專利名稱：旋轉率傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用來檢測旋轉率的旋轉率傳感器。
背景技術：
作為以往的旋轉率傳感器，有一種如特開平第11 — 287658號所記述的 振動回轉儀(vibration gyro)。在此振動回轉儀中，振子的節(jié)點(node point)
附近受到由-字狀的細線構成的支撐部件的支撐，而支撐部件的兩端，被固 定在由玻璃環(huán)氧樹脂等構成的矩形安裝基片上。安裝基片被固定在因振子的 振動所產(chǎn)生的安裝基片的振動模式的節(jié)點部分，而保持在底座上。
然而，上述的振動回轉儀，由于是使用通過減小系統(tǒng)全體的共振頻率所 產(chǎn)生的機械性的濾波效果，來實現(xiàn)振動分離的，所以，必須通過-字狀的細 線，來支撐振子的節(jié)點附近。由于這種采用細線的支撐結構非常復雜，所以， 存在的問題是，不僅缺乏信賴性，而且也非常經(jīng)不起外加的撞擊。
本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠經(jīng)得住外加的撞擊，且信賴性較高的 旋轉率傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所提供的旋轉率傳感器，包括檢測元件、以檢測元件的驅(qū)動方向 的共振頻率來驅(qū)動控制該檢測元件，并通過低通濾波器，輸出與從檢測元件 得到的旋轉率相對應的信號的電路單元、收納檢測元件和電路單元，并形成 有向電路單元傳輸輸出輸入信號的線路的陶瓷或樹脂制的氣密封容器、被配 置在氣密封容器和用來安裝該旋轉率傳感器的安裝體之間的彈性體，其中， 至少由檢測元件、電路單元、氣密封容器以及彈性體構成的機械系統(tǒng)的合成 共振頻率、以及相當于檢測元件的驅(qū)動方向的共振頻率和檢測元件的旋轉率 檢測方向的共振頻率之差的施加旋轉率頻率，小于檢測元件的驅(qū)動方向的共 振頻率及檢測元件的旋轉率檢測方向的共振頻率，電路單元內(nèi)的低通濾波器 的截止頻率，也小于合成共振頻率及施加旋轉率頻率。根據(jù)此結構，則可以 提供一種能夠經(jīng)得住外加的撞擊，且信賴性較高的旋轉率傳感器。


圖1是本發(fā)明第1實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。
圖2是圖1所示的旋轉率傳感器沿I一I線的剖面圖。
圖3是構成圖1所示的旋轉率傳感器的水晶音叉型振子的斜視圖。
圖4是圖3所示的水晶音叉型振子的共振特性的示意圖。圖5A是表示圖1所示的旋轉率傳感器的水晶音叉型振子的頻譜的示意
圖，圖5B是表示圖l所示的旋轉率傳感器的電路單元內(nèi)的低通濾波器特性 的示意圖，圖5C是表示通過圖l所示的旋轉率傳感器的電路單元內(nèi)的低通 濾波器之后的頻率一增益特性的示意圖。
圖6A是表示圖4所示的水晶音叉型振子的共振特性的示意圖，圖6B 是表示圖1所示的旋轉率傳感器支撐系統(tǒng)的機械式的頻率一增益特性的示 意圖。
圖7是用來說明在圖1所示的旋轉率傳感器被封裝在基片上的狀態(tài)下 當施加了外部撞擊的情況下的模式圖。
圖8是用來說明圖7所示的氣密封容器和硅橡膠的尺寸大小關系的模 式圖。
圖9是圖8所示的氣密封容器和硅橡膠的大小之比和旋轉率的相關圖。 圖10是圖1所示的旋轉率傳感器支撐系統(tǒng)的其它的機械式的頻率一增 益特性的示意圖。
圖11是表示在圖1所示的旋轉率傳感器上所施加的旋轉率的變化特性 的示意圖。
圖12是表示對應于圖11所示的旋轉率的變化而從旋轉率傳感器的電 路單元輸出的PWM輸出的輸出示意圖。
圖13是表示圖1所示的旋轉率傳感器的水晶音叉型振子的質(zhì)量和電路 單元及氣密封容器的合計質(zhì)量的質(zhì)量比、和輸出溫度漂移量之間的關系特性 的示意圖。
圖14是本發(fā)明第2實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。
圖15是本發(fā)明第3實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。
圖16是本發(fā)明第4實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。
圖17是圖16所示的旋轉率傳感器沿n — II線的一部分剖面圖。
圖18A是表示圖16所示的旋轉率傳感器的水晶音叉型振子的共振特性
的示意圖，圖18B是表示圖16所示的旋轉率傳感器支撐系統(tǒng)的機械式的頻
率一增益特性的示意圖。
圖19是表示硅橡膠的厚度和振動傳輸量的關系特性的示意圖。
圖20是本發(fā)明第5實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。
圖21是基片和抽出頭成為一體的旋轉率傳感器的斜視圖。
圖22是本發(fā)明第6實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。
圖23是采用了線狀導體切片的旋轉率傳感器的斜視圖。
圖24是本發(fā)明第7實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。
圖25是本發(fā)明第8實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。
