JP2007285936A

JP2007285936A - 力学量検出装置

Info

Publication number: JP2007285936A
Application number: JP2006114842A
Authority: JP
Inventors: Koichi Mitarai; 幸一御手洗
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】安定して高い精度で力学量を検出することができる力学量検出装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、対の振動子２０_−１，２０_−２を備え、作動時に、それぞれの振動子が逆位相に励振されるように前記振動子の駆動電極２８_−１〜２８_−４に駆動電圧を印加した駆動状態を形成し、その駆動状態における振動子の変位に基づいて力学量を検出する力学量検出装置において、前記振動子が励振されない非駆動状態において、前記振動子に対して直流電圧Ｖ_Ｂをを印加することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、リンクバネを介して接続され、第１の方向で逆位相に振動可能な対の振動子を備え、前記第１の方向に直角な第２の方向における振動子の変位に基づいて、振動子に作用する力学量を検出する力学量検出装置に関する。

従来から、基板上にて前記基板表面と平行な第１方向に並べて配置され前記基板に対して前記第１方向及び前記第１方向と直角な第２方向に変位可能に支持された第１及び第２振動子と、前記基板上に前記第１方向に対して非対称に配置され正負異なる電圧の付与によって前記第１及び第２振動子を前記第１方向であって互いに反対方向に振動させる第１及び第２駆動電極部と、前記基板上に設けられ前記第１及び第２振動子の前記第２方向の振動を検出するための検出用信号を前記第１及び第２振動子に付与する第１及び第２検出電極部と、前記第１及び第２振動子を互いに独立して変位可能に連結する連結手段と、前記連結手段に接続されて前記第１及び第２振動子の前記第２方向の振動を表す信号を取り出すための出力端子とを備えたことを特徴とする力学量検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１８８９２３号公報

しかしながら、この種の力学量検出装置では、センサ非作動時に、振動子に対して電圧を印加しないため、温度等の環境変化に起因して、センサ非作動時のゼロ点と、センサ作動時のゼロ点が異なりやすく、このため、センサ非作動状態からセンサ作動状態に移行してからしばらくの間（即ち、センサ起動後しばらくの間）、誤ったゼロ点に基づいて加速度信号を処理することがある。これを回避するには製造工程でスクリーニング等が必要となり、製造コストの増大につながる。

そこで、本発明は、センサ非作動時のゼロ点とセンサ作動時のゼロ点の間の相違を少なくし、この結果、安定して高い精度で力学量を検出することができる力学量検出装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明は、リンクバネを介して接続され、第１の方向で逆位相に振動可能な対の振動子を備え、前記第１の方向に直角な第２の方向における振動子の変位に基づいて、振動子に作用する力学量を検出する力学量検出装置において、
前記対の振動子に対して、直流電圧を印加する第１の動作モードと、前記対の振動子に対して、交流電圧を含む駆動電圧を印加する第２の動作モードとを有することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る力学量検出装置において、
前記直流電圧の大きさは、前記第２の動作モードにおいて前記振動子に対して印加される前記駆動電圧のバイアス電圧の大きさに略等しいことを特徴とする。これにより、前記駆動電圧のバイアス電圧を利用した簡易な構成で、センサ非作動時のゼロ点とセンサ作動時のゼロ点の間の相違を少なくすることができる。

第３の発明は、第１又は２の発明に係る力学量検出装置において、
前記第１の動作モードにおける直流電圧は、間欠的に印加されることを特徴とする。これにより、バッテリの消費を抑えつつ、センサ非作動時のゼロ点とセンサ作動時のゼロ点の間の相違を少なくすることができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係る力学量検出装置において、
前記第２の動作モードにおける前記交流電圧は、それぞれの振動子に対して逆位相であることを特徴とする。これにより、センサ素子の電荷蓄積を低減しつつ、センサ非作動時のゼロ点とセンサ作動時のゼロ点の間の相違を少なくすることができる。

