JPH102914A - 加速度発生装置及びこれを用いた加速度センサ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加速度センサの置き換え無しに、全ての検出
軸に対して重力加速度の連続的な印加を可能とし、これ
により測定作業の効率を大幅に向上させる。 【解決手段】 加速度発生装置２０は、互いに直交する
３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度の検出が可能な複数の
加速度センサ４０をテーブル１６に装着し、各検出軸方
向を重力方向に合致させるべくテーブル４０の姿勢制御
を施すことにより、加速度センサ２０の各検出軸方向に
重力加速度を作用させる。モータ支持板２には、二重構
造のシャフト５，６が支持され、これらシャフト５，６
はそれぞれモータ４，３により回転駆動される。シャフ
ト５の回転は、ベベルギヤ１７，１８を介してテーブル
１６に伝達され、テーブル１６は装着面１６ａに沿って
回転する。シャフト６の回転は、テーブル支持板１２に
伝達され、テーブル１６は装着面１６ａが垂直上方に向
かう位置から垂直下方に向かう位置まで移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、直交３軸方向
（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の加速度測定が可能な加速度セン
サの電気的特性を測定する際に、各検出軸方向に重力加
速度を印加するための加速度発生装置及びこれを用いた
加速度センサ測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体加速度センサは、通常、図６に示
すように、センサチップ４１をパッケージ４２に搭載し
て構成される。３軸方向の加速度検出が可能な加速度セ
ンサ４０の場合、センサチップ４１は、例えば図７のよ
うに構成される。即ち、シリコン基板の裏面からの加工
により周辺厚肉部５１と中央の重り部５２に挟まれた薄
肉ダイアフラム部５３を形成し、重り部５２の底部にガ
ラス製の重り５４を接合すると共に、周辺厚肉部５１に
台座５５を接合固定する。加速度により撓むダイアフラ
ム部５３には、ピエゾ抵抗効果を示す不純物拡散層によ
るゲージ抵抗（感圧抵抗）ＲX1〜ＲX4，ＲY1〜ＲY4，Ｒ
Z1〜ＲZ4が配設される。Ｘ軸方向の加速度検出用のゲー
ジ抵抗ＲX1〜ＲX4は、ＲX1，ＲX3の組とＲX2，ＲX4の組
とがＸ軸方向の加速度に対して互いに逆方向の抵抗変化
を示すので、これらでブリッジ回路を構成することによ
り、Ｘ軸方向の加速度に対してのみ変化する出力電圧Ｖ
Xが得られる。Ｙ軸方向及びＺ軸方向も同様にブリッジ
回路を構成することにより、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加
速度に対してのみ変化する出力電圧ＶY，ＶZがそれぞれ
得られるようになっている。

【０００３】従来、このような加速度センサの電気的特
性の評価は、各検出軸方向に重力加速度Ｇを印加して、
その検出出力を確認することにより行われている。各検
出軸方向に重力加速度Ｇを印加するには、例えば正確に
面取りした六面体等の専用治具を使用する。即ち、専用
治具の特定の面に加速度センサを一定の向きに固定す
る。そして、専用治具を９０°ずつ回転させて、図８
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、加速度センサ４
０のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸がそれぞれ重力方向に合致する
ようにして、それぞれの姿勢で加速度センサ４０の出力
を測定する。これらの出力が−１Ｇ，０Ｇ，＋１Ｇに対
してそれぞれ一定の範囲に入っていれば、加速度センサ
を良品として判定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の加速度センサの測定方式では、専用治具の各面
を正確に９０°に面取りしなければならない上、手作業
で専用治具を置き換える作業が必要であり、作業効率が
悪いという問題がある。特に、専用治具を恒温槽等の特
別の環境下に置いてセンサの温度特性を測定する場合に
は、作業効率が更に悪化する。また、従来の方式では、
測定可能な範囲が−１Ｇ，０Ｇ，＋１Ｇの３つに限定さ
れ、その間のセンサ出力状態を連続的に計測することが
できないという問題もある。一方、加速度センサを装着
した上記専用治具を回転機構に装着して手動又はモータ
で測定治具ごと回転させながら、加速度センサの出力を
連続的に測定することにより、−１Ｇ〜＋１Ｇまでのセ
ンサ出力状態を観測することも考えられるが、この場合
でも最大２軸のみの姿勢変化に限定され、専用治具の取
付方向の変更を手作業で行わなければならないという問
題点は依然解決されない。

