技術 慣性センサー、電子機器および移動体

0001

本発明は、慣性センサー、電子機器および移動体に関するものである。

0002

例えば、特許文献１に記載された慣性センサーは、揺動軸まわりにシーソー揺動する可動体と、可動体の直下に配置されている第１検出電極および第２検出電極と、を有する。この慣性センサーでは、Ｚ軸方向の加速度が加わると、可動体が揺動軸まわりにシーソー揺動し、これにより、可動体と第１検出電極との間の静電容量および可動体と第２検出電極との間の静電容量が逆相で変位する。そのため、静電容量の変化量に基づいて、Ｚ軸方向の加速度を検出することができる。

0003

また、第１、第２検出電極にはそれぞれ突起が形成されており、可動体を突起に接触させることにより、可動体のそれ以上の変位を規制している。

0004

特開２０１７−１４６３１２号公報

0005

しかしながら、特許文献１の慣性センサーの場合、突起の周囲を検出電極が取り囲んでおり、可動体と検出電極との間には電位差が発生している。この場合、可動体が突起に貼り付くと可動体と検出電極との間の電位差に起因する静電引力により、貼り付きが解除されにくくなるおそれがある。

0006

本実施形態に記載の慣性センサーは、基板と、
揺動軸を挟んで配置され、前記揺動軸まわりの回転モーメントが互いに異なる第１可動部および第２可動部を備え、前記基板に対して前記揺動軸まわりに揺動する可動体と、
前記基板に設けられ、平面視で前記第１可動部と重なっている検出電極と、
前記基板に設けられ、平面視で前記第１可動部と重なり、前記可動体と同電位であるダミー電極と、
前記基板に設けられ、平面視で前記第１可動部と重なり、前記可動体側に突出し、前記可動体の前記揺動軸まわりの変位を規制する突起と、を有し、
前記ダミー電極は、前記突起と前記検出電極との間に位置し、かつ、前記突起の周囲の少なくとも一部を囲んで設けられ、
前記突起の前記可動体との接触部は、絶縁材料で構成されていることを特徴とする。

0007

第１実施形態に係る慣性センサーを示す平面図。
図１中のＡ−Ａ線断面図。
図１中のＢ−Ｂ線断面図。
図１中のＣ−Ｃ線断面図。
図１の慣性センサーの平面図。
図１の慣性センサーの変形例を示す平面図。
第２実施形態に係る慣性センサーを示す断面図。
第２実施形態に係る慣性センサーを示す断面図。
第３実施形態に係る慣性センサーを示す断面図。
第３実施形態に係る慣性センサーを示す断面図。
第４実施形態に係る慣性センサーを示す断面図。
第４実施形態に係る慣性センサーを示す断面図。
第５実施形態に係る慣性センサーを示す平面図。
第６実施形態に係るスマートフォンを示す平面図。
第７実施形態に係る慣性計測装置を示す分解斜視図。
図１５に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図。
第８実施形態に係る移動体測位装置の全体システムを示すブロック図。
図１７に示す移動体測位装置の作用を示す図。
第９実施形態に係る移動体を示す斜視図。

0008

以下、本発明の慣性センサー、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

0009

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る慣性センサーを示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図４は、図１中のＣ−Ｃ線断面図である。図５は、図１の慣性センサーの平面図である。図６は、図１の慣性センサーの変形例を示す平面図である。以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、各軸の矢印方向先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ軸方向プラス側を「上」とも言い、Ｚ軸方向マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ軸方向から見た平面視を単に「平面視」とも言う。

0010

図１および図２に示す慣性センサー１は、Ｚ軸方向の加速度Ａｚを検出することのできるセンサーである。このような慣性センサー１は、基板２と、基板２の上側に設けられているセンサー素子３と、センサー素子３を覆って基板２の上面に接合されている蓋５と、を有する。

0011

基板２は、上面に開口する凹部２１を有する。凹部２１は、平面視で、センサー素子３を内包するように、センサー素子３よりも大きく形成されている。また、凹部２１は、基板２の上面に開口する第１凹部２１１と、第１凹部２１１の底面に開口する第２凹部２１２と、を有する。第２凹部２１２は、第１凹部２１１のＸ軸方向マイナス側の端部に開口している。言い換えると、凹部２１は、第１の深さの第１凹部２１１と第１の深さより深い第２の深さの第２凹部２１２と、を有する。そして、第２凹部２１２は、第１凹部２１１のX軸方向マイナス側に位置している。

