WO2003046479A1 - Angular velocity sensor - Google Patents

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WO2003046479A1
WO2003046479A1 PCT/JP2002/012311 JP0212311W WO03046479A1 WO 2003046479 A1 WO2003046479 A1 WO 2003046479A1 JP 0212311 W JP0212311 W JP 0212311W WO 03046479 A1 WO03046479 A1 WO 03046479A1
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WO
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angular velocity
velocity sensor
sensor according
vibrator
terminal
Prior art date
Application number
PCT/JP2002/012311
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hideo Okoshi
Toshiyuki Nozoe
Tomomasa Omawari
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. filed Critical Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Priority to EP15173054.6A priority patent/EP2947422B1/en
Priority to EP02788654.8A priority patent/EP1353146B1/en
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Priority to US10/629,826 priority patent/US6880399B1/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks
    • G01C19/5628—Manufacturing; Trimming; Mounting; Housings

Definitions

  • the present invention relates to an angular velocity sensor used for attitude control, navigation, and the like of a moving body such as an aircraft or a vehicle.
  • FIG. 21 is a perspective view of a conventional angular velocity sensor
  • FIG. 22 is a circuit diagram of the same angular velocity sensor.
  • a rectangular parallelepiped vibrator 1 is configured by bonding a second piezoelectric substrate 4 to a first piezoelectric substrate 2 via an electrode layer 3. Further, the upper surface of the vibrator 1 is provided with two divided electrodes 5 that play both roles of driving and detection, and the lower surface is provided with a common electrode 6.
  • the four substantially Z-shaped terminals 7 are soldered to the divided electrodes 5 of the vibrator 1 at the wide portions 8 at one ends thereof at the nodes of the vibration of the vibrator 1 and held. The other end protrudes outward.
  • Such an angular velocity sensor has a circuit configuration as shown in FIG. That is, one output terminal of the oscillation circuit 9 as a drive source is connected to the divided electrode 5 via the resistor 10.
  • the other output terminal of the oscillation circuit 9 is connected to the common electrode 6.
  • the dividing electrode 5 is connected to the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (1) of the differential amplifier circuit 12 via the resistor 11. Further, a resistor 13 is connected between the output terminal of the differential amplifier circuit 12 and the inverting input terminal (1) of the differential amplifier circuit 12.
  • the oscillation circuit 9 outputs a drive signal such as a sine wave signal and applies the drive signal to the divided electrodes 5 of the vibrator 1 via the resistor 10. Then, the first piezoelectric substrate 2 and the second piezoelectric substrate 4 bend and vibrate in a direction perpendicular to their respective main surfaces. Then, when the vibrator 1 rotates about the central axis, Coriolis waves corresponding to the rotational angular velocity are generated. The Coriolis force generated at this time acts in a direction parallel to the main surfaces of the first piezoelectric substrate 2 and the second piezoelectric substrate 4 and orthogonal to the central axis of the vibrator 1.
  • the Coriolis changes the direction of the bending vibration of the vibrator 1, and the split electrode 5 generates a signal corresponding to the angular velocity. Then, the signal generated by the differential amplifier circuit 12 at the divided electrode 5 is detected via the resistor 11, and the angular velocity applied to the angular velocity sensor is detected.
  • the terminal 7 is held at the node of the vibration in the vibrator 1 by soldering to the split electrode 5 in the vibrator 1. For this reason, if the area of the vibration node is reduced to reduce the size of the vibrator 1, the width of the corresponding terminal 7 or the wide portion 8 must be reduced. As a result, the strength for holding the vibrator 1 decreases. Therefore, when strong vibration is applied to the angular velocity sensor, the connection between the vibrator 1 and the terminal 7 becomes unstable, and the output characteristics of the angular velocity sensor deteriorate. Disclosure of the invention
  • the angular velocity sensor according to the present invention is configured such that the vibrator is housed in the case, and the other end of the terminal having one end embedded in the housing for housing the case is electrically connected to the vibrator to support the terminal. are doing.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a side sectional view of the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 shows the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention viewed from the back side.
  • FIG. 4 is a perspective view of the vibrator in the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a first arm of the transducer of the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of a case in the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of the case of the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention as viewed from the back side.
  • FIG. 8 is a perspective view of a storage section in the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of the storage section of the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention as viewed from below.
  • FIGS. 10A to 1OF are assembly process diagrams of the vibrator in the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 11A and FIG. 11B are assembly process diagrams showing a state in which a storage section in the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention is formed by heat molding.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a state in which the distal end of the terminal is bent at the outer bottom surface of the housing in the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIGS. 13 and 14 are side views showing the operating state of the vibrator in the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 15 is a characteristic diagram showing vibration transmission characteristics of the case and the vibrator in the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view of the angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 1A is a perspective view of a storage section in the angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 18 is a perspective view of the storage section in the angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention as viewed from the rear side.
  • FIG. 19 shows a case of the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention. It is a perspective view.
  • FIG. 20 is a side sectional view of a storage section in the angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 21 is a perspective view of a conventional angular velocity sensor.
  • FIG. 22 is a circuit diagram of a conventional angular velocity sensor. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a side sectional view of the angular velocity sensor
  • FIG. 3 is a perspective view of the angular velocity sensor as viewed from the back.
  • FIG. 4 is a perspective view of a vibrator in the angular velocity sensor
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a first arm portion of the vibrator.
  • FIG. 6 is a perspective view of a case in the angular velocity sensor
  • FIG. 7 is a perspective view of the case as viewed from the back.
  • FIG. 8 is a perspective view of a storage section in the angular velocity sensor
  • FIG. 9 is a perspective view of the storage section as viewed from below.
  • a tuning fork-shaped vibrator 21 has a first arm 21 A, a second arm 21 B, and a first arm 21 A. And a connecting portion 21C for connecting one end of the second arm portion 21B, and a fixing portion 21D provided separately from the connecting portion 21C.
  • the vibrator 21 has a common GND electrode made of an alloy thin film of platinum (Pt) and titanium (Ti) over the entire upper surface of a substrate 22 made of silicon (Si). There are 23 provided. Furthermore, a piezoelectric layer 24 made of a lead zirconate titanate (PZT) thin film is provided on the upper surface of the common GND electrode 23. As shown in FIG.
  • the vibrator 21 includes a pair of first drive electrodes 25 on the upper surface of the piezoelectric layer 24 substantially inside the center of the upper surface. Further, the vibrator 21 includes a pair of second drive electrodes 26 on the upper surface of the piezoelectric layer 24 substantially outside the center. Also, the vibrator 21 has a pair of detection electrodes 27 on the top surface of the piezoelectric layer 24 on the top end side of the top surface, and the top surface of the piezoelectric layer 24 on the base side of the first drive electrode 25. Monitor — equipped with electrode 28. In addition, the piezoelectric element A GND electrode 29 is provided on the surface of the layer 24.
  • the case 30 made of ceramic includes a multilayer circuit board 31 having a layer structure of ceramic and wiring conductors from the inner bottom surface to the outer bottom surface ; as shown in FIG.
  • the first wiring electrode 32 and the second wiring electrode 33 are provided.
  • an IC 35 is electrically connected to a first wiring electrode 32 and a single wire 34 made of gold (Au) or aluminum.
  • the capacitor 36 is electrically connected to the second wiring electrode 33.
