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WO2011102121A1 - 角速度センサおよび角速度および加速度検出用複合センサ - Google Patents

角速度センサおよび角速度および加速度検出用複合センサ Download PDF

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WO2011102121A1
WO2011102121A1 PCT/JP2011/000842 JP2011000842W WO2011102121A1 WO 2011102121 A1 WO2011102121 A1 WO 2011102121A1 JP 2011000842 W JP2011000842 W JP 2011000842W WO 2011102121 A1 WO2011102121 A1 WO 2011102121A1
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WO
WIPO (PCT)
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angular velocity
electrode
velocity sensor
terminal
acceleration
Prior art date
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Application number
PCT/JP2011/000842
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English (en)
French (fr)
Inventor
崇 内田
稔夫 山崎
朋弘 三谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Priority claimed from JP2010207505A external-priority patent/JP5786114B2/ja
Priority claimed from JP2010207506A external-priority patent/JP2012063243A/ja
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    • H01L2924/16195—Flat cap [not enclosing an internal cavity]

Definitions

  • the present invention particularly relates to an angular velocity sensor and a combined sensor for detecting angular velocity and acceleration, which are used for attitude control of a moving body such as an aircraft / vehicle, a navigation system, and the like.
  • FIG. 15 is a sectional view of a conventional angular velocity sensor.
  • the conventional angular velocity sensor generally has a structure in which an angular velocity sensor element 102 and an IC 103 for controlling the angular velocity sensor element 102 are arranged inside a package 101. Recently, disturbance vibration applied to the package 101 is detected as an angular velocity sensor element. In order to suppress transmission to 102, a structure in which the angular velocity sensor element 102 is suspended by a vibration isolation member 104 in the internal space of the package 101 has been proposed.
  • the angular velocity sensor element 102 uses a vibration type element that drives and vibrates the element and detects a deflection component of the element due to the Coriolis force accompanying the angular velocity applied around the detection axis, and the angular velocity sensor element 102 detects the angular velocity. Is mounted on the vibration isolation member 104 via the pedestal 105 in order to secure the vibration space.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing a vibration state of an angular velocity sensor element in a conventional angular velocity sensor.
  • the angular velocity sensor element 102 when the angular velocity sensor element 102 is mounted on a pedestal 105 placed on the surface of the vibration isolation member 104, the position of the center of gravity of the angular velocity sensor element 102 attached to the package 101 via the vibration isolation member 104 is the vibration isolation. It becomes higher than the member plane of the member 104. For this reason, bending vibration as indicated by an arrow 106 is excited in the vibration isolation member 104 against disturbance vibration applied from the outside of the package 101, and this bending vibration is erroneously detected as an angular velocity as rotation about the detection axis.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of a conventional angular velocity sensor.
  • FIG. 18 is a top sectional view of a conventional angular velocity sensor.
  • FIG. 19 is a perspective view of a storage portion in a conventional angular velocity sensor as viewed from below.
  • FIG. 20 is a perspective view of a conventional angular velocity sensor as seen from above.
  • FIG. 21 is a perspective view of a conventional angular velocity sensor as seen from below.
  • a case 230 is provided with a multilayer circuit board 231 having a layer structure of ceramic and wiring conductors from the inner bottom surface to the outer bottom surface, and the upper surface of the multilayer circuit board 231 is shown in FIG.
  • the first wiring electrode 232 and the second wiring electrode 233 are provided.
  • an IC 235 electrically connected to the first wiring electrode 232 by a wire wire 234 made of gold or aluminum is provided on the upper surface of the multilayer circuit board 231 and is electrically connected to the second wiring electrode 233.
  • a connected capacitor 236 is provided.
  • the IC 235 is housed inside the case 230 and processes an output signal output from the vibrator 221. Further, as shown in FIG.
  • six case electrodes 237 made of silver are provided on the outer bottom surface of the multilayer circuit board 231 in the case 230, and as shown in FIG. 20, a ceramic is formed over the outer periphery of the upper surface of the multilayer circuit board 231. And a metal frame 239 made of Kovar is provided on the upper surface of the side wall 238. Further, as shown in FIG. 19, a stepped portion 240 is provided on the inner bottom surface of the case 230, and the vibrator 221 shown in FIG. 17 is fixed to the stepped portion 240, and a third wiring electrode is provided. 241 is provided, and the third wiring electrode 241 is electrically connected to the vibrator 221 through the wire 234.
  • the metal lid 242 seals the opening of the case 230 so that the inside of the case 230 is in a vacuum atmosphere.
  • the housing portion 243 made of resin is configured to be oriented with a direction perpendicular to a counterpart substrate (not shown), which is an object to be measured for angular velocity, as an angular velocity detection axis.
  • the case 230 is housed, and the other end of at least three terminals 244 whose one end is electrically connected to the vibrator 221 is embedded integrally.
  • the mounting portion 245 is located substantially in the center of the storage portion 243 and is provided substantially in parallel with the angular velocity detection axis of the storage portion 243 and mounts the case 230.
  • One end side of the terminal 244 is embedded in the mounting portion 245, and the tip end portion 244 a on one end side of the terminal 244 is exposed from the mounting portion 245.
  • the case electrode 237 in the case 230 is electrically connected to the tip portion 244 a on one end side of the terminal 244 in the placement portion 245. Since the tip 244a on one end side of the terminal 244 is also mechanically connected to the case 230, the case 230 is supported from the periphery by a terminal 244 in which the other end is integrally embedded in the storage portion 243. ing.
  • each of the six terminals 244 is provided with a Z-shaped bent portion 244b at substantially the center, and further, the Y-axis direction extending portion 251 and the Z-axis direction extending by the bent portion 244b.
  • the case 230 is configured to be displaced in the X-axis direction with respect to the storage portion 243.
  • three recesses 253 are provided on the outer bottom surface of the storage portion 243 as shown in FIG.
  • the metal cover 254 is provided with three locking claws 256 on the opening side, and the locking claws 256 are fixed by caulking with the recesses 253 in the storage portion 243 shown in FIG.
  • a GND potential connection portion 255 is provided on the outer bottom surface of the storage portion 243.
  • the Coriolis of F 2 mV ⁇ ⁇ is applied to the arm of the vibrator 221. Force is generated. Due to this Coriolis force, an output signal composed of electric charges is input to the IC 235 via the wire line 234, the third wiring electrode 241, the multilayer circuit board 231, the first wiring electrode 232, and the wire line 234, and waveform processing is performed. To do.
  • the second wiring electrode 233, the capacitor 236, the case electrode 237, and one end of the terminal 244, the terminal 244a, the terminal 244, and the output electrode 249 are input to the counterpart computer (not shown).
  • the counterpart computer not shown.
  • the terminal 244 is provided with the Y-axis direction extending portion 251 and the Z-axis direction extending portion 252, and thus the case 230. Bends in the X-axis direction with respect to the storage portion 243, and attenuates external disturbance in the X-axis direction so as not to be transmitted to the case 230.
  • Patent Document 2 is known as prior art document information relating to the invention of this application.
  • the case 230 bends in the X-axis direction with respect to the storage portion 243, so that disturbance vibration in the X-axis direction applied from the outside can be attenuated so as not to be transmitted to the case 230, The vibration in the Y-axis direction and Z-axis direction applied from the outside cannot be attenuated.
  • FIG. 22 is an exploded perspective view of a conventional composite sensor for detecting angular velocity and acceleration.
  • FIG. 23 is a side sectional view of a conventional sensor for detecting angular velocity and acceleration.
  • FIG. 24 is a perspective view of an angular velocity detecting element in a conventional composite sensor for detecting angular velocity and acceleration.
  • FIG. 25 is a perspective view of a conventional composite sensor for detecting angular velocity and acceleration.
  • the angular velocity detection unit 301 houses a vibrating body 302 formed of a tuning fork in which single crystal quartz thin plates having different crystal axes shown in FIG. 24 are bonded together, and the vibrating body 302.
  • the case 303 includes a case 304 and a lid 304 that closes an opening (not shown) provided on the upper surface of the case 303.
  • drive electrodes 305 are provided on the front and back surfaces of the vibrating body 302 constituting the angular velocity detection unit 301, and detection electrodes 306 are provided on the outer and inner surfaces.
  • the case 303 constituting the angular velocity detection unit 301 houses the vibrating body 302 inside, and has an opening (not shown) on the upper surface. Further, as shown in FIG.
  • the lid 304 constituting the angular velocity detection unit 301 is provided with a power supply terminal 307, an angular velocity output terminal 308, and a GND terminal 309 so as to penetrate from the upper surface to the lower surface, and the power supply terminal 307 and One end of the GND terminal 309 is electrically connected to the drive electrode 305 in the vibrating body 302.
  • One end of an angular velocity output terminal 308 provided on the lid 304 is electrically connected to the detection electrode 306 in the vibrating body 302.
  • the acceleration detector 311 incorporating an acceleration signal processing IC is provided with a movable electrode plate (not shown) and a fixed electrode plate (not shown) inside, and this movable electrode plate (not shown).
  • a power supply terminal 312, an X-axis acceleration output terminal 313a, a Y-axis acceleration output terminal 313b, and a GND terminal 314 that are electrically connected to one end of a fixed electrode plate (not shown) are provided so as to protrude outward.
  • Reference numeral 315 denotes a circuit board.
  • the circuit board 315 fixes the angular velocity detection unit 301 to the lower surface and is provided with a large number of terminal insertion holes 316 from the upper surface to the lower surface.
  • the power supply terminal 307, the angular velocity output terminal 308, and the GND terminal 309 are inserted.
  • the circuit board 315 has an acceleration detection unit 311 fixed to the lower surface and an angular velocity signal processing IC 317 made of an electronic component provided with an AGC circuit (not shown) on the upper surface.
  • the angular velocity signal processing IC 317 includes a power supply terminal 307 in the angular velocity detection unit 301, an angular velocity output terminal 308, a GND terminal 309, a power supply terminal 312 in the acceleration detection unit 311, an X-axis acceleration output terminal 313a, a Y-axis acceleration output terminal 313b, and a GND.
