(57)【要約】【課題】静電容量型の加速度センサに関し、錘部の移動を規制する規制部を適切な配置とし固定電極と可動電極との衝突をより確実に防止することができる加速度センサを提供すること。【解決手段】第１のセンサ２１に対して設定される端点Ｔ１〜Ｔ４は、基板の平面視において当該端点Ｔ１〜Ｔ４を結ぶ長方形の枠が第１及び第２固定電極２８，２９の全体を囲み各辺がＸ，Ｙ方向の各々に沿った形状となる位置に設定されている。そして、端点Ｔ１〜Ｔ４のうち２点を通る第１直線８５Ａ，８５Ｂ及び第２直線８６Ａ，８６Ｂで区画される９つの領域Ｒ１〜Ｒ９を設定する。第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂは、各固定電極２８，２９が設けられる領域Ｒ５及び領域Ｒ５と隣り合う領域Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６，Ｒ８を除く他の４つの領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ９内の各々に設けられる。【選択図】図６
2014106083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板から遊離して揺動可能に設けられる錘部と、
前記錘部に設けられる可動電極と、
前記基板に固定されて設けられ、前記基板の平面方向に平行な検出方向の加速度に応じて前記可動電極との前記検出方向における距離が変動し、当該距離に応じて前記可動電極との静電容量が変動する固定電極と、
前記加速度に応じて揺動する前記錘部の前記検出方向に対する移動を規制する規制部と、を備え、
前記基板の平面視において前記固定電極の全体を囲み各辺が前記検出方向及び前記検出方向と直交する方向の各々に沿った矩形状の枠を設定した場合に、前記矩形状の枠の頂点のうち前記検出方向と直交する方向に沿って並ぶ２点を通る第１直線と、前記検出方向に沿って並ぶ２点を通る第２直線とで区画される９つの領域において、
前記規制部は、前記固定電極が設けられる領域及び当該領域と隣り合う領域を除く他の４つの領域内の各々において前記錘部と係合し移動を規制することを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記固定電極は、前記基板の平面に対して直交すると共に前記検出方向に対して直交する平板面であり、前記検出方向に沿って複数の前記固定電極が並設され、
前記矩形状の枠は、前記固定電極の外周に沿って設定され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】
前記規制部は、前記基板に固定されて設けられ、前記４つの領域の各々において前記錘部の重心に対して対称となる位置にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願に開示の技術は、特にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）として構成される加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される加速度センサには静電容量を用いるものがある。例えば、基板に対して固定された固定電極と、基板に対して相対的に揺動可能な錘部に設けられた可動電極とでコンデンサが構成され、該コンデンサの静電容量の変化によって加速度を検出する加速度センサがある（例えば、特許文献１など）。特許文献１に開示される加速度センサは、錘部が検出方向（Ｘ方向）に変動するのにともなって生ずる固定電極と可動電極との距離の変動に応じた静電容量の変化量から加速度を検出する１軸加速度センサとして構成されている。また、上記した１軸加速度センサに対してＸＹＺの３つの検出方向に作用する加速度が検出可能な３軸加速度センサがある（例えば、特許文献２〜７など）。
【０００３】
ところで、上記したような固定電極と可動電極とを備える加速度センサでは、加速度が加わることにより位置が変動する可動電極が固定電極に衝突することによって短絡や損傷等が発生する虞がある。そのため、例えば、特許文献１に示すように、可動電極と固定電極との衝突を防止するために、錘部の移動を規制するストッパーが設けられたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４４５０７号公報
【特許文献２】特開平０７−２４５４１３号公報
【特許文献３】特表２００５−５３４０１６号公報
【特許文献４】特開平０６−２５８３４０号公報
【特許文献５】特開平０５−３４０９６０号公報
【特許文献６】特許第２７７３４９５号公報
【特許文献７】特許第３３２７５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したストッパーのような錘部の移動を規制する部材は、固定電極及び可動電極の形状、構成等に応じて適切な位置に配置する必要がある。特に、上記した３軸加速度センサでは、錘部がその平面方向に沿って自由に移動できるように設けられているため、加速度に応じてその時々に変化する錘部の位置や傾き等に対して適切に機能するようにストッパーを設ける必要があり、改善の余地があった。
【０００６】
本願に開示される技術は、上記の課題に鑑み提案されたものである。静電容量型の加速度センサに関し、錘部の移動を規制する規制部を適切な配置とし固定電極と可動電極との衝突をより確実に防止することができる加速度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に開示される技術に係る加速度センサは、基板と、基板から遊離して揺動可能に設けられる錘部と、錘部に設けられる可動電極と、基板に固定されて設けられ、基板の平面方向に平行な検出方向の加速度に応じて可動電極との検出方向における距離が変動し、当該距離に応じて可動電極との静電容量が変動する固定電極と、加速度に応じて揺動する錘部の検出方向に対する移動を規制する規制部と、を備え、基板の平面視において固定電極の全体を囲み各辺が検出方向及び検出方向と直交する方向の各々に沿った矩形状の枠を設定した場合に、矩形状の枠の頂点のうち検出方向と直交する方向に沿って並ぶ２点を通る第１直線と、検出方向に沿って並ぶ２点を通る第２直線とで区画される９つの領域において、規制部は、固定電極が設けられる領域及び当該領域と隣り合う領域を除く他の４つの領域内の各々において錘部と係合し移動を規制する。
【０００８】
当該加速度センサでは、錘部の検出方向に対する移動を規制する規制部が、固定電極に対して検出方向及び検出方向と直交する方向で対向しない領域内において錘部と係合し移動を規制する。より詳細には、平面視において固定電極の全体を囲む矩形状の枠を設定し、矩形状の枠の頂点のうち検出方向と直交する方向に沿って並ぶ２点を通る第１直線と、検出方向に沿って並ぶ２点を通る第２直線とで区画される９つの領域を設定する。そして、規制部は、固定電極が設けられる領域及び当該領域と隣り合う領域を除く他の４つの領域内の各々において錘部と係合し移動を規制する。
【０００９】
このような構成では、規制部が錘部に係合する位置が、検出方向及び検出方向と直交する方向において固定電極が配置される位置よりも外側となる。例えば、錘部に対して検出方向及び検出方向と直交する方向の加速度が加わって回転が生じた場合には、錘部の検出方向に対する変位の大きさが回転中心からの距離に比例して増加する。そのため、例えば、錘部の回転中心を固定電極の中心とした場合に、固定電極の中心から固定電極の端部よりも離れた位置において規制部が錘部に係合することによって、検出方向に対する変位量がより大きい位置において規制部が錘部と係合し移動を規制する。その結果、固定電極と可動電極との衝突の防止をより確実に図ることができる。つまり、規制部を適切な配置とすることで固定電極と可動電極との衝突の防止を図ることができる。
【００１０】
また、本願に開示される技術に係る加速度センサにおいて、固定電極は、基板の平面に対して直交すると共に検出方向に対して直交する平板面であり、検出方向に沿って複数の固定電極が並設され、矩形状の枠は、固定電極の外周に沿って設定されてもよい。
【００１１】
当該加速度センサでは、固定電極は、平板面で構成される複数の電極が並設して構成され、基板の平面視における外周の形状が矩形状となる。そして、矩形状の枠を、この固定電極の外周に設定することによって、固定電極が設けられる領域及び当該領域と隣り合う領域を最適化して小さくできる。即ち、規制部の配置を決定するための領域を出来るだけ大きい領域として区画することができる。
【００１２】
また、本願に開示される技術に係る加速度センサにおいて、規制部は、基板に固定されて設けられ、４つの領域の各々において錘部の重心に対して対称となる位置に設けられてもよい。
【００１３】
