JP2013181799A - 物理量検出デバイス、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】過負荷が加わっても破壊されにくい物理量検出デバイスを提供する。
【解決手段】物理量検出デバイス１は、パッケージベース２１と、パッケージベース２１に設けられる段部２３ａに固定されるベース部１０と、ベース部１０に支持されており物理量の変化に応じて変位する可動部１２と、ベース部１０に連続し可動部１２の周縁に沿って延在される支持枠部１４と、を有する平板状のカンチレバー９と、ベース部１０と可動部１２とに掛け渡されて固定される物理量検出素子１３と、可動部１２の主面に、配置される質量部１５と、支持枠部１４に対し、平面視で支持枠部１４と重なっており、且つ支持枠部１４の側面及び表裏両面との間で隙間をもってパッケージベース２１に備えられている制動部材４０，５０と、を備えている
【選択図】図１

Description

本発明は、物理量検出デバイス、及び物理量検出デバイスを備えた電子機器に関する。

従来から、検知軸に沿った振動性の動きによって与えられる負荷が加えられる力検出素子の共振周波数の変化を検出する加速度計がある。このような加速度計では、支持体と、支持体とヒンジによって接続された可動質量部を有し、この可動質量部の動きに応じて力検出素子に力が加わるように、ヒンジを跨いで支持体と可動質量部とに、比較的大きな表面積で力検出素子を接着固定されているものが知られている。
また、可動質量部に想定以上の力が作用する場合には、スクイーズ・フィルム・ガス・制動によって可動質量部の過大な動きを制限している（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−５４４１１号公報

特許文献１による加速度計は、力検出素子を可動質量部に比較的大きな面積で接着固定しており、接着固定の過程では１８０℃〜２００℃で加熱される。この際、例え、力検出素子と支持体及び可動質量部の線膨張係数が同じであっても、力検出素子よりもサイズが大きい支持体及び可動質量部の伸縮が力検出素子の伸縮よりも大きくなることから、力検出素子に歪が発生して、その歪の影響が加速度として現れることがある。

また、可動質量部に想定以上の力が作用する場合には、可動質量部の正逆方向の動きをスクイーズ・フィルム・ガス・制動を用いて制限しているが、可動質量部の正方向と逆方向とで動き量を同じように制御することは非常に困難である。

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。

［適用例１］本適用例に係る物理量検出デバイスは、パッケージベースと、前記パッケージベースに設けられる段部に固定されるベース部と、前記ベース部に支持されており物理量の変化に応じて変位する可動部と、前記ベース部に連続し前記可動部の周縁に沿って延在される支持枠部と、を有する平板状のカンチレバーと、前記ベース部と前記可動部とに掛け渡されて固定される物理量検出素子と、前記可動部の主面に、配置される質量部と、前記支持枠部に対し、平面視で前記支持枠部と重なっており、且つ前記支持枠部の側面及び表裏両面との間で隙間をもって前記パッケージベースに備えられている制動部材と、を備えていることを特徴とする。

カンチレバーは、物理量検出素子を固定した状態で、パッケージベースに接着固定されるが、接着固定の過程で１８０℃〜２００℃の加熱が行われることがある。この際、物理量検出素子とカンチレバーの線膨張係数が同じであっても、物理量検出素子よりもサイズが大きいカンチレバーの伸縮が物理量検出素子の伸縮よりも大きくなることから、物理量検出素子に歪が生じて、発生した歪の共振周波数への影響は無視できない。従って、カンチレバーのベース部を固定部とし、支持枠部のベース部とは反対側を自由端とすることが望ましい。しかしながら、支持枠部を自由端とすれば、想定以上の負荷（例えば、加速度）が加わった場合には、カンチレバーが破壊されることが考えられる。

本適用例によれば、支持枠部の想定以上の動きを制限するための制動部材を設けている。制動部材は、支持枠部の側面及び表裏両面との間で隙間をもっていることから温度変化による支持枠部の伸縮を妨げない。従って、高温加熱した際に支持枠部が伸長することによる物理量検出素子の歪の発生を抑制し、この歪に起因する共振周波数への影響を排除することができる。

また、支持枠部の自由端が、制動部材との厚み方向の隙間分変位したところで制動部材と接触することによって、支持枠部の変位をその隙間分の範囲に規制することができ、カンチレバーの破壊を防止することができる。なお、質量部と支持枠部の一部が隙間を有して交差している。従って、質量部がその隙間分変位したところで支持枠部と接触する。支持枠部の動き量は、制動部材によって規制されていることから、可動部の動き量を支持枠部と制動部材との隙間分の範囲に規制することができる。
従って、本適用例の物理量検出デバイスは、温度変化による共振周波数への影響や、外部から強度の限界を超える変位によるカンチレバーの破損を回避することができる。

さらに、質量部に想定以上の力が作用する場合にスクイーズ・フィルム・ガス・制動を用いて動き量を制御する従来技術に比べて、制動部材の支持枠部に対する寸法管理で支持枠部、結果的に可動部の動き量を容易に制御できるという効果がある。

［適用例２］上記適用例に係る物理量検出デバイスにおいて、前記制動部材が、前記支持枠部の前記ベース部とは反対側の先端部、または前記先端部の幅方向両側に配置されていること、が好ましい。

このように、支持枠部の先端部（つまり、固定されていない自由端部）に制動部材を配置しているので、ベース部に近い部分に配置する場合よりも、可動部の動き量を小さく、かつ高精度に管理することができる。

［適用例３］上記適用例に係る物理量検出デバイスにおいて、前記制動部材が、前記パッケージベースに前記制動部材を固定する固定部と、前記支持枠部の厚み方向を表裏両面から挟む前記支持枠部材側が開口した斜面からなる規制部と、を備えていること、が好ましい。

