(57)【要約】【課題】  重錘体の封止状態を維持したまま、検出に必要な配線を確保する。【解決手段】  シリコン基板２５０により、重錘体２１０、可撓部２２０、台座２３０を形成し、その上面にガラス基板１５０を接合し、下面にガラス基板３００を接合する。重錘体２１０が、密封空間内で加速度に応じて変位すると、変位電極Ｅ０も一緒に変位する。上部基板１５０の下面には、変位電極Ｅ０に対向する固定電極Ｅ１〜Ｅ５が形成され、上部基板１５０の上面には、各固定電極Ｅ１〜Ｅ５に対向する外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５が形成されている。変位電極Ｅ０と固定電極Ｅ１〜Ｅ５とにより容量素子が形成され、固定電極Ｅ１〜Ｅ５と外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５とにより別な容量素子が形成される。端子Ｔ０と端子Ｔ１〜Ｔ５との間の静電容量値を測定することにより、重錘体２１０の変位状態を検出し、作用した加速度の検出を行う。【選択図】  図６
2007046927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重錘体と、この重錘体を収容する収容体と、変位可能な態様で前記重錘体を前記収容体内に支持する支持手段と、外力に起因して前記重錘体が前記収容体に対して生じる変位を検出する変位検出手段と、を備え、前記変位検出手段の検出結果に基づいて、作用した加速度もしくは角速度を検出する機能をもったセンサにおいて、
前記変位検出手段が、前記重錘体に設けた変位電極と、前記収容体の内面の前記変位電極に対向する位置に設けた固定電極と、前記収容体の外面の前記固定電極に対向する位置に設けた外部電極と、前記変位電極と前記外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、を有することを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサにおいて、
複数ｎ枚の変位電極と、これら変位電極のそれぞれに対向するｎ枚の固定電極と、これら固定電極のそれぞれに対向するｎ枚の外部電極と、各変位電極とこれに対応する各外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、を有することを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項３】
重錘体と、この重錘体を収容する収容体と、変位可能な態様で前記重錘体を前記収容体内に支持する支持手段と、外力に起因して前記重錘体が前記収容体に対して生じる変位を検出する変位検出手段と、を備え、前記変位検出手段の検出結果に基づいて、作用した加速度もしくは角速度を検出する機能をもったセンサにおいて、
前記変位検出手段が、前記重錘体に設けた変位電極と、前記収容体の外面の前記変位電極に対向する位置に設けた外部電極と、前記変位電極と前記外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、を有することを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサにおいて、
複数ｎ枚の変位電極と、これら変位電極のそれぞれに対向するｎ枚の外部電極と、各変位電極とこれに対応する各外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、を有することを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項５】
重錘体と、この重錘体を収容する収容体と、変位可能な態様で前記重錘体を前記収容体内に支持する支持手段と、外力に起因して前記重錘体が前記収容体に対して生じる変位を検出する変位検出手段と、を備え、前記変位検出手段の検出結果に基づいて、作用した加速度もしくは角速度を検出する機能をもったセンサにおいて、
前記変位検出手段が、前記重錘体に設けた変位電極と、前記収容体の内面の前記変位電極に対向する位置に設けた固定電極と、前記収容体の内面の前記固定電極とは異なる位置に設けた補助電極と、前記固定電極と前記補助電極とを電気的に接続する配線部と、前記収容体の外面の前記補助電極に対向する位置に設けた外部電極と、前記変位電極と前記外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、を有することを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサにおいて、
複数ｎ枚の変位電極と、これら変位電極のそれぞれに対向するｎ枚の固定電極と、これら固定電極のそれぞれに接続されたｎ枚の補助電極と、これら補助電極のそれぞれに対向するｎ枚の外部電極と、各変位電極とこれに対応する各外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、を有することを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項７】
請求項２，４，６のいずれかに記載のセンサにおいて、
ｎ枚の変位電極が、物理的に単一の共通変位電極によって構成されていることを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項８】
請求項７に記載のセンサにおいて、
重錘体を導電性材料によって構成し、この重錘体の表面の一部によって共通変位電極を構成したことを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項９】
請求項７または８に記載のセンサにおいて、
重錘体、支持手段、収容体からなる構造体の少なくとも一部分を物理的に連続した導電性材料により構成し、共通変位電極と収容体の少なくとも一部分との間に導電路が形成されるようにしたことを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載のセンサにおいて、
収容体の外面の所定位置であって、共通変位電極の等電位面に対して絶縁層を介して対向する位置に共通外部電極を設け、
検出回路が、前記共通外部電極と各外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出することを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項１１】
請求項２，４，６のいずれかに記載のセンサにおいて、
特定の外部電極とこれに対応する変位電極との間に、重錘体の物理的な共振周波数に合致する周波数をもった励振用交流信号を供給する励振手段を有し、
変位検出手段が、前記重錘体が前記励振用交流信号の供給によって振動している状態において、前記重錘体に外力として作用するコリオリ力に起因して生じる変位を検出することにより、角速度の検出を行うことを特徴とする角速度センサ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のセンサにおいて、
収容体が密閉構造をもち、内部が真空に維持されていることを特徴とする角速度センサ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のセンサにおいて、
上方基板、中間基板、下方基板を積層した三層構造体を有し、
前記中間基板によって、重錘体と、この重錘体の周囲に接合され可撓性を有する可撓部と、この可撓部の周囲に接合された台座部と、が形成されており、前記重錘体の側面と前記台座部の内面との間には空隙部が形成されており、
前記上方基板の下面は、前記台座部の上面に接合されており、前記重錘体の上面と前記上方基板の下面との間には空隙部が形成されており、
前記重錘体の上面に変位電極が形成されており、前記上方基板の上面に外部電極が形成されており、
前記下方基板の上面は、前記台座部の下面に接合されており、前記重錘体の下面と前記下方基板の上面との間には空隙部が形成されており、
前記上方基板、前記台座部、前記下方基板によって、収容体が構成されており、前記可撓部によって支持手段が構成されていることを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のセンサにおいて、
中間基板が導電性材料によって構成され、変位電極に対する検出回路の配線が、台座部を介して行われていることを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載のセンサにおいて、
上方基板の上面に、肉厚の小さな肉薄部を形成するための溝が掘られており、外部電極が、前記溝の底面に形成されていることを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のセンサにおいて、
外部電極が形成されている溝内に、補強材を充填したことを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載のセンサにおいて、
検出回路が、変位電極と外部電極との間の静電容量を検出するために、
一方の電極に対して、重錘体の物理的な共振周波数に合致しない周波数をもった検出用交流信号を供給する交流電源と、
他方の電極に発生する交流信号の振幅成分を検出する検波回路と、
を有することを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれかに記載のセンサにおいて、
検出回路が、変位電極と外部電極との間の静電容量を検出するために、
一方の電極の電位を固定する電位固定手段と、
他方の電極に、抵抗素子を介して、重錘体の物理的な共振周波数に合致しない周波数をもった検出用交流信号を供給する交流電源と、
前記他方の電極に発生する交流信号の位相を検出する位相検出手段と、
を有することを特徴とする加速度・角速度センサ。
【請求項１９】
請求項１３に記載のセンサを製造する方法であって、
シリコン基板の所定箇所に表裏貫通した貫通孔を形成する段階と、
前記シリコン基板の下面に絶縁性基板を接合する段階と、
所定の厚みが得られるまで、前記絶縁性基板の下面を研磨する段階と、
前記シリコン基板の上面に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜の上面および前記貫通孔により形成された溝部に導電層を形成する段階と、
前記導電層をパターニングして、前記溝部の底部に位置する外部電極と、この外部電極に対する配線を形成する段階と、
を行うことより、前記シリコン基板と前記絶縁性基板との二層構造をもち、外部電極が形成された上方基板を製造することを特徴とする加速度・角速度センサの製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載のセンサの製造方法において、
導電層に対するパターニングを行った後に、溝部に補強材を充填する段階を更に有することを特徴とする加速度・角速度センサの製造方法。
【請求項２１】
請求項１９または２０に記載のセンサの製造方法において、
シリコン基板に貫通孔を形成する段階を異方性エッチングにより行い、上方が広がるようなテーパ状の貫通孔が形成されるようにし、
絶縁性基板としてガラス基板を用意し、シリコン基板とガラス基板との接合を陽極接合により行い、
シリコン基板の上面に絶縁膜を形成する段階を、シリコン表面を酸化することにより酸化シリコンからなる絶縁膜を形成することにより行うことを特徴とする加速度・角速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度・角速度センサおよびその製造方法に関し、特に、加速度や角速度を容量素子を用いて検出するタイプのセンサにおける配線を簡略化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で単純な構造を有する加速度センサあるいは角速度センサ（いわゆる慣性センサ）として、静電容量素子を利用したタイプのセンサが実用化されている。これらのタイプのセンサでは、通常、所定の自由度をもって変位可能となるように支持された重錘体を用意し、この重錘体に対して作用する加速度や角速度を、重錘体の変位として検出する機能を有している。変位の検出は、容量素子の静電容量値に基づいて行われる。
【０００３】
たとえば、下記の特許文献１〜３には、重錘体側に形成された変位電極と、この重錘体を収容する収容体側に形成された固定電極とによって容量素子を構成し、この容量素子の静電容量値の変化に基づいて、重錘体の変位を検出し、作用した加速度を電気的に検出することができる加速度センサが開示されている。複数の容量素子を工夫して配置することにより、ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向の変位が独立して検出可能になるため、比較的単純な構成にもかかわらず、多次元加速度センサを実現することが可能になる。
【０００４】
また、下記の特許文献４には、ほぼ同様の構造体を用いて角速度を検出するセンサが開示されている。角速度の検出は、所定の容量素子に交流信号を供給して、クーロン力により重錘体を運動させ、この運動中の重錘体に対して角速度が作用することにより生じるコリオリ力を、所定の容量素子の静電容量の変化として検出することにより行われる。やはり複数の容量素子を工夫して配置することにより、重錘体に、単振動、円運動、歳差運動など、所定の軌道に沿ったくり返し運動を行わせることができ、かつ、ＸＹＺ三次元座標系における所望の座標軸方向の変位が独立して検出可能になるため、比較的単純な構成にもかかわらず、複数の座標軸まわりの角速度を検出可能な多次元角速度センサを実現することが可能になる。更に、下記の特許文献５には、量産効果の高いセンサとして、２枚の絶縁性基板の間に導電性基板を挟んだ三層構造の加速度・角速度センサが開示されている。
