JP2015007560A - 機能素子、物理量センサー、電子機器及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】耐衝撃性の向上及び平面サイズの更なる小型化を図ることが可能な機能素子、この機能そしを備えている物理量センサー、電子機器及び移動体の提供。【解決手段】加速度センサー１は、基板１２と、基板１２の主面１６側に配置されている可動部６８と、可動部６８上に載置され、基板１２の主面１６側に固定されているリッド６４と、を備え、リッド６４の凹部６４ａには、基板１２の主面１６側に突出し、可動部６８のアーム７０のＸ軸方向への変位を規制する変位規制部６４ｂが設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、機能素子、この機能素子を備えている物理量センサー、電子機器及び移動体に関する。

従来、例えば、角速度や加速度などの物理量を検出する機能素子を備えた物理量センサーとして、角速度センサーと、加速度センサーとを備えた慣性センサーであって、加速度センサーの可動体に形成された複数の第１突起部と、加速度センサーの周辺部に形成された複数の第２突起部とを有し、複数の第１突起部と複数の第２突起部とが交互に離間して櫛歯状に配置されている構成により可動体の移動を抑制する移動抑制部が設けられている慣性センサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記慣性センサーは、移動抑制部の複数の第１突起部と複数の第２突起部との間に生じる空気粘性抵抗効果を利用して可動体の移動を抑制し、減圧状態における加速度センサーの検出感度の向上を図るとされている。

特開２００９−１６８７７７号公報

しかしながら、上記慣性センサーは、搭載される電子機器などの小型化の進展に伴って移動抑制部の複数の第１突起部及び複数の第２突起部を、小さく且つ薄くしなければならないことから、外部からの衝撃に対する耐衝撃性が低下する虞がある。
また、上記慣性センサーは、移動抑制部の複数の第１突起部及び複数の第２突起部を、可動体の外側のスペースに設ける構成となっていることから、平面サイズの更なる小型化が阻害される虞がある。

本発明は、上記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］本適用例にかかる機能素子は、基板と、前記基板の主面側に配置されている可動体と、前記可動体上に載置され、前記基板の前記主面側に固定されている蓋体と、を備え、前記蓋体には、前記主面側に突出し前記可動体の変位を規制する変位規制部が設けられていることを特徴とする。

これによれば、機能素子は、基板と、基板の主面側に配置されている可動体と、可動体上に載置され、基板の主面側に固定されている蓋体と、を備えている。そして、機能素子の蓋体には、基板の主面側に突出し可動体の変位を規制する変位規制部（移動抑制部に相当）が設けられている。
このように、機能素子は、可動体の変位を規制する変位規制部が蓋体に設けられていることから、例えば、特許文献１のような複数の第１突起部及び複数の第２突起部からなる移動抑制部が不要となる。
この結果、機能素子は、外部からの衝撃に対する耐衝撃性を向上させることができるとともに、平面サイズの更なる小型化を図ることができる。

［適用例２］上記適用例にかかる機能素子において、前記変位規制部は、前記可動体が静止状態のときに、前記可動体との間に間隔があることが好ましい。

これによれば、機能素子は、可動体が静止状態のときに、変位規制部が可動体との間に間隔があることから、例えば、外部からの物理量の印加に対して可動体が変位しやすいことになる。
この結果、機能素子は、例えば、物理量に対する検出感度が良好となる。
なお、間隔は、機能素子の、例えば、物理量検出範囲などの仕様に基づいて適宜設定される。

［適用例３］上記適用例にかかる機能素子において、前記変位規制部は、前記可動体の変位方向の両側から前記可動体を挟んで設けられていることが好ましい。

これによれば、機能素子は、変位規制部が可動体の変位方向の両側から可動体を挟んで設けられていることから、可動体のふらつきが生じにくいことになる。
この結果、機能素子は、可動体のふらつきによる、例えば、物理量の誤検出を抑制することができる。

［適用例４］上記適用例にかかる機能素子において、前記変位規制部は、前記可動体の主面に対向して設けられ、前記変位規制部と前記可動体の主面が接触していることが好ましい。

これによれば、機能素子は、変位規制部が可動体の主面に対向して設けられ、変位規制部と可動体の主面が接触していることから、可動体の大幅な変位を規制することになる。
これにより、物理量センサーは、外部からの可動体を介して変位規制部に加わる衝撃が緩和され、変位規制部の耐衝撃性を更に向上させることができる。

［適用例５］上記適用例にかかる機能素子において、前記蓋体の前記変位規制部が設けられている部分は可撓性を備えていることが好ましい。

これによれば、機能素子は、蓋体の変位規制部が設けられている部分が可撓性を備えていることから、可動体に対する接触圧（押圧力）を可撓性がない場合より弱くすることができる。
この結果、機能素子は、変位した可動体の復元性を向上させることができる。

［適用例６］上記適用例にかかる機能素子において、前記蓋体の前記変位規制部が設けられている部分は、前記蓋体の固定部分と比して薄くなっていることが好ましい。

これによれば、機能素子は、蓋体の変位規制部が設けられている部分が、蓋体の固定部分と比して薄くなっていることから、可動体に対する接触圧（押圧力）を弱くすることができる。
この結果、機能素子は、変位した可動体の復元性を向上させることができる。

