(57)【要約】【課題】スティッキングに関しての自己診断を行うことを可能としながらも、簡易な構成で済ませる。【解決手段】制御回路は、自己診断の実行が指示されると、固定電極部と可動電極部との間に第２の自己診断用信号を印加してセンサ感度の良否を判定する感度診断を実行した後、第１の自己診断用信号に切替えてスティッキング診断を実行する。固定電極部に印加する搬送波ＦＥ１及びＦＥ２の波形は、５Ｖと０Ｖとの間での振幅を有し所定のデューティ比を有するパルス状の信号であり、可動電極部の共振周波数に近く５倍以上の共振倍率を得る自己診断周波数ｆとする。可動電極部に印加する信号を、所定のデューティ比を有し自己診断周波数ｆのパルス状の信号とすると共に、感度診断においては中間電圧（２．５Ｖ）と４．０Ｖとの間の振幅を有し、スティッキング診断においては中間電圧とより高い電圧（５Ｖ）との間の振幅を有するものとする。【選択図】図１
2008216118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ばね部を介して支持され力学量の作用に応じて変位する可動電極部と、この可動電極部の変位方向両側に隙間をもって配置された一対の固定電極部とを備え、前記一対の固定電極部に互いに逆位相となるパルス状の搬送波を印加すると共に、前記可動電極部に、前記搬送波の中間電圧となるように可動電極電圧を印加し、前記力学量を前記固定電極部と可動電極部との間の静電容量の変化として検出する力学量センサにおいて、
前記固定電極部と可動電極部との間に、前記可動電極電圧を前記中間電圧とは異ならせながらパルス状の自己診断用信号を印加する信号印加手段と、
この信号印加手段により自己診断用信号が印加された際に前記固定電極部と可動電極部との間に生ずる前記静電容量の変化に基づいて自己診断を行う自己診断手段とを具備し、
前記信号印加手段により、前記固定電極部と可動電極部との間に、該可動電極部の共振周波数の１．１倍以上の共振倍率を得ることが可能な周波数の第１の自己診断用信号が印加されることにより、前記可動電極部を共振させて前記固定電極部に接触する程度の変位量を得るように構成されていると共に、
前記自己診断手段は、前記第１の自己診断用信号が印加された際の前記静電容量の変化からスティッキング発生の有無の判定を行うように構成されていること特徴とする力学量センサ。
【請求項２】
前記第１の自己診断用信号は、前記可動電極部の共振周波数に対して、５倍以上の共振倍率であることを特徴とする請求項１記載の力学量センサ。
【請求項３】
前記信号印加手段は、前記第１の自己診断用信号よりも低い共振倍率を有する周波数の第２の自己診断用信号を印加することが可能に構成されていると共に、前記自己診断手段は、前記第２の自己診断用信号が印加された際の前記静電容量の変化からセンサの感度の良否を判定することを特徴とする請求項２記載の力学量センサ。
【請求項４】
前記第１の自己診断用信号と第２の自己診断用信号とは、前記可動電極部に印加される電圧が異なるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の力学量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば加速度センサやヨーレートセンサ等の、力学量を静電容量の変化として検出する力学量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の力学量センサとして、例えば自動車のエアバッグの動作制御用の半導体加速度センサがある。この半導体加速度センサは、センサチップに、ばね部を介して支持され加速度の作用に応じて変位する可動電極部と、この可動電極部の変位方向両側に隙間をもって配置された一対の固定電極部とを形成して構成される。そして、それら一対の固定電極部に電圧（振幅）が例えば５Ｖで互いに逆位相となるパルス状の搬送波を印加すると共に、可動電極部にそれらの中間電圧（２．５Ｖ）を印加し、加速度をそれら固定電極部と可動電極部との間の静電容量の変化として検出するものである。
【０００３】
