JPWO2009125510A1 - 加速度センサ - Google Patents

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Abstract

加速度センサは、基板（１）と第１および第２ねじれ梁（１１、１２）と第１および第２検出フレーム（２１、２２）と第１および第２検出電極（４１、４２）と第１および第２リンク梁（３１、３２）と慣性質量体（２）とを備える。第１および第２ねじれ梁（１１、１２）は、第１および第２ねじれ軸（Ｔ１、Ｔ２）の周りにねじれる。第１および第２検出フレーム（２１、２２）は、第１および第２ねじれ軸（Ｔ１、Ｔ２）を中心に回転する。第１および第２検出電極（４１、４２）は、基板（１）に対する第１および第２検出フレーム（２１、２２）の角度を検出する。第１リンク梁（３１）は、第１ねじれ軸（Ｔ１）と交差する方向に沿って第１検出フレーム（２１）の一方端部側に第１ねじれ軸（Ｔ１）を移動した第１の軸（Ｌ１）上にある。第２リンク梁（３２）は、第１ねじれ軸（Ｔ１）の移動と同方向に第２ねじれ軸（Ｔ２）を移動した第２の軸（Ｌ２）上にある。

Description

本発明は、加速度センサに関し、たとえば静電容量型の加速度センサに関する。
従来の基板厚み方向の加速度を検出する加速度センサの原理の１つとして、加速度にともなう静電容量の変化を検出する方法がある。この方法による加速度センサとしては、たとえば、主な構成部分として、ねじれ梁（撓み部）と、慣性質量体（重り）と、検出フレーム（エレメント）と、検出電極（検知電極）とを備えた加速度センサ（加速度感知運動変換器）が知られている（たとえば、特開平５−１３３９７６号公報（特許文献１）参照）。
この特許文献１の加速度センサは、基板と対向する面を有する１つの検出フレームを有している。この検出フレームの一方端部上に、慣性質量体が設けられている。また、この検出フレームは、ねじれ梁を回転軸として回転することができるように、基板上に支持されている。また、この回転変位を検出するための検出電極が、検出フレームの下方に設けられている。
また、慣性質量体を検出フレーム上ではなく、検出フレームと同一平面に配置した加速度センサが知られている（たとえば、国際公開ＷＯ２００３／０４４５３９号公報（特許文献２）参照）。この特許文献２の加速度センサは、ねじれ梁と、慣性質量体（質量体）と、検出フレーム（可動電極）と、検出電極（第１および第２の固定電極）とを備えている。ねじれ梁は、基板に支持されたアンカー部と連結されている。１つの検出フレーム（可動電極）は、このねじれ梁と連結されており、ねじれ梁を回転軸として回転することができるように基板上に支持されている。この検出フレームの一方端部および他方端部に、検出フレームの中心線から所定距離離れた位置にリンク梁が設けられている。慣性質量体（質量体）は、このリンク梁と連結されている。慣性質量体は、シリコン基板の厚さ方向の加速度に応じて移動可能であるように構成されている。
このように構成された加速度センサに対して基板厚み方向の加速度が加えられると、慣性質量体には基板厚み方向の慣性力が作用する。慣性質量体は一方端部上、すなわち上記回転軸から基板面内方向にずれを有する位置に設けられている。このため、この慣性力はねじれ梁周りのトルクとして検出フレームに作用する。この結果、検出フレームが回転変位する。
この回転変位により、検出フレームと検出電極との距離が変化するので、検出フレームと検出電極とにより形成されているコンデンサの静電容量が変化する。この静電容量変化から加速度が測定される。
特開平５−１３３９７６号公報 国際公開ＷＯ２００３／０４４５３９号公報
上記特許文献１および２の加速度センサは、通常、樹脂材料によりモールド成形することでパッケージ封止される。加速度センサを構成する材料と樹脂材料との熱特性が異なる場合には、モールド成形をすると、それぞれの材料の熱収縮などによって、パッケージの形状が変形し、パッケージの反りが生じる。パッケージの反りが生じると、内部に配置されている加速度センサを支える基板が反る場合がある。基板に反りが生じると、パッケージ化の前後で加速度センサの出力が変動する。さらに、パッケージの形状が経時的に変形
する場合には、加速度センサの出力も時間とともに変動することとなる。
そこで、本発明の目的は、基板の反りによる影響を低減して、精度を向上した加速度センサを提供することである。
本発明の加速度センサは、基板と、第１ねじれ梁と、第１検出フレームと、第２ねじれ梁と、第２検出フレームと、第１および第２検出電極と、第１リンク梁と、第２リンク梁と、慣性質量体とを備えている。第１ねじれ梁は、第１ねじれ軸の周りにねじれることができ、基板に支持されている。第１検出フレームは、第１ねじれ軸を中心に回転可能なように、第１ねじれ梁を介して基板に支持されている。第２ねじれ梁は、第２ねじれ軸の周りにねじれることができ、基板に支持されている。第２検出フレームは、第２ねじれ軸を中心に回転可能なように、第２ねじれ梁を介して基板に支持されている。第１および第２検出電極は、第１および第２検出フレームのそれぞれと対向するように基板上に形成され、かつ基板に対する第１および第２検出フレームの角度を静電容量により検出する。第１リンク梁は、第１ねじれ軸と交差する方向に沿って第１検出フレームの一方端部側に第１ねじれ軸を移動した第１の軸上において第１検出フレームと接続されている。第２リンク梁は、第１ねじれ軸の移動の方向と同じ方向に第２ねじれ軸を移動した第２の軸上において第２検出フレームと接続されている。慣性質量体は、第１および第２リンク梁のそれぞれにより第１および第２検出フレームの各々に連結されることで、基板上で基板の厚み方向に変位可能に支持されている。
本発明の加速度センサによれば、第１リンク梁は、第１ねじれ軸と交差する方向に沿って第１検出フレームの一方端部側に第１ねじれ軸を移動した第１の軸上において第１検出フレームと接続されている。一方、第２リンク梁は、第２ねじれ軸を上記移動の方向と同方向に移動した第２の軸上において第２検出フレームと接続されている。
このため、基板が反った場合には第１および第２検出フレームが互いに逆向きに回転変位する。その結果、第１検出フレームと第１検出電極とにより構成されるコンデンサの静電容量の増減と、第２検出フレームと第２検出電極とにより構成されるコンデンサの静電容量の増減とが互いに反対に変位する。したがって、基板が反った場合、第１検出フレームと第１検出電極とにより構成されるコンデンサの静電容量と、第２検出フレームと第２検出電極とにより構成されるコンデンサの静電容量との変位を互いに相殺できる。
以上より、基板に反りが生じた場合に、誤差出力が発生することを抑制することができる。また、基板に生じる反りに変化が生じても、出力の誤差の影響を受けにくくすることができる。よって、基板の反りによる影響を低減して、精度を向上することができる。
