JP2006226770A - 力学量センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】 側面から錘体の姿勢変化を検出するための静電容量素子における電極間の間隔を微小値に設定すること。
【解決手段】 加速度センサは、可動部構造体１を上部硝子基板２および下部硝子基板によって上下方向から挟み込んだ３層構造により構成されている。可動部構造体１には、フレーム１４、梁１５、錘体１６が形成されている。そして、フレーム１４と錘体１６との間に形成された可動隙間に、錘体１６の側面と対向する向きに側面電極４が設けられている。側面電極４は、下部硝子基板３の内壁面に、下部硝子基板３と直角をなすように固定されている。このように側面電極４を錘体１６と別体に設けることにより、錘体１６と側面電極４との隙間の間隔を小さく形成することができる。これにより、錘体１６と側面電極４とで形成される静電容量素子における静電容量を増大させることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】 加速度センサは、可動部構造体１を上部硝子基板２および下部硝子基板によって上下方向から挟み込んだ３層構造により構成されている。可動部構造体１には、フレーム１４、梁１５、錘体１６が形成されている。そして、フレーム１４と錘体１６との間に形成された可動隙間に、錘体１６の側面と対向する向きに側面電極４が設けられている。側面電極４は、下部硝子基板３の内壁面に、下部硝子基板３と直角をなすように固定されている。このように側面電極４を錘体１６と別体に設けることにより、錘体１６と側面電極４との隙間の間隔を小さく形成することができる。これにより、錘体１６と側面電極４とで形成される静電容量素子における静電容量を増大させることができる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、物体に作用する力学量を検出する力学量センサに関し、特に、作用する力学量を静電容量の変化量に基づいて検出する静電容量検出型の力学量センサに関する。
ビデオカメラの手ぶれ補正装置や車載用のエアバッグ装置、ロボットの姿勢制御装置などの広い分野において、物体に作用する力学量を検出するための力学量センサが用いられている。
力学量センサの１つに、物体の回転運動、即ち角速度を検出するジャイロと呼ばれる角速度センサがある。
ジャイロは、物体の回転運動、即ち角速度を検出するセンサであり、取り付け部位や回転の中心位置に関わらず作用する角速度を検出することができる。
ジャイロは、その動作原理の違いによりいくつかの種類に分類され、振動体を用いた物は、振動式角速度センサと呼ばれている。
力学量センサの１つに、物体の回転運動、即ち角速度を検出するジャイロと呼ばれる角速度センサがある。
ジャイロは、物体の回転運動、即ち角速度を検出するセンサであり、取り付け部位や回転の中心位置に関わらず作用する角速度を検出することができる。
ジャイロは、その動作原理の違いによりいくつかの種類に分類され、振動体を用いた物は、振動式角速度センサと呼ばれている。
振動式角速度センサ（以下、角速度センサとする）は、可撓性を有する部材に支持された錘体を一定の周期で振動させ、発生するコリオリ力を検出することによって作用する角速度を検出する。
詳しくは、質量ｍの錘体をｚ軸方向に速度ｖで振動させた状態で、ｘ軸またはｙ軸周りに角速度Ωが働くと、錘体の中心部には、“Ｆ＝２ｍｖΩ”のコリオリ力Ｆが発生する。
そして、発生するコリオリ力の作用によりねじれが生じるため、錘体は、振動方向と直交する面に対して傾く。
角速度センサは、この錘体の傾きの方向、傾き量を検出し、これらの検出された値に基づいて錘体に作用する角速度を算出する。
詳しくは、質量ｍの錘体をｚ軸方向に速度ｖで振動させた状態で、ｘ軸またはｙ軸周りに角速度Ωが働くと、錘体の中心部には、“Ｆ＝２ｍｖΩ”のコリオリ力Ｆが発生する。
そして、発生するコリオリ力の作用によりねじれが生じるため、錘体は、振動方向と直交する面に対して傾く。
角速度センサは、この錘体の傾きの方向、傾き量を検出し、これらの検出された値に基づいて錘体に作用する角速度を算出する。
このような角速度センサにおいて、錘体の傾きの方向、傾き量を検出する方法の１つに、静電容量の変化量を測定するものがある。このような角速度センサを静電容量型角速度センサという。
静電容量型角速度センサには、錘体の側面と対向する位置に隙間（ギャップ）を介して電極が設けられている。そして、この電極と錘体によって形成される静電容量素子の静電容量の変化量を測定することによって錘体の傾きを検出する。
静電容量型角速度センサには、錘体の側面と対向する位置に隙間（ギャップ）を介して電極が設けられている。そして、この電極と錘体によって形成される静電容量素子の静電容量の変化量を測定することによって錘体の傾きを検出する。
従来、このような静電容量の変化量に基づいて、作用する角速度や加速度などの力学量を検出する静電容量検出型のセンサにおける検出精度を向上させる技術が下記の特許文献をはじめ種々提案されている。
特開平７−２１８５３４号公報
特許文献１には、重りの側面に可動電極が設けられ、この可動電極と対になる固定電極が固定枠の内側面に設けられた容量形加速度センサが開示されている。
ここでは、可動電極と固定電極とで形成された静電容量素子の静電容量変化に基づいて、重りの姿勢変化を検出する。つまり、重りの姿勢変化を側面方向から検出する構成を有している。
ここでは、可動電極と固定電極とで形成された静電容量素子の静電容量変化に基づいて、重りの姿勢変化を検出する。つまり、重りの姿勢変化を側面方向から検出する構成を有している。
ところで、静電容量検出型の力学量センサにおいては、力学量が作用していない初期状態の静電容量素子の静電容量が大きくなるほど検出精度を向上させることができる。これは、錘体の姿勢が変化した時の静電容量の変化量が大きくなるためである。
静電容量素子の静電容量Ｃは、次式で示される。
（式１） Ｃ＝εＳ／ｄ
但し、εは電極間の誘電体の誘電率、Ｓは電極の面積、ｄは電極間の距離（ギャップ長）を示す。
静電容量素子の静電容量Ｃは、次式で示される。
（式１） Ｃ＝εＳ／ｄ
但し、εは電極間の誘電体の誘電率、Ｓは電極の面積、ｄは電極間の距離（ギャップ長）を示す。
このように、静電容量素子の静電容量Ｃは、電極の面積Ｓに比例し、電極間の距離ｄに反比例する。
つまり、電極の面積Ｓを大きくする、または、電極間の距離ｄを小さくすることによって、静電容量Ｃを増大させることができる。
ところが、静電容量Ｃを増大させるために電極の面積Ｓを大きくすると、電極を配置する錘体やフレームも大きくなるため、力学量センサが大型化してしまう。
つまり、電極の面積Ｓを大きくする、または、電極間の距離ｄを小さくすることによって、静電容量Ｃを増大させることができる。
ところが、静電容量Ｃを増大させるために電極の面積Ｓを大きくすると、電極を配置する錘体やフレームも大きくなるため、力学量センサが大型化してしまう。
また、特許文献１に記載の加速度センサでは、可動電極と固定電極との隙間（ギャップ）は、シリコンウェハにエッチング処理を施すことによって形成されている。
しかしながら、電極間のギャップをエッチング処理によって形成する場合、形成されるギャップの間隔および深さは、エッチング処理におけるアスペクト比によって制限されてしまう。そのため、電極間のギャップを微小に形成し静電容量を増大させることは困難であった。
そこで、本発明は、錘部の姿勢変化を検出するための静電容量素子における電極間の間隔を微小値に設定することが容易にできる力学量センサを提供することを目的とする。
しかしながら、電極間のギャップをエッチング処理によって形成する場合、形成されるギャップの間隔および深さは、エッチング処理におけるアスペクト比によって制限されてしまう。そのため、電極間のギャップを微小に形成し静電容量を増大させることは困難であった。
そこで、本発明は、錘部の姿勢変化を検出するための静電容量素子における電極間の間隔を微小値に設定することが容易にできる力学量センサを提供することを目的とする。
請求項１記載の発明では、フレームと、前記フレーム内に配設され、第１の端面と、前記第１の端面と対向する第２の端面と、前記フレームの内壁と対向し前記第１の端面と直交する側面と、を有する錘部と、前記フレームと前記錘部とに固定された可撓性を有する梁部と、前記側面と対向し、前記錘体と別体に形成された側面電極と、前記側面と前記側面電極とにより形成された第１の静電容量素子の静電容量の変化に基づいて、前記錘部の姿勢変化を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された前記錘部の姿勢の変化量を力学量に変換する変換手段と、を備えることにより前記目的を達成する。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記側面電極は、所定のエッチング処理における最大アスペクト比をγとし、前記第１の端面と前記第２の端面との間隔をβとした場合、α＜（β／γ）の関係を満たす間隔αを介して前記側面と対向する。
請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の発明において、前記側面電極における前記錘部の側面との対向面に、前記第１の端面と直交する方向に延びる凹部が前記凹部の幅方向に等間隔に形成され、前記錘部における前記側面電極との対向面に、前記凹部と隙間を介して掛合する凸部が形成されている。
請求項４記載の発明は、請求項１、請求項２または請求項３記載の発明において、前記側面電極と前記錘部との相対的な位置を決める位置決め手段を備える。
請求項５記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の発明において、前記第１の端面と隙間を介して対向する固定電極を備え、前記検出手段は、前記固定電極と前記錘部とにより形成された第２の静電容量素子の静電容量の変化に基づいて、前記錘部の姿勢変化を検出する。
請求項６記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５記載の発明において、前記錘部を前記第１の端面と直交する向きに、所定の周期で振動させる振動手段を備え、前記検出手段は、前記錘部の振動方向と直交する面に対する前記錘部の傾きを検出し、前記変換手段は、前記錘部の傾き量を角速度に変換する。
本発明によれば、側面電極を錘部と別体に設けることにより、錘部と側面電極との隙間の間隔を小さく形成することができる。これにより、錘部と側面電極とで形成される静電容量素子における静電容量を増大させることができ、錘部の姿勢検出精度を向上させることができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１〜図８を参照して詳細に説明する。
本実施形態では、力学量センサの例として、加速度センサおよび角速度センサについて説明する。
図１は、本実施の形態に係る加速度センサの概略構成を示した断面図である。
また、本実施の形態に係る力学量センサは、半導体基板を加工して形成された半導体センサ素子である。なお、半導体基板の加工は、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を用いて行うことができる。
加速度センサを構成する基板の積層方向と同一方向を上下方向、即ちｚ軸（方向）と定義する。そして、このｚ軸と直交し、かつ互いの軸と直交する軸をｘ軸（方向）およびｙ軸（方向）と定義する。つまり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、それぞれ互いに直交する３軸となる。
本実施形態では、力学量センサの例として、加速度センサおよび角速度センサについて説明する。
図１は、本実施の形態に係る加速度センサの概略構成を示した断面図である。
