JP3089900U - 加速度センサ用トランスデューサ構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重錘体の変位を制限するための精密な制御構
造を設ける。 【解決手段】 上層部１００、中層部２００、下層部３
００の３層構造をもった基板を用意する。上層部１００
にはスリットＳ１，Ｓ２を掘り、変位部１１１，１１２
と、周囲の固定部１３０と、両者を接続する接続部１２
２を形成する。下層部３００は、重錘体３１０と台座３
３０に分離する。中層部２００は、上層部１００の各構
成要素と下層部３００の各構成要素を接合する機能を果
たす。重錘体３１０は、台座３３０に囲まれた空間内で
宙吊り状態となり、加速度の作用により上下左右に変位
する。重錘体３１０が上方向に変位すると、部分Ａ１
２，Ａ２２が、部分Ａ１１，Ａ２１に接触して、それ以
上の変位は制限される。重錘体３１０の上方向の変位自
由度は、中層部２００の厚みにより正確に設定される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は加速度センサ用トランスデューサ構造体に関し、特に、小型民生用電 子機器に利用される量産型の加速度センサに組み込むのに適したトランスデュー サ構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】

携帯電話、デジタルカメラ、電子ゲーム機器、ＰＤＡ機器など、マイクロプロ セッサを内蔵した小型民生用の電子機器の普及はめざましく、最近では、これら の電子機器あるいはその入力装置に内蔵させるための加速度センサの需要も高ま ってきている。加速度センサを内蔵した電子機器では、本体に加えられた衝撃や 振動などの加速度成分をデジタルデータとしてマイクロプロセッサに取り込むこ とができるため、電子機器周囲の物理的環境を把握した適切な処理が可能になる 。たとえば、デジタルカメラでは、シャッターボタンを押した瞬間に作用した加 速度を検出することにより、手振れに対する補正を行うことができる。また、電 子ゲーム機器用の入力装置などでは、ユーザの操作指示を加速度の形で入力する ことも可能になる。たとえば、加速度センサを重力加速度の検出に利用するよう にすれば、傾斜計として用いることができ、電子機器全体の向き（水平状態に対 する傾斜度合い）を認識することが可能になるので、ユーザが電子機器全体を傾 斜させる動作に基いて、所定の操作入力が可能になる。

【０００３】 このような小型民生用電子機器に内蔵するための加速度センサとしては、小型 で量産に適したものが望ましい。たとえば、特開平１−２６３５７６号公報や、 特開平３−２０２７７８号公報には、量産に適した小型の加速度センサの構造が 開示されており、特開平４−２４９７２６号公報には、シリコン基板を利用して 、そのような加速度センサを量産するための製造方法が開示されている。

【０００４】 この種の一般的な加速度センサには、加速度を変位に変換するトランスデュー サ構造体が組み込まれている。このトランスデューサ構造体の基本構成は、可撓 性をもった基板と、この基板に接合された重錘体である。基板の一部を固定した 状態とし、重錘体を宙吊りの状態にしておけば、この重錘体に加速度が作用する と、作用した加速度に起因した力が基板に作用し、基板の一部（重錘体が接合さ れた部分）が変位することになる。加速度センサは、このようなトランスデュー サ構造体に生じた変位を、電気的に検出することにより、重錘体に作用した加速 度の検出を行うことになる。前掲公報に開示された加速度センサは、シリコン基 板に重錘体を接合してなるトランスデューサ構造体を組み込んだものである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上述したように、小型で量産に適した加速度センサとして、シリコン基板など の半導体基板からなるトランスデューサ構造体を組み込んだセンサが提案されて いる。このような加速度センサにおいて検出感度を高めるためには、トランスデ ューサ構造体の感度を高める必要がある。すなわち、わずかな加速度が作用した 場合でも、検出に十分な変位が生じるトランスデューサ構造体が必要になる。と ころが、このような高感度のトランスデューサ構造体では、過度の加速度が加わ った場合に、重錘体を支持する基板が破損するおそれがある。特に、センサ筐体 を落下させてしまったような場合、重錘体に大きな衝撃が加わり、半導体からな る基板が損傷を受ける可能性がある。そこで、通常は、重錘体の変位を所定範囲 内に制御するための物理的な制御構造が設けられている。前掲公報に開示された トランスデューサ構造体の場合も、重錘体の上下方向の変位および横方向の変位 を制御するために、制御基板や台座などの物理的な制御構造が設けられている。 過度の加速度が作用すると、重錘体の一部が制御基板や台座などに接触すること になり、重錘体の変位は、所定の自由度の範囲内に抑制されることになる。した がって、重錘体を支持する基板に過度の応力が加わることを避けることができ、 破損から免れることができる。

【０００６】 しかしながら、このような制御構造は、重錘体の形状に合わせた所定の形状に する必要があり、また、重錘体の配置に合わせて所定の位置に配置する必要があ る。このため、制御構造を備えたトランスデューサ構造体を製造するためには、 余分なエッチング工程や機械的切削工程が必要になり、製造プロセスが複雑にな らざるを得ない。特に、量産品として製造される個々のロットごとに均一な性能 を確保するためには、重錘体と制御構造との距離を精密に設定する必要があるの で、前掲各公報に開示されているような従来のトランスデューサ構造体では、制 御構造を形成するプロセスにおける技術的な負担が大きく、コスト低減の見地か らも、大きな問題になっている。

【０００７】 そこで本考案は、重錘体の変位を制限するための精密な制御構造を容易に構成 することが可能なトランスデューサ構造体を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

(1) 本考案の第１の態様は、中央部分に設けられた変位部と、この変位部の 周囲に設けられた固定部と、変位部を固定部に対して変位可能な状態となるよう に接続する接続部と、を有する基板層と、 この基板層の下方に配置され、固定部の内側部分下面に形成された制御面に対 向する上面周囲部を有する重錘体と、 この重錘体の周囲を取り囲むように配置され、固定部を下方から支持固定する 台座と、 重錘体と基板層との間の空間における上面周囲部以外の領域に介挿され、重錘 体および基板層とは異なる材料から構成され、重錘体を変位部の下面に接合する 重錘体接合層と、 台座と固定部との間の空間における制御面以外の領域に介挿され、重錘体接合 層と同一材料から構成され、重錘体接合層と同一の厚みを有し、台座を固定部の 下面に接合する台座接合層と、 によって加速度センサ用トランスデューサ構造体を構成し、重錘体に加速度が 作用したときに、接続部に生じる撓みにより変位部が固定部に対して変位するよ うにし、作用した加速度の所定方向成分の大きさが所定の許容値を越えたときに 、上面周囲部が制御面に接触して変位が制御されるように、重錘体接合層の厚み を設定するようにしたものである。

【０００９】 (2) 本考案の第２の態様は、上述の第１の態様に係る加速度センサ用トラン スデューサ構造体において、 基板層にスリットを形成し、このスリットにより、基板層の各部が変位部、固 定部、接続部として機能するように構成したものである。

【００１０】 (3) 本考案の第３の態様は、上述の第２の態様に係る加速度センサ用トラン スデューサ構造体において、 一部分に開口部を有する環状形状をもった複数のスリットを、それぞれの開口 部が基板層の中心を向くように形成し、 個々の環状スリットに囲まれた部分を羽根部とする送風機のファン状形状をな す構造体により変位部を構成し、互いに隣接する一対のスリット間に形成された 部分により接続部を構成し、複数のスリットの外側包絡線よりも外側に位置する 基板層の外周部分により固定部を構成するようにしたものである。