当該加速度センサでは、基板に固定された規制部を錘部に対して対称な位置とすることで、固定電極と可動電極との衝突の防止をより確実に図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本願に開示される技術によれば、静電容量型の加速度センサに関し、錘部の移動を規制する規制部を適切な配置とし固定電極と可動電極との衝突をより確実に防止することができる加速度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態の加速度センサの概略構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）はセンサの平面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線端面図、（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線端面図である。
【図３】センサの電気的接続を示す図である。
【図４】静電容量部の配置を説明するための模式図である。
【図５】可動電極の形状を説明するための概略斜視図である。
【図６】ストッパーの配置を説明するための模式図である。
【図７】比較例のセンサにおけるストッパーの配置を説明するための模式図である。
【図８】比較例のセンサの動作を説明するための模式図である。
【図９】比較例のセンサの動作を説明するための模式図である。
【図１０】（ａ）本実施形態のバネを説明するための模式図、（ｂ）（ｃ）は比較例のバネを説明するための模式図である。
【図１１】折りたたみ回数とバネ定数との関係を示すグラフである。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）はセンサの製造工程を説明するための端面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）はセンサの製造工程を説明するための端面図である。
【図１４】別のセンサの静電容量部の配置を説明するための模式図である。
【図１５】別のセンサのストッパーの配置を説明するための模式図である。
【図１６】別のセンサのストッパーを説明するための模式図である。
【図１７】別のセンサのストッパーを説明するための模式図である。
【図１８】別のセンサを説明するための模式図である。
【図１９】別のセンサの接続部を説明するための模式図である。
【図２０】別のセンサを説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、添付図面は、説明の便宜上、実際の寸法・縮尺とは異なって図示されている部分がある。
図１は、本実施形態に係る静電容量型の加速度センサをＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造したチップの概略構成を示している。同図１に示すように、加速度センサ１０は、平面視略長方形板状に形成された基板１２を備える。加速度センサ１０は、基板１２の長辺に沿った方向に並設される２つのチップ領域の各々に第１のセンサ２１と第２のセンサ３１とが形成されている。なお、以下の説明では、同図１に示すように、加速度センサ１０の長辺に沿った方向（第１及び第２のセンサ２１，３１が並設される方向）をＸ方向、Ｘ方向に対して直角で加速度センサ１０の短辺に沿った方向をＹ方向、Ｘ方向とＹ方向との両方に直角となる方向（基板１２の基板平面に対して垂直な方向）をＺ方向と称し、説明する。
【００１７】
第１のセンサ２１は、枠部２３と、錘部２４と、一対のバネ部２６と、静電容量部２７とを備える。図２（ａ）に示すように、枠部２３は、平面視形状が四角枠状に形成され、その囲われた内側部分に錘部２４が設けられている。枠部２３は、図示しない外周部分において基板１２と接続され固定されている。錘部２４は、平面視略正方形状をなす板状に形成されている。錘部２４は、Ｚ方向に貫通する貫通孔２４Ａが複数形成され、該貫通孔２４Ａが錘部２４に対してマトリックス状に形成されている。ちなみに、この貫通孔２４Ａは、錘部２４がＺ方向に移動する際の抵抗を減らす通気孔としての機能や後述する犠牲層をエッチングする際のエッチング液の導入口として機能するものである。
【００１８】
また、第１のセンサ２１は、Ｙ方向の両側部分にバネ部２６が各々設けられている。バネ部２６は、Ｘ方向の略中央部に設けられた梁部４１と、梁部４１におけるＸ方向の両側に設けられた一対のバネ４３とを備える。梁部４１は、平面視略長方形状の板状に形成され、長辺がＹ方向に沿って設けられている。錘部２４と梁部４１とは、各バネ４３を介して連結されている。バネ４３は、平面視形状が蛇行した形状をなしており、一端側の固定端４３Ａが梁部４１の側面に固定され、他端側の可動端４３Ｂが錘部２４に接続されている。なお、詳細については後述するが、バネ４３の蛇行した形状は、互いになす角度が直角となる短辺と長辺とが交互に繋がり、短辺がＸ方向に沿って設けられ長辺がＹ方向に沿って設けられるつづら折れ形状に形成されている。また、バネ４３は、梁部４１に固定される固定端４３Ａと、錘部２４に接続される可動端４３Ｂとの距離が長辺よりも長くなるように構成されており、Ｘ方向に対する剛性を高めて伸縮が規制される構造となっている。
【００１９】
図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線端面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線端面図である。図２（ｂ）に示すように、梁部４１は、基板１２上に立設されたアンカー部４５と一体形成され固定されている。このため、図２（ｃ）に示すように、錘部２４は、固定された梁部４１に対しバネ４３を介して支持されることによって、基板１２の上に浮いたような状態で保持されている。また、錘部２４と錘部２４を囲む枠部２３とは互いに離間している。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、枠部２３は、錘部２４の外周部分と所定間隔を設けて離間する内周部分に第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂが設けられている。第１ストッパー２３Ａは、錘部２４とＹ方向において対向する枠部２３の内周部分に一体形成されている。また、第２ストッパー２３Ｂは、錘部２４とＸ方向において対向する枠部２３の内周部分に一体形成されている。第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂは、枠部２３の内周面から内側に向かって突出するように形成されており、錘部２４がＸ方向及びＹ方向のいずれかの方向に対して所定の距離だけ移動した場合に錘部２４の外周部分に係合するように構成されている。第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂの先端部分と錘部２４との距離は、後述する第１及び第２固定電極２８，２９と電極部３０とのＹ方向における幅７４（図４参照）に比べて短い距離が設定されている。第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂは、突出する先端部が錘部２４に係合する構成となっており、錘部２４との接触面積を少なくしてスティクションの防止を図った形状となっている。なお、第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂが設けられる位置の詳細については後述する。
【００２１】
また、図２（ａ）に示すように、静電容量部２７は、第１及び第２固定電極２８，２９と、電極部３０とを備える。静電容量部２７は、第１のセンサ２１及び錘部２４の中央に設けられている。第１のセンサ２１は、一対の第１及び第２固定電極２８，２９を複数組（本実施形態では６組）備える。第１及び第２固定電極２８，２９は、主面がＺ方向に沿った略長方形板状に形成され、長辺がＸ方向に沿って設けられている。第１及び第２固定電極２８，２９は、互いの主面が対向するようにＹ方向に沿って交互に設けられている。換言すれば、第１及び第２固定電極２８，２９は、Ｙ方向に沿って並設されている。
【００２２】
第１固定電極２８は、Ｘ方向の一端側（図における上側の３つは左側、下側の３つは右側）にスルーホール２８Ａが設けられ基板１２の上に形成された配線（図示略）と電気的に接続されている。また、第２固定電極２９は、第１固定電極２８とは反対のＸ方向の一端側（図における上側３つは右側、下側３つは左側）にスルーホール２９Ａが設けられ基板１２上に形成された配線（図示略）と電気的に接続されている。第１固定電極２８の電極の厚さ（Ｙ方向の幅）は、スルーホール２８Ａが形成される接続部２８Ｂが、他の部分に比べて大きくなっている。同様に、第２固定電極２９の電極の厚さ（Ｙ方向の幅）は、スルーホール２９Ａが形成される接続部２９Ｂが、他の部分に比べて大きくなっている。
【００２３】
