JP2005172678A - 物理量検出素子の基板への取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 物理量を検出する方向が異なる場合にも基板のパターンを変える必要がなく、作業負担を軽減して利便性を向上することができる物理量検出素子の基板への取付構造を提供する。
【解決手段】 検出対象軸方向に関する物理量を検出する物理量検出素子を有するユニット２０を基板２５に取り付ける取付構造である。ユニット２０は、基板２５に取り付けるための基板用取付部２１と、これを有する面とは異なる面に設けられる出力端子１５と、を有する。基板２５は、基板用取付部２１に対応して形成されるユニット用取付部２４と、該ユニット用取付部から外れた位置に設けられる基板入力端子２６と、を有する。ユニット用取付部２４およびこれに対向する基板用取付部２１は、それぞれの中心点に対して９０度回転対称となるように形成され、出力端子１５と基板入力端子２６とが接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加速度や角速度等の検出対象軸方向に関する物理量を検出する物理量検出素子を有するユニットを基板に取り付ける物理量検出素子の基板への取付構造に関するものである。

従来、車両や飛行体等の位置、姿勢の観測においては、角速度及び加速度の測定が行われており、このため角速度センサと加速度センサが用いられている。これら角速度センサ及び加速度センサは一般にセンサチップをパッケージに収容した構成とされている。
この種の技術として、例えば特許文献１には、使用する電子部品の形状に合わせて基板上に予め決まったパターンを作成しておき、この基板を電子部品にハンダ等を用いて接合する技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開２０００−３１４７４４号公報

しかしながら、従来の技術においては、素子から出ているリード線や端子を基板上に直接接続させるので、素子は決まった向きで基板に取り付けられる。従って、素子が基板に一旦取り付けられてしまうと、基板の電子部品への取り付け位置も固定されてしまい、決まった方向の物理量しか検出できなくなる。このため、電子部品の他の方向の物理量を検出する場合には基板のパターンを変えて、素子を基板に取り付ける向きや位置を変更しなければならない。よって、電子部品の物理量を検出する方向に応じて基板のパターンを一々作成する必要があり、作業負担が大きくなり利便性に欠けるという問題がある。
本発明は上記課題を解消する手段を提供し、物理量を検出する方向が異なる場合にも基板のパターンを変える必要がなく、作業負担を軽減して利便性を向上することができる物理量検出素子の基板への取付構造を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、検出対象軸方向に関する物理量を検出する物理量検出素子（例えば、実施の形態における加速度センサ２）を有するユニット（例えば、実施の形態におけるユニット２０）を基板（例えば、実施の形態における基板２５）に取り付ける物理量検出素子の基板への取付構造であって、前記基板は、前記ユニットを取り付けるためのユニット用取付部（例えば、実施の形態におけるユニット用取付部２４）と、該ユニット用取付部から外れた位置に設けられる基板入力端子（例えば、実施の形態における基板入力端子２６）とを有し、前記ユニットは、前記ユニット用取付部に対応して形成される基板用取付部（例えば、実施の形態における基板用取付部２１）と、該基板用取付部を有する面とは異なる面に設けられる出力端子（例えば、実施の形態における出力端子１５）とを有し、前記ユニット用取付部は、その中心点に対して９０度回転対称となるように形成されるとともに、前記基板用取付部は、前記検出対象軸（例えば、実施の形態における検出対称軸Ｐ）に平行となる面に少なくとも形成され、前記出力端子と前記基板入力端子とが接続されることを特徴とする。

