JP7383978B2 - 物理量センサー、電子機器および移動体 - Google Patents

物理量センサー、電子機器および移動体 Download PDF

Info

Publication number
JP7383978B2
JP7383978B2 JP2019192806A JP2019192806A JP7383978B2 JP 7383978 B2 JP7383978 B2 JP 7383978B2 JP 2019192806 A JP2019192806 A JP 2019192806A JP 2019192806 A JP2019192806 A JP 2019192806A JP 7383978 B2 JP7383978 B2 JP 7383978B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
physical quantity
quantity sensor
movable body
gap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019192806A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021067546A (ja
Inventor
悟 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2019192806A priority Critical patent/JP7383978B2/ja
Priority to US17/075,845 priority patent/US11346854B2/en
Priority to CN202011139915.2A priority patent/CN112698054B/zh
Publication of JP2021067546A publication Critical patent/JP2021067546A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7383978B2 publication Critical patent/JP7383978B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0802—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/013—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over
    • B60R21/0132—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to vehicle motion parameters, e.g. to vehicle longitudinal or transversal deceleration or speed value
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0862—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system
    • G01P2015/0882—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system for providing damping of vibrations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Description

本発明は、物理量センサー、電子機器および移動体に関する。
例えば、特許文献１に記載された加速度センサーは、基板と、基板に固定された固定部と、固定部に梁を介して接続された可動体と、基板に配置され、可動体との間に生じる静電容量を検出する固定検出電極と、を有する。そして、可動体と固定検出電極とが重なる方向から加速度が加わると、可動体が梁を回転軸として揺動し、それに伴って可動体と固定検出電極との間の間隔が変化するので静電容量が変化する。そのため、特許文献１に記載された加速度センサーは、静電容量の変化に基づいて加速度を検出することができる。
特表２００３－５１９３８４号公報
しかしながら、特許文献１に記載された加速度センサーでは、可動体に形成された貫通孔によって可動体と固定検出電極との間で生じる静電容量が小さくなることと、可動体の揺動時に生じる空気抵抗と、によって加速度の検出感度が低下してしまうという課題があった。
本発明の物理量センサーは、互いに直交する３つの方向を第１方向、第２方向および第３方向としたとき、
基板と、
前記基板と空隙を隔てて前記第３方向に対向し、前記基板に対して前記第３方向に変位する可動体と、を有し、
前記空隙は、第１空隙と、前記第１空隙よりも前記基板と前記可動体との離間距離が大きい第２空隙と、を有し、
前記可動体は、前記第３方向からの平面視で前記第１空隙と重なる第１部分および前記第２空隙と重なる第２部分と、前記第１部分および前記第２部分に配置され、前記第３方向に貫通し、前記第３方向から見たときの開口形状が正方形である複数の貫通孔と、を有し、
前記第３方向からの平面視で、前記第１部分と重なる第１領域および前記第２部分と重なる第２領域の少なくとも一方で、
Figure 0007383978000001
 の関係を満たす。
ただし、
前記貫通孔の前記第３方向の長さをＨ、
前記可動体の前記第１方向に沿った長さの１／２の長さをａ、
前記可動体の前記第２方向に沿った長さをＬ、
前記空隙の前記第３方向の長さをｈ、
前記貫通孔の一辺の長さをＳ０、
隣り合う前記貫通孔同士の間隔をＳ１、
前記空隙内にある気体の粘性抵抗をμ、
前記可動体に生じるダンピングをＣとしたとき、
Figure 0007383978000002
 であり、前記式（１）において、
Figure 0007383978000003
 を満たすときのＣをＣｍｉｎとする。
本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示す平面図である。 図１中のＡ－Ａ線断面図である。 図１に示す物理量センサーに印加する電圧を示す図である。 ダンピングを説明するための模式図である。 Ｓ０とダンピングとの関係を示すグラフである。 Ｓ１／Ｓ０と感度比およびダンピング比との関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 Ｓ１ｍｉｎ／Ｓ０ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 Ｓ１ｍｉｎ／Ｓ０ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 Ｓ１ｍｉｎ／Ｓ０ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 Ｓ１ｍｉｎ／Ｓ０ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 図１の物理量センサーの変形例を示す断面図である。 図１の物理量センサーの変形例を示す断面図である。 第２実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。 第３実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。 第４実施形態に係る物理量センサーを示す平面図である。 図２７中のＢ－Ｂ線断面図である。 第５実施形態に係る物理量センサーを示す平面図である。 図２９中のＣ－Ｃ線断面図である。 第６実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。 第７実施形態に係る電子機器としてのスマートフォンを示す平面図である。 第８実施形態に係る電子機器としての慣性計測装置を示す分解斜視図である。 図３３に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。 第９実施形態に係る電子機器としての移動体測位装置の全体システムを示すブロック図である。 図３５に示す移動体測位装置の作用を示す図である。 第１０実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
以下、本発明の物理量センサー、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示す平面図である。図２は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図３は、図１に示す物理量センサーに印加する電圧を示す図である。図４は、ダンピングを説明するための模式図である。図５は、Ｓ０とダンピングとの関係を示すグラフである。図６は、Ｓ１／Ｓ０と感度比およびダンピング比との関係を示すグラフである。図７ないし図１５は、それぞれ、構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。図１６ないし図１８は、それぞれ、Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。図１８ないし図２２は、それぞれ、Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。図２３および図２４は、それぞれ、図１の物理量センサーの変形例を示す断面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸に平行な方向を第２方向としてのＸ軸方向、Ｙ軸に平行な方向を第１方向としてのＹ軸方向、Ｚ軸に平行な方向を第３方向としてのＺ軸方向とも言う。また、各軸の矢印方向先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ軸方向プラス側を「上」とも言い、Ｚ軸方向マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ軸方向からの平面視を、単に、「平面視」とも言う。
また、本願明細書において、「直交」とは、９０°で交わっている場合の他、９０°から若干傾いた角度、例えば、８０°～１００°程度で交わっている場合も含む。具体的には、Ｘ軸がＹＺ平面の法線方向に対して－１０°～＋１０°程度傾いている場合、Ｙ軸がＸＺ平面の法線方向に対して－１０°～＋１０°程度傾いている場合、Ｚ軸がＸＹ平面の法線方向に対して－１０°～＋１０°程度傾いている場合、についても「直交」に含まれるものとする。
図１に示す物理量センサー１は、Ｚ軸方向の加速度Ａｚを測定することのできる加速度センサーである。このような物理量センサー１は、基板２と、基板２上に配置されている素子部３と、素子部３を覆うように、基板２に接合されている蓋体５と、を有する。以下、これら各部について、順に詳細に説明する。
（基板）
図１に示すように、基板２は、板状をなし、上面側に開口する凹部２１を有する。また、Ｚ軸方向からの平面視で、凹部２１は、素子部３を内側に内包するように、素子部３よりも大きく形成されている。凹部２１は、素子部３と基板２との接触を防止するための逃げ部として機能する。また、図２に示すように、凹部２１は、第１凹部２１１と、第１凹部２１１のＸ軸方向両側に位置し、第１凹部２１１よりも深い第２凹部２１２と、第２凹部２１２のＸ軸方向プラス側に位置し、第２凹部２１２よりも深い第３凹部２１３と、を有する。そのため、基板２と素子部３との間にある空隙Ｑは、第１凹部２１１と重なる第１空隙Ｑ１と、第２凹部２１２と重なり、第１空隙Ｑ１よりもＺ軸方向の長さが長く、基板２と素子部３との離間距離が大きい第２空隙Ｑ２と、第３凹部２１３と重なり、第２空隙Ｑ２よりもＺ軸方向の長さが長く、基板２と素子部３との離間距離が大きい第３空隙Ｑ３と、を有することとなる。なお、Ｚ軸方向の平面視で、第１凹部２１１は、後述する回転軸Ｊに対して対称的に配置されている。
