JP2014510271A - ばね構造、共振器、共振器アレイおよびセンサ - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも２つの質量体（Ｍａ、Ｍｂ）の連結点に接続されたばね（Ｓｈ１、Ｓｈ２）間のループ（Ｌ、Ｅ）を介して、質量体（Ｍａ、Ｍｂ）に接続された前記ばね（Ｓｈ１、Ｓｈ２）を用いて、逆相振動として第１の方向に連結した質量体（Ｍａ、Ｍｂ）を有するばね構造（５０１）を提示し、ループ（Ｌ）の長手方向の運動が、前記第１の方向に垂直に、または実質的に垂直に発生するように構成されるように、ループ（Ｌ）の前記連結点から基部のアンカー（Ａ）に斜めのばね（Ｓｌ４５、Ｓｒ４５）を連結して、したがって、質量体（Ｍａ、Ｍｂ）の逆相振動以外の逆相振動を減衰させる。本発明はまた、共振器内および／または共振器アレイ内だけでなく、センサまたはセンサを備えるシステム内でのばね構造の用途を提示する。
【選択図】図５

Description

本発明は、一般に共振器の技術に関するが、より具体的には、本発明はセンサに関し、センサにおいて、具体的には、本発明に関する独立請求項の前提部分に提示されるようなばね構造を用いた誤差の除去に関する。本発明はまた、共振器に関する独立請求項の前提部分で述べられるような共振器に関する。本発明はまた、共振器アレイに関する独立請求項の前提部分で述べられるような共振器アレイに関する。本発明はまた、センサに関する独立請求項の前提部分で述べられるようなセンサに関する。本発明はまた、本発明による少なくとも１つの共振器を有するセンサシステムに関する。

振動耐性および衝撃耐性は、角速度センサに求められる重要な特性である。詳細には、運転安定制御システムなどの、従来技術の自動車産業用途では、これらの要件は非常に厳格である。たとえば岩による外部からの硬い打撃、または自動車競技者により引き起こされる振動でさえ、角速度センサの出力に影響を及ぼすべきではない。

たとえば角速度センサなどの、従来技術によるマイクロメカニカル共振器では、運動する質量体間の連結ばねを設計することが好ましいと考えられており、このばねは、運動する質量体の逆相運動を可能にし、同時に質量体の同相運動に抵抗する。実際、このような構成は、詳細には実際の信号から機械的打撃を分離するために使用される。この場合、質量体から検出される信号が差動的であり、一方、質量体に影響を及ぼす加速度が、一緒に同相偏向を引き起こす。

単純な連結共振器が、図１によれば、２つの質量体（ｍ１、ｍ２）および３つの類似の１次元ばね（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）から構成される。このような構造は、モードの差から質量体（ｍ１、ｍ２）の同相運動を効果的に分離する。しかしながら、加速度に対する感度に関しては、連結ばねが同相の運動に関与しないので、質量体が逆相より（モードの周波数がより低い）同相をより容易に偏向させるために、この構造は好ましくない。図１の単純な連結共振器の概略図では、この共振器の質量体を連結するばねは、その他のばねと類似の１次元ばねである。

詳細には、Ｂｏｓｃｈ社が、米国特許第６，７５２，０１７（Ｂ２）号明細書で、このようなＺ軸のジャイロスコープ用の連結ばね構造について記載し、この構造では、検出される運動が、運動の共通軸に対する質量体の逆相振動である。従来技術のこれらのばね構造に共通なのが、これらのばね構造が、１次モードおよび２次モードの両方の周波数、ならびに連結される隣接質量体間にこれらの構造が配置される因子の規定に関与することである。

しかしながら、従来技術に記載されたばね構造の欠点は、直線加速度に対する感度である。なぜなら、これらのばね構造は、上述の単純な連結共振器のように、逆相運動より同相運動に対して疎結合であり、打撃および振動が、所望の逆相励起より容易に質量体（ｍ１、ｍ２）を偏向させるためである。さらに、ばね構造が両方のモードに関与するので、１次モードの非線形性を制御することが困難である。したがって、異なるモードを連結するばね構造を完全に分離することが好ましく、１次モードのサスペンションの非線形性を、２次サスペンションと無関係な寸法に作ることができる。

