JP2014134481A - 物理量センサー、電子機器、及び移動体 - Google Patents

物理量センサー、電子機器、及び移動体 Download PDF

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Abstract

【課題】可動電極と固定電極との当接による破損を抑制した物理量センサーを提供する。
【解決手段】可動錘と、可動錘の変位する第1方向と交差する第2方向に可動錘から延設されている可動電極部と、可動電極部と間隙d1を置いて設けられている固定電極部と、可動錘の第1方向の端部に対向して設けられている固定部と、を備え、可動錘の端部には、固定部に対向する位置に凹部が設けられ、固定部には、可動錘に向かって第1方向に延伸する第1ストッパー部が設けられ、第1ストッパー部の先端が凹部に挿入され、且つ、先端と可動錘との間隙d2は、間隙d1よりも狭いことを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、物理量センサー、電子機器、及び移動体に関するものである。
従来から、加速度や角速度等の物理量を検出する物理量センサーとして、固定電極と、固定電極に対して間隙をもって並んで設けられるとともに、一定方向に変位可能な可動錘に設けられた可動電極と、を有する構造の物理量センサーが知られている。
この様な物理量センサーは、可動錘の変位に伴い、固定電極と、可動錘に設けられた可動電極との間隙が変化し、その間隙の変化によって、固定電極と、可動電極との間に生じる静電容量の変化を検出することで、加速度、角速度等の物理量の変化を検出している。
例えば、特許文献1には、可動錘を支持する多角形を構成する様に折り曲げられた梁部の内側に、可動錘の変位を規制するストッパー部が設けられ、可動電極と固定電極との付着や破損を防止する構造の物理量センサーが開示されている。
特許第3660119号公報
しかしながら、多角形を構成する様に折り曲げられた梁部の内側にストッパー部が設けられているため、梁部が大きくなることから物理量センサーの小型化に影響を及ぼす虞があった。
本発明は、上述した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、又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センサーは、可動錘と、可動錘の変位する第1方向と交差する第2方向に可動錘から延設されている可動電極部と、可動電極部と間隙d1を置いて設けられている固定電極部と、可動錘の第1方向の端部に対向して設けられている固定部と、を備え、可動錘の端部には、固定部に対向する位置に凹部が設けられ、固定部には、可動錘に向かって第1方向に延伸する第1ストッパー部が設けられ、第1ストッパー部の先端が凹部に挿入され、且つ、先端と可動錘との間隙d2は、間隙d1よりも狭いことを特徴とする。
この様な物理量センサーによれば、可動電極部と、可動電極部と間隙d1を置いて固定電極部と、が設けられ、間隙d1よりも狭い間隙d2をもって第1ストッパー部の先端が可動錘に設けられた凹部に挿入(緩挿)されている。これにより、可動錘が第1ストッパー部の延伸する第1方向に変位した場合に、固定電極部と可動電極部とが当接する前に、第1ストッパー部の先端と可動錘に設けられた凹部が当接することで、固定電極部と可動電極部の当接を抑制することができる。また、可動錘に設けられた凹部に第1ストッパー部に緩挿されているため、物理量センサーの大きさを変えること無く第1ストッパー部を設けることができる。
従って、可動錘が過度に変位した際に、固定電極と可動電極とが当接(衝突)することで破損することを抑制し、小型化を成し得た物理量センサーを得ることができる。
[適用例2]
上記適用例に係る物理量センサーは、凹部には、第2方向に延設されている第1突起を備えることが好ましい。
この様な物理量センサーによれば、第1ストッパー部が緩挿される凹部の内面に第1ストッパー部の延伸方向と交差する第2方向に第1ストッパーと対向して突出する第1突起が設けられている。これにより、可動錘が第2方向に変位した場合に第1ストッパー部と第1突起とが当接することで、第1ストッパー部と可動錘との接触面積を少なくすることができ、第1ストッパー部と凹部が直接当接する場合と比べて当接による衝撃を緩和することができる。
従って、可動錘が第2方向に過度に変位した際においても、固定電極部と可動電極部とが当接(衝突)することによって破損することを抑制することができる。
[適用例3]
上記適用例に係る物理量センサーの第1ストッパー部には、第2方向に延設されている第2ストッパー部が設けられていることが好ましい。
この様な物理量センサーによれば、凹部に緩挿されている第1ストッパー部には、第2方向に延伸する第2ストッパー部が設けられている。
これにより、可動錘が第2方向に変位した場合に可動錘に設けられた凹部と、第2ストッパー部とが当接することで、第1ストッパー部及び第2ストッパー部と可動錘との接触面積を少なくすることができ、第1ストッパー部と凹部が直接当接する場合と比べて当接による衝撃を緩和することができる。
従って、可動錘が第2方向に過度に変位した際においても、固定電極部と可動電極部とが当接(衝突)することによって破損することを抑制することができる。
[適用例4]
上記適用例に係る物理量センサーの第2ストッパー部には、第1方向延設されている第2突起が設けられていることが好ましい。
この様な物理量センサーによれば、凹部に緩挿されている第1ストッパー部と交差する第2ストッパー部には、第1方向に第2突起が設けられている。
これにより、可動錘が第1方向に変位した場合に第2ストッパー部に設けられた第2突起と可動錘とが当接することで、第1ストッパー部及び第2ストッパー部と可動錘との接触面積を少なくすることができる。また、可動錘が第1方向に変位した場合に第2ストッパー部と凹部が直接当接する場合と比べて当接による衝撃を緩和することができる。
従って、可動錘が第1方向に過度に変位した際に、固定電極部と可動電極部とが当接(衝突)することによる破損を抑制するとともに、第1ストッパー部及び第2ストッパー部の破損を抑制する事ができる。
[適用例5]
上記適用例に係る物理量センサーは、可動錘には、第2ストッパー部と対向する位置に第3突起が設けられていることが好ましい。
この様な物理量センサーによれば、可動錘には第2ストッパー部が緩挿されている凹部に第2ストッパー部と対向して突出する第3突起が設けられている。
