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JP6548067B2 - Gyro sensor - Google Patents
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JP6548067B2 - Gyro sensor - Google Patents

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Description

本発明は、ジャイロセンサに関する。   The present invention relates to a gyro sensor.

ジャイロセンサは、振動型ジャイロセンサと、光ジャイロセンサが知られている。振動型ジャイロセンサは、加速度や遠心力が作用したときに振動子に働くコリオリ力を検出して、角速度の検出を行う。ところが、ロボットのように動的に運動する機器においては、加速度や遠心力が大きく、直線加速度や、角加速度、遠心力の効果が無視できず、ドリフトを引き起こす。またコリオリ力は、質量に比例するので、小型化すると感度が低下してしまう。   As the gyro sensor, a vibrating gyro sensor and an optical gyro sensor are known. The vibration type gyro sensor detects Coriolis force acting on the vibrator when acceleration or centrifugal force acts, and detects angular velocity. However, in a device that moves dynamically, such as a robot, acceleration and centrifugal force are large, and the effects of linear acceleration, angular acceleration, and centrifugal force can not be ignored, causing drift. In addition, since the Coriolis force is proportional to the mass, the sensitivity is reduced when the size is reduced.

また光ジャイロセンサとしては、リング状の共振器(共振器リング)に、ポンプレーザ(励起光源)から強度の高い光を入射し、非線形光学効果としての誘導ブリルアン散乱を生じさせ、これにより生じたレーザ光の干渉効果を利用するものが開示されている(例えば特許文献1)。この光ジャイロセンサでは、リング状の共振器をレーザ光が周回する際、周回に要する時間が光ジャイロセンサ自身の回転角速度に応じて変化する(サニャック効果)。右回りおよび左回りに周回してきたレーザ光は、回転角速度に応じた位相差が生じる。光ジャイロセンサは、右回りおよび左回りに周回してきたレーザ光を合波した光の強度を測定することにより位相差を検出し、この位相差から回転角速度を検出する。光ジャイロセンサは、コリオリ力を検出する振動型ジャイロセンサとは異なり、上述のような加速度や遠心力によるドリフトが生じないという利点がある。
As the optical gyro sensor, a ring-shaped resonator (resonator ring), the pump laser is incident high from (excitation light source) intensity light generates stimulated Bed Lil Ann scattering as a nonlinear optical effect, thereby What utilizes the interference effect of the produced | generated laser beam is disclosed (for example, patent document 1). In this optical gyro sensor, when laser light circulates in a ring-shaped resonator, the time required for the circulation changes in accordance with the rotational angular velocity of the optical gyro sensor itself (Sagnac effect). The laser light which has circulated clockwise and counterclockwise has a phase difference corresponding to the rotational angular velocity. The optical gyro sensor detects the phase difference by measuring the intensity of the combined light of the laser beams circulating clockwise and counterclockwise, and detects the rotational angular velocity from this phase difference. The optical gyro sensor is different from the vibration type gyro sensor which detects the Coriolis force, and has the advantage that the drift due to the acceleration or the centrifugal force as described above does not occur.

特開平6−188526号公報JP-A-6-188526

しかしながら、特許文献1に記載された光ジャイロセンサの場合、感度は、リング状の共振器が取り囲む面積に比例するので、小型化をするのが困難であるという問題があった。   However, in the case of the optical gyro sensor described in Patent Document 1, since the sensitivity is proportional to the area surrounded by the ring resonator, there is a problem that it is difficult to miniaturize.

そこで本発明は、小型化することができるジャイロセンサを提供することを目的とする。   Then, an object of the present invention is to provide a gyro sensor which can be miniaturized.

本発明に係るジャイロセンサは、内部に流路が形成された本体と、前記流路内に充填された媒体と、前記流路内に設けられ、前記媒体の慣性力を検出する圧力センサとを備えることを特徴とする。   A gyro sensor according to the present invention comprises: a main body having a flow path formed therein; a medium filled in the flow path; and a pressure sensor provided in the flow path for detecting an inertial force of the medium It is characterized by having.

本発明によれば、媒体の慣性力を測定する構成としたので、小型化を実現することができる。   According to the present invention, since the inertial force of the medium is measured, downsizing can be realized.

