(57)【要約】      （修正有）【課題】センサ素子としての音叉状水晶片の配置精度を確実にして、角速度の検出精度を高めた角速度センサを提供すること。【解決手段】少なくとも一対の音叉腕６が音叉基部５から長手方向に延出した音叉状水晶片１を有し、前記音叉腕には音叉振動を励振する駆動電極とコリオリの力に基づいた電荷を検出するセンサ電極とを有し、前記音叉基部の一主面には前記駆動電極及び前記センサ電極から延出した引出端子を有するセンサ素子１を備え、前記音叉基部を平面視矩形状とした容器本体の長手方向の一端側の音叉用台座７に固着して、前記引出端子をワイヤーボンディングによって導出してなる角速度センサにおいて、前記音叉基部には第１嵌合部１０を設けて前記音叉用台座には第２嵌合部１１を設け、前記第１嵌合部と前記第２嵌合部とを嵌合して、前記音叉状水晶片と前記容器本体との長手方向を一致させた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の音叉腕が音叉基部から長手方向に延出した音叉状水晶片を有し、前記音叉腕には音叉振動を励振する駆動電極とコリオリの力に基づいた電荷を検出するセンサ電極とを有し、前記音叉基部の一主面には前記駆動電極及び前記センサ電極から延出した引出端子を有するセンサ素子を備え、前記音叉基部を平面視矩形状とした容器本体の長手方向の一端側の音叉用台座に固着して、前記引出端子をワイヤーボンディングによって導出してなる角速度センサにおいて、前記音叉基部には第１嵌合部を設けて前記音叉用台座には第２嵌合部を設け、前記第１嵌合部と前記第２嵌合部とを嵌合して、前記音叉状水晶片と前記容器本体との長手方向を一致させたことを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
請求項１において、前記第１嵌合部は前記音叉基部の底面に厚み方向に形成された少なくとも２本以上の溝とし、前記第２嵌合部は前記音叉用台座に設けられて前記溝に対応した突起である角速度センサ。
【請求項３】
請求項２において、前記第１嵌合部としての前記溝は前記音叉基部の厚み方向を横断してなる角速度センサ。
【請求項４】
請求項１において、前記第１嵌合部は前記音叉基部の底面に厚み方向を横断して形成された少なくとも２本以上の溝とし、前記第２嵌合部は前記音叉用台座の一端側の側面に厚み方向を横断して形成されて前記溝に対応した溝である角速度センサ。
【請求項５】
請求項１において、前記音叉用台座は前記容器本体とは独立して形成され、前記音叉状水晶片の前記音叉基部を前記音叉用台座に固着した後、前記容器本体の一端側に固着された角速度センサ。
【請求項６】
請求項１において、前記音叉用台座は前記容器本体の一端側に一体的に設けられた段部とし、前記音叉基部は前記音叉用台座としての段部に直接に固着された角速度センサ。
【請求項７】
請求項１、２、３又は４において、前記音叉基部は底面側の第１基部と音叉腕側の第２基部と両者間のくびれ部とからなり、前記第１嵌合部は前記第１基部に設けられた角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサ素子を容器本体に収容した角速度センサを技術分野とし、特にセンサ素子と容器本体との長手方向の軸を一致させて検出精度を高めた角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
角速度センサは車の誘導システムやカメラ等の手振装置等に使用され、その需要も高まっている。このようなものの一つに、音叉状水晶片を主たる構成要素としたセンサ素子と、これと電気的に接続して駆動及び信号処理するＩＣチップとを容器本体に収容したものがある（特許文献１）。
【０００３】
（従来技術の一例）
第４図及び第５図は一従来例を説明する角速度センサの図で、第４図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図、第５図は音叉状水晶片（センサ素子）の概略の外観図である。
【０００４】
