JP2000074674A

JP2000074674A - 角速度センサの振動子特性検査方法

Info

Publication number: JP2000074674A
Application number: JP10243701A
Authority: JP
Inventors: Ken Mizutani; 件水谷; Tomoyuki Kanda; 知幸神田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2000-03-14
Anticipated expiration: 2018-08-28
Also published as: JP4421689B2

Abstract

(57)【要約】【課題】振動子を有する角速度センサにおいて、振動
子単体で実機と同様に、振動子特性の検査を行なえるよ
うにする。【解決手段】振動子１に設けられた振動子１を駆動す
るための駆動電極１１、１２、駆動状態をモニタし自励
発振させるため帰還用のモニタ電極１３、１４及び角速
度出力を取り出す為のパット電極１７、１８に、駆動振
動の振動周波数以上の共振周波数を有する検査用プロー
ブＰ１〜Ｐ７を接触させ、これらプローブＰ１〜Ｐ７を
介して、振動子１の駆動または検出振動の各振動状態を
電気信号として測定することにより、オフセット電圧等
の振動子特性を検査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車分野
では車両制御・ナビゲーション等、家電分野ではビデオ
の手ぶれ防止等に用いられる振動子を有する角速度セン
サの振動子特性検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、角速度センサの振動子特性の検査
は、振動子を組付けた状態、つまり実機状態にて行なわ
れていた。その一例を図８に示す。例えば一対のアーム
４、５を有する音叉形状の振動子１が、支持部材（サポ
ータ）３を介して、制御回路と接続された配線部材Ｔを
有する基板２に固定されている。

【０００３】振動子１が固定された基板２は、シェル
（図８では切欠され一部のみ示す）１０１に覆われ、セ
ンサ部を構成する。このセンサ部は、例えば柱状のゴム
等からなる防振部材１０２にネジ１０３により締結さ
れ、この防振部材１０２を介して、車両等の被測定体へ
の取り付け用のハウジング１０４に固定されている。そ
して、振動子１に設けられた電極等からなる振動子１の
駆動及び検出手段（図８中、斜線ハッチング部分）は、
ワイヤボンディング等による信号入出力用ワイヤ（リー
ド線）Ｗにより、上記配線部材Ｔを介してセンサの制御
回路に電気的に接続される。

【０００４】このような実装状態で、角速度センサの振
動子特性が検査される。振動子１は、通常、上記制御回
路から上記駆動及び検出手段を介して振動子１に信号を
入出力することにより、アーム４、５を図８のｙ軸方向
に励振させる即ち駆動振動を行い、この駆動振動方向に
直交する図８のｘ軸方向のアーム４、５の振動を検出振
動として検出し、この検出振動の状態から所定軸（図８
のｚ軸）回りの角速度を検出する。

【０００５】ここで、検出振動は角速度に基づくもの
で、駆動振動中に振動子１に角速度が加わったときに発
生するコリオリ力による駆動振動と直角方向へのアーム
４、５の振動である。そして、振動子１から検出振動に
対応した大きさの電圧が発生し、この電圧を角速度信号
として検出する。よって、角速度が０のときに、振動子
１に検出振動の方向に不要な振動が発生してしまうと、
オフセット電圧として検出誤差を生じる。

【０００６】また、このセンサに角速度が入力されてい
ない状態で発生するオフセット電圧は、周囲温度が変化
したときに出力変化する。この出力変化はオフセット電
圧温度ドリフトといわれ、角速度換算した値、即ち、出
力電圧の変化を角速度に対するセンサ感度で、除したも
の（すなわち、単位は、°／Ｓ（秒）となる）で示され
る。オフセット電圧温度ドリフトは、センサの誤出力と
なるので小さい方が、望ましい。

【０００７】よって、振動子特性としては、一般に、こ
のようなオフセット電圧、オフセット電圧温度ドリフ
ト、また、角速度を出力電圧の感度、更にはこの感度の
温度特性等が検査されることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては、実機の状態で振動子特性を検査していたた
め、上記信号入出力用ワイヤ（リード線）Ｗの組み付け
工程が必要となる。そのため、検査の結果、振動子特性
に不具合があった場合等、わざわざ振動子１を実装状態
からとりはずさなければならない等、生産の効率性が良
くないという問題点があった。

【０００９】そこで本発明は上記点に鑑みて、振動子を
有する角速度センサにおいて、振動子単体で実機と同様
に、振動子特性の検査を行なえるようにすることを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明においては、振動子（１）に設
けられた駆動手段（１１〜１４）及び検出手段（１７〜
２２）に、駆動振動の振動周波数以上の共振周波数を有
する検査用プローブ（Ｐ１〜Ｐ７）を接触させ、この検
査用プローブ（Ｐ１〜Ｐ７）を介して、振動子（１）に
おける駆動または検出振動の各振動状態を電気信号とし
て測定することにより、振動子特性を検査することを特
徴としている。

