(57)【要約】加速度検出部を有する検出素子（２８）を備え、加速度検出部は、可撓部（１６）を介して固定部（１４）と連結された錘部（１８）と、錘部（１８）と対向させた基板部（１０）と、錘部（１８）および基板部（１０）の各々の対向面に配置した対向電極（２０、２２、２４、２６）からなる電極部とを有することにより、Ｚ軸方向への錘部（１８）の変位を抑制して、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を向上できる。
2008059757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度検出部を有する検出素子を備え、
前記加速度検出部は、可撓部を介して固定部と連結された錘部と、前記錘部と対向させた基板部と、前記錘部および前記基板部の各々の対向面に配置した対向電極からなる電極部とを有するセンサ。
【請求項２】
前記加速度検出部に、前記錘部または前記可撓部を押圧する押圧部を設けるとともに、前記対向電極間の静電容量変化を検出する請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
前記押圧部は、前記可撓部に引っ張り応力を加えるように前記錘部または前記可撓部を押圧する請求項２記載のセンサ。
【請求項４】
前記押圧部は、重力方向と同方向に前記錘部または前記可撓部を押圧する請求項２記載のセンサ。
【請求項５】
前記可撓部は、前記検出素子の中心に対して対称配置した請求項２記載のセンサ。
【請求項６】
前記可撓部は、少なくとも４つのアーム部からなり、前記アーム部は、前記検出素子の中心に対して対称配置した請求項２記載のセンサ。
【請求項７】
前記押圧部は錘状または棒状または針状とし、前記錘部または前記可撓部に点接触させた請求項２記載のセンサ。
【請求項８】
前記基板部と前記固定部と前記可撓部と前記錘部は、シリコンを主成分とする材料からなり、前記固定部と前記可撓部と前記錘部とを一体成形するとともに、前記固定部を前記基板部に直接接合した請求項２記載のセンサ。
【請求項９】
前記基板部は、前記錘部を重力方向に挟むように対向させた第１基板および第２基板からなり、前記対向電極は、前記錘部と前記第１基板および第２基板の各々の対向面に配置され、前記加速度検出部は前記対向電極間の静電容量変化を検出して加速度を検出する請求項１記載のセンサ。
【請求項１０】
前記可撓部は、前記検出素子の中心に対して対称配置した請求項９記載のセンサ。
【請求項１１】
前記可撓部は、少なくとも４つのアーム部からなり、前記アーム部は、前記検出素子の中心に対して対称配置した請求項９記載のセンサ。
【請求項１２】
前記第１基板および前記第２基板と前記固定部と前記可撓部と前記錘部は、シリコンを主成分とする材料からなり、前記固定部と前記可撓部と前記錘部とを一体成形するとともに、前記固定部を前記第１基板および前記第２基板に直接接合した請求項９記載のセンサ。
【請求項１３】
前記検出素子は、角速度検出部をさらに有し、
前記角速度検出部は、前記可撓部に配置された他の電極部をさらに有し、
前記錘部に配置された電極部および前記可撓部に配置された他の電極部は、圧電層を介在させた上部電極と下部電極とを有し、
前記加速度検出部は、前記錘部に配置された電極部の前記上部電極と前記下部電極とを短絡させるとともに、前記錘部と前記基板部の各々の対向面に配置された前記対向電極間の静電容量を検出して加速度を検出し、
前記角速度検出部は、コリオリ力に起因して撓む前記可撓部の状態変化を前記他の電極部で検出して角速度を検出する請求項１記載のセンサ。
【請求項１４】
前記錘部に配置された電極部を延長して引き出した引き出し線を、前記可撓部を介して前記固定部まで配置し、前記引き出し線の端部にて前記上部電極と前記下部電極とを短絡させた請求項１３記載のセンサ。
【請求項１５】
前記可撓部は、前記検出素子の中心に対して対称配置した請求項１３記載のセンサ。
【請求項１６】
前記可撓部は、少なくとも４つのアーム部からなり、前記アーム部は、前記検出素子の中心に対して対称配置した請求項１３記載のセンサ。
【請求項１７】
前記基板部と前記固定部と前記可撓部と前記錘部は、シリコンを主成分とする材料からなり、前記固定部と前記可撓部と前記錘部とを一体成形するとともに、前記固定部を前記基板部に直接接合した請求項１３記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる加速度や角速度を検出するセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず、従来の加速度センサについて図２０を用いて説明する。【０００３】
従来の加速度センサは、固定基板１０１と、固定基板１０１上に配置した台座ガラス１０２と、台座ガラス１０２上に配置した可撓基板１０３と、可撓基板１０３の下面に配置した錘部１０４とを有する。【０００４】
また、可撓基板１０３の上方には可撓基板１０３と対向するようにガラス基板１０５を配置し、可撓基板１０３とガラス基板１０５の対向面には、それぞれ対向電極１０６を設けている（特許文献１）。【０００５】
次に、このような加速度センサを用いた加速度の検出について説明する。【０００６】
加速度が生じると、錘部１０４が加速度の生じた軸方向に移動しようとするために、錘部１０４を配置した可撓基板１０３に撓みが発生する。そうすると、可撓基板１０３とガラス基板１０５との対向距離が変化するので、この対向距離の変化に起因した対向電極１０６間の静電容量の変化に基づいて、加速度を検出するものである。【０００７】
このような加速度センサを、検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。【０００８】
しかしながら、上記構成では、対向電極１０６間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出するが、錘部１０４は固定基板１０１の上方に中空上に浮いた状態で可撓基板１０３の下面に配置されているので、錘部１０４はＺ軸方向に変位しやすい。【０００９】
例えば、対向電極１０６間が離れるようにＺ軸方向に錘部１０６が変位した場合、対向電極１０６間の静電容量の値は小さくなる。したがって、この状態において、Ｘ軸またはＹ軸方向に加速度が生じたとしても、この加速度に起因した対向電極１０６間の静電容量の変化も小さくなり、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を劣化させるという問題点を有していた。【００１０】
次に、例えば、特許文献２や特許文献３などで知られている、従来の角速度と加速度とを検出するセンサについて説明する。【００１１】
従来、角速度や加速度を検出するセンサを用いる場合は、角速度を検出するには専用の角速度センサを用い、加速度を検出するには専用の加速度センサを用いていた。【００１２】
したがって、各種電子機器において、角速度と加速度とを複合して検出する場合は、複数の角速度センサと加速度センサを各種電子機器の実装基板に各々実装していた。【００１３】
一般に、角速度センサは、音さ形状やＨ形状やＴ形状等、各種の形状の検出素子を振動させて、コリオリ力の発生に伴う検出素子の歪を電気的に検知して角速度を検出するものである。一方、加速度センサは、上記で説明したように、錘部１０４を有し、加速度に伴う錘部１０４の可動を、可動前と比較検知して加速度を検出するものである。【００１４】
このような角速度センサや加速度センサを検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。【００１５】
しかしながら、上記従来の構成では、検出したい角速度や加速度の検出軸に対応させて、角速度センサおよび加速度センサを実装基板に各々実装するので、実装面積を確保する必要があり、小型化を図れないという問題点を有していた。
【特許文献１】特開平１０‐１７７０３４号公報
【特許文献２】特開２００１‐２０８５４６号公報
【特許文献３】特開２００１‐７４７６７号公報
【発明の開示】
【００１６】
本発明は上記問題点を解決するもので、Ｚ軸方向への錘部の変位を抑制して、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を向上したセンサを提供し、また、角速度や加速度を検出するにあたり、実装面積を低減して小型化を図ったセンサを提供するものである。
【００１７】
本発明は、加速度検出部を有する検出素子を備え、加速度検出部は、可撓部を介して固定部と連結された錘部と、錘部と対向させた基板部と、錘部および基板部の各々の対向面に配置した対向電極からなる電極部とを有する構成である。
【００１８】
上記構成により、Ｚ軸方向への錘部の変位を抑制して、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を向上できる。
【００１９】
好ましくは、本発明は、加速度検出部に、錘部または可撓部を押圧する押圧部を設けるとともに、対向電極間の静電容量変化を検出して加速度を検出する構成である。
【００２０】
上記構成により、固定部と錘部とを連結する可撓部または錘部には、押圧部による押圧力が常に加わる。例えば、Ｚ軸方向に向かって、押圧部が錘部または可撓部を押圧していれば、Ｚ軸方向への錘部の変位が抑制されるので、錘部および基板の各々の対向面に配置した全ての対向電極間の対向距離が離れにくく、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を劣化させずに検出精度を向上できる。
【００２１】
好ましくは、本発明は、基板部が、錘部を重力方向に挟むように対向させた第１基板および第２基板からなり、対向電極は、錘部と第１基板および第２基板の各々の対向面に配置され、加速度検出部は対向電極間の静電容量変化を検出して加速度を検出する構成である。
【００２２】
上記構成により、重力方向をＺ軸方向とすると、例えば、Ｚ軸方向へ錘部が変位したとしても、第１基板と錘部との対向距離が広がれば、第２基板と錘部との対向距離が縮まり、第１基板と錘部との対向距離が縮めば、第２基板と錘部との対向距離が広がる。すなわち、錘部と第１基板との対向距離および錘部と第２基板との対向距離の総対向距離が変わらないので、Ｚ軸方向へ錘部が変位したとしても、対向電極間の全体の静電容量が小さくなりにくく、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を劣化させずに検出精度を向上できる。
【００２３】
