JP2020091280A - 回転運動検出用微小電気機械デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (22)
- 支持部(100)と、
前記支持部(100)に結合される平面デバイス構造体(102)と
を含む微小電気機械デバイスであって、
前記微小電気機械デバイスの初期静止状態において、前記平面デバイス構造体(102)は、基準面(104)を形成し、
第1面内方向(IP1)および第2面内方向(IP2)は、前記基準面(104)と平行で、互いに直交しており、
面外方向(OP)は前記基準面(104)に垂直であり、
前記デバイス構造体は、2つの慣性マス(204、206)と、第1ばねシステムと、面外シーソー梁システムとを含み、
前記2つの慣性マス(204、206)は、前記基準面(104)に沿って延在し、
各慣性マス(204、206)は、前記第1面内方向(IP1)に延在する少なくとも2つの水平エッジ(212、214;220、222)と、前記第2面内方向(IP2)に延在する少なくとも2つの垂直エッジ(208、210;216、218)とを有し、
前記2つの慣性マスシステムの前記慣性マスにおける隣接する垂直エッジ(208、216)は、前記第1ばねシステムのばね構造体(230)によって互いに結合され、
前記第1ばねシステムは、前記第2面内方向(IP2)において前記慣性マス(204、206)間でフレキシブルに曲がり、また、前記第1面内方向(IP1)と平行であるばね軸を中心として、前記慣性マスシステム間でフレキシブルにねじれるように構成され、
前記第2面内方向(IP2)の同じ方向を向いている前記慣性マス(204、206)の少なくとも2つの水平エッジ(212、220)は、前記面外シーソー梁システムの梁(240)の両端部に結合され、前記梁は、前記基準面内にあり、かつ前記第2面内方向(IP2)と平行である軸を中心として回転するように構成され、
各慣性マス(204、206)は、前記初期静止状態において前記面外方向(OP)と平行である駆動軸を中心として逆位相面内回転運動するように構成され、
前記微小電気機械デバイスは、前記初期静止状態において前記第2面内方向(IP2)と平行である第1感知軸を中心とする前記慣性マスの回転に対応する第1感知信号を前記慣性マスの各々に対して生成するように構成された回路と、前記初期静止状態において前記第1面内方向(IP1)と平行である第2感知軸を中心とする前記慣性マスの回転に対応する感知信号を前記慣性マスの各々に対して生成するように構成された回路とを含む
微小電気機械デバイス。 - 前記回路は、前記微小電気機械デバイスの回転運動の差動検出のために、前記2つの慣性マスの第1感知信号または前記2つの慣性マスの第2感知信号を組み合わせて適用するように構成されている
請求項1に記載の微小電気機械デバイス。 - 各面外シーソー梁システムは、梁(240)と、第1取付要素の取付点(242)と、第2ばねシステムのばね構造体(244)とを含み、
前記第1取付要素の前記取付点(242)は、前記支持部(100)に固定され、
前記梁(240)は、剛性を有し、前記第1面内方向(IP1)に延在し、
前記梁(240)は、前記第2ばねシステムの前記ばね構造体(244)によって前記第1取付要素の前記取付点(242)に結合され、
前記第2ばねシステムの前記ばね構造体(244)は、前記初期静止状態において前記第2面内方向(IP2)と平行である軸を中心としてフレキシブルにねじれるように構成される
請求項1または2に記載の微小電気機械デバイス。 - 各面外シーソー梁システムは、さらに、第3ばねシステムのばね構造体(260)を含み、
前記面外シーソー梁システムの剛性を有する前記梁(240)の一端部は、前記第3ばねシステムの前記ばね構造体(260)によって前記慣性マスの一方(204)の水平エッジ(212)に結合され、剛性を有する前記梁(240)の他端部は、前記第3ばねシステムの別のばね(262)によって前記慣性マスの他方(206)の水平エッジ(220)に結合され、
前記第3ばねシステムの各ばね構造体(260、262)は、前記初期静止状態において前記第2面内方向(IP2)と平行である軸を中心としてフレキシブルにねじれ、また、前記第1面内方向(IP1)および前記第2面内方向(IP2)の両方に曲がり、前記慣性マスシステム(200、202)の前記逆位相面内回転運動を可能にするように構成される
請求項3に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記慣性マスの各々(204)は、駆動要素(270)に結合され、
前記駆動要素(270)は、線形駆動要素(271)および変換駆動要素(272)を含み、
前記線形駆動要素(271)は、前記面内方向の一方(IP2)に線形駆動運動するように構成され、
前記変換駆動要素(272)は、前記慣性マス(204)および前記線形駆動要素(271)に結合され、前記線形駆動要素の前記線形駆動運動を、前記駆動軸を中心とする前記慣性マス(204)の面内回転運動に変換するように構成される
請求項1〜4のいずれか1項に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記駆動要素(270、290)の各々は、それぞれの慣性マス(204、206)内に配置される
