(57)【要約】  本発明は、基板面を有する基板と、基板面に平行な第１方向（ｘ）において基板に対し相対的に移動可能な標本おもりとを備える加速度センサに関する。標本おもりは、標本おもりとともに移動可能な櫛型電極であって、第１方向（ｘ）に延びる複数の歯を有する櫛型電極を備える。加速度センサは、基板へ固定的に連結された対向電極をさらに備え、対向電極は、固定櫛型電極により構成され、固定櫛型電極は、第１方向（ｘ）とは反対の方向に延びる複数の歯を有する。可動櫛型電極の歯は、固定櫛型電極の歯と係合する。加速度センサは、基板へ固定的に連結されるシールド電極であって、標本おもりの偏位動作中における標本おもりの空気圧減衰を増大させるのに適したシールド電極をさらに備える。
2016522896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面を有する基板と、
前記基板面に略平行な正の偏位方向（ｘ）に沿って、前記基板に対し相対的に移動可能な標本おもりであって、前記標本おもりとともに移動可能な櫛型電極を有し、前記可動櫛型電極が、前記正の偏位方向（ｘ）に沿って延びる複数の歯を有する標本おもりと、
前記基板へ固定的に連結された対向電極であって、固定櫛型電極により構成され、前記固定櫛型電極が、前記正の偏位方向（ｘ）とは反対の方向に沿って延びる複数の歯を有し、前記可動櫛型電極の前記歯が、前記固定櫛型電極の前記歯と係合する対向電極と、
前記基板へ固定的に連結されたシールド電極であって、前記標本おもりの偏位動作中における前記標本おもりの空気圧減衰を増大するのに適したシールド電極とを備えた加速度センサ。
【請求項２】
前記可動櫛型電極は、前記正の偏位方向（ｘ）に略垂直な櫛前方面を有する櫛前方辺を有し、
前記シールド電極は、前記櫛前方面に略平行なシールド電極面を有し、
前記櫛前方面及び前記シールド電極面は、互いに対向し、
前記櫛前方面及び前記シールド電極面の距離は、前記標本おもりの偏位動作中に変化し、
前記距離の変化は、前記標本おもりの空気圧減衰を増大させるのに適していることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記標本おもり及び前記シールド電極は同電位であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記対向電極及び前記シールド電極は、分離層を介して互いに連結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記標本おもりは、前記標本おもりとともに移動可能な第２の可動櫛型電極を有し、前記第２の可動櫛型電極が、前記正の偏位方向（ｘ）とは反対の方向に沿って延びる複数の歯を有し、
前記加速度センサは、前記基板へ固定的に連結された第２の対向電極を備え、前記第２の対向電極が、第２の固定櫛型電極により構成され、前記第２の固定櫛型電極が、前記正の偏位方向（ｘ）に沿って延びる複数の歯を有し、前記第２の可動櫛型電極の前記歯が、前記第２の固定櫛型電極の前記歯と係合し、
前記加速度センサは、前記基板へ固定的に連結された第２のシールド電極を備え、前記シールド電極が、前記標本おもりの偏位動作中における前記標本おもりの空気圧減衰を増大させるのに適していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記シールド電極及び前記第２のシールド電極は、互いに一体的に連結されていることを特徴とする請求項５に記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記標本おもりが、前記正の偏位方向（ｘ）に沿って偏位動作でき、かつ、前記正の偏位方向（ｘ）に垂直かつ前記基板面に平行な方向（ｙ）について実質的に固定的に支持されるように、ばね部材が、前記標本おもり及び前記基板を互いに結合することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の加速度センサ。
【請求項８】
基板面を有する基板を形成し、
前記基板面に略平行な正の偏位方向（ｘ）に沿って、前記基板に対し相対的に移動可能な標本おもりであって、前記標本おもりとともに移動可能な櫛型電極を有し、前記可動櫛型電極が、前記正の偏位方向（ｘ）に沿って延びる複数の歯を有する標本おもりを形成し、
前記基板へ固定的に連結された対向電極であって、固定櫛型電極により構成され、前記固定櫛型電極が、前記正の偏位方向（ｘ）とは反対の方向に沿って延びる複数の歯を有し、前記可動櫛型電極の前記歯が、前記固定櫛型電極の前記歯と係合する対向電極を形成し、
前記基板へ固定的に連結されたシールド電極であって、前記標本おもりの偏位動作中における前記標本おもりの空気圧減衰を増大するのに適しているシールド電極を形成する加速度センサの製造方法。
【請求項９】
さらに、前記標本おもりの偏位動作の最適な減衰を調整するために、前記加速度センサのガス圧を調整することを特徴とする請求項８に記載の加速度センサの製造方法。
【請求項１０】
