KR20200080302A

KR20200080302A - 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함한 요레이트 센서, 그리고 요레이트 센서를 위한 제조 방법

Info

Publication number: KR20200080302A
Application number: KR1020207016023A
Authority: KR
Inventors: 라인하르트 노일; 안드레아스 라쓸; 부르크하르트 쿨만; 페터 데겐펠트-숀부르크; 닐스 펠릭스 쿨만; 얀-티모 리발트; 닐스 보데; 마티아스 퀴넬
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-07-06
Also published as: US20210172737A1; FR3073281A1; WO2019091788A1; TW201928352A; DE102017219933A1; CN111316062B; CN111316062A; FR3073281B1; TWI805639B; US11421991B2

Abstract

본 발명은 주 연장 평면(100, 200)을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1)에 관한 것이며, 상기 요레이트 센서(1)는 회전 요소 어셈블리(10, 20)를 포함하고, 회전 요소 어셈블리(10, 20)는 기판의 제1 주 연장 축(100)에 인가되는 요레이트, 및 제1 주 연장 축(100)에 대해 수직인, 기판의 제2 주 연장 축(200)에 인가되는 요레이트를 검출하도록 형성되는, 상기 요레이트 센서에 있어서, 상기 요레이트 센서는, 요레이트 센서(1)가 센서 장치(40)를 포함하고, 센서 장치(40)는 기판의 주 연장 평면(100, 200)에 대해 수직으로 인가되는 요레이트를 검출하도록 형성되며, 센서 장치(40)뿐만 아니라 회전 요소 어셈블리(10, 20) 역시도 하나의 구동 장치(30)에 의해 구동될 수 있으며, 구동 장치(30)는 제1 주 연장 축(100)을 따르는 구동 이동을 수행하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

주 연장 평면을 갖는 기판을 포함한 요레이트 센서, 그리고 요레이트 센서를 위한 제조 방법

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 요레이트 센서에 관한 것이다.

상기 유형의 요레이트 센서들은 요레이트를 측정할 수 있도록 하는 특수한 마이크로 전기 기계 시스템들(MEMS)이다. 전형적으로, 상기 유형의 센서들은 실리콘 기반 기판들 상에 제조된다. 특히 자동차 적용 분야에서, 보통은, 전형적으로 하나의 축만을 중심으로 하는 요레이트를 측정할 수 있는 요레이트 센서들이 사용된다. 자동차 적용 분야를 위한 2축 요레이트 센서들 역시도 종래 기술로부터 공지되어 있다. 그러나 종래 기술로부터 공지된 센서들에는, 상이한 방향들로 인가될 수 있는 요레이트들의 측정이 높은 정밀도 및 높은 신뢰성/견고성으로 실현될 수 없다는 단점이 있다.

본 발명의 과제는, 특히 바람직한 신뢰성/안전성을 보장하기 위해, 3개의 축들을 중심으로 하는 요레이트 측정을 가능하게 하고 그와 동시에 외부 선형 가속도 및/또는 회전 가속도에 대해 견고성이 있는 요레이트 센서를 제안하는 것에 있다.

주 청구항에 따르는 본 발명에 따른 요레이트 센서는, 종래 기술에 비해, 요레이트 센서가 센서 장치(sensor arrangement)를 포함하고, 센서 장치는 기판의 주 연장 평면(main extension plane)에 대해 수직으로 인가되는 요레이트를 검출하도록 형성되며, 센서 장치뿐만 아니라, 기판의 제1 주 연장 축(main extension axis), 및 이 제1 주 연장 축에 대해 수직인, 기판의 제2 주 연장 축에 인가되는 요레이트들을 검출하도록 형성되는 회전 요소 어셈블리(rotation element assembly) 역시도 하나의 구동 장치(drive arrangement)에 의해 구동될 수 있으며, 구동 장치는 제1 주 연장 축을 따르는 구동 이동을 수행하도록 형성된다는 장점을 갖는다. 이로써, 본 발명에 따라서, 바람직한 방식으로, 회전 요소 어셈블리뿐만 아니라 센서 장치 역시도 동일한 구동 장치(예컨대 동일한 구동 프레임)에 의해 구동될 수 있다. 그렇게 하여, 센서 코어들 내에서 다른 구동 구조부들 및 접속 패드들(connecting pad) 그리고 대응하는 배선들이 절약될 수 있다는 장점이 달성된다. 공동 구동부를 통해, 관련된 응용 주문형 집적회로(ASIC) 역시도 더 조밀하게 구성될 수 있는데, 그 이유는 특히 단지 하나의 구동 제어 회로만이 제공되기만 하면 되기 때문이다. 또한, 공동 구동부의 장점은 특히 개별 센서 코어들의 상이한 구동 주파수들을 방지한다는 점에도 있다. 이렇게, 예컨대 구동력들의 기생 누화(parasitic cross talk)를 통한 상호 간의 영향 미침은 본 발명에 따라 최소화될 수 있다. 또한, 패키징은 보다 더 단순화될 수 있고 모놀리식 센서 제조의 공차를 통한 측정 축들 상호 간의 가능한 이상 위치들(false position)이 결정될 수 있으며, 그럼으로써 상기 이상 위치들은 집적 회로 패키징 기술을 이용한 개별 코어들의 배치에 비해 수 자릿수들만큼 감소될 수 있게 된다. 본 발명에 따른 다층 센서 디자인의 또 다른 장점은, 다양한 유형들로, 예컨대 외부 힘(진동)을 이용한 여기(공진 여기)를 통해, 또는 시스템의 기계학 또는 정전기학에서 비선형 누화를 통해 센서의 오류 신호를 야기할 수 있는 간섭 모드들을 방지하는 것에 있다. 본 발명에 따라서, 요레이트 센서의 매우 바람직한 신뢰성 및 안전성이 달성될 수 있으며, 이는 예컨대 자동차 분야에서의 사용을 가능하게 한다.

