JP2024026688A - 慣性センサー、電子機器、及び移動体 - Google Patents

慣性センサー、電子機器、及び移動体 Download PDF

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Abstract

Figure 2024026688000001
【課題】過度な衝撃に対するセンサー素子の破損を低減した慣性センサー、電子機器、及び移動体を提供する。
【解決手段】慣性センサー１は、基板２と、基板２に設けられた固定部２２と、基板２と対向し、第１支持梁３３を第１回転軸として変位可能な第１可動体３１と、第１方向に並んだ第１可動体３１と固定部２２とを接続する第１支持梁３３と、第２支持梁３７の変形により変位可能な第２可動体３８と、第１方向と交差する第２方向に並んだ第１可動体３１と第２可動体３８とを接続する第２支持梁３７と、基板２又は第２可動体３８に設けられ、第１方向及び第２方向と交差する第３方向からの平面視で、第２可動体３８と重なり、第２可動体３８又は基板２に向かって突出する突起２３と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、慣性センサー、電子機器、及び移動体に関する。
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造された慣性センサーが開発されている。このような慣性センサーとして、例えば特許文献１には、基板と、基板に対して鉛直方向に沿う回転軸まわりにシーソー揺動する可動体と、基板に設けられた検出電極と、を有し、可動体の互いに回転軸まわりの回転モーメントが異なる第１可動部及び第２可動部と、夫々に対向する位置に配置された第１検出電極及び第２検出電極と、の間の静電容量の変化に基づいて鉛直方向の加速度を検出することができる慣性センサーが記載されている。
また、この慣性センサーは、可動体が過度にシーソー揺動した際に、可動体の端部が基板と接触することを防ぐ突起が基板に設けられている。
特開２０１９－４５１７２号公報
しかしながら、特許文献１に記載された慣性センサーは、過度のシーソー揺動によって可動体と突起とが衝突した時に、可動体及び突起の剛性が高いため、その衝撃を吸収することができず可動体や突起を破損してしまう虞があった。
慣性センサーは、基板と、前記基板に設けられた固定部と、前記基板と対向し、第１支持梁を第１回転軸として変位可能な第１可動体と、第１方向に並んだ前記第１可動体と前記固定部とを接続する前記第１支持梁と、第２支持梁の変形により変位可能な第２可動体と、前記第１方向と交差する第２方向に並んだ前記第１可動体と前記第２可動体とを接続する前記第２支持梁と、前記基板又は前記第２可動体に設けられ、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向からの平面視で、前記第２可動体と重なり、前記第２可動体又は前記基板に向かって突出する突起と、を備えている。
電子機器は、上記に記載の慣性センサーと、前記慣性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、を備えている。
移動体は、上記に記載の慣性センサーと、前記慣性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、を備えている。
第１実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す平面図。 図１中のＡ－Ａ線における断面図。 第２実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す断面図。 第３実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す平面図。 第４実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す平面図。 第５実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す図１のＣ部の位置に相当する平面図。 第６実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す図１のＣ部の位置に相当する平面図。 第７実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す図１のＤ部の位置に相当する平面図。 第８実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す平面図。 電子機器の一例であるスマートフォンの構成を模式的に示す斜視図。 移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図。
