JP2023121380A - 物理量センサー及び慣性計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性による不要振動に伴う不具合を抑制できる物理量センサー等の提供。【解決手段】物理量センサー１は、基板２に固定された固定部４０と、支持梁４２、４３と、固定電極部１０と、可動体ＭＢと、ダンパー部Ｄと、を含む。固定電極部１０は、基板２に設けられる。支持梁４２、４３は、固定部４０に一端が接続されている。可動体ＭＢは、可動電極部２０と、フレーム部３０と、を有する。可動電極部２０は固定電極部１０の固定電極１１、１２と対向する可動電極２１、２２を有する。フレーム部３０は、可動電極部２０と支持梁４２、４３の他端とを連結する。ダンパー部Ｄは、フレーム部３０に接続され、支持梁４２、４３とフレーム部３０に囲まれた領域に設けられ、第１方向ＤＲ１におけるフレーム部３０の振動をダンピングする。【選択図】 図１

Description

本発明は、物理量センサー及び慣性計測装置等に関する。

特許文献１には、１以上の回転子測定板および１以上の固定子測定板が、それらの間で行われる容量測定で感知軸の方向のプルーフマスの動きを測定することができるように構成される容量性微小電気機械加速度センサーが開示されている。当該加速度センサーでは、１以上の第１回転子減衰板および１以上の第１固定子減衰板は、第１減衰軸に直交する平行板の第１セットを形成し、第１減衰軸は、感知軸に略直交する。

特表２０２１－５２４０３５号公報

特許文献１に開示された加速度センサーは、減衰板がプルーフマスの外側に設けられているため、素子が大型化するという課題がある。

本開示の一態様は、互いに直交する方向を第１方向、第２方向及び第３方向としたとき、第３方向での物理量を検出する物理量センサーであって、基板に固定された固定部と、固定部に一端が接続された支持梁と、基板に設けられる固定電極部と、固定電極部の固定電極と対向する可動電極を有する可動電極部と、可動電極部と支持梁の他端とを連結するフレーム部と、を有する可動体と、フレーム部に接続され、支持梁とフレーム部に囲まれた領域に設けられ、第１方向におけるフレーム部の振動をダンピングするダンパー部と、を含む物理量センサーに関係する。

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。

本実施形態の物理量センサーの第１構成例の平面図。 検出部の動作説明図。 検出部の動作説明図。 物理量の検出方法の説明図。 フレーム部が変形する場合の説明図。 ダンパー部の斜視図。 本実施形態の物理量センサーの比較例の平面図。 第１構成例の変形例の平面図。 第１構成例の変形例の平面図。 本実施形態の物理量センサーの第２構成例の平面図。 本実施形態の物理量センサーの第３構成例の平面図。 第３構成例の変形例の平面図。 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。 物理量センサーの回路基板の斜視図。

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。

１．物理量センサー
本実施形態の物理量センサー１の構成例について、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を参照して説明する。図１は、本実施形態の物理量センサー１の第１構成例の平面図である。ここで、平面図は基板２に直交する方向での平面視の図である。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。

なお、図１や後述の図２～図１２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ており、全ての構成要素を示してはいない。例えば電極配線、電極端子等については図示を省略している。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、速度、圧力、変位、角速度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、図１において互いに直交する方向を第１方向ＤＲ１、第２方向ＤＲ２、第３方向ＤＲ３としている。第１方向ＤＲ１、第２方向ＤＲ２、第３方向ＤＲ３は、各々、例えばＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向であるが、これに限定されない。例えば、Ｚ軸方向に対応する第３方向ＤＲ３は、例えば物理量センサー１の基板２に直交する方向であり、例えば鉛直方向である。また第４方向ＤＲ４は第３方向ＤＲ３の反対方向であり、例えばＺ軸方向マイナス側の方向である。Ｘ軸方向に対応する第１方向ＤＲ１、Ｙ軸方向に対応する第２方向ＤＲ２は、第３方向ＤＲ３に直交する方向であり、第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２に沿った面であるＸＹ平面は例えば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。

基板２は、例えば半導体シリコンで構成されたシリコン基板又はホウケイ酸ガラスなどのガラス材料で構成されたガラス基板などである。但し基板２の構成材料としては、特に限定されず、石英基板又はＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等を用いてもよい。

そして、図１に示すように本実施形態の物理量センサー１は、固定電極部１０と可動体ＭＢと固定部４０と支持梁４２、４３とダンパー部Ｄと、を含む。ダンパー部Ｄは、ダンパー固定部Ｄｆとダンパー可動部Ｄｖと、を含む。そして、可動体ＭＢは、フレーム部３０と可動電極部２０と補強部Ｒと、を含み、フレーム部３０は、第２方向ＤＲ２を長辺方向として延びる第１部分３１と、第１方向ＤＲ１を長辺方向として延びる第２部分３２と、を含む。これらの固定電極部１０と可動電極部２０と可動体ＭＢと固定部４０と支持梁４２、４３とダンパー部Ｄと、により、物理量センサー１の第１検出素子１００が構成される。第１検出素子１００は、検出部ＺＡと検出部ＺＢにおいて、Ｚ軸方向である第３方向ＤＲ３での物理量、例えば加速度を検出する。なお、フレーム部３０の第１部分３１は、図１に示すように平面視において左右に各１つずつ設けられていてもよい。

固定電極部１０は、第１固定電極群１０Ａと第２固定電極群１０Ｂとを含む。第１固定電極群１０Ａと第２固定電極群１０Ｂは、それぞれ基板２に設けられている。そして、第１固定電極群１０Ａと第２固定電極群１０Ｂは、それぞれ固定部により、基板２に固定されている。第１固定電極群１０Ａは、複数の固定電極１１を含み、第２固定電極群１０Ｂは、複数の固定電極１２を含む。これらの複数の固定電極１１、１２は、例えば、Ｘ軸方向である第１方向ＤＲ１に沿って延在している。即ち、複数の固定電極１１が櫛歯状に設けられており、これらが第１固定電極群１０Ａを構成する。同様に、複数の固定電極１２が櫛歯状に設けられており、これらが第２固定電極群１０Ｂを構成する。なお、以下の説明においては、適宜、第１固定電極群１０Ａの有する固定電極１１と第２固定電極群１０Ｂの有する固定電極１２を総称して固定電極１４と記載する。