【００１１】それによって、振動子（１）をリード線
（Ｗ）で接続することなく、センサの振動子特性を振動
子単体の状態で検査できる。また、本発明者等の検討に
よれば、検査用プローブ（Ｐ１〜Ｐ７）の共振周波数が
駆動振動の振動周波数以下の場合、検査用プローブ（Ｐ
１〜Ｐ７）が振動して接触、非接触する、いわばハンチ
ングを起こす。

【００１２】そのため、本発明によれば、上記共振周波
数を駆動振動の振動周波数以上に設定し、ハンチングを
防止することで、検査用プローブ（Ｐ１〜Ｐ７）の良好
な接触を維持でき、実機に近い状態で、精度良く振動子
特性を検査できる。よって、リード線（Ｗ）の組み付け
工程の必要無く、振動子単体で実機と同様に、振動子特
性の検査を行なうことができる。

【００１３】また、請求項２ないし請求項６記載の発明
は、振動子特性の検査をより安定して行なうべく、検査
条件等について検討した結果に基づきなされたものであ
る。即ち、請求項２記載の発明では、検査用プローブ
（Ｐ１〜Ｐ７）から駆動手段及び検出手段（１１〜１
４、１７〜２２）を介して振動子（１）に加わる応力
を、実機においてリード線（Ｗ）により加わる応力の１
００倍以下とすることを特徴としている。

【００１４】これは、検査用プローブ（Ｐ１〜Ｐ７）か
らの応力が、リード線（Ｗ）による応力の１００倍以上
であると、検査可能ではあるが、振動子（１）の振動が
抑制され、正常な振動子特性を検査するには好ましくな
いためである。ここで、検査用プローブ（Ｐ１〜Ｐ７）
の材質としては、請求項３記載の発明のように、銅、ア
ルミニウム、金、タングステンのいずれかよりなるもの
を用いることができる。

【００１５】また、請求項４記載の発明では、振動子
（１）を検査台（Ｓ１）に固定するとともに、振動子
（１）の固定部分をＧＮＤ電圧に接地して振動子特性を
検査することを特徴としており、振動子特性への外部ノ
イズの影響を低減でき、精度良く振動子特性の検査が行
なえる。また、請求項５記載の発明は、振動子（１）
が、くびれ部（３ａ）を有する支持部（３）によって支
持されている角速度センサに関してなされたものであ
る。ここで、支持部（３）がくびれ部（３ａ）を有する
のは、振動子（１）の振動を絶縁するためである。そし
て、このような構成においては、振動子（１）の振動に
より、支持部（３）のくびれ部（３ａ）にてねじれ振動
が起こる。

【００１６】ここで、本発明によれば、上記支持部
（３）を介して振動子（１）を検査台（Ｓ１）に固定す
るときに、支持部（３）においてくびれ部（３ａ）より
も検査台（Ｓ１）側の部位にて固定するようにしている
から、くびれ部（３ａ）が固定されない。従って、上記
ねじれ振動の抑制による振動子の振動抑制を防止でき
る。また、請求項６記載の発明によれば、請求項５記載
の発明において、支持部（３）の検査台（Ｓ１）への固
定を締結により行うようにし、この固定強度を１ｋｇ・
ｃｍ以上とすることを特徴としており、確実な固定によ
り振動子の振動状態を安定させ、より精度良く振動子特
性を検査することができる。

【００１７】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。本実施形態は、本発明を、音叉型振
動子をくびれ部を有する支持部で支持した形の角速度セ
ンサの振動子特性検査に適用したものとして説明する。
図１に、本実施形態に係る角速度センサ１００における
センサ部構成の斜視図を示す。この角速度センサ１００
は、例えば、自動車の姿勢制御やカーナビゲーションシ
ステム等に利用される角速度センサとして使用される。

【００１９】角速度センサ１００のセンサ部は、振動子
１と、振動子１を支持するための支持部（サポータ）３
と、振動子１および支持部３が取り付けられる基板２と
から構成されている。振動子１は、一対の四角柱状のア
ーム（振動部）４、５と、各アーム４、５の一端を連結
する連結部６とを有する音叉形状に形成された圧電体
（例えば、ＰＺＴ等）から形成されている。

【００２０】そして、振動子１は、連結部６にて例えば
エポキシ系の接着剤で支持部３に接合されており、この
支持部３によって支持されている。支持部３は、例えば
４２Ｎ（４２アロイ）の様な金属粉を焼結させたものか
ら成り、くびれ部３ａを有して略エ字型を呈している。
支持部３は、基板２に溶接などにより接合されている。
また、基板２に形成された凹部２ａにより、振動子１は
基板２と非接触の状態で略平行に浮遊した形となってい
る。

【００２１】ここで、両アーム４、５と連結部６とが同
一平面を形成し対向する略コ字形状の一対の面のうち、
基板２とは反対側の面をＸ１面、Ｘ１面と対向する他方
の面をＸ２面（図２参照）とする。また、振動子１の外
周に位置し且つアーム４、５の配列方向であるｙ軸と略
直交する面のうち、アーム４側をＹ１面、アーム５側を
Ｙ２面（図２参照）とする。

