JP2004271479A

JP2004271479A - 角速度センサ

Info

Publication number: JP2004271479A
Application number: JP2003066103A
Authority: JP
Inventors: Isao Arai; 勲新井
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】角速度検知に妨げとなる外部振動に対し、耐性のある角速度センサ。
【解決手段】支持基板２の一方の面に圧電振動体３と他方の面に電子部品を表面実装し、封止カバー６で封止したセンサユニット１と、センサユニット１の両端の６面全面を、支持凹部７ａで挟持する一対の振動吸収部材７と、センサユニット１と外部接続端子１１とを電気的に接続する可撓性の配線部材８（ＦＰＣ）と、これらを収納するケース９と、ケース９の開口部９ａを閉塞し、配線部材８と接続された外部接続端子１１を備えた蓋体１０とよりなる。配線部材８は、センサユニット１に接続する第１接続部８ａと、配線方向をセンサユニット１側へ導く折り返し部８ｂと、配線方向を振動吸収部材７に沿って折り曲げた折り曲げ部８ｃと、蓋体１０と振動吸収部材７との間で外部接続端子１１に接続する第２接続部８ｄとを有する。小型で耐震性に優れた角速度センサが提供できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーションシステム等に用いられる角速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振動子や支持基板をパッケージ内に収納する角速度センサにおいて、角速度センサの周囲の雰囲気温度等の変化に対応して、出力特性の安定した角速度センサが開発されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６５６６３号公報（第３〜６頁、図１）
【０００４】
上記した特許文献に開示されている角速度センサは、四面のうちの二面に少なくとも一対の駆動電極を設けた四角柱状の駆動電極振動体と、この駆動電極振動体と平行に設けられ、且つ四面のうちの一面に少なくとも一対の検出電極を設けた四角柱状の検出電極振動体と、この検出電極振動体と駆動電極振動体のそれぞれの一端を一体に接続する接続部を設けた音叉部と、この音叉部における接続部を支持する支持台と、この支持台の下部を固着するとともに複数の端子挿入孔を設け、且つこの端子挿入孔に駆動電極あるいは検出電極と電気的に接続される端子を絶縁部材を介して挿入される金属製の基台と、この基台の上面を覆う金属製のカバーと、基台の下方に設けられるとともにこの基台の端子を実装する孔を設け、且つ検出電極振動体の検出電極から角速度により発生する出力信号を処理する電子部品を設けた回路基板と、基台およびカバーを支持する少なくとも一対のゴム体（振動吸収部材）と、基台、カバー、ゴム体および回路基板を収納するとともに開口部を設けた外ケースと、この外ケースの開口部を閉塞するとともに、一端が回路基板における電子部品とフレキシブル配線板（配線部材ＦＰＣ）で電気的に接続され、且つ他端が外方へ突出する複数の外端子を設けた樹脂製の蓋とを備え、蓋の外面側に凹部を設け、この凹部内で複数の外端子を折り曲げるようにしたものである。この構成によれば、角速度センサの周囲の雰囲気温度が変化し、外端子が膨脹収縮しても、角速度センサと相手側基板との接続状態が不安定になることはない。出力特性の安定した角速度センサが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した角速度センサには次ぎのような問題点がある。センサユニットは、水晶振動子の入ったパッケージと回路基板の２体で構成され、センサユニットを保持する一対の振動吸収部材（ゴム体）は、外部接続端子（外端子）とセンサユニットとを配線部材（ＦＰＣ）で接続するのに、振動吸収部材の切り欠きのところで回路基板に接続している。その切り欠き部を有することにより、振動吸収部材の振動吸収機能が不充分になり、外部からの振動に対して不安定であり、検出感度が低下して、角速度センサの出力特性が不安定になってしまうという課題を有する。
【０００６】
仮に、センサユニットを確実に保持するのに、振動吸収部材に配線部材を挿通する孔を配設した場合は、孔により振動吸収部材の振動吸収機能が半減してしまう。そのため外部からの衝撃に対して角速度センサの検出感度が低下する。
【０００７】
