JP2000088584A

JP2000088584A - 角速度センサ

Info

Publication number: JP2000088584A
Application number: JP10263566A
Authority: JP
Inventors: Katsuhide Akimoto; 克英秋元
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】角速度検出用の電極の断線検出を行なうため
の故障診断用信号入力電極が形成された圧電体からなる
振動子を備える角速度センサにおいて、故障診断用信号
及び駆動用信号による角速度検出の誤差を低減する。【解決手段】２脚音叉形状に形成された振動子１にお
いて、Ｘ１面には駆動電極１１、１２、Ｙ１、Ｙ２面に
は角速度検出電極２１、２２が形成されている。故障診
断用信号入力電極（診断用電極）１７及び１８は、各
々、Ｘ１面のうちＹ３面側及びＹ４側に形成し、駆動電
極１１、１２と角速度検出電極２１、２２との間に位置
する。角速度検出電極２１、２２と診断用電極１７、１
８及び駆動電極１１、１２との間には、基準電位に接地
された仮ＧＮＤ電極１５、１６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、故障を検出する診
断装置を備えた振動式の角速度センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として特開平７−１８１０４２
号公報に記載のものが提案されている。これは、直交音
叉型の振動子と、この振動子を励振する駆動用圧電素子
及び駆動制御回路等から構成される駆動手段と、振動子
の励振方向と直交する振動状態を検出し該振動状態から
所定軸回りの角速度を検出する角速度検出用圧電素子及
び検出回路等から構成される角速度検出手段とを備えた
角速度センサである。

【０００３】また、この角速度検出手段は、振動子に設
けられた角速度検出素子からの信号が出力されるチャー
ジアンプ及びこのチャージアンプの後に設けられたバン
ドパスフィルタ（ＢＰＦ）を有している。そして、角速
度センサの故障診断においては、チャージアンプ通過後
の出力と、ＢＰＦ通過後の出力とを差動アンプで比較す
るようになっており、振動子上の圧電素子の剥がれ等の
故障が発生すると、上記両出力が一致しなくなることを
利用して診断が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のように、角速度検出信号に加わる異常信号を検
知するものにおいては、振動式角速度センサの駆動系、
もしくは検出系の異常な振動発生時には診断が可能であ
るが、システム上最も重要な検出系のワイヤ等の断線に
ついては検知出来ないという問題がある。

【０００５】上記故障診断において、検出系のワイヤの
断線によりチャージアンプに入力される電圧が０になる
と、ＢＰＦの出力も０となるため、差動アンプに入力さ
れる電圧は両方とも０となる。従って、従来の角速度セ
ンサでは、検出系のワイヤ等の断線を検出することはで
きない。上記問題点に鑑みて、本出願人は、先に、特願
平９−３１７３９０号にて、駆動系および検出系のワイ
ヤ断線を検出できるような振動式の角速度センサを提案
した。

【０００６】この先願における提案は、振動子と、該振
動子に形成された振動子駆動用の駆動手段と、上記振動
子に形成された角速度検出用の角速度検出手段とを備え
る振動式の角速度センサにおいて、上記振動子に形成さ
れた故障診断用信号入力手段と、該故障診断用信号入力
手段に故障診断用信号を入力する信号入力回路とを備
え、上記角速度検出手段から故障診断用信号の入力に基
づいた信号を検出してセンサの故障診断を行うようにし
たものである。

【０００７】それによって、角速度検出手段からの故障
診断用信号の入力に基づいた信号、すなわち角速度検出
信号とは別個の信号を検出できるので、該信号のオフセ
ットの度合等をみることで異常振動や、駆動手段および
角速度検出手段のワイヤ断線検出を行うことができる。
ところで、上記先願において、上記振動子を圧電体から
なるものとし、上記各手段を圧電体上に形成された電極
とした場合、振動子は一種の誘電体であるため、振動子
上の各電極は静電的に結合している。いわゆるコンデン
サを形成しているといってもよい。

【０００８】そのため、本発明者の検討によれば、故障
診断用信号入力手段（故障診断用信号入力電極）あるい
は駆動手段（駆動電極）の配置や形状等によっては、故
障診断用信号あるいは駆動用信号の一部が、振動子内を
電流として流れ、角速度検出手段（角速度検出電極）か
らの角速度検出信号に混入して角速度検出の誤差となる
という問題が生じることがわかった。

【０００９】本発明は、この問題に鑑みてなされたもの
であり、角速度検出用の電極の断線検出を行なうための
故障診断用信号入力電極が形成された圧電体からなる振
動子を備える角速度センサにおいて、故障診断用信号及
び駆動用信号の少なくとも一方による角速度検出の誤差
を低減することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記先願構成
に基づき、角速度検出電極に向かう故障診断用信号ある
いは駆動用信号の流れを低減させるべく電極構成を工夫
したものである。即ち、請求項１記載の発明では、振動
式の角速度センサにおいて、振動子（１、６０１、７０
１）に形成された故障診断用信号入力電極（１７、１
８、ＪＳ１〜ＪＳ３）と、該故障診断用信号入力電極に
故障診断用信号を入力する信号入力回路（Ａ３１）とを
備え、角速度検出電極（２１、２２、６２２、６２３、
７０９、７１０）から故障診断用信号の入力に基づいた
信号を検出してセンサの故障診断を行うようにするとと
もに、上記振動子において上記故障診断用信号入力電極
と上記角速度検出電極との間に、基準電位に接地する基
準電位接地電極（１５、１６、６５０、７５０）を形成
したことを特徴としている。

【００１１】本発明も、上記先願と同様に、角速度検出
電極（２１、２２、６２２、６２３、７０９、７１０）
からの故障診断用信号の入力に基づいた信号、すなわち
角速度検出信号とは別個の信号を検出できるので、該信
号のオフセットの度合等をみることで異常振動や、角速
度検出電極のワイヤ断線検出を行うことができる。そし
て、本発明では、故障診断用信号入力電極（１７、１
８、ＪＳ１〜ＪＳ３）と角速度検出電極（２１、２２、
６２２、６２３、７０９、７１０）との間に基準電位接
地電極（１５、１６、６５０、７５０）が形成されてい
るため、故障診断用信号入力電極から角速度検出電極に
流れる故障診断用信号の一部を、基準電位接地電極から
外部に逃がすことができ、故障診断用信号による角速度
検出の誤差を低減することができる。

【００１２】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載の発明に加えて、基準電位接地電極（１５、１６、
６５０、７５０）を、振動子（１、６０１、７０１）に
おいて駆動電極（１１、１２、６２０、７０７）と角速
度検出電極（２１、２２、６２２、６２３、７０９、７
１０）との間にも形成したことを特徴としており、駆動
電極から角速度検出電極に流れる駆動用信号による電流
も逃がすことができ、故障診断用信号及び駆動用信号に
よる角速度検出の誤差を低減することができる。

【００１３】また、請求項１または２に記載の角速度セ
ンサにおいて、故障診断用信号入力電極（１７、１８、
ＪＳ１〜ＪＳ３）と駆動電極（１１、１２、６２０、７
０７）との位置関係を考慮したとき、請求項３記載の発
明のように、故障診断用信号入力電極（１７、１８、Ｊ
Ｓ１〜ＪＳ３）を、振動子（１、６０１、７０１）にお
いて駆動電極（１１、１２、６２０、７０７）と角速度
検出電極（２１、２２、６２２、６２３、７０９、７１
０）との間に形成することが好ましい。

【００１４】ちなみに、請求項３の構成とは逆に、も
し、請求項１または２に記載の角速度センサにおいて、
故障診断用信号入力電極と角速度検出電極との間に、駆
動電極を介在させた場合、故障診断用信号入力電極と角
速度検出電極との間が遠くなり、請求項３の構成に比べ
て、角速度検出電極に対するワイヤ断線検出の感度が劣
る。

