(57)【要約】【課題】センサ全体の寸法を大きくしなくても物理量の検出感度を高める。【解決手段】ビーム部４は、マス部３の中央の開口部３ａと溝３ｂに跨ってｘ軸（又はｙ軸）に平行な第１の部分４ａと、開口部３ａ内で固定部８の一辺、つまりｙ軸（又はｘ軸）に平行な第２の部分４ｂと、溝３ｂ内でｙ軸（又はｘ軸）に平行な第３の部分４ｃとが、第１の部分４ａと、第２の部分４ｂ及び第３の部分４ｃとの長さがほぼ同一になるように形成されている。故に、隣り合う２つのビーム部４の間に可動電極５を配設するスペースを設けることができ、センサ全体の寸法を大きくせずにビーム部４の長さ寸法を伸ばしてマス部３の変位量を大きくすることができ、物理量（加速度）の検出感度を高めることが可能になる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度や角速度のような物理量を可動電極と固定電極の間の静電容量によって検出する静電容量式センサであって、２次元直交座標系のｘ軸及びｙ軸とそれぞれ平行な対向面を有する固定電極と、２次元直交座標系のｘ軸及びｙ軸とそれぞれ平行で且つ固定電極の対向面に対向する対向面を有する可動電極と、可動電極を支持し且つ物理量によって変位する環状のマス部と、ｘ軸方向並びにｙ軸方向で撓み自在に形成され一端部でマス部と連結されてマス部の内側に配置される複数のビーム部と、マス部の内側に配置されてビーム部の他端部が連結される固定部とが半導体基板を加工して形成される静電容量式センサにおいて、ビーム部は、ｘ軸に平行な部分とｙ軸に平行な部分を有するとともに両部分の長さが略同一に形成されたことを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項２】
ビーム部は、マス部及び固定部との各連結部位の近傍にて折り返し形状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の静電容量式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定電極と可動電極の間の静電容量から加速度や角速度を検出する静電容量式センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、加速度や角速度のような物理量を可動電極と固定電極の間の静電容量によって検出する静電容量式センサが種々提案されている。
【０００３】
図４は従来の静電容量式センサ（加速度センサ）の一例を示す要部の平面図である（特許文献１参照）。この加速度センサは、櫛歯状に形成され、２次元直交座標系のｘ軸及びｙ軸とそれぞれ平行な対向面を有する固定電極（図示せず）と、同じく櫛歯状に形成され、２次元直交座標系のｘ軸及びｙ軸とそれぞれ平行で且つ固定電極の対向面に対向する対向面を有する可動電極３０と、可動電極３０を支持し且つ物理量（加速度）によって変位する環状のマス部３１と、ｘ軸方向、ｙ軸方向並びにｚ軸方向で撓み自在に形成され一端部でマス部３１と連結されてマス部３１の内側に配置される４つのビーム部３２と、マス部３１の内側に配置されてビーム部３２の他端部が連結される固定部３３とが半導体基板を加工して形成される。
【０００４】
而して、加速度が印加されるとマス部３１が変位して可動電極３０と固定電極の間のギャップが変化することから、固定電極と可動電極３０の間の静電容量も変化し、その容量変化を図示しない外部回路で測定することにより加速度の印加方向およびその大きさが検出できる。尚、このような構造の加速度センサは、一般にシリコンなどの半導体基板をエッチング等の半導体微細加工技術により加工することで形成される。
【特許文献１】特許第３３２７５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、静電容量式センサで物理量（上記従来例であれば、加速度）の検出感度を高くするには、物理量に対するマス部の変位量を大きくすればよい。上記従来例では４つのビーム部３２がそれぞれｘ軸およびｙ軸に対して略４５度だけ傾けて形成され、各ビーム部３２の間に櫛歯状の可動電極３０が配置された構成であるが、固定電極や可動電極３０の配置スペース等の関係でセンサ全体の寸法を大きくせずにマス部３１の変位量をさらに大きくするには限界があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、センサ全体の寸法を大きくしなくても物理量の検出感度を高めることが可能な静電容量式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】
【０００７】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、加速度や角速度のような物理量を可動電極と固定電極の間の静電容量によって検出する静電容量式センサであって、２次元直交座標系のｘ軸及びｙ軸とそれぞれ平行な対向面を有する固定電極と、２次元直交座標系のｘ軸及びｙ軸とそれぞれ平行で且つ固定電極の対向面に対向する対向面を有する可動電極と、可動電極を支持し且つ物理量によって変位する環状のマス部と、ｘ軸方向並びにｙ軸方向で撓み自在に形成され一端部でマス部と連結されてマス部の内側に配置される複数のビーム部と、マス部の内側に配置されてビーム部の他端部が連結される固定部とが半導体基板を加工して形成される静電容量式センサにおいて、ビーム部は、ｘ軸に平行な部分とｙ軸に平行な部分を有するとともに両部分の長さが略同一に形成されたことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、従来例に比較してセンサ全体の寸法を大きくせずにビーム部の長さ寸法を伸ばしてマス部の変位量を大きくすることができ、物理量の検出感度を高めることが可能となる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、ビーム部は、マス部及び固定部との各連結部位の近傍にて折り返し形状に形成されたことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ビーム部の長さ寸法をさらに伸ばして物理量の検出感度を一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来例に比較してセンサ全体の寸法を大きくせずにビーム部の長さ寸法を伸ばしてマス部の変位量を大きくすることができ、物理量の検出感度を高めることが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を静電容量式の半導体加速度センサに適用した実施形態について図面を参照して詳細に説明する。