JPH06213924A - トランスジューサ、これを利用したマイクロセンサ、車両制御システム - Google Patents
トランスジューサ、これを利用したマイクロセンサ、車両制御システムInfo
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- JPH06213924A JPH06213924A JP5004251A JP425193A JPH06213924A JP H06213924 A JPH06213924 A JP H06213924A JP 5004251 A JP5004251 A JP 5004251A JP 425193 A JP425193 A JP 425193A JP H06213924 A JPH06213924 A JP H06213924A
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 マイクロセンサ、マイクロアクチュエ−タに
おける可動部と固定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３と固定電極１，２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、可動電極３
が過大変位した際に接触する絶縁体突起７を固定電極
１，２に設ける。絶縁体突起７は可動電極５との接触面
積が小さくなるようにしてある。 【効果】 可動電極と固定電極の付着を防止でき、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
クロセンサ等またはそれを用いた車両制御システムの信
頼性が向上する。
おける可動部と固定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３と固定電極１，２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、可動電極３
が過大変位した際に接触する絶縁体突起７を固定電極
１，２に設ける。絶縁体突起７は可動電極５との接触面
積が小さくなるようにしてある。 【効果】 可動電極と固定電極の付着を防止でき、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
クロセンサ等また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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固定電極及び可動電極
を有するトランスジューサ、これを利用したマイクロセ
ンサ、各種車両制御システムに関する。
を有するトランスジューサ、これを利用したマイクロセ
ンサ、各種車両制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】静電容量式のマイクロセンサは、外部の
力（例えば圧力，加速度等）によって変位可能な可動電
極とこれと微小な空隙を隔てて対向した固定電極から成
り、これらの電極間の静電容量の変化或いは可動電極を
元に位置に拘束させようとする静電サーボ電圧（静電サ
ーボ力）からその作用した力を検出している。
力（例えば圧力，加速度等）によって変位可能な可動電
極とこれと微小な空隙を隔てて対向した固定電極から成
り、これらの電極間の静電容量の変化或いは可動電極を
元に位置に拘束させようとする静電サーボ電圧（静電サ
ーボ力）からその作用した力を検出している。
【０００３】ところで、この種のマイクロセンサにおい
ては、可動電極が過大な変位によって固定電極と接触す
ると、両電極間に短絡電流が流れ最悪の場合にはその接
触箇所が溶融接着（以下、溶着と称する）する。
ては、可動電極が過大な変位によって固定電極と接触す
ると、両電極間に短絡電流が流れ最悪の場合にはその接
触箇所が溶融接着（以下、溶着と称する）する。
【０００４】そのため、従来は、例えば特開昭60-24486
4号公報に記載されるように、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ぎ溶着
防止を図るために、可動電極に誘電体の係止部を設けた
加速度センサが提案されている。
4号公報に記載されるように、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ぎ溶着
防止を図るために、可動電極に誘電体の係止部を設けた
加速度センサが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に固体の表面には
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，マイクロアクチュエータ等
では可動部の質量に対する表面積の割合が大きくなり、
互いに対向する部材間の表面間の相互作用が場合によっ
ては動作に支障をきたす原因となる。
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，マイクロアクチュエータ等
では可動部の質量に対する表面積の割合が大きくなり、
互いに対向する部材間の表面間の相互作用が場合によっ
ては動作に支障をきたす原因となる。
【０００６】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。
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。
【０００７】例えば、上記従来技術では、短絡，溶着防
止という手段が施されているが、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。
止という手段が施されているが、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。
