JP6911645B2 - 物理量センサー、物理量センサーの製造方法、複合センサー、慣性計測ユニット、携帯型電子機器、電子機器及び移動体 - Google Patents

物理量センサー、物理量センサーの製造方法、複合センサー、慣性計測ユニット、携帯型電子機器、電子機器及び移動体 Download PDF

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Description

本発明は、物理量センサー、物理量センサーの製造方法、複合センサー、慣性計測ユニット、携帯型電子機器、電子機器及び移動体に関する。
従来、物理量としての加速度を検出する方法として、ロッカーレバー原理に従って構成され、垂直方向に加わる加速度に伴って変化する静電容量から加速度を検出する物理量センサーが知られていた。例えば、特許文献１には、可動電極部を備えた可動体と、可動体を支持する梁部と、基板に可動電極部と対向配置される固定電極とで構成された物理量センサーが開示されている。物理量センサーは、物理量センサーを備えた装置の落下衝撃などにより過大な加速度が加わった際に、可動体が大きくシーソー揺動（変位）し、可動体が基板と衝突して破損することを防ぐ必要がある。特許文献１に記載の物理量センサーには、可動体の変位を制限するための突起が基板（支持基板）上に設けられていた。
一方、物理量センサーには、加速度の検出感度を向上させる工夫が施されている。例えば、特許文献２に記載の物理量センサーには、可動体が固定電極の配置された基板に向かって変位した時に、可動体と基板との間に生じるエアーによる抗力（スクイーズフィルムダンピング：以下、ダンピングと記す）を低減するために、可動体を貫通する開口が設けられていた。
特開２０１３−１８５９５９号公報 米国特許第８８０６９４０号明細書
特許文献１に記載の物理量センサーには、可動体にダンピングを低減する開口が設けられていなかったので、加速度の検出感度が低かった。また、特許文献２に記載の物理量センサーには、可動体の全面に開口が設けられており、この物理量センサーの支持基板に特許文献１に記載の突起を設けて可動体の変位を制限させた場合、隣り合う開口によって形成される格子状の枠部と突起とが局所的に接触した際に、可動体の枠部が容易に破損しやすいという課題があった。すなわち、検出感度と信頼性とを向上させた物理量センサーを提供することが困難であった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］本適用例に係る物理量センサーは、平板状であり、当該平板状の平板面を貫通する方向に複数の開口を有し、回転軸を中心に揺動可能な可動体と、前記可動体の前記平板面と間隙を隔てて支持するために、前記平板面の一部と支柱で連結されてなる支持基板と、前記支持基板を前記平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、前記支持基板の前記可動体と間隙を隔てて重なっている領域に、前記可動体側に突出して設けられる突起と、を含み、前記支持基板を前記平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、前記突起の最大外形寸法をＤとした時、前記開口は、前記突起の外周から外側に向かってＤ／２の範囲を除く領域に設けられていることを特徴とする。
本適用例によれば、物理量センサーの可動体は、平板状の平板面を貫通する方向に複数の開口を有している。可動体は、平板面の一部と支持基板とが支柱で連結され、支持基板と間隔を隔てて支持されている。支持基板を平板面に対して垂直方向に見たとき、支持基板の可動体と重なる領域には、可動体側に突出する突起が設けられている。突起の最大外形寸法をＤとした時、可動体の開口は、突起の外周から外側に向かってＤ／２の範囲以外の領域に設けられている。換言すると、可動体が揺動し、可動体と突起とが接触する領域には、開口が設けられていないので、当該領域の剛性が向上する。これにより、物理量センサーに過大な加速度が加わって可動体と突起とが接触した場合に、可動体が損傷することを抑制することができる。また、可動体には、突起の外周から外側に向かってＤ／２の範囲以外の領域に、開口が設けられているので、可動体のダンピングが低減され物理量を検出する感度が向上する。したがって、信頼性と検出感度とを向上させた物理量センサーを提供することができる。
［適用例２］上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記突起は、複数設けられていることが好ましい。
本適用例によれば、支持基板から可動体側に突出する突起は、複数設けられている。これにより、可動体と突起とが接触した際に受ける衝撃を分散することができる。
［適用例３］上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記突起は、前記回転軸の軸方向における前記可動体を２等分する中心線に対して対称に設けられていることが好ましい。
本適用例によれば、支持基板から可動体側に突出する突起は、回転軸の軸方向における可動体を２等分する中心線に対して対称に設けられている。これにより、可動体と突起とが接触した際に可動体が捩れることにより、可動体が破損することを抑制することができる。
［適用例４］上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記突起は、前記回転軸の軸方向と交差する方向において、前記回転軸と前記可動体の端部との間隔の１／２以内に設けられていることが好ましい。
本適用例によれば、支持基板から可動体側に突出する突起は、回転軸の軸方向と交差する方向において、回転軸と可動体の端部との間隔の１／２以内に設けられている。可動体の受けるダンピングは、可動体の端部に向かう程大きくなる。そのため、突起に対応する、開口の設けられない領域をダンピングの影響が小さい回転軸側に形成することにより、可動体の受けるダンピングを低減することができる。
［適用例５］本適用例に係る物理量センサーの製造方法は、平板状であり、当該平板状の平板面を貫通する方向に複数の開口を有し、回転軸を中心に揺動可能な可動体と、前記可動体の前記平板面と間隙を隔てて支持するために、前記平板面の一部と支柱で連結されてなる支持基板と、前記支持基板を前記平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、前記支持基板の前記可動体と間隙を隔てて重なっている領域に、前記可動体側に突出して設けられる突起と、を含み、前記支持基板を前記平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、前記突起の最大外形寸法をＤとした時、前記開口は、前記突起の外周から外側に向かってＤ／２の範囲を除く領域に設けられている物理量センサーの製造方法であって、前記支持基板及び前記突起を形成する支持基板形成工程、前記支持基板とシリコン基板とを接合する基板接合工程、前記シリコン基板から前記開口を有する前記可動体を形成する可動体形成工程、を含むことを特徴とする。
本適用例によれば、物理量センサーの製造方法は、支持基板及び突起を形成する支持基板形成工程、支持基板とシリコン基板とを接合する基板接合工程、シリコン基板から開口を有する可動体を形成する可動体形成工程を含んでいる。まず、支持基板形成工程にて支持基板に可動体が揺動可能な空間（キャビティ）及びそのキャビティ内に突起を形成する。次に、基板接合工程にて、可動体の原材料であるシリコン基板を支持基板に接合する。そして、可動体形成工程にて、可動体の外形及び開口を形成する。本適用例の製造方法では、支持基板にキャビティを形成した後に、開口を形成する。
一方、物理量センサーの製造方法としては、犠牲層を形成させたシリコン基板と支持基板とを犠牲層を介して接合し、犠牲層に可動体が揺動可能なキャビティを形成する方法がある。この製造方法では、シリコン基板に可動体を形成した後、可動体に形成された開口から犠牲層をエッチングする。このため、可動体に開口を隙間なく設けておく必要があった。