【００１５】それに対して、請求項３記載の発明によれ
ば、故障診断用信号入力電極（１７、１８、ＪＳ１〜Ｊ
Ｓ３）は、駆動電極（１１、１２、６２０、７０７）及
び角速度検出電極（２１、２２、６２２、６２３、７０
９、７１０）の間にあるから、故障診断用信号入力電極
による駆動電極及び角速度検出電極に対するワイヤ断線
検出の感度を良好なものとできる。

【００１６】また、本発明によれば、故障診断用信号入
力電極（１７、１８、ＪＳ１〜ＪＳ３）と角速度検出電
極（２１、２２、６２２、６２３、７０９、７１０）と
の間には、基準電位接地電極（１５、１６、６５０、７
５０）が形成されているため、結果的に、駆動電極と角
速度検出電極との間にも、基準電位接地電極が介在す
る。そのため、故障診断用信号及び駆動用信号による角
速度検出の誤差を低減することができる。

【００１７】また、請求項４記載の発明は、振動子
（１）を、一対の角柱状のアーム部（４、５）と該各ア
ーム部（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ものとし、駆動電極（１１、
１２）を、振動子（１）における両アーム部（４、５）
と連結部（６）とが同一平面を形成する第１振動子面
（Ｘ１、Ｘ２）のうち一側の第１振動子面（Ｘ１）に形
成し、角速度検出電極（２１、２２）を、振動子（１）
におけるアーム部（４、５）の配列方向であるｙ軸と略
直交する第２振動子面（Ｙ１、Ｙ２）に形成した構成に
係るものである。

【００１８】そして、本発明によれば、上記構成におい
て、故障診断用信号入力電極（１７、１８）を、一側の
第１振動子面（Ｘ１）のうち、角速度検出電極（２１、
２２）が形成されている側と対向する前記第２振動子面
（Ｙ３、Ｙ４）側の部位に形成したことを特徴としてい
る。それによって、角速度検出電極（２１、２２）が形
成されている第２振動子面（Ｙ３、Ｙ４）側に、故障診
断用信号入力電極（１７、１８）を形成する場合に比べ
て、故障診断用信号入力電極（１７、１８）と角速度検
出電極（２１、２２）との距離を遠くできるので、故障
診断用信号入力電極（１７、１８）から角速度検出電極
（２１、２２）に故障診断用信号が流れにくくなり、故
障診断用信号による角速度検出の誤差を低減することが
できる。

【００１９】また、故障診断用信号入力電極（１７、１
８）の面積は小さい方が、角速度検出電極（２１、２
２）に流れる故障診断用信号は低減できるが、その分、
ワイヤ断線検出の感度も低下する。請求項４記載の角速
度センサにおける本発明者の検討によれば、実用上は、
請求項５記載の発明のように、故障診断用信号入力電極
（１７、１８）の面積が、１．５ｍｍ²以上２．５ｍｍ
²以下であることが好ましい。

【００２０】また、故障診断用信号入力電極（１７、１
８）と基準電位接地電極（１５、１６）とのギャップ
（Ｍ１）は小さい方が、基準電位接地電極（１５、１
６）から故障診断用信号を逃がし易くできるが、その分
ワイヤ断線検出の感度も低下する。請求項４記載の角速
度センサにおける本発明者の検討によれば、実用上、請
求項６記載の発明のように、故障診断用信号入力電極
（１７、１８）と基準電位接地電極（１５、１６）と
は、０．４ｍｍ以上０．６ｍｍ以下のギャップを開けて
形成されていることが好ましい。

【００２１】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一例であ
る。

【００２２】

【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。なお、以下の各図中、電極には便宜
上ハッチングを施してあるが断面を示すものではない。
図１は、本実施形態の角速度センサを示す斜視図であ
る。本実施形態は、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。本実施形態は、振動子１と、振動子１を
支持するための支持部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。

【００２３】振動子１は、一対の四角柱状のアーム部
（振動部）４、５と、各アーム部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。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材で支持部
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、スペーサ３ｂを
介して基板２に溶接等で接合されており、振動子１は基
板２の面Ｋ１に対して平行に浮遊した形となっている。

【００２４】両アーム部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（第１振動子
面）であるＸ１、Ｘ２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面とする。
また、振動子１の外周に位置し且つアーム部４、５の配
列方向であるｙ軸と略直交する面（第２振動子面）であ
るＹ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４面のうち、アーム部４側の外
周面をＹ１面、アーム部５側の外周面をＹ２面、アーム
部４側の内周面をＹ３面、アーム部５側の内周面をＹ４
面とする。

【００２５】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
ることを意味する。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。

【００２６】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、
左右から見た展開図である。（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。

【００２７】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（基準電位接地電極）１
５、１６と、後述する故障診断用信号ＶＢを入力するた
めの故障診断用信号入力電極（以下、診断用電極とい
う）１７、１８、及び、角速度出力を取り出す為のパッ
ト電極１９、２０が形成されている。

【００２８】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２１、２２、角速度
検出電極２１、２２から出力をパット電極１９、２０に
引き出す為の引出し電極２３、２４及び、Ｘ２面に形成
され基準電位に接地された共通電極２５とＸ１面の仮Ｇ
ＮＤ電極１５、１６とを短絡する為の仮ＧＮＤ短絡電極
２６、２７が形成されている。

【００２９】ここで、診断用電極１７は、Ｘ１面のうち
角速度検出電極２１が形成されたＹ１面と対向するＹ３
面側に形成され、診断用電極１７と角速度検出電極２１
との間には、仮ＧＮＤ電極１５が介在している。また、
診断用電極１８は、Ｘ１面のうち角速度検出電極２２が
形成されたＹ２面と対向するＹ４面側に形成され、診断
用電極１８と角速度検出電極２２との間には、仮ＧＮＤ
電極１６が介在している。

【００３０】また、駆動電極１１及び１２は、各々、Ｘ
１面において連結部６寄りに形成され、角速度検出電極
２１及び２２は、各々、Ｙ１、Ｙ２面においてアーム部
４、５の自由端寄りに形成されている。そして、Ｘ１面
に形成された仮ＧＮＤ電極１５、１６及び診断用電極１
７、１８は、各々、対応する駆動電極１１、１２と角速
度検出電極２１、２２との間に介在した形となってい
る。

【００３１】また、各診断用電極１７、１８の面積は、
１．５ｍｍ²以上２．５ｍｍ²以下である。また、図２
（ａ）に示す診断用電極１７、１８と仮ＧＮＤ電極１
５、１６との隙間（ギャップ）Ｍ１は、０．４ｍｍ以上
０．６ｍｍ以下としている。これら、駆動電極１１、１
２、仮ＧＮＤ電極１５、１６、診断用電極１７、１８及
び角速度検出電極２１、２２の電極構成は、故障診断用
信号及び駆動用信号による角速度検出の誤差を低減する
ための構成であり、その詳細については、後述する。

【００３２】なお、角速度検出電極２１は、アーム部４
においてＹ１面と対向するＹ３面、角速度検出電極２２
は、アーム部５においてＹ２面と対向するＹ４面にあっ
てもよい。また、角速度検出電極は、両アーム部４及び
５のどちらか一方のみにあってもよい。一方のみの場
合、角速度検出電極がある側のアーム部の検知振動から
角速度検出がなされる。

【００３３】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と後述の制御回路（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Ｔ１〜Ｔ１０と振動子１上の各電極を、ワ
イヤボンディングにて接続されたワイヤーＷ１〜Ｗ１０
にて結線することにより行う。