本発明の実施の形態１における加速度センサの構成を概略的に示す上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略的な断面図である。 本発明の実施の形態１における加速度センサに対して基板の膜厚方向に沿って上方向に加速度が加えられた際の様子を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１における加速度センサの第１および第２検出フレームと、検出電極とにより形成されるコンデンサの電気的接続を説明する回路図である。 本発明の実施の形態１における加速度センサに対して基板が凸に反った様子を概略的に示す断面図である。 比較例における加速度センサの構成を概略的に示す上面図である。 比較例における加速度センサに対して基板が凸に反った様子を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１における加速度センサの製造方法の第１工程を示す概略的な断面図であり、その断面位置は図２の断面位置に対応する。 本発明の実施の形態１における加速度センサの製造方法の第２工程を示す概略的な断面図であり、その断面位置は図２の断面位置に対応する。 本発明の実施の形態１における加速度センサの製造方法の第３工程を示す概略的な断面図であり、その断面位置は図２の断面位置に対応する。 本発明の実施の形態１における加速度センサの製造方法の第４工程を示す概略的な断面図であり、その断面位置は図２の断面位置に対応する。 本発明の実施の形態１における加速度センサの製造方法の第５工程を示す概略的な断面図であり、その断面位置は図２の断面位置に対応する。 本発明の実施の形態２における加速度センサの構成を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２における加速度センサに対して基板の膜厚方向に沿って上方向に加速度が加えられた際の様子を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２における加速度センサに対してＸ軸まわりに角加速度が加えられた際の様子を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２における加速度センサの第１、第２、第３および第４検出フレームと、第１、第２、第３および第４検出電極とにより形成されるコンデンサの電気的接続を説明する回路図である。 本発明の実施の形態２における加速度センサに対してＹ軸から少し傾いた軸に角速度が加えられた際の様子を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２における加速度センサに対してＹ軸方向に加速度が加えられた際の様子を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態３における加速度センサの構成を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態４における加速度センサの構成を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態５における加速度センサの構成を概略的に示す上面図である。
符号の説明
１ 基板、２ 慣性質量体、３ 絶縁膜、５ アクチュエーション電極、１０ 第１のユニット、１１ 第１ねじれ梁、１２ 第２ねじれ梁、１３ 第３ねじれ梁、１４ 第４ねじれ梁、１５ 第５ねじれ梁、１６ 第６ねじれ梁、１７ 第７ねじれ梁、１８ 第８ねじれ梁、２０ 第２のユニット、２１ 第１検出フレーム、２２ 第２検出フレーム、２３ 第３検出フレーム、２４ 第４検出フレーム、２５ 第５検出フレーム、２６ 第６検出フレーム、２７ 第７検出フレーム、２８ 第８検出フレーム、３０ 第３のユニット、３１ 第１リンク梁、３２ 第２リンク梁、３３ 第３リンク梁、３４ 第４リンク梁、３５ 第５リンク梁、３６ 第６リンク梁、３７ 第７リンク梁、３８ 第８リンク梁、４０ 第４のユニット、４１，４１ａ，４１ｂ 第１検出電極、４２，４２ａ，４２ｂ 第２検出電極、４３，４３ａ，４３ｂ 第３検出電極、４４，４４ａ，４４ｂ 第４検出電極、４５，４５ａ，４５ｂ 第５検出電極、４６，４６ａ，４６ｂ 第６検出電極、４７，４７ａ，４７ｂ 第７検出電極、４８，４８ａ，４８ｂ 第８検出電極、５０
第５のユニット、６０ 第６のユニット、７０ 第７のユニット、８０ 第８のユニット、９１〜９８ アンカー、１０１ ＰＳＧ膜、１０２ ポリシリコン膜。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に、本実施の形態の加速度センサの主要な構成について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における加速度センサの構成を概略的に示す上面図である。また図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略的な断面図である。なお、説明の便宜のため、座標軸Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が導入されている。図１において、Ｘ軸は横方向に沿う右方向が正の向きの軸であり、Ｙ軸は縦方向に沿う上方向が正の向きの軸であり、Ｚ軸は紙面に垂直で紙面の上方が正の向きの軸である。なおＺ軸の方向は、本実施の形態の加速度センサが測定対象とする加速度方向に一致する。
図１および図２を参照して、本実施の形態の加速度センサは、主に、基板１と、第１および第２ねじれ梁１１、１２と、第１および第２検出フレーム２１、２２と、複数の検出電極と、第１および第２リンク梁３１、３２と、慣性質量体２と、アクチュエーション電極５とを備えている。
基板１としては、たとえばシリコン基板を用いることができる。また、第１および第２ねじれ梁１１、１２、第１および第２検出フレーム２１、２２、第１および第２リンク梁３１、３２、慣性質量体２、検出電極およびアクチュエーション電極５の材質としては、ポリシリコン膜を用いることができる。このポリシリコン膜は、低応力であり、かつ厚さ方向に応力分布がないことが望ましい。
第１ねじれ梁１１は、Ｘ軸に沿った第１ねじれ軸Ｔ１の周りにねじれることができるように、基板１に設けられたアンカー９１により支持されている。
第１検出フレーム２１は、第１ねじれ軸Ｔ１を中心に回転可能なように、第１ねじれ梁１１を介して基板１に支持されている。また、第１検出フレーム２１は、少なくともその一部が導電性を有している。
第２ねじれ梁１２は、Ｘ軸に沿った第２ねじれ軸Ｔ２の周りにねじれることができるように、基板１に設けられたアンカー９２により支持されている。
第２検出フレーム２２は、第２ねじれ軸Ｔ２を中心に回転可能なように、第２ねじれ梁１２を介して基板１に支持されている。また、第２検出フレーム２２は、少なくともその一部が導電性を有している。
複数の検出電極は、第１検出電極４１と第２検出電極４２とを有している。この第１および第２検出電極４１、４２は、基板１に対する第１および第２検出フレーム２１および２２の角度を静電容量により検出することができるように、第１および第２検出フレーム２１、２２のそれぞれと対向するように基板１上に絶縁膜３を介して形成されている。なお、絶縁膜３としては、低応力の窒化シリコン膜やシリコン酸化膜が好適である。
