JP6330055B2 - 加速度センサ - Google Patents

Description

本発明は加速度センサに関し、例えば、微小な振動加速度を検出する加速度センサに関する。

地下資源探査の分野において、加速度センサを用いた反射法弾性波探査が行われる。反射法弾性波探査とは、物理探査の一種であり、人工的に地震波を発生させ、地表に設置された受振器により地下から跳ね返ってくる反射波を捉え、その結果を解析して地下構造を解明する方法である。

反射法弾性波探査では、地表に設置された起振源から地中に弾性波を励振し、地層の境界で反射した弾性波を、地表に設置された受振器でセンシングする。さまざまな方向に励振された弾性波は、減衰の大きい地中を伝搬し、複数の地層で反射し、再び減衰の大きい地中を伝搬し、広い領域に拡散して地表に戻ってくる。したがって、反射法弾性波探査に用いられる加速度センサは、鉛直方向、すなわち重力加速度と同じ方向に印加され、かつ、重力加速度より小さい加速度を、検出する必要がある。すなわち、反射法弾性波探査に用いられる加速度センサでは、鉛直方向の加速度の感度を向上させる必要がある。

このような加速度センサとして、基板と、基板に固定された固定部と、固定部に一方の端部が接続された可動部と、可動部と対向配置された電極と、を有し、可動部と電極との間の静電容量に基づいて、加速度を検出するものがある。

国際公開第２０１０／１２２９５３号（特許文献１）には、基板と、基板に固定された固定部と、基板と隙間をもって設けられた可動部と、可動部と固定部とを連結する支持梁とを有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子としての加速度センサについての技術が記載されている。特開２００１−２７２４１５号公報（特許文献２）には、２組の可動電極と固定電極とを備え、両電極間に生じる各静電容量の差から、加速度を検出する差動型の半導体加速度センサ用の検出装置についての技術が記載されている。米国特許第６４９７１４９号明細書（特許文献３）には、１対の固定電極と、可動電極と、を有し、質量の動きを検出するために、静電容量の変化を用いる加速度計が記載されている。

国際公開第２０１０／１２２９５３号 特開２００１−２７２４１５号公報 米国特許第６４９７１４９号明細書

上記した反射法弾性波探査に用いられる加速度センサでは、加速度の感度を向上させるために、可動部の質量を大きくするか、または、可動部が固定部に接続する弾性変形部のバネ定数を小さくすることがある。

ところが、一方の端部が固定部に接続された可動部は、自重により傾斜する。そして、可動部が自重により傾斜した状態で、鉛直方向に印加された重力加速度よりも小さい加速度を検出する場合には、加速度センサの消費電力が増大するか、または、印加された加速度に対する加速度センサの出力の線形性が低下することを、本発明者らは見出した。

本発明の目的は、感度が高く、消費電力が低く、印加された加速度に対する出力の線形性が高い加速度センサを提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

代表的な実施の形態による加速度センサは、基板と、基板の主面上に固定された固定部と、平面視において、第１方向における固定部の第１の側に配置された可動部と、可動部の下面と対向配置された第１電極と、可動部の上面と対向配置された第２電極と、を有する。可動部の固定部側の第１端部は、固定部に接続され、可動部と第１電極との間の第１静電容量、および、可動部と第２電極との間の第２静電容量に基づいて、加速度が検出される。第１電極の固定部側の第２端部と、固定部との間の、第１方向の距離を、第１距離とし、第１電極の固定部側と反対側の第３端部と、固定部との間の、第１方向の距離を、第２距離とする。また、第２電極の固定部側の第４端部と、固定部との間の、第１方向の距離を、第３距離とし、第２電極の固定部側と反対側の第５端部と、固定部との間の、第１方向の距離を、第４距離とする。このようにしたとき、第１距離は、第３距離よりも短く、第２距離は、第４距離よりも短い。

また、代表的な実施の形態による加速度センサは、基板と、基板の主面上に固定された固定部と、平面視において、第１方向における固定部の第１の側に配置された可動部と、可動部の下面と対向配置された第１電極と、可動部の上面と対向配置された第２電極と、を有する。可動部の固定部側の第１端部は、固定部に接続され、可動部と第１電極との間の第１静電容量、および、可動部と第２電極との間の第２静電容量に基づいて、加速度が検出される。第１電極は、第１領域と、平面視において、第１領域を挟んで固定部と反対側に位置する第２領域と、を含み、第２電極は、第３領域と、平面視において、第３領域を挟んで固定部と反対側に位置する第４領域と、を含む。第１領域の上面の高さは、第２領域の上面の高さよりも高く、第３領域の下面の高さは、第４領域の下面の高さよりも高い。

また、代表的な実施の形態による加速度センサは、基板と、基板の主面上に固定された固定部と、平面視において、第１方向における固定部の第１の側に配置された第１可動部と、平面視において、固定部を挟んで第１可動部と反対側に配置された第２可動部と、を有する。また、当該加速度センサは、第１可動部の上面と対向配置された第１電極と、第２可動部の上面と対向配置された第２電極と、を有する。第１可動部の固定部側の第１端部は、固定部に接続され、第２可動部の固定部側の第２端部は、固定部に接続され、第１可動部および第２可動部は、固定部に対して、平面視において第１方向と交差する第２方向に沿った軸を中心として、一体的に回転変位可能である。第１可動部と第１電極との間の第１静電容量、および、第２可動部と第２電極との間の第２静電容量に基づいて、加速度が検出される。第１電極の固定部側の第３端部と、軸との間の、第１方向の距離を、第１距離とし、第１電極の固定部側と反対側の第４端部と、軸との間の、第１方向の距離を、第２距離とする。また、第２電極の固定部側の第５端部と、軸との間の、第１方向の距離を、第３距離とし、第２電極の固定部側と反対側の第６端部と、軸との間の、第１方向の距離を、第４距離とする。このようにしたとき、第１距離は、第３距離よりも短く、第２距離は、第４距離よりも短い。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

代表的な実施の形態によれば、感度が高く、消費電力が低く、印加された加速度に対する出力の線形性が高い加速度センサを提供することができる。

反射法弾性波探査の概要を示した地表の断面模式図である。 実施の形態１の加速度センサの断面図である。 実施の形態１の加速度センサの断面図である。 実施の形態１の加速度センサの平面図である。 実施の形態１の加速度センサの平面図である。 実施の形態１の加速度センサの平面図である。 実施の形態１の加速度センサの断面図である。 比較例１の加速度センサの断面図である。 比較例１の加速度センサの平面図である。 比較例１の加速度センサの平面図である。 比較例１の加速度センサの平面図である。 比較例１の加速度センサの断面図である。 比較例１における、可動電極と下部電極との間の静電容量、および、可動電極と上部電極との間の静電容量のギャップ長依存性を示すグラフである。 比較例２の加速度センサの断面図である。 比較例２における、可動電極と下部電極との間の静電容量、および、可動電極と上部電極との間の静電容量のギャップ長依存性を示すグラフである。 実施の形態１における、可動電極と下部電極との間の静電容量、および、可動電極と上部電極との間の静電容量のギャップ長依存性を示すグラフである。 実施の形態１、比較例１および比較例２の加速度センサに加速度が印加されたときの出力ΔＣの非線形性を示すグラフである。 出力ΔＣと、距離ＬＸｔｓと距離ＬＸｂｓとの差（ＬＸｔｓ−ＬＸｂｓ）との関係を示すグラフである。 実施の形態１の変形例の加速度センサの平面図である。 実施の形態１の変形例の加速度センサの平面図である。 実施の形態２の加速度センサの断面図である。 実施の形態２の加速度センサの断面図である。 実施の形態２の加速度センサの平面図である。 実施の形態２の加速度センサの平面図である。 実施の形態２の変形例の加速度センサの平面図である。 実施の形態２の変形例の加速度センサの平面図である。 実施の形態３の加速度センサの断面図である。 実施の形態３の加速度センサの断面図である。 実施の形態３の加速度センサの平面図である。 実施の形態３の加速度センサの平面図である。 実施の形態３の加速度センサの断面図である。 実施の形態３の変形例の加速度センサの平面図である。 実施の形態４の加速度センサの断面図である。 実施の形態４における、可動電極と下部電極との間の静電容量、および、可動電極と上部電極との間の静電容量のギャップ長依存性を示すグラフである。 実施の形態４の加速度センサに加速度が印加されたときの出力ΔＣの非線形性を示すグラフである。 実施の形態４の加速度センサの平面図である。 実施の形態４の加速度センサの平面図である。 実施の形態４の第２変形例の加速度センサの断面図である。 実施の形態４の第２変形例における、可動電極と下部電極との間の静電容量、および、可動電極と上部電極との間の静電容量のギャップ長依存性を示すグラフである。 実施の形態４の第２変形例の加速度センサに加速度が印加されたときの出力ΔＣの非線形性を示すグラフである。 実施の形態４の第３変形例の加速度センサの断面図である。 実施の形態４の第３変形例の加速度センサの平面図である。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。

また、以下の実施の形態において、Ａ〜Ｂとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。

（実施の形態１）
＜反射法弾性波探査法＞
初めに、地下資源探査の分野で行われる、加速度センサを用いた反射法弾性波探査について説明する。反射法弾性波探査とは、物理探査の一種であり、人工的に地震波を発生させ、地表に設置した受振器により地下から跳ね返ってくる反射波を捉え、その結果を解析して地下構造を解明する方法である。

図１は、反射法弾性波探査の概要を示した地表の断面模式図である。

図１に示すように、反射法弾性波探査では、地表Ｇ３に設置された起振源Ｇ１から地中に弾性波（図１中矢印）を励振し、地層の境界Ｇ４ａおよびＧ４ｂのいずれかで反射した弾性波を、地表Ｇ３に設置された受振器Ｇ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃ、Ｇ２ｄおよびＧ２ｅのいずれかでセンシングする。一般的な起振源Ｇ１は地表に対して垂直方向に発振するため、鉛直に近い方向にＰ波が効率よく励振される。そのため、反射法弾性波探査では、Ｐ波を用いる。また、再び地表に戻ってくる弾性波は、鉛直方向に近い方向から伝搬してくるＰ波であるため、受振器は鉛直方向の弾性振動を検知する必要がある。

さまざまな方向に励振された弾性波は、減衰の大きい地中を伝搬し、複数の地層の境界Ｇ４ａおよびＧ４ｂで反射し、再び減衰の大きい地中を伝搬し、広い領域に拡散して地表に戻ってくる。微弱な弾性振動を検知するため、受振器Ｇ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃ、Ｇ２ｄおよびＧ２ｅとして、鉛直方向に高感度な加速度センサを用いる必要がある。したがって、受振器Ｇ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃ、Ｇ２ｄおよびＧ２ｅとして、以下に説明する実施の形態１の加速度センサを用いることが望ましい。

＜加速度センサの構成＞
次に、本実施の形態１の加速度センサの構成について、図面を参照しながら説明する。

図２および図３は、実施の形態１の加速度センサの断面図である。図４〜図６は、実施の形態１の加速度センサの平面図である。図７は、実施の形態１の加速度センサの断面図である。

図２は、図４〜図６のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図３および図７は、図４〜図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図２および図３は、重力加速度がｚ軸方向に印加されていない状態を示し、図７は、重力加速度ＧＲが−ｚ軸方向に印加されている状態を示す。すなわち、図７は、重力加速度ＧＲにより可動電極３１が回転軸ＡＸ１を中心として回転変位した状態を示す。

図４は、キャップ層ＣＬおよびメンブレン層ＭＬを除去して透視した状態を示し、ベース層の上面の状態を示している。図５は、キャップ層の下面の状態を示している。図６は、キャップ基板２０を除去して透視した状態を示し、メンブレン層の状態を示している。なお、図５〜図６では、ベース基板１０の図示を省略している。

図２および図３に示すように、本実施の形態１の加速度センサ１は、ベース層ＢＬと、メンブレン層ＭＬと、キャップ層ＣＬと、を有する。

図２〜図４に示すように、ベース層ＢＬは、基体としてのベース基板１０と、下部電極１１と、ギャップ調整膜１２ａおよび１２ｂと、空間１３と、を有する。

ベース基板１０は、ベース基板１０の主面としての上面の領域であって、ベース基板１０の中心側の中心領域としての領域ＡＲ１と、ベース基板１０の上面の領域であって、領域ＡＲ１よりもベース基板１０の周辺側の周辺領域としての領域ＡＲ２と、を有する。

なお、平面視において、互いに交差、好適には直交する２つの方向を、ｘ軸方向およびｙ軸方向とし、ベース基板１０の主面に垂直な方向をｚ軸方向とする。また、本願明細書では、平面視において、とは、ベース基板１０の主面としての上面に垂直な方向であるｚ軸方向から視た場合を意味する。

領域ＡＲ２では、ベース基板１０の上面上、すなわちベース基板１０上には、ギャップ調整膜１２ａが形成されている。また、領域ＡＲ１のうち一部の領域でも、ベース基板１０の上面上、すなわちベース基板１０上には、ギャップ調整膜１２ａと同層に、ギャップ調整膜１２ｂが形成されている。

一方、領域ＡＲ１のうちギャップ調整膜１２ｂが形成された領域以外の領域では、ベース基板１０の上面上、すなわちベース基板１０上には、ギャップ調整膜１２ｂは形成されておらず、下部電極１１が形成されている。下部電極１１は、領域ＡＲ１で、平面視において、ｘ軸方向におけるギャップ調整膜１２ｂの一方の側（図４中右側）に配置されている。下部電極１１は、可動部としての可動電極３１の下面と対向配置されている。

ギャップ調整膜１２ａおよび１２ｂの厚さは、下部電極１１の厚さよりも厚い。そのため、領域ＡＲ１では、下部電極１１上、および、ベース基板１０上に、空間１３が形成されている。すなわち、ギャップ調整膜１２ａおよび１２ｂは、下部電極１１上に空間１３を形成するためのものである。空間１３は、大気圧より十分低い圧力の気体で充満されている。

ベース基板１０は、単結晶シリコン基板と、単結晶シリコン基板の表面に形成された酸化シリコン膜（図示せず）とにより形成されている。この酸化シリコン膜により、下部電極１１は、ベース基板１０の単結晶シリコン基板と電気的に絶縁されている。また、下部電極１１は、電気接続線（図示せず）とを介して例えば検出回路と電気的に接続されている。

図２、図３および図５に示すように、キャップ層ＣＬは、基体としてのキャップ基板２０と、上部電極２１と、ギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂと、空間２３と、を有する。

領域ＡＲ１は、キャップ基板２０の主面としての下面の領域であって、キャップ基板２０の中心側の中心領域としての領域でもある。また、領域ＡＲ２は、キャップ基板２０の下面の領域であって、領域ＡＲ１よりもキャップ基板２０の周辺側の周辺領域としての領域でもある。さらに、ｘ軸方向およびｙ軸方向は、キャップ基板２０の主面としての下面内で、互いに交差、好適には直交する２つの方向でもあり、ｚ軸方向は、キャップ基板２０の下面に垂直な方向でもある。

領域ＡＲ２では、キャップ基板２０の下面下、すなわちキャップ基板２０下には、ギャップ調整膜２２ａが形成されている。また、領域ＡＲ１のうち一部の領域でも、キャップ基板２０の下面下、すなわちキャップ基板２０下には、ギャップ調整膜２２ａと同層に、ギャップ調整膜２２ｂが形成されている。

一方、領域ＡＲ１のうちギャップ調整膜２２ｂが形成された領域以外の領域では、キャップ基板２０の下面下、すなわちキャップ基板２０下には、ギャップ調整膜２２ｂは形成されておらず、上部電極２１が形成されている。上部電極２１は、領域ＡＲ１で、平面視において、ｘ軸方向におけるギャップ調整膜２２ｂの一方の側（図５中右側）に配置されている。上部電極２１は、可動部としての可動電極３１の上面と対向配置されている。

ギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂの厚さは、上部電極２１の厚さよりも厚い。そのため、領域ＡＲ１では、上部電極２１下、および、キャップ基板２０下に、空間２３が形成されている。すなわち、ギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂは、上部電極２１下に空間２３を形成するためのものである。空間２３は、大気圧より十分低い圧力の気体で充満されている。

キャップ基板２０は、単結晶シリコン基板と、単結晶シリコン基板の表面に形成された酸化シリコン膜（図示せず）とにより形成されている。この酸化シリコン膜により、上部電極２１は、キャップ基板２０の単結晶シリコン基板と電気的に絶縁されている。また、上部電極２１は、電気接続線（図示せず）を介して例えば検出回路と電気的に接続されている。