이와 달리, 3개의 (동일한) 단축 센서들(및 별도의 구동 구조부들)을 포함하는 종래 기술로부터 공지된 시스템을 이용할 경우, 모든 센서들은, 공정으로 인해 약간 상이한 주파수들에 위치하는 동일한 간섭 모드들을 가지며, 그럼으로써 전체적으로 간섭 모드들의 수는 종래 기술로부터 공지된 상기 센서들의 경우, 고려되는 주파수 범위에서 바람직하지 못하게 3배가 된다.

본 발명에 따른 다축 센서 요소에서는, 3배 수보다 더 적은 수의 간섭 모드를 보유하도록 센서 요소를 구성할 수 있다. 간섭 모드들의 분명한 감소는, 3축 센서 요소의 경우, 특히 동일한 검출 구조들이 각각 하나만의 측정 축보다 더 많은 측정 축에 대해 민감하게 구성될 때 가능하다.

기판의 주 연장 평면에 대해 수직으로 인가되는 요레이트란, 본 발명에 따라서, 관련된 요레이트의 회전축이 기판의 주 연장 평면 상에 수직을 이룬다는 것을 의미한다. 이에 상응하는 사항은, 기판의 제1 또는 제2 주 연장 축에 인가되는 요레이트들에도 적용된다.

회전 요소 어셈블리가 제1 회전 요소와 제2 회전 요소를 포함하고, 제1 회전 요소는 구동 장치에 의해 제1 회전축을 중심으로 구동될 수 있고, 제2 회전 요소는 구동 장치에 의해 제2 회전축을 중심으로 구동될 수 있으며, 제1 회전축은 주 연장 평면에 대해 수직으로 배치되며, 제2 회전축은 주 연장 평면에 대해 수직으로 배치되는 것을 통해, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 바람직한 방식으로, 외부 선형 가속도 및 회전 가속도가 차별적인 신호를 생성하지 않을 수 있다(또는 최소화된 차별적인 신호를 생성할 수 있다.). 그렇게 하여, 2개의 축들(기판의 제1 및 제2 주 연장 축)을 중심으로 하는 요레이트의, 진동에 대해 견고한 측정이 실행될 수 있다. 또한, 그렇게 하여, 간섭 모드들은 감소된 방식으로만 발생할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 검출 전극들은 제1 및 제2 회전 요소의 아래쪽에 배치될 수 있으며, 상기 검출 전극들에 의해서는 제1 및/또는 제2 주 연장 축을 중심으로 하는 회전 요소들의 경동(tilting)이 측정될 수 있다.

센서 장치가 제1 질량, 제2 질량 및 제3 질량을 포함하고, 제1 및 제2 질량은, 적어도 부분적으로, 구동 이동 동안 동일 방향의 이동을 수행하도록 형성되며, 제3 질량은, 적어도 부분적으로, 구동 이동 동안, 제1 및 제2 질량의 이동에 대한 반대 방향의 이동을 수행하도록 형성되며, 제3 질량은 특히 기판의 제2 주 연장 축에 대해 평행한 방향으로 제1 질량과 제2 질량 사이에 배치되는 것을 통해, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 3개의 질량들을 포함한 센서 장치의 매우 바람직한 형성 형태가 실현될 수 있다. 이 경우, 동일 방향의 이동은 제1 및 제2 질량이 동시에 제1 주 연장 축을 따르는 방향(동일한 방향)으로 이동되는 것이다. 그러는 동안, 제3 질량은 반대 방향으로, 다시 말해 반대되는 방향으로 이동된다.