好ましくは、本発明は、検出素子は、角速度検出部をさらに有する。角速度検出部は、可撓部に配置された他の電極部をさらに有する。錘部に配置された電極部および可撓部に配置された他の電極部は、それぞれ圧電層を介在させた上部電極と下部電極とを有する。加速度検出部は、錘部に配置された電極部の上部電極と下部電極とを短絡させるとともに、錘部と基板部の各々の対向面に配置された対向電極間の静電容量を検出して加速度を検出する。角速度検出部は、コリオリ力に起因して撓む可撓部の状態変化を他の電極部で検出して角速度を検出する。
【００２４】
上記構成により、加速度検出部によって、錘部と基板部の各々の対向面に配置された対向電極間の静電容量を検出して加速度を検出し、角速度検出部によって、コリオリ力に起因して撓む可撓部の状態変化を他の電極部で検出する。一つの検出素子で加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減して小型化を図れる。特に、加速度検出部の電極部と角速度検出部の他の電極部とは、圧電層を介在させた上部電極と下部電極とを有しており、同一工程で形成できるので、生産性を向上しつつ小型化を図れる。
【００２５】
また、錘部に配置した対向電極は、圧電層を介在させて上部電極と下部電極とを短絡させているので、上部電極と下部電極との間で静電容量が発生することがなく検出精度の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における加速度センサの分解斜視図である。
【図２】図２は、同加速度センサの一部透視斜視図である。
【図３】図３は、同加速度センサの図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４は、同加速度センサの図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図５は、同加速度センサの加速度発生時における図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図６は、押圧部を形成しない場合の図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図７は、押圧部を形成しない場合の加速度発生時における図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２における加速度センサの断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３における加速度センサの分解斜視図である。
【図１０】図１０は、同加速度センサの一部透視斜視図である。
【図１１】図１１は、同加速度センサの図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１２】図１２は、同加速度センサの加速度発生時における図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】図１３は、同加速度センサの錘部がＺ軸方向へ変位した状態における図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】図１４は、同加速度センサの錘部がＺ軸方向へ変位した状態の加速度発生時における図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態４におけるセンサの分解斜視図である。
【図１６】図１６は、同センサの図１５のＡ−Ａ断面図である。
【図１７】図１７は、同センサの基板配置前の検出素子の斜視図である。
【図１８】図１８は、同センサの検出素子の断面図である。
【図１９】図１９は、同センサの検出素子の加速度発生時における動作状態を示す断面図である。
【図２０】図２０は、従来の加速度センサの断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０    第１基板
１２    第２基板
１４，５４  固定部
１６    可撓部
１８，５２    錘部
２０，６４    第１対向電極
２１    第５対向電極
２２，６６    第２対向電極
２３    第６対向電極
２４，６８    第３対向電極
２５    第７対向電極
２６，７０    第４対向電極
２７    第８対向電極
２８，５１  検出素子
３０，５８    第１アーム
３２，６０    第２アーム
３４，６２    支持部
３６    押圧部
５６    基板
７２    駆動電極
７４    検知電極
７６    第１感知電極
７８    第２感知電極
８０    圧電層
８２    上部電極
８４    下部電極
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。【００２９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における加速度センサの分解斜視図、図２は同加速度センサの一部透視斜視図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。【００３０】
図１〜図４において、本発明の実施の形態１における加速度センサは、次の構成を備えた検出素子２８を有している。検出素子２８は、互いに対向させて配置した第１基板１０および第２基板１２と、この第１、第２基板１０、１２間に配置し、第１、第２基板１０、１２に固定した固定部１４に可撓部１６を介して連結した錘部１８と、この錘部１８および第１基板１０の各々の対向面に配置した第１対向電極〜第４対向電極２０、２２、２４、２６とを備えている。すなわち、本実施の形態では、第１基板１０が基板部に相当する。【００３１】
この検出素子２８は、１つの第１アーム３０に２つの第２アーム３２を略直交方向に連結して形成した直交アームが２つと、２つの第１アーム３０の一端を支持する支持部３４とを有し、２つの第１アーム３０と支持部３４とを略同一直線上に配置している。各第１アーム３０の厚みは各第２アーム３２の厚みよりも非常に薄く形成しており、各第１アーム３０の他端をそれぞれ枠体形状の固定部１４に接続している。また、各第２アーム３２は第２アーム３２自身と対向するまで折曲しており、折曲した第２アーム３２の先端部に錘部１８を連結している。第１アーム３０および第２アーム３２は検出素子２８の中心に対して対称配置している。このように、本実施の形態では、４つの第２アーム３２それぞれがアーム部に相当する。【００３２】
ここで、可撓部１６とは、固定部１４と錘部１８とを連結する部分を指しており、第１アーム３０、第２アーム３２、支持部３４が可撓部１６に相当する。【００３３】
第１、第２基板１０、１２と固定部１４と可撓部１６と錘部１８とは、シリコンを生成分とする材料（ガラスまたは線膨張係数がシリコンに近似した材料も含む）からなり、固定部１４と可撓部１６と錘部１８とを一体成形している。また、第１、第２基板１０、１２と固定部１４とは直接接合して互いに固定している。直接接合の替わりに、接着剤やバンプ等を用いて接合してもよい。直接接合の方が接着剤やバンプ等の厚みを考慮する必要がないので、精度を向上できる。【００３４】
第２基板１２には支持部３４を押圧する押圧部３６を固定または形成しており、図３、図４に示すように、この押圧部３６は重力方向と同方向に支持部３４を押圧して、可撓部１６（第１アーム３０、第２アーム３２、支持部３４）に引っ張り応力を加えるようにしている。このとき、押圧部３６が支持部３４を押圧しているので、第１、第３対向電極２０、２４と第１基板１０との距離（Ｈ）は押圧していない場合に比べて短くなる。【００３５】
押圧部３６は錘状であって、検出素子２８の中心に向かって点接触させ支持部３４を押圧している。押圧部３６は棒状または針状でもよく、押圧する箇所は錘部１８または可撓部１６であればよく、支持部３４は可撓部１６の一部に相当する箇所となる。【００３６】
なお、支持部３４は、本実施の形態では、第２アーム３２と同厚さで形成したが、第１アーム３０と同程度の厚さであっても良い。【００３７】
次に、本実施の形態の加速度の検出について説明する。【００３８】
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、第１基板１０をＸＹ平面に配置した場合に、例えば、図５に示すように、Ｘ軸方向に加速度が生じた場合について説明する。この場合、錘部１８は押圧部３６と接触する接触点（支持部３４）を中心にしてＹ軸周りに回転しようとするため、第１、第３対向電極２０、２４間の対向距離（Ｈ１）が大きくなり、第２、第４対向電極２２、２６間の対向距離（Ｈ２）が小さくなる。【００３９】
また、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合も同様に、錘部１８は押圧部３６と接触する接触点を中心にしてＸ軸周りに回転しようとするため、図示しないが、第１、第２対向電極２０、２２間の対向距離が大きくなり、第３、第４対向電極２４、２６間の対向距離が小さくなる。【００４０】
すなわち、各々の電極間の静電容量が変化するので、この静電容量の変化に基づいてＸ軸方向またはＹ軸方向の加速度を検出することができる。【００４１】
上記構成により、本実施の形態では、可撓部１６の一部である支持部３４を押圧する押圧部３６を設けているので、固定部１４と錘部１８とを連結する可撓部１６には、押圧部３６による押圧力が常に加わる。例えば、Ｚ軸方向に向かって、押圧部３６が錘部１８を押圧していれば、Ｚ軸方向への錘部１８の変位を抑制でき、錘部１８および第１基板１０の各々の対向面に配置した全ての電極間の対向距離が大きくなることを抑制し、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を劣化させずに検出精度を向上できる。【００４２】
仮に、図６に示すように、押圧部３６がなければ、錘部１８および可撓部１６がＺ軸方向に変位して、第１、第３対向電極２０、２４間の対向距離（ｈ）が大きくなる場合がある。このとき、Ｘ軸方向に加速度が生じたとしても、図７に示すように対向距離（ｈ）が大きくなるので、第１、第３対向電極２０、２４間の静電容量の変化を十分に検出できないことがある。【００４３】
また、押圧部３６は、可撓部１６に引っ張り応力を加えるように可撓部１６の一部である支持部３４を押圧するので、Ｚ軸方向への錘部１８の変位を的確に抑制できる。特に、重力方向と同方向に可撓部１６の一部である支持部３４を押圧しているので、錘部１８は重力方向と反対方向には変位しにくくなり、錘部１８と第１基板１０に配置した各々の電極間の対向距離が大きくなりにくく、検出精度の劣化を的確に抑制できる。【００４４】
