(57)【要約】【課題】  捕捉及び解放機構を有するセンサ装置において、異物の発生や可動体或いは捕捉及び解放機構の変形を抑制することが可能な構造を提供する。【解決手段】  実施形態に係るセンサ装置は、振動可能な可動体１１と、振動している可動体１１を捕捉し、捕捉された可動体１１を解放することが可能な捕捉及び解放機構１４とを備え、捕捉及び解放機構１４は、可動体１１が接触することで可動体の振動を停止させることが可能なストッパー部１４ｂと、可動体１１とストッパー部１４ｂとの間に働く力を抑制する弾性部材１４ｃとを含む。【選択図】図２
2019052929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動可能な可動体と、
振動している前記可動体を捕捉し、捕捉された前記可動体を解放することが可能な捕捉及び解放機構と、
を備え、
前記捕捉及び解放機構は、
前記可動体が接触することで前記可動体の振動を停止させることが可能なストッパー部と、
前記可動体と前記ストッパー部との間に働く力を抑制する弾性部材と、
を含むセンサ装置。
【請求項２】
前記弾性部材は、前記可動体から離間して設けられている
請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記弾性部材の先端は前記ストッパー部の先端よりも前記可動体側に位置しており、前記弾性部材は前記ストッパー部よりも先に前記可動体に接触する
請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
振動可能な可動体と、
振動している前記可動体を捕捉し、捕捉された前記可動体を解放することが可能な捕捉及び解放機構と、
を備え、
前記捕捉及び解放機構は、前記可動体が接触することで前記可動体の振動を停止させることが可能なストッパー部を含み、
前記ストッパー部は、本体部と、前記可動体に接触する部分であって金属材料で形成された接触部とを含む
センサ装置。
【請求項５】
振動可能な可動体と、
振動している前記可動体を捕捉し、捕捉された前記可動体を解放することが可能な捕捉及び解放機構と、
を備え、
前記捕捉及び解放機構は、前記可動体が接触することで前記可動体の振動を停止させることが可能なストッパー部を含み、
前記可動体は、本体部と、前記ストッパー部に接触する部分であって金属材料で形成された接触部とを含む
センサ装置。
【請求項６】
前記接触部は、前記本体部よりも延性度及び展性度が高い
請求項４又は５に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記金属材料は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）から選択された金族元素を主成分として含有する
請求項４又は５に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記可動体は、本体部と、前記ストッパー部に接触する部分であって金属材料で形成された接触部とを含み、
前記ストッパー部の本体部は、前記可動体に対向する第１の対向面を有し、
前記可動体の本体部は、前記ストッパー部に対向する第２の対向面を有し、
前記ストッパー部の接触部は、前記第１の対向面の上部分に設けられ且つ前記第１の対向面の下部分には設けられておらず、
前記可動体の接触部は、前記第２の対向面の上部分に設けられ且つ前記第２の対向面の下部分には設けられていない
請求項４に記載のセンサ装置。
【請求項９】
前記可動体は、第１の方向及び第１の方向に対して垂直な第２の方向に振動可能であり、
前記第１の方向に振動している前記可動体に働くコリオリ力に基づく前記可動体の前記第２の方向の振動の振幅に基づく所定物理量を検出可能な検出機構をさらに備える
請求項１、４又は５のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（micro electromechanical systems）技術を用いたジャイロセンサとして、可動体を捕捉（catch）した状態から解放（release）することで可動体をｘ方向に自由振動させ、コリオリ力に基づく可動体のｙ方向の振動を検出することで、可動体の角速度を検出するものが提案されている。
【０００３】
しかしながら、可動体を捕捉する際に可動体と捕捉及び解放機構との間に機械的な接触が生じるため、異物が発生するといった問題や、可動体或いは捕捉及び解放機構が変形するといった問題がある。このような問題が生じると、適正な捕捉動作が妨げられるおそれがある。