図２、図３および図６に示すように、メンブレン層ＭＬは、可動部としての可動電極３１と、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂと、固定部３３と、枠３４と、を有する。可動電極３１、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂ、固定部３３および枠３４は、いずれも低抵抗の単結晶シリコン基板からなり、その単結晶シリコン基板を、例えば厚さ方向（ｚ軸方向）にＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）によりエッチングして、単結晶シリコン基板を貫通する孔部を形成することにより、形成されている。なお、可動電極３１の外側面と、枠３４の内側面との間には、空間３５が形成されている。

固定部３３は、図２に示すように、ギャップ調整膜１２ｂとギャップ調整膜２２ｂとに挟まれている。固定部３３の下端は、ギャップ調整膜１２ｂに機械的に接続され、固定部３３の上端は、ギャップ調整膜２２ｂに機械的に接続されている。ギャップ調整膜１２ｂは、ベース基板１０に機械的に接続されているため、結局、固定部３３は、ベース基板１０に機械的に固定されている。すなわち、固定部３３は、ベース基板１０の主面としての上面上に固定されている。また、ギャップ調整膜２２ｂは、キャップ基板２０に機械的に接続されているため、結局、固定部３３は、キャップ基板２０に機械的に固定されている。固定部３３は、電気接続線（図示せず）を介して例えば検出回路と電気的に接続されている。

ねじれバネ３２ａは、ｙ軸方向に延在し、ねじれバネ３２ａのｙ軸方向における一方の側の端部３６ａは、固定部３３に接続され、ねじれバネ３２ａのｙ軸方向における他方の側の端部３７ａは、可動電極３１の端部６１に接続されている。また、ねじれバネ３２ｂは、ｙ軸方向に延在し、ねじれバネ３２ｂのｙ軸方向における一方の側の端部３６ｂは、固定部３３に接続され、ねじれバネ３２ｂのｙ軸方向における他方の側の端部３７ｂは、可動電極３１の端部６１に接続されている。

ねじれバネ３２ａは、ねじれバネ３２ａが弾性変形して、端部３７ａが端部３６ａに対してねじれることにより、端部３７ａが、端部３６ａに対して、ｙ軸方向に沿った回転軸ＡＸ１を中心として回転変位可能となるように、設けられている。また、ねじれバネ３２ｂは、ねじれバネ３２ｂが弾性変形して、端部３７ｂが端部３６ｂに対してねじれることにより、端部３７ｂが、端部３６ｂに対して、ねじれバネ３２ａの回転軸ＡＸ１と同一の回転軸ＡＸ１を中心として回転変位可能となるように、設けられている。したがって、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂの各々は、弾性変形部である。

好適には、ねじれバネ３２ａのｚ軸方向の厚さは、ねじれバネ３２ａのｘ軸方向の幅よりも大きい。これにより、端部３７ａが端部３６ａに対して容易にねじれるようにすることができる。また、好適には、ねじれバネ３２ｂのｚ軸方向の厚さは、ねじれバネ３２ｂのｘ軸方向の幅よりも大きい。これにより、端部３７ｂが端部３６ｂに対して容易にねじれるようにすることができる。

可動電極３１は、図６に示すように、領域ＡＲ１で、平面視において、ｘ軸方向における固定部３３の一方の側（図６中右側）に配置されている。可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１には、ｙ軸方向に延在する回転軸ＡＸ１を中心として回転変位可能な２個のねじれバネ３２ａおよび３２ｂが、ｙ軸方向で互いに離れて接続されている。そのため、可動電極３１の固定部３３側の端部６１は、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂを介して、固定部３３に接続されている。また、可動電極３１は、固定部３３に対して、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂの回転軸ＡＸ１を中心として、回転変位可能である。

可動電極３１は、ｚ軸方向から視たときに、例えば長方形の形状を有する。すなわち、可動電極３１は、例えば、ｘ軸方向に垂直な側面ＳＭ１および側面ＳＭ２、ならびに、ｙ軸方向に垂直な側面ＳＭ３および側面ＳＭ４を有する。側面ＳＭ１は、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１であり、側面ＳＭ２は、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部６２である。言い換えれば、側面ＳＭ１は、可動電極３１のｘ軸方向における負側の端部６１であり、側面ＳＭ２は、可動電極３１のｘ軸方向における正側の端部６２である。また、側面ＳＭ３は、可動電極３１のｙ軸方向における負側の端部６３であり、側面ＳＭ４は、可動電極３１のｙ軸方向における正側の端部６４である。

一例として、ｚ軸方向から視たときの可動電極３１の平面寸法を、４．０ｍｍ（ｘ軸方向）×３．９ｍｍ（ｙ軸方向）とすることができる。また、ｚ軸方向における可動電極３１の厚さを、０．２５ｍｍとすることができる。

可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１（側面ＳＭ１）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｍｓとする。また、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部６２（側面ＳＭ２）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｍｅとする。このとき、距離ＬＸｍｓを、２００μｍとし、距離ＬＸｍｅを、４２００μｍとすることができる。

なお、図６に示す例では、可動電極３１は、接続部３８ａを介してねじれバネ３２ａの端部３７ａと接続され、接続部３８ｂを介してねじれバネ３２ｂの端部３７ｂと接続されているが、ｘ軸方向における接続部３８ａおよび３８ｂの長さを限りなく短くすることができる。このとき、可動電極３１と、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂとの間、または、可動電極３１と、固定部３３との間には、ｘ軸方向における幅が非常に狭いスリットが形成されることになるので、距離ＬＸｍｓを、略０とみなすことができる。

また、可動電極３１は、ねじれバネを介さずに固定部３３に接続することもできる。このような場合には、「可動電極３１の回転軸ＡＸ１側」とは、「可動電極３１の固定部３３側」に相当し、「可動電極３１の回転軸ＡＸ１側と反対側」とは、「可動電極３１の固定部３３側と反対側」に相当する。また、例えば「可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１（側面ＳＭ１）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離」とは、「可動電極３１の固定部３３側の端部６１（側面ＳＭ１）と、固定部３３との間の、ｘ軸方向の距離」に相当する。さらに、「可動電極３１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部６２（側面ＳＭ２）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離」とは、「可動電極３１の固定部３３側と反対側の端部６２（側面ＳＭ２）と、固定部３３との間の、ｘ軸方向の距離」に相当する。

本実施の形態１の加速度センサ１は、ベース基板１０の上面またはキャップ基板２０の下面、すなわちｘｙ平面に垂直な方向（−ｚ軸方向）に、重力加速度ＧＲ（９．８ｍｓ^−２）が印加された状態で、±ｚ軸方向に印加される微小な振動加速度を、高精度に検出することができる。図７に示すように、加速度センサ１を、ｚ軸方向が鉛直方向と平行になるように、つまり−ｚ軸方向が、重力加速度ＧＲが印加される方向と一致するように設置することにより、±ｚ軸方向の振動を、最も高精度に検出することができる。

本実施の形態１における加速度センサ１では、可動電極３１の質量、ならびに、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂのバネ定数は、重力加速度ＧＲ（図７参照）が印加されている状態で、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部６２が、重力加速度ＧＲが印加されていない状態に比べ、ｚ軸方向において負側に２μｍ変位するように、調整されている。

ギャップ長ＧＡＰｂは、可動電極３１と下部電極１１との間に存在する空間１３のｚ軸方向の厚さであり、可動電極３１と下部電極１１との間のｚ軸方向の距離である。可動電極３１が回転軸ＡＸ１を中心として回転変位することにより傾斜するため、空間１３のｚ軸方向の厚さ、すなわち可動電極３１と下部電極１１との間のｚ軸方向の距離は、ｘ軸方向の各位置によって異なる。ここでは、ｘ軸方向の下部電極１１の中心位置における、空間１３のｚ軸方向の厚さを、ギャップ長ＧＡＰｂとして、定義する。すなわち、ｘ軸方向の下部電極１１の中心位置における、可動電極３１と下部電極１１との間のｚ軸方向の距離を、ギャップ長ＧＡＰｂとして、定義する。

ギャップ長ＧＡＰｔは、可動電極３１と上部電極２１との間に存在する空間２３のｚ軸方向の厚さであり、可動電極３１と上部電極２１との間のｚ軸方向の距離である。可動電極３１が回転軸ＡＸ１を中心として回転変位することにより傾斜するため、空間２３のｚ軸方向の厚さ、すなわち可動電極３１と上部電極２１との間のｚ軸方向の距離は、ｘ軸方向の各位置によって異なる。ここでは、ｘ軸方向の上部電極２１の中心位置における、空間２３のｚ軸方向の厚さを、ギャップ長ＧＡＰｔとして、定義する。すなわち、ｘ軸方向の上部電極２１の中心位置における、可動電極３１と上部電極２１との間のｚ軸方向の距離を、ギャップ長ＧＡＰｔとして、定義する。

好適には、ギャップ調整膜１２ａおよび１２ｂの厚さは、ギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂの厚さよりも、厚い。すなわち、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１の下端と、下部電極１１の上面との間の、ｚ軸方向の距離ＬＺｂは、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１の上端と、上部電極２１の下面との間の、ｚ軸方向の距離ＬＺｔよりも、長い。これにより、ギャップ調整膜１２ａおよび１２ｂの厚さがギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂの厚さに等しい場合に比べ、重力加速度が印加されているときの、ギャップ長ＧＡＰｂとギャップ長ＧＡＰｔとの差を、０に近づけることができる。

本実施の形態１では、ギャップ調整膜１２ａおよび１２ｂの厚さを、ギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂの厚さより例えば２μｍ大きくすることができる。このとき、距離ＬＺｂを６μｍとし、距離ＬＺｔを４μｍとすることができ、重力加速度ＧＲが印加されているときの、ギャップ長ＧＡＰｔと、ギャップ長ＧＡＰｂとを、等しくすることができる。

なお、距離ＬＺｂを、回転軸ＡＸ１と、下部電極１１の上面との間の、ｚ軸方向の距離と定義することもでき、距離ＬＺｔを、回転軸ＡＸ１と、上部電極２１の下面との間の、ｚ軸方向の距離と定義することもできる。このような場合でも、好適には、距離ＬＺｂは、距離ＬＺｔよりも、長い。

また、図２および図３では、理解を簡単にするために、距離ＬＺｂを、ギャップ調整膜１２ａまたは１２ｂの上面と、下部電極１１の上面との間の、ｚ軸方向の距離として表示し、距離ＬＺｔを、ギャップ調整膜２２ａまたは２２ｂの下面と、上部電極２１の下面との間の、ｚ軸方向の距離として表示する（以下の各断面図においても同様）。

下部電極１１と上部電極２１とは、図２〜図５に示すように、互いに平行になるように配置されている。また、前述したように、下部電極１１は、可動電極３１の下面と対向配置され、上部電極２１は、可動電極３１の上面と対向配置されている。

下部電極１１は、ｚ軸方向から視たときに、長方形の形状を有する。すなわち、下部電極１１は、ｘ軸方向に垂直な側面ＳＢ１および側面ＳＢ２、ならびに、ｙ軸方向に垂直な側面ＳＢ３および側面ＳＢ４を有する。側面ＳＢ１は、下部電極１１の回転軸ＡＸ１側の端部４１であり、側面ＳＢ２は、下部電極１１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部４２である。言い換えれば、側面ＳＢ１は、下部電極１１のｘ軸方向における負側の端部４１であり、側面ＳＢ２は、下部電極１１のｘ軸方向における正側の端部４２である。また、側面ＳＢ３は、下部電極１１のｙ軸方向における負側の端部４３であり、側面ＳＢ４は、下部電極１１のｙ軸方向における正側の端部４４である。

上部電極２１は、ｚ軸方向から視たときに、長方形の形状を有する。すなわち、上部電極２１は、ｘ軸方向に垂直な側面ＳＣ１および側面ＳＣ２、ならびに、ｙ軸方向に垂直な側面ＳＣ３および側面ＳＣ４を有する。側面ＳＣ１は、上部電極２１の回転軸ＡＸ１側の端部５１であり、側面ＳＣ２は、上部電極２１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部５２である。言い換えれば、側面ＳＣ１は、上部電極２１のｘ軸方向における負側の端部５１であり、側面ＳＣ２は、上部電極２１のｘ軸方向における正側の端部５２である。また、側面ＳＣ３は、上部電極２１のｙ軸方向における負側の端部５３であり、側面ＳＣ４は、上部電極２１のｙ軸方向における正側の端部５４である。

下部電極１１の回転軸ＡＸ１側の端部４１（側面ＳＢ１）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｂｓとする。また、下部電極１１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部４２（側面ＳＢ２）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｂｅとする。このとき、距離ＬＸｂｓを、２００μｍとし、距離ＬＸｂｅを、３８１０μｍとすることができる。すなわち、距離ＬＸｂｅと距離ＬＸｂｓとの差を、３６１０μｍとすることができる。

上部電極２１の回転軸ＡＸ１側の端部５１（側面ＳＣ１）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｔｓとする。また、上部電極２１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部５２（側面ＳＣ２）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｔｅとする。このとき、距離ＬＸｔｓを、５９０μｍとし、距離ＬＸｔｅを、４２００μｍとすることができる。すなわち、距離ＬＸｔｅと距離ＬＸｔｓとの差を、３６１０μｍとすることができる。

本実施の形態１における加速度センサ１では、可動電極３１は、−ｚ軸方向に重力加速度ＧＲが印加されているときに、重力加速度ＧＲとは別に印加される加速度であって、微小な振動成分からなる加速度を、高精度に検出するためのものである。加速度により可動電極３１に印加される力が十分大きくなるように、可動電極３１は、十分大きな質量を有する。上述した微小な振動成分からなる加速度が可動電極３１に印加されることにより、当該加速度により可動電極３１に印加される力は、回転軸ＡＸ１を支点としたトルクとして可動電極３１に作用し、回転軸ＡＸ１を中心として、可動電極３１を回転変位させる。

可動電極３１と下部電極１１とにより、空間１３を挟んで、非平行平板型コンデンサが形成される。図７に示すように、ｙ軸方向の負側から正側に向かって視た場合、可動電極３１が時計方向に回転変位したときは、可動電極３１と下部電極１１との間の静電容量Ｃｂは、大きくなる。一方、ｙ軸方向の負側から正側に向かって視た場合、可動電極３１が反時計方向に回転変位したときは、可動電極３１と下部電極１１との間の静電容量Ｃｂは、小さくなる。

可動電極３１と上部電極２１とにより、空間２３を挟んで、非平行平板型コンデンサが形成される。図７に示すように、ｙ軸方向の負側から正側に向かって視た場合、可動電極３１が時計方向に回転変位したときは、可動電極３１と上部電極２１との間の静電容量Ｃｔは、可動電極３１と下部電極１１との間の静電容量Ｃｂとは逆に、小さくなる。一方、ｙ軸方向の負側から正側に向かって視た場合、可動電極３１が反時計方向に回転変位したときは、可動電極３１と上部電極２１との間の静電容量Ｃｔは、可動電極３１と下部電極１１との間の静電容量Ｃｂとは逆に、大きくなる。

本実施の形態１における加速度センサ１に、重力加速度ＧＲより小さい鉛直方向の振動加速度が入力された場合、可動電極３１は回転変位方向に振動する。そのため、静電容量Ｃｂの容量値と、静電容量Ｃｔの容量値とは、互いに逆位相に振動する。そのため、加速度センサ１は、検出回路により検出された静電容量Ｃｂと、検出回路により検出された静電容量Ｃｔとの容量差、すなわちΔＣ＝Ｃｂ−Ｃｔにより算出される出力ΔＣに基づいて、重力より小さい鉛直方向の加速度振動を検出する。すなわち、加速度センサ１は、静電容量Ｃｂと静電容量Ｃｔとに基づいて、加速度を検出する。

＜静止位置における重力加速度の影響について＞
次に、静止位置における重力加速度の影響について、図８〜図１５を参照し、比較例１と比較しながら説明する。

図８は、比較例１の加速度センサの断面図である。図９〜図１１は、比較例１の加速度センサの平面図である。図１２は、比較例１の加速度センサの断面図である。

図８および図１２は、図９のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図８は、重力加速度がｚ軸方向に印加されていない状態を示し、図１２は、重力加速度ＧＲが−ｚ軸方向に印加されている状態を示す。すなわち、図１２は、重力加速度ＧＲにより可動電極３１が回転軸ＡＸ１を中心として回転変位した状態を示す。

