KR100625736B1 - 각 속도 센서 - Google Patents

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KR100625736B1
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후지쓰 메디아 데바이스 가부시키가이샤
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Abstract

베이스(10)와, 상기 베이스에 지지된 진동자(12)를 갖고, 상기 진동자(12)는 상기 베이스(10)의 실장면(11)에 대해 경사져 있다. 실장면(11)에 대한 상기 진동자(12)의 경사 각도는 조정 가능하다. 이로 인해, 진동자(12)를 보유 지지하는 보유 지지 부재(18)를 갖는다. 이 보유 지지 부재는 예를 들어 탄성 변형 가능하도록 형성되어 있다. 보유 지지 부재는 예를 들어 단일 부재를 절곡 가공한 것이다.
베이스, 실장면, 진동자, 보유 지지 부재, 패드, 인출 전극

Description

각 속도 센서{ANGULAR VELOCITY SENSOR}
본 발명은 각 속도 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전 진동자를 이용한 각 속도 센서에 관한 것이다.
각 속도 센서는 회전시의 각 속도를 검지하는 센서로, 카메라의 손떨림 방지나 카 내비게이션 등의 위치 검출 시스템, 자동차나 로봇의 자세 제어 시스템 등에 이용되고 있다. 각 속도 센서의 검출축이 검출 기준면에 대해 경사짐으로써 감도 오차나 타축 감도 등의 문제가 발생한다. 이 경우에는 정확한 각 속도를 검출할 수 없어, 각 속도 센서를 이용한 제어 시스템은 각도 오차에 기인한 다양한 문제점을 갖게 된다. 예를 들어, 카 내비게이션에 있어서는, 통상 각 속도 센서는 자동차의 대시보드에 수납된다. 대시보드에 각 속도 센서를 구비한 제어 시스템을 부착한 경우, 각 속도 센서의 검출축이 기준면인 지면에 수직이면 정밀도 좋게 각 속도를 검지할 수 있다.
그런데, 최근 자동차의 대시보드는 지면에 대해 경사져 있는 경우가 있다. 경사진 대시보드에 제어 시스템을 부착한 경우, 각 속도 센서의 검출축이 기울어져 각 속도 검출 오차가 커지고, 동시에 타축 감도가 커져 버린다. 이 모습을 도1a 및 도1b에 도시한다. 도1a의 횡축은 센서 경사각(°), 종축은 각 속도 검출 오차( ％)이다. 또한 도1b의 횡축은 센서 경사각(°), 종축은 타축 감도(％)이다. 또한 센서의 감도축을 노면에 대해 수직으로 하고자 하면, 장치에 새롭게 경사대를 접합시키거나 혹은 센서에 경사대를 부착하는 등도 필요해져 보다 큰 공간이 필요해진다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하여 경사진 면에 부착해도 각 속도의 검출 기준면에 대해 검출축을 적절하게 설정할 수 있고, 또한 장치의 소형화에도 공헌할 수 있는 각 속도 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 검출축의 방향을 용이하게 조정할 수 있는 각 속도 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위해 본 발명의 각 속도 센서는 베이스와, 상기 베이스에 지지된 진동자 및 회로 기판을 갖고, 상기 진동자는 상기 베이스에 대해 상기 회로 기판과 평행면 내에서 경사져 있는 것을 특징으로 한다. 상기 회로 기판과 평행면 내에서 경사져 있으므로, 경사진 부착면에 각 속도 센서를 부착해도 검출축을 적절한 방향으로 설정할 수 있고, 또한 센서의 감도축을 구성하는 최소 단위인 상기 진동자의 축을 기울어지게 함으로써 경사에 의해 생기는 무효 공간을 최소한으로 할 수 있다. 상기 각 속도 센서에 있어서, 상기 베이스에 대한 상기 진동자의 경사 각도는 조정 가능하다. 또한, 상기 각 속도 센서에 있어서, 상기 베이스에 대한 상기 진동자의 경사 각도가 조정 가능하도록 상기 진동자를 보유 지지하는 보유 지지 부재를 갖는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 각 속도 센서에 있어서, 탄성 변형 가능한 보유 지지 부재를 갖고, 상기 보유 지지 부재는 상기 진동자를 보유 지지하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 각 속도 센서에 있어서, 상기 보유 지지 부재는 단일 부재를 절곡 가공한 구성으로 할 수 있다. 