0012

また、基板２は、第１凹部２１１の底面から上側に向けて突出しているマウント２２を有する。そして、マウント２２の上面にセンサー素子３が接合されている。また、基板２は、第２凹部２１２の底面から上側に向けて突出している２つの突起２３、２４を有する。つまり、突起２３、２４は、基板２と一体である。また、突起２３、２４は、平面視で、センサー素子３が有する後述する可動体３２と重なって設けられている。これら突起２３、２４は、可動体３２が過度に変位すなわち揺動した際に、可動体３２と接触し、可動体３２のそれ以上の変位を規制するストッパーとして機能する。可動体３２の揺動が停止しているかまたは適正範囲で行われているときには、可動体３２は、突起２３、２４に接触しない。なお、突起２３、２４については、後に詳細に説明する。

0013

また、基板２には電極８が設けられている。電極８は、第１凹部２１１の底面に配置されている第１検出電極８１および第２検出電極８２と、第２凹部２１２の底面に配置されているダミー電極８３と、を有する。また、基板２は、上面に開口する溝部を有し、溝部には、配線７５、７６、７７が設けられている。また、配線７５は、センサー素子３およびダミー電極８３と電気的に接続され、配線７６は、第１検出電極８１と電気的に接続され、配線７７は、第２検出電極８２と電気的に接続されている。また、各配線７５、７６、７７の一端部は、蓋５外に露出し、外部装置との電気的な接続を行う電極パッドとして機能する。

0014

このような基板２の構成材料としては、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、パイレックスガラス、テンパックスガラス（いずれも登録商標）のような硼珪酸ガラスを用いることができる。このように、基板２をガラス材料で構成することにより、基板２の加工が容易となる。また、センサー素子３の母材であるシリコン基板を陽極接合により基板２に接合することができるため、センサー素子３の形成が容易となる。また、透明な基板２が得られるため、基板２を介して収納空間Ｓ内を視認することともできる。ただし、基板２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、シリコン、水晶、石英等を用いてもよい。

0015

また、蓋５は、下面に開口する凹部５１を有する。蓋５は、凹部５１内にセンサー素子３を収納するようにして、基板２の上面に接合されている。そして、蓋５および基板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。また、図２に示すように、蓋５は、収納空間Ｓの内外を連通する貫通孔５２を有し、貫通孔５２は、封止材５３によって封止されている。この貫通孔５２を介して、収納空間Ｓの雰囲気を所望の雰囲気に置換することができる。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ており、使用温度、例えば、−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。

0016

このような蓋５の構成材料としては、例えば、シリコンを用いることができる。ただし、蓋５の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ガラス材料、水晶、石英等を用いてもよい。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の上面および蓋５の下面に成膜した金属膜同士を接合する金属共晶接合等を用いることができる。本実施形態では、蓋５の下面の全周にわたって形成されている接合部材５９を介して接合されている。接合部材５９としては、例えば、低融点ガラスであるガラスフリット材を用いることができる。

0017

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ている導電性のシリコン基板をドライエッチング、特に、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ている。このようなセンサー素子３は、マウント２２の上面に陽極接合されている固定部３１と、固定部３１に対して変位可能な可動体３２と、固定部３１と可動体３２とを接続する梁３３と、を有する。なお、マウント２２と固定部３１との接合方法は、陽極接合に限定されない。

0018

センサー素子３に加速度Ａｚが作用すると、可動体３２が基板２に対して梁３３で形成される揺動軸Ｊまわりに梁３３を捩り変形させつつシーソー揺動する。可動体３２は、平面視で、Ｘ軸方向を長手とする長手形状である。また、可動体３２は、平面視で、揺動軸Ｊを間に挟んで配置された第１可動部３２１および第２可動部３２２を有する。第１可動部３２１は、揺動軸Ｊに対してＸ軸方向のマイナス側に位置し、第２可動部３２２は、揺動軸Ｊに対してＸ軸方向のプラス側に位置する。また、第１可動部３２１は、第２可動部３２２よりもＸ軸方向に長く、加速度Ａｚが加わったときの揺動軸Ｊまわりの回転モーメントが第２可動部３２２のそれよりも大きい。

0019

この回転モーメントの差によって、加速度Ａｚが加わった際に可動体３２が揺動軸Ｊまわりにシーソー揺動する。なお、シーソー揺動とは、第１可動部３２１がＺ軸方向プラス側に変位すると、第２可動部３２２がＺ軸方向マイナス側に変位し、反対に、第１可動部３２１がＺ軸方向マイナス側に変位すると、第２可動部３２２がＺ軸方向プラス側に変位するように揺動することを意味する。

