(57)【要約】振動子（２１）をケース（３０）内に収納するとともに、ケース（３０）を収納部（４３）に収納する。さらにケース（３０）を一端が収納部（４３）に埋設された端子（４４〜４９）により周囲から支持するように構成する。この構成により、強い振動が端子（４４〜４９）に加わっても、ケース（３０）により確実に振動子（２１）を保持できる。この構成では、振動子（２１）を小型化しても、振動子（２１）を保持する強度が確保され、強い振動に対しても出力特性が低下することのない角速度センサが提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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ＧＮＤ電位接続部とした、
請求項８記載の角速度センサ。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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１０記載の角速度センサ。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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１３記載の角速度センサ。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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１５記載の角速度センサ。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
前記振動子の出力する信号を処理する回路がＩＣを備えた、
請求項１記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
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ーションシステム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１０−３３２３７８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２１は従来の角速度センサの斜視図、図２２は同角速度センサの回路図である。
図２１、図２２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２２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１０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１１を介して差動増幅回路１２の非反転入力端（＋）と反転入力端（−）にそれぞれ接続されている。さらに差動増幅回路１２の出力端と差動増幅回路１２の反転入力端（−）間を抵抗１３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１０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力が発生する。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。このコリオリ力が振動子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１２が分割電極５に発生した信号を、抵抗１１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。
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２１は図４に示すように、第１の腕部２１Ａと、第２の腕部２１Ｂと、第１の腕部２１Ａと第２の腕部２１Ｂの一端を接続する接続部２１Ｃと、接続部２１Ｃと離間して設けられた固着部２１Ｄとにより構成されている。また図５に示すように、振動子２１は、珪素（Ｓｉ）からなる基材２２の上面の全面にわたって白金（Ｐｔ）とチタン（Ｔｉ）の合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極２３を設けられている。さらに共通ＧＮＤ電極２３の上面にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）薄膜からなる圧電層２４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２１は、圧電層２４の上面に一対の第１の駆動電極２５を備える。また振動子２１は、略中央の外側の、圧電層２４の上面に一対の第２の駆動電極２６を備える。また振動子２１は、上面の先端側の、圧電層２４の上面に一対の検出電極２７を備えるとともに、第１の駆動電極２５より根元側の、圧電層２４の上面にモニター電極２８を備える。また、振動子２１の固着部２１Ｄには、圧電層２４の表面にＧＮＤ電極２９を備える。
セラミックからなるケース３０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３１を備える。多層回路基板３１の上面には、図６に示すように、第１の配線用電極３２と第２の配線用電極３３を設けている。また、多層回路基板３１の上面には、第１の配線用電極３２と金（Ａｕ）あるいはアルミニウムからなるワイヤー線３４によりＩＣ３５が電気的に接続されている。コンデンサ３６は第２の配線用電極３３と電気的に接続されている。ＩＣ３５は振動子２１の検出電極２７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ＩＣ３５はケース３０の内側に収納される。また図７に示すように、ケース３０の底部をなす多層回路基板３１の外底面は、銀からなる６つのケース電極３７を備える。また図６に示すように、ケース３０は、多層回路基板３１の上面の外周にわたってセラミックからなる側壁３８を備えており、側壁３８の上面にコバール合金からなる金属枠３９を備える。
さらに図６に示すように、ケース３０の内底面には、段差部４０を備え、段差部４０は、図４に示す振動子２１の固着部２１Ｄと固着される。段差部４０の、接続部２１Ｄを固着する両側には第３の配線用電極４１が設けられている。第３の配線用電極４１は、ワイヤー線３４を介して振動子２１の第１の駆動電極２５、第２の駆動電極２６、検出電極２７、モニター電極２８およびＧＮＤ電極２９と電気的に接続される。このような構成では、振動子２１は振動に影響を与えない固着部２１Ｄを有しており、固着部２１Ｄはケース３０の段差部４０に固着される。このため、振動子２１が小型化されても、固着部２１Ｄ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２１はケース３０に強固に固着される。