アクチュエーション電極５は、慣性質量体２を静電気力により変位させることができるように、慣性質量体２に対向するように基板１上に絶縁膜３を介して形成されている。
第１リンク梁３１は、第１ねじれ軸Ｔ１が第１ねじれ軸Ｔ１と交差する方向に沿って第１検出フレーム２１の一方端部側にオフセットｅ１だけ移動した第１の軸Ｌ１上において第１検出フレーム２１と接続されている。なお、上記「オフセット」とは、その位置を、基準点からの差(距離)で表した値を意味する。すなわち、オフセットｅ１の絶対値は第１ねじれ軸Ｔ１と第１リンク梁３１との間の寸法であり、オフセットｅ１の向きは第１ねじれ軸Ｔ１と交差して第１ねじれ軸Ｔ１から第１の軸Ｌ１へ向かう方向である。
第２リンク梁３２は、第２ねじれ軸Ｔ２が上記の移動の方向と同方向、すなわちオフセットｅ１と同方向のオフセットｅ２だけ平行にずらされた第２の軸Ｌ２上において第２検出フレーム２２に接続されている。すなわち、オフセットｅ２の絶対値は第２ねじれ軸Ｔ２と第２リンク梁３２との間の寸法であり、オフセットｅ２の向きはオフセットｅ１と同方向である。
好ましくは、第１および第２ねじれ梁１１、１２と、第１および第２リンク梁３１、３２とは、オフセットｅ１とｅ２とが等量となるように配置されている。
また、好ましくは、第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２が互いに平行である。すなわち、第１および第２ねじれ梁１１、１２は互いに平行に配置され、かつ第１および第２リンク梁３１、３２は互いに平行に配置されている。
慣性質量体２は、第１および第２リンク梁３１、３２により第１および第２検出フレーム２１、２２の各々に連結されることにより、基板１上で基板１の厚み方向に変位可能に支持されている。
続いて、上記の検出電極の構成の詳細と、この検出電極により第１および第２検出フレーム２１、２２のそれぞれの基板１に対する角度を検出することができる原理について説明する。
複数の検出電極は、第１検出フレーム２１と対向する第１検出電極４１を有している。この第１検出電極４１は、第１ねじれ軸Ｔ１を挟むように第１検出電極４１ａと４１ｂとを有している。第１検出電極４１ａは加速度センサの外周側（図１上側）に位置しており、第１検出電極４１ｂは加速度センサの内周側（図１中央側）に位置している。第１検出電極４１ａと４１ｂとは、第１ねじれ軸Ｔ１を挟むように設けられている。
第１検出フレーム２１が第１ねじれ梁１１の周りに回転された場合、第１検出フレーム２１の裏面（検出電極４１と対向する面）は検出電極４１ａ、４１ｂの一方に接近するとともに、他方から遠ざかる。このため、第１検出フレーム２１が検出電極４１ａと対向することで生じている静電容量と、第１検出フレーム２１が検出電極４１ｂと対向することで形成している静電容量との差分を検出することにより、第１検出フレーム２１の基板１に対する角度を検出することができる。
また複数の検出電極は、第２検出フレーム２２と対向する第２検出電極４２を有している。この第２検出電極４２は、第２ねじれ軸Ｔ２を挟むように第２検出電極４２ａと４２ｂとを有している。第２検出電極４２ａは加速度センサの内周側（図１中央側）に位置しており、第２検出電極４２ｂは加速度センサの外周側（図１下側）に位置している。第２検出電極４２ａと４２ｂとは、第２ねじれ軸Ｔ２を挟むように設けられている。
第２検出フレーム２２が第２ねじれ梁１２の周りに回転された場合、第２検出フレーム２２の裏面（検出電極４２と対向する面）は第２検出電極４２ａ、４２ｂの一方に接近するとともに、他方から遠ざかる。このため、第２検出フレーム２２が第２検出電極４２ａと対向することで生じている静電容量と、第２検出フレーム２２が第２検出電極４２ｂと対向することで形成している静電容量との差分を検出することにより、第２検出フレーム２２の基板１に対する角度を検出することができる。
好ましくは、加速度センサの平面レイアウトは、第１および第２リンク梁３１、３２を除き、第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２と平行な方向に延びる軸Ｂに対して線対称な構造を有しており、慣性質量体２の重心Ｇは軸Ｂ上に位置する。
また、加速度センサの平面レイアウトは、第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２と交差する方向に延びる軸Ａに対して線対称な構造を有しており、慣性質量体２の重心Ｇは軸Ａ上に位置する。
続いて、本実施の形態の加速度センサの加速度の測定原理について説明する。
図３は、本発明の実施の形態１における加速度センサに対して基板の膜厚方向に沿って上方向に加速度が加えられた際の様子を概略的に示す断面図である。なお、図３の断面位置は図２と同一である。また図３においては図を見易くするためにアンカー９１、９２は図示されていない。
図３を参照して、基板の膜厚方向に沿って上方向、すなわちＺ軸の正方向（図中上方向）の加速度ａｚが加速度センサに加わると、慣性質量体２は慣性力により初期位置（図中破線で示す位置）からＺ軸の負方向（図中下方向）に沈み込むように変位する。慣性質量体２と連結されている第１および第２リンク梁３１、３２も、慣性質量体と一体となってＺ軸の負方向（図中下方向）に変位する。
第１リンク梁３１の変位により、第１検出フレーム２１は、第１の軸Ｌ１の部分でＺ軸の負方向（図中下方向）への力を受ける。この第１の軸Ｌ１は、第１ねじれ軸Ｔ１からオフセットｅ１だけ平行移動された位置にあるため、第１検出フレーム２１には第１の軸Ｌ１を中心としたトルクが作用する。この結果、第１検出フレーム２１が回転変位する。
また、第２リンク梁３２の変位により、第２検出フレーム２２は、第２の軸Ｌ２の部分でＺ軸の負方向（図中下方向）への力を受ける。この第２の軸Ｌ２は、第２ねじれ軸Ｔ２からオフセットｅ２だけ平行移動された位置にあるため、第２検出フレーム２２には第２の軸Ｌ２を中心としたトルクが作用する。この結果、第２検出フレーム２２が回転変位する。
オフセットｅ１とｅ２とは同じ向きであるため、第１検出フレーム２１と第２検出フレーム２２とは同じ向きに回転する。すなわち、第１検出フレーム２１の上面は加速度センサの一方端部側（図３の右側）を向き、第２検出フレーム２２の上面も加速度センサの一方端部側（図３の右側）を向くように、第１および第２検出フレーム２１、２２が回転変位する。
この回転変位にともない、第１検出フレーム２１と検出電極４１ａとにより構成されるコンデンサＣ１ａの静電容量Ｃ1aが増大し、第１検出フレーム２１と検出電極４１ｂとにより構成されるコンデンサＣ１ｂの静電容量Ｃ1bが減少する。また第２検出フレーム２２と検出電極４２ａとにより構成されるコンデンサＣ２ａの静電容量Ｃ2aが増大し、第２検出フレーム２２と検出電極４２ｂとにより構成されるコンデンサＣ２ｂの静電容量Ｃ2bが減少する。
