JPH0510968A - 容量型センサ - Google Patents
容量型センサInfo
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- JPH0510968A JPH0510968A JP18811591A JP18811591A JPH0510968A JP H0510968 A JPH0510968 A JP H0510968A JP 18811591 A JP18811591 A JP 18811591A JP 18811591 A JP18811591 A JP 18811591A JP H0510968 A JPH0510968 A JP H0510968A
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- JP
- Japan
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- electrode
- diagnostic
- substrate
- capacitive
- capacitance
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 正常・故障を診断することができる容量型セ
ンサを提供すること。 【構成】 容量型センサである容量型加速度センサ１０
のシリコン基板２０には周囲から細いビーム２３ａ，２
３ｃなどにてバネ性を有して支持されたおもり２２上に
診断用電極を兼ねた移動電極２１が形成されている。
又、ガラス基板には固定電極３１及びその周囲に診断用
電極３２がそれぞれ移動電極２１に対向して形成されて
いる。プライマリチェック時には、移動電極２１と診断
用電極３２との間に所定の電圧を印加して静電力を発生
させ移動電極２１を引きつける。これにより、移動電極
２１と固定電極３１との間の微小ギャップを変化させ、
この時の容量に関連した物理量である変量をアナログ出
力として検出する。この出力値を規格値と比較判定する
ことにより、容量型加速度センサ１０は正常・故障の診
断が可能となる。
ンサを提供すること。 【構成】 容量型センサである容量型加速度センサ１０
のシリコン基板２０には周囲から細いビーム２３ａ，２
３ｃなどにてバネ性を有して支持されたおもり２２上に
診断用電極を兼ねた移動電極２１が形成されている。
又、ガラス基板には固定電極３１及びその周囲に診断用
電極３２がそれぞれ移動電極２１に対向して形成されて
いる。プライマリチェック時には、移動電極２１と診断
用電極３２との間に所定の電圧を印加して静電力を発生
させ移動電極２１を引きつける。これにより、移動電極
２１と固定電極３１との間の微小ギャップを変化させ、
この時の容量に関連した物理量である変量をアナログ出
力として検出する。この出力値を規格値と比較判定する
ことにより、容量型加速度センサ１０は正常・故障の診
断が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電極が形成された基板
同士を接合して形成した容量型センサに関する。
同士を接合して形成した容量型センサに関する。
【０００２】
【従来技術】容量型センサとして、例えば、特開平１−
１５２３６９号公報にて開示されたものが知られてい
る。この種の容量型加速度センサは移動電極が形成され
た第１の基板と固定電極が形成された第２の基板とのそ
れら両電極間が微小ギャップを有し対向して接合されて
いる。その第１の基板の移動電極はその周囲からバネ性
を有した複数のビームにて支持されたおもり上に形成さ
れている。そして、加速度を受けるとそれらビームが撓
んで第１の基板のおもり上の移動電極と第２の基板に形
成された固定電極との間隔が変化する。容量型加速度セ
ンサはこの両電極間の間隔が変化することによる容量の
変化により加速度を測定している。一般に、容量Ｃは、
次式にて求められる。 Ｃ＝εＳ／ｄ （ε：誘電率，Ｓ：電極面
積，ｄ：電極間隔）
１５２３６９号公報にて開示されたものが知られてい
る。この種の容量型加速度センサは移動電極が形成され
た第１の基板と固定電極が形成された第２の基板とのそ
れら両電極間が微小ギャップを有し対向して接合されて
いる。その第１の基板の移動電極はその周囲からバネ性
を有した複数のビームにて支持されたおもり上に形成さ
れている。そして、加速度を受けるとそれらビームが撓
んで第１の基板のおもり上の移動電極と第２の基板に形
成された固定電極との間隔が変化する。容量型加速度セ
ンサはこの両電極間の間隔が変化することによる容量の
変化により加速度を測定している。一般に、容量Ｃは、
次式にて求められる。 Ｃ＝εＳ／ｄ （ε：誘電率，Ｓ：電極面
積，ｄ：電極間隔）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の容量
型加速度センサでは、製造工程における人的ミスなどに
よる初期性能不達成や移動電極を支持するビームの破損
や経時変化による性能劣化などが生じると、被測定加速
度が同じであっても正常時の電極間隔と違ってしまうこ
とになり、電極間の容量が正確に検出されないことにな
る。従来、容量型加速度センサなどの容量型センサにお
いて、電極間の容量に基づくアナログ出力が正確な値で
あるか否かの故障診断機能はなく、容量型センサが正常
か故障かの判定ができなかった。
型加速度センサでは、製造工程における人的ミスなどに
よる初期性能不達成や移動電極を支持するビームの破損
や経時変化による性能劣化などが生じると、被測定加速
度が同じであっても正常時の電極間隔と違ってしまうこ
とになり、電極間の容量が正確に検出されないことにな
る。従来、容量型加速度センサなどの容量型センサにお
いて、電極間の容量に基づくアナログ出力が正確な値で
あるか否かの故障診断機能はなく、容量型センサが正常
か故障かの判定ができなかった。
【０００４】近年、自動車の、例えば、ステアリングホ
イールの中央パッド内などに装備されて、車両衝突時に
乗員を保護しようとするエアバッグシステムが知られて
いる。このエアバッグシステムとしては、機械着火式エ
アバッグシステムと電気着火式エアバッグシステムとが
ある。このうち、電気着火式エアバッグシステムにおい
て、車両衝突を検出するＧセンサとして容量型加速度セ
ンサを用いることが考えられる。このようなシステムに