상기 각 속도 센서는 상기 진동자를 고정하는 진동자 지지 기판과, 상기 진동자 지지 기판 및 상기 회로 기판을 보유 지지하는 프레임을 갖는 구성으로 할 수 있다. 이 때 회로 기판과 평행한 면 내에서 진동자의 축을 경사지게 함으로써 무효 공간을 최소한으로 할 수 있다. 또한, 상기 각 속도 센서는 상기 진동자를 고정하는 진동자 지지 기판과, 상기 진동자 지지 기판 및 상기 회로 기판을 보유 지지하는 프레임을 갖고, 상기 프레임은 상기 진동자 지지 기판을 사이에 두고 보유 지지하는 구성으로 할 수도 있다. 또한, 상기 각 속도 센서는 상기 진동자를 고정하는 진동자 지지 기판과, 상기 진동자 지지 기판 및 상기 회로 기판을 보유 지지하는 프레임을 갖고, 상기 프레임은 상기 베이스에 대한 각도를 조정 가능하게 하기 위해 탄성 변형 가능한 부재로 형성되어 있는 구성이라도 좋다. 상기 구성에 있어서, 상기 프레임은 상기 회로 기판의 복수 측부에 결합하도록 해도 좋다. 상기 구성에 있어서, 예를 들어 상기 회로 기판은 상기 프레임의 제1 측에 위치하고, 상기 진동자 및 진동자 지지 기판은 상기 프레임의 제2 측에 위치하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 구성에 있어서, 상기 진동자 지지 기판은 오목부를 갖고, 상기 프레임은 상기 오목부에 끼워 맞추는 보유 지지 부재를 갖고 있는 구성으로 할 수 있다. 상기 각 속도 센서에 있어서, 상기 진동자에 형성된 전극에 접속되고, 또한 상기 베이스를 관통하는 외부 접속 단자를 갖는 구성으로 할 수 있다. 상기 각 속도 센서에 있어서, 상기 회로 기판은 상기 진동자에 접속되는 회로와 외부 접속용 패드를 갖는 구성이 가능하다. 또한, 상기 각 속도 센서는 상기 회로 기판을 커버하도록 설치된 프레임을 갖고, 상기 회로 기판에 결합하는 상기 프레임의 회로 기판 보유 지지부가 상기 패드에 접촉하고 있는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 각 속도 센서는 상기 진동자를 고정하는 진동자 지지 기판과, 상기 진동자 지지 기판 및 상기 회로 기판을 보유 지지하는 프레임을 갖고, 상기 진동자 지지 기판은 다층 구성으로 할 수 있다. 상기 구성에 있어서, 상기 진동자는 음차형 진동자 또는 블럭형 음편 진동자인 것이 바람직하다. 음편 진동자는 예를 들어 탄성 변형 가능한 복수의 보유 지지 부재로 보유 지지되어 있도록 구성할 수 있다. 또한, 상기 음차형 진동자를 구성하는 복수의 아암은 상기 회로 기판과 평행면 내에 나열되어 있는 구성으로 할 수도 있다.
본 발명은 또한 베이스와, 진동자와, 상기 베이스 상에 상기 진동자를 보유 지지하는 보유 지지 부재와 갖고, 상기 보유 지지 부재는 탄성 변형 가능해 상기 보유 지지 부재를 탄성 변형시킴으로써 상기 진동자의 검출축 각도가 조정 가능한 구성의 각 속도 센서이다. 이에 의해, 용이하게 검출축의 각도 조정이 가능해진다. 이 구성에 있어서, 상기 보유 지지 부재는 상기 진동자의 검출축이 상기 베이스에 대해 경사져 있도록 상기 진동자를 보유 지지할 수 있다. 또한, 상기 구성에 있어서 상기 보유 지지 부재는 상기 진동자의 검출축이 상기 베이스에 평행해지도록 상기 진동자를 보유 지지해도 좋다.
도1a 및 도1b는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 그래프이다.
도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 가속도 센서의 사시도이다.
도3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 가속도 센서의 다른 사시도이다.
도4a 및 도4b는 각각 본 발명의 제1 실시 형태에서 이용되는 진동자의 정면도 및 배면도이다.
도5a, 도5b 및 도5c는 각각 본 발명의 제1 실시 형태에서 이용되는 진동자 지지 기판의 평면도, 이 평면도의 VB-VB선 단면도 및 바닥면도이다.
도6은 각각 본 발명의 제1 실시 형태에서 이용되는 프레임의 평면도, 측면도 및 이 도면의 VIc-VIc선 단면도이다.
도7은 본 발명의 제1 실시 형태에서 이용되는 프레임과 보유 지지 부재를 형성하는 탄성 부재를 전개한 도면이다.
도8은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 각 속도 센서의 2개의 상태를 도시하는 정면도이다.
도9의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제1 실시 형태에서 이용되는 베이스의 정면도, 바닥면도 및 측면도이다.
