KR20120087979A - 자이로스코픽 센서 및 그 센서의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진동하도록 설계된 감지 소자(4); 감지 소자(4)를 여기시키는 전극(20) 및 감지 소자(4)의 진동을 검출하는 전극(20)을 운반할 수 있는 전극 캐리어(8); 및 전극 캐리어(8)를 지지하도록 설계된 지지 로드(16)를 포함하며, 상기 지지 로드(16)는 적어도 하나의 돌출단(17)을 가지는 것을 특징으로 하는 자이로스코픽 센서에 관한 것이다.

Description

자이로스코픽 센서 및 그 센서의 제조 방법{GYROSCOPIC SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A SENSOR}
본 발명은 진동하도록 설계된 감지 소자; 감지 소자를 여기시키는 여기 전극 및 감지 소자의 진동을 검출하는 검출 전극을 운반할 수 있는 전극 캐리어; 및 전극 캐리어를 지지하도록 설계된 지지 로드를 포함하는 자이로스코픽 센서에 관한 것이다.
이런 자이로스코픽 센서는, 예컨대 특허출원 FR 2 859 017에 기술되어 있다.
이런 타입의 자이로스코픽 센서에서, 전도성 로드는 일반적으로 그 단부 중 하나에서 전극 캐리어로 고정되는 실린더형 파일(piles)에 의해 형성된다.
그러나, 이런 타입의 자이로스코프(gyroscope)의 기계적 작동은 빈약하다.
본 발명의 목적은, 특히 더 나은 기계적 작동의 자이로스코픽 센서를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 자이로스코픽 센서의 한 주요 특징은 지지 로드가 적어도 하나의 돌출단을 가지는 것이다.
특정 실시예에 따라, 자이로스코픽 센서는 하나 이상의 다음의 특징을 포함한다:
- 돌출단은 전극 캐리어에 놓여 있다;
- 각 지지 로드는 모두 한 부분으로 되어 있다;
- 각 지지 로드는 비간섭적(non intrusive)이다;
- 전극 캐리어는 감지 소자를 향하는 제 1 주면, 단부면 및 제 1 주면과 맞은편의 제 2 주면을 구비하며; 상기 여기시키는 전극 및 검출하는 전극은 모두 제 1 주면, 단부면 및 제 2 주면 상에 뻗어 있으며; 상기 돌출단은 여기시키는 전극 및 검출하는 전극의 적어도 한 부분에 체결되며; 상기 전극들의 상기 부분은 제 2 주면상에 뻗어 있다;
- 지지 로드는 베이스에 놓이는 적어도 하나의 제 2 돌출단을 각각 가진다;
- 지지 로드는 전극 캐리어와 베이스 사이의 스페이서(spacer)에 설치된다;
- 각 돌출단은 평평한 단부면을 구비한다;
- 돌출단은 전극 캐리어의 적어도 한 전극에 체결된다;
- 자이로스코픽 센서는 지지 로드를 지지할 수 있고, 돌출단이 체결되는 베이스를 포함한다;
- 전극 캐리어는 감지 소자를 향하는 제 1 주면 및 제 1 주면과 맞은편의 제 2 주면을 가지며, 전극은 전극 캐리어의 제 1 주면, 단부면 및 제 2 주면 상에 연속하여 뻗어 있다.
이를 위해, 본 발명의 또 다른 주요 특징은 진동하도록 설계된 감지 소자; 감지 소자를 여기시키는 전극 및 감지 소자의 진동을 검출하는 전극을 운반할 수 있는 전극 캐리어; 및 전극 캐리어를 지지하도록 설계된 지지 로드를 포함하는 자이로스코픽 센서를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 적어도 하나의 돌출단을 가지는 지지 로드를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
변형으로, 자이로스코픽 센서의 전극 캐리어는 감지 소자를 향하는 제 1 주면, 단부면 및 제 1 주면과 맞은편의 제 2 주면을 구비하며, 슬롯형 마스크(slotted mask)를 통해 제 1 주면 및 단부면 상에 스퍼터링하여 전극 부분을 증착하는 단계 및 또 다른 슬롯형 마스크를 통해 제 2 주면 및 단부면 상에 스퍼터링하여 상기 전극의 상보적인 부분을 증착하는 단계를 포함하며, 증착된 막은 전극 캐리어의 단부면에 중합되는 제조 방법을 포함한다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
본 발명은 단지 예로서 제공되고 도면을 참조하는 하기의 상세한 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 자이로스코픽 센서의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 자이로스코픽 센서의 축단면도이다.
