(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度、角速度及び圧力のいずれかの物理量によって変位するマス部と、
前記マス部の両側から所定方向にそれぞれ突出した第１、第２の可動電極と、
前記第１の可動電極の一方の側面に対向して配置された第１の固定電極と、
前記第２の可動電極の一方の側面に対向して配置された第２の固定電極とを備え、
前記マス部が前記所定方向に対して垂直な方向に変位したとき、前記第１の可動電極と前記第１の固定電極からなる第１の容量と前記第２の可動電極と前記第２の固定電極からなる第２の容量に差が生じるようになっており、
その容量の差に基づいて物理量を検出するようにした容量式物理量検出装置であって、
前記第１の固定電極は、その先端部が根本部よりも前記第１の可動電極に近接した位置で対向するように折り曲げた形状になっており、この第１の固定電極の折り曲げ形状により、該第１の固定電極の根本部と前記第１の可動電極との電極間隔が該第１の固定電極の先端部と前記第１の可動電極との電極間隔より大きく、前記マス部が前記所定方向に変位したとき、該第１の固定電極の先端部と前記第１の可動電極とが対向する部分の幅は変化せず、該第１の固定電極の根元部と前記第１の可動電極とが対向する部分の幅が変化するようになっており、
前記第２の固定電極は、その先端部が根本部よりも前記第２の可動電極に近接した位置で対向するように折り曲げた形状になっており、この第２の固定電極の折り曲げ形状により、該第２の固定電極の根本部と前記第２の可動電極との電極間隔が該第２の固定電極の先端部と前記第２の可動電極との電極間隔より大きく、前記マス部が前記所定方向に変位したとき、該第２の固定電極の先端部と前記第２の可動電極とが対向する部分の幅は変化せず、該第２の固定電極の根元部と前記第２の可動電極とが対向する部分の幅が変化するようになっていることを特徴とする容量式物理量検出装置。
【請求項２】
加速度、角速度及び圧力のいずれかの物理量によって変位するマス部と、
前記マス部の両側から所定方向にそれぞれ突出した第１、第２の可動電極と、
前記第１の可動電極の一方の側面に対向して配置された第１の固定電極と、
前記第２の可動電極の一方の側面に対向して配置された第２の固定電極とを備え、
前記マス部が前記所定方向に対して垂直な方向に変位したとき、前記第１の可動電極と前記第１の固定電極からなる第１の容量と前記第２の可動電極と前記第２の固定電極からなる第２の容量に差が生じるようになっており、
その容量の差に基づいて物理量を検出するようにした容量式物理量検出装置であって、
前記第１の可動電極は、その先端部が根本部よりも前記第１の固定電極に近接した位置で対向するように折り曲げた形状になっており、この第１の可動電極の折り曲げ形状により、該第１の可動電極の根本部と前記第１の固定電極との電極間隔が該第１の可動電極の先端部と前記第１の固定電極との電極間隔より大きく、前記マス部が前記所定方向に変位したとき、該第１の可動電極の先端部と前記第１の固定電極とが対向する部分の幅は変化せず、該第１の可動電極の根元部と前記第１の固定電極とが対向する部分の幅が変化するようになっており、
前記第２の可動電極は、その先端部が根本部よりも前記第２の固定電極に近接した位置で対向するように折り曲げた形状になっており、この第２の可動電極の折り曲げ形状により、該第２の可動電極の根本部と前記第２の固定電極との電極間隔が該第２の可動電極の先端部と前記第２の固定電極との電極間隔より大きく、前記マス部が前記所定方向に変位したとき、該第２の可動電極の先端部と前記第２の固定電極とが対向する部分の幅は変化せず、該第２の可動電極の根元部と前記第２の固定電極とが対向する部分の幅が変化するようになっていることを特徴とする容量式物理量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速度、角速度、圧力等の物理量を検出する容量式物理量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の容量式物理量検出装置として、加速度等の物理量によって変位するマス部を支持基板の上に所定の間隔をおいて支持し、マス部の両側に棒状の可動電極をそれぞれ複数配置するとともに、それぞれの可動電極の両側に棒状の固定電極を対向して配置し、可動電極とその両側の固定電極間のそれぞれの容量の差に基づいて物理量を検出するようにしたものが種々提案されている。