第1実施形態に係るジャイロセンサの全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the gyro sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るジャイロセンサの構成を模式的に示す部分端面図である。FIG. 1 is a partial end view schematically showing a configuration of a gyro sensor according to a first embodiment. 第1実施形態に係る検知部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing composition of a primary detecting element concerning a 1st embodiment. 第1実施形態に係る検知部の製造方法を段階的に示す図であり、図4Aはピエゾ抵抗層を形成した段階を模式的に示す端面図、図4Bは平面図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the detection part which concerns on 1st Embodiment in steps, FIG. 4A is an end elevation which shows the stage which formed the piezoresistance layer typically, FIG. 4B is a top view. 第1実施形態に係る検知部の製造方法を段階的に示す図であり、図5Aは電極層を形成した段階を模式的に示す端面図、図5Bは平面図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the detection part which concerns on 1st Embodiment in steps, FIG. 5A is an end elevation which shows the stage which formed the electrode layer typically, FIG. 5B is a top view. 第1実施形態に係る検知部の製造方法を段階的に示す図であり、図6Aはカンチレバーの外形を形成した段階を模式的に示す端面図、図6Bは平面図である。FIG. 6A is a view showing in stages the method of manufacturing the detection unit according to the first embodiment, FIG. 6A is an end view schematically showing the stage of forming the outer shape of a cantilever, and FIG. 6B is a plan view. 第1実施形態に係る検知部の製造方法を段階的に示す図であり、図7Aは一部の電極層を除去した段階を模式的に示す端面図、図7Bは平面図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the detection part which concerns on 1st Embodiment in steps, FIG. 7A is an end elevation which shows the stage which partially removed the electrode layer typically, FIG. 7B is a top view. 第1実施形態に係る検知部の製造方法を段階的に示す図であり、図8AはSi基板の一部を除去した段階を模式的に示す端面図、図8Bは平面図である。FIG. 8A is a view showing in stages the method of manufacturing the detection unit according to the first embodiment, FIG. 8A is an end view schematically showing the stage of removing a part of the Si substrate, and FIG. 8B is a plan view. 第1実施形態に係る検知部の製造方法を段階的に示す図であり、図9AはSiO層の一部を除去した段階を模式的に示す端面図、図9Bは平面図である。Is a diagram showing a manufacturing method of the detection unit according to the first embodiment in steps, Figure 9A is an end view showing the step of removing the portion of SiO 2 layer schematically, FIG. 9B is a plan view. 実験装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing composition of an experimental device. 第1実施形態に係るジャイロセンサの抵抗変化率を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured resistance change rate of the gyro sensor concerning a 1st embodiment. 第2実施形態に係るジャイロセンサの全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the gyro sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るジャイロセンサにおける上層及び下層の構成を示す斜視図であり、図13Aは上層の斜視図、図13Bは下層の斜視図である。FIG. 13A is a perspective view of the upper layer, and FIG. 13B is a perspective view of the lower layer in the structure of the upper layer and the lower layer in the gyro sensor according to the second embodiment. 第2実施形態に係るジャイロセンサにおける中間層の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the intermediate | middle layer in the gyro sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るジャイロセンサにおける流路を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the flow path in the gyro sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るジャイロセンサの製造に用いられる中間層用基材の斜視図である。It is a perspective view of a base material for intermediate layers used for manufacture of a gyro sensor concerning a 2nd embodiment. 第2実施形態に係るジャイロセンサの製造に用いられる基材を説明する図であり、図17Aは上層用基材の斜視図、図17Bは下層用基材の斜視図である。It is a figure explaining the base material used for manufacture of the gyro sensor which concerns on 2nd Embodiment, FIG. 17A is a perspective view of the base material for upper layers, FIG. 17B is a perspective view of the base material for lower layers. 第2実施形態に係るジャイロセンサの製造過程の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the manufacture process of the gyro sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るジャイロセンサの切断前の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state before the cutting | disconnection of the gyro sensor which concerns on 2nd Embodiment. 変形例に係る検知部の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the detection part which concerns on a modification.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1実施形態]
(全体構成)
図1に示すジャイロセンサ10は、内部に流路12が形成された環状の本体14と、前記流路12内に充填された媒体(図示しない)と、前記流路12を塞ぐように設けられ、前記媒体の慣性力を検出する圧力センサ16とを備える。
First Embodiment
(overall structure)
The gyro sensor 10 shown in FIG. 1 is provided so as to close the flow passage 12 and an annular main body 14 in which the flow passage 12 is formed, a medium (not shown) filled in the flow passage 12. And a pressure sensor 16 for detecting the inertial force of the medium.

本体14は、特に限定されず、金属や樹脂で形成することができる。また本体14は、断熱性が高い材料又は構造で形成されるのが好ましく、例えば真空断熱構造で形成されるのが好ましい。本体14を構成する材料は、熱膨張係数が媒体に近い方が好ましい。   The main body 14 is not particularly limited, and can be formed of metal or resin. Further, the main body 14 is preferably formed of a material or structure having high thermal insulation properties, for example, preferably formed of a vacuum thermal insulation structure. The material constituting the main body 14 preferably has a thermal expansion coefficient close to that of the medium.

媒体は、密度が高い方が、感度が高くなるので好ましい。また、媒体は、粘性が高い方が、感度を向上することができる。さらに媒体は、熱容量が大きい方が、熱的安定性を向上できる点で好ましい。媒体は、流体やゲルを用いることができる。流体は、液体及び気体を適用することができる。液体としては、例えば水、シリコンオイル、イオン液体などを用いることができる。気体としては、例えば二酸化炭素、キセノンなどを用いることができる。ゲルは、例えばコラーゲン、アガロースゲルなどを用いることができる。   The medium is preferably high in density because the sensitivity is high. Also, as the medium has higher viscosity, the sensitivity can be improved. Further, the medium is preferable in that the heat capacity is large, because the thermal stability can be improved. The medium may be fluid or gel. The fluid can apply liquid and gas. As the liquid, for example, water, silicone oil, ionic liquid or the like can be used. As the gas, for example, carbon dioxide, xenon or the like can be used. As the gel, for example, collagen, agarose gel and the like can be used.

圧力センサ16は、図2に示すように、開口17が形成された基板20と、当該開口17を閉塞するように基板20に設けられた検知部18とを備える。検知部18は、Si層24と、絶縁層25と、上部Si層26と、ピエゾ抵抗層27と、電極層28とからなる。上部Si層26とピエゾ抵抗層27とによりカンチレバー部22が形成されている。   As shown in FIG. 2, the pressure sensor 16 includes a substrate 20 in which the opening 17 is formed, and a detection unit 18 provided on the substrate 20 so as to close the opening 17. The detection unit 18 includes an Si layer 24, an insulating layer 25, an upper Si layer 26, a piezoresistive layer 27, and an electrode layer 28. The upper Si layer 26 and the piezoresistive layer 27 form a cantilever portion 22.

検知部18は、カンチレバー部22の一側に、基板20の開口17に繋がる開口部30が形成されている。また検知部18は、カンチレバー部22の外縁に隙間23が形成されている。当該隙間23は、カンチレバー部22の厚さ方向に貫通しており、カンチレバー部22の一側と他側を繋いでいる。   In the detection unit 18, an opening 30 connected to the opening 17 of the substrate 20 is formed on one side of the cantilever 22. Further, in the detection unit 18, a gap 23 is formed at the outer edge of the cantilever 22. The gap 23 penetrates in the thickness direction of the cantilever portion 22 and connects one side and the other side of the cantilever portion 22.

