JP2014134482A - 物理量センサー、電子機器、及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電による静電引力を抑制した物理量センサーを提供する。
【解決手段】固定電極と、絶縁部に保持された第１の可動電極と第２の可動電極とを有する可動部とを備え、可動部を平面視した場合に、固定電極と可動部とが対向して設けられ、可動部には、可動の支点となる支持軸を中心として両側に第１の可動電極と、第２の可動電極と、が電気的に分離して設けられている。
【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、加速度等の物理量を検出する物理量センサーとして、軸支された可動部に設けられた可動電極と、固定電極と、を有するものが知られている。この様な物理量センサーは、可動部が傾倒することで可動電極と、固定電極と、の間の距離が変化し、その電極間に生じる静電容量の変化によって当該物理量センサーに加えられる加速度等の検出が行われている。例えば特許文献１には、基板上に電気的に分離された複数の固定電極と、軸支された単一の可動電極を有する構造の物理量センサーが開示されている。

特許第４６０５０８７号公報

しかしながら、固定電極が設けられた基板が帯電した場合に、静電引力（吸引力）により可動部が固定電極側に吸引され、可動電極と固定電極とが貼り付くスティッキングが生じ、加速度等の検出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、固定電極と、絶縁部に保持された第１の可動電極と第２の可動電極とを有する可動部とを備え、可動部を平面視した場合に、固定電極と可動部とが対向して設けられ、可動部には、可動の支点となる支持軸を中心として両側に第１の可動電極と、第２の可動電極と、が電気的に分離して設けられていることを特徴とする。

この様な物理量センサーによれば、支持軸を中心に電気的に分離された複数の可動電極を有する可動部と、可動部を平面視した場合に当該可動部を内包する様に設けられた固定電極と、を備え、固定電極に対し、間隙を有して可動部が設けられている。また、可動部は、加速度等に応じて支持軸を中心に傾倒することができる。
これにより、可動部の傾倒に応じて固定電極と、複数の可動電極と、の間の間隙が変化し、間隙に応じた静電容量が両電極間に発生し、これを出力することができる。また、例えば固定電極が設けられた基板が電荷を帯びている場合に、固定電極に対向して設けられている可動部に対する静電引力を固定電極で遮蔽（シールド）することができる。
従って、静電引力によって可動部が固定電極側に吸引されることと、静電引力による固定電極と可動電極との間に生じる静電容量への影響と、を抑制することができ、計測精度を高めることができる。

［適用例２］
上記適用例に係る物理量センサーの絶縁部は、第１の可動電極及び第２の可動電極の固定電極側の主面に沿って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、第１の可動電極及び第２の可動電極を保持する絶縁部が、固定電極側の当該第１の可動電極及び第２の可動電極の主面に沿って設けられている。これにより、第１の可動電極及び第２の可動電極は、静電引力によって固定電極側に吸引されることを更に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の可動電極と第２の可動電極との間には、絶縁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、第１の可動電極と、第２の可動電極との間に絶縁部が設けられていることで、これら第１の可動電極と、第２の可動電極との絶縁分離を容易にすることができる。

［適用例４］
上記適用例に係る物理量センサーの支持部は少なくとも一対設けられ、支持部の一方は、第１の可動電極と一体に設けられ、支持部の他方は、第２の可動電極と一体に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、可動部は、第１の可動電極と一体に設けられた支持部と、第２の可動電極と一体に設けられた支持部と、を含む一対の支持部が設けられている。これにより、支持部を介して第１の可動電極、及び第２の可動電極への配線を容易に設けることができる。

［適用例５］
上記適用例に係る物理量センサーの第１の可動電極及び第２の可動電極は、シリコンを含む部材で構成され、固定電極はガラス基板上に設けられ、固定電極は、ガラス基板の主面における可動部に対向する領域に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、ガラス基板の主面に固定電極が設けられ、当該固定電極は、可動部に対向する領域に設けられている。これにより、ガラス基板を用いた場合でも、可動部が固定電極側に静電吸引されることを抑制することができる。

［適用例６］
上記適用例に係る物理量センサーの可動部は、錘部を有し、錘部は、絶縁部を介して第１の可動電極及び前記第２の可動電極の少なくとも一方に接続して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、錘部が第１の可動電極及び第２の可動電極の少なくとも一方に接続して設けられている。これにより、加速度等が当該物理量センサーに加えられていない場合にも、錘部に重力が作用することで、当該錘部が設けられた側に可動部を傾倒させることができる。
従って、錘部に作用する重力を超える加速度等が加えられなければ可動部が傾倒されないため、計測の下限値を錘部の重さによって設定することができる。また、物理量センサーに加速度等が加えられていない時の計測オフセットを抑制することができ、計測精度を高めることができる。