この種の加速度センサにおいては、正常に動作するかどうか（所定の感度が得られるか或いはセンサチップの隙間部分に異物がないか）を検出するための自己診断機能を備えたものが考えられている。そのような自己診断機能の第１の従来例として、特許文献１に記載された技術がある。この技術は、自己診断時に、可動電極部に印加する電圧を、通常時の２．５Ｖから例えば４Ｖに切替えることによって、一方の固定電極部との間に強い静電気力を発生させ、可動電極部を強制的に変位させるようになっている。そして、その変位を変換回路によって電圧信号に変換して、変位に見合った所定電圧が得られているかどうかを判断するものである（図１に一部示す）。
【０００４】
ところが、この特許文献１の技術では、可動電極部が片側（例えばＸ＋側）にしか移動しないので、それとは反対側（Ｘ−側）に関しての異常の検出ができない不具合があった。そこで、自己診断機能の第２の従来例として、特許文献２に記載された技術がある。この技術は、自己診断時に、可動電極部に印加する自己診断信号の周波数を、可動電極部の共振周波数の０．２〜１．４倍とすることにより、共振倍率が１．１倍以上となるようにしている。これによれば、可動電極部が共振により両側に変位されるようになるため、両側に関しての異常の検出を行うことが可能となる。
【特許文献１】特開２０００−８１４４９号公報
【特許文献２】特開２００１−９１５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような力学量センサに発生する異常としては、過大な加速度が作用した場合や製造工程において、電極部の電気的な要因或いは表面状態（水分等の異物の存在）等の要因により、可動電極部が固定電極部に接触した状態で貼付いて離れなくなってしまう、いわゆるスティッキングがある。上記した特許文献１，２のいずれの技術においても、このスティッキングに関しては考慮されておらず、自己診断においてスティッキングの発生の有無を判断することはできなかった。
【０００６】
この場合、上記した自己診断時において、スティッキング異常が発生しうるかどうかをも併せて判定することができれば有効となる。スティッキングが発生しうるか否かの診断（以下、スティッキング診断）を行うには、可動電極部を、固定電極部に強制的に接触させるようにした後、可動電極部を固定電極部から引き離すように電圧を印加し、可動電極部が正しく戻るか戻らないかで判断することができる。ところが、可動電極部を固定電極部に接触させるためには、可動電極部を強制変位させる変位量をかなり大きくしなければならなくなり、大きな変位量を得るためには、一般に、可動電極部に印加する電圧を高いものとする必要がある。
【０００７】
特に、エアバッグ用の加速度センサにあっては、非常に高い加速度（例えば５０Ｇ）を検出するものであるため、ばね部の設計が剛性の高いものとされている事情があり、印加すべき電圧も非常に高いもの（例えば１０Ｖ以上）としなければならない。このため、通常の例えば５Ｖ系の回路では、５Ｖの電源電圧から１０Ｖ以上の高電圧を生じさせるための昇圧回路を追加しなければならなくなって回路構成の複雑化を招くと共に、高電圧が印加される部分について高電圧に耐え得るように設計変更する必要が生ずる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、スティッキングに関しての自己診断を行うことを可能としながらも、簡易な構成で済ませることができる力学量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の力学量センサは、力学量を固定電極部と可動電極部との間の静電容量の変化として検出するものにあって、前記固定電極部と可動電極部との間に、前記可動電極電圧を前記中間電圧とは異ならせながらパルス状の自己診断用信号を印加する信号印加手段と、この信号印加手段により自己診断用信号が印加された際に前記固定電極部と可動電極部との間に生ずる前記静電容量の変化に基づいて自己診断を行う自己診断手段とを具備し、前記信号印加手段により、前記固定電極部と可動電極部との間に、該可動電極部の共振周波数の１．１倍以上の共振倍率を得ることが可能となる周波数の第１の自己診断用信号が印加されることにより、前記可動電極部を共振させて前記固定電極部に接触する程度の変位量を得るように構成されていると共に、前記自己診断手段は、前記第１の自己診断用信号が印加された際の前記静電容量の変化からスティッキング発生の有無の判定を行うように構成されているところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【００１０】
