JPH07294259A - 角速度センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動体の姿勢制御やナビゲーションシステム
等に用いる角速度センサ装置を提供する。 【構成】 ピン２２を有する凹型のケース２１に、この
ピン２２に防振部材２４、角速度センサユニット２８を
備えたセンサ支持板２３、カラー２９、角速度センサユ
ニット２８と電気的に接続され角速度センサユニットを
駆動させ出力信号を処理する処理手段を搭載した基板３
１を挿入し、ケース２１に嵌まり込む蓋とから構成され
ることにより、外乱振動による影響および特性変動・防
振特性劣化の少ない優れた角速度センサを提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機・自動車・車両
等の移動体の姿勢制御やナビゲーションシステム等に用
いる角速度センサ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平４−２３６３２１号公報
に、「角速度センサと、この角速度センサを駆動させ出
力信号を処理する回路部を搭載した回路基板と、角速度
センサの長手方向を衝撃吸収材を介して保持しかつ回路
基板を保持する保持板と、角速度センサ、回路基板、保
持板とを一括して収納するケース」からなる角速度セン
サ装置が開示されている。

【０００３】以下に、この従来の角速度センサ装置につ
いて、図面を参照しながら説明する。図８は従来例にお
ける角速度センサ装置のケースを取った状態の分解斜視
図、図９は同ケースを取った状態の側面図、図１０は同
要部であるベース単体の斜視図である。

【０００４】図８〜図１０において、１はホルダー２に
固定される角速度センサである。３は角速度センサ１の
出力端子で、この出力端子３に接続されるサブ回路基板
４が装着され、このサブ回路基板４のリード線５を介し
て角速度センサ１と回路基板６の回路パターンとが電気
的に接続されている。７ａ，７ｂ，７ｃは回路基板６に
接続されたリード線で、各々入力用、出力用、グランド
用に使われている。８はセンサ保持材を兼ねるベース、
８ａはベース８のセンサ保持部、８ｂはセンサ保持部８
ａに設けられた凹部である。９はセンサ保持のための衝
撃緩衝材でその一部は凹部８ｂに圧入されて接着されて
いる。そして、衝撃緩衝材９の他方の端は角速度センサ
１およびホルダー２に圧入されて接着されている。１０
もセンサ保持のための衝撃緩衝材であり、一部は凹部８
ｂに圧入されて接着され、また他方はセンサ出力端子３
に食い込ませている。１１はケースで、角速度センサ１
の長手方向を緩衝部材１０を介して、角速度センサ１、
回路基板６、ベース８を一括して収納して、角速度セン
サ装置を構成していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、ホルダー２の長手方向に沿ってセンサ保持
部８ａとこのセンサ保持部８ａに設けられた凹部８ｂで
角速度センサ１を保持しているため、外乱振動が加わる
と、防振効果をもたらす衝撃緩衝材９があるものの角速
度センサ１の中心付近で回転方向の振動に対しては影響
を受け易いという課題を有していた。

【０００６】また、角速度センサ１の長手方向を、衝撃
緩衝材９を介して保持し、かつ、回路基板６を保持する
保持板８と、センサ１、回路基板６、保持板８とを一括
して収納する緩衝部材１０とケース１１とで一体化収納
した構造のため、ケース１１内の各部とケース１１の外
気との気密性を高めることが難しいため、外気により角
速度センサ１の表面への腐食および、水分結露による電
気漏洩を起こしたり、衝撃緩衝材９の着氷により防振効
果が著しく阻害されるという課題を有していた。

【０００７】本発明は、上記した従来の課題を解決する
もので、外乱振動による影響、外気による回路基板の腐
食および水分結露による電気漏洩による特性変動、着氷
による防振特性劣化等の少ない角速度センサを提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記従来の課題を解決す
るために本発明の角速度センサ装置は、上面に開放端を
有しかつ底面から上面に向かってピンを有する凹型のケ
ースと、このケースのピンに挿入されかつ中央にくびれ
部を有する防振部材と、この防振部材のくびれ部にはめ
込まれかつ検知部の金属体に振動片貫通孔を配した音叉
ユニットを備えたセンサ支持板と、このセンサ支持板を
はめ入れた防振部材上にピンに挿入され防振部材を圧縮
加圧して支持するカラーと、このカラー上に音叉ユニッ
トとフレキシブル配線を用いて電気的に接続され、音叉
ユニットを駆動させ出力信号を処理する処理手段を搭載
しかつピンに挿入される基板と、ケースの上面の開放端
に密封するようにはまり込む蓋とからなる構成を有する
ものである。