도10은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 각 속도 센서의 배면도이다.
도11a 및 도11b는 각각 본 발명의 제1 실시 형태에서 이용되고 있는 회로 기판 상에 형성되는 회로를 나타내는 블럭도 및 검출 전극의 배선을 나타내는 도면이다.
도12의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 각 속도 센서의 2개의 형태를 나타내는 도면이다.
도13은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 각 속도 센서의 정면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
도2 및 도3은 각각 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 각 속도 센서의 사시도이다. 도2는 진동자의 경사각이 0°인 경우, 도3은 진동자가 경사져 있는 경우를 나타낸다. 각 속도 센서는 베이스(스템)(10), 진동자(12), 진동자 지지 기판(14), 프레임(16), 보유 지지 부재(18), 회로 기판(20) 및 복수의 외부 접속 단자(21)를 갖는다. 보유 지지 부재(18)는 탄성 변형 가능한 부재로 형성되고, 이것을 탄성 변형시킴으로써 도3에 도시한 바와 같이 진동자(12)의 각도를 임의로 조정할 수 있다. 도2의 구성은 베이스(10)가 기준면이 되는 지면에 병행하는 면에 부착되었을 때, 또는 각 속도 센서를 갖는 시스템이 기준면에 대해 경사져 있는 면에 부착되었을 때에 진동자(12)의 검출축이 기준면(지면)에 수직이 되는 경우에 적합하다. 이에 대해, 도3에서는 지면 등의 기준면에 대해 경사져 있는 면에 진동자(12) 또는 진동자(12)를 구비하는 시스템이 부착되었을 때에, 진동자(12)의 검출축이 지면인 기준면에 수직이 된다. 즉, 기준면에 대해 경사져 있는 면에 각 속도 센서 또는 이를 포함하는 시스템을 부착하는 경우에 적합한 구성이다. 각 속도 센서는 베이스(10)의 실장면(11)이 진동자(12)를 갖는 시스템의 마더보드에 대략 병행이 되도 록 부착된다. 회로 기판(20)은 베이스(10) 또는 실장면(11)에 대해 대략 수직으로 설치되어 있다. 진동자(12)는 회로 기판(20)에 병행하는 면 내로 경사져 있다. 진동자(12)를 부착시키는 면에 대한 진동자(12)의 경사 각도는 탄성 변형 가능한 보유 지지 부재(18)를 탄성 변형시킴으로써 용이하게 조정할 수 있다.
이와 같이, 도2 및 도3에 도시하는 각 속도 센서는 부착한 상태에서 검출축이 기준면에 병행하는 부착면에 수직이 되는 경우에는 물론, 대시보드와 같이 기준면에 대해 부착면이 경사져 있는 경우라도 경사 각도에 관계없이 검출축을 기준면에 수직으로 설정하는 것을 용이하게 행할 수 있다. 미리 부착시의 경사 각도를 알고 있는 경우에는, 진동자(12)를 그 각도로 미리 고정하여 보유 지지 부재(18)를 탄성 변형하지 않는 재료로 형성할 수도 있다. 이하, 제1 실시 형태에 관한 각 속도 센서의 각 부를 상세하게 서술한다.
도4a 및 도4b는 진동자(12)의 사시도로, 도4a는 진동자(12)의 표면측을 도시하고, 도4b는 진동자(12)의 이면측을 도시한다. 진동자(12)는 2개의 아암(22, 24)과 이들을 연결하는 베이스(26)를 갖는 음차형 진동자이다. 진동자(12)는 압전 재료로 형성되어, 예를 들어 LiNbO3이나 LiTaO3 등의 압전 단결정이 이용된다. 진동자(12)의 검출축은 2개의 아암이 연장되는 방향이다. 아암(22와 24)에는 각각 검출 전극과 구동 전극이 다음과 같이 형성되어 있다. 아암(22)에는 검출 전극(34, 38, 39)이 형성되고, 아암(24)에는 검출 전극(32, 36, 37)이 형성되어 있다. 검출 전극(38과 39)은 아암(22)의 상부를 일주하고 있는 띠형 전극(30)으로 접속되어 있 다. 검출 전극(38)은 베이스(26)에 연장되는 인출 전극(41)에 접속되어 있다. 검출 전극(34)은 아암(22)의 외측 측면에 형성되어 인출 전극(42)에 의해 베이스(26) 상으로 인출되어 있다. 검출 전극(36과 37)은 아암(24)의 상부를 일주하고 있는 띠형 전극(28)으로 접속되어 있다. 검출 전극(36)은 베이스(26) 상에 형성된 인출 전극(43)에 접속되어 있다. 검출 전극(32)은 아암(24)의 외측 측면에 형성되어 인출 전극(40)에 의해 베이스(26)까지 인출되어 있다. 표면에 형성된 구동 전극(44)은 2개의 아암(22, 24)에 형성된 U자형의 패턴을 갖는다. 구동 전극(44)은 인출 전극(48)에 의해 베이스(26)의 표면으로 인출되어 있다. 이면에 형성된 구동 전극(46)은 2개의 아암(22, 24)에 형성된 U자형의 패턴을 갖는다. 구동 전극(46)은 인출 전극(50)에 의해 베이스(26)의 이면으로 인출되어 있다.