【００３４】ちなみに、駆動電極１１、１２はそれぞれ
Ｗ５、Ｗ１０と、モニタ電極１３、１４はそれぞれＷ
４、Ｗ９と、仮ＧＮＤ電極１５、１６はそれぞれＷ３、
Ｗ８と、診断用電極１７、１８はそれぞれＷ２、Ｗ７
と、パット電極１９、２０はそれぞれＷ１、Ｗ６と接続
されている。次に、角速度センサの上記制御回路のブロ
ック図を図３に示す。回路は大きく分けて、駆動系Ａ
１、検出系Ａ２、故障診断系Ａ３の３つに分けることが
出来る。

【００３５】チャージアンプ２０１は、モニタ電極１
３、１４からの出力（電流）を電圧に変換するものであ
る。駆動系Ａ１はチャージアンプ２０１以降に設けられ
ており、チャージアンプ２０１からの内部信号としての
フィードバック信号（以下、ＦＢ信号と略し、周波数を
ｆｄとする）が一定電圧となるように維持するＡＧＣ
（オートゲインコントロール）回路２０２と、ＡＧＣ回
路２０２からの電圧を両駆動電極１１、１２で互いに位
相反転した電圧（駆動用信号）として印加するための反
転回路２０３とから構成される。

【００３６】電流−電圧変換回路２０７、２０８は、パ
ット電極１９、２０を介して角速度検出電極２１、２２
からの出力（電流）を電圧に変換するものであり、差動
回路２０９は、両電流−電圧変換回路２０７、２０８か
らの電圧の差（差分）をとるものである。検出系Ａ２は
電流−電圧変換回路２０７、２０８及び差動回路２０９
以降に設けられており、差動回路２０９からの差動出力
を上記ＦＢ信号（周波数ｆｄ）に基づき同期検波する第
１同期検波回路２１０と、第１同期検波回路２１０から
の出力を平滑化し直流電圧に変換する第１ＬＰＦ（ロー
パスフィルタ）２１１とから構成される。

【００３７】故障診断系（故障診断手段）Ａ３は、検出
系の断線異常を検知するために追加したもので、診断用
電極１７、１８に故障診断用信号ＶＢ（以下、信号ＶＢ
という）を入力するための信号入力系Ａ３１と、角速度
検出電極２１、２２から故障診断用信号の入力に基づい
た信号を検出してセンサの故障診断を行うための信号検
出系Ａ３２とからなっている。

【００３８】信号入力系Ａ３１は、上記ＦＢ信号を偶数
倍（本実施形態では２倍、つまり２ｆｄ）の周波数に変
換するための掛け算器（変調手段）２０４と、掛け算器
２０４の信号を一定振幅とし、信号ＶＢとして、診断用
電極１７、１８に印加する振幅可変手段である振幅調整
器２０６とから構成される。信号検出系Ａ３２は、差動
回路２０９からの差動出力を掛け算器２０４からの信号
ＶＢ（周波数２ｆｄ）と同位相の信号に基づき同期検波
する第２同期検波回路（同期検波手段）２１２と、第２
同期検波回路２１２からの出力を平滑化し直流電圧に変
換する第２ＬＰＦ２１３とから構成される。

【００３９】本実施形態の作用について以下説明する。
まず、駆動系Ａ１及び検出系Ａ２による角速度検出の基
本動作を述べる。Ｘ１面、Ｘ２面に形成された駆動電極
１１と共通電極２５間、駆動電極１２と共通電極２５間
に、互い１８０°反転した交流電圧（例えば４００ｍＶ
ｒｍｓ程度）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。

【００４０】このとき、モニタ電極１３、１４、チャー
ジアンプ２０１、ＡＧＣ回路２０２、反転回路２０３、
及び駆動電極１１、１２で自励発振系を構成しており、
モニタ電極１３、１４からの出力（電流）をモニター
し、ｙ軸方向への駆動振動の振幅を温度が変わっても一
定となる様に自励制御発振（自励制御振動）を行う。従
って、駆動用信号はＦＢ信号の周波数ｆｄと同じ周波数
であり、この周波数ｆｄにて振動子１の駆動振動も行わ
れる（駆動振動の共振周波数ｆｄ）。

【００４１】ｚ軸まわりに角速度Ωが入力されたとき発
生するコリオリ力ＦＣにより、振動子１はｘ軸方向に角
速度Ωに比例した振幅の振動（角速度検知振動）を発生
し、Ｙ１面、Ｙ２面に形成された角速度検出電極２１、
２２から角速度に比例した出力（電流）が発生し、角速
度が検出可能となる。角速度検知振動の共振周波数も駆
動振動の共振周波数と同じく一定周波数ｆｄである。

【００４２】角速度検出電極２１、２２からの出力は、
検出系Ａ２にて次のように処理される。該出力を電流−
電圧変換回路２０７、２０８で電圧に変換し、差動回路
２０９で差動した電圧を、ＦＢ信号（周波数ｆｄ）を基
準に第１同期検波回路２１０にて同期検波処理を行い、
第１ＬＰＦ２１１を通し、直流電圧として角速度検出信
号Ｓ１を出力する。以上が、駆動系Ａ１及び検出系Ａ２
による通常の角速度検出の基本動作である。

【００４３】故障診断系Ａ３は、次のように作用する。
断線等の故障検出のため、診断用電極１７、１８と共通
電極２５との間に、信号ＶＢを印加する。信号ＶＢは次
のように生成する。上記ＦＢ信号を掛け算器２０４にて
変調する。ＦＢ信号の周波数は振動子１の駆動振動の共
振周波数（以下、駆動周波数という）ｆｄとなるのに対
し、この変調により掛け算器２０４後の出力の周波数は
その２倍の２ｆｄになる。

【００４４】この掛け算器２０４後の出力の振幅を、振
幅調整器２０６にて調整し、一定周波数２ｆｄ、一定振
幅（例えば５０ｍＶｒｍｓ程度）の信号ＶＢとして診断
用電極１７、１８に印加する。ここで、角速度Ωが入力
されていないときには、診断用電極１７、１８から角速
度検出電極２１、２２に信号ＶＢが伝わり、パット電極
１９、２０から電流−電圧変換回路２０７、２０８に、
信号ＶＢの入力に基づいた信号として出力される。

【００４５】一方、角速度Ω入力時には、振動子１の角
速度検出電極２１、２２からの出力、すなわち電流−電
圧変換回路２０７、２０８及び差動回路２０９からの出
力は、上記角速度検知振動による信号（周波数ｆｄ）
と、信号ＶＢの入力に基づく周波数２ｆｄの信号が合成
されたものとなる。ここで、周波数ｆｄの信号は、上述
の検出系Ａ２によって、角速度検出のための信号として
処理され、角速度検出信号Ｓ１として最終出力される。
ここで、周波数２ｆｄの信号成分は、第１同期検波回路
２１０でのＦＢ信号（周波数ｆｄ）に基づく同期検波に
より、キャンセルされる。

【００４６】一方、周波数２ｆｄの信号（故障診断用信
号の入力に基づいた信号）は断線等の故障検知するため
の信号として処理される。掛け算器２０４後の信号ＶＢ
（周波数２ｆｄ）を基準信号として、差動回路２０９か
らの出力を第２同期検波回路２１２にて同期検波処理を
行い、第２ＬＰＦ２１３を通し、直流電圧として故障出
力信号Ｒ１を出力する。ここで、周波数ｆｄの信号成分
は、第２同期検波回路２１２での信号ＶＢに基づく同期
検波により、キャンセルされる。

【００４７】例えば、角速度検出電極２１、２２と接続
されているワイヤーＷ１、Ｗ６が正常である場合、周波
数２ｆｄの信号は角速度検出電極２１、２２から同相で
発生するため、差動回路２０９で差動後は２つの信号は
キャンセルされ、結果として故障出力信号Ｒ１は０状態
（基準電位）となる。それに対し、ワイヤーＷ１もしく
はＷ６が断線した場合、角速度検出電極２１もしくは２
２からの出力が無くなる為、図４に示す様に、故障出力
信号Ｒ１がプラス側、もしくはマイナス側へオフセット
（１状態）され、断線を常時検出することが出来る。

