JP5223003B2 - 物理量センサ - Google Patents

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Description

本発明は、シリコン基板から切り出すなどして形成された可動部の変位量を検知し、これにより、外部から作用する加速度などの物理量の測定を可能とした物理量センサに関する。
例えば、物理量センサは、シリコン基板をエッチング処理して、高さ方向に変位可能に支持された可動部を備える。かかる場合、例えば、下記の特許文献１のように、高さ方向に変位する可動部は、可動部の周囲に位置する枠体に変形可能なビーム部を介して揺動自在に支持された構造である。しかしながら、可動部に強い物理量が作用したり、あるいは物理量が長時間、作用すると、ビーム部への負担が大きく、ビーム部が損傷等し、また物理量の作用が無くなっても元の静止状態に復元できなくなる等してセンサ感度が低下しやすく、またセンサ寿命を効果的に延ばすことが出来なかった。特許文献１では、錘ストッパを設けている。しかしながら特許文献１の構造では、錘の表面に高さ方向に段差を形成し、錘の凹部の位置に前記錘ストッパを高さ方向に対向させる複雑な構造で、この構造をＭＥＭＳ技術により形成することは非常に難しい。
また上記従来の構造では、可動部の動きが不安定でばたつき、またビーム部の高さ方向への変形が阻害され、可動部を安定して高さ方向に平行移動させにくく高精度なセンサ感度を得ることが出来なかった。
また、高さ方向に変位した可動部が可動部と対向する面に面接触して吸着され、センサとして機能しなくなる不具合を解消するために可動部側、あるいは可動部と対向する対向面側に突起などを設けて、可動部の吸着を抑制するスティッキング防止構造が採用されている。
しかしながら可動部や可動部と対向する対向面側に突起等のスティッキング防止構造を高精度に形成することは難しかった。
また特許文献１や特許文献２に記載された構成では、依然としてストッパと錘とが面で接触しやすく、スティッキングが生じやすくなっている。また特許文献３には、従来からよく採用されているストッパ突起を設けた形態が開示されている。
特開２００５−２８３３９３号公報 特開２００８−１９７１１３号公報 特開平９−１２７１５１号公報
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、センサ感度に優れ、且つ耐スティッキング性に優れた物理量センサを提供することを目的としている。
本発明における物理量センサは、固定支持されるアンカ部と、高さ方向に変位する可動部と、前記アンカ部と前記可動部とに回動自在に連結された支持部と、前記可動部の変位を検知するための検知部とを有しており、
前記支持部には、前記支持部が回動して前記可動部が高さ方向に変位したときに前記可動部の変位方向に対し逆方向に変位して前記可動部の変位を抑制するための脚部が設けられていることを特徴とするものである。
本発明によれば、アンカ部と可動部とに回動自在に連結された支持部を備える支持構造とし、さらに支持部に可動部の変位を抑制する脚部を設けたことで、簡単な構造にて、可動部を高さ方向に平行移動できるとともに、可動部に強い物理量が作用等しても可動部や連結部等への負担や損傷を軽減でき、センサ感度を向上させることができる。また、本発明では、従来のように可動部や可動部と対向する対向面側に突起等を設けずとも簡単な構造にて耐スティッキング性を向上させることができる。また、本発明の物理量センサは、きわめて小型で薄型に構成できる。
本発明では、前記脚部が前記可動部の変位方向に対し逆方向に変位したときに前記脚部が接近する対向部には、前記脚部と対向する位置にストッパ面が設けられていることが好ましい。これにより簡単な構造で、前記可動部の変位を抑制することが出来る。
また本発明では、前記支持部には、前記アンカ部と前記可動部間を連結する第１連結腕と、前記アンカ部から前記第１連結腕とは逆方向に延びる前記脚部とが形成されており、前記支持部が回動したときに前記アンカ部と前記第１連結腕間の支点連結部を中心として前記第１連結腕と前記脚部とが逆方向に変位することが好ましい。これにより、簡単な機構で、可動部を高さ方向に変位させるとともに、可動部の変位方向に対し逆方向に脚部を変位させることが出来る。
また本発明における物理量センサは、固定支持されるアンカ部と、高さ方向に変位する可動部と、前記アンカ部と前記可動部とに回動自在に連結された支持部と、前記可動部の変位を検知するための検知部とを有しており、
前記支持部は、前記アンカ部と前記可動部間を連結する第１連結腕と、前記アンカ部から前記第１連結腕とは逆方向に延び、前記支持部が回動して前記可動部が高さ方向に変位したときに前記可動部の変位方向に対し逆方向に変位する脚部とを有して構成されており、
前記脚部が前記可動部の変位方向に対し逆方向に変位したときに、前記脚部が接近する対向部には、前記脚部と対向する位置にストッパ面が設けられていることを特徴とするものである。
本発明の構成によれば、きわめて小型且つ薄型の構成にて、センサ感度及び耐スティッキング性に優れた物理量センサにできる。
また本発明では、前記脚部を備える前記支持部は複数設けられ、一方の前記支持部に設けられた前記第１連結腕と、他方の前記支持部に設けられた前記第１連結腕とは、前記アンカ部を介して逆方向に延びており、一方の前記第１支持部に設けられた前記脚部と他方の前記第１支持部に設けられた前記脚部とは前記アンカ部を介して逆方向に延びていることが好ましい。このように複数の支持部を設け、可動部を一方の支持部と他方の支持部とでアンカ部を介して対向する位置にて支持し、また脚部をアンカ部を介して逆方向に延出させることで、可動部を高さ方向へ平行移動させやすく、高精度なセンサ感度を得やすい。またストッパ面に当接する脚部が複数あるため、可動部に対するストッパ機能を向上させることができる。
また本発明では、同軸上で測定された前記支持連結部と前記第１連結腕間の長さ寸法ａ、及び前記支持連結部と前記脚部間の長さ寸法ｂとが長さ寸法ａ＜長さ寸法ｂの関係を満たすことが好ましい。これにより可動部の変位量を適切に調整できる。また、脚部や、前記脚部と当接する当接部（ストッパ面）の磨耗、損傷等を抑制できる。
また本発明では、前記支持部とは別に、前記アンカ部から第１連結腕に対して逆方向に延び、前記アンカ部と前記可動部間を連結する第２連結腕が設けられていことが好ましい。これにより、可動部に対する支持機構がより安定した構造となり、可動部を高さ方向により効果的に平行移動させやすく、より高精度なセンサ感度を得ることができる。
また本発明では、前記第１連結腕と前記第２連結腕の前記可動部との連結位置とは逆側に位置する後端部同士が連結されていることが好ましい。これにより、第１連結腕と第２連結腕とが回動したときに、第１連結腕と第２連結腕との後端部に高さ方向へのばらつきが生じにくくなり、より安定して可動部を高さ方向に平行移動させることが出来る。
また本発明では、前記アンカ部、前記支持部及び前記第２連結腕はいずれも前記可動部の内側に前記可動部と分離して設けられ、
前記アンカ部は、左右方向（Ｙ）に間隔を空けて配置された左側アンカ部と、右側アンカ部とを有して構成され、
前記支持部は、前記左側アンカ部に連結され、前記左側アンカ部よりも前方（Ｘ１）に前記第１連結腕が延び後方（Ｘ２）に前記脚部が延びる第１支持部と、前記右側アンカ部に連結され、前記右側アンカ部よりも後方（Ｘ２）に前記第１連結腕が延び前方（Ｘ１）に前記脚部が延びる第２支持部とを有して構成され、
前記第２連結腕は、前記左側アンカ部と前記可動部の間に位置し、前記第１支持部の前記第１連結腕とは逆方向に延びる左側第２連結腕と、前記前記右側アンカ部と前記可動部の間に位置し、前記第２支持部の前記第１連結腕とは逆方向に延びる右側第２連結腕とを有して構成されることが好ましい。