金属製の蓋４２はケース３０の内側を窒素で満たしてケース３０の開口部を封止する。樹脂で構成した収納部４３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４３はケース３０を収納する。また収納部４３は図２のように電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９の一端を埋設している。ここで電源端子４４は振動子２１の第１の駆動電極２５および第２の駆動電極２６と電気的に接続される。出力端子４５は検出電極２７と電気的に接続される。第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９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４３の略中央に位置して収納部４３における角速度の検知軸と略平行に設けられた載置部５０はケース３０を載置する。載置部５０には、電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９の他の一端が埋設されている。載置部５０からはこれらの端子の先端部４４Ａが露出している。図８では端子４７や端子４８の先端部４４Ａを代表して示している。また図２に示すように、ＧＮＤ端子４６と第２の調整端子４８は載置部５０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４５、第１の調整端子４７および調整用ＧＮＤ端子４９は載置部５０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４６と第２の調整端子４８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４５、第１の調整端子４７および調整用ＧＮＤ端子４９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３０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５０は、収納部４３の略中央に位置して収納部４３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３０とケース３０に収納された振動子２１は収納部４３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２１に加わる角速度のベ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３０は収納部４３における載置部５０に載置されている。そしてケース３０におけるケース電極３７が載置部５０における端子４４、４５、４６、４７、４８、４９の先端部４４Ａに電気的に接続される。先端部４４Ａはケース３０とも機械的に接続されるため、ケース３０は端子４４、４５、４６、４７、４８、４９により周囲から支持される。すなわち、振動子２１はケース３０内に収納されるとともに、ケース３０がこれらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９により周囲から支持される。このため、振動子２１が小型化されるとともに外部から強い振動が端子４４、４５、４６、４７、４８、４９に加わっても、ケース３０により確実に振動子２１を保持する。これにより、振動子２１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４３の外底面には、図３に示すように、６つの電極用凹部５１を設けている。そして電極用凹部５１に、収納部４３に埋設した端子４４、４５、４６、４７、４８、４９の先端部を露出させている。これにより電源電極５２、ＧＮＤ電極５３、出力電極５４、第１の調整電極５５、第２の調整電極５６および調整ＧＮＤ電極５７を設けている。このため、これらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９と別個に電極５２，５３，５４，５５，５６，５７を設ける必要がない。また、これらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９と電極５２，５３，５４，５５，５６，５７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５２，５３，５４，５５，５６，５７を容易に形成できる。また図７のように、ケース３０の裏面にケース電極３７を設けている。そして載置部５０から電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９における一端側の先端部４４Ａを露出させている。さらに、ケース３０を載置部５０に載置することにより、ケース電極３７とこれらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９における一端側の先端部４４Ａ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３０に載置部５０を載置した後は、これらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９における一端側の先端部４４Ａとケース電極３７とをはんだ付けする。これだけで、電源端子４４を振動子２１の第１の駆動電極２５と第２の駆動電極２６に接続するとともに、出力端子４５を検出電極２７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４４、４５、４６、４７、４８、４９には、略中央にそれぞれＺ形状の屈曲部４４Ｂを設けている。屈曲部４４Ｂによりケース３０が収納部４３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４４、４５、４６、４７、４８、４９を伝わって振動子２１に伝わろうとした場合、ケース３０が収納部４３に対して変位する。これにより、振動エネルギーが消費されるため、振動子２１に伝わる振動は減衰される。その結果、振動により振動子２１における検出電極２７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４３の外底面には、図９に示すように、３つの凹部５８を設けている。金属製のカバー５９は、図１に示すように、開口部側に３つの係止爪６０を備え、係止爪６０を図３に示す収納部４３における凹部５８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６１を収納部４３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４３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６１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５９をＧＮＤ電位とすることができる。このため、カバー５９が電磁波シールドとなり、これにより、外部から振動子２１の検出電極２７やＩＣ３５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１０Ａ〜図１０Ｆに沿って、振動子２１の形成方法を説明する。
予め準備したＳｉからなる基材２２の上面に、ＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極２３を蒸着により形成する。その後、共通ＧＮＤ電極２３の上面にＰＺＴ薄膜からなる圧電層２４を蒸着により形成する。
次に、圧電層２４の上面にＴｉとＡｕの合金薄膜からなる形成途上電極２５Ａを蒸着により形成し、その後、図１０Ｅに示すように、所定の形状になるように、共通ＧＮＤ電極２３、圧電層２４および形成途上電極２５Ａの不要な箇所を除去する。このようにして圧電層２４の上面に第１の駆動電極２５、第２の駆動電極２６、検出電極２７、モニター電極２８およびＧＮＤ電極２９を形成する。
次に、共通ＧＮＤ電極２３に電圧を印加するとともに、第１の駆動電極２５、第２の駆動電極２６、検出電極２７、モニター電極２８およびＧＮＤ電極２９を接地することにより、圧電層２４を分極する。
次に、基材２２における不要な箇所を除去することにより、図１０Ｆに示すように、個片の振動子２１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３１と段差部４０を準備する。そしてこれらの上面に、Ａｕからなる第１の配線用電極３２、第２の配線用電極３３および第３の配線用電極４１を形成する。その後、多層回路基板３１の下面にＡｇからなるケース電極３７を形成する。次に、多層回路基板３１の上面の外周にわたってセラミックからなる側壁３８を形成し、その後、この側壁３８の上面にコバールからなる金属枠３９を固着する。このようにしてケース３０を形成する。
次に、ＩＣ３５をケース３０における多層回路基板３１の略中央の上面に実装する。その後、ＩＣ３５の電極（図示せず）と多層回路基板３１の第１の配線用電極３２を、ワイヤー線３４を介してワイヤーボンディングにより電気的に接続する。