원칙상, 제1, 제2 및 제3 질량은 -각각 완전하게, 또는 각각 부분적으로만(예컨대 각각의 질량의 하나의 구동 프레임 컴포넌트만)- 각각의 구동 이동을 실행할 수 있다.

특히 보다 더 바람직하게는, 제3 질량은 각각 제1 및 제2 질량보다 실질적으로 2배 더 무겁다.

제1 질량에 구동 장치의 제1 구동 구조부가 할당되고, 제1 구동 구조부는 제1 회전 요소와 기계적으로 연결되며, 제2 질량에는 구동 장치의 제2 구동 구조부가 할당되고, 제2 구동 구조부는 제2 회전 요소와 기계적으로 연결되는 것을 통해, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 센서 장치와 회전 요소 어셈블리의 바람직한 결합이 가능해질 수 있다. 이는, 두 회전 요소들의 매우 바람직한 양측 구동을 가능하게 한다. 이런 경우, 예컨대 제1 질량은 제1 바아(bar) 또는 웨브(web)에 의해(그리고 특히 추가로 스프링을 통해) 제1 회전 요소에 결합될 수 있고, 제2 질량은 제2 바아 또는 웨브에 의해(그리고 특히 추가로 스프링을 통해) 제2 회전 요소에 결합될 수 있다. 그렇게 하여, 구동 이동 동안 제1 주 연장 축을 따른 제1 및 제2 질량의 평행한 구동 이동이 실행될 수 있고, 이런 질량들의 이동은 제1 및 제2 회전 요소의 회전 이동으로 계승될 수 있으며, 보다 더 정확하게 말하면, 이는, 특히 제1 및 제2 회전 요소가 상호 간에 상대적으로 제1 또는 제2 회전축을 중심으로 하는 역위상 회전 이동을 실행하는 방식으로 이루어질 수 있는 가능성이 달성된다.

특히, 제1 주 연장 축을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소의 평행한 경동이 억제되고 제1 주 연장 축을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소의 역평행한 경동(antiparallel tilting)은 가능해지는 방식으로, 제1 회전 요소와 제2 회전 요소가 스프링 구조부에 의해 연결되는 것을 통해, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 제1 및 제2 회전 요소의 매우 바람직한 결합이 실현될 수 있다. 바람직하게는, 특히 스프링 구조부 및 웨브 구조부에 의해 제3 질량과 제1 회전 요소 및 제2 회전 요소 간의 기계적 연결부가 형성되는 방식으로, 스프링 구조부는 제3 구동 구조부의 하나 이상의 웨브 구조부와 연결될 수 있다.

제1 회전 요소와 제2 회전 요소가 커플링 구조부에 의해 기계적으로 연결되고, 커플링 구조부는 특히 하나 이상의 로커 구조부(rocker structure)를 포함하며, 로커 구조부는, 제2 주 연장 축을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소의 평행한 경동이 억제되고 제2 주 연장 축을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소의 역평행한 경동은 가능해지는 방식으로 형성되는 것을 통해, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 제2 주 연장 축의 방향으로 오직 제1 및 제2 회전 요소의 역평행한 경동만이 가능해질 수 있으며, 이는 바람직한 방식으로 두 회전 요소들의 순수 역평행한 검출 이동을 가능하게 한다.

제1 회전 요소와 제2 회전 요소가 추가 커플링 구조부에 의해 기계적으로 연결되고, 추가 커플링 구조부는 제3 구동 구조부의 하나 이상의 웨브 구조부에 의해 교차되며, 웨브 구조부는 보다 더 바람직하게는 교차 영역에서 추가 커플링 구조부 아래쪽의 추가 층 내에 배치되는 것을 통해, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 제3 구동 구조부는 보다 더 바람직하게, 특히 (제2 주 연장 축의 방향으로) 제1 회전 요소와 제2 회전 요소 사이의 영역에서 제1 및 제2 회전 요소와 연결될 수 있다. 특히 바람직하게는, 제3 구동 구조부는 제1 회전 요소와 제2 회전 요소 사이에 배치되는 스프링 구조부와 연결된다.

제1 회전 요소가 제1 서스펜션에 의해 기판과 연결되고, 제2 회전 요소는 제2 서스펜션에 의해 기판과 연결되며, 특히 제1 서스펜션은 부분적으로 제1 회전 요소 내의 중앙 공동부 내에 배치되며, 특히 제2 서스펜션은 부분적으로 제2 회전 요소 내의 중앙 공동부 내에 배치되는 것을 통해, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 제1 또는 제2 회전축을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소의 바람직한 회전이 가능해질 수 있다. 특히 제1 및 제2 서스펜션은, 제1 및 제2 회전 요소가 각각 제1 또는 제2 회전축을 중심으로 회전할 수 있고 이와 동시에 제1 및 제2 주 연장 축을 중심으로 경동될 수 있는 방식으로 형성된다.