このとき、前記左側アンカ部と前記右側アンカ部の間には中央アンカ部が設けられ、前記第１支持部は前記中央アンカ部及び前記左側アンカ部の双方に連結され、前記第２支持部は前記中央アンカ部及び前記右側アンカ部の双方に連結されていることが好ましい。これにより、可動部が高さ方向に変位するモードと、可動部が左右方向に変位するモードとの固有振動数をより離すことができ、可動部の動作を安定したものにでき、小型で、センサ感度に優れ、且つ耐衝撃性に優れた物理量センサにすることが出来る。
また本発明では、前記中央アンカ部、前記左側アンカ部及び前記右側アンカ部は、前記左右方向（Ｙ）に延びる同一線上に配置されており、前記可動部の高さ方向に各アンカ部を固定支持する固定部が設けられていることが好ましい。
本発明では、上記したように、中央アンカ部、左側アンカ部及び右側アンカ部が、左右方向（Ｙ）に延びる同一線上に配置されていることで、前記固定部に熱による歪みや外力による歪みが生じたときでも、可動部が適正に中立位置を保ちやすくなる。
また本発明では、前記脚部が前記可動部の変位方向に対して逆方向に変位したときに前記脚部が接近する対向部と前記可動部の間に、前記検知部が設けられることが好ましい。
また本発明では、前記脚部が前記可動部の変位方向に対して逆方向に変位したときに前記脚部が接近する対向部にストッパ面が設けられ、
前記ストッパ面は、前記脚部の幅寸法よりも小さい第１突起部の表面であり、前記ストッパ面は、前記脚部に対し前記脚部の先端面の角部よりも内側で対向していることが好ましい。
前記第１突起部を脚部の内側と対向する位置に設けることで、効果的に、前記第１突起部を小さく形成するので、前記脚部が前記ストッパ面に接触したときの接触面積を小さくでき、脚部がストッパ面から離れる際の剥がし力を大きくできる。したがって、より効果的に、耐スティッキング性の向上を図ることができる。
さらに本発明では、前記対向部には前記第１突起部が前記可動部と対向する位置にも設けられることが好ましい。
また本発明では、前記脚部が前記可動部の変位方向に対し逆方向に変位したときに前記脚部が接近する対向部に対する前記脚部の対向面には、前記対向部の方向に突出する第２突起部が設けられていることが好ましい。
本発明では第２突起部を第１突起部よりも小さく形成できる。これにより、前記脚部が前記ストッパ面に接触したときの接触面積をより効果的に小さくでき、脚部がストッパ面から離れる際の剥がし力をより効果的に大きくできる。したがって、より効果的に、耐スティッキング性の向上を図ることができる。
さらに本発明では、前記可動部の前記対向部に対する対向面にも前記第２突起部が設けられることが好ましい。
また本発明では、前記第１突起部、あるいは、前記第２突起部、又は、前記第１突起部及び前記第２突起部は、夫々、複数個が密集して形成されていることが好ましい。これにより、効果的に、耐スティッキング性の向上を図ることができるとともに、突起部の機械的強度を向上させることができる。
また本発明では、前記可動部に対して高さ方向にて対向する対向部と前記可動部との間には、前記可動部が前記対向部の方向に変位したときに、前記可動部の変位を抑制するストッパとして機能する突起部が形成されており、前記突起部は前記可動部の重心位置から両方向に等間隔に配置されることが好ましい。
また本発明では、前記可動部の重心位置の両側には前記脚部が延出して形成されており、前記脚部に対して高さ方向にて対向する対向部と各脚部との間には、前記脚部が前記対向部の方向に変位したときに、前記可動部の変位を抑制するストッパとして機能する突起部が夫々、形成されており、各突起部は、前記可動部の重心位置から両方向に等間隔に配置されることが好ましい。
これにより可動部あるいは各脚部が突起部に接触したときに、各突起部に均一に反力を分散でき、各突起部の破損を適切に防止することが可能である。
本発明の構成によれば、きわめて小型且つ薄型の構成にて、センサ感度及び耐スティッキング性に優れた物理量センサにできる。
本発明の第１実施形態における物理量センサの平面図、 第１実施の形態の物理量センサが静止している状態を示す斜視図、 第１実施の形態の物理量センサが動作している状態を示す斜視図、 第１実施の形態の物理量センサが動作している状態を示す斜視図、 （ａ）は、図２の物理量センサの側面図、（ｂ）は、図３の物理量センサの側面図、（ｃ）は、図４の物理量センサの側面図、 図１に示す連結部付近を示す部分拡大斜視図、 図１に示す一部を拡大して示した部分拡大平面図、 本実施形態の脚部がストッパ面上に当接した状態を示す部分拡大断面図、 本発明の第２実施形態における物理量センサの平面図、 本発明の好ましいストッパ構造を示す図であり（ａ）は部分拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ線の断面図であり、脚部がストッパ面に当接した状態を示す部分断面図、（ｃ）は、可動部がストッパ面に当接した状態を示す部分断面図、 更に好ましいストッパ構造を示す図であり（ａ）は部分拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ線の断面図であり、脚部がストッパ面に当接した状態を示す部分断面図、（ｃ）は、可動部がストッパ面に当接した状態を示す部分断面図、 図１１の変形例を示す部分断面図、 図１５の実験において図１０に対する比較例に相当するストッパ構造を示す図であり（ａ）は部分拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ線の断面図であり、脚部がストッパ面に当接した状態を示す部分断面図、 図１２に示す実施形態の製造過程を模式的に示した部分断面図、 図１０のストッパ構造における剥がし力の実験結果のグラフ、 図１１のストッパ構造における剥がし力の実験結果のグラフ、 （ａ）は、図１１（ｂ）とは別の実施形態であり、脚部がストッパ面に当接した状態を示す部分断面図、（ｂ）は、図１１（ｃ）とは別の実施形態であり、可動部がストッパ面に当接した状態を示す部分断面図、 図１７のストッパ構造における剥がし力の実験結果のグラフ、 本実施形態における好ましいストッパ構造を示す物理量センサの平面図、 図１９のｂ−ｂ線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た物理量センサの部分断面図（ただし、アンカ部や脚部、脚部に対向する突起部については省略した）。
各図に示す物理量センサに関しては、Ｙ方向が左右方向であり、Ｙ１方向が左方向でＹ２方向が右方向、Ｘ方向が前後方向であり、Ｘ１方向が前方でＸ２方向が後方である。また、Ｙ方向とＸ方向の双方に直交する方向が上下方向（Ｚ方向；高さ方向）である。
図１に示す物理量センサ１は、例えば、長方形の平板であるシリコン基板から形成されている。すなわち、シリコン基板に、各部材の形状に対応する平面形状のレジスト層を形成し、レジスト層が存在していない部分で、シリコン基板をディープＲＩＥ（ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング）などのエッチング工程で切断することで、各部材を分離している。したがって、物理量センサ１を構成する各部材は、シリコン基板の表面と裏面の厚みの範囲内で構成されている。図２に示すように、物理量センサが静止状態のときに、表面全体と裏面全体が夫々、同一面上に位置しており、表面及び裏面から突出する部分がない。
物理量センサ１は微小であり、例えば長方形の長辺１ａ，１ｂの長さ寸法は１ｍｍ以下であり、短辺１ｃ，１ｄの長さ寸法は０．８ｍｍ以下である。さらに、厚み寸法は０．１ｍｍ以下である。