組み込まれた容量型加速度センサとしては、当然のこと
ながら常に、正常な動作をすることが要件である。ここ
で、自動車の衝突時に、容量型加速度センサが上述の原
因などにより正常に作動しなかったりするとエアバッグ
システムとしての機能が損なわれてしまうことになる。
そして、自動車が悪路走行時などに、容量型加速度セン
サからの出力値が誤って大きくなるとエアバッグシステ
ムが誤動作することも考えられる。
イールの中央パッド内などに装備されて、車両衝突時に
乗員を保護しようとするエアバッグシステムが知られて
いる。このエアバッグシステムとしては、機械着火式エ
アバッグシステムと電気着火式エアバッグシステムとが
ある。このうち、電気着火式エアバッグシステムにおい
て、車両衝突を検出するＧセンサとして容量型加速度セ
ンサを用いることが考えられる。このようなシステムに
組み込まれた容量型加速度センサとしては、当然のこと
ながら常に、正常な動作をすることが要件である。ここ
で、自動車の衝突時に、容量型加速度センサが上述の原
因などにより正常に作動しなかったりするとエアバッグ
システムとしての機能が損なわれてしまうことになる。
そして、自動車が悪路走行時などに、容量型加速度セン
サからの出力値が誤って大きくなるとエアバッグシステ
ムが誤動作することも考えられる。
【０００５】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、製造工程
における人的ミスなどによる初期性能不達成や経時変化
による性能劣化などをプライマリチェック時に常にモニ
タでき、故障状態を診断することができる容量型センサ
を提供することである。
されたものであり、その目的とするところは、製造工程
における人的ミスなどによる初期性能不達成や経時変化
による性能劣化などをプライマリチェック時に常にモニ
タでき、故障状態を診断することができる容量型センサ
を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成における第１の特徴は、第１の基板に形成
された移動電極に対して微小ギャップを有するように対
向させて第２の基板に固定電極を形成し、前記両電極間
の容量の変化により物理量を測定する容量型センサにお
いて、前記移動電極と前記固定電極との微小ギャップを
共有し対向させて前記第１の基板と前記第２の基板とに
第１の診断用電極と第２の診断用電極とをそれぞれ形成
し、プライマリチェック時には、前記第１の診断用電極
と前記第２の診断用電極との間に所定の電圧を印加して
静電力を発生させ、前記移動電極と前記固定電極との間
の微小ギャップを強制的に変化させ、その時の前記移動
電極と前記固定電極との間の容量の変化に基づき正常・
故障を診断するようにしたことを特徴とする。
の発明の構成における第１の特徴は、第１の基板に形成
された移動電極に対して微小ギャップを有するように対
向させて第２の基板に固定電極を形成し、前記両電極間
の容量の変化により物理量を測定する容量型センサにお
いて、前記移動電極と前記固定電極との微小ギャップを
共有し対向させて前記第１の基板と前記第２の基板とに
第１の診断用電極と第２の診断用電極とをそれぞれ形成
し、プライマリチェック時には、前記第１の診断用電極
と前記第２の診断用電極との間に所定の電圧を印加して
静電力を発生させ、前記移動電極と前記固定電極との間
の微小ギャップを強制的に変化させ、その時の前記移動
電極と前記固定電極との間の容量の変化に基づき正常・
故障を診断するようにしたことを特徴とする。
【０００７】又、第２の特徴は、第１の基板に形成され
た移動電極に対して微小ギャップを有するように対向さ
せて第２の基板に固定電極を形成し、前記両電極間の容
量の変化により物理量を測定する容量型センサにおい
て、前記第１の基板の前記移動電極が形成された裏面側
に第１の診断用電極を形成し、該第１の診断用電極に対
して微小ギャップを有するように対向させて前記第１の
基板に接合された第３の基板に第２の診断用電極を形成
し、プライマリチェック時には、前記第１の診断用電極
と前記第２の診断用電極との間に所定の電圧を印加して
静電力を発生させ、前記移動電極と前記固定電極との間
の微小ギャップを強制的に変化させ、その時の前記移動
電極と前記固定電極との間の容量の変化に基づき正常・
故障を診断するようにしたことを特徴とする。
た移動電極に対して微小ギャップを有するように対向さ
せて第２の基板に固定電極を形成し、前記両電極間の容
量の変化により物理量を測定する容量型センサにおい
て、前記第１の基板の前記移動電極が形成された裏面側
に第１の診断用電極を形成し、該第１の診断用電極に対
して微小ギャップを有するように対向させて前記第１の
基板に接合された第３の基板に第２の診断用電極を形成
し、プライマリチェック時には、前記第１の診断用電極
と前記第２の診断用電極との間に所定の電圧を印加して
静電力を発生させ、前記移動電極と前記固定電極との間
の微小ギャップを強制的に変化させ、その時の前記移動
電極と前記固定電極との間の容量の変化に基づき正常・
故障を診断するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】第１の特徴の作用としては、第１の基板と第２
の基板とにそれぞれ形成された移動電極と固定電極との
微小ギャップを共有し対向させて上記第１の基板と上記
第２の基板とに第１の診断用電極と第２の診断用電極と
がそれぞれ形成される。ここで、プライマリチェック時
には、上記第１の診断用電極と上記第２の診断用電極と
の間に所定の電圧を印加して静電力を発生させる。そし
て、上記移動電極と上記固定電極との間の微小ギャップ
を強制的に変化させる。その時の上記移動電極と上記固
定電極との間の容量の変化に基づき容量型センサの正常
・故障が診断される。
の基板とにそれぞれ形成された移動電極と固定電極との
微小ギャップを共有し対向させて上記第１の基板と上記
第２の基板とに第１の診断用電極と第２の診断用電極と
がそれぞれ形成される。ここで、プライマリチェック時
には、上記第１の診断用電極と上記第２の診断用電極と
の間に所定の電圧を印加して静電力を発生させる。そし
て、上記移動電極と上記固定電極との間の微小ギャップ
を強制的に変化させる。その時の上記移動電極と上記固
定電極との間の容量の変化に基づき容量型センサの正常
・故障が診断される。
