熱感知型加速度センサ
【課題】 Ｚ軸方向の加速度による温度変化をより大きな温度変化量として捉えることにより、Ｚ軸方向の感度を向上させるとともに、それぞれの軸方向の温度検出素子において、別方向の加速度による出力が干渉することを軽減してそれぞれの軸方向の加速度の測定精度を向上させる熱感知型加速度センサを提供する。
【解決手段】 センサ基板３に、密封された流体を加熱するためのヒーター４と、センサ基板３平面に対して平行な方向に加わる加速度を求めるためにヒーター４よりも外側の位置で流体の温度を検出する第１温度検出素子６と、センサ基板３平面に対して垂直な方向に加わる加速度を求めるために、ヒーター４よりも内側の位置で流体の温度を検出する第２温度検出素子８とが設けられた熱感知型加速度センサ１であって、第２温度検出素子８は、ヒーター４が配置される平面よりも高い位置に設けられている熱感知型加速度センサ１。
【解決手段】 センサ基板３に、密封された流体を加熱するためのヒーター４と、センサ基板３平面に対して平行な方向に加わる加速度を求めるためにヒーター４よりも外側の位置で流体の温度を検出する第１温度検出素子６と、センサ基板３平面に対して垂直な方向に加わる加速度を求めるために、ヒーター４よりも内側の位置で流体の温度を検出する第２温度検出素子８とが設けられた熱感知型加速度センサ１であって、第２温度検出素子８は、ヒーター４が配置される平面よりも高い位置に設けられている熱感知型加速度センサ１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体に加わる加速度を検出するための加速度センサに関し、特に加熱された流体の温度分布の変化に基づいて物体の加速度を求める熱感知型加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から物体に加わる加速度を検出するための加速度センサとして、ケース内に密封された流体を加熱し、この加熱した流体の温度分布の変化に基づいて物体の加速度を求める熱感知型加速度センサが知られている。このような熱感知型加速度センサとしては、例えば、カバー部材で覆われることで周囲の空気が密封されてなるセンサ基板に、密封された空気を加熱するためのヒーターと、該ヒーターを挟んで相対向する位置において密封された空気の温度をそれぞれ検出する一対の温度検出素子とを設け、該一対の温度検出素子の検出温度に基づいて、密封された空気に加わった加速度の大きさを求める熱感知型加速度センサが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、この特許文献１では、加速度のＺ軸方向成分を検出するために、ヒーターを挟んで上下方向に一対の温度検出素子を配置することが開示されている。
【０００３】
また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の加速度を求めるために、密封された流体を加熱するためのヒーターと同一平面上にＸ軸用、Ｙ軸用、及びＺ軸用の温度検出素子（温度センサ）をそれぞれ設けた熱感知型加速度センサが開示されている（例えば、特許文献２参照）。更に、この特許文献２では、ヒーターの外側にＸ軸用、Ｙ軸用、及びＺ軸用の温度検出素子をそれぞれ設けるとともに、Ｚ軸用の温度検出素子をヒーターよりも高い位置に配置した熱感知型加速度センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８５９９６号公報
【特許文献２】米国特許公開２００７／０１０１８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の熱感知型加速度センサでは、Ｚ軸方向の加速度を求めるために、ヒーターを挟んで上下方向に一対の温度検出素子を配置することが開示されているものの、ヒーターの上下に温度検出素子を設けるため、構造が複雑になるとともに、Ｚ軸方向の加速度を精度良く検出することは難しい。また、特許文献２のように同一平面上にそれぞれの温度検出素子を配置した場合には、加速度が生じた場合でも検知される温度変化量が小さく、特にＺ軸方向の感度が良くないという問題がある。また、特許文献２では、Ｚ軸用の温度検出素子をヒーターよりも高い位置に設けることが開示されているが、Ｘ軸用、Ｙ軸用、及びＺ軸用のいずれの温度検出素子も外側に設けられているので、それぞれの温度検出素子において、別方向の加速度による温度変化も検出してしまうため、本来検出すべき方向の加速度による温度変化の出力と干渉し、それぞれの軸方向の加速度を精度良く測定することができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、Ｚ軸方向に加わる加速度による温度変化をより大きな温度変化量として捉えることにより、Ｚ軸方向の感度を向上させるとともに、それぞれの軸方向の温度検出素子において、別方向の加速度による出力が干渉することを軽減することにより、それぞれの軸方向の加速度の測定精度を向上させることができる熱感知型加速度センサ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】
上記目的を達成するために、請求項１記載の熱感知型加速度センサは、カバー部材で覆われることで周囲の流体が密封されてなるセンサ基板に、密封された前記流体を加熱するためのヒーターと、前記センサ基板平面に対して平行な方向に加わる加速度を求めるために、前記ヒーターよりも外側の位置で前記流体の温度変化を検出する第１温度検出素子と、前記センサ基板平面に対して垂直な方向に加わる加速度を求めるために、前記ヒーターよりも内側の位置で前記流体の温度変化を検出する第２温度検出素子とが設けられた熱感知型加速度センサであって、前記第２温度検出素子は、前記ヒーターが配置される平面よりも高い位置に設けられていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の熱感知型加速度センサは、前記第１温度検出素子が、前記第２温度検出素子と同一の高さに設けられていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３記載の熱感知型加速度センサは、前記センサ基板に、前記第１温度検出素子が検出する前記流体の温度変化に基づいて求められる加速度の方向と前記第２温度検出素子が検出する前記流体の温度変化に基づいて求められる加速度の方向のそれぞれに直交する方向の加速度を求めるために、前記第１温度検出素子と同一の高さ且つ前記ヒーターよりも外側の位置で前記流体の温度変化を検出する第３温度検出素子が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
請求項４記載の熱感知型加速度センサは、前記第２温度検出素子が設けられる高さは、当該第２温度検出素子から前記第１温度検出素子又は／及び前記第３温度検出素子までの距離及び前記ヒーターから得られる熱量に基づいて決定されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の熱感知型加速度センサによれば、第２温度検出素子を密封された流体を加熱するヒーターよりも内側且つ上方に設けているので、センサ基板平面に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に加わる加速度による温度変化をより大きな温度変化量として検出することにより、Ｚ軸方向の感度を向上させることができるとともに、Ｚ方向に加速度が生じた場合とセンサ基板平面に対して平行な方向に加速度が生じた場合の出力の干渉を軽減し、加速度の測定精度を向上させることができる。また、センサ基板平面に対して平行な方向に加わる加速度による温度変化量を検出する第１温度検出素子は、ヒーターの外側に設けているので、センサ基板平面に対して平行な方向に加速度が生じた場合とＺ方向に加速度が生じた場合との出力の干渉を軽減し、加速度の測定精度を向上させることができる。