【０００４】
したがって、捕捉及び解放機構を有するセンサ装置において、異物の発生や可動体或いは捕捉及び解放機構の変形を抑制することが可能な構造が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−２００５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
捕捉及び解放機構を有するセンサ装置において、異物の発生や可動体或いは捕捉及び解放機構の変形を抑制することが可能な構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係るセンサ装置は、振動可能な可動体と、振動している前記可動体を捕捉し、捕捉された前記可動体を解放することが可能な捕捉及び解放機構と、を備え、前記捕捉及び解放機構は、前記可動体が接触することで前記可動体の振動を停止させることが可能なストッパー部と、前記可動体と前記ストッパー部との間に働く力を抑制する弾性部材と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るセンサ装置の基本的な全体構成を示したブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るセンサ装置におけるジャイロ素子の構成を模式的に示した平面図である。
【図３】第１の実施形態に係るセンサ装置における捕捉及び解放動作について示したタイミング図である。
【図４】第１の実施形態に係るセンサ装置におけるジャイロ素子の変更例の構成を模式的に示した平面図である。
【図５】第１の実施形態に係るセンサ装置の捕捉及び解放機構の構成を模式的に示した図である。
【図６】第１の実施形態に係るセンサ装置の捕捉及び解放機構の第１の変更例の構成を模式的に示した図である。
【図７】第１の実施形態に係るセンサ装置の捕捉及び解放機構の第２の変更例の構成を模式的に示した図である。
【図８Ａ】第１の実施形態に係るセンサ装置の捕捉及び解放機構の第３の変更例の構成を模式的に示した図である。
【図８Ｂ】第１の実施形態に係るセンサ装置の捕捉及び解放機構の第４の変更例の構成を模式的に示した図である。
【図８Ｃ】第１の実施形態に係るセンサ装置の捕捉及び解放機構の第５の変更例の構成を模式的に示した図である。
【図９】第２の実施形態に係るセンサ装置におけるジャイロ素子の構成を模式的に示した平面図である。
【図１０】第２の実施形態に係るセンサ装置の捕捉及び解放機構の構成を模式的に示した図である。
【図１１】第２の実施形態に係るセンサ装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係るセンサ装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１３】第２の実施形態に係るセンサ装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１４】第２の実施形態に係るセンサ装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１５】第２の実施形態に係るセンサ装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１６】第２の実施形態に係るセンサ装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１７】第２の実施形態に係るセンサ装置の捕捉及び解放機構の第１の変更例の構成を模式的に示した図である。
【図１８】第２の実施形態に係るセンサ装置の捕捉及び解放機構の第２の変更例の構成を模式的に示した図である。
【図１９】第２の実施形態に係るセンサ装置の捕捉及び解放機構の第３の変更例の構成を模式的に示した図である。
【図２０】第２の実施形態に係るセンサ装置の捕捉及び解放機構の第４の変更例の構成を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【００１０】
（実施形態１）
図１は、本実施形態に係るセンサ装置の基本的な全体構成を示したブロック図である。図２は、本実施形態に係るセンサ装置におけるジャイロ素子の構成を模式的に示した平面図である。ジャイロ素子は、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術を用いて基板（半導体基板等）上に形成される。
【００１１】
