JP2010534848A - マイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー - Google Patents

Abstract

本発明は、以下のＸ−軸として示される測定軸回りの回転速度を把握するための、マイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサーに関するもので、該マイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサーは、基礎部、振動構造部、及び測定軸に直交する励起軸（Ｚ−軸）を有し、振動構造部は、第１の内側の懸架部又は中央懸架部によって、回転可能に、基礎部に結合されており、これにより、振動構造部は、回転個所の回りを、基礎部に対して、回転振動することができ、更に、少なくとも１対の第２の懸架部が、振動構造部を基礎部に結合させており、及び回転個所の相互に対向する側部に設けられており、（マイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサーが、回転軸に特有に形成された応答割合を、一つ以上の回転方向回りの回転速度に対して十分な感受性を維持した状態で形成するために、）少なくとも１対の第２の懸架部が、第１の内側の懸架部ないし中央懸架部よりも、半径方向に大きな間隔で設けられており、更に、（検知軸回りの）一つ以上の測定方向で、外部の衝撃−及び振動作用に対して、十分な強度を有するもので、これにより、エレクトロニクスの信号処理の要求が可能な限り受け入れられ、及び特に基礎部における振動構造部の停滞の危険性に対して対抗作用を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、（以下にＸ−軸として表される）測定軸の回りの回転速度（回転率）を測定するための、マイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー（回転ラートセンサー）に関する。該コリオリ−回転速度センサーは、基礎部、振動構造部、及び測定軸と直交する励起軸（Ｚ−軸）の回りに、回転振動を発生させるための手段を有する。振動構造部は、第１の内側懸架部、又は中央懸架部によって、基礎部と回転可能に結合されており、これにより、基礎部に対する、回転個所（旋回点）の回りの回転振動を行うことができる。

従来技術において、マイクロメカニクスの回転速度センサー（回転角センサー）は公知であり、これらは通常、非結合センサーと結合センサーに区別することができる。非結合センサー（非連結センサー）で、振動構造部は、駆動要素及び該駆動要素と機械的に分離されている検知要素を有している。駆動要素は、通常は静的な運動状態に、駆動振動が加えられる。駆動振動の、検知要素への干渉（伝達）が、駆動要素を検知要素と結合させているフェーダー要素の適切な配置構成によって阻止される。外部からセンサーに回転速度（回転角）が作用すると、駆動要素は、駆動振動に加え、更なる運動、測定運動（把握運動）が与えられる（励起される）。これらは、順次、フェーダー要素を介して、検知要素に移され、測定技術的に把握され、そして評価される。

非結合センサーでは、振動構造部は、駆動−としても検知要素としても作用する。これは、一体的に、又は複数部分から形成されることができ、駆動振動に励起（活性化）され、そして外部の回転速度（回転角）が作用する際、駆動振動に加え、把握振動（測定運動）を起こす。

特許文献１（ＤＥ１０３２０７２５Ａ１）及び特許文献２（ＤＥ１９９１５２５７Ａ１）によって、結合タイプのマイクロメカニクスの運動センサーが公知になっており、該運動センサーは、翼形状に形成された検知構成単位を有している。これは、基礎部分（サブストレート）の中央部に設けられている。中央での軸受けは、（複数の半径方向に分けられた、それぞれ把握（測定）される傾斜方向を横切るように向けられた）懸架梁で行われており、該懸架梁は、中央又は複数の中央から離れた個所で、基礎部に設けられている。

検知構成単位は、センサー内部で発生される励起（活性）に基いて、回転中心点の回りに、基礎部に対して平行な中央の軸受けと一緒に、回転運動を駆動運動として行う。外部の、センサーに作用する回転速度（測定軸の方向又は測定軸の回り）、及びこれにより発生するコリオリ−力に基いて、検知構成単位は、角運動量の変化を受け、検知構成単位に、回転振動軸／励起軸及び外側の回転速度に垂直な軸（検知軸）の回りに傾斜運動をもたらす。傾斜運動は、容量性のセンサー配置構成（該センサー配置構成は、一方側における検知構成単位と、他方側における、基礎部に対向して設けられた容量（キャパシティー）によって構成されている）によって検知される。センサー配置構成は、分けて配置された複数の容量によって構成されている。これは、回転方向に依存する把握（検知）を可能にするためである。

種々の方向における、応答挙動の感受性を調整するために、特許文献２（ＤＥ１９９１５２５７Ａ１）は、検知構成単位の懸架フェーダー又は−梁のアスペクト割合を適切に設定することを開示している。（所定の空間方向に配置された懸架梁の）アスペクト割合を目的に従って形成することにより、例えば、検知構成単位の励起軸回りの回転振動（励起振動）、及び励起軸に対して直交する検知軸の回りの傾斜が可能になり、一方、この軸に直交する測定軸の回りの傾斜が、実質的に阻止可能になるか、又は所望の態様で、制限可能になる。

