(57)【要約】【課題】静電容量型加速度センサにおいて可動部の許容変位量を超える加速度が加わった時の可動部と固定部の衝突による破壊を防止すること。【解決手段】基板３５上に離間状態で配置された変位可能な重錘体３６と、この重錘体３６に設けられた可動電極３４と、この可動電極３４に対向して配置された固定電極３３とを備え、両電極３３，３４間の静電容量の変化を重錘体３６の変位に基づいて検出する。重錘体３６と基板３５の双方に重錘体３６の水平方向の変位を規制する相補型係止手段と、この相補型係止手段に電位を固定するための電位固定手段とを設ける。相補型係止手段は、重錘体３６に設けられた貫通孔３８と、基板３５上に設けられ、貫通孔３８に挿入する係止部材３７とからなっているので、衝突時の接触面積が大きく、応力集中による破壊を防止する。【選択図】図３
2011174881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に離間状態で配置された変位可能な重錘体と、該重錘体に設けられた可動電極と、該可動電極に対向して配置された固定電極とを備え、前記両電極間の静電容量の変化を前記重錘体の変位に基づいて加速度を検出する静電容量型加速度センサにおいて、
前記重錘体と前記基板の双方に前記重錘体の水平方向の変位を規制する相補型係止手段と、該相補型係止手段に電位を固定するための電位固定手段とを設けたことを特徴とする静電容量型加速度センサ。
【請求項２】
前記相補型係止手段が、前記重錘体に設けられた穴又は貫通孔と、前記基板上に設けられ、前記穴又は貫通孔に挿入する係止部材とからなることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項３】
前記穴又は貫通孔を前記重錘体の端部周辺に設けたことを特徴とする請求項２に記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項４】
前記重錘体に前記穴又は貫通孔を複数設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項５】
前記係止部材が、棒状部材であることを特徴とする請求項２，３又は４に記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項６】
前記重錘体が、前記基板上に設けられた支柱部材に梁部材を介して取り付けられており、前記電位固定手段が、前記係止部材と前記支柱部材と前記基板に配線された導線であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項７】
基板上に離間状態で配置された変位可能な重錘体と、該重錘体に設けられた可動電極と、該可動電極に対向して配置された固定電極と、前記基板上に設けられ、前記重錘体の周辺を取り囲む固定部材とを備え、前記両電極間の静電容量の変化を前記重錘体の変位に基づいて加速度を検出する静電容量型加速度センサにおいて、
前記重錘体と前記固定部材の双方に前記重錘体の水平方向の変位を規制する相補型係止手段を設けたことを特徴とする静電容量型加速度センサ。
【請求項８】
前記相補型係止手段が、前記重錘体の縁端部に設けられた第１の突起部と、前記固定部材に設けられ空隙部とからなることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項９】
前記相補型係止手段が、前記重錘体の縁端部に設けられた第２の突起部と、該第２の突起部に対向して前記固定部材に設けられた第１の溝部とからなることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項１０】
前記相補型係止手段が、前記重錘体の縁端部に設けられた第２の溝部と、該第２の溝部に対向して前記固定部材に設けられた第３の突起部とからなることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項１１】
前記突起部及び前記溝部の形状が、円弧状であることを特徴とする請求項８，９又は１０に記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項１２】
前記重錘体が、前記基板上に設けられた支柱部材に梁部材を介して取り付けられていることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項１３】
前記可動電極が、複数の薄板状の櫛型可動電極で、前記固定電極が、前記櫛型可動電極に対向してそれぞれ配置された複数の薄板状の櫛型固定電極であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項１４】
