(57)【要約】【目的】温度変化などの影響を受けることなく両者の結合精度を保持して、センサ本体に常に安定したガス流を生じさせることができるようにする。【構成】ノズル孔、ガス通路、そのガス通路にかかるセンサブリッジ、そのガス通路の上部においてノズル孔につながるガス供給口、そのガス通路の後部にガス排出口がそれぞれ形成されたセンサ本体からなるガス式ガスレートセンサにおいて、そのセンサ本体上に重ねて接合され、上面に圧電素子によって振動し、一方側に通気孔があけられた振動板が形成され、通気孔と反対側に吸入口が設けられたポンプ吸排気室を形成する第１の基板と、その第１の基板上に重ねて接合され、ポンプ背圧室を形成する第２の基板とによって構成されるポンプが一体に設けられたガス式レートセンサ。【選択図】      図５
2004191343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル孔、ガス通路、そのガス通路にかかるセンサブリッジ、そのガス通路の上部においてノズル孔につながるガス供給口、そのガス通路の後部にガス排出口がそれぞれ形成されたセンサ本体からなるガス式ガスレートセンサにおいて、そのセンサ本体上に重ねて接合され、上面に圧電素子によって振動し、一方側に通気孔があけられた振動板が形成され、通気孔と反対側に吸入口が設けられたポンプ吸排気室を形成する第１の基板と、その第１の基板上に重ねて接合され、ポンプ背圧室を形成する第２の基板とによって構成されるポンプが一体に設けられたガス式レートセンサ。
【請求項２】
センサ本体の上面にあけられたガス供給口の真上にポンプの振動板の通気孔がくるようにしたことを特徴とする請求項１の記載によるガス式レートセンサ。
【請求項３】
センサ本体におけるノズル孔の前部にバッファ室を設けて、そのバッファ室にガス供給口を設けるようにしたことを特徴とする請求項１の記載によるガス式レートセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、センサ本体に作用する角速度に応じたガス流の偏向状態を電気的に検出するガス式レートセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガス式レートセンサにあっては、ポンプによって、センサ本体におけるノズル孔からガス通路内の左右に設けられた感熱抵抗素子からなるヒートセンサに向けてガスを噴出させておき、外部からセンサ本体に角速度運動が加わってガス通路内を流れるガス流が左右方向に偏向したときに、ヒートセンサに生じた抵抗値の変化状態に応じた電気信号をとり出して、そのときセンサ本体に作用している角速度の向きおよび大きさを検出するようにしている。
【０００３】
この種のガス式レートセンサとして、ノズル孔、ガス通路およびそのガス通路内に設けられるヒートセンサからなるセンサ本体が、ＩＣ製造技術を利用した半導体基板のマイクロマシニング加工によって形成された超小形のものが開発されている（特開平５−２０２７号公報参照）。
【０００４】
そのガス式レートセンサにおけるセンサ本体としては、図１ないし図３に示すように、ノズル孔用の小溝４０、ガス通路用の半溝５１およびガス通路にかかるセンサブリッジ６が半導体基板をエッチングすることによって形成された下側基板１と、ガス通路用の半溝５２が、上面にノズル孔用の小溝４０につながるガス供給口７が、ガス通路用の半溝５２の後部にガス排出口８がそれぞれ形成された上側基板２とを重ね合せて、両者を接着することにより、ノズル孔４およびガス通路５が形成されるようになっている。
【０００５】
センサブリッジ６の上面には、左、右一対の白金などの感熱抵抗材料からなるヒートセンサ９１，９２がパターン形成されている。図中、１０はヒートセンサ９１，９２の各電極である。
【０００６】
そして、図４に示すように、別途に金属加工によって製造した圧電式のポンプ１２を用いて、センサ本体１１のガス供給口７からガスを送り込んで、ノズル孔４からガス通路５内にガス流を生じさせるようにしている。
【０００７】
しかして、センサ本体１１がマイクロマシニング加工による微細なものでは、ポンプ１２によってノズル孔４からガス通路５内に噴出されるガス流がセンサ本体１１における角速度の検出精度につながるものとなっている。
【０００８】
その際、センサ本体１１のガス供給口７とポンプ１２の吐出口１３とが直接連結するようにセンサ本体１１にポンプ１２を組み付けるのでは、両者の材料の違いからくる温度による熱膨張係数の差によって位置ずれを生ずるなど、両者の接合精度を保持することが困難となり、両者の接合位置がずれるとセンサ本体１１にガス流の乱れを生じてしまうことになる。
【０００９】