図４は、本発明の実施の形態１における加速度センサの第１および第２検出フレームと、検出電極とにより形成されるコンデンサの電気的接続を説明する回路図である。図４を参照して、コンデンサＣ１ａとＣ２ａとが並列接続され、コンデンサＣ１ｂとＣ２ｂとが並列接続されている。そして、これら２つの並列接続された部分がさらに直列に接続されている。このように形成された回路のコンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ側の端部には一定電位Ｖdが印加され、コンデンサＣ１ｂ、Ｃ２ｂ側の端部は接地されている。また、上記直列接続部には端子が設けられており、この端子の出力電位Ｖoutを測定することができる。この出力電位Ｖoutは、下記の値となる。
Figure 2009125510
電位Ｖdは一定値であることから、出力電位Ｖoutを測定することにより、Ｚ軸方向の加速度ａｚを検知することができる。加速度が０、すなわち、変位がない場合はＣ１ａ＝Ｃ２ａ＝Ｃ１ｂ＝Ｃ２ｂであるので、Ｖout＝Ｖd／２で表わされる。
また、アクチュエーション電極５と慣性質量体２との間に電圧を印加することにより、慣性質量体２を基板１の方に引っ張る静電気力を発生することができる。すなわち、慣性質量体２を基板１の膜厚方向に静電駆動することができる。この静電駆動により、加速度センサに基板１の膜厚方向の加速度ａｚが加わった場合の慣性質量体２の変位と同様の変位を発生させることができる。よって、実際に加速度センサに加速度ａｚを加えずにセンサが故障しているかどうか自己診断する機能を、加速度センサに持たせることができる。
次に、本実施の形態の加速度センサにおいて基板１が反った場合の例について説明する。
図５は、本発明の実施の形態１における加速度センサに対して基板１が凸に反った様子を概略的に示す断面図である。なお、図５の断面位置は図２と同一である。また図５においては、図を見易くするために、アンカー９１、９２が省略されている。
図５を参照して、第１および第２リンク梁３１、３２が形成されず第１および第２検出フレーム２１、２２のみ配置されている場合には、基板１が凸に反ると、第１および第２検出フレーム２１、２２はアンカー９１、９２に対して垂直に位置する（図５において点線の位置）。本実施の形態では、第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２から同じ方向にずらした第１および第２の軸Ｌ１、Ｌ２上に位置する第１および第２リンク梁３１、３２を介して、慣性質量体２と第１および第２検出フレーム２１、２２とが接続されている。この配置において、基板１が凸に反ると、第１および第２リンク梁３１、３２において対向する端部の距離を短くする方向（図５において矢印の方向）に第１および第２検出フレーム２１、２２が移動する。その結果、図５に示すように、第１検出フレーム２１の上面は図５において点線の位置から加速度センサの一方端部側（図５の右側）を向くように、かつ第２検出フレーム２２の上面は図５において点線の位置から加速度センサの他方端部側（図５の左側）を向くように、第１および第２検出フレーム２１、２２が回転変位する。
この基板１の反りと第１および第２検出フレーム２１、２２の回転とにともない、第１検出フレーム２１と第１検出電極４１ａとにより構成されるコンデンサＣ１ａの静電容量Ｃ１ａが減少し、第１検出フレーム２１と第１検出電極４１ｂとにより構成されるコンデンサＣ１ｂの静電容量Ｃ１ｂが増大する。また第２検出フレーム２２と第２検出電極４２ａとにより構成されるコンデンサＣ２ａの静電容量Ｃ２ａが増大し、第２検出フレーム２２と第２検出電極４２ｂとにより構成されるコンデンサＣ２ｂの静電容量Ｃ２ｂが減少する。
上記式（１）を参照して、上記の静電容量の変化が生じた場合も、増大する変位と減少する変位とが互いに相殺されるので、Ｃ1a+Ｃ2a＝Ｃ1b+Ｃ2bは満たされる。このため、加速度が０の場合はＶout＝Ｖd／２で表わされ、基板１の反りの影響は抑制される。
ここで、第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２から互いに反対方向にずらした第１および第２の軸Ｌ１、Ｌ２上に位置する第１および第２リンク梁３１、３２を備えた比較例の加速度センサについて説明する。図６は、比較例における加速度センサの構成を概略的に示す上面図である。図７は、比較例における加速度センサに対して基板１が凸に反った様子を概略的に示す断面図である。なお、図７の断面位置は図２と同一である。また図７においては、図を見易くするために、アンカー９１、９２が省略されている。
図７を参照して、基板１が凸に反ると、比較例の加速度センサの第１および第２検出フレーム２１、２２はほぼ同様の動作をする。しかし、第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２から第１および第２の軸Ｌ１、Ｌ２がそれぞれ異なる方向に位置しているので、図７に示すように、第２検出電極４２ａ、４２ｂの配置が逆になる。
この基板１の反りと第１および第２検出フレーム２１、２２の回転とにともない、第１検出フレーム２１と検出電極４１ａとにより構成されるコンデンサＣ１ａの静電容量Ｃ1aが減少し、第１検出フレーム２１と検出電極４１ｂとにより構成されるコンデンサＣ１ｂの静電容量Ｃ1bが増大する。しかし、第２検出フレーム２２と検出電極４２ａとにより構成されるコンデンサＣ２ａの静電容量Ｃ2aが減少し、第２検出フレーム２２と検出電極４２ｂとにより構成されるコンデンサＣ２ｂの静電容量Ｃ2bが増大する。
上記式（１）を参照して、上記の静電容量の変化が生じた場合には、Ｃ1a+Ｃ2a＝Ｃ1b+Ｃ2bは満たされなくなる。このため、加速度が０の場合に、基板１の反りの影響は抑制されない。
なお、１つ検出フレームを備えた加速度センサについても、測定できるのは単一の静電容量のみであるので、基板１の反りの影響が抑制されない。
ここで、上記では基板１が凸に反った場合について説明したが、基板１が凹に反った場合には回転変位が逆であるだけなので、同様の効果を有している。
続いて、本実施の形態の加速度センサの製造方法について説明する。図８〜図１２は、本発明の実施の形態１における加速度センサの製造方法の第１〜第５工程を順に示す概略的な断面図であり、その断面位置は図２の断面位置に対応する。
図８を参照して、シリコンからなる基板１上に、ＬＰＣＶＤ(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により、絶縁膜３が堆積される。絶縁膜３としては、低応力の窒化シリコン膜やシリコン膜などが適している。この絶縁膜３の上に、ＬＰＣＶＤ法により、たとえばポリシリコンからなる導電性の膜が堆積される。続いて、この導電性の膜がパターニングされて、複数の検出電極、アクチュエーション電極５が形成される。その後、基板１上全体にＰＳＧ(Phosphosilicate Glass)膜１０１が堆積される。