１．第１実施形態
先ず、第１実施形態に係る慣性センサー１について、鉛直方向（Ｚ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及び図２を参照して説明する。
なお、図１において、慣性センサー１の内部の構成を説明する便宜上、蓋５を取り外した状態を図示している。また、図１において、基板２の凹部２１内の配線は、省略している。
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。また、Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ方向」と言う。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方向プラス側を「上」、Ｚ方向マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ方向は、鉛直方向に沿い、ＸＹ平面は、水平面に沿っている。また、本実施形態における第１方向とは、Ｙ方向であり、第２方向とは、Ｘ方向であり、第３方向とは、Ｚ方向である。
図１及び図２に示す慣性センサー１は、センサー素子３の鉛直方向（Ｚ方向）の加速度を検出することができる。このような慣性センサー１は、基板２と、基板２上に配置されたセンサー素子３と、基板２に接合され、センサー素子３を覆う蓋５と、を有する。
基板２は、図１に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に広がりを有し、Ｚ方向を厚さとする。また、基板２は、図２に示すように、上面側に開口する凹部２１が形成されている。この凹部２１は、Ｚ方向からの平面視で、センサー素子３を内側に内包し、センサー素子３よりも大きく形成されている。凹部２１は、センサー素子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は、凹部２１の底面からセンサー素子３側に突出している固定部２２と突起２３とを有し、凹部２１の底面に第１検出電極２４、第２検出電極２５、及びダミー電極２６が配置されている。そして、固定部２２の上面にセンサー素子３が接合されている。また、突起２３は、Ｚ方向からの平面視で、後述する第２可動体３８と重なる位置に配置されている。
突起２３は、第１可動体３１に過度なシーソー揺動が生じた際に第１可動体３１と連結する第２可動体３８と接触することにより、第１可動体３１のそれ以上のシーソー揺動を規制するストッパーとして機能する。このような突起２３を設けることにより、互いに電位が異なる第１可動体３１と第１検出電極２４及び第２検出電極２５との過度な接近または広面積での接触を抑制することができ、第１可動体３１と第１検出電極２４及び第２検出電極２５との間に生じる静電引力によって第１可動体３１が第１検出電極２４や第２検出電極２５に引き付けられたまま戻らなくなる「スティッキング」の発生を効果的に抑制することができる。
基板２としては、例えば、Ｎａ+等の可動イオンである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）ガラス、テンパックス（登録商標）ガラスのような硼珪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。ただし、基板２としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板やセラミックス基板を用いてもよい。
また、図１に示すように、基板２には、凹部２１の底面に、平面視で、センサー素子３と重なっている第１検出電極２４、第２検出電極２５、及びダミー電極２６が配置されている。
蓋５は、図２に示すように、下面側に開口する凹部５１が形成されている。蓋５は、凹部５１内にセンサー素子３を収納して基板２の上面に接合されている。そして、蓋５及び基板２によって、その内側に、センサー素子３を収納する収納空間Ｓが形成されている。収納空間Ｓは、気密空間であり、窒素、ヘリウム、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。ただし、収納空間Ｓ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。