電極層28は、基板20を通じて、ピエゾ抵抗層27に電流を供給する電源(図示しない)と、ピエゾ抵抗層27の抵抗値の変化を検出する信号変換部(図示しない)に電気的に接続されている。電極層28は、図示しないが絶縁体で被覆されているのが好ましい。なお当該絶縁体は、媒体が絶縁性を有する場合、省略することができる。   The electrode layer 28 is electrically connected to a power supply (not shown) for supplying a current to the piezoresistive layer 27 through the substrate 20 and a signal conversion unit (not shown) for detecting a change in resistance value of the piezoresistive layer 27. ing. Although not shown, the electrode layer 28 is preferably covered with an insulator. The insulator can be omitted when the medium has an insulating property.

カンチレバー部22は、図3に示すように、平板状の受圧部32と当該受圧部32の一側面に一体に形成された一対のヒンジ部34とを有し、当該ヒンジ部34において、枠体37に固定されている。一対のヒンジ部34は、それぞれ電極33、35に電気的に接続されている。電極33、35は、電気的に切断されている。カンチレバー部22は、カンチレバー部22の一側と他側の間に生じる圧力差により、ヒンジ部34を中心に弾性変形し得るように形成されている。   As shown in FIG. 3, the cantilever portion 22 has a flat-plate-shaped pressure receiving portion 32 and a pair of hinge portions 34 integrally formed on one side surface of the pressure receiving portion 32. It is fixed at 37. The pair of hinges 34 are electrically connected to the electrodes 33 and 35, respectively. The electrodes 33, 35 are electrically disconnected. The cantilever portion 22 is formed to be elastically deformable around the hinge portion 34 by a pressure difference generated between one side and the other side of the cantilever portion 22.

カンチレバー部22の外縁と枠体37の間に形成される隙間23は、媒体が流通しにくい大きさ(幅)に形成される。前記隙間23の幅は、媒体の分子の平均自由行程の約100倍以下であることが好ましい。隙間23の幅が媒体の分子の平均自由行程の100倍より大きいと、隙間23において媒体の漏れが生じ感度が低下するからである。   The gap 23 formed between the outer edge of the cantilever portion 22 and the frame 37 is formed in a size (width) in which the medium does not easily flow. The width of the gap 23 is preferably about 100 times or less of the mean free path of the molecules of the medium. If the width of the gap 23 is larger than 100 times the mean free path of the molecules of the medium, the medium leaks in the gap 23 and the sensitivity is lowered.

(製造方法)
次に、圧力センサ16の製造方法について説明する。まずSOI構造を有するSOI基板29の上部Si層26に不純物を、熱拡散法等によりドーピングして上部Si層26の一部をN型もしくはP型半導体としたピエゾ抵抗層27を形成する(図4)。
(Production method)
Next, a method of manufacturing the pressure sensor 16 will be described. First, the upper Si layer 26 of the SOI substrate 29 having the SOI structure is doped with an impurity by a thermal diffusion method or the like to form a piezoresistive layer 27 in which a part of the upper Si layer 26 is an N type or P type semiconductor (FIG. 4).

次に、ピエゾ抵抗層27の上に、フォトレジストマスクを選択的に形成し、例えば金を蒸着法により堆積させ電極層28を形成する。フォトレジストマスクを除去することにより、各辺から絶縁層25が帯状に露出した十字状のパターン36を形成する(図5)。   Next, a photoresist mask is selectively formed on the piezoresistive layer 27, and gold, for example, is deposited by evaporation to form an electrode layer. By removing the photoresist mask, a cross-shaped pattern 36 in which the insulating layer 25 is exposed in a strip shape from each side is formed (FIG. 5).

次いで、十字状のパターン36を目印として当該パターン36の中心に集束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)を用いて、絶縁層25まで到達する溝38を形成し、電極層28、ピエゾ抵抗層27、上部Si層26、絶縁層25を、カンチレバー形状にエッチング加工する(図6)。   Next, using a focused ion beam (FIB: Focused Ion Beam) at the center of the pattern 36 with the cross-shaped pattern 36 as a mark, a groove 38 reaching the insulating layer 25 is formed, and the electrode layer 28, the piezoresistive layer 27. The upper Si layer 26 and the insulating layer 25 are etched into a cantilever shape (FIG. 6).

次いで、電極層28上にフォトレジストマスクを選択的に形成し、カンチレバー部22に対応する位置の電極層28をエッチング加工する。フォトレジストマスクを除去することにより、電極33、35を形成する(図7)。   Next, a photoresist mask is selectively formed on the electrode layer 28, and the electrode layer 28 at a position corresponding to the cantilever portion 22 is etched. The electrodes 33 and 35 are formed by removing the photoresist mask (FIG. 7).

次いで、カンチレバー部22の直下のSi層24をプラズマエッチングにより除去し、穴42を形成する(図8)。さらにカンチレバー部22の直下の絶縁層25を、HF蒸気を用いたエッチングにより除去し、開口部30を形成する(図9)。これによりカンチレバー部22の一側と他側が隙間23を通じて繋がれ、検知部18を得ることができる。本実施形態の場合、隙間23は、FIBを用いて加工したことにより、カンチレバー部22の他側から一側に向かって先細となる形状に形成されている。   Next, the Si layer 24 immediately below the cantilever portion 22 is removed by plasma etching to form a hole 42 (FIG. 8). Further, the insulating layer 25 immediately below the cantilever portion 22 is removed by etching using HF vapor to form an opening 30 (FIG. 9). Thereby, one side and the other side of the cantilever part 22 are connected through the gap 23, and the detection part 18 can be obtained. In the case of the present embodiment, the gap 23 is formed to be tapered from one side to the other side of the cantilever portion 22 by processing using the FIB.