図１に示すように、センサ装置１００は、ジャイロ素子（ＭＥＭＳ素子）１０と、振幅検出回路（検出部）２０と、回転情報取得回路（回転情報取得部）３０と、制御回路（制御部）４０とを備えている。
【００１２】
図２に示すように、ジャイロ素子（ＭＥＭＳ素子）１０は、可動体１１と、バネ機構１２と、アンカー１３と、捕捉及び解放（catch and release）機構１４と、ドライブ及びモニタ機構１５と、検出機構１６とを備えている。このジャイロ素子（ＭＥＭＳ素子）１０は、シリコン（Ｓｉ）或いはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等の半導体材料によって形成されている。
【００１３】
可動体１１は、可動部（可動マス）１１ａ及び可動部（可動マス）１１ｂを含んでおり、ｘ方向（第１の方向）及びｘ方向に対して垂直なｙ方向（第２の方向）に振動可能である。可動部１１ａは、ドライブ用の可動部であり、主としてｘ方向（第１の方向）に振動可能である。可動部１１ｂは、検出用の可動部であり、主としてｙ方向（第２の方向）に振動可能である。
【００１４】
バネ機構１２は、バネ部分１２ａ及びバネ部分１２ｂを含んでおり、可動体１１をｘ方向及びｙ方向に振動させる。バネ部分１２ａは、可動部１１ａに接続されており、主として可動部１１ａをｘ方向に振動させるために設けられている。バネ部分１２ｂは、可動部１１ａ及び可動部１１ｂに接続されており、主として可動部１１ｂをｙ方向に振動させるために設けられている。図２に示した例では、バネ機構１２は、８つのバネ部分１２ａ及び４つのバネ部分１２ｂを含んでいる。バネ機構１２によってｘ方向に自由振動している可動体１１に回転運動が加わると、可動体１１にはコリオリ力が働き、可動体１１はｙ方向に振動する。
【００１５】
アンカー１３は、バネ部分１２ａを支持するために設けられており、下部領域（図示せず）に固定されている。図２に示した例では、８つのバネ部分１２ａに対応して８つのアンカー１３が設けられている。
【００１６】
捕捉及び解放機構１４は、ｘ方向に振動している可動体１１を捕捉し、捕捉された可動体１１を解放して可動体１１をｘ方向に自由振動させる機能を有している。捕捉及び解放機構１４は、電極部１４ａと、ストッパー部１４ｂと、弾性部材１４ｃとを含んでいる。
【００１７】
電極部１４ａと可動体１１との間に所定電圧を印加することで、電極部１４ａと可動体１１との間に静電気力（静電引力）が働く。そして、可動体１１がストッパー部１４ｂに接触することで可動体１１のｘ方向の振動が停止する。すなわち、電極部１４ａには、電極部１４ａと可動体１１との間に働く静電気力によって可動体１１をストッパー部１４ｂに接触させておくための電圧が印加され、可動体１１が捕捉及び解放機構１４に捕捉される。電極部１４ａと可動体１１との間に印加されている電圧を下げて静電気力を減少させることで、可動体１１が捕捉及び解放機構１４から解放され、可動体１１はｘ方向に自由振動を開始する。
【００１８】
弾性部材１４ｃは、可動体１１のｘ方向の振動をストッパー部１４ｂで停止させる際に、可動体１１とストッパー部１４ｂとの間に働く力を抑制するものである。言い換えると、弾性部材１４ｃは、可動体１１のｘ方向の振動をストッパー部１４ｂで停止させる際に、可動体１１とストッパー部１４ｂとの間に働く力を吸収して、可動体１１とストッパー部１４ｂとの間に働く衝撃力を緩和するものである。ただし、可動体１１がｘ方向に自由振動している最中に弾性部材１４ｃが機能（作用）すると、可動体１１のｘ方向の自由振動が妨げられてしまう。したがって、可動体１１がｘ方向に自由振動している最中は、弾性部材１４ｃは機能（作用）しない。本実施形態では、弾性部材１４ｃはバネによって構成されている。
【００１９】
ドライブ及びモニタ機構１５は、電極部１５ａ及び電極部１５ｂを含み、可動体１１に対するドライブ機能及びモニタ機能を有している。
【００２０】
ドライブ機能は、センサ装置の電源をオンさせた直後の初期状態において可動体１１を強制的にドライブする機能である。すなわち、電源オン直後の初期状態では、可動体１１が捕捉及び解放機構１４に捕捉されていない。このような初期状態において、電極部１５ａと電極部１５ｂとの間に所定電圧を印加することで、電極部１５ａと電極部１５ｂとの間に静電引力が働く。その結果、可動体１１がドライブされ、可動体１１を捕捉及び解放機構１４に捕捉させることができる。
【００２１】