【０００８】すなわち、静電容量型のセンサや静電サ−
ボ型のセンサでは、製造プロセス、実装前の取扱い時や
実装後において、固定電極と可動電極との間になんらか
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電荷が充電された場合（例えば
センサ取扱時に静電気を帯びた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生じ、それにより誘電体分
極、絶縁膜内部に含まれているイオンなどの可動電荷の
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。
ボ型のセンサでは、製造プロセス、実装前の取扱い時や
実装後において、固定電極と可動電極との間になんらか
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電荷が充電された場合（例えば
センサ取扱時に静電気を帯びた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生じ、それにより誘電体分
極、絶縁膜内部に含まれているイオンなどの可動電荷の
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。
【０００９】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、互いに接触したままの状態にな
ること）するという現象が生じる問題があった。
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、互いに接触したままの状態にな
ること）するという現象が生じる問題があった。
【００１０】本発明の目的は、マイクロセンサ，マイク
ロアクチュエータ等のトランスジューサやこれを用いた
制御システムにおいて、可動電極と固定電極との付着に
よる動作不能を防ぐことで、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のある動作を保証するこ
とにある。
ロアクチュエータ等のトランスジューサやこれを用いた
制御システムにおいて、可動電極と固定電極との付着に
よる動作不能を防ぐことで、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のある動作を保証するこ
とにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、基本的には、可動電極と、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トラン
スジューサにおいて、前記固定電極に前記可動電極との
付着力を低減させる突起を設けたものを提案する。
成するために、基本的には、可動電極と、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トラン
スジューサにおいて、前記固定電極に前記可動電極との
付着力を低減させる突起を設けたものを提案する。
【００１２】
【作用】固定電極側に設けた突起により、可動電極と固
定電極との間の接触面積が極めて小さくなり、そのため
可動電極・固定電極間の付着力を低減させる。
定電極との間の接触面積が極めて小さくなり、そのため
可動電極・固定電極間の付着力を低減させる。
【００１３】その結果、センサの使用時に可動電極が過
大変位し固定電極に接触した場合でも、可動電極の復元
力が付着力に勝り、可動電極と固定電極とが付着するこ
となくセンサとして動作が保証される。
大変位し固定電極に接触した場合でも、可動電極の復元
力が付着力に勝り、可動電極と固定電極とが付着するこ
となくセンサとして動作が保証される。
【００１４】また、前記突起を少なくともその表面を絶
縁体で構成したり、或いは絶縁体としなくとも、可動電
極側の突起接触部に絶縁膜を形成しておけば、付着防止
と溶着防止を兼ねることができる。
縁体で構成したり、或いは絶縁体としなくとも、可動電
極側の突起接触部に絶縁膜を形成しておけば、付着防止
と溶着防止を兼ねることができる。
【００１５】すなわち、このような突起と絶縁との共働
により、可動電極が固定電極に突起を介して接触して
も、電極間に短絡電流が流れるのを防止し、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ことが
でき、その結果、電極表面の電気絶縁膜および電極との
界面の近傍に空間的な電荷分布が残らないか十分に小さ
くなるため、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。
により、可動電極が固定電極に突起を介して接触して
も、電極間に短絡電流が流れるのを防止し、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ことが
でき、その結果、電極表面の電気絶縁膜および電極との
界面の近傍に空間的な電荷分布が残らないか十分に小さ
くなるため、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。
【００１６】さらに、可動電極が過大変位した際の固定
電極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
力を極めて小さくできる利点がある。
電極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
力を極めて小さくできる利点がある。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例に係るマイクロセンサ
を、主に静電容量式または静電サ−ボ式の加速度センサ
