JPH05172846A - マイクロセンサ及びそれを用いた制御システム - Google Patents

マイクロセンサ及びそれを用いた制御システム

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JPH05172846A
JPH05172846A JP4063154A JP6315492A JPH05172846A JP H05172846 A JPH05172846 A JP H05172846A JP 4063154 A JP4063154 A JP 4063154A JP 6315492 A JP6315492 A JP 6315492A JP H05172846 A JPH05172846 A JP H05172846A
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movable
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茂樹 土谷
Kiyomitsu Suzuki
清光 鈴木
Satoshi Shimada
嶋田　　智
Masayuki Miki
政之 三木
Masahiro Matsumoto
昌大 松本
Susumu Murakami
進 村上
Akira Koide
晃 小出
Masahiro Kurita
正弘 栗田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】マイクロセンサ，アクチュエータにおける可動
部と固定部または可動部同士の付着を防止し、動作不可
能な状態に陥ることを防止する。 【構成】可動電極５と固定電極６との付着を防止する手
段を設ける。具体的な構成としては、固定電極６と弾性
体４によって支持された可動電極５間に異常高電圧が印
加され、または両電極５，６に外部から静電気などの電
荷が充電されても電気的絶縁層７に電界が加わらない、
又は電界強度が小さくなる手段（例えば、可動電極５と
同電位に設定された同電位電極８）を設ける。また、可
動電極が過大変位した時の絶縁膜７と固定電極６との接
触面積を微小化するような手段を設ける。 【効果】可動電極と固定電極との付着を防止でき、量産
時においては歩留まりが向上し、使用時においてはマイ
クロセンサ又はそれを用いた車両制御システムの信頼性
が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロセンサおよびそ
れを用いた制御システムに関し、特に製造時においては
歩留まりが向上し、また使用時には信頼性に優れたマイ
クロセンサおよびそれを用いた制御システムに関する。
【従来の技術】一般に固体の表面間には種々のメカニズ
ムの物理的な力が作用し、特に微小な構造体であるマイ
クロセンサでは質量に対する表面積の割合が大きくな
り、表面間の相互作用が重要な役割を演じるようにな
る。例えば、互いに接触または微小な空隙を隔てて対向
した可動部同士または可動部と固定部との間には種々の
メカニズムの引力が働き、両者が互いに付着したまま動
作不可能な状態に陥ることがある。従来のマイクロセン
サとしては、例えば特開昭60−244864号公報に記載され
ているセンサがある。このセンサは可動電極と固定電極
とが接触した際に両電極間に短絡電流が流れるのを防止
するため可動電極に誘電体の係止部を設けた加速度セン
サである。
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、短絡
防止という技術課題を解決するもので、可動部と固定部
との付着防止という点については配慮されていなかっ
た。即ち、静電型のセンサや静電サーボ型のセンサで
は、製造プロセス、実装前の取扱い時や実装後等におい
て、固定電極と可動電極との間に何らかの原因で高電圧
が印加されたり、帯電された外部の物体との接触により
両電極に静電気が充電された場合（例えばセンサ取扱時
に静電気を含む着衣がセンサの電極端子に接触した場合
にこのような事態が生じる）、可動電極が固定電極側に
静電気力で吸引される。同時に電極表面の電気絶縁膜に
大きな電界が印加され、誘電体分極，絶縁膜内部に含ま
れているイオンなど可動電荷の移動，外部から絶縁膜内
部への電荷の注入，絶縁膜と電極との界面への電荷の蓄
積などによって絶縁膜内部や電極との界面近傍に電荷の
空間的な分布が生じる。そして、外部からの電界を取り
除いた後もこの空間的な電荷分布が残留する場合があ
る。このような残留分極や残留電荷により、電気絶縁膜
と微小な空隙を隔てて対向した電極との間に静電気力に
よる引力が生じ、その結果、固定電極と可動電極が絶縁
膜を介して引き続き付着（付着とは接触部に微小な物理
的な力が働き互いにへばりつくことである）するという
現象が生じるという問題があった。本発明の目的は、可
動部と固定部との付着による動作不能を防ぐことができ
るマイクロセンサを提供することにある。また、本発明
の他の目的は信頼性のあるマイクロセンサを用いた制御
システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】上記目的は、可動電極部
と、該可動電極部と対向して設けられた固定電極部とを
有するマイクロセンサにおいて、前記可動電極部と前記
固定電極部との付着力を低減させる手段を設けることに
よって達成される。また、上記目的を達成するための本
発明の特徴は固定電極部と可動電極部との間の残留電荷
や残留分極を生じさせないあるいは低減させる手段を設
けることにある。さらに、上記目的を達成するための本
発明の特徴は、可動電極部が過大変位した場合、固定電
極部との接触面積を微小化することにある。さらに、上
記目的を達成するための本発明の特徴は、固定電極部と
可動電極部との空隙部に乾燥ガスを封止するか、真空に
することにある。さらに本発明の他の目的は、車両に、
弾性体によって支持された可動電極部および該可動電極
部と空隙を隔てて対向配置される固定電極とを備えた静
電容量式あるいは静電サーボ式加速度センサを搭載し、
かつこの加速度センサには、前記可動電極部と固定電極
部との付着力を低減させる手段を設け、この加速度セン
サの出力信号からアンチロックブレーキ制御，アクティ
ブサスペンション制御，トータルスピン制御，トラクシ
ョン制御，エアバッグ制御等のうちいずれかの車両制御
に必要なデータを得て、このデータに基づき目的の車両
制御を行なうシステムを構成することによって達成され
る。
【作用】可動電極部と固定電極部との付着力を低減させ
る手段を設けることによって、センサの使用時に可動電
極部が過大変位し固定電極部に接触した場合でも可動電
極部と固定電極部とが付着することなくセンサとして動
作することになる。また、残留分極や残留電荷を生じさ
せないまたは小さくする手段を設けた構成においては、
電極表面の電気絶縁膜内および電極との界面の近傍に空
間的な電荷分布が残らないか充分に小さくでき、電気絶
縁膜とこれに対向した電極との間に静電気力による引力
が働かずあるいは引力よりも可動電極支持用の弾性体の
復元力の方が勝るため、両電極は付着しない。さらに、
可動電極部が過大変位した際の固定電極部との接触面積
を微小化するという構成においては、両電極間の実質的
な接触面積低減ができるため、全付着力が小さくなり、
両電極は付着しない。さらに、固定電極部と可動電極部
との空隙部に乾燥ガスを封止するか、その空隙部を真空
にするという構成においてはその空隙部の湿度を低くす
