(57)【要約】【課題】バネ・錐振動系の振動を効率的に減衰させることができる慣性センサーを提供すること。【解決手段】本発明にかかる慣性センサー１００は、基部１２、基部１２に連続する弾性部１４、および、弾性部１４に連続し弾性部１４によって支持され、慣性力によって変位可能な質量部１６を有する基体１０と、弾性部１４の歪みを電界に変換する圧電変換構成２０と、前記電界を熱に変換する電熱変換部３０と、基部１２と質量部１６との間に発生した力に反応する変位検出部４０と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部、前記基部に連続する弾性部、および、前記弾性部に連続し前記弾性部によって支持され、慣性力によって変位可能な質量部を有する基体と、
前記弾性部の歪みを電界に変換する圧電変換構成と、
前記電界を熱に変換する電熱変換部と、
前記基部と前記質量部との間に発生した力に反応する検出部と、
を含む、慣性センサー。
【請求項２】
請求項１において、
前記弾性部に形成された抵抗層を含み、
前記弾性部は、圧電性を有し、
前記圧電変換構成は、前記歪みを前記弾性部の圧電性によって前記電界に変換し、
前記電熱変換部は、前記電界を前記抵抗層の電気抵抗によって前記熱に変換する、慣性センサー。
【請求項３】
請求項１において、
前記弾性部に形成された圧電膜と、
前記圧電膜に形成された抵抗層と、
を含み、
前記圧電変換構成は、前記歪みを前記圧電膜の圧電性によって前記電界に変換し、
前記電熱変換部は、前記電界を前記抵抗層の電気抵抗によって前記熱に変換する、慣性センサー。
【請求項４】
請求項１において、
前記弾性部に形成され、互いに離間している一対の導電層と、
前記一対の導電層に電気的に接続された抵抗素子と、
を含み、
前記弾性部は、圧電性を有し、
前記圧電変換構成は、前記歪みを前記弾性部の圧電性によって前記電界に変換し、
前記電熱変換部は、前記電界を前記抵抗素子の電気抵抗によって前記熱に変換する、慣性センサー。
【請求項５】
請求項４において、
前記一対の導電層の間の最近接部位は、前記質量部が前記基部に対して変位したときの、前記弾性部における前記歪みの集中領域にある、慣性センサー。
【請求項６】
請求項１において、
前記弾性部に形成された圧電素子と、
前記圧電素子に電気的に接続された抵抗素子と、
を含み、
前記圧電変換構成は、前記歪みを前記圧電素子の圧電性によって前記電界に変換し、
前記電熱変換部は、前記電界を前記抵抗素子の電気抵抗によって前記熱に変換する、慣性センサー。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６のいずれか一項において、
さらに、前記慣性センサーを収納するパッケージを含み、
前記抵抗素子は、前記パッケージの外部に設けられた、慣性センサー。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項において、
前記検出部は、前記基部および前記質量部に架橋して設けられた双音叉型振動片を含み、前記双音叉型振動片の共振周波数が、前記基部と前記質量部との間に発生した力に反応する、慣性センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサーおよび角速度センサー（ジャイロセンサー）等の慣性センサーは、たとえば、自動車、航空機、ロケット、カメラ、ゲーム機等の位置や姿勢を制御するために利用されている。たとえば、カーナビゲーション装置において、車両の現在位置を検出する際には、車両の移動方向および移動距離を自立的に測位するために慣性センサーが用いられている。近年、慣性センサーの精度を高める要請は、非常に強くなってきている。
【０００３】
慣性センサーの一例として、バネ（梁）によって支えられたおもり（錐）の変位を感知するものがある。そして、錐の変位を感知する方式としては、振動子の共振周波数を利用する方式（振動型）、電気容量の変化を利用する方式（容量型）、電気抵抗の変化を利用する方式（抵抗型）などがある。
【０００４】
たとえば、特開２００８−２６１８３９号公報には、片持ち梁状に支持された錐の変位を双音叉型の振動子によって感知し、加速度を検知する加速度検知ユニット（加速度センサー）が開示されている。同公報の加速度センサーは、加速度を受けると、錐が加速度の方向とは逆の方向に慣性力を受け、これにより、錐を支えるバネ（梁）が撓む構造を有している。この梁の撓みにより、双音叉振動子が圧縮力、伸張力を受け、振動周波数が変化する。同公報の加速度センサーは、該振動周波数の変化を検知することによって与えられた加速度を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６１８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、一般的な慣性センサーは、錐の慣性力を利用している。したがって、錐は、バネ等の復元力を有する部材に支持される。そのため、慣性センサーは、バネおよび錐によって構成される振動系（バネ・錐振動系）を有することとなる。
【０００７】
このような慣性センサーに入力される加速度等の物理量が、インパルス状であると、バネ・錐振動系の共振モードが励起される場合がある。バネ・錐振動系の共振モードが励起されると、これに基づく不要な信号（バネ・錐振動系の共振周波数の信号）が、物理量を検知するための信号に重畳して出力されることがある。不要な信号が、物理量を検知するための信号に重畳すると、慣性センサーによって測定される物理量の測定精度が低下することがあった。また、バネ・錐振動系の共振モードに基づく不要な信号は、余韻を有している。そのため、慣性センサーの測定精度は、該余韻によってさらに低下することがあった。また、慣性センサーにバネ・錐振動系の共振モードを励起する入力（物理量）が入り続ける場合は、バネ・錐振動系の振幅が増大する。そうすると、慣性センサーが破壊されたり、出力信号が飽和したりすることがあった。
【０００８】
特に振動型の慣性センサーにおいては、錐の変位を感知する振動子等の振動状態を良好に保ったまま、バネ・錐振動系の振動を抑制しなければならないという技術的な困難性がある。
【０００９】
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、バネ・錐振動系の振動を効率的に減衰させることができる慣性センサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【００１１】
［適用例１］
本発明にかかる慣性センサーの一態様は、
基部、前記基部に連続する弾性部、および、前記弾性部に連続し前記弾性部によって支持され、慣性力によって変位可能な質量部を有する基体と、
前記弾性部の歪みを電界に変換する圧電変換構成と、
前記電界を熱に変換する電熱変換部と、
前記基部と前記質量部との間に発生した力に反応する検出部と、