ＤＥ１０３２０７２５Ａ１ ＤＥ１９９１５２５７Ａ１

このようにして、回転速度の把握（測定）が、回転速度方向に特有のものとして可能になるが、従来技術では、公知のセンサーは、その中央懸架部は、衝撃や振動等の外部からの障害に対して（障害の）抵抗力が不十分であり、そして強度がしばしば十分ではなかった。従って、強度を増すために、検知構成単位と基礎との間の相対的な配置構成の変更が可能であるが、このような変更は、停滞（スティッキング）と使用性能の低下をもたらすものである。

上述した従来技術の課題に鑑み、本発明の目的は、回転軸に特有のものとして形成される応答挙動を有するマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサーであって、回転速度に対して十分な感受性を有し、且つ一つ以上の回転方向を形成し、同時に、（検知軸回りの）一つ以上の測定方向が、外部からの衝撃作用及び振動作用に対して、十分な強度を有し、且つエレクトロニクスの信号割合の要求を可能な限り広く受け入れ、及び特に基礎部における振動構造部の停滞の危険性に対して対抗作用を得ることのできる回転速度センサーを提供することにある。

機械的な障害作用（障害の影響）に対する強度（頑丈性）は、通常、運動状態にあるセンサー構造の共振周波数を、数値的に、音響スペクトルから、十分に外れるように高め、これにより、センサーは、衝撃と振動に対して感受性を鈍くすることにより達成される。しかし、このような処理は、通常は、検知要素の慣性モーメントの減少を伴い、そして、これにより、検知するセンサー表面（表面積）を小さくしてしまう。これにより、強度の向上は、センサーの感受性を犠牲にしてしまう。従って、主たる局面の一つは、機械的な障害作用（障害の影響）に対する非感受性が可能な限り高いという特徴を有し、及び同時に、従来技術に対応する他の設計の感受性が達成されるか、又は、可能な限り優れているセンサー設計を創出することにある。

上記課題は、請求項１に記載の上位概念に従うマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサーによって解決される。請求項１に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサーは、振動構造部を基礎部に結合している、少なくとも１対の第２の懸架部を有し、該懸架部が、回転個所の相互に対向する側に配置され、及び少なくとも１対の第２の懸架部が、回転個所から半径方向に所定の間隔で設けられ、且つ該間隔は、第１の内側の懸架部ないし中央懸架部よりも大きいことを特徴とする。

本発明の回転速度センサーを説明するために、以下の記載では、例示的に、センサーの基礎部に設けられたデカルト座標系（直交座標系）が使用される。その原点は、基礎部に設けられた振動構造部の回転個所（旋回点）に一致する。センサーに関するその説明は、単に例示するものであって、この記載によって本発明が限定されるものではない。座標系のＸ−軸及びＹ−軸は、基礎部平面に対して平行であり、該平面には、静止状態の（把握運動が行われない）振動構造部が設けられている。Ｚ−軸は（励起軸として）、基礎部平面に対して直交するように伸びており、これにより、振動構造部が回転振動を行うために、Ｚ−軸の回りに励起（活性化）される（励起運動）。測定される回転速度（回転角）は、（シュードベクトル角速度として、）Ｘ−Ｙ−平面内に、例えば、Ｘ−軸（この場合では、センサーの回転−又は質量軸を表している）に平行に位置している。そして、測定運動は、振動構造のＹ−軸（この場合では、検知軸である）回りの傾斜振動内に存在する。一つの測定方向に制限されないセンサーの場合、Ｘ−及びＹ−軸は、それぞれ測定軸としても、及び検知軸としても機能する。Ｙ−又はＸ−軸に対して平行に向けられていない回転速度の場合、その速度成分が、その軸の方向にそれぞれ作用し、及びそれぞれ他の軸の回りの偏位（偏差）をもたらし、そしてＸ−及びＹ−軸が同時に測定−及び検知軸であることができる。

本発明は、結合型及び非結合型の回転速度センサーに関するが、結合型のセンサーが特に有用である。振動構造部は、結合型のセンサーの場合には、検知構成単位として作用し、そして励起−も把握運動も行う。非結合型のセンサーの場合、振動構造は通常、検知−も励起構成単位も含み、励起構成単位は、励起運動を行うために励起（活性化）され、そして検知構成単位は、（把握されるべき）検知運動を行う。

上述した両方の場合において、振動構造は本発明に従い、第１の内側の懸架部ないし、中央懸架部を介して、及び少なくとも１対の、第２の外側の懸架部を介して、基礎部に結合されており、そして、少なくとも１対の第２の懸架部が、第１の内側の懸架部よりも、（回転中心に対して）半径方向に長い間隔で配置されている。第１の内側の懸架部の代わりに、中央懸架部を使用する場合、必然的に「回転個所から半径方向に大きな間隔」をとることになる。この理由は、中央懸架部は、回転個所（旋回点）に設けられているので、この半径方向の「間隔」が零になるからである。

結合型センサーの場合、振動構造部を形成する検知構成単位は、第１の内側の懸架部あるいは中央懸架部、及び第２の外側の懸架部を介して基礎部に結合されていることを意味する。非結合型センサーの場合、これは、検知構造にとっても同様に適切である。また、この替わりに、又は追加的に、（非結合型センサーが、検知構成単位と一緒に振動構造部を形成する場合には）上述したように、励起構成単位を、上述した第１の内側の懸架部あるいは中央懸架部及び第２の外側の懸架部で、基礎部に結合することができる。

