JP7298030B2 - マイクロメカニカル角速度センサシステム、角速度センサアレイ及び対応する製造方法 - Google Patents
マイクロメカニカル角速度センサシステム、角速度センサアレイ及び対応する製造方法 Download PDFInfo
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Description
したがって、本発明は、第2の軸周りの第1の外部角速度及び第3の軸周りの第2の外部角速度を検出するための、第1の軸周りを回転振動するように駆動フレーム装置を介した駆動装置によって駆動可能な第1の角速度センサ装置であって、第1の軸、第2の軸及び第3の軸が互いに直角に配置されている第1の角速度センサ装置と、第1の軸周りの第3の外部角速度を検出するための、第3の軸に沿って線形振動するように駆動フレーム装置を介した駆動装置によって駆動可能な第2の角速度センサ装置とを有するマイクロメカニカル角速度センサシステムに関する。第1の角速度センサ装置は、駆動フレーム装置を介して第2の角速度センサ装置に接続されている。駆動フレーム装置は、駆動装置によって第3の軸に沿って逆位相で振動するように駆動可能な第1の駆動フレームと、第2の駆動フレームとを有する。回転駆動可能な第1の角速度センサ装置は、第1の軸周りを振動するように駆動可能な第1のロータ装置と、第1のロータ装置と逆位相で第1の軸周りを振動するように駆動可能な第2のロータ装置とを有する。第1のロータ装置は、第1の外部角速度で第2の軸周りで、及び第2の外部角速度で第3の軸周りで傾斜可能であり、第2のロータ装置は、第1の外部角速度で第2の軸周りで、及び第2の外部角速度で第3の軸周りで、第1のロータ装置と逆平行に傾斜可能である。さらに、回転駆動可能な第1の角速度センサ装置は、第2の軸周りの平行の傾斜が抑制され、第2の軸周りの逆平行の傾斜が可能となるように、第1のロータ装置と第2のロータ装置とを連結する第1のばね装置を有する第1の連結装置を有し、第3の軸周りの平行の傾斜が抑制され、第3の軸周りの逆平行の傾斜が可能となるように、第1のロータ装置と第2のロータ装置とを連結する第2の連結装置を有する。第1の検出装置は、第1及び第2のロータ装置の第2の軸周りの逆平行の傾斜を検出するためのものであり、第2の検出装置は、第1及び第2のロータ装置の第3の軸周りの逆平行の傾斜を検出するためのものである。第2の連結装置は、第1から第3の揺動部を有し、第1の揺動部は、ばね装置を介して第1のロータ装置及び第1の駆動フレームに接続され、第2の揺動部は、ばね装置を介して第2のロータ装置及び第2の駆動フレームに接続され、第1及び第2の揺動部は、ばね装置を介してそれぞれ第3の揺動部に接続されている。第2の連結装置は、第4から第6の揺動部を有し、第4の揺動部は、ばね装置を介して第1のロータ装置と第1の駆動フレームとに接続され、第5の揺動部は、ばね装置を介して第2のロータ装置と第2の駆動フレームとに接続され、第4及び第5の揺動部は、ばね装置を介してそれぞれ第6の揺動部に接続されている。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムを説明するための概略平面図である。
第2の駆動部AT2は、第2の駆動フレームRA2a、RA2bに接続されている。
第1の駆動フレームRA1a、RA1b及び第2の駆動フレームRA2a、RA2bは角状に構成されており、第1のロータ装置1aからその平面内を横方向に延びている。
第3の部分駆動フレームRA2a及び第4の部分駆動フレームRA2bは、第2のロータ装置1bと、以下にさらに説明する第1の軸(z軸)周りの第3の外部角速度を検出するための、第3の軸(x軸)に沿って線形振動するように駆動可能な第2の角速度センサ装置200とを囲んでいる。
第2の実施形態は、図1に従って上述した第1の実施形態と類似して構成されており、第1の部分駆動フレームRA1a及び第3の部分駆動フレームRA2aが互いに直接接続されておらず、第2の部分駆動フレームRA1b及び第4の部分駆動フレームRA2bも互いに直接接続されていない点のみが異なっている。第1の部分駆動フレームRA1aはばねF2aによって基板に接続され、第2の部分駆動フレームRA1bはばねF4aを介して基板に接続され、第3の部分駆動フレームRA2aはばねF7aを介して基板に接続され、第4の部分駆動フレームはばねF9aを介して基板に接続されている。
第1の代替的な連結方法では、第1の部分駆動フレームRA1a及び第3の部分駆動フレームRA2aはそれぞれ角度のついた端部E1、E2を有し、端部E1、E2間に角ばねF12bが挿入されて基板に係止されている。
