物理量センサー、物理量検出デバイス
【課題】温度特性がよい物理量センサーを実現する。
【解決手段】加速度センサー１０は、固定部２１と、固定部２１に継手部２４を介して接続された板状の可動部２３を有するカンチレバー２０と、第１の支持部３４と第２の支持部３３とを有し、第１の支持部３４は固定部２１の主面に固定され、第２の支持部３３は可動部２３の主面に固定される加速度検出素子３０と、可動部２３の主面上であって、第２の支持部３３よりも可動部２３の先端側に配設される質量部５１、及び質量部５１から二股に延在され歪緩衝部５４，５５を介して連続する第１の固定端部５２と第２の固定端部５３とを有し、質量部５１と第１の固定端部５２と第２の固定端部５３とが、可動部２１の主面に固定されていて、歪緩衝部５４，５５は可動部２３に固定されていない錘体５０と、を備え、可動部２３は継手部２４を支点にして主面２０ａと交差する方向に変位可能である。
【解決手段】加速度センサー１０は、固定部２１と、固定部２１に継手部２４を介して接続された板状の可動部２３を有するカンチレバー２０と、第１の支持部３４と第２の支持部３３とを有し、第１の支持部３４は固定部２１の主面に固定され、第２の支持部３３は可動部２３の主面に固定される加速度検出素子３０と、可動部２３の主面上であって、第２の支持部３３よりも可動部２３の先端側に配設される質量部５１、及び質量部５１から二股に延在され歪緩衝部５４，５５を介して連続する第１の固定端部５２と第２の固定端部５３とを有し、質量部５１と第１の固定端部５２と第２の固定端部５３とが、可動部２１の主面に固定されていて、歪緩衝部５４，５５は可動部２３に固定されていない錘体５０と、を備え、可動部２３は継手部２４を支点にして主面２０ａと交差する方向に変位可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサー、この物理量センサーを備えた物理量検出デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度、傾斜、角速度等の物理量の検出装置として、固定端部と複数のセンサー部が形成された可動部とを有するセンサーチップを、固定端部の幅方向２箇所の点接着部分でベース材に固定した物理量センサーがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、可動体である質量部を梁でアンカー部に接続し、アンカー部をベース材である下面基板に接合し、質量部の位置の変位による可動電極と固定電極間の電荷の変化を慣性量として検出する慣性センサーがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１７５３７６号公報
【特許文献２】特開２００４−３３３１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１では、センサーチップを固定端部の２箇所でベース部材に接着固定している。しかし、面積が大きく重心が固定端部より離れた位置に可動部があるので、固定端部を接着固定する際、傾きやすく、可動部がベース材に接触してしまうことが考えられる。可動部がベース材に接触した場合、ノイズの発生、可動部の自由変位が妨げられる等によって、物理量の正確な検出ができないという課題がある。
【０００６】
また、特許文献２では、基板に固定された可動電極用電極部とアンカー部とが、デバイス層と一体形成されたばね構造により電気的に接続しているので、周辺部の温度変化に起因するアンカー部の歪や、変位の出力零点変動への影響をばね構造で吸収しようとしたものである。しかし、温度変化に伴う可動電極と固定電極間の距離変動等による検出精度の低下が考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
［適用例１］本適用例に係る物理量センサーは、固定部と、該固定部に継手部を介して接続された板状の可動部を有するカンチレバーと、第１の支持部と第２の支持部とを有し、前記第１の支持部は前記固定部の主面に固定され、前記第２の支持部は前記可動部の主面に固定される物理量検出素子と、前記可動部の主面上であって、前記第２の支持部よりも前記可動部の先端側に配設される質量部、及び前記質量部から二股に延在され歪緩衝部を介して連続する第１の固定端部と第２の固定端部とを有し、前記質量部と前記第１の固定端部と前記第２の固定端部とが、前記可動部の主面に固定されていて、前記歪緩衝部は前記可動部に固定されていない錘体と、を備え、前記可動部は前記継ぎ手部を支点にして前記主面と交差する方向に変位可能であること、を特徴とする。
【０００９】
本適用例による物理量センサーは、カンチレバーの変位によって、物理量検出素子の共振周波数が変化することを利用して物理量を検出するものであって、例えば、加速度センサー、傾斜センサー、角速度センサー等の物理量センサーとして用いることができる。そして、カンチレバーの可動部に錘体を配設することによって、可動部の変位質量を大きくして検出感度を高めている。よって、錘体には比重の大きい金属材料等が用いられる。
本適用例によれば、錘体は質量部と第１の固定端部及び第２の固定端部の３点でカンチレバーの可動部に固定することから、カンチレバーの主面に対する錘体の傾きを防止しつつ、固定強度を確保できる。
【００１０】
また、錘体には、質量部と、第１の固定端部及び第２の固定端部と、の間に歪緩衝部を設けられているため、質量部と固定端との間に発生する歪を歪緩衝部で緩和し、歪に起因するカンチレバーの変位への影響を排除できる。
【００１１】
さらに、カンチレバーと錘体との線膨張率が異なる場合、温度変化によって錘体の歪がカンチレバーに影響する。そこで、歪緩衝部によりこの歪を吸収・緩和することができる。よって、良好な温度特性を得ることができるという効果がある。
【００１２】
［適用例２］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記歪緩衝部の弾性率が、前記質量部の弾性率より小さいこと、が好ましい。
【００１３】
このようにすれば、質量部と、第１の固定端部及び第２の固定端部の間の歪を歪緩衝部で緩和することができる。
【００１４】
［適用例３］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記歪緩衝部において、前記可動部の主面に沿った方向の弾性率が、前記主面と交差する方向の弾性率より小さいこと、が好ましい。
【００１５】
このようにすれば、可動部の主面に沿った方向の歪緩衝部の変位を、可動部の主面と交差する方向よりも小さくすることができる。
【００１６】
［適用例４］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記可動部の主面と前記歪緩衝部との間に隙間が設けられていること、が好ましい。
【００１７】
このように構成すれば、歪緩衝部が可動部に接触することで前述した歪緩和機能を妨げることがなく、また、両者が接触することで発生するノイズの発生を排除することができる。
【００１８】
［適用例５］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第１の固定端部と前記第２の固定端部は、前記可動部の同一主面上で前記物理量検出素子を挟む位置に配設されていること、が好ましい。
【００１９】
このようにすれば、質量部のカンチレバーとの固定部と、固定端部のカンチレバーとの固定部と、の距離を長くすることが可能で、錘体の固定姿勢をさらに安定させることができる。
【００２０】
［適用例６］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記歪緩衝部が、ばね構造を有していること、が好ましい。