これによれば、信号印加手段により、固定電極部と可動電極部との間に第１の自己診断用信号が印加されることに伴い、可動電極部が共振して固定電極部に接触する程度の変位量を得ることができ、ひいては、自己診断手段によりスティッキング発生の有無の判定を行うことが可能となる。この場合、可動電極部の共振によって、固定電極部に接触する程度の変位量を得るようにしているので、可動電極部に印加する第１の自己診断用信号の電圧を比較的小さく抑えることができる。
【００１１】
本発明者の研究によれば、第１の自己診断用信号の周波数を、可動電極部の共振周波数に近い周波数とし、共振倍率を５倍以上とすることにより、比較的低い（搬送波の電圧以下の）電圧でも、固定電極部に接触する程度の大きな変位量を得ることができる。この結果、スティッキングに関しての自己診断を行うことを可能としながらも、簡易な構成で済ませることができるという優れた効果を奏する（請求項２の発明）。
【００１２】
また、本発明においては、第２の自己診断用信号を、第１の自己診断信号よりも低い共振倍率としている（請求項３の発明）。
これによれば、センサの感度の良否を判定するための検査を行うために固定電極部と可動電極部との間に印加する第２の自己診断用信号を、第１の自己診断用信号よりも低い共振倍率とするため、センサの感度の良否を判定するための検査（感度診断）を行った後、可動電極部が振動した状態のまま第１の自己診断用信号を印加して、感度診断時よりも高い共振倍率で可動電極部を振動させてスティッキング診断をすることができる。または、スティッキング診断後、第２の自己診断用信号を入力して、第１の自己診断用信号により振動していた可動電極をスティッキング診断時よりも低い共振倍率で振動させて感度診断を行うことができる。
【００１３】
尚、第２の自己診断用信号の周波数を、第１の自己診断用信号よりも低い共振倍率とすることにより、比較的低い電圧でも、可動電極部を共振により両方の固定電極部側に変位させることができ、両側に関しての自己診断（異常の検出）を行うことが可能となる。
【００１４】
このとき、前記第１の自己診断用信号と第２の自己診断用信号とを、可動電極部に印加される電圧が異なるように構成することができる（請求項４の発明）。これによれば、目的とする信号を容易に生成しながら、可動電極部に印加する自己診断用信号の切替えも容易に行うことができ、比較的簡単な構成で済ませることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、この実施例は、本発明を、例えば自動車のエアバッグシステム（衝突検出）用の容量式の半導体加速度センサに適用したものである。
【００１６】
図２は、本実施例に係る力学量センサたる半導体加速度センサ１の電気的構成を概略的に示す図であり、図３は、そのうちセンサチップ２の構成を概略的に示す図である。ここで、詳しく図示はしないが、この半導体加速度センサ１は、センサチップ２を回路チップ３（図２参照）に実装したスタック構造を備え、それらを例えばセラミック製のパッケージ（図示せず）内に収容して構成される。
【００１７】
そのうち、まず、前記センサチップ２の構成の概略について述べる。図３（ｂ）に示すように、このセンサチップ２は、例えば、シリコンからなる支持基板２ａ上に酸化膜２ｂを介して単結晶シリコン層２ｃを形成した矩形状（正方形状）のＳＯＩ基板をベースとし、マイクロマシニング技術によって、その表面の単結晶シリコン層２ｃに溝を形成することにより、中央部の矩形領域に位置して力学量検出部としての加速度検出部４を有している。
【００１８】
この場合、加速度検出部４は、一方向の検出軸（Ｘ軸）を有するものとされ、図３（ａ）で前後方向（Ｘ軸方向）の加速度を検出するものとなっている。この加速度検出部４は、加速度の作用に応じてＸ軸方向に変位する可動電極部５と、左右一対の固定電極部６，７とを有して構成される。そのうち可動電極部５は、加速度検出部４の中心部を前後方向に延びる錘部５ａの前後両端部に左右方向に細長い矩形枠状をなすばね部５ｂを有すると共に、図で手前側のばね部５ｂの更に前端側にアンカ部５ｃを有している。そして、前記錘部５ａから左右方向に夫々いわば櫛歯状に延びる多数本の細幅状の可動電極５ｄを有して構成されている。
【００１９】