  • the terminal 314 is electrically connected.
  • the shield case 318 accommodates the circuit board 315, the angular velocity detection unit 301, and the acceleration detection unit 311 inside, and also includes a power supply relay terminal 319, a GND relay terminal 320, an angular velocity relay terminal 321, an X-axis acceleration relay terminal 322, and a Y-axis acceleration relay terminal 322.
  • the axial acceleration relay terminal 323 is provided so as to penetrate from the inside to the outside.
  • the shield case 318 electrically connects one end of the power relay terminal 319 to the power terminal 307 in the angular velocity detector 301 and the power terminal 312 in the acceleration detector 311, and connects one end of the GND relay terminal 320 to the angular velocity detector.
  • the GND terminal 309 in 301 and the GND terminal 314 in the acceleration detector 311 are electrically connected.
  • One end of the angular velocity relay terminal 321 is electrically connected to the angular velocity output terminal 308 in the angular velocity detection unit 301, and one end of the X-axis acceleration relay terminal 322 is electrically connected to the X-axis acceleration output terminal 313 a in the acceleration detection unit 311.
  • the lid 318c of the shield case 318 is provided with an urging portion 324 made of an elastic projection formed by cutting a vertical portion 318d. By this urging portion 324, the lid 318c is elastically attached to the outer surface of the opening 318b in the shield case 318, so that the storage portion 318a has the same potential as the lid 318c.
  • the protective case 325 made of resin having a bottomed cylindrical shape accommodates the shield case 318 inside, and is provided with a connector portion 326 so as to protrude outward from the side surface, and the inside of the connector portion 326
  • One end of the power connector terminal 327, the angular velocity connector terminal 328, the X-axis acceleration connector terminal 329, the Y-axis acceleration connector terminal 330, and the GND connector terminal 331 is disposed, and the other end is embedded in the protective case 325. Further, as shown in FIG.
  • the protective case 325 is provided with a through hole 332 from the bottom surface to the outer bottom surface, as well as a power connector terminal 327, an angular velocity connector terminal 328, an X-axis acceleration connector terminal 329, and a Y-axis acceleration connector terminal 330,
  • the other end of the GND connector terminal 331 is positioned in a through hole 332 provided in the protective case 325.
  • the other end of the X-axis acceleration relay terminal 322 is inserted into a hole (not shown) of the X-axis acceleration connector terminal 329 in the protective case 325 and electrically connected by the solder 335.
  • the other end of the Y-axis acceleration relay terminal 323 is inserted into a hole (not shown) of the Y-axis acceleration connector terminal 330 and electrically connected by solder 335.
  • the other end of the power relay terminal 319 is inserted into a hole (not shown) of the power connector terminal 327 and electrically connected by the solder 335, and the angular velocity relay terminal is connected to a hole (not shown) of the angular velocity connector terminal 328.
  • the other end of 321 is inserted and electrically connected by solder 335.
  • the other end of the GND relay terminal 320 is inserted into a hole (not shown) of the GND connector terminal 331 and is electrically connected by the solder 335.
  • the three protective lids 336 made of resin close the opening provided on the upper surface of the protective case 325.
  • a DC voltage from an external power source (not shown) is converted into an AC voltage by a power connector terminal 327, a power relay terminal 319 and an angular velocity signal processing IC 317, and this AC voltage is detected via the power terminal 307.
  • a DC voltage from an external power source (not shown) is converted into an AC voltage by a power connector terminal 327, a power relay terminal 319 and an angular velocity signal processing IC 317, and this AC voltage is detected via the power terminal 307.
  • the drive electrode 305 of the vibrating body 302 of the unit 301 Similarly, when the drive electrode 305 is grounded via the GND connector terminal 331, the GND relay terminal 320, and the GND terminal 309, the vibrating body 302 bends and vibrates.
  • this change in capacitance is converted into an output voltage inside the acceleration detector 311, and the acceleration in the X-axis direction is transmitted via the X-axis acceleration output terminal 313 a, the X-axis acceleration relay terminal 322, and the X-axis acceleration connector terminal 329.
  • Acceleration in the X-axis direction is detected by inputting to a partner computer (not shown).
  • the partner computer not shown
  • the Y-axis acceleration output terminal 313b, the Y-axis acceleration relay terminal 323, and the Y-axis acceleration connector terminal 330 the behavior of the vehicle body is analyzed by analyzing the angular velocity applied to the vehicle body, the acceleration in the X-axis direction, and the acceleration in the Y-axis direction by a counterpart computer (not shown).
  • Patent Document 3 is known as prior art document information relating to the invention of this application.
  • the power supply terminal 307, the angular velocity output terminal 308, and the GND terminal 309 in the angular velocity detection unit 301 are rigidly fixed to the circuit board 315, so that the flexural vibration of the vibrating body 302 in the angular velocity detection unit 301 is achieved. Is directly transmitted to the acceleration detection unit 311 via the circuit board 315. Thus, when the movable electrode plate in the acceleration detection unit 311 moves, the acceleration output signal is detected even though no acceleration is generated. Resulting in.
  • JP 2005-331449 A International Publication No. 03/046479 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-4450
  • the present invention improves the detection accuracy of the angular velocity sensor.
  • the present invention relates to an angular velocity sensor that suspends an angular velocity sensor element in an internal space of a package via a vibration isolating member, and a suspension portion in which the vibration isolating member is positioned between the connection portion of the package and the base and the connection portion.
  • the height of the center of gravity position of the suspension is made to coincide with the height of the center of gravity of the composite body composed of the angular velocity sensor element, the pedestal, and the connection portion of the vibration isolating member to the pedestal.
  • the present invention can suppress the influence of disturbance vibration on the angular velocity sensor element, and can improve the detection accuracy of the angular velocity sensor.
  • the present invention provides an angular velocity sensor capable of attenuating all the vibrations in the three axis directions without being able to attenuate the vibrations in the Y axis direction and the Z axis direction applied from the outside.
  • the present invention relates to a tuning fork type vibrator provided with a drive electrode, a detection electrode, and a support portion, an IC for processing an output signal output from the detection electrode in the vibrator, and a mounting for supporting the support portion in the vibrator
  • the member, the vibrator, the IC, and the mounting member are housed inside, the terminal electrode is provided on the stepped portion, the power supply electrode, the GND electrode, and the output electrode are provided on the outer bottom surface, and the terminal electrode, the power supply electrode, and the GND electrode And a case provided with a wiring pattern for electrically connecting the output electrode, and the mounting member is configured to be supported from the periphery by a terminal electrically connected to the terminal electrode.
  • this terminal is provided with the X-axis direction extension part, the Y-axis direction extension part, and the Z-axis direction extension part.
  • the X-axis direction extending portion, the Y-axis direction extending portion, and the Z-axis direction extending portion are provided in the terminal, the X-axis direction extending portion and the Y-axis direction extending portion are applied from the outside. Attenuates vibration in the Z-axis direction, attenuates vibration in the X-axis direction applied from the outside by the Y-axis direction extending portion and the Z-axis direction extending portion, and further attenuates the Z-axis direction extending portion and the X-axis direction extension.
  • the vibration in the Y axis direction applied from the outside is attenuated by the projecting portion, and all the vibrations in the three axis directions can be attenuated.
  • the flexural vibration of the vibrating body in the angular velocity detection unit is directly transmitted to the acceleration detection unit, so that the acceleration output signal is not detected even though no acceleration is generated.
  • a composite sensor for detecting angular velocity and acceleration with improved reliability is provided.
  • the present invention relates to a vibrator for detecting angular velocity, an acceleration sensor element for detecting acceleration, an IC for processing an angular velocity output signal generated from the vibrator and an acceleration output signal generated from the acceleration sensor element, and a vibrator
  • a vibrator for detecting angular velocity
  • an acceleration sensor element for detecting acceleration
  • an IC for processing an angular velocity output signal generated from the vibrator and an acceleration output signal generated from the acceleration sensor element
  • a vibrator A case in which the acceleration sensor element and the IC are housed, a terminal electrode is provided on the inner side surface, and a power source electrode, a GND electrode and an output electrode are provided on the outer bottom surface, and the vibrator is fixed to the case via the terminal
  • the acceleration sensor element is rigidly fixed to the case.
  • the flexural vibration of the vibrator is attenuated by the terminal. Since the child's vibration is difficult to be transmitted to the acceleration sensor element, the acceleration output signal will not be detected even though no acceleration is generated, and the acceleration sensor
  • FIG. 1 is a sectional view of an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a top view of the angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the structure of the electrodes provided in the angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a suspended state of the angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a top view of another angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 is a sectional view of an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a top view of the angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a driving state of another angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a detection state of another angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a top view showing a state where the upper lid of the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention is removed.
  • FIG. 10 is a bottom view of the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of a vibrator in the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a side sectional view of the vibrator in the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a state in which the vibrator and the terminal are fixed to the mounting member in the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14A is an assembly process diagram of the vibrator in the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14B is an assembly process diagram of the vibrator in the angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 14C is an assembly process diagram of the vibrator in the angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 14A is an assembly process diagram of the vibrator in the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14B is an assembly process diagram of the vibrator in the angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 14C is an assembly process diagram of
  • FIG. 14D is an assembly process diagram of the vibrator in the angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 14E is an assembly process diagram of the vibrator in the angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 14F is an assembly process diagram of the vibrator in the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a sectional view of a conventional angular velocity sensor.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing a vibration state of an angular velocity sensor element in a conventional angular velocity sensor.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of a conventional angular velocity sensor.
  • FIG. 18 is a top sectional view of a conventional angular velocity sensor.
  • FIG. 19 is a perspective view of a storage portion in a conventional angular velocity sensor as viewed from below.
  • FIG. 20 is a perspective view of a conventional angular velocity sensor as seen from above.