本適用例の製造方法は、キャビティを形成後にシリコン基板を接合し、可動体及び開口を形成する。これにより、支持基板を平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、突起の最大外形寸法をＤとした時、突起の外周から外側に向かってＤ／２の範囲を除く領域に開口を設けた構成にすることができる。換言すると、可動体と突起とが接触する領域に開口を設けない構成にすることができる。これにより、可動体と突起とが接触する領域の剛性が向上するので、物理量センサーに過大な加速度が加わって可動体と突起とが接触した場合に、可動体が損傷することを抑制することができる。また、可動体には、突起の外周から外側に向かってＤ／２の範囲以外の領域に、開口が設けられるので、可動体のダンピングが低減され物理量を検出する感度が向上する。したがって、信頼性と検出感度とを向上させた物理量センサーの製造方法を提供することができる。
［適用例６］本適用例に係る複合センサーは、上記適用例に記載の物理量センサーと、角速度センサー素子と、を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、複合センサーを容易に構成することができ、例えば加速度データや角速度データを取得することができる。
［適用例７］本適用例に係る慣性計測ユニットは、上記適用例のいずれか一例に記載の物理量センサーと、角速度センサーと、前記物理量センサーおよび前記角速度センサーを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、耐衝撃性を向上させた物理量センサーにより、さらに高信頼性の慣性計測ユニットを提供することができる。
［適用例８］本適用例に係る携帯型電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーが収容されているケースと、前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、前記ケースに収容されている表示部と、前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、耐衝撃性を向上させた物理量センサーの出力データにより、さらに制御の信頼性を高めた高信頼性の携帯型電子機器を提供することができる。
［適用例９］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、物理量を検出する感度と信頼性とを向上させた物理量センサーを備えた電子機器を提供することができる。
［適用例１０］本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、物理量を検出する感度と信頼性とを向上させた物理量センサーを備えた移動体を提供することができる。
実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。 図１におけるＡ−Ａ線での断面図。 物理量センサーの動作を模式的に示す断面図。 物理量センサーの動作を模式的に示す断面図。 物理量センサーの動作を模式的に示す断面図。 物理量センサーの動作を模式的に示す断面図。 物理量センサーの製造工程を説明するフローチャート図。 物理量センサーの各製造工程における断面図。 物理量センサーの各製造工程における断面図。 物理量センサーの各製造工程における断面図。 物理量センサーの各製造工程における断面図。 物理量センサーの各製造工程における断面図。 変形例に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。 図１３におけるＢ−Ｂ線での断面図。 複合センサーの概略構成を示す機能ブロック図。 慣性計測ユニットの概略構成を示す分解斜視図。 慣性計測ユニットの慣性センサー素子の配置例を示す斜視図。 携帯型電子機器の構成を模式的に示す平面図。 携帯型電子機器の概略構成を示す機能ブロック図。 物理量センサーを備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの概略構成を示す斜視図。 物理量センサーを備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の概略構成を示す斜視図。 物理量センサーを備える電子機器としてのデジタルスチルカメラの概略構成を示す斜視図。 物理量センサーを備える移動体としての自動車を概略的に示す斜視図。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。
また、図１から図６及び図８から図１４では、説明の便宜上、互いに直交する、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸を図示しており、軸方向を図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。
（実施形態）
＜物理量センサーの構成＞
図１は、実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線での断面図である。まず、実施形態に係る物理量センサー１００の概略構成について、図１及び図２を参照して説明する。なお、図１においては、説明の便宜上、蓋体３０の図示を省略している。
本実施形態の物理量センサー１００は、例えば、慣性センサーとして利用することができる。具体的には、例えば、鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度を測定するための加速度センサー（静電容量型加速度センサー、静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサー）として利用することができる。なお、本実施形態では、鉛直方向をＺ軸、後述する回転軸（梁部２５）の軸方向をＹ軸、Ｚ軸及びＹ軸の双方と交差する方向をＸ軸という。
図１及び図２に示すように、物理量センサー１００は、平板状をなし、平板状の平板面２８を有する可動体２０、可動体２０を支持する支持基板１０、支持基板１０と共に可動体２０を内包する蓋体３０を含んでいる。
支持基板１０は、凹状のキャビティ１６を有している。キャビティ１６内の主面１７上には、第１固定電極１１、第２固定電極１２が備えられている。さらに、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間には、可動体２０の平板面２８と間隔を隔てて支持するための支柱１４が設けられている。また、支柱１４のＸ軸方向における両側には、可動体２０側（＋Ｚ軸側）に突出する突起１５が設けられている。支柱１４及び突起１５は、支持基板１０と一体で形成される。支持基板１０の材料は、特に限定されないが、本実施形態では、好適例として、絶縁性材料であるホウ珪酸ガラス（以下、ガラスという）を採用している。
第１固定電極１１は、Ｙ軸方向からの側面視において、支柱１４の−Ｘ軸側に位置し、Ｚ軸方向からの平面視において、後述する第１質量部２１と重なる領域に、設けられている。第２固定電極１２は、Ｙ軸方向からの側面視において、支柱１４の＋Ｘ軸側に位置し、Ｚ軸方向からの平面視において、後述する第２質量部２２と重なる領域に、設けられている。第１、第２固定電極１１，１２の材料としては、例えば、Ｐｔ（プラチナ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、または、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの導電膜を採用することができる。
可動体２０は、支持部２４、回転軸としての梁部２５を含んでいる。支持部２４は、平板面２８の一部であり、支柱１４で支持基板１０と連結されている。梁部２５は、支持部２４に支持され、支持部２４からＹ軸方向に伸びている。梁部２５は、所謂ねじりばねとしての機能を有している。梁部２５は、支持部２４及び支柱１４を介し支持基板１０に対して可動体２０全体を揺動可能に支持している。
可動体２０は、第１可動体２０ａと第２可動体２０ｂとを有している。第１可動体２０ａは、梁部２５の回転中心となる中心線ＣＬ２から−Ｘ軸方向側の領域であり、第２可動体２０ｂは、梁部２５の回転中心となる中心線ＣＬ２から＋Ｘ軸方向側の領域である。第１可動体２０ａには、梁部２５から−Ｘ軸方向に向かって、第１質量部２１と、第３質量部２３とが順に設けられている。第２可動体２０ｂには、第２質量部２２が設けられている。Ｚ軸方向からの平面視において、第１質量部２１は第１固定電極１１と重なる領域に位置し、第２質量部２２は第２固定電極１２と重なる領域に位置している。