そのため、従来では、図４に示すように、センサ本体１１とポンプ１２とをステー（図示せず）にそれぞれ固定したうえで、センサ本体１１のガス供給口７にノズル１４を装着して、ポンプ１２の吐出口１３とノズル１４との間をチューブ１５によって連結するようにしている。
【００１０】
しかし、このようなセンサ本体１１とポンプ１２との連結手段をとるのでは、部品点数が多くなるとともに組付けの作業性が悪くなり、装置全体が大形化してしまう。また、それによってもセンサ本体１１とポンプ１２との接合位置のずれを完全になくすことができない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、半導体基板のマイクロマシニング加工によって製造したセンサ本体に別途金属加工によって製造されたポンプを組み付けるに際して、両者を直接連結させるのでは結合精度を保持することが困難となり、またジョイント用のチュープなどの連結部材を用いるのでは組付けの作業性が悪くなり、装置全体が大形化してしまうことである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によるガス式レートセンサにあっては、半導体基板のマイクロマシニング加工によって製造したセンサ本体に、同じく半導体基板のマイクロマシニング加工によって製造したポンプを一体的に組み付けて両者の結合精度を保持して、センサ本体に常に安定したガス流を生じさせることができるようにするべく、センサ本体上に重ねて接合され、上面に圧電素子によって振動し、一方側に通気孔があけられた振動板が形成され、通気孔と反対側に吸入口が設けられたポンプ吸排気室を形成する第１の基板と、その第１の基板上に重ねて接合され、ポンプ背圧室を形成する第２の基板とによってポンプを構成するようにしている。
【００１３】
【実施例】
本発明によるガス式レートセンサにあっては、図５に示すように、半導体基板のマイクロマシニング加工によって製造したセンサ本体１１上に、同じく半導体基板のマイクロマシニング加工によって製造したポンプ１６を一体的に組み付けるようにしている。
【００１４】
センサ本体１１としては、従来と同様に、下側基板１と上側基板２とを接合することによって、ノズル孔４、ガス通路５、上面にヒートセンサ９１，９２がパターン形成されたセンサブリッジ６、ガス供給口７およびガス排出口８が形成されている。
【００１５】
そして、ポンプ１６としては、センサ本体１１の上側基板２上に重ねて接合され、上面に一方側に通気孔１７があけられた振動板１８が一体に形成され、通気孔１７と反対側に吸入口１９が設けられたポンプ吸排気室ＰＡを形成する第１の基板２１と、その第１の基板２１上に重ねて接合され、ポンプ背圧室ＰＢを形成する第２の基板２２とからなっている。振動板１８には圧電素子２０が接着または成膜形成されている。
【００１６】
このように構成されたものにあっては、ポンプ動作が以下のようにして行われることになる。
【００１７】
まず、図６に示すように、圧電素子２０に＋側の電圧が印加されて振動板１８が上側にたわむと、ポンプ背圧室ＰＢが陽圧となってその室内のガスが通気孔１７を通して吐出して、センサ本体１１のガス供給口７に送り込まれる。そのとき、ポンプ吸排気室ＰＡが陰圧となって吸入口１９からガスを吸い込む。図中、矢印はガスの流れを示している。
【００１８】
次に、図７に示すように、圧電素子２０に−側の電圧が印加されて振動板１８が下側にたわむと、ポンプ吸排気室ＰＡが陽圧となり、ポンプ背圧室ＰＢが陰圧となって、ポンプ吸排気室ＰＡ内のガスが通気孔１７を通してポンプ背圧室ＰＢの内部に送り込まれる。
【００１９】
その際、ポンプ動作による吐出ガスがセンサ本体１１のガス供給口７に充分にとり込まれてノズル孔４からガス通路５内に安定したガス流を生じさせることができるように、ガス供給口７の真上に同心状に振動板１８の通気孔１７がくるように相対的な位置決めがなされているとともに、ガス供給口７の大きさ、形状が最適設定されている。
【００２０】
図８は、本発明によるガス式レートセンサの他の実施例を示している。
【００２１】
ここでは、センサ本体１１′として、ノズル孔４の前にバッファ室３を形成し、そのバッファ室３の上部にガス供給口７を設けるようにして、ポンプ１６から供給されるガスをバッファ室３内において緩衝させたうえで、ノズル孔４からガス通路５にガスを噴出させことにより、より安定したガス流を生じさせるようにしている。
【００２２】
図９および図１０は、センサ本体１１′における下側基板１′および上側基板２′を示している。この場合、特に、下側基板１′にはバッファ室用の半溝３１が、上側基板１′にはバッファ室用の半溝３２がそれぞれ形成されている。
【００２３】
