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公開番号2021032819
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210301
出願番号2019155984
出願日20190828
発明の名称センサ
出願人株式会社東芝
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01P 15/125 20060101AFI20210201BHJP(測定;試験)
要約【課題】感度を向上できるセンサを提供する。
【解決手段】一実施形態によれば、センサは、基体、第1、第2構造体を含む。第1構造体は、第1固定部、第1導電部、及び、複数の第1電極を含む。第1固定部は、基体に固定される。第1導電部は、第1固定部に保持される。第1導電部は、第1方向において基体から離れる。複数の第1電極は、第1導電部に保持される。複数の第1電極の1つから複数の第1電極の別の1つへの方向は、第1方向と交差する第2方向に沿う。第2構造体は、第2導電部、及び、複数の第2電極を含む。第2導電部は、基体に固定される。複数の第2電極は、第2導電部に保持される。複数の第2電極の1つは、複数の第1電極の1つと複数の第1電極の別の1つとの間にある。複数の第1電極の1つの第1方向に沿う第1電極長さは、第1導電部の第1方向に沿う第1導電部長さよりも短い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
基体と、
第1構造体であって、前記第1構造体は、第1固定部、第1導電部、及び、複数の第1電極を含み、前記第1固定部は、前記基体に固定され、前記第1導電部は、前記第1固定部に保持され、前記第1導電部は、第1方向において前記基体から離れ、前記複数の第1電極は、前記第1導電部に保持され、前記複数の第1電極と前記基体との間の距離は可変であり、前記複数の第1電極の1つから前記複数の第1電極の別の1つへの方向は、前記第1方向と交差する第2方向に沿う、前記第1構造体と、
第2構造体であって、前記第2構造体は、第2導電部、及び、複数の第2電極を含み、前記第2導電部は、前記基体に固定され、前記複数の第2電極は、前記第2導電部に保持され、前記複数の第2電極の1つは、前記複数の第1電極の前記1つと前記複数の第1電極の前記別の1つとの間にある、前記第2構造体と、
を備え、
前記複数の第1電極の前記1つの前記第1方向に沿う第1電極長さは、前記第1導電部の前記第1方向に沿う第1導電部長さよりも短い、センサ。
続きを表示(約 2,200 文字)【請求項2】
基体と、
第1構造体であって、前記第1構造体は、第1固定部、第1導電部、及び、複数の第1電極を含み、前記第1固定部は、前記基体に固定され、前記第1導電部は、前記第1固定部に保持され、前記第1導電部は、第1方向において前記基体から離れ、前記複数の第1電極は、前記第1導電部に保持され、前記複数の第1電極と前記基体との間の距離は可変であり、前記複数の第1電極の1つから前記複数の第1電極の別の1つへの方向は、前記第1方向と交差する第2方向に沿う、前記第1構造体と、
第2構造体であって、前記第2構造体は、第2導電部、及び、複数の第2電極を含み、前記第2導電部は、前記基体に固定され、前記複数の第2電極は、前記第2導電部に保持され、前記複数の第2電極の1つは、前記複数の第1電極の前記1つと前記複数の第1電極の前記別の1つとの間にある、前記第2構造体と、
を備え、
前記複数の第2電極の前記1つの前記第1方向に沿う第2電極長さは、前記第2導電部の前記第1方向に沿う前記第2導電部長さよりも短い、センサ。
【請求項3】
前記第1構造体は、前記第1固定部と前記第1導電部とを接続する第1接続部をさらに含み、
前記第1接続部は、前記第1方向において前記基体から離れ、
前記第1接続部及び前記第1導電部は、前記第2方向に沿って延び、
前記第1接続部の1つの端部は、前記第1固定部に固定され、
前記第1接続部の別の端部は、前記第1導電部の1つの端部と接続された、請求項1または2に記載のセンサ。
【請求項4】
第3構造体をさらに備え、前記第3構造体は、第3導電部、及び、複数の第3電極を含み、前記第3導電部は、前記基体に固定され、前記複数の第3電極は、前記第3導電部に保持され、
前記第1構造体は、第4導電部、及び、複数の第4電極を含み、前記第4導電部は、前記第1固定部に保持され、前記第4導電部は、前記第1方向において前記基体から離れ、前記複数の第4電極は、前記第4導電部に保持され、前記複数の第4電極と前記基体との間の距離は可変であり、前記複数の第4電極の1つから前記複数の第4電極の別の1つへの方向は、前記第2方向に沿い、
