WO2015186772A1

WO2015186772A1 - Ｍｅｍｓ構造体

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Publication number: WO2015186772A1
Application number: PCT/JP2015/066146
Authority: WO
Inventors: 威岡見; 崇溝田; 夕輝植屋; 潤弥松岡; 辻　信昭
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2015-12-10
Also published as: US9764943B2; US20170073216A1

Abstract

　ＭＥＭＳ構造体（１）は、基板（２）上に形成されたアンカー（２２）等によって、基板（２）表面に固設されたＺ方向検出電極（１０）の上方に、本体部（２０）、可動部（３０）を配置して構成されている。可動部（３０）における可動錘（３１）は、Ｙ方向へ弾性変形可能な各弾性支持部（３３）によって、中間フレーム部（３２）に対して接続されているので、可動部（３０）は、本体部（２０）に対して、Ｙ方向へ相対的に変位し得る。又、可動部（３０）における中間フレーム部（３２）は、Ｘ方向側の一端部に配設されたトーションバー（３４）の捩れ変形によって、本体部（２０）に対して揺動可能に支持されているので、可動部（３０）は、可動錘（３１）及び中間フレーム部（３２）を一体的に、Ｚ方向に変位する。

Description

ＭＥＭＳ構造体

　本発明は、ＭＥＭＳ（Micro　Electro　Mechanical　Systems）技術を用いて構成されたＭＥＭＳ構造体に関する。

　近年、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されたＭＥＭＳ構造体は、物理量を検出する為の種々のセンサ（例えば、加速度センサやジャイロセンサ等）に用いられている。このようなセンサに用いられるＭＥＭＳ構造体は、外因によって変位可能な可動部を有しており、当該可動部の変形や変位を電気信号に変換して出力することで、物理量を検出するように構成される。

　このようなＭＥＭＳ構造体に関する発明として、例えば、特開２００８－０５８２５９号公報（特許文献１）に記載の発明が知られており、互いに直交する３軸の内、１軸方向の駆動振動で２軸方向の角速度を検出可能な慣性センサが記載されている。特許文献１に記載の慣性センサにおいては、可動部としての振動子は、弾性支持部によって、所定の駆動方向（例えば、Ｘ軸方向）及び、駆動方向に直交する検出方向（例えば、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）に変位可能に支持されており、検出方向に対する当該可動部の変位を、検出電極によって、静電容量の変化として検出可能に構成されている。従って、特許文献１においては、可動部を支持する弾性支持部は、弾性変形可能に構成されており、駆動方向に加え、二方向の検出方向に対する自由度を有している。

特開２００８－０５８２５９号公報

　上述したように、特許文献１に記載の慣性センサにおいては、可動部を弾性支持部によって支持しており、当該弾性支持部におけるバネ定数やバネ定数に依存する共振周波数は、センサの感度に影響を及ぼす為、弾性支持部のバネ定数及び共振周波数を調整する必要がある。

　この点、特許文献１に記載の構成のように、弾性支持部によって、可動部を相互に直交する二つの検出方向へ変位可能に支持する構成を採用した場合、一の検出方向（例えば、Ｙ軸方向）へのバネ定数及び共振周波数を所望の値に調整すると、他の検出方向（例えば、Ｚ軸方向）へのバネ定数及び共振周波数に影響が及んでしまう。従って、このような構成においては、二つの検出方向に対する共振周波数を、それぞれ所望の値に調整することが非常に難しく、ひいては、センサの感度を所望の値に調整することが難しくなってしまっていた。

　本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、ＭＥＭＳ技術を用いて製造され、二方向に変位可能な可動部を有するＭＥＭＳ構造体に関し、二方向に対する共振周波数を容易に所望の値に調整可能なＭＥＭＳ構造体を提供する。

　本発明の一側面に係るＭＥＭＳ構造体は、基板と、前記基板上に配設された支持部と、前記基板上に固定された固定電極と、前記固定電極に対して遊離して配置された可動部と、を有し、前記可動部は、矩形板状に形成された錘部と、前記錘部の外縁を囲む枠状部と、前記錘部と前記枠状部との間を接続し、前記基板平面に対して水平な第１方向に弾性変形可能な弾性支持部と、前記基板平面に対して水平で、且つ、前記第１方向と直交する第２方向における前記枠状部の一端部を、前記支持部に対して揺動可能に軸支するトーションバーと、を有することを特徴とする。