可動電極部２０は、第１可動電極群２０Ａと第２可動電極群２０Ｂと、を含む。第１可動電極群２０Ａは、複数の可動電極２１を含み、第２可動電極群２０Ｂは、複数の可動電極２２を含む。これらの複数の可動電極２１、２２は、図１に示すようにフレーム部３０の第２部分３２と繋がっており、例えばＸ軸方向である第１方向ＤＲ１に沿って延在している。そして、複数の可動電極２１が櫛歯状に設けられ、これらが第１可動電極群２０Ａを構成し、また、複数の可動電極２２が櫛歯状に設けられ、これらが第２可動電極群２０Ｂを構成する。そして、第１可動電極群２０Ａの各可動電極２１は、例えば第１固定電極群１０Ａの各固定電極１１とＹ方向である第２方向ＤＲ２において対向するように配置されている。また、第２可動電極群２０Ｂの各可動電極２２は、第２固定電極群１０Ｂの各固定電極１２と第２方向ＤＲ２において対向するように配置されている。そして、固定電極１１と可動電極２１が対向するように配置されている部分が、第１検出素子１００の検出部ＺＡにあたり、固定電極１２と可動電極２２が対向するように配置されている部分が、第１検出素子１００の検出部ＺＢにある。なお、以下の説明においては、適宜、第１可動電極群２０Ａの有する可動電極２１と第２可動電極群２０Ｂの有する可動電極２２を総称して可動電極２４と記載する。

可動体ＭＢは、支持梁４２、４３に沿う第１方向ＤＲ１を回転軸として運動を行う。ここで、支持梁４２、４３は、例えば捩れバネであり、支持梁４２、４３の各々の一端が固定部４０により、基板２に固定されている。図１では、固定部４０から第１方向ＤＲ１と反対側に延在する支持梁４２と、固定部４０から第１方向ＤＲ１側に延在する支持梁４３が、第１方向ＤＲ１において固定部４０の両側に配置されるように設けられている。そして、可動体ＭＢのフレーム部３０は第１部分３１で支持梁４２、４３の固定部４０と接続されていない他端と接続されている。このように、可動体ＭＢは、フレーム部３０の第１部分３１と第２部分３２とにより、第３方向ＤＲ３の平面視で概略コの字型の形状を成し、支持梁４２、４３を介して固定部４０に接続されている。

補強部Ｒは、第１部分３１と第２部分３２の交差部を補強する。具体的には、図１に示すように第１部分３１と第２部分３２の交差部に設けられている。

ダンパー部Ｄは、可動体ＭＢの不要な振動をダンピングさせる。ダンパー部Ｄのダンパー固定部Ｄｆは、基板２に固定されている。そして、第３方向ＤＲ３での平面視において、第１固定電極群１０Ａ、１０Ｂと同様な櫛歯形状になっている。ダンパー部Ｄのダンパー可動部Ｄｖは、可動体ＭＢのフレーム部３０に接続されており、可動体ＭＢと一体となって運動できるようになっている。そして、ダンパー可動部Ｄｖは、第３方向ＤＲ３での平面視において、第１可動電極群２０Ａ、第２可動電極群２０Ｂと同様な櫛歯形状になっている。このダンパー固定部Ｄｆとダンパー可動部Ｄｖのそれぞれの櫛歯が、第１方向ＤＲ１において対向するように配置されており、ダンパー部Ｄを構成している。図１に示す第１構成例では、第３方向ＤＲ３の平面視でフレーム部３０の内側に２つのダンパー部Ｄが設けられている。

このように可動体ＭＢは構成されており、回転軸上で捩れるよう設計された支持梁４２、４３により、第３方向ＤＲ３に揺動できるようになっている。そして、固定部４０をアンカーとして可動体ＭＢが揺動する、いわゆる片側シーソー構造の第１検出素子１００が実現される。なお、フレーム部３０は先端部分、即ち、第２部分３２の質量が大きく、回転軸を中心とする慣性モーメントＩが大きくなるよう設計されている。

図２、図３はそれぞれ、検出部ＺＡ、検出部ＺＢの立体的形状を説明する斜視図である。図２には、第１固定電極群１０Ａと第１可動電極群２０Ａの配置関係と、第３方向ＤＲ３での形状を示している。前述した通り、第１固定電極群１０Ａの固定電極１１と第１可動電極群２０Ａの可動電極２１は、第２方向ＤＲ２において対向するように配置されている。そして、第３方向ＤＲ３において、固定電極１１と可動電極２１の厚みが異なっている。具体的には、検出部ＺＡでは、可動電極２１の第３方向ＤＲ３での厚みは、固定電極１１の第３方向ＤＲ３での厚みよりも薄くなっている。そして、可動電極２１の厚みが薄くなっているため、第３方向ＤＲ３側から見て、可動電極２１は固定電極１１に対して窪んでいる。このような形状をした第１可動電極群２０Ａが、前述の可動体ＭＢの捩れ運動に伴って、動くことにより、図２の矢印に示す第３方向ＤＲ３に沿う運動を行うことができる。

図３は、第２固定電極群１０Ｂと第２可動電極群２０Ｂの配置関係と、第３方向ＤＲ３での形状を示している。図２に示す検出部ＺＡと同様に、固定電極１２と可動電極２２は、第２方向ＤＲ２において対向して配置されており、第３方向ＤＲ３で固定電極１２と可動電極２２の厚みが異なっている。検出部ＺＢでは、可動電極２２の第３方向ＤＲ３での厚みは、固定電極１２の第３方向ＤＲ３での厚みよりも厚くなっている。このため、第３方向ＤＲ３側から見て、固定電極１１は可動電極２１に対して窪んでいる。そして、第２可動電極群２０Ｂが、前述の可動体ＭＢの捩れ運動に伴って、動くことにより、図３の矢印に示す第３方向ＤＲ３に沿う運動を行うことができる。

図４は第１検出素子１００における検出部ＺＡ、ＺＢの動作説明図である。図４は、左から初期状態、加速度が生じている状態として、加速度の向きが第３方向ＤＲ３の場合、加速度の向きが第４方向ＤＲ４の場合のそれぞれについて、ＹＺ平面の断面図で固定電極１１、１２と可動電極２１、２２の動きを示している。なお、初期状態は静止状態である。また、後述するように検出部ＺＡ、ＺＢは、それぞれ物理量センサー１の物理量検出におけるＮ側、Ｐ側に対応している。

まず、図４の左側に示す初期状態では、検出部ＺＡ、ＺＢともに、ＹＺ平面での側面視において、可動電極２１、２２と固定電極１１、１２の第４方向ＤＲ４側の端部の位置が一致し、面一になっている。一方、図２、図３で説明したように、検出部ＺＡでは、第３方向ＤＲ３側で、可動電極２１の端部が固定電極１１の端部よりも窪んでいる。そして、検出部ＺＢでは、第３方向ＤＲ３側で、固定電極１２の端部が可動電極２２の端部よりも窪んでいる。このため、可動電極２１、２２と固定電極１１、１２の第３方向ＤＲ３側の端部の位置は面一になってはいない。