蓋５としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。ただし、これに特に限定されず、例えば、ガラス基板やセラミックス基板を用いてもよい。また、基板２と蓋５との接合方法としては、特に限定されず、基板２や蓋５の材料によって適宜選択すればよく、例えば、陽極接合、プラズマ照射によって活性化させた接合面同士を接合させる活性化接合、ガラスフリット等の接合材による接合、基板２の上面及び蓋５の下面に成膜した金属膜同士を接合する拡散接合等を用いることができる。
センサー素子３は、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、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、深溝エッチング技術であるボッシュ・プロセスによってパターニングすることにより形成される。センサー素子３は、図１に示すように、固定部２２の上面に接合されている保持部３２と、保持部３２に対してＹ軸に沿う第１回転軸としての回転軸Ｊ１まわりに変位可能な第１可動体３１と、第１可動体３１と保持部３２とを接続する第１支持梁３３と、保持部３２に対してＸ軸に沿う第２回転軸としての回転軸Ｊ２まわりに変位可能な第２可動体３８と、Ｘ方向に並んだ第１可動体３１と第２可動体３８とを接続する第２支持梁３７と、を有する。固定部２２と保持部３２とは、例えば、陽極接合されており、第１支持梁３３は、保持部３２を介して、第１可動体３１と固定部２２とを接続していることとなる。
第１可動体３１は、Ｚ方向からの平面視で、Ｘ方向を長手方向とする長方形形状となっている。また、第１可動体３１は、Ｚ方向からの平面視で、Ｙ軸に沿う回転軸Ｊ１を間に挟んで配置された第１質量部３４及び第２質量部３５と、第２質量部３５に接続されている第３質量部３６と、を有する。第１質量部３４は、回転軸Ｊ１に対してＸ方向プラス側に位置し、第２質量部３５及び第３質量部３６は、回転軸Ｊ１に対してＸ方向マイナス側に位置する。また、第２質量部３５及び第３質量部３６は、第１質量部３４よりもＸ方向に長く、Ｚ方向の加速度Ａｚが加わったときの回転軸Ｊ１まわりの回転モーメントが第１質量部３４よりも大きい。
この回転モーメントの差によって、加速度Ａｚが加わった際に第１可動体３１が回転軸Ｊ１まわ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。
また、第１可動体３１は、第１質量部３４と第２質量部３５とが第１連結部３９によって連結され、第１質量部３４と第２質量部３５との間に位置する開口４５を有する。そして、開口４５内に保持部３２及び第１支持梁３３が配置されている。このように、第１可動体３１の内側に保持部３２及び第１支持梁３３を配置することにより、センサー素子３の小型化を図ることができる。また、第１可動体３１は、その全域に均一に形成されている複数の貫通孔を有する。これにより、粘性によるダンピングを低減することができる。ただし、貫通孔は、省略してもよいし、その配置が均一でなくてもよい。
また、第１可動体３１は、Ｙ方向に並んだ第１連結部３９と保持部３２とが、Ｙ方向に延在する第１支持梁３３によって接続されている。そのため、第１支持梁３３を回転軸Ｊ１として、第１可動体３１を回転軸Ｊ１まわりにシーソー揺動で変位させることができる。
第１質量部３４は、２つの質量部で構成され、Ｙ方向の中央部において、第２連結部４０によって連結されている。第１質量部３４は、第２連結部４０のＹ方向の両側に、第２連結部４０側からＹ方向に延在する第２可動体３８が配置され、第２可動体３８の第２連結部４０側の端部のＸ方向の両側と、２つの質量部と、がそれぞれＸ方向に延在する第２支持梁３７で接続されている。より具体的には、第２連結部４０のＹ方向プラス側に配置された第２支持梁３７は、Ｘ方向に並んだＹ方向プラス側に延在する第２可動体３８と、第１質量部３４の２つの質量部と、を接続し、第２連結部４０のＹ方向マイナス側に配置された第２支持梁３７は、Ｘ方向に並んだＹ方向マイナス側に延在する第２可動体３８と、第１質量部３４の２つの質量部と、を接続している。
第２質量部３５は、第１質量部３４と同様に、２つの質量部で構成され、Ｙ方向の中央部において、第２連結部４０によって連結されている。第２質量部３５は、第２連結部４０のＹ方向の両側に、第２連結部４０側からＹ方向に延在する第２可動体３８が配置され、第２可動体３８の第２連結部４０側の端部のＸ方向の両側と、２つの質量部と、がそれぞれＸ方向に延在する第２支持梁３７で接続されている。また、第２質量部３５は、Ｘ方向マイナス側の端部が第３連結部４１によって、第３質量部３６と連結しており、第２質量部３５と第３質量部との間には、第１質量部３４と第２質量部３５とのＸＹ平面の面積を同等にするための開口４６が設けられている。