  • FIG. 21 is a perspective view of a conventional angular velocity sensor as seen from below.
  • FIG. 22 is an exploded perspective view of a conventional composite sensor for detecting angular velocity and acceleration.
  • FIG. 23 is a side sectional view of a conventional sensor for detecting angular velocity and acceleration.
  • FIG. 24 is a perspective view of an angular velocity detecting element in a conventional sensor for detecting angular velocity and acceleration.
  • FIG. 25 is a perspective view of a conventional composite sensor for detecting angular velocity and acceleration.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the basic structure is an angular velocity sensor element 2 in an internal space of a package 1 made of laminated ceramics, a drive control circuit for applying a drive signal to the angular velocity sensor element 2, and a detection signal output from the angular velocity sensor element 2.
  • An IC 3 including a detection circuit to be processed is arranged, and the opening of the package 1 is sealed with a lid 7.
  • the angular velocity sensor element 2 is supported by a pedestal 9 suspended in the internal space of the package 1 by a vibration isolating member 8 made of a flexible leaf spring material or an elastic material so that disturbance vibrations are not transmitted through the package 1. It has a structure.
  • FIG. 2 is a top view of the angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • an angular velocity sensor element 2 is a tuning-fork type vibration element in which a drive electrode 2c and a detection electrode 2d are provided on a pair of drive arms 2b extending from the support portion 2a along the detection axis 10,
  • the portion of the pedestal 9 where the angular velocity sensor element 2 is mounted has a step structure, and the support portion 2a of the angular velocity sensor element 2 is mounted on the upper step surface 9a to secure a vibration space for the drive arm 2b. .
  • FIG. 3 is a diagram showing the structure of the electrodes provided in the angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the angular velocity sensor element 2 is composed of a substrate made of Si, and the structure of each electrode provided on the surface thereof is an upper electrode 11a made of Au and a lower electrode 11b made of Pt, and PZT arranged therebetween.
  • a positive voltage is applied to the upper electrode 11a with the lower electrode 11b connected to the ground with the lower electrode 11b connected to the ground, a compressive force acts in the electrode stacking direction, and the compressive force causes the electrode pattern to extend. Stress is generated.
  • the drive arm 2b is driven to vibrate in the X-axis direction, that is, in the direction in which the drive arms 2b are juxtaposed as indicated by the arrows.
  • an angular velocity is applied around the detection axis, so that the driving arm 2b is bent and vibrated in the Z-axis direction (direction perpendicular to the vibration plane (XY plane) formed by the driving vibration) by the Coriolis force.
  • the vibration is converted into an electrical signal by the detection electrode 2d and output to the IC3.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a suspended state of the angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • the vibration isolator 8 has a step structure having a surface 8a parallel to the vibration plane (XY plane) in the driving vibration of the angular velocity sensor element 2 and a surface 8b orthogonal to the vibration plane (XY plane). Disturbance vibration in the direction (Z-axis direction) orthogonal to the vibration direction is suppressed by the vibration isolation action of the plane 8a parallel to the plane (XY plane), and vibration is generated by the vibration isolation action of the plane 8b orthogonal to the vibration plane (XY plane).
  • the structure is such that disturbance vibrations in a direction parallel to the plane (in-plane direction on the XY plane) are suppressed.
  • the angular velocity sensor has a configuration in which the outer portion of the vibration isolation member 8 is connected to the package 1 as the connection portion 8c and the inner portion is connected to the base 9 as the connection portion 8d, and between the connection portions 8c and 8d.
  • the height of the center of gravity position 12 of the suspension part 8e is made to coincide with the height of the center of gravity position 13 of the entire part suspended by the composite body, that is, the suspension part 8e composed of the angular velocity sensor element 2, the base 9 and the connection part 8d with the base 9.
  • making the height of the gravity center positions 12 and 13 here correspond means matching the relative height of each gravity center position on the basis of the vibration plane in the drive vibration of the angular velocity sensor element 2.
  • the center of gravity of the conventional angular velocity sensor element 2 described with reference to FIG. 16 is made to coincide with the height of the center of gravity 12 of the suspension 8e and the center of gravity 13 of the complex suspended by the suspension 8e. Since the occurrence of flexural vibration indicated by the arrow 6 in the configuration where the position is located above the vibration isolating member 8 can be suppressed and the output of an unnecessary detection signal with respect to disturbance vibration can be suppressed, the detection accuracy of the characteristics in the angular velocity sensor is consequently obtained. Can be increased.
  • the vibration isolator 8 has a flat structure
  • the height of the center of gravity 12 of the suspension 8e and the center of gravity of the composite including the angular velocity sensor element 2 suspended by the suspension 8e Similar effects can be achieved by matching the height of the position 13.
  • the angular velocity sensor element 2 described above is described with reference to the angular velocity sensor element 2 in which the detection axis (Y axis) is parallel to the drive vibration plane (XY plane) on which the drive arm 2b is driven to vibrate as shown in FIG.
  • angular velocity sensors having different detection axis directions can be configured in substantially the same shape.
  • FIG. 5 is a top view of another angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the angular velocity sensor element 14 whose detection axis is orthogonal (Z axis) to the drive vibration plane (XY plane)
  • weight portions 14b are symmetrically arranged on both sides of the fixed portion 14a located in the center portion, respectively.
  • the weight portion 14b is connected by a pair of drive arms 14c, and a drive electrode 14d, a detection electrode 14e, and a monitor electrode 14f, which will be described later, are arranged on the drive arm 14c.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a driving state of another angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a detection state of another angular velocity sensor element constituting the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention. 6 and 7, by applying a drive signal from the IC 3 to the drive electrode 14d, the drive arm 14c expands and contracts symmetrically in the direction connecting the fixed portion 14a and the weight portion 14b (X-axis direction).
  • Coriolis force is generated by receiving the angular velocity around the detection axis with the direction (Z-axis direction) perpendicular to the vibration plane (XY plane) of the angular velocity sensor element 14 in the state of the drive vibration as the detection axis. Due to this Coriolis force, the drive arm 14c vibrates in a direction (Y-axis direction) orthogonal to the drive vibration direction (X-axis direction), and the deformation of the drive arm 14c due to the detected vibration is detected by the detection electrode 14e and an electric signal is detected. As shown in FIG.
  • the angular velocity sensor element 14 is also suspended from the vibration isolating member 8 in a state where a vibration space is secured by a pedestal in the same manner as the tuning fork type angular velocity sensor element 2 shown in FIG.
  • the height of the center of gravity position 12 of the part 8e is the height of the center of gravity 13 of the entire portion suspended by the composite body, that is, the suspension 8e of the angular velocity sensor element 14, the base 9 and the connection portion 8d of the vibration isolator 8 to the base 9. Therefore, the detection accuracy of the angular velocity sensor can be improved.
  • the pedestal 9 may have the function of the pedestal 9 forming the vibration space of the angular velocity sensor element 2 in the vibration isolating member 8 itself.
  • a sheet-like elastic material such as a liquid crystal polymer is used.
  • the liquid crystal polymer used as an elastic material constituting the vibration isolator 8 not only has vibration absorption performance but also has a low melt viscosity and good fluidity. It is also a suitable material for the integral molding of the composite of 8 and pedestal 9, and this effect is the same even when polyphthalamide (PPA) is used.
  • PPA polyphthalamide
  • Another example of the elastic material constituting the vibration isolating member 8 is silicon, which has vibration absorption performance similar to that of the liquid crystal polymer, and has a characteristic that the Young's modulus temperature characteristic is very small. Temperature characteristics can be improved.
  • the angular velocity sensor element is formed by molding the connection portion 8d of the vibration isolation member 8 into the base 9 and integrating them.
  • the suspension portion 8e having a step structure including a surface 8b orthogonal to the surface 8a parallel to the second vibration plane (XY plane) is formed of a leaf spring material, and the portion including the step structure is formed of the elastic material described above. Productivity can be increased.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a top view showing a state where the upper lid of the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention is removed.
  • FIG. 10 is a bottom view of the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of a vibrator in the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a side sectional view of the vibrator in the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • 13 is a perspective view showing a state in which the vibrator and the terminal are fixed to the mounting member in the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • reference numeral 61 denotes a tuning-fork-shaped vibrator.
  • the vibrator 61 includes a first arm portion 61a, a second arm portion 61b, a first arm portion 61a, and a first arm portion 61a. It is comprised by the support part 61c which connects the end of the 2 arm part 61b.
  • the vibrator 61 is provided with a common GND electrode 63 made of an alloy thin film of Pt and Ti over the entire upper surface of a base material 62 made of Si, and further, a PZT thin film is formed on the upper surface of the common GND electrode 63.
  • a piezoelectric layer 64 made of is provided. Further, as shown in FIG.
  • the tuning-fork-shaped vibrator 61 is located substantially inside the center of the upper surface, provided with a pair of first drive electrodes 65 on the upper surface of the piezoelectric layer 64, and substantially In particular, a pair of second drive electrodes 66 are provided on the upper surface of the piezoelectric layer 64 so as to be located outside the center.
  • the vibrator 61 is provided on the top end side of the upper surface, provided with a pair of detection electrodes 67 on the upper surface of the piezoelectric layer 64, and further on the root side of the first drive electrode 65.
  • a monitor electrode 68 is provided on the upper surface.
  • a GND electrode 69 is provided on the surface of the piezoelectric layer 64 so as to be positioned on the surface of the support portion 61 c of the vibrator 61.
  • this case 70 is a case made of ceramic, and this case 70 has a multilayer structure of ceramic and a wiring conductor from the inner bottom surface and the inner side surface to the outer bottom surface, and is provided with a multilayer circuit board 72 having a wiring pattern (not shown). Further, a terminal electrode 75 is provided on the stepped portion 74 provided on the inner side surface of the side wall 73 of the case 70, and a power source electrode 76, a GND electrode 77 and an output electrode 78 are provided on the outer bottom surface. 76, GND electrode 77 and output electrode 78 are electrically connected by a wiring pattern (not shown). In addition, a metal frame 79 made of Kovar is provided on the upper surface of the side wall 73 of the case 70.