次に、コンデンサ３６をケース３０の第２の配線用電極３３にはんだ付けする。
次に、振動子２１の固着部２１Ｄの下面をケース３０の段差部４０の上面に固着する。その後、振動子２１の上面に形成された第１の駆動電極２５、第２の駆動電極２６、検出電極２７、モニター電極２８およびＧＮＤ電極２９とケース３０の第３の配線用電極４１をアルミニウムからなるワイヤー線３４を介してワイヤーボンディングにより電気的に接続する。
次に、ケース３０の開口部に、金属製の蓋４２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４４Ｂを設けた電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９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５０を形成する。このとき図１１Ａに示すように、電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９の一端側を載置部５０に埋設する。またこれらの端子の一端の先端部４４Ａが載置部５０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６２を介して収納部４３を形成する。このとき端子４４、４５、４６、４７、４８、４９の他の一端を収納部４３に埋設する。また収納部４３の外底面からこれらの端子における他端側の先端部４４Ｃが露出するように形成し、さらに、収納部４３の外底面に電極用凹部５１と凹部５８とを形成する。
次に、図１１Ｂに示すように、収納部４３と載置部５０とを接続している接続部６２を除去し、収納部４３と載置部５０との樹脂による接続を分離する。
すなわち、載置部５０と収納部４３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５０と収納部４３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５０にケース３０を載置した後、載置部５０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４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９の先端部４４Ａとケース３０のケース電極３７を電気的に接続する。
次に図１２に示すように、端子４４、４５、４６、４７、４８、４９の他端側の先端部４４Ｃを収納部４３外底面に設けた電極用凹部５１の位置で折り曲げる。このようにして収納部４３の外底面に電源電極５２、ＧＮＤ電極５３、出力電極５４、第１の調整電極５５、第２の調整電極５６および調整ＧＮＤ電極５７を形成する。
最後に、金属製のカバー５９を収納部４３にかぶせた後、カバー５９の開口部側に設けた３つの係止爪６０を収納部４３の外底面に設けた３つの凹部５８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６１を収納部４３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サの動作について、説明する。
まず、振動子２１における第１の腕部２１Ａと第２の腕部２１Ｂにそれぞれ設けた第１の駆動電極２５に正電圧を印加するとともに、第２の駆動電極２６に負電圧を印加する。すると、第１の駆動電極２５の下側に位置する圧電層２４が伸びるとともに、第２の駆動電極２６の下側に位置する圧電層２４が縮む。このため、図１３に示すように、第１の腕部２１Ａと第２の腕部２１Ｂが外側に向かって開く。
逆に、第１の駆動電極２５に負電圧を印加するとともに、第２の駆動電極２６に正電圧を印加する。すると第１の駆動電極２５の下側に位置する圧電層２４が縮むとともに、第２の駆動電極２６の下側に位置する圧電層２４が伸びる。このため、図１４に示すように、第１の腕部２１Ａと第２の腕部２１Ｂが内側に向かって閉じる。すなわち、第１の駆動電極２５と第２の駆動電極２６に交流電圧を印加すると、第１の腕部２１Ａと第２の腕部２１Ｂ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２１の屈曲運動はモニター電極２８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２５と第２の駆動電極２６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２１Ａと腕部２１Ｂ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２１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２１Ａと腕部２１Ｂにはコリオリ力が発生する。その大きさはＦ＝２ｍＶωである。このコリオリ力により検出電極２７の下側に位置する圧電層２４に発生する電荷からなる出力信号を、ＩＣ３５に入力する。この際、信号は検出電極２７、ワイヤー線３４、第３の配線用電極４１、多層回路基板３１、第１の配線用電極３２およびワイヤー線３４を介してＩＣ３５に入力される。ＩＣ３５は波形処理をした後、第２の配線用電極３３、コンデンサ３６、ケース電極３７、出力端子４５における先端部４４Ａ、出力端子４５、出力電極５４を介して、相手側のコンピューター（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４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９を介して伝わる。
2003046479.tif 000003
振動子２１のみを電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９により支持すると、振動子２１にこれらの端子を結合した状態での固有振動数は約４ＫＨｚ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２１を収納するケース３０をこれらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９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１．５ＫＨｚとなる。そして、図１５に示すように、振動子２１の固有振動数１７ＫＨｚ付近での振動伝達率は、振動子２１を収納するケース３０をこれらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９が周囲から支持する場合は、約０．０１となる。これは、振動子２１のみを端子４４、４５、４６、４７、４８、４９により支持した場合の振動伝達率０．０６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２１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、４５、４６、４７、４８、４９の他端を埋設する収納部４３を樹脂で構成している。このため、外部から振動が端子４４、４５、４６、４７、４８、４９を伝わって振動子２１に伝わろうとする場合、樹脂で構成された収納部４３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、４５、４６、４７、４８、４９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２１が異常に振動してしまい検出電極２７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１６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１７、図１８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１９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１９に示すように、ケース７１の外側面に４つのコンデンサ電極７２を設けている点である。そして図１６に示すように、コンデンサ電極７２にコンデンサ７３を実装するとともに、載置部７４に孔７５を設け、この孔７５に位置してコンデンサ７３を挿入している。孔７５に位置してコンデンサ７３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２０に示すように、収納部７６が、積層構造部７７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７７の各々の界面で、振動を吸収するとともに、積層構造部７７は高弾性を有するため、収納部７６の耐振性と強度が向上する。
