JP5245009B2 - 振動運動を増幅するマイクロメカニカル素子 - Google Patents
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Description
ΔVは、各半周期における可動部分の可動マス3の利得及び速度を絶対値で表わしたもの、
mは、可動マス3の質量、
fは、支持体2に関して設定される振動周波数、
frは、Hzで表わした場合のfに等しいマス構造3及び戻しバネ4から成る構造体の共振周波数、
Vm0は、マス3の初期速度である。
マスの運動エネルギーは、初期段階では次のようになる:
−前記素子を振動部材に固く連結するインターフェース部と、
−前記インターフェース部に対して、少なくとも1つの自由度で移動可能に取り付けられている可動マスと、
−戻し力を、前記可動マスとインターフェース部との間に加えることができるバネと;
−前記インターフェース部が、前記自由度で変位する方向を検出する部材と
−前記可動マスを、前記インターフェース部に結合させる部材であって、前記可動マスを、前記インターフェース部に、前記インターフェース部の変位方向が、可動マスの変位方向と反対になるときに結合させるように構成され、かつ前記可動マスを、前記インターフェース部から、前記インターフェース部の方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の変位方向が、前記可動マスの変位方向と一致するときに、結合解除するように構成されている結合させる部材
とを備える。
−前記振動部材に対して少なくとも1自由度で移動することができる可動マスを取り付け、かつ戻し力を、前記可動マスと前記振動部材との間に加えることができるバネを設けたマイクロメカニカル素子を提供するステップと、
−前記インターフェース部が、前記自由度で変位する方向を検出するステップと、
−前記可動マスを前記振動部材に、前記インターフェース部の前記変位方向が、前記可動マスの変位方向と反対になるときに結合させ、前記可動マスを前記インターフェース部から、前記振動部材の方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の前記変位方向が、前記可動マスの変位方向と一致するときに結合解除するステップ
とを含んでいる。
2 支持体
3 可動マス
4,4a,4b 戻しバネ
5 着座部
6,6a,6b 結合部材
7 包囲体
8,8a,8b 補助バネ
9,9a,9b ロッド
10 共振系
11 増幅素子
12 二重導板
13 付加部材
14 突出部
15 顎部
16 加熱抵抗体
17 把持部材
18 絶縁層
19 導電ソケット
20,21 導電部材
22 可撓性絶縁壁
23,25 導電プレート
24 係止ロッド
26 コイル
27 把持部材
28 高膨張率部材
29,75 二重圧電薄板
31,33 弾性膜
32 複数層
34,35 シリコン層
36 中空部、基台
51 制御素子
52,53 スイッチ
54 変圧器
55 バッテリ
61 釣合い重り
62 案内ロッド
63 係止タブ
71 収納部
72 突起
74 パッド
76 圧電薄板
77 回路
91 切り欠き部
92 隆起部
751,752 薄板
752 第2薄板
c 係止位置
Cmax 容量最大値
Cmin 容量最小値
d 平衡位置
E 電圧源
f 支持体の振動周波数
fr マス及びバネの共振周波数
fr1 第1共振周波数
fr2 第2共振周波数
k1,k2 剛性
Kc,Kd,Kp スイッチ
m マスの質量
V1,V2 電位
Vm0 マスの初期速度
Vmax 電圧最大値
Vmin 最小電圧
ΔV 可動マスの利得及び速度の絶対値
z 支持体の位置
Claims (16)
- 振動運動を増幅するマイクロメカニカル素子(11)であって:
−前記素子を振動部材に固く連結するインターフェース部(7)と;
−前記インターフェース部に対して、少なくとも1自由度で移動可能に取り付けられる可動マス(3)と;
−戻し力を前記可動マスと前記インターフェース部との間に加えることができるバネ(4)とを備え、前記マイクロメカニカル素子は、更に:
−前記インターフェース部が前記自由度で変位する方向を検出する部材と;
−前記可動マスを前記インターフェース部に結合させる部材(6)であって、前記可動マス(3)を前記インターフェース部(7)に、前記インターフェース部の変位方向が、前記可動マスの変位方向と反対になるときに結合させるように構成され、かつ前記可動マスを、前記インターフェース部から、その方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の前記変位方向が、前記可動マスの変位方向と一致するときに、結合解除するように構成されている部材(6)