【０００９】第２の特徴の作用としては、第１の基板の
移動電極が形成された裏面側に第１の診断用電極が形成
される。又、その第１の診断用電極に対して微小ギャッ
プを有するように対向させて第３の基板に第２の診断用
電極が形成される。ここで、プライマリチェック時に
は、上記第１の診断用電極と上記第２の診断用電極との
間に所定の電圧を印加して静電力を発生させる。そし
て、上記移動電極と上記固定電極との間の微小ギャップ
を強制的に変化させる。その時の上記移動電極と上記固
定電極との間の容量の変化に基づき容量型センサの正常
・故障が診断される。
移動電極が形成された裏面側に第１の診断用電極が形成
される。又、その第１の診断用電極に対して微小ギャッ
プを有するように対向させて第３の基板に第２の診断用
電極が形成される。ここで、プライマリチェック時に
は、上記第１の診断用電極と上記第２の診断用電極との
間に所定の電圧を印加して静電力を発生させる。そし
て、上記移動電極と上記固定電極との間の微小ギャップ
を強制的に変化させる。その時の上記移動電極と上記固
定電極との間の容量の変化に基づき容量型センサの正常
・故障が診断される。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は本発明に係る容量型センサである容量型
加速度センサ１０を示した中央縦断面図である。又、図
２は図１の容量型加速度センサ１０のシリコン基板２０
を移動電極２１側から見た平面図である。又、図３は図
１の容量型加速度センサ１０のガラス基板３０を固定電
極３１側から見た平面図である。容量型加速度センサ１
０は移動電極２１などが形成された第１の基板であるシ
リコン基板２０と固定電極３１が形成された第２の基板
であるガラス基板３０とガラスから成る第３の基板であ
る基台４０との三層構造にて主として構成されている。
上記移動電極２１と固定電極３１とが微小ギャップを有
するように対向させて両基板２０，３０を接合し、更
に、それらを基台４０上に接合している。上記移動電極
２１はシリコン基板２０の表面に不純物としてリン拡散
により形成され、その下部に加速度により移動するおも
り２２を有する。又、シリコン基板２０には移動電極２
１をその周囲からバネ性を有して支持する４本の細いビ
ーム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが形成されてい
る。又、上記固定電極３１はガラス基板３０上にアルミ
ニウムなどの金属を蒸着して形成されている。尚、上記
移動電極２１の下部のおもり２２及びビーム２３ａ，２
３ｂ，２３ｃ，２３ｄ等はシリコン基板２０をエッチン
グすることで達成される。
明する。図１は本発明に係る容量型センサである容量型
加速度センサ１０を示した中央縦断面図である。又、図
２は図１の容量型加速度センサ１０のシリコン基板２０
を移動電極２１側から見た平面図である。又、図３は図
１の容量型加速度センサ１０のガラス基板３０を固定電
極３１側から見た平面図である。容量型加速度センサ１
０は移動電極２１などが形成された第１の基板であるシ
リコン基板２０と固定電極３１が形成された第２の基板
であるガラス基板３０とガラスから成る第３の基板であ
る基台４０との三層構造にて主として構成されている。
上記移動電極２１と固定電極３１とが微小ギャップを有
するように対向させて両基板２０，３０を接合し、更
に、それらを基台４０上に接合している。上記移動電極
２１はシリコン基板２０の表面に不純物としてリン拡散
により形成され、その下部に加速度により移動するおも
り２２を有する。又、シリコン基板２０には移動電極２
１をその周囲からバネ性を有して支持する４本の細いビ
ーム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが形成されてい
る。又、上記固定電極３１はガラス基板３０上にアルミ
ニウムなどの金属を蒸着して形成されている。尚、上記
移動電極２１の下部のおもり２２及びビーム２３ａ，２
３ｂ，２３ｃ，２３ｄ等はシリコン基板２０をエッチン
グすることで達成される。
【００１１】シリコン基板２０の周辺部で接合されたガ
ラス基板３０の外側にはＣＭＯＳ回路を用いたＩＣ５０
が配設されている。又、シリコン基板２０の表面にはリ
ン拡散による移動電極２１と同時に配線２５が形成さ
れ、その配線２５により移動電極２１とＩＣ５０とが接
続されている。又、ガラス基板３０に形成された固定電
極３１の周囲にはシリコン基板２０に形成された第１の
診断用電極を兼ねた移動電極２１に対向して第２の診断
用電極である診断用電極３２が形成されている。そし
て、ガラス基板３０とシリコン基板２０との接合により
ガラス基板３０側の固定電極３１の端子部３１ａ及び診
断用電極３２の端子部３２ａはシリコン基板２０側の対
向した端子部２６，２７を介してＩＣ５０とそれぞれ接
続される。
ラス基板３０の外側にはＣＭＯＳ回路を用いたＩＣ５０
が配設されている。又、シリコン基板２０の表面にはリ
ン拡散による移動電極２１と同時に配線２５が形成さ
れ、その配線２５により移動電極２１とＩＣ５０とが接
続されている。又、ガラス基板３０に形成された固定電
極３１の周囲にはシリコン基板２０に形成された第１の
診断用電極を兼ねた移動電極２１に対向して第２の診断
用電極である診断用電極３２が形成されている。そし
て、ガラス基板３０とシリコン基板２０との接合により
ガラス基板３０側の固定電極３１の端子部３１ａ及び診
断用電極３２の端子部３２ａはシリコン基板２０側の対
向した端子部２６，２７を介してＩＣ５０とそれぞれ接
続される。
【００１２】図４は本発明の容量型加速度センサ１０の
電気的構成を示したブロックダイヤグラムである。容量
型加速度センサ１０は移動電極２１と固定電極３１との
対向する電極面積やその時の電極間隔などにて容量ＣV
が決定される。又、移動電極２１と診断用電極３２との
対向する電極面積や電極間隔などにて容量ＣP が決定さ
れる。上記容量型加速度センサ１０は加速度の通常測定
時において、スイッチＳW は実線にて示された状態、即
ち、容量ＣV と容量ＣP とが並列に接続されている。そ
して、定電流回路Ｉ1,Ｉ2 、トランジスタＴr1，Ｔr2、
シュミットトリガ回路６１、インバータ回路６２，６６
にて構成されるＣ／ｆコンバータによりその時の容量Ｃ
V 及び容量ＣP を充電及び放電するときの端子電圧波形
