ホーム > 特許ランキング > セイコーエプソン株式会社
(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】
(24)【登録日】2024-11-11
(45)【発行日】2024-11-19
(54)【発明の名称】物理量センサー、物理量センサーデバイス及び慣性計測装置
(51)【国際特許分類】
G01P 15/08 20060101AFI20241112BHJP
G01P 15/125 20060101ALI20241112BHJP
H01L 29/84 20060101ALI20241112BHJP
【ＦＩ】
G01P15/08 102E
G01P15/08 101B
G01P15/125 Z
H01L29/84 Z
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2020180122
(22)【出願日】2020-10-28
(65)【公開番号】P2022071262
(43)【公開日】2022-05-16
【審査請求日】2023-09-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104710
【弁理士】
【氏名又は名称】竹腰 昇
(74)【代理人】
【識別番号】100090479
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 一
(74)【代理人】
【識別番号】100124682
【弁理士】
【氏名又は名称】黒田 泰
(74)【代理人】
【識別番号】100166523
【弁理士】
【氏名又は名称】西河 宏晃
(72)【発明者】
【氏名】田中 悟
【審査官】藤澤 和浩
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０４０８５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５２９００１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／０４６８６６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－２１７７２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１４０１４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２１６３０５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３４１９２７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】実開平０２－０３９１６６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１２－０８８１２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１８４２６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１０９４９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｐ １５／００ ～ １５／１８
Ｂ８１Ｂ １／００ ～ ７／０４
Ｂ８１Ｃ １／００ ～ ９９／００
Ｈ０１Ｌ ２９／８４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、前記Ｚ軸に直交し、第１固定電極が設けられている基板と、前記Ｚ軸に沿ったＺ軸方向において前記第１固定電極に対向している第１質量部を含み、前記Ｙ軸に沿った回転軸を中心として前記基板に対して揺動可能に設けられている可動体と、
を含み、
前記第１質量部は、
第１領域と、前記第１領域よりも前記回転軸から遠い第２領域と、を含み、
前記第１領域に第１貫通孔群が設けられ、前記第２領域に第２貫通孔群が設けられ、
前記可動体は、
前記基板側の面である第１面と、前記第１面に対する裏側の面である第２面と、を含み、
前記第１質量部の前記第１面には、
前記第１領域での前記第１質量部と前記第１固定電極との間の空隙である第１空隙の前記Ｚ軸方向での第１ギャップ距離を、前記第２領域での前記第１質量部と前記第１固定電極との間の空隙である第２空隙の前記Ｚ軸方向での第２ギャップ距離よりも小さくするための段差又はスロープが設けられ、
前記第１貫通孔群及び前記第２貫通孔群の貫通孔の前記Ｚ軸方向での深さは、前記可動体の前記Ｚ軸方向での最大厚みよりも小さく、
前記可動体の前記第１面には、
前記第２貫通孔群が底面に配置される凹部が、前記第２領域に設けられていることを特徴とする物理量センサー。
【請求項2】
互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、前記Ｚ軸に直交し、第１固定電極が設けられている基板と、前記Ｚ軸に沿ったＺ軸方向において前記第１固定電極に対向している第１質量部を含み、前記Ｙ軸に沿った回転軸を中心として前記基板に対して揺動可能に設けられている可動体と、
を含み、
前記第１質量部は、
第１領域と、前記第１領域よりも前記回転軸から遠い第２領域と、を含み、
前記第１領域に第１貫通孔群が設けられ、前記第２領域に第２貫通孔群が設けられ、
前記可動体は、
前記基板側の面である第１面と、前記第１面に対する裏側の面である第２面と、を含み、
前記第１質量部の前記第１面には、
前記第１領域での前記第１質量部と前記第１固定電極との間の空隙である第１空隙の前記Ｚ軸方向での第１ギャップ距離を、前記第２領域での前記第１質量部と前記第１固定電極との間の空隙である第２空隙の前記Ｚ軸方向での第２ギャップ距離よりも小さくするための段差又はスロープが設けられ、
前記第１貫通孔群及び前記第２貫通孔群の貫通孔の前記Ｚ軸方向での深さは、前記可動体の前記Ｚ軸方向での最大厚みよりも小さく、
前記可動体の前記第２面には、
前記第１貫通孔群が底面に配置される第１凹部が、前記第１領域に設けられ、
前記可動体の前記第１面には、
前記第２貫通孔群が底面に配置される第２凹部が、前記第２領域に設けられていることを特徴とする物理量センサー。
【請求項3】
互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、前記Ｚ軸に直交し、第１固定電極が設けられている基板と、前記Ｚ軸に沿ったＺ軸方向において前記第１固定電極に対向している第１質量部を含み、前記Ｙ軸に沿った回転軸を中心として前記基板に対して揺動可能に設けられている可動体と、
を含み、
前記第１質量部は、
第１領域と、前記第１領域よりも前記回転軸から遠い第２領域と、を含み、
前記第１領域に第１貫通孔群が設けられ、前記第２領域に第２貫通孔群が設けられ、
前記可動体は、
前記基板側の面である第１面と、前記第１面に対する裏側の面である第２面と、を含み、
前記第１質量部の前記第１面には、
前記第１領域での前記第１質量部と前記第１固定電極との間の空隙である第１空隙の前記Ｚ軸方向での第１ギャップ距離を、前記第２領域での前記第１質量部と前記第１固定電極との間の空隙である第２空隙の前記Ｚ軸方向での第２ギャップ距離よりも小さくするためのスロープが設けられ、
前記第１貫通孔群及び前記第２貫通孔群の貫通孔の前記Ｚ軸方向での深さは、前記可動体の前記Ｚ軸方向での最大厚みよりも小さく、
前記第１質量部の前記第１領域では、前記回転軸から遠くなるに従って前記第１ギャップ距離は大きくなり、
前記第１質量部の前記第２領域では、前記回転軸から遠くなるに従って前記第２ギャップ距離は大きくなることを特徴とする物理量センサー。
【請求項4】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、前記第２貫通孔群の貫通孔の開口面積は、前記第１貫通孔群の貫通孔の開口面積よりも大きいことを特徴とする物理量センサー。
【請求項5】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、前記第１貫通孔群及び前記第２貫通孔群の貫通孔の深さは、前記可動体の前記Ｚ軸方向での最大厚みの５０％未満であることを特徴とする物理量センサー。
【請求項6】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、前記可動体は、
前記基板に固定される固定部と、
前記固定部と前記第１質量部を接続し、前記回転軸となる支持梁と、
を含み、
前記可動体の前記最大厚みは、前記固定部及び前記支持梁の少なくとも一方の前記Ｚ軸方向での厚さであることを特徴とする物理量センサー。
【請求項7】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、前記可動体の前記第１面又は前記第２面には、
前記第１貫通孔群及び前記第２貫通孔群の少なくとも１つの貫通孔群の少なくとも１つの貫通孔ごとに凹部が設けられていることを特徴とする物理量センサー。
【請求項8】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、前記第１貫通孔群及び前記第２貫通孔群の貫通孔の開口形状は多角形又は円形であることを特徴とする物理量センサー。
【請求項9】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、前記第１質量部の前記第２領域は、前記回転軸回りの回転トルクを発生させるためのトルク発生部であることを特徴とする物理量センサー。
【請求項10】
互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、前記Ｚ軸に直交し、第１固定電極が設けられている基板と、前記Ｚ軸に沿ったＺ軸方向において前記第１固定電極に対向している第１質量部を含み、前記Ｙ軸に沿った回転軸を中心として前記基板に対して揺動可能に設けられている可動体と、
を含み、
前記第１質量部は、
第１領域と、前記第１領域よりも前記回転軸から遠い第２領域と、を含み、
前記第１領域に第１貫通孔群が設けられ、前記第２領域に第２貫通孔群が設けられ、
前記可動体は、
前記基板側の面である第１面と、前記第１面に対する裏側の面である第２面と、を含み、
前記第１質量部の前記第１面には、
前記第１領域での前記第１質量部と前記第１固定電極との間の空隙である第１空隙の前記Ｚ軸方向での第１ギャップ距離を、前記第２領域での前記第１質量部と前記第１固定電極との間の空隙である第２空隙の前記Ｚ軸方向での第２ギャップ距離よりも小さくするためのスロープが設けられ、
前記第１貫通孔群及び前記第２貫通孔群の貫通孔の前記Ｚ軸方向での深さは、前記可動体の前記Ｚ軸方向での最大厚みよりも小さく、
前記可動体は、
前記Ｚ軸方向からの平面視において、前記第１質量部に対して前記回転軸を挟んで設けられている第２質量部を含み、
前記基板には、
前記第２質量部に対向している第２固定電極が設けられ、
前記第２質量部は、
第３領域と、前記第３領域よりも前記回転軸から遠い第４領域と、を含み、
前記第３領域に第３貫通孔群が設けられ、前記第４領域に第４貫通孔群が設けられ、
前記第２質量部の前記第１面には、
前記第３領域での前記第２質量部と前記第２固定電極との間の空隙である第３空隙の前記Ｚ軸方向での第３ギャップ距離を、前記第４領域での前記第２質量部と前記第２固定電極との間の空隙である第４空隙の前記Ｚ軸方向での第４ギャップ距離よりも小さくするためのスロープが設けられ、
前記第３貫通孔群及び前記第４貫通孔群の貫通孔の前記Ｚ軸方向での深さは、前記可動体の前記最大厚みよりも小さく、
前記第２質量部の前記第３領域では、前記回転軸から遠くなるに従って前記第３ギャップ距離は大きくなり、
前記第２質量部の前記第４領域では、前記回転軸から遠くなるに従って前記第４ギャップ距離は大きくなることを特徴とする物理量センサー。
【請求項11】
請求項１０に記載の物理量センサーにおいて、前記可動体は、
前記回転軸回りの回転トルクを発生させるためのトルク発生部を含み、
前記トルク発生部には、
第５貫通孔群が設けられ、
前記トルク発生部と前記基板との間の空隙である第５空隙の前記Ｚ軸方向での第５ギャップ距離は、前記第１ギャップ距離及び前記第２ギャップ距離よりも大きいことを特徴とする物理量センサー。
【請求項12】
請求項１１に記載の物理量センサーにおいて、前記第５貫通孔群の貫通孔の開口面積は、前記第１貫通孔群及び前記第２貫通孔群の貫通孔の開口面積よりも大きいことを特徴とする物理量センサー。
【請求項13】
請求項１乃至１２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に電気的に接続されている電子部品と、
を含むことを特徴とする物理量センサーデバイス。
【請求項14】
請求項１乃至１２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から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、
を含むことを特徴とする慣性計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、物理量センサー、物理量センサーデバイス及び慣性計測装置等に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より加速度等の物理量を検出する物理量センサーが知られている。このような物理量センサーとしては、例えばＺ軸方向の加速度を検出するシーソー型の加速度センサーなどが知られている。例えば特許文献１には、基板上の検出部に段差を設けることにより、複数の電極間ギャップを形成して、高感度化を実現する加速度センサーが開示されている。特許文献２には、可動体の裏面側に段差を設けることにより、複数の電極間ギャップを形成して、高感度化を実現する加速度センサーが開示されている。特許文献３には、可動体の断面において、検出電極に対向する領域を凹部形状にすることにより厚みを小さくし、上下の検出電極で可動体を挟むように構成してダンピングを小さくする加速度センサーが開示されている。特許文献４には、高感度、且つ、低ダンピングを実現するための規格化式である関数式について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１３－０４０８５６号公報
【文献】特表２００８－５２９００１号公報
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３４１９２７号明細書