【０００５】この発明は、上述した問題点に鑑みなされ
たもので、加速度センサの置き換え無しに、全ての検出
軸に対して重力加速度の連続的な印加が可能な加速度発
生装置を提供することを第１の目的とする。この発明
は、また、特別の試験環境下においても外部からの制御
だけで全ての検出軸に対する連続的な検査が可能な加速
度発生装置を提供することを第２の目的とする。この発
明は、更に、そのような加速度発生装置を使用して測定
作業の効率を大幅に向上させることができる加速度セン
サ測定装置を提供することを第３の目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る加速度発
生装置は、互いに直交する３軸方向の加速度の検出が可
能な１又は複数の加速度センサを測定テーブルに装着
し、各検出軸方向を重力方向に合致させるべく前記測定
テーブルの姿勢制御を施すことにより、前記加速度セン
サの各検出軸方向に重力加速度を作用させる加速度発生
装置であって、固定部に設置される第１の支持部材と、
この第１の支持部材に軸心が水平となるように直接又は
間接的に回転自在に支持された第１の回転軸と、この第
１の回転軸に固定された第２の支持部材と、この第２の
支持部材に軸心が前記第１の回転軸と直交するように回
転自在に支持された第２の回転軸と、この第２の回転軸
に固定され１又は複数の被測定加速度センサを装着する
ための装着面を有し前記第２の回転軸にその軸心と前記
装着面とが直交するように取り付けられた測定テーブル
と、この測定テーブルの装着面が少なくとも垂直方向上
方に向かう姿勢から垂直方向下方に向かう姿勢を含むよ
うに前記測定テーブルを前記第１の回転軸を介して少な
くとも１８０°回転させる第１の回転駆動手段と、前記
測定テーブルを前記第２の回転軸を中心として少なくと
も３６０°回転させる第２の回転駆動手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【０００７】本発明の好ましい態様においては、前記第
１の回転軸が中空構造であり、前記第２の回転駆動手段
が、前記第１の回転軸の内側に回転自在に同軸配置され
て前記第１の回転軸を支持する第３の回転軸と、この第
３の回転軸を回転駆動すると共に前記第１の支持部材に
対して前記第３の回転軸と反対側に配置された第１のモ
ータと、前記第３の回転軸の回転駆動力を前記第２の回
転軸に９０°変角して伝達するギヤとを備え、前記第１
の回転駆動手段が、前記第１の支持部材に対して前記第
１のモータと同一側に配置された第２のモータであるこ
とを特徴とする。また、本発明の他の態様においては、
前記第１の回転駆動手段が、前記第１の支持部材に対し
て前記第１の回転軸と反対側に配置された第１のモータ
であり、前記第２の回転駆動手段は、前記第２の支持部
材に固定されて前記第２の回転軸を直接駆動する第２の
モータであることを特徴とする。

【０００８】本発明に係る加速度センサ測定装置は、上
記のような加速度発生装置を温度、湿度、雰囲気ガス等
の特定環境下で試験するための環境試験槽内に収容し、
外部からの第１及び第２の回転駆動手段の制御によって
加速度センサの出力を測定を行うものである。より好ま
しくは、前述した同軸回転軸型の加速度発生装置の第１
の回転軸の先端部に構成される前記第２の支持部材及び
前記被測定加速度センサを装着した測定テーブルを含む
可動部分を環境試験槽の内部に収容すると共に、第１及
び第２のモータを環境試験槽の外部に配置して、前記環
境試験槽の外部から前記第１及び第２のモータを制御す
ると共に前記被測定加速度センサからのセンサ出力を導
入して前記被測定加速度センサの出力を測定する。

【０００９】この発明によれば、加速度センサを装着す
る測定テーブルが、第１の回転軸を中心として少なくと
も１８０°回転し、第２の回転軸を中心として少なくと
も３６０°回転する。従って、測定テーブルの加速度セ
ンサの装着面を垂直上方に向かう姿勢から垂直下方に向
かう姿勢まで連続的に移動させることにより、加速度セ
ンサのＺ軸に対して−１Ｇ〜＋１Ｇまでの重力加速度を
連続的に印加することができる。また、測定テーブルを
その装着面が垂直となる状態で装着面に沿って３６０°
回転させることにより、Ｘ軸及びＹ軸に対して−１Ｇ〜
＋１Ｇまでの重力加速度を連続的に印加することができ
る。