を含む。
【００１２】
このような慣性センサーは、基体に形成されるバネ・錐振動系の振動エネルギーを熱エネルギーとして効率よく散逸させることができ、バネ・錐振動系の振動を減衰させることができる。これにより、不要な信号の発生が抑制され、加速度、角速度等の計測の精度を高めることができる。
【００１３】
［適用例２］
適用例１において、
前記弾性部に形成された抵抗層を含み、
前記弾性部は、圧電性を有し、
前記圧電変換構成は、前記歪みを前記弾性部の圧電性によって前記電界に変換し、
前記電熱変換部は、前記電界を前記抵抗層の電気抵抗によって前記熱に変換する、慣性センサー。
【００１４】
このような慣性センサーは、バネ・錐振動系の振動エネルギーを熱エネルギーとして効率よく散逸させることができ、バネ・錐振動系の振動を減衰させることができる。また、この適用例の慣性センサーは、弾性部に抵抗層が形成されるため、構造が比較的単純となるため、たとえば製造を容易化することができる。
【００１５】
［適用例３］
適用例１において、
前記弾性部に形成された圧電膜と、
前記圧電膜に形成された抵抗層と、
を含み、
前記圧電変換構成は、前記歪みを前記圧電膜の圧電性によって前記電界に変換し、
前記電熱変換部は、前記電界を前記抵抗層の電気抵抗によって前記熱に変換する、慣性センサー。
【００１６】
このような慣性センサーは、バネ・錐振動系の振動エネルギーを熱エネルギーとして効率よく散逸させることができ、バネ・錐振動系の振動を減衰させることができる。
【００１７】
［適用例４］
適用例１において、
前記弾性部に形成され、互いに離間している一対の導電層と、
前記一対の導電層に電気的に接続された抵抗素子と、
を含み、
前記弾性部は、圧電性を有し、
前記圧電変換構成は、前記歪みを前記弾性部の圧電性によって前記電界に変換し、
前記電熱変換部は、前記電界を前記抵抗素子の電気抵抗によって前記熱に変換する、慣性センサー。
【００１８】
このような慣性センサーは、バネ・錐振動系の振動エネルギーを熱エネルギーとして効率よく散逸させることができ、バネ・錐振動系の振動を減衰させることができる。
【００１９】
なお、本明細書では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ａ部材」という）に「電気的に接続」された他の特定の部材（以下「Ｂ部材」という）」などと用いている。本明細書では、この例のような場合に、Ａ部材とＢ部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、Ａ部材とＢ部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。
【００２０】
［適用例５］
適用例４において、
前記一対の導電層の間の最近接部位は、前記質量部が前記基部に対して変位したときの、前記弾性部における前記歪みの集中領域にある、慣性センサー。
【００２１】
このような慣性センサーは、バネ・錐振動系の振動エネルギーを熱エネルギーとしてより効率よく散逸させることができ、バネ・錐振動系の振動を減衰させることができる。
【００２２】
［適用例６］
適用例１において、
前記弾性部に形成された圧電素子と、
前記圧電素子に電気的に接続された抵抗素子と、
を含み、
前記圧電変換構成は、前記歪みを前記圧電素子の圧電性によって前記電界に変換し、
前記電熱変換部は、前記電界を前記抵抗素子の電気抵抗によって前記熱に変換する、慣性センサー。
【００２３】
このような慣性センサーは、バネ・錐振動系の振動エネルギーを熱エネルギーとして効率よく散逸させることができ、バネ・錐振動系の振動を減衰させることができる。
【００２４】
［適用例７］
適用例４ないし適用例６のいずれか一例において、
さらに、前記慣性センサーを収納するパッケージを含み、
前記抵抗素子は、前記パッケージの外部に設けられた、慣性センサー。
【００２５】
このような慣性センサーは、バネ・錐振動系の振動エネルギーを熱エネルギーとして効率よく散逸させることができ、バネ・錐振動系の振動を減衰させることができる。その上、この適用例の慣性センサーは、弾性部の振動エネルギーをパッケージ外に熱として散逸させることができるため、当該慣性センサーへの当該熱の影響を小さく抑えることができ、さらに精度を高めることができる。また、このような慣性センサーは、バネ・錐振動系の振動を減衰させるとともに、パッケージ内を減圧状態にすることができ、熱雑音や部材の劣化を抑えることができる。
【００２６】
［適用例８］
適用例１ないし適用例７のいずれか一例において、
前記検出部は、前記基部および前記質量部に架橋して設けられた双音叉型振動片を含み、前記双音叉型振動片の共振周波数が、前記基部と前記質量部との間に発生した力に反応する、慣性センサー。
【００２７】
このような慣性センサーは、バネ・錐振動系の振動エネルギーを熱エネルギーとして効率よく散逸させることができ、バネ・錐振動系の振動を減衰させることができる。その上、このような慣性センサーは、双音叉型振動片の共振周波数の変化を利用するため、極めて精度が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態にかかる慣性センサー１００を模式的に示す平面図。
【図２】実施形態にかかる慣性センサー１００の要部を模式的に示す平面図。
【図３】実施形態にかかる慣性センサー１００の要部の断面の模式図。
【図４】実施形態にかかる慣性センサー１００の要部の断面の模式図。
【図５】実施形態にかかる慣性センサー２００を模式的に示す平面図。
【図６】実施形態にかかる慣性センサー３００の断面の模式図。
【図７】実施形態にかかる慣性センサー１００の断面の模式図。
【図８】実施形態にかかる慣性センサー１００の断面の模式図。
【図９】変形例にかかる慣性センサーの要部を模式的に示す平面図。
【図１０】変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図。
【図１１】変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図。
【図１２】実施形態にかかる慣性センサー４００の要部を模式的に示す平面図。
【図１３】実施形態にかかる慣性センサー４００の要部の断面の模式図。
【図１４】変形例にかかる慣性センサーの要部を模式的に示す平面図。
【図１５】変形例にかかる慣性センサーの要部を模式的に示す平面図。
【図１６】変形例にかかる慣性センサーの要部を模式的に示す平面図。
【図１７】変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図。
【図１８】変形例にかかる慣性センサーの要部を模式的に示す平面図。
【図１９】変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図。
【図２０】変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図。
