(57)【要約】【課題】本発明は、角速度センサを実装するシステムとしての信頼性の向上した角速度センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】そして、この目的を達成するために、本発明の角速度センサは、ケース７０における電源電極７６、ＧＮＤ電極７７および出力電極７８の各々を取り囲むとともに、相手側実装基板９２におけるランド９３と対向しない箇所に位置してダミー電極８０を設ける構成とすることにより、電気的に接続されたシステムとしての信頼性が向上した角速度センサを提供する。【選択図】図２
2013205155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電極および検出電極を設けた振動子と、この振動子における検出電極から出力される出力信号を処理するＩＣと、前記振動子およびＩＣを内側に収納するとともに、前記振動子における駆動電極および検出電極と電気的に接続された端子電極を設け、かつ外底面に電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極を設け、さらに前記端子電極と電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極とを電気的に接続する配線パターンとを設けたケースとを備え、前記ケースにおける電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極の各々を取り囲むとともに、相手側実装基板におけるランドと対向しない箇所に位置してダミー電極を設けた角速度センサ。
【請求項２】
ダミー電極を、ドーナツ形状とした請求項１記載の角速度センサ。
【請求項３】
ダミー電極を、前記電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極と電気的に接続しないように構成した角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に航空機・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ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の角速度センサは、図７〜図１１に示されるような構成を有していた。
【０００３】
図７は従来の角速度センサの分解斜視図、図８は同角速度センサの上面断面図、図９は同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は同角速度センサにおけるケースを上側から見た斜視図、図１１は同角速度センサにおけるケースを下側から見た斜視図である。
【０００４】
図７〜図１１において、２１は音叉形状の振動子である。３０はセラミックからなるケースで、このケース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を設けており、そしてこの多層回路基板３１の上面には、図１０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、前記第１の配線用電極３２と金あるいはアルミニウムからなるワイヤー線３４により電気的に接続されたＩＣ３５を設けるとともに、第２の配線用電極３３と電気的に接続されたコンデンサ３６を設けている。そして前記ＩＣ３５はケース３０の内側に収納されるとともに、振動子２１から出力される出力信号を処理するものである。また、前記ケース３０における多層回路基板３１の外底面には図１１に示すように、６つの銀からなるケース電極３７を設けるとともに、図１０に示すように、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を設けており、そしてこの側壁３８の上面にコバールからなる金属枠３９を設けている。さらに、前記ケース３０における内底面には図１０に示すように、段差部４０を設けており、かつこの段差部４０には、振動子２１を固着するとともに、第３の配線用電極４１を設けており、そしてこの第３の配線用電極４１は、ワイヤー線３４を介して振動子２１と電気的に接続している。４２は金属製の蓋で、この蓋４２はケース３０の開口部をケース３０の内側が真空雰囲気となるように封止している。４３は樹脂で構成した収納部で、この収納部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向きとなるように構成されている。またこの収納部４３には、前記ケース３０が収納されるとともに、一端が前記振動子２１と電気的に接続される少なくとも３つの端子４４の他端を一体に埋設している。４５は前記収納部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、かつ前記ケース３０を載置する載置部で、この載置部４５には前記端子４４の一端側を埋設するとともに、この載置部４５から前記端子４４の一端側の先端部４４ａを露出させている。
【０００５】
またケース３０を収納部４３における載置部４５に載置することにより、ケース３０におけるケース電極３７が載置部４５における端子４４の一端側の先端部４４ａに電気的に接続される。そしてまた端子４４の一端側の先端部４４ａはケース３０とも機械的に接続されているため、ケース３０は収納部４３に他端が一体に埋設された端子４４により周囲から支持される構成となっているものである。
【０００６】
また、収納部４３の外底面には、図９に示すように、６つの電極用凹部４６を設けており、そしてこの電極用凹部４６に、収納部４３に一体に埋設した端子４４の他端側の先端部を露出させることにより、電源電極４７、ＧＮＤ電極４８、出力電極４９および３つの固定用電極５０を設けている。そしてまた、前記６つの端子４４には、図８に示すように、略中央にそれぞれＺ形状の屈曲部４４ｂを設け、さらに、この屈曲部４４ｂによりＹ軸方向延出部５１およびＺ軸方向延出部５２を設けることにより、ケース３０が収納部４３に対してＸ軸方向に変位するように構成している。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５３を設けている。５４は金属製のカバーで、このカバー５４は、図９に示すように、開口部側に３つの係止爪５６を設け、かつこの係止爪５６を収納部４３における凹部５３でかしめ固定することにより、ＧＮＤ電位接続部５５を収納部４３の外底面に設けている。