主に図９を参照して、アンカー９１、９２（図２参照）が形成される部分のＰＳＧ膜１０１が選択的に除去される。
図１０を参照して、基板１上全体に、ポリシリコン膜１０２が堆積される。続いて、その表面にＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)処理が施される。
図１１を参照して、上記ＣＭＰ処理により、ポリシリコン膜１０２の表面が平坦化される。
図１２を参照して、ポリシリコン膜１０２のＰＳＧ膜１０１の上面よりも上方の部分に対して、選択的なエッチングが行なわれる。これにより、慣性質量体２と、第１および第２リンク梁３１、３２と、第１および第２検出フレーム２１、２２と、第１および第２ねじれ梁１１、１２と、アンカー９１、９２とが一括形成される。その後、ＰＳＧ膜１０１がエッチングにより除去され、図１および図２に示される本実施の形態の加速度センサが得られる。
以上より、本実施の形態によれば、図１に示すように、加速度センサはオフセットｅ１とｅ２とが同じ向きとなる平面レイアウトを有する。このため、図５に示すように基板１が反った場合、図４に示す電気回路において、コンデンサＣ１ａとＣ２ｂおよびコンデンサＣ１ｂとＣ２ａの静電容量変化はほぼ同じになる。よって、式（１）に示す値の変動が抑制される。すなわち、基板１の反りが出力電位Ｖoutに及ぼす影響を抑制することができる。よって、出力電位Ｖoutにより加速度ａｚを検出する際に、基盤の反りが原因で検出誤差が生じることを抑制することができる。
また、図１１および図１２に示すように、可動部となる慣性質量体２と、第１および第２リンク梁３１、３２と、第１および第２検出フレーム２１、２２と、第１および第２ねじれ梁１１、１２とが、同一材料からなる膜から一括形成される。よって、可動部において異材料の接合部分がないため、異材料の熱膨張係数の差異により生じる歪の発生がない。このため、温度依存性を抑制することができる加速度センサを実現できる。
本実施の形態において好ましくは、図１に示すオフセットｅ１とｅ２とは絶対値が等しくされる。また、図１に示す第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２が互いに平行とされる。このため、第１および第２検出フレーム２１、２２のそれぞれの回転変位量が等しくなる。よって、図４に示すコンデンサＣ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ａおよびＣ２ｂの静電容量変化がより精度よく行なわれる。このため、加速度センサの誤差をさらに抑制することができる。
（実施の形態２）
図１３は、本発明の実施の形態２における加速度センサの構成を概略的に示す上面図である。
本実施の形態における加速度センサは、基本的には図１に示す実施の形態１の加速度センサと同様の構成を備えているが、図１３を参照して、実施の形態１の加速度センサの構成に追加してさらに、第３および第４ねじれ梁１３、１４と、第３および４検出フレーム２３、２４と、第３および第４リンク梁３３、３４とを備えている。つまり、本実施の形態における加速度センサは、第１のユニット１０と、第２のユニット２０と、第３のユニット３０と、第４のユニット４０とを備えている。第１〜第４のユニット１０、２０、３０、４０の各々は、第１〜第４ねじれ梁１１〜１４と、第１〜第４検出フレーム２１〜２４と、第１〜第４リンク梁３１〜３４と、第１〜第４検出電極４１〜４４と、アンカー９１〜９４とを有している。
第３ねじれ梁１３は、第１ねじれ軸Ｔ１の周りにねじれることができるように、基板１に設けられたアンカー９３により支持されている。すなわち、第３ねじれ梁１３がねじれる中心となる第３ねじれ軸は、第１ねじれ軸Ｔ１である。
第３検出フレーム２３は、第１ねじれ軸Ｔ１を中心に回転可能なように、第３ねじれ梁１３を介して基板１に支持されている。また、第３検出フレーム２３は、少なくともその一部が導電性を有している。
第４ねじれ梁１４は、第２ねじれ軸Ｔ２の周りにねじれることができるように、基板１に設けられたアンカー９４により支持されている。すなわち、第４ねじれ梁１４がねじれる中心となる第４ねじれ軸は、第２ねじれ軸Ｔ２である。
第４検出フレーム２４は、第２ねじれ軸Ｔ２を中心に回転可能なように、第４ねじれ梁１４を介して基板１に支持されている。また、第４検出フレーム２４は、少なくともその一部が導電性を有している。
複数の検出電極は、第３検出電極４３と第４検出電極４４とをさらに有する。この第３検出電極４３は、第３検出フレーム２３の基板１に対する角度を静電容量により検出できるように、第３検出フレーム２３と対向する第３検出電極４３ａおよび４３ｂを有している。この第３検出電極４３ａ、４３ｂは、第３検出フレーム２３のそれぞれと対向するよ
うに基板１上に絶縁膜３を介して形成されている。また、複数の第４検出電極４４は、第４検出フレーム２４の基板１に対する角度を検出できるように、第４検出フレーム２４と対向する第４検出電極４４ａおよび４４ｂを有している。この第４検出電極４４ａ、４４ｂは、第４検出フレーム２４のそれぞれと対向するように基板１上に絶縁膜３を介して形成されている。
第３リンク梁３３は、第３の軸Ｌ３上において第３検出フレーム２３に繋がっている。この第３の軸Ｌ３は、第１ねじれ軸Ｔ１に対してＹ軸の負方向にオフセットｅ３だけ平行にずらされた位置である。すなわち、オフセットｅ３の向きは、第１ねじれ軸Ｔ１から第１の軸Ｌ１へ向かう方向（オフセットｅ１の方向）と反対方向である。このオフセットｅ３の絶対値は、オフセットｅ１と等しい。
第４リンク梁３４は、第４の軸Ｌ４上において第４検出フレーム２４に繋がっている。この第４の軸Ｌ４は、第２ねじれ軸Ｔ２に対してＹ軸の負方向にオフセットｅ４だけ平行にずらされた位置である。すなわち、オフセットｅ４の向きは、第２ねじれ軸Ｔ２から第２の軸Ｌ２へ向かう方向（オフセットｅ２の方向）と反対方向である。このオフセットｅ４の絶対値は、オフセットｅ２と等しい。
慣性質量体２は、第１〜第４リンク梁３１〜３４のそれぞれを介して第１〜第４検出フレーム２１〜２４の各々に連結されることにより、基板１上で基板１の厚み方向に変位可能に支持されている。
つまり、第３検出フレーム２３が第３ねじれ梁１３でアンカー９３に接続されており、かつ第３の軸Ｌ３で第３リンク梁３３が慣性質量体２に接続されている。また、第４検出フレーム２４が第４ねじれ梁１４でアンカー９４に接続されており、かつ第４の軸Ｌ４で第４リンク梁３４が慣性質量体２に接続されている。
なお、本実施の形態のこれ以外の構成は上述した実施の形態１の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
続いて、本実施の形態の加速度センサの加速度の測定原理について説明する。
図１４は、本発明の実施の形態２における加速度センサに対して基板の膜厚方向に沿って上方向に加速度が加えられた際の様子を概略的に示す断面図である。なお、図１４の断面位置は図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う概略的な断面図である。また図１４においては図を見易くするためにアンカー９１、９２は図示されていない。