［適用例７］上記適用例にかかる機能素子において、前記可動体は、両端を弾性変形部で支持され、前記変位規制部は、一方の前記弾性変形部から他方の前記弾性変形部までを挟んで設けられ、前記変位規制部は、各前記弾性変形部を変位方向に撓ませた状態で、各前記弾性変形部と接触していることが好ましい。

これによれば、機能素子は、変位規制部が、一方の弾性変形部から他方の弾性変形部までを挟んで設けられ、変位規制部が、各弾性変形部を変位方向に撓ませた状態で、各弾性変形部と接触していることになる。
この結果、機能素子は、可動体が常に変位方向の両側から押圧されていることから、静止時の可動体のふらつきを確実に抑制することができる。

［適用例８］上記適用例にかかる機能素子において、前記可動体が収容される空間は、減圧状態であることが好ましい。

これによれば、機能素子は、可動体が収容される空間が減圧状態であることから、例えば、空気粘性抵抗効果が抑制された空間で可動体がストレスなく振動する角速度センサーと、減圧状態における可動体の過度の変位が変位規制部により適度に規制される加速度センサーと、を備えた複合センサーを容易に提供することができる。

［適用例９］本適用例にかかる物理量センサーは、上記適用例のいずれか一例に記載の機能素子を備えていることを特徴とする。

これによれば、本構成の物理量センサーは、上記適用例のいずれか一例に記載の機能素子を備えていることから、上記適用例に記載の効果が反映され、優れた性能を有する物理量センサーを提供することができる。

［適用例１０］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の機能素子を備えていることを特徴とする。

これによれば、本構成の電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の機能素子を備えていることから、上記適用例に記載の効果が反映され、優れた性能を有する電子機器を提供することができる。

［適用例１１］本適用例にかかる移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載の機能素子を備えていることを特徴とする。

これによれば、本構成の移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載の機能素子を備えていることから、上記適用例に記載の効果が反映され、優れた性能を有する移動体を提供することができる。

第１実施形態の加速度センサーの概略構成を示す模式平面図。 図１の加速度センサーの概略構成を示す模式斜視図。 図１のＡ−Ａ線での模式断面図。 図１のＢ部の模式拡大図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線での模式断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ線での模式断面図。 図１のＣ部の模式拡大図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線での模式断面図。 第２実施形態の加速度センサーの概略構成を示す模式断面図。 第３実施形態の加速度センサーの概略構成を示す模式断面図。 第４実施形態の加速度センサーの概略構成を示す模式平面図。 図８のＧ−Ｇ線での模式断面図。 複合センサーの一例の概略構成を示す模式断面図。 機能素子を備えている電子機器としてのモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す模式斜視図。 機能素子を備えている電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す模式斜視図。 機能素子を備えている電子機器としてのデジタルスチルカメラの構成を示す模式斜視図。 機能素子を備えている移動体の一例としての自動車を示す模式斜視図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。

最初に、機能素子を備えている物理量センサーの一例としての加速度センサーについて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の加速度センサーの概略構成を示す模式平面図である。図２は、図１の加速度センサーの概略構成を示す模式斜視図である。図３は、図１のＡ−Ａ線での模式断面図である。図４は、図１のＢ部の模式拡大図であり、図４（ａ）は模式平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ線での模式断面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＥ−Ｅ線での模式断面図である。
図５は、図１のＣ部の模式拡大図であり、図５（ａ）は模式平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＦ−Ｆ線での模式断面図である。なお、上記各平面図では、説明の便宜上、一部の構成要素を省略してある。また、各図において、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。また、図中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、互いに直交する座標軸であり、矢印の方向が＋（プラス）方向である。

図１〜図３に示すように、加速度センサー１は、略矩形平板状の基板１２と、基板１２上に積層された図示しない半導体基板から、フォトリソグラフィー及びエッチングにより形成された可動体としての可動部６８及び第１固定電極指７８、第２固定電極指８０と、可動部６８及び第１固定電極指７８、第２固定電極指８０を覆う蓋体としてのリッド６４と、を備えた機能素子を備えている。（ここでは、機能素子＝加速度センサー１となっている。以下の実施形態でも同様。）

基板１２は、Ｚ軸と直交する平面であって、複数の第１固定電極指７８及び第２固定電極指８０などと接合される主面１６を有している。主面１６は、−（マイナス）Ｘ方向の端部に端子部２０が設けられ、端子部２０以外の領域は、主面１６側に凹部６４ａを有するリッド６４により覆われている。
換言すれば、可動部６８は、基板１２の主面１６側に配置され、リッド６４は、可動部６８を覆い基板１２の主面１６側に固定されていることになる。
また、主面１６の略中央部には、可動部６８と基板１２との干渉を回避するために平面形状が略矩形状の凹部２２が設けられている。これにより、可動部６８の可動領域（変位領域）は、平面視で凹部２２内に収まることになる。