また、本実施の形態に係る力学量センサは、半導体基板を加工して形成された半導体センサ素子である。なお、半導体基板の加工は、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を用いて行うことができる。
加速度センサを構成する基板の積層方向と同一方向を上下方向、即ちｚ軸（方向）と定義する。そして、このｚ軸と直交し、かつ互いの軸と直交する軸をｘ軸（方向）およびｙ軸（方向）と定義する。つまり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、それぞれ互いに直交する３軸となる。
図１に示すように、加速度センサは、可動部構造体１、上部硝子基板２、下部硝子基板３を備えている。詳しくは、可動部構造体１を上部硝子基板２および下部硝子基板３によって上下方向から挟み込んだ３層構造となっている。
可動部構造体１は、シリコン層１１、酸化膜層１２、シリコン層１３の３層構造を有するＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板から形成されている。
このＳＯＩ基板にエッチング処理を施して、フレーム１４、梁１５、錘体１６を形成する。なお、錘体１６は、導電性を有し可動電極として機能する。
このＳＯＩ基板のエッチング処理は、プラズマによる深いトレンチエッチングを施すＤ−ＲＩＥ（ディープ−リアクティブ・イオン・エッチング）技術を利用して行う。
なお、Ｄ−ＲＩＥは、ドライエッチングの一種である特定の方向にエッチングが進行する異方性エッチングに分類される。
この場合、梁１５や錘体１６を加工する際のエッチング処理において、中間の酸化膜層１２がエッチング遮断層（ストップ層）として機能するため、厚み方向に対する加工精度を向上させることができる。
可動部構造体１は、シリコン層１１、酸化膜層１２、シリコン層１３の３層構造を有するＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板から形成されている。
このＳＯＩ基板にエッチング処理を施して、フレーム１４、梁１５、錘体１６を形成する。なお、錘体１６は、導電性を有し可動電極として機能する。
このＳＯＩ基板のエッチング処理は、プラズマによる深いトレンチエッチングを施すＤ−ＲＩＥ（ディープ−リアクティブ・イオン・エッチング）技術を利用して行う。
なお、Ｄ−ＲＩＥは、ドライエッチングの一種である特定の方向にエッチングが進行する異方性エッチングに分類される。
この場合、梁１５や錘体１６を加工する際のエッチング処理において、中間の酸化膜層１２がエッチング遮断層（ストップ層）として機能するため、厚み方向に対する加工精度を向上させることができる。
フレーム１４は、錘体１６を囲むように可動部構造体１の周縁部に設けられた固定部であり、可動部構造体１の枠組みを構成する。
梁１５は、錘体１６の中心から放射方向に（フレーム１４の方向に）十字方向に延びる４つの帯状の薄部材であり、可撓性を有している。
また、梁１５の端部は、フレーム１４に固定されている。
錘体１６は、４つの梁１５によってフレーム１４に固定された質量体である。錘体１６は、梁１５の作用により、外部より加わる力により振動させたり、捩れる動きが可能となっている。
梁１５は、錘体１６の中心から放射方向に（フレーム１４の方向に）十字方向に延びる４つの帯状の薄部材であり、可撓性を有している。
また、梁１５の端部は、フレーム１４に固定されている。
錘体１６は、４つの梁１５によってフレーム１４に固定された質量体である。錘体１６は、梁１５の作用により、外部より加わる力により振動させたり、捩れる動きが可能となっている。
梁１５および錘体１６の上面（上部硝子基板２との対向面）と上部硝子基板２との間には、錘体１６を可動にするための空間である可動隙間１７が形成されている。上部硝子基板２は、この可動隙間１７を封止するように接合されている。
梁１５の下面（下部硝子基板３との対向面）および錘体１６の底面、即ち下面（下部硝子基板３との対向面）と下部硝子基板３との間には、錘体１６を可動にするための空間である可動隙間１８が形成されている。
さらに、錘体１６の周部においても、錘体１６を可動にするための空間である可動隙間１９が形成されている。下部硝子基板３は、この可動隙間１９を封止するように接合されている。
なお、加速度センサの内部は真空状態となっている。真空状態とすることで、錘体１６が動作する際の空気抵抗を低減することができる。これにより、加速度の検出精度を向上させることができる。
梁１５の下面（下部硝子基板３との対向面）および錘体１６の底面、即ち下面（下部硝子基板３との対向面）と下部硝子基板３との間には、錘体１６を可動にするための空間である可動隙間１８が形成されている。
さらに、錘体１６の周部においても、錘体１６を可動にするための空間である可動隙間１９が形成されている。下部硝子基板３は、この可動隙間１９を封止するように接合されている。
なお、加速度センサの内部は真空状態となっている。真空状態とすることで、錘体１６が動作する際の空気抵抗を低減することができる。これにより、加速度の検出精度を向上させることができる。
また、可動部構造体１には、電気接点であるコンタクト２０が設けられている。コンタクト２０は、可動部構造体１の中心に設けられた導通用のピンまたはスルーホールによって形成されている。
このコンタクト２０は、錘体１６において、酸化膜層１２の上層に積層されているシリコン層１１と、酸化膜層１２の下層に形成されているシリコン層１３とを電気的に接続し、同電位状態とするためのものである。
なお、コンタクト２０の作用により同電位状態にある、錘体１６における酸化膜層１２の上層に積層されているシリコン層１１、および、酸化膜層１２の下層に形成されているシリコン層１３は可動電極として機能する。
詳しくは、可動部構造体１における固定電極２１との対向面、即ち、シリコン層１１における上部硝子基板２との対向面は、端面可動電極として機能する。
また、錘体１６の側面、即ちフレーム１４との対向面は、側面可動電極として機能する。
上部硝子基板２および下部硝子基板３は、可動部構造体１を封止するように接合された硝子基板である。上部硝子基板２および下部硝子基板３は、それぞれ、可動部構造体１のフレーム１４において陽極接合によって接合されている。
このコンタクト２０は、錘体１６において、酸化膜層１２の上層に積層されているシリコン層１１と、酸化膜層１２の下層に形成されているシリコン層１３とを電気的に接続し、同電位状態とするためのものである。
なお、コンタクト２０の作用により同電位状態にある、錘体１６における酸化膜層１２の上層に積層されているシリコン層１１、および、酸化膜層１２の下層に形成されているシリコン層１３は可動電極として機能する。
詳しくは、可動部構造体１における固定電極２１との対向面、即ち、シリコン層１１における上部硝子基板２との対向面は、端面可動電極として機能する。
また、錘体１６の側面、即ちフレーム１４との対向面は、側面可動電極として機能する。
上部硝子基板２および下部硝子基板３は、可動部構造体１を封止するように接合された硝子基板である。上部硝子基板２および下部硝子基板３は、それぞれ、可動部構造体１のフレーム１４において陽極接合によって接合されている。
上部硝子基板２には、その内壁面に固定電極２１が設けられている。また、上部硝子基板２には、基板の厚み方向に貫通するスルーホール２２が設けられている。スルーホール２２の内周壁に引出配線２４が設けられている。この引出配線２４を介して、固定電極２１の電位を加速度センサの外部へ引き出すように構成されている。加速度センサ（上部硝子基板２）の外側面へ引き出された引出配線２４は、スルーホール２２の上部硝子基板２の外側端部に設けられた電極パッド２３に接続される。そして、この電極パッド２３を介して、図示しない制御部へ接続される。
なお、引出配線２４は、スルーホール２２の内周壁の全面に設けられたパターンによって形成されていてもよい。
なお、引出配線２４は、スルーホール２２の内周壁の全面に設けられたパターンによって形成されていてもよい。
そして、可動部構造体１の端面可動電極と固定電極２１によって静電容量素子が形成されている。なお、この静電容量素子は、第２の静電容量素子として機能する。
錘体１６の姿勢が変化して端部可動電極が傾くと、端部可動電極と固定電極２１との隙間（ギャップ）が変化する。静電容量素子は、電極間のギャップ長が変化すると静電容量の値が変化する。
そこで、本実施の形態では、端部可動電極と固定電極２１とにより形成される静電容量素子の静電容量を検出することにより、錘体１６の姿勢変化を検出している。
そして、検出された錘体１６の姿勢の変化量に基づいて錘体１６に作用する加速度を算出する。
なお、下部硝子基板３における錘体１６の底面との対向面に、固定電極２１と同様の電極を設け、この固定電極と錘体１６の底面（端部可動電極）とにより形成される静電容量素子の静電容量を検出することにより、錘体１６の姿勢変化を検出するようにしてもよい。
このように、錘体１６の姿勢変化を検出するための電極を増やすことにより、検出精度を向上させることができる。
錘体１６の姿勢が変化して端部可動電極が傾くと、端部可動電極と固定電極２１との隙間（ギャップ）が変化する。静電容量素子は、電極間のギャップ長が変化すると静電容量の値が変化する。
そこで、本実施の形態では、端部可動電極と固定電極２１とにより形成される静電容量素子の静電容量を検出することにより、錘体１６の姿勢変化を検出している。
そして、検出された錘体１６の姿勢の変化量に基づいて錘体１６に作用する加速度を算出する。
なお、下部硝子基板３における錘体１６の底面との対向面に、固定電極２１と同様の電極を設け、この固定電極と錘体１６の底面（端部可動電極）とにより形成される静電容量素子の静電容量を検出することにより、錘体１６の姿勢変化を検出するようにしてもよい。
このように、錘体１６の姿勢変化を検出するための電極を増やすことにより、検出精度を向上させることができる。
さらに、本実施の形態に係る加速度センサにおいては、下部硝子基板３の内壁面に側面電極４が固定されている。
側面電極４は、下部硝子基板３と直角をなすように固定された、シリコン基板により形成された板状の電極であり、錘体１６とフレーム１４との間に形成された可動隙間１９に、錘体１６の側面と対向する向きに設けられている。
本実施の形態に係る加速度センサにおいては、梁１５を形成するシリコン層１１、およびこのシリコン層１１とコンタクト２０を介して電気的に接続されている錘体１６を共通電極（基準電位）として扱い処理を行う。
そのため、側面電極４は、その高さ方向（ｚ軸方向）において、端部が梁１５と接触しないように、さらに、梁１５の撓み時や捩れ時においてもその端部が梁１５と接触しないように構成されている。
側面電極４は、下部硝子基板３と直角をなすように固定された、シリコン基板により形成された板状の電極であり、錘体１６とフレーム１４との間に形成された可動隙間１９に、錘体１６の側面と対向する向きに設けられている。
本実施の形態に係る加速度センサにおいては、梁１５を形成するシリコン層１１、およびこのシリコン層１１とコンタクト２０を介して電気的に接続されている錘体１６を共通電極（基準電位）として扱い処理を行う。
そのため、側面電極４は、その高さ方向（ｚ軸方向）において、端部が梁１５と接触しないように、さらに、梁１５の撓み時や捩れ時においてもその端部が梁１５と接触しないように構成されている。
側面電極４と下部硝子基板３は、陽極接合によって接合されている。
なお、側面電極４と下部硝子基板３との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、接合面に金属を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。