これにより、可動錘が第1方向に変位した場合に可動錘に設けられた第3突起と第2ストッパー部とが当接することで、第1ストッパー部及び第2ストッパー部と可動錘との接触面積を少なくすることができる。また、可動錘が第1方向に変位した場合に第2ストッパー部と凹部が直接当接する場合と比べて当接による衝撃を緩和することができる。
従って、可動錘が第1方向に過度に変位した際に、固定電極部と可動電極部とが当接(衝突)することによる破損を抑制するとともに、第1ストッパー部及び第2ストッパー部の破損を抑制する事ができる。
[適用例6]
本適用例に係る電子機器は、上述したいずれかの物理量センサーを搭載していることを特徴とする。
この様な電子機器によれば、上述したいずれかの物理量センサーを搭載することで、電子機器に衝撃が与えられた場合でも、物理量センサーの破損を抑制し、継続して物理量を検出できるため、信頼度の高い電子機器を得ることができる。
[適用例7]
本適用例に係る移動体は、上述したいずれかの物理量センサーを搭載していることを特徴とする。
この様な移動体によれば、上述したいずれかの物理量センサーを搭載することで、移動体からの衝撃による物理量センサーの破損を抑制し、継続して物理量を検出できるため、信頼度の高い移動体を得ることができる。
第1実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す斜視図。 第1実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。 第1実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す断面図。 第1実施形態に係る物理量センサーの一部を拡大して示す拡大図。 第2実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。 変形例に係る物理量センサーの一部を拡大して示す拡大図。 実施例に係る電子機器としてのパーソナルコンピューターを模式的に示す図。 実施例に係る電子機器としての携帯電話機を模式的に示す図。 実施例に係る電子機器としてのデジタルスチールカメラを模式的に示す図。 実施例に係る移動体としての自動車を模式的に示す図。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載する場合がある。
(第1実施形態)
第1実施形態に係る物理量センサーについて、図1から図4を用いて説明する。
図1は、第1実施形態に係る物理量センサーの概略を示す斜視図である。図2は、図1に示す物理量センサーの概略を示す平面図である。図3は、図2中の線分A−A’で示す部分の断面を模式的に示す物理量センサーの断面図である。図4は、図1及び図2で示すストッパー部の部分拡大図である。説明の便宜のため、図2では、蓋体の図示を省略している。また、図1から図4では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示し、Z軸は、基板と蓋体とが重なる厚み方向を示す軸である。
(物理量センサーの構造)
図1に示す物理量センサー1aは、基板2と、当該基板2に接続(接合)して支持された素子片3と、素子片3に電気的に接続された導体パターン4を有する。以下、物理量センサー1aを構成する各部を順次詳細に説明する。
(基板)
基板2は、素子片3を支持するために設けられている。基板2は、板状をなし、その主面となる第1面2aには、空洞部21が設けられている。この空洞部21は、基板2を第1面2a側から平面視したときに、後述する素子片3を構成する可動錘33、可動電極部36,37、及び梁部34,35を内包する様に設けられている。また、空洞部21は、内底21aを有する。この様な空洞部21は、素子片3の可動錘33、可動電極部36,37、及び梁部34,35が基板2に接触することを抑制する空間、換言すると、逃げ部を構成する。これにより、素子片3の可動錘33の変位を許容することができる。
なお、この空間は、空洞部21(凹部)に代えて、基板2をその厚さ方向(Z軸方向)に貫通する開口部として設けても良い。また、本実施形態おいて、空洞部21を第1面2a側から平面視したときの形状は、矩形をなしているが、これに限定されるものではない。
また、基板2の第1面2aには、前述した空洞部21の外側に、配線溝部22,23,24が設けられている。この配線溝部22,23,24は、第1面2a側から平面視した場合に、導体パターン4に対応した形状をなしている。
この様な基板2を構成する材料としては、例えば、シリコン、ガラス等の材料を用いることが好ましい。また、素子片3がシリコン材料を主材料として構成されている場合、基板2は、ホウ珪酸ガラスを用いるとより好ましい。
なお、基板2の構成材料は、素子片3の構成材料との線膨張率の差ができるだけ小さいことが好ましい。例えば、基板2にホウ珪酸ガラスを、素子片3にシリコンを用いることで、基板2と、素子片3との線膨張率の差が少なくなり、熱膨張による歪みを抑制することができる。
(素子片)
素子片3は、固定部31,32と、可動錘33と、梁部34,35と、可動電極部36,37と、固定電極部38,39と、で構成されている。
このような素子片3は、例えば、加速度や角速度等の物理量の変化に応じて、可動錘33及び可動電極部36,37が、梁部34,35を弾性変形させながら、図2に示す矢印aの方向、即ち、X軸方向(+X軸方向、又は−X軸方向)に変位する。このような変位に伴って、可動電極部36と固定電極部38との間の間隙、及び可動電極部37と固定電極部39との間の間隙がそれぞれ変化する。即ち、このような変位に伴って、可動電極部36と固定電極部38との間の静電容量、及び可動電極部37と固定電極部39との間の静電容量の大きさがそれぞれ変化する。
従って、これらの静電容量に基づいて、加速度や角速度等の物理量を検出することできる。
この固定部31,32、可動錘33、梁部34,35、及び可動電極部36,37は、一体的に形成して設けられている。固定部31,32は、それぞれ、前述した基板2の第1面2aに接続されている。具体的には、固定部31は、基板2の第1面2aの空洞部21に対して−X軸方向側の部分に接続されている。また、固定部32は、基板2の第1面2aの空洞部21に対して+X軸方向側の部分に接続されている。また、固定部31,32は、第1面2a側から平面視した場合に、それぞれ、空洞部21の外周縁を跨ぐように設けられている。
本実施形態の物理量センサー1aには、可動錘33の変位を規制するストッパー部60が設けられている。