【００１２】
請求項２記載の熱感知型加速度センサによれば、第１温度検出素子を第２温度検出素子と同一の高さに設けることにより、センサ基板平面に対して平行な方向に加わる加速度に対してもより測定精度を向上させることができる。
【００１３】
請求項３記載の熱感知型加速度センサによれば、第１温度検出素子が検出する流体の温度変化に基づいて求められる加速度の方向と第２温度検出素子が検出する流体の温度変化に基づいて求められる加速度の方向のそれぞれに直交する方向の加速度を求めるために、第１温度検出素子と同一の高さ且つヒーターよりも外側の位置で前記流体の温度変化を検出する第３温度検出素子を設けているので、３軸方向の加速度を精度良く求めることができる。
【００１４】
請求項４記載の熱感知型加速度センサによれば、第２温度検出素子が設けられる高さを第２温度検出素子から第１温度検出素子又は／及び第３温度検出素子までの距離とヒーターから得られる熱量に基づいて決定するので、様々な条件に応じて第２温度検出素子を適切な高さに設けることができ、応用性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る熱感知型加速度センサの一例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱感知型加速度センサの各温度検出素子の位置関係を説明するための概略模式図である。
【図３】ヒーターと温度検出素子の位置関係を示す概略模式図であって、（ａ）はＸ軸用の温度検出素子とヒーターの位置関係を示しており、（ｂ）はＺ軸用の温度検出素子とヒーターの位置関係を示している。
【図４】本発明の実施形態に係る熱感知型加速度センサの作製工程毎の状態を示す概略説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る熱感知型加速度センサの作製の流れの一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る熱感知型加速度センサと従来の加速度センサとのヒーター及び各温度検出素子の位置関係を示す概略模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る熱感知型加速度センサにより得られる温度変化の分布を示す図である。
【図８】従来の加速度センサにより得られる温度変化の分布を示す図である。
【図９】Ｚ方向への加速度と温度変化の関係を示す図である。
【図１０】Ｘ方向への加速度と温度変化の関係を示す図である。
【図１１】ヒーター及び各温度検出素子の構造の一例を示す拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る熱感知型加速度センサの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る熱感知型加速度センサ１は、図１に示すように、空洞部２が形成されてなるセンサ基板３と、空洞部２上に設けられセンサ基板３の周囲の流体を加熱するヒーター４と、該ヒーター４をセンサ基板３上に支持するヒーター支持梁５と、センサ基板３の平面に対して平行なＸ軸方向の温度変化を検出するための一対のＸ軸方向用温度検出素子（第１温度検出素子）６と、該一対のＸ軸方向用温度検出素子６と同一平面上でＸ軸に対して直交するＹ軸方向の温度変化を検出するための一対のＹ軸方向用温度検出素子（第３温度検出素子）７と、センサ基板３の平面に対して垂直なＺ軸方向の温度変化を検出するための４つのＺ軸方向用温度検出素子（第２温度検出素子）８とを備えている。この熱感知型加速度センサ１では、ヒーター４によって加熱された流体は、熱塊となり、各温度検出素子６〜８がそれぞれの位置にてその温度を検出する。そして、熱感知型加速度センサ１に加速度が加わった場合には、加熱されて軽くなった流体が加速度と同じ方向へと移動し、その移動に伴う温度変化を各温度検出素子６〜８が検出し、その温度変化に基づいて加速度を算出する。また、センサ基板３は、詳しくは図示しないが、ガラス等からなるカバー部材によって覆われることで周囲の流体が密封されている。この密封される流体としては、例えば、空気、ヘリウム等の気体や液体等の流体を用いることができる。
【００１７】
センサ基板３は、シリコン等の半導体からなる板状部材であって、図１に示すように、ＸＹ平面方向から見た場合に略正方形状の基板に円形状の空洞部２が形成されている。この空洞部２は、図２及び図３に示すように、センサ基板３の厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通されており、下方に向かうに従って、径が小さくなるように傾斜部２１を有している。尚、センサ基板３の形状は、これに限定されるものではなく、適宜設計変更が可能である。
【００１８】
ヒーター４は、詳しくは図示しないが、所定の電気回路を介して電源に接続されており、電力供給のＯＮ／ＯＦＦ（開始／停止）を切り替えることにより、流体の温度制御を行うものである。熱感知型加速度センサ１では、図１に示すように、４つのヒーター４が、センサ基板３の中心部から所定距離離れたＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ等間隔で配置されている。この４つのヒーター４は、それぞれ基端側がセンサ基板３上に固定された２本のヒーター支持梁５の先端に固定されることにより空洞部２上に配置される。尚、ヒーター支持梁５の数及び形状は、これに限定されるものではなく、ヒーター４を空洞部２上に安定して支持可能であれば良い。
【００１９】
一対のＸ軸方向用温度検出素子６は、Ｘ軸方向成分の加速度を求めるために、図１〜図３に示すように、ヒーター４を挟んで対向するように当該ヒーター４よりも外側の空洞部２上に配置されており、Ｘ軸方向に加速度が加わることによる流体の温度変化を検出する。同様に一対のＹ軸方向用温度検出素子７は、Ｙ軸方向成分の加速度を求めるために、ヒーター４を挟んで対向するように当該ヒーター４よりも外側の空洞部２上に配置されており、Ｙ軸方向に加速度が加わることによる流体の温度変化を検出する。また、４つのＺ軸方向用温度検出素子８は、Ｚ軸方向成分の加速度を求めるために、図１〜図３に示すように、それぞれヒーター４よりも内側の空洞部２上にそれぞれ配置されており、Ｚ軸方向に加速度が加わることによる流体の温度変化を検出する。尚、本実施形態では、図１に示すように、Ｘ軸方向用温度検出素子６及びＹ軸方向用温度検出素子７をそれぞれ一対ずつ、Ｚ軸方向用温度検出素子８を４つ設けている例を示しているが、これらの数は特に限定されるものではなく、適宜変更しても良い。
【００２０】
各温度検出素子６〜８は、図１及び図３に示すように、それぞれ基端側がセンサ基板３上に固定されており、先端のセンサ部分が空洞部２上に位置するように配置されている。尚、図２では、ヒーター４及び各温度検出素子６〜８の位置を示すために、それぞれのセンサ基板３上へ固定される部分については省略して図示している。また、各温度検出素子６〜８の形状は、これらに限定されるものではなく、Ｘ軸方向用温度検出素子６及びＹ軸方向用温度検出素子７がヒーター４よりも外側の空洞部２上に配置され、Ｚ軸方向用温度検出素子８がヒーター４よりも外側の空洞部２上に配置されるように固定できる構造であれば良い。
【００２１】
