特許 6196144 センサ素子および圧力センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6196144

(24)【登録日】2017年8月25日

(45)【発行日】2017年9月13日

(54)【発明の名称】センサ素子および圧力センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/10 20060101AFI20170904BHJP

   G01L 9/00 20060101ALI20170904BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20170904BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20170904BHJP

【ＦＩ】

   G01L1/10 Z

   G01L9/00 307

   H01L29/84 Z

   B81B3/00

【請求項の数】15

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2013-258824(P2013-258824)

(22)【出願日】2013年12月16日

(65)【公開番号】特開2015-114296(P2015-114296A)

(43)【公開日】2015年6月22日

【審査請求日】2016年11月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100167276

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】松岡 俊幸

(72)【発明者】

【氏名】森 高

(72)【発明者】

【氏名】水野 卓也

(72)【発明者】

【氏名】辻村 善徳

【審査官】 ▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０５５６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０００５７６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０００−５１１２８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １／１０

Ｇ０１Ｌ ９／００

Ｇ０１Ｐ １５／１０

Ｂ８１Ｂ ３／００

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

付与された外力に応じて共振周波数が変化する振動子を備えたセンサ素子において、
前記振動子は、
延伸方向に沿って前記外力に応じた力を受けつつ、撓み振動する梁部と、
前記梁部に連結されており、静電気力を受けて変位することによって前記梁部を撓み振動させる電極と、
を備え、
前記電極は、前記センサ素子が共振状態にあるときに前記梁部とともに撓み振動する、センサ素子。

【請求項2】

請求項１記載のセンサ素子であって、
前記振動子の固有振動数ｆｄは、前記梁部のバネ定数をｋとし、前記電極の質量をｍとしたときに、ｆｄ＜（ｋ／ｍ）^0.5／２πである、センサ素子。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のセンサ素子であって、
前記外力が付与されていないときの前記振動子の共振周波数に対する前記電極単体の共振周波数の比の値である電極共振比が、１．５以上である、センサ素子。

【請求項4】

請求項３記載のセンサ素子であって、
前記電極共振比が、２．０以上である、センサ素子。

【請求項5】

請求項３または請求項４記載のセンサ素子であって、
前記電極共振比が、６．０以下である、センサ素子。

【請求項6】

請求項１または請求項２記載のセンサ素子であって、
前記電極は、前記梁部と並列に延びる延伸部を有し、
前記振動子は、共振状態のときに、前記電極の前記延伸部における最大振幅が前記梁部の最大振幅の２倍以上である、センサ素子。

【請求項7】

請求項６記載のセンサ素子であって、
前記振動子は、共振状態のときに、前記電極の前記延伸部における最大振幅が前記梁部の最大振幅の３倍以上である、センサ素子。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のセンサ素子であって、
前記梁部と前記電極とを収容する密封空間を有する、センサ素子。

【請求項9】

請求項８記載のセンサ素子であって、
前記密封空間は大気圧よりも減圧されている、センサ素子。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のセンサ素子であって、
前記振動子の前記電極および前記梁部は、ＳＯＩ基板のエッチングによって形成されている、センサ素子。

【請求項11】

圧力センサであって、
計測対象である圧力に応じて変形する受圧部と、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のセンサ素子と、
を備え、
前記センサ素子は、前記振動子が前記受圧部の変形に応じた外力を受けるように、前記受圧部に配置されている、圧力センサ。

【請求項12】

請求項１１記載の圧力センサであって、
前記受圧部は、軸状に延びる軸部材を含み、
前記軸部材は、計測対象である圧力が端面に伝わって軸方向に変形し、
前記センサ素子は、前記梁部の延伸方向が、前記軸部材の軸方向と一致するように前記軸部材の側面に配置され、前記軸部材の軸方向における変形に応じた外力を検出する、圧力センサ。

【請求項13】

請求項１２記載の圧力センサであって、
前記センサ素子は、前記軸部材の側面において前記軸部材を挟むように配置されている第１と第２のセンサ素子を含む、圧力センサ。

【請求項14】

請求項１１記載の圧力センサであって、さらに、
少なくとも前記センサ素子を収容する筒状の収容部を備え、
前記受圧部は、前記収容部の開口部を閉塞し、計測対象である圧力に応じて湾曲するダイアフラムを含み、
前記センサ素子は、前記梁部の延伸方向が、前記ダイアフラムの面に沿った方向と一致するように、前記ダイアフラムの面に配置され、前記ダイアフラムの湾曲の度合いに応じた外力を検出する、圧力センサ。

【請求項15】

請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載の圧力センサであって、
前記センサ素子は、前記振動子の共振周波数に応じた周期で出力されるパルス信号を出力し、
前記圧力センサは、さらに、
所定の周期を有する基準クロックを生成するクロック生成部と、
前記基準クロックの周期を基準として前記共振周波数の周期の変化量を検出する信号検出部と、
を備える、圧力センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外力の変化を検出するセンサ素子に関する。

【背景技術】

【0002】

振動子の共振周波数の変化を表す信号を出力する、いわゆる共振型センサが知られている。特許文献１には、振動子として支持ビームに支持されたマス部を備える振動式検出器が開示されている。特許文献１の振動式検出器では、互いに離間しつつ噛み合うように配置された２つの櫛歯電極間の静電気力を利用してマス部を振動させるとともに、マス部の振幅の変化を櫛歯電極間の静電容量の変化に基づいて検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−５５６７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

共振型センサでは、振動子の振動特性を改善し、その検出精度を向上させることが望ましい。例えば、振動子が安定的に振動できる振幅の限界を拡大できれば、出力信号の大きさを増大させ、出力信号の品質を向上させることができる。また、外力の変化に対する振動子の共振周波数の変化の線形性を高めれば、共振型センサの分解能を向上させることができる。上記の特許文献１では、櫛歯電極に印加される電圧を調整することによって、振動子の振幅が限界に到達することを抑制しており、振動子の振動特性を改善することについては開示されていない。このように、共振型センサにおいて、振動子の振動特性を改善し、その検出精度を向上させることについてはこれまで十分な工夫がなされてこなかった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

［１］本発明の一形態によれば、付与された外力に応じて共振周波数が変化する振動子を備えたセンサ素子が提供される。このセンサ素子の振動子は、延伸方向に沿って前記外力に応じた力を受けつつ、撓み振動する梁部と；前記梁部に連結されており、静電気力を受けて変位することによって、前記梁部を撓み振動させる電極と；を備える。前記電極は、前記センサ素子が共振状態にあるときに前記梁部とともに撓み振動する。この形態のセンサ素子によれば、電極を撓み振動させることによって、振動子の周波数特性を改善することができ、センサ素子による外力の検出精度を向上させることができる。

【0007】

［２］上記形態のセンサ素子において、前記振動子の固有振動数ｆｄは、前記梁部のバネ定数をｋとし、前記電極の質量をｍとしたときに、ｆｄ＜（ｋ／ｍ）^0.5／２πであっても良い。この形態のセンサ素子によれば、梁部とともに電極が撓み振動するため、振動子の周波数特性を改善することができる。

【0008】

［３］上記形態のセンサ素子において、前記外力が付与されていないときの前記振動子の共振周波数に対する前記電極単体の共振周波数の比の値である電極共振比が、１．５以上であっても良い。この形態のセンサ素子によれば、センサ素子の出力信号のノイズを低減させることができるとともに、センサ素子の感度を確保することができる。

【0009】

［４］上記形態のセンサ素子において、前記電極共振比は、２．０以上であっても良い。この形態のセンサ素子によれば、さらに、センサ素子における低ノイズ性と感度とを高いレベルで両立させることができる。

【0010】

［５］上記形態のセンサ素子において、前記電極共振比が、６．０以下であっても良い。この形態のセンサ素子によれば、センサ素子における低ノイズ性と感度とをより高いレベルで確保される。

【0011】

［６］上記形態のセンサ素子において、前記電極は、前記梁部と並列に延びる延伸部を有し；前記振動子は、共振状態のときに、前記電極の前記延伸部における最大振幅が前記梁部の最大振幅の２倍以上であっても良い。この形態のセンサ素子によれば、振動子の周波数特性がより改善される。

【0012】

［７］上記形態のセンサ素子において、前記振動子は、共振状態のときに、前記電極の前記延伸部における最大振幅が前記梁部の最大振幅の３倍以上であっても良い。この形態のセンサ素子によれば、振動子の周波数特性がより改善される。

【0013】

［８］上記形態のセンサ素子は、前記梁部と前記電極とを収容する密封空間を有していても良い。この形態のセンサ素子によれば、粉塵などの異物から振動子が保護されるため、センサ素子の耐久性や環境対応性能が向上する。

【0014】

［９］上記形態のセンサ素子において、前記密封空間は大気圧よりも減圧されていても良い。この形態のセンサ素子によれば、空気による振動に対する抵抗が低減され、振動子の振動効率が向上する。

【0015】

［１０］上記形態のセンサ素子において、前記振動子の前記電極および前記梁部は、ＳＯＩ基板のエッチングによって形成されていても良い。この形態のセンサ素子によれば、ＳＯＩ基板上に形成されたマイクロマシンとしての振動子を得ることができる。また、振動子の機械的Ｑ値を高めることができる。