第１の内側の懸架部あるいは中央懸架部も、第２の外側の懸架部（連結部）も、それぞれ一つだけの懸架個所（懸架点）又は複数の懸架個所を介して、基礎部と直接的に結合されていて良く、又は懸架構造部又は−要素（栓、梁等）を介して、基礎部に間接的に結合されていても良い。結合構造部によって、振動構造部は弾力的に結合されており、この結合で、振動構造部が基礎部に対して、上述した運動ができるようになっている。

第１の内側の懸架部あるいは中央懸架部、及び第２の外側の懸架部は、原則として、任意に構成することができる。重要なことは、第１の内側の懸架部あるいは中央懸架部は、励起運動（Ｚ−軸回りの回転振動）及び同時に１種以上の把握運動（Ｘ−及び／又はＹ−軸回りの傾斜）を可能にすることである。これらは、単に、励起運動を第１の方向に、そして把握運動を、別の方向に行えるように構成することができる（測定方向が一つだけのセンサー）。このことは、好ましくは、第１の内側の懸架部を、軸対称的な構成又は配置とすることにより、例えば、これを対にして、相互に対向して配置した状態で、回転個所の両側に設けることによって行われる。また、把握運動（測定運動）は、２つの空間方向に行うことも可能である。これは、例えば、第１の内側の懸架部を、その方向に関して（回転個所に対して）点対称的に、及びできるだけ回転個所の近くに配置することにより、ないし、中央懸架部を使用することにより行なわれ得る。センサーは、方向に関して独立して、又は回転軸に特定されることのない応答挙動を示す。更なる、第２の外側の懸架部無しに、特定の大きさの回転速度の影響は、（センサーに対するその回転方向とは無関係に、）把握運動に、対応する（同じ）大きさを生起させる。ここで、振動構造部の偏位（振出）の方向は、回転速度のセンサーに対する方向づけにのみ依存する。

第２の外側の懸架部（連結部）は、第１の内側の懸架部あるいは中央懸架部の特定の構成とは無関係に、（センサーの応答挙動及び測定感受性を、製造技術的な観点から単純な方法で、回転軸に特有のものとして形成するという）目的に作用する。第２の外側の懸架部は、振動構造部の励起運動に影響を及ぼすが、影響を及ぼさないことが好ましく、又はごく限定的（非本質的）にしか影響を及ぼさないことが好ましい。その作用は、（１つ以上の）把握運動、ないし測定方向に限定されることが好ましい。第２の外側の懸架部の数と形状、及び回転個所（回転点）についての配置個所の対応する調整により、振動構造部と基礎部の間の相対的な運動を、個々の方向について設定（調整）することができる。これにより、センサーの測定感受性が、方向に特有のものとして構成され、そしてセンサーが、回転軸に特有の応答挙動を有するようになる。更に、センサーの共振周波数を、方向に特有ものとして構成することができ、そして、該共振周波数は、高くすることも、低くすることも可能であり、そしてこれには、例えば、振動構造部の慣性モーメントの低下（該低下により感受性が低下する）等の変更を必要とすることもない。例えば、第２の外側の懸架部の配置によって、振動構造部の、Ｚ−軸及びＹ−軸回りの運動における共振周波数に、制御可能な方法で影響を与えることも可能であり、一方、Ｘ−軸回りの運動が、内側の懸架部の配置によって、大きく制限され、これにより、自由度の数が２に低減される。対応する寸法設定により、振動構造部の作動周波数及び付随する共振の影響下に、実質的に感受性を損なうことを回避でき、これにより、センサーが十分な感受性（特に測定方向）を維持しつつ、機械的な障害影響に対する感受性を鈍くすることができる。

第２の懸架部は、好ましくは、振動構造部２の質量の重心を通る直線上に、相互に（直径的な観点で）対立的に設けられる。第２の懸架部が一対の場合には、この直線は、好ましくは、センサーに対する座標系の一軸に一致する。使用する第２の懸架部が、１対を超える場合も可能であり、この場合、これらは、Ｘ−軸に対しても、Ｙ−軸に対しても対象的に設けられていることが好ましい。第２の懸架部は通常、（小橋又はこれに類似するものによって）相互に結合されておらず、それぞれは、基礎部に対して、直接的な弾性的な結合部を有している。特に有利な長所を有する実施の形態では、これらは（追加的に）、相互に独立して、振動構造部の内側の所定の収納部に設けられ、そして、特定の回転個所に対して対称的に設けられる。振動構造部の外側領域に配置することも同様に可能である。（振動構造の平面内に設けられている、）第２の外側の懸架部が、振動構造部の所定の収納部に存在することが好ましく、そして各収納部は、センサー構造部の機能に基く回転振動を妨害しないように十分な間隔で、懸架部を有することが好ましい。振動構造部の回転中心は、重心と一致することが好ましい。