  • the IC 35 constitutes a circuit for processing an output signal output from the detection electrode 27 of the vibrator 21.
  • the IC 35 is housed inside the case 30.
  • the outer bottom surface of the multilayer circuit board 31 serving as the bottom of the case 30 includes six case electrodes 37 made of silver. As shown in FIG.
  • the case 30 is provided with a side wall 38 made of ceramic over the outer periphery of the upper surface of the multilayer circuit board 31.
  • a metal frame 39 made of Kovar alloy is provided on the upper surface of the side wall 38.
  • a step portion 40 is provided on the inner bottom surface of the case 30, and the step portion 40 is fixed to the fixing portion 21D of the vibrator 21 shown in FIG.
  • a third wiring electrode 41 is provided on both sides of the step portion 40 where the connection portion 21 D is fixed.
  • the third wiring electrode 41 is connected to the first drive electrode 25, the second drive electrode 26, the detection electrode 27, the monitor electrode 28, and the GND of the vibrator 21 via the wire 34. It is electrically connected to electrode 29.
  • vibrator 21 has fixed portion 21 D that does not affect vibration, and fixed portion 21 D is fixed to step portion 40 of case 30. For this reason, even if the vibrator 21 is miniaturized, the fixed portion 21D is not miniaturized unlike the conventional angular velocity sensor. Therefore, the vibrator 21 is firmly fixed to the case 30.
  • the metal lid 42 fills the inside of the case 30 with nitrogen to seal the opening of the case 30.
  • the storage section 43 made of resin is configured so that a direction perpendicular to a mating substrate (not shown), which is an object to be measured for angular velocity, is used as an angular velocity detection axis.
  • the storage section 43 stores the case 30.
  • the storage section 43 has a power supply terminal 44, an output terminal 45, a GND terminal 46, a first adjustment terminal 47, a second adjustment terminal 48, and an adjustment GND terminal 49.
  • the power supply terminal 44 is electrically connected to the first drive electrode 25 and the second drive electrode 26 of the oscillator 21.
  • Output terminal 45 is electrically connected to detection electrode 27.
  • the first adjustment terminal 47, the second adjustment terminal 48, and the adjustment GND terminal 49 are used for calibration during assembly.
  • a case 30 is placed on the mounting portion 50 which is located substantially at the center of the storage portion 43 and is provided substantially parallel to the angular velocity detection axis in the storage portion 43. Place.
  • the other end of the power supply terminal 44, the output terminal 45, the GND terminal 46, the first adjustment terminal 47, the second adjustment terminal 48, and the adjustment GND terminal 49 are embedded in the mounting portion 50. Have been. From the mounting part 5 °, the tips 44A of these terminals are exposed.
  • FIG. 8 shows the tip 44A of the terminal 47 or the terminal 48 as a representative.
  • the GND terminal 46 and the second adjustment terminal 48 are provided in a direction parallel to the angular velocity detection axis of the receiver 50.
  • the power supply terminal 44, the output terminal 45, the first adjustment terminal 47, and the adjustment GND terminal 49 are located on both sides of the mounting portion 50 and are provided in a direction perpendicular to the angular velocity detection axis.
  • the power supply terminal 44, output terminal 45, first adjustment terminal 47, and adjustment GND terminal 49 provided in the direction perpendicular to the angular velocity detection axis move the case in the direction of angular velocity due to slight vibration. To prevent that. This prevents the case 30 from being displaced in the direction of the angular velocity when the angular velocity is not applied to the angular velocity sensor, so that the output characteristics of the angular velocity sensor are improved.
  • the mounting portion 50 is provided substantially at the center of the storage portion 43 and provided substantially in parallel with the detection axis of the angular velocity in the storage portion 43. Therefore, the case 30 and the vibrator 21 stored in the case 30 It is provided without tilting to the axis. As a result, the vector of the angular velocity applied to the vibrator 21 increases, and no loss occurs in the output characteristics.
  • the case 30 is mounted on the mounting portion 50 of the storage portion 43. Then, the case electrode 37 in the case 30 is electrically connected to the distal end 44 A of the terminal 44, 45, 46, 47, 48, 49 in the mounting portion 50. Since the distal end portion 44A is also mechanically connected to the case 30, the case 30 is supported from the surroundings by the terminals 44, 45, 46, 47, 48, and 49. That is, the vibrator 21 is housed in the case 30, and the case 30 is supported from the surroundings by these terminals 44, 45, 46, 47, 48, and 49. Therefore, even if the vibrator 21 is miniaturized and strong vibration is applied to the terminals 44, 45, 46, 47, 48, and 49 from the outside, the case 30 ensures that the vibrator 2 Hold 1.
  • one terminal that supports the case has the effect of achieving both miniaturization of the angular velocity sensor and holding of the vibrator.
  • six recesses 51 for electrodes are provided on the outer bottom surface of the storage section 43. Then, the tips of the terminals 44, 45, 46, 47, 48, and 49 buried in the housing portion 43 are exposed in the electrode recesses 51.
  • a power supply electrode 52, a GND electrode 53, an output electrode 54, a first adjustment electrode 55, a second adjustment electrode 56, and an adjustment GND electrode 57 are provided. Therefore, there is no need to provide the electrodes 52, 53, 54, 55, 56, 57 separately from the terminals 44, 45, 46, 47, 48, 49.
  • the terminals 44, 45, 46, 47, 48, 49 and the electrodes 52, 53, 54, 55, 56, 57 are electrically connected to each other by means such as soldering. No need to connect to. As a result, the number of parts can be reduced, and the electrodes 52, 53, 54, 55, 56, and 57 can be easily formed. Also, as shown in Fig.
  • Case electrode 37 On the back of case 30 Case electrode 37 is provided. Then, from the mounting section 50 to the power supply terminal 44, the output terminal 45, the GND terminal 46, the first adjustment terminal 47, the second adjustment terminal 48, and the end of one end of the adjustment GND terminal 49 4 4 A is exposed. Further, by mounting the case 30 on the mounting portion 50, the case electrode 37 and these terminals 44, 45, 46, 47, 48, 49 at one end 4 4A are electrically connected to each other. After the mounting part 50 is placed on the case 30, the tips 44 A on one end of these terminals 44, 45, 46, 47, 48, 49 and the case electrode 37 are placed. And solder.
  • the power supply terminal 44 can be connected to the first drive electrode 25 and the second drive electrode 26 of the vibrator 21, and the output terminal 45 can be electrically connected to the detection electrode 27. it can.
  • an angular velocity sensor with improved assemblability can be provided.
  • the terminals 44, 45, 46, 47, 48, and 49 are each provided with a Z-shaped bent portion 44B substantially at the center.
  • the case 30 is configured to be displaced with respect to the storage portion 43 by the bent portion 44B. For this reason, when vibration is transmitted from the outside to the vibrator 21 through the terminals 44, 45, 46, 47, 48, 49, the case 30 is moved to the housing portion 43. Displace. As a result, vibration energy is consumed, and the vibration transmitted to the vibrator 21 is attenuated. As a result, it is less likely that an erroneous output signal is generated from the detection electrode 27 of the vibrator 21 due to the vibration, so that the output characteristics of the angular velocity sensor are stabilized.
  • three concave portions 58 are provided on the outer bottom surface of the storage portion 43.
  • the metal cover 59 has three locking claws 60 on the opening side, and the locking claws 60 are swaged by the concave portions 58 in the storage portion 43 shown in FIG. Fix it.
