JP6070113B2

JP6070113B2 - 加速度センサ

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Publication number: JP6070113B2
Application number: JP2012258585A
Authority: JP
Inventors: 辻　信昭; 信昭辻
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: JP2014106082A

Description

本願に開示の技術は、特にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）として構成される加速度センサに関するものである。

従来、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される加速度センサには静電容量を用いるものがある。例えば、基板に対して固定された固定電極と、基板に対して相対的に揺動可能な錘部に設けられた可動電極とでコンデンサが構成され、該コンデンサの静電容量の変化によって加速度を検出する加速度センサがある（例えば、特許文献１など）。特許文献１に開示される加速度センサは、錘部が検出方向（Ｘ方向）に変動するのにともなって生ずる固定電極と可動電極との距離の変動に応じた静電容量の変化量から加速度を検出する１軸加速度センサとして構成されている。また、上記した１軸加速度センサに対してＸＹＺの３つの検出方向に作用する加速度が検出可能な３軸加速度センサがある（例えば、特許文献２〜７など）。

上記した加速度センサでは、例えば加速度を算出する処理回路に静電容量の変化量を出力するために各固定電極が基板に接続されている。例えば、特許文献１に開示される加速度センサでは、錘部の両側に設けられた固定電極に基板と接続するための接続部（文献では支承部）が設けられている。この加速度センサは、固定電極が接続部からＹ方向の一方側に向かって延設され、可動電極がそれに対向するように錘部からＹ方向の他方側に向かって延設されている。

また、例えば、特許文献２に開示される加速度センサでは、錘部の外周部分にＸ，Ｙ方向のそれぞれの方向に沿って間隔を隔てて可動電極が設けられている。隣り合う可動電極に挟まれた領域には、各可動電極に対向するように第１及び第２固定電極が隣接して設けられている。第１及び第２固定電極は、接続部（文献では端子）にて基板と接続されており、錘部の揺動によって変化する第１及び第２固定電極と可動電極との間の静電容量の変化量が接続部から処理回路（差動増幅回路など）に出力及び処理され加速度が検出される。この加速度センサにおいても、上記した特許文献１と同様に、接続部から延設される固定電極に対し、錘部から延設される可動電極が対向するように構成されている。

特開平１１−３４４５０７号公報特開平０７−２４５４１３号公報特表２００５−５３４０１６号公報特開平０６−２５８３４０号公報特開平０５−３４０９６０号公報特許第２７７３４９５号公報特許第３３２７５９５号公報

ところで、上記したような加速度センサに対し、例えば図１５に示す加速度センサ４０１の構成が考えられる。図１５は加速度センサの模式図を示しており、平面視正方形状の錘部４１１には一対の第１及び第２固定電極４１２，４１３を囲むように可動電極４１４が設けられ、錘部４１１の中央部において１方向（図中のＹ方向）に沿って第１及び第２固定電極４１２，４１３が複数組並んで配列されている。加速度センサ４０１は、バネ（図示略）に保持された錘部４１１がＹ方向に揺動するのにともなって可動電極４１４と第１及び第２固定電極４１２，４１３との距離に応じて静電容量が変動しＹ方向の加速度が検出される。

一方で、加速度センサ４０１の可動電極４１４は、第１及び第２固定電極４１２，４１３を囲むように形成され加速度の検出方向（この場合Ｙ方向）だけでなくＹ方向と直交するＸ方向においても各固定電極４１２，４１３と対向している。第１固定電極４１２にはＸ方向の一端部（図中の左側の端部）に接続部４１２Ｂが設けられ、第２固定電極４１３にはＸ方向の他端部（図中の右側の端部）に接続部４１３Ｂが設けられている。接続部４１２Ｂ，４１３Ｂは、例えば平板状の第１及び第２固定電極４１２，４１３の各々に対し基板（図示略）と接続されるスルーホールが形成されており、平面視における各固定電極４１２，４１３の厚さが他の部分に比べて増大したものとなっている。

接続部４１２Ｂは、第１固定電極４１２と可動電極４１４とが面一に対向するように、隣接する第２固定電極４１３側に拡幅されて形成されている。また、接続部４１３Ｂは、第２固定電極４１３と可動電極４１４とが面一に対向するように、隣接する第１固定電極４１２側に拡幅されて形成されている。そして、第１及び第２固定電極４１２，４１３は、Ｘ方向の一端において接続部４１２Ｂが可動電極４１４と対向し、他端において接続部４１３Ｂが可動電極４１４と対向する構成となっている。

ここで、錘部４１１は、Ｘ方向への揺動にともなって第１及び第２固定電極４１２，４１３（接続部４１２Ｂ，４１３Ｂを含む）と可動電極４１４とが接触しないように互いの間に隙間（ギャップ）が設けられている。例えば、接続部４１２Ｂと可動電極４１４との距離を幅４１５Ａとし、接続部４１３Ｂと可動電極４１４との距離を幅４１６Ｂとする。この幅４１５Ａ，４１６Ｂのギャップは、例えば第１及び第２固定電極４１２，４１３をエッチングする同一工程で形成される。

この加速度センサ４０１に対し大きな衝撃等が加わって錘部４１１が回転したような状態では、図１６に示すように、接続部４１２Ｂ，４１３Ｂを含む固定電極４１２，４１３と可動電極４１４との隙間の距離は、Ｘ，Ｙの何れの方向においても異なる距離となる。例えば、幅４１５Ａ，４１６Ｂ（図１５参照）は、Ｙ方向の位置において異なる距離となる。固定電極４１２，４１３と可動電極４１４との間の静電容量には、錘部４１１が回転等により検出方向と異なる方向に揺動したことにともなう変動が生じる。このため、このような変動が加速度の検出精度に影響を与えないように、例えば固定電極４１２，４１３及び可動電極４１４を含むブリッジ回路を構成して変動にともなう変化量を相殺することが好ましい。

このとき、図１５に示す幅４１５Ａ，４１６Ｂは、接続部４１２Ｂ，４１３Ｂと可動電極４１４との間の静電容量に対する錘部４１１の回転による変動を相殺するためには、同一距離とすることが好ましい。しかしながら、幅４１５Ａ，４１６Ｂは、エッチングのためのレジストを形成するフォトマスクの位置調整（アライメント）やエッチング量に対する制御等の製造工程での精度（例えばμｍオーダーの精度）の限界から同一距離とすることは極めて難しい。その結果、錘部４１１に回転が生じる場合には、幅４１５Ａ，４１６Ｂの差に起因して各接続部４１２Ｂ，４１３Ｂと可動電極４１４との各々のＸ方向での静電容量に異なる変位量の変動が生じてしまうことが考えられる。本来、接続部４１２Ｂ，４１３Ｂと可動電極４１４との間の静電容量は、錘部４１１が検出方向と直交する非検出方向（Ｘ方向）に揺動するのに応じて変化するため加速度の検出に資するものではないのであるが、この部分にも静電容量の変動が検出されてしまい、加速度の検出精度に悪影響を及ぼすことが問題となる。

また、図１５及び図１６に示す構成の他に、例えば図１７に示す加速度センサ４０１Ａの構成が考えられる。図１７に示す加速度センサ４０１Ａは、一対の第１及び第２固定電極４１２，４１３が６組設けられている。第１固定電極４１２は、Ｘ方向の一端側（図中の上側の３つは左側、下側の３つは右側）に接続部４１２Ｂが設けられている。また、第２固定電極４１３は、第１固定電極４１２とは反対のＸ方向の一端側（図中の上側の３つは右側、下側の３つは左側）に接続部４１３Ｂが設けられている。従って、加速度センサ４０１Ａは、Ｙ方向における一方（上側）の３組と他方（下側）の３組とで各固定電極４１２，４１３に設けられる接続部４１２Ｂ，４１３Ｂの位置が異なる。これにより、非検出方向（Ｘ方向）への変位に対する変化量を相殺するものである。