【文献】特開２０１９－１８４２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１では、可動体の厚みが一様であり、貫通孔の深さが一様であるため、貫通孔の孔中ダンピングが大きくなりやすい。特許文献２では、可動体に貫通孔が無いため、ダンピングが非常に大きく、所望の周波数帯域を確保できない。特許文献３、４では、電極間ギャップの距離が一定であるため、更なる高感度化が難しい。このように特許文献１～４の構造では、更なる高感度化と低ダンピング化とを両立して実現することが困難であるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様は、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、前記Ｚ軸に直交し、第１固定電極が設けられている基板と、前記Ｚ軸に沿ったＺ軸方向において前記第１固定電極に対向している第１質量部を含み、前記Ｙ軸に沿った回転軸を中心として前記基板に対して揺動可能に設けられている可動体と、を含み、前記第１質量部は、第１領域と、前記第１領域よりも前記回転軸から遠い第２領域と、を含み、前記第１領域に第１貫通孔群が設けられ、前記第２領域に第２貫通孔群が設けられ、前記可動体は、前記基板側の面である第１面と、前記第１面に対する裏側の面である第２面と、を含み、前記第1質量部の前記第１面には、前記第１領域での前記第１質量部と前記第１固定電極との間の空隙である第１空隙の前記Ｚ軸方向での第１ギャップ距離を、前記第２領域での前記第１質量部と前記第１固定電極との間の空隙である第２空隙の前記Ｚ軸方向での第２ギャップ距離よりも小さくするための段差又はスロープが設けられ、前記第１貫通孔群及び前記第２貫通孔群の貫通孔の前記Ｚ軸方向での深さは、前記可動体の前記Ｚ軸方向での最大厚みよりも小さい物理量センサーに関係する。
【0006】
また本開示の他の態様は、上記に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーに電気的に接続されている電子部品と、含む物理量センサーデバイスに関係する。
【0007】
また本開示の他の態様は、上記に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を含む慣性計測装置に関係する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態の物理量センサーの平面図。
【図4】第１実施形態の物理量センサーの斜視図。
【図5】段差の代わりにスロープを設けた場合の物理量センサーの断面図。
【図6】貫通孔の孔サイズとダンピングの関係を示すグラフ。
【図7】貫通孔の孔サイズとダンピングの関係を示すグラフ。
【図8】貫通孔の孔サイズとダンピングの関係を示すグラフ。
【図9】規格化貫通孔厚みと規格化ダンピングの関係を示すグラフ。
【図10】物理量センサーの振動周波数と変位の大きさの関係を示すグラフ。
【図11】第２実施形態の物理量センサーの平面図。
【図12】第２実施形態の物理量センサーの断面図。
【図13】第３実施形態の物理量センサーの断面図。
【図14】第４実施形態の物理量センサーの平面図。
【図15】第４実施形態の物理量センサーの断面図。
【図16】第５実施形態の物理量センサーの平面図。
【図17】第６実施形態の物理量センサーの平面図。
【図18】第７実施形態の物理量センサーの平面図。
【図19】第８実施形態の物理量センサーの平面図。
【図20】第９実施形態の物理量センサーの平面図。
【図22】第１０実施形態の物理量センサーの平面図。
【図23】物理量センサーデバイスの構成例。
【図24】物理量センサー有する慣性計測装置の概略構成を示す分解斜視図。
【図25】物理量センサーの回路基板の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲の記載内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。また以下の各図面において、説明の便宜上、一部の構成要素を省略することがある。また各図面において、分かり易くするために各構成要素の寸法比率は実際とは異なっている。
【0010】
１．第１実施形態
まず第１実施形態の物理量センサー１について、鉛直方向の加速度を検出する加速度センサーを一例として挙げ、図１、図２、図３、図４を参照して説明する。図１は第１実施形態の物理量センサー１の平面図である。図２は図１のＡ－Ａ線における断面図であり、図３は図１のＢ－Ｂ線における断面図である。図４は物理量センサー１の斜視図である。物理量センサー１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスであり、例えば慣性センサーである。
まず第１実施形態の物理量センサー１について、鉛直方向の加速度を検出する加速度センサーを一例として挙げ、図１、図２、図３、図４を参照して説明する。図１は第１実施形態の物理量センサー１の平面図である。図２は図１のＡ－Ａ線における断面図であり、図３は図１のＢ－Ｂ線における断面図である。図４は物理量センサー１の斜視図である。物理量センサー１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスであり、例えば慣性センサーである。
【0011】
なお図１、図４では、物理量センサー１の内部の構成を説明する便宜上、図２、図３で示される基板２、蓋部５等の図示を省略している。また図１、図２、図３では、説明の便宜のために、各部材の寸法や部材間の間隔等は模式的に示されおり、図４の斜視図とは異なっている。例えば図２、図３に示す可動体３の厚みやギャップ距離等は図４の斜視図に示すように実際には非常に小さい。また以下では、物理量センサー１が検出する物理量が加速度である場合を主に例にとり説明するが、物理量は加速度に限定されず、角速度、速度、圧力、変位又は重力等の他の物理量であってもよく、物理量センサー１はジャイロセンサー、圧力センサー又はＭＥＭＳスイッチ等として用いられるものであってもよい。また説明の便宜上、各図には互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ軸方向」と言う。ここで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、各々、第１方向、第２方向、第３方向と言うこともできる。また各軸方向の矢印先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」、Ｚ軸方向プラス側を「上」、Ｚ軸方向マイナス側を「下」とも言う。またＺ軸方向は鉛直方向に沿い、ＸＹ平面は水平面に沿っている。なお「直交」は、９０°で交わっているものの他、９０°から若干傾いた角度で交わっている場合も含むものとする。
【0012】
図１～図４に示す物理量センサー１は、鉛直方向であるＺ軸方向の加速度を検出することができる。このような物理量センサー１は、基板２と、基板２に対向して設けられた可動体３と、基板２に接合され、可動体３を覆う蓋部５を有する。可動体３は揺動構造体又はセンサー素子と言うこともできる。
【0013】
基板２は、図１に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に広がりを有し、Ｚ軸方向を厚さとする。また基板２には、図２、図３に示すように、下面側に窪んでおり深さが異なる凹部２１及び凹部２１ａが形成されている。凹部２１ａの上面からの深さは、凹部２１よりも深い。凹部２１及び凹部２１ａは、Ｚ軸方向からの平面視において、可動体３を内側に内包し、可動体３よりも大きく形成されている。凹部２１及び凹部２１ａは、可動体３と基板２との接触を抑制する逃げ部として機能する。また基板２には、凹部２１の底面に第１固定電極２４と第２固定電極２５とが配置され、凹部２１ａの底面にダミー電極２６ａが配置されている。第１固定電極２４、第２固定電極２５は、各々、第１検出電極、第２検出電極と言うこともできる。また凹部２１の底面にもダミー電極２６ｂ、２６ｃが配置されている。第１固定電極２４と第２固定電極２５は、不図示のＱＶアンプにそれぞれ接続され、その静電容量差を差動検出方式により電気信号として検出する。従って、第１固定電極２４と第２固定電極２５とは、等しい面積であることが望ましい。そして基板２のマウント部２２ａ、２２ｂの上面に可動体３が接合されている。これにより可動体３を、基板２の凹部２１の底面から離間させた状態で基板２に固定できるようになる。
【0014】
基板２としては、例えばアルカリ金属イオンを含むガラス材料、例えばパイレックス（登録商標）又はテンパックス（登録商標）のガラスのようなホウケイ酸ガラスで構成されたガラス基板を用いることができる。但し基板２の構成材料としては、特に限定されず、例えばシリコン基板、石英基板又はＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等を用いてもよい。
【0015】
蓋部５には、図２、図３に示すように、上面側に窪む凹部５１が形成されている。蓋部５は、凹部５１内に可動体３を収納して基板２の上面に接合されている。そして、蓋部５及び基板２によって、その内側に、可動体３を収納する収納空間ＳＡが形成されている。収納空間ＳＡは、気密空間であり、窒素、ヘリウム又はアルゴン等の不活性ガスが封入され、使用温度が－４０℃～１２５℃程度でほぼ大気圧となっていることが好ましい。但し、収納空間ＳＡの雰囲気は、特に限定されず、例えば、減圧状態であってもよいし、加圧状態であってもよい。
【0016】
蓋部５としては、例えばシリコン基板を用いることができる。但し、これに特に限定されず、例えば蓋部５としてガラス基板又は石英基板などを用いてもよい。また基板２と蓋部５との接合方法としては、例えば陽極接合や活性化接合などを用いることができるが、これには特に限定されず、基板２や蓋部５の材料によって適宜選択すればよい。
【0017】
可動体３は、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）又は砒素（Ａｓ）等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板をエッチング、特に深堀エッチング技術であるボッシュ・プロセスによって垂直加工することにより形成できる。
【0018】
可動体３は、Ｙ軸方向に沿う回転軸ＡＹ回りに揺動可能になっている。可動体３は、固定部３２ａ、３２ｂと、支持梁３３と、第１質量部３４と、第２質量部３５と、トルク発生部３６を有している。トルク発生部３６は第３質量部と言うこともできる。Ｈ型の中央アンカーである固定部３２ａ、３２ｂは、基板２のマウント部２２ａ、２２ｂの上面に陽極接合等により接合されている。支持梁３３は、Ｙ軸方向に延在し、回転軸ＡＹを形成しており、ねじりバネとして用いられている。即ち物理量センサー１に加速度ａｚが作用すると、可動体３は、支持梁３３を回転軸ＡＹとして、支持梁３３を捩り変形させながら回転軸ＡＹ回りに揺動する。なお回転軸ＡＹは揺動軸と呼ぶこともでき、可動体３の回転軸ＡＹ回りの回転は、可動体３の揺動軸回りの揺動である。
【0019】
可動電極である可動体３は、Ｚ軸方向からの平面視において、Ｘ軸方向を長手方向とする長方形形状となっている。そして可動体３の第１質量部３４と第２質量部３５は、Ｚ軸方向からの平面視において、Ｙ軸方向に沿う回転軸ＡＹを間に挟んで配置されている。具体的には可動体３は、第１質量部３４と第２質量部３５とが第１連結部４１によって連結され、第１質量部３４と第２質量部３５との間に第１開口部４５ａ、４５ｂを有する。そして第１開口部４５ａ、４５ｂ内に固定部３２ａ、３２ｂ及び支持梁３３が配置されている。このように、可動体３の内側に固定部３２ａ、３２ｂ及び支持梁３３を配置することにより、可動体３の小型化を図ることができる。またトルク発生部３６は、第２連結部４２により、Ｙ軸方向の両端で第１質量部３４に対して連結されている。そして第１質量部３４とトルク発生部３６との間には、第１質量部３４の面積と第２質量部３５の面積とを等しくするために第２開口部４６が設けられている。第１質量部３４及びトルク発生部３６は、回転軸ＡＹに対してＸ軸方向プラス側に位置し、第２質量部３５は、回転軸ＡＹに対してＸ軸方向マイナス側に位置する。また、第１質量部３４及びトルク発生部３６は、第２質量部３５よりもＸ軸方向に長く、Ｚ軸方向の加速度ａｚが加わったときの回転軸ＡＹ回りの回転モーメントが第２質量部３５よりも大きい。
【0020】
この回転モーメントの差によって、Ｚ軸方向の加速度ａｚが加わった際に、可動体３が回転軸ＡＹ回りにシーソー揺動する。なお、シーソー揺動とは、第１質量部３４がＺ軸方向プラス側に変位すると、第２質量部３５がＺ軸方向マイナス側に変位し、反対に、第１質量部３４がＺ軸方向マイナス側に変位すると、第２質量部３５がＺ軸方向プラス側に変位することを意味する。
【0021】
また可動体３では、Ｙ軸方向に並んだ第１連結部４１と、固定部３２ａ、３２ｂとが、Ｙ軸方向に延在する支持梁３３によって接続されている。そのため、支持梁３３を回転軸ＡＹとして、可動体３を回転軸ＡＹ回りにシーソー揺動で変位させることができる。
【0022】
また可動体３は、その全域に複数の貫通孔を有する。この貫通孔により、可動体３のシーソー揺動の際の空気のダンピングが低減され、物理量センサー１を、より広い周波数範囲で適正に動作させることが可能になる。
【0023】
次に、基板２の凹部２１の底面に配置された第１固定電極２４及び第２固定電極２５と、ダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃについて説明する。
【0024】
図１に示すように、Ｚ軸方向からの平面視で、第１固定電極２４は、第１質量部３４と重なって配置され、第２固定電極２５は、第２質量部３５と重なって配置されている。これら第１固定電極２４及び第２固定電極２５は、Ｚ軸方向の加速度ａｚが加わっていない自然状態で、図２に示す静電容量Ｃａ、Ｃｂが等しくなるように、Ｚ軸方向からの平面視で、回転軸ＡＹに対して略対称に設けられている。
【0025】
第１固定電極２４と第２固定電極２５は、不図示の差動式のＱＶアンプに電気的に接続されている。物理量センサー１の駆動時において、可動体３に駆動信号が印加される。そして第１質量部３４と第１固定電極２４との間に静電容量Ｃａが形成され、第２質量部３５と第２固定電極２５との間に静電容量Ｃｂが形成される。Ｚ軸方向の加速度ａｚが加わっていない自然状態では静電容量Ｃａ、Ｃｂが互いにほぼ等しい。
【0026】
物理量センサー１に加速度ａｚが加わると、可動体３が回転軸ＡＹを中心にしてシーソー揺動する。この可動体３のシーソー揺動により、第１質量部３４と第１固定電極２４との離間距離と、第２質量部３５と第２固定電極２５との離間距離と、が逆相で変化し、これに応じて静電容量Ｃａ、Ｃｂが互いに逆相で変化する。これにより、物理量センサー１は、静電容量Ｃａ、Ｃｂの容量値の差に基づいて加速度ａｚを検出することができる。
【0027】
また基板面露出による帯電ドリフトや可動体形成後の陽極接合時の貼り付き防止のために、第１固定電極２４及び第２固定電極２５以外の基板２のガラス露出面には、ダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃが設けられている。ダミー電極２６ａは、第１固定電極２４よりもＸ軸方向プラス側に位置し、Ｚ軸方向からの平面視においてトルク発生部３６に重なるように、トルク発生部３６の下方に設けられている。またダミー電極２６ｂは、支持梁３３の下方に設けられ、ダミー電極２６ｃは第２質量部３５の左下方に設けられている。これらのダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、不図示の配線により電気的に接続されている。これによりダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃは同電位に設定される。そして支持梁３３の下方のダミー電極２６ｂは、可動電極である可動体３に電気的に接続されている。例えば基板２に不図示の突起が設けられ、ダミー電極２６ｂから延出した電極が当該突起の頂部を覆うように形成されて、当該電極が可動体３に接触することで、ダミー電極２６ｂが可動体３に電気的に接続される。これによりダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、可動電極である可動体３と同電位に設定される。