0020

また、可動体３２は、その厚さ方向に貫通する複数のダンピング孔３２５を有する。複数のダンピング孔３２５は、第１可動部３２１および第２可動部３２２の全域に亘って均一に配置され、特に、本実施形態では、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに並ぶ行列状に配置されている。また、複数のダンピング孔３２５は、それぞれ、横断面形状が正方形であり、互いに同じ形状および大きさとなっている。

0021

また、可動体３２は、第１可動部３２１と第２可動部３２２との間に位置する貫通孔３２４を有する。そして、貫通孔３２４内に固定部３１および梁３３が配置されている。このような構成とすることにより、センサー素子３の小型化を図ることができる。ただし、固定部３１や梁３３の配置は、特に限定されず、例えば、後述する実施形態のように、可動体３２の外側にあってもよい。

0022

ここで、凹部２１に設けられている電極８の説明に戻る。図１および図２に示すように、第１検出電極８１は、第１可動部３２１の基端部と対向して配置され、第２検出電極８２は、第２可動部３２２と対向して配置され、ダミー電極８３は、第１可動部３２１の先端部と対向して配置されている。言い換えると、Ｚ軸方向からの平面視で、第１検出電極８１は、第１可動部３２１の基端部と重なって配置され、第２検出電極８２は、第２可動部３２２と重なって配置され、ダミー電極８３は、第１可動部３２１の先端部と重なって配置されている。

0023

慣性センサー１の駆動時には、配線７５を介してセンサー素子３に駆動電圧が印加され、配線７６、７７を介して第１、第２検出電極８１、８２がチャージアンプに接続される。これにより、第１可動部３２１と第１検出電極８１との間に静電容量Ｃａが形成され、第２可動部３２２と第２検出電極８２との間に静電容量Ｃｂが形成される。慣性センサー１に加速度Ａｚが加わって、可動体３２がシーソー揺動すると、第１可動部３２１と第１検出電極８１とのギャップおよび第２可動部３２２と第２検出電極８２とのギャップが互いに逆相で変化し、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、これら静電容量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。

0024

なお、加速度Ａｚの検出に用いないダミー電極８３は、次の機能を有する。例えば、基板２の表面が凹部２１の底面から露出していると、基板２に含まれるアルカリ金属イオンの移動に起因して凹部２１の底面が帯電することにより、凹部２１の底面と可動体３２との間に静電引力が生じる。そのため、当該静電引力すなわち検出対象である加速度Ａｚ以外の力によって可動体３２が揺動してしまい、加速度Ａｚの検出精度が低下するおそれがある。そこで、基板２の表面が凹部２１の底面からなるべく露出しないように、第１、第２検出電極８１、８２以外の領域にダミー電極８３を配置している。なお、ダミー電極８３は、センサー素子３と同電位であるため、ダミー電極８３と可動体３２との間には実質的に静電引力が作用しない。

0025

また、突起２３、２４の周囲を第１検出電極８１が取り囲んでいる場合、可動体３２と第１検出電極８１との間に電位差が発生している。この場合、可動体３２が突起２３、２４に貼り付くと電位差に起因する静電引力により、貼り付きが解除されにくくなる。そこで、上述したように、基板２の表面が凹部２１の底面からなるべく露出しないように、第１、第２検出電極８１、８２以外の領域にダミー電極８３を配置している。なお、ダミー電極８３は、センサー素子３と同電位であるため、ダミー電極８３と可動体３２との間には実質的に静電引力が作用しない。

0026

ここで、衝撃等の過度な加速度Ａｚが加わって、可動体３２が揺動軸Ｊまわりに過度に揺動すると、図３および図４に示すように、第１可動部３２１が、第１検出電極８１と接触する前に、突起２３、２４の頂面２３１、２４１と接触し、それ以上の揺動が規制される。これにより、可動体３２と第１検出電極８１との接触が阻止され、検出不具合の発生を抑制することができる。また、梁３３に過度なストレスが加わるのを抑制することができ、センサー素子３の破損を抑制することもできる。また、梁３３の復元力（第１可動部３２１をＺ軸方向プラス側に引き付ける力）よりも第１可動部３２１と第１検出電極８１との間の静電引力（第１可動部３２１をＺ軸方向マイナス側に引き付ける力）が大きくなる前に、可動体３２を突起２３、２４に接触させることにより、可動体３２のプルインを抑制することもできる。なお、プルインとは、第１可動部３２１と第１検出電極８１との間の静電引力によって、第１可動部３２１が第１検出電極８１側に引き付けられた状態が維持される状態を言う。