図１４を参照して、基板１の膜厚方向に沿って上方向、すなわちＺ軸の正方向（図中上方向）の加速度ａｚが加速度センサに加わると、慣性質量体２は慣性力により初期位置（図中破線で示す位置）からＺ軸の負方向（図中下方向）に沈み込むように変位する。慣性質量体２と連結されている第１および第２リンク梁３１、３２も、慣性質量体と一体となってＺ軸の負方向（図中下方向）に変位する。
第１リンク梁３１の変位により、第１検出フレーム２１は、第１の軸Ｌ１の部分でＺ軸の負方向（図中下方向）への力を受ける。この第１の軸Ｌ１は、第１ねじれ軸Ｔ１からオフセットｅ１だけ平行移動された位置にあるため、第１検出フレーム２１にはトルクが作用する。この結果、第１検出フレーム２１が回転変位する。
また、第４リンク梁３４の変位により、第４検出フレーム２４は、第４の軸Ｌ４の部分でＺ軸の負方向（図中下方向）への力を受ける。この第４の軸Ｌ４は、第２ねじれ軸Ｔ２からオフセットｅ４だけ平行移動された位置にあるため、第４検出フレーム２４にはトルクが作用する。この結果、第４検出フレーム２４が回転変位する。
オフセットｅ１とｅ４とは反対の向きであるため、第１検出フレーム２１と第４検出フレーム２４とは逆向きに回転する。すなわち、第１検出フレーム２１の上面は加速度センサの一方端部側（図１４の右側）を向き、第４検出フレーム２４の上面は加速度センサの他方端部（中央）側（図１４の左側）を向くように、第１および第４検出フレーム２１、２４が回転変位する。
この回転変位にともない、第１検出フレーム２１と検出電極４１ａとにより構成されるコンデンサＣ１ａの静電容量Ｃ1aが増大し、第４検出フレーム２４と第４検出電極４４ｂとにより構成されるコンデンサＣ４ｂの静電容量Ｃ4bが減少する。また第４検出フレーム２４と第４検出電極４４ａとにより構成されるコンデンサＣ４ａの静電容量Ｃ4aが増大し、第４検出フレーム２４と第４検出電極４４ｂとにより構成されるコンデンサＣ２ｂの静電容量Ｃ2bが減少する。
上記式（１）より、電位Ｖdは一定値であることから、出力電位Ｖoutを測定することにより、慣性質量体２の基板１の厚み方向の変位を検出し、この検出結果によりＺ軸方向の加速度ａｚを検知することができる。
なお、実施の形態１と同様に、第１検出フレーム２１と第２検出フレーム２２とでも加速度ａｚを検知することができる。また、第３検出フレームと第４検出フレームとでも加速度ａｚを検知することができる。
次に、本実施の形態の加速度センサに対して角加速度が加えられた場合の検出誤差について説明する。
図１５は、本発明の実施の形態２における加速度センサに対してＸ軸まわりに角加速度が加えられた際の様子を概略的に示す断面図である。なお、図１５の断面位置は図１４と同一である。また、図１５においては図を見易くするためにアンカー９１、９２、中央の慣性質量体２は図示されていない。
図１５を参照して、慣性質量体２は、Ｘ軸方向の負の角加速度ａωを受けると、慣性モーメントのために初期位置（図中破線の位置）から角加速度ａωと逆向きに回転変位して傾斜する。この慣性質量体２の傾斜にともない、第１検出フレーム２１は第１リンク梁３１の軸Ｌ１の部分で持ち上げられ、第１ねじれ軸Ｔ１を中心に回転される。また、第４検出フレーム２４は第４リンク梁３４の第４の軸Ｌ４の部分で押し下げられて、第２ねじれ軸Ｔ２を中心に回転される。
この第１および第４検出フレーム２１、２４の回転にともない、第１検出フレーム２１と検出電極４１ａとにより構成されるコンデンサＣ１ａの静電容量Ｃ1aが減少し、第１検出フレーム２１と検出電極４１ｂとにより構成されるコンデンサＣ１ｂの静電容量Ｃ1bが増大する。また第４検出フレーム２４と検出電極４４ａとにより構成されるコンデンサＣ４ａの静電容量Ｃ4aが増大し、第４検出フレーム２４と検出電極４４ｂとにより構成されるコンデンサＣ４ｂの静電容量Ｃ4bが減少する。
図１６は、本発明の実施の形態２における加速度センサの第１、第２、第３および第４検出フレームと、第１、第２、第３および第４検出電極とにより形成されるコンデンサの電気的接続を説明する回路図である。
図１６を参照して、コンデンサＣ１ａとＣ２ａとＣ３ａとＣ４ａとが並列接続され、コンデンサＣ１ｂとＣ２ｂとＣ３ｂとＣ４ｂとが並列接続されている。そして、これら２つの並列接続された部分がさらに直列に接続されている。このように形成された回路のコンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ４ａ側の端部には一定電位Ｖdが印加され、コンデンサＣ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂ、Ｃ４ｂ側の端部は接地されている。また、上記直列接続部には端子が設けられており、この端子の出力電位Ｖoutを測定することができる。この出力電位Ｖoutは、下記の値となる。
Figure 2009125510
電位Ｖdは一定値であることから、出力電位Ｖoutを測定することにより、Ｚ軸方向の加速度ａｚを検知することができる。加速度が０、すなわち、変位がない場合はＣ１ａ＝Ｃ２ａ＝Ｃ３ａ＝Ｃ４ａ＝Ｃ１ｂ＝Ｃ２ｂ＝Ｃ３ｂ＝Ｃ４ｂであるので、Ｖout＝Ｖd／２で表わされる。
式（２）を参照して、上記の静電容量の変化が生じた場合、静電容量Ｃ1aの減少とＣ4aの増大とが相殺され、かつＣ1bの増大とＣ4bの減少とが相殺される。このため、この角加速度ａωが出力電位Ｖoutに対して及ぼす影響は抑制される。
次に、本実施の形態の加速度センサに対して角速度が加えられた場合の検出誤差について説明する。
図１７は、本発明の実施の形態２における加速度センサに対してＹ軸から少し傾いた軸に角速度が加えられた際の様子を概略的に示す断面図である。なお、図１７の断面位置は図１４と同一である。また、図１７においては図を見易くするためにアンカー９１、９２、中央の慣性質量体２は図示されていない。
図１７を参照して、角速度ωの回転にともなう遠心力が慣性質量体２に作用する。このため、慣性質量体２は、初期位置（図中破線の位置）から、慣性質量体２の端部が角速度ωの回転軸から遠ざかる向きに回転変位して傾斜する。
この慣性質量体２の傾斜は、前述した角加速度ａωが加えられた場合と同様である。このため、同様の原理により角速度ωが出力電位Ｖoutに対して及ぼす影響も抑制される。
次に、本実施の形態の加速度センサに対して他軸加速度が加えられた場合の検出誤差について、重力の影響を含めて説明する。
図１８は、本発明の実施の形態２における加速度センサに対してＹ軸方向に加速度が加えられた際の様子を概略的に示す断面図である。なお、図１８の断面位置は図１４と同一である。また、図１８においては図を見易くするためにアンカー９１、９２、中央の慣性質量体２は図示されていない。
図１８を参照して、慣性質量体２には重力としてＺ軸方向の負の力が作用しており、慣性質量体２は初期位置（図中破線の位置）から下方（図中Ｚ軸の負の方向）に沈み込んだ状態となっている。