【0016】

［１１］本発明の他の形態によれば、圧力センサが提供される。この圧力センサは、計測対象である圧力に応じて変形する受圧部と；上記形態のセンサ素子と；を備え、前記センサ素子は、前記振動子が前記受圧部の変形に応じた外力を受けるように、前記受圧部に配置されていても良い。この形態の圧力センサによれば、圧力の検出精度が向上する。

【0017】

［１２］上記形態の圧力センサは、前記受圧部が軸状に延びる軸部材を含み；前記軸部材は、計測対象である圧力が端面に伝わって軸方向に変形し；前記センサ素子は、前記梁部の延伸方向が前記軸部材の軸方向と一致するように前記軸部材の側面に配置され、前記軸部材の軸方向における変形に応じた外力を検出する構成であっても良い。この形態の圧力センサによれば、受圧部が圧力に応じて軸方向に伸縮変形する軸部材によって構成されるため、圧力センサを細径化することができ、圧力センサの搭載性や設置性を向上させることができる。

【0018】

［１３］上記形態の圧力センサにおいて、前記センサ素子には、前記軸部材の側面において前記軸部材を挟むように配置されている第１と第２のセンサ素子が含まれていても良い。この形態の圧力センサによれば、受圧部が軸部材によって構成されている圧力センサの検出精度を向上させることができる。

【0019】

［１４］上記形態の圧力センサは、さらに、少なくとも前記センサ素子を収容する筒状の収容部を備え、前記受圧部は、前記収容部の開口部を閉塞し、計測対象である圧力に応じて湾曲するダイアフラムを含んでいても良い。この構成において、前記センサ素子は、前記梁部の延伸方向が、前記ダイアフラムの面に沿った方向と一致するように、前記ダイアフラムの面に配置され、前記ダイアフラムの湾曲の度合いに応じた外力を検出しても良い。この形態の圧力センサによれば、圧力に応じて変形するダイアフラムによって、より大きな外力がセンサ素子に付与されるため、圧力の検出精度が向上する。

【0020】

［１５］上記形態の圧力センサにおいて、前記センサ素子は、前記振動子の共振周波数に応じた周期で出力されるパルス信号を出力し；前記圧力センサは、さらに、所定の周期を有する基準クロックを生成するクロック生成部と；前記基準クロックの周期を基準として前記共振周波数の周期の変化量を検出する信号検出部と；を備えていても良い。この形態の圧力センサによれば、振動子における共振周波数の変化量を、クロック生成部が生成する基準クロックの周波数に応じた分解能で検出することができるため、圧力の検出精度を向上させることができる。

【0021】

本発明は、センサ素子以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、種々のタイプの共振型センサや、それらの共振型センサに用いられるセンサ素子の制御方法または製造方法、その制御方法または製造方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】センサ素子の構成を示す概略斜視図。

【図2】センサ素子が備える振動子の構成を示す概略斜視図。

【図3】センサ素子の各部位ごとの断面構成を示す概略断面図。

【図4】電極部における振動の発生を説明するための模式図。

【図5】センサ素子を駆動するための励振回路の構成を示す概略図。

【図6】振動子の共振状態を説明するための模式図。

【図7】外力によるセンサ素子の共振周波数の変化を説明するための模式図。

【図8】センサ素子の周波数特性を説明するための説明図。

【図9】比較例のセンサ素子を構成する振動子を示す概略図。

【図10】比較例のセンサ素子の周波数特性を説明するための説明図。

【図11】ハードスプリング効果を説明するための模式図。

【図12】振動子が共振状態にあるときの可動電極の撓み振動を概念的に示す模式図。

【図13】実施例１における第１の振動子モデルの構成を示す模式図。

【図14】実施例１における第２の振動子モデルの構成を示す模式図。

【図15】実施例１における第３の振動子モデルの構成を示す模式図。

【図16】各振動子モデルの振幅比に応じたセンサ素子の出力特性の改善を説明するための説明図。

【図17】非線形指数の取得方法を説明するための説明図。

【図18】実施例２のサンプルが備える振動子の構成をまとめた表を示す説明図。

【図19】各サンプルの駆動安定性についての評価結果を示す説明図。

【図20】非線形指数の限界値の規定理由を説明するための説明図。

【図21】各サンプルの感度についての評価結果を示す説明図。

【図22】各サンプルにおける駆動安定性と感度の両立性の評価結果を示す説明図。

【図23】電極共振比とＳ／Ｎ指数との関係を示す説明図。

【図24】センサ素子の製造工程を工程順に示す模式図。

【図25】センサ素子の製造工程を工程順に示す模式図。

【図26】第２実施形態としての圧力センサの構成を示す概略図。

【図27】信号検出部による共振周波数の変化量の検出を説明するための概略図。

【図28】信号検出部による共振周波数の変化量の検出方法の他の例を説明するための概略図。

【図29】第３実施形態としての圧力センサの構成を示す概略図。

【図30】第４実施形態としての圧力センサの構成を示す概略図。

【図31】第５実施形態としての圧力センサの構成を示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0023】

A．第１実施形態：
［センサ素子の構成］
図１は、本願発明の一実施形態としてのセンサ素子１０を示す概略斜視図である。センサ素子１０は、共振型センサにおける感応部として用いられる。センサ素子１０は、本体基板であるＳＯＩ基板１１に振動子１００が形成されている。ここで、「ＳＯＩ」とは、「Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ」の略称である。振動子１００は、センサ素子１０のＳＯＩ基板１１の表面に沿った所定の方向に付与される外力に応じて、その共振周波数が変化する。センサ素子１０は、振動子１００の共振周波数を表す信号を出力する。

【0024】

図２は、センサ素子１０が備える振動子１００の構成を示す概略斜視図である。図２には、センサ素子１０のＳＯＩ基板１１の表面に平行な、互いに直交する矢印Ｘ，Ｙを図示してある。矢印Ｘは本体振動部１１０におけるビーム部１１１の延伸方向に平行な方向を示しており、矢印Ｘに直交する矢印Ｙが示す方向はビーム部１１１の振動方向に一致する。以下では、矢印Ｘの示す方向に平行な方向を「Ｘ軸方向」と呼び、矢印Ｙが示す方向に平行な方向を「Ｙ軸方向」と呼ぶ。なお、図２では、便宜上、紙面手前側に図示された電極部１５０が有する外側固定電極１３０および内側固定電極１４０については図示を省略してある。

【0025】

振動子１００は、本体振動部１１０と、２つの電極部１５０と、を備える。本体振動部１１０は、枠形状を有する音叉振動子によって構成されており、２本のビーム部１１１と、２つの連結部１１２と、２つの固定部１１３と、を備える。２本のビーム部１１１は略直線状に延びる柱状の部位であり、互いに平行に配列されている。２つの連結部１１２はそれぞれ各ビーム部１１１の端部同士を連結している。２つの固定部１１３は、各ビーム部１１１の両端側に配置されている略板状の部位であり、各連結部１１２の中央に連結軸１１３ｓを介して接続されている。本体振動部１１０は、２つの略Ｕ字状の音叉が開放端部において互いに結合されたものに相当する。

【0026】

２つの電極部１５０は、本体振動部１１０を中心として、左右対称に配置されている。各電極部１５０は、可動電極１２０と、外側固定電極１３０と、内側固定電極１４０と、を備える。可動電極１２０は、中央基体部１２１と、延伸部１２２と、櫛歯部１２３ａ，１２３ｂと、を有する。中央基体部１２１は、ビーム部１１１の中央部位と連結軸１１１ｓを介して連結されている。

【0027】

延伸部１２２は、中央基体部１２１を中心としてＸ軸方向に対称に延びている柱状部位であり、本体振動部１１０のビーム部１１１と平行に延びている。櫛歯部１２３ａ，１２３ｂは、Ｙ軸方向に互いに並列に延びている複数（例えば数十個以上）の突起部によって構成されている。櫛歯部１２３ａ，１２３ｂの各突起部は等間隔で配列されている。櫛歯部１２３ａ，１２３ｂはそれぞれ、延伸部１２２の本体振動部１１０と対向する側の面とその反対側の面とに設けられている。

【0028】

外側固定電極１３０は、励振回路（後述）から電圧が印加される駆動電極であり、可動電極１２０の外側に配置されている。ここで、「可動電極１２０の外側」とは、可動電極１２０に対して本体振動部１１０が配置されている側とは反対の側を意味する。各外側固定電極１３０は、延伸部１３１と、櫛歯部１３２と、を有する。外側固定電極１３０の延伸部１３１は、可動電極１２０の延伸部１２２と並列に延びている。

【0029】

外側固定電極１３０の櫛歯部１３２は、延伸部１３１の側面に、櫛歯状の複数の並列な突起部として形成されている。外側固定電極１３０の櫛歯部１３２は、可動電極１２０の外側の櫛歯部１２３ａに対して互いに噛み合うように配置されている。すなわち、外側固定電極１３０の櫛歯部１３２と、可動電極１２０の外側の櫛歯部１２３ａとは、互いの各突起部が離間した状態で交互に配列されるように配置されている。