【０００９】また、音叉ユニットは、板状の金属体に圧
電体を接合した駆動部と、この駆動部に直交するように
結合配置しかつ複数の貫通孔を有する金属体に圧電体を
接着した検知部を有するものである。

【００１０】また、センサ支持板を、Ｔ字型の止め具を
備え、この止め具からピンを延出して音叉ユニットを支
持したり、音叉ユニットと、この音叉ユニットの信号を
処理する処理手段を備えた基板とを、フレキシブルプリ
ント配線基板で電気的に接続したり、センサ支持板が、
発泡性を有する材質を用いたり、防振部材が、防振部材
貫通孔方向に圧縮加圧して支持した構成を有するもので
ある。

【００１１】

【作用】この構成によって、音叉ユニットを備えたセン
サ支持板を、防振部材を介して４点をカラーにて押さ
え、かつ支持板の側面端を支持することにより、高い防
振効果を得、音叉中心軸で受ける外乱振動の影響度を小
さくできる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の一実施例における角速度セン
サ装置について、図面を参照しながら説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例における角速度セ
ンサ装置の分解斜視図、図２は同要部である蓋を外した
上面図、図３は同要部である蓋および基板を外した上面
図、図４は同断面図である。

【００１４】図１〜図４において、２１は樹脂成形にて
作製された凹型のケースで、その上面には開放端を有
し、かつ底面から開放端に向かって細くなる段差を有す
るピン２２を４本有し側面には内外に貫通しかつ気密性
を有する電気信号端子３５を備えている。このケース２
１は、好ましくはポリブチレンテレフタレート（以後、
「ＰＢＴ」と記す。）、ポリフェニレンサルファイド
（以後、「ＰＰＳ」と記す。）、その他エンジニアリン
グプラスチック等が使用でき、特にＰＢＴは熱的安定
性、機械的強度、成形の容易性および電気的絶縁性の点
から好ましい。２３はケース２１の内形状に合わせた形
状で、その対向する辺の各頂点側近傍にそれぞれ２ヵ所
ずつ防振部材２４を嵌入する溝２５を有したセンサ支持
板で、好ましくは、後述する音叉ユニット２８との質量
差が１０倍程度の大きさで、音叉ユニットを支えるだけ
の機械的強度を有した金属板により構成される。材質と
しては、焼結により得られた発泡金属、真鍮、鉄、その
他の金属、セラミクス、エンジニアリングプラスチック
等が使用でき、特に真鍮は加工性、腐食しにくさ、機械
的強度、振動吸収の高さと、振動吸収のための適当な質
量の確保の点から好ましい。そして、防振部材２４は、
中央にくびれ部２６を有してセンサ支持板２３の溝２５
にはめ込まれ、かつ、このくびれ部２６に垂直な面には
ケース２１に設けられたピン２２を貫通する防振部材貫
通孔２７から構成され、好ましくは、後述する音叉ユニ
ット２８を接合したセンサ支持板を保持する機械的強度
を有し、内部が空洞の構造で肉厚１．０ミリメートル程
度でシリコンゴムにより構成され、かつ約１５％程度防
振部材貫通孔２７方向に圧縮加圧して使用される。この
防振部材２４の材質としては、シリコンゴム、ブチルゴ
ム、ウレタンゴム等が使用でき、特にシリコンゴムは温
度特性の点から好ましい。

【００１５】２８は音叉ユニットで、センサ支持板２３
上に設けられている。２９は防振部材２４上に設けられ
たカラーで、ケース２１のピン２２の中程の段差までを
貫通するカラー貫通孔３０から構成され、好ましくは、
防振部材２４を圧縮できる機械的強度と平面積を有し、
防振部材２４の共振周波数より高い値の剛性体により構
成される。このカラー２９の材質としては、ＰＢＴ、Ｐ
ＰＳ、エンジニアリングプラスチック、その他金属等が
使用でき、特にＰＢＴは熱的安定性、成形の容易性の点
から好ましい。

【００１６】３１は片面もしくは両面に音叉ユニット２
８を駆動させ出力信号を処理する処理手段を搭載する基
板で、この基板３１にはケース２１のピン２２を貫通す
る基板貫通孔３２を有している。３３は音叉ユニット２
８と基板３１とを電気的に接続するフレキシブル配線
で、好ましくは、フレキシブルプリント配線基板を用
い、容量結合の変化による出力電圧変動を防ぎ、厚さ５
０マイクロメーター程度で、検出信号系と駆動信号系と
を分離して配置している。このフレキシブルプリント配
線基板３３の材質としては、ポリイミド、テトロン等が
使用でき、特にポリイミドは耐熱性の点から好ましい。
３４はケース２１の凹部に密封するようにはまり込む蓋
で、この蓋３４にはケース２１のピン２２にはまり込む
はめ穴（図示せず）を有した樹脂成形品で、その材質と
しては、ＰＢＴ、ＰＰＳ、その他エンジニアリングプラ
スチック等が使用でき、特にＰＢＴは熱的安定性、機械
的強度、成形の容易さ及び電気的絶縁性の点から好まし
い。また、蓋３４をケース２１の凹部にはめ込む際に窒
素ガス等の乾燥不活性ガスを封入して、密封している。

