JP2016057072A - 物理量センサー素子、物理量センサー、電子機器および移動体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の物理量センサー素子1は、XY平面に沿った板状をなし、Z軸方向に振動する2つの駆動部24と、2つの検出部21と、一方の駆動部24と一方の検出部21とを接続している4つの梁部25と、他方の駆動部24と他方の検出部21とを接続している4つの梁部25と、一端部が一方の駆動部24の内側の部分に接続され、他端部が他方の駆動部24の内側の部分に接続されている連結部28と、を備え、各駆動部24は、連結部28の端部が接続されていて、XY平面に対する各駆動部24の姿勢の変化を低減するように変形可能な梁部29を有する。
【選択図】図1
Description
本発明の物理量センサー素子は、基準面に沿った板状をなし、前記基準面の法線に沿った方向に振動する第1質量部および第2質量部と、
第1支持部と、
前記第1質量部と前記第1支持部とを接続している第1梁部と、
第2支持部と、
前記第2質量部と前記第2支持部とを接続している第2梁部と、
一端部が前記第1質量部の内側の部分に接続され、他端部が前記第2質量部の内側の部分に接続されている連結部と、
を備え、
前記第1質量部は、前記連結部の前記一端部が接続されていて、前記基準面に対する前記第1質量部の姿勢の変化を低減するように変形可能な第1変形容易部を有し、
前記第2質量部は、前記連結部の前記他端部が接続されていて、前記基準面に対する前記第2質量部の姿勢の変化を低減するように変形可能な第2変形容易部を有することを特徴とする。
本発明の物理量センサー素子では、前記第1変形容易部および前記第2変形容易部は、それぞれ、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第1質量部と前記第2質量部とが並ぶ方向に対して交差する方向に沿って延びていることが好ましい。
本発明の物理量センサー素子では、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第1変形容易部および前記第2変形容易部のそれぞれの幅は、前記連結部の幅よりも狭いことが好ましい。
本発明の物理量センサー素子では、前記第1質量部は、前記第1変形容易部が配置されている第1隙間部を有し、
前記第2質量部は、前記第2変形容易部が配置されている第2隙間部を有することが好ましい。
本発明の物理量センサー素子では、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第1質量部と前記第2質量部との間に配置されていて、前記第1質量部と前記第2質量部とが並ぶ方向に対して交差する方向に沿って延びている支持梁部を備え、
前記連結部の途中が前記支持梁部に支持されていることが好ましい。
本発明の物理量センサー素子では、前記基準面に沿って配置されている基板と、
前記基板に固定されている第1固定部および第2固定部と、
前記第1固定部と前記第1支持部とを接続している第3梁部と、
前記第2固定部と前記第2支持部とを接続している第4梁部と、
前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で前記第1質量部に重なる位置に設けられている第1電極と、
前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で前記第2質量部に重なる位置に設けられている第2電極と、
を備えることが好ましい。
本発明の物理量センサー素子では、前記基板に固定されていて、前記第1支持部の前記基準面に沿った方向の振動を検出する第1検出電極と、
前記基板に固定されていて、前記第2支持部の前記基準面に沿った方向の振動を検出する第2検出電極と、
を備えることが好ましい。
本発明の物理量センサー素子では、前記第1変形容易部は、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第1質量部の重心を含む位置に配置され、
前記第2変形容易部は、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第2質量部の重心を含む位置に配置されていることが好ましい。
本発明の物理量センサーは、本発明の物理量センサー素子と、
前記物理量センサー素子を収納しているパッケージと、を備えていることを特徴とする。
これにより、優れた検出精度を有する物理量センサーを提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサー素子を備えていることを特徴とする。
本発明の移動体は、本発明の物理量センサー素子を備えていることを特徴とする。
まず、本発明の物理量センサー(本発明の物理量センサー素子を備える物理量センサー)の実施形態について説明する。
パッケージ11は、物理量センサー素子1を支持しているベース基板12(基板)と、ベース基板12に接合されている蓋部材13と、を有し、ベース基板12と蓋部材13との間に、物理量センサー素子1を収納している空間が形成されている。なお、ベース基板12は、物理量センサー素子1の一部を構成しているともいえる。
物理量センサー素子1は、2つの振動構造体2a、2bと、これら2つの振動構造体2a、2b間を連結する連結構造体2cと、振動構造体2a、2bを駆動振動させる2つの駆動用固定電極部3と、振動構造体2a、2bの検出振動を検出する4つの検出用固定電極部4と、振動構造体2a、2bの駆動状態を検出する2つの駆動モニター用電極5と、を有している。以下、物理量センサー素子1の各部について順次説明する。
