(57)【要約】【課題】可動部に大きな質量を有する加速度センサにおいて、高い衝撃耐性を実現することができる加速度センサを提供する。【解決手段】加速度センサは、フレームと、フレームに固定されている固定部２３と、固定部２３に対して変位可能な可動部（第１可動部１４および第２可動部１５）と、を有する加速度センサである。この加速度センサは、可動部の内側に配置される固定柱２６と、固定柱２６と可動部との間に配置される弾性部（ストッパ２７）と、を有し、弾性部の端部と可動部の端部との間の最短距離は、可動部の端部とフレームの端部との間の最短距離よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、前記フレームに固定されている固定部と、前記固定部に対して変位可能な可動部と、を有する加速度センサであって、
前記可動部の内側に配置される固定柱と、
前記固定柱と前記可動部との間に配置される弾性部と、
を有し、
前記弾性部の端部と前記可動部の端部との間の最短距離は、前記可動部の端部と前記フレームの端部との間の最短距離よりも小さい、加速度センサ。
【請求項２】
フレームと、前記フレームに固定されている固定部と、前記固定部に対して変位可能な可動部と、を有する加速度センサであって、
前記可動部の内側に配置される固定柱と、
前記固定柱と前記可能部との間に配置される弾性部と、
を有し、
前記固定柱の端部と前記弾性部の端部との間の最短距離は、前記可動部の端部と前記フレームの端部との間の最短距離よりも小さい、加速度センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記固定柱および前記弾性部は複数からなり、
第１の固定柱と、
第２の固定柱と、
前記第１の固定柱と前記可動部との間に配置される第１の弾性部と、
前記第２の固定柱と前記可動部との間に配置される第２の弾性部と、
を含み、
前記可動部の回転軸中心と前記第１の固定柱中心との間の距離と前記第１の弾性部の端部と前記可動部の端部との間の最短距離との比は、前記可動部の回転軸中心と前記第２の固定柱中心との間の距離と前記第２の弾性部の端部と前記可動部の端部との間の最短距離との比と等しい、加速度センサ。
【請求項４】
請求項２に記載の加速度センサにおいて、
前記固定柱および前記弾性部は複数からなり、
第１の固定柱と、
第２の固定柱と、
前記第１の固定柱と前記可動部との間に配置される第１の弾性部と、
前記第２の固定柱と前記可動部との間に配置される第２の弾性部と、
を含み、
前記可動部の回転軸中心と前記第１の固定柱中心との間の距離と前記第１の弾性部の端部と前記第１の固定柱の端部との間の最短距離との比は、前記可動部の回転軸中心と前記第２の固定柱中心との間の距離と前記第２の弾性部の端部と前記第２の固定柱の端部との間の最短距離との比と等しい、加速度センサ。
【請求項５】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記弾性部は、前記可動部と同一の層で形成されている、加速度センサ。
【請求項６】
請求項２に記載の加速度センサにおいて、
前記弾性部は、前記可動部と同一の層で形成されている、加速度センサ。
【請求項７】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記弾性部の端部と前記可動部の端部との間の距離が、前記弾性部の外周部において一定である、加速度センサ。
【請求項８】
請求項２に記載の加速度センサにおいて、
前記固定柱の端部と前記弾性部の端部との間の距離が、前記弾性部の内周部において一定である、加速度センサ。
【請求項９】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記弾性部は、ドーナツ形の構造体を複数段連結した形状で形成されている、加速度センサ。
【請求項１０】
請求項２に記載の加速度センサにおいて、
前記弾性部は、ドーナツ形の構造体を複数段連結した形状で形成されている、加速度センサ。
【請求項１１】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記固定柱の端部と前記弾性部の端部との間は、連結部で連結されている、加速度センサ。
【請求項１２】
請求項２に記載の加速度センサにおいて、
前記弾性部の端部と前記可動部の端部との間は、連結部で連結されている、加速度センサ。