(動作及び効果)
上記のように構成された圧力センサ16は、検知部18が流路12を塞ぐように設けられており、かつ検知部18に形成された隙間23は、媒体が流通しにくい大きさ(幅)に形成されている。したがってジャイロセンサ10は、図1に示す矢印方向に本体14を回転させると、流路12に充填された媒体が、流路12に形成された検知部18によって押される。これによって媒体は、本体14と一体的に回転する。すなわち圧力センサ16には、媒体を本体14と一体的に回転させるために必要な力、すなわち媒体の慣性力が作用する。このとき圧力センサ16に生じる圧力をP、本体14の半径をr、媒体の密度をρとすると、ジャイロセンサ10に生じた角加速度αは、下記式(1)によって表される。
α=P/(2πr・ρ・r)・・・(1)
(Operation and effect)
In the pressure sensor 16 configured as described above, the detection unit 18 is provided so as to close the flow path 12, and the gap 23 formed in the detection unit 18 has a size (width) in which the medium is difficult to circulate Is formed. Therefore, when the gyro sensor 10 rotates the main body 14 in the direction of the arrow shown in FIG. 1, the medium filled in the flow path 12 is pushed by the detection unit 18 formed in the flow path 12. Thus, the medium rotates integrally with the main body 14. That is, a force necessary to rotate the medium integrally with the main body 14, that is, an inertial force of the medium acts on the pressure sensor 16. At this time, assuming that the pressure generated in the pressure sensor 16 is P, the radius of the main body 14 is r, and the density of the medium is ρ, the angular acceleration α generated in the gyro sensor 10 is expressed by the following equation (1).
α = P / (2πr · r · r) (1)

圧力センサ16のカンチレバー部22は、作用する圧力Pによって一対のヒンジ部34を中心として弾性変形する。そうするとカンチレバー部22は、変形量に応じて電気抵抗値が変化する。ジャイロセンサ10は、カンチレバー部22の抵抗変化率を測定することにより、圧力Pを計測し、これにより角加速度αを測定することができる。   The cantilever portion 22 of the pressure sensor 16 is elastically deformed about the pair of hinge portions 34 by the acting pressure P. Then, in the cantilever portion 22, the electric resistance value changes in accordance with the amount of deformation. The gyro sensor 10 can measure the pressure P by measuring the rate of change in resistance of the cantilever portion 22, thereby measuring the angular acceleration α.

ジャイロセンサ10は、媒体の慣性力を測定する構成としたので、小型化及び感度の向上を実現することができる。媒体は、密度の高い媒体、例えば液体を用いることにより、より感度を向上することができるので、より小型化することができる。   Since the gyro sensor 10 is configured to measure the inertial force of the medium, downsizing and improvement in sensitivity can be realized. The medium can be further miniaturized because the sensitivity can be further improved by using a dense medium such as a liquid.

またジャイロセンサ10は、熱容量の大きい媒体、例えば液体を用いることにより、急激な温度変化による影響を抑制でき、熱的安定性を向上することができる。   Further, by using a medium having a large heat capacity, for example, a liquid, the gyro sensor 10 can suppress the influence of a rapid temperature change and can improve the thermal stability.

実際に、長さ22.5μm、幅20μm、厚さ0.15μmのカンチレバー部22を有する圧力センサ16を製造し、評価を行った。ヒンジ部34は、長さ2.5μm、幅0.5μmとした。隙間23の幅は、約20nmとした。この圧力センサ16を、半径9.5cm(流路径5mm)の流路12を塞ぐように本体14に設置した。本体14の流路12には、媒体としてシリコンオイル(密度ρ:1000)を充填した。   In fact, a pressure sensor 16 having a cantilever portion 22 having a length of 22.5 μm, a width of 20 μm, and a thickness of 0.15 μm was manufactured and evaluated. The hinge portion 34 has a length of 2.5 μm and a width of 0.5 μm. The width of the gap 23 was about 20 nm. The pressure sensor 16 was installed in the main body 14 so as to close the flow path 12 with a radius of 9.5 cm (flow path diameter 5 mm). The flow path 12 of the main body 14 was filled with silicone oil (density ρ: 1000) as a medium.

圧力センサ16の検知部18に対し、図10に示すように、ファンクションジェネレータ(図示しない)を介して電源50を接続した。また検知部18の電気抵抗値は、ロックインアンプ52でノイズを除去すると共に電圧に変換してオシロスコープ54で測定した。   As shown in FIG. 10, a power supply 50 is connected to the detection unit 18 of the pressure sensor 16 via a function generator (not shown). The electric resistance value of the detection unit 18 was measured by an oscilloscope 54 after removing noise by the lock-in amplifier 52 and converting it into a voltage.

本体14の中心を軸として±5°程度の回転を本体14に与えたときの電気抵抗値を測定し、抵抗変化率を求めた。その結果を図11に示す。本図は、縦軸が抵抗変化率、横軸が時間、実線が本実施形態に係るジャイロセンサ10の抵抗変化率を示す。本図の点線は、中心から9.5cm離れた位置に設置した従来のジャイロセンサ(シリコンセンシングシステムズ社製、製品名:CRH01-100)に対し、中心を軸として±5°程度の回転を与えたときの抵抗変化率を示す。本図から本実施形態に係るジャイロセンサ10は、与えられた回転に対し、従来のジャイロセンサ10と同等の出力が得られることが確認できた。   The electrical resistance value was measured when rotation of about ± 5 ° was given to the main body 14 with the center of the main body 14 as an axis, and the rate of change in resistance was determined. The results are shown in FIG. In the figure, the ordinate represents the resistance change rate, the abscissa represents the time, and the solid line represents the resistance change rate of the gyro sensor 10 according to the present embodiment. The dotted line in this figure gives ± 5 ° of rotation around the center to a conventional gyro sensor (product name: CRH01-100, manufactured by Silicon Sensing Systems, Inc., product name) installed at a position 9.5 cm away from the center. Rate of resistance change. From the figure, it can be confirmed that the gyro sensor 10 according to the present embodiment can obtain an output equivalent to that of the conventional gyro sensor 10 for a given rotation.

