特許 6545918 加速度センサコアユニット、加速度センサを載置する基板のたわみを防止する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6545918

(24)【登録日】2019年6月28日

(45)【発行日】2019年7月17日

(54)【発明の名称】加速度センサコアユニット、加速度センサを載置する基板のたわみを防止する方法

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/08 20060101AFI20190705BHJP

【ＦＩ】

   G01P15/08 102Z

【請求項の数】6

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2019-95640(P2019-95640)

(22)【出願日】2019年5月22日

【審査請求日】2019年5月27日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000100676

【氏名又は名称】ＩＭＶ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092956

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 栄男

(74)【代理人】

【識別番号】100101018

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 正

(72)【発明者】

【氏名】小林 敏之

(72)【発明者】

【氏名】川平 孝雄

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５４１３４４３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第６５００７１３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第５７４５７３２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１７−８３３６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｐ１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に加速度センサを載置する基板、
前記基板の表面側に空間形成部材を介して固定され、前記基板のたわみを抑制する第１の補強板、
前記基板の裏面側に空間形成部材を介して固定され、前記基板のたわみを抑制する第２の補強板、
を備えた加速度センサコアユニット。

【請求項2】

請求項１の加速度センサコアユニットにおいて、
前記第１、第２の補強板は、前記基板と平行であること、
を特長とする加速度センサコアユニット。

【請求項3】

請求項１または請求項２の加速度センサコアユニットにおいて、
前記第１、第２の補強板は、前記基板と３カ所で固定されていること、
を特長とする加速度センサコアユニット。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれかの加速度センサコアユニットにおいて、
前記センサは、前記基板と平行方向の加速度を検出すること、
を特長とする加速度センサコアユニット。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれかの加速度センサコアユニット、
前記加速度センサコアユニットが収納される筐体、
を備えた加速度センサピックアップ。

【請求項6】

表面に加速度センサを載置する基板のたわみを防止する方法であって、
前記基板の表面側に、前記基板のたわみを抑制する第１の補強板を、空間形成部材を介して固定し、
前記基板の裏面側に、前記基板のたわみを抑制する第２の補強板を、空間形成部材を介して固定したこと、
を特徴とする加速度センサを載置する基板のたわみを防止する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、加速度センサに関し、特に加速度センサを載置する基板のたわみ防止に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、MEMSプロセス（半導体微細加工）にて作製された加速度センサ（以下、MEMS加速度センサという）を筐体内に格納したセンサユニットが開示されている。かかるセンサニットは３軸方向の加速度センサである。

【0003】

かかるMEMS加速度センサとして、１軸方向の検出に特化した小型の加速度センサが知られている。発明者は、この小型加速度センサを基板上に載置し、筐体内に格納するコアユニットを発明した。かかるコアユニットについて図１を用いて説明する。

【0004】

図１Ａに示すように、コアユニット１１２は、基板１０１、および、台座１０３を有している。台座１０３は図１Ｂに示すように、L字構造をしており、側面に基板１０１が４カ所のネジで固定される。台座１０３と対向する基板１０１の面には前記小型加速度センサ１０４が取り付けネジの近くに固定されている。

【0005】

なお、小型加速度センサ１０４は、矢印１０５方向の振動加速度を検出する。

【0006】

かかるコアユニット１１２を筐体（図示せず）に格納することで、取付場所の自由度が高まる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】WO2015/145489号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、発明者が実験したところ、図１に示すコアユニット１１２では、小型センサ単独で有する検出精度が発揮できないことが分かった。

【0009】

この発明は、上記問題を解決し、精度の高い加速度センサコアユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

(1)本発明にかかる加速度センサコアユニットは、1)表面に加速度センサを載置する基板、2)前記基板の表面側に空間形成部材を介して固定され、前記基板のたわみを抑制する第１の補強板、3)前記基板の裏面側に空間形成部材を介して固定され、前記基板のたわみを抑制する第２の補強板、を備えている。

【0011】

したがって、前記基板のたわみが抑制されて、高精度の検出が可能となる。

【0012】

(2)本発明にかかる加速度センサコアユニットにおいては、前記第１、第２の補強板は、前記基板と平行である。したがって、前記加速度センサコアユニットを筐体に収める際に、前記補強板と前記筐体との平行を確保すれば、センサを筐体に平行にセットできる。

【0013】

(3)本発明にかかる加速度センサコアユニットにおいては、前記第１、第２の補強板は、前記基板と３カ所で固定されている。したがって、スペースが少なくても、確実に一体化させることができる。

【0014】

(4)本発明にかかる加速度センサコアユニットにおいては、前記センサは、前記基板と平行方向の加速度を検出する。したがって、基板の平行方向の振動加速度を確実に検出できる。

【0015】

(5)本発明にかかる加速度センサピックアップは、さらに、前記加速度センサコアユニットが収納される筐体を備えている。したがって、センサ単独では取付が困難な場所でも取り付けが可能となる。

【0016】

(6)本発明にかかる加速度センサを載置する基板のたわみを防止する方法は、前記基板の表面側に、前記基板のたわみを抑制する第１の補強板を、空間形成部材を介して固定し、前記基板の裏面側に、前記基板のたわみを抑制する第２の補強板を、空間形成部材を介して固定している。したがって、加速度センサを載置する基板のたわみを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】テスト用に形成した加速度センサコアユニットの概略図である。