図８に示すように、比較例１の加速度センサ１０１は、本実施の形態１の加速度センサ１と同様に、ベース層ＢＬと、メンブレン層ＭＬと、キャップ層ＣＬと、を有する。ベース層ＢＬは、ベース基板１０と、下部電極１１と、ギャップ調整膜１２ａおよび１２ｂと、空間１３と、を有する。キャップ層ＣＬは、キャップ基板２０と、上部電極２１と、ギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂと、空間２３と、を有する。メンブレン層ＭＬは、可動電極３１と、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂと、固定部３３と、枠３４と、を有する。

図１１に示すように、メンブレン層ＭＬに含まれる可動電極３１は、実施の形態１の加速度センサ１の可動電極３１と同様に、低抵抗の単結晶シリコン基板からなり、ｚ軸方向から視たときに、例えば長方形の形状を有する。ｚ軸方向から視たときの可動電極３１の平面寸法を、４．０ｍｍ（ｘ軸方向）×３．５ｍｍ（ｙ軸方向）とすることができる。また、ｚ軸方向における可動電極３１の厚さを、０．２５ｍｍとすることができる。

ギャップ長ＧＡＰｂは、可動電極３１と下部電極１１との間に存在する空間１３のｚ軸方向の厚さであり、可動電極３１と下部電極１１との間のｚ軸方向の距離である。また、比較例１でも、実施の形態１と同様に、ｘ軸方向の下部電極１１の中心位置における、空間１３のｚ軸方向の厚さを、ギャップ長ＧＡＰｂとして、定義する。

ギャップ長ＧＡＰｔは、可動電極３１と上部電極２１との間に存在する空間２３のｚ軸方向の厚さであり、可動電極３１と上部電極２１との間のｚ軸方向の距離である。また、比較例１でも、実施の形態１と同様に、ｘ軸方向の上部電極２１の中心位置における、空間２３のｚ軸方向の厚さを、ギャップ長ＧＡＰｔとして、定義する。

下部電極１１と上部電極２１とは、図８〜図１１に示すように、可動電極３１を挟んで対向する位置に配置されている。

下部電極１１の回転軸ＡＸ１側の端部４１（側面ＳＢ１）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｂｓとする。また、下部電極１１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部４２（側面ＳＢ２）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｂｅとする。このとき、比較例１では、距離ＬＸｂｓを、２００μｍとし、距離ＬＸｂｅを、４２００μｍとすることができる。

上部電極２１の回転軸ＡＸ１側の端部５１（側面ＳＣ１）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｔｓとする。また、上部電極２１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部５２（側面ＳＣ２）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｔｅとする。このとき、距離ＬＸｔｓを、距離ＬＸｂｓと等しい２００μｍとし、距離ＬＸｔｅを、距離ＬＸｂｅと等しい４２００μｍとする。

比較例１の加速度センサ１０１でも、本実施の形態１の加速度センサ１と同様に、可動電極３１の質量、ならびに、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂのバネ定数は、重力加速度が印加されていない場合と比較して、重力加速度が印加された場合に、可動電極３１の固定部３３側と反対側の端部６２がｚ軸方向において負側に２μｍ移動するように、設定されている。

比較例１の加速度センサ１０１では、ギャップ調整膜１２ａおよび１２ｂの厚さは、ギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂの厚さと、等しい。そのため、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１の下端と、下部電極１１の上面との間の、ｚ軸方向の距離ＬＺｂは、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１の上端と、上部電極２１の下面との間の、ｚ軸方向の距離ＬＺｔと、等しい。

比較例１において、距離ＬＺｂおよび距離ＬＺｔのいずれも、５μｍとし、重力加速度が−ｚ軸方向に印加されているときの、ギャップ長ＧＡＰｔを、６μｍとし、ギャップ長ＧＡＰｂを、４μｍとする。

図１３は、比較例１における、可動電極と下部電極との間の静電容量、および、可動電極と上部電極との間の静電容量のギャップ長依存性を示すグラフである。図１３の横軸は、重力加速度ＧＲが−ｚ軸方向に印加され、かつ、可動電極３１が振動していないときの、すなわち重力加速度ＧＲが印加された静止状態の、ギャップ長ＧＡＰｂを基準としたときの、ギャップ長ＧＡＰｂの変化量ΔＧＡＰｂを示す。また、図１３の横軸は、重力加速度ＧＲが−ｚ軸方向に印加され、かつ、可動電極３１が振動していないときの、すなわち重力加速度ＧＲが印加された静止状態の、ギャップ長ＧＡＰｔを基準としたときの、ギャップ長ＧＡＰｔの変化量ΔＧＡＰｔを示す。

言い換えれば、変化量ΔＧＡＰｂは、重力加速度ＧＲが印加された静止状態から、可動電極３１が回転軸ＡＸ１を中心として回転変位したときの、ギャップ長ＧＡＰｂのずれ量である。また、変化量ΔＧＡＰｔは、重力加速度ＧＲが印加された静止状態から、可動電極３１が回転軸ＡＸ１を中心として回転変位したときの、ギャップ長ＧＡＰｔのずれ量である。

図１３では、重力加速度ＧＲが印加された状態での、静電容量Ｃｂの変化量ΔＧＡＰｂ依存性（図１３では、重力有での静電容量Ｃｂと表記）を、実線で示し、静電容量Ｃｔの変化量ΔＧＡＰｔ依存性（図１３では、重力有での静電容量Ｃｔと表記）を、一点鎖線で示している。

なお、図１３では、重力加速度が印加されていない状態での、静電容量Ｃｂの変化量ΔＧＡＰｂ依存性、および、静電容量Ｃｔの変化量ΔＧＡＰｔ依存性を、破線で示している（図１３では、重力無での静電容量Ｃｂ、Ｃｔと表記）。重力加速度が印加されていない場合、図８に示すように、可動電極３１は下部電極１１と上部電極２１との間の中間位置で静止するため、静電容量Ｃｂの変化量ΔＧＡＰｂ依存性と、静電容量Ｃｔの変化量ΔＧＡＰｔ依存性とは、一致する。

鉛直方向（−ｚ軸方向）に重力加速度が印加された場合、図１２に示すように、ｙ軸方向の負側から正側に向かって視たときに、可動電極３１は反時計方向に回転変位し、ギャップ長ＧＡＰｂは約１μｍ減少し、ギャップ長ＧＡＰｔは約１μｍ増加する。そのため、ΔＧＡＰｂ＝ΔＧＡＰｔ＝０の場合、すなわち、重力加速度ＧＲが印加された静止状態での、静電容量Ｃｂの容量値と、静電容量Ｃｔの容量値と、が異なる。

前述したように、加速度センサは、静電容量Ｃｂの容量値と、静電容量Ｃｔの容量値と、の容量差に基づいて、加速度を検出する。すなわち、加速度センサの出力ΔＣは、静電容量Ｃｂの容量値と、静電容量Ｃｔの容量値と、の容量差であり、この出力ΔＣに基づいて、加速度を検出する。そのため、静電容量Ｃｔの容量値と、静電容量Ｃｂの容量値と、の容量差において、重力加速度ＧＲに相当する静電容量Ｃｔの容量値と、重力加速度ＧＲに相当する静電容量Ｃｂの容量値とが、キャンセルされていることが望ましい。すなわち、重力加速度ＧＲが印加されており、かつ、重力加速度ＧＲより小さい鉛直方向の振動加速度が印加されていない状態で、可動電極３１が静止状態であるときに、重力加速度ＧＲに相当する静電容量Ｃｂの容量値と、重力加速度ＧＲに相当する静電容量Ｃｔの容量値と、が等しいことが、望ましい。

ここで、重力加速度ＧＲが印加され、かつ、重力加速度ＧＲより小さい鉛直方向の振動加速度が印加されていない状態で、可動電極３１が静止状態であるときに、静電容量Ｃｂの容量値と、静電容量Ｃｔの容量値とが、キャンセルされていないと、重力加速度ＧＲより小さい鉛直方向の振動加速度を検知する精度が著しく低下する。

例えば、重力加速度ＧＲが印加されており、かつ、重力加速度ＧＲより小さい鉛直方向の振動加速度が印加されていない状態で、可動電極３１が静止状態であるときに、静電容量Ｃｔの容量値と、静電容量Ｃｂの容量値とが、重力加速度ＧＲに対応した容量値だけ異なる場合を考える。このような場合であって、重力加速度ＧＲの１０００分の１、すなわちＧＲ／１０００の加速度に相当する振幅の振動を１％の測定精度で測定するときは、検出器として、（１＋１／１０００−１／１０００００）ＧＲと、（１＋１／１０００＋１／１０００００）ＧＲと、を分離する必要があるため、６桁の測定精度を有する検出器が必要である。

一方、重力加速度ＧＲが印加されており、かつ、重力加速度ＧＲより小さい鉛直方向の振動加速度が印加されていない状態で、可動電極３１が静止状態であるときに、静電容量Ｃｔの容量値と、静電容量Ｃｂの容量値と、が等しい場合を考える。すなわち、静電容量Ｃｔの容量値と、静電容量Ｃｂの容量値と、がキャンセルされる場合を考える。このような場合であって、重力加速度ＧＲの１０００分の１、すなわちＧＲ／１０００の加速度に相当する振幅の振動を１％の測定精度で測定するときは、検出器として、（０＋１／１０００−１／１０００００）ＧＲと、（０＋１／１０００＋１／１０００００）ＧＲと、を分離するためには、３桁の測定精度を有する検出器を用いれば十分である。

すなわち、重力加速度が印加された静止状態で、静電容量Ｃｂの容量値と、静電容量Ｃｔの容量値と、の容量差が増加すると、加速度センサのダイナミックレンジを大きくする必要があり、加速度センサの検出回路の消費電力が増加するおそれがある。一方、ダイナミックレンジを大きくすることができない場合には、加速度センサにおける加速度の測定精度が低下するか、または、加速度の感度が低下するおそれがある。

ここで、上記特許文献２に記載された技術によれば、上記した消費電力の増加、または、測定精度もしくは感度の低下の課題を解決する方法として、可動電極３１の回転軸ＡＸ１を＋ｚ軸方向に移動させる方法が考えられる。しかしながら、このような方法では、課題を解決できないことを、比較例２と比較しながら、以下に説明する。

図１４は、比較例２の加速度センサの断面図である。

図１４に示すように、比較例２の加速度センサ２０１は、本実施の形態１の加速度センサ１と同様に、ベース層ＢＬと、メンブレン層ＭＬと、キャップ層ＣＬと、を有する。ベース層ＢＬは、ベース基板１０と、下部電極１１と、ギャップ調整膜１２ａおよび１２ｂ（図２参照）と、空間１３と、を有する。キャップ層ＣＬは、キャップ基板２０と、上部電極２１と、ギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂ（図２参照）と、空間２３と、を有する。メンブレン層ＭＬは、可動電極３１と、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂと、固定部３３（図２参照）と、枠３４と、を有する。

比較例２の加速度センサ２０１では、ギャップ調整膜１２ａの厚さは、ギャップ調整膜２２ａの厚さよりも厚い。そのため、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１の下端と、下部電極１１の上面との間の、ｚ軸方向の距離ＬＺｂは、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１の上端と、上部電極２１の下面との間の、ｚ軸方向の距離ＬＺｔよりも、長い。

比較例２でも、本実施の形態１と同様に、ｘ軸方向の下部電極１１の中心位置における、可動電極３１と下部電極１１との間のｚ軸方向の距離を、ギャップ長ＧＡＰｂとして、定義する。また、比較例２でも、本実施の形態１と同様に、ｘ軸方向の上部電極２１の中心位置における、可動電極３１と上部電極２１との間のｚ軸方向の距離を、ギャップ長ＧＡＰｔとして、定義する。

比較例２では、ギャップ調整膜１２ａの厚さを、ギャップ調整膜２２ａの厚さより例えば２μｍ大きくする。このとき、距離ＬＺｂは６μｍとなり、距離ＬＺｔは４μｍとなり、重力加速度ＧＲが−ｚ軸方向に印加されているときの、ギャップ長ＧＡＰｔと、ギャップ長ＧＡＰｂとが、等しくなる。

本発明者らは、比較例２の加速度センサ２０１において、可動電極３１の回転角度を回転角度θとしたときに、可動電極３１と下部電極１１との間の静電容量Ｃｂの容量値、および、可動電極３１と上部電極２１との間の静電容量Ｃｔの容量値の、回転角度θ依存性を、詳細に検討した。その結果、静電容量Ｃｔの容量値、および、静電容量Ｃｂの容量値が、下記式（１）〜式（５）を満たすことを見出した。

ここで、

であり、また、

である。さらに、εは、空間１３および２３を占める気体の誘電率であり、Ｓｂは、静電容量Ｃｂに対応した有効電極面積であり、Ｓｃは、静電容量Ｃｔに対応した有効電極面積である。比較例２では、下部電極１１の面積は、可動電極３１の面積よりも小さく、かつ、上部電極２１の面積は、可動電極３１の面積よりも小さい。そのため、静電容量Ｃｂに対応した有効電極面積は、下部電極１１の面積であり、静電容量Ｃｔに対応した有効電極面積は、上部電極２１の面積である。

式（１）〜式（５）において、回転角度θを０に近づけたときに、式（１）に示す静電容量Ｃｂの容量値、および、式（２）に示す静電容量Ｃｔの容量値は、上記特許文献２の式（１）と式（２）に漸近する。そのため、本願明細書の式（１）〜式（５）は、可動電極が傾斜することを考慮した式ということができる。

図１５は、比較例２における、可動電極と下部電極との間の静電容量、および、可動電極と上部電極との間の静電容量のギャップ長依存性を示すグラフである。図１５の横軸は、図１３の横軸と同様に、ギャップ長ＧＡＰｂの変化量ΔＧＡＰｂ、および、ギャップ長ＧＡＰｔの変化量ΔＧＡＰｔを示す。

図１５に示すように、比較例２では、ΔＧＡＰｂ＝ΔＧＡＰｔ＝０の場合、静電容量Ｃｂの容量値と、静電容量Ｃｔの容量値とは、等しい。しかし、ΔＧＡＰｔ＝ΔＧＡＰｂ≠０の場合、静電容量Ｃｂの容量値と、静電容量Ｃｔの容量値とは、異なる。これは、ΔＧＡＰｔ＝ΔＧＡＰｂ＝０での、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’と、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’とが、等しくなく、かつ、ΔＧＡＰｂ＝ΔＧＡＰｔ＝０での、静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”と、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”とが、等しくないことによる。これは、上記特許文献２とは異なる結果であるが、前述した式（１）〜式（５）を用いて説明したように、本発明者らが、可動電極３１が傾斜することを考慮したためであり、可動電極が傾斜することに起因する現象である。

前述したように、反射法弾性波探査では、反射法弾性波探査に用いられる加速度センサは、鉛直方向、すなわち重力加速度と同じ方向に印加され、かつ、重力加速度より小さい加速度を、検出する必要がある。すなわち、反射法弾性波探査に用いられる加速度センサでは、鉛直方向の加速度の感度を向上させる必要がある。そのため、反射法弾性波探査に用いられる加速度センサでは、加速度の感度を向上させるために、可動部の質量を大きくするか、または、可動部を固定部と接続する弾性変形部のバネ定数を小さくすることがある。

ところが、一方の端部が固定部に接続された可動電極は、自重により傾斜する。そして、可動電極が自重により傾斜した状態で、鉛直方向に印加された重力加速度よりも小さい加速度を検出する場合に、加速度センサの消費電力が増大するか、または、印加された加速度に対する加速度センサの出力の線形性が低下することを、本発明者らは見出した。

上記特許文献１および上記特許文献２に記載された技術では、可動電極が自重により傾斜したことによって、加速度センサの消費電力が増大することも、加速度センサの出力の加速度に対する線形性が低下することも、十分に考慮されていない。

一方、本実施の形態１の加速度センサ１では、距離ＬＸｂｓが距離ＬＸｔｓよりも小さく、かつ、距離ＬＸｂｅが距離ＬＸｔｅよりも小さい。

図１６は、実施の形態１における、可動電極と下部電極との間の静電容量、および、可動電極と上部電極との間の静電容量のギャップ長依存性を示すグラフである。図１６の横軸は、図１３の横軸と同様に、ギャップ長ＧＡＰｂの変化量ΔＧＡＰｂ、および、ギャップ長ＧＡＰｔの変化量ΔＧＡＰｔを示す。

本実施の形態１の加速度センサ１では、前述したように、距離ＬＸｂｓが距離ＬＸｔｓよりも小さく、かつ、距離ＬＸｂｅが距離ＬＸｔｅよりも小さい。そのため、ΔＧＡＰｂ＝ΔＧＡＰｔ＝０を満たす位置、すなわち鉛直方向（−ｚ軸方向）に重力加速度ＧＲが印加されている状態における可動電極３１の静止位置において、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’が静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’と等しく、かつ、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”が静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”と等しい。そのため、ギャップ長ＧＡＰｂの変化量ΔＧＡＰｂ、および、ギャップ長ＧＡＰｔの変化量ΔＧＡＰｔの広い範囲（±１μｍ未満）で、静電容量Ｃｂが静電容量Ｃｔと等しい。