下部硝子基板３には、基板の厚み方向に貫通するスルーホール３１が設けられている。スルーホール３１の内周壁に引出配線３３が設けられている。この引出配線３３を介して、側面電極４の電位を加速度センサの外部へ引き出すように構成されている。加速度センサ（下部硝子基板３）の外側面へ引き出された引出配線３３は、スルーホール３１の下部硝子基板３の外側端部に設けられた電極パッド３２に接続される。そして、この電極パッド３２を介して、図示しない制御部へ接続される。
なお、引出配線３３は、スルーホール３１の内周壁の全面に設けられたパターンによって形成されていてもよい。
なお、側面電極４と下部硝子基板３との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、接合面に金属を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。
下部硝子基板３には、基板の厚み方向に貫通するスルーホール３１が設けられている。スルーホール３１の内周壁に引出配線３３が設けられている。この引出配線３３を介して、側面電極４の電位を加速度センサの外部へ引き出すように構成されている。加速度センサ（下部硝子基板３）の外側面へ引き出された引出配線３３は、スルーホール３１の下部硝子基板３の外側端部に設けられた電極パッド３２に接続される。そして、この電極パッド３２を介して、図示しない制御部へ接続される。
なお、引出配線３３は、スルーホール３１の内周壁の全面に設けられたパターンによって形成されていてもよい。
そして、上述した固定電極２１と同様に、側面電極４と側面可動電極とによって静電容量素子が形成されている。錘体１６の側面部においてもまた、上面部と同様に、側面可動電極と側面電極４とにより形成される静電容量素子の静電容量を検出することにより、錘体１６の姿勢変化を検出している。なお、側面電極４と可動電極とによって形成される静電容量素子は、第１の静電容量素子として機能する。
検出された錘体１６の姿勢の変化量に基づいて錘体１６に作用する加速度を算出する。
なお、電極間の静電容量は、静電容量／電圧変換（Ｃ／Ｖ変換）回路を用いて電気的に検出することができる。
Ｃ／Ｖ変換回路としては、例えば、十分周波数の高いキャリア信号（参照信号）を静電容量素子に印加し、その出力信号の振幅の変化量を静電容量として検出する方法がある。
静電容量素子に印加されたキャリア信号の出力は、その振幅が静電容量に比例する。そのため、入力キャリア信号と出力キャリア信号の振幅を比較することによって、静電容量を検出することができるようになっている。
検出された錘体１６の姿勢の変化量に基づいて錘体１６に作用する加速度を算出する。
なお、電極間の静電容量は、静電容量／電圧変換（Ｃ／Ｖ変換）回路を用いて電気的に検出することができる。
Ｃ／Ｖ変換回路としては、例えば、十分周波数の高いキャリア信号（参照信号）を静電容量素子に印加し、その出力信号の振幅の変化量を静電容量として検出する方法がある。
静電容量素子に印加されたキャリア信号の出力は、その振幅が静電容量に比例する。そのため、入力キャリア信号と出力キャリア信号の振幅を比較することによって、静電容量を検出することができるようになっている。
本実施の形態に係る加速度センサのような静電容量検出型の力学量センサにおいては、力学量（加速度）が作用していない初期状態の静電容量素子の静電容量が大きくなるほど検出精度を向上させることができる。これは、錘体１６の姿勢が変化した時の静電容量の変化量が大きくなるためである。
このように、静電容量素子の静電容量は、電極の面積に比例し、電極間の距離に反比例する。
そこで、本実施の形態に係る加速度センサでは、側面電極４と錘体１６の側面可動電極との距離、即ち電極間の間隔（ギャップ長）を従来のセンサより狭めることにより、センサの検出精度（検出感度）を向上させる構成となっている。
このように、静電容量素子の静電容量は、電極の面積に比例し、電極間の距離に反比例する。
そこで、本実施の形態に係る加速度センサでは、側面電極４と錘体１６の側面可動電極との距離、即ち電極間の間隔（ギャップ長）を従来のセンサより狭めることにより、センサの検出精度（検出感度）を向上させる構成となっている。
本実施の形態に係る加速度センサにおいては、側面電極４および錘体１６の側面可動電極をそれぞれ別の部材（基板）に形成し、組み合わせることによって錘体１６の姿勢変化を検出するための静電容量素子を構成している。
詳しくは、シリコン基板をエッチング加工して形成された側面電極４と、ＳＯＩ基板をエッチング加工して形成された錘体１６とを組み合わせて静電容量素子を構成している。
詳しくは、シリコン基板をエッチング加工して形成された側面電極４と、ＳＯＩ基板をエッチング加工して形成された錘体１６とを組み合わせて静電容量素子を構成している。
ところで、従来の加速度センサにおいては、図１に示すところのフレーム１４における錘体１６との対向面に形成された固定電極と、錘体１６の側面に形成された可動電極とによって静電容量素子が形成されていた。
そして、フレーム１４と錘体１６との対向面に形成された電極間の静電容量の変化量に基づいて錘体１６の姿勢変化を検出するように構成されていた。
このように従来は、フレーム１４と錘体１６に形成された電極、即ち、同一基板を加工することによって形成された電極を用いて錘体１６の姿勢変化を検出するように構成されていた。
そして、フレーム１４と錘体１６との対向面に形成された電極間の静電容量の変化量に基づいて錘体１６の姿勢変化を検出するように構成されていた。
このように従来は、フレーム１４と錘体１６に形成された電極、即ち、同一基板を加工することによって形成された電極を用いて錘体１６の姿勢変化を検出するように構成されていた。
このような従来の加速度センサにおいては、フレーム１４と錘体１６に形成された電極間の間隔、即ち、錘体１６の側面部に形成された静電容量素子の電極間のギャップは、基板を加工することによって形成されていた。
詳しくは、フレーム１４および錘体１６を一体形成するＳＯＩ基板にエッチング処理を施すことによって形成されていた。
そのため、電極間のギャップ長の最小設定値は、エッチング処理におけるアスペクト比によって制限されていた。
アスペクト比とは、立体形状の垂直（高さ）：水平（幅）の寸法比で相対的な厚みを示す指標である。
エッチング処理におけるアスペクト比とは、エッチングの進行の深さと孔や溝の開口幅比であり、例えば、深さ５μｍ、幅１μｍ、の溝のアスペクト比は５である。シリコンプロセスでつくられる形状のアスペクト比は概ね１０程度であり、そのため厚みのある立体形状は作りにくい。
従来の加速度センサにおける電極間のギャップ長は、例えば、アスペクト比が１０である場合には、錘体１６のｚ軸方向の長さの１０分の１程度までしか狭めることができなかった。
詳しくは、フレーム１４および錘体１６を一体形成するＳＯＩ基板にエッチング処理を施すことによって形成されていた。
そのため、電極間のギャップ長の最小設定値は、エッチング処理におけるアスペクト比によって制限されていた。
アスペクト比とは、立体形状の垂直（高さ）：水平（幅）の寸法比で相対的な厚みを示す指標である。
エッチング処理におけるアスペクト比とは、エッチングの進行の深さと孔や溝の開口幅比であり、例えば、深さ５μｍ、幅１μｍ、の溝のアスペクト比は５である。シリコンプロセスでつくられる形状のアスペクト比は概ね１０程度であり、そのため厚みのある立体形状は作りにくい。
従来の加速度センサにおける電極間のギャップ長は、例えば、アスペクト比が１０である場合には、錘体１６のｚ軸方向の長さの１０分の１程度までしか狭めることができなかった。
しかしながら、本実施の形態に係る加速度センサでは、側面電極４を錘体１６と別の部材（基板）に形成し、これらを組み合わせることによって静電容量素子を構成している。
そのため、上述した従来の加速度センサのように、電極間のギャップ長がアスペクト比によって制限されることなく、任意の極小間隔に設定することができる。
図１に示すように、錘体１６の側面可動電極と側面電極４との間隔、即ちギャップ長をαとする。錘体１６の上部硝子基板２、可動部構造体１および下部硝子基板３の積層方向の長さ、即ち、ｚ軸方向の長さをβとする。
そして本実施の形態に係る加速度センサにおいては、
（ギャップ長α）＜（錘体厚β）／（最大アスペクト比）
この関係を満たす値にギャップ長αが設定されている。
なお、最大アスペクト比は、シリコン基板のエッチング技術の現状に依存する値であり、エッチング技術が発展するほど大きくなる。
シリコン基板のエッチング処理は、例えば、ドライエッチングの一種である、特定の方向にだけエッチングを進行させることができるＤ−ＲＩＥなどの異方性エッチングの技術を用いて行う。
本実施の形態に係る加速度センサにおいては、このギャップ長αは、例えば１〜１０μｍ、より好ましくは１〜５μｍ程度に設定されている。また、錘体厚βは、５００μｍ程度に設定されている。
そのため、上述した従来の加速度センサのように、電極間のギャップ長がアスペクト比によって制限されることなく、任意の極小間隔に設定することができる。
図１に示すように、錘体１６の側面可動電極と側面電極４との間隔、即ちギャップ長をαとする。錘体１６の上部硝子基板２、可動部構造体１および下部硝子基板３の積層方向の長さ、即ち、ｚ軸方向の長さをβとする。
そして本実施の形態に係る加速度センサにおいては、
（ギャップ長α）＜（錘体厚β）／（最大アスペクト比）
この関係を満たす値にギャップ長αが設定されている。
なお、最大アスペクト比は、シリコン基板のエッチング技術の現状に依存する値であり、エッチング技術が発展するほど大きくなる。
シリコン基板のエッチング処理は、例えば、ドライエッチングの一種である、特定の方向にだけエッチングを進行させることができるＤ−ＲＩＥなどの異方性エッチングの技術を用いて行う。
本実施の形態に係る加速度センサにおいては、このギャップ長αは、例えば１〜１０μｍ、より好ましくは１〜５μｍ程度に設定されている。また、錘体厚βは、５００μｍ程度に設定されている。
このように、本実施の形態に係る加速度センサにおいては、側面電極４を別の部材で形成し、上述した範囲において錘体１６の側面可動電極との間におけるギャップ長を設定することにより、側面電極４と錘体１６により形成される静電容量素子の静電容量を大きくすることができる。これにより、錘体１６の姿勢が変化した時の静電容量の変化量が大きくなるため、センサの検出精度（検出感度）を向上させることができる。
また、本実施の形態に係る加速度センサにおいては、錘体１６とフレーム１４との間に可動隙間１９が形成され、この可動隙間１９に側面電極４が配設されている。この可動隙間１９を形成することにより、梁１５が形成される領域を十分に確保することができる。 これにより、梁１５の設計の自由度が向上し、適切な可撓性を有する梁１５を容易に形成することができる。
また、本実施の形態に係る加速度センサにおいては、錘体１６とフレーム１４との間に可動隙間１９が形成され、この可動隙間１９に側面電極４が配設されている。この可動隙間１９を形成することにより、梁１５が形成される領域を十分に確保することができる。 これにより、梁１５の設計の自由度が向上し、適切な可撓性を有する梁１５を容易に形成することができる。
図８は、本実施の形態に係る加速度センサにおける側面電極４の変形例を示した図である。
図８に示すように、側面電極４’を、その高さ方向（ｚ軸方向）に端部が梁１５に至るまで延長し、かつ、その厚み方向（ｘ軸またはｙ軸方向）に錘体１６と対向する側面と反対の側面がフレーム１４の外壁面の形成位置に至るまで延長するように形成してもよい。
即ち、可動部構造体１においてフレーム１４を形成せずに、側面電極４’にフレーム１４の機能、即ち、固定部としての機能を持たせるように構成してもよい。
但し、この場合、それぞれの側面電極４’を独立して形成し、隣接する側面電極４’同士が接触しないように配設することが望ましい。
また、側面電極４’をフレーム１４と同様に、連続した囲み枠形状とする場合には、１側面と対向する領域毎に分割するためのスリットを形成し、隣接する電極領域同士を電気的に絶縁することが望ましい。