【0028】
また図３に示すように、物理量センサー１には、回転軸ＡＹを中心とする可動体３の回転を規制するストッパー１１、１２が設けられている。図３では、ストッパー１１、１２は、基板２に設けられた突起部により実現されている。ストッパー１１、１２は、可動体３に過度なシーソー揺動が生じた際に、その頂部が可動体３と接触することにより、可動体３のそれ以上のシーソー揺動を規制する。このようなストッパー１１、１２を設けることにより、互いに電位が異なる可動体３と第１固定電極２４及び第２固定電極２５との過度な近接を防ぐことができる。一般に、電位が異なる電極間には静電引力が発生するため、過度な近接が起こると、可動体３と第１固定電極２４及び第２固定電極２５との間に生じる静電引力によって可動体３が第１固定電極２４や第２固定電極２５に引き付けられたまま戻らなくなる「スティッキング」を引き起こす。このような状態では物理量センサー１は、正常な動作をしなくなってしまうため、ストッパー１１、１２を設け、過度な近接をさせないことが重要である。
【0029】
また可動体３と第１固定電極２４及び第２固定電極２５とは異なる電位を有しているため、図３に示すように、ストッパー１１、１２の頂部には、短絡を防ぐための保護膜としての電極２７ａ、２７ｃが、当該頂部を覆うように形成されている。具体的には図１、図３に示すように、ダミー電極２６ａからＸ軸方向マイナス側に、電極２７ａが引き出されて、引き出された電極２７ａの先端部がストッパー１１の頂部を覆うように設けられている。またダミー電極２６ｃからＸ軸方向プラス側に電極２７ｃが引き出されて、引き出された電極２７ｃの先端部がストッパー１２の頂部を覆うように設けられている。そしてダミー電極２６ａ、２６ｃは可動体３と同電位に設定されているため、可動体３がストッパー１１、１２に接触した場合にも、短絡が防止されるようになる。
【0030】
なおストッパー１１、１２の頂部に、短絡防止用の酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁層を設けたり、異電位の電極を設けるなどの変形実施も可能である。また図３ではストッパー１１、１２が基板２に設けられているが、回転軸ＡＹを中心とする可動体３の回転を規制するストッパー１１、１２を、可動体３に設けたり、蓋部５に設けるなどの変形実施も可能である。
【0031】
以上のように本実施形態の物理量センサー１は、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、Ｚ軸に直交し、第１固定電極２４が設けられている基板２と、Ｚ軸方向において第１固定電極２４に対向している第１質量部３４を含み、Ｙ軸に沿った回転軸ＡＹを中心として基板２に対して揺動可能に設けられている可動体３と、を含む。
【0032】
そして本実施形態では、図２、図３に示すように、第１質量部３４は、第１領域６１と、第１領域６１よりも回転軸ＡＹから遠い第２領域６２を含む。即ち第１質量部３４には複数の領域が設定されており、これらの複数の領域のうち、回転軸ＡＹから近い領域を第１領域６１とし、第１領域６１に比べて回転軸ＡＹから遠い領域を第２領域６２とする。そして第１領域６１に第１貫通孔群７１が設けられ、第２領域６２に第２貫通孔群７２が設けられている。第１領域６１には、例えば正方形の複数の貫通孔が第１貫通孔群７１として設けられ、第２領域６２にも、例えば正方形の複数の貫通孔が第２貫通孔群７２として設けられている。なお後述するように貫通孔の開口形状は正方形には限定されず、正方形以外の多角形や、円形であってもよい。また可動体３は、基板２側の面である第１面６と、第１面６に対する裏側の面である第２面７を含む。例えばＺ軸方向プラス側を上方向とし、Ｚ軸方向マイナス側を下方向とした場合に、第１面６は可動体３の下面であり、第２面７は可動体３の上面である。
【0033】
そして図２、図３に示すように、第1質量部３４の第１面６には、段差８が設けられている。具体的には、第1質量部３４の下面である第１面６には、第１ギャップ距離ｈ１を第２ギャップ距離ｈ２よりも小さくするための段差８が設けられている。ここで第１ギャップ距離ｈ１は、第１領域６１での第１質量部３４と第１固定電極２４との間の空隙である第１空隙Ｑ１のＺ軸方向でのギャップ距離であり、第１空隙Ｑ１での第１質量部３４と第１固定電極２４の離間距離である。第２ギャップ距離ｈ２は、第２領域６２での第１質量部３４と第１固定電極２４との間の空隙である第２空隙Ｑ２のＺ軸方向でのギャップ距離であり、第２空隙Ｑ２での第１質量部３４と第１固定電極２４の離間距離である。即ち第１質量部３４は、基板２に設けられている第１固定電極２４と対向しているが、第１領域６１での第１ギャップ距離ｈ１が、第２領域６２での第２ギャップ距離ｈ２よりも小さくなるように、第１質量部３４の基板２側の面である第１面６に段差８が設けられている。段差８を設けることで、第１領域６１での第１面６よりも、第２領域６２での第１面６の方が、Ｚ軸方向プラス側に位置するようになる。これにより、第１領域６１での第１面６と第１固定電極２４との距離である第１ギャップ距離ｈ１に比べて、第２領域６２での第１面６と第１固定電極２４との距離である第２ギャップ距離ｈ２が大きくなる。このように第１ギャップ距離ｈ１が小さくなることで、第１質量部３４の複数の領域のうち、回転軸ＡＹから近い側の領域である第１領域６１の狭ギャップ化を実現できるため、物理量センサー１の高感度化を実現できる。
【0034】
そして本実施形態では、更に、第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２の貫通孔のＺ軸方向での深さは、可動体３のＺ軸方向での最大厚みよりも小さくなっている。このように第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２の貫通孔の深さが小さくなることで、これらの貫通孔での孔中ダンピング等を低減でき、物理量センサー１の低ダンピング化を実現できる。従って本実施形態によれば、更なる高感度化と低ダンピング化とを両立して実現できる物理量センサー１の提供が可能になる。
【0035】
ここで第１貫通孔群７１の貫通孔は、第１貫通孔群７１を構成する貫通孔であり、第２貫通孔群７２の貫通孔は、第２貫通孔群７２を構成する貫通孔である。貫通孔のＺ軸方向の深さは、Ｚ軸方向での貫通孔の長さであり、貫通孔の厚みと言うこともできる。可動体３の最大厚みとは、可動体３においてＺ軸方向での厚みが最も大きい場所での可動体３の厚みである。例えばシリコン基板をエッチング等によりパターニングして可動体３を形成する場合には、可動体３の最大厚みは、例えばパターニング前のシリコン基板の厚みと言うこともできる。
【0036】
具体的には図１～図４に示すように、可動体３は、基板２に固定される固定部３２ａ、３２ｂと、固定部３２ａ、３２ｂと第１質量部３４を接続し、回転軸ＡＹとなる支持梁３３を含む。例えば可動体３の固定部３２ａ、３２ｂは、陽極接合等により基板２のマウント部２２ａ、２２ｂに接合されており、これにより可動体３の固定部３２ａ、３２ｂは基板２に固定される。また支持梁３３の一端が、第１連結部４１を介して第１質量部３４に接続され、支持梁３３の他端が、固定部３２ａ、３２ｂに接続されており、支持梁３３は、固定部３２ａ、３２ｂと第１質量部３４を接続している。そして固定部３２ａ、３２ｂが、基板２のマウント部２２ａ、２２ｂに接続されており、これにより捻れバネである支持梁３３を回転軸ＡＹとして、可動体３が回転軸ＡＹ回りに揺動する。
【0037】
この場合に可動体３の最大厚みは、例えば固定部３２ａ、３２ｂ及び支持梁３３の少なくとも一方のＺ軸方向での厚さである。例えば可動体３の最大厚みは、固定部３２ａ、３２ｂのＺ軸方向での厚さ、或いは支持梁３３のＺ軸方向での厚さである。或いは固定部３２ａ、３２ｂと支持梁３３の厚さが等しい場合には、可動体３の最大厚みは、固定部３２ａ、３２ｂ及び支持梁３３のＺ軸方向での厚さである。このようにすれば、第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２の貫通孔のＺ軸方向での深さを、固定部３２ａ、３２ｂ及び支持梁３３の少なくとも一方のＺ軸方向での厚さよりも小さくできる。これにより、貫通孔の孔中ダンピング等を低減でき、物理量センサー１を、より広い周波数範囲で適正に動作させることが可能になる。
【0038】
また本実施形態の物理量センサー１は、可動体３は、Ｚ軸方向からの平面視において、第１質量部３４に対して回転軸ＡＹを挟んで設けられている第２質量部３５を含む。例えば回転軸ＡＹからＸ軸方向プラス側に第１質量部３４が配置され、回転軸ＡＹからＸ軸方向マイナス側に第２質量部３５が配置される。これらの第１質量部３４、第２質量部３５は、例えば回転軸ＡＹを対称軸として対称配置される。また基板２には、第２質量部３５に対向している第２固定電極２５が設けられている。
【0039】
そして図２、図３に示すように、第２質量部３５は、第３領域６３と、第３領域６３よりも回転軸ＡＹから遠い第４領域６４を含む。即ち第２質量部３５には複数の領域から設定されており、これらの複数の領域のうち、回転軸ＡＹから近い領域を第３領域６３とし、第３領域６３に比べて回転軸ＡＹから遠い領域を第４領域６４とする。そして第３領域６３に第３貫通孔群７３が設けられ、第４領域６４に第４貫通孔群７４が設けられている。
【0040】
そして図２、図３に示すように、第２質量部３５の下面である第１面６には、第３ギャップ距離ｈ３を第４ギャップ距離ｈ４よりも小さくするための段差９が設けられている。ここで第３ギャップ距離ｈ３は、第３領域６３での第２質量部３５と第２固定電極２５との間の空隙である第３空隙Ｑ３のＺ軸方向でのギャップ距離であり、第３空隙Ｑ３での第２質量部３５と第２固定電極２５の離間距離である。第４ギャップ距離ｈ４は、第４領域６４での第２質量部３５と第２固定電極２５との間の空隙である第４空隙Ｑ４のＺ軸方向でのギャップ距離であり、第４空隙Ｑ４での第２質量部３５と第２固定電極２５の離間距離である。即ち第２質量部３５は、基板２に設けられている第２固定電極２５と対向しているが、第３領域６３での第３ギャップ距離ｈ３が、第４領域６４での第４ギャップ距離ｈ４よりも小さくなるように、第２質量部３５の基板２側の面である第１面６に段差９が設けられている。このように第３ギャップ距離ｈ３が小さくなることで、第２質量部３５の複数の領域のうち、回転軸ＡＹから近い側の領域である第３領域６３の狭ギャップ化を実現できるため、物理量センサー１の高感度化を実現できる。
【0041】
そして本実施形態では、更に、第３貫通孔群７３及び第４貫通孔群７４の貫通孔のＺ軸方向での深さは、可動体３のＺ軸方向での最大厚みよりも小さくなっている。このように第３貫通孔群７３及び第４貫通孔群７４の貫通孔の深さが小さくなることで、これらの貫通孔の孔中ダンピング等を低減でき、物理量センサー１の低ダンピング化を実現できる。
【0042】
以上のように本実施形態の物理量センサー１では、可動体３の下面側である第１面６に段差８、９を設けることで複数の電極間ギャップを形成すると共に、可動体３の貫通孔の深さを小さくすることにより、高感度化と低ダンピングを両立して実現している。即ち第１質量部３４の第１面６に段差８を設けることで、第１質量部３４と第１固定電極２４との間に、ギャップ距離が異なる第１空隙Ｑ１と第２空隙Ｑ２が形成され、２つの異なる電極間ギャップが形成される。同様に、第２質量部３５の第１面６に段差９を設けることで、第２質量部３５と第２固定電極２５との間に、ギャップ距離が異なる第３空隙Ｑ３と第４空隙Ｑ４が形成され、２つの異なる電極間ギャップが形成される。
【0043】
ここで回転軸ＡＹに近い第１領域６１、第３領域６３での第１ギャップ距離ｈ１、第３ギャップ距離ｈ３を小さくしている理由は、回転軸ＡＹから遠い第２領域６２、第４領域６４と比較して、可動体３の揺動時におけるＺ軸方向の変位が小さく、接触しづらいことを利用し、より狭ギャップ化することにより、静電容量を大きくすることができ、高感度を実現することが可能となるためである。即ち、可動体３の揺動時におけるＺ軸方向の変位は、回転軸ＡＹからの距離に比例する。このため、回転軸ＡＹに近い第１領域６１、第３領域６３では、第１ギャップ距離ｈ１、第３ギャップ距離ｈ３に対するＺ軸方向の変位が小さくなるため、第１固定電極２４、第２固定電極２５に接触しづらい。従って、第１領域６１の第１面６と第１固定電極２４との間の第１空隙Ｑ１や、第３領域６３の第１面６と第２固定電極２５との間の第３空隙Ｑ３を、狭ギャップ化することが可能になる。このように第１空隙Ｑ１や第３空隙Ｑ３を狭ギャップ化することにより、静電容量を大きくすることができ、物理量センサー１の感度は、静電容量が大きくなるほど高くなるため、高感度化を実現できるようになる。一方、回転軸ＡＹから遠い第２領域６２、第４領域６４での第２ギャップ距離ｈ２、第４ギャップ距離ｈ４を大きくすることにより、第２領域６２、第４領域６４での第１固定電極２４、第２固定電極２５との接触を抑制することができるようになり、可動体３の可動範囲を拡大できるようになる。
【0044】
また本実施形態では、可動体３は、回転軸ＡＹ回りの回転トルクを発生させるためのトルク発生部３６を含み、トルク発生部３６には第５貫通孔群７５が設けられる。例えば第１質量部３４のＸ軸方向プラス側に、第３質量部であるトルク発生部３６が設けられる。そしてトルク発生部３６と基板２との間の空隙である第５空隙Ｑ５のＺ軸方向での第５ギャップ距離ｈ５は、第１ギャップ距離ｈ１及び第２ギャップ距離ｈ２よりも大きい。また第５ギャップ距離ｈ５は、第３ギャップ距離ｈ３及び第４ギャップ距離ｈ４よりも大きい。例えば図２、図３では、基板２を深掘りすることで、凹部２１よりもＺ軸方向での高さが低い凹部２１ａを形成することで、トルク発生部３６と基板２との間の第５空隙Ｑ５の第５ギャップ距離ｈ５を拡大している。これにより、ダンピングの低減化や、ダミー電極２６ａとの接触による貼り付き防止や、可動体３の可動範囲の拡大を実現できる。なおトルク発生部３６の厚みを、固定部３２ａ、３２ｂや支持梁３３の厚みより大きくしてもよい。このようにすれば、可動体３を回転させるための、より大きなトルクを発生させることが可能になり、更なる高感度化を実現できるようになる。
【0045】
このように本実施形態では、可動体３の第１面６に段差８、９を設けることにより、高感度化を実現すると共に、第１貫通孔群７１～第４貫通孔群７４の貫通孔の深さを小さくすることにより、低ダンピング化を実現している。
【0046】
例えば前述した特許文献１では、基板側に段差を設けることにより、ギャップ距離が異なる複数の空隙を形成しているが、基板の段差上に電極や配線を設けるため、プロセスリスクとして断線や短絡が発生しやすいという問題がある。この点、本実施形態では、可動体３側に段差８、９を設けて、ギャップ距離が異なる複数の空隙を形成しているため、このような断線や短絡などの問題が発生するのを抑制できる。
【0047】
