JP4554971B2 - ジャイロ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ジャイロ装置に関し、特に、大幅な小型化を可能とし、さらに、小型化された状態において、角速度の検出精度を向上させることを可能としたジャイロ装置に関する。
近年、ジャイロ装置は、主に、車載用ナビゲーション装置に搭載されているが、その他様々な用途にも使用されており、たとえば、撮影時の手ぶれを検出する目的で、ビデオカメラにも搭載されている。
このようなジャイロ装置は、他の電子装置と同様に、小型化・軽量化の要望に応える必要があるとともに、センサとしては、検出精度を向上させる必要がある。
このようなジャイロ装置は、他の電子装置と同様に、小型化・軽量化の要望に応える必要があるとともに、センサとしては、検出精度を向上させる必要がある。
たとえば、特許文献１には、圧電振動子の設けられた第１の基台と、この第１の基台に固着され、かつ圧電振動子を覆うカバーと、第１の基台あるいはカバーを支持する支持板と、この支持板に固着されるとともに、電子部品を有する回路基板と、支持板の側方に設けたゴム体と、第１の基台，カバー，支持板，回路基板及びゴム体を収納する有底筒状のケースと、を備え、ゴム体を支持板および回路基板のいずれか一方、もしくは両方の側面に装着し、この状態でケース内に圧入する角速度センサ（ジャイロ装置）の技術が開示されている。
この角速度センサは、ゴム体の圧縮率が変動するということがないので、出力特性を安定させることができる。
特開２００１−２６４０７０号公報 （請求項１、図１）
この角速度センサは、ゴム体の圧縮率が変動するということがないので、出力特性を安定させることができる。
しかしながら、上記特許文献１の角速度センサは、第１の基台及び回路基板が支持板に取り付けられる構造となっており、支持板を設けてある分、さらなる小型化に対応できないといった問題があった。
また、上記角速度センサは、ゴム体を支持板および回路基板のいずれか一方、もしくは両方の側面に装着する構造となっているので、角速度センサをさらに小型化した場合、ゴム体の振動吸収特性バランスに片寄りが現れる危険性がある。すなわち、ゴム体の中心軸と直交する平面において、たとえば、Ｘ方向の振動に対する振動吸収特性と、Ｘ方向と直行するＹ方向の振動に対する振動吸収特性が異なってしまい、振動方向によっては、好適に振動を吸収できず、角速度の検出精度が低下するといった問題があった。
また、上記角速度センサは、ゴム体を支持板および回路基板のいずれか一方、もしくは両方の側面に装着する構造となっているので、角速度センサをさらに小型化した場合、ゴム体の振動吸収特性バランスに片寄りが現れる危険性がある。すなわち、ゴム体の中心軸と直交する平面において、たとえば、Ｘ方向の振動に対する振動吸収特性と、Ｘ方向と直行するＹ方向の振動に対する振動吸収特性が異なってしまい、振動方向によっては、好適に振動を吸収できず、角速度の検出精度が低下するといった問題があった。
さらに、電子部品がセンサユニットの外側表面に露出している場合には、たとえば、露出した部品を利用して振動を吸収しないと、たとえば、正面方向への振動に対する振動吸収特性と、裏面方向への振動に対する振動吸収特性が異なってしまい、振動方向によっては、好適に振動を吸収できず、角速度の検出精度が低下するといった問題があった。
本発明は、上記問題を解決すべく、大幅な小型化を可能とし、さらに、小型化された状態において、角速度の検出精度を向上させることを可能としたジャイロ装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のジャイロ装置は、角速度を検出するための圧電振動子，電子部品，及び，前記圧電振動子と前記電子部品が実装される一又は二以上の実装基材を備えたセンサユニットと、このセンサユニットを覆う金属ケースと、この金属ケースに装入され、前記センサユニットを支持する絶縁性の振動吸収部材と、を備え、前記実装基材に設けられた回路配線又は前記電子部品の少なくとも一方が、前記センサユニットの外側表面に露出しており、かつ、前記振動吸収部材が、前記露出した回路配線又は電子部品の少なくとも一部と接触しており、前記センサユニットの外側表面に露出した回路配線又は電子部品の少なくとも一方に、前記圧電振動子が出力するコリオリ検出信号を増幅する初段増幅器の帰還抵抗，前記コリオリ検出信号を前記電子部品へ送る回路配線，又は，前記圧電振動子を振動させる駆動信号を前記電子部品から供給する回路配線が含まれており、前記帰還抵抗の導体部，前記コリオリ検出信号を前記電子部品へ送る回路配線の導体部，及び，前記圧電振動子を振動させる駆動信号を前記電子部品から供給する回路配線の導体部を、前記振動吸収部材から離して配設した構成としてある。
