JP2013164278A - 物理量検出器、物理量検出デバイス、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な物理量が検出可能な物理量検出器を提供する。
【解決手段】物理量検出器１は、ベース部１０と、ベース部１０に継手部１１を介して延在され、物理量の変化に応じて変位する可動部１２と、を有するカンチレバー９と、ベース部１０と可動部１２とに掛け渡された物理量検出素子１３と、を備える。カンチレバー９は、ベース部１０の第１主面１０ａに凹部１７ｂを形成することによって島状に突設される第２支持台部１０ｅ，１０ｆと、可動部１２の第１主面１２ａに凹部１７ｂを形成することによって島状に突設される第１支持台部１２ｃ，１２ｄと、を有する。物理量検出素子１３は、振動梁部１３ａ，１３ｂに接続される第１基部１３ｄと、他方の長手方向端部に接続される第２基部１３ｅとを有し、第１支持台部１２ｃ，１２ｄと第１基部１３ｄ、及び第２支持台部１０ｅ，１０ｆと第２基部１３ｅが、接着剤を用いて固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理量検出器、この物理量検出器を備える物理量検出デバイス及び電子機器に関する。

従来、本体部平面の一方方向に変位可能な隔離部（isolator）と、平面に対し垂直方向に変位可能な質量部（proof mass）とを有し、隔離部は本体部からスロットで分離されており、質量部は本体部と厚さが薄くなったヒンジ（たわみ部）で接続されており、加速度センサーが、スロットと撓み部とを跨いで、隔離部と質量部とで接着固定されている加速度計が知られている（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第４７６６７６７号明細書

このような特許文献１では、加速度センサーを隔離部に接着固定する際、接着剤がスロットの内部に流れ込んだり、隔離部表面に拡散することが考えられる。また、加速度センサーを質量部に接着固定する際、接着剤がヒンジ内部に流れ込むことや、質量部表面に拡散することが考えられる。このように、スロット内やヒンジに接着剤が付着すると、接着剤の影響で正確な加速度検出ができなくなる恐れがある。また、質量部表面に拡散した場合、固定位値、接合面積がばらつき、そのことが、共振周波数に影響することが考えられる。

また、このような加速度計は、加速度センサーが、カンチレバーの変位によって振動梁部が伸縮また屈曲されることによる共振周波数の変化を検出するものである。このような加速度センサーは、接着固定部の振動梁部の中心軸付近に振動漏れが存在する。従って、この中心軸の位置で接着固定すると、振動漏れの影響によって共振周波数のばらつきが発生して、正確な加速度検出ができないことが考えられる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る物理量検出器は、ベース部と、前記ベース部に継手部を介して延在され物理量の変化に応じて変位する可動部と、を有する平板状のカンチレバーと、前記ベース部と前記可動部とに掛け渡されて固定され、前記可動部の変位に応じて物理量を検出する物理量検出素子と、を備え、前記カンチレバーは、前記可動部の第１主面に設けられる凹部内に配置される第１支持台部と、前記ベース部の第１主面に設けられる凹部内に配置される第２支持台部と、を有し、前記物理量検出素子は、振動梁部の一方の長手方向端部に接続される第１基部と、他方の長手方向端部に接続される第２基部と、を有し、前記第１支持台部は、前記第１基部の幅方向に空隙を有して分割されており、前記第２支持台部は、前記第２基部の幅方向に空隙を有して分割されており、前記第１支持台部と前記第１基部、及び前記第２支持台部と前記第２基部が、接着剤を用いて固定されていること、を特徴とする。

ここで、物理量としては、例えば、加速度、振動、距離、重力、物体の傾斜等がある。
本適用例によれば、カンチレバーと物理量検出素子とを接着固定する際、第１支持台部または第２支持台部から流れ出す接着剤を凹部で吸収するため、物理量検出素子の共振周波数に影響がある位置への接着剤の付着を防止できる。

また、物理量検出器は、物理量検出素子がカンチレバーの変位によって伸縮また屈曲されることによる共振周波数の変化によって物理量を検出するものである。このような物理量検出素子は、第１基部または第２基部において共振の中心軸に近い位置の方に大きい振動漏れが存在する。そこで、第１支持台部及び第２支持台部の両方を中心軸から離間する方向に隙間を設けることによって、振動漏れが小さい位置で接着固定することで、振動漏れの影響による共振周波数のばらつきを抑制し、物理量を正確に検出することができる。

［適用例２］上記適用例に係る物理量検出器において、前記第１支持台部は、前記可動部に設けられる前記凹部に囲まれており、前記第２支持台部は、前記ベース部に設けられる前記凹部に囲まれていること、が好ましい。

第１支持台部及び第２支持台部は、凹部で囲まれた二つの島状に突設されている。従って、カンチレバーと物理量検出素子との接着固定位置と、接着面積は、第１支持台部及び第２支持台部で律することが可能で、接着固定位置と接着面積のばらつきによる共振周波数への影響を低減することができるという効果がある。