ることができるため、固定電極部と可動電極部との接触
部表面への水分子の吸着量や凝縮量が少なくなり、水分
を媒介とした付着力、例えば表面張力の大きさが小さく
なる。そのため、両電極は水分を原因として付着しない
ことになる。さらに、可動電極部と固定電極部との付着
力を低減させる手段を有する静電容量式または静電サー
ボ式加速度センサを搭載した車両制御システムにおいて
は、加速度検出動作が両電極間の付着による不能になる
ことがないので車両制御システムの信頼性が向上する。
【実施例】以下、本発明の実施例を主に静電容量式また
は静電サーボ式の加速度センサを例にとり説明する。図
１は本発明の第１実施例に係る縦断面図（図２のＡ−Ａ
´線断面図）、図２は可動電極側からこれに対向する一
方の固定電極及び同電位電極側に向けてみた平面図で、
シリコン半導体を用いた静電容量式，静電サーボ式のい
ずれにも適用可能な加速度センサの断面図を示してい
る。図１において、２はシリコン基板で、これをエッチ
ング加工して可動電極（質量部）５およびカンチレバー
４を一体成形する。シリコン基板２を挾むようにして基
板１，３が対向配置される。基板１及び３は、全体また
は少なくともシリコン基板１側の表面が絶縁材により形
成され（本実施例ではパイレックスガラスを使用）、可
動電極５と対向した面に微小な空隙（１〜１０μｍ）を
隔てて固定電極６が配設される。可動電極５は両面配置
構造で、それぞれが各固定電極６と対向する。可動電極
５表面の一部には電気的な絶縁膜７が配設される。本実
施例では、図２に示すように絶縁膜７を可動電極５の両
面の四隅に計４個配設する。絶縁基板１，３上の絶縁膜
７との対向面には可動電極５と同電位の電極８を設け、
可動電極５が過大変位した時に絶縁膜７が同電位電極８
に優先的に接触して、絶縁膜７と固定電極６との接触を
無くすように設計した。本実施例の同電位電極８は、絶
縁基板１，３のそれぞれとシリコン基板２との間に介在
させて配設してあり、図２に示すように同電位電極８が
固定電極６側に設けた固定電極除去部（切欠き）９まで
延設され、この延設位置で可動電極５側の絶縁膜７と接
触可能に配置してある。静電容量式の加速度センサの場
合、可動電極５，固定電極６がコンデンサ的な働きをな
し、可動電極５が変位すると静電容量が変化する。すな
わち、基板１，２，３面に垂直な加速度成分が存在する
と、可動電極５に慣性力が働き、可動電極５はカンチレ
バーの復元力に逆らって図の上下方向に変位する。この
変位を可動電極５と固定電極６の間の静電容量の変化か
らとらえ、加速度測定回路１０が静電容量値を加速度に
換算して算出する。また、静電サーボ式の加速度センサ
の場合には、可動電極５が加速度に応答して変位しよう
とすると、可動電極５を固定電極６、６間の中央に拘束
するような静電気力（サーボ力）を与えるための電圧
を、各固定電極６と可動電極５との間に印加し、この印
加電圧より加速度を算出する。図３はセンサの実装状態
を示している。図１に示す加速度センサチップ１１と加
速度測定回路１２をステム１３の上に接着する。加速度
センサチップ１１の可動電極５用及び上下２つの固定電
極６用の３箇所の電極パッドと加速度測定回路１２との
間をワイヤボンディングによって接続する。さらに、外
部のピンと加速度測定回路１２の入出力用及び接地用の
電極パッドとを接続する。上記構成をなす静電型の加速
度センサにおいて、可動電極５と固定電極６との間に何
らかの原因で高電圧が印加されたり、外部の帯電物体が
電極の端子やボンディングパッドに接触して両電極５，
６に静電気が充電されると、両電極５，６間に大きな静
電気力が働く。この時、本実施例では、可動電極５側の
絶縁膜７が同電位電極８に接触する。同電位電極８が可
動電極５と常に同電位になるように設定すれば、その接
触箇所に印加される電圧は零であり、また固定電極６と
可動電極５間に電圧が加えられても、それによる絶縁膜
９の接触箇所が受ける電界の影響度は非常に小さな値と
なる。その結果、電界を取り除いた後の絶縁膜７の残留
分極や残留電荷は小さくなり、絶縁膜７と同電位電極８
との間の静電引力もカンチレバー４の復元力より小さく
なる。このカンチレバー４の弾性復元力により可動電極
５が同電位電極８から引き離される。図４は、大きさ
１.３mm×１.８mm、厚さ０.２mm のシリコン可動電極表
面の四隅に５０μｍ角の酸化シリコンから成る絶縁膜を
配設し、これを幅２５０μｍ，長さ８００μｍ，厚み１
３μｍの２本のシリコンカンチレバーで支持し、さらに
大きさ３μｍの空隙を隔ててパイレックスガラス上に形
成した薄膜固定電極及び同電位電極を対向させた時、可
動電極−固定電極間に１００Ｖの電圧を印加して付着力
の時間変化を測定した結果である。同電位電極の有無で
付着力の大きさを比較すると、同電位電極を配設したセ
ンサではそうでない場合に比べて付着力は１／１０以下
となっており、同電位電極が付着力の低減に関して大き
な効果を有することがわかる。従って、絶縁膜７の残留
分極，残留電荷に起因した可動電極５の対向側固定部へ
の付着を防止でき、センサが動作不可能な状態に陥るこ
とを防止する。その結果、製造過程にあっては歩留まり
向上、実装後にはセンサの動作の信頼性を高める。な
お、可動電極５に複数個の絶縁膜７を設けた場合、全て
の絶縁膜７に対応して同電位電極８を形成する必要はな
い。静電容量式の加速度センサでは電極間の静電容量は
できるだけ大きい方が良く、また静電サーボ式では大き
な加速度測定範囲を得るためには可動電極５−固定電極
６間に印加できる静電サーボ力をできるだけ大きくする
必要があり、いずれの方式においても静電容量または静
電サーボ力に寄与しない同電位電極の面積をできるだけ
低減することが望まれる。図５の実施例（第２実施例）
は以上を考慮して、図１同様に配設される絶縁膜７のう
ち可動電極５の先端部（カンチレバー４と反対側）に近
い絶縁膜７に対向した部分のみに同電位電極８を形成し
た例である。この場合、可動電極５のカンチレバー４側
の絶縁膜７は直接固定電極６と接触する。図１に示すよ
うに、可動電極５が一方向からカンチレバー４によって
支えられている構造では、可動電極５に基板１，２，３
面に垂直な方向の外力が働くと、まず最初に可動電極５
の先端部の絶縁膜７が同電位電極８と接触し、さらに外
力が大きくなるとカンチレバー４側の絶縁膜７が同電位
電極８と接触し、それに伴ってカンチレバーも変形す
る。カンチレバー４の復元力、すなわち可動電極５を上
下の固定電極６の中央位置に戻そうとする力は、先端部
の絶縁膜７だけが接触した場合には片持梁による復元力
となり、一方、全ての絶縁膜７が接触した場合（全面接
触時）には両持梁の復元力を考慮する必要があり、その
大きさは後者の方がはるかに大きい。従って、通常、全
面接触時には絶縁膜と対向電極（固定電極又は同電位電
極）との間に働く付着力に比べてカンチレバーの復元力
の方がはるかに大きく、全ての絶縁膜が付着するような
状態は発生しないと考えて良い。そこで、可動電極５が
一方向からカンチレバー４によって支えられた構造で
は、主として電極同士の付着は可動電極５の先端部の絶
縁膜７において生じうる。従って、第１実施例で述べた
同電位電極８を可動電極５の先端部に配設された絶縁膜
７の対向位置に設けるだけで付着を防止する機能は十分
達成される。本実施例によれば、同電位電極部の面積を
できるだけ小さくして電極同士の付着を防止できる利点
がある。図６の実施例（第３実施例）は絶縁膜７を省略
