切替制御部５２は、第１の期間と、第２の期間を交互に実行する。

次に、図面を参照して、本実施形態による圧力センサ１ａの動作について説明する。
本実施形態における圧力センサ１ａの圧力検出の動作は、上述した図４及び図５に示す第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。

次に、図９を参照して、本実施形態における電位制御部５０ａの動作について説明する。
図９は、本実施形態における電位制御部５０ａの動作の一例を示すフローチャートである。

図９に示すように、電位制御部５０ａは、まず、静電気除去部３０を第１の電位にする（ステップＳ１０１）。電位制御部５０ａの切替制御部５２は、切替部５１に対して、静電気除去部３０に、第１の電位として、例えば、電源ＧＮＤの電源線を接続させて、静電気除去部３０を電源ＧＮＤの電位にする。

次に、切替制御部５２は、所定の期間経過したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。切替制御部５２は、例えば、タイマ回路（不図示）などを利用して、所定の期間経過したか否かを判定する。切替制御部５２は、所定の期間経過した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０３に進める。また、切替制御部５２は、所定の期間経過していない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０２に戻す。

ステップＳ１０３において、切替制御部５２は、静電気除去部３０を第２の電位にする。切替制御部５２は、切替部５１に対して、静電気除去部３０に、第２の電位として、例えば、電圧＋Ｖの供給線を接続させて、静電気除去部３０を電圧＋Ｖの電位にする。

次に、切替制御部５２は、所定の期間経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。切替制御部５２は、例えば、タイマ回路（不図示）などを利用して、所定の期間経過したか否かを判定する。切替制御部５２は、所定の期間経過した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０１に戻す。また、切替制御部５２は、所定の期間経過していない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０４に戻す。

このように、電位制御部５０ａは、所定の期間ごとに静電気除去部３０を、第１の電位（電源ＧＮＤの電位）と、第２の電位（電圧＋Ｖの電位）とを交互に切り替えた電位に変更する。
なお、上述した例では、電位制御部５０ａが、電源ＧＮＤの電位と、電圧＋Ｖの電位とを切り替えて、静電気除去部３０の所定の電位を変更する例を説明したが、例えば、電圧＋Ｖの電位（正の電位）と、電圧−Ｖの電位（負の電位）とを切り替えてもよい。また、電位制御部５０ａは、２つ以上の電位を切り替えて、所定の電位を変更するようにしてもよいし、切り替える電位ごとに、所定の期間の長さを変更してもよい。また、電位制御部５０ａは、ダストの帯電状態に応じて、静電気除去部３０を、庇部１３ａとの間に発生するクーロン力を低下することが可能な適切な電位に変更するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ａは、静電気除去部３０を所定の電位にする電位制御部５０ａを備え、電位制御部５０ａは、所定の期間に応じて、所定の電位を変更する。例えば、電位制御部５０ａは、所定の期間ごとに、第１の電位（電源ＧＮＤの電位）と、第２の電位（電圧＋Ｖの電位）とを交互に切り替えた所定の電位に変更する。

これにより、本実施形態による圧力センサ１ａは、静電気除去部３０に接続する所定の電位を変更するため、様々な電位に帯電したダストに対応することができる。よって、本実施形態による圧力センサ１ａは、例えば、庇部１３ａが静電気により電荷を帯びることが低減させることができ、ダストと庇部１３ａとの間に発生するクーロン力をさらに適切に低減することができる。

例えば、帯電したダストには、正の電荷が帯電する場合と、負の電荷が帯電する場合とが考えられる。電位制御部５０ａは、例えば、電圧＋Ｖの電位（正の電位）と、電圧−Ｖの電位（負の電位）とを交互に切り替えた所定の電位に静電気除去部３０を変更することにより、正の電荷が帯電したダストと、負の電荷が帯電したダストとの両方に対して、庇部１３ａとの間に発生するクーロン力を低減することができる。

［第３の実施形態］
次に、図面を参照して、第３の実施形態による圧力センサ１ｂについて説明する。
本実施形態では、第１の実施形態による圧力センサ１において、静電気除去部３０の形状及び配置を変更した変形例について説明する。