次に、図４の中央に示す第３方向ＤＲ３に加速度の生じた状態においては、検出部ＺＡの可動電極２１と検出部ＺＢの可動電極２２はそれぞれ、加速度に伴う慣性力を受け、第４方向ＤＲ４側に変位する。このとき、検出部ＺＡでは、固定電極１１と可動電極２１の第２方向ＤＲ２での対向面積は、可動電極２１が第４方向ＤＲ４に変位することで減少する。一方、検出部ＺＢでは固定電極１２が第３方向ＤＲ３側で窪んでいるため、固定電極１２と可動電極２２の第２方向ＤＲ２での対向面積は、可動電極２２が第４方向ＤＲ４に変位しても一定に維持される。このように、第３方向ＤＲ３の加速度が生じた場合、検出部ＺＡでは対向面積が減少し、検出部ＺＢでは対向面積が一定に維持される。

そして、図４の右側に示す第４方向ＤＲ４に加速度の生じた状態においては、検出部ＺＡの可動電極２１と検出部ＺＢの可動電極２２はそれぞれ、加速度に伴う慣性力を受け、第３方向ＤＲ３側に変位する。このとき、検出部ＺＡでは可動電極２１が第３方向ＤＲ３側で窪んでいるため、固定電極１１と可動電極２１の第２方向ＤＲ２での対向面積は、可動電極２１が第３方向ＤＲ３に変位しても、一定に維持される。一方、検出部ＺＢでは、固定電極１２と可動電極２２の第２方向ＤＲ２での対向面積は、可動電極２２が第３方向ＤＲ３に変位することで減少する。このように、第４方向ＤＲ４に加速度が生じた場合、検出部ＺＡで対向面積が一定に維持され、検出部ＺＢでは対向面積が減少する。

このように、第３方向ＤＲ３の加速度が生じたときは、検出部ＺＡでの固定電極１１と可動電極２１の対向面積が減少し、第４方向ＤＲ４の加速度が生じたときは、検出部ＺＢでの固定電極１２と可動電極２２の対向面積が減少する。従って、検出部ＺＡ、ＺＢでの対向面積の減少を、固定電極１４と可動電極２４の間の静電容量の変化として検出することで、第３方向ＤＲ３及び第４方向ＤＲ４の加速度を検出できる。

第１固定電極群１０Ａの固定電極１１と第１可動電極群２０Ａの可動電極２１は対向するように設けられており、検出部ＺＡに平行平板型の容量を形成する。同様に、第２固定電極群１０Ｂの固定電極１２と第２可動電極群２０Ｂの可動電極２２は対向するように設けられており、検出部ＺＢに平行平板型の容量を形成する。そして、例えば検出部ＺＡにおける静電容量の変化をＮ側、検出部ＺＡにおける静電容量の変化をＰ側として、検出することができる。

図４において、加速度の方向が第３方向ＤＲ３である場合に示すように、物理量センサー１に第３方向ＤＲ３の加速度が生じると、可動電極２４は慣性力を受けて第４方向ＤＲ４側に変位する。この時、検出部ＺＢ、即ちＰ側の固定電極１２と可動電極２２の対向面積は変わらないため、静電容量は変化しない。一方、検出部ＺＡ、即ちＮ側の固定電極１１と可動電極２１との対向面積は減少する。従って、Ｐ側とＮ側の静電容量の差分から第３方向ＤＲ３の加速度の検出できる。第４方向ＤＲ４の加速度が生じた場合は、その逆で、検出部ＺＢ、即ちＰ側の固定電極１２と可動電極２２の対向面積が減少し、静電容量が減少し、検出部ＺＡ、即ちＮ側の固定電極１１と可動電極２１との対向面積は変化せず、静電容量は変化しない。従って、Ｐ側とＮ側の静電容量の差分から、第４方向ＤＲ４の加速度の検出できる。静電容量の変化の検出は、例えば不図示の差動増幅回路ＱＶを用いて行うことができる。図１に示すように、不図示の差動増幅回路ＱＶに第１固定電極群１０Ａを配線ＬＦＡとパッドＰＦＡを介して接続し、第２固定電極群１０Ｂを配線ＬＦＢとパッドＰＦＢを介して接続し、可動体ＭＢを配線ＬＶとパッドＰＶを介して接続することで実現できる。

なお、固定電極１１と可動電極２１或いは、固定電極１２と可動電極２２の第３方向ＤＲ３の端部のオフセットの設け方は上述の方法に限られない。例えば、検出部ＺＡの固定電極１１の第３方向ＤＲ３の厚みを薄くして、検出部ＺＢの可動電極２２の第３方向ＤＲ３の厚みを薄くすることによりオフセットを設けて、第３方向ＤＲ３の物理量を検出することもできる。

次に、可動体ＭＢの支持梁４２、４３に沿う回転軸を中心とする捩れ運動について具体的に検討する。図５は、図１に示す第１構成例の固定部、可動体ＭＢ及び支持梁４２、４３を第３方向ＤＲ３の平面視で見た図である。そして、第３方向ＤＲ３以外の加速度、第１方向ＤＲ１と反対方向側の加速度が生じた場合を示している。この場合、可動体ＭＢは、加速度と反対方向側である第１方向ＤＲ１側の慣性力を受ける。ここで、可動体ＭＢは、固定部４０に一端が固定された支持梁４２、４３の他端と接続されており、基本的にはＺ方向にのみ動けるようになっているが、支持梁４２、４３は一定の弾性を有していることから、可動体ＭＢはＸＹ平面内で図５に示すように動いてしまう。図５において、破線で示されたフレーム部３０と支持梁４２、４３は、慣性力を受ける前の状態を示し、実線で示されたフレーム部３０と支持梁４２、４３は慣性力を受けて変位した状態を示している。また、この場合、フレーム部３０において、もともと直角に交差していた第１部分３１と第２部分３２の交差角度も変化し、平行四辺形に近い形状になる。フレーム部３０の第１部分３１と第２部分３２の接続部分の剛性が不十分である場合、この傾向は顕著になり、フレーム部３０は第１方向ＤＲ１の慣性力を受けて、大きく変形してしまう。さらに、フレーム部３０の変形が繰り返し起こると、フレーム部３０の角部に亀裂が入るなどの不具合が生じるおそれもある。なお、図５は支持梁４２、４３の歪み可視化するため、実際よりも大きく表示している。