第2の代替的な連結方法では、第1の部分駆動フレームRA1a及び第2の部分駆動フレームRA2aは同様に、それぞれ角度のついた端部E1、E2を有し、端部E1、E2の間にU字型ばねF12cが投入され、基板に係止されている。さらに、基板に係止されたばねF1cが第1の端部E1には設けられ、第2の端部の基板に係止されたばねF2cは基板に設けられている。
第3の実施形態では、ばねF5が省略されているため、第1の部分駆動フレームRA1a‘及び第2の部分駆動フレームRA1b‘は角状の構成ではなく、直線状で相互に接続されていない。
ちなみに、第1の駆動フレームRA1a、RA1b及び第2の駆動フレームRA2a、RA2bが互いに線形連結されている全ての実施形態において、第1の駆動部AT1は省略してもよい。
特に、図7a)~c)は、第1及び第2のロータ装置1a、1bの第1及び第2の懸架装置A1a、A1bの3つの異なる実施形態A‘、A‘‘、A‘‘‘を示す。
第2の実施形態は、機械的特性が同じである異なる折り返しばねL2を有する。
図8は、本発明の第4の実施形態に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムを説明する概略平面図である。
Claims (13)
- 第2の軸(y)周りの第1の外部角速度及び第3の軸(x)周りの第2の外部角速度を検出するための、第1の軸(z)周りを回転振動するように駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RA1‘、RA2‘)を介した駆動装置(AT1、AT2;AT2;AT1‘、AT2‘)によって駆動可能な第1の角速度センサ装置(100)であって、前記第1の軸(z)、第2の軸(y)及び第3の軸(x)が互いに直角に配置されている、第1の角速度センサ装置と、
前記第1の軸(z)周りの第3の外部角速度を検出するための、前記第3の軸(x)に沿って線形振動するように前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RA1‘、RA2‘;RA1‘、RA2‘)を介した前記駆動装置(AT1、AT2;AT2;AT1‘、AT2‘)によって駆動可能な第2の角速度センサ装置(200)と
を有するマイクロメカニカル角速度センサシステムであって、
前記第1の角速度センサ装置(100)が、前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RA1‘、RA2‘)を介して前記第2の角速度センサ装置(200)に接続されており、
前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RA1‘、RA2‘;RA1‘、RA2‘)が、前記駆動装置(AT1、AT2;AT2;AT1‘、AT2‘)によって前記第3の軸(x)に沿って逆位相で振動するように駆動可能な第1の駆動フレーム(RA1a、RA1b;RA1‘)と、第2の駆動フレーム(RA2a、RA2b;RA2‘)とを有し、
前記回転駆動可能な第1の角速度センサ装置(100)が、
前記第1の軸(z)周りを振動するように駆動可能な、第1のロータ装置(1a;1a‘)、及び前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と逆位相で前記第1の軸(z)周りを振動するように駆動可能な第2のロータ装置(1b;1b‘)であって、
前記第1のロータ装置(1a;1a‘)が、前記第1の外部角速度で前記第2の軸(y)周りで、及び前記第2の外部角速度で前記第3の軸(x)周りで傾斜可能であり、
前記第2のロータ装置(1b;1b‘)が、前記第1の外部角速度で前記第2の軸(y)周りで、及び前記第2の外部角速度で前記第3の軸(x)周りで、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と逆平行に傾斜可能である、第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1b;1b‘)と、
前記第2の軸(y)周りの平行の傾斜が抑制され、前記第2の軸(y)周りの逆平行の傾斜が可能となるように、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と前記第2のロータ装置(1b;1b‘)とを連結する第1のばね装置(F13)を有する第1の連結装置(F5;F6;SA、SB、F12)と、
前記第3の軸(x)周りの平行の傾斜が抑制され、前記第3の軸(x)周りの逆平行の傾斜が可能となるように、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と前記第2のロータ装置(1b;1b‘)とを連結する第2の連結装置(K1、K2)と、