  • the GND potential connection section 61 is provided on the outer bottom surface of the storage section 43.
  • the metal cover 59 can be set to the GND potential.
  • the cover 59 serves as an electromagnetic wave shield, whereby electromagnetic waves from the outside to the detection electrode 27 and the IC 35 of the vibrator 21 can be cut off, so that the output signal of the angular velocity sensor is stabilized.
  • a common GND electrode 23 made of an alloy thin film of Pt and Ti is formed on the upper surface of a base material 22 made of Si prepared in advance by vapor deposition. Thereafter, a piezoelectric layer 24 made of a PZT thin film is formed on the upper surface of the common GND electrode 23 by vapor deposition.
  • an in-process electrode 25A made of an alloy thin film of Ti and Au is formed by vapor deposition, and then, as shown in FIG. Then, unnecessary portions of the common GND electrode 23, the piezoelectric layer 24, and the electrode 25A during formation are removed.
  • the first drive electrode 25, the second drive electrode 26, the detection electrode 27, the monitor electrode 28, and the GND electrode 29 are formed on the upper surface of the piezoelectric layer 24.
  • an individual vibrator 21 is formed by removing unnecessary portions in the base material 22.
  • a multilayer circuit board 31 composed of an insulator (not shown) made of ceramic and a wiring conductor (not shown) and a step portion 40 are prepared in advance. Then, a first wiring electrode 32, a second wiring electrode 33, and a third wiring electrode 41 made of Au are formed on these upper surfaces. Thereafter, a case electrode 37 made of Ag is formed on the lower surface of the multilayer circuit board 31. Next, a side wall 38 made of ceramic is formed around the outer periphery of the upper surface of the multilayer circuit board 31. Thereafter, a metal frame 39 made of Kovar is fixed to the upper surface of the side wall 38. Thus, the case 30 is formed.
  • the IC 35 is mounted on the upper surface substantially at the center of the multilayer circuit board 31 in the case 30. After that, the electrode (not shown) of the IC 35 and the first wiring electrode 32 of the multilayer circuit board 31 are electrically connected by wire bonding via the wire 34.
  • the capacitor 36 is soldered to the second wiring electrode 33 of the case 30.
  • the lower surface of the fixing portion 21 D of the vibrator 21 is fixed to the upper surface of the step portion 40 of the case 30.
  • the first drive electrode 25, the second drive electrode 26, the detection electrode 27, the monitor electrode 28, and the GND electrode 29 formed on the upper surface of the vibrator 21 are connected to the case 30.
  • the third wiring electrode 41 is electrically connected by wire bonding via a wire 34 made of aluminum.
  • a metal lid 42 is fixed to the opening of the case 30 by seam welding in a nitrogen atmosphere.
  • a housing portion 43 is formed via a connection portion 62 provided on a through gate (not shown) of a molding die (not shown).
  • the other ends of the terminals 44, 45, 46, 47, 48, and 49 are buried in the storage portion 43.
  • the outer end 44 C of the other end of these terminals is exposed from the outer bottom surface of the storage section 43.
  • a concave portion 51 for an electrode and a concave portion 58 are formed on the outer bottom surface of the storage portion 43.
  • connection portion 62 connecting the storage portion 43 and the mounting portion 50 is removed, and the resin between the storage portion 43 and the mounting portion 50 is removed. Disconnect the connection.
  • the mounting portion 50 and the storage portion 43 are made of the same resin material, and the mounting portion 50 and the storage portion 43 are formed simultaneously by one molding. By doing so, the man-hour for assembling the angular velocity sensor is reduced.
  • the other end 44 C of the terminal 44, 45, 46, 47, 48, 49 is provided with an electrode recess 5 provided on the outer bottom surface of the housing 43. Bend at position 1. In this manner, the power supply electrode 52, the GND electrode 53, the output electrode 54, the first adjustment electrode 55, the second adjustment electrode 56, and the adjustment GND electrode 57 are provided on the outer bottom surface of the housing 43. Form.
  • the three locking claws 60 provided on the opening side of the cover 59 are provided on the outer bottom surface of the storage portion 43. Position it in the concave part 58 and fix it by caulking. In this way, the GND potential connection portion 61 is formed on the outer bottom surface of the storage portion 43.
  • first drive electrode 25 provided on each of the first arm 21 A and the second arm 21 B of the vibrator 21, and the second drive electrode 26 A negative voltage is applied to. Then, the piezoelectric layer 24 located below the first drive electrode 25 expands, and the piezoelectric layer 24 located below the second drive electrode 26 contracts. Therefore, as shown in FIG. 13, the first arm portion 218 and the second arm portion 218 face outward. open.
  • the first arm 21A and the second arm 21B close inward. That is, when an AC voltage is applied to the first drive electrode 25 and the second drive electrode 26, the first arm 21A and the second arm 21B are unique in the in-plane direction. Makes a bending motion at speed V at the frequency. The voltage applied to the first drive electrode 25 and the second drive electrode 26 is adjusted so that the output signal generated from the monitor electrode 28 becomes constant in the bending motion of the vibrator 21. Controls the amplitude of the bending vibration.
  • IC 35 performs waveform processing, and then the second wiring electrode 33, capacitor 36, case electrode 37, tip portion 4 4A at output terminal 45, output terminal 45, Input to the other computer (not shown) via the output electrode 54.
  • the angular velocity is detected.
  • the natural frequency f of the vibrating object is expressed as in equation (1).
  • Such vibration is transmitted via the power supply terminal 44, the output terminal 45, the GND terminal 46, the first adjustment terminal 47, the second adjustment terminal 48, and the adjustment GND terminal 49.
  • (1) If only vibrator 2 1 is supported by power supply terminal 44, output terminal 45, GND terminal 46, first adjustment terminal 47, second adjustment terminal 48, and adjustment GND terminal 49
  • the natural frequency in a state where these terminals are coupled to the vibrator 21 is about 4 mm.
  • these terminals 44, 45, 46, 47, 48, and 49 support the case 30 containing the vibrator 21 from the surroundings.
  • the natural frequency in such a configuration is about 1.5 ⁇ ⁇ .
  • the vibration transmissibility of the vibrator 21 near the natural frequency 17 ⁇ ⁇ depends on the case 30 for accommodating the vibrator 21 and the terminals 44 and 45.
  • 46, 47, 48, and 49 will be about 0.01 when supported from the surroundings. This is about 16 compared to the vibration transmissibility of 0.06 when only the vibrator 21 is supported by the terminals 44, 45, 46, 47, 48, and 49.
  • unnecessary vibration from the outside becomes difficult to be transmitted to the vibrator 21, so that the output characteristics of the angular velocity sensor do not decrease.
  • the housing portion 43 in which the other ends of the terminals 44, 45, 46, 47, and 48.49 are embedded is made of resin. For this reason, when vibration is transmitted from the outside to the vibrator 21 through the terminals 4 4> 45, 46, 47, 48, 49, the vibration is generated by the housing portion 4 3 made of resin. Energy is converted to heat energy. As a result, the vibration transmitted through the terminals 44> 45, 46, 47, 48, 49 is attenuated. Therefore, the occurrence of an erroneous output signal from the detection electrode 27 when the vibrator 21 abnormally vibrates due to vibration is further reduced, and as a result, the output characteristics of the angular velocity sensor are further stabilized.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view of the angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • Fig. 17 and Fig. 18 show the storage for the same angular velocity sensor respectively.