また、押圧部３６は錘状とし、錘部１８に点接触させているので、Ｚ軸方向への錘部１８の変位を抑制しつつ、Ｘ軸、Ｙ軸の加速度に対しては、押圧部３６と接触する接触点（支持部３４）を中心にしてＸ軸またはＹ軸の周りに錘部１８が回転しやすくなり、静電容量を変化させやすくなるので、検出精度を向上できる。【００４５】
また、可撓部１６（第１アーム３０、第２アーム３２、支持部３４）は、検出素子２８の中心（支持部３４）に対して対称配置しているので、押圧部３６によって錘部１８を押圧しても、加速度の発生していない状態において、第１、第３電極２０、２４間、第２、第４電極２２、２６間の対向距離が等しくなり、電極間の違いに起因した検出精度の劣化を抑制できる。【００４６】
また、可撓部１６は、少なくとも４つのアーム部（第１アーム３０、第２アーム３２）で形成しているので、Ｘ軸、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合、押圧部３６と接触する接触点（支持部３４）を中心にしてＸ軸またはＹ軸の周りの両方に錘部１８が回転しやすくなり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向の加速度を検出できる。４つのアーム部を十字状に配置するとともに、４つのアームをＸＹ方向に配置すれば、Ｘ軸周りとＹ軸周りの両方により回転しやすくなり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向の加速度をより検出できる。【００４７】
また、第１基板１０と固定部１４と可撓部１６と錘部１８は、シリコンを主成分とする材料からなり、固定部１４と可撓部１６と錘部１８とを一体成形するとともに、固定部１４は第１基板１０に直接接合している。このため、各々を個別に形成したものに比べ、バラツキが生じにくく、全体としての寸法精度がよいので、検出精度も向上できる。【００４８】
（実施の形態２）
実施の形態１では、押圧部３６が可撓部１６を押圧する構成について説明したが、図８に示すように、中心に錘部１８のある検出素子２８において、押圧部３６が錘部１８を押圧するようにしても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。【００４９】
なお、実施の形態１、２では、押圧部３６は第２基板１２に固定または形成しているが、この押圧部３６は可撓部１６（第１アーム３０、第２アーム３２、支持部３４）に固定または形成して、第２基板１２によって押圧部３６を押圧するようにしてもよい。【００５０】
（実施の形態３）
実施の形態１、２では、検出素子２８は、錘部１８または可撓部１６を押圧する押圧部３６を備えていた。実施の形態３では、押圧部３６の変わりに、錘部１８を重量方向に挟むように第１基板１０と対向させた第２基板１２と、第２基板１２に配置された対向電極とを備えている。【００５１】
図９は本発明の実施の形態３における加速度センサの分解斜視図、図１０は同加速度センサの一部透視斜視図、図１１は図１０のＡ−Ａ断面図である。【００５２】
図９〜図１１において、本発明の実施の形態３における加速度センサは、加速度検出部を有する、次の構成からなる検出素子２８を備えている。検出素子２８は、互いに対向させて配置した第１基板１０および第２基板１２と、この第１、第２基板１０、１２間に配置し、第１、第２基板１０、１２に固定した固定部１４に可撓部１６を介して連結した錘部１８とを有する。第１基板１０と第２基板１２は錘部１８の重力方向に錘部１８を挟むように対向している。【００５３】
この錘部１８および第１基板１０の各々の対向面には第１対向電極〜第４対向電極２０、２２、２４、２６を配置するとともに、錘部１８および第２基板１２の各々の対向面には第５対向電極〜第８対向電極２１、２３、２５、２７を配置している。すなわち、本実施の形態では、第１、第２基板１０、１２が基板部に相当する。【００５４】
また、実施の形態１と同様に、検出素子２８は、１つの第１アーム３０を２つの第２アーム３２に略直交方向に連結して形成した直交アーム２つと、２つの第１アーム３０の一端を支持する支持部３４とを有し、２つの第１アーム３０と支持部３４とを略同一直線上に配置している。各第１アーム３０の厚みは各第２アーム３２の厚みよりも非常に薄く形成しており、各第１アーム３０の他端を枠体形状の固定部１４に接続している。各第２アーム３２は第２アーム３２自身と対向するまで折曲しており、折曲した各第２アーム３２の先端部に錘部１８を連結している。上記の第１アーム３０および第２アーム３２は検出素子２８の中心に対して対称配置している。すなわち、本実施の形態においても、４つの第２アーム３２それぞれがアーム部に相当する。【００５５】
ここで、可撓部１６とは、固定部１４と錘部１８とを連結する部分を指しており、第１アーム３０、第２アーム３２、支持部３４が可撓部１６に相当する。【００５６】
さらに、第１、第２基板１０、１２と固定部１４と可撓部１６と錘部１８とは、シリコンを主成分とする材料（ガラスまたは線膨張係数がシリコンに近似した材料も含む）からなり、固定部１４と可撓部１６と錘部１８とを一体成形している。また、第１、第２基板１０、１２と固定部１４とは直接接合して互いに固定している。直接接合の替わりに、接着剤やバンプ等を用いて接合してもよいが、直接接合の方が接着剤やバンプ等の厚みを考慮する必要がないので、精度を向上できる。【００５７】
次に、本実施の形態の加速度の検出について説明する。【００５８】
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、第１基板１０をＸＹ平面に配置した場合、例えば、図１２に示すように、Ｘ軸方向に加速度が生じた場合、錘部１８は支持部３４を中心にしてＹ軸周りに回転しようとする。この結果、図９、図１２に示すように、第１基板１０と錘部１８の対向面の第１、第３対向電極２０、２４間の対向距離（Ｈ１）および第２基板１２と錘部１８の対向面の第６、第８対向電極２３、２７間の対向距離（Ｈ４）が大きくなる。これに対し、第１基板１０と錘部１８との対向面の第２、第４対向電極２２、２６間の対向距離（Ｈ２）および第２基板１２と錘部１８の対向面の第５、第７対向電極２１、２５間（Ｈ３）は小さくなる。【００５９】
一方、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合も同様に、錘部１８は支持部３４を中心にしてＸ軸周りに回転しようとする。そのため、図示しないが、第１、第２対向電極２０、２２間の対向距離および第７、第８対向電極２５、２７間の対向距離が大きくなり、第３、第４対向電極２４、２６間の対向距離および第５、第６対向電極２１、２３間の対向距離が小さくなる。【００６０】
すなわち、本実施の形態では、各々の電極間の静電容量が変化するので、検出素子２８は、この静電容量の変化に基づいてＸ軸方向またはＹ軸方向の加速度を検出する。【００６１】
また、図１３に示すように、Ｚ軸方向へ錘部１８が変位した状態では、第１基板１０と錘部１８との対向距離（ｈ１、ｈ２）が広がり、第２基板１２と錘部１８との対向距離（ｈ３、ｈ４）が縮まる。逆に、第１基板１０と錘部１８との対向距離（ｈ１、ｈ２）が縮めば、第２基板１２と錘部１８との対向距離（ｈ３、ｈ４）が広がる。【００６２】
図１３に示すように、第１基板１０と錘部１８との対向距離（ｈ１、ｈ２）が広がり、第２基板１２と錘部１８との対向距離（ｈ３、ｈ４）が縮まっている状態において、Ｘ軸方向に加速度が生じた場合、図１４に示すように、錘部１８はＺ軸方向へ変位した位置における支持部３４を中心にしてＹ軸周りに回転しようとする。【００６３】
この結果、図９、図１４に示すように、第１基板１０と錘部１８の対向面の第１、第３対向電極２０、２４間の対向距離（ｈ１）および第２基板１２と錘部１８の対向面の第６、第８対向電極２３、２７間の対向距離（ｈ４）が大きくなる。これに対し、第１基板１０と錘部１８との対向面の第２、第４対向電極２２、２６間の対向距離（ｈ２）および第２基板１２と錘部１８の対向面の第５、第７対向電極２１、２５間（ｈ３）が小さくなる。【００６４】
このとき、錘部１８と第１基板１０との対向距離（ｈ１）と、錘部１８と第２基板１２の対向距離（ｈ３）との総対向距離（ｈ１＋ｈ３）は、錘部１８がＺ軸方向へ変位していない状態における総対向距離（Ｈ１＋Ｈ３）と変わらないので、Ｚ軸方向へ錘部１８が変位したとしても全体の静電容量は小さくなりにくく、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を劣化させずに検出精度を向上できる。【００６５】
上記構成により、錘部１８を重力方向に挟むように対向させた第１、第２基板１０、１２と、錘部１８と第１、第２基板１０、１２の各々の対向面に配置した対向電極２０〜２７とを設けているので、重力方向の変位に対して、第１基板１０と錘部１８および第２基板１２と錘部１８の各対向距離は次のように変化する。【００６６】
例えば、重力方向がＺ軸方向とすると、Ｚ軸方向へ錘部１８が変位したとしても、第１基板１０と錘部１８との対向距離が広がれば、第２基板１２と錘部１８との対向距離が縮まり、第１基板１０と錘部１８との対向距離が縮めば、第２基板１２と錘部１８との対向距離が広がる。【００６７】
すなわち、錘部１８と第１基板１０との対向距離と、錘部１８と第２基板１２との対向距離との総対向距離が変わらないので、Ｚ軸方向へ錘部１８が変位したとしても、全体の静電容量は小さくなりにくく、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を劣化させずに検出精度を向上できる。【００６８】
また、可撓部１６（第１アーム３０、第２アーム３２、支持部３４）は、検出素子２８の中心（支持部３４）に対して対称配置しているので、検出精度の違いを抑制できる。【００６９】
また、可撓部１６は、少なくとも４つのアーム部（第１アーム３０、第２アーム３２）で形成しているので、Ｘ軸、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合、支持部３４を中心にしてＸ軸またはＹ軸の周りの両方に錘部１８が回転しやすくなり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向の加速度を検出できる。４つのアーム部を十字状に配置するとともに、４つのアームをＸＹ方向に配置すれば、Ｘ軸周りとＹ軸周りの両方により回転しやすくなり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向の加速度をより検出できる。【００７０】