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、小型で且つ角速度検知に妨げとなる振動に対して、耐性のある角速度センサを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における角速度センサは、角速度検出用の圧電振動体と電子部品を備えたセンサユニットを支持する振動吸収部材と、センサユニットに接続された可撓性の配線部材と、センサユニットと振動吸収部材と配線部材を収納するとともに開口部を有するケースと、開口部を閉塞するとともに、配線部材と接続された外部接続端子を備えた蓋体と、を有する角速度センサにおいて、配線部材は、センサユニットに接続するとともに、配線方向を振動吸収部材の非配線領域側へ導く第１接続部と、配線の一部がセンサユニットの平面と対向するように、配線方向を振動吸収部材の非配線領域側からセンサユニット側へ導く折り返し部と、外部接続端子に接続する第２接続部とを有することを特徴とするものである。
【０００９】
また、配線部材は、折り返し部と第２接続部との間に、配線方向を曲げるための曲げ配線部を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、曲げ配線部は、略Ｌ字形状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、曲げ配線部は、配線部材を折り返して略Ｌ字形状に形成していることを特徴とするものである。
【００１２】
また、配線部材は、配線方向をセンサユニットと蓋体の間へ導く折り曲げ部を有し、第２接続部は蓋体と振動吸収部材との間で外部接続端子に接続することを特徴とするものである。
【００１３】
また、配線部材がＦＰＣであることを特徴とするものである。
【００１４】
また、振動吸収部材は、センサユニットの両端を支持する一対の弾性部材であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、蓋体側に配設した振動吸収部材は、配線部材の配線経路に沿って凹部を有することを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。図１〜図５は、本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は、角速度センサの分解斜視図、図２は、図４のＡ―Ａ線断面図、図３は、ケースを外した状態の背面図、図４は、角速度センサの外観正面図、図５は、配線部材の展開図である。
【００１７】
図１〜図５において、１は、センサユニットで、該センサユニット１の構成は、セラミックスなどの多層基板よりなる支持基板２の一方の面に水晶よりなる圧電振動体３を接着固定して搭載し、圧電振動体３に形成されている図示しない電極とワイヤーで支持基板２に電気的に接続されている。支持基板２の他方の面に圧電振動体３の駆動回路及び検出回路の機能を有するＩＣチップ４およびチップ部品５よりなる電子部品を表面実装している。圧電振動体３は金属製の封止カバー６で覆われ真空封止されている。
【００１８】
７は、プチル系ゴム等よりなる一対の振動吸収部材である。該振動吸収部材７の構成は、対向する面にセンサユニット１の上下側を挿嵌する支持凹部７ａと、後述する蓋体１０側の振動吸収部材７の側面には配線部材８の配線方向に沿って配線部材８を収納する凹部７ｂが形成されている。振動吸収部材７に形成されている支持凹部７ａでセンサユニット１の上下両端を含む６面を確実に支持するものである。
【００１９】
８は、可撓性を有するＦＰＣよりなる配線部材であり、配線はＦＰＣの片面に配設されている。配線部材８の構成は、図５の展開図に示すように略Ｊ字形状をしていて、センサユニット１に接続するとともに、その配線方向を振動吸収部材７の非配線領域側に導く第１接続部８ａと、配線の一部がセンサユニット１の平面に対向するように、配線方向を振動吸収部材７の非配線領域側からセンサユニット１側へ導く折り返し部８ｂと、配線方向をセンサユニット１と後述する蓋体１０の間に導く折り曲げ部８ｃと、蓋体１０とセンサユニット１との間で、外部接続端子１１に接続する第２接続部８ｄが形成されている。本実施形態では、配線部材８の折り曲げ部８ｃが振動吸収部材７に沿って折り曲げられている。
【００２０】
配線部材８は、折り返し部８ｂと折り曲げ部８ｃとの間に、配線方向を略Ｌ字形状に曲げるための曲げ配線部８ｅが形成されている。
【００２１】
９は、金属製のケースで、該ケース９には、センサユニット１と振動吸収部材７と配線部材８を収納するとともに開口部９ａが設けられている。１０は、樹脂製の蓋体で、該蓋体１０は、ケースの開口部９ａを閉塞する。更に、この蓋体１０には凹部１０ａ内に配線部材８の第２接続部８ｄと接続する複数の外部接続端子１１が配設されている。該外部接続端子１１は蓋体１０に形成された凹部１０ａ内で折り曲げるようにして外方へ突出されている。
【００２２】