また、上記特許文献２にも記載されているように、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”と、静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”との間に差が生じると、加速度センサの静電容量Ｃｂと静電容量Ｃｔとの容量差に対応した出力ΔＣの、変化量ΔＧＡＰｂおよびΔＧＡＰｔに対する直線性が低下するおそれがある。

図１７は、実施の形態１、比較例１および比較例２の加速度センサに加速度が印加されたときの出力ΔＣの非線形性を示すグラフである。図１７の横軸は、重力加速度ＧＲで規格化した印加加速度を示す。図１７の縦軸は、重力加速度をＧＲとし、静止位置を中心とした±０．９５ＧＲの範囲での出力ΔＣをフルスケール（ＦＳ）としたとき（以下では、「フルスケール（ＦＳ）±０．９５ＧＲ」とも称する。）の、出力ΔＣの非線形性を示す。

図１７に示すように、比較例２における出力ΔＣの非線形性は、比較例１における出力ΔＣにおける非線形性よりも小さくなっており、さらに、本実施の形態１における出力ΔＣの非線形性は、比較例２における出力ΔＣにおける非線形性よりも小さくなっている。図１７に示すように、フルスケール（ＦＳ）±０．９５ＧＲにおける非線形性は、比較例１では１４．２％ＦＳであり、比較例２では４．５％ＦＳであり、本実施の形態１では２．２％ＦＳであり、本実施の形態１では、比較例１および比較例２のいずれに比べても非線形性が小さくなるため、本実施の形態１の効果は明白である。

図１８は、出力ΔＣと、距離ＬＸｔｓと距離ＬＸｂｓとの差（ＬＸｔｓ−ＬＸｂｓ）との関係を示すグラフである。図１８では、実施の形態１における出力ΔＣに加え、可動電極３１が下部電極１１および上部電極２１のいずれとも平行でないことを無視した場合の出力ΔＣを、比較例３として示している。比較例３は、上記特許文献２の式（３）に示す関係に相当するものである。なお、本実施の形態１の非線形性を示すグラフのうち、左端（ＬＸｔｓ−ＬＸｂｓ＝０）に白抜きの丸で示すデータは、比較例２のデータに相当する。

なお、図１８では、距離ＬＸｂｅを、３８１０μｍとし、距離ＬＸｔｅを、４２００μｍとしている。

比較例３の非線形性を示すグラフでは、可動電極３１が下部電極１１および上部電極２１のいずれとも平行でないことを無視しているため、距離ＬＸｔｓと距離ＬＸｂｓとの差（ＬＸｔｓ−ＬＸｂｓ）を変化させても、出力ΔＣの非線形性は変化せず、一定である。一方、実施の形態１の非線形性を示すグラフでは、距離ＬＸｔｓと距離ＬＸｂｓとの差（ＬＸｔｓ−ＬＸｂｓ）を変化させることにより、出力ΔＣの非線形性を調整することができる。すなわち、本実施の形態１では、距離ＬＸｂｓを距離ＬＸｔｓよりもある程度短くすることにより、出力ΔＣの線形性の改善の効果があることが明らかである。

なお、図１８に示す例では、距離ＬＸｔｓと距離ＬＸｂｓとの差（ＬＸｔｓ−ＬＸｂｓ）が５５０μｍ程度のときに、出力ΔＣの非線形性が最小になる。

このように、本発明者らが見出した、距離ＬＸｔｓと距離ＬＸｂｓとの差を調整することにより出力ΔＣの非線形性を調整することは、可動電極３１が下部電極１１および上部電極２１のいずれとも平行でないことを考慮したことにより、初めて明らかになった現象である。

つまり、可動電極３１が回転軸ＡＸ１を中心として回転変位したときの静電容量Ｃｂおよび静電容量Ｃｔの変化への寄与の大きさは、回転軸ＡＸ１からの距離に依存する。回転軸ＡＸ１側と反対側の部分の可動電極３１、および、回転軸ＡＸ１側と反対側の部分の下部電極１１の方が、回転軸ＡＸ１側の部分の可動電極３１、および、回転軸ＡＸ１側の部分の下部電極１１に比べ、静電容量Ｃｂ、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’、および、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”への寄与が大きい。また、回転軸ＡＸ１側の部分の可動電極３１、および、回転軸ＡＸ１側の部分の上部電極２１の方が、回転軸ＡＸ１側と反対側の部分の可動電極３１、および、回転軸ＡＸ１側と反対側の部分の上部電極２１に比べ、静電容量Ｃｔ、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’、および、静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”への寄与が大きい。

比較例２で示したように、距離ＬＸｂｓが距離ＬＸｔｓと等しく、かつ、距離ＬＸｂｅが距離ＬＸｔｅと等しいときは、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’は、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’よりも小さく、静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”は、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”よりも小さい。

一方、本実施の形態１で示したように、距離ＬＸｂｓを距離ＬＸｔｓよりも小さくし、かつ、距離ＬＸｂｅを距離ＬＸｔｅよりも小さくする。このとき、回転軸ＡＸ１側と反対側の部分の可動電極３１の、静電容量Ｃｂ、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’、および、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”への寄与が、小さくなる。また、回転軸ＡＸ１側の部分の可動電極３１の、静電容量Ｃｔ、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’、および、静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”への寄与が、小さくなる。したがって、本実施の形態１では、比較例２に比べ、１次導関数Ｃｔ’と１次導関数Ｃｂ’との差、および、２次導関数Ｃｔ”と２次導関数Ｃｂ”との差を、小さくすることができる。

これにより、加速度センサの静電容量Ｃｂと静電容量Ｃｔとの容量差に対応した出力ΔＣの、変化量ΔＧＡＰｂおよびΔＧＡＰｔに対する直線性を向上させることができる。そのため、加速度センサのダイナミックレンジを小さくすることができ、加速度センサの検出回路の消費電力を低減することができる。または、加速度センサによる加速度の測定精度を向上させることができ、加速度の感度を向上させることができる。

なお、上記特許文献２に記載された技術では、距離ＬＸｂｅが距離ＬＸｔｅよりも短い例は示されているものの、距離ＬＸｂｓが距離ＬＸｔｓよりも短い例は記載されていない。

＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
以上説明したように、本実施の形態１における加速度センサ１では、距離ＬＸｂｓが距離ＬＸｔｓよりも短く、かつ、距離ＬＸｂｅが距離ＬＸｔｅよりも短い。これにより、重力加速度ＧＲが印加されているときの可動電極３１の静止位置において、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’を、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’と等しくし、かつ、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”を、静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”と等しくすることができ、線形性に優れた出力ΔＣを出力することができる。そのため、感度が高く、消費電力が低く、印加された加速度に対する出力の線形性が高い加速度センサを提供することができる。

なお、本実施の形態１における加速度センサ１では、後述する実施の形態２の加速度センサ１ｂとは異なり、距離ＬＺｔが距離ＬＺｂよりも小さい。これにより、重力加速度ＧＲが印加されているときの可動電極３１の静止位置において、ギャップ長ＧＡＰｂをギャップ長ＧＡＰｔと等しくすることができる。

本実施の形態１では、可動部としての可動電極３１が、固定部３３に対して、平面視においてｙ軸方向に沿った軸を中心として、回転変位可能である例について説明した。しかし、可動電極３１の一部が少なくともｚ軸方向に変位可能であればよく、例えばｘ軸方向における可動電極３１の固定部３３側の端部６１が、固定部３３に直接接続されることにより、可動電極３１が、いわゆる片持ち梁であってもよい。

このような場合、距離ＬＸｂｓは、下部電極１１の固定部３３側の端部４１と、固定部３３との間の、ｘ軸方向の距離であり、距離ＬＸｂｅは、下部電極１１の固定部３３側と反対側の端部４２と、固定部３３との間の、ｘ軸方向の距離である。また、距離ＬＸｔｓは、上部電極２１の固定部３３側の端部５１と、固定部３３との間の、ｘ軸方向の距離であり、距離ＬＸｔｅは、上部電極２１の固定部３３側と反対側の端部５２と、固定部３３との間の、ｘ軸方向の距離である。

＜実施の形態１の変形例＞
鉛直方向の加速度を高精度に測定する方法として、可動電極と固定電極との間に電圧を印加し、発生するクーロン力で可動電極の位置を制御するサーボ制御による方法が考えられる。以下では、サーボ制御による方法を用いて加速度を検出する加速度センサを、実施の形態１の変形例として、説明する。

図１９および図２０は、実施の形態１の変形例の加速度センサの平面図である。

図１９に示すように、実施の形態１の変形例の加速度センサ１ａでは、ベース層ＢＬは、下部電極１１に加え、サーボ制御用下部電極１４を有する。サーボ制御用下部電極１４は、図２に示した下部電極１１と同様に、領域ＡＲ１のうちギャップ調整膜１２ｂが形成された領域以外の領域で、ベース基板１０の上面上、すなわちベース基板１０上に形成されている。サーボ制御用下部電極１４は、平面視において、下部電極１１のｙ軸方向における一方の側に、配置されている。

図２０に示すように、実施の形態１の変形例の加速度センサ１ａでは、キャップ層ＣＬは、上部電極２１に加え、サーボ制御用上部電極２４を有する。サーボ制御用上部電極２４は、図２に示した上部電極２１と同様に、領域ＡＲ１のうちギャップ調整膜２２ｂが形成された領域以外の領域で、キャップ基板２０の下面下、すなわちキャップ基板２０下に形成されている。サーボ制御用上部電極２４は、平面視において、上部電極２１のｙ軸方向における一方の側に、配置されている。

なお、実施の形態１の変形例の加速度センサ１ａの構造を、本実施の形態１における加速度センサ１と同様な構造とし、サーボ制御用下部電極を下部電極１１と兼用し、サーボ制御用上部電極を上部電極２１と兼用してもよい。あるいは、実施の形態１の変形例の加速度センサ１ａが、可動電極３１に加え、サーボ制御用可動電極を有してもよい。

すなわち、サーボ制御用下部電極と、下部電極１１とを、別に設けても一体的に設けてもよく、いずれの場合にも、同様の効果を有する。また、サーボ制御用上部電極と、上部電極２１とを、別に設けても一体的に設けてもよく、いずれの場合にも、同様の効果を有する。さらに、サーボ制御用可動電極と、可動電極３１とを、別に設けても一体的に設けてもよく、いずれの場合にも、同様の効果を有する。

サーボ制御で用いるクーロン力は、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’ に比例し、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’に比例する。そのため、１次導関数Ｃｔ’の変化量ΔＧＡＰｔ依存性と１次導関数Ｃｂ’の変化量ΔＧＡＰｂ依存性と、が異なる場合、サーボ制御用下部電極に印加するサーボ電圧と、サーボ制御用上部電極に印加するサーボ電圧とを、それぞれ異なる値に制御する必要が生じ、サーボ制御が煩雑になる。また、１次導関数Ｃｂ’ と１次導関数Ｃｔ’のうち、小さい方に合わせて最大サーボ電圧を決定する必要があるため、サーボ電圧が高電圧化するおそれがある。それに伴って、鉛直方向（−ｚ軸方向）に印加される微小な振動加速度を精度よく検出できないか、または、加速度センサの消費電力が増大するおそれがある。

一方、本変形例の加速度センサ１ａでも、実施の形態１の加速度センサ１と同様に、距離ＬＸｂｓが距離ＬＸｔｓよりも小さく、かつ、距離ＬＸｂｅが距離ＬＸｔｅよりも小さい。

本変形例の加速度センサ１ａにおける、可動電極３１と下部電極１１との間の静電容量Ｃｂの容量値のギャップ長依存性を、図１６に示した実施の形態１における、可動電極３１と下部電極１１との間の静電容量Ｃｂの容量値のギャップ長依存性と、同様にすることができる。また、本変形例の加速度センサ１ａにおける、可動電極３１と上部電極２１との間の静電容量Ｃｔの容量値のギャップ長依存性を、図１６に示した実施の形態１における、可動電極３１と上部電極２１との間の静電容量Ｃｔの容量値のギャップ長依存性と、同様にすることができる。

ここで、実施の形態１に対する本変形例の関係と同様に、比較例１および比較例２に対して、サーボ制御用下部電極およびサーボ制御用上部電極を形成したものを、それぞれ比較例４および比較例５とする。分りやすいように、比較例４および比較例５のサーボ制御用下部電極およびサーボ制御用上部電極は、比較例１および比較例２の下部電極および上部電極と面積は同じに設定している。

例えばサーボ電圧１Ｖを印加した時に下部電極１１および上部電極２１で発生するクーロン力の絶対値は、容量値とギャップ量の比であるから、比較例４では、下部電極１１で４．６μＮ、上部電極２１で１．６μＮであり、比較例５では、下部電極１１で２．９μＮ、上部電極２１で２．３μＮである。

一方、本変形例では、例えばサーボ電圧１Ｖを印加した時に下部電極１１および上部電極２１で発生するクーロン力の絶対値は、下部電極１１で２．５μＮ、上部電極２１で２．５μＮである。このように、本変形例では、例えばサーボ電圧１Ｖを印加した時に、下部電極１１で発生するクーロン力が、上部電極２１で発生するクーロン力と等しくなるため、サーボ制御が煩雑にならず、サーボ電圧を低電圧化することができる。

つまり、本変形例でも、実施の形態１と同様に、重力加速度ＧＲが印加されているときの可動電極３１の静止位置において、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’を、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’と等しくし、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”を、静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”と等しくすることができる。これにより、サーボ制御が煩雑にならず、サーボ電圧を低電圧化することができる。そのため、鉛直方向（−ｚ軸方向）に印加される微小な振動加速度を高精度で検出できるか、または、加速度センサの消費電力を低減することができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２の加速度センサについて説明する。実施の形態２の加速度センサは、下部電極の面積が、上部電極の面積よりも小さい。

＜加速度センサの構成＞
図２１および図２２は、実施の形態２の加速度センサの断面図である。図２３および図２４は、実施の形態２の加速度センサの平面図である。

図２１および図２２は、図２３および図２４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図２１は、重力加速度がｚ軸方向に印加されていない状態を示し、図２２は、重力加速度ＧＲが−ｚ軸方向に印加されている状態を示す。すなわち、図２２は、重力加速度ＧＲにより可動電極３１が回転軸ＡＸ１を中心として回転変位した状態を示す。

図２１および図２２に示すように、本実施の形態２における加速度センサ１ｂは、ベース層ＢＬと、メンブレン層ＭＬと、キャップ層ＣＬと、を有する。また、本実施の形態２における加速度センサ１ｂは、下部電極１１および上部電極２１の平面形状を除き、比較例１の加速度センサ１０１の構造と同様の構造を有する。

本実施の形態２における加速度センサ１ｂも、実施の形態１の加速度センサ１と同様に、−ｚ軸方向に重力加速度ＧＲ（図２２参照）が印加された状態で、±ｚ軸方向に印加される微小な振動加速度を、高精度に検出することができる。

本実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、可動電極３１の質量、ならびに、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂのバネ定数は、重力加速度ＧＲが印加されている状態で、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部６２が、重力加速度ＧＲが印加されていない状態に比べ、ｚ軸方向において負側に２μｍ移動するように、調整されている。

ギャップ長ＧＡＰｂは、可動電極３１と下部電極１１との間に存在する空間１３のｚ軸方向の厚さであり、可動電極３１と下部電極１１との間のｚ軸方向の距離である。また、本実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、ｘ軸方向の下部電極１１の中心位置における、可動電極３１と下部電極１１との間のｚ軸方向の距離を、ギャップ長ＧＡＰｂとして、定義する。

ギャップ長ＧＡＰｔは、可動電極３１と上部電極２１との間に存在する空間２３のｚ軸方向の厚さである。また、本実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、ｘ軸方向の上部電極２１の中心位置における、可動電極３１と上部電極２１との間のｚ軸方向の距離を、ギャップ長ＧＡＰｔとして、定義する。

本実施の形態２の加速度センサ１ｂでは、ギャップ調整膜１２ａの厚さは、ギャップ調整膜２２ａの厚さと、等しい。そのため、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１の下端と、下部電極１１の上面との間の、ｚ軸方向の距離ＬＺｂは、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１の上端と、上部電極２１の下面との間の、ｚ軸方向の距離ＬＺｔと、等しい。