【００１０】これらの回転制御は、全て第１及び第２の
回転駆動手段によって行われ、全ての検出軸の測定が人
手による取り替え作業を伴わずに行われる。このため、
作業効率が向上する。また、各軸について連続的な測定
が可能になるので、従来よりも細かい測定データを得る
ことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実
施例に係る加速度発生装置の構成を概略的に示す一部切
欠した側面図である。水平面調整機能付きの台１及びそ
の上に取り付けられた垂直方向に延びるモータ取付板２
は、第１の支持部材を構成する。モータ取付板２には、
第１のモータであるテーブル回転用モータ３と、第２の
モータであるテーブル支持板回転用モータ４とが上下に
所定間隔をあけて装着されている。モータ取付板２に対
してモータ３と反対側には、水平方向に延びるインナー
シャフト５が配置されている。このインナーシャフト５
には、これと同軸で中空状のアウターシャフト６が装着
されている。インナーシャフト５は、テーブル回転用モ
ータ３の回転軸７に直結されてモータ３によって回転駆
動される。アウターシャフト６は、後述する軸受１３と
図示しない他の軸受とによってインナーシャフト５に回
転自在に支持されており、基端側に取り付けられたプー
リ８と、テーブル支持板回転用モータ４の回転軸９に装
着されたプーリ１０と、これらプーリ８，１０に架け渡
されたタイミングベルト１１とにより、モータ４からの
回転駆動力を伝達されて回転駆動される。

【００１２】アウターシャフト６の先端には、第２の支
持部材であるテーブル支持板１２が固定されている。テ
ーブル支持板１２は、垂直部１２ａとこれに直交するテ
ーブル保持部１２ｂとからなるＬ字形状をなし、垂直部
１２ａが軸受１３を介してインナーシャフト５に回転自
在に支持されている。テーブル支持板１２のテーブル保
持部１２ｂには、軸受１４を介してテーブル回転軸１５
が回転自在に支持されている。このテーブル回転軸１５
の一端にテーブル１６が固定されている。インナーシャ
フト５の先端と、テーブル回転軸１５の他端には、イン
ナーシャフト５からテーブル１５に回転駆動力を９０°
変角して伝達するベベルギヤ（かさ歯車）１７，１８が
それぞれ装着されている。なお、９０°変角して回転駆
動力を伝達する手段としては、ウォームギヤ等の他の手
段を用いても良い。

【００１３】このように構成された加速度発生装置２０
のテーブル１６に、例えば図２に示すように、複数の加
速度センサ４０をそれらの各検出軸が全て同一方向に向
くようにセットする。例えばテーブル１６の装着面１６
ａには、各加速度センサ４０を装着するための複数のソ
ケット付きのプリント基板１９が設けられており、この
プリント基板１９のソケットに加速度センサ４０を装着
すれば良い。

【００１４】図１の状態から、テーブル支持板回転用モ
ータ４を駆動すると、モータ４の回転軸９→プーリ１０
→タイミングベルト１１→プーリ８→アウターシャフト
６を介してテーブル支持板１２に回転駆動力が伝達され
る。これにより、アウターシャフト６を１８０°回転さ
せてテーブル１６を装着面１６ａが垂直方向上方に向く
位置から垂直方向下方に向く位置まで移動させると、加
速度センサ４０が正常であれば、そのＺ軸方向の検出出
力は図３（ａ）に示すように、＋１Ｇ〜−１Ｇまで正弦
波状に変化する。

【００１５】また、アウターシャフト６を９０°だけ戻
し、テーブル１６の装着面１６ａを垂直にした状態（Ｚ
軸方向の出力が０Ｇになる状態）で、テーブル回転用モ
ータ３を駆動すると、モータ３の回転軸７→インナーシ
ャフト５→ベベルギヤ１７，１８→テーブル回転軸１５
を介してテーブル１６に回転駆動力が伝達される。これ
により、テーブル１６を図２の状態から矢印方向に３６
０°回転させると、加速度センサ４０が正常であれば、
そのＸ軸方向及びＹ軸方向の検出出力は、図３（ｂ）に
示すように、＋１Ｇ〜−１Ｇの範囲で、それぞれｓｉｎ
状及び−ｃｏｓ状に変化する。

【００１６】従って、これらの検出出力を観測すること
により、加速度センサ４０の良否の判定及び出力値の校
正が可能になる。このように、この実施例の加速度発生
装置によれば、モータ３，４の制御によってテーブル１
６の装着面１６ａを種々変化させて、加速度センサ４０
の各検出軸方向に−１Ｇ〜＋１Ｇまでの重力加速度を連
続的に印加することができるので、従来のように各軸測
定のための人手による治具の取り替え作業が不要であ
り、しかも、テーブル１６には、複数の加速度センサ４
０を一度に装着することができ、複数の加速度センサ４
０の電気的特性を一括測定することができる。このた
め、作業効率が大幅に向上する。また、各軸方向に重力
加速度を連続的に印加することができることにより、−
１Ｇ〜＋１Ｇまでの範囲の連続的な測定値が得られ、各
加速度センサを従来よりも詳細に評価することが可能に
なる。

