(57)【要約】【課題】より測定精度の高い物理量検出器、およびその製造方法を提供する。【解決手段】弾性部２２によって変位自在に支持された可動極板２１と、前記可動極板と対面する位置に少なくとも１つの固定極板１１、３１と、を備え、前記可動極板と前記固定極板とで形成されるキャパシタの静電容量に基づいて被測定体の変位、速度、加速度の何れかの物理量を検出する容量調節可能な物理量検出器（例えば、検出部１００）に於いて、前記固定極板はガラス基盤１、３に形成され、前記固定極板には、本体部（例えば、本体部極板１１１）と、前記本体部に接続され、静電容量を調整する調整部（例えば、調整用極板１１２）と、を設けた。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性部によって変位自在に支持された可動極板と、
前記可動極板と対面する位置に配置された固定極板と、を備え、
前記可動極板と前記固定極板とで形成されるキャパシタの静電容量に基づいて被測定体の変位、速度、加速度の何れかの物理量を検出する容量調節可能な物理量検出器において、
前記固定極板は透光材に形成され、
前記固定極板には、本体部と、前記本体部に接続され、静電容量を調整する調整部と、が設けられていることを特徴とする容量調節可能な物理量検出器。
【請求項２】
請求項１記載の容量調節可能な物理量検出器において、
前記調整部は、静電容量が既知の複数の調整用極板により構成されていることを特徴とする容量調節可能な物理量検出器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の容量調節可能な物理量検出器の製造方法であって、
基盤に可動極板を形成する工程と、
前記透光材に前記固定極板を形成する工程と、
前記可動極板と前記固定極板とが所定の間隔離間して対面するように、前記基盤と前記透光材とを結合する工程と、
前記可動極板および前記固定極板とで形成されるキャパシタの静電容量を測定し、その測定結果に基づいて、前記固定極板の調整部の少なくとも一部と、前記本体部との接続をレーザにより断つ工程と、
を備えることを特徴とする容量調節可能な物理量検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加速度、変位、圧力その他の物理量を検出する物理量検出器に関し、特に静電容量差に基づいて物理量を検出する静電容量調節可能な物理量検出器およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、静電容量型の物理量検出器には様々なものが提供されており、例えば、特開平９−２４３６５４号公報に記載された加速度センサが知られている。
かかる加速度センサ１００は、例えば、図４に示すように、シリコン基盤１０１の下面に、第１のガラス基盤１０２が接合され、シリコン基盤１０１の上面に第２のガラス基盤１０３が接合されている。シリコン基盤１０１はエッチング加工により平面がロ字状に形成された支持枠１０１ａに重り部１０１ｂが梁部１０１ｃを介して片持ち支持されて連結されている。更に、重り部１０１ｂの上下両面と、対向する両ガラス基盤１０２、１０３の対向面との間には、所定の隙間を形成している。これにより、加速度を受けると梁部１０１ｃが撓み、重り部１０１ｂが変位し、前記隙間の距離が変化するようになっている。
【０００３】
そして、重り部１０１ｂの両表面に可動電極１０４が形成され、この可動電極１０４と対向するように、第１のガラス基盤１０２と第２のガラス基盤１０３の内側面にそれぞれ第１の固定電極１０５と第２の固定電極１０６が形成される。従って、重り部１０１ｂが変位して隙間の距離が変化すると、可動電極１０４と第１の固定電極１０５間に第１のキャパシタが形成され、可動電極１０４と第２の固定電極１０６間に第２のキャパシタが形成され、可動電極１０４の移動に伴って第１のキャパシタ及び第２のキャパシタの静電容量も変化する。この静電容量の変化を検出することにより、重り部１０１ｂの変位に基づく加速度を検出することができるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の物理量検出器では、重り部１０１ｂを挟んで上下にキャパシタが形成されるが、重り部１０１ｂを形成する過程での歪み等に起因して、定常状態で上下のキャパシタにより検出される静電容量値を平衡状態とすることが難しく機械的な誤差を生じてしまうという問題があった。