第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係る力学量検出装置において、前記力学量は、ヨーレート及び加速度を含み、前記第１の動作モードは、ヨーレートの検出が不要な状況下で実現されることを特徴とする。ヨーレートの検出が不要な状況とは、例えば車両に力学量検出装置が搭載される場合、例えば車両が停止している状況等である。これにより、力学量の検出が不要な状況下において、電力消費を抑えつつ、力学量の検出が必要な状況に移行した際（第２の動作モードに移行した際）に、変動の無いゼロ点に基づいて、安定して高い精度で力学量を検出することができる。

本発明によれば、センサ非作動時のゼロ点とセンサ作動時のゼロ点の間の相違を少なくし、この結果、安定して高い精度で力学量を検出することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明による力学量検出装置を含むセンサユニット１０の構造を表した図を示す。尚、図１には、センサユニット１０の側断面図が示されている。本実施例のセンサユニット１０は、サブアセンブルされた状態で車両に搭載されるサブアッシーユニットであり、搭載される車両に生ずる車体前後方向又は車幅方向の加速度Ｇに応じた信号を出力する加速度センサと、車両の重心軸回りに生ずる角速度ωに応じた信号を出力するヨーレートセンサとを一体に構成した車両制御用センサユニットである。センサユニット１０は、例えば、車両の重心位置付近（フロアトンネル等）に設けられ、当該搭載位置に発生するヨーレート及び加速度を検出する。検出されたヨーレート及び加速度は、例えば、横滑り等を防止して車両の挙動を安定化させる車両走行制御に利用されてよい。

センサユニット１０は、加速度センサ及びヨーレートセンサ双方の信号出力部であるセンサチップ１２を備えている。

センサチップ１２は、ダイボンド剤５０により台座としての基板５２に接着固定されている。ダイボンド剤５０は、硬化後に柔軟性を示す材料により構成されている。センサチップ１２は、その下面全面にダイボンド剤５０が塗布された状態で基板５２に接着される。また、基板５２は、例えばシリコン材料により構成されている。

基板５２には、また、集積回路（ＩＣ）５４がダイボンド剤５６により接着固定されている。ダイボンド剤５６は、ダイボンド剤５０と同様に、硬化後に柔軟性を示す材料により構成されており、一定の厚さを有している。ＩＣ５４は、センサチップ１２からの信号を処理する機能を有している。

基板５２は、ダイボンド剤６０によりステム６２に接着固定されている。ステム６２は、表面にニッケルめっきが施された鉄材料により構成されている。ステム６２には、その全周にフランジ部６４が形成されている。ステム６２のフランジ部６４には、断面コの字状のシェル６６が、センサチップ１２及びＩＣ５４が接着固定された基板５２を覆うように取り付けられている。シェル６６も、ステム６２と同様に、表面にニッケルめっきが施された鉄材料により構成されている。シェル６６とステム６２とは、溶接により接合される。このときシェル６６とステム６２で囲まれるケース内は、不活性ガスを封入することが望ましい。

図２は、センサユニット１０が備えるセンサチップ１２の上面図を示す。ここでは、互いに直交するＸ，Ｙ、Ｚ軸は、図２に示すように定め、Ｘ方向を左右方向と称する。尚、センサユニット１０が車両に搭載される場合、車両左右方向の加速度を検出したい場合には、Ｙ軸を車両左右方向に対応させればよく、車両前後方向の加速度を検出したい場合には、Ｙ軸を車両前後方向に対応させればよい。

センサチップ１２は、マイクロマシーニング技術を用いて、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ
ｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの表面にシリコン酸化膜によるマスクを形成し、エッチングを施すことにより形成される。センサチップ１２は、支持基板１４を備える。支持基板１４には、左側の振動子２０_−１（ＭＡＳＳ―Ｌ）と、右側の振動子２０_−２（ＭＡＳＳ―Ｒ）が対となって支持される。左右の振動子２０_−１，２０_−２は、リンクバネ２１を介して互いに接続され、音叉構造となっている。