なお、実施の形態１では、距離ＬＺｂと距離ＬＺｔを、距離ＬＺｂと距離ＬＺｔの平均値から±２０％調節することで、重力ＧＲが印加された状態のギャップ長ＧＡＰｂとＧＡＰｔとを一致させた。本実施の形態２で、距離ＬＺｂが距離ＬＺｔと等しいとは、距離ＬＺｂおよび距離ＬＺｔの各々の、距離ＬＺｂと距離ＬＺｔとの平均値からの差がそれぞれ２０％以下であることを意味する。

本実施の形態２では、距離ＬＺｂおよび距離ＬＺｔのいずれも５μｍとし、重力加速度が−ｚ軸方向に印加されているときの、ギャップ長ＧＡＰｔを、６μｍとし、ギャップ長ＧＡＰｂを、４μｍとすることができる。

下部電極１１と上部電極２１とは、図２１〜図２４に示すように、互いに平行、かつ、いずれもｚ軸に垂直になるように、配置されている。また、下部電極１１および上部電極２１は、ｚ軸方向において互いに対向するように配置されている。

下部電極１１の回転軸ＡＸ１側の端部４１（側面ＳＢ１）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｂｓとする。また、下部電極１１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部４２（側面ＳＢ２）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｂｅとする。このとき、距離ＬＸｂｓを、２００μｍとし、距離ＬＸｂｅを、３８１０μｍとすることができる。すなわち、距離ＬＸｂｅと距離ＬＸｂｓとの差を、３６１０μｍとすることができる。

上部電極２１の回転軸ＡＸ１側の端部５１（側面ＳＣ１）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｔｓとする。また、上部電極２１の回転軸ＡＸ１側と反対側の端部５２（側面ＳＣ２）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸｔｅとする。このとき、距離ＬＸｔｓを、５９０μｍとし、距離ＬＸｔｅを、４２００μｍとすることができる。すなわち、距離ＬＸｔｅと距離ＬＸｔｓとの差を、３６１０μｍとすることができる。

一方、下部電極１１のｙ軸方向の長さＬＹｂは、上部電極２１のｙ軸方向の長さＬＹｔよりも小さい。すなわち、下部電極１１の面積は、上部電極２１の面積よりも小さい。本実施の形態２における加速度センサ１ｂでは、長さＬＹｂと長さＬＹｔが、下記式（６）

を満たす。これにより、式（１）により示される静電容量Ｃｂの容量値と、式（２）により示される静電容量Ｃｔの容量値とを、等しくすることができる。

＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
本実施の形態２における加速度センサ１ｂでも、実施の形態１の加速度センサ１と同様に、距離ＬＸｂｓが距離ＬＸｔｓよりも短く、かつ、距離ＬＸｂｅが距離ＬＸｔｅよりも短い。

一方、本実施の形態２における加速度センサ１ｂでは、実施の形態１の加速度センサ１とは異なり、距離ＬＺｂが距離ＬＺｔと等しい一方で、長さＬＹｂが長さＬＹｔよりも小さい。すなわち、下部電極１１の面積は、上部電極２１の面積よりも小さい。

このような場合、重力加速度ＧＲが印加されているときの可動電極３１の静止位置において、ギャップ長ＧＡＰｂはギャップ長ＧＡＰｔよりも小さくなる。しかし、式（１）〜式（６）を満たす場合には、重力加速度ＧＲが印加されているときの静止位置において、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’を、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｔ’と等しくし、かつ、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”を、静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”と等しくすることができ、線形性に優れた出力ΔＣを出力することができる。そのため、本実施の形態２でも、本実施の形態１と同様の効果を有し、感度が高く、消費電力が低く、印加された加速度に対する出力の線形性が高い加速度センサを提供することができる。

＜実施の形態２の変形例＞
本実施の形態２における加速度センサ１ｂでは、分かりやすい例として、距離ＬＸｂｅと距離ＬＸｂｓとの差、および、距離ＬＸｔｅと距離ＬＸｔｓとの差を、いずれも３６１０μｍにした。しかし、距離ＬＸｂｓが距離ＬＸｔｓよりも短く、かつ、距離ＬＸｂｅが距離ＬＸｔｅよりも短ければよく、距離ＬＸｂｅと距離ＬＸｂｓとの差を、距離ＬＸｔｅと距離ＬＸｔｓとの差と等しくする必要はない。このような、距離ＬＸｂｅと距離ＬＸｂｓとの差と、距離ＬＸｔｅと距離ＬＸｔｓとの差とが異なる例を、実施の形態２の変形例として、図２５および図２６に示す。図２５および図２６は、実施の形態２の変形例の加速度センサの平面図である。

図２５および図２６に示すように、本変形例の加速度センサ１ｃでは、距離ＬＸｂｅと距離ＬＸｂｓとの差（ＬＸｂｅ−ＬＸｂｓ）は、距離ＬＸｔｅと距離ＬＸｔｓとの差（ＬＸｔｅ−ＬＸｔｓ）よりも小さい。このような場合でも、距離ＬＸｂｓ、距離ＬＸｂｅ、距離ＬＸｔｓおよび距離ＬＸｔｅ、ならびに、長さＬＹｂおよび長さＬＹｔが、式（６）を満たすように設定することにより、実施の形態２と同様の効果が得られる。

なお、上記式（６）の左辺が１に等しくなくても、実施の形態１と略同様の効果が得られる。例えば本変形例の加速度センサ１ｃの場合では、重力が印加されない場合（θ＝０）の左辺の値は０．８程度であるから、それより１に近い場合、つまり０．８〜１．２程度であれば、実施の形態１と略同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３の加速度センサについて説明する。実施の形態３の加速度センサは、ｚ軸方向から視たときに、可動電極３１が、回転軸ＡＸ１を挟んで両側に配置された可動右電極３１Ｒと可動左電極３１Ｌとを有する。

＜加速度センサの構成＞
図２７および図２８は、実施の形態３の加速度センサの断面図である。図２９および図３０は、実施の形態３の加速度センサの平面図である。図３１は、実施の形態３の加速度センサの断面図である。

図２７は、図２９および図３０のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図２８および図３１は、図２９および図３０のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図２７および図２８は、重力加速度がｚ軸方向に印加されていない状態を示し、図３１は、重力加速度ＧＲが−ｚ軸方向に印加されている状態を示す。すなわち、図３１は、重力加速度ＧＲにより可動電極３１が回転軸ＡＸ１を中心として回転変位した状態を示す。

図２７および図２８に示すように、本実施の形態３の加速度センサ１ｄは、ベース層ＢＬと、メンブレン層ＭＬと、キャップ層ＣＬと、を有する。

図２７〜図２９に示すように、ベース層ＢＬは、基体としてのベース基板１０と、ギャップ調整膜１２ａおよび１２ｂと、空間１３と、を有する。

ベース基板１０は、ベース基板１０の主面としての上面の領域であって、ベース基板１０の中心側の中心領域としての領域ＡＲ１と、ベース基板１０の上面の領域であって、領域ＡＲ１よりもベース基板１０の周辺側の周辺領域としての領域ＡＲ２と、を有する。

なお、平面視において、互いに交差、好適には直交する２つの方向を、ｘ軸方向およびｙ軸方向とし、ベース基板１０の主面に垂直な方向をｚ軸方向とする。

領域ＡＲ２では、ベース基板１０の上面上、すなわちベース基板１０上には、ギャップ調整膜１２ａが形成されている。また、領域ＡＲ１のうち一部の領域でも、ベース基板１０の上面上、すなわちベース基板１０上には、ギャップ調整膜１２ａと同層に、ギャップ調整膜１２ｂが形成されている。

一方、領域ＡＲ１のうちギャップ調整膜１２ｂが形成された領域以外の領域では、ベース基板１０の上面上、すなわちベース基板１０上には、ギャップ調整膜１２ｂは形成されていない。また、本実施の形態３では、実施の形態１とは異なり、領域ＡＲ１のうちギャップ調整膜１２ｂが形成された領域以外の領域では、下部電極１１（図２参照）も形成されていない。したがって、領域ＡＲ１では、ベース基板１０上に、空間１３が形成されている。すなわち、ギャップ調整膜１２ｂは、ベース基板１０上に、空間１３を形成するためのものである。空間１３は、大気圧より十分低い圧力の気体で充満されている。

図２７、図２８および図３０に示すように、キャップ層ＣＬは、基体としてのキャップ基板２０と、上部左電極２１Ｌと、上部右電極２１Ｒと、ギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂと、空間２３と、を有する。

領域ＡＲ１は、キャップ基板２０の主面としての下面の領域であって、キャップ基板２０の中心側の中心領域としての領域でもある。また、領域ＡＲ２は、キャップ基板２０の下面の領域であって、領域ＡＲ１よりもキャップ基板２０の周辺側の周辺領域としての領域でもある。また、ｘ軸方向およびｙ軸方向は、キャップ基板２０の主面としての下面内で、互いに交差、好適には直交する２つの方向でもあり、ｚ軸方向は、キャップ基板２０の主面に垂直な方向でもある。

領域ＡＲ２では、キャップ基板２０の下面下、すなわちキャップ基板２０下には、ギャップ調整膜２２ａが形成されている。また、領域ＡＲ１のうち一部の領域でも、キャップ基板２０の下面下、すなわちキャップ基板２０下には、ギャップ調整膜２２ａと同層に、ギャップ調整膜２２ｂが形成されている。

一方、領域ＡＲ１のうちギャップ調整膜２２ｂが形成された領域よりもｘ軸方向における一方の側（図２７中左側）の領域では、キャップ基板２０の下面下、すなわちキャップ基板２０下には、ギャップ調整膜２２ｂは形成されておらず、上部左電極２１Ｌが形成されている。上部左電極２１Ｌは、領域ＡＲ１で、平面視において、ｘ軸方向におけるギャップ調整膜２２ｂの一方の側（図２７中左側）に配置されている。上部左電極２１Ｌは、可動部としての可動左電極３１Ｌの上面と対向配置されている。

また、領域ＡＲ１のうちギャップ調整膜２２ｂが形成された領域よりもｘ軸方向における他方の側（図２７中右側）の領域では、キャップ基板２０の下面下、すなわちキャップ基板２０下には、ギャップ調整膜２２ｂは形成されておらず、上部右電極２１Ｒが形成されている。上部右電極２１Ｒは、領域ＡＲ１で、平面視において、ギャップ調整膜２２ｂを挟んで上部左電極２１Ｌと反対側（図２７中右側）に配置されている。上部右電極２１Ｒは、可動部としての可動右電極３１Ｒの上面と対向配置されている。

ギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂの厚さは、上部左電極２１Ｌおよび上部右電極２１Ｒの厚さよりも厚い。そのため、領域ＡＲ１では、上部左電極２１Ｌ下、上部右電極２１Ｒ下、および、キャップ基板２０下に、空間２３が形成されている。すなわち、ギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂは、上部左電極２１Ｌ下、および、上部右電極２１Ｒ下に、空間２３を形成するためのものである。空間２３は、大気圧より十分低い圧力の気体で充満されている。

キャップ基板２０は、単結晶シリコン基板と、単結晶シリコン基板の表面に形成された酸化シリコン膜（図示せず）とにより形成されている。この酸化シリコン膜により、上部左電極２１Ｌおよび上部右電極２１Ｒは、キャップ基板２０の単結晶シリコン基板と電気的に絶縁されている。また、上部左電極２１Ｌおよび上部右電極２１Ｒの各々は、電気接続線（図示せず）を介して例えば検出回路と電気的に接続されている。なお、ベース基板１０も、単結晶シリコン基板により形成されている。

図２７、図２８および図３０に示すように、メンブレン層ＭＬは、可動部としての可動電極３１と、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂと、固定部３３と、枠３４と、を有する。可動電極３１、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂ、固定部３３および枠３４は、いずれも低抵抗の単結晶シリコン基板からなり、その単結晶シリコン基板を、例えば厚さ方向（ｚ軸方向）にＤＲＩＥによりエッチングして、単結晶シリコン基板を貫通する孔部を形成することにより、形成されている。なお、可動電極３１の外側面と、枠３４の内側面との間には、空間３５が形成されている。

固定部３３は、図２７に示すように、ギャップ調整膜１２ｂとギャップ調整膜２２ｂとに挟まれている。固定部３３の下端は、ギャップ調整膜１２ｂに機械的に接続され、固定部３３の上端は、ギャップ調整膜２２ｂに機械的に接続されている。ギャップ調整膜１２ｂは、ベース基板１０に機械的に接続されているため、結局、固定部３３は、ベース基板１０に機械的に固定されている。すなわち、固定部３３は、ベース基板１０の主面としての上面上に固定されている。また、ギャップ調整膜２２ｂは、キャップ基板２０に機械的に接続されているため、結局、固定部３３は、キャップ基板２０に機械的に固定されている。固定部３３は、電気接続線（図示せず）を介して例えば検出回路と電気的に接続されている。

ねじれバネ３２ａは、ｙ軸方向に延在し、ねじれバネ３２ａのｙ軸方向における一方の側の端部３６ａは、固定部３３に接続され、ねじれバネ３２ａのｙ軸方向における他方の側の端部３７ａは、可動電極３１に接続されている。また、ねじれバネ３２ｂは、ｙ軸方向に延在し、ねじれバネ３２ｂのｙ軸方向における一方の側の端部３６ｂは、固定部３３に接続され、ねじれバネ３２ｂのｙ軸方向における他方の側の端部３７ｂは、可動電極３１に接続されている。

ねじれバネ３２ａは、ねじれバネ３２ａが弾性変形して、端部３７ａが端部３６ａに対してねじれることにより、端部３７ａが、端部３６ａに対して、ｙ軸方向に沿った回転軸ＡＸ１を中心として回転変位可能となるように、設けられている。また、ねじれバネ３２ｂは、ねじれバネ３２ｂが弾性変形して、端部３７ｂが端部３６ｂに対してねじれることにより、端部３７ｂが、端部３６ｂに対して、ねじれバネ３２ａの回転軸ＡＸ１と同一の回転軸ＡＸ１を中心として回転変位可能となるように、設けられている。したがって、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂの各々は、弾性変形部である。

図２７〜図３１に示すように、可動電極３１は、可動左電極３１Ｌと、可動右電極３１Ｒと、接続部３８ａおよび３８ｂと、を有する。

可動左電極３１Ｌは、領域ＡＲ１で、平面視において、ｘ軸方向における固定部３３の一方の側（図２７中左側）に配置されている。また、可動右電極３１Ｒは、領域ＡＲ１で、平面視において、ｘ軸方向における固定部３３の他方の側（図２７中右側）に配置されている。すなわち、可動右電極３１Ｒは、平面視において、固定部３３を挟んで可動左電極３１Ｌと反対側に配置されている。

可動左電極３１Ｌの回転軸ＡＸ１側の端部６１Ｌと、可動右電極３１Ｒの回転軸ＡＸ１側の端部６１Ｒとは、ｙ軸方向で互いに離れて設けられた接続部３８ａおよび接続部３８ｂにより、接続されている。接続部３８ａには、ｙ軸方向に延在する回転軸ＡＸ１を中心として回転変位可能なねじれバネ３２ａが、接続され、接続部３８ｂには、ｙ軸方向に延在する回転軸ＡＸ１を中心として回転変位可能なねじれバネ３２ｂが、接続されている。そのため、可動左電極３１Ｌの固定部３３側の端部６１Ｌは、接続部３８ａおよび接続部３８ｂを介して固定部３３に接続されており、可動右電極３１Ｒの固定部３３側の端部６１Ｒは、接続部３８ａおよび接続部３８ｂを介して固定部３３に接続されている。また、接続部３８ａおよび接続部３８ｂにより接続された可動左電極３１Ｌおよび可動右電極３１Ｒは、固定部３３に対して、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂの回転軸ＡＸ１を中心として、一体的に回転変位可能である。

可動左電極３１Ｌと、可動右電極３１Ｒとは、いずれも、ｚ軸方向から視たときに、例えば長方形の形状を有する。すなわち、可動左電極３１Ｌは、例えば、ｘ軸方向に垂直な側面ＳＭ１Ｌおよび側面ＳＭ２Ｌ、ならびに、ｙ軸方向に垂直な側面ＳＭ３Ｌおよび側面ＳＭ４Ｌを有し、可動右電極３１Ｒは、例えば、ｘ軸方向に垂直な側面ＳＭ１Ｒおよび側面ＳＭ２Ｒ、ならびに、ｙ軸方向に垂直な側面ＳＭ３Ｒおよび側面ＳＭ４Ｒを有する。

