(57)【要約】【課題】高精度で、しかも単一部品で、回路基板に対して３次元方向で所定の角度で実装できる加速度センサの実装構造を提供する。【解決手段】固定電極１１を中央に、左右にそれぞれスペーサを挟んで可動電極１４、１５を配置し、それらの外方にさらにスペーサを挟んでガード電極１８、１９を配置して、それぞれの中央部に形成された穴に、ポスト２１の第１軸部２１１を通しナット２３で固定する。回路基板３１の穴部３１２にリング状の支持部材３２を半田づけで固定する。支持部材３２の貫通穴にポスト２１の第２軸部を通しナット３３で固定する。したがって、回路基板３１に対する支持部材３２の取り付け角度を変更するだけで、部品交換なく、加速度の検出軸を変更できる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取り付け部材に固定電極と可動電極とを所定の間隔をもって、固定電極に対して可動電極の可動部が変位可能に取り付けて形成される加速度センサの回路基板への実装構造において、
前記回路基板に固定されるリング状の支持部材を有し、
前記取り付け部材は軸部を備え、
前記回路基板は前記支持部材を受容する穴部を有し、
前記支持部材は、外周面が軸方向で最大径を含む球面形状またはそれに準ずる形状に形成され、軸方向が前記回路基板に対して所定の角度で、前記回路基板に固定され、
前記支持部材の貫通穴に前記取り付け部材の軸部を通すことによって、前記加速度センサを前記回路基板に実装することを特徴とする加速度センサの実装構造。
【請求項２】
前記加速度センサは、前記固定電極の両側にそれぞれ可動電極が配置されて形成されることを特徴とする請求項１記載の加速度センサの実装構造。
【請求項３】
前記回路基板の両側の前記穴部周縁に、前記穴部の穴壁に延びる半田づけ可能なパターンが形成され、
前記支持部材は、前記パターンへの半田づけによって前記回路基板に固定されることを特徴とする請求項１または２記載の加速度センサの実装構造。
【請求項４】
前記可動電極は、前記取り付け部材と前記支持部材および前記パターンを介して前記回路基板上の電子回路に電気接続されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の加速センサの実装構造。
【請求項５】
前記取り付け部材は、基部から前記軸部を伸ばすとともに、該基部から前記軸部と反対方向に同軸に延びる連結部を備え、
前記加速度センサは、
前記固定電極を中央に、両側にそれぞれスペーサを介して可動電極を配置し、前記可動電極の外方にさらにスペーサを介してガード電極を配置して、前記固定電極、可動電極およびガード電極の中央にそれぞれ穴が形成され、該穴に前記連結部を通し固定して形成され、
前記支持部材の貫通穴に前記取り付け部材の軸部を通して固定することによって、前記加速度センサを回路基板に実装し、
前記加速度センサの前記回路基板に対する前記支持部材の軸方向の角度を、車両に取り付けた状態で、重力と垂直でかつ車両の前後方向の軸と平行となるように設定したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の加速度センサの実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板へ実装される加速度センサの実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平０９−２３６６１６号公報
カーナビゲーション装置への精度向上要求に伴い、従来のＧＰＳによる位置情報に加え、車両のタイヤ回転速度からの速度情報および加速度センサからの加速度情報を基に総合的に判断し、位置精度の向上に対応してきている。
【０００３】
より具体的には、車両の走行距離、走行方向を測定し、地図情報を参照して自車位置を特定するが、勾配のある走行路では、実際の走行距離を水平面に投影しないと誤差が生じる。しかし、加速度情報を用いることによって、走行路の勾配を検出でき、水平面での走行距離を演算し、自車位置を正確に特定することが可能になる。
【０００４】
また、複数の走行路が近接して平行に存在する場所では、走行している走行路の勾配を検出することによって、どの走行路に進入するかを判別することができる。こうした演算および判別には、正確な車両の前後方向の加速度を検出する必要があるから、加速度センサの検出軸を重力と垂直でかつ車両の前後方向に正確に一致させる必要がある。
【０００５】