【００１１】 (4) 本考案の第４の態様は、上述の第３の態様に係る加速度センサ用トラン スデューサ構造体において、 ほぼ正方形の輪郭に沿った形状をもち、この正方形の１頂点に相当する部分に 開口部を有する４組の同形スリットを、ほぼ正方形をした基板層上にシンメトリ ックに配置するようにしたものである。

【００１２】 (5) 本考案の第５の態様は、上述の第３または第４の態様に係る加速度セン サ用トランスデューサ構造体において、 基板層下面の複数のスリットの外側包絡線の外側直近領域に形成された制御面 により、重錘体の上面周囲部の変位を制御することができるように、重錘体の上 面の輪郭を、変位部を構成する構造体の輪郭を外側へ拡張した形状となるように したものである。

【００１３】 (6) 本考案の第６の態様は、上述の第５の態様に係る加速度センサ用トラン スデューサ構造体において、 重錘体接合層を、ファン状形状の中央部の位置において変位部と重錘体とを接 合する中央部接合層と、ファン状形状の個々の羽根部の位置において変位部と重 錘体とを接合する個々の羽根部接合層と、によって構成するようにしたものであ る。

【００１４】 (7) 本考案の第７の態様は、上述の第１〜第６の態様に係る加速度センサ用 トランスデューサ構造体において、 作用した加速度の所定方向成分の大きさが所定の許容値を越えたときに、重錘 体の側面が台座の内側面に接触して変位が制御されるように、重錘体の側面と台 座の内側面との間隔を設定したものである。

【００１５】 (8) 本考案の第８の態様は、上述の第１〜第７の態様に係る加速度センサ用 トランスデューサ構造体において、 台座の底面に対して重錘体の底面が所定寸法だけ上方に位置するように構成し 、台座が制御基板上に固定された場合に、重錘体の底面と制御基板の上面との間 に所定間隔が確保されるように重錘体の厚みを設定し、 作用した加速度の所定方向成分の大きさが所定の許容値を越えたときに、重錘 体の底面が制御基板の上面に接触して変位が制御されるようにしたものである。

【００１６】

【考案の実施の形態】

以下、本考案を図示する実施形態に基いて説明する。

【００１７】 ＜＜＜ §１．トランスデューサ構造体の基本構造 ＞＞＞ はじめに、本考案に係る加速度センサ用トランスデューサ構造体の基本構造を 述べる。このトランスデューサ構造体の中枢となる構成要素は、基板層と重錘体 である。重錘体は基板層の下面中央部に接合される。重錘体に加速度が作用する と、この作用した加速度に起因して、基板層の一部に変位が生じる構造になって おり、加速度を基板層の変位に変換するトランスデューサとしての機能を果たす ことになる。

【００１８】 図１は、本考案の一実施形態に係るトランスデューサ構造体の上面図である。 このトランスデューサ構造体は、基本的には、シリコンからなる上層部１００、 酸化シリコンからなる中層部２００、シリコンからなる下層部３００の３層構造 を有している。このようなシリコン／酸化シリコン／シリコンなる３層構造をも った材料は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板として市販されており、ここ に示すトランスデューサ構造体は、このＳＯＩ基板を利用した製造プロセスによ って製造することが可能である。

【００１９】 ここに示す実施形態では、上層部１００、中層部２００、下層部３００は、い ずれも、基本的には正方形状の板状部材である。上層部１００には、厚み方向に 貫通するスリットＳ１〜Ｓ４が形成されており、図１では、このスリットＳ１〜 Ｓ４を通して、下層部３００の一部が確認できる。図１はかなり繁雑な図になっ ているが、これは上層部１００の下に隠れている中層部２００の構造を一点鎖線 で示し、下層部３００の構造を破線で示したためである。一方、図２は、図１に 示すトランスデューサ構造体を、切断線２−２の位置で切断した側断面図であり 、図３は、同じく図１に示すトランスデューサ構造体を、切断線３−３の位置で 切断した側断面図である。これら側断面図には、このトランスデューサ構造体が 、上層部１００、中層部２００、下層部３００の３層構造からなることが明瞭に 示されている。なお、ここでは説明の便宜上、上層部１００の構成要素を１００ 番台の符号で示し、中層部２００の構成要素を２００番台の符号で示し、下層部 ３００の構成要素を３００番台の符号で示すことにする。また、図４は、このト ランスデューサ構造体の下面図であり、この下面図では、下層部３００の陰に隠 れている中層部２００の構造が一点鎖線で示され、上層部１００の構造が破線で 示されている。

【００２０】 図１に示す上面図や図４に示す下面図は、各層相互の位置関係の確認を行う場 合には便利であるが、単一の図に、３層のすべての構造が重ねて描かれているた め、かなり繁雑になっており、個々の層の細かな構造の説明を行うのには必ずし も適当ではない。そこで、以下、個々の層をそれぞれ独立して描いた平面図を用 い、図２および図３の側断面図を参照しながら、各層の構造を順に説明する。

【００２１】 まず、図５を用いて、上層部１００の構造を説明する。この図５は、上層部１ ００を単体として示した上面図である。図示のとおり、上層部１００は、正方形 状の板状部材からなり、厚み方向に貫通するスリットＳ１〜Ｓ４が形成されてい る。この実施形態の場合、上層部１００はシリコンの基板層から構成されており 、スリットＳ１〜Ｓ４は、たとえば、このシリコンの基板層に対してエッチング 加工を施すことにより形成される。このスリットＳ１〜Ｓ４を形成することによ り、上層部１００は、図示のとおり、複数の領域からなる個々の部分に分けられ ることになる。図５に示す破線は、このような領域の境界線を便宜的に示すもの である。もっとも、これら破線は、各領域の厳密な境界位置を示すものではなく 、説明の便宜上を考慮して描いたものである。

【００２２】 ここでは、この上層部１００上に形成された個々の部分の説明を行う前に、４ つのスリットＳ１〜Ｓ４に固有の形状について述べておく。図６は、図３の側断 面図において、上層部１００を図の切断線６−６に沿って切断した横断面図であ り、厚み方向に貫通するスリットＳ１〜Ｓ４の形状および配置が明瞭に示されて いる。すなわち、各スリットＳ１〜Ｓ４は、いずれもほぼ正方形の輪郭に沿って 形成された幅の細い帯状の環状形状をもったスリットである。ただし、完全な環 状形状をなしているわけではなく、正方形の１頂点に相当する部分には、開口部 が形成されており、この開口部を介して各部は互いに連結された状態を維持して いる。別言すれば、上層部１００は、全体として１枚の基板層としての構造をも っており、以下、場合に応じて、この上層部１００を基板層１００と呼ぶことに する。

【００２３】 ４組のスリットＳ１〜Ｓ４は全く同形であるが、個々のスリットの開口部は、 いずれも基板層１００の中心を向くように配置され、かつ、シンメトリック（図 ６の平面図において左右対称および上下対称）に配置されている。このような４ 組のスリットＳ１〜Ｓ４を形成すると、基板層１００の中央部分には、送風機の ファン状形状をなす構造体が形成されることがわかる。

【００２４】 いま、図５の上面図に示されているように、個々の環状スリットＳ１，Ｓ２， Ｓ３，Ｓ４に囲まれた部分を、それぞれ羽根部１１１，１１２，１１３，１１４ と呼び、基板層１００の中心部分の正方形状の部分を中央部１１５と呼ぶことに すれば、これら羽根部１１１〜１１４と中央部１１５とにより、送風機のファン 状形状をなす構造体が形成されていることになる。ここでは、このファン状形状 をなす構造体を、変位部１１０と呼ぶことにする。また、図５に示されているよ うに、互いに隣接する一対のスリット間に形成された矩形状の部分を、ここでは 、接続部１２１，１２２，１２３，１２４と呼ぶことにし（これらを包括して接 続部１２０と呼ぶ）、複数のスリットＳ１〜Ｓ４の外側包絡線よりも外側に位置 する基板層１００の外周部分を固定部１３０と呼ぶことにする。