前記櫛型可動電極が、前記重錘体の変位方向であるＸ軸方向に対してＹ軸方向の両側に設けられているとともに、前記櫛型固定電極が、前記櫛型可動電極に対向して配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項１５】
前記櫛型固定電極が、前記櫛型可動電極を挟み込むようにした一対の櫛型固定電極であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の静電容量型加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型加速度センサに関し、より詳細には、表面ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）における静電容量型加速度センサで、重錘体の水平方向の変位を規制するに係止手段を設けた静電容量型加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、静電容量型加速度センサは、重錘体（おもり）を挟み込むようにして駆動電極と検出電極を配置したものや、重錘体に取り付けられた可動電極と、この可動電極に対向して設けられた固定電極からなるものが知られている。後者の静電容量型加速度センサのように、可動電極と固定電極との距離の変動にともなう容量変化によって、加速度の検出を行うようにしたものは、非常に微少な加速度を測定する場合に、梁部を細く薄く形成して小さな加速度によっても、この梁部が変形するように構成されている。
【０００３】
しかしながら、このような加速度センサは、梁部が細く薄いため、極大な加速度を受けた際には梁部の弾性限界を超えてしまい、その結果、梁部が破損してしまうという問題があった。そのため、可動電極の水平方向の変位を規制するストッパーを設ける必要があった。
【０００４】
また、上述した可動電極と固定電極との容量変化によって加速度などの検出を行う静電容量型加速度センサでは、可動電極及び固定電極をエッチング形成した後の乾燥工程において、可動電極と固定電極との間に介在する純水の表面張力によって、可動電極及びこれに対向する固定電極が付着したり、梁部とこれに対向する基板が同様に付着したりすることが問題となっていた。
【０００５】
また、この乾燥工程以外の時、例えば、梁部のバネ定数により決定される力よりも大きな加速度が発生した場合にも、可動電極が固定電極に引き寄せられ、加速度が小さくなった後にもファンデルワールス力により、可動電極と固定電極とが付着してしまうという問題があった。
【０００６】
このような問題を解決するものとして、例えば、特許文献１には、可動電極が固定電極に貼り付くのを防止するために、梁部の側部近傍にストッパーを設けた静電容量型加速度センサが提案されている。
【０００７】
図１は、特許文献１に記載されている従来の静電容量型加速度センサの斜視図である。この従来の静電容量型加速度センサにおいて、梁構造体１５２Ａは、基板１５０から突出する４つのアンカー部１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ,１５０ｄによって架設されており、基板１５０の上面において所定間隔隔てた位置に配置されている。アンカー部１５０ａとアンカー部１５０ｂとの間には梁部１５１が架設されており、アンカー部１５０ｃとアンカー部１５０ｄとの間には梁部１５２が架設されている。梁部１５１，１５２は１つの梁構造体で構成されている。
【０００８】
また、梁部１５１に対して、錘部１５６の反対側には、ストッパー１５３が配置され、梁部１５２に対して、錘部１５６の反対側には、ストッパー１５４が配置されている。このストッパー１５３，１５４に設けられた突出部１５３ｂ，１５４ｂによって、梁構造体１５２Ａの紙面左右方向への移動が規制されている。これらのストッパー１５３，１５４は、梁構造体１５２Ａや固定部１５２Ｂとは分離して構成されており、アンカー部１５３ａ，１５４ａを介して基板１側に固定され、アンカー部１５０ａ〜１５０ｄを介して梁構造体１５２Ａと電気的に接続されている。
【０００９】
このような構成により、梁構造体１５２Ａが移動しても、可動電極１５７が固定電極１５８に付着しないようになっている。つまり、可動電極が固定電極に貼り付くのを防止するための突起部が設けられており、静電気力によって可動電極が固定電極に吸い寄せられても、突起部が先に接触するので、突起部がない場合に比べて固定電極に接触する面積が小さくなり、可動電極が固定電極に貼り付きにくくなっている。
【００１０】