ストッパー部60には、可動錘33の変位する方向である矢印a(図2参照)で示すX軸方向(+X軸方向)である第1方向に向かって固定部31から延伸する第1ストッパー部62と、可動錘33の一端に固定部31と対向する開口を有する凹部65が設けられている。なお、ストッパー部60については後述する。
なお、固定部31,32の位置及び形状等は、梁部34,35や導体パターン4等の位置及び形状等に応じて決められるものであり、上述したものに限定されない。
(可動錘)
可動錘33は、2つの固定部31,32の間に設けられている。本実施形態において可動錘33は、X軸方向に延びる長手形状をなしている。なお、可動錘33の形状は、素子片3を構成する各部の形状、大きさ等に応じて決められるものであり、上述したものに限定されない。
この様な可動錘33は、固定部31に対して梁部34を介して連結されるとともに、固定部32に対して梁部35を介して連結されている。より具体的には、可動錘33の−X軸方向側の端部が梁部34を介して固定部31に連結されるとともに、可動錘33の+X軸方向の端部が梁部35を介して固定部32に連結されている。
この梁部34,35は、固定部31,32に対して可動錘33が可動できる様に連結されている。
梁部34は、複数の梁341,342で構成されている。梁341、342は、それぞれ、Y軸方向に蛇行しながらX軸方向に延びる形状をなしている。
同様に、梁部35は、Y軸方向に蛇行しながらX軸方向に延びる形状をなす複数の梁351,352で構成されている。
本実施形態において梁部34,35は、主に図2において矢印aで示す+X軸方向及び−X軸方向に可動錘33が変位(可動)し得る様に構成されている。
(可動電極部)
基板2に対してX軸方向に変位し得る様に支持された可動錘33の幅方向である+Y軸方向側には、可動電極部36が設けられ、反対側となる−Y軸方向側には、可動電極部37が設けられている。可動電極部36は、可動錘33から+Y軸方向に突出し、櫛歯状をなす様に並んで設けられている。同様に、可動電極部37は、可動錘33から−Y軸方向に突出し、櫛歯状をなす様に並んで設けられている。
このように複数の可動電極部36及び複数の可動電極部37は、それぞれ、可動錘33が可動するX軸方向(図2において示す矢印aの方向)に並んで設けられている。換言すると、複数の可動電極部36,37は、可動錘33変位する方向となるX軸方向に沿って並んで、かつ、変位する方向と交差するY軸方向の両側に延伸する様に設けられている。
これにより、可動錘33の変位に応じて後述する固定電極部38と、可動電極部36,37との間に生じる静電容量を変化させることができる。
(固定電極部)
固定電極部38は、前述した可動電極部36に対して間隙d1を置いて噛み合う櫛歯状をなすように設けられている。例えば、固定電極381,382は、それぞれ可動電極部36と間隙d1を置いて設けられている。
固定電極部39は、前述した固定電極部38と同様に、可動電極部37に対して間隙d1を置いて噛み合う櫛歯状をなすように設けられている。例えば、固定電極391,392は、それぞれ可動電極部37と間隙d1を置いて設けられている。
このような固定電極部38は、可動錘33とは反対側の端部が基板2の第1面2aの空洞部21に対して+Y軸方向側の部分に接続されている。固定電極部38は、その固定された側の一端を固定端とし、その反対側の自由端が−Y軸方向へ延設されている。
このような固定電極部39は、可動錘33とは反対側の端部が基板2の第1面2aの空洞部21に対して−Y軸方向側の部分に接続されている。固定電極部39は、その固定された側の一端を固定端とし、その反対側の自由端が+Y軸方向へ延設されている。
ここで、ストッパー部60について詳述する。
本実施形態の物理量センサー1aには、可動錘33の変位を規制するストッパー部60が設けられている。ストッパー部60は、第1ストッパー部62と、凹部65から構成されている。
ストッパー部60には、固定部31から可動錘33に向かう第1方向(+X軸方向)に延伸する第1ストッパー部62が設けられている。また、ストッパー部60には、可動錘33の−X軸方向側の一端に固定部31と対向する開口を有する凹部65が設けられている。
ストッパー部60は、第1ストッパー部62が第1方向(X軸方向)、かつ可動錘33に設けられた凹部65に向かって延伸して凹部65に挿入(緩挿)されている。なお、第1ストッパー部62は、先端62aと可動錘33の間に間隙d2を置いて凹部65に緩挿されている。
ストッパー部60は、可動錘33が過度に変位した場合に、並んで配設されている可動電極部36と固定電極部38、及び可動電極部37と固定電極部39が相互に接触することによる破損を抑制するために設けられている。また、ストッパー部60は、可動電極部36と固定電極部38、及び可動電極部37と固定電極部39が相互に接触することで生じる貼り付き(スティッキング)や、ショート(短絡)を抑制するために設けられている。
そこで、固定電極部38,39と、可動電極部36,37と、が接触する前に、第1ストッパー部62(先端62a)と、可動錘33と、を当接させることが求められる。
よって、可動電極部36,37と、固定電極部38との間隙d1より、先端62aと可動錘33との間隙d2が狭くなる様に第1ストッパー部62は設けられている。即ち、間隙d1及び間隙d2の広さの関係が、間隙d1<間隙d2となる様に第1ストッパー部62が固定部31から延設されている。
これにより物理量センサー1aは、固定電極部38,39と可動電極部36,37とが接触する前に第1ストッパー部62と、可動錘33と、が当接し、可動錘33の過度な変位を抑制することができる。
(導体パターン)
導体パターン4は、前述した基板2の第1面2a上に設けられている。
導体パターン4は、配線41,42,43と、電極44,45,46とで構成されている。
配線41は、前述した基板2の空洞部21の外側に設けられ、空洞部21の外周に沿うように形成されている。そして、配線41の一端は、基板2の第1面2aの外周縁(基板2の第1面2a上の蓋体5の外側の部分)上において、電極44に接続されている。
このような配線41は、複数の固定電極部38,39のうち、例えば、第1固定電極としての固定電極381、及び第3固定電極としての固定電極391に電気的に接続されている。
配線42は、前述した配線41の外側に沿って設けられている。そして、配線42の一端は、基板2の第1面2aの外周縁(基板2の第1面2a上の蓋体5の外側の部分)上において、電極45に接続されている。