可動体２０の材料は、特に限定されないが、本実施形態では、好適例として、導電性材料であるシリコンを採用している。可動体２０に導電性材料を用いることで、第１質量部２１と第２質量部２２とに電極としての機能を持たせることができる。なお、可動体に非電導性の基板を用いて、第１、第２質量部を非導電性の基板の上に設けられた導電性の電極層で形成させてもよい。
可動体２０は、梁部２５によって支持され、梁部２５を回転軸として揺動可能である。可動体２０が、梁部２５を支点としてシーソー揺動（傾倒）することで、第１質量部２１と第１固定電極１１との間隙（距離）、及び第２質量部２２と第２固定電極１２との間隙（距離）が変化する。物理量センサー１００は、可動体２０の傾倒に応じて、第１質量部２１と第１固定電極１１との間、及び第２質量部２２と第２固定電極１２との間で生じる静電容量Ｃ１，Ｃ２の変化から加速度を求める。
可動体２０に鉛直方向の加速度（例えば重力加速度）が加わった場合、第１可動体２０ａと第２可動体２０ｂの各々に回転モーメント（力のモーメント）が生じる。ここで、第１可動体２０ａの回転モーメント（例えば反時計回りの回転モーメント）と、第２可動体２０ｂの回転モーメント（例えば時計回りの回転モーメント）と、が均衡した場合には、可動体２０の傾きに変化が生じず、加速度を検出することができない。したがって、鉛直方向の加速度が加わった時に、第１可動体２０ａの回転モーメントと、第２可動体２０ｂの回転モーメントとが均衡せず、可動体２０に所定の傾きが生じるように、可動体２０が設計されている。
物理量センサー１００は、梁部２５を、可動体２０のＸ軸方向の重心から外れた位置に配置させている。換言すると、第１可動体２０ａには、第３質量部２３が設けられているので、梁部２５の回転軸となる中心線ＣＬ２から第１可動体２０ａの端面までの距離Ｒａと、中心線ＣＬ２から第２可動体２０ｂの端面までとの距離Ｒｂが異なっている。これにより、第１可動体２０ａと第２可動体２０ｂとが互いに異なる質量を有する。すなわち、可動体２０は、梁部２５の中心線ＣＬ２を起点にして、一方側（第１可動体２０ａ）と他方側（第２可動体２０ｂ）とで質量が異なる。このように、第１可動体２０ａと第２可動体２０ｂとの質量を異ならせることにより、可動体２０に鉛直方向の加速度が加わった時に生じる、第１可動体２０ａの回転モーメントと、第２可動体２０ｂの回転モーメントと、を不均衡にすることができる。これにより、物理量センサー１００に鉛直方向の加速度が加わった時、可動体２０が傾倒する。
第１質量部２１と第１固定電極１１との間には、静電容量（可変静電容量）Ｃ１が構成される。また、第２質量部２２と第２固定電極１２との間には、静電容量（可変静電容量）Ｃ２が構成される。静電容量Ｃ１は、第１質量部２１と第１固定電極１１との間隙（距離）に応じて静電容量が変化し、静電容量Ｃ２は、第２質量部２２と第２固定電極１２との間隙（距離）に応じて静電容量が変化する。
例えば、可動体２０が支持基板１０に対して水平の場合、静電容量Ｃ１，Ｃ２は、互いに略等しい静電容量値となる。詳しくは、Ｚ軸方向からの平面視で、第１質量部２１と第１固定電極１１との重なり合う面積と、第２質量部２２と第２固定電極１２との重なり合う面積と、が等しく、Ｙ方向からの側面視で、第１質量部２１と第１固定電極１１との間隙と、第２質量部２２と第２固定電極１２との間隙と、が等しくなっているため、静電容量Ｃ１，Ｃ２の静電容量値も等しくなる。また、例えば、可動体２０に鉛直方向の加速度が加わり、梁部２５を回転軸として可動体２０が傾倒すると、静電容量Ｃ１，Ｃ２は、可動体２０の傾倒に応じて、静電容量Ｃ１，Ｃ２の静電容量値が変化する。可動体２０が傾倒した場合、第１質量部２１と第１固定電極１１との間隙と、第２質量部２２と第２固定電極１２との間隙と、が異なるため、静電容量Ｃ１，Ｃ２の静電容量値も異なる。
図３〜図６は、物理量センサーの動作を模式的に示す断面図である。ここで、物理量センサーの動作と静電容量の関係について図３から図６を参照して説明する。なお、図３から図６では、動作の説明に必要のない構成の図示を省略している。
図３は、支持基板１０に対して可動体２０が、略水平状態に位置している状態を示している。この状態の物理量センサー１００に、＋Ｚ軸方向の加速度αｕが加わった場合を説明する。
可動体２０は、一様の厚さ（Ｚ軸方向の寸法）を有する平板状の長方形をなしている。第１可動体２０ａは質量ｍ１を有し、その重心Ｇ１は支持部２４に回転可能に支持されている梁部２５の中心Ｑから−Ｘ軸方向の距離ｒ１に位置している。第２可動体２０ｂは質量ｍ２を有し、その重心Ｇ２は梁部２５の中心Ｑから＋Ｘ軸方向の距離ｒ２に位置している。第１可動体２０ａは、第３質量部２３を有し、第２可動体２０ｂよりもＸ軸方向に長い長方形の形状をなしている。このため、第１可動体２０ａの質量ｍ１は第２可動体２０ｂの質量ｍ２よりも重く、第１可動体２０ａの重心Ｇ１の位置する距離ｒ１は、第２可動体２０ｂの重心Ｇ２の位置する距離ｒ２よりも長い。
物理量センサー１００に対して、−Ｚ軸方向から＋Ｚ軸方向に向かう加速度αｕが加わると、第１可動体２０ａには、質量ｍ１と、加速度αｕと、距離ｒ１との積に相当する第１回転モーメントＮｕ１が、梁部２５の中心Ｑを回転軸として反時計回りの方向に作用する。他方、第２可動体２０ｂには、質量ｍ２と、加速度αｕと、距離ｒ２との積に相当する第２回転モーメントＮｕ２が、梁部２５の中心Ｑを回転軸として時計回りの方向に作用する。第１可動体２０ａの質量ｍ１は第２可動体２０ｂの質量ｍ２よりも重く、第１可動体２０ａの重心Ｇ１の位置する距離ｒ１は、第２可動体２０ｂの重心Ｇ２の位置する距離ｒ２よりも長いため、第１可動体２０ａに作用する第１回転モーメントＮｕ１は、第２可動体２０ｂに作用する第２回転モーメントＮｕ２よりも、大きい。
これにより、図４に示すように、梁部２５には、第１回転モーメントＮｕ１（図３参照）と第２回転モーメントＮｕ２（図３参照）の差に相当するトルクＮｕが、梁部２５の中心Ｑを回転軸として反時計回りの方向に作用し、可動体２０は、反時計回りに傾倒する。これにより、第１可動体２０ａの第１質量部２１と第１固定電極１１との間隙が小さく（狭く）なり、第１質量部２１と第１固定電極１１との間で形成される静電容量Ｃ１の静電容量値が増加する。他方、第２可動体２０ｂの第２質量部２２と第２固定電極１２との間隙が大きく（広く）なり、第２質量部２２と第２固定電極１２との間で形成される静電容量Ｃ２の静電容量値が減少する。
図５は、支持基板１０に対して可動体２０が、略水平状態に位置している状態を示している。この状態の物理量センサー１００に、−Ｚ軸方向の加速度αｄが加わった場合を説明する。
物理量センサー１００に対して、＋Ｚ軸方向から−Ｚ軸方向に向かう加速度αｄが加わると、第１可動体２０ａには、質量ｍ１と、加速度αｄと、距離ｒ１との積に相当する第１回転モーメントＮｄ１が、梁部２５の中心Ｑを回転軸として時計回りの方向に作用する。他方、第２可動体２０ｂには、質量ｍ２と、加速度αｄと、距離ｒ２との積に相当する第２回転モーメントＮｄ２が、梁部２５の中心Ｑを回転軸として反時計回りの方向に作用する。第１可動体２０ａの質量ｍ１は第２可動体２０ｂの質量ｍ２よりも重く、第１可動体２０ａの重心Ｇ１の位置する距離ｒ１は、第２可動体２０ｂの重心Ｇ２の位置する距離ｒ２よりも長いため、第１可動体２０ａに作用する第１回転モーメントＮｄ１は、第２可動体２０ｂに作用する第２回転モーメントＮｄ２よりも、大きい。
これにより、図６に示すように、梁部２５には、第１回転モーメントＮｄ１（図５参照）と第２回転モーメントＮｄ２（図５参照）の差に相当するトルクＮｄが、梁部２５の中心Ｑを回転軸として時計回りの方向に作用し、可動体２０は、時計回りに傾倒する。これにより、第１可動体２０ａの第１質量部２１と第１固定電極１１との間隙が大きく（広く）なり、第１質量部２１と第１固定電極１１との間で形成される静電容量Ｃ１の静電容量値が減少する。他方、第２可動体２０ｂの第２質量部２２と第２固定電極１２との間隙が小さく（狭く）なり、第２質量部２２と第２固定電極１２との間で形成される静電容量Ｃ２の静電容量値が増加する。
物理量センサー１００は、梁部２５に作用するトルクＮｕ，Ｎｄを大きくすること、すなわち、第１可動体２０ａと第２可動体２０ｂとの質量差を拡大すること、梁部２５から第１可動体２０ａの重心Ｇ１までの距離ｒ１と梁部２５から第２可動体２０ｂの重心Ｇ２までの距離ｒ２との差を拡大することで、可動体２０を大きく傾倒させることができる。これにより静電容量Ｃ１，Ｃ２の静電容量値の増減が大きくなるため、物理量センサー１００の物理量を検出する感度を向上させることができる。また、物理量センサー１００は、ねじりばねとして機能する梁部２５のＸ軸方向の幅を狭くして、ばねの靱性を低下させることで、可動体２０の傾倒を大きくさせることができる。これにより、物理量の検出感度を向上させることもできる。
