(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイアフラムと、そのダイアフラムの底面側に弾性支持された質量部と、そのダイアフラム上にギャップを介して対向された電極基板とを具備し、
加速度成分を測定する直交３軸をｘ，ｙ，ｚ軸（上下方向の軸がｚ軸）とするとき、前記ダイアフラムは、ｘｙ平面に平行に配された半導体ウエハの底面に、ｘ軸またはｙ軸に平行な辺をもつロ字形溝が形成され、そのロ字形溝に囲まれた四角形の中央部と、ロ字形溝の底面と対応するロ字形薄肉部と、ロ字形溝の外側の枠部とを有し、
前記質量部は、前記中央部の底面に固定され、
前記電極基板は、絶縁性基板の内面に、Ｚ電極が前記中央部と対向して形成され、そのＺ電極に近接して、ｘ軸の正及び負の方向側にそれぞれＸ１電極、Ｘ２電極が、またｙ軸の正及び負の方向側にそれぞれＹ１電極、Ｙ２電極がそれぞれ形成され、
前記Ｚ，Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２の各電極と前記ダイアフラムとの間にそれぞれ形成された静電容量を検出することにより、入力加速度のｘ，ｙ，ｚ軸方向の成分を検出するようにした加速度センサにおいて、
前記ダイアフラムの前記ロ字形薄肉部の外周及び内周が共に、ｘ軸またはｙ軸方向に長い矩形に形成され、
そのロ字形薄肉部の外周及び内周の対応する角部をそれぞれ結ぶ４本の直線を想定したとき、対角の位置にある直線同士が平行で、互いにずらされていることを特徴とする加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ダイアフラム構造の加速度センサに関し、特に不要共振の影響の少ない構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の加速度センサを図３，図４により説明する。加速度センサにはダイアフラム３とその底面側に弾性支持された質量部４と、ダイアフラム３上にギャップ５を介して対向して配された電極基板６が設けられる。加速度センサは図３のｘ，ｙ，ｚ軸（上下方向の軸がｚ軸）より成る直交３軸方向の加速度成分を検出するように構成される。
【０００３】
ダイアフラム３は、ｘｙ平面に平行に配されたシリコンなどの半導体ウエハの底面に、エッチング処理によりｘ軸またはｙ軸に平行な辺をもつロ字形溝３ａを形成したものである。これによりダイアフラム３にはロ字形溝３ａに囲まれた四角形の中央部３ｂと、ロ字形溝の底面と対応するロ字形薄肉部３ｃと、ロ字形溝の外側の枠部３ｄとが形成される。質量部４はこの例ではパイレックスガラス等の直方体で、中央部３ｂの底面に固定される。また枠部３ｄの底面に、パイレックスガラス等を用いた基枠７が固定され、質量部４は基枠７にギャップを介して囲まれる。基枠７の高さは質量部４の高さより多少大きくされ、基枠７をベース８上に載置したとき、ベース８と質量部４との間にギャップ９が形成される。
【０００４】
電極基板６は、ダイアフラム３とほぼ同じ外形をもち、パイレックスガラスなどの絶縁性基板の底面に、周辺部を除いて、ギャップ５に等しい深さをもつ凹部６ａが形成される。電極基板６の内面に、四角形のＺ電極６ｂが中央部３ｂと対向して形成され、そのＺ電極６ｂに近接して、ｘ軸の正及び負の方向側にそれぞれ台形のＸ１電極６ｃ，Ｘ２電極６ｄが、またｙ軸の正及び負の方向側にそれぞれ台形のＹ１電極６ｅ，Ｙ２電極６ｆがクロム上金などのスパッタリング等により形成される。電極基板６の周辺部６ｇの底面がダイアフラム３の枠部３ｄ上に固定される。
【０００５】
ダイアフラム３と電極基板６，質量部４及び基枠７との固定には、接着、陽極接合などの方法が用いられる。
Ｚ，Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２の各電極とダイアフラム３との間に形成される静電容量をそれぞれＣＺ，ＣＸ１，ＣＸ２，ＣＹ１，ＣＹ２とし、入力加速度Ａの３軸方向の成分をＡｘ，Ａｙ，Ａｚとすれば、
ＣＸ１−ＣＸ２∝Ａｘ
ＣＹ１−ＣＹ２∝Ａｙ
ΔＣＺ∝Ａｚ