このような配線42は、複数の固定電極部38,39のうち、例えば、第2固定電極としての固定電極382、及び第4固定電極としての固定電極392に電気的に接続されている。
配線43は、基板2上の固定部31から基板2の第1面2a上の外周部(基板2上の蓋体5の外側の部分)に延設されている。そして、固定部31とは反対側の配線43の一端は、基板2の第1面2a(基板2上の蓋体5の外側の部分)上において電極46に接続されている。
また、配線41は、基板2の第1面2aに設けられた配線溝部22(凹部)内に設けられている。また、配線42は、基板2の第1面2aに設けられた配線溝部23(凹部)内に設けられている。また、配線43は、基板2の第1面2aに設けられた配線溝部24(凹部)内に設けられている。
このような配線41から43を構成する材料としては、導電性を有するものであれば、特に限定されることはない。例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、又はこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの一種、又は複数を組み合わせて用いることができる。
また、電極44から46を構成する材料としては、前述した配線41から43と同様に、導電性を有するものであれば、特に限定されることはない。
このような配線41及び電極44と、配線43及び電極46とにより、配線41を介して第1固定電極(固定電極381)と可動電極部36との間の静電容量、及び第3固定電極(固定電極391)と可動電極部37との間の静電容量と、を測定することができる。
また、このような配線42及び電極45と、と、配線43及び電極46とにより、配線42を介して第2固定電極(固定電極382)と可動電極部36との間の静電容量、及び第4固定電極(固定電極392)と可動電極部37との間の静電容量を測定することができる。
(蓋体)
蓋体5は、前述した素子片3を保護するために設けられている。
蓋体5は、板状をなし、その一方の面(下面)にキャビティ51が設けられている。このキャビティ51は、素子片3の可動錘33及び可動電極部36,37等の変位を許容するように形成されている。
そして、蓋体5の下面のキャビティ51よりも外側の部分は、前述した基板2の第1面2aに接続されている。
蓋体5と基板2との接続方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤を用いた接続方法、陽極接合(接続)法等を用いることができる。
また、蓋体5を構成する材料としては、接続方法に適した材料であれば特に限定されないが、例えば、接着材による接続の場合にはシリコン材料、陽極接合法による接続の場合にはガラス材料等を用いることができる。
上述した第1実施形態によれば、以下の効果が得られる。
この様な物理量センサー1aによれば、固定電極部38,39と、可動電極部36,37と、が並んで設けられた間隙d1よりも狭い間隙d2を置いて第1ストッパー部62の先端62aが可動錘33に設けられた凹部65に緩挿されている。
これにより、可動錘33が第1方向(+X軸方向)に変位した場合に、固定電極部38,39と、可動電極部36,37と、が当接する前に先端62aと、凹部65と、が当接することで、固定電極部38,39と、可動電極部36,37と、の当接を抑制することができる。また、可動錘33に設けられた凹部65に第1ストッパー部62が緩挿されているため、物理量センサー1aの大きさを変えること無く固定電極部38,39と、可動電極部36,37と、の当接を抑制することができる。
従って、可動錘33が過度に変位した際に、固定電極部38,39と、可動電極部36,37と、が当接(衝突)によって破損することを抑制し、小型化を成し得た物理量センサー1aを得ることができる。
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図である。
図5では、蓋体5の図示を省略している。また、図5では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示し、Z軸は、基板と蓋体とが重なる厚み方向を示す軸である。
第2実施形態に係る物理量センサー1bは、複数のストッパー部60が設けられている点が第1実施形態で説明した物理量センサー1aとは異なる。その他の構成は、第1実施形態と同様のため、相違点を説明し、同様の部分には同様の符号を示して説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー1bは、第1実施形態で説明した物理量センサー1aと同様に、基板2と、当該基板2に接続(接合)して支持された素子片3と、素子片3に電気的に接続された導体パターン4を有する。また、素子片3は、固定部31,32と、可動錘33と、梁部34,35と、可動電極部36,37と、固定電極部38,39とで構成されている。
この様な物理量センサー1bは、例えば、加速度や角速度等の物理量の変化に応じて、可動錘33、及び可動電極部36,37が、梁部34,35を弾性変形させながら、図5に示す矢印aの方向、即ち、X軸方向(+X軸方向、又は−X軸方向)に変位する。
本実施形態の物理量センサー1bには、可動錘33の変位を規制する複数のストッパー部60が設けられている。
ストッパー部60は、可動錘33の変位する方向の−X軸方向側の一端にストッパー部60Lが設けられ、他方、可動錘33の変位する方向の+X軸方向側の一端にストッパー部60Rが設けられている。
ストッパー部60Lは、第1ストッパー部62Lと、凹部65Lとから構成されている。
ストッパー部60Lには、固定部31から可動錘33に向かう第1方向(+X軸方向)に延伸する第1ストッパー部62Lが設けられている。また、ストッパー部60Lには、可動錘33の−X軸方向側の一端に固定部31と対向する開口を有する凹部65Lが設けられている。
ストッパー部60Lは、第1ストッパー部62Lが第1方向(+X軸方向)で可動錘33に設けられた凹部65Lに向かって延伸して凹部65Lに緩挿されている。なお、第1ストッパー部62Lは、先端62aと、可動錘33と、の間に間隙d2を置いて凹部65Lに緩挿されている。
ストッパー部60Rは、第1ストッパー部62Rと、凹部65Rと、から構成されている。
ストッパー部60Lには、固定部32から可動錘33に向かう第1方向(−X軸方向)に延伸する第1ストッパー部62Rが設けられている。また、ストッパー部60Rには、可動錘33の+X軸方向側の一端に固定部32と対向する開口を有する凹部65Rが設けられている。