また、第１基板１０と固定部１４と可撓部１６と錘部１８は、シリコンを主成分とする材料からなり、固定部１４と可撓部１６と錘部１８とを一体成形するとともに、固定部１４は第１基板１０に直接接合しているので、各々を個別に形成したものに比べ、バラツキが生じにくく、全体としての寸法精度がよいので、検出精度も向上できる。【００７１】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、検出素子２８が加速度検出部のみを備えているセンサについて説明したが、本実施の形態では、検出素子が加速度検出部と角速度検出部を備えているセンサについて説明する。【００７２】
図１５は本発明の実施の形態４におけるセンサの分解斜視図、図１６は図１５のＡ−Ａ断面図である。【００７３】
図１５において、本発明の実施の形態４におけるセンサは、加速度検出部と角速度検出部を有する検出素子５１を備える。この検出素子５１は、可撓部を介して錘部５２を連結した固定部５４と、錘部５２と対向させた基板５６と、錘部５２と基板５６の各々の対向面に配置した対向電極からなる、後述する第１電極部と、可撓部に配置した後述する第２電極部（他の電極部）とを有する。すなわち、本実施の形態では、基板５６が基板部に相当する。【００７４】
具体的には、この検出素子５１は、１つの第１アーム５８を２つの第２アーム６０に略直交方向に連結して形成した直交アーム２つと、２つの第１アーム５８の一端を支持する支持部６２と、２つの第１アーム５８の他端を接続した枠体形状の固定部５４とを有する。各第１アーム５８の厚みは各第２アーム６０の厚みよりも非常に薄く形成しており、各第２アーム６０は第２アーム６０自身と対向するまで折曲し、折曲した各第２アーム６０の先端部に錘部５２をそれぞれ連結している。各第１アーム５８と支持部６２とは略同一直線上に配置し、第１アーム５８および第２アーム６０は検出素子５１の中心に対して対称配置している。すなわち、本実施の形態では、４つの第２アーム６０のそれぞれがアーム部に相当する。【００７５】
ここで、可撓部は固定部５４と錘部５２とを連結する部分を指しており、第１アーム５８、第２アーム６０および支持部６２が可撓部に相当する。【００７６】
また、錘部５２に対向させて基板５６を配置し、錘部５２と基板５６の各々の対向面には、第１電極部として第１対向電極〜第４対向電極６４、６６、６８、７０を配置している。さらに、互いに対向する一方の２つの第２アーム６０には錘部５２を駆動振動させる駆動電極７２および検知電極７４を設ける。互いに対向する他方の２つの第２アーム６０には、第２アーム６０の歪を感知する第１感知電極７６、第２感知電極７８を設けている。これら、駆動電極７２、検知電極７４、第１感知電極７６、および第２感知電極７８が第２電極部に相当する。【００７７】
錘部５２に配置した第１対向電極〜第４対向電極６４、６６、６８、７０、駆動電極７２、検知電極７４、第１感知電極７６、第２感知電極７８は、図１６に示すように、圧電層８０を介在させた上部電極８２と下部電極８４とを有している。錘部５２に配置した第１〜第４対向電極６４、６６、６８、７０の上部電極３２と下部電極３４とは互いに、例えば固定部５４上で短絡させている。すなわち、本実施の形態では、錘部５２に配置した第１〜第４対向電極６４、６６、６８、７０を延長して引き出した引き出し線を、可撓部の第２アーム６０、第１アーム５８を介して固定部５４まで配置し、引き出し線の端部で上部電極８２と下部電極８４とを短絡させている。【００７８】
そして、基板５６と固定部５４と第１アーム５８と第２アーム６０と錘部５２とは、シリコンを主成分とする材料（ガラスまたは線膨張係数がシリコンに近似した材料も含む）からなり、固定部５４と第１アーム５８と第２アーム６０と錘部５２とを一体成形して、基板５６と固定部５４とを直接接合して互いに固定している。直接接合の替わりに、接着剤やバンプ等を用いて接合してもよい。直接接合の方が接着剤やバンプ等の厚みを考慮する必要がないので、錘部５２および基板５６の各々の対向面の対向距離を正確に保つことができる。【００７９】
以上のように、本実施の形態では、加速度検出部は、固定部５４、第１アーム５８、第２アーム６０、支持部６２、錘部５２、基板５６、および第１〜第４対向電極６４、６６、６８、７０から構成される。一方、角速度検出部は、第１アーム５８、第２アーム６０、支持部６２、錘部５２、および駆動電極７２、検知電極７４、第１、第２感知電極７６、７８から構成される。これら加速度検出部と角速度検出部が、従来のように別々ではなく、同時に一体的に形成されて、検出素子５１が構成される。【００８０】
次に、本実施の形態の角速度検出部および加速度検出部について説明する。【００８１】
まず、角速度検出部について説明する。図１７に示すように、互いに直交したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、検出素子５１の第１アーム５８をＸ軸方向に配置して、第２アーム６０をＹ軸方向に配置した場合、駆動電極７２に共振周波数の交流電圧を印加すると、駆動電極７２が配置された第２アーム６０を起点に第２アーム６０が駆動振動する。これに伴って錘部５２も第２アーム６０の対向方向（実線の矢印と点線の矢印で記した駆動振動方向）に駆動振動する。また、４つの第２アーム６０および４つの錘部５２の全てが同調して第２アーム６０の対向方向に駆動振動する。この検出素子５１における駆動振動方向はＸ軸方向となる。【００８２】
このとき、例えば、Ｚ軸の左周りに角速度が生じた場合は、錘部５２の駆動振動と同調して、錘部５２に対して駆動振動方向と直交した方向（実線の矢印と点線の矢印で記したコリオリ方向（Ｙ軸方向））にコリオリ力が発生するので、第２アーム６０にＺ軸の左周りの角速度に起因した歪を発生させることができる。すなわち、コリオリ力に起因して撓むこの第２アーム６０の状態変化（第２アーム６０に発生した歪）によって、第１、第２感知電極７６、７８から電圧が出力され、この出力電圧に基づき角速度が検出される。【００８３】
次に、本実施の形態の加速度検出部について説明する。【００８４】
図１８に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、基板５６をＸＹ平面に配置した場合、加速度が発生していなければ、基板５６と錘部５２の対向面の第１対向電極６４間の対向距離（Ｈ１）と、基板５６と錘部５２との対向面の第２対向電極６６間の対向距離（Ｈ２）は等しい。図示していないが、第２対向電極６６間の対向距離と第４対向電極７０間の対向距離も等しくなる。【００８５】
このとき、例えば、Ｘ軸方向に加速度が生じた場合、図１９に示すように、錘部５２は支持部６２を中心にしてＹ軸周りに回転しようとする。この結果、基板５６と錘部５２の対向面の第１対向電極６４間の対向距離（Ｈ１）が小さくなり、基板５６と錘部５２との対向面の第２対向電極６６間の対向距離（Ｈ２）が大きくなる。図示していないが、第３対向電極６８間の対向距離と第４対向電極７０間の対向距離も同様である。【００８６】
一方、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合も同様に、錘部５２は支持部６２を中心にしてＸ軸周りに回転しようとする。そのため、図示しないが、例えば、第３、第４対向電極６８、７０間の対向距離が大きくなり、第１、第２対向電極６４、６６間の対向距離が小さくなる。すなわち、本実施の形態では、検出素子５１は、各々の電極間の静電容量が変化するので、この静電容量の変化に基づいてＸ軸方向またはＹ軸方向の加速度を検出する。【００８７】
上記構成により、加速度検出部によって、錘部５２と基板５６の各々の対向面に配置した第１電極部間の静電容量を検出して加速度を検出し、角速度検出部によって、コリオリ力に起因して撓む可撓部の状態変化を第２電極部で検出する。すなわち、上記構成により、一つの検出素子５１で加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減して小型化を図れる。特に、加速度検出部の第１電極部と角速度検出部の第２電極部とは、圧電層３０を介在させた上部電極３２と下部電極３４とを有しており、同一工程で形成できるので、生産性を向上しつつ小型化を図れる。【００８８】
また、錘部５２に配置した対向電極は、圧電層８０を介在させて上部電極８２と下部電極８４とを短絡させているので、上部電極８２と下部電極８４との間で静電容量が発生することがなく検出精度の劣化を抑制できる。【００８９】
また、可撓部は、検出素子５１の中心に対して対称配置しているので、検出精度の違いを抑制できる。【００９０】
また、可撓部は、少なくとも４つのアーム部で形成しているので、Ｘ軸、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合、支持部６２を中心にしてＸ軸またはＹ軸の周りの両方に錘部５が回転しやすくなり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向の加速度を検出できる。４つのアーム部を十字状に配置するとともに、４つのアームをＸＹ方向に配置すれば、Ｘ軸周りとＹ軸周りの両方により回転しやすくなり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向の加速度をより検出できる。【００９１】
また、基板５６と固定部５４と可撓部と錘部５２は、シリコンを主成分とする材料からなり、固定部５４と可撓部と錘部５２とを一体成形するとともに、固定部５４は基板５６に直接接合しているので、各々を個別に形成したものに比べ、バラツキが生じにくく、全体としての寸法精度がよいので、検出精度も向上できる。【００９２】
なお、本実施の形態では、上部電極８２と下部電極８４とを短絡させるのに、錘部５２に配置した第１電極部を延長して引き出した引き出し線を、可撓部を介して固定部５４まで配置し、引き出し線の端部にて上部電極８２と下部電極８４とを短絡させているが、本発明はこれに限ることはない。【００９３】
本実施の形態では、この引き出し線は第１電極部から延長するので、引き出し線も圧電層８０を介在させた上部電極８２と下部電極８４で形成されており、静電容量が発生するので、上部電極８２と下部電極８４にて短絡することにより、静電容量の発生を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明に係るセンサは、Ｚ軸方向への錘部の変位を抑制して、加速度の検出精度を向上できるので、角速度センサや加速度センサなどを用いた各種電子機器に適用できるものである。