【００１７】図４は、以上のような加速度発生装置２０
を使用して加速度センサの温度特性を測定するシステム
の構成例を示す図である。加速度発生装置２０のうち、
インナーシャフト５及びアウターシャフト６の先端部
分、即ちテーブル支持板１２、テーブル１６、ベベルギ
ヤ１７，１８等を含む部分を環境試験槽としての恒温槽
２１の内部に収容する。アウターシャフト６と恒温槽２
１との間は、気密性を有する軸受２２を介在させてアウ
ターシャフト６の回転動作を可能にする。各加速度セン
サ４０からはプリント基板１９の下方からリボンケーブ
ル等のリード線２３を介して恒温槽２１の外部に検出信
号を引き出すようにする。リード線２３は、テーブル１
６の移動を妨げることがないように、充分な余裕を持た
せておく。モータ３，４の回転制御は、コンピュータ２
４又はプログラマブルコントローラ２５からの制御信号
をモータドライバ２６，２７を介して各モータ３，４に
入力することにより行う。リード線２３を介して取り出
された各加速度センサ４０の検出信号は、インタフェー
ス２８を介してコンピュータ２４に入力される。

【００１８】このような温度特性を測定するシステムで
は、加速度発生装置２０全体を恒温槽２１内に設置する
ことも考えられるが、この場合、例えば０℃を下回る低
温領域や８０℃を上回る高温領域での測定は、モータの
動作温度条件によっては不可能となることもある。この
点、この実施例によれば、テーブル１６及びテーブル支
持板１２を二重シャフトを介して回転させるようにして
いるので、２つのモータ３，４をモータ支持板２の同一
側に配置することができ、二重シャフトを多少長めにす
ることにより、これらモータ３，４を恒温槽２１の外側
に配置することが容易になる。このため、恒温槽２１内
の温度をモータ３，４の使用可能な温度環境に制限され
ずに任意に設定可能である。

【００１９】図５は、本発明の他の実施例に係る加速度
発生装置を使用した加速度センサの測定システムの構成
を示す図である。この実施例では、台１に取り付けられ
たモータ支持板３１に、テーブル支持板回転用モータ３
２のみを装着している。モータ３２の水平に延びる回転
軸３３は、軸受け３４に支持され、その先端でテーブル
支持板３５を支持している。モータ支持板３５には、Ｌ
字型のテーブル回転用モータ取付板３６が固定され、こ
の取付板３６に、テーブル回転用モータ３７が装着され
ている。モータ３７の回転軸３８は、モータ３２の回転
軸３３と直交する方向に配置され、軸受３９を介してテ
ーブル支持板３５に回転自在に保持されると共に、その
先端でテーブル１６を支持している。この実施例によれ
ば、各回転軸にモータを直結しているので、構成が先の
実施例よりも簡単になるという利点がある。また、この
実施例においても、先の実施例と同様、加速度発生装置
の全体又はその一部を恒温槽内に配置して温度特性の測
定を行うことができる。

【００２０】なお、以上の実施例では、加速度センサ４
０がセンサチップ４１及びパッケージ４２共に、その平
面形状が正方形であり、対角方向にＸ，Ｙ軸を配置した
ものを例として挙げたが、ゲージ抵抗が直交する関係に
あり、これら各軸方向とテーブル１６の方向との関係が
定まっていれば、センサチップ４１及びパッケージ４２
の形状やパッケージに対する各検出軸の方向は任意であ
り、長方形その他各種の形状のセンサに対してこの発明
を適用可能である。また、上記実施例では、テーブル１
６の平面形状を円形としたが、正方形等の他の形状とし
ても良いことは言うまでもない。更に、環境試験槽とし
て、前述した恒温槽の他に、被測定加速度センサを任意
の湿度、ガス、電磁波等の影響下に置くための他の環境
試験槽を用いた場合にも、本発明を適用可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、加
速度センサを装着する測定テーブルを第１及び第２の回
転駆動手段によって第１及び第２の回転軸を中心として
回転させることができるので、加速度センサの置き換え
無しに、全ての検出軸に対して重力加速度の連続的な印
加が可能であり、測定作業の効率を大幅に向上させるこ
とができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る加速度発生装置の構
成を示す側面図である。

