JP2023158337A - 慣性計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出特性を向上させることが可能な慣性計測装置を提供する。【解決手段】第１方向に凹部１１が設けられた第１筐体１０と、第１方向とは反対の方向に凹部２１が設けられた第２筐体２０と、第１筐体１０と第２筐体２０との間に収容された、慣性センサー６０が配置された基板３０と、第１筐体１０と基板３０との間に配置された第１接続部材４０と、第２筐体２０と基板３０との間に配置された第２接続部材５０と、を備え、第１接続部材４０は、第１筐体１０とは異なる部材で構成されるとともに、第１筐体１０よりも弾性を有する材料で構成され、第２接続部材５０は、第２筐体２０とは異なる部材で構成されるとともに、第２筐体２０よりも弾性を有する材料で構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、慣性計測装置に関する。

特許文献１には、インナーケースとアウターケースとの間に、慣性センサーを搭載したセンサーモジュールが配置されている、センサーユニットの構成が開示されている。インナーケースとアウターケースとは、振動を吸収するべく柔軟性を有する接合部材を介し、ネジで固定されている。

特開２０１６－１１８４２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、接合部材を介しているものの、インナーケースとアウターケースとがネジで固定されているため、アウターケースに生じるノイズ振動が、ネジを伝って慣性センサーに伝わるおそれがある。これにより、センサーモジュールの検出特性が低下するという課題がある。

慣性計測装置は、第１方向に凹部が設けられた第１筐体と、前記第１方向とは反対の方向に凹部が設けられた第２筐体と、前記第１筐体と前記第２筐体との間に収容され、慣性センサーが配置された基板と、前記第１筐体と前記基板との間に配置された第１接続部材と、前記第２筐体と前記基板との間に配置された第２接続部材と、を備え、前記第１接続部材は、前記第１筐体とは異なる部材で構成されるとともに、前記第１筐体よりも弾性を有する材料で構成され、前記第２接続部材は、前記第２筐体とは異なる部材で構成されるとともに、前記第２筐体よりも弾性を有する材料で構成される。

第１実施形態の慣性計測装置の構成を示す斜視図。 慣性計測装置の構成を示す平面図。 図２に示す慣性計測装置のＡ－Ａ線に沿う断面図。 慣性計測装置の製造方法を示す断面図。 第２実施形態の慣性計測装置の構成を示す断面図。 慣性計測装置の製造方法を示す断面図。 変形例の慣性計測装置の構成を示す断面図。 変形例の慣性計測装置の構成を示す平面図。 図８に示す慣性計測装置のＢ－Ｂ線に沿う断面図。 変形例の慣性計測装置の構成を示す断面図。 変形例の慣性計測装置の構成を示す断面図。 図４の慣性計測装置のＣ部を拡大して示す断面図。 慣性計測装置のアライメント方法を示す平面図。 慣性計測装置のアライメント方法を示す平面図。

以下の各図においては、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸として説明する。Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ方向」とし、矢印の方向が＋方向であり、＋方向と反対の方向を－方向とする。なお、＋Ｚ方向を「上」又は「上方」、－Ｚ方向を「下」又は「下方」ということもあり、＋Ｚ方向から見ることを平面視あるいは平面的ともいう。また、Ｚ方向＋側の面を上面、これと反対側となるＺ方向－側の面を下面として説明する。

まず、図１～図３を参照しながら、第１実施形態の慣性計測装置１００の構成を説明する。

図１～図３に示すように、第１実施形態の慣性計測装置１００は、例えば、自動車やロボットなどの姿勢や挙動（慣性運動量）を検出するＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）である。慣性計測装置１００は、３軸の加速度センサーと、３軸の角速度センサーと、を備えた、いわゆる６軸モーションセンサーとして機能する。なお、慣性計測装置１００は、６軸モーションセンサーを備えたＩＭＵに限定するものではなく、慣性センサー６０を備えたユニット、またはデバイスであれば適用可能である。

