JP2004101535A

JP2004101535A - 角速度センサ

Info

Publication number: JP2004101535A
Application number: JP2003379751A
Authority: JP
Inventors: Shigehiro Yoshiuchi; 吉内　茂裕; Junichi Yukawa; 湯河　潤一; Masakazu Hatanaka; 畑中　正数; Jiro Terada; 寺田　二郎; Masami Tamura; 田村　雅巳
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】本発明は、角速度を検出する音叉振動子を用いた角速度センサに関するものであり、小型でデッドスペースが少ない角速度センサを提供することを目的とする。
【解決手段】駆動用電極を有する第１のアームと検出用電極を有する第２のアームおよびそれら第１、第２のアームの一端に配した共通の基部とを圧電体で一体に構成した音叉振動子１６を、その基部に設けた支持台１９によりベース１２に平行配置され、上記の各電極をベース１２に設けた端子部１３に電気的に接続した。
【選択図】図１

Description

　本発明は、角速度を検出する音叉振動子を用いた角速度センサに関するものである。

　近年、小型で低コストの角速度センサがナビゲーションシステムおよび車両姿勢制御装置の用途において注目されている。

　図６は従来の角速度センサを示すものであり、ベース１に対して振動子２が垂直に実装され、振動子２とベース端子３はリード線４を介して電気的に接続されており、キャップ５とベース１は通常抵抗溶接あるいは圧入等によって接合されることによりキャップ５内は密閉空間となるように構成されている。

　しかしながら、上記従来の構成では、ベースに対して垂直実装の支持方法となっており、回路基板へ上記従来構成のセンサを実装した際に回路基板とセンサよりなるデッドスペースによりパッケージング時に大型構造となる。また、例えばフレキシブル基板等を用いて回路基板と平行配置した場合には、フレキシブル基板およびセンサを支持する部材などの部品点数が増え、コストが高くなるという問題を有していた。

　本発明は上記従来の問題点を解決するもので、小型で低コストの角速度センサを提供することを目的とする。

　上記の課題を解決するために本発明は、音叉振動子を、その基部に設けた支持台により配置したものであり、パッケージング時の小型化を可能にするものである。

　以上のように本発明は、駆動用電極を有する第１のアームと検出用電極を有する第２のアームおよびそれら第１、第２のアームに一端に配した共通の基部を圧電体で一体に構成した音叉振動子を、その基部に設けた支持台によりベースに配置され、上記の各電極をベースに設けた端子に電気的に接続した構成とすることによって、デッドスペースの少ない角速度センサを実現することができる。

　本発明は、駆動用電極を有する第１のアームと検出用電極を有する第２のアームおよびそれら第１、第２のアームに一端に配した共通の基部とを圧電体で一体に構成した音叉振動子を、その基部の平面に設けた支持台によりベースに平行配置され、上記の各電極をベースに設けた端子に電気的に接続した角速度センサであり、この構成によって振動子のドライブ振動面をベースに対して平行に配置することができ、パッケージング時に小型化することが可能となる。

　また、ベースに検出用電極のトリミングのための穴を設けた角速度センサであり、この構成によって検出用電極を表出させることができ検出信号のバランス調整のための一対の調整用の検出用電極のトリミングが可能となる。

　また、駆動用電極を有する第１のアームと検出用電極を有する第２のアームおよびそれら第１、第２のアームに一端に配した共通の基部とを圧電体で一体に構成した音叉振動子を、その基部の側面に設けた支持台により、第２のアームが外側に配置されるようにベースに平行配置され、上記の各電極をベースに設けた端子に電気的に接続した角速度センサであり、この構成によって振動子の側面をベースに対して平行に配置することができ、パッケージング時に小型化することが可能となる。

　また、ベースに設けた端子は気密ガラスによりベースに対し電気的に絶縁されている角速度センサであり、ＣＡＮキャップによる封止をしても音叉振動子と外部からの電気信号の出入を可能とし、気密ガラスによる気密漏れがないようにガスもしくは真空環境を保つことができる。