さらに、前記標本おもりの偏位動作の最適な減衰を調整するために、予め定められたガス圧における、前記加速度センサの前記可動櫛型電極及び前記シールド電極の間の距離を選択することを特徴とする請求項８又は９に記載の加速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサ及びそのような加速度センサの製造方法に関する。特に、本発明は、加速度センサの基板面に平行な加速度を測定するための微小電気機械（micro-electro-mechanical）加速度センサと、そのような微小機械加速度センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械加速度センサは、加速度を検出することができる微小システム又はＭＥＭＳ（微小電気機械システム）である。通常、この目的を達成するために、センサの加速によってセンサの基板に対し相対的に偏位する少なくとも１つの標本おもり（又は振り子）が用いられる。この目的を達成するために、標本おもりは、例えば、ばねにより、移動可能となるように基板に連結される。
【０００３】
加速度を検出するための電極（以下、「可動電極」という）は、標本おもりの一部であり、基板上には、固定された対向電極が可動電極に対向して配置されている。標本おもりの偏位によって可動電極及び対向電極間の距離が変化すれば、これが制御ループ（閉ループ）によって検出され、対応する電圧が両電極に印加され、標本おもりがリセットされる。ここでは、印加電圧の高さが、加速度の決定に用いられる。
【０００４】
２次元以上の加速度を検出可能にするために、空間軸の一つとそれぞれ平行である検出軸をそれぞれ有する３つの同一の加速度センサを用いてもよい。代わりに又は加えて、異なる方向に偏位することができる複数の標本おもりを同じ基板上に設けることもできる。
【０００５】
それらの好都合な線形動作ゆえに、互いに係合する（又は交互配置された）複数の電極を有する加速度センサが有益であることが知られている。ここで、可動電極及び対向電極は、櫛型電極として形成され、各櫛の複数の歯が互いに係合している。可動電極及び対向電極は、このようにしてキャパシタを形成する。初期化のためにキャパシタの電極に印加されるべき初期化電圧は、ほぼ全ての偏位について、標本おもりの偏位に線形である。
【０００６】
しかしながら、この交互配置された電極の問題は、減衰がないことであり、加速度が高いときに、例えば、可動電極が対向電極又はスペーサに当たり、機械的な欠陥や不正確又は利用不能な測定結果を招くおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、標本おもりの偏位動作の減衰を増大させた櫛型電極であって、係合する複数の櫛型電極を有する加速度センサを提供することを目的とする。この目的は、独立請求項の発明により解決される。有利な実施形態は、従属クレームに記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による加速度センサは、例えば、基板面を有する基板を備えることができる。また、当該加速度センサは、基板と相対的に、基板面に平行な正の偏位方向（ｘ）に概ね沿って移動可能である標本おもりを備える。標本おもりは、標本おもりとともに移動可能な櫛型電極を備える。可動櫛型電極は、正の偏位方向（ｘ）に沿って延びる複数の歯を有する。また、加速度センサは、基板に固定的に連結された対向電極を備え、対向電極は固定櫛型電極を備える。固定櫛型電極は、正の偏位方向（ｘ）とは反対の方向に延びる複数の歯を有する。可動櫛型電極の歯は、固定櫛型電極の歯と係合している。さらに、加速度センサは、基板へ固定的に連結されるシールド電極を備える。シールド電極は、標本おもりの偏位動作中に、標本おもりの空気圧減衰を増大させるのに適している。
【０００９】
以下において、用語「空気圧減衰」は、例えば、部分容積の増加又は減少に起因する減衰を意味する。例えば、ガスは、減少させられる部分容積から増加させられる部分容積へと流れる。用語「空気圧減衰」については、以下で、さらに詳述する。
【００１０】
さらに、可動櫛型電極は、正の偏位方向（ｘ）と略垂直な櫛前方面を有する櫛前方辺を備える。シールド電極は、櫛前方面と略平行なシールド電極面を有する。
【００１１】
ここで、櫛前方面及びシールド電極面は、互いに対向していてもよい。標本おもりの偏位動作中、櫛前方面及びシールド電極面間の距離は変化し、当該距離の変化は、標本おもりの空気圧減衰を増大させるのに適している。
【００１２】
標本おもりは、例えば、その慣性に起因して加速中に偏位することができるとともに、一定時間の後に、弾性的復元力によって、標本おもりの休止位置に戻ることができる。また、例えば、可動櫛型電極及び固定櫛型電極に、或いは、対向電極に印加される電圧は、静電気力によって標本おもりを偏位させることができる。標本おもりの偏位動作中、（櫛前方面及びシールド電極面の）対向する面間の距離の変化は、例えば、櫛前方面及びシールド電極面の間の容積を変化させることができる。容積の変化は、標本おもりの空気圧減衰の増大に貢献することができる。
【００１３】