慣性計測装置１００は、例えば、平面形状が略正方形の直方体である。慣性計測装置１００は、第１筐体１０と、第２筐体２０と、を備えている。第１筐体１０及び第２筐体２０は、電磁遮蔽ができることが好ましく、例えば、アルミニウムなどの金属材料、樹脂、プラスチック、アクリル、ガラスなどによって構成されている。第１筐体１０と第２筐体２０とは、例えば、接着材やネジによって固定される。

図３に示すように、第１筐体１０には、第１方向に凹部１１が設けられている。第２筐体２０には、第１方向とは反対の方向に凹部２１が設けられている。第１筐体１０の凹部１１と第２筐体２０の凹部２１との間には、基板３０が配置されている。

基板３０には、第１筐体１０の側に慣性センサー６０が配置されており、第２筐体２０の側に処理部７０が配置されている。処理部７０は、慣性センサー６０からの信号を処理する。また、処理部７０は、不揮発性メモリーを含む記憶部や、Ａ／Ｄコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測装置１００の各部を制御する。

このように、基板３０の一方の面に慣性センサー６０、他方の面に処理部７０を配置することにより、基板３０を小型化することが可能となり、第１筐体１０及び第２筐体２０と基板３０とが接触することを抑えることができる。

第１筐体１０と基板３０との間には、第１筐体１０、即ち、凹部１１と基板３０との間を埋めるように、第１接続部材４０が配置されている。第２筐体２０と基板３０との間には、第２筐体２０、即ち、凹部２１と基板３０との間を埋めるように、第２接続部材５０が配置されている。

第１接続部材４０及び第２接続部材５０は、第１筐体１０や第２筐体２０と異なる部材で構成されていると共に、第１筐体１０や第２筐体２０よりも弾性を有する材料であることが好ましい。第１接続部材４０及び第２接続部材５０は、例えば、樹脂、シリコン、エポキシ、ゴム、ゲルなどによって構成されている。

このように、基板３０が第１筐体１０及び第２筐体２０と直接接していないので、例えば、第１筐体１０や第２筐体２０にノイズ振動が生じた場合でも、第１接続部材４０や第２接続部材５０によってノイズ振動を吸収させることが可能となり、基板３０に配置された慣性センサー６０にノイズ振動が伝わることを抑えることができる。よって、慣性センサー６０による検出特性が低下することを抑えることができる。

第２筐体２０には、外部と接続するためのコネクター８０が備えられている。基板３０、即ち、処理部７０とコネクター８０とは、弾性を有する配線８１で接続されている。配線８１は、例えば、フレキ、リード線、ジャンバー線、ワイヤーなどで構成されている。このように、配線８１が弾性を有するので、例えば、配線８１が硬質の材料で構成されている場合と比較して、コネクター８０から配線８１にノイズ振動が伝わることを抑えることができる。

次に、図４を参照しながら、慣性計測装置１００の製造方法を説明する。

まず、図４に示すように、第１筐体１０の凹部１１に、第１接続部材４０と、慣性センサー６０及び処理部７０を有する基板３０と、を配置する。

次に、コネクター８０を備えた第２筐体２０の凹部２１に、第２接続部材５０を配置する。なお、第２接続部材５０の表面は、基板３０及び処理部７０の表面形状が反映された凹凸形状になっている。また、基板３０とコネクター８０とは、配線８１によって電気的に接続された状態になっている。このときの配線８１は、撓みが無い状態でも構わない。

次に、第１筐体１０と第２筐体２０とを貼り合わせる。このとき、第２接続部材５０の表面は、基板３０の表面形状に沿って形成されているため、第１接続部材４０と第２接続部材５０とによって、基板３０をスムーズに挟み込むことができる。

また、予め、第１筐体１０において第１接続部材４０に基板３０の位置を固定すると共に、第２筐体２０において第２接続部材５０の表面を基板３０の表面形状に沿って形成しておくことにより、第１筐体１０と第２筐体２０とを貼り合わせたときに、基板３０の位置を所望の位置に精度よく配置することができる。即ち、第１筐体１０及び第２筐体２０と基板３０とが、当接しないようにすることができる。以下、図１２及び図１３を参照しながら、好ましい基板３０のアライメント方法を具体的に説明する。

