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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024010886
(43)【公開日】2024-01-25
(54)【発明の名称】センサ装置
(51)【国際特許分類】
G01P 15/08 20060101AFI20240118BHJP
【ＦＩ】
G01P15/08 102C
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022112450
(22)【出願日】2022-07-13
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】柿沼 実
(72)【発明者】
【氏名】矢尾 博信
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 健
(57)【要約】
【課題】センサ装置においては、寄生容量および熱応力の影響を抑制することが好ましい。
【解決手段】物理量センサと、物理量センサにより検出された信号を電圧信号に変換する変換回路と、変換回路の少なくとも一部分および物理量センサが設けられた第１基板と、第１基板と電気的に接続された第２基板とを備え、変換回路の少なくとも一部分と第１基板との間に形成される寄生容量の温度または湿度に対する変化率が、変換回路の少なくとも一部分と第２基板との間に形成される寄生容量の温度、湿度または圧力に対する変化率よりも小さい、センサ装置を提供する。
【選択図】図２
【解決手段】物理量センサと、物理量センサにより検出された信号を電圧信号に変換する変換回路と、変換回路の少なくとも一部分および物理量センサが設けられた第１基板と、第１基板と電気的に接続された第２基板とを備え、変換回路の少なくとも一部分と第１基板との間に形成される寄生容量の温度または湿度に対する変化率が、変換回路の少なくとも一部分と第２基板との間に形成される寄生容量の温度、湿度または圧力に対する変化率よりも小さい、センサ装置を提供する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
物理量センサと、
前記物理量センサにより検出された信号を電圧信号に変換する変換回路と、
前記変換回路の少なくとも一部分および前記物理量センサが設けられた第１基板と、
前記第１基板と電気的に接続された第２基板と、
を備え、
前記変換回路の前記少なくとも一部分と前記第１基板との間に形成される寄生容量の温度または湿度に対する変化率が、前記変換回路の前記少なくとも一部分と前記第２基板との間に形成される寄生容量の温度または湿度に対する変化率よりも小さい、
センサ装置。
前記物理量センサにより検出された信号を電圧信号に変換する変換回路と、
前記変換回路の少なくとも一部分および前記物理量センサが設けられた第１基板と、
前記第１基板と電気的に接続された第２基板と、
を備え、
前記変換回路の前記少なくとも一部分と前記第１基板との間に形成される寄生容量の温度または湿度に対する変化率が、前記変換回路の前記少なくとも一部分と前記第２基板との間に形成される寄生容量の温度または湿度に対する変化率よりも小さい、
センサ装置。
【請求項2】
前記第１基板の吸湿率は、前記第２基板の吸湿率よりも小さい、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項3】
前記第１基板は、セラミックで形成されている、請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項4】
前記第２基板は、有機材料を含む、請求項２または３に記載のセンサ装置。
【請求項5】
前記第１基板は、前記第２基板上に固定されている、請求項４に記載のセンサ装置。
【請求項6】
前記変換回路は、増幅回路、および、前記増幅回路と前記物理量センサとを接続する配線を有し、
前記増幅回路と前記配線とは、前記第１基板に設けられる、
請求項５に記載のセンサ装置。
前記増幅回路と前記配線とは、前記第１基板に設けられる、
請求項５に記載のセンサ装置。
【請求項7】
前記変換回路は、増幅回路、および、前記増幅回路と前記物理量センサとを接続する配線を有し、
前記配線の少なくとも一部は、前記第１基板に設けられ、
前記増幅回路は、前記第２基板に設けられる、
請求項５に記載のセンサ装置。
前記配線の少なくとも一部は、前記第１基板に設けられ、
前記増幅回路は、前記第２基板に設けられる、
請求項５に記載のセンサ装置。
【請求項8】
前記第１基板の熱膨張率と、前記第２基板の熱膨張率とが異なる、請求項４に記載のセンサ装置。
【請求項9】
前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続するリードフレームをさらに備える、請求項８に記載のセンサ装置。
【請求項10】
前記第１基板は、前記リードフレームに固定され、