【請求項１３】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記加速度センサは、ＭＥＭＳデバイスである、加速度センサ。
【請求項１４】
請求項２に記載の加速度センサにおいて、
前記加速度センサは、ＭＥＭＳデバイスである、加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサに関し、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ：微小電気機械システム）デバイスの加速度センサに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許第４６３６２２０号公報（特許文献１）には、外部からの衝撃から物理量検出装置の破損を防ぐ技術に関して記載されている。具体的には、固定側電極と可動側電極を有する物理量検出装置において、可動側電極が固定側電極と接触することを防止するストッパが形成されており、当該ストッパが衝撃により破損されないように弾性をもたせる構造が記載されている。
【０００３】
また、特開２０００−１９１９８号公報（特許文献２）には、固定側電極を支持する柱が可動部の検出方向とは異なる方向の変位を制限する構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６３６２２０号公報
【特許文献２】特開２０００−１９１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
反射法地震探査は、地表で衝撃波または連続波を発生させることにより、地下の反射面（音響インピーダンスの変化する境界面）から反射して地上に戻ってくる反射波を、地表に展開した受振器で測定し、解析して地下反射面の深度分布や地下構造を探査する方法である。例えば、この反射法地震探査は、石油や天然ガスの主な探査方法として広く利用されている。
【０００６】
特に、次世代の反射法地震探査用センサとして、重力加速度よりも遥かに微小な振動加速度を検知する加速度センサを小型の装置内で動作させるためにＭＥＭＳで実現することが望まれている。このようなＭＥＭＳにより低ノイズで非常に高感度な加速度センサを実現するには、可動部の質量を大きくすることが不可欠である。また、石油や天然ガスの探査用途では、１０００ｇを超えるような高い衝撃耐性が要求される。
【０００７】
本発明の目的は、可動部に大きな質量を有する加速度センサにおいて、高い衝撃耐性を実現することができる加速度センサを提供することにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
一実施の形態における加速度センサは、フレームと、前記フレームに固定されている固定部と、前記固定部に対して変位可能な可動部と、を有する加速度センサである。前記加速度センサは、前記可動部の内側に配置される固定柱と、前記固定柱と前記可動部との間に配置される弾性部と、を有し、前記弾性部の端部と前記可動部の端部との間の最短距離は、前記可動部の端部と前記フレームの端部との間の最短距離よりも小さい。
【００１１】
一実施の形態における別の加速度センサは、フレームと、前記フレームに固定されている固定部と、前記固定部に対して変位可能な可動部と、を有する加速度センサである。前記加速度センサは、前記可動部の内側に配置される固定柱と、前記固定柱と前記可能部との間に配置される弾性部と、を有し、前記固定柱の端部と前記弾性部の端部との間の最短距離は、前記可動部の端部と前記フレームの端部との間の最短距離よりも小さい。
【発明の効果】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１３】
一実施の形態によれば、可動部に大きな質量を有する加速度センサにおいて、高い衝撃耐性を実現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】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態における加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造の第１の構成例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線での断面図である。
【図３】図１のＢ部の詳細図である。