第１質量部３４及び第２質量部３５に配置された第２支持梁３７は、Ｘ方向に延在している梁形状であるため、回転軸Ｊ１と交差するＸ軸に沿う回転軸Ｊ２として作用し、第２支持梁３７に接続された第２可動体３８を回転軸Ｊ２まわりに変位させることができる。また、Ｚ方向からの平面視で、第２可動体３８の第２支持梁３７と接続している側とは反対側の先端部と重なる位置に、基板２に設けられた突起２３が配置されている。
そのため、第１可動体３１に過度なシーソー揺動が生じた際に第２可動体３８と突起２３とが接触すると、第２支持梁３７が回転軸Ｊ２まわりにねじれるように変形し、突起２３との衝撃を軽減することができ、第２可動体３８や突起２３の破損を低減した上で、第１可動体３１のそれ以上のシーソー揺動を規制することができる。従って、第２支持梁３７及び第２可動体３８は、衝撃を吸収するダンパーとして機能する。
なお、第２支持梁３７の回転軸Ｊ２まわりのねじり剛性は、第１支持梁３３の回転軸Ｊ１まわりのねじり剛性よりも高い。そのため、同じ力が加わった場合に、第１支持梁３３による第１可動体３１の変位量に対し、第２支持梁３７の第２可動体３８の変位量が小さくなるため、第２支持梁３７と第２可動体３８とによって、ストッパーとして機能させることができる。
本実施形態では、１つの第２支持梁３７、第２可動体３８、及び突起２３を１組として４組配置されており、Ｚ方向からの平面視で、回転軸Ｊ１と平行なＹ方向を挟み第１質量部３４及び第２質量部３５にそれぞれ２組配置され、第１質量部３４及び第２質量部３５では、第２連結部４０を挟み、対向するように、２組の第２支持梁３７、第２可動体３８、及び突起２３が配置されている。Ｙ方向を挟み４組の第２支持梁３７、第２可動体３８、及び突起２３が対称に配置されているため、回転軸Ｊ１まわりの不要な変位を生じ難く、また、Ｘ方向を挟み４組の第２支持梁３７、第２可動体３８、及び突起２３が対称に配置されているため、回転軸Ｊ２まわりの不要な変位を生じ難くすることができる。
また、第２支持梁３７の回転軸Ｊ２を、第１支持梁３３のＹ軸に沿う回転軸Ｊ１と直交するＸ軸に沿う方向とすることで、ダンパー機能とストッパー機能とを備えた状態で、Ｘ方向からの耐衝撃性を向上することができる。つまり、第１支持梁３３の回転軸Ｊ１と第２支持梁３７の回転軸Ｊ２とをＹ軸に沿う方向とすると、Ｘ方向からの衝撃に対し、第１可動体３１がＸ方向に大きく変位し、特性劣化を生じし易くなるためである。
次に、凹部２１の底面に配置された第１検出電極２４、第２検出電極２５、及びダミー電極２６について説明する。
図１及び図２に示すように、Ｚ方向からの平面視で、第１検出電極２４は、第１質量部３４と重なって配置され、第２検出電極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検出電極２４及び第２検出電極２５は、加速度Ａｚが加わっていない自然状態で後述する静電容量Ｃａ，Ｃｂが等しくなるように、Ｚ方向からの平面視で、回転軸Ｊ１に対して略対称に設けられている。
また、ダミー電極２６は、第２検出電極２５よりもＸ方向マイナス側に位置し、第３質量部３６と重なって設けられている。このように、凹部２１の底面をダミー電極２６で覆うことにより、基板２中のアルカリ金属イオンの移動に伴う凹部２１の底面の帯電を抑制することができる。そのため、凹部２１の底面と第２質量部３５との間に第１可動体３１の誤作動に繋がるような意図しない静電引力が生じることを効果的に抑制することができる。そのため、加速度Ａｚをより精度よく検出することのできる慣性センサー１となる。
図示しないが、慣性センサー１の駆動時には、図示しない配線を介してセンサー素子３に駆動電圧が印加され、第１検出電極２４とＱＶアンプとが、第２検出電極２５と別のＱＶアンプとが、それぞれ図示しない配線により接続される。これにより、第１質量部３４と第１検出電極２４との間に静電容量Ｃａが形成され、第２質量部３５と第２検出電極２５との間に静電容量Ｃｂが形成される。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。