しかしながら、この加速度センサ４０１Ａにおいて例えば錘部４１１が反時計回りに回転すると、接続部４１２Ｂと可動電極４１４との隙間の幅４１５Ａ（図１５参照）は、接続部４１３Ｂと可動電極４１４との隙間の幅４１６Ｂに比べて大きくなる部分に配置されることとなる。従って、加速度センサ４０１Ａでは、各固定電極４１２，４１３と可動電極４１４との各々の静電容量の変動の差がさらに大きなものとなる。

本願に開示される技術は、上記の課題に鑑み提案されたものである。静電容量型の加速度センサに関し、固定電極と可動電極とのギャップの差に起因して錘部が回転する時に生じる静電容量の変動の差を低減し、加速度の検出精度を向上させることができる加速度センサを提供することを目的とする。

本願に開示される技術に係る加速度センサは、基板と、基板から遊離して揺動可能に設けられる錘部と、錘部に設けられる可動電極と、基板に固定されて設けられ、基板の平面方向に平行な検出方向の加速度に応じて可動電極との検出方向における距離が変動し、当該距離に応じて可動電極との静電容量が変動する第１及び第２固定電極と、第１固定電極の検出方向と直交する方向の一端部に設けられ、第１固定電極を基板に接続する第１接続部と、第２固定電極の検出方向と直交する方向の一端部とは反対側の他端部に設けられ、第２固定電極を基板に接続する第２接続部と、を備え、第１及び第２固定電極は、可動電極に囲まれた領域に互いに隣接して配置される一対の第１及び第２固定電極が、検出方向に沿って可動電極を間に挟んで複数組並んで配置され、複数組のうちの１組と検出方向において隣り合う他の全ての組とで、第１及び第２接続部が設けられる一端部及び他端部が互いに異なる端部となる。

当該加速度センサでは、可動電極に囲まれた領域に互いに隣接して配置される一対の第１及び第２固定電極が、検出方向に沿って可動電極を間に挟んで複数組並んで配置される。第１接続部は、第１固定電極における検出方向と直交する方向の一端部に設けられる。第２接続部は、第２固定電極における検出方向と直交する方向の第１接続部とは反対側の端部に設けられる。ここで、第１及び第２接続部は、検出方向と直交する方向の両端のそれぞれにおいて可動電極と対向するが、製造工程での精度の限界等から各接続部と可動電極とのギャップを同一距離とすることが難しい。この場合に、錘部に回転が生じると各接続部と可動電極との間の静電容量に異なる変位量の変動が生じることによって、加速度の検出精度に悪影響を及ぼす虞がある。

そこで、当該加速度センサでは、第１及び第２固定電極の複数組のうちの１組と、検出方向において隣り合う他の全ての組とで、第１及び第２接続部が設けられる端部が異なる構成とする。つまり、第１接続部は、第１固定電極に対して設けられる端部の位置が、検出方向に並ぶ第１固定電極に対して交互に異なる端部側となる。同様に、第２接続部は、第２固定電極に対して設けられる端部の位置が、検出方向に並ぶ第２固定電極に対して交互に異なる端部側となる。このような構成では、可動電極は、回転時における第１及び第２接続部の各々の間における静電容量に生じる変動が同様の態様となる。その結果、可動電極と第１及び第２固定電極の各々との静電容量に対し回転によって生じる変動の差が低減されることによって、加速度の検出精度の向上を図ることが可能となる。

また、本願に開示される技術に係る加速度センサにおいて、第１接続部は、隣接する第２固定電極の一端部と対向する位置に拡幅して形成され、第２接続部は、隣接する第１固定電極の他端部と対向する位置に拡幅して形成され、一対の第１及び第２固定電極は、検出方向と直交する方向の端部において、可動電極と対向する部分が第１及び第２接続部のいずれかである構成としてもよい。

当該加速度センサでは、第１及び第２固定電極は、端部に設けられる第１及び第２接続部が隣接するもう一方の電極側に拡幅するように設けられ、検出方向の直交方向の端部において各接続部のいずれかが可動電極と対向する。これにより、電極の幅が増大する各接続部を一対の固定電極の異なる端部側に設けて互い違いとなるように配置し両固定電極をより近接させて配置することによって、固定電極が占有する領域を減少させ装置の小型化を図ることが可能となる。

また、本願に開示される技術に係る加速度センサにおいて、一対の第１及び第２固定電極と可動電極とは、基板の平面視における錘部の外周縁で囲まれた領域の中央部において、検出方向に沿って一列に並んで配置される構成としてもよい。

当該加速度センサでは、一対の固定電極と可動電極とは、錘部の外周縁で囲まれた領域の中央部において検出方向に沿って交互に一列に並んで配置される。このような構成では、回転にともなう錘部の変動が小さい中央部に各固定電極と可動電極とを配置することによって、静電容量に対し回転によって生じる変動の差をより効果的に低減できる。

本願に開示される技術によれば、固定電極と可動電極とのギャップの差に起因して錘部が回転する時に生じる静電容量の変動の差を低減し、加速度の検出精度を向上させることができる加速度センサを提供することができる。

実施形態の加速度センサの概略構成を示す斜視図である。（ａ）はセンサの平面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線端面図、（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線端面図である。センサの電気的接続を示す図である。静電容量部の配置を説明するための模式図である。固定電極と可動電極とのギャップを説明するための模式図である。回転時の固定電極と可動電極とのギャップを説明するための模式図である。可動電極の形状を説明するための概略斜視図である。（ａ）本実施形態のバネを説明するための模式図、（ｂ）（ｃ）は比較例のバネを説明するための模式図である。折りたたみ回数とバネ定数との関係を示すグラフである。（ａ）〜（ｃ）はセンサの製造工程を説明するための端面図である。（ａ）〜（ｃ）はセンサの製造工程を説明するための端面図である。別の加速度センサの静電容量部の配置を説明するための模式図である。別の加速度センサの静電容量部の配置を説明するための模式図である。別の加速度センサを説明するための平面図である。比較例のセンサにおける固定電極と可動電極とのギャップを説明するための模式図である。比較例のセンサにおける回転時の固定電極と可動電極とのギャップを説明するための模式図である。比較例のセンサにおける回転時の固定電極と可動電極とのギャップを説明するための模式図である。

以下、本発明を具体化した一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、添付図面は、説明の便宜上、実際の寸法・縮尺とは異なって図示されている部分がある。
図１は、本実施形態に係る静電容量型の加速度センサをＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造したチップの概略構成を示している。同図１に示すように、加速度センサ１０は、平面視略長方形板状に形成された基板１２を備える。加速度センサ１０は、基板１２の長辺に沿った方向に並設される２つのチップ領域の各々に第１のセンサ２１と第２のセンサ３１とが形成されている。なお、以下の説明では、同図１に示すように、加速度センサ１０の長辺に沿った方向（第１及び第２のセンサ２１，３１が並設される方向）をＸ方向、Ｘ方向に対して直角で加速度センサ１０の短辺に沿った方向をＹ方向、Ｘ方向とＹ方向との両方に直角となる方向（基板１２の基板平面に対して垂直な方向）をＺ方向と称し、説明する。

第１のセンサ２１は、枠部２３と、錘部２４と、一対のバネ部２６と、静電容量部２７とを備える。図２（ａ）に示すように、枠部２３は、平面視形状が四角枠状に形成され、その囲われた内側部分に錘部２４が設けられている。錘部２４は、平面視略正方形状をなす板状に形成されている。錘部２４は、Ｚ方向に貫通する貫通孔２４Ａが複数形成され、該貫通孔２４Ａが錘部２４に対してマトリックス状に形成されている。ちなみに、この貫通孔２４Ａは、錘部２４がＺ方向に移動する際の抵抗を減らす通気孔としての機能や後述する犠牲層をエッチングする際のエッチング液の導入口として機能するものである。

