【手続補正書】
【提出日】平成17年7月8日(2005.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性をもった上層部と、絶縁性をもった中層部と、導電性をもった下層部と、の少なくとも３層構造を有するセンサ本体と、検出値を電気信号として取り出すための検出回路と、を備え、
前記上層部の上面の中心位置に原点Ｏをとり、前記上層部の上面において互いに直交する方向にそれぞれＸ軸およびＹ軸をとり、前記上層部の上面に対して垂直な方向にＺ軸をとることにより、ＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、
前記上層部は、前記原点Ｏの近傍に配置された島状部と、前記島状部からＸ軸正方向に伸びる第１の橋梁部と、前記島状部からＹ軸正方向に伸びる第２の橋梁部と、前記島状部からＸ軸負方向に伸びる第３の橋梁部と、前記島状部からＹ軸負方向に伸びる第４の橋梁部と、の５つの部分を有する十字形部材と、ＸＹ座標における第１象限に位置する第１の固定部材と、ＸＹ座標における第２象限に位置する第２の固定部材と、ＸＹ座標における第３象限に位置する第３の固定部材と、ＸＹ座標における第４象限に位置する第４の固定部材と、によって構成されており、前記十字形部材、前記第１の固定部材、前記第２の固定部材、前記第３の固定部材、前記第４の固定部材は、物理的に互いに非接触となるように配置されており、
前記下層部は、前記第１の固定部材の内側部分の一部の領域に対向する第１の羽根部と、前記第２の固定部材の内側部分の一部の領域に対向する第２の羽根部と、前記第３の固定部材の内側部分の一部の領域に対向する第３の羽根部と、前記第４の固定部材の内側部分の一部の領域に対向する第４の羽根部と、中央付近において前記第１の羽根部、前記第２の羽根部、前記第３の羽根部、前記第４の羽根部を互いに接続する羽根接合部と、を有する作用体と、この作用体に対して所定間隔をおきながら、その周囲を取り囲む台座と、によって構成されており、
前記中層部は、前記島状部の下面と、前記羽根接合部の上面と、を接続する中央接続部と、前記台座の上面と、前記第１の固定部材、前記第２の固定部材、前記第３の固定部材、前記第４の固定部材、前記第１の橋梁部、前記第２の橋梁部、前記第３の橋梁部、前記第４の橋梁部、のそれぞれ外側部分の下面と、を接続する周囲接続部と、によって構成されており、
前記第１の橋梁部、前記第２の橋梁部、前記第３の橋梁部、前記第４の橋梁部は、前記作用体に外力が作用した場合に撓みを生じる性質を有し、この撓みにより前記作用体が前記台座に対して変位を生じるように構成されており、
前記検出回路は、前記第１の固定部材と前記第１の羽根部とによって構成される第１の容量素子、前記第２の固定部材と前記第２の羽根部とによって構成される第２の容量素子、前記第３の固定部材と前記第３の羽根部とによって構成される第３の容量素子、前記第４の固定部材と前記第４の羽根部とによって構成される第４の容量素子、の各静電容量値に基づいて、前記作用体に作用した外力を示す電気信号を出力することを特徴とする容量素子を用いた力センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の力センサにおいて、
上層部を構成する十字形部材、第１の固定部材、第２の固定部材、第３の固定部材、第４の固定部材が、上層部を厚み方向に貫通する所定幅のスリットによって、互いに分離されていることを特徴とする容量素子を用いた力センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の力センサにおいて、
島状部の厚み方向に形成された貫通孔を通して、作用体に接触する配線部が設けられ、
検出回路が前記配線部と各固定部材との間の静電容量値に基づいて検出値を出力することを特徴とする容量素子を用いた力センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の力センサにおいて、
所定の許容範囲を越える外力が作用した場合に、作用体のいずれかの羽根部の上面がいずれかの固定部材の下面に接触して変位が制御されるように、中層部の厚みが設定されていることを特徴とする容量素子を用いた力センサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の力センサにおいて、