側面ＳＭ１Ｌは、可動左電極３１Ｌの回転軸ＡＸ１側の端部６１Ｌであり、側面ＳＭ２Ｌは、可動左電極３１Ｌの回転軸ＡＸ１側と反対側の端部６２Ｌである。また、側面ＳＭ３Ｌは、可動左電極３１Ｌのｙ軸方向における負側の端部６３Ｌであり、側面ＳＭ４Ｌは、可動左電極３１Ｌのｙ軸方向における正側の端部６４Ｌである。

側面ＳＭ１Ｒは、可動右電極３１Ｒの回転軸ＡＸ１側の端部６１Ｒであり、側面ＳＭ２Ｒは、可動右電極３１Ｒの回転軸ＡＸ１側と反対側の端部６２Ｒである。また、側面ＳＭ３Ｒは、可動右電極３１Ｒのｙ軸方向における負側の端部６３Ｒであり、側面ＳＭ４Ｒは、可動右電極３１Ｒのｙ軸方向における正側の端部６４Ｒである。

一例として、ｚ軸方向から視たときの可動左電極３１Ｌの平面寸法を、４．０ｍｍ（ｘ軸方向）×３．９ｍｍ（ｙ軸方向）とし、ｚ軸方向から視たときの可動右電極３１Ｒの平面寸法を、４．０ｍｍ（ｘ軸方向）×３．９ｍｍ（ｙ軸方向）とすることができる。

接続部３８ａにねじれバネ３２ａが接続され、接続部３８ｂにねじれバネ３２ｂが接続されているため、可動左電極３１Ｌと、可動右電極３１Ｒとは、回転軸ＡＸ１を中心としてシーソーのように回転変位することができる。

可動左電極３１Ｌの回転軸ＡＸ１側の端部６１Ｌ（側面ＳＭ１Ｌ）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸＬｍｓとし、可動左電極３１Ｌの回転軸ＡＸ１側と反対側の端部６２Ｌ（側面ＳＭ２Ｌ）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸＬｍｅとする。また、可動右電極３１Ｒの回転軸ＡＸ１側の端部６１Ｒ（側面ＳＭ１Ｒ）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸＲｍｓとし、可動右電極３１Ｒの回転軸ＡＸ１側と反対側の端部６２Ｒ（側面ＳＭ２Ｒ）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸＲｍｅとする。

具体的には、距離ＬＸＬｍｓを、２００μｍとし、距離ＬＸＬｍｅを、４２００μｍとすることができる。また、距離ＬＸＲｍｓを、２００μｍとし、距離ＬＸＲｍｅを、４２００μｍとすることができる。

図３０に示すように、可動左電極３１Ｌと、可動右電極３１Ｒとは、ｚ軸方向から視たときに、同一の平面形状を有する。しかし、図２７および図２８に示すように、可動左電極３１Ｌのｚ軸方向の厚さは、可動右電極３１Ｒのｚ軸方向の厚さよりも小さい。これにより、可動左電極３１Ｌの質量ＭＳＬを、可動右電極３１Ｒの質量ＭＳＲよりも小さくすることができる。なお、メンブレン層ＭＬを例えばＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板により形成することにより、可動左電極３１Ｌのｚ軸方向の厚さを、可動右電極３１Ｒのｚ軸方向の厚さよりも容易に小さくすることができる。

具体的には、実施の形態３では、重力は−ｚ軸方向に印加されているため、可動左電極３１Ｌのｚ軸方向の厚さを、可動右電極３１Ｒのｚ軸方向の厚さの例えば半分に設定することができ、可動左電極３１Ｌのｚ軸方向の厚さを例えば１２５μｍとし、可動右電極３１Ｒのｚ軸方向の厚さを例えば２５０μｍとすることができる。なお、重力が＋ｚ軸方向に印加されている場合は、可動左電極３１Ｌのｚ軸方向の厚さを例えば２５０μｍとし、可動右電極３１Ｒのｚ軸方向の厚さを例えば１２５μｍとすることで、同じ効果を得ることができる。

可動左電極３１Ｌの重心ＧＣＬと、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸＬとする。また、可動右電極３１Ｒの重心ＧＣＲと、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸＲとする。本実施の形態３では、重力の方向が、上部左電極２１Ｌから可動左電極３１Ｌに向かう方向（−ｚ軸方向）である場合、質量ＭＳＬと距離ＬＸＬとの積が、質量ＭＳＲと距離ＬＸＲとの積よりも小さい。これにより、鉛直方向（−ｚ軸方向）に重力加速度ＧＲが印加されるときに、ｙ軸方向の負側から正側に向かって視た場合、可動電極３１が時計方向に回転変位することになる。なお、重力の方向が、可動左電極３１Ｌから上部左電極２１Ｌに向かう方向（＋ｚ軸方向）である場合、質量ＭＳＬと距離ＬＸＬとの積が、質量ＭＳＲと距離ＬＸＲとの積よりも大きい。

本実施の形態３における加速度センサ１ｄも、実施の形態１の加速度センサ１と同様に、−ｚ軸方向に重力加速度ＧＲ（図３１参照）が印加された状態で、±ｚ軸方向に印加される微小な振動加速度を、高精度に検出することができる。

本実施の形態３における加速度センサ１ｄでは、可動左電極３１Ｌおよび可動右電極３１Ｒの質量、ならびに、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂのバネ定数は、重力加速度ＧＲ（図３１参照）が印加されている状態で、可動右電極３１Ｒの回転軸ＡＸ１側と反対側の端部６２Ｒが、重力加速度ＧＲが印加されていない状態に比べ、ｚ軸方向において負側に２μｍ移動するように、調整されている。

ギャップ長ＧＡＰＬｔは、可動左電極３１Ｌと上部左電極２１Ｌとの間に存在する空間２３のｚ軸方向の厚さであり、可動左電極３１Ｌと上部左電極２１Ｌとの間のｚ軸方向の距離である。可動左電極３１Ｌが回転軸ＡＸ１を中心として回転変位することにより傾斜するため、空間２３のｚ軸方向の厚さ、すなわち可動左電極３１Ｌと上部左電極２１Ｌとの間のｚ軸方向の距離は、ｘ軸方向の各位置によって異なる。ここでは、ｘ軸方向の上部左電極２１Ｌの中心位置における、空間２３のｚ軸方向の厚さを、ギャップ長ＧＡＰＬｔとして、定義する。すなわち、ｘ軸方向の上部左電極２１Ｌの中心位置における、可動左電極３１Ｌと上部左電極２１Ｌとの間のｚ軸方向の距離を、ギャップ長ＧＡＰＬｔとして、定義する。

ギャップ長ＧＡＰＲｔは、可動右電極３１Ｒと上部右電極２１Ｒとの間に存在する空間２３のｚ軸方向の厚さであり、可動右電極３１Ｒと上部右電極２１Ｒとの間のｚ軸方向の距離である。可動右電極３１Ｒが回転軸ＡＸ１を中心として回転変位することにより傾斜するため、空間２３のｚ軸方向の厚さ、すなわち可動右電極３１Ｒと上部右電極２１Ｒとの間のｚ軸方向の距離は、ｘ軸方向の各位置によって異なる。ここでは、ｘ軸方向の上部右電極２１Ｒの中心位置における、空間２３のｚ軸方向の厚さを、ギャップ長ＧＡＰＲｔとして、定義する。すなわち、ｘ軸方向の上部右電極２１Ｒの中心位置における、可動右電極３１Ｒと上部右電極２１Ｒとの間のｚ軸方向の距離を、ギャップ長ＧＡＰＲｔとして、定義する。

ギャップ調整膜２２ａおよび２２ｂの厚さを調整することにより、可動左電極３１Ｌの回転軸ＡＸ１側の端部６１Ｌの上端と、上部左電極２１Ｌの下面との間の、ｚ軸方向の距離であり、可動右電極３１Ｒの回転軸ＡＸ１側の端部６１Ｒの上端と、上部右電極２１Ｒの下面との間の、ｚ軸方向の距離である距離ＬＺｔは、調整されている。

本実施の形態３では、距離ＬＺｔを５μｍとし、重力加速度ＧＲが印加されているときの、ギャップ長ＧＡＰＬｔを４μｍとし、ギャップ長ＧＡＰＲｔを６μｍとすることができる。

上部左電極２１Ｌと上部右電極２１Ｒとは、図２７、図２８および図３１に示すように、互いに同層に配置されている。また、前述したように、上部左電極２１Ｌは、可動左電極３１Ｌの上面と対向配置され、上部右電極２１Ｒは、可動右電極３１Ｒの上面と対向配置されている。

上部左電極２１Ｌの回転軸ＡＸ１側の端部５１Ｌ（側面ＳＣ１Ｌ）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸＬｔｓとする。また、上部左電極２１Ｌの回転軸ＡＸ１側と反対側の端部５２Ｌ（側面ＳＣ２Ｌ）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸＬｔｅとする。このとき、距離ＬＸＬｔｓを、２００μｍとし、距離ＬＸＬｔｅを、３８１０μｍとすることができる。すなわち、距離ＬＸＬｔｅと距離ＬＸＬｔｓとの差を、３６１０μｍとすることができる。なお、側面ＳＣ３Ｌは、上部左電極２１Ｌのｙ軸方向における負側の端部５３Ｌであり、側面ＳＣ４Ｌは、上部左電極２１Ｌのｙ軸方向における正側の端部５４Ｌである。

上部右電極２１Ｒの回転軸ＡＸ１側の端部５１Ｒ（側面ＳＣ１Ｒ）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸＲｔｓとする。また、上部右電極２１Ｒの回転軸ＡＸ１側と反対側の端部５２Ｒ（側面ＳＣ２Ｒ）と、回転軸ＡＸ１との間の、ｘ軸方向の距離を、距離ＬＸＲｔｅとする。このとき、距離ＬＸＲｔｓを、５９０μｍとし、距離ＬＸＲｔｅを、４２００μｍとすることができる。すなわち、距離ＬＸＲｔｅと距離ＬＸＲｔｓとの差を、３６１０μｍとすることができる。なお、側面ＳＣ３Ｒは、上部右電極２１Ｒのｙ軸方向における負側の端部５３Ｒであり、側面ＳＣ４Ｒは、上部右電極２１Ｒのｙ軸方向における正側の端部５４Ｒである。

一方、上部左電極２１Ｌのｙ軸方向の長さＬＹＬｔは、上部右電極２１Ｒのｙ軸方向の長さＬＹＲｔよりも小さい。すなわち、上部左電極２１Ｌの面積は、上部右電極２１Ｒの面積よりも小さい。本実施の形態３における加速度センサ１ｄでは、長さＬＹＲｔと長さＬＹＬｔが、下記式（７）

を満たす。ここで、

であり、また、

である。これにより、式（１）により示される静電容量Ｃｂの容量値と、式（２）により示される静電容量Ｃｔの容量値とを、等しくすることができる。

本実施の形態３における加速度センサ１ｄでは、可動左電極３１Ｌおよび可動右電極３１Ｒからなる可動電極３１は、−ｚ軸方向に重力加速度ＧＲが印加されているときに、重力加速度ＧＲとは別に印加される加速度であって、微小な振動成分からなる加速度を、高精度に検出するためのものである。加速度により可動左電極３１Ｌに印加される力と、加速度により可動右電極３１Ｒに印加される力との差が十分大きくなるように、可動左電極３１Ｌの質量と、可動右電極３１Ｒの質量との質量差は、十分大きな値を有する。上述した微小な振動成分からなる加速度が可動電極３１に印加されることにより、当該加速度により可動電極３１に印加される力は、回転軸ＡＸ１を支点としたトルクとして可動右電極３１Ｒおよび可動左電極３１Ｌに作用し、回転軸ＡＸ１を中心として、可動右電極３１Ｒおよび可動左電極３１Ｌを、一体的に回転変位させる。

可動左電極３１Ｌと上部左電極２１Ｌとにより、空間２３を挟んで、非平行平板型コンデンサが形成され、可動右電極３１Ｒと上部右電極２１Ｒとにより、空間２３を挟んで、非平行平板型コンデンサが形成される。

図３１に示すように、ｙ軸方向の負側から正側に向かって視た場合、可動電極３１が時計方向に回転変位したときは、可動左電極３１Ｌと上部左電極２１Ｌとの間の静電容量Ｃｂは、大きくなる。一方、ｙ軸方向の負側から正側に向かって視た場合、可動電極３１が反時計回りに回転変位したときは、可動左電極３１Ｌと上部左電極２１Ｌとの間の静電容量Ｃｂは、小さくなる。

また、図３１に示すように、ｙ軸方向の負側から正側に向かって視た場合、可動電極３１が時計方向に回転変位したときは、可動右電極３１Ｒと上部右電極２１Ｒとの間の静電容量Ｃｔは、小さくなる。一方、ｙ軸方向の負側から正側に向かって視た場合、可動電極３１が反時計回りに回転変位したときは、可動右電極３１Ｒと上部右電極２１Ｒとの間の静電容量Ｃｔは、大きくなる。

本実施の形態３における加速度センサ１ｄの静電容量Ｃｂは、実施の形態１における加速度センサ１の静電容量Ｃｂに相当し、本実施の形態３における加速度センサ１ｄの静電容量Ｃｔは、実施の形態１における加速度センサ１の静電容量Ｃｔに相当する。つまり、加速度センサ１ｄは、検出回路により検出された静電容量Ｃｂと、検出回路により検出された静電容量Ｃｔとの容量差、すなわちΔＣ＝Ｃｂ−Ｃｔにより算出される出力ΔＣに基づいて、重力加速度より小さい鉛直方向の加速度振動を検出する。すなわち、加速度センサ１ｄは、静電容量Ｃｂと静電容量Ｃｔとに基づいて、加速度を検出する。

＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
本実施の形態３における加速度センサ１ｄにおいて、距離ＬＸＬｔｓが距離ＬＸＲｔｓよりも短く、かつ、距離ＬＸＬｔｅが距離ＬＸＲｔｅよりも短いことは、実施の形態１の加速度センサ１において、距離ＬＸｂｓが距離ＬＸｔｓよりも短く、かつ、距離ＬＸｂｅが距離ＬＸｔｅよりも短いことに相当する。そのため、本実施の形態３でも、本実施の形態１の効果に相当する効果を有し、感度が高く、消費電力が低く、印加された加速度に対する出力の線形性が高い加速度センサを提供することができる。

一方、本実施の形態３における加速度センサ１ｄでは、ベース層ＢＬは、実施の形態１の下部電極１１（図２参照）に相当する電極を有しない。そのため、加速度センサの製造工程数を削減することができ、加速度センサの製造コストを低減することができる。

＜実施の形態３の変形例＞
実施の形態３における加速度センサ１ｄでは、可動左電極３１Ｌのｚ軸方向の厚さを、可動右電極３１Ｒのｚ軸方向の厚さよりも薄くすることにより、可動左電極３１Ｌの質量ＭＳＬを、可動右電極３１Ｒの質量ＭＳＲよりも小さくした。しかし、質量ＭＳＬと距離ＬＸＬとの積を、質量ＭＳＲと距離ＬＸＲとの積よりも小さくすることにより、加速度により可動電極３１に印加される力が、回転軸ＡＸ１を支点としたトルクとして可動電極３１に印加されればよい。そのため、可動左電極３１Ｌのｚ軸方向の厚さを、可動右電極３１Ｒのｚ軸方向の厚さよりも薄くする必要はない。したがって、可動左電極３１Ｌのｚ軸方向の厚さを、可動右電極３１Ｒのｚ軸方向の厚さと等しくする一方、距離ＬＸＬを距離ＬＸＲよりも小さくした例を、実施の形態３の変形例として、図３２に示す。図３２は、実施の形態３の変形例の加速度センサの平面図である。

図３２に示すように、本変形例の加速度センサ１ｅでは、距離ＬＸＬを距離ＬＸＲよりも小さくすることにより、質量ＭＳＬと距離ＬＸＬとの積を、質量ＭＳＲと距離ＬＸＲとの積よりも小さくする。これにより、実施の形態３の加速度センサ１ｄと同様の効果が得られる。