また特許文献１では、可動体厚みが一様であり、貫通孔の深さが一様であるため、貫通孔の深さに比例する孔中ダンピングが大きくなりやすいという問題がある。そして、仮に、貫通孔の一様な深さを小さくして、ダンピングを低減させようとした場合、可動体の剛性が低下するため、耐衝撃性が悪化し、破損リスクが高まるという問題がある。この点、本実施形態では、可動体３の最大厚みを維持しながら、第１貫通孔群７１、第２貫通孔群７２等の貫通孔の深さは、可動体３の最大厚みよりも小さくなっている。例えば図２、図３では、固定部３２ａ、３２ｂや支持梁３３の厚みである可動体３の最大厚みを維持しながら、第１領域６１、第２領域６２等での貫通孔の深さは、最大厚みよりも十分に小さくなっている。このように貫通孔の深さを小さくすることにより、孔中ダンピングを小さくできるため、低ダンピング化を実現でき、より広い周波数範囲での動作が可能になる。また可動体３の最大厚みについては確保されるため、耐衝撃性が良好な物理量センサー１を実現できる。即ち、可動体３の剛性を保ちながら、低ダンピング化を実現できる。
【0048】
また前述の特許文献２では、可動体の基板側の面に段差を設けているが、そもそも貫通孔が設けられていないため、ダンピングが非常に大きく、所望の周波数帯域を確保できないという問題がある。また仮に貫通孔を設けたとしても、剛性を確保する観点で厚みを一様に小さくすることは困難であるため、貫通孔の孔中ダンピングを小さくすることができない。これに対して本実施形態では、可動体３の第１面６に段差８、９等を設けて高感度化を図ると共に、可動体３に貫通孔を設け、当該貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みよりも小さくしている。このようにすれば、可動体３の剛性の確保と、低ダンピング化を両立して実現できる。
【0049】
また前述の特許文献３では、質量部における可動体断面を凹部形状にすることで厚みを小さくし、上下の固定電極で可動体を挟むように構成している。しかしながら、電極間の空隙のギャップ距離は一定であるため、高感度化が難しいという問題がある。また貫通孔の最適な寸法条件については記載されていないため、必ずしも低ダンピング化のための最適な貫通孔の寸法とは言いがたい。これに対して本実施形態では、可動体３の第１面６に段差８、９等を設けることで、第１ギャップ距離ｈ１を第２ギャップ距離ｈ２よりも小さくしたり、第３ギャップ距離ｈ３を第４ギャップ距離ｈ４よりも小さくするというように、電極間のギャップ距離を異ならせている。このように、段差８、９等を設けて第１ギャップ距離ｈ１や第３ギャップ距離ｈ３を小さくすることにより、第１質量部３４の第１領域６１や第２質量部３５の第３領域６３での狭ギャップ化を実現でき、静電容量を大きくできるため、高感度化の実現が可能になる。また貫通孔の深さを可動体３の最大厚みよりも小さくしているため、高感度化と低ダンピング化を両立して実現することができ、後述するように各領域での貫通孔の開口面積を最適化することで、更なる低ダンピング化の実現が可能になる。
【0050】
なお特許文献３では、捻れバネである支持梁の周辺の剛性が高くないため、支持梁の破損等の問題が発生するおそれがある。これに対して本実施形態では、可動体３のＹ軸方向の幅方向に亘って、支持梁の両側に配置される固定部３２ａ、３２ｂが設けられている。固定部３２ａは第１固定部であり、固定部３２ｂは第２固定部である。そして、これらの固定部３２ａ、３２ｂが基板２のマウント部２２ａ、２２ｂに固定されている。例えば可動体３のＹ軸方向での幅をＷＭとする。この場合に、固定部３２ａ、３２ｂの長辺方向であるＹ軸方向での幅ＷＦが、例えばＷＭ／２よりも長くなるように、支持梁３３の両側に固定部３２ａ、３２ｂが設けられている。このように支持梁３３の両側に、広い距離に亘って固定部３２ａ、３２ｂが設けられることで、物理量センサー１が衝撃を受けた場合にも、当該衝撃による支持梁３３の破損等を抑制することが可能になる。例えば回転軸ＡＹの直ぐ近くの場所では、加速度が作用したときに殆ど変位が生じないため、回転軸ＡＹの直ぐ近くの場所に電極を形成しても、感度としてあまり寄与しない。そこで本実施形態では、このように感度に寄与しない回転軸ＡＹの直ぐ近くの場所に、固定部３２ａ、３２ｂを設けて、支持梁３３の破損等を防止しており、デッドスペースの有効利用を図っている。
【0051】
また図１～図４に示すように、第２貫通孔群７２の貫通孔の開口面積は、第１貫通孔群７１の貫通孔の開口面積よりも大きい。同様に第４貫通孔群７４の貫通孔の開口面積は、第３貫通孔群７３の貫通孔の開口面積よりも大きい。なお第１貫通孔群７１の貫通孔の開口面積と第３貫通孔群７３の貫通孔の開口面積は等しく、第２貫通孔群７２の貫通孔の開口面積と第４貫通孔群７４の貫通孔の開口面積は等しくなっている。ここで貫通孔群の貫通孔の開口面積とは、貫通孔群を構成する１つの貫通孔の開口面積である。このように、回転軸ＡＹから遠い第２貫通孔群７２や第４貫通孔群７４の貫通孔の開口面積を、回転軸ＡＹから近い第１貫通孔群７１や第３貫通孔群７３の貫通孔の開口面積よりも大きくすることで、可動体３の低ダンピング化を実現できる貫通孔の寸法条件を満たすことが可能になり、物理量センサー１の低ダンピング化の実現が可能になる。
【0052】
更にトルク発生部３６の領域に設けられる第５貫通孔群７５の貫通孔の開口面積は、第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２の貫通孔の開口面積よりも大きい。同様に第５貫通孔群７５の貫通孔の開口面積は、第３貫通孔群７３及び第４貫通孔群７４の貫通孔の開口面積よりも大きい。このように第１質量部３４や第２質量部３５よりも回転軸ＡＹからの距離が遠いトルク発生部３６での貫通孔の開口面積を大きくすることで、可動体３の低ダンピング化を実現できる貫通孔の寸法条件を満たすことが可能になり、物理量センサー１の更なる低ダンピング化の実現が可能になる。
【0053】
貫通孔の寸法は、ギャップ距離、貫通孔の深さ、貫通孔の寸法／孔端部間距離の比のパラメーターで決まるダンピングの最小条件近辺の値を採用できる。具体的には、各領域でサイズが異なる正方形の貫通孔が設けられており、例えば回転軸ＡＹから近い第１領域６１や第３領域６３での貫通孔の開口面積は、一例としては５μｍ×５μｍ程度であり、回転軸ＡＹから遠い第２領域６２や第４領域６４での貫通孔の開口面積は、一例としては８μｍ×８μｍ程度である。また回転軸ＡＹから更に遠いトルク発生部３６での貫通孔の開口面積は、一例としては２０μｍ×２０μｍ程度である。
【0054】
また第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２の貫通孔の深さは、可動体３のＺ軸方向での最大厚みの５０％未満である。例えばこれらの貫通孔の深さは、可動体３の最大厚みである固定部３２ａ、３２ｂや支持梁３３の厚みの５０％未満である。同様に第３貫通孔群７３及び第４貫通孔群７４の貫通孔の深さも、可動体３のＺ軸方向での最大厚みの５０％未満である。このように貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みの半分未満にすることで、貫通孔の深さが可動体３の最大厚みと等しい場合と比べて、貫通孔の孔中ダンピングを十分に小さくすることができ、低ダンピング化を実現できるようになる。なお更に好ましくは、第１貫通孔群７１、第２貫通孔群７２等の貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みの１７％未満にすることが望ましい。これにより更なる低ダンピング化の実現が可能になる。
【0055】
また図１～図４に示すように本実施形態では、可動体３の第２面７には、第１貫通孔群７１が底面に配置される第１凹部８１が、第１領域６１に設けられている。即ち第１質量部３４の蓋部５側の面である第２面７には、Ｚ軸方向マイナス側に窪む第１凹部８１が第１領域６１に設けられている。図４に示すように、第１凹部８１では、第１貫通孔群７１の配置領域を囲むように複数の壁部、例えば４つの壁部が設けられ、これらの壁部により第１領域６１での剛性が確保される。即ち、前述のように第１貫通孔群７１の深さは、低ダンピング化のために可動体３の最大厚みよりも小さくなっている。このため、第１貫通孔群７１の配置領域での可動体３の厚みが薄くなってしまい、剛性が弱くなることで、破損リスクが高まるおそれある。この点、図１～図４では、第１領域６１を凹部形状とすることで、第１凹部８１の縁部である壁部により、第１領域６１での可動体３の剛性が高められ、破損リスク等を回避することが可能になる。
【0056】
同様に可動体３の第２面７には、第３貫通孔群７３が底面に配置される第３凹部８３が、第３領域６３に設けられている。図４に示すように、第３凹部８３では、第３貫通孔群７３の配置領域を囲むように複数の壁部が設けられ、これらの壁部により第３領域６３での剛性が確保される。
【0057】
また図１～図４に示すように、可動体３の第２面７には、第２貫通孔群７２が底面に配置される第２凹部８２が、第２領域６２に設けられている。即ち第１質量部３４の蓋部５側の面である第２面７には、Ｚ軸方向マイナス側に窪む第２凹部８２が第２領域６２に設けられている。図４に示すように、第２凹部８２では、第２貫通孔群７２の配置領域を囲むように複数の壁部、例えば４つの壁部が設けられ、これらの壁部により第２領域６２での剛性が確保される。即ち、前述のように第２貫通孔群７２の深さは、低ダンピング化のために可動体３の最大厚みよりも小さくなっている。このため、第２貫通孔群７２の配置領域での可動体３の厚みが薄くなってしまい、剛性が弱くなることで、破損リスクが高まるおそれある。この点、図１～図４では、第２領域６２を凹部形状とすることで、第２凹部８２の縁部である壁部により、第２領域６２での可動体３の剛性が高められ、破損リスクを回避することが可能になる。
【0058】
同様に可動体３の第２面７には、第４貫通孔群７４が底面に配置される第４凹部８４が、第４領域６４に設けられている。図４に示すように、第４凹部８４では、第４貫通孔群７４の配置領域を囲むように複数の壁部が設けられ、これらの壁部により第４領域６４での剛性が確保される。
【0059】
なお第２凹部８２及び第４凹部８４の深さは、第１凹部８１及び第３凹部８３の深さよりも浅くなっている。こうすることで、第１領域６１での第１ギャップ距離ｈ１や第３領域６３での第３ギャップ距離ｈ３を、第２領域６２での第２ギャップ距離ｈ２や第４領域６４での第４ギャップ距離ｈ４よりも小さくしながら、可動体３の第２面７に第１凹部８１、第２凹部８２、第３凹部８３、第４凹部８４を形成できるようになる。
【0060】
また本実施形態では、可動体３に第１凹部８１～第４凹部８４を形成することによって、貫通孔の深さである貫通孔の厚みを薄くしていたが、同時に貫通孔の端部間、つまり隣り合う貫通孔同士の間の領域の厚みも薄くなってしまう。そして当該領域に、例えば下部のストッパー１１、１２が接触することを考えると、構造体の強度的に不利になってしまう。そこで図３のストッパー１１、１２が接触する領域においては、可動体３の厚みを厚くすることが望ましい。例えばＺ軸方向での平面視において第１領域６１にストッパー１１が設けられる場合には、この第１領域６１のうち、少なくともストッパー１１が接触する領域において可動体３の厚みを厚くする。またＺ軸方向での平面視において第３領域６３にストッパー１２が設けられる場合には、この第３領域６３のうち、少なくともストッパー１２が接触する領域において可動体３の厚みを厚くする。
【0061】
また、以上では、第１質量部３４に対して、隣り合う領域間に段差を有する２つの領域を設ける場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されず、第１質量部３４に対して、隣り合う領域間に段差を有する３つ以上の領域を設けるようにしてもよい。例えば、隣り合う領域間に段差が設けられ、回転軸ＡＹから近い順に領域ＲＡ１から領域ＲＡｎへと配置される領域ＲＡ１～領域ＲＡｎを、第１質量部３４に設ける。ここでｎは２以上の整数である。そして領域ＲＡ１から領域ＲＡｎへと向かうにつれて、各領域での第１質量部３４と第１固定電極２４との間のギャップ距離が大きくなるように、第１面６において各領域間に段差を設ける。この場合には、第１領域６１は、領域ＲＡ１～領域ＲＡｎのうちの領域ＲＡｉであり、第２領域６２は、領域ＲＡ１～領域ＲＡｎのうちの領域ＲＡｊである。ここで、ｉ、ｊは、１≦ｉ＜ｊ≦ｎを満たす整数であり、領域ＲＡｊは領域ＲＡｉよりも回転軸ＡＹから遠い領域になる。そして領域ＲＡｊでの第１固定電極２４との間のギャップ距離は、領域ＲＡｉでのギャップ距離よりも大きくなる。
【0062】
同様に、第２質量部３５に対しても、隣り合う領域間に段差を有する３つ以上の領域を設けるようにしてもよい。例えば、隣り合う領域間に段差が設けられ、回転軸ＡＹから近い順に領域ＲＢ１から領域ＲＢｎへと配置される領域ＲＢ１～領域ＲＢｎを、第２質量部３５に設ける。そして領域ＲＢ１から領域ＲＢｎへと向かうにつれて、各領域での第２質量部３５と第２固定電極２５との間のギャップ距離が大きくなるように、第１面６において各領域間に段差を設ける。この場合には、第３領域６３は、領域ＲＢ１～領域ＲＢｎのうちの領域ＲＢｉであり、第４領域６４は、領域ＲＢ１～領域ＲＢｎのうちの領域ＲＢｊであり、領域ＲＢｊは領域ＲＢｉよりも回転軸ＡＹから遠い領域になる。そして領域ＲＢｊでの第２固定電極２５との間のギャップ距離は、領域ＲＢｉでのギャップ距離よりも大きくなる。
【0063】
なお本実施形態では、「Ｘ乃至Ｚ」を、記載の簡素化のために、適宜、「Ｘ～Ｚ」と記載する。例えば「領域ＲＡ１～領域ＲＡｎ」は「領域ＲＡ１乃至領域ＲＡｎ」を意味し、「領域ＲＢ１～領域ＲＢｎ」は「領域ＲＢ１乃至領域ＲＢｎ」を意味する。
【0064】
また以上では、ギャップ距離を異ならせるために、第１質量部３４や第２質量部３５の第１面６に段差８、９を設ける場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されず、図５に示すようにスロープ１４、１５を設けるようにしてもよい。後述の各実施形態でも同様である。
【0065】
具体的には図５では、第1質量部３４の第１面６には、第１領域６１での第１空隙Ｑ１の第１ギャップ距離ｈ１を、第２領域６２での第２空隙Ｑ２の第２ギャップ距離ｈ２よりも小さくするためのスロープ１４が設けられている。例えば図５に示すＹ軸方向からの断面視において、Ｘ軸方向に対して例えば反時計回りに所定の角度で傾斜するスロープ１４が、第1質量部３４の下面である第１面６に設けられている。同様に第２質量部３５の第１面６には、第３領域６３での第３空隙Ｑ３の第３ギャップ距離ｈ３を、第４領域６４での第４空隙Ｑ４の第４ギャップ距離ｈ４よりも小さくするためのスロープ１５が設けられている。例えば図５に示すＹ軸方向からの断面視において、Ｘ軸方向に対して例えば時計回りに所定の角度で傾斜するスロープ１５が、第２質量部３５の下面である第１面６に設けられている。
【0066】
