特開 2024-58762 慣性計測装置、及び慣性計測装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024058762

(43)【公開日】2024-04-30

(54)【発明の名称】慣性計測装置、及び慣性計測装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/5783 20120101AFI20240422BHJP

   G01P 15/08 20060101ALI20240422BHJP

   H05K 1/14 20060101ALI20240422BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20240422BHJP

【ＦＩ】

G01C19/5783

G01P15/08 102A

H05K1/14 E

H05K1/14 A

H01L29/84 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022166059

(22)【出願日】2022-10-17

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 佳邦

(72)【発明者】

【氏名】茅野 岳人

【テーマコード（参考）】

2F105

4M112

5E344

【Ｆターム（参考）】

2F105AA02

2F105AA03

2F105AA06

2F105BB03

2F105BB17

2F105CD13

4M112AA02

4M112GA01

5E344AA02

5E344AA08

5E344BB02

5E344BB03

5E344CC05

5E344CD14

5E344DD02

5E344EE06

(57)【要約】

【課題】慣性センサーデバイスの特性が劣化することを抑えることが可能な慣性計測装置、及び慣性計測装置の製造方法を提供する。
【解決手段】慣性センサーデバイス１０が搭載された第１基板と、第１基板とともに慣性センサーデバイス１０を収納する筐体と、慣性センサーデバイス１０と筐体との間に充填された充填部材と、を有する慣性センサーモジュール１００と、慣性センサーデバイス１０からの信号を処理する処理回路２０が搭載された第２基板２２と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

慣性センサーデバイスが搭載された第１基板と、前記第１基板とともに前記慣性センサーデバイスを収納する筐体と、前記慣性センサーデバイスと前記筐体との間に充填された充填部材と、を有する慣性センサーモジュールと、
前記慣性センサーデバイスからの信号を処理する処理回路が搭載された第２基板と、
を備える、慣性計測装置。

【請求項2】

請求項１に記載の慣性計測装置であって、
前記慣性センサーデバイスは、第１センサーデバイスと、第２センサーデバイスと、を有する、慣性計測装置。

【請求項3】

請求項１に記載の慣性計測装置であって、
前記慣性センサーデバイスは、第１センサーデバイスと、第２センサーデバイスと、第３センサーデバイスと、を有する、慣性計測装置。

【請求項4】

請求項３に記載の慣性計測装置であって、
前記第１センサーデバイス、及び、前記第２センサーデバイスは、前記第１基板に対し垂直に配置され、前記充填部材により覆われる、慣性計測装置。

【請求項5】

請求項４に記載の慣性計測装置であって、
前記第１センサーデバイスは、前記第１基板に第１中継基板を介して垂直に配置され、
前記第２センサーデバイスは、前記第１基板に第２中継基板を介して垂直に配置され、
前記第３センサーデバイスは、前記第１基板に平行に実装される、慣性計測装置。

【請求項6】

請求項１に記載の慣性計測装置であって、
前記慣性センサーデバイスは、加速度センサーデバイスを有する、慣性計測装置。

【請求項7】

請求項１に記載の慣性計測装置であって、
前記第１基板は、前記慣性センサーデバイスの搭載面とは反対側の面に第１接続端子を有し、
前記第２基板は、前記第１接続端子と接続される第２接続端子を有する、慣性計測装置。

【請求項8】

請求項１に記載の慣性計測装置であって、
前記第２基板は、外部機器と接続されるコネクターを備える、慣性計測装置。

【請求項9】

請求項１に記載の慣性計測装置であって、
前記処理回路を収納する凹部を有するベースを備える、慣性計測装置。

【請求項10】

請求項１に記載の慣性計測装置であって、
前記慣性センサーモジュールを２つ以上備える、慣性計測装置。

【請求項11】

第１基板と筐体との間の空間において、前記第１基板上に慣性センサーデバイスを配置し、前記空間を充填部材で充填する工程と、
前記慣性センサーデバイスからの信号を処理する処理回路が搭載された第２基板を準備する工程と、
前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続する工程と、
を有する、慣性計測装置の製造方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の慣性計測装置の製造方法であって、
前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続する工程の前に、前記第１基板に設けられた第１接続端子を用いて前記慣性センサーデバイスの特性を検査する工程を有する、慣性計測装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、慣性計測装置、及び慣性計測装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、１つの基板に、慣性センサーや処理回路などの制御ＩＣが配置されたセンサーユニットの構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２０８２９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、特許文献１に記載の技術では、同じ基板に慣性センサーや制御ＩＣが配置されているため、制御ＩＣで発生したノイズが慣性センサーに伝わり、慣性センサーの特性に影響を及ぼす恐れがあるという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