また、図２（ｂ）に示すように、第１及び第２固定電極２８，２９は、スルーホール２８Ａ，２９Ａが設けられた端部を除く部分が基板１２と離間するように形成されている。なお、第１及び第２固定電極２８，２９は、端部を含む全体が基板１２に接続された構成としてもよい。
【００２４】
電極部３０は、平面視において第１及び第２固定電極２８，２９の外周部分を囲むように形成された外周電極部３０Ａと、各第１及び第２固定電極２８，２９のＹ方向の間に設けられた可動電極部３０Ｂとを備える。外周電極部３０Ａは、錘部２４の中央部に一体形成される四角枠状をなし、第１及び第２固定電極２８，２９の各々と互いに離間している。可動電極部３０Ｂは、第１及び第２固定電極２８，２９に対向するように錘部２４から延設され、主面がＺ方向に沿った略長方形板状に形成され、長辺がＸ方向に沿って設けられている。各可動電極部３０Ｂは、Ｘ方向における両端部が錘部２４に一体形成されている。
【００２５】
また、第１及び第２固定電極２８，２９は、Ｙ方向で隣り合う可動電極部３０Ｂに挟まれた領域に互いに隣接して配置されている。接続部２８Ｂは、第１固定電極２８と可動電極部３０Ｂとが面一に対向するように、隣接する第２固定電極２９側に拡幅されて形成されている。また、接続部２９Ｂは、第２固定電極２９と可動電極部３０Ｂとが面一に対向するように、隣接する第１固定電極２８側に拡幅されて形成されている。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、基板１２は、コア基板５１と、コア基板５１の上面を覆うように形成された絶縁層５３と、絶縁層５３の上に形成された第３固定電極５５とを備える。梁部４１と一体形成されたアンカー部４５はパッド５８と接続されており、錘部２４が配線（図示略）を介して外部端子と電気的に接続されている。第１のセンサ２１は、図３に示すように、錘部２４の可動電極部３０Ｂと第１及び第２固定電極２８，２９とで平行平板コンデンサＣ１，Ｃ２が構成される。なお、本実施形態の電極部３０は、第１及び第２固定電極２８，２９と対向する外周電極部３０Ａの一部が、可動電極部３０Ｂと同様に第１及び第２固定電極２８，２９とコンデンサを構成する可動電極として機能する構成となっている。平行平板コンデンサＣ１，Ｃ２は、第１のセンサ２１に対しＹ方向（検出方向）に作用する加速度に応じて、第１及び第２固定電極２８，２９の各々と可動電極部３０Ｂとの間の距離が変動し静電容量が変化する。例えば、Ｙ方向の一方（図中の上方）に錘部２４が変動するのにともなって平行平板コンデンサＣ１の静電容量が減少する一方で、平行平板コンデンサＣ２の静電容量が増加する。このような電極部３０（可動電極部３０Ｂ）と第１及び第２固定電極２８，２９との間の距離の変動にともなって変化する平行平板コンデンサの静電容量を測定することによってＹ方向に対する加速度を検出することが可能となる。
【００２７】
例えば、錘部２４に接続される測定点６１における電圧を上記した外部端子から処理回路に出力しコンデンサＣ１，Ｃ２の電位差（静電容量の差）を検出して加速度を算出する。なお、図３に示すように、第１のセンサ２１は、静電容量の差の出力を大きくし感度を向上させるためにコンデンサＣ１，Ｃ２の各々を含むブリッジ回路が構成されている。また、このブリッジ回路を構成することで、非検出方向となるＸ方向に対する各コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量の変化を相殺し、いわゆる他軸感度の低減を図ることができる。また、第１のセンサ２１は、加速度が加わらない無負荷時の測定点６１におけるオフセット電圧をキャンセルするための補正回路を備えてもよい。
【００２８】
また、図２（ｂ）に示す第３固定電極５５は、錘部２４とＺ方向で対向するように絶縁層５３の上面の全域に広がって形成されている。第１のセンサ２１は、錘部２４と第３固定電極５５とでＺ方向で対向する平行平板コンデンサが構成される。この平行平板コンデンサは、第１のセンサ２１に対しＺ方向に作用する加速度に応じて静電容量が変化する。第１のセンサ２１では、錘部２４と第３固定電極５５との間の距離の変動にともなって変化する平行平板コンデンサの静電容量を測定することによってＺ方向に対する加速度が検出される。
【００２９】
第１のセンサ２１は、上記したようにＹ方向及びＺ方向に作用する加速度を検出する一方で、バネ４３（図２（ａ）参照）がＸ方向に対する伸縮が規制される構造となっており、錘部２４がＸ方向に撓動しないようになっている。従って、第１のセンサ２１は、Ｙ方向及びＺ方向の加速度が検出可能な２軸加速度センサとして構成されている。図１に示すように、加速度センサ１０が備える第２のセンサ３１は、第１のセンサ２１と同様の構成となっており、枠部２３と、錘部２４と、一対のバネ部２６と、第１及び第２固定電極２８，２９と、第３固定電極（図示略）とを備える。第２のセンサ３１は、Ｚ方向を回転軸として第１のセンサ２１を９０度回転した構造となっている。つまり、第２のセンサ３１は、Ｘ方向及びＺ方向に作用する加速度を検出する一方で、バネ部２６のバネ４３がＹ方向に対する伸縮が規制され、錘部２４がＹ方向に撓動しないようになっている。従って、第２のセンサ３１は、Ｘ方向及びＺ方向の加速度が検出可能な２軸加速度センサとして構成されている。
【００３０】
このように構成された加速度センサ１０では、第１及び第２のセンサ２１，３１の出力に基づいて３方向に対する加速度が検出される。また、加速度センサ１０では、Ｚ方向に対する加速度を第１及び第２のセンサ２１，３１の各々の錘部２４と第３固定電極５５との距離の変動に応じた静電容量の変化を測定し検出する。即ち、加速度センサ１０は、Ｚ方向に対する加速度を第１及び第２のセンサ２１，３１の両方の出力を合成した値を用いて検出する構成となっている。
【００３１】
次に、静電容量部２７の配置について図４を用いて説明する。なお、図４は、静電容量部２７の配置を示すための模式図であり、第１のセンサ２１が備える各部材を適宜省略して示している。図４に示すように、静電容量部２７は、錘部２４の中央に設けられて一列に並んで配置されている。詳述すると、静電容量部２７は、平面視正方形状の外周縁を有する錘部２４における対角線の中点（重心７０）が静電容量部２７の中心となる位置になっている。ここでいう静電容量部２７の中心とは、第１及び第２固定電極２８，２９と可動電極部３０Ｂとの各部材を含む静電容量部２７を立体的に見た場合の中心となる位置である。なお、静電容量部２７の中心は、静電容量部２７の構成等に応じて適宜設定する。また、本実施形態の第１のセンサ２１は、この静電容量部２７の中心が、錘部２４の重心７０と一致しており、平面的にだけでなく立体的に見た場合にも互いの中心となる位置が一致している。なお、本実施形態では、第２のセンサ３１が第１のセンサ２１と同様の構成となっており、各センサ２１，３１が静電容量部２７の中心が錘部２４の重心７０に一致している。
【００３２】
ここで、第１及び第２固定電極２８，２９は、スルーホール２８Ａ，２９Ａが形成される接続部２８Ｂ，２９Ｂの電極の厚さ７１が他の部分に比べて増大している。図１４は、比較例としての第１のセンサ２１Ａの静電容量部２７の配置を示している。図１４に示す第１のセンサ２１Ａは、静電容量部２７が第１及び第２固定電極２８，２９の長手方向（Ｘ方向）において２つ（２列）に分断された静電容量部２７Ａ，２７Ｂを備える。静電容量部２７Ａ、２７Ｂは、平面視において錘部２４の重心７０の位置に対してＸ方向で対称となる位置に分散した配置となっている。このような構成では、１つの検出方向（Ｙ方向）に対応する静電容量部２７が２つの静電容量部２７Ａ，２７Ｂに分散して配置された構成となっており、各静電容量部２７Ａ，２７Ｂの第１及び第２固定電極２８，２９に接続部２８Ｂ，２９Ｂが設けられる。
【００３３】
これに対し、図４に示す第１のセンサ２１では、検出方向に対応する静電容量部２７が錘部２４の中央部に一列に集約して設けられ錘部２４の中央部にＹ方向に沿って第１及び第２固定電極２８，２９及び電極部３０が交互に並設されている。そのため、第１のセンサ２１は、図１４に示す第１のセンサ２１Ａと比較した場合に、接続部２８Ｂ，２９Ｂを省略した数分だけ小型化を図ることが可能となる。より具体的には、例えば、第１のセンサ２１は、第１のセンサ２１ＡとＸ方向で比較した場合に、接続部２８Ｂ，２９ＢのＸ方向の長さを幅７２とすると、接続部２８Ｂ，２９Ｂの数分（幅７２が２個分）の長さだけＸ方向の長さを短くすることが可能となる。従って、このような構成では、１つの検出方向に対応する静電容量部２７が１箇所に集約されることによって、固定電極２８，２９に設けられる接続部２８Ｂ，２９Ｂの配置が最適化でき接続部２８Ｂ，２９Ｂの個数を削減して装置の小型化を図ることが可能となる。
【００３４】