例えば図２、図３のように段差８、９が設けられる場合には、第１領域６１、第２領域６２、第３領域６３、第４領域６４の各領域において、ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４の各ギャップ距離は一定になる。これに対して図５のようにスロープ１４、１５が設けられる場合には、第１領域６１、第２領域６２、第３領域６３、第４領域６４の各領域において、ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４の各ギャップ距離は一定にならず、回転軸ＡＹからの距離に応じて変化する。具体的には、第１質量部３４の第１面６にスロープ１４が設けられる場合に、第１質量部３４の第１領域６１では、回転軸ＡＹから遠くなるに従って第１ギャップ距離ｈ１は大きくなる。また第１質量部３４の第２領域６２では、回転軸ＡＹから遠くなるに従って第２ギャップ距離ｈ２は大きくなる。ここで第２ギャップ距離ｈ２は第１ギャップ距離ｈ１の最大距離以上の距離になる。同様に、第２質量部３５の第１面６にスロープ１５が設けられる場合に、第２質量部３５の第３領域６３では、回転軸ＡＹから遠くなるに従って第３ギャップ距離ｈ３は大きくなる。また第２質量部３５の第４領域６４では、回転軸ＡＹから遠くなるに従って第４ギャップ距離ｈ４は大きくなる。ここで第４ギャップ距離ｈ４は第３ギャップ距離ｈ３の最大距離以上の距離になる。なおスロープ１４の傾きは、第１領域６１と第２領域６２とで異なっていてもよく、スロープ１５の傾きも、第３領域６３と第４領域６４とで異なっていてもよい。
【0067】
このように回転軸ＡＹから遠くなるに従ってギャップ距離が大きくなるようなスロープ１４、１５を設けることにより、段差８、９を設けた場合と同様の効果を得ることができる。即ち、スロープ１４、１５を設けることにより、回転軸ＡＹから近い領域での狭ギャップ化が可能になり、狭ギャップ化による静電容量の増加により、物理量センサー１の高感度化を実現できるようになる。また基板２側ではなく可動体３側にスロープ１４、１５を設けて、ギャップ距離が異なる複数の空隙を形成しているため、断線や短絡などの問題の発生も抑制できるようになる。
【0068】
またこのようにスロープ１４、１５を設けて、ギャップ距離を徐々に変化させることにより、段差を設ける場合に比べて、更なる高感度化の実現も可能になる。例えばスロープ１４、１５を設けた場合に、回転軸ＡＹから近い位置では、初期ギャップ距離は小さくなるが、Ｚ軸方向の変位も小さくなる。一方、回転軸ＡＹから遠い位置では、初期ギャップ距離が大きくなるが、Ｚ軸方向の変位も大きくなる。従って、スロープ１４、１５を設けることにより、初期ギャップ距離ｈｉに対するＺ軸方向の変位ｈｖの割合であるｈｖ／ｈｉを、より一様にすることが可能になる。これにより、回転軸ＡＹから近い位置から遠い距離までの間の各位置において、静電容量の電極間ギャップの変化を、より一様にすることが可能となり、更なる高感度化の実現が可能になる。
【0069】
なお、上述のように隣り合う領域間に段差が設けられる複数の領域ＲＡ１～領域ＲＡｎや複数の領域ＲＢ１～領域ＲＢｎを設ける場合には、領域の数を多数にすることで、スロープ１４、１５の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【0070】
また図５では、第１領域６１～第４領域６４の第１面６にスロープ１４、１５を設けると共に、これらの領域での貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みよりも小さくしている。具体的には第１凹部８１～第４凹部８４を第２面７に設けることで、貫通孔の深さを小さくしている。なお図５では、例えば第１質量部３４、第２質量部３５の各々に２つの凹部を設けているが、３つ以上の凹部を設けるようにしてもよい。また図５では、凹部の底面についてもスロープを設けているが、凹部の底面にはスロープを設けず、凹部の底面が例えばＸ軸方向に平行になるようにしてもよい。
【0071】
次に、貫通孔の設計について具体的に説明する。貫通孔は、可動体３が揺動する際の気体のダンピングをコントロールするために設けられている。このダンピングは、貫通孔内を通過する気体の孔中ダンピングと、可動体３と基板２との間でのスクイズフィルムダンピングとにより構成されている。
【0072】
貫通孔を大きくするほど、貫通孔内を気体が通り易くなるため、孔中ダンピングを低減できる。また貫通孔の占有率を高くするほど、可動体３と基板２の実質的な対向面積が減少するため、スクイズフィルムダンピングを低減できる。しかし、貫通孔の占有率を高くすると、可動体３と第１固定電極２４、第２固定電極２５との対向面積の減少と、トルク発生部３６の質量の低下が生じるため、加速度の検出の感度が低下する。反対に、貫通孔を小さくするほど、即ち占有率を低くするほど、可動体３と第１固定電極２４、第２固定電極２５との対向面積が増加し、トルク発生部３６の質量が増加するため、加速度の検出の感度は向上するが、ダンピングが増大してしまう。このように、検出感度とダンピングとは、トレードオフの関係にあるため、これらを両立することが極めて困難であった。
【0073】
このような問題に対して、本実施形態では、貫通孔の設計を工夫することにより、高感度化と低ダンピング化の両立を図っている。なお物理量センサー１の検出の感度は、（Ａ）可動体３と第１固定電極２４、第２固定電極２５との離間距離であるギャップ距離をｈとしたときの１／ｈ２、（Ｂ）可動体３と第１固定電極２４、第２固定電極２５との対向面積、（Ｃ）支持梁３３のばね剛性、及び、（Ｄ）トルク発生部３６の質量に比例する。物理量センサー１では、まずダンピングを無視した状態で、目的とする感度を得るために必要な、第１固定電極２４、第２固定電極２５との対向面積やギャップ距離等を決定する。言い換えると貫通孔の占有率を決定する。これにより、必要な大きさの静電容量Ｃａ、Ｃｂが形成され、物理量センサー１は、十分な感度を得られる。
【0074】
第１質量部３４や第２質量部３５での複数の貫通孔の占有率としては、特に限定されないが、例えば、７５％以上であることが好ましく、７８％以上であることがより好ましく、８２％以上であることが更に好ましい。これにより、高感度化と低ダンピング化の両立が図り易くなる。
【0075】
このように、貫通孔の占有率を決定した後に、例えば第１領域６１、第２領域６２等の各領域ごとに、ダンピングについての設計を行う。感度を変えずにダンピングを最小にする新たな技術思想として、物理量センサー１では、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとの差がなるべく小さくなるように、好ましくは、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとが等しくなるように複数の貫通孔を設計している。このように、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとの差をなるべく小さくすることにより、ダンピングを低減することができ、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとが等しい場合に、ダンピングが最小となる。これにより、感度を十分に高く維持しつつ、ダンピングを効果的に低減することが可能になる。
【0076】
なお、各領域におけるダンピング設計の方法は、互いに同様であるため、以下では、第１領域６１のダンピング設計について代表して説明し、他の領域でのダンピング設計については、その説明を省略する。
【0077】
第１領域６１に配置されている貫通孔のＺ軸方向の長さをＨ（μｍ）とし、第１質量部３４の第１領域６１のＹ軸方向に沿った長さの１／２の長さをａ（μｍ）とし、第１質量部３４の第１領域６１のＸ軸方向に沿った長さをＬ（μｍ）とする。また、第１空隙Ｑ１のギャップ距離であるＺ軸方向の長さをｈ（μｍ）とし、第１領域６１に配置されている貫通孔の一辺の長さをＳ０（μｍ）とし、隣り合う貫通孔の端部間距離をＳ１（μｍ）とし、第１空隙Ｑ１内にある気体、即ち収納空間ＳＡ内に充填されている気体の粘性係数である粘性抵抗をμ（ｋｇ／ｍｓ）とする。この場合に、第１領域６１に生じるダンピングをＣとしたとき、Ｃは、下式（１）で表される。なお、Ｘ軸方向において隣り合う貫通孔同士の間隔と、Ｙ軸方向において隣り合う貫通孔同士の間隔とが異なる場合は、Ｓ１は、それらの平均値とすることができる。
【0078】
【数1】
【0079】
【数2】
【0080】
【数3】
【0081】
【数4】
【0082】
Ｃ≦１．５×Ｃｍｉｎ （１２）
なお、下式（１３）を満たすことが好ましく、下式（１４）を満たすことがより好ましく、下式（１５）を満たすことが更に好ましい。これにより、上述の効果をより顕著に発揮することができる。
なお、下式（１３）を満たすことが好ましく、下式（１４）を満たすことがより好ましく、下式（１５）を満たすことが更に好ましい。これにより、上述の効果をより顕著に発揮することができる。
【0083】
Ｃ≦１．４×Ｃｍｉｎ （１３）
Ｃ≦１．３×Ｃｍｉｎ （１４）
Ｃ≦１．２×Ｃｍｉｎ （１５）
Ｃ≦１．３×Ｃｍｉｎ （１４）
Ｃ≦１．２×Ｃｍｉｎ （１５）
【0084】
図６は、貫通孔の一辺の長さＳ０とダンピングとの関係を示すグラフである。ここでは、Ｈ＝３０ｕｍ、ｈ＝２．３ｕｍ、ａ＝２１７．５ｕｍ、Ｌ＝７８５ｕｍとしている。また感度が一定となるようにＳ１／Ｓ０比は１とした。これは、Ｓ０の大きさを変えても開口率は変わらないということを示す。即ち、Ｓ１／Ｓ０比を１にすることで、Ｓ０の大きさを変えても開口率は変わらず、対向面積が変わらないことから、形成される静電容量は変わらず、感度が維持される。従って、感度を維持しながら、ダンピングが最小となるＳ０が存在することになる。なお開口率は、例えば領域の面積に対する、当該領域に配置される複数の貫通孔の開口面積の総和が占める率と言うことができる。
【0085】
図６のグラフから、上式（１）のダンピングは、上式（９）の孔中のダンピングと、上式（１０）のスクイズフィルムダンピングに分離でき、Ｓ０がＳ０ｍｉｎより小さい領域では孔中ダンピングが支配的であり、Ｓ０がＳ０ｍｉｎより大きい領域ではスクイズフィルムダンピングが支配的であることが分かる。上式（１２）を満足するＳ０は、図６に示すように、Ｓ０ｍｉｎよりも小さい側のＳ０’からＳ０ｍｉｎよりも大きい側のＳ０”までの範囲となる。Ｓ０ｍｉｎからＳ０’の範囲は、Ｓ０ｍｉｎからＳ０”の範囲と比較すると、Ｓ０の寸法ばらつきに対するダンピングの変化が大きいために寸法精度が要求されるため、寸法精度が緩和できるＳ０ｍｉｎからＳ０”までの範囲でＳ０を採用するのが望ましい。上式（１３）～（１５）を満たす場合についても同様である。
【0086】
また、Ｓ０、Ｓ１の関係としては、特に限定されないが、下式（１６）を満たすことが好ましく、下式（１７）を満たすことがより好ましく、下式（１８）を満たすことが更に好ましい。このような関係を満たすことにより、可動体３にバランスよく貫通孔を形成することができる。例えばＳ１／Ｓ０＞３では感度比の増加率は飽和傾向にあり、且つ、最小ダンピング比は大幅な増加傾向にあることから、下式（１６）～下式（１８）を満たすことにより、検出感度を十分に高くしつつ、ダンピングを十分に低減することができる。なお感度比とは、Ｓ１／Ｓ０＝１のときの感度との比であり、最小ダンピング比とは、Ｓ１／Ｓ０＝１のときの最小ダンピングとの比である。
【0087】
０．２５≦Ｓ１／Ｓ０≦３．００ （１６）
０．６≦Ｓ１／Ｓ０≦２．４０ （１７）
０．８≦Ｓ１／Ｓ０≦２．００ （１８）
０．６≦Ｓ１／Ｓ０≦２．４０ （１７）
０．８≦Ｓ１／Ｓ０≦２．００ （１８）
【0088】
図６は、貫通孔の深さ、即ちＺ方向での長さがＨ＝３０μｍの場合のＳ０とダンピングとの関係を示すグラフであった。これに対して図７、図８は、各々、Ｈ＝１５μｍ、Ｈ＝５μｍの場合のＳ０とダンピングとの関係を示すグラフである。このように図６、図７、図８には、貫通孔の深さ以外の寸法は同一とし、貫通孔の深さであるＨを、それぞれ３０ｕｍ、１５ｕｍ、５ｕｍとしたときのダンピングの傾向が示されている。このように、貫通孔の深さを小さくすればするほど、スクイズフィルムダンピングはほぼ変わらないが、孔中ダンピングは小さくなり、結果的として、全体ダンピングの最小値がより小さくなることが分かる。そして本実施形態では、貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みに比べて十分に小さくなるように、例えば図８に示すように５ｕｍというように大幅に小さくしているため、ダンピング低減効果は非常に大きい。
【0089】
図９は、規格化貫通孔深さと規格化ダンピングの関係を示すグラフである。ここで規格化貫通孔深さは、例えば貫通孔の深さの基準を３０μｍとした場合に、この基準に対して規格化された貫通孔の深さである。貫通孔の深さの基準としては、例えば可動体３の最大厚みを採用できる。そして図９に示すように、規格化貫通孔深さが０．５の場合には、ダンピングを約３０％低減できる。従って、例えば貫通孔の深さを、貫通孔の深さの基準である可動体３の最大厚みの５０％未満とすることで、ダンピングを約３０％低減でき、低ダンピング化を実現できる。また規格化貫通孔深さが０．１７の場合には、ダンピングを約６０％低減できる。従って、例えば貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みの１７％未満とすることで、ダンピングを約６０％低減でき、ダンピングを十分に低減することが可能になる。このように本実施形態では、第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２等の貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みの５０％未満とすることが望ましく、更に好ましくは可動体３の最大厚みの１７％未満とすることが望ましい。
【0090】
また本実施形態では、図１～図４に示すように、第１質量部３４の第２領域６２の第２貫通孔群７２の貫通孔の開口面積を、第１領域６１の第１貫通孔群７１の貫通孔の開口面積よりも大きくしている。同様に第２質量部３５の第４領域６４の第４貫通孔群７４の貫通孔の開口面積を、第３領域６３の第３貫通孔群７３の貫通孔の開口面積よりも大きくしている。更にトルク発生部３６の第５貫通孔群７５の貫通孔の開口面積を、第１貫通孔群７１、第２貫通孔群７２等の貫通孔の開口面積よりも大きくしている。
【0091】
例えばダンピングを最小にする条件式である上式（１１）では、分子にｒ０
４＝（０．５４７×Ｓ０）４の項があり、分母にｈ３の項がある。従って、電極間のギャップ距離であるｈが大きくなった場合には、それに応じて貫通孔の一辺の長さＳ０を大きくすることで、ダンピングの最小条件を満たすことが可能になる。即ち、ギャップ距離であるｈが大きくなるにつれて、貫通孔の一辺の長さであるＳ０を大きくして、貫通孔の開口面積を大きくすることで、ダンピングを最小値に近づけることが可能になる。
【0092】
そして本実施形態では、第２領域６２での第２ギャップ距離ｈ２は、第１領域６１での第１ギャップ距離ｈ１よりも大きい。従って、第２領域６２の第２貫通孔群７２の開口面積を、第１領域６１の第１貫通孔群７１の開口面積よりも大きくすることで、第１領域６１、第２領域６２の各領域におけるダンピングを、上式（１１）で表される最小値に近づけることが可能になる。同様に、第４領域６４での第４ギャップ距離ｈ４は、第３領域６３での第３ギャップ距離ｈ３よりも大きい。従って、第４領域６４の第４貫通孔群７４の開口面積を、第３領域６３の第３貫通孔群７３の開口面積よりも大きくすることで、第３領域６３、第４領域６４の各領域におけるダンピングを、上式（１１）で表される最小値に近づけることが可能になる。
【0093】