して可動電極５の一部が直接同電位電極８に接触するよ
うにしたものである。もともと絶縁膜７は可動電極５が
過大変位した時に可動電極５に優先して固定電極６表面
に接触することで可動電極５が固定電極６に電気的に接
触するのを防止し、両電極５，６同士に短絡電流が流れ
るのを防ぎ、ひいては電極５，６に溶着が生じるのを防
止する機能を有するものである。ところが、本発明の可
動電極と同電位電極は常に同電位であるため、たとえ可
動電極表面のシリコンが同電位電極と接触しても接触部
に短絡電流が流れるようなことはなく、絶縁膜７を省略
した図６の構造が可能である。なお、本実施例では可動
電極５の一部を同電位電極８に優先的に接触させるた
め、可動電極５の表面にシリコン突起１４を設けてい
る。第１〜３実施例のように可動電極５が変位して可動
電極部、すなわち絶縁膜７又は可動電極５自身の一部が
接触する場所が可動電極５と常に同電位になるように設
定すれば、その接触箇所に印加される電圧は零であり、
また固定電極６と可動電極５間に電圧が加えられても、
それによる絶縁膜７や可動電極５の接触箇所が受ける電
界の影響度は非常に小さな値となるため、残留分極や残
留電荷による電極同士の付着を防止できる。図７は本発
明の第４実施例に係る縦断面図（図８のＢ−Ｂ´線断面
図）、図８は可動電極及びこれに対向する一方の固定電
極の平面図である。図７において、固定電極６の領域に
は、可動電極５側の絶縁膜７と対向する位置及びその周
辺に固定電極を除去した部分(以下、固定電極除去部９
´と称する)を設け、この固定電極除去部９´には、基
板１，３表面が露出するようにしてある。この構成をな
す静電容量式または静電サーボ式の加速度センサにおい
て、固定電極６と可動電極５との間に何らかの原因で高
電圧が印加されたり、外部の帯電物体が電極の端子やボ
ンディングパットに接触して両電極５，６に静電気が充
電されると、両電極５，６間に大きな静電引力が働く。
この時、本実施例では、可動電極５側の絶縁膜７が固定
電極除去部９´を通して絶縁基板１または３の表面に接
触する。絶縁膜７の基板１又は３に対する接触時に絶縁
膜７の外周部と固定電極除去部９´の周縁との距離が絶
縁膜７の厚みに比べ十分離れていれば、電極５，６間に
生じる電界の絶縁膜７に対する影響度は、固定電極除去
部９´が無い場合すなわち絶縁膜７が直接固定電極６に
接触する場合に比べて十分小さくなる。その結果、電界
を取り除いた後の絶縁膜９が残留分極や残留電荷は小さ
くなり、絶縁膜７とこれと対向した絶縁基板の表面又は
固定電極６との間の静電引力もカンチレバー４の復元力
より小さくなる。このカンチレバー４の弾性復元力によ
り可動電極５が固定電極６から引き離される。従って、
残留分極，残留電荷に起因した可動電極５の固定電極６
への付着を防止でき、センサが動作不可能な状態になる
ことを防止する。図９の実施例(第５実施例)は、図７の
実施例と類似する構成を成すが、異なる点は、固定電極
除去部９´の領域の中に固定電極６とは離れて電気的に
絶縁された物質層１５を設けた点にある。物質層１５の
材料は導体でも絶縁体でも良い。可動電極５と固定電極
６間に異常高電圧が印加されて可動電極５が過大変位す
ると、可動電極５側の絶縁膜７が物質層１５に優先的に
接触し、電極５，６間の接触を無くす。この場合、物質
層１５は固定電極６とは電気的に絶縁されているため、
図７の実施例と同様、電極５，６間に生じる電界の絶縁
膜７に対する影響度は、絶縁膜７が直接固定電極に接触
した場合に比べ十分小さくなる。なお、物質層１５の材
質の選択は、絶縁基板１または３の表面と接触した時に
両者の間に水分による液架橋力などの他の物理力が働き
やすい場合には、このような力が働かないような性質を
併せ持った材質を選べば、電極５，６同士の付着防止を
より高める利点がある。本実施例によれば、絶縁膜７の
残留分極や残留電荷による電極同士の付着を防止できる
ほかに、同時に他の物理力による付着力を低減できる効
果がある。なお、第４及び第５実施例の構造において可
動電極５に複数個の絶縁膜７を設けた場合、第２実施例
のところで述べたようにすべての絶縁膜７に対応して固
定電極除去部９´を形成する必要は無い。静電容量式ま
たは静電サーボ式では、静電容量または静電サーボ力に
寄与しない固定電極除去部９´の面積をできるだけ低減
することが望まれる。図１０の実施例（第６実施例）は
図７同様に配置される絶縁膜７のうち可動電極５の先端
部に近い絶縁膜７に対向した部分のみに固定電極除去部
９´を形成した例である。可動電極５が一方向からカン
チレバー４によって支えられている構造では、可動電極
と固定電極との付着は主として可動電極の先端部で発生
するため、この部分の絶縁膜７に対応した場所のみに固
定電極除去部９´を形成しても同様な付着防止効果が得
られる。また、図１１の実施例（第７実施例）は同様の
考えに基づいて可動電極先端部の絶縁膜７に対応した場
所のみに固定電極除去部９´設け、その領域の中に固定
電極６とは離れて電気的に絶縁された物質層１５を設け
たものである。図１０〜１１実施例によれば、固定電極
除去部９´の面積をできるだけ小さくして電極５，６同
士の付着を防止できる利点がある。以上の４つの実施例
において、固定電極除去部９´又はそこに形成した物質
層１５は固定電極６とは電気的に絶縁されているため、
可動電極５の過大変位時に固定電極除去部９´又は物質
層１５と接触する部分は特に絶縁膜７がなくとも両電極
５，６間に短絡電流は流れない。従って、可動電極５側
の接触部は可動電極５のシリコンがそのまま露出してい
たり、他の導体，絶縁体でも良い（第８〜１１実施
例）。図１２は本発明の第１２実施例を示す縦断面図で
ある。本実施例は可動電極と同電位の物体（ここではシ
リコン基板２）に可動電極５の動作範囲を規制するスト
ッパ１６を形成し、可動電極５がある程度変位すると、
固定電極６に接触する以前に可動電極５がストッパ１６
に触れることによってその過大変位を防止している。具
体的には、可動電極５の先端部に突起１７を設け、さら
にシリコン基板２側にこの突起１７が上下に変位した場
合、ある一定の変位以上になると接する溝状のストッパ
１６を形成する。本実施例によれば、ストッパ１６と突
起１７の協働により電極５，６同士の接触を防止するた
め、可動電極５上に絶縁膜７を設ける必要が無く、ま
た、ストッパ１５と突起１６の接触箇所に電圧が印加さ
れず、しかも、電極５，６間に異常高電圧が印加されて
も、その電界の影響度を小さくできるため、固定電極６
と可動電極５が付着する現象が起こらない。可動電極部
の絶縁膜７へ印加される電界強度を低減するには、絶縁
部７の形状を工夫することによっても可能である。２つ
の電極５，６間の電界強度は、電極間の距離が増加する
と共に小さくなる。従って、接触時にこの部分の固定電
極６と可動電極５間の距離ができるだけ大きくなるよう
絶縁部７の形状を工夫すれば良い。最も単純には、絶縁
部７の厚みを厚くすればそれに反比例して電界強度が小
さくなる。ただし、可動電極５の表面から絶縁部７の表
面までの高さは固定電極６と可動電極５間の空隙以上に
は大きくできないため、図１３の第１３実施例に示すよ
うに可動電極５から掘り下げた面を形成し、この掘り下
げ面に可動電極５面よりも高くなる絶縁部７を形成すれ
ば、絶縁部７の厚みを大きくすることができる。図１４
に示す第１４実施例は、可動電極５の先端に絶縁物から
成る水平突起部７ａを設け、可動電極５が過大変位した