도5a, 도5b 및 도5c는 진동자 지지 기판(14)을 도시하는 도면이며, 도5a는 평면도, 도5b는 도5a의 VB-VB선 단면도, 도5c는 바닥면도이다. 도5b에 도시한 바와 같이, 진동자 지지 기판(14)은 예를 들어 알루미나로 형성된 기판(141, 142, 143 )의 3층 구성이다. 기판(141, 142)에는 오목부(53)가 형성되고, 여기에 진동자(12)의 베이스(26)가 끼워 넣어진다. 오목부(53)의 주위에는 패드(52)가 도시된 바와 같이 형성되고, 또한 바닥면에는 전극(54)이 형성되어 있다. 전극(54)은 내부의 비아를 거쳐서 패드(52) 중 하나에 접속되어 있다. 진동자(12)가 오목부(53)에 장착되면, 인출 전극(50)(도4b)이 전극(54)에 접촉된다. 도전성 접착제를 오목부(53)에 도포하여 진동자(12)를 진동자 지지 기판(14)에 고정한다. 진동자(12)의 표면 에 형성된 인출 전극(40, 41, 42, 43, 48)은, 예를 들어 본딩 와이어나 도전성 페이스트를 이용하여 대응하는 패드(52)에 전기적으로 접속된다. 또한, 진동자(12)는 다른 오목부(56)를 갖는다. 이 오목부(56)는 오목부(53)에 대향하는 위치에 있고, 진동자 지지 기판(14)의 3개의 층(141, l42, 143)을 관통한다. 오목부(56)는 보유 지지 부재(18)에 끼워 맞추어, 예를 들어 실리콘계의 접착제로 고정된다.
도6a, 도6b 및 도6c는 프레임(16) 및 보유 지지 부재(18)를 도시하는 도면으로, 도6a는 평면도, 도6b는 측면도, 도6c는 도6b의 VIc-VIc선 단면도이다. 프레임(16)은 예를 들어 코발트 또는 인청동에 니켈을 도금한 바와 같은 도전성 부재로 형성되어 있다. 프레임(16)은 단면이 역ㄷ자형이며, 측면에는 회로 기판(20)과 결합하는 회로 기판 보유 지지부(58)를 갖고 있다. 도2 및 도3에 도시한 바와 같이 회로 기판(20)의 대향하는 측면에는 역ㄷ자형의 절결부(60)가 형성되고, 절결부(60)의 코너 부분에 회로 기판 보유 지지부(58)가 결합한다. 즉, 회로 기판 보유 지지부(58)는 회로 기판(20)을 측면으로부터 협입하도록 하여 회로 기판(20)을 보유 지지한다. 회로 기판 보유 지지부(58)는 접착제나 땜납 등을 이용하여 회로 기판(20)에 고정된다. 회로 기판 보유 지지부(58)는 회로 기판(20)의 측면에 결합하는 구성이지만, 이 대신에 회로 기판(20) 내에 구멍을 마련하여 여기에 삽입하는 구성이라도 좋다. 물론, 그 밖의 수단으로 회로 기판(20)을 보유 지지하는 것이라도 좋다. 프레임(16)은 단면이 역ㄷ자형이고, 회로 기판(20)과 프레임(16)의 내면 사이에는 공극이 형성되어 있다. 이 공극에 의해, 회로 기판(20) 상에 부착된 전 자 부품이 프레임(16)에 접촉해 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 프레임(16)에는 아치형의 절결부(65)가 형성되어 있다. 진동자 지지 기판(14)과 회로 기판(20)의 전기적 접속은 이 절결부(65)를 통과하는 와이어 등의 배선 수단을 이용하여 형성된다.
