JP2005083766A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】リード線による接続をなるべく少なくまたは皆無にすると共に、振動体の振動を抑圧する力を極力小さくして効率を向上させることができる角速度センサを提供する。
【解決手段】円盤状の振動板４に、励振用電極および検出用電極が形成されている圧電性基板５を貼り付けて角速度センサ振動体２を構成する。回路基板１に形成された複数のパッド１０に、それぞれ、突起状の導電体６を固着する。導電体６と、パッド１０に対応して圧電性基板５に設けられた複数の電極との間に、異方性導電ゴムリング７を介在させる。異方性導電ゴムリング７の１つの面に導電体６を当接させて食い込ませ、他方の面を圧電性基板５に固着する。回路基板１に振動体２を覆うように固定されるカバー３と１回路基板１との間に、振動体のノード部を押さえるゴムリング等の押圧手段８を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板上に圧電振動型振動体を搭載してなる角速度センサに係り、特にセンサの出力を制御する処理回路が一体化されたセンサユニットであって、安価で、小型化、薄型化を必要とする場合に好適な回路基板と振動体との接続構造に関する。

ビデオカメラの手ぶれ防止や自動車のナビゲーション等に使用される角速度センサとして、特許文献１〜３に開示されているように円盤状の振動版および圧電性基板を用いた２軸検出型のものがある。これらの角速度センサにおいては、圧電性基板の電極と回路基板のパッドとの接続とを、極細のリード線の両端を前記電極、パッドに半田付けすることにより行なっている。また、これら従来の角速度センサにおいては、ノード部を支持体に固着する取付け構造が採用される。

特開平８−２７１２６５号公報 特開平９−２２２４３４号公報 特開２００２−３１５３３号公報

前記特許文献に記載のように、角速度センサの圧電性基板とこれを搭載する回路基板との接続をリード線により行う場合、接続作業に困難を伴い、細心の注意を払う必要がある。また、従来は、振動板や圧電性基板を貼り合わせてなる振動体のノード部を支持体に固着した構造をとっているが、ノード部に設ける接続部あるいは接続具は所定の幅が必要であって、振動部も含んだ幅を有するため、振動が接続部の剛性によって減衰され、効率が低下するという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、リード線による接続をなるべく少なくまたは皆無にすると共に、振動体の振動を抑圧する力を極力小さくして効率を向上させることができる角速度センサを提供することを目的とする。

（１）本発明の角速度センサは、円盤状の振動板に、励振用電極および検出用電極が形成された圧電性基板を貼り付けて角速度センサ振動体を構成し、
回路基板に形成された複数のパッドに、それぞれ、突起状の導電体を固着し、
該導電体と、前記パッドに対応して前記圧電性基板に設けられた複数の電極との間に、異方性導電ゴムリングを、その１つの面に前記導電体を当接させて食い込ませ、他方の面を前記圧電性基板に固着して介在させ、
前記回路基板に前記振動体を覆うように固定されるカバーと前記振動板との間に、前記振動体のノード部を押さえる押圧手段を設けたことを特徴とする。

（２）また、本発明の角速度センサは、前記（１）に記載の角速度センサにおいて、前記導電体が導電性接着剤からなることを特徴とする。

（３）また、本発明の角速度センサは、前記（１）または（２）に記載の角速度センサにおいて、前記押圧手段がゴムリングからなることを特徴とする。

本発明においては、振動体と回路基板との間に電気的接続手段として異方性導電ゴムリングを用い、パッドに突起状の導電体を固着してその導電体を異方性導電ゴムリングに当接させて食い込ませたので、両者の接続が強固に行なわれる。このため、カバーと振動体との間に設ける押圧手段によって異方性導電ゴムリングを圧縮する力が小さくても、異方性導電ゴムリングと導電体との電気的接続が確実に行える。その結果、振動体を拘束する力が小さくてすみ、効率が向上する。また、少なくとも回路基板に対面する圧電性基板の面の電極と回路基板上のパッドとの接続が、前記該異方性導電ゴムリングと導電体とによりなされるので、この部分のリード線による接続は不用となり、接続作業が容易となる。

図１は本発明による角速度センサの一実施の形態を断面図、図２はその分解斜視図である。１は回路基板、２は角速度センサ振動体、３は前記回路基板１に固定され、前記角速度センサ振動体２を覆うカバーである。前記角速度センサ振動体２は、エリンバのような恒弾性金属材料からなる振動板４にＰＺＴ等でなる圧電性基板５を接合剤２５により貼り合わせたものである。