ときには水平突起部７ａが固定電極６に優先的に接触し
て電極５，６同士の接触を無くしている。また、可動電
極５の先端は斜面５ａにより先細り（先鋭化）に形成さ
れ、この斜面部５ａが存在することで、水平突起部７ａ
の接触箇所における可動電極５−固定電極６間の距離を
大きくしている。このようにすれば、絶縁部７が固定電
極６に接触した場合でも、絶縁部７付近の電界強度が小
さくなり、電界除去後の残留分極，残留電荷を充分小さ
くして電極同士の付着を防止できる。以上の２つの実施
例によれば、可動電極５及び絶縁部７の形状を工夫する
ことによって電極同士の付着を防止できる効果がある。
電極に静電気が蓄積されても、可動電極と固定電極との
間に電位差が生じなければよい。図１５に示す第１５実
施例は、以上の見地よりなされたもので、実装前には各
電極５，６のパッド部１８がリード１９で互いに接続さ
れて両電極５，６が常に同電位としてある。その結果、
実装前に可動電極５が固定電極６に静電付着する事態を
防止できる。図３のように実装した後、パッド部同士の
接続を例えばレーザなどで切り離せば良い。センサの実
装後、パッド部１８は加速度測定回路１２と接続される
ため、回路部に静電気対策を施しておけば、加速度セン
サチップ１１に静電気が充電されたり異常高電圧が印加
されることはなく、静電気による電極の付着の問題は対
処できる。本実施例によれば、電極部の構造を変更する
ことなく、単にパッド部の配線状態を変えるだけで静電
気の帯電による電極付着を防止できる。電極同士の付着
は、以上の実施例のように構造だけでなく絶縁膜７の材
料を変えることによっても対策できる。絶縁膜７の残留
分極や残留電荷を低減するためには、例えば水蒸気酸化
によって作成したシリコン酸化膜よりもドライ酸化膜や
熱窒化シリコンのような材料の方が良い（第１６実施
例）。また、水蒸気酸化によって形成したシリコン酸化
膜でも、その後１０００℃程度で熱処理（第１７実施
例）すれば内部の欠陥は減少し、分極や電荷が残留しに
くくなる。図１６は本発明の第１８実施例を示すもの
で、既述の絶縁膜７に変えて可動電極５上の一部に高抵
抗膜２０を形成し、可動電極の過大変位時に高抵抗膜２
０が優先的に固定電極に接触するようにした。この高抵
抗膜２０は可動電極６に代わって固定電極側に設けても
良い。このような構成よりなれば、センサ使用時に可動
電極５が過大変位して固定電極６に接触しても、この接
触は高抵抗膜２０を介してなされるので、短絡電流が制
限され、電極５，６同士の溶着を防止できる。また、可
動電極５とその接触部が同電位に保たれ、且つ絶縁膜を
使用していないので、残留分極，残留電荷に起因する電
極５，６間の静電気力の発生をなくし、これに伴う電極
同士の付着を防止する。一方、接着部表面に吸着または
凝縮した水分を媒介とした付着力による付着を防止する
には、センサ内部の空間、すなわち可動電極５や固定電
極６，絶縁膜７が露出している空間２１(図１参照)を真
空にするとかここに乾燥ガスを封止したり（第１９実施
例）、あるいは少なくとも接触部表面を疎水性材料で形
成するか表面に化学的な疎水性処理を施せ（第２０実施
例）ばよい。これによって接触部表面への水分の吸着量
や凝縮量が低減するため、付着力が減少し付着を防止す
ることができる。図１７は本発明の第２１実施例に係る
縦断面図、図１８は可動電極及びカンチレバー部の外観
図である。可動電極５の表面の一部には電気的な絶縁体
から成る頂上部の面積が微小な円錐又は角錐状の突起７
ｂが配設される。本実施例では、図１７及び図１８に示
すようにピラミッド（四角錐）状の絶縁物突起７ｂを可
動電極５の四隅に計４個配設する。この絶縁物突起７ｂ
は、可動電極５が過大変位した時に可動電極５に優先し
て固定電極６表面に接触する。センサの取扱時または動
作時に何らかの大きな外力が働き、可動電極５が過大変
位して絶縁物突起７ｂは固定電極６と接触すると両者の
間に物理的な引力が働く。しかし、図１６に示すように
絶縁物突起７ｂはピラミッド状であるため、固定電極と
の接触面積Ｓは非常に小さくなり、接触部の単位面積当
たりに作用する物理的な引力ｆｓがたとえ大きくても全
付着力Ｆｓ＝ｆｓ×Ｓを小さくすることができ、付着を
防止することができる。円錐や角錐の頂上部は数学的に
は点であるが、現実に作ることができるものでは頂上部
に多少の平面部や球面部が存在するが、全付着力Ｆｓが
カンチレバーの復元力、静電サーボ力など可動電極５に
働く付着を解除させようとする外力より小さければ、付
着は起こらない。図１９に実際に作成した可動電極上の
酸化シリコンから成るピラミッド状の絶縁物突起の一例
を示す。また、図２０に絶縁物突起の幅（カンチレバー
の軸と直角な方向の長さ）と付着力との関係の実験結果
の一例を示す。絶縁物突起の幅が１５μｍ以下で付着力
は急激に減少し、幅１０μｍでは付着力はカンチレバー
の復元力に対し無視できるほどに小さくなる。本実施例
では、円錐や角錐状の絶縁物突起を例として取上げた
が、その目的は接触面積Ｓを微小化することである。従
って、絶縁物突起７ｂそのものを微小化しても良いが、
製作の容易さ、強度上の問題から、底部の面積が大きく
かつ頂上部の面積が微小なものであれば良く特に第１実
施例のように円錐や角錐状の突起だけに限らない。ま
た、絶縁物突起７ｂの数も図１８に示すように特に４個
である必要はなく、強度を考慮してその個数を増やし
て、例えば図２１のように配置しても良い。本実施例に
よれば、可動電極上に底部の面積が大きくかつ頂上部の
面積が微小な絶縁物突起を設けることにより電極同士の
付着を防止することができる。その結果、製造過程にあ
っては歩留まり向上、実装後にはセンサの動作の信頼性
を高める。なお、複数の絶縁物突起７ｂを電極上に設け
る場合、特に電極表面に均一に配置する必要はない。第
２実施例のところで述べたように、可動電極５が一方向
からカンチレバー４によって支えられた構造では、主と
して電極同士の付着は可動電極５の先端部の絶縁物突起
７ｂにおいて生じうる。従って、第２１実施例で述べた
頂上部の面積が微小な絶縁物突起７ｂを可動電極５の先
端部に配設するだけで付着を防止する機能は十分達成さ
れる。図２２及び図２３の実施例（第２２実施例）は以
上のことを考慮して考案したもので、可動電極５に過大
な外力が作用し、絶縁物突起が大きな力で固定電極に押
しつけられた時の強度を考慮したものである。上述のよ
うに過大な外力が働いた場合、可動電極上の全ての絶縁
物突起が固定電極側に押しつけられる。一方、カンチレ
バー側の絶縁物突起は上述のように付着防止には直接関
与しないため、これらのカンチレバー側の絶縁物突起と
固定電極との接触面積をある程度大きくしても問題な
い。図２２は、カンチレバー側に可動電極５の先端部に
配設したものより多少大きな絶縁物突起７ｃを多数個設
けたものである。図２３は、さらに大きな絶縁物突起７
ｄを２個設けたものである。以上のように、可動電極が
一方向からカンチレバーによって支持された構造のセン
サでは、カンチレバー側の絶縁物突起または絶縁膜の総
面積を大きくすることにより、センサに衝撃などの過大
な加速度が印加された時のように可動電極に大きな外力
が働いた場合、大部分の力はカンチレバー側の絶縁物突
起７ｃまたは７ｄに加わり、先端部側の頂上部の面積が
微小な絶縁物突起７ｂに対する負担が低減する結果、付
着防止に対して重要な機能を有するこの先端部側の絶縁
物突起がこわれるのを防止する効果がある。すなわち、
本実施例では先端部及びカンチレバー側の絶縁物突起に