慣性計測装置は、慣性センサーデバイスが搭載された第１基板と、前記第１基板とともに前記慣性センサーデバイスを収納する筐体と、前記慣性センサーデバイスと前記筐体との間に充填された充填部材と、を有する慣性センサーモジュールと、前記慣性センサーデバイスからの信号を処理する処理回路が搭載された第２基板と、を備える。

【0006】

慣性計測装置の製造方法は、第１基板と筐体との間の空間において、前記第１基板上に慣性センサーデバイスを配置し、前記空間を充填部材で充填する工程と、前記慣性センサーデバイスからの信号を処理する処理回路が搭載された第２基板を準備する工程と、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続する工程と、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】慣性計測装置の構成を示す斜視図。

【図2】慣性計測装置の構成を示す分解斜視図。

【図3】慣性センサーモジュールの構成を示す斜視図。

【図4】慣性センサーモジュールの一部の構成を示す平面図。

【図5】慣性センサーモジュールの裏側の構成を示す斜視図。

【図6】処理回路を搭載した第２基板の構成を示す平面図。

【図7】第２基板の表面の構成を示す斜視図。

【図8】慣性計測装置の製造方法を示す斜視図。

【図9】慣性計測装置の製造方法を示す斜視図。

【図10】慣性計測装置の製造方法を示す斜視図。

【図11】慣性計測装置の製造方法を示す斜視図。

【図12】慣性計測装置の製造方法を示す斜視図。

【図13】慣性計測装置の製造方法を示す斜視図。

【図14】慣性計測装置の製造方法を示す斜視図。

【図15】慣性計測装置の製造方法を示す斜視図。

【図16】慣性計測装置の製造方法を示す斜視図。

【図17】変形例の慣性計測装置の構成を示す斜視図。

【図18】変形例の処理基板の構成を示す斜視図。

【図19】変形例の慣性センサーデバイスの構成を示す平面図。

【図20】変形例の慣性センサーデバイスの構成を示す側面図。

【図21】変形例の慣性センサーデバイスの構成を示す側面図。

【図22】変形例の慣性センサーデバイスの構成を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下の各図においては、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸として説明する。Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ方向」とし、矢印の方向が＋方向であり、＋方向と反対の方向を－方向とする。なお、＋Ｚ方向を「上」又は「上方」又は「表側」、－Ｚ方向を「下」又は「下方」又は「裏側」ということもあり、＋Ｚ方向及び－Ｚ方向から見ることを平面視あるいは平面的ともいう。また、Ｚ方向＋側の面を「上面」又は「表面」、これと反対側となるＺ方向－側の面を「下面」又は「裏面」として説明する。

【0009】

まず、図１及び図２を参照しながら、慣性計測装置１０００の構成を説明する。

【0010】

図１に示すように、慣性計測装置１０００は、例えば、自動車、農業機械、建設機械、ロボット、及びドローンなどの移動体の姿勢や挙動を検出する慣性計測装置である。慣性計測装置１０００は、慣性センサーデバイス１０を有する慣性センサーモジュール１００と、慣性センサーデバイス１０からの信号を処理する処理回路２０が搭載された第２基板２２と、処理回路２０を収納するベース３００と、を備えている。なお、処理回路２０と第２基板２２とを合わせて処理基板２００と称する。処理基板２００は後述の外部コネクター２１を備えていてもよい。

【0011】

図２に示すように、慣性計測装置１０００の第２基板２２は、裏面２００ｂに、処理回路２０と、外部機器と電気的に接続するためのコネクターとしての外部コネクター２１と、が配置されている。

【0012】

ベース３００には、処理回路２０を収納する凹部３１と、外部コネクター２１を収納する貫通孔３２と、が設けられている。このように、ベース３００を備えることにより、処理回路２０を外部から保護することが可能となり、処理回路２０にダメージが加わることを抑えることができる。また、ベース３００は、外部コネクター２１にダメージが加わることを抑えることができるとともに、貫通孔３２を介して外部機器と接続可能に構成されている。

【0013】

次に、図３～図５を参照しながら、慣性センサーモジュール１００の構成を説明する。なお、図４は、図３に示す慣性センサーモジュール１００から筐体１２を外した状態を示す平面図である。図５は、図４に示す第１基板１１を裏面１１ｂ側から見た斜視図である。

【0014】

図３及び図４に示すように、慣性センサーモジュール１００は、慣性センサーデバイス１０が搭載された第１基板１１と、第１基板１１とともに慣性センサーデバイス１０を収納する筐体１２と、慣性センサーデバイス１０と筐体１２との間に充填された充填部材４００（図９参照）と、を有する。

【0015】

図４に示すように、慣性センサーデバイス１０は、第１センサーデバイス１０ａと、第２センサーデバイス１０ｂと、第３センサーデバイス１０ｃと、を有する。慣性センサーデバイス１０は、例えば、角速度を検出するジャイロセンサーである。

