(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心に円筒状に形成された円筒部と、該円筒部の一端側を閉塞する閉塞面とでカップ状に形成された弾性材料からなる円筒体と、閉塞面に形成された圧電素子と、軸線を中心として所定角度毎に配置された状態で圧電素子上に形成され、該圧電素子に発振用の電圧を印加させると共に、角速度検出用の電圧を出力させる複数の電極を有する振動子と、
断面円筒状に形成され、前記円筒部の他端側を底面側に向けた状態で前記振動子を内部に収納するケースと、
該ケースの前記底面から前記閉塞面の略中心に向けて突出するように形成され、前記円筒部とケースとが非接触状態になるように前記振動子を支持する支持体と、
前記軸線を中心としてリング状に形成され、前記ケースの上端に固定された基板と、
該基板上に前記電極と同じ数だけパターニングされ、第１の接続パッド及び第２の接続パッドを両端に有する複数の配線パターン部と、
前記第１の接続パッドと前記電極とをそれぞれ電気的接続するリード線と、
前記第２の接続パッドに電気的接続された複数の外部接続端子と、
前記外部接続端子の先端側を外部に露出させた状態で前記ケースの上端に着脱可能に固定され、ケース内を密閉する蓋部と、を備えていることを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の角速度センサにおいて、
前記リード線は、前記軸線に近い位置で前記電極に接続されていることを特徴とする角速度センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の角速度センサにおいて、
前記配線パターン部は、前記軸線を中心として前記電極と同じ所定角度毎に配置されていることを特徴とする角速度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の角速度センサにおいて、
前記配線パターン部は、前記第１の接続パッド及び前記第２の接続パッドが周方向に並ぶようにパターニングされていることを特徴とする角速度センサ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の角速度センサにおいて、
前記閉塞面には、前記円筒部の他端側に向けて突出した突起部が略中心に形成され、
前記支持体は、前記突起部を介して前記振動子を支持していることを特徴とする角速度センサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の角速度センサにおいて、
前記蓋部は、前記ケース内の圧力を所定の圧力に維持した状態で密閉していることを特徴とする角速度センサ。
【請求項７】
軸線を中心に円筒状に形成された円筒部と、該円筒部の一端側を閉塞する閉塞面とでカップ状に形成された弾性材料からなる円筒体を用意した後、発振用の電圧を印加させると共に角速度検出用の電圧を出力させる電極を有する圧電素子を、電極が軸線を中心として所定角度毎に配置されるように閉塞面に接合して振動子を形成する振動子形成工程と、
断面円筒状に形成され、底面から前記振動子を支持する支持体が突出するように形成されたケースを用意した後、前記円筒部の他端側がケースの底面側に向くように振動子を内部に収納させ、円筒部とケースとが非接触状態になるように該振動子を支持体で支持させる振動子固定工程と、
前記軸線を中心としてリング状に形成され、前記電極と同じ数だけパターニングされて第１の接続パッド及び第２の接続パッドを両端に有する複数の配線パターン部が上面に形成された基板を用意した後、該基板を前記ケースの上端に固定する基板固定工程と、
前記振動子固定工程及び前記基板固定工程後、前記第１の接続パッドと前記電極とをリード線でそれぞれ電気的接続すると共に、前記第２の接続パッドに外部接続端子を電気的接続する接続工程と、
該接続工程後、前記外部接続端子の先端側を外部に露出させた状態で前記ケースの上端に蓋部を固定し、ケース内を密閉する密閉工程と、を備えていることを特徴とする角速度センサの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の角速度センサの製造方法において、
前記接続固定の際、前記リード線を前記軸線に近い位置で前記電極に接続することを特徴とする角速度センサの製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の角速度センサの製造方法において、
前記基板固定工程の際、前記配線パターン部を、前記軸線を中心として前記電極と同じ所定角度毎に配置することを特徴とする角速度センサの製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の角速度センサの製造方法において、
前記基板固定工程の際、前記配線パターン部を、前記第１の接続パッド及び第２の接続パッドが周方向に並ぶようにパターニングすることを特徴とする角速度センサの製造方法。
【請求項１１】
請求項７から１０のいずれか１項に記載の角速度センサの製造方法において、
前記振動子形成工程の際、前記閉塞面の略中心に、前記円筒部の他端側に向けて突出する突起部を形成し、
前記振動子固定工程の際、前記突起部を介して前記振動子を前記支持体により支持することを特徴とする角速度センサの製造方法。
【請求項１２】
請求項７から１１のいずれか１項に記載の角速度センサの製造方法において、