モニタ機能は、ｘ方向に振動している可動体１１のｘ方向の位置をモニタする機能である。電極部１５ａと電極部１５ｂとの間のキャパシタンスを検出することで、可動体１１のｘ方向の位置をモニタすることができる。例えば、可動体１１のｘ方向の位置をモニタすることで、捕捉及び解放機構１４の捕捉タイミングが決められる。図２に示した例では、２つのドライブ及びモニタ機構１５が設けられている。例えば、一方のドライブ及びモニタ機構１５をドライブ用に用い、他方のドライブ及びモニタ機構１５をモニタ用に用いることが可能である。
【００２２】
検出機構１６は、ｘ方向に振動している可動体１１に働くコリオリ力に基づく可動体１１のｙ方向の振動の振幅に基づく所定物理量を検出するものであり、電極部１６ａ及び電極部１６ｂを含んでいる。本実施形態では、所定物理量は、可動体１１と可動体１１に対向する電極部１６ａとの間のキャパシタンスＣａ、及び可動体１１と可動体１１に対向する電極部１６ｂとの間のキャパシタンスＣｂに基づく物理量である。すでに述べたように、ｘ方向に自由振動している可動体１１に回転運動が加わると、可動体１１にはコリオリ力が働き、可動体１１はｙ方向に振動する。その結果、上述したキャパシタンスＣａ及びＣｂが振動に応じて変化する。電極部１６ａ及び１６ｂは下部領域に固定されているため、可動体１１のｙ方向の振動によってキャパシタンスＣａ及びＣｂの一方が増加すると、キャパシタンスＣａ及びＣｂの他方は減少する。
【００２３】
検出機構１６の電極部１６ａ及び１６ｂには、図１に示した振幅検出回路２０が接続されている。振幅検出回路２０では、検出機構１６で検出された所定物理量（キャパシタンスＣａ及びＣｂに基づく物理量）に基づいて、可動体１１のｙ方向の振動の振幅を検出する。すでに述べたように、キャパシタンスＣａ及びＣｂの一方が増加すると、キャパシタンスＣａ及びＣｂの他方は減少する。したがって、振幅検出回路２０では、キャパシタンスＣａとキャパシタンスＣｂとの差分に基づいて、可動体１１のｙ方向の振動の振幅を検出することが可能である。
【００２４】
回転情報取得回路３０では、検出機構１６で検出された所定物理量（キャパシタンスＣａ及びＣｂに基づく物理量）に基づいて可動体１１の回転情報を取得する。具体的には、所定物理量に基づいて可動体１１の角速度或いは回転角度を取得する（算出する）。
【００２５】
制御回路４０は、ジャイロ素子１０の動作を制御するものである。例えば、制御回路４０は、捕捉及び解放機構１４の制御（捕捉及び解放動作の制御）や、ドライブ及びモニタ機構１５の制御（ドライブ動作及びモニタ動作の制御）等を行う。
【００２６】
図３は、本実施形態のセンサ装置における捕捉及び解放（catch and release）動作についてタイミング図である。図３において、横軸は時間であり、縦軸は可動体１１のｘ方向の振動の振幅である。Ｐ０は起動期間、Ｐ１は捕捉期間、Ｐ２は解放期間（自由振動期間）である。起動前（電源投入前）は、可動体１１は捕捉及び解放機構１４に捕捉されていない。そのため、起動期間Ｐ０では、ドライブ及びモニタ機構１５によって可動体１１が捕捉及び解放機構１４に捕捉されるようにする。その後は、捕捉期間Ｐ１と解放期間（自由振動期間）Ｐ２とが所定の周期で繰り返され、解放期間（自由振動期間）Ｐ２で所定物理量の検出動作が行われる。
【００２７】
図４は、本実施形態に係るセンサ装置におけるジャイロ素子の変更例の構成を模式的に示した平面図である。なお、本変更例のジャイロ素子の基本的な構成は、図２に示したジャイロ素子の構成と類似しているため、すでに説明した事項の説明は省略する。
【００２８】
図２に示したジャイロ素子（ＭＥＭＳ素子）１０では、可動体（可動マス）１１が、主としてｘ方向に振動可動な可動部１１ａと、主としてｙ方向に振動可動な可動部１１ｂとを含んでいた。本変更例のジャイロ素子１０は、図４に示すように、ｘ方向の可動部とｙ方向の可動部とが一体となった可動体（可動マス）１１を有している。そのため、バネ機構１２も、バネ部分１２ａのみによって構成されている。また、検出機構１６（電極部１６ａ及び１６ｂ）の位置も図２の場合とは異なっている。
【００２９】
本変更例のジャイロ素子１０の基本的な機能及び基本的な動作は、図２に示したジャイロ素子１０と同様である。したがって、本変更例のジャイロ素子１０を、図１に示したセンサ装置１００に適用することで、上述した実施形態と同様の動作を行うことが可能である。
【００３０】
図５は、捕捉及び解放機構１４の構成を模式的に示した図である。図５において、可動体１１、バネ機構１２及びアンカー１３は単純化して示されている。捕捉及び解放機構１４は、可動体１１に対向するように配置されており、電極部１４ａ、ストッパー部１４ｂ及び弾性部材１４ｃを含んでいる。すでに述べたように、本実施形態では、弾性部材１４ｃはバネで構成されている。解放状態（自由振動状態）等の通常状態では、弾性部材１４ｃは可動体１１から離間している。