【図２１】実施形態にかかる慣性センサー５００の要部を模式的に示す平面図。
【図２２】実施形態にかかる慣性センサー５００の要部の断面の模式図。
【図２３】実施形態にかかる慣性センサー５００の要部の断面の模式図。
【図２４】変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図。
【図２５】変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図。
【図２６】変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
本発明にかかる慣性センサーは、基部、弾性部、および質量部を有する基体と、圧電変換構成と、電熱変換部と、検出部と、を含む。本発明にかかる慣性センサーは、多くの実施形態を有する。以下に説明する実施形態は、多くの実施形態のうちのいくつかの好適な実施形態を例示するものである。なお、検出部は、応力に反応するものであり、以下は変位にともなう応力に反応する変位検出部を適用した実施形態を例示したものである。またなお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。
【００３１】
１．第１実施形態
本実施形態は、基体の弾性部が圧電性を有し、弾性部が圧電変換構成である場合の例である。また、本実施形態は、電熱変換部が、抵抗層によって構成される場合の例である。
【００３２】
本実施形態の例である慣性センサー１００は、基体１０と、圧電変換構成２０と、電熱変換部３０と、変位検出部４０と、を含む。図１は、慣性センサー１００を模式的に示す平面図である。図２は、慣性センサー１００の要部（弾性部１４付近）を模式的に示す平面図である。図２では、変位検出部４０（双音叉型振動片４２）を省略して描いている。図３および図４は、慣性センサー１００の要部の断面の模式図である。図３および図４は、それぞれ、図２のＡ−Ａ線の断面およびＢ−Ｂ線の断面に相当する。図５は、変形例にかかる慣性センサー２００を模式的に示す平面図である。図６は、変形例にかかる慣性センサー３００の断面の模式図である。
【００３３】
１．１．基体
基体１０は、慣性センサー１００に加速度、角速度等の物理量が与えられたときに、撓む部材である。すなわち基体１０は、慣性センサー１００に加速度等の物理量が加えられたとき、質量部１６に慣性力が作用することによって撓むことができる。
【００３４】
基体１０は、基部１２、基部１２に連続する弾性部１４、および弾性部１４に連続し弾性部１４によって支持された質量部１６を有する。そして、該質量部１６は、慣性力が作用することによって、基部１２に対して変位可能である。
【００３５】
基体１０の形状は、基部１２、弾性部１４および質量部１６を有するかぎり何ら限定されない。基体１０の平面的な外形形状は、たとえば、矩形、円形等とすることができ、切り欠きやくびれ等を有してもよい。また、基体１０の外形は、たとえば、板状、枠状（図５参照）、容器状（図６参照）などとすることができる。図１に示す慣性センサー１００の例では、基体１０の形状は、平面的に見て矩形の外形形状を有する板状となっている。図５に示す慣性センサー２００では、基体１０は、平面的に見て枠状の基部１２および内側に形成された質量部１６からなる形状を有している。また、図６に示す慣性センサー３００では、基体１０は、質量部１６を内部に収容する容器状の基部１２からなる形状を有している。ここで例示している基体１０の外形形状は、他の実施形態においても適用することができる。
【００３６】
本実施形態では、基体１０の弾性部１４は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料、およびポリフッ化ビニリデン等の圧電性高分子材料の少なくとも一種で形成される。基体１０は、全体が同じ材質で一体的に形成されてもよく、また各部は、互いに異なる材質で形成されてもよい。基体１０の弾性部１４以外の部分の材質としては、特に限定されないが、ケイ酸ガラス等のガラス、シリコン、砒化ガリウム等の半導体材料、ステンレス鋼等の金属材料、各種のゴム、高分子材料、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料などとすることができる。基体１０の全体が同じ材質で一体的に形成される場合は、たとえば、製造を容易にすることができる。慣性センサー１００の例では、基体１０は、基部１２、弾性部１４および質量部１６ともに水晶で一体的に形成されている。
【００３７】
基部１２は、基体１０を支持する部位である。基部１２は、慣性センサーを自動車、航空機、カメラ、ゲーム機などの装置に搭載するときに、該装置に機械的に固定される部位である。基部１２の形状は限定されない。基部１２の機能としては、弾性部１４を介して質量部１６を支持すること、および、慣性センサー１００に加速度等の物理量が入力されたときに生じる弾性部１４の変位に対する基準となることなどが挙げられる。基部１２に採用しうる材質は上述の通りである。慣性センサー１００の例では、基部１２は、水晶で形成されている。
【００３８】
弾性部１４は、基部１２および質量部１６を連結し、基部１２が質量部１６を支持するようにさせる部位である。弾性部１４は、基体１０に複数設けられてもよい。たとえば、基部１２が平面的に見て枠状の外形を有する場合、基部１２の内側に質量部１６を懸下するように複数の弾性部１４が存在してもよい。たとえば図５に例示した慣性センサー２００では、４つの弾性部１４が存在する。
【００３９】
弾性部１４の形状は、特に限定されない。弾性部１４の形状としては、たとえば、板バネ状、弦巻バネ（コイル）状、屈曲形状などが挙げられる。慣性センサー１００の例では、弾性部１４は、板状の基体１０において、基部１２と質量部１６との間の基体１０の厚みの小さい部分（断面視における厚みのくびれている部分）が相当する。図５の慣性センサー２００の例では、弾性部１４は、枠状の基部１２と質量部１６との間を連結する部分が相当する。図６の慣性センサー３００の例では、弾性部１４は、基部１２に質量部１６を片持ち梁状に連結させている部分が相当する。
【００４０】
弾性部１４は、弾性を有する。すなわち、弾性部１４は、質量部１６に慣性力が発生したときに、屈曲して質量部１６を変位させる柔軟性と、質量部１６が基部１２に対して変位したときに、質量部１６を変位する前の位置に戻そうとする復元力を有する。弾性部１４の弾性率は、質量部１６を支持することができるかぎり限定されない。また、弾性部１４の歪み量は、弾性部１４の弾性限界内となるように適宜設計されることができる。
【００４１】
本実施形態では、弾性部１４は圧電性を有する。そのため、本実施形態においては、弾性部１４が圧電変換構成２０に相当する。よって本実施形態では、必ずしも他の圧電変換のための構成（たとえば圧電素子等）を含む必要がない。なお、本実施形態において、圧電変換構成２０として、圧電素子等の他の構成が含まれても差し支えない。