を例に取り説明する。
を、主に静電容量式または静電サ−ボ式の加速度センサ
を例に取り説明する。
【００１８】図１は本発明の第１実施例に係る縦断面
図、図２は上記実施例に用いる固定電極１或いは２を電
極面側からみた平面図で、これらは、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
な加速度センサの構造を示している。
図、図２は上記実施例に用いる固定電極１或いは２を電
極面側からみた平面図で、これらは、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
な加速度センサの構造を示している。
【００１９】図１において、１，２は固定電極で材質は
シリコンであり、これを半導体加工プロセス等で加工を
施すことで、固定電極表面に電気絶縁材（例えば酸化シ
リコン）より成る微小の突起（以下、絶縁体突起とす
る）７および絶縁膜６が一体成形してある。
シリコンであり、これを半導体加工プロセス等で加工を
施すことで、固定電極表面に電気絶縁材（例えば酸化シ
リコン）より成る微小の突起（以下、絶縁体突起とす
る）７および絶縁膜６が一体成形してある。
【００２０】可動電極３も材質はシリコンであり、シリ
コン材をエッチング加工して可動電極（質量部）３，こ
れを支持するカンチレバー４及びその周囲を囲むスペー
サ５が一体成形され、可動電極３を挾むようにして固定
電極１，２が対向配置され、このようにしてセンサチッ
プ９が構成される。固定電極１，２と可動電極３間は、
それぞれ微小な空隙（１〜１０μｍ）としてある。可動
電極３は両面対称構造で、それぞれが各固定電極１、２
と対向する。
コン材をエッチング加工して可動電極（質量部）３，こ
れを支持するカンチレバー４及びその周囲を囲むスペー
サ５が一体成形され、可動電極３を挾むようにして固定
電極１，２が対向配置され、このようにしてセンサチッ
プ９が構成される。固定電極１，２と可動電極３間は、
それぞれ微小な空隙（１〜１０μｍ）としてある。可動
電極３は両面対称構造で、それぞれが各固定電極１、２
と対向する。
【００２１】固定電極１，２の電極面の一部に設けた絶
縁体突起７は、本実施例では、図２に示すように各固定
電極面に四箇所（計８個）配設され、可動電極３が過大
変位した時に絶縁体突起７に可動電極５が優先的に接触
して、可動電極３と固定電極１，２の電極表面との接触
を無くすように設定してある。
縁体突起７は、本実施例では、図２に示すように各固定
電極面に四箇所（計８個）配設され、可動電極３が過大
変位した時に絶縁体突起７に可動電極５が優先的に接触
して、可動電極３と固定電極１，２の電極表面との接触
を無くすように設定してある。
【００２２】本実施例における絶縁体突起７は、頂上部
の面積が微小な円錐又は角錐状の形状を呈し、図４に一
例として、実際に作成して酸化シリコンから成るピラミ
ッド（四角錐）状の絶縁体突起７を例示してある。
の面積が微小な円錐又は角錐状の形状を呈し、図４に一
例として、実際に作成して酸化シリコンから成るピラミ
ッド（四角錐）状の絶縁体突起７を例示してある。
【００２３】静電容量式の加速度センサの場合、固定電
極１，２及び可動電極３の電極面ががコンデンサ的な働
きをなし、可動電極３が変位すると静電容量が変化す
る。すなわち、固定電極１，２に垂直な加速度成分が存
在すると、可動電極３に慣性力が働き、可動電極３はカ
ンチレバー４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面・固定電極面間の静電容量の
変化からとらえ、加速度測定回路８が静電容量値を加速
度に換算して算出する。
極１，２及び可動電極３の電極面ががコンデンサ的な働
きをなし、可動電極３が変位すると静電容量が変化す
る。すなわち、固定電極１，２に垂直な加速度成分が存
在すると、可動電極３に慣性力が働き、可動電極３はカ
ンチレバー４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面・固定電極面間の静電容量の
変化からとらえ、加速度測定回路８が静電容量値を加速
度に換算して算出する。
【００２４】また、静電サーボ式の加速度センサの場合
には、可動電極３が加速度に応答して変位しようとする
と、可動電極３を固定電極１，２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１，２と可動電極３との間に印加し、この印加電
圧より加速度を算出する。
には、可動電極３が加速度に応答して変位しようとする
と、可動電極３を固定電極１，２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１，２と可動電極３との間に印加し、この印加電
圧より加速度を算出する。
【００２５】図３は本実施例におけるマイクロセンサの
実装状態を示している。図１に示す加速度センサチップ
９と加速度測定回路８をステム１０の上に接着する。加
速度センサチップ９の可動電極３及び上下２つの固定電
極１，２に対応する３箇所の電極パッドと加速度測定回
路１０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８の入出力用及び
接地用の電極パッドとを接続する。
実装状態を示している。図１に示す加速度センサチップ
９と加速度測定回路８をステム１０の上に接着する。加
速度センサチップ９の可動電極３及び上下２つの固定電
極１，２に対応する３箇所の電極パッドと加速度測定回
路１０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８の入出力用及び
接地用の電極パッドとを接続する。
【００２６】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３と固定電極１，２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１，３間も