【図４】図１におけるストッパ構造の変形例を示す平面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は図１におけるストッパ構造の別の変形例を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態における加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造の第２の構成例を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態における加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造の第３の構成例を示す平面図である。
【図８】従来技術を用いた加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造を示した平面図である。
【図９】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態における加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造の第４の構成例を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態における加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造の第５の構成例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために、平面図であってもハッチングを付す場合があり、また断面図であってもハッチングを省略する場合がある。
【００１６】
＜改善の余地＞
前述した特許文献１に記載された技術では、振動子（可動部）の固定部に対する変位量を規制するストッパが設けられ、ストッパに弾性をもたせることで、振動子の変位量を規制する際のストッパと振動子の衝突の衝撃力を緩衝する手段が記載されている。これにより、特許文献１に記載された技術では、ストッパや振動子の破損を防止する効果を得ている。ところが、衝突による破損には、塑性変形を伴う延性破壊と脆性破壊が存在しており、ストッパの弾性が増すと脆性破壊の防止には有効な反面、延性破壊を引き起こしやすいという課題がある。延性破壊と脆性破壊をともに防止する場合、ストッパの弾性を適切に設定する必要があるが、可動部に大きな質量を有するＭＥＭＳデバイスに高い衝撃が加わった場合には、延性破壊と脆性破壊をともに防止することが困難となる。
【００１７】
前述した特許文献２に記載された技術では、可動部の内部に固定部を支持する柱を形成し、可動部の変位量を規制するストッパとして利用する手段が記載されている。ところが、可動部の内部に形成する支持柱に弾性をもたせる手段は記載されておらず、可動部に大きな質量を有するＭＥＭＳデバイスに高い衝撃が加わった場合には、容易に脆性破壊が生じると予測される。
【００１８】
そこで、本実施の形態では、上述した関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
＜実施の形態における加速度センサの第１の構成例と効果＞
実施の形態における加速度センサの第１の構成例と効果について、図１〜図５を用いて説明する。図１は、実施の形態における加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造の第１の構成例を示す平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線での断面図であり、図３は、図１のＢ部の詳細図である。図１では、質量体とこの周辺のフレーム部の部分の平面図を示し、質量体に対向する上部基板の各電極を破線で示している。
【００２０】
図１〜図３において、１０は加速度センサエレメントである。そして、１１は質量体、１２は上部基板、１３は下部基板、１４は第１可動部、１５は第２可動部である。また、２１は第１回転軸、２２は第２回転軸、２３は固定部、２４はばね部、２５は開口部、２６は固定柱、２７はストッパ、２８は連結部、２９はフレーム部である。
【００２１】
本実施の形態における加速度センサは、上部基板１２、下部基板１３およびフレーム部２９を含む部分を総称するフレームと、このフレームの上部基板１２と下部基板１３との間に固定されている固定部２３と、この固定部２３に対して所定方向に変位可能な可動部である第１可動部１４および第２可動部１５とを有する。特に、本実施の形態における加速度センサは、可動部に大きな質量を有するＭＥＭＳデバイスの加速度センサである。