前記密閉工程の際、前記ケース内の圧力を所定の圧力に維持した状態で前記蓋部を固定して、ケースの内部を密閉することを特徴とする角速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、船舶や航空機等の姿勢制御等に用いられる振動式の角速度センサ及び該角速度センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物体に働く角速度を検出するものとして、従来からジャイロスコープ等のセンサが知られている。この種のセンサは、一般的に力学的な慣性を利用して角速度の検出を行っている。この方法の一つとして、回転体に加わる慣性力を検出することで物体に働く角速度を検出する回転式と呼ばれる方法が知られている。この方法を利用したセンサは、安定且つ高性能に作動するという利点を有する反面、モータやベアリング等の各種の部品が必要であり、大型化、コスト高を招いてしまう等の欠点を有している。
【０００３】
一方、上記回転式に代わるものとして振動式と呼ばれる方法が知られている。この方法は、振動する物体に働くコリオリの力を検出することで、角速度を求める方法である。この方法を利用したセンサは、回転式のように複数の部品を必要としないため、回転式に比べ小型化、低コスト化を図ることができ、様々な用途に適用されている。例えば、自動車、船舶や航空機等の姿勢制御等に用いられている。
【０００４】
このような振動式のセンサとしては、例えば、圧電素子を円筒状に形成した円筒部と、該円筒部の内周及び外周に設けられた複数の電極と、で構成される振動子を有するセンサが知られている（特許文献１参照）。
このセンサにより角速度を検出する場合には、電極を介して圧電素子である円筒部に電圧を印加すると、該円筒部が径方向に伸縮振動して励振する。そして、この振動中に円筒部の中心軸回りに回転角速度が作用すると、回転に伴うコリオリ力が作用して円筒部の振動方向がずれる。よって、この振動方向成分を検出することで、角速度を検出している。
【０００５】
また、別の振動式のセンサとして、恒弾性材料により一端側が開口するようにカップ状に形成されたカップ部と、カップ部の底面に設けられた複数の圧電素子と、で構成される振動子を有するセンサが知られている（特許文献２参照）。
このセンサにより角速度を検出する場合には、圧電素子に所定の周波数の電圧を印加すると、該カップ部が径方向に伸縮振動する振動モードに変位する。そして、この振動中にカップ部の中心軸回りに回転角速度が作用すると、回転に伴うコリオリ力が作用してカップ部の振動方向がずれる。よって、この振動方向成分を検出することで、角速度を検出している。
【０００６】
いずれのセンサであっても、円筒部或いはカップ部を径方向に振動させると共に、コリオリ力によって生じるこれと直交する方向の振動成分を検出することで、角速度を検出する原理となっている。
【特許文献１】米国特許第４６５５０８１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／２６６１１６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来のセンサには、以下の課題がまだ残されていた。
即ち、特許文献１に記載されているセンサを実装する場合には、円筒部の内周及び外周に設けられている複数の電極に対して、電圧の印加並びに検出したセンサ出力を取り出すために、それぞれリード線を接続する必要がある。ところが、特に円筒部の外周に設けられている電極は周方向に並ぶように設けられているので、円筒部側を回転させながら作業を行う等の工夫が必要であり、手間がかかってしまい円滑に作業を行うことが難しかった。しかも、各電極にリード線を接続した後、該リード線同士が絡み易いものであった。
【０００８】
また、センサを実際に実装基板に実装する場合には、圧電素子を外部に露出させたままにはせず、周囲をケース等で覆って圧電素子を保護した上で実装する必要がある。ところが、周囲をケースで覆いながら、絡み易いリード線をケースの外側に引き出したうえ、さらに実装基板に接続することが非常に困難な作業であった。
【０００９】
一方、特許文献２に記載されているセンサは、カップ部の底面に複数の圧電素子が設けられているため、上述したセンサに比べてリード線を接続する作業を行い易いが、依然として絡み易いことに変わりはなかった。また、上述したセンサと同様、実際に実装する際に周囲をケース等で覆って保護する必要がある。そのため、リード線をケースの外側に引き出したうえ、さらに実装基板に接続することが同様に非常に困難な作業であった。
【００１０】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、振動子の周囲を覆って信頼性の向上化を図ることができると共に、手間をかけずに容易に振動子へのリード線の接続作業を行うことができるうえ、該リード線と外部とを容易且つ確実に導通させることができる角速度センサ及び該角速度センサの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る角速度センサは、軸線を中心に円筒状に形成された円筒部と、該円筒部の一端側を閉塞する閉塞面とでカップ状に形成された弾性材料からなる円筒体と、閉塞面に形成された圧電素子と、軸線を中心として所定角度毎に配置された状態で圧電素子上に形成され、該圧電素子に発振用の電圧を印加させると共に、角速度検出用の電圧を出力させる複数の電極を有する振動子と、断面円筒状に形成され、前記円筒部の他端側を底面側に向けた状態で前記振動子を内部に収納するケースと、該ケースの前記底面から前記閉塞面の略中心に向けて突出するように形成され、前記円筒部とケースとが非接触状態になるように前記振動子を支持する支持体と、前記軸線を中