【0016】

例えば、第１センサーデバイス１０ａはＸ軸回りの角速度を検出するＸ軸ジャイロセンサーデバイスであり、第２センサーデバイス１０ｂはＹ軸回りの角速度を検出するＹ軸ジャイロセンサーデバイスであり、第３センサーデバイス１０ｃはＺ軸回りの角速度を検出するＺ軸ジャイロセンサーデバイスである。この場合、第１センサーデバイス１０ａはＸ軸に対し垂直に配置され、第２センサーデバイス１０ｂはＹ軸に対し垂直に配置され、第３センサーデバイス１０ｃはＺ軸に対し垂直に配置される。

【0017】

ここで、後述の図２２と同様に、第１センサーデバイス１０ａに設けられた振動ジャイロセンサー素子が検出軸となるＸ軸の延在方向と直交するように配置され、第２センサーデバイス１０ｂに設けられた振動ジャイロセンサー素子が検出軸となるＹ軸の延在方向と直交するように配置されていてもよいし、第３センサーデバイス１０ｃに設けられた振動ジャイロセンサー素子が検出軸となるＺ軸の延在方向と直交するように配置されていてもよい。第１センサーデバイス１０ａはＸ軸方向の加速度を検出するＸ軸加速度センサーデバイスであり、第２センサーデバイス１０ｂはＹ軸方向の加速度を検出するＹ軸加速度センサーデバイスであり、第３センサーデバイス１０ｃはＺ軸方向の加速度を検出するＺ軸加速度センサーデバイスであってもよい。第１センサーデバイス１０ａ、第２センサーデバイス１０ｂ、第３センサーデバイス１０ｃは、互いに異なる検出軸に対応したセンサーデバイスであってもよい。

【0018】

第１センサーデバイス１０ａ、第２センサーデバイス１０ｂ、第３センサーデバイス１０ｃは、それぞれ、Ｘ軸回りの角速度を検出するＸ軸ジャイロセンサーデバイス、Ｙ軸回りの角速度を検出するＹ軸ジャイロセンサーデバイス、Ｚ軸回りの角速度を検出するＺ軸ジャイロセンサーデバイス、Ｘ軸方向の加速度を検出するＸ軸加速度センサーデバイス、Ｙ軸方向の加速度を検出するＹ軸加速度センサーデバイス、及びＺ軸方向の加速度を検出するＺ軸加速度センサーデバイスのいずれかであってもよい。

【0019】

例えば、第１センサーデバイス１０ａはＸ軸方向の加速度を検出するＸ軸加速度センサーデバイスであり、第２センサーデバイス１０ｂはＹ軸方向の加速度を検出するＹ軸加速度センサーデバイスであり、第３センサーデバイス１０ｃはＺ軸回りの角速度を検出するＺ軸ジャイロセンサーデバイスであってもよい。さらに、第１センサーデバイス１０ａ、第２センサーデバイス１０ｂ、第３センサーデバイス１０ｃは、複数の検出軸を有していてもよい。

【0020】

例えば、第１センサーデバイス１０ａ、第２センサーデバイス１０ｂ、第３センサーデバイス１０ｃの少なくともいずれかは、Ｘ軸回りの角速度及びＹ軸回りの角速度を検出するジャイロセンサーデバイスであってもよいし、Ｘ軸回りの角速度、Ｙ軸回りの角速度及びＺ軸回りの角速度を検出するジャイロセンサーデバイスであってもよい。

【0021】

また、例えば、第１センサーデバイス１０ａ、第２センサーデバイス１０ｂ、第３センサーデバイス１０ｃの少なくともいずれかは、Ｘ軸方向の加速度及びＹ軸方向の加速度を検出する加速度センサーデバイスであってもよいし、Ｘ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度及びＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサーデバイスであってもよい。

【0022】

第１センサーデバイス１０ａ及び第２センサーデバイス１０ｂは、例えば、第１基板１１に対し垂直に配置され（図８参照）、充填部材４００によって覆われている。このように、慣性センサーデバイス１０が充填部材４００で覆われているので、慣性センサーデバイス１０のセンサー特性が変化することを抑えることができる。

【0023】

充填部材４００は、例えば、２６０℃程度の耐熱性を有する、熱硬化型のエポキシ系の樹脂材料である。なお、充填部材４００は、エポキシ系の樹脂材料に限定されず、ウレタン樹脂を用いるようにしてもよい。充填部材４００は、硬化後の硬度が、ＪＩＳ７２１５－１９８６のデュロメータ硬さ試験におけるタイプＤデュロメータで、８０Ｄ以上であることが好ましい。

【0024】

なお、慣性センサーデバイス１０は、ジャイロセンサーデバイスや加速度センサーデバイスに限定されず、例えば、速度、圧力、変位、姿勢、又は重力等を検知するセンサーデバイスであってもよい。