但し、本発明の静電容量式センサは加速度センサに限定されるものではなく、加速度以外にも角速度や圧力等の物理量を検出する静電容量式センサにも本発明の技術思想が適用可能であることはいうまでもない。
【００１３】
（実施形態１）
図１は本実施形態の静電容量式半導体加速度センサ（以下、単に「加速度センサ」という）１を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。フレーム部２は、図１（ａ）に示すように縦横の寸法がほぼ等しい略正方形の扁平な枠状に形成され、ガラスなどの絶縁体からなる台座９の表面（図１（ｂ）における上面）に接合されている。マス部３は大略正方形の扁平な形状に形成され、その四辺にはそれぞれ櫛歯状の可動電極５が形成されるとともに、その中央部に矩形の開口部３ａが設けられている。固定電極６も可動電極５と同様に櫛歯状に形成され、マス部３の各辺とフレーム部２との間に配置されて各可動電極５と互い違いに並んで対向している。尚、固定電極６は固定電極６よりも幅の太い電極支持部７によって支持されている。
【００１４】
マス部３の開口部３ａ内には、台座９の表面に一端部が接合された角柱状の固定部８が配設されている。またマス部３には、開口部３ａの四隅からｘ軸方向又はｙ軸方向に沿って外側に向かう鈎形の溝３ｂがそれぞれ設けられている。そして、これらの溝３ｂの外側の端部で４つのビーム部４の一端部がそれぞれマス部３と連結され、ビーム部４の他端部が固定部８に連結されている。各ビーム部４は溝３ｂよりも幅細の薄い帯状に形成され、固定部８の隣り合う２つの辺と略平行に開口部３ａ内に配置されるとともに一の溝３ｂ内に配置される。すなわち、ビーム部４は開口部３ａと溝３ｂに跨ってｘ軸（又はｙ軸）に平行な部分（第１の部分）４ａと、開口部３ａ内で固定部８の一辺、つまりｙ軸（又はｘ軸）に平行な部分（第２の部分）４ｂと、溝３ｂ内でｙ軸（又はｘ軸）に平行な部分（第３の部分）４ｃとが、ｘ軸に平行な部分（例えば、第１の部分４ａ）と、ｙ軸に平行な部分（例えば、第２の部分４ｂ及び第３の部分４ｃ）との長さがほぼ同一になるように形成されている。このように形成されたビーム部４は少なくとも厚み方向に撓み自在であり、フレーム部２の内側で４つのビーム部４によって支持されているマス部３が図１（ａ）におけるｘ軸方向並びにｙ軸方向に変位可能となっている。
【００１５】
而して本実施形態では、ビーム部４がｘ軸およびｙ軸とそれぞれ平行な部分４ａ〜４ｃを有しｘ軸に平行な部分とｙ軸に平行な部分の長さがほぼ同一となるように形成されているから、隣り合う２つのビーム部４の間に可動電極５を配設するスペースを設けることができ、ｘ軸およびｙ軸に対して４５度傾けてビーム部３２が形成されていた従来例に比較してセンサ全体の寸法を大きくせずにビーム部４の長さ寸法を伸ばしてマス部３の変位量を大きくすることができ、物理量（加速度）の検出感度を高めることが可能になる。
【００１６】
尚、図１に図示した構成ではフレーム部２の各辺とマス部３の各辺との間に固定電極６および可動電極５を配設しているが、図２に示すようにフレーム部２の内側の４つの角とマス部３の４つの角との間に固定電極６および可動電極５を配設する構成としても構わない。
【００１７】
（実施形態２）
図３は本実施形態の加速度センサ１の平面図を示している。但し、本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる構成についてのみ説明する。
【００１８】
本実施形態の加速度センサ１は、図３に示すようにビーム部４がマス部３及び固定部８との各連結部位の近傍にて折り返し形状に形成されている点に特徴がある。すなわち、実施形態１における第１〜第３の部分４ａ〜４ｃが３つ平行に並び、固定部８に連結される第１の部分４ａ1を除く残り２つの第１の部分４ａ2，４ａ3同士が略Ｕ形に連結されるとともに、マス部３に連結される第３の部分４ｃ3を除く残り２つの第３の部分４ａ1，４ａ2同士が略Ｕ形に連結されることにより、ビーム部４が折り返し形状に形成されている。
【００１９】
而して本実施形態によれば、実施形態１に比較して、加速度センサ１全体の寸法を大きくすることなくビーム部４の長さ寸法をさらに伸ばして物理量の検出感度を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図２】同上の他の構成を示す平面図である。
【図３】実施形態２の構成を示す平面図である。
【図４】従来例を示す要部の平面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  加速度センサ
３  マス部
４  ビーム部
４ａ  第１の部分
４ｂ  第２の部分
４ｃ  第３の部分
５  可動電極
６  固定電極
８  固定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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