本発明の更なる（他の）構成では、第１の内側の懸架部、及び第２の外側の懸架部は、少なくとも一つのフェーダー要素（ここで、フェーダー要素は、一方側は、振動構造部で、及び他方側は、直接的に基礎部又はこれと結合した（強い）結合構造（連結構造）に設けられている）、好ましくは、梁フェーダー要素又は曲げ梁を有している。更なる構成では、第１の内側の、及び／又は第２の外側の懸架部のフェーダー要素は、（振動構造部及び基礎部又はその結合構造部における）端部で枝分かれしており、特に複数の腕部を形成している。端部位置は、丸められて形成されていることが好ましく、楕円形状に丸められていることが特に好ましい。このようにして、フェーダー要素の端部は、できるだけ大きく形成され、これにより、内側の張力が最小限にされる。同時に、枝分かれにより、必要な材料が少なくて良く、可能な限り質量を少なくした状態で、負荷に対する高い容量（性能）を得ることができる。フェーダー要素の、振動構造部の回転中心から遠い側の端部が、振動構造部と結合していることが好ましく、一方、フェーダー要素の反対側の端部、すなわち、内方に位置する端部は、基礎部又はその結合構造部と結合していることが好ましい。

検知構造部又は振動構造部の、（基礎部における）３重又は多重の固定に起因して、例えば、温度に起因する変形（ひずみ）の際、センサー特性に変化を生じないようにするために、本発明の特に有利な実施の形態では、第２の懸架部のフェーダー要素は、その長さ方向調整領域に変形部を有している。このような領域がない場合、基礎部及び／又は検知構成単位又は振動構造のゆがみ（湾曲）や歪は、（第１の内側の懸架部に対して）フェーダー要素の固定個所の位置（状態）を変えてしまい、これにより、フェーダー特性が変わってしまい、及び／又は検知構成単位又は振動構造部の基礎部に対する静止位置（静止状態）が変わってしまう可能性があり、従って、センサーは、温度変化（温度移行）によって不利な影響を受ける。本発明が提案する、フェーダー要素の長さ方向調整領域の変形部によって、固定個所の相対的変位に起因してフェーダー要素内に持ち込まれる張力が低減され、又は完全に消去（中和）される。この領域は、張力を受け止める又は補足するバッファー（緩衝器）として作用する。この領域では、フェーダー要素は、屈曲形状、Ｕ−形状、Ｃ−形状、又はリング形状に形成されていることが特に有利であり、またこれに加えて、固定個所の相対的な変位に起因する張力の解消が可能な他の形状も可能である。このような領域を使用することにより、相対的な変位に起因するセンサーの共振周波数の変化が、純粋な梁フェーダーに対してファクター１０だけ低減可能である。

本発明の好ましい実施の形態では、振動構造部は、実質的に剛性（非弾性）のプレートでできており、これは、結合型センサーの場合には、駆動要素も、把握要素もそれ自身に一体化させている。特定の実施の形態では、振動構造部は、２つの翼状形状部分を有することが好ましい。これらは、回転速度の把握（測定）の際、センサーの感受性を高めるように作用する。例えば、センサーの回転を、（所定の時点において、据付のセンサーシステムと軸平行な）慣性系のＸ−軸回りに把握する必要がある場合、翼状形状部分は、Ｘ−軸の方向に形成され、Ｙ−軸の両側に形成されていることが好ましい。

更なる実施の形態では、振動構造部は、半径方向外側に向けられたカム梁を有しており、カム梁には、電極が設けられているか、又は梁がそのように形成されており、これは、更なる据付のカム梁と一緒に容量（キャパシティ）を形成している。これらには、適切な周波数の電気的な交流電圧がかけられ、これにより振動構造部の駆動−回転振動が、Ｚ−軸回りに励起される。Ｘ−軸に平行な部分を有する回転速度について、上述のように、把握運動が励起される。ここに記載される振動構造部は、座量系のＹ−軸回りに傾斜振動を描き、該傾斜振動は、振動構造部自体と基礎部の（振動構造部の下側に位置する）部分によって形成されている電極によって、（コンデンサーの）容量的に把握される。固定個所の回転個所からの空間的な分離は、主要な設計的パラメーターである：翼状形状部分に起因して高くなった振動構造部の慣性モーメント（この場合の例では、センサー座標系のＹ−軸とＺ−軸の回りのもの）がもたらす影響、例えば、軸回りの振動の低くなった共振周波数は、外側に設けられた、第２の懸架部によって、制御可能な態様で、補償（相殺）することができる。更に、回転中心から外側に離れて設けられた懸架部は、特に、振動構造部の（可逆的な）弾性的な変形の際、可動性のセンサー構造の大きな変位（振出）に対抗するように作用する。このようにして、振動構造部が、基礎部において癒着的に付着（スティッキング）する傾向に対して、対抗作用される。