この発明によれば、前記基板に形成されたユニット用取付部はその中心点に対して９０度回転対称であるので、前記ユニットに形成された基板用取付部もその中心点に対して９０度回転対称となるため、前記基板用取付部と前記ユニット用取付部とを対向させて、前記ユニットを９０度回転させた状態で基板に取り付けることが可能となる。さらに、前記基板用取付部は、前記検出対象軸に平行となる面に少なくとも形成されているので、前記ユニットを９０度回転させて取り付けることで、前記基板に対する検出対称軸の向きを前記基板に水平方向に９０度ずらすことができる。従って、前記ユニット内の物理量検出素子の配置構成を変更することなく、前記基板に対して水平で互いに直交する２方向について、物理量を検出することができるので、作業負担を軽減して利便性を向上することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記ユニットは、前記検出対象軸に垂直となる面にも、前記ユニット用取付部に対応する前記基板用取付部を有することを特徴とする。
この発明によれば、前記ユニットの前記検出対象軸に垂直となる面に形成された前記基板用取付部を、前記基板の前記ユニット用取付部に対向させて取付ることにより、前記基板に対する検出対称軸の向きを前記基板に垂直方向に９０度ずらすことができる。従って、前記ユニット内の物理量検出素子の配置構成を変更することなく、前記基板に対して水平で互いに直交する２方向及びこれらに直交する垂直方向の３方向について、物理量を検出することができるので、作業負担を軽減して利便性をさらに向上することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のものであって、前記物理量検出素子は、前記検出対象軸方向の加速度を検出する加速度検出素子、または前記検出対象軸方向の角速度を検出する角速度検出素子、または前記加速度検出素子及び前記角速度検出素子、のいずれかであることを特徴とする。
この発明によれば、前記加速度検出素子や前記角速度検出素子を有するそれぞれのユニットを、取付角度を変えて前記基板に取り付けることで、移動体の移動状態を把握するために必要な加速度や角速度を一度に検出することが可能となる。特に、前記加速度検出素子や前記角速度検出素子の双方を備える前記ユニットを少なくとも三つ用意して、それぞれの取付角度を変えて基板に取り付ければ、前記移動体の３軸方向の加速度や、ヨー、ロール、ピッチの角速度の情報を一度に取得することが可能となる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のものであって、前記ユニットは外形略立方体をなし、前記ユニット用取付部は前記立方体を構成する正方形の頂角をなす位置に形成されることを特徴とする。
この発明によれば、前記ユニットを構成する外周面が正方形となるため、前記ユニット用取付部に対応して形成される基板用取付部は前記立方体を構成する正方形の任意の面に形成することができ、利便性が向上する。

請求項１に係る発明によれば、前記基板用取付部と前記ユニット用取付部とを対向させて、前記ユニットを９０度回転させた状態で基板に取り付けることが可能となり、前記基板に対する検出対称軸の向きを前記基板に水平方向に９０度ずらすことができる。このため、前記ユニット内の物理量検出素子の配置構成を変更することなく、前記基板に対して水平で互いに直交する２方向について、物理量を検出することができるので、作業負担を軽減して利便性を向上することができる。
請求項２に係る発明によれば、前記ユニット内の物理量検出素子の配置構成を変更することなく、前記基板に対して水平で互いに直交する２方向及びこれらに直交する垂直方向の３方向について、物理量を検出することができるので、作業負担を軽減して利便性をさらに向上することができる。

請求項３に係る発明によれば、移動体の移動状態を把握するために必要な加速度や角速度を一度に検出することが可能となる。
請求項４に係る発明によれば、前記ユニット用取付部に対応して形成される基板用取付部は前記立方体を構成する正方形の任意の面に形成することができ、利便性が向上する。

以下、本発明の実施の形態における物理量検出素子の基板への取付構造を図面と共に説明する。本実施形態においては、物理量検出素子である加速度センサをセンサユニット内に設けて、このセンサユニットを自動車に搭載する場合について一例として説明する。

図１は、本発明の実施の形態におけるセンサユニットを基板に取り付ける工程を示す状態説明図である。同図に示すように、センサユニット２０の外周部を構成するセンサハウジング１３は、外形略立方体状に形成され、各外表面は略正方形に形成されている。そして、センサハウジング１３の外表面のうちの一つにセンサコネクタ１５が突出形成されるとともに、各外表面の四隅部（正方形の頂角をなす位置）には基板２５に取り付けるための基板用取付部（基板取付ランド）２１が形成されている。また、センサハウジング１３の内部には、検出対称軸Ｐを有する加速度センサ（Ｇセンサ）２が内蔵されている。詳細については後述する。また、同図における「Ｄｉｒ」は車両の進行方向を示す。

一方、センサユニット２０が装着される基板２５には、前記センサユニット２０を取り付けるためのユニット用取付部２４が前記センサハウジング１３の外表面に対応する正方形の頂角をなす位置に形成されている。従って、基板２５に形成したユニット用取付部２４と、センサユニット２０に形成された基板用取付部２１とを対応させることで、センサユニット２０を基板２５に取り付けることができる。
また、基板２５には、ユニット用取付部２４から外れた位置に基板入力端子２６が形成されている。この基板入力端子２６と前記センサコネクタ１５とをフレキシブル基板２３を介して接続することにより、ユニット２０内のセンサ２と基板入力端子２６とが電気的に接続される（図２参照）。

図２は、同実施の形態のセンサユニットの内部構成を示す図である。
加速度センサ２は、例えばセンサハウジング１３の内面に取り付けられる。また、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１やＬＡＮトランシーバ６等を搭載した制御基板１４は、加速度センサ２と同様にセンサハウジング１３の内面に取り付けられ、制御基板１４からは、ＬＡＮＨ端子４、ＬＡＮＬ端子５、ＧＮＤ端子７、ＩＧ端子８（図１、図３参照）がセンサコネクタ１５によりセンサハウジング１３の外部に出力されている。