제1 질량이 제1 스프링 어셈블리에 의해 제3 질량과 연결되고, 제2 질량은 제2 스프링 어셈블리에 의해 제3 질량과 연결되는 것을 통해, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 센서 장치는 매우 바람직한 방식으로 기판의 주 연장 평면에 대해 수직으로 인가된 요레이트들을 검출하도록 형성될 수 있다. 이런 경우, 특히 보다 더 바람직하게는, 제1 및 제2 스프링 어셈블리는, 제2 주 연장 축으로 제1 및 제3 질량의 역위상 이동뿐만 아니라 제2 및 제3 질량의 역위상 이동 역시도 가능하게 하는 방식으로 형성된다. 특히 바람직하게는, 제1 질량에 의해 에워싸이는 제1 구동 장치의 부분 영역(구동 프레임의 제1 부분)은, 제1 스프링 어셈블리에 의해, 제3 질량에 의해 에워싸이는 제3 구동 장치의 부분 영역(구동 프레임의 제3 부분)과 연결된다. 동일하게, 바람직하게는, 제2 질량에 의해 에워싸이는 제2 구동 장치의 부분 영역(구동 프레임의 제2 부분)은, 제2 스프링 어셈블리에 의해, 제3 질량에 의해 에워싸이는 제3 구동 장치의 부분 영역(구동 프레임의 제3 부분)과 연결된다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 요레이트 센서를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 종래 기술에 비해, 이미 본 발명에 따른 요레이트 센서, 또는 본 발명에 따른 요레이트 센서의 실시형태와 관련하여 기술한 장점들을 갖는다.

본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되어 있고 하기의 구체적인 내용 설명에서 더 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 요레이트 센서를 도시한 개략적 상면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 요레이트 센서를 도시한 개략적 상면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 요레이트 센서를 도시한 개략적 상면도이다.
도 4, 도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 실시형태들에 따른 제1 서스펜션(11) 또는 제2 서스펜션(21)을 도시한 개략적 상면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 요레이트 센서를 도시한 개략적 상면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 요레이트 센서의 부분 영역을 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시형태에 따른 요레이트 센서의 부분 영역을 도시한 개략도이다.

여러 도면에서 동일한 부재들에는 항상 동일한 도면부호들이 부여되고, 그로 인해 상기 동일한 부재들은 일반적으로 각각 한 번만 지명되거나 언급된다.

기판의 제1 주 연장 축(100)에 인가되는 요레이트, 및 제1 주 연장 축(100)에 대해 수직인, 기판의 제2 주 연장 축(100)에 인가되는 요레이트를 검출하도록 형성되는 예시의 회전 요소 어셈블리들(10, 20)은 도 1, 도 2, 도 3 및 도 7에 도시되어 있다.

기판의 주 연장 평면(100, 200)에 수직으로 인가되는 요레이트를 검출하도록 형성된 예시의 센서 장치들(40)은 도 1, 도 2, 도 3 및 도 7에 도시되어 있다.