振動構造体2a、2bは、X軸方向に並んで配置されている。振動構造体2a、2bは、図1にて左右対称に配置されている以外は、互いに同様に構成されており、それぞれ、検出部21と、パッケージ11のベース基板12に固定された4つの固定部22と、検出部21と4つの固定部22とを接続している4つの梁部23と、駆動部24と、検出部21と駆動部24とを接続している4つの梁部25と、を有している。ここで、振動構造体2aの梁部25が「第1梁部」、梁部23が「第3梁部」、固定部22が「第1固定部」、駆動部24が「第1質量部」、検出部21が「第1支持部」を構成している。また、振動構造体2bの梁部25が「第2梁部」、梁部23が「第4梁部」、固定部22が「第2固定部」、駆動部24が「第2質量部」、検出部21が「第2支持部」を構成している。
振動構造体2a、2bのそれぞれの検出部21は、フレーム部211と、フレーム部211に設けられている検出用可動電極部212と、を有している。
振動構造体2a、2bのそれぞれの4つの固定部22は、前述したパッケージ11のベース基板12の凹部121の外側にてベース基板12の上面に接合・固定されている。かかる接合方法としては、ベース基板12および固定部22の構成材料によっても異なり、特に限定されないが、例えば、直接接合、陽極接合等の固体接合法等を用いることができる。
振動構造体2a、2bのそれぞれの4つの梁部23は、平面視において、検出部21のフレーム部211の各角部に対応しており、それぞれ、対応する検出部21と固定部22とを連結している。
振動構造体2a、2bのそれぞれの駆動部24は、前述した検出部21のフレーム部211の内側に配置されている。駆動部24は、前述したパッケージ11のベース基板12の上面を基準面として、当該基準面に沿った板状をなしている。本実施形態では、駆動部24は、平面視において、フレーム部211の形状に沿った略四角形をなす外形を有している。
振動構造体2a、2bのそれぞれの4つの梁部25は、フレーム部211の各角部および駆動部24の各角部に対応しており、それぞれ、対応する検出部21と駆動部24とを連結している。
連結構造体2cは、2つの振動構造体2a、2b間に配置されている。この連結構造体2cは、2つの固定部26と、2つの固定部26間を接続している支持梁部27と、支持梁部27に支持されているとともに振動構造体2a、2bの梁部29同士を連結している連結部28と、を有している。
2つの駆動用固定電極部3は、それぞれ、前述したパッケージ11のベース基板12に形成された凹部121の底面に固定されている。この各駆動用固定電極部3は、対応する駆動部24に対して間隔を隔てて対向して配置されている。ここで、各駆動用固定電極部3は、平面視において、対応する駆動部24に重なる位置に配置されている。本実施形態では、各駆動用固定電極部3は、平面視において、対応する駆動部24の外周に沿った略環状をなしている。
4つの検出用固定電極部4は、それぞれ、前述したパッケージ11のベース基板12の凹部121の外側にてベース基板12の上面に接合・固定されている。この4つの検出用固定電極部4は、振動構造体2aの検出振動を検出する2つの検出用固定電極部4(第1検出電極)と、振動構造体2bの検出振動を検出する2つの検出用固定電極部4(第2検出電極)と、で構成されている。振動構造体2aの検出振動を検出する2つの検出用固定電極部4は、振動構造体2aを挟むようにして、Y軸方向に並んで配置されている。同様に、振動構造体2bの検出振動を検出する2つの検出用固定電極部4は、振動構造体2bを挟むようにして、Y軸方向に並んで配置されている。
2つの駆動モニター用電極5は、それぞれ、前述したパッケージ11のベース基板12に形成された凹部121の底面に接合・固定されている。この各駆動モニター用電極5は、対応する駆動部24に対して間隔を隔てて対向して配置されている。ここで、各駆動モニター用電極5は、平面視において、対応する駆動部24に重なる位置に配置されている。本実施形態では、各駆動モニター用電極5は、平面視において、前述した環状をなす駆動用固定電極部3の内側に配置されていて、対応する駆動部24の中央部に重なっている。
互いに対向している駆動用固定電極部3と駆動部24との間に周期的に変化する電圧(例えば交番電圧)を駆動電圧として印加する。すると、駆動用固定電極部3と駆動部24との間に周期的に強度が変化する静電引力が生じ、これにより、梁部25の弾性変形を伴って、駆動部24がZ軸方向に振動する。
次いで、物理量センサー素子1を用いた電子機器について、図5〜図7に基づき、詳細に説明する。
次いで、物理量センサー素子1を用いた移動体について、図8に基づき、詳細に説明する。
自動車1500には、ジャイロセンサーとして機能する物理量センサー素子1が内蔵されており、物理量センサー素子1によって車体1501の姿勢を検出することができる。物理量センサー素子1の検出信号は、車体姿勢制御装置1502に供給され、車体姿勢制御装置1502は、その信号に基づいて車体1501の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪1503のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、物理量センサー素子1が組み込まれる。
2a‥‥振動構造体
2b‥‥振動構造体
2c‥‥連結構造体
3‥‥駆動用固定電極部
4‥‥検出用固定電極部
5‥‥駆動モニター用電極
10‥‥物理量センサー
11‥‥パッケージ
12‥‥ベース基板