  • FIG. 3 is a perspective view of a storage unit, and a perspective view of a storage unit as viewed from the back side.
  • FIG. 19 is a perspective view of a case in the angular velocity sensor. Components having the same configuration as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • Embodiment 2 is different from Embodiment 1 in that four capacitor electrodes 72 are provided on the outer surface of case 71 as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 16, a capacitor 73 is mounted on the capacitor electrode 72, a hole 75 is provided in the mounting portion 74, and the capacitor 73 is inserted in the hole 75. ing. Since the capacitor 73 is provided at the hole 75, a circuit configuration in which an external noise signal is not added to the output signal from the angular velocity sensor can be formed in a small size. Further, in the second embodiment, as shown in FIG.
  • the storage section 76 is formed of a liquid crystal polymer which is a material having the multilayer structure section 77 (for this reason, each of the multilayer structure sections 77 At the interface, vibration is absorbed, and the laminated structure portion 77 has high heat resistance, so that the storage portion 76 has improved vibration resistance and strength.
  • the laminated structure section 77 is formed by injection molding, and the storage section 76 with improved vibration resistance and strength is easily configured. Is done.
  • these electrodes 78, 7 are provided on both sides of the portion where the power supply electrode 78.
  • GND electrode 79 and the output electrode 80 are provided in the housing portion 76.
  • a protruding portion 81 protruding from 9, 80 is provided. The bottom surface of this projection is perpendicular to the angular velocity detection axis.
  • the detection axis of the angular velocity in the storage section 76 is perpendicular to the surface of the mating substrate (not shown). As a result, since the vector of the angular velocity applied to the vibrator 21 becomes large, no loss occurs in the output characteristics of the angular velocity sensor. Yes, industrial applicability
  • the vibrator is housed in the case, and the case is supported from the periphery by the terminal having the other end embedded in the housing. For this reason, the vibrator can be downsized and the case can reliably hold the vibrator even if strong vibration is applied to the terminal from the outside. As a result, the strength of holding the vibrator does not decrease, so that it is possible to provide an angular velocity sensor that is compact and does not deteriorate output characteristics.

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明細書
角速度センサ 技術分野
本発明は、 航空機 · 車両などの移動体の姿勢制御やナビゲ一ショ 等に用いられる角速度センサに関する。 背景技術
従来の角速度センサは、例えば、特開平 1 0— 3 3 2 3 7 8号公報 に開示されているように振動子を端子で直接支持している。 以下、 従来の角速度センサについて、 図面を参照しながら説明する。 図 2 1は従来の角速度センサの斜視図、 図 2 2は同角速度センサの回路 図である。
図 2 1、 図 2 2において、 直方体形状の振動子 1は、 第 1の圧電 体基板 2に電極層 3を介して第 2の圧電体基板 4を貼り合わせるこ とにより構成されている。 また、 振動子 1の上面には駆動と検出の 双方の役割をする 2つの分割電極 5を備え、 下面には共通電極 6を 備えている。 4つの略 Z型の端子 7は、 その一端の幅広部 8で振動 子 1の分割電極 5に、 振動子 1における振動の節に位置してはんだ 付けされて保持されている。 また他端は外方へ向かって突出してい る。 このような角速度センサは、 図 2 2に示すような回路構成を有 する。 すなわち、 分割電極 5には、 駆動源である発振回路 9の一方 の出力端が抵抗 1 0を介してそれぞれ接続されている。 そして共通 電極 6には、 発振回路 9の他方の出力端が接続されている。 また分 割電極 5は、 抵抗 1 1 を介して差動増幅回路 1 2の非反転入力端 ( + ) と反転入力端 （一） にそれぞれ接続されている。 さらに差動 増幅回路 1 2の出力端と差動増幅回路 1 2の反転入力端 （一） 間を 抵抗 1 3が接続している。
以上のように構成された従来の角速度センサについて、 次にその 動作を説明する。 発振回路 9が正弦波信号などの駆動信号出力し、 抵抗 1 0を介し て振動子 1における分割電極 5に印加する。 すると、 第 1の圧電体 基板 2 と第 2の圧電体基板 4が、 それぞれの主面に直交する方向に 屈曲振動する。 そして振動子 1が中心軸を中心に回転すると、 その 回転角速度に応じたコリオリカが発生する。 このとき発生するコリ オリ力は、 第 1の圧電体基板 2、 第 2の圧電体基板 4の主面に平行 で、 かつ振動子 1 の中心軸と直交する方向に働く。 このコリオリカ が振動子 1の屈曲振動の方向を変え、 分割電極 5は角速度に応じた 信号を発生する。 そして、 差動増幅回路 1 2が分割電極 5に発生し た信号を、 抵抗 1 1 を介して検出し、 角速度センサに加わる角速度 が検出される。