【００２５】 前述したように、この実施形態では、基板層１００はシリコンの基板層によっ て構成されており、ビーム状の構造をもった接続部１２１〜１２４は、外力の作 用によって撓みを生じる物理的性質を有する。別言すれば、外力の作用により撓 みが生じるように、接続部１２１〜１２４の幅および厚み（基板層１００の厚み ）が設定されていることになる。したがって、後述するように、変位部１１０に 外力が加わると、この外力は、各接続部１２１〜１２４へと伝わり、各接続部１ ２１〜１２４に撓みを生じさせることになる。その結果、変位部１１０は、固定 部１３０に対して変位を生じることになる。結局、図５に示す基板層１００は、 スリットＳ１〜Ｓ４を形成することにより、中央部分に設けられた変位部１１０ と、この変位部１１０の周囲に設けられた固定部１３０と、変位部１１０を固定 部１３０に対して変位可能な状態となるように接続する接続部１２０と、の３つ の部分に分けられることになる。

【００２６】 なお、ここに示す実施形態では、正方形状をした４つのスリットＳ１〜Ｓ４を 形成するようにしているが、これらのスリットは必ずしも正方形状にする必要は なく、また、必ずしも４つのスリットを形成する必要はない。一般的には、一部 分に開口部を有する環状形状をもった複数のスリットを、それぞれの開口部が基 板層１００の中心を向くように配置して形成するようにすればよい。そうすれば 、個々の環状スリットに囲まれた部分を羽根部とする送風機のファン状形状をな す構造体を変位部とすることができ、互いに隣接する一対のスリット間に形成さ れた部分を接続部とすることができ、複数のスリットの外側包絡線よりも外側に 位置する基板層１００の外周部分を固定部とすることができる。ただ、実用上は 、ここに示す実施形態のように、４つの正方形状のスリットＳ１〜Ｓ４を形成す るようにすれば、できるだけ面積の大きな変位部１１０を確保することができ、 また、４本の帯状をした接続部１２１〜１２４によって、この変位部１１０を四 方から支持することができるようになり、非常に効率的である。

【００２７】 次に、図７を用いて、中層部２００の構造を説明する。この図７は、中層部２ ００を単体として示した横断面図であり、図３の側断面図において、中層部２０ ０を図の切断線７−７に沿って切断した横断面図に相当する。ここに示す実施形 態の場合、中層部２００は、たとえば、層面が正方形状をした酸化シリコン層に 対してエッチング加工を施すことにより、形成することができる。図示のとおり 、中層部２００は、５枚の重錘体接合層２１０と、これらを囲う位置に配置され 、方環状形状をもった台座接合層２３０と、によって構成される。これら各接合 層は、いずれも同一の厚みを有している。重錘体接合層２１０は、４枚の羽根部 接合層２１１，２１２，２１３，２１４と、１枚の中央部接合層２１５と、によ って構成されている。

【００２８】 最後に、図８を用いて、下層部３００の構造を説明する。この図８は、下層部 ３００を単体として示した横断面図であり、図３の側断面図において、下層部３ ００を図の切断線８−８に沿って切断した横断面図に相当する。ここに示す実施 形態の場合、下層部３００は、後述するように、層面が正方形状をしたシリコン 層に対してエッチング加工を施すことにより、形成されることになる。図の溝部 Ｇ１およびＧ２は、このエッチング加工によりシリコンが除去された部分である 。図示のとおり、下層部３００は、送風機のファン状形状をなす重錘体３１０と 、これを囲う位置に配置され、方環状形状をもった台座３３０と、によって構成 される。重錘体３１０は、重錘体羽根部３１１，３１２，３１３，３１４および 重錘体中央部３１５によって構成されているが、これらは、図５に示す変位部１ １０における羽根部１１１，１１２，１１３，１１４および中央部１１５にそれ ぞれ対応するものであり、また、図７に示す羽根部接合層２１１，２１２，２１ ３，２１４および中央部接合層２１５にそれぞれ対応するものである。

【００２９】 以上、上層部１００、中層部２００、下層部３００の構造をそれぞれ別個に説 明したが、ここで述べる実施形態に係るトランスデューサ構造体は、図１の上面 図、図２および図３の側断面図、図４の下面図に示されているとおり、これら３ 層を接合することにより得られる構造体である。すなわち、上層部１００（基板 層）の構成要素である羽根部１１１〜１１４および中央部１１５の下面には、そ れぞれ中層部２００の構成要素である羽根部接合層２１１〜２１４および中央部 接合層２１５が接合され、更に、これらの下面には、それぞれ下層部３００の構 成要素である重錘体羽根部３１１〜３１４および重錘体中央部３１５が接合され る。別言すれば、重錘体接合層２１０は、ファン状形状の個々の羽根部の位置に おいて変位部１１０と重錘体３１０とを接合する個々の羽根部接合層２１１〜２ １４と、ファン状形状の中央部の位置において変位部１１０と重錘体３１０とを 接合する中央部接合層２１５と、によって構成されていることになる。また、上 層部１００（基板層）の周囲を構成する固定部１３０の下面には、中層部２００ の周囲を構成する台座接合層２３０が接合され、更にその下面には、下層部３０ ０の周囲を構成する台座３３０が接合される。

【００３０】 なお、実用上は、図９の側断面図（図１の上面図における切断線２−２の位置 で切断した断面を示す図：以下に後続する側断面図についても同様）に示すよう に、台座３３０の底面には、更に、制御基板４００（たとえば、ガラス基板）が 接合される。この制御基板４００は、後述するように、重錘体３１０の下方向へ の変位を制御するためのものである。

【００３１】 図１０の側断面図は、このトランスデューサ構造体を加速度センサ内に組み込 んだ例を示す。この例では、加速度センサの装置筐体４５０の底部に台座３３０ の底面を固着し、装置筐体４５０の上部に蓋板４６０を取り付けて密閉状態にし た例を示すものである。この場合は、加速度センサの装置筐体４５０の底部が制 御基板としての機能を果たすことになる。

【００３２】 ＜＜＜ §２．トランスデューサとしての動作 ＞＞＞ 続いて、これまで§１で述べたトランスデューサ構造体に加速度が作用した場 合の動作を説明する。図９あるいは図１０の側断面図に示されているように、こ のトランスデューサ構造体では、重錘体３１０が基板層１００の下面（変位部１ １０の下面）に取り付けられており、基板層１００の周囲を構成する固定部１３ ０は、台座３３０によって支持固定されている。そして、変位部１１０は固定部 １３０に対して、接続部１２０を介して変位可能な状態で支持されているので、 重錘体３１０は、台座３３０に囲われた空間内で宙吊りの状態になっていること になる。このため、台座３３０（制御基板４００）を、加速度の検出対象物に固 定すると、この検出対象物に作用した加速度は、その反作用として重錘体３１０ にも作用することになり、重錘体３１０を台座３３０に対して変位させる力が生 じることになる。このような力は、接続部１２０に撓みを生じさせ、変位部１１ ０が固定部１３０に対して相対的に変位する現象が生じることになる。

【００３３】 このように、ここで述べたトランスデューサ構造体は、作用した加速度を変位 部１１０の変位に変換する機能を有している。したがって、このトランスデュー サ構造体を利用して加速度センサを構成するには、変位部１１０の変位を何らか の検出手段によって検出できるようにすればよい。このような変位検出手段の具 体例については、§３で簡単に述べることにする。