心としてリング状に形成され、前記ケースの上端に固定された基板と、該基板上に前記電極と同じ数だけパターニングされ、第１の接続パッド及び第２の接続パッドを両端に有する複数の配線パターン部と、前記第１の接続パッドと前記電極とをそれぞれ電気的接続するリード線と、前記第２の接続パッドに電気的接続された複数の外部接続端子と、前記外部接続端子の先端側を外部に露出させた状態で前記ケースの上端に着脱可能に固定され、ケース内を密閉する蓋部と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係る角速度センサの製造方法は、軸線を中心に円筒状に形成された円筒部と、該円筒部の一端側を閉塞する閉塞面とでカップ状に形成された弾性材料からなる円筒体を用意した後、発振用の電圧を印加させると共に角速度検出用の電圧を出力させる電極を有する圧電素子を、電極が軸線を中心として所定角度毎に配置されるように閉塞面に接合して振動子を形成する振動子形成工程と、断面円筒状に形成され、底面から前記振動子を支持する支持体が突出するように形成されたケースを用意した後、前記円筒部の他端側がケースの底面側に向くように振動子を内部に収納させ、円筒部とケースとが非接触状態になるように該振動子を支持体で支持させる振動子固定工程と、前記軸線を中心としてリング状に形成され、前記電極と同じ数だけパターニングされて第１の接続パッド及び第２の接続パッドを両端に有する複数の配線パターン部が上面に形成された基板を用意した後、該基板を前記ケースの上端に固定する基板固定工程と、前記振動子固定工程及び前記基板固定工程後、前記第１の接続パッドと前記電極とをリード線でそれぞれ電気的接続すると共に、前記第２の接続パッドに外部接続端子を電気的接続する接続工程と、該接続工程後、前記外部接続端子の先端側を外部に露出させた状態で前記ケースの上端に蓋部を固定し、ケース内を密閉する密閉工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明に係る角速度センサ及び角速度センサの製造方法においては、まず、振動子形成工程により振動子を形成する。具体的には、円筒部の一端側が閉塞面で閉塞されたカップ状の円筒体を、弾性材料により一体的に形成して用意しておく。この円筒体は、円筒部の他端側が開口した状態となっている。この円筒体を用意した後、電極を有する圧電素子を、電極が円筒部の軸線を中心として所定角度毎に配置されるように閉塞面上に接合する。これにより、カップ状の円筒体の閉塞面に、圧電素子及び電極が形成された振動子が形成される。
【００１４】
次いで、作製した振動子をケースに固定する振動子固定工程を行う。具体的には、断面円筒状で、底面から支持体が突出するカップ状のケースを形成して用意しておく。このケースは、上方が開口した状態となっている。
次いで、先ほど形成した振動子を裏返しにして円筒部の他端側、即ち、開口側をケースの底面に向けた状態で、振動子をケース内に挿入する。すると、ケースの底面から突出した支持体が、円筒体の内部に入り込んだ後、閉塞面に接触して該閉塞面を支持する。これにより、振動子はケースに固定される。しかも、支持体によって支持されているので、振動子の円筒部はケースに対して非接触状態となっている。
【００１５】
次いで、上述した工程後或いは同時に、ケースの上端に基板を固定する基板固定工程を行う。具体的には、まず、軸線を中心としてリング状に形成した基板の上面に、振動子の電極の数に対応した配線パターン部をパターニングにより形成する。この際、第１の接続パッド及び第２の接続パッドが両端に位置するように配線パターン部を形成する。そして、配線パターン部が上面に形成された基板を、ケースの上端に固定する。
【００１６】
次いで、振動子及び基板の固定がそれぞれ終了した後、接続工程を行う。この際、電極の数に応じて、基板には既に配線パターン部が形成されている。よって、電極と第１の接続パッドとをリード線により容易に電気的接続することができる。しかも、従来のように電極に対して単にリード線の片側を接続するのではなく、既に位置決めされている電極と第１の接続パッドとの間の決まった距離だけにリード線を接続するので、リード線が絡む恐れがなく確実な接続作業を行うことができる。また、接続作業を短時間で効率良く行うことができる。
また、リード線の接続作業と同時に、第２の接続パッドに外部接続端子を電気的接続する。これにより、外部接続端子は、配線パターン部及びリード線を介して振動子の各電極に対して電気的に接続された状態となる。
【００１７】
最後に接続工程が終了した後、外部接続端子の先端側を露出させた状態でケースの上端に蓋部を固定し、ケース内を密閉する密閉工程を行う。その結果、振動子の周囲をケース及び蓋部によって囲んだ角速度センサを得ることができる。
この角速度センサを作動させる場合には、外部接続端子を介して複数の電極のうち、選択した電極に発振用の電圧を印加する。すると、圧電素子が発振し、該発振を受けて円筒体が径方向に伸縮振動する。そして、この振動中に軸線回りの回転角速度が角速度センサに作用すると、回転に伴うコリオリ力が作用して振動方向がずれる。すると、駆動用電圧を印加していない電極から、角速度に応じた電圧が出力される。よって、この出力電圧をモニタすることで、角速度を測定することができる。
【００１８】