【００２２】
図１〜図３に示すように、本実施の形態における加速度センサの第１の構成例の加速度センサエレメント１０は、質量体１１と上部基板１２と下部基板１３との３層で構成されており、外部から信号（加速度）が加わると、ｙ軸方向に形成された第１回転軸２１に対して、固定部２３で支持されたばね部２４を介して、質量体１１が振動する。
【００２３】
質量体１１は、第１回転軸２１のｘ座標を０と置いた場合に、−ｘ方向に位置する第１可動部１４と＋ｘ方向に位置する第２可動部１５とを有しており、第１可動部１４と第２可動部１５とでは質量が異なっている。図１および図２では、第２可動部１５の方が、第１可動部１４よりもｘ方向の長さが長いため、第２可動部１５の方が、第１可動部１４よりも質量が大きいが、質量の差異を形成する方法は、これに限らない。すなわち、第１可動部１４と第２可動部１５とでｙ方向の長さが異なっていても構わないし、ｚ方向の厚みが異なっていても構わない。
【００２４】
上部基板１２のうち、第１可動部１４と対向する領域には、第１信号検出用電極３１が配置されており、第１可動部１４との間に第１信号検出容量素子４１が形成されている。また、上部基板１２のうち、第２可動部１５と対向する領域には、第２信号検出用電極３２が配置されており、第２可動部１５との間に第２信号検出容量素子４２が形成されている。この時、各容量を形成する電極は、第１回転軸２１に対して、互いに対称となるように配置されていることが望ましい。
【００２５】
第１信号検出容量素子４１と第２信号検出容量素子４２とは、それぞれｚ方向の加速度の印加を検出するための容量である。すなわち、質量体１１にｚ方向の加速度が印加された場合に生じる、第１信号検出容量素子４１と第２信号検出容量素子４２との容量変化を検出することで、加速度を検出する。この時、ある加速度に対して、第１信号検出容量素子４１と第２信号検出容量素子４２との容量変化は逆相であるため、第１信号検出用電極３１と第２信号検出用電極３２とに逆相の検出電圧を印加することで、差動検出が可能となる。ただし、原理上は第１信号検出容量素子４１と第２信号検出容量素子４２とのうち、どちらか一方が存在していれば、加速度検出は可能であり、そのような構成であっても問題がないことは言うまでもない。
【００２６】
質量体１１の内部には、開口部２５が形成されており、さらに開口部２５の内部には、上部基板１２と下部基板１３とを支持するための固定柱２６が形成されている。この固定柱２６は、加速度センサエレメント１０の製造過程で生じる可能性がある上部基板１２と下部基板１３との変形、あるいは歪を防止するために設けられるものである。さらに、質量体１１と固定柱２６との間には、質量体１１との間で分離距離５３だけ離れた位置にストッパ２７が形成されている。この分離距離５３は、ストッパ２７と、質量体１１に有する第２可動部１５との間の距離である。
【００２７】
ストッパ２７は、ｘ方向、あるいはｙ方向、あるいはその両方の方向成分を有する質量体１１の並進運動、もしくは回転運動による変位を抑制するために設けられており、質量体１１とストッパ２７との衝突時の衝撃力を緩和するために弾性を有している。この時、質量体１１がｘｙ平面のいずれの方向から衝突しても良いように、開口部２５、およびストッパ２７の形状を円形とし、質量体１１とストッパ２７の端部との間の分離距離５３が一定となるようにすることが望ましい。
【００２８】
すなわち、本実施の形態においては、弾性部であるストッパ２７の端部と第２可動部１５の端部との間の距離５３が、ストッパ２７の外周部において一定であることが望ましい。ここで、ストッパ２７の端部はストッパ２７の外周部であり、第２可動部１５の端部は質量体１１の開口部２５である。
【００２９】
また、分離距離５３は、質量体１１と質量体１１の周辺に位置しているフレーム部２９との間の分離距離５４よりも小さくなるように形成されている。この分離距離５４は、質量体１１に有する第２可動部１５と、フレーム部２９との間の距離である。
【００３０】
すなわち、距離５３と距離５４とが関係する構成では、下記の関係式（１）を満たす位置関係で配置されている。
【００３１】
距離５３＜距離５４  ・・・  式（１）