また、第１及び第２固定電極２８，２９は、錘部２４と離間している。そのため、例えば、第１のセンサ２１は、第１のセンサ２１ＡとＸ方向で比較した場合に、接続部２８Ｂ，２９Ｂと錘部２４とのＸ方向における隙間の幅を幅７３とすると、隙間の数分（幅７３が２個分）の長さだけＸ方向の長さを短くすることが可能となる。つまり、接続部２８Ｂ，２９Ｂの省略に合わせて接続部２８Ｂ，２９Ｂと錘部２４とのギャップを省略できるため、特に微細な機械構造の製造に適用されるＭＥＭＳ技術を用いた加速度センサにおいて装置の小型化を効果的に図ることが可能となる。
【００３５】
また、この接続部２８Ｂ，２９Ｂは、各電極部３０（外周電極部３０Ａ及び可動電極部３０Ｂ）とのＹ方向（検出方向）における幅７４が同一の距離となっている。上記したように、一般的には、静電容量を用いて加速度を検出するセンサでは、加速度による静電容量の差の出力を大きくし感度を向上させるためにブリッジ回路（図３参照）が構成されている。しかしながら、接続部２８Ｂ，２９Ｂは、電極部３０との距離が等しい位置に設けられており、固定電極２８，２９及び電極部３０から出力される加速度に応じた静電容量の差（変化量）において、接続部２８Ｂ，２９Ｂからの出力に相当する変化量がブリッジ回路を通じて出力されることで相殺される。結果として、このような接続部２８Ｂ，２９Ｂは、電極部３０と対向する場合であっても加速度の検出に有効な静電容量の変化量が出力されず加速度の検出に寄与する部分とならない。
【００３６】
その一方で、第１のセンサ２１は、感度が錘部２４の重さと相関し、錘部２４の重さを増大させることで感度を向上させることができる。このため、第１のセンサ２１は、接続部２８Ｂ，２９Ｂが省略された部分に応じて錘部２４を形成する領域を増大、即ち錘部２４の重さを増大させることが可能となり、同一の大きさの静電容量を備える他の加速度センサに比べて感度を向上させることが可能となる。
【００３７】
ちなみに、例えば、図１４に示す第１のセンサ２１Ａにおいて、静電容量部２７Ｂを省略し、静電容量部２７Ａに集約、即ち、静電容量部２７を錘部２４の中央以外の位置に集約する構成が考えられる。しかしながら、このような構成は、例えば、錘部２４に対してＸ方向の一方側のみに電極部３０を形成することとなり、錘部２４の重心が中央からずれることとなる。従って、加速度が加わった場合に、錘部２４に対し回転方向の運動が生じて検出方向の加速度に対する所望の出力を得ることが困難となる。
【００３８】
次に、電極部３０の可動電極部３０Ｂの構造について詳細に説明する。
図５に示すように、第１のセンサ２１の静電容量部２７に設けられる可動電極部３０Ｂは、長辺がＸ方向に沿った略長方形板状に形成され、長辺の両端部が錘部２４に固定されている。この可動電極部３０Ｂが錘部２４に固定される部分（以下、「固定部」という）８１，８２は、錘部２４と一体形成されている。
【００３９】
ここで、本実施形態との比較を行うために、可動電極部３０Ｂが長手方向の一端側、例えば固定部８１のみで錘部２４に固定されるような構成について説明する。図５に示すように、例えば、可動電極部３０Ｂの長手方向（Ｘ方向）の長さをＬ、短手方向（Ｚ方向）の長さをｈ、厚さ（Ｙ方向の長さ）をｂとする。そして、固定部８１のみが固定されるような可動電極部３０Ｂに対して検出方向に加速度ａ（Ｇ）が加わった場合に、可動電極部３０Ｂの他端側（固定部８２側）の先端となる部分には、以下の式で表される撓み（変位）が生じる。
ｖ＝ｆ０Ｌ４／８ＥＩ＝１４．７（σａＬ４／Ｅｂ２）
上記した式において、ｆ０は加速度ａ（Ｇ）が加わったときに可動電極部３０Ｂに加わる単位長さ当たりの荷重（分布荷重）、Ｅは可動電極部３０Ｂの材料（例えばシリコン）のヤング率（例えば、１６９ＧＰａ（ギガパスカル））、Ｉは断面２次モーメント、σは材料の密度（例えば２３３０ｋｇ／ｍ３）である。また、例えば、長さＬ＝２７０μｍ（マイクロメートル）、長さｈ＝１０μｍ、厚さｂ＝２μｍとする。この場合に、ａ＝１０，０００（Ｇ）の大きさの加速度がセンサ２１に加わった場合には、ｖ＝２．７μｍの変位が生じる。
【００４０】
一方で、電極部３０（可動電極部３０Ｂ）と第１及び第２固定電極２８，２９との間の幅７４は、感度を向上させるために電極間の距離を狭くすること、あるいはエッチング等の製造工程での加工限界を考慮すると、幅７４は約２．０〜２．５μｍとなる。従って、上記したような可動電極部３０Ｂの一端側を固定する構成では、仮に１０，０００＝１万（Ｇ）の大きさの加速度が加わった場合には、可動電極部３０Ｂの先端部分と第１及び第２固定電極２８，２９とが衝突し短絡が生じる。ちなみ、加速度ａ＝１万（Ｇ）とは、この種のセンサに対して加えられる加速度としては一般的に許容範囲内とされる値である。
【００４１】
これに対し、本実施形態の第１のセンサ２１では、各可動電極部３０Ｂの長手方向の両端が固定部８１，８２において錘部２４と接続されている。このような構成では、可動電極部３０Ｂには、加速度が加わった場合に、両端が錘部２４に固定されていることで長手方向（Ｘ方向）の中央部が変位するような力が加わる。しかしながら、可動電極部３０Ｂの中央部が変位するためには、撓む以外に可動電極部３０Ｂ自身が伸びるように変形する必要がある。このような可動電極部３０Ｂの中央部が伸びて固定電極２８，２９と接触するための加速度は、本発明者らがシミュレーションした結果では加速度ａ＝約７５０万（Ｇ）という値となった。従って、本実施形態の可動電極部３０Ｂでは、その両端が錘部２４に固定されることで、衝撃等により大きな加速度が加わった場合であっても、可動電極部３０Ｂと第１及び第２固定電極２８，２９との衝突を防止することが可能となる。
【００４２】
また、第１のセンサ２１は、静電容量部２７が錘部２４の中央に設けられ集約されていることから、１つの可動電極部３０Ｂの長手方向の長さＬを長くして静電容量を大きくすることで、感度の向上を図ることができる。その一方で、上記したように、可動電極部３０Ｂを一方側のみで固定した場合には、長さＬに応じた撓みが生じる。そのため、本実施形態では、可動電極部３０Ｂの両端が錘部２４に固定され撓みが生じにくい構造となっていることから、所望の静電容量とするために可動電極部３０Ｂの長さＬを長くした静電容量部２７であっても好適に集約することが可能となる。
【００４３】
次に、第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂの配置について図６を用いて詳細に説明する。本実施形態の第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂは、第１及び第２固定電極２８，２９が配置される位置や形状等に基づいてその配置が決定される。詳述すると、図６に示すように、まず、基板１２（図１参照）の平面視における形状が略長方形（矩形）状となる第１及び第２固定電極２８，２９に対し、その長方形の頂点を端点Ｔ１〜Ｔ４として設定する。端点Ｔ１〜Ｔ４は、例えば、図６において左上となる点から時計回りに端点Ｔ１〜Ｔ４の順に設定する。これにより、端点Ｔ１〜Ｔ４を結ぶ長方形の枠は、平面視において第１及び第２固定電極２８，２９の全体を囲み各辺がＸ，Ｙ方向の各々に沿った矩形状の枠として設定される。なお、端点Ｔ１〜Ｔ４は、例えば、当該端点Ｔ１〜Ｔ４を結ぶ矩形状の枠内に第１及び第２固定電極２８，２９の全体が収まるように設定されれば、その位置を適宜変更してもよい。
【００４４】
端点Ｔ１，Ｔ２は、第１及び第２固定電極２８，２９におけるＹ方向の一端側（図中における最も上側）において、基板１２の平面視におけるＸ方向の端部に相当する点とする。また、端点Ｔ３，Ｔ４は、第１及び第２固定電極２８，２９におけるＹ方向の一端側（図中における最も下側）において、基板１２の平面視におけるＸ方向の端部に相当する点とする。また、端点Ｔ１，Ｔ４は、第１及び第２固定電極２８，２９のＸ方向の一端側（図中の左側）においてＹ方向の端部に相当する点とする。また、端点Ｔ２，Ｔ３は、第１及び第２固定電極２８，２９のＸ方向の一端側（図中の右側）においてＹ方向の端部に相当する点とする。
【００４５】
次に、端点Ｔ１，Ｔ２の２点を通る直線を第１直線８５Ａ、端点Ｔ３，Ｔ４を通る直線を第１直線８５Ｂとする。本実施形態の第１のセンサ２１では、第１直線８５Ａ，８５ＢがＸ方向に平行な直線となる。また、端点Ｔ１，Ｔ４を通る直線を第２直線８６Ａ、端点Ｔ２，Ｔ３を通る直線を第２直線８６Ｂとする。本実施形態の第１のセンサ２１では、第２直線８６Ａ，８６ＢがＹ方向に平行な直線となる。そして、平面視における第１のセンサ２１を、第１直線８５Ａ，８５Ｂ及び第２直線８６Ａ，８６Ｂを用いて９つの領域に区画し、各領域を順に（図中における左上から右下に向かって）領域Ｒ１〜Ｒ９とする。
【００４６】