その中でも、例えば特開平７−２０９３３０号公報などに開示されている構造は、マス部の検出軸方向の中心軸に対して一方の側に一方の固定電極を可動電極の一方の面に近接して配置し、他方の側に他方の固定電極を可動電極の他方の面に近接して配置することにより、可動電極の両側に固定電極を配置する場合に比べて構造を簡素化している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した装置においては、基板に平行で検出軸とは垂直な方向にマスが動いた場合でも可動電極と固定電極の対向面積が変化し、容量の差が生じてしまうため、検出軸以外の方向の加速度に対してはマスを動きにくくする必要がある。このため２軸を検出するには、上記した装置を２個用いて、各々の検出軸が検出したい２方向と一致するように配置する必要がある。この場合には、上記した装置が２個必要となるため、装置寸法が大きくなるという問題がある。
【０００４】
そこで、上記した装置のように簡単な電極構造で、且つ、１個のマスで２軸を検出する装置を考えた。図５に、このものを加速度検出装置に適用した場合の平面構成を示す。なお、この加速度検出装置は、ｘ軸方向およびｙ軸方向の加速度を検出できるように構成されている。また、図中の参照符号は後述する実施形態と対応させてある。
【０００５】
この図５において、加速度を受けて変位するマス部５には、可動電極７ａ〜７ｄが設けられており、可動電極７ａ〜７ｄと対向するように固定電極８ａ〜８ｄが配置されている。ここで、可動電極７ａと固定電極８ａからなる第１の容量と可動電極７ｂと固定電極８ｂからなる第２の容量は、差動の容量を形成しており、同様に、可動電極７ｃと固定電極８ｃからなる第１の容量と可動電極７ｄと固定電極８ｄからなる第２の容量は、差動の容量を形成している。
【０００６】
このような構成において、図中に示すｘ軸方向に加速度が生じると、マス部６がｘ軸方向に変位するため、可動電極７ａと固定電極８ａからなる第１の容量と可動電極７ｂと固定電極８ｂからなる第２の容量のいずれか一方が小さく、他方が大きくなり、その容量差からｘ軸方向に加速度が生じたことが検出される。また、ｙ軸方向に加速度が生じると、マス部６がｙ軸方向に変位するため、可動電極７ｃと固定電極８ｃからなる第１の容量と可動電極７ｄと固定電極８ｄからなる第２の容量のいずれか一方が小さく、他方が大きくなり、その容量差からｙ軸方向に加速度が生じたことが検出される。
【０００７】
本発明者らが上記した加速度検出装置において更に検討を進めたところ、検出軸方向以外の方向の変位によって検出誤差が大きく発生していることがわかった。例えば、ｘ軸方向に加速度が生じてマス部６がｘ軸方向に変位したとき、可動電極７ｃと固定電極８ｃからなる第１の容量と可動電極７ｄと固定電極８ｄからなる第２の容量においても容量差が生じるため、検出誤差が発生する。以下、この点について説明する。
【０００８】
図６に、図５中の点線の枠で示した電極部１１の拡大図を示す。加速度の検出のための主となる容量部分は、可動電極７ｄと固定電極８ｄの近接した部分であり、幅がＷ、電極間隔がｄ１である。それ以外の部分に形成される容量は、検出誤差となるため、固定電極８ｄと下側の可動電極７ｄとの電極間隔ｄ２を電極間隔ｄ１より十分広い間隔としている。可動電極７ｄと固定電極８ｄの検出軸方向はｙ軸方向である。
【０００９】
ここで、可動電極７ｄが、検出軸方向でないｘ軸方向に変位したとき、例えば図の右側に変位したとき、可動電極７ｄと固定電極８ｄの対向する部分の幅Ｗが大きくなるため、可動電極７ｄと固定電極８ｄからなる容量が大きくなる。逆に、マス部６の左側においては、可動電極７ｃが右側に変位するため、可動電極７ｃと固定電極８ｃの対向する部分の幅が小さくなり、可動電極７ｃと固定電極８ｃからなる容量が小さくなる。従って、可動電極７ｃと固定電極８ｃからなる第１の容量と可動電極７ｄと固定電極８ｄからなる第２の容量に差が生じ、これが検出誤差になる。
【００１０】
本発明は、上記した検出軸方向以外の方向の変位による検出誤差を小さくすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、  請求項１に記載の発明においては、マス部に突出して設けられた第１、第２の可動電極に第１、第２の固定電極をそれぞれ対向して配置し、検出軸方向に加速度が生じたとき、第１の可動電極と第１の固定電極からなる第１の容量と、第２の可動電極と第２の固定電極からなる第２の容量の差に基づいて加速度を検出するようにしている。
【００１２】