このようにすれば、規制部によって支持枠部の伸縮を妨げない隙間と、支持枠部の主面と交差する方向の隙間と、を確保できる。規制部は斜面によって形成されているので、制動部材をパッケージベースに固定した後に、支持枠部の先端部を規制部の斜面を利用して装着することが可能である。

［適用例４］上記適用例に係る物理量検出デバイスにおいて、前記パッケージベースの一部を前記支持枠部の厚み方向両側に隙間を有して挟むように突設される上部規制部と下部規制部とからなること、が好ましい。

このように、パッケージベースの一部を支持枠部側に突設させれば、構成要素を増やさずに制動部材を構成することができる。例えば、パッケージベースがセラミックのグリーンシートの積層体であれば、グリーンシートの一部を突設すればよい。

［適用例５］上記適用例に係る物理量検出デバイスにおいて、前記制動部材が、前記パッケージベースの一部を前記支持枠部の厚み方向の下部に突設させた下部規制部と、前記支持枠部の厚み方向の上部に配置された上部規制部材と、からなること、が好ましい。

このようにすれば、支持枠部が下部規制部または上部規制部に所定の隙間分変位したところで接触することによって、可動部の変位をその隙間の範囲に規制することができる。
また、質量部及び物理量検出素子を取付けた状態で支持枠部を下部規制部に載置した後に、上部規制部材をパッケージベースに固定すれば、容易に物理量検出デバイスを組み立てることができる。

［適用例６］上記適用例に係る物理量検出デバイスにおいて、前記制動部材が、前記パッケージベースに前記制動部材を固定する固定部と、前記固定部に対して略直交する立上部と、前記立上部から前記支持枠部の厚み方向両側を隙間を有して挟むように略平行に延在される上部規制部と下部規制部と、からなること、が好ましい。

このような構成によっても、支持枠部が上部規制部または下部規制部との隙間分変位したところで支持枠部が制動部材に接触することによって、可動部の変位をその隙間の範囲に規制することができる。
また、このような構成では、制動部材を質量部及び物理量検出素子を取付けた状態の支持枠部に仮装着した後に、パッケージベースに制動部材を固定すればよい。

［適用例７］上記適用例に係る物理量検出デバイスにおいて、前記パッケージベースの開口部を封止するリッドがさらに備えられ、前記制動部材が、前記パッケージベースの一部を前記支持枠部の厚み方向の下部に突設させた下部規制部と、前記リッドから前記支持枠部に向かって突設される上部規制部材と、からなること、が好ましい。

上記適用例は、パッケージベースに設けられる下部規制部と、リッドに設けられる上部規制部とで支持枠部の厚み方向両側を挟む構造である。このようにしても、支持枠部が下部規制部または上部規制部に所定の隙間分変位したところで接触することによって、支持枠部の変位をその隙間の範囲に規制することができる。
また、パッケージベース内に、質量部及び物理量検出素子を取付けた状態の支持枠部を装着した後、リッドをパッケージベースに固定すれば、制動部材を構成することができる。

［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の物理量検出デバイスと、少なくとも物理量検出回路と、を備えていることを特徴とする

本適用例によれば、上記適用例のいずれかに記載の物理量検出デバイスを用いることによって、上記適用例に記載の効果を奏する電子機器を提供することができる。

実施形態１に係る物理量検出デバイスを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図。 実施形態１に係る制動部材を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は制動部材を制動部材側から視認した側面図。 実施形態１に係る物理量検出デバイスの動作を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、可動部が−Ｚ方向に変位した状態を示し、（ｂ）は、可動部が＋Ｚ方向に変位した状態を示す。 実施形態１の変形例に係る物理量検出デバイスを示す平面図。 実施形態２に係る物理量検出デバイスを示す断面図。 実施形態３に係る物理量検出デバイスを示し、（ａ）は実施例１を示す断面図、（ｂ）は実施例２を示す部分断面図。 実施形態４に係る物理量検出素子を示し、（ａ）は支持枠部の先端方向から視認した断面図、（ｂ）は制動部材を示す斜視図。 実施形態５に係る物理量検出デバイスを示す断面図。 実施形態６に係る物理量検出デバイスを示す平面図。 電子機器の１例としての傾斜計を例示する模式斜視図。

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、各部材を認識可能な大きさとするため、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。
（物理量検出デバイス）
まず、物理量検出デバイスについて具体的な実施形態をあげ説明する。
（実施形態１）

図１は、実施形態１に係る物理量検出デバイスを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の物理量検出デバイス１は、物理量検出器２がパッケージ２０の内部に格納されて構成されている。物理量検出器２は、ベース部１０と、ベース部１０に継手部１１を介して延在され物理量の変化に応じて変位する可動部１２と、ベース部１０に連続し、可動部１２の周縁に沿って延在される支持枠部１４と、を有する平板状のカンチレバー９と、ベース部１０と可動部１２とに掛け渡されて接着剤１６によって固定され、可動部１２の変位に応じて共振周波数が変化する物理量検出素子１３と、可動部１２の第１主面１２ａに、一部が支持枠部１４と隙間ｃを有して重なるように配置される質量部１５と、から構成されている。第１主面１２ａに対向する第２主面１２ｂにも、第１主面１２ａ側に配置された質量部１５との対称位置に質量部１５が配置されている。さらに、質量部１５と第１主面１２ａ、第２主面１２ｂそれぞれは所定の厚みを有する接着剤３０によって接着固定されている。

カンチレバー９は、例えば、水晶の原石などから所定の角度で切り出された水晶基板を用いて一体で略平板状に形成されている。ベース部１０、継手部１１、可動部１２、支持枠部１４の外形形状は、フォトリソグラフィー、エッチングなどの技術を用いて精度よく形成されている。可動部１２と支持枠部１４との間には、両者を分割するスリット状の孔が設けられている。