【００２２】また、Ｘ１面およびＸ２面と略直交する方
向をｘ軸として、上記ｙ軸およびアーム４、５の長手方
向と平行なｚ軸とともに、図１に示すｘｙｚ直交座標系
が構成される。以下、本実施形態において、このｘｙｚ
直交座標を用いて説明する。また、以下、ｘ軸方向とい
うのは、ｘ軸と平行な方向であることを意味し、ｙ軸、
ｚ軸方向についても同様である。そして、例えば、車両
等にはｚ軸方向を上下として搭載される。

【００２３】振動子１には、駆動および角速度検出のた
めの複数の電極が形成されているが、次に、その電極構
成について説明する。図２は、振動子１の外周面上に形
成された各電極１１〜２７の構成を、振動子１の前後、
左右から展開して見た説明図である。（ａ）はＸ１面、
（ｂ）はＸ２面、（ｃ）はＹ１面、（ｄ）はＹ２面上の
電極構成を示すものである。

【００２４】Ｘ１面には、振動子１を駆動するための駆
動電極１１、１２、駆動状態をモニタし自励発振（自励
振動）させるため帰還用のモニタ電極１３、１４、基準
電位に接地された仮ＧＮＤ電極１５、１６と、角速度出
力を取り出す為のパット電極１７、１８が形成されてい
る。一方、Ｙ１、Ｙ２面には、コリオリ力によって発生
する電荷を取出し、振動子１に入力された角速度を検出
するための角速度検出電極１９、２０、角速度検出電極
１９、２０から出力をパット電極１７、１８に引き出す
為の引出し電極２１、２２及び、Ｘ２面に形成され基準
電位に接地された共通電極２３とＸ１面の仮ＧＮＤ電極
１５、１６とを短絡する為の仮ＧＮＤ短絡電極２４、２
５が形成されている。

【００２５】ここで駆動及びモニタの各電極１１〜１４
が駆動手段、パット、角速度検出及び引出しの各電極１
７〜２２が検出手段に相当する。また、仮ＧＮＤ、共通
及び仮ＧＮＤ短絡の各電極１５、１６、２３〜２５は基
準電位に接地される。なお、角速度検出電極２１は、ア
ーム４においてＹ１面と対向する面、角速度検出電極２
２は、アーム５においてＹ２面と対向する面にあっても
よい。また、検出電極は、Ｙ１面またはＹ２面のどちら
か一方のみにあってもよい。一方のみの場合、検出電極
がある側のアームの検知振動から角速度検出がなされ
る。

【００２６】また、振動子１は、図１の白抜き矢印に示
すように、Ｘ１、Ｘ２面に直交するｘ軸方向に分極処理
されている。振動子１とセンサに備えられた図示しない
駆動・検出回路（制御手段）との信号の入出力は、例え
ば、基板２上に絶縁、構成されたターミナル（配線部
材）Ｔと振動子１上の各電極を、ワイヤボンディングや
はんだ付け等により接続されたワイヤ（リード線）Ｗに
て結線することにより行う。

【００２７】このように、角速度センサ１００のセンサ
部は、振動子１が支持部３を介して基板２に固定され、
且つ上記ワイヤＷによる配線が行なわれた形態として構
成される。そして、このセンサ部は、上記図８に示した
のと同様に、防振部材（図示せず）を介して、車両等の
被測定体への取り付けるためのハウジング（図示せず）
に組付けられ、角速度センサ１００として構成される。

【００２８】かかる構成を有する角速度センサ１００
は、上記駆動・検出回路により、次のように作動する。
まず、Ｘ１面、Ｘ２面に形成された駆動電極１１と共通
電極２３間、駆動電極１２と共通電極２３間に、互い１
８０°反転した交流電圧（駆動電圧）を印加することに
より、振動子１をｙ軸方向に共振（駆動振動）させる。
このとき、モニタ電極１３、１４からの出力（電流）を
電圧に変換してモニタ信号とする。温度が変わってもモ
ニタ信号が一定となる様に、駆動電圧を制御して自励制
御発振を行う。

【００２９】この駆動振動のもと、ｚ軸まわりに角速度
Ωｚが入力されたとき発生するコリオリ力により、振動
子１はｘ軸方向に角速度Ωｚに比例した振幅の振動（検
出振動）を発生する。このとき、Ｙ１面、Ｙ２面に形成
された角速度検出電極１９、２０から角速度に比例した
出力（電流）が発生し、これをパット電極１７、１８を
介して上記回路に出力される。

【００３０】この出力は、上記回路にて、次のように処
理される。各角速度検出電極１９、２０からの出力を電
圧に変換し、差動増幅する。差動増幅された電圧を、バ
ンドパスフィルタ等を通し、振動子の共振周波数以外の
成分を取り除き、モニタ信号を基準に同期検波処理を行
う。次に、ローパスフィルタ等を通し、直流電圧として
角速度検出信号を出力する。以上が、角速度検出の基本
動作である。