　当該ＭＥＭＳ構造体において、可動部における錘部は、弾性支持部によって、枠状部との間を第１方向へ弾性変形可能に支持されているので、可動部は、第１方向に対して変位可能に構成されている。又、可動部における枠状部は、第２方向側の端部に配設されたトーションバーによって、支持部に対して揺動可能に支持されているので、可動部は、基板表面に対して近接・離間する方向に変位可能に構成されている。このように、当該ＭＥＭＳ構造体によれば、二方向に対する可動部の変位を実現し得る。

　又、当該ＭＥＭＳ構造体によれば、弾性支持部とトーションバーとの間に枠状部が配置されているため、弾性支持部に対する共振周波数等の調整が、トーションバーの共振周波数等に影響を与えることはなく、又、トーションバーに対する共振周波数等の調整が、弾性支持部の共振周波数等に影響を与えることはない。即ち、当該ＭＥＭＳ構造体によれば、異なる二方向の共振周波数等を、相互に影響を及ぼすことなく調整することができ、それぞれを容易に所望の値に調整し得る。又、これに伴って、センサの感度を所望の値に容易に調整することも可能となる。

　そして、本発明の他の側面に係るＭＥＭＳ構造体は、請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体であって、前記弾性支持部は、前記第２方向における前記錘部の両端部において、当該錘部と前記枠状部の間を接続していることを特徴とする。

　当該ＭＥＭＳ構造体において、弾性支持部は、前記第２方向における前記錘部の両端部において、当該錘部と前記枠状部の間を接続している。従って、当該ＭＥＭＳ構造体によれば、当該弾性支持部によって、枠状部に対する錘部の変位について、第１方向への変位を許容すると共に、他の方向への変位を抑制し得る。

　又、本発明の他の側面に係るＭＥＭＳ構造体は、請求項１又は請求項２に記載のＭＥＭＳ構造体であって、前記弾性支持部は、矩形板状をなす前記錘部の各角部において、当該錘部と前記枠状部の間を接続していることを特徴とする。

　当該ＭＥＭＳ構造体において、前記弾性支持部は、矩形板状をなす前記錘部の各角部において、当該錘部と前記枠状部の間を接続している。従って、当該ＭＥＭＳ構造体によれば、当該弾性支持部によって、枠状部に対する錘部の変位について、第１方向への変位を許容すると共に、他の方向への変位をより確実に抑制し得る。

　そして、本発明の他の側面に係るＭＥＭＳ構造体は、基板と、前記基板上に配設された支持部と、前記基板上に固定された固定電極と、前記固定電極に対して遊離して配置された可動部と、を有し、前記可動部は、矩形板状に形成された錘部と、前記錘部の外縁を囲む枠状部と、前記支持部と前記枠状部との間を接続し、前記基板平面に対して水平な第１方向に弾性変形可能な弾性支持部と、前記基板平面に対して水平で、且つ、前記第１方向と直交する第２方向における前記錘部の一端部を、前記枠状部に対して揺動可能に軸支するトーションバーと、を有することを特徴とする。

　当該ＭＥＭＳ構造体において、可動部における枠状部は、弾性支持部によって、支持部との間を第１方向へ弾性変形可能に支持されているので、可動部は、第１方向に対して変位可能に構成されている。又、可動部における錘部は、第２方向側の端部に配設されたトーションバーによって、枠状部に対して揺動可能に支持されているので、可動部は、基板表面に対して近接・離間する方向に変位可能に構成されている。このように、当該ＭＥＭＳ構造体によれば、二方向に対する可動部の変位を実現し得る。

　本発明の他の側面に係るＭＥＭＳ構造体は、請求項４に記載のＭＥＭＳ構造体であって、前記弾性支持部は、前記第２方向における前記枠状部の両端部において、当該枠状部と前記支持部の間を接続していることを特徴とする。

　当該ＭＥＭＳ構造体は、前記弾性支持部は、前記第２方向における前記枠状部の両端部において、当該枠状部と前記支持部の間を接続している。従って、当該ＭＥＭＳ構造体によれば、当該弾性支持部によって、支持部に対する枠状部の変位について、第１方向への変位を許容すると共に、他の方向への変位を抑制し得る。

　又、本発明の他の側面に係るＭＥＭＳ構造体は、請求項４又は請求項５に記載のＭＥＭＳ構造体であって、前記弾性支持部は、矩形状に形成された前記枠状部の各角部において、当該枠状部と前記支持部の間を接続していることを特徴とする。