一方、カーナビゲーション装置の高機能化とともに小型化も進み、この結果、車両での設置自由度が増加し、例えば座席の下の床面やセンタコンソール内など多様となってきている。このため、座席の下の床面に設置する場合は、床面はほぼ水平になっているから、カーナビゲーション装置がほぼ水平に取り付けられるのに対して、センタコンソールに設置する場合には、取り付け面が傾斜している場合が多く、カーナビゲーション装置も傾斜した状態で取り付けられ、加速度センサの検出軸がずれることが問題となってきた。
【０００６】
その対策として、加速度センサをブラケットを介して回路基板に取り付け、回路基板に対するブラケットの取り付け角度を調整することによって、取り付け場所や車種に対応させる方法が利用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブラケットを設けることによって、加速度センサと回路基板が離れ、加速度センサとブラケット間、ブラケットと回路基板間の累積誤差によって取り付け精度が低下してしまうという問題がある。
また、ブラケットは、平面内の調整しかできないから、加速度センサの調整も平面内でしか行えない。このため、垂直面だけでなく水平面での調整も必要となる３次元的な調整に対しては、対応できなかった。
【０００８】
また、回路基板に対して検出方向を傾斜させることを可能として、特開平０９−２３６６１６号公報においては、加速度センサチップをリードフレーム上に取り付け、リードフレームの曲げ具合で、回路基板に取り付けたとき、回路基板に対して検出方向を傾斜させる加速度センサの取り付け技術が提供されているが、上記ブラケットを用いる方法と同様に、平面内での調整しかできない問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、高精度で、回路基板に対して検出方向を３次元方向で調整可能な加速度センサの実装構造を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１記載の発明は、取り付け部材に固定電極と可動電極とを所定の間隔をもって、固定電極に対して可動電極の可動部が変位可能に取り付けて形成される加速度センサの回路基板への実装構造において、前記回路基板に固定されるリング状の支持部材を有し、前記取り付け部材は軸部を備え、前記回路基板は前記支持部材を受容する穴部を有し、前記支持部材は、外周面が軸方向で最大径を含む球面形状またはそれに準ずる形状に形成され、軸方向が前記回路基板に対して所定の角度で、前記回路基板に固定され、前記支持部材の貫通穴に前記取り付け部材の軸部を通すことによって、前記加速度センサを前記回路基板に実装するものとした。
回路基板に対して軸方向が、所定の角度で、支持部材を回路基板に固定することができるから、検出軸を回路基板に対して所定の角度で、加速度センサを回路基板に実装することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記加速度センサが、前記固定電極の両側にそれぞれ可動電極が配置されて形成されるものとした。
これによって、差分方式で加速度を検出する加速度センサも傾斜した状態で、回路基板に実装することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記回路基板の両側の前記穴部周縁に、前記穴部の穴壁に延びる半田づけ可能なパターンが形成され、前記支持部材は、前記パターンへの半田づけによって前記回路基板に固定されるものとした。
これによって、支持部材を簡単に回路基板に固定することができるとともに、支持部材が加速度センサと回路基板上の電子回路間の電気接続の役割を果すことが可能になる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記可動電極が、前記取り付け部材と前記支持部材および前記パターンを介して前記回路基板上の電子回路に電気接続されるものとした。
これによって、可動電極が、配線なしで回路基板上の電子回路に接続することが可能になる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記取り付け部材が、基部から前記軸部を伸ばすとともに、該基部から前記軸部と反対方向に同軸に延びる連結部を備え、前記加速度センサは、前記固定電極を中央に、両側にそれぞれスペーサを介して可動電極を配置し、前記可動電極の外方にさらにスペーサを介してガード電極を配置して、前記固定電極、可動電極およびガード電極の中央にそれぞれ穴が形成され、該穴に前記連結部を通し固定して形成され、前記支持部材の貫通穴に前記取り付け部材の軸部を通して固定することによって、前記加速度センサを回路基板に実装し、前記加速度センサの前記回路基板に対する前記支持部材の軸方向の角度を、車両に取り付けた状態で、重力と垂直でかつ車両の前後方向の軸と平行になるように設定したものとした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態について説明する。