また、図２に示すように、基板２は、第１凹部２１１の底面に設けられた突起状のマウント部２２を有する。そして、マウント部２２の上面に素子部３の固定部３１が接合されている。これにより、素子部３を、凹部２１の底面と離間させた状態で基板２に固定することができる。また、また、図１に示すように、基板２は、上面側に開放する溝部２５、２６、２７を有している。
基板２としては、例えば、アルカリ金属イオン（Ｎａ＋等の可動イオン）を含むガラス材料（例えば、パイレックスガラス（登録商標）、テンパックスガラス（登録商標）のような硼珪酸ガラス）で構成されたガラス基板を用いることができる。ただし、基板２としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板やセラミックス基板を用いてもよい。
また、図１に示すように、基板２は、電極８を有する。電極８は、凹部２１の底面に配置されている第１固定電極８１、第２固定電極８２およびダミー電極８３を有する。また、基板２は、溝部２５、２６、２７に配置されている配線７５、７６、７７を有する。配線７５、７６、７７の一端部は、それぞれ、蓋体５の外側に露出し、外部装置との電気的な接続を行う電極パッドＰとして機能する。また、配線７５は、素子部３とダミー電極８３とに電気的に接続され、配線７６は、第１固定電極８１と電気的に接続され、配線７７は、第２固定電極８２と電気的に接続されている。
（蓋体）
図２に示すように、蓋体５は、板状をなし、下面側に開口する凹部５１を有している。蓋体５は、凹部５１内に素子部３を収納するようにして、基板２の上面に接合されている。そして、蓋体５および基板２によって、その内側に、素子部３を収納する収納空間Ｓが形成されている。収納空間Ｓは、気密空間である。また、収納空間Ｓは、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されて、使用温度、例えば、－４０℃～１２０℃程度で、ほぼ大気圧となっている。ただし、収納空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、減圧状態であってもよいし、加圧状態であってもよい。
蓋体５としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。ただし、蓋体５としては、特に限定されず、例えば、ガラス基板やセラミックス基板を用いてもよい。また、基板２と蓋体５との接合方法としては、特に限定されず、基板２や蓋体５の材料によって適宜選択すればよく、例えば、陽極接合、プラズマ照射によって活性化させた接合面同士を接合させる活性化接合、ガラスフリット等の接合材による接合、基板２の上面および蓋体５の下面に成膜した金属膜同士を接合する拡散接合等を用いることができる。本実施形態では、低融点ガラスであるガラスフリット５９を介して基板２と蓋体５とが接合されている。
なお、蓋体５は、グランドに接続するのが好ましい。これにより、蓋体５の電位を一定に保つことができ、例えば、蓋体５と素子部３との間の静電容量の変動を低減することができる。凹部５１の底面と素子部３との離間距離としては、特に限定されないが、例えば、１５μｍ以上であることが好ましく、２０μｍ以上であることがより好ましく、２５μｍ以上であることがさらに好ましい。これにより、蓋体５と素子部３との間の静電容量を十分に小さくすることができ、より精度よく、加速度Ａｚを検出することができる。
（素子部）
図１に示すように、素子部３は、マウント部２２の上面に接合されている固定部３１と、固定部３１に対して変位可能な板状の可動体３２と、固定部３１と可動体３２とを接続している支持梁３３と、を有する。物理量センサー１に加速度Ａｚが作用すると、可動体３２が支持梁３３を回転軸Ｊとして、支持梁３３を捩り変形させながら回転軸Ｊまわりに揺動する。
このような素子部３は、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、砒素（Ａｓ）等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板をドライエッチングによってパターニングすることで形成されている。ただし、素子部３の形成方法としては、特に限定されない。また、素子部３は、陽極接合によって基板２の上面に接合されている。ただし、素子部３の材料や、素子部３と基板２との接合方法は、特に限定されない。
可動体３２は、平面視で、Ｘ軸方向に沿った長手形状をなし、特に本実施形態では、Ｘ軸方向を長辺とする長方形状となっている。そして、可動体３２は、回転軸Ｊに対してＸ軸方向のマイナス側に位置する第１質量部３２１と、回転軸Ｊに対してＸ軸方向のプラス側に位置する第２質量部３２２と、第１質量部３２１と第２質量部３２２とを連結する連結部３２３と、を有し、連結部３２３において支持梁３３と接続されている。
また、第２質量部３２２は、第１質量部３２１よりもＸ軸方向に長く、加速度Ａｚが加わったときの回転モーメントすなわちトルクが第１質量部３２１よりも大きい。この回転モーメントの差によって、加速度Ａｚが加わると、可動体３２が回転軸Ｊまわりに揺動する。なお、以下では、第２質量部３２２の基端部であって、回転軸Ｊに対して第１質量部３２１と対称な部分を「基部３２２’」とも言い、第２質量部３２２の先端部であって、回転軸Ｊに対して第１質量部３２１と非対称な部分を「トルク発生部３２２”」とも言う。なお、これら基部３２２’とトルク発生部３２２”との境界部分にはＹ軸方向に延在する開口３２５が形成されている。
また、可動体３２は、第１質量部３２１と第２質量部３２２との間に開口３２４を有し、開口３２４内に固定部３１および支持梁３３が配置されている。このような形状とすることにより、素子部３の小型化を図ることができる。また、支持梁３３は、Ｙ軸方向に沿って延在し、回転軸Ｊを形成している。ただし、固定部３１や支持梁３３の配置は、特に限定されず、例えば、可動体３２の外側に位置していてもよい。
ここで、電極８の説明に戻る。図２に示すように、第１固定電極８１は、第１凹部２１１および第２凹部２１２に配置され、Ｚ軸方向からの平面視で、第１質量部３２１と対向して配置されている。また、第２固定電極８２は、第１凹部２１１および第２凹部２１２に配置され、Ｚ軸方向からの平面視で、第２質量部３２２の基部３２２’と対向して配置されている。これら第１、第２固定電極８１、８２は、Ｚ軸方向からの平面視で、回転軸Ｊに対して対称的に配置されている。また、ダミー電極８３は、第２凹部２１２および第３凹部２１３に配置され、Ｚ軸方向からの平面視で、第２質量部３２２のトルク発生部３２２”と対向して配置されている。
物理量センサー１の駆動時には、例えば、図３に示すような駆動電圧Ｖ１が素子部３に印加され、第１固定電極８１および第２固定電極８２は、それぞれ、ＱＶアンプ（電荷電圧変換回路）に接続される。そして、第１固定電極８１と第１質量部３２１との間には静電容量Ｃａが形成され、第２固定電極８２と第２質量部３２２の基部３２２’との間には静電容量Ｃｂが形成される。
物理量センサー１に加速度Ａｚが加わると、第１、第２質量部３２１、３２２の回転モーメントの異なりから、可動体３２が支持梁３３を捩り変形させながら回転軸Ｊを中心にして揺動する。このような可動体３２の揺動により、第１質量部３２１と第１固定電極８１のギャップおよび第２質量部３２２の基部３２２’と第２固定電極８２のギャップがそれぞれ逆相で変化し、これに応じて静電容量Ｃａ、Ｃｂが逆相で変化する。そのため、静電容量Ｃａ、Ｃｂの変化量、より具体的には静電容量Ｃａ、Ｃｂの差分に基づいて、加速度Ａｚを検出することができる。
ここで、前述したように、凹部２１は、Ｚ軸方向からの平面視で回転軸Ｊと重なる第１凹部２１１と、第１凹部２１１のＸ軸方向両側に位置し、第１凹部２１１よりも深い第２凹部２１２と、第２凹部２１２のＸ軸方向プラス側に位置し、第２凹部２１２よりも深い第３凹部２１３と、を有する。つまり、図２に示すように、凹部２１は、回転軸Ｊから遠ざかるほど、深さすなわち可動体３２との離間距離が大きくなる。これにより、揺動時の可動体３２と基板２との接触を抑制しつつ、可動体３２と第１、第２固定電極８１、８２との離間距離を小さくすることができる。第１、第２固定電極８１、８２との離間距離を小さくすることができれば、その分、静電容量Ｃａ、Ｃｂを大きくすることができ、加速度Ａｚの検出精度が向上する。
なお、以下では、Ｚ軸方向からの平面視で、第１、第２質量部３２１、３２２の第１凹部２１１と重なっている部分を第１部分３２Ａとも言い、第２凹部２１２と重なっている部分を第２部分３２Ｂとも言い、第３凹部２１３と重なっている部分を第３部分３２Ｃとも言う。また、Ｚ軸方向からの平面視で、第１部分３２Ａと重なっている領域を第１領域Ｒ１とも言い、第２部分３２Ｂと重なっている領域を第２領域Ｒ２とも言い、第３部分３２Ｃと重なっている領域を第３領域Ｒ３とも言う。
本実施形態では、第１質量部３２１および第２質量部３２２が共に第１部分３２Ａおよび第２部分３２Ｂを有し、第２質量部３２２だけが第３部分３２Ｃを有する。また、第２質量部３２２では、第１、第２部分３２Ａ、３２Ｂによって基部３２２’が構成され、第３部分３２Ｃによってトルク発生部３２２”が構成されている。このように、第１質量部３２１および基部３２２’を第１部分３２Ａおよび第２部分３２Ｂで構成することにより、言い換えると、凹部２１の底面の第１、第２固定電極８１、８２が配置されている部分を多段化することにより、第１固定電極８１と第１質量部３２１との平均離間距離および第２固定電極８２と第２質量部３２２の基部３２２’との平均離間距離をより小さくすることができる。そのため、静電容量Ｃａ、Ｃｂをより大きくすることができ、加速度Ａｚの検出精度が向上する。
また、本実施形態では、Ｚ軸方向からの平面視で、第１質量部３２１の第１部分３２Ａと第２質量部３２２の第１部分３２Ａとが回転軸Ｊに対して対称的に配置されており、第１質量部３２１の第２部分３２Ｂと第２質量部３２２の第２部分３２Ｂとが回転軸Ｊに対して対称的に配置されている。これにより、第１固定電極８１と重なる部分と第２固定電極８２と重なる部分とが回転軸Ｊに対して対称的に配置される。そのため、加速度Ａｚが加わっていない自然状態において静電容量Ｃａ、Ｃｂを等しくすることができる。その結果、自然状態が出力ゼロとなる「ゼロ点」となり、ゼロ点を自然状態に合わせるゼロ点補正が不要となる。そのため、物理量センサー１の装置構成が簡単なものとなる。
また、第１質量部３２１および第２質量部３２２には、それぞれ、可動体３２をそのＺ軸に沿った厚さ方向に貫通する複数の貫通孔３０が形成されている。複数の貫通孔３０は、それぞれ、平面視での開口形状が正方形であり、Ｘ軸方向に延在する一対の辺と、Ｙ軸方向に延在する一対の辺と、を有する。
複数の貫通孔３０は、第１部分３２Ａの全域に亘って均一に配置されている。また、複数の貫通孔３０は、平面視で規則的に配置され、特に、本実施形態ではＸ軸方向とＹ軸方向とに並ぶ行列状に配置されている。また、第１部分３２Ａに配置されている複数の貫通孔３０は、互いに同じ大きさとなっている。
また、複数の貫通孔３０は、第２部分３２Ｂの全域に亘って均一に配置されている。また、複数の貫通孔３０は、平面視で規則的に配置され、特に、本実施形態ではＸ軸方向とＹ軸方向とに並ぶ行列状に配置されている。また、第２部分３２Ｂに配置されている複数の貫通孔３０は、互いに同じ大きさとなっている。
また、複数の貫通孔３０は、第３部分３２Ｃの全域に亘って均一に配置されている。また、複数の貫通孔３０は、平面視で規則的に配置され、特に、本実施形態ではＸ軸方向とＹ軸方向とに並ぶ行列状に配置されている。また、第３部分３２Ｃに配置されている複数の貫通孔３０は、互いに同じ大きさとなっている。
なお、前記「均一」とは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に隣り合う貫通孔３０同士の離間距離が、全ての貫通孔３０で等しいことの他、製造上生じ得る誤差等を加味して、一部の離間距離が他の離間距離から若干、例えば、１０％以内程度ずれている場合も含まれる意味である。同様に、前記「正方形」とは、実質的に正方形であることを意味し、正方形と一致する場合の他、正方形から若干くずれた形状、例えば、製造上生じ得る誤差等を加味して、四隅が角となっておらず面取りやＲ付けがなされていたり、少なくとも１つの角部が９０°から±１０°程度の範囲内でずれていたり、少なくとも１つの辺の長さが他の辺の長さと多少異なっていたり、さらに、開口のアスペクト比が１：１．１～１．１：１程度の範囲内であったりするものも含む意味である。