また、これらの温度検出素子６〜８は、図２及び図３に示すように、それぞれヒーター４が配置されている平面よりも所定高さＨだけ上方に配置される。本実施形態では、Ｚ軸方向用温度検出素子８からＸ軸方向用温度検出素子６及びＹ軸方向用温度検出素子７までの距離Ｗを約６００μｍとし、各温度検出素子６〜８の高さＨを１００μｍに設定している。尚、この温度検出素子６〜８が設けられる高さＨは、熱感知型加速度センサ１全体の大きさ、Ｚ軸方向用温度検出素子８からＸ軸方向用温度検出素子６及びＹ軸方向用温度検出素子７までの距離Ｗ、及びヒーター４によって得られる熱量等の条件に応じて適宜決められることが望ましいが、少なくともＸ軸方向用温度検出素子６及びＹ軸方向用温度検出素子７をヒーター４よりも外側の空洞部２上に配置し、Ｚ軸方向用温度検出素子８をヒーター４よりも外側の空洞部２上且つヒーター４が配置されている平面よりも上方に配置していれば良い。また、温度検出素子６〜８としては、例えば、温度が変化することにより抵抗値が変化することを利用したサーミスタや白金薄測温抵抗体、その他熱電対を用いたサーモパイル等の従来公知の温度センサを用いることができる。
【００２２】
次に、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１の作製方法の流れの一例について、図４及び図５のフローチャートを用いて説明する。本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１では、まず図４（ａ）に示すように、センサ基板３となるシリコンウエハ（Ｓｉ）３ａ上に酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を塗膜し、酸化ケイ素膜９を形成する（Ｓ１０１）。
【００２３】
そして、図４（ｂ）に示すように、例えば、エッチング処理を施すことにより、この酸化ケイ素膜９から不要な部分を除去して、シリコンウエハ３ａ上の所定箇所にヒーター４部分を残す（Ｓ１０２）。次に、図４（Ｃ）に示すように、シリコンウエハ３ａ及びヒーター４部分の上にフォトレジストを塗膜し、フォトレジスト膜１０を形成する（Ｓ１０３）。
【００２４】
更に、図４（ｄ）に示すように、このフォトレジスト膜１０上に酸化ケイ素を塗膜し、酸化ケイ素膜９を形成する（Ｓ１０４）。そして、図４（ｅ）に示すように、エッチング処理等を施すことにより、酸化ケイ素膜９から不要な部分を除去することにより、ヒーター４が形成されている平面よりも所定距離（ここではフォトレジスト膜１０の厚み分）高い位置に各温度検出素子（センサ）６〜８部分を残す（Ｓ１０５）。尚、この際、Ｘ軸方向用温度検出素子６部分及びＹ軸方向用温度検出素子７部分については、ヒーター４部分よりも外側に配置されるように酸化ケイ素膜９から不要な部分を除去し、Ｚ軸方向用温度検出素子８部分については、ヒーター４部分よりも内側に配置されるように酸化ケイ素膜９から不要な部分を除去する。
【００２５】
そして、最後にフォトレジスト膜１０及び不要なシリコンウエハ３ａ部を除去することにより（Ｓ１０６）、センサ基板３の厚み方向に貫通形成された空洞部２上にヒーター４及び各温度検出素子６〜８が設けられた熱感知型加速度センサ１を作製することができる。このように、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１では、１枚のシリコンウエハ３ａ上に順番にヒーター４及び各温度検出素子６〜８を作製することができ、従来のように２枚のシリコンウエハ上に別々にヒーターと温度検出素子を作製する必要がないので、製造効率を向上させることができるとともに、装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００２６】
以下、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１と従来例として米国特許公開２００７／０１０１８１３号公報（以下、刊行物１とする）に記載されている加速度センサとの構成の違い及び加速度の検出精度等について図６〜１０及び表１、２を参照しつつ説明する。
【００２７】
図６は、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１と従来例の加速度センサとのヒーター４及び各温度検出素子６〜８の位置関係を示すものである。図６に示すように、Ｐ１はヒーター４と同一平面を示しており、Ｐ２はヒーター４が配置される平面Ｐ１より所定距離Ｈだけ高い平面を示している。また、Ａはヒーター４より内側且つ平面Ｐ２上の位置、Ｂはヒーター４より内側且つ平面Ｐ１上の位置、Ｃはヒーター４より外側且つ平面Ｐ２上の位置、Ｄはヒーター４より外側且つ平面Ｐ１上の位置をそれぞれ示している。また、下記の表１は、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１のＸ方向用温度検出素子６、Ｙ方向用温度検出素子７、及びＺ方向用温度検出素子８の図６上での位置と刊行物１に記載されている加速度センサ（従来例１〜３）に設けられる各温度検出素子の図６上での位置を示している。
【表１】
【００２８】
表１に示すように、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１では、Ｘ軸方向用温度検出素子６、Ｙ軸方向用温度検出素子７は、図６上のＣに位置し、Ｚ軸方向用温度検出素子８は、図６上のＡに位置している。一方、刊行物１に記載の従来例１は、Ｘ，Ｙ方向用温度検出素子が図６上のＤに位置し、Ｚ方向用温度検出素子も図６上のＤに位置するものである。従来例２は、Ｘ，Ｙ方向用温度検出素子が図６上のＤに位置し、Ｚ方向用温度検出素子は図６上のＣに位置するものである。従来例３は、Ｘ，Ｙ方向用温度検出素子が図６上のＤに位置し、Ｚ方向用温度検出素子は図６上のＢに位置するものである。尚、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１では、Ｘ軸方向用温度検出素子６、Ｙ軸方向用温度検出素子７が位置する図６上のＣからＺ軸方向用温度検出素子８が位置する図６上のＡまでの距離Ｗは約６００μｍ、ヒーター４が配置される平面Ｐ１から各温度検出素子６〜８が配置される平面Ｐ２までの距離（高さ）Ｈは約１００μｍとしている。
【００２９】
次に、ヒーター４によって密封された流体を加熱した状態で、熱感知型加速度センサ１及び従来例１〜３にそれぞれＸ方向に１ｇの加速度を与えた場合とＺ方向に１ｇの加速度を与えた場合について説明する。尚、Ｘ方向に１ｇの加速度を与えたとは、（シミュレーションにおいて）流体に１ｇの加速度運動を与えたことを意味しており、これは熱感知型加速度センサ１を−１ｇの加速度で動かすことに対応している。
【００３０】
図７は、図６上の位置Ａ及び位置Ｃに温度検出素子が配置されている熱感知型加速度センサ１により得られる温度変化の分布を示すものであり、横軸がセンサ基板３の中心（Ｘ＝０）からの距離、縦軸が温度変化（Ｔ−Ｔ０）を示している。但し、Ｔ０は加速度が０のときの温度であり、Ｔは加速度を与えた際の温度である。図８は、図６上の位置Ｂ及び位置Ｄに温度検出素子が配置された加速度センサにより得られる温度変化の分布を示すものである。また、下記の表２は、Ｚ方向に１ｇの加速度を与えた場合とＸ方向に１ｇの加速度を与えた場合の交差感受性（Cross-sensitivity）について示している。この交差感受性とは、例えば、Ｘ方向の加速度による温度変化を検出したいときに、Ｚ方向の加速度による変化を検出する干渉度合いを示すものであり、上記のように加速度を与えた際にこの干渉度合いが少ない程、精度良く加速度を求めることができる。
【表２】
【００３１】