圖26是本發(fā)明第9實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。
具體實施方式
實施例1
首先，就本發(fā)明實施例1的旋轉率傳感器進行說明。圖1是本發(fā)明實 施例1的旋轉率傳感器的斜視圖，圖2是圖1所示的旋轉率傳感器沿I一I
線的剖面圖。另外，圖1所示的X軸、Y軸、Z軸，分別是表示氣密封容器 2的寬度方向、長度方向、厚度方向的軸。
圖1和圖2所示的旋轉率傳感器1，包括氣密封容器2、墊電極(pacl electrodes) 3、硅橡膠4以及導體部5。
氣密封容器2為長方體形狀，由陶瓷或環(huán)氧樹脂系等樹脂構成。墊電 極3由金等構成，被設置在氣密封容器2的下方，用來向旋轉率傳感器1 提供電源以及取出輸出。硅橡膠4與氣密封容器2的底部形成為一體，作 為彈性體而發(fā)揮其作用。另外，硅橡膠4也可以粘貼在氣密封容器2的底 部。
導體部5由第1墊電極5a、導體模板(conductor pattern) 5b及第2墊 電極5c組成，第1墊電極5a，設在硅橡膠4上面的與氣密封容器2的墊電 極3相對應的位置上，第2墊電極5c，設在其下面，用來與設置在基片等 上的外部電極(圖略)通電，而在側面，則設有用來連接第1和第2墊電極 5a、 5c的導體模板5b。這樣，盡管結構簡單，但可以使承擔機械支撐作用 的硅橡膠4保持通電的功能。
第2墊電極5c被設置在硅橡膠4下面的四個角上。這樣，在基片上封 裝本傳感器時，因焊料的表面張力在四個角上發(fā)生作用，從而可以實現(xiàn)自行 調(diào)整。
各導體部5，至少具有電源、輸出、接地用的3個系統(tǒng)的電極功能，并 且，還被配置成使輸出用的墊電極位于電源用的墊電極和接地用的墊電極之 間。這樣，可以減少在基片上焊接該傳感器時，因焊料的進入而引起的電極 一地面之間的短路發(fā)生概率。
作為檢測元件的水晶音叉型振子(crystal tuning-fork vibrator)6，被配置 在氣密封容器(airtight container) 2內(nèi)部的上方，臺座9使用粘合劑等 來支撐固定水晶音叉型振子6。在水晶音叉型振子6的下方設有層狀的配 線7，通過配線7，可將水晶音叉型振子6和電路單元8連接起來。電路 單元8，例如由半導體裸片(semiconductor bare chip)組成，可通過引線 接合或沖擊(wire bonding or a bump)法，，而與設置在氣密封容器2 內(nèi)的墊電極(圖略)連接。電路單元8以驅(qū)動方向的共振頻率，來驅(qū)動控制 水晶音叉型振子6，將對應于從水晶音叉型振子6獲得的旋轉率的信號進 行調(diào)整并輸出。蓋子10a、 10b由金屬等構成，在氣密封容器2的內(nèi)部充 填了氣體之后，通過對蓋子10a、 10b進行焊接或粘結，而將氣密封容器 2進行封閉，從而保持氣密封容器2內(nèi)的氣體被密封。
圖3是圖2所示的水晶音叉型振子的斜視圖。圖3所示的水晶音叉型 振子6，是由單結晶水晶或接合水晶構成的共振型振子，其溫度特性良好。例如，可以通過以原子間結合的水準，直接將有音叉形狀的2片水晶板接合 起來，制作成由接合水晶構成的共振型振子。
水晶音叉型振子6，包括2根臂11、 12和連接臂11、 12的底部13。 由于底部13不存在用來分離振動的橫梁結構或狹窄結構，所以，即使對于 從混凝土面的上方lm處落下時的撞擊(瞬間超過1萬G的撞擊)，水晶音叉 型振子6也不會發(fā)生損壞。
墊電極14，通過蒸鍍鉻和金而被形成在底部13上，分別與通過蒸鍍鉻 和金而形成在臂11、 12上的，用于驅(qū)動音叉的電極(圖略)以及用來檢測與 旋轉率相對應的信號的檢測電極(圖略)相連接。墊電極14還通過引線接合
或沖擊法而與設置在氣密封容器2上的墊電極(圖略)連接。
參照圖1~圖3，通過從電路單元8向水晶音叉型振子6上的墊電極14 提供驅(qū)動信號，臂ll、 12則在X軸方向來回振蕩。而且， 一旦施加了圍繞 Y軸的旋轉率co，則在臂11、 12的振幅速度矢量和旋轉率矢量的矢量積方 向(Z軸方向)上則產(chǎn)生與臂11、 12的質(zhì)量成比例的作用力(即，柯氏力 (Coriolis'force))，而臂11、 12則因此柯氏力的作用向檢測旋轉率的方向(Z 軸方向)彎曲。與此彎曲量成比例的信號，通過水晶音叉型振子6上的檢測 電極被檢測出來，在電路單元8內(nèi)，根據(jù)驅(qū)動信號對此檢測出的信號進行同 步檢波，通過放大同步檢波后的信號，并在低通濾波器進行處理，則可以獲 得與旋轉率相對應的傳感器信號。
圖4是圖3所示的水晶音叉型振子的共振特性示意圖，橫軸表示頻率， 縱軸表示導納(admittance) (g卩，振蕩的容易程度)。
圖4中的20、 21分別表示圖3所示的水晶音叉型振子6的驅(qū)動方向的 共振頻率(以下，簡略為"fd")，以及旋轉率檢測方向的共振頻率(以下，簡 略為"fs" )， A表示相當于fd和fs之差的頻率(以下稱為"失諧頻率")。
在本實施例中，用10kHz作為水晶音叉型振子6的fd。通常，為了提 高旋轉率檢測方向的靈敏度，而將水晶音叉型振子6的大小形狀設計成fd 和fs靠近，使檢測方向的振動易于激發(fā)。水晶音叉型振子6，其失諧頻率A 越小，則越接近共鳴狀態(tài)，從而可以使檢測靈敏度提高。例如，在領航系統(tǒng) (navigation system)、滾式系統(tǒng)(rollover system)、新式ABS (advanced ABS)(非鎖定制動系統(tǒng)(antilock brake system))的場合下，最好將失諧頻 率A分別設定在200Hz 400Hz、 300Hz 500Hz、 300Hz 400Hz。