前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1a‘;1b‘)の前記第2の軸(y)周りの逆平行の傾斜を検出するための第1の検出装置(CPY、CNY;CPY‘、CNY‘)と、
前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1a‘;1b‘)の前記第3の軸(x)周りの逆平行の傾斜を検出するための第2の検出装置(CPX;CNX;CPX‘、CNX‘)と
を有するマイクロメカニカル角速度センサシステムにおいて、
前記第2の連結装置(K1、K2)が、第1の揺動部(3a1)、第2の揺動部(3a2)及び第3の揺動部(3a)を有し、前記第1の揺動部(3a1)が、ばね装置(y3、y1)を介して前記第1のロータ装置(1a)及び前記第1の駆動フレーム(RA1a)に接続され、前記第2の揺動部(3a2)が、ばね装置(y4、y2)を介して前記第2のロータ装置(1b)及び前記第2の駆動フレーム(RA2a)に接続され、前記第1の揺動部(3a1)及び第2の揺動部(3a2)が、ばね装置(y5、y6)を介してそれぞれ前記第3の揺動部(3a)に接続されており、
前記第2の連結装置(K1、K2)が、第4の揺動部(3b1)、第5の揺動部(3b2)及び第6の揺動部(3b)を有し、前記第4の揺動部(3b1)が、ばね装置(y9、y7)を介して前記第1のロータ装置(1a)と前記第1の駆動フレーム(RA1b)とに接続され、前記第5の揺動部(3b2)は、ばね装置(y10、y8)を介して前記第2のロータ装置(1b)と前記第2の駆動フレーム(RA2b)とに接続され、前記第4の揺動部(3b1)及び第5の揺動部(3b2)は、ばね装置(y11、y12)を介してそれぞれ前記第6の揺動部(3b)に接続されていることを特徴とする、マイクロメカニカル角速度センサシステム。 - 前記線形駆動可能な第2の角速度センサ装置(200)が、
第1の部分フレーム(R1a‘)及び第2の部分フレーム(R1b‘)を備えるフレーム装置(R1a‘、R1b‘)を有し、前記第1の部分フレーム(R1a)及び前記第2の部分フレーム(R1b‘)が、前記第3の軸(x)に沿って振動するように駆動可能であり、
前記第1の部分フレーム(R1a‘)及び第2の部分フレーム(R1b‘)が、前記第3の外部角速度によって、前記第1の軸(z)周りで、前記第2の軸(y)に沿って逆位相で振動するように変位可能である、請求項1に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。 - 前記線形駆動可能な第2の角速度センサ装置(200)が、
第1のフレーム(R1a、R1b)と第2のフレーム(R2a;R2b)とを備えるフレーム装置(R1a、R1b;R2a、R2b)であって、
前記第2のフレーム(R2a;R2b)が少なくとも部分的に前記第1のフレーム(R1a、R1b)に囲まれており、
前記第1のフレーム(R1a、R1b)が前記第3の軸(x)に沿って振動するように駆動可能であり、前記第2のフレーム(R2a;R2b)が前記第1のフレーム(R1a、R1b)と逆位相で前記第3の軸(x)に沿って振動するように駆動可能であり、
前記第1のフレーム(R1a、R1b)及び第2のフレーム(R2a、R2b)が、前記第3の外部角速度によって前記第1の軸(z)周りで、前記第2の軸(y)に沿って逆位相で振動するように変位可能であり、
前記第1のフレーム(R1a、R1b)が、第1の部分フレーム(R1a)及び第2の部分フレーム(R1b)を有し、前記第2のフレーム(R2a;R2b)が、第3の部分フレーム(R2a)及び第4の部分フレーム(R2b)を有する、フレーム装置(R1a、R1b;R2a、R2b)と、
前記第3の軸(x)に沿った前記第1の部分フレーム及び前記第3の部分フレーム(R1a;R2a)の同位相の変位が抑制され、前記第3の軸(x)に沿った前記第1の部分フレーム及び前記第3の部分フレーム(R1a;R2a)の逆位相の変位が可能となるように、前記第1の部分フレーム(R1a)及び前記第3の部分フレーム(R2a)が連結されている、第3の連結装置(F71-F74)と、
前記第3の軸(x)に沿った前記第2の部分フレーム及び前記第4の部分フレーム(R1b;R2b)の同位相の変位が抑制され、前記第3の軸(x)に沿った前記第2の部分フレーム(R1b)及び前記第4の部分フレーム(R2b)の逆位相の変位が可能となるように、前記第2の部分フレーム(R1b)及び前記第4の部分フレーム(R2b)が連結されている、第4の連結装置(F81-F84)と、
前記第2の軸(y)に沿った前記第1のフレーム(R1a、R1b)と前記第2のフレーム(R2a、R2b)との逆位相の変位を検出するための第3の検出装置(EK1、EK2)と