しくは２，３間に電荷が充電されると、この電極間に大
きな静電気力が働く。
いて、可動電極３と固定電極１，２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１，３間も
しくは２，３間に電荷が充電されると、この電極間に大
きな静電気力が働く。
【００２７】この時、本実施例では可動電極３が過大変
位しても、絶縁体突起７に接触し、接触面間に物理的な
引力が働く。しかし、図１、図２に示すように絶縁体突
起７は四角錐状であるため、可動電極３の突起７に対す
る接触面積Ｓは非常に小さく、接触部の単位面積当りに
作用する物理的な引力fsがたとえ大きくとも、全体の付
着力Fs=fs×Sをカンチレバ−４の復元力より小さくする
ことができ、静電付着を防止することができる。また、
当然ながら、可動電極３と固定電極１あるいは２の接触
防止のために過大電流が流れるのを防止し、ひいては可
動電極・固定電極間の溶着を防止できる。
位しても、絶縁体突起７に接触し、接触面間に物理的な
引力が働く。しかし、図１、図２に示すように絶縁体突
起７は四角錐状であるため、可動電極３の突起７に対す
る接触面積Ｓは非常に小さく、接触部の単位面積当りに
作用する物理的な引力fsがたとえ大きくとも、全体の付
着力Fs=fs×Sをカンチレバ−４の復元力より小さくする
ことができ、静電付着を防止することができる。また、
当然ながら、可動電極３と固定電極１あるいは２の接触
防止のために過大電流が流れるのを防止し、ひいては可
動電極・固定電極間の溶着を防止できる。
【００２８】円錐や角錐の頂上部は数学的には点である
が、現実に作る絶縁体突起７は頂上部に多少の平面部や
球面部が存在し、このような微小平面部，球面部が存在
しても、付着力をカンチレバ−の復元力や、静電サ−ボ
力など可動電極３に働く外力より小さくでき、本発明の
所期の効果を達成する上で問題はない。
が、現実に作る絶縁体突起７は頂上部に多少の平面部や
球面部が存在し、このような微小平面部，球面部が存在
しても、付着力をカンチレバ−の復元力や、静電サ−ボ
力など可動電極３に働く外力より小さくでき、本発明の
所期の効果を達成する上で問題はない。
【００２９】図５に絶縁体突起７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。絶縁体突起の幅が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。
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。絶縁体突起の幅が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。
【００３０】絶縁体突起７は、突起全体が絶縁体で構成
される必要はなく、図６、図７の第２実施例に示すよう
に、シリコンよりなる固定電極１，２の電極面にこれら
の電極と同材質の突起７ａを一体成形し、この突起７ａ
表面を絶縁体７ｂで覆うことで、絶縁体突起を構成して
もよい。このとき突起の表面を覆う絶縁体は、例えば固
定電極の材料表面を化学的に変化させたり（例えば酸化
シリコン）、ＣＶＤ等で積層させることで実現できる。
される必要はなく、図６、図７の第２実施例に示すよう
に、シリコンよりなる固定電極１，２の電極面にこれら
の電極と同材質の突起７ａを一体成形し、この突起７ａ
表面を絶縁体７ｂで覆うことで、絶縁体突起を構成して
もよい。このとき突起の表面を覆う絶縁体は、例えば固
定電極の材料表面を化学的に変化させたり（例えば酸化
シリコン）、ＣＶＤ等で積層させることで実現できる。
【００３１】また、固定電極１，２の突起自身の表面が
絶縁体である必要はなく、図８〜図１０の第３実施例に
示すように、突起７ａ自身は絶縁しないで、可動電極３
の表面全体もしくは可動電極表面のうち固定電極側の突
起７ａが接触する部分及びその周辺が絶縁体７ｃで覆っ
てもよい。
絶縁体である必要はなく、図８〜図１０の第３実施例に
示すように、突起７ａ自身は絶縁しないで、可動電極３
の表面全体もしくは可動電極表面のうち固定電極側の突
起７ａが接触する部分及びその周辺が絶縁体７ｃで覆っ
てもよい。
【００３２】図１１は本発明の第４実施例を示す縦断面
図で、本実施例では、例えばパイレックスガラス等の絶
縁材の基板２１，２２の各表面（可動電極３と対向する
面）に固定電極２３，２４となる導電膜を形成し、この
固定電極２３，２４に電気的な絶縁体突起７ｄが配設し
たものである。
図で、本実施例では、例えばパイレックスガラス等の絶
縁材の基板２１，２２の各表面（可動電極３と対向する
面）に固定電極２３，２４となる導電膜を形成し、この
固定電極２３，２４に電気的な絶縁体突起７ｄが配設し
たものである。
【００３３】基板２１，２２は絶縁材で構成してあるの
で、固定電極３を挾むようにして、絶縁膜を介さずに、
スペーサ５の上下両面に積層してある。本実施例では、
図１２に示すように絶縁体突起７ｄを固定電極２３，２
４の両面の四隅にそれぞれ計４個配設して、可動電極３
が過大変位した時に絶縁体突起７ｄに可動電極面が優先
的に接触して、可動電極３と固定電極２３，２４との接
触を無くすようにしてある。
で、固定電極３を挾むようにして、絶縁膜を介さずに、
スペーサ５の上下両面に積層してある。本実施例では、
図１２に示すように絶縁体突起７ｄを固定電極２３，２
４の両面の四隅にそれぞれ計４個配設して、可動電極３
が過大変位した時に絶縁体突起７ｄに可動電極面が優先
的に接触して、可動電極３と固定電極２３，２４との接
触を無くすようにしてある。
【００３４】なお、上記第４実施例において、固定電極
２３，２４を支持する基板２１，２２は、全体が絶縁材