すなわち、本実施の形態においては、第２可動部１５の内側に配置される固定柱２６と、この固定柱２６と第２可動部１５との間に配置される弾性部であるストッパ２７と、を有する。この構成において、ストッパ２７の端部と第２可動部１５の端部との間の最短距離５３は、第２可動部１５の端部とフレーム部２９の端部との間の最短距離５４よりも小さい。ここで、ストッパ２７の端部はストッパ２７の外周部であり、第２可動部１５の端部は質量体１１の開口部２５であり、また、第２可動部１５の端部は質量体１１の外周部であり、フレーム部２９の端部はフレーム部２９の内周部である。
【００３２】
これにより、質量体１１は、ｘｙ平面上の変位に対して、フレーム部２９と衝突することなく、ストッパ２７により変位量が抑制される。すなわち、ストッパ２７により抑制される質量体１１の変位量が、質量体１１がフレーム部２９に衝突する際の変位量よりも小さくなるような構造になっている。
【００３３】
図３は、図１内の点線Ｂ部を拡大したものであり、前述した質量体１１と固定柱２６とストッパ２７との具体例を示したものである。開口部２５の内部に形成された固定柱２６は、上部基板１２と下部基板１３とに接続することで、固定されている。また、固定柱２６とストッパ２７との間には、連結部２８が形成されており、連結部２８の一方は固定柱２６に、もう一方はストッパ２７に接続されている。これにより、ストッパ２７は、上部基板１２、および下部基板１３に直接固定されることなく、つまり、弾性を有した状態で空間に保持することができる。
【００３４】
固定柱２６とストッパ２７との具体的な構造は、図３の例に限らず、図４に示すような構造でも良い。図４は、図１におけるストッパ構造の変形例を示す平面図である。図４に示すように、連結部２８の一方を質量体１１に、もう一方をストッパ２７に接続しても良いであろう。ただし、この時には、固定柱２６とストッパ２７との間の分離距離が前記分離距離５３に相当する。
【００３５】
本実施の形態の図４の例においては、固定柱２６の端部と弾性部であるストッパ２７の端部との間の最短距離５３は、第２可動部１５の端部とフレーム部２９の端部との間の最短距離５４よりも小さい。ここで、固定柱２６の端部は固定柱２６の外周部であり、ストッパ２７の端部はストッパ２７の内周部であり、また、第２可動部１５の端部は質量体１１の外周部であり、フレーム部２９の端部はフレーム部２９の内周部である。さらに、本実施の形態の図４の例においては、固定柱２６の端部と弾性部であるストッパ２７の端部との間の距離５３が、ストッパ２７の内周部において一定である。
【００３６】
ストッパ２７は、ドーナツ形の構造体を２段連結された形状をしており、質量体１１がｘｙ平面上のいずれの方向から衝突しても弾性を確保できる形状となっている。つまり、質量体１１がｘ方向から衝突した際には、外側のドーナツ形の構造体が、ｙ方向から衝突した際には、内側のドーナツ形の構造体が、それぞれ衝突された方向に撓むことで衝撃力を緩和する。ただし、図３と図４とは、前記概念を実現するための一例を示したに過ぎず、固定柱２６とストッパ２７と連結部２８との形状を限定するものではない。
【００３７】
例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示すような形状でも構わない。図５（ａ）〜（ｃ）は、図１におけるストッパ構造の別の変形例を示す平面図である。図５（ａ）に示すように、ストッパ２７の形状はドーナツ形の構造体が１段であっても良い。図示しないが、３段以上であっても良い。また、図５（ｂ）に示すように、連結部２８の個数は２個に限らず、４個でも良い。図示しないが、３個または５個以上であっても良い。あるいは、図５（ｃ）に示すように、質量体１１の端部とストッパ２７の端部との間の距離５３を一定にする形状は、円形に限られず、四角形等の様々な形状があてはまるであろう。また、固定柱２６の形状は四角であっても良いし、三角等のその他の形状でも問題はない。
【００３８】