前記第１基板および前記リードフレームの共振周波数が、前記物理量センサの共振周波数よりも高い、
請求項９に記載のセンサ装置。
前記第１基板および前記リードフレームの共振周波数が、前記物理量センサの共振周波数よりも高い、
請求項９に記載のセンサ装置。
【請求項11】
前記第１基板が固定され、前記第１基板および前記第２基板を収容する筐体と、
前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続する接続部と、
をさらに備える、請求項８に記載のセンサ装置。
前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続する接続部と、
をさらに備える、請求項８に記載のセンサ装置。
【請求項12】
前記第１基板は、可撓性を有する接合材により前記筐体に固定されている、請求項１１に記載のセンサ装置。
【請求項13】
前記第１基板および前記接合材の共振周波数が、前記物理量センサの共振周波数よりも高い、請求項１２に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、センサ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、「検出回路と検出素子を接続する配線の寄生容量を低減し、センサ精度をより向上させる」と記載されている（要約書）。
特許文献２には、「高精度の角速度検出が可能な圧電式角速度センサを提供する」と記載されている（要約書）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００７－１０１５３３号公報
［特許文献２］ 特開平１１－３２５９０８号公報
特許文献２には、「高精度の角速度検出が可能な圧電式角速度センサを提供する」と記載されている（要約書）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００７－１０１５３３号公報
［特許文献２］ 特開平１１－３２５９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
センサ装置においては、寄生容量および熱応力の影響を抑制することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の第１の態様においては、センサ装置を提供する。センサ装置は、物理量センサと、物理量センサにより検出された信号を電圧信号に変換する変換回路と、変換回路の少なくとも一部分および物理量センサが設けられた第１基板と、第１基板と電気的に接続された第２基板とを備える。変換回路の少なくとも一部分と第１基板との間に形成される寄生容量の温度または湿度に対する変化率が、変換回路の少なくとも一部分と第２基板との間に形成される寄生容量の温度または湿度に対する変化率よりも小さい。
【0005】
第１基板の吸湿率は、第２基板の吸湿率よりも小さくてよい。
【0006】
第１基板は、セラミックで形成されていてよい。
【0007】
第２基板は、有機材料を含んでよい。
【0008】
第１基板は、第２基板上に固定されていてよい。
【0009】
変換回路は、増幅回路、および、増幅回路と物理量センサとを接続する配線を有してよい。増幅回路と配線とは、第１基板に設けられてよい。
【0010】
変換回路は、増幅回路、および、増幅回路と物理量センサとを接続する配線を有してよい。配線の少なくとも一部は、第１基板に設けられてよい。増幅回路は、第２基板に設けられてよい。
【0011】
第１基板の熱膨張率と、第２基板の熱膨張率とは、異なっていてよい。
【0012】
センサ装置は、第１基板と第２基板とを電気的に接続するリードフレームをさらに備えてよい。
【0013】
第１基板は、リードフレームに固定されてよい。第１基板およびリードフレームの共振周波数は、物理量センサの共振周波数よりも高くてよい。
【0014】
センサ装置は、第１基板が固定され、第１基板および第２基板を収容する筐体と、第１基板と第２基板とを電気的に接続する接続部とをさらに備えてよい。
【0015】
第１基板は、可撓性を有する接合材により筐体に固定されていてよい。
【0016】
第１基板および接合材の共振周波数は、物理量センサの共振周波数よりも高くてよい。
【0017】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の一つの実施形態に係るセンサシステム２００の一例を示す図である。
【図2】本発明の一つの実施形態に係るセンサ装置１００の一例を示す図である。
【図6】比較例のセンサ装置３００を示す図である。
【図8】センサ装置１００の回路図の一例を示す図である。
【図9】変換回路４０－１の出力と温度Ｔとの関係の一例を示す図である。
【図10】変換回路４０－２の出力と温度Ｔとの関係の一例を示す図である。
【図11】変換回路４０－１の出力と温度Ｔとの関係の一例を示す図である。
【図12】変換回路４０－２の出力と温度Ｔとの関係の一例を示す図である。
