JPH06194177A

JPH06194177A - 角速度センサの調整方法

Info

Publication number: JPH06194177A
Application number: JP5237638A
Authority: JP
Inventors: Muneo Yorinaga; 宗男頼永; Takashi Ito; 岳志伊藤; Tomoyuki Kanda; 知幸神田
Original assignee: Nippon Soken Inc; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1992-10-12
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 1994-07-15

Abstract

(57)【要約】【目的】検知用圧電体からのオフセット成分を極力低
減して角速度の検出精度を向上させること。【構成】駆動用圧電素子３によって角柱１を屈曲振動
させた状態で検知用圧電素子２より出力されるオフセッ
ト電圧をモニタしながら、検知用圧電素子２を構成する
電極２ａの一部をトリミングにより除去して、電極除去
部２ｂを形成する。このトリミングによって、電極除去
部２ｂでは電圧の発生を停止させることができるので、
これにより、圧縮応力と引張り応力に起因して発生する
オフセット成分５を検知用圧電素子２の接合面内で互い
に相殺させて、オフセット成分５を零にすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は角速度センサの調整方法
に関するものであり、例えば車両の足廻り制御，車載用
ナビゲーションシステムに用いられる角速度センサから
の出力電圧を調整する角速度センサの調整方法に用いら
れるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、角状断面を有する振動片を２個平
行に配置した音叉型の支持板を有する角速度センサで
は、振動片の屈曲振動を発生させるための駆動用圧電体
と、コリオリ力によって振動片に発生する応力を検出す
る検知用圧電体とが上述した振動片の側面に接合されて
おり、それらは互いに直交した側面に接合された配置関
係となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが上述した従来
のものでは、検知用圧電体には振動片の屈曲振動によっ
て圧縮応力と引張り応力が同時に発生しているため、以
下に述べる問題が発生してしまう。すなわち、検知用圧
電体が振動片の屈曲振動の中立軸に対して対称に振動片
に接合されていれば、圧縮応力と引張り応力に起因して
発生するオフセット成分は検知用圧電体の接合面内で互
いに相殺されることになるが、実際には、検知用圧電体
の接合位置の誤差，接合ムラ，屈曲振動の中立軸のズレ
等の原因により、上記検知用圧電体からはオフセット電
圧が発生してしまい、角速度の検出精度が悪化してしま
うという問題がある。

【０００４】そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされ
たものであり、検知用圧電素子からのオフセット成分を
極力低減して角速度の検出精度を向上させることが可能
な角速度センサの調整方法を提供することを目的とする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのため本発明は、振動
子に設けられた駆動用圧電素子による前記振動子の屈曲
振動を利用する角速度センサの調整方法において、前記
振動子の側面に形成された、角速度を検知するための検
知用圧電素子の電極の一部を除去することにより、前記
検知用圧電素子から発生する出力電圧を調整する角速度
センサの調整方法を採用するものである。

【０００６】

【作用】上記方法により、振動子の側面に形成された角
速度を検知するための検知用圧電素子の電極の一部は除
去されるので、この除去部分にて電圧の発生を停止させ
ることができ、これにより、圧縮応力と引張り応力に起
因して発生するオフセット成分を検知用圧電素子の接合
面内で互いに相殺させることができる。

【０００７】

【発明の効果】以上述べたように本発明においては、検
知用圧電素子の電極の一部を除去することにより、圧縮
応力と引張り応力に起因して発生するオフセット成分を
検知用圧電素子の接合面内で互いに相殺させることがで
きるので、角速度の検出精度を向上させることができる
という優れた効果がある。

【０００８】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明を図に示す実施例に基づい
て説明する。図１は本発明の一実施例が適用される角速
度センサの全体構成を表す全体構成図である。

【０００９】図１において、この実施例における角速度
センサ８は、角状断面を有する角柱１を２個平行に配置
した音叉型の支持板７を有するものである。この角柱１
には、検知用圧電素子２，駆動用圧電素子３，およびフ
ィードバック用圧電素子４が接合されている。これらの
圧電素子（圧電素子および電極よりなるもの）の配置関
係は、図１に示すように、検知用圧電素子２は、各角柱
１の正面上部に配置されるとともに、駆動用圧電素子３
は、各角柱１の外側側面下部に配置されている。さら
に、フィードバック用圧電素子４は、この駆動用圧電素
子３の上部に配置されることによって、検知用圧電素子
２と直角に隣接されている。