このような構成においては、 振動子 1 における振動の節に位置し て端子 7を振動子 1における分割電極 5にはんだ付けすることによ り保持している。 このため、 振動子 1の小型化のために振動の節の 面積を小さくすると、 対応する端子 7や幅広部 8の幅も小さくする 必要がある。 その結果、 振動子 1 を保持する強度が低下する。 この ため、 角速度センサに強い振動が加わると、 振動子 1 と端子 7との 接続が不安定になり、 角速度センサの出力特性が低下する。 発明の開示
本発明の角速度センサは、振動子をケース内に収納するとともに、 このケースを収納する収納部に一端が埋設された端子の他端を振動 子に電気的に接続することより支持するように構成している。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の実施の形態 1における角速度センサの分解斜視図 である。
図 2は本発明の実施の形態 1 における角速度センサの側断面図で める。
図 3は本発明の実施の形態 1における角速度センサを裏側から見 た斜視図である。
図 4は本発明の実施の形態 1の角速度センサにおける振動子の斜 視図である。
図 5は本発明の実施の形態 1における角速度センサの振動子にお ける第 1の腕部の断面図である。
図 6は本発明の実施の形態 1の角速度センサにおけるケースの斜 視図である。
図 7は本発明の実施の形態 1の角速度センサにおけるケースを裏 側から見た斜視図である。
図 8は本発明の実施の形態 1の角速度センサにおける収納部の斜 視図である。
図 9は本発明の実施の形態 1の角速度センサにおける収納部を下 側から見た斜視図である。
図 1 0 A〜図 1 O Fは本発明の実施の形態 1の角速度センサにお ける振動子の組立工程図である。
図 1 1 A、 図 1 1 Bは本発明の実施の形態 1の角速度センサにお ける収納部を加熱成形により形成する状態を示す組立工程図である。 図 1 2は本発明の実施の形態 1の角速度センサにおける収納部の 外底面で端子の先端部を折り曲げる状態を示す斜視図である。
図 1 3、 図 1 4は本発明の実施の形態 1の角速度センサにおける 振動子の動作状態を示す側面図である。
図 1 5は本発明の実施の形態 1の角速度センサにおけるケースと 振動子の振動の伝達特性を示す特性図である。
図 1 6は本発明の実施の形態 2における角速度センサの分解斜視 図である。
図 1 Ίは本発明の実施の形態 2の角速度センサにおける収納部の 斜視図である。
図 1 8は本発明の実施の形態 2の角速度センサにおける収納部を 裏側からみた斜視図である。
図 1 9は本発明の実施の形態 2の角速度センサにおけるケースの 斜視図である。
図 2 0は本発明の実施の形態 2の角速度センサにおける収納部の 側断面図である。
図 2 1は従来の角速度センサの斜視図である。
図 2 2は従来の角速度センサの回路図である。 発明を実施するための最良の形態
(実施の形態 1 )
図 1は本発明の実施の形態 1における角速度センサの分解斜視図. 図 2は同角速度センサの側断面図、 図 3は同角速度センサを裏側か ら見た斜視図である。 図 4は同角速度センサにおける振動子の斜視 図、 図 5はその振動子における第 1の腕部の断面図である。 図 6は 同角速度センサにおけるケースの斜視図、 図 7はそのケースを裏側 から見た斜視図である。 図 8は同角速度センサにおける収納部の斜 視図、 図 9はその収納部を下側から見た斜視図である。
図 1〜図 9において、音叉形状の振動子 2 1は図 4に示すように、 第 1の腕部 2 1 Aと、 第 2の腕部 2 1 Bと、 第 1の腕部 2 1 Aと第 の腕部 2 1 Bの一端を接続する接続部 2 1 Cと、接続部 2 1 Cと 離間して設けられた固着部 2 1 Dとにより構成されている。 また図 5に示すように、 振動子 2 1は、 珪素 （S i ) からなる基材 2 2の 上面の全面にわたって白金 （P t ) とチタン （T i ) の合金薄膜か らなる共通 GND電極 2 3を設けられている。 さらに共通 GND電 極 2 3の上面にチタン酸ジルコン酸鉛 （P Z T) 薄膜からなる圧電 層 2 4を設けている。 そして図 4に示すように上面の略中央の内側 に、 振動子 2 1は、 圧電層 2 4の上面に一対の第 1の駆動電極 2 5 を備える。 また振動子 2 1は、 略中央の外側の、 圧電層 2 4の上面 に一対の第 2の駆動電極 2 6を備える。 また振動子 2 1は、 上面の 先端側の、 圧電層 2 4の上面に一対の検出電極 2 7を備えるととも に、 第 1の駆動電極 2 5より根元側の、 圧電層 2 4の上面にモニタ —電極 2 8を備える。 また、 振動子 2 1の固着部 2 1 Dには、 圧電 層 2 4の表面に G N D電極 2 9を備える。
セラミックからなるケース 3 0は内底面から外底面にわたってセ ラミックと配線用導体の層構造からなる多層回路基板 3 1を備える ; 多層回路基板 3 1の上面には、 図 6に示すように、 第 1の配線用電 極 3 2 と第 2の配線用電極 3 3を設けている。 また、 多層回路基板 3 1の上面には、 第 1の配線用電極 3 2と金 （A u ) あるいはアル ミニゥムからなるワイヤ一線 3 4により I C 3 5が電気的に接続さ れている。 コンデンサ 3 6は第 2の配線用電極 3 3と電気的に接続 されている。 I C 3 5は振動子 2 1の検出電極 2 7から出力される 出力信号を処理する回路を構成する。 また I C 3 5はケース 3 0の 内側に収納される。 また図 7に示すように、 ケース 3 0の底部をな す多層回路基板 3 1の外底面は、 銀からなる 6つのケース電極 3 7 を備える。 また図 6に示すように、 ケース 3 0は、 多層回路基板 3 1の上面の外周にわたってセラミツクからなる側壁 3 8を備えてお り、 側壁 3 8の上面にコバール合金からなる金属枠 3 9を備える。 さらに図 6に示すように、 ケース 3 0の内底面には、 段差部 4 0 を備え、 段差部 4 0は、 図 4に示す振動子 2 1の固着部 2 1 Dと固 着される。 段差部 4 0の、 接続部 2 1 Dを固着する両側には第 3の 配線用電極 4 1が設けられている。 第 3の配線用電極 4 1は、 ワイ ヤー線 3 4を介して振動子 2 1の第 1の駆動電極 2 5、 第 2の駆動 電極 2 6、 検出電極 2 7、 モニター電極 2 8および G N D電極 2 9 と電気的に接続される。 このような構成では、 振動子 2 1は振動に 影響を与えない固着部 2 1 Dを有しており、固着部 2 1 Dはケース 3 0の段差部 4 0に固着される。このため、振動子 2 1が小型化され ても、固着部 2 1 Dは従来の角速度センサのように小型化されない。 よって振動子 2 1はケース 3 0に強固に固着される。
金属製の蓋 4 2はケース 3 0の内側を窒素で満たしてケース 3 0 の開口部を封止する。 樹脂で構成した収納部 4 3は角速度の被測定 物である相手側基板 （図示せず） と垂直の方向を角速度の検知軸と するように構成されている。 収納部 4 3はケース 3 0を収納する。 また収納部 4 3は図 2のように電源端子 4 4、 出力端子 4 5、 GN D端子 4 6、 第 1の調整端子 4 7、 第 2の調整端子 4 8および調整 用 GND端子 4 9の一端を埋設している。 ここで電源端子 44は振 動子 2 1の第 1の駆動電極 2 5および第 2の駆動電極 2 6と電気的 に接続される。出力端子 4 5は検出電極 2 7 と電気的に接続される。 第 1の調整端子 4 7、 第 2の調整端子 4 8および調整用 GND端子 4 9は組立時にキャリブレーションに使用される。