熱感知型加速度センサ１では、Ｚ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図７に実線で示すように、位置ＡにおいてＺ軸方向用温度検出素子８が約０．０８℃の値を検出する。また、Ｘ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図７に一点鎖線で示すように、Ｚ軸方向用温度検出素子８は約０．００１℃の値を検出する。つまり、Ｚ方向用温度検出素子８では、交差感受性は、表２に示すように、１．２％となる。また、位置ＣにおけるＸ軸方向温度検出素子６では、Ｘ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図７に一点鎖線で示すように、Ｘ軸方向温度検出素子６は約０．１３℃の値を検出し、Ｚ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図７に実線で示すように、約−０．００５℃の値を検出する。つまり、Ｘ軸方向温度検出素子６では、交差感受性は表２に示すように、３．８％となる。尚、Ｙ軸方向用温度検出素子７については、Ｘ軸方向用温度検出素子６を同一平面上で９０°回転させたものであり、交差感受性はＸ軸方向用温度検出素子６と同様であるので、省略している。
【００３２】
一方、従来例３のようにＺ軸方向用温度検出素子を位置Ｂに設けた状態で、Ｚ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図８に実線で示すように、Ｚ軸方向用温度検出素子は約０．０４℃の値を検出し、Ｘ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図８に一点鎖線で示すように、約−０．００７℃の値を検出する。つまり、従来例３のＺ軸方向用温度検出素子では、交差感受性は表２に示すように、１７．５％となる。また、従来例１及び３のようにＸ軸方向温度検出素子を位置Ｄに設けた状態で、Ｘ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図８に一点鎖線で示すように、Ｘ軸方向温度検出素子は約０．１１℃の値を検出し、Ｚ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図８に実線で示すように、約−０．０１２℃の値を検出する。つまり、従来例１及び３のＸ軸方向温度検出素子では、交差感受性は表２に示すように、１０．９％となる。
【００３３】
また、従来例２は、Ｘ，Ｙ方向用温度検出素子が図６上のＤに位置し、Ｚ方向用温度検出素子がヒーター４より外側且つヒーター４より上方である図６上のＣに位置するものである。この従来例２においては、各温度検出素子のいずれもヒーター４の外側に配置されている。従来例２のようにＺ方向用温度検出素子を位置Ｃに設けた状態で、Ｚ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図７に実線で示すように、Ｚ方向用温度検出素子が検出する値は非常に小さくなる（０℃近傍の値となる）。また、Ｘ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、位置Ｄに設けられているＸ方向用温度検出素子は、図８に一点鎖線で示すように、大きな値（約０．１１℃）を検出するが、同時に位置Ｃに配置されるＺ方向用温度検出素子も図７に一点鎖線で示すように、大きな値（約０．１３℃）を検出する。つまり、従来例２のように各温度検出素子のいずれもヒーター４の外側に配置した場合には、感度及び精度ともに著しく悪化する。
【００３４】
以上のように、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１では、図６に示すように、Ｘ軸方向用温度検出素子６及びＹ軸方向用温度検出素子７をヒーター４よりも外側且つヒーター４が配置される平面より上方の位置Ｃに配置し、Ｚ軸方向用温度検出素子８をヒーター４よりも外側且つヒーター４が配置されている平面よりも上方の位置Ａに配置することにより、表２に示すように、従来よりも各温度検出素子６〜８において、別方向の加速度による温度変化が検出されること（出力の干渉度合い）を大幅に軽減することができる。これにより、各軸方向の加速度を高精度に求めることが可能となる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１のように各温度検出素子６〜８をヒーター４より上方に設けた場合と従来例３のように各温度検出素子をヒーター４と同一平面上に設けた場合の感度について説明する。図９は、Ｚ方向に加速度を与えた際の熱感知型加速度センサ１のＺ軸方向用温度検出素子８及び従来例３のＺ軸方向用温度検出素子が検出する温度変化を示すものであり、横軸はＺ方向に与えられる加速度、縦軸は検出される温度変化（Ｔ−Ｔ０）を示している。また、図１０は、Ｘ方向に加速度を与えた際の熱感知型加速度センサ１のＸ軸方向用温度検出素子６及び従来例３のＸ軸方向用温度検出素子が検出する温度変化を示すものである。
【００３６】
図９及び図１０に示すように、Ｚ方向及びＸ方向のいずれに加速された場合においても、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１の方が従来例３よりも温度変化量が大きい。つまり、熱感知型加速度センサ１の方が従来例３に比べて感度が良いことが示されている。
【００３７】
また、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１では、図９及び図１０に示されるように、Ｚ軸方向用温度検出素子８が検出する温度変化は、Ｘ軸方向用温度検出素子６が検出する温度変化の約半分の値となるので、図１１に示すように、Ｚ軸方向用温度検出素子８の長さをＸ軸方向用温度検出素子６に対して２倍になるように形成している。また、図１１（ａ）はヒーター４の構造の一例を示している。
【００３８】
尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る熱感知加速度サンサは、例えば、携帯電話、カーナビゲーションシステム、ロボット、及び人工衛星等の位置制御や姿勢制御を伴うような装置に備えられる高精度な加速度センサとして有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１ 熱感知型加速度センサ
２ 空洞部
３ センサ基板
４ ヒーター
６ Ｘ軸方向用温度検出素子（第１温度検出素子）
７ Ｙ軸方向用温度検出素子（第３温度検出素子）
８ Ｚ軸方向用温度検出素子（第２温度検出素子）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体に加わる加速度を検出するための加速度センサに関し、特に加熱された流体の温度分布の変化に基づいて物体の加速度を求める熱感知型加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から物体に加わる加速度を検出するための加速度センサとして、ケース内に密封された流体を加熱し、この加熱した流体の温度分布の変化に基づいて物体の加速度を求める熱感知型加速度センサが知られている。このような熱感知型加速度センサとしては、例えば、カバー部材で覆われることで周囲の空気が密封されてなるセンサ基板に、密封された空気を加熱するためのヒーターと、該ヒーターを挟んで相対向する位置において密封された空気の温度をそれぞれ検出する一対の温度検出素子とを設け、該一対の温度検出素子の検出温度に基づいて、密封された空気に加わった加速度の大きさを求める熱感知型加速度センサが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、この特許文献１では、加速度のＺ軸方向成分を検出するために、ヒーターを挟んで上下方向に一対の温度検出素子を配置することが開示されている。
【０００３】