この場合、領域Ｒ５は、第１及び第２固定電極２８，２９が設けられる第１のセンサ２１の平面視における中央の領域となる。領域Ｒ２，Ｒ８の各々は、領域Ｒ５に対してＹ方向で隣り合う領域となる。また、領域Ｒ４，Ｒ６は、領域Ｒ５に対してＸ方向で隣り合う領域となる。そして、残りの４つの領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ９は、固定電極２８，２９が設けられる中央となる領域Ｒ５及び領域Ｒ５と隣り合う領域Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６，Ｒ８を除いた領域となる。本実施形態の第１のセンサ２１は、このような４つの領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ９内の枠部２３の一部に第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂが設けられている。第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂは、錘部２４の重心に対して対称となる位置に設けられている。なお、各ストッパー２３Ａ，２３Ｂを錘部２４の重心に対して非対称となる位置に設けた構成としてもよい。
【００４７】
次に、上記した領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ９に第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂを設けた場合の作用について、図７〜図９を用いて説明する。図７〜図９は、比較例としてのセンサを模式的に示した図であり、説明を理解し易くするために、各部材を適宜省略し固定電極を１つだけ備えた構成となっている。図７に示す加速度センサ９０は、錘部９１の中央部にＸ方向に沿った固定電極９３と固定電極９３を囲む電極部９４とが設けられている。加速度センサ９０は、Ｙ方向において錘部９１と対向する位置に枠部９６がそれぞれ設けられている。枠部９６には、Ｙ方向において固定電極９３と対向する位置にストッパー９６Ａが設けられている。換言すれば、ストッパー９６Ａは、Ｘ方向に沿って伸びる固定電極９３とＹ方向で対向する範囲内に設けられている。
【００４８】
また、固定電極９３と電極部９４とのＹ方向における距離を幅９７とする。この幅９７は、例えば上記した幅７４（図４参照）と同一の長さであり、感度を向上させために短く（狭く）することが好ましい。また、ストッパー９６Ａの先端部と錘部９１との距離を幅９８とする。幅９８は、固定電極９３と電極部９４との衝突を防止するために幅９７よりも短い距離とする。例えば、幅９８を製造工程で加工限界となる最小の長さとし、幅９７を幅９８に対して若干長くする設定として形成することが好ましい。
【００４９】
次に、図８に示すように、加速度センサ９０に対してＹ方向の加速度が加わり錘部９１の位置が変動（図中の下側に向かって変動）したとする。この場合、錘部９１は、ストッパー９６Ａが外周部分に係合することによって、電極部９４が固定電極９３に衝突する前に移動が規制される。錘部９１がＹ方向に沿って平行移動した場合には、錘部９１（電極部９４）は、固定電極９３に対し幅９７（図７参照）から幅９８を除いた距離まで近づいて停止することとなる。
【００５０】
ここで、加速度センサ９０を実際に使用する場合には、検出方向（この場合、Ｙ方向）以外に、他の方向に対する加速度が加わることが想定される。例えば、図９に示すように、加速度センサ９０に大きな衝撃等が加わった場合にはＹ方向の他にＸ方向の加速度が加わることとなり、錘部９１がＺ方向を回転軸として回転（図中においては反時計回りに回転）した状態となる。このような場合には、図８に示した状態と異なり、電極部９４と固定電極９３とのＹ方向における距離は、Ｘ方向の位置によって異なる。これは、錘部９１の回転方向への移動に含まれるＹ方向に対する変位量が回転中心からの距離に比例して増加するためである。ここでいう回転中心とは、加速度センサ９０の構成では錘部９１の中心であり、固定電極９３のＸ方向の中点となる。従って、電極部９４と固定電極９３とは、固定電極９３のＸ方向の中点から離れるのに従って錘部９１のＹ方向に対する変位量が増大することによって、互いの距離が狭くなる。
【００５１】
また、加速度センサ９０は、Ｘ方向において、固定電極９３の両端部分がストッパー９６Ａよりも外側の位置となっている。このため、固定電極９３の両端部分に対して相対的に変位する錘部９１のＹ方向に対する変位量が、ストッパー９６Ａに対する変位量に比べて大きくなることによって、固定電極９３の両端部分が電極部９４に衝突することとなる。
【００５２】
一方で、図６に示す本実施形態の第１ストッパー２３Ａは、第１及び第２固定電極２８，２９に対してＹ方向で対向しない領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ９に設けられている。この第１ストッパー２３Ａの位置は、例えば図９に示す構成であれば図中の二点鎖線で示すストッパー９９の位置となり、回転時における錘部９１のＹ方向に対する変位量が固定電極９３の両端部分に比べて大きい位置となる。このため、固定電極９３の両端部分が電極部９４に衝突する前にストッパー９９が錘部９１に係合して衝突を防止できる。つまり、本実施形態の第１のセンサ２１では、第１ストッパー２３Ａの配置を最適化したことで第１及び第２固定電極２８，２９と電極部３０との衝突をより確実に防止することができる。
【００５３】
また、衝突を防止する方法として、例えば、図７に示す加速度センサ９０において、ストッパー９６Ａと錘部９１との距離（幅９８）を、固定電極９３と電極部９４との距離（幅９７）に比べて極めて短くする構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、例えば、幅９８を製造工程での加工限界とした場合には、幅９７を加工限界の距離に比べて十分に長い距離とする必要があり、感度を所望の値まで向上させることが難しくなる。
【００５４】
これに対し、本実施形態の第１のセンサ２１では、例えば、第１ストッパー２３Ａと錘部２４との距離（図７の幅９８）を製造工程で加工限界となる最小の長さとし、その長さに対して第１及び第２固定電極２８，２９と電極部３０との距離（図７の幅９７）を若干長くした構成とすることができる。つまり、このような構成では、第１ストッパー２３Ａを適切な配置とすることによって、固定電極９３と電極部９４との距離を製造工程での加工限界まで近づけて狭くでき、感度を向上させることが可能となる。
【００５５】
なお、上記した説明では、Ｙ方向における第１ストッパー２３Ａの作用について説明したが、Ｘ方向における第２ストッパー２３Ｂについても同様に機能する。電極部３０は、Ｙ方向と同様に、錘部２４が回転した場合にはＸ方向においても第１及び第２固定電極２８，２９との距離が相対的に変位する。そのため、上記したように錘部２４が回転したような場合には、Ｙ方向において第１及び第２固定電極２８，２９よりも外側となる位置に第２ストッパー２３Ｂを配置することによって、両ストッパー２３Ａ，２３Ｂにより固定電極９３と電極部９４と衝突をより確実に防止することが可能となる。
【００５６】
また、上記した図１４に示す比較例としての第１のセンサ２１Ａにおいても、第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂの位置を同様に設定することができる。例えば、図１５に示すように、第１のセンサ２１Ａにおいて長手方向においてに分断された第１及び第２固定電極２８，２９に対し、平面視における外周に沿った長方形の頂点を端点Ｔ１〜Ｔ４として設定する。そして、端点Ｔ１〜Ｔ４に基づいて第１及び第２直線８５Ａ，８５Ｂ，８６Ａ，８６Ｂ及び領域Ｒ１〜Ｒ９を設定する。このように設定された領域Ｒ１〜Ｒ９に基づいて第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂの配置を決定した場合であっても、上記した場合と同様に、第１及び第２固定電極２８，２９と電極部３０との衝突をより確実に防止することができる。
【００５７】
次に、バネ４３の構造について説明する。
図１０（ａ）に示すバネ１００は、バネ４３の一例である。バネ１００は、上述したように、互いになす角度が直角となる短辺１１１と長辺１１２とが交互に繋がる形状に構成されている。なお、以下の説明では、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、短辺１１１の長さをＬ１、長辺１１２の長さをＬ２と称し、説明する。また、図１０（ａ）〜（ｃ）に示す方向はバネ１００，１００Ａ，１００Ｂが伸縮する方向を示している。
【００５８】