【００３１】かかる構成及び作動を有する角速度センサ
１００の振動子特性の検査方法について、図３及び図４
を参照して述べる。ここで、図３は本実施形態に係る検
査装置の要部を示す説明図、図４は検査の評価系構成を
示すブロック図である。従来は、上記図８のようにセン
サ部が上記ハウジングに組付けられた状態で、振動子特
性を検査していた。ここでいう振動子特性とは、上述し
た様なオフセット電圧、オフセット電圧温度ドリフト、
感度、感度温度特性などが含まれる。

【００３２】本実施形態では、図３に示す様に、特性検
査を行う。つまり、図３に示す各プローブ（検査用プロ
ーブ）Ｐ１〜Ｐ７を、振動子１のＸ１面上の各電極に接
触させることにより信号の入出力を行う。なお、本例で
は、振動子を駆動、検出する為に必要なプローブ数は７
本だが、振動子構造や電極パターンの違いにより本数は
異なる。

【００３３】２本の検知用プローブＰ１、Ｐ２は、各々
パット電極１７、１８に接触し、仮ＧＮＤ用プローブＰ
３は、仮ＧＮＤ電極１５、１６のどちらか一方（本例で
は仮ＧＮＤ電極１６）に接触する。また、２本のモニタ
用プローブＰ４、Ｐ５は、各々モニタ電極１３、１４に
接触し、２本の駆動用プローブＰ６、Ｐ７は、各々駆動
電極１１、１２に接触する。

【００３４】各プローブＰ１〜Ｐ７は、各々金属棒（図
３中、７本）Ｍ１に接続され、各金属棒Ｍ１は、上下・
左右に可変可能なＸＹＺステージ（検査台）Ｓ１に固定
されている。各金属棒Ｍ１と検査用駆動回路５０は、リ
ード線（図３中、７本）Ｒ１により接続を行う。また、
振動子１は、振動子１に接合された支持部３において、
ＸＹＺステージＳ１の固定台Ｓ２にネジＮ１にて締結固
定される。

【００３５】以上の構成により振動子１と検査用駆動回
路５０との信号伝達が可能になり、検査用駆動回路５０
から、図４に示す評価系を構成することにより振動子特
性を評価することが可能となる。よって、振動子１をリ
ード線（ワイヤＷ）で接続することなく、振動子特性を
振動子単体の状態で検査できる。更に、振動子特性にお
いて、オフセット電圧温度ドリフトの評価は振動子１を
恒温槽に入れることにより可能であり、感度（角速度出
力）評価は振動子１を回転テーブルに乗せることにより
可能であり、感度の温度特性評価は振動子１を回転テー
ブルに乗せ、それを恒温槽に入れることにより可能とな
る。

【００３６】次に、振動子特性を検査するための評価系
について、オフセット電圧の検査を例にとって述べる。
仮ＧＮＤ用プローブＰ３は、検査用駆動回路５０を介し
て接地され基準電位となっている。また、ネジＮ１で固
定された支持部３はＸＹＺステージＳ１の固定台Ｓ２を
介してＧＮＤ電位に接地されている。ここにおいて、検
査用駆動回路５０は、基本的に上記振動子１における自
励制御発振を行う。

【００３７】即ち、駆動用プローブＰ６、Ｐ７を介して
駆動電極１１、１２から上記駆動電圧（図４中、Ｖｄ）
を印加し、振動子１を上記駆動振動させる。モニタ電極
１３、１４からモニタ用プローブＰ４、Ｐ５を介して上
記モニタ信号（図４中、ＶＲ）をモニターし、温度が変
わってもモニタ信号ＶＲが一定となる様に自励制御発振
を行う。

【００３８】また、この自励制御発振による駆動振動中
に、振動子１のノイズ信号を検査すべく、検査用駆動回
路５０は、パット電極１７、１８及び検知用プローブＰ
１、Ｐ２を介して角速度検出電極１９、２０からの出力
（電流）を電圧に変換する。ここで、角速度検出電極１
９（パット電極１７）からの電圧を第１Ｖｓ信号、角速
度検出電極２０（パット電極１８）からの電圧を第２Ｖ
ｓ信号とする。そして、両電圧を差動増幅し合成Ｖｓ信
号とするようになっている。

【００３９】なお、図４中、５１は、検査用駆動回路５
０を作動させる為の電源である。また、５２は検査用駆
動回路５０から発振される駆動電圧Ｖｄに異常がないか
確認するためのマルチメータである。例えば、駆動用プ
ローブＰ６、Ｐ７もしくはモニタ用プローブＰ４、Ｐ５
のうち、いずれか１本が接触していなかった場合に、通
常の駆動電圧値であると振動子１のモニタ信号ＶＲは半
分となる。