このような可動体ＭＢの動きが生じると、固定電極１４と可動電極２４の静電容量にも影響を与える。例えば、検出部ＺＡでは、固定電極１１と可動電極２１の対向距離が変化し、静電容量も変動することになる。また、検出部ＺＢでは、固定電極１２と可動電極２２の対向距離が変化し、静電容量が変動することになる。また、第２方向ＤＲ２側の加速度が生じた場合についても、同様に可動電極２４は第２方向ＤＲ２において、加速度と反対方向の慣性力を受けて変位するため、固定電極１４と可動電極２４の対向距離が変化し、静電容量も変動する。従って、物理量センサー１に第３方向ＤＲ３以外の加速度が生じた場合、支持梁４２、４３の弾性により、第３方向ＤＲ３の加速度の検出にも影響を与えることになる。このような物理量センサーが検出対象とする方向以外の物理量を、当該検出対象である方向における物理量として検出する感度のことを他軸感度という。そして、他軸感度を最小化するように物理量センサーの設計をすることが望ましい。

図１に示す物理量センサー１のダンパー部Ｄは、この他軸感度を抑制する観点から設けられている。図６に本実施形態におけるダンパー部Ｄの斜視図を示す。前述した通り、ダンパー部Ｄは、ダンパー固定部Ｄｆとダンパー可動部Ｄｖを含む。そして、図２で説明した検出部ＺＡにおける固定電極１１、可動電極２１、或いは図３で説明した検出部ＺＢにおける固定電極１２、可動電極２２の形状と第３方向ＤＲ３の平面視では概ね近い形状になっている。一方、ダンパー部Ｄは加速度検出を行う部分ではないため、ダンパー固定部Ｄｆとダンパー可動部Ｄｖの第３方向ＤＲ３での厚みは等しくなっている。

そして、図５において説明したように、可動体ＭＢが第１方向ＤＲ１の慣性力を受けて変位した場合、フレーム部３０の第１部分３１に接続されたダンパー可動部Ｄｖもフレーム部３０と一体として変位することになる。ここで、第１方向ＤＲ１の慣性力に対して、ダンパー固定部Ｄｆとダンパー可動部Ｄｖは対向距離を変化させる方向に変位する。このため、ダンパー固定部Ｄｆとダンパー可動部Ｄｖの間の空間において、ダンパー可動部Ｄｖが受ける空気抵抗が第１方向ＤＲ１の変位を抑制させるように作用し、可動体ＭＢの第１方向ＤＲ１の変位を抑制する。また、物理量センサー１に大きな加速度が加わった場合、ダンパー部Ｄのダンパー可動部Ｄｖがダンパー固定部Ｄｆにぶつかることで、第３方向ＤＲ３以外の不要な変位或いは振動を抑制することができる。このため、ダンパー部Ｄにはストッパーとしての役割もある。このように、ダンパー部Ｄは可動体に第３方向ＤＲ３以外の方向の加速度が生じた際に、可動体ＭＢの第３方向ＤＲ３以外の不要な変位、振動をダンピングする役割を果たし、物理量センサー１の他軸感度を抑制する。

ダンパー部Ｄは前述した通り、可動体ＭＢの不要な振動をダンピングさせることで、物理量センサー１の他軸感度を抑制する。このため、ダンパー固定部Ｄｆの櫛歯とダンパー可動部Ｄｖの櫛歯の対向面積を大きくし、また、図６にａで示す櫛歯の対向距離を小さくすることで、そのダンピング効果を向上させることができる。また、その効果は対向面積に比例して増加する。

図７に特許文献１に開示される物理量センサーを本実施形態の比較例として示す。比較例においても、固定部４０をアンカーとして可動体ＭＢが揺動する片側シーソー構造が採用されている。そして、比較例は本実施形態と同様にダンパー部Ｄも備えている。しかし、図７に示す比較例では、本実施形態と異なり、ダンパー部Ｄは可動体ＭＢの外側に設けられている。

近年の物理量センサーの小型化のニーズの高まっており、高精度な物理量の検出を維持しつつ、より小型化な物理量センサーの実現が望まれている。この点、図７のようにダンパー部Ｄを可動体ＭＢの外に設けることで、物理量センサーのサイズは大きくなってしまい、物理量センサーの小型化を実現することはできない。この点、本実施形態によれば、ダンパー部Ｄが可動体ＭＢの内側に配置されているため、可動体ＭＢに囲まれたスペースを有効に使うことができ、物理量センサー１の小型化に有利である。

以上のように、本実施形態の物理量センサー１は、基板２に固定された固定部４０と、支持梁４２、４３と、固定電極部１０と、可動体ＭＢと、ダンパー部Ｄと、を含む。固定電極部１０は基板２に設けられる。支持梁４２、４３は、固定部４０に一端が接続されている。可動体ＭＢは可動電極部２０とフレーム部３０と、を有する。可動電極部２０は固定電極部１０の固定電極１１、１２と対向する可動電極２１、２２を有する。フレーム部３０は、可動電極部２０と支持梁４２、４３の他端とを連結する。ダンパー部Ｄはフレーム部３０に接続され、支持梁４２、４３とフレーム部３０に囲まれた領域に設けられ、第１方向ＤＲ１におけるフレーム部３０の振動をダンピングする。このようにすれば、ダンパー部Ｄを可動体ＭＢの内側に格納し物理量センサー１の小型化が実現できる。

また本実施形態では、フレーム部３０は、一端が支持梁４２、４３の他端に接続され、第２方向ＤＲ２を長辺方向として延びる第１部分３１と、第１部分３１の他端に一端が接続され、第１方向ＤＲ１を長辺方向として延びる第２部分３２と、を含む。そして、ダンパー部Ｄは、支持梁４２、４３とフレーム部３０に囲まれた領域において、第１部分３１に接続されている。

このようにすれば、可動体ＭＢは支持梁４２、４３の沿う回転軸を中心として、第３方向ＤＲ３に運動を行うことができる。そして、可動体が第３方向ＤＲ３以外の方向に変位した際に、フレーム部３０の第１部分３１に接続されたダンパー部Ｄが可動体ＭＢの変位を抑制し、物理量センサー１の他軸感度の悪化を抑制できる。

また本実施形態では、支持梁４２、４３と固定電極部１０と可動電極部２０は、支持梁４２、４３、固定電極部１０、可動電極部２０の順に第２方向ＤＲ２に並んで配置され、ダンパー部Ｄは、第２方向ＤＲ２において固定電極部１０と支持梁４２、４３の間に設けられていてもよい。