0027

また、突起２３、２４は、第１可動部３２１の先端部と接触するように設けられている。そのため、第１検出電極８１を突起２３、２４に邪魔されることなく配置することができ、第１検出電極８１の面積を十分に大きく確保することができる。また、後述するように、突起２３、２４の周囲にダミー電極８３を配置し易くもなる。また、図５に示すように、突起２３、２４は、Ｙ軸方向に並んで、互いに離間して配置されている。そして、突起２３は、第１可動部３２１のＹ軸方向プラス側の角部と接触し、突起２４は、第１可動部３２１のＹ軸方向マイナス側の角部と接触する。これにより、突起２３、２４によって可動体３２をバランスよく受け止めることができ、突起２３、２４との接触時における可動体３２の姿勢の変化や変形を効果的に抑制することができる。

0028

また、突起２３、２４の表面には電極８が設けられていない。つまり、突起２３、２４の頂面２３１、２４１は、基板２が露出し、剥き出しになっている。そのため、頂面２３１、２４１が直接、可動体３２と接触する。例えば、従来技術のように、頂面２３１、２４１に膜が設けられていると、可動体３２との接触時に当該膜が剥がれるおそれがあり、剥がれた膜が他の部分と接触したり、付着したりすることにより、慣性センサー１の故障や、性能劣化を招くおそれがある。これに対して、本実施形態のように、頂面２３１、２４１に膜を設けず、基板２を露出させることにより、上述の問題が生じず、高い性能を経時的に維持することができる。

0029

突起２３、２４の頂面２３１、２４１が露出しているため、基板２に含まれるアルカリ金属イオンの移動に起因して頂面２３１、２４１が帯電し、頂面２３１、２４１と可動体３２との間に静電引力が生じて可動体３２が不本意に揺動、さらには可動体３２が突起２３、２４に貼り付くおそれがある。また、可動体３２と突起２３、２４との接触が繰り返されることでも突起２３、２４が帯電し、頂面２３１、２４１と可動体３２との間に静電引力が生じて可動体３２が不本意に揺動、さらには可動体３２が突起２３、２４に貼り付くおそれもある。そこで、慣性センサー１では、可動体３２と同電位であるダミー電極８３によって突起２３、２４の全周を囲んでいる。これにより、突起２３、２４の帯電が抑制され、上述した可動体３２の不本意な揺動を効果的に抑制することができる。また、ダミー電極８３により突起２３、２４の帯電が抑制されるので、可動体３２の突起２３、２４への貼り付きを抑制することができる。また、突起２３、２４の周囲をダミー電極８３が取り囲んでいるため、可動体３２と突起２３、２４を引き付ける静電引力を抑制することができ、可動体３２の突起２３、２４への貼り付きを抑制することができる。

0030

特に、本実施形態では、突起２３、２４と第１検出電極８１との間にダミー電極８３が設けられているため、第１検出電極８１からの静電引力を抑制することができる。ダミー電極８３は可動体３２と同じ電位を供給されているため、ダミー電極８３を突起２３、２４に近接させて設けることができる。そのため、上述した効果をより顕著に発揮することができる。なお、ダミー電極８３は、平面視で、突起２３、２４の周囲の少なくとも一部を囲んでいればよく、例えば、図６に示す構成であってもよい。

0031

なお、慣性センサー１に、振動・衝撃などの高い耐環境性能が求められる場合は、第１凹部２１１に突起２３、２４を設けてもよい。これにより、可動体３２が揺動軸Ｊまわりの揺動を早い段階で規制することができ、センサー素子３の破損を抑制することができる。このとき、突起２３、２４は、ダミー電極８３を延長したダミー電極８３により、全周がダミー電極８３で囲まれている。これにより、突起２３、２４の帯電が抑制され、上述した可動体３２の不本意な揺動を効果的に抑制することができる。また、ダミー電極８３により突起２３、２４の帯電が抑制されるので、可動体３２の突起２３、２４への貼り付きを抑制することができる。

0032

また、図２に示すように、突起２３、２４の頂面２３１、２４１と可動体３２との離間距離Ｄ１は、第１検出電極８１と可動体３２との離間距離Ｄ２よりも大きい。つまり、Ｄ１＞Ｄ２である。これにより、頂面２３１、２４１と可動体３２とを十分に離間させることができる。そのため、仮に、前述したような原因によって突起２３、２４が帯電してしまったとしても、突起２３、２４と可動体３２との間に生じる静電引力を十分に小さくすることができる。そのため、可動体３２の不本意な揺動をより効果的に抑制することができる。

