JP2009092545A - 角速度および加速度検出用複合センサ - Google Patents

角速度および加速度検出用複合センサ Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、小型化された角速度および加速度検出用複合センサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の角速度および加速度検出用複合センサは、角速度信号処理ＩＣ５４における非機能部５７と加速度信号処理ＩＣ６０における非機能部６１とを接合するように構成しているため、角速度信号処理ＩＣまたは角速度信号処理ＩＣのうち、いずれか一方の機能部を、ケースにおけるケース接続電極に直接に電気的に接続することができ、これにより、回路基板が不要となるため、小型化された角速度および加速度検出用複合センサを提供することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、航空機・車両など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および加速度検出用複合センサに関するものである。
従来のこの種の角速度および加速度検出用複合センサは、図８〜図１１に示すように構成されていた。
図８は従来の角速度および加速度検出用複合センサの分解斜視図、図９は同角速度および加速度検出用複合センサの側断面図、図１０は同角速度および加速度検出用複合センサにおける角速度検出素子の斜視図、図１１は同角速度および加速度検出用複合センサの斜視図である。
図８〜図１１において、１は角速度検出手段で、この角速度検出手段１は、図１０に示している互いに結晶軸の異なる単結晶の水晶製の薄板を貼り合わせた音叉からなる振動体２と、この振動体２を収納するケース３と、このケース３の上面に設けた開口部（図示せず）を閉塞する蓋４とにより構成されている。また、角速度検出手段１を構成する振動体２の表面および裏面には駆動電極５を設け、かつ外側面および内側面には検出電極６を設けている。そしてまた、前記角速度検出手段１を構成するケース３は振動体２を内側に収納するとともに、上面に開口部（図示せず）を設けている。さらに、前記角速度検出手段１を構成する蓋４は、図８に示すように、上面から下面にわたって貫通するように電源端子７、角速度出力端子８およびＧＮＤ端子９を設けており、そして前記電源端子７およびＧＮＤ端子９の一端を前記振動体２における駆動電極５と電気的に接続している。また、前記蓋４に設けた角速度出力端子８は一端を振動体２における検出電極６に電気的に接続している。
１１は加速度信号処理ＩＣ（図示せず）を内蔵した加速度検出手段で、この加速度検出手段１１は内部に可動電極板（図示せず）および固定電極板（図示せず）を設けるとともに、この可動電極板（図示せず）および固定電極板（図示せず）と一端が電気的に接続された電源端子１２、Ｘ軸加速度出力端子１３ａ、Ｙ軸加速度出力端子１３ｂおよびＧＮＤ端子１４を外方へ突出するように設けている。１５は回路基板で、この回路基板１５は前記角速度検出手段１を下面に固着するとともに、上面から下面にわたって多数の端子挿通孔１６を設けており、そして、この端子挿通孔１６に角速度検出手段１における電源端子７、角速度出力端子８およびＧＮＤ端子９を挿通している。また、前記回路基板１５は下面に加速度検出手段１１を固着するとともに、上面にＡＧＣ回路（図示せず）を設けた電子部品からなる角速度信号処理ＩＣ１７を設け、そしてこの角速度信号処理ＩＣ１７に角速度検出手段１における電源端子７、角速度出力端子８、ＧＮＤ端子９および加速度検出手段１１における電源端子１２、Ｘ軸加速度出力端子１３ａ、Ｙ軸加速度出力端子１３ｂおよびＧＮＤ端子１４を電気的に接続している。