また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の加速度を求めるために、密封された流体を加熱するためのヒーターと同一平面上にＸ軸用、Ｙ軸用、及びＺ軸用の温度検出素子（温度センサ）をそれぞれ設けた熱感知型加速度センサが開示されている（例えば、特許文献２参照）。更に、この特許文献２では、ヒーターの外側にＸ軸用、Ｙ軸用、及びＺ軸用の温度検出素子をそれぞれ設けるとともに、Ｚ軸用の温度検出素子をヒーターよりも高い位置に配置した熱感知型加速度センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８５９９６号公報
【特許文献２】米国特許公開２００７／０１０１８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の熱感知型加速度センサでは、Ｚ軸方向の加速度を求めるために、ヒーターを挟んで上下方向に一対の温度検出素子を配置することが開示されているものの、ヒーターの上下に温度検出素子を設けるため、構造が複雑になるとともに、Ｚ軸方向の加速度を精度良く検出することは難しい。また、特許文献２のように同一平面上にそれぞれの温度検出素子を配置した場合には、加速度が生じた場合でも検知される温度変化量が小さく、特にＺ軸方向の感度が良くないという問題がある。また、特許文献２では、Ｚ軸用の温度検出素子をヒーターよりも高い位置に設けることが開示されているが、Ｘ軸用、Ｙ軸用、及びＺ軸用のいずれの温度検出素子も外側に設けられているので、それぞれの温度検出素子において、別方向の加速度による温度変化も検出してしまうため、本来検出すべき方向の加速度による温度変化の出力と干渉し、それぞれの軸方向の加速度を精度良く測定することができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、Ｚ軸方向に加わる加速度による温度変化をより大きな温度変化量として捉えることにより、Ｚ軸方向の感度を向上させるとともに、それぞれの軸方向の温度検出素子において、別方向の加速度による出力が干渉することを軽減することにより、それぞれの軸方向の加速度の測定精度を向上させることができる熱感知型加速度センサ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】
上記目的を達成するために、請求項１記載の熱感知型加速度センサは、カバー部材で覆われることで周囲の流体が密封されてなるセンサ基板に、密封された前記流体を加熱するためのヒーターと、前記センサ基板平面に対して平行な方向に加わる加速度を求めるために、前記ヒーターよりも外側の位置で前記流体の温度変化を検出する第１温度検出素子と、前記センサ基板平面に対して垂直な方向に加わる加速度を求めるために、前記ヒーターよりも内側の位置で前記流体の温度変化を検出する第２温度検出素子とが設けられた熱感知型加速度センサであって、前記第２温度検出素子は、前記ヒーターが配置される平面よりも高い位置に設けられていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の熱感知型加速度センサは、前記第１温度検出素子が、前記第２温度検出素子と同一の高さに設けられていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３記載の熱感知型加速度センサは、前記センサ基板に、前記第１温度検出素子が検出する前記流体の温度変化に基づいて求められる加速度の方向と前記第２温度検出素子が検出する前記流体の温度変化に基づいて求められる加速度の方向のそれぞれに直交する方向の加速度を求めるために、前記第１温度検出素子と同一の高さ且つ前記ヒーターよりも外側の位置で前記流体の温度変化を検出する第３温度検出素子が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
請求項４記載の熱感知型加速度センサは、前記第２温度検出素子が設けられる高さは、当該第２温度検出素子から前記第１温度検出素子又は／及び前記第３温度検出素子までの距離及び前記ヒーターから得られる熱量に基づいて決定されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の熱感知型加速度センサによれば、第２温度検出素子を密封された流体を加熱するヒーターよりも内側且つ上方に設けているので、センサ基板平面に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に加わる加速度による温度変化をより大きな温度変化量として検出することにより、Ｚ軸方向の感度を向上させることができるとともに、Ｚ方向に加速度が生じた場合とセンサ基板平面に対して平行な方向に加速度が生じた場合の出力の干渉を軽減し、加速度の測定精度を向上させることができる。また、センサ基板平面に対して平行な方向に加わる加速度による温度変化量を検出する第１温度検出素子は、ヒーターの外側に設けているので、センサ基板平面に対して平行な方向に加速度が生じた場合とＺ方向に加速度が生じた場合との出力の干渉を軽減し、加速度の測定精度を向上させることができる。
【００１２】
請求項２記載の熱感知型加速度センサによれば、第１温度検出素子を第２温度検出素子と同一の高さに設けることにより、センサ基板平面に対して平行な方向に加わる加速度に対してもより測定精度を向上させることができる。
【００１３】
請求項３記載の熱感知型加速度センサによれば、第１温度検出素子が検出する流体の温度変化に基づいて求められる加速度の方向と第２温度検出素子が検出する流体の温度変化に基づいて求められる加速度の方向のそれぞれに直交する方向の加速度を求めるために、第１温度検出素子と同一の高さ且つヒーターよりも外側の位置で前記流体の温度変化を検出する第３温度検出素子を設けているので、３軸方向の加速度を精度良く求めることができる。
【００１４】
請求項４記載の熱感知型加速度センサによれば、第２温度検出素子が設けられる高さを第２温度検出素子から第１温度検出素子又は／及び第３温度検出素子までの距離とヒーターから得られる熱量に基づいて決定するので、様々な条件に応じて第２温度検出素子を適切な高さに設けることができ、応用性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る熱感知型加速度センサの一例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱感知型加速度センサの各温度検出素子の位置関係を説明するための概略模式図である。
【図３】ヒーターと温度検出素子の位置関係を示す概略模式図であって、（ａ）はＸ軸用の温度検出素子とヒーターの位置関係を示しており、（ｂ）はＺ軸用の温度検出素子とヒーターの位置関係を示している。
【図４】本発明の実施形態に係る熱感知型加速度センサの作製工程毎の状態を示す概略説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る熱感知型加速度センサの作製の流れの一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る熱感知型加速度センサと従来の加速度センサとのヒーター及び各温度検出素子の位置関係を示す概略模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る熱感知型加速度センサにより得られる温度変化の分布を示す図である。
【図８】従来の加速度センサにより得られる温度変化の分布を示す図である。
【図９】Ｚ方向への加速度と温度変化の関係を示す図である。
【図１０】Ｘ方向への加速度と温度変化の関係を示す図である。