以上のように構成された角速度センサについて、その作用を説明する。センサユニット１を構成する圧電振動体３の駆動電極に交流電圧を印加することにより、駆動電極振動体が駆動方向の固有振動数で駆動方向に速度ｖで屈曲振動をする。この状態において、音叉部が音叉部の長手方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、検出電極振動体にＦ＝２ｍｖωのコリオリ力が発生する。そしてこのコリオリ力により検出電極振動体の検出電極に発生する電荷を支持基板２に表面実装されているＩＣチップ４およびチップ部品５等の電子部品により出力信号に変換し、さらに、蓋体１０における外部接続端子１１は、フレキシブルな配線部材８によって電気的に接続され、角速度ωに応じた信号を出力するものである。
【００２３】
センサユニット１は一対の振動吸収部材７に上下を挟まれ、６面全面に対して外部の不用な振動を吸収し圧電振動体３に伝達させないため、角速度検知に妨げとなる外部からの衝撃に対して充分作用するものである。
【００２４】
また、配線部材８は、直接底面に向かって外部接続端子１１に接続されず、引き回しにすることにより、振動吸収部材７の肉厚が必要充分に取れ、振動吸収部材７と配線部材８が干渉しない。
【００２５】
また、配線部材８は、折り返し部８ｂ、折り曲げ部８ｃおよび、曲げ配線部８ｅとで形成された空間領域に、支持基板２に表面実装された電子部品が収納されるので余分な収納スペースを必要としない。
【００２６】
また、外部接続端子１１が配設されている蓋体１０側の振動吸収部材７に設けられた凹部７ａ内には、配線部材８が収納される。（図２参照）
【００２７】
以上述べたように、角速度センサを構成するセンサユニット１、振動吸収部材７、配線部材８が、ケース９内に有効に収納される。また、振動吸収部材７が角速度検知に妨げとなる外部からの衝撃に対して充分作用し、小型で、耐衝撃性に優れ、出力特性が安定した角速度センサが得られる。
【００２８】
図６および図７は、本発明の第２の実施の形態に係わり、図６は、角速度センサの分解斜視図、図７は、ケースを外した状態の背面図である。
【００２９】
図６および図７において、上述した第１の実施の形態と異なるところは、配線部材の構成で、特に、曲げ配線部の形状である。配線部材８Ａは、第１の実施の形態と同様に、可撓性を有するＦＰＣよりなり、該ＦＰＣは片面に配線されている。配線部材８Ａに形成された第１接続部８ａ、折り返し部８ｂ、折り曲げ部８ｃ、第２接続部８ｄを有し、折り返し部８ｂと折り曲げ部８ｃとの間に、配線方向を略Ｌ字形状に曲げるための曲げ配線部８ｅを有していて、この曲げ配線部８ｅは、配線部材８Ａを折り返してＬ字状の折り返し部８ｆを形成するものである。
【００３０】
また、上述した第１の実施の形態と同様に、蓋体１０側の振動吸収部材７の側面には、配線部材８Ａが収納される凹部７ｂが形成されている。その他の構成は、上記した第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００３１】
以上述べた構成による作用・効果は、センサユニット１は一対の振動吸収部材７に上下を挟まれ、６面全面に対して外部の不用な振動を吸収し圧電振動体３に伝達させないため、角速度検知に妨げとなる外部からの衝撃に対して充分作用するものである。第１の実施の形態と同様に、小型で且つ外部からの振動に対して、耐性のある角速度センサが得られる。
【００３２】
図８〜図１０は、本発明の第３の実施の形態に係わり、図８は、ケースを外した状態の背面図、図９は、角速度センサの断面図、図１０は、配線部材の展開図である。
【００３３】
図８から図１０において、上述した第１および第２の実施の形態と異なるところは、振動吸収部材の配置と配線部材の構成である。配線部材８Ｂは、可撓性を有するＦＰＣよりなり、該ＦＰＣは片面に配線されている。配線部材８Ｂは、展開図で見るように略Ｉ字形状をしており、センサユニット１に接続する第１接続部８ａと、配線方向がセンサユニット１の平面と対向するように折り返す折り返し部８ｂと、配線方向を蓋体１０とセンサユニット１の間に導くように折り曲げる折り曲げ部８ｃ、外部接続端子１１に接続する第２接続部８ｄを有する。配線部材８Ｂは、その形状はシンプルで加工も容易である。
【００３４】
図８に示すように、７は、プチル系ゴム等よりなる一対の振動吸収部材である。該振動吸収部材７の構成は、対向する面にセンサユニット１の左右両端を挿嵌する図示しない支持凹部が形成されている。振動吸収部材７に形成されている支持凹部でセンサユニット１の左右両端を含む６面を確実に支持するものである。その他の構成は第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００３５】
以上述べた構成による作用・効果は、第１の実施の形態と同様に、小型で且つ外部からの振動に対して、耐性のある角速度センサが得られる
【００３６】
図１１は、本発明の第４の実施の形態に係わり、ケースを外した状態の背面図である。図１１において、上記した第１の実施の形態と異なるところは、配線部材の構成である。配線部材８Ｃは、折り返し部８ｂと折り曲げ部８ｃとの間に、配線方向を曲げるための曲げ配線部８ｅを斜めに形成したものである。その他の構成は、上記した第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００３７】