図１０は、本実施形態による圧力センサ１ｂの一例を示す構成図である。
図１０に示すように、圧力センサ１ｂは、所定の周波数帯域（例えば、１Ｈｚ以下の低周波帯域）の圧力変動を検出するセンサであり、キャビティ筐体３と、先端部４ｂが自由端とされ、基端部４ａが片持ち支持されたカンチレバー４と、静電気除去部３０ａと、変位検出部４０と、電位制御部５０と、を備えている。
なお、図１０において、図１と同一の構成には同一の符号を付与してその説明を省略する。また、本実施形態による圧力センサ１ｂのＸ軸方向にそったカンチレバー４付近の断面は、上述した図２に示す第１の実施形態と同様である。

静電気除去部３０ａは、ギャップＧ１に接するように、蓋部１３の庇部１３ａ上に配置されており、本実施形態では、庇部１３ａの一部に配置されている。静電気除去部３０ａは、庇部１３ａのうちのギャップＧ１を挟んでカンチレバー４の先端部４ｂに対向する位置（カンチレバー４が撓み変形した際に、ギャップＧ１の開口部が最大になる位置）に配置されている。また、静電気除去部３０ａは、金属層で構成されており、例えば、ドープ層（ピエゾ抵抗５）よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ（金）等）により形成されている。

次に、本実施形態による圧力センサ１ｂの動作について説明する。
本実施形態における圧力センサ１ｂの圧力検出の動作は、上述した図４及び図５に示す第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。
また、本実施形態における圧力センサ１ｂのダストの付着を低減する原理及び動作は、上述した図６に示す第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ｂは、静電気除去部３０ａを備えている。静電気除去部３０ａは、庇部１３ａのうちのギャップＧ１を挟んでカンチレバー４の先端部４ｂに対向する位置に配置されている。
これにより、本実施形態による圧力センサ１ｂは、第１の実施形態と同様に、カンチレバー４付近にダストが付着することを抑制することができ、ダストによる性能の低下を低減することができる。なお、本実施形態による圧力センサ１ｂでは、キャビティ１０の内外への大気（空気）の流動が多く、ダストが付着し易いカンチレバー４の先端部４ｂに対向する位置に静電気除去部３０ａが配置されているため、効率良くダストの付着を低減することができる。

［第４の実施形態］
次に、図面を参照して、第４の実施形態による圧力センサ１ｃについて説明する。
本実施形態では、第１の実施形態による圧力センサ１において、静電気除去部３０の配置位置を変更した変形例について説明する。

図１１は、本実施形態による圧力センサ１ｃの一例を示す構成図である。また、図１２は、図１１に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサ１ｃの断面図である。

図１１及び図１２に示すように、本実施形態の圧力センサ１ｃは、所定の周波数帯域（例えば、１Ｈｚ以下の低周波帯域）の圧力変動を検出するセンサであり、キャビティ筐体３と、カンチレバー４と、静電気除去部３０ｂと、変位検出部４０と、電位制御部５０と、を備えている。
なお、図１１及び図１２において、図１及び図２と同一の構成には同一の符号を付与してその説明を省略する。

静電気除去部３０ｂは、ギャップＧ１に接するように、蓋部１３のカンチレバー４上に配置されている。すなわち、本実施形態では、静電気除去部３０ｂは、蓋部１３のうちのカンチレバー４上に、ギャップＧ１を沿うように配置されている。静電気除去部３０ｂは、例えば、カンチレバー４の外周部分に配置されており、ギャップＧ１を沿うように平面視コ形状（Ｃ形状）に形成されている。また、静電気除去部３０ｂは、金属層で構成されており、例えば、ドープ層（ピエゾ抵抗５）よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ（金）等）により形成されている。また、静電気除去部３０ｂには、電位制御部５０が接続されており、電位制御部５０によって所定の電位（例えば、電源ＧＮＤの電位）にされている。

なお、静電気除去部３０ｂは、ギャップＧ１の端と一致するようにカンチレバー４に配置されてもよいし、ギャップＧ１側にはみ出るように、又は、ギャップＧ１の端の手前になるように、カンチレバー４に配置されていてもよい。
また、本実施形態におけるカンチレバー４は、カンチレバー４に配置された静電気除去部３０ｂとピエゾ抵抗５（抵抗部）とを電気的に絶縁する溝部６（絶縁部）を備えている。

