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公開番号2025064149
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-17
出願番号2023173676
出願日2023-10-05
発明の名称慣性センサ
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類G01C 19/5691 20120101AFI20250410BHJP(測定;試験)
要約【課題】微小振動体のリムと対向電極との当接および所定以下の距離への近接が抑制され、リムの振動振幅が制限されない構造の慣性センサを提供する。
【解決手段】慣性センサ1は、凹部52を有する実装基板3に微小振動体2の一部が接続されてなる。微小振動体2は、半球状形状を有する曲面部21と、半球状形状の中心に向かって延設される接続部22とを有する。曲面部21のうち接続部22とは反対側の端部であるリム211は、実装基板3の凹部52上に位置し、実装基板3の複数の電極54と対向している。複数の電極54は、微小振動体2を共振モードで駆動させたときにリム211が描く振動軌跡VTおよびその延長線上とは交差しない位置に配置されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
慣性センサであって、
半球状形状を有する曲面部（２１）と、前記曲面部から前記半球状形状の中心に向かって延設される接続部（２２）とを有する微小振動体（２）と、
前記曲面部のうち前記接続部とは反対側の端部をリム（２１１）として、前記接続部が接続される凹部（５２）と、前記リムと対向する複数の電極（５４）とを有する実装基板（３）と、を備え、
複数の前記電極は、前記微小振動体を共振モードで駆動させたときに前記リムが描く軌道を振動軌跡（ＶＴ）として、前記振動軌跡および前記振動軌跡の延長線とは交差しない位置に配置されている、慣性センサ。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記微小振動体のうち前記半球状形状の外径が大きい面を表面（２ａ）とし、前記表面とは反対側の面を裏面（２ｂ）として、
前記凹部は、前記微小振動体の前記裏面の側と対向するとともに、前記振動軌跡に沿った半球状形状の湾曲面（５２ａ）を有し、
複数の前記電極は、一部が前記湾曲面に形成されている、請求項１に記載の慣性センサ。
【請求項３】
複数の前記電極は、前記湾曲面に形成された部分を対向部（５４２）として、前記対向部が前記振動軌跡と平行である、請求項２に記載の慣性センサ。
【請求項４】
前記接続部のうち前記実装基板に接続される面を実装面（２２ｂ）とし、前記実装基板のなす平面方向のうち前記実装面の中心を通る径方向を基板径方向（Ｄ１）とし、前記実装面の中心を通る周方向を基板周方向（Ｄ２）として、
複数の前記電極は、前記基板径方向に沿って前記実装面の中心から遠ざかるにつれて、前記対向部の前記基板周方向における幅が変化する、請求項３に記載の慣性センサ。
【請求項５】
複数の前記電極は、前記基板径方向に沿って前記実装面の中心から遠ざかるにつれて前記対向部の前記基板周方向における幅が大きくなる第１電極（５４Ａ）と、前記基板径方向に沿って前記実装面の中心から遠ざかるにつれて、前記対向部の前記基板周方向における幅が小さくなる第２電極（５４Ｂ）とを有する、請求項４に記載の慣性センサ。
【請求項６】
複数の前記電極は、前記基板周方向に沿って、前記第１電極と前記第２電極とが交互に繰り返し配列されている、請求項５に記載の慣性センサ。
【請求項７】
前記微小振動体のうち前記半球状形状の外径が大きい面を表面（２ａ）とし、前記表面とは反対側の面を裏面（２ｂ）とし、前記リムのうち前記表面と前記裏面とを繋ぐ面を下面（２１１ａ）として、
前記リムは、前記下面が前記表面および前記裏面とは直交しない方向に傾斜するとともに、前記下面と前記表面とのなす角度（θ１）が鈍角、かつ前記下面と前記裏面とのなす角度（θ２）が鋭角である、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の慣性センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半球状形状を持つ微小振動体を備える慣性センサに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、車両の自動運転のシステム開発が進められており、この種のシステムでは、高精度の自己位置の推定技術が必要である。例えば、いわゆるレベル３の自動運転向けに、ＧＮＳＳとＩＭＵとを備える自己位置推定システムの開発が進められている。ＧＮＳＳとは、Global Navigation Satellite Systemの略称である。ＩＭＵは、Inertial Measurement Unitの略称であり、例えば、３軸のジャイロセンサと３軸の加速度センサから構成される６軸の慣性センサである。将来的に、いわゆるレベル４以上の自動運転を実現するためには、現状よりもさらに高精度のＩＭＵが求められる。
【０００３】
このような高精度のＩＭＵを実現するためのジャイロセンサとしては、例えば、ＢＲＧが有力視されており、ワイングラスモードで振動する略半球形状の三次元曲面を有する微小振動体が実装基板に搭載されてなる。ＢＲＧとは、Bird-bath Resonator Gyroscopeの略称である。この微小振動体は、振動の状態を表すＱ値が１０
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以上に達するため、従来よりも高精度が見込まれる。この種の微小振動体を備える慣性センサとしては、例えば特許文献１に記載のものが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許第１０６１２９２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の慣性センサは、半球状形状を有する微小振動体を実装基板に搭載した後、微小振動体とこれに対向する複数の対向電極との間にこれらを一時的に繋ぐ犠牲層を設け、犠牲層の一部をエッチングして分離する工程を経て得られる。このため、この慣性センサは、微小振動体と複数の対向電極とのギャップが均一となり、これらの間における静電容量のバラツキが低減され、センサ精度が向上する。
【０００６】
しかしながら、この慣性センサは、対向電極により微小振動体をワイングラスモードとなる共振周波数で振動させたとき、微小振動体のうち対向電極と向き合う端部、すなわちリムの部分が実装基板の実装面に対して水平方向および垂直方向の両方向に変位する。微小振動体のリムと実装基板の対向電極または実装面とが当接したり、当接せずとも所定以下の距離になったりすると、特に微小振動体のＱ値が高い場合には、高精度化の妨げとなるため、この慣性センサは、リムの振動振幅が制限される。
【０００７】
本開示は、上記の点に鑑み、微小振動体のリムと対向電極との当接および所定以下の距離に近接することが抑制され、リムの振動振幅が制限されない構造の慣性センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の１つの観点によれば、慣性センサは、半球状形状を有する曲面部（２１）と、曲面部から半球状形状の中心に向かって延設される接続部（２２）とを有する微小振動体（２）と、曲面部のうち接続部とは反対側の端部をリム（２１１）として、接続部が接続される凹部（５２）と、リムと対向する複数の電極（５４）とを有する実装基板（３）と、を備え、複数の電極は、微小振動体を共振モードで駆動させたときのリムが描く軌道を振動軌跡（ＶＴ）として、振動軌跡および振動軌跡の延長線とは交差しない位置に配置されている。
【０００９】
この慣性センサは、半球状形状の曲面部と曲面部から半球状形状の中心に向かって延設される接続部とを有する微小振動体と、凹部を有する実装基板とを備え、微小振動体の接続部が凹部に接続されてなる。また、この慣性センサは、実装基板に複数の電極が形成され、複数の電極が、実装基板に接続された微小振動体を共振モードで振動させたときの曲面部の端部であるリムが描く振動軌跡およびその延長線とは交差しない位置に配置されている。これにより、慣性センサは、微小振動体を共振モードで振動させたときに、リムと電極とが当接すること、および所定以下の距離まで近接することが抑制されるため、リムの振動振幅が制限されない構造となっている。
【００１０】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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