JP2011043399A

JP2011043399A - 多軸角速度センサユニットの製造方法

Info

Publication number: JP2011043399A
Application number: JP2009191558A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Jitosho; 典行地頭所
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2011-03-03

Abstract

【課題】本発明は、互いに直交する３軸に対応する角速度をそれぞれ検出する多軸角速度センサユニットの製造方法に関し、多軸角速度センサユニットにおける検出レベルの測定工程を簡略化し生産性を高めることを目的とする。
【解決手段】本発明は、互いに直交する検出軸７，８，９として角速度を検出する多軸角速度センサユニットにおいて、パッケージ５の内部にセンサ素子１，２，３およびＩＣ４を配置した後に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で構成する座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における（１，１，１）で示される軸を回転軸２４とし多軸角速度センサユニットを回転させて各センサ素子１，２，３の角速度を検出し、この検出結果を予めＩＣ４に格納しておいた基準値データと比較させ各センサ素子１，２，３の検出レベルの補正値を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに直交する３軸に対応する角速度をそれぞれ検出する多軸角速度センサユニットの製造方法に関する。

近年、電子機器における角速度の検出においては、互いに直交する３方向を検出軸とした検出が行われることから、各検出軸に対応する角速度を検出するセンサ素子を一つのパッケージの内部に収容する多軸角速度センサユニットが検討されている。

また、このような多軸角速度センサユニットの製造工程においては、パッケージにセンサ素子を実装するにあたり、実装したセンサ素子の検出軸と実際の多軸角速度センサユニットにおける検出軸とのズレにより検出レベルが変化するため、パッケージに実装した後にこの検出ズレを確認し、得られた角速度情報を予め設定された基準値と比較し検出レベルの補正値を設定していた。

なお、この出願の発明に関連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２００７−５７２８８号公報

しかしながら、センサ素子の検出レベルを測定する場合、それぞれの検出軸に対して多軸角速度センサユニットを回転させ角速度を付与しなければならず、互いに直交する３つの検出軸を有する多軸角速度センサユニットにおいては３つの検出軸に対して別々に角速度を付与しなければならず、生産性が悪くなってしまうという問題があった。

そこで、本発明はこのような問題を解決し、多軸角速度センサユニットの製造工程に含まれる検出レベルの測定工程を簡略化し生産性を高めることを目的とする。

この目的を達成するために本発明は、互いに直交する３つの検出軸の角速度を検出する多軸角速度センサユニットにおける各センサ素子の検出レベルの補正値を設定する方法において、パッケージの内部にセンサ素子およびＩＣを配置した後に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で構成する座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における（１，１，１）で示される軸を回転軸とし多軸角速度センサユニットを回転させて各センサ素子の角速度を検出し、この検出結果を予めＩＣに格納しておいた基準値データと比較させ各センサ素子の検出レベルの補正値を設定するとしたのである。

この構成により本発明は多軸角速度センサユニットに対する生産性を向上できるのである。

本発明の一実施形態の多軸角速度センサユニットを示す分解斜視図同多軸角速度センサユニットの内部構造を示す上面図同多軸角速度センサユニットを構成するセンサ素子の上面図同多軸角速度センサユニットを構成する他のセンサ素子の上面図同センサ素子の電極構造を示す模式図同多軸角速度センサユニットのレベル検出用の回転軸を示す図

以下、本発明の一実施形態について図を用いて説明する。

図１および図２は３つの振動型のセンサ素子１，２，３とこれらセンサ素子１，２，３を制御するＩＣ４をパッケージ５の内部に収納しリッド６で封口した多軸角速度センサユニットの構造を示した図であり、３つのセンサ素子１，２，３は互いに直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を検出軸７，８，９とした角速度情報を電気信号として出力するものである。

また、センサ素子１，２とセンサ素子３は検出方式が異なり、センサ素子１，２は図３に示すように、支持部１０から検出軸７（８）を中心として対称配置された駆動アーム１１上に駆動電極１２および検知電極１３を設けた音叉型素子であり、センサ素子３は図４に示すように、破線で囲んだ支持部１４を中心として錘部１５を対称に配置しこれらを破線で囲んだ蛇行状の駆動アーム１６で接続し、この駆動アーム１６上に駆動電極１７および検知電極１８を設けたジャバラ型素子を用いている。

なお、駆動電極１２，１７や検知電極１３，１８などの電極構造は、図５に示すようにＡｕからなる上部電極１９とＰｔからなる下部電極２０と、これらの間に配置されたＰＺＴからなる圧電体層２１により形成され、下部電極２０をグランド接続した状態で上部電極１９に正電圧を印加すると電極の積層方向に対して圧縮力が働き、この圧縮力により電極パターンが延びる方向に応力が発生し、これとは逆に負電圧を印加すると電極に引張力が働き、この引張力により電極パターンが縮む方向に応力が発生するものである。これとは逆に電極が撓み圧縮応力を受けることで負電圧を発生し、電極が延び引張応力を受けることで正電圧を発生させるものである。