［適用例３］上記適用例に係る物理量検出器において、前記カンチレバーと前記物理量検出素子とが接着固定される際、前記第１支持台部及び前記第２支持台部から流れ出した前記接着剤が、前記可動部に設けられている前記凹部、及び前記ベース部に設けられている前記凹部の範囲内にあること、が好ましい。

このようにすれば、流れ出した接着剤を凹部内ですべて吸収できるので、接着剤が付着してはいけない振動梁部や中心軸付近への接着剤の付着を防止できる。なお、凹部の大きさは、上記条件を満たせば小さいほどよい。

［適用例４］上記適用例に係る物理量検出器において、前記カンチレバーと前記物理量検出素子は、前記接着剤を介して厚み方向に所定の隙間を有して固定されていること、が好ましい。

このようにすることによって、カンチレバーと振動梁部とが接触することがないため、振動梁部の振動に不要な負荷を与えることがなく、この負荷によって共振周波数に影響を与えない。

［適用例５］上記適用例に係る物理量検出器において、前記凹部は、前記第１支持台部の周囲から前記第２支持台部の周囲にわたって連続して形成されていること、が好ましい。

このような凹部は、第１支持台部の周囲から第２支持台部の周囲に至るまで連続した形状を有している。このようにすれば、振動梁部とカンチレバーとの厚み方向及び幅方向の隙間を確保できると共に、接着剤の振動梁部への付着をより確実に防止することができる。

［適用例６］上記適用例に係る物理量検出器において、前記継手部は、前記可動部の第１主面と前記第１主面と対向する第２主面の両方に形成される溝部によって形成されており、前記凹部の深さは、前記可動部の第１主面側の溝部の深さより浅いこと、が好ましい。

凹部が、第１支持台部の周囲から第２支持台部の周囲に至るまで連続している場合、凹部は継手部を横切ることになる。継手部は可動部のヒンジの機能を有し、可動部の変位量を律する重要要素である。従って、凹部が継手部の溝部深さよりも深い場合は、加えられる物理量に対して変位量に影響がでる。そこで、凹部の深さを、可動部の第１主面側の溝部の深さより浅くすることにより、継手部を横切る凹部があっても、可動部の変位量に影響を与えることがない。

［適用例７］本適用例に係る物理量検出デバイスは、上記適用例のいずれかに記載の物理量検出器と、前記物理量検出器を収容するパッケージと、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、上述の物理量検出器を用いることによって、上記適用例のいずれかに記載の効果を奏する物理量検出デバイスを提供することができる。
また、物理量検出器をパッケージ内に収容することで、外部からの塵埃や水分を排除することができると共に、取り扱い性が向上するという効果がある。

［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の物理量検出器と、少なくとも物理量検出回路と、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、上記適用例のいずれかに記載の物理量検出器を用いることによって、上記適用例に記載の効果を奏する電子機器を提供することができる。

実施形態１に係る物理量検出器を示す部分展開模式斜視図。 実施形態１に係る物理量検出器の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図、（ｃ）は物理量検出素子とカンチレバーとの接合部を示す部分断面図。 実施形態１に係る物理量検出器の動作を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、可動部が−Ｚ方向に変位した状態を示し、（ｂ）は、可動部が＋Ｚ方向に変位した状態を示す。 変形例に係る物理量検出器の一部を示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図。 実施形態２に係る物理量検出器を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ切断面を示す断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ切断面を示す断面図。 物理量検出デバイスの概略構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ切断面を示す断面図。 電子機器の１例としての傾斜計を例示する模式斜視図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
なお、以下の説明で参照する図は、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
（物理量検出器）
まず、物理量検出器について具体的な実施形態をあげ説明する。
（実施形態１）

図１は、実施形態１に係る物理量検出器を示す部分展開模式斜視図である。図２は、実施形態１に係る物理量検出器の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図、（ｃ）は物理量検出素子とカンチレバーとの接合部を示す部分断面図である。なお、配線は省略している。

図１、図２に示すように、物理量検出器１は、ベース部１０と、ベース部１０に継手部１１を介して延在され、物理量の変化に応じて変位する可動部１２と、ベース部１０に連続し可動部１２の周囲に沿って延在される支持部１４と、を有するカンチレバー９と、継手部１１を跨いでベース部１０と可動部１２とに掛け渡されるようにして固定され、可動部１２の変位に応じた物理量を検出する物理量検出素子１３と、を備えている。可動部１２の第１主面１２ａには、物理量検出素子１３と重ならない位置に配置される質量部１５を備え、第１主面１２ａに対向する第２主面１２ｂにも、第１主面１２ａ側に配置された質量部１５との対称位置に質量部１５が配置されている。さらに、質量部１５と第１主面１２ａ、第２主面１２ｂそれぞれは所定の厚みを有して接着剤１６によって接着固定されている。

カンチレバー９は、例えば、水晶の原石などから所定の角度で切り出された水晶基板を用いて一体で略平板状に形成されている。ベース部１０、継手部１１、可動部１２、支持部１４の外形形状は、フォトリソグラフィー、エッチングなどの技術を用いて精度よく形成されている。可動部１２と支持部１４との間には、両者を分割するスリット状の孔が設けられている。

