特許 6036624 慣性センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6036624

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年11月30日

(54)【発明の名称】慣性センサ

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/08 20060101AFI20161121BHJP

【ＦＩ】

   G01P15/08 102Z

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-193678(P2013-193678)

(22)【出願日】2013年9月19日

(65)【公開番号】特開2015-59829(P2015-59829A)

(43)【公開日】2015年3月30日

【審査請求日】2015年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001472

【氏名又は名称】特許業務法人かいせい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三木 拓也

【審査官】 山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２８１３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３６５０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６４７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３３６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１６８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−７９７０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｐ １５／０８

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

Ｈ０５Ｋ ３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の基板（２４）が積層された板状であって、表面（２１）及び側面（２２）を有しており、特定の方向に物理量を検出する検出軸が設定されたセンサチップ（３０）が前記表面（２１）に実装された積層基板（２０）と、
壁部（１３）及び底部（１４）で構成された穴部（１１）を有し、前記穴部（１１）の底部（１４）に前記積層基板（２０）が配置されたケース（１０）と、
を備え、
前記積層基板（２０）は、前記側面（２２）のうち前記検出軸に対して平行な方向に面する側面（２２ａ、２２ｂ）の一部が、前記表面（２１）に平行な面方向のうち前記検出軸に対して垂直な方向に凹んだ切り欠き部（２５）を有し、
前記ケース（１０）は、前記穴部（１１）の壁部（１３）の一部が前記面方向のうち前記検出軸に対して垂直な方向に突出すると共に、前記切り欠き部（２５）に嵌め込まれるリブ（１５）を有し、
前記切り欠き部（２５）は、前記側面（２２）のうち前記検出軸に対して平行な方向に面する一対の側面（２２ａ、２２ｂ）に対応して一対として設けられていると共に、前記複数の基板（２４）のうちの一つの基板（２４ａ）に形成されたサイズが他の基板（２４ｂ）に形成されたサイズよりも小さくなっており、
前記リブ（１５）は、前記一対の切り欠き部（２５）に対応して一対として前記ケース（１０）に設けられていると共に、前記一対の切り欠き部（２５）において前記一つの基板（２４ａ）に形成された部分のうち前記検出軸に対して平行な方向に接触していることを特徴とする慣性センサ。

【請求項2】

前記積層基板（２０）は、前記表面（２１）の平面形状が四角形状をなしており、
前記切り欠き部（２５）は、前記側面（２２）のうち前記一対の側面（２２ａ、２２ｂ）に隣接する他の一対の側面（２２ｃ、２２ｄ）にも対応して一対として設けられていることを特徴とする請求項１に記載の慣性センサ。

【請求項3】

前記一対の切り欠き部（２５）は、それぞれ異なる形状で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の慣性センサ。

【請求項4】

前記ケース（１０）は、前記穴部（１１）に設けられたゲル部材（６０）を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の慣性センサ。

【請求項5】

前記一対のリブ（１５）は、前記積層基板（２０）の側面（２２）に対向する部分が、前記積層基板（２０）の表面（２１）に平行な方向の断面を取ったときの形状がＲ形状になっていると共に、前記積層基板（２０）の表面（２１）に垂直な方向に断面を取ったときの前記表面（２１）側の形状がＲ形状になっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の慣性センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特定の方向に物理量を検出する検出軸が設定された慣性センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、特定の方向にだけ物理量を検出する検出軸が設定されたセンサと、このセンサを収容するケースと、を含んだセンサモジュールが、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、センサは一対の側壁の両端部にキャスタレーションとしての凹部を有している。一方、ケースはセンサを収容する収容部を有すると共に、収容部のうちセンサの凹部に対応する位置に突出する段部を有している。そして、収容部の段部にセンサの凹部が合うように、センサがケースの収容部に収容される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−４８８２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来の技術では、センサが特定の方向に対して検出軸が傾いた状態でケースに固定される可能性がある。このため、センサがケースに収容されたときに特定の方向に対して検出軸の傾きが小さくなるようにセンサを特定の方向に予め大きくしなければならない。したがって、センサを小型化することができないという問題があった。