を有する、請求項1に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。 - 前記第3の検出装置(EK1、EK2、EK3)が、前記第1のフレーム(R1a、R1b)及び第2のフレーム(R2a、R2b)内に配置された複数の容量性櫛形電極を有する、請求項3に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
- 前記第1の駆動フレーム(RA1a、RA1b;RA1‘)は第1の部分駆動フレーム(RA1a)と第2の部分駆動フレーム(RA1b)を含み、前記第2の駆動フレーム(RA2a、RA2b;RA2‘)は第3の部分駆動フレーム(RA2a)と第4の部分駆動フレーム(RA2b)を含み、
前記第1の部分駆動フレーム(RA1a)と前記第3の部分駆動フレーム(RA2a)とを接続するための連結装置(F11)と、前記第2の部分駆動フレーム(RA1b)と前記第4の部分駆動フレーム(RA2b)とを接続するための連結装置(F12)とが設けられている、請求項1~4のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。 - 前記駆動装置(AT1、AT2;AT2;ATT、AT2‘)は、前記第1の駆動フレーム(RA1a、RA1b;RA1‘)を駆動するための第1の駆動部(AT1;AT)と、前記第2の駆動フレーム(RA2a、RA2b;RA2‘)を駆動するための第2の駆動部(AT2;AT2‘)とを有する、請求項1~5のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
- 前記駆動装置(AT1、AT2;AT2;ATT、AT2‘)が、前記第1の駆動フレーム(RA1a、RA1b;RAT)を駆動するための、及び前記第2の駆動フレーム(RA2a、RA2b;RA2‘)を駆動するための単一の共通駆動部(AT2)を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
- 1つ又は複数の試験信号電極が、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び/又は第2のロータ装置(1b;1b‘)の下方に配置されている、請求項1~7のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
- 前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び/又は第2のロータ装置(1b;1b‘)が、その下方にある直交電極(Q2)と協働するように構成された1つ又は複数の直交電極(Q1)を有する、請求項1~8のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
- 前記第1の検出装置(CPY、CNY;CPY‘、CNY‘)及び前記第2の検出装置(CPX、CNX;CPX‘、CNX‘)が、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1b;1b‘)の下方に配置されたそれぞれの複数の容量性プレート電極を有する、請求項1~9のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
- さらなる第2の角速度センサ装置(200)を備え、前記第1の角速度センサ装置(100)が、前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RAT、RA2‘)を介して前記さらなる第2の角速度センサ装置(200)に接続されている、請求項1~10のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
- アレイ状に配置され、相互に接続された、請求項1~11のいずれか一項に記載の複数のマイクロメカニカル角速度センサシステムを備えた、マイクロメカニカル角速度センサアレイ。
- マイクロメカニカル角速度センサシステムの製造方法であって、
駆動装置(AT1、AT2;AT1‘、AT2‘)によって、第3の軸(x)に沿って逆位相で振動するように駆動可能な第1の駆動フレーム(RA1a、RA1b;RAT)及び第2の駆動フレーム(RA2a、RA2b)を有する駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RAT、RA2‘)を形成するステップと、