角速度センサは音叉状水晶片（センサ素子）１をＩＣチップ２とともに容器本体３に収容し、カバー４を被せて密閉封入してなる。音叉状水晶片１は結晶軸（ＸＹＺ）の長手方向をＹ軸として、幅方向をＸ軸、厚み方向をＺ軸とし、音叉基部５から長手方向に一対の音叉腕６（ａｂ）が延出する。音叉基部５は下端側の第１基部５ａと上端側の第２基部５ｂと両者間のくびれ部５ｃからなる。なお、音叉状水晶片１は±Ｘ軸を逆向きとした２枚の水晶片１Q1、１Q2の直接接合から、あるいは単板からなる。
【０００５】
一対の音叉腕６（ａｂ）には少なくとも音叉振動を誘起する駆動電極Ｄ及びコリオリの力による電荷を検出するセンサ電極Ｓを有する。ここでは、これら以外に、音叉振動の振幅を一定にするモニタ電極Ｍが形成される。これらの駆動電極Ｄ、センサ電極Ｓ及びモニタ電極Ｍからは図示しない導電路を経て第１基部５ａの一主面に引出端子１４が形成される。
【０００６】
音叉基部５の他主面は容器本体３の段部９となる独立した音叉用台座７に予め固着される。但し、振動変位が抑制された音叉基部５の第１基部５ａが音叉用台座７の一端側から離間して固着される。そして、斜め振動を抑制する図示しない切欠部を音叉腕６（ａｂ）の少なくともいずれか一方の長手方向の稜線部に設ける。
【０００７】
さらに、音叉腕６（ａｂ）の先端側に設けた図示しない金属膜をレーザ照射によって削り取り、音叉振動の振動周波数を調整する。その後、音叉用台座７の一端側の側面を凹状とした容器本体３の一端側の内周に当接あるいは接近させて位置決めし、容器本体３の内底面に音叉用台座７を固着する。
【０００８】
ＩＣチップ２は一対の音叉腕６（ａｂ）による音叉振動を駆動する発振回路や、コリオリの力によって得られるセンサ電極の電荷を処理して角速度としてのセンサ信号を出力する信号処理回路を集積化してなる。そして、音叉状水晶片１の音叉用台座７が固着される前に、容器本体３の底面に固着される。
【０００９】
ＩＣチップ２と音叉状水晶片１の音叉用台座７とを容器本体３の内底面に固着した後、駆動電極、センサ電極及びモニタ電極の各引出端子１４及びＩＣチップ２の回路機能面に露出した電源、出力、アース等のＩＣ端子をワイヤーボンディングによって導出する。例えばワイヤーボンディングによる金線８の一端を引出端子１４及びＩＣ端子に接続し、金線８の他端を容器本体３の長手方向に沿った段部９に接続する。
【００１０】
これらにより、各引出端子１４はＩＣチップ２に電気的に接続する。容器本体３の外底面にはＩＣ端子と電気的に接続した表面実装用の図示しない外部端子を有する。容器本体３の開口端面にはシーム溶接等によって金属カバー４が接合され、センサ素子としての音叉状水晶片１とＩＣチップ２とが密閉封入される。
【００１１】
このような構成の角速度センサは搭載体（自動車等）の所定位置に固定される。例えば自動車の進行方向（直進方向）にセンサ素子（音叉状水晶片１）のＺ軸方向を一致させ、Ｙ軸方向を直立させる。これにより、進行方向が円弧状に回転したときのコリオリの力によって生ずる電荷を検出して、自動車の回転角度を計測する。
【特許文献１】特開２００６−２０８０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の角速度センサでは、音叉状水晶片１の配置状態によって検出精度が悪化する問題があった。すなわち、角速度センサは音叉状水晶片１のＺ軸方向を進行方向として、Ｙ軸方向を直立して搭載体に固定する必要がある。この場合、音叉状水晶片１のＹ軸方向は容器本体３の長手方向として認識され、容器本体３を直立させることによってＹ軸方向が直立したとみなす。
【００１３】
しかし、容器本体３内における音叉状水晶片１のＹ軸方向が必ずしも容器本体３の長手方向となるとは限らない。これは、音叉状水晶片１の音叉基部５を音叉用台座７に固着する際、熱硬化型とした接着剤の溶融時からの硬化時における収縮等によって位置精度が微妙に変化すること起因する。
【００１４】
これらの場合、Ｙ軸方向が直立方向からずれることによって、Ｘ軸方向やＺ軸方向での角速度までが検出されて、Ｙ軸方向での角速度に検出誤差を生じる。したがって、角速度センサのＹ軸方向での検出精度を悪化させる問題があった。
【００１５】
（発明の目的）
