JP7258760B2 - 角速度センサ - Google Patents
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Description
上記第1の発明による角速度センサにおいて、好ましくは、第1低熱伝導部上には、第2材料からなり、第1低熱伝導部と一体的に形成された絶縁膜が設けられている。
上記第1の発明による角速度センサにおいて、好ましくは、第1低熱伝導部上には、第2材料からなり、第1低熱伝導部と一体的に形成された、配線部を設けるための絶縁膜が設けられている。
このように構成すれば、上記第1の発明と同様に、Q値を増大させつつ、構造上の制約を軽減させて、総合的な性能向上を実現することができる。そして、第2の発明では、平面的に見て同一位置に、溝状低熱伝導部と環状低熱伝導部とを設ける事ができる。この場合、溝状低熱伝導部を貫通孔により構成する場合と異なり、溝状低熱伝導部を環状に形成しても、振動部が分離することなく溝状低熱伝導部の内周側と外周側とが一体的に接続した構造を確保できる。また、振動部の断面において、溝状低熱伝導部の形成箇所では溝によって熱の移動を抑制することができ、溝状低熱伝導部が形成されない部分に、環状低熱伝導部を設けて熱の移動を抑制する事ができる。その結果、より効果的にQ値を増大させることができる。
図1~図11を参照して、第1実施形態による角速度センサ100の構成について説明する。第1実施形態では、角速度センサ100は、センサに対する角度の変化(角速度)を検出可能なジャイロスコープ(ジャイロセンサ)である。第1実施形態の角速度センサ100は、MEMS技術により慣性センサ素子として構成された電子部品(MEMS角速度センサ)である。なお、本願明細書では、MEMSとは、微小電気機械システム(Micro Electro Mechanical Systems)を意味するものとして記載している。
図1に示すように、角速度センサ100は、環状の振動部10と、振動部10と固定部30とを接続し振動部10を支持する支持部20とを備える。角速度センサ100は、振動部10を加振して、角速度の作用に応じて生じる振動モードの変化により角速度を検出する振動式角速度センサである。また、角速度センサ100は、環状(リング状)の振動部10の半径方向に生じる振動モードを利用して角速度を検出するリング型振動式角速度センサである。また、図1に示す角速度センサ100は、駆動力として電磁力を用いる電磁駆動方式を採用した角速度センサである。
図1および図5に示すように、振動部10は、第1材料からなる環状(図1参照)の母材部11と、第1材料よりも熱伝導が低い第2材料からなる環状の第1低熱伝導部12とを含む。図5(A)は、振動部10の表面(上面)の拡大図であり、図5(B)は、振動部10の半径方向(900-900線)に沿った断面を示す模式図である。
図6~図11を参照して、第1実施形態による角速度センサ100の作製方法を説明する。特に、第1低熱伝導部12の形成方法について説明する。以下では、第1材料がシリコンであり、第2材料がシリコン酸化物である例を説明する。
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(第1変形例)
第1低熱伝導部12は、図5に示した例に限られない。図13(A)に示す第1変形例では、振動部10は、半径方向に同心円状に並ぶ4つの第1低熱伝導部12を備える。図13(B)に示すように、各々の第1低熱伝導部12は、母材部11を厚み方向に貫通する。図示しないが、各々の第1低熱伝導部12は、振動部10の周方向に全周に亘って連続する。
図14(A)に示す第2変形例では、振動部10は、半径方向に同心円状に並ぶ8つの第1低熱伝導部12を備える。図14(B)に示すように、各々の第1低熱伝導部12は、母材部11を厚み方向に貫通する。図示しないが、各々の第1低熱伝導部12は、振動部10の周方向に全周に亘って連続する。
図15に示す第3変形例では、振動部10は、1つの第1低熱伝導部12を備える。第3変形例では、上記第1変形例や第2変形例と比較して第1低熱伝導部12の幅W2が大きい例を示している。図示しないが、第1低熱伝導部12は、母材部11を厚み方向に貫通し、振動部10の周方向に全周に亘って連続する。
第1低熱伝導部12は、図16(A)に示すように、母材部11を厚み方向に貫通する例に限られず、母材部11を貫通しなくてもよい。図16(B)に示す第4変形例では、4つの第1低熱伝導部12が、母材部11を厚み方向に貫通していない。4つの第1低熱伝導部12のうち、2つが振動部10の一方表面(上面)側に設けられ、他の2つが振動部10の他方表面(下面)側に設けられている。第4変形例では、上面側の第1低熱伝導部12aと、下面側の第1低熱伝導部12bとによって、第1低熱伝導部12が振動部10の厚み方向の略全体に亘るように形成されている。