【００４２】
本実施形態では弾性部１４は、上述した圧電性を有する材料によって構成され、慣性センサーに加速度等が入力されたときに弾性部１４に生じる歪みを電界に変換することができる。このような電界は、たとえば、弾性部１４に形成された導電性を有する部材等に電位差を生じさせることができる。したがって、導電性を有する部材を適宜配置することにより、該部材を介して電流（電力）を取り出すことができる。
【００４３】
弾性部１４の圧電材料は、弾性部１４の歪みおよび導電性の部材等の配置を考慮して、結晶軸の方向等を選択して配置されることができる。慣性センサー１００の例では、弾性部１４は、水晶で形成され、図１ないし図４に矢印で示すように、基部１２から質量部１６に向かう方向に沿って、水晶のＹ軸（機械軸）が配置され、かつ、弾性部１４の延びる方向に沿って、水晶のＸ軸（電気軸）が配置されている。これにより、基体１０が厚み方向（水晶のＺ軸（光学軸）方向）に屈曲したときに、弾性部１４において、水晶のＸ軸（電気軸）方向に電界が生じるようになっている。慣性センサー１００では、このような結晶軸の配置を採っているため、電界を利用して電流を取り出し易くなっている。弾性部１４を他の圧電材料で形成した場合も同様に、電流を取り出し易いように結晶軸等の配置を選択することができる。慣性センサー２００および慣性センサー３００の場合も同様に、弾性部１４の電界を電流として取り出し易くなるように、適宜、結晶軸を配置することができる。
【００４４】
質量部１６は、弾性部１４に連続し、弾性部１４によって支持された部位である。質量部１６の形状は特に限定されない。質量部１６が支持される形態としては、たとえば、片持ち梁状、両持ち梁状、弾性部１４によって懸下される形態などが挙げられる。質量部１６は、慣性センサーに加速度等が印加されたときに、慣性抵抗（質量）となる。そのため、バネ・錐振動系に慣性力が生じると、質量部１６の作用によって弾性部１４に歪みを生じさせることができる。また、慣性センサーに加速度等が印加されたとき、質量部１６の慣性によって、質量部１６の基部１２に対する相対的な位置が変化する。したがって、慣性センサーは、質量部１６の基部１２に対する相対的な位置の変化を検知することにより、印加された加速度等を測定することができる。慣性センサー１００の例では、質量部１６は、弾性部１４に連続し、片持ち梁状の形状で保持されている。この例では、基体１０の厚み方向に加速度が印加されることによって、弾性部１４に歪みが生じ、質量部１６の基部１２に対する位置が変化する（図７および図８参照、後述する。）。
【００４５】
質量部１６の質量は限定されず、慣性センサーが測定する物理量の種類、大きさ、および弾性部１４の弾性の少なくとも一つを考慮して、適した質量とすることができる。質量部１６の材質は上述の通りである。なお、質量部１６には、質量を調節するために、金、白金、鉛、鉄等の比重の大きい物質などで形成されたおもりに相当する構成が含まれてもよい。
【００４６】
以上のように、基体１０は、基部１２、弾性部１４および質量部１６を有する。よって基体１０は、バネ・錐振動系を構成している。これにより、基体１０は、慣性センサーにおいて、仮想的な力である慣性力を、変位検出部４０へ働くＹ軸方向の応力へと変換可能な程度の、質量部１６の基部１２に対する位置変化として現出させることができる。
【００４７】
１．２．圧電変換構成
本発明にかかる慣性センサーは、圧電変換構成を有する。本実施形態では、基体１０の弾性部１４が、圧電変換構成２０である。圧電変換構成２０は、基体１０の弾性部１４に生じた歪みを電界に変換することができる。
【００４８】
圧電変換構成２０である弾性部１４に歪みが生じると、弾性部１４に電界が生じる。このとき、弾性部１４の表面に導電性の部材が設けられていると、該部材に、圧電体の電界に従った電位差（微小区間における電位差も含む）を生じさせることができる。すなわち、弾性部１４に形成された導電性の部材は、弾性部１４の歪みに依存した異なる電位を有する部分を生じることができる。そして、これらの部分が互いに電気的に接続されると、その接続経路に電流を生じさせることができる。
【００４９】
ここで、導電性の部材に生じる電位差とは、弾性部１４に１つの導電性の部材が設けられた場合の該部材の複数の微小部分の間で生じる電位差、および、弾性部１４に複数の導電性の部材が設けられた場合の、該部材の間で生じる電位差の少なくとも一方のことを指す。
【００５０】
慣性センサー１００の例では、弾性部１４の表面に１つの導電性の部材（本実施形態では抵抗層３２（後述する））が設けられている。そして、弾性部１４に歪みが発生することによって、該部材の微小区間において電位差が生じ、該部材の内部に電流が発生するようになっている。慣性センサー２００および慣性センサー３００の例では、弾性部１４の表面に複数の導電性の部材（本実施形態では抵抗層３２）が設けられている。そして、弾性部１４に歪みが発生することによって、該部材の微小区間において電位差が生じ、該部材の内部に電流が発生するようになっている。
【００５１】
１．３．電熱変換部
本発明にかかる慣性センサーは、電熱変換部を有する。本実施形態では、弾性部１４に設けられた抵抗層３２が、電熱変換部３０に相当する。電熱変換部３０は、基体１０の弾性部１４に生じた歪みに基づく電界を熱に変換する手段である。本実施形態においては、電気抵抗を有する抵抗層３２に電流が流れることによって電界を熱に変換する。
【００５２】
本実施形態の慣性センサーは、電熱変換部３０として、抵抗層３２を有する。抵抗層３２は電気抵抗を有する。抵抗層３２は、弾性部１４の表面に設けられている。抵抗層３２の各部分（微小部分を仮定してもよい）には、弾性部１４が歪むことによって生じる電界に従った電位差を生じさせることができる。この電位差に従って、抵抗層３２内に電流が生じる。これにより、抵抗層３２は、いわゆるジュール熱を発生させることができる。すなわち、抵抗層３２（電熱変換部３０）は、弾性部１４（圧電変換構成２０）によって生成した電気エネルギーを熱エネルギーに変換することができる。
【００５３】
抵抗層３２の材質としては、炭素等の無機材料、タングステン等の金属、導電性の合金、導電性高分子、などが挙げられる。また、銅、金、クロム、白金などの抵抗率の小さい金属であっても、抵抗層３２の厚みを小さくするなどして、電気抵抗を有する抵抗層３２とすることができる。抵抗層３２は、金属の薄膜や導電性高分子などの弾性率の比較的小さい材質とすると、弾性部１４の変形を束縛しにくくすることができる。
【００５４】