このようにすると、電子部品を省スペース化した状態で実装することができ、ジャイロ装置を小型化することができる。また、振動吸収部材が、センサユニットの外側表面に露出した回路配線や電子部品と接触してセンサユニットを支持するので、振動吸収特性が低下するといった不具合を防止することができる。
なお、電子部品とは、ＩＣ及びチップ部品をいい、配線基板等は含まれないものとする。
なお、電子部品とは、ＩＣ及びチップ部品をいい、配線基板等は含まれないものとする。
また、上述したように、本発明のジャイロ装置は、前記センサユニットの外側表面に露出した回路配線又は電子部品の少なくとも一方に、前記圧電振動子が出力するコリオリ検出信号を増幅する初段増幅器の帰還抵抗，前記コリオリ検出信号を前記電子部品へ送る回路配線，又は，前記圧電振動子を振動させる駆動信号を前記電子部品から供給する回路配線が含まれており、前記帰還抵抗の導体部，前記コリオリ検出信号を前記電子部品へ送る回路配線の導体部，及び，前記圧電振動子を振動させる駆動信号を前記電子部品から供給する回路配線の導体部を、前記振動吸収部材から離して配設してある。
このようにすると、振動吸収部材による浮遊容量の悪影響を受けなくてすみ、ジャイロ装置として精度よく角速度を検出することができる。
なお、帰還抵抗の導体部には、帰還抵抗の電極及び帰還抵抗を実装するためのパッドが含まれ、また、回路配線には、接続電極も含まれる。
なお、帰還抵抗の導体部には、帰還抵抗の電極及び帰還抵抗を実装するためのパッドが含まれ、また、回路配線には、接続電極も含まれる。
また、本発明のジャイロ装置は、前記振動吸収部材が、前記センサユニットの一方の端部が嵌入され、かつ、前記金属ケースに装入される第一の振動吸収部材と、前記センサユニットのもう一方の端部が嵌入され、かつ、前記金属ケースに装入される第二の振動吸収部材とを有する構成としてある。
このようにすると、角速度の検出方向に対する振動吸収特性を向上させることができ、さらに、センサユニットの支持構造を単純化することができる。また、振動吸収部材とセンサユニットの間に、専用の支持部材等を設けなくてもすむので、ジャイロ装置を小型化できるとともに、製造原価のコストダウンを図ることもできる。
このようにすると、角速度の検出方向に対する振動吸収特性を向上させることができ、さらに、センサユニットの支持構造を単純化することができる。また、振動吸収部材とセンサユニットの間に、専用の支持部材等を設けなくてもすむので、ジャイロ装置を小型化できるとともに、製造原価のコストダウンを図ることもできる。
また、本発明のジャイロ装置は、前記振動吸収部材に、該振動吸収部材と接触する前記電子部品を収納する凹部を形成した構成としてある。
このようにすると、電子部品にかかる面圧を低下させることができ、電子部品や電子部品の接合箇所が損傷するといった不具合を防止することができる。
このようにすると、電子部品にかかる面圧を低下させることができ、電子部品や電子部品の接合箇所が損傷するといった不具合を防止することができる。
また、本発明のジャイロ装置は、前記実装基材が、前記電子部品の実装される電子部品用実装基材と前記圧電振動子の実装される振動子用実装基材とからなり、前記電子部品用実装基材に、前記電子部品が両面実装された構成としてある。
このようにすると、電子部品を実装する工程と圧電振動子を実装する工程を独立した工程として作業できるので、作業効率を向上させることができる。さらに、両面実装することにより、電子部品を高密度実装することができるので、電子部品用実装基材を小型化でき、ジャイロ装置を小型化することができる。
このようにすると、電子部品を実装する工程と圧電振動子を実装する工程を独立した工程として作業できるので、作業効率を向上させることができる。さらに、両面実装することにより、電子部品を高密度実装することができるので、電子部品用実装基材を小型化でき、ジャイロ装置を小型化することができる。
また、本発明のジャイロ装置は、前記電子部品用実装基材又は振動子用実装基材の少なくとも一方に、前記両面実装された電子部品用実装基材と振動子用実装基材とを積層するための突起部を設け、この突起部に両方の実装基材の回路配線どうしを接続するための接続電極を設けた構成としてある。
このようにすると、電子部品用実装基材と振動子用実装基材とを、省スペース化された状態で、かつ、効率よく積層することができる。
このようにすると、電子部品用実装基材と振動子用実装基材とを、省スペース化された状態で、かつ、効率よく積層することができる。
また、本発明のジャイロ装置は、前記突起部に設けられる接続電極として、前記圧電振動子からコリオリ検出信号を前記電子部品へ送る検出信号用接続電極と、前記電子部品から駆動信号を前記圧電振動子へ送る駆動信号用接続電極を設け、外部ノイズの影響を受けやすい電極を露出させない構成としてある。