図２（ｂ）に示すように、継手部１１は、第１主面１２ａ、第２主面１２ｂの両方からのハーフエッチングによって、Ｘ方向に沿う溝部１１ａによってベース部１０と可動部１２とを区切るように形成されている。継手部１１の断面形状は略Ｈ字形状を有している。
この継手部１１により、可動部１２は、第１主面１２ａと交差する方向（Ｚ方向）に加わる物理量（例えば、加速度）に応じて、継手部１１を支点（回転軸）にして第１主面１２ａと交差する方向（Ｚ方向）に変位する。よって、継手部１１はヒンジの機能を有する。

質量部１５には、例えば、Ｃｕ、Ａｕなどの金属に代表される比較的比重の大きい材料が用いられている。本実施形態では、質量部１５はカンチレバー９の平面サイズ内において、質量を極力大きくするために、可動部１２の継手部１１側とは反対側の自由端側から、物理量検出素子１３と重ならない範囲で継手部１１の近くまで延び、平面視において、略Ｕ字形状を有している。

図２（ａ）の斜線で示す質量部１５と支持部１４とが重なる領域Ｂでは、図２（ｂ）に示すように、質量部１５と支持部１４との間に隙間Ｃが設けられている。本実施形態では、隙間Ｃを接着剤１６の厚さで管理している。

物理量検出素子１３は、図１及び図２（ａ）に示すように、ベース部１０と可動部１２とを結ぶ方向（Ｙ方向）に延在され、Ｘ方向に屈曲振動をする振動梁部１３ａ，１３ｂと、振動梁部１３ａ，１３ｂの両端部を接続する第１基部１３ｄと第２基部１３ｅと、を備えている。物理量検出素子１３は、２本の振動梁部１３ａ，１３ｂと、第１基部１３ｄと第２基部１３ｅとで二組の音叉を構成することから、双音叉素子（双音叉型振動片）とも呼ばれている。
物理量検出素子１３は、例えば、水晶の原石などから所定の角度で切り出された水晶基板を用いて、フォトリソグラフィー、エッチングなどの技術を用いて精度よく形成されている。

なお、物理量検出素子１３の材質は、水晶に限定されるものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電材料、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体を皮膜として備えたシリコンなどの半導体材料であってもよい。ただし、物理量検出素子１３は、カンチレバー９（可動部１２）との線膨張係数の差を小さくすることを考慮すればカンチレバー９と同質にすることが望ましい。

図１、図２（ａ）に示すように、物理量検出素子１３は、振動梁部１３ａ，１３ｂの図示しない励振電極（駆動電極）から第２基部１３ｅに形成された引き出し電極１３ｆ，１３ｇが、Ａｕ、Ａｌなどの金属ワイヤー１８によって、ベース部１０の第１主面１０ａに設けられた接続端子１０ｂ，１０ｃと接続されている。詳述すると、引き出し電極１３ｆは、接続端子１０ｂと接続され、引き出し電極１３ｇは、接続端子１０ｃと接続されている。

図２（ａ）に示すように、ベース部１０の接続端子１０ｂ，１０ｃは、図示しない配線によって支持部１４の外部接続端子１４ｅ，１４ｆと接続されている。詳述すると、接続端子１０ｂは、外部接続端子１４ｅと接続され、接続端子１０ｃは、外部接続端子１４ｆと接続されている。
なお、励振電極、引き出し電極１３ｆ，１３ｇ、接続端子１０ｂ，１０ｃ、外部接続端子１４ｅ，１４ｆは、例えば、Ｃｒを下地層とし、その上にＡｕが積層された構成となっている。

さらに、図２（ａ）に示すように、支持部１４は、パッケージ、基板などの外部部材に固定するための固定部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを有し、固定部１４ａ〜１４ｄが平面視において、隣り合う固定部同士を結んで囲んだ範囲内（２点鎖線で囲んだ範囲内）に、物理量検出器１の重心位置Ｇ０が配置されている。
なお、固定部が２箇所の場合には、固定部同士を結んだ直線上に重心位置Ｇ０がくるように２箇所の固定部を配置すればよい。

次に、カンチレバー９と物理量検出素子１３との接合構造について説明する。図２（ａ），（ｂ）に示すように、可動部１２の第１主面１２ａには凹部１７ａが形成されており、ベース部１０の第１主面１０ａには凹部１７ｂが形成されている。なお、本実施形態では、可動部１２の第１主面１２ａとベース部１０の第１主面１０ａは、同じ平面内にある。可動部１２の第１主面１２ａに凹部１７ａを形成することによって、第１支持台部１２ｃ，１２ｄが島状に突設される。一方、ベース部１０の第１主面１０ａに凹部１７ｂを形成することによって、第２支持台部１０ｅ，１０ｆが島状に突設される。本実施形態では、第１支持台部１２ｃ，１２ｄと第２支持台部１２ｅ，１２ｆとの各々の図示上面は、同じ高さの平面を有する。