主面１６には、凹部２２の外周に沿って第１溝部２４が設けられ、第１溝部２４の外周に沿って第２溝部２６が設けられている。また、主面１６の端子部２０側には、第１溝部２４を挟んで第２溝部２６の反対側に第３溝部２８が設けられている。
図１に示すように、第１溝部２４、第２溝部２６は、凹部２２の−Ｙ側から反時計回りに凹部２２を取り囲むように延在し、凹部２２の−Ｘ側の端子部２０まで設けられている。第３溝部２８は、凹部２２の−Ｘ側から第１溝部２４、第２溝部２６に沿って端子部２０まで設けられている。

基板１２の構成材料としては、ガラス、高抵抗シリコンなどの絶縁材料を用いるのが好ましい。特に、可動部６８、第１固定電極指７８、第２固定電極指８０となる半導体基板が、シリコンなどの半導体材料を主材料として構成されている場合には、基板１２の構成材料として、アルカリ金属イオン（可動イオン）を含むガラス（例えば、パイレックス（登録商標）のような硼珪酸ガラス）を用いるのが好ましい。
これにより、加速度センサー１は、基板１２と半導体基板とを陽極接合することができる。また、加速度センサー１は、基板１２にアルカリ金属イオンを含むガラスを用いることにより、基板１２と半導体基板とを容易に絶縁分離することができる。

なお、基板１２は、必ずしも絶縁性を有さなくてもよく、例えば低抵抗シリコンからなる導電性基板であってもよい。この場合は、基板１２と半導体基板との間に絶縁膜を挟んで双方を絶縁分離することになる。
また、基板１２の構成材料は、半導体基板の構成材料との熱膨張係数差ができるだけ小さいことが好ましく、具体的には、基板１２の構成材料と半導体基板の構成材料との熱膨張係数差が３ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。これにより、加速度センサー１は、基板１２と半導体基板との間の残留応力を低減することができる。

第１溝部２４の底面には、第１溝部２４に沿って第１配線３０が設けられ、第２溝部２６の底面には、第２溝部２６に沿って第２配線３６が設けられ、第３溝部２８の底面には、第３溝部２８に沿って第３配線４２が設けられている。
第１配線３０は、第１固定電極指７８と電気的に接続される配線であり、第２配線３６は、第２固定電極指８０と電気的に接続される配線であり、第３配線４２は、後述する固定部７６と電気的に接続される配線である。
なお、第１配線３０、第２配線３６、第３配線４２の各端部（端子部２０に配置される端部）は、それぞれ第１端子電極３４、第２端子電極４０、第３端子電極４６となる。

第１配線３０、第２配線３６、第３配線４２の構成材料としては、それぞれ導電性を有するものであれば、特に限定されず、各種電極材料を用いることができるが、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ₃Ｏ₃、ＳｎＯ₂、Ｓｂ含有ＳｎＯ₂、Ａｌ含有ＺｎＯなどの酸化物（透明電極材料）、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、またはこれらを含む合金などが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、加速度センサー１は、各配線の構成材料が透明電極材料（特にＩＴＯ）であれば、基板１２が透明であった場合、第１固定電極指７８、第２固定電極指８０の面上に存在する異物などを基板１２の主面１６側とは反対側の面から容易に視認することができ、検査を効率的に行うことができる。

可動部６８は、アーム７０、可動電極指７２、ばね部としての可撓部７４、固定部７６により構成されている。このうち、アーム７０、可動電極指７２、可撓部７４は、基板１２の凹部２２に対向する位置、換言すればＺ軸方向から見て凹部２２内に収まる位置に配置されている。
図１に示すように、アーム７０は、Ｘ軸方向に沿って梁状（柱状）に延在し、変位方向であるＸ軸方向の両端部に可撓部７４が配置されている。複数の可動電極指７２は、アーム７０の延在方向に沿って一定の間隔で、アーム７０の延在方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に櫛歯状に延設されている。

可撓部７４は、アーム７０の＋Ｙ側と−Ｙ側とに対になって設けられ、それぞれＹ軸方向へ折り返しながらＸ軸方向へ延在し固定部７６に接続されている。可撓部７４は、Ｘ軸方向から印加される外力によりＸ軸方向に撓む（変形する）ように形成されている。なお、可撓部７４は、Ｘ軸方向以外の方向、例えば、Ｙ軸方向及びＺ軸方向から印加される外力に対しては変形しにくい構造となっている。
また、可撓部７４の＋Ｙ側部分と−Ｙ側部分との間には、後述する変位規制部６４ｂが配置されるスペースが設けられている。
固定部７６は、可撓部７４の端部に接続されるとともに基板１２に接合されている。また固定部７６の一方（凹部２２の−Ｘ側に位置する方）は、基板１２の第３溝部２８を跨ぐ位置に配置されている。
上記の構成によりアーム７０は、Ｘ軸方向から加わる加速度に対しては変位しやすく、Ｙ軸方向及びＺ軸方向から加わる加速度に対しては変位しにくい構成となっている。