圖5A是表示圖1所示的旋轉率傳感器的水晶音叉型振子的頻譜的示意 圖，圖5B是表示圖l所示的旋轉率傳感器的電路單元內(nèi)的低通濾波器特性 的示意圖，圖5C是表示圖l所示的旋轉率傳感器的電路單元內(nèi)的低通濾波 器通過之后的頻率一增益特性的示意圖。在圖5A 圖5C中，20、 21分別 表示fd和fs， 22a、 22b分別表示調(diào)制邊波(fd+fco)和調(diào)制邊波(fd—fo)， 23 表示相當于旋轉率co的頻率fo)， 24是表示低通濾波器的截止頻率的點，25 是表示對于低通濾波器的頻率的增益下降特性的直線，26表示跳動成分，各圖的橫軸是頻率，縱軸是增益。
圖5A表示的是頻譜(frequency spectrum),該頻譜用來說明在圍繞水 晶音叉型振子6的Y軸施加了頻率為fo的旋轉時的fd附近的調(diào)制邊波。 如圖5A所示， 一旦圍繞水晶音叉型振子6的Y軸施加了相當于旋轉率為《 的頻率(fco)23, fd則因頻率(fo)23而受到振幅調(diào)制，在fd的上下將產(chǎn)生調(diào) 制邊波(fd+fo)22a和調(diào)制邊波(fd—fo)22b。此調(diào)制邊波(fd+fco)22a和調(diào)制 邊波(fd—fco)22b的峰值量，由驅(qū)動方向(X軸方向)的振幅量、檢測方向(Z 軸方向)的機械式共振銳度(Q值)以及失諧頻率A來決定。通過解調(diào)(檢波及 平滑)此調(diào)制邊波(fd+f(o)22a和調(diào)制邊波(fd-fo)22b，可以得到與所施加的旋 轉率相對應的傳感器輸出。
圖5B表示電路單元8內(nèi)的低通濾波器的特性。如圖5B所示，在進行 解調(diào)時，為了抑制不必要的雜波成分，通常通過低通濾波器來對輸出進行平 滑。設定增益下降特性，以便可以按照表示低通濾波器的頻率的增益下降特 性的直線25，隨著頻率的增大，通過低通濾波器之后的輸出則單調(diào)地減少。
例如，表示低通濾波器的截止頻率的點24，在領航系統(tǒng)、滾式系統(tǒng)、 新式ABS(非鎖定制動系統(tǒng))的場合下，最好各自設定在10Hz、 50Hz、 100Hz。而且，表示低通濾波器的頻率的增益下降特性的直線25的次數(shù)， 在領航系統(tǒng)、滾式系統(tǒng)、新式ABS的場合下，最好設定在2次 4次、3次 ~4次、3次 5次。
圖5C表示在圍繞水晶音叉型振子6的Y軸施加了相當于失諧頻率A 的旋轉率時，通過低通濾波器之后的輸出的頻率一增益特性。如圖5C所示， 所施加的旋轉率的頻率(fo)23， 一旦接近失諧頻率A(=fd — fs)，調(diào)制邊波 (fd-fco)22b則與fs重疊。此調(diào)制邊波(fd-fo)22b成為起振力，在檢測方向(Z 軸方向)上產(chǎn)生與實際旋轉率不相關的振蕩信號。 一旦將此信號進行解調(diào)， 則在相當于失諧頻率A(=fd—fs)附近的旋轉率的頻率(fw)的位置上，出現(xiàn)傳 感器輸出的尖銳的峰值26。這就是所稱的所謂跳動成分(beat component), 是共振型旋轉率傳感器的共同現(xiàn)象。此跳動成分，通常是由上述的低通濾波 器來抑制。
圖6A是表示圖4所示的水晶音叉型振子的共振特性的示意圖，圖6B 是表示圖1所示的旋轉率傳感器支撐系統(tǒng)的機械式的頻率一增益特性的示 意圖。在圖6A和圖6B中，30表示傳感器支撐系統(tǒng)(主要是由水晶音叉型 振子6、電路單元8、氣密封容器2以及硅橡膠4構成的機械系統(tǒng))的傳輸特 性曲線，31表示在支撐系統(tǒng)傳輸特性曲線30上取得峰值的共振頻率，32 表示失諧頻率A(=fd — fs)= f ， 33表示支撐系統(tǒng)傳輸特性曲線30上的fd 附近的衰減量。
作為圖6B所示的支撐系統(tǒng)傳輸特性，共振頻率31最好在2kHz或 2kHz以上、4kHz或4kHz以下，而在2kHz更為理想。而且，較為理想 的是，圖5 A 圖5C進行過說明的失諧頻率A在200Hz或200Hz以上、500Hz或500Hz以下，表示低通濾波器的截止頻率的點24在100Hz或 lOOHz以下，低通濾波的次數(shù)實際上設定在3次或3次以上。這樣，由于 在經(jīng)得住外加撞擊的同時，又可以較有效地抑制因施加旋轉率的頻率而容易 產(chǎn)生的跳動成分，所以，傳感器的檢測頻率區(qū)的輸出信賴性得到了極大的提
圖7是用來說明在圖1所示的旋轉率傳感器被封裝在基片上的狀態(tài)下 而施加了外部撞擊的情況的模式圖。在圖7中，40表示驅(qū)動方向(X軸方向) 的撞擊加速度，41表示旋轉率檢測方向(Z軸方向)的撞擊加速度，42表示 的是不取決于原來的旋轉率，而是因外部的撞擊加速度而圍繞Y軸產(chǎn)生的 撞擊旋轉力矢巨(impact angular-moment)。