図２（ｂ）に示すように、継手部１１は、第１主面１２ａ、第２主面１２ｂの両方からのハーフエッチングによって、Ｘ方向に沿う溝部によってベース部１０と可動部１２とを区切るように形成されている。継手部１１の断面形状は略Ｈ字形状を有している。
この継手部１１により、可動部１２は、第１主面１２ａと交差する方向（Ｚ方向）に加わる物理量（例えば、加速度）に応じて、継手部１１を支点（回転軸）にして第１主面１２ａと交差する方向（Ｚ方向）に変位する。よって、継手部１１はヒンジの機能を有する。

質量部１５には、例えば、Ｃｕ、Ａｕなどの金属に代表される比較的比重の大きい材料が用いられている。本実施形態では、図１（ａ）に示すように、質量部１５はカンチレバー９の平面サイズ内において、質量を極力大きくするために、可動部１２の継手部１１側とは反対側の自由端側から、物理量検出素子１３と重ならない範囲で継手部１１の近くまで延び、平面視において、略Ｕ字形状を有している。

図１（ａ）の斜線で示す質量部１５と支持枠部１４とが重なる領域Ｂでは、図１（ｂ）に示すように、質量部１５と支持枠部１４との間に隙間Ｃが設けられている。本実施形態では、隙間ｃを接着剤３０の厚みで管理している。

物理量検出素子１３は、図１（ａ）に示すように、ベース部１０と可動部１２とを結ぶ方向（Ｙ方向）に延在され、Ｘ方向に屈曲振動をする振動梁部１３ａ，１３ｂと、振動梁部１３ａ，１３ｂの両端部を接続する第１基部１３ｄと第２基部１３ｅと、を備えている。物理量検出素子１３は、２本の振動梁部１３ａ，１３ｂと、第１基部１３ｄと第２基部１３ｅとで二組の音叉を構成することから、双音叉素子（双音叉型振動片）とも呼ばれている。
物理量検出素子１３は、例えば、水晶の原石などから所定の角度で切り出された水晶基板を用いて、フォトリソグラフィー、エッチングなどの技術を用いて精度よく形成されている。

なお、物理量検出素子１３の材質は、水晶に限定されるものではなく、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）などの圧電体を皮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。ただし、物理量検出素子１３は、カンチレバー９（可動部１２）との線膨張係数の差を小さくすることを考慮すればカンチレバー９と同質にすることが望ましい。

なお、物理量検出素子１３及びカンチレバー９は、中心軸Ｐに対して対称形となるように形成されると共に配置されることがより好ましい。

図１（ａ）に示すように、物理量検出素子１３は、振動梁部１３ａ，１３ｂの図示しない励振電極（駆動電極）から第２基部１３ｅに形成された引き出し電極１３ｆ，１３ｇが、Ａｕ、Ａｌなどの金属ワイヤー１８によって、ベース部１０の第１主面１０ａに設けられた接続端子１０ｃ，１０ｄと接続されている。詳述すると、引き出し電極１３ｆは、接続端子１０ｄと接続され、引き出し電極１３ｇは、接続端子１０ｃと接続されている。

ベース部１０の接続端子１０ｃ，１０ｄは、図示しない配線によってベース部１０の第２主面１０ｂにおいて接続端子１０ｅ，１０ｆと接続されている。詳述すると、接続端子１０ｄは接続端子１０ｅと接続され、接続端子１０ｃは、接続端子１０ｆと接続されている。
なお、励振電極、引き出し電極１３ｆ，１３ｇ、接続端子１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆは、例えば、Ｃｒを下地層とし、その上にＡｕが積層された構成となっている。

さらに、図１（ａ）に示すように、カンチレバー９は、ベース部１０においてパッケージベース２１の段部２３ａに固定される。
パッケージベース２１には、内底面（凹部の内側の底面）２３の外周部分から凹部の内壁に沿って突出した段部２３ａに、内部端子２４，２５が設けられている。
内部端子２４，２５は、カンチレバー９のベース部１０に設けられた接続端子１０ｅ，１０ｆと対向する位置（平面視において重なる位置）に設けられている。なお、図示は省略するが、接続端子１０ｅは、ベース部１０の接続端子１０ｄと接続され、接続端子１０ｆは、ベース部１０の接続端子１０ｃと接続されている。

パッケージ２０は、平面形状が略四角形の凹部を有したパッケージベース２１と、パッケージベース２１の凹部を封止する平板状のリッド２２と、を有し、外形が略直方体形状を有している。なお、図１（ａ）では、リッド２２の図示を省略している。
パッケージベース２１には、セラミックのグリーンシートを複数枚積層し焼成した酸化アルミニウム焼結体、水晶、ガラス、シリコンなどが用いられている。
リッド２２には、パッケージベース２１と同材質、または、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼などの金属が用いられている。

パッケージベース２１の外底面（内底面２３の反対側の面、つまり外側の底面）２６には、電子機器などの外部部材に実装される際に用いられる一対の外部端子２７，２８が形成されている。
外部端子２７，２８は、図示しない内部配線によって内部端子２４，２５と接続されている。例えば、外部端子２７は、内部端子２４と接続され、外部端子２８は、内部端子２５と接続される。
内部端子２４，２５及び外部端子２７，２８は、Ｗなどのメタライズ層にＮｉ、Ａｕなどの各被膜をメッキなどの方法により積層した金属膜からなる。

パッケージベース２１には、凹部の底部にパッケージ２０の内部を封止する封止部２９が設けられている。
封止部２９は、パッケージベース２１に形成された、外底面２６側の孔径が内底面２３側の孔径より大きい段付きの貫通孔２９ａに、Ａｕ／Ｇｅ合金、はんだなどからなる封止材２９ｂを投入し、加熱溶融後、固化させることでパッケージ２０の内部を気密に封止する構成となっている。