본 발명은 벨(bell) 형태 또는 구형 캡 형태의 공진기(resonator)를 가지는 자이로스코픽 센서에 관련하여 기술된다. 그러나, 임의의 다른 타입의 자이로스코픽 센서에도 또한 적용될 수 있다.
이하 상세한 설명에서, "상부(upper)" 및 "하부(lower)"라는 용어는 도 1 및 2에 도시된 위치에서 자이로스코픽 센서에 대해 정의된다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 자이로스코픽 센서(2)는 다음을 포함한다:
- 이하에서 공진기(4)라고 하며, 특히 도시된 대로 반구형일 수 있고, 고정시키기 위해 샤프트(6)를 가지는 감지 소자;
- 이하에서 전극 캐리어(8)라고 하며, 공진기(4)를 동작하기에 필요한 전극을 운반하며, 공진기(4)의 샤프트(6)가 고착(anchored)되는 부분;
- 자이로스코픽 센서를 코어(11)로 체결하는 베이스(10); 및
- 베이스(10)에 체결되고, 전극 캐리어(8)와 공진기(4)를 담는 진공 밀봉(vacuum-sealed) 챔버(14)를 형성하는 커버(12).
공진기(4)를 여기시키고, 공진기(4)의 진동을 검출하기 위한 전극(20)이 전극 캐리어(8)에 증착된다. 전극(20)은 공진기를 향하는 방향의 전극 캐리어의 주면(22) 상, 단부면(24) 상 그리고 주면(22)에 반대 방향의 또 다른 주면(26) 상 모두에 뻗어 있다.
전극 캐리어(8)는 다양한 구성을 가질 수 있다. 도 2에 도시된 대로, 공진기(4)의 단부면(15)을 향하도록 전극을 배치하여 평평할 수 있다. 또한, 공진기의 내부면을 향하도록 전극을 배치하여 반구형일 수 있다. 이 구성은 도시되지 않는다.
전극 캐리어(8)는, 예컨대 9개의 전도성 지지 로드(16)에 의해 지지되며, 베이스(10)에 의해 지지된다. 따라서, 지지 로드(16)는 전극 캐리어(8)와 베이스(10) 사이의 스페이서에 설치된다. 지지 로드는 2개의 돌출단(17)을 가지며, "못형 헤드(nail heads)"를 형성한다. 상부 돌출단(17)은 전극 캐리어(8)에 놓인다. 하부 돌출단(17)은 베이스(10)에 놓인다.
지지 로드(16)는 모두 한 부분으로 되어 있다. 각 지지 로드(16)는 전극 캐리어(8) 및 베이스(10)에 대하여 비간섭적(non intrusive)이다.
바람직하게는, 각 돌출단(17)이 평평한 단부면을 포함하고 지지 로드의 횡단면보다 더 큰 면적을 가진다. 이 면적은 약 1 내지 3 평방 미리미터이다. 이 면적은 소정의 기계적 작동에 따라 변경될 수 있다.
지지 로드(16)의 상부 돌출단(17)은, 예컨대 전도성 접착제 또는 솔더링(soldering)에 의해 전극 캐리어의 전극(20)의 적어도 한 부분에 고정된다. 특히, 지지 로드(16)의 상부 돌출단(17)은 제 2 주면(26) 상에 뻗어 있는 전극(20)의 부분에 고정된다. 얇은 전도성 접착제가 지지 로드(16)와 전극 캐리어(8) 사이에서 제거되더라도, 접착제의 면적 및 체적은 작아서 챔버(14)의 가스 배출은 향상된다.