【図１】
2008059757.tif 000003
【図２】
2008059757.tif 000004
【図３】
2008059757.tif 000005
【図４】
2008059757.tif 000006
【図５】
2008059757.tif 000007
【図６】
2008059757.tif 000008
【図７】
2008059757.tif 000009
【図８】
2008059757.tif 000010
【図９】
2008059757.tif 000011
【図１０】
2008059757.tif 000012
【図１１】
2008059757.tif 000013
【図１２】
2008059757.tif 000014
【図１３】
2008059757.tif 000015
【図１４】
2008059757.tif 000016
【図１５】
2008059757.tif 000017
【図１６】
2008059757.tif 000018
【図１７】
2008059757.tif 000019
【図１８】
2008059757.tif 000020
【図１９】
2008059757.tif 000021
【図２０】
2008059757.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成21年1月5日(2009.1.5)
【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】
加速度検出部を有する検出素子を備え、
前記加速度検出部は、可撓部を介して固定部と連結された錘部と、前記錘部と対向させた基板部と、前記錘部および前記基板部の各々の対向面に配置した対向電極からなる電極部とを有するセンサ。
【請求項２】
前記加速度検出部に、前記錘部または前記可撓部を押圧する押圧部を設けるとともに、前記対向電極間の静電容量変化を検出する請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
前記押圧部は、前記可撓部に引っ張り応力を加えるように前記錘部または前記可撓部を押圧する請求項２記載のセンサ。
【請求項４】
前記押圧部は、重力方向と同方向に前記錘部または前記可撓部を押圧する請求項２記載のセンサ。
【請求項５】
前記可撓部は、前記検出素子の中心に対して対称配置した請求項２記載のセンサ。
【請求項６】
前記可撓部は、少なくとも４つのアーム部からなり、前記アーム部は、前記検出素子の中心に対して対称配置した請求項２記載のセンサ。
【請求項７】
前記押圧部は錘状または棒状または針状とし、前記錘部または前記可撓部に点接触させた請求項２記載のセンサ。
【請求項８】
前記基板部と前記固定部と前記可撓部と前記錘部は、シリコンを主成分とする材料からなり、前記固定部と前記可撓部と前記錘部とを一体成形するとともに、前記固定部を前記基板部に直接接合した請求項２記載のセンサ。
【請求項９】
前記基板部は、前記錘部を重力方向に挟むように対向させた第１基板および第２基板からなり、前記対向電極は、前記錘部と前記第１基板および第２基板の各々の対向面に配置され、前記加速度検出部は前記対向電極間の静電容量変化を検出して加速度を検出する請求項１記載のセンサ。
【請求項１０】
前記可撓部は、前記検出素子の中心に対して対称配置した請求項９記載のセンサ。
【請求項１１】
前記可撓部は、少なくとも４つのアーム部からなり、前記アーム部は、前記検出素子の中心に対して対称配置した請求項９記載のセンサ。
【請求項１２】
前記第１基板および前記第２基板と前記固定部と前記可撓部と前記錘部は、シリコンを主成分とする材料からなり、前記固定部と前記可撓部と前記錘部とを一体成形するとともに、前記固定部を前記第１基板および前記第２基板に直接接合した請求項９記載のセンサ。
【請求項１３】
前記検出素子は、角速度検出部をさらに有し、
前記角速度検出部は、前記可撓部に配置された他の電極部をさらに有し、
前記錘部に配置された電極部および前記可撓部に配置された他の電極部は、圧電層を介在させた上部電極と下部電極とを有し、
前記加速度検出部は、前記錘部に配置された電極部の前記上部電極と前記下部電極とを短絡させるとともに、前記錘部と前記基板部の各々の対向面に配置された前記対向電極間の静電容量を検出して加速度を検出し、
前記角速度検出部は、コリオリ力に起因して撓む前記可撓部の状態変化を前記他の電極部で検出して角速度を検出する請求項１記載のセンサ。
【請求項１４】
前記錘部に配置された電極部を延長して引き出した引き出し線を、前記可撓部を介して前記固定部まで配置し、前記引き出し線の端部にて前記上部電極と前記下部電極とを短絡させた請求項１３記載のセンサ。
【請求項１５】
前記可撓部は、前記検出素子の中心に対して対称配置した請求項１３記載のセンサ。
【請求項１６】
前記可撓部は、少なくとも４つのアーム部からなり、前記アーム部は、前記検出素子の中心に対して対称配置した請求項１３記載のセンサ。
【請求項１７】
前記基板部と前記固定部と前記可撓部と前記錘部は、シリコンを主成分とする材料からなり、前記固定部と前記可撓部と前記錘部とを一体成形するとともに、前記固定部を前記基板部に直接接合した請求項１３記載のセンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる加速度や角速度を検出するセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず、従来の加速度センサについて図２０を用いて説明する。
【０００３】
従来の加速度センサは、固定基板１０１と、固定基板１０１上に配置した台座ガラス１０２と、台座ガラス１０２上に配置した可撓基板１０３と、可撓基板１０３の下面に配置した錘部１０４とを有する。
【０００４】
また、可撓基板１０３の上方には可撓基板１０３と対向するようにガラス基板１０５を配置し、可撓基板１０３とガラス基板１０５の対向面には、それぞれ対向電極１０６を設けている（特許文献１）。
【０００５】
次に、このような加速度センサを用いた加速度の検出について説明する。
【０００６】
加速度が生じると、錘部１０４が加速度の生じた軸方向に移動しようとするために、錘部１０４を配置した可撓基板１０３に撓みが発生する。そうすると、可撓基板１０３とガラス基板１０５との対向距離が変化するので、この対向距離の変化に起因した対向電極１０６間の静電容量の変化に基づいて、加速度を検出するものである。
【０００７】
このような加速度センサを、検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。
【０００８】
しかしながら、上記構成では、対向電極１０６間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出するが、錘部１０４は固定基板１０１の上方に中空上に浮いた状態で可撓基板１０３の下面に配置されているので、錘部１０４はＺ軸方向に変位しやすい。
【０００９】
例えば、対向電極１０６間が離れるようにＺ軸方向に錘部１０６が変位した場合、対向電極１０６間の静電容量の値は小さくなる。したがって、この状態において、Ｘ軸またはＹ軸方向に加速度が生じたとしても、この加速度に起因した対向電極１０６間の静電容量の変化も小さくなり、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を劣化させるという問題点を有していた。
【００１０】
次に、例えば、特許文献２や特許文献３などで知られている、従来の角速度と加速度とを検出するセンサについて説明する。
【００１１】
従来、角速度や加速度を検出するセンサを用いる場合は、角速度を検出するには専用の角速度センサを用い、加速度を検出するには専用の加速度センサを用いていた。
【００１２】
したがって、各種電子機器において、角速度と加速度とを複合して検出する場合は、複数の角速度センサと加速度センサを各種電子機器の実装基板に各々実装していた。
【００１３】
一般に、角速度センサは、音さ形状やＨ形状やＴ形状等、各種の形状の検出素子を振動させて、コリオリ力の発生に伴う検出素子の歪を電気的に検知して角速度を検出するものである。一方、加速度センサは、上記で説明したように、錘部１０４を有し、加速度に伴う錘部１０４の可動を、可動前と比較検知して加速度を検出するものである。
【００１４】
このような角速度センサや加速度センサを検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。
【００１５】
しかしながら、上記従来の構成では、検出したい角速度や加速度の検出軸に対応させて、角速度センサおよび加速度センサを実装基板に各々実装するので、実装面積を確保する必要があり、小型化を図れないという問題点を有していた。
【特許文献１】特開平１０−１７７０３４号公報
【特許文献２】特開２００１−２０８５４６号公報
【特許文献３】特開２００１−７４７６７号公報
【発明の開示】
【００１６】
本発明は上記問題点を解決するもので、Ｚ軸方向への錘部の変位を抑制して、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を向上したセンサを提供し、また、角速度や加速度を検出するにあたり、実装面積を低減して小型化を図ったセンサを提供するものである。
【００１７】
本発明は、加速度検出部を有する検出素子を備え、加速度検出部は、可撓部を介して固定部と連結された錘部と、錘部と対向させた基板部と、錘部および基板部の各々の対向面に配置した対向電極からなる電極部とを有する構成である。
【００１８】
上記構成により、Ｚ軸方向への錘部の変位を抑制して、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を向上できる。
【００１９】
好ましくは、本発明は、加速度検出部に、錘部または可撓部を押圧する押圧部を設けるとともに、対向電極間の静電容量変化を検出して加速度を検出する構成である。
【００２０】
上記構成により、固定部と錘部とを連結する可撓部または錘部には、押圧部による押圧力が常に加わる。例えば、Ｚ軸方向に向かって、押圧部が錘部または可撓部を押圧していれば、Ｚ軸方向への錘部の変位が抑制されるので、錘部および基板の各々の対向面に配置した全ての対向電極間の対向距離が離れにくく、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を劣化させずに検出精度を向上できる。
【００２１】
