TWI494541B - 具有耐摔保護功能的共振裝置 - Google Patents

具有耐摔保護功能的共振裝置 Download PDF

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Description

具有耐摔保護功能的共振裝置
本發明是有關於一種共振裝置，且特別是有關於一種具有耐摔保護功能的共振裝置。
近年來，受惠於智慧型手機(smart phone)、平板電腦(tablet PC)及體感遊戲機等相關電子產品的帶動，使得微機電(MEMS)慣性感測器，例如加速度計(accelerometer)與陀螺儀(gyroscope)等，大量地應用於這些電子產品中，使其市場需求呈現逐年大幅度地成長。市場多方競爭之下，微機電慣性感測器相關應用產品對其品質的要求也隨之提高。以陀螺儀而言，其以質量塊的共振操作方式來測量裝置旋轉時的科氏力(Coriolis force)，進而推算出裝置的角速度。
圖1是習知一種微機電陀螺儀的剖視示意圖。圖2是圖1的陀螺儀的部分構件俯視圖。如圖1及圖2所示，習知陀螺儀50的質量塊52透過彈性部54連接於基座56的連接部56a。藉由彈性部54的彈性變形特性，質量塊52適於被驅動而產生共振，且 經由此共振操作方式可測量陀螺儀50旋轉時的科氏力，進而計算出具有此陀螺儀50之裝置的角速度，其中的偵測與計算原理為所屬領域的已知技術，舉例來說，美國專利編號US 5668318即揭露了微機電陀螺儀的相關技術。
當所述裝置落摔時，若陀螺儀50中的質量塊52因落摔之衝擊力而瞬間產生大幅度的位移，則彈性部54很可能因此過度拉扯而損壞。據此，在一些耐摔設計中藉由縮減第一座體56b與質量塊52的間距G1及縮減第二座體56c與質量塊52的間距G2來限制質量塊52的移動範圍，以避免質量塊52因落摔之衝擊力而瞬間產生大幅度的位移。然而，在所述間距G1及間距G2較小的情況下，質量塊52與第一座體56b之間的空氣所造成的阻尼效果過大，這會使得質量塊52被空氣阻尼降低了共振響應，而降低陀螺儀50的角速度量測靈敏度與準確性。
本發明提供一種共振裝置，兼具良好的的共振能力及耐衝擊耐摔的保護功能。
本發明的共振裝置包括一基座、一質量塊、多個彈性部及至少一止擋部。質量塊具有至少一端面。這些彈性部連接於質量塊與基座之間，其中質量塊適於沿一第一方向產生共振而使這些彈性部產生彈性變形。止擋部配置於基座且往端面延伸而對位於端面，其中基座與端面沿第一方向的間距大於止擋部與端面沿 第一方向的間距，止擋部適於止擋端面以限制質量塊的移動範圍。
在本發明的一實施例中，上述的基座包括一第一座體、一第二座體及一連接部。質量塊位於第一座體與第二座體之間，止擋部固定於第一座體或第二座體。連接部固定於第一座體與第二座體之間，其中各彈性部連接於質量塊與連接部之間。
在本發明的一實施例中，上述的連接部膠合於第一座體且膠合於第二座體。
在本發明的一實施例中，上述的至少一止擋部的數量為多個，至少一端面包括質量塊的一頂面及質量塊的一底面，部分這些止擋部對位於頂面，另一部分這些止擋部對位於底面。
在本發明的一實施例中，上述的共振裝置更包括至少一止擋結構，其中質量塊具有多個側面，這些彈性部分別連接於這些側面，止擋結構配置於基座且對位於至少一側面，止擋結構適於止擋對應之側面以限制質量塊的移動範圍。
在本發明的一實施例中，上述的基座包括一第一座體、一第二座體及一連接部，質量塊位於第一座體與第二座體之間，連接部固定於第一座體與第二座體之間，止擋結構固定於第一座體或第二座體，連接部與第一座體沿第一方向相膠合，連接部與第二座體沿第一方向相膠合，各側面平行於第一方向。
在本發明的一實施例中，上述的至少一止擋結構的數量為多個，這些止擋結構分別對位於這些側面。
在本發明的一實施例中，上述的止擋結構具有兩止擋 面，兩止擋面分別對位於相鄰的兩側面。
在本發明的一實施例中，上述的止擋結構從止擋部延伸出。
在本發明的一實施例中，上述的止擋結構沿第一方向的長度大於止擋部與端面沿第一方向的間距。