第１支持台部１２ｃ，１２ｄは、物理量検出素子１３の平面視で重心位置Ｇ１を通り、振動梁部１３ａ，１３ｂの延在方向に沿う中心軸Ｐに対し直交する方向に所定の大きさの空隙を有して分割されている。第１支持台部１２ｃ，１２ｄは、中心軸Ｐを挟んで等距離に配置されると共に、位置、形状とも同じである。
一方、第２支持台部１０ｅ，１０ｆは、中心軸Ｐに対し直交する方向に所定の大きさの空隙を有して分割されている。第２支持台部１０ｅ，１０ｆは、中心軸Ｐを挟んで等距離に配置されると共に、位置、形状とも同じである。

図２（ｃ）は、カンチレバー９と物理量検出素子１３との接合部（図２（ａ）のＨ−Ｈ切断面）を示す部分断面図である。図２（ｃ）に示すように、第１支持台部１２ｃ及び第２支持台部１０ｅと、第１支持台部１２ｄ及び第２支持台部１０ｆとの間には、空隙Ｓが設けられている。空隙Ｓは、第１基部１３ｄと第２基部１３ｅにおいて、振動梁部１３ａ，１３ｂの振動に伴う振動漏れを、物理量検出に影響がない大きさになる範囲で設定することが好ましい。

物理量検出素子１３は、第１基部１３ｄと第１支持台部１２ｃ，１２ｄとを接着剤３０によって接着固定し、第２基部１３ｅと第２支持台部１０ｅ，１０ｆとを接着剤３０で接着固定している。本実施形態では、接着剤３０は、シリコーン樹脂系の熱硬化型接着剤が用いられる。ここで、物理量検出素子１３と可動部１２とは、接着された状態で隙間Ｔが設けられている。隙間Ｔは、物理量検出素子１３と可動部１２との間にスペーサーを介在させて接着固定し、接着固定後スペーサーを除去することで一定の寸法を確保できる。

なお、凹部１７ａ及び凹部１７ｂは、カンチレバー９と物理量検出素子１３とを接着固定する際、第１支持台部１２ｃ，１２ｄ及び第２支持台部１０ｅ，１０ｆから流れ出した分（はみ出した分）の接着剤３０を収容できる範囲の広さと深さを有している。

続いて、物理量検出器１の動作について説明する。
図３は、実施形態１に係る物理量検出器１の動作を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、可動部１２が−Ｚ方向に変位した状態を示し、（ｂ）は、可動部１２が＋Ｚ方向に変位した状態を示す。

図３（ａ）に示すように、物理量検出器１に、＋Ｚ方向の加速度が印加されると、可動部１２には−Ｚ方向に力が作用し、可動部１２は継手部１１を支点として−Ｚ方向に変位する。すると、物理量検出素子１３には、Ｙ方向に第１基部１３ｄと第２基部１３ｅとが互いに離される方向の力が加わり、振動梁部１３ａ，１３ｂには引っ張り応力が生じる。そのため、振動梁部１３ａ，１３ｂの共振周波数（振動周波数）は、高くなる。

一方、図３（ｂ）に示すように、物理量検出器１に、−Ｚ方向の加速度が印加されると、可動部１２には＋Ｚ方向に力が作用し、可動部１２は、継手部１１を支点として＋Ｚ方向に変位する。これにより、物理量検出素子１３には、Ｙ方向に第１基部１３ｄと第２基部１３ｅとが互いに近づく方向に力が加わり、振動梁部１３ａ，１３ｂには圧縮応力が生じる。そのため、振動梁部１３ａ，１３ｂの共振周波数は、低くなる。

物理量検出器１では、上記のような物理量検出素子１３の共振周波数の変化を検出している。より具体的には、物理量検出器１に加わる加速度は、上記の検出された共振周波数の変化の割合に応じて、ルックアップテーブルなどによって定められた数値に変換することで導出される。

なお、物理量検出器１を傾斜計に用いた場合には、傾斜の姿勢の変化に応じて、傾斜計に対する重力加速度が加わる方向が変化し、振動梁部１３ａ，１３ｂに引っ張り応力や圧縮応力が生じる。従って、振動梁部１３ａ，１３ｂの共振周波数が変化する。

また、上記の例では、物理量検出素子１３として、いわゆる双音叉素子を用いた例について説明したが、可動部１２の変位に応じて共振周波数が変化すれば、物理量検出素子１３の形態は、特に限定されない。

図３（ａ）に示すように、物理量検出器１は、＋Ｚ方向に加わる加速度が所定の大きさより大きい場合、可動部１２の第１主面１２ａに固定された質量部１５に、支持部１４の交差する部分（図２（ｂ）のＢ領域）が接触する。これにより、物理量検出器１は、加速度の大きさに応じて−Ｚ方向に変位する可動部１２の変位を、所定の範囲（隙間Ｃに相当、図２（ｂ）参照）内に規制することができる。