【0005】

本発明は上記点に鑑み、特定の方向に物理量を検出する検出軸が設定された慣性センサを小型化することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数の基板（２４）が積層された板状であって、表面（２１）及び側面（２２）を有しており、特定の方向に物理量を検出する検出軸が設定されたセンサチップ（３０）が表面（２１）に実装された積層基板（２０）を備えている。また、壁部（１３）及び底部（１４）で構成された穴部（１１）を有し、穴部（１１）の底部（１４）に積層基板（２０）が配置されたケース（１０）を備えている。

【0007】

そして、積層基板（２０）は、側面（２２）のうち検出軸に対して平行な方向に面する側面（２２ａ、２２ｂ）の一部が、表面（２１）に平行な面方向のうち検出軸に対して垂直な方向に凹んだ切り欠き部（２５）を有している。ケース（１０）は、穴部（１１）の壁部（１３）の一部が面方向のうち検出軸に対して垂直な方向に突出すると共に、切り欠き部（２５）に嵌め込まれるリブ（１５）を有している。

【0008】

また、切り欠き部（２５）は、側面（２２）のうち検出軸に対して平行な方向に面する一対の側面（２２ａ、２２ｂ）に対応して一対として設けられていると共に、複数の基板（２４）のうちの一つの基板（２４ａ）に形成されたサイズが他の基板（２４ｂ）に形成されたサイズよりも小さくなっている。

【0009】

さらに、リブ（１５）は、一対の切り欠き部（２５）に対応して一対としてケース（１０）に設けられていると共に、一対の切り欠き部（２５）において一つの基板（２４ａ）に形成された部分のうち検出軸に対して平行な方向に接触していることを特徴とする。

【0010】

これによると、一対のリブ（１５）が一対の切り欠き部（２５）に嵌め込まれたときにサイズが小さくされた部分に接触することでセンサチップ（３０）の検出軸に対して平行な方向に固定される。このため、センサチップ（３０）の検出軸が特定の方向に対して回転しないように積層基板（２０）をケース（１０）に固定することができる。特に、積層基板（２０）のうちの一つの基板（２４ａ）の切り欠き部（２５）のサイズが小さくされていると共にリブ（１５）が当該一つの基板（２４ａ）に接触しているので、センサチップ（３０）の検出軸に対する積層基板（２０）の回転を確実に抑制することができる。

【0011】

このように、特定の方向に対するセンサチップ（３０）の検出軸の回転が規制されるので、積層基板（２０）を特定の方向に大きくする必要がなく、ひいては積層基板（２０）を小さくすることができる。したがって、積層基板（２０）が収容されたケース（１０）も小さくすることができ、ひいては慣性センサを小型化することができる。

【0012】

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態に係る慣性センサの平面図である。

【図2】積層基板の一部斜視図である。

【図3】ケースの穴部のうち積層基板が配置された部分を拡大した平面図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る積層基板の平面図及び側面図である。

【図5】本発明の第３実施形態に係るケースの穴部の断面斜視図である。

【図6】ゲル部材が設けられた穴部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

【0015】

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る慣性センサは、加速度や角速度等のように検出軸が設定された物理量を検出するセンサである。図１に示されるように、慣性センサ１は、ケース１０と、積層基板２０と、を備えて構成されている。

【0016】

ケース１０は、慣性センサ１の外観をなすものであり、例えば樹脂材料が成形されたものである。ケース１０は、穴部１１及びターミナル１２を有している。穴部１１は、ケース１０の外壁面の一部が凹んだ部分であり、壁部１３及び底部１４で構成されている。ターミナル１２は、一端が穴部１１の底部１４に露出すると共に、他端がケース１０に設けられた図示しないコネクタ部に露出するようにケース１０にインサート成形されている。なお、ケース１０の穴部１１には図示しない蓋部が設けられる。