一実施の形態では、本発明の更なる提案に従い、第２の懸架部が翼状形状部分内の収納部に配置され、特にコンパクトで強靭なセンサーが得られる。ここで、第１の内側の懸架部から遠い側の（フェーダー要素の）端部が、振動構造部と結合され、一方、反対側の端部が、基礎部と結合されていることが好ましい。このようなセンサーのあるものは、回転−又は測定軸回りの回転速度を把握するために、大きな感受性(センシティビティ)を有しており、一方、フェーダー要素によって、振動構造部の検知軸回りの過剰な変位（振出）が防止される。同時に、振動構造部の検知軸回りの（基礎部に対する）変位において、システムの共振周波数が、音響スペクトルの外側の値であって、音響スペクトルよりも少なくとも１０ｋＨｚ、高められ（外され）る。これにより、センサーは、望ましくない、障害性の環境影響（該環境影響は、たいていは、音響領域に存在する）、例えば、衝撃又は振動に対して、実質的に鈍くなる（敏感でなくなる）。更に、外部からのショック作用に起因する、（測定モードにおける）振動構造部の衝撃（及び、これに伴う全ての不利な結果）が、対抗作用される。

本発明の更なる長所と実施の形態を、以下に図面を使用して説明するが、本発明は、これらに制限されるものではない。

一対の第１の内側の懸架部を有するセンサーの、第１の好ましい実施の形態における概観を示した図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面の概観を示した図である。 図１のセンサーの、Ｙ−軸に沿って設けられた第１の内側の懸架部の拡大図である。 図１のセンサーの、右側の翼の内側のＸ−軸に沿って設けられた、懸架個所と（屈曲形状を有する）バッファー領域を有するフェーダー要素の拡大図である。 中央懸架部を有するセンサーの、第２の好ましい実施の形態における概観を示した図である。 図５の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面の概観を示した図である。 図５のセンサーの、Ｙ−軸に沿って設けられた中央懸架部の拡大図である。 図５のセンサーの、右側の翼の内側のＸ−軸に沿って設けられたフェーダー要素の拡大図である。

以下の実施の形態の記載、及び図では、センサーの同一の要素と機能構成単位には同一の記号と符号を付す。図に示したデカルト座標は、本発明の全般的な記載に述べられたセンサー座標系を表している。そのＺ−軸（図２と図６の符号６）は、図１と図５では、図面から見る者の方向に垂直に延びている。座標系の原点の正確な位置は、図１及び図２ないしは図５及び図６の概観から分かる。以下では、Ｘ−軸４は、測定軸４として、Ｙ−軸５は検知軸５として、及びＺ−軸６は、駆動軸６として示している。

図１で、その概観が示された、第１の実施の形態のセンサーは、基礎部１を基礎要素として有しており、基礎要素については、この技術分野では公知のものである。基礎部１に対し、振動構造部２が、対となって相互に対立的に設けられた（ラーガー栓３ａ，３ｂ，１４ａ，１４ｂの状態の）懸架個所に、結合構造部として設けられている。ラーガー栓３ａ，３ｂは、フェーダー要素１１ａ，１１ｂと一緒に、Ｙ−軸５に沿って、第１の内側懸架部３ａ，３ｂ，１１ａ，１１ｂに形成されており、これに対し、ラーガー栓１４ａ，１４ｂは、フェーダー要素１０ａ，１０ｂと一緒に、Ｘ−軸に沿って、第２の外側懸架部１４ａ，１４ｂ，１０ａ，１０ｂに形成されている。フェーダー要素１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂは、振動構造部２をラーガー栓３ａ，３ｂ，１４ａ，１４ｂと結合している。

振動構造部２は、検知軸５に対しても、測定軸４に対しても鏡対称的に形成されている。振動構造部２は、更に、振動構造部２の回転中心（該回転中心は、座標軸の原点と一致している）に対して点対称的である。振動構造部２は、主として（実質的に）円形形状の本体部分１６（基礎体１６）を有し、本体部分１６には、その側部に、測定軸４の方向に、翼状形状部分（該翼状形状部分を、以降、翼１７ａ，１７ｂとして示す）が設けられている。翼１７ａ，１７ｂの間において、振動構造部２の本体１６の両側に、駆動カム８aが設けられており、駆動カム８を介して、振動構造部が、駆動軸回りの回転振動に移行される。

図３には、検知軸５に沿って設けられた、ラーガー栓３ａ，３ｂと、これと共に設けられたフェーダー１１ａ，１１ｂが拡大して示されている。ラーガー栓３ａ，３ｂは、その下側に位置する基礎部１と結合されており、そして、基礎部から、正方向の駆動軸６が立っている。フェーダー要素１１ａ，１１ｂ及びラーガー栓３ａ，３ｂからできている懸架部３ａ，１１ａ及び３ｂ，１１ｂは、振動構造２の空所９ａ，９ｂに設けられている。フェーダー要素１１ａ，１１ｂは、ラーガー栓３ａ，３ｂに対向して設けられた端部において、振動構造２と結合されている。フェーダー要素１１ａ，１１ｂは、その形状に起因して、振動構造部２の（基礎部１に対する、及び駆動軸６回りの）回転振動を可能にしており（駆動運動）、及び振動構造部２の（基礎部１に対する、及び検知軸５回りの）回転振動を可能にしているが（把握運動）、これに対して、振動構造部２の基礎部１に対する、測定軸４回りの回転振動は阻止されており、又は実質的に妨害されている。