本実施形態の物理量検出デバイス１は、支持枠部１４の先端部の動き量を規制する制動部材４０，５０を備えている。制動部材４０は支持枠部１４の先端部の−Ｘ方向端部に配置されており、固定部４０ａにおいてパッケージベース２１の段部２３ａに接着剤３０によって固定されており、固定部４０ａに対して直交する方向に延在される立上部４０ｂと、支持枠部１４の厚み方向を表裏両面から挟むように支持枠部１４側が開口した斜面を有する規制部とを備えている。規制部のうち、下方側斜面を第１規制部４０ｃ、上方側斜面を第２規制部４０ｄとする。

制動部材５０は支持枠部１４の先端部の＋Ｘ方向端部に配置されており、固定部５０ａにおいてパッケージベース２１の段部２３ａに接着剤３０によって固定されており、固定部５０ａに対して直交する方向に延在される立上部５０ｂと、支持枠部１４の厚み方向を表裏両面から挟むように支持枠部１４側が開口した斜面からなる規制部とを備えている。規制部のうち、下方側斜面を第１規制部５０ｃ、上方側斜面を第２規制部５０ｄとする。
制動部材４０，５０の詳細については、図２を参照して説明する。

図２は、実施形態１に係る制動部材４０，５０を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は制動部材４０を制動部材５０側から視認した側面図である。図２（ａ）に示すように、制動部材４０は、固定部４０ａと、立上部４０ｂと、立上部４０ｂの一部を斜面で切欠いた規制部とを有している。規制部は、支持枠部１４の下面側の第１規制部４０ｃと、上面側の第２規制部４０ｄとから構成されている。制動部材５０は、固定部５０ａと、立上部５０ｂと、立上部５０ｂの一部を斜面で切欠いた規制部とを有している。規制部は、支持枠部１４の下面側の第１規制部５０ｃと、上面側の第２規制部５０ｄとから構成されている。なお、制動部材４０，５０は、図１（ａ）に示すように、それぞれの規制部が中心軸Ｐから同じ位置になるように配置されている。

次に、制動部材４０，５０と支持枠部１４との関係について図２（ｂ）を参照して説明する。なお、制動部材４０を例示して説明する。制動部材４０は、支持枠部１４の厚み方向を表裏両面から挟む斜面からなる規制部としての第１規制部４０ｃ及び第２規制部４０ｄを有する。第１規制部４０ｃ及び第２規制部４０ｄのそれぞれと支持枠部１４とは、Ｚ方向（厚み方向）で隙間ｄ、Ｙ方向で隙間ｅを有している。隙間ｄは、支持枠部１４の自由端が隙間ｄ分変位したところで第１規制部４０ｃまたは第２規制部４０ｄと接触することによって、支持枠部１４の変位をその隙間分の範囲に規制する。隙間ｅは、高温加熱した際に支持枠部１４が伸長する長さ分を吸収可能な大きさを有し、支持枠部１４が伸長することに起因する物理量検出素子１３の歪の発生を抑制する。

次に、本実施形態の物理量検出デバイス１の製造方法を図１（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
まず、パッケージベース２１の支持枠部１４先端側の段部２３ａに制動部材４０，５０を接着剤３０によって固定する。そして、物理量検出素子１３と質量部１５とを固定したカンチレバー９を、支持枠部１４の先端部を制動部材４０，５０の斜面を利用して斜め上方から挿入する。そして、ベース部１０をパッケージベース２１（段部２３ａ）に接着固定する。続いて、前述したような構成で配線接続を行った後に、リッド２２を接合部材２０ａによってパッケージベース２１の開口部を封止する。

なお、図２（ａ）に示すように、制動部材４０，５０を、固定部４０ａと固定部５０ａとを接続部６０で接続して一体化する構成としてもよい。制動部材４０，５０または一体化した制動部材は、金属のプレス加工等で容易に、しかも高精度で製造することが可能である。
続いて、物理量検出デバイス１の動作について説明する。

図３は、実施形態１に係る物理量検出デバイス１の動作を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、可動部１２が−Ｚ方向に変位した状態を示し、（ｂ）は、可動部１２が＋Ｚ方向に変位した状態を示す。

図３（ａ）に示すように、物理量検出器２に、＋Ｚ方向の加速度が加えられると、可動部１２には−Ｚ方向に力が作用し、可動部１２は継手部１１を支点として−Ｚ方向に変位する。すると、物理量検出素子１３には、Ｙ方向に第１基部１３ｄと第２基部１３ｅとが互いに離される方向の力が加わり、振動梁部１３ａ，１３ｂには引っ張り応力が生じる。そのため、振動梁部１３ａ，１３ｂの共振周波数（振動周波数）は、高くなる。

一方、図３（ｂ）に示すように、物理量検出器２に、−Ｚ方向の加速度が加えられると、可動部１２には＋Ｚ方向に力が作用し、可動部１２は、継手部１１を支点として＋Ｚ方向に変位する。これにより、物理量検出素子１３には、Ｙ方向に第１基部１３ｄと第２基部１３ｅとが互いに近づく方向に力が加わり、振動梁部１３ａ，１３ｂには圧縮応力が生じる。そのため、振動梁部１３ａ，１３ｂの共振周波数は、低くなる。

物理量検出器２では、物理量を上記のような物理量検出素子１３の共振周波数の変化として検出している。より具体的には、物理量検出器２に加わる加速度は、上記の検出された共振周波数の変化の割合に応じて、ルックアップテーブルなどによって定められた数値に変換することで導出される。

なお、物理量検出器２を傾斜計に用いた場合には、傾斜の姿勢（傾斜角度）の変化に応じて、傾斜計に対する重力加速度が加わる方向が変化し、振動梁部１３ａ，１３ｂに引っ張り応力や圧縮応力が生じる。従って、振動梁部１３ａ，１３ｂの共振周波数が変化する。