【0030】

内側固定電極１４０は、励振可動電極１２０との間の静電容量の変動に伴って変動する電荷量を励振回路に出力する検知電極であり、可動電極１２０の内側に配置されている。ここで、「可動電極１２０の内側」とは、可動電極１２０に対して、本体振動部１１０が配置されている側を意味する。各内側固定電極１４０は、２つに分離された延伸部１４１と、櫛歯部１４２と、を有する。内側固定電極１４０の２つの延伸部１４１はそれぞれ、本体振動部１１０と可動電極１２０との間の連結軸１１１ｓを挟んでＸ軸方向に互いに対称に設けられており、可動電極１２０の延伸部１２２と並列に延びている。

【0031】

内側固定電極１４０の櫛歯部１４２は、各延伸部１４１における可動電極１２０側の側面に、櫛歯状の複数の並列な突起部として形成されている。内側固定電極１４０の櫛歯部１４２は、可動電極１２０の内側の櫛歯部１２３ｂに対して互いに噛み合うように配置されている。すなわち、内側固定電極１４０の櫛歯部１４２と、可動電極１２０の内側の櫛歯部１２３ｂとは、互いの各突起部が離間した状態で交互に配列されるように配置されている。

【0032】

図３は、センサ素子１０のＳＯＩ基板１１における各部位ごとの断面構成を示す概略断面図である。図３の（Ａ）欄には、本体振動部１１０が形成されている部位（図２のＡ−Ａ切断に相当する部位）の概略断面図を図示してある。図３の（Ｂ）欄には、可動電極１２０の櫛歯部１２３ａを構成する突起部と、外側固定電極１３０の櫛歯部１３２を構成する突起部と、が交互に配列されている部位（図２のＢ−Ｂ切断に相当する部位）の概略断面図を図示してある。図３の（Ｃ）欄には、可動電極１２０の櫛歯部１２３ｂを構成する突起部と、内側固定電極１４０の櫛歯部１４２を構成する突起部と、が交互に配列されている部位（図２のＣ−Ｃ切断に相当する部位）の概略断面図を図示してある。

【0033】

センサ素子１０のＳＯＩ基板１１は、シリコン基板１１ｂの上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）の薄膜層である中間酸化膜層１１ｍと、表面シリコン層１１ｓと、が積層された積層構造を有している。振動子１００は、ＳＯＩ基板１１の表面シリコン層１１ｓと中間酸化膜層１１ｍとがエッチングされることによって形成されている（後述）。なお、センサ素子１０では、表面シリコン層１１ｓの上にガラス板が配置されるが（後述）、ここでは便宜上、その図示を省略してある。

【0034】

本体振動部１１０の固定部１１３は中間酸化膜層１１ｍを挟んでシリコン基板１１ｂ上に配置されることによって位置が固定されている（図３の（Ａ）欄）。これに対して、本体振動部１１０の固定部１１３以外の部位（ビーム部１１１、連結部１１２、連結軸１１１ｓ，１１３ｓ）は、直下の中間酸化膜層１１ｍが除去されていることによって、シリコン基板１１ｂから離間して浮いた状態で固定部１１３に保持されている。

【0035】

電極部１５０の外側固定電極１３０および内側固定電極１４０は中間酸化膜層１１ｍを挟んでシリコン基板１１ｂ上に配置されることによってその位置が固定されている（図３の（Ｂ）欄および（Ｃ）欄）。これに対して、電極部１５０の可動電極１２０の全体は、直下の中間酸化膜層１１ｍが除去されていることによってシリコン基板１１ｂから離間して浮いた状態となっており、連結軸１１１ｓを介して本体振動部１１０のビーム部１１１に保持されている。

【0036】

［センサ素子の駆動］
図４は電極部１５０における振動の発生を説明するための模式図である。図４には電極部１５０における一部（可動電極１２０の櫛歯部１２３ａと外側固定電極１３０の櫛歯部１３２とが互いに噛み合っている部位）を斜視図によって模式的に図示してある。センサ素子１０の駆動時には、可動電極１２０と外側固定電極１３０との間には電圧が印加され、互いに対向している櫛歯部１２３ａ，１３２の間に静電気力が生じる。

【0037】

上述したとおり、可動電極１２０の全体は、シリコン基板１１ｂ（図３）から離間して浮いた状態で保持されているため、前記の静電気力の周期的な変動に応じて、外側固定電極１３０との間の距離が変動して振動する。可動電極１２０の振動によって、可動電極１２０と内側固定電極１４０との間の距離が変動して両電極１２０、１４０間の静電容量が変化するため、内側固定電極１４０における電荷量が変動する。

【0038】

図５は、センサ素子１０を駆動するための励振回路３０の構成を示す概略図である。センサ素子１０は、励振回路３０とともに正帰還型の発振回路を構成し、固有の共振周波数で自励発振する。励振回路３０は、チャージアンプ部３１と、フィルター部３２と、コンパレーター部３３と、を備える。

【0039】

チャージアンプ部３１は、オペアンプ３１ａと、帰還抵抗器３１ｒと、帰還コンデンサー３１ｃと、を備えた反転増幅回路として構成されている。オペアンプ３１ａのマイナス側入力端子は、検知端子１６ａを介してセンサ素子１０に接続されている。チャージアンプ部３１は、振動子１００の内側固定電極１４０における電荷量の変化を電圧信号に変換し、フィルター部３２に出力する。

【0040】

フィルター部３２は、カップリングコンデンサー３２ｃと、入力抵抗器３２ｒａと、オペアンプ３２ａと、帰還抵抗３１ｒｂと、を備えた反転増幅回路として構成されている。カップリングコンデンサー３２ｃは、チャージアンプ部３１とのカップリングを行う。フィルター部３２は、カップリングコンデンサー３２ｃを通過した所定の周波数以上の信号を増幅するフィルターとして機能する。

【0041】

コンパレーター部３３は、オペアンプ３３ａを備え、２つの入力端子の電圧を比較する非反転増幅回路として構成されており、フィルター部３２の出力を整形する。コンパレーター部３３のオペアンプ３３ａは２つのコンプリメンタリーな出力を有する。オペアンプ３３ａのプラス側出力は帰還抵抗３３ｒを介してコンデンサー３３ｃが接続されたマイナス側の入力端子に接続されている。また、オペアンプ３３ａのマイナス側出力は出力端子３３ｏに接続され、外部の信号検出部（図示は省略）に対して、センサ素子１０を含んだ回路の共振周波数を示す信号を出力する。

【0042】

励振回路３０は遅れのある正帰還回路として働くため、センサ素子１０は振動子１００の固有振動数に応じた共振状態で振動することになる。なお、センサ素子１０を駆動するための励振回路としては図５に示された励振回路３０に限られず、正帰還となる励振回路であれば、種々のタイプの励振回路を用いることができる。

【0043】

図６は、振動子１００の共振状態を説明するための模式図である。図６の（Ａ）欄には静止状態のときの振動子１００の概略正面図を図示してあり、（Ｂ）欄には共振状態のときの振動子１００の概略正面図を図示してある。なお、図６では、外側固定電極１３０および内側固定電極１４０の図示は省略してある。また、図６には、振動子１００の仮想中心軸ＣＬを一点鎖線で図示してある。センサ素子１０では、その駆動時に、振動子１００が共振状態となる。

【0044】

ここで、振動子１００の「共振状態」とは、本体振動部１１０の２本のビーム部１１１が仮想中心軸ＣＬを中心として左右対称に撓み振動している状態である。本実施形態のセンサ素子１０では、共振状態のときには、本体振動部１１０の２本のビーム部１１１が可動電極１２０の変位によって、互いに反対方向に同じ周期および振幅で撓み振動する。

【0045】

また、本実施形態のセンサ素子１０では、２つの可動電極１２０が、本体振動部１１０の２本のビーム部１１１とともに撓み振動する。可動電極１２０は、可動電極１２０の長さや太さ、密度、剛性を、本体振動部１１０の形状に応じて調整することによって、共振状態のときに撓み振動させることができる。本実施形態の振動子１００では、可動電極１２０の撓み振動によって振動子１００の振動特性が改善されているが、その詳細については後述する。

【0046】

図７は、外力によるセンサ素子１０の共振周波数の変化を説明するための模式図である。図７には振動子１００における本体振動部１１０の音叉部分を抜き出して模式的に図示してある。図７の紙面上段には静止状態のときの本体振動部１１０の音叉部分の概略斜視図を図示してあり、紙面下段には共振状態のときの本体振動部１１０の音叉部分の概略正面図を図示してある。上述したように、本体振動部１１０の音叉部分は、２本の並列なビーム部１１１と、各ビーム部１１１の両端部を連結する連結部１１２と、で構成されている。

【0047】

本体振動部１１０の音叉部分は、２本のビーム部１１１のそれぞれに対して、外部から、Ｙ軸方向の励振力Ｆを同じタイミングで付与されると共振状態になる。２本のビーム部１１１に対して励振力Ｆと直交する方向（Ｘ軸方向）に外力Ｐが付与されると、その外力Ｐによって２本のビーム部１１１には応力が生じる。これによって、各ビーム部１１１の撓みやすさが変化し、本体振動部１１０の音叉部分の共振周波数が変化する。なお、本実施形態のセンサ素子１０では、励振力Ｆは可動電極１２０から付与され、外力Ｐは、シリコン基板１１ｂ（図３）に固定されている本体振動部１１０の固定部１１３を介して付与される。