このようにすると、角速度検出精度を向上させることができる。
このようにすると、角速度検出精度を向上させることができる。
本発明のジャイロ装置によれば、大幅な小型化が可能となり、たとえば、従来のジャイロ装置の約１／３の容積まで小型化することができる。さらに、このように大幅に小型化した状態においても、角速度の検出方向に対する振動吸収特性を向上させることによって、角速度の検出精度を向上させることができる。
図１は、本発明の実施形態にかかるジャイロ装置の概略分解斜視図を示している。
同図において、ジャイロ装置１は、圧電振動子２，圧電振動子２が実装される振動子用実装基材３，カバー３０，電子部品４，及び，電子部品４が実装される電子部品用実装基材５を備えたセンサユニット１０と、このセンサユニット１０を覆う金属ケース６と、センサユニット１０の上端部が嵌入され、かつ、外周部が金属ケース６に圧入される第一の振動吸収部材７ａと、センサユニット１０の下端部が嵌入され、かつ、外周部が金属ケース６に圧入される第二の振動吸収部材７ｂと、ケーブル８と、基台９とからなっている。
同図において、ジャイロ装置１は、圧電振動子２，圧電振動子２が実装される振動子用実装基材３，カバー３０，電子部品４，及び，電子部品４が実装される電子部品用実装基材５を備えたセンサユニット１０と、このセンサユニット１０を覆う金属ケース６と、センサユニット１０の上端部が嵌入され、かつ、外周部が金属ケース６に圧入される第一の振動吸収部材７ａと、センサユニット１０の下端部が嵌入され、かつ、外周部が金属ケース６に圧入される第二の振動吸収部材７ｂと、ケーブル８と、基台９とからなっている。
（圧電振動子）
圧電振動子２は、駆動電極，検出電極及びアース電極（図示せず）が形成された三脚の音叉型水晶振動子としてある。ここで、三脚（三本の脚）は、二本の駆動脚と一本の検出脚とからなっている。
なお、本実施形態では、三脚の音叉型水晶振動子を使用しているが、これに限定されるものではなく、たとえば、二脚の音叉型水晶振動子を使用してもよい。
また、この圧電振動子２は、振動子用実装基材３に実装され、振動の漏れ調整等が行なわれた後、矩形平板状のカバー３０によって真空封止される。
圧電振動子２は、駆動電極，検出電極及びアース電極（図示せず）が形成された三脚の音叉型水晶振動子としてある。ここで、三脚（三本の脚）は、二本の駆動脚と一本の検出脚とからなっている。
なお、本実施形態では、三脚の音叉型水晶振動子を使用しているが、これに限定されるものではなく、たとえば、二脚の音叉型水晶振動子を使用してもよい。
また、この圧電振動子２は、振動子用実装基材３に実装され、振動の漏れ調整等が行なわれた後、矩形平板状のカバー３０によって真空封止される。
（振動子用実装基材）
振動子用実装基材３は、回路配線（図示せず）が形成され、かつ、中央部に圧電振動子２を収納する凹部３１の形成された矩形平板状の基材である。
この振動子用実装基材３は、凹部３１に形成された回路配線が、裏面の外縁部に配設された八つの外部接続電極３２と必要に応じて接続されている（図２参照）。
なお、外縁部の中段部両側に配設された四つの外部接続電極３２は、圧電振動子２からコリオリ検出信号を電子部品４へ送る検出信号用接続電極と、電子部品４から駆動信号を圧電振動子２へ送る駆動信号用接続電極である。また、外縁部の上段及び下段に配設された四つの外部接続電極３２は、アース電極や、振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５を半田で連結するための連結用金属パターンとして使用される。
振動子用実装基材３は、回路配線（図示せず）が形成され、かつ、中央部に圧電振動子２を収納する凹部３１の形成された矩形平板状の基材である。
この振動子用実装基材３は、凹部３１に形成された回路配線が、裏面の外縁部に配設された八つの外部接続電極３２と必要に応じて接続されている（図２参照）。
なお、外縁部の中段部両側に配設された四つの外部接続電極３２は、圧電振動子２からコリオリ検出信号を電子部品４へ送る検出信号用接続電極と、電子部品４から駆動信号を圧電振動子２へ送る駆動信号用接続電極である。また、外縁部の上段及び下段に配設された四つの外部接続電極３２は、アース電極や、振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５を半田で連結するための連結用金属パターンとして使用される。
また、本実施形態では、実装基材として、圧電振動子２の実装される振動子用実装基材３と、電子部品４の実装される電子部品用実装基材５を使用している。このようにすると、電子部品４を実装する工程と圧電振動子２を実装する工程を独立した工程として作業できるので、作業効率を向上させることができる。