【００３４】 既に述べたように、ここに示す実施形態に係るトランスデューサ構造体の基板 層１００はシリコン基板によって構成されている。しかも、図５に示すように、 基板層１００には、スリットＳ１〜Ｓ４が形成されており、加速度に起因した応 力により撓みが生じる接続部１２０は、非常にデリケートな構造を有しており、 過度の加速度が加わった場合には破損する可能性がある。このため、上述したト ランスデューサ構造体には、過度の加速度が加わった場合に、重錘体３１０の変 位を制御するための制御構造が設けられている。

【００３５】 たとえば、図９に示すトランスデューサ構造体の重錘体３１０に対して、図の 下方向を向いた過度の加速度が作用した場合を考えてみる。この場合、重錘体３ １０を図の下方向に変位させる力が働くことになるが、重錘体３１０の底面が制 御基板４００の上面に接触することにより、それ以上の変位は抑制されることに なる。すなわち、図９に示すトランスデューサ構造体では、台座３３０の底面に 対して重錘体３１０の底面が所定寸法ｄ３だけ上方に位置する構造になっており 、重錘体３１０が制御基板４００上に固定された場合に、重錘体３１０の底面と 制御基板４００の上面との間に所定間隔ｄ３が確保されるようになっている。し たがって、重錘体３１０は、図の下方向に対して、間隔ｄ３の範囲内では自由に 変位を生じることができる。しかしながら、作用した加速度の大きさが所定の許 容値を越えた場合は、図１１の側断面図に示されているように、重錘体３１０の 底面が制御基板４００の上面に接触して変位が制御されることになる。

【００３６】 このように、制御基板４００によって、重錘体３１０の下方向への変位が制御 され、過度の加速度が作用した場合にも、基板層１００に破損が生じることを防 ぐことができる。したがって、図９に示す所定間隔ｄ３は、重錘体３１０の下方 向への変位の自由度を与える寸法値ということになり、その値は、重錘体３１０ が下方向にどの程度変位した場合に、基板層１００に破損が生じる可能性がある か、という事情を考慮し、基板層１００に破損が生じることのないような安全圏 内になるように設定される。

【００３７】 重錘体３１０の図の横方向に関する変位は、台座３３０によって制御されるこ とになる。たとえば、図９に示す重錘体３１０を、図の左方向に強制的に変位さ せようとすると、図１２に示すように、やがて重錘体３１０の側面が台座３３０ の内側面に接触し、それ以上の変位が生じることはない。台座３３０は、重錘体 ３１０の四方を囲う構造体であるため、重錘体３１０の水平方向に関する変位は 、すべて台座３３０によって制御されることになる。したがって、図９に示す所 定間隔ｄ１は、重錘体３１０の水平方向への変位の自由度を与える寸法値という ことになり、その値は、重錘体３１０が水平方向にどの程度変位した場合に、基 板層１００に破損が生じる可能性があるか、という事情を考慮し、基板層１００ に破損が生じることのないような安全圏内になるように設定される。

【００３８】 更に、重錘体３１０の図の上方向に関する変位は、固定部１３０の内側部分下 面の制御面によって制御されることになる。たとえば、図９に示す重錘体３１０ を、図の上方向に強制的に変位させようとすると、図１３に示すように、やがて 重錘体３１０の上面周囲部が固定部１３０の内側部分下面（制御面）に接触し、 それ以上の変位が生じることはない。

【００３９】 このような変位制御は、図１３に示すように、重錘体３１０を垂直上方へ変位 させる力が作用した場合だけに限らず、図１４に示すように、重錘体３１０に対 して回転モーメント力が作用した場合にも有効である。すなわち、図１４に示す ように、重錘体３１０を傾斜させるような力が作用した場合であっても、重錘体 ３１０の上面周囲部のいずれかの箇所が、固定部１３０の内側部分下面の制御面 に接触することにより、それ以上の変位は制御されることになる。この図１４に 示す例では、重錘体３１０の図の右上に示す部分が、固定部１３０の下面に接触 した状態になっているが、更に強い回転モーメント力が加わると、重錘体３１０ の図の左下に示す部分が制御基板４００の上面に接触し、制御基板４００による 変位制御も併せて行われることになる。なお、実際の加速度センサの場合、重錘 体３１０に対して、図の上方向への加速度が加わると、図１３のような変位制御 が行われ、図の下方向への加速度が加わると、図１１のような変位制御が行われ る。ところが、図の横方向への加速度が加わった場合は、図１２のような変位制 御ではなく、図１４のような変位制御が行われることになる。これは、重錘体３ １０の上部のみが接続部１２０を介して支持されているため、横方向の加速度が 重錘体３１０に対しては回転モーメントとして作用するためである。

【００４０】 図５の上面図に示されているファン状形状をなす変位部１１０と、図８の横断 面図に示されているファン状形状をなす重錘体３１０とを比較すると、両者はい ずれも平面的にファン状形状をなす構造体である点で共通するが、前者の輪郭に 比べて後者の輪郭の方が若干広がっていることがわかるであろう。すなわち、図 ８に示す重錘体３１０の輪郭は、図５に示す変位部１１０の輪郭を外側へ拡張し た形状になっている。この特徴は、図２の側断面図によって、より明瞭に示され ている。図２において、上層部１００の構成要素として示されている羽根部１１ １の左端位置に対して、下層部３００の構成要素として示されている重錘体羽根 部３１１の左端位置は左にずれている。このような位置関係になっているため、 重錘体３１０の上面周囲部Ａ１２（図２における重錘体羽根部３１１の上面の左 端部分）は、固定部１３０の下面に形成された制御面Ａ１１に対向する直下位置 に配置されることになる。同様に、上層部１００の構成要素として示されている 羽根部１１２の右端位置に対して、下層部３００の構成要素として示されている 重錘体羽根部３１２の右端位置は右にずれている。このような位置関係になって いるため、重錘体３１０の上面周囲部Ａ２２（図２における重錘体羽根部３１２ の上面の右端部分）は、固定部１３０の下面に形成された制御面Ａ２１に対向す る直下位置に配置されることになる。

【００４１】 これは、重錘体３１０が図の上方に変位しようとしても、上面周囲部Ａ１２や Ａ２２が制御面Ａ１１，Ａ２１に接触することにより、それ以上の変位が生じな いように制御されることを意味し、本考案に係るトランスデューサ構造体の本質 的な特徴である。図２の側断面図では、左右両端部分の制御面Ａ１１，Ａ２１し か示されていないが、実際には、図１５の上面図にハッチングを施して示す制御 領域Ａ１０，Ａ２０，Ａ３０，Ａ４０において、このような制御が行われること になる。すなわち、図１５において、固定部１３０の下面側における制御領域Ａ １０，Ａ２０，Ａ３０，Ａ４０に相当する部分を、それぞれ制御面Ａ１１，Ａ２ １，Ａ３１，Ａ４１と呼び、重錘体３１０の上面側における制御領域Ａ１０，Ａ ２０，Ａ３０，Ａ４０に相当する部分を、それぞれ上面周囲部Ａ１２，Ａ２２， Ａ３２，Ａ４２と呼ぶことにすると、制御面Ａ１１，Ａ２１，Ａ３１，Ａ４１は 、固定部１３０の内側部分下面に形成された面であり（別言すれば、基板層１０ ０の下面の個々のスリットＳ１〜Ｓ４の外側直近領域に形成された面であり）、 上面周囲部Ａ１２，Ａ２２，Ａ３２，Ａ４２は、重錘体３１０の上面の周囲部分 に形成された面である。しかも、上面周囲部Ａ１２，Ａ２２，Ａ３２，Ａ４２は 、それぞれ制御面Ａ１１，Ａ２１，Ａ３１，Ａ４１に対向する位置に配置されて いるため、上述したように、上面周囲部Ａ１２，Ａ２２，Ａ３２，Ａ４２に対す る上方向への変位が制御されることになる。