［適用例７］
上記適用例に係る物理量センサーは、可動電極と固定電極との間の間隙と比べて、錘部と固定電極との間の間隙が広いことが好ましい。

この様な物理量センサーによれば、可動電極と固定電極との間の間隙と比べて、錘部と固定電極との間の間隙が広く（大きく）設けられている。これにより、物理量センサーに加速度等が加えられていない状態で、錘部が設けられた側の可動電極（可動部）が固定電極側に傾倒した場合でも、間隙が広く設けられているため、静電引力によって可動部が固定電極側に吸引されることを抑制し、計測精度を高めることができる。

［適用例８］
上記適用例に係る物理量センサーは、第１の可動電極及び第２の可動電極は、互いに厚みが異なっ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、第１の可動電極、及び第２の可動電極は、互いに厚みを異ならせることで、質量の差が生じる。物理量センサーは、加速度等が加えられていない時に、質量の大きい、いずれかの可動電極側に可動部を傾倒させることができる。これにより、可動電極の厚みが異なることで生じる質量差を超える加速度等が加えられなければ可動部が傾倒されないため、計測の下限値を可動電極の質量の差によって設定することができる。また、物理量センサーに加速度等が加えられていない時の計測オフセットを抑制することができ、計測精度を高めることができる。

［適用例９］
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、計測オフセットを抑制し、計測精度の高い物理量センサーが搭載されるため、信頼度の高い電子機器を得ることができる。

［適用例１０］
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、計測オフセットを抑制し、計測精度の高い物理量センサーが搭載されるため、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動作を説明する模式図。 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。 第２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２実施形態に係る物理量センサーの動作を説明する模式図。 第３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３実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す断面図。 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平面図である。図２は、図１中の線分Ａ−Ａ’で示す部分の物理量センサーの断面を模式的に示す断面図である。図３は、図１中の線分Ｂ−Ｂ’で示す部分の物理量センサーの断面を模式的に示す断面図である。図４は、第１実施形態に係る物理量センサーの動作を説明する模式図である。
説明の便宜のため、図１及び図４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軸を図示している。なお、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）
本実施形態の物理量センサー１００は、例えば、慣性センサーとして用いることができる。具体的には、鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度を測定するための加速度センサー（静電容量型加速度センサー、静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサー）として用いることができる。

物理量センサー１００は、図１から図３に示す様に、基板１０と、可動部２０と、蓋体６０と、を備えている。
物理量センサー１００の可動部２０には、可動電極部２１と、絶縁部２２と、が備えられている。また、可動電極部２１には、第１の可動電極としての可動電極２１ａ、及び第２の可動電極としての可動電極２１ｂが備えられている。
さらに、物理量センサー１００は、可動部２０を基板１０の主面１０ａに支持する梁部３０を備えている。また、梁部３０には、第１の梁部としての梁部３０ａ、及び第２の梁部としての梁部３０ｂを備えている。なお、以下の説明において、可動電極２１ａ及び可動電極２１ｂは、総括して可動電極部２１として説明する場合がある。また、梁部３０ａ及び梁部３０ｂは、総括して梁部３０として説明する場合がある。

基板１０には、凹部１２が設けられている。
凹部１２は、物理量センサー１００をＺ軸方向から平面視した場合に、可動部２０を内包し、重なる様に配設された第１底面１２ａを有する。

基板１０には、固定電極部５０が設けられている。固定電極部５０は、凹部１２の第１底面１２ａ上に設けられている。固定電極部５０は、物理量センサー１００をＺ軸方向から平面視した場合に、可動部２０を内包し、重なる様に第１底面１２ａに設けられている。
本実施形態の物理量センサー１００の基板１０は、その材料としてホウ珪酸ガラス基板を用いている。なお、基板１０の材料は、特に限定されることなく、例えば、シリコン基板を用いることもできる。

可動部２０は、可動電極部２１と、絶縁部２２とを有する。可動部２０には、その主面であり固定電極部５０と対向する第１可動面２０ａに絶縁部２２が配設されている。また、可動部２０には、固定電極部５０と対向する第１可動面２０ａの反対側となる第２可動面２０ｂ側の絶縁部２２に可動電極部２１が配設されている。
可動部２０は、基板１０上に、間隙２を介して設けられている。また、可動部２０は、可動電極部２１から延設されている梁部３０を支持部とし、その支持部を支持軸Ｑとして基板１０の主面１０ａに支持（軸支）されている。可動部２０は、可動電極部２１として、支持軸Ｑを中心とした両側の領域にそれぞれ可動電極２１ａと、可動電極２１ｂと、が配設されている。