【0048】

図８は、本実施形態のセンサ素子１０の周波数特性を説明するための説明図である。図８には、横軸を周波数とし、縦軸を振幅とするセンサ素子１０の周波数特性を示すグラフを図示してある。図８では、外力が付与されていない状態のときのセンサ素子１０の周波数特性を示すグラフの一例を実線で示し、外力が付与されたときのセンサ素子１０の周波数特性を示すグラフの一例を破線で示してある。

【0049】

この周波数特性を示すグラフは、外部からセンサ素子１０の外側固定電極１３０に付与した交流電圧の周波数を変化させたときに内側固定電極１４０に接続されているチャージアンプから出力される信号の振幅の変化を示している。以下では、図８のグラフのような周波数特性を示すグラフを「周波数特性グラフ」と呼ぶ。なお、本明細書において説明に用いられる周波数特性グラフはいずれも同様な方法によって取得されるものである。

【0050】

周波数特性グラフ中の共振峰におけるセンサ素子１０の共振周波数ｆｒはセンサ素子１０に付与された外力に応じて横軸方向にシフトする。従って、初期状態の振動子１００の共振周波数ｆｒからの共振周波数の変化量Δｆｒを検出することによって、センサ素子１０に付与されている外力を検出することができる。

【0051】

本実施形態のセンサ素子１０では、前記したように、振動子１００が共振状態のときに可動電極１２０が撓み振動をするように構成されており（図６）、これによって、センサ素子１０の周波数特性が改善され、その線形性を高められている。以下では、比較例を用いて、その理由を説明する。

【0052】

［振動特性の改善］
図９は、本発明の比較例としてのセンサ素子を構成する振動子１００ａを示す概略図である。図９の（Ａ）欄には静止状態のときの比較例の振動子１００ａの概略正面図を図示してあり、（Ｂ）欄には、共振状態のときの振動子１００ａの概略正面図を図示してある。なお、図９では、本実施形態の振動子１００の構成部と同様な構成部については、本実施形態の振動子１００と同じ符号を付してある。また、図９では、外側固定電極１３０および内側固定電極１４０の図示を省略してある。比較例のセンサ素子は、振動子１００ａを備えている点以外は、本実施形態のセンサ素子１０とほぼ同じ構成を有している。比較例の振動子１００ａは、共振状態のときに、可動電極１２０が往復移動を繰り返すのみで、ほとんど撓み振動をしない構成を有している。

【0053】

図１０は、比較例のセンサ素子の周波数特性を説明するための説明図である。図１０には、比較例のセンサ素子の周波数特性グラフの一例を図示してある。なお、図１０では、共振型のセンサ素子に求められる理想の周波数特性グラフを破線で示してある。また、センサ素子に対する印加電圧が小さいときの周波数特性グラフを実線で示し、印加電圧が大きいときの周波数特性グラフを一点鎖線で示してある。

【0054】

比較例のセンサ素子では、印加電圧が小さく出力信号の振幅が低い状態であれば、振動子１００ａの安定的な振動が確保される（実線グラフ）。しかし、印加電圧を大きくして出力信号の振幅を大きくしていくと、振動子１００ａの振動は不安定になり、周波数特性グラフにおける共振峰を中心とする対称性は崩れてしまう（一点鎖線のグラフ）。これは、以下に説明する振動子１００ａにおけるハードスプリング効果の影響による。

【0055】

図１１は、比較例の振動子１００ａにおけるハードスプリング効果を説明するための模式図である。図１１には、比較例の振動子１００ａにおいてビーム部１１１に生じるハードスプリング効果を概念的に図示してある。比較例の振動子１００ａでは、ビーム部１１１は両端部が連結部１１２に固定された状態で撓み振動する。ビーム部１１１の撓み方向への振幅がある程度大きくなると、ビーム部１１１の延伸方向における剛性が、ビーム部１１１の延伸方向への延びを抑制する方向に働く。そのため、ビーム部１１１の延伸方向におけるバネ定数が増大し、ビーム部１１１の撓み振動を抑制してしまう方向に働く。一般に、このような撓み方向における振幅の増大に伴うビーム部１１１のバネ定数の増大は「ハードスプリング効果」と呼ばれる。このハードスプリング効果によって、比較例の振動子１００ａの振幅を大きくしたときの安定的な振動が阻害される。

【0056】

図１２は、本実施形態の振動子１００が共振状態にあるときに可動電極１２０の撓み振動を概念的に示す模式図である。可動電極１２０の根元は中央基体部１２１に固定されているため（図６）、可動電極１２０の撓み振動は、図１２に示すような根元が固定された片持ち梁の振動モデルとして捉えることができる。

【0057】

本実施形態の振動子１００では、振幅を大きくしたときに、可動電極１２０はハードスプリング効果の影響が現れることなく撓み振動することができる。従って、振動子１００の共振状態のときには、ビーム部１１０の振幅が大きいほど、可動電極１２０における撓み振動の振動成分の影響が大きくなる。そのため、振動子１００全体で見たときに、振幅が大きいときのハードスプリング効果の影響は緩和され、振動子１００の線形的な周波数特性が改善される。このように、振動子１００の共振状態のときには、可動電極１２０における撓み振動の振動成分が振動子１００全体の振動特性に影響する。

【0058】

また、以下に説明するように、本実施形態の振動子１００の固有振動数ｆｄは、可動電極１２０の撓み振動の振動成分によって、比較例の振動子１００ａの固有振動数ｆｓよりも小さくなる。ここで、比較例の振動子１００ａ（図９）と本実施形態の振動子１００（図２）におけるビーム部１１１のバネ定数をｋとし、可動電極１２０の質量をｍとする。このとき、共振状態のときの比較例の振動子１００ａは、バネ定数ｋの弦巻バネの両端に質量ｍのマスが取り付けられたモデルとして表わされる。従って、比較例の振動子１００ａの固有振動数ｆｓは下記の式（１）として表される。
ｆｓ＝（ｋ／ｍ）^0.5／２π …（１）

【0059】

これに対して、共振状態のときの本実施形態の振動子１００は、可動電極１２０の撓み振動を考慮すると、本体振動部１１０に相当するバネ定数ｋの弦巻バネの両端に、質量ｍでバネ定数ｋ_{mの弦巻バネ}が取り付けられたモデルとして表わされる。このモデルの固有振動数ｆｄにおけるバネ定数ｋ_impは、振動子１００のビーム部１１１のバネ定数ｋに可動電極１２０に相当する弦巻バネのバネ定数ｋ_mを直列的に合成した値に相当する（下記の式（２））。
ｋ_imp＝ｋ・ｋ_m／（ｋ＋ｋ_m） …（２）

【0060】

上記の式（２）から、共振状態のときの本実施形態の振動子１００では、振動子１００全体のバネ定数ｋ_impは本体振動部１１０におけるバネ定数ｋよりも小さくなることがわかる（ｋ＞ｋ_imp）。なお、このバネ定数ｋ，ｋ_impの関係から、比較例の振動子１００ａの固有振動数ｆｓと、本実施形態の振動子１００の固有振動数ｆｄと、の間には以下の不等式（３）の関係が成立する。
ｆｄ＜ｆｓ …（３）

【0061】

以上のように、本実施形態の振動子１００であれば、可動電極１２０の撓み振動によって、振動特性に対するハードスプリング効果の影響が比較例の振動子１００ａよりも緩和され、線形的な振動特性が改善される。従って、本実施形態の振動子１００であれば、比較例の振動子１００ａよりも、センサ素子１０の検出精度を向上させることができる。

【0062】

［実施例１］
図１３〜図１５はそれぞれ、３つの振動子モデルＭＤ１〜ＭＤ３の構成を示す模式図である。図１３〜図１５にはそれぞれ（Ａ）欄と（Ｂ）欄とに、各振動子モデルＭＤ１〜ＭＤ３の静止状態と共振状態とを模式的に図示してある。なお、図１３〜図１５では可動電極１２０の両側の外側固定電極１３０および内側固定電極１４０の図示は省略してある。実施例１では、共振状態における振幅を大きくしたときに振動子１００の振動の安定性が確保される本体振動部１１０と可動電極１２０との振幅の比を説明する。

【0063】

各振動子モデルＭＤ１〜ＭＤ３は、図２で説明した振動子１００と同様に、本体振動部１１０と、２つの電極部１５０と、を備えている。各振動子モデルＭＤ１〜ＭＤ３は、本体振動部１１０のビーム部１１１の長さと、電極部１５０における可動電極１２０の長さの比を変えることによって、本体振動部１１０における振幅と、可動電極１２０における振幅の比を変えてある。

【0064】

ここで、本明細書では、共振状態における可動電極１２０の最大振幅ａｓ（先端部の振幅）に対する本体振動部１１０のビーム部１１１の最大振幅ａｍ（ビーム部１１１の中央部位の振幅）の比の値（ａｍ／ａｓ）を「振幅比」と呼ぶ。各振動子モデルＭＤ１〜ＭＤ３はそれぞれ、振幅比が１，０．５，０．３である。

【0065】

第１の振動子モデルＭＤ１（図１３）は、共振状態における可動電極１２０の最大振幅ａｓと、ビーム部１１１の最大振幅ａｍと、が等しいモデルである（ａｍ＝ａｓ；振幅比１．０）。第１の振動子モデルＭＤ１では、可動電極１２０がほとんど撓み振動せず、可動電極１２０の先端部は本体振動部１１０のビーム部１１１の中央部位とほとんど同じ振幅で振動する。