如圖7所示，在圖1所示的氣密封容器2的底部形成為一體的硅橡膠4， 被粘結固定在作為安裝體的封裝基片43上。在本發(fā)明的傳感器中，由于圖 3所示的水晶音叉型振子6、圖6B所示的機械式的頻率一增益特性以及圖 5C所示的電路的低通濾波特性是被組合在一起的，所以，不僅水晶音叉型 振子6能夠經(jīng)得住落下撞擊，而且，即使在被施加了相當于失諧頻率A(二fd 一fs)的旋轉率的頻率(fw)的情況下，也可以使跳動成分得以抑制。而且，如 圖6B所示，由于共振頻率的峰值31被設定成大于相當于失諧頻率A(=fd 一fs)的旋轉率頻率(fo))32，所以，也不會在無意中使機械系統(tǒng)的共振所引起 的跳動成分增加。還由于在fd附近的機械系統(tǒng)的衰減量33較大，所以，可 以經(jīng)得住來自外部的撞擊加速度40、 41、或撞擊旋轉力矩42等。例如，已 經(jīng)證實，在旋轉率傳感器1的質(zhì)量為5g、硅橡膠4的硬度為30度、其厚度 為0.5mm的情況下，向混凝土面落下時的撞擊被衰減到大約不到IOOOG。
圖8是用來說明圖7所示的氣密封容器和硅橡膠的尺寸大小關系的模 式圖。在圖8中，La表示圖7所示的氣密封容器2的寬度(X軸方向、即與 檢測旋轉率的檢測軸垂直的方向的長度)，Lb表示圖7所示的氣密封容器2 的厚度(Z軸方向的長度)和硅橡膠4的厚度(Z軸方向的長度)合在一起的厚 度。箭頭B表示從外部施加于封裝基片43上、與氣密封容器2的寬度方向 (X軸方向)平行的撞擊加速度40(參照圖7)的方向，通過此撞擊加速度40， 圍繞Y軸而產(chǎn)生撞擊旋轉力矩42。
圖9是圖8所示的氣密封容器和硅橡膠的大小之比和旋轉率的相關圖。 如圖9所示，在將圖8所示的氣密封容器2和硅橡膠4的尺寸比La/Lb 為1.0時的外加撞擊時的圍繞檢測軸的旋轉力矩(偏力矩)《'定為1.0時，一 旦尺寸比La / Lb成為1.0以上，則氣密封容器2就會慢慢地變成扁平形狀， 從而可以減輕外加撞擊時的圍繞檢測軸的旋轉力矩o'的發(fā)生。
在此，就按照其他的設計方法而改變了圖1所示的旋轉率傳感器的支 撐系統(tǒng)，改變了支撐系統(tǒng)的機械式的頻率一增益特性的情況來進行說明。
圖IO是圖l所示的旋轉率傳感器支撐系統(tǒng)的其他的機械式的頻率一增 益特性的示意圖。在圖10中，34表示圖l所示的旋轉率傳感器的其他支撐系統(tǒng)(主要是由水晶音叉型振子、電路單元、氣密封容器以及硅橡膠構成的
機械系統(tǒng))的傳輸特性曲線，35表示在支撐系統(tǒng)傳輸特性曲線34上的共振 頻率的峰值，36表示失諧頻率A(=fd — fs)=f 。
作為圖10所示的支撐系統(tǒng)傳輸特性，共振頻率的峰值35，最好在 300Hz或300Hz以上、600Hz或600Hz以下，而在500Hz更為理想。而 且，較為理想的是，圖5 A 圖5C進行過說明的失諧頻率A在lkHz或1kHz 以上、2kHz或2kHz以下，表示低通濾波器的截止頻率的點24在100Hz 或100Hz以下，低通濾波的次數(shù)實際上設定在3次或3次以上。這樣，由 于在經(jīng)得住外加撞擊的同時，又可以較為有效地抑制因施加旋轉率的頻率而 容易產(chǎn)生的跳動成分，所以，傳感器的檢測頻率區(qū)的輸出信賴性得到了極大 的提高。
圖11是表示在圖1所示的旋轉率傳感器上施加的旋轉率變化特性的示 意圖。圖12是表示對應于圖11所示的旋轉率的變化而從旋轉率傳感器的 電路單元輸出的PWM輸出的輸出示意圖。
當圖11所示的旋轉率被施加在圖1所示的旋轉率傳感器1上時，從旋 轉率傳感器1產(chǎn)生模擬輸出。由于旋轉率傳感器1的電路單元8具有脈沖 寬度處理轉換器(圖略)，所以，對應于此輸出，將產(chǎn)生以如圖12所示的脈 沖寬度，其占空系數(shù)(duty ratio)發(fā)生變化的PWM形式的輸出。在此情況 下，由于數(shù)碼輸出可以由用來調(diào)整輸出與旋轉率對應的信號的電路單元8 送出，所以，利用微型計算機很容易處理這種輸出。而且，又由于數(shù)碼輸出 為PWM形式，所以不需要用A/D轉換器，用1個數(shù)碼通道(digital port) 就可以處理這種PWM輸出。
圖13是表示圖l所示的旋轉率傳感器的水晶音叉型振子的質(zhì)量和電路 單元及氣密封容器的合計質(zhì)量的質(zhì)量比、和輸出溫度漂移量的關系特性的示 意圖。圖13的橫軸表示的是，用水晶音叉型振子6的質(zhì)量m除電路單元8 和氣密封容器2的合計質(zhì)量M的質(zhì)量比M / m ，縱軸表示的是旋轉率傳感 器1的輸出溫度漂移量(deg/ sec)。
如圖13所示，由于質(zhì)量比M/m達到5.0以上后，水晶音叉型振子6 的振動則趨于穩(wěn)定，遺漏振動量也減小，所以，旋轉率傳感器l的輸出溫度 漂移量也被減小到10deg/ sec以下。
如上所述，在本實施例中，雖然隨著旋轉率傳感器1的小型化，水晶 音叉型振子也小型化，但即使水晶音叉型振子小型化也不會招致因制造上的 偏差而引起的旋轉率傳感器特性的惡化，而且，還可以廉價提供抗外部雜亂 加速度或外加撞擊，其信賴性也是較高的超小型旋轉率傳感器。尤其是可以 廉價提供表面封裝型的旋轉率傳感器。
另外，在本實施例中，是就采用了硅橡膠作為彈性體的例子進行了說明， 但并不一定只局限于此，也可以使用各種各樣的材料。
例如，也可以使用一種嵌入了金屬細線而使沿厚度方向具有電傳導性的板狀橡膠。這樣，只將本傳感器壓接封裝在基片上，而不需要用焊接等連接 手段，就可以確保傳感器和基片之間的電連接，從而實現(xiàn)施工方法的合理化。 而且，也可以采用氨基甲酸酯或具有空孔的硅，這樣，可以提高撞擊的吸收 效果。還可以采用含有磁性體或磁石的彈性材料，這樣，可以在汽車車體或 發(fā)動機表面等具有磁性的金屬體上穩(wěn)定地進行安裝。還可以采用由纖維狀的 玻璃或樹脂形成的薄片，這樣，彈性體內(nèi)的內(nèi)部損耗可以明顯加大，從而可 以提高撞擊的吸收效果。