図１は、ユニット部品として回路基板に実装される加速度センサの分解斜視図である。このユニット部品は、カーナビゲーション装置を始め、搭載される装置の基板に取り付けて使用される。
固定電極１１を中央に、左右にそれぞれスペーサ１３、１２を挟んで可動電極１５、１４を配置し、可動電極１５、１４の外方にさらにスペーサ１７、１６を挟んでガード電極１９、１８を配置し、それぞれの中央部には穴が形成されている。
取り付け部材としてのポスト２１が、中央に基部２１３を有し、基部の両端面から外方に同じ軸方向に延びる第１軸部２１１、第２軸部２１２を備える。
その第１軸部２１１は、上記配置された各部材の穴に通され、皿ばね２２を間に入れてナット２３によって固定する。
これによってセンサモジュール１が構成される。このセンサモジュール１の検出軸はポスト２１の軸方向となる。
ベース３５に取り付けられる回路基板３１上に円形の穴部３１２が形成され、この穴部３１２にリング状の支持部材３２を回路基板３１に対して垂直あるいは傾斜させた状態で半田づけによって固定する。
センサモジュール１は、ポスト２１の第２軸部２１２を支持部材３２内の貫通穴に通しナット３３で固定することによって、回路基板３１に固定される。
このようにセンサモジュール１を取り付けた回路基板３１をベース３５に接着剤で固定し、さらにケース３４でカバーすると、ユニット部品としての加速度センサが得られる。
【００１５】
図２は、固定電極１１の構成を示す図である。
図２の（ａ）は表面図で、（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図である。
固定電極１１は、中央にポスト２１の第１軸部２１１に対応させた穴１１２を有するセラミックス基板１１３上に、導電性パターンを表面と裏面にそれぞれ形成している。
【００１６】
導電性パターンは、穴１１２の周囲に形成されるパターン１１４とパターン１１４を囲むように形成されたパターン１１１からなる。
パターン１１１は、可動電極１４および可動電極１５との静電容量を検出する電極として、下部隅でリード線１１１ａ、１１１ｂに接続されている。パターン１１４は、スペーサ１２、１３の受け面を形成しており、パターン１１１と電気的に絶縁している。
【００１７】
図３は、可動電極１４および可動電極１５の構成を示す図である。
可動電極１４、１５は、同一の形状および構造を有しており、以下では、可動電極１４についてその構成を説明する。
可動電極１４は、中央に穴１４１が形成された金属円盤に、要求される性能に応じてエッチングによって複数本の円弧状のスリット１４４を形成して構成される。例えば要求されるスリット数が３本の場合、３本の円弧状のスリット１４４は、可動電極１４の半径方向の約中間部に、互いに所定の間隔を持って円周方向において１２０度ずらして形成されている。中間部にスリット１４４を設けることによって、スリット１４４の内側の固定部１４２をポスト２１に固定したとき、同様にポスト２１に固定された固定電極１１に対して、スリット間のエッチングされなかった部分がばねとなり、外側の可動部１４３が軸方向に変位可能になる。
【００１８】
上記のように形成された固定電極１１および可動電極１４、１５は、図４に示すように、固定電極１１を中央にスペーサ１３、１２を挟んで可動電極１５、１４を配置し、可動電極１５、１４の外方にさらに、スペーサ１７、１６を挟んでガード電極１９、１８を配置し、皿ばね２２とナット２３によって、ポスト２１の軸部２１１に取り付けるから、可動電極１５と固定電極１１の対向面にあるパターン１１１の間に、その間の距離に対応した静電容量が生成される。
また、可動電極１４と固定電極１１の対向面にあるパターン１１１の間に、その間の距離に対応した静電容量が生成される。
【００１９】
可動電極１４、１５は、ポスト２１に固定される固定部１４２に対して変位可能な可動部１４３を有しているから、ポスト２１の軸方向から加速度を受けると、軸方向に可動電極１５、１４の可動部１４３が変位し、したがって固定電極１１のパターン１１１と可動部１４３間の静電容量Ｃ１、Ｃ２が変化する。この静電容量を測ることによって加速度を検出することができる。
【００２０】