抵抗層３２は、弾性部１４の表面の複数箇所に設けられてもよい。慣性センサー１００の例では、抵抗層３２は、基体１０の一方の主面の側のみに形成されているが、基体１０の他方の主面および両側面の少なくとも一箇所に設けられてもよい。また、複数の抵抗層３２は、互いに電気的に独立に設けられてもよいし、複数の抵抗層３２が互いに電気的に接続していてもよい。上述のように、抵抗層３２内には、弾性部１４に発生する電界に従った電流が発生するため、複数の抵抗層３２が設けられることによって、広い面積の抵抗層３２を実現することができるため、さらに電熱変換部３０としての効率を高めることができる。また、抵抗層３２は、必要な箇所にだけ形成することができるため、このようにした場合は、弾性部１４の全体に抵抗層３２を形成した場合と比較して弾性部１４の変形を束縛しにくくすることができる。
【００５５】
慣性センサー１００は、基体１０の弾性部１４が圧電体で形成され、かつ、弾性部１４の表面に１つの抵抗層３２が設けられている例を示している。また、慣性センサー２００および慣性センサー３００の例では、弾性部１４の側面に複数の抵抗層３２が設けられている。
【００５６】
１．４．変位検出部
変位検出部４０は、たとえば、基部１２に対する質量部１６の変位に反応するものであり、変位によって生じたＹ軸方向の応力に応じて物理量を検出する構成である。変位検出部４０の構成としては、たとえば、質量部１６の変位によって静電容量が変化するように設けられた一対または複数の電極（図５および図６の例における電極４８）、質量部１６の変位によって振動周波数が変化するように設けられた振動子（振動片）、質量部１６の変位によって電気抵抗が変化するように設けられた抵抗変化素子などを挙げることができる。これらのうち、変位検出部４０が、振動子（振動片）で構成されると、質量部１６の変位を非常に精度よく検出することができる。慣性センサー１００の例では、変位検出部４０は、双音叉型振動片４２によって構成されている。以下、変位検出部４０が双音叉型振動片４２によって構成された慣性センサー１００を例にとって説明する。
【００５７】
双音叉型振動片４２は、変位検出部４０として機能する。双音叉型振動片４２が圧電性を有する材質で形成される場合には、適宜、双音叉型振動片４２を駆動できるように励振電極等（図示せず）を配置することにより、双音叉型振動片４２を振動させることができる。双音叉型振動片４２が圧電性を有さない材質で形成される場合には、適宜、双音叉型振動片４２に圧電素子等を設けることによって、双音叉型振動片４２を振動させることができる。
【００５８】
慣性センサー１００では、双音叉型振動片４２は、基体１０に両端が支持されている。すなわち、双音叉型振動片４２の一方の端は、基体１０の基部１２に固定され、他方の端は、基体１０の質量部１６に固定され、基体１０の基部１２および質量部１６を架橋するように設けられている。双音叉型振動片４２は、基体１０と別体で形成された後、基体１０に接続されてもよいし、基体１０に一体的に形成されてもよい。慣性センサー１００では、双音叉型振動片４２は、基体１０に一体的に形成されている。したがって、慣性センサー１００では、双音叉型振動片４２の材質は、基体１０の材質と同様であり、双音叉型振動片４２の延びている方向が水晶の結晶のＹ軸方向となっている。
【００５９】
基体１０上において、双音叉型振動片４２が形成される平面的な位置は、基体１０が加速度等を受けて撓んだときに、双音叉型振動片４２の長手方向の引張または圧縮の応力が生じるように配置されるかぎり限定されない。双音叉型振動片４２は、慣性センサー１００の基体１０が加速度等を受けて厚み方向に撓んだときに、長手方向に引張または圧縮の応力が生じるように配置されている。
【００６０】
図７および図８は、慣性センサー１００の断面の模式図である。図７および図８は、図１のＣ−Ｃ線の断面に相当する。図７および図８は、慣性センサー１００が加速度を受けたときの振る舞いを模式的に示している。図７に示すように、−Ｚ方向の加速度αが慣性センサー１００に印加されたときには、質量部１６の慣性によって、基体１０は、＋Ｚ方向に撓む。このとき、双音叉型振動片４２は、圧縮の応力を受ける。同様に、図８に示すように、＋Ｚ方向の加速度が慣性センサー１００に印加されたときには、質量部１６の慣性によって、基体１０は、−Ｚ方向に撓む。このとき、双音叉型振動片４２は、伸張の応力を受ける。
【００６１】
双音叉型振動片４２は、長手方向の引張または圧縮の応力が印加されると、振動の周波数が変化する。したがって、この振動の周波数変化を検出することで、基体１０の質量部１６が基部１２に対して変位した変位量を測定することができる。
【００６２】
このように、慣性センサー１００における変位検出部４０である双音叉型振動片４２は、特定の周波数で振動し、この状態における周波数の変化によって質量部１６の変位を信号化することができる。双音叉型振動片４２の振動の周波数の変化は、たとえば基準周波数と比較することによって、測定することができる。また、双音叉型振動片４２の振動の周波数と基準周波数との差と、加速度等の大きさとの相関を予め算出してテーブル化しておけば、より容易に慣性センサー１００に印加された加速度等の大きさを測定することができる。
【００６３】
１．５．作用効果等
上述したように、本実施形態の慣性センサー１００は、基部１２、圧電性を有する弾性部１４（圧電変換構成２０）および質量部１６を有する基体１０と、弾性部１４に形成された抵抗層３２（電熱変換部３０）と、変位検出部４０とを含む。これにより、慣性センサーに加速度等の物理量が印加されたとき、弾性部１４に発生する歪みに関する機械エネルギーを、熱エネルギーに変換された分だけ小さくすることができるので、弾性部１４に発生する振動を抑制することができる。そのため、特に、慣性センサーにインパルス状の加速度が印加され、バネ・錐振動系の共振モードが励起された場合に、基体１０の振動を抑制し、バネ・錐振動系の振動エネルギーを熱エネルギーとして散逸させて、余分な振動を停止させること、および余韻を小さく抑制することの少なくとも一方を達成できる。これにより、変位検出部２０からの信号にバネ・錐振動系の振動による不要な信号を混入させにくくすることができ、慣性センサーの加速度等の測定精度を向上することができる。
【００６４】
１．６．変形例
本実施形態の慣性センサーは、さらに、次のような変形が可能である。図９は、変形例にかかる慣性センサーの要部の平面図である。図１０は、変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図である。図１０は、図９のＡ−Ａ線の断面に相当する。
【００６５】
慣性センサー１１０は、弾性部１４に凸部１４ａを有する。そして凸部１４ａの表面（すなわち、弾性部１４の表面）に沿って、抵抗層３２が形成されている。凸部１４ａの断面形状は特に限定されず、三角形、四角形、円弧状などとすることができる。図１０の例では、凸部１４ａは矩形状の断面を有する。また凸部１４ａの平面的な形状については特に限定されない。
【００６６】