図２に示すように、前記振動板４は円盤状をなし、その中心にはコリオリ力を発生させるための錘４ａが一体に形成される。該振動板４の周囲の凸状に形成された部分４ｂは自励振動周波数を調整するためのものである。

図２に示すように、前記圧電性基板５も振動版４よりやや小さい円盤状をなし、その振動板４側の面には参照電極１２が設けられる。圧電性基板５は板厚方向に分極されたものである。このような振動版４と圧電性基板５との貼り合せ構造並びにこれらを回路基板１に取付けた構造により、小型化、薄型化、価格が低減が容易である。

図３に示すように、圧電性基板５の回路基板１との対向面には、前記参照用電極１２との間で励振用電極を構成する弧状の駆動電極１３、１４と、フィードバック電極１５、１６とがノード部２１に沿って形成される。また、これらの電極１３〜１６の内側に、４個の扇形のＸ軸回りの角速度検出用の検出電極１７、１８およびＹ軸回りの角速度検出用の検出電極１９、２０が形成される。

回路基板１には前記圧電性基板５上のノード部に対応して環状に複数個（本例では８個）のパッド１０が配置形成される。これらのパッド１０は、回路基板１上で励振、検出回路を構成するの半導体素子、コンデンサ、インダクタ、抵抗などの搭載電子部品９に配線パターン１１を介して接続されるものである。

前記パッド１０上には、突起状の導電体６が固着されている。該導電体６としては金属を用いてもよいが、硬化型樹脂に導電粉を混入した導電性接着剤によって構成することにより、形成が容易となる。すなわちチキソトロピー性を有する樹脂を用いた導電性接着剤をディスペンサによりパッド１０上に突起状に形成した硬化させることにより、容易に形成できる。また、この導電体６は、ワイヤボンディング金属の溶着技術を用いて形成することも可能であるが、導電性接着剤による場合の方が材料費等の面で廉価に形成できる。

７は前記導電体６と前記圧電性基板５の前記電極１３〜２０との間に介在させた異方性導電ゴムリングである。図４に示すように、該異方性導電ゴムリング７は、前記導電体６を片面に当接させて食い込ませ、導電性接着剤や半田等の接合剤３０によって電極１３〜２０（図４では電極２０で代表させて示す。）に点状に接合して取付けられる。該異方性導電ゴムリング７は、硬質ゴム内に軸心方向に多数の導電線７ａを、その両端面に露出させて埋設したものである。該異方性導電ゴムリング７としては、図４に示したものと異なり、ゴム内に導電性粒子を混合し、導電体６と前記電極１３〜２０との間で生じる局部的な圧力によってゴムを圧縮して部分的に導通させるものであってもよい。

８はカバー３と角速度センサ振動体２の振動板４のノード部との間に介在させた押さえリングである。本実施の形態においては、前記押さえリング８は、その一方の端面をカバー３に接着し、他方の面を振動板４のノード部に接着して取付けられるが、他の構造でもよく、カバー３と一体のものであってもよい。また、押さえリング８は剛性を有する金属製や樹脂製のものであってもよいが、製作上の寸法誤差を吸収して異方性導電ゴムリング７の圧縮度合のばらつきを小さくし、かつ圧縮力を小さくするためには、弾性を有するゴムリングとすることが好ましい。

なお、該異方性導電ゴムリング７や押さえリング８は、振動の節となるノード部（振動体２の半径の０．６倍の点）を幅広く保持すると負荷となってしまい、センサの機能を十分発揮できなくなる。理想的には点で挟持できればよいが、現実的にはある幅をとった構造をとらざるを得ない。この場合はできるだけ弱い力で挟持した方が特性への影響を軽減できる。したがって、できるだけ幅が狭く、ソフトな弾性体が望まれる。ゴムリングの加工においては、コストの面で成形品を製作するより、ゴム板をリング状にプレス加工する方が安価である。しかし、ゴムの硬度とリングの幅、高さには加工限度があり、例えばゴムの硬度が２０度でリング状に加工できるのは、本例のようにリング外径が４ｍｍの場合、高さと幅とも０．５ｍｍ程度が安定加工できる限度である。ゴム硬度を上げれば、０．５ｍｍ以下には加工できるが、硬くなった分、押さえ力は高くすることができる。