特にこの角速度センサは、振動子がケース及び蓋部で囲まれた空間の中に収納されているので、外乱の影響を受け難い。そのため、測定結果の信頼性を高めることができ、高性能化を図ることができる。また、電極に接続されているリード線と外部接続端子とが既に接続されているので、実装作業する際に、外部接続端子を介して外部部品とリード線とを容易且つ確実に導通させることができる。このように、使い易さに優れており、実装作業を効率良く行うことができる。また、ケースの底面から突出した支持体が、円筒体の開口側から内部に侵入した状態で振動子を支持しているので、支持体の長さをケースで相殺することができる。従って、振動子の周囲をケース及び蓋部で覆ったとしても、小型化を図ることができる。
【００１９】
また、本発明に係る角速度センサは、上記本発明の角速度センサにおいて、前記リード線が、前記軸線に近い位置で前記電極に接続されていることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明に係る角速度センサの製造方法は、上記本発明の角速度センサの製造方法において、前記接続固定の際、前記リード線を前記軸線に近い位置で前記電極に接続することを特徴とするものである。
【００２１】
この発明に係る角速度センサ及び角速度センサの製造方法においては、リード線が軸線に近い位置で電極に接続されているので、振動子の振動をリード線が阻害してしまうことを極力防止することができる。つまり、振動子が振動する際、軸線側よりも閉塞面の外縁側の方がより振動している。よって、軸線に近い位置にリード線を接続することで、振動子の振動に影響を与え難くすることができる。従って、角速度センサの感度を向上することができると共に、測定結果のばらつきを抑えることができる。
【００２２】
また、本発明に係る角速度センサは、上記本発明の角速度センサにおいて、前記配線パターン部が、前記軸線を中心として前記電極と同じ所定角度毎に配置されていることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明に係る角速度センサの製造方法は、上記本発明の角速度センサの製造方法において、前記基板固定工程の際、前記配線パターン部を、前記軸線を中心として前記電極と同じ所定角度毎に配置することを特徴とするものである。
【００２４】
この発明に係る角速度センサ及び角速度センサの製造方法においては、基板上に形成された配線パターンが、単に電極の数に対応しているだけでなく、電極と同じ所定角度毎に配置されている。よって、各電極と各第１の接続パッドとの間のリード線の接続作業をより容易に行うことができる。
【００２５】
また、本発明に係る角速度センサは、上記本発明の角速度センサにおいて、前記配線パターン部が、前記第１の接続パッド及び前記第２の接続パッドが周方向に並ぶようにパターニングされていることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明に係る角速度センサの製造方法は、上記本発明の角速度センサの製造方法において、前記基板固定工程の際、前記配線パターン部を、前記第１の接続パッド及び第２の接続パッドが周方向に並ぶようにパターニングすることを特徴とするものである。
【００２７】
この発明に係る角速度センサ及び角速度センサの製造方法においては、第１の接続パッド及び第２の接続パッドが周方向に並ぶように配線パターン部が基板上にパターニングされているので、基板のサイズを径方向に無駄に大きくすることを防止することができる。よって、基板をコンパクトに設計することができ、さらなる小型化を図ることができる。
【００２８】
また、本発明に係る角速度センサは、上記本発明の角速度センサにおいて、前記閉塞面には、前記円筒部の他端側に向けて突出した突起部が略中心に形成され、前記支持体が、前記突起部を介して前記振動子を支持していることを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明に係る角速度センサの製造方法は、上記本発明の角速度センサの製造方法において、前記振動子形成工程の際、前記閉塞面の略中心に、前記円筒部の他端側に向けて突出する突起部を形成し、前記振動子固定工程の際、前記突起部を介して前記振動子を前記支持体により支持することを特徴とするものである。
【００３０】
この発明に係る角速度センサ及び角速度センサの製造方法においては、支持体が１つの平面とされた閉塞面を直接支持するのではなく、閉塞面から円筒部の他端側、即ち、開口側に突出した突起部を介して振動子を支持するので、閉塞面を支持ポイントとは異なる高さに位置させることができる。よって、円筒体をより振動させ易くすることができ、感度をより向上することができる。
【００３１】
また、本発明に係る角速度センサは、上記本発明の角速度センサにおいて、前記蓋部が、前記ケース内の圧力を所定の圧力に維持した状態で密閉していることを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明に係る角速度センサの製造方法は、上記本発明の角速度センサの製造方法において、前記密閉工程の際、前記ケース内の圧力を所定の圧力に維持した状態で前記蓋部を固定して、ケースの内部を密閉することを特徴とするものである。
【００３３】
この発明に係る角速度センサ及び角速度センサの製造方法においては、ケースの圧力を所定の圧力、例えば、真空状態にすることが可能であるので、振動子が湿気や塵埃等の影響を受け難い。その結果、さらなる高品質化、高感度化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る角速度センサ及び角速度センサの製造方法によれば、振動子の周囲を覆って測定結果の信頼性の向上化を図ることができると共に、手間をかけずに容易に振動子へのリード線の接続作業を行うことができるうえ、該リード線と外部部品とを容易且つ確実に導通させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る角速度センサ及び角速度センサの第１実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