しかも、物理量検出器を組み立てた後でないと誤差を確認することができないので、誤差を機械的に補正することが難しかった。
【０００５】
上記を鑑み、本発明の課題は、より測定精度の高い物理量検出器、およびその製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。なお、括弧の数字は、実施の形態において対応する構成の符号を示す。
請求項１記載の発明は、弾性部２２によって変位自在に支持された可動極板２１と、
前記可動極板と対面する位置に配置された固定極板１１、３１と、を備え、
前記可動極板と前記固定極板とで形成されるキャパシタの静電容量に基づいて被測定体の変位、速度、加速度の何れかの物理量を検出する容量調節可能な物理量検出器（例えば、検出部１００）において、
前記固定極板は透光材（例えば、ガラス基盤１、３）に形成され、
前記固定極板には、本体部（例えば、本体部極板１１１）と、前記本体部に接続され、静電容量を調整する調整部（例えば、調整用極板１１２）と、が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、調整部の位置、大きさ、形状、及び数は任意に定めて良い。
請求項１記載の発明によれば、固定極板に静電容量を調整する調整部が設けられているので、静電容量の値に誤差が生じた場合には、固定極板の調整部を他の部分と切り離すことにより容易に静電容量値を調整することができる。従って、より精度のよい物理量測定を行うことができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の容量調節可能な物理量検出器において、
前記調整部は、静電容量が既知の複数の調整用極板により構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、調整部は、静電容量が既知の複数の調整用極板により構成されているので、誤差に応じて調整用極板を選択できることとなって、より精度のよい物理量測定を行うことができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の容量調節可能な物理量検出器の製造方法であって、
基盤（例えば、シリコン基盤２）に可動極板を形成する工程と、
前記透光材に前記固定極板を形成する工程と、
前記可動極板と前記固定極板とが所定の間隔離間して対面するように、前記基盤と前記透光材とを結合する工程と、
次いで、前記可動極板および前記固定極板とで形成されるキャパシタの静電容量を測定し、その測定結果に基づいて、前記固定極板の調整部の少なくとも一部と、前記本体部との接続をレーザにより断つ工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、可動極板と固定極板とが所定の間隔離間して対面するように、基盤と透光材とが結合され、可動極板および固定極板とで形成されるキャパシタの静電容量が測定され、その測定結果に基づいて、調整用極板の少なくとも一部と本体部との接続がレーザにより断たれるので、物理量検出器を組み立てて製造した後、製造過程で生じた誤差の機械的な補正を容易に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態にかかる静電容量型加速度センサについて図１〜図３を参照しながら説明する。
静電容量型加速度センサは、検出部１００と、図示せぬ制御部と、これらを接続するリード線Ｌとから成る。これ等の内、検出部１００は、図１、図２に示す様に、中央に配置されたシリコン基盤２と、このシリコン基盤２を上下両側から挟む２つの透光材としてガラス基板１及びガラス基盤３と、を陽極接合する事により構成されている。シリコン基盤２の大部分は、シリコン製の本体部２０によって構成されており、当該本体部２０には、弾性部２２とこの弾性部２２によって厚さ方向に変位自在に支持された平面視円形の可動極板２１とがエッチングによって一体的に設けられている。
【００１３】
上側のガラス基盤１に於いて、可動極板２１と対面する位置には、これと数ミクロンのギャップ（隙間）を確保して、第１の固定極板１１が蒸着やスパッタリング等の方法によって成膜されている。
この第１の固定極板１１は、投影視において固定極板２１及び弾性部２２が占める領域に一致している本体部極板１１１（本体部）と、この本体部極板１１１に電気的に接続される調整用極板１１２…（調整部）により構成されている。