진동자 지지 기판(14) 상에는 보유 지지 부재(18)가 형성되어 있다. 도6b에 도시한 바와 같이 보유 지지 부재(18)는 단면이 역ㄷ자형인 부재이다. 보유 지지 부재(18)가 형성하는 간극(62) 내에 진동자 지지 기판(14)이 끼워 넣어진다. 이 경우, 패드(52)가 형성되어 있는 면을 내측, 즉 이 면이 프레임(16)에 면하도록 진동자 지지 기판(14)이 보유 지지 부재(18)에 부착된다. 보유 지지 부재(18)는 고정부(64)를 갖는다. 고정부(64)는 접착제를 이용하여 프레임(16)의 바닥부(66)에 고정되어 있다. 프레임(16)의 바닥부(66)에는 고정부(64)에 대응하는 오목부가 형성되어 고정부(64)에 결합한다. 보유 지지 부재(18)도 프레임(16)과 마찬가지로, 예를 들어 코발트 또는 인청동에 니켈을 도금한 바와 같이 도전성 부재로 형성되어 있다. 이로 인해, 보유 지지 부재(18)는 탄성 변형 가능하다. 보유 지지 부재(18)의 바닥면과 프레임(16)의 상면 사이에는 약간의 간극(70)이 형성되어 있다. 그 간극(70)은 보유 지지 부재(18)의 탄성 변형에 의해 프레임(16)의 바닥부(66)에 대한 각도를 쉽게 조정 가능하게 하기 위해 형성되어 있다. 보유 지지 부재(18)를 탄성 변형시켜 프레임(16)의 바닥부에 대한 각도를 조정함으로써 진동자(12)의 검출축 경사 각도를 조정할 수 있다.
도7에 도시한 바와 같이 프레임(16)과 보유 지지 부재(18)를 단일 부재(68) 로 형성할 수도 있다. 도7은 이 단일 부재(68)를 전개한 상태를 도시하는 도면이다. 단일 부재(68)를 도시한 바와 같이 가공하여 이를 절곡한다. 전개된 보유 지지 부재(18)를 (1)로 나타내는 바와 같이 절곡하여 도6b의 역ㄷ자형으로 하고, 다음에 (2)로 나타낸 바와 같이 고정부(64)를 중심으로 절곡한다. 물론, 이 경우의 고정부(64)는 단일 부재의 일부이다.
도8은 각 속도 센서의 정면도로, 도2 및 도3의 상태를 더불어 도시한 것이다. 참조 번호 72는 IC나 저항, 콘덴서 등의 전자 부품을 나타내고 있다. 이들 전자 부품(72)은 회로 기판(20) 상에 실장되고, 회로 기판(20)에 형성된 배선 패턴으로 접속되어 있다. 또, 회로 기판(20) 상에 형성되는 회로에 대해서는 후술한다. 도2, 도3 및 도8에 도시하는 플랜지(13)에는 도시를 생략하는 캡이 부착된다. 캡은 진동자(12)나 회로 기판(20) 등을 밀봉하여 각 속도 센서 내부를 보호한다.
도9는 베이스(10)를 도시하는 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 평면도, (c)는 측면도이다. 외부 접속 단자(21)는 핀형이며, 본 실시 형태에서는 6개 설치되어 있다. 이들 외부 접속 단자(21)는 베이스(10)를 관통하고 있다. 일렬 배열된 4개의 외부 접속 단자(21)의 상부(21A)(도면을 이해하기 쉽게 하기 위해 타원으로 둘러싸여 있음)는 후술하는 바와 같이 하여 회로 기판(20)의 이면에 형성된 패드에 접촉한다. 외부 접속 단자(21)의 하부는 마더보드 등의 기판에 형성된 구멍 내에 삽입되어 땜납 등으로 고정된다. 남은 2개의 외부 접속 단자(21)의 상부(22B)는 회로 기판(20) 상의 패드에 접촉하지 않으므로, 4개의 외부 접속 단자(21)의 상부(21A)보다도 높이가 낮다. 이들 2개의 외부 접속 단자(21)는 더미 단자라도 좋고, 실제로 외부 접속 단자로서 이용해도 좋다.
도10은 각 속도 센서의 배면도이다. 회로 기판(20)의 이면에는 패드(74, 76)가 형성되어 있다. 패드(74)는 각각 외부 접속 단자(21)의 상부(21A)에 납땜되어 있다. 또한, 프레임(16)의 회로 기판 보유 지지부(58)는 내측으로 절곡되어 있고, 패드(76)에 납땜되어 있다. 4개의 외부 접속 단자(21) 중 2개는 구동 신호를 인가하기 위한 신호 단자 및 그랜드 단자이고, 남은 2개는 각 속도 검출 신호를 출력하기 위한 신호 단자 및 그랜드 단자이다. 패드(76)는 회로 기판(20)에 형성된 회로의 그랜드 단자이다. 복수의 패드(76)를 이용하여 프레임(16)에 전기적으로 접속되므로 프레임(16)은 매우 양호한 실드를 형성한다. 또, 패드(76)는 생략 가능하다. 이 경우에는, 프레임(16)은 예를 들어 회로 기판(20) 상에서 그랜드로서 기능하는 외부 접속 단자(21)에 접속되므로 실드로서 기능한다.
