特許 6082227 角速度センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6082227

(24)【登録日】2017年1月27日

(45)【発行日】2017年2月15日

(54)【発明の名称】角速度センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/56 20120101AFI20170206BHJP

【ＦＩ】

   G01C19/56

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-233912(P2012-233912)

(22)【出願日】2012年10月23日

(65)【公開番号】特開2014-85210(P2014-85210A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年8月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000242633

【氏名又は名称】北陸電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091443

【弁理士】

【氏名又は名称】西浦 ▲嗣▼晴

(74)【代理人】

【識別番号】100130720

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼見 良貴

(72)【発明者】

【氏名】矢野 秀和

(72)【発明者】

【氏名】今村 徹治

(72)【発明者】

【氏名】中野 貴之

(72)【発明者】

【氏名】古越 亮平

(72)【発明者】

【氏名】寺崎 宏光

(72)【発明者】

【氏名】川崎 修

【審査官】 梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１６００９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０１８９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０２８３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０５５６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１１４０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０８５０５３８２（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １９／５６ − １９／５７８３

Ｇ０１Ｐ １５／００ − １５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平板状のダイアフラムと、
前記ダイアフラムの中央部に配置された重錘と、
前記ダイアフラムの外周部を支持する支持部と、
前記ダイアフラム上に形成された圧電体層と、
前記圧電体層に対して設けられた複数の振動励起用電極を含み、駆動信号が前記複数の振動励起用電極に印加されているときに、前記重錘に対して、所定の振動軸の方向の運動成分をもった振動を誘起する振動励起部と、
前記圧電体層に対して設けられた複数の検出用電極を含み、コリオリ力に基づいて前記重錘に生じる変位軸の方向の変位を前記複数の角速度検出用電極に現れる電圧に基づいて検出する変位検出部とを備え、
前記ダイアフラムの中心位置に原点Ｏをもち、前記ダイアフラムの表面がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、前記Ｘ軸及びＺ軸のうちの一方を前記振動軸、他方を前記変位軸とし、前記変位検出部からの検出値に基づいてＹ軸まわりの角速度を検出する角速度センサと、
前記角速度センサの前記複数の振動励起用電極に前記駆動信号を印加する駆動回路とを備えてなる角速度センサ装置であって、
前記角速度センサが、前記複数の振動励起用電極に印加する前記駆動信号の電圧値が所定電圧以上であるときに、前記駆動信号の周波数を低いほうから高いほうへ掃引すると、第１の共振周波数において前記電圧値に対する前記変位検出部の出力電圧の比である利得が最大値になり、さらに前記周波数を増加させると前記利得が減少し、その後前記駆動信号の周波数を高いほうから低いほうへ掃引すると、前記第１の共振周波数よりも低い第２の共振周波数で前記利得が最大値になるヒステリシス特性を示すものであり、
前記駆動回路は、前記第２の共振周波数より低く該第２の共振周波数に近い周波数を有し且つ前記所定電圧以上の電圧値を有する前記駆動信号を印加することを特徴とする角速度センサ装置。

【請求項2】

前記駆動信号の周波数が、前記ヒステリシス特性が現れない前記駆動信号の電圧値で得られる素子感度よりも高い素子感度が得られる周波数である請求項１に記載の角速度センサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、角速度センサ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、特開２０１０−１６００９５号公報（特許文献１）に開示されているタイプの角速度センサを用いる場合、特開２０１０−１６００９５号公報の［００６８］段落〜［００７４］段落にも開示されているように、素子の検出感度（素子感度）を高めるための方法として、（１）重錘（振動子）の質量を増加させること、（２）重錘の運動速度を高めること、（３）振動軸方向の共振周波数と、変位軸方向の共振周波数とをできるだけ近づけた設計を行い、コリオリ力によって生じる変位を大きくすることが知られていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１６００９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明者らは、角速度センサ装置において、振動を誘起する振動誘起部に印加する駆動信号の電圧値を上げることで素子感度を向上させることができるという知見を得た。共振周波数を、インピーダンス最小（アドミッタンス最大）を示す周波数と定義すると、同一振幅の交流電圧で駆動した時、共振周波数で振動振幅が最大になる。しかしながら、駆動信号の電圧値を所定の電圧以上にした場合、駆動信号の周波数を低いほうから高いほうへ掃引したときの共振周波数を第１の共振周波数とし、駆動信号の周波数を高いほうから低いほうへ掃引したときの共振周波数を第２の共振周波数とすると、第２の共振周波数が第１の共振周波数よりも低くなるヒステリシス特性を示す角速度センサがあることが判った。より具体的には、この種の角速度センサでは、駆動信号の周波数を低いほうから高いほうへ掃引すると、第１の共振周波数において電圧値に対する変位検出部の出力電圧の比である利得が最大値になり、さらに周波数を増加させると利得が減少し、その後駆動信号の周波数を高いほうから低いほうへ掃引すると、第１の共振周波数よりも低い第２の共振周波数で利得が最大値になるヒステリシス特性を示す。そのため、この種の角速度センサで、ヒステリシス特性が生じる範囲では、動作が不安定になり、自励発振の場合には発振が停止してしまうという問題があった。