【0066】

第２の振動子モデルＭＤ２（図１４）は、共振状態における可動電極１２０の最大振幅ａｓは、ビーム部１１１の最大振幅ａｍに対してほぼ２倍である（ａｓ＝２・ａｍ；振幅比０．５）。第２の振動子モデルＭＤ２では、共振状態のときに可動電極１２０が撓み振動することによって、可動電極１２０の先端部の振幅が本体振動部１１０のビーム部１１１の中央部位の倍になっている。

【0067】

第３の振動子モデルＭＤ３（図１５）は、共振状態における可動電極１２０の最大振幅ａｓは、ビーム部１１１の最大振幅ａｍに対してほぼ３倍である（ａｓ＝３・ａｍ；振幅比約０．３）。第３の振動子モデルＭＤ３では、共振状態における可動電極１２０の撓み振動の度合いが第２の振動子モデルＭＤ２よりも大きく、可動電極１２０の先端部の振幅が本体振動部１１０のビーム部１１１の中央部位の３倍になっている。

【0068】

図１６は、上記の各振動子モデルＭＤ１〜ＭＤ３の振幅比に応じたセンサ素子１０の出力特性の改善を説明するための説明図である。図１６には、横軸を振幅比とし、縦軸を非線形指数とするグラフを図示してある。ここで、「非線形指数」とは、共振型センサの周波数特性の非対称性を示す指標であり、以下のように取得される値である。

【0069】

図１７は、非線形指数の取得方法を説明するための説明図である。図１７には、共振型センサのセンサ素子の周波数特性グラフの一例を図示してある。非線形指数は、センサ素子の周波数特性グラフから以下のように取得される。
［１］センサ素子の周波数特性グラフにおいて、共振峰の最大値αと、共振峰の最大値αのときの周波数ｆ_αと、を取得する。
［２］振幅が、α／√２以上になる周波数の範囲ｆ₁〜ｆ₂（ｆ₁＜ｆ₂）を求める。
［３］この周波数の範囲ｆ₁〜ｆ₂を、その中心を０、ｆ₁を−１、ｆ₂を１として目盛りを付し、その目盛り上において、周波数ｆ_αに対応する値ｎｌを取得する。この値ｎｌが、センサ素子の非線形指数である。

【0070】

上記の手順［１］〜［３］によって取得された非線形指数は、共振型センサの周波数特性グラフにおいて共振峰のピークが中心から外れている度合いを示しており、共振型センサの周波数特性グラフにおける対称性の崩れの度合いを示している。非線形指数は、その絶対値が小さいほど、共振型センサの出力特性グラフが対称性を有しており、共振型センサの振動子がより安定的に振動していることを示す。

【0071】

図１６のグラフにおける非線形指数は、各振動子モデルＭＤ１〜ＭＤ３を備えるセンサ素子について、各振動子モデルＭＤ１〜ＭＤ３において同じだけ静電容量を変化させたときに得られた値である。このグラフに示されているように、各振動子モデルＭＤ１〜ＭＤ３を用いたセンサ素子では、非線形指数は、各振動子モデルＭＤ１〜ＭＤ３の振幅比に対してほぼ線形的に小さくなった。具体的に、振幅比が０．５である振動子モデルＭＤ２において非線形指数は０．４０より小さくなり、振幅比が０．３である振動子モデルＭＤ３において非線形指数は０．２０よりも小さくなった。

【0072】

この結果から、振動子１００が共振状態のときに、本体振動部１１０の可動電極１２０の最大振幅ａｓは、ビーム部１１１の最大振幅ａｍに対して２倍以上であることが好ましく、３倍以上であることがより好ましいことがわかる。このように、振動子１００において、共振状態のときの本体振動部１１０の振幅に対して共振状態のときの可動電極１２０の振幅を大きくすれば、安定した振動が確保され、センサ素子１０の線形的な周波数特性が改善される。

【0073】

［実施例２］
図１８は４つのセンサ素子１０のサンプルＳ１〜Ｓ４が備える振動子１００の構成をまとめた表を示す説明図である。図１８の表には、センサ素子１０のサンプルＳ１〜Ｓ４が備える振動子１００の概略構成図と、共振周波数に関するパラメータと、をまとめてある。なお、表中の振動子１００の概略構成図では、電極部１５０については、可動電極１２０以外の図示は省略してある。実施例２では、センサ素子１０の駆動安定性と感度とを確保できる振動子１００の共振周波数の規定を説明する。

【0074】

各サンプルＳ１〜Ｓ４が備える振動子１００は、図２で説明した、本体振動部１１０と、電極部１５０と、を備えている。各サンプルＳ１〜Ｓ４の振動子１００は、以下の点以外はほぼ同じ構成である。各サンプルＳ１〜Ｓ４の振動子１００では、本体振動部１１０におけるビーム部１１１の長さと、電極部１５０における可動電極１２０の長さの関係がそれぞれ以下のように異なっている。

【0075】

サンプルＳ１〜Ｓ３の振動子１００におけるビーム部１１１の長さＬａ１〜Ｌａ３は、サンプルＳ１〜Ｓ３の順で小さくなっている（Ｌａ１＞Ｌａ２＞Ｌａ３）。また、サンプルＳ１〜Ｓ３では、振動子１００における可動電極１２０の長さがそれぞれ等しい（Ｌｂ１＝Ｌｂ２＝Ｌｂ３）。サンプルＳ４では、ビーム部１１１の長さＬａ４は、サンプルＳ１〜Ｓ３のビーム部１１１の長さＬａ１〜Ｌａ３より小さい（Ｌａ４＜Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３）。また、サンプルＳ４では、可動電極１２０の長さＬｂ４は、サンプルＳ１〜Ｓ３の可動電極１２０の長さＬｂ１〜Ｌｂ３より短い（Ｌｂ４＜Ｌｂ１＝Ｌｂ２＝Ｌｂ３）。

【0076】

上記のような構成の相違によって、各サンプルＳ１〜Ｓ４では、振動子１００全体の共振周波数（全体共振周波数ｆｗ）に対する可動電極１２０のみの共振周波数（電極部共振周波数ｆｅ）の比の値（電極共振比Ｒｆ；Ｒｆ＝ｆｅ／ｆｗ）が異なっている。ここで、「全体共振周波数ｆｗ」は、外力が付与されていないときのセンサ素子１０の共振周波数に相当する。また、「電極部共振周波数ｆｅ」は、振動子１００から可動電極１２０のみを抜き出して撓み振動させたときの可動電極１２０単体の共振周波数に相当する。

【0077】

「電極共振比Ｒｆ」は、振動子１００全体の共振周波数を基準として可動電極１２０の共振周波数の大きさが表された値である。電極共振比Ｒｆが１に近いほど、可動電極１２０の撓み振動が振動子１００の全体の振動に与える影響が大きくなり、共振状態における振動子１００の振動がより安定化する。すなわち、電極共振比Ｒｆは、振動子１００の振動の安定化に対する可動電極１２０の撓み振動の寄与度を示す値であると解釈できる。

【0078】

各サンプルＳ１〜Ｓ４の電極共振比Ｒｆは以下の通りである。サンプルＳ１の電極共振比Ｒｆは４．７であった。サンプルＳ２の電極共振比Ｒｆは２．７であった。サンプルＳ３の電極共振比Ｒｆは１．５であった。サンプルＳ４の電極共振比Ｒｆは１．３であった。このように、各サンプルＳ１〜Ｓ４の電極共振比Ｒｆは、サンプルＳ４，Ｓ３，Ｓ２，Ｓ１の順で１に近かった。

【0079】

図１９は、各サンプルＳ１〜Ｓ４の駆動安定性についての評価結果を示す説明図である。図１９の紙面上段には各サンプルＳ１〜Ｓ４における静電容量の変化幅ΔＣと非線形指数との関係を示すグラフを図示してあり、紙面下段にはそのグラフから求められた各サンプルＳ１〜Ｓ４ごとのＮ指数をまとめた表を図示してある。

【0080】

ここで、「静電容量の変化幅ΔＣ」は、センサ素子１０に外部から交流電圧を印加し、その駆動周波数を挿引したときの電極部１５０の各電極１２０，１３０，１４０間における静電容量が変化した幅である。静電容量の変化幅ΔＣは振動子１００の振幅に相当し、センサ素子１０の駆動電圧に応じて変化する。

【0081】

「非線形指数」は、図１６，図１７において説明したパラメータであり、その絶対値が小さいほど、共振型センサの振動子がより安定的に振動していることを示す。図１９のグラフでは、電極共振比Ｒｆが１に近いサンプルほど、静電容量の変化幅ΔＣに対する非線形指数の変化の勾配が緩やかになる関係が得られた。このように、電極共振比Ｒｆが１に近いほど、共振状態における振動子１００の振動の安定性が高くなった。

【0082】

表中の「Ｎ指数」は、本発明の発明者が、センサ素子１０の出力信号におけるノイズの小ささ（低ノイズ性）を示す指標として、図１９の紙面上段のグラフに基づいて規定した値である。具体的に、Ｎ指数は以下のように求めた。非線形指数０．３をセンサ素子１０が安定的に駆動できる限界値として規定し（この理由については後述する）、この限界値のときの各サンプルＳ１〜Ｓ４の静電容量の変化幅ΔＣを図１９のグラフから求めた。そして、各サンプルＳ１〜Ｓ４について得られた静電容量の変化幅ΔＣの値（２０，３０，５５，８５）を、最も小さい値（２０）で除した逆数を「Ｎ指数」とした。