凸部１４ａは、弾性部１４に歪みが生じたときに、抵抗層３２に生じる電流を大きくする機能を有する。すなわち、凸部１４ａの側面は、弾性部１４の電気軸（Ｘ軸）に交差するため、該側面に形成された抵抗層３２は、弾性部１４に生じる電界をより効率よく取り出すことができる（図中矢印は、電界の方向を模式的に示している。）。これにより、弾性部１４が歪んだときに、抵抗層３２により多くの電流を生じさせることができる。
【００６７】
凸部１４ａは、弾性部１４が歪んだときに生じる電界の方向に対して直交する側面を有することがさらに好ましい。また、凸部１４ａは、複数形成されることによって、弾性部１４の電界を取り出す効率を高めることができる。
【００６８】
図１１は、複数の凸部１４ａが形成された場合の弾性部１４の断面の模式図である。図１１に示すように、複数の凸部１４ａを有すると、各凸部１４ａによって、弾性部１４の電界に従った電流を取り出すことができる。凸部１４ａの平面的な形状は、弾性部１４が歪んだときに生じる電界の方向に対して直交する方向に延びる線状の形状がより好ましい。すなわち、凸部１４ａが複数設けられる場合は、弾性部１４が歪んだときに生じる電界の方向（Ｘ軸方向）に対して直交する方向（Ｙ軸方向）に延びるストライプ状の形状であることがより好ましい。
【００６９】
上記のような変形により、弾性部１４の歪みエネルギーを熱エネルギーに変換する効率をさらに高めることができる。こういった変形は、他の実施形態（たとえば、第２実施形態、および第３実施形態（圧電変換構成２０が圧電膜２２で構成される場合））においても適用することができ、歪みエネルギーを熱エネルギーに変換する効率をさらに高めることができる。
【００７０】
２．第２実施形態
本実施形態は、電熱変換部が、導電層と抵抗素子とを含んで構成される場合の例である。なお、本実施形態は、基体の弾性部が圧電性を有し、弾性部が圧電変換構成である場合の例である。本実施形態は、電熱変換部が、導電層と抵抗素子とを含んで構成される点で、第１実施形態と異なっている。それ以外の点については、第１実施形態およびその変形例と同様である。したがって、実質的に同様の部材については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７１】
本実施形態の例である慣性センサー４００は、基体１０と、圧電変換構成２０と、電熱変換部３０と、変位検出部４０と、導電層３４と、抵抗素子３６と、を含む。慣性センサー４００は、電熱変換部３０が、導電層３４および抵抗素子３４を含んで構成され、基体１０の弾性部１４が圧電性を有する。以下、電熱変換部３０以外の構成についての詳細な説明を省略して述べる。
【００７２】
図１２は、慣性センサー４００の要部（弾性部１４付近）を模式的に示す平面図である。図１３は、慣性センサー４００の要部の断面の模式図である。図１３は、図１２のＢ−Ｂ線の断面に相当する。図１４および図１５は、変形例にかかる慣性センサーの要部を模式的に示す平面図である。
【００７３】
２．１．基体
基体１０は、慣性センサー４００に加速度、角速度等の物理量が与えられたときに、撓む部材である。基体１０の構成、形状、機能、材質、変形等は、第１実施形態で述べたと同様である。
【００７４】
２．２．圧電変換構成
本実施形態は、第１実施形態と同様に、基体１０の弾性部１４が、圧電変換構成２０に相当する。圧電変換構成２０は、基体１０の弾性部１４に生じた歪みを電界に変換することができる。圧電変換構成２０の構成、形状、機能、材質、変形等は、第１実施形態で述べたと同様である。
【００７５】
２．３．電熱変換部
慣性センサー４００では、電熱変換部３０は、一対の導電層３４と、抵抗素子３６とを含む。
【００７６】
導電層３４は、弾性部１４に設けられる。導電層３４は、互いに電気的に離間して複数設けられる。導電層３４は、導電性を有し、弾性部１４に生じた電界に従った電位を有することができる。これにより複数の導電層３４のうちの任意の２つの導電層３４（一対の導電層３４）の間に電位差を生じさせることができる。すなわち、弾性部１４に形成された一対の導電層３４を電気的に接続することにより、該接続経路に電流を発生させることができる。
【００７７】
導電層３４の機能としては、弾性部１４に発生する電界を電流として取り出すことが挙げられる。導電層３４の形状および配置は、弾性部１４に発生する電界を取り出すことができるかぎり特に限定されない。たとえば、導電層３４は、薄膜状の形状とすることができる。導電層３４を薄膜状とする場合は、導電層３４は、単層構造であっても多層構造であってもよい。導電層３４を単層構造とする場合は、金等の化学的に安定な金属で形成することができる。導電層３４を多層構造とする場合は、たとえば、基体１０側から、クロム層および金層が積層した構造とすることができる。導電層３４がクロム層および金層の積層構造であれば、弾性部１４と導電層３４との密着性を高めることができる。
【００７８】
抵抗素子３６は、一対の導電層３４に電気的に接続される。このような電気的な接続を構成するために、さらに配線等が形成されてもよい。抵抗素子３６は電気抵抗を有するため、弾性部１４に歪みが発生することによって、抵抗素子３６に電流が流れて、熱を発生することができる。抵抗素子３６としては、炭素皮膜抵抗器、金属皮膜抵抗器等の固定抵抗器、可変抵抗器、半固定抵抗器などの抵抗器を挙げることができる。また、抵抗素子３４の形態としては、素子型、チップ型などが挙げられる。また、抵抗素子３４として、第１実施形態で述べた抵抗層３２を適用してもよい。
【００７９】
抵抗素子３６が設けられる位置は、配線（導電性の薄膜やワイヤなど）によって上記の接続が実現できるかぎり特に限定されない。抵抗素子３６は、たとえば、基体１０の基部１２または質量部１６に設けられることができる。これらの箇所のうち、抵抗素子３６が基部１２に設けられると、電熱変換部３０による発熱を、基部１２を介して外部へ散逸させやすくすることができる（図１２を参照）。図１２および図１３に示す慣性センサー４００においては、一対の導電層３４からそれぞれ配線３５が引き出され、基部１２の表面に抵抗素子３６が設けられている。
【００８０】
さらに、図１４に示すように、抵抗素子３６を慣性センサーの外部（基体から離間した位置、および、慣性センサーがパッケージ内に納められる場合には、該パッケージの外など）に、適宜な配線３５を利用して設置すると、抵抗素子３６で発生する熱が慣性センサーの特性に及ぼす影響を極めて小さくすることができる。すなわち、弾性部１４の歪みエネルギーを慣性センサーから十分に離間した場所において熱エネルギーとして散逸させることができる。
【００８１】
一対の導電層３４と、抵抗素子３６とからなる組は、複数設けられてもよい。図１２および図１３に示す例では、一対の導電層３４および抵抗素子３６の組が一組形成されているが、図１５に示すように複数形成されていてもよい。また図示しないが弾性部１４の裏面側に設けられてもよい。このようにすれば、弾性部１４に生じる電界をさらに効率よく取り出すことができる。なお、図１５のように、一対の導電層３４と、抵抗素子３６とからなる組が複数形成される場合であって、１つの組の寸法を零に近づけ、かつ、組の個数を無限に増す極限は、第１実施形態で述べた抵抗層３２と実質的に同じとみなすことができる。