【００２１】
歪緩衝部をばね構造にすることで、カンチレバーの変位に追従しやすく、錘体のカンチレバーの歪への影響を緩和することができる。
【００２２】
［適用例７］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記錘体が、前記可動部の主面と、当該主面の裏面に配設されていること、が好ましい。
【００２３】
このように、カンチレバーの表裏の主面に錘体を配設することで、カンチレバーの可動部の質量を大きくし変位感度を高めることで、物理量の検出感度を高めることができる。
【００２４】
［適用例８］本適用例に係る物理量検出デバイスは、前述した適用例のいずれかに記載の物理量センサーと、前記物理量センサーを格納するパッケージと、を有することを特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、前述の各適用例に記載の物理量センサーを用いることで、良好な温度特性と、ノイズが少なく検出感度が高い物理量検出デバイスを実現できる。
また、物理量センサーは、セラミック等で形成されたパッケージ内に格納される。パッケージ内を真空状態にすれば、物理量検出素子は、安定した振動を長期間にわたって維持することができ、物理量検出素子をパッケージ内に格納することで、扱いやすいうえ、湿度など外部環境から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態１に係る物理量センサーを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ切断面を示す断面図。
【図２】実施形態１に係る加速度検出デバイスの１例を示す断面図。
【図３】実施形態１に係る加速度センサーの温度‐周波数偏差の関係を示すグラフ。
【図４】実施形態２に係る加速度センサーを示す断面図。
【図５】変形例に係る錘体を示し、（ａ）は変形例１、（ｂ）は変形例２を示す部分平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
なお、以下の説明で参照する図は、各部材の構成をわかりやすく説明するために、各部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
（実施形態１）
【００２８】
図１は、実施形態１に係る物理量センサーを示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図、図１（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ切断面を示す断面図である。なお、本実施形態で説明する物理量センサーは、加速度、傾斜、角速度等の物理量の検出センサーに適合できるが、具体例として加速度センサー１０を例示して説明する。
【００２９】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、物理量センサーとしての加速度センサー１０は、板状のカンチレバー２０と、カンチレバー２０の一方の第１主面２０ａに固定される物理量検出素子としての加速度検出素子３０と、カンチレバー２０の第１主面２０ａに加速度検出素子３０と重ならないように配設、固定される錘体５０とから構成されている。
【００３０】
カンチレバー２０は、四角形の平板からなり、固定部２１を含む枠形状の支持枠部２５と、スリット２２によって固定部２１から突設された可動部２３と、を有している。可動部２３と固定部２１とは、継手部２４によって接続されている。継手部２４は、可動部２３の固定部２１に近い根元付近に、第１主面２０ａ、及び第１主面２０ａと、第１主面２０ａに対して裏面の第２主面２０ｂとの両面に溝によって形成された薄肉部である。さらに、継手部２４の両側側面は切欠き状に幅が縮小されている。
【００３１】
カンチレバー２０は、本実施形態ではセラミックまたは水晶で形成されるが、加速度検出素子３０の線膨張率とほぼ同等の線膨張率を有することが好ましい。なお、幅方向をＸ軸、長さ方向をＹ軸、厚さ方向をＺ軸として説明する。カンチレバー２０の固定部２１は、後述するパッケージベース１１０（図２、参照）に接着固定される。カンチレバー２０は、自由端側にある可動部２３が継手部２４を支点として第１主面２０ａに交差する方向（Ｚ軸方向）に変位可能であって、例えば、外部から＋Ｚ軸方向に加速度ｇが負荷されたときに、可動部２３は−Ｚ軸方向に変位する。この際、継手部２４が薄肉であるため、可動部２３、継手部２４でＺ方向に変位しやすくなっている。
【００３２】
カンチレバー２０の自由端とは反対側にある固定部２１の第１主面２０ａには、接続端子４１，４２が設けられ、第２主面２０ｂには、外部接続端子７１，７２が設けられている。接続端子４１は図示しないリード電極を介して外部接続端子７１に接続され、接続端子４２は図示しないリード電極を介して外部接続端子７２に接続されている。
【００３３】
加速度検出素子３０は、２本のアーム３１，３２を有し、アーム３１，３２の振動方向（Ｘ軸方向）に対して交差する長手方向（Ｙ軸方向）の両端で支持部３３，３４によって接続されている。なお、このように構成される加速度検出素子３０は、その形態から双音叉振動子と呼ばれ、本実施形態では水晶から形成されるＺ板振動子である。
【００３４】
加速度検出素子３０は、支持部３３がカンチレバー２０の可動部２３と、支持部３４が固定部２１に継手部２４を跨いで接着剤６０を用いて固定されている。加速度検出素子３０は、カンチレバー２０に接着固定された状態で、支持部以外は、カンチレバー２０の第１主面２０ａとは接触しない。加速度検出素子３０は、Ｚ軸方向の変位がない初期状態の場合には、所定の共振周波数でＸ軸方向に面内振動するよう励振電極（検出電極も兼用、図示は省略）が形成されている。
【００３５】
加速度検出素子３０の支持部３４の表面には励振電極（図示せず）の一方に接続される引出し電極４３と、他方の励振電極に接続される引出し電極４４と、が設けられている。引出し電極４３は、カンチレバー２０の接続端子４１に金属ワイヤー７０によって接続されている。また、引出し電極４４は、カンチレバー２０の接続端子４２に金属ワイヤー７０によって接続されている。
【００３６】
錘体５０は、質量部５１と、質量部５１から二股に分かれて歪緩衝部５４，５５が延在され、歪緩衝部５４を介して連続した第１の固定端部５２と、歪緩衝部５５を介して連続した第２の固定端部５３と、から構成されている。質量部５１は、図１（ａ）に示すように、カンチレバー２０の可動部２３の主面２０ａの延長上の先端方向に配置され、第１の固定端部５２、第２の固定端部５３それぞれは、質量部５１と同一主面上に加速度検出素子３０の幅方向を挟んで両側に配置されている。錘体５０と加速度検出素子３０とは接触しない位置に配置されている。
【００３７】
歪緩衝部５４，５５は、質量部５１と第１の固定端部５２、第２の固定端部５３の間において、平面視で湾曲した形状をしており、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に撓みやすく、また弾性を有する形状に設計される。つまり、ばね構造を有する。そして、歪緩衝部５４，５５の弾性率は、質量部５１の弾性率より小さい。また、歪緩衝部５４，５５において、可動部２３の主面２０ａに沿った方向の弾性率は、主面２０ａと交差する方向の弾性率より小さい。
【００３８】
錘体５０は、質量部５１の固定部６１と、第１の固定端部５２の固定部６２と、第２の固定端部５３の固定部６３において、カンチレバー２０の可動部２３の第１主面２０ａに、接着剤６０を用いて固定される。接着剤６０による固定面積は、質量部５１を固定する面積は固定しない面積より小さく、加速度の想定範囲内において十分な強度があれば小さいほどよい。質量部５１の固定部６１、第１の固定端部５２の固定部６２、第２の固定端部５３の固定部６３の位置は、錘体５０が厚さ方向に傾かないようにバランスよく配置される。そして、カンチレバー２０、加速度検出素子３０、及び錘体５０は、それぞれ、中心軸Ｇに対して対称形であって、対称に配置される。