【特許文献１】特開平４−２９９２２７号公報
【特許文献２】特開平５−２６７５４号公報
【特許文献３】特開平５−２１５６２７号公報
【特許文献４】特開平１０−２２７６４４号公報
【特許文献５】特開２００４−１４４５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、静電容量素子を利用した加速度センサや角速度センサは、比較的単純な構成にもかかわらず、多次元成分の加速度や角速度を検出することができる特徴を有しており、半導体基板などを材料に用いることにより、量産化が行われている。しかしながら、容量素子を利用して力の検出や重錘体の駆動が行われるため、容量素子の静電容量値を外部へ電気信号として取り出したり、容量素子に駆動信号を供給するための配線が不可欠になる。このような容量素子に対して配線を行うためには、重錘体を収容している室内の壁部に配線挿通用の貫通孔もしくは隙間を形成しなければならない。
【０００６】
一方、重錘体を収容した室内は、できるだけ真空に維持しておくのが好ましい。これは、内部に空気が存在すると、重錘体の動きに影響を及ぼす可能性があるためである。特に、角速度センサの場合は、測定時に重錘体を振動させる必要があるが、大気中では、空気の粘性によるダンピング効果の影響を受け、重錘体を安定して振動させることが困難になるので、実用上、重錘体を真空の雰囲気中に収容せざるを得ない。ところが、収容体の壁部に、容量素子に対する配線用の貫通孔もしくは隙間を形成すると、内部を真空に維持することが困難になってくる。これは、配線用の貫通孔もしくは隙間に対する封止が不完全になりやすく、空気漏れが生じやすくなるためである。
【０００７】
たとえば、前掲の特許文献５に開示されているように、２枚の絶縁性基板の間に導電性基板を挟んだ三層構造のセンサは、半導体製造プロセスを利用した量産が可能になり、コストダウンを図ることができるメリットがあるが、外部への物理的な配線を行うためには、ガラス基板に貫通孔を開けて配線を通す必要がある。このような配線のための貫通孔を設けると、そこから空気漏れが生じやすくなる。
【０００８】
そこで本発明は、重錘体を収容した室内の封止状態を維持しつつ、この重錘体の変位検出や駆動に必要な容量素子に対する配線を確保することが可能な加速度・角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】
【０００９】
(1)   本発明の第１の態様は、重錘体と、この重錘体を収容する収容体と、変位可能な態様で重錘体を収容体内に支持する支持手段と、外力に起因して重錘体が収容体に対して生じる変位を検出する変位検出手段と、を備え、変位検出手段の検出結果に基づいて、作用した加速度もしくは角速度を検出する機能をもった加速度・角速度センサにおいて、
変位検出手段を、重錘体に設けた変位電極と、収容体の内面の変位電極に対向する位置に設けた固定電極と、収容体の外面の固定電極に対向する位置に設けた外部電極と、変位電極と外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、によって構成するようにしたものである。
【００１０】
(2)   本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
複数ｎ枚の変位電極と、これら変位電極のそれぞれに対向するｎ枚の固定電極と、これら固定電極のそれぞれに対向するｎ枚の外部電極と、各変位電極とこれに対応する各外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、を設けるようにしたものである。
【００１１】
(3)   本発明の第３の態様は、重錘体と、この重錘体を収容する収容体と、変位可能な態様で重錘体を収容体内に支持する支持手段と、外力に起因して重錘体が収容体に対して生じる変位を検出する変位検出手段と、を備え、変位検出手段の検出結果に基づいて、作用した加速度もしくは角速度を検出する機能をもった加速度・角速度センサにおいて、
変位検出手段を、重錘体に設けた変位電極と、収容体の外面の変位電極に対向する位置に設けた外部電極と、変位電極と外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、によって構成するようにしたものである。
【００１２】
(4)   本発明の第４の態様は、上述の第３の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
複数ｎ枚の変位電極と、これら変位電極のそれぞれに対向するｎ枚の外部電極と、各変位電極とこれに対応する各外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、を設けるようにしたものである。
【００１３】
(5)   本発明の第５の態様は、重錘体と、この重錘体を収容する収容体と、変位可能な態様で重錘体を収容体内に支持する支持手段と、外力に起因して重錘体が収容体に対して生じる変位を検出する変位検出手段と、を備え、変位検出手段の検出結果に基づいて、作用した加速度もしくは角速度を検出する機能をもった加速度・角速度センサにおいて、
変位検出手段を、重錘体に設けた変位電極と、収容体の内面の変位電極に対向する位置に設けた固定電極と、収容体の内面の固定電極とは異なる位置に設けた補助電極と、固定電極と補助電極とを電気的に接続する配線部と、収容体の外面の補助電極に対向する位置に設けた外部電極と、変位電極と外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、によって構成するようにしたものである。
【００１４】
(6)   本発明の第６の態様は、上述の第５の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
複数ｎ枚の変位電極と、これら変位電極のそれぞれに対向するｎ枚の固定電極と、これら固定電極のそれぞれに接続されたｎ枚の補助電極と、これら補助電極のそれぞれに対向するｎ枚の外部電極と、各変位電極とこれに対応する各外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、を設けるようにしたものである。
【００１５】
(7)   本発明の第７の態様は、上述の第２、第４、第６の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
ｎ枚の変位電極を、物理的に単一の共通変位電極によって構成したものである。
【００１６】
(8)   本発明の第８の態様は、上述の第７の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
重錘体を導電性材料によって構成し、この重錘体の表面の一部によって共通変位電極を構成したものである。
【００１７】
(9)   本発明の第７の態様は、上述の第７または第８の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
重錘体、支持手段、収容体からなる構造体の少なくとも一部分を物理的に連続した導電性材料により構成し、共通変位電極と収容体の少なくとも一部分との間に導電路が形成されるようにしたものである。
【００１８】
(10)  本発明の第１０の態様は、上述の第９の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
収容体の外面の所定位置であって、共通変位電極の等電位面に対して絶縁層を介して対向する位置に共通外部電極を設け、
検出回路が、共通外部電極と各外部電極との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出するようにしたものである。
【００１９】
(11)  本発明の第１１の態様は、上述の第２、第４、第６の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
特定の外部電極とこれに対応する変位電極との間に、重錘体の物理的な共振周波数に合致する周波数をもった励振用交流信号を供給する励振手段を有し、
変位検出手段が、重錘体が励振用交流信号の供給によって振動している状態において、重錘体に外力として作用するコリオリ力に起因して生じる変位を検出することにより、角速度の検出を行うようにしたものである。
【００２０】
(12)  本発明の第１２の態様は、上述の第１〜第１１の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
収容体が密閉構造をもち、内部が真空に維持されているようにしたものである。
【００２１】
(13)  本発明の第１３の態様は、上述の第１〜第１２の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
上方基板、中間基板、下方基板を積層した三層構造体を有し、
中間基板によって、重錘体と、この重錘体の周囲に接合され可撓性を有する可撓部と、この可撓部の周囲に接合された台座部と、が形成されており、重錘体の側面と台座部の内面との間には空隙部が形成されており、
上方基板の下面は、台座部の上面に接合されており、重錘体の上面と上方基板の下面との間には空隙部が形成されており、
重錘体の上面に変位電極が形成されており、上方基板の上面に外部電極が形成されており、
下方基板の上面は、台座部の下面に接合されており、重錘体の下面と下方基板の上面との間には空隙部が形成されており、
上方基板、台座部、下方基板によって、収容体が構成されており、可撓部によって支持手段が構成されているようにしたものである。
【００２２】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述の第１３の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
中間基板を導電性材料によって構成し、変位電極に対する検出回路の配線を、台座部を介して行うようにしたものである。
【００２３】
(15)  本発明の第１５の態様は、上述の第１３または第１４の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
上方基板の上面に、肉厚の小さな肉薄部を形成するための溝を掘り、外部電極を、この溝の底面に形成するようにしたものである。
【００２４】
(16)  本発明の第１６の態様は、上述の第１５の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
外部電極が形成されている溝内に、補強材を充填するようにしたものである。
【００２５】
(17)  本発明の第１７の態様は、上述の第１〜第１６の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
変位電極と外部電極との間の静電容量を検出するために、
一方の電極に対して、重錘体の物理的な共振周波数に合致しない周波数をもった検出用交流信号を供給する交流電源と、
他方の電極に発生する交流信号の振幅成分を検出する検波回路と、
を検出回路に設けるようにしたものである。
【００２６】
(18)  本発明の第１８の態様は、上述の第１〜第１６の態様に係る加速度・角速度センサにおいて、
変位電極と外部電極との間の静電容量を検出するために、
一方の電極の電位を固定する電位固定手段と、
他方の電極に、抵抗素子を介して、重錘体の物理的な共振周波数に合致しない周波数をもった検出用交流信号を供給する交流電源と、
他方の電極に発生する交流信号の位相を検出する位相検出手段と、
を検出回路に設けるようにしたものである。
【００２７】
(19)  本発明の第１９の態様は、上述の第１３の態様に係る加速度・角速度センサを製造する製造方法において、
シリコン基板の所定箇所に表裏貫通した貫通孔を形成する段階と、
シリコン基板の下面に絶縁性基板を接合する段階と、
所定の厚みが得られるまで、絶縁性基板の下面を研磨する段階と、
シリコン基板の上面に絶縁膜を形成する段階と、
絶縁膜の上面および貫通孔により形成された溝部に導電層を形成する段階と、
導電層をパターニングして、溝部の底部に位置する外部電極と、この外部電極に対する配線を形成する段階と、
を行うことより、シリコン基板と絶縁性基板との二層構造をもち、外部電極が形成された上方基板を製造するようにしたものである。
【００２８】
(20)  本発明の第２０の態様は、上述の第１９の態様に係る加速度・角速度センサの製造方法において、
導電層に対するパターニングを行った後に、溝部に補強材を充填する段階を更に行うようにしたものである。
【００２９】
(21)  本発明の第２１の態様は、上述の第１９または第２０の態様に係る加速度・角速度センサの製造方法において、
シリコン基板に貫通孔を形成する段階を異方性エッチングにより行い、上方が広がるようなテーパ状の貫通孔が形成されるようにし、
絶縁性基板としてガラス基板を用意し、シリコン基板とガラス基板との接合を陽極接合により行い、
シリコン基板の上面に絶縁膜を形成する段階を、シリコン表面を酸化することにより酸化シリコンからなる絶縁膜を形成することにより行うようにしたものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る加速度・角速度センサでは、収容体の外部に形成した外部電極の容量結合を利用して、重錘体の変位検出や重錘体の駆動を行うための信号をやりとりするようにしたため、重錘体の封止状態を維持したまま、検出に必要な配線を確保することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００３２】