また、第１のセンサ２１は、Ｙ方向の両側部分にバネ部２６が各々設けられている。バネ部２６は、Ｘ方向の略中央部に設けられた梁部４１と、梁部４１におけるＸ方向の両側に設けられた一対のバネ４３とを備える。梁部４１は、平面視略長方形状の板状に形成され、長辺がＹ方向に沿って設けられている。錘部２４と梁部４１とは、各バネ４３を介して連結されている。バネ４３は、平面視形状が蛇行した形状をなしており、一端側の固定端４３Ａが梁部４１の側面に固定され、他端側の可動端４３Ｂが錘部２４に接続されている。なお、詳細については後述するが、バネ４３の蛇行した形状は、互いになす角度が直角となる短辺と長辺とが交互に繋がり、短辺がＸ方向に沿って設けられ長辺がＹ方向に沿って設けられるつづら折れ形状に形成されている。また、バネ４３は、梁部４１に固定される固定端４３Ａと、錘部２４に接続される可動端４３Ｂとの距離が長辺よりも長くなるように構成されており、Ｘ方向に対する剛性を高めて伸縮が規制される構造となっている。

図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線端面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線端面図である。図２（ｂ）に示すように、梁部４１は、基板１２上に立設されたアンカー部４５と一体形成され固定されている。このため、図２（ｃ）に示すように、錘部２４は、固定された梁部４１に対しバネ４３を介して支持されることによって、基板１２の上に浮いたような状態で保持されている。また、錘部２４と錘部２４を囲む枠部２３とは互いに離間している。

図２（ａ）に示すように、静電容量部２７は、第１及び第２固定電極２８，２９と、可動電極３０とを備える。静電容量部２７は、第１のセンサ２１及び錘部２４の中央に設けられている。第１のセンサ２１は、一対の第１及び第２固定電極２８，２９を複数組（本実施形態では５組）備える。第１及び第２固定電極２８，２９は、主面がＺ方向に沿った略長方形板状に形成され、長辺がＸ方向に沿って設けられている。第１及び第２固定電極２８，２９は、互いの主面が対向するようにＹ方向に沿って交互に設けられている。換言すれば、第１及び第２固定電極２８，２９は、Ｙ方向に沿って並設されている。

第１固定電極２８は、Ｘ方向の一端側にスルーホール２８Ａが設けられ基板１２の上に形成された配線（図示略）と電気的に接続されている。また、第２固定電極２９は、第１固定電極２８とは反対のＸ方向の一端側にスルーホール２９Ａが設けられ基板１２上に形成された配線（図示略）と電気的に接続されている。第１固定電極２８の電極の厚さ（Ｙ方向の幅）は、スルーホール２８Ａが形成される接続部２８Ｂが、他の部分に比べて大きくなっている。同様に、第２固定電極２９の電極の厚さ（Ｙ方向の幅）は、スルーホール２９Ａが形成される接続部２９Ｂが、他の部分に比べて大きくなっている。

第１及び第２固定電極２８，２９は、各組において接続部２８Ｂ，２９Ｂが設けられる端部が互いに異なる。詳述すると、例えば、Ｙ方向の一端側（図中において最も上側）の１組に含まれる第１固定電極２８には、Ｘ方向の一端側（図中の左側）に接続部２８Ｂが設けられ、第２固定電極２９には、Ｘ方向の他端側（図中の右側）に接続部２９Ｂが設けられている。また、当該１組目の固定電極２８，２９とＹ方向で隣り合う１組（図中において上から２番目の組）では、１組目とは異なり、第１固定電極２８にはＸ方向の一端側（図中の右側）に接続部２８Ｂが設けられ、第２固定電極２９にはＸ方向の他端側（図中の左側）に接続部２９Ｂが設けられている。つまり、第１及び第２固定電極２８，２９は、複数組のうちの１組とＹ方向において隣り合う他の１組とで、接続部２８Ｂ，２９Ｂが設けられる端部が互いに異なる端部となっている。換言すれば、接続部２８Ｂは、第１固定電極２８に対して設けられる端部の位置が、Ｙ方向に並ぶ第１固定電極２８に対して交互に異なる端部側となっている。同様に、接続部２９Ｂは、第２固定電極２９に対して設けられる端部の位置が、Ｙ方向に並ぶ第２固定電極２９に対して交互に異なる端部側となっている。

また、図２（ｂ）に示すように、第１及び第２固定電極２８，２９は、スルーホール２８Ａ，２９Ａが設けられた端部を除く部分が基板１２と離間するように形成されている。なお、第１及び第２固定電極２８，２９は、端部を含む全体が基板１２に接続された構成としてもよい。

可動電極３０は、平面視において第１及び第２固定電極２８，２９の外周部分を囲むように形成された枠状電極部３０Ａと、各第１及び第２固定電極２８，２９のＹ方向の間に設けられた平板電極部３０Ｂとを備える。枠状電極部３０Ａは、錘部２４の中央部に一体形成される四角枠状をなし、第１及び第２固定電極２８，２９の各々と互いに離間している。平板電極部３０Ｂは、第１及び第２固定電極２８，２９に対向するように錘部２４から延設され、主面がＺ方向に沿った略長方形板状に形成され、長辺がＸ方向に沿って設けられている。各平板電極部３０Ｂは、Ｘ方向における両端部が錘部２４に一体形成されている。

また、第１及び第２固定電極２８，２９は、Ｙ方向で隣り合う平板電極部３０Ｂに挟まれた領域に互いに隣接して配置されている。接続部２８Ｂは、第１固定電極２８と平板電極部３０Ｂとが面一に対向するように、隣接する第２固定電極２９側に拡幅されて形成されている。また、接続部２９Ｂは、第２固定電極２９と平板電極部３０Ｂとが面一に対向するように、隣接する第１固定電極２８側に拡幅されて形成されている。

図２（ｂ）に示すように、基板１２は、コア基板５１と、コア基板５１の上面を覆うように形成された絶縁層５３と、絶縁層５３の上に形成された第３固定電極５５とを備える。梁部４１と一体形成されたアンカー部４５はパッド５８と接続されており、錘部２４が配線（図示略）を介して外部端子と電気的に接続されている。第１のセンサ２１は、図３に示すように、錘部２４の可動電極３０と第１及び第２固定電極２８，２９とで平行平板コンデンサＣ１，Ｃ２が構成される。平行平板コンデンサＣ１，Ｃ２は、第１のセンサ２１に対しＹ方向（検出方向）に作用する加速度に応じて、第１及び第２固定電極２８，２９の各々と平板電極部３０Ｂとの間の距離が変動し静電容量が変化する。例えば、Ｙ方向の一方（図中の上方）に錘部２４が変動するのにともなって平行平板コンデンサＣ１の静電容量が減少する一方で、平行平板コンデンサＣ２の静電容量が増加する。このような可動電極３０（平板電極部３０Ｂ）と第１及び第２固定電極２８，２９との間の距離の変動にともなって変化する平行平板コンデンサの静電容量を測定することによってＹ方向に対する加速度を検出することが可能となる。

例えば、錘部２４に接続される測定点６１における電圧を上記した外部端子から処理回路に出力しコンデンサＣ１，Ｃ２の電位差（静電容量の差）を検出して加速度を算出する。なお、図３に示すように、第１のセンサ２１は、静電容量の差の出力を大きくし感度を向上させるためにコンデンサＣ１，Ｃ２の各々を含むブリッジ回路が構成されている。また、このブリッジ回路を構成することで、非検出方向となるＸ方向に対する各コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量の変化を相殺し、いわゆる他軸感度の低減を図ることができる。また、第１のセンサ２１は、加速度が加わらない無負荷時の測定点６１におけるオフセット電圧をキャンセルするための補正回路を備えてもよい。