도11a는 회로 기판(20) 상에 형성되는 회로를 나타내고, 도11b는 검출 전극(32, 34, 36, 37, 38, 39)의 배선을 나타내는 도면이다. 회로 기판(20) 상에는 구동 신호 입력 단자(78), 구동 회로(80), 차동 증폭기(82), 로우 패스 필터(LPF)(84), 직류 증폭기(86) 및 검출 신호 출력 단자(88)가 형성되어 있다. 구동 신호 입력 단자(78)와 검출 신호 출력 단자(88)는 도10에 도시하는 패드(74)에 상당한다. 구동 회로(80)는 구동 신호 입력 단자(78)를 거쳐서 외부로부터 구동 신호를 수취하여 구동 전극(44, 46)에 구동 전압을 인가한다. 구동 전압이 인가된 2개의 아암(22, 24)은 면 내 진동한다. 이 상태에서 검출축을 중심으로 하는 각 속도가 인가되면, 도11b의 화살표로 나타내는 전계가 아암(22, 24) 내에 발생한다. 차동 증폭기(82)는 검출 전극(38, 39, 32)의 전압과, 검출 전극(36, 37, 34)의 전압을 차동 증폭한다. 또, 구동 회로(80)와 차동 증폭기(82)의 동작은 동기하고 있다. 차동 증폭기(82)의 출력 전압은 LPF(84)를 거쳐서 직류 증폭기(86)에서 증폭된다. 직류 증폭기(86)가 출력하는 직류 전압은 각 속도 검출 신호로서 검출 신호 출력 단자(88)에 출력된다.
이상 설명한 제1 실시 형태의 특징 몇 가지를 모아 열거하면 다음과 같다. 각 속도 센서는 베이스(10)와, 베이스에 지지된 진동자(12)를 갖고, 진동자(12)는 베이스(10)의 실장면(11)에 대해 경사져 있으므로, 각 속도 센서를 부착하는 면이 지면 등의 기준면에 대해 경사져 있어도 검출축을 적절한 방향, 즉 지면에 대해 수직인 방향으로 설정할 수 있다. 실장면(11)에 대한 진동자(12)의 경사 각도는 조정 가능하므로 각 속도 센서의 임의의 부착 각도에 대응할 수 있다. 각 속도 센서는 탄성 변형 가능한 보유 지지 부재(18)를 갖고, 보유 지지 부재(18)가 진동자(12)를 보유 지지하므로, 보유 지지 부재(18)를 탄성 변형시킴으로써 진동자(12)의 검출축을 원하는 방향으로 설정할 수 있다. 보유 지지 부재(18)는 단일 부재를 절곡 가공한 것이므로 제조가 용이하다. 각 속도 센서는 진동자(12)를 고정하는 진동자 지지 기판(14)과, 회로 기판(20)과, 진동자 지지 기판(14) 및 회로 기판(20)을 보유 지지하는 프레임(16)을 갖는 간단한 구성이고, 검출축의 각도를 임의로 조정할 수 있는 것이다. 프레임(16)은 진동자 지지 기판(14)을 사이에 두고 보유 지지하는 구성이므로 구성이 간단하다. 프레임(16)과 보유 지지 부재(18)가 단일 부재로 형성되어 있는 경우에는, 프레임(16)은 탄성 변형 가능한 부재로 형성되어 있 다. 프레임(16)은 회로 기판(20)의 복수의 측부에 결합되어 있으므로 용이하게 회로 기판(20)을 지지할 수 있다. 회로 기판(20)은 프레임(16)의 제1 측에 위치하고, 진동자(12) 및 진동자 지지 기판(14)은 프레임의 제2 측에 위치하므로 각 속도 센서는 콤팩트한 구조이다. 진동자 지지 기판(14)은 오목부(53)를 갖고, 프레임(16)은 오목부(53)에 끼워 맞추는 보유 지지 부재를 갖고 있으므로, 조립이 간단하고 게다가 확실하게 진동자(12)를 지지할 수 있다. 각 속도 센서는 진동자(12)에 형성된 전극(구동 및 검출 전극 등)에 접속되고, 또한 베이스(10)를 관통하는 외부 접속 단자(21)를 가지므로 외부와의 접속이 용이하다. 각 속도 센서는 진동자(12)에 접속되는 회로(도11)가 형성된 회로 기판(20)을 갖고, 회로 기판의 면에 외부 접속용 패드(76)가 형성되어 있으므로, 외부와의 접속 자유도가 크다. 각 속도 센서는 회로 기판(20)을 커버하도록 설치된 프레임(16)을 갖고, 회로 기판(20)에 결합하는 프레임(16)의 회로 기판 보유 지지부(58)가 패드(76)에 접촉하고 있으므로, 프레임(16)을 실드 부재로서 용이하게 기능시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 각 속도 센서는 베이스(10)와, 진동자(12)와, 베이스(10) 상에 진동자(12)를 보유 지지하는 보유 지지 부재(18)를 갖고, 보유 지지 부재(18)는 탄성 변형 가능해 보유 지지 부재를 탄성 변형시킴으로써 진동자(12)의 검출축 각도가 조정 가능한 구성이다. 