【図１１】ヒーター及び各温度検出素子の構造の一例を示す拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る熱感知型加速度センサの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る熱感知型加速度センサ１は、図１に示すように、空洞部２が形成されてなるセンサ基板３と、空洞部２上に設けられセンサ基板３の周囲の流体を加熱するヒーター４と、該ヒーター４をセンサ基板３上に支持するヒーター支持梁５と、センサ基板３の平面に対して平行なＸ軸方向の温度変化を検出するための一対のＸ軸方向用温度検出素子（第１温度検出素子）６と、該一対のＸ軸方向用温度検出素子６と同一平面上でＸ軸に対して直交するＹ軸方向の温度変化を検出するための一対のＹ軸方向用温度検出素子（第３温度検出素子）７と、センサ基板３の平面に対して垂直なＺ軸方向の温度変化を検出するための４つのＺ軸方向用温度検出素子（第２温度検出素子）８とを備えている。この熱感知型加速度センサ１では、ヒーター４によって加熱された流体は、熱塊となり、各温度検出素子６〜８がそれぞれの位置にてその温度を検出する。そして、熱感知型加速度センサ１に加速度が加わった場合には、加熱されて軽くなった流体が加速度と同じ方向へと移動し、その移動に伴う温度変化を各温度検出素子６〜８が検出し、その温度変化に基づいて加速度を算出する。また、センサ基板３は、詳しくは図示しないが、ガラス等からなるカバー部材によって覆われることで周囲の流体が密封されている。この密封される流体としては、例えば、空気、ヘリウム等の気体や液体等の流体を用いることができる。
【００１７】
センサ基板３は、シリコン等の半導体からなる板状部材であって、図１に示すように、ＸＹ平面方向から見た場合に略正方形状の基板に円形状の空洞部２が形成されている。この空洞部２は、図２及び図３に示すように、センサ基板３の厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通されており、下方に向かうに従って、径が小さくなるように傾斜部２１を有している。尚、センサ基板３の形状は、これに限定されるものではなく、適宜設計変更が可能である。
【００１８】
ヒーター４は、詳しくは図示しないが、所定の電気回路を介して電源に接続されており、電力供給のＯＮ／ＯＦＦ（開始／停止）を切り替えることにより、流体の温度制御を行うものである。熱感知型加速度センサ１では、図１に示すように、４つのヒーター４が、センサ基板３の中心部から所定距離離れたＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ等間隔で配置されている。この４つのヒーター４は、それぞれ基端側がセンサ基板３上に固定された２本のヒーター支持梁５の先端に固定されることにより空洞部２上に配置される。尚、ヒーター支持梁５の数及び形状は、これに限定されるものではなく、ヒーター４を空洞部２上に安定して支持可能であれば良い。
【００１９】
一対のＸ軸方向用温度検出素子６は、Ｘ軸方向成分の加速度を求めるために、図１〜図３に示すように、ヒーター４を挟んで対向するように当該ヒーター４よりも外側の空洞部２上に配置されており、Ｘ軸方向に加速度が加わることによる流体の温度変化を検出する。同様に一対のＹ軸方向用温度検出素子７は、Ｙ軸方向成分の加速度を求めるために、ヒーター４を挟んで対向するように当該ヒーター４よりも外側の空洞部２上に配置されており、Ｙ軸方向に加速度が加わることによる流体の温度変化を検出する。また、４つのＺ軸方向用温度検出素子８は、Ｚ軸方向成分の加速度を求めるために、図１〜図３に示すように、それぞれヒーター４よりも内側の空洞部２上にそれぞれ配置されており、Ｚ軸方向に加速度が加わることによる流体の温度変化を検出する。尚、本実施形態では、図１に示すように、Ｘ軸方向用温度検出素子６及びＹ軸方向用温度検出素子７をそれぞれ一対ずつ、Ｚ軸方向用温度検出素子８を４つ設けている例を示しているが、これらの数は特に限定されるものではなく、適宜変更しても良い。
【００２０】
各温度検出素子６〜８は、図１及び図３に示すように、それぞれ基端側がセンサ基板３上に固定されており、先端のセンサ部分が空洞部２上に位置するように配置されている。尚、図２では、ヒーター４及び各温度検出素子６〜８の位置を示すために、それぞれのセンサ基板３上へ固定される部分については省略して図示している。また、各温度検出素子６〜８の形状は、これらに限定されるものではなく、Ｘ軸方向用温度検出素子６及びＹ軸方向用温度検出素子７がヒーター４よりも外側の空洞部２上に配置され、Ｚ軸方向用温度検出素子８がヒーター４よりも外側の空洞部２上に配置されるように固定できる構造であれば良い。
【００２１】
また、これらの温度検出素子６〜８は、図２及び図３に示すように、それぞれヒーター４が配置されている平面よりも所定高さＨだけ上方に配置される。本実施形態では、Ｚ軸方向用温度検出素子８からＸ軸方向用温度検出素子６及びＹ軸方向用温度検出素子７までの距離Ｗを約６００μｍとし、各温度検出素子６〜８の高さＨを１００μｍに設定している。尚、この温度検出素子６〜８が設けられる高さＨは、熱感知型加速度センサ１全体の大きさ、Ｚ軸方向用温度検出素子８からＸ軸方向用温度検出素子６及びＹ軸方向用温度検出素子７までの距離Ｗ、及びヒーター４によって得られる熱量等の条件に応じて適宜決められることが望ましいが、少なくともＸ軸方向用温度検出素子６及びＹ軸方向用温度検出素子７をヒーター４よりも外側の空洞部２上に配置し、Ｚ軸方向用温度検出素子８をヒーター４よりも外側の空洞部２上且つヒーター４が配置されている平面よりも上方に配置していれば良い。また、温度検出素子６〜８としては、例えば、温度が変化することにより抵抗値が変化することを利用したサーミスタや白金薄測温抵抗体、その他熱電対を用いたサーモパイル等の従来公知の温度センサを用いることができる。
【００２２】
次に、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１の作製方法の流れの一例について、図４及び図５のフローチャートを用いて説明する。本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１では、まず図４（ａ）に示すように、センサ基板３となるシリコンウエハ（Ｓｉ）３ａ上に酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を塗膜し、酸化ケイ素膜９を形成する（Ｓ１０１）。
【００２３】
そして、図４（ｂ）に示すように、例えば、エッチング処理を施すことにより、この酸化ケイ素膜９から不要な部分を除去して、シリコンウエハ３ａ上の所定箇所にヒーター４部分を残す（Ｓ１０２）。次に、図４（Ｃ）に示すように、シリコンウエハ３ａ及びヒーター４部分の上にフォトレジストを塗膜し、フォトレジスト膜１０を形成する（Ｓ１０３）。
【００２４】
更に、図４（ｄ）に示すように、このフォトレジスト膜１０上に酸化ケイ素を塗膜し、酸化ケイ素膜９を形成する（Ｓ１０４）。そして、図４（ｅ）に示すように、エッチング処理等を施すことにより、酸化ケイ素膜９から不要な部分を除去することにより、ヒーター４が形成されている平面よりも所定距離（ここではフォトレジスト膜１０の厚み分）高い位置に各温度検出素子（センサ）６〜８部分を残す（Ｓ１０５）。尚、この際、Ｘ軸方向用温度検出素子６部分及びＹ軸方向用温度検出素子７部分については、ヒーター４部分よりも外側に配置されるように酸化ケイ素膜９から不要な部分を除去し、Ｚ軸方向用温度検出素子８部分については、ヒーター４部分よりも内側に配置されるように酸化ケイ素膜９から不要な部分を除去する。
【００２５】