  • Reference numeral 80 denotes a resin mounting member.
  • the mounting member 80 supports the support portion 61c of the vibrator 61, and from the periphery by eight terminals 81 electrically connected at one end to the terminal electrode 75 of the case 70. It is supported.
  • Each of the terminals 81 includes a Y-axis direction extending portion 82, a Z-axis direction extending portion 83, and an X-axis direction extending portion 84. Of the eight terminals 81, four terminals 81 are arranged outside.
  • the X-axis direction extending portion 84 of the terminal 81 extends in the front direction, while the X-axis direction extending portions 84 of the four terminals 81 arranged on the inner side extend in the reverse direction. That is, the center of gravity of the mounting member 80 and the center of gravity of the eight terminals 81 are configured to substantially coincide with each other.
  • the vibrator 61 does not move upward or downward due to the movement of the center of gravity of the plurality of terminals, and a signal generated from the vibrator 61 is not generated. It has the effect of stabilizing.
  • first drive electrode 65, the second drive electrode 66, the detection electrode 67, and the GND electrode 69 in the vibrator 61 are electrically connected to the terminal 81 by a wire wire 85.
  • Reference numeral 86 denotes a resin reinforcing member. The reinforcing member 86 is provided so as to cover a connection portion between the terminal 81 and the terminal electrode 75 in the case 70, thereby burying the terminal 81 in the case 70.
  • Reference numeral 87 is an acceleration sensor element, and this acceleration sensor element 87 is provided on the inner bottom surface of the case 70 and is electrically connected to the terminal electrode 75 and the wire wire 85.
  • Reference numeral 88 denotes an IC.
  • the IC 88 is arranged in parallel with the acceleration sensor element 87 on the inner bottom surface of the case 70 and processes an output signal from the vibrator 61 and an output signal from the acceleration sensor element 87.
  • Reference numeral 89 denotes an upper lid made of Kovar. The upper lid 89 closes the opening of the case 70.
  • 14A to 14F are assembly process diagrams of the vibrator in the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • 14A to 14F first, as shown in FIG. 14B, a common GND electrode 63 made of an alloy thin film of Pt and Ti is formed by vapor deposition on the upper surface of the base material 62 made of Si shown in FIG. 14A. Thereafter, as shown in FIG. 14C, a piezoelectric layer 64 made of a PZT thin film is formed on the upper surface of the common GND electrode 63 by vapor deposition.
  • a forming electrode 65a made of an alloy thin film of Ti and Au is formed on the upper surface of the piezoelectric layer 64 by vapor deposition, and then, as shown in FIG. 14E, a predetermined shape is formed. Then, unnecessary portions of the common GND electrode 63, the piezoelectric layer 64, and the forming electrode 65a are removed, and the first drive electrode 65, the second drive electrode 66, the detection electrode 67, the monitor electrode 68, and the like are formed on the upper surface of the piezoelectric layer 64. A GND electrode 69 is formed.
  • the side wall 73 and the stepped portion 74 made of ceramic are formed over the outer periphery of the upper surface of the multilayer circuit board 72 made of an insulator (not shown) made of ceramic and a conductor for wiring (not shown) prepared in advance.
  • a terminal electrode 75 made of Au is formed on the upper surface of the stepped portion 74, and a metal frame 79 made of Kovar is fixed to the upper surface of the side wall 73.
  • a power electrode 76 made of Ag, a GND electrode 77 and an output electrode 78 are formed on the lower surface of the multilayer circuit board 72.
  • the IC 88 is mounted on the upper surface of the multilayer circuit board 72 in the case 70, and then the IC 88 and the multilayer circuit board 72 are electrically connected.
  • the acceleration sensor element 87 and the terminal electrode 75 in the case 70 are connected to a wire wire 85 made of aluminum. Electrical connection is made through wire bonding.
  • the lower surface of the support portion 61 c of the vibrator 61 is fixed to the mounting member 80, and then the first formed on the upper surface of the vibrator 61.
  • the first drive electrode 65, the second drive electrode 66, the detection electrode 67, the monitor electrode 68, the GND electrode 69 and the terminal 81 are electrically connected to each other by wire bonding via a wire wire 85 made of aluminum.
  • the terminals 81 are embedded in the case 70 by covering with the resin reinforcing members 86.
  • a metal upper lid 89 is fixed to the opening of the case 70 in a nitrogen atmosphere by seam welding.
  • a positive voltage is applied to the first arm 61a and the first drive electrode 65 provided on the first arm 61a of the tuning fork type vibrator 61, and a negative voltage is applied to the second drive electrode 66.
  • the piezoelectric layer 64 positioned below the first drive electrode 65 expands and the piezoelectric layer 64 positioned below the second drive electrode 66 contracts, so that the first arm portion 61a of the vibrator 61 is compressed.
  • the 2nd arm part 61b is opened toward the outer side.
  • a negative voltage is applied to the first arm 61a and the first drive electrode 65 provided on the first arm 61a in the tuning fork vibrator 61, and a positive voltage is applied to the second drive electrode 66.
  • the piezoelectric layer 64 positioned below the first drive electrode 65 contracts and the piezoelectric layer 64 positioned below the second drive electrode 66 expands. 61a and the second arm part 61b are closed inward. That is, when an AC voltage is applied to the first drive electrode 65 and the second drive electrode 66 in the tuning fork type vibrator 61, the first arm portion 61a and the second arm portion 61b in the vibrator 61 are in the in-plane direction. Bend at a natural frequency of V.
  • the bending motion of the vibrator 61 is controlled by adjusting the voltages applied to the first drive electrode 65 and the second drive electrode 66 so that the output signal generated from the monitor electrode 68 is constant. The amplitude is controlled.
  • the vibrator 61 has an angular velocity ⁇ around the longitudinal center axis (detection axis).
  • a Coriolis force of F 2 mV ⁇ ⁇ is generated in the arms of the first arm portion 61 a and the second arm portion 61 b of the vibrator 61. Due to this Coriolis force, an output signal composed of electric charges generated in the piezoelectric layer 64 positioned below the detection electrode 67 is transmitted through the detection electrode 67, the wire wire 85, the terminal electrode 75, and a wiring pattern (not shown) in the case 70. After being input to the IC 88 and subjected to waveform processing, it is output as an angular velocity output signal from the output electrode 78 in the case 70 to the outside.
  • an output signal is generated in the acceleration sensor element 87 in accordance with the acceleration.
  • the output signal is signal-processed by the IC 88 via the multilayer circuit board 72, the terminal electrode 75, and the wire line 85, and then input to the terminal electrode 75 via the wire line 85 and via the multilayer circuit board 72 and the output electrode 78. Acceleration is detected by inputting to a partner computer (not shown).
  • the vibration in the Z-axis direction applied from the outside to the terminal 81 by the X-axis direction extending portion 84 and the Y-axis direction extending portion 82 is attenuated.
  • the X-axis direction vibration applied from the outside is attenuated by the Y-axis extending portion 82 and the Z-axis extending portion 83. It is something to be made.
  • the Z-axis extending portion 83 and the X-axis extending portion 84 can attenuate the Y-axis vibration applied from the outside. it can.
  • the terminal 81 is provided with the X-axis direction extending portion 84, the Y-axis direction extending portion 82, and the Z-axis direction extending portion 83.
  • the X-axis direction vibration applied from the outside by the Y-axis direction extension part 82 and the Z-axis direction extension part 83 is also attenuated while the part 84 and the Y-axis direction extension part 82 attenuate the vibration in the Z-axis direction.
  • the vibration in the Y-axis direction applied from the outside is attenuated by the Z-axis direction extending portion 83 and the X-axis direction extending portion 84, and all the vibrations in the three axis directions can be attenuated.
  • the angular velocity sensor according to the present invention has an effect that the detection accuracy of the angular velocity sensor element can be improved, and is particularly useful in an in-vehicle-use angular velocity sensor.
  • the angular velocity sensor according to the present invention is an angular velocity sensor capable of attenuating all the vibrations in the three axial directions without being able to attenuate the vibrations in the Y-axis direction and the Z-axis direction applied from the outside.
  • it is useful as an angular velocity sensor used for attitude control of a moving body such as an aircraft or a vehicle, a navigation system, or the like.
  • the composite sensor for angular velocity and acceleration detection according to the present invention is such that the flexural vibration of the vibrating body in the angular velocity detection unit is directly transmitted to the acceleration detection unit, so that the acceleration output signal is not generated even though no acceleration is generated. It is possible to provide a composite sensor for detecting angular velocity and acceleration with improved reliability, which is not detected, particularly for attitude control and navigation systems of mobile objects such as aircraft and vehicles. It is useful as a composite sensor for detecting angular velocity and acceleration.