이에 의해, 각 속도 센서가 기준면에 대해 경사져 부착되어도 검출축을 기준면에 수직으로 용이하게 설정할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도12의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제2 실시 형태를 나타내는 정면도이다. 제2 실시 형태는 전술한 제1 실시 형태를 변형시킨 구성을 갖는다. 도12의 (a)의 구성은 제1 실시 형태의 진동자(12), 진동자 지지 기판(14), 프레임(16), 보유 지지 부재(18) 및 회로 기판(20)을 90°시계 방향으로 회전시킨 구성에 상당한다. 또한, 도12의 (b)의 구성은 진동자(12), 진동자 지지 기판(14) 및 보유 지지 부재(18)를 시계 방향으로 90°회전시킨 구성에 상당한다. 도12의 (a)의 구성에서는, 보유 지지 부재(18)는 베이스(10)의 실장면(11)에 평행하고 검출축은 실장면(11)에 평행하지만, 보유 지지 부재(18)를 반시계 방향으로 회전시켜 실장면(11)에 대해 경사시킬 수 있다. 또한, 도12의 (b)의 구성에서는, 보유 지지 부재(18)는 베이스(10)의 실장면(11)에 평행하고 검출축은 실장면(11)에 평행하지만, 보유 지지 부재(18)를 시계 방향으로 회전시켜 실장면(11)에 대해 경사시킬 수 있다.
이와 같은 구성의 각 속도 센서도 제1 실시 형태에 관한 각 속도 센서와 같은 작용 및 효과를 발휘한다. 게다가, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 관한 각 속도 센서를 각각 하나씩 이용함으로써 2축 주위의 각 속도를 검출할 수 있다. 제1 및 제2 실시 형태의 치수를 대략 동일하게 하는 것을 용이하게 할 수 있으므로, 다른 검출축을 갖고 있음에도 불구하고 동일 사이즈의 가속도 센서를 구성할 수 있어, 각 속도 센서의 배치 및 실장의 자유도는 크다. 또한, 제2 실시 형태의 각 속도 센서를 또 하나 추가하여 합계 3개의 각 속도 센서를 이용함으로써 3축 주위의 각 속도를 검출할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도13은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 각 속도 센서의 정면도이다. 본 실 시 형태에서는 진동자로서 블럭형의 음편 진동자(92)를 이용하고 있고, 그 길이 방향의 단부 부근에 있어서 2개의 보유 지지 부재(98A, 98B)에 의해 보유 지지되어 있다. 보유 지지 부재(98A, 98B)는 프레임(96)의 일부분이다. 즉, 프레임(96), 보유 지지 부재(98A, 98B)는 단일 부재를 절곡하여 형성한 것이다. 보유 지지 부재(98A)는 프레임(96)의 상변에 위치하여 반시계 방향으로 경사져 있다. 보유 지지 부재(98B)는 프레임(96)의 하변이며, 보유 지지 부재(98A)와 대각 위치에 있고, 반시계 방향으로 보유 지지 부재(98A)와 동일 각도만큼 경사져 있다. 음편 진동자(92)는 이들 보유 지지 부재(98A와 98B)에 보유 지지되어 있다. 음편 진동자(92)의 구동 전극 및 검출 전극은 종래부터 제안되어 있는 구성을 이용할 수 있다. 이들 전극과 회로 기판(20)의 접속은 와이어 등을 이용하여 형성된다.
이와 같이, 음편 진동자(92)를 이용한 각 속도 센서에 있어서, 2개의 보유 지지 부재(98A, 98B)를 탄성 변형시킴으로써 음편 진동자(92)의 검출축을 임의로 조정할 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 내지 제3 실시 형태를 설명하였다. 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에 있어서 다른 실시 형태나 변형을 형성하는 것은 당업자에게 명백하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 경사져 있는 면에 부착해도 각 속도의 검출 기준면에 대해 검출축을 적절하게 설정할 수 있는 각 속도 센서 및 검출축의 방향을 용이하게 조정할 수 있는 각 속도 센서를 제공할 수 있다.