【００３９】
カンチレバー２０は、錘体５０を設けることによって、変位しやすくなることから検出感度を高めることを目的に配置される。よって、錘体５０の材質は、比重が高いものが選択される。例えば、銅系金属、鉄系合金、ステンレス系合金等である。
【００４０】
上述したように加速度センサー１０に配置される加速度検出素子３０は、加速度が加えられない状態では、一定の共振周波数で振動している。Ｚ軸方向に加速度が加えられた場合には、カンチレバー２０の可動部２３が、加速度の方向とは逆方向に変位し、前記可動部２３の変位に応じてのアーム３１，３２が伸縮し、この際に生じる引っ張り応力、圧縮応力によりアーム３１，３２の振動周波数が変化する。ここで、仮に、引っ張り応力が生じた場合に、共振周波数が高くなるように励振電極を構成すれば、圧縮応力が生じた場合には共振周波数が低くなる。従って、加速度の大きさ及び方向によって共振周波数の変化を取得すれば、加速度を検出できる。
（加速度検出デバイス）
【００４１】
加速度センサー１０は、パッケージに格納して用いられる。よって、加速度センサー１０をパッケージに格納した状態の物理量検出デバイスとしての加速度検出デバイスについて図面を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る加速度検出デバイスの１例を示す断面図である。加速度検出デバイス１００は、前述した加速度センサー１０と、加速度センサー１０を格納するパッケージとから構成されている。
【００４２】
パッケージは、加速度センサー１０を格納する空間１１１を有する容器状のパッケージベース１１０と、空間１１１を封止するリッド１２０とから構成される。パッケージベース１１０は、セラミックのシートを層状に積み重ねて形成される。加速度センサー１０は、図１に示す支持枠部２５の−Ｙ方向両隅に配置される固定部６４．６５と、固定部２１の＋Ｙ方向両隅に配置される固定部６６，６７において、パッケージベース１１０の内底面１１０ａに接着剤６０を用いて固定されている。
【００４３】
固定部６６では、カンチレバー２０の第２主面２０ｂの外部接続端子７１と、パッケージベース１１０の内底面１１０ａに設けられる内部端子１４１とを接着剤６０を用いて電気的に接続し、外部接続端子７２と内部端子１４２とを接着剤６０を用いて電気的に接続するとともに固定される。従って、ここで用いる接着剤６０は、導電性接着剤である。
【００４４】
固定部６４，６５では、カンチレバー２０とパッケージベース１１０の内底面１１０ａとは、接着剤６０を用いて直接接合される。但し、固定部６４，６５においても、カンチレバー２０に外部接続端子７１，７２に相当する電極と、内底面１１０ａに内部端子１４１，１４２に相当する電極を設けてもよい。このようにすれば、接着剤６０の層厚をほぼ同じにすることができ、接着剤硬化条件を一定にすることができる。
【００４５】
リッド１２０は、セラミック、ガラス、または金属等で形成された板状部材であって、パッケージベース１１０の周縁部に接合部材１３０を用いて空間１１１を密閉封止する。空間１１１内は、真空または真空に近い状態にすることが好ましい。
【００４６】
加速度センサー１０は、上述したように錘体５０をカンチレバー２０に３箇所の固定部６１，６２，６３で固定していること、質量部５１と、第１の固定端部５２及び第２の固定端部５３との間に歪緩衝部５４，５５を設けており、錘体５０を配設することによるカンチレバー２０の歪を緩和している。
次に、カンチレバー２０の歪の有無による検出精度への影響について測定結果を参照して説明する。
【００４７】
図３は、加速度センサーの温度‐周波数偏差の関係を示すグラフである。図３は、カンチレバー２０の歪が有り、無しによる共振周波数の変動を比較したものであって、横軸に温度Ｔ［℃］、縦軸に周波数偏差Δ［ｐｐｍ］を表している。図３に示すように、歪が無い場合には、頂点温度が２０℃付近にあるきれいな二次曲線が得られ、歪がある場合には、頂点温度が不明確で温度特性が劣化していることを示している。従って、温度の変動によるカンチレバー２０の歪をなくせば、温度特性の劣化が起こらないことが分かる。なお、温度変化によるカンチレバー２０の歪発生は、カンチレバー２０と錘体５０との材質の違いに伴う線膨張率の違いが支配的である。
【００４８】
以上説明した実施形態１に記載の物理量センサーとしての加速度センサー１０は、カンチレバー２０のＺ方向の変位によって、加速度検出素子３０の共振周波数が変化することで加速度を検出するものであって、カンチレバー２０の可動部２３に錘体５０を配設することによって、可動部２３の変位質量を大きくして検出感度を高めている。よって、錘体５０には比重の大きい金属材料が用いられる。本実施形態によれば、錘体５０は質量部５１と、第１の固定端部５２及び第２の固定端部５３の３点でカンチレバー２０に固定することから、カンチレバー２０の第１主面２０ａに対する錘体５０の傾きを防止しつつ、固定強度を確保できるため、検出感度の低下を防止できる。
【００４９】
また、錘体５０は、質量部５１と、第１の固定端部５２及び第２の固定端部５３それぞれの間に歪緩衝部５４，５５を設けているため、質量部と固定端との間に発生する歪を歪緩衝部で緩和し、歪に起因するカンチレバー２０の変位への影響を排除できる。また、カンチレバー２０と錘体５０の線膨張率が異なることにより、温度変化に伴う質量部５１と固定端部５２，５３との間に発生する歪を、歪緩衝部５４，５５で緩和することができる。よって、良好な温度特性が得られるという効果がある。
【００５０】
また、歪緩衝部５４，５５の弾性率が、質量部５１の弾性率より小さい。このことによって、質量部５１と、第１の固定端部５２及び第２の固定端部５３の間の歪を、歪緩衝部５４，５５で緩和することができる。
【００５１】
さらに、歪緩衝部５４，５５において、可動部２３の主面２０ａに沿った方向の弾性率が、主面２０ａと交差する方向（Ｚ方向）の弾性率より小さくすることで、可動部５０の主面に沿った方向の歪緩衝部の変位を、可動部５０の主面と交差する方向よりも小さくすることができる。
【００５２】
また、可動部５０の主面２０ａと歪緩衝部５４，５５との間に隙間が設けていることから、歪緩衝部５４，５５が可動部５０に接触することで前述した歪緩和機能を妨げることがなく、また、両者が接触することで発生するノイズの発生を排除することができる。
【００５３】
また、第１の固定端部５２と第２の固定端部５３とを、可動部５０の同一主面上で前記物理量検出素子３０を挟む位置に配設することによって、質量部５１と、第１固定端部５２及び第２の固定端部５３と、の距離を長くすることが可能となり、錘体５０の固定姿勢をさらに安定させることができる。
【００５４】
なお、前述した加速度センサー１０をパッケージに格納した物理量検出デバイスとしての加速度検出デバイス１００は、前述した加速度センサー１０を用いることで、良好な温度特性を有し、ノイズが少なく検出感度が高い加速度センサー１０を実現できる。
また、加速度センサー１０は、セラミック等で形成されたパッケージ内に格納される。パッケージ内を真空状態にすれば、加速度検出素子３０が、安定した振動を長期間にわたって維持することができ、パッケージ内に格納されることで、扱いやすいうえ、湿度、埃など外部環境から保護することができる。
（実施形態２）
【００５５】