また、標本おもり及びシールド電極は、同電位になることもできる。
【００１４】
この目的を達成するために、例えば、対応する電気的接続を用いた電圧印加によって、標本おもり及びシールド電極を同電位にすることができる。標本おもり及びシールド電極が同じ電位であれば、それらの間に引き寄せる、あるいは、反発する静電気力は存在しない。従って、標本おもりの偏位動作は、標本おもり及びシールド電極間の静電気力によって妨げられない。このことは、加速度測定の精度を向上させることができる。
【００１５】
対向電極及びシールド電極は、分離層によって互いに機械的に接続されていてもよい。
【００１６】
絶縁層は、例えば、シールド電極及び対向電極間の電気的分離を確保する酸化被膜であってもよい。対向電極間及びシールド電極が機械的に互いに接続されていれば、このことは、対向電極の機械的安定性を確保しつつ、シールド電極をより薄く形成することができるという利点がある。これにより、例えば、空間を節約し、及び／又は、機械的安定性を確保することができる。
【００１７】
標本おもりは、例えば、標本おもりとともに移動可能な第２の可動櫛型電極を備えていてもよく、第２の可動櫛型電極は、正の偏位方向（ｘ）とは反対の方向に沿って延びる複数の歯を有する。さらに、加速度センサは、基板に固定的に連結された第２の対向電極を備えていてもよい。第２の対向電極は、第２の固定櫛型電極により構成され、第２固定櫛型電極は、正の偏位方向（ｘ）に沿って伸びる複数の歯を有する。第２の可動櫛型電極の複数の歯は、第２の固定櫛型電極の複数の歯と係合している。加速度センサは、基板へ固定的に接続された第２シールド電極を備える。第２シールド電極は、標本主部の撓み動作の間、標本主部の空気圧減衰を増加するのに適する。加速度センサは、基板へ固定的に連結される第２のシールド電極を備える。第２のシールド電極は、標本おもりの偏位動作中に、標本おもりの空気圧減衰を増大させるのに適している。
【００１８】
第２の可動櫛型電極及び第２の固定櫛型電極により、例えば、正の偏位方向（ｘ）、及び、正の偏位方向（ｘ）の反対方向における加速度をより正確に検出することができる。そこで、正及び負のｘ方向に沿った偏位に対し、加速度検出のための電極、又は、標本おもりの偏位リセットのための電極がそれぞれ存在する。
【００１９】
シールド電極及び第２のシールド電極は、互いに一体的に接続されていてもよい。
【００２０】
この目的を達成するために、例えば、シールド電極及び第２のシールド電極としての機能する単一の電極を備えていてもよい。このことは、例えば、シールド電極又は第２のシールド電極の機械的安定性において有利になり得る。さらに、そのような配置により、例えば、シールド電極と第２のシールド電極との間の隙間を省くことができるので、基板上の空間を節約することができる。
【００２１】
さらに、加速度センサは、標本おもり及び基板を互いに結合する少なくとも１つのばね部材を備え、標本おもりは正の偏位方向（ｘ）に沿って偏位動作することができ、かつ、基板面に並行であって正の偏位方向（ｘ）に垂直な方向（ｙ）に沿って標本おもりを強固に支持することができる。
【００２２】
基板面に垂直な方向（ｚ）における標本おもりの支持も実質的に固定されていてもよい。
【００２３】
偏位動作又は検出すべき加速度がない方向についての標本おもりの固定支持体により、例えば、可動櫛型電極と固定櫛型電極との間の距離がｘ方向に沿ってのみ変化し、ｙ方向又はｚ方向に沿って変化しないので、加速度測定の精度を向上させることができる。
【００２４】
加速度センサの製造方法は、基板面を有する基板の形成と、前記基板面に略平行な正の偏位方向（ｘ）に沿って、前記基板に対して相対的に移動可能な標本おもりの形成とを備えてもよく、前記標本おもりは、前記標本おもりとともに移動可能な櫛型電極を有し、前記可動櫛型電極は、前記正の偏位方向（ｘ）に沿って延びる複数の歯を有する。前記方法は、前記基板へ固定的に連結された対向電極の形成をさらに備えてもよく、前記対向電極は、固定櫛型電極により構成され、前記固定櫛型電極は、前記正の偏位方向（ａ）とは反対の方向に沿って延びる複数の歯を有し、前記可動櫛型電極の前記歯は、前記固定櫛型電極の前記歯と係合している。また、前記基板に固定的に連結され、前記標本おもりの偏位動作中における前記標本おもりの空気圧減衰を増大させることに適したシールド電極の形成をさらに備えてもよい。
【００２５】
加速度センサの前記製造方法は、前記標本おもりの前記偏位動作を最適な減衰に調整するための加速度センサのガス圧の調整をさらに備える。
【００２６】
加速度センサの前記製造方法は、前記標本おもりの前記偏位動作を最適な減衰に調整するために、前記加速度センサの所定のガス圧時における可動櫛型電極とシールド電極との間の距離の選択をさらに備える。
【００２７】
ここで、例えば、最適なガス圧（又は充填圧）、又は、可動櫛型電極とシールド電極との間の最適な距離は、標本おもりの最適な減衰をもたらすことができる。また、加速度センサを充填するために用いられるガス種の選択により、最適な減衰を達成することができる。最適な減衰のためには、減衰は、標本おもりが強く減衰され、それゆえに実質的に偏位できないような強さではなく、例えば、可動及び固定櫛型電極、若しくは、可動電極、若しくは、標本おもり及びスペーサが互いに当たるような弱さでもない。