【0025】

筐体１２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）で構成されている。これにより、十分に硬質な容器となる。また、アルミニウムに限定されず、他の金属やセラミックスを用いるようにしてもよい。筐体１２を備えることにより、慣性センサーデバイス１０を、例えば、塵、埃、湿気、紫外線、衝撃等から保護することができる。
また、第１基板１１の線膨張係数をａ、充填部材４００の線膨張係数をｂ、筐体１２の線膨張係数をｃとしたときに、３者の線膨張係数が数式（１）の関係性となることが好ましい。

【0026】

ａ≒ｂ＞＞ｃ ……… 式（１）。

【0027】

このように、筐体１２や充填部材４００に、熱膨張係数の小さい材料を用いるので、第１基板１１の熱膨張や収縮も小さくなり、慣性計測装置１０００の特性を向上できる。
例えば、上記の好適例における材質では、第１基板１１はガラスエポキシ基板で線膨張係数ａは４０ｐｐｍ/℃であり、充填部材４００はエポキシ接着剤で線膨張係数ａは４１ｐｐｍ/℃であり、筐体１２はアルミニウム製で２３ｐｐｍ/℃となり、数式（１）の関係性となっていることが解る。

【0028】

図５に示すように、第１基板１１の裏面１１ｂ側、言い換えれば、第１基板１１の慣性センサーデバイス１０の搭載面としての表面１１ａとは反対側の面には、慣性センサーデバイス１０と処理基板２００との間でデータを送受するための第１接続端子１３が複数配置されている。慣性センサーデバイス１０は、第１基板１１に設けられた不図示の配線により第１接続端子１３と接続されている。

【0029】

次に、図６及び図７を参照しながら、処理基板２００の構成を説明する。なお、図６は、図２に示す処理基板２００を裏面２００ｂ側から見た平面図である。図７は、図２に示す処理基板２００を表面２００ａ側から見た斜視図である。

【0030】

図６に示すように、第２基板２２の裏面２００ｂ側には、慣性センサーデバイス１０からの信号を処理する処理回路２０と、外部機器とデータを送受するための外部コネクター２１と、が配置されている。

【0031】

処理回路２０は、慣性センサーデバイス１０から出力される検出信号が入力され、検出信号に基づく計測データを外部コネクター２１から他の装置に出力する。処理回路２０は、慣性センサーデバイス１０の駆動や慣性計測装置１０００の各部を制御する。また、処理回路２０は、例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部等を内蔵する。さらに、処理回路２０は、慣性センサーデバイス１０からの検出信号に基づいて、慣性センサーモジュール１００の姿勢、速度、角度等を算出する演算を行ってもよい。

【0032】

図７に示すように、第２基板２２の表面２００ａ側には、慣性センサーモジュール１００と処理回路２０との間でデータを送受するための第２接続端子２３が複数配置されている。したがって、第２接続端子２３は、第２基板２２の一方の面である表面２００ａ側に設けられ、第２基板２２の他方の面である裏面２００ｂ側には外部コネクター２１が設けられる。即ち、第２接続端子２３と外部コネクター２１は、第２基板２２において互いに異なる面に設けられる。処理回路２０は、第２基板２２に設けられた不図示の配線により第２接続端子２３と接続されている。また、表面２００ａから裏面２００ｂに貫通するスリット２４が、第２基板２２の端部側に設けられている。スリット２４は、第２基板２２に、慣性センサーモジュール１００を固定する際の案内溝として用いられる。

【0033】

以上のように、処理回路２０が搭載された第２基板２２が、慣性センサーデバイス１０が搭載された第１基板１１とは別体で構成されているので、処理回路２０からノイズが発生した場合でも、ノイズが第１基板１１やこれに搭載された慣性センサーデバイス１０に伝わることを抑えることができる。また、第１基板１１と筐体１２との間において慣性センサーデバイス１０が充填部材４００で充填されていることにより、センサー特性が変化することを抑えることができる。よって、慣性センサーデバイス１０の特性が劣化することを抑えることができる。また、慣性センサーデバイス１０から駆動振動を発生した場合では、第１基板１１と筐体１２との間において慣性センサーデバイス１０が充填部材４００で充填されているので、慣性センサーデバイス１０からの駆動振動が第２基板２２やこれに搭載された処理回路２０、さらには慣性計測装置１０００の外部に伝わるのを抑制できる。

【0034】

次に、図８～図１６を参照しながら、慣性計測装置１０００の製造方法を説明する。

【0035】

まず、図８に示す工程では、センサーデバイス１０ａ，１０ｂ，１０ｃが搭載された第１基板１１を準備する。

【0036】

次に、図９に示す工程では、筐体１２の中に充填部材４００を供給する。また、筐体１２には、第２基板２２のスリット２４に嵌め込むための爪１２ａが設けられている。

【0037】

ここで、爪１２ａの長さをＬとし、第１基板１１の厚みをｔ１（図８参照）とし、第２基板２２の厚みをｔ２（図１３参照）とした場合、１．３×ｔ１＜Ｌ＜ｔ１＋ｔ２の式が成り立つように、長さＬを決めることが望ましい。このように長さＬを設定することにより、筐体の爪１２ａを、第２基板２２に嵌め込むことができると共に、第２基板２２の厚みｔ２の中に納めることができる。