次に、貫通孔３０の設計について具体的に説明する。貫通孔３０は、可動体３２が揺動する際の気体のダンピングをコントロールするために設けられている。図４に示すように、ダンピングは、貫通孔３０内を通過する気体の孔中ダンピングと、可動体３２と基板２との間でのスクイズフィルムダンピングと、により構成されている。
貫通孔３０を大きくするほど、貫通孔３０内を気体が通り易くなるため、孔中ダンピングを低減することができる。また、貫通孔３０の占有率を高くするほど、可動体３２と基板２との対向する面積が減少するため、スクイズフィルムダンピングを低減することができる。しかし、同時に、可動体３２と第１、第２固定電極８１、８２との対向面積の減少と、トルク発生部３２２”の質量の低下が生じるため、加速度Ａｚの検出感度が低下する。反対に、貫通孔３０を小さくするほど、すなわち、占有率を低くするほど、可動体３２と第１、第２固定電極８１、８２との対向面積が増加し、トルク発生部３２２”の質量が増加するため、加速度Ａｚの検出感度は向上するが、ダンピングが増大してしまう。このように、検出感度とダンピングとは、トレードオフの関係にあるため、従来では、これらを両立することが極めて困難であった。
このような問題に対して、物理量センサー１では、貫通孔３０の設計を工夫することにより、検出感度とダンピングとの両立を図っている。このことについて、以下、具体的に説明する。物理量センサー１の検出感度は、（Ａ）可動体３２と第１、第２固定電極８１、８２との離間距離をｈとしたときの１／ｈ２、（Ｂ）可動体３２と第１、第２固定電極８１、８２との対向面積、（Ｃ）支持梁３３のばね剛性（構造体の厚さが均一の場合、貫通孔３０のＺ軸方向の長さＨに比例する）、および、（Ｄ）トルク発生部３２２”の質量に比例する。物理量センサー１では、まず、ダンピングを無視した状態で、必要な検出感度を得るために必要な、Ｈ、ｈおよび可動体３２の第１、第２固定電極８１、８２との対向する面積、言い換えると第１質量部３２１および基部３２２’における貫通孔３０の占有率を決定する。これにより、必要な大きさの静電容量Ｃａ、Ｃｂが形成され、物理量センサー１は、十分な検出感度を得られる。
ここで、第１部分３２Ａ、第２部分３２Ｂおよび第３部分３２Ｃにおける複数の貫通孔３０の占有率としては、特に限定されないが、例えば、７５％以上であることが好ましく、７８％以上であることがより好ましく、８２％以上であることがさらに好ましい。これにより、検出感度とダンピングとの両立が図り易くなる。
このように、第１質量部３２１および基部３２２’における貫通孔３０の占有率を決定したら、次いで、凹部２１の底面と素子部３との離間距離ｈが異なる第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３ごとに、それぞれ、独立してダンピングについての設計を行う。感度を変えずにダンピングを最小にする新たな技術思想として、物理量センサー１では、図４に示した孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとの差がなるべく小さくなるように、好ましくは、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとが等しくなるように複数の貫通孔３０を設計している。このように、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとの差をなるべく小さくすることにより、ダンピングを低減することができ、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとが等しい場合に、ダンピングが最小となる。そのため、物理量センサー１によれば、検出感度を十分に高く維持しつつ、ダンピングを効果的に低減することができる。
なお、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３におけるダンピング設計の方法は、互いに同様であるため、以下では、第１領域Ｒ１のダンピング設計について代表して説明し、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３のダンピング設計については、その説明を省略する。
第１部分３２Ａに配置されている貫通孔３０のＺ軸の長さ（可動体３２の厚さ）をＨ〔μｍ〕、第１、第２質量部３２１、３２２の第１部分３２ＡのＹ軸方向に沿った長さの１／２の長さをａ〔μｍ〕、Ｘ軸方向に沿った長さをＬ〔μｍ〕、基板２が有する電極８と第１部分３２Ａとの離間距離すなわち第１空隙Ｑ１のＺ軸方向の長さをｈ〔μｍ〕、第１部分３２Ａに配置されている貫通孔３０の正方形の一辺の長さをＳ０〔μｍ〕、第１部分３２Ａ内において、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に隣り合う貫通孔３０同士の間隔をＳ１〔μｍ〕、第１空隙Ｑ１内にある気体すなわち収納空間Ｓ内に充填されている気体の粘性抵抗（粘性係数）をμ〔ｋｇ／ｍｓ〕、第１部分３２Ａに生じるダンピングをＣとしたとき、Ｃは、以下の式（２）で表される。なお、式（２）は、上述した式（１）と同様である。なお、Ｘ軸方向に隣り合う貫通孔３０同士の間隔と、Ｙ軸方向に隣り合う貫通孔３０同士の間隔と、が異なる場合は、Ｓ１は、それらの平均値とすることができる。
Figure 0007383978000004
 ただし、式（２）で用いているパラメータは、下記式（３）～（９）で表される。
Figure 0007383978000005
Figure 0007383978000006
Figure 0007383978000007
Figure 0007383978000008
Figure 0007383978000009
Figure 0007383978000010
Figure 0007383978000011
ここで、式（２）に含まれる孔中ダンピング成分は、下記式（１０）で表され、スクイズフィルムダンピング成分は、下記式（１１）で表される。
Figure 0007383978000012
Figure 0007383978000013
したがって、上記式（１０）と上記式（１１）が等しくなる、つまり下記式（１２）を満たすＨ、ｈ、Ｓ０、Ｓ１の寸法を用いることにより、ダンピングＣが最小となる。
Figure 0007383978000014
ここで、上記式（１２）を満足する貫通孔３０の一辺の長さＳ０をＳ０ｍｉｎ、隣り合う貫通孔３０同士の間隔Ｓ１をＳ１ｍｉｎとし、これらＳ０ｍｉｎおよびＳ１ｍｉｎを上記式（２）に代入したときのダンピングＣ、すなわち、ダンピングＣの最小値をＣｍｉｎとする。物理量センサー１に求められる精度にもよるが、Ｈ、ｈを一定としたときのＳ０、Ｓ１の範囲が下記式（１３）を満たすことにより、十分にダンピングを低減することができる。すなわち、ダンピングの最小値Ｃｍｉｎ＋５０％以内のダンピングであれば、十分にダンピングを低減することができるため、所望の帯域内での検出感度の維持を可能とし、ノイズを低減することができる。さらに、下記式（１４）を満たすことが好ましく、下記式（１５）を満たすことがより好ましく、下記式（１６）を満たすことがさらに好ましい。これにより、上述の効果をより顕著に発揮することができる。
Figure 0007383978000015
Figure 0007383978000016
Figure 0007383978000017
Figure 0007383978000018
図５は、貫通孔３０の一辺の長さＳ０とダンピングとの関係を示すグラフである。なお、Ｈ、ｈは一定とし、感度が一定となるようにＳ１／Ｓ０比は１とした。これは、Ｓ０の大きさを変えても開口率は変わらないということを示す。このグラフから上記式（２）のダンピングは上記式（１１）のスクイズフィルムダンピングと、上記式（１０）の孔中のダンピングに分離でき、Ｓ０がＳ０ｍｉｎより小さい領域では孔中ダンピングが支配的であり、Ｓ０がＳ０ｍｉｎより大きい領域ではスクイズフィルムダンピングが支配的であることが分かる。上記式（１３）を満足するＳ０は、Ｓ０ｍｉｎよりも小さい側のＳ０’からＳ０ｍｉｎよりも大きい側のＳ０”までの範囲となる。Ｓ０ｍｉｎからＳ０’の範囲は、Ｓ０ｍｉｎとＳ０”の範囲と比較すると、Ｓ０の寸法ばらつきに対するダンピングの変化が大きいために寸法精度が要求されるため、寸法精度が緩和できるＳ０ｍｉｎからＳ０”までの範囲でＳ０を採用するのがよい。上記式（１４）～（１６）を満たす場合についても同様である。
また、Ｓ０、Ｓ１の関係としては、特に限定されないが、下記式（１７）を満たすことが好ましく、下記式（１８）を満たすことがより好ましく、下記式（１９）を満たすことがさらに好ましい。このような関係を満たすことにより、可動体３２にバランスよく貫通孔３０を形成することができる。また、図６は、Ｓ１／Ｓ０と感度比および最小ダンピング比との関係を示すグラフである。なお、感度比とは、Ｓ１／Ｓ０＝１のときの感度との比であり、最小ダンピング比とは、Ｓ１／Ｓ０＝１のときの最小ダンピングとの比である。同図から分かるように、Ｓ１／Ｓ０＞３では感度比の増加率は飽和傾向にあり、かつ、最小ダンピング比は大幅な増加傾向にあることから、式（１７）～式（１９）を満たすことにより、検出感度を十分に高くしつつ、ダンピングを十分に低減することができる。
Figure 0007383978000019
Figure 0007383978000020
Figure 0007383978000021
ここで、上記式（１７）ないし（１９）の範囲が導出される過程での寸法比Ｓ１／Ｓ０に係るシミュレーションや実験検証について以下に詳細に説明する。図７ないし図１５は、Ｈを５～８０μｍ、ｈを１．０～３．５μｍ、Ｓ１／Ｓ０を０．２５～３．０μｍの範囲におけるＳ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎとなる孔サイズ、孔間距離の値をプロットしたものを示す。そして、図７ないし図１５で得られたＳ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎに基づいて、横軸Ｓ０、縦軸Ｓ１として、グラフにまとめると図１６のグラフのようになる。また、一例として、Ｓ１／Ｓ０＝０．２５、Ｈ＝５μｍとし、ｈ＝１．０～３．５μｍとしたときのＳ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎを図１７に示し、Ｓ１／Ｓ０＝０．２５、Ｈ＝８０μｍとし、ｈ＝１．０～３．５μｍとしたときのＳ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎを図１８に示す。図１７および図１８から、Ｈまたはｈがそれぞれ大きくなる程、Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎの寸法が大きくなる傾向にあることが分かる。
ここで、図１９にＨを５～８０μｍ、ｈを１．０～３．５μｍ、Ｓ１／Ｓ０を０．２５～３．０の範囲での全てのＳ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎの点の範囲を示す。矢印Ａ方向はＳ１／Ｓ０、矢印Ｂ方向はＨ、ｈの範囲で決まる。また、一例として、Ｓ１ｍｉｎ／Ｓ０ｍｉｎ＝０．２５～３、Ｈ＝２０μｍ、ｈ＝１．０～３．５μｍのときのＳ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎの条件は、図２０のようになる。また、図２１に、Ｈ＝５～８０μｍ、ｈ＝１．０～３．５μｍとし、Ｓ１ｍｉｎ／Ｓ０ｍｉｎを上記式（１７）～（１９）の範囲で限定した領域をそれぞれ示す。
ここまでは、Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎについて説明したが、上記式（１３）～（１６）の範囲となるＳ０、Ｓ１については、例えば、イメージとして、Ｈ＝２０μｍ、ｈ＝３．５μｍの場合、Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎの周辺まで含まるので、図２２の範囲となり、全体でみると２辺のみが広がった範囲となる。