バネ１００は、長さＬ２が長さＬ１に比べて長く、錘部２４（図２（ａ）参照）と梁部４１（図２（ａ）参照）の各々に接続される両端の距離Ｌ３が長さＬ２よりも長くなるように構成されている。ここで、バネ１００において、Ｙ方向で往復する回数、換言すればＹ方向の一端側で折り返す回数（以下、「折りたたみ回数」という）をｎとする。図１０（ａ）に示すバネ１００では、折りたたみ回数ｎは１５回となる。バネ１００は、折りたたみ回数ｎと、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向に対応するバネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚが相関する関係にある。そこで、本発明者らは、バネ１００の折りたたみ回数ｎに対するバネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚの変化について検討・シミュレーション等を重ねた結果、本発明をなすに至った。具体的には、図１０（ａ）に示すように、例えば、Ｚ方向と直交する平面においてバネ１００が占有する領域Ｓ（図中のハッチングで囲む部分）の面積を一定として、折りたたみ回数ｎを変更しながらバネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚの検討を行った。
【００５９】
図１１は、折りたたみ回数ｎに対するバネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚの値を示すグラフである。図１１に示すように、Ｘ方向のバネ定数Ｋｘは、折りたたみ回数ｎの増加にともなって増加する。図中の実線で示すグラフは、バネ定数Ｋｘを試算した結果を示しており、折りたたみ回数ｎの増加にともなってＸ方向に対する剛性が高まり伸縮が規制されていくことがわかる。
【００６０】
一方で、Ｙ方向のバネ定数Ｋｙは、折りたたみ回数ｎの増加にともなって減少する。図中の破線で示すグラフは、バネ定数Ｋｙを試算した結果を示しており、折りたたみ回数ｎの増加にともなってＹ方向に対する剛性が低くなり撓動し易くなっていくことがわかる。同様に、Ｚ方向のバネ定数Ｋｚは、折りたたみ回数ｎの増加にともなって減少する。図中の一点鎖線で示すグラフは、バネ定数Ｋｚの試算結果を示し折りたたみ回数ｎの増加にともなってＺ方向に撓動し易くなっていくことがわかる。
【００６１】
以上の内容を踏まえ、図１１に示すグラフを用いて、バネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚによりバネ１００を３種類に分類する。例えば、各バネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚが近似した値となる折りたたみ回数ｎを基準値ｎ１（例えばｎ１＝１０）とし、折りたたみ回数ｎが基準値ｎ１よりも小さくなるバネ１００を第１種類とする。この第１種類に分類されるバネ１００は、例えば、図１０（ｂ）に示されるように折りたたみ回数ｎを５回として構成されたバネ１００Ａである。このバネ１００Ａは、バネ１００Ａの両端の距離Ｌ３が長さＬ２よりも短い。バネ１００Ａは、Ｘ方向に対して変位し易く、Ｙ，Ｚ方向に対する伸縮が規制される特性を有する。つまり、このようなバネ１００Ａは、１方向に対して伸縮する特性を有するものであり、例えば特開平１１−３４４５０７号公報（特許文献１）に示されるような１軸加速度センサに用いられるバネである。
【００６２】
次に、折りたたみ回数ｎを基準値ｎ１として各バネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚがほぼ同一となるバネ１００を第２種類とする。この第２種類に分類されるバネ１００は、例えば、図１０（ｃ）に示されるように折りたたみ回数ｎを１０回として構成されたバネ１００Ｂである。このバネ１００Ｂは、バネ１００Ｂの両端の距離Ｌ３が長さＬ２とほぼ等しく、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向に対して変位する。つまり、この種のバネ１００Ｂは、３方向に対して伸縮あるいは撓動する特性を有するものであり、例えば特表２００５−５３４０１６号公報（特許文献３）に示されるような３軸加速度センサに用いられるバネである。
【００６３】
そして、本実施形態の図１０（ａ）に示されるバネ１００は、折りたたみ回数ｎが基準値ｎ１に比べて大きい第３種類に分類されるバネであり、２方向に対する撓動性を備えるものである。詳述すると、バネ１００は、短辺１１１と長辺１１２とが繋がり蛇行して延びるＸ方向に対する剛性が高く伸縮し難い。また、バネ１００は、蛇行して延びるＸ方向に対して直交するＹ方向に対する撓動性を有している。また、バネ１００は、バネ１００が占有する領域Ｓを設定した平面に対して垂直なＺ方向に対する撓動性を有している。従って、このような特性のバネ１００（バネ４３）を備える第１のセンサ２１では、Ｙ方向及びＺ方向に作用する加速度が検出される一方で、錘部２４がＸ方向に変動しないためＸ方向に対する他軸感度を抑制でき検出精度の向上を図ることが可能となる。
【００６４】
次に、このように構成された加速度センサ１０の感度について説明する。
加速度センサ１０は、Ｚ方向に対する加速度を第１及び第２のセンサ２１，３１の両方の出力を用いて検出する構成となっている。ここで、対向する電極の面積をＳ、電極の距離をｄ、誘電率をεとすると、静電容量Ｃは、次式で表される。
Ｃ＝εＳ／ｄ・・・・・・・・・（１）
錘部２４は、平面方向がＺ方向と直交する方向となる平板状に形成されており、Ｚ方向に対する加速度を検出する可動電極の面積Ｓを他の方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に比べて大きくすることができる。そのため、本実施形態の第１及び第２のセンサ２１，３１は、Ｚ方向に作用する加速度を検出するために設けられる静電容量の大きさが他の２方向に対して大きくすることができる。
【００６５】
また、上記式（１）を用いて距離の変化量Δｄに対する静電容量の変化量ΔＣの大きさは次式で表される。
ΔＣ／Δｄ＝εＳ／ｄ２・・・・（２）
また、錘部２４に作用する力は、運動方程式、弾性の法則から次式で表される。
Ｆ＝ｍａ＝ｋΔｄ（ｍ：錘部２４の質量、ａ：加速度、ｋ：バネ定数）・・（３）
上記式（２）、（３）から静電容量の変化量ΔＣは次式で表される。
ΔＣ＝（εＳ／ｄ２＊ｍ／ｋ）ａ＝（Ｃ／ｋ＊ｍ／ｄ）ａ・・・・・・（４）
【００６６】
従って、上記式（４）より、本実施形態のような静電容量型の加速度センサ１０の加速度ａに対する感度（静電容量の変化量）を上げるには、重りとしての錘部２４の質量ｍを増加させる、あるいは錘部２４と第１〜第３固定電極２８，２９，５５の各々とで構成されるコンデンサの静電容量Ｃを増加させる、あるいはバネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚを小さくすることが考えられる。質量ｍは錘部２４の大きさと相関する関係にある。静電容量Ｃは、Ｚ方向においては錘部２４のＺ方向と直交する方向の面積Ｓと相関する関係にある。加速度センサ１０は、図２（ａ）に示すように、平面視で見た場合には錘部２４が平面の大部分の領域を占めている。これに対し、例えば１軸加速度センサ（上記の特開平１１−３４４５０７号公報（特許文献１）に開示される加速度センサ等）をＸＹＺの各方向に対応して設ける構成として、複数の加速度センサを同一平面上に並べて配置した構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、平面視で見た場合には、Ｚ軸方向に寄与する錘部が平面の一部の領域のみを占めることとなる。つまり、本実施形態の加速度センサ１０は、すべてのセンサ（第１及び第２のセンサ２１，３１）がＺ方向の加速度の検出に寄与するため、Ｚ方向に対して同一の感度となる３軸加速度センサを構成する場合を比較すると小型化に優れた構造となっている。
【００６７】
また、静電容量型の加速度センサの感度は、一般的にＸＹＺの各方向に対する感度が等しくなることが好ましい。上記式（４）に示すように、各方向に対する感度を同程度とするために各方向の静電容量Ｃとバネ定数ｋとの比を等しくすることが考えられる。例えば、上記した加速度センサ１０において、Ｘ方向の加速度を検出する第２のセンサ３１の錘部２４と第１及び第２固定電極２８，２９との電極間の静電容量をＣｘ、バネ４３のＸ方向に対するバネ定数をｋｘとする。また、Ｙ方向の加速度を検出する第１のセンサ２１の錘部２４と第１及び第２固定電極２８，２９との電極間の静電容量をＣｙ、バネ４３のＹ方向に対するバネ定数をｋｙとする。なお、本実施形態では第１及び第２のセンサ２１，３１が同一構造であるため、静電容量ＣｘとＣｙ、バネ定数ｋｘとｋｙは各々で同値となる。また、第１及び第２のセンサ２１，３１のＺ方向の加速度を検出する錘部２４と第３固定電極５５との電極間の静電容量の各々を静電容量Ｃｚ１，Ｃｚ２、各センサ２１，３１のバネ４３のＺ方向に対するバネ定数の各々をｋｚ１，ｋｚ２とする。なお、本実施形態では第１及び第２のセンサ２１，３１が同一構造であるため、静電容量Ｃｚ１，Ｃｚ２が同値となる。同様に、バネ定数ｋｚ１，ｋｚ２は同値となる。
【００６８】
そして、この場合における各方向の静電容量Ｃとバネ定数ｋとの比を等しくするためには、次式を満たすことが好ましい。
２＊Ｃｘ／ｋｚ＝２＊Ｃｙ／ｋｙ＝（Ｃｚ１／ｋｚ１＋Ｃｚ２／ｋｚ２）・・・・（５）