【0083】

Ｎ指数は、その値が小さいほど、センサ素子１０が安定的に駆動できる限界における静電容量の変化幅ΔＣが大きいことを示している。すなわち、Ｎ指数が小さいセンサ素子１０ほど、安定的に駆動できる限界における振動子１００の振動の安定性が高く、出力信号におけるノイズが小さい。各サンプルＳ１〜Ｓ４のＮ指数は、１（基準），０．６７，０．３６，０．２４であった。このように、サンプルＳ４，Ｓ３，Ｓ２，Ｓ１の順で低ノイズ性が高い評価結果となった。

【0084】

図２０は、センサ素子１０が安定的に駆動できる非線形指数の限界値を０．３に規定した理由を説明するための説明図である。図２０の（Ａ）欄〜（Ｄ）欄にはそれぞれ、非線形指数が０．４０，０．３６，０．２６，０．１７のときのセンサ素子１０の周波数特性グラフの一例を図示してある。

【0085】

センサ素子１０の駆動状態は、非線形指数が０．４０のときにはほとんど安定せず（（Ａ）欄）、非線形指数が０．３６のときにわずかに安定した（（Ｂ）欄）。また、非線形指数が０．２６のときには許容できる程度の安定性が確保され（（Ｃ）欄）、非線形指数が０．１７のときには十分に高い安定性が確保された（（Ｄ）欄）。本発明の発明者は、この実験的な知見に基づいて、センサ素子１０において駆動安定性が得られる非線形指数の限界値を０．３に規定した。

【0086】

図２１は、各サンプルＳ１〜Ｓ４の感度についての評価結果を示す説明図である。図２１の紙面上段には各サンプルＳ１〜Ｓ４の感度の測定値を示す棒グラフを図示してあり、図２１の紙面下段には各サンプルＳ１〜Ｓ４の感度の測定値に対して得られたＳ指数をまとめた表を図示してある。ここで、感度の測定値は、各サンプルＳ１〜Ｓ４に１μεの歪みを印加したときの周波数の変化量として取得した値である。

【0087】

各サンプルＳ１〜Ｓ４について、非線形指数が上記の限界値０．３のときの駆動状態で感度を計測したところ、それぞれ、２５．０ｐｐｍ／με，１９．０ｐｐｍ／με，４．２ｐｐｍ／με，１．８ｐｐｍ／μεであった。このように、電極共振比Ｒｆが１から離れた値であるサンプルほど感度が高くなった。これは、可動電極１２０の撓み振動がセンサ素子１０に付与される外力にほとんど影響されないため、センサ素子１０の共振における可動電極１２０の撓み振動の影響が大きい場合には、外力に対する共振周波数の変化が緩やかになるためであると推察される。

【0088】

ここで、各サンプルＳ１〜Ｓ４について得られた感度の測定値２５．０，１９．０，４．２，１．８を、最も大きい測定値２５で除した値を「Ｓ指数」とした。Ｓ指数は、その値が大きいセンサ素子１０ほど安定的に駆動できる限界においても高い感度が確保されることを示している。各サンプルＳ１〜Ｓ４のＳ指数は、１（基準），０．７５，０．１７，０．０７であった。このように、サンプルＳ１〜Ｓ４は、この順で、安定的に駆動できる限界における感度が確保されていることが示された。

【0089】

図２２は、各サンプルＳ１〜Ｓ４における低ノイズ性と感度との両立性の評価結果を示す説明図である。図２２の紙面上段には、図１９で求めたＮ指数と、図２１で求めたＳ指数と、それらに基づいて求めたＳ／Ｎ指数と、をまとめた表を図示してある。また、紙面下段には各サンプルＳ１〜Ｓ４ごとのＳ／Ｎ指数の棒グラフを図示してある。

【0090】

これまで説明してきたように、センサ素子１０では、振動子１００の共振における可動電極１２０の撓み振動の影響が大きいほど、出力信号におけるノイズを低減できる一方で、外力に対する感度が低下してしまう。センサ素子１０では、出力信号における低ノイズ性と、外力に対する感度と、が高いレベルで両立されることがより望ましい。

【0091】

Ｓ／Ｎ指数は、センサ素子１０の感度に関するＳ指数を、センサ素子１０の低ノイズ性に関するＮ指数で除することによって得られる値である。すなわち、Ｓ／Ｎ指数は、センサ素子１０の低ノイズ性と感度とのバランスの高さを示す指標であり、その値が大きいほど良好なバランスが得られていることを示している。各サンプルＳ１〜Ｓ４のＳ／Ｎ指数は、１（基準），１．１３，０．４７，０．２９であった。このように、サンプルＳ２，Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４の順で、低ノイズ性と感度とが高いレベルで両立されていた。

【0092】

図２３は、サンプルＳ１〜Ｓ４において得られた電極共振比ＲｆとＳ／Ｎ指数指数との関係を示す説明図である。図２３には、横軸を電極共振比Ｒｆとし、縦軸をＳ／Ｎ指数とするグラフを図示してある。

【0093】

電極共振比Ｒｆが１．５以上であれば、０．４以上のＳ／Ｎ指数が確保され、電極共振比Ｒｆが２．０以上であれば、０．７以上のＳ／Ｎ指数が確保された。従って、電極共振比Ｒｆは１．５以上であることが好ましく、２．０以上であることがより好ましい。電極共振比Ｒｆが２．５以上であれば１．０以上のＳ／Ｎ指数が確保された。従って、電極共振比Ｒｆが２．５以上であることがさらに好ましい。

【0094】

一方、電極共振比Ｒｆが２．７より大きくなるとＳ／Ｎ指数は緩やかな低下傾向を示した。電極共振比Ｒｆは、０．８以上のＳ／Ｎ指数を確保するためには少なくとも６．０以下であることが好ましく、４．０以下であることがより好ましい。電極共振比Ｒｆは３．０以下であることがさらに好ましい。

【0095】

以上のように、振動子１００における電極共振比Ｒｆが上記のような適切な範囲で規定されていることによって、センサ素子１０の低ノイズ性と感度とが高いレベルで両立されるため、より望ましい。

【0096】

［センサ素子の製造工程］
図２４，図２５は、センサ素子１０の製造工程を説明するための模式図である。図２４の（Ａ）欄〜（Ｄ）欄と、図２５の（Ｅ）欄〜（Ｈ）欄にはそれぞれ、センサ素子１０の製造工程の内容を示す模式図を工程順に図示してある。第１工程では、表面シリコン層１１ｓと、中間酸化膜層１１ｍと、シリコン基板１１ｂと、が積層されたＳＯＩ基板１１が準備される（図２４の（Ａ）欄）。

【0097】

第２工程では、表面シリコン層１１ｓの表層に二酸化ケイ素の薄膜が形成され、その薄膜に対して、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ；Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｈｃｈｉｎｇ）が行われる（図２４の（Ｂ）欄）。これによって、表面シリコン層１１ｓの表層に振動子１００や電極パッドなどを象ったエッチングマスク１８が形成される。第３工程では、表面シリコン層１１ｓが深堀りＲＩＥ（ＤＥＥＰ−ＲＩＥ）によってエッチングされ、表面シリコン層１１ｓに振動子１００や電極パッドの外周形状が成形される（図２４の（Ｃ）欄）。

【0098】

第４工程では、中間酸化膜層１１ｍがバッファードフッ酸（ＢＨＦ）によってエッチングされる（図２４の（Ｄ）欄）。これによって、振動子１００のビーム部１１１および可動電極１２０の下に空間が形成され、ビーム部１１１や振動櫛歯電極１２０が浮いた状態にされる。なお、この工程では、表面シリコン層１１ｓの表層のエッチングマスク１８が除去される。

【0099】

第５工程では、ガラス板１５が準備される（図２５の（Ｅ）欄）。第６工程では、ガラス板１５の一方の面に振動子１００の収容空間を形成するためのキャビティ１５ｃがウェットエッチングによって形成される（図２５の（Ｆ）欄）。第７工程では、サンドブラスト加工によって、ガラス板１５に貫通孔１５ｈが形成され、貫通孔１５ｈに電極材料が埋設され、端子部１６（検知端子１６ａおよび駆動端子１６ｂ）が形成される（図２５の（Ｇ）欄）。

【0100】

第８工程では、振動子１００が形成されたＳＯＩ基板１１に、ガラス板１５が積層されて、ＳＯＩ基板１１とガラス板１５とが陽極接合によって接合される（図２５の（Ｈ）欄）。ガラス板１５の振動子１００と対向する側の面には、振動子１００の収容空間を形成するためのキャビティ１５ｃが凹部として形成されている。第８工程が真空環境下で行われることによって、キャビティ１５ｃによって形成される振動子１００の収容空間内の気圧が大気圧より低くなる。これら一連の工程によって、センサ素子１０が完成する。

【0101】

このように、本実施形態のセンサ素子１０ではＳＯＩ基板１１における表面シリコン層１１ｓのシリコンによって振動子１００が形成されている。従って、振動子１００の機械的Ｑ値が向上されており、振動子１００の振動の安定性が向上されている。また、振動子１００の共振周波数のばらつきが低減され、センサ素子１０を備える共振型センサの検出精度が向上されている。

