JP4214123B2 - 音叉型振動式memsジャイロスコープ - Google Patents
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Description
上記振動式ジャイロに利用されるコリオリー力(Koriolri-force)は「Fc=2mΩ・V」式から得られ、ここで「m」は移動体の重量で、「Ω」は角速度で、「V」は速度である。上記コリオリー力(Fc)の方向は速度(V)軸及び角速度(Ω)の回転軸により決定される。かかる振動式ジャイロは通常震え(例えば、手振れ)を感知して補助するための装置に適用できる。
先述したような従来のジャイロにおいては、外部の振動や音響ノイズによってジャイロ構造物に振動が伝わり、測定しようとするする角速度以外の信号が問題となる程に大きく現れることがわかり、実際の用途においてかかる振動や音響ノイズによる異常信号の発生は製品としての機能に致命的な悪影響を及ぼす。
相互に垂直であるX軸及びY軸による水平方向への平面構造を有する基板上に形成された外側固定支持部と、
上記外側固定支持部の内側に連結されY軸方向へ弾性を有する複数個の外部弾性部材と、
上記基板から一定の間隔浮いていて、上記複数個の外部弾性部材により弾性支持され、Y軸上において相互上下に離隔するよう配され、その各内側一部においてY軸方向へ所定の長さを有する櫛歯構造の加振コームを各々有する第1及び第2外部フレームと、
上記基板上に固定され、上記第1及び第2外部フレーム部の各内部にこれらから離隔するよう形成され、上記各加振コームに設定間隔ほど離隔され相互噛み合う櫛歯構造のコーム加振器を各々有する第1及び第2加振電極と、
上記第1及び第2外部フレームの各内側に連結されX軸方向へ弾性を有する第1及び第2内部弾性部材と、
上記基板から一定の間隔浮いていて、上記第1及び第2外部フレーム部の各内部にこれらから離隔するよう形成され、上記第1及び第2内部弾性部材各々により弾性支持され、その各内側一部においてY軸方向へ所定の長さを有する櫛歯構造の感知コームを各々有する第1及び第2内部フレームと、
上記基板上に固定され、上記第1及び第2内部フレームの各内部にこれらから離隔するよう形成され、上記各感知コームに設定間隔ほど離隔され噛み合う櫛歯構造のコーム感知器を各々有する第1及び第2 感知電極とを具備し、
上記外部弾性部材は、
X軸方向へ所定の長さを有する弾性バーから成り、この弾性バーの一端は上記外側固定支持部の内側に連結され、上記弾性バーの他端は上記第1外部フレームに連結された第1及び第2外部弾性部材と、
X軸方向へ所定の長さを有する弾性バーから成り、この弾性バーの一端は上記外側固定支持部の内側に連結され、上記弾性バーの他端は上記第2外部フレームに連結された第3及び第4外部弾性部材と、
右側に倒れたワイングラス形状の弾性体から成り、この弾性体の左側両端は上記外側固定支持部の第1Y軸フレームバーの内側中央付近に連結され、上記弾性体の右側両端は上記第1及び第2外部フレーム各々に連結された第5外部弾性部材と、
左側に倒れたワイングラス形状の弾性体から成り、この弾性体の右側両端は上記外側固定支持部の第2Y軸フレームバーの内側中央付近に連結され、上記弾性体の左側両端は上記第1及び第2外部フレーム各々に連結された第6外部弾性部材と、
を具備することを特徴とする。
図4によると、上記外側固定支持部(220)は相互離隔されY軸方向へ相互並んで形成された第1及び第2Y軸フレームバー(221、222)と、上記第1及び第2Y軸フレームバー(221、222)の各端部に連結され、相互離隔しながらX軸方向へ相互並んで形成された第1及び第2X軸フレームバー(223、224)を含む。
かかる上記第1内部弾性部材(610)によって、上記第1内部フレーム(710)は1次共振モードである加振モードでは上記第1外部フレーム(410)と連動してY軸方向へ振動し、また2次共振モードである感知モードではX軸方向へ振動することができる。
220 外側固定支持部
310〜360 外部弾性部材
410、420 第1及び第2外部フレーム
415、425 加振コーム
510、520 第1及び第2加振電極
515、525 加振コーム
610、620 第1及び第2内部弾性部材
710、720 第1及び第2内部フレーム
715、725 感知コーム
810、820 第1及び第2感知電極
815、825 感知コーム
900 フィードバック電極
Claims (34)
- 相互に垂直であるX軸及びY軸による水平方向への平面構造を有する基板上に形成された外側固定支持部と、
上記外側固定支持部の内側に連結されY軸方向へ弾性を有する複数個の外部弾性部材と、
上記基板から一定の間隔浮いていて、上記複数個の外部弾性部材により弾性支持され、Y軸上において相互上下に離隔するよう配され、その各内側一部においてY軸方向へ所定の長さを有する櫛歯構造の加振コームを各々有する第1及び第2外部フレームと、