以上、第１領域Ｒ１におけるダンピング設計について説明した。第２領域Ｒ２のダンピング設計についても同様であり、上記式（１３）を満たすように各部の寸法が設計されている。これにより、第２領域Ｒ２でのダンピングを十分に低減することができる。さらに、第２領域Ｒ２のダンピング設計では、上記式（１４）を満たすことが好ましく、上記式（１５）を満たすことがより好ましく、上記式（１６）を満たすことがさらに好ましい。これにより、上述の効果をより顕著に発揮することができる。また、第２領域Ｒ２のダンピング設計でも、式（１７）～式（１９）を満たすことが好ましい。これにより、検出感度を十分に高くしつつ、第２領域Ｒ２でのダンピングを十分に低減することができる。
なお、第２領域Ｒ２の場合には、第２部分３２Ｂに配置されている貫通孔３０のＺ軸の長さをＨ〔μｍ〕、第１、第２質量部３２１、３２２の第２部分３２ＢのＹ軸方向に沿った長さの１／２の長さをａ〔μｍ〕、Ｘ軸方向に沿った長さをＬ〔μｍ〕、基板２が有する電極８と第２部分３２Ｂとの離間距離すなわち第２空隙Ｑ２のＺ軸方向の長さをｈ〔μｍ〕、第２部分３２Ｂに配置されている貫通孔３０の正方形の一辺の長さをＳ０〔μｍ〕、第２部分３２Ｂ内において隣り合う貫通孔３０同士の間隔をＳ１〔μｍ〕、第２空隙Ｑ２内にある気体すなわち収納空間Ｓ内に充填されている気体の粘性抵抗（粘性係数）をμ〔ｋｇ／ｍｓ〕、第２部分３２Ｂに生じるダンピングをＣ、とそれぞれ読み替えればよい。
また、第３領域Ｒ３のダンピング設計についても同様であり、上記式（１３）を満たすように各部の寸法が設計されている。これにより、第３領域Ｒ３でのダンピングを十分に低減することができる。さらに、第３領域Ｒ３のダンピング設計では、上記式（１４）を満たすことが好ましく、上記式（１５）を満たすことがより好ましく、上記式（１６）を満足することがさらに好ましい。これにより、上述の効果をより顕著に発揮することができる。また、第３領域Ｒ３のダンピング設計でも、式（１７）～式（１９）を満たすことが好ましい。これにより、検出感度を十分に高くしつつ、第３領域Ｒ３でのダンピングを十分に低減することができる。
なお、第３領域Ｒ３の場合には、第３部分３２Ｃに配置されている貫通孔３０のＺ軸の長さをＨ〔μｍ〕、第２質量部３２２の第３部分３２ＣのＹ軸方向に沿った長さの１／２の長さをａ〔μｍ〕、Ｘ軸方向に沿った長さをＬ〔μｍ〕、基板２が有する電極８と第３部分３２Ｃとの離間距離すなわち第３空隙Ｑ３のＺ軸方向の長さをｈ〔μｍ〕、第３部分３２Ｃに配置されている貫通孔３０の正方形の一辺の長さをＳ０〔μｍ〕、第３部分３２Ｃ内において隣り合う貫通孔３０同士の間隔をＳ１〔μｍ〕、第３空隙Ｑ３内にある気体すなわち収納空間Ｓ内に充填されている気体の粘性抵抗（粘性係数）をμ〔ｋｇ／ｍｓ〕、第３部分３２Ｃに生じるダンピングをＣ、とそれぞれ読み替えればよい。
本実施形態では、空隙ＱのＺ軸方向の長さｈが、第１領域Ｒ１＜第２領域Ｒ２＜第３領域Ｒ３の関係となっているため、それに応じて、貫通孔３０の一辺の長さＳ０が、第１領域Ｒ１＜第２領域Ｒ２＜第３領域Ｒ３となっており、隣り合う貫通孔３０同士の間隔Ｓ１が、第１領域Ｒ１＜第２領域Ｒ２＜第３領域Ｒ３となっている。
このように、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３の全てにおいて、上記式（１２）を満たすことが好ましい。これにより、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３のそれぞれの領域、つまり、可動体３２のほぼ全域においてダンピングを十分に低減することができるため、全体としてダンピングを効果的に低減することができる。そのため、優れた検出感度を有しつつ、所望の周波数帯域を確保することのできる物理量センサー１が得られる。
ただし、物理量センサー１としては、これに限定されず、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３の少なくとも１つの領域において、上記式（１３）を満たしていればよい。このように、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３の一部の領域が上記式（１３）を満たしている場合、上記式（１３）を満たしている領域に、少なくとも第１領域Ｒ１が含まれていることが好ましい。空隙Ｑの長さｈが短いほどダンピングの影響が顕著となるため、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３の中で空隙Ｑの長さｈが最も短い第１領域Ｒ１において上記式（１３）を満たしていれば、全体のダンピングを効果的に低減することができる。
なお、第１、第２、第３領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のそれぞれの領域において、貫通孔３０のＺ軸方向の長さＨ、つまり、可動体３２の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、５．０μｍ以上、８０．０μｍ以下であることが好ましい。これにより、機械的強度を保ちつつ、十分に薄い可動体３２が得られる。そのため、物理量センサー１の小型化を図ることができる。また、空隙Ｑの長さｈとしては、特に限定されないが、例えば、１．０μｍ以上、３．５μｍ以下であることが好ましい。これにより、可動体３２の可動域を十分に確保しつつ、静電容量Ｃａ、Ｃｂを十分に大きくすることができる。また、長さＳ０としては、特に限定されず、長さａ、Ｌによっても異なるが、例えば、５μｍ以上、４０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上、３０μｍ以下であることがより好ましい。
以上、物理量センサー１について説明した。このような物理量センサー１は、前述したように、互いに直交する３つの方向を第１方向であるＹ軸方向、第２方向であるＸ軸方向および第３方向であるＺ軸方向としたとき、基板２と、基板２と空隙Ｑを隔ててＺ軸方向に対向し、基板２に対してＺ軸方向に変位する可動体３２と、を有する。また、空隙Ｑは、第１空隙Ｑ１と、第１空隙Ｑ１よりも基板２と可動体３２との離間距離が大きい第２空隙Ｑ２と、を有する。また、可動体３２は、Ｚ軸方向からの平面視で、第１空隙Ｑ１と重なる第１部分３２Ａおよび第２空隙Ｑ２と重なる第２部分３２Ｂと、第１部分３２Ａおよび第２部分３２Ｂに配置され、Ｚ軸方向に貫通し、Ｚ軸方向から見たときの開口形状が正方形である複数の貫通孔３０と、を有する。そして、Ｚ軸方向からの平面視で、第１部分３２Ａと重なる第１領域Ｒ１および第２部分３２Ｂと重なる第２領域Ｒ２の少なくとも一方で、前述した式（１３）を満たす。これにより、複数の貫通孔３０の設計が適切なものとなり、優れた検出感度を有しつつ、ダンピングを十分に低減することができる。したがって、優れた検出感度を有しつつ、所望の周波数帯域を確保することのできる物理量センサー１が得られる。
また、前述したように、物理量センサー１は、少なくとも第１領域Ｒ１において、前述した式（１３）を満たす。空隙Ｑの長さｈが短いほどダンピングの影響が顕著となるため、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３の中で空隙Ｑの長さｈが最も短い第１領域Ｒ１において上記式（１３）を満たしていれば、全体のダンピングをより効果的に低減することができる。
また、前述したように、物理量センサー１は、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２の両方で、前述した式（１３）を満たす。これにより、上述の効果がより顕著となり、ダンピングをさらに効果的に低減することができる。
また、前述したように、素子部３は、基板２に固定されている固定部３１と、可動体３２と固定部３１とを接続し、Ｙ軸方向に沿う回転軸Ｊを形成している支持梁３３と、を有する。また、可動体３２は、回転軸Ｊまわりに変位可能であり、Ｚ軸方向からの平面視で、回転軸Ｊに対して、Ｘ軸方向の一方の側に位置している第１質量部３２１と、他方の側に位置し、回転軸Ｊまわりの回転モーメントが第１質量部３２１よりも大きい第２質量部３２２と、を有する。また、第２質量部３２２は、第１部分３２Ａと、第１部分３２Ａよりも回転軸Ｊから遠位に位置している第２部分３２Ｂと、を有する。このように、回転軸Ｊから近い側に長さｈが小さい第１部分３２Ａを配置し、それよりも回転軸Ｊから遠い側に長さｈが大きい第２部分３２Ｂを配置することにより、可動体３２が回転軸Ｊまわりに回転した際の、可動体３２と基板２との接触を効果的に抑制することができる。
また、前述したように、第１質量部３２１は、第１部分３２Ａを有する。また、Ｚ軸方向からの平面視で、第１質量部３２１の第１部分３２Ａと第２質量部３２２の第１部分３２Ａとは、回転軸Ｊに対して対称的に配置されている。これにより、物理量センサー１の装置構成が容易となる。
また、前述したように、物理量センサー１は、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２の少なくとも一方で、前述した式（１４）を満たすことが好ましく、式（１５）を満たすことがより好ましく、式（１６）を満たすことがさらに好ましい。これにより、上述した効果をより顕著に発揮することができ、優れた検出感度を有しつつ、所望の周波数帯域を確保することのできる物理量センサー１が得られる。
また、前述したように、物理量センサー１は、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２の少なくとも一方で、前述した式（１７）を満たすことが好ましく、式（１８）を満たすことがより好ましく、式（１９）を満たすことがさらに好ましい。これにより、検出感度を十分に高くしつつ、ダンピングを十分に低減することができる。
なお、本実施形態では、貫通孔３０の設計について、貫通孔３０の横断面形状が正方形の場合について説明したが、貫通孔３０の横断面形状が円形の場合も同じ効果が得られる。詳細には、上記式（９）を半径とした円形の貫通孔、上記式（８）の値を２倍にした貫通孔中心間距離の形状の場合である。また、貫通孔３０の横断面が最適条件（Ｓ０＝Ｓ０ｍｉｎの場合）における正方形の面積に対して±２５％以内の面積変化での多角形、例えば、三角形、正方形以外の四角形、五角形以上の多角形であっても、同様の効果が得られる。
また、本実施形態では、空隙Ｑが、互いに長さｈの異なる第１空隙Ｑ１、第２空隙Ｑ２および第３空隙Ｑ３を有しているが、互いに長さｈの異なる第１空隙Ｑ１および第２空隙Ｑ２を有していれば、特に限定されない。
例えば、図２３に示すように、空隙Ｑが、互いに長さｈの異なる第１空隙Ｑ１および第２空隙Ｑ２を有しており、第１空隙Ｑ１が第１質量部３２１と第２質量部３２２の基部３２２’とに重なり、第２空隙Ｑ２が第２質量部３２２のトルク発生部３２２”と重なっている構成であってもよい。そして、Ｚ軸方向からの平面視で、第１、第２質量部３２１、３２２の第１空隙Ｑ１と重なっている部分を第１部分３２Ａと言い、第２空隙Ｑ２と重なっている部分を第２部分３２Ｂと言い、第１部分３２Ａと重なっている領域を第１領域Ｒ１と言い、第２部分３２Ｂと重なっている領域を第２領域Ｒ２と言うとき、領域Ｒ１、Ｒ２ごとに、上記式（１３）を満たすように各部の寸法を設計すればよい。
また、図２４に示すように、空隙Ｑが、互いに長さｈの異なる第１空隙Ｑ１、第２空隙Ｑ２、第３空隙Ｑ３および第４空隙Ｑ４を有しており、第１、第２空隙Ｑ１、Ｑ２が第１質量部３２１と第２質量部３２２の基部３２２’とに重なり、第３、第４空隙Ｑ３、Ｑ４が第２質量部３２２のトルク発生部３２２”と重なっている構成であってもよい。そして、Ｚ軸方向からの平面視で、第１、第２質量部３２１、３２２の第１空隙Ｑ１と重なっている部分を第１部分３２Ａと言い、第２空隙Ｑ２と重なっている部分を第２部分３２Ｂと言い、第３空隙Ｑ３と重なっている部分を第３部分３２Ｃと言い、第４空隙Ｑ４と重なっている部分を第４部分３２Ｄと言い、第１部分３２Ａと重なっている領域を第１領域Ｒ１と言い、第２部分３２Ｂと重なっている領域を第２領域Ｒ２と言い、第３部分３２Ｃと重なっている領域を第３領域Ｒ３と言い、第４部分３２Ｄと重なっている領域を第４領域Ｒ４と言いうとき、領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ごとに、上記式（１３）を満たすように各部の寸法を設計すればよい。