次に、可動体に設けられる開口、及び支持基板に設けられる突起について説明する。図１及び図２に示すように、物理量センサー１００は、過大な加速度が加わった際に、可動体２０と支持基板１０とが接触することを防止するために、可動体２０の変位を制限する突起１５を支持基板１０の主面１７に有している。突起１５は、支持基板１０を平板面２８に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に見たときにおいて、支持基板１０の可動体２０と間隔を隔てて重なっている領域に設けられている。
本実施形態では、突起１５は、支持基板１０上において、第１質量部２１と重なる領域、及び第２質量部２２と重なる領域に複数（各２個）設けられている。突起１５は、円柱状をなし、その直径は、略３〜５μｍである。これにより、可動体２０の端部が、支持基板１０に衝突して破損することを抑制している。また、突起１５を複数設けることにより、可動体２０と突起１５とが接触した際に受ける衝撃を分散することができる。なお、本実施形態では、第１、第２質量部２１，２２に対応する位置に各２個の突起１５が設けられた構成を示したが、これに限定するものではない。突起１５が、各１個設けられた構成や各３個以上設けられた構成であってもよい。また、第１可動体２０ａ側における突起１５は、第３質量部２３に対応する位置に設けられた構成であってもよい。また、突起の形状は、円柱状をなしているものと説明したが、三角柱や四角柱などの多角柱であってもよし、上面が面取りされた形状であってもよい。また、突起１５の表面に、絶縁性の保護膜が形成されていてもよい。これにより、第１、第２質量部２１，２２と突起１５とが接触した際の電気的短絡を防ぐことができる。
一方、可動体２０には、可動体２０に鉛直方向の加速度が加わり、可動体２０が揺動する際に、気体の粘性により生じるダンピング（可動体の動きを止めようとする働き、流動抵抗）を低減するために、平板面２８を貫通する方向（Ｚ軸方向）に複数の開口２６が設けられている。開口２６は、支持基板１０を平板面２８に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に見たときにおいて、突起１５の最大外形寸法をＤとした時、突起１５の外周から外側に向かってＤ／２の範囲（突起１５の中心から２Ｄの範囲）を除く領域に設けられている。これにより、可動体２０のダンピングが低減され物理量を検出する感度が向上する。
本実施形態では、Ｚ軸方向からの平面視にて、突起１５の中心から２Ｄの範囲を除く領域に、正方形の開口２６がマトリックス状に配置されている。換言すると、物理量センサー１００に過大な加速度が加わった際に、可動体２０が揺動し、可動体２０と突起１５とが接触する領域には、開口２６が設けられていない。
逆に、突起１５の中心から２Ｄの範囲内にも開口２６が設けられていた場合には、隣り合う開口２６によって形成される格子状の枠部２７と突起１５とが局所的に接触した際に、可動体２０の枠部２７が容易に破損する恐れがあった。本実施形態の物理量センサー１００は、突起１５と接触する領域に開口２６は設けられていないので、当該領域の剛性が向上している。これにより、物理量センサー１００に過大な加速度が加わって可動体２０と突起１５とが接触した場合に、可動体２０が損傷することを抑制することができる。なお、複数の開口２６は、個々に異なる形状であってもよい。また、開口２６を配置する位置や数量も自由に設定することができる。
なお、本実施形態では、可動体２０は、支持基板１０に設けられている支柱１４などを介して支持される梁部２５によって揺動可能に設けられているものとして説明したが、この構成に限定されるものではない。例えば、可動体は、Ｚ軸方向からの平面視にて、可動体の外周を取り囲み、可動体と所定の間隔を有して設けられた枠状の支持体からＹ軸方向に伸びる梁部によって揺動可能に設けられた構成であってもよい。
＜物理量センサーの製造方法＞
図７は、物理量センサーの製造工程を説明するフローチャート図である。図８〜図１２は、物理量センサーの各製造工程における断面図である。次に、物理量センサー１００の製造方法について図７から図１２を参照して説明する。
ステップＳ１は、支持基板１０及び突起１５を形成する支持基板形成工程である。まず、ガラス基板を用意する。支持基板形成工程では、ガラス基板をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで支持基板１０及び突起１５を形成する。例えば、ガラス基板は、フッ酸系エッチャントを用いることでウェットエッチングすることができる。これにより、図８に示すようなガラス基板に凹状のキャビティ１６、支柱１４及び突起１５が形成された支持基板１０を得ることができる。
ステップＳ２は、第１、第２固定電極１１，１２を形成する固定電極形成工程である。固定電極形成工程では、スパッタ法等により支持基板１０の主面１７上に導電膜を成膜した後、導電膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法（ドライエッチング、ウェットエッチング等）を用いてパターニングすることで第１、第２固定電極１１，１２を形成する。これにより、図９に示すように、支持基板１０のキャビティ１６内の主面１７上に第１、第２固定電極１１，１２を設けることができる。
ステップＳ３は、支持基板１０とシリコン基板２０Ｓを接合する基板接合工程である。図１０に示すように、基板接合工程では、例えば、陽極接合、直接接合、又は接着剤を用いて支持基板１０とシリコン基板２０Ｓとを接合する。
ステップＳ４は、シリコン基板２０Ｓから開口２６を有する可動体２０を形成する可動体形成工程である。可動体形成工程では、シリコン基板２０Ｓを、例えば、研削機を用いて研削し、所定の厚さに薄膜化する。そして、シリコン基板２０Ｓをフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで可動体２０を形成する。例えば、シリコン基板２０Ｓは、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いたボッシュプロセスによってエッチングすることができる。これにより、図１１に示すように、開口２６、支持部２４及び梁部２５を含む可動体２０が一体で形成される。
ステップＳ５は、可動体２０を封止する封止工程である。封止工程では、支持基板１０に蓋体３０を接合して、支持基板１０及び蓋体３０によって形成される空間に可動体２０を収容する。支持基板１０と蓋体３０とは、例えば、陽極接合や接着剤等を用いて接合する。以上により、図１２に示すように、物理量センサー１００が得られる。
本実施形態では、支持基板１０に可動体２０が揺動可能なキャビティ１６を形成する物理量センサー１００の製造方法を示した。一方、物理量センサーの製造方法としては、犠牲層を形成させたシリコン基板と支持基板とを犠牲層を介して接合し、犠牲層に可動体が揺動可能なキャビティを形成する方法もある。この製造方法の場合、シリコン基板に可動体を形成させた後、同時に形成させた可動体の開口からシリコン基板と支持基板とに挟まれた犠牲層をエッチングすることにより、犠牲層に可動体が揺動可能なキャビティを形成している。このため、可動体に開口をマトリックス状に隙間なく設けておく必要があった。換言すると、可動体と突起とが接触する領域に開口を設けない構成にすることができなかった。
本実施形態の製造方法は、支持基板形成工程にて支持基板１０にキャビティ１６と突起１５を形成した後に、基板接合工程にて支持基板１０とシリコン基板２０Ｓとを接合し、最後に可動体２０及び開口２６を形成する。この製造方法によれば、可動体２０と突起１５とが接触する領域に開口２６を設けない構成にすることができる。これにより、可動体２０と突起１５とが接触する領域の剛性が向上するので、物理量センサー１００に過大な加速度が加わって可動体２０と突起１５とが接触した場合に、可動体２０が損傷することを抑制することができる。また、可動体２０には、突起１５の外周から外側に向かってＤ／２の範囲以外の領域に、開口２６が設けられるので、可動体２０のダンピングが低減され物理量を検出する感度が向上する。