が周波数ｆS に変換される。この周波数ｆS はｆ／Ｖコ
ンバータ６３にて電圧ＶS1に変換される。この電圧ＶS1
は高周波通過フィルタ（ＨＰＦ）６５に入力され低周波
数がカットされた電圧ＶS2に変換される。そして、この
電圧ＶS2は差動増幅器６４に入力され、差動増幅器６４
から容量型加速度センサ１０の加速度が零の時の容量Ｃ
V 及び容量ＣP に対応した電圧Ｖ1 との差に応じてアナ
ログ出力である電圧Ｖout が測定信号として出力され
る。
電気的構成を示したブロックダイヤグラムである。容量
型加速度センサ１０は移動電極２１と固定電極３１との
対向する電極面積やその時の電極間隔などにて容量ＣV
が決定される。又、移動電極２１と診断用電極３２との
対向する電極面積や電極間隔などにて容量ＣP が決定さ
れる。上記容量型加速度センサ１０は加速度の通常測定
時において、スイッチＳW は実線にて示された状態、即
ち、容量ＣV と容量ＣP とが並列に接続されている。そ
して、定電流回路Ｉ1,Ｉ2 、トランジスタＴr1，Ｔr2、
シュミットトリガ回路６１、インバータ回路６２，６６
にて構成されるＣ／ｆコンバータによりその時の容量Ｃ
V 及び容量ＣP を充電及び放電するときの端子電圧波形
が周波数ｆS に変換される。この周波数ｆS はｆ／Ｖコ
ンバータ６３にて電圧ＶS1に変換される。この電圧ＶS1
は高周波通過フィルタ（ＨＰＦ）６５に入力され低周波
数がカットされた電圧ＶS2に変換される。そして、この
電圧ＶS2は差動増幅器６４に入力され、差動増幅器６４
から容量型加速度センサ１０の加速度が零の時の容量Ｃ
V 及び容量ＣP に対応した電圧Ｖ1 との差に応じてアナ
ログ出力である電圧Ｖout が測定信号として出力され
る。
【００１３】次に、上述のＣ／ｆコンバータの通常測定
時における作動について詳述する。電源がオンされる
と、先ず、トランジスタＴr1がオンとなり、容量ＣV 及
び容量ＣP に対する放電が開始される。容量ＣV 及び容
量ＣP が放電され所定の電圧以上となるとシュミットト
リガ回路６１の出力電圧がＬo レベル、インバータ回路
６６の出力電圧がＨi レベルとなり、トランジスタＴr2
をオンとする。すると、容量ＣV 及び容量ＣP が充電さ
れて所定の電圧以下となるとシュミットトリガ回路６１
の出力電圧がＨi レベル、インバータ回路６６の出力電
圧がＬo レベルとなる。そして、上述の動作が繰り返さ
れることにより容量ＣV 及び容量ＣP に比例したパルス
信号が出力される。
時における作動について詳述する。電源がオンされる
と、先ず、トランジスタＴr1がオンとなり、容量ＣV 及
び容量ＣP に対する放電が開始される。容量ＣV 及び容
量ＣP が放電され所定の電圧以上となるとシュミットト
リガ回路６１の出力電圧がＬo レベル、インバータ回路
６６の出力電圧がＨi レベルとなり、トランジスタＴr2
をオンとする。すると、容量ＣV 及び容量ＣP が充電さ
れて所定の電圧以下となるとシュミットトリガ回路６１
の出力電圧がＨi レベル、インバータ回路６６の出力電
圧がＬo レベルとなる。そして、上述の動作が繰り返さ
れることにより容量ＣV 及び容量ＣP に比例したパルス
信号が出力される。
【００１４】次に、容量型加速度センサ１０が加速度の
通常測定状態に入る前の、正常或いは故障の作動チェッ
クであるプライマリチェック時における作動について述
べる。尚、前述のエアバッグシステムにおけるプライマ
リチェックとしては、例えば、イグニッションスイッチ
をオンにしてから、車両が走り出すまでの間に行われ
る。上記プライマリチェック時においては、プライマリ
チェック信号ＳP がＬo レベルのＶL からＨi レベルの
ＶH となり、スイッチＳW が破線で示された状態に切り
換えられる。そして、一方の診断用電極３２側が接地さ
れ、他方の移動電極２１側に、例えば、所定の電圧５V
が印加される。ここで、微小ギャップを有する電極間の
静電力Ｐe は次式にて算出される。 Ｐe＝εＳＶ2／２ｄ2 （ε：誘電率，Ｓ：電極面積，Ｖ：電圧，ｄ：電極間
隔） 上式に、例えば、ε＝ 8.854×10-12 、Ｓ＝１mm2 、Ｖ
＝５V 、ｄ＝ 2.4μmとして各数値を代入する。する
と、 Ｐe＝8.854×10-12×(１×10-3)2×52／｛2×(2.4×10-6)2｝ ＝1.92×10-5Ｎ＝1.96×10-6kgf となる。これを加速度Ｇに換算するため、 ｍｇ＝3.38×10-7kgf （ｍ：おもり２２の質
量，ｇ：重力加速度） で割ると、 1.96×10-6／(3.38×10-7)＝5.80Ｇ となる。従って、この時の静電力は 5.8Ｇ相当である。
通常測定状態に入る前の、正常或いは故障の作動チェッ
クであるプライマリチェック時における作動について述
べる。尚、前述のエアバッグシステムにおけるプライマ
リチェックとしては、例えば、イグニッションスイッチ
をオンにしてから、車両が走り出すまでの間に行われ
る。上記プライマリチェック時においては、プライマリ
チェック信号ＳP がＬo レベルのＶL からＨi レベルの
ＶH となり、スイッチＳW が破線で示された状態に切り
換えられる。そして、一方の診断用電極３２側が接地さ
れ、他方の移動電極２１側に、例えば、所定の電圧５V
が印加される。ここで、微小ギャップを有する電極間の
静電力Ｐe は次式にて算出される。 Ｐe＝εＳＶ2／２ｄ2 （ε：誘電率，Ｓ：電極面積，Ｖ：電圧，ｄ：電極間
隔） 上式に、例えば、ε＝ 8.854×10-12 、Ｓ＝１mm2 、Ｖ
＝５V 、ｄ＝ 2.4μmとして各数値を代入する。する
と、 Ｐe＝8.854×10-12×(１×10-3)2×52／｛2×(2.4×10-6)2｝ ＝1.92×10-5Ｎ＝1.96×10-6kgf となる。これを加速度Ｇに換算するため、 ｍｇ＝3.38×10-7kgf （ｍ：おもり２２の質
量，ｇ：重力加速度） で割ると、 1.96×10-6／(3.38×10-7)＝5.80Ｇ となる。従って、この時の静電力は 5.8Ｇ相当である。
【００１５】図５は、プライマリチェック信号ＳP とア
ナログ出力Ｖout とのタイミングチャートを示してい
る。このように、プライマリチェック信号ＳP がＶL か
らＶH となると、アナログ出力Ｖout は加速度０Ｇ相当
の電圧ＶoutLから上記 5.8Ｇ相当の電圧ＶoutHまで変位
する。このアナログ出力Ｖout が、図示しない後段のＥ