【図13】変換回路４０－１の出力と温度Ｔとの関係の他の一例を示す図である。
【図14】センサ装置１００の回路図の他の一例を示す図である。
【図15】本発明の一つの実施形態に係るセンサ装置１００の他の一例を示す図である。
【図25】本発明の一つの実施形態に係るセンサ装置１００の他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0020】
図１は、本発明の一つの実施形態に係るセンサシステム２００の一例を示す図である。本例のセンサシステム２００は、センサ装置１００、制御部３０、周波数発振器５０、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）５２、ＡＤ変換器（アナログ－デジタル変換器）５４、記憶部７０およびインターフェース部５８を備える。センサ装置１００は、物理量センサ１０および変換回路４０を備える。
【0021】
物理量センサ１０は、対象物の物理量を検出する。物理量センサ１０は、加速度センサであってよく、圧力センサであってもよい。当該加速度センサは、静電容量型の加速度センサ（後述）であってよい。変換回路４０は、物理量センサ１０により検出された信号を電圧信号に変換する。変換回路４０は、アナログ信号処理回路であってよい。
【0022】
周波数発振器５０は、周期Ｔのクロック信号ＣＫを生成する。物理量センサ１０は、クロック信号ＣＫに基づく時刻において、対象物の物理量を検出する。ＡＤ変換器５４は、クロック信号ＣＫに基づく時刻において、物理量センサ１０からの信号を取得する。クロック信号ＣＫに基づく時刻とは、例えばクロック信号ＣＫが立ち上がる時刻である。センサシステム２００には、給電ハブ１３０により電圧が供給されてよい。
【0023】
制御部３０は、センサ装置１００における信号処理を制御する。制御部３０は、いわゆるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってよい。記憶部７０は、物理量センサ１０により検出された物理量データを記憶してよい。
【0024】
ＬＰＦ５２は、変換回路４０から出力された電圧信号における高周波ノイズを除去する。ＡＤ変換器５４は、ＬＰＦ５２により高周波ノイズが除去されたアナログ電圧信号を、クロック信号ＣＫのタイミングでデジタル信号に変換する。制御部３０は、ＡＤ変換器５４にトリガ信号を送信してよい。ＡＤ変換器５４は、当該トリガ信号を受信したタイミングでアナログ－デジタル変換を開始してよい。
【0025】
センサシステム２００は、インターフェース部５８を備えてよい。インターフェース部５８は、給電ハブ１３０により供給される電源を受電してよい。インターフェース部５８は、給電ハブ１３０と制御部３０との間の通信を仲介してよい。インターフェース部５８は、通信線１５０によりコンピュータ１１０およびＮＴＰサーバ１４０に接続されてよい。
【0026】
図２は、本発明の一つの実施形態に係るセンサ装置１００の一例を示す図である。センサ装置１００は、第１基板２０および第２基板２２を備える。第１基板２０には、変換回路４０（図１参照）の少なくとも一部分、および、物理量センサ１０が設けられる。変換回路４０は、増幅回路４２を有してよい。本例においては、増幅回路４２は第１基板２０に設けられている。第２基板２２は、第１基板と電気的に接続されている。第１基板２０は、第２基板２２上に固定されていてよい。
【0027】
第１基板２０の吸湿率は、第２基板２２の吸湿率よりも小さくてよい。基板の吸湿率とは、湿気を吸収していない基板の質量を第１質量とし、湿気の吸収が飽和状態である基板の質量を第２質量とした場合において、第１質量に対する、第２質量と第１質量との差分の割合であってよい。
【0028】
第１基板２０の熱膨張率と第２基板２２の熱膨張率とは、異なっていてよい。基板の熱膨張率とは、基板の線膨張率であってよい。基板の線膨張率とは、温度上昇前の基板の面内方向における一の方向の長さを第１長さとし、温度が単位温度（１Ｋ）上昇後の基板における当該一の方向の長さを第２長さとした場合において、第１長さに対する、第２長さと第１長さとの差分の割合であってよい。基板の熱膨張率とは、基板の体積膨張率であってもよい。基板の体積膨張率とは、温度上昇前の基板の体積を第１体積とし、温度が単位温度（１Ｋ）上昇後の基板の体積を第２体積とした場合において、第１体積に対する、第２体積と第１体積との差分の割合であってよい。
【0029】
第１基板２０は、セラミックで形成されていてよい。第１基板２０は、所謂セラミック基板であってよい。第１基板２０は、アルミナおよび非金属の少なくとも一方で形成されていてよい。第１基板２０は、無機材料で形成されていてよい。第１基板２０は、有機材料を含まなくてよい。
【0030】
第２基板２２は、有機材料を含んでよい。当該有機材料は、例えばエポキシ材料である。第２基板２２は、所謂ガラスエポキシ基板であってよい。
【0031】