振動子２０_−１，２０_−２は、駆動フレーム２４_−１〜２４_−４に検出バネ２６を介して支持されている。駆動フレーム２４_−１〜２４_−４は、支持基板１４の表面から離間して形成され、振動子２０_−１，２０_−２を支持基板１４に対して、支持基板１４の表面から離れた位置で支持する。即ち、駆動フレーム２４_−１〜２４_−４は、振動子２０_−１，２０_−２を、シリコン酸化膜の膜厚分だけ支持基板１４から浮いた状態で、支持基板１４に対して変位可能に支持する。駆動フレーム２４_−１〜２４_−４は、駆動バネ２５を介して、支持基板１４に対して支持される。駆動バネ２５は、アンカ部２２を介して一端が支持基板１４に固定されている。

振動子２０_−１，２０_−２には、それぞれ、電極が左右対称に形成され、各電極は、アンカ部２２を兼ねる支持基板１４に固定された電極と平行平板コンデンサを構成して、検出電極２９_−１〜２９_−４を構成する。振動子２０_−１，２０_−２がＹ方向に動くと、電極間の距離が変化し、検出電極２９_−１〜２９_−４の容量が変化する。尚、振動子２０_−１，２０_−２の内側には、検出電極２９_−１〜２９_−４の検出振動周波数を調整するための調整電極等が設けられてもよい。

４つの駆動フレーム２４_−１〜２４_−４には、それぞれ、櫛歯状の励磁電極３４_−１〜３４_−４が左右非対称に形成され、各電極は、アンカ部２２を兼ねる支持基板１４に固定された電極と櫛歯状に組み合わせられて、駆動電極２８_−１〜２８_−４を構成する。振動子２０_−１，２０_−２は、これらの駆動電極２８_−１〜２８_−４により発生される静電力によってＸ方向に駆動（振動）される。

励磁電極３４_−１〜３４_−４には、配線を介して後述の集積回路が接続されており、センサ作動状態では所定周波数ｆ（＝ω／２π）の励磁電圧が印加される。左側の振動子２０_−１に対する励磁電極３４_−１，３４_−２と、右側の振動子２０_−２に対する励磁電極３４_−３，３４_−４とは、左右対称ではなく、それぞれの振動子２０_−１，２０_−２に対して同じ側（本例では、左側）に設けられている。このため、励磁電極３４_−１，３４_−２と、励磁電極３４_−３，３４_−４には、互いに大きさが一致する一方、位相が１８０°異なる交流電圧（駆動信号）が印加される。これにより、駆動信号印加時、左右の振動子２０_−１，２０_−２は、Ｘ方向で、互いに対して近接又は離間する向きに振動して、音叉型の振動を起こす。即ち、左側の振動子２０_−１が左方向に変位すると、右側の振動子２０_−２が右方向に変位するといった具合に、右の振動子２０_−１，２０_−２は、逆位相で振動する。

駆動信号には、振動子２０_−１，２０_−２に対して付与する駆動力を効率的に稼ぐために、直流のバイアス成分が付加される。このバイアス電圧（直流電圧）は、左右で同一方向の吸引力Ｆを、各励磁電極３４_−１〜３４_−４に作用させるものであり、大きさは左右で同じであってよい。尚、図２に示す例では、バイアス電圧は、左右の振動子２０_−１，２０_−２に対して左方向の吸引力Ｆが作用するように決定されているが、右方向の吸引力Ｆが作用させてもよい。

具体的には、左側の振動子２０_−１に対する駆動信号Ｌを、
Ｌ＝Ｖ_Ｂ＋Ｖ_Ｄ・ｓｉｎ（ωｔ）、と表したとき、右側の振動子２０_−２に対する駆動信号Ｒは、
Ｒ＝Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｄ・ｓｉｎ（ωｔ）、と表される。尚、ここで、Ｖ_Ｂは、直流成分（バイアス電圧）を表し、Ｖ_Ｄは、交流成分の振幅を表す。