【図２】 同装置のテーブルを上方から見た平面図であ
る。

【図３】 同装置を使用してテーブルの姿勢を変えたと
きに得られる各検出軸についての検出信号を示す図であ
る。

【図４】 同装置を使用した加速度センサの測定システ
ムの構成を示す図である。

【図５】 本発明の他の実施例に係る加速度センサの測
定システムの構成を示す図である。

【図６】 加速度センサの外観を概略的に示す斜視図で
ある。

【図７】 同加速度センサに搭載されたセンサチップの
平面図及び断面図である。

【図８】 同加速度センサの従来の測定方法を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１…台、２，３１…モータ支持板、３，３７…テーブル
回転用モータ、４，３２…テーブル支持板回転用モー
タ、５…インナーシャフト、６…アウターシャフト、
８，１０…プーリ、１１…タイミングベルト、１２，３
５…テーブル支持板、１５…テーブル回転軸、１６…テ
ーブル、１７，１８…ベベルギヤ、２０…加速度発生装
置、２４…コンピュータ、２５…プログラマブルコント
ローラ、４０…加速度センサ、４１…センサチップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 幹夫 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに直交する３軸方向の加速度の検出
   が可能な１又は複数の加速度センサを測定テーブルに装
   着し、各検出軸方向を重力方向に合致させるべく前記測
   定テーブルの姿勢制御を施すことにより、前記加速度セ
   ンサの各検出軸方向に重力加速度を作用させる加速度発
   生装置であって、 固定部に設置される第１の支持部材と、 この第１の支持部材に軸心が水平となるように直接又は
   間接的に回転自在に支持された第１の回転軸と、 この第１の回転軸に固定された第２の支持部材と、 この第２の支持部材に軸心が前記第１の回転軸と直交す
   るように回転自在に支持された第２の回転軸と、 この第２の回転軸に固定され１又は複数の被測定加速度
   センサを装着するための装着面を有し前記第２の回転軸
   にその軸心と前記装着面とが直交するように取り付けら
   れた測定テーブルと、 この測定テーブルの装着面が少なくとも垂直方向上方に
   向かう姿勢から垂直方向下方に向かう姿勢を含むように
   前記測定テーブルを前記第１の回転軸を介して少なくと
   も１８０°回転させる第１の回転駆動手段と、 前記測定テーブルを前記第２の回転軸を中心として少な
   くとも３６０°回転させる第２の回転駆動手段とを備え
   たことを特徴とする加速度発生装置。
2. 【請求項２】 前記第１の回転軸は中空構造であり、 前記第２の回転駆動手段は、前記第１の回転軸の内側に
   回転自在に同軸配置されて前記第１の回転軸を支持する
   第３の回転軸と、この第３の回転軸を回転駆動すると共
   に前記第１の支持部材に対して前記第３の回転軸と反対
   側に配置された第１のモータと、前記第３の回転軸の回
   転駆動力を前記第２の回転軸に９０°変角して伝達する
   ギヤとを備え、 前記第１の回転駆動手段は、前記第１の支持部材に対し
   て前記第１のモータと同一側に配置された第２のモータ
   であることを特徴とする請求項１記載の加速度発生装
   置。
3. 【請求項３】 前記第１の回転駆動手段は、前記第１の
   支持部材に対して前記第１の回転軸と反対側に配置され
   た第１のモータであり、 前記第２の回転駆動手段は、前記第２の支持部材に固定
   されて前記第２の回転軸を直接駆動する第２のモータで
   あることを特徴とする請求項１記載の加速度発生装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の加速度発生装置の少なく
   とも測定テーブル部分を環境試験槽の内部に収容し、 前記第１及び第２の回転駆動手段に前記環境試験槽の外
   部から制御信号を与えて前記被測定加速度センサからの
   センサ出力を測定することを特徴とする加速度センサ測
   定装置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の加速度発生装置の第１の
   回転軸の先端部に構成される前記第２の支持部材及び前
   記被測定加速度センサを装着した測定テーブルを含む可
   動部分を環境試験槽の内部に収容すると共に、前記第１
   及び第２のモータを環境試験槽の外部に配置し、 前記環境試験槽の外部から前記第１及び第２のモータを
   制御すると共に前記被測定加速度センサからのセンサ出
   力を導入して前記被測定加速度センサのセンサ出力を測
   定することを特徴とする加速度センサ測定装置。