0033

特に、本実施形態では、突起２３、２４の頂面２３１、２４１は、第１凹部２１１の底面と面一である。言い換えると、頂面２３１、２４１は、第１凹部２１１の底面の一部として構成されている。これにより、突起２３、２４の形成が容易となる。ただし、突起２３、２４の高さは、特に限定されず、Ｄ１≦Ｄ２であってもよい。また、突起２３、２４の頂面２３１、２４１は、第１凹部２１１の底面よりも上側に位置していてもよいし、下側に位置していてもよい。

0034

また、前述したように、突起２３、２４は、基板２と一体である。そのため、突起２３、２４の形成が容易となる。また、突起２３、２４の靭性を高めることができ、突起２３、２４の損傷を効果的に抑制することもできる。ただし、突起２３、２４は、基板２と別体で形成し、接着剤等によって基板２に接合されていてもよい。

0035

また、突起２３、２４の構成材料は、ガラス材料であり、そのヤング率は、８０ＧＰａ程度である。一方、可動体３２の構成材料は、シリコンであり、そのヤング率は、１８５ＧＰａ程度である。つまり、突起２３、２４の構成材料のヤング率は、可動体３２の構成材料のヤング率よりも小さい。そのため、突起２３、２４を可動体３２に対して柔らかくすることができ、接触時の衝撃を緩和することができ、可動体３２の破損を抑制することができる。ただし、これに限定されず、突起２３、２４の構成材料のヤング率は、可動体３２の構成材料のヤング率と等しくてもよいし、可動体３２の構成材料のヤング率よりも大きくてもよい。なお、突起２３、２４の形状、寸法、配置、形成個数、構成材料等の諸条件は、前述のものに限定されない。例えば、突起２３、２４の平面視形状は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に延在する長手形状であってもよい。

0036

可動体３２の説明に戻って、図３および図４に示すように、第１可動部３２１は、その厚さ方向に貫通する２つの貫通孔３２６、３２７を有する。また、貫通孔３２６は、平面視で、突起２３と重なって設けられ、貫通孔３２７は、平面視で、突起２４と重なって設けられている。また、貫通孔３２６、３２７の下側開口の幅Ｗ１は、突起２３、２４の頂面２３１、２４１の幅Ｗ２よりも小さい。すなわち、Ｗ１＜Ｗ２である。このような関係とすることにより、平面視で、頂面２３１、２４１の中央部が貫通孔３２６、３２７と重なり、頂面２３１、２４１の外縁部が第１可動部３２１の下面と重なる。そのため、突起２３、２４の靱性を低下させることなく、突起２３、２４と可動体３２とを小面積で接触させることができる。その結果、突起２３、２４と可動体３２との貼り付きをより効果的に抑制することができる。

0037

なお、本実施形態では、貫通孔３２６、３２７が円形であるため、幅Ｗ１は、直径と等しい。同様に、本実施形態では、頂面２３１、２４１が円形であるため、幅Ｗ２は、直径と等しい。ただし、貫通孔３２６、３２７の形状は、円形に限定されず、例えば、楕円形、長円形、三角形、四角形、五角形以上の多角形、異形等であってもよい。同様に、頂面２３１、２４１の形状は、円形に限定されず、例えば、楕円形、長円形、三角形、四角形、五角形以上の多角形、異形等であってもよい。また、貫通孔３２６、３２７と頂面２３１、２４１の形状は、互いに異なっていてもよい。

0038

以上、慣性センサー１について説明した。このような慣性センサー１は、前述したように、基板２と、揺動軸Ｊを挟んで配置され、揺動軸Ｊまわりの回転モーメントが互いに異なる第１可動部３２１および第２可動部３２２を備え、基板２に対して揺動軸Ｊまわりに揺動する可動体３２と、基板２に設けられ、平面視で第１可動部３２１と重なっている検出電極としての第１検出電極８１と、基板２に設けられ、平面視で第１可動部３２１と重なり、可動体３２と同電位であるダミー電極８３と、基板２に設けられ、平面視で第１可動部３２１と重なり、可動体３２側に突出し、可動体３２の揺動軸Ｊまわりの変位を規制する突起２３、２４と、を有する。そして、ダミー電極８３は、突起２３、２４と第１検出電極８１との間に位置し、かつ、突起２３、２４の周囲の少なくとも一部、本実施形態では全周を囲んで設けられている。また、突起２３、２４の可動体３２との接触部である頂面２３１、２４１は、絶縁材料、本実施形態ではガラス材料で構成されている。