続いて、実施形態２に係る物理量センサーとしての加速度センサー１５０について図面を参照して説明する。実施形態２は、錘体５０が、カンチレバー２０の第１主面２０ａと、第１主面２０ａの裏面である第２主面２０ｂと、の両面に配設されていることに特徴を有する。よって、実施形態１との相違箇所を中心に説明する。
図４は、実施形態２に係る加速度センサーを示す断面図である、なお、図４は、図１（ａ）のＡ−Ａ切断面に相当する。本実施形態の加速度センサー１５０は、カンチレバー２０と、カンチレバー２０の一方の第１主面２０ａに固定される加速度検出素子３０と、カンチレバー２０の第１主面２０ａに加速度検出素子３０と重ならないように配設、固定される錘体５０と、カンチレバー２０の裏面側の第２主面２０ｂに固定される錘体８０と、から構成されている。
【００５６】
錘体８０は、錘体５０と形状及び材質が共通であって、錘体８０は、カンチレバー２０の第１主面２０ａ、または第２主面２０ｂに対して錘体５０と面対称になるように配置されている。具体的には、錘体８０は、固定部６１，６２，６３（図１（ａ）、参照）に重なる位置で接着剤６０を用いて固定されている。
【００５７】
次に、本実施形態の加速度検出デバイスを図２を参照して説明する。本実施形態の加速度検出デバイスは、上述した加速度センサー１５０をパッケージに格納することで構成される。この際、パッケージベース１１０の内底面１１０ａには、錘体８０に内底面１１０ａの一部が接触しないように段差部を設け、この段差部の上面にカンチレバー２０の固定部６４，６５，６６，６７において接着固定される。
【００５８】
具体的には、図１に示すカンチレバー２０の支持枠部２５の−Ｙ方向両隅に配置される固定部６４，６５と、固定部２１の＋Ｙ方向両隅に配置される固定部６６，６７において、パッケージベース１１０の内底面１１０ａの段差部上面に接着剤６０を用いて固定すればよい。そして、パッケージベース１１０の空間１１１をリッド１２０で密閉封止する。
【００５９】
上述した実施形態２によれば、カンチレバー２０の第１主面２０ａと第２主面２０ｂに錘体５０及び錘体８０を配設することで、カンチレバー２０の可動部２３の質量をさらに大きくし、可動部２３の変位感度を高めることで、前述した実施形態１の効果を有すると共に、加速度の検出感度をより高めることができる。
【００６０】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、以降に説明する変形例を実施形態１及び実施形態２に適合させることができる。
（変形例）
【００６１】
図５は、変形例に係る錘体を示し、（ａ）は変形例１、（ｂ）は変形例２を示す部分平面図である。
まず、変形例１について図５（ａ）を参照して説明する。変形例１は、錘体５０の歪緩衝部５４，５５の梁長さを長くとれるように湾曲させたものである。このようにすれば、前述した実施形態１による効果に加え、歪緩衝部５４，５５の張り長さを長くすることで歪緩衝部５４，５５の弾性率が、質量部５１の弾性率に対して、より小さく、可動部５０の主面に沿った方向の弾性率が、主面と交差する方向の弾性率に対して、より小さくすることができる。
なお、図示した湾曲形状もこれに限定されるものではなく、歪緩衝の技術思想に基づき設計することができる。
【００６２】
次に、変形例２について図５（ｂ）を参照して説明する。変形例２は、錘体５０の歪緩衝部５４，５５をそれぞれ２本構成とし、固定端部５２側では、緩衝腕５４ａ，５４ｂの２本とし、固定端部５３側では、緩衝腕５５ａ，５５ｂの２本で構成されている。そして、緩衝腕５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂの長さ方向のほぼ中央部において円弧状に湾曲させている。
【００６３】
このような変形例２によれば、歪緩衝部５４，５５は、前述した実施形態１と同様な歪緩衝機能を有すると共に、歪緩衝部５４が２本の緩衝腕５４ａ，５５ｂ、歪緩衝部５５が２本の緩衝腕５５ａ，５５ｂで構成されていることから、質量部５１に対して歪緩衝部５４，５５及び固定端部５３，５４が捩れにくくなり、歪緩衝機能をより高めることができる。
【００６４】
なお、前述した実施形態１、及び変形例１、変形例２が、質量部５１と固定端部５２，５３の厚さを同じにしているが、質量部５１を厚くし、歪緩衝部５４，５５及び固定端部５２，５３を薄くしてもよい。そして、歪緩衝部５４，５５の平面形状を実施形態１及び変形例１〜変形例３と同じにすることで、歪緩衝機能を保持したうえで、質量部５１の質量を増加させて、また、質量部５１の重心を先端方向に寄せることにより検出感度をより一層高めることができる。
【００６５】
本発明は、物理量センサーとして加速度センサー１０，１５０を例示して説明したが、傾斜計、地震計、ナビゲーション装置、姿勢制御装置、ゲームコントローラー、携帯電話などの加速度センサー、傾斜センサーなどとして好適に用いることができ、いずれの場合にも上記実施形態及び変形例で説明した効果を奏することができる。
【００６６】
なお、上記各実施形態及び変形例において、カンチレバー２０の材料は、水晶に限定するものではなく、ガラス、またはシリコンなどの半導体材料であってもよい。
【００６７】
また、加速度検出素子３０の基材は、水晶に限定するものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電材料、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体を被膜として備えたシリコンなどの半導体材料であってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０…加速度センサー、２０…カンチレバー、２０ａ…第１主面、２０ｂ…第２主面、２１…固定部、２３…可動部、２４…継手部、３０…加速度検出素子、３１，３２…アーム、３３，３４…支持部、５０…錘体、５１…質量部、５２…第１の固定端部、５３…第２の固定端部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサー、この物理量センサーを備えた物理量検出デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度、傾斜、角速度等の物理量の検出装置として、固定端部と複数のセンサー部が形成された可動部とを有するセンサーチップを、固定端部の幅方向２箇所の点接着部分でベース材に固定した物理量センサーがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、可動体である質量部を梁でアンカー部に接続し、アンカー部をベース材である下面基板に接合し、質量部の位置の変位による可動電極と固定電極間の電荷の変化を慣性量として検出する慣性センサーがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１７５３７６号公報
【特許文献２】特開２００４−３３３１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１では、センサーチップを固定端部の２箇所でベース部材に接着固定している。しかし、面積が大きく重心が固定端部より離れた位置に可動部があるので、固定端部を接着固定する際、傾きやすく、可動部がベース材に接触してしまうことが考えられる。可動部がベース材に接触した場合、ノイズの発生、可動部の自由変位が妨げられる等によって、物理量の正確な検出ができないという課題がある。
【０００６】
また、特許文献２では、基板に固定された可動電極用電極部とアンカー部とが、デバイス層と一体形成されたばね構造により電気的に接続しているので、周辺部の温度変化に起因するアンカー部の歪や、変位の出力零点変動への影響をばね構造で吸収しようとしたものである。しかし、温度変化に伴う可動電極と固定電極間の距離変動等による検出精度の低下が考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