空隙Ｑが有する互いに長さｈの異なる空隙の数が多い程、凹部２１の底面に形成される段差が小さくなり、この段差での電極８の成膜時におけるカバレッジが向上する。そのため、電極８の断線等を効果的に抑制することができる。その一方、凹部２１の形成工程が増え、物理量センサー１の高コスト化を招くおそれがある。これに対して、空隙Ｑが有する互いに長さｈの異なる空隙の数が少ない程、凹部２１の形成工程が減り、物理量センサー１の低コスト化を図ることができる。その一方で、凹部２１の底面に形成される段差が大きくなり、この段差での電極８の成膜時におけるカバレッジが低下する。そのため、電極８の断線等が生じ易くなるおそれがある。そのため、空隙Ｑが有する互いに長さｈの異なる空隙の数としては、３～６つ程度であることが好ましい。これにより、カバレッジの向上と低コスト化とをバランスよく両立することができる。
＜第２実施形態＞
図２５は、第２実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
本実施形態は、電極８の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２５において、前述した第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図２５に示すように、本実施形態の物理量センサーでは、凹部５１は、第１凹部５１１と、第１凹部５１１のＸ軸方向両側に位置し、第１凹部５１１よりも深い第２凹部５１２と、第２凹部５１２のＸ軸方向プラス側に位置し、第２凹部５１２よりも深い第３凹部５１３と、を有する。また、第１凹部５１１は、可動体３２に対して第１凹部２１１と対称的に配置され、第２凹部５１２は、可動体３２に対して第２凹部２１２と対称的に配置され、第３凹部５１３は、可動体３２に対して第３凹部２１３と対称的に配置されている。
また、電極８は、凹部５１の底面に配置されている第１固定電極８１０、第２固定電極８２０およびダミー電極８３０を有する。第１固定電極８１０は、可動体３２に対して第２固定電極８２と対称的に配置され、第２固定電極８２０は、可動体３２に対して第１固定電極８１と対称的に配置され、ダミー電極８３０は、可動体３２に対してダミー電極８３と対称的に配置されている。
そして、第１固定電極８１、８１０同士が電気的に接続されており、第２固定電極８２、８２０同士が電気的に接続されており、ダミー電極８３、８３０同士が電気的に接続されている。そのため、可動体３２と第１固定電極８１０との間にも静電容量Ｃａが形成され、可動体３２と第２固定電極８２０との間にも静電容量Ｃｂが形成される。
このような構成によれば、可動体３２と電極８との間に形成される静電容量Ｃａ、Ｃｂが、前述した第１実施形態と比べて２倍に増える。また、可動体３２と凹部５１の底面との間にある気体に起因するダンピングＣについても、より効果的に低減することができる。そのため、物理量センサー１の加速度Ａｚの検出精度がより向上する。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第３実施形態＞
図２６は、第３実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
本実施形態は、素子部３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２６において、前述した第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図２６に示すように、本実施形態の物理量センサー１では、可動体３２が厚さ、すなわちＺ軸方向の長さの異なる部分を有する。具体的には、可動体３２のうち、第２質量部３２２のトルク発生部３２２”の厚さが他の部分すなわち基部３２２’、第１質量部３２１および連結部３２３の厚さよりも厚い。これにより、例えば、前述した第１実施形態と比べて、トルク発生部３２２”の質量が大きくなり、加速度Ａｚの検出感度が向上する。
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第４実施形態＞
図２７は、第４実施形態に係る物理量センサーを示す平面図である。図２８は、図２７中のＢ－Ｂ線断面図である。
本実施形態は、基板２にストッパーが設けられていること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２７および図２８において、前述した第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図２７および図２８に示すように、本実施形態の物理量センサー１は、基板２の凹部２１の底面から可動体３２側に突出する突起６を有する。本実施形態では、突起６を複数本有し、それぞれが基板２と一体形成されている。
突起６は、可動体３２に過度な揺動が生じた際に可動体３２と接触することにより、可動体３２のそれ以上の揺動を規制するストッパーとして機能する。このような突起６を設けることにより、互いに電位が異なる可動体３２と第１、第２固定電極８１、８２との過度な接近または広面積での接触を抑制することができ、可動体３２と第１、第２固定電極８１、８２との間に生じる静電引力によって可動体３２が第１、第２固定電極８１、８２に引き付けられたまま戻らなくなる「スティッキング」の発生を効果的に抑制することができる。
突起６は、Ｚ軸方向からの平面視で、第１質量部３２１と重なって設けられている突起６１と、第２質量部３２２と重なって設けられている突起６２と、を有する。また、突起６１、６２は、それぞれ、Ｙ軸方向に離間して一対設けられている。また、一対の突起６１と一対の突起６２とは、Ｚ軸方向からの平面視で、回転軸Ｊに対して対称的に配置されている。これらのうち、突起６１が可動体３２と第１固定電極８１との過度な接近を抑制する機能を有し、突起６２が可動体３２と第２固定電極８２との過度な接近を抑制する機能を有する。これら突起６１、６２は、互いに同様の構成であり、Ｚ軸方向からの平面視で、回転軸Ｊに対して対称的に設けられている。
また、各突起６１、６２は、可動体３２と同電位であるダミー電極８３に覆われている。これにより、基板２中のアルカリ金属イオンの移動に伴う各突起６１、６２の表面の帯電を抑制することができる。そのため、突起６１、６２と可動体３２との間に可動体３２の誤作動、特に、検出対象である加速度Ａｚ以外の外力による変位に繋がるような意図しない静電引力が生じるのを効果的に抑制することができる。そのため、加速度Ａｚをより精度よく検出することのできる物理量センサー１となる。
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第５実施形態＞
図２９は、第５実施形態に係る物理量センサーを示す平面図である。図３０は、図２９中のＣ－Ｃ線断面図である。
本実施形態は、素子部３および基板２の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２９および図３０において、前述した第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図２９に示すように、本実施形態の物理量センサー１では、素子部３は、可動体３２と、基板２に固定されている４つの固定部３１と、各固定部３１と可動体３２とを連結している４つの支持梁３３と、を有し、可動体３２が基板２に対してＺ軸方向に平行移動するように構成されている。一方、図３０に示すように、基板２は、凹部２１が第１凹部２１１と、第１凹部２１１の周囲を囲む枠状をなし、第１凹部２１１よりも深い第２凹部２１２と、を有する。そして、第１凹部２１１の底面に固定電極８０が配置されており、この固定電極８０と可動体３２との間に静電容量Ｃｃが形成されている。加速度Ａｚが加わると、可動体３２がＺ軸方向に平行移動し、これにより、静電容量Ｃｃが変化する。そのため、静電容量Ｃｃの変化に基づいて、加速度Ａｚを検出することができる。
Ｚ軸方向からの平面視で、第１凹部２１１は、可動体３２の中央部と重なり、第２凹部２１２は、可動体３２の縁部と重なっている。そのため、可動体３２の第１凹部２１１と重なっている中央部が第１部分３２Ａとなり、可動体３２の第２凹部２１２と重なっている縁部が第２部分３２Ｂとなる。そして、Ｚ軸方向からの平面視で、第１部分３２Ａと重なる第１領域Ｒ１および第２部分３２Ｂと重なる第２領域Ｒ２のそれぞれにおいて、前述した式（１３）を満たすように、各部の寸法が設計されている。
このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第６実施形態＞
図３１は、第６実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
本実施形態は、素子部３および基板２の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図３１において、前述した第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図３１に示すように、本実施形態の物理量センサー１では、基板２の凹部２１の底面は平坦面である。そのため、凹部２１の底面と素子部３との間の空隙Ｑは、その全域において長さｈが等しい。
可動体３２は、前述した第３実施形態と同様の構成であり、厚さ、すなわちＺ軸方向の長さの異なる部分を有する。具体的には、可動体３２のうち、第２質量部３２２のトルク発生部３２２”の厚さが他の部分すなわち基部３２２’、第１質量部３２１および連結部３２３の厚さよりも厚い。これにより、例えば、前述した第１実施形態と比べて、トルク発生部３２２”の質量が大きくなり、加速度Ａｚの検出感度が向上する。この場合、基部３２２’、第１質量部３２１が第１部分３２Ａであり、トルク発生部３２２”が第２部分３２Ｂであり、Ｚ軸方向の平面視で、第１部分３２Ａと重なる領域が第１領域Ｒ１、第２部分３２Ｂと重なる領域を第２領域Ｒ２である。そして、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２において、それぞれ、前述した式（１３）を満たすように、各部の寸法が設計されている。
以上、本実施形態の物理量センサー１について説明した。このような物理量センサー１は、前述したように、互いに直交する３つの方向を第１方向であるＹ軸方向、第２方向であるＸ軸方向および第３方向であるＺ軸方向としたとき、基板２と、基板２と空隙Ｑを隔ててＺ軸方向に対向し、基板２に対してＺ軸方向に変位する可動体３２と、を有する。また、可動体３２は、第１部分３２Ａおよび第１部分３２ＡよりもＺ軸方向の長さが長い第２部分３２Ｂと、第１部分３２Ａおよび第２部分３２Ｂに配置され、Ｚ軸方向に貫通し、Ｚ軸方向から見たときの開口形状が正方形である複数の貫通孔３０と、を有する。そして、Ｚ軸方向からの平面視で、第１部分３２Ａと重なる第１領域Ｒ１および第２部分３２Ｂと重なる第２領域Ｒ２の少なくとも一方で、前述した式（１３）を満たす。これにより、複数の貫通孔３０の設計が適切なものとなり、優れた検出感度を有しつつ、ダンピングを十分に低減することができる。したがって、優れた検出感度を有しつつ、所望の周波数帯域を確保することのできる物理量センサー１が得られる。
＜第７実施形態＞
図３２は、第７実施形態に係る電子機器としてのスマートフォンを示す平面図である。