図３（ｂ）に示すように、この可動電極部５は、前記アンカ部５ｃを除いて、下面側の絶縁膜２ｂが除去されており、アンカ部５ｃのみが支持基板２ａに支持されたいわゆる片持ち状に浮いた状態とされている。また、前記アンカ部５ｃの上面部には、出力端子８（電極パッド）が設けられている。
【００２０】
これに対し、左側の固定電極部６は、矩形状の基部６ａから右方に櫛歯状に延びる複数本の固定電極６ｂを有すると共に、基部６ａから前方に延びる固定電極配線部６ｃを有して構成されている。前記各固定電極６ｂは、前記各可動電極５ｄのすぐ後側に微小な隙間を介して平行に隣合うように設けられている。前記固定電極配線部６ｃの前端部の上面に、第１の入力端子９（電極パッド）が設けられている。
【００２１】
右側の固定電極部７は、矩形状の基部７ａから左方に櫛歯状に延びる複数本の固定電極７ｂを有すると共に、基部７ａから前方に延びる固定電極配線部７ｃを有して構成されている。前記各固定電極７ｂは、前記各可動電極５ｄのすぐ前側に微小な隙間を介して平行に隣合うように設けられている。固定電極配線部７ｃの前端部の上面に、第２の入力端子１０（電極パッド）が設けられている。
【００２２】
これにて、前記可動電極部５（可動電極５ｄ）と固定電極部６（固定電極６ｂ）との間、及び、可動電極部５（可動電極５ｄ）と固定電極部７（固定電極７ｂ）との間に夫々コンデンサＣ１，Ｃ２（図２参照）が形成され、これらコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量は、Ｘ軸方向の加速度の作用に伴う可動電極部５の変位に応じて差動的に変化することになり、もって、加速度を容量値の変化として取出すことができるようになっている。
【００２３】
尚、図３では図示していないが、このセンサチップ２には、ＧＮＤ端子１１（図２参照）となる電極パッドも設けられている。また、このセンサチップ２の各端子（電極パッド）と、回路チップ３の各端子との間の電気的接続は、ボンディングワイヤによる接続、或いは、バンプ接続によりなされるようになっている。
【００２４】
次に、前記回路チップ３は、図２に要部を示すように、前記センサチップ２からの信号を処理するための回路を有して構成されている。具体的には、前記固定電極部６，７に搬送波ＦＥ１，ＦＥ２を印加する搬送波出力回路１２、容量変化を電圧変化に変換するＣ−Ｖ変換回路１３、前記可動電極部５に印加される可動電極電圧の電圧及び周波数を調整するスイッチ回路１４、波形整形回路１５、出力アンプ回路１６、後述する自己診断時において異常電圧を検出する異常検出回路１７、マイコン等からなり全体を制御する制御回路１８、図示しない発振回路やＥＰＲＯＭ等を備えている。
【００２５】
前記搬送波出力回路１２は、２個の出力端子１９，２０から互いに逆位相となるパルス状（矩形波状）の搬送波ＦＥ１，ＦＥ２を出力するようになっている。出力端子１９及び２０は、それぞれ、前記センサチップ２の第１の入力端子部９及び第２の入力端子部１０と接続されている。これにて、図１に示すように、前記センサチップ２の一対の固定電極部６，７には、互いに逆位相となる（位相が１８０°ずれた）パルス状の搬送波ＦＥ１，ＦＥ２が印加されるようになる。
【００２６】
そして、詳しくは後述するが、この搬送波出力回路１２は、図１に一部示すように、通常時においては、例えば、電圧が電源電圧に等しい５Ｖ（０Ｖ−５Ｖ間で振幅）で、周波数が２００ｋＨｚの搬送波を出力すると共に、自己診断時及びスティッキング診断時においては、やはり電圧（振幅）が５Ｖで、周波数が自己診断周波数ｆとされた所定のデューティ比の自己診断用信号を出力するようになっている。
【００２７】
前記Ｃ−Ｖ変換回路１３は、演算増幅器２１と、この演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子との間に並列に接続されたコンデンサ２２及びスイッチ２３を備えている。演算増幅器２１の反転入力端子には、入力端子２４からの容量変化信号ＳINが、入力されるようになっている。前記入力端子２４には、前記センサチップ２の出力端子８が接続されるようになっている。前記演算増幅器２１の非反転入力端子には、スイッチ回路１４からの電圧信号が入力されるようになっている。
【００２８】
前記スイッチ回路１４は、前記演算増幅器２１の非反転入力端子に、通常時には、前記搬送波の中間電圧（２．５Ｖ）の一定（直流）の電圧を入力させるようになっている。これと共に、後述する自己診断時及びスティッキング診断時においては、電圧が例えば、５Ｖ及び４Ｖと、２．５Ｖとの間で振幅し、周波数が自己診断周波数ｆとされた所定のデューティ比の第１の自己診断用信号及び、周波数が自己診断周波数ｆ２とされた所定のデューティ比の第２の自己診断用信号を入力させるようになっている。