［適用例１］本適用例に係る物理量センサーは、固定部と、該固定部に継手部を介して接続された板状の可動部を有するカンチレバーと、第１の支持部と第２の支持部とを有し、前記第１の支持部は前記固定部の主面に固定され、前記第２の支持部は前記可動部の主面に固定される物理量検出素子と、前記可動部の主面上であって、前記第２の支持部よりも前記可動部の先端側に配設される質量部、及び前記質量部から二股に延在され歪緩衝部を介して連続する第１の固定端部と第２の固定端部とを有し、前記質量部と前記第１の固定端部と前記第２の固定端部とが、前記可動部の主面に固定されていて、前記歪緩衝部は前記可動部に固定されていない錘体と、を備え、前記可動部は前記継ぎ手部を支点にして前記主面と交差する方向に変位可能であること、を特徴とする。
【０００９】
本適用例による物理量センサーは、カンチレバーの変位によって、物理量検出素子の共振周波数が変化することを利用して物理量を検出するものであって、例えば、加速度センサー、傾斜センサー、角速度センサー等の物理量センサーとして用いることができる。そして、カンチレバーの可動部に錘体を配設することによって、可動部の変位質量を大きくして検出感度を高めている。よって、錘体には比重の大きい金属材料等が用いられる。
本適用例によれば、錘体は質量部と第１の固定端部及び第２の固定端部の３点でカンチレバーの可動部に固定することから、カンチレバーの主面に対する錘体の傾きを防止しつつ、固定強度を確保できる。
【００１０】
また、錘体には、質量部と、第１の固定端部及び第２の固定端部と、の間に歪緩衝部を設けられているため、質量部と固定端との間に発生する歪を歪緩衝部で緩和し、歪に起因するカンチレバーの変位への影響を排除できる。
【００１１】
さらに、カンチレバーと錘体との線膨張率が異なる場合、温度変化によって錘体の歪がカンチレバーに影響する。そこで、歪緩衝部によりこの歪を吸収・緩和することができる。よって、良好な温度特性を得ることができるという効果がある。
【００１２】
［適用例２］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記歪緩衝部の弾性率が、前記質量部の弾性率より小さいこと、が好ましい。
【００１３】
このようにすれば、質量部と、第１の固定端部及び第２の固定端部の間の歪を歪緩衝部で緩和することができる。
【００１４】
［適用例３］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記歪緩衝部において、前記可動部の主面に沿った方向の弾性率が、前記主面と交差する方向の弾性率より小さいこと、が好ましい。
【００１５】
このようにすれば、可動部の主面に沿った方向の歪緩衝部の変位を、可動部の主面と交差する方向よりも小さくすることができる。
【００１６】
［適用例４］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記可動部の主面と前記歪緩衝部との間に隙間が設けられていること、が好ましい。
【００１７】
このように構成すれば、歪緩衝部が可動部に接触することで前述した歪緩和機能を妨げることがなく、また、両者が接触することで発生するノイズの発生を排除することができる。
【００１８】
［適用例５］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第１の固定端部と前記第２の固定端部は、前記可動部の同一主面上で前記物理量検出素子を挟む位置に配設されていること、が好ましい。
【００１９】
このようにすれば、質量部のカンチレバーとの固定部と、固定端部のカンチレバーとの固定部と、の距離を長くすることが可能で、錘体の固定姿勢をさらに安定させることができる。
【００２０】
［適用例６］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記歪緩衝部が、ばね構造を有していること、が好ましい。
【００２１】
歪緩衝部をばね構造にすることで、カンチレバーの変位に追従しやすく、錘体のカンチレバーの歪への影響を緩和することができる。
【００２２】
［適用例７］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記錘体が、前記可動部の主面と、当該主面の裏面に配設されていること、が好ましい。
【００２３】
このように、カンチレバーの表裏の主面に錘体を配設することで、カンチレバーの可動部の質量を大きくし変位感度を高めることで、物理量の検出感度を高めることができる。
【００２４】
［適用例８］本適用例に係る物理量検出デバイスは、前述した適用例のいずれかに記載の物理量センサーと、前記物理量センサーを格納するパッケージと、を有することを特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、前述の各適用例に記載の物理量センサーを用いることで、良好な温度特性と、ノイズが少なく検出感度が高い物理量検出デバイスを実現できる。
また、物理量センサーは、セラミック等で形成されたパッケージ内に格納される。パッケージ内を真空状態にすれば、物理量検出素子は、安定した振動を長期間にわたって維持することができ、物理量検出素子をパッケージ内に格納することで、扱いやすいうえ、湿度など外部環境から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態１に係る物理量センサーを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ切断面を示す断面図。
【図２】実施形態１に係る加速度検出デバイスの１例を示す断面図。
【図３】実施形態１に係る加速度センサーの温度‐周波数偏差の関係を示すグラフ。
【図４】実施形態２に係る加速度センサーを示す断面図。
【図５】変形例に係る錘体を示し、（ａ）は変形例１、（ｂ）は変形例２を示す部分平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
なお、以下の説明で参照する図は、各部材の構成をわかりやすく説明するために、各部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
（実施形態１）
【００２８】
図１は、実施形態１に係る物理量センサーを示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図、図１（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ切断面を示す断面図である。なお、本実施形態で説明する物理量センサーは、加速度、傾斜、角速度等の物理量の検出センサーに適合できるが、具体例として加速度センサー１０を例示して説明する。
【００２９】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、物理量センサーとしての加速度センサー１０は、板状のカンチレバー２０と、カンチレバー２０の一方の第１主面２０ａに固定される物理量検出素子としての加速度検出素子３０と、カンチレバー２０の第１主面２０ａに加速度検出素子３０と重ならないように配設、固定される錘体５０とから構成されている。
【００３０】
カンチレバー２０は、四角形の平板からなり、固定部２１を含む枠形状の支持枠部２５と、スリット２２によって固定部２１から突設された可動部２３と、を有している。可動部２３と固定部２１とは、継手部２４によって接続されている。継手部２４は、可動部２３の固定部２１に近い根元付近に、第１主面２０ａ、及び第１主面２０ａと、第１主面２０ａに対して裏面の第２主面２０ｂとの両面に溝によって形成された薄肉部である。さらに、継手部２４の両側側面は切欠き状に幅が縮小されている。