図３２に示すスマートフォン１２００は、本発明の電子機器を適用したものである。スマートフォン１２００には、物理量センサー１と、物理量センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１２１０と、が内蔵されている。物理量センサー１によって検出された検出データは、制御回路１２１０に送信され、制御回路１２１０は、受信した検出データからスマートフォン１２００の姿勢や挙動を認識して、表示部１２０８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。
このような電子機器としてのスマートフォン１２００は、物理量センサー１と、物理量センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１２１０と、を有する。そのため、前述した物理量センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
なお、本発明の電子機器は、前述したスマートフォン１２００の他にも、例えば、パーソナルコンピューター、デジタルスチールカメラ、タブレット端末、時計、スマートウォッチ、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、スマートグラス、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、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、ドライブレコーダー、ページャ、電子手帳、電子辞書、電子翻訳機、電卓、電子ゲーム機器、玩具、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、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、車両、鉄道車輌、航空機、ヘリコプター、船舶等の各種計器類、フライトシミュレーター、ネットワークサーバー等に適用することができる。
＜第８実施形態＞
図３３は、第８実施形態に係る電子機器としての慣性計測装置を示す分解斜視図である。図３４は、図３３に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。
図３３に示す電子機器としての慣性計測装置２０００（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）は、自動車や、ロボットなどの被装着装置の姿勢や、挙動を検出する慣性計測装置である。慣性計測装置２０００は、３軸加速度センサーおよび３軸角速度センサーを備えた６軸モーションセンサーとして機能する。
慣性計測装置２０００は、平面形状が略正方形の直方体である。また、正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に固定部としてのネジ穴２１１０が形成されている。この２ヶ所のネジ穴２１１０に２本のネジを通して、自動車などの被装着体の被装着面に慣性計測装置２０００を固定することができる。なお、部品の選定や設計変更により、例えば、スマートフォンや、デジタルカメラに搭載可能なサイズに小型化することも可能である。
慣性計測装置２０００は、アウターケース２１００と、接合部材２２００と、センサーモジュール２３００と、を有し、アウターケース２１００の内部に、接合部材２２００を介在させて、センサーモジュール２３００を挿入した構成となっている。アウターケース２１００の外形は、前述した慣性計測装置２０００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、それぞれネジ穴２１１０が形成されている。また、アウターケース２１００は、箱状であり、その内部にセンサーモジュール２３００が収納されている。
センサーモジュール２３００は、インナーケース２３１０と、基板２３２０と、を有する。インナーケース２３１０は、基板２３２０を支持する部材であり、アウターケース２１００の内部に収まる形状となっている。また、インナーケース２３１０には、基板２３２０との接触を防止するための凹部２３１１や後述するコネクター２３３０を露出させるための開口２３１２が形成されている。このようなインナーケース２３１０は、接合部材２２００によってアウターケース２１００に接合されている。また、インナーケース２３１０の下面は接着剤によって基板２３２０が接合されている。
図３４に示すように、基板２３２０の上面には、コネクター２３３０、Ｚ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｚ、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸方向の加速度を検出する加速度センサー２３５０などが実装されている。また、基板２３２０の側面には、Ｘ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｘおよびＹ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｙが実装されている。そして、例えば、加速度センサー２３５０として、本発明の物理量センサーを用いることができる。
また、基板２３２０の下面には、制御ＩＣ２３６０が実装されている。制御ＩＣ２３６０は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、慣性計測装置２０００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２３２０にはその他にも複数の電子部品が実装されている。
＜第９実施形態＞
図３５は、第９実施形態に係る電子機器としての移動体測位装置の全体システムを示すブロック図である。図３６は、図３５に示す移動体測位装置の作用を示す図である。
図３５に示す移動体測位装置３０００は、移動体に装着して用い、当該移動体の測位を行うための装置である。なお、移動体としては、特に限定されず、自転車、自動車、自動二輪車、電車、飛行機、船等のいずれでもよいが、本実施形態では移動体として四輪自動車、特に農業用トラクターを用いた場合について説明する。
移動体測位装置３０００は、慣性計測装置３１００（ＩＭＵ）と、演算処理部３２００と、ＧＰＳ受信部３３００と、受信アンテナ３４００と、位置情報取得部３５００と、位置合成部３６００と、処理部３７００と、通信部３８００と、表示部３９００と、を有する。なお、慣性計測装置３１００としては、例えば、前述した慣性計測装置２０００を用いることができる。
慣性計測装置３１００は、３軸の加速度センサー３１１０と、３軸の角速度センサー３１２０と、を有する。演算処理部３２００は、加速度センサー３１１０からの加速度データおよび角速度センサー３１２０からの角速度データを受け、これらデータに対して慣性航法演算処理を行い、移動体の加速度および姿勢を含む慣性航法測位データを出力する。
また、ＧＰＳ受信部３３００は、受信アンテナ３４００でＧＰＳ衛星からの信号を受信する。また、位置情報取得部３５００は、ＧＰＳ受信部３３００が受信した信号に基づいて、移動体測位装置３０００の位置（緯度、経度、高度）、速度、方位を表すＧＰＳ測位データを出力する。このＧＰＳ測位データには、受信状態や受信時刻等を示すステータスデータも含まれている。
位置合成部３６００は、演算処理部３２００から出力された慣性航法測位データおよび位置情報取得部３５００から出力されたＧＰＳ測位データに基づいて、移動体の位置、具体的には移動体が地面のどの位置を走行しているかを算出する。例えば、ＧＰＳ測位データに含まれている移動体の位置が同じであっても、図３６に示すように、地面の傾斜θ等の影響によって移動体の姿勢が異なっていれば、地面の異なる位置を移動体が走行していることになる。そのため、ＧＰＳ測位データだけでは移動体の正確な位置を算出することができない。そこで、位置合成部３６００は、慣性航法測位データを用いて、移動体が地面のどの位置を走行しているのかを算出する。
位置合成部３６００から出力された位置データは、処理部３７００によって所定の処理が行われ、測位結果として表示部３９００に表示される。また、位置データは、通信部３８００によって外部装置に送信されるようになっていてもよい。
＜第１０実施形態＞
図３７は、第１０実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
図３７に示す自動車１５００は、本発明の移動体を適用した自動車である。この図において、自動車１５００は、エンジンシステム、ブレーキシステムおよびキーレスエントリーシステムの少なくとも何れかのシステム１５１０を含んでいる。また、自動車１５００には、物理量センサー１が内蔵されており、物理量センサー１によって車体の姿勢を検出することができる。物理量センサー１の検出信号は、制御回路１５０２に供給され、制御回路１５０２は、その信号に基づいてシステム１５１０を制御することができる。
このように、移動体としての自動車１５００は、物理量センサー１と、物理量センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１５０２と、を有する。そのため、前述した物理量センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
なお、物理量センサー１は、他にも、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等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。また、移動体としては、自動車１５００に限定されず、例えば、鉄道車輌、飛行機、ヘリコプター、ロケット、人工衛星、船舶、ＡＧＶ（無人搬送車）、エレベーター、エスカレーター、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機、ラジコン模型、鉄道模型、その他玩具等にも適用することができる。
以上、本発明の物理量センサー、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、物理量センサーが加速度を検出する構成について説明したが、物理量センサーが検出する物理量としては、特に限定されず、例えば、角速度、圧力等であってもよい。
１…物理量センサー、２…基板、２１…凹部、２１１…第１凹部、２１２…第２凹部、２１３…第３凹部、２２…マウント部、２５、２６、２７…溝部、３…素子部、３０…貫通孔、３１…固定部、３２…可動体、３２Ａ…第１部分、３２Ｂ…第２部分、３２Ｃ…第３部分、３２Ｄ…第４部分、３２１…第１質量部、３２２…第２質量部、３２２’…基部、３２２”…トルク発生部、３２３…連結部、３２４、３２５…開口、３３…支持梁、５…蓋体、５１…凹部、５１１…第１凹部、５１２…第２凹部、５１３…第３凹部、５９…ガラスフリット、６、６１、６２…突起、７５、７６、７７…配線、８…電極、８０…固定電極、８１、８１０…第１固定電極、８２、８２０…第２固定電極、８３、８３０…ダミー電極、１２００…スマートフォン、１２０８…表示部、１２１０…制御回路、１５００…自動車、１５０２…制御回路、１５１０…システム、２０００…慣性計測装置、２１００…アウターケース、２１１０…ネジ穴、２２００…接合部材、２３００…センサーモジュール、２３１０…インナーケース、２３１１…凹部、２３１２…開口、２３２０…基板、２３３０…コネクター、２３４０ｘ、２３４０ｙ、２３４０ｚ…角速度センサー、２３５０…加速度センサー、２３６０…制御ＩＣ、３０００…移動体測位装置、３１００…慣性計測装置、３１１０…加速度センサー、３１２０…角速度センサー、３２００…演算処理部、３３００…ＧＰＳ受信部、３４００…受信アンテナ、３５００…位置情報取得部、３６００…位置合成部、３７００…処理部、３８００…通信部、３９００…表示部、Ａｚ…加速度、Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ…静電容量、Ｊ…回転軸、Ｐ…電極パッド、Ｑ…空隙、Ｑ１…第１空隙、Ｑ２…第２空隙、Ｑ３…第３空隙、Ｑ４…第４空隙、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、Ｒ３…第３領域、Ｒ４…第４領域、Ｓ…収納空間、Ｖ１…駆動電圧、θ…傾斜

