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公開番号2024172913
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023090968
出願日2023-06-01
発明の名称慣性センサ、および共振器の位置調整方法
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 20120101AFI20241205BHJP(測定;試験)
要約【課題】共振器と実装基板との接合後に、共振器と実装基板の複数の電極とのギャップの変動を低減可能な慣性センサおよびその調整方法を提供する。
【解決手段】共振器2は、環状の三次元曲面を有する曲面部21と、曲面部21から延設される接続部22とを備える。実装基板3は、互いに距離を隔てて共振器2を囲む複数の電極部53と、接続部22の直下領域に配置されるアクチュエータ52とを備える。実装基板3のなす平面における一方向およびこれに直交する方向をx方向、y方向として、アクチュエータ52は、少なくともx方向およびy方向の二方向に変位可能であり、共振器2を移動させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
慣性センサであって、
環状の三次元曲面を有する曲面部（２１）と、前記曲面部から前記曲面部のなす半球形状の中心に向かって延設される接続部（２２）とを有する共振器（２）と、
互いに距離を隔てるとともに、距離を隔てて前記共振器を囲む複数の電極部（５３）を有する実装基板（３）と、
前記実装基板のなす平面における一方向をｘ方向とし、前記平面において前記一方向に直交する他方向をｙ方向として、前記実装基板のうち前記共振器の前記接続部が接続される部分の直下に位置する領域に配置され、少なくとも前記ｘ方向および前記ｙ方向の二方向に変位可能なアクチュエータ（５２）と、を備え、
前記共振器は、共振モードにおいて、第一駆動モードと、前記第一駆動モードとは異なる方向に沿った第二駆動モードとを有し、
前記アクチュエータは、前記二方向に変位することで、前記実装基板に対する前記アクチュエータの位置を変更する、慣性センサ。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記アクチュエータは、前記二方向に変位する部分を第一変位部（５２１）とし、前記平面に対して直交する方向をｚ方向として、前記ｚ方向に変位する複数の第二変位部（５２２）をさらに備える、請求項１に記載の慣性センサ。
【請求項３】
前記アクチュエータは、前記二方向に変位する部分を変位した位置に固定可能な固定部（５５）をさらに備える、請求項１または２に記載の慣性センサ。
【請求項４】
環状の三次元曲面を有する曲面部（２１）と、前記曲面部から前記曲面部のなす半球形状の中心に向かって延設される接続部（２２）とを有する共振器（２）が実装基板（３）に搭載されてなる慣性センサにおける前記共振器の位置調整方法であって、
前記実装基板のうち前記共振器の前記接続部が接続される部分の直下に位置する領域に配置されるアクチュエータ（５２）を駆動させ、前記実装基板に対する前記共振器の位置を変更すること、を含み、
前記共振器の位置を変更することにおいては、前記実装基板のなす平面に対する法線方向から見たときの前記共振器の中心を通り、前記法線方向に沿った仮想直線を軸とする径方向を基板径方向（Ｄ
Ａ
）とし、前記実装基板のうち搭載された前記共振器を囲む複数の電極部（５３）と前記共振器との前記基板径方向における距離を電極間距離（Ｄ１、Ｄ２）として、前記電極間距離の最大値と最小値との差を最小となるように、前記アクチュエータを駆動する、位置調整方法。
【請求項５】
前記共振器の位置を変更することにおいては、複数の前記電極部のうち前記共振器を共振モードで振動させたときの第一駆動モードに沿った方向に位置する前記電極部を第一検出電極（５３Ａ）とし、前記第一駆動モードとは異なる方向の振動モードである第二駆動モードに沿った方向に位置する前記電極部を第二検出電極（５３Ｂ）として、前記共振器と前記第一検出電極との前記電極間距離と、前記共振器と前記第二検出電極との前記電極間距離とが等しくなるように、前記アクチュエータを駆動する、請求項４に記載の位置調整方法。
【請求項６】
環状の三次元曲面を有する曲面部（２１）と、前記曲面部から前記曲面部のなす半球形状の中心に向かって延設される接続部（２２）とを有する共振器（２）が実装基板（３）に搭載されてなる慣性センサにおける前記共振器の位置調整方法であって、
前記実装基板のうち前記共振器の前記接続部が接続される部分の直下に位置する領域に配置されるアクチュエータ（５２）を駆動させ、前記実装基板に対する前記共振器の位置を変更すること、を含み、
前記共振器の位置を変更することにおいては、前記共振器を囲む前記実装基板の複数の電極部（５３）のうち１つの前記電極部と前記共振器のうち前記１つの前記電極部と対向する部分との間における静電容量の最大値と最小値との差が最小となるように、前記アクチュエータを駆動する、位置調整方法。
【請求項７】