0039

このような構成によれば、ダミー電極８３によって突起２３、２４の帯電が抑制されるため、突起２３、２４と可動体３２との間に静電引力が生じるのを抑制することができる。また、ダミー電極８３により突起２３、２４の帯電が抑制されるので、可動体３２の突起２３、２４への貼り付きを抑制することができる。また、突起２３、２４の周囲をダミー電極８３が取り囲んでいるため、可動体３２と突起２３、２４を引き付ける静電引力を抑制することができ、可動体３２の突起２３、２４への貼り付きを抑制することができる。そのため、検出対象である加速度Ａｚ以外の力による可動体３２の揺動を抑制することができ、加速度Ａｚの検出精度が向上する。

0040

また、前述したように、基板２は、可動体３２側の主面である上面に開口する第１凹部２１１と、第１凹部２１１の底面に開口する第２凹部２１２と、を有する。言い換えると、基板２は、可動体３２側に開口する凹部を有し、この凹部は、第１凹部２１１と第１凹部２１１より深い第２凹部２１２を有する。そして、第１凹部２１１の底面に第１検出電極８１が設けられ、第２凹部２１２の底面にダミー電極８３が設けられ、第２凹部２１２の底面から突起２３、２４が突出している。これにより、基板２の構成が簡単なものとなる。

0041

また、前述したように、可動体３２と突起２３、２４との離間距離Ｄ１は、可動体３２と第１検出電極８１との離間距離Ｄ２よりも大きい。つまり、Ｄ１＞Ｄ２である。これにより、突起２３、２４と可動体３２とを十分に離間させることができる。そのため、仮に、突起２３、２４が帯電してしまったとしても、突起２３、２４と可動体３２との間に生じる静電引力を十分に小さくすることができる。そのため、可動体３２の不本意な揺動をより効果的に抑制することができる。

0042

また、前述したように、突起２３、２４は、基板２と一体である。これにより、突起２３、２４の形成が容易となる。また、突起２３、２４の靭性を高めることができ、突起２３、２４の損傷を効果的に抑制することもできる。

0043

また、前述したように、突起２３、２４および基板２の構成材料は、ガラスである。これにより、突起２３、２４を基板２と一体形成し易くなる。

0044

また、前述したように、突起２３、２４の構成材料のヤング率は、可動体３２の構成材料のヤング率よりも小さい。これにより、突起２３、２４を可動体３２に対して十分に柔らかくすることができる。そのため、突起２３、２４との接触による可動体３２の破損を効果的に抑制することができる。

0045

＜第２実施形態＞
図７および図８は、第２実施形態に係る慣性センサーを示す断面図である。

0046

本実施形態は、ダミー電極８３の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図７および図８において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。また、図７は、図１中のＢ−Ｂ線断面に相当し、図８は、図１中のＣ−Ｃ線断面に相当する。

0047

図７および図８に示すように、ダミー電極８３は、突起２３、２４の側面２３２、２４２にも設けられている。つまり、突起２３、２４の可動体３２との接触部である頂面２３１、２４１以外の領域にもダミー電極８３が設けられている。このように、突起２３、２４にもダミー電極８３を配置することにより、突起２３、２４の帯電をより効果的に抑制することができる。

0048

このように、本実施形態の慣性センサー１では、突起２３、２４の接触部としての頂面２３１、２４１ではない領域である側面２３２、２４２にもダミー電極８３が設けられている。これにより、突起２３、２４の帯電をより効果的に抑制することができる。

0049

＜第３実施形態＞
図９および図１０は、第３実施形態に係る慣性センサーを示す断面図である。

0050

本実施形態は、突起２３、２４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９および図１０において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。また、図９は、図１中のＢ−Ｂ線断面に相当し、図１０は、図１中のＣ−Ｃ線断面に相当する。

0051

図９および図１０に示すように、突起２３、２４の頂面２３１、２４１は、丸み付けされており、曲面、具体的には湾曲凸面で構成されている。これにより、例えば、前述した第１実施形態と比べて、頂面２３１、２４１と可動体３２との接触面積が減り、突起２３、２４と可動体３２との貼り付きをより効果的に抑制することができる。

0052

このように、本実施形態の慣性センサー１では、接触部としての頂面２３１、２４１は、丸み付けされている。これにより、例えば、前述した第１実施形態と比べて、頂面２３１、２４１と可動体３２との接触面積が減り、突起２３、２４と可動体３２との貼り付きをより効果的に抑制することができる。