また収納部７６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７７が形成され、容易に耐振性と強度の向上した収納部７６が構成される。
また実施の形態２においては図１８に示すように、収納部７６における電源電極７８、ＧＮＤ電極７９および出力電極８０を設けた部分の両側に、これらの電極７８、７９、８０よりも突出する突出部８１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７６における突出部８１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７６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２１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。
【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ある。
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１０Ａ〜図１０Ｆ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１１Ａ、図１１Ｂ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１２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１３、図１４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１５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１６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１７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１８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１９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２０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２１は従来の角速度センサの斜視図である。
図２２は従来の角速度センサの回路図である。
図面の参照符号の一覧表
１  振動子
２  第１の圧電体基板
３  電極層
４  第２の圧電体基板
５  分割電極
６  共通電極
７  端子
８  幅広部
９  発振回路
１０、１１、１３  抵抗
１２  差動増幅回路
２１  振動子
２１Ａ  第１の腕部
２１Ｂ  第２の腕部
２１Ｃ  接続部
２２  基材
２３  共通のＧＮＤ電極
２４  圧電層
２５  第１の駆動電極
２６  第２の駆動電極
２７  検出電極
２８  モニター電極
２９  ＧＮＤ電極
３０  ケース
３１  多層回路基板
３２  第１の配線用電極
３３  第２の配線用電極
３４  ワイヤー線
３５  ＩＣ
３６  コンデンサ
３７  ケース電極
３８  側壁
３９  金属枠
４０  段差部
４１  第３の配線用電極
４２  蓋
４３  収納部
４４  電源端子
４５  出力端子
４６  ＧＮＤ端子
４７  第１の調整端子
４８  第２の調整端子
４９  調整用ＧＮＤ端子
５０  載置部
５１  電極用凹部
５２  電源電極
５３  ＧＮＤ電極
５４  出力電極
５５  第１の調整電極
５６  第２の調整電極
５７  調整ＧＮＤ電極
５８  凹部
５９  カバー
６０  係止爪
６１  ＧＮＤ電位接続部
６２  接続部
７１  ケース
７２  コンデンサ電極
７３  コンデンサ
７４  載置部
７５  孔
７６  収納部
７７  積層構造部
７８  電源電極
７９  ＧＮＤ電極
８０  出力電極
８１  突出部
【図１】
2003046479.tif 000004
【図２】
2003046479.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2003046479.tif 000008
【図６】
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【図７】
2003046479.tif 000010
【図８】
2003046479.tif 000011
【図９】
2003046479.tif 000012
【図１０Ａ】
2003046479.tif 000013
【図１０Ｂ】
2003046479.tif 000014
【図１０Ｃ】
2003046479.tif 000015
【図１０Ｄ】
2003046479.tif 000016
【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１Ａ】
2003046479.tif 000019
【図１１Ｂ】
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【図１２】
2003046479.tif 000021
【図１３】
2003046479.tif 000022
【図１４】
2003046479.tif 000023
【図１５】
2003046479.tif 000024
【図１６】
2003046479.tif 000025
【図１７】
2003046479.tif 000026
【図１８】
2003046479.tif 000027
【図１９】
2003046479.tif 000028
【図２０】
2003046479.tif 000029
【図２１】
2003046479.tif 000030
【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年5月28日(2003.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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ＧＮＤ電位接続部とした、
請求項８記載の角速度センサ。
【請求項１０】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。
【請求項１１】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。
【請求項１２】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１０記載の角速度センサ。
【請求項１３】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。
【請求項１４】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１３記載の角速度センサ。
【請求項１５】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。
【請求項１６】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１５記載の角速度センサ。