유리하게는, 평평한 단부면은 전기적 및 기계적 연결이 전극 캐리어(8)의 하부면과 동일 평면상이 되도록 한다.
유리하게는, 지지 로드(16)의 단부면이 지지 로드의 길이가 더 잘 제어될 수 있도록 동일한 평행 평면상에 놓인다. 지지 로드의 진동 주파수는 지지 로드가 고정된 위치에 의존하기 때문에, 자이로스코프의 주파수 평면이 더 잘 제어된다.
베이스(10)는, 예컨대 체결 볼트를 수용하도록 탭핑된 홀(tapped holes)로 형성된 지지부(11)를 고정하는 4개의 요소(33)를 구비한다.
베이스(10)는 세라믹층의 고온 코파이어링(cofiring)에 의해 제조된다. 지지 로드(16)의 하부 돌출단(17)은 베이스(10)에 솔더링(soldered)된다.
유리하게는, 지지 로드(16)의 하부단을 베이스(10)로 솔더링하는 것은 지지 로드의 진동 상태를 더 잘 제어하도록 해준다.
변형으로(미도시), 베이스(10)는, 예컨대 금속으로 구성된다. 이 경우, 베이스는 지지 로드(16)가 유리로 밀봉된 부싱(bushing)을 가진다.
자이로스코픽 센서(2)는 지지 로드(16)와 연결된 전자 회로(36) 및 전자 회로(36)를 보호하는 패키지(58)를 더 포함하여, 전자 회로(36)가 제어된 상황에 유지될 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 돌출단, 바람직하게는 평평한 단부면을 갖는 지지 로드(16)를 제조하는 단계를 포함하는 자이로스코픽 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다.
특히, 이 방법은 전극 캐리어(8)에 전극(20)을 증착하는 단계를 포함한다. 이 단계는 슬롯형 기계적 마스크(slotted mechanical mask)를 통해 제 1 주면(22) 및 단부면(24) 상에 스퍼터링하여 수행되며, 그리고 상기 전극(20)의 상보적 부분을 증착하는 단계는 또 다른 슬롯형 마스크를 통해 제 2 주면(26) 및 단부면(24) 상에 스퍼터링하여 수행되고, 증착된 막은 전극 캐리어의 단부면(24)에 중합된다.
제조 방법의 다른 단계들은 공지되어 있으며, 이 특허출원에서는 기술되지 않을 것이다.
유리하게는, 스퍼터링이 전극 캐리어의 주면 중 하나와 단부면에 동시에 수행된다.
유리하게는, 전극 캐리어의 상부면에 증착된 막은 전극 에칭 요건을 만족한다; 동일한 방법이 전극 캐리어의 하부면에 사용되며, 2개의 증착된 막은 자연적으로 단부면에서 겹쳐져 결합한다.
유리하게는, 스퍼터링은 하부면의 에칭 요건에서 상부면의 솔더링 요건을 분리할 수 있도록 한다.
유리하게는, 스퍼터링은 전극 캐리어에 그래서 에어 갭(air gap)에 기계적 영향을 주지 않도록 얇은 전극이 생성될 수 있게 한다.
유리하게는, 2개의 전극 증착 단계와 이온 에칭 단계가 동일한 챔버에서 수행될 수 있다.
유리하게는, 전극 캐리어가 더 이상 부싱에 의해 침투되지 않아서 제조 및 세정이 더 간소하다.
유리하게는, 부싱이 전극적으로 전극과 더 이상 연결될 필요가 없다.
이런 이점은 제조 비용을 줄이고 자이로스코프의 산출량과 성능을 증가시킬 수 있도록 한다.