【0102】

また、本実施形態のセンサ素子１０では、ＳＯＩ基板１１の表層がガラス板１５によって被覆され、振動子１００がガラス板１５のキャビティ１５ｃによって形成される密封空間内に収容されている。従って、振動子１００の各櫛歯部１２３ａ，１２３ｂ，１３２，１４２の間に微小粉塵などの異物が混入してしまうことが抑制され、振動子１００の保護性が向上されている。

【0103】

加えて、本実施形態のセンサ素子１０では、ガラス板１５のキャビティ１５ｃによって形成される密封空間内が大気圧よりも低い減圧状態にされている。従って、振動子１００の振動が空気によって阻害されることが抑制されるため、振動子１００の振動効率や振動の安定性が向上されている。

【0104】

以上のように、本実施形態のセンサ素子１０であれば、可動電極１２０の撓み振動によって、共振状態における振動子１００の振動の安定性が向上されるため、その周波数特性が改善される。また、本体振動部１１０の共振周波数と可動電極１２０の共振周波数との関係を適切に規定することによって、振動子１００における振動の安定性と、センサ素子１０の感度とを両立させることができる。

【0105】

B．第２実施形態：
図２６は本発明の第２実施形態としての圧力センサ３００の構成を示す概略図である。図２６では、圧力センサ３００の中心軸を一点鎖線によって図示してある。図２６には、振動子１００の配置方向を示す矢印Ｘ，Ｙを図２と対応するように図示してある。圧力センサ３００は、先端に計測対象である圧力を受ける受圧部を備える円筒型のセンサであり、例えば、内燃機関の燃焼室における筒内圧（燃焼圧）の計測を行う。

【0106】

圧力センサ３００は、第１実施形態で説明したセンサ素子１０と、励振回路３０と、を備えている。加えて、圧力センサ３００は、受圧軸３１０と、キャップ部材３２１と、軸受部３２２と、内部ケーシング３２３と、外部ケーシング３３１と、開口端部部材３３２と、信号検出部４０と、を備えている。

【0107】

受圧軸３１０は、軸状部材によって構成されており、計測対象である圧力に応じた外力を端面に受けたときに、その外力に応じて軸方向に沿って収縮変形する。受圧軸３１０の側面には、センサ素子１０が配置されている。センサ素子１０は、振動子１００のビーム部１１１の延伸方向（Ｘ軸方向）が受圧軸２１０の軸方向と一致するように配置されている。これによって、センサ素子１０は、受圧軸３１０からその軸方向の収縮変形に応じた外力を受ける。なお、受圧軸３１０は、熱膨張係数が５．０ｐｐｍ／℃以下の部材によって形成されることが望ましい。これによって、環境温度の変化に起因する受圧軸３１０の変形が抑制され、圧力センサ３００の検出誤差が低減される。

【0108】

キャップ部材３２１は、一方の端部が開口している有底円筒状の部材である。キャップ部材３２１は受圧軸３１０の先端側の部位を収容し、その底面の中心に受圧軸３１０の先端側の端面が面接触している。軸受部３２２は、受圧軸３１０を保持する円柱状の部材であり、その底面の中心に受圧軸３１０の後端側の端面が接合されている。

【0109】

内部ケーシング３２３は、センサ素子１０と、受圧軸３１０と、キャップ部材３２１と、軸受部３２２とを収容する円筒状部材である。内部ケーシング３２３の先端側の開口端部には、キャップ部材３２１が摺動可能に嵌め込まれており、内部ケーシング３２３の後端側の開口端部には、軸受部３２２が固定的に嵌め込まれている。これによって、受圧軸３１０は内部ケーシング３２３の中心軸上に配置される。

【0110】

外部ケーシング３３１は、両端部が開口している円筒状の部材である。外部ケーシング３３１は、受圧軸３１０がその中心軸上に配置されるように、内部ケーシング３２３を収容して保持する。開口端部部材３３２は先端側が傘状に拡大されている円筒部材である。開口端部部材３３２は、その開口部が外部ケーシング３３１の開口部内に入れ子に収容されるように、外部ケーシング３３１の先端側の開口端部に取り付けられている。なお、開口端部部材３３２の開口部にはキャップ部材３２１が摺動可能に嵌め込まれている。

【0111】

ここで、図５で説明したように、センサ素子１０は励振回路３０に接続されていることによって、振動子１００が共振状態になる。励振回路３０は、振動子１００の共振に応じて変動する電圧を出力信号として信号検出部４０に出力する。信号検出部４０は、クロック生成部４１を備える。以下に説明するように、信号検出部４０はクロック生成部４１が生成するクロック信号を用いて、センサ素子１０の共振周波数の変化量を検出する。

【0112】

図２７は、信号検出部４０による共振周波数の変化量の検出方法を説明するための概略図である。図２７には、外力が付与される前の初期状態におけるセンサ素子１０の出力信号Ｓｓと、外力が付与された後のセンサ素子１０の出力信号Ｓｄと、信号検出部４０のクロック生成部４１が生成するクロック信号Ｓｃと、を互いに対応するように並列に図示してある。信号検出部４０は、センサ素子１０に外力が付与される前の出力信号Ｓｓと、センサ素子１０に外力が付与された後の出力信号Ｓｄとの位相差を、クロック生成部４１が生成するクロック信号Ｓｃの周期を基準として取得する。そして、取得した位相差に基づいて、センサ素子１０の共振周波数の変化量を検出する。

【0113】

図２８は、信号検出部４０による共振周波数の変化量の検出方法の他の例を説明するための概略図である。図２８は、センサ素子１０の出力信号Ｓｓ，Ｓｄと、クロック信号Ｓｃとの間に、分周信号ＤＳｓ，Ｄｓｄが追加されている点以外は、図２７とほぼ同じである。この例では、センサ素子１０の出力信号Ｓｓ，Ｓｄは、信号検出部４０が備える分周器（図示は省略）によって所定の分周比で分周される。信号検出部４０は、その分周された分周信号ＤＳｓ，Ｄｓｄの位相差を、クロック信号Ｓｃの周期を基準として取得する。このように、本実施形態の信号検出部４０では、クロック信号Ｓｃの周期に応じた分解能でセンサ素子１０の共振周波数の変化量を検出することができ、圧力センサ３００による圧力の検出精度を向上させることができる。

【0114】

以上のように、第２実施形態の圧力センサ３００であれば、ＳＯＩ基板１１によってマイクロマシン（いわゆるＭＥＭＳ）として構成されているセンサ素子１０を用いているため、その小型化・軽量化が可能であり、搭載性が向上されている。また、第２実施形態の圧力センサ３００では、センサ素子１０に圧力を伝達する受圧部である受圧軸３１０が軸状部材であるため、圧力センサ３００を細径化することが可能である。

【0115】

加えて、センサ素子１０の振動子１００は構成部材自体の耐熱性が高く、その振動も静電気力を利用するものであるため、高温環境下においても安定的に振動することができる。従って、第２実施形態の圧力センサ３００であれば、高温環境下における検出精度の低下が抑制されており、耐熱性が低い磁性材料を備え、磁力を利用して圧力を検出するタイプの圧力センサよりも高い耐熱性を得ることができる。第２実施形態の圧力センサ３００であれば、車両の内燃機関の燃焼室など、例えば１００℃以上の高温になる狭い空間内における圧力の計測を高い精度で行うことができる。

【0116】

C．第３実施形態：
図２９は、本発明の第３実施形態としての圧力センサ３００Ａの構成を示す概略図である。第３実施形態の圧力センサ３００Ａは、２つのセンサ素子１０を備えている点以外は、図２８で説明した第２実施形態の圧力センサ３００の構成とほぼ同じである。なお、図２９では、図２８で説明したのと同じ構成部には同じ符号を付してある。また、第３実施形態の圧力センサ３００Ａでは、２つのセンサ素子１０のそれぞれに、第２実施形態の圧力センサ３００で説明したのと同じ機能を有する励振回路３０および信号検出部４０が接続されているが、その図示および説明は省略する。

【0117】

第３実施形態の圧力センサ３００Ａでは、２つのセンサ素子１０が受圧軸３１０を挟んで互いに反対側の位置に配置されており、受圧軸３１０の歪みを２箇所で検出することができる。従って、より高い精度で受圧軸３１０の歪みを検出することができ、圧力センサ３００の検出精度が向上されている。なお、第３実施形態の圧力センサ３００Ａでは、受圧軸３１０の他の部位に、１個以上のセンサ素子１０がさらに追加されても良い。

【0118】

D．第４実施形態：
図３０は、本発明の第４実施形態としての圧力センサ４００の構成を示す概略図である。図３０には、圧力センサ４００の中心軸を一点鎖線で図示してあり、センサ素子１０の備える振動子１００の配置方向を示す矢印Ｘ，Ｙを図２と対応するように図示してある。この圧力センサ４００は、第２実施形態の圧力センサ３００と同様に、第１実施形態で説明したセンサ素子１０を備えており、例えば、内燃機関の燃焼室における筒内圧の計測を行う。

【0119】

圧力センサ４００は、円筒型のセンサであり、ケーシング４１０と、開口端部部材４１１と、受圧板４２０と、圧力伝達ロッド４２１と、ダイアフラム４３０と、セラミック基板４４０と、を備える。なお、第３実施形態の圧力センサ４００は、第２実施形態の圧力センサ３００と同様に、センサ素子１０に接続される励振回路３０および信号検出部４０を備えているが、その図示および説明は省略する。