第１固定電極指７８は、基板１２の第１溝部２４及び第２溝部２６を跨ぐ位置に配置されている。また、第１固定電極指７８は、Ｚ軸方向から見て（平面視で）凹部２２と一部が重なるように配置されている。
第２固定電極指８０は、第１固定電極指７８と平行に配置され、基板１２の第１溝部２４及び第２溝部２６を跨ぐ位置に配置されている。また、第２固定電極指８０は、第１固定電極指７８と同様に、Ｚ軸方向から見て凹部２２と一部が重なるように配置されている。第１固定電極指７８及び第２固定電極指８０は、櫛歯状に配置された各可動電極指７２間に挟まれるように配置されている。

図４に示すように、第１配線３０の、平面視で第１固定電極指７８と重なる位置には、導電性を有する突起部５４が形成されている。
加速度センサー１は、突起部５４を介して第１配線３０と第１固定電極指７８とが電気的に接続されている。これにより、第１端子電極３４は、第１配線３０を介して第１固定電極指７８と電気的に接続されていることになる。

同様に、第２配線３６の、平面視で第２固定電極指８０と重なる位置には、導電性を有する突起部５６が形成されている。
加速度センサー１は、突起部５６を介して第２配線３６と第２固定電極指８０とが電気的に接続されている。これにより、第２端子電極４０は、第２配線３６を介して第２固定電極指８０と電気的に接続されていることになる。

図５に示すように、第３配線４２の、平面視で凹部２２の−Ｘ側の固定部７６と重なる位置には、導電性を有する突起部５８が形成されている。
加速度センサー１は、突起部５８を介して第３配線４２と固定部７６とが電気的に接続されている。これにより、第３端子電極４６は、第３配線４２を介して固定部７６と電気的に接続され、固定部７６から可撓部７４、アーム７０を介して可動電極指７２と電気的に接続されていることになる。

突起部５４，５６，５８の構成材料は、導電性を有するものであれば、特に限定されず、各種電極材料を用いることができるが、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属単体またはこれらを含む合金などの金属が好適に用いられる。
なお、突起部５４，５６，５８は、例えば、基板１２の各溝部の底面から突出した突起が各配線に覆われている構成としてもよい。
また、第１配線３０、第２配線３６、第３配線４２の、第１端子電極３４、第２端子電極４０、第３端子電極４６及び突起部５４，５６，５８を除く領域は、他の構成要素との短絡を回避するために、例えば、ＳｉＯ₂を含む絶縁膜６２で覆われていることが好ましい。

図１〜図３に示すように、リッド６４には、凹部６４ａから基板１２の主面１６側に突出し、アーム７０の変位を規制する変位規制部６４ｂが設けられている。
変位規制部６４ｂは、上述した可撓部７４内のスペースに配置され、アーム７０の変位方向であるＸ軸方向の両側（−Ｘ側と＋Ｘ側）から、アーム７０を挟むように複数（ここでは２つ）設けられている。そして、変位規制部６４ｂは、アーム７０の変位方向であるＸ軸方向に沿って延びている。
変位規制部６４ｂは、静止状態のアーム７０との間に所定の間隔を有しており、加速度が印加されてアーム７０がＸ軸方向に変位し、変位量が所定の間隔に達したときに、Ｘ軸方向と交差する側の端部（Ｙ軸に沿った端面）が、アーム７０の端面と接触（衝突）し、アーム７０のそれ以上の変位を規制する。なお、所定の間隔は、加速度センサー１の加速度検出範囲などの仕様に基づいて適宜設定される。

リッド６４は、基板１２の主面１６に、例えば、接着剤を用いた接合法、陽極接合法、直接接合法などを用いて接合（固定）されている。
リッド６４の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、シリコン材料、ガラス材料などを好適に用いることができる。
リッド６４の接合により気密に封止された加速度センサー１の内部空間Ｓは、減圧状態（真空度の高い状態）または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。なお、内部空間Ｓは、基板１２の凹部２２とリッド６４の凹部６４ａを含んで構成され、可動体としての可動部６８を収容していることになる。

ここで、加速度センサー１の動作について説明する。
加速度センサー１は、第１固定電極指７８と、第１固定電極指７８に−Ｘ側から対向する可動電極指７２との間で第１コンデンサーが形成され、第２固定電極指８０と、第２固定電極指８０に＋Ｘ側から対向する可動電極指７２との間で第２コンデンサーが形成される。
この状態で、加速度センサー１に、例えば、−Ｘ方向に加速度が印加されると、アーム７０及び可動電極指７２が慣性により＋Ｘ方向に変位する。このとき、第１固定電極指７８と可動電極指７２との間隔は狭くなるので、第１コンデンサーの静電容量は増加する。また、第２固定電極指８０と可動電極指７２との間隔は広くなるので、第２コンデンサーの静電容量は減少する。
逆に、＋Ｘ方向に加速度が印加され、アーム７０及び可動電極指７２が−Ｘ方向に変位すると、第１コンデンサーの静電容量は減少し、第２コンデンサーの静電容量は増加する。