ＣＵ（ＥlectronicＣontrol Ｕnit ）に入力され、プ
ライマリチェックとして、電圧ＶoutL及び電圧ＶoutHが
規格値以内であるか否かが判定される。同時に、ＥＣＵ
において、アナログ出力Ｖout が加速度０Ｇ相当の電圧
ＶoutLから所定の閾値電圧ＶoutTH に到達するまでの遅
れ時間ｔについても規格値以内であるかが判定される。
ナログ出力Ｖout とのタイミングチャートを示してい
る。このように、プライマリチェック信号ＳP がＶL か
らＶH となると、アナログ出力Ｖout は加速度０Ｇ相当
の電圧ＶoutLから上記 5.8Ｇ相当の電圧ＶoutHまで変位
する。このアナログ出力Ｖout が、図示しない後段のＥ
ＣＵ（ＥlectronicＣontrol Ｕnit ）に入力され、プ
ライマリチェックとして、電圧ＶoutL及び電圧ＶoutHが
規格値以内であるか否かが判定される。同時に、ＥＣＵ
において、アナログ出力Ｖout が加速度０Ｇ相当の電圧
ＶoutLから所定の閾値電圧ＶoutTH に到達するまでの遅
れ時間ｔについても規格値以内であるかが判定される。
【００１６】このようにして、本発明の容量型加速度セ
ンサ１０は、通常測定となる以前でプライマリチェック
信号が出力される毎に、正常か故障かの判定が行われ
る。即ち、容量型加速度センサ１０は、製造上の人的ミ
スによる初期性能不達成や経時変化による性能劣化など
の故障をその都度確実にチェックできる。従って、本発
明の容量型加速度センサを用いたエアバッグシステムな
どにおいては、必要なときに作動しないとか逆に誤動作
することを未然に防止することが可能となる。
ンサ１０は、通常測定となる以前でプライマリチェック
信号が出力される毎に、正常か故障かの判定が行われ
る。即ち、容量型加速度センサ１０は、製造上の人的ミ
スによる初期性能不達成や経時変化による性能劣化など
の故障をその都度確実にチェックできる。従って、本発
明の容量型加速度センサを用いたエアバッグシステムな
どにおいては、必要なときに作動しないとか逆に誤動作
することを未然に防止することが可能となる。
【００１７】図６は、図４の容量型加速度センサの電気
的構成のうちスイッチＳW の通常測定側の出力側をシュ
ミットトリガ回路６１から切り離した他の実施例を示し
ている。本実施例の容量型加速度センサにおけるプライ
マリチェック時の作動については上述と同様でありその
説明を省略する。通常測定時において、図６の容量型加
速度センサのアナログ出力は容量ＣV に対応しており、
図４の容量型加速度センサのアナログ出力は容量ＣV と
容量ＣP との合計したものに対応している。即ち、図４
の容量型加速度センサの感度は図６の容量型加速度セン
サの感度に比べて大きくできる。
的構成のうちスイッチＳW の通常測定側の出力側をシュ
ミットトリガ回路６１から切り離した他の実施例を示し
ている。本実施例の容量型加速度センサにおけるプライ
マリチェック時の作動については上述と同様でありその
説明を省略する。通常測定時において、図６の容量型加
速度センサのアナログ出力は容量ＣV に対応しており、
図４の容量型加速度センサのアナログ出力は容量ＣV と
容量ＣP との合計したものに対応している。即ち、図４
の容量型加速度センサの感度は図６の容量型加速度セン
サの感度に比べて大きくできる。
【００１８】容量型加速度センサの電極構成の他の実施
例としては、図７及び図８に示したようなものが考えら
れる。尚、図７及び図８における容量型加速度センサの
通常測定時とプライマリチェック時との動作について
は、上述の実施例における説明と何ら変わることがない
のでそれらの説明を省略する。又、図１と同様の構成の
ものについては、同符号を付して示してある。図７の容
量型加速度センサ７０では、移動電極２１と微小ギャッ
プを有するように対向させて移動電極２１側から移動電
極２１とおなじ面積にて逐次、アルミニウムなどの金属
から成る固定電極３１、ＬＴＯ（低温度ＳiＯ2）から成
る絶縁層３３及びアルミニウムなどの金属から成る診断
用電極３２とがサンドイッチ状に蒸着等にて形成されて
いる。又、図８の容量型加速度センサ８０では、固定電
極３１と微小ギャップを有するように対向させて形成さ
れたシリコン基板２０の拡散による移動電極２１の周囲
に同じく拡散による診断用電極２８が形成されている。
例としては、図７及び図８に示したようなものが考えら
れる。尚、図７及び図８における容量型加速度センサの
通常測定時とプライマリチェック時との動作について
は、上述の実施例における説明と何ら変わることがない
のでそれらの説明を省略する。又、図１と同様の構成の
ものについては、同符号を付して示してある。図７の容
量型加速度センサ７０では、移動電極２１と微小ギャッ
プを有するように対向させて移動電極２１側から移動電
極２１とおなじ面積にて逐次、アルミニウムなどの金属
から成る固定電極３１、ＬＴＯ（低温度ＳiＯ2）から成
る絶縁層３３及びアルミニウムなどの金属から成る診断
用電極３２とがサンドイッチ状に蒸着等にて形成されて
いる。又、図８の容量型加速度センサ８０では、固定電
極３１と微小ギャップを有するように対向させて形成さ
れたシリコン基板２０の拡散による移動電極２１の周囲
に同じく拡散による診断用電極２８が形成されている。
【００１９】更に、容量型加速度センサの電極構成の実
施例を図９に示した。尚、図１と同様の構成のものにつ
いては、同符号を付して示してある。移動電極２１と固
定電極３１とは上述の実施例と同様に形成されている。
そして、シリコン基板２０の移動電極２１が形成された
おもり２２の裏面側に独立して第１の診断用電極２９が
形成されている。上記第１の診断用電極２９はシリコン
基板２０の移動電極２１と同様に拡散により形成されて
いる。又、その第１の診断用電極２９に対して微小ギャ
ップを有するように対向させて第３の基板である基台４
０に第２の診断用電極４１が形成されている。上記第２
の診断用電極４１はアルミニウムなどの金属を蒸着して
形成されている。このように構成された容量型加速度セ
ンサ９０では、プライマリチェック時に、第１の診断用
電極２９と第２の診断用電極４１との間に所定の電圧が
印加される。そして、第１の診断用電極２９と第２の診
断用電極４１との間に静電力を発生させる。すると、お
もり２２は上述の実施例とは逆に移動電極２１と固定電