【0005】

本発明の目的は、駆動信号の電圧値を所定の電圧以上にして、素子感度を向上させながら、動作を安定させることができる角速度センサ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明が対象とする角速度センサ装置は、可撓性弾性基板と、可撓性弾性基板に形成された圧電体層と、圧電体層に設けられて駆動されると圧電体層を振動させる複数の振動励起用電極と、圧電体層に設けられた複数の角速度検出用電極を含んで構成されて、振動と外部角速度により誘発される変位を複数の角速度検出用電極の出力で検出する変位検出部とを備えた角速度センサと、振動を励起する為に複数の振動励起用電極に駆動信号を印加する駆動回路とを備えている。

【0007】

本発明では、駆動信号の電圧値として、駆動信号の周波数を低いほうから高いほうへ掃引したときの共振周波数を第１の共振周波数とし、駆動信号の周波数を高いほうから低いほうへ掃引したときの共振周波数を第２の共振周波数としたときに、第２の共振周波数が第１の共振周波数よりも低くなるヒステリシス特性を示す所定電圧以上の電圧値を用いる。そして、本発明においては、駆動回路から出力される駆動信号を、所定電圧以上の電圧値を有し且つヒステリシス特性を示す領域を避けた第２の共振周波数よりも低い周波数に設定されている。

【0008】

なお、本明細書においては、このヒステリシス特性を、「周波数ヒステリシス」と定義する。また、本明細書においては、共振周波数とは、上述のように、振動の振幅が最も大きくなる時の周波数のことである。

【0009】

このように振動励起用電極に印加する駆動信号の電圧及び周波数を設定することにより、素子感度を向上させながら、駆動には不向きな周波数ヒステリシスが発生する周波数領域を避けることができる。そのため、素子感度の向上と、動作の安定とを両立させることができる。

【0010】

より具体的には、本発明が対象とする角速度センサ装置は、平板状のダイアフラムと、ダイアフラムの中央部に配置された重錘と、ダイアフラムの外周部を支持する支持部と、ダイアフラム上に形成された圧電体層と、圧電体層に対して設けられた複数の振動励起用電極を含み、駆動信号が複数の振動励起用電極に印加されているときに、重錘に対して、所定の振動軸の方向の運動成分をもった振動を誘起する振動励起部と、圧電体層に対して設けられた複数の角速度検出用電極を含み、コリオリ力に基づいて重錘に生じる変位軸の方向の変位を複数の角速度検出用電極に現れる電圧に基づいて検出する変位検出部とを備えた角速度センサと、角速度センサの複数の振動励起用電極に駆動信号を印加する駆動回路とを備えている。角速度センサは、ダイアフラムの中心位置に原点Ｏをもち、ダイアフラムの表面がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、Ｘ軸及びＺ軸のうちの一方を振動軸、他方を変位軸とし、変位検出部からの検出値に基づいてＹ軸まわりの角速度を検出する。