このようにすれば、第２方向ＤＲ２において、支持梁４２、４３、固定電極部１０、ダンパー部Ｄをコンパクトに配置することができる。

図８は、図１に示す物理量センサー１の変形例である。図１に示す第１構成例とは、ダンパー部Ｄの構成が異なっている。具体的には、第３方向ＤＲ３の平面視でダンパー固定部Ｄｆとダンパー可動部Ｄｖが全体として円弧型の形状になっている。このようにすれば、ダンパー固定部Ｄｆとダンパー可動部Ｄｖの間の対向距離が同じでも、より大きな空気抵抗を生むことができ、他軸感度の抑制に効果的である。従って、物理量センサー１の物理量の検出精度を向上できる。

また、上記において、物理量センサー１はフレーム部３０が第１部分３１を２つ有する構成であるものとして説明をしたが、本実施形態の物理量センサー１は、図９に示すように第１部分３１が１つであってもよい。この場合、第１部分３１は１つであるため、ダンパー部Ｄも１つになる。

２．補強部
図７に示す比較例の構成によれば、ダンパー部Ｄは可動体ＭＢの外側に配置されており、可動体ＭＢの内側の限られたスペースに収まるように配置する必要はない。このため、ダンパー固定部Ｄｆの櫛歯とダンパー可動部Ｄｖの櫛歯の対向面積や対向距離を大きく設計することができ、可動体ＭＢの第３方向ＤＲ３以外の方向のダンピング効果を向上させることができる。

一方、図１に示す第１構成例等は、特許文献１と異なりダンパー部Ｄを可動体ＭＢの内側に配置しており、物理量センサー１の小型化に有利である。しかし、このようにダンパー部Ｄを小さくすると、図６で説明したようにダンパー部Ｄの十分なダンピング効果が得られないことが考えられる。そこで、本実施形態では補強部Ｒを設けている。

本実施形態では、図１に示すように補強部Ｒはフレーム部３０の第１部分３１と第２部分３２の交差部の内側に設けられており、第１部分３１と第２部分３２の交差角度を固定する役割を果たす。このため、本実施形態でダンパー部Ｄを可動体ＭＢの内側に収めたことによりダンパー部Ｄのダンピング効果が低下したとしても、補強部Ｒによりフレーム部３０は変形しにくくなるため、ダンパー部Ｄを小さくしたことに伴う他軸感度の悪化を抑制できる。即ち、フレーム部３０に補強部Ｒを設けることで、第１方向ＤＲ１の剛性を高めて振動外乱を抑制できる。なお、補強部Ｒの第３方向ＤＲ３の平面視での形状は図１に示すような直角三角形でなくてもよい。また、補強部Ｒはフレーム部３０の第１部分３１と第２部分３２の交差部分の内側のデッドスペースに設けられるため、物理量センサー１のサイズを増加させることもない。従って、本実施形態では、ダンパー部ＤをＭＢの内側に収め、併せて補強部Ｒを設けることで、物理量センサー１の小型化と高精度な物理量の検出を両立している。

即ち、本実施形態では、フレーム部３０は、一端が支持梁４２、４３の他端に接続され、第２方向ＤＲ２を長辺方向として延びる第１部分３１と、第１部分３１の他端に一端が接続され、第１方向ＤＲ１を長辺方向として延びる第２部分３２と、第１部分３１と第２部分３２との交差部に設けられる補強部Ｒと、を含む。

このようにすれば、フレーム部３０は、支持梁４２、４３に沿う回転軸を中心として捩れ運動をすることができる。そして、補強部Ｒは第１部分３１と第２部分３２との交差部に設けられることから、第１部分３１と第２部分３２の接続を補強できる。従って、補強部Ｒはフレーム部３０の変形を抑制でき、物理量センサー１の他軸感度を抑制できる。よって、高精度な物理量の検出が可能になる。

また本実施形態では、補強部Ｒは、第１部分３１と第２部分３２の交差角度を固定する補強部である。このようにすれば、第３方向ＤＲ３以外の加速度を受けた場合にフレーム部３０の第１部分３１と第２部分３２の交差角度が９０度からずれて変形することが無くなる。従って、物理量センサー１の他軸感度を抑制し、高精度な物理量の検出ができる。

３．他の構成例
次に本実施形態の他の構成例について説明する。図１０は、本実施形態の第２構成例の平面図である。第２構成例は、第１構成例と比較してフレーム補強部ＦＲが設けられている点が異なっている。また、第１詳細例では、補強部Ｒが設けられていない。

第２構成例では、フレーム部３０は、第１部分３１、第２部分３２に加えて第３部分３３を有している。そして、図１０に示すように、フレーム部３０は第１部分３１、第２部分３２、第３部分３３により、平面視において概略コの字型の形状になっている。ここで、第３部分３３は、図１で説明した構成例における２つの第１部分３１のうちの１つ第１部分３１に対応する。そして、図１０の紙面右側の第１部分３１とし、同左側を第３部分３３とした場合を括弧書きで示している。

フレーム補強部ＦＲは、フレーム部３０の形状の歪みを補強する。フレーム補強部ＦＲは、図１０に示すように、フレーム部３０の第１部分３１と第３部分３３を接続する第２方向ＤＲ２方向を長辺とする矩形形状をしている。即ち、フレーム補強部ＦＲは、可動体ＭＢの回転軸を中心とする回転運動において、第１部分３１と第３部分３３の位置を固定することができる。このため、例えば図５で可動体ＭＢに例えば第１方向の慣性力がかかると、フレーム部３０の形状が平行四辺形の形状に歪んでしまうことを説明したが、このような力が加わっても、フレーム部３０はその形状が歪みにくくなる。従って、フレーム補強部ＦＲは、第１構成例でフレーム部３０の補強をしていた補強部Ｒと同様の役割を担うことができる。従って、第２構成例では、補強部Ｒを設けないで、代わりにフレーム補強部ＦＲを設けている。

即ち、本実施形態では、固定電極部１０と支持梁４２、４３の間にフレーム部３０を補強するフレーム補強部ＦＲが設けられている。

このようにすれば、固定電極部１０と支持梁４２、４３とフレーム補強部ＦＲを第２方向ＤＲ２においてコンパクトに配置しつつ、フレーム部３０の形状の歪みを防止することができる。従って、小型かつ検出精度の高い物理量センサー１を実現できる。