在本發明的一實施例中，上述的端面垂直於各側面，止擋結構適於止擋對應之側面以限制質量塊沿一第二方向的移動範圍，第二方向傾斜於各側面及端面。
在本發明的一實施例中，上述的各彈性部沿一軸線延伸，軸線不通過質量塊的質心。
在本發明的一實施例中，上述的止擋部藉由曝光製程及蝕刻製程而形成。
基於上述，本發明的共振裝置在其基座上設有止擋部，且止擋部能夠止擋質量塊的端面以限制質量塊的移動範圍，使質量塊不致因落摔之衝擊力而瞬間產生大幅度的位移，進而避免彈性部因質量塊過度位移而拉扯損壞，以達到耐摔保護功能。由於本發明的共振裝置如上述般藉由基座上的止擋部來止擋質量塊以限制質量塊的移動範圍，因此不需為了止擋質量塊而縮減整個基座與質量塊之端面的間距。如此一來，基座與質量塊之端面之間的空氣所造成的阻尼效果不致過大，藉以確保質量塊能夠順利地進行共振。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
50‧‧‧陀螺儀
52、120、220‧‧‧質量塊
54、130、230‧‧‧彈性部
56、110、210‧‧‧基座
56a、116、216‧‧‧連接部
56b、112、212‧‧‧第一座體
56c、114、214‧‧‧第二座體
58a、58b、150a、150b、250a、250b‧‧‧膠材
100、200‧‧‧共振裝置
120a、220a‧‧‧側面
120b、220b‧‧‧頂面
120c、220c‧‧‧底面
160‧‧‧止擋部
240‧‧‧止擋結構
240a‧‧‧止擋面
260‧‧‧止擋部
A1、A2‧‧‧軸線
D1、D1’‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
G1~G8‧‧‧間距
M‧‧‧質心
圖1是習知一種微機電陀螺儀的剖視示意圖。
圖2是圖1的陀螺儀的部分構件俯視圖。
圖3是本發明一實施例的共振裝置的剖視示意圖。
圖4是圖3的共振裝置的部分構件俯視圖。
圖5是本發明另一實施例的共振裝置的剖視示意圖。
圖6是圖5的共振裝置的部分構件俯視圖。
圖3是本發明一實施例的共振裝置的剖視示意圖。圖4是圖3的共振裝置的部分構件俯視圖。請參考圖3及圖4，本實施例的共振裝置100例如為微機電陀螺儀且包括一基座110、一質量塊120及多個彈性部130。基座110包括一第一座體112、一第二座體114及一連接部116，連接部116與第一座體112藉由膠材150a沿圖3所示的第一方向D1相膠合，且連接部116與第二座體112藉由膠材150b沿第一方向D1相膠合，而使連接部116固定於第一座體112與第二座體114之間。質量塊120位於第一座體112與第二座體114之間且具有多個側面120a及相對的兩端面，所述兩端面為質量塊120的頂面120b及底面120c且垂直於 各側面120a。
這些彈性部130分別連接於這些側面120a且連接於基座110的連接部116。質量塊120用以被驅動沿第一方向D1產生共振而使彈性部130產生彈性變形，且經由此共振操作方式可測量共振裝置100旋轉時的科氏力，進而計算出具有此共振裝置100之裝置的角速度，其中的偵測與計算原理為所屬領域的已知技術，於此不再贅述。
本實施例的共振裝置100更包括多個止擋部160，部分止擋部160固定於第一座體112且往質量塊120的頂面120b延伸而對位於頂面120b，另一部分止擋部160固定於第二座體114且往質量塊120的底面120c延伸而對位於底面120c。基座110與質量塊120之頂面120b沿第一方向D1的間距G3大於止擋部160與質量塊120之頂面120b沿第一方向D1的間距G5，且基座110與質量塊120之底面120c沿第一方向D1的間距G4大於止擋部160與質量塊120之底面120c沿第一方向D1的間距G6。