　また、第２のアームに設けた検出用電極は一対の主検出用電極と一対の調整用電極を含み、一対の調整用電極の片方が他方に比し長く形成した角速度センサであり、これまで検出信号のバランス調整のための一対の調整用電極のトリミングを行っていたのを、いずれか一方の調整用電極だけでのトリミングで検出信号のバランス調整を可能とする。

　また、基部の平面の一方に駆動用電極、検出用電極、モニタ電極およびグランド電極の接続パッドを配置し、これらの各電極を配置した基部の平面を外側に配置すると共に端子の接続面と同様の高さでベースに対して平行配置した角速度センサであり、例えばワイヤーボンディングのような金属線による配線を容易にするものである。

　また、駆動用電極を有する第１のアームと検出用電極を有する第２のアームおよびそれら第１、第２のアームに一端に配した共通の基部とを圧電体で一体に構成した音叉振動子を、その基部の底面に設けた延長用支持台によりベースに平行配置され、上記の各電極をベースに設けた端子に電気的に接続した角速度センサであり、この構成によって振動子のドライブ振動面をベースに対して平行に配置することができ、パッケージング時に小型化することが可能となる。

　（実施の形態１）
　図１は本発明の実施の形態１における角速度センサの組立斜視図である。図１において、１１は表裏面にニッケルメッキ処理を行った金属製のキャップ、１２は同じくニッケルメッキ処理され、端子部１３を絶縁気密ガラス１４で覆い、かつ穴部１５を設けたベースである。これらキャップ１１とベース１２は通常抵抗溶接あるいは圧入等によって接合され、穴部１５を封止することによりキャップ１１内は密閉空間となっている。この密閉空間内で角速度検出素子である振動子１６はベース１２上にベース面１７と振動子の平面１８が平行になるように支持台１９により振動子１６の平面１８の基部で接着固定され、配線２０によって振動子１６と端子部１３は電気的に接続されている。振動子１６は、図２（ａ）、（ｂ）に示す如くコの字状の圧電体で例えば水晶材料で形成され、一方の駆動音叉アーム２１に駆動電極（２２，２３，２４，２５）、他方の検出音叉アーム２６にモニタ電極（２７，２８）、検出用電極（２９，３０，３１，３２）、中間電極（３３，３４）をそれぞれＡｕ蒸着により形成したものである。また、音叉アーム２１，２６は振動方向に対して、電気軸または分極方向が同方向に設定してあり、駆動電源３５により駆動電極２２，２３，２４，２５を音叉共振させるための更新信号が供給されるようになっている。また、検出用電極３０，３２は検出信号のバランス調整時にトリミングされる電極であり、穴部１５をベース１２上に設けることにより前記検出用電極３０，３２のトリミングを可能とした構成となっている。

　この構成により、振動子の平面１８をベース１２に対して平行に配置することができ、パッケージング時に小型化することが可能で、かつ検出用電極３０，３２が外部に表出して検出用電極３０，３２のトリミングによるバランス調整が可能な構造とすることができる。

　（実施の形態２）
　図３は本発明の実施の形態２における角速度センサの組立斜視図である。図３において、４１は表裏面にニッケルメッキ処理を行った金属製のキャップ、４２は同じくニッケルメッキ処理され、端子部４３を絶縁気密ガラス４４で覆ったベースである。これらキャップ４１とベース４２は通常抵抗溶接あるいは圧入等によって接合され、キャップ４１内は密閉空間となっている。この密閉空間内で角速度検出素子である振動子４５はベース４２上にベース面４６と振動子の側面４７が平行になるように接着固定された支持台４８により振動子の側面４７の基部で接着固定され、配線４９によって振動子４５と端子部４３は電気的に接続されている。振動子４５は、実施の形態１と同様にコの字状の圧電体で例えば水晶材料で形成され、一方の駆動音叉アーム２１に駆動電極２２，２３，２４，２５、他方の検出音叉アーム２６にモニタ電極２７，２８、検出用電極２９，３０，３１，３２、中間電極３３，３４をそれぞれＡｕ蒸着により形成したものであり、また、音叉アーム２１，２６は振動方向に対して、電気軸または分極方向Ｅが同方向に設定してあり、駆動電源３５により駆動電極２２，２３，２４，２５を音叉共振させるための交流信号が供給されるようになっている、また、検出用電極３０，３２は検出信号のバランス調整時にトリミングされる電極である。