なお、本発明は、この振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５を用いた構成に限定されるものではなく、たとえば、図示してないが、一つの実装基材のみを備えるジャイロ装置としては、たとえば、チップ部品の機能を内蔵した専用ＩＣが使用され、振動子用実装基材３の正面に圧電振動子が実装され、裏面又はカバー３０に専用ＩＣが実装されるジャイロ装置を挙げることができる。
なお、本発明は、この振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５を用いた構成に限定されるものではなく、たとえば、図示してないが、一つの実装基材のみを備えるジャイロ装置としては、たとえば、チップ部品の機能を内蔵した専用ＩＣが使用され、振動子用実装基材３の正面に圧電振動子が実装され、裏面又はカバー３０に専用ＩＣが実装されるジャイロ装置を挙げることができる。
（電子部品）
電子部品４は、ＩＣ４１及びチップ部品４２からなり、圧電振動子２を振動させる駆動回路及び角速度を検出するための回路に使用される。
ここで、好ましくは、電子部品４を電子部品用実装基材５に両面実装するとよく（図２参照）、このようにすると、電子部品４を高密度実装することができるので、電子部品用実装基材５を小型化することができる。
また、ＩＣ４１は、フリップチップボンディングされており（図１参照）、このようにすることによって、電子部品用実装基材５をさらに小型化することができる。
電子部品４は、ＩＣ４１及びチップ部品４２からなり、圧電振動子２を振動させる駆動回路及び角速度を検出するための回路に使用される。
ここで、好ましくは、電子部品４を電子部品用実装基材５に両面実装するとよく（図２参照）、このようにすると、電子部品４を高密度実装することができるので、電子部品用実装基材５を小型化することができる。
また、ＩＣ４１は、フリップチップボンディングされており（図１参照）、このようにすることによって、電子部品用実装基材５をさらに小型化することができる。
（駆動検出回路）
次に、ジャイロ装置１の駆動検出回路について、図面を参照して説明する。
図３は、本発明の実施形態にかかるジャイロ装置の概略駆動検出回路図を示している。
同図において、駆動検出回路１００は、駆動回路１０１が、圧電振動子２の駆動脚１０２（第一及び第二の脚）を駆動させるとともに、駆動信号を同期検波回路１０３に出力する。
また、ジャイロ装置１が、Ｘ方向及びＹ方向と直交する仮想回転軸（図示せず）の周りを回転すると、圧電振動子２の検出脚（第三の脚（図示せず））から、コリオリ検出信号１，２が出力される。このコリオリ検出信号１，２は、それぞれ初段ＡＭＰ（増幅器）１０４に入力され増幅され、さらに、差動ＡＭＰ（増幅器）１０５によって増幅される。そして、同期検波回路１０３に入力され、駆動信号に対して検波された後、ローパスフィルタ１０６を経て、出力信号として出力される。
次に、ジャイロ装置１の駆動検出回路について、図面を参照して説明する。
図３は、本発明の実施形態にかかるジャイロ装置の概略駆動検出回路図を示している。
同図において、駆動検出回路１００は、駆動回路１０１が、圧電振動子２の駆動脚１０２（第一及び第二の脚）を駆動させるとともに、駆動信号を同期検波回路１０３に出力する。
また、ジャイロ装置１が、Ｘ方向及びＹ方向と直交する仮想回転軸（図示せず）の周りを回転すると、圧電振動子２の検出脚（第三の脚（図示せず））から、コリオリ検出信号１，２が出力される。このコリオリ検出信号１，２は、それぞれ初段ＡＭＰ（増幅器）１０４に入力され増幅され、さらに、差動ＡＭＰ（増幅器）１０５によって増幅される。そして、同期検波回路１０３に入力され、駆動信号に対して検波された後、ローパスフィルタ１０６を経て、出力信号として出力される。
（電子部品用実装基材）
電子部品用実装基材５は、両面実装が可能なように回路配線（図示せず）が形成され、かつ、振動子用実装基材３の外形とほぼ一致する外形を有する矩形平板状の基材である（図１参照）。
ここで、好ましくは、電子部品用実装基材５の正面側外縁部に、環状の突起部５１を形成し、この突起部５１に、上記振動子用実装基材３の外部接続電極３２と対応した八つの外部接続電極５２を配設してある。このようにすると、対応する外部接続電極３２，５２どうしを、半田や導電性接着剤等を用いて接続することにより、ケーブル等の接続部材を使用しなくてもすむので、振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５を省スペース化された状態で積層することができ、ジャイロ装置１を小型化することができる。また、外部接続電極３２と外部接続電極５２を電気的に接続することにより、振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５を機械的に積層することもできる。