【００８２】
２．４．変位検出部
変位検出部４０は、基部１２に対する質量部１６の変位を検出する。本実施形態の変位検出部４０は、第１実施形態と同様であり、振動片、容量が変化するように設けられた電極、抵抗変化素子等とすることができる。
【００８３】
２．５．作用効果等
本実施形態の慣性センサーは、基部１２、圧電性を有する弾性部１４（圧電変換構成２０）および質量部１６を有する基体１０と、一対の導電層３４および抵抗素子３６（電熱変換部３０）と、変位検出部４０とを含む。これにより、慣性センサーに加速度等の物理量が印加されたとき弾性部１４に発生する歪みを熱エネルギーとしてバネ・錐振動系外に逃がすことができる。これにより、変位検出部２０からの信号に、バネ・錐振動系の振動による不要な信号を混入させにくくすることができ、慣性センサーの加速度等の測定精度を向上することができる。また、これに加えて、本実施形態では、電熱変換部３０が、一対の導電層３４および抵抗素子３６によって構成される。そのため、熱エネルギーをバネ・錐振動系の系外に排出することができる。これにより、慣性センサーの熱的な安定性を向上することができる。
【００８４】
なお、図示しないが、慣性センサーが収容されるパッケージとしては、セラミックスのパッケージベース（容器）にリッド（蓋）が設けられたもの等を挙げることができる。このようなパッケージによれば、慣性センサーを減圧空間内に封止することができる。これによれば、変位検出部２０が双音叉型振動片４２である場合に、該振動片のＱ値を高め、熱雑音や部材の劣化を抑えることができる。ここで、パッケージ内が減圧空間であると、バネ・錐振動系の減衰のための気体分子との摩擦抵抗も低下することになるが、本実施形態の慣性センサーによれば、双音叉型振動片４２のＱ値を高くできると同時に、バネ・錐振動系の振動エネルギーのみを系外に排出することができる。
【００８５】
２．６．変形例
本実施形態の慣性センサーは、さらに、次のような変形が可能である。図１６は、変形例にかかる慣性センサーの要部を模式的に示す平面図である。図１７は、変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図である。図１７は、図１６のＡ−Ａ線の断面に相当する。
【００８６】
本実施形態において、導電層３４は、弾性部１４の電界を効率よく取り出すために、平面的な形状を選択することができる。図１６は、導電層３４の形状を変形した例である。図１６に例示した一対の導電層３４は、平面的に見て三角形の形状を有している。そして、一組の三角形の頂点３４ａが、弾性部１４のＹ方向における中央付近の領域で互いに向かい合っている。これにより、弾性部１４の電界をさらに取り出しやすくなっている。すなわち、図１６および図１７に示すように、弾性部１４が歪むとき、弾性部１４のＹ方向における中央付近に応力集中領域１４ｂ（図中破線で囲んだ領域）が存在する。この例では、一対の導電層３４が最も接近する部位（図示の例では、三角形の頂点３４ａの間）は、質量部１６が基部１２に対して変位したときに弾性部１４に生じる歪みが集中する応力集中領域１４ｂに配置されている。これにより、弾性部１４に生じる電界を極めて効率よく取り出すことができる。ここでは導電層３４の平面形状は、三角形の形状で例示されているが、これに限定されず、弾性部１４の応力集中領域１４ｂに、一対の導電層３４が最も接近する部位が配置されるかぎり同様の効果を奏することができる。
【００８７】
図１８は、変形例にかかる慣性センサーの要部を模式的に示す平面図である。図１９は、変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図である。図１９は、図１８のＢ−Ｂ線の断面に相当する。
【００８８】
図１８は、導電層３４の形状を変形した他の例である。図１８に例示した一対の導電層３４は、平面的に見て櫛形の形状を有している。そして、一対の導電層３４は、互いに櫛形を噛み合わせるように配置されている。これにより、弾性部１４の電界をさらに取り出しやすくしている。導電層３４の櫛形形状のピッチ、本数などは限定されない。この変形においては、さらに、第１実施形態の「１．６．変形例」で述べた変形が組み合わされている。すなわち、図１９に示すように、導電層３４の形状を、図１１の例と同様に弾性部１４に凸部１４ａを形成する変形を加えたものである。このようにすれば、さらに導電層３４によって、弾性部１４の電界を取り出しやすくすることができる。
【００８９】
導電層３４は、複数設けられてもよい。慣性センサー４００の例、および図１４、図１６等に示した変形例では、導電層３４は、基体１０の一方の面の側のみに形成されているが、基体１０の他方の面にも設けられてもよい。また、導電層３４は、基体１０の側面に設けられてもよい。導電層３４が複数設けられる場合は、各導電層３４は、互いに離間して設けられる。そして、複数の導電層３４のうちの少なくとも一対の導電層３４に抵抗素子３６が接続されることができる。これにより、さらに電熱変換部３０としての効率を高めることができる。
【００９０】
図２０は、変形例にかかる慣性センサーの弾性部１４の断面の模式図である。弾性部１４の上面および下面の両方の面にそれぞれ２つずつ導電層３４が設けられた例を示している。図２０に示す例では、４つの導電層３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄが基体１０の上面側および下面側にそれぞれ２つずつ設けられている。図示の例は、弾性部１４が歪んだ状態を示しており、図中の矢印は、ある瞬間において、弾性部１４に生じている電界を模式的に示している。このとき、弾性部１４には、上面側と下面側とで互いに反対を向く歪みが発生するため、生じる電界も反対向きになっている。各導電層は、弾性部１４の電界に従った電位を有する。すなわち、図示の例では、導電層３４ａに対して導電層３４ｂが高い電位を有し、導電層３４ｃに対して導電層３４ｄが高い電位を有している。したがって、導電層を抵抗素子３６に電気的に接続する場合、一対の導電層として、導電層３４ａおよび導電層３４ｂを選択することにより、抵抗素子３６に熱を発生させることができる。同様に、一対の導電層として、導電層３４ｄおよび導電層３４ｃを選択することにより、抵抗素子３６に熱を発生させることができる。また、一対の導電層として、導電層３４ａおよび導電層３４ｃを選択することや、導電層３４ｄおよび導電層３４ｂを選択することによっても抵抗素子３６に熱を発生させることができる。これら例示した導電層３４の接続は、適宜組み合わせてもよいことは容易に理解されよう。
【００９１】
３．第３実施形態