【００２８】
以下では、本発明の実施形態、それらの機能及びそれらの利点について、図面を用いて詳述する。実施形態の要素は、互いに排他的でない限り、互いに組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による加速度センサの概略平面図である。
【図２】本発明による加速度センサの概略平面図であり、標本おもり、対向電極及びシールド電極の電気配線設備の概要が図示されている。
【図３】本発明による加速度センサの概略平面図であり、対向電極及びシールド電極が分離層を介して互いに機械的に連結されている。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、投影面に平行な正の偏位方向（ｘ方向）に沿った加速度を測定する加速度センサの概略平面図である。当該投影面には、加速度センサのさらなる部材が配置された基板１の基板面がある。これより以下では、ｘ軸がセンサ軸であり、その方向に沿って（正又は負の）加速度が測定される。ｙ軸は、ｘ軸に垂直であり、図１の例では、投影面に平行又は基板１の基板面に平行に配置されている。ｚ軸は、ｘ軸及びｙ軸に垂直であり、従って、図１の投影面又は基板面の法線である。
【００３１】
対向電極２ａ及び第２の対向電極２ｂは、基板１へ固定的に連結される。図１の実施形態によれば、２つの対向電極２ａ及び２つの第２の対向電極２ｂがそれぞれ図示されているが、対向電極２ａ又は第２の対向電極２ｂの数は、これに限定されない。例えば、１つの対向電極２ａ及び１つの第２の対向電極２ｂのみであってもよいし、それぞれ２以上の対向電極２ａ及び２以上の第２の対向電極２ｂであってもよい。さらに、例えば、対向電極２ａのみを備え、第２の対向電極２ｂを備えていなくてもよい。
【００３２】
基板１に固定的に連結された対向電極２ａは、固定櫛型電極３ａを有する。各固定櫛型電極３ａは、負のｘ方向、すなわち、正の偏位方向（ｘ）とは反対の方向に沿って延びる複数の歯４ａを有する。固定櫛型電極又は各対向電極２ａは、基板に固定的に連結されるため、固定櫛型電極は「固定済」として示される。固定櫛型電極は、例えば、櫛前方辺と、当該前方辺に直交して延びる複数の歯４ａとを有するように形成される。
【００３３】
同様にして、基板１に固定的に連結された第２の対向電極２ｂは、第２の固定櫛型電極３ｂによって構成され、第２の固定櫛型電極３ｂは、正の偏位方向（ｘ）に沿って延びる複数の歯４ｂを有する。また、これらの第２の固定櫛型電極は、上述した通り、櫛前方辺と、櫛前方辺から延びる複数の歯４ｂとを有する。図１による実施形態によれば、各対向電極２ａ及び各第２の対向電極２ｂは、２つの櫛型電極（固定櫛型電極３ａ又は第２の固定櫛型電極３ｂ）をそれぞれ有するが、固定櫛型電極３ａ又は第２の固定櫛型電極３ｂの数はこれに限定されない。例えば、対向電極２ａごと又は第２の対向電極２ｂごとに、１つの固定櫛型電極３ａ又は１つの第２の固定櫛型電極３ｂのみをそれぞれ備えていてもよいし、２以上の固定櫛型電極３ａ又は３以上の第２の固定櫛型電極３ｂをそれぞれ備えていてもよい。
【００３４】
さらに、第２の対向電極２ｂを備えることなく、対向電極２ａのみを備えることにより、負のｘ方向に沿って延びる歯４ａを有する櫛型電極３ａにより構成される対向電極２ａのみが基板に固定された実施形態も考えられる。
【００３５】
１又は複数のばね部材５を用いて、標本おもり６は、多くの場合、基板１に連結された「振り子」として示される。ばね部材５は、標本おもり６及び基板１を互いに結合し、標本おもり６は、正の偏位方向（正ｘ方向）及び正の偏位方向とは反対の方向（負のｘ方向）に沿って偏位動作を行うことができる。ここでは、慣性により、例えば、負のｘ方向に沿って基板１が加速しているとき、標本おもり６は、正のｘ方向において、基板１に対し相対的に偏位する。標本おもり６は、ばね部材５を介して基板１へ接続されることにより、正及び負のｘ方向に沿って偏位することができるが、ｙ方向及びｚ方向については実質的に固定されるように支持される。
【００３６】
標本おもり６は、標本おもり６とともに移動可能な少なくとも１つの櫛型電極７ａを備え、この「可動」櫛型電極７ａは、標本おもり６に固定的に連結され、これによって基板１に対して相対的に移動可能に支持される。１つの固定櫛型電極３ａに対し１つの可動櫛型電極７ａが標本おもり６上に設けられるのであれば、可動櫛型電極７ａの数は、例えば、固定櫛型電極３ａの数に依存する。
【００３７】
少なくとも１つの可動櫛型電極７ａは、例えば、櫛前方辺及び複数の歯８ａを有し、可動櫛型電極７ａの歯８ａは、正の偏位方向（ｘ）、すなわち、正のｘ方向に延びる。可動櫛型電極７ａ及び固定櫛型電極３ａは、噛合電極として配置される。従って、可動櫛型電極７ａの歯８ａと、固定櫛型電極３ａの歯４ａとは、互いに係合している（噛み合っている）。歯８ａ及び４ａは、例えば、ｙ方向に沿って見れば、可動櫛型電極７ａの１つの歯８ａと、固定櫛型電極３ａの１つの歯４ａとが互い違いになるように係合している。