それぞれ電極付着防止及び強度保持の機能を分担させて
いる。上述のように、電極の付着現象を防止するために
は可動電極先端部側の接触面積だけを微小化すれば良
く、全ての絶縁物突起を特に小さくする必要はない。図
２４及び図２５は本発明の第２３実施例に係る。図２４
は可動電極の先端部に三角柱を横に倒したような絶縁物
突起７ｅを設けた構造の可動電極−カンチレバー部の外
観、図２５は図２４のＣ−Ｃ´線断面図を示す。本実施
例の構造では付着の起こりうる場所は絶縁物突起７ｅの
先端部のＰ点のみとなり、やはり微小な接触面積を確保
できる。さらに、過大な力が可動電極に働いた場合、可
動電極は絶縁物突起７ｅの頂辺とカンチレバー側の絶縁
物突起７ｄによって支えられるため、接触面積が大きく
なり過大な外力に対する強度が確保できる効果がある。
図２６（第２４実施例）のように三角柱の数を複数にす
れば、さらに強度を大きくできる。絶縁突起７ｅは特に
三角柱状である必要はなく、固定電極との間で点接触あ
るいはそれに近い接触が得られるようなものであれば良
い。例えば、半円柱状あるいは五角柱状のようなもので
あっても良い。図２７，２８は、可動電極の先端部に高
さの低い三角柱または四角柱あるいは三角錐または四角
錐の上部を取り去ったような絶縁物突起７ｆ，７ｇを設
けた構造（第２５実施例）を示している。この場合も、
第２４実施例と同様絶縁物突起７ｆまたは７ｇの先端部
Ｑ点またはＲ点及びその近傍のみで固定電極と接触する
ため、微小な接触面積を確保できる。この構造では、絶
縁物突起７ｆまたは７ｇの平面形状すなわち三角形また
はひし形の大きさが大きくても、固定電極と付着しうる
場所は常にＱ点またはＲ点及びその近傍のみであるた
め、これまでの実施例と同様な電極付着防止効果が得ら
れ、作りやすくて製造時の寸法のバラツキによる影響を
受けにくいという特徴がある。同様な効果を得るために
は、絶縁物突起の平面形状は特に三角形またはひし形状
である必要はなく、その先端部のみが角状であってその
位置よりカンチレバー側の形状は任意で良い。以上の実
施例では絶縁物突起７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７
ｇや絶縁膜７を可動電極上に設けたが、これらを固定電
極上の対応する場所に形成しても同じ効果を得ることが
できる。次に、固体表面を粗面化することによる電極付
着の防止方法について述べる。その一つは、フォトリソ
グラフィーによって可動電極部又は固定電極表面に微細
な凹凸を形成するテクスチャー加工を施すことである。
図２９は、固定電極上の絶縁膜７に対応した場所に、カ
ンチレバーの軸方向に平行な複数のスリット状パターン
２２を形成したもの（第２６実施例）である。微細な電
極パターンの幅は１μｍ程度あるいはそれ以下である。
櫛の歯の数が少ないほど接触面積は小さい。一方、可動
電極部の表面に微細なテクスチャー加工を施した構造
は、第２４実施例に対応する。表面を研磨剤を用いて研
磨することによって可動電極部または固定電極表面を疎
面化することもできる。研磨剤の粒径をうまく選んでピ
ッチがミクロンオーダーあるいはそれ以下、深さが数ナ
ノメータ以上の多数の微小な溝を設けるテクスチャー加
工を少なくとも接触部近傍に施せば電極付着防止の効果
が得られる（第２７実施例）。また、電極や絶縁膜を薄
膜プロセス（スパッタ，ＣＶＤなど）によって形成する
場合、製膜条件をうまく選ぶことにより容易に膜表面に
凹凸を形成することができる。ピッチがミクロンオーダ
ーあるいはそれ以下、深さが数ナノメータ以上の凹凸を
形成すれば電極付着防止の効果が得られる（第２８実施
例）。表面の凹凸の形成はエッチングや逆スパッタ（第
２９実施例）によっても可能である。また、シリコンに
ついてはシリコン単結晶をフッ化水素酸水溶液中で陽極
化成することによって多孔質シリコンを形成することに
より表面に凹凸を形成する（第３０実施例）こともでき
る。また、以上の実施例は、全体またはシリコン基板１
側の表面が絶縁物により形成された基板２および３を用
いた加速度センサに関するものであったが、同様の電極
付着防止対策は図３０に示すような上下の基板もシリコ
ンから成る加速度センサにも適用できる。この構造で
は、２枚のシリコン基板２３，２４の可動電極５と対向
した面には直接シリコンが露出し、固定電極としての機
能を有する。２５は３枚のシリコン基板を電気的に絶縁
するためのガラス，酸化シリコンなどの絶縁層である。
このシリコン／シリコン／シリコン３層積層構造型の加
速度センサに対しても、上述の第１２実施例から第３０
実施例の全てに対応した構造が可能である。図３０（第
３１実施例）はその一例であり、図１６に対応したもの
で、可動電極上に頂上部が微小な面積を有する絶縁物突
起７ｂを設けたものである。また、第２６実施例に対応
して絶縁膜７と対向するシリコン基板２３，２４の表面
にエッチングによって多数の微小なシリコンの凹凸を設
けることによって付着を防止することができる（第３２
実施例）。可動電極部と固定電極との電気的な接触を防
止するようにした第１〜２０実施例及び可動電極部と固
定電極との接触面積を微小化した第２１〜３０実施例と
を組み合わせると電極付着防止効果はさらに大きくな
る。例えば第１実施例と第２１実施例とを組み合わせる
と第３１図（第３３実施例）のような構造になる。以
上、加速度センサを例として可動電極の付着防止法につ
いて述べてきたが、本発明は実施例に示したようなカン
チレバ−によって可動電極が一方向から支持された構造
には限定しない。特に可動電極先端部における付着のみ
を考慮した実施例を除いては、可動電極がカンチレバ−
によって四方から支持されたり、カンチレバ−に変えて
ダイアフラムによって支持された構造にも適用できる。
また、近年盛んに研究が行なわれている表面マイクロマ
シニング技術を用いて作られた可動部と固定部とを有す
るセンサ、例えば静電容量式又は静電サ−ボ式の加速度
センサにおいても、可動電極の過大変位時に固定部と接
触する面に底部の面積が大きくかつ頂上部の面積が微小
な突起または微小な凹凸を形成して接触面積を小さくす
れば、両者が付着するようなことはない。さらに、同様
の方法は他の用途のセンサにも適用可能である。図３２
は本発明を静電容量式の圧力センサに適用した例であ
る。可動電極５´がダイアフラムによって構成され、そ
のダイアフラムが微小な空隙を隔てて固定電極６´と対
向しつつ圧力に応じて変位することで、その時の可動電
極５´−固定電極６´間の静電容量値から圧力を検出す
る。ダイアフラムに過大な圧力Ｐが印加されると可動電
極部は固定電極６´と接触する。可動電極（ダイアフラ
ム）５´あるいは固定電極６´の表面に図１７の実施例
と同様に頂上部の面積が微小な絶縁物突起７ｂを形成す
れば、両電極が接触した際の付着力が小さくなりダイア
フラムの固定電極への付着を防止できる。静電容量式圧
力センサの基本構造は、そのダイアフラムが加速度セン
サにおける可動電極とカンチレバーに対応するだけであ
り、電極付着防止構造についても上記加速度センサのす
べての実施例に対応した構造が可能である。一般的に、
可動部とそれと小さな空隙を隔てて対向した固定部また
は可動部とを有し、可動部に働く力の大きさからその力
を与える原因となる物理量を求めるようなセンサ、例え
ば上記加速度センサ，圧力センサ以外に、振動する可動
電極に働くコリオリの力から角速度を求める静電容量式
の振動ジャイロ、２次元的に配置された多数の可動電極