【００４２】 このように、ここに述べる実施形態では、ファン状形状をもった重錘体３１０ の上面の輪郭を、同じくファン状形状をもった変位部１１０の輪郭を外側へ拡張 した形状となるように構成したことにより、重錘体３１０の上面周囲部の随所に おいて、制御面による変位制御が可能になる。

【００４３】 もちろん、前掲公報に開示された従来のトランスデューサ構造体においても、 重錘体の上方向、横方向、下方向の変位を制御することができる制御構造が設け られている。しかしながら、既に述べたとおり、従来は、重錘体の形状や配置に 適合した正確な制御構造をもったトランスデューサ構造体を量産する際に、製造 プロセス上の技術的な負担が大きくなるという問題が生じていた。本考案に係る 構造を有する加速度センサでは、このような製造プロセス上の技術的な負担が大 幅に緩和される。以下、その理由を述べる。

【００４４】 図２の側断面図に示すトランスデューサ構造体において、重錘体３１０の上方 向への変位が、制御面Ａ１１，Ａ２１と上面周囲部Ａ１２，Ａ２２との接触によ って制御されることは既に述べたとおりである。ここで重要な点は、制御面Ａ１ １，Ａ２１と上面周囲部Ａ１２，Ａ２２との間隔が、中層部２００の厚み（重錘 体接合層２１０および台座接合層２３０の厚み）によって正確に設定されている という点である。別言すれば、重錘体３１０の上方向への変位の自由度は、中層 部２００の厚みによって設定されることになる。ここで、中層部２００は、上層 部（基板層）１００や下層部３００とは異なる材料から構成された層であり、い わば基板層１００と重錘体３１０との間に介挿されるスペーサとしての機能を果 たす層である。このように、スペーサとして機能する中層部２００を介挿した３ 層構造を採ることにより、重錘体３１０の上方向への変位の自由度を常に一定の 値（中層部２００の厚み）に設定することができるようになる。したがって、比 較的単純な製造プロセスにより量産した場合でも、個々のロットごとに、重錘体 の変位自由度が極端に変動することはない。

【００４５】 なお、重錘体３１０が所定の自由度の範囲内で上方向に変位することが可能に なるようにするために、重錘体接合層２１０は、重錘体３１０と基板層１００と の間の空間における上面周囲部以外の領域（図１５にハッチングを施して示した 制御領域Ａ１０，Ａ２０，Ａ３０，Ａ４０以外の領域）に介挿する必要がある。 図１５に示す例では、図に一点鎖線で示す位置に、重錘体接合層２１０（羽根部 接合層２１１〜２１４と中央部接合層２１５：図７参照）が介挿されている。こ の重錘体接合層２１０の厚みは、作用した加速度の大きさが所定の許容値を越え たときにも、重錘体３１０の上方向の変位が所定範囲内に制御され、基板層１０ ０の破損を防ぐことができるような適当な値に設定されることになる。

【００４６】 このように、本考案の本質は、基板層１００と重錘体３１０との間にスペーサ としての機能を果たす重錘体接合層２１０を介挿した構造を採ることにより、上 方向への制御構造を正確な位置に形成できるようにした点にある。

【００４７】 ＜＜＜ §３．変位検出手段の具体例 ＞＞＞ 本考案は、トランスデューサ構造体の独特の構成に関するものであるが、この ような構成をもったトランスデューサ構造体は、実用上は、加速度センサの構成 要素として利用されることになる。そして、本考案に係るトランスデューサ構造 体を用いて加速度センサを構成するには、変位部１１０の変位を検出する変位検 出手段を付加する必要がある。ここでは、参考のために、本考案に係るトランス デューサ構造体へ適用するのに好ましい具体的な変位検出手段の例を２つ示して おく。

【００４８】 第１の例は、接続部に配置されたピエゾ抵抗素子と、このピエゾ抵抗素子の電 気抵抗の変化を検出する検出回路と、によって変位検出手段を構成した例である 。たとえば、図１６の上面図に示されているように、合計１２個のピエゾ抵抗素 子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４を、接続部１２１，１２２ ，１２３，１２４上に形成する。ここで、基板層１００をＮ型のシリコン層とし ておき、ここにＰ型の不純物を拡散すれば、各ピエゾ抵抗素子を形成することが できる（Ｎ型とＰ型を逆にしてもよい）。ピエゾ抵抗素子は、応力が加えられる と電気抵抗値が変化する性質を有している。変位部１１０が変位した場合、接続 部１２１，１２２，１２３，１２４には、応力による撓みが生じていることにな る。そこで、各ピエゾ抵抗素子の電気抵抗値を検出すれば、各接続部１２１，１ ２２，１２３，１２４に加えられた応力を認識することができ、変位部１１０の 変位状態を知ることができ、重錘体に加えられた加速度の向きや大きさを求める ことができる。

【００４９】 実用上は、図示の実施形態のように、変位部１１０の左右両側にそれぞれ接続 部１２１，１２４を形成し、左側の接続部１２１には、２個のピエゾ抵抗素子Ｒ ｘ１，Ｒｘ２を配置し、右側の接続部１２４には、２個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ３ ，Ｒｘ４を配置し、合計４個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４がほぼ一直線上に 沿って配置されるようにすれば、この４個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４を用 いたブリッジ回路により、この４個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の配列方向 に関する加速度成分もしくは基板層１００に対して垂直な方向に関する加速度成 分を検出することが可能である。たとえば、基板層１００の中心位置に原点Ｏを とり、図示のとおり、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸、図の紙面垂直上方 にＺ軸を定義したとすると、Ｘ軸に沿って配置された４個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ １〜Ｒｘ４を用いたブリッジ回路により、重錘体に作用した加速度のＸ軸方向成 分の検出が可能であり、Ｙ軸に沿って配置された４個のピエゾ抵抗素子Ｒｙ１〜 Ｒｙ４を用いたブリッジ回路により、重錘体に作用した加速度のＹ軸方向成分の 検出が可能であり、Ｘ軸に沿って配置された４個のピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ ４を用いたブリッジ回路により、重錘体に作用した加速度のＺ軸方向成分の検出 が可能である。

【００５０】 図１７は、このようなブリッジを用いた検出を行うための検出回路を示す回路 図である。電源６１，６２，６３から各ブリッジに所定の電圧を印加し、電圧計 ６４，６５，６６によって各部のブリッジ電圧を検出すれば、これら電圧計６４ ，６５，６６の検出電圧は、それぞれ加速度のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸成分を示すもの になる。なお、本願考案者が行った実験によると、図１６に示すピエゾ抵抗素子 の配置の代わりに、図１８に示す配置（抵抗素子Ｒｘ３，Ｒｘ４の位置と抵抗素 子Ｒｚ３，Ｒｚ４の位置とが入れ替わっている）を採った場合の方が精度の高い 検出値を得ることができた。

【００５１】 続いて第２の例を示す。この第２の例は、基板層の上方に所定間隔をおいて配 置された補助基板と、変位部の上面に形成された変位電極と、補助基板の下面に 形成された固定電極と、変位電極と固定電極とによって形成される容量素子の静 電容量の変化を検出する検出回路と、によって変位検出手段を構成した例である 。