図 1、 図 8に示すように、 収納部 4 3の略中央に位置して収納部 4 3における角速度の検知軸と略平行に設けられた載置部 5 0はケ —ス 3 0を載置する。載置部 5 0には、 電源端子 44、出力端子 4 5、 GND端子 4 6、 第 1の調整端子 4 7、 第 2の調整端子 4 8および 調整用 GND端子 4 9の他の一端が埋設されている。 載置部 5 ◦か らはこれらの端子の先端部 44 Aが露出している。 図 8では端子 4 7や端子 4 8の先端部 44 Aを代表して示している。 また図 2に示 すように、 GND端子 4 6 と第 2の調整端子 4 8は載置部 5 0にお ける角速度の検知軸と平行の方向に設けられる。 電源端子 44、 出 力端子 4 5、 第 1の調整端子 4 7および調整用 GND端子 4 9は載 置部 5 0の両側に位置して角速度の検知軸と垂直の方向に設けられ る。
このように構成することにより，角速度の検知軸と平行の方向に 設けた GND端子 4 6 と第 2の調整端子 4 8が、 検出する角速度の 中心軸を固定する。 また、 角速度の検知軸と垂直の方向に設けた電 源端子 44、出力端子 4 5、第 1の調整端子 4 7および調整用 GND 端子 4 9が、 微振動によりケースが角速度の方向に移動することを 防止する。 これにより角速度センサに角速度が加わっていない状態 で、 ケース 3 0が角速度の方向に変位することがなくなるため、 角 速度センサの出力特性が向上する。
また載置部 5 0は、 収納部 4 3の略中央に位置して収納部 4 3に おける角速度の検知軸と略平行に設けている。 このため、 ケース 3 0 とケース 3 0に収納された振動子 2 1は収納部 4 3における検知 軸に対して傾く ことなく設けられる。 これにより、 振動子 2 1に加 わる角速度のべク トルが大となるため、 出力特性にロスが発生しな い。
またケース 3 0は収納部 4 3における載置部 5 0に載置されてい る。 そしてケース 3 0におけるケース電極 3 7が載置部 5 0におけ る端子 44、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9の先端部 4 4 Aに電気的 に接続される。 先端部 44 Aはケース 3 0 とも機械的に接続される ため、 ケース 3 0は端子 4 4、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9により 周囲から支持される。 すなわち、 振動子 2 1はケース 3 0内に収納 されるとともに、 ケース 3 0がこれらの端子 44、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9により周囲から支持される。 このため、 振動子 2 1が小 型化されるとともに外部から強い振動が端子 44、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9に加わっても、 ケース 3 0により確実に振動子 2 1を保 持する。 これにより、 振動子 2 1を保持する強度が確保され、 角速 度センサの出力特性は低下しない。 ケースを支持する端子は 1つで も角速度センサの小型化と振動子保持を両立する効果がある。 しか し上記のように複数の端子を配し、 しかも周囲から、 さらに角速度 の検知軸と同方向、 垂直方向の両方から支持することが望ましい。 また、 収納部 4 3の外底面には、 図 3に示すように、 6つの電極 用凹部 5 1を設けている。 そして電極用凹部 5 1 に、 収納部 4 3に 埋設した端子 44、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9の先端部を露出さ せている。 これにより電源電極 5 2、 GND電極 5 3、 出力電極 5 4、 第 1の調整電極 5 5、 第 2の調整電極 5 6および調整 GND電 極 5 7を設けている。 このため、 これらの端子 44、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9 と別個に電極 5 2， 5 3， 5 4， 5 5 , 5 6， 5 7 を設ける必要がない。 また、 これらの端子 44、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9と電極 5 2， 5 3 , 5 4 , 5 5 , 5 6， 5 7 とをはんだ 付け等の手段で電気的に接続する必要もない。 これにより、 部品点 数の削減が図れるとともに、 電極 5 2， 5 3 , 5 4 , 5 5， 5 6， 5 7を容易に形成できる。 また図 7のように、 ケース 3 0の裏面に ケース電極 3 7を設けている。そして載置部 5 0から電源端子 4 4、 出力端子 4 5、 GND端子 4 6、 第 1の調整端子 4 7、 第 2の調整 端子 4 8および調整用 GND端子 4 9における一端側の先端部 4 4 Aを露出させている。 さらに、 ケース 3 0を载置部 5 0に載置する ことにより、 ケース電極 3 7 とこれらの端子 4 4, 4 5 , 4 6、 4 7、 4 8 , 4 9における一端側の先端部 4 4 Aとを互いに電気的に接続 するように構成している。ケース 3 0に載置部 5 0を載置した後は、 これらの端子 4 4、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9における一端側の 先端部 4 4 Aとケース電極 3 7 とをはんだ付けする。 これだけで、 電源端子 4 4を振動子 2 1の第 1の駆動電極 2 5と第 2の駆動電極 2 6に接続するとともに、出力端子 4 5を検出電極 2 7に電気的に 接続することができる。 これにより、 組立性の向上した角速度セン サを提供することができる。
そして図 2に示すように、 端子 4 4、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9には、 略中央にそれぞれ Z形状の屈曲部 4 4 Bを設けている。 屈 曲部 4 4 Bによりケース 3 0が収納部 4 3に対して変位するように 構成している。 このため、 外部から振動が端子 4 4、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9を伝わって振動子 2 1に伝わろうとした場合、 ケー ス 3 0が収納部 4 3に対して変位する。 これにより、 振動エネルギ —が消費されるため、 振動子 2 1に伝わる振動は減衰される。 その 結果、 振動により振動子 2 1 における検出電極 2 7から誤った出力 信号が発生するということは少なくなるため、 角速度センサの出力 特性が安定する。
さらに、 収納部 4 3の外底面には、 図 9に示すように、 3つの凹 部 5 8を設けている。 金属製のカバ一 5 9は、 図 1 に示すように、 開口部側に 3つの係止爪 6 0を備え、 係止爪 6 0を図 3に示す収納 部 4 3における凹部 5 8でかしめ固定する。 そして図 3に示すよう に、 GND電位接続部 6 1 を収納部 4 3の外底面に設ける。 この構 成により、 角速度センサにおける収納部 4 3の外底面を相手側回路 基板 （図示せず） に実装するだけで、 GND電位接続部 6 1を相手 側回路基板 （図示せず） における GNDに電気的に接続することが できる。 その結果、 金属製のカバー 5 9を GND電位とすることが できる。 このため、 カバー 5 9が電磁波シールドとなり、 これによ り、 外部から振動子 2 1の検出電極 2 7や I C 3 5への電磁波を遮 断できるため、 角速度センサの出力信号が安定する。
以上のように構成された本発明の実施の形態 1における角速度セ ンサについて、 その組立方法を説明する。
まず、 図 1 0 A〜図 1 0 Fに沿って、 振動子 2 1の形成方法を説 明する。
予め準備した S iからなる基材 2 2の上面に、 P t と T i の合金 薄膜からなる共通 GND電極 2 3を蒸着により形成する。 その後、 共通 G ND電極 2 3の上面に P Z T薄膜からなる圧電層 2 4を蒸着 により形成する。
次に、 圧電層 2 4の上面に T i と A uの合金薄膜からなる形成途 上電極 2 5 Aを蒸着により形成し、 その後、 図 1 0 Eに示すように、 所定の形状になるように、 共通GND電極 2 3、 圧電層 2 4および 形成途上電極 2 5 Aの不要な箇所を除去する。 このようにして圧電 層 2 4の上面に第 1の駆動電極 2 5、 第 2の駆動電極 2 6、 検出電 極 2 7、 モニター電極 2 8および GND電極 2 9を形成する。
