JP2016105088A - センサーデバイスおよび電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
このようなセンサー素子を回路基板等に実装する場合、センサー素子を回路基板に直接実装することは困難であり、台座と蓋部材とからなるケーシングに収容した状態で実装するのが一般的である。しかし、このようなケーシングに収容すると、センサー素子が大型化する問題がある。また、センサー素子がケーシングに対して傾いて固定されると、センサー素子の検出軸が傾いてしまい、検出精度が低下するという問題もある。すなわち、小型化を図りつつ、センサー素子の位置決めが正確に行われたセンサーデバイスが待ち望まれている。
本発明のセンサーデバイスは、内底面および内側面を備えた固定部材と、第1のセンサー部品を搭載した第1の基板と、第2のセンサー部品を搭載し、且つ前記第1の基板に接続されている第2の基板と、を含み、前記第1の基板は前記内底面に固定され、前記第2の基板は前記内側面に固定されていることを特徴とする。また、前記固定部材の前記内底面には窪み部が設けられ、前記第1の基板は前記窪み部の周縁に固定され、前記第1のセンサー部品は、前記第1の基板の前記窪み部がある面側に配置されていることを特徴とする。また、前記固定部材の前記内側面には窪み部が設けられ、前記第2の基板は前記窪み部の周縁に固定され、前記第2のセンサー部品は、前記第2の基板の前記窪み部がある面側に配置されていることを特徴とする。また、前記第1の基板は、前記第1のセンサー部品を介して前記内底面に固定されていることを特徴とする。また、前記第2の基板は、前記第2のセンサー部品を介して前記内側面に固定されていることを特徴とする。また、前記第1の基板と前記第2の基板とは、折り曲げ可能な部材で接続されていることを特徴とする。また、前記第1のセンサー部品の検出軸と前記第2のセンサー部品の検出軸は互いに交差していることを特徴とする。また、外部と接続されるコネクターを搭載した第3の基板を含み、前記第3の基板は、前記第1の基板および前記第2の基板の少なくとも一方に接続されていることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、センサー部品の位置決めを簡単かつ正確に行うことができるセンサーデバイスを提供することができる。
これにより、固定部材の構成が簡単となる。
本発明のセンサーデバイスでは、前記固定面は、少なくとも、互いに交差する第1の固定面、第2の固定面および第3の固定面を有し、前記第1の固定面側、前記第2の固定面側および前記第3の固定面側には、それぞれ、前記センサー部品が固定されていることが好ましい。
これにより、互いに交差する3軸の各軸まわりの物理量を検出することのできるセンサーデバイスとなる。
これにより、ケーシング内への埃等の侵入を防止することができる。
本発明のセンサーデバイスでは、前記固定部材は、本体と、前記本体を貫通する貫通孔を有することが好ましい。
これにより、固定部材の構成が簡単となる。
これにより、センサー部品の検出軸を直交させることができる。
本発明のセンサーデバイスでは、前記ケーシングは、前記貫通孔の一方の開口を覆う第1の蓋部材と、他方の開口を覆う第2の蓋部材とを有していることが好ましい。
これにより、ケーシング内への埃等の侵入を防止することができる。
これにより、この内面にもセンサー部品を固定することができ、センサー部品の配置の自由度が増す。
本発明のセンサーデバイスでは、前記固定面は、窪み部を有し、
前記窪み部に前記センサー部品が収容されていることが好ましい。
これにより、固定部材のスペースを有効利用することができ、センサーデバイスの小型化を図ることができる。
前記実装基板は、前記電子部品が実装された複数の基板を有し、
前記複数の基板間は、折り曲げ可能であることが好ましい。
これにより、センサー部品の固定面への固定が容易となる。
本発明の電子機器は、本発明のセンサーデバイスを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を発揮することのできる電子機器が得られる。
1.センサーデバイス
<第1実施形態>
まず、本発明のセンサーデバイスの第1実施形態について説明する。
センサーデバイス1は、角速度センサー711、712、713を備え、互いに直交するx軸、y軸、z軸の各軸まわりの角速度を検出することのできる3軸ジャイロセンサーデバイスである。このようなセンサーデバイス1は、利便性に優れ、例えば、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、PDR(歩行者位置方位計測)等に好適に利用することができる。
図1および図2に示すように、このようなセンサーデバイス1は、電子部品7が実装された実装基板2と、実装基板2を収容するケーシング10とを有している。以下、これら各部材について順次説明する。
実装基板2は、硬質で変形し難いリジッド基板(基板)と、軟質で変形し易い可撓性を有するフレキシブル基板とを組み合わせたリジッドフレキシブル基板であり、リジッド基板間で折り曲げ可能となっている。このような実装基板2としては、例えば、フレキシブル基板の両側にガラスエポキシ基板等の硬質層を貼り付け、この部分をリジッド基板として用いるもの等、公知のリジッドフレキシブル基板を用いることができる。