したがって、加速度センサー１は、第１端子電極３４と第３端子電極４６との間で検出される第１コンデンサーの静電容量の変化と、第２端子電極４０と第３端子電極４６との間で検出される第２コンデンサーの静電容量の変化との差分を検出することにより、加速度センサー１に印加される加速度の大きさとその方向を検出することができる。そして、加速度センサー１は、２つのコンデンサーの静電容量の変化の差分を検出するので、高い感度で加速度を検出することができる。
この際、加速度センサー１は、変位規制部６４ｂによりアーム７０の変位量を所定の範囲に規制する。これにより、加速度センサー１は、可動電極指７２と第１固定電極指７８及び第２固定電極指８０との衝突を回避し、衝突によるこれらの損傷を防ぐことができる。

上述したように、第１実施形態の加速度センサー１は、基板１２と、基板１２の主面１６側に配置されている可動体としての可動部６８と、可動部６８を覆い基板１２の主面１６側に固定されている蓋体としてのリッド６４と、を備えている。そして、リッド６４の凹部６４ａには、基板１２の主面１６側に突出し可動部６８のアーム７０のＸ軸方向への変位を規制する一対の変位規制部６４ｂが設けられている。
このように、加速度センサー１は、可動部６８（アーム７０）の変位を規制する一対の変位規制部６４ｂが、リッド６４に設けられていることから、例えば、特許文献１のような可動体に設けられた複数の第１突起部及び周辺部に設けられた複数の第２突起部からなる移動抑制部が不要となる。
この結果、加速度センサー１は、外部からの衝撃に対する耐衝撃性を向上させることができるとともに、平面サイズの更なる小型化を図ることができる。

また、加速度センサー１は、可動部６８（アーム７０）が静止状態のときに、一対の変位規制部６４ｂがアーム７０との間に所定の間隔を有していることから、例えば、変位規制部６４ｂがアーム７０と接触している場合と比較して、外部からの加速度の印加に対してアーム７０が変位しやすいことになる。
この結果、加速度センサー１は、加速度に対する検出感度が良好となる。

また、加速度センサー１は、アーム７０を挟む一対の変位規制部６４ｂがアーム７０の変位方向（Ｘ軸方向）に沿って延び、アーム７０の変位時に、変位規制部６４ｂの変位方向と交差する側の端部（Ｙ軸に沿った端面）がアーム７０の端面と接触（衝突）し、アーム７０のそれ以上の変位を規制することになる。
これによれば、加速度センサー１は、外部からのアーム７０を介して変位規制部６４ｂに加わる衝撃が、変位規制部６４ｂの衝撃に対して強い方向に加わることから、変位規制部６４ｂの耐衝撃性を更に向上させることができる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態の加速度センサーの概略構成を示す模式断面図である。なお、断面位置は、図３と同様である。なお、第１実施形態との共通部分には、同一の符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図６に示すように、第２実施形態の加速度センサー２は、第１実施形態と比較して変位規制部１６４ｂの構成が異なる。
加速度センサー２の変位規制部１６４ｂは、平面視で（Ｚ軸方向から見て）少なくとも一部が可動体としての可動部６８のアーム７０と重複し、重複している領域の少なくとも一部（ここでは全部）が、アーム７０と接触している。
換言すれば、加速度センサー２の変位規制部１６４ｂは、アーム７０の主面としての接触面７０ａに対向して設けられ、変位規制部１６４ｂとアーム７０の接触面７０ａとが接触している。
これにより、変位規制部１６４ｂは、加速度が加わらないアーム７０が静止状態のときに、アーム７０と接触していることになる。
なお、変位規制部１６４ｂは、アーム７０以外の可撓部７４、可動電極指７２、第１固定電極指７８及び第２固定電極指８０（図１参照）などと干渉しない形状（例えば、アーム７０のＹ軸方向の幅からはみ出さないリブ状など）に形成されている。

変位規制部１６４ｂの接触面１６４ｂ１は、製造ばらつきによってアーム７０との間に隙間が生じないようにするために、基板１２の主面１６からの高さが、アーム７０の接触面７０ａの同高さより僅かに低くなるように設定されている。換言すれば、変位規制部１６４ｂは、アーム７０を−Ｚ方向へ僅かに押圧していることになる。
加速度センサー２は、この状態において、Ｘ軸方向から変位規制部１６４ｂとアーム７０との間の摩擦力を超える加速度が印加されると、アーム７０が変位規制部１６４ｂの接触面１６４ｂ１を摺動しながらＸ軸方向に変位することにより、加速度を検出することができる。加速度印加後のアーム７０は、Ｘ軸方向に伸縮した可撓部７４のばね力により復元する。
なお、変位規制部１６４ｂとアーム７０との間の摩擦力は、加速度センサー２の加速度検出範囲などの仕様に基づいて、変位規制部１６４ｂによるアーム７０への押圧力、変位規制部１６４ｂの接触面１６４ｂ１及びアーム７０の接触面７０ａの摩擦係数、可撓部７４のばね力などにより適宜設定される。

上述したように、第２実施形態の加速度センサー２は、アーム７０が静止状態のときに、変位規制部１６４ｂがアーム７０と接触し、アーム７０を−Ｚ方向へ押圧していることから、例えば、変位規制部１６４ｂがアーム７０と接触していない場合と比較して、アーム７０のふらつきが生じにくいことになる。
この結果、加速度センサー２は、アーム７０のふらつきによる加速度の誤検出を抑制することができる。