電子部品用実装基材５は、両面実装が可能なように回路配線（図示せず）が形成され、かつ、振動子用実装基材３の外形とほぼ一致する外形を有する矩形平板状の基材である（図１参照）。
ここで、好ましくは、電子部品用実装基材５の正面側外縁部に、環状の突起部５１を形成し、この突起部５１に、上記振動子用実装基材３の外部接続電極３２と対応した八つの外部接続電極５２を配設してある。このようにすると、対応する外部接続電極３２，５２どうしを、半田や導電性接着剤等を用いて接続することにより、ケーブル等の接続部材を使用しなくてもすむので、振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５を省スペース化された状態で積層することができ、ジャイロ装置１を小型化することができる。また、外部接続電極３２と外部接続電極５２を電気的に接続することにより、振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５を機械的に積層することもできる。
また、突起部５１は、上記環状形状に限定されるものではなく、たとえば、外部接続電極５２に応じて、部分的に独立した形状としてもよい。
さらに、突起部５１は、電子部品用実装基材５に形成してあるが、この構造に限定されるものではなく、たとえば、振動子用実装基材３の裏面に形成し、あるいは、振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５の双方に形成する構造としてもよい。
さらに、突起部５１は、電子部品用実装基材５に形成してあるが、この構造に限定されるものではなく、たとえば、振動子用実装基材３の裏面に形成し、あるいは、振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５の双方に形成する構造としてもよい。
（センサユニット）
上記構成の圧電振動子２，振動子用実装基材３，電子部品４，電子部品用実装基材５及びカバー３０からなるセンサユニット１０は、肉厚の矩形板状の形状となり、裏面（電子部品用実装基材５の裏面）にチップ部品４２が露出している（図２参照）。このようにすると、チップ部品４２を省スペース化した状態で実装することができ、ジャイロ装置１を小型化することができる。なお、チップ部品４２は、抵抗，コンデンサなどのチップ部品である。
また、上記電子部品４を電子部品用実装基材５に高密度実装し、電子部品用実装基材５を小型化すると、必然的に、電子部品用実装基材５の裏面のほぼ全体に、チップ部品４２が配設される構造となる（図２参照）。
上記構成の圧電振動子２，振動子用実装基材３，電子部品４，電子部品用実装基材５及びカバー３０からなるセンサユニット１０は、肉厚の矩形板状の形状となり、裏面（電子部品用実装基材５の裏面）にチップ部品４２が露出している（図２参照）。このようにすると、チップ部品４２を省スペース化した状態で実装することができ、ジャイロ装置１を小型化することができる。なお、チップ部品４２は、抵抗，コンデンサなどのチップ部品である。
また、上記電子部品４を電子部品用実装基材５に高密度実装し、電子部品用実装基材５を小型化すると、必然的に、電子部品用実装基材５の裏面のほぼ全体に、チップ部品４２が配設される構造となる（図２参照）。
（振動吸収部材）
本実施形態の振動吸収部材は、図１に示すように、センサユニット１０の上方端部が嵌入される凹部７１が形成され、かつ、外周部が金属ケース６に圧入される第一の振動吸収部材７ａと、センサユニット１０の下方端部が嵌入される凹部７１が形成され、かつ、外周部が金属ケース６に圧入される第二の振動吸収部材７ｂとからなっている。
なお、第一の振動吸収部材７ａと第二の振動吸収部材７ｂは、同一の部品を用いて共用化してあり、これにより、センサユニット１０の上部と下部に同じ振動吸収特性を持たせることができ、ジャイロ装置１の検出精度を向上させることができる。また、ジャイロ装置１が小型化された状態で、センサユニット１０の支持構造を単純化することができる。さらに、振動吸収部材７ａ，７ｂの材料としては、一般的に、絶縁性材料が用いられる。
本実施形態の振動吸収部材は、図１に示すように、センサユニット１０の上方端部が嵌入される凹部７１が形成され、かつ、外周部が金属ケース６に圧入される第一の振動吸収部材７ａと、センサユニット１０の下方端部が嵌入される凹部７１が形成され、かつ、外周部が金属ケース６に圧入される第二の振動吸収部材７ｂとからなっている。
なお、第一の振動吸収部材７ａと第二の振動吸収部材７ｂは、同一の部品を用いて共用化してあり、これにより、センサユニット１０の上部と下部に同じ振動吸収特性を持たせることができ、ジャイロ装置１の検出精度を向上させることができる。また、ジャイロ装置１が小型化された状態で、センサユニット１０の支持構造を単純化することができる。さらに、振動吸収部材７ａ，７ｂの材料としては、一般的に、絶縁性材料が用いられる。