[第2実施形態]
(全体構成)
図12に示すジャイロセンサ100は、内部に流路102が形成された本体103が板状である点が、上記第1実施形態と異なる。以下、本実施形態に係るジャイロセンサ100の構成について詳細に説明する。なお、上記第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
Second Embodiment
(overall structure)
The gyro sensor 100 shown in FIG. 12 is different from the first embodiment in that the main body 103 in which the flow path 102 is formed is plate-shaped. Hereinafter, the configuration of the gyro sensor 100 according to the present embodiment will be described in detail. The description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.

ジャイロセンサ100は、内部に流路102が形成された本体103と、前記流路102内に充填された媒体(図示しない)と、前記流路102を塞ぐように設けられ、前記媒体の慣性力を検出する圧力センサ112とを備える。   The gyro sensor 100 is provided so as to close the flow path 102 with a main body 103 in which the flow path 102 is formed, a medium (not shown) filled in the flow path 102, and an inertial force of the medium And a pressure sensor 112 for detecting

本体103は、上層106と、下層108と、上層106と下層108とに挟まれた中間層110とを備える。上層106及び下層108は、図13A、図13Bに示すように、内面に流路形成溝121、124がそれぞれ形成されている。流路形成溝121、124は、円環を軸方向に二分割にした形状を有している。上層106の流路形成溝121の一端部121aは、下層108の流路形成溝124の一端部124aと中間層110を挟んで上下に重なるように形成されている。同様に上層106の流路形成溝121の他端部121bは、下層108の流路形成溝124の他端部124bと中間層110を挟んで上下に重なるように形成されている。   The main body 103 includes an upper layer 106, a lower layer 108, and an intermediate layer 110 sandwiched between the upper layer 106 and the lower layer 108. As shown in FIGS. 13A and 13B, the upper layer 106 and the lower layer 108 have channel forming grooves 121 and 124 formed on the inner surface, respectively. The flow path forming grooves 121 and 124 have a shape in which an annular ring is divided into two in the axial direction. One end portion 121 a of the flow path forming groove 121 of the upper layer 106 is formed to be vertically overlapped with the one end portion 124 a of the flow path forming groove 124 of the lower layer 108 and the intermediate layer 110. Similarly, the other end 121 b of the flow path forming groove 121 of the upper layer 106 is formed to overlap vertically with the other end 124 b of the flow path forming groove 124 of the lower layer 108 sandwiching the intermediate layer 110.

中間層110は、図14に示すように、一端部121a、124aに対応する位置に形成された貫通部128と、他端部121b、124bに対応する位置に形成された圧力センサ112とを有する。貫通部128は、厚さ方向に貫通している。圧力センサ112は、中間層110の面方向に平行に検知部18が形成されている。   As shown in FIG. 14, the intermediate layer 110 has a penetrating portion 128 formed at a position corresponding to one end 121a, 124a and a pressure sensor 112 formed at a position corresponding to the other end 121b, 124b. . The penetrating portion 128 penetrates in the thickness direction. The pressure sensor 112 has a detection unit 18 formed in parallel to the surface direction of the intermediate layer 110.

上記のように構成された上層106、中間層110、及び下層108を順に積層してなる本体103には、図15に示すように、上側流路102aと下側流路102bとを含む流路102が形成される。上側流路102aは、図13Aに示すような上層106に形成された流路形成溝121と中間層110とにより形成される。下側流路102bは、図13Bに示すような下層108に形成された流路形成溝124と中間層110とにより形成される。上側流路102aと下側流路102bは、一端部121a、124aが中間層110に形成された貫通部128に相当する連通部104を介して接続され、他端部121b、124bが中間層110に形成された圧力センサ112を介して接続されている。   In the main body 103 formed by sequentially stacking the upper layer 106, the intermediate layer 110, and the lower layer 108 configured as described above, as shown in FIG. 15, a flow path including an upper flow path 102a and a lower flow path 102b. 102 are formed. The upper flow path 102 a is formed by a flow path forming groove 121 and an intermediate layer 110 which are formed in the upper layer 106 as shown in FIG. 13A. The lower flow path 102b is formed by a flow path forming groove 124 and an intermediate layer 110 which are formed in the lower layer 108 as shown in FIG. 13B. The upper flow path 102a and the lower flow path 102b are connected via the communication part 104 corresponding to the penetration part 128 in which one end 121a, 124a is formed in the intermediate layer 110, and the other end 121b, 124b is the intermediate layer 110 It is connected via the pressure sensor 112 formed in.

第1実施形態と同様、流路102内には、図示しない媒体が充填されている。圧力センサ112は、媒体の慣性力を検出する。流路102内に充填される媒体としては、第1実施形態の場合と同様の流体やゲルを用いることができる。   As in the first embodiment, the flow path 102 is filled with a medium (not shown). The pressure sensor 112 detects the inertial force of the medium. As the medium filled in the flow channel 102, the same fluid or gel as in the first embodiment can be used.

(製造方法)
次に、本実施形態に係るジャイロセンサ100の製造方法について説明する。ジャイロセンサ100は、所定の基材を積層して複数のジャイロセンサを備えた積層体を作製し、個々に分割して得られる。製造に用いられる基材は、中間層用基材、上層用基材、および下層用基材であり、それぞれの基材には、複数の流路を作製して複数のジャイロセンサが一括して得られるように、構成要素が複数設けられている。以下に詳細に説明する。
(Production method)
Next, a method of manufacturing the gyro sensor 100 according to the present embodiment will be described. The gyro sensor 100 is obtained by laminating predetermined substrates to produce a laminated body provided with a plurality of gyro sensors, and dividing them individually. The substrates used in the production are the substrate for the intermediate layer, the substrate for the upper layer, and the substrate for the lower layer, and in each of the substrates, a plurality of flow paths are produced and a plurality of gyro sensors are collectively obtained. A plurality of components are provided to be obtained. Details will be described below.