このように差動容量によって加速度検出を行う構成でありながら、１つの可動電極に１つの固定電極を対向配置した構成であるので、固定電極の数を少なくすることができる。また、第１の固定電極は、その先端部が根本部よりも第１の可動電極に近接した位置で対向するように折り曲げた形状になっており、この第１の固定電極の折り曲げ形状により、該第１の固定電極の根本部と第１の可動電極との電極間隔が該第１の固定電極の先端部と第１の可動電極との電極間隔より大きく、マス部が所定方向に変位したとき、該第１の固定電極の先端部と第１の可動電極とが対向する部分の幅は変化せず、該第１の固定電極の根元部と第１の可動電極とが対向する部分の幅が変化するようになっており、第２の固定電極は、その先端部が根本部よりも第２の可動電極に近接した位置で対向するように折り曲げた形状になっており、この第２の固定電極の折り曲げ形状により、該第２の固定電極の根本部と第２の可動電極との電極間隔が該第２の固定電極の先端部と第２の可動電極との電極間隔より大きく、マス部が所定方向に変位したとき、該第２の固定電極の先端部と第２の可動電極とが対向する部分の幅は変化せず、該第２の固定電極の根元部と第２の可動電極とが対向する部分の幅が変化するようになっている。
【００１３】
このことにより、マス部が検出軸方向以外の方向に変位したとき、第１、第２の固定電極の先端部と第１、第２の可動電極の近接関係は変わらず、先端部よりも第１、第２の固定電極と対向する位置が離れた根本部において第１、第２の可動電極と対向する部分の面積が変化する。しかしながら、第１、第２の固定電極の根本部は、第１、第２の可動電極と近接していないため、その部分による容量変化は小さく、従って両者の容量差によって生じる検出誤差を少なくすることができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明においては、第１の可動電極は、その先端部が根本部よりも第１の固定電極に近接した位置で対向するように折り曲げた形状になっており、この第１の可動電極の折り曲げ形状により、該第１の可動電極の根本部と第１の固定電極との電極間隔が該第１の可動電極の先端部と第１の固定電極との電極間隔より大きく、マス部が所定方向に変位したとき、該第１の可動電極の先端部と第１の固定電極とが対向する部分の幅は変化せず、該第１の可動電極の根元部と第１の固定電極とが対向する部分の幅が変化するようになっており、第２の可動電極は、その先端部が根本部よりも第２の固定電極に近接した位置で対向するように折り曲げた形状になっており、この第２の可動電極の折り曲げ形状により、該第２の可動電極の根本部と第２の固定電極との電極間隔が該第２の可動電極の先端部と第２の固定電極との電極間隔より大きく、マス部が所定方向に変位したとき、該第２の可動電極の先端部と第２の固定電極とが対向する部分の幅は変化せず、該第２の可動電極の根元部と第２の固定電極とが対向する部分の幅が変化するようになっていることを特徴としている。この発明においても、請求項１に記載の発明と同様、検出軸方向以外の方向の変位による検出誤差を小さくすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
図１に本発明の一実施形態にかかる容量式加速度検出装置の平面構成を示す。また、図２に図１中のＡ−Ａ断面図を示す。
この容量式加速度検出装置においては、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板のように、支持基板１上に酸化膜等の絶縁膜２を介して半導体層３を積層もしくは貼り合わせた構造の基板を用いて構成されている。そして、半導体層３および絶縁膜２がエッチングにより部分的に除去されて、可動電極の支持部４、梁部５、マス部（質量部）６、可動電極７ａ〜７ｄ、固定電極８ａ〜８ｄ、固定電極の配線兼支持部９ａ〜９ｄが形成されている。
【００１６】
ここで、マス部６は、加速度を受けてｘ軸方向、ｙ軸方向に変位するように支持基板１上に所定の空隙をおいて支持されており、可動電極７ａ〜７ｄは、長方形状のマス部６の各辺からそれぞれ突出して設けられている。固定電極８ａ〜８ｄは可動電極７ａ〜７ｄのそれぞれの一方の側面に対向して配置されている。なお、固定電極８ａは可動電極７ａの左側、固定電極８ｂは可動電極７ｂの右側に配置され、マス部６のｘ軸方向の変化に対して、それぞれの容量が互いに異なる方向に増減変化するようになっている。同様に、固定電極８ｃ、８ｄ、可動電極７ｃ、７ｄも、マス部６のｙ軸方向の変化に対して、それぞれの容量が互いに異なる方向に増減変化するようになっている。
【００１７】
また，固定電極の配線兼支持部９ａ〜９ｄおよび可動電極の支持部４には、図示しない回路チップ（後述する検出回路を構成するもの）との接続のための電極パッド１０が設けてある。