【００４８】このように、コリオリ振動検出の為に振幅
の大きい部位に設置されているために最も断線等の発生
し易い角速度検出電極２１、２２の断線等を検出でき
る。また、診断用電極１７、１８と接続されているワイ
ヤーＷ２もしくはＷ７が断線した場合にも同様にして検
出できる。この様に、予め所定量の信号ＶＢを印加する
ことにより０、１状態の判断により断線が検知出来るた
め信頼度の高い診断が可能となる。

【００４９】また、感度の変化やルーズコンタクト等に
よる回路内の微妙なリークに対しても０、１状態間の範
囲内で、ふらつきをモニターしておけば診断可能とな
る。信号ＶＢとして、角速度検出信号と周波数が異なる
信号を用いてモニターしている為、精度の高い診断が可
能となる。以上のように、信号ＶＢにより断線を検出す
る方法は、角速度入力時のコリオリ力と周波数が違う
為、角速度入力と断線の区別を確実に識別し診断するこ
とが出来る。

【００５０】また、本実施形態によれば、信号ＶＢに対
応する２ｆｄの信号はＡＧＣ回路２０２により常に一定
に保たれたＦＢ信号を用い、かつ検出系Ａ２ではＦＢ信
号を用いた同期検波処理でキャンセルされる為、センサ
の特性上、大きな影響は与えない。なお、信号ＶＢはＦ
Ｂ信号の周波数ｆｄの２倍でなくてもよいが、同期検波
処理時のキャンセル効果を考慮すると偶数倍が望まし
い。

【００５１】また、本実施形態では、センサ内部で発生
する内部信号として、振動子１の励振方向への振幅制御
を行うためのＦＢ信号を用いて、故障診断用信号ＶＢを
加工生成しているため、別体の信号発生手段が不要とな
り、簡素且つ安価な構成とできる。なお、駆動電極１
１、１２から電流−電圧変換回路、差動回路を用いて、
故障診断用信号（信号ＶＢ）の入力に基づいた信号を検
出するようにしてもよい。この場合には、駆動電極１
１、１２のワイヤＷ５、Ｗ１０の断線等を検出できる。

【００５２】ここで、本実施形態では、駆動系Ａ１が駆
動回路に対応し、電流−電圧変換回路２０７、２０８、
差動回路２０９及び検出系Ａ２が角速度検出回路に対応
し、信号入力系Ａ３１が信号入力回路に対応し、信号検
出系Ａ３２が故障検出回路に対応する。なお、本実施形
態では、診断用電極１７、１８に信号ＶＢを印加してい
るが、角速度検出電極２１、２２に、低電流回路を用い
て直接、周波数２ｆｄの電流を流すようにしてもよい。
上記オフセットは、正常時に現れるようにし、断線時に
基準電位となるように、診断用電極１７、１８に反転し
た信号ＶＢを入力するようにしてもよい。

【００５３】なお、振幅調整器は、診断用電極１７、１
８への入力に対し個々に設けてもよい。また、故障診断
系Ａ３の信号検出系Ａ３２の第２同期検波回路２１２及
び第２ＬＰＦ２１３は、電流−電圧変換回路２０７、２
０８の個々について設けてもよい。このような構成によ
り、従来より可能だった駆動電極及びモニタ電極へのワ
イヤーの断線に加え、検出用ワイヤー（Ｗ１、Ｗ６）の
断線等を診断でき、あらゆるモードに対しての診断が可
能となる。

【００５４】次に、信号ＶＢ（故障診断用信号ＶＢ、周
波数２ｆｄ）及び駆動用信号（周波数ｆｄ）による角速
度検出の誤差を低減するための、駆動電極１１、１２、
仮ＧＮＤ電極１５、１６、診断用電極１７、１８及び角
速度検出電極２１、２２の電極構成の詳細について述べ
る。まず、診断用電極１７、１８を、角速度検出電極２
１、２２と駆動電極１１、１２との間に形成する構成
（構成Ａ）とした理由について説明する。振動子１は、
圧電体（例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン鉛）、水晶
等）、即ち誘電体で形成されているため、振動子１上の
各電極は静電的に結合している。いわゆるコンデンサを
形成しているといってもよい。

【００５５】信号ＶＢを診断用電極１７、１８に印加す
ると、診断用電極１７、１８から角速度検出電極２１、
２２に信号ＶＢが伝わり、パット電極１９、２０から電
流−電圧変換回路２０７、２０８に、信号ＶＢの入力に
基づいた信号として出力されるのは、診断用電極１７、
１８と角速度検出電極２１、２２とが静電的に結合して
いることを利用したものである。また、この静電的な結
合による信号の伝達は、各電極間のコンデンサの容量に
比例するため、各電極の電極面積に比例し、電極間の距
離に反比例する。

【００５６】ところで、駆動電極１１、１２と角速度検
出電極２１、２２も静電的に結合している。駆動電圧
（駆動用信号）が静電的な結合により角速度検出電極２
１、２２に伝わり、電流−電圧変換回路２０７、２０８
から出力される場合の影響について考える。ここで、例
えば、角速度Ωが入力されていないときには、信号ＶＢ
の入力に基づく周波数２ｆｄの信号と駆動用信号の入力
に基づく周波数ｆｄの信号とが合成されたものとなり、
電流−電圧変換回路２０７、２０８から出力される。

【００５７】駆動電極１１、１２と角速度検出電極２１
間の静電的な結合力と駆動電極１１、１２と角速度検出
電極２２間の静電的な結合力は、例えば、角速度検出電
極２１、２２形成時のｙ軸方向への位置ずれ等により、
完全には一致しない。このため、駆動用信号（周波数ｆ
ｄ）入力に基づく電流−電圧変換回路２０７の出力と電
流−電圧変換回路２０８の出力は、差動回路２０９によ
り引き算されるが、ゼロにはならない。角速度Ωが入力
されていないときには、角速度検出信号Ｓ１ゼロとなる
のが理想であるが、差動回路２０９から出力されるｆｄ
の周波数を持つ出力が、検出系Ａ２に入力され、角速度
検出信号Ｓ１の誤差要因となる。

【００５８】ここで、静電的な結合は電極間の距離に反
比例するため、駆動用信号の入力に基づく角速度検出信
号Ｓ１への影響が実用上無視できる程度に、駆動電極１
１、１２は角速度検出電極２１、２２から離して形成す
れば、角速度検出信号Ｓ１の誤差要因を低減できる。一
方、ワイヤーＷ１、Ｗ６の断線検出に用いるのは、診断
用電極１７、１８と角速度検出電極２１、２２間の静電
的結合である。これは、上記のように、角速度検出信号
Ｓ１に影響を与えない周波数２ｆｄの信号ＶＢを診断用
電極１７、１８に入力し、故障出力信号Ｒ１のオフセッ
ト量を常時モニタすることで断線判定を行なう。

【００５９】そこで、ワイヤーＷ１、Ｗ６が断線した
際、故障出力信号Ｒ１のオフセット量が断線判定するの
に十分大きくなるよう、診断用電極１７、１８は、角速
度検出電極２１、２２に近づけて形成するのである。一
方、角速度Ωが入力された場合に関しても、駆動電極１
１、１２を角速度検出電極２１、２２から距離を離して
形成し、診断用電極１７、１８を角速度検出電極２１、
２２に近づけて形成することは、同様の効果がある。上
記基本動作にて述べたように、角速度が入力されると、
コリオリ力ＦＣに基づき角速度検出信号Ｓ１が出力され
る。