図１２に示すように、第１接続部材４０の寸法ａ１と、第２接続部材５０の寸法ａ２と、の和は、基板３０の厚みｂよりも小さいことが好ましい。つまり、ａ１＋ａ２≦ｂ，ａ１＝ａ２であることが好ましい。このように設定することにより、基板３０は、第１接続部材４０及び第２接続部材５０によって、常に圧力がかかっている状態になっている。第１接続部材４０は凹部を有し凹部に基板３０に配置され、第１接続部材４０の基板３０の側面と第１筐体１０の間の部分は第１方向に突出しており、寸法ａ１はこの突出した部分の寸法である。第２接続部材５０は凹部を有し凹部に基板３０に配置され、第２接続部材５０の基板３０の側面と第２筐体２０の間の部分は第１方向とは反対の方向に突出しており、寸法ａ２はこの突出した部分の寸法である。

また、図１３に示すように、接続部材４０，５０における基板３０が嵌る部分の寸法は、基板３０の寸法ｃよりも小さいことが好ましい。つまり、ｄ１－（ｄ２＋ｄ３）≦ｃ，ｄ２＝ｄ３であることが好ましい。ここで、ｄ１は第１筐体１０及び／または第２筐体２０の凹部内の寸法であり、ｄ２は第１接続部材４０における基板３０の第１側面と第１筐体１０に配置される部分の寸法あるいは第１接続部材４０における基板３０の第１側面と第２筐体２０に配置される部分の寸法であり、ｄ３は第１接続部材４０における基板３０の第２側面と第１筐体１０に配置される部分の寸法あるいは第１接続部材４０における基板３０の第２側面と第２筐体２０に配置される部分の寸法である。ｄ２は第２接続部材５０における基板３０の第１側面と第１筐体１０に配置される部分の寸法あるいは第２接続部材５０における基板３０の第１側面と第２筐体２０に配置される部分の寸法であり、ｄ３は第２接続部材５０における基板３０の第２側面と第１筐体１０に配置される部分の寸法あるいは第２接続部材５０における基板３０の第２側面と第２筐体２０に配置される部分の寸法であってもよい。このように設定することにより、基板３０は、第１接続部材４０及び第２接続部材５０によって、常に圧力がかかっている状態になっている。

図３及び図４に示すように、配線８１は、第１筐体１０と第２筐体２０とを貼り合わせることにより、撓ませることができる。よって、コネクター８０にノイズ振動が生じた場合でも、配線８１の撓みによって、ノイズ振動を吸収させることが可能となり、慣性センサー６０にノイズ振動が伝わることを抑えることができる。

第１筐体１０と第２筐体２０とは、上記したように、接着材やネジによって固定される。以上により、慣性計測装置１００が完成する。

以上述べたように、第１実施形態の慣性計測装置１００は、第１方向に凹部１１が設けられた第１筐体１０と、第１方向とは反対の方向に凹部２１が設けられた第２筐体２０と、第１筐体１０と第２筐体２０との間に収容され、慣性センサー６０が配置された基板３０と、第１筐体１０と基板３０との間に配置された第１接続部材４０と、第２筐体２０と基板３０との間に配置された第２接続部材５０と、を備え、第１接続部材４０は、第１筐体１０とは異なる部材で構成されるとともに、第１筐体１０よりも弾性を有する材料で構成され、第２接続部材５０は、第２筐体２０とは異なる部材で構成されるとともに、第２筐体２０よりも弾性を有する材料で構成される。

この構成によれば、第１筐体１０と基板３０との間に第１接続部材４０が配置され、第２筐体２０と基板３０との間に第２接続部材５０が配置されているので、例えば、筐体１０，２０に生じたノイズ振動が、基板３０に伝わることを抑えることができる。よって、基板３０に配置された慣性センサー６０にノイズ振動が伝わることが抑えられ、慣性センサー６０による検出特性が低下することを抑えることができる。