第１の固定極板１１からは、チタンと白金の薄膜層から成る平面Ｌ字状の第１の検出用電極１１３が、シリコン基盤２の島４の投影領域に向かって延設されている。
【００１４】
調整用極板１１２…は、本体部極板１１１の四隅に設けられ、各々三角形状となっており、本体部極板１１１と調整用極板１１２との間は、僅かの幅を有する接続部１１ａによって電気的に接続されている。従って、接続部１１ａをレーザ等で切断することにより、本体部極板１１１と調整用極板１１２との間の電気的接続を断ち切ることができる。
また、各調整用極板１１２…は、各々静電容量が既知であり、且つ異なるように設定されている。
【００１５】
更に、上側のガラス基盤１に於いて、第１の固定極板１１の周囲には、貫通孔であるリード線取付部１３，１４、１５が所定位置に設けられている。当該各リード線取付部１３，１４は、夫々島４，島５に向かって連通する様配置されている。
【００１６】
一方、下側のガラス基盤３に於いて、可動極板２１と対面する位置には、これと数ミクロンのギャップを確保して、第２の固定極板３１が蒸着やスパッタリング等の方法によって成膜されている。
この第２の固定極板３１は、投影視において固定極板２１及び弾性部２２が占める領域に一致している本体部極板３１１（本体部）と、この本体部極板３１１に電気的に接続される調整用極板３１２…（調整部）により構成されている。
第１の固定極板１１からは、チタンと白金の合金から成る平面Ｌ字状の第１の検出用電極１１３が、シリコン基盤２の島４の投影領域に向かって延設されている。
【００１７】
調整用極板３１２…は、本体部極板３１１の四隅に設けられ、各々三角形状となっており、本体部極板３１１と調整用極板３１２との間は、僅かの幅を有する接続部３１ａによって電気的に接続されている。従って、接続部３１ａをレーザ等で切断することにより、本体部極板３１１と調整用極板３１２との間の電気的接続を断ち切ることができる。
また、各調整用極板３１２…は、各々静電容量が既知であり、且つ異なるように設定されている。
【００１８】
以上の如く構成されて成るガラス基盤１及びガラス基盤２によって挟まれるシリコン基盤２の本体部２０に於いて、可動極板２１は、図１に示す如く平面視円形に形成されており、この可動極板２１の周縁には、その折線方向に複数の弾性支持部材が等間隔を隔てて規則的且つ均一に配設されて有る。これ等の弾性支持部材によって弾性部２２が構成されている。
この様にして弾性部２２を構成する事により、当該弾性部２２を製作する際に生じる応力を開放させることができ、残留応力のない弾性部２２が実現される。
【００１９】
また、図３は、検出部１００の断面概略図を示すもので、図示の様に、弾性支持部材の各々は、可動極板２１の周縁に於ける上側の表面と下側の表面とに上下２段に配設された梁から成っている。
更に図２から明らかなように、弾性部２２は可動極板２１の各表面よりも内側に窪んだ位置に配設されている。
【００２０】
これら可動極板２１及び弾性部２２は、体部２０を構成することとなる板状のシリコン基盤２に、可動極板２１及び各弾性支持部材に対応するマスキングを施した後、当該シリコン基盤２にエッチングを施す事により一体に形成したものである。
このとき、可動極板２１と、各固定極板１１、３１の間にギャップを確保するべく、当該シリコン基盤２に於いて可動極板２１が形成されることとなる部分の面が、残余の部分の面よりも数ミクロン低くなる様にエッチングによって削る。また、弾性部２２が、可動極板２１の表面よりも低く窪んだ位置に配置される様にエッチングを施す。
【００２１】
このように、可動極板２１、弾性部２２、及び本体部２０は一体的に形成されるので、可動極板２１と本体部２０とは弾性部２２を介して電気的に接続されることとなる。
【００２２】
また、シリコン基盤２に於いて可動極板２１の周囲には、所定位置に電極取出用のシリコン製の島４、５が設けられている。当該各島４、５は、他の島及び本体部２０と接触せぬ様に隔離されて配置されており、従って他の島及び本体部２０とは電気的に絶縁されている。
これ等の内、島４は平面方向からの投影視に於いてリード線取付部１３と重なる位置に配置されており、島５は同じく投影視に於いてリード線取付部１４と重なる位置に配置されている。
【００２３】
更に、シリコン基盤２の所定位置にはガス吸着剤としてのゲッタＧを受け入れる収容部２７が設けて有る。