以上述べた構成による作用・効果は、第１の実施の形態と同様に、小型で且つ外部からの振動に対して、耐性のある角速度センサが得られる。
【００３８】
なお、上記各実施形態の配線部材は、配線方向をセンサユニットと蓋体の間へ導く折り曲げ部を有し、第２接続部は蓋体と振動吸収部材との間で外部接続端子に接続する構造としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、外部接続端子の形状を変えて、蓋体の縁で第２接続部と接続させる構造とすることにより、配線部材に折り曲げ部を設けない構造とすることができる。
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、センサユニットを一体に構成し、そのセンサユニットは両端が、一対の振動吸収部材で支持され、センサユニットの６面全面に対して外部の不要な振動を吸収し、その衝撃を圧電振動体に伝達しない機能を有する。また、フレキキシブルな配線部材により、コンパクトに電気的に接続している。小型で且つ角速度検知に妨げとなる振動に対して、耐性のある角速度センサを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる角速度センサの分解斜視図である。
【図２】図４のＡ―Ａ線断面図である。
【図３】図２のケースを外した状態の背面図である。
【図４】図２の角速度センサの外観正面図である。
【図５】図１の配線部材の展開図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わる角速度センサの分解斜視図である。
【図７】図６のケースを外した状態の背面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係わる角速度センサのケースを外した状態の背面図である。
【図９】図８の角速度センサの断面図である。
【図１０】図９の配線部材の展開図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係わる角速度センサのケースを外した状態の背面図である。
【符号の説明】
１センサユニット
２支持基板
３圧電振動体
４ＩＣチップ
５チップ部品
６封止カバー
７振動吸収部材
７ａ支持凹部
７ｂ凹部
８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ配線部材
８ａ第１接続部
８ｂ、８ｆ折り返し部
８ｃ折り曲げ部
８ｄ第２接続部
８ｅ曲げ配線部
９ケース
１０蓋体
１１外部接続端子

Claims

角速度検出用の圧電振動体と電子部品を備えたセンサユニットを支持する振動吸収部材と、前記センサユニットに接続された可撓性の配線部材と、前記センサユニットと前記振動吸収部材と前記配線部材を収納するとともに開口部を有するケースと、前記開口部を閉塞するとともに、前記配線部材と接続された外部接続端子を備えた蓋体と、を有する角速度センサにおいて、前記配線部材は、前記センサユニットに接続するとともに、配線方向を前記振動吸収部材の非配線領域側へ導く第１接続部と、配線の一部が前記センサユニットの平面と対向するように、配線方向を前記振動吸収部材の非配線領域側から前記センサユニット側へ導く折り返し部と、前記外部接続端子に接続する第２接続部とを有することを特徴とする角速度センサ。
前記配線部材は、前記折り返し部と前記第２接続部との間に、配線方向を曲げるための曲げ配線部を有することを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
前記曲げ配線部は、略Ｌ字形状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の角速度センサ。
前記曲げ配線部は、前記配線部材を折り返して略Ｌ字形状に形成していることを特徴とする請求項２記載の角速度センサ。
前記配線部材は、配線方向を前記センサユニットと前記蓋体の間へ導く折り曲げ部を有し、前記第２接続部は前記蓋体と前記振動吸収部材との間で前記外部接続端子に接続することを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
前記配線部材がＦＰＣであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の角速度センサ。
前記振動吸収部材は、前記センサユニットの両端を支持する一対の弾性部材であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の角速度センサ。
前記蓋体側に配設した振動吸収部材は、前記配線部材の配線経路に沿って凹部を有することを特徴とする請求項１又は７記載の角速度センサ。