　当該ＭＥＭＳ構造体によれば、前記弾性支持部は、矩形状に形成された前記枠状部の各角部において、当該枠状部と前記支持部の間を接続している。従って、当該ＭＥＭＳ構造体によれば、当該弾性支持部によって、支持部に対する枠状部の変位について、第１方向への変位を許容すると共に、他の方向への変位をより確実に抑制し得る。

　本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、可動部を、錘部、枠状部、弾性支持部、トーションバーによって構成することで、弾性支持部によって可動部の第１方向に対する変位と、トーションバーによって可動部の揺動に伴う変位を実現することができる。又、弾性支持部とトーションバーとの間に枠状部が配置されているため、異なる二方向の共振周波数等を、相互に影響を及ぼすことなく調整することができ、それぞれを容易に所望の値に調整し得る。

第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体の概略構成を示す平面図である。第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体の概略構成を示す平面図である。

　以下、本発明に係るＭＥＭＳ構造体を、静電容量型の角速度センサの一部を構成するＭＥＭＳ構造体１に適用した実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、下記の説明に用いる図面は、説明の便宜上、実際の寸法・縮尺とは異なって図示されている部分がある。

　（第１実施形態）
　先ず、第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１の概略構成について、図１を参照しつつ詳細に説明する。上述したように、本実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１は、公知のＭＥＭＳ（Micro　Electro　Mechanical　Systems）技術を用いて製造されており、静電容量型の角速度センサを構成している。

　（ＭＥＭＳ構造体の構成）
　図１に示すように、ＭＥＭＳ構造体１は、基板２上に形成されたアンカー２２等によって、基板２表面に固設されたＺ方向検出電極１０の上方に、本体部２０、可動部３０を配置して構成されている。基板２は、略長方形状を為す板状にチップ化されている。

　尚、以下の説明においては、図１に矢印で示すように、基板２の長手方向に沿った方向をＸ方向、Ｘ方向に対して直角で基板２の短手方向に沿った方向をＹ方向、Ｘ方向とＹ方向との両方に直角となる方向をＺ方向と定義して説明する。

　基板２は、平板状のコア基板の上面を覆うように形成された絶縁層を有しており、当該基板２の絶縁層の表面には、Ｚ方向検出電極１０及びＹ方向検出電極１５が形成されている。Ｚ方向検出電極１０は、基板２の表面に沿って固設されており、Ｙ方向検出電極１５は、基板２表面に対して垂直に立設され、基板２上に固定されている。そして、基板２上面には、例えば導電性を有する低抵抗なシリコン材料等にエッチング加工を施すことによって、本体部２０、可動部３０等が形成されている。

　図１に示すように、基板２の中央部分には、本体部２０と、平板状の可動部３０が配置されており、本体部２０及び可動部３０は、基板２の四隅に立設されたアンカー２２等によって、基板２表面に対して所定の間隔を隔てて平行に配置されている。当該本体部２０は、振動用可動電極（図示せず）を有しており、基板２表面に配設された振動用固定電極（図示せず）と協働させることによって、Ｘ方向に振動可能に形成されている。

　アンカー２２は、基板２の四隅において、直方体形状に立設されており、本体部２０の角部に形成された駆動用バネ２１が接続されている。各駆動用バネ２１は、一端部が本体部２０の角部に接続され、他端部がアンカー２２に接続されており、Ｘ方向に伸縮可能に構成されている。従って、本体部２０は、基板２の四隅に固定された各アンカー２２に駆動用バネ２１により支持されることによって、基板２上に浮いた状態で保持されている。又、各アンカー２２は、それぞれ、導電材料が埋め込まれたスルーホール２３を有している。当該スルーホール２３は、基板２に形成された電極層と電気的に接続されている。

　そして、本体部２０の中央部分には、可動部３０が形成されている。当該可動部３０は、可動錘３１と、中間フレーム部３２と、弾性支持部３３と、トーションバー３４とを有しており、本体部２０に対して、相対的に変位可能に配設されている（図１参照）。尚、可動部３０は、通常（即ち、何等の外因も作用していない場合）、本体部２０と略同一平面上に位置するように形成されており、可動部３０上面は、本体部２０上面とＺ方向における位置が同一となる。