１８は金属製のシールドケースで、このシールドケース１８は収納部１８ａと、この収納部１８ａの開口部１８ｂを閉塞する蓋１８ｃとにより構成されている。また、このシールドケース１８は内側に回路基板１５、角速度検出手段１および加速度検出手段１１を収納するとともに、電源中継端子１９、ＧＮＤ中継端子２０、角速度中継端子２１、Ｘ軸加速度中継端子２２およびＹ軸加速度中継端子２３を内部から外部に貫通するように設けている。そしてまた、このシールドケース１８は電源中継端子１９の一端を角速度検出手段１における電源端子７および加速度検出手段１１における電源端子１２に電気的に接続するとともに、ＧＮＤ中継端子２０の一端を角速度検出手段１におけるＧＮＤ端子９および加速度検出手段１１におけるＧＮＤ端子１４に電気的に接続し、そして角速度中継端子２１の一端を角速度検出手段１における角速度出力端子８に電気的に接続し、さらに、Ｘ軸加速度中継端子２２の一端を加速度検出手段１１におけるＸ軸加速度出力端子１３ａに電気的に接続するとともに、Ｙ軸加速度中継端子２３の一端を加速度検出手段１１におけるＹ軸加速度出力端子１３ｂに電気的に接続している。そしてまた、前記シールドケース１８の蓋１８ｃには垂直部分１８ｄに切込みを入れることにより構成された弾性突起からなる付勢手段２４を設け、そしてこの付勢手段２４により、蓋１８ｃをシールドケース１８における開口部１８ｂの外側面に弾着させて、収納部１８ａを蓋１８ｃと同電位にしている。
２５は有底筒状に構成された樹脂製の保護ケースで、この保護ケース２５はシールドケース１８を内側に収納するとともに、側面から外方へ突出するようにコネクタ部２６を設けており、そしてこのコネクタ部２６の内側に電源コネクタ端子２７、角速度コネクタ端子２８、Ｘ軸加速度コネクタ端子２９、Ｙ軸加速度コネクタ端子３０およびＧＮＤコネクタ端子３１の一端を配設し、かつ他端を保護ケース２５に埋設している。また、保護ケース２５には図１１に示すように、底面から外底面にわたって貫通孔３２を設けるとともに、電源コネクタ端子２７、角速度コネクタ端子２８、Ｘ軸加速度コネクタ端子２９およびＹ軸加速度コネクタ端子３０、ＧＮＤコネクタ端子３１の他端を保護ケース２５に設けた貫通孔３２内に位置させている。そして、保護ケース２５におけるＸ軸加速度コネクタ端子２９の孔（図示せず）にＸ軸加速度中継端子２２の他端を挿通させて半田３５により電気的に接続するとともに、Ｙ軸加速度コネクタ端子３０の孔（図示せず）にＹ軸加速度中継端子２３の他端を挿通させて半田３５により電気的に接続し、さらに電源コネクタ端子２７の孔（図示せず）に電源中継端子１９の他端を挿通させて半田３５により電気的に接続するとともに、角速度コネクタ端子２８の孔（図示せず）に角速度中継端子２１の他端を挿通させて半田３５により電気的に接続し、ＧＮＤコネクタ端子３１の孔（図示せず）にＧＮＤ中継端子２０の他端を挿通させて半田３５により電気的に接続している。３６は樹脂製の保護蓋で、この保護蓋３６は保護ケース２５の上面に設けた開口部を閉塞しているものである。
以上のように構成され、かつ組み立てられた従来の角速度および加速度検出用複合センサについて、次に、その動作を説明する。
まず、外部に設けた電源（図示せず）による直流電圧を、電源コネクタ端子２７、電源中継端子１９および角速度信号処理ＩＣ１７により交流電圧に変換し、この交流電圧を電源端子７を介して角速度検出手段１の振動体２の駆動電極５に印加する。また、同様に、駆動電極５をＧＮＤコネクタ端子３１、ＧＮＤ中継端子２０、ＧＮＤ端子９を介して接地すると、振動体２が屈曲振動する。この状態において、振動体２の長手方向の中心軸周りに角速度ωで角速度検出手段１が回転すると、振動体２にＦ＝２ｍｖ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、検出電極６に発生する電荷からなる出力信号を角速度出力端子８を介して回路基板１５における角速度信号処理ＩＣ１７により出力電圧に変換し、さらに角速度中継端子２１および角速度コネクタ端子２８を介して、相手側のコンピュータ（図示せず）に入力することにより、角速度を検出するものである。