Claims (22)

  1. 베이스와, 상기 베이스에 지지된 진동자 및 회로 기판을 갖고, 상기 진동자는 상기 베이스에 대해 전기 회로 기판과 평행면 내에서 경사져 있는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이스에 대한 상기 진동자의 경사 각도는 조정 가능한 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 베이스에 대한 상기 진동자의 경사 각도가 조정 가능하도록 상기 진동자를 보유 지지하는 보유 지지 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 각 속도 센서는 탄성 변형 가능한 보유 지지 부재를 갖고, 상기 보유 지지 부재는 상기 진동자를 보유 지지하는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보유 지지 부재는 단일 부재를 절곡 가공한 것인 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 각 속도 센서는 상기 진동자를 고정하는 진동자 지지 기판과, 상기 진동자 지지 기판 및 상기 회로 기판을 보유 지지하는 프레임을 갖는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 각 속도 센서는 상기 진동자를 고정하는 진동자 지지 기판과, 상기 진동자 지지 기판 및 상기 회로 기판을 보유 지지하는 프레임을 갖고, 상기 프레임은 상기 진동자 지지 기판을 사이에 두고 보유 지지하는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 각 속도 센서는 상기 진동자를 고정하는 진동자 지지 기판과, 상기 진동자 지지 기판 및 상기 회로 기판을 보유 지지하는 프레임을 갖고, 상기 프레임은 상기 베이스에 대한 각도를 조정 가능하게 하기 위해 탄성 변형 가능한 부재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 각 속도 센서는 상기 진동자를 고정하는 진동자 지지 기판과, 상기 진동자 지지 기판 및 상기 회로 기판을 보유 지지하는 프레임을 갖고, 상기 프레임은 상기 회로 기판의 복수 측부에 결합하고 있는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  10. 제1항에 있어서, 상기 각 속도 센서는 상기 진동자를 고정하는 진동자 지지 기판과, 상기 진동자 지지 기판 및 상기 회로 기판을 보유 지지하는 프레임을 갖고, 상기 회로 기판은 상기 프레임의 제1 측에 위치하고, 상기 진동자 및 진동자 지지 기판은 상기 프레임의 제2 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동자 지지 기판은 오목부를 갖고, 상기 프레임은 상기 오목부에 끼워 맞추는 보유 지지 부재를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 속도 센서는 상기 진동자에 형성된 전극에 접속되고, 또한 상기 베이스를 관통하는 외부 접속 단자를 갖는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회로 기판은 상기 진동자에 접속되는 회로와 외부 접속용 패드를 갖는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  14. 제13항에 있어서, 상기 각 속도 센서는 상기 회로 기판을 커버하도록 설치된 프레임을 갖고, 상기 회로 기판에 결합하는 상기 프레임의 회로 기판 보유 지지부가 상기 패드에 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  15. 제1항에 있어서, 상기 각 속도 센서는 상기 진동자를 고정하는 진동자 지지 기판과, 상기 진동자 지지 기판 및 상기 회로 기판을 보유 지지하는 프레임을 갖고, 상기 진동자 지지 기판은 다층 구성인 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  16. 제1항에 내지 제10항 또는 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동자는 음차형 진동자인 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  17. 제1항에 내지 제10항 또는 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동자는 블럭형의 음편 진동자인 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  18. 제1항에 있어서, 상기 진동자는 블럭형의 음편 진동자이며, 탄성 변형 가능한 복수의 보유 지지 부재로 보유 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  19. 베이스와, 진동자와, 상기 베이스 상에 상기 진동자를 보유 지지하는 보유 지지 부재를 갖고, 상기 보유 지지 부재는 탄성 변형 가능하고, 상기 보유 지지 부재를 탄성 변형시킴으로써 상기 진동자의 검출축 각도가 조정 가능한 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  20. 제19항에 있어서, 상기 보유 지지 부재는 상기 진동자의 검출축이 상기 베이스에 대해 경사져 있도록 상기 진동자를 보유 지지하는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  21. 제19항에 있어서, 상기 보유 지지 부재는 상기 진동자의 검출축이 상기 베이스에 대해 평행하도록 상기 진동자를 보유 지지하는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
  22. 제16항에 있어서, 상기 음차형 진동자를 구성하는 복수의 아암은 상기 회로 기판과 평행면 내에 나열되어 있는 것을 특징으로 하는 각 속도 센서.
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