このように、左右の振動子２０_−１，２０_−２に印加される交流電圧がそれぞれ逆位相とする構成では、励磁電極３４_−１，３４_−２と励磁電極３４_−３，３４_−４とを左右対称に配置し、同位相の交流電圧を印加する構成に比べて、交流電圧印加時の振動子２０_−１，２０_−２に蓄積される電荷量の最大値を小さくすることができると共に、駆動信号の検出電極２９_−１〜２９_−４への漏れを防止することができる。

図３は、励磁電極３４_−１〜３４_−４に印加する駆動信号を出力する集積回路の主要構成を示す。本実施例では、集積回路は、左側の振動子２０_−１に対して、２種類の駆動信号Ｌ１，Ｌ２を供給でき、且つ、右側の振動子２０_−２に対して、２種類の駆動信号Ｒ１，Ｒ２を供給できるように構成されている。具体的には、
Ｌ１＝Ｖ_Ｂ＋Ｖ_Ｄ・ｓｉｎ（ωｔ）
Ｌ２＝Ｖ_Ｂ
Ｒ１＝Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｄ・ｓｉｎ（ωｔ）
Ｒ２＝Ｖ_Ｂ
である。即ち、本実施例では、交流電圧に直流電圧を重畳した駆動信号Ｌ１、Ｒ１が印加される駆動モードと、直流電圧成分のみからなる駆動信号Ｌ２、Ｒ２が印加される非駆動モードの２つのモードが選択可能とされる。駆動信号Ｌ１、Ｒ１における直流電圧成分は、上述の如く、振動子２０_−１，２０_−２に対して付与する駆動力を効率的に稼ぐために重畳されるものであるが、駆動信号Ｌ２、Ｒ２における直流電圧成分は、後述の如く、センサ非作動時の振動子２０_−１，２０_−２の中立位置（ゼロ点）の変動を防止するために印加されるものである。

図３には、右側の振動子２０_−２に対する駆動回路１００Ｒが前面に示されているが、左側の振動子２０_−１に対する駆動回路１００Ｌについても同様の構成である。駆動回路１００Ｒは、図３に示すように、交流電源と、直流電源とが加算器（オペアンプ）に接続されている。直流電源は、鉛バッテリ、リチウムイオンバッテリや電気２重層キャパシタ等の容量性負荷を含む。直流電源と加算器の間には、スイッチ４２が設けられている。スイッチ４２は、加算器の入力側に直流電源が導通された状態と、加算器の入力側にグランド（ゼロ電位）が接続された状態とを切り替えるために用いられる。スイッチ４２は、後述のように、直流電圧の間欠的な印加（時分割的な印加）を実現するために用いられる。スイッチ４２の切り換えは、制御装置４０により供給される駆動バイアス制御信号により電気的に実現される。

図４は、制御装置４０の主要構成を示すブロック図である。制御装置４０には、車両の駆動源（エンジンや電気モータ）の起動及び終了を検知するスイッチ４４（典型的には、イグニッションスイッチ）が接続される。

制御装置４０は、スイッチ４４からの信号に基づいて、車両の駆動源が起動されたと判断した場合には、交流電源を起動すると共に、スイッチ４２に対して、駆動モードを実現させるための駆動バイアス制御信号を送信する。この場合、スイッチ４２は、直流電源と加算器が導通する側に保持される。即ち、直流電圧Ｖ_Ｂが１００％のデューティで交流電圧Ｖ_Ｄ・ｓｉｎ（ωｔ）に重畳されるようにする。

駆動モードでは、上述の如く、交流電圧に直流電圧を重畳した駆動信号Ｒ１、Ｌ１が印加され、左右の振動子２０_−１，２０_−２がＸ方向に駆動される。駆動信号が印加されると、左右の振動子２０_−１，２０_−２は、リンクバネ２１の働きにより、音叉と同様に一定の共振振動数で逆位相に振動する。即ち、加速度及びヨーレートが検出可能なセンサ作動状態が実現される。