また、同様に、加速度検出手段１１における可動電極板（図示せず）および固定電極板（図示せず）に電源コネクタ端子２７、電源中継端子１９および電源端子７を介して５Ｖを印加した状態において、加速度検出手段１１の平面に水平な方向であるＸ軸方向およびＹ軸方向に加速度が加わると、可動電極板（図示せず）が移動することになり、これにより、可動電極板（図示せず）と固定電極板（図示せず）との間に設けたコンデンサの容量が変化する。そして、この容量の変化を加速度検出手段１１の内部で、出力電圧に変換し、Ｘ軸方向の加速度をＸ軸加速度出力端子１３ａ、Ｘ軸加速度中継端子２２およびＸ軸加速度コネクタ端子２９を介して相手側コンピュータ（図示せず）に入力することにより、Ｘ軸方向の加速度を検出するものである。また、同様に、Ｙ軸方向の加速度をＹ軸加速度出力端子１３ｂ、Ｙ軸加速度中継端子２３およびＹ軸加速度コネクタ端子３０を介して相手側コンピュータ（図示せず）に入力することにより、Ｙ軸方向の加速度を検出するものである。そして、相手側コンピュータ（図示せず）により、車体に加わる角速度、Ｘ軸方向の加速度およびＹ軸方向の加速度を解析することにより、車体の挙動を分析するものである。
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−４４５０号公報
しかしながら上記従来の構成においては、シールドケース１８の内側に、回路基板１５を設けるとともに、この回路基板１５の上面に角速度信号処理ＩＣ１７を設け、さらに回路基板１５の下面に、加速度信号処理ＩＣ（図示せず）を内蔵した加速度検出手段１１を設けていたため、角速度および加速度検出用複合センサが大型化してしまうという課題を有していた。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、小型化された角速度および加速度検出用複合センサを提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
本発明の請求項１に記載の発明は、角速度を検出する角速度検出素子と、加速度を検出する加速度検出素子と、前記角速度検出素子の出力信号を処理するとともに一面に機能部を設け、かつ他面に非機能部を設けた角速度信号処理ＩＣと、前記加速度検出素子の出力信号を処理するとともに一面に機能部を設け、かつ他面に非機能部を設けた加速度信号処理ＩＣと、前記角速度検出素子、加速度検出素子、角速度信号処理ＩＣおよび加速度信号処理ＩＣを収納するとともにケース電源電極、ケースＧＮＤ電極、ケース角速度出力電極、ケース加速度出力電極、多層回路基板およびケース接続電極を一体に設けたケースとを備え、前記角速度信号処理ＩＣにおける非機能部と加速度信号処理ＩＣにおける非機能部とを接合するように構成したもので、この構成によれば、角速度信号処理ＩＣにおける非機能部と加速度信号処理ＩＣにおける非機能部とを接合するように構成しているため、角速度信号処理ＩＣまたは加速度信号処理ＩＣのうち、いずれか一方の機能部を、ケースにおけるケース接続電極に直接に電気的に接続することができ、これにより、回路基板が不要となるため、小型化された角速度および加速度検出用複合センサを提供することができるという作用効果を有するものである。
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、角速度信号処理ＩＣを加速度信号処理ＩＣの下側に位置させるとともに、ケースの内底面に設けたケース接続電極と角速度信号処理ＩＣの外底面に設けたＩＣ電極とを電極バンプにより電気的に接続するように構成したもので、この構成によれば、ケースの内底面に設けたケース接続電極と角速度信号処理ＩＣの外底面に設けたＩＣ電極とを電極バンプにより電気的に接続するように構成しているため、小型で、かつ容易に角速度信号処理ＩＣをケースにおけるケース接続電極に直接に電気的に接続することができるという作用効果を有するものである。