図１と図２に示すように、物理量センサ１は、長方形の長辺１ａ，１ｂおよび短辺１ｃ，１ｄで囲まれた外枠部分が可動部２である。長辺１ａ，１ｂの延びる方向が前後方向であり、短辺１ｃ，１ｄの延びる方向が左右方向である。
図１，図２に示すように可動部２の内側には、２本の支持部３，４が設けられている。支持部３，４の平面形状はクランク状で形成されている。
図１に示すように第１支持部３は、前方（Ｘ１）に延びる第１連結腕３ａと、後方（Ｘ２）に延びる脚部３ｂとが一体に形成されている。なお、ここで、第１連結腕３ａは、中央アンカ部５及び左側アンカ部６との連結位置である支点連結部１２ａ，１２ｂから前方（Ｘ１）に位置する側であり、脚部３ｂは、前記支点連結部１２ａ，１２ｂから後方（Ｘ２）に位置する側と規定する。
また図１に示すように第２支持部４は、後方（Ｘ２）に延びる第１連結腕４ａと、前方（Ｘ１）に延びる脚部４ｂとが一体に形成されている。なお、ここで、第１連結腕４ａは、中央アンカ部５及び右側アンカ部７との連結位置である支点連結部１３ａ，１３ｂから後方（Ｘ２）に位置する側であり、脚部４ｂは、前記支点連結部１３ａ，１３ｂから前方（Ｘ１）に位置する側と規定する。
第１連結腕３ａ，４ａ及び脚部３ｂ，４ｂは各アンカ部５〜７から離れる方向であって、前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に平行に所定の幅寸法にて延出する形状で形成されている。例えば、図１に示すように、各支持部３，４の第１連結腕３ａ，４ａ及び脚部３ｂ，４ｂの幅寸法（Ｙ１−Ｙ２方向への寸法）はほぼ同じとされている。
図１に示すように第１支持部３と第２支持部４は、点対称で形成されている。よって各アンカ部５〜７から見て、第１支持部３の第１連結腕３ａと第２支持部４の第１連結腕４ａの延出方向、及び第１支持部３の脚部３ｂと第２支持部４の脚部４ｂの延出方向がそれぞれ逆になっている。
図１に示すように、可動部２の内側には、中央アンカ部５、左側アンカ部６及び右側アンカ部７が設けられている。図１に示すように物理量センサ１の短辺１ｃと短辺１ｄとの中点において左右方向（Ｙ）に延びる線を横中心線Ｏｘとしたときに、中央アンカ部５、左側アンカ部６及び右側アンカ部７の夫々を前後方向に二分する中点が、前記横中心線Ｏｘ上に位置している。また中央アンカ部５、左側アンカ部６及び右側アンカ部７の前後方向（Ｘ）の幅寸法は略同一である。
例えば各アンカ部５〜７は図５（ａ）に示す固定部（支持基板）１０に固定支持される。この固定部１０は例えばシリコン基板であり、各アンカ部５〜７と固定部１０との間には図示しない酸化絶縁層（ＳｉＯ2層）が介在している。固定部１０、酸化絶縁層、及び図１に示す可動部２、支持部３，４及びアンカ部５〜７等を構成するシリコン基板は、例えばＳＯＩ基板である。図５（ａ）に示す静止状態において可動部２と固定部１０との間の間隔Ｔ１は、１〜５μｍ程度である。
図１、図２に示すように、可動部２と、各支持部３，４及び各アンカ部５〜７は夫々分離して形成されている。このうち、各アンカ部５〜７と固定部１０との間には上記した酸化絶縁層が介在し、各アンカ部５〜７が固定部１０に固定支持された状態になっているが、可動部２及び各支持部３，４と、固定部１０との間には酸化絶縁層は存在せず、可動部２及び各支持部３，４と固定部１０との間は空間となっている（図５（ａ））。
図１に示すように、第１支持部３の第１連結腕３ａの先端部と可動部２とが連結部１１ａにおいて回動自在に連結されており、第２支持部４の第１連結腕４ａの先端部と可動部２とが連結部１１ｂにおいて回動自在に連結されている。
また図１に示すように、第１支持部３の第１連結腕３ａは左側アンカ部６との近接位置で二股に分かれ、左側アンカ部６と中央アンカ部５との間に位置する部分と中央アンカ部５及び左側アンカ部６とが支点連結部１２ａ，１２ｂにおいて回動自在に連結されている。また図１に示すように、第２支持部４の第１連結腕４ａは、右側アンカ部７との近接位置で二股に分かれ、右側アンカ部７と中央アンカ部５との間に位置する部分と中央アンカ部５及び右側アンカ部７とが支点連結部１３ａ，１３ｂにおいて回動自在に連結されている。
また図１に示す実施形態では、左側アンカ部６の後方（Ｘ２）に、可動部２及び左側アンカ部６と分離して形成された左側第２連結腕１４が設けられ、右側アンカ部７の前方（Ｘ１）に、可動部２及び右側アンカ部７と分離して形成された右側第２連結腕１５が設けられている。左側第２連結腕１４及び右側第２連結腕１５は共に可動部２の内側に形成される。左側第２連結腕１４と右側第２連結腕１５は点対称で形成される。また、左側第２連結腕１４及び右側第２連結腕１５は、左側アンカ部６や右側アンカ部７から離れる方向であって、前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に平行に所定幅にて延出して形成されている。左側第２連結腕１４及び右側第２連結腕１５の幅寸法（Ｙ１−Ｙ２方向への寸法）は、第１連結腕３ａ，４ａの幅寸法と同じであることが好ましい。
そして、図１に示すように左側第２連結腕１４の先端部と可動部２とは、連結部１６ａにおいて、回動自在に連結されている。また、右側第２連結腕１５の先端部と可動部２とは、連結部１６ｂにおいて、回動自在に連結されている。また図１に示すように、左側第２連結腕１４と左側アンカ部６とは、支点連結部１７ａにおいて、回動自在に連結されている。また右側第２連結腕と右側アンカ部７とは、支点連結部１７ｂにおいて、回動自在に連結されている。
図１に示すように、第１支持部３の第１連結腕３ａ及び左側第２連結腕１４はともに、左側アンカ部６よりも左側（Ｙ１）の位置にて延出する後端部３ｃ，１４ａを備えており、第１連結腕３ａの後端部３ｃと、左側第２連結腕１４の後端部１４ａとが所定の間隔を空けて対向配置されている。そして、第１連結腕３ａの後端部３ｃと左側第２連結腕１４の後端部１４ａとの間が連結部１８ａを介して連結されている。また図１に示すように、第２支持部４の第１連結腕４ａ及び右側第２連結腕１５はともに、右側アンカ部７よりも右側（Ｙ２）の位置にて延出する後端部４ｃ，１５ａを備えており、第１連結腕４ａの後端部４ｃと、右側第２連結腕１５の後端部１５ａとが所定の間隔を空けて対向配置されている。そして、第１連結腕４ａの後端部４ｃと右側第２連結腕１５の後端部１５ａとの間が連結部１８ｂを介して連結されている。
ここで、第１支持部３の第１連結腕３ａの先端部から後端部３ｃまでのＸ１−Ｘ２方向への長さ寸法、第２支持部４の第１連結腕４ａの先端部から後端部４ｃまでのＸ１−Ｘ２方向への長さ寸法、左側第２連結腕１４の先端部から後端部１４ａまでのＸ１−Ｘ２方向への長さ寸法、及び、右側第２連結腕１５の先端部から後端部１５ａまでのＸ１−Ｘ２方向への長さ寸法は、それぞれ同一寸法に調整されている。
図６は図１に示す連結部１６ｂ付近を拡大して示した部分拡大斜視図である。
図６に示すように、連結部１６ａでは、可動部２に溝１９が形成されており、この溝１９の内部において、右側第２連結腕１５と、可動部２とを繋ぐトーションバー（ばね部）２０ａが設けられている。このトーションバー２０ａは、可動部２および右側第２連結腕１５と同様にシリコンで形成されている。すなわち、長方形のシリコン基板をエッチングして、可動部２や右側第２連結腕１５を分離する際に、可動部２と右側第２連結腕１５とを連結するようにシリコン基板の一部を残しシリコンを円柱状や角柱状に加工して、トーションバー２０ａが形成されている。図６では、トーションバー２０ａの厚さは、可動部２の厚さに比べて薄くなっているが、同じ厚さであってもよい。すなわちトーションバー２０ａとなる部分のシリコン基板をエッチングにて幅細に切り出すことで、ばね性を持たせることが出来る。