また、図２（ｂ）に示す第３固定電極５５は、錘部２４とＺ方向で対向するように絶縁層５３の上面の全域に広がって形成されている。第１のセンサ２１は、錘部２４と第３固定電極５５とでＺ方向で対向する平行平板コンデンサが構成される。この平行平板コンデンサは、第１のセンサ２１に対しＺ方向に作用する加速度に応じて静電容量が変化する。第１のセンサ２１では、錘部２４と第３固定電極５５との間の距離の変動にともなって変化する平行平板コンデンサの静電容量を測定することによってＺ方向に対する加速度が検出される。

第１のセンサ２１は、上記したようにＹ方向及びＺ方向に作用する加速度を検出する一方で、バネ４３（図２（ａ）参照）がＸ方向に対する伸縮が規制される構造となっており、錘部２４がＸ方向に撓動しないようになっている。従って、第１のセンサ２１は、Ｙ方向及びＺ方向の加速度が検出可能な２軸加速度センサとして構成されている。図１に示すように、加速度センサ１０が備える第２のセンサ３１は、第１のセンサ２１と同様の構成となっており、枠部２３と、錘部２４と、一対のバネ部２６と、第１及び第２固定電極２８，２９と、第３固定電極（図示略）とを備える。第２のセンサ３１は、Ｚ方向を回転軸として第１のセンサ２１を９０度回転した構造となっている。つまり、第２のセンサ３１は、Ｘ方向及びＺ方向に作用する加速度を検出する一方で、バネ部２６のバネ４３がＹ方向に対する伸縮が規制され、錘部２４がＹ方向に撓動しないようになっている。従って、第２のセンサ３１は、Ｘ方向及びＺ方向の加速度が検出可能な２軸加速度センサとして構成されている。

このように構成された加速度センサ１０では、第１及び第２のセンサ２１，３１の出力に基づいて３方向に対する加速度が検出される。また、加速度センサ１０では、Ｚ方向に対する加速度を第１及び第２のセンサ２１，３１の各々の錘部２４と第３固定電極５５との距離の変動に応じた静電容量の変化を測定し検出する。即ち、加速度センサ１０は、Ｚ方向に対する加速度を第１及び第２のセンサ２１，３１の両方の出力を合成した値を用いて検出する構成となっている。

次に、静電容量部２７の配置について図４を用いて説明する。なお、図４は、静電容量部２７の配置を示すための模式図であり、第１のセンサ２１が備える各部材を適宜省略して示している。図４に示すように、静電容量部２７は、錘部２４の中央に設けられて一列に並んで配置されている。詳述すると、静電容量部２７は、平面視正方形状の外周縁を有する錘部２４における対角線の中点（重心７０）が静電容量部２７の中心となる位置になっている。ここでいう静電容量部２７の中心とは、第１及び第２固定電極２８，２９と平板電極部３０Ｂとの各部材を含む静電容量部２７を立体的に見た場合の中心となる位置である。なお、静電容量部２７の中心は、静電容量部２７の構成等に応じて適宜設定する。また、本実施形態の第１のセンサ２１は、この静電容量部２７の中心が、錘部２４の重心７０と一致しており、平面的にだけでなく立体的に見た場合にも互いの中心となる位置が一致している。なお、本実施形態では、第２のセンサ３１が第１のセンサ２１と同様の構成となっており、各センサ２１，３１が静電容量部２７の中心が錘部２４の重心７０に一致している。

ここで、第１及び第２固定電極２８，２９は、スルーホール２８Ａ，２９Ａが形成される接続部２８Ｂ，２９Ｂの電極の厚さ７１が他の部分に比べて増大している。図１２は、比較例としての第１のセンサ２１Ａの静電容量部２７の配置を示している。図１２に示す第１のセンサ２１Ａは、静電容量部２７が第１及び第２固定電極２８，２９の長手方向（Ｘ方向）において２つ（２列）に分断された静電容量部２７Ａ，２７Ｂを備える。静電容量部２７Ａ、２７Ｂは、平面視において錘部２４の重心７０の位置に対してＸ方向で対称となる位置に分散した配置となっている。このような構成では、１つの検出方向（Ｙ方向）に対応する静電容量部２７が２つの静電容量部２７Ａ，２７Ｂに分散して配置された構成となっており、各静電容量部２７Ａ，２７Ｂの第１及び第２固定電極２８，２９に接続部２８Ｂ，２９Ｂが設けられる。

これに対し、図４に示す第１のセンサ２１では、検出方向に対応する静電容量部２７が錘部２４の中央部に一列に集約して設けられ錘部２４の中央部にＹ方向に沿って第１及び第２固定電極２８，２９及び可動電極３０が交互に並設されている。そのため、第１のセンサ２１は、図１２に示す第１のセンサ２１Ａと比較した場合に、接続部２８Ｂ，２９Ｂを省略した数分だけ小型化を図ることが可能となる。より具体的には、例えば、第１のセンサ２１は、第１のセンサ２１ＡとＸ方向で比較した場合に、接続部２８Ｂ，２９ＢのＸ方向の長さを幅７２とすると、接続部２８Ｂ，２９Ｂの数分（幅７２が２個分）の長さだけＸ方向の長さを短くすることが可能となる。従って、このような構成では、１つの検出方向に対応する静電容量部２７が１箇所に集約されることによって、固定電極２８，２９に設けられる接続部２８Ｂ，２９Ｂの配置が最適化でき接続部２８Ｂ，２９Ｂの個数を削減して装置の小型化を図ることが可能となる。

また、第１及び第２固定電極２８，２９は、錘部２４と離間している。そのため、例えば、第１のセンサ２１は、第１のセンサ２１ＡとＸ方向で比較した場合に、接続部２８Ｂ，２９Ｂと錘部２４とのＸ方向における隙間の幅を幅７３とすると、隙間の数分（幅７３が２個分）の長さだけＸ方向の長さを短くすることが可能となる。つまり、接続部２８Ｂ，２９Ｂの省略に合わせて接続部２８Ｂ，２９Ｂと錘部２４とのギャップを省略できるため、特に微細な機械構造の製造に適用されるＭＥＭＳ技術を用いた加速度センサにおいて装置の小型化を効果的に図ることが可能となる。

ちなみに、例えば、図１２に示す第１のセンサ２１Ａにおいて、静電容量部２７Ｂを省略し、静電容量部２７Ａに集約、即ち、静電容量部２７を錘部２４の中央以外の位置に集約する構成が考えられる。しかしながら、このような構成は、例えば、錘部２４に対してＸ方向の一方側のみに可動電極３０を形成することとなり、錘部２４の重心が中央からずれることとなる。従って、加速度が加わった場合に、錘部２４に対し回転方向の運動が生じて検出方向の加速度に対する所望の出力を得ることが困難となる。

次に、Ｙ方向に並ぶ第１及び第２固定電極２８，２９の各々に対して接続部２８Ｂ，２９Ｂを交互に異なる端部に設けた作用について説明する。まず、図４に示す第１のセンサ２１では、接続部２８Ｂ，２９Ｂと可動電極３０とのギャップの幅を幅７３として同一符号を用いて説明したが、この幅７３は厳密にはＸ方向両側の各々に設けられるギャップによって距離が異なる。これは、エッチングのためのレジストを形成するフォトマスクの位置調整（アライメント）やエッチング量に対する制御等の製造工程での精度の限界から各固定電極２８，２９のＸ方向両側に設けられる幅７３を同一距離とすることは極めて難しいからである。

そこで、以下の説明では、図５に示すように、Ｘ方向の一端側（図中において左側）の幅７３を幅７３Ａ、他端側の幅７３を幅７３Ｂと称し、説明する。例えば幅７３Ａを幅７３Ｂに比べて長い距離とする。図５に示すように、接続部２８Ｂは、第１固定電極２８と可動電極３０とがＹ方向において面一に対向するように、第１固定電極２８の一端側において隣接する第２固定電極２９に拡幅されて形成されている。また、接続部２９Ｂは、第２固定電極２９と可動電極３０とが面一に対向するように、第２固定電極２９の一端側において隣接する第１固定電極２８側に拡幅されて形成されている。また、接続部２８Ｂ，２９Ｂは、隣接する第１及び第２固定電極２８，２９のＸ方向の端部と対向する位置まで拡幅して形成されている。従って、一対の第１及び第２固定電極２８，２９は、Ｘ方向の端部において接続部２８Ｂ，２９Ｂのいずれか一方が枠状電極部３０Ａと対向している。

