JP4254016B2 - 角速度センサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、角速度を検出する検出素子の防振支持構造を改良した角速度センサ及びその製造方法に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
近年、車両(自動車)においては、角速度センサ(ヨーレートセンサ)により横滑り等を検出して車体の安定化制御を行なうシステムを搭載することが考えられている。この種の角速度センサは、筐体内に、検出素子を検出周波数範囲の振動を受け得るように設けると共に、その検出素子からの信号を処理する信号処理回路基板を固定的に設ける構成を備えるのであるが、前記検出素子に、車両振動ノイズなどが加わると正規のセンサ出力が得られなくなるため、検出素子に対する防振支持構造が設けられるようになっている。
【0003】
このような角速度センサの従来例として、図4に示す構成のものがあった。このものは、筐体1内の下部に、検出素子2を基板3上に支持した状態で、梁状をなす防振用のゴム部品4に挿入して組付け、そのゴム部品4をその外周部にて固定部材5により取付けるようになっている。また、信号処理回路基板6は、筐体1内の上部にねじ止め等により固定的に取付けられ、前記検出素子2との間はリード線7により接続されるようになっている。
【0004】
また、別の従来例として、図5に示す構成のものもあった。このものは、筐体8内の下部に配置された、ダンパ形状をなす防振用のゴム部品9の切込部9aに、検出素子10を支持した基板11を嵌込むようにし、そのゴム部品9を固定部材12により筐体8に固定するものである。また、信号処理回路基板13は、やはり筐体8内の上部にねじ止め等により固定的に取付けられ、前記検出素子10との間はリード線14により接続されるようになっている。
【0005】
しかしながら、上記従来の検出素子2,10に対する防振支持構造では、ゴム部品4,9などを組付けるにあたって、共に、ゴム部品4,9に対する検出素子2,10の挿入や嵌込み、ゴム部品4,9の筐体1,8内への組付けといった自動化が困難な作業が必要となり、手作業による組付けが必要となって量産性に劣るものとなっていた。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、検出素子に対する防振支持構造を設けたものにあって、手作業によるゴム部品などの組付けを廃止して生産性の向上を図ることができる角速度センサ及びその製造方法を提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の角速度センサは、検出素子をフレキシブル基板に実装し、そのフレキシブル基板を信号処理回路基板の下方に吊下げ状態に接続するようにすると共に、筐体内に液状のゴム材料を充填して硬化させることにより、検出素子を防振ゴム層内に埋没状態とさせるようにしたものである (請求項1の発明)。
【0008】
これによれば、検出素子は、フレキシブル基板によって、信号処理回路基板の下方に吊下げ状態とされて検出周波数範囲の振動を受け得るようになると共に、防振ゴム層内に埋没状態とされることにより、検出周波数範囲外の周囲の振動に対する防振状態に支持される。このとき、防振ゴム層は、液状のゴム材料を充填,硬化させることにより形成されるので、成型品からなる防振用のゴム部品を筐体内に組付ける場合と異なり、筐体内に液状のゴム材料を注入し硬化させるだけで済み、自動化が可能となる。この結果、生産性の向上、品質の安定化を図ることができるものである。
【0009】
ところで、上記した防振ゴム層については、次のような特性が要求される。即ち、第1に、検出周波数範囲の角速度入力(例えば車両の角速度測定用としては10Hz以下)に対しては検出素子に作用させる必要があるため、その周波数範囲では外部振動(角速度)を伝達すること。第2に、検出素子の振動子の共振 (駆動)周波数(例えば数kHz)付近の振動が振動子に作用すると出力に誤差を生じるため、振動子の共振(駆動)周波数付近の外部振動を伝達しないこと。第3に、振動子の共振(駆動)周波数と、検出周波数との差分周波数(例えば数百Hz〜数kHz)の振動が振動子に作用すると出力に誤差を生じるため、その周波数範囲の外部振動を伝達しないこと。第4に、落下等の瞬間的な衝撃Gを吸収し、振動子の耐量以下に緩和できること。
【0010】
このような要求される防振ゴム層の特性は、防振ゴム層の硬化後の硬さや、検出素子と筐体との間の充填量(充填厚み)によって調整可能である。本発明者の研究によれば、上記した要求特性を満たすためには、防振ゴム層を、筐体の内壁面と検出素子との間に5〜10mmの厚みで設けるようにすることが望ましい(請求項2の発明)。
【0011】
また、防振ゴム層(液状のゴム材料)の材質としては、常温で液状をなし、湿気硬化型や加熱硬化型などの所定の硬化手段により硬化するゴム材料であれば、シリコーンゴムやブチルゴムなど様々なものを使用できるが、広い温度範囲(例えば−30℃〜85℃)でばね定数が変化せず(硬くならず)安定している、シリコーンゴムを採用することが最も望ましい(請求項3の発明)。