【００５２】 たとえば、図１９の側断面図に示されている例は、図９に示すトランスデュー サ構造体における基板層１００の上方に、補助基板５００を取り付けたものであ る。この補助基板５００の下面は、基板層１００の上面に対して所定間隔をおい て配置されている。しかも、図２０の下面図に示すように、この補助基板５００ の下面には、５枚の固定電極５０１，５０２，５０３，５０４，５０５が形成さ れている。図１９の側断面図に示されている補助基板５００の断面は、図２０に 示す補助基板５００を切断線１９−１９の位置で切断した断面である。一方、変 位部１１０の上面には、この５枚の固定電極５０１〜５０５に対向する変位電極 が設けられており、各固定電極５０１〜５０５と、これに対向する変位電極とに よって、合計５組の容量素子Ｃ１〜Ｃ５が形成されている。もっとも、実用上は 、変位部１１０の上面の少なくとも各固定電極５０１〜５０５に対向する領域を 導電性を有する領域にしておけば、この変位部１１０自身を変位電極として利用 することができる。ここに示す実施形態の場合、基板層１００全体を導電性材料 （高濃度の不純物を拡散したシリコン層）によって構成し、全体が１枚の共通電 極として機能するようにしてある。

【００５３】 このような構成にすれば、５組の容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量の変化により 、変位部１１０の変位状態を認識することができ、重錘体に加えられた加速度の 向きや大きさを求めることができる。すなわち、変位部１１０を構成する各羽根 部１１１〜１１４や中央部１１５と補助基板５００との間の距離を、容量素子Ｃ １〜Ｃ５の静電容量値によって認識することができるので、これら静電容量値に 基く演算によって、重錘体に作用した加速度の各方向成分ごとの大きさを求める ことができる。

【００５４】 図２１は、このような原理により、加速度の各方向成分を求める検出回路の一 例を示す回路図である。この回路における容量素子Ｃ１〜Ｃ５は、導電性を有す る変位部１１０を一方の共通接地電極とし、５枚の固定電極５０１〜５０５を他 方の電極とする容量素子であり、その静電容量値は、Ｃ／Ｖ変換器７１〜７５に よって電圧値Ｖ１〜Ｖ５に変換される。更に、減算器７６および７７によって、 差分Ｖ１−Ｖ２および差分Ｖ３−Ｖ４が求められる。こうして出力端子Ｔｘに得 られる差分Ｖ１−Ｖ２は、図２０に示すＸ軸方向の加速度成分を示す値となり、 出力端子Ｔｙに得られる差分Ｖ３−Ｖ４は、図２０に示すＹ軸方向の加速度成分 を示す値となり、出力端子Ｔｚに得られる電圧Ｖ５は、図２０の紙面垂直上方を 向いたＺ軸方向の加速度成分を示す値となる。

【００５５】 ＜＜＜ §４．いくつかの変形例 ＞＞＞ 最後に、本考案に係るトランスデューサ構造体の変形例を述べておく。上述し た実施形態では、図１５にハッチングを施して示す制御領域Ａ１０，Ａ２０，Ａ ３０，Ａ４０において、固定部１３０側の制御面Ａ１１，Ａ２１，Ａ３１，Ａ４ １と、重錘体３１０側の上面周囲部Ａ１２，Ａ２２，Ａ３２，Ａ４２とが対向し た構造となり、変位制御が行われる。しかしながら、非常に小型のトランスデュ ーサ構造体の場合、制御領域Ａ１０，Ａ２０，Ａ３０，Ａ４０の幅は極めて小さ いため、スリットＳ１〜Ｓ４の位置と重錘体３１０の位置との間に寸法誤差が生 じると、これらの制御領域が正しく形成されない可能性がある。たとえば、図１ ５において、スリットＳ１〜Ｓ４の位置が全体的に斜め左上方向にずれた場合、 図示されている制御領域Ａ１０はスリットＳ１の移動により面積が減少し、逆に 、図示されている制御領域Ａ４０はスリットＳ４の移動により面積が増加する。 したがって、ずれ量がある程度以上になると、制御領域Ａ１０は完全に消滅し、 図の左上部分における変位制御機能は失われてしまう。

【００５６】 特に、エッチングを利用したプロセスによって各部の構造を形成するような場 合、エッチングの位置精度が十分に確保されていないと、上述のようなずれが生 じるおそれがある。加速度センサを量産する場合、エッチングの処理不良等によ り、変位制御機能が不完全になったロットは、不良品として排除する必要がある 。しかしながら、図１５に示すトランスデューサ構造体の場合、変位制御機能が 正常か否かを外観から確認することが困難である。すなわち、図１５の上面図を 見る限り、重錘体３１０は、その一部がスリットＳ１〜Ｓ４を通して露出してい るだけであり、図示されている制御領域Ａ１０，Ａ２０，Ａ３０，Ａ４０の存在 は、固定部１３０の陰に隠れて目視確認することはできない。

【００５７】 ここで述べる第１の変形例は、このような課題を解決するための実施形態であ る。この変形例では、図６の横断面図に示されている上層部１００の代わりに、 図２２の横断面図に示されている上層部１００Ａを用いるようにする。この上層 部１００Ａの特徴は、スリットＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の周囲に、それぞれ爪状 スリットＳ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜Ｓ３４，Ｓ４１〜Ｓ４４を 形成するようにした点にある。これら爪状スリットは、重錘体３１０の輪郭位置 を目視確認するための確認用窓として機能する。図２３は、この上層部１００Ａ を用いたトランスデューサ構造体の上面図である。図１５と同様に、ハッチング を施した制御領域Ａ１０，Ａ２０，Ａ３０，Ａ４０は、変位制御機能を果たすた めの領域である。ただ、図１５に示す構造体に比べて、図２３に示す構造体では 、爪状スリットが形成されているため、重錘体３１０の輪郭位置を目視確認する ことができる。たとえば、図示の爪状スリットＳ１１，Ｓ１２の内部を見れば、 重錘体羽根部３１１の左側の輪郭部分の位置を確認することが可能である。

【００５８】 図２４は、図２３における爪状スリットＳ１１周辺の拡大上面図である。図示 のとおり、上方から爪状スリットＳ１１の内部を覗くと、右側には重錘体羽根部 ３１１が位置し、左側には溝部Ｇ１が位置していることが確認できる。ここで、 両者の境界線は、重錘体羽根部３１１の左側の輪郭位置を示している。したがっ て、上層部１００Ａに分散配置されている各爪状スリットの中を覗けば、重錘体 ３１０の全体的な輪郭位置を認識することができ、制御領域Ａ１０，Ａ２０，Ａ ３０，Ａ４０が正しく形成されているか否かを判断することができる。もちろん 、非常に小型のトランスデューサ構造体の場合であれば、顕微鏡などの光学的手 段を用いて拡大することにより、同様の判断が可能である。図２３に示すように 、爪状スリットを設けることにより、制御領域の面積は若干減少することになる が、変位制御機能には何ら支障は生じない。このように、本考案における重錘体 の「上面周囲部」や、固定部の内側部分下面に形成された「制御面」は、重錘体 の周囲を完全に取り囲むように配置する必要はなく、重錘体の変位を効率的に制 御することができる箇所ごとに分散して配置してかまわない。

【００５９】 続いて述べる第２の変形例は、制御領域の面積を更に減少させた実施形態であ る。この実施形態では、図６に示す上層部１００の代わりに、図２５に示す上層 部１００Ｂを用い、図７に示す中層部２００の代わりに、図２６に示す中層部２ ００Ｂを用い、図８に示す下層部３００の代わりに、図２７に示す下層部３００ Ｂを用いる（いずれも層面に平行な切断面で切った横断面図である）。