【００１０】このようにして、駆動用圧電素子３はＦｖ
方向に振動自在に取り付けられ、検知用圧電素子２は、
角速度Ωの発生に伴って振動板１に発生したＦｃ方向の
コリオリの力による応力を検出している。ここで、駆動
用圧電素子３に駆動用の交流電圧が供給され、この交流
電圧により角柱１がそれぞれＦｖ方向に振動されると、
それに伴って検知用圧電素子２もＦｖ方向に振動され
る。

【００１１】この時、フィードバック用圧電素子４は、
この駆動用圧電素子３によるＦｖ方向の振動状態をモニ
タして、安定した振動状態が設定されるように駆動用圧
電素子３に供給される交流電圧および周波数を制御す
る。このような状態で角速度Ωが発生すると、コリオリ
の力がＦｃ方向に発生して検知用圧電素子２がＦｃ方向
にも屈曲するようになる。すると、この屈曲動作に伴っ
て、各々の角柱１に接合された検知用圧電素子２より微
小な電気信号が発生され、それらを合成した角速度検知
信号が図示されないＥＣＵ（電子制御装置）に出力され
る。

【００１２】この時、上述したように検知用圧電素子２
の接合位置の誤差，接合ムラ，屈曲振動の中立軸のズレ
等の原因によって、検知用圧電素子２からはオフセット
成分５が発生してしまうため、それらを合成した角速度
検知信号６にもオフセット成分が含まれてしまい、角速
度の検出精度が悪化してしまう。そこで本実施例では、
このオフセット成分５を低減させるべく、以下に述べる
角速度センサの調整方法を採用している。

【００１３】すなわち、駆動用圧電素子３によって角柱
１を屈曲振動させた場合、角速度センサ８に発生する応
力の発生状態は図２に示すようになる。ここで、特に、
角柱１のＦｖ方向の応力分布は、図２（ｂ）に示すよう
に角柱１の中心線Ａに対して対称となり、Ｆｚ方向の応
力分布は、図２（ｃ）に示すように角柱１の根元（支持
板７側）に向かうほど最大となる。

【００１４】このような応力分布を有する角速度センサ
８では、検知用圧電素子２を角柱１の中心線Ａに対して
対称に角柱１に接合すれば、検知用圧電素子２に加わる
Ｆｖ方向の応力は同一面内でキャンセルされて検知用圧
電素子２よりオフセット成分は発生しない。しかし、接
着位置の誤差等によって図２に示すようにＦｖ方向に位
置ズレΔｙが生じると、検知用圧電素子２に加わるＦｖ
方向の応力は同一面内でキャンセルされなくなり、検知
用圧電素子２からオフセット電圧Ｖ_outが発生すること
になる。

【００１５】そこで本実施例では、駆動用圧電素子３に
よって角柱１を屈曲振動させた状態で検知用圧電素子２
より出力されるオフセット電圧Ｖ_outをモニタしなが
ら、検知用圧電素子２を構成する電極２ａの一部をトリ
ミングにより除去し、電極除去部２ｂを形成することに
よって、オフセット成分５を零にせんとするものであ
る。

【００１６】次に、検知用圧電素子２の電極２ａのトリ
ミングとオフセット電圧Ｖ_outの関係について説明す
る。図３は検知用圧電素子２の位置ズレΔｙとオフセッ
ト電圧Ｖ_outとの関係の実験結果を表す特性図である。
図３中の「Δ」は実験データを示すものであるが、これ
に示されるように、オフセット電圧Ｖ_outは、位置ズレ
Δｙによる影響だけでなく、検知用圧電素子２と振動板
１との接着ムラの影響も受けるため、オフセット電圧Ｖ
_outの値は多少変動することになる。しかし、主に、図
３中破線で示された近似直線Ｃに示されるような関係と
なる。