に働く力の分布を求める触覚センサなどにおける可動部
と固定部との付着を防止するのに本発明は適用可能であ
る。また、これまでは特にセンサに言及してきたが、以
上の発明は可動電極と固定電極または電気的にこれらと
等価になるように接続された可動部と固定部とを有する
マイクロアクチュエータにも適用可能である。図３３は
上記アクチュエータの一例として、静電気によって開閉
を行うバルブの一実施例（第３５実施例）の断面図を示
す。絶縁基板１″に流路となるスルーホール２９を形成
し、その周りに前述の加速度センサと同じく固定電極除
去部９´付の固定電極６″を形成する。固定電極６″に
は小さな空隙を隔ててシリコン基板２″に形成したダイ
アフラム２８を対向させる。ダイアフラム２８のうち固
定電極６″と対向する部分が可動電極２８´となり、こ
の可動電極部のうち固定電極除去部９´との対向部には
溶着防止用の絶縁膜７を設ける。両電極間に電圧を印加
しないときには同図（イ）のようにダイアフラム２８は
変位せず、スルーホール２９は開状態となって流体は矢
印の向きまたはその逆向きに流れる。可動電極−固定電
極間に駆動電圧を印加した場合には、同図(ロ)のように
ダイアフラム２８も静電気力によって固定電極側に引き
与せられるよう動作し、絶縁膜７が固定電極除去部９´
と接触するまで変位する。この時バルブは閉じられ、流
体は流れない。このようなアクチュエータにおいても、
異常高電圧が印加されて生じる残留分極，残留電荷に対
して何らかの配慮がなされていないと、可動電極側の絶
縁膜７と固定電極６″とが付着するが、上記のように固
定電極除去部９´を設けたり、或いはそのほか前記加速
度センサを例として述べた残留分極，残留電荷に起因す
る付着の種々の防止対策を講じることで、アクチュエー
タの信頼性を高めることができる。本発明は、上記のよ
うなマイクロバルブを組み合わせて使用されるマイクロ
システム、例えばマイクロポンプやマスフローコントロ
ーラなどにも適用可能である。その他、加速度センサで
述べた各種電極付着防止方法は微小な回転モータやリニ
アモータあるいはマイクロスイッチなどの可動部と固定
部との付着防止にも適用可能である。次に、上記加速度
センサを用いた自動車の車両制御システムについて述べ
る。このようなシステムとしては、アンチロックブレー
キシステム，トラクションコントロールシステム，サス
ペンション制御システム，トータルスピン制御システ
ム、などがある。図３４は本発明の第３６実施例に係る
アンチロックブレーキシステム(ＡＢＳ)の構成図であ
る。本実施例の加速度センサ３０は、静電サーボ型で第
１〜３３実施例のいずれかのものを用い、車両に搭載さ
れる。すなわち、加速度検出回路１０は加速度に応答し
て可動電極５が変位しようとすると、これを各固定電極
６−可動電極５間の静電容量差ΔＣ＝Ｃ１−Ｃ２として
ΔＣ検出器１０ａでとらえ、その信号をパルス幅変調器
１０ｂによりパルス幅変調して各固定電極６−可動電極
５間に互いに反転し合う電圧を印加し、このようにして
可動電極５が固定電極間の中央に拘束されるような静電
気力を与えて静電サーボを行う。この静電サーボに用い
る電圧ＶＥがＡＢＳ制御ユニット（マイクロコンピュー
タ）３１に入力される。アンチロックブレーキシステム
は運転者がブレーキペダルを踏んだ際に、車両の安定性
のために車輪のスリップ率がある適当な値になるようブ
レーキ力を制御するシステムである。スリップ率Ｓは次
式で定義される。 Ｓ＝（Ｖｒ−Ｖｗ）／Ｖｒ ………（１） ここで、Ｖｒは路面に対する真の速度すなわち対地車
速、Ｖｗは車輪の回転速度から求めた速度で、スリップ
がない場合（Ｓ＝０）には対地車速と等しく、制動時ス
リップがある場合（０＜Ｓ≦１）には対地車速より小さ
い。スリップ率は制御ユニット３１で計算され、その計
算に用いる対地車速が加速度センサ３０からの信号を用
いて次式により計算される。 ｖ（ｔ）＝ｖ（０）＋∫α（ｔ）ｄｔ ………（２） すなわち、速度の初期値ｖ（０）と加速度α（ｔ）との
時間積分から速度を計算する。スリップが起こらない場
合には車輪速は対地車速と等しいから、例えばブレーキ
を踏み始める直前の車輪速をｖ（０）とする。スリップ
率が求まると、制御ユニット３１は目標のスリップ率と
なるようアンチロック用アクチュエータ３２を駆動す
る。アンチロック用アクチュエータ３２は、ブレーキ力
の低下制御（かかり過ぎ防止制御）ひいてはアンチロッ
クブレーキ制御を行う。アンチロック用アクチュエータ
としては種々のものが考えられるが、例えば油圧式ブレ
ーキ力の油圧制御を電磁弁により行うものがある。上記
アンチロックブレーキシステムとは逆に発進時における
スリップ率を制御し、安定にスムーズに発進できるよう
な駆動力を得るためのシステムがトラクションコントロ
ールシステムである。このシステムでもやはり対地車速
を求めるためのセンサが必要であり、上述の加速度セン
サを用いれば式（２）に基づいてこれを計算することが
できる。図３５は本発明の第３７実施例に係るアクティ
ブサスペンションシステムの構成図である。加速度セン
サ３０としては第３６実施例と同様のものを使用する。
車両の上下振動や姿勢を油圧などを用いて能動的に制御
する油圧アクティブサスペンションは、路面の凹凸や走
行状態に応じて４輪に配置した油圧アクチュエータの力
を変化させ、車両の振動や姿勢変化を抑制しようという
もので、乗り心地と操縦安定性を両立させ、かつ向上で
きるものである。上記の加速度センサ３０によって、車
両の前後方向や左右方向の回転に伴う加速度，上下加速
度などを検出し、制御ユニット３３に入力して油圧アク
チュエータ３４の油圧を制御する。車両の振動や姿勢を
加速度センサによって高精度に検出し、サスペンション
を能動的に制御することにより、乗り心地と操縦安定性
を両立させつつ、それぞれの水準を飛躍的に向上できる
効果がある。トータルスピン制御システムは自動車の滑
らかな回頭性能，ふらつきのない制駆動を得るためのシ
ステムで、そのキーセンサとして車両のヨーレートを計
るための回転角速度センサが必要になる。今、図３６に
示すように車両の中の互いに距離Ｌだけ離れた位置に２
個の加速度センサ３０，３０´を設置すると、その加速
度出力α1をα2用いて、車両の回転角速度ωは次式で与
えられる。 ω＝√｜α1−α2｜／Ｌ ………（３） ここで、Ｌは２個の加速度センサ３０，３０´の間の距
離である。これら以外にも、本加速度センサはエンジン
総合制御，ランスミッション制御，４輪操舵（４ＷＤ）
などのシステムにも適用可能である。また、そのほかに
安全に関係したエアバッグシステムの衝突検知用センサ
としても使用することができる。また、自動車以外でも
電車の車両制御，エレベータの乗り心地改善，宇宙用機
器，ロボット，家電製品などの加速度や振動検出センサ
として適用可能である。
【発明の効果】本発明によれば、マイクロセンサやマイ
クロアクチュエータにおける可動部と固定部または可動
部同士が付着して動作不可能な状態に陥ることを防止で
きるため、センサあるいはアクチュエータひいてはこれ
を用いたシステムの信頼性が大幅に向上する効果があ
る。さらには製造時の歩留まりが向上することによるコ
スト低減という効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の断面図。
【図２】第１実施例における電極部の平面図。
【図３】本発明の加速度センサの実装図。
【図４】本発明の第１実施例の加速度センサについての
実験結果。