【請求項１７】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。
【請求項１８】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。
【請求項１９】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。
【請求項２０】前記振動子の出力する信号を処理する回路がＩＣを備えた、
請求項１記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機・車両などの移動体の姿勢制御やナビゲーションシステム等に用いられる角速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の角速度センサは、例えば、特開平１０−３３２３７８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２１は従来の角速度センサの斜視図、図２２は同角速度センサの回路図である。
【０００３】
図２１、図２２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２２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１０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１１を介して差動増幅回路１２の非反転入力端（＋）と反転入力端（−）にそれぞれ接続されている。さらに差動増幅回路１２の出力端と差動増幅回路１２の反転入力端（−）間を抵抗１３が接続している。
【０００４】
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。
【０００５】
発振回路９が正弦波信号などの駆動信号出力し、抵抗１０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力が発生する。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。このコリオリ力が振動子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１２が分割電極５に発生した信号を、抵抗１１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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（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。
【０００９】
図１〜図９において、音叉形状の振動子２１は図４に示すように、第１の腕部２１Ａと、第２の腕部２１Ｂと、第１の腕部２１Ａと第２の腕部２１Ｂの一端を接続する接続部２１Ｃと、接続部２１Ｃと離間して設けられた固着部２１Ｄとにより構成されている。また図５に示すように、振動子２１は、珪素（Ｓｉ）からなる基材２２の上面の全面にわたって白金（Ｐｔ）とチタン（Ｔｉ）の合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極２３を設けられている。さらに共通ＧＮＤ電極２３の上面にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）薄膜からなる圧電層２４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２１は、圧電層２４の上面に一対の第１の駆動電極２５を備える。また振動子２１は、略中央の外側の、圧電層２４の上面に一対の第２の駆動電極２６を備える。また振動子２１は、上面の先端側の、圧電層２４の上面に一対の検出電極２７を備えるとともに、第１の駆動電極２５より根元側の、圧電層２４の上面にモニター電極２８を備える。また、振動子２１の固着部２１Ｄには、圧電層２４の表面にＧＮＤ電極２９を備える。
【００１０】
セラミックからなるケース３０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３１を備える。多層回路基板３１の上面には、図６に示すように、第１の配線用電極３２と第２の配線用電極３３を設けている。また、多層回路基板３１の上面には、第１の配線用電極３２と金（Ａｕ）あるいはアルミニウムからなるワイヤー線３４によりＩＣ３５が電気的に接続されている。コンデンサ３６は第２の配線用電極３３と電気的に接続されている。ＩＣ３５は振動子２１の検出電極２７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ＩＣ３５はケース３０の内側に収納される。また図７に示すように、ケース３０の底部をなす多層回路基板３１の外底面は、銀からなる６つのケース電極３７を備える。また図６に示すように、ケース３０は、多層回路基板３１の上面の外周にわたってセラミックからなる側壁３８を備えており、側壁３８の上面にコバール合金からなる金属枠３９を備える。
【００１１】
さらに図６に示すように、ケース３０の内底面には、段差部４０を備え、段差部４０は、図４に示す振動子２１の固着部２１Ｄと固着される。段差部４０の、接続部２１Ｄを固着する両側には第３の配線用電極４１が設けられている。第３の配線用電極４１は、ワイヤー線３４を介して振動子２１の第１の駆動電極２５、第２の駆動電極２６、検出電極２７、モニター電極２８およびＧＮＤ電極２９と電気的に接続される。このような構成では、振動子２１は振動に影響を与えない固着部２１Ｄを有しており、固着部２１Ｄはケース３０の段差部４０に固着される。このため、振動子２１が小型化されても、固着部２１Ｄ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２１はケース３０に強固に固着される。
【００１２】
金属製の蓋４２はケース３０の内側を窒素で満たしてケース３０の開口部を封止する。樹脂で構成した収納部４３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４３はケース３０を収納する。また収納部４３は図２のように電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９の一端を埋設している。ここで電源端子４４は振動子２１の第１の駆動電極２５および第２の駆動電極２６と電気的に接続される。出力端子４５は検出電極２７と電気的に接続される。第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９は組立時にキャリブレーションに使用される。
【００１３】
図１、図８に示すように、収納部４３の略中央に位置して収納部４３における角速度の検知軸と略平行に設けられた載置部５０はケース３０を載置する。載置部５０には、電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９の他の一端が埋設されている。載置部５０からはこれらの端子の先端部４４Ａが露出している。図８では端子４７や端子４８の先端部４４Ａを代表して示している。また図２に示すように、ＧＮＤ端子４６と第２の調整端子４８は載置部５０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４５、第１の調整端子４７および調整用ＧＮＤ端子４９は載置部５０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。
【００１４】
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４６と第２の調整端子４８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４５、第１の調整端子４７および調整用ＧＮＤ端子４９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３０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。