図６に示す構造は、図１に示す各連結部１１ａ，１１ｂ，１６ａにおいても同様である。
また図７は、中央アンカ部５と右側アンカ部７、及びその周囲部を拡大して示した部分拡大平面図である。
図７に示すように、各支点連結部１２ａ，１３ａ，１３ｂ，１７ｂにおいても溝内にトーションバー２０ｂ〜２０ｅが設けられて各アンカ部５，７と第１連結腕３ａ，４ａ及び右側第２連結腕１５がトーションバー２０ｂ〜２０ｅを介して連結されている。また図示しなかった左側アンカ部６と第１連結腕３ａ及び左側第２連結腕１４との支点連結部１２ｂ，１７ａにおいても図７と同様の構造で形成されている。
図１，図７に示すように、連結部１１ａ，１６ｂに設けられたトーションバーは、左右方向（Ｙ）において同軸上に設けられる。また、連結部１６ａ，１１ｂに設けられたトーションバーは、左右方向（Ｙ）において同軸上に設けられる。また、支点連結部１２ａ，１２ｂ，１７ｂに設けられたトーションバーは、左右方向（Ｙ）において同軸上に設けられる。また、支点連結部１３ａ，１３ｂ，１７ａに設けられたトーションバーは、左右方向（Ｙ）において同軸上に設けられる。
また図７に示すように、右側第２連結腕１５の後端部１５ａと第２支持部４の第１連結腕４ａの後端部４ｃ間に位置する連結部１８ｃには溝２１内に折り曲げ形成されたばね部２２が設けられ、ばね部２２の一方の端部が右側第２連結腕１５の後端部１５ａに、ばね部２２の他方の端部が第２支持部４の第１連結腕４ａの後端部４ｃに接続されている。ばね部２２が前後方向（Ｘ）に平行に伸びず迂回しているのは、幅細のばね部２２の長さ寸法を稼いでばね定数を小さくし、第１連結腕と第２連結腕間を強固に結合しないためである。また、連結部１８ａ，１８ｂに設けられたばね部は、左右方向（Ｙ）において同軸上に設けられる。また、連結部１８ａに設けられたばね部と、連結部１８ｂに設けられたばね部とは点対称で形成される。
トーションバー２０ａ〜２０ｅ及びばね部２２が捻り変形することで、各連結腕を可動部２及び各アンカ部５〜７に対して回動させることが出来る。また、トーションバー２０ａ〜２０ｅ及びばね部２２を形成しているシリコンが弾性材料であるため、可動部２などに外力が作用していないときは、図１および図２に示すように、トーションバー２０ａ〜２０ｅ及びばね部２２の弾性復元力により、可動部２の表面と各連結腕及び各脚部の表面とが同一面となるように復元する。
図５（ａ）に示すように、物理量センサ１には、可動部２と高さ方向にて離れた一方に固定部１０と他方に対向部（対向部；カバー部材）３０が設けられる。図５（ａ）の静止状態において、可動部２と対向部３０との間の間隔Ｔ２は、１〜５μｍ程度である。
また図５（ａ）には図示しないが、対向部３０の表面３０ａには、固定電極が設けられている。対向部３０は例えばシリコン基板であり、固定電極は、対向部３０の表面３０ａに絶縁層を介して導電性金属材料をスパッタしまたはメッキすることで形成されている。
また、可動部２の表面（下面）２ａには、対向部３０に形成された固定電極に対面する可動電極（図示しない）が絶縁層を介してスパッタやメッキ工程で形成されている。あるいは、可動部２が、低抵抗シリコン基板などの導電性材料で形成されている場合には、可動部２それ自体を可動電極として使用することも可能である。
この物理量センサ１は、外部から力（加速度等）が作用していないときに、それぞれの支点連結部および連結部に設けられたトーションバーやばね部の弾性復元力により、図２、図５（ａ）に示すように、全ての部分の表面が同一平面となった状態を維持している。
物理量センサ１に外部から例えば加速度が与えられると、加速度は、可動部２及び各アンカ部５〜７に作用する。このとき、可動部２は慣性力によって絶対空間内で留まろうとし、その結果、各アンカ部５〜７に対して可動部２が加速度の作用方向と逆の方向へ相対的に移動する。
図３及び図５（ｂ）は、アンカ部５〜７、固定部１０及び対向部３０に対して下向きの加速度が作用したときの動作を示している。このとき、可動部２は慣性力により図２及び図５（ａ）の静止状態の位置から上方向へ向けて変位すべく、第１支持部３が支点連結部１２ａ、１２ｂを中心に高さ方向に回動し、第２支持部４が支点連結部１３ａ，１３ｂを中心として高さ方向に回動し、左側第２連結腕１４が支点連結部１７ａを中心として高さ方向に回動し、右側第２連結腕１５が支点連結部１７ｂを中心として高さ方向に回動する。図１等に示すように、各支持部３，４及び各第２連結腕１４，１５の左右方向（Ｙ）への幅寸法は、トーションバーの幅よりも十分に大きく、各支持部３，４及び各第２連結腕１４，１５の剛性は高い。このため、可動部２が高さ方向へ変位する際、各支持部３，４や各第２連結腕１４，１５自体が例えば曲がったり捩れたりはほとんどせず、各支持部３，４及び各第２連結腕１４，１５は略直方体形状を保ちながら適切に回動動作する。一方、この回動動作時、各連結部１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ及び支点連結部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ、１７ａ，１７ｂに設けられたトーションバーは捩れ変形する。さらに、図１、図３、図５（ｂ）に示すように、左側第２連結腕１４の後端部１４ａと第１支持部３の第１連結腕３ａの後端部３ｃとの間がばね部により連結され、右側第２連結腕１５の後端部１５ａと第２支持部４の第１連結腕４ａの後端部４ｃとの間がばね部により連結されている。よって、図３、図５（ｂ）に示すように可動部２が高さ方向へ変位したときに、各第２連結腕１４，１５の後端部１４ａ，１５ａと第１連結腕３ａ，４ａの後端部３ｃ，４ｃの高さ位置がばらつくのを抑制できる。
本実施形態の可動部２の支持機構により可動部２を高さ方向に効果的に平行移動させることが出来る。
また図３及び図５（ｂ）に示すように、第１支持部３が支点連結部１２ａ，１２ｂを中心として高さ方向に回動し、第２支持部４が支点連結部１３ａ，１３ｂを中心として高さ方向に回動したときに、第１連結腕３ａ，４ａの先端部は上方に向けて変位し、一方、脚部３ｂ，４ｂの先端部は下方に変位する。図３、図５（ｂ）に示すように、脚部３ｂ，４ｂの先端部３１，３２がアンカ部５〜７の位置よりも下方に向けて突出する。
さらに加速度が加わって可動部２が上方へ変位すると、第１支持部３及び第２支持部４の更なる回動動作により、脚部３ｂ，４ｂの先端部３１，３２のアンカ部５〜７からの突出量がさらに大きくなる（図４、図５（ｃ）参照）。このとき可動部２が固定部１０の表面１０ａに当接するよりも先に、図５（ｃ）に示すように脚部３ｂ，４ｂの先端部３１，３２が対向部３０の表面（ストッパ面）３０ａに当接し、可動部２が図５（ｃ）の状態よりもさらに上方に変位できなくなり、可動部２の変位が抑制される。すなわち、可動部２が固定部１０の表面１０ａに当接しない。このように脚部３ｂ，４ｂと対向部３０の表面（ストッパ面）３０ａとで可動部２の変位を抑制するストッパ機構が構成されている。
このように本実施形態では、可動部２の変位方向とは逆方向に変位する脚部３ｂ，４ｂを設け、可動部２の変位を抑制するストッパ機構を設けたことで、可動部２に強い物理量が作用したり、物理量が長時間にわたって作用した場合でも、各連結部に対する負担や損傷を低減できる。また可動部２が固定部１０の表面１０ａに当接するよりも先に上記のストッパ機構により可動部２の高さ方向への変位が抑制されるため、可動部２が固定部１０に衝突する等の不具合を防止することが出来る。
以上により本実施形態の物理量センサ１の構成によれば、簡単な構造にて高精度なセンサ感度を得ることが出来る。