【図５】本発明の第２実施例の断面図。
【図６】本発明の第３実施例の断面図。
【図７】本発明の第４実施例の断面図。
【図８】第４実施例における電極部の平面図。
【図９】本発明の第５実施例の断面図。
【図１０】本発明の第６実施例の断面図。
【図１１】本発明の第７実施例の断面図。
【図１２】本発明の第１２実施例の断面図。
【図１３】本発明の第１３実施例の断面図。
【図１４】本発明の第１４実施例の断面図。
【図１５】本発明の第１５実施例の外観図。
【図１６】本発明の第１６実施例の断面図。
【図１７】本発明の第２１実施例の断面図。
【図１８】本発明の第２１実施例における可動電極−カ
ンチレバー部の外観図。
【図１９】第２１実施例における絶縁物突起の実施例
（ＳＥＭ写真）。
【図２０】第２１実施例の加速度センサについての実験
結果。
【図２１】第２１実施例の他の一例における可動電極−
カンチレバー部の外観図。
【図２２】本発明の第２２実施例における可動電極−カ
ンチレバー部の外観図。
【図２３】第２２実施例の他の一例における可動電極−
カンチレバー部の外観図。
【図２４】本発明の第２３実施例における可動電極−カ
ンチレバー部の外観図。
【図２５】第２３実施例における可動電極部の断面図。
【図２６】本発明の第２４実施例における可動電極−カ
ンチレバー部の外観図。
【図２７】本発明の第２５実施例における可動電極−カ
ンチレバー部の外観図。
【図２８】第２５実施例の他の一例における可動電極−
カンチレバー部の外観図。
【図２９】本発明の第２６実施例における電極部の平面
図。
【図３０】本発明の第３１実施例の断面図。
【図３１】本発明の第３３実施例の断面図。
【図３２】本発明の第３４実施例の断面図。
【図３３】本発明の第３５実施例の断面図。
【図３４】本発明の第３６実施例の構成図。
【図３５】本発明の第３７実施例の構成図。
【図３６】加速度センサによる車両の回転角速度測定の
説明図。
【符号の説明】
１，１´，１″…絶縁基板、２，２´，２″…シリコン
基板、３，３´…絶縁基板、４…カンチレバー、５…可
動電極、５´…可動電極（ダイアフラム）、６，６´，
６″…固定電極、７…絶縁膜、７ａ，７ｂ，７ｃ，７
ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ…絶縁物突起、８…同電位電極、
９，９´…固定電極除去部、１０…加速度測定回路、１
０ａ…ΔＣ検出器、１０ｂ…パルス幅変調器、１１…加
速度センサチップ、１２…加速度測定回路、１３…ステ
ム、１４…シリコン突起、１５…物質層、１６…ストッ
パ、１７…突起、１８…パッド部、１９…リード、２０
…高抵抗層、２１…空間、２２…スリット状パターン、
２３…シリコン基板、２４…シリコン基板、２５…絶縁
層、２６…スルーホール、２７…圧力測定回路、２８…
ダイアフラム、２８´…可動電極、２９…スルーホー
ル、３０，３０´…加速度センサ、３１…ＡＢＳ制御ユ
ニット、３２…アンチロック用アクチュエータ、３３…
制御ユニット、３４…アクティブサスペンション用アク
チュエータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 清光 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 嶋田 智 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 三木 政之 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 松本 昌大 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 村上 進 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 小出 晃 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 栗田 正弘 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 海老根 広道 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地 ３ 日立オートモティブエンジニアリング 株式会社内

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】可動電極部と、該可動電極部と対向して設
    けられた固定電極部とを有するマイクロセンサにおい
    て、前記可動電極部と前記固定電極部との付着力を低減
    させる手段を設けたことを特徴とするマイクロセンサ。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記付着力を低減させ
    る手段は前記固定電極部と前記可動電極部との間の残留
    電荷や残留分極を生じさせない又は低減させる手段であ
    ることを特徴とするマイクロセンサ。
  3. 【請求項３】可動電極部と、該可動電極部に対向して配
    置された固定電極及び対向電極とを備え、前記可動電極
    と前記対向電極とを実質的に同電位に構成し、前記可動
    電極部の前記対向電極と対向する部分に前記対向電極に
    優先的に接触することが可能な手段を設けたことを特徴
    とするマイクロセンサ。
  4. 【請求項４】可動電極部と、該可動電極部と対向して設
    けられた固定電極部を有するマイクロセンサにおいて、
    前記可動電極部又は前記固定電極部の少なくとも一方の
    表面に底面積に比べ頂上部の面積が十分小さな突起を形
    成したことを特徴とするマイクロセンサ。
  5. 【請求項５】請求項４において、前記突起は円錐状ある
    いは角錐状の突起であることを特徴とするマイクロセン
    サ。
  6. 【請求項６】請求項４において、前記突起は台形状の突
    起であることを特徴とするマイクロセンサ。
  7. 【請求項７】請求項４において、前記突起は球面状の突
    起であることを特徴とするマイクロセンサ。
  8. 【請求項８】弾性体によって支持された可動電極と固定
    電極との電気的接触を防止する手段を設け、且つ前記可
    動電極と前記固定電極との間に異常な高電圧が印加され
    たり両電極に静電気などの電荷が充電されこれらに伴う
    電界が印加されても、電界除去後に前記可動電極と前記
    固定電極との間及びそれらの電極表面に存在する残留分
    極や残留電荷の大きさは、前記可動電極が固定電極側に
    最大変位した条件のもとで、 残留分極，残留電荷により両電極間に働く引力＜前記弾
    性体の復元力の関係を満たすように設定して成ることを
    特徴とするマイクロセンサ。
  9. 【請求項９】可動電極部と、該可動電極部と対向して設
    けられた固定電極部とを有するマイクロセンサにおい
    て、前記可動電極部に前記固定電極部と優先的に接触す
    る部分を設け、その部分が接触する部分は前記固定電極
    と電気的に絶縁されていることを特徴とするマイクロセ
    ンサ。
  10. 【請求項１０】可動電極部と、該可動電極部と対向して
    設けられた固定電極部とを有するマイクロセンサにおい
    て、前記可動電極部に突起を設け、前記突起の変位を規
    制し、かつ前記可動電極部と同電位であるストッパ部を