このセンサ作動状態において、センサ搭載位置（即ち、センサユニット１０の搭載位置）に例えばＺ軸まわりのヨーレートが入力されると、左右の振動子２０_−１，２０_−２には、共振周波数で逆位相のコリオリ力が作用し、振動子２０_−１，２０_−２がそれぞれ逆位相に変位する。一方、加速度がＹ方向に入力されると、振動子２０_−１，２０_−２はそれぞれ同位相でＹ方向に変位する。このように、ヨーレートが入力される場合と、加速度が入力される場合とで、振動子２０_−１，２０_−２の位相が異なるため、この位相の相違を利用してヨーレートと加速度が分離される。更に、コリオリ力は駆動振動周波数ｆ（＝ω／２π）で働くので、当該周波数ｆで同期検波し、分離精度を高めてもよい。尚、本発明は、特に、この種の同期検波を含む信号処理方法により限定されるものではなく、如何なる適切な信号処理方法を用いて各種物理量（加速度及びヨーレート）が導出されてもよい。

一方、制御装置４０は、スイッチ４４からの信号に基づいて、車両の駆動源が終了（例えばエンジン停止）されたと判断した場合には、交流電源を停止させると共に、スイッチ４２に対して、非駆動モードを実現させるための駆動バイアス制御信号を送信する。非駆動モードでは、上述の如く、直流電圧成分からなる駆動信号Ｒ２、Ｌ２が印加される状態が形成される。即ち、交流電源の停止に伴い、振動子２０_−１，２０_−２の音叉型の振動が止み、加速度及びヨーレートが検出不能なセンサ非作動状態が実現される。

図５は、非駆動モードにおける直流電圧Ｖ_Ｂの印加方法の一実施例を示す図である。非駆動モードにおける直流電圧Ｖ_Ｂは、図５（Ａ）に示すように、連続的に印加されてもよいが、好ましくは、図５（Ｂ）に示すように、バッテリ（直流電源）の電力消費の低減を図るため、間欠的に印加される。この間欠的な印加は、上述のスイッチ４２（図３参照）の切り換えにより実現される。間欠的な印加の時間間隔は、後述の振動子２０_−１，２０_−２の中立位置変動防止機能を損なわない範囲で、電力消費が最小化されるように適切に決定される。間欠的な印加の時間間隔は、周辺環境等に応じて可変されてもよい。

ここで、非駆動モードにおける直流電圧Ｖ_Ｂの振動子中立位置変動防止機能について説明する。

図６は、センサ作動状態での高温から常温へと温度変化が生じた場合における振動子２０_−１，２０_−２の中立位置の変化を模式的に示す図であり、１つの振動子２０のみに着目した簡易モデルを示す。尚、振動子２０_−１，２０_−２の中立位置とは、加速度やヨーレートの入力のない無負荷時の位置を意味し、加速度信号のゼロ点出力を定める際に用いられる位置である。従って、振動子２０_−１，２０_−２の中立位置の変動は、センサの検出精度に関わる因子である。

先ず、振動子２０_−１，２０_−２の中立位置の変動要因に関して、センサチップ１２は、上述の如く、支持基板１４上に形成されているため、温度変化に伴う支持基板１４の熱膨張・収縮の影響で、振動子２０_−１，２０_−２を支持基板１４に固定する各アンカ部２２間の位置関係が変化し、振動子２０_−１，２０_−２の位置が変化しうる。

図６（Ａ）は、駆動モード中の高温時における振動子２０の中立位置を模式的に示し、図６（Ｂ）は、駆動モード中の常温時における同振動子２０の中立位置を模式的に示す。高温から常温へと温度低下すると、支持基板１４の熱収縮に伴ってアンカ部２２間の間隔が狭くなる。この際、図６（Ｂ）に示すように、直流バイアス電圧による吸引力に起因して、駆動バネ２５等が変形して、左方向（吸引される方向）に振動子２０の振動中心が移動する。即ち、直流電圧による吸引力が作用した状態で、高温から常温へと温度低下するので、図６（Ｂ）に示すように、振動子２０が左方向に変位することで、アンカ部２２間の間隔の収縮が吸収される。この結果、振動子２０の中立位置は、左方向にシフトすることになる。