도 1에는, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 요레이트 센서(1)의 개략적 상면도가 도시되어 있다. 요레이트 센서(1)는, 기판의 제1 주 연장 축(100), 및 제1 주 연장 축(100)에 수직인, 기판의 제2 주 연장 축(200)에 인가되는 요레이트들을 검출하기 위한 회전 요소 어셈블리(10, 20)를 포함한다. 회전 요소 어셈블리(10, 20)는 제1 회전 요소(10)와 제2 회전 요소(20)를 포함하며, 제1 회전 요소(10)는 구동 장치(30)를 통해 제1 회전축을 중심으로 구동될 수 있고, 제2 회전 요소(20)는 구동 장치(30)를 통해 제2 회전축을 중심으로 구동될 수 있다. 제1 및 제2 회전 요소(10, 20)는 각각 하나의 중앙 공동부를 포함한다. 제1 및 제2 회전축은 주 연장 평면(100, 200) 상에 수직을 이룬다. 이 경우, 제1 회전 요소(10)는 제1 서스펜션(11)에 의해 기판과 연결되고, 제2 회전 요소(20)는 제2 서스펜션(21)에 의해 기판과 연결된다. 제1 서스펜션(11)은 (적어도 부분적으로) 제1 회전 요소(10) 내의 중앙 공동부 내에 배치되고, 제2 서스펜션(21)은 (적어도 부분적으로) 제2 회전 요소(20) 내의 중앙 공동부 내에 배치된다. 이 경우, 제1 및 제2 회전 요소(10, 20)의 구동 이동은, 회전 요소(10, 20) 내에 표시된 화살표들을 통해 분명하게 보이는 것처럼 역위상으로 수행된다. 회전 요소들(10, 20)의 아래쪽 및/또는 위쪽에는 보다 더 바람직하게는 도시되어 있지 않은 검출 전극들이 장착된다. 상기 검출 전극들에 의해, 회전 요소들(10, 20)의 경동이 검출될 수 있다. 또한, 요레이트 센서(1)는 센서 장치(40)를 포함한다. 센서 장치(40)는 기판의 주 연장 평면(100, 200)에 대해 수직으로 인가되는 요레이트를 검출하도록 형성된다. 센서 장치(40)뿐만 아니라 회전 요소 어셈블리(10, 20) 역시도 하나의 구동 장치(30)에 의해 구동될 수 있다. 이 경우, 구동 장치(30)는 제1 주 연장 축(100)을 따르는 구동 이동을 수행하도록 형성된다. 구동 장치(30)는 제1 구동 구조부(31), 제2 구동 구조부(32) 및 제3 구동 구조부(33)를 포함한다. 제1 구동 구조부(31)에는 센서 장치(40)의 제1 질량(41)이 할당된다. 제1 구동 구조부(31)는 특히 바아를 포함한다. 바아에 의해(그리고 추가로 스프링에 의해) 제1 질량(41)은 제1 회전 요소(10)와 연결된다. 제2 구동 구조부(32)에는 센서 장치(40)의 제2 질량(42)이 할당된다. 제2 구동 구조부(32)는 특히 바아를 포함한다. 바아(및 추가로 스프링)에 의해 제2 질량(42)은 제2 회전 요소(20)와 연결된다. 또한, 센서 장치(40)는 제3 질량(43)을 포함한다. 제1 및 제2 질량(41, 42)은 구동 이동 동안 동일 방향의 이동을 수행하도록 형성된다. 제3 질량(43)은, 구동 이동 동안, [제1 주 연장 축(100)과 관련하여] 제1 및 제2 질량(41, 42)의 이동에 대한 반대 방향의 이동을 수행하도록 형성된다. 이는, 질량들(41, 42, 43) 상에 표시된 화살표들을 통해 분명하게 보인다. 제1, 제2 및 제3 질량(41, 42, 43)은 도시된 실시형태에서 제2 주 연장 축(200)에 대해 실질적으로 서로 나란히 평행하게 형성된다. 이런 경우, 제1 질량(41)과 제3 질량(43)은 제1 스프링 어셈블리(37)에 의해 연결되고, 제3 질량(43)과 제2 질량(42)은 제2 스프링 어셈블리(38)에 의해 연결된다. 이 경우, 제1 및 제2 스프링 어셈블리(또는 커플링 구조부들)(37, 38)는, 질량들(41, 42, 43)의 비대칭 이동, 다시 말해 (표시된 화살표들을 통해 분명하게 보이는) 제2 주 연장 축(200)의 방향으로 제1 및 제2 질량의 동위상 이동과 제3 질량의 그에 대한 역위상 이동을 가능하게 하도록 형성된다. 제1 회전 요소(10)와 제2 회전 요소(20) 사이에는, 두 회전 요소들(10, 20)을 상호 간에 연결하는 스프링 구조부(70)가 배치된다. 스프링 구조부(70)는, 특히 제1 주 연장 축(100)을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소(10, 20)의 평행한 경동이 억제되고 제1 주 연장 축(100)을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소의 역평행한 경동은 가능해지는 방식으로 형성된다. 스프링 구조부(70)는 구동 장치(30)의 제3 구동 구조부(33)의 웨브 구조부(45)와 연결된다. 웨브 구조부(45)는 특히 2개의 바아들을 포함하며, 이들 바아들은 제1 주 연장 축의 방향으로 평행하게 연장되고 크로스 멤버를 통해 스프링 구조부(70)와 연결된다. 스프링 구조부(70) 및 웨브 구조부(45)를 통해서는, 제3 질량(43)과 제1 회전 요소(10) 및 제2 회전 요소(20) 간의 기계적 연결부가 형성된다. 또한, 제1 회전 요소(10)와 제2 회전 요소(20)는 커플링 구조부(60) 및 추가 커플링 구조부(63)를 통해 기계적으로 연결된다. 커플링 구조부(60)는, 제2 주 연장 축(200)을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소(10, 20)의 평행한 경동을 억제하고 제2 주 연장 축(200)을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소의 역평행한 경동은 가능하게 하는 로커 구조부(61)를 포함한다. 제2 주 연장 축(200)에 대해 평행한 방향 및 제1 주 연장 축(100)에 대해 평행한 방향으로 제1 및 제2 회전 요소(10, 20)의 가능해진 역평행한 경동은 제1 및 제2 회전 요소(10, 20) 내에 상면도에 대해[그리고 그에 따라 주 연장 평면(100, 200)에 대해] 수직으로 도시되어 있는 화살표들(다시 말해 십자 표시들 및 점들)을 통해 분명해진다. 추가 커플링 구조부(63)는 웨브 구조부(45)에 의해, 특히 웨브 구조부(45)의 두 바아들에 의해 비접촉 방식으로 교차된다. 이는, 웨브 구조부(45)(또는 두 바아들)가, 상기 교차 영역(81)에서, 추가 커플링 구조부(63)보다, 그리고 특히 교차 영역(81) 바깥쪽에서 웨브 구조부(45)의 잔여 영역들보다도 아래쪽에(다시 말해 기판에 더 가깝게) 위치되는 추가 층 내에 형성되기 때문에 가능하다. 추가 커플링 구조부(63)는, 제2 주 연장 축(200)을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소(10, 20)의 평행한 경동을 억제하고 제2 주 연장 축(200)을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소의 역평행한 경동은 가능하게 하는 추가 로커 구조부(61)를 포함한다. 본 발명에 따라서, 제1 회전 요소(10), 제2 회전 요소(20) 및 센서 장치(40)는 동일한 구동 장치(30)에 의해 구동될 수 있다. 이는, 특히 제1, 제2 및 제3 구동 구조부(31, 32, 33)에 의해 제1 주 연장 축(100)을 따른 제1, 제2 및 제3 질량(41, 42, 43)의 구동 이동이 회전 요소들(10, 20)로 전달되고 그렇게 하여 회전 요소들(10, 20)은 제1 및 제2 회전축을 중심으로 구동될 수 있다는 것을 의미한다.