一方、図３（ｂ）に示すように、物理量検出器１は、−Ｚ方向に加わる加速度が所定の大きさより大きい場合、可動部１２の第２主面１２ｂに固定された質量部１５に、支持部１４の交差する部分（図２（ｂ）のＢ領域）が接触する。これにより、物理量検出器１は、加速度の大きさに応じて＋Ｚ方向に変位する可動部１２の変位を、所定の範囲（隙間Ｃに相当、図２（ｂ）参照）内に規制することができる。

物理量検出器１は、上述したように、カンチレバー９の可動部１２のベース部１０に対する変位によって物理量検出素子１３の伸縮に伴い共振周波数が変化することを利用するものである。物理量検出素子１３は、カンチレバー９に接着固定されている。接着固定の際、接着剤３０が、物理量検出素子１３の振動梁部１３ａ，１３ｂに付着すると、接着剤３０の影響で共振周波数が変化し、正確な加速度検出ができなくなる恐れがある。また、接着固定部の振動梁部１３ａ，１３ｂの中心軸Ｐ上に振動漏れが存在する。従って、この中心軸Ｐの位置で接着固定すると、振動漏れの影響によって共振周波数のばらつきが発生して、正確な加速度検出ができないことも考えられる。

本実施形態では、第１支持台部１２ｃ，１２ｄの接着部から流れ出す接着剤３０を凹部１７ａで吸収し、第２支持台部１０ｅ，１０ｆの接着部から流れ出す接着剤３０を凹部１７ｂで吸収するため、振動梁部１３ａ，１３ｂへの接着剤３０の付着を防止することができることから、物理量検出素子１３の接着剤付着による共振周波数の変化を排除することができる。

また、カンチレバー９と物理量検出素子１３との接着固定位置と、接着面積は、第１支持台部１２ｃ，１２ｄ及び第２支持台部１０ｅ，１０ｆで律することが可能で、接着固定位置と接着面積のばらつきによる共振周波数への影響を低減することができるという効果がある。

第１支持台部１２ｃ，１２ｄと第２支持台部１０ｅ，１０ｆの各々は、物理量検出素子１３の中心軸Ｐに対し直交する方向に所定の空隙Ｓを有して分割され、中心軸Ｐから離間した振動漏れが小さい領域で接着固定することにより、振動漏れの影響による共振周波数のばらつきを抑制し、物理量を正確に検出することができる。

また、カンチレバー９と物理量検出素子１３は、接着剤３０を介して厚み方向に所定の隙間Ｔを有して固定することによって、カンチレバー９と振動梁部１３ａ，１３ｂとが接触することがないため、振動梁部１３ａ，１３ｂの振動に不要な負荷を与えることがないため共振周波数に影響を与えない。
（変形例）

続いて、実施形態１の変形例について説明する。この変形例は、カンチレバー９に形成される凹部形状に特徴を有し、他の構成要素は、前述した実施形態１に記載の物理量検出器１と同じであるため、詳細な説明を省略し、同じ構成要素には同じ符号を付している。
図４は、変形例に係る物理量検出器１の一部を示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。なお、図４では、質量部１５の図示を省略している。

変形例に係る物理量検出器１では、凹部１７が、第１支持台部１２ｃ，１２ｄの周囲から第２支持台部１０ｅ，１０ｆの周囲にわたって連続して形成されている。実施形態１（図１、参照）と比較してみると、凹部１７は、凹部１７ａと凹部１７ｂとを継手部１１を跨いで連続したように形成されている。なお、凹部１７は、図４（ａ）に示すように、振動梁部１３ａ，１３ｂと平面視で交差しない幅を有している。
また、凹部１７は、可動部１２の第１主面１２ａ（またはベース部１０の第１主面１０ａ）からの溝部１１ａの深さよりも浅く形成されている。
なお、上述した変形例による物理量検出器１の動作は実施形態１と同じである。

このように、凹部１７は、第１支持台部１２ｃ，１２ｄの周囲から第２支持台部１０ｅ，１０ｆの周囲に至るまで連続した形状を有している。このようにすれば、振動梁部１３ａ，１３ｂとカンチレバー９との厚み方向及び幅方向の隙間を確保できると共に、接着剤３０の振動梁部１３ａ，１３ｂへの付着をより確実に防止することができる。

また、凹部１７が、第１支持台部１２ｃ，１２ｄの周囲から第２支持台部１０ｅ，１０ｆの周囲に至るまで連続している場合、凹部１７は継手部１１を横切ることになる。継手部１１は可動部１２のヒンジの機能を有し、可動部１２の変位量を律する重要要素である。従って、凹部１７が継手部１１の溝部１１ａの深さよりも深い場合は、変位量に影響がでる。そこで、凹部１７の深さを、溝部１１ａの深さより浅くすることにより、継手部１１を横切る凹部があっても、加速度が加えられることによる可動部１２の変位量に影響を与えることがない。
（実施形態２）

続いて、実施形態２に係る物理量検出器について説明する。実施形態２は、カンチレバーの支持部が、自由端側で２分割されていること、カンチレバーの可動部に２分割された質量部が固定されていること、物理量検出素子がカンチレバーの自由端部まで延在されていること、を特徴としている。
図５は、実施形態２に係る物理量検出器２を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ切断面を示す断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ切断面を示す断面図である。なお、配線は省略してあり、前述した実施形態１との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、実施形態１と異なる部分を中心に説明する。