【0012】
そして、本発明の角速度センサの製造方法は、上面に検出素子が実装されたフレキシブル基板を、信号処理回路基板の下方に吊下げ状態に接続し、信号処理回路基板を筐体内に取付け、液状のゴム材料を筐体内に検出素子が埋没状態となるように充填して硬化させることにより、防振ゴム層を形成するようにしたところに特徴を有している(請求項4の発明)。
【0013】
これによれば、検出素子は、フレキシブル基板によって、信号処理回路基板の下方に吊下げ状態とされて検出周波数範囲の振動を受け得るようになると共に、防振ゴム層内に埋没状態とされることにより、検出周波数範囲外の周囲の振動に対する防振状態に支持される。このとき、防振ゴム層は、液状のゴム材料を充填,硬化させることにより形成されるので、成型品からなる防振用のゴム部品を筐体内に組付ける場合と異なり、筐体内に定量の液状のゴム材料を注入し硬化させるだけで済み、自動化が可能となる。この結果、生産性の向上、品質の安定化を図ることができる。
【0014】
この場合、筐体内に液状のゴム材料を充填(注入)するにあたり、防振ゴム層中に気泡や空隙が生ずると、防振特性に悪影響を与えてしまう虞があり、気泡や空隙が生じないように充填する必要がある。そこで、液状のゴム材料を自然流下により筐体内に充填することにより(請求項5の発明)、防振ゴム層内への空気の巻込みを極力防止することができる。フレキシブル基板の下面側を平滑面とすることにより(請求項6の発明)、液状のゴム材料がフレキシブル基板の下面をスムーズに流れて充填されるようになり、フレキシブル基板の下面側の凹凸に起因した空隙の発生等を未然に防止することができる。
【0015】
また、筐体内に液状のゴム材料を充填(注入)する際に、検出素子に傾きが生じていると、検出素子が傾いた状態で防振ゴム層内に埋設されるようになり、出力誤差等の要因となる。そこで、フレキシブル基板を前後方向及び左右方向に対称形状とすると共に、検出素子を、その中心部に実装するようにすれば(請求項7の発明)、フレキシブル基板の重心が検出素子の重心に一致して、ゴム材料の充填時に検出素子が前後左右にずれることなく防振ゴム層内に埋没状態とさせることができる。さらには、フレキシブル基板の中心部に錘部材を取付けるようにすれば(請求項8の発明)、ゴム材料の充填時に、検出素子をより一層安定した姿勢に保持することが可能となり、傾きなどの発生を防止できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両(自動車)における角速度検出用に適用した一実施例について、図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、本実施例に係る角速度センサ(ヨーレートセンサ)21の要部構成を概略的に示している。この角速度センサ21は、筐体22内に、検出素子23を後述する防振支持構造を介して設けると共に、その検出素子23からの信号を処理する信号処理回路基板24を固定的に設けて構成される。
【0017】
前記筐体22は、上面が開放した容器状に構成され、その内部には、4箇所に位置して(2個のみ図示)、内底面から上方に延びる取付ボス部25が一体的に設けられている。前記信号処理回路基板24は、その四隅部にてそれら取付ボス部25の上端部に夫々ねじ26によって取付けられ、もって、筐体22内の上部寄り部位に水平状態をなすように取付けられるようになっている。尚、図示はしないが、筐体22の上面開口部は、図示しない蓋体により塞がれるようになっており、また、前記信号処理回路基板24と外部回路とを接続するためのケーブル等が導出されるようになっている。
【0018】
詳しく図示はしないが、前記検出素子23は、周知のように、矩形状をなす外殻内に、駆動(励振)用及び検出用の圧電セラミックスを組合わせてなる振動子を備え、コリオリ力の検出に基づいて、角速度を検出するようになっている。このとき、この検出素子23は、所要の可撓性(弾性)を有するフレキシブル基板27上に実装された状態で配設されるようになっている。
【0019】
前記フレキシブル基板27は、図2に示すように、四角形状の実装部27aの左右両辺部の中央部から、左右方向に延びる接続部27b,27bを有しており、もって、前後方向及び左右方向に対称形状とされている。前記検出素子23は、前記実装部27aの上面の中心に実装されるようになっている。また、本実施例では、このフレキシブル基板27の下面側は、部品等が実装されない平滑面とされている。
【0020】
そして、このフレキシブル基板27は、図1に示すように、信号処理回路基板24の下方に配置された状態で、前記接続部27b,27bが、前記信号処理回路基板24の左右両辺部の中央部に接続されるようになっている。これにて、前記検出素子23が、信号処理回路基板24の下方に吊下げ状態に設けられ、このとき、フレキシブル基板27の上面には図示しない配線パターンが形成されていて、検出素子23と信号処理回路基板24とが電気的に接続されるようになっている。
