(57)【要約】【課題】本発明は、振動子を用いた振動型センサ部品に関し、振動型センサ部品を用いた冗長性の検出精度を高めることを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために、本発明の振動型センサ部品は、パッケージ１の内部空間に制御回路素子３および防振部材７で懸架された振動体２ａを配置した振動型センサ部品において、防振部材７に懸架された第１の振動体２ａに対して、防振部材７を挟んで第２の振動体を対称に配置する構造とした。【選択図】図１
2013205157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージと、このパッケージの内部空間に設けられた制御回路素子と、前記内部空間に設けられるとともに前記制御回路素子により制御される第１の振動体と、前記内部空間において前記第１の振動体を懸架する防振部材からなり、前記第１の振動体は、前記防振部材による懸架方向と垂直な平面を振動平面としてこの振動平面内における振動中心から対称方向に基本振動する一対の振動腕を有する振動子と、この振動子を振動可能に支持する支持台とからなり、前記振動腕には前記制御回路素子から制御信号を印加することで前記振動腕に前記基本振動を励起する駆動電極と、この基本振動からモニタ信号を励起し前記制御回路素子に出力するモニタ電極と、前記基本振動状態において前記振動平面と直交する検出軸周りの角速度が印加されることで生じるコリオリ力に伴う前記振動腕の前記振動平面内の撓み成分から検出信号を励起し前記制御回路素子に出力する検知電極を備え、前記防振部材に懸架された第１の振動体に対して、前記防振部材を挟んで第２の振動体を対称に配置したことを特徴とする振動型センサ部品。
【請求項２】
第１の振動体の基本振動と第２の振動体の基本振動の向きを逆向きとしたことを特徴とする請求項１に記載の振動型センサ部品。
【請求項３】
第１の振動体から出力される検出信号と、第２の振動体から出力される検出信号を差分することを特徴とした請求項２に記載の振動型センサ部品。
【請求項４】
第１の振動体から出力される検出信号と、第２の振動体から出力される検出信号の反転信号とを差分し、この差分信号で故障診断することを特徴とした請求項２に記載の振動型センサ部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子を用いた振動型センサ部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、角速度や加速度などを検出するのに用いられる振動型センサ部品は、ナビゲーションシステムや車両姿勢制御などの車載用途で用いられる場合、システムの冗長性を確保するため、一つのシステム内にメインの振動型センサ部品に対してサブの振動型センサ素子を配置し、これらの振動型センサ部品の出力信号を比較し故障診断を行うことが知られている。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７４１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、振動型センサ部品は、振動子や振動子を制御する制御回路素子から構成され、制御回路素子により制御される振動子の基本振動に対して検出信号が形成されるものであるため、異なる二つの振動型センサ部品を用いて、それぞれの制御タイミングや出力レベル差を低減させるには限度があり、異なる振動型センサ部品を用いて冗長性を高精度に確保することは困難なものとなっていた。
【０００６】
そこで、本発明は、振動型センサ部品における冗長性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、この目的を達成するために本発明は、制御回路素子を実装したパッケージの内部空間に防振部材で懸架された振動体および回路制御素子を配置した振動型センサ部品において、防振部材で懸架された第１の振動体に対して、防振部材を挟んで第２の振動体を対称に配置する構造としたのである。
【発明の効果】
【０００８】
この構造により本発明は、振動型センサ部品を構成する第１の振動体の冗長性を確保するための第２の振動体を、単一のパッケージ内に配置したことで、これらの振動体を同じ制御回路素子を用いて制御することが可能となり、振動型センサ部品の冗長性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る振動型センサ部品の分解斜視図