0053

＜第４実施形態＞
図１１および図１２は、第４実施形態に係る慣性センサーを示す断面図である。

0054

本実施形態は、突起２３、２４の構成が異なること以外は、前述した第３実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１および図１２において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。また、図１１は、図１中のＢ−Ｂ線断面に相当し、図１２は、図１中のＣ−Ｃ線断面に相当する。

0055

図１１および図１２に示すように、慣性センサー１は、突起２３、２４の表面を覆う絶縁膜９を有する。これにより、基板２に含まれるアルカリ金属イオンが表面に露出するのを抑制することができ、突起２３、２４と可動体３２との間に静電引力が生じるのを効果的に抑制することができる。なお、絶縁膜９としては、特に限定されず、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンで構成することができる。

0056

＜第５実施形態＞
図１３は、第５実施形態に係る慣性センサーを示す平面図である。

0057

本実施形態は、センサー素子３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１３において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

0058

図１３に示すように、本実施形態のセンサー素子３では、固定部３１が可動体３２の外側に位置しており、可動体３２を囲む枠状をなしている。そして、固定部３１は、基板２の上面に陽極接合されている。このように、固定部３１が基板２の上面に接合されているため、基板２からはマウント２２が省略されている。また、梁３３は、固定部３１と可動体３２との間に位置している。

0059

＜第６実施形態＞
図１４は、第６実施形態に係るスマートフォンを示す平面図である。

0060

図１４に示す電子機器としてのスマートフォン１２００は、慣性センサー１と、慣性センサー１から出力される検出信号に基づいて制御を行う制御回路１２１０と、が内蔵されている。慣性センサー１によって検出された検出データは、制御回路１２１０に送信され、制御回路１２１０は、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。

0061

このような電子機器としてのスマートフォン１２００は、慣性センサー１と、慣性センサー１から出力される検出信号に基づいて制御を行う制御回路１２１０と、を有する。そのため、前述した慣性センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

0062

なお、電子機器は、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、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、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、ページャ、電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、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、航空機、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。

0063

＜第７実施形態＞
図１５は、第７実施形態に係る慣性計測装置を示す分解斜視図である。図１６は、図１５に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。

0064

図１５に示す電子機器としての慣性計測装置２０００（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）は、自動車や、ロボットなどの被装着装置の姿勢や、挙動を検出する慣性計測装置である。慣性計測装置２０００は、３軸加速度センサーおよび３軸角速度センサーを備えた６軸モーションセンサーとして機能する。

0065

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ヶ所の頂点近傍に固定部としてのネジ穴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、デジタルスチー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。

0066

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と、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。アウターケース２１００の外形は、前述した慣性計測装置２０００の全体形状と同様に、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、それぞれネジ穴２１１０が形成されている。また、アウターケース２１００は、箱状であり、その内部にセンサーモジュール２３００が収納されている。

0067

センサーモジュール２３００は、インナーケース２３１０と、基板２３２０と、を有している。インナーケース２３１０は、基板２３２０を支持する部材であり、アウターケース２１００の内部に収まる形状となっている。また、インナーケース２３１０には、基板２３２０との接触を抑制するための凹部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。このようなインナーケース２３１０は、接合部材２２００を介してアウターケース２１００に接合されている。また、インナーケース２３１０の下面には接着剤を介して基板２３２０が接合されている。

0068

図１６に示すように、基板２３２０の上面には、コネクター２３３０、Ｚ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｚ、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸方向の加速度を検出する加速度センサー２３５０などが実装されている。また、基板２３２０の側面には、Ｘ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｘおよびＹ軸まわ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。そして、加速度センサー２３５０として、本発明の慣性センサーを用いることができる。

0069

また、基板２３２０の下面には、制御ＩＣ２３６０が実装されている。制御ＩＣ２３６０は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、慣性計測装置２０００の各部を制御する。記憶部には、加速度および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、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。

0070

＜第８実施形態＞
図１７は、第８実施形態に係る移動体測位装置の全体システムを示すブロック図である。図１８は、図１７に示す移動体測位装置の作用を示す図である。

0071

図１７に示す移動体測位装置３０００は、移動体に装着して用い、当該移動体の測位を行うための装置である。なお、移動体としては、特に限定されず、自転車、自動車、自動二輪車、電車、飛行機、船等のいずれでもよいが、本実施形態では移動体として四輪自動車を用いた場合について説明する。