上記ポスト２１は、可動電極１５、１４に電気的に接続された共通の端子として用いられ、この共通の端子と固定電極１１のリード線１１１ａ、１１１ｂから配線を引き出して、静電容量Ｃ１、Ｃ２を測ることが可能になる。
なお、固定電極１１と可動電極１５、１４の間のスペーサ１３、１２は、初期静電容量を調整するものである。
可動電極１５、１４の外方にあるスペーサ１７、１６およびガード電極１９、１８は、外部からの接触による可動電極の変形を防ぎ、可動電極と同電位とすることにより、ガード電極と可動電極との静電容量発生を防いでいる。
【００２１】
図５は、センサモジュール１が回路基板３１に実装された状態を示す図であり、（ａ）は垂直方向の取り付け状態を示し、（ｂ）は水平方向の取り付け状態を示している。
回路基板３１の穴部３１２にリング状の支持部材３２が、カーナビゲーション装置を車両に取り付けた状態のケースの底面の傾斜具合に合わせて、回路基板３１の垂直方向に対して角度θＶ、水平方向に対しては角度θＨだけ傾斜して半田づけで固定される。支持部材３２の貫通穴に上記ポスト２１の第２軸部２１２を通しナット３３によってセンサモジュール１を回路基板３１に固定する。このように、センサモジュール１の軸方向が、回路基板３１の垂直方向に対して角度θＶ、水平方向に対して角度θＨで傾斜しているため、重力と垂直でかつ車両の前後方向に加速センサの検出軸を合わせることができる。
【００２２】
図６は、支持部材３２を示す図である。図６の（ａ）は断面図で、（ｂ）は正面図である。
支持部材３２は、リング状で、中心に貫通穴３２１を有する。外周面は軸方向の中央部を最大径とし、両端部にいく程、径が小さい斜面に形成されている。これによって、支持部材３２は、回路基板３１の穴部３１２内で、３次元方向で所定の範囲内で任意の角度に配置することができる。
したがって、センサモジュール１の回路基板３１に対しての取り付け角度も３次元方向で所定の範囲内で任意になる。
なお、支持部材３２の外周面としては、最大径を含む球体形状に形成してもよい。
【００２３】
支持部材３２を回路基板３１に取り付けるに当たっては、図７に示す治具が用いられる。
図７の（ａ）は、治具の斜視図で、（ｂ）はＸ方向から見た図で、（ｃ）はＹ方向から見た図である。
治具４０は、（ａ）に示すように、板状ベースの中央に回路基板３１を配置可能な凹部４０２が形成され、凹部４０２の中央にさらに支持部材３２を配置可能な円形の凹部４０３が形成されている。凹部４０３の中央に、支持部材３２の貫通穴３２１に通す棒４０１が傾斜して取り付けられている。棒４０１のベースに対するＹ方向における垂直線からの傾斜角度θＶおよびＸ方向における垂直線からの傾斜角度θＨは、例えば車両に取り付けられた状態でのカーナビゲーション装置内の加速度センサの検出軸が重力に垂直でかつ車両の前後方向と一致するように合わせてある。
【００２４】
凹部４０３の深さは、支持部材３２の軸方向長さの約半分で、支持部材３２を凹部４０３に設置したとき、略半分が、凹部４０２に露出するようになっている。これによって、凹部４０２に回路基板３１を配置すると、支持部材３２が厚さ方向で、回路基板３１の中央部に位置し、図８の（ｂ）に示すように、略中央部で、支持部材３２を回路基板３１に固定することができる。
【００２５】
回路基板３１は、図８の（ａ）に示すように、穴部３１２の周縁に電子回路に接続される円形のパターン３１１が形成され、パターン３１１は、穴部３１２の穴壁まで延びている。支持部材３２は金メッキされ、上記治具４０に取り付けた状態で、半田づけによって回路基板３１に固定されるとともに、パターン３１１を介して回路基板３１上の電子回路に接続する。
【００２６】
図９は、回路基板３１に設けられている加速度の検出回路を示す図である。
所定の周波数で発振する発振器２からの信号がセンサモジュール１に入力される。センサモジュール１では支持部材３２およびポスト２１を介して、可動電極１５、１４に入力される。このとき、加速度に応じて可動電極１５と固定電極１１１間の静電容量Ｃ１、および可動電極１４と固定電極１１間の静電容量Ｃ２が変化するから、検出回路３ではその差分量に対応する微分信号を発生させ、この微分信号をさらに半波整流や、増幅処理を行って、出力端子ＯＵＴ１から、加速度に対応する電圧信号を得ることができる。
なお、図中、Ｓ１、Ｓ２は、図２に示した固定電極１１１のリード線１１１ａ、１１１ｂに対応し、Ｓ３は共通端子としてのポスト２１に対応している。
【００２７】
本実施例は、以上のように構成され、センサモジュール１を支持部材３２を介して回路基板３１に実装するから、回路基板３１における支持部材３２の取り付け角度によって、加速度の検出方向を回路基板３１に対して３次元的に傾斜してセンサモジュール１を実装することができる。