【００１７】図５は音叉ユニット２８の分解斜視図であ
る。図５において、直交する板状の金属体４１の一方を
検知部４３とし、他方を駆動部４５とする。検知部４３
の金属体４１には複数の振動片貫通孔５３を配し、この
金属体４１のどちらか一方の面に圧電体４２を接着し、
駆動部４５の金属体４１にもどちらか一方の面に圧電体
４４を接着して振動片４６を構成している。この検知部
４３の振動片貫通孔５３は音叉片の直交軸方向に列をな
すように配置し、後述する金属ブロック４７は駆動部４
５の金属体４１の板幅方向寸法と一致するように構成
し、それぞれの振動片４６は音叉振動の中心軸を通り駆
動部４５の金属体４１と平行な面に対し面対称になるよ
うに配置し、金属ブロック４７とそれぞれの振動片４６
の固定では両者の電気導通をとっている。そして、振動
片４６の２枚をそれぞれの振動片４６の駆動部４５を金
属ブロック４７に接着剤で接着し、この金属ブロック４
７より延出した支持ピン４８を介して支柱４９に固定し
て音叉ユニット２８を構成している。

【００１８】なお、検知部４３の板状の金属体４１に複
数の振動片貫通孔５３を設けることにより、圧電体４２
が受ける感応歪力が増加するため検知部４３の感度を上
げることができる。

【００１９】以上のように構成された角速度センサ装置
について、以下にその動作について説明する。

【００２０】図６は、音叉ユニットの動作原理を説明す
る図で、まず入力角速度を与えた時に発生する作用の力
について説明する。図６において、駆動方向に速度Ｖで
屈曲振動している状態でセンサの中心軸周りに角速度ω
の回転が印加されたとすると、質点の重量をｍとする
と、コリオリの力Ｆは、「Ｆ＝２ｍＶω」で表すことが
できる。

【００２１】このコリオリの力Ｆは振動速度Ｖのなす方
向と垂直の方向であるから、コリオリの力Ｆを検出する
ことにより、センサに加えた角速度ωを検出することが
できるのである。このコリオリの力Ｆの検出は検知部４
３に貼り付けられた圧電体４２で電気信号に変換する。

【００２２】この電気信号は、検知部４３が、コリオリ
の力により厚み方向にたわむと、検知部４３に貼り付け
られた圧電体４２は伸び、または縮みのため、歪を受
け、コリオリの力Ｆに対応した電荷が発生し、電気信号
となる。

【００２３】この圧電体４２に発生した電気信号は信号
処理手段を搭載した基板３１で信号処理することによ
り、音叉ユニット２８に与えた入力角速度ωを得ること
ができる。

【００２４】なお、本実施例では、音叉ユニット２８を
センサ支持板２３に固定する際、振動片４６の駆動部４
５を金属ブロック４７に接着剤で固定し、この金属ブロ
ック４７より延出した支持ピン４８を介して支柱４９を
設けたが、図７に示すように、センサ支持板５１にＴ字
型の止め具５２を固着し、この止め具５２に支持ピンを
固着することにより、支柱４９が、Ｔ字型の止め具５２
に変えるだけで、音叉ユニット２８の支持に対する剛性
が高まり、不要な振動成分が吸収され、外乱振動に対す
る出力電圧の変動がより小さいという効果が得られる。

【００２５】さらに、図５の実施例または、図７の実施
例により得られた音叉ユニット２８は防振部材２４を設
けたセンサ支持板にて支持するので、ケースに伝達した
外乱振動の振動成分の減衰効果と支持ピン４８とＴ字型
の止め具５２とによる減衰効果、フレキシブルプリント
配線基板の振動に対する低剛性とセンサ支持板２３を発
泡性金属に置き換えることによる低剛性での外乱振動に
対する減衰効果により、不要な振動成分の除去、外乱振
動に対する安定性を高めたものである。

【００２６】さらに防振部材２４を圧縮加圧して支持す
ることにより、音叉ユニット２８とセンサ支持板２３の
自重により、防振部材とケースのピン部２２の適当な隙
間の維持を保ち、図４に示す隙間５４を設けることによ
り、高い減衰効果を得たものである。