従って、上記式（５）の値を指標として設計することで、互い直交する３軸の各々の方向の加速度に対する感度を同等とすることができ、本実施形態の加速度センサ１０を容易に構成することが可能となる。なお、図３に示すように、本実施形態の第１及び第２のセンサ２１，３１の各々は、コンデンサＣ１，Ｃ２を含むブリッジ回路が構成され、各コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量の差を用いて加速度を算出する。従って、各センサ２１，３１の各方向に対する感度は、例えば、コンデンサＣ１，Ｃ２のうち一方のコンデンサの容量を２倍した値と相関することとなる。上記した式（５）は、このような静電容量型の加速度センサにおいて用いられるブリッジ回路を加味したものとなっている。
【００６９】
次に、第１のセンサ２１の製造方法の一例について説明する。なお、第２のセンサ３１の製造方法については第１のセンサ２１と同様であるため説明を省略する。
まず、図１２（ａ）に示すコア基板２００を準備する。コア基板２００は、例えば単結晶シリコンからなるウェハである。第１のセンサ２１は、コア基板２００上に多数のセンサ素子を形成し、その後にダイシングを行って複数の第１のセンサ２１に個片化することにより製造される。
【００７０】
コア基板２００の表面に絶縁層２１０を形成する。絶縁層２１０は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）や、二酸化シリコンの膜の上に窒化シリコンを積層した膜を熱酸化法や堆積法を用いて形成する。次いで、絶縁層２１０の表面に、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて任意にパターニングされた第３固定電極２１２、パッド２１４及び図示しない配線を形成する。第３固定電極２１２及び配線（図示略）等は、ポリシリコンなど、後述する犠牲層２１５のエッチングに対して耐性がある材料を用いる。なお、ＬＳＩ技術で一般的に用いられるアルミニウムを第３固定電極２１２及び図示しない配線に用いる場合は、当該アルミニウムの上に窒化シリコン膜を積層したり、前述した絶縁層２１０を複数層の積層膜で構成してその中に形成するなどして、犠牲層２１５のエッチングに対して耐性を上げることが好ましい。以上のように、絶縁層２１０、第３固定電極２１２及び配線（図示略）を複数層で構成してもよい。また、第３固定電極２１２及び配線（図示略）は、導電性を有する複数層で構成してもよい。
【００７１】
次いで、図１２（ｂ）に示すように、絶縁層２１０及び第３固定電極２１２を覆うように犠牲層２１５を形成する。犠牲層２１５は、例えば化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法により二酸化シリコンを成膜して形成する。犠牲層２１５の厚さは例えば２μｍ（マイクロメートル）である。次いで、図１２（ｃ）に示すように、犠牲層２１５に対しパッド２１４の表面の一部が露出するようにコンタクトホール２１６を形成する。コンタクトホール２１６は、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて形成する。
【００７２】
次いで、図１３（ａ）に示すように、犠牲層２１５の上に電極層２１７を形成する。コンタクトホール２１６内には電極層２１７の一部が充填される。電極層２１７は、例えばＣＶＤ法によりポリシリコンを成膜して形成する。電極層２１７の厚さは例えば５〜１０μｍである。次いで、図１３（ｂ）に示すように、電極層２１７に対してエッチングを施し、貫通孔２１９及び第１及び第２固定電極２２０，２２１を形成する。電極層２１７に対するエッチングは、例えば、フォトリソグラフィー技術を用いて任意のパターニングで形成されたレジスト（図示略）を電極層２１７の上に形成し、そのレジストの開口部から露出する領域に対しＤｅｅｐ−ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いて異方性エッチングをする。なお、図示しないがバネ４３は、例えば、上記した第１及び第２固定電極２２０，２２１と同一工程にて形成される。
【００７３】
次いで、図１３（ｃ）に示すように、犠牲層２１５をエッチングする。犠牲層２１５のエッチングは、例えば、電極層２１７に形成された貫通孔２１９等からエッチング液（例えばバッファードフッ酸（ＢＨＦ））を導入してエッチングする。このようにして、図１に示す第１のセンサ２１が形成される。
【００７４】
以上、上記した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）第１及び第２のセンサ２１，３１は、錘部２４の移動を規制する第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂが、第１及び第２固定電極２８，２９に対してＸ，Ｙ方向の各々の方向で対向しない領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ９内に設けられている。このような構成では、第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂが錘部２４に係合する位置が、Ｘ，Ｙ方向において第１及び第２固定電極２８，２９が配置される位置よりも外側となっている。ここで、例えば、錘部２４に対してＸ，Ｙ方向の加速度が加わって回転が生じた場合には、錘部２４の各方向に対する変位の大きさが回転中心からの距離に比例して増大する。そのため、各ストッパー２３Ａ，２３Ｂが錘部２４に係合する位置を、固定電極２８，２９が配置される位置よりも外側となるようにすることによって、錘部２４の変位量がより大きい位置において各ストッパー２３Ａ，２３Ｂが錘部２４と係合し移動を規制する。その結果、第１及び第２固定電極２８，２９と電極部３０との衝突の防止をより確実に図ることができる。
【００７５】
（２）第１及び第２のセンサ２１，３１は、第１及び第２固定電極２８，２９と電極部３０（可動電極部３０Ｂ）とを備える静電容量部２７が錘部２４の中央部に一列に集約して設けられている。このような構成では、１つの検出方向に対応する静電容量部２７が１箇所に集約されることによって、第１及び第２固定電極２８，２９を基板１２に接続する接続部２８Ｂ，２９Ｂの配置が最適化でき接続部２８Ｂ，２９Ｂの個数を削減して装置の小型化を図ることが可能となる。また、このような構成では、接続部２８Ｂ，２９Ｂが省略された部分に応じて錘部２４を形成する領域を増大、即ち錘部２４の重さを増大させることが可能となり、同一の大きさの静電容量を備える他の加速度センサに比べて感度を向上させることが可能となる。
【００７６】
（３）第１及び第２のセンサ２１，３１は、各可動電極部３０Ｂの長手方向の両端が固定部８１，８２において錘部２４と接続されている。このような構成では、可動電極部３０Ｂの両端が錘部２４に固定されることで、衝撃等により大きな加速度が加わった場合であっても、可動電極部３０Ｂと第１及び第２固定電極２８，２９との衝突を防止することが可能となる。
また、可動電極部３０Ｂの両端が錘部２４に固定され撓みが生じにくい構造となっていることから、所望の静電容量とするために可動電極部３０Ｂの長さＬ（図５参照）を長くした静電容量部２７であっても、第１及び第２固定電極２８，２９と可動電極部３０Ｂとの短絡の防止を図りつつ、感度の向上を図った加速度センサが構成できる。
【００７７】
（４）第１のセンサ２１は、バネ４３がＹ，Ｚ方向の加速度に応じて伸縮しＸ方向の加速度に対する伸縮が規制されることで、加速度に応じて変動する錘部２４と第１〜第３固定電極２８，２９，５５との静電容量の変化からＹ，Ｚ方向の加速度が検出される。つまり、第１のセンサ２１は、バネ４３がＸ方向に対する剛性を有しており、２軸加速度センサとして構成されている。加速度センサ１０は、第２のセンサ３１が第１のセンサ２１と同様の構成となっており、第２のセンサ３１によりＸ，Ｚ方向の加速度が検出されることによって、３軸加速度センサとして構成されている。このような構成では、各センサ２１，３１のバネ４３が１方向に対する剛性を有しており、製造工程の不具合により錘部２４の重心がずれ回転が生じたような状態となる虞がなく、検出精度の向上を図った加速度センサ１０が構成できる。
さらに、各センサ２１，３１のバネ４３が加速度の検出方向と直交する方向に対する剛性を有していることから、センサに大きな衝撃等が加わった場合に錘部２４が検出方向と異なる方向に移動し回転するのを抑制することができる。その結果、第１及び第２固定電極２８，２９と電極部３０との衝突の防止をより確実に図ることができる。
【００７８】
（５）加速度センサ１０は、Ｚ方向に対する加速度を第１及び第２のセンサ２１，３１の両方の出力を用いて検出する構成となっている。これにより、加速度センサ１０は、すべてのセンサ（第１及び第２のセンサ２１，３１）がＺ方向の加速度の検出に寄与するため、３つの１軸加速度センサで３軸加速度センサを構成する場合と比較すると、小型化に優れた構造となっている。