好ましくは、本発明は、基板部が、錘部を重力方向に挟むように対向させた第１基板および第２基板からなり、対向電極は、錘部と第１基板および第２基板の各々の対向面に配置され、加速度検出部は対向電極間の静電容量変化を検出して加速度を検出する構成である。
【００２２】
上記構成により、重力方向をＺ軸方向とすると、例えば、Ｚ軸方向へ錘部が変位したとしても、第１基板と錘部との対向距離が広がれば、第２基板と錘部との対向距離が縮まり、第１基板と錘部との対向距離が縮めば、第２基板と錘部との対向距離が広がる。すなわち、錘部と第１基板との対向距離および錘部と第２基板との対向距離の総対向距離が変わらないので、Ｚ軸方向へ錘部が変位したとしても、対向電極間の全体の静電容量が小さくなりにくく、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を劣化させずに検出精度を向上できる。
【００２３】
好ましくは、本発明は、検出素子は、角速度検出部をさらに有する。角速度検出部は、可撓部に配置された他の電極部をさらに有する。錘部に配置された電極部および可撓部に配置された他の電極部は、それぞれ圧電層を介在させた上部電極と下部電極とを有する。加速度検出部は、錘部に配置された電極部の上部電極と下部電極とを短絡させるとともに、錘部と基板部の各々の対向面に配置された対向電極間の静電容量を検出して加速度を検出する。角速度検出部は、コリオリ力に起因して撓む可撓部の状態変化を他の電極部で検出して角速度を検出する。
【００２４】
上記構成により、加速度検出部によって、錘部と基板部の各々の対向面に配置された対向電極間の静電容量を検出して加速度を検出し、角速度検出部によって、コリオリ力に起因して撓む可撓部の状態変化を他の電極部で検出する。一つの検出素子で加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減して小型化を図れる。特に、加速度検出部の電極部と角速度検出部の他の電極部とは、圧電層を介在させた上部電極と下部電極とを有しており、同一工程で形成できるので、生産性を向上しつつ小型化を図れる。
【００２５】
また、錘部に配置した対向電極は、圧電層を介在させて上部電極と下部電極とを短絡させているので、上部電極と下部電極との間で静電容量が発生することがなく検出精度の劣化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における加速度センサの分解斜視図、図２は同加速度センサの一部透視斜視図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。
【００２８】
図１〜図４において、本発明の実施の形態１における加速度センサは、次の構成を備えた検出素子２８を有している。検出素子２８は、互いに対向させて配置した第１基板１０および第２基板１２と、この第１、第２基板１０、１２間に配置し、第１、第２基板１０、１２に固定した固定部１４に可撓部１６を介して連結した錘部１８と、この錘部１８および第１基板１０の各々の対向面に配置した第１対向電極〜第４対向電極２０、２２、２４、２６とを備えている。すなわち、本実施の形態では、第１基板１０が基板部に相当する。
【００２９】
この検出素子２８は、１つの第１アーム３０に２つの第２アーム３２を略直交方向に連結して形成した直交アームが２つと、２つの第１アーム３０の一端を支持する支持部３４とを有し、２つの第１アーム３０と支持部３４とを略同一直線上に配置している。各第１アーム３０の厚みは各第２アーム３２の厚みよりも非常に薄く形成しており、各第１アーム３０の他端をそれぞれ枠体形状の固定部１４に接続している。また、各第２アーム３２は第２アーム３２自身と対向するまで折曲しており、折曲した第２アーム３２の先端部に錘部１８を連結している。第１アーム３０および第２アーム３２は検出素子２８の中心に対して対称配置している。このように、本実施の形態では、４つの第２アーム３２それぞれがアーム部に相当する。
【００３０】
ここで、可撓部１６とは、固定部１４と錘部１８とを連結する部分を指しており、第１アーム３０、第２アーム３２、支持部３４が可撓部１６に相当する。
【００３１】
第１、第２基板１０、１２と固定部１４と可撓部１６と錘部１８とは、シリコンを生成分とする材料（ガラスまたは線膨張係数がシリコンに近似した材料も含む）からなり、固定部１４と可撓部１６と錘部１８とを一体成形している。また、第１、第２基板１０、１２と固定部１４とは直接接合して互いに固定している。直接接合の替わりに、接着剤やバンプ等を用いて接合してもよい。直接接合の方が接着剤やバンプ等の厚みを考慮する必要がないので、精度を向上できる。
【００３２】
第２基板１２には支持部３４を押圧する押圧部３６を固定または形成しており、図３、図４に示すように、この押圧部３６は重力方向と同方向に支持部３４を押圧して、可撓部１６（第１アーム３０、第２アーム３２、支持部３４）に引っ張り応力を加えるようにしている。このとき、押圧部３６が支持部３４を押圧しているので、第１、第３対向電極２０、２４と第１基板１０との距離（Ｈ）は押圧していない場合に比べて短くなる。
【００３３】
押圧部３６は錘状であって、検出素子２８の中心に向かって点接触させ支持部３４を押圧している。押圧部３６は棒状または針状でもよく、押圧する箇所は錘部１８または可撓部１６であればよく、支持部３４は可撓部１６の一部に相当する箇所となる。
【００３４】
なお、支持部３４は、本実施の形態では、第２アーム３２と同厚さで形成したが、第１アーム３０と同程度の厚さであっても良い。
【００３５】
次に、本実施の形態の加速度の検出について説明する。
【００３６】
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、第１基板１０をＸＹ平面に配置した場合に、例えば、図５に示すように、Ｘ軸方向に加速度が生じた場合について説明する。この場合、錘部１８は押圧部３６と接触する接触点（支持部３４）を中心にしてＹ軸周りに回転しようとするため、第１、第３対向電極２０、２４間の対向距離（Ｈ１）が大きくなり、第２、第４対向電極２２、２６間の対向距離（Ｈ２）が小さくなる。
【００３７】
また、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合も同様に、錘部１８は押圧部３６と接触する接触点を中心にしてＸ軸周りに回転しようとするため、図示しないが、第１、第２対向電極２０、２２間の対向距離が大きくなり、第３、第４対向電極２４、２６間の対向距離が小さくなる。
【００３８】
すなわち、各々の電極間の静電容量が変化するので、この静電容量の変化に基づいてＸ軸方向またはＹ軸方向の加速度を検出することができる。
【００３９】
上記構成により、本実施の形態では、可撓部１６の一部である支持部３４を押圧する押圧部３６を設けているので、固定部１４と錘部１８とを連結する可撓部１６には、押圧部３６による押圧力が常に加わる。例えば、Ｚ軸方向に向かって、押圧部３６が錘部１８を押圧していれば、Ｚ軸方向への錘部１８の変位を抑制でき、錘部１８および第１基板１０の各々の対向面に配置した全ての電極間の対向距離が大きくなることを抑制し、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を劣化させずに検出精度を向上できる。
【００４０】
仮に、図６に示すように、押圧部３６がなければ、錘部１８および可撓部１６がＺ軸方向に変位して、第１、第３対向電極２０、２４間の対向距離（ｈ）が大きくなる場合がある。このとき、Ｘ軸方向に加速度が生じたとしても、図７に示すように対向距離（ｈ）が大きくなるので、第１、第３対向電極２０、２４間の静電容量の変化を十分に検出できないことがある。
【００４１】
また、押圧部３６は、可撓部１６に引っ張り応力を加えるように可撓部１６の一部である支持部３４を押圧するので、Ｚ軸方向への錘部１８の変位を的確に抑制できる。特に、重力方向と同方向に可撓部１６の一部である支持部３４を押圧しているので、錘部１８は重力方向と反対方向には変位しにくくなり、錘部１８と第１基板１０に配置した各々の電極間の対向距離が大きくなりにくく、検出精度の劣化を的確に抑制できる。
【００４２】
また、押圧部３６は錘状とし、錘部１８に点接触させているので、Ｚ軸方向への錘部１８の変位を抑制しつつ、Ｘ軸、Ｙ軸の加速度に対しては、押圧部３６と接触する接触点（支持部３４）を中心にしてＸ軸またはＹ軸の周りに錘部１８が回転しやすくなり、静電容量を変化させやすくなるので、検出精度を向上できる。
【００４３】
また、可撓部１６（第１アーム３０、第２アーム３２、支持部３４）は、検出素子２８の中心（支持部３４）に対して対称配置しているので、押圧部３６によって錘部１８を押圧しても、加速度の発生していない状態において、第１、第３電極２０、２４間、第２、第４電極２２、２６間の対向距離が等しくなり、電極間の違いに起因した検出精度の劣化を抑制できる。
【００４４】
また、可撓部１６は、少なくとも４つのアーム部（第１アーム３０、第２アーム３２）で形成しているので、Ｘ軸、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合、押圧部３６と接触する接触点（支持部３４）を中心にしてＸ軸またはＹ軸の周りの両方に錘部１８が回転しやすくなり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向の加速度を検出できる。４つのアーム部を十字状に配置するとともに、４つのアームをＸＹ方向に配置すれば、Ｘ軸周りとＹ軸周りの両方により回転しやすくなり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向の加速度をより検出できる。
【００４５】
また、第１基板１０と固定部１４と可撓部１６と錘部１８は、シリコンを主成分とする材料からなり、固定部１４と可撓部１６と錘部１８とを一体成形するとともに、固定部１４は第１基板１０に直接接合している。このため、各々を個別に形成したものに比べ、バラツキが生じにくく、全体としての寸法精度がよいので、検出精度も向上できる。
【００４６】
（実施の形態２）
実施の形態１では、押圧部３６が可撓部１６を押圧する構成について説明したが、図８に示すように、中心に錘部１８のある検出素子２８において、押圧部３６が錘部１８を押圧するようにしても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
なお、実施の形態１、２では、押圧部３６は第２基板１２に固定または形成しているが、この押圧部３６は可撓部１６（第１アーム３０、第２アーム３２、支持部３４）に固定または形成して、第２基板１２によって押圧部３６を押圧するようにしてもよい。