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Abstract

角速度センサ素子２をパッケージ１の内部空間に防振部材８を介して懸架する角速度センサユニットにおいて、防振部材８を、パッケージ１との接続部８ｃと、台座９との接続部８ｄと、これら接続部８ｃ，８ｄ間に位置する懸架部８ｅとに分け、懸架部８ｅの重心位置１２の高さを、角速度センサ素子２、台座９、および防振部材８における台座９との接続部８ｄからなる複合体の重心位置１３の高さと一致させた構造とした。

Description

角速度センサおよび角速度および加速度検出用複合センサ
　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および角速度および加速度検出用複合センサに関する。
　図１５は従来の角速度センサの断面図である。図１５において、従来の角速度センサはパッケージ１０１の内部に角速度センサ素子１０２およびこの角速度センサ素子１０２を制御するＩＣ１０３を配置する構造が一般的であり、昨今、パッケージ１０１に加わる外乱振動を角速度センサ素子１０２に伝達することを抑制するため、角速度センサ素子１０２をパッケージ１０１の内部空間において防振部材１０４で懸架する構造が提案されている。
　また、角速度センサ素子１０２は素子を駆動振動させ、検出軸の回りに加わる角速度に伴うコリオリ力による素子の撓み成分を検出する振動型の素子を用いるとともに、角速度センサ素子１０２は角速度を検出するための振動空間を確保するため台座１０５を介して防振部材１０４に実装している。
　図１６は従来の角速度センサにおける角速度センサ素子の振動状態を示す模式図である。図１６において、角速度センサ素子１０２を防振部材１０４の表面に載置した台座１０５の上に実装した場合、防振部材１０４を介してパッケージ１０１に取り付けられる角速度センサ素子１０２の重心位置が防振部材１０４の部材平面より高くなってしまう。そのため、パッケージ１０１の外部から加わる外乱振動に対して、防振部材１０４に矢印１０６で示すような撓み振動が励起され、この撓み振動を検出軸回りの回転として角速度として誤検出してしまう。
　図１７は従来の角速度センサの分解斜視図である。図１８は従来の角速度センサの上面断面図である。図１９は従来の角速度センサにおける収納部を下側から見た斜視図である。図２０は従来の角速度センサにおけるケースを上側から見た斜視図である。図２１は従来の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。
　図１７～図２１において、ケース２３０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２３１を設けており、そしてこの多層回路基板２３１の上面には、図２０に示すように、第１の配線用電極２３２と第２の配線用電極２３３を設けている。また、多層回路基板２３１の上面には、第１の配線用電極２３２と金あるいはアルミニウムからなるワイヤー線２３４により電気的に接続されたＩＣ２３５を設けるとともに、第２の配線用電極２３３と電気的に接続されたコンデンサ２３６を設けている。そしてＩＣ２３５はケース２３０の内側に収納されるとともに、振動子２２１から出力される出力信号を処理するものである。また、ケース２３０における多層回路基板２３１の外底面には図２１に示すように、６つの銀からなるケース電極２３７を設けるとともに、図２０に示すように、多層回路基板２３１の上面の外周にわたってセラミックからなる側壁２３８を設けており、そしてこの側壁２３８の上面にコバールからなる金属枠２３９を設けている。さらに、ケース２３０における内底面には図１９に示すように、段差部２４０を設けており、かつこの段差部２４０には、図１７に示す振動子２２１を固着するとともに、第３の配線用電極２４１を設けており、そしてこの第３の配線用電極２４１は、ワイヤー線２３４を介して振動子２２１と電気的に接続している。金属製の蓋２４２はケース２３０の開口部をケース２３０の内側が真空雰囲気となるように封止している。樹脂で構成された収納部２４３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２４３には、ケース２３０が収納されるとともに、一端が振動子２２１と電気的に接続される少なくとも３つの端子２４４の他端を一体に埋設している。載置部２４５は収納部２４３の実質的に中央に位置して収納部２４３における角速度の検知軸とほぼ平行に設けられ、かつケース２３０を載置する。この載置部２４５には端子２４４の一端側を埋設するとともに、この載置部２４５から端子２４４の一端側の先端部２４４ａを露出させている。
　またケース２３０を収納部２４３における載置部２４５に載置することにより、ケース２３０におけるケース電極２３７が載置部２４５における端子２４４の一端側の先端部２４４ａに電気的に接続される。そしてまた端子２４４の一端側の先端部２４４ａはケース２３０とも機械的に接続されているため、ケース２３０は収納部２４３に他端が一体に埋設された端子２４４により周囲から支持される構成となっている。
　また、収納部２４３の外底面には、図１９に示すように、６つの電極用凹部２４６を設けており、そしてこの電極用凹部２４６に、収納部２４３に一体に埋設した端子２４４の他端側の先端部を露出させることにより、電源電極２４７、ＧＮＤ電極２４８、出力電極２４９および３つの固定用電極２５０を設けている。そしてまた、６つの端子２４４には、図１８に示すように、ほぼ中央にそれぞれＺ形状の屈曲部２４４ｂを設け、さらに、この屈曲部２４４ｂによりＹ軸方向延出部２５１およびＺ軸方向延出部２５２を設けることにより、ケース２３０が収納部２４３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２４３の外底面には、図１９に示すように、３つの凹部２５３を設けている。金属製のカバー２５４は、図１９に示すように、開口部側に３つの係止爪２５６を設け、かつこの係止爪２５６を図１９に示す収納部２４３における凹部２５３でかしめ固定することにより、図１９に示すように、ＧＮＤ電位接続部２５５を収納部２４３の外底面に設けている。
　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。
　振動子２２１が固有振動数で屈曲運動している状態において、振動子２２１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２２１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２３４、第３の配線用電極２４１、多層回路基板２３１、第１の配線用電極２３２およびワイヤー線２３４を介してＩＣ２３５に入力し、波形処理をする。その後、第２の配線用電極２３３、コンデンサ２３６、ケース電極２３７、端子２４４における一端側の先端部２４４ａ、端子２４４、出力電極２４９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。
　ここで、外部からＸ軸方向の振動が加わる場合を考えると、従来の角速度センサにおいては、端子２４４にＹ軸方向延出部２５１およびＺ軸方向延出部２５２を設けているため、ケース２３０が収納部２４３に対してＸ軸方向に撓むこととなり、外部からのＸ軸方向の外乱振動をケース２３０に伝わらないように減衰させる。
　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２が知られている。
　しかしながら、上記従来の構成においては、ケース２３０が収納部２４３に対してＸ軸方向に撓むため、外部から加わるＸ軸方向の外乱振動をケース２３０に伝わらないように減衰させることが出来る反面、外部から加わるＹ軸方向およびＺ軸方向の振動を減衰させることが出来なくなってしまう。
　図２２は従来の角速度および加速度検出用複合センサの分解斜視図である。図２３は従来の角速度および加速度検出用複合センサの側断面図である。図２４は従来の角速度および加速度検出用複合センサにおける角速度検出素子の斜視図っである。図２５は従来の角速度および加速度検出用複合センサの斜視図である。
　図２２～図２５において、角速度検出部３０１は、図２４に示している互いに結晶軸の異なる単結晶の水晶製の薄板を貼り合わせた音叉からなる振動体３０２と、この振動体３０２を収納するケース３０３と、このケース３０３の上面に設けた開口部（図示せず）を閉塞する蓋３０４とにより構成されている。また、角速度検出部３０１を構成する振動体３０２の表面および裏面には駆動電極３０５を設け、かつ外側面および内側面には検出電極３０６を設けている。そしてまた、角速度検出部３０１を構成するケース３０３は振動体３０２を内側に収納するとともに、上面に開口部（図示せず）を設けている。さらに、角速度検出部３０１を構成する蓋３０４は、図２２に示すように、上面から下面にわたって貫通するように電源端子３０７、角速度出力端子３０８およびＧＮＤ端子３０９を設けており、そして電源端子３０７およびＧＮＤ端子３０９の一端を振動体３０２における駆動電極３０５と電気的に接続している。また、蓋３０４に設けた角速度出力端子３０８は一端を振動体３０２における検出電極３０６に電気的に接続している。
　加速度信号処理ＩＣ（図示せず）を内蔵した加速度検出部３１１は、内部に可動電極板（図示せず）および固定電極板（図示せず）を設けるとともに、この可動電極板（図示せず）および固定電極板（図示せず）と一端が電気的に接続された電源端子３１２、Ｘ軸加速度出力端子３１３ａ、Ｙ軸加速度出力端子３１３ｂおよびＧＮＤ端子３１４を外方へ突出するように設けている。３１５は回路基板で、この回路基板３１５は角速度検出部３０１を下面に固着するとともに、上面から下面にわたって多数の端子挿通孔３１６を設けており、そして、この端子挿通孔３１６に角速度検出部３０１における電源端子３０７、角速度出力端子３０８およびＧＮＤ端子３０９を挿通している。また、回路基板３１５は下面に加速度検出部３１１を固着するとともに、上面にＡＧＣ回路（図示せず）を設けた電子部品からなる角速度信号処理ＩＣ３１７を設けている。そして、この角速度信号処理ＩＣ３１７に角速度検出部３０１における電源端子３０７、角速度出力端子３０８、ＧＮＤ端子３０９および加速度検出部３１１における電源端子３１２、Ｘ軸加速度出力端子３１３ａ、Ｙ軸加速度出力端子３１３ｂおよびＧＮＤ端子３１４を電気的に接続している。
　金属製の収納部３１８ａと、この収納部３１８ａの開口部３１８ｂを閉塞する蓋３１８ｃとにより構成されている。また、このシールドケース３１８は内側に回路基板３１５、角速度検出部３０１および加速度検出部３１１を収納するとともに、電源中継端子３１９、ＧＮＤ中継端子３２０、角速度中継端子３２１、Ｘ軸加速度中継端子３２２およびＹ軸加速度中継端子３２３を内部から外部に貫通するように設けている。さらに、このシールドケース３１８は、電源中継端子３１９の一端を角速度検出部３０１における電源端子３０７および加速度検出部３１１における電源端子３１２に電気的に接続するとともに、ＧＮＤ中継端子３２０の一端を角速度検出部３０１におけるＧＮＤ端子３０９および加速度検出部３１１におけるＧＮＤ端子３１４に電気的に接続している。そして、角速度中継端子３２１の一端を角速度検出部３０１における角速度出力端子３０８に電気的に接続し、さらに、Ｘ軸加速度中継端子３２２の一端を加速度検出部３１１におけるＸ軸加速度出力端子３１３ａに電気的に接続するとともに、Ｙ軸加速度中継端子３２３の一端を加速度検出部３１１におけるＹ軸加速度出力端子３１３ｂに電気的に接続している。シールドケース３１８の蓋３１８ｃには垂直部分３１８ｄに切込みを入れることにより構成された弾性突起からなる付勢部３２４を設けている。この付勢部３２４により、蓋３１８ｃをシールドケース３１８における開口部３１８ｂの外側面に弾着させて、収納部３１８ａを蓋３１８ｃと同電位にしている。