また、特許文献２に記載されている従来の半導体加速度センサは、ピエゾ抵抗体を用いた半導体加速度センサであって、カバー板が配置されている一表面側の重錘部上に、この重錘部がカバー板に貼り付くのを防止するための突起部が設けられているので、陽極接合時の静電気力によって重錘部がカバー板に吸い寄せられても、突起部がカバー板に接触するので、突起部がない場合に比べてカバー板に接触する面積が小さくなり、重錘部がカバー板に貼り付きにくくなっている。この特許文献２には、静電容量を利用した加速度センサにも利用できることが記載されている。
【００１１】
また、半導体結晶のピエゾ抵抗効果を利用した加速度センサにおいて、重錘体（おもり）に貫通孔を開けて、この貫通孔に棒を通して重錘体の変位を制限するようにした加速度センサが提案されている。
【００１２】
図２は、特許文献３に記載されている従来の加速度センサの斜視図である。この従来の加速度センサにおいて、ステム１１上に設けられた棒状のストッパー１２を重り１３に開けた貫通孔にクイアランスを保って挿入してあるので、過大な力が加わってもＸ軸方向の重り１３の変位を防止することができ、センサチップ１４の破損を防止することができる。
【００１３】
また、特許文献４に記載の従来の静電容量型加速度センサは、折り曲げ梁タイプのものにおいて、梁部から錘部の方向に突出するバンパー（ストッパー）を設け、さらに梁部と錘部との間隔を可動電極と固定電極との間隔よりも小さくすることで、可動電極と固定電極との付着を防止するようにしている。
【００１４】
また、特許文献５に記載の従来の静電容量型加速度センサは、外部加速度に応答して移動する可動プレートがフィンガを有し、このフィンガが、基板に取り付けられたフィンガに容量的に結合されていて、移動停止部を用いて、可動プレート上のフィンガが基板上のフィンガと衝突する前に、可動プレートを停止させるものである。この移動停止部は、基板の表面と接触する第１部分と、この第１部分の上に位置する第２部分とから成る円形をしており、可動プレートは、移動停止部の第２部分と同じ物質で、かつ移動停止部と同じ厚さを有しているものである。したがって、本発明のような支柱構造を有していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−２３０９８５号公報
【特許文献２】特開２００８−０７０２８４号公報
【特許文献３】特開平４−１９４６６６号公報
【特許文献４】米国特許第５，５４２，２９５号明細書
【特許文献５】特開平１１−６８１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上述した静電容量型加速度センサにおいては、ストッパーとして機能する突起物という構造形状から、外部から印加された加速度により可動部が回転運動を起こして突起物と可動部が衝突した場合、ストッパーとして作用する面積が限られるため、可動部やストッパーに応力集中が起きて破壊に至るという問題があった。
【００１７】
一般的に、被衝突物に衝撃力Ｆが加わる場合、被衝突物の衝突時の破損や破壊は、衝撃荷重Ｆによる衝撃応力σが被衝突物の弾性限界を超えるために起こる。衝突時の接触面積をＡとすると、衝撃力による単位面積当たりの衝撃応力σはσ＝Ｆ／Ａとなるため、衝突時に接触する面積が大きい方が衝撃応力は小さくなる。したがって、衝突時の接触面積を大きくすることで被衝突物に与える衝撃応力を小さくし、被害を抑えることが可能になる。
【００１８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、衝突の状態によらず接触面積が一定なストッパー構造を提供し、可動部の許容変位量を超える加速度に対して可動部と固定部の衝突による破壊が起こりにくい静電容量型加速度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、基板上に離間状態で配置された変位可能な重錘体と、該重錘体に設けられた可動電極と、該可動電極に対向して配置された固定電極とを備え、前記両電極間の静電容量の変化を前記重錘体の変位に基づいて加速度を検出する静電容量型加速度センサにおいて、前記重錘体と前記基板の双方に前記重錘体の水平方向の変位を規制する相補型係止手段と、該相補型係止手段に電位を固定するための電位固定手段とを設けたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記相補型係止手段が、前記重錘体に設けられた穴又は貫通孔と、前記基板上に設けられ、前記穴又は貫通孔に挿入する係止部材とからなることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記穴又は貫通孔を前記重錘体の端部周辺に設けたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