【００４８】
（実施の形態３）
実施の形態１、２では、検出素子２８は、錘部１８または可撓部１６を押圧する押圧部３６を備えていた。実施の形態３では、押圧部３６の変わりに、錘部１８を重量方向に挟むように第１基板１０と対向させた第２基板１２と、第２基板１２に配置された対向電極とを備えている。
【００４９】
図９は本発明の実施の形態３における加速度センサの分解斜視図、図１０は同加速度センサの一部透視斜視図、図１１は図１０のＡ−Ａ断面図である。
【００５０】
図９〜図１１において、本発明の実施の形態３における加速度センサは、加速度検出部を有する、次の構成からなる検出素子２８を備えている。検出素子２８は、互いに対向させて配置した第１基板１０および第２基板１２と、この第１、第２基板１０、１２間に配置し、第１、第２基板１０、１２に固定した固定部１４に可撓部１６を介して連結した錘部１８とを有する。第１基板１０と第２基板１２は錘部１８の重力方向に錘部１８を挟むように対向している。
【００５１】
この錘部１８および第１基板１０の各々の対向面には第１対向電極〜第４対向電極２０、２２、２４、２６を配置するとともに、錘部１８および第２基板１２の各々の対向面には第５対向電極〜第８対向電極２１、２３、２５、２７を配置している。すなわち、本実施の形態では、第１、第２基板１０、１２が基板部に相当する。
【００５２】
また、実施の形態１と同様に、検出素子２８は、１つの第１アーム３０を２つの第２アーム３２に略直交方向に連結して形成した直交アーム２つと、２つの第１アーム３０の一端を支持する支持部３４とを有し、２つの第１アーム３０と支持部３４とを略同一直線上に配置している。各第１アーム３０の厚みは各第２アーム３２の厚みよりも非常に薄く形成しており、各第１アーム３０の他端を枠体形状の固定部１４に接続している。各第２アーム３２は第２アーム３２自身と対向するまで折曲しており、折曲した各第２アーム３２の先端部に錘部１８を連結している。上記の第１アーム３０および第２アーム３２は検出素子２８の中心に対して対称配置している。すなわち、本実施の形態においても、４つの第２アーム３２それぞれがアーム部に相当する。
【００５３】
ここで、可撓部１６とは、固定部１４と錘部１８とを連結する部分を指しており、第１アーム３０、第２アーム３２、支持部３４が可撓部１６に相当する。
【００５４】
さらに、第１、第２基板１０、１２と固定部１４と可撓部１６と錘部１８とは、シリコンを主成分とする材料（ガラスまたは線膨張係数がシリコンに近似した材料も含む）からなり、固定部１４と可撓部１６と錘部１８とを一体成形している。また、第１、第２基板１０、１２と固定部１４とは直接接合して互いに固定している。直接接合の替わりに、接着剤やバンプ等を用いて接合してもよいが、直接接合の方が接着剤やバンプ等の厚みを考慮する必要がないので、精度を向上できる。
【００５５】
次に、本実施の形態の加速度の検出について説明する。
【００５６】
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、第１基板１０をＸＹ平面に配置した場合、例えば、図１２に示すように、Ｘ軸方向に加速度が生じた場合、錘部１８は支持部３４を中心にしてＹ軸周りに回転しようとする。この結果、図９、図１２に示すように、第１基板１０と錘部１８の対向面の第１、第３対向電極２０、２４間の対向距離（Ｈ１）および第２基板１２と錘部１８の対向面の第６、第８対向電極２３、２７間の対向距離（Ｈ４）が大きくなる。これに対し、第１基板１０と錘部１８との対向面の第２、第４対向電極２２、２６間の対向距離（Ｈ２）および第２基板１２と錘部１８の対向面の第５、第７対向電極２１、２５間（Ｈ３）は小さくなる。
【００５７】
一方、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合も同様に、錘部１８は支持部３４を中心にしてＸ軸周りに回転しようとする。そのため、図示しないが、第１、第２対向電極２０、２２間の対向距離および第７、第８対向電極２５、２７間の対向距離が大きくなり、第３、第４対向電極２４、２６間の対向距離および第５、第６対向電極２１、２３間の対向距離が小さくなる。
【００５８】
すなわち、本実施の形態では、各々の電極間の静電容量が変化するので、検出素子２８は、この静電容量の変化に基づいてＸ軸方向またはＹ軸方向の加速度を検出する。
【００５９】
また、図１３に示すように、Ｚ軸方向へ錘部１８が変位した状態では、第１基板１０と錘部１８との対向距離（ｈ１、ｈ２）が広がり、第２基板１２と錘部１８との対向距離（ｈ３、ｈ４）が縮まる。逆に、第１基板１０と錘部１８との対向距離（ｈ１、ｈ２）が縮めば、第２基板１２と錘部１８との対向距離（ｈ３、ｈ４）が広がる。
【００６０】
図１３に示すように、第１基板１０と錘部１８との対向距離（ｈ１、ｈ２）が広がり、第２基板１２と錘部１８との対向距離（ｈ３、ｈ４）が縮まっている状態において、Ｘ軸方向に加速度が生じた場合、図１４に示すように、錘部１８はＺ軸方向へ変位した位置における支持部３４を中心にしてＹ軸周りに回転しようとする。
【００６１】
この結果、図９、図１４に示すように、第１基板１０と錘部１８の対向面の第１、第３対向電極２０、２４間の対向距離（ｈ１）および第２基板１２と錘部１８の対向面の第６、第８対向電極２３、２７間の対向距離（ｈ４）が大きくなる。これに対し、第１基板１０と錘部１８との対向面の第２、第４対向電極２２、２６間の対向距離（ｈ２）および第２基板１２と錘部１８の対向面の第５、第７対向電極２１、２５間（ｈ３）が小さくなる。
【００６２】
このとき、錘部１８と第１基板１０との対向距離（ｈ１）と、錘部１８と第２基板１２の対向距離（ｈ３）との総対向距離（ｈ１＋ｈ３）は、錘部１８がＺ軸方向へ変位していない状態における総対向距離（Ｈ１＋Ｈ３）と変わらないので、Ｚ軸方向へ錘部１８が変位したとしても全体の静電容量は小さくなりにくく、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を劣化させずに検出精度を向上できる。
【００６３】
上記構成により、錘部１８を重力方向に挟むように対向させた第１、第２基板１０、１２と、錘部１８と第１、第２基板１０、１２の各々の対向面に配置した対向電極２０〜２７とを設けているので、重力方向の変位に対して、第１基板１０と錘部１８および第２基板１２と錘部１８の各対向距離は次のように変化する。
【００６４】
例えば、重力方向がＺ軸方向とすると、Ｚ軸方向へ錘部１８が変位したとしても、第１基板１０と錘部１８との対向距離が広がれば、第２基板１２と錘部１８との対向距離が縮まり、第１基板１０と錘部１８との対向距離が縮めば、第２基板１２と錘部１８との対向距離が広がる。
【００６５】
すなわち、錘部１８と第１基板１０との対向距離と、錘部１８と第２基板１２との対向距離との総対向距離が変わらないので、Ｚ軸方向へ錘部１８が変位したとしても、全体の静電容量は小さくなりにくく、Ｘ軸またはＹ軸の加速度の検出精度を劣化させずに検出精度を向上できる。
【００６６】
また、可撓部１６（第１アーム３０、第２アーム３２、支持部３４）は、検出素子２８の中心（支持部３４）に対して対称配置しているので、検出精度の違いを抑制できる。
【００６７】
また、可撓部１６は、少なくとも４つのアーム部（第１アーム３０、第２アーム３２）で形成しているので、Ｘ軸、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合、支持部３４を中心にしてＸ軸またはＹ軸の周りの両方に錘部１８が回転しやすくなり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向の加速度を検出できる。４つのアーム部を十字状に配置するとともに、４つのアームをＸＹ方向に配置すれば、Ｘ軸周りとＹ軸周りの両方により回転しやすくなり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向の加速度をより検出できる。
【００６８】
また、第１基板１０と固定部１４と可撓部１６と錘部１８は、シリコンを主成分とする材料からなり、固定部１４と可撓部１６と錘部１８とを一体成形するとともに、固定部１４は第１基板１０に直接接合しているので、各々を個別に形成したものに比べ、バラツキが生じにくく、全体としての寸法精度がよいので、検出精度も向上できる。
【００６９】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、検出素子２８が加速度検出部のみを備えているセンサについて説明したが、本実施の形態では、検出素子が加速度検出部と角速度検出部を備えているセンサについて説明する。
【００７０】
図１５は本発明の実施の形態４におけるセンサの分解斜視図、図１６は図１５のＡ−Ａ断面図である。
【００７１】
図１５において、本発明の実施の形態４におけるセンサは、加速度検出部と角速度検出部を有する検出素子５１を備える。この検出素子５１は、可撓部を介して錘部５２を連結した固定部５４と、錘部５２と対向させた基板５６と、錘部５２と基板５６の各々の対向面に配置した対向電極からなる、後述する第１電極部と、可撓部に配置した後述する第２電極部（他の電極部）とを有する。すなわち、本実施の形態では、基板５６が基板部に相当する。
【００７２】
具体的には、この検出素子５１は、１つの第１アーム５８を２つの第２アーム６０に略直交方向に連結して形成した直交アーム２つと、２つの第１アーム５８の一端を支持する支持部６２と、２つの第１アーム５８の他端を接続した枠体形状の固定部５４とを有する。各第１アーム５８の厚みは各第２アーム６０の厚みよりも非常に薄く形成しており、各第２アーム６０は第２アーム６０自身と対向するまで折曲し、折曲した各第２アーム６０の先端部に錘部５２をそれぞれ連結している。各第１アーム５８と支持部６２とは略同一直線上に配置し、第１アーム５８および第２アーム６０は検出素子５１の中心に対して対称配置している。すなわち、本実施の形態では、４つの第２アーム６０のそれぞれがアーム部に相当する。
【００７３】
ここで、可撓部は固定部５４と錘部５２とを連結する部分を指しており、第１アーム５８、第２アーム６０および支持部６２が可撓部に相当する。
【００７４】
また、錘部５２に対向させて基板５６を配置し、錘部５２と基板５６の各々の対向面には、第１電極部として第１対向電極〜第４対向電極６４、６６、６８、７０を配置している。さらに、互いに対向する一方の２つの第２アーム６０には錘部５２を駆動振動させる駆動電極７２および検知電極７４を設ける。互いに対向する他方の２つの第２アーム６０には、第２アーム６０の歪を感知する第１感知電極７６、第２感知電極７８を設けている。これら、駆動電極７２、検知電極７４、第１感知電極７６、および第２感知電極７８が第２電極部に相当する。