【0038】

充填部材４００は、例えば、２６０℃程度の耐熱性を有する、熱硬化型のエポキシ系の樹脂材料である。なお、充填部材４００は、エポキシ系の樹脂材料に限定されず、ウレタン樹脂を用いるようにしてもよい。第１基板１１と筐体１２との間に充填部材４００を充填することで、慣性センサーデバイス１０は、外からの応力の影響をほぼ受けない構造となっており、センサー特性はほとんど変化しない。

【0039】

次に、図１０に示す工程では、センサーデバイス１０ａ，１０ｂ，１０ｃが搭載された第１基板１１と、充填部材４００の入った筐体１２とを、合わせる。

【0040】

なお、第１基板１１には、筐体１２の爪１２ａが嵌る凹部１５ａが、対向する側面の２箇所に設けられている。また、第１基板１１には、筐体１２と第１基板１１との間に隙間を空けるための凹部１５ｂが、凹部１５ａとは異なる方向の、対向する側面の２箇所に設けられている。

【0041】

ここで、第１基板１１の凹部１５ｂの窪み量をＷ１とし、筐体１２の厚みをＲとした場合、Ｗ１≧２Ｒの式が成り立つように、窪み量Ｗ１を決めることが望ましい。このような窪み量Ｗ１に設定することにより、第１基板１１と筐体１２との間に隙間Ｗ２を設けることができる。よって、充填部材４００を熱硬化させた際に発生するガスを、筐体１２の中から外部に排出させることができる。

【0042】

筐体１２の爪１２ａに、第１基板１１の凹部１５ａを嵌め込むようにして、第１基板１１を、充填部材４００で満たされた筐体１２に挿入する。次に、恒温槽で充填部材４００を熱硬化させる。この際、第１基板１１と筐体１２との間に隙間Ｗ２を設けたことにより、発生するガスを効率よく排出することができる。

【0043】

以上により、図１１に示すように、第１基板１１と筐体１２との間の空間に、充填部材４００で充填された慣性センサーモジュール１００が完成する。なお、筐体１２や充填部材４００に、熱膨張係数の小さい材料を用いるので、第１基板１１の熱膨張や収縮も小さくなり、慣性センサーデバイス１０の振動漏れを抑制することができる。また、慣性センサーデバイス１０に加速度センサーデバイスを用いた場合には、ヒステリシス特性を小さくすることができる。

【0044】

次に、図１２に示すように、複数の慣性センサーデバイス１０の特性をまとめて検査する。具体的には、第１基板１１に設けられた第１接続端子１３と、検査基板５００に設けられたソケット（図示せず）とを接触させて、例えば、慣性センサーデバイス１０の温度特性やノイズ特性を検査する。

【0045】

このように、慣性センサーデバイス１０の特性を検査するので、慣性計測装置１０００が完成する前に、慣性センサーデバイス１０の不良を取り除くことができる。

【0046】

次に、図１３に示すように、処理回路２０及び外部コネクター２１が搭載された第２基板２２、つまり、処理基板２００を準備する。

【0047】

次に、図１４に示すように、第１基板１１と第２基板２２とを電気的に接続する。具体的には、慣性センサーモジュール１００と処理基板２００とを、爪１２ａをスリット２４に嵌めながら合わせる。そして、第１基板１１に設けられた第１接続端子１３と、第２基板２２に設けられた第２接続端子２３とを、例えば、はんだ実装することにより、電気的に接続される。

【0048】

次に、図１５に示すように、慣性センサーモジュール１００を取り付けた処理基板２００と、ベース３００とを、接着剤を用いて接着する。以上により、図１６に示すように、慣性計測装置１０００が完成する。

【0049】

以上述べたように、本実施形態の慣性計測装置１０００は、慣性センサーデバイス１０が搭載された第１基板１１と、第１基板１１とともに慣性センサーデバイス１０を収納する筐体１２と、慣性センサーデバイス１０と筐体１２との間に充填された充填部材４００と、を有する慣性センサーモジュール１００と、慣性センサーデバイス１０からの信号を処理する処理回路２０が搭載された第２基板２２と、を備える。

【0050】

この構成によれば、第１基板１１に慣性センサーデバイス１０が搭載され、第２基板２２に処理回路２０が搭載され、更に、慣性センサーデバイス１０を有する第１基板１１と筐体１２との間に充填部材４００が充填されているので、処理回路２０からノイズが発生した場合でも、ノイズが慣性センサーデバイス１０に伝わることを抑えることができる。よって、慣性センサーデバイス１０の特性が劣化することを抑えることができる。