またトルク発生部３６の領域での第５ギャップ距離ｈ５は、第１ギャップ距離ｈ１、第２ギャップ距離ｈ２等よりも大きい。従って、トルク発生部３６の領域の第５貫通孔群７５の開口面積を、第１貫通孔群７１、第２貫通孔群７２等の開口面積よりも大きくすることで、トルク発生部３６の領域でのダンピングを、上式（１１）で表される最小値に近づけることが可能になる。
【0094】
また本実施形態では、高感度化と低ダンピング化を両立して実現している。例えば物理量センサー１のノイズである素子ノイズＢＮＥＡは、下式（１９）のように表される。また静電容量差を差動検出方式で検出する検出回路を有する回路装置のノイズであるＩＣノイズＣＮＥＡは、下式（２０）のように表される。そして素子ノイズＢＮＥＡとＩＣノイズＣＮＥＡのトータルノイズＴＮＥＡは、下式（２１）のように表される。ここでＫＢはボルマン定数、Ｔは絶対温度、Ｍは可動体質量、ω０は共振周波数、Ｓは感度、ΔＣｍｉｎは検出回路の容量分解能である。
【0095】
【数5】
【0096】
また上式（１９）に示すように、Ｑ値を大きくすることで、素子ノイズＢＮＥＡを低減でき、トータルノイズＴＮＥＡを低減できる。これにより回路装置から出力されるセンサー出力信号のノイズを低減できる。例えば図１０は物理量センサー１の振動周波数とシーソー揺動の変位の大きさの関係を示すグラフである。Ｑ値はダンピングに反比例し、ダンピングが小さいほどＱ値は大きくなる。そして図１０に示すように、ダンピングが小さいＱ＝０．５の場合には、ダインピングが大きいＱ＝０．２５の場合に比べて、広い周波数範囲で、変位の大きさに対応するゲインがフラット形状になる。即ち、ダンピングを小さくすることにより、広い周波数範囲で、加速度に対するシーソー揺動の変位が一定になり、加速度に対して線形のセンサー出力信号を出力できるようになる。即ち、ダンピングを低減することで、所望の周波数帯域を確保することが可能になる。
【0097】
なお本実施形態の物理量センサー１は、基板形成工程と、固定電極形成工程と、基板接合工程と、可動体形成工程と、封止工程を含む製造方法により製造できる。基板形成工程では、例えばガラス基板をフォトリソグラフィー技法及びエッチング技法を用いてパターニングすることで、可動体３を支持するためのマウント部２２ａ、２２ｂやストッパー１１、１２等が形成された基板２を形成する。固定電極形成工程では、基板２上に導電膜を形成して、導電膜をフォトリソグラフィー技法及びエッチング技法によりパターニングして、第１固定電極２４、第２固定電極２５などの固定電極を形成する。基板接合工程では、基板２とシリコン基板を陽極接合等により接合する。可動体形成工程では、シリコン基板を所定の厚さに薄膜化し、シリコン基板をフォトリソグラフィー技法及びエッチング技法を用いてパターニングすることで、可動体３を形成する。この場合に深堀エッチング技術であるボッシュ・プロセスなどを用いる。封止工程では、基板２に蓋部５を接合し、基板２と蓋部５により形成される空間に可動体３が収納される。なお本実施形態における物理量センサー１の製造方法は、上記のような製造方法には限定されず、例えば犠牲層を用いる製造方法などの種々の製造方法を採用できる。犠牲層を用いる製造方法では、犠牲層を形成させたシリコン基板と、支持基板である基板２とを、犠牲層を介して接合し、犠牲層に可動体３が揺動可能なキャビティーを形成する。具体的には、シリコン基板に可動体３を形成させた後、シリコン基板と基板２とに挟まれた犠牲層をエッチングして除去することでキャビティーを形成して、基板２から可動体３をリリースする。本実施形態では、このような製造方法により、基板２と可動体３を有する物理量センサー１を形成してもよい。
【0098】
２．第２実施形態
図１１は、第２実施形態の物理量センサー１の平面図であり、図１２は、図１１のＡ－Ａ線における断面図である。ここでは第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。図１～図４の第１実施形態では、第１領域６１～第４領域６４の各領域の上面である第２面７が凹部形状であった。これに対して第２実施形態では、第１領域６１及び第２領域６２の第２面７はフラット形状になっており、第３領域６３及び第４領域６４の第２面７もフラット形状になっている。また第１領域６１及び第２領域６２のＺ軸方向での厚みや、第３領域６３及び第４領域６４のＺ軸方向での厚みは、支持梁３３や固定部３２ａ、３２ｂのＺ軸方向での厚みよりも小さく、可動体３の最大厚みよりも小さい。即ち固定部３２ａと第１領域６１との間に段差１６を設けたり、固定部３２ｂと第３領域６３との間に段差１７を設けることで、第１領域６１及び第２領域６２の厚みや、第３領域６３及び第４領域６４の厚みを一様に小さくしている。
図１１は、第２実施形態の物理量センサー１の平面図であり、図１２は、図１１のＡ－Ａ線における断面図である。ここでは第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。図１～図４の第１実施形態では、第１領域６１～第４領域６４の各領域の上面である第２面７が凹部形状であった。これに対して第２実施形態では、第１領域６１及び第２領域６２の第２面７はフラット形状になっており、第３領域６３及び第４領域６４の第２面７もフラット形状になっている。また第１領域６１及び第２領域６２のＺ軸方向での厚みや、第３領域６３及び第４領域６４のＺ軸方向での厚みは、支持梁３３や固定部３２ａ、３２ｂのＺ軸方向での厚みよりも小さく、可動体３の最大厚みよりも小さい。即ち固定部３２ａと第１領域６１との間に段差１６を設けたり、固定部３２ｂと第３領域６３との間に段差１７を設けることで、第１領域６１及び第２領域６２の厚みや、第３領域６３及び第４領域６４の厚みを一様に小さくしている。
【0099】
具体的には図１１、図１２の第２実施形態では、可動体３の第１面６には、第２貫通孔群７２が底面に配置される凹部８５が、第２領域６２に設けられている。同様に、可動体３の第１面６には、第４貫通孔群７４が底面に配置される凹部８６が、第４領域６４に設けられている。凹部８５、８６では、各々、第２貫通孔群７２、第４貫通孔群７４の配置領域を囲むようにＸ軸方向に沿った壁部やＹ軸方向に沿った壁部を設けることが望ましい。
【0100】
このように第２領域６２の第１面６に凹部８５を設けることで、第２領域６２での第２貫通孔群７２の配置領域が上方に位置するようになる。従って、第１領域６１での第１ギャップ距離ｈ１を、第２領域６２での第２ギャップ距離ｈ２よりも小さくできると共に、第２貫通孔群７２の深さを小さくでき、高感度化と低ダンピング化を実現できるようになる。同様に第４領域６４の第１面６に凹部８６を設けることで、第４領域６４での第４貫通孔群７４の配置領域が上方に位置するようになる。従って、第３領域６３での第３ギャップ距離ｈ３を、第４領域６４での第４ギャップ距離ｈ４よりも小さくできると共に、第４貫通孔群７４の深さを小さくでき、高感度化と低ダンピング化を実現できる。また第２領域６２や第４領域６４の第１面６を、壁部を有する凹部形状とすることで、凹部８５、８６の壁部により強度を高めて、可動体３の剛性を確保することも可能である。
【0101】
このように第２実施形態でも貫通孔の深さを小さくでき、低ダンピング化を実現できる。但し、第２実施形態では、第１実施形態と比べると、貫通孔の深さを小さくできないため、ダンピング低減効果は劣るが、可動体３の剛性を高めることができるため、耐衝撃性は優れる。
【0102】
なお第２貫通孔群７２の貫通孔の開口面積を第１貫通孔群７１に比べて大きくしたり、第５貫通孔群７５の貫通孔の開口面積を、第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２に比べて大きくしたり、貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みの５０％未満にするなど、第１実施形態で説明した本実施形態の特徴は、第２実施形態でも同様に適用できる。以降に説明する各実施形態でも同様である。また図１２では段差８、９を設けることで各領域でのギャップ距離を異ならせているが、図５と同様にスロープ１４、１５を設けることでギャップ距離を異ならせるようにしてもよく、各領域での貫通孔の設計手法についても、第１実施形態の同様の手法を採用できる。これらの点についても、以降に説明する各実施形態においても同様である。
【0103】
３．第３実施形態
図１３は、第３実施形態の物理量センサー１の断面図である。ここでは第２実施形態と異なる点についてのみ説明する。第２実施形態では、第１質量部３４の第１領域６１及び第２領域６２の第２面７側や、第２質量部３５の第３領域６３及び第４領域６４の第２面７側が、フラット形状であった。これに対して第３実施形態では図１３に示すように、第１領域６１と第２領域６２の間に段差１８が設けられており、フラット形状になっていない。即ち可動体３の第２面７の高さが、固定部３２ａ、第２領域６２、第１領域６１の順で低くなっている。また第３領域６３と第４領域６４の間に段差１９が設けられており、フラット形状になっていない。即ち可動体３の第２面７の高さが、固定部３２ｂ、第４領域６４、第３領域６３の順で低くなっている。
図１３は、第３実施形態の物理量センサー１の断面図である。ここでは第２実施形態と異なる点についてのみ説明する。第２実施形態では、第１質量部３４の第１領域６１及び第２領域６２の第２面７側や、第２質量部３５の第３領域６３及び第４領域６４の第２面７側が、フラット形状であった。これに対して第３実施形態では図１３に示すように、第１領域６１と第２領域６２の間に段差１８が設けられており、フラット形状になっていない。即ち可動体３の第２面７の高さが、固定部３２ａ、第２領域６２、第１領域６１の順で低くなっている。また第３領域６３と第４領域６４の間に段差１９が設けられており、フラット形状になっていない。即ち可動体３の第２面７の高さが、固定部３２ｂ、第４領域６４、第３領域６３の順で低くなっている。
【0104】
具体的には図１３の第３実施形態では、可動体３の第２面７には、第１貫通孔群７１が底面に配置される第１凹部８７が、第１領域６１に設けられている。同様に可動体３の第２面７には、第３貫通孔群７３が底面に配置される第３凹部８９が、第３領域６３に設けられている。一方、可動体３の第１面６には、第２貫通孔群７２が底面に配置される第２凹部８８が、第２領域６２に設けられている。同様に可動体３の第１面６には、第４貫通孔群７４が底面に配置される第４凹部９０が、第４領域６４に設けられている。第１凹部８７、第２凹部８８、第３凹部８９、第４凹部９０では、各々、第１貫通孔群７１、第２貫通孔群７２、第３貫通孔群７３、第４貫通孔群７４の配置領域を囲むように、Ｘ軸方向に沿った壁部や、Ｙ軸方向に沿った壁部を設けることが望ましい。
【0105】
このように第１領域６１、第３領域６３に第１凹部８７、第３凹部８９を設けることで、第１貫通孔群７１、第３貫通孔群７３の深さを小さくできるようになり、低ダンピング化の実現が可能になる。また第１凹部８７、第３凹部８９の壁部により強度を高めて、可動体３の剛性を確保することも可能である。また第２領域６２の第１面６に第２凹部８８を設けることで、第２領域６２での第２貫通孔群７２の配置領域が上方に位置するようになる。従って、第１領域６１での第１ギャップ距離ｈ１を、第２領域６２での第２ギャップ距離ｈ２よりも小さくできると共に第２貫通孔群７２の深さも小さくでき、高感度化と低ダンピング化を実現できるようになる。また第４領域６４の第１面６に第４凹部９０を設けることで、第４領域６４での第４貫通孔群７４の配置領域が上方に位置するようになる。従って、第３領域６３での第３ギャップ距離ｈ３を、第４領域６４での第４ギャップ距離ｈ４よりも小さくできると共に第４貫通孔群７４の深さも小さくでき、高感度化と低ダンピング化を実現できるようになる。
【0106】
第３実施形態によれば、第２実施形態と比べると、可動体３の剛性は低下するが、第１貫通孔群７１、第３貫通孔群７３の深さをより小さくできるため、ダンピングをより低減することが可能になる。
【0107】
【0108】
図１～図４の第１実施形態では、回転トルクを発生させるために、第１質量部３４のＸ軸方向プラス側にトルク発生部３６を設けていた。即ち、可動体３の長手方向での長さを、回転軸ＡＹに対して非対称にしていた。これに対して第４実施形態では、可動体３の長手方向であるＸ軸方向での長さを、回転軸ＡＹに対して対称にしている。そして回転トルクを発生させるために、第１質量部３４と第２質量部３５とで、断面形状が意図的に異なるように設計している。具体的には、第２質量部３５では、第４領域６４において第２面７に第４凹部８４が形成されているが、第１質量部３４では、第２領域６２において第２面７に凹部が形成されていない。このように第２領域６２に凹部を形成しないことで、第２領域６２での質量が、第４領域６４での質量よりも重くなり、加速度が作用したときに、回転トルクを発生させることが可能になる。即ち第４実施形態では、第１質量部３４の第２領域６２は、回転軸ＡＹ回りの回転トルクを発生させるためのトルク発生部３７となっている。
【0109】
このように第４実施形態では、可動体３のＸ軸方向での長さを回転軸ＡＹに対して対称とし、回転トルクが発生するように、意図的に可動体３の質量アンバランスを形成している。従って、第１実施形態と同様の効果を維持しつつ、小型化が可能となる。また第１実施形態のように、トルク発生部３６の直下において基板２の深堀が不要になるため、工程を簡略化でき、低コスト化の実現が可能になる。
【0110】
なお図１４に示すように第４実施形態では、第１質量部３４のＸ軸方向プラス側にダミー電極２６ｄが配置される。そしてダミー電極２６ｄからＸ軸方向マイナス側に電極２７ｄが引き出されて、引き出された電極２７ｄの先端部がストッパー１１の頂部を覆うように設けられる。そしてダミー電極２６ｄは可動体３と同電位に設定されているため、可動体３がストッパー１１に接触した場合にも、短絡が防止されるようになる。或いは、基板２にストッパー１１を設けなくても、基板２の可動体３の先端部分の直下のエリアに、ダミー電極を設ける構造としてもよい。
【0111】
また、前述したように、第１質量部３４に設けられる領域の数は２つには限定されず、隣り合う領域間に段差が設けられ、回転軸ＡＹから近い順に領域ＲＡ１から領域ＲＡｎへと配置される領域ＲＡ１～領域ＲＡｎを設けてもよい。この場合に、トルク発生部３７となる第２領域６２は、例えば回転軸ＡＹから遠い領域ＲＡｎになる。また第１領域６１は、領域ＲＡ１～領域ＲＡｎ－１のうち、領域ＲＡｎよりも回転軸ＡＹに近い領域になる。なお領域ＲＡｎと領域ＲＡｎ－１というように、回転軸ＡＹから遠い２つ以上の領域を、例えば第２面７に凹部を形成しないことで、トルク発生部３７に設定してもよい。
【0112】
５．第５実施形態
図１６は、第５実施形態の物理量センサー１の平面図である。ここでは第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。第１実施形態では、第１領域６１～第４領域６４やトルク発生部３６の領域などの各領域において、上式（１１）等で説明したダンピングの最小化条件を適用した貫通孔寸法とした。これに対して第５実施形態では、回転軸ＡＹから近い第１領域６１、第３領域６３においてだけ、ダンピングの最小化条件を適用した貫通孔寸法とし、他の領域においては、第１領域６１、第３領域６３と同じ貫通孔寸法を用いている。即ち図１６に示すように、第２領域６２、第４領域６４、トルク発生部３６の領域において、第１領域６１、第３領域６３の貫通孔と同じ開口面積の貫通孔を設けている。