　有底筒状に構成された樹脂製の保護ケース３２５は、シールドケース３１８を内側に収納するとともに、側面から外方へ突出するようにコネクタ部３２６を設けており、そしてこのコネクタ部３２６の内側に電源コネクタ端子３２７、角速度コネクタ端子３２８、Ｘ軸加速度コネクタ端子３２９、Ｙ軸加速度コネクタ端子３３０およびＧＮＤコネクタ端子３３１の一端を配設し、かつ他端を保護ケース３２５に埋設している。また、保護ケース３２５には図２５に示すように、底面から外底面にわたって貫通孔３３２を設けるとともに、電源コネクタ端子３２７、角速度コネクタ端子３２８、Ｘ軸加速度コネクタ端子３２９およびＹ軸加速度コネクタ端子３３０、ＧＮＤコネクタ端子３３１の他端を保護ケース３２５に設けた貫通孔３３２内に位置させている。そして、保護ケース３２５におけるＸ軸加速度コネクタ端子３２９の孔（図示せず）にＸ軸加速度中継端子３２２の他端を挿通させて半田３３５により電気的に接続する。また、Ｙ軸加速度コネクタ端子３３０の孔（図示せず）にＹ軸加速度中継端子３２３の他端を挿通させて半田３３５により電気的に接続する。さらに、電源コネクタ端子３２７の孔（図示せず）に電源中継端子３１９の他端を挿通させて半田３３５により電気的に接続するとともに、角速度コネクタ端子３２８の孔（図示せず）に角速度中継端子３２１の他端を挿通させて半田３３５により電気的に接続する。そして、ＧＮＤコネクタ端子３３１の孔（図示せず）にＧＮＤ中継端子３２０の他端を挿通させて半田３３５により電気的に接続している。樹脂製の３保護蓋３３６は、保護ケース３２５の上面に設けた開口部を閉塞している。
　以上のように構成され、かつ組み立てられた従来の角速度および加速度検出用複合センサについて、その動作を説明する。
　まず、外部に設けた電源（図示せず）による直流電圧を、電源コネクタ端子３２７、電源中継端子３１９および角速度信号処理ＩＣ３１７により交流電圧に変換し、この交流電圧を電源端子３０７を介して角速度検出部３０１の振動体３０２の駆動電極３０５に印加する。また、同様に、駆動電極３０５をＧＮＤコネクタ端子３３１、ＧＮＤ中継端子３２０、ＧＮＤ端子３０９を介して接地すると、振動体３０２が屈曲振動する。この状態において、振動体３０２の長手方向の中心軸周りに角速度ωで角速度検出部３０１が回転すると、振動体３０２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３０６に発生する電荷からなる出力信号を角速度出力端子３０８を介して回路基板３１５における角速度信号処理ＩＣ３１７により出力電圧に変換し、さらに角速度中継端子３２１および角速度コネクタ端子３２８を介して、相手側のコンピュータ（図示せず）に入力することにより、角速度を検出する。また、同様に、加速度検出部３１１における可動電極板（図示せず）および固定電極板（図示せず）に電源コネクタ端子３２７、電源中継端子３１９および電源端子３０７を介して５Ｖを印加した状態において、加速度検出部３１１の平面に水平な方向であるＸ軸方向およびＹ軸方向に加速度が加わると、可動電極板（図示せず）が移動することになり、これにより、可動電極板（図示せず）と固定電極板（図示せず）との間に設けたコンデンサの容量が変化する。そして、この容量の変化を加速度検出部３１１の内部で、出力電圧に変換し、Ｘ軸方向の加速度をＸ軸加速度出力端子３１３ａ、Ｘ軸加速度中継端子３２２およびＸ軸加速度コネクタ端子３２９を介して相手側コンピュータ（図示せず）に入力することにより、Ｘ軸方向の加速度を検出する。また、同様に、Ｙ軸方向の加速度をＹ軸加速度出力端子３１３ｂ、Ｙ軸加速度中継端子３２３およびＹ軸加速度コネクタ端子３３０を介して相手側コンピュータ（図示せず）に入力することにより、Ｙ軸方向の加速度を検出する。そして、相手側コンピュータ（図示せず）により、車体に加わる角速度、Ｘ軸方向の加速度およびＹ軸方向の加速度を解析することにより、車体の挙動を分析する。
　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３が知られている。
　しかしながら、上記従来の構成においては、回路基板３１５に角速度検出部３０１における電源端子３０７、角速度出力端子３０８およびＧＮＤ端子３０９がリジッドに固定されているため、角速度検出部３０１における振動体３０２の屈曲振動が回路基板３１５を介して加速度検出部３１１に直接に伝達されることとなり、これにより、加速度検出部３１１における可動電極板が移動すると、加速度が生じていないにも関わらず、加速度出力信号を検出してしまう。
特開２００５－３３１４４９号公報 国際公開第０３／０４６４７９号 特開２００３－４４５０号公報
　本発明は、角速度センサの検出精度を高めるものである。
　本発明は、角速度センサ素子をパッケージの内部空間に防振部材を介して懸架する角速度センサにおいて、防振部材をパッケージとの接続部と台座との接続部とこれら接続部間に位置する懸架部とに分け、懸架部の重心位置の高さを角速度センサ素子、台座および防振部材における台座との接続部からなる複合体の重心位置の高さと一致させた構造である。
　この構成により本発明は、角速度センサ素子に対する外乱振動の影響を抑制し、角速度センサの検出精度を高めることが出来る。
　また、本発明は、外部から加わるＹ軸方向およびＺ軸方向の振動を減衰させることが出来ないということのない、３軸方向全ての振動を減衰させることが可能な角速度センサを提供する。
　本発明は、駆動電極、検出電極および支持部を設けた音叉型の振動子と、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、振動子における支持部を支持する載置部材と、振動子、ＩＣおよび載置部材を内側に収納するとともに、段差部に端子電極を設け、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、載置部材を端子電極と電気的に接続した端子により周囲から支持するように構成する。そして、この端子にＸ軸方向延出部、Ｙ軸方向延出部およびＺ軸方向延出部を設けている。この構成によれば、端子にＸ軸方向延出部、Ｙ軸方向延出部およびＺ軸方向延出部を設けたため、Ｘ軸方向延出部とＹ軸方向延出部とにより外部から加わるＺ軸方向の振動を減衰させるとともに、Ｙ軸方向延出部とＺ軸方向延出部とにより外部から加わるＸ軸方向の振動を減衰させ、さらに、Ｚ軸方向延出部とＸ軸方向延出部とにより外部から加わるＹ軸方向の振動を減衰させることとなり、３軸方向全ての振動を減衰させることができる。
　さらに、本発明は、角速度検出部における振動体の屈曲振動が加速度検出部に直接に伝達されることにより、加速度が生じていないにも関わらず、加速度出力信号を検出してしまうということのない信頼性の向上した角速度および加速度検出用複合センサを提供する。
　本発明は、角速度を検出する振動子と、加速度を検出する加速度センサ素子と、振動子から発生する角速度出力信号を処理するとともに加速度センサ素子から発生する加速度出力信号を処理するＩＣと、振動子、加速度センサ素子およびＩＣを収納するとともに、内側面に端子電極を設け、さらに外底面に電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極を設けたケースとを備え、振動子を端子を介してケースに固定するとともに、加速度センサ素子をケースにリジッドに固定している。この構成によれば、振動子を端子を介してケースに固定するとともに、加速度センサ素子をケースにリジッドに固定するようにしたため、振動子の屈曲振動が端子により減衰することとなり、これにより、振動子の振動が加速度センサ素子に伝わりづらいから、加速度が生じていないにも関わらず、加速度出力信号を検出してしまうことがなくなるとともに、加速度センサ素子をケースにリジッドに固定しているため、精度良く加速度を検出することができる。
図１は本発明の実施の形態１に係る角速度センサの断面図である。 図２は本発明の実施の形態１に係る角速度センサを構成する角速度センサ素子の上面図である。 図３は本発明の実施の形態１に係る角速度センサを構成する角速度センサ素子に設けられた電極の構造を示す図である。 図４は本発明の実施の形態１に係る角速度センサを構成する角速度センサ素子の懸架状態を示す模式図である。 図５は本発明の実施の形態１に係る角速度センサを構成する他の角速度センサ素子の上面図である。 図６は本発明の実施の形態１に係る角速度センサを構成する他の角速度センサ素子の駆動状態を示す模式図である。 図７は本発明の実施の形態１に係る角速度センサを構成する他の角速度センサ素子の検出状態を示す模式図である。 図８は本発明の実施の形態２に係る角速度センサの分解斜視図である。 図９は本発明の実施の形態２に係る角速度センサの上蓋を外した状態を示す上面図である。 図１０は本発明の実施の形態２に係る角速度センサの下面図である。 図１１は本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける振動子の斜視図である。 図１２は本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける振動子の側断面図である。 図１３は本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける載置部材に振動子および端子を固定した状態を示す斜視図である。 図１４Ａは本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける振動子の組み立て工程図である。 図１４Ｂは本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける振動子の組み立て工程図である。 図１４Ｃは本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける振動子の組み立て工程図である。 図１４Ｄは本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける振動子の組み立て工程図である。 図１４Ｅは本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける振動子の組み立て工程図である。 図１４Ｆは本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける振動子の組み立て工程図である。 図１５は従来の角速度センサの断面図である。 図１６は従来の角速度センサにおける角速度センサ素子の振動状態を示す模式図である。 図１７は従来の角速度センサの分解斜視図である。 図１８は従来の角速度センサの上面断面図である。 図１９は従来の角速度センサにおける収納部を下側から見た斜視図である。 図２０は従来の角速度センサにおけるケースを上側から見た斜視図である。 図２１は従来の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。 図２２は従来の角速度および加速度検出用複合センサの分解斜視図である。 図２３は従来の角速度および加速度検出用複合センサの側断面図である。 図２４は従来の角速度および加速度検出用複合センサにおける角速度検出素子の斜視図である。 図２５は従来の角速度および加速度検出用複合センサの斜視図である。