記重錘体に前記穴又は貫通孔を複数設けたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２，３又は４に記載の発明において、前記係止部材が、棒状部材であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記重錘体が、前記基板上に設けられた支柱部材に梁部材を介して取り付けられており、前記電位固定手段が、前記係止部材と前記支柱部材と前記基板に配線された導線であることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項７に記載の発明は、基板上に離間状態で配置された変位可能な重錘体と、該重錘体に設けられた可動電極と、該可動電極に対向して配置された固定電極と、前記基板上に設けられ、前記重錘体の周辺を取り囲む固定部材とを備え、前記両電極間の静電容量の変化を前記重錘体の変位に基づいて加速度を検出する静電容量型加速度センサにおいて、前記重錘体と前記固定部材の双方に前記重錘体の水平方向の変位を規制する相補型係止手段を設けたことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記相補型係止手段が、前記重錘体の縁端部に設けられた第１の突起部と、前記固定部材に設けられ空隙部とからなることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記相補型係止手段が、前記重錘体の縁端部に設けられた第２の突起部と、該第２の突起部に対向して前記固定部材に設けられた第１の溝部とからなることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記相補型係止手段が、前記重錘体の縁端部に設けられた第２の溝部と、該第２の溝部に対向して前記固定部材に設けられた第３の突起部とからなることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項８，９又は１０に記載の発明において、前記突起部及び前記溝部の形状が、円弧状であることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項７乃至１１のいずれかに記載の発明において、前記重錘体が、前記基板上に設けられた支柱部材に梁部材を介して取り付けられていることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項７乃至１１のいずれかに記載の発明において、前記可動電極が、複数の薄板状の櫛型可動電極で、前記固定電極が、前記櫛型可動電極に対向してそれぞれ配置された複数の薄板状の櫛型固定電極であることを特徴とする。
【００３２】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記櫛型可動電極が、前記重錘体の変位方向であるＸ軸方向に対してＹ軸方向の両側に設けられているとともに、前記櫛型固定電極が、前記櫛型可動電極に対向して配置されていることを特徴とする。
【００３３】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１３又は１４に記載の発明において、前記櫛型固定電極が、前記櫛型可動電極を挟み込むようにした一対の櫛型固定電極であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、重錘体と基板の双方、又は重錘体と固定部材の双方に重錘体の水平方向の変位を規制する相補型係止手段を設けて、衝突の方向によらず可動部と固定部の接触面積が一定なストッパー構造を提供したので、可動部が必要以上に変位するのを防止することができる。また、突起構造に対して応力集中が緩和されるため、重錘体や可動電極、梁部などの可動部と、固定電極などの固定部の破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】特許文献１に記載されている従来の加速度センサの斜視図である。
【図２】特許文献３に記載されている従来の加速度センサの斜視図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例１を説明するための構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例２を説明するための構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例３を説明するための構成図である。