【図２】同振動型センサ部品を構成する振動子の上面図
【図３】同振動子に設ける電極の動作原理を示す模式図
【図４】同振動型センサ部品における制御回路ブロックを示す図
【図５】同振動型センサ部品を構成する防振部材の斜視図
【図６】（ａ）（ｂ）同振動型センサ部品を構成する振動子の検出動作を示す模式図
【図７】同振動型センサ部品の断面図
【図８】同振動型センサ部品における信号処理回路を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態における振動型センサ部品について図を用いて説明する。
【００１１】
図１は、角速度を検出するための振動型センサ部品を示したものであり、その基本的な構造は、セラミクスからなる一端開口のパッケージ１の内部に、角速度を検出する振動体２ａと、この振動体２ａに印加する駆動信号や振動体２から出力される検出信号を制御する制御回路素子３を配置し、パッケージ１の開口部を金属製の上蓋４で封口する構造となっている。なお、振動体２ａは、振動子５とこの振動子５を振動可能に支持する支持台６とから形成されており、パッケージ１の開口部において防振部材７で懸架されている。
【００１２】
また、振動子５は、図２に示すように、振動子５の素子中央部分に設けられた矩形状の固定部８と、この固定部８を中心としてＹ軸方向に伸びる一対の連接梁９と、この連接梁９の先端に接続された左右一対の振動腕１０と、この振動腕１０の先端部分に設けられた錘部１１とから構成されている。なお、振動腕１０には後述する駆動電極１２、検知電極１３、モニタ電極１４が設けられている。
【００１３】
また、駆動電極１２、検知電極１３、モニタ電極１４は、図３に示すように、それぞれの電極が、Ａｕからなる上部電極１５と、Ｐｔからなる下部電極１６と、これらの間に配置されたＰＺＴからなる圧電体層１７からなる積層構造としている。
【００１４】
そして、下部電極１６をグランド接続した状態で上部電極１５に正電圧を印加すると電極の積層方向に対して圧縮力が働き、この圧縮力により電極パターンが伸びる方向に応力が発生し、負電圧を印加すると電極に引張力が働き、この引張力により電極パターンが縮む方向に応力が発生するものである。また、これとは逆に、振動腕１０が撓むことにより、電極に圧縮応力が生じれば負電圧が発生し、電極に引張応力が生じれば正電圧が発生する。
【００１５】
また、制御回路素子３は、図４に示すように、振動体２ａの基本振動を制御する駆動制御回路１８と、振動体２ａから出力された検出信号の信号処理を行う信号処理回路１９から構成されており、駆動制御回路１８は一対の振動腕１０が一定の振幅で基本振動するよう、モニタ電極１４で形成される振幅情報を含んだモニタ信号を基に駆動電極１２に印加する制御電圧を形成する回路であり、特に図示はしていないがＡＧＣや増幅器により構成されている。また、信号処理回路１９は振動体２ａの検知電極１３から出力される検出信号から不要信号の除去など所定の信号処理を施し出力信号を形成する回路であり、特に図示していないが検波回路やフィルタ回路により構成されている。
【００１６】
そして、振動体２ａを用いた角速度の検出は、駆動電極１２に制御回路素子３から駆動信号を印加することで、図２の矢印２０で示すように、一対の錘部１１が固定部８を振動中心としてＸ軸方向に対称に基本振動し、この基本振動の状態において、振動平面（ＸＹ平面）に直交するＺ軸方向の検出軸周りに角速度が加わることで、振動体２ａにコリオリ力が生じ、このコリオリ力により一対の錘部１１が矢印２１で示すように固定部８を中心としてＹ軸方向において逆向きに検出振動する。この検出振動による振動腕１０の撓みを、検知電極１３により検出信号に変換し、制御回路素子３に出力するのである。
【００１７】
また、振動体２ａを懸架する防振部材７は図５に示すように、振動体２ａを実装する載置部２２と、この載置部にモールド成形されてバネと伝送線路を兼ねるリード端子２３とから形成され、各リード端子２３は直交する３軸方向に屈曲した蛇行形状であり、パッケージ１に加わる外部衝撃に対して３軸方向で防振する構造としている。
【００１８】
そして、この振動型センサ部品においては、図１に示すように、振動体２ａと同じ構造の振動体２ｂを用意し、振動体２ａに対して振動体２ｂを防振部材７を挟んで対称配置する構造とし、振動型センサ部品の冗長性を高めている。
【００１９】