これによる第１の効果は、ストッパ２７が十分な機械的強度を有する固定柱２６、あるいは質量体１１に連結されていることで、ストッパ２７自体の過度な変形が抑制され、延性破壊を抑制できる点にある。第２の効果は、外部からの横揺れや衝撃によって、質量体１１がストッパ２７に衝突した際、広い面積で衝撃を受けることができる点にある。前述した特許文献１に記載されている構造では、質量体からみたストッパの先端形状が突起構造となっているために、点で衝撃を受けやすく、結果的に脆性破壊を引き起こしやすい。その点、固定柱２６とストッパ２７とが円形、あるいはそれに類する形状で形成されている本実施の形態の場合、より広い接触面積を確保できるため、局所的な衝撃力の集中を緩和することができ、脆性破壊を抑制できる。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、第１可動部１４および第２可動部１５を有する質量体１１の回転運動による衝突の衝撃力を分散させて、質量体１１の脆性破壊と延性破壊とを効率よく防ぐことができる加速度センサを提供することができる。具体的には、質量体１１の端部がフレーム部２９に衝突する前に、質量体１１の内側に配置されている固定柱２６とストッパ２７とにより質量体１１の変位を抑えることが可能なため、あらゆる方向の衝撃力を緩和し、加速度センサの衝撃耐性を向上することが可能である。
【００４０】
その他の効果としては、製造の容易性があげられる。加速度センサとして動作させるためには、質量体１１の可動性、すなわち質量体１１と上部基板１２との間の距離５５、および質量体１１と下部基板１３との間の距離５６を適切に確保する必要がある。例えば、質量体１１と上部基板１２と下部基板１３とを形成する材料としてはシリコンが考えられるが、ガラス等の絶縁材料、金属等の導体、半導体材料を用いても良い。この場合、質量体１１と上部基板１２とが対向する各面と、質量体１１と下部基板１３とが対向する各面とのどちらか一方、あるいは両方に掘り込みを形成することで質量体１１の可動性は確保できる。同時に、ストッパ２７を質量体１１と同一の層で形成することで、ストッパ２７を質量体１１と同材料で実現することが可能である。これにより、フォトリソグラフィやエッチング技術を活用して、質量体１１と同一工程で加工できる利点がある。
【００４１】
＜実施の形態における加速度センサの第２の構成例と効果＞
実施の形態における加速度センサの第２の構成例と効果について、図６を用いて説明する。ここでは、前述した第１の構成例と異なる点を主に説明する。図６は、実施の形態における加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造の第２の構成例を示す平面図である。
【００４２】
図６に示すように、本実施の形態における加速度センサの第２の構成例の加速度センサエレメント１０は、開口部２５（２５ａ、２５ｂ）と固定柱２６（２６ａ、２６ｂ）とストッパ２７（２７ａ、２７ｂ）と連結部２８とが質量体１１の内部に複数（図６は２個の例を図示）配置されている。
【００４３】
具体的には、第１の固定柱２６ａ、第２の固定柱２６ｂ、第１の固定柱２６ａと質量体１１との間に形成された第１のストッパ２７ａ、および第２の固定柱２６ｂと質量体１１との間に形成された第２のストッパ２７ｂが、質量体１１の内部に形成されている。この時、第２回転軸２２の中心と第１の固定柱２６ａの中心との間の距離５１ａ、および第２回転軸２２の中心と第２の固定柱２６ｂの中心との間の距離５１ｂがそれぞれ等しくなるように配置されている。
【００４４】
第２回転軸２２とは、ｚ軸方向に形成され、加速度センサの検出方向とは異なる方向に回転する、センサ動作には不要な回転軸である。第２回転軸２２を中心とした回転運動は、外部からの横揺れや衝撃によって、誘起される可能性があり、第２回転軸２２の数とｘｙ平面上の位置とは複数存在する場合がある。図６に示した第２回転軸２２は、その一例を示したものであり、１つに限定する意図はない。ただし、加速度センサエレメント１０の形状によって、誘起されやすい回転モードは決まるため、第２回転軸２２として最も誘起されやすい回転軸をとるのが自然であろう。
【００４５】
これによる効果は、質量体１１をストッパ２７ａとストッパ２７ｂとに同時に衝突させることができるため、衝撃力を２点で分散することができる点にある。さらに、ストッパ２７ａとストッパ２７ｂとを第２回転軸２２から等しい距離に配置することで、質量体１１の並進運動時だけでなく、回転運動時においても同時に衝突させることができる。これは、質量体１１の回転運動時におけるｘ方向、もしくはｙ方向の変位量が回転軸中心からの距離に比例するためである。
【００４６】
＜実施の形態における加速度センサの第３の構成例と効果＞
実施の形態における加速度センサの第３の構成例と効果について、図７〜図８を用いて説明する。ここでは、前述した第１〜第２の構成例と異なる点を主に説明する。図７は、実施の形態における加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造の第３の構成例を示す平面図である。図８は、従来技術を用いた加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造を示した平面図である。