【００３８】
例えば、それぞれの固定櫛型電極３ａに対し、１つの可動櫛型電極７ａを備えていてもよい。
【００３９】
同様にして、標本おもり６は、標本おもり６とともに移動可能な少なくとも１つの第２の可動櫛型電極７ｂを備えていてもよい。例えば、１つの第２の固定櫛型電極３ｂに対し、１つの第２の可動櫛型電極７ｂを備えていてもよい。
【００４０】
第２の可動櫛型電極７ｂも、櫛前方辺及び複数の歯８ｂを有し、第２の可動櫛型電極７ｂの複数の歯８ｂは、負のｘ方向、すなわち、正の偏位方向（ｘ）とは反対の方向に沿って延びる。
【００４１】
固定櫛型電極３ａ及び可動櫛型電極７ａについての上述した実施形態と同様、第２の可動櫛型電極７ｂの複数の歯８ｂも、第２の固定櫛型電極４ｂの複数の歯４ｂと係合することができる。
【００４２】
上述した櫛型電極の歯は、例えば、加速度センサのアイドルモードにおいて互いに接触しないように、互いに係合している。好ましくは、標本おもり６の偏位動作中に、各櫛型電極間において接触が発生しないように、正及び負のｘ方向の十分な空間が歯の間に設ける必要がある。相関する電極又は互いに噛み合わされた櫛型電極の配置は、電極に印加されるリセット電圧が、ほぼ全ての電圧において、標本おもり６の偏位に対し略線形であるという長所を有する。歯の先端及び対向櫛前方部の間の非線形の平板コンデンサの影響を実質的に抑制され、それゆえに無視することができるように、例えば、互いに係合する櫛型電極の間にｘ方向に沿って十分な距離を設けることが、この線形性を確保するのに有利である。
【００４３】
加速度センサは、好ましくは、所定の圧力を有するガスで満たされている。従って、櫛型電極の歯の間には、ガス、特にガス分子が存在する。標本おもり６の偏位動作中に、例えば、可動櫛型電極７ａが固定櫛型電極３ａに向かって移動すれば、ガスは、歯の間の空間から流れ出さなければならない。このことが、標本おもり６の振動又は偏位動作のわずかな「空気圧減衰」をもたらす。
【００４４】
従って、以下では、空気圧減衰という用語は、部分容積の増加又は減少に起因する減衰を意味し、例えば、ガスは、減少する部分容積から増加する部分容積へ流れる。ここで、ガスは、その粘性ゆえに一方の部分容積から他方の部分容積へ有限の速度でしか流れることができないので、部分容積間に圧力差が生まれる。従って、例えば、減少する部分容積における超過圧力は、収縮する容積の外壁にかかる力をもたらす。そこには標本おもり６の偏位動作に反して作用する反力があるため、偏位動作又は振動が減衰する。
【００４５】
櫛型電極の歯の間の容積変化によって生じる空気圧減衰は、多くの場合、望まれている高い減衰を達成するのに十分ではない。
【００４６】
このため、本発明による加速度センサでは、シールド電極９ａをさらに備え、標本おもり６の空気圧減衰を増大させている。シールド電極９ａは、対向電極２ａと同様、標本おもり６がシールド電極９ａに対し相対的に偏位するように、基板１に固定的に連結されることが望ましい。例えば、シールド電極９ａのシールド電極面が標本おもり６の可動櫛型電極７ａの方向を向くように、シールド電極９ａを配置してもよい。特に、シールド電極９ａは、シールド電極面を有し、シールド電極面は、可動櫛型電極７ａの櫛前方辺と略平行で、それと対向して配置されている。シールド電極面及び櫛型電極面は、ここでは、例えば、正の偏位方向（ｘ）に垂直であってもよい。従って、櫛前方面は、標本おもり６の偏位動作中、シールド電極面に向かって移動し、シールド電極９ａ及び可動櫛型電極７ａの間において収縮する容積により、標本おもり６の偏位動作の空気圧減衰を増大させる。
【００４７】
さらに、標本おもり６の減衰を増加するために、第２のシールド電極９ｂは、第２の可動櫛型電極３ｂの櫛前方辺に隣接して配置することができる。特に、少なくとも１つの第２の可動櫛型電極３ｂは、正の偏位方向（ｘ）に略垂直な櫛前方辺を備えることができる。加えて、第２のシールド電極９ｂは、第２の可動櫛型電極３ｂの櫛前方面に略平行なシールド電極面を有し、シールド電極面は、櫛前方面と対向する。標本おもり６の偏位動作中、櫛前方面及びシールド電極面の間の距離は減少する。従って、第２のシールド電極９ｂも、偏位動作又は振動の空気圧減衰に貢献する。
【００４８】
図１に示したように、シールド電極９ａとして、かつ、第２のシールド電極９ｂとして同時に機能する複合シールド電極を備えることもできる。この目的を達成するために、シールド電極９ａ及び第２のシールド電極９ｂは、互いに一体的に連結されていてもよい。この複合シールド電極は、例えば、２つの平行なシールド電極面を有していてもよく、シールド電極面の一方は、可動櫛型電極７ａの櫛前方面と対向し、シールド電極面の他方は、第２の可動櫛型電極７ｂの櫛前方面と対向する。従って、複合シールド電極は、正及び負のｘ方向に沿った標本おもりの偏位動作を効果的に減衰することができる。
【００４９】
図２は、本発明による加速度センサの他の実施形態を示す概略平面図である。図２に示した加速度センサは、図１に示された加速度センサと本質的に同じ構成要素を備え、同一の構成要素は、同一の符号で表されている。