なお、実施の形態３では、分かりやすい例として、距離ＬＸＬｔｅと距離ＬＸＬｔｓとの差（ＬＸＬｔｅ−ＬＸＬｔｓ）と距離ＬＸＲｔｅと距離ＬＸＲｔｓとの差（ＬＸＲｔｅ−ＬＸＲｔｓ）を、いずれも３６１０μｍにした。しかし、距離ＬＸＬｔｓが距離ＬＸＲｔｓよりも短く、かつ、距離ＬＸＬｔｅが距離ＬＸＲｔｅよりも短ければよく、距離ＬＸＬｔｅと距離ＬＸＬｔｓとの差と、距離ＬＸＲｔｅと距離ＬＸＲｔｓとの差とを、等しくする必要はない。重力加速度ＧＲが印加された静止状態でのギャップ長ＧＡＰＬｔおよびＧＡＰＲｔと、距離ＬＸＬｔｓ、ＬＸＬｔｅ、ＬＸＲｔｓおよびＬＸＲｔｅと、長さＬＹＬｔおよびＬＹＲｔとが、式（７）〜式（１０）を満たすように設定することにより、実施の形態３と同様の効果が得られる。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４の加速度センサについて説明する。実施の形態４の加速度センサでは、回転軸ＡＸ１側の部分の下部電極１１の上面の高さが、回転軸ＡＸ１側と反対側の部分の下部電極１１の上面の高さよりも高く、回転軸ＡＸ１側の部分の上部電極２１の下面の高さが、回転軸ＡＸ１側と反対側の部分の上部電極２１の下面の高さよりも高い。

＜加速度センサの構成＞
図３３は、実施の形態４の加速度センサの断面図である。図３３は、実施の形態１における図７の断面図に相当する断面図である。

図３３に示すように、本実施の形態４における加速度センサ１ｆは、ベース層ＢＬと、メンブレン層ＭＬと、キャップ層ＣＬと、を有する。また、本実施の形態４における加速度センサ１ｆは、空間１３および２３の形状、ならびに、可動電極３１のｙ軸方向の長さを除き、比較例２の加速度センサ２０１の構造と同様の構造を有する。

すなわち、加速度センサ１ｆも、ベース基板１０と、ベース基板１０の主面としての上面上に固定された固定部３３（図６参照）と、平面視において、ｘ軸方向における固定部３３の一方の側に配置された可動電極３１と、可動電極３１の下面と対向配置された下部電極１１と、可動電極３１の上面と対向配置された上部電極２１と、を有する。可動電極３１の固定部３３側の端部６１は、固定部３３に接続されている。また、可動電極３１は、ねじれバネ３２ａおよび３２ｂ（図６参照）の回転軸ＡＸ１を中心として回転変位可能である。

なお、本実施の形態４における加速度センサ１ｆでは、可動電極３１のｙ軸方向の長さを３．１ｍｍとし、実施の形態１の加速度センサ１と略同じ容量値に設定している。

下部電極１１は、領域１１ａおよび領域１１ｂを含む。領域１１ａは、下部電極１１のうち、回転軸ＡＸ１側の領域、すなわち固定部３３側の領域である。領域１１ｂは、下部電極１１のうち、回転軸ＡＸ１側と反対側の領域、すなわち固定部３３側と反対側の領域であり、平面視において、領域１１ａを挟んで固定部３３と反対側に位置する。

上部電極２１は、領域２１ａおよび領域２１ｂを含む。領域２１ａは、上部電極２１のうち、回転軸ＡＸ１側の領域、すなわち固定部３３側の領域である。領域２１ｂは、上部電極２１のうち、回転軸ＡＸ１側と反対側の領域、すなわち固定部３３側と反対側の領域であり、平面視において、領域２１ａを挟んで固定部３３と反対側に位置する。

このとき、領域１１ａの上面の高さは、領域１１ｂの上面の高さよりも高く、領域２１ａの下面の高さは、領域２１ｂの下面の高さよりも高い。

可動電極３１の回転軸ＡＸ１側（図３３中左側）の端部６１の下端と、領域１１ａの上面とのｚ軸方向の距離を、距離ＬＺｂ１とする。また、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側（図３３中左側）の端部６１の上端と、領域１１ｂの上面とのｚ軸方向の距離を、距離ＬＺｂ２とする。このとき、距離ＬＺｂ１は、距離ＬＺｂ２よりも短い。

一方、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側（図３３中左側）の端部６１の上端と、領域２１ａの下面とのｚ軸方向の距離を、距離ＬＺｔ１とする。また、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側（図３３中左側）の端部６１の上端と、領域２１ｂの上面とのｚ軸方向の距離を、距離ＬＺｔ２とする。このとき、距離ＬＺｔ１は、距離ＬＺｔ２よりも長い。

例えば、領域１１ａと領域１１ｂとの間に、高さ１．２μｍの段差が形成され、領域２１ａと領域２１ｂとの間に、高さ１．２μｍの段差が形成されている。

なお、距離ＬＺｂ１を、回転軸ＡＸ１と領域１１ａの上面とのｚ軸方向の距離と定義し、距離ＬＺｂ２を、回転軸ＡＸ１と領域１１ｂの上面とのｚ軸方向の距離と定義してもよい。また、距離ＬＺｔ１を、回転軸ＡＸ１と領域２１ａの下面とのｚ軸方向の距離と定義し、距離ＬＺｔ２を、回転軸ＡＸ１と領域２１ｂの下面とのｚ軸方向の距離と定義してもよい。

これにより、本実施の形態４でも、実施の形態１と同様に、回転軸ＡＸ１側と反対側の部分の可動電極３１の、静電容量Ｃｂ、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’、および、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”への寄与が、小さくなる。また、回転軸ＡＸ１側の部分の可動電極３１の、静電容量Ｃｔ、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’、および、静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”への寄与が、小さくなる。したがって、本実施の形態４でも、比較例２に比べ、１次導関数Ｃｂ’と１次導関数Ｃｔ’との差、および、２次導関数Ｃｂ”と２次導関数Ｃｔ”との差を、小さくすることができる。

なお、ｘ軸方向の領域１１ａの中心位置における、可動電極３１と領域１１ａとの間のｚ軸方向の距離を、ギャップ長ＧＡＰｂ１と定義し、ｘ軸方向の領域１１ｂの中心位置における、可動電極３１と領域１１ｂとの間のｚ軸方向の距離を、ギャップ長ＧＡＰｂ２と定義する。また、ｘ軸方向の領域２１ａの中心位置における、可動電極３１と領域２１ａとの間のｚ軸方向の距離を、ギャップ長ＧＡＰｔ１と定義し、ｘ軸方向の領域２１ｂの中心位置における、可動電極３１と領域２１ｂとの間のｚ軸方向の距離を、ギャップ長ＧＡＰｔ２と定義する。

図３４は、実施の形態４における、可動電極と下部電極との間の静電容量、および、可動電極と上部電極との間の静電容量のギャップ長依存性を示すグラフである。図３４の横軸は、図１３の横軸と同様に、ギャップ長ＧＡＰｂの変化量ΔＧＡＰｂ、および、ギャップ長ＧＡＰｔの変化量ΔＧＡＰｔを示す。

なお、図３４では、ギャップ長ＧＡＰｂを、ギャップ長ＧＡＰｂ１およびＧＡＰｂ２の大きい方と定義し、ギャップ長ＧＡＰｔを、ギャップ長ＧＡＰｔ１およびＧＡＰｔ２の大きい方と定義している。

本実施の形態４の加速度センサ１ｆでは、前述したように、距離ＬＺｂ１が距離ＬＺｂ２よりも短く、かつ、距離ＬＺｔ１が距離ＬＺｔ２よりも長い。そのため、ΔＧＡＰｂ＝ΔＧＡＰｔ＝０を満たす位置、すなわち鉛直方向（−ｚ軸方向）に重力加速度ＧＲが印加されている状態における可動電極３１の静止位置において、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’が静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’と等しく、かつ、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”が静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”と等しい。そのため、ギャップ長ＧＡＰｂの変化量ΔＧＡＰｂ、および、ギャップ長ＧＡＰｔの変化量ΔＧＡＰｔの広い範囲（±１μｍ未満）で、静電容量Ｃｂが静電容量Ｃｔと等しい。したがって、本実施の形態４における加速度センサ１ｆでも、本実施の形態１における加速度センサ１と同様の効果を有する。

図３５は、実施の形態４の加速度センサに加速度が印加されたときの出力ΔＣの非線形性を示すグラフである。図３５の横軸は、重力加速度ＧＲで規格化した印加加速度を示す。図３５の縦軸は、重力加速度をＧＲとし、静止位置を中心とした±０．９５ＧＲの範囲での出力ΔＣをフルスケール（ＦＳ）としたときの、出力ΔＣの非線形性を示す。

図３５に示す本実施の形態４における出力ΔＣの非線形性は、図１７に示した比較例１および比較例２のいずれにおける出力ΔＣの非線形性よりも小さくなっている。図３５に示すように、フルスケール（ＦＳ）±０．９５ＧＲにおける非線形性は、本実施の形態４では２．４％ＦＳであり、本実施の形態４では、図１７に示した比較例１および比較例２のいずれに比べても非線形性が小さくなるため、本実施の形態４の効果は明白である。

なお、好適には、距離ＬＺｂ１は、距離ＬＺｔ１よりも長い。これにより、距離ＬＺｂ１および距離ＬＺｂ２の各々が、距離ＬＺｔ１および距離ＬＺｔ２のいずれよりも長くなるので、重力加速度ＧＲが印加された静止状態で、静電容量Ｃｂと静電容量Ｃｔとが等しくなるように、容易に調整することができる。

図３６および図３７は、実施の形態４の加速度センサの平面図である。

図３６および図３７に示すように、下部電極１１のｙ軸方向の長さＬＹｂは、上部電極２１のｙ軸方向の長さＬＹｔよりも短くてもよい。すなわち、下部電極１１の面積は、上部電極２１の面積よりも小さくてもよい。これにより、重力加速度ＧＲが印加されていない静止状態において、静電容量Ｃｂと、静電容量Ｃｔとが等しく、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’と、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’とが等しく、かつ、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”と、静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”とが等しくなるように、容易に調整することができる。

なお、図３６および図３７に示すように、距離ＬＸｂｓを距離ＬＸｔｓと等しくすることができ、距離ＬＸｂｅを距離ＬＸｔｅと等しくすることができる。これにより、可動電極３１のｘ軸方向の長さを短くすることができ、加速度センサを小型化することができる。

また、距離ＬＸｂｓが距離ＬＸｔｓと等しいとは、距離ＬＸｂｓおよび距離ＬＸｔｓの各々の、距離ＬＸｂｓと距離ＬＸｔｓとの平均値からの差がそれぞれ２０％以下であることを意味する。また、距離ＬＸｂｅが距離ＬＸｔｅと等しいとは、距離ＬＸｂｅおよび距離ＬＸｔｅの各々の、距離ＬＸｂｅと距離ＬＸｔｅとの平均値からの差がそれぞれ２０％以下であることを意味する。

＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
本実施の形態４における加速度センサ１ｆでは、回転軸ＡＸ１側の部分の下部電極１１の上面の高さが、回転軸ＡＸ１側と反対側の部分の下部電極１１の上面の高さよりも高く、回転軸ＡＸ１側の部分の上部電極２１の下面の高さが、回転軸ＡＸ１側と反対側の部分の上部電極２１の下面の高さよりも高い。これにより、重力加速度ＧＲが印加されているときの可動電極３１の静止位置において、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’を、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’と等しくし、かつ、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”を、静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”と等しくすることができ、線形性に優れた出力ΔＣを出力することができる。そのため、感度が高く、消費電力が低く、印加された加速度に対する出力の線形性が高い加速度センサを提供することができる。

＜実施の形態４の第１変形例＞
本実施の形態４でも、実施の形態１と同様に、サーボ制御による方法を用いて加速度を検出することができる。以下では、サーボ制御による方法を用いて加速度を検出する加速度センサを、実施の形態４の第１変形例として、説明する。

例えばサーボ電圧１Ｖを印加した時に下部電極１１および上部電極２１で発生するクーロン力の絶対値は、容量値とギャップ量の比であるから、本第１変形例では、下部電極１１で２．９μＮ、上部電極２１で２．９μＮである。このように、本第１変形例では、例えばサーボ電圧１Ｖを印加した時に、下部電極１１で発生するクーロン力が、上部電極２１で発生するクーロン力と等しくなるため、サーボ制御が煩雑にならず、サーボ電圧を低電圧化することができる。

したがって、本第１変形例でも、実施の形態４と同様に、重力加速度ＧＲが印加されているときの可動電極３１の静止位置において、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’を静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’と等しくし、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”を静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”と等しくすることができる。これにより、サーボ制御が煩雑にならず、サーボ電圧を低電圧化することができる。そのため、鉛直方向（−ｚ軸方向）に印加される微小な振動加速度を高精度で検出できるか、または、加速度センサの消費電力を低減することができる。

＜実施の形態４の第２変形例＞
実施の形態４において、領域１１ａ上に少なくとも空気の比誘電率よりも高い比誘電率を有する絶縁膜を形成することにより、距離ＬＺｂ１を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離が、距離ＬＺｂ２を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離より短くなるようにしてもよい。また、領域２１ｂ下に少なくとも空気の比誘電率よりも高い比誘電率を有する絶縁膜を形成することにより、距離ＬＺｔ１を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離が、距離ＬＺｔ２を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離より短くなるようにしてもよい。このような例を、実施の形態４の第２変形例として、図３８に示す。図３８は、実施の形態４の第２変形例の加速度センサの断面図である。図３８は、図３３の断面図に相当する断面図である。

本第２変形例では、領域１１ａの上面の高さは、領域１１ｂの上面の高さと等しいが、領域１１ａ上に、下部絶縁膜１５が形成されている。そのため、領域１１ａ上に形成された下部絶縁膜１５の上面の高さは、領域１１ｂの上面の高さよりも高い。また、本第２変形例では、領域２１ａの下面の高さは、領域２１ｂの下面の高さと等しいが、領域２１ｂ下に、上部絶縁膜２５が形成されている。そのため、領域２１ａの下面の高さは、領域２１ｂ下に形成された上部絶縁膜２５の下面の高さよりも高い。

本第２変形例では、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１の下端と、領域１１ａの上面との間の、ｚ軸方向の距離を、距離ＬＺｂ１とし、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１の下端と、領域１１ｂの上面との間の、ｚ軸方向の距離を、距離ＬＺｂ２とする。また、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１の上端と、領域２１ａの下面との間の、ｚ軸方向の距離を、距離ＬＺｔ１とし、可動電極３１の回転軸ＡＸ１側の端部６１の上端と、領域２１ｂの下面との間の、ｚ軸方向の距離を、距離ＬＺｔ２とする。

下部絶縁膜１５および上部絶縁膜２５の各々は、少なくとも空気の比誘電率よりも高い比誘電率を有する絶縁膜である。このような下部絶縁膜１５および上部絶縁膜２５を形成することにより、距離ＬＺｂ１を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離が、距離ＬＺｂ２を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離より短くなる。

なお、領域１１ａの上面の高さが、領域１１ｂの上面の高さと等しいとは、領域１１ａの上面の高さおよび領域１１ｂの上面の高さの各々の、領域１１ａの上面の高さと領域１１ｂの上面の高さとの平均値からの差がそれぞれ２０％以下であることを意味する。また、領域２１ａの下面の高さが、領域２１ｂの下面の高さと等しいとは、領域２１ａの下面の高さおよび領域２１ｂの下面の高さの各々の、領域２１ａの下面の高さと領域２１ｂの下面の高さとの平均値からの差がそれぞれ２０％以下であることを意味する。

例えば、領域１１ａ上に、厚さ１．６μｍの酸化シリコンからなる下部絶縁膜１５が形成され、領域２１ｂ下に、厚さ１．６μｍの酸化シリコンからなる上部絶縁膜２５が形成されている。

図３９は、実施の形態４の第２変形例における、可動電極と下部電極との間の静電容量、および、可動電極と上部電極との間の静電容量のギャップ長依存性を示すグラフである。図３９の横軸は、図１３の横軸と同様に、ギャップ長ＧＡＰｂの変化量ΔＧＡＰｂ、および、ギャップ長ＧＡＰｔの変化量ΔＧＡＰｔを示す。なお、ギャップ長ＧＡＰｂおよびＧＡＰｔの定義は、実施の形態１と同様にすることができる。

本実施の形態４の第２変形例の加速度センサ１ｇでは、距離ＬＺｂ１を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離が、距離ＬＺｂ２を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離よりも短い。また、距離ＬＺｔ１を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離が、距離ＬＺｔ２を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離よりも長い。そのため、ΔＧＡＰｂ＝ΔＧＡＰｔ＝０を満たす位置、すなわち鉛直方向（−ｚ軸方向）に重力加速度ＧＲが印加されている状態における可動電極３１の静止位置において、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’が静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’と等しく、かつ、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”が静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”と等しい。すなわち、ギャップ長ＧＡＰｂの変化量ΔＧＡＰｂ、および、ギャップ長ＧＡＰｔの変化量ΔＧＡＰｔの広い範囲（±１μｍ未満）で、静電容量Ｃｂと静電容量Ｃｔとは、一致している。したがって、本実施の形態４の第２変形例における加速度センサ１ｇでも、本実施の形態４における加速度センサ１ｆと同様の効果を有する。