ここで、例えば第１のセンサ２１に大きな衝撃等が加わって錘部２４が回転したような状態では、図６に示すように幅７３Ａ，７３ＢがＹ方向の位置によって異なる状態となる。例えば、錘部２４がＺ軸方向を回転軸として反時計回りに回転した場合には、幅７３Ａの距離がＹ方向の上側に向かうに従って大きくなっている一方で、幅７３Ｂの距離がＹ方向の上側に向かうに従って小さくなっている。この錘部２４の回転にともなう幅７３Ａ，７３Ｂの変動により、接続部２８Ｂ，２９Ｂと枠状電極部３０Ａの間の静電容量の変動が生じる。そして、上記したように幅７３Ａ，７３Ｂが異なる距離であるため、錘部２４の回転にともなう静電容量の変動が幅７３Ａ，７３Ｂ、即ち、Ｘ方向の両側において異なる態様となる。

そこで、本実施形態の第１及び第２固定電極２８，２９では、接続部２８Ｂ，２９Ｂが設けられる端部の位置が、Ｙ方向に並ぶ各固定電極２８，２９の各々に対して交互に異なる端部側となるように構成されている。これにより、枠状電極部３０Ａは、回転時における接続部２８Ｂ，２９Ｂの各々の間における静電容量に生じる変動が同様の態様となる。その結果、可動電極３０と第１及び第２固定電極２８，２９の各々との静電容量に対し回転によって生じる変動の差を無くし加速度の検出精度の向上を図ることが可能となる。

ちなみに、本実施形態の第１のセンサ２１では、接続部２８Ｂ，２９Ｂが第１及び第２固定電極２８，２９の端部に設けられているが、これに対し、図１３に示す第１のセンサ２１Ｂのように第１及び第２固定電極２８，２９のＸ方向の略中央部に接続部２８Ｂ，２９Ｂを設けた構成が考えられる。このような構成では、第１及び第２固定電極２８，２９のＸ方向の端部分と可動電極３０との回転時における静電容量の変動の差を低減できるが、電極の幅が他の部分に比べて大きい接続部２８Ｂ，２９Ｂを中央部に設けたことで両固定電極２８，２９の互いの距離が離れることとなり、第１のセンサ２１Ｂに対して固定電極２８，２９が占有する領域の増大を招く。

これに対し、本実施形態の第１のセンサ２１では、一対の第１及び第２固定電極２８，２９が、Ｘ方向の端部において接続部２８Ｂ，２９Ｂのいずれか一方が枠状電極部３０Ａと対向している。そして、電極の幅が大きくなる各接続部２８Ｂ，２９Ｂが、固定電極２８，２９の異なる端部側に設けられ互い違いとなるように配置されている。これにより、両固定電極２８，２９をより近接させて配置することによって、固定電極２８，２９が占有する領域を減少させることができる。その結果、加速度の検出精度の向上と装置の小型化との両立を図ることが可能となる。

次に、可動電極３０の平板電極部３０Ｂの構造について詳細に説明する。
図７に示すように、第１のセンサ２１の静電容量部２７に設けられる平板電極部３０Ｂは、長辺がＸ方向に沿った略長方形板状に形成され、長辺の両端部が錘部２４に固定されている。この平板電極部３０Ｂが錘部２４に固定される部分（以下、「固定部」という）８１，８２は、錘部２４と一体形成されている。

ここで、本実施形態との比較を行うために、平板電極部３０Ｂが長手方向の一端側、例えば固定部８１のみで錘部２４に固定されるような構成について説明する。図７に示すように、例えば、平板電極部３０Ｂの長手方向（Ｘ方向）の長さをＬ、短手方向（Ｚ方向）の長さをｈ、厚さ（Ｙ方向の長さ）をｂとする。そして、固定部８１のみが固定されるような平板電極部３０Ｂに対して検出方向に加速度ａ（Ｇ）が加わった場合に、平板電極部３０Ｂの他端側（固定部８２側）の先端となる部分には、以下の式で表される撓み（変位）が生じる。
ｖ＝ｆ_０Ｌ^４／８ＥＩ＝１４．７（σａＬ^４／Ｅｂ^２）
上記した式において、ｆ_０は加速度ａ（Ｇ）が加わったときに平板電極部３０Ｂに加わる単位長さ当たりの荷重（分布荷重）、Ｅは平板電極部３０Ｂの材料（例えばシリコン）のヤング率（例えば、１６９ＧＰａ（ギガパスカル））、Ｉは断面２次モーメント、σは材料の密度（例えば２３３０ｋｇ／ｍ^３）である。また、例えば、長さＬ＝２７０μｍ（マイクロメートル）、長さｈ＝１０μｍ、厚さｂ＝２μｍとする。この場合に、ａ＝１０，０００（Ｇ）の大きさの加速度がセンサ２１に加わった場合には、ｖ＝２．７μｍの変位が生じる。

一方で、可動電極３０（平板電極部３０Ｂ）と第１及び第２固定電極２８，２９との間の幅７４は、感度を向上させるために電極間の距離を狭くすること、あるいはエッチング等の製造工程での加工限界を考慮すると、幅７４は約２．０〜２．５μｍとなる。従って、上記したような平板電極部３０Ｂの一端側を固定する構成では、仮に１０，０００＝１万（Ｇ）の大きさの加速度が加わった場合には、平板電極部３０Ｂの先端部分と第１及び第２固定電極２８，２９とが衝突し短絡が生じる。ちなみ、加速度ａ＝１万（Ｇ）とは、この種のセンサに対して加えられる加速度としては一般的に許容範囲内とされる値である。

これに対し、本実施形態の第１のセンサ２１では、各平板電極部３０Ｂの長手方向の両端が固定部８１，８２において錘部２４と接続されている。このような構成では、平板電極部３０Ｂには、加速度が加わった場合に、両端が錘部２４に固定されていることで長手方向（Ｘ方向）の中央部が変位するような力が加わる。しかしながら、平板電極部３０Ｂの中央部が変位するためには、撓む以外に平板電極部３０Ｂ自身が伸びるように変形する必要がある。このような平板電極部３０Ｂの中央部が伸びて固定電極２８，２９と接触するための加速度は、本発明者らがシミュレーションした結果では加速度ａ＝約７５０万（Ｇ）という値となった。従って、本実施形態の平板電極部３０Ｂでは、その両端が錘部２４に固定されることで、衝撃等により大きな加速度が加わった場合であっても、平板電極部３０Ｂと第１及び第２固定電極２８，２９との衝突を防止することが可能となる。

また、第１のセンサ２１は、静電容量部２７が錘部２４の中央に設けられ集約されていることから、１つの平板電極部３０Ｂの長手方向の長さＬを長くして静電容量を大きくすることで、感度の向上を図ることができる。その一方で、上記したように、平板電極部３０Ｂを一方側のみで固定した場合には、長さＬに応じた撓みが生じる。そのため、本実施形態では、平板電極部３０Ｂの両端が錘部２４に固定され撓みが生じにくい構造となっていることから、所望の静電容量とするために平板電極部３０Ｂの長さＬを長くした静電容量部２７であっても好適に集約することが可能となる。