【0021】
さて、前記筐体22内の下部側部位(信号処理回路基板24のやや下部から下側)には、前記検出素子23を防振支持するための防振ゴム層28が、充填状態に設けられるようになっている。前記検出素子23(及びフレキシブル基板27の上端部を除く部位)は、この防振ゴム層28内に埋没状態とされるようになっており、もって、外乱振動(検出周波数範囲(例えば10Hz以下)外の振動)からの防振が図られるようになっている。
【0022】
このとき、次の作用説明でも述べるように、この防振ゴム層28は、予め信号処理回路基板24や検出素子23が組付けられた筐体22内に、常温で液状のゴム材料例えば湿気硬化型又は加熱硬化型のシリコーンゴムを、自動注入機等を用いて自然流下により定量注入し、その後硬化させることにより形成されるようになっている。また、防振ゴム層28は、筐体22の内壁面と検出素子23との間に5〜10mmの厚みで設けられている。
【0023】
次に、上記構成の作用について述べる。上記した構成の角速度センサ21は、次のような工程を経て製造される。即ち、まず、予め実装部27aの上面に検出素子23が実装されたフレキシブル基板27を、その接続部27b,27bにて、信号処理回路基板24の下方に吊下げ状態に接続する工程が実行される。次いで、フレキシブル基板27が接続された信号処理回路基板24を筐体22内に収容し、取付ボス部25に対してねじ止めにより取付ける工程が実行される。これにて、検出素子23は、筐体22内に、信号処理回路基板24の下方においてフレキシブル基板27により弾性支持された形態に設けられる。
【0024】
この後、上記のように検出素子23や信号処理回路基板24等が組付けられた筐体22に対し、その下部側に、常温で液状をなすゴム材料を、前記検出素子23(及びフレキシブル基板27の上部を除く部位)が埋没状態となるように充填して硬化させる工程が実行される。これにて、筐体22内に防振ゴム層28が形成されるのである。
【0025】
この工程では、上述のように、湿気硬化型又は加熱硬化型のシリコーンゴムからなる定量のゴム材料を、自動注入機を用いて上方から自然流下により筐体22内に注入することが行なわれる。この場合、従来例で述べたような、成型品からなる防振用のゴム部品4,9に対する検出素子2,10の挿入や嵌込み、ゴム部品4,9の筐体1,8内への組付けといった自動化が困難な作業が必要となる場合と異なり、筐体22内に液状のゴム材料を注入し硬化させるだけの作業で済むので、容易に自動化を行なうことができたのである。
【0026】
また、このとき、自然流下を用いたことにより、防振ゴム層28内への空気の巻込みが極力防止され、しかも、フレキシブル基板27の下面側を平滑面としたことにより、液状のゴム材料がフレキシブル基板27の下面をスムーズに流れて充填されるようになり、フレキシブル基板27の下面の凹凸に起因した防振ゴム層28内の空隙の発生等が未然に防止される。さらには、前後方向及び左右方向に対称形状をなすフレキシブル基板27の中心部に、検出素子23を実装したことにより、フレキシブル基板27の重心が検出素子23の重心に一致して、ゴム材料の充填時に検出素子23が前後左右にずれることなく、防振ゴム層28内に埋没状態とさせることができるのである。
【0027】
そして、上記のようにして製造された角速度センサ21にあっては、検出素子23に対する防振ゴム層28による防振支持構造によって、車両振動ノイズなどの外乱振動からの防振が良好に図られ、正確性の高いセンサ出力が得られるようになっている。この場合、本実施例では、防振ゴム層28を、筐体22の内壁面と検出素子23との間に5〜10mmの厚みで設けるようにしたので、次のような要求される4つの特性を満たすものとすることができたのである。
【0028】
即ち、第1に、検出周波数範囲の角速度入力(例えば10Hz以下)に対しては検出素子23に作用させる必要があるため、その周波数範囲では外部振動(角速度)を伝達する。第2に、検出素子23の振動子の共振(駆動)周波数(例えば数kHz)付近の振動が振動子に作用すると出力に誤差を生じるため、振動子の共振(駆動)周波数付近の外部振動を伝達しない。第3に、振動子の共振(駆動)周波数と、検出周波数との差分周波数(例えば数百Hz〜数kHz)の振動が振動子に作用すると出力に誤差を生じるため、その周波数範囲の外部振動を伝達しない。第4に、落下等の瞬間的な衝撃Gを吸収し、振動子の耐量以下に緩和できるといった特性である。
【0029】
さらに、本実施例では、防振ゴム層28の材質として、シリコーンゴムを採用したので、広い温度範囲(例えば車両の環境温度である−30℃〜85℃)にあってばね定数が変化せず(硬くならず)安定したものとなり、車両用の角速度センサ21として採用するに適したものとなるのである。
【0030】