梁部３０は、可動電極２１ａから延設され基板１０の主面１０ａに接続されている支持部としての梁部３０ａと、可動電極２１ｂから延設され基板１０の主面１０ａに接続されている支持部としての梁部３０ｂと、が備えられている。
即ち、可動部２０は、梁部３０ａ及び梁部３０ｂによって、基板１０に支持（軸支）されている。

可動部２０は、例えば、鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度が加わると、支持軸Ｑとしての梁部３０を回転軸（揺動軸）としてシーソー揺動（シーソー動作）することができる。
可動部２０を支持する梁部３０は、支持軸Ｑが回転軸方向に捻れることが可能である。換言すると、梁部３０がトーションバネ（捻りバネ）として機能することで、可動部２０は、可動電極２１ａ側や可動電極２１ｂ側に傾倒することが許容される。即ち、支持軸Ｑを中心に、可動部２０は「シーソー揺動」が可能である。
また、物理量センサー１００をＺ軸方向から平面視した場合に、可動部２０と主面１０ａとの間に間隙４が設けられている。可動部２０は、その周囲に間隙２，間隙４を有することで支持部Ｑを支点としてシーソー揺動することができる。
これにより、梁部３０は、可動部２０がシーソー揺動することにより生じる「ねじり変形」に対して復元力を有し、当該梁部３０が破損することを防止することができる。

可動電極部２１は、上述の通り可動電極２１ａ，２１ｂを含み構成されている。
可動電極２１ａは、可動部２０をＺ軸方向から平面視した場合において、支持軸Ｑを中心とした領域に区画される２つの領域のうち、支持軸Ｑから−Ｘ軸方向側の可動部２０の領域に設けられている。また、可動電極２１ｂは、可動部２０をＺ軸方向から平面視した場合において、支持軸Ｑを中心とした領域に区画される２つの領域のうち、支持軸Ｑから＋Ｘ軸方向側の領域に設けられている。

図２に示す様に可動電極２１ａと、可動電極２１ｂと、の間には中間部２５が設けられている。本実施形態において中間部２５には、絶縁部２２から延設された絶縁部材が設けられている。可動電極２１ａ，２１ｂは、中間部２５（絶縁部２２）を介して設けられているが、これに限定されること無く中間部２５を空隙として可動電極２１ａ，２１ｂを設けても良い。中間部２５が設けられることで、可動電極２１ａと、可動電極２１ｂと、を容易に絶縁することができる。

可動電極部２１は、導電性を有する材料によって設けられている。可動電極部２１は、その材料として例えば、シリコン（Ｓｉ）、金（Ａｕ），銅（Ｃｕ）、アルミニウム（ＡＬ）等の導電性部材を用いることができる。また、絶縁部２２は、その材料として例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）などの絶縁性部材を用いることができる。

物理量センサー１００には、可動部２０に設けられた可動電極部２１（絶縁部２２）と対向して固定電極部５０が設けられている。
固定電極部５０は、可動部２０の第１可動面２０ａに対向して間隙２を介して凹部１２の第１底面１２ａ上に設けられている。また、固定電極部５０は、当該物理量センサー１００をＺ軸方向から平面視した場合に、上述した可動部２０を内包し、重なる様に設けられている。固定電極部５０は、その材料として、例えば、金（Ａｕ），銅（Ｃｕ）、アルミニウム（ＡＬ）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の導電性部材を用いることができる。

物理量センサー１００は、小さな加速度の変化をも捉えることができる様に加速度に応じて容易にシーソー揺動可能な可動部２０が設けられていることが好ましい。
また、可動部２０は、シーソー揺動可能が容易に設けられているため、基板１０が帯電することで生じる静電引力（吸引）の作用で基板１０側に吸引される場合がある。例えば、後述するシリコン基板を用いた蓋体６０と、ホウ珪酸ガラスを用いた基板１０と、を接合する際に陽極接合を用いた場合に、接合面とは反対側の面に、基板１０に内包されるＮａ（ナトリウム）イオンの移動が生じる。Ｎａイオンの移動が生じることで、接合面側（第１底面１２ａ）には空乏層が生成され、第１底面１２ａ側に帯電が生じやすくなる。
そこで本発明の物理量センサー１００には、基板１０と対向する可動部２０と重なる様に固定電極部５０を配設することで、基板１０が帯電した場合に固定電極部５０がシールドとして機能し、可動部２０が基板１０に静電吸引されることを抑制することができる。なお、物理量センサー１００をＺ軸方向から平面視した場合に可動部２０は、固定電極部５０に内包され、重なる様に配設されることが好ましいが、可動部２０と固定電極部５０との少なくとも一部が重なる様に配設されていれば良い。