第１基板２０の熱膨張率を熱膨張率ｔｅ１とし、第２基板２２の熱膨張率を熱膨張率ｔｅ２とする。物理量センサ１０の熱膨張率を、熱膨張率ｔｓとする。熱膨張率ｔｅ１は、熱膨張率ｔｅ２よりも小さくてよい。物理量センサ１０がＭＥＭＳ加速度センサである場合、ＭＥＭＳ加速度センサはＳｉ（シリコン）およびガラスで形成され得る。ＭＥＭＳ加速度センサがＳｉ（シリコン）およびガラスで形成され、第２基板２２がガラスエポキシ基板である場合、熱膨張率ｔｓは熱膨張率ｔｅ２よりも小さい。このため、熱膨張率ｔｅ１、熱膨張率ｔｓおよび熱膨張率ｔｅ２は、ｔｓ＜ｔｅ１＜ｔｅ２の関係にあることが好ましい。
【0032】
本明細書においては、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。本明細書において、第１基板２０の板面に平行な面をＸＹ面とする。本明細書において、第１基板２０の板面に垂直な方向をＺ軸方向とする。本明細書において、ＸＹ面内における所定の方向をＸ軸方向とし、ＸＹ面内においてＸ軸に直交する方向をＹ軸方向とする。ＸＹ面は、水平面であってよい。Ｚ軸は、鉛直方向に平行であってよい。
【0033】
図３は、図２に示されるセンサ装置１００をＹ軸方向に見た図である。本例において、物理量センサ１０および増幅回路４２は、第１基板２０上に設けられている。センサ装置１００は、蓋部２１を備えてよい。蓋部２１は、第１基板２０と同じ材料で形成されていてよい。蓋部２１は、セラミックで形成されていてよい。物理量センサ１０および増幅回路４２は、第１基板２０および蓋部２１により囲われていてよい。
【0034】
図４は、図２および図３に示される物理量センサ１０の詳細な一例を示す図である。本例の物理量センサ１０は、静電容量型のＭＥＭＳ加速度センサである。本例の物理量センサ１０は、固定電極１１、固定電極１２、可動電極１３、固定枠１４および弾性部１５を有する。可動電極１３は、板状の部材であってよい。
【0035】
本例の物理量センサ１０は、２つの固定電極１１（固定電極１１－１および固定電極１１－２）を有する。本例において、固定電極１１－１は予め定められた方向（本例においてはＸ軸方向）における可動電極１３の一方側に隣り合って配置され、固定電極１１－２はＸ軸方向における可動電極１３の他方側に隣り合って配置されている。固定電極１１と可動電極１３とのＸ軸方向における間には、空隙が設けられている。即ち、固定電極１１と可動電極１３とは、接していない。
【0036】
本例の物理量センサ１０は、２つの固定電極１２（固定電極１２－１および固定電極１２－２）を有する。本例において、固定電極１２－１は予め定められた方向（本例においてはＹ軸方向）における可動電極１３の一方側に隣り合って配置され、固定電極１２－２はＹ軸方向における可動電極１３の他方側に隣り合って配置されている。固定電極１２と可動電極１３とのＹ軸方向における間には、空隙が設けられている。即ち、固定電極１２と可動電極１３とは、接していない。
【0037】
固定枠１４は、ＸＹ面内において固定電極１１、固定電極１２、可動電極１３および弾性部１５を囲うように設けられていてよい。本例において、固定電極１１および固定電極１２は、固定枠１４に固定されている。固定電極１１および固定電極１２と、固定枠１４とは、電気的に絶縁されている。本例において、弾性部１５の一端は固定枠１４に固定され、弾性部１５の他端は可動電極１３に固定されている。弾性部１５の当該一端と固定枠１４とは電気的に絶縁されている。
【0038】
センサ装置１００（図２および図３参照）は、電圧印加部９０を有してよい。電圧印加部９０は、弾性部１５を通じ、可動電極１３にキャリア信号を印加する。当該キャリア信号は、予め定められた周波数ｆの交流信号であってよい。当該周波数ｆは、例えば１００ｋＨｚである。
【0039】
【0040】
本例の物理量センサ１０は、固定電極１６を有する。固定電極１６は、Ｚ軸方向における可動電極１３の一方側に隣り合って配置されてよい。可動電極１３のＺ軸方向における両側には、空間１７が設けられている。空間１７－１は、可動電極１３と固定電極１６とのＺ軸方向における間に設けられている。空間１７－２は、Ｚ軸方向において、可動電極１３を基準に空間１７－１とは反対側に設けられている。可動電極１３と固定電極１６とは、接していない。
【0041】
可動電極１３は、加速度により変位する。本例の物理量センサ１０は、可動電極１３が変位することによる、固定電極１１、固定電極１２および固定電極１６と、可動電極１３との間における静電容量の変化を検出する。静電容量の当該変化は、増幅回路４２（図２および図３参照）により電圧信号に変換されてよい。
【0042】
物理量センサ１０が静電容量の変化を検出する場合において、可動電極１３には、電圧印加部９０（図４参照）によりキャリア信号が印加されてよい。本例の物理量センサ１０は、固定電極１１、固定電極１２および固定電極１６と、可動電極１３との間における静電容量の変化を検出することにより加速度を検出する。
【0043】