上記基板上に固定され、上記第1及び第2外部フレーム部の各内部にこれらから離隔するよう形成され、上記各加振コームに設定間隔ほど離隔され相互噛み合う櫛歯構造のコーム加振器を各々有する第1及び第2加振電極と、
上記第1及び第2外部フレームの各内側に連結されX軸方向へ弾性を有する第1及び第2内部弾性部材と、
上記基板から一定の間隔浮いていて、上記第1及び第2外部フレーム部の各内部にこれらから離隔するよう形成され、上記第1及び第2内部弾性部材各々により弾性支持され、その各内側一部においてY軸方向へ所定の長さを有する櫛歯構造の感知コームを各々有する第1及び第2内部フレームと、
上記基板上に固定され、上記第1及び第2内部フレームの各内部にこれらから離隔するよう形成され、上記各感知コームに設定間隔ほど離隔され噛み合う櫛歯構造のコーム感知器を各々有する第1及び第2 感知電極とを具備し、
上記外部弾性部材は、
X軸方向へ所定の長さを有する弾性バーから成り、この弾性バーの一端は上記外側固定支持部の内側に連結され、上記弾性バーの他端は上記第1外部フレームに連結された第1及び第2外部弾性部材と、
X軸方向へ所定の長さを有する弾性バーから成り、この弾性バーの一端は上記外側固定支持部の内側に連結され、上記弾性バーの他端は上記第2外部フレームに連結された第3及び第4外部弾性部材と、
右側に倒れたワイングラス形状の弾性体から成り、この弾性体の左側両端は上記外側固定支持部の第1Y軸フレームバーの内側中央付近に連結され、上記弾性体の右側両端は上記第1及び第2外部フレーム各々に連結された第5外部弾性部材と、
左側に倒れたワイングラス形状の弾性体から成り、この弾性体の右側両端は上記外側固定支持部の第2Y軸フレームバーの内側中央付近に連結され、上記弾性体の左側両端は上記第1及び第2外部フレーム各々に連結された第6外部弾性部材と、
を具備した音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記外側固定支持部は相互に離隔されY軸方向と相互に並んで形成された第1及び第2Y軸フレームバーと、
上記第1及び第2Y軸フレームバーの各端部に連結され、相互に離隔しながらX軸方向と相互に並んで形成された第1及び第2 X軸フレームバーと、を含むことを特徴とする請求項1に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第1及び第2外部弾性部材は、上記音叉型振動式MEMSジャイロスコープの中心を通るY軸を基準に相互対称する構造から成ることを特徴とする請求項1に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第3及び第4外部弾性部材は前記Y軸を基準に相互対称する構造から成ることを特徴とする請求項3に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第5及び第6外部弾性部材は前記Y軸を基準に相互対称する構造から成ることを特徴とする請求項4に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第1及び第3外部弾性部材は、上記音叉型振動式MEMSジャイロスコープの中心を通るX軸を基準に相互対称する構造から成ることを特徴とする請求項5に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第2及び第4外部弾性部材は前記X軸を基準に相互対称する構造から成ることを特徴とする請求項6に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第5及び第6外部弾性部材各々は前記X軸を基準に相互対称する構造から成ることを特徴とする請求項7に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第5外部弾性部材の弾性体は、上記外側固定支持部の第1Y軸フレームバー側へ開放されたカップ形状から成り上記第1Y軸フレームバーの内側中央付近に連結された第1連結部と、
上記外側固定支持部の第2Y軸フレームバー側へ開放されたカップ形状から成り、上記第1及び第2外部フレームに各端部が連結される第2連結部と、
上記第1連結部の中央と上記第2連結部の中央を連結する第3連結部と、
を含んで成ることを特徴とする請求項8に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第6外部弾性部材の弾性体は、上記外側固定支持部の第2Y軸フレームバー側へ開放されたカップ形状から成り、上記第2Y軸フレームバーの内側中央付近に連結された第1連結部と、
上記外側固定支持部の第1Y軸フレームバー側へ開放されたカップ形状から成り、上記第1及び第2外部フレームに各端部が連結される第2連結部と、
上記第1連結部の中央と上記第2連結部の中央を連結する第3連結部と、