【００５０】
図２には、各電極の電気配線設備の概要が示されている。ここでは、標本おもり６用の、若しくは、可動櫛型電極７ａ又は第２の可動櫛型電極７ｂ用の電気端子１１ａが設けられている。また、対向電極２ａ及び第２の対向電極２ｂ用の、あるいは、それぞれの固定櫛型電極３ａ及び第２の固定櫛型電極３ｂ用の電気端子１１ｂが設けられている。
【００５１】
閉ループ動作中、標本おもり６の電気端子１１ａと、対向電極２ａ又は第２の対向電極２ｂの電気端子１１ｂとを介して、標本おもり６の偏位を検出することができ、対応する制御ループを用いて、リセット電圧がそこに印加され、初期位置への標準おもり６のリセットがもたらされる。
【００５２】
加速度センサが開ループモードで動作していれば、電気端子１１ａ又は１１ｂを介して容量変化を測定することができ、それに基づいて、加速度センサの加速度を算出することができる。
【００５３】
また、シールド電極９ａ又は第２のシールド電極９ｂに対し、電気端子１１ｃを設けることができる。電気端子１１ｃを介し、シールド電極９ａ又は第２のシールド電極９ｂは、共通の電位が与えられる。この目的を達成するために、シールド電極９ａ及び第２のシールド電極９ｂの電気端子１１ｃは、例えば、互いに接続されていてもよい。
【００５４】
さらに、シールド電極９ａ又は第２のシールド電極９ｂは、それらの電気端子１１ｃを介して、標本おもり６と同じ電位が与えられる。シールド電極及び標本おもり６が同一の電位であれば、シールド電極、及び、それぞれの可動櫛型電極７ａ又は第２の可動櫛型電極７ｂも同一の電位になる。このことは、シールド電極９ａ又は第２のシールド電極９ｂと、それぞれに対向する可動櫛型電極７ａ又は第２の可動櫛型電極７ｂとの間に望ましくない静電力が存在しないという効果を奏する。
【００５５】
図３は、本発明による加速度センサの他の実施形態を示した概略平面図である。図３に示した加速度センサは、図１に示された加速度センサと実質的に同じ構成要素を備える。同一の構成要素は同一の符号によって表される。
【００５６】
図３に示した加速度センサにおいて、シールド電極９ａ又は第２のシールド電極９ｂは、複数の分離層１２を介して、それぞれの対向電極２ａ又は第２の対向電極３ｂに機械的に連結される。このようにして、シールド電極９ａ及び対向電極２ａは、一体構造を形成し、装置の安定性を大幅に向上させている。従って、例えば、図１の実施形態に比べてシールド電極９ａをより薄く形成することができる。分離層１２は、シールド電極９ａ及び対向電極２ｂを互いに電気的に分離することが好ましい。このような電気的な分離は、例えば、シールド電極９ａ，９ｂ及び標本おもりが同じ電位であれば、特に合理的である。
【００５７】
シールド電極９ａ，９ｂによって引き起こされる減衰の強さを調節するために、例えば、互いに任意に組み合わせることができる２つのオプションが考えられる。
【００５８】
例えば、製造工程中に又は製造工程後に、加速度センサのガス圧（又は充填圧又は内圧）は、標本おもり６の最適な減衰が為されるように調整される。ここで、通常のガス圧（又は充填圧）における空気圧減衰の強さは、ガス圧の高さに応じて増加する。より高いガス圧においては、減衰がガス圧に依存しなくなる。減衰の強さが高すぎず、かつ、低すぎないような最適な値が存在する。
【００５９】
また、例えば、製造工程中に又は設計工程後に、標本おもり６の偏位の最適な減衰が得られるように、可動櫛型電極７ａ（又は第２の可動櫛型電極７ｂ）とシールド電極９ａ（又は第２のシールド電極９ｂ）との距離を調整することができる。加速度センサ用の通常の充填圧（例えば、１ミリバール）に関し、この距離が小さくなるほど、減衰の強さは高くなる。
【００６０】
当然ながら、上述の方法はともに、最適な減衰に調整するために組み合わせることができる。
【００６１】
本発明のさらなる特徴を以下に説明する。
【００６２】
本発明は、ＭＥＭＳ加速度測定デバイスにおける減衰を増大させるためのシールド電極９ａ，９ｂの使用に関する。噛み合っている電極（図２参照）を有するがシールド電極を有しない構造では、線形動作及び単純なコントローラ設計を実現できるが、小さな減衰しか得られない。
【００６３】
振動が発生した場合、このことが好ましくない調整につながるかもしれない。特別に設計された電極（シールド電極）９ａ，９ｂを更に用いることにより、予め定められた圧力に対し、ギャップ幅が最適な値となるように、ギャップ幅を介して減衰を調整することができる。
【００６４】
フィンガーを係合させる（シールド電極を有しない）従来の構成では、減衰が急速に低下する。その結果、リセット範囲が減少する。ここで、十分に高い減衰を達成するために、多くの場合、高いガス圧が選択される。その結果、温度によってセンサ内部に高い圧力変動が生じ、それゆえに機械的張力の危険性が生じる。より小さな圧力での動作を可能にするには、電極間に非常に狭い隙間が形成されなければならない。これには、高度な製造技術が必要になるので、満足できる解決方法ではない。
【００６５】