極３１との微小ギャップを広げる方向に移動される。こ
の時の移動電極２１と固定電極３１との間の容量の変化
に対応したアナログ出力が上述と同様に規格値以内であ
るかを判定できるので、上述と同様の効果が期待でき
る。
施例を図９に示した。尚、図１と同様の構成のものにつ
いては、同符号を付して示してある。移動電極２１と固
定電極３１とは上述の実施例と同様に形成されている。
そして、シリコン基板２０の移動電極２１が形成された
おもり２２の裏面側に独立して第１の診断用電極２９が
形成されている。上記第１の診断用電極２９はシリコン
基板２０の移動電極２１と同様に拡散により形成されて
いる。又、その第１の診断用電極２９に対して微小ギャ
ップを有するように対向させて第３の基板である基台４
０に第２の診断用電極４１が形成されている。上記第２
の診断用電極４１はアルミニウムなどの金属を蒸着して
形成されている。このように構成された容量型加速度セ
ンサ９０では、プライマリチェック時に、第１の診断用
電極２９と第２の診断用電極４１との間に所定の電圧が
印加される。そして、第１の診断用電極２９と第２の診
断用電極４１との間に静電力を発生させる。すると、お
もり２２は上述の実施例とは逆に移動電極２１と固定電
極３１との微小ギャップを広げる方向に移動される。こ
の時の移動電極２１と固定電極３１との間の容量の変化
に対応したアナログ出力が上述と同様に規格値以内であ
るかを判定できるので、上述と同様の効果が期待でき
る。
【００２０】図１０は本発明の容量型センサである容量
型圧力センサ１００を示した中央縦断面図である。容量
型圧力センサ１００は第１の基板であるシリコン基板２
００と第２の基板であるガラス基板３００とが接合さ
れ、微小ギャップを有する基準圧室２３０が形成されて
いる。シリコン基板２００には被測定圧力Ｐを受ける感
圧ダイヤフラム部２２０が形成されている。そして、感
圧ダイヤフラム部２２０の基準圧室２３０側には第１の
診断用電極を兼ねた移動電極２１０が拡散により形成さ
れている。又、ガラス基板３００にはシリコン基板２０
０の移動電極２１０に対向して固定電極３１０及びその
周囲に第２の診断用電極である診断用電極３２０がアル
ミニウムなどの金属を蒸着して形成されている。シリコ
ン基板２００の周辺部で接合されたガラス基板３００の
外側にはＣＭＯＳ回路を用いたＩＣ５００が配設されて
いる。又、シリコン基板２００の表面にはリン拡散によ
る移動電極２１０と同時に図２と同様な配線が形成さ
れ、移動電極２１０とＩＣ５００とが接続されている。
又、ガラス基板３００に形成された固定電極３１０及び
診断用電極３２０のそれぞれの図３と同様な端子部はシ
リコン基板２００側の図２と同様な対向した端子部を介
してＩＣ５００とそれぞれ接続されている。そして、ガ
ラス基板３００の固定電極３１０のほぼ中央には穴部３
４０が形成されている。即ち、この容量型圧力センサ１
００は、基準圧室２３０に被測定圧力Ｐを受ける感圧ダ
イヤフラム部２２０側と反対側から大気圧又は基準圧を
導入するゲージ圧型であり、特に、微圧を測定する場合
に適している。
型圧力センサ１００を示した中央縦断面図である。容量
型圧力センサ１００は第１の基板であるシリコン基板２
００と第２の基板であるガラス基板３００とが接合さ
れ、微小ギャップを有する基準圧室２３０が形成されて
いる。シリコン基板２００には被測定圧力Ｐを受ける感
圧ダイヤフラム部２２０が形成されている。そして、感
圧ダイヤフラム部２２０の基準圧室２３０側には第１の
診断用電極を兼ねた移動電極２１０が拡散により形成さ
れている。又、ガラス基板３００にはシリコン基板２０
０の移動電極２１０に対向して固定電極３１０及びその
周囲に第２の診断用電極である診断用電極３２０がアル
ミニウムなどの金属を蒸着して形成されている。シリコ
ン基板２００の周辺部で接合されたガラス基板３００の
外側にはＣＭＯＳ回路を用いたＩＣ５００が配設されて
いる。又、シリコン基板２００の表面にはリン拡散によ
る移動電極２１０と同時に図２と同様な配線が形成さ
れ、移動電極２１０とＩＣ５００とが接続されている。
又、ガラス基板３００に形成された固定電極３１０及び
診断用電極３２０のそれぞれの図３と同様な端子部はシ
リコン基板２００側の図２と同様な対向した端子部を介
してＩＣ５００とそれぞれ接続されている。そして、ガ
ラス基板３００の固定電極３１０のほぼ中央には穴部３
４０が形成されている。即ち、この容量型圧力センサ１
００は、基準圧室２３０に被測定圧力Ｐを受ける感圧ダ
イヤフラム部２２０側と反対側から大気圧又は基準圧を
導入するゲージ圧型であり、特に、微圧を測定する場合
に適している。
【００２１】このように構成された容量型圧力センサ１
００が被測定圧力Ｐの通常測定状態に入る前の、正常或
いは故障の作動チェックであるプライマリチェック時に
おける作動については、前述の容量型加速度センサ１０
と同様に説明できる。即ち、微小ギャップを有する移動
電極２１０と診断用電極３２０との間に静電力Ｐe を作
用させて、微小ギャップを変化させる。この変化に対す
る移動電極２１０と固定電極３１０との容量の変化に基
づくアナログ出力が規格値以内であるか否かにより容量
型圧力センサ１００の正常・故障が判定される。
００が被測定圧力Ｐの通常測定状態に入る前の、正常或
いは故障の作動チェックであるプライマリチェック時に
おける作動については、前述の容量型加速度センサ１０
と同様に説明できる。即ち、微小ギャップを有する移動
電極２１０と診断用電極３２０との間に静電力Ｐe を作
用させて、微小ギャップを変化させる。この変化に対す
る移動電極２１０と固定電極３１０との容量の変化に基
づくアナログ出力が規格値以内であるか否かにより容量
型圧力センサ１００の正常・故障が判定される。
【００２２】
【発明の効果】本発明の第１の効果としては、第１の基
板に形成された移動電極と第２の基板に形成された固定
電極との微小ギャップを共有し対向させて第１の基板と
第２の基板とに第１の診断用電極と第２の診断用電極と
がそれぞれ形成されており、通常測定においては、移動
電極と固定電極との間の容量の変化により物理量が測定
される。そして、プライマリチェック時には、第１の診
断用電極と第２の診断用電極との間に所定の電圧を印加
して静電力を発生させ、移動電極と固定電極との間の微
小ギャップを強制的に変化させる。その時の移動電極と