【００２４】
この静電容量型加速度センサを製造する過程に於いては、先ず収容部２７にゲッタＧを収容し、次いで、ガラス基盤１、シリコン基盤２、及びガラス基盤３を陽極接合する。これにより、可動極板２１、各固定極板１１，３１、ゲッタＧとが密封される。
また、このとき、第１の検出用電極１１３と島４とが着接し、第２の検出用電極３１３と島５とが着接する。
【００２５】
次いで、透光材としてのガラス基盤１或いはガラス基盤３を介してゲッタＧにＹＡＧレーザを照射する。これにより、ゲッタＧが加熱され活性化されて、当該ゲッタＧは、可動極板２１、各固定極板１１，３１等を取り巻くガス（大気）を吸収する。かくして、可動極板２１、固定極板１１，３１等が真空中に配置されることとなる。
【００２６】
ガラス基盤１０１に設けた各リード線取付部１３，１４、１５は、夫々導電エポキシＥによりリード線Ｌがボンディングされる。
よって、リード線取付部１３にボンディングされたリード線Ｌは第１の固定極板１１と電気的に接続され、リード線取付部１４にボンディングされたリード線Ｌは第２の固定極板３１と電気的に接続され、リード線取付部１５にボンディングされたリード線Ｌは本体部２０を介して可動極板２１と電気的に接続される。
また、当該各リード線Ｌは、図示せぬ制御部に接続される。
【００２７】
以上の如くして構成された静電容量型加速度センサのキャパシタの補正工程は次の通りである。
先ず、当該静電容量型加速度センサに於いて、図示せぬ制御部は、リード線取付部１３にボンディングされたリード線Ｌを介して検出する第１の固定極板１１の電位と、リード線取付部１５にボンディングされたリード線Ｌを介して検出する可動極板２１の電位と、に基づいて、これら第１の固定極板１１と可動極板２１とによって形成される可変容量キャパシタ（以下、「第１のキャパシタ」という。）の静電容量Ｃ１を検出する。
【００２８】
また、図示せぬ制御部は、リード線取付部１４にボンディングされたリード線Ｌを介して検出する第２の固定極板３１の電位と、リード線取付部１５にボンディングされたリード線Ｌを介して検出する可動極板２１の電位と、に基づいて、これら第２の固定極板３１と可動極板２１とによって形成される可変容量キャパシタ（以下、「第２のキャパシタ」という。）の静電容量Ｃ２を検出する。
【００２９】
ここで、図示せぬ制御部は、第１のキャパシタの静電容量Ｃ１と第２のキャパシタの静電容量Ｃ２との容量差ΔＣが所定の平衡位置（中立位置）にあるか否かを判定する。そして、容量差ΔＣが所定の大きさ以上の場合、静電容量の大きい方のキャパシタ（例えば、第１のキャパシタとする。）の調整用電極板１１２と本体部極板１１１との接続を断ち切るため、ガラス基盤１の上からレーザを照射させ、接続部１１ａを切断する。これにより、第１のキャパシタの静電容量Ｃ１を減少させて、容量差に応じて調整用電極板１１２を２〜４個切断する。
【００３０】
以上の如くして構成された静電容量型加速度センサのキャパシタの作用は次の通りである。
静電容量型加速度センサを被測定物に取り付けた状態に於いて、当該検出部１００に対して外部から加速度が印加されると、当該加速度に起因して、弾性部２２によって平衡位置に支持された可動極板２１が当該弾性部２２に拘束されながら板厚方向に変位する。これにより、第１のキャパシタの静電容量Ｃ１と、第２のキャパシタの静電容量Ｃ２とが相互に増減し、これに伴って両者の容量差であるΔＣが変動する。この容量差により、被測定物の加速度を算出する。
【００３１】
尚、制御部の構成については図示していないが、以上の如く作用する当該制御部を、マイコンその他のハードウエア、或いは、ＤＳＰ（デイジタル・シグナル・プロセツサ）その他のソフトウエアによっても実現できる。
また、本発明における固定電極の形状には、種々の変形例が考えられる。
例えば、固定極板１１、３１をメッシュ状に形成して、メッシュの一部（調整部）を切断することにより、キャパシタの静電容量を減少させてもよい。
【００３２】
以上の如くして構成され作用する静電容量型加速度センサによれば、次の様な優れた効果が得られる。
【００３３】
第１の固定極板１１、第２の固定極板３１に静電容量を調整する調整用極板１１２、３１２が設けられているので、静電容量の値に誤差が生じた場合には、固定極板１１、３１の調整用極板１１２、３１２を本体部極板１１１、３１１と切り離すことにより容易に静電容量値を調整することができる。従って、より精度のよい物理量測定を行うことができる。