でなくてもよく、少なくとも可動電極３と対向する側が
絶縁材であればよい。
２３，２４を支持する基板２１，２２は、全体が絶縁材
でなくてもよく、少なくとも可動電極３と対向する側が
絶縁材であればよい。
【００３５】なお、前記した各実施例では、円錐や角錐
状の絶縁体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、絶縁体突起７
あるいは突起７ａ，７ｄそのものを微小化しても良く、
円錐や角錐状の突起だけに限らない。ただし、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が好ましい。例えば突起の底部と
頂上部との面積比を２５：１から５０：１の範囲に設定
する。
状の絶縁体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、絶縁体突起７
あるいは突起７ａ，７ｄそのものを微小化しても良く、
円錐や角錐状の突起だけに限らない。ただし、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が好ましい。例えば突起の底部と
頂上部との面積比を２５：１から５０：１の範囲に設定
する。
【００３６】また、絶縁体突起７の数も図２、７、９、
１２に示すような特に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１３の第５実施例
に示すように配置しても良く、さらに、突起の面積を大
小さまざまに異ならせてもよい。
１２に示すような特に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１３の第５実施例
に示すように配置しても良く、さらに、突起の面積を大
小さまざまに異ならせてもよい。
【００３７】さらに、複数の絶縁体突起７あるいは突起
７ａ，７ｄ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。
７ａ，７ｄ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。
【００３８】図１４の実施例（第６実施例）は以上のこ
とを考慮してなされたもので、可動電極５に過大な外力
が作用し、絶縁体突起７が大きな力で固定電極側に押し
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、可動電極が固定電極上の全
ての絶縁体突起に押しつけられる。一方、カンチレバー
寄りの絶縁体突起は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体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はない。図１４は、
カンチレバー寄りの絶縁体突起を可動電極の先端寄りに
対向する絶縁体突起７より多少大きな絶縁体突起７ｅを
複数個設けてある。
とを考慮してなされたもので、可動電極５に過大な外力
が作用し、絶縁体突起７が大きな力で固定電極側に押し
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、可動電極が固定電極上の全
ての絶縁体突起に押しつけられる。一方、カンチレバー
寄りの絶縁体突起は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体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はない。図１４は、
カンチレバー寄りの絶縁体突起を可動電極の先端寄りに
対向する絶縁体突起７より多少大きな絶縁体突起７ｅを
複数個設けてある。
【００３９】以上のように、可動電極を一方向からカン
チレバーによって支持する構造のセンサでは、カンチレ
バー側の絶縁体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体突起７ｅに加わり、
先端部側の頂上部の面積が微小な絶縁体突起７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体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
レバー側の絶縁体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。
チレバーによって支持する構造のセンサでは、カンチレ
バー側の絶縁体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体突起７ｅに加わり、
先端部側の頂上部の面積が微小な絶縁体突起７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体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
レバー側の絶縁体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。
【００４０】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体突起を設け
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。
積が大きくかつ頂上部の面積が微小な絶縁体突起を設け
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。
【００４１】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、全ての絶縁体突起を特に小さくする必要はな
い。
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、全ての絶縁体突起を特に小さくする必要はな