また、上記の例では、物理量検出素子１３として、いわゆる双音叉素子を用いた例について説明したが、可動部１２の変位に応じて共振周波数が変化すれば、物理量検出素子１３の形態は、特に限定されない。

図３（ａ）に示すように、物理量検出器２は、＋Ｚ方向に加わる加速度が所定の大きさより大きい場合、支持枠部１４の先端部が制動部材４０，５０の第１規制部４０ｃ，５０ｃに接触することで、支持枠部１４の動き量が規制される。なお、加速度が所定の大きさよりも大きい場合に、可動部１２に固定された質量部１５が支持枠部１４の交差する部分（図１（ａ）のＢ領域）に接触する場合がある。物理量検出デバイス１は、制動部材４０，５０によって、−Ｚ方向に変位する支持枠部１４の動き量を規制し、その結果、可動部１２の変位を、所定の範囲内に規制することができる。

一方、図３（ｂ）に示すように、物理量検出器２は、−Ｚ方向に加わる加速度が所定の大きさより大きい場合、支持枠部１４の先端部が制動部材４０，５０の第２規制部４０ｄ，５０ｄに接触することで、支持枠部１４の動き量が規制される。なお、可動部１２に固定された質量部１５に、支持枠部１４の交差する部分（図１（ａ）のＢ領域）が接触する場合がある。物理量検出デバイス１は、制動部材４０，５０によって、＋Ｚ方向に変位する支持枠部１４の動き量を規制し、その結果、可動部１２の変位を、所定の範囲内（隙間ｄに相当する範囲）に規制することができる。

以上のことから、隙間ｃと隙間ｄでは、ほぼ同じ大きさに設定するか、隙間ｃ＜隙間ｄに設定することがより好ましい。
また、制動部材４０，５０のどちらかを中心軸Ｐ上に一つ配置する構成としてもよい。

以上説明した実施形態１に係る物理量検出デバイス１は、支持枠部１４の動き量を規制する制動部材４０，５０を設けている。制動部材４０，５０は、温度変化による支持枠部１４の伸縮を妨げない隙間ｅを有していることから、高温加熱した際に支持枠部１４が伸長することによる物理量検出素子１３の歪の発生を抑制し、この歪に起因する共振周波数への影響を排除することができる。

また、支持枠部１４の先端部（自由端）が制動部材４０，５０との厚み方向の隙間分（隙間ｄ）変位したところで制動部材４０，５０と接触することによって、支持枠部１４の変位をその隙間分の範囲に規制することができ、カンチレバー９の破壊を防止することができる。なお、質量部１５と支持枠部１４との間にも隙間ｃを設けており、可動部１２がその隙間分変位したところで支持枠部１４と接触し、その際、支持枠部１４が制動部材４０，５０に接触することによって、質量部（可動部も含む）の動き量をその隙間分、または支持枠部１４と制動部材４０，５０との隙間分の範囲に規制することができる。
従って、本実施形態による物理量検出デバイス１は、温度変化による支持枠部１４の伸縮に起因する共振周波数への影響や、外部から強度の限界を超える変位による可動部１２、物理量検出素子１３の破損を回避することができる。

さらに、前述した従来技術のように、質量部１５に想定以上の力が作用する場合にスクイーズ・フィルム・ガス・制動を用いて動き量を制御する方法に比べて、制動部材４０，５０の支持枠部１４に対する寸法管理で、支持枠部１４及び可動部１２の動き量を容易に制御できるという効果がある。

また、制動部材４０，５０を、ベース部１０とは反対側の支持枠部１４の先端部に配置しているので、ベース部１０に近い部分に配置する場合よりも、質量部１５及び支持枠部１４の動き量を小さく、しかも高精度に管理することができる。

また、規制部は、斜面からなる第１規制部４０ｃ，５０ｃ及び第２規制部４０ｄ，５０ｄによって形成されているので、制動部材４０，５０をパッケージベース２１の段部２３ａに固定した後に、支持枠部１４の先端部を斜面を利用して容易に装着することが可能である。
（実施形態１・変形例）

なお、制動部材４０，５０の支持枠部１４に対する位置は、前述したような支持枠部１４の先端方向に限らない。例えば、支持枠部１４の先端部の幅方向両側に配置してもよい。
図４は、実施形態１の変形例に係る物理量検出デバイス１を示す平面図である。図４は、リッド２２を省略して図示している。なお、実施形態１との共通部分には同じ符号を付し、詳しい説明を省略する。図４に示すように、制動部材４０は支持枠部１４の先端部の幅方向（＋Ｘ方向）に配置され、制動部材５０は制動部材４０とは反対側の支持枠部１４の先端部の幅方向（−Ｘ方向）に配置されている。制動部材４０，５０は実施形態１（図２（ａ），（ｂ）、参照）と同じものを用いることできる。

上記変形例においても、実施形態１に比べて制動部材４０，５０の配置位置が異なるだけで、実施形態１と同様な効果が得られる。なお、制動部材４０，５０それぞれの規制部（第１規制部４０ｃ，５０ｃと第２規制部４０ｄ，４０ｅ）とを対向するように配置して一体化させることも可能である。
（実施形態２）

続いて、実施形態２に係る物理量検出デバイス１について説明する。実施形態２は、前述した実施形態１に対して制動部材の構成が異なり、他の構成は実施形態１と共通であるため、相違箇所を中心に説明する。なお、共通部分には実施形態１と同じ符号を付している。
図５は、実施形態２に係る物理量検出デバイス１を示す断面図である。本実施形態は、制動部材が、パッケージベース２１の一部を支持枠部１４の厚み方向両側に隙間を有して挟むように突設され構成されていることに特徴を有する。
パッケージベース２１は、セラミックのグリーンシートを複数枚積層、焼成することによって形成されている。図５に示すように、複数枚のグリーンシートの内の支持枠部１４の下部位置のグリーンシート２１ａを支持枠部１４に向かって突設し、グリーンシート２１ａの上部のグリーンシート２１ｂを支持枠部１４の先端部と隙間ｅを有して突設している。なお、グリーンシート２１ｂは、必ずしも支持枠部１４方向に突設させなくてもよい。