【００４０】そこで、検査用駆動回路５０が、モニタ信
号ＶＲを一定にすべく、駆動電圧Ｖｄを約２倍とする様
に制御する。そのため、駆動電圧検査用のマルチメータ
５２をモニタすることで、駆動電圧Ｖｄが約２倍となっ
たとき、駆動用プローブＰ６、Ｐ７・モニタ用プローブ
Ｐ４、Ｐ５の接触不良が判別できる。また、５３は、第
１及び第２Ｖｓ信号を検出する検知用プローブＰ１、Ｐ
２が、各パット電極１７、１８に接触しているか確認を
するためのオシロスコープである。

【００４１】両検知用プローブＰ１、Ｐ２が正常に接触
していないと、オシロスコープ５３に出力される第１、
第２Ｖｓ信号の波形にノイズがのったり、接触状態が悪
いと各Ｖｓ信号の波形が歪む為、接触状態の確認を行な
うことができる。また、オシロスコープ５３は、モニタ
信号ＶＲ及び合成Ｖｓ信号（例えば、第２Ｖｓ信号から
第１Ｖｓ信号を引いたもの）をモニタする。

【００４２】ここにおいて、モニタ信号ＶＲをモニタす
るのは、検査用駆動回路５０が正常に作動しているかど
うか、つまりモニタ信号ＶＲが一定に制御されているか
どうかの確認を行なうためである。また、合成Ｖｓ信号
をモニタするのは、検査用駆動回路５０において正常に
差動増幅が行われているか否かの確認を行なうためであ
る。

【００４３】なお、マルチメータ５２でモニタしている
駆動電圧Ｖｄも、このオシロスコープ５３でモニタして
も問題無い。そして、５５は、ロックインアンプ５４に
より同期検波した後のオフセット電圧をモニタするため
のオフセット電圧検査用のマルチメータである。以上の
評価系にて検査されるオフセット電圧の検査手順を述べ
る。まず、オシロスコープ５３で、第１及び第２Ｖｓ信
号、合成Ｖｓ信号、及びモニタ信号ＶＲが正常に出力さ
れているか確認する。次に、合成Ｖｓ信号及びモニタ信
号ＶＲをロックインアンプ５４に入力し、同期検波後の
オフセット電圧を、マルチメータ５５で検査する。

【００４４】こうしてオフセット電圧特性が検査され
る。なお、オフセット電圧温度ドリフトの評価は振動子
１の周囲温度を変化させて、上記同様にオフセット電圧
を測定することで検査できる。また、感度（角速度出
力）評価は振動子１を回転テーブルに乗せ、回転テーブ
ルを回転させて振動子１に角速度を入力させ、オフセッ
ト電圧と同様に検査を行うことで感度を検査できる。ま
た、感度の温度特性評価は、感度評価において振動子１
の周囲温度を変化させることで検査できる。

【００４５】ところで、本発明者等は、上記振動子特性
の検査において、検査をより安定して行なうべく、検査
条件等について検討した。その検討の結果、精度良く特
性評価するため、重要となる要因が、プローブによる
振動子への応力、プローブの共振周波数、支持部
（サポータ）の固定方法、の３つであることを見いだし
た。

【００４６】上記、の要因は、振動を行う角速度セ
ンサにおいて、センサの振動部（振動子）から信号の入
出力を行っている角速度センサ全て適用される。まず、
要因について述べる。上記振動特性の検査において、
各プローブＰ１〜Ｐ７により振動子１に応力がかかり過
ぎると、振動子１の振動状態が変化する為、精度良く特
性を測定できない問題が発生する。

【００４７】そこで、プローブ（例えば検知用プローブ
Ｐ１）による振動子１にかかる応力（以下、プローブ荷
重という）と上記オフセット電圧との関係を検討し、好
ましいプローブ荷重の範囲を求めた。検討結果の一例を
図５に示す。プローブ荷重の水準としては、２．７６
×１０^-4（Ｎ）、２７．４×１０ ^-4（Ｎ）、２２２
×１０^-4（Ｎ）の３水準とし、プローブ荷重はプローブ
材質、形状、たわみ量から計算で求めた。

【００４８】また、比較のために、ハウジングに組付け
られた実装状態、つまり実機（完成品）の角速度センサ
１００についても調べた。実機では、ワイヤＷはアルミ
ニウムのワイヤボンディングであり、ワイヤＷによって
振動子１にかかる応力は、０．１２２×１０^-4（Ｎ）で
あった。これら実機及び上記３水準の各プローブ構成に
つき、プローブ荷重（×１０^-4Ｎ）とオフセット電圧
（°／ｓ）との関係を調べた結果が、図５である。