而且，彈性體也可以為層疊結構，這樣，由于彈性體是由層疊結構所構 成，所以，通過使層之間的傳輸阻抗為不連續(xù)，則會產(chǎn)生振動反射，從而可 以進一步提高振動衰減效果。另外，還可以在氣密封容器的表面薄薄地粘貼 上彈性體(例如，比氣密封容器的厚度要薄地粘貼在氣密封容器的底面以外 的面上)。這種情況下，可以緩和在有其他的部件接觸干涉氣密封容器時所 發(fā)生的撞擊和振動。
而且，在本實施例中，作為檢測元件，以采用了水晶音叉型振子為例進 行了說明，但并不一定只局限于此，也可以使用其他的各種各樣的材料。例 如，可以采用一種在其表面設有PZT的壓電模的硅片所形成的一端封閉型 音叉振子，這樣，可以簡易地形成一端封閉型音叉振子的支撐部。而且，還 可以采用一種H型振子，這樣，可以抑制來自驅(qū)動部向檢測部的不要信號 的遺漏。另外，還可以采用一種通過蝕刻法而由硅片形成的射束型的振子， 這樣，易于實現(xiàn)傳感器的小型化。還可以采用一種通過蝕刻法而由硅片形成
的環(huán)形狀的振子，這樣可以提高機械式的Q值。
而且，也可以采用這樣一種振子，用蝕刻法，從硅基片開始，將共振型 振子臂、底部、支撐該底部的橫梁、支撐該橫梁的矩形的框架構成為一體，
通過在臂的主要一面上蒸鍍厚度為lum以上5um以下的PZT壓電模而 形成。在這種情況下，即可以達到薄型化，也可以實現(xiàn)高精度化。并且，最 好還是電路在硅基片的同一面上形成為一體。在這種情況下，更容易實現(xiàn)小 型化。
而且，也可以采用一種角柱形或圓柱形陶瓷制的振子。這樣可以提高對 旋轉率的檢測靈敏度。還可以采用一種使用了彈性表面波紋的振子。在這種 情況下，明顯的薄型化將成為可能。
在本實施例中，還就檢測元件和電路單元分別被設置在分開的位置上的 例子進行了說明，但并不一定只局限于此，例如，電路單元也可以是在由硅 片構成的一端封閉型音叉振子的同一面上形成為一體。在這種情況下，就更 加容易實現(xiàn)小型化。
實施例2
圖14是本發(fā)明第2實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。在圖14中的與 圖l有相同結構的部分標有相同的序號，但其詳細的說明則省略，只就不同的部分給以詳細的說明。
圖14所示的旋轉率傳感器la的硅橡膠4a，是由圖1所示的硅橡膠4 在Y軸方向延長了的硅橡膠而構成的，同實施例l一樣，作為彈性體而發(fā) 揮其作用。突起50設置在硅橡膠4a上，而在封裝基片60上形成孔62， 用來給突起50定位并進行裝收。導體部5a又形成在硅橡膠4a上，墊電極 3則以突起50被插入在孔62中的狀態(tài)，通過導電體5a而與形成在封裝基 片60上的導體模板61連接。
如上所述，本實施例由于設置了突起50和孔62，所以，通過將突起 50插入孔62，可以準確地將旋轉率傳感器la在封裝基片60上的位置固 定下來，從而可以防止旋轉率傳感器la被錯位地連接在基片上的錯誤連接。
實施例3
圖15是本發(fā)明第3實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。在圖15中的與 圖l有相同結構的部分標有相同的序號，但其詳細的說明則省略，只就不同 的部分給以詳細的說明。
圖15所示的旋轉率傳感器lb的氣密封容器2的底面上，粘結有硅橡 膠70，而硅橡膠70與封裝基片60a粘在一起。硅橡膠70由剖面為圓形的 圓柱體的硅橡膠所構成，同實施例l一樣，作為彈性體而發(fā)揮其作用。硅橡 膠70的表面設有導體部5b，是為了連接由金等構成的墊電極3和設置在封 裝基片60a上的外部電極61a。
根據(jù)上述的結構，本實施例在封裝基片60a上封裝旋轉率傳感器lb時， 旋轉率傳感器lb和封裝基片60a之間會產(chǎn)生空隙，可以將各種零部件封裝 在此空隙中，從而可以實現(xiàn)封裝效率的改善。
另外，作為硅橡膠70的剖面形狀來說，并不只局限于上述之例，也可 以用橢圓形等其他形狀，硅橡膠的形狀也并不只局限于上述之例，也可以用 球形體等各種形狀。而且，雖然是釆用硅橡膠作為彈性體，但并不只局限于 此例，也可以采用各種各樣的材料，只要是具有彈性的材料。
實施例4
圖16是本發(fā)明第4實施例的旋轉率傳感器的斜視圖，圖17是圖16所 示的旋轉率傳感器沿II一n線的一部分剖面圖。圖16和圖17中，在與實 施例1至實施例3有相同結構的部分標有相同的序號，但其詳細的說明則 省略，只就不同的部分給以詳細的說明。
圖16和圖17所示的旋轉率傳感器lc的軟性基片(flexible substrate) 80，包括用來封裝旋轉率傳感器lc的封裝單元80a、從封裝單元80a引 出配線的移行單元80b、在基片80上進行連接的接線端子單元80c。
導體模板81裝置在軟性基片80上，而第1導體切片84則與接線端子 單元80c上的導體模板81連接。第1導體切片84為板狀形的金屬接線端子，是通過電阻焊接或超聲波焊接而接合在接線端子單元80c上的。在這種 情況下，即可以使接線端子單元80c的強度提高，也可以與連接器進行嵌合。
另外，導體切片并不只局限于上述之例，也可以采用線狀的金屬接線端子， 這種情況也可以得到同樣的效果。而且，作為第l導體切片，還可以采用具 有可彎曲性的線狀或板狀的金屬端子。這種情況下，由于在接線端子單元