　（実施の形態１）
　以下、本発明の実施形態１について図を用いて説明する。
　図１は本発明の実施の形態１に係る角速度センサの断面図である。図１において、その基本構造は積層セラミクスからなるパッケージ１の内部空間に角速度センサ素子２と、この角速度センサ素子２に駆動信号を印加する駆動制御回路および角速度センサ素子２から出力された検出信号を処理する検出回路を包含するＩＣ３を配置し、パッケージ１の開口をリッド７で封口した構造となっている。
　また、角速度センサ素子２はパッケージ１を介して外乱振動が伝達されないように撓み性を有する板バネ素材や弾性素材からなる防振部材８によりパッケージ１の内部空間に懸架された台座９で支持した構造としている。
　図２は本発明の実施の形態１に係る角速度センサを構成する角速度センサ素子の上面図である。図２において、角速度センサ素子２は、支持部２ａから検出軸１０に沿って延出された一対の駆動アーム２ｂ上に駆動電極２ｃおよび検知電極２ｄを設けた音叉型の振動型素子であり、台座９における角速度センサ素子２を実装する部分を図１に示すように段差構造として上段面９ａに角速度センサ素子２の支持部２ａを実装し駆動アーム２ｂの振動空間を確保した構造となっている。
　図３は本発明の実施の形態１に係る角速度センサを構成する角速度センサ素子に設けられた電極の構造を示す図である。図３において、角速度センサ素子２はＳｉからなる基板で構成され、その表面に設けられる各電極の構造はＡｕからなる上部電極１１ａとＰｔからなる下部電極１１ｂと、これらの間に配置されたＰＺＴからなる圧電体層１１ｃにより形成され、下部電極１１ｂをグランド接続した状態で上部電極１１ａに正電圧を印加すると電極の積層方向に対して圧縮力が働き、この圧縮力により電極パターンが延びる方向に応力が発生する。これとは逆に負電圧を印加すると電極に引張力が働き、この引張力により電極パターンが縮む方向に応力が発生する。また、これとは逆に駆動アーム２ｂの撓みにより電極が縮むことで負電圧を発生し、電極が延びることで正電圧を発生させる。
　また、角速度の検出については、図２に示した駆動電極２ｃにＩＣ３から駆動電圧を印加することにより駆動アーム２ｂが矢印で示すようＸ軸方向つまり駆動アーム２ｂの並設方向に駆動振動し、この駆動振動状態において検出軸回りに角速度が加わることでコリオリ力により駆動アーム２ｂがＺ軸方向（駆動振動により形成される振動平面（ＸＹ平面）に直交する方向）に撓み振動が生じ、この撓み振動を検知電極２ｄにより電気信号に変換しＩＣ３に出力する。
　図４は本発明の実施の形態１に係る角速度センサを構成する角速度センサ素子の懸架状態を示す模式図である。図４において、防振部材８は、角速度センサ素子２の駆動振動における振動平面（ＸＹ平面）と平行な面８ａと、振動平面（ＸＹ平面）と直交する面８ｂを有する段差構造としており、振動平面（ＸＹ平面）と平行な面８ａの防振作用により振動方向と直交する向き（Ｚ軸方向）の外乱振動を抑制し、振動平面（ＸＹ平面）と直交する面８ｂの防振作用により振動平面と平行な向き（ＸＹ平面での面内方向）の外乱振動を抑制した構造としている。
　そして、この角速度センサは、防振部材８の外側部分を接続部８ｃとしてパッケージ１に接続するとともに内側部分を接続部８ｄとして台座９に接続した構成とするとともに、接続部８ｃ，８ｄの間の懸架部８ｅの重心位置１２の高さを角速度センサ素子２、台座９および台座９との接続部８ｄからなる複合体つまり懸架部８ｅにより懸架される部分全体の重心位置１３の高さと一致させた構造として角速度センサの検出精度を向上させている。なお、ここでいう重心位置１２，１３の高さを一致させるとは角速度センサ素子２の駆動振動における振動平面を基準として各重心位置の相対的な高さを合わせることを意味する。
　すなわち、懸架部８ｅの重心位置１２と、この懸架部８ｅに懸架された複合体の重心位置１３との高さを一致させることで、図１６を用いて説明した従来の角速度センサ素子２の重心位置が防振部材８より上に位置する構成での矢印６で示す撓み振動の発生を抑制し、外乱振動に対する不要な検出信号の出力を抑制できることから、結果として角速度センサにおける特性の検出精度を高めることが出来る。
　なお、特に図示していないが防振部材８が平坦構造で或る場合においても懸架部８ｅの重心位置１２の高さと、この懸架部８ｅにより懸架される角速度センサ素子２を含む複合体の重心位置１３の高さを一致させることで同様の作用効果を奏する。
　また、上述した角速度センサ素子２は図２に示すよう駆動アーム２ｂが駆動振動する駆動振動平面（ＸＹ平面）に対して検出軸（Ｙ軸）が平行となった角速度センサ素子２を挙げて説明したが、振動平面（ＸＹ平面）に対して検出軸が直交（Ｚ軸）する角速度センサ素子を用いることで検出軸方向が異なる角速度センサを実質的に同等の形状にて構成することも出来る。
　図５は本発明の実施の形態１に係る角速度センサを構成する他の角速度センサ素子の上面図である。図５において、駆動振動平面（ＸＹ平面）に対して検出軸が直交（Ｚ軸）する角速度センサ素子１４としては、中央部分に位置する固定部１４ａの両側に錘部１４ｂを対称配置し、それぞれの錘部１４ｂを一対の駆動アーム１４ｃで接続した形状となっており、駆動アーム１４ｃ上には後述する駆動電極１４ｄ、検出電極１４ｅ及びモニタ電極１４ｆが配置されている。
　図６は本発明の実施の形態１に係る角速度センサを構成する他の角速度センサ素子の駆動状態を示す模式図である。図７は本発明の実施の形態１に係る角速度センサを構成する他の角速度センサ素子の検出状態を示す模式図である。図６、図７において、駆動電極１４ｄにＩＣ３から駆動信号を印加することで、駆動アーム１４ｃが錘部１４ｂを固定部１４ａと錘部１４ｂを結ぶ方向（Ｘ軸方向）に対称に伸縮するように駆動振動し、この駆動振動の状態において角速度センサ素子１４の振動平面（ＸＹ平面）に垂直な方向（Ｚ軸方向）を検出軸としてこの検出軸回りに角速度を受けることでコリオリ力が生じる。このコリオリ力により駆動アーム１４ｃが駆動振動方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に振動するようになり、この検出振動による駆動アーム１４ｃの変形を検出電極１４ｅで検知し電気信号としてＩＣ３に出力する振動型素子構造となっている。
　そして、この角速度センサ素子１４も図２に示す音叉型の角速度センサ素子２と同様に台座により振動空間を確保した状態で防振部材８に懸架する構造であるので、図４に示すように懸架部８ｅの重心位置１２の高さを角速度センサ素子１４、台座９および防振部材８における台座９との接続部８ｄからなる複合体つまり懸架部８ｅにより懸架される部分全体の重心位置１３の高さと一致させる構造とすることで角速度センサの検出精度を向上できる。
　また、台座９は、角速度センサ素子２の振動空間を形成する台座９の機能を防振部材８自体に形成しても構わず、例えば特に図示していないが液晶ポリマーなどのシート状の弾性素材を成形して角速度センサ素子２を振動可能に支持する段差構造をシート内に一体成形することで、この段差構造が台座９の役割を果たし周囲のシート部分が防振部材８の役割を果たすため、角速度センサとしての部品点数の削減ができ、生産性の向上に寄与できるのである。なお、このように防振部材８と台座９の複合体を一体成形する構成においては、防振部材８における厚みを確保しやすく、この場合、厚み方向（Ｚ軸方向）に対する防振効果を得ることができ、より角速度センサの検出精度を向上出来る。
　また、防振部材８を構成する弾性素材として用いた液晶ポリマーは、振動吸収性能を有するだけでなく、溶融粘度は低く流動性が良好であることから、防振部材８の成形あるいは防振部材８と台座９の複合体の一体成形においても好適な材料であり、この作用効果はポリフタルアミド（ＰＰＡ）を用いても同様である。
　また、他の防振部材８を構成する弾性素材としてはシリコンが挙げられ、液晶ポリマーと同様に振動吸収性能を有するとともに、ヤング率の温度特性が非常に小さいという特徴があり、角速度センサとしての温度特性の改善ができる。
　なお、防振部材８としてステンレスやりん青銅といった板バネ素材を用いる場合には、防振部材８の接続部８ｄを台座９の内部にモールドして一体化する構造とすることで、角速度センサ素子２の振動平面（ＸＹ平面）と平行な面８ａと直交する面８ｂを含む段差構造の懸架部８ｅが板バネ素材で形成する構造となり、この段差構造を含む部分を上述した弾性素材で形成するより生産性を高めることが出来る。
　（実施の形態２）
　以下、本発明の実施の形態２に係る角速度センサ等について説明する。
　図８は本発明の実施の形態２に係る角速度センサの分解斜視図である。図９は本発明の実施の形態２に係る角速度センサの上蓋を外した状態を示す上面図である。図１０は本発明の実施の形態２に係る角速度センサの下面図である。図１１は本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける振動子の斜視図である。図１２は本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける振動子の側断面図である。図１３本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける載置部材に振動子および端子を固定した状態を示す斜視図である。
　図８～図１３において、６１は音叉形状の振動子で、この振動子６１は図１１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１２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１１に示すように、上面の実質的に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、実質的に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。
　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、ケース７０の側壁７３の内側面に設けた段差部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、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。そして、また、ケース７０における側壁７３の上面にコバールからなる金属枠７９を設けている。８０は樹脂製の載置部材で、この載置部材８０は振動子６１における支持部６１ｃを支持するとともに、ケース７０における端子電極７５と一端を電気的に接続された８つの端子８１により周囲から支持されている。そして、端子８１は、各々Ｙ軸方向延出部８２、Ｚ軸方向延出部８３およびＸ軸方向延出部８４により構成されており、８つの端子８１のうち、外側に配置された４つの端子８１のＸ軸方向延出部８４は表方向に延出され、一方、内側に配置された４つの端子８１のＸ軸方向延出部８４は裏方向に延出されている。すなわち、載置部材８０の重心と８つの端子８１をあわせた重心とが、互いに実質的に一致するように構成されている。
　すなわち、８つの端子８１のＸ軸方向延出部を表裏互いに逆方向に延出するようにすることにより、複数の端子８１の重心と載置部材８０の重心とが互いに実質的に一致するようにしたため、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に角速度が加わった際に、複数の端子の重心移動により、振動子６１が上方向もしくは下方向に移動することがなくなり、振動子６１から発生する信号が安定するという作用効果を有するものである。