本実施形態は、基体の弾性部が圧電性を有さず、圧電膜が圧電変換構成である場合の例である。本実施形態は、基体の弾性部が圧電性を有さない点で、第１および第２実施形態と異なっている。それ以外の点については、第１実施形態および第２実施形態およびそれらの変形例と同様である。したがって、実質的に同様の部材には同様の符号を付して説明を省略する。
【００９２】
本実施形態の慣性センサー５００は、基体１０と、圧電変換構成２０と、電熱変換部３０と、変位検出部４０と、を含む。慣性センサー５００は、圧電変換構成２０が、圧電膜２２を含んで構成される。以下、圧電変換構成２０以外の構成についての詳細な説明は省略して述べる。図２１は、慣性センサー５００の要部（弾性部１４付近）を模式的に示す平面図である。図２２および図２３は、慣性センサー５００の要部の断面の模式図である。図２２および図２３は、それぞれ図２１のＡ−Ａ線の断面およびＢ−Ｂ線の断面に相当する。
【００９３】
３．１．基体
本実施形態では、基体１０の弾性部１４は、圧電性を有さない。基体１０のその他の構成、形状、機能、変形等は、第１実施形態で述べたと同様である。基体１０の弾性部１４は、たとえば、ケイ酸ガラス等のガラス、シリコン、砒化ガリウム等の半導体材料、ステンレス鋼等の金属材料、各種のゴム、高分子材料とすることができる。慣性センサー５００の例では、基体１０は、基部１２、弾性部１４および質量部１６ともにシリコンで一体的に形成された例である。基体１０の外形形状等は、第１実施形態で述べたと同様とすることができる。
【００９４】
３．２．圧電変換構成
慣性センサー５００では、圧電変換構成２０は、圧電膜２２によって構成される。
【００９５】
圧電膜２２は、弾性部１４の表面に設けられている。圧電膜２２が設けられる位置は、弾性部１４の歪みが伝達される範囲であれば限定されない。圧電膜２２の厚みは、特に限定されないが、０．１μｍ以上、１０μｍ以下とすることができる。圧電膜２２の平面的な形状についても特に限定されない。
【００９６】
圧電膜２２としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等の薄膜を挙げることができる。圧電膜２２は、圧電性を有し、応力を受けて歪むことによって電界を発生することができる。そして、圧電膜２２の表面に導電部材が形成されることによって、該導電部材に電流を生じさせることができる。
【００９７】
慣性センサー５００は、弾性部１４の表面に圧電膜２２が形成されている。これにより、圧電膜２２は、弾性部１４の変形にしたがって応力を受けて歪むことができる。そして、圧電膜２２は、歪みによって電界を発生することができる。
【００９８】
３．３．電熱変換部
慣性センサー５００は、圧電膜２２に接する抵抗層３２を有している。この抵抗層３２によって、第１実施形態で述べたと同様に、弾性部１４の歪みエネルギーを熱エネルギーに変換することができる。
【００９９】
すなわち、本実施形態では、弾性部１４が歪むことによって、圧電膜２２が応力を受けて歪む。これにより、圧電膜２２に電界が生じる。圧電膜２２に生じた電界に従って、抵抗層３２に電流が生じ、該抵抗層３２の電気抵抗によって、ジュール熱が発生する。本実施形態では、第１実施形態で述べたと同様の抵抗層３２が電熱変換部３０となっているが、第２実施形態で述べたと同様に一対の導電層３４および抵抗素子３６を含んで電熱変換部３０を構成してもよい。
【０１００】
３．４．作用効果等
本実施形態の慣性センサーは、基体１０と、圧電変換構成２０と、電熱変換部３０と、変位検出部４０と、を含む。本実施形態の慣性センサーは、圧電変換構成２０が、圧電膜２２を含んで構成される。これにより、第１実施形態で述べた特徴に加えて、本実施形態では、基体１０の弾性部１４が圧電性を有さなくても、効率よく弾性部１４に生じる歪みエネルギーを熱エネルギーとして排出することができる。
【０１０１】
３．５．変形例
本実施形態の慣性センサー５００において、圧電膜２２は、複数設けられることができる。図２４は、変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図である。この例では、慣性センサーは、２つの圧電膜２２を有する。各圧電膜２２は、抵抗層３２によって電気的に接続されている。各圧電膜２２が歪むことによって生じる電界の方向は、歪みの方向および各圧電膜２２の結晶の配向によって設計されることができる。この例の慣性センサーでは、弾性部１４が歪むことによって、圧電膜２２が歪み、抵抗層３２に電流が流れるようになっている。圧電膜２２を複数設けることにより、弾性部１４の歪みをより効率よく熱に変換することができる。また図示はしないが、圧電膜２２の表面に凹凸を形成すれば、第１実施形態の変形例で述べたと同様に電界を取り出しやすくすることができる。
【０１０２】
さらに、圧電膜２２は、一対の導電層３８によって挟持されることができる。図２５および図２６は、他の変形例にかかる慣性センサーの要部の断面の模式図である。この例の慣性センサーの弾性部１４には、一対の導電層３８によって圧電膜２２が挟まれた圧電素子２４が設けられている。この変形例においても、圧電膜２２が圧電変換構成２０に相当する。圧電膜２２は、弾性部１４が歪むことにより、弾性部１４に接する側の導電層３８が歪み、該導電層３８の歪みによって歪むことができる。これにより、圧電膜２２に電界が発生し、圧電膜２２を挟持する一対の導電層３８の間に電位差を生じさせることができる。そして、図示の例では、一対の導電層３８に抵抗素子３６が電気的に接続され、一対の導電層３８の間の電位差によって生じる電流が抵抗素子３６によって熱に変換される。
【０１０３】
このように圧電膜２２を挟持するように導電層３８を設けることにより、すなわち、圧電素子２４を形成することにより、圧電膜２２に生じた電界を非常に効率よく取り出すことができる。これにより、圧電変換構成２０の効率をさらに高めることができる。圧電素子２４は、複数設けられてもよい。また、圧電素子２４の平面的な形状も限定されない。
【０１０４】
以上の説明において、各実施形態で例示した態様および変形は、単独あるいは複数を互いに組み合わせて、他の実施形態の慣性センサーに対して適用することができる。これにより慣性センサーにおいて各変形の単独の効果または各変形の組み合わせによる相乗的な効果を奏することができる。
【０１０５】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１０６】
１０…基体、１２…基部、１４…弾性部、１４ａ…突部、１４ｂ…応力集中領域、
１６…質量部、２０…圧電変換構成、２２…圧電膜、２４…圧電素子、
３０…電熱変換部、３２…抵抗層、３４，３８…導電層、３５…配線、３６…抵抗素子、
４０…変位検出部、４２…双音叉型振動片、
１００，２００，３００，４００，５００…慣性センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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