本例の物理量センサ１０は、固定電極１１（図４参照）と可動電極１３との間における静電容量の変化を検出することにより、加速度のＸ軸方向の成分を検出する。本例の物理量センサ１０は、固定電極１２（図４参照）と可動電極１３との間における静電容量の変化を検出することにより、加速度のＹ軸方向の成分を検出する。本例の物理量センサ１０は、固定電極１６と可動電極１３との間における静電容量の変化を検出することにより、加速度のＺ軸方向の成分を検出する。
【0044】
固定電極１１（図４参照）、固定電極１２（図４参照）および固定電極１６には、それぞれ配線９２（図４参照）、配線９３（図４参照）および配線９４が接続されている。本例においては、固定電極１１－１および固定電極１１－２にそれぞれ配線９２－１および配線９２－２が接続され、固定電極１２－１および固定電極１２－２にそれぞれ配線９３－１および配線９３－２が接続され、固定電極１６に配線９４が接続されている。
【0045】
センサ装置１００（図２および図３参照）は、複数の変換回路４０を備えてよい。本例においては、センサ装置１００は三つの変換回路４０（変換回路４０－１～変換回路４０－３）を備える。本例において、配線９２（図４参照）は変換回路４０－１に接続され、配線９３（図４参照）は変換回路４０－２に接続され、配線９４は変換回路４０－３に接続されている。本例においては、変換回路４０は、物理量センサ１０により検出された、固定電極１１、固定電極１２および固定電極１６と、可動電極１３との間における静電容量の変化を、電圧信号に変換する。
【0046】
図６は、比較例のセンサ装置３００を示す図である。図７は、図６に示されるセンサ装置３００をＹ軸方向に見た図である。センサ装置３００においては、増幅回路４２は第２基板２２に設けられている。センサ装置３００は、係る点でセンサ装置１００と異なる。
【0047】
図８は、センサ装置１００の回路図の一例を示す図である。図８においては、物理量センサ１０の容量を示すコンデンサＣ１およびコンデンサＣ２が示されている。コンデンサＣ１は、例えば、図４に示される固定電極１２－１と可動電極１３との間に形成される容量である。コンデンサＣ２は、例えば、図４に示される固定電極１２－２と可動電極１３との間に形成される容量である。コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の容量は、例えば１０ｐＦである。
【0048】
本例の変換回路４０は、コンデンサＣａ１～コンデンサＣａ３、抵抗Ｒａ１、抵抗Ｒａ２および増幅回路４２を有する。本例の変換回路は、チャージアンプである。増幅回路４２は、例えばオペアンプである。
【0049】
配線９２～配線９４は、増幅回路４２と物理量センサ１０とを接続する。本例においては、配線９２－１はコンデンサＣ１、コンデンサＣａ１、抵抗Ｒａ１および増幅回路４２に接続され、配線９２－２はコンデンサＣ２、コンデンサＣａ２、コンデンサＣａ３、抵抗Ｒａ２および増幅回路４２に接続されている。配線９３－１および配線９４は、図８と同様に、コンデンサＣ１、コンデンサＣａ１、抵抗Ｒａ１および増幅回路４２に接続されている。配線９３－２は、図８と同様に、コンデンサＣ２、コンデンサＣａ２、コンデンサＣａ３、抵抗Ｒａ２および増幅回路４２に接続されている。
【0050】
変換回路４０の少なくとも一部分は、第１基板２０（図２および図３参照）に設けられる。図８において、センサ装置１００のうち第１基板２０に設けられる範囲が一点鎖線枠で示されている。本例において、増幅回路４２と配線９２とは、第１基板２０に設けられる。本例においては、センサ装置１００の全てが第１基板２０に設けられる。
【0051】
図９は、変換回路４０－１の出力と温度Ｔとの関係の一例を示す図である。温度Ｔは、センサ装置１００が配置されている空間の気温である。温度Ｔ０は、例えば０℃である。本例において、温度Ｔ１～温度Ｔ６は０℃より高い温度であり、温度Ｔ１'～温度Ｔ３'は０℃より低い温度である。温度Ｔ１～温度Ｔ６は、例えば１０℃～６０℃である。温度Ｔ１'～温度Ｔ３'は、例えば－１０℃～－３０℃である。図９では、変換回路４０－１の出力と温度Ｔとの関係を４回にわたり測定した結果が示されている。
【0052】
図９において、０で示される出力は、変換回路４０－１の出力の基準値である。当該基準値は、出力の測定開始時における出力であってよい。当該基準値は、所謂零点出力であってよい。当該零点出力とは、物理量センサ１０がＸ軸方向およびＹ軸方向の加速度を有さず、Ｚ軸方向に重力加速度のみを有する場合の出力を指す。図９において＋Ｖｍおよび－Ｖｍで示される出力は、それぞれ出力の誤差として許容される上限値および下限値である。変換回路４０－１の出力は、４回の測定のいずれにおいても、温度Ｔ３'～温度Ｔ６の温度範囲にわたり－Ｖｍ～＋Ｖｍの範囲に収まっている。
【0053】
図１０は、変換回路４０－２の出力と温度Ｔとの関係の一例を示す図である。変換回路４０－２の出力は、４回の測定のいずれにおいても、温度Ｔ３'～温度Ｔ６の温度範囲にわたり－Ｖｍ～＋Ｖｍの範囲に収まっている。図９および図１０は、第１基板２０に設けられる変換回路４０の少なくとも一部分と、第１基板２０との間に形成される寄生容量の温度に対する変化の影響を示している。