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、加速度信号処理ＩＣを角速度信号処理ＩＣの上側に位置させるとともに、前記加速度信号処理ＩＣの上面と略同一面上に位置してケースにケース接続電極を設け、かつこのケース接続電極と前記加速度信号処理ＩＣの上面に設けたＩＣ電極とをワイヤにより電気的に接続するように構成したもので、この構成によれば、加速度信号処理ＩＣの上面と略同一面上に位置してケースにケース接続電極を設け、かつこのケース接続電極と前記加速度信号処理ＩＣの上面に設けたＩＣ電極とをワイヤにより電気的に接続するように構成しているため、角速度信号処理ＩＣとは別個に、加速度信号処理ＩＣにおけるＩＣ電極をケースにおけるケース接続電極に電気的に接続することができるという作用効果を有するものである。
以上のように本発明の角速度および加速度検出用複合センサは、角速度を検出する角速度検出素子と、加速度を検出する加速度検出素子と、前記角速度検出素子の出力信号を処理するとともに一面に機能部を設け、かつ他面に非機能部を設けた角速度信号処理ＩＣと、前記加速度検出素子の出力信号を処理するとともに一面に機能部を設け、かつ他面に非機能部を設けた加速度信号処理ＩＣと、前記角速度検出素子、加速度検出素子、角速度信号処理ＩＣおよび加速度信号処理ＩＣを収納するとともにケース電源電極、ケースＧＮＤ電極、ケース角速度出力電極、ケース加速度出力電極、電源電極、ＧＮＤ電極、出力電極、多層回路基板およびケース接続電極を一体に設けたケースとを備え、前記角速度信号処理ＩＣにおける非機能部と加速度信号処理ＩＣにおける非機能部とを接合するように構成しているため、角速度信号処理ＩＣまたは加速度信号処理ＩＣのうち、いずれか一方の機能部を、ケースにおけるケース接続電極に直接に電気的に接続することができ、これにより、回路基板が不要となるため、小型化された角速度および加速度検出用複合センサを提供することができるという優れた効果を奏するものである。
以下、本発明の一実施の形態における角速度および加速度検出用複合センサについて、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施の形態における角速度および加速度検出用複合センサの分解斜視図、図２は同角速度および加速度検出用複合センサを裏側から見た斜視図、図３は同角速度および加速度検出用複合センサにおける角速度検出素子の斜視図、図４は同角速度および加速度検出用複合センサの角速度検出素子における第１の腕部の側断面図、図５は同角速度および加速度検出用複合センサのケースにおける角速度信号処理ＩＣおよび加速度信号処理ＩＣの近傍の側断面図、図６は同角速度および加速度検出用複合センサにおけるケースの下面図である。
図１〜図６において、４１は音叉形状の角速度検出素子で、この角速度検出素子４１は図３に示すように、第１の腕部４１ａ、第２の腕部４１ｂおよび第１の腕部４１ａと第２の腕部４１ｂの一端を接続する接続部４１ｃとにより構成されている。また、この角速度検出素子４１は図４に示すように、Ｓｉからなる基材４２の上面の全面にわたってＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極４３を設け、さらにこの共通ＧＮＤ電極４３の上面にＰＺＴ薄膜からなる圧電層４４を設けているものである。そしてまた、この角速度検出素子４１は図３に示すように音叉形状をなしているもので、この音叉形状の角速度検出素子４１は、上面の略中央の内側に位置して、圧電層４４の上面に一対の第１の駆動電極４５を設けるとともに、略中央の外側に位置して圧電層４４の上面に一対の第２の駆動電極４６を設けている。さらに、この角速度検出素子４１は、上面の先端側に位置して、圧電層４４の上面に一対の検出電極４７を設けるとともに、第１の駆動電極４５より根元側に位置して、圧電層４４の上面にモニター電極４８を設けている。さらにまた、この角速度検出素子４１は、接続部４１ｃの表面に位置して、圧電層４４の表面にＧＮＤ電極４９を設けている。５０は加速度検出素子で、この加速度検出素子５０は、加速度の機械量を電気信号に変換するものである。