도 2에는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 요레이트 센서(1)의 개략적 상면도가 도시되어 있다. 이 경우, 제2 실시형태는 도 1에 도시된 제1 실시형태와 유사하지만, 추가 커플링 구조부(63)가 제공되어 있지 않다는 차이가 있다. 그렇게 하여, 웨브 구조부(45)(및 특히 그의 바아들)는 교차 영역(81)에서 추가 층 내에 배치되는 것이 아니라, 나머지 요소들과 동일한 층 내에 배치될 수 있다.

도 3에는, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 요레이트 센서(1)의 개략적 상면도가 도시되어 있다. 이 경우, 제3 실시형태는 도 1에 도시된 제1 실시형태와 유사하지만, 웨브 구조부(45)가 제공되어 있지 않다는 차이가 있다. 그렇게 하여, 스프링 구조부(70)와 제3 질량(43) 간의 기계적 연결부는 형성되지 않는다.

도 4, 도 5 및 도 6에는, 본 발명의 실시형태들에 따른 제1 회전 요소(10)의 제1 서스펜션(11), 또는 제2 회전 요소(20)의 제2 서스펜션(21)의 개략적 상면도들이 도시되어 있다. 기판 상의 제1 및 제2 서스펜션(11, 21)은, 각각, 제1 또는 제2 회전 요소(10, 20)가 기판의 주 연장면(100, 200)에 대해 수직인 제1 회전축 또는 제2 회전축을 중심으로 하는 회전 이동/선회 이동을 실행할 수 있고 그와 동시에 제1 및 제2 주 연장 축(100, 200)을 중심으로 하는(또는 이들에 대해 평행한 축들을 중심으로 하는) 제1 또는 제2 회전 요소(10, 20)의 경동이 가능한 방식으로 형성된다.