い。
【００４２】次に、上記加速度センサを用いた自動車の
車両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、エアバッグシステムなどが
ある。
車両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、エアバッグシステムなどが
ある。
【００４３】図１５は本発明の第７実施例に係るエアバ
ッグシステムの構成図である。本実施例の加速度センサ
は、静電容量型で第１〜６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（Δ
Ｃ検出器）８は加速度に応答して可動電極３が変位しよ
うとすると、これを各固定電極１，２と可動電極３間の
静電容量差ΔＣ＝Ｃ１−Ｃ２としてΔＣ検出器８でとら
えΔＣを電圧に変換し、その信号がエアバッグ制御装置
（マイクロコンピュータ）３０に入力される。演算処理
の結果エアバッグの展開が必要と判断した場合、エアバ
ッグ展開装置３２に展開信号が送信され、エアバッグが
展開する。また、必要に応じ、エアバッグシステムの持
つ情報や状態を記憶装置３１に記録する。
ッグシステムの構成図である。本実施例の加速度センサ
は、静電容量型で第１〜６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（Δ
Ｃ検出器）８は加速度に応答して可動電極３が変位しよ
うとすると、これを各固定電極１，２と可動電極３間の
静電容量差ΔＣ＝Ｃ１−Ｃ２としてΔＣ検出器８でとら
えΔＣを電圧に変換し、その信号がエアバッグ制御装置
（マイクロコンピュータ）３０に入力される。演算処理
の結果エアバッグの展開が必要と判断した場合、エアバ
ッグ展開装置３２に展開信号が送信され、エアバッグが
展開する。また、必要に応じ、エアバッグシステムの持
つ情報や状態を記憶装置３１に記録する。
【００４４】図１６は本発明の第８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９は、静電サーボ型で第１〜第６
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（ΔＣ検出器）８は加速度に応
答して可動電極３が変位しようとすると、これを各固定
電極・可動電極間の静電容量差ΔＣ＝Ｃ１−Ｃ２として
ΔＣ検出器８でとらえて、その信号をパルス幅変調器４
０によりパルス幅変調して各固定電極・可動電極間に互
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。
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９は、静電サーボ型で第１〜第６
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（ΔＣ検出器）８は加速度に応
答して可動電極３が変位しようとすると、これを各固定
電極・可動電極間の静電容量差ΔＣ＝Ｃ１−Ｃ２として
ΔＣ検出器８でとらえて、その信号をパルス幅変調器４
０によりパルス幅変調して各固定電極・可動電極間に互
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。
【００４５】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）４１に入力され
る。
制御ユニット（マイクロコンピュータ）４１に入力され
る。
【００４６】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
両のスリップ率がある適当な値と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。
ブレーキペダルを踏んだ際に、車両の安定性のために車
両のスリップ率がある適当な値と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。
【００４７】
【数１】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。
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。
【００４８】スリップ率は制御ユニット４１で計算さ
れ、その計算に用いる対地車速が加速度センサ９からの
信号を用いて次式により計算を行う。
れ、その計算に用いる対地車速が加速度センサ９からの
信号を用いて次式により計算を行う。
【００４９】
【数２】 ｖ（ｔ）＝Ｖ（０）＋∫α（ｔ）ｄｔ …（２） すなわち、速度の所期値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。
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。
【００５０】スリップ率Ｓが求まると、制御ユニット４
１は目標のスリップ率以下となるようアンチロック用ア
クチュエータ４２を駆動する。アンチロック用アクチュ
エータ４２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。
１は目標のスリップ率以下となるようアンチロック用ア
クチュエータ４２を駆動する。アンチロック用アクチュ
エータ４２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。
【００５１】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力を制御し、大きな駆動力を
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。