固定電極との間の容量に関連した物理量である変量がア
ナログ出力として検出される。本発明の容量型センサで
は、この出力値を規格値と比較することにより、従来の
容量型センサでは不可能であった製造工程における人的
ミスなどによる初期性能不達成や経時変化による性能劣
化などが動作チェックでき、正常・故障が診断できるこ
とになる。
板に形成された移動電極と第２の基板に形成された固定
電極との微小ギャップを共有し対向させて第１の基板と
第２の基板とに第１の診断用電極と第２の診断用電極と
がそれぞれ形成されており、通常測定においては、移動
電極と固定電極との間の容量の変化により物理量が測定
される。そして、プライマリチェック時には、第１の診
断用電極と第２の診断用電極との間に所定の電圧を印加
して静電力を発生させ、移動電極と固定電極との間の微
小ギャップを強制的に変化させる。その時の移動電極と
固定電極との間の容量に関連した物理量である変量がア
ナログ出力として検出される。本発明の容量型センサで
は、この出力値を規格値と比較することにより、従来の
容量型センサでは不可能であった製造工程における人的
ミスなどによる初期性能不達成や経時変化による性能劣
化などが動作チェックでき、正常・故障が診断できるこ
とになる。
【００２３】第２の効果としては、第１の基板に形成さ
れた移動電極と第２の基板に形成された固定電極とが微
小ギャップを有するように対向させ、第１の基板の移動
電極が形成された裏面側に第１の診断用電極が形成さ
れ、その第１の診断用電極に対して微小ギャップを有す
るように対向させて第１の基板に接合された第３の基板
に第２の診断用電極が形成されている。このように構成
された容量型センサは、第１の効果と同様に、プライマ
リチェック時の出力値を規格値と比較することにより、
従来の容量型センサでは不可能であった製造工程におけ
る人的ミスなどによる初期性能不達成や経時変化による
性能劣化などが動作チェックでき、正常・故障が診断で
きることになる。
れた移動電極と第２の基板に形成された固定電極とが微
小ギャップを有するように対向させ、第１の基板の移動
電極が形成された裏面側に第１の診断用電極が形成さ
れ、その第１の診断用電極に対して微小ギャップを有す
るように対向させて第１の基板に接合された第３の基板
に第２の診断用電極が形成されている。このように構成
された容量型センサは、第１の効果と同様に、プライマ
リチェック時の出力値を規格値と比較することにより、
従来の容量型センサでは不可能であった製造工程におけ
る人的ミスなどによる初期性能不達成や経時変化による
性能劣化などが動作チェックでき、正常・故障が診断で
きることになる。
【図１】本発明の具体的な一実施例に係る容量型センサ
である容量型加速度センサの機械的構成を示した中央縦
断面図である。
である容量型加速度センサの機械的構成を示した中央縦
断面図である。
【図２】同実施例に係る容量型加速度センサのシリコン
基板を移動電極側から見た平面図である。
基板を移動電極側から見た平面図である。
【図３】同実施例に係る容量型加速度センサのガラス基
板を固定電極側から見た平面図図である。
板を固定電極側から見た平面図図である。
【図４】同実施例に係る容量型加速度センサの電気的構
成を示したブロックダイヤグラムである。
成を示したブロックダイヤグラムである。
【図５】同実施例に係るプライマリチェック信号とアナ
ログ信号との関係を示したタイミングチャートである。
ログ信号との関係を示したタイミングチャートである。
【図６】本発明に係る容量型センサである容量型加速度
センサの電気的構成の他の実施例を示したブロックダイ
ヤグラムである。
センサの電気的構成の他の実施例を示したブロックダイ
ヤグラムである。
【図７】本発明に係る容量型センサである容量型加速度
センサの第２の実施例を示した中央縦断面図である。
センサの第２の実施例を示した中央縦断面図である。
【図８】本発明に係る容量型センサである容量型加速度
センサの第３の実施例を示した中央縦断面図である。
センサの第３の実施例を示した中央縦断面図である。
【図９】本発明に係る容量型センサである容量型加速度
センサの第４の実施例を示した中央縦断面図である。
センサの第４の実施例を示した中央縦断面図である。
【図１０】本発明に係る容量型センサである容量型圧力
センサを示した中央縦断面図である。
センサを示した中央縦断面図である。
１０−容量型加速度センサ ２０−シリコン基板
２１−移動電極 ２２−おもり ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ−ビ
ーム ３０−ガラス基板 ３１−固定電極 ３２−診断用
電極 ４０−基台 ５０−ＩＣ ６１−シュミットトリガ
回路 ６２，６６−インバータ回路 ６３−ｆ／Ｖコンバー
タ ６４−差動増幅器 ６５−高周波通過フィルタ（ＨＰ
Ｆ） Ｉ1 ，Ｉ2 −定電流回路 Ｔr1，Ｔr2−トランジスタ
２１−移動電極 ２２−おもり ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ−ビ
ーム ３０−ガラス基板 ３１−固定電極 ３２−診断用
電極 ４０−基台 ５０−ＩＣ ６１−シュミットトリガ
回路 ６２，６６−インバータ回路 ６３−ｆ／Ｖコンバー
タ ６４−差動増幅器 ６５−高周波通過フィルタ（ＨＰ
Ｆ） Ｉ1 ，Ｉ2 −定電流回路 Ｔr1，Ｔr2−トランジスタ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 桑原 史郎
愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工
機株式会社内
(72)発明者 重信 博道
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動
車株式会社内
(72)発明者 石川 誠司
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動
車株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 第１の基板に形成された移動電極に対し
て微小ギャップを有するように対向させて第２の基板に
固定電極を形成し、前記両電極間の容量の変化により物
理量を測定する容量型センサにおいて、 前記移動電極と前記固定電極との微小ギャップを共有し