도 7에는, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 요레이트 센서의 개략적 상면도가 도시되어 있다. 이 경우, 제4 실시형태는 도 1에 개략적으로 도시된 컴포넌트들을 포함한다. 또한, 제4 실시형태에서, 센서 장치(40)는, 검출 방향으로 이동될 수 있는 검출 구조부, 구동 방향 및 검출 방향으로 이동될 수 있는 코리올리스 구조부(Coriolis structure), 및 구동 방향으로 이동될 수 있는 구동 구조부를 포함한다. 질량들(41, 42 및 43) 각자는 각각 검출 구조부, 코리올리스 구조부 및 구동 구조부의 부분 영역을 에워싼다. 제2 질량(42)의 경우, 코리올리스 구조부(42') 및 검출 구조부(42")의 대응하는 부분 영역에는 참조 기호들이 부여된다. 코리올리스 구조부는 스프링들을 통해 구동 구조부와 연결된다. 동일하게, 코리올리스 구조부는 스프링들을 통해 검출 구조부와 연결된다. 제3 질량(43)의 경우 코리올리스 프레임은 구동 프레임을 통해 분리된다. 공동 검출 모드를 보장하기 위해, 추가 층을 통해 연결부(80)가 형성될 수 있다. 여러 질량들(41, 42, 43)의 검출 구조부의 부분 영역들은, 각각, 2개의 인접한 질량들의 역위상 이동을 가능하게 하고 동위상 이동은 억제하는 커플링 크로스(coupling cross)를 통해 연결된다. 구동 프레임의 개별 부분 영역들은, 마찬가지로 구동 모드에서 인접한 질량들(41, 42, 43)의 역위상 이동을 가능하게 하고 동위상 이동은 억제하는 커플링 구조부들(37, 38)(커플링 로커들)을 통해 연결된다. 구동 장치(30)는 제1, 제2 및 제3 질량(41, 42, 43)의 구동 구조부들을 포함하며, 그리고 추가로 센서 장치(40)의 코리올리스 구조부들 및 회전 요소들(10, 20)의 둘레에서 외주를 따라 연장되는 (특히 작은 단속부들을 포함한) 프레임으로서 형성되어 회전 요소들(10, 20) 사이에서도 웨브 구조부(45), 스프링 구조부(70) 및 추가 웨브 구조부에 의해 연결된다. 커플링 구조부(60) 또는 추가 커플링 구조부(63)의 아래로 또는 위로의 구동 장치(30)의 통과를 위해, 추가 층이 이용된다. 추가 층은 본 발명에 따라 (예컨대 도 8에 도시된 것처럼) 다른 컴포넌트들이 배치되어 있는 층보다 분명히 더 얇게 형성될 수 있으며, 그럼으로써 웨브 구조부(45) 또는 추가 웨브 구조부는 벤딩 스프링들로서 주 연장 평면(100, 200)에서부터 외로의 이동을 위해 이용될 수 있다. 회전 요소들(10, 20)이 제1 주 연장 축(100)을 중심으로 경동하는 검출 이동의 경우, 바람직하게는, 구동 장치(30)(또는 구동 프레임)는 회전 요소들(10, 20)에 대한 결합부 근처에서 평면에서부터 외로 이동될 수 있다. 이는, 본 실시형태에서, 스프링 구조부(70)의 근처에서, 그리고 외부 프레임 상에서 추가 층 내의 추가 구조부들을 통해 실현된다.

대안의 특징에서, 센서 장치(40)는 단지 2개의 프레임들로만 구성될 수 있다. 이런 경우, 검출 구조부들은 코리올리스 프레임 내에 통합되어 구동 이동 중에 함께 이동된다.

도 8에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 요레이트 센서(1)의 부분 영역이 개략적으로 도시되어 있다. 특히 사시도를 통해 추가 층도 확인된다. 이런 추가 층 내에는, 웨브 구조부(45)가 추가 커플링 구조부(63)와의 교차 영역(81)에서 배치된다. 보다 더 바람직하게, 추가 층은, 요레이트 센서(1)의 다른 요소들이 주로 형성되어 있는 층보다 더 얇다.

도 9에는, 본 발명의 제5 실시형태에 따른 요레이트 센서의 부분 영역이 개략적으로 도시되어 있다. 본 실시형태의 경우, 추가 커플링 구조부(63)와 웨브 구조부(45)의 교차 영역(81)에서, 추가 커플링 구조부(63)는 추가 층 내에 배치된다[그리고 웨브 구조부(45)는 배치되지 않는다.]. 여기서 추가 커플링 구조부(63)는 3개의 로커 구조부들(61)을 포함한다. 3배의 로커 구조부를 통해서는, 평면 안쪽 및 평면 바깥쪽을 가리키는 화살표들을 통해 도시된 것처럼, 회전 요소들(10, 20)의 의도되는 검출 이동이 가능해진다. 본 실시형태의 경우, 바람직하게는, 더 얇은 추가 층은 구동 이동 중에 정지하고 하중을 받지 않는다. 커플링 구조부(60)는 추가 커플링 구조부(63)와 동일한 앞서 기술한 특징들을 보유한다.