【００１５】
また載置部５０は、収納部４３の略中央に位置して収納部４３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３０とケース３０に収納された振動子２１は収納部４３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２１に加わる角速度のベクトルが大となるため、出力特性にロスが発生しない。
【００１６】
またケース３０は収納部４３における載置部５０に載置されている。そしてケース３０におけるケース電極３７が載置部５０における端子４４、４５、４６、４７、４８、４９の先端部４４Ａに電気的に接続される。先端部４４Ａはケース３０とも機械的に接続されるため、ケース３０は端子４４、４５、４６、４７、４８、４９により周囲から支持される。すなわち、振動子２１はケース３０内に収納されるとともに、ケース３０がこれらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９により周囲から支持される。このため、振動子２１が小型化されるとともに外部から強い振動が端子４４、４５、４６、４７、４８、４９に加わっても、ケース３０により確実に振動子２１を保持する。これにより、振動子２１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。
【００１７】
また、収納部４３の外底面には、図３に示すように、６つの電極用凹部５１を設けている。そして電極用凹部５１に、収納部４３に埋設した端子４４、４５、４６、４７、４８、４９の先端部を露出させている。これにより電源電極５２、ＧＮＤ電極５３、出力電極５４、第１の調整電極５５、第２の調整電極５６および調整ＧＮＤ電極５７を設けている。このため、これらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９と別個に電極５２，５３，５４，５５，５６，５７を設ける必要がない。また、これらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９と電極５２，５３，５４，５５，５６，５７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５２，５３，５４，５５，５６，５７を容易に形成できる。また図７のように、ケース３０の裏面にケース電極３７を設けている。そして載置部５０から電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９における一端側の先端部４４Ａを露出させている。さらに、ケース３０を載置部５０に載置することにより、ケース電極３７とこれらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９における一端側の先端部４４Ａ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３０に載置部５０を載置した後は、これらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９における一端側の先端部４４Ａとケース電極３７とをはんだ付けする。これだけで、電源端子４４を振動子２１の第１の駆動電極２５と第２の駆動電極２６に接続するとともに、出力端子４５を検出電極２７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。
【００１８】
そして図２に示すように、端子４４、４５、４６、４７、４８、４９には、略中央にそれぞれＺ形状の屈曲部４４Ｂを設けている。屈曲部４４Ｂによりケース３０が収納部４３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４４、４５、４６、４７、４８、４９を伝わって振動子２１に伝わろうとした場合、ケース３０が収納部４３に対して変位する。これにより、振動エネルギーが消費されるため、振動子２１に伝わる振動は減衰される。その結果、振動により振動子２１における検出電極２７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。
【００１９】
さらに、収納部４３の外底面には、図９に示すように、３つの凹部５８を設けている。金属製のカバー５９は、図１に示すように、開口部側に３つの係止爪６０を備え、係止爪６０を図３に示す収納部４３における凹部５８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６１を収納部４３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４３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６１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５９をＧＮＤ電位とすることができる。このため、カバー５９が電磁波シールドとなり、これにより、外部から振動子２１の検出電極２７やＩＣ３５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。
【００２０】
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。
【００２１】
まず、図１０Ａ〜図１０Ｆに沿って、振動子２１の形成方法を説明する。
【００２２】
予め準備したＳｉからなる基材２２の上面に、ＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極２３を蒸着により形成する。その後、共通ＧＮＤ電極２３の上面にＰＺＴ薄膜からなる圧電層２４を蒸着により形成する。
【００２３】
次に、圧電層２４の上面にＴｉとＡｕの合金薄膜からなる形成途上電極２５Ａを蒸着により形成し、その後、図１０Ｅに示すように、所定の形状になるように、共通ＧＮＤ電極２３、圧電層２４および形成途上電極２５Ａの不要な箇所を除去する。このようにして圧電層２４の上面に第１の駆動電極２５、第２の駆動電極２６、検出電極２７、モニター電極２８およびＧＮＤ電極２９を形成する。
【００２４】
次に、共通ＧＮＤ電極２３に電圧を印加するとともに、第１の駆動電極２５、第２の駆動電極２６、検出電極２７、モニター電極２８およびＧＮＤ電極２９を接地することにより、圧電層２４を分極する。
【００２５】
次に、基材２２における不要な箇所を除去することにより、図１０Ｆに示すように、個片の振動子２１を形成する。
【００２６】
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３１と段差部４０を準備する。そしてこれらの上面に、Ａｕからなる第１の配線用電極３２、第２の配線用電極３３および第３の配線用電極４１を形成する。その後、多層回路基板３１の下面にＡｇからなるケース電極３７を形成する。
【００２７】
次に、多層回路基板３１の上面の外周にわたってセラミックからなる側壁３８を形成し、その後、この側壁３８の上面にコバールからなる金属枠３９を固着する。このようにしてケース３０を形成する。
【００２８】
次に、ＩＣ３５をケース３０における多層回路基板３１の略中央の上面に実装する。その後、ＩＣ３５の電極（図示せず）と多層回路基板３１の第１の配線用電極３２を、ワイヤー線３４を介してワイヤーボンディングにより電気的に接続する。
【００２９】
次に、コンデンサ３６をケース３０の第２の配線用電極３３にはんだ付けする。
【００３０】
次に、振動子２１の固着部２１Ｄの下面をケース３０の段差部４０の上面に固着する。その後、振動子２１の上面に形成された第１の駆動電極２５、第２の駆動電極２６、検出電極２７、モニター電極２８およびＧＮＤ電極２９とケース３０の第３の配線用電極４１をアルミニウムからなるワイヤー線３４を介してワイヤーボンディングにより電気的に接続する。