【0054】
図１１は、変換回路４０－１の出力と温度Ｔとの関係の一例を示す図である。図１１は、図８に示される変換回路４０－１が第２基板２２（図６および図７参照）に設けられる場合の例である。図１１の例では、変換回路４０－１の出力は、４回の測定にわたり－Ｖｍ～＋Ｖｍの範囲に収まっていない。変換回路４０－１の出力の温度依存性は、図９の例よりも大きい。
【0055】
図１２は、変換回路４０－２の出力と温度Ｔとの関係の一例を示す図である。図１２の例も、変換回路４０－２の出力は、４回の測定にわたり－Ｖｍ～＋Ｖｍの範囲に収まっていない。変換回路４０－２の出力の温度依存性は、図１０の例よりも大きい。図１１および図１２は、第２基板２２に設けられる変換回路４０の少なくとも一部分と、第２基板２２との間に形成される寄生容量の温度に対する変化が、変換回路４０の出力に与える影響を示している。
【0056】
図１３は、変換回路４０－１の出力と温度Ｔとの関係の他の一例を示す図である。図１３は、変換回路４０－１が第２基板２２に設けられている場合において、変換回路４０－１が、センサシステム２００（図１参照）を収納する筐体により乾燥封止されている場合、当該筐体により気密封止されている場合、および、当該筐体に封止されていない場合の例である。乾燥封止とは、乾燥空気が封入されている場合である。図１３では、各３台のセンサ装置１００（乾燥封止および気密封止の場合）および４台のセンサ装置１００（封止せずの場合）について、変換回路４０－１の出力と温度Ｔとの関係が示されている。
【0057】
図１３に示されるとおり、乾燥封止および気密封止の場合における変換回路４０－１の出力は、－Ｖｍ～＋Ｖｍの範囲に収まっている。封止せずの場合における変換回路４０－１の出力の一部は、－Ｖｍ～＋Ｖｍの範囲に収まらない場合がある。上記より、湿気の変化を抑制することにより零点の変動も抑制される事が理解される。
【0058】
上述したとおり、センサ装置１００においては変換回路４０の少なくとも一部分が第１基板２０に設けられる。センサ装置３００においては、変換回路４０の少なくとも一部分は第２基板２２に設けられる。変換回路４０の当該少なくとも一部分と第１基板２０との間に形成される寄生容量の、温度または湿度に対する変化率は、変換回路４０の当該少なくとも一部分と第２基板２２との間に形成される寄生容量の、温度または湿度に対する変化率よりも小さい。変換回路４０の当該少なくとも一部分とは、変換回路４０のコンデンサＣａ１、コンデンサＣａ２、コンデンサＣａ３、抵抗Ｒａ１、抵抗Ｒａ２および増幅回路４２を指してよい。変換回路４０の当該少なくとも一部分には、変換回路４０－１～変換回路４０－３の場合における、それぞれ配線９２、配線９３および配線９４が含まれてよい。
【0059】
図１１、図１２、および、図１３における封止せずの場合の例では、第２基板２２が吸湿することにより、変換回路４０の少なくとも一部分と第２基板２２との間に形成される寄生容量が変化しやすい。当該寄生容量の変化により、センサ装置３００の出力は変化しやすい。第１基板２０は第２基板２２よりも吸湿しにくいので、図９、図１０の例では、変換回路４０の少なくとも一部分と第１基板２０との間に形成される寄生容量は、図１１および図１２の例よりも変化しにくい。このため、センサ装置１００の出力は、センサ装置３００の出力よりも変化しにくい。
【0060】
図１４は、図８に示されるセンサ装置１００の他の一例を示す図である。配線９２は、増幅回路４２と物理量センサ１０とを接続する。配線９２の少なくとも一部は、第１基板２０に設けられてよい。図１４において、センサ装置１００のうち第１基板２０に設けられる範囲が一点鎖線枠で示されている。本例においては、配線９２の一部が第１基板２０に設けられ、配線９２の他の一部は第２基板２２に設けられる。本例においては、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、コンデンサＣａ２、コンデンサＣａ３および抵抗Ｒａ２が第１基板２０に設けられ、コンデンサＣａ１、抵抗Ｒａ１および増幅回路４２は第２基板２２に設けられる。
【0061】
第１基板２０がセラミック基板であり、第２基板２２がガラスエポキシ基板である場合、第１基板２０は、第２基板２２よりも高価である蓋然性が高い。本例においては、変換回路４０のうちコンデンサＣａ２、コンデンサＣａ３、抵抗Ｒａ２および配線９２の一部が第１基板２０に設けられる。このため、変換回路４０の全てが第１基板２０に設けられる場合よりも、第１基板２０の面積が小さくなりやすい。このため、変換回路４０の全てが第１基板２０に設けられる場合よりも、センサ装置１００の製造コストが低くなりやすい。
【0062】