さらに、グリーンシート２１ｂの上部のグリーンシート２１ｃを支持枠部１４の上部位置に突設している。グリーンシート２１ａ，２１ｃの突設量は、支持枠部１４のＺ方向への動きを規制できる範囲で、できるだけ小さく設定する。そして、グリーンシート２１ａ，２１ｃ各々と支持枠部１４との間隔は隙間ｄとする。ここで、グリーンシート２１ａが下部規制部であって、グリーンシート２１ｃが上部規制部である。

このような構成における物理量検出デバイス１は、物理量検出素子１３と質量部１５とを固定したカンチレバー９を、支持枠部１４の先端部を下部規制部であるグリーンシート２１ａと上部規制部であるグリーンシート２１ｃにより形成される隙間に斜め上方から挿入し、ベース部１０をパッケージベース２１（段部２３ａ）に接着固定する。続いて、前述したような構成で配線接続を行った後に、リッド２２を接合部材２０ａを用いてパッケージベース２１の開口部を封止することで製造できる。

このようにすれば、グリーンシートのうちの２枚（グリーンシート２１ａ，２１ｃ）を支持枠部１４の表裏を所定の隙間ｄを有して挟むように突設させれば、構成要素を増やさずに制動部材を構成することができる。

なお、下部規制部であるグリーンシート２１ａ及び上部規制部であるグリーンシート２１ｃの形成範囲は、支持枠部１４の先端部の幅（Ｘ方向全体）にわたって形成しても、実施形態１の制動部材４０，５０と同様に２箇所でもよい。
（実施形態３）

続いて、実施形態３に係る物理量検出デバイス１について説明する。実施形態３は、前述した実施形態１に対して制動部材の構成が異なり、他の構成は実施形態１と共通であるため、相違箇所を中心に説明する。なお、共通部分には実施形態１と同じ符号を付している。
図６は、実施形態３に係る物理量検出デバイス１を示し、（ａ）は実施例１を示す断面図、（ｂ）は実施例２を示す部分断面図である。まず、図６（ａ）を参照して実施例１について説明する。パッケージベース２１は、前述したように、セラミックのグリーンシートを複数枚積層し焼成することによって形成されている。図６に示すように、複数枚のグリーンシートの内の支持枠部１４の下部位置のグリーンシート２１ａを支持枠部１４に向かって突出させ、グリーンシート２１ａの上部のグリーンシート２１ｂを支持枠部１４の先端部と少なくとも隙間ｅを有し、かつ上部規制部材５１が固定可能な面積の範囲に突出させる。

グリーンシート２１ａと上部規制部材５１の突出量は、支持枠部１４のＺ方向への動きを規制できる範囲で、できるだけ小さく設定する。そして、グリーンシート２１ａと上部規制部材５１のそれぞれと支持枠部１４との間隔は隙間ｄとする。従って、グリーンシート２１ａは、下部規制部に相当する。

このような構成における物理量検出デバイス１の製造は、物理量検出素子１３と質量部１５とを固定したカンチレバー９を、支持枠部１４の先端部を下部規制部であるグリーンシート２１ａ上に、ベース部１０を段部２３ａ上に載置し、ベース部１０をパッケージベース２１（段部２３ａ）に接着固定する。次に、上部規制部材５１をグリーンシート２１ｂ上に接着固定し、前述したような構成で配線接続を行った後に、リッド２２を接合部材２０ａによってパッケージベース２１の開口部を封止することで成し得る。なお、予め、上部規制部材５１をグリーンシート２１ｂに接着固定しておき、物理量検出素子１３と質量部１５とを固定したカンチレバー９をパッケージベース２１に装着することもできる。

このようにすれば、支持枠部１４が下部規制部であるグリーンシート２１ａ、または上部規制部材５１に所定の隙間ｄ分変位したところで接触することによって、支持枠部１４の変位をその隙間の範囲に規制することができ、その結果、可動部１２の動き量を規制することができる。

なお、図６（ｂ）に示す実施例２は、実施例１に対して上部規制部材の構成が異なることに特徴を有している。他の構成は、実施例１と同じであるため相違箇所を説明する。図６（ｂ）に示すように、下部規制部であるグリーンシート２１ａが支持枠部１４に向かって突設され、グリーンシート２１ａの上部に上部規制部材５２が固定されている。上部規制部材５２は、支持枠部１４との隙間ｅ及び隙間ｄを確保するための立上部５２ａと、支持枠部１４の上部に突設される上部規制部５２ｂを有している。

下部規制部であるグリーンシート２１ａと上部規制部５２ｂの突出量は、支持枠部１４のＺ方向への動きを規制できる範囲で、できるだけ小さく設定することが望ましい。

なお、実施例２による物理量検出デバイス１の製造は、前述した実施例１と同様な製造方法を適用できる。
このような実施例２においても、前述した実施例１と同様な効果が得られる。
（実施形態４）

続いて、実施形態４に係る物理量検出デバイス１について説明する。実施形態４は、前述した実施形態１に対して制動部材の構成及び配置が異なり、他の構成は実施形態１と共通であるため、相違箇所を中心に説明する。なお、共通部分には実施形態１と同じ符号を付している。
図７は、実施形態４に係る物理量検出デバイス１を示し、（ａ）は支持枠部１４の先端方向から視認した断面図、（ｂ）は制動部材を示す斜視図である。なお、図７（ａ）はリッドの図示を省略している。図７（ａ）に示すように、物理量検出デバイス１は、支持枠部１４のＸ方向両側に一対の制動部材７０が配置されている。