【００３１】
次に、ケース３０の開口部に、金属製の蓋４２をシーム溶接により窒素雰囲気中で固着する。
【００３２】
次に、予め折り曲げることにより屈曲部４４Ｂを設けた電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９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５０を形成する。このとき図１１Ａに示すように、電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９の一端側を載置部５０に埋設する。またこれらの端子の一端の先端部４４Ａが載置部５０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６２を介して収納部４３を形成する。このとき端子４４、４５、４６、４７、４８、４９の他の一端を収納部４３に埋設する。また収納部４３の外底面からこれらの端子における他端側の先端部４４Ｃが露出するように形成し、さらに、収納部４３の外底面に電極用凹部５１と凹部５８とを形成する。
【００３３】
次に、図１１Ｂに示すように、収納部４３と載置部５０とを接続している接続部６２を除去し、収納部４３と載置部５０との樹脂による接続を分離する。
【００３４】
すなわち、載置部５０と収納部４３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５０と収納部４３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。
【００３５】
次に、載置部５０にケース３０を載置した後、載置部５０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４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９の先端部４４Ａとケース３０のケース電極３７を電気的に接続する。
【００３６】
次に図１２に示すように、端子４４、４５、４６、４７、４８、４９の他端側の先端部４４Ｃを収納部４３外底面に設けた電極用凹部５１の位置で折り曲げる。このようにして収納部４３の外底面に電源電極５２、ＧＮＤ電極５３、出力電極５４、第1の調整電極５５、第２の調整電極５６および調整ＧＮＤ電極５７を形成する。
【００３７】
最後に、金属製のカバー５９を収納部４３にかぶせた後、カバー５９の開口部側に設けた３つの係止爪６０を収納部４３の外底面に設けた３つの凹部５８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６１を収納部４３の外底面に形成する。
【００３８】
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サの動作について、説明する。
【００３９】
まず、振動子２１における第１の腕部２１Ａと第２の腕部２１Ｂにそれぞれ設けた第１の駆動電極２５に正電圧を印加するとともに、第２の駆動電極２６に負電圧を印加する。すると、第１の駆動電極２５の下側に位置する圧電層２４が伸びるとともに、第２の駆動電極２６の下側に位置する圧電層２４が縮む。このため、図１３に示すように、第１の腕部２１Ａと第２の腕部２１Ｂが外側に向かって開く。
【００４０】
逆に、第１の駆動電極２５に負電圧を印加するとともに、第２の駆動電極２６に正電圧を印加する。すると第１の駆動電極２５の下側に位置する圧電層２４が縮むとともに、第２の駆動電極２６の下側に位置する圧電層２４が伸びる。このため、図１４に示すように、第１の腕部２１Ａと第２の腕部２１Ｂが内側に向かって閉じる。すなわち、第１の駆動電極２５と第２の駆動電極２６に交流電圧を印加すると、第１の腕部２１Ａと第２の腕部２１Ｂ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２１の屈曲運動はモニター電極２８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２５と第２の駆動電極２６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。
【００４１】
腕部２１Ａと腕部２１Ｂ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２１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２１Ａと腕部２１Ｂにはコリオリ力が発生する。その大きさはＦ＝２ｍＶωである。このコリオリ力により検出電極２７の下側に位置する圧電層２４に発生する電荷からなる出力信号を、ＩＣ３５に入力する。この際、信号は検出電極２７、ワイヤー線３４、第３の配線用電極４１、多層回路基板３１、第１の配線用電極３２およびワイヤー線３４を介してＩＣ３５に入力される。ＩＣ３５は波形処理をした後、第２の配線用電極３３、コンデンサ３６、ケース電極３７、出力端子４５における先端部４４Ａ、出力端子４５、出力電極５４を介して、相手側のコンピューター（図示せず）に入力する。これにより、角速度を検出する。
【００４２】
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（数１）のように表される。このような振動は、電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９を介して伝わる。
【００４３】
【数１】
2003046479.tif 000032
【００４４】
振動子２１のみを電源端子４４、出力端子４５、ＧＮＤ端子４６、第１の調整端子４７、第２の調整端子４８および調整用ＧＮＤ端子４９により支持すると、振動子２１にこれらの端子を結合した状態での固有振動数は約４ＫＨｚ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２１を収納するケース３０をこれらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９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１．５ＫＨｚとなる。そして、図１５に示すように、振動子２１の固有振動数１７ＫＨｚ付近での振動伝達率は、振動子２１を収納するケース３０をこれらの端子４４、４５、４６、４７、４８、４９が周囲から支持する場合は、約０．０１となる。これは、振動子２１のみを端子４４、４５、４６、４７、４８、４９により支持した場合の振動伝達率０．０６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２１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。
【００４５】
また実施の形態１においては、端子４４、４５、４６、４７、４８、４９の他端を埋設する収納部４３を樹脂で構成している。このため、外部から振動が端子４４、４５、４６、４７、４８、４９を伝わって振動子２１に伝わろうとする場合、樹脂で構成された収納部４３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、４５、４６、４７、４８、４９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２１が異常に振動してしまい検出電極２７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。
【００４６】
（実施の形態２）
図１６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１７、図１８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１９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。