Claims

주 연장 평면(100, 200)을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1)로서, 요레이트 센서(1)는 회전 요소 어셈블리(10, 20)를 포함하고, 회전 요소 어셈블리(10, 20)는 기판의 제1 주 연장 축(100)에 인가되는 요레이트, 및 제1 주 연장 축(100)에 대해 수직인, 기판의 제2 주 연장 축(200)에 인가되는 요레이트를 검출하도록 형성되는, 상기 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서에 있어서,
요레이트 센서(1)는 센서 장치(40)를 포함하고, 센서 장치(40)는 기판의 주 연장 평면(100, 200)에 대해 수직으로 인가되는 요레이트를 검출하도록 형성되며, 센서 장치(40)뿐만 아니라 회전 요소 어셈블리(10, 20) 역시도 하나의 구동 장치(30)에 의해 구동될 수 있으며, 구동 장치(30)는 제1 주 연장 축(100)을 따르는 구동 이동을 수행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1).
제1항에 있어서, 회전 요소 어셈블리(10, 20)는 제1 회전 요소(10)와 제2 회전 요소(20)를 포함하고, 제1 회전 요소(10)는 구동 장치(30)에 의해 제1 회전축을 중심으로 구동될 수 있고, 제2 회전 요소(20)는 구동 장치(30)에 의해 제2 회전축을 중심으로 구동될 수 있으며, 제1 회전축은 주 연장 평면(100, 200)에 대해 수직으로 배치되며, 제2 회전축은 주 연장 평면(100, 200)에 대해 수직으로 배치되는, 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 센서 장치(40)는 제1 질량(41), 제2 질량(42) 및 제3 질량(43)을 포함하고, 제1 및 제2 질량(41, 42)은, 적어도 부분적으로, 구동 이동 동안 동일 방향의 이동을 수행하도록 형성되며, 제3 질량(43)은, 적어도 부분적으로, 구동 이동 동안, 제1 및 제2 질량(41, 42)의 이동에 대한 반대 방향의 이동을 수행하도록 형성되며, 제3 질량(43)은 특히 기판의 제2 주 연장 축(200)에 대해 평행한 방향으로 제1 질량(41)과 제2 질량(42) 사이에 배치되는, 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1).
제3항에 있어서, 제1 질량(41)에는 구동 장치(30)의 제1 구동 구조부(31)가 할당되고, 제1 구동 구조부(31)는 제1 회전 요소(10)와 기계적으로 연결되며, 제2 질량(42)에는 구동 장치(30)의 제2 구동 구조부(32)가 할당되고, 제2 구동 구조부(32)는 제2 회전 요소(20)와 기계적으로 연결되는, 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1).
제3항 또는 제4항에 있어서, 제3 질량(43)에는 구동 장치(30)의 제3 구동 구조부(33)가 할당되는, 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1).
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스프링 구조부(70)가 제1 회전 요소(10)와 제2 회전 요소(20) 사이에 배치되며, 특히 제1 주 연장 축(100)을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소의 평행한 경동이 억제되고 제1 주 연장 축(100)을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소의 역평행한 경동은 가능해지는 방식으로, 제1 회전 요소(10)와 제2 회전 요소(20)는 스프링 구조부(70)에 의해 연결되는, 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1).
제6항에 있어서, 특히 스프링 구조부(70) 및 웨브 구조부(45)에 의해 제3 질량(43)과 제1 회전 요소(10) 및 제2 회전 요소(20) 간의 기계적 연결부가 형성되는 방식으로, 스프링 구조부(70)는 제3 구동 구조부(33)의 하나 이상의 웨브 구조부(45)와 연결되는, 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1).
제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 회전 요소(10)와 제2 회전 요소(20)는 커플링 구조부(60)에 의해 기계적으로 연결되고, 커플링 구조부(60)는 특히 하나 이상의 로커 구조부(61)를 포함하며, 로커 구조부(61)는, 제2 주 연장 축(200)을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소의 평행한 경동이 억제되고 제2 주 연장 축(200)을 중심으로 하는 제1 및 제2 회전 요소의 역평행한 경동은 가능해지는 방식으로 형성되는, 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1).
제8항에 있어서, 제1 회전 요소(10)와 제2 회전 요소(20)는 추가 커플링 구조부(63)에 의해 기계적으로 연결되고, 추가 커플링 구조부(63)는 제3 구동 구조부(33)의 하나 이상의 웨브 구조부(45)에 의해 교차되며, 웨브 구조부(45)는 보다 더 바람직하게는 교차 영역에서 추가 커플링 구조부(63) 아래쪽의 추가 층 내에 배치되는, 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 회전 요소(10)는 제1 서스펜션(11)에 의해 기판과 연결되고, 제2 회전 요소(20)는 제2 서스펜션(21)에 의해 기판과 연결되며, 특히 제1 서스펜션(11)은 부분적으로 제1 회전 요소(10) 내의 중앙 공동부 내에 배치되며, 특히 제2 서스펜션(21)은 부분적으로 제2 회전 요소(20) 내의 중앙 공동부 내에 배치되는, 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 질량(41)은 제1 스프링 어셈블리(37)에 의해 제3 질량(43)과 연결되고, 제2 질량(42)은 제2 스프링 어셈블리(38)에 의해 제3 질량(43)과 연결되는, 주 연장 평면을 갖는 기판을 포함하는 요레이트 센서(1).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 요레이트 센서(1)의 제조를 위한 방법.