物理量センサー１００には、固定電極部５０に対向する位置に間隙２を介して可動電極２１ａが配設されている。間隙２を介して配設されている固定電極部５０と、可動電極２１ａと、の間には、静電容量（可変容量）Ｃ１が構成されている。
また、固定電極部５０に対向する位置には間隙２を介して可動電極２１ｂが配設されている。間隙２を介して配設されている固定電極部５０と、可動電極２１ｂと、の間には、静電容量（可変容量）Ｃ２が構成されている。

静電容量Ｃ１，Ｃ２は、固定電極部５０と、可動電極部２１（２１ａ，２１ｂ）との間の距離に応じて容量が変化するものである。
例えば、静電容量Ｃ１，Ｃ２は、可動部２０が水平である状態、即ち、可動電極２１ａ，２１ｂに対して均等に加速度等が加えられている状態では同じ容量値となる。換言すると、固定電極部５０と可動電極２１ａとの間隙２の距離（大きさ）と、固定電極部５０と可動電極２１ｂとの間隙２の距離（大きさ）と、が等しくなるため、静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量値も等しくなる。
また、静電容量Ｃ１，Ｃ２は、可動部２０が支持軸Ｑを支点に傾倒した状態、即ち、可動電極２１ａ，２１ｂに対して不均等に加速度が加えられている状態では、可動電極２１ａ，２１ｂの位置の変化に応じて、静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量値が変化する。換言すると、固定電極部５０と可動電極２１ａとの間隙２の距離（大きさ）と、固定電極部５０と可動電極２１ｂとの間隙２の距離（大きさ）と、が異なるため、静電容量Ｃ１，Ｃ２も間隙２に応じて容量値が異なる。

なお、物理量センサー１００には、静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量値を出力するための配線７１から配線７３と、電極８１から電極８３と、が基板１０の主面１０ａに備えられている。
配線７１は、電極８１から可動部２０に向かって梁部３０ａを介して延設して可動電極２１ａに接続されている。また、配線７２は、電極８２から可動部２０に向かって梁部３０ｂを介して延設して可動電極２１ｂに接続されている。また、配線７３は、電極８３から固定電極部５０に向かって延設して、固定電極部５０に接続されている。
これにより、静電容量Ｃ１の容量値（容量変化）は、可動電極２１ａに接続されている配線７１及び電極８１と、固定電極部５０に接続されている配線７３及び電極８３と、によって出力することができる。また、静電容量Ｃ２の容量値（容量変化）は、可動電極２１ｂに接続されている配線７２及び電極８２と、固定電極部５０に接続されている配線７３及び電極８３と、によって出力することができる。また、梁部３０を介して可動電極２１と接続される配線７０を容易に設けることができる。
なお、配線７１から配線７３と、電極８１から電極８３とは、例えば、クロム（Ｃｒ）を下地膜（不図示）とし、当該下地膜に金（Ａｕ）などを積層して設けることができる。

本実施形態の物理量センサー１００において可動部２０、及び梁部３０は、一体に設けられている。可動部２０、及び梁部３０は、１つの基材（例えばシリコン基板）をパターニングすることによって一体的に設けることができる。

蓋体６０は、基板１０に載置され接続されている。蓋体６０としては、例えば、シリコン基板（シリコン製の基板）を用いることができる。基板１０としてガラス基板を用いた場合、基板１０と蓋体６０とは、陽極接合によって接続（接合）することができる。

（物理量センサー１００の動作）
本実施形態の物理量センサー１００の動作について説明する。
本実施形態の物理量センサー１００は、例えば、鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度（例えば重力加速度）が可動部２０に加えられた場合、可動電極２１ａと可動電極２１ｂとの各々に回転モーメント（力のモーメント）が生じる。物理量センサー１００は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に加えられる加速度に応じて可動電極２１ａ、及び可動電極２１ｂに生じる回転モーメントによって、可動部２０が傾倒される。なお、可動電極２１ａの回転モーメント（例えば時計回りの回転モーメント）と、可動電極２１ｂの回転モーメント（例えば反時計回りの回転モーメント）とが均衡した場合には、可動部２０の動き（傾き）も均衡する。