また、加速度センサー２は、平面視で変位規制部１６４ｂの少なくとも一部がアーム７０と重複し、重複している領域の少なくとも一部（ここでは全部）がアーム７０に接触していることから、上述したアーム７０のふらつきによる加速度の誤検出を抑制できるとともに、第１実施形態のような可撓部７４に対する制約（配置スペースの確保）もないことにより更なる平面サイズの小型化を図ることができる。
なお、変位規制部１６４ｂは、図示のアーム７０の両端部に接触する一対の構成に限定されるものではなく、例えば、アーム７０の中心部と接触する単独の構成としてもよい。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態の加速度センサーの概略構成を示す模式断面図である。なお、断面位置は、図３と同様である。なお、第１実施形態及び第２実施形態との共通部分には、同一の符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態及び第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図７に示すように、第３実施形態の加速度センサー３は、第１実施形態及び第２実施形態と比較して変位規制部２６４ｂの構成が異なる。
加速度センサー３の変位規制部２６４ｂは、平面視で（Ｚ軸方向から見て）少なくとも一部が可動体としての可動部６８のアーム７０と重複し、重複している領域にアーム７０側に突出する２つの突出部２６４ｂ２（重複している領域の少なくとも一部に相当）が設けられ、突出部２６４ｂ２がアーム７０の接触面７０ａに接触している。
これにより、加速度センサー３の変位規制部２６４ｂは、加速度が加わらないアーム７０が静止状態のときに、アーム７０と接触していることになる。
リッド６４の変位規制部２６４ｂの反対側には、凹部２６４ｃが設けられている。変位規制部２６４ｂは、この凹部２６４ｃによって突出部２６４ｂ２の周囲が他の領域より肉薄状態となり、可撓性を有することになる。

上述したように、第３実施形態の加速度センサー３は、リッド６４の変位規制部２６４ｂの反対側に凹部２６４ｃが設けられ、これにより変位規制部２６４ｂが可撓性を有していることから、突出部２６４ｂ２を含む肉薄部分が＋Ｚ方向へ撓むことによって、アーム７０に対する押圧力（接触圧）を、第２実施形態のような可撓性がない場合より弱くすることができる。
この結果、加速度センサー３は、変位規制部２６４ｂとアーム７０との間の摩擦力を、第２実施形態より弱くすることが可能となることから、加速度の印加により変位したアーム７０の復元性を向上させることができる。

なお、変位規制部２６４ｂの突出部２６４ｂ２の数は、２つに限定されるものではなく、１つでもよいし、可撓性に支障がない範囲であれば３つ以上でもよい。また、可撓性が確保できるのであれば、突出部２６４ｂ２はなくてもよく、底面２６４ｂ３が直接アーム７０の接触面７０ａに接触する構成としてもよい。
また、変位規制部２６４ｂは、図示のように１つではなく、例えば一対とし、それぞれの突出部２６４ｂ２がアーム７０の両端部と接触する構成としてもよい。

（第４実施形態）
図８は、第４実施形態の加速度センサーの概略構成を示す模式平面図であり、図９は、図８のＧ−Ｇ線での模式断面図である。なお、上記各実施形態との共通部分には、同一の符号を付して詳細な説明を省略し、上記各実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図８、図９に示すように、第４実施形態の加速度センサー４は、上記各実施形態と比較して変位規制部３６４ｂ（個々の説明が必要なとき以外は、便宜的にこの表記とする）の構成が異なる。
加速度センサー４は、上記各実施形態と同様に、可動体としての可動部６８がアーム７０の変位方向（Ｘ軸方向）と交差する側の両端部に弾性変形部としての可撓部７４を備えている。
加速度センサー４は、変位規制部３６４ｂが、可動部６８の一方の可撓部７４から他方の可撓部７４までを挟むように複数（ここでは４つ）設けられ、各変位規制部３６４ｂは、各可撓部７４を変位方向（Ｘ軸方向）に撓ませた状態で、各可撓部７４と接触している構成となっている。

詳述すると、変位規制部３６４ｂ−１，３６４ｂ−３は、アーム７０の−Ｘ側に接続された可撓部７４の、固定部７６を挟んで＋Ｙ側に変位規制部３６４ｂ−１が配置され、−Ｙ側に変位規制部３６４ｂ−３が配置され、この可撓部７４を＋Ｘ方向に撓ませた状態で、それぞれ可撓部７４の端面に接触している。
これにより、変位規制部３６４ｂ−１，３６４ｂ−３は、可撓部７４を介してアーム７０を矢印Ｊ方向（＋Ｘ方向）に押圧していることになる。
一方、変位規制部３６４ｂ−２，３６４ｂ−４は、アーム７０の＋Ｘ側に接続された可撓部７４の、固定部７６を挟んで＋Ｙ側に変位規制部３６４ｂ−２が配置され、−Ｙ側に変位規制部３６４ｂ−４が配置され、この可撓部７４を−Ｘ方向に撓ませた状態で、それぞれ可撓部７４の端面に接触している。
これにより、変位規制部３６４ｂ−２，３６４ｂ−４は、可撓部７４を介してアーム７０を矢印Ｋ方向（−Ｘ方向）に押圧していることになる。