【００３１】
図５に示すように、電極部１４ａ、ストッパー部１４ｂ及び弾性部材１４ｃはいずれも、可動体１１に対向する対向面を有している。電極部１４ａの対向面と可動体１１の対向面との距離をＤ１、ストッパー部１４ｂの対向面と可動体１１の対向面との距離をＤ２、弾性部材１４ｃの対向面と可動体１１の対向面との距離をＤ３とすると、「Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３」という関係になっている。すなわち、弾性部材１４ｃの先端は、ストッパー部１４ｂの先端よりも可動体１１側に位置しており、弾性部材１４ｃはストッパー部１４ｂよりも先に可動体１１に接触する。
【００３２】
すでに述べたように、電極部１４ａと可動体１１との間に所定電圧を印加することで、電極部１４ａと可動体１１との間に静電気力（静電引力）が働き、可動体１１が電極部１４ａに引き寄せられる。このとき、「Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３」という関係があるため、可動体１１は、弾性部材１４ｃに接触した後に、ストッパー部１４ｂに接触する。そのため、可動体１１がストッパー部１４ｂに接触する前に、可動体１１の速度を弾性部材１４ｃによって強制的に制限することができる。その結果、可動体１１がストッパー部１４ｂに接触する際に、可動体１１とストッパー部１４ｂとの間に働く衝撃力を緩和することができる。
【００３３】
仮に、弾性部材１４ｃが設けられていないとすると、可動体１１とストッパー部１４ｂとの間に大きな衝撃力が加わり、異物が発生するおそれがある。可動体１１とストッパー部１４ｂとの間に異物が存在すると、捕捉時における可動体１１と電極部１４ａとの間の実効的なギャップ（距離）が大きくなり、適正な捕捉動作が妨げられるおそれがある。捕捉及び解放動作の回数が増加するにしたがって、異物の発生量も増加するため、捕捉時における可動体１１と電極部１４ａとの間の実効的なギャップ（距離）も増加する。その結果、捕捉動作不良の確率も増加する。
【００３４】
本実施形態では、弾性部材１４ｃを設けることで、可動体１１とストッパー部１４ｂとの間に働く衝撃力を緩和することができる。そのため、可動体１１がストッパー部１４ｂに接触する際の異物の発生を抑制することができ、適正な捕捉及び解放動作を行うことが可能となる。したがって、特性及び信頼性に優れたジャイロ素子１０を有するセンサ装置を得ることができる。
【００３５】
図６は、本実施形態における捕捉及び解放機構１４の第１の変更例の構成を模式的に示した図である。本変更例では、弾性部材１４ｃのバネの長さを長くすることで、衝撃力をより緩和させるようにしている。
【００３６】
図７は、本実施形態における捕捉及び解放機構１４の第２の変更例の構成を模式的に示した図である。本変更例では、弾性部材１４ｃをストッパー部１４ｂの両側に設けることで、衝撃力をより緩和させるようにしている。
【００３７】
図８Ａは、本実施形態における捕捉及び解放機構１４の第３の変更例の構成を模式的に示した図である。本変更例では、弾性部材１４ｃの両側にストッパー部１４ｂを設けている。このような構成であっても、弾性部材１４ｃによって衝撃力を緩和させることができる。
【００３８】
図８Ｂは、本実施形態における捕捉及び解放機構１４の第４の変更例の構成を模式的に示した図である。上述した実施形態では、弾性部材１４ｃをストッパー部１４ｂ側に設けていたが、本変更例では、弾性部材１４ｍを可動体１１側に設けている。このような構成であっても、弾性部材１４ｍによって衝撃力を緩和させることができる。
【００３９】
図８Ｃは、本実施形態における捕捉及び解放機構１４の第５の変更例の構成を模式的に示した図である。本変更例では、弾性部材１４ｃをストッパー部１４ｂ側に設けるとともに、弾性部材１４ｍを可動体１１側にも設けている。このような構成であっても、弾性部材１４ｃ及び１４ｍによって衝撃力を緩和させることができる。
【００４０】
なお、図５〜図８Ｃに示した例では、弾性部材１４ｃがストッパー部１４ｂに接続されていたが、弾性部材１４ｃがストッパー部１４ｂ以外の部分に接続されていてもよい。例えば、弾性部材１４ｃが電極部１４ａに接続されていてもよいし、弾性部材１４ｃが可動体１１に接続されていてもよい。
【００４１】
（実施形態２）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。センサ装置の基本的な全体構成は、図１と同じである。