　この構成により、振動子の側面４７をベース４２に対して平行に配置することができ、パッケージング時に小型化することが可能で、かつ、トリミングのための検出用電極３０，３２を有する音叉アーム２６が外側（ベース４２から遠い側）に配置されるため、穴のないベース４２を使用して同様に前記検出用電極３０，３２のトリミングによる検出信号のバランス調整が可能な構造とすることができる。

　（実施の形態３）
　図４は本発明の実施の形態３における角速度センサの組立斜視図である。図４において、５１は表裏面にニッケルメッキ処理を行った金属製のキャップ、５２は同じくニッケルメッキ処理され、端子部５３を絶縁気密ガラス５４で覆ったベースである。これらキャップ５１とベース５２は通常抵抗溶接あるいは圧入等によって接合され、キャップ５１内は密閉空間となっている。この密閉空間内で角速度検出素子である振動子５５はベース５２上にベース面５６と振動子の平面５７が平行になるように接着固定された支持台５８により振動子の平面５７の基部で接着固定され、配線５９によって振動子５５と端子部５３は電気的に接続されている。振動子５５は、実施の形態１と同様にコの字状の圧電体で例えば水晶材料で形成され、一方の駆動音叉アーム２１に駆動電極２２，２３，２４，２５、他方の検出音叉アーム２６にモニタ電極２７，２８、検出用電極２９，３０，３１，３２、中間電極３３，３４をそれぞれＡｕ蒸着により形成したものであり、また、音叉アーム２１，２６は振動方向に対して、電気軸または分極方向Ｅが同方向に設定してあり、駆動電源３５により駆動電極２２，２３，２４，２５を音叉共振させるための交流信号が供給されるようになっている。また、検出用電極は主検出用電極２９，３１と調整用電極３０，３２とからなっており、この調整用電極３０もしくは３２のいずれかが他方に比して長く形成されている。ここで、振動子５５は長く形成した調整用の検出電極が外側に表出するようにベース５２に平行配置されている。

　この構成により、振動子の平面５７をベース５２に対して平行に配置することができ、パッケージング時に小型化することが可能で、かつ、長寸に形成したトリミング調整用の一方の検出用電極３０あるいは３２が外部に表出してその電極のみのトリミングによるバランス調整が可能な構造とすることができる。

　（実施の形態４）
　図５は本発明の実施の形態４における角速度センサの組立斜視図である。図５において、６１は表裏面にニッケルメッキ処理を行った金属製のキャップ、６２は同じくニッケルメッキ処理され、端子部６３を絶縁気密ガラス６４で覆ったベースである。これらキャップ６１とベース６２は通常抵抗溶接あるいは圧入等によって接合され、キャップ６１内は密閉空間となっている。この密閉空間内で角速度検出素子である振動子６５はその基部底面６６に振動子延長支持台６７が接着固定されており、振動子延長支持台６７は振動子６５の平面６８がベース面６９に対して平行かつ端子部６３の接続面７０と同様の高さでベース６２上に接着固定され、金属線７１によって振動子６５と端子部６３は電気的に接続されている。振動子６５は、実施の形態１と同様にコの字状の圧電体で例えば水晶材料で形成され、一方の駆動音叉アーム２１に駆動電極２２，２３，２４，２５、他方の検出音叉アーム２６にモニタ電極２７，２８、検出用電極２９，３０，３１，３２、中間電極３３，３４をそれぞれＡｕ蒸着により形成したものであり、また、音叉アーム２１，２６は振動方向に対して、電気軸または分極方向Ｅが同方向に設定してあり、駆動電源３５により駆動電極２２，２３，２４，２５を音叉共振させるための交流信号が供給されるようになっている。また、検出用電極は主検出用電極２９，３１と調整用電極３０，３２とからなっており、この調整用電極３０もしくは３２のいずれかが他方に比して長く形成されている。ここで、振動子６５は長寸に形成したトリミング調整用の検出用電極が外側に表出するようにベース６２に対して平行配置されている。