また本実施形態では、フレーム部３０は、一端が支持梁４２、４３の他端に接続され、第２方向ＤＲ２を長辺方向として延びる第１部分３１と、第１部分３１の他端に一端が接続され、第１方向ＤＲ１を長辺方向として延びる第２部分３２と、一端が第２部分３２の他端に接続され、第２方向ＤＲ２を長辺方向として延びる第３部分３３と、を含み、フレーム補強部ＦＲは、第１部分３１と第３部分３３に接続されている。

このようにすれば、可動体ＭＢに第３方向ＤＲ３以外の力が加わっても、フレーム部３０の平面視での形状を一定に維持することができる。従って、物理量センサー１の他軸感度を抑制でき、物理量の検出精度を向上できる。

図１１は、本実施形態の第３構成例の平面図である。図１０に示す第２構成例とは、ダンパー部Ｄの構成が異なっている。具体的には、第３構成例では、ダンパー部Ｄは平面視でフレーム部３０の第１部分３１の中に設けられている。第３構成例では、ダンパー部Ｄのダンパー固定部Ｄｆは、フレーム部３０の一部に開口された矩形領域のなかに設けられている。そして、ダンパー部Ｄのダンパー可動部Ｄｖは、フレーム部３０の第１部分３１と一体になっており、その櫛歯が第１部分３１から開口部のなかに延出するように設けられている。このように、第３構成例ではフレーム部３０の第１部分の中に設けられる開口部のなかで、ダンパー固定部Ｄｆとダンパー可動部Ｄｖの櫛歯が第１方向ＤＲ１で対向するようように設けられている。従って、例えば第１方向ＤＲ１の不要な振動が生じた場合に、ダンパー固定部Ｄｆとダンパー可動部Ｄｖの櫛歯間の空気抵抗により、振動をダンピングすることできる。

第３構成例では、ダンパー部Ｄを設けるために別途のスペースを設ける必要がなく、物理量センサー１の小型化に有効である。しかし、フレーム部３０の剛性維持の観点から、フレーム部３０の第１部分３１に設けられる開口部の大きさには制約がある。このため、例えば第２構成例と比較して、開口部の中に設けられるダンパー固定部Ｄｆやダンパー可動部Ｄｖの櫛歯の長さの制約も大きくなる。即ち、第３構成例では、ダンパー部Ｄによるダンピング効果は、フレーム部３０の剛性維持の制約の範囲内で得られることになる。従って、ダンピング機能を確保するため、補強部Ｒの役割がより重要になる。

図１２は、第３構成例の変形例である。当該変形例は、第３構成例とフレーム補強部ＦＲが設けられている点が異なっている。上述した通り、第３構成例では、ダンパー部Ｄのダンピング効果に一定の制限がかかることから、補強部Ｒに加えてフレーム補強部ＦＲを設けることで、フレーム部３０の変形が起こりにくい構成にしている。このようにすれば、ダンパー部Ｄをフレーム部３０の中に設ける構成でも、不要な振動を抑制し、他軸感度を抑制でき、高精度な物理量センサー１を実現できる。

４．慣性計測装置
次に、本実施形態の慣性計測装置２０００の一例について図１３、図１４を用いて説明する。図１３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。

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。

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。

図１４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。

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。

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。

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。

なお慣性計測装置２０００は図１３、図１４の構成には限定されない。例えば慣性計測装置２０００に、角速度センサー２３４０ｘ、２３４０ｙ、２３４０ｚを設けずに、慣性センサーとして物理量センサー１だけを設ける構成としてもよい。この場合には、例えば物理量センサー１と、制御部を実現する制御ＩＣ２３６０を、収容容器であるパッケージに収容することで慣性計測装置２０００を実現すればよい。

以上に説明したように本実施形態の物理量センサーは、基板に固定された固定部と、支持梁と、固定電極部と、可動体と、ダンパー部と、を含む。固定電極部は基板に設けられる。支持梁は、固定部に一端が接続されている。可動体は可動電極部とフレーム部と、を有する。可動電極部は固定電極部の固定電極と対向する可動電極を有する。フレーム部は、可動電極部と支持梁の他端とを連結する。ダンパー部はフレーム部に接続され、支持梁とフレーム部に囲まれた領域に設けられ、第１方向におけるフレーム部の振動をダンピングする。

本実施形態によれば、ダンパー部を可動体の内側に収めることで物理量センサーの小型化を実現できる。

また本実施形態では、フレーム部は、一端が支持梁の他端に接続され、第２方向を長辺方向として延びる第１部分と、第１部分の他端に一端が接続され、第１方向を長辺方向として延びる第２部分と、第１部分と第２部分との交差部に設けられる補強部と、を含む。

このようにすれば、フレーム部は、支持梁に沿う回転軸を中心として捩れ運動をすることができる。そして、補強部は第１部分と第２部分との交差部に設けられることから、第１部分と第２部分の接続を補強できる。従って、ダンパー部を可動体の内側に収めて物理量センサーの小型化を図りつつ、補強部を設けることで他軸感度の悪化という問題を解消できる。よって、高精度かつ小型な物理量センサーを実現できる。

また本実施形態では、補強部は、第１部分と第２部分の交差角度を固定する補強部であってもよい。

このようにすれば、フレーム部の剛性が向上し、第３方向以外の加速度を受けた場合にフレーム部が変形することを防止できる。従って、物理量センサーの他軸感度を抑制し、高精度な物理量の検出ができる。

また本実施形態では、フレーム部は、一端が支持梁の他端に接続され、第２方向を長辺方向として延びる第１部分と、第１部分の他端に一端が接続され、第１方向を長辺方向として延びる第２部分と、を含む。そして、ダンパー部は、支持梁とフレーム部に囲まれた領域において、第１部分に接続されていてもよい。

このようにすれば、可動体は支持梁の沿う回転軸を中心として、第３方向に運動を行うことができる。そして、可動体が第３方向以外の方向に変位した際に、フレーム部の第１部分に接続されたダンパー部が可動体の変位を抑制し、物理量センサーの他軸感度の悪化を抑制できる。

また本実施形態では、支持梁と固定電極部と可動電極部は、支持梁、固定電極部、可動電極部の順に第２方向に並んで配置され、ダンパー部は、第２方向において固定電極部と支持梁の間に設けられていてもよい。

このようにすれば、第２方向において、支持梁、固定電極部及びダンパー部をコンパクトに配置することができる。

また本実施形態では、固定電極部と支持梁の間にフレーム部を補強するフレーム補強部が設けられていてもよい。

このようにすれば、固定電極部と支持梁とフレーム補強部を第２方向においてコンパクトに配置しつつ、フレーム部の形状の歪みを防止することができる。従って、小型かつ検出精度の高い物量センサーを実現できる。