図１に示したフィンガーを係合させた本発明の電極設計は、的確にレイアウトすれば、ｘ方向に沿った偏位に依存する静電力のほぼ一定且つ線形な力特性をもたらすが、その減衰は小さい。平板キャパシタとして配列されたシールド電極９ａ，９ｂは、例えば、可動櫛型電極７ａ，７ｂと同一電位であるため、静電力効果に関して効果がなく、静電力効果に関するこの構成の非線形性に対しても効果がないので、ガス充填を介して減衰にのみ寄与する。本発明の他の利点は、ほぼ全ての加工技術を用いて実現できるということにある。更なる利点は、全てのアクティブ構造（全ての可動及び非可動部品）は、単一のＤＲＩＥエッチング工程によって製造され、最高の製造精度を実現できることである。
【００６６】
図１には、本発明による係合する電極を備えた加速度測定装置が示されている。
【００６７】
加速度測定装置は、本質的な部品として、（振り子又は検出おもりとしても表される）標本おもり６を備える。標本おもり６は、支持構造と、正のｘ方向が有意な方向である可動又は振動電極７ａと、負のｘ方向が有意な方向である可動又は振動電極７ｂと、局所的に固定されたアンカーに可動構造を結合する曲げばねの梁５とに分離することができる。
可動電極７ａ，７ｂに対向して、固定電極３ａ，３ｂが配置される。適切な電圧が印加されると、後者は可動構造６に静電力を与える。固定電極３ａ，３ｂと、可動構造６上に配置された可動電極７ａ，７ｂとは、断続的に互いに係合する。従って、平板キャパシタ配置の効果と、それによる非線形性の効果とが従属して残るように、１つの電極歯の先端と、対向する歯の基端との間に十分な自由空間が残されることに留意すべきである。
【００６８】
固定電極３ａ，３ｂの前方辺と、可動電極７ａ，７ｂの前方辺との間に、シールド電極９ａ，９ｂが挿入される。これらは、可動電極７ａ，７ｂと同一であるが分離された電位であることが望ましい。これにより、電極の前方辺に作用する反力によって、所望の方向に沿った静電力の減衰が防止される。ここでのさらに重要な特徴は、これらのシールド電極９ａ，９ｂが、例えば、シールド電極９ａ及び可動櫛型電極７ａ間におけるそれらの大きな面積と、平板キャパシタ配列とにより、減衰部材としての使用に適していることにある。
【００６９】
減衰は、シールド電極９ａ，９ｂ及び可動櫛型電極７ａ，７ｂの間の隙間の大きさを介して、また、ガス圧によって、最適となるように調整することができる。大きな減衰値が容易に得られる利点、及び、係合電極を有するがシールド電極９ａ，９ｂを有していない従来の電極配置の利点、すなわち、非常に小さな非線形性及び小さな振動配置が、図１に示したシールド電極９ａ，９ｂの挿入によって、互いに組み合わせられる。
【００７０】
当該製造方法によれば、複合電極構造において、シールド電極９ａ，９ｂと固定電極３ａ，３ｂとを組み合わせることもできる。シールド電極９ａ，９ｂと電極３ａ，３ｂとの間には、例えば、酸化層などの分離層を設けることができる。当然のことながら、シールド電極９ａ，９ｂ及び電極３ａ，３ｂが１つのユニットを形成すべき場合にも、同じことが当てはまる。この場合の利点は、構造的剛性が電極３ａ，３ｂによって既に提供されていることにある。従って、この実施形態において、シールド電極９ａ，９ｂのために要求される空間の大部分は、それぞれの隙間を含めて存在しない。
【図１】
2016522896.tif 000003
【図２】
2016522896.tif 000004
【図３】
2016522896.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月25日(2015.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面を有する基板（１）と、
前記基板面に略平行な正の偏位方向（ｘ）に沿って、前記基板（１）に対し相対的に移動可能な標本おもり（６）であって、前記標本おもりとともに移動可能な櫛型電極（７ａ）を有し、前記可動櫛型電極（７ａ）が、前記正の偏位方向（ｘ）に沿って延びる複数の歯（８ａ）を有する標本おもり（６）と、
前記基板（１）へ固定的に連結された対向電極（２ａ）であって、固定櫛型電極（３ａ）により構成され、前記固定櫛型電極（３ａ）が、前記正の偏位方向（ｘ）とは反対の方向に沿って延びる複数の歯を有し、前記可動櫛型電極（７ａ）の前記歯（８ａ）が、前記固定櫛型電極（３ａ）の前記歯（４ａ）と係合する対向電極（２ａ）と、
前記基板（１）へ固定的に連結されたシールド電極（９ａ）であって、前記標本おもり（６）の偏位動作中における前記標本おもり（６）の空気圧減衰を増大するのに適したシールド電極とを備えた加速度センサにおいて、
前記可動櫛型電極（７ａ）は、前記正の偏位方向（ｘ）に略垂直な櫛前方面を有する櫛前方辺を有し、
前記シールド電極（９ａ）は、前記櫛前方面に略平行なシールド電極面を有し、
前記櫛前方面及び前記シールド電極面は、互いに対向し、
前記櫛前方面及び前記シールド電極面の距離は、前記標本おもり（６）の偏位動作中に変化し、