【００４２】
図９は、本実施形態に係るセンサ装置におけるジャイロ素子の構成を模式的に示した平面図である。ジャイロ素子は、ＭＥＭＳ技術を用いて基板（半導体基板等）上に形成される。なお、図９に示したジャイロ素子の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で示した構成要素に対応する構成要素には同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
【００４３】
図９に示すように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、ジャイロ素子（ＭＥＭＳ素子）１０は、可動体１１と、バネ機構１２と、アンカー１３と、捕捉及び解放（catch and release）機構１４と、ドライブ及びモニタ機構１５と、検出機構１６とを備えている。本実施形態では、捕捉及び解放機構１４の構成が第１の実施形態の構成とは異なっている。
【００４４】
本実施形態でも、捕捉及び解放機構１４の基本的な機能は第１の実施形態と同様であり、ｘ方向に振動している可動体１１を捕捉し、捕捉された可動体１１を解放して可動体１１をｘ方向に自由振動させる機能を有している。捕捉及び解放機構１４は、電極部１４ａと、ストッパー部１４ｂとを含んでいる。
【００４５】
図１０は、捕捉及び解放機構１４の構成を模式的に示した図である。図１０において、可動体１１、バネ機構１２及びアンカー１３は単純化して示されている。捕捉及び解放機構１４は、可動体１１に対向するように配置されており、電極部１４ａ及びストッパー部１４ｂを含んでいる。
【００４６】
ストッパー部１４ｂは、本体部１４ｂ１と、可動体１１に接触する部分であって金属材料で形成された接触部１４ｂ２とを含んでいる。本体部１４ｂ１は、シリコン（Ｓｉ）或いはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等の半導体材料で形成されている。接触部１４ｂ２の金属材料には、高い延性（ductility）及び高い展性（malleability）を有する金属材料が用いられる。具体的には、接触部１４ｂ２の金属材料は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）から選択された金族元素を主成分として含有している。したがって、接触部１４ｂ２は、本体部１４ｂ１よりも延性度及び展性度が高い。
【００４７】
また、可動体１１も、本体部１１ａ１と、ストッパー部１４ｂに接触する部分であって金属材料で形成された接触部１１ａ２とを含んでいる。本体部１１ａ１は、シリコン（Ｓｉ）或いはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等の半導体材料で形成されている。接触部１１ａ２の金属材料には、高い延性及び高い展性を有する金属材料が用いられる。具体的には、接触部１１ａ２の金属材料は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）から選択された金族元素を主成分として含有している。したがって、接触部１１ａ２は、本体部１１ａ１よりも延性度及び展性度が高い。
【００４８】
図１０に示すように、電極部１４ａ及びストッパー部１４ｂはいずれも、可動体１１に対向する対向面を有している。電極部１４ａの対向面と可動体１１の対向面との距離をＤ１、ストッパー部１４ｂの対向面と可動体１１の対向面との距離をＤ２とすると、「Ｄ１＞Ｄ２」という関係になっている。
【００４９】
すでに述べたように、捕捉及び解放機構１４による捕捉動作では、可動体１１がストッパー部１４ｂに接触する際に、可動体１１とストッパー部１４ｂとの間に衝撃力が生じる。そのため、衝撃によって異物が発生するおそれがある。
【００５０】
本実施形態では、接触部１１ａ２及び接触部１４ｂ２に高い延性及び高い展性を有する金属材料が用いられる。そのため、可動体１１とストッパー部１４ｂとの間に衝撃力が生じても、接触部１１ａ２及び接触部１４ｂ２が破損しにくい。また、接触部１１ａ２及び接触部１４ｂ２に高い延性及び高い展性を有する金属材料を用いることで、可動体１１とストッパー部１４ｂとの間に働く衝撃力自体を緩和することもできる。したがって、本実施形態の構造を用いることにより、異物の発生を抑制することができる。
【００５１】
このように、本実施形態でも、可動体１１がストッパー部１４ｂに接触する際の異物の発生を抑制することができ、適正な捕捉及び解放動作を行うことが可能となる。したがって、特性及び信頼性に優れたジャイロ素子１０を有するセンサ装置を得ることができる。