また本実施形態では、脚部３ｂ，４ｂの先端部３１，３２が図５（ｃ）に示すように対向部３０の表面３０ａに当接する。したがって、面接触の場合に比べてより効果的に耐スティッキング性を向上させることができる。ただし図８に示すように脚部３ｂ，４ｂの先端部３１，３２の角部３１ａ，３２ａ（先端面３１ｂ，３２ｂと下面（対向部との対向面）３１ｃ，３２ｃとが交わる部分）を凸型のＲ状とすることで、脚部３ｂ，４ｂあるいは対向部３０の表面３０ａに設けられた基台３５に対する損傷を抑制することができ好適である。
また本実施形態では、図１に示すように平面状の基板を厚さ方向にエッチング等により加工して図１に示す平面形状を描画形成することで、可動部２の変位方向に対して逆方向に変位する脚部３ｂ，４ｂを簡単且つ適切に形成することができ、特許文献に挙げたような従来構造に比べて簡単なストッパ兼スティッキング防止構造を実現できる。
更に本実施形態では、物理量センサ１の小型化を促進でき且つ薄型化を実現できる。すなわち平面的には脚部３ｂ，４ｂは可動部２の内側に設けることが出来るため平面形状が大きくなることはない。また、厚さ方向についても、脚部３ｂ，４ｂを有する支持部３，４をシリコン基板の厚さ範囲内で形成でき、また図５（ａ）の静止状態での可動部２と対向部３０との間の間隔Ｔ２を狭小化することで物理量センサ１の薄型化を実現できる。なお、可動部２と対向部３０との間の間隔Ｔ２を狭小化しても、脚部３ｂ，４ｂの前後方向（Ｘ）の長さ寸法を調整することで、可動部２が所定量、変位できるように調整でき、所定のセンサ感度を保つことができる。また図８に示すように、対向部３０の表面３０ａに基台３５（例えば固定電極として機能させることも出来る）が設けられ、この基台３５の表面（この表面がストッパ面となる）に脚部３ｂ，４ｂの先端部３１，３２が当接する形態では、基台３５の厚さ寸法も加味して、可動部２と対向部３０との間の間隔Ｔ２や、脚部３ｂ，４ｂの前後方向（Ｘ）の長さ寸法を調整する。図８では、基台３５が脚部３ｂ，４ｂの先端部３１，３２と当接する位置にあるが、基台３５を固定電極として機能させるには前記基台３５は、可動部２と高さ方向で対向する位置に設けられることが必要であり、図８と違って、基台３５が脚部３ｂ，４ｂの先端部３１，３２と当接しない位置にあってもよい。かかる場合、脚部３ｂ，４ｂの先端部３１，３２は対向部３０の表面３０ａに当接することとなる。
なお図５に示すように本実施形態の物理量センサ１は、物理量の作用により、可動部２がアンカ部５〜７よりも上方に変位するように設置されているが、物理量の作用により可動部２がアンカ部５〜７よりも下方に変位する場合には、本実施形態の物理量センサ１を図５（ａ）の状態から上下反転させて使用すればよい。また、物理量の作用により可動部２がアンカ部５〜７の上下方向に変位するような場合は、図５（ａ）の静止状態にて可動部２と固定部１０の表面１０ａとの間の間隔Ｔ１を、可動部２と対向部３０の表面３０ａとの間の間隔Ｔ２と同程度に狭小化するか、あるいは、対向部３０の表面３０ａに突起（図示しない）等を設けて、可動部２が下方に変位した場合でも、可動部２が直接、対向部３０の表面３０ａに当接しないように構成するとよい。
図１に示す実施形態では、中央アンカ部５と、左側アンカ部６と、右側アンカ部７とが設けられている。そして、各アンカ部５〜７の中心が左右方向（Ｙ）に延びる横中心線Ｏｘ上に配置されている。このため各支点連結部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１７ａ，１７ｂが横中心線Ｏｘから前後方向に大きく離れていない。これにより、例えば、各アンカ部５〜７を固定支持する固定部１０に熱による歪みや外力による歪みが生じたときでも、各支点連結部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１７ａ，１７ｂが上下に大きく動くのを抑えることが出来る。そのため、可動部２が加速度等が作用していない中立姿勢から上下方向にずれるのを抑制でき、オフセットノイズ（前記中立姿勢からのずれに基づく出力）を低減することが出来る。
また図９に示すようにアンカ部を、左側アンカ部６と右側アンカ部７だけにし、中央アンカ部５を省略しても、図１に示す実施形態の物理量センサ１と同様に、センサ感度に優れ且つ耐スティッキング性を備える物理量センサに出来る。図９では図１と同じ部分に同じ符号を付している。
しかしながら、以下の表１に示すように、図９のように中央アンカ部５を省略した物理量センサでは、高さ方向（Ｚ）での固有振動数と、左右方向（Ｙ）での固有振動数が接近することで、可動部２の運動が不安定になり、その結果、センサ感度の低下や、衝撃時の破損が問題となった。
これに対して、図１の示すように、左側アンカ部６及び右側アンカ部７と、さらに中央アンカ部５を設けた実施形態では、高さ方向（Ｚ）の振動モードと、左右方向（Ｙ）の振動モードでのばね定数の差が大きくなり、高さ方向（Ｚ）での固有振動数と、左右方向（Ｙ）での固有振動数を効果的に離すことができ、可動部２の動作を安定にでき、小型化で、センサ感度に優れ且つ耐衝撃性に優れた物理量センサ１にできる。
Figure 0005223003
本実施形態では図１に示すように、各支持部３，４では、支持連結部１２ｂ，１３ｂから第１連結腕３ａ，４ａの先端までの前後方向（Ｘ１−Ｘ２）における長さ寸法ａと、前記支持連結部１２ｂ，１３ｂから脚部３ｂ，４ｂの先端までの前後方向（Ｘ１−Ｘ２）における長さ寸法ｂの間には、長さ寸法ａ＜長さ寸法ｂの関係が成り立っている。なお、第２連結腕１４，１５の支点連結部１７ａ，１７ｂから先端までの前後方向（Ｘ１−Ｘ２）における長さ寸法は、前記長さ寸法ａと同じ長さ寸法で形成されている。
これにより、脚部３ｂ，４ｂを適切にストッパ機構として機能させることができ、可動部２を安定して高さ方向に変位させることが出来る。また長さ寸法ａ，ｂの長さ比を変えることで、可動部２の最大変位量を簡単且つ適切に調整できる。ただし、長さ寸法は、図５（ｃ）に示すように、可動部２が固定部２の表面１０ａに当接しないように調整される。さらに、長さ寸法ａ＜長さ寸法ｂとしたことで、加速度の発生により図５（ｃ）の状態になったとき、同じ接触力で支えられる慣性力を増大させることができ、このため、脚部３ｂ，４ｂや、前記脚部３ｂ，４ｂと接触する対向部３０の表面３０ａが磨耗や損傷等を受けにくくなる。
逆に、長さ寸法ａ＞長さ寸法ｂとすると、同じ接触力で支えられる慣性力は小さくなるが、可動部２の最大変位量を増大させることが出来る。
図１０には、ストッパ機構の好ましい実施形態を示す。図１０（ａ）は例えば脚部４ｂ付近を拡大して示した部分拡大平面図である。図１０（ｂ），（ｃ）は、図１０（ａ）をａ−ａ線に沿って切断し矢印方向から見た部分拡大断面図である。なお以下では、脚部４ｂのみについて説明するが、脚部３ｂ付近についても同様のストッパ機構が設けられている。
図１０（ａ）（ｂ）に示すように、対向部３０の表面３０ａには、一定領域に盛り上がる高さ調整用の基台４０の表面から突出する２つの第１突起部４１，４２が設けられる。そして各第１突起部４１，４２の表面４１ａ，４２ａがストッパ面（以下、ストッパ面４１ａ，４２ａと称する）となっている。
図１０（ａ）に示すようにストッパ面４１ａ，４２ａの幅寸法は、脚部４ｂの幅寸法よりも十分に小さく形成されている。図１０（ａ）ではストッパ面４１ａは略円形状であるが、ストッパ面４１ａの平面形状は特に限定されるものでない。ストッパ面４１ａの「幅寸法」とは、左右方向（Ｙ１−Ｙ２）に沿う脚部４ｂの幅寸法と同方向の寸法である。前記ストッパ面４１ａが図１０のように円形であれば直径を指す。前記ストッパ面４１ａの幅寸法は、数μｍ程度で形成できる。