対向させて前記第１の基板と前記第２の基板とに第１の
診断用電極と第２の診断用電極とをそれぞれ形成し、プ
ライマリチェック時には、前記第１の診断用電極と前記
第２の診断用電極との間に所定の電圧を印加して静電力
を発生させ、前記移動電極と前記固定電極との間の微小
ギャップを強制的に変化させ、その時の前記移動電極と
前記固定電極との間の容量の変化に基づき正常・故障を
診断するようにしたことを特徴とする容量型センサ。 - 【請求項２】 第１の基板に形成された移動電極に対し
て微小ギャップを有するように対向させて第２の基板に
固定電極を形成し、前記両電極間の容量の変化により物
理量を測定する容量型センサにおいて、 前記第１の基板の前記移動電極が形成された裏面側に第
１の診断用電極を形成し、該第１の診断用電極に対して
微小ギャップを有するように対向させて前記第１の基板
に接合された第３の基板に第２の診断用電極を形成し、
プライマリチェック時には、前記第１の診断用電極と前
記第２の診断用電極との間に所定の電圧を印加して静電
力を発生させ、前記移動電極と前記固定電極との間の微
小ギャップを強制的に変化させ、その時の前記移動電極
と前記固定電極との間の容量の変化に基づき正常・故障
を診断するようにしたことを特徴とする容量型センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03188115A JP3091775B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | 容量型センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03188115A JP3091775B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | 容量型センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0510968A true JPH0510968A (ja) | 1993-01-19 |
| JP3091775B2 JP3091775B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=16217972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03188115A Expired - Lifetime JP3091775B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | 容量型センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3091775B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0897439A (ja) * | 1994-09-14 | 1996-04-12 | Delco Electron Corp | ワン・チップ集積センサ |
| JP2000509484A (ja) * | 1996-02-23 | 2000-07-25 | ローズマウント インコーポレイテッド | プロセス伝送器の圧力センサ診断方法 |
| JP2006170785A (ja) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Kyocera Corp | 圧力検出装置用パッケージ、圧力検出装置および感圧素子 |
| JP2010526989A (ja) * | 2007-04-26 | 2010-08-05 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | マイクロメカニカル構成素子および製造方法 |
| JP2016505145A (ja) * | 2013-01-29 | 2016-02-18 | フェラン テクノロジー インコーポレイテッドＦｅｒｒａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ． | キャパシタンスダイヤフラムゲージの自動汚染検出 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0585264U (ja) * | 1992-04-23 | 1993-11-19 | ダイワ精工株式会社 | 魚釣用電動リール |
-
1991
- 1991-07-01 JP JP03188115A patent/JP3091775B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0897439A (ja) * | 1994-09-14 | 1996-04-12 | Delco Electron Corp | ワン・チップ集積センサ |
| JP2000509484A (ja) * | 1996-02-23 | 2000-07-25 | ローズマウント インコーポレイテッド | プロセス伝送器の圧力センサ診断方法 |
| JP2006170785A (ja) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Kyocera Corp | 圧力検出装置用パッケージ、圧力検出装置および感圧素子 |
| JP2010526989A (ja) * | 2007-04-26 | 2010-08-05 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | マイクロメカニカル構成素子および製造方法 |
| JP2016505145A (ja) * | 2013-01-29 | 2016-02-18 | フェラン テクノロジー インコーポレイテッドＦｅｒｒａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ． | キャパシタンスダイヤフラムゲージの自動汚染検出 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3091775B2 (ja) | 2000-09-25 |
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