本発明によるガス式レートセンサを量産するに際して、図１１に示すように、予め下側基板１が複数配設されたシリコンウエハと上側基板２が複数配設されたシリコンウエハとを貼り合せることによって複数のセンサ本体１１が配設されたウエハ重合体Ａを作製しておく。また、図１２に示すように、予め第１の基板２１が複数配設されたシリコンウエハと第２の基板２２が複数配設されたシリコンウエハとを貼り合せることによって複数のポンプ１６が配設されたウエハ重合体Ｂを作製しておく。そして、ウエハ重合体Ａ，Ｂを所定に貼り合せたうえで、各構成要素をダイシングすることによって、図５に示すように、センサ本体１１上にポンプ１６が一体的に組み付けられたガス式レートセンサが複数得られる。
【００２４】
ウエハ重合体Ａ，Ｂを貼り合せる場合、図１３に示すように、ウエハ重合体Ａの両端に位置合せ用の十字マークＭ１が触刻されるとともに、ウエハ重合体Ｂの両端に位置合せ用のアライメントマークＭ２が触刻されている。そして、図１４に示すように、十字マークＭ１とアライメントマークＭ２とが合致するようにウエハ重合体Ａとウエハ重合体Ｂとを貼り合せることによって、ガス供給口７の真上に振動板１８の通気孔１７がくるように相対的な位置決めを容易に精度良く行わせることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上、本発明によるガス式レートセンサにあっては、半導体基板のマイクロマシニング加工によって製造したセンサ本体に、同じく半導体基板のマイクロマシニング加工によって製造したポンプを一体的に組み付けることにより、温度変化や外部から加えられる振動などの影響を受けることなく、両者の結合精度を保持して、センサ本体に常に安定したガス流を生じさせることができるという利点を有している。
【００２６】
そして、本発明によれば、加工性に優れ、精度の良いガス式レートセンサを容易に得ることができ、量産に最適となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なガス式レートセンサにおけるセンサ本体の下側半導体基板を示す上面図である。
【図２】そのガス式レートセンサにおけるセンサ本体の上側半導体基板を示す下面図である。
【図３】そのガス式レートセンサにおけるセンサ本体のノズル孔部分の側断面図である。
【図４】従来のセンサ本体とポンプとの連結状態を示す正面図である。
【図５】本発明によるガス式レートセンサの一実施例を示す正断面図である。
【図６】その一実施例におけるポンプの一動作状態を示す正断面図である。
【図７】その一実施例におけるポンプの他の動作状態を示す正断面図である。
【図８】本発明によるガス式レートセンサの他の実施例を示す正断面図である。
【図９】その他の実施例におけるセンサ本体の下側基板を示す上面図である。
【図１０】その他の実施例におけるセンサ本体の上側基板を示す下面図である。
【図１１】下側基板が複数配設されたシリコンウエハと上側基板が複数配設されたシリコンウエハとを貼り合せることによって複数のセンサ本体が配設されたウエハ重合体を示す平面図である。
【図１２】第１の基板が複数配設されたシリコンウエハと第２の基板が複数配設されたシリコンウエハとを貼り合せることによって複数のポンプが配設されたウエハ重合体を示す平面図である。
【図１３】センサ本体側のウエハ重合体とポンプ側のウエハ重合体とを貼り合せるときの両ウエハ重合体にそれぞれ触刻された位置合せ用のマークを示す平面図である。
【図１４】センサ本体側のウエハ重合体とポンプ側のウエハ重合体とが貼り合せられたときのセンサ本体におけるガス供給口とポンプにおける振動板の通気孔との合致状態を示す図である。
【符号の説明】
１  下側基板
２  上側基板
３  バッファ室
４  ノズル孔
５  ガス通路
６  センサブリッジ
７  ガス供給口
８  ガス排出口
１１  センサ本体
１２  ポンプ
１６  ポンプ
１７  通気孔
１８  振動板
１９  吸入口
２０  圧電素子
２１  第１の基板
２２  第２の基板
ＰＡ  ポンプ吸排気室
ＰＢ  ポンプ背圧室
【図１】
2004191343.tif 000003
【図２】
2004191343.tif 000004
【図３】
2004191343.tif 000005
【図４】
2004191343.tif 000006
【図５】
2004191343.tif 000007
【図６】
2004191343.tif 000008
【図７】
2004191343.tif 000009
【図８】
2004191343.tif 000010
【図９】
2004191343.tif 000011
【図１０】
2004191343.tif 000012
【図１１】
2004191343.tif 000013
【図１２】
2004191343.tif 000014
【図１３】
2004191343.tif 000015
【図１４】
2004191343.tif 000016