この状態のもとで加速度センサに対してＹ軸の負の向きに加速度ａｙが加わると、慣性質量体２にはＹ軸の正の向きの慣性力が加わる。この慣性力は、第１および第４リンク梁３１、３４の第１および第４の軸Ｌ１、Ｌ４上のそれぞれの部分で、第１および第４検出フレーム２１、２４の各々に伝達される。
重力の影響により第１の軸Ｌ１の基板１からの高さは第１ねじれ軸Ｔ１よりも低くなっている。このため、上記の第１の軸Ｌ１の部分に伝達される力（図１８において矢印）は、第１検出フレーム２１に対して第１ねじれ軸Ｔ１周りのトルクとして作用する。
また、重力の影響により軸Ｌ４の基板１からの高さは第２ねじれ軸Ｔ２よりも低くなっている。このため、上記の軸Ｌ４の部分に伝達される力は、第４検出フレーム２４に対して第２ねじれ軸Ｔ２周りのトルクとして作用する。
ここで、上記の第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２周りのトルクは、両方とも第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２の下方に作用点を有している。また、この作用点に働く力は、両方ともＹ軸方向に正の向きである。この結果、第１検出フレーム２１の回転変位と、第４検出フレーム２４の回転変位とは同一の向きとなる。
回転変位の影響として、第１検出フレーム２１と検出電極４１ａとにより構成されるコンデンサＣ１ａの静電容量Ｃ1aが減少し、第１検出フレーム２１と検出電極４１ｂとにより構成されるコンデンサＣ１ｂの静電容量Ｃ1bが増大する。また、第４検出フレーム２４と検出電極４４ａとにより構成されるコンデンサＣ４ａの静電容量Ｃ4aが増大し、第４検出フレーム２４と検出電極４４ｂとにより構成されるコンデンサＣ４ｂの静電容量Ｃ4bが減少する。
上記式（２）を参照して、上記の静電容量の変化が生じた場合、静電容量Ｃ1aの減少とＣ4aの増大とが相殺され、かつＣ１ｂの増大とＣ４ｂの減少とが相殺される。このため、Ｙ軸方向の加速度ａｙがＺ軸方向の加速度検出のために測定される出力電位Ｖoutに対して及ぼす影響は抑制される。
以上より、本実施の形態によれば、第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２から第１および第２の軸Ｌ１、Ｌ２への移動の方向と、第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２から第３および第４の軸Ｌ３、Ｌ４への移動の方向とが反対方向である。これにより、角加速度、角速度および他軸加速度による検出誤差を抑制することができる。よって、基板１が反った場合であっても、第１検出フレーム２１と第２検出フレーム２２とにより、または第３検出フレーム２３と第４検出フレーム２４とにより出力の精度を向上でき、第１検出フレーム２１と第４検出フレーム２４とにより、または第２検出フレーム２２と第３検出フレーム２３とにより、角加速度、角速度および多軸加速度が加えらた場合であっても出力の精度を向上することができる。
（実施の形態３）
図１９は、本発明の実施の形態３における加速度センサの構成を概略的に示す上面図である。
図１９を参照して、本実施の形態における加速度センサは、基本的には図１３に示す実施の形態２と同様の構成を備えているが、第２検出フレーム２２、第２リンク梁３２、第２ねじれ梁１２およびアンカー９２（第２のユニット２０）と、第４検出フレーム２４、第４リンク梁３４、第４ねじれ梁１４およびアンカー９４（第４のユニット４０）との配置を入れ替えた構成である。
このため、本実施の形態における加速度センサは、Ｘ軸に対して軸対称の構造となっている。言い換えると、この加速度センサは、第１および第２検出フレーム２１、２２、第１および第２ねじれ梁１１、１２、および第１および第２リンク梁３１、３２は、第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２に平行な軸に対して対称になるように配置されている。
なお、本実施の形態のこれ以外の構成は上述した実施の形態１または２の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態によれば、第１および第２リンク梁３１、３２の位置が軸対称に配置されている。このため、反りなどによって第１および第２検出フレーム２１、２２が傾いた場合でも、慣性質量体２の傾きを抑制することができる。すなわち、慣性質量体２は面外方向の平行変位のみ移動し易くなるので、出力を精度良く検出することができるとともに、アクチュエーション電極５による自己診断機能の精度を向上させることができる。
（実施の形態４）
図２０は、本発明の実施の形態４における加速度センサの構成を概略的に示す上面図である。
図２０を参照して、本実施の形態における加速度センサは、基本的には図１９に示す実施の形態３と同様の構成を備えているが、Ｙ軸に対しても軸対称構造になるように配置している。
詳細には、加速度センサは、１つの第１のユニット１０と、２つの第２のユニットと、２つの第３のユニット３０と、１つの第４のユニット４０とを備えている。第４のユニット４０は、重心Ｇを通りＸ軸に平行な軸Ｂに対して第１のユニット１０と対向するように配置されている。２つの第２のユニット２０は、第４のユニット４０を挟んで、重心Ｇを通りＸ軸に平行な軸Ｂに対して第３のユニット３０に対向するように配置されている。２つの第３のユニット３０は、第１のユニット１０を挟んで、重心Ｇを通りＸ軸に平行な軸Ｂに対して第２のユニット２０と対向するように配置されている。
また、第１〜第４のユニット１０、２０、３０、４０は、重心Ｇを通りＹ軸に平行な軸Ａに対して左右対称に配置されている。
なお、本実施の形態のこれ以外の構成は上述した実施の形態３の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態によれば、第１および第２検出フレーム２１、２２、第１および第２ねじれ梁１１、１２、および第１および第２リンク梁３１、３２は、第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２と交差する軸（本実施の形態では軸Ａ）に対して対称になるように配置されている。これにより、第１および第２リンク梁３１、３２の位置が、軸対称に交互に配置されている。このため、基板１に反りなどが生じて第１および第２検出フレーム２１、２２が傾いた場合でも、慣性質量体２の傾きをより抑制することができる。すなわち、慣性質量体２はほぼ面外方向の平行変位のみとなり、さらに精度良く出力を検出することができるとともに、アクチュエーション電極５による自己診断機能の精度をさらに向上させることができる。
（実施の形態５）
図２１は、本発明の実施の形態５における加速度センサの構成を概略的に示す上面図である。
図２１を参照して、本実施の形態における加速度センサは、基本的には図２０に示す実施の形態４と同様の構成を備えているが、第１のユニット１０および第２のユニット２０を重心Ｇに対して９０度回転させた第５〜第８のユニット５０、６０、７０、８０をさらに備えている。すなわち、本実施の形態の加速度センサは、重心Ｇに対して９０度回転させた構造が完全軸対称構造になるように配置されている。