【0011】

特に、本発明では、角速度センサが、複数の振動励起用電極に印加する駆動信号の電圧値が所定電圧以上であるときに、駆動信号の周波数を低いほうから高いほうへ連続的に増加させると、第１の共振周波数において電圧値に対する変位検出部の出力電圧の比である利得が最大値になり、さらに周波数を増加させると利得が減少し、その後駆動信号の周波数を高いほうから低いほうへ掃引すると、第１の共振周波数よりも低い第２の共振周波数で利得が最大値になるヒステリシス特性を示すものである。そして、本発明では、駆動回路が、第２の共振周波数より低く該第２の共振周波数に近い周波数を有し且つ所定電圧以上の電圧値を有する駆動信号が印加するように設定している。

【0012】

このように振動励起用電極に印加する駆動信号の電圧及び周波数を設定することにより、素子感度を向上させながら、駆動には不向きな周波数ヒステリシスが発生する周波数領域を避けることができる。そのため、素子感度の向上と、動作の安定とを両立させることができる。

【0013】

駆動信号の周波数が、第２の共振周波数より低い周波数であれば、駆動による振動は安定することがわかっているが、低くしすぎてしまうと、振動が小さくなり素子感度が低下する。そこで、本発明では、駆動信号の周波数を第２の共振周波数より低い周波数で、しかもヒステリシス特性が現れない駆動信号の電圧値で得られる素子感度よりも高い素子感度が得られる周波数にするのが望ましい。このように設定すれば、確実に素子感度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の角速度センサ装置に用いる角速度センサの実施の形態の一例の平面図、底面図及び断面図である。

【図2】本発明の角速度センサ装置の実施の形態のブロック図である。

【図3】周波数を低いほうから高いほうへ掃引し、その後、周波数を高いほうから低いほうへ掃引した場合に得られる利得を示す波形図である。

【図4】第２の共振周波数を基準にして、０％〜４％の周波数範囲で駆動信号の周波数を変化させた場合の検出出力を示す図であり、（Ａ）は、ピッチ（Ｙ軸回り）、（Ｂ）は、ロール（Ｘ軸回り）の図である。

【図5】第２の共振周波数を基準にして、０％〜４％の周波数範囲で駆動信号の周波数を変化させた場合の素子感度及び素子感度変化率を示す図であり、（Ａ）は、ピッチ（Ｙ軸回り）、（Ｂ）は、ロール（Ｘ軸回り）の図である。

【図6】第２の共振周波数を基準にして、０％〜４％の周波数範囲で駆動信号の周波数を変化させた場合の他軸感度を示す図であり、（Ａ）は、ピッチ（Ｙ軸回り）、（Ｂ）は、ロール（Ｘ軸回り）の図である。

【図7】駆動信号の電圧値を０．８Ｖpp、１．０Ｖpp、１．２Ｖppにした場合に、駆動信号の周波数を第２の共振周波数から２％下げたときの素子感度を示す図であり、（Ａ）は、ピッチ（Ｙ軸回り）、（Ｂ）は、ロール（Ｘ軸回り）の図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の蓄電装置の実施の形態の一例について説明する。

【0016】

本発明の角速度センサ装置ＧＭに用いる角速度センサＧＳでは、平板状のダイアフラム１と、ダイアフラム１の中央部に配置された重錘３と、ダイアフラムの外周部を支持する支持部５と、ダイアフラムの表面に絶縁膜６を介して形成された下部電極７と、下部電極の上に形成された圧電薄膜（圧電体層）９と、圧電薄膜９の上に形成された４つの振動励起用電極１１及び４つの角速度検出用電極１３とを備えている。ダイアフラム１は、可撓性弾性基板を構成している。ダイアフラム１と、重錘３と支持部５とは、結晶方位が（１００）の半導体基板の一方の面上に重錘３の端面と支持部５の端面に対応する形状を有するマスクを配置し、このマスク側からドライエッチングを施すことにより、一体に形成されている。本実施の形態では、４つの振動励起用電極１１により、重錘３に対して、所定の振動軸の方向の運動成分をもった振動を誘起する振動励起部が構成されている。また角速度検出用電極１３により、コリオリ力に基づいて重錘３に生じる変位軸の方向の変位を検出する変位検出部が構成されている。