そして、最後にフォトレジスト膜１０及び不要なシリコンウエハ３ａ部を除去することにより（Ｓ１０６）、センサ基板３の厚み方向に貫通形成された空洞部２上にヒーター４及び各温度検出素子６〜８が設けられた熱感知型加速度センサ１を作製することができる。このように、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１では、１枚のシリコンウエハ３ａ上に順番にヒーター４及び各温度検出素子６〜８を作製することができ、従来のように２枚のシリコンウエハ上に別々にヒーターと温度検出素子を作製する必要がないので、製造効率を向上させることができるとともに、装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００２６】
以下、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１と従来例として米国特許公開２００７／０１０１８１３号公報（以下、刊行物１とする）に記載されている加速度センサとの構成の違い及び加速度の検出精度等について図６〜１０及び表１、２を参照しつつ説明する。
【００２７】
図６は、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１と従来例の加速度センサとのヒーター４及び各温度検出素子６〜８の位置関係を示すものである。図６に示すように、Ｐ１はヒーター４と同一平面を示しており、Ｐ２はヒーター４が配置される平面Ｐ１より所定距離Ｈだけ高い平面を示している。また、Ａはヒーター４より内側且つ平面Ｐ２上の位置、Ｂはヒーター４より内側且つ平面Ｐ１上の位置、Ｃはヒーター４より外側且つ平面Ｐ２上の位置、Ｄはヒーター４より外側且つ平面Ｐ１上の位置をそれぞれ示している。また、下記の表１は、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１のＸ方向用温度検出素子６、Ｙ方向用温度検出素子７、及びＺ方向用温度検出素子８の図６上での位置と刊行物１に記載されている加速度センサ（従来例１〜３）に設けられる各温度検出素子の図６上での位置を示している。
【表１】
【００２８】
表１に示すように、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１では、Ｘ軸方向用温度検出素子６、Ｙ軸方向用温度検出素子７は、図６上のＣに位置し、Ｚ軸方向用温度検出素子８は、図６上のＡに位置している。一方、刊行物１に記載の従来例１は、Ｘ，Ｙ方向用温度検出素子が図６上のＤに位置し、Ｚ方向用温度検出素子も図６上のＤに位置するものである。従来例２は、Ｘ，Ｙ方向用温度検出素子が図６上のＤに位置し、Ｚ方向用温度検出素子は図６上のＣに位置するものである。従来例３は、Ｘ，Ｙ方向用温度検出素子が図６上のＤに位置し、Ｚ方向用温度検出素子は図６上のＢに位置するものである。尚、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１では、Ｘ軸方向用温度検出素子６、Ｙ軸方向用温度検出素子７が位置する図６上のＣからＺ軸方向用温度検出素子８が位置する図６上のＡまでの距離Ｗは約６００μｍ、ヒーター４が配置される平面Ｐ１から各温度検出素子６〜８が配置される平面Ｐ２までの距離（高さ）Ｈは約１００μｍとしている。
【００２９】
次に、ヒーター４によって密封された流体を加熱した状態で、熱感知型加速度センサ１及び従来例１〜３にそれぞれＸ方向に１ｇの加速度を与えた場合とＺ方向に１ｇの加速度を与えた場合について説明する。尚、Ｘ方向に１ｇの加速度を与えたとは、（シミュレーションにおいて）流体に１ｇの加速度運動を与えたことを意味しており、これは熱感知型加速度センサ１を−１ｇの加速度で動かすことに対応している。
【００３０】
図７は、図６上の位置Ａ及び位置Ｃに温度検出素子が配置されている熱感知型加速度センサ１により得られる温度変化の分布を示すものであり、横軸がセンサ基板３の中心（Ｘ＝０）からの距離、縦軸が温度変化（Ｔ−Ｔ０）を示している。但し、Ｔ０は加速度が０のときの温度であり、Ｔは加速度を与えた際の温度である。図８は、図６上の位置Ｂ及び位置Ｄに温度検出素子が配置された加速度センサにより得られる温度変化の分布を示すものである。また、下記の表２は、Ｚ方向に１ｇの加速度を与えた場合とＸ方向に１ｇの加速度を与えた場合の交差感受性（Cross-sensitivity）について示している。この交差感受性とは、例えば、Ｘ方向の加速度による温度変化を検出したいときに、Ｚ方向の加速度による変化を検出する干渉度合いを示すものであり、上記のように加速度を与えた際にこの干渉度合いが少ない程、精度良く加速度を求めることができる。
【表２】
【００３１】
熱感知型加速度センサ１では、Ｚ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図７に実線で示すように、位置ＡにおいてＺ軸方向用温度検出素子８が約０．０８℃の値を検出する。また、Ｘ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図７に一点鎖線で示すように、Ｚ軸方向用温度検出素子８は約０．００１℃の値を検出する。つまり、Ｚ方向用温度検出素子８では、交差感受性は、表２に示すように、１．２％となる。また、位置ＣにおけるＸ軸方向温度検出素子６では、Ｘ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図７に一点鎖線で示すように、Ｘ軸方向温度検出素子６は約０．１３℃の値を検出し、Ｚ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図７に実線で示すように、約−０．００５℃の値を検出する。つまり、Ｘ軸方向温度検出素子６では、交差感受性は表２に示すように、３．８％となる。尚、Ｙ軸方向用温度検出素子７については、Ｘ軸方向用温度検出素子６を同一平面上で９０°回転させたものであり、交差感受性はＸ軸方向用温度検出素子６と同様であるので、省略している。
【００３２】
一方、従来例３のようにＺ軸方向用温度検出素子を位置Ｂに設けた状態で、Ｚ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図８に実線で示すように、Ｚ軸方向用温度検出素子は約０．０４℃の値を検出し、Ｘ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図８に一点鎖線で示すように、約−０．００７℃の値を検出する。つまり、従来例３のＺ軸方向用温度検出素子では、交差感受性は表２に示すように、１７．５％となる。また、従来例１及び３のようにＸ軸方向温度検出素子を位置Ｄに設けた状態で、Ｘ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図８に一点鎖線で示すように、Ｘ軸方向温度検出素子は約０．１１℃の値を検出し、Ｚ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図８に実線で示すように、約−０．０１２℃の値を検出する。つまり、従来例１及び３のＸ軸方向温度検出素子では、交差感受性は表２に示すように、１０．９％となる。
【００３３】