【００２９】
これにより、前記センサチップ２の可動電極部５には、通常時には中間電圧（２．５Ｖ）が印加され、自己診断時及びスティッキング診断時においては、固定電極部６，７との間に自己診断用信号が印加されるようになっている。尚、前記スイッチ回路１４における信号（電圧、周波数）の切替え、並びに、上記搬送波出力回路１２における搬送波と自己診断用信号との切替えは、制御回路１８により制御される。このときの周波数の調整に関しては、ＣＲ発振回路の抵抗値の切替え等の方法によりなされるようになっている。
【００３０】
前記Ｃ−Ｖ変換回路１３（演算増幅器２１の出力端子）からの出力信号は、波形整形回路１５にて整形された後、出力アンプ回路１６により増幅され、加速度検出信号Ｇ０として出力端子２５から出力される。また、出力アンプ回路１６から出力された加速度検出信号は、異常検出回路１７にて、所定範囲の電圧値と比較され、当該範囲から外れたときに異常信号が出力されるようになっている。制御回路１８は、異常検出回路１７からの入力信号に基づいて、出力端子２６に診断結果を出力するようになっている。
【００３１】
さて、前記制御回路１８は、そのソフトウエア構成（及びハードウエア構成）により、搬送波出力回路１２、Ｃ−Ｖ変換回路１３のスイッチ２３、スイッチ回路１４などを制御し、通常時（自己診断時以外）において加速度検出を実行させる。この通常時（加速度検出時）においては、図１に示すように、搬送波出力回路１２から、例えば電圧が５Ｖ（０Ｖ−５Ｖ間で振幅）で、例えば周波数が２００ｋＨｚの搬送波を出力し、もって固定電極部６，７に、互いに逆位相となるパルス状の搬送波ＦＥ１，ＦＥ２が印加されるようになる。
【００３２】
これと共に、スイッチ回路１４により、演算増幅器２１の非反転入力端子に中間電圧（２．５Ｖ）を出力し、可動電極部５に中間電圧（２．５Ｖ）の可動電極電圧が印加されるようになる。前記Ｃ−Ｖ変換回路１３のスイッチ２３は、搬送波の１周期毎に所定のタイミングでオンされる。これにて、固定電極部６と可動電極部５との電位差と、固定電極部７と可動電極部５との電位差が共に２．５Ｖでつりあった状態となっている。この状態から、センサに加速度が作用すると、可動電極部５がＸ軸方向に変位する。すると、コンデンサＣ１、Ｃ２間で、可動電極部５の変位量つまり加速度の大きさに応じた容量変化があり、センサチップ２からの容量変化信号ＳINを処理することにより、出力端子２５から加速度検出信号Ｇ０として出力させることができる。
【００３３】
そして、制御回路１８は、自己診断の実行を指示する信号が入力されると、自己診断を実行する。本実施例では、この自己診断は、まず、センサ感度の良否を判定する感度診断を実行した後、感度診断により可動電極部５が振動した状態から引き続いて、スティッキングの有無の判定を行うスティッキング診断を実行するという２段階で行われるようになっている。
【００３４】
そのうち感度診断においては、可動電極部５と固定電極部６，７との間に第２の自己診断用信号を印加することにより、それら可動電極部５と固定電極部６，７との間に静電気力を発生させて電位差のバランスを崩させ、可動電極部５を強制的に変位させる（Ｘ軸方向に振動（共振）させる）ことに基づき、その変位に見合った出力（容量変化）が得られるかどうかを判定することにより行う。
【００３５】
このとき、固定電極部６，７に印加される第２の自己診断用信号は、図１に示すように、やはり５Ｖと０Ｖとの間での振幅を有するパルス状の信号とされるのであるが、前記可動電極部５の共振周波数に近く、第１の自己診断用信号よりも低い共振倍率を得ることが可能な自己診断周波数ｆ２とされると共に、所定のデューティ比、つまり、１周期のうち、固定電極部６側の５Ｖ（固定電極部７側は０Ｖ）の時間が非常に長く、固定電極部７側が５Ｖ（固定電極部６側は０Ｖ）に切替る時間がごく短いものとされている。
【００３６】