溝部６（絶縁部）は、例えば、カンチレバー４の厚さ方向（Ｚ軸方向）にシリコン活性層２ｃを貫通し、絶縁層２ｂが露出するように、静電気除去部３０ｂにおけるカンチレバー４の内側端に沿って平面視コ形状（Ｃ形状）に形成された溝である。溝部６は、ピエゾ抵抗５と、静電気除去部３０ｂとを電気的に絶縁し、静電気除去部３０ｂが、ピエゾ抵抗５に影響を与えないようにしている。

なお、本実施形態による圧力センサ１ｃの動作は、第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ｃは、静電気除去部３０ｂを備え、静電気除去部３０ｂは、ギャップＧ１を沿うようにカンチレバー４に配置されている。また、カンチレバー４は、カンチレバー４の撓み変形に応じて抵抗が変化するピエゾ抵抗５（抵抗部）と、カンチレバー４に配置された静電気除去部３０ｂとピエゾ抵抗５とを電気的に絶縁する溝部６（絶縁部）と、を備える。
これにより、本実施形態による圧力センサ１ｃは、第１の実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、本実施形態による圧力センサ１ｃは、カンチレバー４付近にダストが付着することを抑制することができ、ダストによる性能の低下を低減することができる。

［第５の実施形態］
次に、図面を参照して、第５の実施形態による圧力センサ１ｄについて説明する。
本実施形態では、第１の実施形態の静電気除去部３０と、第４の実施形態の静電気除去部３０ｂとを組み合わせた変形例について説明する。

図１３は、本実施形態による圧力センサ１ｄの一例を示す構成図である。また、図１４は、図１３に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサ１ｄの断面図である。

図１３及び図１４に示すように、本実施形態の圧力センサ１ｄは、所定の周波数帯域（例えば、１Ｈｚ以下の低周波帯域）の圧力変動を検出するセンサであり、キャビティ筐体３と、カンチレバー４と、静電気除去部３０ｃと、変位検出部４０と、電位制御部５０と、を備えている。
なお、図１３及び図１４において、図１及び図２と同一の構成には同一の符号を付与してその説明を省略する。

静電気除去部３０ｃは、ギャップＧ１に接するように、蓋部１３の庇部１３ａ上及びカンチレバー４上に配置されている。また、静電気除去部３０ｃは、金属層で構成されており、例えば、ドープ層（ピエゾ抵抗５）よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ（金）等）により形成されている。本実施形態では、静電気除去部３０ｃは、静電気除去部３０ｃ−１と、静電気除去部３０ｃ−２とを備えている。

静電気除去部３０ｃ−１は、第１の実施形態の静電気除去部３０に相当し、蓋部１３の一部である庇部１３ａの全面に配置されている。
静電気除去部３０ｃ−２は、第４の実施形態の静電気除去部３０ｂに相当し、蓋部１３のうちのカンチレバー４上に、ギャップＧ１を沿うように配置され、ギャップＧ１を沿うように平面視コ形状（Ｃ形状）に形成されている。
なお、静電気除去部３０ｃ−１と静電気除去部３０ｃ−２とは、電位制御部５０に接続されており、電位制御部５０によって所定の電位（例えば、電源ＧＮＤの電位）にされている。

また、本実施形態における溝部６（絶縁部）は、ピエゾ抵抗５と、静電気除去部３０ｃ−２とを電気的に絶縁し、静電気除去部３０ｃ−２が、ピエゾ抵抗５に影響を与えないようにしている。溝部６は、例えば、カンチレバー４の厚さ方向（Ｚ軸方向）にシリコン活性層２ｃを貫通し、絶縁層２ｂが露出するように、静電気除去部３０ａにおけるカンチレバー４の内側端に沿って平面視コ形状（Ｃ形状）に形成された溝である。