【００６０】この場合においても、角速度検出信号Ｓ１
に駆動用信号による誤差が発生せず、かつ、ワイヤーＷ
１、Ｗ６が断線した時に、故障出力信号Ｒ１が断線判定
するに十分シフトさせることができる。また、もし、Ｘ
１面において、診断用電極１７、１８と角速度検出電極
２１、２２との間に駆動電極１１、１２を介在させた場
合、診断用電極１７、１８と角速度検出電極２１、２２
との間が遠くなり、また、診断用電極１７、１８と駆動
電極１１、１２との間に角速度検出電極２１、２２を介
在させた場合、診断用電極１７、１８と駆動電極１１、
１２との間が遠くなる。

【００６１】本実施形態の構成では、上記仮想構成に比
べて、角速度検出電極２１、２２及び駆動電極１１、１
２に対するワイヤ断線検出の感度を良好なものとでき
る。以上が、構成Ａを用いた理由である。次に、診断用
電極１７及び１８を、各々、Ｘ１面のうち角速度検出電
極２１が形成されたＹ１面と対向するＹ３面側、及びＸ
１面のうち角速度検出電極２２が形成されたＹ２面と対
向するＹ４面側に形成し、各診断用電極１７、１８の面
積を、１．５ｍｍ²以上２．５ｍｍ²以下とし、各診断
用電極１７、１８と各仮ＧＮＤ電極１５、１６との隙間
Ｍ１を、０．４ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とした構成（構
成Ｂ）について、その背景及び根拠を述べる。

【００６２】まず構成Ｂの背景を述べる。上述のよう
に、周波数ｆｄの信号（ＦＢ信号）を掛け算器２０４に
入力すると、掛け算器２０４からは周波数２ｆｄの信号
が出力される。しかしながら、掛け算器２０４の精度に
もよるが、厳密に言うと、掛け算器２０４からは周波数
２ｆｄの信号以外にも、周波数ｆｄのノイズ信号（振幅
は、例えば周波数２ｆｄの信号の３０分の１程度）も出
力される。

【００６３】掛け算器２０４の出力に、２ｆｄの周波数
とｆｄの周波数とが混合して出力された場合に、次の影
響がある。掛け算器２０４後の出力の振幅を、振幅調整
器２０６にて調整し、周波数２ｆｄの信号と周波数ｆｄ
の信号とが合成された一定振幅（例えば５０ｍＶｒｍｓ
程度）の信号ＶＢとして診断用電極１７、１８に印加す
る。

【００６４】ここで、角速度Ωが入力されていないとき
には、診断用電極１７、１８から角速度検出電極２１、
２２に信号ＶＢが伝わり、パット電極１９、２０から電
流−電圧変換回路２０７、２０８に、信号ＶＢの入力に
基づいた信号として出力される。このため、電流−電圧
変換回路２０７、２０８からの出力も、周波数２ｆｄの
信号と周波数ｆｄの信号とが合成された信号となる。

【００６５】この合成信号が検出系Ａ２に入力された場
合、周波数２ｆｄの信号に関しては、第１同期検波回路
２１０において、ｆｄの周波数で同期検波してキャンセ
ルされるため、角速度検出信号Ｓ１には影響を与えな
い。一方、周波数ｆｄの信号に関しては、差動回路２０
９で引き算されるものの、診断用電極１７、１８を形成
する際に位置ずれがあった（例えば５０μｍ）場合等
に、完全にはキャンセルされない。そこで、掛け算器２
０４によって周波数ｆｄの信号が検出系Ａ２に入力され
た場合には、角速度検出信号Ｓ１の誤差要因となる。同
様に、角速度Ωが入力された時にも角速度検出信号Ｓ１
の誤差要因となる。

【００６６】一方、周波数２ｆｄの信号と周波数ｆｄの
信号の合成信号が、故障診断系Ａ３の信号検出系Ａ３２
に入力された場合、周波数２ｆｄの信号は、断線等の故
障検知を行なうための信号として処理される。上記の診
断用電極１７、１８の位置ずれ等により、周波数２ｆｄ
の信号について、差動回路２０９でのキャンセルが不完
全であっても、もともと故障出力信号Ｒ１は大きいた
め、さほど誤差とはならない。また、周波数ｆｄの信号
は、第２同期検波回路２１２で同期検波により、キャン
セルされるため、故障診断系Ａ３には影響を与えない。

【００６７】以上が、構成Ｂの背景である。次に、構成
Ｂの根拠を述べる。掛け算器２０４から出力される周波
数ｆｄの信号による角速度検出への影響を低減する方法
としては、まず、図５に示す方法がある。これは、信号
入力系Ａ３１にＢＰＦ（バンドパスフィルタ）２０５を
追加し、ｆｄの周波数信号の振幅を低減してしまう方法
である。しかし、これではＢＰＦ２０５の追加によって
回路規模が大きくなるというデメリットがある。

【００６８】そこで、本発明者は振動子１の電極形状の
工夫により、回路規模を変えずに、角速度検出への影響
を低減する方法を検討した。検討項目は、振動子上への
診断用電極１７、１８の形成位置、診断用電極１７、１
８の面積、及び、仮ＧＮＤ電極１５、１６と診断用電極
１７、１８との隙間Ｍ１の間隔の３項目である。まず、
診断用電極１７、１８の形成位置を変えた際の効果につ
いて説明する。

【００６９】図６は、診断用電極１７及び１８を、各
々、Ｘ１面のうちＹ３面側、及びＸ１面のうちＹ４面側
に形成したもので、構成Ｂにおける診断用電極１７、１
８の形成位置である。図７は、診断用電極１７及び１８
を、各々、Ｘ１面のうちＹ１面側、及びＸ１面のうちＹ
２面側に形成したものである。以下、診断用電極１７、
１８の形成位置において、図６に示す形成位置を音叉内
側、図７に示す形成位置を音叉外側という。なお、図６
及び図７の振動子１は、仮ＧＮＤ電極１５、１６を省略
したものとしている。

【００７０】そして、図８は、図６に示す振動子１と図
７に示す振動子１とについて、ｆｄと２ｆｄの周波数信
号を含む信号ＶＢ（以下、信号Ｖｆｄという）を印加し
たときの角速度検出信号Ｓ１への影響を比較したグラフ
である。この実験で用いた振動子に形成された各診断用
電極１７、１８の形状は、ｙ軸方向に３ｍｍ、ｘ軸方向
に０．７ｍｍの長方形である。

【００７１】グラフの縦軸である、角速度検出信号への
影響は、診断用電極１７、１８に信号Ｖｆｄ（Ｖｆｄ＝
５０ｍＶｒｍｓ）を印加した場合と、信号Ｖｆｄ（Ｖｆ
ｄ＝０ｍＶｒｍｓ）を印加した場合の角速度検出信号の
差を示している。また、図９は、同じ振動子１におい
て、診断用電極１７、１８に信号Ｖｆｄ（Ｖｆｄ＝５０
ｍＶｒｍｓ）を印加した状態で、ワイヤーＷ１またはＷ
６を切断した時の故障診断用出力（故障出力信号Ｒ１、
以下、断線感度という）を示したものである。

【００７２】ちなみに、図８、図９のグラフでは、角速
度検出信号への影響と断線感度は、角速度換算値（つま
り、センサの感度（センサに角速度を入力した際、１°
／ｓｅｃ（秒）あたりに発生する角速度検出信号Ｓ１の
出力）で割り算した値）を示している。このグラフをみ
て分かるように、診断用電極１７及び１８は、各々、振
動子１のＸ１面のＹ３面側及びＹ４面側に配置するよ
り、振動子１のＸ１面のＹ１面側及びＹ２面側に配置し
た方が、診断用電極１７及び１８に信号Ｖｆｄを印加し
た時に発生する、角速度検出信号への影響、及び、断線
感度は大きい。