【００５２】
次に、図１１〜図１６を参照して、本実施形態におけるセンサ装置の製造方法、具体的にはジャイロ素子の製造方法を説明する。
【００５３】
まず、図１１に示すように、下部領域２０１上に２０μｍ程度の厚さを有する半導体膜２０２を形成する。下部領域には、半導体領域（例えば、シリコン領域）２０１ａ及び絶縁領域（例えばシリコン酸化膜領域）２０１ｂ等が含まれる。半導体膜２０２には、シリコン（Ｓｉ）膜或いはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜等が用いられる。続いて、半導体膜２０２に２〜５μｍ程度の幅を有する開口２０３を形成する。
【００５４】
次に、図１２に示すように、全面に金属材料膜２０４をスパッタリングによって形成する。金属材料膜２０４には、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）から選択された金族元素を主成分として含有している金属材料を用いる。本実施形態では、金属材料膜２０４として金（Ａｕ）膜を用いる。スパッタリングによって金属材料膜２０４を形成することで、開口２０３の底面及び開口２０３の内壁の下部分には金属材料膜２０４は形成されない。言い換えると、金属材料膜２０４は、半導体膜２０２の上面及び開口２０３の内壁の上部分に形成される。
【００５５】
次に、図１３に示すように、フォトレジスト膜２０５を全面に形成する。このフォトレジスト膜２０５によって開口２０３が埋められる。なお、フォトレジスト膜２０５の代わりにシリコン酸化膜等のハードマスク膜を用いてもよい。
【００５６】
次に、図１４に示すように、フォトレジスト膜２０５をパターニングしてフォトレジストパターンを形成する。
【００５７】
次に、図１５に示すように、フォトレジストパターン２０５をマスクとして用いて金属材料膜２０４をエッチングする。これにより、金属材料膜パターン２０４ａ、２０４ｂ及び２０４ｃが形成される。
【００５８】
次に、図１６に示すように、フォトレジストパターン２０５と絶縁領域２０１ｂの一部を除去する。その結果、金属材料膜パターン２０４ａによって可動体の接触部（図１０の接触部１１ａ２に対応）が得られ、金属材料膜パターン２０４ｂによってストッパー部の接触部（図１０の接触部１４ｂ２に対応）が得られ、金属材料膜パターン２０４ｃによってストッパー部のパッド部が得られる。
【００５９】
上述した製造方法により、図１０及び図１６に示すような構造が得られる。すなわち、ストッパー部１４ｂに接触部１４ｂ２が設けられ、且つ可動体１１（１１ａ）にも接触部１１ａ２が設けられた構造が得られる。より具体的には、図１０及び図１６に示すように、ストッパー部１４ｂの本体部１４ｂ１は、可動体１１ａに対向する第１の対向面２０２ｂを有し、可動体１１ａの本体部１１ａ１は、ストッパー部１４ｂに対向する第２の対向面２０２ａを有している。ストッパー部１４ｂの接触部１４ｂ２（２０４ｂ）は、第１の対向面２０２ｂの上部分に設けられ且つ第１の対向面２０２ｂの下部分には設けられていない。可動体１１ａの接触部１１ａ２（２０４ａ）は、第２の対向面２０２ａの上部分に設けられ且つ第２の対向面２０２ａの下部分には設けられていない。
【００６０】
図１７は、本実施形態における捕捉及び解放機構１４の第１の変更例の構成を模式的に示した図である。本変更例では、ストッパー部１４ｂには上述した接触部１４ｂ２が設けられているが、可動体１１には上述した接触部は設けられていない。このように、ストッパー部１４ｂ及び可動体１１の一方にのみ接触部が設けられていてもよい。
【００６１】
図１８は、本実施形態における捕捉及び解放機構１４の第２の変更例の構成を模式的に示した図である。本変更例では、上述した接触部１１ａ２及び１４ｂ２に加えてさらに、第１の実施形態で説明した弾性部材１４ｃが設けられている。そして、弾性部材１４ｃには、本体部１４ｃ１に加えてさらに、接触部１４ｃ２が設けられている。このように、本実施形態の構成と第１の実施形態の構成とを組み合わせるようにしてもよい。
【００６２】
図１９は、本実施形態における捕捉及び解放機構１４の第３の変更例の構成を模式的に示した図である。本変更例では、可動体１１側に弾性部材１４ｍを設け、弾性部材１４ｍの本体部１４ｍ１の先端にも接触部１４ｍ２を設けている。このように、本実施形態の構成と第１の実施形態の構成とを組み合わせるようにしてもよい。
【００６３】