に発進時におけるスリップ力を制御し、大きな駆動力を
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。
【００５２】加速度センサを用いた他の代表的な車両制
御システムとしては、アアクティブサスペンションシス
テムがある。
御システムとしては、アアクティブサスペンションシス
テムがある。
【００５３】図１７は本発明の第９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。
ィブサスペンションシステムの構成図である。
【００５４】加速度センサ９としては第１〜第６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アクティブサスペ
ンションは、露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。
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アクティブサスペ
ンションは、露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。
【００５５】上記の加速度センサ９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５１に入力して油圧アクチュエ
ータ５２の油圧を制御する。
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５１に入力して油圧アクチュエ
ータ５２の油圧を制御する。
【００５６】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。
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。
【００５７】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。
滑らかな回頭性能、ふらつきのない制動を得るためのシ
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。
【００５８】今、図１８の第１０実施例に示すように車
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９，９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。
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９，９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。
【００５９】
【数３】
【００６０】ここで、Ｌは２個の加速度センサ９，９の
間の距離である。
間の距離である。
【００６１】これら以外にも、本加速度センサはエンジ
ン総合制御、トランスミッション制御、４輪走舵（４Ｗ
Ｄ）などのシステムにも適用可能である。
ン総合制御、トランスミッション制御、４輪走舵（４Ｗ
Ｄ）などのシステムにも適用可能である。
【００６２】また、そのほかに安全に関係したエアバッ
グシステムなどにも使用することができる。
グシステムなどにも使用することができる。
【００６３】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。
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。
【００６４】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
を有するトランスジューサ（変換器）であれば適用可能
であり、センサ以外の代表的なものとしてアクチュエー
タがあり、その他にもマイクロスイッチ，マイクロモー
タ等が適用対象となる。
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
を有するトランスジューサ（変換器）であれば適用可能
であり、センサ以外の代表的なものとしてアクチュエー
タがあり、その他にもマイクロスイッチ，マイクロモー
タ等が適用対象となる。
【００６５】
【発明の効果】本発明によれば、マイクロセンサ，マイ
クロアクチュエータ等のトランスジューサにおける可動
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。
クロアクチュエータ等のトランスジューサにおける可動
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。
【００６６】 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。
とによるコスト低減という効果もある。
【図１】 本発明の第１実施例の断面図。
【図２】 第１実施例における固定電極の平面図。
【図３】 第１実施例の加速度センサの実装図。
【図４】 第１実施例における絶縁体突起の一例を示す
斜視図。
斜視図。
【図５】 第１実施例における加速度センサの実験結
果。
果。
【図６】 本発明の第２実施例の断面図。
【図７】 第２実施例における固定電極の平面図。
【図８】 本発明の第３実施例の断面図。
【図９】 第３実施例における固定電極の平面図。
【図１０】 第３実施例における可動電極の平面図。
【図１１】 本発明の第４実施例の断面図。
【図１２】 第４実施例における固定電極の平面図。
【図１３】 本発明の第５実施例における固定電極の平
面図。
面図。
【図１４】 本発明の第６実施例における固定電極の平
面図。
面図。
【図１５】 本発明の第７実施例におけるエアバッグシ
ステム構成図。
ステム構成図。
【図１６】 本発明の第８実施例におけるＡＢＳ制御シ
ステム構成図。