【0017】

積層基板２０は、表面２１及び側面２２を有する板状のものである。本実施形態では、積層基板２０は表面２１の平面形状が四角形状をなしている。積層基板２０は、表面２１側が穴部１１の開口側に向けられた状態で穴部１１の底部１４に配置されている。また、積層基板２０は、センサチップ３０及び回路チップ４０が表面２１に実装されている。

【0018】

センサチップ３０は、特定の方向に物理量を検出する検出軸が設定されたセンシング部を有するセンサデバイスである。本実施形態では、図１のＸ方向を特定の方向とする。センシング部は、例えば櫛歯状の可動電極と固定電極とを有して構成されている。このような構成により、可動電極に加速度等の物理量が印加されることで可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。これにより、当該静電容量の変化に応じた加速度等の物理量が検出されるようになっている。

【0019】

回路チップ４０は、センサチップ３０のセンサ出力に対して信号変換機能等を有する電子部品である。このため、回路チップ４０はセンサチップ３０に対してワイヤ５０を介して電気的に接続されている。

【0020】

さらに、積層基板２０は、表面２１に複数のパッド２３を有している。そして、センサチップ３０は所定のパッド２３に対してワイヤ５１を介して電気的に接続され、ターミナル１２は所定のパッド２３に対してワイヤ５２を介して電気的に接続されている。以上が、本実施形態に係る慣性センサ１の構成である。

【0021】

次に、積層基板２０をケース１０の穴部１１に配置する構造について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図３では、積層基板２０上のセンサチップ３０等は省略している。

【0022】

まず、図２に示されるように、積層基板２０は、複数の基板２４が積層されて構成されている。基板２４は例えばセラミック基板である。すなわち、積層基板２０は、積層セラミック基板である。積層基板２０は、各基板２４の貼り合わせ部に図示しない配線パターンを有している。配線パターンは積層基板２０の表面２１に設けられたパッド２３に電気的に接続されている。

【0023】

また、図２及び図３に示されるように、積層基板２０は外縁部の一部が切り取られた切り欠き部２５を有している。言い換えると、切り欠き部２５は積層基板２０の外縁部のうちの一部が内側に凹んだ凹部であり、いわゆるキャスタレーションである。なお、切り欠き部２５は積層基板２０の厚み方向に貫通しており、スリット状になっている。

【0024】

具体的には、切り欠き部２５は、積層基板２０の側面２２のうちセンサチップ３０の検出軸に対して平行な方向（Ｘ方向）に面する側面２２ａ、２２ｂの一部が、積層基板２０の表面２１に平行な面方向のうち検出軸に対して垂直な方向に凹んだ部分である。すなわち、切り欠き部２５は、側面２２のうち検出軸に対して平行な方向に面する一対の側面２２ａ、２２ｂに対応して一対として設けられている。なお、面方向はＸ−Ｙ平面に平行な方向であると言える。

【0025】

本実施形態では、１つの側面２２ａに２個の切り欠き部２５が設けられている。この側面２２ａに対して反対側の側面２２ｂには、側面２２ａに設けられた切り欠き部２５に対して対となる切り欠き部２５が２個設けられている。つまり、「一対」とは、側面２２ａに形成された１個の切り欠き部２５と、側面２２ｂに形成された１個の切り欠き部２５と、を指している。

【0026】

さらに、本実施形態では、切り欠き部２５は、側面２２のうち一対の側面２２ａ、２２ｂに隣接する他の一対の側面２２ｃ、２２ｄにも対応して一対として設けられている。各側面２２ｃ、２２ｄには１個の切り欠き部２５がそれぞれ形成されている。したがって、本実施形態では、積層基板２０は４つの側面２２の全てに切り欠き部２５を有している。

【0027】

そして、図２に示されるように、切り欠き部２５は、複数の基板２４のうちの一つの基板２４ａに形成されたサイズが他の基板２４ｂに形成されたサイズよりも小さくなっている。本実施形態では、複数の基板２４のうち最も穴部１１の底部１４側に位置する基板２４ａの切り欠き部２５のサイズが小さくなっている。これにより、積層基板２０の表面２１に垂直な方向に当該表面２１を見たとき、切り欠き部２５において他の基板２４ｂから一つの基板２４ａの一部が突出している。