　可動錘３１は、平面視が略長方形の板状に形成されており、長辺がＸ方向に沿うように配置されている。可動錘３１は、弾性支持部３３によって、中間フレーム部３２の内側部分に支持されており、基板２表面のＺ方向検出電極１０に対向する位置に位置する。当該可動錘３１は、後述するように、中間フレーム部３２と共に、当該本体部２０に対して相対的に変位可能に配設されており、Ｚ方向検出電極１０との間の距離を変化させることによって、可動部３０とＺ方向検出電極１０の間の静電容量も変化させ得る。更に、可動錘３１は、当該本体部２０に対して相対的に変位可能に配設されており、Ｙ方向検出電極１５との間の距離を変化させることによって、可動部３０とＹ方向検出電極１５の間の静電容量も変化させ得る。

　中間フレーム部３２は、平面視形状が長方形枠状に形成され、略長方形の板状に形成された可動錘３１の外縁を囲むように配置されている。図１に示すように、中間フレーム部３２の内壁は、内側に設けられた可動錘３１の外縁と離間している。当該中間フレーム部３２の長辺方向における両端部には、弾性支持部３３が形成されており、可動錘３１と中間フレーム部３２の間を接続している。一方、当該中間フレーム部３２の長辺方向における一端側（即ち、－Ｘ方向側の端部）においては、一対のトーションバー３４が形成されており、中間フレーム部３２と本体部２０の間を接続している。従って、中間フレーム部３２は、本体部２０に対して、トーションバー３４を軸として揺動可能に支持されており、中間フレーム部３２の他端側をＺ方向へ変位させることができる。

　弾性支持部３３は、中間フレーム部３２の長辺方向（即ち、Ｘ方向）において、一端部が可動錘３１の角部に接続され、他端部が中間フレーム部３２における内側側面に接続されている。即ち、弾性支持部３３は、Ｘ方向に沿って伸びる対向する二辺の両端部において、可動錘３１を支持しており、可動錘３１の四つ角部分を支持している。各弾性支持部３３は、Ｙ方向に伸縮可能に構成されており、可動錘３１を、中間フレーム部３２に対してＹ方向へ変位可能に保持している。又、当該弾性支持部３３は、Ｘ方向及びＺ方向に対しては、所定の剛性を示すように形成されており、可動錘３１の四隅を保持している。従って、可動錘３１は、Ｘ方向及びＺ方向に関して、中間フレーム部３２についての相対的な変位を、各弾性支持部３３によって規制され、可動部３０がＺ方向に変位する場合、中間フレーム部３２と一体に動作する。

　トーションバー３４は、長辺方向における可動部３０（即ち、中間フレーム部３２）の一端側に形成されており、中間フレーム部３２の短辺方向（Ｙ方向）に沿って伸びる棒状をなしている。トーションバー３４の一端部は、本体部２０に対して接続されており、他端部は、－Ｘ方向における中間フレーム部３２の端部に接続されている。従って、当該トーションバー３４は、Ｘ方向における可動部３０の一端側を、本体部２０に対して揺動可能に支持しており、可動部３０の揺動に伴って捩れ変形する。

　従って、可動部３０（可動錘３１及び中間フレーム部３２）は、本体部２０に対して、トーションバー３４を軸として揺動可能に支持されており、可動部３０の他端側をＺ方向へ変位させることができる。これにより、可動部３０とＺ方向検出電極１０の間の静電容量を変化させることができるので、当該静電容量の変化によって、角速度の変化を検出することができる。又、トーションバー３４は、Ｘ方向における可動部３０の一端部に形成されているため、可動部３０の揺動に伴うトルクを大きくとることができる。これにより、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、センサの感度の向上に資することができる。

　（Ｙ方向への可動部３０の変位）
　上述のように構成された第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１において、可動部３０がＹ方向へ変位する場合の各部の動作について説明する。ＭＥＭＳ構造体１に対して外因が作用し、可動部３０がＹ方向に変位する場合、中間フレーム部３２の枠内において、可動錘３１が、各弾性支持部３３を弾性変形させつつ、Ｙ方向に変位する。この時、中間フレーム部３２は、トーションバー３４によって本体部２０に対して支持されており、Ｙ方向への変位をおこすことなく保持されている。つまり、第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１によれば、可動部３０の大部分を示す可動錘３１が、外因によって、各弾性支持部３３を変形させつつＹ方向に変位するので、Ｙ方向検出電極１５との間の静電容量の変化によって、Ｙ方向に対する可動部３０の変位として検出することができる。