そして、図４にも示すように、この感度診断時に、可動電極部５に印加される第２の自己診断用信号つまり前記スイッチ部１４から出力される信号は、電圧が中間電圧（２．５Ｖ）とそれよりやや高い４．０Ｖとの間の振幅を有し、周波数が自己診断周波数ｆ２とされると共に、そのデューティ比が１周期のうち、高電圧側が比較的長く、低電圧側（２．５Ｖ）がやや短いものとなっている。尚、固定電極部６，７に印加される信号が切替わるタイミングで可動電極部５の変位検出（サンプリング）が行われるようになっている。
【００３７】
ここで、可動電極部５の周波数と共振倍率との関係は、図５に示すようになり、共振周波数ｆ０においては、例えば２０倍程度の共振倍率が得られる。本実施例では、第１の自己診断用信号の周波数ｆは、５倍以上（２０倍以下）の共振倍率が得られるように、ｆ０とｆ１との間の値（例えば７ｋＨｚ）に設定される。この自己診断周波数ｆは、第２の自己診断用信号よりも高い共振倍率が得られるものであることはいうまでもない。本実施例の場合、自己診断周波数ｆの共振倍率は、第２の自己診断用信号の共振倍率３倍よりも高い５倍に設定してある。
【００３８】
一方、スティッキング診断においては、可動電極部５と固定電極部６，７との間に第１の自己診断用信号を印加することにより、可動電極部５をＸ軸方向により振幅が大きくなるように共振させて固定電極部６，７に接触する程度（もしくは接触する以上）の変位量を得、この際の出力（容量変化）を監視することに基づき、接触した可動電極部５が元に戻るかどうかを判定することにより行う。
【００３９】
このとき、固定電極部６，７に印加される第１の自己診断用信号は、上記した感度診断時における信号（第２の自己診断用信号）よりも高い周波数とされる（共振倍率も第２の自己診断用信号よりも高い）。そして、図４にも示すように、可動電極部５に印加される第１の自己診断用信号つまり前記スイッチ部１４から出力される信号は、感度診断時における信号よりも高い周波数（自己診断周波数ｆ）及び同等のデューティ比を有するのであると共に、電圧が異なり、ここでは、可動電極電圧が２．５Ｖと５Ｖとの間の振幅を有するものとされている。可動電極部５の変位検出（サンプリング）のタイミングは、上記感度診断時と同等とされる。
【００４０】
これにて、搬送波出力回路１２、スイッチ回路１４等から信号印加手段が構成され、Ｃ−Ｖ変換回路１３、波形整形回路１５、出力アンプ回路１６、異常検出回路１７、制御回路１８等から自己診断手段が構成されているのである。
【００４１】
次に、上記構成の作用について述べる。上記構成の半導体加速度センサ１において、自己診断の実行を指示する信号が入力されると、制御回路１８は、感度診断及びスティッキング診断からなる自己診断の処理を実行する。この処理は、例えば、まず感度診断を行って、引続きスティッキング診断を行うといった順に行われる。尚、図４にも示すように、感度診断を行った後、一旦通常の加速度検出状態に戻り、スティッキング診断を行うようにしても良い。
【００４２】
感度診断においては、固定電極部６，７と可動電極部５との間に第２の自己診断用信号が印加される。このとき、図１に示すように、固定電極部６，７に印加される搬送波ＦＥ１及びＦＥ２の波形は、５Ｖと０Ｖとの間での振幅を有するパルス状の信号であり、その周波数が可動電極部５の共振周波数に近く第１の自己診断用信号よりも低い共振倍率を得ることが可能な自己診断周波数ｆ２とされ、１周期のうち、固定電極部６側の５Ｖ（固定電極部７側は０Ｖ）の時間が非常に長く、固定電極部７側が５Ｖ（固定電極部６側は０Ｖ）に切替る時間がごく短いデューティ比とされている。
【００４３】
これに対し、可動電極部５に印加される信号（スイッチ回路１４から出力される信号）は、中間電圧（２．５Ｖ）と４．０Ｖとの間の振幅を有し、周波数が自己診断周波数ｆ２とされると共に、そのデューティ比が１周期のうち、高電圧側が比較的長く、低電圧側（２．５Ｖ）がやや短いものとなっている。
【００４４】
これにより、可動電極部５に中間電圧（２．５Ｖ）より高い電圧（４．０Ｖ）が印加される期間では、固定電極部６，７との間で静電気力が作用（オン）するようになって、可動電極部５が中間位置から一方の固定電極部６（Ｘ＋側）に引付けられるように変位する。可動電極部５の電圧が２．５Ｖに戻された期間では、静電気力がオフされることにより、可動電極部５が中間位置に戻るように変位する。そして、そのような変位のサイクルが、共振周波数ｆ０に近い周波数で繰返されることにより、可動電極部５に共振倍率が５倍以上の共振が発生し、図１に示すように、可動電極部５は、大きな変位量でＸ＋側及びＸ−側の双方に振動するようになる。