【0028】

上記の積層基板２０は、例えば配線パターンが形成された焼成前のセラミック板が複数積層されると共に、プレス機によって積層基板２０のサイズにプレスされることで形成される。このプレスの際に、１層だけ切り欠き部２５のサイズが小さくなるようにセラミック板が切断される。この後、生の状態の積層セラミック基板が焼成されることで積層基板２０が完成する。

【0029】

一方、図３に示されるように、ケース１０はリブ１５を有している。リブ１５は、穴部１１の壁部１３の一部が積層基板２０の表面２１に平行な面方向のうちセンサチップ３０の検出軸（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）に突出した部分である。このリブ１５が、積層基板２０の切り欠き部２５に嵌め込まれることで、ケース１０の穴部１１において積層基板２０の位置が固定される。

【0030】

リブ１５は、一対の切り欠き部２５に対応して一対としてケース１０に設けられている。また、一対のリブ１５は、側面２２ａ、２２ｂに設けられた一対の切り欠き部２５に嵌め込まれている。また、一対の切り欠き部２５において一つの基板２４ａに形成された部分のうちセンサチップ３０の検出軸に対して平行な方向に接触している。すなわち、リブ１５は切り欠き部２５のうちサイズが小さくなっている基板２４ａに接触している。言い換えると、一つの基板２４ａに形成された切り欠き部２５のサイズは、センサチップ３０の検出軸に対して平行な方向にリブ１５を規制するサイズになっている。つまり、一つの基板２４ａに形成された切り欠き部２５のサイズは、リブ１５のうちセンサチップ３０の検出軸に対して平行な方向のサイズと同じになっている。

【0031】

また、一対のリブ１５は、積層基板２０の側面２２に対向する部分すなわち先端部分が、積層基板２０の表面２１に平行な方向の断面を取ったときの形状がＲ形状になっている。さらに、一対のリブ１５は、センサチップ３０の検出軸に対して平行な方向であって積層基板２０の表面２１に垂直な方向に断面を取ったときの表面２１側の形状がＲ形状になっている。これによると、切り欠き部２５及びリブ１５の寸法が厳しく管理されていたとしても、切り欠き部２５に対してリブ１５を挿入しやすくすることができる。

【0032】

以上説明したように、本実施形態では、積層基板２０を構成する一つの基板２４ａの切り欠き部２５のサイズを小さくすると共に、当該切り欠き部２５に嵌め込まれたリブ１５を接触させる構造が特徴となっている。これにより、積層基板２０をセンサチップ３０の検出軸に対して平行な方向（Ｘ方向）に固定することができる。このため、センサチップ３０の検出軸が特定の方向（Ｘ方向）に対して移動しないように積層基板２０をケース１０に固定することができる。特に、積層基板２０の表面２１に垂直な回転軸を中心とした積層基板２０の回転を確実に抑制することができる。

【0033】

このように、積層基板２０の回転が抑制されるため、積層基板２０の回転を考慮して積層基板２０を特定の方向に大きくする必要がない。つまり、積層基板２０のサイズを小さくすることができる。これに伴い、積層基板２０が収容されたケース１０を小さくすることができる。したがって、慣性センサ１を小型化することができる。

【0034】

また、本実施形態では、積層基板２０の４つの側面２２の全てに切り欠き部２５が設けられていることが特徴となっている。これによると、切り欠き部２５はプレス等によっての全ての側面２２に形成されるが、切り欠き部２５のうち一つの基板２４ａは他の基板２４ｂよりもサイズが小さくなっているので、バリ等が発生しない。このため、がたつきの無い治具で積層基板２０を加工することができるので、積層基板２０を固定するための固定エリアを小さくすることができる。したがって、積層基板２０を小型化した上で積層基板２０の実装エリアを広くすることができる。