ストッパー部60Rは、第1ストッパー部62Rが第1方向(−X軸方向)で可動錘33に設けられた凹部65Rに向かって延伸して凹部65Rに緩挿されている。なお、第1ストッパー部62Rは、先端62aと、可動錘33と、の間に間隙d2を置いて凹部65Rに緩挿されている。
第1実施形態で上述の通りストッパー部60は、可動錘33が過度に変位した場合に、一端が自由端となって並んで配設されている可動電極部36と固定電極部38、及び可動電極部37と固定電極部39が相互に接触して破損することを抑制するために設けられている。
そこで、固定電極部38,39と、可動電極部36,37と、が接触する前に、第1ストッパー部62R,62Lと可動錘33とを当接させることが求められる。
よって、可動電極部36,37と、固定電極部38,39と、の間隙d1より、先端62aと、可動錘33と、の間隙d2が狭くなる様に第1ストッパー部62R,62Lは設けられている。即ち、間隙d1及び間隙d2の広さの関係が、間隙d1<間隙d2となる様に第1ストッパー部62R,62Lが固定部31,32から延設されている。
本実施形態の物理量センサー1bには、複数のストッパー部60が設けられているため、可動錘33が図5に示す矢印a(X軸方向)のいずれの方向に変位したときにも、その可動錘33の変位を規制することができる。
例えば、+X軸方向に可動錘33が変位した場合には、可動錘33と、ストッパー部60Rと、が当接する。換言すると、+X軸方向に可動錘33が変位した場合には、第1ストッパー部62Rの先端62aと凹部65Rが当接し、可動錘33の過度な変位を抑制することができる。
また、例えば、−X軸方向に可動錘33が変位した場合には、可動錘33と、ストッパー部60Lと、が当接する。換言すると、−X軸方向に可動錘33が変位した場合には、第1ストッパー部62Lの先端62aと凹部65Lが当接し、可動錘33の過度な変位を抑制することができる。
これにより物理量センサー1bは、固定電極部38,39と、可動電極部36,37と、が接触する前に、可動錘33と、第1ストッパー部62R,62Lと、が当接し、可動錘33の過度な変位を抑制することができる。
また、凹部65R,65Lに第1ストッパー部62R,62Lが緩挿されているため、X軸方向と交差するY軸方向に可動錘33が変位した場合においても、凹部65R,65Lに第1ストッパー部62R,62Lが当接し、可動錘33の過度な変位を抑制することができる。
その他の点は、第1実施形態で説明をした物理量センサー1aと同様のため、説明を省略する。
上述した第2実施形態によれば、以下の効果が得られる。
この様な物理量センサー1bによれば、可動錘33のX軸方向の両端にそれぞれストッパー部60が設けられているため、+X軸方向、及び−X軸方向のいずれの方向に可動錘33が変位した場合でも、固定電極部38,39と、可動電極部36,37と、の当接を抑制することができる。また、可動錘33に設けられた凹部65R,65Lに第1ストッパー部62R,62Lが緩挿されているため、物理量センサー1bの大きさを変えること無く固定電極部38,39と、可動電極部36,37と、の当接を抑制することができる。
従って、可動錘33が過度に変位した際に、固定電極部38,39と、可動電極部36,37と、が当接(衝突)によって破損することを抑制し、小型化を成し得た物理量センサー1bを得ることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を付して重複する説明は省略している。
(変形例1)
図6(a)は、変形例1に係る物理量センサーのストッパー部を部分的に拡大した拡大図である。
変形例1に係る物理量センサー1cは、各実施形態で説明をした物理量センサー1a,1bと同様に固定電極部38,39と、固定電極部38,39に対して間隙d1を置いて可動錘33に設けられた可動電極部36,37と、が設けられている。また、変形例1に係る物理量センサー1cには、ストッパー部160が設けられている。
変形例1に係る物理量センサーは1c、ストッパー部160の構造が上述した物理量センサー1a,1bと異なる。
変形例1に係る物理量センサー1cの説明においては、ストッパー部160の部分を説明し、その他の構成部位等については説明及び図示を省略する。
ストッパー部160は、固定部31から第1方向(+X軸方向)に延伸する第1ストッパー部162と、可動錘33の一端に固定部31と対向する開口を有する凹部165と、が設けられている。第1ストッパー部162は、第1実施形態で説明をした物理量センサー1aのストッパー部60と同様に先端162aと、可動錘33と、の間に間隙d2を置いて凹部165に緩挿されている。
ストッパー部160には、第1ストッパー部162が緩挿される凹部165の内面に第1ストッパー部162の延伸する第1方向と交差する第2方向に突出する第1突起としての突起170が設けられている。
これにより、可動錘33がY軸方向に変位した場合にストッパー部160は、凹部165に緩挿されている第1ストッパー部162と、凹部165に設けられた突起170と、が当接するため、接触面積を小さくし、接触による衝撃によって可動錘33と、当該ストッパー部160と、の破損を抑制することができる。
また、可動錘33がX軸方向に変位した場合は各実施形態で説明をした物理量センサー1a,1bと同様に、凹部165と、凹部165に緩挿されている第1ストッパー部162(先端162a)と、が当接するため、固定電極部38,39と、固定電極部38,39と、の接触及び破損を抑制することができる。
なお、本変形例1において突起170は、凹部165の内面に向かって対向する様に設けられているが、これに限定されることなく、凹部165の内面に向かって互い違いに向かい合って設けられても良い。また、突起170を設ける個数は、特に限定されるものでない。また、突起170の長さ(Y軸方向)及び幅(X軸方向)は、特に限定されるものでなく、第1ストッパー部162との間に間隙を置いて設けられていれば良い。
その他のストッパー部160の構成は、各実施形態で説明した物理量センサー1a,1bと同様のため、説明を省略する。
(変形例2)
図6(b)は、変形例2に係る物理量センサーのストッパー部を部分的に拡大した拡大図である。
変形例2に係る物理量センサー1dは、各実施形態で説明をした物理量センサー1a,1bと同様に固定電極部38,39と、固定電極部38,39に対して間隙d1を置いて可動錘33に設けられた可動電極部36,37と、が設けられている。また、変形例2に係る物理量センサー1dには、ストッパー部260が設けられている。