【００４９】図５は、３個の振動子１即ちＡ１、Ａ２、
Ａ３を用い、各プローブにおけるオフセット電圧の値か
ら、実機におけるオフセット電圧の値を差し引いた値を
オフセット電圧変化（°／ｓ）とし、このオフセット電
圧変化とプローブ荷重との関係を示したものである。図
５から分かるように、プローブによる応力（プローブ荷
重）が大きいほど、オフセット電圧変化即ち実機との誤
差が大きくなり、荷重２２２×１０^-4（Ｎ）では振動子
１の振動を抑制する為、発振停止する。そこでプローブ
により振動子１にかかる応力の低減が必要となる。荷重
２．７６×１０^-4（Ｎ）のプローブでは、実機との誤差
は０に近く実用的に問題ないが、荷重φ２７．４×１０
^-4（Ｎ）のプローブでは誤差が大きくなっている。従っ
て、図５に基づけば、プローブ荷重を２．７６（×１０
^-4Ｎ）以下とすることでオフセット電圧の測定誤差を減
少できる。

【００５０】ここで、応力の理想値は実際の振動子から
信号を取り出すワイヤ（リード線）Ｗにより発生する応
力と同じ値が最良となるが、本発明者等の検討によれ
ば、実用上はワイヤＷにより加わる応力の１００倍以下
とすることが好ましい。また、この応力は、プローブの
材質、線径、長さ、たわみ量等によって決まるが、実用
上の下限としては、ワイヤＷにより加わる応力の１／１
００倍以上である。

【００５１】次に、上記要因、即ちプローブの共振周
波数についての検討結果の一例を示す。要因に関して
は、検知用プローブＰ１、Ｐ２の共振周波数と、オフセ
ット電圧の基本波形となる合成Ｖｓ信号との関係を図６
に示す。プローブＰ１、Ｐ２は、共振周波数が６７０Ｈ
ｚのもの、及び、共振周波数が５．５ｋＨｚのものを用
意した。

【００５２】つまり、プローブＰ１、Ｐ２として、共振
周波数が駆動周波数よりも低いものと高いものとを用意
した。ここで、振動子１の駆動振動の周波数（駆動周波
数ｆＤ）は、３．２５ｋＨｚ±１５０Ｈｚである。図６
は、モニタ信号ＶＲ及び合成Ｖｓ信号のオシロスコープ
５３による波形を示し、（ａ）は共振周波数が６７０Ｈ
ｚのプローブ、（ｂ）は共振周波数が５．５ｋＨｚのプ
ローブを示す。

【００５３】図６（ａ）に示す様に、振動子１の駆動周
波数よりプローブＰ１、Ｐ２の共振周波数が低い場合、
角速度検出電極１９、２０及びパット電極１７、１８か
ら出力される合成Ｖｓ信号はハンチングし、波形にノイ
ズがのり、精度良く測定することが不可能な状態とな
る。しかし、図６（ｂ）に示す様に、共振周波数が、振
動子の駆動周波数より高い場合、合成Ｖｓ信号はハンチ
ングせず、測定可能となる。

【００５４】これは、プローブＰ１、Ｐ２の共振周波数
が、振動子１の駆動周波数より低い場合、振動子１の駆
動振動時に、プローブＰ１、Ｐ２と振動子上のパット電
極１７、１８との間に非接触状態が発生することにより
信号がハンチングするものと推定される。これらのこと
から、プローブＰ１、Ｐ２だけでなく、各プローブＰ１
〜Ｐ７全ての共振周波数が、振動子１の駆動周波数以上
であることが好ましいといえる。

【００５５】また、上記要因、即ち支持部３の固定方
法については、くびれ部３ａで固定せずに、くびれ部３
ａよりも検査台であるＸＹＺステージＳ１側の部位にて
固定することが好ましい。ここで、支持部３がくびれ部
３ａを有するのは、振動子１の振動を絶縁するためであ
る。そして、このような構成においては、振動子１の振
動により、支持部３のくびれ部３ａにてねじれ振動が起
こる。

【００５６】ここで、支持部３を介して振動子１をＸＹ
ＺステージＳ１に固定するときに、くびれ部３ａで固定
してしまうと、上記ねじれ振動が抑制され、それに伴っ
て振動子１の振動も抑制されてしまうため、正確なオフ
セット電圧、及び感度測定ができなくなる。そこで、支
持部３の固定において、支持部３においてくびれ部３ａ
よりもＸＹＺステージＳ１側の部位にて固定することに
より、くびれ部３ａが固定されず、振動子１の振動抑制
を行なわないため、正確なオフセット電圧、感度測定が
可能となる。

【００５７】また、本実施形態では、支持部３の固定を
締結部材であるネジＮ１により行なっている。本発明者
等は、このネジＮ１による固定強度についても検討を行
い、好ましい固定強度を求めた。検討の一例を図７に示
す。ネジ（本例ではＭ３）Ｎ１による固定強度を、２ｋ
ｇｆ・ｃｍ、４ｋｇｆ・ｃｍ、６ｋｇｆ・ｃｍの３水準
とした。また、上記実機も比較のために検討した。