【００４５】
従って、図１に示すような、所定のタイミング（静電気力がオフした後固定電極部６，７に印加される搬送波ＦＥ１及びＦＥ２が切替えられる前）でサンプリング（変位検出）を行い、サンプリング時に出力アンプ回路１６から出力された加速度検出信号Ｇ０（電圧）が、得られるべき可動電極部５の変位に見合った値となっているか判断することにより、センサの感度の良否や、隙間部分に異物が存在して変位を妨げていないかどうかを判定することができるのである。尚、固定電極部６，７に印加される搬送波ＦＥ１及びＦＥ２の位相を逆にする（入れ替える）ようにすれば、可動電極部５のＸ−側の変位を検出することができる。
【００４６】
この場合、上記した第１の従来例では、可動電極部が片側（例えばＸ＋側）にしか移動しないので、それとは反対側（Ｘ−側）に関しての異常の検出ができない不具合があったが、ここでは、可動電極部５を共振によりＸ＋側及びＸ−側の両側に変位させることができ、それら両側に関しての感度（異常）の診断を行うことが可能となる。また、可動電極部５に印加する電圧を比較的小さく済ませながらも、大きな変位を得ることができる。
【００４７】
そして、次に実行されるスティッキング診断においては、感度診断により可動電極部５が振動させられている状態から引き続いて、固定電極部６，７と可動電極部５との間に第１の自己診断用信号が印加される。このときには、固定電極部６，７にも、第１の自己診断用信号に対応した波形及び周波数、デューティ比の搬送波ＦＥ１及びＦＥ２が印加される。これに対し、可動電極部５に印加される信号（スイッチ回路１４から出力される信号）は、中間電圧（２．５Ｖ）と上記感度診断時よりも高い電圧（５Ｖ）との間の振幅を有し、やはり周波数が自己診断周波数ｆとされると共に、そのデューティ比が１周期のうち、高電圧側が比較的長く、低電圧側（２．５Ｖ）がやや短いものとなっている。
【００４８】
これにより、上記と同様に、可動電極部５に中間電圧（２．５Ｖ）より高電圧（５Ｖ）が印加される期間では、静電気力が作用（オン）するようになって、可動電極部５が固定電極部６（Ｘ＋側）に引付けられるように変位する。このとき、上記感度診断時よりも電圧を大きくしているため、可動電極部５の変位量もその分大きくなる。可動電極部５の電圧が２．５Ｖに戻された期間では、可動電極部５が中間位置に戻るように変位する。そのような変位のサイクルが、共振周波数ｆ０に近い周波数で繰返されることにより、可動電極部５に共振倍率が５倍以上の共振が発生し、可動電極部５は、大きな変位量でＸ＋側及びＸ−側の双方に振動するようになる。
【００４９】
このとき、可動電極部５に印加する電圧を上記感度診断時よりも大きくしているため、その分可動電極部５の変位量も大きくなり、可動電極部５が固定電極部６，７に強制的に接触させることができる。本発明者の研究によれば、自己診断周波数ｆを、可動電極部５の共振周波数ｆ０に近い周波数とし、共振倍率を５倍以上とすることにより、比較的低い（搬送波の電圧（５Ｖ）以下の）電圧でも、固定電極部６，７に接触する程度の大きな変位量を得ることができた。
【００５０】
ここで、もし、可動電極部５の固定電極部６，７への接触時に、電気的な要因或いは表面状態（水分等の異物の存在）等の要因により、可動電極部５が固定電極部６，７に貼付くスティッキングが発生すると、可動電極部５が戻らなくなり、それ以上の可動電極部５の変位ひいては出力電圧の変動がなくなってしまう。従って、サンプリング時に出力アンプ回路１６から出力された加速度検出信号を、異常検出回路１７にて所定範囲の電圧値と比較（上限値と下限値との間に入っているか）することにより、スティッキング発生の有無の判定を行うことが可能となるのである。
【００５１】
異常が判定された場合には、出力端子２６からその旨の信号が出力される。尚、このスティッキング診断は、半導体加速度センサ１の使用時はもとより、製造工程においても容易に行うことができる。これにより、製造工程内で、スティッキング異常が発生した製品をリジェクトすることができる。
【００５２】
このように本実施例の半導体加速度センサ１によれば、自己診断により、スティッキング発生の有無の判定を行うことが可能となった。この場合、スティッキング診断時に、可動電極部５の共振を利用して、固定電極部６，７に接触する程度の変位量を得るようにしているので、可動電極部５に印加する第１の自己診断用信号の電圧を比較的小さく抑えることができる。従って、スティッキング診断を行うことができながらも、そのために高電圧発生回路を付加すること等を不要とすることができ、簡易な構成で済ませることができるという優れた効果を得ることができる。