図１５は、本発明の一つの実施形態に係るセンサ装置１００の他の一例を示す図である。本例のセンサ装置１００は、リードフレーム６０をさらに備える点で図２に示されるセンサ装置１００と異なる。リードフレーム６０は、第１基板２０と第２基板２２とを電気的に接続する。本例のリードフレーム６０は、リード６４を備える。リード６４は、第１基板２０と第２基板２２とを電気的に接続する。
【0063】
図１６は、図１５のｂ－ｂ'線における断面図である。ｂ－ｂ'線は、物理量センサ１０、増幅回路４２、第１基板２０、リード６４および第２基板２２を通るＸＺ断面である。本例のリードフレーム６０は、所謂Ｊリード型である。ｂ－ｂ'断面において、リード６４の形状はＪ字型である。
【0064】
第１基板２０は、リードフレーム６０に固定されていてよい。第１基板２０と第２基板２２とは、離隔していてよい。第１基板２０と第２基板２２とは、リード６４により接続されてよい。
【0065】
図１７は、センサ装置１００が図１５および図１６の例である場合における、変換回路４０－１の出力と時間との関係の一例を示す図である。図１８は、センサ装置１００が図１５および図１６の例である場合における、変換回路４０－２の出力と時間との関係の一例を示す図である。本例において、変換回路４０－１の出力および変換回路４０－２の出力は、周期的に変化している。
【0066】
図１９は、変換回路４０－１の出力が図１７の状態である場合における、変換回路４０－１の出力と温度Ｔとの関係の一例を示す図である。図２０は、変換回路４０－２の出力が図１８の状態である場合における、変換回路４０－２の出力と温度Ｔとの関係の一例を示す図である。図１９および図２０における温度Ｔ３'～温度Ｔ６は、図９～図１３における温度Ｔ３'～温度Ｔ６と同じである。図１９および図２０においては、温度Ｔ６よりも高い温度Ｔ７および温度Ｔ８がさらに示されている。温度Ｔ６および温度Ｔ７は、例えば７０℃および８０℃である。
【0067】
第１基板２０の熱膨張係数と第２基板２２の熱膨張係数とは、異なり得る。第１基板２０がセラミック基板である場合、当該セラミック基板の熱膨張係数は、例えば７．１×１０－６／Ｋである。第２基板２２がガラスエポキシ基板である場合、当該ガラスエポキシ基板の熱膨張係数は、例えば１．４×１０－５～１．５×１０－５／Ｋである。図１４に示されるセンサ装置１００のコンデンサＣｂ１～コンデンサＣｂ４の熱膨張係数は、例えば９×１０－６／Ｋである。即ち、コンデンサＣｂ１～コンデンサＣｂ４の熱膨張係数とセラミック基板の熱膨張係数とは、近接している場合がある。
【0068】
第１基板２０の熱膨張係数と第２基板２２の熱膨張係数とが異なる場合、センサ装置１００の温度Ｔが変化すると、第１基板２０の熱膨張係数と第２基板２２の熱膨張係数との差に基づく応力が第１基板２０に印加され得る。図１４に示されるセンサ装置１００の場合において、コンデンサＣｂ１～コンデンサＣｂ４の熱膨張係数とセラミック基板の熱膨張係数とが近接しており、且つ、第１基板２０に当該応力が印加された場合、コンデンサＣｂ１～コンデンサＣｂ４の容量が当該応力により変化し得る。
【0069】
上述したとおり、本例のセンサ装置１００において、第１基板２０はリードフレーム６０に固定されている。このため、第１基板２０の熱膨張係数と第２基板２２の熱膨張係数とが異なる場合であっても、第１基板２０の熱膨張係数と第２基板２２の熱膨張係数との差に基づく応力が、第１基板２０に印加されにくくなる。このため、センサ装置１００のＸ軸方向の加速度が図１７に示されるように周期的に変化した場合であっても、図１９に示されるとおり、センサ装置１００のＸ軸方向の加速度と温度Ｔとの関係においてヒステリシスが抑制されやすくなる。同様に、センサ装置１００のＹ軸方向の加速度が図１８に示されるように周期的に変化した場合であっても、図２０に示されるとおり、センサ装置１００のＹ軸方向の加速度と温度Ｔとの関係においてヒステリシスが抑制されやすくなる。
【0070】
図２１は、センサ装置１００が図２および図３の例である場合における、変換回路４０－１の出力と時間との関係の一例を示す図である。図２２は、センサ装置１００が図２および図３の例である場合における、変換回路４０－２の出力と時間との関係の一例を示す図である。本例において、変換回路４０－１の出力および変換回路４０－２の出力は、周期的に変化している。
【0071】
図２３は、変換回路４０－１の出力が図２１の状態である場合における、変換回路４０－１の出力と温度Ｔとの関係の一例を示す図である。図２４は、変換回路４０－２の出力が図２２の状態である場合における、変換回路４０－２の出力と温度Ｔとの関係の一例を示す図である。図２３および図２４における温度Ｔ３'～温度Ｔ８は、図１９および図２０における温度Ｔ３'～温度Ｔ８と同じである。
【0072】
図２および図３に示されるセンサ装置１００において、第１基板２０は第２基板２２に固定されている。このため、第１基板２０の熱膨張係数と第２基板２２の熱膨張係数とが異なる場合、第１基板２０の熱膨張係数と第２基板２２の熱膨張係数との差に基づく応力が第１基板２０に印加されやすい。このため、変換回路４０－１の出力が図２１に示されるように周期的に変化した場合、図２３に示されるとおり、変換回路４０－１の出力と温度Ｔとの関係にヒステリシスが生じやすくなる。同様に、変換回路４０－２の出力が図２２に示されるように周期的に変化した場合、図２４に示されるとおり、変換回路４０－２の出力と温度Ｔとの関係にヒステリシスが生じやすくなる。