【図６】本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例４を説明するための構成図である。
【図７】本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例５を説明するための構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。  
【実施例１】
【００３７】
図３（ａ），（ｂ）は、本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例１を説明するための構成図で、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００３８】
本実施例１に係る静電容量型加速度センサは、基板３５上に離間状態で配置された変位可能な重錘体３６と、この重錘体３６に設けられた可動電極３４と、この可動電極３４に対向して配置された固定電極３３とを備え、両電極３３，３４間の静電容量の変化を重錘体３６の変位に基づいて加速度を検出するものである。そして、重錘体３６と基板３５の双方に重錘体３６の水平方向の変位を規制する相補型係止手段と、この相補型係止手段に電位を固定するための電位固定手段とを設けたものである。なお、符号３９は基板３５上に設けられた固定部材を示している。
【００３９】
相補型係止手段は、重錘体３６に設けられた１個の貫通孔３８と、基板３５上に設けられ、貫通孔３８に挿入する１個の係止部材（ストッパー）３７とからなっており、この係止部材３７は基板３５上に立設されている。また、剛性を上げるために係止部材３７の全ての上面は、重錘体の厚さに相当する高さを有する、あるいは重錘体の厚さに相当する高さ以上であることも可能である。
【００４０】
また、重錘体３６は、基板３５上に設けられた支柱部材３１ａ，３１ｂに梁部材３２ａ，３２ｂを介して取り付けられており、電位固定手段は、係止部材３７と支柱部材３１ａ，３１ｂと基板３５に配線された導線５１により構成され、この導線５１により、係止部材３７と重錘体３６を電気的に接続し、係止部材３７の電位を重錘体３６と同電位にしている。このようにすることにより、係止部材３７と重錘体３６との間に働くクーロン力を打ち消すことができ、クーロン力による感度の低下を防止することができる。
【００４１】
また、貫通孔３８は、重錘体３６の中央部分に設けられていて、その断面形状は、楕円形でもよいが円形が最適である。また、この係止部材３７は、棒状部材であることが望ましく、この棒状部材中には、上述したように、導線５１が配線されている。また、重錘体に設けられる貫通孔は、貫通していない穴や溝であっても良く、設ける場所は、重錘体３６の中央部分以外の部分に設けてもかまわない。また、係止部材と重錘体との間隔は、可動電極の水平方向の変位による固定電極との衝突をなるべく避けるという観点から、可動電極と固定電極との間隔以下であることが望ましい。
【００４２】
また、静電容量型加速度センサを構成する可動電極３４は、複数の薄板状の櫛型可動電極で、固定電極３３は、櫛型可動電極に対向してそれぞれ配置された複数の薄板状の櫛型固定電極である。
【００４３】
また、櫛型可動電極は、重錘体３６の変位方向であるＸ軸方向に対してＹ軸方向の両側に設けられているとともに、櫛型固定電極は、櫛型可動電極に対向して配置されている。また、櫛型固定電極は、図示しているように、櫛型可動電極を挟み込むようにした一対の櫛型固定電極で構成されている。
【００４４】
また、梁部材３２ａ，３２ｂは、重錘体３６の水平方向の変位に対して弾性力を持って変位するばね部材である。
【００４５】
このような構成により、重錘体に貫通孔を設けるとともに、基板上に貫通孔に挿入する係止部材を設けて、重錘体の水平方向の変位を規制するようにしたので、あらゆる方向からの加速度においても接触面積が同じになり、従来のものと比べて可動部と固定部にかかる衝撃応力が小さくなり、重錘体や可動電極、梁部材などの可動部と、固定電極などの固定部の破壊を防止することができる。また、係止部材は、重錘体の厚さに相当する高さあるいはそれ以上の高さを有するため、上述した特許文献５に記載のストッパーよりも、剛性の高いストッパー手段になりうる。
【００４６】
つまり、静電容量型加速度センサにおいて可動部の許容変位量を超える加速度が加わった時の可動部と固定部の衝突による破壊を防止し、耐衝撃性を向上させることができる。
【００４７】
また、従来構造ではストッパーは電位が固定されておらず、ストッパーがチャージアップされた場合、可動部とストッパー間にクーロン力が発生していた。このクーロン力は可動部とストッパーの間に引力を発生させるので、可動部の変位を妨げる力として働き、センサの感度低下の原因となっていた。