【００７５】
錘部５２に配置した第１対向電極〜第４対向電極６４、６６、６８、７０、駆動電極７２、検知電極７４、第１感知電極７６、第２感知電極７８は、図１６に示すように、圧電層８０を介在させた上部電極８２と下部電極８４とを有している。錘部５２に配置した第１〜第４対向電極６４、６６、６８、７０の上部電極３２と下部電極３４とは互いに、例えば固定部５４上で短絡させている。すなわち、本実施の形態では、錘部５２に配置した第１〜第４対向電極６４、６６、６８、７０を延長して引き出した引き出し線を、可撓部の第２アーム６０、第１アーム５８を介して固定部５４まで配置し、引き出し線の端部で上部電極８２と下部電極８４とを短絡させている。
【００７６】
そして、基板５６と固定部５４と第１アーム５８と第２アーム６０と錘部５２とは、シリコンを主成分とする材料（ガラスまたは線膨張係数がシリコンに近似した材料も含む）からなり、固定部５４と第１アーム５８と第２アーム６０と錘部５２とを一体成形して、基板５６と固定部５４とを直接接合して互いに固定している。直接接合の替わりに、接着剤やバンプ等を用いて接合してもよい。直接接合の方が接着剤やバンプ等の厚みを考慮する必要がないので、錘部５２および基板５６の各々の対向面の対向距離を正確に保つことができる。
【００７７】
以上のように、本実施の形態では、加速度検出部は、固定部５４、第１アーム５８、第２アーム６０、支持部６２、錘部５２、基板５６、および第１〜第４対向電極６４、６６、６８、７０から構成される。一方、角速度検出部は、第１アーム５８、第２アーム６０、支持部６２、錘部５２、および駆動電極７２、検知電極７４、第１、第２感知電極７６、７８から構成される。これら加速度検出部と角速度検出部が、従来のように別々ではなく、同時に一体的に形成されて、検出素子５１が構成される。
【００７８】
次に、本実施の形態の角速度検出部および加速度検出部について説明する。
【００７９】
まず、角速度検出部について説明する。図１７に示すように、互いに直交したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、検出素子５１の第１アーム５８をＸ軸方向に配置して、第２アーム６０をＹ軸方向に配置した場合、駆動電極７２に共振周波数の交流電圧を印加すると、駆動電極７２が配置された第２アーム６０を起点に第２アーム６０が駆動振動する。これに伴って錘部５２も第２アーム６０の対向方向（実線の矢印と点線の矢印で記した駆動振動方向）に駆動振動する。また、４つの第２アーム６０および４つの錘部５２の全てが同調して第２アーム６０の対向方向に駆動振動する。この検出素子５１における駆動振動方向はＸ軸方向となる。
【００８０】
このとき、例えば、Ｚ軸の左周りに角速度が生じた場合は、錘部５２の駆動振動と同調して、錘部５２に対して駆動振動方向と直交した方向（実線の矢印と点線の矢印で記したコリオリ方向（Ｙ軸方向））にコリオリ力が発生するので、第２アーム６０にＺ軸の左周りの角速度に起因した歪を発生させることができる。すなわち、コリオリ力に起因して撓むこの第２アーム６０の状態変化（第２アーム６０に発生した歪）によって、第１、第２感知電極７６、７８から電圧が出力され、この出力電圧に基づき角速度が検出される。
【００８１】
次に、本実施の形態の加速度検出部について説明する。
【００８２】
図１８に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、基板５６をＸＹ平面に配置した場合、加速度が発生していなければ、基板５６と錘部５２の対向面の第１対向電極６４間の対向距離（Ｈ１）と、基板５６と錘部５２との対向面の第２対向電極６６間の対向距離（Ｈ２）は等しい。図示していないが、第２対向電極６６間の対向距離と第４対向電極７０間の対向距離も等しくなる。
【００８３】
このとき、例えば、Ｘ軸方向に加速度が生じた場合、図１９に示すように、錘部５２は支持部６２を中心にしてＹ軸周りに回転しようとする。この結果、基板５６と錘部５２の対向面の第１対向電極６４間の対向距離（Ｈ１）が小さくなり、基板５６と錘部５２との対向面の第２対向電極６６間の対向距離（Ｈ２）が大きくなる。図示していないが、第３対向電極６８間の対向距離と第４対向電極７０間の対向距離も同様である。
【００８４】
一方、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合も同様に、錘部５２は支持部６２を中心にしてＸ軸周りに回転しようとする。そのため、図示しないが、例えば、第３、第４対向電極６８、７０間の対向距離が大きくなり、第１、第２対向電極６４、６６間の対向距離が小さくなる。すなわち、本実施の形態では、検出素子５１は、各々の電極間の静電容量が変化するので、この静電容量の変化に基づいてＸ軸方向またはＹ軸方向の加速度を検出する。
【００８５】
上記構成により、加速度検出部によって、錘部５２と基板５６の各々の対向面に配置した第１電極部間の静電容量を検出して加速度を検出し、角速度検出部によって、コリオリ力に起因して撓む可撓部の状態変化を第２電極部で検出する。すなわち、上記構成により、一つの検出素子５１で加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減して小型化を図れる。特に、加速度検出部の第１電極部と角速度検出部の第２電極部とは、圧電層３０を介在させた上部電極３２と下部電極３４とを有しており、同一工程で形成できるので、生産性を向上しつつ小型化を図れる。
【００８６】
また、錘部５２に配置した対向電極は、圧電層８０を介在させて上部電極８２と下部電極８４とを短絡させているので、上部電極８２と下部電極８４との間で静電容量が発生することがなく検出精度の劣化を抑制できる。
【００８７】
また、可撓部は、検出素子５１の中心に対して対称配置しているので、検出精度の違いを抑制できる。
【００８８】
また、可撓部は、少なくとも４つのアーム部で形成しているので、Ｘ軸、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合、支持部６２を中心にしてＸ軸またはＹ軸の周りの両方に錘部５が回転しやすくなり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向の加速度を検出できる。４つのアーム部を十字状に配置するとともに、４つのアームをＸＹ方向に配置すれば、Ｘ軸周りとＹ軸周りの両方により回転しやすくなり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向の加速度をより検出できる。
【００８９】
また、基板５６と固定部５４と可撓部と錘部５２は、シリコンを主成分とする材料からなり、固定部５４と可撓部と錘部５２とを一体成形するとともに、固定部５４は基板５６に直接接合しているので、各々を個別に形成したものに比べ、バラツキが生じにくく、全体としての寸法精度がよいので、検出精度も向上できる。
【００９０】
なお、本実施の形態では、上部電極８２と下部電極８４とを短絡させるのに、錘部５２に配置した第１電極部を延長して引き出した引き出し線を、可撓部を介して固定部５４まで配置し、引き出し線の端部にて上部電極８２と下部電極８４とを短絡させているが、本発明はこれに限ることはない。
【００９１】
本実施の形態では、この引き出し線は第１電極部から延長するので、引き出し線も圧電層８０を介在させた上部電極８２と下部電極８４で形成されており、静電容量が発生するので、上部電極８２と下部電極８４にて短絡することにより、静電容量の発生を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明に係るセンサは、Ｚ軸方向への錘部の変位を抑制して、加速度の検出精度を向上できるので、角速度センサや加速度センサなどを用いた各種電子機器に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施の形態１における加速度センサの分解斜視図
【図２】同加速度センサの一部透視斜視図
【図３】同加速度センサの図２のＡ−Ａ断面図
【図４】同加速度センサの図２のＢ−Ｂ断面図
【図５】同加速度センサの加速度発生時における図２のＢ−Ｂ断面図
【図６】押圧部を形成しない場合の図２のＢ−Ｂ断面図
【図７】押圧部を形成しない場合の加速度発生時における図２のＢ−Ｂ断面図
【図８】本発明の実施の形態２における加速度センサの断面図
【図９】本発明の実施の形態３における加速度センサの分解斜視図
【図１０】同加速度センサの一部透視斜視図
【図１１】同加速度センサの図１０のＡ−Ａ断面図
【図１２】同加速度センサの加速度発生時における図１０のＡ−Ａ断面図
【図１３】同加速度センサの錘部がＺ軸方向へ変位した状態における図１０のＡ−Ａ断面図
【図１４】同加速度センサの錘部がＺ軸方向へ変位した状態の加速度発生時における図１０のＡ−Ａ断面図
【図１５】本発明の実施の形態４におけるセンサの分解斜視図
【図１６】同センサの図１５のＡ−Ａ断面図
【図１７】同センサの基板配置前の検出素子の斜視図
【図１８】同センサの検出素子の断面図
【図１９】同センサの検出素子の加速度発生時における動作状態を示す断面図
【図２０】従来の加速度センサの断面図
【符号の説明】
【００９４】
１０    第１基板
１２    第２基板
１４，５４  固定部
１６    可撓部
１８，５２    錘部
２０，６４    第１対向電極
２１    第５対向電極
２２，６６    第２対向電極
２３    第６対向電極
２４，６８    第３対向電極
２５    第７対向電極
２６，７０    第４対向電極
２７    第８対向電極
２８，５１  検出素子
３０，５８    第１アーム
３２，６０    第２アーム
３４，６２    支持部
３６    押圧部
５６    基板
７２    駆動電極
７４    検知電極
７６    第１感知電極
７８    第２感知電極
８０    圧電層
８２    上部電極
８４    下部電極
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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2008059757.tif 000044
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