【００７３】このことは、診断用電極１７と角速度検出
電極２１の間に働く静電的結合力、及び、診断用電極１
８と角速度検出電極２２の間に働く静電的結合力が、そ
れぞれ、診断用電極１７と角速度検出電極２１の間の距
離、及び、診断用電極１８と角速度検出電極２２の間の
距離に反比例することから説明できる。つまり、図７に
示した振動子１は、図６に示した振動子１に比較して、
電極間距離が狭いため、診断用電極１７、１８と角速度
検出電極２１、２２との間に働く静電的結合力が大き
い。

【００７４】そこで、信号Ｖｆｄを印加した時の電流−
電圧変換回路２０７、２０８の出力（周波数２ｆｄの信
号と周波数ｆｄの信号の合成出力）は、図７に示した振
動子１の方が図６に示した振動子１に比較して大きい。
従って、図７に示した振動子１の方が図６に示した振動
子１に比較して、診断用電極１７、１８に信号Ｖｆｄを
印加した時に発生する、角速度検出信号への影響、及
び、断線感度は大きくなるわけである。

【００７５】よって、診断用電極１７、１８からの故障
診断用信号による角速度検出信号への影響を低減するに
は、図６に示す音叉内側構成、即ち、診断用電極１７及
び１８を、各々、Ｘ１面のうち角速度検出電極２１が形
成されたＹ１面と対向するＹ３面側に形成し、及びＸ１
面のうち角速度検出電極２２が形成されたＹ２面と対向
するＹ４面側に形成することが好ましい。

【００７６】次に、診断用電極１７、１８の面積を変え
た際の効果について説明する。図１０は、図６に示す音
叉内側構成の振動子１において、診断用電極１７、１８
の面積を変えた際に、信号Ｖｆｄを印加した時の角速度
検出信号への影響を示すグラフである。また、図１１
は、同じ振動子１において、信号Ｖｆｄ（Ｖｆｄ＝０ｍ
Ｖｒｍｓ）を診断用電極１７、１８に印加した状態でワ
イヤーＷ１またはＷ６を切断した時の断線感度を示すグ
ラフである。

【００７７】図１０及び図１１から、信号Ｖｆｄを診断
用電極１７、１８に印加した時の角速度検出信号への影
響、及び、断線感度は、診断用電極１７、１８の面積に
比例することがわかる。この理由は、診断用電極１７、
１８と角速度検出電極２１、２２との間に働く静電的結
合力が、診断用電極１７、１８の面積に比例することか
ら明らかである。

【００７８】ここで、診断用電極１７、１８と角速度検
出電極２１、２２との間に、仮ＧＮＤ電極（基準電位接
地電極）１５、１６を形成する効果について説明する。
各診断用電極１７、１８と各角速度検出電極２１、２２
との間に、各仮ＧＮＤ電極１５、１６が形成されている
ため、診断用電極１７、１８から角速度検出電極２１、
２２に流れる故障診断用信号の一部を、仮ＧＮＤ電極１
５、１６から外部に逃がすことができる。

【００７９】そのため、電流−電圧変換回路２０７、２
０８から出力される出力の振幅を下げることができ、故
障診断用信号（本実施形態では、信号ＶＢ中に含まれる
上記の周波数ｆｄの信号成分）による角速度検出の誤差
を低減することができる。従って、診断用電極１７、１
８と角速度検出電極２１、２２との間に仮ＧＮＤ電極１
５、１６を形成した構成をとっている。なお、実際に、
後述の図１５に示す様に、仮ＧＮＤ電極１５、１６が有
る場合は、無い場合に比べて、角速度検出信号への影響
が小さくなっている。

【００８０】また、本実施形態では、仮ＧＮＤ電極１
５、１６と診断用電極１７、１８を、振動子１における
同一のＸ１面に形成しているが、仮ＧＮＤ電極１５、１
６と診断用電極１７、１８との静電的結合を考慮すれ
ば、両電極１５、１６及び１７、１８との隙間Ｍ１（図
２参照）も、角速度検出信号及び断線感度に影響する。
隙間Ｍ１についての検討結果を図１２及び図１３に示
す。

【００８１】図１２は、上記隙間Ｍ１を変えた場合にお
ける、隙間Ｍ１（電極間隙間、単位ｍｍ）と角速度検出
出力誤差（角速度出力信号への影響、単位°／ｓｅｃ）
との相関を示すグラフであり、図１３は、上記隙間Ｍ１
を変えた場合における、隙間Ｍ１（電極間隙間、単位ｍ
ｍ）と断線感度（単位°／ｓｅｃ）との相関を示すグラ
フである。

【００８２】図１２及び図１３からわかるように、隙間
Ｍ１が大きい程、角速度検出出力誤差は大きく、断線感
度も大きい。この理由は、上述のように、各診断用電極
１７、１８と各角速度検出電極２１、２２との間に形成
された各仮ＧＮＤ電極１５、１６による電流−電圧変換
回路２０７、２０８からの出力振幅の低減作用から明ら
かである。

【００８３】つまり、隙間Ｍ１を狭くして、仮ＧＮＤ電
極１５、１６の面積を大きくする程、診断用電極１７、
１８から角速度検出電極２１、２２に流れる電流の多く
を仮ＧＮＤ電極１５、１６から逃すことができるため、
角速度検出出力への影響は小さく、断線感度も小さくな
るわけである。次に、診断用電極１７、１８の形成位
置、面積、及び上記隙間Ｍ１の組合せについて検討した
結果を図１４及び図１５に示す。図１４は角速度検出信
号（Ｓ１）への影響について、図１５は断線感度につい
ての結果である。なお、図１４及び図１５においては、
仮ＧＮＤ電極１５、１６の有無も組合せてある。

【００８４】ここで、診断用電極１７、１８へ印加する
信号Ｖｆｄであるが、信号Ｖｆｄを大きくすると、信号
Ｖｆｄ中の周波数ｆｄの信号の角速度検出信号への影響
が大きくなる。一方、信号Ｖｆｄを小さくしすぎると、
信号Ｖｆｄの入力に基づく電流−電圧変換回路２０７、
２０８の信号を、故障診断系Ａ３における信号検出系Ａ
３２で処理する上でＳ／Ｎが悪くなるため、信号Ｖｆｄ
は５０から１００ｍＶｒｍｓ程度が望ましいと考えられ
る。本検討例では５０ｍＶｒｍｓとした。

【００８５】また、断線感度（検知出力用ＷＢ断線時の
自己診断出力変化）は大きい方が断線判定しやすく、角
速度検出信号への影響は小さい方が良い。この２つは、
図１４及び図１５をみても分かるように相反する特性で
あるため、断線判定が十分可能で、且つ、できるだけ角
速度検出信号への影響を小さくするような仕様にする必
要がある。

【００８６】検討の結果、例えば、断線感度は１００°
／ｓｅｃ以上、角速度検出信号への影響は１°／ｓｅｃ
以内にすればよいことがわかった。そこで、この仕様を
満足するために、上記隙間Ｍ１を０．４ｍｍ以上０．６
ｍｍ以下にし、各診断用電極１７、１８の面積を１．５
ｍｍ²以上２．５ｍｍ²以下にし、診断用電極１７及び
１８を、各々、Ｘ１面のうちＹ３面側、及びＹ４面側に
形成することとした。以上が、構成Ｂとした根拠であ
る。

【００８７】ここで、本実施形態の主な特徴についてま
とめておく。本実施形態では、駆動電極１１、１２もし
くは角速度検出電極２１、２２からの信号ＶＢ（故障診
断用信号）の入力に基づいた信号、すなわち角速度検出
信号とは別個の信号を検出できるので、該信号のオフセ
ットの度合等をみることで異常振動や、駆動電極１１、
１２および角速度検出電極２１、２２のワイヤ断線検出
を行うことができる。