【００３４】
また、調整用極板１１２、３１２は、静電容量が既知の複数の調整用極板により構成されているので、誤差に応じて調整用極板を選択できることとなって、より精度のよい物理量測定を行うことができる。
【００３５】
また、可動極板２２と固定極板１１、３１とが所定の間隔離間して対面するように、シリコン基盤２とガラス基盤１，３とが陽極結合され、可動極板２２および固定極板１１、３１とで形成されるキャパシタの静電容量が測定され、その測定結果に基づいて、調整用極板１１２、３１２の少なくとも一部と、本体部極板１１１、３１１との接続がレーザにより断たれるので、物理量検出器を組み立てて製造した後、製造過程で生じた誤差の機械的は補正を容易に行うことができる。
【００３６】
以上、本発明が適用された静電容量型加速度センサについて説明したが、本発明の技術思想はこれに限られるものではない。例えば、次の事等は本発明と均等であると云うことができる。
【００３７】
例えば、図示せぬ制御部をチップ型のマイコンにて実現し、実現したマイコンを検出部１００内に組み込むと共に、当該マイコンによって検出される加速度その他の物理量を、赤外線その他の無線にて外部出力する様に構成してもよい。この場合は、マイコンを駆動する為のエネルギ及び検出結果を外部出力するのに必要なエネルギを、外部よりマイクロ波にて供給する様に構成するとよい。この様に構成すれば、リード線Ｌが不要となるのはもとより、狭い箇所や劣悪な環境の箇所等にも当該静電容量型物理量センサを設置する事が可能となる。
【００３８】
加速度以外にも、圧力その他の物理量を検出する様に設計変更する事が可能である。この事は、外部からの圧力その他の物理量に起因して可動極板２１が変位する様に構成することで容易に実現できる。
【００３９】
また、本発明にかかる静電容量型物理量センサは、傾斜計にも適用可能である。この場合、真空封止しないのでゲッターは必要ない。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、固定極板に静電容量を調整する調整部が設けられているので、静電容量の値に誤差が生じた場合には、固定極板の調整部を他の部分と切り離すことにより容易に静電容量値を調整することができる。従って、より精度のよい物理量測定を行うことができる。
【００４１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、調整部は、静電容量が既知の複数の調整用極板により構成されているので、誤差に応じて調整用極板を選択できることとなって、より精度のよい物理量測定を行うことができる。
【００４２】
請求項３記載の発明によれば、可動極板と固定極板とが所定の間隔離間して対面するように、基盤と透光材とが結合され、可動極板および固定極板とで形成されるキャパシタの静電容量が測定され、その測定結果に基づいて、調整用極板の少なくとも一部と本体部との接続がレーザにより断たれるので、物理量検出器を組み立てて製造した後、製造過程で生じた誤差の機械的な補正を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】静電容量型加速度センサの検出部の構成を模式的に示す分解斜視概略図である。
【図２】静電容量型加速度センサの検出部に具備される可動極板及び弾性部を示す部分平面図である。
【図３】静電容量型加速度センサの検出部を示す断面概略図である。
【図４】従来技術に於ける静電容量型加速度センサを示す断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　ガラス基盤
２　　　　　　　　シリコン基盤
３　　　　　　　　ガラス基盤
１１　　　　　　　第１の固定極板（固定極板）
２０　　　　　　　本体部
２１　　　　　　　可動極板（可動極板）
２２　　　　　　　弾性部
３１　　　　　　　第２の固定極板（固定極板）
１００　　　　　　検出部（物理量検出器）
１１１、３１１　　本体部極板（本体部）
１１２、３１２　　調整用極板（調整部）
２２１　　　　　　弾性支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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