【００５８】図７に、５個の振動子１即ちＢ１〜Ｂ５に
ついて、各固定強度におけるオフセット電圧の値から、
実機におけるオフセット電圧の値を差し引いた値をオフ
セット電圧差（°／ｓ）とし、このオフセット電圧差と
固定強度との関係を示したものである。図７から分かる
ように、各固定強度において、オフセット電圧差即ち実
機とのオフセット電圧の誤差は、５０°／ｓ以内であ
り、実用上問題無い誤差とできる。これらの検討に基づ
き、支持部３の固定は、くびれ部３ａより下部（検査台
Ｓ１側）で行い、締結により固定する場合の固定強度
は、１ｋｇ・ｃｍ以上のトルクで良いことがわかった。
なお、この値より小さい固定強度でも、特性評価は可能
であるが、振動子の固定が不安定となり振動も不安定と
なってしまうため、実機との誤差が大きくなるので、好
ましくない。

【００５９】以上、上記各要因〜について、精度良
く振動子特性を検査する為の条件をまとめておく。要因
については、検査用プローブＰ１〜Ｐ７の応力は、実
際に使用されるリード線又はワイヤボンディングにより
かかる実際の応力もしくはその近辺にすることが必要と
なる。本発明者等の検討によれば、上記実際の応力の１
／１００〜１００倍であることが実用上好ましい。な
お、測定精度は悪化するが、本例のように圧電体で振動
子１を構成したバルク振動子の場合は、ワイヤボンディ
ングの応力の５００倍程度まで評価可能である。

【００６０】要因については、検査用プローブＰ１〜
Ｐ７の共振周波数を振動子１の駆動周波数以上にする。
なお、本要因において共振周波数の上限は無いが、共
振周波数を上げるためにはプローブの剛性を上げる必要
があり、それによりプローブによる振動子への応力が大
きくなる為、要因との関係から限界がある。要因に
ついては、支持部３のくびれ部３ａよりも検査台（本例
ではＸＹＺステージＳ１）側で行い、その固定強度は、
１ｋｇ・ｃｍ以上のトルクで固定する。なお、上限は無
いが、支持部３に傷が付かない程度が好ましい。

【００６１】なお、オフセット電圧温度ドリフト、感
度、感度の温度特性も、基本的にはオフセット電圧の検
査手順に準じて行なわれる。従って、上記の検査条件
は、本実施形態における振動子特性の検査一般に適用さ
れる。また、各プローブＰ１〜Ｐ７から検査用駆動回路
５０までの配線に工夫をすることも必要である。

【００６２】即ち、振動子１に入出力される信号には、
大小あり、駆動電圧Ｖｄ（駆動信号）及びモニタ信号Ｖ
Ｒ（参照用信号）は大きく、それに比べて角速度検出電
極１９、２０からの検知信号（オフセット電圧含む）は
小となっている。従って、プローブから駆動回路５０ま
での距離が長すぎたり、検知信号と駆動・参照用信号と
の配線距離の条件によっては、駆動・参照信号のノイズ
が検知信号に乗り、精度良く測定できない場合がある。

【００６３】ところで、本実施形態によれば、振動子１
をリード線（本例ではワイヤＷ）で接続することなく、
センサの振動子特性を振動子単体の状態で検査できる。
また、本実施形態によれば、検査用プローブＰ１〜Ｐ７
の共振周波数を駆動振動の振動周波数以上に設定し、ハ
ンチングを防止することで、検査用プローブＰ１〜Ｐ７
の良好な接触を維持でき、実機に近い状態で、精度良く
振動子特性を検査できる。よって、本実施形態によれ
ば、リード線の組み付け工程の必要無く、振動子単体で
実機と同様に、振動子特性の検査を行なうことができ
る。

【００６４】また、本実施形態によれば、検査用プロー
ブＰ１〜Ｐ７から各電極を介して振動子１に加わる応力
を、実装状態においてリード線（本例ではワイヤＷ）に
より加わる応力の１００倍以下としているから、振動子
１の振動が抑制されず、正常な振動子特性を検査するこ
とができる。なお、検査用プローブＰ１〜Ｐ７の応力は
プローブの形状や材質等から決まってくるが、材質とし
ては、銅、アルミニウム、金、タングステンのいずれか
よりなるものを用いることができる。

【００６５】また、本実施形態によれば、振動子１をＸ
ＹＺステージＳ１に固定するとともに、ネジＮ１で固定
された支持部３もＸＹＺステージＳ１の固定台Ｓ２を介
してＧＮＤ電位に接地されている。そのため、振動子１
の固定部分をＧＮＤ電圧にすることができ、外部ノイズ
の影響を低減でき、精度良く振動子特性の検査が行なえ
る。

【００６６】また、本実施形態によれば、支持部３を介
して振動子１をＸＹＺステージＳ１に固定するときに、
支持部３においてくびれ部３ａよりもＸＹＺステージＳ
１側の部位にて固定するようにしているから、くびれ部
３ａが固定されない。従って、くびれ部３ａにおけるね
じれ振動が抑制されず、振動子の振動も抑制されないた
め、正確なオフセット電圧・感度測定が可能となる。