を含んで成ることを特徴とする請求項8に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第1及び第2外部フレームは、相互に離隔しながらY軸方向へ相互に並んで形成された第1及び第2Y軸フレームバーと、
上記第1及び第2Y軸フレームバーの端部に各々連結され、相互に離隔しながらX軸方向へ相互に並んで形成された第1及び第2X軸フレームバーと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第1外部フレームの加振コームは上記第1外部フレームの第1X軸フレームバーに形成され、上記第2外部フレームの加振コームは上記第2外部フレームの第2X軸フレームバーに形成されて成ることを特徴とする請求項11に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第1及び第2加振電極は、上記基板上に固定支持された加振電極パッドと、上記加振電極パッド両側からX軸方向へ所定の長さで延長された加振電極ビームとを含み、
上記第1及び第2加振電極の各コーム加振器は上記加振電極パッド及び加振電極ビームに形成されて成ることを特徴とする請求項12に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第1外部フレームの加振コームは上記第1外部フレームの第2X軸フレームバーに形成され、
上記第2外部フレームの加振コームは上記第2外部フレームの第1X軸フレームバーに形成されて成ることを特徴とする請求項11に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第1及び第2加振電極は、上記基板上に固定支持された加振電極パッドと、上記加振電極パッド両側からX軸方向へ所定の長さで延長された加振電極ビームとを含み、
上記第1及び第2加振電極の各コーム加振器は上記加振電極パッド及び加振電極ビームに形成されて成ることを特徴とする請求項14に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第1内部弾性部材は、Y軸方向へ所定の長さを有するY軸バーから成り、上記Y軸バーの一端は上記第1外部フレームの第1X軸フレームバーに連結され、その他端は上記第1内部フレームに連結された第1ないし第2内部スプリング部材と、
Y軸方向へ所定の長さを有するY軸バーから成り、上記Y軸バーの一端は上記第1外部フレームの第2X軸フレームバーに連結され、その他端は上記第1内部フレームに連結された第3ないし第4内部スプリング部材とを含むことを特徴とする請求項11に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第1及び第2内部スプリング部材は、Y軸を基準に相互対称する構造から成り、上記第3及び第4内部スプリング部材は、Y軸を基準に相互対称する構造から成ることを特徴とする請求項16に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第1及び第3内部スプリング部材は、X軸を基準に相互対称する構造から成り、上記第2及び第4内部スプリング部材はX軸を基準に相互対称する構造から成ることを特徴とする請求項16に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第2内部弾性部材は、Y軸方向へ所定の長さを有するY軸バーから成り、上記Y軸バーの一端は上記第2外部フレームの第1X軸フレームバーに連結され、その他端は上記第2内部フレームに連結された第1ないし第2内部スプリング部材と、
Y軸方向へ所定の長さを有するY軸バーから成り、上記Y軸バーの一端は上記第2外部フレームの第2X軸フレームバーに連結され、その他端は上記第2内部フレームに連結された第3ないし第4内部スプリング部材とを含むことを特徴とする請求項11に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第1及び第2内部スプリング部材は、Y軸を基準に相互対称する構造から成り、上記第3及び第4内部スプリング部材は、Y軸を基準に相互対称する構造から成ることを特徴とする請求項19に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第1及び第3内部スプリング部材は、X軸を基準に相互対称する構造から成り、上記第2及び第4内部スプリング部材は、X軸を基準に相互対称する構造から成ることを特徴とする請求項19に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第1及び第2内部フレームは、相互に離隔しながらY軸方向へ相互に並んで形成された第1及び第2Y軸フレームバーと、