検出回路が、第１の容量素子の静電容量値と第４の容量素子の静電容量値との和と、第２の容量素子の静電容量値と第３の容量素子の静電容量値との和と、の差に基づいて、作用体に作用した外力のＸ軸方向成分を示す検出値を出力し、第１の容量素子の静電容量値と第２の容量素子の静電容量値との和と、第３の容量素子の静電容量値と第４の容量素子の静電容量値との和と、の差に基づいて、作用体に作用した外力のＹ軸方向成分を示す検出値を出力することを特徴とする容量素子を用いた力センサ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の力センサにおいて、
ＸＹ座標における第１象限が正方向、第３象限が負方向となり、ＸＹ両座標軸に対して４５°をなすＶ軸を定義し、ＸＹ座標における第２象限が正方向、第４象限が負方向となり、ＸＹ両座標軸に対して４５°をなすＷ軸を定義したときに、
検出回路が、第１の容量素子の静電容量値と第３の容量素子の静電容量値との差に基づいて、作用体に作用した外力のＶ軸方向成分を示す検出値を出力し、第２の容量素子の静電容量値と第４の容量素子の静電容量値との差に基づいて、作用体に作用した外力のＷ軸方向成分を示す検出値を出力することを特徴とする容量素子を用いた力センサ。
【請求項７】
請求項５または６に記載の力センサにおいて、
検出回路が、更に、第１の容量素子の静電容量値、第２の容量素子の静電容量値、第３の容量素子の静電容量値、第４の容量素子の静電容量値の総和に基づいて、作用体に作用した外力のＺ軸方向成分を示す検出値を出力することを特徴とする容量素子を用いた力センサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の力センサにおいて、
上層部および下層部を構成する材料と中層部を構成する材料とが、互いにエッチング特性の異なる材料からなることを特徴とする容量素子を用いた力センサ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の力センサにおいて、
上層部および下層部を、不純物をドープしたシリコン層によって構成し、中層部を酸化シリコン層によって構成したことを特徴とする容量素子を用いた力センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載の力センサにおいて、
センサ本体が、不純物をドープしたシリコン層／酸化シリコン層／不純物をドープしたシリコン層なる３層構造を有するＳＯＩ基板によって構成されていることを特徴とする容量素子を用いた力センサ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の力センサを含み、作用体に作用した加速度に起因する力を検出することにより、検出回路から加速度の検出信号を出力させるようにしたことを特徴とする容量素子を用いた加速度センサ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の加速度センサにおいて、
台座の底面に制御基板が接続されており、この台座の底面に対して作用体の底面が所定寸法だけ上方に位置し、前記作用体の底面と前記制御基板の上面との間に所定間隔が確保されるように、前記作用体の厚みが設定されており、
作用した加速度の所定方向成分の大きさが所定の許容値を越えたときに、前記作用体の底面が前記制御基板の上面に接触して変位が制御されるように、前記所定間隔が設定されていることを特徴とする容量素子を用いた加速度センサ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の力センサもしくは加速度センサを製造する方法であって、
上から順に、導電性をもった第１の層、絶縁性をもった第２の層、導電性をもった第３の層の３層を積層してなる材料基板を用意する準備段階と、
前記第１の層に対しては浸食性を有し、前記第２の層に対しては浸食性を有しないエッチング方法により、前記第１の層の所定領域に対して、前記第２の層の上面が露出するまで厚み方向へのエッチングを行い、前記第１の層にスリットを形成することにより、前記第１の層を、十字形部材、第１の固定部材、第２の固定部材、第３の固定部材、第４の固定部材に分離するとともに、これら各固定部材の内側部分の所定領域にエッチング用貫通孔を形成する上層部形成段階と、