80c，連接著具有可彎曲性的線狀或板狀的金屬端子和導電模板，所以，可
以控制機械振動特性，從而實現(xiàn)更能經(jīng)得住撞擊的傳感器。
在軟性基片80上，與墊電極3相對應地設置有連接片86，通過焊料 87，而將墊電極3和連接片86進行通電。另外，雖然是為了使墊電極3和 連接片86通電而使用了悍料87，但也可以使用其他的導電粘合劑。
移行單元80b設有孔82和切口 83，而切口 83與檢測旋轉率的檢測軸 平行。由于在移行單元80b上設有多個孔82，所以，可以利用孔82而縫 在衣料或手套等上，以便檢測例如人體活動、手的動作等。又由于在移行單 元80b形成切口83，所以，即可以防止旋轉率產(chǎn)感器lc的遺漏振動在軟性 基片80上傳播，又可以不使后面要說明的硅橡膠88的振動絕緣功能因軟 性基片80的移行單元80b的剛性而受到損害。因此，由于在以簡單的結構 而獲得振動絕緣效果的同時，也可以縮短軟性基片的長度，所以，可以簡單 地設計傳感器。另外，即使以狹窄部來取代切口 83，而在移行單元80b形 成薄壁，也可以得到相同的效果。
在接線端子單元80c設有第2導體切片85，用來將封裝了旋轉率傳感 器lc的軟性基片80定位在封裝基片60上而進行固定。第2導體切片85 起著一個加強作用，以便機械應力不直接作用于焊接在封裝基片60上的第 l導體切片84。由此，可以抑制第1導體切片84發(fā)生斷路，或者抑制固定 在封裝基片60上的第1導體切片84的焊接部分發(fā)生裂縫。而且，又因為 在接線端子單元80c的附近，設有定位固定用端子的第2導體切片85，所 以，即可以給必須通電的接線端子單元80c減輕機械的負擔，又可以提高接 線端子單元80c自身的定位準確度。
識別用的標記90設置在氣密封容器2上，使用識別用標記90，是為 了減小在以較高的精確度封裝旋轉率傳感器1時發(fā)生的角度偏離。氣密封容 器2形成一種大致長方體的形狀，由于在所述氣密封容器的上面，使用了封 裝時的識別用標記90，所以，可以抑制自動封裝時的角度偏離。
硅橡膠88被粘貼在軟性基片80上，在封裝基片60上進行封裝時，不 僅作為支撐部件而支撐著軟性基片80及旋轉率傳感器lc，還可以作為振動 絕緣部件而發(fā)揮其作用。在硅橡膠88上形成有硅橡膠構成的突起88a ，同 時，也形成有用來將硅橡膠88固定在封裝基片60上的粘結層89。硅橡膠 88，與上述實施例同樣，可以作為彈性體而發(fā)揮其作用，而突起88a和粘 結層89則作為固定部件發(fā)揮其作用。另外，作為固定部件并不只是局限于 上述之例，也可以采用磁性薄片等的磁石，通過使用粘結層或磁石，可以簡易而有效地將傳感器固定在封裝基片60上。
第1導體切片84，被分別分配有電源、GND以及對應于旋轉，使占空系數(shù)發(fā)生變化而進行輸出的PWM,輸出(或者模擬輸出)。對于被分配有電源供應的第1導體切片84和被分配有GND的第1導體切片84，在考慮信賴性而進行設計時，最好不讓它們彼此鄰接。
圖18A是表示圖16所示的旋轉率傳感器的水晶音叉型振子的共振特性的示意圖，圖18B是表示圖16所示的旋轉率傳感器支撐系統(tǒng)的機械式的頻率一增益特性的示意圖，圖19是表示硅橡膠的厚度和振動傳輸量的關系特性的示意圖。
圖18A和18B中，91表示旋轉率傳感器支撐系統(tǒng)(主要是由水晶音叉型振子6、電路單元8、氣密封容器2、軟性基片80、硅橡膠88、突起88a以及粘結層89組成的機械系統(tǒng))的傳輸特性曲線，92表示支撐系統(tǒng)傳輸特性曲線91的OdB的水準，93表示支撐系統(tǒng)傳輸特性曲線91在共振頻率上的第1峰值，94表示從0dB92開始衰減的衰減量，95表示從峰值93移動了位置的第2峰值，24是表示低通率波器的截止頻率的點，32表示的是失諧頻率A(^fd—fskf"。
如圖18A和18B所示，通過具有振動絕緣效果的硅橡膠88，可以抑制在高頻率區(qū)的水晶音叉型振子6(圖略)的驅(qū)動方向的共振頻率(fd)20附近的振動傳輸量，以便從虛線所示的0dB92變成為衰減量94。由于因此衰減量94而使振動遺漏減小，所以，遺漏振動的影響得以緩和。
第1峰值93，是由硅橡膠88的損失、硬度、厚度、形狀或者水晶音叉型振子6的質(zhì)量m、外形等來決定，根據(jù)想避開共振頻率(fd)20的干涉等各種目的，可以設計成任意的頻率。例如， 一旦硅橡膠88的硬度增加，第l峰值93則向頻率較高的第2峰值95側移動。而且，又如圖19所示，通過改變硅橡膠88的厚度，振動傳輸量發(fā)生變化，而圖18B所示的衰減量94則可以變動。
而且，作為圖18B所示的支撐系統(tǒng)傳輸特性，第1峰值93的共振頻率在2kHz或2kHz以上、4kHz或4kHz以下，而在2kHz較為理想，失諧頻率A在200Hz或200Hz以上、500Hz或500Hz以下，表示低通濾波器的截止頻率的點24在100Hz或100Hz以下，而低通濾波的次數(shù)最好被實際設定在3次或3次以上。在這種情況下，由于即能經(jīng)得住外來撞擊，又可以更有效地抑制因施加旋轉率的頻率而容易產(chǎn)生的跳動成分，所以，極大地提高了在傳感器檢測頻率區(qū)的輸出的信賴性。
另外，作為支撐系統(tǒng)傳輸特性，并不只局限于上述之例，作為旋轉率傳感器lc的支撐系統(tǒng)(主要是由水晶音叉型振子6、電路單元8、氣密封容器2、軟性基片80、硅橡膠88、突起88a以及粘結層89組成的機械系統(tǒng))的傳輸特性，也可以用圖IO所示的支撐系統(tǒng)傳輸特性，這種情況下，也可以得到與上述同樣的效果。根據(jù)上述的結構，本實施例不僅可以提高振動分離設計的自由度，也可以適應小型化、高信賴度化以及高精確度化。