慣性センサー１に加速度Ａｚが加わると、第１可動体３１が回転軸Ｊ１を中心にしてシーソー揺動する。この第１可動体３１のシーソー揺動により、第１質量部３４と第１検出電極２４とのギャップと、第２質量部３５と第２検出電極２５とのギャップと、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。そのため、慣性センサー１は、静電容量Ｃａ，Ｃｂの変化に基づいて加速度Ａｚを検出することができる。
本実施形態の慣性センサー１は、第１可動体３１に設けられた第２支持梁３７の変形により変位可能な第２可動体３８と、基板２に設けられ、Ｚ方向からの平面視で、第２可動体３８と重なり、第２可動体３８に向かって突出する突起２３と、を備えている。そのため、第１可動体３１に過度なシーソー揺動が生じた際に第２可動体３８と突起２３とが接触すると、第２支持梁３７が回転軸Ｊ２まわりにねじれるように変形するので、突起２３との衝撃を軽減することができ、第２可動体３８や突起２３の破損を低減することができる。
また、Ｘ方向に延在する複数の第２支持梁３７を、第２連結部４０を挟み、対向して配置することで、第２支持梁３７のＸ方向の長さをより長くすることができ、突起２３との衝撃をより軽減することができる。
また、第２支持梁３７のねじり剛性が第１支持梁３３のねじり剛性よりも高いので、第２可動体３８の変位量が第１可動体３１の変位量より小さくなり、第１可動体３１の過度なシーソー揺動を規制することができる。
２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る慣性センサー１ａについて、図３を参照して説明する。なお、図３は、図１中のＡ－Ａ線における断面図に相当する。
本実施形態の慣性センサー１ａは、第１実施形態の慣性センサー１に比べ、センサー素子３ａと基板２ａの構造が異なること以外は、第１実施形態の慣性センサー１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー１ａのセンサー素子３ａは、図３に示すように、第２可動体３８ａに基板２ａに向かって突出する突起２３ａが設けられている。そのため、第１可動体３１に過度なシーソー揺動が生じた際に第２可動体３８ａに設けられた突起２３ａと、基板２ａの凹部２１の底面と、が接触することで、第１実施形態の慣性センサー１と同様の効果を得ることができる。
３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る慣性センサー１ｂについて、図４を参照して説明する。なお、図４は、図１中のＢ部の位置における平面図に相当する。
本実施形態の慣性センサー１ｂは、第１実施形態の慣性センサー１に比べ、第２可動体３８ｂと第２連結部４０ｂとの構造が異なること以外は、第１実施形態の慣性センサー１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー１ｂは、図４に示すように、第２可動体３８ｂの第２支持梁３７に接続する側に第２連結部４０ｂ側に突出する凸部４２が設けられている。また、第２連結部４０ｂの凸部４２と対向する位置には、第２可動体３８ｂの変位に伴い凸部４２との接触を回避するために、凸部４２側に開口する凹部４３が設けられている。凸部４２を設けることにより、第２可動体３８ｂが回転軸Ｊ２まわりに変位する際に第２可動体３８ｂと第２支持梁３７との連結部分に生じる応力を凸部４２と第２支持梁３７との連結部分に分散できるので、連結部分に応力が集中するのを緩和することができ、連結部分での破損を抑制することができる。よって、慣性センサー１ｂは、第２支持梁３７と第２可動体３８ｂとの連結部分の機械的強度が向上し、且つ、第１実施形態の慣性センサー１と同様の効果を得ることができる。
４．第４実施形態
次に、第４実施形態に係る慣性センサー１ｃについて、図５を参照して説明する。なお、図５は、図１中のＢ部の位置における平面図に相当する。
本実施形態の慣性センサー１ｃは、第１実施形態の慣性センサー１に比べ、第２可動体３８ｃと第２連結部４０ｃとの構造が異なること以外は、第１実施形態の慣性センサー１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー１ｃは、図５に示すように、第２可動体３８ｃの第２支持梁３７ｃに接続する側に第２連結部４０ｃ側に突出する凸部４２ｃが設けられており、第２可動体３８ｃと第２支持梁３７ｃとの連結部分及び凸部４２ｃと第２支持梁３７ｃとの連結部分が曲面となっている。また、第２連結部４０ｃの凸部４２ｃと対向する位置には、第２可動体３８ｃの変位に伴い凸部４２ｃとの接触を回避するために、凸部４２ｃ側に開口し、凹内の２隅に曲面を有する凹部４３ｃが設けられている。連結部分を曲面とすることにより、第２可動体３８ｃが回転軸Ｊ２まわりに変位する際に第２支持梁３７ｃと第２可動体３８ｃとの連結部分や第２支持梁３７ｃと凸部４２ｃとの連結部分に応力が集中するのを緩和することができ、連結部分での破損を抑制することができる。よって、慣性センサー１ｃは、第２支持梁３７ｃと第２可動体３８ｃとの連結部分の機械的強度がより向上し、且つ、第１実施形態の慣性センサー１と同様の効果を得ることができる。