【００１７】このため、オフセット電圧Ｖ_outを零にす
るには、位置ズレΔｙの原点を中心にほぼ同じ位置ズレ
分となるように、位置ズレΔｙの２倍の量だけ電極２ａ
をトリミングすればよい。さらに、オフセット電圧Ｖ
_outを零にする方法について説明する。図４（ａ）およ
び（ｂ）は、所定の溝幅Ｗ（Ｗ＝０．１ｍｍ）でトリミ
ングした際のトリミング長さｚとオフセット電圧Ｖ_out
変化量との関係の計算値および実験結果を表す特性図、
図５は所定のトリミング長さｚ（ｚ＝１３ｍｍ）でトリ
ミングした際の、溝幅Ｗとオフセット電圧Ｖ_out変化量
との関係の実験結果を表す特性図である。

【００１８】なお、図４および図５に示す実験結果に使
用した角速度センサ８の体格は、長さ３０ｍｍ，断面３
ｍｍ×３ｍｍからなる角柱１と、長さ１３ｍｍ，幅３ｍ
ｍ，板厚０．２ｍｍからなる駆動用圧電素子３および検
知用圧電素子２とより構成された角速度センサである。
また、駆動用圧電素子３には２Ｖｒ．ｍ．ｓの交流電圧
を印加し、トリミングはＹＡＧレーザを用いている。

【００１９】図４（ａ）に示すように、検知用圧電素子
２の電極２ａを、支持板７側から順次トリミングした場
合、図２（ｂ）に示すように角柱１の根元に向かうほど
応力が大きくなるため、図４（ｂ）に示すように、オフ
セット電圧Ｖ_outの変化の度合いが大きくなる。また、
図５に示すように、溝幅Ｗを順次変更していくと、オフ
セット電圧Ｖ_out変化量はしだいに大きくなっていく。

【００２０】そこで、次に、この実験結果に基づいた角
速度センサの調整過程の一例について説明する。図６は
本発明の一実施例である角速度センサの調整過程を示す
フローチャートである。図６において、ステップＳ１０
０では、角速度センサ８の駆動用圧電素子３に交流電圧
を供給して、角柱１をＦｖ方向に振動させる。続いてス
テップＳ１１０では、各々の振動板１に接合された検知
用圧電素子３より発生されるオフセット電圧Ｖ_outを検
出し、ステップＳ１２０では、このオフセット電圧Ｖ
_outが零であるか否かを判定する。そして、この時点で
既にオフセット電圧Ｖ_outが零である場合には、検知用
圧電素子２は角柱１の中心線Ａ（図２を参照）に対して
対称に角柱１に接合されているとして、調整を終了す
る。

【００２１】しかし、ステップＳ１２０の判定において
オフセット電圧Ｖ_outが零でない場合には、ステップＳ
１３０へ進んで電極２ａのトリミングを開始する。この
時、上述した実験結果から、電極２ａのトリミング方向
としては、図４（ａ）に示すように、支持板７側のＢ点
から角柱１の自由端側のＣ点に向かうようにトリミング
を行うとよい。このようにすれば、角柱１の自由端側へ
向かうほど応力が弱くなってオフセット電圧Ｖ_outの変
化量が小さくなるため、調整段階終盤の微調整が行い易
くなる。

【００２２】そして、このトリミングとほぼ同期して、
ステップＳ１４０では、再度オフセット電圧Ｖ_outが零
であるか否かを判定する。この時、図６に示すように、
オフセット電圧Ｖ_outが零とならない場合には、ステッ
プＳ１４０の判定処理が繰り返し行われてトリミングが
継続して行われることになる。そして、オフセット電圧
Ｖ_outが零になると、ステップＳ１５０に進んでトリミ
ングを停止して、一連の調整過程を終了する。