ここで、変位規制部３６４ｂ−１，３６４ｂ−３の押圧力と、変位規制部３６４ｂ−２，３６４ｂ−４の押圧力とは、力の大きさが同じで力の方向が逆となるように設定されることにより互いに相殺され、アーム７０は変位しない。
なお、変位規制部３６４ｂは、リッド６４を基板１２に接合する際に、先端部の可撓部７４側を向いた斜面が、可撓部７４の端部に接触し、リッド６４の−Ｚ方向への下降とともに、可撓部７４を２点鎖線で示した自由状態から徐々にＸ軸方向へ撓ませる案内部となっている。
これにより加速度センサー４は、リッド６４の基板１２への接合時に、変位規制部３６４ｂが可撓部７４に乗り上げるなどの不具合が回避される。

上述したように、第４実施形態の加速度センサー４は、変位規制部３６４ｂが可動部６８の一方の可撓部７４から他方の可撓部７４までを挟むように複数（ここでは４つ）設けられ、各変位規制部３６４ｂは、各可撓部７４を変位方向（Ｘ軸方向）に撓ませた状態で、各可撓部７４と接触していることになる。
この結果、加速度センサー４は、アーム７０が常に変位方向（Ｘ軸方向）の両側から押圧されていることから、静止時のアーム７０のふらつきを確実に抑制することができる。
なお、第４実施形態の構成は、上記各実施形態と組み合わせることができる。これによれば、加速度センサーは、両方の可撓部７４から常時加わる押圧力によって、加速度印加後のアーム７０の復元性が向上する。

なお、上記第２〜第４実施形態は、アーム７０の変位の規制に特許文献１のような空気粘性抵抗効果を利用していないことから、特に空気粘性抵抗効果が殆ど作用しない真空度の高い減圧状態の内部空間Ｓにおいて、その効果が顕著に奏されることになる。

（複合センサー）
次に、物理量センサーの一例としての、加速度センサーと角速度センサー（ジャイロセンサー）とを備えた複合センサーについて説明する。
図１０は、複合センサーの一例の概略構成を示す模式断面図である。

図１０に示すように、複合センサー５は、上記各実施形態で説明した加速度センサーのいずれか（ここでは、加速度センサー１）と、角速度センサー６とが一体的に構成されている。
角速度センサー６は、基板１２の主面１６上に配置された支持部５４０と、支持部５４０にばね部５３０，５３１を介して接続され、且つ、基板１２の主面１６に沿ったＸ軸方向に、支持部５４０を間に挟んで並んで配置された２つの略矩形枠状の質量部５２０，５２１と、を備えている。
さらに、角速度センサー６は、静電引力を用いて質量部５２０，５２１をＸ軸に沿って互いに逆方向へ振動させる駆動部５５０，５５１と、Ｚ軸回りに印加される角速度ωによりＸ軸方向と交差する方向（ここでは、Ｙ軸方向）へ変位する質量部５２０，５２１の変位量を、静電容量の変化によって検出する検出部５６０，５６１と、を備え、上記各構成要素がリッド６４により覆われている。

角速度センサー６は、上記静電容量の変化量を、例えば、電圧値の変化に置き換えた検出信号として出力し、この検出信号によって角速度ωが検出可能な構成となっている。
なお、複合センサー５の内部空間Ｓは、角速度センサー６の質量部５２０，５２１の振動が、空気粘性抵抗効果により阻害されないようにするために減圧状態（真空度の高い状態）となっている。

上述したように、複合センサー５は、内部空間Ｓが減圧状態であることから、空気粘性抵抗効果が抑制された内部空間Ｓで、可動体としての質量部５２０，５２１がストレスなく振動する角速度センサー６と、減圧状態における可動部６８（アーム７０）の過度の変位が変位規制部６４ｂにより適度に規制される加速度センサー１と、を備えた複合センサーを容易に提供することができる。
なお、複合センサー５は、加速度センサー１に代えて、他の加速度センサー（２〜４のいずれか）を用いてもよい。また、角速度センサー６は、図示の構成に限定されず他の構成であってもよい。いずれの場合にも、複合センサー５は、上記と同様の効果を奏することができる。

（電子機器）
次に上述した機能素子を備えている電子機器について説明する。
図１１は、機能素子を備えている電子機器としてのモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す模式斜視図である。
図１１に示すように、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１１０１を有する表示ユニット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。
このようなパーソナルコンピューター１１００には、機能素子を備えている物理量センサーとしての加速度センサー（１〜４のいずれか）または複合センサー５（ここでは加速度センサー１）が内蔵されている。

図１２は、機能素子を備えている電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す模式斜視図である。
図１２に示すように、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１２０１が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、機能素子を備えている物理量センサーとしての加速度センサー（１〜４のいずれか）または複合センサー５（ここでは加速度センサー１）が内蔵されている。

図１３は、機能素子を備えている電子機器としてのデジタルスチルカメラの構成を示す模式斜視図である。なお、この図１３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、デジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）など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。
デジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面（図中手前側）には、表示部１３１０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１３１０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（図中奥側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなど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１３１０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１３０８に転送・格納される。
また、このデジタルスチルカメラ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、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター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１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター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ルカメラ１３００には、機能素子を備えている物理量センサーとしての加速度センサー（１〜４のいずれか）または複合センサー５（ここでは加速度センサー１）が内蔵されている。