なお、本実施形態による圧力センサ１ｄの動作は、第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ｄは、静電気除去部３０ｃを備え、静電気除去部３０ｃは、ギャップＧ１に接するように、蓋部１３の庇部１３ａ上及びカンチレバー４上に配置されている。また、静電気除去部３０ｃは、静電気除去部３０ｃ−１と、静電気除去部３０ｃ−２とを備える。静電気除去部３０ｃ−１は、蓋部１３のうちのカンチレバー４を除いた庇部１３ａの少なくとも一部を含むように配置されている。また、静電気除去部３０ｃ−２は、ギャップＧ１を沿うようにカンチレバー４に配置されている。また、カンチレバー４は、カンチレバー４の撓み変形に応じて抵抗が変化するピエゾ抵抗５（抵抗部）と、カンチレバー４に配置された静電気除去部３０ｃ−２とピエゾ抵抗５とを電気的に絶縁する溝部６（絶縁部）と、を備える。

これにより、本実施形態による圧力センサ１ｄは、第１の実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、本実施形態による圧力センサ１ｄは、カンチレバー４付近にダストが付着することを抑制することができ、ダストによる性能の低下を低減することができる。
また、本実施形態による圧力センサ１ｄでは、静電気除去部３０ｃが、庇部１３ａとカンチレバー４との両方に配置されるため、カンチレバー４付近にダストが付着することをさらに抑制することができる。

［第６の実施形態］
次に、図面を参照して、第６の実施形態による圧力センサ１ｅについて説明する。
本実施形態では、第４の実施形態における静電気除去部３０ｂの形状及び配置を変更した変形例について説明する。

図１５は、本実施形態による圧力センサ１ｅの一例を示す構成図である。
図１５に示すように、圧力センサ１ｅは、所定の周波数帯域（例えば、１Ｈｚ以下の低周波帯域）の圧力変動を検出するセンサであり、キャビティ筐体３と、先端部４ｂが自由端とされ、基端部４ａが片持ち支持されたカンチレバー４と、静電気除去部３０ｄと、変位検出部４０と、電位制御部５０と、を備えている。

なお、図１５において、図１１と同一の構成には同一の符号を付与してその説明を省略する。また、本実施形態による圧力センサ１ｅのＸ軸方向にそったカンチレバー４付近の断面は、上述した図１２に示す第４の実施形態と同様である。

静電気除去部３０ｄは、ギャップＧ１に接するように、蓋部１３のカンチレバー４上に配置されている。すなわち、本実施形態では、静電気除去部３０ｄは、蓋部１３のうちのカンチレバー４上に、ギャップＧ１の一部を沿うように配置されている。静電気除去部３０ｄは、ギャップＧ１を沿うように平面視Ｌ（エル）字形状に形成されている。なお、静電気除去部３０ｄは、例えば、２つのレバー支持部２１のうちの一方を通るように配置され、もう一方のレバー支持部２１側のＸ軸方向のギャップＧ１には配置されていない。

また、静電気除去部３０ｄは、金属層で構成されており、例えば、ドープ層（ピエゾ抵抗５）よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ（金）等）により形成されている。また、静電気除去部３０ｄには、電位制御部５０が接続されており、電位制御部５０によって所定の電位（例えば、電源ＧＮＤの電位）にされている。

また、本実施形態におけるカンチレバー４は、カンチレバー４に配置された静電気除去部３０ｄとピエゾ抵抗５（抵抗部）とを電気的に絶縁する溝部６ａ（絶縁部）を備えている。
溝部６ａ（絶縁部）は、例えば、カンチレバー４の厚さ方向（Ｚ軸方向）にシリコン活性層２ｃを貫通し、絶縁層２ｂが露出するように、静電気除去部３０ｄにおけるカンチレバー４の内側端に沿って平面視Ｌ字形状に形成された溝である。溝部６ａは、ピエゾ抵抗５と、静電気除去部３０ｄとを電気的に絶縁し、静電気除去部３０ｄが、ピエゾ抵抗５に影響を与えないようにしている。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ｅは、静電気除去部３０ｄを備え、静電気除去部３０ｄは、ギャップＧ１の一部を沿うようにカンチレバー４に配置されている。また、カンチレバー４は、カンチレバー４の撓み変形に応じて抵抗が変化するピエゾ抵抗５（抵抗部）と、カンチレバー４に配置された静電気除去部３０ｄとピエゾ抵抗５とを電気的に絶縁する溝部６（絶縁部）と、を備える。
これにより、本実施形態による圧力センサ１ｅは、第５の実施形態と同様に、カンチレバー４付近にダストが付着することを抑制することができ、ダストによる性能の低下を低減することができる。

なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の各実施形態において、圧力センサ１（１ａ〜１ｅ）は、流体の一例として、大気（空気）の圧力変動を検出する例を説明したがこれに限定されるものではなく、例えば、他の気体、液体などの他の流体の圧力変動を検出するようにしてもよい。

また、上記の各実施形態において、静電気除去部３０（３０ｂ〜３０ｄ）の金属層の導電性材料が、Ａｕ（金）である例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｔｉ（チタン）、及びこれらを含む合金であってもよい。

また、上記の第２の実施形態において、電位制御部５０ａにより、第１の実施形態の静電気除去部３０の電位を変更する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、上記の第３〜第６の実施形態における静電気除去部３０ａ〜３０ｄに、第２の実施形態の電位制御部５０ａを適用するようにしてもよい。

また、上記の第２の実施形態において、電位制御部５０ａが、所定の電位を変更する例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ダストの種類に応じて、所定の電位を変更するようにしてもよい。
また、電位制御部５０ａは、図８に示す構成に限定されるものではなく、他の構成であってもよい。

また、上記の第４〜第６の実施形態において、静電気除去部３０ｂ〜３０ｄとピエゾ抵抗５とを電気的に絶縁する絶縁部の一例として、溝部６（６ａ）を備える例を説明したが、これに限定されるものではない。絶縁部は、例えば、静電気除去部３０ｂ〜３０ｄの金属層と、シリコン活性層２ｃとの間に形成された絶縁層（例えば、ＳｉＯ２などの層）であってもよい。

また、上述の電位制御部５０（５０ａ）は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した静電気除去部３０（３０ａ〜３０ｄ）の電位を制御する処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

また、上述した圧力センサ１（１ａ〜１ｅ）が備える機能の一部又は全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。上述した各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、又は全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ 圧力センサ
２ ＳＯＩ基板
２ａ シリコン支持層
２ｂ 絶縁層
２ｃ シリコン活性層
３ キャビティ筐体
３ａ 筐体部
４ カンチレバー
４ａ 基端部
４ｂ 先端部
５ ピエゾ抵抗
６、６ａ 溝部
１０ キャビティ
１２ 連通開口
１３ 蓋部
１３ａ 庇部
２０ レバー本体
２１ レバー支持部
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｃ−１、３０ｃ−２、３０ｄ 静電気除去部
４０ 変位検出部
４１ ブリッジ回路
４２ 差動増幅回路
５０、５０ａ 電位制御部
５１ 切替部
５２ 切替制御部
ＤＳ１ ダスト
Ｇ１、Ｇ２ ギャップ

Claims (6)

1. 内部にキャビティが形成され、前記キャビティの内部と外部とを連通する連通孔を有する中空のセンサ本体と、
   前記センサ本体上に配置された蓋部に形成され、前記連通孔を除いて前記キャビティの開口面を塞ぐように基端部から先端部に向けて一方向に延びる板状であり、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
   前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部と、
   前記連通孔に接するように、前記蓋部上に配置され、金属層で構成された静電気除去部と
   を備えることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記静電気除去部は、前記蓋部のうちの前記カンチレバーを除いた庇部の少なくとも一部を含むように配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記静電気除去部は、前記庇部のうちの前記連通孔を挟んで前記カンチレバーの前記先端部に対向する位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記静電気除去部は、前記連通孔を沿うように前記カンチレバーに配置され、
   前記カンチレバーは、前記カンチレバーの撓み変形に応じて抵抗が変化する抵抗部と、前記カンチレバーに配置された前記静電気除去部と前記抵抗部とを電気的に絶縁する絶縁部と、を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧力センサ。
5. 前記静電気除去部を所定の電位にする電位制御部を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧力センサ。
6. 前記電位制御部は、所定の期間に応じて、前記所定の電位を変更する
   ことを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。

Images