【００２３】以上述べたように上記一実施例において
は、検知用圧電素子２に形成されている電極２ａトリミ
ング等の方法により除去して、電極除去部２ｂを形成す
ることによってオフセット成分５を低減させているの
で、その他の特性値に変化を与えることなくオフセット
成分５を調整することができる。なお、上記第１実施例
において、トリミングがレーザトリミングであれば、溝
幅Ｗを大きく変えることは困難となるため、図４に示す
Ｂ点からＣ点までのトリミングでもまだ不足である場合
には、さらに位置をずらして、Ｂ点からＣ点へ向かうよ
うにしてトリミングしてもよい。また、このトリミング
方向についても、Ｂ点からＣ点という１ラインでトリミ
ングするのではなく、例えばＢ点近傍を先にトリミング
することにより大雑把なオフセット電圧Ｖ_outの調整を
行い、後の微調整をＣ点近傍で行うようにしてもよい。

【００２４】さらに、このトリミングについては、研削
やサンドブラスト等の手段によるものでもよい。また、
上記一実施例では、音叉構造をなす角速度センサについ
て説明したが、角柱１が１本だけからなる音片型の角速
度センサにも適用可能である。（第２実施例）第２実施例の角速度センサは、第１実施
例に用いられたものと同一のものを採用し、トリミング
の調整の行い方が異なるのみである。

【００２５】特に第２実施例において、注目すべき点
は、オフセット電圧が図３に示されるように、正負の極
性を有するとともに、このオフセット電圧が、圧電素子
の接着の位置ズレの方向に対応していることに着目した
のである。従って、第２実施例においては、オフセット
電圧Ｖout を調整する際に、検出用圧電素子２が、どち
らの方にズレているのかを判定し、かつ、ずれている側
の検出用圧電素子２の電極２ａをレーザー等でトリミン
グした。

【００２６】第２実施例においては、図７（ａ），
（ｂ）に示すように、検出用圧電体２のズレの方向を、
フィードバック用圧電体からの信号をモニターすること
によって、オフセット電圧Ｖout の極性を判定してい
る。即ち、オフセット電圧Ｖout の信号がフィードバッ
ク信号と異相の場合には、図７（ａ）に示す如く、検出
用圧電体２の電極２ａの左部Ｔ１をトリミングし、オフ
セット電圧Ｖout の信号がフィードバック信号と同相の
場合には、図７（ｂ）に示す如く、検出用圧電体２の電
極２ａの右部Ｔ２をトリミングする。

【００２７】図８に、第２実施例のフローチャートを示
す。第２実施例のフローチャートにおいては、第１実施
例の図６に示すフローチャートにステップＳ１３５とし
てのオフセット電圧Ｖout の極性判定を追加する。この
Ｓ１３５の追加によって、より効果的なトリミングを行
うことができる。（第３実施例）第２実施例においては、検出用圧電素子
２の極性判定を、オフセット電圧とフィードバック電圧
との位相を判断することによって行った。それに対し
て、第３実施例においては、図９（ａ），（ｂ）に示す
如く、検出用圧電素子２を常に中心から一方向にずらす、検出用圧電素子２の電極を初めからずらして付与す
る、ことによって、第２実施例の如く、極性の判断を行うこ
とは不要とすることができる。

【００２８】即ち、の場合には、図９（ａ）に示す如
く、例えば検出用圧電素子２を常に外側にズラして接合
することによって、常にトリミングすべき位置を外側と
することができるのである。また、の場合には、図９
（ｂ）に示す如く、例えば初めから検出用圧電素子２の
電極２ａを外側にずらすことによって、常に電極２ａの
トリミング位置を外側に固定することができるのであ
る。

【００２９】（第４実施例）第４実施例においては、ト
リミングのパターンについて詳細に述べる。レーザート
リミングによって、大きなオフセット電圧Ｖout を調節
する場合、検出用圧電素子２の電極２ａの端部Ｅ１から
端部Ｅ２までのトリミングを何回か繰り返さなくてはい
けない。

【００３０】この時、図１０のトリミングＴ３のパター
ンの場合、電極２ａが完全に除去されていないならば、
マイグレーションやトリミング部分への導電性物質の貼
着等の原因によって、電極残りの部分に発生しているオ
フセット電圧Ｖoff が検出信号の中に発生する可能性が
ある。そこで、上記問題を防止するトリミングパターン
として、図１１（ａ）に示す如く、電極２ａの端部Ｅ１
から端部Ｅ２をすべて切り離すことなしで、少なくとも
どちらか一方の端部Ｅ１もしくはＥ２を切り離さないト
リミングＴ４のパターンとしてもよい。