５．第５実施形態
次に、第５実施形態に係る慣性センサー１ｄについて、図６を参照して説明する。なお、図６は、図１中のＣ部の位置における平面図に相当する。
本実施形態の慣性センサー１ｄは、第１実施形態の慣性センサー１に比べ、第１可動体３１ｄと第２支持梁３７ｄとの構造が異なること以外は、第１実施形態の慣性センサー１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー１ｄは、図６に示すように、第１可動体３１ｄと第２支持梁３７ｄとの連結部分が曲面となっている。また、第２支持梁３７ｄを挟む両側の連結部分の曲面形状は、Ｘ軸に対して線対称である。なお、本実施形態では連結部分の曲面が、Ｚ方向からの平面視で、１／４円形となっているが、これに限定されることはなく、半円形でも構わない。
連結部分を曲面とすることにより、第２可動体３８が回転軸Ｊ２まわりに変位する際に連結部分に応力が集中するのを緩和することができ、連結部分での破損を抑制することができる。よって、慣性センサー１ｄは、第１可動体３１ｄと第２支持梁３７ｄとの連結部分の機械的強度が向上し、且つ、第１実施形態の慣性センサー１と同様の効果を得ることができる。
６．第６実施形態
次に、第６実施形態に係る慣性センサー１ｅについて、図７を参照して説明する。なお、図７は、図１中のＣ部の位置における平面図に相当する。
本実施形態の慣性センサー１ｅは、第１実施形態の慣性センサー１に比べ、第１可動体３１ｅと第２支持梁３７ｅとの構造が異なること以外は、第１実施形態の慣性センサー１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー１ｅは、図７に示すように、第１可動体３１ｅと第２支持梁３７ｅとの連結部分が曲面となっている。また、第２支持梁３７ｅを挟む両側の連結部分の曲面形状は、Ｚ方向からの平面視で、第１可動体３１ｅと第２支持梁３７ｅとの空隙のＹ方向の長さや第２連結部４０ｅと第２支持梁３７ｅとの空隙のＹ方向の長さより大きい直径を有する円形であり、Ｘ軸に対して線対称である。なお、第２支持梁３７ｄを挟む両側の連結部分の曲面形状は、同一直径の円形に限定されることはなく、直径が異なる円形でも構わない。
連結部分を曲面とすることにより、第２可動体３８が回転軸Ｊ２まわりに変位する際に連結部分に応力が集中するのを緩和することができ、連結部分での破損を抑制することができる。よって、慣性センサー１ｅは、第１可動体３１ｅと第２支持梁３７ｅとの連結部分の機械的強度が向上し、且つ、第１実施形態の慣性センサー１と同様の効果を得ることができる。
７．第７実施形態
次に、第７実施形態に係る慣性センサー１ｆについて、図８を参照して説明する。なお、図８は、図１中のＤ部の位置における平面図に相当する。
本実施形態の慣性センサー１ｆは、第１実施形態の慣性センサー１に比べ、第２可動体３８ｆの構造が異なること以外は、第１実施形態の慣性センサー１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー１ｆは、図８に示すように、第２可動体３８ｆの第２支持梁３７が接続されている側とは反対側の端部に、第１可動体３１に対向する切り欠き部４４が設けられている。より詳細には、第２可動体３８ｆの先端部のＸ方向の両側にそれぞれ切り欠き部４４が設けられている。
第２可動体３８ｆに切り欠き部４４を設けることで、Ｘ方向やＹ方向からの衝撃等により第１可動体３１と第２可動体３８ｆとが衝突し、第１可動体３１や第２可動体３８ｆを破損するのを抑制することができる。よって、慣性センサー１ｆは、耐衝撃性に優れ、且つ、第１実施形態の慣性センサー１と同様の効果を得ることができる。
更に、第２可動体３８ｆの第２支持梁３７側の部分と切り欠き部４４との連結部分は、第１可動体３１側に凸の曲面である。これにより、Ｘ方向やＹ方向からの衝撃等により第１可動体３１側に凸の曲面と第１可動体３１とが衝突し、第１可動体３１や第２可動体３８ｆを破損するのを抑制することができる。
８．第８実施形態
次に、第８実施形態に係る慣性センサー１ｇについて、図９を参照して説明する。なお、図９は、説明する便宜上、蓋５を取り外した状態を図示している。