稼動の間、振動構造２は、駆動カム８によって、基礎部１に対する、駆動軸６回りの回転振動に移行する。測定軸４回りに、センサーの全てが回転すると、周期的なコリオリ−偶力が発生する。該コリオリ−偶力は、図２では、Ｆ_Ｃ１及びＦ_Ｃ２の記号で示されている。これらの力は、可動性のセンサー構造２全体に作用し、そして、駆動軸６と測定軸４によって形成された平面内では、翼１７ａ，１７ｂの範囲で、最も強く作用する。コリオリ−偶力によって発生したコリオリ−モーメントは、振動構造部２の、検知軸２回りの測定モード−回転振動を励起（活性化）する。これにより発生する、振動構造部２の基礎部１に対する相対的な変位は、測定電極（図示せず）によって測定技術的に把握できる。ここで、測定電極は、翼１７ａ，１７ｂの下側に、及び適宜、部分的に又は全てが、内側のディスク形状のプレート（円盤）の下側に存在することが好ましい。

懸架部３ａ，３ｂ，１１ａ，１１ｂを介しての結合に加え、振動構造部２は、第２の更なる外側の懸架部によって、基礎部１に結合されている（図４、参照）。ここで、上記第２の更なる外側の懸架部は、ラーガー栓１４ａ，１４ｂ及びそれに連結された（Ｃ−形状のバッファー領域２０ａ，２０ｂを有する）水平フェーダー１０ａ，１０ｂで成っている。水平フェーダー１０ａ，１０ｂは、振動構造部２の翼１７ａ，１７ｂの領域の内側に設けられている。この目的で、翼１７ａ，１７ｂは、それぞれ空所１５ａ，１５ｂを有しており、この個所に、水平フェーダー１０ａ，１０ｂがバッファー領域及びラーガー栓１４ａ，１４ｂと一緒に収納されている。水平フェーダー１０ａ，１０ｂは、端部１３ａ，１３ｂ（端部１３ａ，１３ｂは、ラーガー栓１４ａ，１４ｂの反対側に設けられている）で、振動構造部２に結合されていることが好ましく、一方、水平フェーダー１０ａ，１０ｂは、他方側端部１２ａ，１２ｂで、ラーガー栓１４ａ，１４ｂに固定されていることが好ましい。ラーガー栓１４ａ，１４ｂは、ラーガー栓３ａ，３ｂに類似して、基礎部１に結合されている。

水平フェーダー１０ａ，１０ｂは、それぞれ曲げ梁の状態で形成されている。そのアスペクト割合は任意に設定可能であるが、高いことが好ましい。上述した実施の形態では、水平フェーダー１０ａ，１０ｂは、実質的に長方形の断面を有し、該断面の検知軸５方向の幅は、該断面の駆動軸６方向の高さよりも小さい。

翼１７ａ，１７ｂの内側に設けられた水平フェーダー１０ａ，１０ｂは、まず第１に、ラーガー栓１４ａ，１４ｂと一緒に、振動構造部２の（それぞれの空間軸回りの）高い慣性モーメントの作用を補償（相殺）するように作用する。これらの処置により、２つの効果が達成される：
１）運動状態のセンサー構造部の機械的（機能に基づくもの、及び派生するもの）固有周波数が、高い値、例えば、１０ｋＨｚ以上（適切なフェーダーの寸法化では２０ｋＨｚを越すまで）高められ、外部から由来する、音響周波数の派生的な振動が、振動構造部の測定運動に、僅かにしか導入されない；及び
２）その内側懸架部を有する水平フェーダーが、外部の衝突に起因する衝撃を広範囲に防ぎ、及び、検知構成単位の、その下側に位置する基礎部１における癒着的な付着（スティッキング）を防ぐ。

センサーの一実施の形態では、水平フェーダー１０ａ，１０ｂは、通り抜ける曲げ梁として、同一の断面を形成しない。むしろ水平フェーダー１０ａ，１０ｂは、領域２０ａ，２０ｂをバッファーとして有し、この中で、フェーダーに導入された張力を、その長さ方向に−すなわち測定軸４の方向に−除去することができる。上述した好ましい実施の形態では、この領域２０ａ，２０ｂは、フェーダー長さ軸の両側に形成され、近似的にＣ−形状の突出部が具体化（形成）される。例えば、基礎部の応力に由来する変形に起因して、ラーガー栓１４ａ，１４ｂの間に変位が発生した場合、該変位は、水平フェーダー１０ａ，１０ｂの、領域２０ａ，２０ｂ内での弾性的変形によって調整（均一化）され、そして、検知軸５の回りの曲げ、及び駆動軸６の回りの曲げにおいて、水平フェーダー１０ａ，１０ｂのフェーダー特性が変化することがない。このようなバッファー領域をフェーダーに使用することによって、固定個所の相対的変位に起因する共振周波数は、まっすぐな梁フェーダーを有するセンサーに対して、ファクター１０だけ低減される。好ましい実施の形態に基づく、相互に比較的近づいて設けられたラーガー栓３ａ，３ｂは、第１の内側の懸架部のために、このようなバッファー領域を使用していない（残している）。