【００５３】
また、特に本実施例では、固定電極部６，７と可動電極部５との間に印加する信号を、第２の自己診断用信号に切替えることによって、センサの感度の良否も判定することができる。この場合、可動電極部５の電圧が比較的低いものであっても、可動電極部５を共振により両方の固定電極部６，７側に変位させることができ、両側に関しての自己診断（異常の検出）を行うことが可能となる利点を得ることができる。さらには、第１の自己診断用信号と第２の自己診断用信号との切替えを、可動電極部５に印加する電圧を変更するだけで済むので、比較的簡単な構成で信号の切替えを容易に行うことができる。
【００５４】
さらに、本実施例では、感度診断により振動させられた可動電極部５を一旦停止させることなく、振動した状態のままスティッキング診断に移行することで、感度診断により振動させられた可動電極部５を一旦停止させてから再度振動を開始してスティッキング診断を行う構成に比べて、診断時間を短縮することができる。
【００５５】
また、このようなセンサにおいて、常用レンジの力学量が入力された場合に、可動電極部５と固定電極部６，７とが接触してしまうと、正常な力学量を検出できない。そこで、通常、このようなセンサは、常用レンジの力学量が入力された場合には、可動電極部５と固定電極部６，７とが接触しないように弾性力が設計され、また、センサの感度は特に常用レンジにて良好となるようにされている。すなわち、感度診断を行う場合には、可動電極部５と固定電極部６，７との間の距離が離れていることが望ましい。そこで、本実施例のセンサは、感度診断時に印加する電圧を、スティッキング診断時に印加する電圧よりも小さい値とすると共に、第２の自己診断用信号の共振倍率を、第１の自己診断用信号の共振倍率よりも小さいものとすることで、診断する感度を常用レンジの感度とすることができる。
【００５６】
尚、上記実施例では、第１の自己診断用信号と第２の自己診断用信号との間で、可動電極部５に印加する電圧及び周波数の双方を異ならせるようにしたが、第１の自己診断用信号と第２の自己診断用信号との切替えを、可動電極部５に印加する電圧を変更することにより行うようにしても良い。また、可動電極部５に印加する電圧を同等とし、周波数を変更することにより行うようにしても良い。例えば、可動電極部５に印加する電圧を４Ｖ（２．５Ｖとの間で振幅）とし、図５に示すように、第１の自己診断用信号の周波数を、５倍以上（２０倍以下）の共振倍率が得られるように、ｆ０とｆ１との間の値に設定し、第２の自己診断用信号の周波数ｆ２を、３倍以上（５倍以下）の共振倍率が得られるように、ｆ１とｆ２との間の値に設定することができる。
【００５７】
その他、上記実施例では、本発明を半導体加速度センサに適用するようにしたが、例えばヨーレートセンサなど、他の容量型の半導体センサ装置にも適用することができ、更には、二方向以上の検出軸を有する力学量センサに適用することもできる。また、上記した電圧や、周波数、共振倍率などの具体的数値は、あくまでも一例を示したに過ぎず、実使用に応じて適切な値を設定すれば良い等、本発明は上記し図面に示した実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、搬送波及び可動電極電圧の波形、並びに可動電極部の変位の様子を示すタイムチャート
【図２】半導体加速度センサの電気的構成を概略的に示す図
【図３】センサチップの概略的な平面図（ａ）及び縦断正面図（ｂ）
【図４】可動電極電圧の変化の様子を示す図
【図５】可動電極部における周波数と共振倍率との関係を示す図
【符号の説明】
【００５９】
図面中、１は半導体加速度センサ（力学量センサ）、２はセンサチップ、３は回路チップ、４は加速度検出部、５は可動電極部、６，７は固定電極部、１２は搬送波出力回路、１３はＣ−Ｖ変換回路、１４はスイッチ回路、１６は出力アンプ回路、１７は異常検出回路、１８は制御回路を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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