本実施形態の慣性センサー１ｇは、第１実施形態の慣性センサー１に比べ、センサー素子３ｇの構造が異なること以外は、第１実施形態の慣性センサー１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー１ｇは、図９に示すように、第１可動体３１ｇの第１質量部３４ｇ及び第２質量部３５ｇに複数の第２可動体３８ｇが第２連結部４０ｇを挟み配置され、第１質量部３４ｇ及び第２質量部３５ｇと第２可動体３８ｇとが螺旋形状の第２支持梁３７ｇで接続されている。第２支持梁３７ｇは、渦巻きばねであり、第２可動体３８ｇをＺ方向に変位可能である。また、Ｚ方向からの平面視で、第２可動体３８ｇと重なる位置に、基板２から第２可動体３８ｇに突出した突起２３が配置されている。
そのため、第１可動体３１ｇに過度なシーソー揺動が生じた際に第２可動体３８ｇと突起２３とが接触すると、第２支持梁３７ｇが撓むように変形し、突起２３との衝撃を軽減することができ、第２可動体３８ｇや突起２３の破損を低減した上で、第１可動体３１ｇのそれ以上のシーソー揺動を規制することができる。よって、慣性センサー１ｇは、第２支持梁３７ｇ及び第２可動体３８ｇが衝撃を吸収するダンパーとして機能し、第１実施形態の慣性センサー１と同様の効果を得ることができる。
９．第９実施形態
次に、第９実施形態に係る慣性センサー１～１ｇを備えている電子機器の一例として、スマートフォン１２００を挙げて説明する。なお、以下の説明では、慣性センサー１を適用した構成を例示して説明する。
電子機器としてのスマートフォン１２００は、図１０に示すように、上述した慣性センサー１が組込まれている。慣性センサー１によって検出された加速度等の検出信号としての検出データは、スマートフォン１２００の制御部１２０１に送信される。制御部１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成されており、受信した検出データからスマートフォン１２００の姿勢や、挙動を認識して、表示部１２０８に表示されている表示画像を変化させたり、警告音や、効果音を鳴らしたり、振動モーターを駆動して本体を振動させることができる。換言すれば、スマートフォン１２００のモーションセンシングを行い、計測された姿勢や、挙動から、表示内容を変えたり、音や、振動などを発生させたりすることができる。特に、ゲームのアプリケーションを実行する場合には、現実に近い臨場感を味わうことができる。
なお、慣性センサー１～１ｇは、前述したスマートフォン１２００の他にも、例えば、パーソナルコンピューター、ディジタルスチールカメラ、タブレット端末、時計、スマートウォッチ、インクジェットプリンター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、スマートグラス、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ドライブレコーダー、ページャー、電子手帳、電子辞書、電子翻訳機、電卓、電子ゲーム機器、玩具、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、車両、鉄道車輌、航空機、ヘリコプター、船舶等の各種計器類、フライトシミュレーター、ネットワークサーバー等に適用することができる。
１０．第１０実施形態
次に、第１０実施形態に係る慣性センサー１～１ｇを備えている移動体の一例として、自動車１５００を挙げて説明する。なお、以下の説明では、慣性センサー１を適用した構成を例示して説明する。
移動体としての自動車１５００は、図１１に示すように、慣性センサー１が内蔵されており、例えば、慣性センサー１によって車体１５０１の移動や姿勢を検出することができる。慣性センサー１の検出信号は、車体１５０１の移動や姿勢を制御する制御部としての車体姿勢制御装置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。
なお、慣性センサー１～１ｇは、他にもキーレスエントリーシステム、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロールシステム（エンジンシステム）、自動運転用慣性航法の制御機器、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）等に広く適用できる。