まず、図16に示すように、所定の板状部材を用意し、画定された複数の単位領域127内に貫通部128および圧力センサ112を形成して、中間層用基材126を得る。図示する例においては、中間層用基材126の形状は円形であるが、これに限定されない。任意の形状の板状部材を用いて形成することができる。   First, as shown in FIG. 16, predetermined plate-like members are prepared, and the penetrating portions 128 and the pressure sensors 112 are formed in the plurality of unit regions 127 defined, to obtain the intermediate layer base 126. In the illustrated example, the shape of the intermediate layer base 126 is circular, but is not limited thereto. It can form using the plate-shaped member of arbitrary shapes.

貫通部128は、エッチング等によって単位領域127の所定の位置に形成することができる。圧力センサ112は、第1実施形態の場合と同様の手法により形成することができる。   The penetrating portion 128 can be formed at a predetermined position of the unit region 127 by etching or the like. The pressure sensor 112 can be formed by the same method as that of the first embodiment.

こうして作製される中間層用基材126には、貫通部128と圧力センサ112とが複数設けられている。   A plurality of penetration parts 128 and pressure sensors 112 are provided in the intermediate layer base material 126 produced in this manner.

一方、大きさおよび形状が同等の板状部材を用意し、図17Aに示すように、流路形成溝121を裏面側から複数形成して上層用基材120を得る。流路形成溝121が形成されるのは、中間層用基材126において画定された単位領域127に相当する領域内である。流路形成溝121は、上層用基材120を中間層用基材126に積層した際に、一端部121aが貫通部128に達し、他端部121bが圧力センサ112に達する円環状となるように形成する。流路形成溝121は、エッチング等により形成することができる。   On the other hand, a plate-like member having the same size and shape is prepared, and as shown in FIG. 17A, a plurality of channel forming grooves 121 are formed from the back surface side to obtain an upper layer substrate 120. The channel forming groove 121 is formed in a region corresponding to the unit region 127 defined in the intermediate layer substrate 126. The flow channel forming groove 121 has an annular shape such that one end 121 a reaches the penetrating portion 128 and the other end 121 b reaches the pressure sensor 112 when the upper layer base material 120 is laminated on the intermediate layer base material 126. To form. The channel forming groove 121 can be formed by etching or the like.

さらに、大きさおよび形状が同等の板状部材を用意し、図17Bに示すように流路形成溝124を同様の手法により表面側から複数形成して、下層用基材123を得る。流路形成溝124が形成されるのもまた、中間層用基材126において画定された単位領域127に相当する領域内である。流路形成溝124は、上層用基材120と下層用基材123とを積層した際に一端部124aが貫通部128に達し、他端部124bが圧力センサ112に達する円環状となるように形成する。   Furthermore, a plate-like member having the same size and shape is prepared, and a plurality of channel forming grooves 124 are formed from the surface side by the same method as shown in FIG. 17B to obtain the base material 123 for the lower layer. The channel forming groove 124 is also formed in a region corresponding to the unit region 127 defined in the intermediate layer substrate 126. The flow channel forming groove 124 has an annular shape in which one end 124 a reaches the penetrating portion 128 and the other end 124 b reaches the pressure sensor 112 when the upper layer base material 120 and the lower layer base material 123 are stacked. Form.

次いで、図18に示すように、中間層用基材126の下に下層用基材123を配置し、中間層用基材126の上には上層用基材120を配置して、基材同士を接合する。上層用基材120は、流路形成溝121の一端部121aが、中間層用基材126に設けられた貫通部128と、他端部121bが圧力センサ112と重なるように、中間層用基材126に接合する。同様に、下層用基材123は、流路形成溝124の一端部124aが、中間層用基材126に設けられた貫通部128と、他端部124bが圧力センサ112と重なるように、中間用基材126に接合する。   Next, as shown in FIG. 18, the lower layer substrate 123 is disposed below the intermediate layer substrate 126, and the upper layer substrate 120 is disposed on the intermediate layer substrate 126. Join the The upper layer substrate 120 is a layer for the intermediate layer so that one end 121a of the flow channel forming groove 121 overlaps the pressure sensor 112 with the penetrating portion 128 provided in the intermediate layer substrate 126 and the other end 121b. It is joined to the material 126. Similarly, the lower layer base material 123 is intermediate such that the one end portion 124 a of the flow channel forming groove 124 overlaps the pressure sensor 112 with the penetrating portion 128 provided in the intermediate layer base material 126 and the other end portion 124 b. It is joined to the base material 126.

上層用基材120に設けられた流路形成溝121と、中間層用基材126の表面の間に上側流路102aが形成される。下層用基材123に設けられた流路形成溝124と、中間層用基材126の裏面の間に下側流路102bが形成される。上側流路102aと下側流路102bは一端部121a、124aが連通部104で接続され、他端部121b、124bが圧力センサ112を介して接続されることにより、流路102が形成される。当該流路102に対し、媒体を充填する。   An upper flow passage 102 a is formed between the flow passage forming groove 121 provided in the upper layer base material 120 and the surface of the intermediate layer base material 126. A lower flow passage 102 b is formed between the flow passage forming groove 124 provided in the lower layer base material 123 and the back surface of the intermediate layer base material 126. The upper flow path 102a and the lower flow path 102b are connected at one end portions 121a and 124a by the communication portion 104, and the other end portions 121b and 124b are connected via the pressure sensor 112 to form the flow path 102. . The flow path 102 is filled with a medium.

こうして、上層用基材120と下層用基材123とで中間層用基材126を挟み、接合して得られた積層体130には、図19に示すように複数のジャイロセンサ132が形成されることとなる。これらを、例えばダイシング装置を用いて個々に切断して、本実施形態のジャイロセンサ100が得られる。   Thus, as shown in FIG. 19, a plurality of gyro sensors 132 are formed on the laminate 130 obtained by sandwiching and bonding the intermediate layer substrate 126 between the upper layer substrate 120 and the lower layer substrate 123. The Rukoto. These are individually cut using, for example, a dicing apparatus to obtain the gyro sensor 100 of the present embodiment.