なお、例えば、第１のセンサ２１に対し錘部２４等の変動を規制するストッパーを設けて可動電極３０と第１及び第２固定電極２８，２９との衝突が生じる前に錘部２４の変動を規制する構成が考えられる。しかしながら、このようなストッパーが機能する際には、既に錘部２４が変動している状態であり、可動電極３０と第１及び第２固定電極２８，２９との幅７４が例えば上記した２．０〜２．５μｍよりも狭くなり、撓みによる衝突が生じ易くなる。従って、ストッパー等の錘部２４の変動を規制する部材を備える第１のセンサ２１であっても、平板電極部３０Ｂの両端を錘部２４に固定することで、より確実に可動電極３０と第１及び第２固定電極２８，２９との衝突を防止することが可能となる。

次に、バネ４３の構造について説明する。
図８（ａ）に示すバネ１００は、バネ４３の一例である。バネ１００は、上述したように、互いになす角度が直角となる短辺１１１と長辺１１２とが交互に繋がる形状に構成されている。なお、以下の説明では、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、短辺１１１の長さをＬ１、長辺１１２の長さをＬ２と称し、説明する。また、図８（ａ）〜（ｃ）に示す方向はバネ１００，１００Ａ，１００Ｂが伸縮する方向を示している。

バネ１００は、長さＬ２が長さＬ１に比べて長く、錘部２４（図２（ａ）参照）と梁部４１（図２（ａ）参照）の各々に接続される両端の距離Ｌ３が長さＬ２よりも長くなるように構成されている。ここで、バネ１００において、Ｙ方向で往復する回数、換言すればＹ方向の一端側で折り返す回数（以下、「折りたたみ回数」という）をｎとする。図８（ａ）に示すバネ１００では、折りたたみ回数ｎは１５回となる。バネ１００は、折りたたみ回数ｎと、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向に対応するバネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚが相関する関係にある。そこで、本発明者らは、バネ１００の折りたたみ回数ｎに対するバネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚの変化について検討・シミュレーション等を重ねた結果、本発明をなすに至った。具体的には、図８（ａ）に示すように、例えば、Ｚ方向と直交する平面においてバネ１００が占有する領域Ｓ（図中のハッチングで囲む部分）の面積を一定として、折りたたみ回数ｎを変更しながらバネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚの検討を行った。

図９は、折りたたみ回数ｎに対するバネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚの値を示すグラフである。図９に示すように、Ｘ方向のバネ定数Ｋｘは、折りたたみ回数ｎの増加にともなって増加する。図中の実線で示すグラフは、バネ定数Ｋｘを試算した結果を示しており、折りたたみ回数ｎの増加にともなってＸ方向に対する剛性が高まり伸縮が規制されていくことがわかる。

一方で、Ｙ方向のバネ定数Ｋｙは、折りたたみ回数ｎの増加にともなって減少する。図中の破線で示すグラフは、バネ定数Ｋｙを試算した結果を示しており、折りたたみ回数ｎの増加にともなってＹ方向に対する剛性が低くなり撓動し易くなっていくことがわかる。同様に、Ｚ方向のバネ定数Ｋｚは、折りたたみ回数ｎの増加にともなって減少する。図中の一点鎖線で示すグラフは、バネ定数Ｋｚの試算結果を示し折りたたみ回数ｎの増加にともなってＺ方向に撓動し易くなっていくことがわかる。

以上の内容を踏まえ、図９に示すグラフを用いて、バネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚによりバネ１００を３種類に分類する。例えば、各バネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚが近似した値となる折りたたみ回数ｎを基準値ｎ１（例えばｎ１＝１０）とし、折りたたみ回数ｎが基準値ｎ１よりも小さくなるバネ１００を第１種類とする。この第１種類に分類されるバネ１００は、例えば、図８（ｂ）に示されるように折りたたみ回数ｎを５回として構成されたバネ１００Ａである。このバネ１００Ａは、バネ１００Ａの両端の距離Ｌ３が長さＬ２よりも短い。バネ１００Ａは、Ｘ方向に対して変位し易く、Ｙ，Ｚ方向に対する伸縮が規制される特性を有する。つまり、このようなバネ１００Ａは、１方向に対して伸縮する特性を有するものであり、例えば特開平１１−３４４５０７号公報（特許文献１）に示されるような１軸加速度センサに用いられるバネである。

次に、折りたたみ回数ｎを基準値ｎ１として各バネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚがほぼ同一となるバネ１００を第２種類とする。この第２種類に分類されるバネ１００は、例えば、図８（ｃ）に示されるように折りたたみ回数ｎを１０回として構成されたバネ１００Ｂである。このバネ１００Ｂは、バネ１００Ｂの両端の距離Ｌ３が長さＬ２とほぼ等しく、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向に対して変位する。つまり、この種のバネ１００Ｂは、３方向に対して伸縮あるいは撓動する特性を有するものであり、例えば特表２００５−５３４０１６号公報（特許文献３）に示されるような３軸加速度センサに用いられるバネである。

そして、本実施形態の図８（ａ）に示されるバネ１００は、折りたたみ回数ｎが基準値ｎ１に比べて大きい第３種類に分類されるバネであり、２方向に対する撓動性を備えるものである。詳述すると、バネ１００は、短辺１１１と長辺１１２とが繋がり蛇行して延びるＸ方向に対する剛性が高く伸縮し難い。また、バネ１００は、蛇行して延びるＸ方向に対して直交するＹ方向に対する撓動性を有している。また、バネ１００は、バネ１００が占有する領域Ｓを設定した平面に対して垂直なＺ方向に対する撓動性を有している。従って、このような特性のバネ１００（バネ４３）を備える第１のセンサ２１では、Ｙ方向及びＺ方向に作用する加速度が検出される一方で、錘部２４がＸ方向に変動しないためＸ方向に対する他軸感度を抑制でき検出精度の向上を図ることが可能となる。

次に、このように構成された加速度センサ１０の感度について説明する。
加速度センサ１０は、Ｚ方向に対する加速度を第１及び第２のセンサ２１，３１の両方の出力を用いて検出する構成となっている。ここで、対向する電極の面積をＳ、電極の距離をｄ、誘電率をεとすると、静電容量Ｃは、次式で表される。
Ｃ＝εＳ／ｄ・・・・・・・・・（１）
錘部２４は、平面方向がＺ方向と直交する方向となる平板状に形成されており、Ｚ方向に対する加速度を検出する可動電極の面積Ｓを他の方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に比べて大きくすることができる。そのため、本実施形態の第１及び第２のセンサ２１，３１は、Ｚ方向に作用する加速度を検出するために設けられる静電容量の大きさが他の２方向に対して大きくすることができる。

また、上記式（１）を用いて距離の変化量Δｄに対する静電容量の変化量ΔＣの大きさは次式で表される。
ΔＣ／Δｄ＝εＳ／ｄ^２・・・・（２）
また、錘部２４に作用する力は、運動方程式、弾性の法則から次式で表される。
Ｆ＝ｍａ＝ｋΔｄ（ｍ：錘部２４の質量、ａ：加速度、ｋ：バネ定数）・・（３）
上記式（２）、（３）から静電容量の変化量ΔＣは次式で表される。
ΔＣ＝（εＳ／ｄ^２＊ｍ／ｋ）ａ＝（Ｃ／ｋ＊ｍ／ｄ）ａ・・・・・・（４）

従って、上記式（４）より、本実施形態のような静電容量型の加速度センサ１０の加速度ａに対する感度（静電容量の変化量）を上げるには、重りとしての錘部２４の質量ｍを増加させる、あるいは錘部２４と第１〜第３固定電極２８，２９，５５の各々とで構成されるコンデンサの静電容量Ｃを増加させる、あるいはバネ定数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚを小さくすることが考えられる。質量ｍは錘部２４の大きさと相関する関係にある。静電容量Ｃは、Ｚ方向においては錘部２４のＺ方向と直交する方向の面積Ｓと相関する関係にある。加速度センサ１０は、図２（ａ）に示すように、平面視で見た場合には錘部２４が平面の大部分の領域を占めている。これに対し、例えば１軸加速度センサ（上記の特開平１１−３４４５０７号公報（特許文献１）に開示される加速度センサ等）をＸＹＺの各方向に対応して設ける構成として、複数の加速度センサを同一平面上に並べて配置した構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、平面視で見た場合には、Ｚ軸方向に寄与する錘部が平面の一部の領域のみを占めることとなる。つまり、本実施形態の加速度センサ１０は、すべてのセンサ（第１及び第２のセンサ２１，３１）がＺ方向の加速度の検出に寄与するため、Ｚ方向に対して同一の感度となる３軸加速度センサを構成する場合を比較すると小型化に優れた構造となっている。