フレキシブル基板26は、第1のリジッド基板21と第3のリジッド基板23とを連結する第1の連結部261と、第2のリジッド基板22と第3のリジッド基板23とを連結する第2の連結部262と、第3のリジッド基板23と第4のリジッド基板24とを連結する第3の連結部263と、第4のリジッド基板24と第5のリジッド基板25とを連結する第4の連結部264とを有している。各連結部261〜264は、可撓性を有しており、面方向への曲げ変形を容易に行うことができる。
以上、実装基板2について説明した。なお、実装基板2の各リジッド基板21〜25およびフレキシブル基板26には、図示しない導体パターンが形成されており、この導体パターンを介して複数の電子部品7が適切に電気接続されている。
図3(a)、(b)に示すように、実装基板2には複数の電子部品7が実装されている。
実装基板2には、電子部品7として、1軸検出型の3つの角速度センサー(センサー部品)711〜713と、3軸検出型の加速度センサー(センサー部品)72と、各種電子部品を駆動するための電源回路73と、センサー部品711〜713、72からの出力信号を増幅する増幅回路74と、増幅回路74で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換回路75と、所望の制御を行うマイクロコントローラー76と、EEPROM等の不揮発性メモリー77と、方位を検出する方位センサー(磁気センサー)78と、信号を出力するためのコネクター(インターフェースコネクター)79とが実装されている。なお、実装する電子部品7としては、これに限定されず、その目的に応じたものを適宜実装すればよい。
(第1のリジッド基板21)
第1のリジッド基板21の表側実装面211には、角速度センサー711が実装されている。
(第2のリジッド基板22)
第2のリジッド基板22の表側実装面221には、角速度センサー712が実装されている。
第3のリジッド基板23の表側実装面231には、電源回路73、増幅回路74およびアナログ/デジタル変換回路75が実装されており、裏側実装面232には、角速度センサー713および加速度センサー72が実装されている。
アナログ/デジタル変換回路75は、表側実装面231に実装されている他の電子部品7(電源回路73および増幅回路74)に対してサイズが大きい。そのため、アナログ/デジタル変換回路75を表側実装面231の中央部に配置するのが好ましい。これにより、アナログ/デジタル変換回路75を第3のリジッド基板23の強度を補強する補強部材として効果的に用いることができる。そのため、第3のリジッド基板23の撓み変形に起因する不本意な振動が抑えられ、角速度センサー711〜713に不要な振動が伝わらず、角速度センサー711〜713(特に第3のリジッド基板23に実装されている角速度センサー713)による角速度の検出精度が高まる。
第4のリジッド基板24の表側実装面241には、マイクロコントローラー76が実装され、裏側実装面242には、不揮発性メモリー77および方位センサー78が実装されている。
マイクロコントローラー76は、第4のリジッド基板24に実装された他の電子部品7(不揮発性メモリー77および方位センサー78)に対してサイズが大きい。そのため、マイクロコントローラー76を表側実装面241の中央部に配置するのが好ましい。これにより、マイクロコントローラー76を第4のリジッド基板24の強度を補強する補強部材として効果的に用いることができる。そのため、第4のリジッド基板24の撓み変形による不要な振動が抑えられ、角速度センサー711〜713に不要な振動が伝わらず、角速度センサー711〜713による角速度の検出精度が高まる。
第5のリジッド基板25の裏側実装面252には、コネクター79が実装されている。
以上、電子部品7の配置について詳細に説明した。
実装基板2では、第1のリジッド基板21に電源回路73、増幅回路74、アナログ/デジタル変換回路75などからなるアナログ回路を形成し、第4のリジッド基板24にマイクロコントローラー76および不揮発性メモリー77などからなるデジタル回路が形成されている。このように、アナログ回路とデジタル回路とを別のリジッド基板上に形成することにより、ノイズの発生および伝達を効果的に抑制することができ、センサーデバイス1の検出精度がより高くなる。
振動片5は、水晶(圧電材料)で構成されている。また、振動片5は、基部51と、基部51の両側から紙面縦方向へ延出する一対の検出用振動腕52、53と、基部51の両側から紙面横方向へ延出する一対の連結腕54、55と、各連結腕54、55の先端部の両側から紙面縦方向へ延出する各一対の駆動用振動腕56、57、58、59とを有している。また、各検出用振動腕52、53の表面には検出用電極(図示せず)が形成されており、駆動用振動腕56、57、58、59の表面には駆動用電極(図示せず)が形成されている。
以上のような構成の角速度センサー711〜713は、それぞれ、リジッド基板の厚さ方向を検出軸とするように第1〜第3のリジッド基板21〜23に実装される。
図2に示すように、ケーシング10は、固定部材3と、台座(第1の蓋部材)4と、蓋部材(第2の蓋部材)8とを有している。すなわち、固定部材3は、ケーシング10の一部を構成している。このように、固定部材3をケーシング10の一部として用いることによりセンサーデバイス1の部品手数を削減することができるため、センサーデバイス1の小型化を図ることができる。
(固定部材)
図2に示すように、固定部材3は、本体31と、本体31の上面および下面に開放する貫通孔32とを有している。貫通孔32内の空間は、電子部品7を収納する収納空間として機能する。