変形例2に係る物理量センサー1dは、ストッパー部260の構造が上述した物理量センサー1a,1bと異なる。
変形例2に係る物理量センサー1dの説明においては、ストッパー部260の部分を説明し、その他の構成部位等については説明及び図示を省略する。
ストッパー部260は、固定部31から第1方向(+X軸方向)に延伸する第1ストッパー部262と、第1ストッパー部262と交差する第2方向に延伸し、可動錘33と間隙d3を置いて設けられる第2ストッパー部263と、が設けられている。また、ストッパー部260には、可動錘33の一端に固定部31と対向する開口を有する凹部265が設けられている。
なお、第1ストッパー部262は、第1実施形態で説明した物理量センサー1aのストッパー部60と同様に先端262aと可動錘33との間に間隙d2を置いて凹部265に緩挿されている。
これにより、可動錘33がY軸方向に変位した場合に、凹部265と、凹部265に緩挿されている第2ストッパー部263の先端263aが当接する。これによって、凹部265と、第1ストッパー部262と、の接触面積を小さくすることができ、接触による衝撃によって可動錘33と、ストッパー部260と、の破損を抑制することができる。
また、可動錘33がX軸方向に変位した場合は各実施形態で説明をした物理量センサー1a,1bと同様に、凹部265と、凹部265に緩挿されている第1ストッパー部262(先端262a)と、が当接するため、固定電極部38,39と、固定電極部38,39と、の接触及び破損を抑制することができる。
なお、本変形例2において第2ストッパー部263は、第1ストッパー部262の先端262aから第2方向に延設されている。第2ストッパー部263は、これに限定されること無く、当該第2ストッパー部263の先端263aから延伸する仮想線上に凹部265が設けられていれば第1ストッパー部262のいずれかの部位から第2方向に延設されても良い。
これにより、Y軸方向に可動錘33が変位したときに、凹部265にストッパー部260(第2ストッパー部263)を当接させることができる。
その他のストッパー部260の構成は、各実施形態で説明した物理量センサー1a,1bと同様のため、説明を省略する。
(変形例3)
図6(c)は、変形例3に係る物理量センサーのストッパー部を部分的に拡大した拡大図である。
変形例3に係る物理量センサー1eは、各実施形態で説明をした物理量センサー1a,1bと同様に固定電極部38,39と、固定電極部38,39に対して間隙d1を置いて可動錘33に設けられた可動電極部36,37と、が設けられている。また、変形例3に係る物理量センサー1eには、ストッパー部360が設けられている。
変形例3に係る物理量センサー1eは、ストッパー部360の構造が上述した物理量センサー1a,1bと異なる。
変形例3に係る物理量センサー1eの説明においては、ストッパー部360の部分を説明し、その他の構成部位等については説明及び図示を省略する。
ストッパー部360は、固定部31から第1方向(+X軸方向)に延伸する第1ストッパー部362と、第1ストッパー部362と交差する第2方向に延伸し可動錘33と間隙d3を置いて設けられている第2ストッパー部363と、が設けられている。
第2ストッパー部363には、第2突起としての突起371が第1方向(+X軸方向)で可動錘33と対向する様に突出して設けられている。また、ストッパー部360には、可動錘33の一端に固定部31と対向する開口を有する凹部365が設けられている。
なお、ストッパー部360は、突起371と、可動錘33と、の間に間隙d302を置いて凹部365に緩挿されている。
また、突起371と、可動錘33と、の間の間隙d302は、図示を省略する固定電極部38,39と、可動電極部36,37と、の間隙d1より狭く設けられている。
これにより、可動錘33がX軸方向に変位した場合に、凹部365と、第2ストッパー部363に設けられた突起371と、が当接することで、第2ストッパー部363と、凹部365と、の接触面積を小さくすることができ、接触による衝撃によって可動錘33と、ストッパー部360と、の破損を抑制することができる。
また、可動錘33がY軸方向に変位した場合には、凹部365と、第2ストッパー部363(先端363a)と、が当接し、可動錘33が過度に変位することを抑制することができる。
なお、本変形例3において突起371は、第2ストッパー部363に1つ設けられているが、これに限定されることなく、複数の突起371を設けても良い。また、突起371は、可動錘33に向かって突出していれば、設けられる位置は特に限定されるものでない。
その他のストッパー部360の構成は、各実施形態で説明した物理量センサー1a,1bと同様のため、説明を省略する。
(変形例4)
図6(d)は、変形例4に係る物理量センサーのストッパー部を部分的に拡大した拡大図である。
変形例4に係る物理量センサー1fは、上述した各実施形態で説明をした物理量センサー1a,1bと同様に固定電極部38,39と、固定電極部38,39に対して間隙d1を置いて可動錘33に設けられた可動電極部36,37と、が設けられている。また、変形例4に係る物理量センサー1fには、ストッパー部460が設けられている。
変形例4に係る物理量センサー1fは、ストッパー部460の構造が上述した物理量センサー1a,1bと異なる。変形例4に係る物理量センサー1fの説明においては、ストッパー部460の部分を説明し、その他の構成部位等については説明及び図示を省略する。
ストッパー部460は、固定部31から第1方向(+X軸方向)に延伸する第1ストッパー部462と、第1ストッパー部462と交差する第2方向に延伸し可動錘33と間隙d3を置いて設けられている第2ストッパー部463と、が設けられている。また、ストッパー部460は、可動錘33の一端に固定部31と対向する開口を有する凹部465が設けられている。なお、第1ストッパー部462は、可動錘33と間隙d3を置いて、また、可動錘33に設けられた突起472と間隙d402を置いて凹部465に緩挿されている。
凹部465には、第3突起としての突起472が第1方向(−X軸方向)、かつ第2ストッパー部463と対向する様に突出させて設けられている。また、突起472と、第2ストッパー部463と、の間の間隙d402は、図示を省略する可動電極部36,37と、固定電極部38,39と、の間隙d1より狭く設けられている。
これにより、可動錘33がY軸方向に変位した場合に、凹部465と、凹部465に緩挿されている第2ストッパー部463の先端463aと、が当接することで、ストッパー部460と、凹部465と、の接触面積を小さくすることができる。