第５〜第８のユニット５０、６０、７０、８０の各々は、第５〜第８ねじれ梁１５〜１８と、第５〜第８検出フレーム２５〜２８と、第５〜第８リンク梁３５〜３８と、第５〜第８検出電極４５〜４８と、アンカー９５〜９８とを有している。
第５および第７検出フレーム２５、２７は、第３ねじれ軸Ｔ３を中心に回転可能である。第６および第８検出フレーム２６、２８は、第４ねじれ軸Ｔ４を中心に回転可能である。第３および第４ねじれ軸Ｔ３、Ｔ４は、第１および第２ねじれ軸Ｔ１、Ｔ２に対して９０度回転された位置である。
第５および第６リンク梁３５、３６が第５および第６検出フレーム２５、２６と接続される第５および第６の軸Ｌ５、Ｌ６は、第３および第４ねじれ軸Ｔ３、Ｔ４と同じ方向に移動した位置である。つまり、オフセットｅ５とｅ６とは等しい。
第７および第８リンク梁３７、３８が第７および第８検出フレーム２７、２８と接続される第７および第８の軸Ｌ７、Ｌ８は、第３および第４ねじれ軸Ｔ３、Ｔ４と同じ方向に移動した位置であり、かつ第５および第６の軸Ｌ５、Ｌ６と反対方向に移動した位置である。つまり、オフセットｅ７とｅ８とは等しく、かつオフセットｅ７およびｅ８はオフセットｅ５およびｅ６と方向が反対であり、絶対値が等しい。
なお、本実施の形態のこれ以外の構成は上述した実施の形態２の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
以上より、本実施の形態によれば、第１および第２検出フレーム２１、２２、第１および第２ねじれ梁１１、１２、および第１および第２リンク梁３１、３２と９０度回転させた第５〜８検出フレーム２５〜２８と、第５〜第８ねじれ梁１５〜１８と、第５〜第８リンク梁３５〜３８とをさらに備えている。これにより、基板１がＸ軸、Ｙ軸のどちらの方向に反った場合であっても対応できる。このため、出力をより一層精度良く検出することができる。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、静電容量型の加速度センサに特に有利に適用され得る。

Claims (7)

  1. 基板（１）と、
    前記基板（１）に支持された第１ねじれ軸（Ｔ１）の周りにねじれる第１ねじれ梁（１１）と、
    前記第１ねじれ軸（Ｔ１）を中心に回転可能なように、前記第１ねじれ梁（１１）を介して前記基板（１）に支持された第１検出フレーム（２１）と、
    前記基板（１）に支持された第２ねじれ軸（Ｔ２）の周りにねじれる第２ねじれ梁（１２）と、
    前記第２ねじれ軸（Ｔ２）を中心に回転可能なように、前記第２ねじれ梁（１２）を介して前記基板（１）に支持された第２検出フレーム（２２）と、
    前記第１および第２検出フレーム（２１、２２）のそれぞれと対向するように前記基板（１）上に形成され、かつ前記基板（１）に対する前記第１および第２検出フレーム（２１、２２）の角度を静電容量により検出するための第１および第２検出電極（４１、４１ａ、４１ｂ、４２、４２ａ、４２ｂ）と、
    前記第１ねじれ軸（Ｔ１）と交差する方向に沿って前記第１検出フレーム（２１）の一方端部側に前記第１ねじれ軸（Ｔ１）を移動した第１の軸（Ｌ１）上において前記第１検出フレーム（２１）と接続された第１リンク梁（３１）と、
    前記第１ねじれ軸（Ｔ１）の移動の方向と同じ方向に前記第２ねじれ軸（Ｔ２）を移動した第２の軸（Ｌ２）上において前記第２検出フレーム（２２）と接続された第２リンク梁（３２）と、
    前記第１および第２リンク梁（３１、３２）のそれぞれにより前記第１および第２検出フレーム（２１、２２）の各々に連結されることで、前記基板（１）上で前記基板（１）の厚み方向に変位可能に支持された慣性質量体（２）とを備えた、加速度センサ。
  2. 前記第１ねじれ軸（Ｔ１）と前記第１リンク梁（３１）との間のオフセット（ｅ１）と、前記第２ねじれ軸（Ｔ２）と前記第２リンク梁（３２）との間のオフセット（ｅ２）とが等しい、請求の範囲第１項に記載の加速度センサ。
  3. 前記第１ねじれ軸（Ｔ１）と前記第２ねじれ軸（Ｔ２）とが互いに平行である、請求の範囲第１項に記載の加速度センサ。
  4. 前記第１および第２検出フレーム（２１、２２）と、前記第１および第２ねじれ梁（１１、１２）と、前記第１および第２リンク梁（３１、３２）とは、前記第１および第２ねじれ軸（Ｔ１、Ｔ２）に平行な軸に対して対称になるように配置された、請求の範囲第１項に記載の加速度センサ。
  5. 前記第１および第２検出フレーム（２１、２２）と、前記第１および第２ねじれ梁（１１、１２）と、前記第１および第２リンク梁（３１、３２）とは、前記第１および第２ねじれ軸（Ｔ１、Ｔ２）と交差する軸に対して対称になるように配置された、請求の範囲第４項に記載の加速度センサ。
  6. 前記第１および第２検出フレーム（２１、２２）と、前記第１および第２ねじれ梁（１１、１２）と、前記第１および第２リンク梁（３１、３２）を９０度回転させた検出フレーム（２５〜２８）と、ねじれ梁（１５〜１８）と、リンク梁（３５〜３８）とをさらに備えた、請求の範囲第５項に記載の加速度センサ。
  7. 前記基板（１）に支持された第３ねじれ軸（Ｔ３）の周りにねじれる第３ねじれ梁（１３）と、
    前記第３ねじれ軸（Ｔ３）を中心に回転可能なように、前記第３ねじれ梁（１３）を介して前記基板（１）に支持された第３検出フレーム（２３）と、
    前記基板（１）に支持された第４ねじれ軸（Ｔ４）の周りにねじれる第４ねじれ梁（１４）と、
    前記第４ねじれ軸（Ｔ４）を中心に回転可能なように、前記第４ねじれ梁（１４）を介して前記基板（１）に支持された第４検出フレーム（２４）と、
    前記第３および第４検出フレーム（２３、２４）のそれぞれと対向するように前記基板（１）上に形成され、かつ前記基板（１）に対する前記第３および第４検出フレーム（２３、２４）の角度を静電容量により検出するための第３および第４検出電極（４３、４３ａ、４３ｂ、４４、４４ａ、４４ｂ）と、
    前記第３ねじれ軸（Ｔ３）と交差する方向に沿って前記第３検出フレーム（２３）の一方端部側に前記第３ねじれ軸（Ｔ３）を移動した第３の軸（Ｌ３）上において前記第３検出フレーム（２３）と接続された第３リンク梁（３３）と、
    前記第３ねじれ軸（Ｔ３）の移動の方向と同じ方向に前記第４ねじれ軸（Ｔ４）を移動した第４の軸（Ｌ４）上において前記第４検出フレーム（２４）と接続された第４リンク梁（３４）とをさらに備え、
    前記第３および第４ねじれ軸（Ｔ３、Ｔ４）から前記第３および第４の軸（Ｌ３、Ｌ４）への移動方向は、前記第１および第２ねじれ軸（Ｔ１、Ｔ２）から前記第１および第２の軸（Ｌ１、Ｌ２）への移動の方向と反対方向である、請求の範囲第１項に記載の加速度センサ。
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