上記した構成の加速度検出装置においては、図５に示すものと同様、ｘ軸方向に加速度が生じると、マス部６がｘ軸方向に変位し、可動電極７ａと固定電極８ａからなる第１の容量と可動電極７ｂと固定電極８ｂからなる第２の容量に差が生じる。そして、その容量差に基づき、図示しない検出回路によってｘ軸方向に加速度が生じたことが検出される。また、ｙ軸方向に加速度が生じると、マス部６がｙ軸方向に変位し、可動電極７ｃと固定電極８ｃからなる第１の容量と可動電極７ｄと固定電極８ｄからなる第２の容量に差が生じ、図示しない検出回路によってｙ軸方向に加速度が生じたことが検出される。
【００１８】
ここで、本実施形態においては、固定電極部８ａ〜８ｄの形状を、先端部では可動電極部７ａ〜７ｄと近接した位置で対向し、その先端部から支持部９ａ〜９ｄに向かう部分（以下、根元部という）では可動電極７ａ〜７ｄから離れた位置で対向するように、折り曲げた形状としている。
このように固定電極部８ａ〜８ｄを折り曲げ形状とすることにより、マス部６が検出軸方向以外の方向に変位したときの検出誤差を少なくすることができる。以下、この点について説明する。
【００１９】
図３に、図１中の点線の枠で示した電極部１１の拡大図を示す。固定電極部８ｄの先端部では可動電極７ｄと近接しており、幅がＷ１、電極間隔がｄ１となっている。また、固定電極部８ｄの根元部においては、可動電極７ｄと対向する部分は、幅がＷ２、電極間隔がｄ３となっている。
ここで、可動電極７ｄが、検出軸方向でないｘ軸方向に変位したとき、例えば図の右側に変位したとき、その変位する範囲において固定電極８ｄの先端部と可動電極７ｄとが対向する部分の幅Ｗ１は変化せず、固定電極部８ｄの根元部と可動電極７ｄとが対向する部分の幅Ｗ２が変化する。すなわち、固定電極部８ｄの根元部と可動電極７ｄとが対向する部分の面積が変化する。固定電極部８ｄの根元部と可動電極７ｄの間隔ｄ３は、固定電極８ｄの先端部と可動電極７ｄの間隔ｄ１より大きいため、固定電極部８ｄの根元部と可動電極７ｄとが対向する部分の幅Ｗ２が変化しても、それによる容量変化は、図５、図６に示すもののように固定電極８ｄを直線状にしたものに比べて小さいものとなる。同様に、マス部６の左側においても、固定電極８ｃを折り曲げた形状にしているため、検出軸方向でないｘ軸方向に変位したときの容量変化は、固定電極８ｃを直線状にしたものに比べて小さいものとなる。従って、それぞれの容量変化を小さくすることができるため、両者の容量差から生じる検出誤差を少なくすることができる。
【００２０】
また、固定電極８ａ、８ｂにおいても折り曲げた形状としているため、可動電極７ａ、７ｂが、検出軸方向でないｙ軸方向に変位したときの検出誤差を少なくすることができる。
なお、上記した実施形態においては、固定電極８ａ〜８ｄを折り曲げた形状とするものを示したが、図４に示すように、可動電極７ａ〜７ｄを折り曲げた形状としてもよい。また、可動電極７ａ〜７ｄと固定電極８ａ〜８ｄの両方をそれぞれの先端部において互いに近接するように折り曲げた形状としてもよい。この場合には、可動電極又は固定電極の一方の近接する部分の幅を他方の幅より広くすることにより検出軸でない方向に変位したときの検出誤差を少なくすることができる。
【００２１】
また、上記した実施形態においては、ｘ軸方向とｙ軸方向について加速度検出を行うものを示したが、支持基板１とマス部６で形成される容量変化を検出するようにすれば、３軸方向の加速度を検出することができる。また、本発明は、そのような多軸方向の加速度を検出するものに限らず、１軸方向の加速度を検出するものにも適用することができる。
【００２２】
さらに、本発明は加速度検出装置以外に、角速度、圧力等の物理量を検出する容量式物理量検出装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す容量式加速度検出装置の平面構成を示す図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１中の電極部１１の拡大図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す容量式加速度検出装置の平面構成を示す図である。
【図５】本発明の課題を説明するための容量式加速度検出装置の平面構成を示す図である。
【図６】図５中の電極部１１の拡大図である。
【符号の説明】
１…支持基板、４…可動電極の支持部、５…梁部、６…マス部、
７ａ〜７ｄ…可動電極、８ａ〜８ｄ…固定電極、
９…固定電極の配線兼支持部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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