　そしてまた、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８１とワイヤー線８５により電気的に接続されている。８６は樹脂製の補強部材で、この補強部材８６は端子８１とケース７０における端子電極７５との接続箇所を覆うように設けることにより、端子８１をケース７０に埋設している。
　そして、ケース７０における端子電極７５に接続する端子８１をケース７０に埋設するようにしたため、端子電極７５と端子８１との接続が強固となり、これにより、強い振動が角速度センサに加わったとしても、端子電極７５と端子８１との電気的な接続を確保することができるという作用効果を有するものである。
　８７は加速度センサ素子で、この加速度センサ素子８７はケース７０の内底面に設けられるとともに、端子電極７５とワイヤー線８５により電気的に接続されている。８８はＩＣで、このＩＣ８８はケース７０の内底面に加速度センサ素子８７と並設されるとともに、振動子６１からの出力信号および加速度センサ素子８７からの出力信号を処理している。８９はコバールからなる上蓋で、この上蓋８９はケース７０の開口部を閉塞している。
　以上のように構成された本発明の実施の形態２に係る角速度センサについて、次に、その組立方法を説明する。
　図１４Ａ～図１４Ｆは本発明の実施の形態２に係る角速度センサにおける振動子の組み立て工程図である。図１４Ａ～図１４Ｆにおいて、まず、予め準備した図１４Ａに示すＳｉからなる基材６２の上面に図１４Ｂ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１４Ｃ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。
　次に、図１４Ｄ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１４Ｅ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。
　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。
　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１４Ｆに示すように、個片の振動子６１を形成する。
　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を形成し、さらに、側壁７３の上面にコバールからなる金属枠７９を固着する。
　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および出力電極７８を形成する。
　次に、ＩＣ８８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ＩＣ８８と多層回路基板７２とを電気的に接続する。
　次に、ケース７０における多層回路基板７２の上面に、ＩＣ８８と並設するように、加速度センサ素子８７を実装した後、加速度センサ素子８７とケース７０における端子電極７５とをアルミニウムからなるワイヤー線８５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。
　次に、予め、８つの端子８１を載置部材８０にインサート成形した後、載置部材８０に振動子６１における支持部６１ｃの下面を固着し、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８１とをアルミニウムからなるワイヤー線８５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。
　次に、８つの端子８１をケース７０における端子電極７５に半田付けした後、樹脂製の補強部材８６で覆うことにより、端子８１をケース７０に埋設する。
　次に、ケース７０の開口部に、金属製の上蓋８９をシーム溶接により窒素雰囲気中で固着する。
　以上のように構成された本発明の実施の形態２に係る角速度センサについて、その動作を説明する。
　まず、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。
　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。
　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８５、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ＩＣ８８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。
　そしてまた、角速度および加速度検出用複合センサに加速度が加わると、加速度に応じて、加速度センサ素子８７に出力信号が発生する。その出力信号を多層回路基板７２、端子電極７５、ワイヤー線８５を介してＩＣ８８により信号処理した後、ワイヤー線８５を介して端子電極７５に入力し、多層回路基板７２および出力電極７８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、加速度を検出するものである。
　ここで、外部からＺ軸方向に約２５ｋＨｚからなる外乱振動が加わる場合を考える。
　端子８１にＸ軸方向延出部８４とＹ軸方向延出部８２とにより外部から加わるＺ軸方向の振動を減衰させるものである。
　また、同様に、外部からＸ軸方向に約２５ｋＨｚからなる外乱振動が加わる場合には、Ｙ軸方向延出部８２とＺ軸方向延出部８３とにより外部から加わるＸ軸方向の振動を減衰させるものである。
　さらに、外部からＹ軸方向に約２５ｋＨｚからなる外乱振動が加わる場合には、Ｚ軸方向延出部８３とＸ軸方向延出部８４とにより外部から加わるＹ軸方向の振動を減衰させることができる。
　すなわち、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、端子８１にＸ軸方向延出部８４、Ｙ軸方向延出部８２およびＺ軸方向延出部８３を設けたため、Ｘ軸方向延出部８４とＹ軸方向延出部８２とにより外部から加わるＺ軸方向の振動を減衰させるとともに、Ｙ軸方向延出部８２とＺ軸方向延出部８３とにより外部から加わるＸ軸方向の振動を減衰させ、さらに、Ｚ軸方向延出部８３とＸ軸方向延出部８４とにより外部から加わるＹ軸方向の振動を減衰させることとなり、３軸方向全ての振動を減衰させることができる。
　本発明に係る角速度センサは、角速度センサ素子の検出精度を向上できるという効果を有し、特に車載用途の角速度センサにおいて有用である。
　また、本発明に係る角速度センサは、外部から加わるＹ軸方向およびＺ軸方向の振動を減衰させることが出来ないということのない、３軸方向全ての振動を減衰させることが可能な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。
　さらに、本発明に係る角速度および加速度検出用複合センサは、角速度検出部における振動体の屈曲振動が加速度検出部に直接に伝達されることにより、加速度が生じていないにも関わらず、加速度出力信号を検出してしまうということのない信頼性の向上した角速度および加速度検出用複合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および加速度検出用複合センサとして有用である。
　１　　パッケージ
　２，１４　　角速度センサ素子
　８　　防振部材
　８ｃ，８ｄ　　接続部
　８ｅ　　懸架部
　９　　台座
　１２　　懸架部の重心位置
　１３　　複合体の重心位置
　６１　　振動子
　２ａ，６１ｃ　　支持部
　６４　　圧電層
　２ｃ，１４ｄ，６５，６６　　駆動電極
　１４ｅ，６７　　検出電極
　７０　　ケース
　７４　　段差部
　７５　　端子電極
　７６　　電源電極
　６９，７７　　ＧＮＤ電極
　７８　　出力電極
　８０　　載置部材
　８１　　端子
　８２　　Ｙ軸方向延出部
　８３　　Ｚ軸方向延出部
　８４　　Ｘ軸方向延出部
　８７　　加速度センサ素子
　３，８８　　ＩＣ

Claims (10)

  1. パッケージと、
    前記パッケージの内部に配置される角速度センサ素子と、
    前記角速度センサ素子を支持し前記角速度センサ素子の振動空間を確保する台座と、
    前記台座を前記パッケージの内部空間に懸架する防振部材と、を有し、
    前記防振部材は
    前記パッケージとの接続部と、
    前記台座との接続部と前記接続部間に位置する懸架部と、からなり、
    前記懸架部の重心位置の高さを、前記角速度センサ素子、前記台座および前記防振部材における前記台座との接続部からなる複合体の重心位置の高さと一致させたことを特徴とする角速度センサ。
  2. 前記防振部材と前記台座を弾性素材で一体成形したことを特徴とする
    請求項１に記載の角速度センサ。
  3. 前記防振部材を液晶ポリマーで構成したことを特徴とする
    請求項１に記載の角速度センサ。
  4. 前記防振部材をポリフタルアミドで構成したことを特徴とする
    請求項１に記載の角速度センサ。
  5. 前記防振部材をシリコンで構成したことを特徴とする
    請求項１に記載の角速度センサ。
  6. 前記防振部材を板バネ素材で構成すると共に、前記台座との前記接続部を前記台座にモールドしたことを特徴とする
    請求項１に記載の角速度センサ。
  7. 駆動電極、検出電極および支持部を設けた音叉型の振動子と、
    前記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、
    前記振動子における前記支持部を支持する載置部材と、
    前記振動子、前記ＩＣおよび前記載置部材を内側に収納するとともに、段差部に端子電極を設け、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前記電源電極、前記ＧＮＤ電極および前記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、
    前記載置部材を前記端子電極と電気的に接続した端子により周囲から支持するように構成するとともに、前記端子にＸ軸方向延出部、Ｙ軸方向延出部およびＺ軸方向延出部を設けた
    角速度センサ。
  8. 前記ケースにおける前記端子電極に接続する前記端子を前記ケースに埋設するようにした
    請求項７記載の角速度センサ。
  9. 複数の端子を設けるとともに、
    前記複数の端子の前記Ｘ軸方向延出部を互いに逆方向に延出するようにすることにより、前記複数の端子の重心と前記載置部材の重心とが互いに実質的に一致するように構成した
    請求項７記載の角速度センサ。
  10. 角速度を検出する振動子と、
    加速度を検出する加速度センサ素子と、
    前記振動子から発生する角速度出力信号を処理するとともに前記加速度センサ素子から発生する加速度出力信号を処理するＩＣと、
    前記振動子、前記加速度センサ素子および前記ＩＣを収納するとともに、内側面に端子電極を設け、さらに外底面に電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極を設けたケースと、を備え、
    前記振動子を端子を介して前記ケースに固定するとともに、前記加速度センサ素子を前記ケースにリジッドに固定するように構成した
    角速度および加速度検出用複合センサ。
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