　このように、第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１において、Ｙ方向に対する可動部３０の変位に対しては、可動錘３１と中間フレーム部３２の間を接続する各弾性支持部３３が作用し、本体部２０と中間フレーム部３２を接続するトーションバー３４が作用することはない。従って、第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１によれば、Ｙ方向に係る共振周波数を調整する場合には、Ｙ方向に対する可動部３０に変位に関連する各弾性支持部３３のバネ定数を調整すれば、Ｙ方向に係る共振周波数を所望の値に調整することができる。

　更に、第１実施形態においては、各弾性支持部３３は、可動錘３１と中間フレーム部３２の間を接続しており、トーションバー３４は、本体部２０と中間フレーム部３２を接続している。従って、各弾性支持部３３のバネ定数を調整した場合に、トーションバー３４のバネ定数が影響を受けることはない。従って、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、Ｙ方向に係る共振周波数を調整する際に、トーションバー３４のバネ定数を考慮する必要はなく、容易に、Ｙ方向に係る共振周波数を所望の値に調整することができる。

　（Ｚ方向への可動部３０の変位）
　続いて、第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１において、可動部３０がＺ方向へ変位する場合の各部の動作について説明する。ＭＥＭＳ構造体１に対して外因が作用し、可動部３０がＺ方向に変位する場合、可動錘３１は、中間フレーム部３２の枠内において、各弾性支持部３３によって支持されており、中間フレーム部３２に対するＺ方向への変位を規制されている。従って、可動錘３１は、中間フレーム部３２と一体にＺ方向へ変位する。一方、中間フレーム部３２は、＋Ｘ方向側の端部に形成されたトーションバー３４によって、本体部２０に対して揺動可能に支持されており、当該中間フレーム部３２の揺動に伴ってＺ方向へ変位可能に構成されている。従って、第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１によれば、可動部３０（可動錘３１及び中間フレーム部３２）が、外因によって、中間フレーム部３２を捩れ変形させつつ揺動し、Ｚ方向に変位するので、Ｚ方向検出電極１０との間の静電容量の変化量によって、Ｚ方向に対する可動部３０の変位として検出することができる。

　このように、第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１において、Ｚ方向に対する可動部３０の変位に対しては、本体部２０と中間フレーム部３２を接続するトーションバー３４が作用し、可動錘３１と中間フレーム部３２の間を接続する各弾性支持部３３が作用することはない。従って、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、Ｚ方向に係る共振周波数を調整する場合には、Ｚ方向に対する可動部３０に変位に関連するトーションバー３４のバネ定数を調整すれば、Ｚ方向に係る共振周波数を所望の値に調整することができる。

　上述したように、各弾性支持部３３は、可動錘３１と中間フレーム部３２の間を接続しており、トーションバー３４は、本体部２０と中間フレーム部３２を接続している。従って、トーションバー３４のバネ定数を調整した場合に、各弾性支持部３３のバネ定数が影響を受けることはない。従って、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、Ｚ方向に係る共振周波数を調整する際に、各弾性支持部３３のバネ定数を考慮する必要はなく、容易に、Ｚ方向に係る共振周波数を所望の値に調整することができる。

　以上説明したように、第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１において、可動部３０における可動錘３１は、Ｙ方向へ弾性変形可能な各弾性支持部３３によって、中間フレーム部３２に対して接続されているので、可動部３０は、Ｙ方向に対して変位可能に構成されている。又、可動部３０における中間フレーム部３２は、Ｘ方向側の一端部に配設されたトーションバー３４によって、本体部２０に対して揺動可能に支持されているので、可動部３０は、Ｚ方向に変位可能に構成されている。このように、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、Ｙ方向及びＺ方向の二方向に対する可動部３０の変位を実現することができる。

　又、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、各弾性支持部３３とトーションバー３４との間に中間フレーム部３２が配置されているため、各弾性支持部３３に対する共振周波数等の調整が、トーションバー３４の共振周波数等に影響を与えることはなく、又、トーションバー３４に対する共振周波数等の調整が、各弾性支持部３３の共振周波数等に影響を与えることはない。即ち、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、Ｙ方向、Ｚ方向に係る共振周波数等を、相互に影響を及ぼすことなく調整することができ、それぞれを容易に所望の値に調整し得る。又、これに伴って、センサの感度を所望の値に容易に調整することもできる。