上記Y軸フレームバーの端部に各々連結され、相互に離隔しながらX軸方向へ相互に並んで形成された第1及び第2X軸フレームバーとを含むことを特徴とする請求項1に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第1内部フレームの感知コームは、上記第1内部フレームの第1X軸フレームバーに形成され、上記第2内部フレームの感知コームは上記第2内部フレームの第2X軸フレームバーに形成されて成ることを特徴とする請求項22に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第1感知電極は、上記基板上に固定支持された感知電極パッドと、上記感知電極パッド両側からX軸方向へ所定の長さで延長された感知電極バーとを含み、
上記第1感知電極のコーム感知器は上記感知電極パッド及び感知電極バーに形成されて成ることを特徴とする請求項23に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第2感知電極は、上記基板上に固定支持された加振電極パッドと、上記感知電極パッド両側からX軸方向へ所定の長さで延長された感知電極バーとを含み、
上記第2感知電極のコーム感知器は上記感知電極パッド及び感知電極バーに形成されて成ることを特徴とする請求項24に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第1内部フレームの感知コームは、上記第1内部フレームの第2X軸フレームバーに形成され、上記第2内部フレームの感知コームは、上記第2内部フレームの第1X軸フレームバーに形成されて成ることを特徴とする請求項22に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第1感知電極は、上記基板上に固定支持された感知電極パッドと、上記感知電極パッド両側からX軸方向へ所定の長さで延長された感知電極バーとを含み、
上記第1感知電極のコーム感知器は上記感知電極パッド及び感知電極バーに形成されて成ることを特徴とする請求項26に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第2感知電極は、上記基板上に固定支持された感知電極パッドと、上記感知電極パッド両側からX軸方向へ所定の長さで延長された感知電極バーとを含み、
上記第2感知電極のコーム感知器は上記感知電極パッド及び感知電極バーに形成されて成ることを特徴とする請求項27に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第1内部フレームの感知コームは、上記第1内部フレームの第1及び第2X軸フレームバー各々に形成され、上記第2内部フレームの感知コームは上記第2内部フレームの第1及び第2X軸フレームバー各々に形成されて成ることを特徴とする請求項22に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記第1感知電極は、上記基板上に固定支持された感知電極パッドと、上記感知電極パッド両側からX軸方向へ所定の長さで延長された感知電極バーとを含み、
上記第1感知電極のコーム感知器は上記感知電極パッド及び感知電極バーに形成されて成ることを特徴とする請求項29に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第2感知電極は、上記基板上に固定支持された感知電極パッドと、上記感知電極パッド両側からX軸方向へ所定の長さで延長された感知電極バーとを含み、
上記第2感知電極の複数のコーム感知器は上記感知電極パッド及び感知電極バーに形成されて成ることを特徴とする請求項30に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。 - 上記第1及び第2外部フレームは、上記第1及び第2外部フレームのX軸フレームバー中相互隣接した両X軸フレームバー各々にY軸方向へ配列された複数のフィードバック感知コームをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記マイクロジャイロスコープは上記第1及び第2外部フレーム間に形成され、上記第1及び第2外部フレームのフィードバック感知コームとの離隔距離に応じたキャパシタンスを感知するフィードバック電極部をさらに具備することを特徴とする請求項32に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
- 上記フィードバック電極部は、上記基板に固定されるフィードバック電極パッドと、上記フィードバック電極パッドの両側からX軸方向へ延長されたフィードバック電極ビームと、上記フィードバック電極パッド及びフィードバック電極ビームにY軸方向へ連続に配され、上記第1及び第2外部フレームのフィードバック感知コーム各々に設定間隔ほど離隔され噛み合う櫛歯構造のフィードバックコーム感知器とを含むことを特徴とする請求項33に記載の音叉型振動式MEMSジャイロスコープ。
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