請求項5に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記線形駆動要素(271)は、2つの線形駆動マス(273、274)と、第2取付要素の取付点(275)と、第4ばねシステム(276)のばね構造体(277)とを含み、
前記第2取付要素の前記取付点(275)は、前記支持部(100)に固定され、
前記線形駆動マス(273、274)は、前記第4ばねシステムの前記ばね構造体(277)によって前記第2取付要素の前記取付点(275)に結合され、
前記第4ばねシステムの前記ばね構造体(277)は、前記第2面内方向(IP2)における前記線形駆動マス(273、274)の線形運動を可能にするように構成される
請求項5または6に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記第2取付要素は、前記支持部(100)にそれぞれ固定された2対の取付点を含み、
前記線形駆動マス(273、274)は、前記第2面内方向(IP2)に延在する縦梁であり、
前記第4ばねシステムの1対のばね構造体(277、278)は、各線形駆動マス(273)の両端部を前記第2取付要素の1対の取付点(275、276)に結合し、
前記線形駆動マス(273、274)は、第5ばねシステムのばね構造体(280、281)によって変換駆動要素(272)の対向する垂直エッジに結合され、
前記第5ばねシステムの前記ばね構造体の一方(280)は、前記線形駆動マスの一方(273)の線形運動を前記変換駆動要素(272)の一方の垂直エッジに中継するように構成され、前記第5ばねシステムの前記ばね構造体の他方(281)は、前記線形駆動マスの他方(274)の線形運動を前記変換駆動要素(272)の反対側の垂直エッジに中継するように構成される
請求項7に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記変換駆動要素(272)は、変換駆動マス(279)と、第6ばねシステムのばね構造体(282、283)とを含み、
前記変換駆動マス(279)は、前記変換駆動要素(272)の2つの前記垂直エッジと、前記第1面内方向(IP1)に延在する2つの水平エッジとを有し、
前記変換駆動マス(279)の各水平エッジは、前記第6ばねシステムのばね構造体(282)によって前記慣性マス(204)に結合され、前記ばね構造体は、前記初期静止状態において前記第2面内方向(IP2)にある軸を中心としてねじれて曲がるように構成される
請求項8に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記変換駆動要素(272)は、さらに、第3取付要素の取付点(285)と、第7ばねシステムのばね構造体(286)とを含み、
前記第3取付要素の前記取付点(285)は、前記支持部に固定され、
前記変換駆動マス(279)は、前記第7ばねシステムの前記ばね構造体(286)によって前記第3取付要素の前記取付点(285)に結合され、
前記第7ばねシステムの前記ばね構造体(286)は、前記初期静止状態において前記第2面内方向(IP2)である方向に曲がり、前記初期静止状態において前記第1面内方向(IP1)にある軸を中心としてねじれて曲がるように構成され、
前記第3取付要素の前記取付点(285)および前記第7ばねシステムの前記ばね構造体(286)は、前記変換駆動要素(272)の前記変換駆動マス(279)内に配置される
請求項9に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記線形駆動要素(604)は、前記第1面内方向(IP1)に逆位相線形運動するように構成された2つの線形駆動マス(612、614)を含み、
前記変換駆動要素(606)は、前記線形駆動マス(612、614)から前記慣性マス(204)までの結合部を含み、
前記線形駆動マス(612、614)の各々は、前記慣性マス(204)の外側に配置される
請求項5に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記慣性マス(204)は、前記慣性マスの前記逆位相面内回転運動の前記駆動軸と同一位置にある回転中心(630)を有し、
前記変換駆動要素(606)は、前記2つの線形駆動マスのうちの第1線形駆動マス(612)の動きを、前記慣性マス(204)内の第1結合点(608)に中継するように構成され、
前記変換駆動要素(606)は、前記2つの線形駆動マスのうちの第2線形駆動マス(614)の動きを、前記慣性マス(204)内の第2結合点(610)に中継するように構成され、
前記第1結合点(608)および前記第2結合点(610)は、前記第2面内方向(IP2)において前記回転中心(630)の両側にある
請求項11に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記変換駆動要素(606)は、前記線形駆動マス(612、614)の一方から前記慣性マス(204)の結合点(608、610)まで前記第1面内方向(IP1)にそれぞれ延在する2つの縦梁を含む
請求項12に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記デバイス構造体は、さらに、第4取付要素の取付点(640)と、前記第1面内方向(IP1)の第1回転軸(620)および前記第2面内方向(IP2)と一致する第2回転軸(622)を中心とする前記慣性マス(204)の回転を可能にするように構成された第8ばねシステムのばね構造体(641、642、643)とを含み、前記第1軸(620)および前記第2軸(622)は、前記回転中心(630)と重なる