図５（ａ）に示すように、物理量検出器２は、カンチレバー１１９の支持部１１４が、可動部１１２の自由端側（−Ｙ側端部）において、可動部１１２の＋Ｘ側と−Ｘ側とに２分割されている。支持部１１４には、２分割された先端部に互いに向き合うように半島状の突出部１１４ａが形成されている。可動部１１２の自由端側は、この半島状の突出部１１４ａと交差しない形状を有している。

物理量検出素子１１３は、カンチレバー１１９のベース部１１０と可動部１１２に、継手部１１を跨いで固定されており、質量部１１５が物理量検出素子１１３を挟んで＋Ｘ側と−Ｘ側とに配置されている。なお、質量部１１５は、可動部１１２の第２主面１１２ｂ側にも第１主面１１２ａ側と同様な位置に配置されている。

質量部１１５の一部は、支持部１１４の突出部１１４ａと一部が重なっている（図５（ａ）の斜線部分：領域Ｂ）。しかし、質量部１１５と突出部１１４ａとが重なる領域Ｂでは、図５（ｃ）に示すように、質量部１１５と支持部１１４との間に隙間Ｃが設けられている。
カンチレバー１１９（可動部１１２）と、質量部１１５それぞれとの接合は接着剤１６を用いて実施形態１と同様に行われる。
また、物理量検出素子１１３は、ベース部１１０の端部から可動部１１２の自由端部にまで延在されている。

次に、カンチレバー１１９と物理量検出素子１１３との接合構造について説明する。図５（ａ），（ｂ）に示すように、可動部１１２には凹部１１７ａが形成されている。可動部１１２の第１主面１１２ａとベース部１１０の第１主面１１０ａは、同じ平面内にある。可動部１１２の第１主面１１２ａに凹部１１７ａを形成することによって、第１支持台部１１２ｃ，１１２ｄが島状に突設される。一方、ベース部１１０の第１主面１１０ａに凹部１１７ｂを形成することによって、第２支持台部１１０ｅ，１１０ｆが島状に突設される。第１支持台部１１２ｃ，１１２ｄと第２支持台部１１０ｅ，１１０ｆとの各々の図示上面は、同じ高さの平面を有する。

第１支持台部１１２ｃ，１１２ｄは、物理量検出素子１１３の平面視で重心位置Ｇ１を通り、振動梁部１１３ａ，１１３ｂの延在方向に沿う中心軸Ｐに対し直交する方向に所定の大きさの空隙を有して分割されている。第１支持台部１１２ｃ，１１２ｄは、中心軸Ｐを挟んで等距離に配置されると共に、位置、形状とも同じである。
一方、第２支持台部１１０ｅ，１１０ｆは、物理量検出素子１１３の平面視で重心位置Ｇ１を通り、振動梁部１１３ａ，１１３ｂの延在方向に沿う中心軸Ｐに対し直交する方向に所定の大きさの空隙を有して分割されている。第２支持台部１１０ｅ，１１０ｆは、中心軸Ｐを挟んで等距離に配置されると共に、位置、形状とも同じである。

カンチレバー１１９と物理量検出素子１１３との接着固定構造は、図２（ｃ）と同様に行うため、図示及び説明を省略する。

従って、実施形態２に係る物理量検出器２によれば、カンチレバー１１９及び質量部１１５が実施形態１と異なる形態を有していても、実施形態１と同様な効果が得られる。つまり、第１支持台部１１２ｃ，１１２ｄの接着部から流れ出す接着剤３０を凹部１１７ａで吸収し、第２支持台部１１０ｅ，１１０ｆの接着部から流れ出す接着剤３０を凹部１１７ｂで吸収するため、振動梁部１１３ａ，１１３ｂへの接着剤３０の付着を防止することができることから、物理量検出素子１１３の接着剤付着による共振周波数の変化を排除することができる。

また、第１支持台部１１２ｃ，１１２ｄと第２支持台部１１０ｅ，１１０ｆの各々は、物理量検出素子１１３の中心軸Ｐに対し直交する方向に所定の空隙Ｓを有して分割され、中心軸Ｐから離間した振動漏れが小さい領域で接着固定することにより、振動漏れの影響による共振周波数のばらつきを抑制し、物理量を正確に検出することができる。

また、実施形態２による物理量検出器２は、物理量検出素子１１３の第２基部１１３ｅを第１実施形態と同じ位置に配置し、第１基部１１３ｄを可動部１１２の自由端側の端部に移動させて配置している。このことから、物理量検出器２は、振動梁部１１３ａ，１１３ｂを実施形態１よりも長くすることが可能となる。従って、加速度が加えられることによる可動部１１２の僅かな変位でも振動梁部１１３ａ，１１３ｂが伸縮しやすくなり、物理量検出器２の検出感度を高めることができる。