制動部材７０は、パッケージベース２１の段部２３ａに制動部材７０を固定する固定部と、固定部に対して直交する方向に延在される立上部７０ｃと、立上部７０ｃから支持枠部１４の厚み方向両側を隙間ｄを有して挟むように略平行に延在される下部規制部７０ａと上部規制部７０ｂと、から構成されている。なお、下部規制部７０ａの段部２３ａ側下面が固定部に相当する。下部規制部７０ａと支持枠部１４、上部規制部７０ｂと支持枠部１４の間には隙間ｄが形成されている。また、立上部７０ｃと支持枠部１４との間には、隙間ｅが形成される。

制動部材７０は、図７（ｂ）に示すように、実施形態１（図１（ａ）、図４、参照）の制動部材４０，５０の位置と同様に支持枠部１４の先端部のみに配置する形状でもよく、支持枠部１４の自由端の長さ（先端部からベース部１０直前まで）にわたって形成される長尺形状（図示７０’で表す）であってもよい。

このような構成の物理量検出デバイス１の製造は、物理量検出素子１３と質量部１５とを固定したカンチレバー９のＸ方向両側に一対の制動部材７０を仮装着した状態でパッケージベース２１の段部２３ａに載置し、ベース部１０をパッケージベース２１（段部２３ａ）に接着固定すると共に、制動部材７０をパッケージベース２１に接着固定する。続いて、前述したような構成で配線接続を行った後に、リッド２２を接合部材２０ａを用いてパッケージベース２１の開口部を封止することで成し得る。

このようにすれば、支持枠部１４が下部規制部７０ａまたは上部規制部７０ｂの隙間ｄ分変位したところで支持枠部１４が制動部材７０に接触することによって、支持枠部１４の変位をその隙間の範囲に規制することができる。
（実施形態５）

続いて、実施形態５に係る物理量検出デバイス１について説明する。前述した実施形態１〜実施形態４では、制動部材をパッケージベース２１側に設けているが、実施形態５では、制動部材の一部をリッド２２側に設けたことを特徴としている。よって、相違箇所を中心に、実施形態１と共通部分には同じ符号を付して説明する。
図８は、実施形態５に係る物理量検出デバイス１を示す断面図である。物理量検出デバイス１は、パッケージベース２１の内部に物理量検出器２が収容されており、パッケージベース２１の開口部がリッド２２によって封止されている。

前述したように、パッケージベース２１は、セラミックのグリーンシートを複数枚積層し焼成して形成されている。本実施形態では、制動部材は、パッケージベース２１のグリーンシート２１ａを支持枠部１４の厚み方向の下部に突設させた下部規制部と、リッド２２から支持枠部１４に向かって突設した上部規制部材８０と、で構成されている。グリーンシート２１ａからなる下部規制部は、前述した実施形態２（図５、参照）または実施形態３（図６、参照）に記載のグリーンシート２１ａと同じ形状を適用できる。また、上部規制部材８０は、支持枠部１４の先端部に配置されており、その配置位置、数は特に限定されないが、例えば、実施形態１（図１、図４、参照）、のように同様な位置に２箇所設ける構成、実施形態２〜実施形態４（図５、図６、図７、参照）のように面として配置する構成としても良い。そして、上部規制部材８０の下部端面８０ａと支持枠部１４との間には、隙間ｄが設けられている。

このような構成によっても、前述した各実施形態と同様な効果を得ることができる。
また、リッド２２に上部規制部材８０を突設させる構造では、上部規制部材の配置、数などの自由度が増すという効果もある。
（実施形態６）

続いて、実施形態６に係る物理量検出デバイスについて説明する。実施形態６は、カンチレバーの支持枠部が、自由端側で２分割されていること、カンチレバーの可動部に２分割された質量部が固定されていること、物理量検出素子がカンチレバーの自由端部まで延在されていること、を特徴としている。
図９は、実施形態６に係る物理量検出デバイス３を示す平面図である。なお、配線及びリッドの図示は省略し、前述した実施形態１との共通部分には、同一符号を付している。

本実施形態の物理量検出デバイス３は、物理量検出器４が容器状のパッケージベース１２１内に収容されている。物理量検出器４の主要構成は前述した各実施形態と同じであるが、物理量検出素子１１３は、カンチレバー１０９のベース部１１０と可動部１１２に継手部１１１を跨いで固定されており、質量部１１５が物理量検出素子１１３を挟んで＋Ｘ側と−Ｘ側とに配置されている。なお、質量部１１５は、可動部１１２の第２主面１１２ｂ側にも第１主面１１２ａ側と同様な位置に配置されている。

質量部１１５の一部は、支持枠部１１４の突出部１１４ａと一部が重なっている（図９の斜線部分：領域Ｂ）。しかし、質量部１１５と突出部１１４ａとが重なる領域Ｂでは、図１（ｂ）と同様に、質量部１１５と支持枠部１１４との間に隙間ｃが設けられている。
カンチレバー１０９（可動部１１２）と質量部１１５との接合は接着剤１６を用いて実施形態１と同様に行われる。
また、物理量検出素子１１３は、ベース部１１０の端部から可動部１１２の自由端部にまで延在されている。

カンチレバー１０９は、ベース部１１０において、接続端子１０ｅ，１０ｆがパッケージベース１２１の段部１２３ａに設けられている内部端子２４，２５に接続固定されている。この固定構造は、実施形態１と同様である。支持枠部１１４の先端部において、＋Ｘ側には制動部材４０が配設され、−Ｘ側には制動部材５０が配設されている。制動部材４０，５０は、実施形態１の変形例（図４、参照）を例示しているが、実施形態１（図１、参照）、実施形態２（図５、参照）、実施形態３（図６、参照）、実施形態４（図７、参照）、及び実施形態５（図８、参照）の構成も適用可能である。