    設けたことを特徴とするマイクロセンサ。
  11. 【請求項１１】請求項１０において、前記突起は前記可
    動電極部の先端部に設けられていることを特徴とするマ
    イクロセンサ。
  12. 【請求項１２】可動電極部と、該可動電極部と対向して
    設けられた固定電極部とを有するマイクロセンサにおい
    て、前記可動電極部の一部に前記可動電極が過大変位し
    たとき前記固定電極に優先的に接触させる高抵抗膜を設
    けたことを特徴とするマイクロセンサ。
  13. 【請求項１３】弾性体によって支持された可動電極およ
    び該可動電極と空隙を隔てて対向配置される固定電極と
    を備えたマイクロセンサにおいて、前記可動電極の少な
    くとも一部に可動電極面から掘り下げた面を形成し、こ
    の掘り下げた面に可動電極面よりも高くなる電気絶縁部
    を設け、前記可動電極が過大変位した時に前記電気絶縁
    部が前記固定電極と優先的に接触する構造としたことを
    特徴とするマイクロセンサ。
  14. 【請求項１４】弾性体によって支持された可動電極およ
    び該可動電極と空隙を隔てて対向配置される固定電極と
    を備えたマイクロセンサにおいて、前記可動電極の先端
    に絶縁物からなる水平突起部を設け、前記可動電極が過
    大変位した時には前記水平突起部が前記固定電極に優先
    して接触する構造としたことを特徴とするマイクロセン
    サ。
  15. 【請求項１５】可動電極部と、該可動電極部と対向して
    配置された固定電極部とを有するマイクロセンサにおい
    て、前記可動電極部の過大変位時に前記可動電極部と前
    記固定電極部または固定電極部を支持する基板とが優先
    的に接触する部分を粗面化したことを特徴とするマイク
    ロセンサ。
  16. 【請求項１６】請求項１５において、粗面化する部分は
    前記可動電極部あるいは前記固定電極部または固定電極
    を支持する基板の少なくとも一方であることを特徴とす
    るマイクロセンサ。
  17. 【請求項１７】請求項１５において、前記接触する部分
    をフォトリソグラフィーによって粗面化することを特徴
    とするマイクロセンサ。
  18. 【請求項１８】請求項１５において、前記接触する部分
    を研磨によって粗面化することを特徴とするマイクロセ
    ンサ。
  19. 【請求項１９】請求項１５において、前記接触する部分
    をエッチングや逆スパッタによって粗面化することを特
    徴とするマイクロセンサ。
  20. 【請求項２０】請求項１５において、前記接触する部分
    を多孔質シリコン又はその酸化物を用いることによって
    粗面化することを特徴とするマイクロセンサ。
  21. 【請求項２１】可動電極部と、該可動電極部と対向して
    設けられた固定電極部とを有するマイクロセンサにおい
    て、前記可動電極部と前記固定電極部との空隙部を真空
    にしたことを特徴とするマイクロセンサ。
  22. 【請求項２２】可動電極部と、該可動電極部と対向して
    設けられた固定電極部とを有するマイクロセンサにおい
    て、前記可動電極部と前記固定電極部との空隙部に乾燥
    ガスを封止したことを特徴とするマイクロセンサ。
  23. 【請求項２３】可動電極部と、該可動電極部と対向して
    設けられた固定電極部とを有するマイクロセンサにおい
    て、前記可動電極部または固定電極部のうち少なくとも
    前記可動電極部の過大変位時に前記可動電極部と前記固
    定電極部とが優先的に接触する部分を疎水性材料で構成
    するかあるいは化学的な疎水性処理を施したことを特徴
    とするマイクロセンサ。
  24. 【請求項２４】カンチレバーによって弾性的に支持され
    た可動電極部と、該可動電極部と対向して設けられた固
    定電極部とを有するマイクロセンサにおいて、前記可動
    電極部はその先端部側と前と前記カンチレバー側とに絶
    縁物の突起を設け、前記突起は前記固定電極部との接触
    面積を前記先端部側よりも前記カンチレバー側を大きく
    したことを特徴とするマイクロセンサ。
  25. 【請求項２５】可動電極部と、該可動電極部の両側に対
    向して設けられた固定電極部とによって３層積層構造に
    よって形成されたマイクロセンサにおいて、前記可動電
    極部及び前記固定電極部とをシリコンで構成し、前記可
    動電極部に絶縁物の突起を設けたことを特徴とするマイ
    クロセンサ。
  26. 【請求項２６】請求項１ないし請求項２５のいずれか記
    載のセンサにおいて、前記マイクロセンサに代えて静電
    型トランスジューサまたはマイクロアクチュエータとし
    て用いたことを特徴とするマイクロトランスジューサ。
  27. 【請求項２７】請求項１ないし請求項２５のいずれか記
    載のセンサにおいて、前記マイクロセンサは、可動電極
    と固定電極との間に生じる静電容量から加速度を検出す
    る加速度センサまたは静電サーボ式加速度センサである
    ことを特徴とする加速度センサ。
  28. 【請求項２８】請求項２７記載の加速度センサにおい
    て、前記固定電極は前記可動電極の両側に配置し、固定
    電極，可動電極，固定電極の三層構造としたことを特徴
    とする加速度センサ。
  29. 【請求項２９】請求項１ないし請求項２８のいずれか記
    載のマイクロセンサにおいて、前記可動電極部と前記固
    定電極部とを同電位としたことを特徴とするマイクロセ
    ンサ。
  30. 【請求項３０】車両に、弾性体によって支持された可動
    電極部および該可動電極部と空隙を隔てて対向配置され
    る固定電極とを備えた静電容量式あるいは静電サーボ式
    加速度センサを搭載し、かつこの加速度センサには、前
    記可動電極部と固定電極部との付着力を低減させる手段
    を設け、この加速度センサの出力信号からアンチロック
    ブレーキ制御，アクティブサスペンション制御，トータ
    ルスピン制御，トラクション制御，エアバッグ制御等の
    うちいずれかの車両制御に必要なデータを得て、このデ
    ータに基づき目的の車両制御を行なうシステムを構成し
    たことを特徴とする車両制御システム。
  31. 【請求項３１】車両に、弾性体によって支持された可動
    電極部および該可動電極部と空隙を隔てて対向配置され
    る固定電極とを備えた静電容量式あるいは静電サーボ式
    加速度センサを搭載し、かつこの加速度センサには、前
    記可動電極部または固定電極部の表面にその底面積に比
    べ頂上部の面積が十分小さな突起を形成し、可動電極部
    の過大変位時に前記突起に優先的に接触させることによ
    って互いに接触させ、この加速度センサの出力信号から
    アンチロックブレーキ制御，アクティブサスペンション
    制御，トータルスピン制御，トラクション制御、エアバ
    ッグ制御等のうちいずれかの車両制御に必要なデータを
    得て、このデータに基づき目的の車両制御を行なうシス
    テムを構成したことを特徴とする車両制御システム。
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