請求項12または13に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記慣性マス(204)は、前記慣性マスの前記逆位相面内回転運動の前記駆動軸と同一位置にある回転中心(730)を有し、
前記線形駆動要素(704)は、前記慣性マス(204)の外側に配置され、前記第1面内方向(IP1)に線形運動するように構成された1つの線形駆動マス(712)を含み、
前記変換駆動要素(706)は、前記慣性マス内に位置する中央ばね構造体と、前記初期静止状態において前記第1面内方向(IP1)である方向において、前記線形駆動マス(712)と前記中央ばね構造体との間に延在する縦梁(716)とを含み、
前記縦梁(716)は、前記線形駆動マス(612)から前記中央ばね構造体内の連結点(742)まで延在し、前記連結点は、前記第2面内方向(IP2)において前記回転中心(630)からずれている
請求項5に記載の微小電気機械デバイス。 - 1つの面外シーソー梁システムは、前記第2面内方向(IP2)に沿った前記慣性マス(204)の一方側で前記慣性マス(204、206)を結合し、
各慣性マス(204)用の前記線形駆動要素(804)は、前記慣性マス(204)の他方側にあり、
各慣性マス(204)用の前記変換駆動要素(806)は、当該変換駆動要素に含まれた面内シーソー梁システムによって、前記線形駆動要素の前記線形駆動運動を前記慣性マス(204)の回転運動に変換するように構成された面内シーソー梁システム(860、861、862)を含む
請求項5に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記慣性マス(204)は、直交して重なる2つのバー形状から形成された十字形状を有し、第1バー形状は前記第1面内方向(IP1)に延在し、前記第2バー形状は前記第2面内方向(IP2)に延在し、前記慣性マス(204)の前記水平エッジ(212、214)は前記第2バー形状の両端部によって設けられ、前記垂直エッジ(208、210)は前記第2バー形状の両端部によって設けられ、
前記線形駆動要素(904)は、十字形状の前記慣性マス(204)の隣接するバー形状間の領域によって設けられた位置に配置される
請求項5に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記線形駆動要素(904)は、フレームを前記支持部に結合する取付点を囲む当該フレームからそれぞれ形成される2つの線形駆動マス(912、914)を含み、
前記線形駆動マスは、第5ばねシステムのばねによって変換駆動要素の対向する垂直エッジに結合され、
線形駆動マスと前記変換要素とを結合する前記第5ばねシステムの各ばねは、結合された当該線形駆動マスの前記線形運動を前記変換駆動要素の前記垂直エッジに中継するように構成される
請求項17に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記変換駆動要素(906)は、前記線形駆動マス(912、914)の一方から前記慣性マス(204)内の結合点(608、610)まで前記第1面内方向(IP1)にそれぞれ延在する2つの縦梁を含む
請求項18に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記慣性マス(204)は、前記慣性マスの前記逆位相面内回転運動の前記駆動軸と同一位置にある回転中心(930)を有し、
前記変換駆動要素(906)は、前記2つの線形駆動マスのうちの第1線形駆動マス(912)の動きを前記慣性マス(204)内の第1結合点(908)に中継するように構成され、
前記変換駆動要素(906)は、前記2つの線形駆動マスのうちの第2線形駆動マス(914)の動きを前記慣性マス(204)内の第2結合点(910)に中継するように構成され、
前記第1結合点(908)および前記第2結合点(910)は、前記第2面内方向(IP2)において前記回転中心(930)の両側にある
請求項19に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記変換駆動要素(906)は、前記線形駆動マス(912、914)の一方から前記慣性マス(204)内の結合点(908、910)まで前記第1面内方向(IP1)にそれぞれ延在する2つの縦梁を含む
請求項20に記載の微小電気機械デバイス。 - 前記線形駆動要素(271)は、2つの線形駆動マス(273、274)と、第2取付要素の取付点(275)と、第4ばねシステム(276)のばね構造体(277)とを含み、
前記第2取付要素の前記取付点(275)は、前記支持部(100)に固定され、
前記線形駆動マス(273、274)は、前記第4ばねシステムの前記ばね構造体(277)によって前記第2取付要素の前記取付点(275)に結合され、
前記第4ばねシステムの前記ばね構造体(277)は、前記第1面内方向(IP1)における前記線形駆動マス(273、274)の線形運動を可能にするように構成される
請求項5または6に記載の微小電気機械デバイス。
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