貫通孔32に臨む内面33は、yz平面と平行な一対の面331、333と、xz平面と平行な一対の面332、334とで構成されている。これら4つの面331〜334のうち、面331が固定面101を構成し、面332が固定面102を構成し、面333が固定面105を構成する。
固定面101へ第1のリジッド基板21を固定する方法は、特に限定されないが、接着剤による固定とネジ止めとを併用するのが好ましい。これにより、固定面101への第1のリジッド基板21の固定を確実に行うことができる。また、固定部材3と第1のリジッド基板21との間に接着剤の層が介在するため、固定部材3からの振動を接着剤が吸収、緩和し、第1のリジッド基板21の不要な振動が抑制される。その結果、センサーデバイス1の検出精度がより向上する。
固定面102へ第2のリジッド基板22を固定する方法は、特に限定されないが、接着剤による固定とネジ止めとを併用するのが好ましい。これにより、固定面102への第2のリジッド基板22の固定を確実に行うことができる。また、固定部材3と第2のリジッド基板22との間に接着剤の層が介在するため、固定部材3からの振動を接着剤が吸収、緩和し、第2のリジッド基板22の不要な振動が抑制される。その結果、センサーデバイス1の検出精度がより向上する。
台座4は、固定部材3の下側開口を塞ぐように、固定部材3に固定されている。固定部材3へ台座4を固定方法は、特に限定されず、例えば、接着剤を用いた固定方法を用いることができる。
このような台座4は、z軸方向を厚さ方向とする板状をなし、xy平面と平行な下面および上面41を有している。また、上面41は、第3のリジッド基板23を固定するための固定面103を構成する。
固定面103に第3のリジッド基板23を固定した状態では、第3のリジッド基板23の裏側実装面232に実装された角速度センサー713および加速度センサー72が凹部42内に位置している。すなわち、凹部42は、台座4と角速度センサー713および加速度センサー72との接触を防止するための逃げ部を構成する。このような凹部42を形成することによって、台座4のスペースを有効活用でき、センサーデバイス1の小型化(薄型化、低背化)を図ることができる。
このような台座4の構成材料としては、特に限定されず、例えば、固定部材3と同様の材料が挙げられる。
蓋部材8は、固定部材3の上側開口を塞ぐように、固定部材3に固定されている。固定部材3へ蓋部材8を固定する方法は、特に限定されず、例えば、接着剤を用いた固定方法を用いることができる。
このような蓋部材8は、z軸方向を厚さ方向とする板状をなし、xy平面と平行な下面81を有している。下面81は、第4のリジッド基板24を固定するための固定面104を構成する。
固定面104に第4のリジッド基板24を固定した状態では、第4のリジッド基板24の裏側実装面242に実装された不揮発性メモリー77および方位センサー78が凹部82内に位置している。すなわち、凹部82は、蓋部材8と不揮発性メモリー77および方位センサー78との接触を防止するための逃げ部を構成する。このような凹部82を形成することによって、蓋部材8のスペースを有効活用でき、センサーデバイス1の小型化(薄型化、低背化)を図ることができる。なお、このような凹部82には、前述した凹部42のように充填剤9が充填されていてもよい。
以上、センサーデバイス1について詳細に説明した。
このようなセンサーデバイス1によれば、ケーシング10に直接、実装基板2を固定するため、部品点数が少なく、その分、小型化を図ることができる。また、各リジッド基板21〜25の位置決めを簡単かつ正確に行うことができるため、優れた検出能力および信頼性を発揮することができる。
次いで、本発明のセンサーデバイスの第2実施形態について説明する。
図5は、本発明のセンサーデバイスの第2実施形態を示す断面図である。
以下、第2実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図5に示すように、本実施形態のセンサーデバイス1が有するケーシング10Aは、固定部材3Aと、蓋部材8とを有している。すなわち、本実施形態では、前述した第1実施形態の台座4を固定部材3と一体的に形成している。
凹部32Aに臨む内面33Aは、yz平面と平行な一対の面331A、333Aと、xz平面と平行な一対の面332A、334Aと、xy平面と平行な面335Aとで構成されている。これら5つの面331A〜335Aのうち、面331Aが固定面101を構成し、面332Aが固定面102を構成し、面333Aが固定面105を構成し、面335Aが固定面103を構成する。
固定面102には、第2のリジッド基板22が裏側実装面222を固定面102側にして固定されている。これにより、角速度センサー712の検出軸がy軸と平行となる。
固定面103には、第1のリジッド基板21が裏側実装面212を固定面103側にして固定されている。これにより、角速度センサー713の検出軸がz軸と平行となる。また、固定部材3Aは、固定面103に開放する凹部39Aを有している。凹部39Aは、固定面103の縁部を除く中央部に開放しており、固定面103に第3のリジッド基板23を固定した状態では、角速度センサー713および加速度センサー72が凹部39A内に位置している。また、凹部39Aには、充填剤9が充填されている。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