【００４８】
このような問題に対し、本実施例１ではストッパーに貫通孔を設け、ストッパーと可動部を電気的に接続し、ストッパーの電位を可動部と同電位にすることで、ストッパーと可動部の間に働くクーロン力を打ち消す。これにより、クーロン力による感度の低下の問題を解決できる。
【実施例２】
【００４９】
図４（ａ），（ｂ）は、本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例２を説明するための構成図で、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図３と同じ機能を有する構成要素には同一に符号を付してある。
【００５０】
本実施例２に係る静電容量型加速度センサは、重錘体３６に貫通孔３８ａ，３８ｂを複数設け、その貫通孔３８ａ，３８ｂに係止部材３７ａ，３７ｂを挿入するようにしたものである。この貫通孔３８ａ，３８ｂは、重錘体の中心に対して対称位置に設けることが望ましい。また、係止部材３７ａ，３７ｂは、重錘体３６の厚さに相当する高さあるいはそれ以上の高さを有するため、上述した特許文献５に記載のストッパーよりも、剛性の高いストッパー手段になりうる。また、貫通孔３８ａ，３８ｂを複数設けることにより、さらに可動部と固定部にかかる衝撃応力を小さくすることができ、重錘体３６や可動電極３４、梁部材３２ａ，３２ｂなどの可動部と、固定電極３３などの固定部の破壊を防止することができる。
【００５１】
また、上述した実施例１と同様に、ストッパーと可動部を電気的に接続し、ストッパーの電位を可動部と同電位にすることで、ストッパーと可動部の間に働くクーロン力を打ち消し、これにより、クーロン力による感度の低下の問題を解決できる。
【実施例３】
【００５２】
図５は、本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例３を説明するための構成図である。なお、図３と同じ機能を有する構成要素には同一に符号を付してある。
【００５３】
本実施例３に係る静電容量型加速度センサは、基板３５上に離間状態で配置された変位可能な重錘体３６と、この重錘体３６に設けられた可動電極３４と、この可動電極３４に対向して配置された固定電極３３と、基板３５上に設けられ、重錘体３６の周辺を取り囲む固定部材３９とを備え、両電極３３，３４間の静電容量の変化を重錘体３６の変位に基づいて加速度を検出するものである。そして、重錘体３６と固定部材３９の双方に重錘体３６の水平方向の変位を規制する相補型係止手段を設けたものである。
【００５４】
この相補型係止手段は、重錘体３６の縁端部に設けられた第１の突起部４０ａ乃至４０ｄと、この第１の突起部（凸部）４０ａ乃至４０ｄと固定部材３９とを離間する空隙部４１ａ乃至４１ｄとからなっている。第１の突起部４０ａ乃至４０ｄの形状は、重錘体３６の厚さ方向に沿って連続して一体的に設けられた断面湾曲状や断面円弧状でも良いし、厚さ方向に間歇的に設けられた断面湾曲状又は断面球面状でも良い。
【００５５】
また、空隙部４１ａ乃至４１ｄの間隔は、可動電極の水平方向の変位による固定電極との衝突を避けるという観点から、可動電極と固定電極との間隔以下であることが望ましい。
【００５６】
なお、静電容量型加速度センサを構成する可動電極及び固定電極の構成は、上述した実施例１の構成と同様である。
【００５７】
このような構成により、可動部である重錘体の縁端部に断面円弧状のストッパーを設けたので、このストッパーによって可動部の水平方向の移動を規制するようにすれば、あらゆる方向からの加速度においても接触面積が同じになり、従来のものに比べて可動部と固定部にかかる衝撃応力が小さくなり、重錘体や可動電極、梁部材などの可動部と、固定電極などの固定部の破壊を防止することができる。
【実施例４】
【００５８】
図６は、本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例４を説明するための構成図である。なお、図３と同じ機能を有する構成要素には同一に符号を付してある。
【００５９】
本実施例４に係る静電容量型加速度センサにおける相補型係止手段は、重錘体３６の縁端部に設けられた第２の突起部（凸部）４２ａ乃至４２ｄと、この第２の突起部４２ａ乃至４２ｄに対向して固定部材３９に設けられた第１の溝部（凹部）４３ａ乃至４３ｄとからなっている。第２の突起部４２ａ乃至４２ｄの形状は、重錘体３６の厚さ方向に沿って連続して一体的に設けられた断面湾曲状や断面円弧状でも良いし、厚さ方向に間歇的に設けられた断面湾曲状又は断面球面状でも良い。基本的には、上述した第２の突起部の表面形状に対して、固定部に設けられた第１の溝部は相補的な形状であればよい。