以上述べたように、本実施形態に係る物理量センサー１００によれば、以下の効果を得ることができる。
物理量センサー１００は、支持基板１０上から可動体２０側に突出する突起１５を有している。また、可動体２０には、平板面２８を貫通する複数の開口２６が設けられている。突起１５は、支持基板１０を平板面２８に対して垂直方向に見たときにおいて、支持基板１０の可動体２０と間隔を隔てて重なっている領域に設けられている。開口２６は、支持基板１０を平板面２８に対して垂直方向に見たときにおいて、突起１５の最大外形寸法をＤとした時、突起１５の中心から２Ｄの範囲を除く領域に設けられている。換言すると、開口２６は、突起１５の中心から２Ｄの範囲、すなわち突起１５と接触する位置には設けられていない。これにより、当該領域の剛性が向上するので、可動体２０と突起１５とが接触した場合に、可動体２０が損傷することを抑制することができる。また、可動体２０の受けるダンピングは、突起１５の中心から２Ｄを除く範囲に設けられた複数の開口２６によって低減されるので、物理量センサー１００の検出感度が向上する。したがって、信頼性と検出感度とを向上させた物理量センサー１００を提供することができる。
また、支持基板１０から可動体２０側に突出する突起１５は、複数設けられているので、可動体２０が突起１５と接触した際に受ける衝撃を分散することができる。
物理量センサー１００の製造方法は、支持基板１０及び突起１５を形成する支持基板形成工程、支持基板１０とシリコン基板２０Ｓとを接合する基板接合工程、シリコン基板２０Ｓから開口２６を有する可動体２０を形成する可動体形成工程を含んでいる。本製造方法は、支持基板形成工程にて支持基板１０にキャビティ１６と突起１５を形成した後に、基板接合工程にて支持基板１０とシリコン基板２０Ｓとを接合し、最後に可動体２０及び開口２６を形成する。この製造方法によれば、可動体２０と突起１５とが接触する領域（突起１５の中心から２Ｄの領域）に開口２６を設けない構成にすることができる。これにより、当該領域の剛性が向上するので、可動体２０と突起１５とが接触した場合に、可動体２０が損傷することを抑制することができる。また、可動体２０の受けるダンピングは、突起１５の中心から２Ｄの範囲を除く領域に設けられた複数の開口２６によって低減されるので、物理量センサー１００の検出感度が向上する。したがって、信頼性と検出感度とを向上させる物理量センサー１００の製造方法を提供することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。
（変形例）
図１３は、変形例に係る物理量センサーを模式的に示す平面図である。図１４は、図１３におけるＢ−Ｂ線での断面図である。以下、変形例１に係る物理量センサー２００について説明する。なお、実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。本変形例の物理量センサー２００は、実施形態で説明した物理量センサー１００と突起２１５の位置が異なっている。
図１３及び図１４に示すように、物理量センサー２００は、過大な加速度が加わった際に、可動体２０と支持基板１０とが接触することを防止するために、可動体２０の変位を制限する突起２１５を支持基板１０の主面１７に有している。突起２１５は、回転軸としての梁部２５の軸方向（Ｙ軸方向）と交差するＸ軸方向において、梁部２５の中心線ＣＬ２と可動体２０の端部との距離Ｒａの１／２以内に設けられている。
詳しくは、本変形例では、突起２１５は、支持基板１０上において、第１質量部２１と重なる領域、及び第２質量部２２と重なる領域に各２個設けられている。第１質量部２１と重なる突起２１５は、中心線ＣＬ２から−Ｘ軸方向に距離Ｒ１離れた位置に設けられている。中心線ＣＬ２と突起２１５との距離Ｒ１は、中心線ＣＬ２と第１可動体２０ａの端部との距離Ｒａの１／２よりも短い。第２質量部２２と重なる突起２１５は、中心線ＣＬ２から＋Ｘ軸方向に距離Ｒ２離れた位置に設けられている。中心線ＣＬ２と突起２１５との距離Ｒ２は、中心線ＣＬ２と第２可動体２０ｂの端部との距離Ｒｂの１／２よりも短い。本変形例では、距離Ｒ１と距離Ｒ２は、同じ距離に設定されている。すなわち、突起２１５は、中心線ＣＬ２に関して線対称に設けられている。
可動体２０の移動速度は、梁部２５の中心（中心線ＣＬ２）からの距離が長くなるほど早くなるので、可動体２０の受けるダンピングは、可動体の端部に向かう程大きくなる。本変形例の突起２１５に対応する、開口２６の設けられない領域（突起２１５の中心から２Ｄの範囲）は、Ｘ軸方向においてダンピングの影響が小さい、距離Ｒａ／２以内及び距離Ｒｂ／２以内の梁部２５側に位置しているので、可動体２０の受けるダンピングをさらに低減することができる。
また、突起２１５は、回転軸としての梁部２５の軸方向（Ｙ軸方向）における可動体２０を２等分する中心線ＣＬ１に対して対称の距離Ｒ３の位置に設けられている。これにより、可動体２０と突起２１５とが接触した際に可動体２０が捩れることにより、可動体２０が破損することを抑制することができる。
（複合センサー）
次に、図１５を参照して、前述の物理量センサー１００，２００を備えた複合センサーの構成例について説明する。図１５は、複合センサーの概略構成を示す機能ブロック図である。なお、以下では、物理量センサー１００を用いた例を示して説明する。
図１５に示すように、複合センサー９００は、上述したようなＺ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである物理量センサー１００と、Ｘ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである物理量センサー１０１と、Ｙ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである物理量センサー１０２と、角速度センサー１０３と、を備えている。角速度センサー１０３は、必要とする一軸方向の角速度を効率よく且つ高精度に検出することができる。なお、角速度センサー１０３は、三軸方向の角速度を測定するために、それぞれの軸方向に対応した三つの角速度センサー１０３を備えることもできる。また、複合センサー９００は、例えば、物理量センサー１００，１０１，１０２や角速度センサー１０３を駆動する駆動回路や、物理量センサー１００，１０１，１０２や角速度センサー１０３からの信号に基づいてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸方向の加速度や角速度を検出する検出回路（信号処理部４５ａ）や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路（出力部４６ａ）等を含むＩＣ４０ａを備えることができる。
物理量センサー１００，１０１，１０２と、角速度センサー１０３と、によって容易に複合センサー９００を構成することができ、一つのセンサーによって複数の物理量データ、例えば加速度データや角速度データを容易に取得することができる。
（慣性計測ユニット）
次に、図１６および図１７を参照して、慣性計測ユニット（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）について説明する。図１６は、慣性計測ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。図１７は、慣性計測ユニットの慣性センサー素子の配置例を示す斜視図である。なお、以下では、物理量センサー１００を用いた例を示して説明する。
図１６に示すように、慣性計測ユニット３０００は、アウターケース３０１、接合部材３１０、慣性センサー素子を含むセンサーモジュール３２５などから構成されている。換言すれば、アウターケース３０１の内部３０３に、接合部材３１０を介在させて、センサーモジュール３２５を篏合（挿入）した構成となっている。センサーモジュール３２５は、インナーケース３２０と、基板３１５とから構成されている。なお、説明を解り易くするために、部位名をアウターケース、インナーケースとしているが、第１ケース、第２ケースと呼び換えても良い。