　当該ＭＥＭＳ構造体１において、各弾性支持部３３は、矩形板状をなす可動錘３１の各角部（即ち、Ｘ方向における両端部）において、可動錘３１と中間フレーム部３２の間を接続しており、Ｘ方向、Ｚ方向に関して、中間フレーム部３２に対する可動錘３１の相対的な変位を規制している。これにより、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、各弾性支持部３３によって、中間フレーム部３２に対する可動錘３１の変位について、Ｙ方向への変位を許容すると共に、Ｘ方向及びＺ方向への変位をより確実に抑制し得る。

　（第２実施形態）
　次に、上述した第１実施形態と異なる実施形態（第２実施形態）について、図２を参照しつつ詳細に説明する。尚、第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１は、第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１と略同一の基本的構成を有しており、可動部３０の構成が相違する。第１実施形態と同一の構成については、その説明を省略し、相違点に係る構成について、詳細に説明する。

　第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１は、第１実施形態と同様に、基板２上に形成されたアンカー２２等によって、基板２表面に固設されたＺ方向検出電極１０の上方に、本体部２０及び可動部３０を配置して構成されている（図２参照）。第１実施形態と同様に、当該基板２表面には、Ｚ方向検出電極１０及びＹ方向検出電極１５が形成されている。

　第２実施形態においても、基板２の中央部分には、本体部２０と、平板状の可動部３０が配置されており、本体部２０及び可動部３０は、基板２の四隅に立設されたアンカー２２等によって、基板２表面に対して所定の間隔を隔てて平行に配置されている。当該本体部２０は、振動用可動電極（図示せず）を有しており、基板２表面に配設された振動用固定電極（図示せず）と協働させることによって、Ｘ方向に振動可能に形成されている。

　第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１においても、可動部３０は、可動錘３１と、中間フレーム部３２と、弾性支持部３３と、トーションバー３４とを有しており、本体部２０に対して、相対的に変位可能に配設されている（図２参照）。

　可動錘３１は、平面視が略長方形の板状に形成されており、長辺がＸ方向に沿うように配置されている。可動錘３１は、トーションバー３４によって、中間フレーム部３２の内側部分に支持されており、基板２表面のＺ方向検出電極１０に対向する位置に位置する。当該可動錘３１は、弾性支持部３３を軸として揺動可能に支持されており、可動錘３１の他端側をＺ方向へ変位させることができる。従って、当該ＭＥＭＳ構造体１は、Ｚ方向検出電極１０との間の距離等を変化させることによって、可動部３０とＺ方向検出電極１０の間の静電容量も変化させ得る。

　中間フレーム部３２は、平面視形状が長方形枠状に形成され、略長方形の板状に形成された可動錘３１の外縁を囲むように配置されている。図２に示すように、中間フレーム部３２の内壁は、内側に設けられた可動錘３１の外縁と離間している。当該中間フレーム部３２の長辺方向における一端側（即ち、－Ｘ方向側の端部）においては、一対のトーションバー３４が形成されており、可動錘３１と中間フレーム部３２の間を接続している。一方、当該中間フレーム部３２の長辺方向における両端部には、弾性支持部３３が形成されており、本体部２０と中間フレーム部３２における各角部の間を接続している。

　弾性支持部３３は、中間フレーム部３２の長辺方向（即ち、Ｘ方向）において、一端部が中間フレーム部３２の角部に接続され、他端部が本体部２０の内側側面に接続されている。即ち、弾性支持部３３は、Ｘ方向に沿って伸びる対向する二辺の両端部において、中間フレーム部３２を支持しており、中間フレーム部３２の四つ角部分を支持している。各弾性支持部３３は、Ｙ方向に伸縮可能に構成されており、中間フレーム部３２を本体部２０に対してＹ方向へ変位可能に保持している。又、当該弾性支持部３３は、Ｘ方向及びＺ方向に対しては、所定の剛性を示すように形成されており、中間フレーム部３２の四隅を保持している。従って、中間フレーム部３２は、Ｘ方向及びＺ方向に関して、本体部２０についての相対的な変位を、各弾性支持部３３によって規制されている。

　トーションバー３４は、長辺方向における可動錘３１の一端側に形成されており、可動錘３１の短辺方向（Ｙ方向）に沿って伸びる棒状をなしている。トーションバー３４の一端部は、中間フレーム部３２の内側側面に対して接続されており、他端部は、－Ｘ方向における可動錘３１の端部に接続されている。従って、当該トーションバー３４は、Ｘ方向における可動錘３１の一端側を、本体部２０及び中間フレーム部３２に対して揺動可能に支持しており、可動錘３１の揺動に伴って捩れ変形する。又、トーションバー３４は、Ｘ方向における可動錘３１の一端部に形成されているため、可動錘３１の揺動に伴うトルクを大きくとることができる。これにより、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、センサの感度の向上に資することができる。