【００３１】
カンチレバー２０は、本実施形態ではセラミックまたは水晶で形成されるが、加速度検出素子３０の線膨張率とほぼ同等の線膨張率を有することが好ましい。なお、幅方向をＸ軸、長さ方向をＹ軸、厚さ方向をＺ軸として説明する。カンチレバー２０の固定部２１は、後述するパッケージベース１１０（図２、参照）に接着固定される。カンチレバー２０は、自由端側にある可動部２３が継手部２４を支点として第１主面２０ａに交差する方向（Ｚ軸方向）に変位可能であって、例えば、外部から＋Ｚ軸方向に加速度ｇが負荷されたときに、可動部２３は−Ｚ軸方向に変位する。この際、継手部２４が薄肉であるため、可動部２３、継手部２４でＺ方向に変位しやすくなっている。
【００３２】
カンチレバー２０の自由端とは反対側にある固定部２１の第１主面２０ａには、接続端子４１，４２が設けられ、第２主面２０ｂには、外部接続端子７１，７２が設けられている。接続端子４１は図示しないリード電極を介して外部接続端子７１に接続され、接続端子４２は図示しないリード電極を介して外部接続端子７２に接続されている。
【００３３】
加速度検出素子３０は、２本のアーム３１，３２を有し、アーム３１，３２の振動方向（Ｘ軸方向）に対して交差する長手方向（Ｙ軸方向）の両端で支持部３３，３４によって接続されている。なお、このように構成される加速度検出素子３０は、その形態から双音叉振動子と呼ばれ、本実施形態では水晶から形成されるＺ板振動子である。
【００３４】
加速度検出素子３０は、支持部３３がカンチレバー２０の可動部２３と、支持部３４が固定部２１に継手部２４を跨いで接着剤６０を用いて固定されている。加速度検出素子３０は、カンチレバー２０に接着固定された状態で、支持部以外は、カンチレバー２０の第１主面２０ａとは接触しない。加速度検出素子３０は、Ｚ軸方向の変位がない初期状態の場合には、所定の共振周波数でＸ軸方向に面内振動するよう励振電極（検出電極も兼用、図示は省略）が形成されている。
【００３５】
加速度検出素子３０の支持部３４の表面には励振電極（図示せず）の一方に接続される引出し電極４３と、他方の励振電極に接続される引出し電極４４と、が設けられている。引出し電極４３は、カンチレバー２０の接続端子４１に金属ワイヤー７０によって接続されている。また、引出し電極４４は、カンチレバー２０の接続端子４２に金属ワイヤー７０によって接続されている。
【００３６】
錘体５０は、質量部５１と、質量部５１から二股に分かれて歪緩衝部５４，５５が延在され、歪緩衝部５４を介して連続した第１の固定端部５２と、歪緩衝部５５を介して連続した第２の固定端部５３と、から構成されている。質量部５１は、図１（ａ）に示すように、カンチレバー２０の可動部２３の主面２０ａの延長上の先端方向に配置され、第１の固定端部５２、第２の固定端部５３それぞれは、質量部５１と同一主面上に加速度検出素子３０の幅方向を挟んで両側に配置されている。錘体５０と加速度検出素子３０とは接触しない位置に配置されている。
【００３７】
歪緩衝部５４，５５は、質量部５１と第１の固定端部５２、第２の固定端部５３の間において、平面視で湾曲した形状をしており、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に撓みやすく、また弾性を有する形状に設計される。つまり、ばね構造を有する。そして、歪緩衝部５４，５５の弾性率は、質量部５１の弾性率より小さい。また、歪緩衝部５４，５５において、可動部２３の主面２０ａに沿った方向の弾性率は、主面２０ａと交差する方向の弾性率より小さい。
【００３８】
錘体５０は、質量部５１の固定部６１と、第１の固定端部５２の固定部６２と、第２の固定端部５３の固定部６３において、カンチレバー２０の可動部２３の第１主面２０ａに、接着剤６０を用いて固定される。接着剤６０による固定面積は、質量部５１を固定する面積は固定しない面積より小さく、加速度の想定範囲内において十分な強度があれば小さいほどよい。質量部５１の固定部６１、第１の固定端部５２の固定部６２、第２の固定端部５３の固定部６３の位置は、錘体５０が厚さ方向に傾かないようにバランスよく配置される。そして、カンチレバー２０、加速度検出素子３０、及び錘体５０は、それぞれ、中心軸Ｇに対して対称形であって、対称に配置される。
【００３９】
カンチレバー２０は、錘体５０を設けることによって、変位しやすくなることから検出感度を高めることを目的に配置される。よって、錘体５０の材質は、比重が高いものが選択される。例えば、銅系金属、鉄系合金、ステンレス系合金等である。
【００４０】
上述したように加速度センサー１０に配置される加速度検出素子３０は、加速度が加えられない状態では、一定の共振周波数で振動している。Ｚ軸方向に加速度が加えられた場合には、カンチレバー２０の可動部２３が、加速度の方向とは逆方向に変位し、前記可動部２３の変位に応じてのアーム３１，３２が伸縮し、この際に生じる引っ張り応力、圧縮応力によりアーム３１，３２の振動周波数が変化する。ここで、仮に、引っ張り応力が生じた場合に、共振周波数が高くなるように励振電極を構成すれば、圧縮応力が生じた場合には共振周波数が低くなる。従って、加速度の大きさ及び方向によって共振周波数の変化を取得すれば、加速度を検出できる。
（加速度検出デバイス）
【００４１】
加速度センサー１０は、パッケージに格納して用いられる。よって、加速度センサー１０をパッケージに格納した状態の物理量検出デバイスとしての加速度検出デバイスについて図面を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る加速度検出デバイスの１例を示す断面図である。加速度検出デバイス１００は、前述した加速度センサー１０と、加速度センサー１０を格納するパッケージとから構成されている。
【００４２】
パッケージは、加速度センサー１０を格納する空間１１１を有する容器状のパッケージベース１１０と、空間１１１を封止するリッド１２０とから構成される。パッケージベース１１０は、セラミックのシートを層状に積み重ねて形成される。加速度センサー１０は、図１に示す支持枠部２５の−Ｙ方向両隅に配置される固定部６４．６５と、固定部２１の＋Ｙ方向両隅に配置される固定部６６，６７において、パッケージベース１１０の内底面１１０ａに接着剤６０を用いて固定されている。
【００４３】
固定部６６では、カンチレバー２０の第２主面２０ｂの外部接続端子７１と、パッケージベース１１０の内底面１１０ａに設けられる内部端子１４１とを接着剤６０を用いて電気的に接続し、外部接続端子７２と内部端子１４２とを接着剤６０を用いて電気的に接続するとともに固定される。従って、ここで用いる接着剤６０は、導電性接着剤である。
【００４４】
固定部６４，６５では、カンチレバー２０とパッケージベース１１０の内底面１１０ａとは、接着剤６０を用いて直接接合される。但し、固定部６４，６５においても、カンチレバー２０に外部接続端子７１，７２に相当する電極と、内底面１１０ａに内部端子１４１，１４２に相当する電極を設けてもよい。このようにすれば、接着剤６０の層厚をほぼ同じにすることができ、接着剤硬化条件を一定にすることができる。
【００４５】
リッド１２０は、セラミック、ガラス、または金属等で形成された板状部材であって、パッケージベース１１０の周縁部に接合部材１３０を用いて空間１１１を密閉封止する。空間１１１内は、真空または真空に近い状態にすることが好ましい。
【００４６】
加速度センサー１０は、上述したように錘体５０をカンチレバー２０に３箇所の固定部６１，６２，６３で固定していること、質量部５１と、第１の固定端部５２及び第２の固定端部５３との間に歪緩衝部５４，５５を設けており、錘体５０を配設することによるカンチレバー２０の歪を緩和している。