【０００７】
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。
【０００８】
従来の角速度センサをセラミック基板からなる相手側基板（図示せず）に半田付けした後、振動子２１が固有振動数で屈曲運動させる。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、振動子２１のアームにＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、電荷からなる出力信号をワイヤー線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に入力し、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、端子４４における一端側の先端部４４ａ、端子４４、出力電極４９を介して、相手側のコンピューター（図示せず）に入力することにより、角速度を検出するものである。
【０００９】
ここで、角速度センサを小型化する場合を考えると、端子４４からなる支持構造を除去し、ケース３０におけるケース電極３７を相手側実装基板（図示せず）に直接に実装するものであった。
【００１０】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第０３／０４６４７９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の構成においては、角速度センサにおけるケース３０を相手側実装基板（図示せず）に実装する際に、リフロー半田（図示せず）がケース３０側に引き込まれ、ケース電極３７から外方に向かってはみ出すため、半田ボール（図示せず）が発生し、相手側実装基板上を転がることとなり、角速度センサを実装するシステムとしての信頼性が劣化してしまうという課題を有していた。
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、角速度センサを実装するシステムとしての信頼性の向上した角速度センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項１に記載の発明は、駆動電極および検出電極を設けた振動子と、この振動子における検出電極から出力される出力信号を処理するＩＣと、前記振動子およびＩＣを内側に収納するとともに、前記振動子における駆動電極および検出電極と電気的に接続された端子電極を設け、かつ外底面に電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極を設け、さらに前記端子電極と電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極とを電気的に接続する配線パターンとを設けたケースとを備え、前記ケースにおける電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極の各々を取り囲むとともに、相手側実装基板におけるランドと対向しない箇所に位置してダミー電極を設けたもので、この構成によれば、ケースにおける電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極の各々を取り囲むとともに、相手側実装基板におけるランドと対向しない箇所に位置してダミー電極を設けたため、ダミー電極により、発生した半田ボールをダミー電極の内側に封じこめることとなり、これにより、半田ボールが相手側実装基板上を転がることが無くなるから、角速度センサと電気的に接続されたシステムとしての、信頼性が向上するという作用効果を有するものである。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、ダミー電極を、ドーナツ形状としたもので、この構成によれば、ダミー電極を、ドーナツ形状としたため、電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極の各々を全周にわたって取り囲むことができることとなり、これにより、確実に、発生した半田ボールをダミー電極の内側に封じこめることができるという作用効果を有するものである。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、ダミー電極を、前記電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極と電気的に接続しないようにしたもので、この構成によれば、ダミー電極を、前記電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極と電気的に接続しないようにしたため、角速度センサを相手側実装基板にリフロー半田付けをする際に、相手側実装基板の溶融半田の熱が、電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極から配線パターンを介して、ダミー電極に伝導することが無くなり、これにより、ダミー電極から半田ボールが発生することがないから、角速度センサと電気的に接続されたシステムとしての信頼性が、さらに向上するという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の角速度センサは、駆動電極および検出電極を設けた振動子と、この振動子における検出電極から出力される出力信号を処理するＩＣと、前記振動子およびＩＣを内側に収納するとともに、前記振動子における駆動電極および検出電極と電気的に接続された端子電極を設け、かつ外底面に電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極を設け、さらに前記端子電極と電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極とを電気的に接続する配線パターンとを設けたケースとを備え、前記ケースにおける電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極の各々を取り囲むとともに、相手側実装基板におけるランドと対向しない箇所に位置してダミー電極を設けたもので、この構成によれば、ケースにおける電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極の各々を取り囲むとともに、相手側実装基板におけるランドと対向しない箇所に位置してダミー電極を設けたため、ダミー電極により、発生した半田ボールをダミー電極の内側に封じこめることとなり、これにより、半田ボールが相手側実装基板上を転がることが無くなるから、電気的に接続されたシステムとしての信頼性が向上した角速度センサを提供することができるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態における角速度センサの分解斜視図