【００６０】
また、第２の突起部４２ａ乃至４２ｄと第１の溝部との間隔は、可動電極の水平方向の変位による固定電極との衝突を避けるという観点から、可動電極と固定電極との間隔以下であることが望ましい。
【００６１】
また、重錘体３６の縁端部に設けられたストッパーと固定部材に設けられた溝との間隔を可動部と固定部との間隔よりも小さくし、かつ可動部と固定部との間隔を可動部の許容変位量より小さくすれば、可動部の許容変位量に至る前に可動部がストッパーに当接するため、それ以上の変位が抑制される。
【００６２】
また、上述した実施例３における重錘体の形成された断面円弧状の第１の突起部は、空隙部を介して設けられていればよい程度の大きさと形状であればよいが、本実施例４における第２の突起部は、固定部材に設けられた溝部の形状に合わせた形状になるため、第１の突起部よりも大きな形状とすることができ、ストッパー機能を向上させることができる。
【００６３】
本実施例４のストッパーにおける円の半径を１０μｍ、可動部と固定部との間隔を２．５μｍとし、可動部又は固定部とストッパーとの間隔を２μｍとしている。
【００６４】
このような構成により、梁部材を介して支持部材によって支持されている重錘体と一体化された水平方向の変位を規制する断面形状円弧状のストッパーを形成しているので、従来のものと比較して衝突時の接触面積が大きいため応力集中による破壊を防止することができる。
【実施例５】
【００６５】
図７は、本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例５を説明するための構成図である。
【００６６】
本実施例５に係る静電容量型加速度センサにおける相補型係止手段は、重錘体３６の縁端部に設けられた第２の溝部（凹部）４５ａ乃至４５ｄと、この第２の溝部４５ａ乃至４５ｄに対向して固定部材３９に設けられた第３の突起部（凸部）４４ａ乃至４４ｄとからなっている。つまり、上述した実施例４に対し、本実施例５においてはその相補関係が逆になっている。
【００６７】
梁部材が構造体を支えるため、その梁部材に応力が集中し易い構造となっているが、その梁部材に介する重錘体に対してその変位量を抑制したため、共振や落下時に生じる大きな衝撃に対して構造体全体の機械的強度が向上する。また、従来の突起構造のようなストッパーに対し、接触面積が大きいのでストッパー自体の機械強度も向上する。
【００６８】
以上、本発明に係る静電容量型加速度センサの各実施例について説明したが、重錘体に貫通孔を開けるものや、重錘体の縁端部に凹凸を設けるものなどを含む重錘体の水平方向の変位を規制する相補型係止手段を設けたので、重錘体や可動電極、梁部などの可動部と、固定電極などの固定部の破壊を防止することができる。
【００６９】
また、上述した実施例１，２においては、係止部材は重錘体の厚さに相当する高さ、あるいはそれ以上の高さを有するため、上述した特許文献５に記載のストッパーよりも、剛性の高いストッパー手段になり、かつ係止部材と重錘体との間に働くクーロン力を打ち消すことができ、クーロン力による感度の低下を防止することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１１  ステム
１２  ストッパー
１３  重り
１４  センサチップ
２１，２２  ウェハ
３１ａ，３１ｂ  支柱部材
３２ａ，３２ｂ  梁部材
３３  固定電極
３４  可動電極
３５  基板
３６  重錘体
３７，３７ａ，３７ｂ  係止部材
３８，３８ａ，３８ｂ  貫通孔
３９  固定部材
４０ａ乃至４０ｄ  第１の突起部
４１ａ乃至４１ｄ  空隙部
４２ａ乃至４２ｄ  第２の突起部
４３ａ乃至４３ｄ  第１の溝部
４５ａ乃至４５ｄ  第２の溝
４４ａ乃至４４ｄ  第３の突起部
４５ａ乃至４５ｄ  第２の溝
５１  導線
１５０  基板
１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ,１５０ｄ  アンカー部
１５１，１５２  梁部
１５２Ａ  梁構造体
１５２Ｂ  固定部
１５３，１５４  ストッパー部
１５３ａ，１５４ａ  アンカー部
１５３ｂ，１５４ｂ  突出部
１５６  錘部
１５７  可動電極
１５８  固定電極
【図１】
2011174881.tif 000003
【図２】
2011174881.tif 000004
【図３】
2011174881.tif 000005
【図４】
2011174881.tif 000006
【図５】
2011174881.tif 000007
【図６】
2011174881.tif 000008
【図７】
2011174881.tif 000009