図３は本発明の一実施例のセンサユニットの構成を示すブロック図である。
図３において、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１は、ユニットの中心をなす制御部である。ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１は、ユニットが有するセンサが出力するアナログ信号をＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１内に取り込むために、例えば１０ビットのＡ／Ｄ変換器１ａを備えている。

また、本実施の形態においては、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１のＡ／Ｄ変換器１ａに、車両の左右方向の加速度を検出し、検出された加速度に応じた電圧値をアナログ信号で出力する加速度センサ２（左右加速度センサ２ａ）が接続されている。

これにより、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１は、左右加速度センサ２ａが検出した車両の左右方向の加速度を、Ａ／Ｄ変換器１ａを介してディジタル信号化して取り込み、車両内の各制御ユニット（図示せず）が利用可能な車両の状態を示す制御情報として出力する。
なお、左右加速度センサ２ａは、センシング素子部とＡＳＩＣによる信号処理部とから構成されている。ここで、左右加速度センサ２ａに設けられたＡＳＩＣによる信号処理部は、センシング素子部の出力する検出された加速度に応じた信号を、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１のＡ／Ｄ変換器１ａで取り込み可能なアナログ信号の電圧値に変換する処理部であって、センサの出力信号の誤差を補正するための補正値を記憶する記憶部と、該補正値によって出力信号の誤差を補正して出力する補正機能を備えている。

また、本実施例のセンサユニット２０は、この他、ＬＡＮＨ端子４とＬＡＮＬ端子５を利用して、車両内の各制御ユニット（図示せず）と、車内ＬＡＮを介してＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１の出力信号（Ｐ方向に対する加速度）やＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１への制御信号を送受信するためのＬＡＮトランシーバ６を備えており、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１は、ＬＡＮトランシーバ６を制御するためのＬＡＮコントローラ１ｂも備えている。

更に、本実施例のセンサユニット２０は、ＧＮＤ端子７を介して車両の接地端子と接続されると共に、ＩＧ端子８により１２［Ｖ］系電力が供給されている。また、ＩＧ端子８により供給された１２［Ｖ］系電力は、１２Ｖ／５Ｖ変換器９（＝ＤＣ／ＤＣコンバータ）により５［Ｖ］系電力に変換されて、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１のＶＤＤ電源の他、左右加速度センサ２ａへ供給される。尚、図２においては、１２Ｖ／５Ｖ変換器９の図示を省略した。

上記のようにセンサユニット２０や基板２５を構成したので、基板２５に形成された各ユニット用取付部２４はその中心点Ｏに対して９０度回転対称となり、またセンサユニット２０の各外表面に形成された各基板用取付部２１はその中心点Ｏ’に対して９０度回転対称である。よって、前記基板用取付部２１と前記ユニット用取付部２４とを対向させて、前記ユニット２０を９０度回転させた状態で基板に取り付けることが可能となる。

さらに、センサユニット２０は外形略立方体をなしているので、外形を構成する各外表面のうち、前記検出対象軸Ｐに平行となる面や垂直となる面にそれぞれ前記基板用取付部２１を形成することができる（本実施の形態では全面に亘って形成している）。

このため、前記検出対称軸Ｐの向きと水平な面に形成した基板用取付部２１をユニット用取付部２４に対して９０度回転させて取り付けることで、前記基板２５に対する検出対称軸Ｐの向きを前記基板２５に水平方向に９０度ずらすことができる。すなわち、図４に示すように、検出対象軸Ｐを左右方向に向けて取り付けることもできるのみならず、前後方向に向けて取り付けることもできる。

さらに、前記検出対称軸Ｐの向きと垂直な面に形成した基板用取付部２１をユニット用取付部２４に対応させて取り付けることで、前記基板２５に対する検出対称軸Ｐの向きを前記基板２５に垂直方向に９０度ずらすことができる。すなわち、図４に示すように、検出対象軸Ｐを上下方向に向けて取り付けることもできる。そして、センサユニット２０を複数用いる場合には、同図に示すように、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１やＬＡＮトランシーバ６を、センサユニット２０内ではなく、基板２５上に搭載することが好適である。このようにすると、基板２５上に搭載した単一のＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１やＬＡＮトランシーバ６とによって、それぞれのセンサユニット２０からの信号の処理を行うことができる。