また本実施形態では、フレーム部は、一端が支持梁の他端に接続され、第２方向を長辺方向として延びる第１部分と、第１部分の他端に一端が接続され、第１方向を長辺方向として延びる第２部分と、一端が第２部分の他端に接続され、第２方向を長辺方向として延びる第３部分と、を含み、フレーム補強部は、第１部分と第３部分に接続されていてもよい。

このようにすれば、可動体に第３方向以外の力が加わっても、フレームの平面視での形状を一定に維持することができる。従って、物理量センサーの他軸感度を抑制でき、物理量の検出精度を向上できる。

また本実施形態は、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。

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、本開示の新規事項及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及び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。

１…物理量センサー、２…基板、１０…固定電極部、１０Ａ…第１固定電極群、１０Ｂ…第２固定電極群、１０Ｂ…第１固定電極群、１１…固定電極、１２…固定電極、１４…固定電極、２０…可動電極部、２０Ａ…第１可動電極群、２０Ｂ…第２可動電極群、２１…可動電極、２２…可動電極、２４…可動電極、３０…フレーム部、３１…第１部分、３２…第２部分、３３…第３部分、４０…固定部、４２…支持梁、４３…支持梁、１００…第１検出素子、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、Ｄ…ダンパー部、ＤＲ１…第１方向、ＤＲ２…第２方向、ＤＲ３…第３方向、ＤＲ４…第４方向、Ｄｆ…ダンパー固定部、Ｄｖ…ダンパー可動部、ＦＲ…フレーム補強部、Ｉ…慣性モーメント、ＩＣ２３６０…制御、ＬＦＡ…配線、ＬＦＢ…配線、ＬＶ…配線、ＭＢ…可動体、ＰＦＡ…パッド、ＰＦＢ…パッド、ＰＶ…パッド、ＱＶ…差動増幅回路、Ｒ…補強部、ＺＡ…検出部、ＺＢ…検出部、ａｘ…加速度、ａｙ…加速度、ａｚ…加速度、ωｘ…角速度

本実施形態の物理量センサーの第１構成例の平面図。 検出部の立体的形状を説明する斜視図。 検出部の立体的形状を説明する斜視図。 検出部の動作説明図。 フレーム部が変形する場合の説明図。 ダンパー部の斜視図。 本実施形態の物理量センサーの比較例の平面図。 第１構成例の変形例の平面図。 第１構成例の変形例の平面図。 本実施形態の物理量センサーの第２構成例の平面図。 本実施形態の物理量センサーの第３構成例の平面図。 第３構成例の変形例の平面図。 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。 慣性計測装置の回路基板の斜視図。

可動電極部２０は、第１可動電極群２０Ａと第２可動電極群２０Ｂと、を含む。第１可動電極群２０Ａは、複数の可動電極２１を含み、第２可動電極群２０Ｂは、複数の可動電極２２を含む。これらの複数の可動電極２１、２２は、図１に示すようにフレーム部３０の第２部分３２と繋がっており、例えばＸ軸方向である第１方向ＤＲ１に沿って延在している。そして、複数の可動電極２１が櫛歯状に設けられ、これらが第１可動電極群２０Ａを構成し、また、複数の可動電極２２が櫛歯状に設けられ、これらが第２可動電極群２０Ｂを構成する。そして、第１可動電極群２０Ａの各可動電極２１は、例えば第１固定電極群１０Ａの各固定電極１１とＹ方向である第２方向ＤＲ２において対向するように配置されている。また、第２可動電極群２０Ｂの各可動電極２２は、第２固定電極群１０Ｂの各固定電極１２と第２方向ＤＲ２において対向するように配置されている。そして、固定電極１１と可動電極２１が対向するように配置されている部分が、第１検出素子１００の検出部ＺＡにあたり、固定電極１２と可動電極２２が対向するように配置されている部分が、第１検出素子１００の検出部ＺＢにあたる。なお、以下の説明においては、適宜、第１可動電極群２０Ａの有する可動電極２１と第２可動電極群２０Ｂの有する可動電極２２を総称して可動電極２４と記載する。

ダンパー部Ｄは、可動体ＭＢの不要な振動をダンピングさせる。ダンパー部Ｄのダンパー固定部Ｄｆは、基板２に固定されている。そして、第３方向ＤＲ３での平面視において、第１固定電極群１０Ａ、第２固定電極群１０Ｂと同様な櫛歯形状になっている。ダンパー部Ｄのダンパー可動部Ｄｖは、可動体ＭＢのフレーム部３０に接続されており、可動体ＭＢと一体となって運動できるようになっている。そして、ダンパー可動部Ｄｖは、第３方向ＤＲ３での平面視において、第１可動電極群２０Ａ、第２可動電極群２０Ｂと同様な櫛歯形状になっている。このダンパー固定部Ｄｆとダンパー可動部Ｄｖのそれぞれの櫛歯が、第１方向ＤＲ１において対向するように配置されており、ダンパー部Ｄを構成している。図１に示す第１構成例では、第３方向ＤＲ３の平面視でフレーム部３０の内側に２つのダンパー部Ｄが設けられている。

図３は、第２固定電極群１０Ｂと第２可動電極群２０Ｂの配置関係と、第３方向ＤＲ３での形状を示している。図２に示す検出部ＺＡと同様に、固定電極１２と可動電極２２は、第２方向ＤＲ２において対向して配置されており、第３方向ＤＲ３で固定電極１２と可動電極２２の厚みが異なっている。検出部ＺＢでは、可動電極２２の第３方向ＤＲ３での厚みは、固定電極１２の第３方向ＤＲ３での厚みよりも厚くなっている。このため、第３方向ＤＲ３側から見て、固定電極１２は可動電極２２に対して窪んでいる。そして、第２可動電極群２０Ｂが、前述の可動体ＭＢの捩れ運動に伴って、動くことにより、図３の矢印に示す第３方向ＤＲ３に沿う運動を行うことができる。

第１固定電極群１０Ａの固定電極１１と第１可動電極群２０Ａの可動電極２１は対向するように設けられており、検出部ＺＡに平行平板型の容量を形成する。同様に、第２固定電極群１０Ｂの固定電極１２と第２可動電極群２０Ｂの可動電極２２は対向するように設けられており、検出部ＺＢに平行平板型の容量を形成する。そして、例えば検出部ＺＡにおける静電容量の変化をＮ側、検出部ＺＢにおける静電容量の変化をＰ側として、検出することができる。