第2の軸(y)周りの第1の外部角速度及び第3の軸(x)周りの第2の外部角速度を検出するための、前記駆動装置(AT1、AT2;AT2;AT1‘、AT2‘)によって前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RA1‘、RA2‘;RA1‘、RA2‘)を介して第1の軸(z)周りで回転振動するように駆動可能な第1の角速度センサ装置(100)を形成するステップであって、前記第1の軸(z)、第2の軸(y)及び第3の軸(x)が互いに垂直に配置されている、ステップと、
前記第1の軸(z)周りの第3の外部角速度を検出するための、前記駆動装置(AT1、AT2;AT1‘、AT2‘)によって前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘)を介して前記第3の軸(x)に沿って線形振動するように駆動可能な第2の角速度センサ装置(200)を形成するステップと、
前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RA1‘、RA2‘)を介して前記第1の角速度センサ装置(100)と前記第2の角速度センサ装置(200)とを接続するステップと
を含む製造方法であり、
前記回転駆動可能な第1の角速度センサ装置(100)が、
前記第1の軸(z)周りで振動するように駆動可能な、第1のロータ装置(1a;1a‘)、及び前記第1の軸(z)周りで前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と逆位相で振動するように駆動可能な第2のロータ装置(1b;1b‘)であって、
前記第1のロータ装置(1a;1a‘)が、前記第1の外部角速度で前記第2の軸(y)周りで、及び前記第2の外部角速度で前記第3の軸(x)周りで傾斜可能であり、
前記第2のロータ装置(1b;1b‘)が、前記第1の外部角速度で前記第2の軸(y)周りで、及び前記第2の外部角速度で前記第3の軸(x)周りで、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と逆平行に傾斜可能である、第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1b;1b‘)と、
前記第2の軸(y)周りの平行の傾斜が抑制され、前記第2の軸(y)周りの逆平行の傾斜が可能となるように、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と前記第2のロータ装置(1b;1b‘)とを連結する第1のばね装置(F13)を有する第1の連結装置(F5;F6;SA、SB、F12)と、
前記第3の軸(x)周りの平行の傾斜が抑制され、前記第3の軸(x)周りの逆平行の傾斜が可能となるように、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と前記第2のロータ装置(1b;1b‘)とを連結する第2の連結装置(K1、K2)と、
前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1a‘;1b‘)の前記第2の軸(y)周りの逆平行の傾斜を検出するための第1の検出装置(CPY、CNY;CPY‘、CNY‘)と、
前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1a‘;1b‘)の前記第3の軸(x)周りの逆平行の傾斜を検出するための第2の検出装置(CPX;CNX;CPX‘、CNX‘)と
を有する製造方法において、
前記第2の連結装置(K1、K2)が、第1の揺動部(3a1)、第2の揺動部(3a2)及び第3の揺動部(3a)を有し、前記第1の揺動部(3a1)が、ばね装置(y3、y1)を介して前記第1のロータ装置(1a)及び前記第1の駆動フレーム(RA1a)に接続され、前記第2の揺動部(3a2)は、ばね装置(y4、y2)を介して前記第2のロータ装置(1b)及び前記第2の駆動フレーム(RA2a)に接続され、前記第1の揺動部(3a1)及び第2の揺動部(3a2)が、ばね装置(y5、y6)を介してそれぞれ前記第3の揺動部(3a)に接続されており、
前記第2の連結装置(K1、K2)が、第4の揺動部(3b1)、第5の揺動部(3b2)及び第6の揺動部(3b)を有し、前記第4の揺動部(3b1)が、前記第1のロータ装置(1a)と前記第1の駆動フレーム(RA1b)とにばね装置(y9、y7)を介して接続され、前記第5の揺動部(3b2)が、前記第2のロータ装置(1b)と前記第2の駆動フレーム(RA2b)とにばね装置(y10、y8)を介して接続され、前記第4の揺動部(3b1)及び第5の揺動部(3b2)が、それぞれ前記第6の揺動部(3b)にばね装置(y11、y12)を介して接続されていることを特徴とする、製造方法。
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