次に、 共通 GND電極 2 3に電圧を印加するとともに、 第 1の駆 動電極 2 5、 第 2の駆動電極 2 6、 検出電極 2 7、 モニター電極 2 8および GND電極 2 9を接地することにより、 圧電層 24を分極 する。
次に、 基材 2 2における不要な箇所を除去することにより、 図 1 0 Fに示すように、 個片の振動子 2 1 を形成する。
一方、 予めセラミックからなる絶縁体 （図示せず） と配線用導体 (図示せず） からなる多層回路基板 3 1 と段差部 4 0を準備する。 そしてこれらの上面に、 A uからなる第 1の配線用電極 3 2、 第 2 の配線用電極 3 3および第 3の配線用電極 4 1 を形成する。その後、 多層回路基板 3 1の下面に A gからなるケース電極 3 7を形成する。 次に、 多層回路基板 3 1の上面の外周にわたってセラミックからな る側壁 3 8を形成し、 その後、 この側壁 3 8の上面にコバールから なる金属枠 3 9を固着する。このようにしてケース 3 0を形成する。 次に、 I C 3 5をケース 3 0における多層回路基板 3 1の略中央 の上面に実装する。 その後、 I C 3 5の電極 （図示せず） と多層回 路基板 3 1の第 1の配線用電極 3 2を、 ワイヤ一線 3 4を介してヮ ィャ一ボンディ ングにより電気的に接続する。
次に、 コンデンサ 3 6をケース 3 0の第 2の配線用電極 3 3には んだ付けする。
次に、 振動子 2 1の固着部 2 1 Dの下面をケース 3 0の段差部 4 0の上面に固着する。 その後、 振動子 2 1の上面に形成された第 1 の駆動電極 2 5、 第 2の駆動電極 2 6、 検出電極 2 7、 モニター電 極 2 8および GND電極 2 9とケ一ス 3 0の第 3の配線用電極 4 1 をアルミニウムからなるワイヤー線 3 4を介してワイヤ一ボンディ ングにより電気的に接続する。
次に、 ケース 3 0の開口部に、 金属製の蓋 4 2をシーム溶接によ り窒素雰囲気中で固着する。
次に、 予め折り曲げることにより屈曲部 44 Bを設けた電源端子
44、出力端子 4 5、 GND端子 4 6、 第 1の調整端子 4 7、 第 2の 調整端子 4 8および調整用 GND端子 4 9を成形金型 （図示せず） に設置する。 そして、 成形金型 （図示せず） に溶融している樹脂を 流し込み、 載置部 5 0を形成する。 このとき図 1 1 Aに示すように、 電源端子 44、出力端子 4 5、 GND端子 4 6、 第 1の調整端子 4 7、 第 2の調整端子 4 8および調整用 GND端子 4 9の一端側を載置部 5 0に埋設する。 またこれらの端子の一端の先端部 44 Aが載置部
5 0から露出するように埋設する。 また同時に、 成型金型 （図示せ ず） におけるスルーゲート （図示せず） に設けられる接続部 6 2を 介して収納部 4 3を形成する。 このとき端子 44、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9の他の一端を収納部 4 3に埋設する。 また収納部 4 3の 外底面からこれらの端子における他端側の先端部 44 Cが露出する 漏 2/12311
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ように形成し、 さらに、 収納部 4 3の外底面に電極用凹部 5 1 と凹 部 5 8 とを形成する。
次に、 図 1 1 Bに示すように、 収納部 4 3 と載置部 5 0とを接続 している接続部 6 2を除去し、 収納部 4 3と載置部 5 0との樹脂に よる接続を分離する。
すなわち、載置部 5 0と収納部 4 3 とを同一材料の樹脂で構成し、 1回の成形で同時に載置部 5 0と収納部 4 3 とを形成する。 このよ うにすることで、角速度センサの組立工数が削減される。
次に、 載置部 5 0にケース 3 0を載置した後、 載置部 5 0の裏面 側からはんだ付けする。 これにより、 電源端子 44、出力端子 4 5、 GND端子 4 6、 第 1の調整端子 4 7、 第 2の調整端子 4 8および 調整用 GND端子 4 9の先端部 44 Aとケース 3 0のケース電極 3 7を電気的に接続する。
次に図 1 2に示すように、 端子 44、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9の他端側の先端部 44 Cを収納部 4 3外底面に設けた電極用凹部 5 1の位置で折り曲げる。 このようにして収納部 4 3の外底面に電 源電極 5 2、 G N D電極 5 3、 出力電極 5 4、 第 1の調整電極 5 5、 第 2の調整電極 5 6および調整 GND電極 5 7を形成する。
最後に、 金属製のカバ一 5 9を収納部 4 3にかぶせた後、 カバー 5 9の開口部側に設けた 3つの係止爪 6 0を収納部 4 3の外底面に 設けた 3つの凹部 5 8に位置させてかしめ固定する。 このようにし て GND電位接続部 6 1を収納部 4 3の外底面に形成する。
以上のように構成する本発明の実施の形態 1における角速度セン ザの動作について、 説明する。
まず、 振動子 2 1 における第 1の腕部 2 1 Aと第 2の腕部 2 1 B にそれぞれ設けた第 1の駆動電極 2 5に正電圧を印加するとともに、 第 2の駆動電極 2 6に負電圧を印加する。 すると、 第 1の駆動電極 2 5の下側に位置する圧電層 2 4が伸びるとともに、 第 2の駆動電 極 2 6の下側に位置する圧電層 2 4が縮む。 このため、 図 1 3に示 すように、 第 1の腕部 2 1八と第 2の腕部 2 1 8が外側に向かって 開く。
逆に、 第 1の駆動電極 2 5に負電圧を印加するとともに、 第 2の 駆動電極 2 6に正電圧を印加する。 すると第 1の駆動電極 2 5の下 側に位置する圧電層 2 4が縮むとともに、 第 2の駆動電極 2 6の下 側に位置する圧電層 2 4が伸びる。 このため、 図 1 4に示すように、 第 1の腕部 2 1 Aと第 2の腕部 2 1 Bが内側に向かって閉じる。 す なわち、 第 1の駆動電極 2 5と第 2の駆動電極 2 6に交流電圧を印 加すると、 第 1の腕部 2 1 Aと第 2の腕部 2 1 Bは面内方向の固有 振動数で速度 Vの屈曲運動をする。 そして、 振動子 2 1 の屈曲運動 はモニタ一電極 2 8から発生する出力信号が一定になるように、 第 1の駆動電極 2 5と第 2の駆動電極 2 6に印加する電圧を調整する ことにより、 屈曲振動の振幅を制御している。
腕部 2 1 Aと腕部 2 1 Bとが固有振動数で屈曲運動している状態 において、 振動子 2 1が長手方向の中心軸 （検知軸） 周りに角速度 ωで回転すると、 腕部 2 1 Αと腕部 2 1 Bにはコリオリ力が発生す る。 その大きさは F = 2 m V c である。 このコリオリカにより検出 電極 2 7の下側に位置する圧電層 2 4に発生する電荷からなる出力 信号を、 I C 3 5に入力する。 この際、 信号は検出電極 2 7、 ワイ ヤー線 3 4、 第 3の配線用電極 4 1、 多層回路基板 3 1、 第 1の配 線用電極 3 2およびワイヤー線 3 4を介して I C 3 5に入力される, I C 3 5は波形処理をした後、 第 2の配線用電極 3 3、 コンデンサ 3 6、 ケース電極 3 7、 出力端子 4 5における先端部 4 4 A、 出力 端子 4 5、 出力電極 5 4を介して、 相手側のコンピュータ一 （図示 せず） に入力する。 これにより、 角速度を検出する。