図１６は、第５実施形態の物理量センサー１の平面図である。ここでは第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。第１実施形態では、第１領域６１～第４領域６４やトルク発生部３６の領域などの各領域において、上式（１１）等で説明したダンピングの最小化条件を適用した貫通孔寸法とした。これに対して第５実施形態では、回転軸ＡＹから近い第１領域６１、第３領域６３においてだけ、ダンピングの最小化条件を適用した貫通孔寸法とし、他の領域においては、第１領域６１、第３領域６３と同じ貫通孔寸法を用いている。即ち図１６に示すように、第２領域６２、第４領域６４、トルク発生部３６の領域において、第１領域６１、第３領域６３の貫通孔と同じ開口面積の貫通孔を設けている。
【0113】
このように第５実施形態では、可動体３の複数の領域のうち、例えば回転軸ＡＹから近い領域の貫通孔だけが、ダンピングの最小化条件を適用した貫通孔寸法となっている。即ち、複数の領域の各領域に応じて、その領域でのギャップ距離に応じたダンピングの最小化条件を適用するのが望ましいが、これらの領域のうちの特定の領域だけに対してダンピングの最小化条件を適用しても、十分な効果が得られる。
【0114】
６．第６実施形態、第７実施形態、第８実施形態
図１７、図１８、図１９は、各々、第６実施形態、第７実施形態、第８実施形態の物理量センサー１の平面図である。第６実施形態、第７実施形態、第８実施形態が第１実施形態と異なる点は、貫通孔の開口形状を、図１７の第６実施形態では正方形から円形へと変更しており、図１８の第７実施形態では正方形から五角形へと変更しており、図１９の第８実施形態では正方形から六角形へと変更している点である。第６実施形態、第７実施形態、第８実施形態では、第１実施形態と比較して、貫通孔の開口形状は異なるが、ダンピングに関しての効果としては同様の効果を得ることができる。
図１７、図１８、図１９は、各々、第６実施形態、第７実施形態、第８実施形態の物理量センサー１の平面図である。第６実施形態、第７実施形態、第８実施形態が第１実施形態と異なる点は、貫通孔の開口形状を、図１７の第６実施形態では正方形から円形へと変更しており、図１８の第７実施形態では正方形から五角形へと変更しており、図１９の第８実施形態では正方形から六角形へと変更している点である。第６実施形態、第７実施形態、第８実施形態では、第１実施形態と比較して、貫通孔の開口形状は異なるが、ダンピングに関しての効果としては同様の効果を得ることができる。
【0115】
このように本実施形態の物理量センサー１では、第１貫通孔群７１、第２貫通孔群７２等の貫通孔の開口形状は円形又は多角形である。このような円形又は多角形の開口形状の貫通孔を設けることで、低ダンピング化を実現できる。ここで多角形は、図１、図１８、図１９に示すような正方形、五角形、六角形には限定されず、正方形、五角形、六角形以外の多角形であってもよい。例えば貫通孔を正方形ではない長方形の形状としてもよい。また円形は、真円形状には限定されず、楕円形状などであってもよい。
【0116】
なお、貫通孔の形状が正方形以外の場合に、上式（１）～（１１）等で説明したダンピングの最小化条件を適用した貫通孔寸法は、下記のように計算すればよい。例えば貫通孔の開口形状が、Ｚ軸方向からの平面視で、正方形以外の多角形であったとする。この場合に、多角形の面積をＡ１、正方形の面積をＡ２としたとき、０．７５≦Ａ１／Ａ２≦１．２５を満たす場合には、貫通孔の開口形状を正方形とみなして貫通孔寸法を計算すればよい。またＺ軸方向からの平面視で、貫通孔の開口形状が、真円の場合には、上式（７）のｒｃを、隣り合う貫通孔同士の中心間距離の１／２の長さとし、上式（８）のｒ０を、貫通孔の半径の長さとして、貫通孔寸法を計算すればよい。またＺ軸方向からの平面視で、貫通孔の開口形状が楕円形であったとする。この場合には、楕円形の面積をＡ１、真円の面積をＡ２としたとき、０．７５≦Ａ１／Ａ２≦１．２５を満たす場合に、貫通孔の開口形状を真円とみなして貫通孔寸法を計算すればよい。
【0117】
７．第９実施形態
図２０は、第９実施形態の物理量センサー１の平面図であり、図２１は図２０のＣ－Ｃ線における断面図である。第９実施形態は、第８実施形態と貫通孔の形状は同一である。但し、第９実施形態では、図２１に示すように、貫通孔７６、７７の周辺では、可動体３の厚みは貫通孔７６、７７の深さと同一であるが、貫通孔７６、７７の端部間では、可動体３の厚みが貫通孔７６、７７の深さとは異なっている。つまり、貫通孔７６に対して凹部７８が設けられ、貫通孔７７に対して凹部７９が設けられるというように、貫通孔ごとに凹部が設けられている。このように第９実施形態では、図２０、図２１に示すように、第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２の少なくとも１つの貫通孔群の少なくとも１つの貫通孔ごとに凹部が設けられている。同様に第３貫通孔群７３及び第４貫通孔群７４の少なくとも１つの貫通孔群の少なくとも１つの貫通孔ごとに凹部が設けられている。
図２０は、第９実施形態の物理量センサー１の平面図であり、図２１は図２０のＣ－Ｃ線における断面図である。第９実施形態は、第８実施形態と貫通孔の形状は同一である。但し、第９実施形態では、図２１に示すように、貫通孔７６、７７の周辺では、可動体３の厚みは貫通孔７６、７７の深さと同一であるが、貫通孔７６、７７の端部間では、可動体３の厚みが貫通孔７６、７７の深さとは異なっている。つまり、貫通孔７６に対して凹部７８が設けられ、貫通孔７７に対して凹部７９が設けられるというように、貫通孔ごとに凹部が設けられている。このように第９実施形態では、図２０、図２１に示すように、第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２の少なくとも１つの貫通孔群の少なくとも１つの貫通孔ごとに凹部が設けられている。同様に第３貫通孔群７３及び第４貫通孔群７４の少なくとも１つの貫通孔群の少なくとも１つの貫通孔ごとに凹部が設けられている。
【0118】
例えば第１実施形態や第８実施形態等では、第１領域６１～第４領域６４の各領域ごとに凹部を設けることで、凹部の壁部での厚みを大きくして、剛性を確保していた。これに対して第９実施形態では、各貫通孔群の少なくとも１つの貫通孔ごとに凹部を設けて、貫通孔の周辺に厚みが大きい凹部の壁部を設けることで、剛性を確保している。これにより、ダンピングを殆ど増加させることなく、可動体３の強度を高めて剛性を確保できるようになる。なお図２０、図２１では、１つの貫通孔ごとに凹部を設けているが、少なくとも１つの貫通孔ごとに凹部が設けられていればよく、例えば複数の貫通孔ごとに凹部を設けてもよい。例えば第１領域６１～第４領域６４の各領域に複数の凹部が設けられるように、少なくとも１つの貫通孔ごとに凹部を設ける。また、このように少なくとも１つの貫通孔ごとに凹部を設ける場合に、貫通孔の開口形状は、図２０に示すような六角形には限定されず、図１、図１８に示すような六角形以外の多角形や、図１７に示すような円形であってもよい。
【0119】
８．第１０実施形態
図２２は、第１０実施形態の物理量センサー１の平面図である。第１０実施形態では、第９実施形態の配列方式とは異なる配列方式で、貫通孔を配列している。即ち第１０実施形態では、貫通孔の配列が、強度が高いとされるハニカム配列になっている。なお第１０実施形態では、第９実施形態と同様に、貫通孔ごとに凹部が設けられており、貫通孔の周辺部に比べて、貫通孔の端部間での可動体３の厚みが厚くなっている。このように、貫通孔の深さを小さくした場合にも、ハニカム配列などの配列を用いることで、可動体強度をより高めることが可能になる。
図２２は、第１０実施形態の物理量センサー１の平面図である。第１０実施形態では、第９実施形態の配列方式とは異なる配列方式で、貫通孔を配列している。即ち第１０実施形態では、貫通孔の配列が、強度が高いとされるハニカム配列になっている。なお第１０実施形態では、第９実施形態と同様に、貫通孔ごとに凹部が設けられており、貫通孔の周辺部に比べて、貫通孔の端部間での可動体３の厚みが厚くなっている。このように、貫通孔の深さを小さくした場合にも、ハニカム配列などの配列を用いることで、可動体強度をより高めることが可能になる。
【0120】
以上のように本実施形態の物理量センサー１として第１実施形態～第１０実施形態の物理量センサー１を説明したが、本実施形態の物理量センサー１はこれに限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば本実施形態の物理量センサー１は、第１実施形態～第１０実施形態の少なくとも２つの実施形態を組み合わせた構成の物理量センサー１であってもよい。また、以上では、物理量センサー１が加速度センサーである場合を主に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、物理量センサー１は、加速度以外の物理量である角速度、速度、圧力、変位又は重力等を検出するセンサーであってもよい。
【0121】
９．物理量センサーデバイス
次に本実施形態の物理量センサーデバイス１００について図２３を用いて説明する。図２３は物理量センサーデバイス１００の断面図である。物理量センサーデバイス１００は、物理量センサー１と、電子部品としてのＩＣ(Integrated Circuit)チップ１１０を含む。ＩＣチップ１１０は半導体チップと言うこともでき、半導体素子である。ＩＣチップ１１０は、接合部材であるダイアタッチ材ＤＡを介して、物理量センサー１の蓋部５の上面に接合されている。ＩＣチップ１１０は、ボンディグワイヤーＢＷ１を介して、物理量センサー１の電極パッドＰと電気的に接続されている。回路装置であるＩＣチップ１１０には、例えば物理量センサー１に駆動電圧を印加する駆動回路や、物理量センサー１からの出力に基づいて加速度を検出する検出回路や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路等が必要に応じて含まれている。このように本実施形態の物理量センサーデバイス１００は、物理量センサー１とＩＣチップ１１０を含んでいるため、物理量センサー１の効果を享受でき、高精度化等を実現できる物理量センサーデバイス１００を提供できる。
次に本実施形態の物理量センサーデバイス１００について図２３を用いて説明する。図２３は物理量センサーデバイス１００の断面図である。物理量センサーデバイス１００は、物理量センサー１と、電子部品としてのＩＣ(Integrated Circuit)チップ１１０を含む。ＩＣチップ１１０は半導体チップと言うこともでき、半導体素子である。ＩＣチップ１１０は、接合部材であるダイアタッチ材ＤＡを介して、物理量センサー１の蓋部５の上面に接合されている。ＩＣチップ１１０は、ボンディグワイヤーＢＷ１を介して、物理量センサー１の電極パッドＰと電気的に接続されている。回路装置であるＩＣチップ１１０には、例えば物理量センサー１に駆動電圧を印加する駆動回路や、物理量センサー１からの出力に基づいて加速度を検出する検出回路や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路等が必要に応じて含まれている。このように本実施形態の物理量センサーデバイス１００は、物理量センサー１とＩＣチップ１１０を含んでいるため、物理量センサー１の効果を享受でき、高精度化等を実現できる物理量センサーデバイス１００を提供できる。
【0122】
また物理量センサーデバイス１００は、物理量センサー１及びＩＣチップ１１０が収納される容器であるパッケージ１２０を含むことができる。パッケージ１２０は、ベース１２２とリッド１２４を含む。ベース１２２にリッド１２４が接合されることで気密封止される収納空間ＳＢに、物理量センサー１及びＩＣチップ１１０が収納される。このようなパッケージ１２０を設けることで、物理量センサー１及びＩＣチップ１１０を衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護することができる。
【0123】
またベース１２２は、収納空間ＳＢ内に配置された複数の内部端子１３０と、底面に配置された外部端子１３２、１３４を含む。そしてボンディグワイヤーＢＷ１を介して、物理量センサー１とＩＣチップ１１０が電気的に接続されており、ボンディグワイヤーＢＷ２を介して、ＩＣチップ１１０と内部端子１３０とが電気的に接続されている。そして内部端子１３０は、ベース１２２内に設けられた不図示の内部配線を介して、外部端子１３２、１３４に電気的に接続されている。これにより物理量センサー１により検出された物理量に基づくセンサー出力信号を外部に出力することが可能になる。
【0124】
なお以上では、物理量センサーデバイス１００に設けられる電子部品がＩＣチップ１１０である場合を例に説明したが、電子部品は、ＩＣチップ１１０以外の回路素子であってもよいし、物理量センサー１とは異なるセンサー素子であってもよいし、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）などにより実現される表示素子などであってもよい。回路素子としては、例えばコンデンサーや抵抗などの受動素子やトランジスターなどの能動素子がある。センサー素子は、例えば物理量センサー１が検出する物理量とは異なる物理量をセンシングする素子である。またパッケージ１２０を設ける代わりにモールド実装としてもよい。
【0125】
１０．慣性計測装置
次に、本実施形態の慣性計測装置２０００について図２４、図２５を用いて説明する。図２４に示す慣性計測装置２０００（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）は、自動車やロボットなどの運動体の姿勢や挙動などの慣性運動量を検出する装置である。慣性計測装置２０００は、３軸に沿った方向の加速度ａｘ、ａｙ、ａｚを検出する加速度センサーと、３軸回りの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚを検出する角速度センサーと、を備えた、いわゆる６軸モーションセンサーである。
次に、本実施形態の慣性計測装置２０００について図２４、図２５を用いて説明する。図２４に示す慣性計測装置２０００（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）は、自動車やロボットなどの運動体の姿勢や挙動などの慣性運動量を検出する装置である。慣性計測装置２０００は、３軸に沿った方向の加速度ａｘ、ａｙ、ａｚを検出する加速度センサーと、３軸回りの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚを検出する角速度センサーと、を備えた、いわゆる６軸モーションセンサーである。
【0126】
慣性計測装置２０００は、平面形状が略正方形の直方体である。また正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、マウント部としてのネジ穴２１１０が形成されている。この２ヶ所のネジ穴２１１０に２本のネジを通して、自動車などの被装着体の被装着面に慣性計測装置２０００を固定することができる。なお、部品の選定や設計変更により、例えば、スマートフォンやデジタルカメラに搭載可能なサイズに小型化することも可能である。