図５は、図４に示した基板上に搭載された各センサユニット２０、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１、ＬＡＮトランシーバ６の構成を示すブロック図である。同図に示すように、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１には、左右加速度センサ２ａに加えて、前後加速度センサ２ｂ、上下加速度センサ２ｃがそれぞれ接続されている。そして、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１のＡ／Ｄ変換器１ａに、各センサ２ａ〜２ｃ（２）が検出した車両の左右方向、前後方向、上下方向のそれぞれの加速度が送信される。
従って、前記ユニット２０内の加速度センサ２の配置構成を変更することなく、前記基板２５に対して水平で互いに直交する２方向及びこれらに直交する垂直方向の３方向について、物理量である加速度を検出することができるので、作業負担を軽減して利便性をさらに向上することができる。
また、本実施の形態では、前記ユニット２０の外形が略立方体であるので、前記ユニット２０を構成する外周面が正方形となるため、前記ユニット用取付部２４に対応して形成される基板用取付部２１は前記立方体を構成する正方形の任意の面に形成することができ、利便性が向上する。

なお、本発明の内容は上述した実施の形態のみに限られるものではないことはもちろんであり、上述した実施の形態を適宜組み合わせて構成してもよい。例えば、ユニット用取付部２４や基板用取付部２１は正方形の頂角をなす位置に形成したが、これに限らず、それぞれの中心点に対して９０度回転対称となるように形成すればよい。一例としては、ユニット用取付部２４や基板用取付部２１を円環状に形成してもよく、円状に形成してもよい。
また、物理量を検出するセンサ（素子）として加速度センサを用いた場合について説明したが、角速度センサや角加速度センサ等、検出対象軸方向に関する物理量を検出するものであれば本発明を適用することができる。

また、ユニット２０が備える物理量を検出するセンサとして、前記検出対象軸方向の加速度を検出する加速度センサ、または前記検出対象軸方向の角速度を検出する角速度センサ、これら双方のセンサを用いると、それぞれのユニットを、取付角度を変えて基板に取り付けることで、移動体の移動状態を把握するために必要な加速度や角速度を一度に検出することが可能となる。
特に、前記加速度センサや前記角速度センサの双方を備える前記ユニットを少なくとも三つ用意して、それぞれの取付角度を変えて基板に取り付ければ、前記移動体の３軸方向の加速度や、ヨー、ロール、ピッチの角速度の情報を一度に取得することが可能となる。

また、図４には、左右方向、前後方向、上下方向の加速度を検出するセンサユニット２０と、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１と、ＬＡＮトランシーバ６とを基板２５上に設けた場合を示したが、それぞれの方向についてまたはいずれかの方向について冗長機能を有するセンサユニット２０をさらに基板２５上に搭載してもよい。

本発明の実施の形態におけるセンサユニットを基板に取り付ける工程を示す状態説明図である。 同実施の形態のセンサユニットの内部構成を示す図である。 同実施の形態のセンサユニットの構成を示すブロック図である。 同実施の形態のセンサユニットの基板への取付例を示す斜視図である。 図４に示した基板上に搭載した各センサユニット、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン、ＬＡＮトランシーバの構成を示すブロック図である。

符号の説明

２（２ａ、２ｂ、２ｃ） 加速度センサ（物理量検出素子）
１３ センサハウジング（ハウジング）
１５ 出力端子
２０ ユニット
２１ 基板用取付部
２４ ユニット用取付部
２５ 基板
２６ 基板入力端子

Claims (4)

1. 検出対象軸方向に関する物理量を検出する物理量検出素子を有するユニットを基板に取り付ける物理量検出素子の基板への取付構造であって、
   前記基板は、前記ユニットを取り付けるためのユニット用取付部と、該ユニット用取付部から外れた位置に設けられる基板入力端子とを有し、
   前記ユニットは、前記ユニット用取付部に対応して形成される基板用取付部と、該基板用取付部を有する面とは異なる面に設けられる出力端子とを有し、
   前記ユニット用取付部は、その中心点に対して９０度回転対称となるように形成されるとともに、
   前記基板用取付部は、前記検出対象軸に平行となる面に少なくとも形成され、
   前記出力端子と前記基板入力端子とが接続されることを特徴とする物理量検出素子の基板への取付構造。
2. 前記ユニットは、前記検出対象軸に垂直となる面にも、前記ユニット用取付部に対応する前記基板用取付部を有することを特徴とする請求項１に記載の物理量検出素子の基板への取付構造。
3. 前記物理量検出素子は、前記検出対象軸方向の加速度を検出する加速度検出素子、または前記検出対象軸方向の角速度を検出する角速度検出素子、または前記加速度検出素子及び前記角速度検出素子、のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の物理量検出素子の基板への取付構造。
4. 前記ユニットは外形略立方体をなし、
   前記ユニット用取付部は前記立方体を構成する正方形の頂角をなす位置に形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の物理量検出素子の基板への取付構造。
   

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