図７（Ａ）は、非駆動モード中の高温時における振動子２０の中立位置を模式的に示し、図７（Ｂ）は、非駆動モード中の常温時における同振動子２０の中立位置を模式的に示す。

非駆動モード中の場合も同様に、高温から常温へと温度低下すると、支持基板１４の熱収縮に伴ってアンカ部２２間の間隔が狭くなる。この際、本実施例では、非駆動モード中に直流電圧が印加されているので、高温から常温へと温度低下は、直流電圧による吸引力が作用した状態で生ずることになる。このため、アンカ部２２間の間隔の収縮は、図７（Ｂ）に示すように、直流電圧による吸引力の作用により、振動子２０が左方向に変位することで吸収される。従って、非駆動モードにおいても、直流電圧Ｖ_Ｂの作用により、振動子２０の中立位置は、左方向にシフトし、図６（Ｂ）に示す駆動モード中の中立位置と同様の中立位置が実現される。

このように、本実施例によれば、非駆動モードにおいても直流電圧Ｖ_Ｂを作用させるので、温度変化が生じた場合であっても、振動子２０の中立位置の変動態様を、駆動モード及び非駆動モードの双方において同一にすることができる。即ち、本実施例によれば、振動子２０の中立位置が、駆動モード中と非駆動モード中と異なることを防止することができる。

図８は、本実施例とは異なり、直流電圧Ｖ_Ｂを含めて電圧を一切印加しない非駆動モードを実現する比較構成の場合を示し、図８（Ａ）は、比較構成による非駆動モード中の高温時における振動子２０の中立位置を模式的に示し、図８（Ｂ）は、比較構成による非駆動モード中の常温時における同振動子２０の中立位置を模式的に示す。

この比較構成では、駆動モード中は、本実施例と同様に、直流電圧Ｖ_Ｂの作用により、図６に示したような中立位置が実現される。一方、非駆動モード中では、本実施例とは異なり、直流電圧Ｖ_Ｂを含めて電圧が一切印加されない。このため、電力消費を最小限に抑えることができる。しかしながら、この比較構成では、直流電圧による吸引力が作用していない状態で、高温から常温へと温度低下するので、振動子２０の寸法の製造上のわずかな偏りによって図８（Ｂ）にて矢印で示すように、振動子２０が回転方向に変位する場合がある。即ち、振動子２０の回転方向の変位によりアンカ部２２間の間隔の変化が吸収される。このように、比較構成の場合、振動子２０の中立位置の変動態様は、駆動モードと非駆動モードとで異なることになる。振動子２０の中立位置が駆動モードと非駆動モードとで異なる場合、非駆動モードから駆動モードに移行してからしばらくは（センサ起動後しばらくは）、ゼロ点の変動に起因して、加速度の検出精度の悪化が生ずる。即ち、図８（Ｂ）に示した中立位置から、駆動モードが開始されても、直ぐには図６（Ｂ）に示したような中立位置へと復帰することはできないので、仮に図６（Ｂ）に示したような中立位置をゼロ点として記憶している場合には、非駆動モードから駆動モードに移行してからしばらくは、ゼロ点に誤差が生じている状態で加速度信号が処理されることになる。この結果、比較構成の場合、加速度の検出精度が悪化してしまう。

これに対して、本実施例によれば、上述の如く、振動子２０の中立位置の変動態様は、駆動モードと非駆動モードとで異なることがないので、非駆動モードから駆動モードに移行するときを含めて常時、駆動モードにおいて安定した中立位置が実現される。これにより、非駆動モードの存在に起因した加速度の検出精度の変動（信頼性変動）を防止することができる。