Claims (11)

  1. 互いに直交する３つの方向を第１方向、第２方向および第３方向としたとき、
    基板と、
    前記基板と空隙を隔てて前記第３方向に対向し、前記基板に対して前記第３方向に変位する可動体と、を有し、
    前記空隙は、第１空隙と、前記第１空隙よりも前記基板と前記可動体との離間距離が大きい第２空隙と、前記第２空隙よりも前記基板と前記可動体との離間距離が大きい第３空隙と、を有し、
    前記可動体は、前記第３方向からの平面視で前記第１空隙と重なる第１部分、前記第２空隙と重なる第２部分および前記第３空隙と重なる第３部分と、前記第１部分、前記第２部分および前記第３部分に配置され、前記第３方向に貫通し、前記第３方向から見たときの開口形状が正方形である複数の貫通孔と、を有し、
    前記第３方向からの平面視で、前記第２部分の前記貫通孔の一辺の長さは、前記第１部分の前記貫通孔の一辺の長さよりも長く、前記第３部分の前記貫通孔の一辺の長さは、前記第２部分の前記貫通孔の一辺の長さよりも長く、
    前記第３方向からの平面視で、前記第１部分と重なる第１領域、前記第２部分と重なる第２領域および前記第３部分と重なる第３領域で、
    の関係を満たすことを特徴とする物理量センサー。
    ただし、
    前記貫通孔の前記第３方向の長さをＨ、
    前記可動体の前記第１方向に沿った長さの１／２の長さをａ、
    前記可動体の前記第２方向に沿った長さをＬ、
    前記空隙の前記第３方向の長さをｈ、
    前記貫通孔の一辺の長さをＳ０、
    隣り合う前記貫通孔同士の間隔をＳ１、
    前記空隙内にある気体の粘性抵抗をμ、
    前記可動体に生じるダンピングをＣとしたとき、
    であり、前記式（１）において、
    を満たすときのＣをＣｍｉｎとする。
  2. 前記基板に固定されている固定部と、
    前記可動体と前記固定部とを接続し、前記第１方向に沿う回転軸を形成している支持梁と、を有し、
    前記可動体は、前記回転軸まわりに変位可能であり、
    前記第３方向からの平面視で、
    前記回転軸に対して、前記第２方向の一方の側に位置している第１質量部と、他方の側に位置し、前記回転軸まわりの回転モーメントが前記第１質量部よりも大きい第２質量部と、を有し、
    前記第２質量部は、前記第１部分と、前記第１部分よりも前記回転軸から遠位に位置している前記第２部分と、前記第２部分よりも前記回転軸から遠位に位置している前記第３部分と、を有する請求項１に記載の物理量センサー。
  3. 前記第１質量部は、前記第１部分と、前記第１部分よりも前記回転軸から遠位に位置している前記第２部分と、を有し、
    前記第３方向からの平面視で、前記第１質量部の前記第１部分および前記第２部分と前記第２質量部の前記第１部分および前記第２部分とは、前記回転軸に対して対称的に配置されている請求項２に記載の物理量センサー。
  4. 前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方で、
    を満たす請求項１ないし３のいずれか１項に記載の物理量センサー。
  5. 前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方で、
    を満たす請求項４に記載の物理量センサー。
  6. 前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方で、
    を満たす請求項５に記載の物理量センサー。
  7. 前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方で、
    を満たす請求項１ないし６のいずれか１項に記載の物理量センサー。
  8. 前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方で、
    を満たす請求項７に記載の物理量センサー。
  9. 前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方で、
    を満たす請求項８に記載の物理量センサー。
  10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーと、
    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回路と、を含むことを特徴とする電子機器。
  11. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーと、
    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回路と、を含むことを特徴とする移動体。
JP2019192806A 2019-10-23 2019-10-23 物理量センサー、電子機器および移動体 Active JP7383978B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019192806A JP7383978B2 (ja) 2019-10-23 2019-10-23 物理量センサー、電子機器および移動体
US17/075,845 US11346854B2 (en) 2019-10-23 2020-10-21 Physical quantity sensor, electronic apparatus, and vehicle
CN202011139915.2A CN112698054B (zh) 2019-10-23 2020-10-22 物理量传感器、电子设备和移动体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019192806A JP7383978B2 (ja) 2019-10-23 2019-10-23 物理量センサー、電子機器および移動体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021067546A JP2021067546A (ja) 2021-04-30
JP7383978B2 true JP7383978B2 (ja) 2023-11-21