次に、カンチレバー２０の歪の有無による検出精度への影響について測定結果を参照して説明する。
【００４７】
図３は、加速度センサーの温度‐周波数偏差の関係を示すグラフである。図３は、カンチレバー２０の歪が有り、無しによる共振周波数の変動を比較したものであって、横軸に温度Ｔ［℃］、縦軸に周波数偏差Δ［ｐｐｍ］を表している。図３に示すように、歪が無い場合には、頂点温度が２０℃付近にあるきれいな二次曲線が得られ、歪がある場合には、頂点温度が不明確で温度特性が劣化していることを示している。従って、温度の変動によるカンチレバー２０の歪をなくせば、温度特性の劣化が起こらないことが分かる。なお、温度変化によるカンチレバー２０の歪発生は、カンチレバー２０と錘体５０との材質の違いに伴う線膨張率の違いが支配的である。
【００４８】
以上説明した実施形態１に記載の物理量センサーとしての加速度センサー１０は、カンチレバー２０のＺ方向の変位によって、加速度検出素子３０の共振周波数が変化することで加速度を検出するものであって、カンチレバー２０の可動部２３に錘体５０を配設することによって、可動部２３の変位質量を大きくして検出感度を高めている。よって、錘体５０には比重の大きい金属材料が用いられる。本実施形態によれば、錘体５０は質量部５１と、第１の固定端部５２及び第２の固定端部５３の３点でカンチレバー２０に固定することから、カンチレバー２０の第１主面２０ａに対する錘体５０の傾きを防止しつつ、固定強度を確保できるため、検出感度の低下を防止できる。
【００４９】
また、錘体５０は、質量部５１と、第１の固定端部５２及び第２の固定端部５３それぞれの間に歪緩衝部５４，５５を設けているため、質量部と固定端との間に発生する歪を歪緩衝部で緩和し、歪に起因するカンチレバー２０の変位への影響を排除できる。また、カンチレバー２０と錘体５０の線膨張率が異なることにより、温度変化に伴う質量部５１と固定端部５２，５３との間に発生する歪を、歪緩衝部５４，５５で緩和することができる。よって、良好な温度特性が得られるという効果がある。
【００５０】
また、歪緩衝部５４，５５の弾性率が、質量部５１の弾性率より小さい。このことによって、質量部５１と、第１の固定端部５２及び第２の固定端部５３の間の歪を、歪緩衝部５４，５５で緩和することができる。
【００５１】
さらに、歪緩衝部５４，５５において、可動部２３の主面２０ａに沿った方向の弾性率が、主面２０ａと交差する方向（Ｚ方向）の弾性率より小さくすることで、可動部５０の主面に沿った方向の歪緩衝部の変位を、可動部５０の主面と交差する方向よりも小さくすることができる。
【００５２】
また、可動部５０の主面２０ａと歪緩衝部５４，５５との間に隙間が設けていることから、歪緩衝部５４，５５が可動部５０に接触することで前述した歪緩和機能を妨げることがなく、また、両者が接触することで発生するノイズの発生を排除することができる。
【００５３】
また、第１の固定端部５２と第２の固定端部５３とを、可動部５０の同一主面上で前記物理量検出素子３０を挟む位置に配設することによって、質量部５１と、第１固定端部５２及び第２の固定端部５３と、の距離を長くすることが可能となり、錘体５０の固定姿勢をさらに安定させることができる。
【００５４】
なお、前述した加速度センサー１０をパッケージに格納した物理量検出デバイスとしての加速度検出デバイス１００は、前述した加速度センサー１０を用いることで、良好な温度特性を有し、ノイズが少なく検出感度が高い加速度センサー１０を実現できる。
また、加速度センサー１０は、セラミック等で形成されたパッケージ内に格納される。パッケージ内を真空状態にすれば、加速度検出素子３０が、安定した振動を長期間にわたって維持することができ、パッケージ内に格納されることで、扱いやすいうえ、湿度、埃など外部環境から保護することができる。
（実施形態２）
【００５５】
続いて、実施形態２に係る物理量センサーとしての加速度センサー１５０について図面を参照して説明する。実施形態２は、錘体５０が、カンチレバー２０の第１主面２０ａと、第１主面２０ａの裏面である第２主面２０ｂと、の両面に配設されていることに特徴を有する。よって、実施形態１との相違箇所を中心に説明する。
図４は、実施形態２に係る加速度センサーを示す断面図である、なお、図４は、図１（ａ）のＡ−Ａ切断面に相当する。本実施形態の加速度センサー１５０は、カンチレバー２０と、カンチレバー２０の一方の第１主面２０ａに固定される加速度検出素子３０と、カンチレバー２０の第１主面２０ａに加速度検出素子３０と重ならないように配設、固定される錘体５０と、カンチレバー２０の裏面側の第２主面２０ｂに固定される錘体８０と、から構成されている。
【００５６】
錘体８０は、錘体５０と形状及び材質が共通であって、錘体８０は、カンチレバー２０の第１主面２０ａ、または第２主面２０ｂに対して錘体５０と面対称になるように配置されている。具体的には、錘体８０は、固定部６１，６２，６３（図１（ａ）、参照）に重なる位置で接着剤６０を用いて固定されている。
【００５７】
次に、本実施形態の加速度検出デバイスを図２を参照して説明する。本実施形態の加速度検出デバイスは、上述した加速度センサー１５０をパッケージに格納することで構成される。この際、パッケージベース１１０の内底面１１０ａには、錘体８０に内底面１１０ａの一部が接触しないように段差部を設け、この段差部の上面にカンチレバー２０の固定部６４，６５，６６，６７において接着固定される。
【００５８】
具体的には、図１に示すカンチレバー２０の支持枠部２５の−Ｙ方向両隅に配置される固定部６４，６５と、固定部２１の＋Ｙ方向両隅に配置される固定部６６，６７において、パッケージベース１１０の内底面１１０ａの段差部上面に接着剤６０を用いて固定すればよい。そして、パッケージベース１１０の空間１１１をリッド１２０で密閉封止する。
【００５９】
上述した実施形態２によれば、カンチレバー２０の第１主面２０ａと第２主面２０ｂに錘体５０及び錘体８０を配設することで、カンチレバー２０の可動部２３の質量をさらに大きくし、可動部２３の変位感度を高めることで、前述した実施形態１の効果を有すると共に、加速度の検出感度をより高めることができる。
【００６０】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、以降に説明する変形例を実施形態１及び実施形態２に適合させることができる。
（変形例）
【００６１】
図５は、変形例に係る錘体を示し、（ａ）は変形例１、（ｂ）は変形例２を示す部分平面図である。
まず、変形例１について図５（ａ）を参照して説明する。変形例１は、錘体５０の歪緩衝部５４，５５の梁長さを長くとれるように湾曲させたものである。このようにすれば、前述した実施形態１による効果に加え、歪緩衝部５４，５５の張り長さを長くすることで歪緩衝部５４，５５の弾性率が、質量部５１の弾性率に対して、より小さく、可動部５０の主面に沿った方向の弾性率が、主面と交差する方向の弾性率に対して、より小さくすることができる。
なお、図示した湾曲形状もこれに限定されるものではなく、歪緩衝の技術思想に基づき設計することができる。
【００６２】
次に、変形例２について図５（ｂ）を参照して説明する。変形例２は、錘体５０の歪緩衝部５４，５５をそれぞれ２本構成とし、固定端部５２側では、緩衝腕５４ａ，５４ｂの２本とし、固定端部５３側では、緩衝腕５５ａ，５５ｂの２本で構成されている。そして、緩衝腕５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂの長さ方向のほぼ中央部において円弧状に湾曲させている。
【００６３】