【００４７】
図７に示すように、本実施の形態における加速度センサの第３の構成例の加速度センサエレメント１０は、さらに固定柱２６、およびストッパ２７を３個以上（図７は５個の例を図示）配置した例であり、各固定柱２６を第２回転軸２２との間の距離５１が全て等しくなるように配置することで、衝撃力を多点で分散することができる。このように、固定柱２６とストッパ２７は複数配置することが可能であり、その個数によって適用範囲が制限されるものではない。
【００４８】
これによる効果は、質量体１１の回転運動時における衝撃を効果的に抑制できる点にある。これに対して、従来技術を用いた加速度センサにおいては、図８に示すように、ストッパ６１をフレーム部２９に形成した場合には、個数による制限が発生する。例えば、第２回転軸２２を回転軸とした回転運動を抑制するためのストッパ６１を複数形成したい場合には、第２回転軸２２からの距離６４が一定となる領域６５上に形成する必要がある。
【００４９】
図８は、特に質量体１１が第２回転軸２２に対して、時計回りに回転運動する場合に衝突するストッパ６１を示したものであるが、幾何学的な制約からストッパ６１を４個以上配置することは困難である。この点、図７に示すように、質量体１１の内部にストッパ２７を形成する場合には、幾何学的な制約を受けず、４個以上のストッパ２７を形成することが可能となる。
【００５０】
実際には、回転運動に加えて、並進運動を抑制するためのストッパを形成する必要がある。例えば、図８では、質量体１１の＋ｘ方向への変位を抑制するには、＋ｘ方向の並進運動を抑制するためのストッパ６２（例えば、図８の６２ａと６２ｂ）を、＋ｘ方向側に形成されているフレーム部２９上に形成しなくてはならない。この時、第２回転軸２２とストッパ６２ａとの間の距離６６は、第２回転軸２２とストッパ６１との間の距離６４よりも大きくなるため、質量体１１に第２回転軸２２を回転軸とした時計周りの回転運動が発生した場合、質量体１１はストッパ６１よりも先にストッパ６２ａに衝突することとなる。
【００５１】
また、第２回転軸２２からの距離が、第２回転軸２２とストッパ６２ａとの間の距離６６と等しくなる領域６７上にあり、質量体１１が第２回転軸２２に対して、時計回りに回転運動する場合に衝突するストッパは、ストッパ６２ａの他に図８に示すストッパ６３しか存在しないため、ストッパ６１を３個以上配置することは困難であるといえる。
【００５２】
＜実施の形態における加速度センサの第４の構成例と効果＞
実施の形態における加速度センサの第４の構成例と効果について、図９を用いて説明する。ここでは、前述した第１〜第３の構成例と異なる点を主に説明する。図９（ａ）（ｂ）は、実施の形態における加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造の第４の構成例を示す平面図である。図９において、（ｂ）は（ａ）の要部を拡大して示している。
【００５３】
図９（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態における加速度センサの第４の構成例の加速度センサエレメント１０は、各固定柱２６（２６ｃ、２６ｄ）と第２回転軸２２との間の距離５１（５１ｃ、５１ｄ）が異なる場合の例である。具体的には、第１の固定柱２６ｃ、第２の固定柱２６ｄ、第１の固定柱２６ｃと質量体１１との間に形成された第１のストッパ２７ｃ、および第２の固定柱２６ｄと質量体１１との間に形成された第２のストッパ２７ｄが、質量体１１の内部に形成されている。
【００５４】
この時、第２回転軸２２の中心と第１の固定柱２６ｃの中心との間の距離５１ｃに対する、第１のストッパ２７ｃの端部と質量体１１の端部との間の距離（最短距離）５３ｃの比率が、第２回転軸２２の中心と第２の固定柱２６ｄの中心との間の距離５１ｄに対する、第２のストッパ２７ｄの端部と質量体１１の端部との間の距離（最短距離）５３ｄの比率と等しくなるように配置されている。
【００５５】
さらに、各ストッパ２７ｃ、２７ｄは、第２回転軸２２の中心と質量体１１の端部との間の最長距離５２に対する、質量体１１とフレーム部２９との間の距離５４の比率より小さくなるように配置されている。