なお、実施形態１の変形例（図４、参照）に記載の凹部１７が、第１支持台部１１２ｃ，１１２ｄの周囲から第２支持台部１１０ｅ，１１０ｆの周囲にわたって連続して形成されている実施形態１の変形例（図４、参照）に記載の構造も実施形態２に記載の物理量検出器２に適用することが可能である。
（物理量検出デバイス）

続いて、前述した実施形態１または実施形態２に記載の物理量検出器を備えた物理量検出デバイスについて説明する。
図６は、物理量検出デバイスの概略構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ切断面を示す断面図である。なお、（ａ）はリッド（蓋部材）の図示を省略している。また、物理量検出器としては、実施形態１に記載の物理量検出器１を例示し、共通部分には同一符号を付し詳細な説明を省略する。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、物理量検出デバイス３は、物理量検出器１と、物理量検出器１を収容するパッケージ２０と、を備えている。パッケージ２０は、平面形状が略四角形の凹部を有したパッケージベース２１と、パッケージベース２１の凹部を覆う平板状のリッド２２と、を有し、外形が略直方体形状を有している。
パッケージベース２１には、セラミックグリーンシートを積層し焼成した酸化アルミニウム焼結体、水晶、ガラス、シリコンなどが用いられている。
リッド２２には、パッケージベース２１と同材料、または、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼などの金属が用いられている。

パッケージベース２１には、内底面（凹部の内側の底面）２３の外周部分から凹部の内壁に沿って突出した２箇所の段差部２３ａに、内部端子２４，２５が設けられている。
内部端子２４，２５は、物理量検出器１の支持部１４に設けられた外部接続端子１４ｅ，１４ｆと対向する位置（平面視において重なる位置）に設けられている。なお、図示は省略するが、外部接続端子１４ｅは、ベース部１０の接続端子１０ｂと接続され、外部接続端子１４ｆは、ベース部１０の接続端子１０ｃと接続されている。
なお、外部接続端子１４ｅ，１４ｆは、支持部１４の固定部１４ｂ，１４ｃと平面視において重なる位置に設けられることが好ましい。

パッケージベース２１の外底面（内底面２３の反対側の面、外側の底面）２６には、電子機器などの外部部材に実装される際に用いられる一対の外部端子２７，２８が形成されている。
外部端子２７，２８は、図示しない内部配線によって内部端子２４，２５と接続されている。例えば、外部端子２７は、内部端子２４と接続され、外部端子２８は、内部端子２５と接続されている。
内部端子２４，２５及び外部端子２７，２８は、Ｗなどのメタライズ層にＮｉ、Ａｕなどの各被膜をメッキなどの方法により積層した金属膜からなる。

パッケージベース２１には、凹部の底部にパッケージ２０の内部を封止する封止部２９が設けられている。
封止部２９は、パッケージベース２１に形成された、外底面２６側の孔径が内底面２３側の孔径より大きい段付きの貫通孔２９ａに、Ａｕ／Ｇｅ合金、はんだなどからなる封止材２９ｂを投入し、加熱溶融後、固化させることでパッケージ２０の内部を気密に封止する構成となっている。

物理量検出デバイス３は、物理量検出器１の支持部１４の固定部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが、接着剤３０を介して、パッケージベース２１の段差部２３ａに固定されている。
ここで、固定部１４ｂ，１４ｃが外部接続端子１４ｅ，１４ｆと内部端子２４，２５とを接続する部分であることから、接着剤３０には、例えば、金属フィラーなどの導電性物質が混合されたシリコーン樹脂系の導電性接着剤が用いられている。なお、固定部１４ａ，１４ｄにおける固定には、金属フィラーなどの導電性物質を含まないシリコーン樹脂系の接着剤を用いてもよい。

物理量検出デバイス３は、物理量検出器１がパッケージベース２１の内部端子２４，２５と接続された状態で、パッケージベース２１の凹部がリッド２２により覆われ、パッケージベース２１とリッド２２とがシームリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材２２ａで接合される。

物理量検出デバイス３は、リッド２２の接合後、パッケージ２０の内部が減圧された状態（真空度の高い状態）で、封止部２９の貫通孔２９ａに封止材２９ｂが投入され、加熱溶融後、固化されることにより、パッケージ２０の内部が気密に封止される。
なお、パッケージ２０の内部は、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填されていてもよい。
なお、パッケージ２０は、パッケージベース２１及びリッド２２の両方に凹部を有していてもよい。

物理量検出デバイス３は、外部端子２７，２８、内部端子２４，２５、外部接続端子１４ｅ，１４ｆ、接続端子１０ｂ，１０ｃなどを経由して物理量検出器１の励振電極に印加される駆動信号によって、物理量検出器１の振動梁部１３ａ，１３ｂが所定の周波数で発振（共振）する。そして、物理量検出デバイス３は、加わる加速度に応じて変化する物理量検出器１の共振周波数を出力信号として出力する。
なお、物理量検出デバイスの内部に、物理量検出回路を内蔵する構造としてもよい。