【0035】

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、側面２２のうち側面２２ａ、２２ｂに形成された一対の切り欠き部２５は、側面２２ｃ、２２ｄに形成された一対の切り欠き部２５と異なる形状で形成されている。本実施形態では、側面２２ａ、２２ｂに形成された一対の切り欠き部２５の幅が側面２２ｃ、２２ｄに形成された一対の切り欠き部２５の幅よりも狭くなっている。なお、「切り欠き部２５の幅」とは、側面２２の長手方向の幅である。

【0036】

また、側面２２ａ、２２ｂに形成された切り欠き部２５では複数の基板２４のうちの一層の基板２４ａのサイズが他の基板２４ｂよりも小さく形成されている。一方、側面２２ｃ、２２ｄに形成された切り欠き部２５では複数の基板２４のうちの二層の基板２４ａのサイズが小さく形成されている。

【0037】

以上のように、側面２２に形成された切り欠き部２５の形状が異なっているので、切り欠き部２５にリブ１５が嵌め込まれることで積層基板２０が正常にケース１０の穴部１１に配置される。したがって、ケース１０に対する積層基板２０の誤組み付けを防止することができる。

【0038】

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、積層基板２０は、表面２１とは反対側の裏面２６にチップコンデンサ等の電子部品２７が実装されている。

【0039】

また、穴部１１は底部１４の一部が凹んだ溝部１６を有している。溝部１６は、積層基板２０の裏面２６に搭載された電子部品２７が配置される収容部１７と、この収容部１７と積層基板２０の切り欠き部２５とを繋ぐ通路部１８と、によって構成されている。

【0040】

このような穴部１１の構成において、図６に示されるように、ケース１０は、穴部１１に設けられたゲル部材６０を有している。ゲル部材６０は、底部１４の溝部１６に充填されている。本実施形態では、ゲル部材６０は、溝部１６の上端すなわち積層基板２０の裏面２６まで充填されている。

【0041】

上述のように、積層基板２０には切り欠き部２５が設けられているので、この切り欠き部２５を介して穴部１１の溝部１６にゲル部材６０を注入することが可能となっている。したがって、穴部１１へのゲル部材６０の注入速度が向上する構造を提供することができる。

【0042】

なお、図５及び図６では、ワイヤ５０、５１を省略している。また、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、穴部１１及び溝部１６が特許請求の範囲の「穴部」に対応する。

【0043】

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された慣性センサ１の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、ケース１０は図１に示された形状に限らず他の形状でも良い。

【0044】

上記各実施形態では、リブ１５に対応した側面２２ａ、２２ｂには切り欠き部２５が２個設けられていたが、１個で良い。また、側面２２ｃ、２２ｄに一対の切り欠き部２５が設けられていなくても良い。すなわち、切り欠き部２５は側面２２の全てに設けられていなくても良い。

【0045】

上記各実施形態では、積層基板２０は表面２１が四角形状の板状に構成されていたが、これは積層基板２０の平面形状の一例であり、他の形状でも良い。

【0046】

第２実施形態では、側面２２ａ、２２ｂに形成された一対の切り欠き部２５と側面２２ｃ、２２ｄに形成された一対の切り欠き部２５とは幅が異なっていたが、これは切り欠き部２５の形状を異ならせる方法の一例である。したがって、例えば、側面２２を基準とした切り欠き部２５の深さを変更する等の方法で各切り欠き部２５を異形状としても良い。

【0047】

第３実施形態では、ゲル部材６０は溝部１６の上端まで充填されていたが、これはゲル部材６０の充填方法の一例である。よって、穴部１１のどこにゲル部材６０を設けるかは適宜決めれば良い。また、穴部１１の底部１４に溝部１６が設けられていたが、これは穴部１１の構造の一例であり、溝部１６が設けられていなくても良い。すなわち、穴部１１にゲル部材６０が配置される構造であれば良い。

【符号の説明】

【0048】

１０ ケース
１１ 穴部
１３ 壁部
１４ 底部
１５ リブ
２０ 積層基板
２１ 表面
２２、２２ａ、２２ｂ 側面
２４、２４ａ、２４ｂ 基板
２５ 切り欠き部
３０ センサチップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】