13‥‥蓋部材
21‥‥検出部
22‥‥固定部
23‥‥梁部
24‥‥駆動部
25‥‥梁部
26‥‥固定部
27‥‥支持梁部
28‥‥連結部
29‥‥梁部
31‥‥配線
32‥‥端子
41‥‥電極指
42‥‥電極指
43‥‥接続部
44‥‥配線
45‥‥端子
51‥‥配線
52‥‥端子
121‥‥凹部
131‥‥凹部
211‥‥フレーム部
212‥‥検出用可動電極部
241‥‥隙間部
1100‥‥パーソナルコンピューター
1102‥‥キーボード
1104‥‥本体部
1106‥‥表示ユニット
1108‥‥表示部
1200‥‥携帯電話機
1202‥‥操作ボタン
1204‥‥受話口
1206‥‥送話口
1208‥‥表示部
1300‥‥ディジタルスチルカメラ
1302‥‥ケース
1304‥‥受光ユニット
1306‥‥シャッターボタン
1308‥‥メモリー
1310‥‥表示部
1312‥‥ビデオ信号出力端子
1314‥‥入出力端子
1430‥‥テレビモニター
1440‥‥パーソナルコンピューター
1500‥‥自動車
1501‥‥車体
1502‥‥車体姿勢制御装置
1503‥‥車輪
a‥‥軸線
a1‥‥軸線
a2‥‥軸線
g1‥‥隙間
g2‥‥隙間
α1‥‥方向
α2‥‥方向
β1‥‥方向
β2‥‥方向
Claims (11)
- 基準面に沿った板状をなし、前記基準面の法線に沿った方向に振動する第1質量部および第2質量部と、
第1支持部と、
前記第1質量部と前記第1支持部とを接続している第1梁部と、
第2支持部と、
前記第2質量部と前記第2支持部とを接続している第2梁部と、
一端部が前記第1質量部の内側の部分に接続され、他端部が前記第2質量部の内側の部分に接続されている連結部と、
を備え、
前記第1質量部は、前記連結部の前記一端部が接続されていて、前記基準面に対する前記第1質量部の姿勢の変化を低減するように変形可能な第1変形容易部を有し、
前記第2質量部は、前記連結部の前記他端部が接続されていて、前記基準面に対する前記第2質量部の姿勢の変化を低減するように変形可能な第2変形容易部を有することを特徴とする物理量センサー素子。 - 前記第1変形容易部および前記第2変形容易部は、それぞれ、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第1質量部と前記第2質量部とが並ぶ方向に対して交差する方向に沿って延びている請求項1に記載の物理量センサー素子。
- 前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第1変形容易部および前記第2変形容易部のそれぞれの幅は、前記連結部の幅よりも狭い請求項2に記載の物理量センサー素子。
- 前記第1質量部は、前記第1変形容易部が配置されている第1隙間部を有し、
前記第2質量部は、前記第2変形容易部が配置されている第2隙間部を有する請求項1ないし3のいずれか1項に記載の物理量センサー素子。 - 前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第1質量部と前記第2質量部との間に配置されていて、前記第1質量部と前記第2質量部とが並ぶ方向に対して交差する方向に沿って延びている支持梁部を備え、
前記連結部の途中が前記支持梁部に支持されている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の物理量センサー素子。 - 前記基準面に沿って配置されている基板と、
前記基板に固定されている第1固定部および第2固定部と、
前記第1固定部と前記第1支持部とを接続している第3梁部と、
前記第2固定部と前記第2支持部とを接続している第4梁部と、
前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で前記第1質量部に重なる位置に設けられている第1電極と、
前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で前記第2質量部に重なる位置に設けられている第2電極と、
を備える請求項1ないし5のいずれか1項に記載の物理量センサー素子。 - 前記基板に固定されていて、前記第1支持部の前記基準面に沿った方向の振動を検出する第1検出電極と、
前記基板に固定されていて、前記第2支持部の前記基準面に沿った方向の振動を検出する第2検出電極と、
を備える請求項6に記載の物理量センサー素子。 - 前記第1変形容易部は、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第1質量部の重心を含む位置に配置され、
前記第2変形容易部は、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第2質量部の重心を含む位置に配置されている請求項1ないし7のいずれか1項に記載の物理量センサー素子。 - 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の物理量センサー素子と、
前記物理量センサー素子を収納しているパッケージと、を備えていることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の物理量センサー素子を備えていることを特徴とする電子機器。
- 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の物理量センサー素子を備えていることを特徴とする移動体。
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