前記第３の層に対しては浸食性を有し、前記第２の層に対しては浸食性を有しないエッチング方法により、前記第３の層の所定領域に対して、前記第２の層の下面が露出するまで厚み方向へのエッチングを行い、前記第３の層を作用体と台座とに分離する下層部形成段階と、
前記第２の層に対しては浸食性を有し、前記第１の層および前記第３の層に対しては浸食性を有しないエッチング方法により、前記第２の層に対して、その露出部分から厚み方向および層方向へのエッチングを行い、残存した部分により中央接続部および周囲接続部を形成する中層部形成段階と、
を有することを特徴とする力センサもしくは加速度センサの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のセンサの製造方法において、
中層部形成段階で行われるエッチングにより、作用体の各羽根部の上方に位置する第２の層からなる部分が除去できるように、上層部形成段階において、所定箇所に複数のエッチング用貫通孔を形成することを特徴とする力センサもしくは加速度センサの製造方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載された加速度センサの製造方法において、
台座部分の厚みに比べて作用体部分の厚みが小さくなるように、作用体となるべき領域の下層部分をエッチング除去する厚み調整段階と、
台座底面に制御基板を接合する制御基板接合段階と、
を更に有することを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれかに記載のセンサの製造方法において、
上層部形成段階および下層部形成段階で、誘導結合型プラズマエッチング法を用いることにより、厚み方向へのエッチングを行うことを特徴とする力センサもしくは加速度センサの製造方法。
【請求項１７】
導電性をもった上層部と、絶縁性をもった中層部と、導電性をもった下層部と、の少なくとも３層構造を有するセンサ本体と、検出値を電気信号として取り出すための検出回路と、を備え、
前記上層部は、中心位置に配置された島状部と、この島状部から外側へと伸びる橋梁部と、前記島状部および前記橋梁部とは物理的に非接触となるように配置された固定部材と、を有し、
前記下層部は、前記固定部材に対向する位置に配置された作用体と、この作用体に対して所定間隔をおくように配置された台座と、を有し、
前記中層部は、前記島状部と前記作用体とを接続する中央接続部と、前記固定部材の外側部分および前記橋梁部の外側部分と前記台座とを接続する周囲接続部と、を有し、
前記橋梁部は、前記作用体に外力が作用した場合に撓みを生じる性質を有し、この撓みにより前記作用体が前記台座に対して変位を生じるように構成されており、
前記検出回路は、前記固定部材と前記作用体とによって構成される容量素子の静電容量値に基づいて、前記作用体に作用した外力を示す電気信号を出力することを特徴とする容量素子を用いた力センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
(16)  本発明の第１６の態様は、上述の第１３〜第１５の態様に係る容量素子を用いた力センサもしくは加速度センサの製造方法において、
上層部形成段階および下層部形成段階で、誘導結合型プラズマエッチング法を用いることにより、厚み方向へのエッチングを行うようにしたものである。
(17)  本発明の第１７の態様は、導電性をもった上層部と、絶縁性をもった中層部と、導電性をもった下層部と、の少なくとも３層構造を有するセンサ本体と、検出値を電気信号として取り出すための検出回路と、により力センサを構成するようにし、
上層部が、中心位置に配置された島状部と、この島状部から外側へと伸びる橋梁部と、島状部および橋梁部とは物理的に非接触となるように配置された固定部材と、によって構成されるようにし、
下層部が、固定部材に対向する位置に配置された作用体と、この作用体に対して所定間隔をおくように配置された台座と、によって構成されるようにし、
中層部が、島状部と作用体とを接続する中央接続部と、固定部材の外側部分および橋梁部の外側部分と台座とを接続する周囲接続部と、によって構成されるようにし、
橋梁部は、作用体に外力が作用した場合に撓みを生じる性質を有し、この撓みにより作用体が台座に対して変位を生じるように構成されており、
検出回路が、固定部材と作用体とによって構成される容量素子の静電容量値に基づいて、作用体に作用した外力を示す電気信号を出力するようにしたものである。