【0017】

重錘３に対して、所定の振動軸の方向の運動成分をもった振動を誘起するためには、４つの振動励起用電極１１からなる振動励起部を交流電圧駆動する。そしてコリオリ力に基づいて重錘３に生じる変位軸の方向の変位を、４つの角速度検出用電極１３に発生する電圧で検出して、角速度を求める。この角速度センサでは、ダイアフラム１の中心位置に原点Ｏをもち、ダイアフラム１の表面がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、Ｘ軸及びＺ軸のうちの一方を振動軸、他方を変位軸とし、変位検出部を構成する角速度検出用電極１３からの検出値に基づいてＹ軸まわりの角速度を検出する。またＸ軸周り及びＹ軸周りの角速度を検出するためには、重錘３をＺ方向に振動させることになる。また、Ｚ軸周りの角速度を検出するためには、重錘３をＸ軸方向またはＹ軸方向に振動させることになる。

【0018】

重錘３は、円柱状または円錐状を有している。そしてダイアフラムの外周部の輪郭形状は、四角形（本実施の形態では略正方形）の四隅に直線部ＳＬを有する形状になっている。本実施の形態では、正方形の各辺Ｓ１〜Ｓ４と直線部ＳＬとの交点部には、小さいアール部が形成されている。

【0019】

本実施の形態の角速度センサは、４つの振動励起用電極１１を、第１の仮想対角線ＣＬ１と第２の仮想対角線ＣＬ２によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成している。そして４つの角速度検出用電極１３も、第１の仮想対角線ＣＬ１と第２の仮想対角線ＣＬ２によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成されている。本実施の形態では、第１の仮想線Ｌ１及び第２の仮想線Ｌ２がＸ軸の軸線及びＹ軸の軸線とそれぞれ一致している。このような配置では、ダイアフラムの輪郭の第２の仮想線に添う長さ寸法をＲ１とし、ダイアフラムの輪郭の第１の仮想線に添う長さ寸法をＲ２とし、第１の仮想対角線及び第２の仮想対角線に添う長さ寸法をＲ３とした場合に、Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３＝（０．９５±０．０２の範囲の値）：１：（０．８５±０．０２の範囲の値）の関係を満たすようにすると、主軸感度及び他軸感度を共にバランスさせることができることが実験により確認されている。なお本実施の形態では、４つの振動励起用電極１１は、重錘３の径方向外側に位置する外辺１２Ａと、この外辺１２Ａと径方向に対向する内辺１２Ｂと、外辺１２Ａと内辺１２Ｂとを連結する一対の連結辺１２Ｃ及び１２Ｄとからなる。外辺１２Ａの形状は、ダイアフラム１の外周部の一部（隣合う２つの辺ＳＬの一部と直線部Ｓ１に亘る部分）の形状と相似形になっている。また振動励起用電極１１の輪郭形状の内辺１２Ｂの形状は、円弧形状を有している。４つの振動励起用電極１１をこのような形状にすると最も効率良く、しかも安定に振動を生じさせることができることが確認されている。また４つの角速度検出用電極１３の輪郭形状は、重錘３の径方向外側に位置する外辺１４Ａと、外辺１４Ａと径方向に対向する内辺１４Ｂと、外辺１４Ａと内辺１４Ｂとを連結する一対の連結辺１４Ｃ及び１４Ｄとからなる。本実施の形態では、外辺１４Ａ及び内辺１４Ｂはそれぞれ同心の円弧形状を有している。４つの振動励起用電極１１と４つの角速度検出用電極１３をこのように定めると、Ｘ軸方向の振動とＹ軸方向の振動の区分ができる信号を４つの角速度検出用電極１３から確実に得ることができることが確認されている。なお本実施の形態では［図１（Ａ）のｒで示した部分］、４つの振動励起用電極１１及び４つの角速度検出用電極１３の角部を湾曲させているので、電極が剥離することを有効に防止することができる。また本実施の形態ではダイアフラム１の輪郭の辺と隅部との連結部［図１（Ｂ）のｒで示した部分］は湾曲しているので、ダイアフラム１の機械的強度が高い。