基台４０及び第１突起部４１，４２の形成方法は限定されない。例えばエッチングにて対向部３０の表面３０ａを掘り込んで形成することができる。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、２つあるストッパ面４１ａ，４２ａのうち一方のストッパ面４１ａは、脚部４ｂに対し、先端面３２ｂと下面（対向部３０との対向面）３２ｃとが交わる角部３２ａよりも内側に対向して形成されている。
このため図１０（ｂ）に示すように、脚部４ｂが下方向へ変位し、脚部４ｂがストッパ面４１ａに当接したとき、脚部４ｂの下面（対向部３０との対向面）３２ｃは、角部３２ａよりも内側の位置で前記ストッパ面４１ａに当接する。
一方、図１３に示す形態では、脚部４ｂの角部３２ａと対向する位置にストッパ面４３ａが設けられ、前記角部３２ａがストッパ面４３ａに当接する形態となっている。図１３では、対向部３０の表面３０ａから盛り上がる基台４３の表面を前記ストッパ面４３ａとしているが、安定したストッパ機能を発揮させるべく角部３２ａ全体がストッパ面４３ａに当接するようにストッパ面４２ａの面積が広くなっており、これにより、ストッパ面４２ａと脚部４ｂとの接触面積が大きくなりやすい。
これに対して図１０の形態では、脚部４ｂの内側と対向する位置に、脚部４ｂの幅よりも小さい第１突起部４１を設け、その表面をストッパ面４１ａとしているため、脚部４ｂが角部３２ａよりも内側の位置でストッパ面４１ａと当接した際に、脚部４ｂとストッパ面４１ａとの接触を点接触あるいは接触領域が十分に小さくなる線接触にでき、脚部４ｂとストッパ面４１ａとの接触面積を図１３の形態に比べて小さくできる。また、図１０では、脚部４ｂの内側でストッパ面４１ａと当接させる形態としたので、第１突起部４１の幅を小さく形成しても図１０（ｂ）に示すように脚部４ｂとストッパ面４１ａとが適切に（安定して）当接するように簡単に対向配置出来る。
図１０（ｃ）は、可動部２が、もう一方の第１突起部４２のストッパ面４２ａに当接する場合を示しているが、図１０（ｃ）においても、適切に可動部２とストッパ面４２ａとの接触面積を小さくすることが可能である。
図１１に示す更に好ましい実施形態では、脚部４ｂの下面３２ｃに対向部３０の方向に突出する第２突起部４５が形成されている。また可動部２の下面にも対向部３０の方向に突出する第２突起部４６が形成されている。
第２突起部４５，４６を、脚部４ｂ及び可動部２側に設けたことで、前記第２突起部４５，４６の幅寸法を第１突起部４１，４２の幅寸法に比べて効果的に小さく形成できる。
可動部２の部分を構成するシリコン基板は例えば固定部１０（図５参照）と絶縁層（犠牲層）を介したＳＯＩ基板で構成される。このとき不要な絶縁層（犠牲層）を除去するために、可動部２や支持部３，４の部分には多数の微細孔を形成し、この微細孔からエッチング液やエッチングガスを注入して、不要な前記絶縁層を除去している。
図１０のように、対向部３０側に第１突起部４１，４２を設ける形態では、例えば対向部３０と可動部２を構成するシリコン基板との間でアライメントずれが生じた場合、図１０（ｂ）や図１０（ｃ）に示す脚部４ｂや可動部２が第１突起部４１，４２に当接したとき脚部４ｂや可動部２に形成された微細孔と前記第１突起部４１，４２とが対向した位置関係になる可能性がある。このとき、前記第１突起部４１，４２をあまり小さく形成しすぎると、第１突起部４１，４２が微細孔と干渉してしまい（第１突起部４１，４２の一部が微細孔内に入り込んでしまう等）、適切に突起部４１，４２をストッパ機構として機能させることができない場合がある。
これに対して図１１のように可動部２及び脚部４ｂ側に第２突起部４５，４６を設ける形態の場合、前記微細孔の形成位置を避けて第２突起部４５、４６を高精度に形成することができる。したがって第２突起部４５，４６をフォトリソグラフィ技術の限界にまで小さく形成することができる。前記第２突起部４５，４６の幅寸法（直径）を５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下で形成できる。
したがって図１１に示すように脚部４ｂや可動部２側に第２突起部４５，４６を設けた実施形態とすることで、より効果的に、脚部４ｂとストッパ面４１ａとの接触面積、及び可動部２とストッパ面４２ａとの接触面積を小さくすることができる。
図１１において、対向部３０側に第１突起部４１，４２を設けるか否かは任意である。また図１１では、第２突起部４５を脚部４ｂの内側に設けているが、先端位置に設けることも出来る。
図１２に示す実施形態では、第２突起部４５の表面に金属層４９が設けられる。図１１，図１２に示す第２突起部４５はシリコン基板をエッチングして形成されたものである。図１２に示す実施形態では、更に第２突起部４５の表面に金属層４９を有するが、この金属層４９は、アンカ部５〜７（図１等を参照）を金属層を介して対向部３０と接合する際に設けられる金属層の一部と同じものである。すなわち予め、アンカ部５〜７のみならず脚部４ｂの第２突起部４５となる部分にも金属層４９を設けておき、例えば金属層４９をマスクとしてシリコン基板を掘り込むことで、図１２に示すようにシリコンで形成された第２突起部４５の表面に金属層４９が形成された脚部４ｂを形成することが出来る。
図１４は図１２の形態に対し模式的に示した製造過程を示す断面図である。図１４に示すように、対向部３０にはアンカ部６０と対向する位置に基台６１が設けられる。一方、脚部４ｂに形成された第２突起部４５と対向する位置に設けられる基台６２の高さは、前記基台６１の高さよりも低い高さ位置で形成されている。また基台６１の表面には第１金属層６３が設けられる。またアンカ部６０の表面や第２突起部４５の表面には第２金属層４９が設けられる。そしてアンカ部６０に設けられた第１金属層４９と対向部３０側の第２金属層６３とを共晶接合あるいは拡散接合させる。例えば金属層４９，６３の一方がＡｌで他方がＧｅの組み合わせを提示できる。符号６４はＴｉ下地層を示し、符号６５は固定電極を示す。
図１４に示すように、第２突起部４５と対向する対向部３０には第１金属層６３は設けられておらず、またアンカ部６０と対向する基台６１と、第２突起部４５に対向する基台６２との間に高さの差が設けられることで、上記した共晶接合によりアンカ部６０と対向部３０間を固定した状態において、基台６２と第２突起部４５との間に適切に空間（脚部４ｂが高さ方向に変位できる許容空間）を形成できる。
図１５は、図１０に示す実施形態の物理量センサを用いて行った剥がし力の実験結果のグラフである。剥がし力は、ばね定数に基づいて計算される復元力を接触面積で割ることで求めることが出来る。よって接触面積を小さくできると剥がし力を大きくでき、耐スティッキング性を向上させることができる。
図１３での比較例の形態では、脚部３ｂ、４ｂがストッパ面４３ａに当接した状態での剥がし力は１Ｎ／ｃｍ2以下よりも小さくなった。なお、図１３の比較例では、脚部３ｂ，４ｂとストッパ面４３ａとの接触面積（合計）は約２２０６μｍ2、また復元力は２．８２×１０-6（Ｎ）であった。
一方、接触面積を、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）の双方において、夫々、約４０μｍ2にまで小さくできた。なお接触面積は、両方の脚部３ｂ，４ｂがストッパ面４１ａに当接し、また可動部が２箇所の第１突起部４２のストッパ面４２ａと当接したとして計算した。そして、前記接触面積と、復元力（図１０（ｂ）では、１．９６×１０-6（Ｎ）、図１０（ｃ）では、２．５０×１０-6（Ｎ））を用いて、剥がし力を測定した。なお、図１０、図１１、及び図１３はストッパ機構の部分が異なるだけで他の部分は同じであるとして実験を行っている。
図１５に示すように、図１０の構成では、剥がし力が１Ｎ／ｃｍ2以下となった図１３の形態に比べて、剥がし力を効果的に大きくできることがわかった。