【0051】

また、本実施形態の慣性計測装置１０００において、慣性センサーデバイス１０は、第１センサーデバイス１０ａと、第２センサーデバイス１０ｂと、第３センサーデバイス１０ｃと、を有することが好ましい。

【0052】

この構成によれば、第１センサーデバイス１０ａ、第２センサーデバイス１０ｂ、及び第３センサーデバイス１０ｃが充填部材４００により覆われるので慣性センサーデバイス１０のセンサー特性が変化することを抑えることができる。また、第１センサーデバイス１０ａ、第２センサーデバイス１０ｂ、第３センサーデバイス１０ｃが充填部材４００により覆われるので、第１センサーデバイス１０ａ、第２センサーデバイス１０ｂ、第３センサーデバイス１０ｃを所定の位置関係に固定できる。第１センサーデバイス１０ａはＸ軸回りの角速度を検出するＸ軸ジャイロセンサーデバイスであり、第２センサーデバイス１０ｂはＹ軸回りの角速度を検出するＹ軸ジャイロセンサーデバイスであり、第３センサーデバイス１０ｃはＺ軸回りの角速度を検出するＺ軸ジャイロセンサーデバイスであってもよい。

【0053】

なお、第１センサーデバイス１０ａ、第２センサーデバイス１０ｂ、及び第３センサーデバイス１０ｃのうち１つを省略して慣性センサーデバイス１０は２つのセンサーデバイスを有していてもよいし、１以上のセンサーデバイスを追加して慣性センサーデバイス１０は４つ以上のセンサーデバイスを有していてもよい。この場合、例えば、第１センサーデバイス１０ａ及び第２センサーデバイス１０ｂが充填部材４００により覆われるので慣性センサーデバイス１０のセンサー特性が変化することを抑えることができる。例えば、第１センサーデバイス１０ａはＺ軸回りの角速度を検出するＺ軸ジャイロセンサーデバイスであり、第２センサーデバイス１０ｂはＸ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度及びＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサーデバイスであってもよいし、第１センサーデバイス１０ａはＺ軸回りの角速度を検出するＺ軸ジャイロセンサーデバイスであり、第２センサーデバイス１０ｂはＸ軸回りの角速度、Ｙ軸回りの角速度及びＺ軸回りの角速度を検出するとともにＸ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度及びＺ軸方向の加速度を検出する加センサーデバイスであってもよい。

【0054】

また、本実施形態の慣性計測装置１０００において、第１センサーデバイス１０ａ及び第２センサーデバイス１０ｂは、第１基板１１に対し垂直に配置され、充填部材４００により覆われることが好ましい。この構成によれば、第１センサーデバイス１０ａ、第２センサーデバイス１０ｂが第１基板１１に垂直に配置され、充填部材４００で覆われているので、慣性センサーデバイス１０のセンサー特性が変化することを抑えることができる。第１センサーデバイス１０ａ及び第２センサーデバイス１０ｂが、第１基板１１に水平な方向より垂直な方向に長い形状であったとしても、充填部材４００により堅牢に固定できる。

【0055】

また、本実施形態の慣性計測装置１０００において、慣性センサーデバイス１０は、加速度センサーデバイスを有することが好ましい。この構成によれば、加速度センサーデバイスを有するので、加速度を検出できる。これにより、慣性センサーユニット１は、加速度だけでなく、重力や動き、振動、衝撃などの大きさを演算して出力することも可能である。

【0056】

また、本実施形態の慣性計測装置１０００において、第１基板１１は、慣性センサーデバイス１０の搭載面とは反対側の面に第１接続端子１３を有し、第２基板２２は、第１接続端子１３と接続される第２接続端子２３を有することが好ましい。この構成によれば、第１基板１１と第２基板２２とが、第１接続端子１３及び第２接続端子２３を介して接続されているので、慣性センサーデバイス１０からの信号を、処理回路２０で処理することができる。

【0057】

また、本実施形態の慣性計測装置１０００において、第２基板２２は、外部機器と接続される外部コネクター２１を備えることが好ましい。この構成によれば、第２基板２２が外部コネクター２１を備えているので、外部機器とデータを送受することができる。また、外部コネクター２１は、慣性センサーデバイス１０が搭載される第１基板１１とは異なる第２基板２２を設けることで、外部コネクター２１に印加される振動などが慣性センサーモジュール１００に影響するのを抑制できる。

【0058】

また、本実施形態の慣性計測装置１０００は、処理回路２０を収納する凹部３１を有するベース３００を備えることが好ましい。この構成によれば、ベース３００を備えるので、処理回路２０を外部から保護することが可能となり、処理回路２０にダメージが加わることを抑えることができる。