とを備えることを特徴とする、マイクロメカニカル素子(11)。 - 前記インターフェース部(7)の最大速度を検出する部材を備え、前記結合部材(6)は、前記可動マス(3)を前記インターフェース部(7)に、前記インターフェース部が、該インターフェース部(7)の最大速度に達するときに結合させるように構成されている、請求項1に記載の素子(11)。
- 前記変位方向を検出する前記部材、及び/又は前記最大速度を検出する前記部材は、加速度計を含み、前記結合部材は、電気制御アクチュエータを含み、前記素子は、更に、前記アクチュエータを、前記加速度計からの測定値に応じて制御する処理装置を備える、請求項2に記載の素子(11)。
- 前記最大速度は、加速度がゼロ値を横切るときの加速度の増加の関数として、または減少の関数として検出されるようになっている、請求項3に記載の素子(11)。
- 前記可動マス(3)は、前記インターフェース部(7)に対して並進移動することができ、前記結合部材は、前記可動マス(3)の並進軸に直交する軸の回りを不平衡状態で回転するように取り付けられた釣合い重り(61)を含み、この釣合い重り(61)は、前記可動マス(3)が前記インターフェース部(7)に結合されて、前記可動マス(3)が、前記インターフェース部(7)に対して、それぞれの方向に変位する2つの位置の間で回転するように取り付けられている、請求項1又は2に記載の素子(11)。
- 前記インターフェース部(7)及び前記可動マス(3)に、互いに対向する複数の溝付き導電性表面を設けてキャパシタを形成し、前記素子は、電圧をこれらの溝付き表面の間に選択的に印加して、前記インターフェース部及び前記可動マスを、結合させるか、または結合解除する制御回路(51)を備えている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の素子。
- 前記制御回路(51)は、形成される前記キャパシタに保持される電荷を選択的に放電させ、かつ蓄えるように構成されている、請求項6に記載の素子。
- 前記可動マス(3)は、前記インターフェース部に対して並進移動することができ、前記結合部材は、圧電素子(75)を含み、この圧電素子(75)を制御して、前記可動マス(3)の前記変位方向と直交する方向に延伸させることにより、前記可動マス(3)を、前記インターフェース部(7)に結合させるようになっている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の素子。
- 前記圧電素子(75)は、前記可動マス(3)の変位方向と直交する方向に延出し、撓むことにより、前記バネ(4)を結合時に形成するようになっている、請求項8に記載の素子。
- 前記インターフェース部(7)、可動マス(3)、及び前記バネ(4)は、シリコン基板に単体ユニットとして形成された共通部材を構成している、請求項1〜9のいずれか1項に記載の素子(11)。
- 前記可動マス(3)は、前記単体部材に固定される付加部材を含む、請求項10に記載の素子。
- 前記戻しバネ(4)は、前記単体部材内に形成される弾性支柱により形成されている、請求項10又は11に記載の素子。
- 前記可動マス(3)は、切り欠き部群及び隆起部群を交互に設けた結合部分(14)を有し、前記結合部材は、前記結合部分の切り欠き部に結合中に挿入されるアクチュエータ(24)を含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の素子。
- 前記可動マスの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する部材を備える、請求項1〜13のいずれか1項に記載の素子(11)。
- 請求項1〜14のいずれかに記載のマイクロメカニカル増幅素子と、該マイクロメカニカル素子の前記インターフェース部に固く連結される振動支持体(2)とを備えるシステムであって、前記振動部材は、前記マイクロメカニカル素子の質量よりも、少なくとも50倍大きい質量を有するシステム。
- 振動部材(2)の運動をメカニカル素子により増幅する方法であって:
−前記振動部材に対して、少なくとも1自由度で移動することができるマス(3)を取り付け、かつ戻し力を前記可動マスと前記振動部材との間に加えることができるバネ(4)を設けたマイクロメカニカル素子を提供するステップと、
−前記インターフェース部が、前記自由度で変位する方向を検出するステップと、
−前記可動マスを前記振動部材に、前記インターフェース部の変位方向が、前記可動マスの変位方向と反対になるときに結合させ、そして前記可動マスを、前記インターフェース部から、前記振動部材の方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の変位方向が、前記可動マスの変位方向と一致するときに結合解除するステップ
とを含む方法。
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