【００６０】 まず、図２５に示す上層部１００Ｂを見ると、４つのスリットＳＳ１〜ＳＳ４ が形成されていることがわかる。ただし、これらのスリットは正方形状のもので はなく、８角形に近い形状となっている。いずれも完全な環状の８角形ではなく 、上層部１００Ｂの中央に近い部分に開口部を有している。別言すれば、このス リットＳＳ１〜ＳＳ４は、いわば、図６に示す上層部１００上に形成された正方 形状のスリットＳ１〜Ｓ４の３つの角を削ったような形状ということになる。実 は、この削られた角の部分が、制御面として機能することになる。一方、図２６ に示す中層部２００Ｂは、中央部分の５か所に配置された重錘体接合層２１０Ｂ （羽根部接合層２１１Ｂ〜２１４Ｂおよび中央部接合層２１５Ｂ）と、その周囲 を囲う台座接合層２３０Ｂと、によって構成されている。羽根部接合層２１１Ｂ 〜２１４Ｂの形状は、スリットＳＳ１〜ＳＳ４の形状に合わせて、角が削られた ものになっている。また、図２７に示す下層部３００Ｂは、ファン状形状をした 重錘体３１０Ｂ（重錘体羽根部３１１Ｂ〜３１４Ｂおよび重錘体中央部３１５Ｂ ）と、その周囲を囲う台座３３０Ｂと、によって構成され、両者は溝部ＧＧ１， ＧＧ２によって分離されている。

【００６１】 ここで、重錘体接合層２１０Ｂと重錘体３１０Ｂとの平面形状を比較すると、 図２７に示す重錘体羽根部３１１Ｂ〜３１４Ｂは正方形状をしているのに対し、 図２６に示す羽根部接合層２１１Ｂ〜２１４Ｂは、正方形の３つの角が削られた 形状をしている。実は、重錘体羽根部３１１Ｂ〜３１４Ｂを構成する正方形のそ れぞれ３つの角の部分は、上面周囲部として機能することになるが、羽根部接合 層２１１Ｂ〜２１４Ｂは、この上面周囲部の領域を避けるような形状となってい るため、上面周囲部と制御面との間には所定間隔ｄ２（中層部２００Ｂの厚み） が確保されることになり、重錘体３１０Ｂは間隔ｄ２の自由度の範囲内で上方向 に変位が可能になる。

【００６２】 図２８は、上層部１００Ｂ，中層部２００Ｂ，下層部３００Ｂを積層してなる トランスデューサ構造体の上面図である（下層部３００Ｂを破線で示し、中層部 ２００Ｂは図示を省略してある）。ただし、図の下半分は、上層部１００Ｂおよ び中層部２００Ｂを除去した状態（すなわち、下層部３００Ｂの上面状態）が示 されている。この図により、上層部１００Ｂ上に形成された各スリットＳＳ１〜 ＳＳ４と、重錘体３１０Ｂとの平面的な位置関係が明瞭に認識できる。図にハッ チングを施した領域が制御領域であり、上層部１００Ｂの下面における制御領域 が「制御面」となり、重錘体３１０Ｂの上面における制御領域が「上面周囲部」 となる。たとえば、スリットＳＳ１とその下に位置する重錘体羽根部３１１Ｂと の位置関係を見れば、正方形状の重錘体羽根部３１１Ｂは、図示のとおり、３か 所の制御領域ＡＡ１，ＡＡ２，ＡＡ３において変位が制御されることがわかる。 ４つの重錘体羽根部３１１Ｂ〜３１４Ｂは、いずれも３か所において変位が制御 されることになる。このように、本考案における「制御面に対向する上面周囲部 」は、必ずしも重錘体３１０の上面の周囲全域に設ける必要はなく、図２８にハ ッチングを施した領域のように、その一部分に設ければ十分である。接続部１２ ０Ｂが比較的固い場合には、制御領域の数を更に減少させることも可能である。 たとえば、図２８に示す例では、スリットＳＳ１の周辺に３つの制御領域ＡＡ１ ，ＡＡ２，ＡＡ３が設けられているが、これを１つの制御領域ＡＡ２のみに減ら すようなことも可能である。

【００６３】 図２９は、図２８に示すトランスデューサ構造体を、図の切断線２９−２９の 位置で切断した状態を示す側断面図である。図示のとおり、上層部１００Ｂ側の スリットＳＳ１，ＳＳ２の直下に、下層部３００Ｂ側の溝部ＧＧ１が形成されて おり、この側断面図を見る限り、重錘体３１０Ｂの変位が固定部１３０Ｂの下面 によって制御されるような構造は示されていない。しかしながら、図２８に示す 構造体を、正方形の対角線に相当する斜め４５°の位置の切断線に沿って切断し た側断面を思い浮かべれば、制御領域ＡＡ２に相当する部分において、重錘体３ １０Ｂの上面周囲部の変位が、固定部１３０Ｂの下面の制御面によって制御され る構造が理解できよう。

【００６４】

【考案の効果】

以上のとおり、本考案に係るトランスデューサ構造体によれば、重錘体の変位 を制限するための精密な制御構造を容易に構成することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施形態に係るトランスデューサ構
造体の上面図である。

【図２】図１に示すトランスデューサ構造体を、切断線
２−２の位置で切断した側断面図である。

【図３】図１に示すトランスデューサ構造体を、切断線
３−３の位置で切断した側断面図である。

【図４】図１に示すトランスデューサ構造体の下面図で
ある。

【図５】図２または図３の側断面図に示されている上層
部１００単体の上面図である。

【図６】図３の側断面図において、上層部１００を図の
切断線６−６に沿って切断することにより得られる上層
部１００単体の横断面図である。

【図７】図３の側断面図において、中層部２００を図の
切断線７−７に沿って切断することにより得られる中層
部２００単体の横断面図である。

【図８】図３の側断面図において、下層部３００を図の
切断線８−８に沿って切断することにより得られる下層
部３００単体の横断面図である。

【図９】図２の側断面図に示されているトランスデュー
サ構造体の下面に、制御基板４００を取り付けた状態を
示す側断面図である。

【図１０】図２の側断面図に示されているトランスデュ
ーサ構造体を、装置筐体４５０内に収容した状態を示す
側断面図である。

【図１１】図９に示すトランスデューサ構造体におい
て、重錘体３１０を下方向に変位させる力が加えられた
ときに、変位制御が行われる状態を示す側断面図であ
る。

【図１２】図９に示すトランスデューサ構造体におい
て、重錘体３１０を左方向に変位させる力が加えられた
ときに、変位制御が行われる状態を示す側断面図であ
る。

【図１３】図９に示すトランスデューサ構造体におい
て、重錘体３１０を上方向に変位させる力が加えられた
ときに、変位制御が行われる状態を示す側断面図であ
る。

【図１４】図９に示すトランスデューサ構造体におい
て、重錘体３１０を回転させる力が加えられたときに、
変位制御が行われる状態を示す側断面図である。

【図１５】図１に示すトランスデューサ構造体におい
て、固定部１３０側に設けられた制御面と、重錘体３１
０の上面周囲部との位置関係を示す上面図である。

【図１６】図９に示すトランスデューサ構造体に、ピエ
ゾ抵抗素子を用いた変位検出手段を適用した一例を示す
上面図である。

【図１７】図１６に示すピエゾ抵抗素子を用いた加速度
の検出回路の一例を示す回路図である。

【図１８】図９に示すトランスデューサ構造体に、ピエ
ゾ抵抗素子を用いた変位検出手段を適用した別な一例を
示す上面図である。

【図１９】図９に示すトランスデューサ構造体に、容量
素子を用いた変位検出手段を適用した一例を示す側断面
図である。

【図２０】図１９に示す補助基板５００の下面図であ
る。

【図２１】図１９に示す容量素子を用いた加速度の検出
回路の一例を示す回路図である。

【図２２】本考案の第１の変形例に用いる上層部１００
Ａの横断面図である。

【図２３】図２２に示す上層部１００Ａを用いたトラン
スデューサ構造体の上面図である。

【図２４】図２３に示す爪状スリットＳ１１周辺の拡大
上面図である。

【図２５】本考案の第２の変形例に用いる上層部１００
Ｂの横断面図である。

【図２６】本考案の第２の変形例に用いる中層部２００
Ｂの横断面図である。

【図２７】本考案の第２の変形例に用いる下層部３００
Ｂの横断面図である。

【図２８】本考案の第２の変形例に係るトランスデュー
サ構造体の上面図（下層部３００Ｂの位置を破線で示
し、中層部２００Ｂの図示は省略）である。ただし、図
の下半分には、上層部１００Ｂおよび中層部２００Ｂを
除去した状態（すなわち、下層部３００Ｂの上面状態）
が示されている。