【００２７】また、検知部４３に複数の貫通孔５３を設
けることにより、圧電体への感応歪力の増加による角速
度感度の増加作用を得ることができた。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明は、上面に開放端を
有しかつ底面から上面に向かってピンを有する凹型のケ
ースと、このケースのピンに挿入されかつ中央にくびれ
部を有する防振部材と、この防振部材のくびれ部にはめ
込まれかつ検知部の金属体に振動片貫通孔を配した音叉
ユニットを備えたセンサ支持板と、このセンサ支持板を
はめ入れた防振部材上にピンに挿入され防振部材を圧縮
加圧して支持するカラーと、このカラー上に音叉ユニッ
トとフレキシブル配線を用いて電気的に接続され、音叉
ユニットを駆動させ出力信号を処理する処理手段を搭載
しかつピンに挿入される基板と、ケースの上面の開放端
に密封するようにはまり込む蓋から構成することによ
り、従来よりも形状が小さく軽量であり、外乱振動に対
する出力電圧の変動が低減した角速度センサ装置が得ら
れる。

【００２９】また、検知部の振動片に貫通孔を設けるこ
とにより、高い感度を得られる。また、Ｔ字型の止め具
からピンを延出して音叉ユニットを支持し、フレキシブ
ルプリント配線基板の低剛性を活用し、センサ支持板に
発泡性の材質を用い、さらに防振部材を貫通孔方向に圧
縮加圧して支持することにより、外乱振動に対する出力
電圧の変動がさらに低減されるため従来よりも非常に高
い出力分解能が得られる角速度センサ装置を提供でき
る。

【００３０】また、蓋にてケースの凹部に容易に気密密
封することができるので、外気の湿度による電気漏洩及
び防振部材に対する着氷による防振特性の劣化、腐食ガ
スによる特性変化の影響度を小さく、特性の経時変化が
小さいため、従来よりも簡単な構造で温度・湿度環境及
び腐食ガス（大気汚染ガスＳＯ₂など）、各環境下にお
いても従来と比較して、より優れた特性を得ることがで
きる角速度センサ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における角速度センサ装置の
分解斜視図

【図２】同要部である蓋を外した上面図

【図３】同要部である蓋および基板を外した上面図

【図４】同断面図

【図５】同要部である音叉ユニットの分解斜視図

【図６】同動作を説明する図

【図７】本発明の他の実施例における角速度センサ装置
の要部である音叉ユニットをセンサ支持板に固着する状
態を示す斜視図

【図８】従来例における角速度センサ装置の一部分解斜
視図

【図９】同ケースを外した側面図

【図１０】同要部であるベースの斜視図

【符号の説明】 ２１ ケース ２２ ピン ２３ センサ支持板 ２４ 防振部材 ２６ くびれ部 ２８ 音叉ユニット ２９ カラー ３１ 基板 ３４ 蓋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牛原 正晴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 湯河 潤一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 毛利 浩明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 大越 偉生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 村上 昌良 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に開放端を有しかつ底面から上面に
   向かってピンを有する凹型のケースと、このケースの前
   記ピンを貫通しかつ中央にくびれ部を有する防振部材
   と、この防振部材のくびれ部にはめ込まれかつ音叉ユニ
   ットを備えたセンサ支持板と、このセンサ支持板をはめ
   込んだ前記防振部材上に前記ピンに挿入されるカラー
   と、このカラー上に前記音叉ユニットと電気的に接続さ
   れ音叉ユニットを駆動させ出力信号を処理する信号処理
   手段を搭載しかつ前記ピンに挿入される基板と、前記ケ
   ースの上面の開放端に密封するようにはまり込む蓋とか
   らなる角速度センサ装置。
2. 【請求項２】 音叉ユニットは、板状の金属体に圧電体
   を接合した駆動部と、この駆動部と直交するように結合
   配置しかつ複数の貫通孔を有する金属体に圧電体を接着
   した検知部とを配置した請求項１記載の角速度センサ装
   置。
3. 【請求項３】 センサ支持板にＴ字型の止め具を備え、
   この止め具からピンを延出して音叉ユニットを支持する
   請求項１記載の角速度センサ装置。
4. 【請求項４】 音叉ユニットと、この音叉ユニットの信
   号を処理する処理手段を備えた基板とを、フレキシブル
   プリント配線基板で電気的に接続した請求項１記載の角
   速度センサ装置。
5. 【請求項５】 センサ支持板は、発泡性を有する材質を
   用いた請求項１記載の角速度センサ装置。
6. 【請求項６】 防振部材は、貫通孔方向に圧縮加圧して
   支持したことを特徴とした請求項１記載の角速度センサ
   装置。