JP4254016B2

JP4254016B2 - 角速度センサ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4254016B2
Application number: JP2000144977A
Authority: JP
Inventors: 正樹高島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2020-05-17
Also published as: JP2001324333A

Description

【０００１】
【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

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。