前記複数の第3電極の1つは、前記複数の第4電極の前記1つと前記複数の第4電極の前記別の1つとの間にあり、
前記複数の第3電極の前記1つの前記第1方向に沿う第3電極長さは、前記第3導電部の前記第1方向に沿う第3導電部長さよりも短い、請求項1〜3のいずれか1つに記載のセンサ。
【請求項5】
前記第1構造体は、前記第1固定部と前記第1導電部とを接続する第1接続部をさらに含み、
前記第1接続部は、前記第1方向において前記基体から離れ、
前記第1導電部は、前記第2方向に沿って延び、
前記第1接続部の1つの端部は、前記第1固定部に固定され、
前記第1接続部の別の端部は、前記第1導電部の1つの端部と接続された、請求項1または2に記載のセンサ。
【請求項6】
第3構造体をさらに備え、前記第3構造体は、第3導電部、及び、複数の第3電極を含み、前記第3導電部は、前記基体に固定され、前記複数の第3電極は、前記第3導電部に保持され、
前記第1構造体は、複数の第4電極を含み、前記複数の第4電極は、前記第1導電部に保持され、前記複数の第4電極と前記基体との間の距離は可変であり、前記複数の第4電極の1つから前記複数の第4電極の別の1つへの方向は、前記第2方向に沿い、
前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と交差する第3方向において、前記第1導電部は、前記第2導電部と前記第3導電部との間にあり、
前記第3方向において、前記第1導電部は、前記複数の第1電極と、前記複数の第4電極と、の間にあり、
前記複数の第3電極の1つは、前記複数の第4電極の前記1つと前記複数の第4電極の前記別の1つとの間にあり、
前記複数の第3電極の前記1つの前記第1方向に沿う第3電極長さは、前記第3導電部の前記第1方向に沿う第3導電部長さよりも短い、請求項1または2に記載のセンサ。
【請求項7】
第1固定構造体をさらに備え、
前記第1固定構造体は、第1固定導電部、及び、複数の第1固定電極を含み、前記第1固定導電部は、前記基体に固定され、前記複数の第1固定電極は、前記第1固定導電部に保持され、
前記第2構造体は、複数の第5電極を含み、前記複数の第5電極は、前記第2導電部に保持され、前記複数の第5電極の1つから前記複数の第5電極の別の1つへの方向は、前記第2方向に沿い、
前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と交差する第3方向において、前記第2導電部は、前記第1固定導電部と前記第1導電部との間にあり、
前記第3方向において、前記第2導電部は、前記複数の第5電極と、前記複数の第2電極と、の間にあり、
前記複数の第1固定電極の1つは、前記複数の第5電極の前記1つと前記複数の第5電極の前記別の1つとの間にある、請求項4〜6のいずれか1つに記載のセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、センサに関する。
続きを表示(約 5,100 文字)【背景技術】
【0002】
例えば、MEMS構造を利用したセンサがある。センサにおいて、感度の向上が望まれる。相対的な感度を向上することで、例えば、出力電圧のSNRを高くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2016−197060号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
実施形態は、感度を向上できるセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態によれば、センサは、基体、第1構造体及び第2構造体を含む。前記第1構造体は、第1固定部、第1導電部、及び、複数の第1電極を含む。前記第1固定部は、前記基体に固定される。前記第1導電部は、前記第1固定部に保持される。前記第1導電部は、第1方向において前記基体から離れる。前記複数の第1電極は、前記第1導電部に保持される。前記複数の第1電極と前記基体との間の距離は可変である。前記複数の第1電極の1つから前記複数の第1電極の別の1つへの方向は、前記第1方向と交差する第2方向に沿う。前記第2構造体は、第2導電部、及び、複数の第2電極を含む。前記第2導電部は、前記基体に固定される。前記複数の第2電極は、前記第2導電部に保持される。前記複数の第2電極の1つは、前記複数の第1電極の前記1つと前記複数の第1電極の前記別の1つとの間にある。前記複数の第1電極の前記1つの前記第1方向に沿う第1電極長さは、前記第1導電部の前記第1方向に沿う第1導電部長さよりも短い。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1(a)〜図1(c)は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図2は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図3(a)〜図3(c)は、第2実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図4(a)及び図4(b)は、第2実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0008】