次に、可動部２０の動作、及びその動作に伴う静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量値の変化について説明する。図４は、物理量センサー１００に加速度等が加えられた際の可動部２０の動作、及び静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量値の変化について説明するための図である。

図４（ａ）は、物理量センサー１００に加速度が加えられていない、もしくは支持軸Ｑを中心とする可動部２０の両側（可動電極２１ａ，２１ｂ）に均等に加速度が加えられている状態を示している。この状態では、可動部２０は、水平状態を維持している。なお、この状態は、重力加速度が加えられていない状態（無重力状態）にも相当する。
図４（ａ）に示す状態において、固定電極部５０と可動電極２１ａとの間の距離（間隙２）、及び固定電極部５０と可動電極２１ｂとの間の距離（間隙２）が等しくなる。これによって、静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量値も等しくなる。

図４（ｂ）は、物理量センサー１００に−Ｘ軸方向に偏心する−Ｚ軸方向に向かう加速度Ｇ１が加えられた状態を示している。
これに伴い可動部２０には、支持軸Ｑを回転軸とする時計回りの力が作用することで、可動部２０の傾きが生じる。換言すると、可動部２０は、支持軸Ｑを支点とするシーソー揺動によって可動電極２１ｂが−Ｚ軸方向に傾倒する。
これにより、可動電極２１ｂと固定電極部５０との間隙が小さく（短く）なり、その結果、図４（ａ）に示す静電容量Ｃ２の容量値が上述の可動部２０が均衡している場合と比較して増加する。
他方、可動電極２１ａと固定電極部５０との間隙が大きく（長く）なり、その結果、図４（ａ）に示す静電容量Ｃ１の容量値が上述の可動部２０が均衡している場合と比較して減少する。

図４（ｃ）は、物理量センサー１００に−Ｘ軸方向に偏心する＋Ｚ軸方向に向かう加速度Ｇ２が加えられた状態を示している。
これに伴い可動部２０には、支持軸Ｑを回転軸とする反時計回りの力が作用することで、可動部２０の傾きが生じる。換言すると、可動部２０は支持軸Ｑを支点とするシーソー揺動によって可動電極２１ａが−Ｚ軸方向に傾倒する。
これにより、可動電極２１ａと固定電極部５０との間隙が小さく（短く）なり、その結果、図４（ａ）に示す静電容量Ｃ１の容量値が上述の可動部２０が均衡している場合と比較して増加する。
他方、可動電極２１ｂと固定電極部５０との間隙が大きく（長く）なり、その結果、図４（ａ）に示す静電容量Ｃ２の容量値が上述の可動部２０が均衡している場合と比較して減少する。

本実施形態の物理量センサー１００は、この静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量値の変化（差動）によって、加速度の大きさと方向を検出することができる。具体的には、２つの容量値の変化の程度から、加速度（Ｇ１，Ｇ２）の値を検出することができる。
例えば、図４（ｂ）の状態で得られる容量値の変化（加速度Ｇ１の大きさと方向）を基準として、図４（ｃ）の状態における容量値の変化を判定することによって、図４（ｃ）の状態で、加速度Ｇ２が作用する方向と、加速度Ｇ２が作用する大きさと、を検出することができる。即ち、図４（ｃ）の状態で得られる静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量値の変化に基づいて、その変化の程度から、加わった加速度Ｇ２の値を検出することができる。

上述の様に、物理量センサー１００は、加速度センサーやジャイロセンサー等の慣性センサーとして使用することができ、例えば、鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度を測定するための静電容量型加速度センサーとして使用することができる。

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によれば、固定電極部５０が可動部２０に対して、当該可動部２０を包含する様に基板１０に設けられているため、基板１０が電荷を帯びた場合でも可動部に対する静電引力を固定電極部５０で遮蔽（シールド）として機能することができる。
従って、静電引力によって可動部２０が固定電極部５０側に吸引されることと、静電引力による固定電極部５０と可動電極部２１との間に生じる静電容量への影響とを抑制することができ、計測精度を高めることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る物理量センサーについて、図５及び図６を用いて説明する。
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６は、図５中の線分Ａ１−Ａ１’で示す部分の物理量センサーの断面を模式的に示す断面図である。
図５では、蓋体６０の図示を省略している。また、図５及び図６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２００は、可動部２０に錘部２３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１００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付して説明は省略する。