【図２】同角速度センサの下面図
【図３】同角速度センサにおける振動子の斜視図
【図４】同角速度センサにおける振動子の側断面図
【図５】（ａ）〜（ｆ）同角速度センサにおける振動子の組立工程図
【図６】本発明の一実施の形態における角速度センサを実装する相手側実装基板の上面図
【図７】従来の角速度センサの分解斜視図
【図８】同角速度センサの上面断面図
【図９】同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】同角速度センサにおけるケースを上側から見た斜視図
【図１１】同角速度センサにおけるケースを下側から見た斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態における角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施の形態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下面図、図３は同角速度センサにおける振動子の斜視図、図４は同角速度センサにおける振動子の側断面図である。
【００２２】
図１〜図４において、６１は音叉形状の振動子で、この振動子６１は図３に示すように、第１の腕部６１ａ、第２の腕部６１ｂおよび第１の腕部６１ａと第２の腕部６１ｂの一端を接続する支持部６１ｃとにより構成されている。また、振動子６１は図４に示すように、Ｓｉからなる基材６２の上面の全面にわたってＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極６３を設け、さらにこの共通ＧＮＤ電極６３の上面にＰＺＴ薄膜からなる圧電層６４を設けている。そしてまた、音叉形状の振動子６１は、図３に示すように、上面の略中央の内側に位置して、圧電層６４の上面に一対の第１の駆動電極６５を設けるとともに、略中央の外側に位置して圧電層６４の上面に一対の第２の駆動電極６６を設けている。また、この振動子６１は、上面の先端側に位置して、圧電層６４の上面に一対の検出電極６７を設けるとともに、第１の駆動電極６５より根元側に位置して、圧電層６４の上面にモニター電極６８を設けている。そしてまた、振動子６１における支持部６１ｃの表面に位置して、圧電層６４の表面にＧＮＤ電極６９を設けている。
【００２３】
７０はセラミックからなるケースで、このケース７０は内底面および内側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り、配線パターン（図示せず）を有する多層回路基板７２を設けている。また、前記ケース７０の段差部７４に端子電極７５を設けるとともに、外底面に電源電極７６、ＧＮＤ電極７７および出力電極７８を設けており、前記端子電極７５と、電源電極７６、ＧＮＤ電極７７および出力電極７８とを、配線パターン（図示せず）により電気的に接続している。また、前記ケース７０の外底面には、電源電極７６、ＧＮＤ電極７７および出力電極７８の各々を取り囲むように、ドーナツ形状のダミー電極８０を設けており、このダミー電極８０は、前記電源電極７６、ＧＮＤ電極７７および出力電極７８の何れにも、配線パターン（図示せず）により電気的に接続しないように構成されている。
【００２４】
そしてまた、前記振動子６１における第１の駆動電極６５、第２の駆動電極６６、検出電極６７およびＧＮＤ電極６９は端子電極７５とワイヤー線（図示せず）により電気的に接続されている。
【００２５】
９０はＩＣで、このＩＣ９０は前記ケース７０の内底面に設けられるとともに、振動子６１からの出力信号を処理している。９１は金属製の上蓋で、この上蓋９１は前記ケース７０の開口部を閉塞している。
【００２６】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度センサについて、次に、その組立方法を説明する。
【００２７】
まず、予め準備した図５（ａ）に示すＳｉからなる基材６２の上面に図５（ｂ）に示すように、ＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極６３を蒸着により形成し、その後、図５（ｃ）に示すように、共通ＧＮＤ電極６３の上面にＰＺＴ薄膜からなる圧電層６４を蒸着により形成する。
【００２８】
次に、図５（ｄ）に示すように、圧電層６４の上面にＴｉとＡｕの合金薄膜からなる形成途上電極６５ａを蒸着により形成し、その後、図５（ｅ）に示すように、所定の形状になるように、共通ＧＮＤ電極６３、圧電層６４および形成途上電極６５ａの不要な箇所を除去し、圧電層６４の上面に第１の駆動電極６５、第２の駆動電極６６、検出電極６７、モニター電極６８およびＧＮＤ電極６９を形成する。
【００２９】
次に、共通ＧＮＤ電極６３側に電圧を印加するとともに、第１の駆動電極６５、第２の駆動電極６６、検出電極６７、モニター電極６８およびＧＮＤ電極６９を接地することにより、圧電層６４を分極する。
【００３０】
次に、基材６２における不要な箇所を除去することにより、図５（ｆ）に示すように、個片の振動子６１を形成する。
【００３１】
次に、予め準備した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７２の上面の外周にわたって、セラミックからなる側壁７３および段差部７４を形成した後、この段差部７４の上面に、Ａｕからなる端子電極７５を形成する。
【００３２】
次に、多層回路基板７２の下面にＡｇからなる電源電極７６、ＧＮＤ電極７７、出力電極７８、固着用電極７９およびダミー電極８０を形成する。
【００３３】
次に、ＩＣ９０をケース７０における多層回路基板７２の上面に実装し、その後、このＩＣ９０と多層回路基板７２とを電気的に接続する。
【００３４】