また図１６は、図１１に示す実施形態の物理量センサを用いて行った剥がし力の実験結果のグラフである。
接触面積を、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）の双方において、夫々、約６．３μｍ2にまで小さくできた。なお接触面積は、両方の脚部３ｂ，４ｂに設けられた第２突起部４５がストッパ面４１ａに当接し、また可動部に設けられた２箇所の第２突起部４６が各第１突起部４２のストッパ面４２ａと当接したとして計算した。そして前記接触面積と、復元力（図１１（ｂ）では、１．９６×１０-6（Ｎ）、図１１（ｃ）では、２．５０×１０-6（Ｎ））を用いて、剥がし力を測定した。
図１６に示すように、図１１の構成では、剥がし力を図１３の構成に比べて非常に大きくでき、また図１０の構成に比べても十分に大きくできることがわかった。
図１７は、図１１（ｂ）（ｃ）と異なって第２突起部４５，４６を複数個、密集形成している。図１７（ａ）では、脚部４ｂの下面３２ｃに複数個の第２突起部４５を密集させて形成している。図１７（ａ）に図示しないもう一方の脚部３ｂについても同様の構造で形成されている。図１７（ａ）では、脚部４ｂの延出方向に複数の第２突起部４５が形成されているが、脚部４ｂの幅方向（図示奥行き方向）にも複数の第２突起部４５が形成されている。図１７（ｂ）においても同様である。各第２突起部４５は、対向部３０の表面３０ａに形成された第１突起部４１と対向する位置に形成される。
また図１７（ｂ）に示す構造では、可動部２に複数個の第２突起部４６を密集形成している。各第２突起部４６は、対向部３０の表面３０ａに形成された第１突起部４２と対向する位置に形成される。
各第２突起部４５，４６は図１１（ａ）に示すのと同様に例えばドット状で形成されるが特に形状を限定するものではない。
このように複数の第２突起部４５，４６を密集させて形成することで、図１３に示す形態に比べて、脚部３ｂ，４ｂと対向部３０間や可動部２と対向部３０間での接触面積を小さくでき、耐スティッキング性の向上を図ることができるとともに、第２突起部４５，４６の機械的強度も向上させることができる。すなわち第２突起部４５，４６が例えば一個であると、衝撃等で第２突起部４５，４６の破損等を生じやすくなり、また破損等した場合に代わりとなる突起部が存在しないため耐スティッキング性が低下しやすくなるが、複数個の第２突起部４５，４６を密集形成することで、各第２突起部４５，４６に作用する力を分散でき、磨耗や破損等に強いストッパ構造にでき、また突起部が破損等しても代わりとなる突起部が存在するので良好な耐スティッキング性を維持することができる。
図１７では第２突起部４５，４６にて説明したが、対向部３０の表面３０ａに形成される第１突起部４１，４２側が複数個、密集して形成される形態であってもよいし、第１突起部４１，４２と第２突起部４５，４６の双方が、複数個、密集して形成される形態であってもよい。
図１８は図１７に示す本実施形態の物理量センサを用いて行った剥がし力の実験結果である。比較例−１、比較例−２は、図１３に示すように第１突起部や第２突起部が形成されていない形態に関するものであり、比較例−１は可動部２が対向部３０の表面３０ａに形成された基台４３の表面４３ａ（ストッパ面）に当接したときの剥がし力の実験結果であり、比較例−１、及び比較例−２は脚部が対向部３０の表面３０ａに形成された基台４３の表面４３ａ（ストッパ面）に当接したときの剥がし力の実験結果である。比較例−１での剥がし力は、復元力を、２．５０×１０-6（Ｎ）、接触面積を１２５０（μｍ2）として計算した。また、比較例−２での剥がし力は、復元力を、１．９６×１０-6（Ｎ）、接触面積を１２５０（μｍ2）として計算した。
また図１７（ａ）に示す実施形態の剥がし力は、復元力を、１．９６×１０-6（Ｎ）、接触面積を２８８（μｍ2）として計算した。また図１７（ｂ）に示す実施形態の剥がし力は、復元力を、２．５０×１０-6（Ｎ）、接触面積を２８８（μｍ2）として計算した。
図１８に示すように図１７に示すようにストッパとなる突起部を複数個、密集形成した形態では、突起部を形成しない形態に比べて剥がし力を大きくできることがわかった。
図１９は他の本実施形態における物理量センサの平面図、図２０は、図１９に示す物理量センサをＸ１−Ｘ２方向に沿って高さ方向に切断してなる部分断面図である。なお図２０では、図１９に示す中央アンカ部５や脚部３ｂ，４ｂ及び脚部３ｂ，４ｂと対向する突起部について図示せず、該部分については透視した可動部２を図示している。
図１９に示す可動部２や支持部３，４の平面形態は図１と変わるところがない。図１９，図２０に示すように、可動部２と高さ方向にて対向する対向部３０の表面３０ａには、ストッパとなる突起部５０，５０が形成されている。この突起部５０，５０は、可動部２の重心位置Ｏから前方（Ｘ１）及び後方（Ｘ２）に夫々、距離Ｌ１，Ｌ２だけ離れた位置にあり、各距離Ｌ１，Ｌ２は同一である。
図２０に示すように可動部２が慣性力Ｆにより各突起部５０，５０に当接し、このとき回転モーメントＭがつりあった場合に、可動部２の運動は停止する。回転モーメントがつりあうときの条件は、
Ｆ＝Ｆｒ1＋Ｆｒ2
Ｆｒ1・Ｌ１＝Ｆｒ2・Ｌ２である。ここで、Ｆｒ1、Ｆｒ2は反力である。
この式から距離Ｌ１，Ｌ２がＬ１＝Ｌ２になるときＦｒ1＝Ｆｒ2となり反力を最小にできることがわかる。
したがって図１９，図２０に示すように突起部５０，５０を可動部２の重心位置Ｏから両側に等間隔で配置することで、各突起部５０，５０に均一に反力を分散でき各突起部５０の破損等を適切に防止することができる。
また図１９に示すように、各脚部３ｂ，４ｂに対するストッパとなる突起部５１，５１についても、可動部２の重心位置Ｏから前方（Ｘ１）、後方（Ｘ２）に夫々距離Ｌ３，Ｌ４の位置に配置し、各距離Ｌ３，Ｌ４を同一とすることで、各突起部５１，５１に均一に反力を分散でき、各突起部５１の破損等を適切に防止することができる。
なお、加速度が小さい場合、脚部３ｂ，４ｂは、ストッパ面に当接しない。脚部３ｂ，４ｂは、可動部２がある所定以上に変位するのを抑制するためのものであり、物理量が生じたときに脚部３ｂ，４ｂが必ず、ストッパ面に当接するわけではない。
本実施形態では、可動部２と、対向部３０に設けられた固定電極との間の静電容量変化により、加速度等の物理量を検出することが可能であるが、検知部の構成は静電容量式に限定するものではない。ただし静電容量式としたことで簡単で且つ高精度な検知部の構成を実現できる。
本実施形態は加速度センサのみならず角速度センサ、衝撃センサ等、物理量センサ全般に適用可能である。
１ 物理量センサ
２ 可動部
３，４ 支持部
３ａ，４ａ 第１連結腕
３ｂ，４ｂ 脚部
５ 中央アンカ部
６ 左側アンカ部
７ 右側アンカ部
１０ 固定部
１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 連結部
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１７ａ，１７ｂ 支点連結部
１４、１５ 第２連結腕
２０ａ〜２０ｅ トーションバー（ばね部）
２２ ばね部
３０ 対向部
３０ａ 対向部の表面（ストッパ面）
３１，３２ 脚部の先端部
３５ 基台
５０、５１ 突起部
Ｆ 慣性力
Ｆｒ1、Ｆｒ2 反力

Claims (21)

  1. 固定支持されるアンカ部と、高さ方向に変位する可動部と、前記アンカ部と前記可動部とに回動自在に連結された支持部と、前記可動部の変位を検知するための検知部とを有しており、
    前記支持部には、前記支持部が回動して前記可動部が高さ方向に変位したときに前記可動部の変位方向に対し逆方向に変位して前記可動部の変位を抑制するための脚部が設けられ、