５１はセラミックからなるケースで、このケース５１は、図５に示すように、内底面から外底面にわたってセラミックと配線用導体の層構造からなる多層回路基板５２を設けている。また、ケース５１の内底面である多層回路基板５２の上面には複数のケース接続電極５３ａを設けており、さらに、内底面より若干高い位置にはケース接続電極５３ｂを設けているものである。そしてまた、前記ケース５１の内側には段差部５３ｃを設け、さらに、このケース５１の外底面には前記多層回路基板５２と電気的に接続されたケース電源電極５２ａ、ケースＧＮＤ電極５２ｂ、ケース角速度出力電極５２ｃ、ケース加速度出力電極５２ｄおよびコンデンサ電極５２ｅを一体に設けているものである。５１ａは蓋で、この蓋５１ａは前記ケース５１における開口部を閉塞するものである。
５４は角速度信号処理ＩＣで、この角速度信号処理ＩＣ５４は底面に機能部５５を設けており、そして、この機能部５５には前記ケース接続電極５３と対向するように複数のＩＣ電極５６を設けているものである。また、前記角速度信号処理ＩＣ５４は上面に非機能部５７を設けている。５８は電極バンプで、この電極バンプ５８は前記角速度信号処理ＩＣ５４におけるＩＣ電極５６と、ケース５１におけるケース接続電極５３とを電気的に接続しているものである。
そしてまた、前記角速度信号処理ＩＣ５４における非機能部５７は、後述する加速度信号処理ＩＣにおける非機能部と接合するように構成しているため、角速度信号処理ＩＣ５４の機能部５５を、ケース５１におけるケース接続電極５３ａに直接に電気的に接続することができ、これにより、回路基板が不要となるため、小型化された角速度および加速度検出用複合センサを提供することができるという効果を有するものである。
５９はアンダーフィルで、このアンダーフィル５９は前記角速度信号処理ＩＣ５４におけるＩＣ電極５６を除く全面にわたって設けられており、そして、このアンダーフィル５９により、前記角速度信号処理ＩＣ５４をケース５１の内底面に接着しているものである。６０は加速度信号処理ＩＣで、この加速度信号処理ＩＣ６０は、下面に非機能部６１を設けており、そして、この非機能部６１を、前記角速度信号処理ＩＣ５４における非機能部５７に接着剤６２により接続し、さらに上面には機能部６３を設けており、かつこの機能部６３にはＩＣ電極６４を設けているものである。そしてまた、このＩＣ電極６４は、前記加速度信号処理ＩＣ６０の上面と略同一面上に位置して前記ケース５１に設けられたケース接続電極５３ｂとワイヤ６５により電気的に接続されているものである。
上記したように、本発明の一実施の形態においては、加速度信号処理ＩＣ６０の上面と略同一面上に位置してケース５１にケース接続電極５３ｂを設け、かつこのケース接続電極５３ｂと前記加速度信号処理ＩＣ６０の上面に設けたＩＣ電極６４とをワイヤ６５により電気的に接続するようにしているため、角速度信号処理ＩＣ５４とは別個に、加速度信号処理ＩＣ６０におけるＩＣ電極６４をケース５１におけるケース接続電極５３ｂに電気的に接続することができるという効果を有するものである。
６６はコンデンサで、このコンデンサ６６は前記ケース５１の外底面に設けられたコンデンサ電極５２ｅに実装されている。６７は樹脂で構成した収納部で、この収納部６７は角速度の被測定物である相手側基板（図示せず）と垂直の方向を角速度の検知軸とする向きとなるように構成されている。またこの収納部６７には、前記ケース５１が収納されるとともに、一端が前記角速度検出素子４１における第１の駆動電極４５、第２の駆動電極４６あるいは検出電極４７と電気的に接続される少なくとも４つの端子６８の他端を一体に埋設している。６９は前記収納部６７の略中央に位置して収納部６７における角速度の検知軸と略平行に設けられ、かつ前記ケース５１を載置する載置部で、この載置部６９には前記端子６８の一端側を埋設するとともに、この載置部６９から前記端子６８の一端側の先端部７０を露出させている。また、この載置部６９にケース５１を載置することにより、ケース５１におけるケース外電極（図示せず）が載置部６９における端子６８の一端側の先端部７０に電気的に接続されるものである。そしてまた、端子６８の一端側の先端部７０はケース５１とも機械的に接続されているため、ケース５１は収納部６７に他端が一体に埋設された端子６８により周囲から支持される構成となっているものである。