次に、前記振動子６１を前記ＩＣ９０の上面に固着し、その後、振動子６１の上面に形成された第１の駆動電極６５、第２の駆動電極６６、検出電極６７、モニター電極６８およびＧＮＤ電極６９と端子電極７５とをアルミニウムからなるワイヤー線（図示せず）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。
【００３５】
最後に、ケース７０の開口部に、金属製の上蓋９１をシーム溶接により窒素雰囲気中で固着する。
【００３６】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度センサについて、次に、その動作を説明する。
【００３７】
まず、角速度センサにおけるケース７０の外底面に設けた電源電極７６、ＧＮＤ電極７７、出力電極７８および固着用電極７９にクリーム半田（図示せず）を塗布した後、相手側基板（図示せず）に角速度センサを半田付けする。そして、音叉型の振動子６１における第１の腕部６１ａおよび第１の腕部６１ａに設けた第１の駆動電極６５に正電圧を印加するとともに、第２の駆動電極６６に負電圧を印加すると、第１の駆動電極６５の下側に位置する圧電層６４が伸びるとともに、第２の駆動電極６６の下側に位置する圧電層６４が縮むため、振動子６１における第１の腕部６１ａおよび第２の腕部６１ｂが外側に向かって開かれる。
【００３８】
次に、音叉型の振動子６１における第１の腕部６１ａおよび第１の腕部６１ａに設けた第１の駆動電極６５に負電圧を印加するとともに、第２の駆動電極６６に正電圧を印加すると、第１の駆動電極６５の下側に位置する圧電層６４が縮むとともに、第２の駆動電極６６の下側に位置する圧電層６４が伸びるため、振動子６１における第１の腕部６１ａおよび第２の腕部６１ｂが内側に向かって閉じられる。すなわち、音叉型の振動子６１における第１の駆動電極６５および第２の駆動電極６６に交流電圧を印加すると、振動子６１における第１の腕部６１ａおよび第２の腕部６１ｂ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６１の屈曲運動はモニター電極６８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６５および第２の駆動電極６６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。
【００３９】
そしてまた、振動子６１における第１の腕部６１ａおよび第２の腕部６１ｂが固有振動数で屈曲運動している状態において、振動子６１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、振動子６１における第１の腕部６１ａおよび第２の腕部６１ｂのアームにＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、検出電極６７の下側に位置する圧電層６４に発生する電荷からなる出力信号を検出電極６７、ワイヤー線（図示せず）、端子電極７５、ケース７０における配線パターン（図示せず）を介してＩＣ９０に入力し、波形処理をした後、ケース７０における出力電極７８から外部に角速度の出力信号として出力するものである。
【００４０】
ここで、角速度センサを、図６に示す相手側実装基板９２にリフロー工程により実装する場合を考えると、本発明の一実施の形態における角速度センサにおいては、ケース７０における電源電極７６、ＧＮＤ電極７７および出力電極７８の各々を取り囲むとともに、相手側実装基板９２におけるランド９３と対向しない箇所に位置してダミー電極８０を設けたため、ダミー電極８０により、発生した半田ボール（図示せず）をダミー電極８０の内側に封じこめることとなり、これにより、半田ボール（図示せず）が相手側実装基板９２上を転がることが無くなるから、角速度センサと電気的に接続されたシステムとしての、信頼性が向上するという作用効果を有するものである。
【００４１】
また、ダミー電極８０を、ドーナツ形状としたため、電源電極７６、ＧＮＤ電極７７、出力電極７８および固着用電極７９の各々を全周にわたって取り囲むことができることとなり、これにより、確実に発生した半田ボールをダミー電極８０の内側に封じこめることができるという作用効果を有するものである。
【００４２】
さらに、ダミー電極８０を、電源電極７６、ＧＮＤ電極７７および出力電極７８と電気的に接続しないようにしたため、角速度センサを相手側実装基板９２にリフロー半田付けをする際に、相手側実装基板９２の溶融半田の熱が、電源電極７６、ＧＮＤ電極７７および出力電極７８から配線パターン（図示せず）を介して、ダミー電極８０に伝導することが無くなり、これにより、ダミー電極８０から半田ボール（図示せず）が発生することがないから、角速度センサと電気的に接続されたシステムとしての信頼性が、さらに向上するという作用効果を有するものである。
【００４３】
なお、本発明の一実施の形態における角速度センサにおいては、ケース７０の外底面にダミー電極８０を設ける構成としたが、図６に示すように、相手側実装基板９２におけるランド９３を取り囲むように、ダミーランド９４を設けても同様の効果を有するものである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明にかかる角速度センサは、半田ボールが発生しても、角速度センサを実装するシステムとしての信頼性の向上した角速度センサを提供することができるという効果を有し、特に航空機・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として有用である。
【符号の説明】
【００４５】
６１  振動子
６５，６６  駆動電極
６７  検出電極
７０  ケース
７５  端子電極
７６  電源電極
７７  ＧＮＤ電極
７８  出力電極
８０  ダミー電極
９０  ＩＣ
９２  相手側実装基板
９３  ランド
【図１】
2013205155.tif 000003
【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】
2013205155.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013205155.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2013205155.tif 000013