図５には、センサーの第２の実施の形態が概観として示されている。この実施の形態では、振動構造部２は、第１の内側の懸架部３ａ，３ｂ，１１ａ，１１ｂを使用する代わりに、中央懸架部３，１１ａ，１１ｂを使用して設けられている。

中央懸架部は、振動構造２の重心と重なり、そして、座標系の原点に位置している。

振動構造部２は、第１の実施の形態のように、検知軸５に対しても、測定軸４に対しても鏡対称的に形成されている。振動構造部２は、更に、懸架部３，１１ａ，１１ｂに対して、点対称的である。その他の点では、振動構造部２は、第１の実施の形態の振動構造部２と実質的に同様であり、その説明が適用される。

図６には、中央懸架部３，１１ａ，１１ｂが拡大して示されている。中央懸架部は、基礎部１に固定されたアンカー３（アンカー３は、基礎部１から、励起軸６の方向に立っている）からなっている。アンカー３は、実質的に円形の断面を有しており、検知軸５の方向に、相互に対向して設けられた空所１８ａ，１８ｂが設けられている。振動構造２は、中央貫通孔７を有している。これは、同様に、実質的に円形で、検知軸５の方向に設けられた空所９ａ，９ｂを有している。振動構造部２の中央貫通孔７は、アンカー３よりも大きな直径を有しており、これにより振動構造２は、基礎部１に対して、アンカー３の回りの回転振動を（広範囲に妨げられることなく、）行うことができる。振動構造２の空所９ａ，９ｂ及びアンカー３の空所１８ａ，１８ｂは、相互に対向して位置している。これらの空所の間には、アンカーフェーダー１１ａ，１１ｂが設けられており、それぞれ端部側において、一方ではアンカー３と、他方では振動構造部２と結合されている。アンカーフェーダー１１ａ，１１ｂは、その形状（構成）に基いて、振動構造部２の、基礎部１に対する、励起軸６回りの回転振動、及び振動構造部２の基礎部１に対する、検知軸５の回りの回転振動を可能にするが、これに対して、振動構造部２の基礎部１に対する測定軸４回りの回転振動は、阻止されるか、又は実質的に防止される。

第２の実施の形態では、アンカーフェーダー１１ａ，１１ｂも、水平フェーダー１０ａ，１０ｂも、−図７及び図８に示されているように−枝分部１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ；２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄで、それぞれのフェーダー端部位置に設けられている。更に、フェーダー端部位置、すなわちフェーダーの端部領域は、楕円形に丸められている。このように、フェーダーに存在する張力、特に最大張力が、端部領域内で、広い範囲に分配されるが、それにもかかわらず、フェーダーの剛性が大きく高められることはない。フェーダーの端部位置は、検知構成単位２ないしは、中央アンカー３、又は外側アンカー１４ａ，１４ｂのそれぞれの隣接する領域で、相互に丸められた状態になり、同様に、フェーダー端部及びその隣接する構造部の張力を低減させる。総合的に、フェーダー端部領域の形状により、この領域で破損が生じる危険性が低減され、これにより、センサー全体の保持性（維持性）が改良される。フェーダー端部の形状は、第１の実施の形態に基くセンサーに施すこともできる。

１ 基礎部
２ 検知構成単位
３ アンカー（懸架部）
４ Ｘ−軸（測定軸）
５ Ｙ−軸（検知軸）
６ Ｚ−軸（駆動軸）
７ 中央貫通孔
８ 駆動カム
９ａ 空所
９ｂ 空所
１０ａ フェーダー要素
１０ｂ フェーダー要素
１１ａ フェーダー要素
１１ｂ フェーダー要素
１２ａ 端部
１２ｂ 端部
１３ａ 端部
１３ｂ 端部
１４ａ 懸架部
１４ｂ 懸架部
１５ａ 空所
１５ｂ 空所
１６ 本体部分
１７ａ 翼
１７ｂ 翼
１８ａ 空所
１８ｂ 空所
１９ａ 枝分部
１９ｂ 枝分部
１９ｃ 枝分部
１９ｄ 枝分部
２１ａ 枝分部
２１ｂ 枝分部
２１ｃ 枝分部
２１ｄ 枝分部

Claims (20)