このように、側面電極４’間を電気的に絶縁する構造とする場合には、側面電極４’によってセンサ内部を真空封止することができないため、別途シール（封止）構造を設けるようにする。
なお、側面電極４’は、錘体１６即ち可動部構造体１と別体に形成されており、下部硝子基板に３に固定されている。
図８に示すように、側面電極４’を、その高さ方向（ｚ軸方向）に端部が梁１５に至るまで延長し、かつ、その厚み方向（ｘ軸またはｙ軸方向）に錘体１６と対向する側面と反対の側面がフレーム１４の外壁面の形成位置に至るまで延長するように形成してもよい。
即ち、可動部構造体１においてフレーム１４を形成せずに、側面電極４’にフレーム１４の機能、即ち、固定部としての機能を持たせるように構成してもよい。
但し、この場合、それぞれの側面電極４’を独立して形成し、隣接する側面電極４’同士が接触しないように配設することが望ましい。
また、側面電極４’をフレーム１４と同様に、連続した囲み枠形状とする場合には、１側面と対向する領域毎に分割するためのスリットを形成し、隣接する電極領域同士を電気的に絶縁することが望ましい。
このように、側面電極４’間を電気的に絶縁する構造とする場合には、側面電極４’によってセンサ内部を真空封止することができないため、別途シール（封止）構造を設けるようにする。
なお、側面電極４’は、錘体１６即ち可動部構造体１と別体に形成されており、下部硝子基板に３に固定されている。
このように側面電極４’を構成する場合においても、梁１５が形成される領域を十分に確保するための梁可動隙間８０を設ける。この梁可動隙間８０は、側面電極４’における梁１５と対向する端面に段差を設けることによって形成されている。この段差は、錘体１６側に低部、外壁側に高部が形成されている。
なお、側面電極’と可動部構造体１’とを電気的に絶縁するために、接合部に絶縁体（図示せず）を配設するようにしてもよい。
このように、側面電極４’を構成することにより、側面電極４’を上述した側面電極４よりも厚みのある形状とすることができるため、エッチング処理における加工が容易になる。また、可動部構造体１’においても、フレーム１４の形成が不要となるためエッチング処理における加工が容易になる。
なお、側面電極’と可動部構造体１’とを電気的に絶縁するために、接合部に絶縁体（図示せず）を配設するようにしてもよい。
このように、側面電極４’を構成することにより、側面電極４’を上述した側面電極４よりも厚みのある形状とすることができるため、エッチング処理における加工が容易になる。また、可動部構造体１’においても、フレーム１４の形成が不要となるためエッチング処理における加工が容易になる。
次に、上述したように構成される本実施の形態に係る加速度センサの製造方法について図２を参照しながら説明する。
はじめに、図２（ａ）に示すように、上部硝子基板２および可動部構造体１を形成し、これらを接合する。
上部硝子基板２の製造工程を説明する。
まず、硝子基板にブラスト加工等によりスルーホール２２を形成する。ブラスト加工とは、小さな粒状の物を圧縮空気を用いて吹き付けて物体の表面に凹凸を形成する加工である。
次に、高不純物濃度シリコン基板を硝子基板に接合する。高不純物濃度シリコン基板をエッチングし、電極パッド２３を形成する。
続いて、金属膜を積層させて固定電極２１およびスルーホール２２内部の引出パターンを形成する。
はじめに、図２（ａ）に示すように、上部硝子基板２および可動部構造体１を形成し、これらを接合する。
上部硝子基板２の製造工程を説明する。
まず、硝子基板にブラスト加工等によりスルーホール２２を形成する。ブラスト加工とは、小さな粒状の物を圧縮空気を用いて吹き付けて物体の表面に凹凸を形成する加工である。
次に、高不純物濃度シリコン基板を硝子基板に接合する。高不純物濃度シリコン基板をエッチングし、電極パッド２３を形成する。
続いて、金属膜を積層させて固定電極２１およびスルーホール２２内部の引出パターンを形成する。
次に、可動部構造体１の製造工程を説明する。
はじめに、ＳＯＩ基板をシリコン層１１側から反応性イオンエッチングや誘導結合プラズマエッチングなどのドライエッチング加工により梁１５を形成する。また、シリコン層１３側から高密度プラズマエッチングなどのエッチング加工により可動隙間１８、１９を形成し、錘体１６およびフレーム１４を形成する。
そして、コンタクト２０を導通用のピンまたはスルーホールによって形成する。
はじめに、ＳＯＩ基板をシリコン層１１側から反応性イオンエッチングや誘導結合プラズマエッチングなどのドライエッチング加工により梁１５を形成する。また、シリコン層１３側から高密度プラズマエッチングなどのエッチング加工により可動隙間１８、１９を形成し、錘体１６およびフレーム１４を形成する。
そして、コンタクト２０を導通用のピンまたはスルーホールによって形成する。
このように形成された上部硝子基板２および可動部構造体１を陽極接合により接合する。
陽極接合とは、硝子基板側（上部硝子基板２）に陰極電圧を与え、硝子−シリコン間の静電引力を利用して接合する接合方法である。
なお、上部硝子基板２と可動部構造体１との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、接合面に金属を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。
陽極接合とは、硝子基板側（上部硝子基板２）に陰極電圧を与え、硝子−シリコン間の静電引力を利用して接合する接合方法である。
なお、上部硝子基板２と可動部構造体１との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、接合面に金属を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。
次に、図２（ｂ）に示すように、下部硝子基板３を形成し、この下部硝子基板３にシリコン基板を接合する。
下部硝子基板３の製造工程を説明する。
まず、硝子基板にブラスト加工等によりスルーホール３１を形成する。
次に、高不純物濃度シリコン基板を硝子基板に接合する。高不純物濃度シリコン基板をエッチングし、電極パッド３２を形成する。
続いて、金属膜を積層させてスルーホール３１内部の引出パターンを形成する。
そして、このように形成された下部硝子基板３と側面電極を形成するためのシリコン基板を陽極接合により接合する。
なお、下部硝子基板３と側面電極４との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、接合面に金属を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。
下部硝子基板３の製造工程を説明する。
まず、硝子基板にブラスト加工等によりスルーホール３１を形成する。
次に、高不純物濃度シリコン基板を硝子基板に接合する。高不純物濃度シリコン基板をエッチングし、電極パッド３２を形成する。
続いて、金属膜を積層させてスルーホール３１内部の引出パターンを形成する。
そして、このように形成された下部硝子基板３と側面電極を形成するためのシリコン基板を陽極接合により接合する。
なお、下部硝子基板３と側面電極４との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、接合面に金属を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。
そして、図２（ｃ）に示すように、下部硝子基板３に接合された（貼り合わせられた）シリコン基板をエッチング処理し側面電極４を形成する。
この段階において、側面電極４とスルーホール３１内部の引出パターンとは電気的に接続され、即ち、側面電極４と電極パッド３２が電気的に接続された状態となる。
なお、側面電極４は、最終的に組み立てられた時に、錘体１６の側面可動電極との間にギャップ長αの隙間（間隔）が形成される下部硝子基板３上の位置に固定される。
なお、ギャップ長αは、上述した
（ギャップ長α）＜（錘体厚β）／（最大アスペクト比）
この関係を満たす範囲内において任意に設定された長さである。
このように側面電極４を形成した場合、側面電極４を形成するシリコン基板が下部硝子基板３に固定された状態にあるため、側面電極４の位置出し（位置決め）が容易にでき、側面電極４が形成される位置の精度を向上させることができる。
この段階において、側面電極４とスルーホール３１内部の引出パターンとは電気的に接続され、即ち、側面電極４と電極パッド３２が電気的に接続された状態となる。
なお、側面電極４は、最終的に組み立てられた時に、錘体１６の側面可動電極との間にギャップ長αの隙間（間隔）が形成される下部硝子基板３上の位置に固定される。
なお、ギャップ長αは、上述した
（ギャップ長α）＜（錘体厚β）／（最大アスペクト比）
この関係を満たす範囲内において任意に設定された長さである。
このように側面電極４を形成した場合、側面電極４を形成するシリコン基板が下部硝子基板３に固定された状態にあるため、側面電極４の位置出し（位置決め）が容易にでき、側面電極４が形成される位置の精度を向上させることができる。
次に、図２（ｄ）に示すように、可動部構造体１および上部硝子基板２の接合体と、下部硝子基板３および側面電極４の接合体とを組み合わせて接合する。
詳しくは、可動部構造体１の錘体１６の周部に形成されている可動隙間１９、即ち、錘体１６とフレーム１４との隙間に、側面電極４を挿入する。
そして、側面電極４が可動隙間１９内に配設された状態でフレーム１４と下部硝子基板３を陽極接合により接合する。
なお、可動部構造体１（フレーム１４）と下部硝子基板３との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、接合面に金属を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。
詳しくは、可動部構造体１の錘体１６の周部に形成されている可動隙間１９、即ち、錘体１６とフレーム１４との隙間に、側面電極４を挿入する。
そして、側面電極４が可動隙間１９内に配設された状態でフレーム１４と下部硝子基板３を陽極接合により接合する。
なお、可動部構造体１（フレーム１４）と下部硝子基板３との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、接合面に金属を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。
上述したように加速度センサは、最終的に可動部構造体１および上部硝子基板２の接合体と、下部硝子基板３および側面電極４の接合体とを組み合わせて接合する。
そして、錘体１６の側面可動電極と側面電極４との最終的な位置関係、即ち、位置決め精度は、この接合体の組み合わせ工程における位置決め精度に大きく左右される。
可動部構造体１と上部硝子基板２の接合体と、下部硝子基板３と側面電極４の接合体とは、可動部構造体１におけるフレーム１４の下端面と、下部硝子基板３の上面（可動部構造体１との対向面）とを接合することにより固定される。
上述したように、最終的に組み立てられた時の錘体１６の側面可動電極と側面電極４とのギャップ長αは、数μｍと極めて微小な値に設定されている。
そして、錘体１６の側面可動電極と側面電極４との最終的な位置関係、即ち、位置決め精度は、この接合体の組み合わせ工程における位置決め精度に大きく左右される。
可動部構造体１と上部硝子基板２の接合体と、下部硝子基板３と側面電極４の接合体とは、可動部構造体１におけるフレーム１４の下端面と、下部硝子基板３の上面（可動部構造体１との対向面）とを接合することにより固定される。
上述したように、最終的に組み立てられた時の錘体１６の側面可動電極と側面電極４とのギャップ長αは、数μｍと極めて微小な値に設定されている。
可動部構造体１と下部硝子基板３を接合（陽極接合）する際には、アライメント（位置合わせ）ずれが、場合によっては１０μｍ程度発生するおそれがある。