本発明はセンサ素子としての音叉状水晶片の配置精度を確実にして、角速度の検出精度を高めた角速度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、少なくとも一対の音叉腕が音叉基部から長手方向に延出した音叉状水晶片を有し、前記音叉腕には音叉振動を励振する駆動電極とコリオリの力に基づいた電荷を検出するセンサ電極とを有し、前記音叉基部の一主面には前記駆動電極及び前記センサ電極から延出した引出端子を有するセンサ素子を備え、前記音叉基部を平面視矩形状とした容器本体の長手方向の一端側の音叉用台座に固着して、前記引出端子をワイヤーボンディングによって導出してなる角速度センサにおいて、前記音叉基部には第１嵌合部を設けて前記音叉用台座には第２嵌合部を設け、前記第１嵌合部と前記第２嵌合部とを嵌合して、前記音叉状水晶片と前記容器本体との長手方向を一致させた構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
このような構成であれば、第１嵌合部と第２嵌合部との嵌合によって、音叉状水晶片と容器本体との長手方向を一致させるので、音叉状水晶片の容器本体に対する位置決めを確実にして角速度の検出精度を高められる。
【００１８】
（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記第１嵌合部は前記音叉基部の底面に厚み方向に形成された少なくとも２本以上の溝とし、前記第２嵌合部は前記音叉用台座に設けられて前記溝に対応した突起であるとする。
【００１９】
これによれば、音叉基部５の底面に設けた厚み方向の２本以上とした溝（第１嵌合部））を音叉用台座７の突起（第２嵌合部）に嵌合すればよいので、例えば音叉主面に溝を設けた場合に比較し、位置決め作業を容易にする。
【００２０】
同請求項３では、請求項２において、前記第１嵌合部としての前記溝は前記音叉基部の厚み方向を横断する。これにより、音叉基部の主面から溝の位置を視認できるので、位置決め作業をさらに容易にする。
【００２１】
同請求項４では、請求項１において、前記第１嵌合部は前記音叉基部の底面に厚み方向を横断して形成された少なくとも２本以上の溝とし、前記第２嵌合部は前記音叉用台座の一端側の側面に厚み方向を横断して形成されて前記溝に対応した溝であるとする。
【００２２】
これによれば、第１嵌合と第２嵌合部とはいずれも溝とするので、例えば治具としての位置決棒に嵌合すれば、音叉状水晶片を音叉用台座に確実に位置決めできる。
【００２３】
同請求項５では、請求項１において、前記音叉用台座は前記容器本体とは独立して形成され、前記音叉状水晶片の音叉基部を前記音叉用台座に固着した後、前記容器本体の一端側に固着される。これにより、音叉用台座に音叉基部を固着した後、機械加工によって音叉腕の稜線部に斜め振動を抑制する切欠部を形成できる。
【００２４】
同請求項６では、請求項１において、前記音叉用台座は前記容器本体の一端側に一体的に設けられた段部とし、前記音叉基部は前記音叉用台座としての段部に直接に固着される。これにより、容器本体に対する音叉用台座の位置決め精度を高められる。
【００２５】
同請求項７では、請求項１、２、３又は４において、前記音叉基部は底面側の第１基部と音叉腕側の第２基部と両者間のくびれ部とからなり、前記第１嵌合部は前記第１基部に設けられる。これにより、第１基部は音叉振動の変位を抑制されるので、第１嵌合部を設けても振動特性に与える影響を殆ど無視できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施形態）
第１図は本発明の第１実施形態を説明する角速度センサの図で、同図（ａ）は音叉状水晶片の平面図、同図（ｂ）は音叉用台座の平面図、同図（ｃ）は音叉状水晶片を音叉用台座に固着して一体化した平面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
【００２７】
角速度センサは前述したようにセンサ素子としての音叉状水晶片１とＩＣチップ２とを容器本体３に収容し、シーム溶接等による金属カバー４を被せて密閉封入される。ＩＣチップ２は発振回路や信号処理回路を集積化し、容器本体３の内底面に固着され、ワイヤーボンディングによよってＩＣ端子が導出され、容器本体３の長手方向に沿った段部９の回路端子に接続する。