の関係がある。ここでΔＣＺは入力加速度の無い状態でのＣＺの値からの変化量である。従ってこれらの静電容量を検出することにより加速度成分を求められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すように、従来のダイアフラム３の特にロ字形薄肉部３ｃの外形及び内形は正方形であり、加速度成分を検出すべきｘ軸及びｙ軸に対してそれぞれ対称性があると共に、対角方向のα軸及びβ軸に対してもそれぞれ対称性があり、ｘ，ｙ，α，βの各軸を中心とした振動モード（共振周波数ωｘ，ωｙ，ωα，ωβ）が存在する。直交３軸方向の加速度成分の測定値はα軸、β軸を中心とした振動モードの影響を受けて、精度が低下する問題があった。この発明は、この問題を解決することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の加速度センサには、ダイアフラムと、そのダイアフラムの底面側に弾性支持された質量部と、そのダイアフラム上にギャップを介して対向された電極基板とが設けられる。加速度成分を測定する直交３軸をｘ，ｙ，ｚ軸（上下方向の軸がｚ軸）とするとき、ダイアフラムは、ｘｙ平面に平行に配された半導体ウエハの底面に、ｘ軸またはｙ軸に平行な辺をもつロ字形溝が形成され、そのロ字形溝に囲まれた四角形の中央部と、ロ字形溝の底面と対応するロ字形薄肉部と、ロ字形溝の外側の枠部とを有する。質量部は、中央部の底面に固定される。電極基板は、絶縁性基板の内面に、Ｚ電極が中央部と対向して形成され、そのＺ電極に近接して、ｘ軸の正及び負の方向側にそれぞれＸ１電極、Ｘ２電極が、またｙ軸の正及び負の方向側にそれぞれＹ１電極、Ｙ２電極がそれぞれ形成される。Ｚ，Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２の各電極とダイアフラムとの間にそれぞれ形成された静電容量を検出することにより、入力加速度のｘ，ｙ，ｚ軸方向の成分を検出する。
【０００８】
この発明では、ダイアフラムのロ字形薄肉部の外周及び内周が共に、ｘ軸またはｙ軸方向に長い矩形に形成され、そのロ字形薄肉部の外周及び内周の対応する角部をそれぞれ結ぶ４本の直線を想定したとき、対角の位置にある直線同士が平行で、互いにずらされている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１，図２の実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。図１，図２には図３，図４と対応する部分に同じ符号を付け、重複説明を省略する。
この発明では、ダイアフラム３のロ字形薄肉部３ｃの外周及び内周が共に、ｘ軸またはｙ軸方向（この例では前者）に長い矩形に形成される。またロ字形薄肉部の外周及び内周の対応する角部Ｐ１とＱ１；Ｐ２とＱ２；Ｐ３とＱ３；Ｐ４とＱ４とを結ぶ４本の軸線をそれぞれα１軸、β２軸、α２軸、β１軸としたとき、対角の位置にあるα１軸とα２軸及びβ１軸とβ２軸とがそれぞれ平行で、互いにずらされている（この例では共にｄだけずらされる）。
【００１０】
このようにすると、α１，α２，β１，β２の各軸に対してロ字形薄肉部３ｃは対称性をもたなくなると同時に、対角にあるα１とα２及びβ１とβ２の各軸は一致しないので、各軸を中心とした共振の強さは従来の図４のα軸、β軸を中心とした振動モードに比べて極めて微弱となる。従って、これらの各軸の振動モードの影響による測定精度の低下は大幅に改善される。
【００１１】
なお、ロ字形薄肉部３ｃは従来のｘ軸及びｙ軸に対する対称性を保持しているので、ｘ軸及びｙ軸を中心とする振動モードは従来と同様に存在し、各軸方向の加速度成分の検出には何の不都合も生じない。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明ではダイアフラム３のロ字形薄肉部３ｃの外周及び内周を矩形とし、外周及び内周の対応する角部をそれぞれ結ぶ４本の軸線を想定したとき、対角の位置にある軸線同士が平行で、互いにずらされている。各軸線に対してロ字形薄肉部３ｃは非対称になること、対角の位置にある軸線同士（α１とα２；β１とβ２）が一致しないことから、各軸線を中心とした振動モードは、対角の位置にある軸線が一致し、それらの軸線に対してロ字形薄肉部３ｃが対称となる従来の場合に比べて、共振の強さが極めて小さくなる。よって、従来問題となっていたこれら各軸線を中心とした振動モードの影響による測定精度の低下を大幅に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す図で、Ａは平面図、ＢはＡのａ−ａ′断面図。
【図２】図１のダイアフラム３の平面図。
【図３】従来の加速度センサを示す図で、Ａは平面図、ＢはＡのａ−ａ′断面図。
【図４】図３のダイアフラム３の平面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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