在此配置方式之下，止擋部160能夠止擋質量塊120的頂面120b及底面120c以限制質量塊120的移動範圍，使質量塊120不致因落摔之衝擊力而瞬間產生大幅度的位移，進而避免彈性部130因質量塊120過度位移而拉扯損壞，以達到耐摔保護功能。由於本實施例的共振裝置100如上述般藉由基座110上的止擋部160來止擋質量塊120以限制質量塊120的移動範圍，因此不需為了止擋質量塊120而縮減整個基座110與質量塊120之頂面120b 及底面120c的間距，而使基座110與質量塊120可具有較大的間距G3及間距G4。如此一來，基座110與質量塊120之間的空氣所造成的阻尼效果不致過大，藉以確保質量塊120能夠順利地進行共振。本發明不限制止擋部160的數量及排列方式，在其它實施例中，止擋部160可具有其它適當數量或其它排列方式。此外，在其它實施例中，共振裝置100亦可為石英振盪器(quartz crystal oscillator)或其它共振裝置，本發明不對此加以限制。
圖5是本發明另一實施例的共振裝置的剖視示意圖。圖6是圖5的共振裝置的部分構件俯視圖。在圖5所示的共振裝置200中，基座210、第一座體212、第二座體214、連接部216、質量塊220、彈性部230、膠材250a、膠材250b及止擋部260的配置與作用方式類似於圖3所示的基座110、第一座體112、第二座體114、連接部116、質量塊120、彈性部130、膠材150a、膠材150b及止擋部160的配置與作用方式，於此不再贅述。共振裝置200與共振裝置100的不同處在於，共振裝置200更包括多個止擋結構240。部分止擋結構240配置於第一座體212，且另一部分止擋結構240配置於第二座體214。如圖5所示，這些止擋結構240分別從這些止擋部260延伸出，且止擋結構240沿第一方向D1’的長度大於止擋部260與質量塊220之頂面220b沿第一方向D1’的間距G7並大於止擋部260與質量塊220之底面220c沿第一方向D1’的間距G8，使這些止擋結構240能夠分別對位於質量塊220的這些側面220a，其中各止擋結構240例如具有兩止擋面 240a，兩止擋面240a分別對位於相鄰的兩側面220a。
在此配置方式之下，止擋結構240能夠止擋質量塊220的側面220a以限制質量塊220的移動範圍，使質量塊220不致因落摔之衝擊力而瞬間產生大幅度的位移，進而避免彈性部230因質量塊220過度位移而拉扯損壞。所述止擋結構240可藉由曝光製程及蝕刻製程被形成而具有較佳的尺寸精度，使止擋結構240與質量塊220的側面220a具有適當的間距，而可達到準確限制質量塊220之移動範圍的效果，以提升共振裝置200的耐摔保護功能。
進一步而言，連接部216與第一座體212藉由膠材250a沿圖5所示的第一方向D1’相膠合，連接部216與第二座體212藉由膠材250b沿第一方向D1’相膠合，且質量塊220的各側面220a平行於第一方向D1’。據此，第一座體212及第二座體214膠合至連接部216時沿第一方向D1’產生的尺寸誤差較不會對各側面220a與止擋結構240的間距的準確性造成影響。
在本實施例中，部分彈性部230沿軸線A1(標示於圖5及圖6)延伸，另一部分彈性部130沿軸線A2(僅標示於圖6)延伸，且軸線A1及軸線A2不通過質量塊220的質心M。據此，當質量塊220承受落摔之衝擊力時，質量塊220容易沿傾斜方向產生位移，所述傾斜方向例如為圖5所示的第二方向D2或其它傾斜方向且傾斜於質量塊220的各側面220a、頂面220b及底面220c。當質量塊220沿所述傾斜方向產生位移時，止擋結構240適於止擋 質量塊220的側面220a以限制質量塊220沿所述傾斜方向的移動範圍，如此可避免質量塊220沿第一方向D1’具有過大的位移而造成彈性部230拉扯損壞。
綜上所述，本發明的共振裝置在其基座上設有止擋部，且止擋部能夠止擋質量塊的端面以限制質量塊的移動範圍，使質量塊不致因落摔之衝擊力而瞬間產生大幅度的位移，進而避免彈性部因質量塊過度位移而拉扯損壞，以達到耐摔保護功能。由於本發明的共振裝置如上述般藉由基座上的止擋部來止擋質量塊以限制質量塊的移動範圍，因此不需為了止擋質量塊而縮減整個基座與質量塊之端面的間距。如此一來，基座與質量塊之端面之間的空氣所造成的阻尼效果不致過大，藉以確保質量塊能夠順利地進行共振。此外，更可在共振裝置的止擋部上設置止擋結構，用以止擋質量塊的側面以限制質量塊的移動範圍，以進一步增進耐摔保護功能。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧共振裝置