また、収納部６７の外底面には、図２に示すように、８つの電極用凹部７１を設けており、そしてこの電極用凹部７１に、収納部６７に一体に埋設した端子６８の他端側の先端部７０を露出させることにより、電源電極７２、ＧＮＤ電極７３、角速度出力電極７４、加速度出力電極７５および４つの固定用電極７６を設けている。さらに、収納部６７の外底面には、図２に示すように、３つの凹部７７を設けている。７８は金属製のカバーで、このカバー７８は、図１に示すように、開口部側に３つの係止爪７９を設け、かつこの係止爪７９を図２に示す収納部６７における凹部７７でかしめ固定することにより、図２に示すように、ＧＮＤ電位接続部８１を収納部６７の外底面に設けている。
以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度および加速度検出用複合センサについて、次に、その組立方法を図７（ａ）〜（ｆ）にもとづいて説明する。
まず、予め準備した図７（ａ）に示すＳｉからなる基材４２の上面に図７（ｂ）に示すように、ＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極４３を蒸着により形成し、その後、図７（ｃ）に示すように、共通ＧＮＤ電極４３の上面にＰＺＴ薄膜からなる圧電層４４を蒸着により形成する。
次に、図７（ｄ）に示すように、圧電層４４の上面にＴｉとＡｕの合金薄膜からなる形成途上電極４５ａを蒸着により形成し、その後、図７（ｅ）に示すように、所定の形状になるように、共通ＧＮＤ電極４３、圧電層４４および形成途上電極４５ａの不要な箇所を除去し、圧電層４４の上面に第１の駆動電極４５、第２の駆動電極４６、検出電極４７、モニター電極４８およびＧＮＤ電極４９を形成する。
次に、共通ＧＮＤ電極４３側に電圧を印加するとともに、第１の駆動電極４５、第２の駆動電極４６、検出電極４７、モニター電極４８およびＧＮＤ電極４９を接地することにより、圧電層４４を分極する。
次に、基材４２における不要な箇所を除去することにより、図７（ｆ）に示すように、個片の角速度検出素子４１を形成する。
次に、予め準備したセラミックからなる絶縁体（図示せず）と配線用導体（図示せず）からなる多層回路基板５２の上面に、Ａｕからなるケース接続電極５３ａおよびケース接続電極５３ｂを形成し、その後、多層回路基板５２の下面にＡｇからなるケース接続電極（図示せず）を形成する。
次に、多層回路基板５２の上面の外周にわたってセラミックからなる側壁５２ａを形成し、その後、この側壁５２ａの上面にコバールからなる金属枠５２ｂを固着する。
次に、ケース５１におけるケース接続電極５３ａの上面に、電極バンプ５８を載置した後、さらにその電極バンプ５８の上面に位置して、角速度信号処理ＩＣ５４におけるＩＣ電極６４が位置するように、角速度信号処理ＩＣ５４をケース５１の上面に載置する。
次に、ケース５１と角速度信号処理ＩＣ５４との間に、アンダーフィル５９を注入した後、約１７５℃にて約９０分加熱し、アンダーフィル５９を硬化させて、ケース５１の上面に、角速度信号処理ＩＣ５４を圧接するように固着する。
上記のように本発明の一実施の形態においては、ケース５１の内底面に設けたケース接続電極５３ａと角速度信号処理ＩＣ５４の外底面に設けたＩＣ電極６４とを電極バンプ５８により電気的に接続するようにしているため、小型で、かつ容易に角速度信号処理ＩＣ５４をケース５１におけるケース接続電極５３ａに直接に電気的に接続することができるという効果を有するものである。
次に、角速度信号処理ＩＣ５４における非機能部５７の上面に接着剤６２を塗布した後、非機能部６１が当接するように、加速度信号処理ＩＣ６０を載置し、さらに、前記接着剤６２を硬化させることにより、角速度信号処理ＩＣ５４の上面に加速度信号処理ＩＣ６０を固着する。
次に、前記ケース５１におけるケース接続電極５３ｂと、加速度信号処理ＩＣ６０におけるＩＣ電極６４とをワイヤ６５を介して、ワイヤボンディングにより電気的に接続する。