【００６７】また、本実施形態によれば、支持部３のＸ
ＹＺステージＳ１への固定を締結により行うようにし、
この固定強度を１Ｋｇ・ｃｍ以上としているから、確実
な固定により振動子１の振動状態を安定させ、正常な振
動特性を検査することができる。（他の実施形態）なお、上記図２に示した振動子１上の
電極の配置は、一例であり、これに限定されるものでは
なく、適宜設計変更してもよい。また、振動子特性検査
において、電極配置に応じて検査用プローブを適宜用意
することは勿論である。

【００６８】また、振動子は図示例のような音叉形状に
限定されるものではなく、例えば、従来知られているよ
うな一本の角柱形状または櫛形状のものであってもよ
い。また、支持部もくびれ部を有しないものであっても
よい。また、振動子は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン鉛）
または水晶等の圧電体で形成されたものでなくともよ
く、金属等から形成されたものであってもよい。この場
合、振動子に圧電素子を張り付け、これを駆動及び検出
手段とする。このように、本発明は、振動子更には支持
部の構成について限定せず、適用可能である。

【００６９】以上、本発明について述べてきたが、本発
明の検査方法の要部は、振動子に設けられた駆動手段及
び検出手段に、駆動周波数以上の共振周波数を有する検
査用プローブを接触させ、この検査用プローブを介し
て、駆動または検出の各振動状態を電気信号として測定
することにより、振動子特性を検査することにある。従
って、検査の評価系の各装置等は適宜変更してよいこと
は勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る角速度センサのセンサ
部構成を示す斜視図である。

【図２】図１に示す振動子の外周面上に形成された電極
の構成を示す説明図である。

【図３】上記実施形態に係る検査装置の要部を示す説明
図である。

【図４】上記実施形態に係る検査の評価系構成を示すブ
ロック図である。

【図５】プローブ荷重とオフセット電圧との関係の検討
例を示す図である。

【図６】プローブの共振周波数と合成Ｖｓ信号との関係
の検討例を示す図である。

【図７】支持部の固定強度とオフセット電圧との関係の
検討例を示す図である。

【図８】従来の角速度センサの特性評価状態を示す図で
ある（実機状態）。

【符号の説明】

１…振動子、３…支持部、３ａ…支持部のくびれ部、１
１、１２…駆動電極、１３、１４…モニタ電極、１７、
１８…パット電極、１９、２０…角速度検出電極、２
１、２２…引出し電極、１００…角速度センサ、Ｐ１、
Ｐ２…検知用プローブ、Ｐ３…仮ＧＮＤ用プローブ、Ｐ
４、Ｐ５…モニタ用プローブ、Ｐ６、Ｐ７…駆動用プロ
ーブ、Ｓ１…ＸＹＺステージ、Ｗ…ワイヤ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動子（１）と、この振動子に設けられ前記振動子を励振させることによ
り駆動振動させるための駆動手段（１１〜１４）と、前記振動子に設けられ前記駆動振動方向に直交する方向
の前記振動子の振動を検出振動として検出し該検出振動
の状態から所定軸回りの角速度を検出するための検出手
段（１７〜２２）とを備え、前記駆動および検出手段をリード線（Ｗ）によって制御
回路に接続するようにした角速度センサ（１００）にお
ける振動子特性を検査する検査方法であって、前記駆動手段及び検出手段に、前記駆動振動の振動周波
数以上の共振周波数を有する検査用プローブ（Ｐ１〜Ｐ
７）を接触させ、この検査用プローブを介して、前記振動子における前記
駆動または検出の各振動状態を電気信号として測定する
ことにより、前記振動子特性を検査することを特徴とす
る角速度センサの振動子特性検査方法。
【請求項２】前記検査用プローブ（Ｐ１〜Ｐ７）から
前記駆動手段及び検出手段（１１〜１４、１７〜２２）
を介して前記振動子（１）に加わる応力を、前記リード
線（Ｗ）により加わる応力の１００倍以下とすることを
特徴とする請求項１に記載の角速度センサの振動子特性
検査方法。
【請求項３】前記検査用プローブ（Ｐ１〜Ｐ７）とし
て、銅、アルミニウム、金、タングステンのいずれかよ
りなるものを用いることを特徴とする請求項１または２
に記載の角速度センサの振動子特性検査方法。
【請求項４】前記振動子（１）を検査台（Ｓ１）に固
定するとともに、前記振動子の固定部分を基準電圧に接
地して前記振動子特性を検査することを特徴とする請求
項１ないし３のいずれか１つに記載の角速度センサの振
動子特性検査方法。
【請求項５】前記振動子（１）は、くびれ部（３ａ）
を有する支持部（３）によって支持され、この支持部を
介して検査台（Ｓ１）に固定されるものであり、前記支持部を、前記支持部のうち前記くびれ部よりも前
記検査台側の部位にて固定することを特徴とする請求項
１ないし３のいずれか１つに記載の角速度センサの振動
子特性検査方法。
【請求項６】前記支持部（３）の前記検査台（Ｓ１）
への固定を締結により行い、この固定強度が１ｋｇ・ｃ
ｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の角速度
センサの振動子特性検査方法。