【００２８】
音叉状水晶片１は、一対の音叉腕６（ａｂ）が音叉基部５から長手方向（Ｙ軸方向）に延出する。音叉腕６（ａｂ）には音叉振動を励振する駆動電極、コリオリの力に基づいた電荷を検出するセンサ電極、及びここでもモニタ電極を有する。そして、これらの電極から延出した引出端子１４を音叉基部５の下端側となる第１基部５ａの一主面に有し、第１基部５ａの他主面が音叉用台座７に固着される（前第４図及び第５図参照）。
【００２９】
ここでは、音叉基部５の第１基部５ａに第１嵌合部１０（ａｂ）を設け、音叉用台座７には第２嵌合部１１（ａｂ）を設ける。第１嵌合部１０（ａｂ）は音叉基部５（第１基部５ａ）の底面に厚み方向（Ｚ軸方向）を横断する２本の溝からなる。溝はフォトリソグラフィー（写真印刷技術）を用いたエッチングによる水晶ウェハからの音叉状水晶片１の外形加工時に一体的に形成される。
【００３０】
第２嵌合部１１（ａｂ）は音叉基部５の第１嵌合部１０（ａｂ）としての２本の溝に対応して、音叉用台座７の一端側の表面に２個の突起が設けられる。音叉用台座７はここではセラミックとして、例えばセラミックの印刷によって突起が形成される。あるいは、積層セラミックによって突起が設けられる。これらの場合でも、セラミックシートで一体的に形成した後、個々の音叉用台座７に分割される。
【００３１】
そして、音叉用台座７の表面に図示しない接着剤を塗布して、音叉状水晶片１の第１基部５ａに設けた溝の底を音叉用台座７の突起に当接（位置決め）する。この場合、音叉基部５の底面は音叉用台座７の一端側から内側に離間する。そして、加熱によって接着剤を硬化させる。
【００３２】
その後、前述のように斜め振動を抑制する図示しない切欠部を設けるとともに、振動周波数を調整する。そして、第１基部５ａの固着された音叉用台座７の一端側の側面を容器本体３の一端側の内周に当接あるいは接近させて、音叉用台座７の裏面を内底面に固着する。
【００３３】
このような構成であれば、音叉基部５（第１基部５ａ）の底面に設けた溝を音叉用台座７の突起に嵌合して接着剤を硬化すればよいので、位置決めを確実にする。したがって、音叉用台座７の一端側を容器本体３の内周に当接あるいは接近すれば、音叉状水晶片１の長手方向（Ｙ軸方向）を容器本体３の長手方向に一致できる。
【００３４】
これにより、搭載体（自動車等）に対して、容器本体３の長手方向を基準として搭載すれば、音叉状水晶片１のＹ軸方向（長手方向）を例えば直立方向に確実に設定できる。これらの場合、音叉状水晶片１が小さくなって、例えば長手方向が３．７ｍｍ、幅方向が０．９４ｍｍ、厚み方向が０．２４ｍｍとなって角速度センサが小型になるほど効果は大きくなる。
【００３５】
なお、音叉基部５（第１基部５ａ）の底面には厚み方向を横断する溝としたが、例えば他主面側から厚み方向の一部に設けて凹状としてもよい。さらに、音叉基部５の底面のみならず、第１基部５ａの主面に貫通孔や穴等の溝を設けて第１嵌合部１０（ａｂ）として、音叉用台座７の第２嵌合部１１（ａｂ）としての突起に嵌合することもできる。
【００３６】
（第２実施形態）
第２図は本発明の第２実施形態を説明する角速度センサの図で、同図（ａ）は音叉状水晶片の平面図、同図（ｂ）は音叉用台座の平面図、同図（ｃ）は音叉状水晶片を音叉用台座に固着して一体化した平面図である。なお、第１実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。
【００３７】
第２実施形態では、音叉基部５（第１基部５ａ）の底面のみならず、音叉基部５の第１嵌合部１０（ａｂ）としての溝に対応して、音叉用台座７の一端側の側面にも、厚み方向を横断する第２嵌合部１１（ａｂ）として２本の溝を設ける。この場合、音叉基部５の溝は音叉用台座７の溝よりも短くする。
【００３８】
このようなものでは、音叉用台座７に接着剤を塗布して、例えば治具としての加工板１２上の位置決棒１３（ａｂ）に、先ず、音叉用台座７の第２嵌合部１０（ａｂ）としての溝を嵌合する。次に、音叉状水晶片１（音叉基部５の第１基部５ａ）の第１嵌合部１０（ａｂ）としての溝を位置決棒１３（ａｂ）に嵌合する。最後に、接着剤を加熱硬化して、音叉状水晶片１の音叉基部５（第１基部５ａ）を音叉用台座７に固着する。位置決棒１３（ａｂ）は音叉基部５と音叉用台座７との固着後に外される。