アウターケース３０１は、アルミニウムを箱状に削り出した台座である。材質は、アルミニウムに限定するものではなく、亜鉛やステンレスなど他の金属や、樹脂、または、金属と樹脂の複合材などを用いても良い。アウターケース３０１の外形は、前述した慣性計測ユニット３０００の全体形状と同様に、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、それぞれ通し孔（馬鹿孔）３０２が形成されている。なお、通し孔（馬鹿孔）３０２に限定するものではなく、例えば、ネジによりネジ止めすることが可能な切り欠き（通し孔（馬鹿孔）３０２の位置するアウターケース３０１のコーナー部に切り欠きを形成する構造）を形成してネジ止めする構成としてもよいし、あるいは、アウターケース３０１の側面にフランジ（耳）を形成して、フランジ部分をネジ止めする構成としても良い。
アウターケース３０１は、外形が直方体で蓋のない箱状であり、その内部３０３（内側）は、底壁３０５と側壁３０４とで囲まれた内部空間（容器）となっている。換言すれば、アウターケース３０１は、底壁３０５と対向する一面を開口面とする箱状をなしており、その開口面の開口部のほとんどを覆うように（開口部を塞ぐように）センサーモジュール３２５が収納され、センサーモジュール３２５が開口部から露出した状態となる（不図示）。ここで、底壁３０５と対向する開口面とは、アウターケース３０１の上面３０７と同一面である。また、アウターケース３０１の内部３０３の平面形状は、正方形の二つの頂点部分の角を面取りした六角形であり、面取りされた二つの頂点部分は通し孔（馬鹿孔）３０２の位置に対応している。また、内部３０３の断面形状（厚さ方向）において、底壁３０５には、内部３０３、即ち内部空間における周縁部に中央部よりも一段高い底壁としての第１接合面３０６が形成されている。即ち、第１接合面３０６は、底壁３０５の一部であり、平面的に底壁３０５の中央部を囲ってリング状に形成された一段の階段状の部位であり、底壁３０５よりも開口面（上面３０７と同一面）からの距離が小さい面である。
なお、アウターケース３０１の外形が、平面形状が略正方形の直方体で蓋のない箱状である一例について説明したが、これに限らず、アウターケース３０１の外形の平面形状は、例えば六角形や八角形などの多角形であってもよいし、その多角形の頂点部分の角が面取りされていたり、各辺が曲線である平面形状であったりしてもよい。また、アウターケース３０１の内部３０３（内側）の平面形状も、上述した六角形に限らず、正方形などの方形（四角形）や、八角形などの他の多角形状であってもよい。また、アウターケース３０１の外形と内部３０３の平面形状とは相似形であってもよいし、相似形でなくてもよい。
インナーケース３２０は、基板３１５を支持する部材であり、アウターケース３０１の内部３０３に収まる形状となっている。詳しくは、平面的には、正方形の二つの頂点部分の角を面取りした六角形であり、その中に長方形の貫通穴である開口部３２１と、基板３１５を支持する側の面に設けられた凹部３３１とが形成されている。面取りされた二つの頂点部分はアウターケース３０１の通し孔（馬鹿孔）３０２の位置に対応している。厚さ方向（Ｚ軸方向）の高さは、アウターケース３０１の上面３０７から第１接合面３０６までの高さよりも、低くなっている。好適例では、インナーケース３２０もアルミニウムを削り出して形成しているが、アウターケース３０１と同様に他の材質を用いても良い。
インナーケース３２０の裏面（アウターケース３０１側の面）には、基板３１５を位置決めするための案内ピンや、支持面（いずれも図示せず）が形成されている。基板３１５は、当該案内ピンや、支持面にセット（位置決め搭載）されてインナーケース３２０の裏面に接着される。なお、基板３１５の詳細については後述する。インナーケース３２０の裏面の周縁部は、リング状の平面からなる第２接合面３２２となっている。第２接合面３２２は、平面的にアウターケース３０１の第１接合面３０６と略同様な形状であり、インナーケース３２０をアウターケース３０１にセットした際には、接合部材３１０を挟持した状態で二つの面が向い合うことになる。なお、アウターケース３０１およびインナーケース３２０の構造については、一実施例であり、この構造に限定されるものではない。
図１７を参照して、慣性センサーが実装された基板３１５の構成について説明する。図１７に示すように、基板３１５は、複数のスルーホールが形成された多層基板であり、ガラスエポキシ基板（ガラエポ基板）を用いている。なお、ガラエポ基板に限定するものではなく、複数の慣性センサーや、電子部品、コネクターなどを実装可能なリジット基板であれば良い。例えば、コンポジット基板や、セラミック基板を用いても良い。
基板３１５の表面（インナーケース３２０側の面）には、コネクター３１６、角速度センサー３１７ｚ、上述したＺ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである物理量センサー１００を含む加速度検出ユニット１などが実装されている。コネクター３１６は、プラグ型（オス）のコネクターであり、Ｘ軸方向に等ピッチで配置された二列の接続端子を備えている。好適には、一列１０ピンで二列の合計２０ピンの接続端子としているが、端子数は、設計仕様に応じて適宜変更しても良い。
慣性センサーとしての角速度センサー３１７ｚは、Ｚ軸方向における１軸の角速度を検出するジャイロセンサーである。好適例として、水晶を振動子として用い、振動する物体に加わるコリオリの力から角速度を検出する振動ジャイロセンサーを用いている。なお、振動ジャイロセンサーに限定するものではなく、角速度を検出可能なセンサーで有れば良い。例えば、振動子としてセラミックや、シリコンを用いたセンサーを用いても良い。
また、基板３１５のＸ軸方向の側面には、実装面（搭載面）がＸ軸と直交するように、Ｘ軸方向における１軸の角速度を検出する角速度センサー３１７ｘが実装されている。同様に、基板３１５のＹ軸方向の側面には、実装面（搭載面）がＹ軸と直交するように、Ｙ軸方向における１軸の角速度を検出する角速度センサー３１７ｙが実装されている。
なお、角速度センサー３１７ｘ，３１７ｙ，３１７ｚは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の軸ごとの三つの角速度センサーを用いる構成に限定するものではなく、３軸の角速度が検出可能なセンサーであれば良く、例えば、一つのデバイス（パッケージ）で３軸の角速度が検出（検知）可能なセンサーデバイスを用いても良い。
加速度検出ユニット１は、上述したＺ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである物理量センサー１００を少なくとも含み、必要に応じて、一軸方向（例えばＺ軸方向）の加速度したり、二軸方向（例えばＺ軸、Ｙ軸、あるいはＸ軸、Ｙ軸）や三軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の加速度を検出したりすることができる。
基板３１５の裏面（アウターケース３０１側の面）には、制御部としての制御ＩＣ３１９が実装されている。制御ＩＣ３１９は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、Ａ／Ｄコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測ユニット３０００の各部を制御する。記憶部には、加速度、および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、基板３１５には、その他にも複数の電子部品が実装されている。
このような慣性計測ユニット３０００によれば、物理量センサー１００を含む加速度検出ユニット１を用いているため、耐衝撃性に優れ、信頼性を向上させた慣性計測ユニット３０００を提供することができる。
（携帯型電子機器）
次に、物理量センサー１００，２００を用いた携帯型電子機器について、図１８および図１９に基づき、詳細に説明する。なお、以下では、物理量センサー１００を用いた例を示して説明する。以下、携帯型電子機器の一例として、腕時計型の活動計（アクティブトラッカー）を示して説明する。
腕時計型の活動計（アクティブトラッカー）であるリスト機器２０００は、図１８に示すように、バンド６２，６７等によってユーザーの手首等の部位（被検体）に装着され、デジタル表示の表示部１５０を備えるとともに無線通信が可能である。上述した本発明に係る物理量センサー１００は、加速度を測定するセンサーや角速度を計測するセンサーの一つとしてリスト機器２０００に組込まれている。