また、第１実施形態の慣性計測装置１００は、慣性センサー６０からの信号を処理する処理部７０を備え、慣性センサー６０は、基板３０における第１筐体１０の側に配置され、処理部７０は、基板３０における第２筐体２０の側に配置されることが好ましい。この構成によれば、基板３０を挟んで慣性センサー６０と処理部７０とが配置されているので、基板３０を小型化することが可能となり、第１筐体１０及び第２筐体２０と基板３０とが接触することを抑えることができる。

また、第１実施形態の慣性計測装置１００において、第１接続部材４０は、第１筐体１０と基板３０との間を埋めるように配置され、第２接続部材５０は、第２筐体２０と基板３０との間を埋めるように配置されることが好ましい。この構成によれば、筐体１０，２０の内部が接続部材４０，５０で埋められているので、例えば、筐体１０，２０にノイズ振動が生じた場合でも、ノイズ振動を接続部材４０，５０で吸収させることが可能となり、基板３０、特に慣性センサー６０にノイズ振動が伝わることを抑えることができる。

また、第１実施形態の慣性計測装置１００において、第１筐体１０又は第２筐体２０は、コネクター８０を備え、処理部７０とコネクター８０とは、弾性を有する配線８１で接続されていることが好ましい。この構成によれば、配線８１が弾性を有するので、例えば、配線８１が硬質の材料で構成されている場合と比較して、コネクター８０から配線８１にノイズ振動が伝わることを抑えることができる。

次に、図５を参照しながら、第２実施形態の慣性計測装置１０１の構成を説明する。

図５に示すように、第２実施形態の慣性計測装置１０１は、基板３０の全体を接続部材４０，５０で覆うことに代えて、基板３０の外周部分のみを接続部材１４０，１５０で覆っている部分が、第１実施形態の慣性計測装置１００と異なっている。その他の構成については概ね同様である。このため第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、その他の重複する部分については適宜説明を省略する。

図５に示すように、第２実施形態の慣性計測装置１０１は、第１筐体１１０と第２筐体１２０とを備えている。第１筐体１１０及び第２筐体１２０の材料は、第１実施形態と同様である。

第１筐体１１０には、第１方向に凹部１１１が設けられている。更に、凹部１１１には、内壁の縁全周に亘って凹部１１２が設けられている。凹部１１２に第１接続部材１４０が配置される。

第２筐体１２０には、第１方向とは反対側の方向に凹部１２１が設けられている。更に、凹部１２１には、内壁の縁全周に亘って凹部１２２が設けられている。凹部１２２に第２接続部材１５０が配置される。

第１筐体１１０の凹部１１１と第２筐体１２０の凹部１２１との間には、基板３０が配置されている。基板３０には、第１実施形態と同様に、第１筐体１１０の側に慣性センサー６０が配置されており、第２筐体１２０の側に処理部７０が配置されている。

第１接続部材１４０は、上記したように、第１筐体１１０の周囲部である凹部１１２に配置される。第２接続部材１５０は、上記したように、第２筐体１２０の周囲部である凹部１２２に配置される。

基板３０は、接続部材１４０，１５０を介して、筐体１１０，１２０に固定されている。つまり、基板３０と筐体１１０，１２０とは、当接していない。

慣性センサー６０は、第１筐体１１０と空間Ｓ１を挟んで配置されている。処理部７０は、第２筐体１２０と空間Ｓ２を挟んで配置されている。

このように、空間Ｓ１を介して慣性センサー６０が配置されていると共に、接続部材１４０，１５０を介して基板３０が筐体１１０，１２０に固定されているので、筐体１１０，１２０にノイズ振動が生じた場合でも、接続部材１４０，１５０で吸収させることが可能となり、慣性センサー６０にノイズ振動が伝わることを抑えることができる。

また、第２実施形態の慣性計測装置１０１は、第１接続部材１４０及び第２接続部材１５０を、第１筐体１１０及び第２筐体１２０の周囲部のみに配置するので、用いる第１接続部材１４０及び第２接続部材１５０の使用量を少なくすることができる。