また、静電容量型の加速度センサの感度は、一般的にＸＹＺの各方向に対する感度が等しくなることが好ましい。上記式（４）に示すように、各方向に対する感度を同程度とするために各方向の静電容量Ｃとバネ定数ｋとの比を等しくすることが考えられる。例えば、上記した加速度センサ１０において、Ｘ方向の加速度を検出する第２のセンサ３１の錘部２４と第１及び第２固定電極２８，２９との電極間の静電容量をＣｘ、バネ４３のＸ方向に対するバネ定数をｋｘとする。また、Ｙ方向の加速度を検出する第１のセンサ２１の錘部２４と第１及び第２固定電極２８，２９との電極間の静電容量をＣｙ、バネ４３のＹ方向に対するバネ定数をｋｙとする。なお、本実施形態では第１及び第２のセンサ２１，３１が同一構造であるため、静電容量ＣｘとＣｙ、バネ定数ｋｘとｋｙは各々で同値となる。また、第１及び第２のセンサ２１，３１のＺ方向の加速度を検出する錘部２４と第３固定電極５５との電極間の静電容量の各々を静電容量Ｃｚ１，Ｃｚ２、各センサ２１，３１のバネ４３のＺ方向に対するバネ定数の各々をｋｚ１，ｋｚ２とする。なお、本実施形態では第１及び第２のセンサ２１，３１が同一構造であるため、静電容量Ｃｚ１，Ｃｚ２が同値となる。同様に、バネ定数ｋｚ１，ｋｚ２は同値となる。

そして、この場合における各方向の静電容量Ｃとバネ定数ｋとの比を等しくするためには、次式を満たすことが好ましい。
２＊Ｃｘ／ｋｚ＝２＊Ｃｙ／ｋｙ＝（Ｃｚ１／ｋｚ１＋Ｃｚ２／ｋｚ２）・・・・（５）
従って、上記式（５）の値を指標として設計することで、互い直交する３軸の各々の方向の加速度に対する感度を同等とすることができ、本実施形態の加速度センサ１０を容易に構成することが可能となる。なお、図３に示すように、本実施形態の第１及び第２のセンサ２１，３１の各々は、コンデンサＣ１，Ｃ２を含むブリッジ回路が構成され、各コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量の差を用いて加速度を算出する。従って、各センサ２１，３１の各方向に対する感度は、例えば、コンデンサＣ１，Ｃ２のうち一方のコンデンサの容量を２倍した値と相関することとなる。上記した式（５）は、このような静電容量型の加速度センサにおいて用いられるブリッジ回路を加味したものとなっている。

次に、第１のセンサ２１の製造方法の一例について説明する。なお、第２のセンサ３１の製造方法については第１のセンサ２１と同様であるため説明を省略する。
まず、図１０（ａ）に示すコア基板２００を準備する。コア基板２００は、例えば単結晶シリコンからなるウェハである。第１のセンサ２１は、コア基板２００上に多数のセンサ素子を形成し、その後にダイシングを行って複数の第１のセンサ２１に個片化することにより製造される。

コア基板２００の表面に絶縁層２１０を形成する。絶縁層２１０は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）や、二酸化シリコンの膜の上に窒化シリコンを積層した膜を熱酸化法や堆積法を用いて形成する。次いで、絶縁層２１０の表面に、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて任意にパターニングされた第３固定電極２１２、パッド２１４及び図示しない配線を形成する。第３固定電極２１２及び配線（図示略）等は、ポリシリコンなど、後述する犠牲層２１５のエッチングに対して耐性がある材料を用いる。なお、ＬＳＩ技術で一般的に用いられるアルミニウムを第３固定電極２１２及び図示しない配線に用いる場合は、当該アルミニウムの上に窒化シリコン膜を積層したり、前述した絶縁層２１０を複数層の積層膜で構成してその中に形成するなどして、犠牲層２１５のエッチングに対して耐性を上げることが好ましい。以上のように、絶縁層２１０、第３固定電極２１２及び配線（図示略）を複数層で構成してもよい。また、第３固定電極２１２及び配線（図示略）は、導電性を有する複数層で構成してもよい。

次いで、図１０（ｂ）に示すように、絶縁層２１０及び第３固定電極２１２を覆うように犠牲層２１５を形成する。犠牲層２１５は、例えば化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法により二酸化シリコンを成膜して形成する。犠牲層２１５の厚さは例えば２μｍ（マイクロメートル）である。次いで、図１０（ｃ）に示すように、犠牲層２１５に対しパッド２１４の表面の一部が露出するようにコンタクトホール２１６を形成する。コンタクトホール２１６は、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて形成する。

次いで、図１１（ａ）に示すように、犠牲層２１５の上に電極層２１７を形成する。コンタクトホール２１６内には電極層２１７の一部が充填される。電極層２１７は、例えばＣＶＤ法によりポリシリコンを成膜して形成する。電極層２１７の厚さは例えば５〜１０μｍである。次いで、図１１（ｂ）に示すように、電極層２１７に対してエッチングを施し、貫通孔２１９及び第１及び第２固定電極２２０，２２１を形成する。電極層２１７に対するエッチングは、例えば、フォトリソグラフィー技術を用いて任意のパターニングで形成されたレジスト（図示略）を電極層２１７の上に形成し、そのレジストの開口部から露出する領域に対しＤｅｅｐ−ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いて異方性エッチングをする。なお、図示しないがバネ４３は、例えば、上記した第１及び第２固定電極２２０，２２１と同一工程にて形成される。

次いで、図１１（ｃ）に示すように、犠牲層２１５をエッチングする。犠牲層２１５のエッチングは、例えば、電極層２１７に形成された貫通孔２１９等からエッチング液（例えばバッファードフッ酸（ＢＨＦ））を導入してエッチングする。このようにして、図１に示す第１のセンサ２１が形成される。

以上、上記した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）加速度センサ１０が備える第１及び第２のセンサ２１，３１は、第１及び第２固定電極２８，２９に対して接続部２８Ｂ，２９Ｂが設けられる端部の位置が、Ｙ方向に並ぶ各固定電極２８，２９の各々に対して交互に異なる端部側となるように構成されている。これにより、枠状電極部３０Ａは、回転時における接続部２８Ｂ，２９Ｂの各々の間における静電容量に生じる変動が同様の態様となる。その結果、可動電極３０と第１及び第２固定電極２８，２９の各々との静電容量に対し回転によって生じる変動の差を無くし加速度の検出精度の向上を図ることが可能となる。

（２）第１及び第２のセンサ２１，３１は、第１及び第２固定電極２８，２９と可動電極３０（平板電極部３０Ｂ）とを備える静電容量部２７が錘部２４の中央部に一列に集約して設けられている。このような構成では、１つの検出方向に対応する静電容量部２７が１箇所に集約されることによって、第１及び第２固定電極２８，２９を基板１２に接続する接続部２８Ｂ，２９Ｂの配置が最適化でき接続部２８Ｂ，２９Ｂの個数を削減して装置の小型化を図ることが可能となる。また、このような構成では、接続部２８Ｂ，２９Ｂが省略された部分に応じて錘部２４を形成する領域を増大、即ち錘部２４の重さを増大させることが可能となり、同一の大きさの静電容量を備える他の加速度センサに比べて感度を向上させることが可能となる。