また、振動吸収部材７ａ，７ｂは、図４に示すように、露出した回路配線及び／又は電子部品４の少なくとも一部（同図においては、チップ部品４２ａ）と接触する構成とするとよい。この理由は、上述したように、ジャイロ装置１を小型化すると、必然的に、電子部品用実装基材５の裏面のほぼ全体に、チップ部品４２が配設されることとなるため（図２参照）、一部のチップ部品４２ａと振動吸収部材７ａ，７ｂを接触させることにより、正面方向に対する振動吸収特性と、裏面方向に対する振動吸収特性を同じくすることができ、ジャイロ装置１の検出精度を向上させることができるからである。
ここで、本実施形態の最大の特徴は、センサユニット１０の外側表面に露出した回路配線又は電子部品４の少なくとも一方に、圧電振動子２が出力するコリオリ検出信号を増幅する初段ＡＭＰの帰還抵抗１０４ａ，コリオリ検出信号を電子部品４へ送る回路配線，又は，圧電振動子２を振動させる駆動信号を電子部品４から供給する回路配線が含まれており、帰還抵抗１０４ａの導体部，コリオリ検出信号を電子部品４へ送る回路配線の導体部，及び，圧電振動子２を振動させる駆動信号を電子部品４から供給する回路配線の導体部を、振動吸収部材７ａ，７ｂと接触しない構成とすることにある。
次に、この理由を、図面を参照して説明する。
図５は、本発明の実施形態にかかるジャイロ装置の、初段ＡＭＰにおける帰還抵抗と浮遊容量との関係を説明するための概略回路図を示している。
同図において、ＯＵＴ電圧（Ｓｉｇｎａｌ）＝ＩＲＦ（帰還電流）×Ｒｆ（帰還抵抗）の関係より、ＯＵＴ電圧はＲｆに比例する。したがって、ジャイロ装置１の出力のＳ／Ｎ比を向上させるには、帰還抵抗（Ｒｆ）１０４ａを大きくすることが好ましいが、Ｒｆ１０４ａが大きくなると、ＩＲＦが流れ難くなる。この状態で、浮遊容量（Ｚｃ）１０７が付くと、すなわち、振動吸収部材７ａ，７ｂが接触すると、相対的に流れやすいＺｃ側に電流が浮遊電流として流れるため、結果としてＩＲＦが小さくなりＯＵＴ電圧が小さくなる（ＯＵＴ電圧とＺｃは反比例する。）。すなわち、出力向上の観点からは、Ｚｃ１０７は零若しくは小さい方が好ましい。また、同様に、コリオリ検出信号を電子部品４へ送る回路配線の導体部（接続電極を含む。）や圧電振動子２を振動させる駆動信号を電子部品４から供給する回路配線の導体部（接続電極を含む。）は、振動吸収部材７ａ，７ｂから離れていることが好ましい。このようにすると、ジャイロ装置１は、振動吸収部材７ａ，７ｂによる浮遊容量の悪影響を受けなくてすみ、精度よく角速度を検出することができる。
図５は、本発明の実施形態にかかるジャイロ装置の、初段ＡＭＰにおける帰還抵抗と浮遊容量との関係を説明するための概略回路図を示している。
同図において、ＯＵＴ電圧（Ｓｉｇｎａｌ）＝ＩＲＦ（帰還電流）×Ｒｆ（帰還抵抗）の関係より、ＯＵＴ電圧はＲｆに比例する。したがって、ジャイロ装置１の出力のＳ／Ｎ比を向上させるには、帰還抵抗（Ｒｆ）１０４ａを大きくすることが好ましいが、Ｒｆ１０４ａが大きくなると、ＩＲＦが流れ難くなる。この状態で、浮遊容量（Ｚｃ）１０７が付くと、すなわち、振動吸収部材７ａ，７ｂが接触すると、相対的に流れやすいＺｃ側に電流が浮遊電流として流れるため、結果としてＩＲＦが小さくなりＯＵＴ電圧が小さくなる（ＯＵＴ電圧とＺｃは反比例する。）。すなわち、出力向上の観点からは、Ｚｃ１０７は零若しくは小さい方が好ましい。また、同様に、コリオリ検出信号を電子部品４へ送る回路配線の導体部（接続電極を含む。）や圧電振動子２を振動させる駆動信号を電子部品４から供給する回路配線の導体部（接続電極を含む。）は、振動吸収部材７ａ，７ｂから離れていることが好ましい。このようにすると、ジャイロ装置１は、振動吸収部材７ａ，７ｂによる浮遊容量の悪影響を受けなくてすみ、精度よく角速度を検出することができる。
また、振動吸収部材７ａ，７ｂは、図４に示すように、振動吸収部材７ａ，７ｂと接触するチップ部品４２ａを収納するための凹部７５を形成するとよく、このようにすると、チップ部品４２ａにかかる面圧を低下させることができ、チップ部品４２ａやチップ部品４２ａの接合箇所が損傷するといった不具合を防止することができる。
さらに、振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５の外縁部の中段部両側に配設された外部接続電極３２，５２は、圧電振動子２からコリオリ検出信号を電子部品４へ送る検出信号用接続電極と、電子部品４から駆動信号を圧電振動子２へ送る駆動信号用接続電極であるが、これらの電極は、振動吸収部材７ａ，７ｂと高さ方向の位置が異なっており、接触しない構造となっている。これにより、振動吸収部材７ａ，７ｂによる浮遊容量の悪影響を受けない状態で、振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５とを効率よく積層することができる。なお、上記検出信号用接続電極は、コリオリ検出信号を電子部品４へ送る回路配線の導体部の一部であり、また、駆動信号用接続電極は、圧電振動子２を振動させる駆動信号を電子部品４から供給する回路配線の導体部の一部である。