本実施形態の角速度センサ１は、図１から図３に示すように、振動子２と、該振動子２を内部に収納するケース３及び蓋部４と、振動子２をケース３内で支持する支持体５と、ケース３に固定された基板６と、該基板６上に形成された配線パターン部７と、該配線パターン部７と振動子２とを電気的接続するリード線８と、配線パターン部７に電気接続された外部接続端子９と、を備えている。
【００３６】
上記振動子２は、図２及び図４に示すように、円筒体１５と、圧電素子１６と、電極１７とから構成されている。円筒体１５は、弾性材料からカップ状に形成された弾性部品であり、円筒部１５ａと閉塞面１５ｂと突起部１５ｃとで一体的に形成されている。なお、弾性材料としては、エリンバ等の恒弾性金属材料が理想だが、要求性能によってはステンレス等の弾性材料でも構わない。
円筒部１５ａは、軸線Ｌを中心として円筒状に形成されており、一端側が閉塞面１５ｂによって閉塞されている。よって、この円筒体１５は、他端側が開口した状態となっている。また、閉塞面１５ｂの略中心には、円筒部１５ａの他端側、即ち開口している側に向かって突出した突起部１５ｃが形成されている。これにより閉塞面１５ｂは、図４に示すように、略中心に開口が形成されたような形になっている。また、この突起部１５ｃには、図２に示すように、後述するねじ２０が挿通される挿通孔１５ｄが形成されている。
【００３７】
また、閉塞面１５ｂには、上記圧電素子１６及び電極１７が設けられている。電極１７は、グランド電極１７ａと、圧電素子１６に発振用の電圧を印加させると共に角速度検出用の電圧を出力させる駆動用電極１７ｂとから構成されており、圧電素子１６を両電極１７ａ、１７ｂで挟み込む構成とされている。つまり、図２及び図４に示すように、閉塞面１５ｂ側から順に、グランド電極１７ａ、圧電素子１６、駆動用電極１７ｂが積層された３層構造となっている。
なお、本実施形態では、これらグランド電極１７ａ、圧電素子１６及び駆動用電極１７ｂは、共に細長い矩形状に形成されており、長手方向を径方向に向けた状態で軸線Ｌを中心として４５度（所定角度）毎に８個形成されている場合を例に挙げて説明する。
【００３８】
上記ケース３は、図２に示すように、ステンレスやアルミニウム等の金属材料によりカップ状に形成されている。具体的には、断面円筒状に形成された外筒部３ａと、底面３ｂとで一体的に形成されている。よって、ケース３も円筒体１５と同様に、上部が開口した状態となっている。また、ケース３の底面３ｂの略中心には、上記支持体５が軸線Ｌ方向に沿って突出するように形成されている。本実施形態の支持体５は、円柱状に形成されており、底面３ｂと一体的に形成されている。また支持体５の上面には、後述するねじ２０が螺合されるねじ溝５ａが形成されている。
【００３９】
そして、上記振動子２は、円筒部１５ａの他端側、即ち開口側をケース３の底面３ｂに向けた状態でケース３内に収納されると共に、支持体５によって支持されている。具体的には、突起部１５ｃを支持体５の上面に載せた状態でねじ２０を挿通孔１５ｄに挿通した後、ねじ溝５ａに螺合させている。これにより、振動子２が支持体５によって支持され、ケース３と振動子２とが固定されている。この際、支持体５は、円筒体１５の内部に入り込んだ状態で振動子２を支持している。また、円筒部１５ａは、ケース３の底面３ｂ及び外筒部３ａのいずれに対しても非接触状態とされている。
なお、本実施形態では、支持体５と振動子２とをねじ２０を利用して固定した例を示しているが、この場合に限定されず、どのような手段で固定しても構わない。例えば、ピンを開口内に圧入する方式で固定させても構わないし、接着固定しても構わない。
【００４０】
上記基板６は、例えばフレキシブル基板６であり、図２及び図３に示すように、軸線Ｌを中心にリング状に形成され、ケース３の上端に固定されている。この際、本実施形態では、基板６の高さと振動子２の駆動用電極１７ｂの高さとが略同じ高さになるようにケース３の高さが調整されている。これにより、基板６の上面と駆動用電極１７ｂの上面とが、同一平面内に存在するようになっている。
【００４１】
基板６上には、第１の接続パッド７ａ及び第２の接続パッド７ｂを両端に有する上記配線パターン部７が、駆動用電極１７ｂと同じ数だけパターニングにより形成されている。つまり、８つの配線パターン部７が形成されている。
しかも、本実施形態では、８つの配線パターン部７が、軸線Ｌを中心として駆動用電極１７ｂと同じ４５度の角度毎に配置されている。また、各配線パターン部７は、第１の接続パッド７ａ及び第２の接続パッド７ｂが周方向に並ぶようにパターニングされていると共に、駆動用電極１７ｂの長手方向に第１の接続パッド７ａが位置するようにパターニングされている。
【００４２】
第１の接続パッド７ａと駆動用電極１７ｂとの間には、上記リード線８が掛け渡されており、該リード線８を介して両者が電気的に接続されている。具体的には、半田Ｅを利用して接続されている。但し、半田Ｅに限られず、導電性接着剤や、ワイヤーボンディングによって接続しても構わない。また、リード線８は、駆動用電極１７ｂに接続される際に、軸線Ｌにできるだけ近い位置で接続されている。また、本実施形態のリード線８は、駆動用電極１７ｂと第１の接続パッド７ａとの位置関係によって、図３に示すように、駆動用電極１７ｂの長手方向に沿って掛け渡された状態となっている。
【００４３】