図17を参照して、第2実施形態による角速度センサ200の構成について説明する。第2実施形態では、第1低熱伝導部12に加えて、振動部10と支持部20との連結部CPに、第2低熱伝導部110を設ける例について説明する。なお、第2実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
図19を参照して、第3実施形態による角速度センサ300の構成について説明する。第3実施形態では、第1低熱伝導部12に加えて、振動部10の縁部に第2材料からなる端面層210を設ける例について説明する。なお、第3実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図20~図24を参照して、第3実施形態による角速度センサ300の作製方法を説明する。特に、端面層210の形成方法について説明する。図20~図24に示す断面図では、便宜的に、支持部20および固定部30の断面を省略し、振動部10の部分の断面のみを図示している。
第3実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
図25を参照して、第4実施形態による角速度センサ400の構成について説明する。第4実施形態では、連続した環状の第1低熱伝導部12を設けた上記第1実施形態とは異なり、第1低熱伝導部12に切れ目310を設ける例について説明する。なお、第4実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
次に、環状の第1低熱伝導部12の周方向における切れ目310の形成位置について説明する。切れ目310は、環状の第1低熱伝導部12において、周方向の任意の位置(回転位置)に配置することができる。たとえば図25(A)の例では、4つの第1低熱伝導部12の各々の切れ目310の周方向の位置が、互いに一致する例を示している。したがって、4つの切れ目310が半径方向に直線状に並んでいる。
第4実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
図28~図30を参照して、第5実施形態による角速度センサ500の構成について説明する。第5実施形態では、第1低熱伝導部12に切れ目310を設けた上記第4実施形態とは異なり、導電層410を介して第1低熱伝導部12の内側と外側との母材部11の電気的接続を確保する例について説明する。なお、第5実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第5実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
図31~図34を参照して、第6実施形態による角速度センサ600の構成について説明する。第6実施形態では、上記第1実施形態の構成に加えて、さらに第4低熱伝導部510を設ける例について説明する。なお、第6実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第6実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
図35および図36を参照して、第7実施形態による角速度センサ700の構成について説明する。第7実施形態では、第4低熱伝導部510と第1低熱伝導部12とが周方向に並ぶ例について説明する。なお、第7実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第7実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
図37および図38を参照して、第8実施形態による角速度センサ800の構成について説明する。第8実施形態では、上記第6および第7実施形態とは異なり、第4低熱伝導部510と第1低熱伝導部12とが振動部の厚み方向に並ぶ例について説明する。なお、第8実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。なお、第8実施形態における第4低熱伝導部510と第1低熱伝導部12とは、それぞれ特許請求の範囲の「溝状低熱伝導部」と「環状低熱伝導部」との一例である。
第8実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