図２０は、本実施形態における捕捉及び解放機構１４の第４の変更例の構成を模式的に示した図である。本変更例では、ストッパー部１４ｂ側に弾性部材１４ｃを設け、可動体１１側に弾性部材１４ｍを設けている。そして、弾性部材１４ｃの本体部１４ｃ１の先端に接触部１４ｃ２を設け、弾性部材１４ｍの本体部１４ｍ１の先端に接触部１４ｍ２を設けている。このように、本実施形態の構成と第１の実施形態の構成とを組み合わせるようにしてもよい。
【００６４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６５】
１０…ジャイロ素子
１１…可動体
１１ａ…可動部      １１ａ１…本体部      １１ａ２…接触部
１１ｂ…可動部
１２…バネ機構      １２ａ…バネ部分      １２ｂ…バネ部分
１３…アンカー
１４…捕捉及び解放機構      １４ａ…電極部
１４ｂ…ストッパー部      １４ｂ１…本体部      １４ｂ２…接触部
１４ｃ…弾性部材      １４ｃ１…本体部      １４ｃ２…接触部
１４ｍ…弾性部材      １４ｍ１…本体部      １４ｍ２…接触部
１５…ドライブ及びモニタ機構      １５ａ…電極部      １５ｂ…電極部
１６…検出機構      １６ａ…電極部      １６ｂ…電極部
２０…振幅検出回路      ３０…回転角度取得回路      ４０…制御回路
１００…センサ装置
２０１…下部領域      ２０２…半導体膜      ２０３…開口
２０４…金属材料膜      ２０５…フォトレジスト膜
【図１】
2019052929.tif 000003
【図２】
2019052929.tif 000004
【図３】
2019052929.tif 000005
【図４】
2019052929.tif 000006
【図５】
2019052929.tif 000007
【図６】
2019052929.tif 000008
【図７】
2019052929.tif 000009
【図８Ａ】
2019052929.tif 000010
【図８Ｂ】
2019052929.tif 000011
【図８Ｃ】
2019052929.tif 000012
【図９】
2019052929.tif 000013
【図１０】
2019052929.tif 000014
【図１１】
2019052929.tif 000015
【図１２】
2019052929.tif 000016
【図１３】
2019052929.tif 000017
【図１４】
2019052929.tif 000018
【図１５】
2019052929.tif 000019
【図１６】
2019052929.tif 000020
【図１７】
2019052929.tif 000021
【図１８】
2019052929.tif 000022
【図１９】
2019052929.tif 000023
【図２０】
2019052929.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月7日(2018.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動可能な可動体と、
振動している前記可動体を捕捉し、捕捉された前記可動体を解放することが可能な捕捉及び解放機構と、
を備え、
前記捕捉及び解放機構は、
前記可動体が接触することで前記可動体の振動を停止させることが可能なストッパー部と、
前記ストッパー部によって前記可動体の振動を停止させる際に前記可動体と前記ストッパー部との間に働く力を抑制する弾性部材と、
を含むセンサ装置。
【請求項２】
前記弾性部材は、前記可動体から離間して設けられている
請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記弾性部材の先端は前記ストッパー部の先端よりも前記可動体側に位置しており、前記弾性部材は前記ストッパー部よりも先に前記可動体に接触する
請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記可動体は、第１の方向及び第１の方向に対して垂直な第２の方向に振動可能であり、
前記第１の方向に振動している前記可動体に働くコリオリ力に基づく前記可動体の前記第２の方向の振動の振幅による所定物理量を検出可能な検出機構をさらに備える
請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記弾性部材は、前記可動体が自由振動している最中は作用しない
請求項１に記載のセンサ装置。