リスト機器２０００は、少なくとも物理量センサー１００が収容されているケース６０と、ケース６０に収容され、物理量センサー１００からの出力データを処理する処理部１９０（図１９参照）と、ケース６０に収容されている表示部１５０と、ケース６０の開口部を塞いでいる透光性カバー７１と、を備えている。ケース６０の透光性カバー７１のケース６０の外側には、ベゼル７８が設けられている。ケース６０の側面には、複数の操作ボタン８０，８１が設けられている。以下、図１９も併せて参照しながら、さらに詳細に説明する。
物理量センサー１００を含む加速度センサー１１３は、互いに交差する（理想的には直交する）３軸方向の各々の加速度を検出し、検出した３軸加速度の大きさ、および向きに応じた信号（加速度信号）を出力する。また、角速度センサー１１４は、互いに交差する（理想的には直交する）３軸方向の各々の角速度を検出し、検出した３軸角速度の大きさ及び向きに応じた信号（角速度信号）を出力する。
表示部１５０を構成する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）では、種々の検出モードに応じて、例えば、ＧＰＳセンサー１１０や地磁気センサー１１１を用いた位置情報、移動量や物理量センサー１００に含まれる加速度センサー１１３や角速度センサー１１４などを用いた運動量などの運動情報、脈拍センサー１１５などを用いた脈拍数などの生体情報、もしくは現在時刻などの時刻情報などが表示される。なお、温度センサー１１６を用いた環境温度を表示することもできる。
通信部１７０は、ユーザー端末と図示しない情報端末との間の通信を成立させるための各種制御を行う。通信部１７０は、例えば、Bluetooth（登録商標）（BTLE：Bluetooth Low Energyを含む）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）（Wireless Fidelity）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＮＦＣ（Near field communication）、ＡＮＴ＋（登録商標）等の近距離無線通信規格に対応した送受信機や通信部１７０はＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の通信バス規格に対応したコネクターを含んで構成される。
処理部１９０（プロセッサー）は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等により構成される。処理部１９０は、記憶部１４０に格納されたプログラムと、操作部１２０（例えば操作ボタン８０，８１）から入力された信号とに基づき、各種の処理を実行する。処理部１９０による処理には、ＧＰＳセンサー１１０、地磁気センサー１１１、圧力センサー１１２、加速度センサー１１３、角速度センサー１１４、脈拍センサー１１５、温度センサー１１６、計時部１３０の各出力信号に対するデータ処理、表示部１５０に画像を表示させる表示処理、音出力部１６０に音を出力させる音出力処理、通信部１７０を介して情報端末（不図示）と通信を行う通信処理、バッテリー１８０からの電力を各部へ供給する電力制御処理などが含まれる。
このようなリスト機器２０００では、少なくとも以下のような機能を有することができる。
１．距離：高精度のＧＰＳ機能により計測開始からの合計距離を計測する。
２．ペース：ペース距離計測から、現在の走行ペースを表示する。
３．平均スピード：平均スピード走行開始から現在までの平均スピードを算出し表示する。
４．標高：ＧＰＳ機能により、標高を計測し表示する。
５．ストライド：ＧＰＳ電波が届かないトンネル内などでも歩幅を計測し表示する。
６．ピッチ：１分あたりの歩数を計測し表示する。
７．心拍数：脈拍センサーにより心拍数を計測し表示する。
８．勾配：山間部でのトレーニングやトレイルランにおいて、地面の勾配を計測し表示する。
９．オートラップ：事前に設定した一定距離や一定時間を走った時に、自動でラップ計測を行う。
１０．運動消費カロリー：消費カロリーを表示する。
１１．歩数：運動開始からの歩数の合計を表示する。
なお、リスト機器２０００は、ランニングウォッチ、ランナーズウォッチ、デュアスロンやトライアスロン等マルチスポーツ対応のランナーズウォッチ、アウトドアウォッチ、および衛星測位システム、例えばＧＰＳを搭載したＧＰＳウォッチ、等に広く適用できる。
また、上述では、衛星測位システムとしてＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて説明したが、他の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を利用してもよい。例えば、ＥＧＮＯＳ（European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＢｅｉＤｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）、等の衛星測位システムのうち１又は２以上を利用してもよい。また、衛星測位システムの少なくとも１つにＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＥＧＮＯＳ（European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service）等の静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ：Satellite-based Augmentation System）を利用してもよい。
このような携帯型電子機器（リスト機器２０００）は、物理量センサー１００、および処理部１９０を備えているので、耐衝撃性などの優れた信頼性を有している。
（電子機器）
次に、本発明の実施形態に係る物理量センサー１００，２００を備えた電子機器について図２０から図２２を参照して説明する。なお、以下では、物理量センサー１００を用いた例を示して説明する。
図２０は、本発明の実施形態に係る物理量センサーを備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの概略構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１０００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して揺動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、加速度センサーなどとして機能する物理量センサー１００が内蔵されており、物理量センサー１００からの検出信号に基づいて制御部（不図示）が、例えば姿勢制御などの制御を行なうことができる。
図２１は、本発明の実施形態に係る物理量センサーを備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の概略構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４及び送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１０００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、加速度センサーなどとして機能する物理量センサー１００が内蔵されており、この物理量センサー１００からの検出信号に基づいて制御部（不図示）が、例えば携帯電話機１２００の姿勢や、挙動を認識して、表示部１０００に表示されている表示画像を変化させたり、警告音や、効果音を鳴らしたり、振動モーターを駆動して本体を振動させることができる。
図２２は、本発明の実施形態に係る物理量センサーを備える電子機器としてのデジタルスチルカメラの概略構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、従来のフィルムカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１０００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１０００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１０００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなデジタルスチルカメラ１３００には、加速度センサーなどとして機能する物理量センサー１００が内蔵されており、物理量センサー１００からの検出信号に基づいて制御部（不図示）が、例えば手振れ補正などの制御を行なうことができる。