このような接合時におけるアライメントずれの影響により、可動部構造体１におけるフレーム１４が下部硝子基板３の接合面に対してスライドした状態の位置ずれを生じ、錘体１６の外側可動電極と側面電極４とのギャップ長αが確保できないおそれがある。
また、最終的に可動部構造体１および上部硝子基板２の接合体と、下部硝子基板３および側面電極４の接合体とを組み合わせる際には、側面電極４をフレーム１４や錘体１６と接触しないようにして、微小な可動隙間１９に挿入しなければならない。
この組み立て時にフレーム１４や錘体１６に接触してしまうと、側面電極４が破損してしまうおそれがある。
このような不具合が生じた場合、加速度センサの製造工程における歩留まり率が低下し、生産効率が低下するおそれがある。
このような接合時におけるアライメントずれの影響により、可動部構造体１におけるフレーム１４が下部硝子基板３の接合面に対してスライドした状態の位置ずれを生じ、錘体１６の外側可動電極と側面電極４とのギャップ長αが確保できないおそれがある。
また、最終的に可動部構造体１および上部硝子基板２の接合体と、下部硝子基板３および側面電極４の接合体とを組み合わせる際には、側面電極４をフレーム１４や錘体１６と接触しないようにして、微小な可動隙間１９に挿入しなければならない。
この組み立て時にフレーム１４や錘体１６に接触してしまうと、側面電極４が破損してしまうおそれがある。
このような不具合が生じた場合、加速度センサの製造工程における歩留まり率が低下し、生産効率が低下するおそれがある。
そこで、このような加速度センサの組み立て時に生じる不具合を解消するために、図３に示すような位置決めガイド５を設けるようにしてもよい。
詳しくは、下部硝子基板３における、適切な位置に組み立てられた際にフレーム１４の内壁面と接する位置に、位置決めガイド５を設ける。
この位置決めガイド５は、側面電極４の外側の領域に、下部硝子基板３と直角をなすように固定された板状の部材である。
位置決めガイド５は、フレーム１４の内壁面に沿って接触（内接）するように、即ち、フレーム１４の内側に配設される位置に設けられている。
位置決めガイド５は、その高さ方向（ｚ軸方向）において、端部が梁１５と接触しないように、さらに、梁１５の撓み時や捩れ時においてもその端部が梁１５と接触しないように構成されている。または、梁１５の形成位置を避けた位置に設けられている。
詳しくは、下部硝子基板３における、適切な位置に組み立てられた際にフレーム１４の内壁面と接する位置に、位置決めガイド５を設ける。
この位置決めガイド５は、側面電極４の外側の領域に、下部硝子基板３と直角をなすように固定された板状の部材である。
位置決めガイド５は、フレーム１４の内壁面に沿って接触（内接）するように、即ち、フレーム１４の内側に配設される位置に設けられている。
位置決めガイド５は、その高さ方向（ｚ軸方向）において、端部が梁１５と接触しないように、さらに、梁１５の撓み時や捩れ時においてもその端部が梁１５と接触しないように構成されている。または、梁１５の形成位置を避けた位置に設けられている。
そして、図３に示すように、可動部構造体１および上部硝子基板２の接合体と、下部硝子基板３および側面電極４の接合体とを組み合わせる際に、位置決めガイド５をフレーム１４に合わせることにより、位置決めガイド５がストッパとして機能する。
これにより、組み立て時における可動部構造体１に対する下部硝子基板３の位置ずれを抑止することができる。
さらに、位置決めガイド５がｚ軸方向の長さ（高さ）を有している場合には、側面電極４を可動隙間１９に挿入する際におけるフレーム１４や錘体１６への接触を適切に抑制することができる。
また、位置決めガイド５には、装置を用いて自動組み立てをする際の基準点を示すマーカとしての機能を持たせることができる。
これにより、組み立て時における可動部構造体１に対する下部硝子基板３の位置ずれを抑止することができる。
さらに、位置決めガイド５がｚ軸方向の長さ（高さ）を有している場合には、側面電極４を可動隙間１９に挿入する際におけるフレーム１４や錘体１６への接触を適切に抑制することができる。
また、位置決めガイド５には、装置を用いて自動組み立てをする際の基準点を示すマーカとしての機能を持たせることができる。
位置決めガイド５は、ｘ軸方向およびｙ軸方向における位置ずれの発生を適切に抑制するために、フレーム１４を構成する４つの壁面の全てに内接するように、４箇所に設けることが望ましい。
また、この位置決めガイド５においても側面電極４と同等の下部硝子基板３上の位置決め精度が要求される。そのため、位置決めガイド５は、側面電極４を形成する段階において、側面電極４と同時にシリコン基板をエッチングすることによって形成することが望ましい。
このように、側面電極４と同時に形成することにより、容易に位置決めガイド５を形成するとができる。
なお、位置決めガイド５は、その高さ方向（ｚ軸方向）において、端部が梁１５と接触する位置に達するまで延長して形成してもよい。この場合には、梁１５における弾性（撓み）特性、即ちヤング率は、位置決めガイド５の端部と梁１５が非接触状態にある場合と異なる（変化する）ため、梁１５は、予め位置決めガイド５の端部と梁１５の接触時のヤング率を考慮した値で設計する。
また、この位置決めガイド５においても側面電極４と同等の下部硝子基板３上の位置決め精度が要求される。そのため、位置決めガイド５は、側面電極４を形成する段階において、側面電極４と同時にシリコン基板をエッチングすることによって形成することが望ましい。
このように、側面電極４と同時に形成することにより、容易に位置決めガイド５を形成するとができる。
なお、位置決めガイド５は、その高さ方向（ｚ軸方向）において、端部が梁１５と接触する位置に達するまで延長して形成してもよい。この場合には、梁１５における弾性（撓み）特性、即ちヤング率は、位置決めガイド５の端部と梁１５が非接触状態にある場合と異なる（変化する）ため、梁１５は、予め位置決めガイド５の端部と梁１５の接触時のヤング率を考慮した値で設計する。
位置決めガイド５は、錘体１６と側面電極４との相対的な位置決めを行うための位置決め手段（ガイド部）として機能する。
位置決め手段は、上述した位置決めガイド５に限定されるものではなく、錘体１６と側面電極４との相対的な位置決めを行うことが可能な構成を有するものであればよい。例えば、フレーム１４を嵌合させる下部硝子基板３に設けられた案内溝であってもよい。
このような位置決め手段を設けることにより、可動部構造体１と下部硝子基板３を接合（陽極接合）する際の位置ずれを防止することができる。
位置決め手段は、上述した位置決めガイド５に限定されるものではなく、錘体１６と側面電極４との相対的な位置決めを行うことが可能な構成を有するものであればよい。例えば、フレーム１４を嵌合させる下部硝子基板３に設けられた案内溝であってもよい。
このような位置決め手段を設けることにより、可動部構造体１と下部硝子基板３を接合（陽極接合）する際の位置ずれを防止することができる。
本実施の形態によれば、錘体１６の姿勢変化をｚ軸方向に形成された静電容量素子（固定電極２１と端面可動電極）における静電容量の変化だけでなく、ｘ軸およびｙ軸方向に形成された静電容量素子（側面電極４と側面可動電極）における静電容量の変化に基づいて検出することができるため、作用する加速度の検出精度（検出感度）を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、側面電極４を可動部構造体１とは別の構造体として構成することにより、側面電極４と側面可動電極とのギャップ長αをエッチング処理で形成されるギャップ長よりも狭い間隔（短いギャップ長）に設定することができる。
これにより、側面電極４と側面可動電極により形成される静電容量素子の初期状態における静電容量を増大することができるため、錘体１６の姿勢変化の検出精度を向上させることができる。従って、加速度センサにおける加速度の検出精度（検出感度）を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、側面電極４を可動部構造体１とは別の構造体として構成することにより、側面電極４と側面可動電極とのギャップ長αをエッチング処理で形成されるギャップ長よりも狭い間隔（短いギャップ長）に設定することができる。
これにより、側面電極４と側面可動電極により形成される静電容量素子の初期状態における静電容量を増大することができるため、錘体１６の姿勢変化の検出精度を向上させることができる。従って、加速度センサにおける加速度の検出精度（検出感度）を向上させることができる。
次に、上述した加速度センサにおける側面電極４を用いて錘体１６の姿勢変化を検出する技術を応用した角速度センサについて説明する。
なお、本実施の形態に係る角速度センサも上述した加速度センサと同様に、可動部構造体１００、上部硝子基板２００、下部硝子基板３００を備え、可動部構造体１００を上部硝子基板２００および下部硝子基板３００によって上下方向から挟み込んだ３層構造となっている。
図４は、本実施の形態に係る角速度センサにおける可動部構造体１００を上部硝子基板２００側から見た平面図である。なお、破線で示した部位は、下部硝子基板３００上に形成されている側面電極４０および位置決めガイド５０を示す。
なお、本実施の形態に係る角速度センサも上述した加速度センサと同様に、可動部構造体１００、上部硝子基板２００、下部硝子基板３００を備え、可動部構造体１００を上部硝子基板２００および下部硝子基板３００によって上下方向から挟み込んだ３層構造となっている。
図４は、本実施の形態に係る角速度センサにおける可動部構造体１００を上部硝子基板２００側から見た平面図である。なお、破線で示した部位は、下部硝子基板３００上に形成されている側面電極４０および位置決めガイド５０を示す。
可動部構造体１００は、ＳＯＩ基板から形成され、このＳＯＩ基板をエッチング処理することにより、フレーム１４０、梁１５０、錘体１６０が形成されている。
フレーム１４０は、錘体１６０を囲むように可動部構造体１００の周縁部に設けられた固定部であり、可動部構造体１００の枠組みを構成する。
梁１５０は、錘体１６０の中心から放射方向に（フレーム１４０の方向に）十字方向に延びる４つの帯状の薄部材であり、可撓性を有している。この梁１５０は、錘体１６０をフレーム１４０に対して弾性支持する機能を有している。
フレーム１４０は、錘体１６０を囲むように可動部構造体１００の周縁部に設けられた固定部であり、可動部構造体１００の枠組みを構成する。
梁１５０は、錘体１６０の中心から放射方向に（フレーム１４０の方向に）十字方向に延びる４つの帯状の薄部材であり、可撓性を有している。この梁１５０は、錘体１６０をフレーム１４０に対して弾性支持する機能を有している。
錘体１６０は、４つの梁１５０によってフレーム１４０に固定された質量体であり、中央部に位置する角柱状の錘部１６１、この錘部１６１の４隅にそれぞれバランスを保って配設された角柱状の錘部１６２〜１６５から構成されている。なお、錘部１６１〜１６５は、連続した固体として一体に形成されている。
梁１５０の下面（下部硝子基板３００との対向面）および錘体１６０の底面、即ち下面（下部硝子基板３００との対向面）と下部硝子基板３００との間には、錘体１６０を可動にするための空間である可動隙間が形成されている。
さらに、錘体１６０の周部においても、錘体１６０を可動にするための空間である可動隙間１９０が形成されている。下部硝子基板３００は、この可動隙間１９０を封止するように接合されている。
錘体１６０は、梁１５０の作用により、外部より加わる力により振動させたり、捩れる動きが可能となっている。
梁１５０の下面（下部硝子基板３００との対向面）および錘体１６０の底面、即ち下面（下部硝子基板３００との対向面）と下部硝子基板３００との間には、錘体１６０を可動にするための空間である可動隙間が形成されている。