次に、図６を参照しながら、第２実施形態の慣性計測装置１０１の製造方法を説明する。

まず、図６に示すように、第１筐体１１０の凹部１１２のみに第１接続部材１４０を配置する。次に、第１接続部材１４０に基板３０の外周部分を貼り付けて固定する。

次に、第２筐体１２０の凹部１２２に、第２接続部材１５０を配置する。なお、第２接続部材１５０の表面は、基板３０の外周形状が反映された凹凸形状になっている。また、基板３０とコネクター８０とは、第１実施形態と同様、配線８１によって電気的に接続された状態になっている。

次に、第１筐体１１０と第２筐体１２０とを貼り合わせる。このとき、第２接続部材１５０の表面は、基板３０の外周形状に沿って形成されているため、第１接続部材１４０と第２接続部材１５０とによって、基板３０の外周部分をスムーズに挟み込むことができる。

また、予め、第１筐体１１０において第１接続部材１４０に基板３０の外周部分を固定すると共に、第２筐体１２０において第２接続部材１５０の表面を基板３０の外周部分の形状に沿って形成しておくことにより、第１筐体１１０と第２筐体１２０とを貼り合わせたときに、基板３０の位置を所望の位置に精度よく配置することができる。即ち、第１筐体１１０及び第２筐体１２０と基板３０とが、当接しないようにすることができる。以下、図１４を参照しながら、好ましい基板３０のアライメント方法を具体的に説明する。

図１４に示すように、第１接続部材１４０及び第２接続部材１５０は、少なくとも、一辺に２つの凸部分１４５ａ，１４５ｂ、上記一辺と平行でない辺に１つの凸部分１４５ｃを設けることが好ましい。このように、少なくとも３つの凸部分１４５ａ～１４５ｃを設けることにより、基板３０の位置を決めることができる。

図５及び図６に示すように、配線８１は、第１実施形態と同様、第１筐体１１０と第２筐体１２０とを貼り合わせることにより、撓ませることができる。よって、コネクター８０にノイズ振動が生じた場合でも、配線８１の撓みによって、ノイズ振動を吸収させることが可能となり、慣性センサー６０にノイズ振動が伝わることを抑えることができる。

第１筐体１１０と第２筐体１２０とは、接着材やネジによって固定される。以上により、慣性計測装置１０１が完成する。

以上述べたように、第２実施形態の慣性計測装置１０１において、慣性センサー６０は、第１筐体１１０と空間Ｓ１を挟んで配置されることが好ましい。この構成によれば、空間Ｓ１を介して慣性センサー６０が配置されているので、第１筐体１１０にノイズ振動が生じた場合でも、慣性センサー６０にノイズ振動が伝わることを抑えることができる。

また、第２実施形態の慣性計測装置１０１において、第１接続部材１４０は、第１筐体１１０の周囲部に配置され、第２接続部材１５０は、第２筐体１２０の周囲部に配置されることが好ましい。この構成によれば、第１接続部材１４０及び第２接続部材１５０を、第１筐体１１０及び第２筐体１２０の周囲部のみに配置するので、用いる第１接続部材１４０及び第２接続部材１５０の量を少なくすることができる。

以下、上記した実施形態の変形例を説明する。

上記したように、第２筐体２０にコネクター８０を配置することに限定されず、図７に示すように、第１筐体１０にコネクター８０を配置するようにしてもよい。図７に示すように、変形例の慣性計測装置１０２は、例えば、第１筐体１０の側面にコネクター８０が配置されている。この場合であっても、配線８１を撓ませることが可能となり、第１筐体１０にノイズ振動が生じた場合でも、慣性センサー６０にノイズ振動が伝わることを抑えることができる。