（金属ケース）
金属ケース６は、有底箱状の構造としてあり、ジャイロ装置１を半田付けする際、実装強度を向上させるための補強パッド６１と、基台９に搭載するためのノッチ６２を備えた構成としてある（図１参照）。
金属ケース６は、有底箱状の構造としてあり、ジャイロ装置１を半田付けする際、実装強度を向上させるための補強パッド６１と、基台９に搭載するためのノッチ６２を備えた構成としてある（図１参照）。
（ケーブル）
ケーブル８は、フレキシブルケーブルであり、基台９の内部接続電極９１と電子部品用実装基材５の裏面の接続電極（図示せず）とを接続する。
ケーブル８は、フレキシブルケーブルであり、基台９の内部接続電極９１と電子部品用実装基材５の裏面の接続電極（図示せず）とを接続する。
（基台）
基台９は、上面に四つの内部接続端子９１と、この内部接続端子９１と接続してある四本の外部接続端子９２とを備えた、矩形状の樹脂板であり、ジャイロ装置１が実装される基板（図示せず）に表面実装される構成としてある。
基台９は、上面に四つの内部接続端子９１と、この内部接続端子９１と接続してある四本の外部接続端子９２とを備えた、矩形状の樹脂板であり、ジャイロ装置１が実装される基板（図示せず）に表面実装される構成としてある。
また、振動吸収部材７ａ，７ｂは、図４に示すように、ジャイロ装置１が小型化された状態において、チップ部品４２ａと接触した状態としてあり、裏面方向への振動吸収性能が、正面方向への振動吸収性能より低下するといった不具合を防止することができる。
ここで、チップ部品４２ａは、Ｒｆ１０４ａとは異なるチップ部品としてあるので、浮遊容量の悪影響を受けなくてもすみ、ジャイロ装置１は、精度よく角速度を検出することができる。
ここで、チップ部品４２ａは、Ｒｆ１０４ａとは異なるチップ部品としてあるので、浮遊容量の悪影響を受けなくてもすみ、ジャイロ装置１は、精度よく角速度を検出することができる。
また、振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５の外縁部の中段部両側に配設された外部接続電極３２，５２は、圧電振動子２からコリオリ検出信号を電子部品４へ送る検出信号用接続電極と、電子部品４から駆動信号を圧電振動子２へ送る駆動信号用接続電極であり、これらの電極は、振動吸収部材７ａ，７ｂと高さ方向の位置が異なっており、振動吸収部材７ａ，７ｂと接触しない構造となっている。これにより、振動吸収部材７ａ，７ｂによる浮遊容量の悪影響を受けない状態で、振動子用実装基材３と電子部品用実装基材５を効率よく積層することができる。
このように、本実施形態にかかるジャイロ装置１は、電子部品４を省スペース化した状態で実装することによって、ジャイロ装置１を大幅に小型化することができ、たとえば、従来のジャイロ装置の約１／３の容積まで小型化することができる。
さらに、ジャイロ装置１を小型する際、振動吸収部材７ａ，７ｂを設けて、振動吸収特性を向上させることによって、角速度の検出精度を向上させることができる。また、ジャイロ装置１は、振動吸収部材７ａ，７ｂによる浮遊容量の悪影響を受けなくてもすむので、角速度の検出精度をさらに向上させることができる。
さらに、ジャイロ装置１を小型する際、振動吸収部材７ａ，７ｂを設けて、振動吸収特性を向上させることによって、角速度の検出精度を向上させることができる。また、ジャイロ装置１は、振動吸収部材７ａ，７ｂによる浮遊容量の悪影響を受けなくてもすむので、角速度の検出精度をさらに向上させることができる。
以上、本発明のジャイロ装置について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係るジャイロ装置は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
たとえば、ジャイロ装置は、ケーブル８を正面側から裏面側に引き回しているが、ケーブル８を裏面側から単に上方向に引き回す構成としてもよく、作業性を向上させることができる。
たとえば、ジャイロ装置は、ケーブル８を正面側から裏面側に引き回しているが、ケーブル８を裏面側から単に上方向に引き回す構成としてもよく、作業性を向上させることができる。
本発明のジャイロ装置は、たとえば、所定の方向に対する高性能の振動吸収部材を備え、かつ、小型化されたセンサ構造としても適用することが可能である。