0072

移動体測位装置３０００は、慣性計測装置３１００（ＩＭＵ）と、演算処理部３２００と、ＧＰＳ受信部３３００と、受信アンテナ３４００と、位置情報取得部３５００と、位置合成部３６００と、処理部３７００と、通信部３８００と、表示部３９００と、を有している。なお、慣性計測装置３１００としては、例えば、前述した慣性計測装置２０００を用いることができる。

0073

慣性計測装置３１００は、３軸の加速度センサー３１１０と、３軸の角速度センサー３１２０と、を有している。演算処理部３２００は、加速度センサー３１１０からの加速度データおよび角速度センサー３１２０からの角速度データを受け、これらデータに対して慣性航法演算処理を行い、移動体の加速度および姿勢を含む慣性航法測位データを出力する。

0074

また、ＧＰＳ受信部３３００は、受信アンテナ３４００を介してＧＰＳ衛星からの信号を受信する。また、位置情報取得部３５００は、ＧＰＳ受信部３３００が受信した信号に基づいて、移動体測位装置３０００の位置（緯度、経度、高度）、速度、方位を表すＧＰＳ測位データを出力する。このＧＰＳ測位データには、受信状態や受信時刻等を示すステータスデータも含まれている。

0075

位置合成部３６００は、演算処理部３２００から出力された慣性航法測位データおよび位置情報取得部３５００から出力されたＧＰＳ測位データに基づいて、移動体の位置、具体的には移動体が地面のどの位置を走行しているかを算出する。例えば、ＧＰＳ測位データに含まれている移動体の位置が同じであっても、図１８に示すように、地面の傾斜θ等の影響によって移動体の姿勢が異なっていれば、地面の異なる位置を移動体が走行していることになる。そのため、ＧＰＳ測位データだけでは移動体の正確な位置を算出することができない。そこで、位置合成部３６００は、慣性航法測位データを用いて、移動体が地面のどの位置を走行しているのかを算出する。

0076

位置合成部３６００から出力された位置データは、処理部３７００によって所定の処理が行われ、測位結果として表示部３９００に表示される。また、位置データは、通信部３８００によって外部装置に送信されるようになっていてもよい。

0077

＜第９実施形態＞
図１９は、第９実施形態に係る移動体を示す斜視図である。

0078

図１９に示す移動体としての自動車１５００は、エンジンシステム、ブレーキシステムおよびキーレスエントリーシステムの少なくとも何れかのシステム１５１０と、慣性センサー１と、制御回路１５０２と、が内蔵されており、慣性センサー１によって車体の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、制御回路１５０２に供給され、制御回路１５０２は、その信号に基づいてシステム１５１０を制御することができる。

0079

このように、移動体としての自動車１５００は、慣性センサー１と、慣性センサー１から出力される検出信号に基づいて制御を行う制御回路１５０２と、を有する。そのため、自動車１５００は、前述した慣性センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

0080

なお、慣性センサー１は、他にも、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、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）に広く適用できる。また、移動体としては、自動車１５００に限定されず、例えば、飛行機、ロケット、人工衛星、船舶、ＡＧＶ（無人搬送車）、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機等にも適用することができる。

0081

以上、本発明の慣性センサー、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

0082

１…慣性センサー、２…基板、２１…凹部、２１１…第１凹部、２１２…第２凹部、２２…マウント、２３…突起、２３１…頂面、２３２…側面、２４…突起、２４１…頂面、２４２…側面、３…センサー素子、３１…固定部、３２…可動体、３２１…第１可動部、３２２…第２可動部、３２４…貫通孔、３２５…ダンピング孔、３２６…貫通孔、３２７…貫通孔、３３…梁、５…蓋、５１…凹部、５２…貫通孔、５３…封止材、５９…接合部材、７５、７６、７７…配線、８…電極、８１…第１検出電極、８２…第２検出電極、８３…ダミー電極、９…絶縁膜、１２００…スマートフォン、１２０８…表示部、１２１０…制御回路、１５００…自動車、１５０２…制御回路、１５１０…システム、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…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、２３６０…制御ＩＣ、３０００…移動体測位装置、３１００…慣性計測装置、３１１０…加速度センサー、３１２０…角速度センサー、３２００…演算処理部、３３００…ＧＰＳ受信部、３４００…受信アンテナ、３５００…位置情報取得部、３６００…位置合成部、３７００…処理部、３８００…通信部、３９００…表示部、Ａｚ…加速度、Ｃａ、Ｃｂ…静電容量、Ｄ１、Ｄ２…離間距離、Ｊ…揺動軸、Ｓ…収納空間、Ｗ１、Ｗ２…幅、θ…傾斜