図５及び図６に示す物理量センサー２００は、上述した物理量センサー１００と同様に、基板１０と、可動部２０と、蓋体６０と、が備えられている。物理量センサー２００は、可動部２０に可動電極部２１と、絶縁部２２と、錘部２３と、が備えられている。また、可動電極部２１には、第１の可動電極としての可動電極２１ａ、及び第２の可動電極としての可動電極２１ｂが備えられている。
さらに、物理量センサー２００には、可動部２０を基板１０の主面１０ａに支持する梁部３０が備えられている。また、梁部３０には、梁部３０ａ及び梁部３０ｂが備えられている。

可動部２０は、可動電極部２１と、絶縁部２２と、錘部２３と、を有する。可動部２０には、固定電極部５０と対向する第１可動面２０ａに絶縁部２２が配設されている。また、可動部２０には、固定電極部５０と対向する第１可動面２０ａの反対側となる第２可動面２０ｂ側の絶縁部２２に可動電極部２１と、錘部２３と、が配設されている。
可動部２０は、基板１０上に、間隙２を介して設けられている。また、可動部２０は、可動電極部２１から延設されている梁部３０を支持部として基板１０の主面１０ａに支持されている。また、支持部としての梁部３０は、支持軸Ｑとして可動部２０の可動の中心となる。

可動電極部２１は、支持軸Ｑを中心とした両側の領域にそれぞれ第１の可動電極としての可動電極２１ａと、第２の可動電極としての可動電極２１ｂと、が配設されている。また、可動部２０には、可動電極２１ａ、もしくは可動電極２１ｂと連接して錘部２３が備えられている。
例えば、図５及び図６に示す様に物理量センサー２００には、可動電極２１ｂと連接する様に錘部２３が設けられている。このような物理量センサー２００は、加速度が加えられない状態（定常状態）において、錘部２３が設けられた可動部２０の一端が重力の作用する方向、即ち、−Ｚ軸方向に可動部２０が傾倒する様に構成されている。

図５及び図６に示す様に物理量センサー２００には、可動電極２１ａと、可動電極２１ｂとの間に中間部２５ａ、及び可動電極２１ｂと、錘部２３との間に中間部２５ｂが設けられている。本実施形態においては、中間部２５ａ，２５ｂには、絶縁部２２が延設されている。これに限定されることなく中間部２５ａ，２５ｂを空隙としても良い。

（物理量センサー２００の動作）
本実施形態の物理量センサー２００の動作について説明する。
本実施形態の物理量センサー２００は、物理量センサー１００と同様に鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度（例えば重力加速度）が可動部２０に加えられた場合、可動電極２１ａと可動電極２１ｂとの各々に回転モーメント（力のモーメント）が生じる。物理量センサー２００は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に加えられる加速度に応じて、可動電極２１ａと可動電極２１ｂとに生じる回転モーメントによって、可動部２０が傾倒する様に設けられている。
なお、物理量センサー２００は、錘部２３が設けられているため、加速度が加えられていない初期的な状態においては当該錘部２３が設けられている可動部２０の一端が−Ｚ軸方向に傾倒される。

次に、可動部２０の動作、及びその動作に伴う静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量値の変化について説明する。図７は、物理量センサー２００に加速度等が加えられた際の可動部２０の動作、及び静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量値の変化について説明するための図である。

図７（ａ）は、物理量センサー１００に加速度が加えられていない、もしくは支持軸Ｑを中心とする可動部２０の両側（可動電極２１ａ，２１ｂ）に均等に加速度が加えられている状態を示している。この状態では、可動部２０は、錘部２３が設けられた側である可動電極２１ｂ側が−Ｚ軸方向に傾倒する。
図７（ａ）に示す状態において、可動電極２１ｂと固定電極部５０との間隙が小さく（短く）なり、その結果、加速度に応じて可動部２０が傾くことによって変化する静電容量Ｃ２の容量値が最大となる。他方、可動電極２１ａと固定電極部５０との間隙が大きく（長く）なり、その結果、加速度に応じて可動部２０が傾くことによって変化する静電容量Ｃ１の容量値が最小となる。

図７（ｂ）は、物理量センサー２００に＋Ｚ軸方向に向かう加速度Ｇ１１が加えられた状態を示している。
例えば、錘部２３に作用する重力（−Ｚ軸方向）と、＋Ｚ軸方向に作用する加速度Ｇ１１が均衡した場合には、可動部２０の傾きも均衡する。
これにより、固定電極部５０と可動電極２１ａとの間の距離（間隙２）、及び固定電極部５０と可動電極２１ｂとの間の距離（間隙２）が等しくなる。よって、静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量も等しくなる。