10a 外周面
10b 内周面
11 母材部
12、12a、12b 第1低熱伝導部
20 支持部
30 固定部
40 配線部
100、200、300、400、500、600、700、800 角速度センサ
110、110a、110b 第2低熱伝導部
210 端面層
240 支持部母材部
250 第3低熱伝導部
310 切れ目
410 導電層
510、510a、510b 第4低熱伝導部
CP 連結部
R1 第1領域
R2 第2領域
Claims (15)
- 環状の振動部と、
前記振動部と固定部とを接続し前記振動部を支持する支持部とを備え、
前記振動部は、
第1材料からなる環状の母材部と、
前記第1材料よりも熱伝導が低い第2材料からなり、前記振動部の略全周に亘って、前記母材部における環状の第1領域と前記第1領域よりも内側で環状の第2領域との間に挟まれる環状の第1低熱伝導部とを含み、
前記第1低熱伝導部は、前記振動部の半径方向に複数設けられているとともに、それぞれ周方向の一部に切れ目が設けられ、
前記切れ目に配置された前記第1材料を介して前記第1低熱伝導部の内周側の前記母材部と外周側の前記母材部とが電気的に接続されており、
前記複数の第1低熱伝導部の前記切れ目は、周方向において、前記振動部を駆動する際の一次振動モードにおける、互いに異なる節の位置に形成されている、角速度センサ。 - 前記第1低熱伝導部は、前記振動部の厚み方向の略全体に亘るように形成されている、請求項1に記載の角速度センサ。
- 前記第1低熱伝導部は、前記母材部を厚み方向に貫通している、請求項1または2に記載の角速度センサ。
- 前記振動部と前記支持部との連結部に設けられた前記第2材料からなる第2低熱伝導部をさらに備える、請求項1~3のいずれか1項に記載の角速度センサ。
- 前記第1低熱伝導部の表面は、前記母材部の表面と略同一面上に形成されており、
前記振動部は、前記第1低熱伝導部上を跨いで横切るように設けられた配線部を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の角速度センサ。 - 前記第1材料は、シリコンであり、前記第2材料は、シリコン酸化物である、請求項1~5のいずれか1項に記載の角速度センサ。
- 前記振動部の外周面および内周面の少なくとも一方に、前記第2材料からなる端面層を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の角速度センサ。
- 前記支持部は、前記第1材料からなる支持部母材部と、前記第2材料からなり、前記支持部の幅方向の両側から前記支持部母材部に挟まれる第3低熱伝導部とを含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の角速度センサ。
- 前記振動部に形成された非貫通の溝または貫通孔からなる第4低熱伝導部をさらに備える、請求項1~8のいずれか1項に記載の角速度センサ。
- 前記第4低熱伝導部と、前記第1低熱伝導部とは、前記振動部の半径方向に並んで設けられている、請求項9に記載の角速度センサ。
- 前記第4低熱伝導部と、前記第1低熱伝導部とは、前記振動部の周方向に並んで設けられている、請求項9に記載の角速度センサ。
- 前記第4低熱伝導部は、前記振動部の略全周に亘って並ぶように複数設けられ、
前記第1低熱伝導部は、前記周方向において、それぞれの前記第4低熱伝導部の間に設けられている、請求項11に記載の角速度センサ。 - 前記第1低熱伝導部上には、前記第2材料からなり、前記第1低熱伝導部と一体的に形成された絶縁膜が設けられている、請求項1~12のいずれか1項に記載の角速度センサ。
- 前記第1低熱伝導部上には、前記第2材料からなり、前記第1低熱伝導部と一体的に形成された、配線部を設けるための絶縁膜が設けられている、請求項1~13のいずれか1項に記載の角速度センサ。
- 環状の振動部と、
前記振動部と固定部とを接続し前記振動部を支持する支持部とを備え、
前記振動部は、
第1材料からなる環状の母材部と、
前記第1材料よりも熱伝導が低い第2材料からなり、前記振動部の略全周に亘って、前記母材部における環状の第1領域と前記第1領域よりも内側で環状の第2領域との間に挟まれる環状の環状低熱伝導部と、
前記振動部に形成された非貫通の溝からなる溝状低熱伝導部と、を含み、
前記溝状低熱伝導部は、前記振動部の厚み方向に凹状に形成された溝からなり、
前記溝状低熱伝導部と、前記環状低熱伝導部とは、厚み方向に並んで設けられている、角速度センサ。
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