さらに、錘体１６０の周部においても、錘体１６０を可動にするための空間である可動隙間１９０が形成されている。下部硝子基板３００は、この可動隙間１９０を封止するように接合されている。
錘体１６０は、梁１５０の作用により、外部より加わる力により振動させたり、捩れる動きが可能となっている。
また、可動部構造体１００には、電気接点であるコンタクト１７０が設けられている。コンタクト１７０は、可動部構造体１００の中心に設けられた導通用のピンまたはスルーホールによって形成されている。
このコンタクト１７０は、錘体１６０において、ＳＯＩ基板の酸化膜層の上層と下層のシリコン層を電気的に接続し、同電位状態とするためのものである。
このコンタクト１７０は、錘体１６０において、ＳＯＩ基板の酸化膜層の上層と下層のシリコン層を電気的に接続し、同電位状態とするためのものである。
図５（ａ）は、本実施の形態に係る角速度センサにおける下部硝子基板３００を可動部構造体１００側から見た平面図である。
下部硝子基板３００には、図５（ａ）に示すように複数の電極が設けられている。
詳しくは、錘部１６１を中心として十字方向に延びる駆動電極３２１、錘体１６０における錘部１６２〜１６５と対向する位置にそれぞれ設けられた検出電極３２２〜３２５が設けられている。
駆動電極３２１および検出電極３２２〜３２５には、それぞれ電極を下部硝子基板３００の外側へ引き出すための電極パッド３３１〜３３５が設けられている。この電極パッド３３１〜３３５を介して、駆動電極３２１および検出電極３２２〜３２５が外部配線と接続されるようになっている。
また、下部硝子基板３００には、可動部構造体１００におけるグランドレベル（接地レベル）の電位を保持するための電極パッド３３６が設けられている。
下部硝子基板３００には、図５（ａ）に示すように複数の電極が設けられている。
詳しくは、錘部１６１を中心として十字方向に延びる駆動電極３２１、錘体１６０における錘部１６２〜１６５と対向する位置にそれぞれ設けられた検出電極３２２〜３２５が設けられている。
駆動電極３２１および検出電極３２２〜３２５には、それぞれ電極を下部硝子基板３００の外側へ引き出すための電極パッド３３１〜３３５が設けられている。この電極パッド３３１〜３３５を介して、駆動電極３２１および検出電極３２２〜３２５が外部配線と接続されるようになっている。
また、下部硝子基板３００には、可動部構造体１００におけるグランドレベル（接地レベル）の電位を保持するための電極パッド３３６が設けられている。
さらに、下部硝子基板３００には、上述した加速度センサと同様に、側面電極４０が設けられている。
側面電極４０は、下部硝子基板３００と直角をなすように固定された、シリコン基板により形成された板状の電極であり、錘体１６０とフレーム１４０との間に形成された可動隙間１９０に、錘体１６０の側面と対向する向きに設けられている。
詳しくは、隣接する錘部１６２〜１６５との隙間を除く、錘部１６２〜１６５の外側面と対向する位置にギャップ長αの隙間を介して設けられている。
なお、錘体１６０と側面電極４０のギャップ長αは、上述した加速度センサと同様に、
（ギャップ長α）＜（錘体厚β）／（最大アスペクト比）
この関係を満たす値に設定されている。だたし、錘体厚βは、錘体１６０のｚ軸方向の長さを示す。
側面電極４０は、下部硝子基板３００と直角をなすように固定された、シリコン基板により形成された板状の電極であり、錘体１６０とフレーム１４０との間に形成された可動隙間１９０に、錘体１６０の側面と対向する向きに設けられている。
詳しくは、隣接する錘部１６２〜１６５との隙間を除く、錘部１６２〜１６５の外側面と対向する位置にギャップ長αの隙間を介して設けられている。
なお、錘体１６０と側面電極４０のギャップ長αは、上述した加速度センサと同様に、
（ギャップ長α）＜（錘体厚β）／（最大アスペクト比）
この関係を満たす値に設定されている。だたし、錘体厚βは、錘体１６０のｚ軸方向の長さを示す。
側面電極４０は、陽極接合により下部硝子基板３００に接合されている。
また、側面電極４０と下部硝子基板３００との接合面には、それぞれ電極を下部硝子基板３００の外側へ引き出すための電極パッド４１が設けられている。この電極パッド４１を介して、側面電極４０が外部配線と接続されるようになっている。
さらに、下部硝子基板３００には、上述した加速度センサと同様に、組み立て時に生じる不具合を解消するための位置決め手段として機能する位置決めガイド５０が設けられている。
詳しくは、下部硝子基板３００において、適切な位置に組み立てられた際にフレーム１４０の内壁面と接する位置に、位置決めガイド５０を設ける。
また、側面電極４０と下部硝子基板３００との接合面には、それぞれ電極を下部硝子基板３００の外側へ引き出すための電極パッド４１が設けられている。この電極パッド４１を介して、側面電極４０が外部配線と接続されるようになっている。
さらに、下部硝子基板３００には、上述した加速度センサと同様に、組み立て時に生じる不具合を解消するための位置決め手段として機能する位置決めガイド５０が設けられている。
詳しくは、下部硝子基板３００において、適切な位置に組み立てられた際にフレーム１４０の内壁面と接する位置に、位置決めガイド５０を設ける。
この位置決めガイド５０は、フレーム１４０と内接する４隅の部位に、下部硝子基板３００と直角をなすように固定された、板状部材をＬ字（くの字）形状に加工した部材である。
位置決めガイド５０は、フレーム１４０の４隅の内壁面に沿って接触（内接）するように、即ち、フレーム１４０の内側に配設される位置に設けられている。
位置決めガイド５０は、その高さ方向（ｚ軸方向）において、端部が梁１５０と接触しないように、さらに、梁１５０の撓み時や捩れ時においてもその端部が梁１５０と接触しないように構成されている。または、梁１５０の形成位置を避けた位置に設けられている。
位置決めガイド５０は、フレーム１４０の４隅の内壁面に沿って接触（内接）するように、即ち、フレーム１４０の内側に配設される位置に設けられている。
位置決めガイド５０は、その高さ方向（ｚ軸方向）において、端部が梁１５０と接触しないように、さらに、梁１５０の撓み時や捩れ時においてもその端部が梁１５０と接触しないように構成されている。または、梁１５０の形成位置を避けた位置に設けられている。
図５（ｂ）は、本実施の形態に係る角速度センサにおける下部硝子基板３００を外側面側から見た平面図である。
上述した、電極パッド４１、３３１〜３３６の形成部位には、下部硝子基板３００の厚み方向に貫通するスルーホールが設けられている。これらのスルーホールを介して、センサ内の電極およびグランドの配線を角速度センサの外部へ引き出すように構成されている。
角速度センサ（下部硝子基板３００）の外側面へ引き出された配線は、スルーホールの下部硝子基板３００の外側端部に設けられた電極パッドに接続される。詳しくは、電極パッド４１、３３１〜３３６と下部硝子基板３００を介して対向する電極パッド４４１、４３１〜４３６とがそれぞれ接続される。そして、この電極パッドを介して、図示しない制御部へ接続される。
上述した、電極パッド４１、３３１〜３３６の形成部位には、下部硝子基板３００の厚み方向に貫通するスルーホールが設けられている。これらのスルーホールを介して、センサ内の電極およびグランドの配線を角速度センサの外部へ引き出すように構成されている。
角速度センサ（下部硝子基板３００）の外側面へ引き出された配線は、スルーホールの下部硝子基板３００の外側端部に設けられた電極パッドに接続される。詳しくは、電極パッド４１、３３１〜３３６と下部硝子基板３００を介して対向する電極パッド４４１、４３１〜４３６とがそれぞれ接続される。そして、この電極パッドを介して、図示しない制御部へ接続される。
次に、角速度センサを構成する上部硝子基板２００の構成について説明する。
図６（ａ）は、本実施の形態に係る角速度センサにおける上部硝子基板２００を可動部構造体１００側から見た平面図である。
上部硝子基板２００における可動部構造体１００との対向面には、錘体１６０の可動用のギャップ（可動隙間）が凹み形成されている。そのため、上部硝子基板２００の断面はコの字型の形状をしている。
上部硝子基板２００の凹み領域の底面部には、図６（ａ）に示すように複数の電極が設けられている。
図６（ａ）は、本実施の形態に係る角速度センサにおける上部硝子基板２００を可動部構造体１００側から見た平面図である。
上部硝子基板２００における可動部構造体１００との対向面には、錘体１６０の可動用のギャップ（可動隙間）が凹み形成されている。そのため、上部硝子基板２００の断面はコの字型の形状をしている。
上部硝子基板２００の凹み領域の底面部には、図６（ａ）に示すように複数の電極が設けられている。
詳しくは、錘部１６１を中心として十字方向に延びる駆動電極２２１、錘体１６０における錘部１６２〜１６５と対向する位置にそれぞれ設けられた検出電極２２２〜２２５が設けられている。
駆動電極２２１および検出電極２２２〜２２５には、それぞれ電極を上部硝子基板２００の外側へ引き出すための電極パッド２３１〜２３５が設けられている。この電極パッド２３１〜２３５を介して、駆動電極２２１および検出電極２２２〜２２５が外部配線と接続されるようになっている。
また、上部硝子基板２００には、可動部構造体１００におけるグランドレベル（接地レベル）の電位を保持するための電極パッド２３６が設けられている。
駆動電極２２１および検出電極２２２〜２２５には、それぞれ電極を上部硝子基板２００の外側へ引き出すための電極パッド２３１〜２３５が設けられている。この電極パッド２３１〜２３５を介して、駆動電極２２１および検出電極２２２〜２２５が外部配線と接続されるようになっている。
また、上部硝子基板２００には、可動部構造体１００におけるグランドレベル（接地レベル）の電位を保持するための電極パッド２３６が設けられている。
図６（ｂ）は、本実施の形態に係る角速度センサにおける上部硝子基板２００を外側面側から見た平面図である。
上述した、電極パッド２３１〜２３６の形成部位には、上部硝子基板２００の厚み方向に貫通するスルーホール設けられている。これらのスルーホールの内に設けられた引出配線を介して、センサ内の電極およびグランドの配線を角速度センサの外部へ引き出すように構成されている。
角速度センサ（上部硝子基板２００）の外側面へ引き出された配線は、スルーホールの上部硝子基板２００の外側端部に設けられた電極パッドに接続される。詳しくは、電極パッド２３１〜２３６と上部硝子基板２００を介して対向する電極パッド５３１〜５３６とがそれぞれ接続される。そして、この電極パッドを介して、図示しない制御部へ接続される。
上述した、電極パッド２３１〜２３６の形成部位には、上部硝子基板２００の厚み方向に貫通するスルーホール設けられている。これらのスルーホールの内に設けられた引出配線を介して、センサ内の電極およびグランドの配線を角速度センサの外部へ引き出すように構成されている。
角速度センサ（上部硝子基板２００）の外側面へ引き出された配線は、スルーホールの上部硝子基板２００の外側端部に設けられた電極パッドに接続される。詳しくは、電極パッド２３１〜２３６と上部硝子基板２００を介して対向する電極パッド５３１〜５３６とがそれぞれ接続される。そして、この電極パッドを介して、図示しない制御部へ接続される。
次に、このような構成を有する角速度センサにおける角速度の検出動作について説明する。
角速度センサは、駆動電極２２１と錘体１６０との間、および駆動電極３２１と錘体１６０との間に交流電圧を印加する。但し、錘体１６０とは、コンタクト１７０により同電位、詳しくは、グランド電位（接地電位）に保持されている。
そして、駆動電極２２１と錘体１６０との間、および駆動電極３２１と錘体１６０との間に働く静電力により錘体１６０を上下振動させる。
上下方向とは、角速度センサを構成する基板の積層方向と同一方向であり、この方向をｚ方向と定義する。
角速度センサは、駆動電極２２１と錘体１６０との間、および駆動電極３２１と錘体１６０との間に交流電圧を印加する。但し、錘体１６０とは、コンタクト１７０により同電位、詳しくは、グランド電位（接地電位）に保持されている。