図４０は、実施の形態４の第２変形例の加速度センサに加速度が印加されたときの出力ΔＣの非線形性を示すグラフである。図４０の横軸は、重力加速度ＧＲで規格化した印加加速度を示す。図４０の縦軸は、重力加速度を重力加速度ＧＲとし、静止位置を中心としたときの±０．９５ＧＲの範囲での出力ΔＣをフルスケール（ＦＳ）としたとき（以下では、「フルスケール（ＦＳ）±０．９５ＧＲ」とも称する。）の、出力ΔＣの非線形性を示す。

図４０に示す本第２変形例における出力ΔＣの非線形性も、図３５に示した実施の形態４における出力ΔＣの非線形性と同様に、図１７に示した比較例１および比較例２のいずれにおける出力ΔＣにおける非線形性よりも小さくなっている。そのため、本第２変形例の効果も、実施の形態４の効果と同様に、明白である。

なお、図３８において二点鎖線で示すように、下部絶縁膜１５が、領域１１ａ上および領域１１ｂ上に形成されていてもよく、この場合、領域１１ａ上に形成された部分の下部絶縁膜１５の厚さが、領域１１ｂ上に形成された部分の下部絶縁膜１５の厚さよりも厚ければよい。また、上部絶縁膜２５が、領域２１ａ下および領域２１ｂ下に形成されていてもよく、この場合、領域２１ａ下に形成された部分の上部絶縁膜２５の厚さが、領域２１ｂ下に形成された部分の上部絶縁膜２５の厚さよりも薄ければよい。

このような下部絶縁膜１５を形成することにより、距離ＬＺｂ１を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離が、距離ＬＺｂ２を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離より短くなる。また、このような上部絶縁膜２５を形成することにより、距離ＬＺｔ１を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離が、距離ＬＺｔ２を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離より長くなる。

すなわち、本第２変形例は、電極と可動電極との間に、少なくとも空気の比誘電率よりも高い比誘電率を有する絶縁膜を形成することにより、絶縁膜を形成しない場合に比べ、可動電極と電極との間の距離を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離を、短くするものである。

＜実施の形態４の第３変形例＞
あるいは、実施の形態４の加速度センサに代え、実施の形態３の加速度センサにおいて、回転軸ＡＸ１側の部分の上部左電極２１Ｌの下面の高さが、回転軸ＡＸ１側と反対側の部分の上部左電極２１Ｌの下面の高さよりも低くてもよい。また、回転軸ＡＸ１側の部分の上部右電極２１Ｒの下面の高さが、回転軸ＡＸ１側と反対側の部分の上部右電極２１Ｒの下面の高さよりも高くてもよい。このような例を、実施の形態４の第３変形例として、図４１および図４２に示す。

図４１は、実施の形態４の第３変形例の加速度センサの断面図である。図４２は、実施の形態４の第３変形例の加速度センサの平面図である。図４１は、図４２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図４１は、重力加速度ＧＲが−ｚ軸方向に印加されている状態を示す。すなわち、図４１は、重力加速度ＧＲにより可動電極３１が回転軸ＡＸ１を中心として回転変位した状態を示す。

本第３変形例の加速度センサ１ｈでは、上部左電極２１Ｌは、領域２１Ｌａおよび領域２１Ｌｂを含む。領域２１Ｌａは、上部左電極２１Ｌのうち、回転軸ＡＸ１側の領域、すなわち固定部３３（図２７参照）側の領域である。領域２１Ｌｂは、上部左電極２１Ｌのうち、回転軸ＡＸ１側と反対側の領域、すなわち固定部３３側と反対側の領域であり、平面視において、領域２１Ｌａを挟んで固定部３３と反対側に位置する。

上部右電極２１Ｒは、領域２１Ｒａおよび領域２１Ｒｂを含む。領域２１Ｒａは、上部右電極２１Ｒのうち、回転軸ＡＸ１側の領域、すなわち固定部３３側の領域である。領域２１Ｒｂは、上部右電極２１Ｒのうち、回転軸ＡＸ１側と反対側の領域、すなわち固定部３３側と反対側の領域であり、平面視において、領域２１Ｒａを挟んで固定部３３と反対側に位置する。

このとき、領域２１Ｌａの下面の高さは、領域２１Ｌｂの下面の高さよりも低く、領域２１Ｒａの下面の高さは、領域２１Ｒｂの下面の高さよりも高い。

可動左電極３１Ｌの回転軸ＡＸ１側の端部６１Ｌ（図３０参照）の上端と、領域２１Ｌａの下面とのｚ軸方向の距離を、距離ＬＺＬｔ１とする。また、可動左電極３１Ｌの回転軸ＡＸ１側の端部６１Ｌ（図３０参照）の上端と、領域２１Ｌｂの下面とのｚ軸方向の距離を、距離ＬＺＬｔ２とする。このとき、距離ＬＺＬｔ１は、距離ＬＺＬｔ２よりも短い。

一方、可動右電極３１Ｒの回転軸ＡＸ１側の端部６１Ｒ（図３０参照）の上端と、領域２１Ｒａの下面とのｚ軸方向の距離を、距離ＬＺＲｔ１とする。また、可動右電極３１Ｒの回転軸ＡＸ１側の端部６１Ｒ（図３０参照）の上端と、領域２１Ｒｂの下面とのｚ軸方向の距離を、距離ＬＺＲｔ２とする。このとき、距離ＬＺＲｔ１は、距離ＬＺＲｔ２よりも長い。

なお、距離ＬＺＬｔ１を、回転軸ＡＸ１と領域２１Ｌａの下面とのｚ軸方向の距離と定義し、距離ＬＺＬｔ２を、回転軸ＡＸ１と領域２１Ｌｂの下面とのｚ軸方向の距離と定義してもよい。また、距離ＬＺＲｔ１を、回転軸ＡＸ１と領域２１Ｒａの下面とのｚ軸方向の距離と定義し、距離ＬＺＲｔ２を、回転軸ＡＸ１と領域２１Ｒｂの下面とのｚ軸方向の距離と定義してもよい。

このような場合、領域２１Ｌａに比べ、領域２１Ｌｂの、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’および静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”への寄与が、小さくなる。また、領域２１Ｒａに比べ、領域２１Ｒｂの、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’および静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”への寄与が、大きくなる。そのため、重力加速度ＧＲが印加されているときの可動電極３１の静止位置において、静電容量Ｃｂの１次導関数Ｃｂ’を、静電容量Ｃｔの１次導関数Ｃｔ’と等しくし、かつ、静電容量Ｃｂの２次導関数Ｃｂ”を、静電容量Ｃｔの２次導関数Ｃｔ”とを等しくすることができ、線形性に優れたΔＣを出力することができる。したがって、感度が高く、消費電力が低く、印加された加速度に対する出力の線形性が高い加速度センサを提供することができる。

なお、実施の形態３の加速度センサにおいても、本実施の形態４の第２変形例と同様に、領域２１Ｌａの下面の高さを、領域２１Ｌｂの下面の高さと等しくし、領域２１Ｌａ下に少なくとも空気の比誘電率よりも高い比誘電率を有する絶縁膜を形成してもよい。これにより、距離ＬＺＬｔ１を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離を、距離ＬＺＬｔ２を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離よりも短くすることができる。

また、領域２１Ｒａの下面の高さを、領域２１Ｒｂの下面の高さと等しくし、領域２１Ｒｂ下に少なくとも空気の比誘電率よりも高い比誘電率を有する絶縁膜を形成してもよい。これにより、距離ＬＺＲｔ１を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離を、距離ＬＺＲｔ２を真空の誘電率で換算したときの実効的な距離よりも長くすることができる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、加速度センサに適用して有効である。

１、１ａ〜１ｈ 加速度センサ
１０ ベース基板
１１ 下部電極
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ 領域
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ ギャップ調整膜
１３、２３、３５ 空間
１４ サーボ制御用下部電極
１５ 下部絶縁膜
２０ キャップ基板
２１ 上部電極
２１Ｌ 上部左電極
２１Ｌａ、２１Ｌｂ、２１Ｒａ、２１Ｒｂ 領域
２１Ｒ 上部右電極
２４ サーボ制御用上部電極
２５ 上部絶縁膜
３１ 可動電極
３１Ｌ 可動左電極
３１Ｒ 可動右電極
３２ａ、３２ｂ ねじれバネ
３３ 固定部
３４ 枠
３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ 端部
３８ａ、３８ｂ 接続部
４１〜４４、５１、５１Ｌ、５１Ｒ、５２、５２Ｌ、５２Ｒ 端部
５３、５３Ｌ、５３Ｒ、５４、５４Ｌ、５４Ｒ 端部
６１、６１Ｌ、６１Ｒ、６２、６２Ｌ、６２Ｒ 端部
６３、６３Ｌ、６３Ｒ、６４、６４Ｌ、６４Ｒ 端部
ＡＲ１、ＡＲ２ 領域
ＡＸ１ 回転軸
ＢＬ ベース層
ＣＬ キャップ層
Ｇ１ 起振源
Ｇ２ａ〜Ｇ２ｅ 受振器
Ｇ３ 地表
Ｇ４ａ、Ｇ４ｂ 境界
ＧＡＰｂ、ＧＡＰｂ１、ＧＡＰｂ２、ＧＡＰＬｔ ギャップ長
ＧＡＰＲｔ、ＧＡＰｔ、ＧＡＰｔ１、ＧＡＰｔ２ ギャップ長
ＧＣＬ、ＧＣＲ 重心
ＧＲ 重力加速度
ＬＸｂｅ、ＬＸｂｓ、ＬＸＬ、ＬＸＬｍｅ、ＬＸＬｍｓ 距離
ＬＸＬｔｅ、ＬＸＬｔｓ、ＬＸｍｅ 距離
ＬＸｍｓ、ＬＸＲ、ＬＸＲｍｅ、ＬＸＲｍｓ 距離
ＬＸＲｔｅ、ＬＸＲｔｓ、ＬＸｔｅ、ＬＸｔｓ 距離
ＬＹｂ、ＬＹＬｔ、ＬＹＲｔ、ＬＹｔ 長さ
ＬＺｂ、ＬＺｂ１、ＬＺｂ２、ＬＺＬｔ１、ＬＺＬｔ２ 距離
ＬＺＲｔ１、ＬＺＲｔ２、ＬＺｔ、ＬＺｔ１、ＬＺｔ２ 距離
ＭＬ メンブレン層
ＳＢ１〜ＳＢ４ 側面
ＳＣ１、ＳＣ１Ｌ、ＳＣ１Ｒ、ＳＣ２、ＳＣ２Ｌ、ＳＣ２Ｒ 側面
ＳＣ３、ＳＣ３Ｌ、ＳＣ３Ｒ、ＳＣ４、ＳＣ４Ｌ、ＳＣ４Ｒ 側面
ＳＭ１、ＳＭ１Ｌ、ＳＭ１Ｒ、ＳＭ２、ＳＭ２Ｌ、ＳＭ２Ｒ 側面
ＳＭ３、ＳＭ３Ｌ、ＳＭ３Ｒ、ＳＭ４、ＳＭ４Ｌ、ＳＭ４Ｒ 側面

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板の主面上に固定された固定部と、
   平面視において、第１方向における前記固定部の第１の側に配置された可動部と、
   前記可動部の下面と対向配置された第１電極と、
   前記可動部の上面と対向配置された第２電極と、
   を有し、
   前記可動部の前記固定部側の第１端部は、前記固定部に接続され、
   前記可動部と前記第１電極との間の第１静電容量、および、前記可動部と前記第２電極との間の第２静電容量に基づいて、加速度が検出され、
   前記第１電極の前記固定部側の第２端部と、前記固定部との間の、前記第１方向の距離を、第１距離とし、
   前記第１電極の前記固定部側と反対側の第３端部と、前記固定部との間の、前記第１方向の距離を、第２距離とし、
   前記第２電極の前記固定部側の第４端部と、前記固定部との間の、前記第１方向の距離を、第３距離とし、
   前記第２電極の前記固定部側と反対側の第５端部と、前記固定部との間の、前記第１方向の距離を、第４距離としたとき、
   前記第１距離は、前記第３距離よりも短く、
   前記第２距離は、前記第４距離よりも短い、加速度センサ。
2. 請求項１記載の加速度センサにおいて、
   前記第１端部と、前記第１電極との間の、前記主面に垂直な第２方向の距離を、第５距離とし、
   前記第１端部と前記第２電極との間の前記第２方向の距離を、第６距離としたとき、
   前記第５距離は、前記第６距離よりも長い、加速度センサ。
3. 請求項１記載の加速度センサにおいて、
   前記第１電極の面積は、前記第２電極の面積よりも小さい、加速度センサ。
4. 請求項１記載の加速度センサにおいて、
   前記可動部は、前記固定部に対して、平面視において前記第１方向と交差する第３方向に沿った軸を中心として、回転変位可能である、加速度センサ。
5. 請求項４記載の加速度センサにおいて、
   前記第１電極と前記軸との間の、前記主面に垂直な第４方向の距離を、第７距離とし、
   前記第２電極と前記軸との間の前記第４方向の距離を、第８距離としたとき、
   前記第７距離は、前記第８距離よりも長い、加速度センサ。
6. 請求項４記載の加速度センサにおいて、
   前記固定部に接続された弾性変形部を有し、
   前記弾性変形部は、前記第３方向に延在し、
   前記第３方向における前記弾性変形部の第２の側の第６端部は、前記固定部に接続され、
   前記弾性変形部の前記第６端部と反対側の第７端部は、前記可動部の前記第１端部に接続され、
   前記第７端部は、前記第７端部が前記第６端部に対してねじれることにより、前記軸を中心として回転変位可能である、加速度センサ。
7. 請求項６記載の加速度センサにおいて、
   前記弾性変形部の、前記主面に垂直な第５方向の厚さは、前記弾性変形部の前記第１方向の幅よりも大きい、加速度センサ。
8. 基板と、
   前記基板の主面上に固定された固定部と、
   平面視において、第１方向における前記固定部の第１の側に配置された可動部と、
   前記可動部の下面と対向配置された第１電極と、
   前記可動部の上面と対向配置された第２電極と、
   を有し、
   前記可動部の前記固定部側の第１端部は、前記固定部に接続され、
   前記可動部と前記第１電極との間の第１静電容量、および、前記可動部と前記第２電極との間の第２静電容量に基づいて、加速度が検出され、
   前記第１電極は、
   第１領域と、
   平面視において、前記第１領域を挟んで前記固定部と反対側に位置する第２領域と、
   を含み、
   前記第２電極は、
   第３領域と、
   平面視において、前記第３領域を挟んで前記固定部と反対側に位置する第４領域と、
   を含み、
   前記第１領域の上面の高さは、前記第２領域の上面の高さよりも高く、
   前記第３領域の下面の高さは、前記第４領域の下面の高さよりも高い、加速度センサ。
9. 請求項８記載の加速度センサにおいて、
   前記第１端部と前記第１領域との間の、前記主面に垂直な第２方向の距離を、第１距離とし、
   前記第１端部と前記第３領域との間の前記第２方向の距離を、第２距離としたとき、
   前記第１距離は、前記第２距離よりも長い、加速度センサ。
10. 請求項８記載の加速度センサにおいて、
    前記第１電極の面積は、前記第２電極の面積よりも小さい、加速度センサ。
11. 請求項８記載の加速度センサにおいて、
    前記可動部は、前記固定部に対して、平面視において前記第１方向と交差する第３方向に沿った軸を中心として、回転変位可能である、加速度センサ。
12. 請求項１１記載の加速度センサにおいて、
    前記第１領域と前記軸との間の、前記主面に垂直な第４方向の距離を、第３距離とし、
    前記第３領域と前記軸との間の前記第４方向の距離を、第４距離としたとき、
    前記第３距離は、前記第４距離よりも長い、加速度センサ。
13. 請求項８記載の加速度センサにおいて、
    前記第１電極の前記固定部側の第２端部と、前記固定部との間の、前記第１方向の距離を、第５距離とし、
    前記第１電極の前記固定部側と反対側の第３端部と、前記固定部との間の、前記第１方向の距離を、第６距離とし、
    前記第２電極の前記固定部側の第４端部と、前記固定部との間の、前記第１方向の距離を、第７距離とし、
    前記第２電極の前記固定部側と反対側の第５端部と、前記固定部との間の、前記第１方向の距離を、第８距離としたとき、
    前記第５距離は、前記第７距離と等しく、
    前記第６距離は、前記第８距離と等しい、加速度センサ。

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