前記共振器の位置を変更することにおいては、複数の前記電極部のうち前記共振器を共振モードで振動させたときの第一駆動モードに沿った方向に位置する前記電極部を第一検出電極（５３Ａ）とし、前記第一駆動モードとは異なる方向の振動モードである第二駆動モードに沿った方向に位置する前記電極部を第二検出電極（５３Ｂ）として、前記共振器と前記第一検出電極との静電容量と、前記共振器と前記第二検出電極との静電容量とが等しくなるように、前記アクチュエータを駆動する、請求項６に記載の位置調整方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元曲面形状を有する共振器を備える慣性センサ、および共振器を実装基板に接合した後における共振器の位置の調整方法に関する。
続きを表示（約 2,400 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軸の慣性力センサである。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、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共振器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。この共振器は、振動の状態を表すＱ値が１０
６
以上に達するため、従来よりも高精度が見込まれる。この種の共振器を実装基板に搭載してなる慣性センサの製造方法としては、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、三次元曲面を有する共振器を実装基板に搭載した後、共振器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、共振器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。しかしながら、この慣性センサは、製造時点においては共振器と複数の対向電極とのギャップが均一であるものの、その後の応力や温度変化、経年変化により当該ギャップに変化が生じた場合には対応することができない。
【０００６】
本開示は、上記の点に鑑み、三次元曲面を有する共振器が実装基板に接合されてなり、共振器と実装基板との接合後に、共振器と実装基板の複数の電極とのギャップの変動を低減可能な慣性センサ、および共振器の位置調整方法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】
【０００７】
本開示の１つの観点による慣性センサは、環状の三次元曲面を有する曲面部（２１）と、曲面部から曲面部のなす半球形状の中心に向かって延設される接続部（２２）とを有する共振器（２）と、互いに距離を隔てるとともに、距離を隔てて共振器を囲む複数の電極部（５３）を有する実装基板（３）と、実装基板のなす平面における一方向をｘ方向とし、平面において一方向に直交する他方向をｙ方向として、実装基板のうち共振器の接続部が接続される部分の直下に位置する領域に配置され、少なくともｘ方向およびｙ方向の二方向に変位可能なアクチュエータ（５２）と、を備え、共振器は、共振モードにおいて、第一駆動モードと、第一駆動モードとは異なる方向に沿った第二駆動モードとを有し、アクチュエータは、二方向に変位することで、実装基板に対するアクチュエータの位置を変更する。
【０００８】
この慣性センサは、三次元曲面形状の振動子である共振器が実装基板に接合されてなり、実装基板のうち共振器の接続部が接続される部分の直下に位置する領域にアクチュエータが配置されている。アクチュエータは、実装基板のなす平面におけるｘ方向およびｙ方向の少なくとも二方向に変位し、共振器の位置を変更する。このため、共振器と実装基板との接合後に、共振器と実装基板の複数の電極とのギャップの変動を低減可能な慣性センサとなる。
【０００９】
本開示の１つの観点による位置調整方法は、環状の三次元曲面を有する曲面部（２１）と、曲面部から曲面部のなす半球形状の中心に向かって延設される接続部（２２）とを有する共振器（２）が実装基板（３）に搭載されてなる慣性センサにおける共振器の位置調整方法であって、実装基板のうち共振器の接続部が接続される部分の直下に位置する領域に配置されるアクチュエータ（５２）を駆動させ、実装基板に対する共振器の位置を変更すること、を含み、共振器の位置を変更することにおいては、実装基板のなす平面に対する法線方向から見たときの共振器の中心を通り、法線方向に沿った仮想直線を軸とする径方向を基板径方向（Ｄ１）とし、実装基板のうち搭載された共振器を囲む複数の電極部（５３）と共振器との基板径方向における距離を電極間距離（Ｄ１、Ｄ２）として、電極間距離の最大値と最小値との差を最小となるように、アクチュエータを駆動する。
【００１０】
この位置調整方法は、三次元曲面形状の振動子である共振器が実装基板に接合された慣性センサにおいて、実装基板のうち共振器の接続部が接続される部分の直下に位置する領域に配置されたアクチュエータを駆動させ、共振器の位置を変更することを含む。実装基板のうち搭載された共振器を囲む複数の電極部の１つと共振器との距離である電極間距離の最大値と最小値との差を最小となるように、アクチュエータを駆動する。これにより、共振器と実装基板との接合後に、共振器と実装基板の複数の電極とのギャップの変動を低減することが可能な共振器の位置調整方法となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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