（３）第１のセンサ２１では、各平板電極部３０Ｂの長手方向の両端が固定部８１，８２において錘部２４と接続されている。このような構成では、平板電極部３０Ｂの両端が錘部２４に固定されることで、衝撃等により大きな加速度が加わった場合であっても、平板電極部３０Ｂと第１及び第２固定電極２８，２９との衝突を防止することが可能となる。
また、平板電極部３０Ｂの両端が錘部２４に固定され撓みが生じにくい構造となっていることから、所望の静電容量とするために平板電極部３０Ｂの長さＬ（図７参照）を長くした静電容量部２７であっても、第１及び第２固定電極２８，２９と平板電極部３０Ｂとの短絡の防止を図りつつ、感度の向上を図った加速度センサが構成できる。

（４）第１のセンサ２１は、バネ４３がＹ，Ｚ方向の加速度に応じて伸縮しＸ方向の加速度に対する伸縮が規制されることで、加速度に応じて変動する錘部２４と第１〜第３固定電極２８，２９，５５との静電容量の変化からＹ，Ｚ方向の加速度が検出される。つまり、第１のセンサ２１は、バネ４３がＸ方向に対する剛性を有しており、２軸加速度センサとして構成されている。加速度センサ１０は、第２のセンサ３１が第１のセンサ２１と同様の構成となっており、第２のセンサ３１によりＸ，Ｚ方向の加速度が検出されることによって、３軸加速度センサとして構成されている。このような構成では、各センサ２１，３１のバネ４３が１方向に対する剛性を有しており、製造工程の不具合により錘部２４の重心がずれ回転が生じたような状態となる虞がなく、検出精度の向上を図った加速度センサ１０が構成できる。

（５）加速度センサ１０は、Ｚ方向に対する加速度を第１及び第２のセンサ２１，３１の両方の出力を用いて検出する構成となっている。これにより、加速度センサ１０は、すべてのセンサ（第１及び第２のセンサ２１，３１）がＺ方向の加速度の検出に寄与するため、３つの１軸加速度センサで３軸加速度センサを構成する場合と比較すると、小型化に優れた構造となっている。

（６）バネ４３は、可動端４３Ｂが固定端４３Ａに対して第１のセンサ２１を平面視した場合に外側に位置する構成となっている。このような構成では、錘部２４に作用する回転モーメントの影響が低減され、第１のセンサ２１の検出精度の向上を図ることができる。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、第１のセンサ２１は、一対の第１及び第２固定電極２８，２９を奇数組（５組）備えたが、偶数組を備えた構成とし各接続部２８Ｂ，２９Ｂを交互に異なる端部側とした構成としてもよい。
また、上記実施形態では、第１及び第２のセンサ２１，３１を２方向の加速度が検出可能な２軸加速度センサとして構成したが、１方向の加速度のみが検出可能な１軸加速度センサとして構成してもよい。例えば、第１のセンサ２１のバネ４３を、図８（ｂ）に示す第１種類のバネ１００Ａとして構成し、Ｙ方向の加速度センサを検出する１軸加速度センサとして構成してもよい。このような構成においても、例えば、第１及び第２固定電極２８，２９に対し接続部２８Ｂ，２９Ｂを交互に異なる端部側に配置した構成とすることで、上記した効果と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、静電容量部２７の中心が錘部２４の重心７０と一致して集約されていたが、静電容量部２７を錘部２４の略中央部となる位置に集約してもよい。

また、上記実施形態では、第１のセンサ２１を平面視略正方形状に形成したが、これに限定されない。例えば、図１４に示す第１及び第２センサ３０１，３０２は、平面視略長方形状に形成されている。第１及び第２センサ３０１，３０２は、長辺がＸ方向に沿って延びる平面視略長方形状に形成されている。第１センサ３０１のバネ３１１は、上記実施形態の第１のセンサ２１のバネ４３に比べてＸ方向の長さが長くＹ方向の長さが短くなっている。また、第２センサ３０２のバネ３１２は、上記実施形態の第２のセンサ３１のバネ４３に比べてＸ方向の長さが長くＹ方向の長さが短くなっている。このような構成においてもバネ３１１，３１２が１方向に対する剛性を有しており、第１及び第２センサ３０１，３０２が２軸加速度センサとして構成される。つまり、本実施形態の第１及び第２のセンサ２１，３１の構成によれば、構造上の制限を少なくでき形状の自由度を高めることができる。

また、図１４に示す第１及び第２センサ３０１，３０２では、錘部２４と各部材とのスティクションを防止するためのストッパー３２０が設けられている。ストッパー３２０は、基板１２（図１参照）に立設し錘部２４をＺ方向に貫通する柱状に形成されている。ストッパー３２０が錘部２４と係合することにより、錘部２４が他の部材、例えば第１固定電極２８に貼り付くのを防止することができる。また、図示しないが、ストッパー３２０の錘部２４と対向する面には、凸部が設けられており、ストッパー３２０と錘部２４との接触面積を少なくして効果的にスティクションを防止する構成となっている。また、このような凸部を、他の部材、例えばアンカー部４５の錘部２４と対向する面に設けてストッパー３２０として機能させてもよい。また、スティクションを防止する機構は、ストッパー３２０に限らず、例えば任意の部材の端面を疎水性とする表面加工を施してもよい。

また、各部材の形状・構成等は一例であり、適宜変更してもよい。例えば、第１のセンサ２１と第２のセンサ３１は異なる構造でもよい。

ちなみに、加速度センサ１０、第１のセンサ２１，２１Ａ，２１Ｂ，３０１、第２のセンサ３１，３０２は、加速度センサの一例として、錘部２４は、錘部の一例として、第１及び第２固定電極２８，２９は、固定電極の一例として、接続部２８Ｂ，２９Ｂは、第１及び第２接続部の一例として、可動電極３０、枠状電極部３０Ａ及び平板電極部３０Ｂは、可動電極の一例として挙げられる。

１０加速度センサ、１２基板、２１，２１Ａ，２１Ｂ，３０１第１のセンサ、２４錘部、２８第１固定電極、２９第２固定電極、２８Ｂ，２９Ｂ接続部、３０可動電極、３０Ａ枠状電極部、３０Ｂ平板電極部、３１，３０２第２のセンサ。

Claims

基板と、
前記基板から遊離して揺動可能に設けられる錘部と、
前記錘部に設けられる可動電極と、
前記基板に固定されて設けられ、前記基板の平面方向に平行な検出方向の加速度に応じて前記可動電極との前記検出方向における距離が変動し、当該距離に応じて前記可動電極との静電容量が変動する第１及び第２固定電極と、
前記第１固定電極の前記検出方向と直交する方向の一端部に設けられ、前記第１固定電極を前記基板に接続する第１接続部と、
前記第２固定電極の前記検出方向と直交する方向の前記一端部とは反対側の他端部に設けられ、前記第２固定電極を前記基板に接続する第２接続部と、を備え、
前記第１及び第２固定電極は、
前記可動電極に囲まれた領域に互いに隣接して配置される一対の前記第１及び第２固定電極が、前記検出方向に沿って前記可動電極を間に挟んで複数組並んで配置され、前記複数組のうちの１組と前記検出方向において隣り合う他の全ての組とで、前記第１及び第２接続部が設けられる前記一端部及び前記他端部が互いに異なる端部であることを特徴とする加速度センサ。
前記第１接続部は、隣接する前記第２固定電極の前記一端部と対向する位置に拡幅して形成され、
前記第２接続部は、隣接する前記第１固定電極の前記他端部と対向する位置に拡幅して形成され、
一対の前記第１及び第２固定電極は、前記検出方向と直交する方向の端部において、前記可動電極と対向する部分が前記第１及び第２接続部のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
一対の前記第１及び第２固定電極と前記可動電極とは、前記基板の平面視における前記錘部の外周縁で囲まれた領域の中央部において、前記検出方向に沿って一列に並んで配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加速度センサ。