(作用及び効果)
上記のように本実施形態のジャイロセンサ100は、第1実施形態の場合と同様の構成の圧力センサ112を備え、同様の媒体を充填することができる。したがって、流路102が図15に示す矢印方向に回転するように、ジャイロセンサ100に動きが与えられた際には、第1実施形態の場合と同様の作用が生じて同様の効果が得られる。
(Action and effect)
As described above, the gyro sensor 100 according to this embodiment includes the pressure sensor 112 having the same configuration as that of the first embodiment, and can be filled with the same medium. Therefore, when movement is given to the gyro sensor 100 so that the flow path 102 rotates in the direction of the arrow shown in FIG. 15, the same action as that of the first embodiment is produced, and the same effect is obtained. .

すなわち、第1実施形態の場合と同様、ジャイロセンサ100は、媒体の慣性力を測定する構成としたので、小型化及び感度の向上を実現することができる。また、媒体を適切に選択することによって、より小型化することができ、熱的安定性を向上することも可能である。   That is, as in the case of the first embodiment, the gyro sensor 100 is configured to measure the inertial force of the medium, so downsizing and improvement in sensitivity can be realized. In addition, by appropriately selecting the medium, it is possible to further miniaturize and to improve the thermal stability.

しかも、本実施形態のジャイロセンサ100においては、流路102は上側流路102aと下側流路102bとを含み、上側流路102aと下側流路102bとは、横向きに設けられた圧力センサ112によって仕切られている。圧力センサ112が設けられた中間層110は、上側流路102aおよび下側流路102bの一部を構成している。このような構造としたことによって、ジャイロセンサ100を製造する際には、所定の基材を積層して、流路102の形成と圧力センサ112の配置とを同時に行うことができる。   Moreover, in the gyro sensor 100 according to the present embodiment, the flow path 102 includes the upper flow path 102a and the lower flow path 102b, and the upper flow path 102a and the lower flow path 102b are pressure sensors provided laterally. It is divided by 112. The middle layer 110 provided with the pressure sensor 112 constitutes a part of the upper flow passage 102 a and the lower flow passage 102 b. With such a structure, when manufacturing the gyro sensor 100, it is possible to laminate a predetermined base material and simultaneously perform the formation of the flow path 102 and the arrangement of the pressure sensor 112.

積層される基材には、複数の流路が作製できるように構成要素が複数設けられているので、基材を積層して複数のジャイロセンサ100を一括して製造することができる。一括して製造されたジャイロセンサ100を個々に切断することにより、簡略化された方法で複数のジャイロセンサ100を効率よく製造することが可能となった。   Since a plurality of components are provided in the base material to be stacked so that a plurality of flow channels can be produced, the plurality of gyro sensors 100 can be manufactured collectively by stacking the base materials. By individually cutting the collectively manufactured gyro sensors 100, it has become possible to efficiently manufacture a plurality of gyro sensors 100 in a simplified method.

(変形例)
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
(Modification)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified within the scope of the present invention.

例えば、図3に対応する構成について同様の符号を付した図20に示すように、検知部60は、温度補償用素子62を備えることとしてもよい。検知部60は、カンチレバー部22を有し、当該カンチレバー部22の一対のヒンジ部34の間に温度補償用素子62が形成されている。温度補償用素子62は、前記カンチレバー部22が有する温度に対する抵抗変化特性と同様の特性を有する。本変形例の場合、温度補償用素子62は、温度変化に伴い、電気抵抗が変化する非変形型カンチレバー部、例えば温度センサであってもよい。本変形例の場合、温度補償用素子62は、カンチレバー部22と相似形の外形形状を有するが、ピエゾ抵抗層27が形成されていない。温度補償用素子62は、カンチレバー部22との間に第2隙間64が形成されている。第2隙間64は、上記隙間23と同じ幅であるのが好ましい。さらに温度補償用素子62は、基端側が二股に分岐し一対の脚部63、65が形成されている。脚部63、65間には開口66が形成されており、一対の脚部63、65はそれぞれ電極67、68に接続されている。電極67、68は、互いに電気的に切断されていると共に、カンチレバー部22に接続された電極33、35と、電気的に切断されている。   For example, as shown in FIG. 20 in which the same reference numerals are given to the configuration corresponding to FIG. 3, the detection unit 60 may be provided with a temperature compensation element 62. The detection unit 60 has a cantilever 22, and a temperature compensation element 62 is formed between the pair of hinges 34 of the cantilever 22. The temperature compensating element 62 has the same characteristic as the resistance change characteristic with respect to the temperature which the cantilever portion 22 has. In the case of this modification, the temperature compensating element 62 may be a non-deformable cantilever portion, such as a temperature sensor, whose electrical resistance changes with temperature change. In the case of this modification, the temperature compensating element 62 has an outer shape similar to that of the cantilever portion 22 but the piezoresistive layer 27 is not formed. A second gap 64 is formed between the temperature compensating element 62 and the cantilever portion 22. The second gap 64 preferably has the same width as the gap 23. Further, the temperature compensating element 62 is bifurcated on the base end side, and a pair of legs 63 and 65 are formed. An opening 66 is formed between the legs 63 and 65, and the pair of legs 63 and 65 are connected to the electrodes 67 and 68, respectively. The electrodes 67 and 68 are electrically disconnected from each other and the electrodes 33 and 35 connected to the cantilever portion 22.