1. 測定軸（４）（Ｘ−軸）の回りの回転速度を測定するための、マイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサーであって、
   基礎部（１）、
   振動構造部（２）及び
   測定軸（４）と直交する活性軸（５）（Ｚ−軸）の回りに、振動構造部の回転振動を製造するための手段、を有し、
   振動構造部（２）は、第１の内側の懸架部（３ａ，３ｂ，１１ａ，１１ｂ）又は中央の懸架部（３，１１ａ，１１ｂ）によって、基礎部（１）と回転可能に結合され、
   これにより、基礎部（１）に対する回転振動を、回転個所の回りに、好ましくは、振動構造部（２）の質量重心と一緒に行うことができるマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサーにおいて、
   振動構造部（２）を基礎部（１）に結合している、少なくとも１対の第２の懸架部（１４ａ，１４ｂ，１０ａ，１０ｂ）を有し、
   その懸架部（１４ａ，１４ｂ，１０ａ，１０ｂ）が、回転個所の相互に対向する側に配置され、及び
   少なくとも１対の第２の懸架部が、回転個所から半径方向に所定の間隔で設けられ、該間隔は、第１の内側の懸架部ないし中央懸架部よりも大きいことを特徴とするマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
2. 測定軸（４）（Ｘ−軸）の回りの回転速度を測定するための、マイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサーであって、
   基礎部（１）、及び
   検知構成単位（２）、を有し、
   検知構成単位（２）は、中央の懸架部（３，１１ａ，１１ｂ）によって、基礎部（１）と回転可能に結合され、
   これにより、検知構成単位（２）は、中央懸架部（３，１１ａ，１１ｂ）の回りで、基礎部（１）に対して回転振動が可能であるコリオリ−回転速度センサーにおいて、
   検知構成単位（２）と基礎部（１）が、少なくとも２つの第２の懸架部（１０ａ，１０ｂ，１４ａ，１４ｂ）によって、相互に結合されていることを特徴とするマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
3. 第１の、内側の−及び第２の、外側の懸架部が、振動構造部（２）の質量の重心を通って走る直線の上で、相互に対立的に配置され（請求項１の場合）、ないし、
   第２の、外側の懸架部（１０ａ，１０ｂ，１４ａ，１４ｂ）が、中央の懸架部（３，１１ａ，１１ｂ）を通って走る直線の上で、相互に対立的に配置されている（請求項２の場合）ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
4. 第１の、内側の懸架部（３ａ，３ｂ）が、一組となって、相互に対向して配置されていることを特徴とする請求項１又は３に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
5. 第２の懸架部（１４ａ，１４ｂ，１０ａ，１０ｂ）が、フェーダー要素（１０ａ，１０ｂ）を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
6. 少なくとも１つのフェーダー要素（１０ａ，１０ｂ）が、湾曲梁として形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
7. フェーダー要素（１０ａ，１０ｂ）が、その長さ方向調整領域（２０ａ，２０ｂ）に、変形部を有することを特徴とする請求項５又は６に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
8. 変形部の調整領域領域（２０ａ，２０ｂ）が、屈曲形状、Ｕ−形状、Ｃ−形状、又はリング形状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
9. 少なくとも１つのフェーダー要素（１０ａ，１０ｂ）は、検知される回転速度に生じる偏差に基く方向が、該方向に直交する方向よりも高い剛性を有することを特徴とする請求項５〜８の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
10. フェーダー要素（１０ａ，１０ｂ）が、高いアスペクト割合を有する、実質的に長方形の断面を有することを特徴とする請求項５〜９の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
11. 検知構成単位（２）が、中央懸架部（３，１１ａ，１１ｂ）において、少なくとも１つの曲げフェーダー（１１ａ，１１ｂ）によって、基礎部（１）と結合され、及び検知構成単位（２）の、基礎部（１）に対する、質量軸（４）の回りの回転は実質的に阻止され、他の空間方向では許容されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
12. 振動構造部（２）が、２つの翼状形状部分（１７ａ，１７ｂ）を有することを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
13. 翼状形状部分（１７ａ，１７ｂ）が、フェーダー要素（１０ａ，１０ｂ）のための抜き取り部（１５ａ，１５ｂ）、及びこれと結合した緩衝要素（２０ａ，２０ｂ）を有することを特徴とする請求項１２に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
14. フェーダー要素（１０ａ，１０ｂ）が、中央懸架部（３，１１ａ，１１ｂ）ないし
    第１の、内側懸架部（３ａ，３ｂ，１１ａ，１１ｂ）から、半径方向に遠い側の端部（１３ａ，１３ｂ）で、振動構造部（２）と結合されていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
15. フェーダー要素（１０ａ，１０ｂ）が、検知構成単位（２）と結合した端部（１３）と対向する端部（１２）と、好ましくは外側アンカー（１４ａ，１４ｂ）を介して、基礎部（１）と結合されていることを特徴とする請求項５〜１４の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
16. 振動構造部（２）が、駆動カム（８）を半径方向に備えていることを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
17. フェーダー要素（１０ａ，１０）が、検知構成単位（２）及び／又は基礎部（１）における、その端部の領域で、枝分かれしていることを特徴とする請求項５〜１６の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
18. 曲げフェーダー（１１ａ，１１ｂ）が、検知構成単位（２）及び／又は中央アンカー（３）における、その端部の領域で、枝分かれしていることを特徴とする請求項５〜１６の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
19. フェーダー要素（１０ａ，１０）の端部個所が、好ましくは楕円形に丸められていることを特徴とする請求項５〜１８の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。
20. 曲げフェーダー（１１ａ，１１ｂ）の端部個所が、好ましくは楕円形に丸められていることを特徴とする請求項１１〜１９の何れか１項に記載のマイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー。

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