【0127】
慣性計測装置２０００は、アウターケース２１００と、接合部材２２００と、センサーモジュール２３００を有し、アウターケース２１００の内部に、接合部材２２００を介在させて、センサーモジュール２３００を挿入した構成となっている。センサーモジュール２３００は、インナーケース２３１０と回路基板２３２０を有している。インナーケース２３１０には、回路基板２３２０との接触を防止するための凹部２３１１や、後述するコネクター２３３０を露出させるための開口２３１２が形成されている。そしてインナーケース２３１０の下面には、接着剤を介して回路基板２３２０が接合されている。
【0128】
図２５に示すように、回路基板２３２０の上面には、コネクター２３３０、Ｚ軸回りの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｚ、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向の加速度を検出する加速度センサーユニット２３５０などが実装されている。また回路基板２３２０の側面には、Ｘ軸回りの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｘ及びＹ軸回りの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｙが実装されている。
【0129】
加速度センサーユニット２３５０は、前述したＺ軸方向の加速度を測定するための物理量センサー１を少なくとも含み、必要に応じて、一軸方向の加速度を検出したり、二軸方向や三軸方向の加速度を検出したりすることができる。なお角速度センサー２３４０ｘ、２３４０ｙ、２３４０ｚとしては、特に限定されないが、例えばコリオリの力を利用した振動ジャイロセンサーを用いることができる。
【0130】
また回路基板２３２０の下面には、制御ＩＣ２３６０が実装されている。物理量センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部としての制御ＩＣ２３６０は、例えばＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、Ａ／Ｄコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測装置２０００の各部を制御する。なお、回路基板２３２０には、その他にも複数の電子部品が実装されている。
【0131】
以上のように本実施形態の慣性計測装置２０００は、物理量センサー１と、物理量センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部としての制御ＩＣ２３６０を含む。この慣性計測装置２０００によれば、物理量センサー１を含む加速度センサーユニット２３５０を用いているため、物理量センサー１の効果を享受でき、高精度化等を実現できる慣性計測装置２０００を提供できる。
【0132】
以上に説明したように、本実施形態の物理量センサーは、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、Ｚ軸に直交し、第１固定電極が設けられている基板と、Ｚ軸に沿ったＺ軸方向において第１固定電極に対向している第１質量部を含み、Ｙ軸に沿った回転軸を中心として基板に対して揺動可能に設けられている可動体と、を含む。そして第１質量部は、第１領域と、第１領域よりも回転軸から遠い第２領域と、を含み、第１領域に第１貫通孔群が設けられ、第２領域に第２貫通孔群が設けられる。また可動体は、基板側の面である第１面と、第１面に対する裏側の面である第２面と、を含む。そして第1質量部の第１面には、第１領域での第１質量部と第１固定電極との間の空隙である第１空隙のＺ軸方向での第１ギャップ距離を、第２領域での第１質量部と第１固定電極との間の空隙である第２空隙のＺ軸方向での第２ギャップ距離よりも小さくするための段差又はスロープが設けられる。そして第１貫通孔群及び第２貫通孔群の貫通孔のＺ軸方向での深さは、可動体のＺ軸方向での最大厚みよりも小さい。
【0133】
本実施形態によれば、回転軸を中心として揺動可能に設けられる可動体の第１質量部は、第１貫通孔群が設けられる第１領域と、第２貫通孔群が設けられ、第１領域よりも回転軸から遠い第２領域を含む。そして、第１質量部の基板側の面である第１面には、第１領域の第１空隙での第１ギャップ距離を、第２領域の第２空隙での第２ギャップ距離よりも小さくするための段差又はスロープが設けられている。更に第１領域の第１貫通孔群及び第２領域の第２貫通孔群の貫通孔のＺ軸方向での深さは、可動体のＺ軸方向での最大厚みよりも小さくなっている。このように第１領域での第１ギャップ距離を、第２領域での第２ギャップ距離よりも小さくする段差又はスロープが設けられることで、第１領域を狭ギャップ化することが可能になり、物理量センサーの高感度化を実現できる。また第１貫通孔群及び第２貫通孔群の貫通孔の深さが、可動体の最大厚みよりも小さくなることで、これらの貫通孔の孔中ダンピング等を低減でき、低ダンピング化を実現できる。従って、高感度化と低ダンピング化を両立して実現できる物理量センサーの提供が可能になる。
【0134】
また本実施形態では、第２貫通孔群の貫通孔の開口面積は、第１貫通孔群の貫通孔の開口面積よりも大きくてもよい。
【0135】
このように、回転軸から遠い第２貫通孔群の貫通孔の開口面積を、回転軸から近い第１貫通孔群の貫通孔の開口面積よりも大きくすることで、低ダンピング化を実現できる貫通孔の寸法条件を満たすことが可能になり、物理量センサーの低ダンピング化を実現できる。
【0136】
また本実施形態では、第１貫通孔群及び第２貫通孔群の貫通孔の深さは、可動体のＺ軸方向での最大厚みの５０％未満であってもよい。
【0137】
このように貫通孔の深さを、可動体の最大厚みの半分未満にすることで、貫通孔の厚さが可動体の最大厚みと等しい場合に比べて、貫通孔の孔中ダンピングを十分に小さくすることができ、低ダンピング化を実現できるようになる。
【0138】
また本実施形態では、第１質量部の第１面にスロープが設けられる場合に、第１質量部の第１領域では、回転軸から遠くなるに従って第１ギャップ距離は大きくなり、第１質量部の第２領域では、回転軸から遠くなるに従って第２ギャップ距離は大きくなってもよい。
【0139】
このように回転軸から遠くなるに従って第１ギャップ距離や第２ギャップ距離が大きくなるようなスロープを設けることで、狭ギャップ化等による物理量センサーの高感度化を実現できるようになる。
【0140】
また本実施形態では、可動体は、基板に固定される固定部と、固定部と第１質量部を接続し、回転軸となる支持梁と、を含み、可動体の最大厚みは、固定部及び支持梁の少なくとも一方のＺ軸方向での厚さであってもよい。
【0141】
このようにすれば、第１貫通孔群及び第２貫通孔群の貫通孔の深さを、固定部及び支持梁の少なくとも一方の厚さよりも小さくできるため、貫通孔の孔中ダンピング等を低減できるようになる。
【0142】
また本実施形態では、可動体の第２面には、第1貫通孔群が底面に配置される第１凹部が、第１領域に設けられていてもよい。
【0143】
このように第１領域に第１凹部が設けられることで、第１凹部の縁部である壁部により、第１領域での可動体の剛性が高められ、破損リスク等を回避することが可能になる。
【0144】
また本実施形態では、可動体の第２面には、第２貫通孔群が底面に配置される第２凹部が、第２領域に設けられていてもよい。
【0145】
このように第２領域に第２凹部が設けられることで、第２凹部の縁部である壁部により、第２領域での可動体の剛性が高められ、破損リスク等を回避することが可能になる。
【0146】
また本実施形態では、可動体の第１面には、第２貫通孔群が底面に配置される凹部が、第２領域に設けられていてもよい。
【0147】
このように第２領域の第１面に凹部を設ければ、第１領域での第１ギャップ距離を、第２領域での第２ギャップ距離よりも小さくできると共に第２貫通孔群の深さも小さくできるため、高感度化と低ダンピング化を実現できるようになる。
【0148】
また本実施形態では、可動体の第２面には、第1貫通孔群が底面に配置される第１凹部が、第１領域に設けられ、可動体の第１面には、第２貫通孔群が底面に配置される第２凹部が、第２領域に設けられていてもよい。
【0149】
このように第１領域の第２面に第１凹部を設けると共に第２領域の第１面に第２凹部を設ければ、第１領域での第１ギャップ距離を、第２領域での第２ギャップ距離よりも小さくできると共に第１貫通孔群及び第２貫通孔群の深さも小さくでき、高感度化と低ダンピング化を実現できるようになる。
【0150】
また本実施形態では、可動体の第１面又は第２面には、第１貫通孔群及び第２貫通孔群の少なくとも１つの貫通孔群の少なくとも１つの貫通孔ごとに凹部が設けられていてもよい。
【0151】
このように少なくとも１つの貫通孔ごとに凹部を設ければ、低ダンピング化を実現しながら、可動体の強度を更に高めて剛性を確保できるようになる。
【0152】
また本実施形態では、第１貫通孔群及び第２貫通孔群の貫通孔の開口形状は多角形又は円形であってもよい。
【0153】
このように本実施形態では、貫通孔の開口形状を種々の形状にした場合にも、高感度化と低ダンピング化を両立して実現できる。
【0154】
また本実施形態では、第１質量部の第２領域は、回転軸回りの回転トルクを発生させるためのトルク発生部であってもよい。
【0155】
このようにすれば、第２領域をトルク発生部として利用できるようになり、物理量センサーの小型化等を実現できるようになる。
【0156】
また本実施形態では、可動体は、Ｚ軸方向からの平面視において、第１質量部に対して回転軸を挟んで設けられている第２質量部を含んでもよい。そして基板には、第２質量部に対向している第２固定電極が設けられ、第２質量部は、第３領域と、第３領域よりも回転軸から遠い第４領域と、を含み、第３領域に第３貫通孔群が設けられ、第４領域に第４貫通孔群が設けられてもよい。また第２質量部の第１面には、第３領域での第２質量部と第２固定電極との間の空隙である第３空隙のＺ軸方向での第３ギャップ距離を、第４領域での第２質量部と第２固定電極との間の空隙である第４空隙のＺ軸方向での第４ギャップ距離よりも小さくするための段差又はスロープが設けられてもよい。そして第３貫通孔群及び第４貫通孔群の貫通孔のＺ軸方向での深さは、可動体の最大厚みよりも小さくてもよい。
【0157】
このように第３領域での第３ギャップ距離を、第４領域での第４ギャップ距離よりも小さくする段差又はスロープが設けられることで、第３領域を狭ギャップ化することが可能になり、物理量センサーの高感度化を実現できる。また第３貫通孔群及び第４貫通孔群の貫通孔の深さが、可動体の最大厚みよりも小さくなることで、これらの貫通孔の孔中ダンピング等を低減でき、低ダンピング化を実現できる。
【0158】
また本実施形態では、第２質量部の第１面にスロープが設けられる場合に、第２質量部の第３領域では、回転軸から遠くなるに従って第３ギャップ距離は大きくなり、第２質量部の第４領域では、回転軸から遠くなるに従って第４ギャップ距離は大きくなってもよい。
【0159】
このように回転軸から遠くなるに従って第３ギャップ距離や第４ギャップ距離が大きくなるようなスロープを設けることで、狭ギャップ化等による物理量センサーの高感度化を実現できるようになる。
【0160】
また本実施形態では、可動体は、回転軸回りの回転トルクを発生させるためのトルク発生部を含み、トルク発生部には、第５貫通孔群が設けられ、トルク発生部と基板との間の空隙である第５空隙のＺ軸方向での第５ギャップ距離は、第１ギャップ距離及び第２ギャップ距離よりも大きくてもよい。
【0161】
このようにすれば、ダンピングの低減化や可動体の可動範囲の拡大等を実現できるようになる。
【0162】
また本実施形態では、第５貫通孔群の貫通孔の開口面積は、第１貫通孔群及び第２貫通孔群の貫通孔の開口面積よりも大きくてもよい。
【0163】
このように回転軸からの距離が遠いトルク発生部での貫通孔の開口面積を大きくすることで、可動体のダンピングを更に最適に低減することが可能になる。
【0164】
また本実施形態は、上記に記載の物理量センサーと、物理量センサーに電気的に接続されている電子部品と、含む物理量センサーデバイスに関係する。
【0165】
また本実施形態は、上記の物理量センサーと、物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を含む慣性計測装置に関係する。
【0166】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また物理量センサー、物理量センサーデバイス、慣性計測装置の構成・動作等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【0167】
１…物理量センサー、２…基板、３…可動体、５…蓋部、６…第１面、７…第２面、８、９…段差、１１…ストッパー、１２…ストッパー、１４、１５…スロープ、１６、１７、１８、１９…段差、２１、２１ａ…凹部、２２ａ、２２ｂ…マウント部、２４…第１固定電極、２５…第２固定電極、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ…ダミー電極、２７ａ、２７ｃ、２７ｄ…電極、３２ａ、３２ｂ…固定部、３３…支持梁、３６、３７…トルク発生部、４１…第１連結部、４２…第２連結部、４５ａ、４５ｂ…第１開口部、４６…第２開口部、５１…凹部、６１…第１領域、６２…第２領域、６３…第３領域、６４…第４領域、７１…第１貫通孔群、７２、７３…第３貫通孔群、７４…第４貫通孔群、７５…第５貫通孔群、７６、７７…貫通孔、７８、７９…凹部、８１…第１凹部、８２…第２凹部、８３…第３凹部、８４…第４凹部、８５、８６…凹部、８７…第１凹部、８８…第２凹部、８９…第３凹部、９０…第４凹部、１００…物理量センサーデバイス、１１０…ＩＣチップ、１２０…パッケージ、１２２…ベース、１２４…リッド、１３０、１３２…外部端子、１３４…外部端子、２０００…慣性計測装置、２１００…アウターケース、２１１０…ネジ穴、２２００…接合部材、２３００…センサーモジュール、２３１０…インナーケース、２３１１…凹部、２３１２…開口、２３２０…回路基板、２３３０…コネクター、２３４０ｘ…角速度センサー、２３４０ｙ…角速度センサー、２３４０ｚ…角速度センサー、２３５０…加速度センサーユニット、２３６０…制御ＩＣ、
ＡＹ…回転軸、ＢＷ１、ＢＷ２…ボンディグワイヤー、ＤＡ…ダイアタッチ材、Ｃａ、Ｃｂ…静電容量、Ｐ…電極パッド、Ｑ１…第１空隙、Ｑ２…第２空隙、Ｑ３…第３空隙、Ｑ４…第４空隙、Ｑ５…第５空隙、ＳＡ…収納空間、ＳＢ…収納空間、ｈ１…第１ギャップ距離、ｈ２…第２ギャップ距離、ｈ３…第３ギャップ距離、ｈ４…第４ギャップ距離、ｈ５…第５ギャップ距離、
ＡＹ…回転軸、ＢＷ１、ＢＷ２…ボンディグワイヤー、ＤＡ…ダイアタッチ材、Ｃａ、Ｃｂ…静電容量、Ｐ…電極パッド、Ｑ１…第１空隙、Ｑ２…第２空隙、Ｑ３…第３空隙、Ｑ４…第４空隙、Ｑ５…第５空隙、ＳＡ…収納空間、ＳＢ…収納空間、ｈ１…第１ギャップ距離、ｈ２…第２ギャップ距離、ｈ３…第３ギャップ距離、ｈ４…第４ギャップ距離、ｈ５…第５ギャップ距離、
【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】