【0059】

また、本実施形態の慣性計測装置１０００の製造方法は、第１基板１１と筐体１２との間の空間において、第１基板１１上に慣性センサーデバイス１０を配置し、空間を充填部材４００で充填する工程と、慣性センサーデバイス１０からの信号を処理する処理回路２０が搭載された第２基板２２を準備する工程と、第１基板１１と第２基板２２とを電気的に接続する工程と、を有する。

【0060】

この方法によれば、第１基板１１に慣性センサーデバイス１０を配置し、第２基板２２に処理回路２０を配置し、更に、第１基板１１と筐体１２との間の空間に充填部材４００を充填するので、処理回路２０からノイズが発生した場合でも、ノイズが慣性センサーデバイス１０に伝わることを抑えることができる。よって、慣性センサーデバイス１０の特性が劣化することを抑えることができる。

【0061】

また、本実施形態の慣性計測装置１０００の製造方法は、第１基板１１と第２基板２２とを電気的に接続する工程の前に、第１基板１１に設けられた第１接続端子１３を用いて慣性センサーデバイス１０の特性を検査する工程を有することが好ましい。この方法によれば、慣性センサーデバイス１０の特性を検査するので、慣性計測装置１０００が完成する前に、慣性センサーデバイス１０あるいは慣性センサーモジュール１００の不良を取り除くことができる。

【0062】

以下、上記した実施形態の変形例を説明する。

【0063】

上記した実施形態の慣性計測装置１０００の構成に限定されず、例えば、図１７及び図１８に示す構成にしてもよい。図１７は、変形例の慣性計測装置１０００Ａの構成を示す斜視図である。図１８は、図１７に示す慣性計測装置１０００Ａの処理基板２００Ａの構成を示す斜視図である。

【0064】

図１７に示すように、変形例の慣性計測装置１０００Ａは、２つの慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂを備えている。つまり、複数の慣性センサーデバイス１０を複数用いた、所謂、マルチＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）として機能する。なお、各慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂの構成は、上記した慣性センサーモジュール１００と同様の構成である。また、処理基板２００Ａは、第２基板２２の平面サイズが大きくなり、端子数が多くなるものの、処理基板２００の構成と同様の構成である。

【0065】

このような、変形例の慣性計測装置１０００Ａによれば、２個の慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂから得られた各計測値に基づいて、センサー特性を平均化することが可能となり、センサーのノイズを小さくすることができる。なお、慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂの数量は、２個であることに限定されず、３個以上配置するようにしてもよい。

【0066】

処理回路２０は、慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂからの信号を処理する。処理回路２０は、慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂの各計測値を用いて演算する演算部を備える。また、処理回路２０は、慣性計測装置１０００Ａの各部、特に、２つの慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂの駆動を制御する。処理回路２０の演算部は、慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂから得られた各計測値としての慣性データの平均値を演算する。演算される慣性データは角速度や加速度であってもよい。

【0067】

なお、一般的に、慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂにより出力される信号は、組み立て時のずれ等による複数の検出軸に対するミスアライメントを有する。このため、慣性計測装置１０００Ａは、慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂの信号に対して、予め決定された回転行列等の補正係数を適用するミスアライメント補正を実行してもよい。この際に、慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂの検出軸に対する信号を、互いに直交する３軸の信号になるように変換してもよい。ここで、互いに直交する３軸は、慣性計測装置１０００Ａの外形に対して設定されてもよい。

【0068】

以上のように、変形例の慣性計測装置１０００Ａは、慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂを２つ以上備えることが好ましい。この構成によれば、慣性センサーモジュール１００Ａ，１００Ｂを２つ以上備えるので、複数の慣性センサーデバイスを用いて１つの特性を出力する、所謂、マルチＩＭＵとして機能させることができる。

【0069】

また、上記したように、第１センサーデバイス１０ａ及び第２センサーデバイス１０ｂは、第１基板１１に対し、単体で垂直に配置されている。垂直に配置する手法は、図１９～図２２に示すようにしてもよい。
図１９～図２１に示す、変形例の慣性計測装置１０００Ｂ（慣性センサーモジュール１００Ｃ）のセンサーデバイス１０１０ａ，１０１０ｂは、中継基板１５００ａ，１５００ｂに実装された状態で、第１基板１１上に配置されている。

【0070】

具体的には、図２０に示すように、第１中継基板１５００ａは、第１センサーデバイス１０１０ａよりも一回り大きいサイズの長方形状の基板であり、第１基板１１に対して垂直に配置される。第１中継基板１５００ａとしては、ガラスエポキシ基板などのリジット基板を用いる。第１中継基板１５００ａの表面には、第１センサーデバイス１０１０ａが実装されている。