次に、コンデンサ６６をケース５１におけるコンデンサ電極５２ｅにはんだ付けする。
次に、音叉型の角速度検出素子４１における接続部４１ｃの下面をケース５１の段差部５３ｃの上面に固着し、その後、角速度検出素子４１の上面に形成された第１の駆動電極４５、第２の駆動電極４６、検出電極４７、モニター電極４８およびＧＮＤ電極４９とケース５０におけるケース接続電極５３ｂとをワイヤ６５を介してワイヤボンディングにより電気的に接続する。
次に、ケース５１の開口部に、金属製の蓋５１ａをシーム溶接により窒素雰囲気中で固着する。
次に、予め折り曲げることにより屈曲部を設けた８つの端子６８を成形金型（図示せず）に設置した後、成形金型（図示せず）に溶融している樹脂を流し込み、端子６８の一端側を埋設する載置部６９を、端子６８の一端側における先端部７０が載置部６９から露出するように形成するとともに、端子６８の他端を一体に埋設する収納部６７を、この収納部６７における外底面から端子６８における他端側の先端部７０が露出するように形成し、さらに、収納部６７における外底面に電極用凹部７１および凹部７７を形成する。
次に、収納部６７における載置部６９にケース５１を載置した後、載置部６９における裏面側からはんだ付けすることにより、端子６８における一端側の先端部７０にケース５１におけるケース接続電極（図示せず）を電気的に接続する。
次に、収納部６７における電極用凹部７１に位置して、端子６８における他端側の先端部を折り曲げて、収納部６７の外底面に電源電極７２、ＧＮＤ電極７３、角速度出力電極７４、加速度出力電極７５および４つの固定用電極７６を形成する。
最後に、金属製のカバー７８を収納部６７にかぶせた後、カバー７８の開口部側に設けた３つの係止爪７９を収納部６７の外底面に設けた３つの凹部７７に位置させてかしめ固定することにより、ＧＮＤ電位接続部８１を収納部６７の外底面に形成する。
以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度および加速度検出用複合センサについて、次に、その動作を説明する。
まず、音叉型の角速度検出素子４１における第１の腕部４１ａおよび第１の腕部４１ａに設けた第１の駆動電極４５に正電圧を印加するとともに、第２の駆動電極４６に負電圧を印加すると、第１の駆動電極４５の下側に位置する圧電層４４が伸びるとともに、第２の駆動電極４６の下側に位置する圧電層４４が縮むため、角速度検出素子４１における第１の腕部４１ａおよび第２の腕部４１ｂが外側に向かって開く。
次に、音叉型の角速度検出素子４１における第１の腕部４１ａおよび第１の腕部４１ａに設けた第１の駆動電極４５に負電圧を印加するとともに、第２の駆動電極４６に正電圧を印加すると、第１の駆動電極４５の下側に位置する圧電層４４が縮むとともに、第２の駆動電極４６の下側に位置する圧電層４４が伸びるため、角速度検出素子４１における第１の腕部４１ａおよび第２の腕部４１ｂが内側に向かって閉じる。すなわち、音叉型の角速度検出素子４１における第１の駆動電極４５および第２の駆動電極４６に交流電圧を印加すると、角速度検出素子４１における第１の腕部４１ａおよび第２の腕部４１ｂは面内方向の固有振動数で速度Ｖの屈曲運動をする。そして、角速度検出素子４１の屈曲運動はモニター電極４８から発生する出力信号が一定になるように、第１の駆動電極４５および第２の駆動電極４６に印加する電圧を調整することにより、屈曲振動の振幅を制御している。
そしてまた、角速度検出素子４１における第１の腕部４１ａおよび第２の腕部４１ｂが固有振動数で屈曲運動している状態において、角速度検出素子４１が長手方向の中心軸（検知軸）周りに角速度ωで回転すると、角速度検出素子４１における第１の腕部４１ａおよび第２の腕部４１ｂのアームにＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。