また、図３に示す音叉型のセンサ素子１，２を用いた角速度の検出は、駆動電極にＩＣ４から駆動電圧を印加することにより駆動アーム１１が矢印２２で示すよう並設方向に振動し、この振動状態において検出軸回りに角速度が加わることでコリオリ力により駆動アーム１１がＺ軸方向に撓み振動が生じ、この撓み振動を検知電極１３により電気信号に変換しＩＣ４に出力する。

そして、図４に示すジャバラ型のセンサ素子３を用いた角速度の検出は、駆動電極１７にＩＣ４から駆動電圧を印加することにより駆動アーム１７が矢印２３で示すようジャバラの伸縮方向（Ｘ軸方向）に振動させ、この振動状態において振動平面（ＸＹ平面）に直交する検出軸回り（Ｚ軸回り）に角速度が加わることでコリオリ力により駆動アーム１６が側方（Ｙ軸方向）に撓み振動が生じ、この撓み振動を検知電極１８により電気信号に変換しＩＣ４に出力する。

なお、パッケージ５の内部におけるセンサ素子１，２，３及びＩＣ４の実装レイアウトは、図１、図２に示されるように、パッケージ５の内部に段差５ａが設けられ、この段差５ａの内側の下段面５ｂにＩＣ４を実装するとともに、このＩＣ４の上面にセンサ素子３を実装し、段差５ａの外側の上段面５ｃにセンサ素子１，２の支持部１０を実装し駆動アーム１１の振動空間を確保した構造としている。

また、センサ素子３はＩＣ４の上面において支持部１４から延出された接続部１４ａとＩＣ４の間にスペーサ層（特に図示せず）を介在させ駆動アーム１６を浮かせその振動空間を確保した構造としている。

なお、このように一つのパッケージ５の内部において駆動アーム１１の検出軸７，８と振動平面（ＸＹ平面）が平行なセンサ素子１，２と、振動平面（ＸＹ平面）と検出軸９が直交するセンサ素子３を配置することで、３つのセンサ素子１，２，３の振動平面が一致もしくは平行な状態でパッケージ５の内部に配置できるので、結果として多軸角速度センサユニットを低背化した構造となっている。

そして、このような多軸角速度センサユニットにおいては、センサ素子１，２，３をパッケージ５の内部に実装する際の実装精度のバラツキに応じて各センサ素子１，２，３から出力される角速度信号の検出レベルにバラツキが生じるため、これらの組み付け後に各センサ素子１，２，３の検出レベルを確認し、検出レベルが適正な値となるようＩＣ４に予め格納しておいた基準値データと比較させ補正値を設定するのであるが、この一実施形態においては、パッケージ５の内部にセンサ素子１，２，３およびＩＣ４を配置した後に、多軸角速度センサユニットを図６に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で構成する座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における（１，１，１）で示される軸を回転軸２４とし多軸角速度センサユニットを回転させることにより各センサ素子１，２，３の角速度を検出し補正値を設定している。

すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を検出軸とする多軸角速度センサユニットを、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における（１，１，１）で示される軸を回転軸２４とし多軸角速度センサユニットを回転させることで、各センサ素子１，２，３に対してｃｏｓ²θ（但し、θ＝４５°）の回転成分が均等に加わるので、この１つの回転軸２４に対する回転動作により、多軸角速度センサユニットにおける３つのセンサ素子１，２，３の検出レベルを一度に検出することができ、多軸角速度センサユニットに対する生産性を向上できるのである。

なお、回転軸２４の軸方向を（１，１，１）以外の方向（ただし、Ｘ≠０、Ｙ≠０、Ｚ≠０）としても、３つのセンサ素子１，２，３の検出レベルを一度に検出することができるのであるが、それぞれのセンサ素子１，２，３に加わる角速度の条件が異なってしまい、補正値の設定にかかる処理が複雑になるため、回転軸２４の軸方向は（１，１，１）の方向に設定することが望ましい。

本発明は、多軸角速度センサユニットの製造工程に含まれる検出レベルの検査工程において角速度センサユニットに与える負荷を低減するという効果を有し、特に小型化が進み製品強度が必要となる産業・車両用途の多軸角速度センサユニットにおいて有用である。

１，２，３センサ素子
４ＩＣ
５パッケージ
７検出軸（Ｘ軸）
８検出軸（Ｙ軸）
９検出軸（Ｚ軸）
２４回転軸

Claims

互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を検出軸とする多軸角速度センサユニットの製造方法であって、前記多軸角速度センサユニットは、前記各検出軸回りの角速度を検出するセンサ素子と、前記センサ素子の駆動状態を制御するとともに前記センサ素子から出力される検出信号を処理するＩＣと、これらセンサ素子およびＩＣを内蔵するパッケージとを備え、
前記パッケージの内部に前記センサ素子および前記ＩＣを配置した後に、前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で構成する座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における（１，１，１）で示される軸を回転軸とし前記多軸角速度センサユニットを回転させることにより前記各センサ素子の角速度を検出し、この検出結果を前記ＩＣに格納された基準値と比較させ前記各センサ素子の検出レベルの補正値を設定することを特徴とした多軸角速度センサユニットの製造方法。