【0120】

ケーシング４１０は両端が開口している円筒状の部材であり、圧力伝達ロッド４２１と、ダイアフラム４３０と、セラミック基板４４０とを収容する。開口端部部材４１１は、ケーシング４１０とほぼ同じ外径および内径を有する円環状の部材であり、ケーシング４１０の先端側の開口端部に取り付けられる。なお、開口端部部材４１１は、自身の後端側の端面と、ケーシング４１０の先端側の端面との間において受圧板４２０の外周縁部を狭持する。

【0121】

受圧板４２０は円盤状の部材であり、ケーシング４１０の先端側の開口部を密閉するように配置される。受圧板４２０は圧力の計測対象となる気体に曝され、その圧力に応じて厚み方向に湾曲する。圧力伝達ロッド４２１は円柱状の部材であり、圧力センサ４００の中心軸上に配置され、受圧板４２０とダイアフラム４３０とを連結する。圧力伝達ロッド４２１は、受圧板４２０の湾曲変形によって中心軸方向に生じる力をダイアフラム４３０に伝達する。

【0122】

ダイアフラム４３０は、平膜部４３１と、連結軸部４３２と、を有する。平膜部４３１は、厚み方向に弾性的に湾曲する略円形の薄膜状の部位を有する。平膜部４３１は、その膜面が圧力センサ４００の中心軸と直交するように配置されており、その外周縁部が全周にわたってケーシング４１０の内壁面に固定されている。連結軸部４３２は、平膜部４３１の膜面の中央部と圧力伝達ロッド４２１とを連結し、圧力伝達ロッド４２１から伝達される力に応じて平膜部４３１の膜面を湾曲させる。

【0123】

ここで、センサ素子１０は、連結軸部４３２とは反対側の平膜部４３１の膜面の中央に配置されている。センサ素子１０は、平膜部４３１の膜面の歪みに応じた外力を受け、その外力に応じた周波数の信号を出力する。セラミック基板４４０はダイアフラム４３０の後端側に配置されている。図示は省略されているが、セラミック基板４４０はセンサ素子１０と電気的に接続されている。セラミック基板４４０には、センサ素子１０と、ケーシング４１０の外部に配置されている回路と、を電気的に接続するための導電パターンが形成されている。

【0124】

第４実施形態の圧力センサ４００では、受圧板４２０が受ける圧力に応じた力が圧力伝達ロッド４２１を介してダイアフラム４３０に伝達され、ダイアフラム４３０の平膜部４３１が湾曲する。センサ素子１０は平膜部４３１の湾曲に応じた外力を受けて、その外力に応じた周波数の信号を出力する。このように、第４実施形態の圧力センサ４００であれば、ダイアフラム４３０を用いることによって、受圧板４２０が受ける圧力に応じた大きな外力をセンサ素子１０に対して付与することができる。従って、圧力センサ４００の検出精度を向上させることができる。

【0125】

E．第５実施形態：
図３１は、本発明の第５実施形態としての圧力センサ４００Ａの構成を示す概略図である。第５実施形態の圧力センサ４００Ａは、ケーシング４１０に換えてケーシング４１０Ａを備え、ダイアフラム４３０に換えてダイアフラム４３０Ａを備えている点以外は、第４実施形態の圧力センサ４００の構成（図３０）とほぼ同じである。

【0126】

第５実施形態のケーシング４１０Ａは、先端側のケーシング部４１２と、後端側のケーシング部４１３とに分離されている。第５実施形態のダイアフラム４３０Ａは、平膜部４３１がケーシング４１０Ａの外径と同じ直径を有している。ダイアフラム４３０Ａは、平膜部４３１の外周縁部が、それら２つのケーシング部４１２，４１３の端面同士に狭持されることによって、ケーシング４１０Ａ内に固定されている。

【0127】

このように、第５実施形態の圧力センサ４００Ａであれば、ダイアフラム４３０Ａの膜面の面積を拡大させることができ、圧力に応じたダイアフラム４３０Ａの膜面の変形量を増大させることができる。従って、センサ素子１０が平膜部４３１の膜面から受ける外力をより大きくすることができるため、圧力センサ４００Ａの検出精度を向上させることができる。

【0128】

F．変形例：
F1．変形例１：
上記各実施形態の電極部１５０では、外側固定電極１３０および内側固定電極１３０の間に可動電極１２０の両側が配置されていた。これに対して、電極部１５０では、外側固定電極１３０と内側固定電極１３０のうちのいずれか一方が省略されても良い。また、上記各実施形態の電極部１５０では、各電極１２０，１３０，１４０は、互いに対向する面に、突起部が等間隔に交互に配列された櫛歯部１２３ａ，１２３ｂ，１３２，１４２が設けられていた。これに対して、各電極１２０，１３０，１４０の櫛歯部１２３ａ，１２３ｂ，１３２，１４２は他の構成を有しても良い。各電極１２０，１３０，１４０の櫛歯部１２３ａ，１２３ｂ，１３２，１４２では、突起部の配列間隔が全て等しくなくても良く、一部あるいは全ての突起部が異なる間隔で配列されていても良い。また、各電極１２０，１３０，１４０では櫛歯部１２３ａ，１２３ｂ，１３２，１４２自体が省略されていても良い。電極部１５０では、電極間の静電気力によって可動電極１２０が振動可能なように構成されていれば良い。

【0129】

F2．変形例２：
上記各実施形態のセンサ素子１０では、共振状態のときに、本体振動部１１０の２本のビーム部１１１が互いに反対方向に撓み振動していた。しかし、センサ素子１０の共振状態では、本体振動部１１０の２本のビーム部１１１が仮想中心軸ＣＬを中心として左右対称に撓み振動していれば良い。すなわち、本体振動部１１０の２本のビーム部１１１が互いに同じ周期で同じ方向に同じ振幅で撓み振動していても良い。

【0130】

F3．変形例３：
上記実施形態では、振動子１００はガラス板１５のキャビティ１５ｃによって形成される密封空間に収容されていた。これに対して、振動子１００はガラス板１５のキャビティ１５ｃによって形成される密封空間に収容されていなくても良い。振動子１００は、ガラス板１５以外の部材によって形成された密封空間に収容されていても良いし、密封空間に収容されることなく、外気に曝されて配置されていても良い。

【0131】

F4．変形例４：
上記第２〜第５実施形態では、センサ素子１０を用いて圧力センサが構成されていた。これに対して、センサ素子１０は圧力センサ以外のセンサに用いられても良い。例えば、センサ素子１０は歪みゲージに用いられても良い。センサ素子１０はグロープラグが備える軸状のヒータ部に取り付けられ、グロープラグと一体化されて用いられても良い。

【0132】

F5．変形例５：
上記各実施形態では、振動子１００がＳＯＩ基板１１に形成されている。これに対して、振動子１００はＳＯＩ基板１１に形成されていなくても良く、シリコン以外の部材によって、エッチング以外の方法によって形成されても良い。

【0133】

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題や、共振型センサの小型化、使い勝手の向上、製造の容易化、製造コストの低減、省資源化等の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0134】

１０…センサ素子
１１…ＳＯＩ基板
１１ｂ…シリコン基板
１１ｍ…中間酸化膜層
１１ｓ…表面シリコン層
１５…ガラス板
１５ｃ…キャビティ
１５ｈ…貫通孔
１６…端子部
１６ａ…検知端子
１６ｂ…駆動端子
１８…エッチングマスク
２０…直流電源部
２１…電源ライン
２２…アースライン
３０…励振回路
３１…チャージアンプ部
３１ａ…オペアンプ
３１ｃ…帰還コンデンサー
３１ｒ…帰還抵抗器
３２…フィルター部
３２ａ…オペアンプ
３２ｃ…カップリングコンデンサー
３２ｒａ…入力抵抗器
３２ｒｂ…帰還抵抗器
３３…コンパレーター部
３３ａ…オペアンプ
３３ｃ…コンデンサー
３３ｏ…出力端子
３３ｒ…帰還抵抗器
４０…信号検出部
４１…クロック生成部
１００…振動子
１００ａ…振動子(比較例)
１１０…本体振動部
１１１…ビーム部
１１１ｓ…連結軸
１１２…連結部
１１３…固定部
１１３ｓ…連結軸
１２０…可動電極
１２１…中央基体部
１２２…延伸部
１２３ａ，１２０ｂ…櫛歯部
１３０…外側固定電極
１３１…延伸部
１３２…櫛歯部
１４０…内側固定電極
１４１…延伸部
１４２…櫛歯部
１５０…電極部
３００，３００Ａ…圧力センサ
３１０…受圧軸
３２１…キャップ部材
３２２…軸受部
３２３…内部ケーシング
３３１…外部ケーシング
３３２…開口端部部材
４００，４００Ａ…圧力センサ
４１０，４１０Ａ…ケーシング
４１２，４１３…ケーシング部
４１１…開口端部部材
４２０…受圧板
４２１…圧力伝達ロッド
４３０，４３０Ａ…ダイアフラム
４３１…平板部
４３２…連結軸部
４４０…セラミック基板
ＭＤ１〜ＭＤ３…振動子モデル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】