【００８８】また、本実施形態では、診断用電極１７、
１８と角速度検出電極２１、２２との間に仮ＧＮＤ電極
１５、１６が形成されているため、診断用電極１７、１
８から角速度検出電極２１、２２に流れる信号ＶＢの一
部を、仮ＧＮＤ電極１５、１６から外部に逃がすことが
でき、信号ＶＢ（故障診断用信号）による角速度検出の
誤差を低減することができる。

【００８９】また、本実施形態では、仮ＧＮＤ電極１
５、１６を、振動子１において駆動電極１１、１２と角
速度検出電極２１、２２との間にも形成しており、駆動
電極１１、１２から角速度検出電極２１、２２に流れる
駆動用信号による電流も逃がすことができ、駆動用信号
による角速度検出の誤差を低減することができる。ま
た、本実施形態では、診断用電極１７、１８は、駆動電
極１１、１２及び角速度検出電極２１、２２の間にある
から、診断用電極１７、１８による両電極１１、１２、
２１、２２に対するワイヤ断線検出の感度を良好なもの
とできる。

【００９０】また、本実施形態では、診断用電極１７、
１８を、Ｘ１面のうち、角速度検出電極２１、２２が形
成されている側と対向するＹ３、Ｙ４面側の部位に形成
することで、診断用電極１７、１８と角速度検出電極２
１、２２との距離を遠くできるので、診断用電極１７、
１８から角速度検出電極２１、２２に信号ＶＢが流れに
くくなり、信号ＶＢによる角速度検出の誤差を低減する
ことができる。

【００９１】また、本実施形態では、上記隙間Ｍ１を
０．４ｍｍ以上０．６ｍｍ以下に、各診断用電極１７、
１８の面積を１．５ｍｍ²以上２．５ｍｍ²以下とする
ことにより、例えば、断線感度は１００°／ｓｅｃ以
上、角速度検出信号への影響は１°／ｓｅｃ以内という
良好なセンサ特性を満足することができる。（他の実施形態）なお、診断用電極１７、１８の電極形
状は、上記のように長方形でなくともよい。例えば、図
１６に示す様に、診断用電極１７、１８を楕円にしても
よい。

【００９２】また、図１７に示す様に、モニタ電極１３
を片側のアーム部４にのみ形成してもよく、モニタ電極
１３、１４が両方のアーム部４、５に有る場合と同様
に、ワイヤーＷ１、Ｗ６等の断線検出が可能な角速度セ
ンサが実現できる。また、上記実施形態においては、診
断用電極１７、１８と角速度検出電極２１、２２との間
に電極を形成し、仮ＧＮＤに接地したが、一定電位に接
地されていれば、仮ＧＮＤでなくともよい。

【００９３】また、本発明を適用できる、その他の形状
の振動子としては多脚音叉形状でもよい。例えば４脚音
叉形状の振動子６０１に適用した例を、図１８に示す。
この振動子６０１は、略平行に配列された４本の四角柱
状のアーム部６０２、６０３、６０４、６０５と、各ア
ーム部６０２〜６０５の片端部を共通に固定支持する共
通の連結部６０６とを有しており、上記支持部３により
基板２に固定支持されている。

【００９４】ここで、図１８に示す様に、アーム部６０
２〜６０５の配列方向をｙ軸、アーム部６０２〜６０５
の長手方向をｚ軸、アーム部６０２〜６０５及び連結部
６０６の厚み方向をｘ軸としてｘｙｚ直交座標系が構成
される。そして、振動子６０１において、ｘ軸と直交す
る面のうち基板２と対向する面をＸ２面（図示せず）と
し、このＸ２面とは反対側の面をＸ１面とし、またｙ軸
と直交する外側一対のアーム部６０２、６０５の外周面
のうちアーム部６０２側の面をＹ２面（図示せず）、ア
ーム部６０５側の面をＹ１面とする。

【００９５】この振動子６０１は、制御回路（図示せ
ず）により次のように作動する。Ｘ１面上に形成された
駆動電極６２０及びモニタ電極６２１を介して、内側一
対のアーム部６０３、６０４をｙ軸方向において互いに
反対方向に共振（駆動振動）させ、ｚ軸回りに角速度が
入力された場合、内側一対のアーム部６０３、６０４に
発生するコリオリ力により、外側一対のアーム部６０
２、６０５も連成してｘ軸方向に振動する。

【００９６】この振動振幅を、Ｙ１面及びＸ１面上に形
成された角速度検出電極６２２及び６２３から、各引き
出し電極６２４、６２５及びパット電極６２６を介して
出力として検出し、角速度を検出する。なお、６２７は
共通電極、６２８及び６２９は、各々、共通電極６２７
と導通する引き出し電極及びパット電極であり、また、
共通電極６２７は、上記Ｘ２面上にも形成された図示し
ない共通電極と、引き出し電極６３０により導通してい
る。

【００９７】そして、振動子６０１のＸ１面上におい
て、角速度検出、引き出し及びパット電極６２２〜６２
６と駆動電極６２０との間に、診断用電極ＪＳ１を設
け、更に、診断用電極ＪＳ１と角速度検出、引き出し及
びパット電極６２２〜６２６との間に、基準電位接地電
極６５０を設ける。ここで、基準電位接地電極６５０
は、図示しない引き出し電極等によって振動子６０１に
おける上記共通電極と導通させればよい。それによっ
て、上記実施形態と同様に、断線を検出し、故障診断用
信号及び駆動用信号による角速度検出の誤差を低減する
ことすることが可能となる。

【００９８】なお、振動子６０１上の各電極と制御回路
（図示せず）との信号の入出力は、図１８に示す様に、
ワイヤーＷ２０〜Ｗ２４及びターミナルＴ２０〜２４に
より行なうことができる。さらに、多脚音叉形状の振動
子としては、図１９に示すものでもよい。図１９は、Ｈ
型音叉形状の振動子７０１に本発明を適用した例を示す
もので、振動子７０１を前後左右からみた展開図であ
る。

【００９９】振動子７０１は、４本の平行な四角柱状の
アーム部７０２、７０３、７０４、７０５と連結部７０
６とから構成される。連結部７０６には、上記各実施形
態に示すような支持部（図示せず）が当接しており、こ
の支持部を介して振動子７０１は支持されている。そし
て、図１９に示す様に、アーム部７０２〜７０５の配列
方向をｙ軸、アーム部７０２〜７０５の長手方向をｚ
軸、アーム部７０２〜７０５及び連結部７０６の厚み方
向をｘ軸としてｘｙｚ直交座標系が構成される。なお、
図１９の座標は（ａ）に対応したものである。

【０１００】ここで、振動子７０１においてｘ軸と直交
する面のうち一側の面をＸ１面（図１９（ａ））、他側
の面をＸ２面（図１９（ｂ））とし、また、振動子７０
１の外周面であってｙ軸と直交する面のうち一側面（ア
ーム部７０３、７０５側の面）をＹ１面（図１９
（ｃ））とし、他側面（アーム部７０２、７０４側の
面）をＹ２面（図１９（ｄ））とする。

【０１０１】振動子７０１上に形成された電極構成は、
Ｘ１面に形成され片側一対のアーム部７０２、７０３を
駆動するための駆動電極７０７、Ｘ１面に形成され振動
状態をモニタするためのモニタ電極７０８、及び、角速
度検出電極（アーム部７０４のＹ２面側）７０９及び角
速度検出電極（アーム部７０５のＹ１面側）７１０を備
えた構成となっている。