【0071】

第１中継基板１５００ｂの裏面には、複数本のピンヘッダー１０４１が実装されている（図２１参照）。ピンヘッダー１０４１は、２枚の基板間を接続するための金属製の棒状部品であり、ピンの末端は第１基板１１のビアホールに挿通され、ハンダ付けされる。第１中継基板１５００ｂは、複数本のピンヘッダー１０４１により、第１基板１１に立設した状態で実装される。

【0072】

また、複数本のピンヘッダー１０４１は、第１中継基板１５００ａと第１基板１１との間の電気的な配線も兼ねている。詳しくは、第１センサーデバイス１０１０ａの駆動電圧や、検出信号は、複数本のピンヘッダー１０４１を介して第１基板１１に送受信される。つまり、第１センサーデバイス１０１０ａは、第１中継基板１５００ａを介して第１基板１１に電気的に接続される。

【0073】

このように、変形例の慣性計測装置１０００Ｂにおいて、第１センサーデバイス１０１０ａは、第１基板１１に第１中継基板１５００ａを介して垂直に配置され、第２センサーデバイス１０１０ｂは、第１基板１１に第２中継基板１５００ｂを介して垂直に配置され、第３センサーデバイス１０ｃは、第１基板１１に平行に実装されることが好ましい。この構成によれば、第１、第２センサーデバイス１０１０ａ，１０１０ｂが第１基板１１に中継基板１５００ａ，１５００ｂを介して垂直に配置される。例えば、第１センサーデバイス１０１０ａはＸ軸回りの角速度を検出するＸ軸ジャイロセンサーであり、第２センサーデバイス１０１０ｂはＹ軸回りの角速度を検出するＹ軸ジャイロセンサーデバイスであり、第３センサーデバイス１０１０ｃはＺ軸回りの角速度を検出するＺ軸ジャイロセンサーデバイスである。この場合、第１センサーデバイス１０１０ａ及び第１中継基板１５００ａはＸ軸に対し垂直に配置され、第２センサーデバイス１０１０ｂ及び第２中継基板１５００ｂはＹ軸に対し垂直に配置され、第３センサーデバイス１０１０ｃはＺ軸に対し垂直に配置される。ここで、後述の図２２と同様に、第１センサーデバイス１０１０ａに設けられた振動ジャイロセンサー素子が検出軸となるＸ軸の延在方向と直交するように配置され、第２センサーデバイス１０１０ｂに設けられた振動ジャイロセンサー素子が検出軸となるＹ軸の延在方向と直交するように配置されていてもよいし、第３センサーデバイス１０１０ｃに設けられた振動ジャイロセンサー素子が検出軸となるＺ軸の延在方向と直交するように配置されていてもよい。

【0074】

また、上記したように、第１基板１１に、センサーデバイス１０ａ，１０ｂ，１０１０ａ，１０１０ｂを配置することに限定されず、図２２に示すようにしてもよい。図２２は、変形例の第１センサーデバイス１０３７ａの構成を示す斜視図である。図２２に示すように、変形例の第１センサーデバイス１０３７ａは、縦型パッケージを備えた第１センサーデバイス１０３７ａである。

【0075】

図２２に示すように、変形例の第１センサーデバイス１０３７ａは、例えば、振動ジャイロセンサー素子１０５０が縦に配置されている。縦方向とは、振動ジャイロセンサー素子１０５０が、検出軸となるＸ軸の延在方向と直交するように配置されていることをいう。第１センサーデバイス１０３７ａの実装面１０４３には、複数の実装端子１０４４が設けられている。図示しない第２センサーデバイス１０３７ｂも、第１センサーデバイス１０３７ａと同じ構成としてもよい。

【符号の説明】

【0076】

１０…慣性センサーデバイス、１０ａ…第１センサーデバイス、１０ｂ…第２センサーデバイス、１０ｃ…第３センサーデバイス、１１…第１基板、１１ａ…表面、１１ｂ…裏面、１２…筐体、１２ａ…爪、１３…第１接続端子、１５ａ，１５ｂ…凹部、２０…処理回路、２１…外部コネクター、２２…第２基板、２３…第２接続端子、２４…スリット、３１…凹部、３２…貫通孔、１００，１００Ａ…慣性センサーモジュール、２００…処理基板、２００ａ…表面、２００ｂ…裏面、２００Ａ…処理基板、３００…ベース、４００…充填部材、５００…検査基板、１０００，１０００Ａ…慣性計測装置、１０１０ａ…第１センサーデバイス、１０１０ｂ…第２センサーデバイス、１０３７ａ…第１センサーデバイス、１０３７ｂ…第２センサーデバイス、１０４１…ピンヘッダー、１０４３…実装面、１０４４…実装端子、１０５０…振動ジャイロセンサー素子、１５００ａ…第１中継基板、１５００ｂ…第２中継基板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】