【００２８】
支持部材３２は、半田づけによって回路基板３１上に固定されるから、簡単で、しかも高精度に回路基板３１に固定することができる。また回路基板３１における傾斜角度の変更は、治具４０内の棒４０１の角度を変更するだけで、行うことができるから、単一部品で、複数の傾斜角に対応することが可能になる。
また、支持部材３２は、回路基板３１上の電子回路とセンサモジュール１とを電気的に接続するから、回路基板３１への電気接続が簡単になる。とくに、可動電極１４、１５とガード電極１８、１９と電子回路の接続は、配線なしで接続可能になる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、請求項１記載の発明によれば、支持部材を所定の方向と角度で、傾斜した状態で回路基板に固定することができるから、加速度センサを回路基板に対して所定の角度に傾斜した状態で実装することができる。
これによって、同じ支持部材で、複数の傾斜角に対応可能である。また累積誤差がないので、ブラケットなどに比べて高い取り付け精度を得ることが可能になる。
【００３０】
請求項２記載の発明によれば、差分方式で加速度を検出する加速度センサも傾斜した状態で、回路基板に実装することができるから、使用可能な範囲が広がる。
【００３１】
請求項３記載の発明によれば、支持部材は、半田づけによって回路基板に固定されるから、支持部材を簡単に回路基板に固定することができるとともに、支持部材が加速度センサと回路基板上の電子回路間の電気接続の役割を果すことが可能になる。電気接続が簡単になる効果が得られる。
【００３２】
請求項４記載の発明にれば、可動電極が、取り付け部材と支持部材およびパターンを介して回路基板内の電子回路に電気接続されるから、可動電極が配線なしで回路基板上の電子回路に接続することが可能になる。
【００３３】
請求項５記載の発明によれば、加速度センサがカーナビゲーション装置などに使用される場合、回路基板に対する支持部材の軸方向の角度を、車両に取り付けた状態で、重力と垂直かつ車両の前後方向の軸と平行となるように設定するようにしたから、調整なしで車両の進行方向の加速度を正確に検出可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ユニット部品として回路基板に実装される加速度センサの分解斜視図である。
【図２】固定電極の構成を示す図である。
【図３】可動電極の構成を示す図である。
【図４】センサモジュールを構成する各部材の働きの説明図である。
【図５】センサモジュールを回路基板に実装した状態を示す図である。
【図６】支持部材の構成を示す図である。
【図７】支持部材を回路基板に取り付けるための治具を示す図である。
【図８】回路基板における支持部材の取り付けの説明図である。
【図９】回路基板に設けられている加速度の検出回路を示す図である。
【符号の説明】
１        センサモジュール
２        発振器
３        検出回路
１１      固定電極
１２、１３、１６、１７      スペーサ
１４、１５      可動電極
１８、１９      ガード電極
２１      ポスト（取り付け部材）
２２      皿ばね
２３      ナット
３１      回路基板
３２      支持部材
３３      ナット
３４      ケース
３５      ベース
４０      治具
４０１      棒
４０２、４０３      凹部
１１２、１４１      穴
１１１、１１４      パターン
１１１ａ、１１１ｂ      リード線
１１３      セラミックス基板
１４２      固定部
１４３      可動部
１４４      スリット
２１１      第１軸部（連結部）
２１２      第２軸部（軸部）
２１３      基部
３１１      パターン
３１２      穴部
３２１      貫通穴
【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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【図６】
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【図７】
2004170317.tif 000009
【図８】
2004170317.tif 000010
【図９】
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