【００５６】
すなわち、距離５１ｃと距離５３ｃと距離５１ｄと距離５３ｄとに加えて、さらに距離５２と距離５４とが関係する構成では、下記の関係式（２）を満たす位置関係で配置されている。
【００５７】
（距離５３ｃ／距離５１ｃ）＝（距離５３ｄ／距離５１ｄ）
＜（距離５４／距離５２）  ・・・  式（２）
この時、その配置関係から下記の関係式（３）が成り立つため、式（２）を満たす限りにおいては、式（１）も同時に満たすこととなる。
【００５８】
距離５１ｃ＜距離５１ｄ＜距離５２  ・・・  式（３）
なお、式（２）のような比率に関する配置関係の考え方は、前述した図６、図７においても同様に適用可能である。ただし、図６においては、第２回転軸２２の中心と各固定柱２６ａ、２６ｂの中心との間の距離５１ａ、５１ｂが等しい場合であり、また、図７においては、第２回転軸２２の中心と各固定柱２６の中心との間の距離５１が等しい場合である。
【００５９】
＜実施の形態における加速度センサの第５の構成例と効果＞
実施の形態における加速度センサの第５の構成例と効果について、図１０を用いて説明する。ここでは、前述した第１〜第４の構成例と異なる点を主に説明する。図１０は、実施の形態における加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造の第５の構成例を示す平面図である。
【００６０】
図１０に示すように、本実施の形態における加速度センサの第５の構成例の加速度センサエレメント１０は、前述した図６と図９とを用いて説明した構成例を組み合わせた場合の例である。具体的には、第１の固定柱２６ｅ、第２の固定柱２６ｆ、第１の固定柱２６ｅと質量体１１との間に形成された第１のストッパ２７ｅ、および第２の固定柱２６ｆと質量体１１との間に形成された第２のストッパ２７ｆは、図６と同じ配置関係となっている。同様に、第３の固定柱２６ｇ、第４の固定柱２６ｈ、第３の固定柱２６ｇと質量体１１との間に形成された第３のストッパ２７ｇ、および第４の固定柱２６ｈと質量体１１との間に形成された第４のストッパ２７ｈも、図６と同じ配置関係となっている。
【００６１】
さらに、第１の固定柱２６ｅと第２の固定柱２６ｆに対する、第３の固定柱２６ｇと第４の固定柱２６ｈは、図９と同じ配置関係となっている。この他にも、固定柱の配置や数量に関しては、様々な組み合わせが存在しうるが、そのような構成であっても問題がないことは言うまでもない。
【００６２】
これらによる効果は、複数のストッパ２７ｅ、２７ｆ、２７ｇ、２７ｈを第２回転軸２２の中心からの距離に制限されずに配置できるため、設計の自由度が増す点にある。特に、質量体１１の第２回転軸２２を中心とする回転運動により生じる衝撃力を効果的に分散させ、質量体１１の破損を防ぐことができる。
【００６３】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることができ、さらに、各構成例を組み合わせることなども可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０：加速度センサエレメント
１１：質量体
１２：上部基板
１３：下部基板
１４：第１可動部
１５：第２可動部
２１：第１回転軸
２２：第２回転軸
２３：固定部
２４：ばね部
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ：開口部
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ：固定柱
２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ、２７ｇ、２７ｈ：ストッパ
２８：連結部
２９：フレーム部
３１：第１信号検出用電極
３２：第２信号検出用電極
４１：第１信号検出容量素子
４２：第２信号検出容量素子
５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈ：距離
５２：距離
５３、５３ｃ、５３ｄ：距離
５４：距離
５５：距離
５６：距離
６１：ストッパ
６２ａ、６２ｂ：ストッパ
６３：ストッパ
６４：距離
６５：領域
６６：距離
６７：領域
【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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