【0020】

図２は、本実施の形態の角速度センサ装置ＧＭのブロック図である。本実施の形態の角速度センサ装置ＧＭは、大きく分けて、上述の角速度センサＧＳと、角速度センサＧＳを駆動する駆動装置ＤＣとから構成されている。駆動装置ＤＣは、振動励起用電極１１に入力する駆動信号を発生させる発振回路２１と、角速度検出用電極１３の出力を増幅させる増幅器２３と、増幅器２３の出力の所定の周波数以外の周波数を減衰させるバンドパスフィルタ２５と、利得比較器２７とから構成されている。利得比較器２７は、所定の周波数で角速度センサＧＳを駆動してバンドパスフィルタ２５から出力される電圧の利得と周波数をデクリメントされてバンドパスフィルタ２５から出力される電圧の利得とを比較し、第２の共振周波数を決定する機能を有している。位相比較器２９については、後述する。

【0021】

図３を用いて、本実施の形態で振動励起用電極１１に印加する駆動信号を説明する。本実施の形態では、Ｘ軸周り及びＹ軸周りの角速度を検出するために、重錘３をＺ方向に振動させて、測定を行っている。図３は、横軸が駆動信号の周波数［ｋＨｚ］であり、縦軸が利得（印加する駆動信号の電圧値に対する変位検出部の出力電圧の比）［ｄＢ］である。図２では、本実施の形態の駆動信号における利得特性（ｓｗｅｅｐ ｕｐ １Ｖpp及びｓｗｅｅｐ ｄｏｗｎ １Ｖpp）と、その比較のために、従来の角速度センサ装置で用いる駆動信号における利得特性（ｓｗｅｅｐ ｕｐ ０．５Ｖpp及びｓｗｅｅｐ ｄｏｗｎ ０．５Ｖpp）も図示してある。

【0022】

従来の角速度センサ装置においては、動作を安定させるために、駆動信号の周波数を変化させた場合でも、利得がヒステリシス特性を示さない電圧値を用いている。角速度センサＧＳの場合、この電圧値の一例は０．５Ｖppであり、図３に示したように、周波数を連続的に上げた場合（低いほうから高いほうに掃引した場合〔ｓｗｅｅｐ ｕｐ〕）、利得は増加し、３４．４２ｋＨｚの時の−４．０ｄＢを最大値にして、利得は連続的に減少する特性を示す。最大値を示す周波数、すなわち、振幅が最大になる周波数が、「共振周波数」である。その後、周波数を連続的に下げた場合（高いほうから低いほうに掃引した場合〔ｓｗｅｅｐ ｄｏｗｎ〕）、利得は増加し、周波数を連続的に上げた場合と同様、３４．４２ｋＨｚの時の−４．０ｄＢを最大値にして、利得は連続的に減少する特性を示す。周波数を連続的に上げた場合と周波数を連続的に下げた場合の利得の変化はほぼ同じであるため、図３においては、２つの波形は、ほぼ重なって表示されている。

【0023】

本実施の形態の角速度センサＧＳに印加する駆動信号は、周波数を連続的に上げて、その後、連続的に下げた場合に、利得がヒステリシス特性を示す領域を有する電圧値を用いる。本実施の形態の角速度センサＧＳの場合、この電圧値の一例は１．０Ｖppである。図３に示したように、周波数を連続的に上げた場合（ｓｗｅｅｐ ｕｐ）、利得は増加し、３４．９１ｋＨｚ（第１の共振周波数）の時の−４．１ｄＢを最大値にして、３４．９２ｋＨｚを超えた直後に、利得は急激に減少する特性を示す。その後、周波数を連続的に下げた場合（ｓｗｅｅｐ ｄｏｗｎ）、利得は３４．８３ｋＨｚを超えた時に、急激に増加する特性を示し、直後の３４．８２ｋＨｚ（第２の共振周波数）の時に、周波数を連続的に下げた場合の利得の最大値である−４．４ｄＢになる。図３からも明らかなように、電圧値１．０Ｖppの場合には、周波数に対して、利得はヒステリシス特性を示す。この特性は、弾性体と圧電薄膜の非線形特性によるものであり、特に圧電薄膜の非線形効果によるものであると推測される。本明細書においては、このヒステリシス特性を、「周波数ヒステリシス」と定義する。図３は一例であり、周波数変化や利得やヒステリシス領域などは異なる場合もある。