また、各配線パターン部７の第２の接続パッド７ｂには、上記外部接続端子９が電気的接続されている。具体的には、図示しない半田や導電性接着剤等により接続されている。なお本実施形態の外部接続端子９は、軸線Ｌに沿って真っ直ぐに伸びた金属線を例にして説明する。
上記蓋部４は、外部接続端子９の先端側を外部に露出させた状態で、ケース３の上端に着脱可能に固定され、ケース３内を密閉するものである。具体的にこの蓋部４は、図５に示すように、ケース３と同様にステンレスやアルミニウム等の金属材料により形成されており、８つの外部接続端子９をそれぞれ挿通させる挿通孔４ａが形成されている。そして、蓋部４は、図２に示すように、ケース３の上端に形成された段部３ｃに嵌って嵌合固定されるようになっている。なお、挿通孔４ａの内面には、図示しないガラス等の絶縁材が充填されており、外部接続端子９と蓋部４とが導通しないようになっていると共に、外部から封止されている。
【００４４】
次に、このように構成された角速度センサ１の製造方法について、以下に説明する。
本実施形態の製造方法は、振動子２を形成する振動子形成工程と、振動子２をケース３に固定する振動子固定工程と、基板６をケース３に固定する基板固定工程と、振動子２と基板６とを電気的に接続する接続工程と、蓋部４をケース３に固定してケース３内を密閉する密閉工程と、を順次行って製造を行う。これら各工程について、以下に詳細に説明する。
【００４５】
まず、弾性材料により、円筒部１５ａ、閉塞面１５ｂ及び突起部１５ｃからなる円筒体１５を形成して用意する。次いで、両面に電極（グランド電極１７ａ、駆動用電極１７ｂ）を有する圧電素子１６を８つ用意した後、駆動用電極１７ｂが軸線Ｌを中心として４５度の角度毎に配置されるように、各圧電素子１６を閉塞面１５ｂに接合する。例えば、閉塞面１５ｂに接着剤等を利用して各圧電素子１６を接合すれば良い。これにより、カップ状に形成された円筒体１５の閉塞面１５ｂに、圧電素子１６及び電極１７（グランド電極１７ａ及び駆動用電極１７ｂ）が接合された振動子２を形成することができる。なお、この時点で振動子形成工程が終了する。
【００４６】
次いで、金属材料により底面３ｂから支持体５が突出するカップ状のケース３を形成して用意する。この際、本実施形態では支持体５を介して固定する振動子２の駆動用電極１７ｂと、ケース３の上端に固定する基板６とが、略同じ高さになるようにケース３の高さを調整しておく。
続いて、先ほど形成した振動子２を裏返しにして円筒部１５ａの他端側、即ち開口側をケース３の底面３ｂに向けた状態で、振動子２をケース３内に挿入する。すると、ケース３の底面３ｂから突出した支持体５が、円筒体１５の内部に入り込んだ後、突起部１５ｃに接触する。そして、ねじ２０を挿通孔１５ｄに挿通した後、ねじ溝５ａに螺合する。これにより、振動子２は、突起部１５ｃを介して支持体５に支持されてケース３に固定される。しかも、振動子２の円筒部１５ａは、ケース３に対して非接触状態となっている。なお、この時点で振動子固定工程が終了する。
【００４７】
次いで、上記振動子固定工程を行った後或いは同時に、基板固定工程を行う。まず、リング状に形成した基板６の上面に、駆動用電極１７ｂの数に対応した８つの配線パターン部７をパターニングにより形成する。この際、駆動用電極１７ｂと同じように、軸線Ｌを中心として４５度の角度毎に配線パターン部７を形成すると共に、第１の接続パッド７ａ及び第２の接続パッド７ｂが周方向に並ぶように形成する。しかも、第１の接続パッド７ａが、駆動用電極１７ｂの長手方向に位置するように形成する。そして、配線パターン部７が上面に形成された基板６を、ケース３の上端の段部３ｃに嵌合固定する。
【００４８】
次いで、振動子２及び基板６の固定がそれぞれ終了した後、接続工程を行う。この際、駆動用電極１７ｂの数に応じて、基板６には既に配線パターン部７が形成されている。よって、駆動用電極１７ｂと第１の接続パッド７ａとをリード線８により容易に電気的接続することができる。なお、駆動用電極１７ｂにリード線８を接続する際に、できるだけ軸線Ｌに近い位置に接続する。この工程を行うにあたって、従来のように駆動用電極１７ｂに対して単にリード線８の片側を接続するのではなく、既に位置決めされている駆動用電極１７ｂと第１の接続パッド７ａとの間の決まった距離だけにリード線８を接続するので、リード線８が絡む恐れがなく確実な接続作業を行うことができる。
【００４９】
しかも、本実施形態では、ケース３が上述したように予め高さ調整されているので、基板６の高さと振動子２の駆動用電極１７ｂの高さとが略同じ高さになっている。そのため、半田Ｅで接続する以外に、ワイヤーボンディングで効率良く作業を行うことも可能である。
【００５０】
また、本実施形態では、駆動用電極１７ｂの長手方向に第１の接続パッド７ａが位置しているので、駆動用電極１７ｂと第１の接続パッド７ａとが対向した位置関係となっている。そのため、接続作業を間違えることなく確実に実施することができる。
また、リード線８の接続作業と同時に、第２の接続パッド７ｂに外部接続端子９を電気的接続する。これにより、外部接続端子９は、配線パターン部７及びリード線８を介して圧電素子１６の駆動用電極１７ｂに対して電気的に接続された状態となる。なお、この時点で接続工程が終了する。
【００５１】
最後に、外部接続端子９を挿通孔４ａ内に挿通させながら蓋部４をケース３に被せて固定する。これにより、外部接続端子９の先端側を露出させた状態でケース３内を密閉することができる。この密閉工程を行うことで、振動子２の周囲をケース３及び蓋部４によって囲んだ角速度センサ１を得ることができる。
【００５２】