そして、駆動電極２２１と錘体１６０との間、および駆動電極３２１と錘体１６０との間に働く静電力により錘体１６０を上下振動させる。
上下方向とは、角速度センサを構成する基板の積層方向と同一方向であり、この方向をｚ方向と定義する。
錘体１６０を上下振動させるために印加する交流電圧の周波数、即ち、錘体１６０の振動周波数は、錘体１６０が共振振動する３ｋＨｚ程度の共振周波数ｆに設定されている。 このように、錘体１６０を共振周波数ｆで振動させることにより錘体１６０の大きな変位量を得ることができる。
この速度ｖで振動している質量ｍの錘体１６０の周りに角速度Ωが加わると、錘体１６０の中心には、“Ｆ＝２ｍｖΩ”のコリオリ力が錘体１６０の運動方向に対し直交する方向に発生する。
この速度ｖで振動している質量ｍの錘体１６０の周りに角速度Ωが加わると、錘体１６０の中心には、“Ｆ＝２ｍｖΩ”のコリオリ力が錘体１６０の運動方向に対し直交する方向に発生する。
このコリオリ力Ｆが発生すると、錘体１６０にねじれが加わり錘体１６０の姿勢が変化する。即ち、錘体１６０の振動の運動方向と直交する面に対して、錘体１６０が傾く。この錘体１６０の姿勢の変化（傾き、ねじれ量）を検出することによって、作用する角速度の向きや大きさを検出するようになっている。
錘体１６０の姿勢の変化は、検出電極２２２〜２２５とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで構成される静電容量素子、検出電極３２２〜３２５とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで構成される静電容量素子、さらに、側面電極４０とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで構成される静電容量素子における静電容量の変化を検出することによって行う。
つまり、固定電極と可動電極との距離の変化を検出することによって錘体１６０の姿勢の変化を検出する。
錘体１６０の姿勢の変化は、検出電極２２２〜２２５とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで構成される静電容量素子、検出電極３２２〜３２５とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで構成される静電容量素子、さらに、側面電極４０とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで構成される静電容量素子における静電容量の変化を検出することによって行う。
つまり、固定電極と可動電極との距離の変化を検出することによって錘体１６０の姿勢の変化を検出する。
なお、静電容量素子の静電容量は、静電容量／電圧変換（Ｃ／Ｖ変換）回路を用いて電気的に検出することができる。
検出された錘体１６０の姿勢の変化（傾斜方向、傾斜度合い等）に基づいて発生したコリオリ力Ｆを検出する。そして、検出されたコリオリ力Ｆに基づいて、角速度Ωを算出（導出）する。つまり、錘体１６０の姿勢の変化量を角速度に変換する。
錘体１６０の姿勢の変化量は、予め制御装置に記憶されている角速度算出プログラムを起動し、所定の演算処理を行うことによって角速度に変換される。
検出された錘体１６０の姿勢の変化（傾斜方向、傾斜度合い等）に基づいて発生したコリオリ力Ｆを検出する。そして、検出されたコリオリ力Ｆに基づいて、角速度Ωを算出（導出）する。つまり、錘体１６０の姿勢の変化量を角速度に変換する。
錘体１６０の姿勢の変化量は、予め制御装置に記憶されている角速度算出プログラムを起動し、所定の演算処理を行うことによって角速度に変換される。
本実施の形態によれば、錘体１６０の姿勢変化をｚ軸方向に形成された静電容量素子における静電容量の変化（振動方向検出）だけでなく、ｘ軸およびｙ軸方向に形成された静電容量素子における静電容量の変化（側面方向検出）に基づいて検出することができるため、作用する角速度の検出精度（検出感度）を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、側面電極４０を可動部構造体１００とは別の構造体として構成することにより、側面電極４０と錘部１６２〜１６５とのギャップ長αをエッチング処理で形成されるギャップ長よりも狭い間隔（短いギャップ長）に設定することができる。
これにより、側面電極４０と錘部１６２〜１６５の側面により形成される静電容量素子の初期状態における静電容量を増大することができるため、錘体１６０の姿勢変化の検出精度を向上させることができる。従って、角速度センサにおける角速度の検出精度（検出感度）を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、側面電極４０を可動部構造体１００とは別の構造体として構成することにより、側面電極４０と錘部１６２〜１６５とのギャップ長αをエッチング処理で形成されるギャップ長よりも狭い間隔（短いギャップ長）に設定することができる。
これにより、側面電極４０と錘部１６２〜１６５の側面により形成される静電容量素子の初期状態における静電容量を増大することができるため、錘体１６０の姿勢変化の検出精度を向上させることができる。従って、角速度センサにおける角速度の検出精度（検出感度）を向上させることができる。
また、ｚ軸方向に形成された静電容量素子による錘体１６０の姿勢変化の検出では、検出方向と錘体１６０の振動方向が同じである。検出する錘体１６０の傾きが振動運動の影響を受け、つまり、錘体１６０の傾きを検出した信号に振動運動を検出した信号が重畳してしまうおそれがある。
しかし、本実施の形態によれば、ｚ軸方向の振動の影響を受けにくい錘体１６０の側面、即ちｘ軸方向およびｙ軸方向に形成された側面電極４０を用いた静電容量素子の静電容量の変化に基づいて錘体１６０の姿勢変化（傾き）を検出することができる。これにより、作用する角速度の検出精度（検出感度）を向上させることができる。
しかし、本実施の形態によれば、ｚ軸方向の振動の影響を受けにくい錘体１６０の側面、即ちｘ軸方向およびｙ軸方向に形成された側面電極４０を用いた静電容量素子の静電容量の変化に基づいて錘体１６０の姿勢変化（傾き）を検出することができる。これにより、作用する角速度の検出精度（検出感度）を向上させることができる。
上述した角速度センサでは、角速度を検出するために、駆動電極２２１と錘体１６０との間、および駆動電極３２１と錘体１６０との間に交流電圧を印加し、錘体１６０をｚ軸方向に振動させる構成となっている。
しかし、角速度を検出するための錘体１６０の振動方法はこれに限られるものではない。
例えば、ｘ軸方向またはｙ軸方向に形成された側面電極４０とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで形成される静電容量素子に交流電圧を印加する。即ち、上述した側面電極４０を駆動電極として用いる。このようにして、錘体１６０をｘ軸方向またはｙ軸方向に振動させる。
そして、ｚ軸方向に形成された静電容量素子、詳しくは、検出電極２２２〜２２５とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで構成される静電容量素子、検出電極３２２〜３２５とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで構成される静電容量素子における静電容量の変化に基づいて錘体１６０の姿勢変化を検出する。
しかし、角速度を検出するための錘体１６０の振動方法はこれに限られるものではない。
例えば、ｘ軸方向またはｙ軸方向に形成された側面電極４０とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで形成される静電容量素子に交流電圧を印加する。即ち、上述した側面電極４０を駆動電極として用いる。このようにして、錘体１６０をｘ軸方向またはｙ軸方向に振動させる。
そして、ｚ軸方向に形成された静電容量素子、詳しくは、検出電極２２２〜２２５とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで構成される静電容量素子、検出電極３２２〜３２５とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで構成される静電容量素子における静電容量の変化に基づいて錘体１６０の姿勢変化を検出する。
また、側面電極４０を駆動電極として用いることにより、錘体１６０をｘ軸方向またはｙ軸方向に振動させることができる。これに、錘体１６０をｚ軸方向に振動させることができる駆動電極２２１、３２１の作用を合わせることにより、錘体１６０を直交する２軸方向において振動させることができる。
これにより、振動方向を一定の周期で変えながら振動方向（駆動方向）に対応した軸方向における錘体１６０の姿勢変化を検出することができる。このような時分割制御を行うことにより、簡単な構成で３軸方向の角速度の検出が可能な角速度センサを構成することができる。
これにより、振動方向を一定の周期で変えながら振動方向（駆動方向）に対応した軸方向における錘体１６０の姿勢変化を検出することができる。このような時分割制御を行うことにより、簡単な構成で３軸方向の角速度の検出が可能な角速度センサを構成することができる。
次に、本実施の形態に係る角速度センサの変形例について説明する。
図７（ａ）は、本実施の形態に係る角速度センサの変形例を示した図である。なお、上述した角速度センサと重複する箇所には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
また、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ部（櫛歯構造）の詳細を示した拡大図である。
角速度センサの変形例では、上述した角速度センサにおける側面電極４０とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで構成される静電容量素子における静電容量を増やすために、電極間に櫛歯構造を用いている。
図７（ａ）は、本実施の形態に係る角速度センサの変形例を示した図である。なお、上述した角速度センサと重複する箇所には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
また、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ部（櫛歯構造）の詳細を示した拡大図である。
角速度センサの変形例では、上述した角速度センサにおける側面電極４０とこれに対向する錘部１６２〜１６５とで構成される静電容量素子における静電容量を増やすために、電極間に櫛歯構造を用いている。
詳しくは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、隣接する錘部１６２〜１６５との隙間を除く、錘体１６０’を構成する錘部１６２’〜１６５’の外側面に複数の溝部１２０が形成されている。
溝部１２０は、錘部１６２’〜１６５’の外側面に形成された、ｚ軸方向（錘部１６２〜１６５の厚み方向）に延び、ｘ軸方向またはｙ軸方向の深さを有する凹みである。
溝部１２０は、錘部１６２’〜１６５’の外側面に沿って、ｘ軸方向またはｙ軸方向に等間隔に複数形成されている。
そして、隣り合う溝部１２０によって、凸出部１３０が形成されている。
なお、溝部１２０は、凹部として機能する。
溝部１２０は、錘部１６２’〜１６５’の外側面に形成された、ｚ軸方向（錘部１６２〜１６５の厚み方向）に延び、ｘ軸方向またはｙ軸方向の深さを有する凹みである。
溝部１２０は、錘部１６２’〜１６５’の外側面に沿って、ｘ軸方向またはｙ軸方向に等間隔に複数形成されている。
そして、隣り合う溝部１２０によって、凸出部１３０が形成されている。