【００４７】
実施の形態２が実施の形態１と相違する点は、図１９に示すように、ケース７１の外側面に４つのコンデンサ電極７２を設けている点である。そして図１６に示すように、コンデンサ電極７２にコンデンサ７３を実装するとともに、載置部７４に孔７５を設け、この孔７５に位置してコンデンサ７３を挿入している。孔７５に位置してコンデンサ７３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。
【００４８】
また実施の形態２においては図２０に示すように、収納部７６が、積層構造部７７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７７の各々の界面で、振動を吸収するとともに、積層構造部７７は高弾性を有するため、収納部７６の耐振性と強度が向上する。
【００４９】
また収納部７６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７７が形成され、容易に耐振性と強度の向上した収納部７６が構成される。
【００５０】
また実施の形態２においては図１８に示すように、収納部７６における電源電極７８、ＧＮＤ電極７９および出力電極８０を設けた部分の両側に、これらの電極７８、７９、８０よりも突出する突出部８１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７６における突出部８１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７６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２１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。
【００５１】
【発明の効果】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】
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】
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
【図３】
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
【図４】
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
【図５】
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
【図６】
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
【図７】
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
【図８】
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
【図９】
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
【図１０】
Ａ〜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
【図１１】
Ａ、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
【図１２】
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
【図１３】
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
【図１４】
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
【図１５】
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
【図１６】
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
【図１７】
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
【図１８】
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
【図１９】
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
【図２０】
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
【図２１】
従来の角速度センサの斜視図
【図２２】
従来の角速度センサの回路図
【符号の説明】
１  振動子
２  第１の圧電体基板
３  電極層
４  第２の圧電体基板
５  分割電極
６  共通電極
７  端子
８  幅広部
９  発振回路
１０、１１、１３  抵抗
１２  差動増幅回路
２１  振動子
２１Ａ  第１の腕部
２１Ｂ  第２の腕部
２１Ｃ  接続部
２２  基材
２３  共通ＧＮＤ電極
２４  圧電層
２５  第１の駆動電極
２６  第２の駆動電極
２７  検出電極
２８  モニター電極
２９  ＧＮＤ電極
３０  ケース
３１  多層回路基板
３２  第１の配線用電極
３３  第２の配線用電極
３４  ワイヤー線
３５  ＩＣ
３６  コンデンサ
３７  ケース電極
３８  側壁
３９  金属枠
４０  段差部
４１  第３の配線用電極
４２  蓋
４３  収納部
４４  電源端子
４５  出力端子
４６  ＧＮＤ端子
４７  第１の調整端子
４８  第２の調整端子
４９  調整用ＧＮＤ端子
５０  載置部
５１  電極用凹部
５２  電源電極
５３  ＧＮＤ電極
５４  出力電極
５５  第１の調整電極
５６  第２の調整電極
５７  調整ＧＮＤ電極
５８  凹部
５９  カバー
６０  係止爪
６１  ＧＮＤ電位接続部
６２  接続部
７１  ケース
７２  コンデンサ電極
７３  コンデンサ
７４  載置部
７５  孔
７６  収納部
７７  積層構造部
７８  電源電極
７９  ＧＮＤ電極
８０  出力電極
８１  突出部


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2003046479.tif 000033
【図２】
2003046479.tif 000034
【図３】
2003046479.tif 000035
【図４】
2003046479.tif 000036
【図５】
2003046479.tif 000037
【図６】
2003046479.tif 000038
【図７】
2003046479.tif 000039
【図８】
2003046479.tif 000040
【図９】
2003046479.tif 000041
【図１０】
2003046479.tif 000042
【図１１】
2003046479.tif 000043
【図１２】
2003046479.tif 000044
【図１３】
2003046479.tif 000045
【図１４】
2003046479.tif 000046
【図１５】
2003046479.tif 000047
【図１６】
2003046479.tif 000048
【図１７】
2003046479.tif 000049
【図１８】
2003046479.tif 000050
【図１９】
2003046479.tif 000051
【図２０】
2003046479.tif 000052
【図２１】
2003046479.tif 000053
【図２２】
2003046479.tif 000054
【国際調査報告】
2003046479.tif 000055
2003046479.tif 000056
2003046479.tif 000057
2003046479.tif 000058
2003046479.tif 000059
2003046479.tif 000060