このコリオリ力により、検出電極４７の下側に位置する圧電層４４に発生する電荷からなる出力信号を検出電極４７、ケース接続電極５３ａ、電極バンプ５８およびＩＣ電極６４を介して角速度信号処理ＩＣ５４に入力し、そして波形処理をした後、ケース接続電極５３ａ、コンデンサ６６、端子６８における一端側の先端部７０、端子６８、角速度出力電極６９を介して、相手側のコンピューター（図示せず）に入力することにより、角速度を検出するものである。
そしてまた、角速度および加速度検出用複合センサに加速度が加わると、加速度に応じて、加速度検出素子５０に出力信号が発生する。その出力信号を多層回路基板５２、ケース接続電極５３ｂ、ワイヤ６５およびＩＣ電極６４を介して加速度信号処理ＩＣ６０により信号処理した後、ワイヤ６５を介してケース接続電極５３ｂに入力し、多層回路基板５２、端子６８および加速度検出出力電極７５を介して相手側のコンピューター（図示せず）に入力することにより、加速度を検出するものである。
本発明の角速度および加速度検出用複合センサは、小型化された角速度および加速度検出用複合センサを提供することができるという効果を有し、特に航空機・車両など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および加速度検出用複合センサとして有用となるものである。
本発明の一実施の形態における角速度および加速度検出用複合センサの分解斜視図 同角速度および加速度検出用複合センサを裏側から見た斜視図 同角速度および加速度検出用複合センサにおける角速度検出素子の斜視図 同角速度および加速度検出用複合センサの角速度検出素子における第１の腕部の断面図 同角速度および加速度検出用複合センサのケースにおける角速度信号処理ＩＣおよび加速度信号処理ＩＣの近傍の側断面図 同角速度および加速度検出用複合センサのケースの下面図 （ａ）〜（ｆ）同角速度および加速度検出用複合センサにおける角速度検出素子の組立工程図 従来の角速度および加速度検出用複合センサの分解斜視図 同角速度および加速度検出用複合センサの側断面図 同角速度および加速度検出用複合センサにおける角速度検出素子の斜視図 同角速度および加速度検出用複合センサの斜視図
符号の説明
４１ 角速度検出素子
５０ 加速度検出素子
５１ ケース
５２ 多層回路基板
５２ａ ケース電源電極
５２ｂ ケースＧＮＤ電極
５２ｃ ケース角速度出力電極
５２ｄ ケース加速度出力電極
５３ａ，５３ｂ ケース接続電極
５４ 角速度信号処理ＩＣ
５５，６３ 機能部
５７，６１ 非機能部
５６，６４ ＩＣ電極
５８ 電極バンプ
６０ 加速度信号処理ＩＣ
６５ ワイヤ

Claims (3)

  1. 角速度を検出する角速度検出素子と、加速度を検出する加速度検出素子と、前記角速度検出素子の出力信号を処理するとともに一面に機能部を設け、かつ他面に非機能部を設けた角速度信号処理ＩＣと、前記加速度検出素子の出力信号を処理するとともに一面に機能部を設け、かつ他面に非機能部を設けた加速度信号処理ＩＣと、前記角速度検出素子、加速度検出素子、角速度信号処理ＩＣおよび加速度信号処理ＩＣを収納するとともにケース電源電極、ケースＧＮＤ電極、ケース角速度出力電極、ケース加速度出力電極、多層回路基板およびケース接続電極を一体に設けたケースとを備え、前記角速度信号処理ＩＣにおける非機能部と加速度信号処理ＩＣにおける非機能部とを接合するように構成した角速度および加速度検出用複合センサ。
  2. 角速度信号処理ＩＣを加速度信号処理ＩＣの下側に位置させるとともに、ケースの内底面に設けたケース接続電極と角速度信号処理ＩＣの外底面に設けたＩＣ電極とを電極バンプにより電気的に接続するように構成した請求項１記載の角速度および加速度検出用複合センサ。
  3. 加速度信号処理ＩＣを角速度信号処理ＩＣの上側に位置させるとともに、前記加速度信号処理ＩＣの上面と略同一面上に位置してケースにケース接続電極を設け、かつこのケース接続電極と前記加速度信号処理ＩＣの上面に設けたＩＣ電極とをワイヤにより電気的に接続するように構成した請求項１記載の角速度および加速度検出用複合センサ。
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