上述した実施形態６による物理量検出デバイス３は、物理量検出素子１１３の第２基部１１３ｅを第１実施形態と同じ位置に配置し、第１基部１１３ｄを可動部１１２の自由端側の端部に移動させて配置し、振動梁部１１３ａ，１１３ｂを実施形態１よりも長くしたものである。よって、加速度が加えられることによる可動部１１２の僅かな変位でも振動梁部１１３ａ，１１３ｂが伸縮しやすくなり、検出感度を高めることを目的とする構成である。
このような構成であっても、前述した各実施形態と同様に、制動部材４０，５０を用いること、及び制動部材４０，５０と支持枠部１１４との伸縮方向の隙間ｅを適切に設定することによって、高温加熱した際に支持枠部１１４が伸長することによる物理量検出素子１１３の歪の発生を抑制し、この歪に起因する共振周波数への影響を排除することができる。

また、支持枠部１１４の制動部材４０，５０との厚み方向の隙間ｄを適切に設定することで、自由端が隙間ｄ分変位したところで制動部材４０，５０と接触することによって、支持枠部１１４の変位をその隙間分の範囲に規制することができ、カンチレバー１０９の破壊を防止することができる。なお、質量部１１５と支持枠部１１４との間にも隙間ｃを設けており、可動部１１２がその隙間分変位したところで支持枠部１１４と接触することによって、可動部１１２の動き量をその隙間分、または支持枠部１１４と制動部材４０，５０との隙間分の範囲に規制することができる。
従って、本実施形態の物理量検出デバイス３は、温度変化による影響や、外部から強度の限界を超える変位によるカンチレバー１０９や物理量検出素子１１３の破損を回避することができる。
（電子機器）

次に、前述した実施形態１〜実施形態６に記載した物理量検出デバイス１または物理量検出デバイス３を備えた電子機器について説明する。
図１０は、電子機器の１例として傾斜計を例示した模式斜視図である。傾斜計５は、実施形態１〜実施形態６のいずれかに記載の物理量検出デバイス１または物理量検出デバイス３を、傾斜センサーとして備えている。
傾斜計５は、例えば、山の斜面、道路の法面、盛土の擁壁面などの被計測場所に設置される。傾斜計５は、外部からケーブル９０を介して電源が供給され、または電源を内蔵し、図示しない駆動回路によって物理量検出デバイス１または物理量検出デバイス３（傾斜センサー）に駆動信号が送られている。
傾斜計５は、図示しない物理量検出回路によって、傾斜センサーに加わる重力加速度に応じて変化する共振周波数から、傾斜計５の姿勢の変化（傾斜計５に対する重力加速度が加わる方向の変化）を検出し、それを角度に換算して、例えば、無線などで基地局にデータ転送する。従って、傾斜計５は、被計測場所における異常の早期発見に貢献することができる。

前述した物理量検出デバイス１，３は、上記傾斜計に限らず、振動計や地震計、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、携帯電話などに用いる加速度センサー、鉱物資源調査等に用いる重力センサーなどに好適である。いずれの場合にも前述した各実施形態に記載の効果を奏する電子機器を提供することができる。

なお、上記各実施形態において、カンチレバー９またはカンチレバー１０９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。
また、物理量検出素子１３，１１３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。

１…物理量検出デバイス、９…カンチレバー、１０…ベース部、１１…継手部、１２…可動部、１３…物理量検出素子、１４…支持枠部、１５…質量部、２１…パッケージベース、２３ａ…パッケージベースの段部、４０，５０…制動部材。

Claims (8)

1. パッケージベースと、
   前記パッケージベースに設けられる段部に固定されるベース部と、前記ベース部に支持されており物理量の変化に応じて変位する可動部と、前記ベース部に連続し前記可動部の周縁に沿って延在される支持枠部と、を有する平板状のカンチレバーと、
   前記ベース部と前記可動部とに掛け渡されて固定される物理量検出素子と、
   前記可動部の主面に、配置される質量部と、
   前記支持枠部に対し、平面視で前記支持枠部と重なっており、且つ前記支持枠部の側面及び表裏両面との間で隙間をもって前記パッケージベースに備えられている制動部材と、を備えていることを特徴とする物理量検出デバイス。
2. 前記制動部材が、
   前記支持枠部の前記ベース部とは反対側の先端部、または前記先端部の幅方向両側に配置されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の物理量検出デバイス。
3. 前記制動部材が、
   前記パッケージベースに前記制動部材を固定する固定部と、
   前記支持枠部の厚み方向を表裏両面から挟む前記支持枠部材側が開口した斜面からなる規制部と、を備えていること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の物理量検出デバイス。
4. 前記制動部材が、
   前記パッケージベースの一部を前記支持枠部の厚み方向両側に隙間を有して挟むように突設される上部規制部と下部規制部とからなること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の物理量検出デバイス。
5. 前記制動部材が、
   前記パッケージベースの一部を前記支持枠部の厚み方向の下部に突設させた下部規制部と、前記支持枠部の厚み方向の上部に配置された上部規制部材と、からなること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の物理量検出デバイス。
6. 前記制動部材が、
   前記パッケージベースに前記制動部材を固定する固定部と、
   前記固定部に対して略直交する立上部と、
   前記立上部から前記支持枠部の厚み方向両側を隙間を有して挟むように略平行に延在される上部規制部と下部規制部と、からなること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の物理量検出デバイス。
7. 前記パッケージベースの開口部を封止するリッドがさらに備えられ、
   前記制動部材が、
   前記パッケージベースの一部を前記支持枠部の厚み方向の下部に突設させた下部規制部と、前記リッドから前記支持枠部に向かって突設される上部規制部材と、からなること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の物理量検出デバイス。
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検出デバイスと、
   少なくとも物理量検出回路と、
   を備えていることを特徴とする電子機器。

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