このように製造された角速度センサ１は、各種の装置に組み込まれている実装基板等に実装されて使用される。例えば、実装基板に形成されたスルーホールに外部接続端子９を挿入した状態で半田等により電気接続することで、実装することができる。
そして、角速度センサ１を作動させる場合には、外部接続端子９を介して８つの駆動用電極１７ｂのうち、例えば軸線Ｌを挟んで対向する２つの駆動用電極１７ｂに発振用の電圧を印加する。すると、電圧を印加された駆動用電極１７ｂに接する圧電素子１６が発振し、該発振を受けて円筒体１５が径方向に伸縮振動する。
【００５３】
具体的には、図６に示すように、円筒体１５が初期状態（矢印Ａで示す点線）からＸ軸（径）方向に伸縮する。なお、矢印Ｂで示す実線は、円筒体１５がＸ軸方向に延びて楕円形になった状態を示し、矢印Ｃで示す実線は、円筒体１５がＸ軸方向に縮んで楕円形になった状態を示す図である。そして、この振動中に、軸線Ｌ回りの回転角速度Ωが角速度センサ１に作用すると、回転に伴うコリオリ力が作用して振動方向がずれる（矢印Ｄで示す二点鎖線）。すると駆動用電圧を印加していない駆動用電極１７ｂから、角速度に応じた電圧が出力される。よって、この出力電圧をモニタすることで、角速度を測定することができる。
【００５４】
特に、本実施形態の角速度センサ１は、振動子２がケース３及び蓋部４で囲まれた空間の中に収納されているので、外乱の影響を受け難い。そのため、測定結果の信頼性を高めることができ、高性能化を図ることができる。また、リード線８と外部接続端子９とが既に接続されているので、実装作業する際に、外部接続端子９を介して外部部品（例えば、装置側の電気回路）とリード線８とを容易且つ確実に導通させることができる。このように、使い易さに優れた角速度センサ１であるので実装作業を効率良く行うことができる。
【００５５】
また、ケース３の底面３ｂから突出した支持体５が、円筒体１５の開口側から内部に侵入した状態で振動子２を支持しているので、支持体５の長さをケース３で相殺することができる。従って、角速度センサ１の高さを抑えることができ、小型化を図ることができる。しかも、第１の接続パッド７ａ及び第２の接続パッド７ｂが周方向に並ぶように配線パターン部７が基板６上にパターニングされているので、基板６のサイズを径方向に無駄に大きくすることを防止することができる。よって、基板６をコンパクトに設計することができる。この点においても、角速度センサ１の小型化を図ることができる。
【００５６】
また、支持体５が閉塞面１５ｂを直接支持するのではなく、閉塞面１５ｂから開口側に突出した突起部１５ｃを介して振動子２を支持するので、閉塞面１５ｂを支持ポイントとは異なる高さに位置させることができる。よって、円筒体１５をより振動させ易くすることができ、感度をより向上させることができる。
また、リード線８が軸線Ｌにできるだけ近い位置で駆動用電極１７ｂに接続されているので、振動子２の振動をリード線８が阻害してしまうことを極力防止することができる。つまり、振動子２が振動する際、軸線Ｌ側よりも閉塞面１５ｂの外縁側の方がより振動している。よって、軸線Ｌにできるだけ近い位置にリード線８を接続することで、振動子２の振動に影響を与え難くすることができる。従って、角速度センサ１の感度をさらに向上することができると共に、測定結果のばらつきを抑えることができる。
【００５７】
上述したように、本実施形態の角速度センサ１によれば、振動子２の周囲を覆って測定結果の信頼性の向上化を図ることができると共に、手間をかけずに容易に振動子２へのリード線８の接続作業を行うことができるうえ、リード線８と外部部品とを容易且つ確実に導通させることができる。この角速度センサ１は、例えば、自動車、船舶や航空機等の姿勢制御用センサとして好適に用いられる。
【００５８】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る角速度センサ及び角速度センサの製造方法の第２実施形態を、図７を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、駆動用電極１７ｂの長手方向に第１の接続パッド７ａが位置するように配線パターン部７を形成したが、第２実施形態の角速度センサ３０は、図７に示すように、第１実施形態の位置から周方向に若干ずれた位置に第１の接続パッド７ａが位置している点である。
【００５９】
このように第１の接続パッド７ａの位置を周方向に若干ずらすことで、駆動用電極１７ｂの真上を完全に通過させることなく、リード線８を駆動用電極１７ｂと第１の接続パッド７ａとの間に掛け渡すことができる。よって、仮にリード線８に垂れ等が生じたとしても、リード線８の重みを圧電素子１６に与え難くすることができる。よって、リード線８の垂れが生じた場合であっても、測定結果の信頼性を維持することができる。なお、その他の作用効果は、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６０】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る角速度センサ及び角速度センサの製造方法の第３実施形態を、図８及び図９を参照して説明する。なお、この第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、基板６の高さと振動子２の駆動用電極１７ｂとの高さとが略同じ高さであったが、第３実施形態の角速度センサ４０は、駆動用電極１７ｂよりも基板４１の方がケース３の底面３ｂから離間するように高さ調整されている点である。
【００６１】