【００７９】
（６）バネ４３は、可動端４３Ｂが固定端４３Ａに対して第１のセンサ２１を平面視した場合に外側に位置する構成となっている。このような構成では、錘部２４に作用する回転モーメントの影響が低減され、第１及び第２固定電極２８，２９と電極部３０との衝突の防止を図ることができる。
【００８０】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態では、第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂを、第１及び第２固定電極２８，２９に対してＸ，Ｙ方向の各々の方向で対向しない領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ９に設けたが、当該領域において係合し錘部２４の移動を規制するような構成であれば適宜変更してもよい。つまり、各領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ９内にストッパー２３Ａ，２３Ｂ自体を設けなくとも、当該領域内で係合する構成であれば上記した効果と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
また、上記実施形態において、第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂのどちらか一方を省略した構成としてもよい。例えば、第１のセンサ２１は、検出方向で錘部２４と対向する第１ストッパー２３Ａ（４つ）のみを備えた構成としてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態の第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂの形状等は一例であり、適宜変更してもよい。例えば、図１６に示す第１のセンサ２１Ｂのように、第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂを錘部２４の外周部分に設けた構成としてもよい。第１のセンサ２１Ｂは、第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂが、錘部２４の外周部分において外側に向かって突出し枠部２３と係合するように設けられている。このような構成においても上記した効果と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
また、第１のセンサ２１Ｂは、第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂが錘部２４の重心に対して対称となる位置に設けられている。このような構成では、加速度の検出精度を維持するために特に対称性が要求される錘部２４に対し、第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂを対称な位置とすることで、第１及び第２固定電極２８，２９と電極部３０との衝突の防止を図りつつ、加速度の検出精度を好適に維持することができる。
【００８４】
また、例えば、図１７に示す第１のセンサ２１Ｃのように、ストッパーを錘部２４に対してＺ方向に貫通させ錘部２４の内側部分と係合するように構成してもよい。第１のセンサ２１Ｃのストッパー２４０は、領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ９内となる位置で基板１２（図１参照）に対して立設し錘部２４をＺ方向に貫通する柱状に形成されている。ストッパー２４０は、錘部２４の貫通孔が形成された部分と係合することにより錘部２４の移動を規制する。これにより、第１及び第２固定電極２８，２９と電極部３０との衝突の防止を図ることができる。このような構成においても上記した効果と同様の効果を得ることができる。なお、ストッパー２４０は、錘部２４と対向する面に凸部が設けられ錘部２４との接触面積を少なくしてスティクションの防止を図った構成としてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、第１及び第２のセンサ２１，３１を、錘部２４の平面方向における１方向の加速度が検出可能なセンサとして構成したが、２以上の方向の加速度が検出可能な構成としてもよい。例えば、図１８に示す第１のセンサ２１Ｄは、Ｙ方向の加速度に対応する静電容量部２３１に加えて、Ｘ方向の加速度に対応する静電容量部２３２が設けられている。この場合、第１のセンサ２１Ｄのバネ４３は、例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向に対して伸縮あるいは撓動する特性を有するもので、図１０（ｃ）に示す第２種類のバネ１００Ｂとして構成してもよい。
【００８６】
例えば、図１８に示す第１のセンサ２１Ｄにおいて、各静電容量部２３１，２３２に設けられる第１及び第２固定電極２８，２９の全体を含むように平面視における外周に沿った矩形（図１８の構成では正方形）の頂点を端点Ｔ１〜Ｔ４として設定してもよい。そして、端点Ｔ１〜Ｔ４に基づいて第１及び第２直線８５Ａ，８５Ｂ，８６Ａ，８６Ｂ及び領域Ｒ１〜Ｒ９（図６参照）を設定する。このように設定された領域Ｒ１〜Ｒ９に基づいて第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂの配置を決定してもよい。このような構成では、第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３ＢがＸ方向及びＹ方向の２つの検出方向の各々に対応して設けられるため、両方に揺動する錘部２４においても各静電容量部２３１，２３２に設けられる電極の衝突をより確実に防止することができる。
【００８７】
また、上記実施形態では、接続部２８Ｂ，２９Ｂが第１及び第２固定電極２８，２９の長手方向の一端側に設けられていたが、これに限定されない。例えば、図１９に示す第１のセンサ２１Ｅのように、接続部２８Ｂ，２９Ｂを第１及び第２固定電極２８，２９の長手方向（Ｘ方向）の略中央部に設けた構成としてもよい。このような構成では、幅７３の長さだけＸ方向の長さを短くすることが可能となり、装置の小型化を図ることが可能となる。
【００８８】
また、上記実施形態では、静電容量部２７の中心が錘部２４の重心７０と一致して集約されていたが、静電容量部２７を錘部２４の略中央部となる位置に集約してもよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、第１のセンサ２１を平面視略正方形状に形成したが、これに限定されない。例えば、図２０に示す第１及び第２センサ３０１，３０２は、平面視略長方形状に形成されている。第１及び第２センサ３０１，３０２は、長辺がＸ方向に沿って延びる平面視略長方形状に形成されている。第１センサ３０１のバネ３１１は、上記実施形態の第１のセンサ２１のバネ４３に比べてＸ方向の長さが長くＹ方向の長さが短くなっている。また、第２センサ３０２のバネ３１２は、上記実施形態の第２のセンサ３１のバネ４３に比べてＸ方向の長さが長くＹ方向の長さが短くなっている。このような構成においてもバネ３１１，３１２が１方向に対する剛性を有しており、第１及び第２センサ３０１，３０２が２軸加速度センサとして構成される。つまり、本実施形態の第１及び第２のセンサ２１，３１の構成によれば、構造上の制限を少なくでき形状の自由度を高めることができる。
【００９０】
また、各部材の形状・構成等は一例であり、適宜変更してもよい。例えば、第１のセンサ２１と第２のセンサ３１は異なる構造でもよい。
【００９１】
ちなみに、加速度センサ１０、第１のセンサ２１，２１Ａ〜２１Ｅ、第２のセンサ３１は、加速度センサの一例として、枠部２３、第１及び第２ストッパー２３Ａ，２３Ｂは、規制部の一例として、錘部２４は、錘部の一例として、第１及び第２固定電極２８，２９は、固定電極の一例として、電極部３０、外周電極部３０Ａ及び可動電極部３０Ｂは、可動電極の一例として、領域Ｒ１〜Ｒ９は、領域の一例として、端点Ｔ１〜Ｔ４は、矩形状の枠の頂点の一例として挙げられる。
【符号の説明】
【００９２】
１０  加速度センサ、１２  基板、２１，２１Ａ〜２１Ｅ  第１のセンサ、２３  枠部、２３Ａ，２３Ｂ  第１及び第２ストッパー、２４  錘部、２８  第１固定電極、２９  第２固定電極、３０  電極部、３０Ａ  外周電極部、３０Ｂ  可動電極部、３１  第２のセンサ、Ｒ１〜Ｒ９  領域、Ｔ１〜Ｔ４  端点。
【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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