【図２９】図２８に示すトランスデューサ構造体を、図
の切断線２９−２９の位置で切断した状態を示す側断面
図である。

【符号の説明】

６１〜６３…電源 ６４〜６６…電圧計 ７１〜７５…Ｃ／Ｖ変換器 ７６，７７…減算器 １００，１００Ａ，１００Ｂ…上層部（シリコンからな
る基板層） １１０，１１０Ｂ…変位部 １１１〜１１４…羽根部 １１５…中央部 １２０，１２０Ｂ…接続部 １２１〜１２４…接続部 １３０，１３０Ｂ…固定部 ２００，２００Ｂ…中層部（酸化シリコンからなる接合
層） ２１０，２１０Ｂ…重錘体接合層 ２１１〜２１４，２１１Ｂ〜２１４Ｂ…羽根部接合層 ２１５，２１５Ｂ…中央部接合層 ２３０，２３０Ｂ…台座接合層 ３００，３００Ｂ…下層部（シリコンからなる重錘体お
よび台座の層） ３１０，３１０Ｂ…重錘体 ３１１〜３１４，３１１Ｂ〜３１４Ｂ…重錘体羽根部 ３１５，３１５Ｂ…重錘体中央部 ３３０，３３０Ｂ…台座 ４００…制御基板（ガラス基板） ４５０…装置筐体 ４６０…蓋板 ５００…補助基板 ５０１〜５０５…固定電極 Ａ１０，Ａ２０，Ａ３０，Ａ４０…制御領域 Ａ１１，Ａ２１，Ａ３１，Ａ４１…制御面 Ａ１２，Ａ２２，Ａ３２，Ａ４２…重錘体の上面周囲部 ＡＡ１，ＡＡ２，ＡＡ３…制御領域 Ｃ１〜Ｃ５…容量素子 ｄ１〜ｄ３…間隔寸法 Ｇ１，Ｇ２，ＧＧ１，ＧＧ２…溝部 Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４…ピ
エゾ抵抗素子 Ｓ１〜Ｓ４，ＳＳ１〜ＳＳ４…ほぼ環状のスリット Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜Ｓ３４，Ｓ
４１〜Ｓ４４…爪状スリット Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ…出力端子 Ｖ…空隙部 Ｖ１〜Ｖ５…電圧

Claims (8)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央部分に設けられた変位部と、この変
   位部の周囲に設けられた固定部と、前記変位部を前記固
   定部に対して変位可能な状態となるように接続する接続
   部と、を有する基板層と、 前記基板層の下方に配置され、前記固定部の内側部分下
   面に形成された制御面に対向する上面周囲部を有する重
   錘体と、 前記重錘体の周囲を取り囲むように配置され、前記固定
   部を下方から支持固定する台座と、 前記重錘体と前記基板層との間の空間における前記上面
   周囲部以外の領域に介挿され、前記重錘体および前記基
   板層とは異なる材料から構成され、前記重錘体を前記変
   位部の下面に接合する重錘体接合層と、 前記台座と前記固定部との間の空間における前記制御面
   以外の領域に介挿され、前記重錘体接合層と同一材料か
   ら構成され、前記重錘体接合層と同一の厚みを有し、前
   記台座を前記固定部の下面に接合する台座接合層と、 を備え、前記重錘体に加速度が作用したときに、前記接
   続部に生じる撓みにより前記変位部が前記固定部に対し
   て変位するように構成され、作用した加速度の所定方向
   成分の大きさが所定の許容値を越えたときに、前記上面
   周囲部が前記制御面に接触して変位が制御されるよう
   に、前記重錘体接合層の厚みが設定されていることを特
   徴とする加速度センサ用トランスデューサ構造体。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のトランスデューサ構造
   体において、 基板層にスリットが形成され、このスリットにより、前
   記基板層の各部が変位部、固定部、接続部として機能す
   るように構成されていることを特徴とする加速度センサ
   用トランスデューサ構造体。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のトランスデューサ構造
   体において、 一部分に開口部を有する環状形状をもった複数のスリッ
   トが、それぞれの開口部が基板層の中心を向くような向
   きで形成されており、 個々の環状スリットに囲まれた部分を羽根部とする送風
   機のファン状形状をなす構造体により変位部が構成さ
   れ、互いに隣接する一対のスリット間に形成された部分
   により接続部が構成され、前記複数のスリットの外側包
   絡線よりも外側に位置する基板層の外周部分により固定
   部が構成されていることを特徴とする加速度センサ用ト
   ランスデューサ構造体。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のトランスデューサ構造
   体において、 ほぼ正方形の輪郭に沿った形状をもち、前記正方形の１
   頂点に相当する部分に開口部を有する４組の同形スリッ
   トが、ほぼ正方形をした基板層上にシンメトリックに配
   置された状態で構成されていることを特徴とする加速度
   センサ用トランスデューサ構造体。
5. 【請求項５】 請求項３または４に記載のトランスデュ
   ーサ構造体において、 基板層下面の複数のスリットの外側包絡線の外側直近領
   域に形成された制御面により、重錘体の上面周囲部の変
   位を制御することができるように、重錘体の上面の輪郭
   が、変位部を構成する構造体の輪郭を外側へ拡張した形
   状となるように構成されていることを特徴とする加速度
   センサ用トランスデューサ構造体。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のトランスデューサ構造
   体において、 重錘体接合層が、ファン状形状の中央部の位置において
   変位部と重錘体とを接合する中央部接合層と、ファン状
   形状の個々の羽根部の位置において変位部と重錘体とを
   接合する個々の羽根部接合層と、によって構成されてい
   ることを特徴とする加速度センサ。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載のトラン
   スデューサ構造体において、 作用した加速度の所定方向成分の大きさが所定の許容値
   を越えたときに、重錘体の側面が台座の内側面に接触し
   て変位が制御されるように、重錘体の側面と台座の内側
   面との間隔が設定されていることを特徴とする加速度セ
   ンサ用トランスデューサ構造体。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載のトラン
   スデューサ構造体において、 台座の底面に対して重錘体の底面が所定寸法だけ上方に
   位置し、前記台座が制御基板上に固定された場合に、前
   記重錘体の底面と前記制御基板の上面との間に所定間隔
   が確保されるように、前記重錘体の厚みが設定されてお
   り、 作用した加速度の所定方向成分の大きさが所定の許容値
   を越えたときに、前記重錘体の底面が前記制御基板の上
   面に接触して変位が制御されるように、前記所定間隔が
   設定されていることを特徴とする加速度センサ用トラン
   スデューサ構造体。