＜＜＜  §１．従来型加速度センサ  ＞＞＞
本発明は、容量素子を用いた従来型の加速度センサもしくは角速度センサについて、信号の入出力を行うための工夫に関するものである。そこで、ここでは、容量素子を用いた一般的な従来型加速度センサの構造および動作を簡単に説明する。
【００３３】
図１は、従来型加速度センサの構造の一例を示す側断面図である。図示の加速度センサは、上方基板１００、中間基板２００、下方基板３００なる３枚の基板を積層した構造を有する。各基板はいずれも絶縁性材料からなる。上方基板１００および下方基板３００は、いずれも単なる平板状の基板であるが、中間基板２００は、図示のとおり、重錘体２１０、可撓部２２０、台座部２３０の３つの部分から構成されている。可撓部２２０は、図示のとおり肉厚が薄いために可撓性を有している部分であり、重錘体２１０の周囲に接合されている。この可撓部２２０の周囲は、台座部２３０に接合されている。台座部２３０は、可撓部２２０の周囲を取り囲む外壁をなす構造体であり、台座部２３０の上面に上方基板１００が接合され、台座部２３０の下面に下方基板３００が接合されている。
【００３４】
重錘体２１０の上面と上方基板１００の下面との間には、空隙部Ｓ１が形成されており、重錘体２１０の側面と台座部２３０の内面との間には、空隙部Ｓ２が形成されており、重錘体２１０の底面と下方基板３００の上面との間には、空隙部Ｓ３が形成されている。また、台座部２３０、上方基板１００、下方基板３００は、内部に重錘体２１０を収容する収容体を構成している。結局、重錘体２１０は、この収容体の内部において、所定の自由度をもって変位可能な態様で支持された状態となっている。可撓部２２０は、重錘体２１０を変位可能な態様で支持するための支持手段として機能する。すなわち、重錘体２１０は、可撓部２２０が撓みを生じることにより、収容体の内部で変位する。
【００３５】
ここでは、説明の便宜上、図示のとおり、重錘体２１０の重心Ｇの位置にＸＹＺ三次元座標系の原点をとり、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＺ軸、紙面に対して垂直な方向にＹ軸を定義する。図１の側断面図は、このセンサをＸＺ平面に沿って切った断面に相当し、上方基板１００および下方基板３００は、その上面および下面が、ＸＹ平面に平行な基板ということになる。
【００３６】
この加速度センサの基本原理は、加速度に起因する外力の作用により、重錘体２１０が収容体内部で変位した場合に、この変位を容量素子の静電容量値の変化として検出する、というものである。そのために、図１に示すとおり、上方基板１００の下面に形成された固定電極Ｅ１〜Ｅ５と、重錘体２１０の上面に形成された変位電極Ｅ６〜Ｅ１０と、によって合計５組の容量素子が形成されている（図１には、ＸＺ平面上に位置する電極のみしか現れていない）。
【００３７】
図２は、図１に示すセンサの上方基板１００の下面図である。図示のとおり、この上方基板１００の下面には、５枚の固定電極Ｅ１〜Ｅ５が形成されている。これら固定電極Ｅ１〜Ｅ５は、重錘体２１０の変位による影響を受けず、収容体の内面に固定された状態となっている。一方、図３は、図１に示すセンサの中間基板２００の上面図である。図示のとおり、破線で示した重錘体２１０の上面には、５枚の変位電極Ｅ６〜Ｅ１０が形成されている。これら変位電極Ｅ６〜Ｅ１０は、重錘体２１０とともに変位することになる。ここで、各固定電極Ｅ１〜Ｅ５と各変位電極Ｅ６〜Ｅ１０とは、それぞれ対向する位置に配置されており、各対向電極は互いに形状および大きさが等しくなっている。また、電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ６，Ｅ７はＸＺ平面に関して対称であり、電極Ｅ３，Ｅ４，Ｅ８，Ｅ９はＹＺ平面に関して対称であり、電極Ｅ５，Ｅ１０は、ＸＺ平面およびＹＺ平面の双方に関して対称となっている。
【００３８】
ここでは、対向電極Ｅ１，Ｅ６により形成される容量素子をＣ１と呼び、対向電極Ｅ２，Ｅ７により形成される容量素子をＣ２と呼び、対向電極Ｅ３，Ｅ８により形成される容量素子をＣ３と呼び、対向電極Ｅ４，Ｅ９により形成される容量素子をＣ４と呼び、対向電極Ｅ５，Ｅ１０により形成される容量素子をＣ５と呼ぶことにする。容量素子Ｃ１はＸ軸正の領域上に配置され、容量素子Ｃ２はＸ軸負の領域上に配置され、容量素子Ｃ３はＹ軸正の領域上に配置され、容量素子Ｃ４はＹ軸負の領域上に配置され、容量素子Ｃ５はＺ軸上に配置されている。
【００３９】
このような容量素子を用いた加速度センサの動作は、前掲の各特許文献などに詳述されているので、ここでは、簡単な動作原理のみを説明しておく。図１において、加速度に起因して重心ＧにＸ軸正方向の力が作用すると、可撓部２２０の撓みにより、重錘体２１０は図の右方向へと変位する。その結果、容量素子Ｃ１の電極間距離は狭くなり、容量素子Ｃ２の電極間距離は広くなるので、両容量素子の静電容量値の差を検出することにより、作用した加速度のＸ軸方向成分を求めることができる。加速度の方向が逆転すると、静電容量値の差の符号が逆転することになる。同様に、作用した加速度のＹ軸方向成分は、容量素子Ｃ３の静電容量値と容量素子Ｃ４の静電容量値との差として検出することができる。
【００４０】
また、Ｚ軸方向の加速度が作用した場合、重錘体２１０には、図の上下方向への力が加わることになり、重錘体２１０は、図の上下方向に変位する。このため、容量素子Ｃ５の電極間隔が変動することになる。したがって、作用した加速度のＺ軸方向成分は、容量素子Ｃ５の静電容量値の増減により検出することができる。
【００４１】
以上、この従来型の加速度センサによる加速度の検出原理を簡単に説明したが、このようなセンサでは、容量素子を利用して重錘体２１０の変位検出を行うため、各容量素子の静電容量値を外部へ電気信号として取り出すための配線が不可欠になる。図４は、この配線を施した従来型の加速度センサの側断面図である。この図４に示すセンサは、配線の便宜を考慮して、図１に示すセンサとは、若干、構造が異なっている。
【００４２】
すなわち、この図４に示すセンサでは、重錘体２１０の上面に、図１に示すセンサにおける変位電極Ｅ６〜Ｅ１０の代わりに、物理的に単一の共通変位電極Ｅ０が形成されている。また、重錘体２１０、可撓部２２０、台座部２３０は、導電性材料によって構成されている。そこで、図１に示すセンサにおける絶縁材料からなる中間基板２００と区別する上で、図４に示すセンサの中間基板は、中間基板２５０と呼ぶことにする。図５は、この中間基板２５０の上面図であり、重錘体２１０の上面に形成された共通変位電極Ｅ０の形状が明瞭に示されている。
【００４３】
図５に示す共通変位電極Ｅ０は、図３に示す５枚の変位電極Ｅ６〜Ｅ１０の代用として機能する。上方基板１００の下面に形成された固定電極Ｅ１〜Ｅ５はそれぞれ物理的に独立した個別の電極となっているので、これらに対向する変位電極側は、図５に示すように、物理的に単一の共通変位電極Ｅ０としても、センサの動作上、何ら問題は生じない。
【００４４】
このように、変位電極側を共通変位電極Ｅ０によって構成すれば、重錘体２１０の上面を絶縁性材料にする必然性はなくなるので、中間基板を導電性材料からなる中間基板２５０によって構成することができる。しかも、中間基板２５０が導電性材料であれば、中間基板２５０全体が共通変位電極Ｅ０と等電位となるため、共通変位電極Ｅ０に対する外部への配線は極めて簡単になる。すなわち、中間基板２５０のいずれかの箇所に対して外部配線を行えば、共通変位電極Ｅ０に対する配線が完了する。図４には、接続端子Ｔ０を台座部２３０の外面に接続した状態が示されている。一般的には、この接続端子Ｔ０を接地して用いるようにすればよい。
【００４５】
これに対して、上方基板１００の下面に形成された５枚の固定電極Ｅ１〜Ｅ５に対しては、それぞれ個別の配線を行う必要がある。図４には、３枚の固定電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ５に対する配線を行うために、上方基板１００に貫通孔を形成し、この貫通孔内に配線部Ｌ１，Ｌ２，Ｌ５を挿通して、固定電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ５を外部の接続端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ５へと電気的に接続した例が示されている。
【００４６】
しかしながら、このような方法で各容量素子への配線を行うと、収容体内部の密封状態が不完全になりやすいという問題があることは、既に述べたとおりである。たとえば、図示の例の場合、配線部Ｌ１，Ｌ２，Ｌ５を挿通するための貫通孔を通して、空気漏れが生じやすくなる。このように、収容体内部の電極について、外部への配線を行う以上、配線部分の封止が不完全になる問題は避けられない。
【００４７】
その一方で、重錘体２１０を収容した室内は、できるだけ真空に維持しておくのが好ましい点は、既に述べたとおりである。図４に示す例の場合、空隙部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に空気が存在すると、重錘体の動きが、空気の粘性によるダンピング効果の影響を受けることになり好ましくない。ここに示す例は、加速度センサの例であるが、角速度センサの場合は、測定時に重錘体を振動させる必要があるので、重錘体を真空の雰囲気中に収容することは、実用上、不可欠である。ところが、外部への配線構造により、収容体の密閉状態が不十分であると、内部を真空に維持することは困難である。
【００４８】
本発明は、従来型センサのこのような問題を解決するための新規な工夫を提案するものであり、重錘体を収容した室内の封止状態を維持しつつ、この重錘体の変位検出に必要な信号用の配線を確保することを可能にするものである。
【００４９】
＜＜＜  §２．本発明の基本的実施形態  ＞＞＞
図６に本発明の基本的実施形態に係る加速度センサの側断面図を示す。この図６に示す加速度センサは、図４に示す従来型センサの上方基板１００を、上方基板１５０に取り替えたものであり、中間基板２５０および下方基板３００の部分については、図４に示すセンサと全く同一である。また、上方基板１５０の下面図は、図２に示す上方基板１００の下面図と全く同一であり、５枚の固定電極Ｅ１〜Ｅ５が形成されている。
【００５０】
図４に示す上方基板１００と比較すると、図６に示す上方基板１５０は、次の２つの特徴を有している。第１の特徴は、この上方基板１５０は、周囲部分の肉厚部１５１と、この肉厚部１５１に囲まれた肉薄部１５２とによって構成されており、この厚みの相違により段差が生じ、肉薄部１５２の上方に溝部Ｈ１が形成されている点である。そして、第２の特徴は、この溝部Ｈ１の底面（すなわち、肉薄部１５２の上面）に、５枚の外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５が形成されている点である。
【００５１】
これらの特徴は、図７に示す上方基板１５０の上面図に明瞭に示されている。この図７に示されている外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５の平面図を、図２に示されている固定電極Ｅ１〜Ｅ５と比べてみれば、同一形状、同一サイズの電極が、肉薄部１５２を挟んで対向していることがわかる。すなわち、固定電極Ｅ１の上方には、形状およびサイズが同一の外部電極ＥＥ１が対向しており、固定電極Ｅ２の上方には、形状およびサイズが同一の外部電極ＥＥ２が対向しており、…、以下同様である。ここでは、対向電極Ｅ１，ＥＥ１により形成される容量素子をＣＣ１と呼び、対向電極Ｅ２，ＥＥ２により形成される容量素子をＣＣ２と呼び、対向電極Ｅ３，ＥＥ３により形成される容量素子をＣＣ３と呼び、対向電極Ｅ４，ＥＥ４により形成される容量素子をＣＣ４と呼び、対向電極Ｅ５，ＥＥ５により形成される容量素子をＣＣ５と呼ぶことにする。
【００５２】
図６に示すように、上方基板１５０の上面に形成された５枚の外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５は、接続端子Ｔ１〜Ｔ５に接続される。５枚の外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５は、このセンサの収容体（上方基板１５０、台座部２３０、下方基板３００によって構成され、重錘体２１０を収容する室内を形成する構造体）の外面に形成されているので、外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５と接続端子Ｔ１〜Ｔ５とを接続する配線を設けても、収容体の密封状態に何ら支障が生じることはない。前述したとおり、中間基板２５０は導電性材料から構成されているので、接続端子Ｔ０からの配線を、図示のとおり台座部２３０の外面に接続すれば、共通変位電極Ｅ０と接続端子Ｔ０との間の配線も支障なく確保することができる。
【００５３】