Family

ID=75505881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019192806A Active JP7383978B2 (ja) 2019-10-23 2019-10-23 物理量センサー、電子機器および移動体

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11346854B2 (ja)
JP (1) JP7383978B2 (ja)
CN (1) CN112698054B (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022213826A1 (de) 2022-12-19 2024-06-20 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikromechanischer z-Beschleunigungssensor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018132492A (ja) 2017-02-17 2018-08-23 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサーデバイス、電子機器および移動体
US20190302142A1 (en) 2018-04-02 2019-10-03 Seiko Epson Corporation Physical quantity sensor, physical quantity sensor device, composite sensor device, inertial measurement unit, vehicle positioning apparatus, portable electronic apparatus, electronic apparatus, and vehicle

Family Cites Families (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4574327A (en) * 1984-05-18 1986-03-04 Becton, Dickinson And Company Capacitive transducer
US4825335A (en) * 1988-03-14 1989-04-25 Endevco Corporation Differential capacitive transducer and method of making
JP2728807B2 (ja) * 1991-07-24 1998-03-18 株式会社日立製作所 静電容量式加速度センサ
US5353641A (en) * 1992-08-07 1994-10-11 Ford Motor Company Digital capacitive accelerometer
FR2700065B1 (fr) * 1992-12-28 1995-02-10 Commissariat Energie Atomique Procédé de fabrication d'accéléromètres utilisant la technologie silicium sur isolant.
US5404749A (en) * 1993-04-07 1995-04-11 Ford Motor Company Boron doped silicon accelerometer sense element
US5495414A (en) * 1993-04-07 1996-02-27 Ford Motor Company Integrated silicon automotive accelerometer and single-point impact sensor
US5488864A (en) * 1994-12-19 1996-02-06 Ford Motor Company Torsion beam accelerometer with slotted tilt plate
DE19547642A1 (de) * 1994-12-20 1996-06-27 Zexel Corp Beschleunigungssensor und Verfahren zu dessen Herstellung
US6718605B2 (en) * 1997-09-08 2004-04-13 The Regents Of The University Of Michigan Single-side microelectromechanical capacitive accelerometer and method of making same
US6035714A (en) * 1997-09-08 2000-03-14 The Regents Of The University Of Michigan Microelectromechanical capacitive accelerometer and method of making same
US6167757B1 (en) * 1997-09-08 2001-01-02 The Regents Of The University Of Michigan Single-side microelectromechanical capacitive accelerometer and method of making same
US6230566B1 (en) * 1999-10-01 2001-05-15 The Regents Of The University Of California Micromachined low frequency rocking accelerometer with capacitive pickoff
DE10000368A1 (de) 2000-01-07 2001-07-12 Bosch Gmbh Robert Mikromechanische Struktur, insbesondere für einen Beschleunigungssensor oder Drehratensensor, und entsprechendes Herstellungsverfahren
US20020104379A1 (en) * 2000-05-30 2002-08-08 Input/Output, Inc. Accelerometer with re-entrant grooves
DE10116931A1 (de) 2001-04-05 2002-10-17 Bosch Gmbh Robert Sensor
US6736982B2 (en) * 2001-06-15 2004-05-18 Xiang Zheng Tu Micromachined vertical vibrating gyroscope
US7870788B2 (en) * 2002-01-25 2011-01-18 Kinemetrics, Inc. Fabrication process and package design for use in a micro-machined seismometer or other device
US6841992B2 (en) * 2003-02-18 2005-01-11 Honeywell International, Inc. MEMS enhanced capacitive pick-off and electrostatic rebalance electrode placement
US7137300B2 (en) * 2003-03-19 2006-11-21 California Institute Of Technology Parylene capacitive accelerometer utilizing electrical fringing field sensing and method of making
US6935175B2 (en) * 2003-11-20 2005-08-30 Honeywell International, Inc. Capacitive pick-off and electrostatic rebalance accelerometer having equalized gas damping
US7146856B2 (en) * 2004-06-07 2006-12-12 Honeywell International, Inc. Dynamically balanced capacitive pick-off accelerometer
US7121141B2 (en) 2005-01-28 2006-10-17 Freescale Semiconductor, Inc. Z-axis accelerometer with at least two gap sizes and travel stops disposed outside an active capacitor area
US7210352B2 (en) * 2005-06-14 2007-05-01 Innovative Micro Technology MEMS teeter-totter apparatus with curved beam and method of manufacture
US7674638B2 (en) * 2005-11-25 2010-03-09 Panasonic Electric Works Co., Ltd. Sensor device and production method therefor
US8614110B1 (en) * 2006-07-25 2013-12-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for fabricating a dual-crystalline silicon suspension system using pre-fabricated cavities
CN100565212C (zh) * 2006-07-27 2009-12-02 浙江杜翔科技有限公司 基于(111)硅的微机械加速度传感器及制造方法
DE102006058747A1 (de) * 2006-12-12 2008-06-19 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer z-Sensor
US8079262B2 (en) * 2007-10-26 2011-12-20 Rosemount Aerospace Inc. Pendulous accelerometer with balanced gas damping
US8171793B2 (en) * 2008-07-31 2012-05-08 Honeywell International Inc. Systems and methods for detecting out-of-plane linear acceleration with a closed loop linear drive accelerometer
DE102008043788A1 (de) * 2008-11-17 2010-05-20 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement
TW201020548A (en) * 2008-11-18 2010-06-01 Ind Tech Res Inst Multi-axis capacitive accelerometer
CA2658141C (en) * 2009-03-06 2014-07-22 Nanometrics Inc. Capacitive displacement transducer for a weak-motion inertial sensor
CN201628723U (zh) * 2010-03-16 2010-11-10 杭州电子科技大学 一种基于滑膜阻尼的大电容微惯性传感器
DE102010039069B4 (de) 2010-08-09 2023-08-24 Robert Bosch Gmbh Beschleunigungssensor mit einer Dämpfungseinrichtung
US8927311B2 (en) * 2011-02-16 2015-01-06 Freescale Semiconductor, Inc. MEMS device having variable gap width and method of manufacture
JP5790296B2 (ja) * 2011-08-17 2015-10-07 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー及び電子機器
US8960003B2 (en) 2011-09-16 2015-02-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Motion sensor device and methods for forming the same
WO2013080238A1 (ja) * 2011-11-28 2013-06-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 複合センサおよびその製造方法
JP5935986B2 (ja) * 2012-04-06 2016-06-15 セイコーエプソン株式会社 物理量センサーおよび電子機器
JP6274413B2 (ja) * 2014-02-25 2018-02-07 セイコーエプソン株式会社 機能素子、電子機器、および移動体
JP6451076B2 (ja) * 2014-05-01 2019-01-16 セイコーエプソン株式会社 機能素子、物理量センサー、電子機器及び移動体
JP6544157B2 (ja) * 2015-09-08 2019-07-17 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、センサーデバイス、電子機器および移動体
JP6661941B2 (ja) * 2015-09-29 2020-03-11 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサーの製造方法、センサーデバイス、電子機器および移動体
JP6897663B2 (ja) * 2016-03-03 2021-07-07 セイコーエプソン株式会社 センサーデバイス、電子機器、および移動体
JP6897224B2 (ja) * 2017-03-27 2021-06-30 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、電子機器、および移動体
JP6816603B2 (ja) * 2017-03-27 2021-01-20 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、電子機器、および移動体
JP6911444B2 (ja) * 2017-03-27 2021-07-28 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、電子機器、および移動体
JP2019045172A (ja) * 2017-08-30 2019-03-22 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、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
JP2019045170A (ja) * 2017-08-30 2019-03-22 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、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
JP6911645B2 (ja) * 2017-08-30 2021-07-28 セイコーエプソン株式会社 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
JP6943121B2 (ja) * 2017-09-29 2021-09-29 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体
JP2019113330A (ja) * 2017-12-21 2019-07-11 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、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、移動体、および物理量センサーの製造方法
JP2020030067A (ja) * 2018-08-21 2020-02-27 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、センサーデバイス、電子機器、および移動体
JP2020159917A (ja) * 2019-03-27 2020-10-01 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー、電子機器および移動体
JP2021001853A (ja) * 2019-06-24 2021-01-07 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー、電子機器および移動体
JP2021004791A (ja) * 2019-06-26 2021-01-14 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー、電子機器および移動体
JP2021006794A (ja) * 2019-06-28 2021-01-21 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー、電子機器および移動体

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018132492A (ja) 2017-02-17 2018-08-23 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサーデバイス、電子機器および移動体
US20190302142A1 (en) 2018-04-02 2019-10-03 Seiko Epson Corporation Physical quantity sensor, physical quantity sensor device, composite sensor device, inertial measurement unit, vehicle positioning apparatus, portable electronic apparatus, electronic apparatus, and vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021067546A (ja) 2021-04-30
US11346854B2 (en) 2022-05-31
CN112698054A (zh) 2021-04-23
US20210123944A1 (en) 2021-04-29
CN112698054B (zh) 2023-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111751575A (zh) 惯性传感器、电子设备以及移动体
JP2020118609A (ja) 慣性センサー、電子機器および移動体
JP7383978B2 (ja) 物理量センサー、電子機器および移動体
JP7176353B2 (ja) 物理量センサー、電子機器および移動体
CN113325200B (zh) 物理量传感器、电子设备和移动体
CN112129972B (zh) 惯性传感器、电子设备以及移动体
US11460483B2 (en) Inertial sensor, electronic instrument, and vehicle
JP7135901B2 (ja) 慣性センサー、電子機器および移動体
JP7404649B2 (ja) 慣性センサー、電子機器および移動体
JP7547847B2 (ja) 物理量センサー、電子機器および移動体
JP2021006794A (ja) 慣性センサー、電子機器および移動体
JP7331498B2 (ja) 慣性センサー、電子機器および移動体
JP2020139872A (ja) 慣性センサー、電子機器および移動体
CN113567708B (zh) 物理量传感器、电子设备以及移动体
CN112305262B (zh) 惯性传感器、电子设备和移动体
JP7206905B2 (ja) 慣性センサー、電子機器および移動体
JP2020179476A (ja) Ｍｅｍｓ構造体、電子機器および移動体

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220905

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230517

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230606

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230802

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231010

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231023

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7383978

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150