また、慣性センサー１～１ｇは、上記の例示の他にも、例えば、二足歩行ロボットや電車などの移動や姿勢制御、ラジコン飛行機、ラジコンヘリコプター、及びドローンなどの遠隔操縦あるいは自律式の飛行体の移動や姿勢制御、農業機械、もしくは建設機械などの移動や姿勢制御、ロケット、人工衛星、船舶、及びＡＧＶ（無人搬送車）などの制御において利用することができる。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ…慣性センサー、２…基板、３…センサー素子、５…蓋、２１…凹部、２２…固定部、２３…突起、２４…第１検出電極、２５…第２検出電極、２６…ダミー電極、３１…第１可動体、３２…保持部、３３…第１支持梁、３４…第１質量部、３５…第２質量部、３６…第３質量部、３７…第２支持梁、３８…第２可動体、３９…第１連結部、４０…第２連結部、４１…第３連結部、４２…凸部、４３…凹部、４４…切り欠き部、４５，４６…開口、５１…凹部、１２００…電子機器としてのスマートフォン、１５００…移動体としての自動車、Ｃａ，Ｃｂ…静電容量、Ｊ１…第１回転軸としての回転軸、Ｊ２…第２回転軸としての回転軸、Ｓ…収納空間。

Claims (12)

  1. 基板と、
    前記基板に設けられた固定部と、
    前記基板と対向し、第１支持梁を第１回転軸として変位可能な第１可動体と、
    第１方向に並んだ前記第１可動体と前記固定部とを接続する前記第１支持梁と、
    第２支持梁の変形により変位可能な第２可動体と、
    前記第１方向と交差する第２方向に並んだ前記第１可動体と前記第２可動体とを接続する前記第２支持梁と、
    前記基板又は前記第２可動体に設けられ、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向からの平面視で、前記第２可動体と重なり、前記第２可動体又は前記基板に向かって突出する突起と、を備えている、
    慣性センサー。
  2. 前記第２可動体、前記第２支持梁、及び前記突起を複数備え、
    複数の前記第２支持梁は、対向するように配置されている、
    請求項１に記載の慣性センサー。
  3. 前記第２可動体は、前記第２支持梁に接続する側に凸部を備えている、
    請求項１又は請求項２に記載の慣性センサー。
  4. 前記第２支持梁は、前記第１回転軸と交差する第２回転軸として変位可能である、
    請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の慣性センサー。
  5. 前記第２支持梁は、渦巻きばねである、
    請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の慣性センサー。
  6. 前記第２可動体と前記第２支持梁との連結部分は、曲面である、
    請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の慣性センサー。
  7. 前記第１可動体と前記第２支持梁との連結部分は、曲面である、
    請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の慣性センサー。
  8. 前記第２可動体は、前記第２支持梁側とは反対側の端部に前記第１可動体に対向する切り欠き部を備えている、
    請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の慣性センサー。
  9. 前記第２可動体の前記第２支持梁側の部分と前記切り欠き部との連結部分は、前記第１可動体側に凸の曲面である、
    請求項８に記載の慣性センサー。
  10. 前記第２支持梁のねじり剛性は、前記第１支持梁のねじり剛性よりも高い、
    請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の慣性センサー。
  11. 請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の慣性センサーと、
    前記慣性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、
    を備えている、
    電子機器。
  12. 請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の慣性センサーと、
    前記慣性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、
    を備えている、
    移動体。
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