このように、この図６に示すセンサでは、収容体の内部に存在する共通変位電極Ｅ０および固定電極Ｅ１〜Ｅ５に対しては、外部へ向けての物理的な配線が一切行われていない。このように、収容体の内部と外部とを繋ぐ配線を一切排除した構成は、収容体の密閉性を高める上で効果的である。実際、中間基板２５０をシリコン基板によって構成し、上方基板１５０および下方基板３００をガラス基板によって構成し、台座部２３０の上面と上方基板１５０の下面との接合および台座部２３０の下面と下方基板３００の上面との接合を、陽極接合（Anodic Bonding）の方法を用いて行えば、収容体の内部を完全な密閉空間とすることが可能である。この陽極接合を真空チャンバ内で行えば、収容体の内部を真空に維持することが可能になり、重錘体２１０を真空雰囲気中に閉じこめることができる。
【００５４】
もちろん、この図６に示すセンサにおける加速度検出の基本原理は、図４に示すセンサの原理と同じであり、共通変位電極Ｅ０と固定電極Ｅ１〜Ｅ５とによって構成される５組の容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量の変化を電気信号として検出する、というものである。ただ、この図６に示すセンサの場合、容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量値それ自体を直接測定する代わりに、外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５を形成することにより新たに生じた容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５の静電容量を加味した値を測定することになる。容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量は、重錘体２１０の変位によって変動するので、ここでは、これらを可変容量素子と呼ぶことにする。これに対して、容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５の静電容量は重錘体２１０の変位にかかわらず一定である。ここでは、これらを補助容量素子と呼ぶことにする。
【００５５】
図８(a) は、図６に示す加速度センサの動作を説明するために、各電極の部分を抽出して示した部分側断面図である。なお、この図は、センサをＸＺ平面で切断した断面を示しているため、固定電極Ｅ３，Ｅ４および外部電極ＥＥ３，ＥＥ４は、図に現れていない。図示のとおり、共通変位電極Ｅ０の上方に対向するように、５枚の固定電極Ｅ１〜Ｅ５が配置されており、これらの上方にそれぞれ対向するように、５枚の外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５が配置されている。収容体内部を真空にした場合、共通変位電極Ｅ０と固定電極Ｅ１〜Ｅ５との間の空間は真空に維持されているが、固定電極Ｅ１〜Ｅ５と外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５との間には、肉薄部１５２が介在している。
【００５６】
図８(b) は、図８(a) の等価回路図である。固定電極Ｅ１〜Ｅ５が、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５についての上方電極としての機能と、補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５についての下方電極としての機能と、を有していると考えれば、図示のとおり、接続端子Ｔ０と接続端子Ｔ１〜Ｔ５との間には、それぞれ可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５と補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５とが直列接続された形になっている。したがって、接続端子Ｔ０と各接続端子Ｔ１〜Ｔ５との間の静電容量値は、２つの容量素子を直列接続したときの静電容量値ということになる。たとえば、容量素子Ｃ１の静電容量値を同じ記号Ｃ１で表し、容量素子ＣＣ１の静電容量値を同じ記号ＣＣ１で表したとすれば、接続端子Ｔ０／Ｔ１間の静電容量値は、１／（１／Ｃ１＋１／ＣＣ１）で与えられる。ここで、補助容量素子ＣＣ１の静電容量値は常に一定であるから、接続端子Ｔ０／Ｔ１間の静電容量値の変動は、可変容量素子Ｃ１の静電容量値の変動を示すことになる。
【００５７】
結局、図６に示す加速度センサにおいても、§１で述べた従来型センサと同様の手法で、作用した加速度のＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向成分を検出することが可能である。たとえば、Ｘ軸方向成分は、接続端子Ｔ０／Ｔ１間の静電容量値と、接続端子Ｔ０／Ｔ２間の静電容量値と、の差として求めることができる。図８(b) において、可変容量素子Ｃ１とＣ２の矢印を逆向きにしたのは、このような差動検出が行われることを示すためである。同様に、Ｙ軸方向成分は、図８には示されていないが、接続端子Ｔ０／Ｔ３間の静電容量値と、接続端子Ｔ０／Ｔ４間の静電容量値と、の差として求めることができる。また、Ｚ軸方向成分は、接続端子Ｔ０／Ｔ５間の静電容量値の増減により（基準の値より増えたか、減ったかにより）求めることができる。
【００５８】
もちろん、図６に示す加速度センサは、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明に係るセンサは、このような構造に限定されるものではない。また、§７で詳述するとおり、本発明は加速度センサに限定されるものではなく、角速度センサにも適用することが可能である。要するに本発明は、重錘体２１０と、この重錘体２１０を収容する収容体（図６の例の場合、上方基板１５０、台座部２３０、下方基板３００）と、重錘体を収容体内に変位可能な態様で支持する支持手段（図６の例の場合、可撓部２２０）と、外力に起因して重錘体が収容体に対して生じる変位を検出する変位検出手段（図６の例の場合、各電極および後述する検出回路）と、を備え、この変位検出手段の検出結果に基づいて、作用した加速度もしくは角速度を検出する機能をもったセンサに広く適用可能である。
【００５９】
ここで述べる基本的実施形態の要点は、変位検出手段を構成する電極として、重錘体２１０に設けた共通変位電極Ｅ０（図３に示す例のように、個別の変位電極Ｅ６〜Ｅ１０を設けてもよい）、収容体の内面の共通変位電極Ｅ０に対向する位置に設けた固定電極Ｅ１〜Ｅ５、収容体の外面の各固定電極Ｅ１〜Ｅ５に対向する位置に設けた外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５を用い、共通変位電極Ｅ０と各外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５との間の静電容量に基づいて加速度もしくは角速度を検出する、という点にある。
【００６０】
このような構成をとることにより、本発明に係るセンサでは、収容体の内部と外部とを繋ぐ配線を一切排除することができるようになり、収容体の密閉性を高めることが可能になる。別言すれば、重錘体の封止状態を維持したまま、検出に必要な配線を確保することが可能になる。
【００６１】
＜＜＜  §３．本発明に用いる検出回路  ＞＞＞
前述した§２では、図６に示す加速度センサの構造および動作原理を説明した。この図６に示す加速度センサは、実は、センサ本体部というべき構造体であり、実際に加速度を検出するには、この構造体に、更に専用の検出回路を接続して用いる必要がある。すなわち、本来の加速度センサは、図６に示すセンサ本体部に、後述するような検出回路を付加して構成されるべきものである。ただ、本明細書では、特に区別をする必要がない限り、図６に示すセンサ本体部のことも、加速度センサと呼ぶことにする。
【００６２】
さて、この図６に示す加速度センサとともに用いる検出回路は、所定箇所の静電容量値もしくはその差を検出する機能をもった回路であれば、どのような回路を用いてもかまわないが、ここでは、具体的な検出回路を例示しておく。
【００６３】
図９は、このような検出回路の一例を示す回路図である。この回路図におけるＥ０は、図６に示す共通変位電極Ｅ０であり、Ｅ１〜Ｅ５は、図６に示す固定電極Ｅ１〜Ｅ５であり、ＥＥ１〜ＥＥ５は、図６に示す外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５である。前述したとおり、これら各電極によって、図示のとおり可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５および補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５が形成されることになる。この例では、補助容量素子ＣＣ１とＣＣ２の静電容量値は互いに等しく、補助容量素子ＣＣ３とＣＣ４の静電容量値も互いに等しく設定されている。更に、重錘体が変位を生じていない状態では、容量素子Ｃ１とＣ２の静電容量値は互いに等しく、容量素子Ｃ３とＣ４の静電容量値も互いに等しくなるように設定されている。このように静電容量値を等しく設定するのは、後の信号処理を容易にするための配慮であり、必ずしも等しい設定を行う必要はない。一方、この回路図のＴ０〜Ｔ５は、図６に示す接続端子Ｔ０〜Ｔ５に対応する。結局、図９に示す回路図における各容量素子Ｃ１〜Ｃ５，ＣＣ１〜ＣＣ５は、図６に示す加速度センサの構造体を示すものであり、実際の検出回路は、図９に示すそれ以外の構成要素、すなわち、交流電源４００、差分回路４１０，４２０、検波回路４３０，４４０，４５０によって構成されることになる。この検出回路は、接続端子Ｔ０〜Ｔ５を介して、図６に示す加速度センサの構造体に電気的に接続される。
【００６４】
交流電源４００は、所定の検出用交流信号を接続端子Ｔ０に供給する機能を有する。図６の加速度センサを見れば明らかなように、交流電源４００から供給された検出用交流信号は、接続端子Ｔ０から台座部２３０、可撓部２２０、重錘体２１０を経て、共通変位電極Ｅ０へと加えられる。交流電源４００の一端は接地されているので、共通変位電極Ｅ０の電位は、接地電位に対して、正および負の電位を交互にとることになる。
【００６５】
図１０は、この図９に示す検出回路の動作を説明するための信号波形図である。接続端子Ｔ０の電位を電圧Ｖ０とすれば、この電圧Ｖ０は、図１０に示すように、接地電位０を基準として、上下に振れる交流信号になる。このような交流信号が共通変位電極Ｅ０に加えられると、この共通変位電極Ｅ０に対して交流的に結合されている固定電極Ｅ１〜Ｅ５には、この電圧Ｖ０に応じた電位変動が生じ、更に、各固定電極Ｅ１〜Ｅ５に対してそれぞれ交流的に結合されている外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５にも、電圧Ｖ０に応じた電位変動が生じることになる。
【００６６】
ここでは、図９の回路図に示すように、接続端子Ｔ１〜Ｔ５の電位（すなわち、外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５の電位）を、それぞれ電圧Ｖ１〜Ｖ５と呼ぶことにする。接続端子Ｔ０に供給された交流信号（電圧Ｖ０）は、各容量素子による交流的な結合を経て、各接続端子Ｔ１〜Ｔ５に交流信号（電圧Ｖ１〜Ｖ５）として伝達されることになる。したがって、電圧Ｖ１〜Ｖ５は、電圧Ｖ０と同じ周期の交流信号になる。図１０に示す電圧Ｖ１，Ｖ２が、電圧Ｖ０に同期した信号となっているのはこのためである。なお、実際には、電圧Ｖ１，Ｖ２の波形は、電圧Ｖ０の波形に比べて、若干の位相差や波形のなまりが生じることになるが、ここでは、これらの位相差や波形なまりを無視した説明を行う。
【００６７】
さて、図１０に示す電圧Ｖ１，Ｖ２の信号を、電圧Ｖ０の信号と比較すると、周波数および位相は揃っているものの、振幅がそれぞれ異なることがわかる。これは、共通変位電極Ｅ０に供給された交流信号が、各容量素子を介して外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５まで伝達される場合に、各容量素子の交流的な結合の度合いによって、信号の振幅が定まるからである。
【００６８】
図１０は、図６に示す加速度センサにおいて、重錘体２１０に対して、図の右方向（Ｘ軸正方向）への力が作用し、重錘体２１０が右方向へ変位したときに得られる信号波形を示すものである。この場合、電極Ｅ０／Ｅ１間の距離は狭くなり、可変容量素子Ｃ１の静電容量値は増加し（交流的な結合の度合いが高まり）、逆に、電極Ｅ０／Ｅ２間の距離は広くなり、可変容量素子Ｃ２の静電容量値は減少する（交流的な結合の度合いが低まる）。その結果、電圧Ｖ１の振幅と電圧Ｖ２の振幅とを比較すると、前者の方が後者よりも大きくなる。したがって、両電圧の差Ｖ１−Ｖ２は、重錘体２１０のＸ軸方向への変位量に関係した量ということになる。
【００６９】
図９に示す回路図における差分回路４１０は、この電圧差Ｖ１−Ｖ２を出力する回路である。図１０に示されている電圧差Ｖ１−Ｖ２を示す信号波形は、この差分回路４１０から出力される信号ということになる。差分回路４１０の後段に接続されている検波回路４３０は、電圧Ｖ０を検波信号として利用して、差分回路４１０の出力信号（電圧Ｖ１−Ｖ２）を検波し、図１０に示されているような電圧Ｖｘを出力する回路である。この電圧Ｖｘは、出力端子Ｔｘへ出力されることになる。検波回路４３０は、結局、電圧Ｖ０の交流信号を搬送波としたときに、電圧Ｖ１−Ｖ２なる信号波に含まれている信号成分を電圧Ｖｘとして出力する働きをすることになる。別言すれば、検波回路４３０は、「検波信号として与えられた電圧Ｖ０」に対する「入力信号として与えられた電圧Ｖ１−Ｖ２」の比を電圧の絶対値として出力し、後述するように、位相を電圧の極性として出力する働きをしていることになる。このような検波回路４３０は角速度センサの分野などで広く利用されている回路であるため、ここでは回路の詳細な説明は省略する。