すなわち、振動型センサ部品の冗長性を確保するために必要な二つの振動体２ａ、２ｂを、一つのパッケージ１内に配置することで、一つの制御回路素子３を用いて二つの振動体２ａ、２ｂの両方を制御でき、例えば、制御クロックの共通化により基本振動の同期精度を高められることや、外部衝撃などに対してもそれぞれの振動体２ａ、２ｂに同じ条件で加わるなどの検出環境を高い精度で一致させることができるからである。
【００２０】
また、このような振動体２ａは、図２を用いて説明したように基本振動の際には、一対の振動腕１０を矢印２０で示すように振動子５の固定部８を振動中心として対称方向に振動させるため、一対の振動腕１０から固定部８に加わる振動応力はそれぞれ逆向きとなりキャンセルされる。一方、検出時に生じる検出振動は、矢印２１で示すように固定部８を中心とした回転方向に加わる振動であるため固定部８を支持する支持台６が捩れる方向に作用する。そして、この捩れ応力が支持台６を介して防振部材７に伝達されて防振部材７の防振作用によりこの捩れ応力が変動する。つまり、振動体２ａに生じた検出振動が防振部材７により不安定となる。
【００２１】
そこで、図６（ａ）の振動体２ａにおける振動子５の基本振動の向きと、図６（ｂ）の振動体２ｂにおける振動子５の基本振動の向きを矢印２４と矢印２５のように逆向きの振動となるように、制御回路素子３から印加される駆動信号を制御することで、上述したように検出振動を安定させることができる。
【００２２】
すなわち、振動体２ａと振動体２ｂの基本振動が矢印２４と矢印２５のように逆方向であることで、角速度の印加により生じるコリオリ力による検出振動も、振動体２ａと振動体２ｂで矢印２６と矢印２７のように逆方向となることから、それぞれの支持台６を介して伝達される捩れ応力も矢印２８と矢印２９で示すように逆向きとなる。従って、図７に示すように防振部材７を挟んで対称配置された振動体２ａと振動体２ｂは、これらの接続点において捩れ応力が逆向きとなりお互いをキャンセルするので、上述した検出振動の減衰作用を防止できる。
【００２３】
なお、振動体２ａと振動体２ｂの基本振動を逆向きとする制御方法としては、例えば、制御回路素子３で生成する振動体２ａを構成する振動子５の駆動電極１２に印加する制御信号と、振動体２ｂを構成する振動子５の駆動電極１２に印加する制御信号の位相を１８０度ずらせることで実施できる。
【００２４】
そして、それぞれの振動体２ａから出力される検出信号の処理については、振動型センサ部品の冗長性を確保するため、それぞれの振動体２ａから同様の検出信号を出力すれば足りるのであるが、同様の制御で同等の検出信号を生成するのであるから、これらの検出信号を比較することで振動子５の故障診断や、素子感度を向上させることができる。
【００２５】
すなわち、これらの振動体２ａ、２ｂから出力される検出信号は、それぞれの振動子５の動作が対称動作となり、振動体２ａ、２ｂから出力される検出信号は、図８に示されるように逆位相の信号となる。従って、この逆位相の検出信号を差分回路３０で差分することで検出信号を２倍に増幅することができる。
【００２６】
また、一方の振動体（例えば振動体２ｂ）から出力された検出信号を反転回路３１で位相反転して振動体２ａから出力された検出信号と同位相として、これらの検出信号を差分回路３２で差分してコンパレータ３３で比較することで、差分信号が一定の範囲内に収まっていれば振動体２ａ、２ｂが正常に動作していると判断でき、差分信号が一定の範囲からはずれた場合には、振動体２ａと振動体２ｂからの出力に差が生じているので故障と判断することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、振動子５を用いた振動型センサ部品の冗長性を確保する上で小型化および検出精度を向上させることができるという効果を有し、特に車載用途の小型で高精度な特性を要求する電子機器に用いる角速度センサにおいて有用となる。
【符号の説明】
【００２８】
１  パッケージ
２ａ  （第１の）振動体
２ｂ  （第２の）振動体
３  制御回路素子
５  振動子
６  支持台
７  防振部材
１０  振動腕
１２  駆動電極
１３  検知電極
１４  モニタ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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