このような変形例２によれば、歪緩衝部５４，５５は、前述した実施形態１と同様な歪緩衝機能を有すると共に、歪緩衝部５４が２本の緩衝腕５４ａ，５５ｂ、歪緩衝部５５が２本の緩衝腕５５ａ，５５ｂで構成されていることから、質量部５１に対して歪緩衝部５４，５５及び固定端部５３，５４が捩れにくくなり、歪緩衝機能をより高めることができる。
【００６４】
なお、前述した実施形態１、及び変形例１、変形例２が、質量部５１と固定端部５２，５３の厚さを同じにしているが、質量部５１を厚くし、歪緩衝部５４，５５及び固定端部５２，５３を薄くしてもよい。そして、歪緩衝部５４，５５の平面形状を実施形態１及び変形例１〜変形例３と同じにすることで、歪緩衝機能を保持したうえで、質量部５１の質量を増加させて、また、質量部５１の重心を先端方向に寄せることにより検出感度をより一層高めることができる。
【００６５】
本発明は、物理量センサーとして加速度センサー１０，１５０を例示して説明したが、傾斜計、地震計、ナビゲーション装置、姿勢制御装置、ゲームコントローラー、携帯電話などの加速度センサー、傾斜センサーなどとして好適に用いることができ、いずれの場合にも上記実施形態及び変形例で説明した効果を奏することができる。
【００６６】
なお、上記各実施形態及び変形例において、カンチレバー２０の材料は、水晶に限定するものではなく、ガラス、またはシリコンなどの半導体材料であってもよい。
【００６７】
また、加速度検出素子３０の基材は、水晶に限定するものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電材料、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体を被膜として備えたシリコンなどの半導体材料であってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０…加速度センサー、２０…カンチレバー、２０ａ…第１主面、２０ｂ…第２主面、２１…固定部、２３…可動部、２４…継手部、３０…加速度検出素子、３１，３２…アーム、３３，３４…支持部、５０…錘体、５１…質量部、５２…第１の固定端部、５３…第２の固定端部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、該固定部に継手部を介して接続された板状の可動部を有するカンチレバーと、
第１の支持部と第２の支持部とを有し、前記第１の支持部は前記固定部の主面に固定され、前記第２の支持部は前記可動部の主面に固定される物理量検出素子と、
前記可動部の主面上であって、前記第２の支持部よりも前記可動部の先端側に配設される質量部、及び前記質量部から二股に延在され歪緩衝部を介して連続する第１の固定端部と第２の固定端部とを有し、前記質量部と前記第１の固定端部と前記第２の固定端部とが、前記可動部の主面に固定されていて、前記歪緩衝部は前記可動部に固定されていない錘体と、
を備え、
前記可動部は前記継ぎ手部を支点にして前記主面と交差する方向に変位可能であること、
を特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
前記歪緩衝部の弾性率が、前記質量部の弾性率より小さいこと、
を特徴とする請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項３】
前記歪緩衝部において、前記可動部の主面に沿った方向の弾性率が、前記主面と交差する方向の弾性率より小さいこと、
を特徴とする請求項２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
前記可動部の主面と前記歪緩衝部との間に隙間が設けられていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の物理量センサー。
【請求項５】
前記第１の固定端部と前記第２の固定端部は、前記可動部の同一主面上で前記物理量検出素子を挟む位置に配設されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の物理量センサー。
【請求項６】
前記歪緩衝部が、ばね構造を有していること、
を特徴とする請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項７】
前記錘体が、前記可動部の主面と、当該主面の裏面に配設されていること、
を特徴とする請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７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を格納するパッケージと、
を有することを特徴とする物理量検出デバイス。
【請求項１】
固定部と、該固定部に継手部を介して接続された板状の可動部を有するカンチレバーと、
第１の支持部と第２の支持部とを有し、前記第１の支持部は前記固定部の主面に固定され、前記第２の支持部は前記可動部の主面に固定される物理量検出素子と、
前記可動部の主面上であって、前記第２の支持部よりも前記可動部の先端側に配設される質量部、及び前記質量部から二股に延在され歪緩衝部を介して連続する第１の固定端部と第２の固定端部とを有し、前記質量部と前記第１の固定端部と前記第２の固定端部とが、前記可動部の主面に固定されていて、前記歪緩衝部は前記可動部に固定されていない錘体と、
を備え、
前記可動部は前記継ぎ手部を支点にして前記主面と交差する方向に変位可能であること、
を特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
前記歪緩衝部の弾性率が、前記質量部の弾性率より小さいこと、
を特徴とする請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項３】
前記歪緩衝部において、前記可動部の主面に沿った方向の弾性率が、前記主面と交差する方向の弾性率より小さいこと、
を特徴とする請求項２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
前記可動部の主面と前記歪緩衝部との間に隙間が設けられていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の物理量センサー。
【請求項５】
前記第１の固定端部と前記第２の固定端部は、前記可動部の同一主面上で前記物理量検出素子を挟む位置に配設されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の物理量センサー。
【請求項６】
前記歪緩衝部が、ばね構造を有していること、
を特徴とする請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項７】
前記錘体が、前記可動部の主面と、当該主面の裏面に配設されていること、
を特徴とする請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７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を格納するパッケージと、
を有することを特徴とする物理量検出デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１１５５０（Ｐ２０１３−１１５５０Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５３６８（Ｐ２０１１−１４５３６８）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
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