このような電子機器は、上述した機能素子を備えている物理量センサーを備えていることから、上記各実施形態で説明した効果が反映され、優れた性能を発揮することができる。
なお、上述した機能素子を備えている電子機器としては、これら以外に、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）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、各種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、フライトシミュレーターなどが挙げられる。いずれの場合にも、これらの電子機器は、上述した機能素子を備えていることから、上記各実施形態で説明した効果が反映され、優れた性能を発揮することができる。

（移動体）
次に、上述した機能素子を備えている移動体について説明する。
図１４は、機能素子を備えている移動体の一例としての自動車を示す模式斜視図である。
自動車１５００は、機能素子を備えている物理量センサーとしての加速度センサー（１〜４のいずれか）または複合センサー５（ここでは加速度センサー１）を、例えば、搭載されているナビゲーション装置、姿勢制御装置などの姿勢検出センサーとして用いている。
これによれば、自動車１５００は、上述した機能素子を備えている物理量センサーを備えていることから、上記各実施形態で説明した効果が反映され、優れた性能を発揮することができる。

上述した機能素子は、上記自動車１５００に限らず、自走式ロボット、自走式搬送機器、列車、船舶、飛行機、人工衛星などを含む移動体の姿勢検出センサーなどとして好適に用いることができ、いずれの場合にも、上記各実施形態で説明した効果が反映され、優れた性能を発揮する移動体を提供することができる。
なお、機能素子は、上記のような物理量センサーに用いられるものに限定されず、例えば、櫛歯状のＭＥＭＳ振動片を備えている振動子であってもよい。

１，２，３，４…機能素子を備えている物理量センサーとしての加速度センサー、５…機能素子を備えている物理量センサーとしての複合センサー、６…機能素子を備えている物理量センサーとしての角速度センサー、１２…基板、１６…主面、２０…端子部、２２…凹部、２４…第１溝部、２６…第２溝部、２８…第３溝部、３０…第１配線、３４…第１端子電極、３６…第２配線、４０…第２端子電極、４２…第３配線、４６…第３端子電極、５４，５６，５８…突起部、６２…絶縁膜、６４…リッド、６４ａ…凹部、６４ｂ…変位規制部、６８…可動部、７０…アーム、７０ａ…接触面、７２…可動電極指、７４…ばね部としての可撓部、７６…固定部、７８…第１固定電極指、８０…第２固定電極指、１６４ｂ…変位規制部、１６４ｂ１…接触面、２６４ｂ…変位規制部、２６４ｂ２…突出部、２６４ｂ３…底面、３６４ｂ−１，３６４ｂ−２，３６４ｂ−３，３６４ｂ−４…変位規制部、５２０，５２１…質量部、５３０，５３１…ばね部、５４０…支持部、５５０，５５１…駆動部、５６０，５６１…検出部、１１００…電子機器としてのパーソナルコンピューター、１１０１…表示部、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…電子機器としての携帯電話機、１２０１…表示部、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…電子機器としてのデジタルスチルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター、１５００…移動体としての自動車、Ｓ…内部空間。

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板の主面側に配置されている可動体と、
   前記可動体上に載置され、前記基板の前記主面側に固定されている蓋体と、を備え、
   前記蓋体には、前記主面側に突出し前記可動体の変位を規制する変位規制部が設けられていることを特徴とする機能素子。
2. 請求項１に記載の機能素子において、
   前記変位規制部は、前記可動体が静止状態のときに、前記可動体との間に間隔があることを特徴とする機能素子。
3. 請求項１または２に記載の機能素子において、
   前記変位規制部は、前記可動体の変位方向の両側から前記可動体を挟んで設けられていることを特徴とする機能素子。
4. 請求項１に記載の機能素子において、
   前記変位規制部は、前記可動体の主面に対向して設けられ、
   前記変位規制部と前記可動体の主面が接触していることを特徴とする機能素子。
5. 請求項４に記載の機能素子において、
   前記蓋体の前記変位規制部が設けられている部分は可撓性を備えていることを特徴とする機能素子。
6. 請求項４または５に記載の機能素子において、
   前記蓋体の前記変位規制部が設けられている部分は、前記蓋体の固定部分と比して薄くなっていることを特徴とする機能素子。
7. 請求項１に記載の機能素子において、
   前記可動体は、両端を弾性変形部で支持され、
   前記変位規制部は、一方の前記弾性変形部から他方の前記弾性変形部までを挟んで設けられ、
   前記変位規制部は、各前記弾性変形部を変位方向に撓ませた状態で、各前記弾性変形部と接触していることを特徴とする機能素子。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の機能素子において、
   前記可動体が収容される空間は、減圧状態であることを特徴とする機能素子。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の機能素子を備えていることを特徴とする物理量センサー。
10. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の機能素子を備えていることを特徴とする電子機器。
11. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の機能素子を備えていることを特徴とする移動体。

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