實施例5
圖20是本發(fā)明第5實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。在圖20中與實施例1至實施例4有相同結構的部分標有相同的序號，但其詳細的說明則省略，只就不同的部分給以詳細的說明。
圖20所示的旋轉率傳感器ld的基片100，由玻璃環(huán)氧樹脂構成，作為支撐部件而發(fā)揮其作用。在基片100上設有孔100a和切口 100b。切口100b可以局部性地降低基片100的剛性，使介于抽出頭(drawn-out lead)101而從外部傳來的振動和旋轉率傳感器lc的遺漏振動難以傳輸?；?00上設有抽出電極100c，抽出電極100c，通過焊錫102而被焊接在已成形為曲柄型的抽出頭101上。
另外，在本實施例中，是就采用了焊接來連接抽出頭101和抽出電極100c的例子進行了說明，但采用電阻熔接、超聲波熔接也是可能的。而且，還就將玻璃環(huán)氧樹脂用于基片100上的例子進行了說明，但也可以采用成形樹脂、陶瓷系的材料等，還可以釆用內(nèi)有空穴型(inner via hole type)的多層基片。
并且，基片和抽出頭的結構也并不只局限于上述之例，還可以有如后面將要說明的各種改變了形式的結構。圖21是基片和抽出頭構成為一體的旋轉率傳感器的斜視圖。圖21所示的旋轉率傳感器ld'，采用的是基片和抽出頭構成為一體的結構。這種情況下，可以實現(xiàn)旋轉率傳感器的低成本化。
實施例6
圖22是本發(fā)明第6實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。在圖22中與實施例1至實施例5有相同結構的部分標有相同的序號，但其詳細的說明則省略，只就不同的部分給以詳細的說明。
圖22所示旋轉率傳感器le的基片109，由軟性基片構成，在基片109上，即設有導體模板105，又設有多個孔110。并且，在延長了的基片109的一部分設有一個狹窄部111，基片109上的導體模板105與導體切片112連接。
根據(jù)上述的結構，在本實施例中，由于基片109的延長，則可以提高在各種物體上的裝置自由度。例如，可以將旋轉率傳感器le粘貼在箱子(圖略)的箱面上，與脫離了基片109的電路基片(圖略)連接。又由于在基片109上設有孔110，則可以縫在衣服或鞋子等上。還可以使設置在其它物體上的導銷(圖略)穿過孔110，并通過彎曲此導銷而進行固定。在這種情況下，拆卸旋轉率傳感器le就變得很簡單了。進一步，又由于在基片109的一部分設有一個狹窄部lll，所以，可以維持振動絕緣效果。另外，導體切片也并不只局限于上述之例，還可以有如后面將要說明的各種改變了形式的結構。圖23是采用了線狀導體切片的旋轉率傳感器的斜
視圖。在圖23所示的旋轉率傳感器le'中，是用線狀導體切片113代替了圖22所示的導體切片112。這種情況下，由于導體切片113為線狀，所以，與連接器進行嵌合就變得較為容易了。
并且，在本實施例中，雖然是就使用軟性基片的例子進行了說明，但通過在支撐部件的移行單元，適當?shù)貙⑶锌?、多個孔、狹窄部和薄片進行組合搭配，就可以使用由厚度為O.lmm以上lmm以下的硬質(zhì)玻璃環(huán)氧樹脂構成的基片。在這種情況下，即可以更加提高氣密封容器的封裝性，又可以封裝各種的電器零件，又可以與其它基片進行集成電路連接。
實施例7
圖24是本發(fā)明第7實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。圖24所示的旋轉率傳感器，包括圖20所示的旋轉率傳感器ld、基片120以及座架121,由2個旋轉率傳感器ld而構成多軸檢測型的旋轉率傳感器。由于是在硬質(zhì)基片的基片120上，使用作為固定部件的粘結層89而使2個旋轉率傳感器ld接近并進行封裝，所以，傳感器彼此之間難以相互干涉的多軸檢測就成為可能。
并且，將2個旋轉率傳感器ld封裝在基片120上，以便使2個旋轉率
傳感器ld的旋轉檢測軸方向"彼此相同，并將其裝收在座架121中。根據(jù)
此結構，本實施例可以比較監(jiān)視朝著同一方向的傳感器彼此的輸出，從而可以構成具有冗長性的多軸檢測型旋轉率傳感器。
又因為可以使2個旋轉率傳感器ld的各檢測元件的驅(qū)動方向的共振頻率大致相同，所以，沒有必要特意設計各檢測元件而使彼此有不同的共振頻率，從而可以實現(xiàn)廉價的傳感器。
而且，還可以配置2個旋轉率傳感器ld，以使其旋轉檢測軸方向co彼此相反，只要能得到2個旋轉率傳感器ld輸出的差動，就可以辨別公共雜波等。
根據(jù)以上所述結構，傳感器輸出的信賴性正在飛躍性地提高，例如，可以提供適用于汽車等對信賴性有較高要求的多軸檢測型旋轉率傳感器。而且，也可以沒有形狀及成本方面的條件限制。
另外，本實施例是就2個旋轉率傳感器ld被封裝成其旋轉檢測軸方向的co彼此相同的例子進行了說明，但并不只局限于此，也可以根據(jù)用途，對3個以上的旋轉率傳感器進行封裝，使其旋轉檢測軸方向co彼此相同。而且，所使用的旋轉率傳感器也不只局限于上述之例，即使使用其它實施例的旋轉率傳感器，也可以得到相同的效果。關于這一點，下面所要說明的實施例也是同樣的。實施例8