(第1実施形態)
図1(a)〜図1(c)、及び、図2は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図1(a)は、図1(b)及び図1(c)の矢印AAからみた平面図である。図1(b)は、図1(a)のA1−A2線断面図である。図1(c)は、図1(a)のB1−B2線断面図である。図2は、図1(a)のC1−C2線断面図である。
【0009】
図1(a)に示すように、実施形態に係るセンサ110は、基体50、第1構造体11及び第2構造体12を含む。第1構造体11は、第1固定部11f、第1導電部11c、及び、複数の第1電極11eを含む。図2に示すように、この例では、センサ110は、第1絶縁部51及び第2絶縁部52さらに含む。
【0010】
図2に示すように、第1固定部11fは、基体50に固定される。この例では、第1絶縁部51は、基体50と第1固定部11fとの間に設けられる。第1固定部11fは、第1絶縁部51を介して、基体50に固定される。
【0011】
図1(a)に示すように、第1導電部11cは、第1固定部11fに保持される。例えば、第1導電部11cは、第1固定部11fと接続される。この例では、第1構造体11は、第1接続部11nをさらに含む。第1接続部11nにより、第1固定部11fと第1導電部11cとが互いに接続される。第1接続部11nは、例えば、ばねである。
【0012】
図1(b)に示すように、第1導電部11cは、第1方向において基体50から離れる。図1(b)に示すように、第1導電部11cと基体50との間にギャップgc1が設けられる。例えば、第1導電部11cは、変形可能である。
【0013】
第1方向をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向及びX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。基体50は、例えば、X−Y平面に対して実質的に平行である。
【0014】
図1(a)に示すように、複数の第1電極11eは、第1導電部11cに保持される。例えば、複数の第1電極11eは、第1導電部11cと接続される。図1(b)に示すように、複数の第1電極11eと基体50との間にギャップge1が設けられる。複数の第1電極11eと基体50との間の距離de1(図1(b)参照)は、可変である。図1(a)に示すように、複数の第1電極11eの1つから複数の第1電極11eの別の1つへの方向は、第2方向に沿う。第2方向は、第1方向(Z軸方向)と交差する。この例では、第2方向は、Y軸方向である。
【0015】
図1(a)に示すように、第2構造体12は、第2導電部12c、及び、複数の第2電極12eを含む。図1(c)に示すように、第2導電部12cは、基体50に固定される。例えば、第2絶縁部52が、基体50と第2導電部12cとの間に設けられる。第2導電部12cは、第2絶縁部52を介して、基体50に固定される。図1(a)に示すように、複数の第2電極12eは、第2導電部12cに保持される。例えば、複数の第2電極12eは、第2導電部12cと接続される。複数の第2電極12eの1つは、複数の第1電極11eの1つと、複数の第1電極11eの別の1つとの間にある。例えば、複数の第1電極11eの1つは、複数の第2電極12eの1つと、複数の第2電極12eの別の1つとの間にある。
【0016】
図1(a)に示すように、第1電極11eと第2電極12eとは、Y軸方向に沿って交互に並ぶ。例えば、複数の第1電極11e及び複数の第2電極12eは、櫛歯電極を形成する。
【0017】
複数の第1電極11e及び複数の第2電極12eにより、キャパシタンスが形成される。キャパシタンスの静電容量は、複数の第1電極11eと複数の第2電極12eとが対向する面積に依存する。
【0018】
例えば、センサ110に外力などの加速度が加わる。加速度により、第1構造体11の一部が変形し、複数の第1電極11eと基体50との間の距離de1が変化する。一方、複数の第2電極12eと基体50との間の距離de2は実質的に変化しない。このため、加速度などの外力がセンサ110に加わったときの静電容量は、加速度などの外力がセンサ110に加わらないときの静電容量から変化する。静電容量の変化を検出することで、センサ110に加わる外力などを検出できる。センサ110は、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)型のセンサである。