　（Ｙ方向への可動部３０の変位）
　上述のように構成された第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１において、可動部３０がＹ方向へ変位する場合の各部の動作について説明する。ＭＥＭＳ構造体１に対して外因が作用し、可動部３０がＹ方向に変位する場合、中間フレーム部３２は、各弾性支持部３３を弾性変形させつつ、Ｙ方向に変位する。中間フレーム部３２の枠内において、可動錘３１は、トーションバー３４によって中間フレーム部３２に対して支持されており、Ｙ方向への変位をおこすことなく保持されている。従って、可動錘３１は、中間フレーム部３２と一体的にＹ方向へ変位する。つまり、第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１によれば、可動部３０（可動錘３１及び中間フレーム部３２）が、外因によって、各弾性支持部３３を変形させつつＹ方向に変位するので、Ｙ方向検出電極１５との間の静電容量の変化によって、Ｙ方向に対する可動部３０の変位を検出することができる。

　このように、第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１において、Ｙ方向に対する可動部３０の変位に対しては、本体部２０と中間フレーム部３２の間を接続する各弾性支持部３３が作用し、可動錘３１と中間フレーム部３２を接続するトーションバー３４が作用することはない。従って、第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１によれば、Ｙ方向に係る共振周波数を調整する場合には、Ｙ方向に対する可動部３０に変位に関連する各弾性支持部３３のバネ定数を調整すれば、Ｙ方向に係る共振周波数を所望の値に調整することができる。

　更に、第２実施形態においては、各弾性支持部３３は、本体部２０と中間フレーム部３２の間を接続しており、トーションバー３４は、可動錘３１と中間フレーム部３２を接続している。従って、各弾性支持部３３のバネ定数を調整した場合に、トーションバー３４のバネ定数が影響を受けることはない。従って、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、Ｙ方向に係る共振周波数を調整する際に、トーションバー３４のバネ定数を考慮する必要はなく、容易に、Ｙ方向に係る共振周波数を所望の値に調整することができる。

　（Ｚ方向への可動部３０の変位）
　続いて、第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１において、可動部３０がＺ方向へ変位する場合の各部の動作について説明する。ＭＥＭＳ構造体１に対して外因が作用し、可動部３０がＺ方向に変位する場合、中間フレーム部３２は、各弾性支持部３３によって支持されており、本体部２０に対するＺ方向への変位を規制されている。一方、可動錘３１は、＋Ｘ方向側の端部に形成されたトーションバー３４によって、中間フレーム部３２に対して揺動可能に支持されており、当該可動錘３１の揺動に伴ってＺ方向へ変位可能に構成されている。つまり、第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１によれば、可動部３０の大部分を示す可動錘３１が、外因によって、トーションバー３４を捩れ変形させつつＺ方向に変位するので、Ｚ方向検出電極１０との間の静電容量の変化量によって、Ｚ方向に対する可動部３０の変位として検出することができる。

　このように、第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１において、Ｚ方向に対する可動部３０の変位に対しては、可動錘３１と中間フレーム部３２を接続するトーションバー３４が作用し、本体部２０と中間フレーム部３２の間を接続する各弾性支持部３３が作用することはない。従って、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、Ｚ方向に係る共振周波数を調整する場合には、Ｚ方向に対する可動部３０に変位に関連するトーションバー３４のバネ定数を調整すれば、Ｚ方向に係る共振周波数を所望の値に調整することができる。

　上述したように、各弾性支持部３３は、本体部２０と中間フレーム部３２の間を接続しており、トーションバー３４は、可動錘３１と中間フレーム部３２を接続している。従って、トーションバー３４のバネ定数を調整した場合に、各弾性支持部３３のバネ定数が影響を受けることはない。従って、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、Ｚ方向に係る共振周波数を調整する際に、各弾性支持部３３のバネ定数を考慮する必要はなく、容易に、Ｚ方向に係る共振周波数を所望の値に調整することができる。