【０１０２】そして、各角速度検出電極７０９、７１０
は、各々、引出し電極７１１、７１２を介してＸ１面上
のパット電極７１３、７１４に導通している。また、７
１５、７１６及び７１７は上記駆動、モニタ、角速度検
出電極７０７〜７１０の基準電位となる共通電極であ
り、各共通電極７１５〜７１７は、引出し電極７１８、
７１９によって導通されている。

【０１０３】本実施形態の作動は、図示しない制御回路
により次のように作動する。駆動電極７０７と共通電極
７１５間に交流電圧を印加することにより、片側一対の
アーム部７０２、７０３を、ｙ軸方向において互いに反
対方向に共振（駆動振動）させる。そのときの振幅とし
てモニタ電極７０８からの出力をモニターし、出力が一
定となるように自励制御発振（自励制御振動）させる。

【０１０４】次に、ｚ軸回りに角速度が入力された場
合、振動している片側一対のアーム部７０２、７０３に
発生するコリオリ力により、他側一対のアーム部７０
４、７０５も連成してｘ軸方向に振動する。この振動振
幅を、角速度検出電極７０９、７１０からの出力として
検出し、角速度を検出する。このような振動子７０１の
Ｘ１面上において、角速度検出、引き出し及びパット電
極７０９〜７１４と駆動電極７０７との間に、診断用電
極ＪＳ２、ＪＳ３を設け、診断用電極ＪＳ２、ＪＳ３と
角速度検出、引き出し及びパット電極７０９〜７１４と
の間に、基準電位接地電極７５０を設ける。

【０１０５】ここで、基準電位接地電極７５０は、図示
しない引き出し電極等によって振動子７０１における上
記共通電極と導通している。それによって、上記実施形
態と同様に、断線を検出し、故障診断用信号及び駆動用
信号による角速度検出の誤差を低減することすることが
可能となる。また、振動子の材料についてはＰＺＴでな
くとも、例えば水晶等でもよい。

【０１０６】また、角速度検出電極が第２振動子面（Ｙ
３、Ｙ４）に形成された場合、診断用電極は第１振動子
面（Ｘ１）において第２振動子面（Ｙ１、Ｙ２）側に形
成されていてもよい。

【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を示す斜
視図である。

【図２】図１に示す角速度センサの振動子上の電極構成
を示す展開図である。

【図３】上記実施形態に係る角速度センサの制御回路の
ブロック図である。

【図４】上記実施形態における断線検出方法を示す説明
図である。

【図５】図３に示す制御回路にＢＰＦ（バンドパスフィ
ルタ）を付加したブロック図である。

【図６】診断用電極が音叉内側に形成された振動子の電
極構成を示す展開図である。

【図７】診断用電極が音叉外側に形成された振動子の電
極構成を示す展開図である。

【図８】診断用電極の位置による角速度検出信号への影
響を比較したグラフである。

【図９】診断用電極の位置による断線感度を比較したグ
ラフである。

【図１０】診断用電極の面積と角速度検出信号への影響
との関係を示すグラフである。

【図１１】診断用電極の面積と断線感度との関係を示す
グラフである。

【図１２】図２に示す隙間Ｍ１と角速度出力信号への影
響との相関を示すグラフである。

【図１３】上記隙間Ｍ１と断線感度との相関を示すグラ
フである。

【図１４】診断用電極の位置、面積、及び上記隙間Ｍ１
の組合せを変えた際の、角速度出力信号への影響の変化
を示すグラフである。

【図１５】診断用電極の位置、面積、及び上記隙間Ｍ１
の組合せを変えた際の、断線感度の変化を示すグラフで
ある。

【図１６】診断用電極の形状の変形例を示す説明図であ
る。

【図１７】モニタ電極の変形例を示す説明図である。

【図１８】本発明を４脚音叉の振動子に適用した例を示
す説明図である。

【図１９】本発明をＨ型音叉の振動子に適用した例を示
す説明図である。

【符号の説明】

１、６０１、７０１…振動子、４、５…アーム部、６…
連結部、１１、１２、６２０、７０７…駆動電極、１
５、１６…仮ＧＮＤ電極、１７、１８、ＪＳ１〜ＪＳ３
…故障診断用信号入力電極、２１、２２、６２２、６２
３、７０９、７１０…角速度検出電極、２０７、２０８
…電流−電圧変換回路、２０９…差動回路、６５０、７
５０…基準電位接地電極、Ａ１…駆動系、Ａ２…検出
系、Ａ３１…信号入力系、Ａ３２…信号検出系。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体からなる振動子（１、６０１、７
０１）と、前記振動子に形成され前記振動子を駆動するための駆動
電極（１１、１２、６２０、７０７）と、前記振動子に形成され前記振動子に入力された角速度を
検出するための角速度検出電極（２１、２２、６２２、
６２３、７０９、７１０）と、前記駆動電極と接続され、前記駆動電極に駆動用信号を
入力して前記振動子を励振する駆動回路（Ａ１）と、前記角速度検出電極と接続され、前記角速度検出電極か
ら前記振動子の励振方向と直交する振動状態を検出し、
該振動状態から所定軸回りの角速度を検出する角速度検
出回路（２０７〜２０９、Ａ２）と、前記振動子に形成された故障診断用信号入力電極（１
７、１８、ＪＳ１〜ＪＳ３）と、前記故障診断用信号入力電極に故障診断用信号を入力す
る信号入力回路（Ａ３１）とを備え、前記角速度検出電極から前記故障診断用信号の入力に基
づいた信号を検出してセンサの故障診断を行うようにし
た角速度センサであって、前記振動子において前記故障診断用信号入力電極と前記
角速度検出電極との間に、基準電位に接地する基準電位
接地電極（１５、１６、６５０、７５０）が形成されて
いることを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】前記基準電位接地電極（１５、１６、６
５０、７５０）は、前記振動子（１、６０１、７０１）
において前記駆動電極（１１、１２、６２０、７０７）
と前記角速度検出電極（２１、２２、６２２、６２３、
７０９、７１０）との間に形成されていることを特徴と
する請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】前記故障診断用信号入力電極（１７、１
８、ＪＳ１〜ＪＳ３）は、前記振動子（１、６０１、７
０１）において前記駆動電極（１１、１２、６２０、７
０７）と前記角速度検出電極（２１、２２、６２２、６
２３、７０９、７１０）との間に形成されていることを
特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサ。
【請求項４】前記振動子（１）は、一対の角柱状のア
ーム部（４、５）とこれら各アーム部（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
たものであり、前記駆動電極（１１、１２）は、前記振動子（１）にお
ける前記両アーム部（４、５）と前記連結部（６）とが
同一平面を形成する第１振動子面（Ｘ１、Ｘ２）のうち
一側の第１振動子面（Ｘ１）に形成され、前記角速度検出電極（２１、２２）は、前記振動子
（１）における前記アーム部（４、５）の配列方向であ
るｙ軸と略直交する第２振動子面（Ｙ１、Ｙ２）に形成
され、前記故障診断用信号入力電極（１７、１８）は、前記一
側の第１振動子面（Ｘ１）のうち、前記角速度検出電極
（２１、２２）が形成されている側と対向する前記第２
振動子面（Ｙ３、Ｙ４）側の部位に形成されていること
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
角速度センサ。
【請求項５】前記故障診断用信号入力電極（１７、１
８）の面積が、１．５ｍｍ²以上２．５ｍｍ²以下であ
ることを特徴とする請求項４に記載の角速度センサ。
【請求項６】前記基準電位接地電極（１５、１６）
は、前記一側の第１振動子面（Ｘ１）に形成されてお
り、前記故障診断用信号入力電極（１７、１８）と前記基準
電位接地電極（１５、１６）とは、０．４ｍｍ以上０．
６ｍｍ以下のギャップを開けて形成されていることを特
徴とする請求項４または５に記載の角速度センサ。