110‧‧‧基座
112‧‧‧第一座體
114‧‧‧第二座體
116‧‧‧連接部
120‧‧‧質量塊
120a‧‧‧側面
120b‧‧‧頂面
120c‧‧‧底面
130‧‧‧彈性部
150a、150b‧‧‧膠材
160‧‧‧止擋部
D1‧‧‧第一方向
G3~G6‧‧‧間距

Claims (13)

  1. 一種共振裝置，包括：一基座；一質量塊，具有至少一端面及多個側面；多個彈性部，分別連接於該質量塊的該些側面與該基座之間，其中該質量塊適於沿一第一方向產生共振而使該些彈性部產生彈性變形；以及至少一止擋部，配置於該基座且往該端面延伸而對位於該端面，其中該基座與該端面沿該第一方向的間距大於該止擋部與該端面沿該第一方向的間距，該止擋部適於止擋該端面以限制該質量塊的移動範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的共振裝置，其中該基座包括：一第一座體；一第二座體，該質量塊位於該第一座體與該第二座體之間，該止擋部固定於該第一座體或該第二座體；以及一連接部，固定於該第一座體與該第二座體之間，其中各該彈性部連接於該質量塊與該連接部之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的共振裝置，其中該連接部膠合於該第一座體且膠合於該第二座體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的共振裝置，其中該至少一止擋部的數量為多個，該至少一端面包括該質量塊的一頂面及該質量塊的一底面，部分該些止擋部對位於該頂面，另一部分該些止 擋部對位於該底面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的共振裝置，更包括至少一止擋結構，其中該止擋結構配置於該基座且對位於至少一該側面，該止擋結構適於止擋該對應之側面以限制該質量塊的移動範圍。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的共振裝置，其中該基座包括一第一座體、一第二座體及一連接部，該質量塊位於該第一座體與該第二座體之間，該連接部固定於該第一座體與該第二座體之間，該止擋結構固定於該第一座體或該第二座體，該連接部與該第一座體沿該第一方向相膠合，該連接部與該第二座體沿該第一方向相膠合，各該側面平行於該第一方向。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的共振裝置，其中該至少一止擋結構的數量為多個，該些止擋結構分別對位於該些側面。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的共振裝置，其中該止擋結構具有兩止擋面，該兩止擋面分別對位於相鄰的兩該側面。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的共振裝置，其中該止擋結構從該止擋部延伸出。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的共振裝置，其中該止擋結構沿該第一方向的長度大於該止擋部與該端面沿該第一方向的間距。
  11. 如申請專利範圍第5項所述的共振裝置，其中該端面垂直於各該側面，該止擋結構適於止擋該對應之側面以限制該質量塊沿一第二方向的移動範圍，該第二方向傾斜於各該側面及該端 面。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的共振裝置，其中各該彈性部沿一軸線延伸，該軸線不通過該質量塊的質心。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的共振裝置，其中該止擋部藉由曝光製程及蝕刻製程而形成。
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