以上の説明のように、本実施例の角速度センサ21及びその製造方法によれば、筐体22内に液状のゴム材料を充填して硬化させることにより、防振ゴム層28を形成するようにしたので、防振ゴム層28の形成の自動化が可能となり、従来のようなゴム部品4,9の手作業による組付けを廃止することができ、この結果、生産性の向上、品質の安定化を図ることができるものである。
【0031】
また、特に本実施例の防振ゴム層28の構成によれば、角速度の検出面での要求される特性を満たすことができ、しかも車両の環境温度に対して適したものとなる。そして、本実施例の製造方法によれば、筐体22内に液状のゴム材料を充填(注入)するにあたり、防振ゴム28層中に気泡や空隙が生ずることを効果的に防止でき、それら気泡や空隙により防振特性に悪影響を与えてしまうことを未然に防止することができ、さらには、防振ゴム28層に埋没状態とされる検出素子23に傾きが生ずることを効果的に防止できるので、傾きに起因した出力誤差等の発生を未然に防止できるといった利点を得ることができるものである。
【0032】
図3は、本発明の他の実施例に係る角速度センサ31の要部構成を概略的に示している。この角速度センサ31が上記実施例の角速度センサ21と異なるところは、フレキシブル基板27の中心部(重心部分)である実装部27aの下面に、錘部材32を取付けるようにした点にある。この場合、錘部材32は、フレキシブル基板27の実装部27aと同等の大きさに構成されたプリント基板の如き合成樹脂製の板状部材からなり、実装部27aの下面側に貼付けられている。
【0033】
これによれば、上記一実施例とほぼ同様の作用,効果が得られることに加え、液状のゴム材料の充填時に、検出素子23をより一層安定した姿勢に保持することが可能となり、傾きなどの発生をより効果的に防止できるものである。フレキシブル基板27の補強を図ることもできる。尚、この錘部材としては、様々な材質、形状のものを採用できることは勿論である。
【0034】
その他、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、例えば防振ゴム層(液状のゴム材料)の材質としては、常温で液状をなし、湿気硬化型や加熱硬化型などの所定の硬化手段により硬化するゴム材料であれば、シリコーンゴムに限らずブチルゴムなど様々なものを採用することができる。また、本発明の角速度センサは、車両用以外にも各種の用途に用いることができる等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すもので、角速度センサの要部構成を概略的に示す縦断正面図
【図2】フレキシブル基板の平面図
【図3】本発明の他の実施例を示す図1相当図
【図4】従来例を示す図1相当図
【図5】別の従来例を示す図1相当図
【符号の説明】
図面中、21,31は角速度センサ、22は筐体、23は検出素子、24は信号処理回路基板、27はフレキシブル基板、28は防振ゴム層、32は錘部材を示す。
Claims (8)
- 筐体内に、検出素子を検出周波数範囲の振動を受け得るように設けると共に、その検出素子からの信号を処理する信号処理回路基板を固定的に設けてなる角速度センサであって、
上面に前記検出素子が実装されたフレキシブル基板を、前記信号処理回路基板の下方に吊下げ状態に接続する構成とすると共に、
前記検出素子は、前記筐体内に液状のゴム材料を充填して硬化させた防振ゴム層内に埋没状態とされていることを特徴とする角速度センサ。 - 前記防振ゴム層は、前記筐体の内壁面と検出素子との間に5〜10 mm の厚みで設けられていることを特徴とする請求項1記載の角速度センサ。
- 前記防振ゴム層は、シリコーンゴムからなることを特徴とする請求項1又は2記載の角速度センサ。
- 筐体内に、検出素子を検出周波数範囲の振動を受け得るように設けると共に、その検出素子からの信号を処理する信号処理回路基板を固定的に設けてなる角速度センサを製造する方法であって、
上面に前記検出素子が実装されたフレキシブル基板を、前記信号処理回路基板の下方に吊下げ状態に接続し、
前記信号処理回路基板を前記筐体内に取付け、
液状のゴム材料を前記筐体内に前記検出素子が埋没状態となるように充填して硬化させることにより、防振ゴム層を形成するようにしたことを特徴とする角速度センサの製造方法。 - 前記液状のゴム材料を自然流下により前記筐体内に充填するようにしたことを特徴とする請求項4記載の角速度センサの製造方法。
- 前記フレキシブル基板の下面側を平滑面としたことを特徴とする請求項4又は5記載の角速度センサの製造方法。
- 前記フレキシブル基板を前後方向及び左右方向に対称形状とすると共に、前記検出素子を、その中心部に実装するようにしたことを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載の角速度センサの製造方法。
- 前記フレキシブル基板の中心部に錘部材を取付けるようにしたことを特徴とする請求項7記載の角速度センサの製造方法。
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