上述したように構成される物理量検出デバイス３は、前述した実施形態１、実施形態２に記載の物理量検出器１または物理量検出器２を用いることによって、前述した実施形態１及び実施形態２に記載された効果を奏することができる。物理量検出素子１３及び物理量検出素子１１３に接着剤３０が付着することに起因する共振周波数の変化やばらつきの影響を低減でき、正確な物理量検出を可能にする。

また、物理量検出器１（または物理量検出器２）をパッケージ２０内に収容することで、外部からの塵埃や水分を排除することができると共に、取り扱い性が向上するという効果がある。
（電子機器）

次に、前述した実施形態１及び実施形態２に記載した物理量検出器１または物理量検出器２を備えた電子機器としての傾斜計について説明する。
図７は、電子機器の１例としての傾斜計を例示する模式斜視図である。傾斜計４は、実施形態１に記載の物理量検出器１を、傾斜センサーとして備えている。
傾斜計４は、例えば、山の斜面、道路の法面、盛土の擁壁面などの被計測場所に設置される。傾斜計４は、外部からケーブル４０を介して電源が供給され、または電源を内蔵し、図示しない駆動回路によって物理量検出器１（傾斜センサー）に駆動信号が送られている。
傾斜計４は、図示しない物理量検出回路によって、傾斜センサーに加わる重力加速度に応じて変化する共振周波数から、傾斜計４の姿勢の変化（傾斜計４に対する重力加速度が加わる方向の変化）を検出し、それを角度に換算して、例えば、無線などで基地局にデータ転送する。従って、傾斜計４は、被計測場所における異常の早期発見に貢献することができる。

上述した物理量検出器１，２は、上記傾斜計に限らず、振動計や地震計、ナビゲーション装置、姿勢制御装置、ゲームコントローラー、携帯電話などに用いる加速度センサー、鉱物資源調査等に用いる重力センサーなどに好適である。いずれの場合にも前述した実施形態１，２に記載の効果を奏する電子機器を提供することができる。
なお、電子機器に搭載する際の形態としては、物理量検出器１，２が単独の形態でも、物理量検出デバイス３の形態であってもよい。

なお、上記各実施形態において、カンチレバー９またはカンチレバー１１９の材料は、水晶に限定するものではなく、ガラス、またはシリコンなどの半導体材料であってもよい。
また、物理量検出素子１３，１１３の基材は、水晶に限定するものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電材料、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体を被膜として備えたシリコンなどの半導体材料であってもよい。

１…物理量検出器、９…カンチレバー、１０…ベース部、１０ａ…ベース部の第１主面、１０ｅ，１０ｆ…第２支持台部、１１…継手部、１２…可動部、１２ａ…可動部の第１主面、１２ｃ，１２ｄ…第１支持台部、１３…物理量検出素子、１３ｄ…第１基部、１３ｅ…第２基部、１４…支持部、１５…質量部。

Claims (8)

1. ベース部と、前記ベース部に継手部を介して延在され物理量の変化に応じて変位する可動部と、を有する平板状のカンチレバーと、
   前記ベース部と前記可動部とに掛け渡されて固定され、前記可動部の変位に応じて物理量を検出する物理量検出素子と、
   を備え、
   前記カンチレバーは、前記可動部の第１主面に設けられる凹部内に配置される第１支持台部と、前記ベース部の第１主面に設けられる凹部内に配置される第２支持台部と、を有し、
   前記物理量検出素子は、振動梁部の一方の長手方向端部に接続される第１基部と、他方の長手方向端部に接続される第２基部と、を有し、
   前記第１支持台部は、前記第１基部の幅方向に空隙を有して分割されており、
   前記第２支持台部は、前記第２基部の幅方向に空隙を有して分割されており、
   前記第１支持台部と前記第１基部、及び前記第２支持台部と前記第２基部が、接着剤を用いて固定されていること、
   を特徴とする物理量検出器。
2. 前記第１支持台部は、前記可動部に設けられる前記凹部に囲まれており、
   前記第２支持台部は、前記ベース部に設けられる前記凹部に囲まれていること、
   を特徴とする請求項１に記載の物理量検出器。
3. 前記カンチレバーと前記物理量検出素子とが接着固定される際、
   前記第１支持台部及び前記第２支持台部から流れ出した前記接着剤が、前記可動部に設けられている前記凹部、及び前記ベース部に設けられている前記凹部の範囲内にあること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の物理量検出器。
4. 前記カンチレバーと前記物理量検出素子は、前記接着剤を介して厚み方向に所定の隙間を有して固定されていること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の物理量検出器。
5. 前記凹部は、前記第１支持台部の周囲から前記第２支持台部の周囲にわたって連続して形成されていること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の物理量検出器。
6. 前記継手部は、前記可動部の第１主面と前記第１主面に対向する第２主面の両方に形成される溝部によって形成されており、
   前記凹部の深さは、前記可動部の第１主面側の溝部の深さより浅いこと、
   を特徴とする請求項５に記載の物理量検出器。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の物理量検出器と、
   前記物理量検出器を収容するパッケージと、
   を備えていることを特徴とする物理量検出デバイス。
8. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の物理量検出器と、
   少なくとも物理量検出回路と、
   を備えていることを特徴とする電子機器。

Images