　以上説明したように、第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体１において、可動部３０における中間フレーム部３２は、Ｙ方向へ弾性変形可能な各弾性支持部３３によって、本体部２０に対して接続されているので、可動部３０は、Ｙ方向に対して変位可能に構成されている。又、可動部３０における可動錘３１は、Ｘ方向側の一端部に配設されたトーションバー３４によって、中間フレーム部３２に対して揺動可能に支持されているので、可動部３０は、Ｚ方向に変位可能に構成されている。このように、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、Ｙ方向及びＺ方向の二方向に対する可動部３０の変位を実現することができる。

　当該ＭＥＭＳ構造体１において、各弾性支持部３３は、平面視長方形をなす枠状に形成された中間フレーム部３２の各角部（即ち、Ｘ方向における両端部）において、本体部２０と中間フレーム部３２の間を接続しており、Ｘ方向、Ｚ方向に関して、本体部２０に対する中間フレーム部３２の相対的な変位を規制している。これにより、当該ＭＥＭＳ構造体１によれば、各弾性支持部３３によって、本体部２０に対する中間フレーム部３２の変位について、Ｙ方向への変位を許容すると共に、Ｘ方向及びＺ方向への変位をより確実に抑制し得る。

　以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。例えば、例えば、当該ＭＥＭＳ構造体が用いられるセンサによって検出される物理量は、上述した角速度に限定されるものでなく、更に、物理量を検出可能な方向（Ｚ方向等）も適宜変更することができる。又、ＭＥＭＳ構造体１を構成する各部の形状・構成等は一例であり、適宜変更してもよい。

　尚、上述した各実施形態において、ＭＥＭＳ構造体１は、本発明のＭＥＭＳ構造体の一例である。基板２は、基板の一例である。本体部２０は、支持部の一例である。Ｚ方向検出電極１０、Ｙ方向検出電極１５は、固定電極の一例である。可動部３０は、可動部の一例である。可動錘３１は、錘部の一例である。中間フレーム部３２は、枠状部の一例である。弾性支持部３３は、弾性支持部の一例である。トーションバー３４は、トーションバーの一例である。Ｘ方向及びＹ方向は、基板の平面に平行な平面方向の一例である。Ｚ方向は、基板の平面に対して垂直な方向の一例である。

　なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明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を含むものである。

　１　ＭＥＭＳ構造体、２　基板、１０　Ｚ方向検出電極、１５　Ｙ方向検出電極、２０　本体部、２１　駆動用バネ、２２　アンカー、２３　スルーホール、３０　可動部、３１　可動錘、３２　中間フレーム部、３３　弾性支持部、３４　トーションバー。

Claims

　基板と、
　前記基板上に配設された支持部と、
　前記基板上に固定された固定電極と、
　前記固定電極に対して遊離して配置された可動部と、を有し、
　前記可動部は、
　矩形板状に形成された錘部と、
　前記錘部の外縁を囲む枠状部と、
　前記錘部と前記枠状部との間を接続し、前記基板平面に対して水平な第１方向に弾性変形可能な弾性支持部と、
　前記基板平面に対して水平で、且つ、前記第１方向と直交する第２方向における前記枠状部の一端部を、前記支持部に対して揺動可能に軸支するトーションバーとを有することを特徴とする、ＭＥＭＳ構造体。
　前記弾性支持部は、
　前記第２方向における前記錘部の両端部において、当該錘部と前記枠状部の間を接続していることを特徴とする、請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
　前記弾性支持部は、
　矩形板状をなす前記錘部の各角部において、当該錘部と前記枠状部の間を接続し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ＭＥＭＳ構造体。
　基板と、
　前記基板上に配設された支持部と、
　前記基板上に固定された固定電極と、
　前記固定電極に対して遊離して配置された可動部と、を有し、
　前記可動部は、
　矩形板状に形成された錘部と、
　前記錘部の外縁を囲む枠状部と、
　前記支持部と前記枠状部との間を接続し、前記基板平面に対して水平な第１方向に弾性変形可能な弾性支持部と、
　前記基板平面に対して水平で、且つ、前記第１方向と直交する第２方向における前記錘部の一端部を、前記枠状部に対して揺動可能に軸支するトーションバーとを有することを特徴とする、ＭＥＭＳ構造体。
　前記弾性支持部は、
　前記第２方向における前記枠状部の両端部において、当該枠状部と前記支持部の間を接続していることを特徴とする、請求項４に記載のＭＥＭＳ構造体。
　前記弾性支持部は、
　矩形状に形成された前記枠状部の各角部において、当該枠状部と前記支持部の間を接続していることを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載のＭＥＭＳ構造体。