　この構成により、振動子の平面６８をベース６２に対して平行に配置することができ、パッケージング時に小型化することが可能で、かつ、長寸に形成したトリミング調整用の一方の検出用電極３０あるいは３２が外部に表出してその電極のトリミングによるバランス調整が可能な構造とすることができ、端子部６３の接続面７０と同様の高さでベースに対して平行配置されることにより金属線７１による配線を容易とすることができる。

本発明の実施の形態１における角速度センサの組立斜視図（ａ）同センサに使用する振動子の正面図、（ｂ）同上面図本発明の実施の形態２における角速度センサの組立斜視図本発明の実施の形態３における角速度センサの組立斜視図本発明の実施の形態４における角速度センサの組立斜視図従来の角速度センサの組立斜視図

符号の説明

　１　ベース
　２　振動子
　３　ベース端子
　４　リード線
　５　キャップ
　１１　キャップ
　１２　ベース
　１３　端子部
　１４　絶縁気密ガラス
　１５　穴部
　１６　振動子
　１７　ベース面
　１８　平面
　１９　支持台
　２０　配線
　２１　駆動音叉アーム
　２２，２３，２４，２５　駆動電極
　２６　検出音叉アーム
　２７，２８　モニタ電極
　２９，３０，３１，３２　検出用電極
　３３，３４　中間電極
　４１　キャップ
　４２　ベース
　４３　端子部
　４４　絶縁気密ガラス
　４５　振動子
　４６　ベース面
　４７　側面
　４８　支持台
　４９　配線
　５１　キャップ
　５２　ベース
　５３　端子部
　５４　絶縁気密ガラス
　５５　振動子
　５６　ベース面
　５７　平面
　５８　支持台
　５９　配線
　６１　キャップ
　６２　ベース
　６３　端子部
　６４　絶縁気密ガラス
　６５　振動子
　６６　基部底面
　６７　振動子延長支持台
　６８　平面
　６９　ベース面
　７０　接続面
　７１　金属線

Claims

駆動用電極を有する第１のアームと検出用電極を有する第２のアームとからなる音叉振動子をベースに備え、
前記第１のアームと第２のアームに対向する部分に穴を設けた
角速度センサ。
第１のアームと第２のアームは前記ベースに対して平行に配置した請求項１記載の角速度センサ。
穴は、検出用電極をトリミングするために設けた請求項１記載の角速度センサ。
音叉振動子は、第１のアームおよび第２のアームの一端に配した共通の基部を圧電体で一体に構成した請求項１記載の角速度センサ。
ベースに端子を設け、この端子は気密ガラスにより前記ベースに対して電気的に絶縁した請求項１記載の角速度センサ。
第２のアームに設けた検出用電極は、一対の主検出用電極および調整用電極を備え、一対の調整用電極の一方が他方に比べて長く設けてなる請求項１記載の角速度センサ。
基部の一方の平面に駆動用電極、検出用電極、モニター電極、および、グランド電極の接続パッドを有し、これらの各電極を配置した基部の平面を外側に配置するとともに端子の接続面と同様の高さでベースに対して平行に配置した請求項１記載の角速度センサ。
駆動用電極を有する第１のアームと検出用電極を有する第２のアームおよびこれら第１、第２のアームの一端に設けた共通の基部とを圧電体で一体に構成した音叉振動子と、この音叉振動子の基部に設けた延長用支持台によりベースに平行に位置するとともに、前記駆動用電極および検出用電極を前記ベースに設けた端子に電気的に接続した角速度センサ。