    前記支持部には、前記アンカ部と前記可動部間を連結する第１連結腕と、前記アンカ部から前記第１連結腕とは逆方向に延びる前記脚部とが形成されており、前記支持部が回動したときに前記アンカ部と前記第１連結腕間の支点連結部を中心として前記第１連結腕と前記脚部とが逆方向に変位し、
    前記脚部を備える前記支持部は複数設けられ、一方の前記支持部に設けられた前記第１連結腕と、他方の前記支持部に設けられた前記第１連結腕とは、前記アンカ部を介して逆方向に延びており、一方の前記第１支持部に設けられた前記脚部と他方の前記第１支持部に設けられた前記脚部とは前記アンカ部を介して逆方向に延びていることを特徴とする物理量センサ。
  2. 前記脚部が前記可動部の変位方向に対し逆方向に変位したときに前記脚部が接近する対向部には、前記脚部と対向する位置にストッパ面が設けられている請求項１記載の物理量センサ。
  3. 固定支持されるアンカ部と、高さ方向に変位する可動部と、前記アンカ部と前記可動部とに回動自在に連結された支持部と、前記可動部の変位を検知するための検知部とを有しており、
    前記支持部は、前記アンカ部と前記可動部間を連結する第１連結腕と、前記アンカ部から前記第１連結腕とは逆方向に延び、前記支持部が回動して前記可動部が高さ方向に変位したときに前記可動部の変位方向に対し逆方向に変位する脚部とを有して構成されており、
    前記脚部が前記可動部の変位方向に対し逆方向に変位したときに、前記脚部が接近する対向部には、前記脚部と対向する位置にストッパ面が設けられており、
    前記脚部を備える前記支持部は複数設けられ、一方の前記支持部に設けられた前記第１連結腕と、他方の前記支持部に設けられた前記第１連結腕とは、前記アンカ部を介して逆方向に延びており、一方の前記第１支持部に設けられた前記脚部と他方の前記第１支持部に設けられた前記脚部とは前記アンカ部を介して逆方向に延びていることを特徴とする物理量センサ。
  4. 同軸上で測定された前記支点連結部と前記第１連結腕間の長さ寸法ａ、及び前記支点連結部と前記脚部間の長さ寸法ｂとが長さ寸法ａ＜長さ寸法ｂの関係を満たす請求項１又は２に記載の物理量センサ。
  5. 前記支持部とは別に、前記アンカ部から第１連結腕に対して逆方向に延び、前記アンカ部と前記可動部間を連結する第２連結腕が設けられている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量センサ。
  6. 前記第１連結腕と前記第２連結腕の前記可動部との連結位置とは逆側に位置する後端部同士が連結されている請求項５記載の物理量センサ。
  7. 前記アンカ部、前記支持部及び前記第２連結腕はいずれも前記可動部の内側に前記可動部と分離して設けられ、
    前記アンカ部は、左右方向（Ｙ）に間隔を空けて配置された左側アンカ部と、右側アンカ部とを有して構成され、
    前記支持部は、前記左側アンカ部に連結され、前記左側アンカ部よりも前方（Ｘ１）に前記第１連結腕が延び後方（Ｘ２）に前記脚部が延びる第１支持部と、前記右側アンカ部に連結され、前記右側アンカ部よりも後方（Ｘ２）に前記第１連結腕が延び前方（Ｘ１）に前記脚部が延びる第２支持部とを有して構成され、
    前記第２連結腕は、前記左側アンカ部と前記可動部の間に位置し、前記第１支持部の前記第１連結腕とは逆方向に延びる左側第２連結腕と、前記右側アンカ部と前記可動部の間に位置し、前記第２支持部の前記第１連結腕とは逆方向に延びる右側第２連結腕とを有して構成される請求項５又は６に記載の物理量センサ。
  8. 前記左側アンカ部と前記右側アンカ部の間には中央アンカ部が設けられ、前記第１支持部は前記中央アンカ部及び前記左側アンカ部の双方に連結され、前記第２支持部は前記中央アンカ部及び前記右側アンカ部の双方に連結されている請求項７記載の物理量センサ。
  9. 前記中央アンカ部、前記左側アンカ部及び前記右側アンカ部は、前記左右方向（Ｙ）に延びる同一線上に配置されており、前記可動部の高さ方向に各アンカ部を固定支持する固定部が設けられている請求項８記載の物理量センサ。
  10. 前記脚部が前記可動部の変位方向に対して逆方向に変位したときに前記脚部が接近する対向部と前記可動部の間に、前記検知部が設けられる請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサ。
  11. 前記脚部が前記可動部の変位方向に対して逆方向に変位したときに前記脚部が接近する対向部にストッパ面が設けられ、
    前記ストッパ面は、前記脚部の幅寸法よりも小さい第１突起部の表面であり、前記ストッパ面は、前記脚部に対し前記脚部の先端面の角部よりも内側で対向している請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の物理量センサ。
  12. 前記対向部には前記第１突起部が前記可動部と対向する位置にも設けられる請求項１１記載の物理量センサ。
  13. 前記第１突起部は、複数個が密集して形成されている請求項１１又は１２に記載の物理量センサ。
  14. 前記脚部が前記可動部の変位方向に対し逆方向に変位したときに前記脚部が接近する対向部に対する前記脚部の対向面には、前記対向部の方向に突出する第２突起部が設けられている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の物理量センサ。
  15. 前記可動部の前記対向部に対する対向面にも前記第２突起部が設けられる請求項１４記載の物理量センサ。
  16. 前記第２突起部は、複数個が密集して形成されている請求項１４又は１５に記載の物理量センサ。
  17. 前記脚部が前記可動部の変位方向に対して逆方向に変位したときに前記脚部が接近する対向部にストッパ面が設けられ、
    前記ストッパ面は、前記脚部の幅寸法よりも小さい第１突起部の表面であり、前記ストッパ面は、前記脚部に対し前記脚部の先端面の角部よりも内側で対向しており、
    前記脚部が前記可動部の変位方向に対し逆方向に変位したときに前記脚部が接近する対向部に対する前記脚部の対向面には、前記対向部の方向に突出する第２突起部が設けられている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の物理量センサ。
  18. 前記対向部には前記第１突起部が前記可動部と対向する位置にも設けられ、
    前記可動部の前記対向部に対する対向面にも前記第２突起部が設けられる請求項１７記載の物理量センサ。
  19. 前記第１突起部及び前記第２突起部は、夫々、複数個が密集して形成されている請求項１７又は１８に記載の物理量センサ。
  20. 前記可動部に対して高さ方向にて対向する対向部と前記可動部との間には、前記可動部が前記対向部の方向に変位したときに、前記可動部の変位を抑制するストッパとして機能する突起部が形成されており、前記突起部は前記可動部の重心位置から両方向に等間隔に配置される請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の物理量センサ。
  21. 前記可動部の重心位置の両側には前記脚部が延出して形成されており、前記脚部に対して高さ方向にて対向する対向部と各脚部との間には、前記脚部が前記対向部の方向に変位したときに、前記可動部の変位を抑制するストッパとして機能する突起部が夫々、形成されており、各突起部は、前記可動部の重心位置から両方向に等間隔に配置される請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の物理量センサ。
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