圖25是本發(fā)明第8實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。圖25所示的旋轉率傳感器，包括圖20所示的旋轉率傳感器ld、基片120以及座架121，由2個旋轉率傳感器ld而構成多軸檢測型的旋轉率傳感器。
將2個旋轉率傳感器ld封裝在基片120上，而使2個旋轉率傳感器ld的旋轉檢測軸方向w相互垂直，并將其裝收在座架121中。根據(jù)此結構，在本實施例中，由于2個旋轉率傳感器ld的振動彼此分離和獨立，所以，即使被配置在相互接近的位置上，也不會受到干涉等不良影響，從而可以實現(xiàn)高密度封裝的多軸檢測型旋轉率傳感器。
實施例9
圖26是本發(fā)明第9實施例的旋轉率傳感器的斜視圖。圖26所示的旋轉率傳感器，包括2個旋轉率傳感器lf、 lf'、座架130以及粘貼薄片131，由2個旋轉率傳感器lf、 lf'而構成多軸檢測型的旋轉率傳感器。
箱式座架130由氨基甲酸酯構成，在座架130上形成2個空洞130a、130b，以便用來埋設其旋轉檢測軸方向"相互垂直的2個旋轉率傳感器lf、lf ，座架130的底面設有作為固定部件的粘貼薄片131。
這樣，由于使用由聚氨基甲酸酯構成的箱式座架130，所以，可使經(jīng)得住撞擊等的環(huán)境性能得到提高。又因為使用了為粘貼層的粘貼薄片131，則可以簡單而有效地在安裝體上進行固定。而且，還由于在座架130上設了 2個空洞131a、 131b，至少可以將旋轉率傳感器lf、 lf'的氣密封容器和封裝單元多數(shù)裝收在座架130內(nèi)，所以，對于多個傳感器，可以使經(jīng)得住撞擊等的環(huán)境性能進一步得到提高。并且，在座架130的上面，還形成了封裝時的識別用標記90，可以抑制自動封裝時的角度偏離。還由于在座架130內(nèi)，2個旋轉率傳感器lf、 lf'的旋轉檢測軸方向co相互垂直，所以，可以實現(xiàn)在一個座架130內(nèi)能夠進行二軸檢測的傳感器。
另外，旋轉率傳感器lf是圖22所示的旋轉率傳感器le省略了硅橡膠88和粘結層89的傳感器，而旋轉率傳感器lf'是圖22所示的旋轉率傳感器le省略了硅橡膠88、粘結層89以及狹窄部111的傳感器，在其它點上，則與圖22所示的旋轉率傳感器le相同。
而且，由旋轉率傳感器lf、 lf'的水晶音叉型振子、電路單元、氣密封容器以及基片100、座架130及粘貼薄片131構成的支撐系統(tǒng)的傳輸特性，也被設定成與上述圖6A及圖6B或圖10所示的支撐系統(tǒng)傳輸特性相同，并可以得到相同的效果。
、 根據(jù)上述結構，在本實施例中，雖然隨著傳感器的小型化，檢測元件也小型化，但不會招致因制造上的偏差而引起的傳感器特性的惡化，也可以廉價提供即使對于外部雜亂加速度或外加撞擊，其信賴性也是較高的超小型多軸檢測型旋轉率傳感器。尤其是可以廉價提供表面封裝型的多軸檢測型旋轉率傳感器。由于本實施例還設有粘貼薄片131，所以，多軸檢測型旋轉率傳感器，可以有效地安裝在除了所采用的產(chǎn)品支架等基片以外的部件上。
另外，在上述的說明中，是就采用了粘貼薄片131的例子進行了說明，但除了粘貼薄片以外，也可以采用磁性薄片等磁石，在這種情況下，可以簡單而有效地將傳感器固定在安裝體上。而且，還就采用了由氨基甲酸酯構成
的座架130的例子進行了說明，但并不只局限于此例，采用橡膠也是可行的。而座架130雖然是箱型，但也可以是筒型等各種各樣地形狀。而且，還就在座架130上設有2個空洞的例子進行了說明，但也可以根據(jù)用途而設置3個以上。而且，上述的各實施例，可以進行任意的組合，這種情況下，也可以得到各實施例的效果。
權利要求
1.一種旋轉率傳感器，其特征在于包括檢測元件；電路單元，與所述檢測元件電連接，以驅(qū)動方向的共振頻率來驅(qū)動控制所述檢測元件，并調(diào)整輸出與從所述檢測元件得到的旋轉率相對應的信號；容器，用于收納所述檢測元件；以及片狀的彈性體，被安裝在所述容器上；其中，包含所述彈性體的所述旋轉率傳感器的支撐系統(tǒng)的傳輸特性曲線中的共振頻率的峰值頻率，小于所述檢測元件的驅(qū)動方向以及旋轉率檢測方向的共振頻率。
2. 根據(jù)權利要求1所述的旋轉率傳感器，其特征在于，所述支撐系統(tǒng) 的傳輸特性曲線中的共振頻率的峰值頻率，大于作為所述檢測元件的驅(qū)動方 向的共振頻率和旋轉率檢測方向的共振頻率之差的失諧頻率。
3. 根據(jù)權利要求2所述的旋轉率傳感器，其特征在于，所述電路單元 的低通濾波器的截止頻率小于所述失諧頻率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種旋轉率傳感器，包括檢測元件；電路單元，與檢測元件電連接，以驅(qū)動方向的共振頻率來驅(qū)動控制檢測元件，并調(diào)整輸出與從檢測元件得到的旋轉率相對應的信號；容器，用于收納檢測元件；以及片狀的彈性體，被安裝在容器上；其中，包含彈性體的旋轉率傳感器的支撐系統(tǒng)的傳輸特性曲線中的共振頻率的峰值頻率，小于檢測元件的驅(qū)動方向以及旋轉率檢測方向的共振頻率。
文檔編號G01P9/04GK101598553SQ20091014258
公開日2009年12月9日 申請日期2004年10月15日 優(yōu)先權日2003年10月17日
發(fā)明者吉內(nèi)茂裕, 地頭所典行, 大內(nèi)智, 川崎周作, 野添利幸 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社