また、前記電極１２と回路基板1上の素子との接続をリード線により行なってもよいが、前記押さえリング８およびカバー３とこれらの接合する接合剤に導通材を用いるか、あるいは導通回路を形成することにより、前記接続を行なうようにしてもよく、このような構成とすれば、リード線による前記接続を皆無とすることができる。

図５はその一例であり、前記押さえリング８Ａとして前記該異方性導電ゴムリング７と同様の導電線入りの該異方性導電ゴムリングを用い、カバー３に金属を用いるか、あるいは内面の全面または一部に導電パターンを形成し、押さえリング８Ａの両端面を振動版４のノード部とカバー３の双方に接着するかまたは一方を接着、他方を当接するなどにより回路基板１上の配線パターンに接続させ、これにより、参照電極１２に接続するためのリード線を不用にしたものである。

この角速度センサ振動体２を図１のように組立てた状態において、前記参照電極１２と駆動電極１３、１４との間に電圧をかけると、振動板４は上または下に変形する。これに伴い、フィードバック電極１５、１６には参照電極１２に対して正または負の方向に電位が発生し、前記回路基板１上に搭載電子部品９により構成される発振回路に自励発振を持続させるための信号を帰還させる。

ここで、例えばＸ軸の回り（図３参照）に振動板４が回転すると、振動板４の中心の錘４ａに、角速度と振動速度と質量に比例する大きさで、角速度と振動速度と両ベクトルに直交する方向のコリオリ力が作用し、錘４ａを基本振動に同期してＹ方向に動かす。これにより、電極１７、１８には逆方向の電圧が発生する。この信号を同期検波し、増幅することにより、前記Ｘ軸回りの角速度が検出できる。Ｙ軸の回りの振動板４の回転が生じた場合も同様に検出電極１９、２０からＹ軸回りの角速度の検出信号が得られる。

上述のように、本実施の形態においては、振動体２と回路基板１との間に電気的接続手段として異方性導電ゴムリング７を用いると共に、パッド１０に突起状の導電体６を固着してその導電体６を異方性導電ゴムリング７に当接させて食い込ませたので、両者の接続が強固に行なわれる。このため、カバー３と振動体２との間に設ける押圧手段によって異方性導電ゴムリング７を圧縮する力が小さくても、異方性導電ゴムリング７と導電体６との電気的接続が確実に行える。その結果、振動体２を抑圧する力が小さくてすみ、効率が向上する。また、少なくとも回路基板１に対向する圧電性基板５の面の電極１３〜２０とパッド１０との接続が前記該異方性導電ゴムリング７と導電体６とによりなされるので、この部分のリード線による接続は不用となり、接続作業が容易となる。

本発明による角速度センサの一実施の形態を示す断面図である。 図１の一部部材の分解斜視図である。 本実施の形態において、圧電性基板における電極配置を示す図である。 本実施の形態の接続部の構造を示す断面図である。 本発明による角速度センサの他の実施の形態を示す断面図である。

符号の説明

１：回路基板、２：角速度センサ振動体、３：カバー、４：振動板、４ａ：錘、５：圧電性基板、６：導電体、７：異方性導電ゴムリング、７ａ：導電線、８：押さえリング、９：電子部品、１０：パッド、１１：配線パターン、１２：参照電極、１３、１４：駆動電極、１５、１６：フィードバック電極、１７、１８、１９、２０：検出電極、２１：ノード部、２５、３０：接合剤

Claims (3)

1. 円盤状の振動板に、励振用電極および検出用電極が形成された圧電性基板を貼り付けて角速度センサ振動体を構成し、
   回路基板における前記圧電性基板のノード部に対応して配置形成された複数のパッドに、それぞれ、突起状の導電体を固着し、
   該導電体と、前記パッドに対応して前記圧電性基板に設けられた複数の電極との間に、異方性導電ゴムリングを、その１つの面に前記導電体を当接させて食い込ませ、他方の面を前記圧電性基板に固着して介在させ、
   前記回路基板に前記振動体を覆うように固定されるカバーと前記振動板との間に、前記振動体のノード部を押さえる押圧手段を設けたことを特徴とする角速度センサ。
2. 請求項１に記載の角速度センサにおいて、
   前記導電体が導電性接着剤からなることを特徴とする角速度センサ。
3. 請求項１または２に記載の角速度センサにおいて、
   前記押圧手段がゴムリングからなることを特徴とする角速度センサ。

Images