【００７０】
上述したとおり、図６に示す加速度センサにおいて、重錘体２１０がＸ軸正方向に変位すればするほど、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差は大きくなり、電圧Ｖ１−Ｖ２の振幅は大きくなるので、電圧Ｖｘも大きくなる。逆に、重錘体２１０がＸ軸負方向に変位した場合も、変位すればするほど、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差は大きくなる。ただし、電圧Ｖ１−Ｖ２の符号は逆転することになる。
【００７１】
図１１は、図６に示す加速度センサにおいて、重錘体２１０に対して、図の左方向（Ｘ軸負方向）への力が作用し、重錘体２１０が左方向へ変位したときに得られる信号波形を示すものである。この場合、電極Ｅ０／Ｅ１間の距離は広くなり、可変容量素子Ｃ１の静電容量値は減少し（交流的な結合の度合いが低まり）、逆に、電極Ｅ０／Ｅ２間の距離は狭くなり、可変容量素子Ｃ２の静電容量値は増加する（交流的な結合の度合いが高まる）。その結果、電圧Ｖ１の振幅と電圧Ｖ２の振幅とを比較すると、後者の方が前者よりも大きくなる。そのため、図１１に示す電圧Ｖ１−Ｖ２は、図１０に示す電圧Ｖ１−Ｖ２とは符号が逆転したものとなり、図１１に示す電圧Ｖｘの符号は負になる。このように、検波回路４３０は、「検波信号として与えられた電圧Ｖ０」と「入力信号として与えられた電圧Ｖ１−Ｖ２」とが同位相であれば正の電圧を出力し、逆位相であれば負の電圧を出力する機能を有する。
【００７２】
結局、図９に示す回路において、出力端子Ｔｘに出力される電圧Ｖｘは、加速度のＸ軸方向成分の向きおよび大きさを示すものになる。すなわち、電圧Ｖｘが正であれば、加速度に起因して作用した力はＸ軸正方向を向いており、電圧Ｖｘが負であれば、Ｘ軸負方向を向いていることになり、電圧Ｖｘの絶対値は、加速度の大きさを示している。全く同様にして、出力端子Ｔｙには、加速度のＹ軸方向成分の向きおよび大きさを示す電圧Ｖｙが出力される。また、出力端子Ｔｚには、加速度のＺ軸方向成分の向きおよび大きさを示す電圧Ｖｚが出力される。この電圧Ｖｚは、２つの電圧の差に基づいて得られたものではないので、その符号によって、作用した加速度のＺ軸方向成分の向きを示すことはできないが、所定の基準値（加速度のＺ軸方向成分が０の場合に得られる電圧Ｖｚの値）よりも大きいか小さいかによって、Ｚ軸方向成分の向きを示すことができ、当該基準値との隔たりによって、Ｚ軸方向成分の大きさを示すことができる。
【００７３】
なお、交流電源４００から供給する検出用交流信号は、できるだけ重錘体２１０の物理的な共振周波数に合致しない周波数をもった信号にするのが好ましい。これは、重錘体２１０の物理的な共振周波数に合致した周波数をもった信号を供給すると、電極間に働くクーロン力の影響により、重錘体２１０に振動を誘発するおそれがあるためである（§７で述べるとおり、角速度センサとして利用する場合には、このような振動を積極的に誘発させることになる）。図６に示すような構造をもった一般的なセンサ構造体の場合、重錘体２１０の物理的な共振周波数は４〜２０ｋＨｚ程度になる。そこで、交流電源４００から供給する検出用交流信号として、たとえば、２００〜５００ｋＨｚ程度の信号を用いれば、重錘体２１０への振動誘発を避けることができる。
【００７４】
結局、図９に示す検出回路の原理は、共通変位電極Ｅ０と各外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５との間の静電容量を検出するために、一方の電極（この例の場合は、共通変位電極Ｅ０）に対して、重錘体２１０の物理的な共振周波数に合致しない周波数をもった検出用交流信号を供給し、このとき他方の電極（この例の場合は、各外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５）に発生する交流信号の振幅成分を検出していることになる。これは、各可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の電極間隔が変化すると、交流的な結合の度合いが変化し、伝達される交流信号の振幅成分が変化する現象を利用したものである。
【００７５】
これに対して、図１２に示す検出回路は、検出用交流信号の位相の変化に基づいて、各可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の電極間隔の変化を認識し、作用した加速度を検出する原理に基づく回路である。ここでは、作用した加速度のＸ軸方向成分を検出するための構成要素のみが示されている。図１２に示す可変容量素子Ｃ１，Ｃ２および補助容量素子ＣＣ１，ＣＣ２は、図６に示す加速度センサ内の電極によって構成された容量素子であり、前述したとおり、容量素子Ｃ１とＣＣ１とは直列接続され、容量素子Ｃ２とＣＣ２とは直列接続されている。ここで、容量素子ＣＣ１とＣＣ２の静電容量値は互いに等しく、また、重錘体が変位していない状態では、容量素子Ｃ１とＣ２の静電容量値も互いに等しくなるような設定を行うと、その後の信号処理が容易になるが、このような設定は必須のものではない。
【００７６】
ここで、可変容量素子Ｃ１，Ｃ２の下方の電極（共通変位電極Ｅ０）は接地されており、補助容量素子ＣＣ１，ＣＣ２の上方の電極（外部電極ＥＥ１，ＥＥ２）には、それぞれ互いに抵抗値の等しい抵抗素子Ｒ１，Ｒ２を介して、互いに同周期で位相の異なる矩形波信号φ１，φ２が加えられている。このとき、補助容量素子ＣＣ１，ＣＣ２の上方の電極（外部電極ＥＥ１，ＥＥ２）に現れる矩形波信号が、ＥＸ−ＯＲ回路４６０に入力され、両矩形波信号の排他的論理和に相当する信号が出力端子ＴＴｘに出力されることになる。
【００７７】
この回路におけるＥＸ−ＯＲ回路４６０の出力信号は、補助容量素子ＣＣ１，ＣＣ２の上方の電極（外部電極ＥＥ１，ＥＥ２）に現れる矩形波信号の位相差を示す信号になる。すなわち、両信号の位相差に応じたデューティー比をもった矩形波が得られることになる。両信号の位相差は、可変容量素子Ｃ１の静電容量値と可変容量素子Ｃ２の静電容量値との差に応じた量になるので、出力端子ＴＴｘに得られる矩形波のデューティー比が、作用した加速度のＸ軸方向成分を示すことになる。Ｙ軸方向成分の検出回路も、同様の構成により実現することができる。
【００７８】
一方、図１３に示す検出回路は、Ｚ軸方向成分を検出するための回路である。ここで、可変容量素子Ｃ５および補助容量素子ＣＣ５は、図６に示す加速度センサ内の電極によって構成された容量素子であり、前述したとおり、両容量素子は直列接続されている。一方、固定容量素子Ｃ０は、図６に示す加速度センサとは別個に用意した容量素子であり、その静電容量値は基準値として機能することになる。
【００７９】
図示のとおり、可変容量素子Ｃ５の下方の電極（共通変位電極Ｅ０）と、固定容量素子Ｃ０の下方の電極は接地されており、補助容量素子ＣＣ５の上方の電極（外部電極ＥＥ５）および固定容量素子Ｃ０の上方の電極には、それぞれ抵抗素子Ｒ３，Ｒ４を介して、矩形波信号φ１，φ２が加えられている。このとき、補助容量素子ＣＣ５の上方の電極（外部電極ＥＥ５）および固定容量素子Ｃ０の上方の電極に現れる矩形波信号が、ＥＸ−ＯＲ回路４７０に入力され、両矩形波信号の排他的論理和に相当する信号が出力端子ＴＴｚに出力されることになる。
【００８０】
この回路におけるＥＸ−ＯＲ回路４７０の出力信号は、補助容量素子ＣＣ５の上方の電極（外部電極ＥＥ５）に現れる矩形波信号と固定容量素子Ｃ０の上方の電極に現れる矩形波信号との位相差を示す信号になる。固定容量素子Ｃ０の静電容量値は固定であるので、固定容量素子Ｃ０の上方の電極に現れる矩形波信号の位相は一定であり、位相差を検出するための基準信号として利用することができる。これに対して、可変容量素子Ｃ５の静電容量値は重錘体２１０のＺ軸方向に関する変位に応じて変動するので、補助容量素子ＣＣ５の上方の電極（外部電極ＥＥ５）に現れる矩形波信号の位相は変動する。結局、ＥＸ−ＯＲ回路４７０の出力信号は、この位相変動を示す信号となり、出力端子ＴＴｚに得られる矩形波のデューティー比が、作用した加速度のＺ軸方向成分を示すことになる。
【００８１】
ここで、矩形波信号φ１，φ２の周波数は、やはり重錘体２１０の物理的な共振周波数に合致しない周波数にするのが好ましい。結局、図１２および図１３に示す検出回路の原理は、共通変位電極Ｅ０と各外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５との間の静電容量を検出するために、一方の電極の電位を固定して（この例の場合は、共通変位電極Ｅ０の電位を接地電位に固定して）、他方の電極（この例の場合は、各外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５）に、抵抗素子を介して、重錘体２１０の物理的な共振周波数に合致しない周波数をもった検出用交流信号を供給し、このとき当該他方の電極に発生する交流信号の位相を検出していることになる。これは、各可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の電極間隔が変化すると、ＣＲ回路の時定数が変化し、得られる交流信号の位相が変化する現象を利用したものである。
【００８２】
なお、この位相変化を利用した加速度検出回路は、たとえば、特開平５−３４６３５７号公報などに開示されている技術であり、ここではこれ以上の詳細な説明は省略する。
【００８３】
＜＜＜  §４．より実用的な実施形態  ＞＞＞
続いて、本発明のより実用的な実施形態のいくつかを述べる。これらの実施形態に係る加速度センサは、いずれもその基本原理は、図６に示す加速度センサと同じであるが、より実用的な工夫が施されている。
【００８４】
(1)   まず、図１４に側断面図を示す加速度センサは、図６に示す加速度センサから、共通変位電極Ｅ０を取り去ったものであり、両者の相違は、この点だけである。前述したとおり、中間基板２５０は導電性材料から構成されている。したがって、敢えて中間基板２５０の上面に共通変位電極Ｅ０を形成しなくても、導電性の中間基板２５０の表面の一部が、共通変位電極Ｅ０として機能することになる。別言すれば、図１４に示す加速度センサでは、導電性の重錘体２１０の表面の一部によって共通変位電極Ｅ０が構成されていることになる。
【００８５】
このように、中間基板２５０全体を導電性材料によって構成しておけば、重錘体２１０と、可撓部２２０（重錘体２１０に対する支持手段）と、台座部２３０（収容体の一部分）とが、物理的に連続した導電性材料により構成されることになり、共通変位電極Ｅ０（この例の場合、上述したとおり、重錘体２１０の表面の一部）と収容体の少なくとも一部分（この例の場合、台座部２３０）との間に導電路が形成されることになる。このため、共通変位電極Ｅ０に対する検出回路の配線を、収容体の外面（台座部２３０の側面）に対して行うことが可能になる。これは、配線を単純化する上で大きなメリットである。
【００８６】
なお、図６や図１４に示す加速度センサは、いずれも上方基板１５０、中間基板２５０、下方基板３００を積層した三層構造体を有しているが、このような三層構造体を用いた構成は、量産化に適した優れた構成である。たとえば、上方基板１５０および下方基板３００をガラス基板によって構成し、中間基板２５０をシリコン基板によって構成すれば、この三層構造体を半導体製造プロセスと同様の工程で量産することが可能になる。
【００８７】
中間基板２５０は、重錘体２１０と、この重錘体２１０の周囲に接合され可撓性を有する可撓部２２０（重錘体２１０に対する支持手段）と、この可撓部２２０の周囲に接合された台座部２３０と、を有し、重錘体２１０の上面には空隙部Ｓ１が形成され、重錘体２１０の側面と台座部２３０の内面との間には空隙部Ｓ２が形成され、重錘体２１０の下面には空隙部Ｓ３が形成されている。このように、中間基板２５０は、やや複雑な形状をもった構造体になるが、このような構造体は、シリコン基板に対して、上方および下方から所定のマスクを用いたエッチングを行うことにより、比較的容易に製造することが可能である。
【００８８】
また、上方基板１５０に対しては、上面に溝部Ｈ１を形成する加工を行い、肉厚部１５１と肉薄部１５２とを形成すればよい。この上方基板１５０の下面および上面には、固定電極Ｅ１〜Ｅ５および外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５を形成する必要があるが、これは、上方基板１５０の上面および下面に金属膜を形成した後に、所定のマスクを用いたパターニングを行えばよい。一方、下方基板３００に対しては、特別な加工は不要である。最後に、上方基板１５０、中間基板２５０、下方基板３００を、真空チャンバ内で陽極接合すれば、内部が真空状態に維持された収容体をもった加速度センサが出来上がる。
【００８９】
(2)   これまでの説明では、加速度センサの構造部の寸法については何ら言及していなかったが、十分な検出感度をもった加速度センサを実現するためには、実用上、各部の寸法設計は重要な課題になる。特に、各容量素子を構成する対向電極の電極間隔は、当該容量素子の静電容量値を左右し、検出感度に直接影響を与えるパラメータとなる。本願の各図は、図示の便宜上、各部の寸法比を無視して描いてあるが、実際には、たとえば、図１４に示す寸法ｄ１（可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の電極間隔）や寸法ｄ２（補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５の電極間隔）は、かなり小さな値に設定する必要がある。