ところで、本実施例による構成の場合とは異なり、励磁電極３４_−１，３４_−２と励磁電極３４_−３，３４_−４とを左右対称に配置し、同位相の交流電圧を印加する構成の場合、直流バイアス電圧が左右対称に印加されるため、左右の振動子２０_−１，２０_−２に作用する吸引力Ｆが釣り合い、左右の振動子２０_−１，２０_−２は左右のいずれかに偏ることなく振動駆動される。従って、かかる構成では、仮に駆動モード中に温度が高温から常温へと低下した場合、振動子２０に対する吸引力が左右方向で釣り合った状態で、高温から常温へと温度低下するので、図８に示した比較構成の非駆動モード中と同様、振動子２０は、左右方向に変位するのではなく、回転方向に変位する場合がある（図８（Ｂ）参照）。このため、励磁電極３４_−１，３４_−２と励磁電極３４_−３，３４_−４とを左右対称に配置し、同位相の交流電圧を印加する構成の場合、非駆動モード中に、直流電圧Ｖ_Ｂを含めて電圧を一切印加しなくても、振動子２０の中立位置の変動態様が駆動モードと非駆動モードとで異なってしまう可能性は小さい。但し、左右対称にすることは振動子の面積が増加することにつながり、コストアップの要因となる可能性が高い。

一方、本実施例のように、励磁電極３４_−１，３４_−２と励磁電極３４_−３，３４_−４とを左右非対称に配置し、逆位相の交流電圧を印加する構成の場合、直流バイアス電圧が左右非対称に印加されることになるため、左右の振動子２０_−１，２０_−２に作用する吸引力Ｆの不釣合いにより、左右の振動子２０_−１，２０_−２は、左右のいずれかに偏って振動駆動される。このため、駆動モード中に高温から常温へと温度低下すると、吸引力Ｆの不釣合いに起因して、振動子２０の回転方向の変位ではなく、振動子２０の左方向の更なる変位によりアンカ部２２間の間隔の変化が吸収される。このように、本実施例のように、励磁電極３４_−１，３４_−２と励磁電極３４_−３，３４_−４とを左右非対称に配置し、逆位相の交流電圧を印加する構成の場合、振動子２０の中立位置の変動態様が駆動モードと非駆動モードとで異なりやすく、従って、上述の直流電圧Ｖ_Ｂの振動子中立位置変動防止機能が特に有用となる。

図９は、励磁電極３４_−１〜３４_−４に駆動信号を印加するための集積回路の主要構成のその他の実施例を示す図である。図９に示す例は、図３に示した例に対して、駆動電源の保持時間延長用のダイオード４６が追加された点のみが異なる。

図９には、右側の振動子２０_−２に対する駆動回路１００Ｒ’が前面に示されているが、左側の振動子２０_−１に対する駆動回路１００Ｌ’についても同様の構成である。駆動回路１００Ｒ’は、加算器と励磁電極３４_−１〜３４_−４との間に、ダイオード４６を有する。

図１０（Ａ）は、図９に示した駆動回路１００Ｒ’（駆動回路１００Ｌ’についても同様）により実現される非駆動モードにおける直流電圧印加方法と、駆動電極２８_−１〜２８_−４に付与される電圧（素子の駆動電極電圧）の変化を示し、図１０（Ｂ）は、振動子２０_−１，２０_−２に加わる実効的な力（駆動力）の変化を示す。