【0019】
例えば、複数の第1電極11eと、複数の第2電極12eと、の間の静電容量は、複数の第1電極11eと基体50との間の距離de1の変化に応じて変化する。センサ110において、例えば、Z軸方向に沿う加速度が検出される。
【0020】
加速度などの外力がセンサ110に加わらないときのセンサ110の静電容量(初期容量C0)は、複数の第1電極11eと複数の第2電極12eとが対向する面積に依存する。加速度などの外力がセンサ110に加わると、複数の第1電極11eと複数の第2電極12eとが対向する面積が変化する。このときの静電容量について、面積の変化後の容量感度をC1とする。一般的に、センサの容量感度C1は、C−V変換回路により電圧変換されて、出力電圧として検出される。出力電圧のSNR(Signal−to−Noise Ratio)を高くするには、容量感度C1の初期容量C0に対する比を高くすればよい。センサ110において、検出の容量感度C1は、初期容量C0に依存せず、外力による変位分に依存する。そのため、初期容量C0を小さくすれば、容量感度C1の初期容量C0に対する比を高くすることが可能となり、SNRを高くすることが可能となる。結果として、高い感度が得られる。
【0021】
実施形態においては、図1(b)に示すように、例えば、複数の第1電極11eの高さ方向の長さを短くする。図1(c)に示すように、例えば、複数の第2電極12eの高さ方向の長さを短くする。これにより、初期容量C0を小さくすることができる。一方、容量感度C1は変化しない。これにより、高い感度が得られる。
【0022】
例えば、図1(b)に示すように、複数の第1電極11eの1つの第1方向(Z軸方向)に沿う長さを第1電極長さLe1とする。第1導電部11cの第1方向に沿う長さを第1導電部長さLc1とする。実施形態においては、第1電極長さLe1は、第1導電部長さLc1よりも短い。これにより、第1電極長さLe1が第1導電部長さLc1と同じ場合に比べて、複数の第1電極11eと複数の第2電極12eとが対向する面積を小さくできる。
【0023】
例えば、図1(c)に示すように、複数の第2電極12eの1つの第1方向(Z軸方向)に沿う長さを第2電極長さLe2とする。第2導電部12cの第1方向に沿う長さを第2導電部長さLc2とする。実施形態においては、第2電極長さLe2は、第2導電部長さLc2よりも短い。これにより、第2電極長さLe2が第2導電部長さLc2と同じ場合に比べて、複数の第1電極11eと複数の第2電極12eとが対向する面積を小さくできる。
【0024】
実施形態においては、初期容量C0を小さくすることができる。一方、容量感度C1は変化しない。これにより、感度を向上できるセンサを提供できる。
【0025】
このように、実施形態においては、第1電極長さLe1は、第1導電部長さLc1よりも短い。または、第2電極長さLe2は、第2導電部長さLc2よりも短い。このような構造を形成する場合、例えば、製造プロセスが複雑になる。このため、一般に、第1電極長さLe1は、第1導電部長さLc1と同じであり。第2電極長さLe2は、第2導電部長さLc2と同じである。
【0026】
実施形態においては、製造プロセスの複雑化などを考慮しても、電極長さを導電部長さよりも短くする。これにより、初期容量C0を小さくし、高い感度を得る。
【0027】
実施形態において、例えば、第1電極長さLe1は、第2導電部長さLc1よりも短い。例えば、第2電極長さLe2は、第1導電部長さLc1よりも短い。
【0028】
例えば、第1電極長さLe1は、第2電極長さLe2と実質的に同じでも良い。第1電極長さLe1は、第2電極長さLe2の0.9倍以上1.1倍以下でも良い。これらの長さが実質的に同じ場合、製造プロセスは簡単になる。
【0029】
例えば、第1導電部長さLc1は、第2導電部長さLc2と実質的に同じでも良い。第1導電部長さLc1は、第2導電部長さLc2の0.9倍以上1.1倍以下でも良い。これらの長さが実質的に同じ場合、製造プロセスは簡単になる。
【0030】
実施形態において、第1電極長さLe1は、第1導電部長さLc1の1/10以上9/10以下である。第1電極長さLe1が、第1導電部長さLc1の1/10以上であることにより、例えば、初期容量C0のばらつきの影響などを抑制し易い。第1電極長さLe1が、第1導電部長さLc1の9/10以下であることにより、例えば、感度を向上しやすい。例えば、初期容量C0を安定して小さくでき、高い感度を安定して得やすい。
(【0031】以降は省略されています)

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