技術の実用例 ～製品紹介～ ムラタの技術力が支える慣性力センサの進化

ムラタの慣性力センサは、機器の制御・安定化・位置推定を支える重要な役割を担うセンサデバイスで、MEMS技術を基盤に加速度・角速度などの運動や姿勢の変化を高精度かつ安定して検出します。

パッケージ内部には、MEMS技術を用いたセンシング素子と、信号処理を行うASIC（特定用途向け集積回路）が組み込まれています。センシング素子は、シリコン基板の微細加工技術により作製され、素子に慣性力が加わることで構造体の一部が変位し、生じた静電容量の変化を電気信号として出力します。加速度センサは、バネ・マスモデル構造、角速度センサは、コリオリ力の検出原理を採用しています。

また、約2mm角サイズの素子構造体を安定して生産する技術と、独自のパッケージング技術により、慣性力センサの高精度化・高信頼性化を実現しています。

ムラタの慣性力センサは、高度なMEMS素子設計技術と加工技術によって、業界トップレベルの精度を実現していることが最大の強みです。

最新のSCH1600シリーズでは、加速度センサのオフセット温度特性が±2mg（Typ.）、角速度センサのアングルランダムウォーク特性が0.05deg/√Hz（Typ.）の高精度を実現しています。これらの高い精度は、素子の設計及び微細加工技術と、温度や外部応力による特性変動・ノイズを最小化する回路設計・パッケージング技術を組み合わせることで実現しています。

また、自動車用途では、ASIL-B（D）レベル（自動車安全要求レベル、特定の機能や条件では最も厳しいDレベルを達成）の機能安全要求にも対応した設計を採用し、人命にかかわるアプリケーションでも安心して使用できるように、厳しい安全基準をクリアしています。

ムラタの慣性力センサは、時代のニーズに応じて、小型化・高精度化による進化を続けています。

10年前は、3軸加速度＋1軸ジャイロのコンボセンサが主流でした。近年、自動運転技術の普及等により、ジャイロセンサも3軸化が求められるようになり、3軸加速度と3軸ジャイロがワンパッケージとなった慣性力センサもラインアップに加えています。また、ジャイロのノイズ特性指標であるアングルランダムウォークについても、ADAS（先進運転支援システム）機能の高精度な自己位置推定のニーズに応え、更なる精度向上を実現しています。

また、高機能化・高性能化と並行して、慣性力センサの省サイズ化も実現しています。前世代の6軸センサ：SCHA600シリーズ（12.1 × 19.7 × 4.6mm）に対して、最新のSCH1600シリーズ（11.8 × 13.4 × 2.9mm）では、体積比で約58%を削減し、実装効率を大きく向上させています。

ムラタの慣性力センサは、自動車分野において、ESC（横滑り防止装置）・転倒検知システム・カーナビゲーション装置・ADASの自己位置推定機能など、幅広い用途で活用されています。特に、自動車用途に適している理由は、角速度・加速度を高精度に検知できるため、車両の制御・安全機能に大きく貢献できる点にあります。

例えば、ESCではジャイロセンサが検出した角速度と、ハンドル舵角センサやオドメータから推定した角速度を比較し、横滑りの状況を判断します。カーナビゲーション装置やADASでは、ヨーレートと移動距離情報を組み合わせてマップマッチングを行い、GNSS（全地球衛星航法システム）位置情報を補完します。更に、転倒検知やエアバッグ作動制御、建機・ドローンなど産業機器の姿勢制御、構造物の変形検知など、多様な分野でも活用されています。