【００３９】
これにより、音叉状水晶片１の底面を音叉用台座７の一端側から内側に離間させて、確実に位置決めして固着できる。その後、容器本体３の一端側の内周に音叉用台座７の一端側の側面を当接あるいは接近して、音叉用台座７を容器本体３の内底面に固着する。したがって、第２実施形態においても、容器本体３と音叉状水晶片１との長手方向を確実に一致させることができて、角速度の検出精度を高められる。
【００４０】
（第３実施形態）
第３図は本発明の第３実施形態を説明する角速度センサの図で、同図（ａ）は容器本体の平面図、同図（ｂ）は断面図、同図（ｃ）は音叉状水晶片を音叉用台座に固着して一体化した平面図である。
【００４１】
第１及び第２実施形態では音叉用台座７は容器本体３とは独立して形成し、音叉状水晶片１を固着した後、容器本体３の内底面に固着したが、第３実施形態では容器本体３の一端側に音叉用台座としての段部９を予め容器本体３の一端側に形成する。
【００４２】
そして、この例では、段部を形成する最上位層のセラミックに、内周に突出した第２嵌合部１１（ａｂ）としての突起を設ける。そして、音叉状水晶片１（第１基部６ａ）の底面に設けた第１嵌合部１０（ａｂ）としての溝１０（ａｂ）を、第２嵌合部１１（ａｂ）として突起に嵌合する。
【００４３】
このような構成であれば、容器本体３の一端側の内周に第２嵌合部１１（ａｂ）としての突起を予め設けるので、第１及び第２実施形態での音叉用台座７を容器本体３の一端側に固着する際の位置ずれを防止できる。したがって、容器本体３に対する音叉状水晶片１の位置決精度をさらに高められる。
【００４４】
なお、これらの場合、斜め振動を抑制する切欠部を音叉腕６（ａｂ）の稜線部に機械的な研削による切欠部を形成することが困難になる。したがって、切欠部を形成する場合はレーザ等によっての加工となる。また、切欠部を形成する必要がない場合は有用となる。
【００４５】
（他の事項）
上記実施形態では容器本体３には音叉状水晶片１とともにＩＣチップ２を収容したが、音叉状水晶片１のみを収容した場合でも同様に適用できる。また、音叉状水晶片１の音叉腕６（ａｂ）は一対としたが、例えば３本以上であってもよい。また、音叉状水晶片１の音叉基部５は第１と第２基部５（ａｂ）及びくびれ部５ｃから形成したが、音叉基部５が十分に長くて振動漏れが抑制されている場合はこの限りではない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態を説明する角速度センサの図で、同図（ａ）は音叉状水晶片の平面図、同図（ｂ）は音叉用台座の平面図、同図（ｃ）は音叉状水晶片を音叉用台座に固着して一体化した平面図である。
【図２】本発明の第２実施形態を説明する角速度センサの図で、同図（ａ）は音叉状水晶片の平面図、同図（ｂ）は音叉用台座の平面図、同図（ｃ）は音叉状水晶片を音叉用台座に固着して一体化した平面図である。
【図３】本発明の第３実施形態を説明する角速度センサの図で、同図（ａ）は容器本体の平面図、同図（ｂ）は断面図、同図（ｃ）は音叉状水晶片を音叉用台座に固着して一体化した平面図である。
【図４】一従来例を説明する角速度センサの図で、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図である。
【図５】一従来例を説明する音叉状水晶片（センサ素子）の概略の外観図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  音叉状水晶片（センサ素子）、２  ＩＣチップ、３  容器本体、４  カバー、５  音叉基部、６  音叉腕、７  音叉用台座、８  金線、９  段部、１０  第１嵌合部、１１  第２嵌合部、１２  加工板、１３  位置決棒、１４  引出端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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