また、上記したように、基板３０の上に慣性センサー６０を１つだけ配置することに限定されず、図８及び図９に示すように、基板３０の上面に加えて側面に、慣性センサー６１，６２を設けるようにしてもよい。図８及び図９に示すように、変形例の慣性計測装置１０３は、基板３０の上面に慣性センサー６０が配置され、基板３０の＋Ｘ方向に慣性センサー６１が配置され、基板３０の＋Ｙ方向に慣性センサー６２が配置されている。慣性センサー６１は、基板３０の＋Ｘ方向の側面に実装されてもよいし、慣性センサー６２は基板３０の＋Ｙ方向の側面に実装されてもよい。慣性センサー６１と第１筐体１１０との間には第１接続部材４０が配置され、慣性センサー６１と第２筐体１２０との間には第２接続部材５０が配置される。慣性センサー６２と第１筐体１１０との間には第１接続部材４０が配置され、慣性センサー６２と第２筐体１２０との間には第２接続部材５０が配置される。図９に示すように、第１筐体１１０および第２筐体１２０は、慣性センサー６１あるいは慣性センサー６２を収容するように、２段階の凹部を有してもよい。

例えば、慣性センサー６０をＺ軸方向における角速度センサーとして用い、慣性センサー６１をＸ軸方向における角速度センサーとして用い、慣性センサー６２をＹ軸方向における角速度センサーとして用いることができる。これに加えて、例えば、基板３０の上面に加速度センサーを加えて配置するようにしてもよい。

また、図１０に示す慣性計測装置１０４のように、基板３０の第１筐体１１０の側に慣性センサー６０を配置し、基板３０の第２筐体１２０の側に処理部７０と慣性センサー６３を並べて配置するようにしてもよい。

また、図１１に示す慣性計測装置１０５のように、基板３０の第１筐体１１０の側には何も配置せず、基板３０の第２筐体１２０の側に処理部７０と慣性センサー６０を並べて配置するようにしてもよい。これによれば、慣性計測装置１０５全体の厚みを薄くすることができる。

また、第２実施形態の慣性計測装置１０１のように、基板３０の外周部分を全周に亘って接続部材１４０，１５０を配置することに限定されず、筐体１１０，１２０のコーナーの四隅のみに接続部材１４０，１５０を配置するようにしてもよい。

１０…第１筐体、１１…凹部、２０…第２筐体、２１…凹部、３０…基板、４０…第１接続部材、５０…第２接続部材、６０，６１，６２，６３…慣性センサー、７０…処理部、８０…コネクター、８１…配線、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５…慣性計測装置、１１０…第１筐体、１１１…凹部、１１２…凹部、１２０…第２筐体、１２１…凹部、１２２…凹部、１４０…第１接続部材、１５０…第２接続部材。

Claims (6)

1. 第１方向に凹部が設けられた第１筐体と、
   前記第１方向とは反対の方向に凹部が設けられた第２筐体と、
   前記第１筐体と前記第２筐体との間に収容され、慣性センサーが配置された基板と、
   前記第１筐体と前記基板との間に配置された第１接続部材と、
   前記第２筐体と前記基板との間に配置された第２接続部材と、
   を備え、
   前記第１接続部材は、前記第１筐体とは異なる部材で構成されるとともに、前記第１筐体よりも弾性を有する材料で構成され、
   前記第２接続部材は、前記第２筐体とは異なる部材で構成されるとともに、前記第２筐体よりも弾性を有する材料で構成される、慣性計測装置。
2. 請求項１に記載の慣性計測装置であって、
   前記慣性センサーからの信号を処理する処理部を備え、
   前記慣性センサーは、前記基板における前記第１筐体の側に配置され、
   前記処理部は、前記基板における前記第２筐体の側に配置される、慣性計測装置。
3. 請求項２に記載の慣性計測装置であって、
   前記第１接続部材は、前記第１筐体と前記基板との間を埋めるように配置され、
   前記第２接続部材は、前記第２筐体と前記基板との間を埋めるように配置される、慣性計測装置。
4. 請求項２に記載の慣性計測装置であって、
   前記慣性センサーは、前記第１筐体と空間を挟んで配置される、慣性計測装置。
5. 請求項４に記載の慣性計測装置であって、
   前記第１接続部材は、前記第１筐体の周囲部に配置され、
   前記第２接続部材は、前記第２筐体の周囲部に配置される、慣性計測装置。
6. 請求項３又は請求項４に記載の慣性計測装置であって、
   前記第１筐体又は前記第２筐体は、コネクターを備え、
   前記処理部と前記コネクターとは、弾性を有する配線で接続されている、慣性計測装置。

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