【0073】
第１基板２０およびリードフレーム６０（図１５および図１６参照）の共振周波数を、共振周波数ｆｒとする。共振周波数ｆｒとは、第１基板２０とリードフレーム６０とを一体の振動体と見做した場合の共振周波数を指す。リード６４のばね定数をｋ、第１基板２０の質量をＭとすると、共振周波数ｆｒは以下の式で表される。
【数1】
【0074】
リードフレーム６０がＮ個（Ｎは２以上の整数）のリード６４を備える場合、リード６４のばね定数ｋとは、Ｎ個のリード６４を一つのリード６４と見做した場合のばね定数を指す。リードフレーム６０がＮ個（Ｎは２以上の整数）のリード６４を備える場合、リード６４の一個当たりのばね定数ｋ'は、（ｋ／Ｎ）である。
【0075】
第１基板２０およびリードフレーム６０（図１５および図１６参照）の共振周波数ｆｒは、物理量センサ１０の共振周波数よりも高くてよい。リード６４のばね定数を４×１０７Ｎ／ｍ、第１基板２０の質量を１０ｇとすると、共振周波数ｆｒは約１０ｋＨｚである。物理量センサ１０の共振周波数は、例えば５００～８００Ｈｚである。このため、第１基板２０をリードフレーム６０に固定することにより、共振周波数ｆｒは、物理量センサ１０の共振周波数の１０倍以上になり得る。このため、本例のセンサ装置１００においては、物理量センサ１０の周波数への共振周波数ｆｒの影響を抑制できる。
【0076】
図２５は、本発明の一つの実施形態に係るセンサ装置１００の他の一例を示す図である。本例のセンサ装置１００は、筐体８０および接続部８２をさらに備える。筐体８０には、第１基板２０が固定されている。接続部８２は、第１基板２０と第２基板２２とを電気的に接続する。接続部８２は、例えばリード線、フレキシブル基板等である。第１基板２０は、可撓性を有する接合材８３（後述）により筐体８０に固定されていてよい。
【0077】
図２６は、図２５に示されるセンサ装置１００を説明する他の図である。図２６は、センサ装置１００をＹ軸方向に見た図である。本例において、第１基板２０および第２基板２２は、筐体８０に収容されている。第２基板２２は、固定部材８４により筐体８０に固定されている。本例において、第１基板２０と第２基板２２とは、離隔している。このため、第１基板２０の熱膨張係数と第２基板２２の熱膨張係数とが異なる場合であっても、第１基板２０の熱膨張係数と第２基板２２の熱膨張係数との差に基づく応力が、第１基板２０に印加されにくくなる。
【0078】
第１基板２０は、接合材８３により筐体８０に固定されていてよい。本例においては、第１基板２０の下面と筐体８０の底面とが、接合材８３により接続されている。接合材８３は、可撓性を有する。接合材８３は、絶縁体であってよい。接合材８３は、例えばシリコンゴム等である。
【0079】
第１基板２０および接合材８３の共振周波数を、共振周波数ｆｒ'とする。共振周波数ｆｒ'とは、第１基板２０と接合材８３とを一体の振動体と見做した場合の共振周波数を指す。
【0080】
共振周波数ｆｒ'は、物理量センサ１０の共振周波数よりも高くてよい。接合材８３のばね定数を４×１０７Ｎ／ｍ、第１基板２０と接合材８３との合計質量を１００ｇとすると、共振周波数ｆｒ'は約１００ｋＨｚである。このため、第１基板２０が接合材８３により筐体８０に固定されることにより、共振周波数ｆｒ'は、物理量センサ１０の共振周波数の１００倍以上になり得る。このため、本例のセンサ装置１００においては、物理量センサ１０の周波数への共振周波数ｆｒ'の影響を抑制できる。
【0081】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0082】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【0083】
１０・・・物理量センサ、１１・・・固定電極、１２・・・固定電極、１３・・・可動電極、１４・・・固定枠、１５・・・弾性部、１６・・・固定電極、１７・・・空間、２０・・・第１基板、２１・・・蓋部、２２・・・第２基板、３０・・・制御部、４０・・・変換回路、４２・・・増幅回路、５０・・・周波数発振器、５２・・・ＬＰＦ、５４・・・ＡＤ変換器、５８・・・インターフェース部、６０・・・リードフレーム、６４・・・リード、７０・・・記憶部、８０・・・筐体、８２・・・接続部、８３・・・接合材、８４・・・固定部材、９０・・・電圧印加部、９２・・・配線、９３・・・配線、９４・・・配線、１００・・・センサ装置、１１０・・・コンピュータ、１３０・・・給電ハブ、１４０・・・ＮＴＰサーバ、１５０・・・通信線、２００・・・センサシステム、３００・・・センサ装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】