【0024】

本実施の形態においては、図３に示される周波数ヒステリシスを示す電圧値（１．０Ｖpp）の駆動信号を用いて、安定した駆動を実現するため、周波数ヒステリシスが発生する周波数領域を避けるように、第２の共振周波数より低い範囲の周波数を用いるように設定する。図４乃至図６は、第２の共振周波数を基準にして、０％〜４％の周波数範囲で駆動信号の周波数を変化させた場合の各要素の変化を示すものである。なお、図４乃至図６においては、（Ａ）は、重錘３をＺ軸方向に振動させ、Ｘ軸を変位軸として、Ｙ軸回りの角速度を検出する場合（ピッチ）であり、（Ｂ）は、重錘３をＺ軸方向に振動させ、Ｙ軸を変位軸として、Ｘ軸回りの角速度を検出する場合（ロール）である。

【0025】

図４（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の共振周波数を基準にして、０％〜４％の周波数範囲で駆動信号の周波数を変化させた場合の検出出力［ｍＶpp］を示す図である。凡例の記号Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２は、図１（Ａ）の４つの振動励起用電極１１に付した記号に対応するものであり、点線の丸で囲ったデータは駆動信号の電圧値を０．５Ｖppにした場合の比較のためのデータである。０％〜２％程度の間であれば、駆動信号の電圧値を１．０Ｖppとした場合の方が、４つの振動励起用電極１１全てにおいて、駆動信号の電圧値を０．５Ｖppにした場合よりも検出出力が高いことが読み取れる。

【0026】

図５（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の共振周波数を基準にして、０％〜４％の周波数範囲で駆動信号の周波数を変化させた場合の素子感度［μＶ／ｄｐｓ］及び素子感度変化率［％］を示す図である。点線の丸で囲ったデータは駆動信号の電圧値を０．５Ｖppにした場合の比較のためのデータである。図５（Ａ）及び（Ｂ）より、０％〜１．５％程度の間であれば、駆動信号の電圧値を１．０Ｖppとした場合の方が、駆動信号の電圧値を０．５Ｖppにした場合よりも素子感度が高くなることが読み取れる。

【0027】

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の共振周波数を基準にして、０％〜４％の周波数範囲で駆動信号の周波数を変化させた場合の他軸感度［％］を示す図である。点線の丸で囲ったデータは駆動信号の電圧値を０．５Ｖppにした場合の比較のためのデータである。図６（Ａ）及び（Ｂ）より、０％〜２％の間で、駆動信号の電圧値を１．０Ｖppとした場合に、駆動信号の電圧値を０．５Ｖppにした場合に比べて、他軸感度が悪化することはないことが読み取れる。

【0028】

以上の実験結果により、駆動信号の電圧値を１．０Ｖppとした場合、本実施の形態では、動作を安定させるために、駆動信号の周波数を第２の共振周波数から１．５％以内の周波数範囲内の周波数に決定している。ただし、角速度センサＧＳが温度や経時変化等による影響を受けやすいため、この周波数の範囲は一例にすぎないものであり、図７に示すように、駆動信号の電圧値が１．０Ｖppの場合には、駆動信号の周波数を第２の共振周波数から２％以内にすることを目安としている。

【0029】

図７は、駆動信号の電圧値を周波数ヒステリシスが発生する０．８Ｖpp、１．０Ｖpp、１．２Ｖppにした場合に、駆動信号の周波数を第２の共振周波数から２％下げたときの素子感度［μＶ／ｄｐｓ］を示した図である。（Ａ）は、重錘３をＺ軸方向に振動させ、Ｘ軸を変位軸として、Ｙ軸回りの角速度を検出する場合（ピッチ）であり、（Ｂ）は、重錘３をＺ軸方向に振動させ、Ｙ軸を変位軸として、Ｘ軸回りの角速度を検出する場合（ロール）である。図７（Ａ）及び（Ｂ）より、この場合には、駆動信号の電圧値が０．８Ｖppの場合には、０．５Ｖppのときよりも低下してしまうのに対して、１．０Ｖpp及び１．２Ｖppの場合には、周波数を２％下げたとしても、０．５Ｖppのときよりも高くすることができることが読み取れる。したがって、駆動信号の電圧値や、角速度センサ装置ＧＭを利用する環境に応じて、駆動信号の周波数を第２の共振周波数から何％下げるかを決定することになる。