本例では、出力アンプ側と振動子２０_−１，２０_−２側との間にダイオード４６を設けることで、振動子２０_−１，２０_−２側から出力アンプ側へのリークが防止されるので、図１０（Ａ）に破線にて示すように、駆動電極２８_−１〜２８_−４に付与される電圧が実質的に増加される。これにより、図１０（Ｂ）に示すように、振動子２０_−１，２０_−２に加わる実効的な力（吸引力）を増加させることができる。即ち、間欠的に印加される直流電圧Ｖ_Ｂの印加時間（オン時間）を短縮しても、ダイオード４６の無い構成と同様の実効的な力を作用させることができるので、バッテリの消費を更に低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、本実施例において、制御装置４０は、停車後、ユーザが車両から離れた後、非駆動モードを実現し、セキュリティシステムを作動させ、センサユニット１０により検出される加速度に基づいて車両の盗難の有無を検出することしてもよい。また、制御装置４０は、アイドルストップ等のような一時的な駆動源の停止時においても、非駆動モードを実現してもよい。

以上のとおり本発明によるセンサユニット１０は、例えば、ヨーレートと加速度を検出するセンサとして車両に搭載され、その出力値は、単なる試験結果の解析にも用いることができるが、横滑り等を防止して車両の挙動を安定化させる車両走行制御や、ロールオーバーを検出して乗員保護装置を起動するエアバック制御や、盗難時に生じうる車両の振動・傾斜等を検出して警報と出力する警報制御のような各種制御において利用することが好適である。

本発明による力学量検出装置を含むセンサユニット１０の構造を示す断面図である。センサユニット１０が備えるセンサチップ１２の上面図である。励磁電極３４_−１〜３４_−４に駆動信号を印加するための集積回路の主要構成を示す図である。制御装置４０の主要構成を示すブロック図である。非駆動モードにおける直流電圧印加方法の一実施例を示す図である。図６（Ａ）は、本実施例による駆動モード中の高温時における振動子２０の中立位置を模式的に示す図であり、図６（Ｂ）は、駆動モード中の常温時における同振動子２０の中立位置を模式的に示す図である。図７（Ａ）は、本実施例による非駆動モード中の高温時における振動子２０の中立位置を模式的に示す図であり、図７（Ｂ）は、非駆動モード中の常温時における同振動子２０の中立位置を模式的に示す図である。図８（Ａ）は、比較構成による非駆動モード中の高温時における振動子２０の中立位置を模式的に示す図であり、図８（Ｂ）は、比較構成による非駆動モード中の常温時における同振動子２０の中立位置を模式的に示す図である。励磁電極３４_−１〜３４_−４に駆動信号を印加するための集積回路の主要構成のその他の実施例を示す図である。図１０（Ａ）は、駆動回路１００Ｒ’により実現される非駆動モードにおける直流電圧印加方法と、駆動電極２８_−１〜２８_−４に付与される電圧の変化を示す図であり、図１０（Ｂ）は、振動子２０_−１，２０_−２に加わる駆動力の変化を示す図である。

符号の説明

１０センサユニット
１２センサチップ
２０_−１，２０_−２振動子
２１リンクバネ
２８_−１〜２８_−４駆動電極
３４_−１〜３４_−４励磁電極
４０制御装置
４２スイッチ
４６ダイオード

Claims

リンクバネを介して接続され、第１の方向で逆位相に振動可能な対の振動子を備え、前記第１の方向に直角な第２の方向における振動子の変位に基づいて、振動子に作用する力学量を検出する力学量検出装置において、
前記対の振動子に対して、直流電圧を印加する第１の動作モードと、前記対の振動子に対して、交流電圧を含む駆動電圧を印加する第２の動作モードとを有することを特徴とする、力学量検出装置。
前記直流電圧の大きさは、前記第２の動作モードにおいて前記振動子に対して印加される前記駆動電圧のバイアス電圧の大きさに略等しい、請求項１に記載の力学量検出装置。
前記第１の動作モードにおける直流電圧は、間欠的に印加される、請求項１又は２に記載の力学量検出装置。
前記第２の動作モードにおける前記交流電圧成分は、それぞれの振動子に対して逆位相である、請求項１〜３のいずれかに記載の力学量検出装置。
前記力学量は、ヨーレート及び加速度を含み、
前記第１の動作モードは、ヨーレートの検出が不要な状況下で実現される、請求項１〜４のいずれかに記載の力学量検出装置。