図７（ｃ）は、物理量センサー２００に−Ｚ軸方向に向かう加速度Ｇ２１が加えられた状態を示している。
例えば、当該−Ｚ軸方向に作用する加速度Ｇ２１が、可動電極２１ｂ及び錘部２３に作用する重力（−Ｚ軸方向）よりも大きい場合、可動電極２１ａが−Ｚ軸方向に傾倒する。
これにより、可動電極２１ａと固定電極部５０との間隙が小さく（短く）なり、その結果、静電容量Ｃ１の容量値が図７（ａ）に示した加速度が加えられていない初期状態と比べて増加する。他方、可動電極２１ｂと固定電極部５０との間隙が大きく（長く）なり、その結果、静電容量Ｃ２の容量値が図７（ａ）に示した加速度が加えられていない初期状態と比べて減少する。

本実施形態の物理量センサー２００は、上述した物理量センサー１００と同様に、静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量値の変化（差動）によって、加速度の大きさと方向を検出することができる。

その他の点は、第１実施形態で説明した物理量センサー１００と同様であるため、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によれば、可動部２０に設けられた錘部２３に作用する重力を超える加速度等が加えられなければ可動部２０が傾倒しないため、計測の下限値を錘部２３の質量（重さ）によって設定することができる。また、物理量センサー２００に加速度等が加えられていない時の計測オフセットを抑制することができ、計測精度を高めることができる。

また、この様な物理量センサーによれば、可動電極２１ａ、もしくは可動電極２１ｂのいずれかの質量を異ならせることで、加速度が加えられていない時に、質量の大きい、いずれかの可動電極部２１側に可動部２０が傾倒することができる。これにより、可動電極部２１の質量差を超える加速度等が加えられなければ可動部２０が傾倒しないため、計測の下限値を可動電極の質量の差によって設定することができる。また、物理量センサーに加速度等が加えられていない時の計測オフセットを抑制することができ、計測精度を高めることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る物理量センサーについて、図８及び図９を用いて説明する。
図８は、第３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９は、図８中の線分Ａ２−Ａ２’で示す部分の物理量センサーの断面を模式的に示す断面図である。図８では、蓋体６０の図示を省略している。また、図８及び図９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３実施形態に係る物理量センサー３００は、基板１０に設けられた凹部１２に第２凹部３１２を有する点が、上述した第１実施形態で説明した物理量センサー１００、及び第２実施形態で説明した物理量センサー２００とは異なる。その他の構成は、第１実施形態及び第２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付して説明は省略する。

図８及び図９に示す物理量センサー３００は、上述した物理量センサー１００，２００と同様に、基板１０と、可動部２０と、蓋体６０と、が備えられている。
物理量センサー３００は、可動部２０に可動電極部２１と、絶縁部２２と、錘部２３と、が備えられている。また、可動電極部２１には、第１の可動電極としての可動電極２１ａ、及び第２の可動電極としての可動電極２１ｂが備えられている。
さらに、物理量センサー３００は、可動部２０を基板１０の主面１０ａに支持する支持部としての梁部３０が備えられている。また、梁部３０には、梁部３０ａ及び梁部３０ｂが備えられている。また、支持部としての梁部３０は、支持軸Ｑとして可動部２０の可動の中心となる。なお、物理量センサー３００をＺ軸方向から平面視した場合に可動部２０を内包し、重なる様に基板１０に凹部１２が設けられ、当該凹部１２には、さらに第２凹部３１２が設けられている。

第２凹部３１２は、例えば、物理量センサー３００をＺ軸方向から平面視した場合に、錘部２３を内包し、重なる様に設けられていることが好ましい。換言すると、第２凹部３１２は、可動部２０の支持軸Ｑと交差する方向の端部２０ｃと重なる様に設けられていると好ましい。
第２凹部３１２が設けられていることで、基板１０と、可動部２０が傾倒した場合に最も基板１０と接近する錘部２３が設けられた端部２０ｃと、の間隙５を広くすることができ、基板１０の帯電によって可動部２０が静電吸引されることを抑制することができる。

なお、本実施形態の物理量センサー３００では、錘部２３側に第２凹部３１２が設けられているが、これに限定されることは無く、可動電極２１ａ側の端部２０ｃと重なる様に設けても良い。

