JP5351891B2 - マイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー - Google Patents

マイクロメカニクスのコリオリ−回転速度センサー Download PDF

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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、FC1及びFC2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 (17)

  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回転速度センサーであって、
    基礎部(1)、
    検知構成単位(2)及び
    測定軸(4)と直交する励起軸(5)(Z−軸)の回りに、検知構成単位の回転振動を発生させるための手段、を有し、
    検知構成単位(2)は、検知構成単位の回転個所に設けられた中央懸架部(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)が、測定軸と直交する検知軸(Y−軸)の回りの検知運動を、中央懸架部(3,11a,11b)の回りの、基礎部(1)に対する回転振動として行うことができるマイクロメカニクスの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、回転軸に特有の応答挙動を形成するために、相互に結合されており、
    前記少なくとも2つの第2の懸架部(10a,10b;14a,14b)は、測定軸に沿って設けられており、及び
    前記回転軸に特有の応答挙動は、励起軸及び検知軸の少なくとも1つについての回転に特有の、制御された応答挙動であり、
    及び、第2の懸架部(10a,10b;14a,14b)は、それぞれ、少なくとも1つのフェーダー要素(10a,10b)を含み、及び
    フェーダー要素(10a,10b)が、その長さ方向に設けられた調整領域(20a,20b)に、変形部を有する、
    ことを特徴とするマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  2. 2つの第2の懸架部が、回転個所の、相互に対立した側部に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  3. 第2の外側懸架部(10a,10b;14a,14b)が、中央懸架部(3,11a,11b)を通る直線の上で、直径上、相互に対向して設けられている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回転速度センサー。
  4. フェーダー要素(10a,10b)の少なくとも1つが、曲げ梁として形成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  5. 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1〜4の何れか1項に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  6. 少なくとも1つのフェーダー要素(10a,10b)は、検知される回転速度に生じる偏位の方向が、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1〜5の何れか1項に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  7. フェーダー要素(10a,10b)が、実質的に長方形の断面を有し、該実質的に長方形の断面は、高いアスペクト割合を有することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  8. 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〜の何れか1項に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  9. フェーダー要素(10a,10b)が、端部(12)で、好ましくは外側アンカー(14a,14b)を介して、基礎部(1)と結合されており、端部(12)は、検知構成単位(2)と結合した端部(13)と対向していることを特徴とする請求項1〜8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,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1〜9の何れか1項に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  11. フェーダー要素(10a,10b)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1〜10の何れか1項に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  12. 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、測定軸(4)の回りの回転が実質的に阻止され、他の空間方向では許容されることを特徴とする請求項1〜11の何れか1項に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  13. 検知構成単位(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1〜12の何れか1項に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  14. 翼状形状部分(17a,17b)が、フェーダー要素(10a,10b)のための空所(15a,15b)、及びその変形調整領域(20a,20b)を有することを特徴とする請求項に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  15. 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1〜14の何れか1項に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  16. 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12〜15の何れか1項に記載のマイクロメカニクスの回転速度センサー。
  17. 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12〜16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。
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