以上のような電子機器１１００，１２００，１３００は、信頼性と検出感度とを向上することが可能な物理量センサー１００を含んでいる。これにより、電子機器１１００，１２００，１３００は、高い信頼性と検出感度とを有することができる。
なお、本発明の実施形態に係る物理量センサー１００は、図２０のパーソナルコンピューター１１００（モバイル型パーソナルコンピューター）、図２１の携帯電話機１２００、図２２のデジタルスチルカメラ１３００の他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。
（移動体）
次に、本発明の実施形態に係る物理量センサー１００，２００を備えた移動体について図２３を参照して説明する。なお、以下では、物理量センサー１００を用いた例を示して説明する。
図２３は、本発明の実施形態に係る物理量センサーを備える移動体としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車１５００には実施形態に係る物理量センサー１００が搭載されている。例えば、図２３に示すように、移動体としての自動車１５００には、物理量センサー１００を内蔵してタイヤなどを制御する制御部としての電子制御ユニット１５１０が車体に搭載されている。また、物理量センサー１００は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に広く適用できる。
１０…支持基板、１１…第１固定電極、１２…第２固定電極、１４…支柱、１５，２１５…突起、１６…キャビティ、１７…主面、２０…可動体、２０Ｓ…シリコン基板、２０ａ…第１可動体、２０ｂ…第２可動体、２１…第１質量部、２２…第２質量部、２３…第３質量部、２４…支持部、２５…梁部、２６…開口、２７…枠部、２８…平板面、３０…蓋体、１００，２００…物理量センサー、９００…複合センサー、１１００…パーソナルコンピューター、１２００…携帯電話機、１３００…デジタルスチルカメラ、１５００…自動車、２０００…携帯型電子機器としてのリスト機器、３０００…慣性計測ユニット。

Claims (11)

  1. 平板状であり、当該平板状の平板面を貫通する方向に複数の開口を有し、回転軸を中心
    に揺動可能な可動体と、
    前記可動体の前記平板面と間隙を隔てて支持するために、前記平板面の一部と支柱で連
    結されてなる支持基板と、
    前記支持基板を前記平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、前記支持基板の前記
    可動体と間隙を隔てて重なっている領域に、前記可動体側に突出して設けられる突起と、
    を含み、
    前記支持基板を前記平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、前記突起の最大外形
    寸法をＤとした時、前記開口は、前記突起の外周から外側に向かってＤ／２の範囲を除く
    領域に設けられていることで、前記可動体は前記開口が設けられていない領域を有し、
    前記突起が前記回転軸に関して線対称に設けられていることで、前記開口が設けられて
    いない領域は前記回転軸に関して線対称に設けれてなることを特徴とする物理量センサー
    。
  2. 前記突起は、複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサー。
  3. 前記突起は、前記回転軸の軸方向における前記可動体を２等分する中心線に対して対称
    に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の物理量センサー。
  4. 前記突起は、前記回転軸の軸方向と交差する方向において、前記回転軸と前記可動体の
    端部との間隔の１／２以内に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のい
    ずれか一項に記載の物理量センサー。
  5. 回転軸を中心に揺動可能な可動体と、
    前記可動体を貫通する方向に設けられた複数の開口と、
    前記可動体の一部と支柱で連結されてなる支持基板と、
    前記支持基板の前記可動体と間隙を隔てて重なっている領域に、前記可動体側に突出し
    て設けられる突起と、
    を含み、
    前記突起の最大外形寸法をＤとした時、前記突起の外周から外側に向かってＤ／２の範
    囲を除く領域に前記複数の開口が設けられていることで、前記可動体は前記開口が設けら
    れていない領域を有し、
    前記突起が前記回転軸に関して線対称に設けられていることで、前記開口が設けられて
    いない領域は前記回転軸に関して線対称に設けれてなることを特徴とする物理量センサー
    。
  6. 平板状であり、当該平板状の平板面を貫通する方向に複数の開口を有し、回転軸を中心
    に揺動可能な可動体と、前記可動体の前記平板面と間隙を隔てて支持するために、前記平
    板面の一部と支柱で連結されてなる支持基板と、前記支持基板を前記平板面に対して垂直
    方向に見たときにおいて、前記支持基板の前記可動体と間隙を隔てて重なっている領域に
    、前記可動体側に突出して設けられる突起と、を含み、前記支持基板を前記平板面に対し
    て垂直方向に見たときにおいて、前記突起の最大外形寸法をＤとした時、前記開口は、前
    記突起の外周から外側に向かってＤ／２の範囲を除く領域に設けられていることで、前記
    可動体は前記開口が設けられていない領域を有し、前記突起が前記回転軸に関して線対称
    に設けられていることで、前記開口が設けられていない領域は前記回転軸に関して線対称
    に設けれてなる物理量センサーの製造方法であって、
    前記支持基板及び前記突起を形成する支持基板形成工程、
    前記支持基板とシリコン基板とを接合する基板接合工程、
    前記シリコン基板から前記開口を有する前記可動体を形成する可動体形成工程、
    を含むことを特徴とする物理量センサーの製造方法。
  7. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
    角速度センサーと、
    を備えることを特徴とする複合センサー。
  8. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
    角速度センサーと、
    前記物理量センサーおよび前記角速度センサーを制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする慣性計測ユニット。
  9. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
    前記物理量センサーが収容されているケースと、
    前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、
    前記ケースに収容されている表示部と、
    前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、
    を備えることを特徴とする携帯型電子機器。
  10. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
    前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、
    を備えていることを特徴とする電子機器。
  11. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
    前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、
    を備えていることを特徴とする移動体。
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