【００３１】さらには、図１１（ｂ）に示す如く、側面
から電極２ａの残りのないように完全にトリミングＴ５
のパターンとしてもよい。（第５実施例）第５実施例においては、経時変化を見込
んだトリミング方法を採用した。即ち、レーザ等による
トリミングの如く、電極に高熱を与えてトリミングする
ような方法においては、熱を伴うために、電極をトリミ
ングするとともに、圧電素子の分極を劣化させるという
問題が生じてしまう。

【００３２】しかし、分極の劣化が生じたとしても、強
誘電体にみられる分極の復元効果によって、経時的に分
極が復元し、これによりオフセット電圧Ｖout がトリミ
ング前の状態へ戻る方向で経時変化させることができ
る。この経時変化量が問題となるレベルの調整が必要な
時は、この経時変化量を考慮して、トリミングすること
によって、安定したセンサを供給することが可能とな
る。

【００３３】図１２は、経時変化の一例である。圧電素
子は、第１実施例に使用した検出用圧電素子と同一のも
のを採用した。図１２よりあきらかなように、トリミン
グ直後であるＹ点より、時間の経過によって、圧電素子
が徐々に復元され、オフセット電圧が０に近づいてい
る。そして、最終的には、ΔＶｔだけ復元されている。

【００３４】このように、ΔＶｔの経時変化を見込ん
で、トリミングを行うことによって、オフセット電圧が
経時的に０に近づくようにすることができる。上記実施
例においては、経時変化を小さくする方法として、圧電
素子の復元効果を利用したが、低融点なＡｌ電極をトリ
ミングすることによって、発熱量を抑え、分極劣化を小
さくすることによって、オフセット電圧Ｖout の経時変
化を低減させてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が適用される角速度センサの
全素子構成を表す全素子構成図である。

【図２】（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、駆動用圧電素子
によって角柱を屈曲振動させた時に上記角速度センサに
発生する応力の発生状態を示す分布図である。

【図３】検知用圧電素子の位置ズレΔｙとオフセット電
圧Ｖ_outとの関係の実験結果を表す特性図である。

【図４】所定の溝幅Ｗでトリミングした際のトリミング
長さｚとオフセット電圧Ｖ_out変化量との関係の実験結
果を表す特性図である。

【図５】所定のトリミング長さｚでトリミングした際の
溝幅Ｗとオフセット電圧Ｖ_out変化量との関係の実験結
果を表す特性図である。

【図６】本発明の一実施例である上記角速度センサの調
整過程を示すフローチャートである。

【図７】（ａ）および（ｂ）は、第２実施例におけるト
リミング調整方法を説明する説明図である。

【図８】第２実施例の調整過程を説明するフローチャー
トである。

【図９】（ａ）及び（ｂ）は、第３実施例におけるトリ
ミング調整方法を説明する説明図である。

【図１０】トリミングのパターンにおいての不具合を説
明する説明図である。

【図１１】第４実施例のトリミングのパターンを説明す
る説明図である。

【図１２】第５実施例のオフセット電圧Ｖout の経時変
化を示す特性図である。

【符号の説明】

１角柱２検知用圧電素子２ａ電極２ｂ電極除去部３駆動用圧電素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神田知幸愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動子に設けられた圧電素子の屈曲振動
を利用する角速度センサの調整方法において、前記振動子に形成された圧電素子の電極の一部を除去す
ることにより、前記圧電体から発生する出力電圧を調整
することを特徴とする角速度センサの調整方法。
【請求項２】振動子に設けられた駆動用圧電素子によ
る前記振動子の屈曲振動を利用する角速度センサの調整
方法において、前記振動子の側面に形成された、角速度を検知するため
の検知用圧電素子の電極の一部を除去することにより、
前記検知用圧電素子から発生する出力電圧を調整するこ
とを特徴とする角速度センサの調整方法。
【請求項３】前記検知用圧電素子の電極の一部を除去
する際には、前記圧電素子の極性を判定することによっ
て、前記検知用圧電素子の前記電極の除去箇所を特定す
ることを特徴とする請求項２記載の角速度センサの調整
方法。