ここで、 角速度センサに外部から不必要な振動が伝わる場合、 振 動する物体の固有振動数 f は式 （ 1 ) のように表される。 このよう な振動は、 電源端子 4 4、出力端子 4 5 、 G N D端子 4 6、 第 1の調 整端子 4 7、 第 2の調整端子 4 8および調整用 G N D端子 4 9を介 して伝わる。 —— ( 1 ) 振動子 2 1のみを電源端子 44、出力端子 4 5、 G ND端子 4 6、 第 1の調整端子 4 7、 第 2の調整端子 48および調整用 GND端子 4 9により支持すると、 振動子 2 1にこれらの端子を結合した状態 での固有振動数は約 4 ΚΗ ζである。 一方、 本発明の実施の形態 1 における角速度センサでは、 振動子 2 1を収納するケース 3 0をこ れらの端子 44、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9が周囲から支持す る。 このような構成での固有振動数は約 1. 5 ΚΗ ζ となる。 そし て、 図 1 5に示すように、 振動子 2 1の固有振動数 1 7 ΚΗ ζ付近 での振動伝達率は、 振動子 2 1を収納するケース 3 0をこれらの端 子 44、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9が周囲から支持する場合は、 約 0. 0 1 となる。 これは、 振動子 2 1のみを端子 44、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9により支持した場合の振動伝達率 0. 0 6に 比較して約 1 6 となる。 その結果、 外部からの不必要な振動が振 動子 2 1に伝わりにく くなるため、 角速度センサの出力特性が低下 することはない。
また実施の形態 1においては、 端子 44、 4 5、 4 6、 4 7、 4 8. 4 9の他端を埋設する収納部 4 3を榭脂で構成している。このため、 外部から振動が端子 4 4 > 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9を伝わって 振動子 2 1に伝わろうとする場合、 樹脂で構成された収納部 4 3に より振動エネルギーは熱エネルギーに変換される。 これにより、 端 子 44> 4 5、 4 6、 4 7、 4 8、 4 9を伝わる振動は減衰されるこ とになる。 このため、 振動により振動子 2 1が異常に振動してしま い検出電極 2 7から誤った出力信号が発生するということはさらに 少なくなり、 その結果、 角速度センサの出力特性がさらに安定する。
(実施の形態 2 )
図 1 6は本発明の実施の形態 2における角速度センサの分解斜視 図である。 図 1 7、 図 1 8はそれぞれ同角速度センサにおける収納 部の斜視図、 収納部を裏側からみた斜視図である。 図 1 9は同角速 度センサにおけるケースの斜視図である。なお、実施の形態 1 と同様 の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略す る。
実施の形態 2が実施の形態 1 と相違する点は、 図 1 9に示すよう に、 ケース 7 1の外側面に 4つのコンデンサ電極 7 2を設けている 点である。 そして図 1 6に示すように、 コンデンサ電極 7 2にコン デンサ 7 3を実装するとともに、 載置部 7 4に孔 7 5を設け、 この 孔 7 5に位置してコンデンサ 7 3を揷入している。 孔 7 5に位置し てコンデンサ 7 3を設けるため、角速度センサからの出力信号に外 部からのノイズ信号が加わらない回路構成を小型に形成できる。 また実施の形態 2においては図 2 0に示すように、収納部 7 6が、 積層構造部 7 7を有する材料である液晶ポリマーで構成されている ( このため、 積層構造部 7 7の各々の界面で、 振動を吸収するととも に、 積層構造部 7 7は高弹性を有するため、 収納部 7 6の耐振性と 強度が向上する。
また収納部 7 6を構成する積層構造を有する材料として液晶ポリ マーを用いているため、射出成形により積層構造部 7 7が形成され、 容易に耐振性と強度の向上した収納部 7 6が構成される。
また実施の形態 2においては図 1 8に示すように、収納部 7 6に おける電源電極 7 8 . G N D電極 7 9および出力電極 8 0を設けた 部分の両側に、これらの電極 7 8 、 7 9、 8 0よりも突出する突出部 8 1 を設けている。この突出部の底面は角速度の検知軸に対し垂直 になっている。 このように構成することで、 角速度センサを相手側 基板 （図示せず） に載置する際に収納部 7 6における突出部 8 1が 相手側基板 （図示せず） と当接する。 これにより角速度センサを相 手側基板 (図示せず) に対して垂直に載置することができる。 した がって収納部 7 6における角速度の検知軸が相手側基板（図示せず） の面に対して垂直となる。その結果、振動子 2 1に加わる角速度のベ ク トルが大となるため、角速度センサの出力特性にロスが発生しな い, 産業上の利用可能性
本発明によれば、 振動子をケース内に収納するとともに、 このケ ースを収納部に他端が埋設された端子により周囲から支持するよう にしている。 このため、 振動子が小型化されるとともに外部から強 い振動が端子に加わっても、 ケースにより確実に振動子を保持する ことができる。 これにより、 振動子を保持する強度が低下すること はないため、 小型でかつ出力特性が低下することのない角速度セン サを提供することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 振動子と、
前記振動子を収納するケースと、
一端が前記振動子に電気的に接続される端子と、
前記ケースを収納するとともに、 前記端子の他の一端を埋設 する収納部と、 を備え、
前記ケースを前記収納部に前記端子により支持するように 構成した、
角速度センサ。
2 . 前記端子を複数備え、
前記ケースを前記収納部に前記端子により周囲から支持す るように構成した、
請求項 1記載の角速度センサ。
3 . 前記ケースを載置し、 前記収納部の略中央に位置して前記収 納部における角速度の検知軸と略平行に設けた載置部と、 をさらに 備えた、
請求項 1記載の角速度センサ。
4 . 前記載置部が、 前記端子の、 前記振動子に接続された一端を 埋設している、
請求項 3記載の角速度センサ。
5 . 前記ケースの外底面に設けられ、 前記振動子と電気的に接続 されたケース電極と、
前記載置部から露出した前記端子の先端部と、 をさらに備え. 前記ケース電極と前記端子の先端部とを互いに電気的に接 続した、
請求項 3記載の角速度センサ。
6 . 前記端子に屈曲部を設けた、
請求項 1記載の角速度センサ。
7 . 前記収納部を樹脂で構成した、
請求項 1記載の角速度センサ。
8 . 前記収納部を覆い、 開口部側に係止爪を設け金属製のカバー と、 をさらに備え、
前記収納部の外底面に凹部を設け、 前記カバーの係止爪を収 納部における凹部でかしめ固定した、
請求項 1記載の角速度センサ。
9 . 前記収納部の外底面の凹部でかしめた前記カバーの係止爪 を G N D電位接続部とした、
請求項 8記載の角速度センサ。
1 0 . 前記端子の、 前記収納部に埋設した一端側の先端部を、 前記 収納部の外底面に設けた凹部に露出させることにより設けた電極と、 をさらに備えた、
請求項 1記載の角速度センサ。
1 1 . 前記載置部を前記収納部と同一の樹脂材料で構成した、
請求項 7記載の角速度センサ。
1 2 . 前記収納部において、 前記電極の両側に位置して、前記電極よ りも突出し、 底面が角速度の検知軸と垂直な突出部と、 をさらに備 えた、
請求項 1 0記載の角速度センサ。
1 3 . 前記収納部を、 積層構造を有する材料で構成した、
請求項 1記載の角速度センサ。
1 4 . 前記積層構造を有する材料が液晶ポリマーである、
請求項 1 3記載の角速度センサ。
1 5 . 前記ケースを載置し、 前記収納部の略中央に位置して前記収 納部における角速度の検知軸と略平行に設けた載置部と、 をさらに 備え、
前記複数の端子のうち、少なく とも 1つの端子を載置部にお ける角速度の検知軸と平行の方向に設け、 少なくとも 1つの他の端 子を角速度の検知軸と垂直の方向に設けた、
請求項 2記載の角速度センサ。
1 6。 前記複数の端子のうち、 少なくとも 2つの端子を角速度の検 8
知軸と垂直の方向に、 載置部の両側に位置して設けた、
請求項 1 5記載の角速度センサ。
1 7 . 前記振動子の出力する信号を処理する回路と、 をさらに備え、 前記載置部に孔を設け、前記回路を構成する部品をこの孔に 配置した、
請求項 2記載の角速度センサ。
1 8 . 前記振動子が音叉型である、
請求項 1記載の角速度センサ。
1 9 . 前記振動子が駆動電極と、 検出電極と、 を備えた、
請求項 1記載の角速度センサ。
2 0 . 前記振動子の出力する信号を処理する回路が I Cを備えた、 請求項 1記載の角速度センサ。
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