前記距離の変化は、前記標本おもり（６）の空気圧減衰を増大させるのに適していることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記標本おもり（６）及び前記シールド電極（９ａ）は同電位であることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記対向電極（２ａ）及び前記シールド電極（９ａ）は、分離層（１２）を介して互いに連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記標本おもり（６）は、前記標本おもり（６）とともに移動可能な第２の可動櫛型電極（７ｂ）を有し、前記第２の可動櫛型電極（７ｂ）が、前記正の偏位方向（ｘ）とは反対の方向に沿って延びる複数の歯（８ｂ）を有し、
前記加速度センサは、前記基板（１）へ固定的に連結された第２の対向電極（２ｂ）を備え、前記第２の対向電極（２ｂ）が、第２の固定櫛型電極（３ｂ）により構成され、前記第２の固定櫛型電極（３ｂ）が、前記正の偏位方向（ｘ）に沿って延びる複数の歯（４ｂ）を有し、前記第２の可動櫛型電極（７ｂ）の前記歯（８ｂ）が、前記第２の固定櫛型電極（３ｂ）の前記歯（４ｂ）と係合し、
前記加速度センサは、前記基板（１）へ固定的に連結された第２のシールド電極（９ｂ）を備え、前記シールド電極（９ｂ）が、前記標本おもり（６）の偏位動作中における前記標本おもり（６）の空気圧減衰を増大させるのに適していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記シールド電極（９ａ）及び前記第２のシールド電極（９ｂ）は、互いに一体的に連結されていることを特徴とする請求項４に記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記標本おもり（６）が、前記正の偏位方向（ｘ）に沿って偏位動作でき、かつ、前記正の偏位方向（ｘ）に垂直かつ前記基板面に平行な方向（ｙ）について実質的に固定的に支持されるように、ばね部材（５）が、前記標本おもり（６）及び前記基板（１）を互いに結合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の加速度センサ。
【請求項７】
基板面を有する基板（１）を形成し、
前記基板面に略平行な正の偏位方向（ｘ）に沿って、前記基板（１）に対し相対的に移動可能な標本おもり（６）であって、前記標本おもり（６）とともに移動可能な櫛型電極（７ａ）を有し、前記可動櫛型電極（７ａ）が、前記正の偏位方向（ｘ）に沿って延びる複数の歯（８ａ）を有する標本おもり（６）を形成し、
前記基板（１）へ固定的に連結された対向電極（２ａ）であって、固定櫛型電極（３ａ）により構成され、前記固定櫛型電極（３ａ）が、前記正の偏位方向（ｘ）とは反対の方向に沿って延びる複数の歯（４ａ）を有し、前記可動櫛型電極（７ａ）の前記歯（８ａ）が、前記固定櫛型電極（３ａ）の前記歯（４ａ）と係合する対向電極を形成し、
前記基板（１）へ固定的に連結されたシールド電極（９ａ）であって、前記標本おもり（６）の偏位動作中における前記標本おもり（６）の空気圧減衰を増大するのに適しているシールド電極（９ａ）を形成する加速度センサの製造方法において、
前記可動櫛型電極（７ａ）は、前記正の偏位方向（ｘ）に略垂直な櫛前方面を有する櫛前方辺を有し、
前記シールド電極（９ａ）は、前記櫛前方面に略平行なシールド電極面を有し、
前記櫛前方面及び前記シールド電極面は、互いに対向し、
前記櫛前方面及び前記シールド電極面の距離は、前記標本おもり（６）の偏位動作中に変化し、
前記距離の変化は、前記標本おもり（６）の空気圧減衰を増大させるのに適していることを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項８】
さらに、前記標本おもり（６）の偏位動作の最適な減衰を調整するために、前記加速度センサのガス圧を調整することを特徴とする請求項７に記載の加速度センサの製造方法。
【請求項９】
さらに、前記標本おもり（６）の偏位動作の最適な減衰を調整するために、予め定められたガス圧における、前記加速度センサの前記可動櫛型電極（７ａ）及び前記シールド電極（９ａ）の間の距離を選択することを特徴とする請求項７又は８に記載の加速度センサの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
しかしながら、この交互配置された電極の問題は、減衰がないことであり、加速度が高いときに、例えば、可動電極が対向電極又はスペーサに当たり、機械的な欠陥や不正確又は利用不能な測定結果を招くおそれがある。
［先行技術文献］
［特許文献１］ドイツ公開公報第１０  ２０１１  ０８３４８７号
［特許文献２］米国公開公報第２０１２／０３１１８５号
［特許文献３］国際公開公報第２００６／１０５３１４号
［特許文献４］米国公開公報第２００７／０２９６２９号
【国際調査報告】
2016522896.tif 000006
2016522896.tif 000007
2016522896.tif 000008
2016522896.tif 000009
2016522896.tif 000010