【００９０】
本願発明者が行った実験によると、面積が１ｍｍ２程度の一対の電極を対向させて、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５を形成する場合、加速度が作用していない状態において、電極間隔が３〜１０μｍ程度になるように設定すれば、実用上、十分な検出感度をもったセンサが実現できた。すなわち、図１４に示す例の場合、ｄ１＝３〜１０μｍ程度に設定すればよい。
【００９１】
それでは、図１４に示す寸法ｄ２（肉薄部１５２の厚み）はどの程度に設定すればよいであろうか。ここでは、まず、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量値に対して、補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５の静電容量値をどの程度に設定すればよいかを考えてみる。たとえば、図８(b) に示す等価回路において、可変容量素子Ｃ１の静電容量値の変化分を接続端子Ｔ０／Ｔ１間の電気信号として取り出す場合を考えよう。
【００９２】
この場合、補助容量素子ＣＣ１の静電容量値が大きければ大きいほど、可変容量素子Ｃ１の静電容量値の変化分を大きな信号成分として取り出せることがわかる。これは、接続端子Ｔ０／Ｔ１間の静電容量値を示す式「１／（１／Ｃ１＋１／ＣＣ１）」において、ＣＣ１＝無限大に設定すれば、接続端子Ｔ０／Ｔ１間の静電容量値＝Ｃ１となり、可変容量素子Ｃ１の静電容量値の変化分のみを取り出すことができるようになることを考えれば、容易に理解できよう。そうすると、補助容量素子ＣＣ１の静電容量値を、可変容量素子Ｃ１の静電容量値に比べて、大きく設定すればするほど、検出感度が高まることになる。
【００９３】
さて、ここで、図１４に構造体において、寸法ｄ１と寸法ｄ２とが等しくなるように設定した場合を考えてみる。このような設定において、上方基板１５０をガラス基板で構成し、ガラスの比誘電率を５とすれば、補助容量素子ＣＣ１の静電容量値は、可変容量素子Ｃ１の静電容量値の５倍ということになる。つまり、寸法ｄ２を寸法ｄ１と等しく設定すれば、補助容量素子ＣＣ１の静電容量値は、可変容量素子Ｃ１の静電容量値の５倍になる。この倍率を更に大きくして検出感度を更に高めるためには、寸法ｄ２を更に小さく設定する必要がある。上方基板１５０に、肉厚の小さな肉薄部１５２を形成するための溝部Ｈ１を掘り、外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５を、この溝部Ｈ１の底面に形成する構成をとっているのは、補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５の電極間隔ｄ２をできるだけ小さく設定するための配慮である。
【００９４】
結局、実用上、十分な検出感度を確保するためには、ｄ１＝３〜１０μｍ程度に設定するとともに、ｄ２も同程度もしくはそれ以下の寸法に設定する必要がある。ところが、寸法ｄ２を３〜１０μｍ程度に設定すると、肉薄部１５２に十分な剛性を確保することが困難になるため、肉薄部１５２の撓みという別な問題が生じることになる。ｄ２を小さく設定すると、たとえば、図１５に示す例のように、内部を真空に維持した構造体を用いた場合、外部から加わる大気圧Ｐの影響で、肉薄部１５２は内側に撓みを生じることになる。しかもその撓み量は、その時点の気圧によって変動することになるので、使用環境（天候など）に依存した測定誤差を生じる要因となってしまう。
【００９５】
図１６に示す実施形態は、この問題に対処するための第１のアプローチを示すものである。この図１６に示す加速度センサは、図１４に示す加速度センサにおける上方基板１５０の上面に形成されていた溝部Ｈ１の内部（すなわち、外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５が形成されている溝内）に、補強材を充填することにより、補強材充填部１６０を形成したものである。補強材としては、酸化シリコン、窒化シリコン、高分子膜など、任意の材料を用いることができるが、熱膨張の影響による測定誤差を排除するためには、できるだけ上方基板１５０の材料に対して熱膨張率が近い材料を用いるのが好ましい。なお、外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５と接続端子Ｔ１〜Ｔ５との間の配線は、補強材を充填する前に行っておけばよい。
【００９６】
(3)   上述の問題に対処するための第２のアプローチは、センサ本来の機能を果たす機能部とは別の場所に、信号を取り出すための信号取出部を設ける、という方法である。図１７に示す実施形態は、この第２のアプローチに基づく解決法を示すものである。この図１７に示す加速度センサは、右側の機能部Ａと左側の信号取出部Ｂとによって構成されている。
【００９７】
このセンサも、ガラス基板からなる上方基板１８０、シリコン基板からなる中間基板２８０、ガラス基板からなる下方基板３８０、という３層を積層した構造を有している。図１８は、中間基板２８０の上面図、図１９は、この中間基板２８０を切断線１９−１９に沿って切断した状態を示す横断面図である。
【００９８】
図１９に示されているとおり、中間基板２８０の周囲部分は、台座部２３５によって構成されており、仕切部２３６の右側が機能部Ａ、左側が信号取出部Ｂとなる。機能部Ａの内部には、重錘体２１０が配置されており、この重錘体２１０と台座部２３５の内面との間には、空隙部Ｓ２が形成されている。一方、信号取出部Ｂの内部には、空隙部Ｓ４が形成されている。重錘体２１０が可撓部２２０によって支持されている点は、これまでの実施形態と全く同様である。
【００９９】
図２０および図２１は、上方基板１８０の上面図および下面図である。これらの図には、重錘体２１０および台座部２３５の位置を破線で示してある。図２０に示されているとおり、この上方基板１８０の上面には、溝部Ｈ２，Ｈ３が掘られており、溝部Ｈ２の底部には、外部電極ＦＦ１〜ＦＦ５が形成され、溝部Ｈ３の底部には、共通外部電極ＦＦ０が形成されている。また、溝部Ｈ２の脇には、接続端子Ｔ１〜Ｔ５が配置されており、溝部Ｈ２の段差部分を跨ぐようにして、接続端子Ｔ１〜Ｔ５から外部電極ＦＦ１〜ＦＦ５に対して配線がなされている。同様に、溝部Ｈ３の脇には、接続端子Ｔ０が配置されており、溝部Ｈ３の段差部分を跨ぐようにして、接続端子Ｔ０から共通外部電極ＦＦ０に対して配線がなされている。
【０１００】
図１７は、このセンサをＸＺ平面に沿って切断した側断面図に相当し、溝部Ｈ２，Ｈ３の断面形状が示されている。すなわち、上方基板１８０は、肉厚部１８１と、溝部Ｈ２の下方に位置する肉薄部１８２と、溝部Ｈ３の下方に位置する肉薄部１８３と、によって構成されている。この図１７では、溝部Ｈ２の底面に、Ｘ軸上に配置された外部電極ＦＦ２のみが現れている。また、図２０に示されている接続端子Ｔ０〜Ｔ５およびこれらから伸びる配線は、図１７では図示が省略されている。
【０１０１】
図２１には、上方基板１８０の下面に形成された各電極および配線部の平面形状が示されている。この図２１に示された固定電極Ｅ１〜Ｅ５は、図２に示す固定電極Ｅ１〜Ｅ５と同等の機能を果たすものである。すなわち、図２１に示された固定電極Ｅ１〜Ｅ５は、重錘体２１０の表面の一部によって構成されている共通変位電極Ｅ０（図示されていない）に対向する電極であり、各対向電極により、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５が形成されている。
【０１０２】
一方、図２１の左側に示すように、この上方基板１８０の下面には、補助電極Ｆ１〜Ｆ５が形成されている。ここで、図２１に示す補助電極Ｆ１〜Ｆ５は、それぞれ図２０に示す外部電極ＦＦ１〜ＦＦ５に対向しており、各対向電極により、補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５が形成されている。たとえば、図１７には、補助電極Ｆ２と外部電極ＦＦ２とが、肉薄部１８２を挟んで対向した状態が示されているが、これら一対の対向電極により、補助容量素子ＣＣ２が形成されることになる。
【０１０３】
また、図２１に示すとおり、補助電極Ｆ１〜Ｆ５と固定電極Ｅ１〜Ｅ５とは、それぞれ配線部Ｌ１〜Ｌ５によって電気的に接続されている。図１７に示すとおり、仕切部２３６の上端が上方基板１８０の下面まで到達していないのは、これら配線部Ｌ１〜Ｌ５を通すための空隙を確保するためである。
【０１０４】
結局、この加速度センサにおいても、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５と補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５とがそれぞれ直列接続された形になっており、たとえば、図９に示す検出回路を利用した検出が可能になる。ただ、図１４に示す加速度センサの場合、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５と補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５とが同じ領域に形成されているため、補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５の電極間隔（寸法ｄ２）を小さく設定すると、図１５に示すように、大気圧Ｐによって肉薄部１５２が撓みを生じ、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の電極間隔（寸法ｄ１）にも影響が及ぶという問題が生じていたが、図１７に示す加速度センサの場合、このような問題が生じることはない。
【０１０５】
図１７に示す加速度センサの場合、センサ本来の検出機能に必要な可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５は、重錘体２１０に設けた共通変位電極Ｅ０と、これに対向する収容体の内面の位置に設けた固定電極Ｅ１〜Ｅ５とによって構成されており、機能部Ａに配置されている。一方、信号を外部に取り出すために必要な補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５は、収容体の内面の固定電極Ｅ１〜Ｅ５とは異なる位置に設けた補助電極Ｆ１〜Ｆ５と、これに対向する収容体の外面の位置に設けた外部電極ＦＦ１〜ＦＦ５とによって構成されており、信号取出部Ｂに配置されている。しかも、各固定電極Ｅ１〜Ｅ５と各補助電極Ｆ１〜Ｆ５とは、それぞれ配線部Ｌ１〜Ｌ５によって電気的に接続されている。このような構成の加速度センサは、これまで述べてきた実施形態と同様に、共通変位電極Ｅ０と各外部電極ＦＦ１〜ＦＦ５との間の静電容量に基づいて加速度の検出が可能である。
【０１０６】
このような構成をもった加速度センサでは、補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５の電極間隔（肉薄部１８２の厚み）を小さく設定して、大気圧Ｐによって肉薄部１８２に撓みが生じたとしても、測定値に重大な影響が及ぶことはない。これは、肉薄部１８２に撓みが生じたとしても、補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５の電極間隔（肉薄部１８２の厚み）に大きな変動は生じないし、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の電極間隔にも大きな変動は生じないからである。
【０１０７】
なお、この図１７に示す加速度センサの場合、共通変位電極Ｅ０（重錘体２１０の上面）に対する配線も、上方基板１８０の上面から行うことができる。図示のとおり、溝部Ｈ３の底面には、共通外部電極ＦＦ０が形成されており、この共通外部電極ＦＦ０は、台座部２３５の上面に絶縁層（肉薄部１８３）を介して対向している。したがって、この台座部２３５の上面と、共通外部電極ＦＦ０とによって、補助容量素子ＣＣ０が形成されることになる。しかも、中間基板２８０全体が導電性材料から構成されているため、台座部２３５の上面は、共通変位電極Ｅ０の等電位面となる。結局、共通外部電極ＦＦ０は、共通変位電極Ｅ０に対して、補助容量素子ＣＣ０を介して交流的に接続されていることになるので、この共通外部電極ＦＦ０と各外部電極ＦＦ１〜ＦＦ５との間の静電容量に基づいて加速度を検出する検出回路を設けておけば、必要な検出動作が可能になる。
【０１０８】
具体的には、図９に示す回路において、接続端子Ｔ０が共通外部電極ＦＦ０に接続されていることになるので、この図９の回路図における接続端子Ｔ０と共通変位電極Ｅ０との間に、補助容量素子ＣＣ０を追加した回路が、図１７に示す加速度センサに用いる検出回路ということになる。この図１７に示す加速度センサでは、すべての配線を、上方基板１８０の上面に対して行うことができる、というメリットが得られる。
【０１０９】
＜＜＜  §５．上方基板の製造プロセス  ＞＞＞
ここでは、本発明に係るセンサを、上方基板、中間基板、下方基板という３つの基板の積層体によって構成する場合に、上方基板を製造するために適したプロセスの一例を述べる。
【０１１０】
図１４に示す実施形態における上方基板１５０では、実用上、肉薄部１５２の厚みｄ２を３〜１０μｍ程度に設定するのが好ましいことは、既に述べたとおりである。同様に、図１７に示す実施形態における上方基板１８０においても、肉薄部１８２および肉薄部１８３の厚みを３〜１０μｍ程度に設定するのが好ましい。ここでは、このように非常に厚みの小さな肉薄部をもった上方基板を製造するのに適したプロセスを述べる。