上記のように構成された温度補償用素子62は、検知部60の温度に応じた信号を出力する。ジャイロセンサ10,100は、上記温度補償用素子62が出力する信号を用いることにより、カンチレバー部22の電気抵抗値に対する温度補償を行うことができる。具体的には、ジャイロセンサ10,100は、カンチレバー部22で本体14,103の回転に伴う電気抵抗値を測定すると共に、温度補償用素子62で実際の温度を測定する。予め測定しておいたカンチレバー部22の温度特性から実際の温度に対応する補償値を算出する。これによりジャイロセンサ10,100は、測定した電気抵抗値から補償値を除算することにより、電気抵抗値に対して温度補償をすることができる。   The temperature compensation element 62 configured as described above outputs a signal according to the temperature of the detection unit 60. The gyro sensors 10 and 100 can perform temperature compensation on the electrical resistance value of the cantilever portion 22 by using the signal output from the temperature compensation element 62. Specifically, the gyro sensor 10, 100 measures the electrical resistance value accompanying the rotation of the main body 14, 103 by the cantilever portion 22 and measures the actual temperature by the temperature compensation element 62. A compensation value corresponding to the actual temperature is calculated from the temperature characteristic of the cantilever portion 22 measured in advance. Thus, the gyro sensor 10, 100 can perform temperature compensation on the electrical resistance value by dividing the compensation value from the measured electrical resistance value.

また3個のジャイロセンサ10,100を、本体14,103が互いに直交する3方向に配置することで、3軸方向の加速度を測定することができる。   Further, by arranging the three gyro sensors 10 and 100 in three directions in which the main bodies 14 and 103 are orthogonal to each other, acceleration in the three axial directions can be measured.

さらに、図14に示す中間層110において、貫通部128に代わって圧力センサ112を形成してもよい。その場合、上層106における一端部121a、下層108における一端部124aに対応する位置、および上層106における他端部121b、下層108における124bに対応する位置に、それぞれ圧力センサ112を有することになる。ジャイロセンサ100は、2つの圧力センサ112におけるカンチレバー部22の抵抗変化率を測定することにより、圧力Pを計測し、これにより角加速度αを感度よく測定することができ、電気抵抗値に対する温度補償を行うこともできる。   Furthermore, in the intermediate layer 110 shown in FIG. 14, the pressure sensor 112 may be formed instead of the penetrating portion 128. In that case, the pressure sensor 112 is provided at a position corresponding to the one end 121 a of the upper layer 106 and the one end 124 a of the lower layer 108 and a position corresponding to the other end 121 b of the upper layer 106 and 124 b of the lower layer 108. The gyro sensor 100 measures the pressure P by measuring the rate of change in resistance of the cantilever portion 22 in the two pressure sensors 112, whereby the angular acceleration α can be measured with high sensitivity, and temperature compensation for the electrical resistance value You can also do

10,100 ジャイロセンサ
12,102 流路
14,103 本体
16,112 圧力センサ
22 カンチレバー部
23 隙間
37 枠体
104 連通部
106 上層
108 下層
110 中間層
62 温度補償用素子
Reference Signs List 10, 100 gyro sensor 12, 102 flow path 14, 103 main body 16, 112 pressure sensor 22 cantilever portion 23 gap 37 frame body 104 communicating portion 106 upper layer 108 lower layer 110 intermediate layer 62 temperature compensating element

Claims (7)

平面視において円環であり、管状に形成され、内部に流路が形成された本体と、
前記流路内に充填された媒体と、
前記流路内に設けられ、前記媒体の慣性力を検出する圧力センサとを備え、
前記圧力センサは、前記流路を仕切るように形成された弾性変形可能なカンチレバー部を有し、
前記カンチレバー部は前記円環の円周方向に弾性変形可能である
ことを特徴とするジャイロセンサ。
A body which is an annular ring in a plan view, is formed in a tubular shape, and has a flow passage formed therein;
A medium filled in the flow path,
A pressure sensor provided in the flow path for detecting an inertial force of the medium;
The pressure sensor is to have a resiliently deformable cantilever portion formed so as to partition the flow path,
The gyro sensor according to claim 1, wherein the cantilever portion is elastically deformable in a circumferential direction of the annular ring .
前記カンチレバー部は、ピエゾ抵抗層を有することを特徴とする請求項1記載のジャイロセンサ。 The gyro sensor according to claim 1, wherein the cantilever portion has a piezoresistive layer. 前記カンチレバー部の周囲に設けられ前記カンチレバー部の基端を保持する枠体と、前記カンチレバー部の間に形成された隙間が、前記媒体の平均自由行程の100倍以下であることを特徴とする請求項1又は2記載のジャイロセンサ。 A frame provided around the cantilever portion and holding a proximal end of the cantilever portion, and a gap formed between the cantilever portion is 100 times or less of the mean free path of the medium. The gyro sensor according to claim 1. 前記媒体が液体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載のジャイロセンサ。 The gyro sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the medium is a liquid. 前記カンチレバー部の温度特性を補償するための温度補償用素子が設けられたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載のジャイロセンサ。 The gyro sensor according to any one of claims 1 to 4, further comprising a temperature compensation element for compensating the temperature characteristic of the cantilever portion. 前記温度補償用素子は、前記カンチレバー部が有する温度に対する抵抗変化特性と同様の特性を有する非変形型カンチレバー部であることを特徴とする請求項5記載のジャイロセンサ。 6. The gyro sensor according to claim 5, wherein the temperature compensation element is a non-deformable cantilever portion having the same characteristic as a resistance change characteristic with respect to a temperature of the cantilever portion. 内部に流路が形成された本体と、A main body in which a flow passage is formed, and
前記流路内に充填された媒体と、A medium filled in the flow path,
前記流路内に設けられ、前記媒体の慣性力を検出する圧力センサとを備え、A pressure sensor provided in the flow path for detecting an inertial force of the medium;
前記圧力センサは、前記流路を仕切るように形成された弾性変形可能なカンチレバー部を有し、The pressure sensor includes an elastically deformable cantilever portion formed to partition the flow path,
前記カンチレバー部の周囲に設けられ前記カンチレバー部の基端を保持する枠体と、前記カンチレバー部の間に形成された隙間が、前記媒体の平均自由行程の100倍以下であるA frame provided around the cantilever portion and holding the proximal end of the cantilever portion, and a gap formed between the cantilever portion is not more than 100 times the mean free path of the medium
ことを特徴とするジャイロセンサ。A gyro sensor characterized by
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