また、従来例２は、Ｘ，Ｙ方向用温度検出素子が図６上のＤに位置し、Ｚ方向用温度検出素子がヒーター４より外側且つヒーター４より上方である図６上のＣに位置するものである。この従来例２においては、各温度検出素子のいずれもヒーター４の外側に配置されている。従来例２のようにＺ方向用温度検出素子を位置Ｃに設けた状態で、Ｚ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、図７に実線で示すように、Ｚ方向用温度検出素子が検出する値は非常に小さくなる（０℃近傍の値となる）。また、Ｘ方向に１ｇの加速度を与えた場合には、位置Ｄに設けられているＸ方向用温度検出素子は、図８に一点鎖線で示すように、大きな値（約０．１１℃）を検出するが、同時に位置Ｃに配置されるＺ方向用温度検出素子も図７に一点鎖線で示すように、大きな値（約０．１３℃）を検出する。つまり、従来例２のように各温度検出素子のいずれもヒーター４の外側に配置した場合には、感度及び精度ともに著しく悪化する。
【００３４】
以上のように、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１では、図６に示すように、Ｘ軸方向用温度検出素子６及びＹ軸方向用温度検出素子７をヒーター４よりも外側且つヒーター４が配置される平面より上方の位置Ｃに配置し、Ｚ軸方向用温度検出素子８をヒーター４よりも外側且つヒーター４が配置されている平面よりも上方の位置Ａに配置することにより、表２に示すように、従来よりも各温度検出素子６〜８において、別方向の加速度による温度変化が検出されること（出力の干渉度合い）を大幅に軽減することができる。これにより、各軸方向の加速度を高精度に求めることが可能となる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１のように各温度検出素子６〜８をヒーター４より上方に設けた場合と従来例３のように各温度検出素子をヒーター４と同一平面上に設けた場合の感度について説明する。図９は、Ｚ方向に加速度を与えた際の熱感知型加速度センサ１のＺ軸方向用温度検出素子８及び従来例３のＺ軸方向用温度検出素子が検出する温度変化を示すものであり、横軸はＺ方向に与えられる加速度、縦軸は検出される温度変化（Ｔ−Ｔ０）を示している。また、図１０は、Ｘ方向に加速度を与えた際の熱感知型加速度センサ１のＸ軸方向用温度検出素子６及び従来例３のＸ軸方向用温度検出素子が検出する温度変化を示すものである。
【００３６】
図９及び図１０に示すように、Ｚ方向及びＸ方向のいずれに加速された場合においても、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１の方が従来例３よりも温度変化量が大きい。つまり、熱感知型加速度センサ１の方が従来例３に比べて感度が良いことが示されている。
【００３７】
また、本実施形態に係る熱感知型加速度センサ１では、図９及び図１０に示されるように、Ｚ軸方向用温度検出素子８が検出する温度変化は、Ｘ軸方向用温度検出素子６が検出する温度変化の約半分の値となるので、図１１に示すように、Ｚ軸方向用温度検出素子８の長さをＸ軸方向用温度検出素子６に対して２倍になるように形成している。また、図１１（ａ）はヒーター４の構造の一例を示している。
【００３８】
尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る熱感知加速度サンサは、例えば、携帯電話、カーナビゲーションシステム、ロボット、及び人工衛星等の位置制御や姿勢制御を伴うような装置に備えられる高精度な加速度センサとして有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１ 熱感知型加速度センサ
２ 空洞部
３ センサ基板
４ ヒーター
６ Ｘ軸方向用温度検出素子（第１温度検出素子）
７ Ｙ軸方向用温度検出素子（第３温度検出素子）
８ Ｚ軸方向用温度検出素子（第２温度検出素子）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カバー部材で覆われることで周囲の流体が密封されてなるセンサ基板に、密封された前記流体を加熱するためのヒーターと、前記センサ基板平面に対して平行な方向に加わる加速度を求めるために、前記ヒーターよりも外側の位置で前記流体の温度変化を検出する第１温度検出素子と、前記センサ基板平面に対して垂直な方向に加わる加速度を求めるために、前記ヒーターよりも内側の位置で前記流体の温度変化を検出する第２温度検出素子とが設けられた熱感知型加速度センサであって、
前記第２温度検出素子は、前記ヒーターが配置される平面よりも高い位置に設けられていることを特徴とする熱感知型加速度センサ。
【請求項２】
前記第１温度検出素子は、前記第２温度検出素子と同一の高さに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱感知型加速度センサ。
【請求項３】
前記センサ基板に、前記第１温度検出素子が検出する前記流体の温度変化に基づいて求められる加速度の方向と前記第２温度検出素子が検出する前記流体の温度変化に基づいて求められる加速度の方向のそれぞれに直交する方向の加速度を求めるために、前記第１温度検出素子と同一の高さ且つ前記ヒーターよりも外側の位置で前記流体の温度変化を検出する第３温度検出素子が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱感知型加速度センサ。
【請求項４】
前記第２温度検出素子が設けられる高さは、当該第２温度検出素子から前記第１温度検出素子又は／及び前記第３温度検出素子までの距離及び前記ヒーターから得られる熱量に基づいて決定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱感知型加速度センサ。
【請求項１】
カバー部材で覆われることで周囲の流体が密封されてなるセンサ基板に、密封された前記流体を加熱するためのヒーターと、前記センサ基板平面に対して平行な方向に加わる加速度を求めるために、前記ヒーターよりも外側の位置で前記流体の温度変化を検出する第１温度検出素子と、前記センサ基板平面に対して垂直な方向に加わる加速度を求めるために、前記ヒーターよりも内側の位置で前記流体の温度変化を検出する第２温度検出素子とが設けられた熱感知型加速度センサであって、
前記第２温度検出素子は、前記ヒーターが配置される平面よりも高い位置に設けられていることを特徴とする熱感知型加速度センサ。
【請求項２】
前記第１温度検出素子は、前記第２温度検出素子と同一の高さに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱感知型加速度センサ。
【請求項３】
前記センサ基板に、前記第１温度検出素子が検出する前記流体の温度変化に基づいて求められる加速度の方向と前記第２温度検出素子が検出する前記流体の温度変化に基づいて求められる加速度の方向のそれぞれに直交する方向の加速度を求めるために、前記第１温度検出素子と同一の高さ且つ前記ヒーターよりも外側の位置で前記流体の温度変化を検出する第３温度検出素子が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱感知型加速度センサ。
【請求項４】
前記第２温度検出素子が設けられる高さは、当該第２温度検出素子から前記第１温度検出素子又は／及び前記第３温度検出素子までの距離及び前記ヒーターから得られる熱量に基づいて決定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱感知型加速度センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−９６９３６（Ｐ２０１３−９６９３６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２１０７（Ｐ２０１１−２４２１０７）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
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