【０１１１】
このプロセスの特徴は、上方基板をシリコン基板とガラス基板との２層構造で構成する点にある。図２２は、図１７に示す加速度センサの上方基板１８０の代わりに、２層構造を有する上方基板１９０を用いた変形例を示す側断面図である。この図２２に示す変形例のその他の構成部分は、図１７に示す加速度センサと全く同じであり、もちろん、動作原理も全く同じである。
【０１１２】
図示のとおり、図２２に示す上方基板１９０は、ガラス基板からなる下層部１９１と、シリコン基板からなる上層部１９２とによって構成されている。なお、ここでは便宜上、下層部１９１と上層部１９２の厚みの比率を無視した図が示されているが、実際には、下層部１９１の厚みが３〜１０μｍ程度であるのに対して、上層部１９２の厚みは３００μｍ程度である。
【０１１３】
この上方基板１９０では、溝部Ｈ４，Ｈ５は、上層部１９２の表裏を貫通する貫通孔によって形成されている。また、共通外部電極ＦＦ０および外部電極ＦＦ１〜ＦＦ５は、下層部１９１の上面に形成されている。上方基板１９０をこのような２層構造にすれば、補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５の電極間隔を、下層部１９１の厚みによって決定できるようになるので、補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５の静電容量値を大きく設定したいのであれば、それだけ厚みの小さな下層部１９１を作成すればよい。もっとも、３〜１０μｍ程度の厚みをもった下層部１９１を、単体のガラス基板として用意することは困難である。そこで、本願発明者は、次のようなプロセスにより、上方基板１９０を製造する方法を着想した。
【０１１４】
図２３および図２４は、この上方基板１９０の製造方法を示す側断面図である。まず、図２３(a) に示すように、厚み３００μｍ程度のシリコン基板１０を用意し、その所定箇所（外部電極を形成する必要がある領域）に、表裏貫通する貫通孔Ｈ（後に溝部となる）を形成する。ここでは、シリコン基板１０に対して、ＫＯＨなどの異方性エッチング液を用いたエッチングを行い、上方が広がるようなテーパ状の貫通孔Ｈを形成している。このように、貫通孔Ｈの側面をテーパ状にしておくと、後に、外部電極に対する配線を形成する上で好都合である。
【０１１５】
続いて、厚み３００μｍ程度のガラス基板２０を用意し、図２３(b) に示すように、シリコン基板１０の下面に、このガラス基板２０を接合する。両者の接合は、陽極接合（Anodic Bonding）によって行うのが好ましい。陽極接合は、シリコン基板とガラス基板との接合に非常に適した接合方法であり、非常に堅固な接合が可能になる。こうして、シリコン基板１０とガラス基板２０との２層からなる構造体が形成されると、貫通孔Ｈは溝部Ｈとして機能することになる。
【０１１６】
次に、この２層からなる構造体におけるガラス基板２０の下面を研磨して、図２３(c) に示すように、厚み３〜１０μｍ程度のガラス基板２５を形成する。このように、シリコン基板１０に接合された状態でガラス基板２０を研磨することにより、厚みが３〜１０μｍ程度のガラス基板２５を問題なく形成することができる。以上で、上方基板１９０の基本構造は完成である。
【０１１７】
続いて、溝部Ｈの底部に、外部電極を形成するプロセスを行うことになるが、以降のプロセスは、上方基板１９０を台座部２３０の上面に接合（中間基板２８０をシリコン基板で形成しておけば、この接合も陽極接合によって行うことができる）した後に行うこともできるし、接合する前に行うこともできる。
【０１１８】
まず、図２４(a) に示すように、シリコン基板１０の上面にシリコンの酸化膜１５を形成する。この酸化膜１５は、後に形成される配線層に対する絶縁膜として機能する。この膜は、絶縁膜として機能することができれば、必ずしもシリコンの酸化膜にする必要はないが、シリコンの酸化膜１５は、シリコン基板１０の表面に対して酸化処理を施すことにより容易に形成することができるため、実用上は、絶縁膜として酸化膜１５を利用するのが好ましい。もちろん、シリコン基板１０の表面酸化という方法をとらずに、酸化膜あるいは別な絶縁膜をシリコン基板１０の表面に堆積させる方法をとってもかまわない。
【０１１９】
次に、図２４(b) に示すように、酸化膜１５の上面および溝部Ｈにアルミニウムなどからなる金属膜３０を形成する。金属膜３０の代わりに、任意の導電材料からなる層を形成してもかまわない。そして、図２４(c) に示すように、この金属膜３０をパターニングして、溝部Ｈの底部に位置する外部電極３５と、この外部電極３５に対する配線３６（溝部Ｈの側面から溝外へ伸びる部分）を形成する。
【０１２０】
最後に、図２４(d) に示すように、この基板の上面全体に、補強材層４０を形成する。補強材層４０は、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコン、あるいは高分子膜などの材料で構成すればよい。補強材層４０は、溝部Ｈの内部を補強する機能を果たすものであり、少なくとも溝部Ｈの内部に充填できるようにすればよい。ガラス基板２５の厚みは、前述したとおり、３〜１０μｍ程度であるので、溝部Ｈに補強材を充填することにより、ガラス基板２５の一部分が大気圧によって撓むのを防ぐことができる。もちろん、図１７や図２２に示す例のように、機能部Ａと信号取出部Ｂとを別個に設ける構造をとる場合は、補強材層４０は必ずしも必要なものではないので、この補強材の充填プロセスは省略してもかまわない。
【０１２１】
以上、図２２に示す加速度センサにおける上方基板１９０の製造プロセスを説明したが、上記手順に基づく上方基板の製造プロセスは、図１６に示す上方基板１５０を製造する場合にも適用可能である。
【０１２２】
＜＜＜  §６．固定電極を省略した実施形態  ＞＞＞
次に、図２５を参照しながら、もうひとつ別な実施形態を述べる。この図２５に示す加速度センサは、図１４に示す加速度センサの構造を更に単純化したものであり、図１４に示す加速度センサにおいて、上方基板１５０の下面に形成していた固定電極Ｅ１〜Ｅ５を削除したものである。したがって、このセンサにおける電極は、重錘体２１０の上面によって構成される共通変位電極Ｅ０と、上方基板１５０の上面に形成された外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５（平面図は、図７参照）だけである。
【０１２３】
これらの電極によって、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５が形成されることになる。たとえば、外部電極ＥＥ１と、これに対向する共通変位電極Ｅ０の一部分とによって、可変容量素子Ｃ１が形成されている。この可変容量素子Ｃ１の電極間隔は、図示の寸法（ｄ１＋ｄ２）ということになる。寸法ｄ１に相当する部分の誘電率は、収容体内を真空に維持している場合には真空の誘電率になり、寸法ｄ２に相当する部分の誘電率は、肉薄部１５２を構成する材料（たとえば、ガラス）の誘電率になる。
【０１２４】
このように、図２５に示す加速度センサにおける可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５は、誘電率の異なる２通りの媒体を挟んだ対向電極によって構成される容量素子ということになるが、これらの静電容量値に基づいて加速度を検出する原理は、これまで述べてきた各加速度センサの検出原理と全く同様である。すなわち、共通変位電極Ｅ０と、各外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５との間の静電容量値を測定可能な何らかの検出回路を用いれば、作用した加速度の各座標軸方向成分の検出が可能になる。
【０１２５】
要するに、この図２５に示す実施形態では、重錘体２１０に設けた共通変位電極Ｅ０と、収容体の外面の共通変位電極Ｅ０に対向する位置に設けた各外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５との間の静電容量に基づいて加速度の検出を行うことになる。中間基板２５０全体を導電性材料で構成しておけば、共通変位電極Ｅ０に対する配線は、台座部２３０の外面に対して行えばよいので、収容体内部への配線を行う必要はない。
【０１２６】
もっとも、この図２５に示す加速度センサを用いて実用的な検出感度を確保するためには、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の電極間隔（ｄ１＋ｄ２）をかなり小さく設定する必要があり、肉薄部１５２の厚みｄ２を、できるだけ小さく設定するのが好ましい。したがって、実用上は、上方基板１５０の上面に形成されている溝部Ｈ１に、何らかの補強材（酸化シリコン、窒化シリコン、高分子膜などでよい）を充填し、図２６に示す変形例のように、補強材充填部１６０による補強を行うのが好ましい。この場合、補強材の充填作業の前に、各外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５と接続端子Ｔ１〜Ｔ５との間の配線を行っておくようにする。
【０１２７】
＜＜＜  §７．種々の変形例  ＞＞＞
以上、本発明を図示するいくつかの実施形態を参照しながら説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、この他にも種々の形態で実施可能である。
【０１２８】
たとえば、これまでの実施形態では、複数５枚の変位電極Ｅ６〜Ｅ１０（あるいは、これらと同等の機能を果たす物理的に単一の共通変位電極Ｅ０）と、これら変位電極のそれぞれに対向する５枚の固定電極Ｅ１〜Ｅ５と、これら固定電極のそれぞれに対向する５枚の外部電極ＥＥ１〜ＥＥ５とを形成し（あるいは、５枚の補助電極Ｆ１〜Ｆ５と、これら補助電極のそれぞれに対向する５枚の外部電極ＦＦ１〜ＦＦ５とを形成し）、５組の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５および５組の補助容量素子ＣＣ１〜ＣＣ５を用いた検出を行っていたが、各電極の枚数や各容量素子の数は、必ずしも５に設定する必要はなく、検出に必要な座標軸成分に応じて、必要な数だけ用意すればよい。
【０１２９】
また、重錘体２１０を支持するための可撓部２２０の構造も、これまで述べた実施形態に示す構造に限定されるものではない。可撓部２２０は、重錘体２１０を収容体内に変位可能な態様で支持する機能をもっていれば、どのような構造のものであってもかまわない。
【０１３０】
図２７は、図１８に示す中間基板２８０の変形例である中間基板２９０の上面図である。両者の相違は、図１８における重錘体２１０および可撓部２２０が、図２７では、重錘体２１５および可撓部２２５に置き換えられている点のみであり、その他の部分の構造は全く同じである。図２７に示す変形例では、図示のとおり、重錘体２１５は、上方から見ると４枚の羽状部分をもった構造を有する。可撓部２２５は、この重錘体２１５の周囲を取り囲む板状枠体と、スリットＳＬによって隔てられた４本のビーム部ＢＭと、によって構成されている。スリットＳＬは、重錘体２１５と可撓部２２５とを隔てる貫通溝をなしている。図２８は、この重錘体２１５の横断面図であり、スリットＳＬの位置が破線で示されている。
【０１３１】
このように、スリットＳＬで重錘体２１５を物理的に隔絶するようにすると、重錘体２１５は、４本のビーム部ＢＭによってのみ支持された状態となるので、これまで述べてきた実施形態の構造に比べて、重錘体２１５がより変位しやすい構造が実現できる。もちろん、このようにスリットによって重錘体を隔絶し、ビーム部によって重錘体を支持する構造は、図６に示す実施形態にも適用可能である。
【０１３２】
また、図１７や図２２に示すように、機能部Ａと信号取出部Ｂとを別個に設ける構造をとれば、「大気圧による肉薄部の撓み」という現象に対処することができる点は、既に§４で述べたとおりであるが、逆に、この現象を利用すれば、センサの試験を行うことが可能になる。たとえば、図１７に示す構造をもち、収容体の内部が真空状態となっているセンサを製品化した場合を考える。このようなセンサでは、収容体の内部が真空であるのが正常な状態であり、もし、何らかの原因で、収容体壁面に亀裂が生じ、内部が大気圧になってしまうと、本来の正しい動作を行うことができない。
【０１３３】
そこで、肉薄部１８２の撓み状態を検出する何らかの機構を設けておけば、収容体内部が真空状態に維持されているか否かを試験することができ、万一、空気漏れが生じて、内部が大気圧になっている場合には、これを検知することができるようになる。すなわち、図１７に示す状態が正常状態（空隙部Ｓ４が真空状態）であったとすると、万一、空気漏れが生じた場合には、内部に侵入した大気の圧力により肉薄部１８２が外部へと撓んで膨らんだ状態になる。これを何らかの検出機構で検出できるようにしておけば、センサの内部が真空に維持されている正常な状態であるか否かを試験することができる。
【０１３４】
肉薄部１８２の撓み状態を検出するには、たとえば、この肉薄部１８２を挟むように設けた一対の試験用電極によって構成される容量素子の静電容量値をモニタするようにしてもよいし、肉薄部１８２にピエゾ抵抗素子などを形成しておき、この素子の電気抵抗の変化をモニタするようにしてもよい。もちろん、この肉薄部１８２の撓み状態を検出する機構は、センサ内部が真空状態に維持されているか否かの試験に利用できるだけでなく、一般的な気圧計として機能させることも可能である。