上述した第３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３００によれば、第２凹部３１２が設けられていることで可動電極部２１と固定電極部５０との間の間隙２と比べて、可動部２０に設けられた錘部２３と、固定電極部５０と、の間の間隙５を広く（大きく）設けることができる。これにより、加速度等が加えられていない状態で、錘部２３が固定電極部５０側に傾倒した場合でも、間隙５が広く設けられているため、静電引力によって可動部２０が固定電極部５０側に吸引されることを抑制し、計測精度を高めることができる。

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）
第２実施形態に係る物理量センサー２００、及び第３実施形態に係る物理量センサー３００は、可動電極部２１と中間部２５ｂを介して錘部２３を設ける形態を説明したが、これに限定されることなく、物理量センサー２００，３００において、支持軸Ｑを中心に可動部２０の両側の領域に設けられる可動電極２１ａと、可動電極２１ｂと、を互いに厚みを異ならせて設けてもよい。
可動電極２１ａと、可動電極２１ｂと、を互いに厚みを異ならせることで、互いの質量も異なることとなる。互いに質量が異なることで可動部２０は、加速度が加えられていない場合に質量の大きい可動電極部２１側に傾倒される。これにより、可動部２０が静電引力で基板１０に吸引されることを抑制するとともに、加速度が加えられていない時の静電容量Ｃ１，Ｃ２のオフセットを抑制することができる。
なお、可動電極２１ａと、可動電極２１ｂと、を互いに厚みを異ならせる場合は、それぞれの可動電極の少なくとも一部の厚みを異ならせても良い。

（変形例２）
第３実施形態に係る物理量センサー３００において第２凹部３１２を設ける形態を説明したが、これに限定されることなく、第１実施形態で説明した物理量センサー１００にも第２凹部３１２を設けても良い。物理量センサー１００に第２凹部３１２が設けられることで、可動部２０が静電引力で基板１０に吸引されることをさらに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に係る物理量センサー１００から３００（以下、総括して物理量センサー１００として説明する。）のいずれかを適用した実施例について、図１０から図１３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１００を適用した電子機器について、図１０７から図１２を参照しながら説明する。

図１０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１００が内蔵されている。

図１１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１００が内蔵されている。

図１２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、図示される様に、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１００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１００は、図１０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１１の携帯電話機、図１２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１３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１００を備える。例えば、同図に示す様に、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１００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１００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。

２…間隙、４…間隙、５…間隙、１０…基板、１２…凹部、１２ａ…第１底面、２０…可動体、２０ａ…第１可動面、２０ｂ…第２可動面、２０ｃ…端部、２１…可動電極部、２１ａ，２１ｂ…可動電極、２２…絶縁部、２３…錘部、２５…中間部、３０…梁部５０…固定電極部、６０…蓋体、７１，７２，７３…配線、８１，８２，８３…電極、１００，２００，３００…物理量センサー、３１２…第２凹部、Ｃ１，Ｃ２…静電容量、１１００…ノート型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。

Claims (10)

1. 固定電極と、
   前記固定電極上に対向して配置され、且つ、絶縁部に保持された、第１の可動電極および第２の可動電極を有する可動部と、
   前記可動部を支持する支持部と、を備え、
   前記第１の可動電極と第２の可動電極とは、互いに電気的に分離して設けられている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、
   前記絶縁部は、前記第１の可動電極及び前記第２の可動電極の前記固定電極側の主面に沿って設けられていること、を特徴とする物理量センサー。
3. 請求項１または２に記載の物理量センサーにおいて、
   前記第１の可動電極と前記第２の可動電極との間には前記絶縁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１ないし３のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
   前記支持部は少なくとも一対設けられ、
   前記支持部の一方は、前記第１の可動電極と一体に設けられ、
   前記支持部の他方は、前記第２の可動電極と一体に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１ないし４のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
   前記第１の可動電極及び前記第２の可動電極は、シリコンを含む部材で構成され、
   前記固定電極はガラス基板上に設けられ、
   前記固定電極は、前記ガラス基板の主面における前記可動部に対向する領域に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５のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
   前記可動部は、錘部を有し、
   前記錘部は、前記絶縁部を介して前記第１の可動電極および前記第２の可動電極の少なくとも一方に接続して設けられていること、を特徴とする物理量センサー。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
   前記可動電極と前記固定電極との間の前記間隙と比べて、前記錘部と前記固定電極との間の間隙が広いこと、を特徴とする物理量センサー。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
   前記第１の可動電極及び前記第２の可動電極は、互いに厚みが異なっていること、を特徴とする物理量センサー。
9. 請求項１ないし８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。
10. 請求項１ないし８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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