JP6256623B2 - 改良されたジャイロスコープ構造およびジャイロスコープ - Google Patents
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Description
本発明は、微小電気機械デバイス、および、特に独立請求項の前文に記載するジャイロスコープ構造およびジャイロスコープに関する。
微小電気機械システム(マイクロエレクトロメカニカルシステム;Micro−Electro−Mechanical System)、即ち、MEMSは、小型化された機械的システムおよび電気機械的システムであって、少なくともいくつかの要素が機械的機能性を有するもの、と定義できる。MEMSデバイスは、集積回路の作成に使用するツールと同じものを使って作られるので、複数のマイクロマシンとマイクロエレクトロニクスとを1片のシリコン上に組み立てて、先進のマシンが可能となる。
本発明の目的は、外部からの衝撃に対して鈍感な、コンパクトなジャイロスコープ構造を提供することである。本発明の目的は、独立請求項の特徴部分に従うジャイロスコープ構造を用いて達成される。
以下に、好ましい実施態様に関連して、添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
下記の各実施態様は例示である。明細書中において「或る」、「1つの」または「いくつかの」実施態様ということがあるが、これは、必ずしもこれらの語による言及が同じ実施態様を意味したり、1つの実施態様にのみ適用される特徴を意味したりするものではない。異なる実施態様の特徴を1つずつ組み合わせて更なる実施態様を提供してもよい。
Claims (11)
- 微小電気機械のジャイロスコープ構造であって、該微小電気機械のジャイロスコープ構造が、
駆動構造の第1のペアと、
駆動構造の第2のペアと、
検知構造の第1のペアと、
検知構造の第2のペアとを有するものであって、該微小電気機械のジャイロスコープ構造において、
駆動構造が、振動質量体に連結され、かつ、前記振動質量体の一次振動を誘導するよう構成されたトランスデューサを含んでおり、
駆動構造のペアの振動質量体が、逆位相において振動するように連結され、かつ、一次振動の共通軸に位置合わせされており、
駆動構造の前記第1のペアの一次振動の軸と駆動構造の前記第2のペアの一次振動の軸とが、振動の平面に沿って直交して延びており、
検知構造が、検知デバイスと連結スプリング構造とを含んでおり、
前記連結スプリング構造が、前記検知デバイスを駆動構造の前記第1のペアの振動質量体と、駆動構造の前記第2のペアの振動質量体とに接続しており、
前記連結スプリング構造が、前記振動質量体の各々の、その一次振動の軸に垂直な方向における、運動の成分を前記検知デバイスに中継し、かつ、前記振動質量体の各々の、その一次振動の軸の方向における、運動の成分を吸収するように構成されているものであり、
前記検知デバイスが、固定支持体に懸架され、かつ駆動構造の前記第1のペアの一次振動の前記軸に対角であり、かつ駆動構造の前記第2のペアの一次振動の前記軸に対角である方向において振動するように構成されているものである
微小電気機械のジャイロスコープ構造。 - 駆動構造の前記第1のペアが、第1の振動質量体に連結された第1の垂直駆動構造と、第2の振動質量体に連結された第2の垂直駆動構造とを含んでおり、
駆動構造の前記第2のペアが、第3の振動質量体に連結された第1の水平駆動構造と、第4の振動質量体に連結された第2の水平駆動構造とを含んでおり、
検知構造の前記第1のペアが、第1の検知構造と第2の検知構造とを含んでおり、
検知構造の前記第2のペアが、第3の検知構造と第4の検知構造とを含んでおり、
前記第1の検知構造が、前記第1の振動質量体と前記第4の振動質量体とに連結されており、
前記第2の検知構造が、前記第2の振動質量体と前記第3の振動質量体とに連結されており、
前記第3の検知構造が、前記第1の振動質量体と前記第3の振動質量体とに連結されており、
前記第4の検知構造が、前記第2の振動質量体と前記第4の振動質量体とに連結されている
ことを特徴とする、請求項1に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。 - 一次振動の軸に対角である方向が、一次振動の前記軸と角度45°(π/4)を形成することを特徴とする、請求項1または2に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
- 前記駆動構造の各々が、前記連結された振動質量体に2つの自由度を許容する第1のスプリング構造を含んでいることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
- 前記第1のスプリング構造が、第1の自由度のための一次要素(206)と第2の自由度のための二次要素(220)とを含んでおり、
前記一次要素(206)が、アンカー要素(208)と、振動質量体(202)と前記アンカー要素(208)との間に延びる懸架スプリング(210)とを含んでおり、
前記懸架スプリング(210)が、前記振動質量体の前記一次振動の方向の方向において弾性であり、
前記二次要素(220)が、前記振動質量体(202)と前記一次要素(206)とを連結し、かつ、前記振動質量体(202)の二次振動の方向において弾性であって、前記振動質量体(202)の前記二次振動の前記方向が、前記振動質量体(202)の前記一次振動の前記方向に直交する
ことを特徴とする、請求項4に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。 - 前記駆動構造の少なくとも1つが、前記駆動構造(200)に一次振動を励起するためのトランスデューサを含んでいることを特徴とする、請求項4または5に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
- 駆動構造のペアにおける両者の間の前記一次振動を逆位相モードに強制するよう配置されている駆動連結スプリングを含んでいることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
- 前記駆動連結スプリングが、4つの対角のビーム(302、304、306、308)を含んでおり、
前記対角のビーム(302、304、306、308)の各々の一端が、駆動構造(120、122)の第1のペアの振動質量体と隣接する駆動構造(124、126)の第2のペアの振動質量体との間のアンカー点(310、312、314、316)に固定されており、
前記対角のビーム(302、304、306、308)が、それぞれのアンカー点から前記ジャイロスコープ構造内の中心点(318)に向かって延びており、
前記対角のビーム(302、304、306、308)の他端が、2つの連結ビームへの接続点において接続されており、前記2つの連結ビームの1つは、前記接続点から、駆動構造(120、122)の第1のペアの前記振動質量体に向かって延びており、かつその他端は、前記接続点から、駆動構造(124、126)の前記隣接する第2のペアの前記振動質量体に向かって延びている
ことを特徴とする、請求項7に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。 - 前記検知構造の各々において、
前記連結スプリング構造(504)が、第1の検知ビーム(510)と第2の検知ビーム(512)とを含んでおり、
前記検知デバイスが、延長ビーム(514)を経由して連結点(516)に延びる回転子(508)を含んでおり、
前記第1の検知ビーム(510)が、前記連結点(516)と前記駆動構造の前記第1のペアの前記振動質量体(100)との間に延びており、かつ、
前記第2の検知ビーム(512)が、前記連結点(516)と前記駆動構造の前記第2のペアの前記振動質量体(106)との間に延びている
ことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。 - 前記検知デバイスが、連結点に連結され、かつ前記連結点の運動に従って屈曲するよう配置されている少なくとも1つの柔軟な検出要素を含んでおり、
前記柔軟な検出要素の1以上が、前記検出要素の前記屈曲に従って屈曲する圧電型フィルムを含んでいる
ことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造を含んでいることを特徴とする、微小電気機械のジャイロスコープ。
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