即ち、本実施形態の角速度センサ４０は、図８に示すように、ケース３の上端が振動子２の駆動用電極１７ｂよりも高い位置にくるように高さ調整されている。そのため、ケース３の上端に固定される基板４１は、駆動用電極１７ｂの上方に位置した状態となっている。また、本実施形態の基板４１は、第１実施形態に比べて内径が小さくなるように形成されている。具体的には、図８及び図９に示すように、基板４１を上方から見たときに、駆動用電極１７ｂの一部が確認できる程度の内径とされている。また、本実施形態の配線パターン部７は、駆動用電極１７ｂに対して基板４１を挟んで対向した位置関係となるように、径方向に延びるように形成されている。つまり、第１の接続パッド７ａと第２の接続パッド７ｂとが、径方向に並ぶように形成されている。また、第１の接続パッド７ａが、軸線Ｌ側に位置するように形成されている。
【００６２】
そのため、第１実施形態に比べて、駆動用電極１７ｂの軸線Ｌ側と、第１の接続パッド７ａとの距離を近くすることができる。よって、駆動用電極１７ｂと第１の接続パッド７ａとの間に架け渡されるリード線８の長さを第１実施形態に比べて短くすることができる。従って、本実施形態の角速度センサ４０によれば、リード線８の垂れを発生し難くすることができる。また、リード線８自体が振動してしまうことをできるだけ防止することができ、振動に起因する損失を極力なくすことができる。また、リード線８が短いので、接続作業が行い易く、さらに効率の良い作業を行うことができる。
なお、本実施形態の角速度センサ４０を製造する場合には、振動子２をケース３に固定した後に、基板４１をケース３に固定する順番で製造すれば良い。その他の作用効果は、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６３】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
【００６４】
例えば、上記各実施形態では、駆動用電極１７ｂの数が８つの場合を例に挙げて説明したが、この場合に限られるものではない。また、グランド電極１７ａと圧電素子１６と駆動用電極１７ｂとを、それぞれ同じ矩形状に形成したうえで３層に積層し、これらを、軸線Ｌを中心として４５度の角度毎に配置した場合を例に挙げて説明したが、圧電素子１６上に形成される駆動用電極１７ｂだけが少なくとも４５度の角度毎に配置しても構わない。具体的には、図１０から図１３に示すように、円筒体１５の閉塞面１５ｂの上面全体にグランド電極１７ａを形成すると共に、該グランド電極１７ａの上面全体に圧電素子１６を形成する。そして、この圧電素子１６上に、駆動用電極１７ｂを、軸線Ｌを中心として４５度の角度毎に８つ形成しても構わない。また、このように構成する場合には、駆動用電極１７ｂを扇状に形成しても良い。このように振動子２が形成された角速度センサ５０であっても、同様の作用効果を奏することができるだけでなく、圧電素子１６個々の接着位置ずれによる性能ばらつきの防止や、圧電素子面積増大による感度向上を図ることができる。
【００６５】
また、蓋部４をケース３に固定する際に、真空引き等を行って、ケース３内の圧力を任意の圧力に調整しながら固定しても構わない。この場合には、蓋部４とケース３とをエア漏れ等がないように完全に固定すれば良い。こうすることで、ケース３内を、例えば真空状態にすることが可能であるので、振動子２の振動の減衰を抑えると共に、振動子２に対して湿気や塵埃等の影響を与え難くすることができる。従って、さらなる高品質化、高感度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る角速度センサの第１実施形態を示す外観図である。
【図２】図１に示す角速度センサの断面図である。
【図３】図１に示す角速度センサを、蓋部を取った状態で上方から見た図である。
【図４】図１に示す角速度センサを構成する振動子の外観斜視図である。
【図５】図１に示す角速度センサを構成する蓋部を上方から見た図である。
【図６】図１に示す角速度センサを作動させて、角速度を測定している状態を説明するための図である。
【図７】本発明に係る角速度センサの第２実施形態を示す図であって、蓋部を取った状態で上方から見た図である。
【図８】本発明に係る角速度センサの第３実施形態を示す断面図である。
【図９】図８に示す角速度センサを、蓋部を取った状態で上方から見た図である。
【図１０】本発明に係る角速度センサの変形例を示す図であって、蓋部を取った状態で上方から見た図である。
【図１１】図１０に示す角速度センサを構成する振動子の外観斜視図である。
【図１２】図１１に示すグランド電極、圧電素子、駆動用電極の関係を示す斜視図である。
【図１３】図１１に示す振動子を上方から見た図である。
【符号の説明】
【００６７】
Ｌ    軸線
１、３０、４０    角速度センサ
２    振動子
３    ケース
３ｂ    ケースの底面
４    蓋部
５    支持体
６、４１    基板
７    配線パターン部
７ａ    第１の接続パッド
７ｂ    第２の接続パッド
８    リード線
９    外部接続端子
１５    円筒体
１５ａ    円筒部
１５ｂ    閉塞面
１５ｃ    突起部
１６    圧電素子
１７    電極
１７ａ    グランド電極
１７ｂ    駆動用電極
【図１】
0004940035.tif 000002
【図２】
0004940035.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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