【０１３５】
続いて、角速度センサへの適用について述べる。これまでの実施形態では、本発明を加速度センサに適用した例を述べたが、センサ本体部というべき一般的な構造体は、加速度センサにも利用できるし、角速度センサにも利用可能であり、本発明は、加速度センサのみならず、角速度センサにも同様に適用可能である。
【０１３６】
角速度センサでは、重錘体を所定方向に振動させた状態において、重錘体に作用するコリオリ力を検出することにより、角速度の検出を行うことになる。そのため、重錘体を振動させるための励振手段を用意する必要があるが、これまで加速度センサとして述べてきた構造体における可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５は、いずれも励振手段として機能させることが可能である。
【０１３７】
したがって、特定の外部電極とこれに対応する変位電極との間に、重錘体の物理的な共振周波数に合致する周波数をもった励振用交流信号を供給する励振手段を用意し、励振用交流信号を供給すれば、重錘体を当該共振周波数で振動させることが可能になる。こうして、重錘体が励振用交流信号の供給によって振動している状態において、外力として作用するコリオリ力に起因して重錘体に生じる変位を検出すれば、角速度の検出が可能になる。
【０１３８】
たとえば、図６に示すような構造をもったセンサ本体部に、図９に示す検出回路を適用すれば、作用した加速度のＸ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、Ｚ軸方向成分を検出することができる加速度センサが実現できることは、既に述べたとおりである。ところが、この図６に示すセンサ本体部に、図２９に示す検出回路を適用すれば、Ｘ軸まわりの角速度ωｘおよびＹ軸まわりの角速度ωｙを検出可能な角速度センサを実現することができる。
【０１３９】
図２９に示す回路において、容量素子Ｃ１，ＣＣ１および容量素子Ｃ２，ＣＣ２に係る部分は、図１２に示した回路と同様に、接続端子Ｔ１の電位と接続端子Ｔ２の電位との位相差により、重錘体のＸ軸方向の変位を検出する機能を果たす部分である。すなわち、接続端子Ｔ１には、抵抗素子Ｒ１を介して交流電源４００からの矩形波信号φ１が加えられ、接続端子Ｔ２には、抵抗素子Ｒ２を介して交流電源４０５からの矩形波信号φ２が加えられる。
【０１４０】
この実施例では、容量素子ＣＣ１とＣＣ２の静電容量値は等しく、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は等しく、重錘体が変位を生じていないときの容量素子Ｃ１とＣ２の静電容量値も等しくなるように設定されており、交流電源４００，４０５からは、同周波数で位相の異なる矩形波信号が供給されるので、容量素子Ｃ１の静電容量値と容量素子Ｃ２の静電容量値とが等しければ、接続端子Ｔ１に現れる電圧信号と接続端子Ｔ２に現れる電圧信号との位相差は、交流電源４００，４０５の位相差に等しい。ところが、重錘体がＸ軸方向に変位すると、容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値に差が生じるため、ＣＲ回路の時定数が変化し、接続端子Ｔ１に現れる電圧信号と接続端子Ｔ２に現れる電圧信号との位相差に変化が生じることになる。ＥＸ−ＯＲ回路４６０は、この位相差を検出する回路であり、ＥＸ−ＯＲ回路４６０からは、この位相差に相当するデューティー比をもった矩形波信号が出力される。
【０１４１】
同様に、容量素子Ｃ３，ＣＣ３および容量素子Ｃ４，ＣＣ４に係る部分は、接続端子Ｔ３の電位と接続端子Ｔ４の電位との位相差により、重錘体のＹ軸方向の変位を検出する機能を果たす部分である。すなわち、接続端子Ｔ３には、抵抗素子Ｒ３を介して交流電源４００からの矩形波信号φ１が加えられ、接続端子Ｔ４には、抵抗素子Ｒ４を介して交流電源４０５からの矩形波信号φ２が加えられる。
【０１４２】
ここで、容量素子ＣＣ３とＣＣ４の静電容量値は等しく、抵抗素子Ｒ３，Ｒ４の抵抗値は等しく、重錘体が変位を生じていないときの容量素子Ｃ３とＣ４の静電容量値も等しくなるように設定されており、交流電源４００，４０５からは、同周波数で位相の異なる矩形波信号が供給されるので、容量素子Ｃ３の静電容量値と容量素子Ｃ４の静電容量値とが等しければ、接続端子Ｔ３に現れる電圧信号と接続端子Ｔ４に現れる電圧信号との位相差は、交流電源４００，４０５の位相差に等しい。ところが、重錘体がＹ軸方向に変位すると、容量素子Ｃ３，Ｃ４の静電容量値に差が生じるため、ＣＲ回路の時定数が変化し、接続端子Ｔ３に現れる電圧信号と接続端子Ｔ４に現れる電圧信号との位相差に変化が生じることになる。ＥＸ−ＯＲ回路４７０は、この位相差を検出する回路であり、ＥＸ−ＯＲ回路４７０からは、この位相差に相当するデューティー比をもった矩形波信号が出力される。
【０１４３】
一方、容量素子Ｃ５，ＣＣ５に係る部分は、重錘体をＺ軸方向に励振させる機能を果たす部分である。すなわち、接続端子Ｔ０（接地）とＴ５との間には、交流電源５００が接続されている。この交流電源５００は、励振用交流信号（この例の場合は正弦波信号）を供給するための励振手段として機能する。このように、接続端子Ｔ０／Ｔ５間に、交流電源５００からの励振用交流信号を供給すると、電極Ｅ０／Ｅ５間に生じるクーロン力によって、重錘体が励振用交流信号の周波数でＺ軸方向に振動する。角速度の検出は、このように、重錘体をＺ軸方向に振動させた状態において、重錘体に作用したコリオリ力を検出することによって行われる。
【０１４４】
すなわち、重錘体をＺ軸方向に振動させた状態において、重錘体にＹ軸まわりの角速度ωｙが作用すると、重錘体にはＸ軸方向にコリオリ力が加わることになり、重錘体がＸ軸方向に変位する。その結果、上述したように、この重錘体のＸ軸方向の変位に相当する信号が、ＥＸ−ＯＲ回路４６０から出力される。同期検波回路４８０は、交流電源５００からの励振用交流信号に同期した検波処理を実行し、ＥＸ−ＯＲ回路４６０から出力されるＸ軸方向の変位を示す信号をＹ軸まわりの角速度ωｙを示す信号に変換して出力端子Ｔωｙに出力する機能を果たす。
【０１４５】
一方、重錘体をＺ軸方向に振動させた状態において、重錘体にＸ軸まわりの角速度ωｘが作用すると、重錘体にはＹ軸方向にコリオリ力が加わることになり、重錘体がＹ軸方向に変位する。その結果、上述したように、この重錘体のＹ軸方向の変位に相当する信号が、ＥＸ−ＯＲ回路４７０から出力される。同期検波回路４９０は、交流電源５００からの励振用交流信号に同期した検波処理を実行し、ＥＸ−ＯＲ回路４７０から出力されるＹ軸方向の変位を示す信号をＸ軸まわりの角速度ωｘを示す信号に変換して出力端子Ｔωｘに出力する機能を果たす。
【０１４６】
なお、既に述べたとおり、交流電源５００から供給される励振用交流信号は、重錘体の物理的な共振周波数に合致する周波数（一般的には、４〜２０ｋＨｚ程度）をもった交流信号とし、交流電源４００，４０５から供給される検出用交流信号は、重錘体の物理的な共振周波数に合致しない周波数（一般的には、２００〜５００ｋＨｚ程度に設定すればよい）をもった交流信号にするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】従来型加速度センサの一例を示す側断面図である。
【図２】図１に示す従来型加速度センサにおける上方基板１００の下面図である。
【図３】図１に示す従来型加速度センサにおける中間基板２００の上面図である。
【図４】中間基板側に共通電極を用いた従来型加速度センサの側断面図である（各端子への接続部分は配線図で示す）。
【図５】図４に示す従来型加速度センサにおける中間基板２００の上面図である。
【図６】本発明の基本的実施形態に係る加速度センサの側断面図である。
【図７】図６に示す加速度センサにおける上方基板１５０の上面図である。
【図８】図(a) は、図６に示す加速度センサの動作を説明するための部分側断面図であり（各端子への接続部分は配線図で示す）、図(b) はその等価回路図である。
【図９】図６に示す加速度センサに用いる検出回路の一例を示す回路図である。
【図１０】図９に示す検出回路の動作を説明するための信号波形図である。
【図１１】図９に示す検出回路の動作を説明するための別な信号波形図である。
【図１２】図６に示す加速度センサに用いる別な検出回路を示す回路図である。
【図１３】図６に示す加速度センサに用いる更に別な検出回路を示す回路図である。
【図１４】図６に示す加速度センサにおいて、重錘体２１０の上面を共通変位電極Ｅ０とする変形例を示す側断面図である。
【図１５】図１４に示す加速度センサによる検出動作が大気圧の影響を受けることを示す側断面図である。
【図１６】図１４示す加速度センサに対して、大気圧の影響を排除するための第１の工夫を施した例を示す側断面図である。
【図１７】図１４示す加速度センサに対して、大気圧の影響を排除するための第２の工夫を施した例を示す側断面図である。
【図１８】図１７に示す加速度センサにおける中間基板２８０の上面図である。
【図１９】図１７に示す加速度センサを切断線１９−１９に沿って切断した状態を示す横断面図である。
【図２０】図１７に示す加速度センサにおける上方基板１８０の上面図である。
【図２１】図１７に示す加速度センサにおける上方基板１８０の下面図である。
【図２２】図１７に示す加速度センサの変形例を示す側断面図である。
【図２３】図２２に示す加速度センサにおける上方基板１９０の製造プロセスの前半段階を示す側断面図である。
【図２４】図２２に示す加速度センサにおける上方基板１９０の製造プロセスの後半段階を示す側断面図である。
【図２５】本発明の更に別な実施形態に係る加速度センサを示す側断面図である。
【図２６】図２５に示す加速度センサの変形例を示す側断面図である。
【図２７】図１８に示す中間基板２８０の変形例を示す上面図である。
【図２８】図２７に示す中間基板２９０における重錘体２１５の横断面図である。
【図２９】図６に示す加速度センサを角速度センサとして利用する場合に用いる検出回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１０…シリコン基板
１５…酸化膜
２０…ガラス基板
２５…ガラス基板（研磨済み）
３０…金属膜
３５…金属膜のうちの外部電極部分
３６…金属膜のうちの配線部分
４０…補強材層
１００…上方基板
１５０…上方基板
１５１…肉厚部
１５２…肉薄部
１６０…補強材充填部
１８０…上方基板
１８１…肉厚部
１８２，１８３…肉薄部
１９０…上方基板
１９１…下層部
１９２…上層部
２００…中間基板
２１０，２１５…重錘体
２２０，２２５…可撓部
２３０，２３５…台座部
２３６…仕切部
２５０…中間基板
２８０，２９０…中間基板
３００…下方基板
３８０…下方基板
４００，４０５…交流電源
４１０，４２０…差分回路
４３０，４４０，４５０…検波回路
４６０，４７０…ＥＸ−ＯＲ回路
４８０，４９０…同期検波回路
Ｂ…信号取出部
ＢＭ…ビーム部
Ｃ０…固定容量素子
Ｃ１〜Ｃ５…可変容量素子
ＣＣ１〜ＣＣ５…補助容量素子
ｄ１，ｄ２…寸法
Ｅ０…共通変位電極
Ｅ１〜Ｅ５…固定電極
Ｅ６〜Ｅ１０…変位電極
ＥＥ１〜ＥＥ５…外部電極
Ｆ１〜Ｆ５…補助電極
ＦＦ０…共通外部電極
ＦＦ１〜ＦＦ５…外部電極
Ｇ…重錘体の重心
Ｈ…溝部／貫通孔
Ｈ１〜Ｈ５…溝部
Ｌ１〜Ｌ５…配線部
Ｐ…大気圧
Ｒ１〜Ｒ４…抵抗素子
Ｓ１〜Ｓ４…空隙部
ＳＬ…スリット
Ｔ０，Ｔ１〜Ｔ５…接続端子
Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，ＴＴｘ，ＴＴｚ，Ｔωｘ，Ｔωｙ…出力端子
Ｖ０，Ｖ１〜Ｖ５，Ｖｘ，Ｖｙ，Ｙｚ…信号電圧
φ１，φ２…矩形波信号
φ３…正弦波信号
【図１】
2007046927.tif 000003
【図２】
2007046927.tif 000004
【図３】
2007046927.tif 000005
【図４】
2007046927.tif 000006
【図５】
2007046927.tif 000007
【図６】
2007046927.tif 000008
【図７】
2007046927.tif 000009
【図８】
2007046927.tif 000010
【図９】
2007046927.tif 000011
【図１０】
2007046927.tif 000012
【図１１】
2007046927.tif 000013
【図１２】
2007046927.tif 000014
【図１３】
2007046927.tif 000015
【図１４】
2007046927.tif 000016
【図１５】
2007046927.tif 000017
【図１６】
2007046927.tif 000018
【図１７】
2007046927.tif 000019
【図１８】
2007046927.tif 000020
【図１９】
2007046927.tif 000021
【図２０】
2007046927.tif 000022
【図２１】
2007046927.tif 000023
【図２２】
2007046927.tif 000024
【図２３】
2007046927.tif 000025
【図２４】
2007046927.tif 000026
【図２５】
2007046927.tif 000027
【図２６】
2007046927.tif 000028
【図２７】
2007046927.tif 000029
【図２８】
2007046927.tif 000030
【図２９】
2007046927.tif 000031