このようにすれば、可動体ＭＢは支持梁４２、４３の沿う回転軸を中心として、第３方向ＤＲ３に運動を行うことができる。そして、可動体が第３方向ＤＲ３以外の方向に変位した際に、フレーム部３０の第１部分３１に接続されたダンパー部Ｄが可動体ＭＢの変位を抑制し、物理量センサー１の他軸感度を抑制できる。

本実施形態では、図１に示すように補強部Ｒはフレーム部３０の第１部分３１と第２部分３２の交差部の内側に設けられており、第１部分３１と第２部分３２の交差角度を固定する役割を果たす。このため、本実施形態でダンパー部Ｄを可動体ＭＢの内側に収めたことによりダンパー部Ｄのダンピング効果が低下したとしても、補強部Ｒによりフレーム部３０は変形しにくくなるため、ダンパー部Ｄを小さくしたことに伴う他軸感度を抑制できる。即ち、フレーム部３０に補強部Ｒを設けることで、第１方向ＤＲ１の剛性を高めて振動外乱を抑制できる。なお、補強部Ｒの第３方向ＤＲ３の平面視での形状は図１に示すような直角三角形でなくてもよい。また、補強部Ｒはフレーム部３０の第１部分３１と第２部分３２の交差部分の内側のデッドスペースに設けられるため、物理量センサー１のサイズを増加させることもない。従って、本実施形態では、ダンパー部Ｄを可動体ＭＢの内側に収め、併せて補強部Ｒを設けることで、物理量センサー１の小型化と高精度な物理量の検出を両立している。

３．他の構成例
次に本実施形態の他の構成例について説明する。図１０は、本実施形態の第２構成例の平面図である。第２構成例は、第１構成例と比較してフレーム補強部ＦＲが設けられている点が異なっている。また、第２構成例では、補強部Ｒが設けられていない。

フレーム補強部ＦＲは、フレーム部３０の形状を補強する。フレーム補強部ＦＲは、図１０に示すように、フレーム部３０の第１部分３１と第３部分３３を接続する第２方向ＤＲ２を長辺とする矩形形状をしている。即ち、フレーム補強部ＦＲは、可動体ＭＢの回転軸を中心とする回転運動において、第１部分３１と第３部分３３の位置を固定することができる。このため、例えば図５で可動体ＭＢに例えば第１方向の慣性力がかかると、フレーム部３０の形状が平行四辺形の形状に歪んでしまうことを説明したが、このような力が加わっても、フレーム部３０はその形状が歪みにくくなる。従って、フレーム補強部ＦＲは、第１構成例でフレーム部３０の補強をしていた補強部Ｒと同様の役割を担うことができる。従って、第２構成例では、補強部Ｒを設けないで、代わりにフレーム補強部ＦＲを設けている。

このようにすれば、フレーム部は、支持梁に沿う回転軸を中心として捩れ運動をすることができる。そして、補強部は第１部分と第２部分との交差部に設けられることから、第１部分と第２部分の接続を補強できる。従って、ダンパー部を可動体の内側に収めて物理量センサーの小型化を図りつつ、補強部を設けることで他軸感度という問題を解消できる。よって、高精度かつ小型な物理量センサーを実現できる。

このようにすれば、可動体は支持梁の沿う回転軸を中心として、第３方向に運動を行うことができる。そして、可動体が第３方向以外の方向に変位した際に、フレーム部の第１部分に接続されたダンパー部が可動体の変位を抑制し、物理量センサーの他軸感度を抑制できる。

このようにすれば、固定電極部と支持梁とフレーム補強部を第２方向においてコンパクトに配置しつつ、フレーム部の形状の歪みを防止することができる。従って、小型かつ検出精度の高い物理量センサーを実現できる。

また本実施形態は、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。

Claims (8)

1. 互いに直交する方向を第１方向、第２方向及び第３方向としたとき、前記第３方向での物理量を検出する物理量センサーであって、
   基板に固定された固定部と、
   前記固定部に一端が接続された支持梁と、
   前記基板に設けられる固定電極部と、
   前記固定電極部の固定電極と対向する可動電極を有する可動電極部と、前記可動電極部と前記支持梁の他端とを連結するフレーム部と、を有する可動体と、
   前記フレーム部に接続され、前記支持梁と前記フレーム部に囲まれた領域に設けられ、前記第１方向における前記フレーム部の振動をダンピングするダンパー部と、
   を含むことを特徴とする物理量センサー。
2. 請求項１に記載の物理量センサーにおいて、
   前記フレーム部は、
   一端が前記支持梁の他端に接続され、前記第２方向を長辺方向として延びる第１部分と、
   前記第１部分の他端に一端が接続され、前記第１方向を長辺方向として延びる第２部分と、
   前記第１部分と前記第２部分との交差部に設けられる補強部と、
   を含むことを特徴とする物理量センサー。
3. 請求項２に記載の物理量センサーにおいて、
   前記補強部は、前記第１部分と前記第２部分の交差角度を固定する補強部であることを特徴とする物理量センサー。
4. 請求項１に記載の物理量センサーにおいて、
   前記フレーム部は、
   一端が前記支持梁の他端に接続され、前記第２方向を長辺方向として延びる前記第１部分と、
   前記第１部分の他端に一端が接続され、前記第１方向を長辺方向として延びる第２部分と、
   を含み、
   前記ダンパー部は、
   前記支持梁と前記フレーム部に囲まれた領域において、前記第１部分に接続されることを特徴とする物理量センサー。
5. 請求項１に記載の物理量センサーにおいて、
   前記支持梁と前記固定電極部と前記可動電極部は、前記支持梁、前記固定電極部、前記可動電極部の順に前記第２方向に並んで配置され、
   前記ダンパー部は、前記第２方向において前記固定電極部と前記支持梁の間に設けられることを特徴とする物理量センサー。
6. 請求項５に記載の物理量センサーにおいて、
   前記固定電極部と前記支持梁の間に前記フレーム部を補強するフレーム補強部が設けられることを特徴とする物理量センサー。
7. 請求項６に記載の物理量センサーにおいて、
   前記フレーム部は、
   一端が前記支持梁の他端に接続され、前記第２方向を長辺方向として延びる第１部分と、
   前記第１部分の他端に一端が接続され、前記第１方向を長辺方向として延びる第２部分と、
   一端が前記第２部分の他端に接続され、前記第２方向を長辺方向として延びる第３部分と、
   を含み、
   前記フレーム補強部は、
   前記第１部分と前記第３部分に接続されることを特徴とする物理量センサー。
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。

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