【0030】

以上より、本発明においては、次の工程から決定した電圧値及び周波数の駆動信号を用いることで、素子感度を向上させ、且つ、動作を安定させることができる。

【0031】

（１）周波数ヒステリシスを示す電圧値の駆動信号を印加して、駆動信号の周波数を連続的に上げた後（この動作を必要としない場合もある）、周波数を連続的に下げて、利得比較器２７によって第２の共振周波数を見つける。なお、第２の共振周波数を見つけるにあたっては、図３のグラフを図示しない表示画面に表示しておき、目視によって見つけてもよい。

【0032】

（２）第２の共振周波数より低い周波数であって、第２の共振周波数から数％以内の適切な周波数範囲内の周波数を決定する。

【0033】

上記工程は、角速度センサ装置ＧＭについて予め行っておき、予め駆動信号の電圧値と周波数を決定しておけば角速度センサ装置を容易に利用することができる。また、利用する際に、必要に応じて（例えば、一定時間おき、起動時、温度変化時等）上記工程を実行し、駆動信号の電圧値と周波数を決定する（キャリブレーションを行う）ようにしてもよいのはもちろんである。このようにすれば、環境や状況に合わせた適切な駆動信号を用いることができる。

【0034】

上記数値は一例であり、条件や環境が異なることにより、数値は変化する。特に、角速度センサは、環境温度により特性が変化することがあることが知られているため、温度による変化は予想される。その場合でも、本発明と同様の工程により駆動信号の電圧値及び周波数を決定することにより、素子感度を向上させ、且つ、動作を安定させることができる。本実施の形態では、さらに、動作を安定させるために、駆動回路ＤＣに位相比較器２９を備えている。位相比較器２９は、発振回路２１の出力電圧の位相と、バンドパスフィルタ２５の出力電圧の位相とを比較し、初期状態（利得から算出して決定した駆動信号の周波数での振動状態）から位相がずれないように発振回路２１の出力電圧の周波数を補正するフィードバック信号を発生する。このようにしてフィードバック信号に基づいて発振回路２１を制御することにより、温度や経時変化により発生する位相のずれを防止し、初期状態を維持することができる。

【0035】

また、本実施の形態では、角速度センサの形状・電極の配置として、図１（Ａ）乃至（Ｃ）のものを用いたが、角速度センサの形状・電極の配置は、これに限られるものではない。他の材料及び他の形状・電極の配置のものにおいても、本発明と同様の工程により駆動信号の電圧値及び周波数を決定することにより、素子感度を向上させ、且つ、動作を安定させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0036】

本発明によれば、駆動信号の電圧値を上げて素子感度を向上させ、且つ、周波数ヒステリシスが発生しない領域の周波数を用いることで、動作を安定させることができる角速度センサ装置を得ることができる。

【符号の説明】

【0037】

ＧＭ 角速度センサ装置
ＧＳ 角速度センサ
１ ダイアフラム
３ 重錘
５ 支持部
６ 絶縁膜
７ 下部電極
９ 圧電薄膜（圧電体層）
１１ 振動励起用電極
１２Ａ 外辺
１２Ｂ 内辺
１２Ｃ，１２Ｄ 連結辺
１３ 角速度検出用電極
１４Ａ 外辺
１４Ｂ 内辺
１４Ｃ，１４Ｄ 連結辺
Ｓ１〜Ｓ４ 辺
ＣＬ１ 第１の仮想対角線
ＣＬ２ 第２の仮想対角線
Ｌ１ 第１の仮想線
Ｌ２ 第２の仮想線
ＤＣ 駆動回路
２１ 発振回路
２３ 増幅器
２５ バンドパスフィルタ
２７ 利得比較器
２９ 位相比較器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】