JP6481294B2 - 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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Description
本発明の物理量センサー素子は、基準面に直交する第1軸に沿った第1方向に振動する駆動部と、
前記駆動部に作用する慣性力により、前記基準面内の第2軸に沿った第2方向に振動する検出部と、
前記駆動部と前記検出部とを接続している第1梁部と、
固定部と、
前記検出部と前記固定部とを接続している第2梁部と、
を備え、
前記第1梁部の前記第1方向でのバネ定数が、前記第2梁部の前記第1方向でのバネ定数よりも小さく、
前記第2梁部の前記第1方向でのバネ定数が、前記第2梁部の前記第2方向でのバネ定数よりも大きいことを特徴とする。
本発明の物理量センサー素子では、前記第1梁部の前記第1方向でのバネ定数をk1zとし、前記第2梁部の前記第1方向でのバネ定数をk2zとしたとき、
k1z/k2z≦1/10の関係を満たすことが好ましい。
本発明の物理量センサー素子では、前記第1梁部の長さが前記第2梁部の長さよりも長いことが好ましい。
本発明の物理量センサー素子では、前記第1梁部は、前記第1方向から見た平面視で蛇行している部分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、前記第1梁部は、前記第2軸に沿って延在している第1部分と、前記基準面内で前記第2軸に直交する第3軸に沿って延在している第2部分と、を含んでおり、
前記第1部分の長さが前記第2部分の長さよりも長いことが好ましい。
本発明の物理量センサー素子では、前記第1梁部の厚さが前記第2梁部の厚さよりも薄いことが好ましい。
本発明の物理量センサー素子では、前記第2梁部の幅が厚さよりも小さいことが好ましい。
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。
図1は、本発明の第1実施形態に係る物理量センサーを示す平面図、図2は、図1中のA−A線断面図、図3は、図1中のB−B線断面図である。また、図4は、図1に示す物理量センサーの動作(角速度が加わっていない状態)を説明するための模式的な図であって、図4(a)は平面図、図4(b)は断面図である。また、図5は、図1に示す物理量センサーの動作(角速度が加わった状態)を説明するための模式的な図であって、図5(a)は平面図、図5(b)は断面図である。
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つの物理量センサー素子1a、1bで構成されている。この2つの物理量センサー素子1a、1bは、図2において、左右対称に構成されており、互いに同様の構成を有する。
振動構造体2は、検出部21と、パッケージ11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(第2梁部)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(第1梁部)と、を有している。
各振動構造体2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。
各振動構造体2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。
各振動構造体2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。
各振動構造体2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、例えばフレーム部211の形状に沿った四角形をなしている。また、駆動部24の厚さは、梁部25の厚さと等しくなっていて、検出部21および梁部23の厚さよりも薄くなっている。これにより、駆動部24の質量のバラツキや梁部25の弾性のバラツキを容易に低減することができる。なお、駆動部24の厚さは、検出部や梁部23の厚さと等しくてもよい。
各振動構造体2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。
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、対応する振動構造体2の駆動部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、一方の振動構造体2の検出振動を検出する2つの検出用固定電極部4と、他方の振動構造体2の検出振動を検出する2つの検出用固定電極部4と、で構成されている。一方の振動構造体2の検出振動を検出する2つの検出用固定電極部4は、当該一方の振動構造体2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、他方の振動構造体2の検出振動を検出する2つの検出用固定電極部4は、当該他方の振動構造体2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、対応する振動構造体2の駆動部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。
以上のようにして構成された物理量センサー10は、以下のようにして動作する。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
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8〜図10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11に基づき、詳細に説明する。
図11は、本発明の移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図である。
1A‥‥物理量センサー素子
1a‥‥物理量センサー素子
1b‥‥物理量センサー素子
2‥‥振動構造体
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
10A‥‥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
21A‥‥検出部
22‥‥固定部
23‥‥梁部(第2梁部)
24‥‥駆動部(第1質量部、第2質量部)
24A‥‥駆動部
25‥‥梁部(第1梁部)
26‥‥固定部
27‥‥支持梁部
28‥‥連結部
29‥‥梁部(第1変形容易部、第2変形容易部)
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
211A‥‥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
g1‥‥隙間
g2‥‥隙間
α1‥‥方向
α2‥‥方向
β1‥‥方向
β2‥‥方向
Claims (12)
- 基準面に直交する第1軸に沿った第1方向に振動する駆動部と、
前記駆動部に作用する慣性力により、前記基準面内の第2軸に沿った第2方向に振動する検出部と、
前記駆動部と前記検出部とを接続している第1梁部と、
固定部と、
前記検出部と前記固定部とを接続している第2梁部と、
前記第1方向から見た平面視で、前記駆動部の外周に沿って、前記駆動部に重なる位置に設けられている駆動用固定電極部と、
前記第1方向から見た平面視で前記駆動用固定電極部の内側に設けられている駆動モニター用電極と、
を備え、
前記第1梁部の前記第1方向でのバネ定数が、前記第2梁部の前記第1方向でのバネ定数よりも小さく、
前記第2梁部の前記第1方向でのバネ定数が、前記第2梁部の前記第2方向でのバネ定数よりも大きいことを特徴とする物理量センサー素子。 - 前記第1梁部の前記第1方向でのバネ定数をk1zとし、前記第2梁部の前記第1方向でのバネ定数をk2zとしたとき、
k1z/k2z≦1/10の関係を満たす請求項1に記載の物理量センサー素子。 - 前記第1梁部の長さが前記第2梁部の長さよりも長い請求項1または2に記載の物理量センサー素子。
- 前記第1梁部は、前記第1方向から見た平面視で蛇行している部分を有する請求項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。
- 前記第1梁部は、前記第2軸に沿って延在している第1部分と、前記基準面内で前記第2軸に直交する第3軸に沿って延在している第2部分と、を含んでおり、
前記第1部分の長さが前記第2部分の長さよりも長い請求項4に記載の物理量センサー素子。 - 前記第1梁部の厚さが前記第2梁部の厚さよりも薄い請求項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。
- 前記第2梁部の幅が厚さよりも小さい請求項1ないし6のいずれか1項に記載の物理量センサー素子。
- 前記第1梁部の長さをL1とし、前記第2梁部の長さをL2としたとき、L1/L2は、2以上20倍以下であり、
前記第1梁部の厚さをt2とし、前記第2梁部の厚さをt1としたとき、t2/t1は、0.2以上0.8以下であり、
前記第2梁部の幅をWとしたとき、t1/Wは、2以上20以下である請求項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。 - 前記第1梁部の前記第1方向でのバネ定数をk1zとし、前記第2梁部の前記第1方向でのバネ定数をk2zとしたとき、
1/10000≦k1z/k2z≦1/100の関係を満たす請求項8に記載の物理量センサー素子。 - 請求項1ないし9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9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9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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