次いで、本発明のセンサーデバイスの第3実施形態について説明する。
図6は、本発明のセンサーデバイスの第3実施形態の断面図、図7は、図6に示すセンサーデバイスが有する実装基板の展開図、図8は、図6に示すセンサーデバイスの変形例を示す断面図である。
本実施形態のセンサーデバイスは、実装基板2に対する角速度センサーの実装位置が異なる以外は、第1実施形態のセンサーデバイスと同様である。なお、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
そして、図6に示すように、第1の実装基板21は、角速度センサー711を固定面101側にし、角速度センサー711と固定面101とを接着剤等によって直接固定することにより固定面101に固定されている。同様に、第2の実装基板22は、角速度センサー712を固定面102側にし、角速度センサー712と固定面102とを接着剤等によって直接固定することにより固定面102に固定されている。
このように、固定面101、102に凹部101a、102aを形成することで、固定部材3のスペースを有効利用することができる、センサーデバイス1の小型化を図ることができる。
このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
以上のようなセンサーデバイス1は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、センサーデバイス1を搭載した本発明の電子機器について説明する。図9は、センサーデバイス1を搭載した電子機器500の構成の一例を示す図である。電子機器500としては、特に限定されず、例えば、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、携帯電話、モバイルPC、ロボット、ゲーム機、ゲームコントローラーなどが挙げられる。
以上、本発明のセンサーデバイスおよび電子機器について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
また、前述した実施形態では、実装基板がリジッドフレキシブル基板で構成されていたが、実装基板の構成は、これに限定されず、例えば、互いに連結していない複数のリジッド基板で構成されていてもよい。この場合には、各リジッド基板を台座に固定した後、コネクター等を用いてリジッド基板同士を電気的に接続することができる。
また、前述した実施形態では、実装基板に実装された電子部品がケーシングに固定されている構成について説明した、これに限定されず、実装基板を省略し、各電子部品をケーシングに直接固定してもよい。この場合には、電子部品同士を電気的に接続するワイヤー等を別途形成すればよい。
Claims (9)
- 内底面と、外側面に貫通する貫通孔が開口している内側面と、を備えた固定部材と、
前記固定部材の前記内底面と対向している開口を塞ぐように固定されている蓋部材と、
第1のセンサー部品を搭載した第1の基板と、
第2のセンサー部品を搭載し、且つ前記第1の基板に接続されている第2の基板と、
前記第1のセンサー部品の出力信号および第2のセンサー部品の出力信号に基づく信号を出力するコネクターを搭載した第3の基板と、を含み、
前記第1の基板は前記内底面に固定され、前記第2の基板は前記内側面の前記貫通孔とは異なる位置に固定され、前記第3の基板は前記貫通孔を塞ぐように且つ前記コネクターが前記貫通孔の内部に位置するように前記内側面に固定されていることを特徴とするセンサーデバイス。 - 前記固定部材の前記内底面には窪み部が設けられ、
前記第1の基板は前記窪み部の周縁に固定され、
前記第1のセンサー部品は、前記第1の基板の前記窪み部がある面側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のセンサーデバイス。 - 前記固定部材の前記内側面には窪み部が設けられ、
前記第2の基板は前記窪み部の周縁に固定され、
前記第2のセンサー部品は、前記第2の基板の前記窪み部がある面側に配置されている請求項1または2に記載のセンサーデバイス。 - 前記第1のセンサー部品は、絶縁性有機材を介して前記内底面に接続されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載のセンサーデバイス。
- 前記第2のセンサー部品は、接着剤を介して前記内側面に接続されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のセンサーデバイス。
- 前記第1の基板と前記第2の基板とは、折り曲げ可能な部材で接続されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載のセンサーデバイス。
- 前記第1のセンサー部品の検出軸と前記第2のセンサー部品の検出軸は互いに交差していることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載のセンサーデバイス。
- 前記固定部材は、前記内底面を含む部材と前記内側面を含む部材とを含んで構成されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載のセンサーデバイス。
- 請求項1ないし8のいずれか一項に記載のセンサーデバイスを備えることを特徴とする電子機器。
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