【図2】加速度センサコアユニット１の構造を示す図である。

【図3】基板３の斜視図である。

【図4】筐体２１の構造を示す図である。

【図5】本発明による効果を示す周波数特性グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明における実施形態について、図面を参照して説明する。

【0019】

図２Ａに、本発明の１実施形態にかかる加速度センサコアユニット１を示す。

【0020】

加速度センサコアユニット１は、基板３、金属板４，５、スペーサ７a〜c、８a〜cを備えている。

【0021】

基板３は、ガラスエポキシ樹脂製であり、図３に示すように、加速度センサ１１、各種の電子部品が表面に載置されている。また、三カ所の貫通穴３a〜cが設けられている。加速度センサ１１は、矢印１０５方向の振動加速度を検出する。

【0022】

基板３は、図２Ａに示すように、金属板４，５で、サンドイッチ状に挟まれている。金属板４，５を図２Ｂ，Ｃに示す。金属板４は、図２Ｂに示すように、座ぐりした貫通穴４a〜cが設けられている。金属板５は、図２Ｃに示すように、タップ穴５a〜cが設けられている。

【0023】

基板３と金属板４との間には、リング状の金属スペーサ７a〜cが介在しており、基板３と金属板５との間は、同じくリング状の金属スペーサ８a〜cが介在されている。リング状のスペーサ７a〜c、８a〜cの内径は、基板３の貫通穴３a〜cよりもやや大きい。

【0024】

加速度センサコアユニット１は、3カ所で 基板３と金属板４、５をネジ止めしているので、少ない取付スペースで、かつ、確実に基板３を金属板４、５に固定することができる。これにより、基板３と金属板４、５との平行を確保しやすい。

【0025】

なお、基板３と金属板４、５を４カ所で止めることもできるが、取付スペースが増えること、およびネジの締め付けのばらつきがでやすくなるという問題がある。このような問題を回避できるならネジ止めの個数については限定されない。

【0026】

加速度センサコアユニット１は、筐体２１（図４参照)に格納される。筐体２１は、図４Aに示すように、本体２１aおよび蓋２１bで構成されている。本体２１aは、図４Bに示すように、内部に加速度センサコアユニット１が格納できるように空間２５が形成されている。空間２５は図４Cに示すように、加速度センサコアユニット１の外径が嵌合する形状である。具体的には、面２５fが金属板４の面４fに、面２５iが金属板５の面５ifに、面２５gが金属板４の面４gに、面２５hが金属板４の面４hに、面２５kが金属板５の面５kに、面２５jが金属板５の面５jに、がたつきの無い状態で保持される。

【0027】

筐体２１の取り付け穴２１dは、タップが形成されており、この筐体を取付る面に固定される。

【0028】

蓋２１bに設けられた穴２１dを介して、配線が、加速度センサコアユニット１の基板３に接続される。これにより、計測された振動加速度が筐体外部に取り出される。

【0029】

本実施形態においては、基板３の両サイドを金属板４，５で補強したので、高周波（１０KHz以上）の振動加速度を検出する際にも、基板がたわむことを抑制する。したがって、精度の高い振動加速度の検出が可能となる。

【0030】

図５に、加速度センサコアユニット１における振動周波数特性を示す。曲線L1が加速度センサコアユニット１における振動周波数特性であり、曲線L2が図1のコアユニット１１２の振動周波数特性である。このように、図１のコアユニット１１２では１KHz以上で、ぶれが発生している。これに対して、加速度センサコアユニット１では、十分な周波数特性を得ることができる。

【0031】

なお、単に精度を高めるだけであれば、剛性の高い基板（たとえばセラミックなど）を使うこともできる。ただ、セラミック基板は高価であるとともに、筐体も同様の素材とする必要がある。これは熱膨張係数が異なると、割れたり隙間ができたりするおそれがあるからである。本実施形態においては、筐体と補助板を同じ金属素材で構成することができる。

【0032】

また、基板３の一面に本件の金属板５をスペーサ８を介在させず、面と面で接着することで基板３のたわみを防止することも考えられる。しかし、この場合、基板３と金属板５との熱膨張率が異なるので、膨張すると剥がれるおそれがある。本実施形態においては、基板３をスペーサ７．８を介して、金属板４，５と固定保持している。したがって、かかる膨張の問題も回避できる。

【0033】

本明細書においては、基板３に平行で、かつ筐体の底面が鉛直方向を向く場合について説明したが、センサの検出方向が異なるセンサを用いれば、筐体に横方向の振動加速度を検出することも可能である。

【0034】

また、１軸ではなく、２軸、又は３軸方向を検出するセンサであってよい。

【符号の説明】

【0035】

１ 加速度センサコアユニット
３ 基板
４ 金属板
５ 金属板
２１ 筐体
７a〜c スペーサ
８a〜c スペーサ

【要約】

【課題】 基板のたわむを抑制する。
【解決手段】
加速度センサコアユニット１は、基板３、金属板４，５を備えている。基板３は、エポキシ樹脂製であり、矢印１０５方向の振動加速度を検出する加速度センサ１１が載置されている。基板３は、金属板４，５で、サンドイッチ状に挟まれている。基板３と金属板４との間には、リング状の金属スペーサ７a〜cが、基板３と金属板５との間は、リング状の金属スペーサ８a〜cがそれぞれ介在されている。基板３と金属板４、５を、3カ所でネジ止めしているので、少ない取付スペースで、かつ、確実に基板３を金属板４、５に固定することができる。これにより、加速度センサコアユニット１としての剛性を確保できる。
【選択図】 図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】