１ ジャイロ装置
２ 圧電振動子
３ 振動子用実装基材
４ 電子部品
５ 電子部品用実装基材
６ 金属ケース
７ａ 第一の振動吸収部材
７ｂ 第二の振動吸収部材
８ ケーブル
９ 基台
１０ センサユニット
３０ カバー
３１ 凹部
３２ 外部接続電極
４１ ＩＣ
４２，４２ａ チップ部品
５１ 突起部
５２ 外部接続電極
６１ 補強パッド
６２ ノッチ
７１ 凹部
７５ 凹部
９１ 内部接続端子
９２ 外部接続端子
１００ 駆動検出回路
１０１ 駆動回路
１０２ 駆動脚
１０３ 同期検波回路
１０４ 初段ＡＭＰ（増幅器）
１０４ａ 帰還抵抗（Ｒｆ）
１０５ 差動ＡＭＰ（増幅器）
１０６ ローパスフィルタ
１０７ 浮遊容量（Ｚｃ）
２ 圧電振動子
３ 振動子用実装基材
４ 電子部品
５ 電子部品用実装基材
６ 金属ケース
７ａ 第一の振動吸収部材
７ｂ 第二の振動吸収部材
８ ケーブル
９ 基台
１０ センサユニット
３０ カバー
３１ 凹部
３２ 外部接続電極
４１ ＩＣ
４２，４２ａ チップ部品
５１ 突起部
５２ 外部接続電極
６１ 補強パッド
６２ ノッチ
７１ 凹部
７５ 凹部
９１ 内部接続端子
９２ 外部接続端子
１００ 駆動検出回路
１０１ 駆動回路
１０２ 駆動脚
１０３ 同期検波回路
１０４ 初段ＡＭＰ（増幅器）
１０４ａ 帰還抵抗（Ｒｆ）
１０５ 差動ＡＭＰ（増幅器）
１０６ ローパスフィルタ
１０７ 浮遊容量（Ｚｃ）
Claims (6)
- 角速度を検出するための圧電振動子，電子部品，及び，前記圧電振動子と前記電子部品が実装される一又は二以上の実装基材を備えたセンサユニットと、
このセンサユニットを覆う金属ケースと、
この金属ケースに装入され、前記センサユニットを支持する絶縁性の振動吸収部材と、
を備え、
前記実装基材に設けられた回路配線又は前記電子部品の少なくとも一方が、前記センサユニットの外側表面に露出しており、かつ、前記振動吸収部材が、前記露出した回路配線又は電子部品の少なくとも一部と接触しており、
前記センサユニットの外側表面に露出した回路配線又は電子部品の少なくとも一方に、前記圧電振動子が出力するコリオリ検出信号を増幅する初段増幅器の帰還抵抗，前記コリオリ検出信号を前記電子部品へ送る回路配線，又は，前記圧電振動子を振動させる駆動信号を前記電子部品から供給する回路配線が含まれており、前記帰還抵抗の導体部，前記コリオリ検出信号を前記電子部品へ送る回路配線の導体部，及び，前記圧電振動子を振動させる駆動信号を前記電子部品から供給する回路配線の導体部を、前記振動吸収部材から離して配設したことを特徴とするジャイロ装置。 - 前記振動吸収部材が、
前記センサユニットの一方の端部が嵌入され、かつ、前記金属ケースに装入される第一の振動吸収部材と、
前記センサユニットのもう一方の端部が嵌入され、かつ、前記金属ケースに装入される第二の振動吸収部材と
を有することを特徴とする請求項１に記載のジャイロ装置。 - 前記振動吸収部材に、該振動吸収部材と接触する前記電子部品を収納する凹部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のジャイロ装置。
- 前記実装基材が、前記電子部品の実装される電子部品用実装基材と前記圧電振動子の実装される振動子用実装基材とからなり、前記電子部品用実装基材に、前記電子部品が両面実装されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のジャイロ装置。
- 前記電子部品用実装基材又は振動子用実装基材の少なくとも一方に、前記両面実装された電子部品用実装基材と振動子用実装基材とを積層するための突起部を設け、この突起部に両方の実装基材の回路配線どうしを接続するための接続電極を設けたことを特徴とする請求項４に記載のジャイロ装置。
- 前記突起部に設けられる接続電極として、前記圧電振動子からコリオリ検出信号を前記電子部品へ送る検出信号用接続電極と、前記電子部品から駆動信号を前記圧電振動子へ送る駆動信号用接続電極を設けたことを特徴とする請求項５に記載のジャイロ装置。
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|---|---|---|---|---|
| JPH0478513U (ja) * | 1990-11-21 | 1992-07-08 | ||
| WO2001020258A1 (fr) * | 1999-09-10 | 2001-03-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Detecteur de vitesse angulaire |
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