ステム構成図。
【図１７】 本発明の第９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。
ペンションシステムの構成図。
【図１８】 本発明の第１０実施例に係るトータルスピ
ン制御システムの説明図。
ン制御システムの説明図。
１，２…固定電極、３…可動電極、４…カンチレバ−、
７…絶縁体突起、７ａ…突起、７ｂ…絶縁膜、７ｃ…絶
縁膜、８…加速度検出回路、９…加速度センサチップ、
２３，２４…固定電極、３０…エアバッグ制御ユニッ
ト、３２…エアバッグ展開装置、４１…ＡＢＳ制御ユニ
ット、４２…ＡＢＳアクチュエータ、５１…アクティブ
サスペンション制御ユニット。
７…絶縁体突起、７ａ…突起、７ｂ…絶縁膜、７ｃ…絶
縁膜、８…加速度検出回路、９…加速度センサチップ、
２３，２４…固定電極、３０…エアバッグ制御ユニッ
ト、３２…エアバッグ展開装置、４１…ＡＢＳ制御ユニ
ット、４２…ＡＢＳアクチュエータ、５１…アクティブ
サスペンション制御ユニット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 智 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 三木 政之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 松本 昌大 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (9)
- 【請求項１】 可動電極と、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トランスジューサに
おいて、 前記固定電極に前記可動電極との付着力を低減させる突
起を設けたことを特徴とするトランスジューサ。 - 【請求項２】 請求項１において、前記突起を絶縁体で
構成したことを特徴とするトランスジューサ。 - 【請求項３】 請求項１において、前記突起を固定電極
材で構成し、一方、可動電極面には、この可動電極が過
大変位したときに前記突起に接触する絶縁膜を形成して
あることを特徴とするトランスジューサ。 - 【請求項４】 請求項１において、前記突起は絶縁体で
覆って成ることを特徴とするトランスジューサ。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
において、前記突起は、頂部面積を底部面積よりも小さ
くしてあることを特徴とするトランスジューサ。 - 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれか１項
において、前記突起は複数より成ることを特徴とするト
ランスジューサ。 - 【請求項７】 請求項６において、前記突起は場所によ
って可動電極に対する接触面積を異にしていることを特
徴とするトランスジューサ。 - 【請求項８】 可動電極と、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、可動電極が外部から
加わる力により変位した時の固定電極・可動電極間の静
電容量から或いは可動電極を元の位置に拘束させる静電
サーボ力より外部の力を求めるマイクロセンサにおい
て、 前記固定電極には、請求項１ないし請求項７のいずれか
１項で記載した突起が設けてあることを特徴とするマイ
クロセンサ。 - 【請求項９】 車両に、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、前記固
定電極側に前記可動電極との付着力を低減させる突起を
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5004251A JPH06213924A (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | トランスジューサ、これを利用したマイクロセンサ、車両制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5004251A JPH06213924A (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | トランスジューサ、これを利用したマイクロセンサ、車両制御システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06213924A true JPH06213924A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=11579322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5004251A Pending JPH06213924A (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | トランスジューサ、これを利用したマイクロセンサ、車両制御システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06213924A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2017156353A (ja) * | 2017-05-18 | 2017-09-07 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量センサー、電子機器、および移動体 |
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1993
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