なお、溝部１２０は、凹部として機能する。
また、側面電極４０’における錘部１６２’〜１６５’との対向面に複数の溝部６０が形成されている。
溝部６０は、側面電極４０’における錘部１６２’〜１６５’との対向面に形成された、ｚ軸方向に延び、ｘ軸方向またはｙ軸方向の深さを有する凹みである。
溝部６０は、側面電極４０’における錘部１６２’〜１６５’との対向面に沿って、ｘ軸方向またはｙ軸方向に等間隔に複数形成されている。
そして、隣り合う溝部６０によって、凸出部７０が形成されている。
なお、凸出部７０は、凸部として機能する。
溝部６０は、側面電極４０’における錘部１６２’〜１６５’との対向面に形成された、ｚ軸方向に延び、ｘ軸方向またはｙ軸方向の深さを有する凹みである。
溝部６０は、側面電極４０’における錘部１６２’〜１６５’との対向面に沿って、ｘ軸方向またはｙ軸方向に等間隔に複数形成されている。
そして、隣り合う溝部６０によって、凸出部７０が形成されている。
なお、凸出部７０は、凸部として機能する。
錘部１６２’〜１６５’および側面電極４０’に設けられた溝部１２０、６０、および凸出部１３０、７０は、それぞれの対向する部位が所定の間隔を介して互いに噛み合うように配設されている。
詳しくは、錘部１６２’〜１６５’の溝部１２０と側面電極４０’の凸出部７０、錘部１６２’〜１６５’の凸出部１３０と側面電極４０’の溝部６０とが互いに噛み合うように配設されている。
対向する溝部の底面と、凸出部の端面との間には、ギャップ長αの隙間が設けられている。また、対向する溝部の側面と、凸出部の側面との間にも、ギャップ長αの隙間が設けられている。
なお、ギャップ長αは、上述した加速度センサ、角速度センサと同様に、
（ギャップ長α）＜（錘体厚β）／（最大アスペクト比）
この関係を満たす値に設定されている。だたし、錘体厚βは、錘体１６０のｚ軸方向の長さ示す。本実施の形態に係る角速度センサにおいては、ギャップ長αは、３〜５μｍ程度に設定されている。
詳しくは、錘部１６２’〜１６５’の溝部１２０と側面電極４０’の凸出部７０、錘部１６２’〜１６５’の凸出部１３０と側面電極４０’の溝部６０とが互いに噛み合うように配設されている。
対向する溝部の底面と、凸出部の端面との間には、ギャップ長αの隙間が設けられている。また、対向する溝部の側面と、凸出部の側面との間にも、ギャップ長αの隙間が設けられている。
なお、ギャップ長αは、上述した加速度センサ、角速度センサと同様に、
（ギャップ長α）＜（錘体厚β）／（最大アスペクト比）
この関係を満たす値に設定されている。だたし、錘体厚βは、錘体１６０のｚ軸方向の長さ示す。本実施の形態に係る角速度センサにおいては、ギャップ長αは、３〜５μｍ程度に設定されている。
ここで、このような櫛歯構造を有する側面電極４０’と錘部１６２’〜１６５’とにより構成される静電容量素子の静電容量の変化と、錘体１６０’の姿勢変化の関係について説明する。
ここでは、錘体１６０’のｘ軸方向における姿勢変化を検出するための、図７（ｂ）に示す錘部１６５’と側面電極４０’とにより形成される静電容量素子を例にとり説明する。
錘体１６０’に外力が作用し、錘部１６５’がｘ軸の＋方向（図面右方向）に移動した場合（傾いた場合）、対向する溝部の底面と、凸出部の端面との間隔、即ち図７（ｂ）に示すｄｘは、小さくなる。
すると、錘部１６５’と側面電極４０’とにより形成される静電容量素子の電極間の距離、即ちギャップ長が短くなる。
さらに、対向する溝部の側面と凸出部の側面との重なり領域ａ（斜線に示す領域）、即ち対向する溝部の側面と凸出部の側面が電極として機能する領域の面積が大きくなる。
従って、錘部１６５’と側面電極４０’とにより形成される静電容量素子の静電容量は増大する方向に変化する。
ここでは、錘体１６０’のｘ軸方向における姿勢変化を検出するための、図７（ｂ）に示す錘部１６５’と側面電極４０’とにより形成される静電容量素子を例にとり説明する。
錘体１６０’に外力が作用し、錘部１６５’がｘ軸の＋方向（図面右方向）に移動した場合（傾いた場合）、対向する溝部の底面と、凸出部の端面との間隔、即ち図７（ｂ）に示すｄｘは、小さくなる。
すると、錘部１６５’と側面電極４０’とにより形成される静電容量素子の電極間の距離、即ちギャップ長が短くなる。
さらに、対向する溝部の側面と凸出部の側面との重なり領域ａ（斜線に示す領域）、即ち対向する溝部の側面と凸出部の側面が電極として機能する領域の面積が大きくなる。
従って、錘部１６５’と側面電極４０’とにより形成される静電容量素子の静電容量は増大する方向に変化する。
一方、錘体１６０’に外力が作用し、錘部１６５’がｘ軸の−方向（図面左方向）に移動した場合（傾いた場合）、対向する溝部の底面と、凸出部の端面との間隔、即ち図７（ｂ）に示すｄｘは、大きくなる。
すると、錘部１６５’と側面電極４０’とにより形成される静電容量素子の電極間の距離、即ちギャップ長が長くなる。
さらに、対向する溝部の側面と凸出部の側面との重なり領域ａ（斜線に示す領域）、即ち対向する溝部の側面と凸出部の側面が電極として機能する領域の面積が小さくなる。
従って、錘部１６５’と側面電極４０’とにより形成される静電容量素子の静電容量は減少する方向に変化する。
すると、錘部１６５’と側面電極４０’とにより形成される静電容量素子の電極間の距離、即ちギャップ長が長くなる。
さらに、対向する溝部の側面と凸出部の側面との重なり領域ａ（斜線に示す領域）、即ち対向する溝部の側面と凸出部の側面が電極として機能する領域の面積が小さくなる。
従って、錘部１６５’と側面電極４０’とにより形成される静電容量素子の静電容量は減少する方向に変化する。
なお、錘部１６５’がｙ軸の＋方向（図面上方向）またはｙ軸の−方向（図面下方向）に移動した場合においても、対向する溝部の側面と、凸出部の側面との間隔、即ち図７（ｂ）に示すｄｙは変化する。
しかし、対向する溝部の側面と、凸出部の側面との間隔の合計値は、初期状態におけるギャップ長αの設定値に基づく固定値であるため、隣り合うｄｙの変化量は互いに打ち消される（キャンセルされる）。
従って、錘部１６５’がｙ軸の＋方向（図面上方向）またはｙ軸の−方向（図面下方向）に移動した場合には、静電容量の変化は起こらない。
これにより、錘体１６０’のｘ軸方向における姿勢変化を検出するための静電容量素子は、ｙ軸方向の姿勢変化の影響を受けることなく、適切にｘ軸方向における錘体１６０’の姿勢変化を検出することができる。
しかし、対向する溝部の側面と、凸出部の側面との間隔の合計値は、初期状態におけるギャップ長αの設定値に基づく固定値であるため、隣り合うｄｙの変化量は互いに打ち消される（キャンセルされる）。
従って、錘部１６５’がｙ軸の＋方向（図面上方向）またはｙ軸の−方向（図面下方向）に移動した場合には、静電容量の変化は起こらない。
これにより、錘体１６０’のｘ軸方向における姿勢変化を検出するための静電容量素子は、ｙ軸方向の姿勢変化の影響を受けることなく、適切にｘ軸方向における錘体１６０’の姿勢変化を検出することができる。
１ 可動部構造体
２ 上部硝子基板
３ 下部硝子基板
４ 側面電極
５ 位置決めガイド
１１ シリコン層
１２ 酸化膜層
１３ シリコン層
１４ フレーム
１５ 梁
１６ 錘体
１７ 可動隙間
１８ 可動隙間
１９ 可動隙間
２０ コンタクト
２１ 固定電極
２２ スルーホール
２３ 電極パッド
３１ スルーホール
３２ 電極パッド
４０ 側面電極
４１ 電極パッド
５０ 位置決めガイド
６０ 溝部
７０ 凸出部
１００ 可動部構造体
１１２ 梁
１１３ 錘体
１２０ 溝部
１３０ 凸出部
１４０ フレーム
１５０ 梁
１６０ 錘体
１６１ 錘部
１６２〜１６５ 錘部
１７０ コンタクト
１９０ 可動隙間
２００ 上部硝子基板
２２１ 駆動電極
２２２〜２２５ 検出電極
２３１〜２３６ 電極パッド
３００ 下部硝子基板
３２１ 駆動電極
３２２〜３２５ 検出電極
３３１〜３３５ 電極パッド
３３６ 電極パッド
２ 上部硝子基板
３ 下部硝子基板
４ 側面電極
５ 位置決めガイド
１１ シリコン層
１２ 酸化膜層
１３ シリコン層
１４ フレーム
１５ 梁
１６ 錘体
１７ 可動隙間
１８ 可動隙間
１９ 可動隙間
２０ コンタクト
２１ 固定電極
２２ スルーホール
２３ 電極パッド
３１ スルーホール
３２ 電極パッド
４０ 側面電極
４１ 電極パッド
５０ 位置決めガイド
６０ 溝部
７０ 凸出部
１００ 可動部構造体
１１２ 梁
１１３ 錘体
１２０ 溝部
１３０ 凸出部
１４０ フレーム
１５０ 梁
１６０ 錘体
１６１ 錘部
１６２〜１６５ 錘部
１７０ コンタクト
１９０ 可動隙間
２００ 上部硝子基板
２２１ 駆動電極
２２２〜２２５ 検出電極
２３１〜２３６ 電極パッド
３００ 下部硝子基板
３２１ 駆動電極
３２２〜３２５ 検出電極
３３１〜３３５ 電極パッド
３３６ 電極パッド
Claims (6)
- フレームと、
前記フレーム内に配設され、第１の端面と、前記第１の端面と対向する第２の端面と、前記フレームの内壁と対向し前記第１の端面と直交する側面と、を有する錘部と、
前記フレームと前記錘部とに固定された可撓性を有する梁部と、
前記側面と対向し、前記錘体と別体に形成された側面電極と、
前記側面と前記側面電極とにより形成された第１の静電容量素子の静電容量の変化に基づいて、前記錘部の姿勢変化を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された前記錘部の姿勢の変化量を力学量に変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とする力学量センサ。 - 前記側面電極は、所定のエッチング処理における最大アスペクト比をγとし、前記第１の端面と前記第２の端面との間隔をβとした場合、α＜（β／γ）の関係を満たす間隔αを介して前記側面と対向することを特徴とする請求項１記載の力学量センサ。
- 前記側面電極における前記錘部の側面との対向面に、前記第１の端面と直交する方向に延びる凹部が前記凹部の幅方向に等間隔に形成され、
前記錘部における前記側面電極との対向面に、前記凹部と隙間を介して掛合する凸部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の力学量センサ。 - 前記側面電極と前記錘部との相対的な位置を決める位置決め手段を備えたことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の力学量センサ。
- 前記第１の端面と隙間を介して対向する固定電極を備え、
前記検出手段は、前記固定電極と前記錘部とにより形成された第２の静電容量素子の静電容量の変化に基づいて、前記錘部の姿勢変化を検出することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の力学量センサ。 - 前記錘部を前記第１の端面と直交する向きに、所定の周期で振動させる振動手段を備え、
前記検出手段は、前記錘部の振動方向と直交する面に対する前記錘部の傾きを検出し、
前記変換手段は、前記錘部の傾き量を角速度に変換することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５に記載の力学量センサ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005039227A JP2006226770A (ja) | 2005-02-16 | 2005-02-16 | 力学量センサ |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2005
- 2005-02-16 JP JP2005039227A patent/JP2006226770A/ja active Pending
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