また、可動錘33がX軸方向に変位した場合に、第2ストッパー部463と、突起472と、が当接することで、ストッパー部460と、凹部465と、の接触面積を小さくすることができる。よって、接触による衝撃によって可動錘33とストッパー部460の破損を抑制することができる。
なお、本変形例4において突起472は、凹部465に1つ設けられているが、これに限定されることなく、複数の突起472を設けても良い。また、突起472は、第2ストッパー部463に向かって突出していれば設けられる位置は特に限定されるものでない。
その他のストッパー部460の構成は、各実施形態で説明した物理量センサー1a,1bと同様のため、説明を省略する。
なお、上述した各変形例において可動錘33の−X軸方向側の一端である固定部31側にストッパー部が設けられる一例を示したが、これに限定されることなく、可動錘33の+X軸方向側の一端である固定部32側に各ストッパー部(160,260,360,460)を設けても良い。また、第2実施形態で示した物理量センサー1bの様に、可動錘33のX軸方向の両端側にそれぞれ各ストッパー部(160,260,360,460)を設けても良い。
また、上述した変形例1と、変形例2乃至4とを組み合わせてストッパー部を構成しても良い。
例えば、変形例1で示すストッパー部160に、変形例2に示す第1ストッパー部262の先端262aに第2ストッパー部263を設けても良い。
例えば、変形例3に示す第2ストッパー部363に突起371を設けても良い。また、第2ストッパー部363には、突起170と対向する様に突起371を設けても良い。これにより、+X軸方向と−X軸方向との両方向の可動錘33の変位を規制することができる。
例えば、変形例4に示す様に凹部465に突起472を設けても良い。
また、上述した実施形態及び変形例において、各ストッパー部の先端、及び各突起は、円弧を描く形状や、錐形状としても良い。各ストッパー部及び各突起は、先端が円弧を描く形状や、錘形状であることにより、可動錘33との接触面積を小さくすることができ、可動錘33と当接した際の衝撃を緩和し、破損を抑制することができる。
また、上述した実施形態及び変形例において、固定部31、もしくは固定部32から延伸する第1ストッパー部62は、固定部31,32から先端62aに向かって幅が狭く設けられても良い。第1ストッパー部62は、先端62aに向かって幅が狭く設けられることにより、可動錘33との接触面積を小さくすることができ、可動錘33と当接した際の衝撃を緩和し、破損を抑制することができる。また、第1ストッパー部62は、先端62aと比べて、固定部31,32から延伸する基部の部分の幅が広いため、第1ストッパー部62の強度を増すことができる。よって、第1ストッパー部62は、可動錘33と当接した際の破損を抑制することができる。
また、第1ストッパー部62から延伸する第2ストッパー部63についても先端63aに向かって幅が狭く設けられても良い。第2ストッパー部63は、先端63aに向かって幅が狭く設けられることにより、可動錘33との接触面積を小さくすることができ、可動錘33と当接した際の衝撃を緩和し、破損を抑制することができる。また、第2ストッパー部63は、先端63aと比べて、固定部31,32から延伸する基部の部分の幅が広いため、第2ストッパー部63の強度を増すことができる。よって、第2ストッパー部63は、可動錘33と当接した際の破損を抑制することができる。
(実施例)
次いで、本発明の一実施形態又は変形例に係る物理量センサー1aから1f(以下、総括して物理量センサー1と称する。)のいずれかを適用した実施例について、図7から図10を参照しながら説明する。
[電子機器]
先ず、本発明の一実施形態に係る物理量センサー1を適用した電子機器について、図7から図9を参照しながら説明する。
図7は、本発明の一実施形態に係る物理量センサーを備える電子機器としてのノート型(又はモバイル型)のパーソナルコンピューターの構成の概略を示す斜視図である。この図において、ノート型パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1008を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなノート型パーソナルコンピューター1100には、そのノート型パーソナルコンピューター1100に加えられる加速度等を検知して表示ユニット1106に加速度等を表示するための加速度センサー等として機能する物理量センサー1が内蔵されている。
図8は、本発明の一実施形態に係る物理量センサーを備える電子機器としての携帯電話機(PHSも含む)の構成の概略を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1208が配置されている。このような携帯電話機1200には、携帯電話機1200に加えられる加速度等を検知して、当該携帯電話機1200の操作を補助するための加速度センサー等として機能する物理量センサー1が内蔵されている。
図9は、本発明の一実施形態に係る物理量センサー1を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチールカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
デジタルスチールカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1308が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1308は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCD等を含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部1308に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1310に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312には液晶ディスプレイ1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1310に格納された撮像信号が、液晶ディスプレイ1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ1300には、その落下からデジタルスチールカメラ1300を保護する機能を動作させるため、落下による加速度を検知する加速度センサーとして機能する物理量センサー1が内蔵されている。