유리하게는, 단부면을 통한 전극/로드 전기적 연결은 다음의 결함을 예방한다:
- 전극 캐리어에서 바이어스의 결함(소직경 드릴링, 정확한 위치 설정)
- 부싱의 결함(열팽창으로 인한 분열)
- 접착제의 결함(진공도의 질과 지속시간을 제한하는 가스배출, 주파수 평면의 안정성을 감소시키는 에지의 대략적인 한정과 가요성, 열팽창으로 인한 분열 및 에어 갭의 온도의 불안정성)

Claims (13)

  1. 진동하도록 설계된 감지 소자(4);
    감지 소자(4)를 여기시키는 전극(20) 및 감지 소자(4)의 진동을 검출하는 전극(20)을 운반할 수 있는 전극 캐리어(8); 및
    전극 캐리어(8)를 지지하도록 설계된 지지 로드(16)를 포함하며,
    상기 지지 로드(16)는 적어도 하나의 돌출단(17)을 가지는 것을 특징으로 하는 자이로스코픽 센서(2).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출단(17)은 전극 캐리어(8)에 놓여 있는 자이로스코픽 센서(2).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각 지지 로드(16)는 모두 한 부분으로 되어 있는 자이로스코픽 센서(2).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 지지 로드(16)는 비간섭적(non intrusive)인 자이로스코픽 센서(2).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 캐리어(8)는 감지 소자(4)를 향하는 제 1 주면(22), 단부면(24) 및 제 1 주면(22)과 맞은편의 제 2 주면(26)을 구비하며; 상기 여기시키는 전극(20) 및 검출하는 전극(20)은 모두 제 1 주면(22), 단부면(24) 및 제 2 주면(26) 상에 뻗어 있으며; 상기 돌출단(17)은 여기시키는 전극(20) 및 검출하는 전극(20)의 적어도 한 부분에 고정되며; 상기 전극(20)들의 상기 부분은 제 2 주면(26)상에 뻗어 있는 자이로스코픽 센서(2).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 돌출단(17)은 평평한 단부면을 구비하는 자이로스코픽 센서(2).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출단(17)은 전극 캐리어(8)의 적어도 한 전극(20)에 고정되는 자이로스코픽 센서(2).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    지지 로드(16)를 지지할 수 있는 베이스(10)를 포함하며, 상기 돌출단(17)은 베이스(10)에 고정되는 자이로스코픽 센서(2).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지 로드(16)는 베이스(10)에 놓이는 적어도 하나의 제 2 돌출단(17)을 각각 가지는 자이로스코픽 센서(2).
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 지지 로드(16)는 전극 캐리어(8)와 베이스(10) 사이의 스페이서에 설치되는 자이로스코픽 센서(2).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 캐리어(8)는 감지 소자(4)를 향하는 제 1 주면(22) 및 제 1 주면(22)과 맞은편의 제 2 주면(26)을 가지며, 전극(20)은 전극 캐리어(8)의 제 1 주면(22), 단부면(24) 및 제 2 주면(26) 상에 연속하여 뻗어 있는 자이로스코픽 센서(2).
  12. 진동하도록 설계된 감지 소자(4); 감지 소자(4)를 여기시키는 전극(20) 및 감지 소자(4)의 진동을 검출하는 전극(20)을 운반할 수 있는 전극 캐리어(8); 및 전극 캐리어(8)를 지지하도록 설계된 지지 로드(16)를 포함하는 자이로스코픽 센서(2)를 제조하는 방법으로서,
    상기 방법은 적어도 하나의 돌출단(17)을 가지는 지지 로드(16)를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로스코픽 센서(2)의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 자이로스코픽 센서(2)의 전극 캐리어(8)는 감지 소자(4)를 향하는 제 1 주면(22), 단부면(24) 및 제 1 주면(22)과 맞은편의 제 2 주면(26)을 가지며,
    슬롯형 마스크(slotted mask)를 통해 제 1 주면(22) 및 단부면(24) 상에 스퍼터링하여 전극(20) 부분을 증착하는 단계 및
    또 다른 슬롯형 마스크를 통해 제 2 주면(26) 및 단부면(24) 상에 스퍼터링하여 상기 전극(20)의 상보적인 부분을 증착하는 단계를 포함하며,
    증착된 막은 전극 캐리어(8)의 단부면(24)에 중합되는 자이로스코픽 센서(2)의 제조 방법.
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