なお、本発明の一実施形態に係る物理量センサー1は、図7のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図8の携帯電話機、図9のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。
[移動体]
図10は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車1500は本発明に係る物理量センサー1を備える。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車1500には、当該自動車1500の加速度を検知する物理量センサー1を内蔵してエンジンの出力を制御する電子制御ユニット(ECU:electronic Control Unit)1508が車体1507に搭載されている。また、物理量センサー1は、他にも、車体姿勢制御ユニット、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)に広く適用できる。
1a,1b…物理量センサー、2…基板、2a…第1面、3…素子片、4…導体パターン、5…蓋体、21…空洞部、21a…内底、22,23,24…配線溝部、31,32…固定部、33…可動錘、34,35…梁部、36,37…可動電極部、38,39…固定電極部、41,42,43…配線、44,45,46…電極、51…キャビティ、60、160,260,360,460…ストッパー部、62、162,262,362,462…第1ストッパー部、62a,162a,262a,362a,462a…先端、263,363,463…第2ストッパー部、65、165,265,365,465…凹部、341、342…梁、d1,d2、d3,d302,d402…間隙、1100…パーソナルコンピューター、1200…携帯電話機、1300…デジタルスチールカメラ、1500…自動車。
配線43は、基板2上の固定部31から基板2の第1面2a上の外周(基板2上の蓋体5の外側の部分)に延設されている。そして、固定部31とは反対側の配線43の一端は、基板2の第1面2a(基板2上の蓋体5の外側の部分)上において電極46に接続されている。
ストッパー部60Rは、第1ストッパー部62Rと、凹部65Rと、から構成されている。
ストッパー部60には、固定部32から可動錘33に向かう第1方向(−X軸方向)に延伸する第1ストッパー部62Rが設けられている。また、ストッパー部60Rには、可動錘33の+X軸方向側の一端に固定部32と対向する開口を有する凹部65Rが設けられている。
(変形例1)
図6(a)は、変形例1に係る物理量センサーのストッパー部を部分的に拡大した拡大図である。
変形例1に係る物理量センサー1cは、各実施形態で説明をした物理量センサー1a,1bと同様に固定電極部38,39と、固定電極部38,39に対して間隙d1を置いて可動錘33に設けられた可動電極部36,37と、が設けられている。また、変形例1に係る物理量センサー1cには、ストッパー部160が設けられている。
変形例1に係る物理量センサー1cは、ストッパー部160の構造が上述した物理量センサー1a,1bと異なる。
変形例1に係る物理量センサー1cの説明においては、ストッパー部160の部分を説明し、その他の構成部位等については説明及び図示を省略する。
また、可動錘33がX軸方向に変位した場合は各実施形態で説明をした物理量センサー1a,1bと同様に、凹部165と、凹部165に緩挿されている第1ストッパー部162(先端162a)と、が当接するため、固定電極部38,39と、可動電極部3,3と、の接触及び破損を抑制することができる。
また、可動錘33がX軸方向に変位した場合は各実施形態で説明をした物理量センサー1a,1bと同様に、凹部265と、凹部265に緩挿されている第1ストッパー部262(先端262a)と、が当接するため、固定電極部38,39と、可動電極部3,3と、の接触及び破損を抑制することができる。
また、上述した実施形態及び変形例において、各ストッパー部の先端、及び各突起は、円弧を描く形状や、錐形状としても良い。各ストッパー部及び各突起は、先端が円弧を描く形状や、形状であることにより、可動錘33との接触面積を小さくすることができ、可動錘33と当接した際の衝撃を緩和し、破損を抑制することができる。

Claims (7)

  1. 可動錘と、
    前記可動錘の変位する第1方向と交差する第2方向に前記可動錘から延設されている可動電極部と、
    前記可動電極部と間隙d1を置いて設けられている固定電極部と、
    前記可動錘の前記第1方向の端部に対向して設けられている固定部と、を備え、
    前記可動錘の前記端部には、前記固定部に対向する位置に凹部が設けられ、
    前記固定部には、前記可動錘に向かって前記第1方向に延伸する第1ストッパー部が設けられ、
    前記第1ストッパー部の先端が前記凹部に挿入され、且つ、前記先端と前記可動錘との間隙d2は、前記間隙d1よりも狭いことを特徴とする物理量センサー。
  2. 請求項1に記載の物理量センサーにおいて、
    前記凹部には、前記第2方向に延設されている第1突起を備えること、を特徴とする物理量センサー。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の物理量センサーにおいて、
    前記第1ストッパー部には、前記第2方向に延設されている第2ストッパー部が設けられていること、を特徴とする物理量センサー。
  4. 請求項3に記載の物理量センサーにおいて、
    前記第2ストッパー部には、前記第1方向に延設されている第2突起が設けられていること、を特徴とする物理量センサー。
  5. 請求項3に記載の物理量センサーにおいて、
    前記可動錘には、前記第2ストッパー部と対向する位置に第3突起が設けられていること、を特徴とする物理量センサー。
  6. 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載した物理量センサーを搭載したことを特徴とする電子機器。
  7. 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載した物理量センサーを搭載したことを特徴とする移動体。
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