実際、改善形態として使用するために、１次元軸上で振動する質量体を備える、シーソーのような連結ばねが提示され、このばねは、逆相偏向に対するよりも同相偏向に対して堅いので、機械的干渉に関しては、明らかによりよい解決策である。このような連結サスペンションは、たとえば、図２では励振器フレームのｙ方向の１次運動に対して実現され、図２は、従来技術によるＺ軸角速度センサを示し、このセンサは、たとえば、上端および下端に、ｙ軸方向にシーソーのような連結ばね構造を有する。

しかしながら、図２の角速度センサ構造から完全に欠けているのが、フレーム内部での質量体Ｍ１およびＭ２の間の連結であり、ｘ軸方向では、質量体は、ほぼ独立した加速度センサとして作動する。連結がなければ、質量体は、検出される逆相のコリオリの力と同程度の（同相の）機械的干渉に対し、機械的に高感度である。したがって、質量体の同相の動きを防止するが、しかしながら、ｙ軸方向の１次運動に関与しない連結サスペンションを質量体のためにどのように設計するのが好ましいかという問題が未解決のままである。

前述のようなシーソーサスペンションが、質量体が単方向の平行な軸上で動く、それ自体使用可能な解決策を作り出すが、密に詰め込まれた構造のことを考えると、シーソーサスペンションは大量のスペースを占有する。このような、ある意味では無駄な、共通軸上を動く質量体を備えた、対向する構造が、図３に概略で示されている。図３から、このような構造が質量体間のスペース全体を占有することがはっきりと明らかであり、このような構造は、以前は１次運動の櫛状励起構造として使用された。

実際、従来技術による解決策は、質量体の同相運動を防止するが、ｙ軸方向の１次運動に関与しない連結サスペンションを質量体のために設計する方法に関する問題を解決することを目的としていた。

Ｂｏｓｃｈ社の特許文献である国際公開第２０１０／０３４５５６（Ａ３）号パンフレットが、同じく４隅の要素からなるサスペンションを開示しており、このサスペンションを、同じく加速度センサの２次モード連結に適合させることができる。基部へ取り付けるポイントが基部の外側の隅に構築されるので、これにより、たとえば温度変化により引き起こされる変形がもたらされ、この変形が歪みを引き起こし、構造の共振周波数を変化させる。隅の要素間に追加された張力除去構造が歪みを低減するが、大量のスペースを占有する。

したがって、上記で提示した従来技術の解決策では、コンパクトであるが、同相より逆相の振動モードで容易に作動することができる構造を同時に実現する方法に関する問題、および逆相モードの結果として、逆相により提供された利点を利用して、たとえば干渉を取り除くことがどのようにして可能になるかという問題が、未解決のまま残っている。

実際、発明者らは、２つの堅いビームだけでなくビームを一緒に連結させるたわみばねからなるばね構造により、２つの質量体を連結するばね構造を実現することができることに気づいた。ビームは、端部に位置する支持点を中心に旋回することができるように吊される。もう一方の端部から、ビームは、連結される質量体に接続される。図４は、従来技術による単純なばね構造を示す。

図４は、単純な例として、共通軸上で振動する質量体Ｍ１およびＭ２を逆相振動に連結するように構成された、従来技術によるこのようなばね構造を示す。この場合、ばね構造は、２つの質量体を連結するばね構造４０１、４０２、４０３、４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃを有し、このばね構造は、２つの堅いビーム４０２だけでなく、ビーム４０２を一緒に連結するたわみばね４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃから構成される。ビームは、端部に位置する支持点を中心に旋回することができるように吊される４０３。もう一方の端部から、ビームは、連結される質量体Ｍ１、Ｍ２に接続される４０１。

上述の前記サスペンション解決策は、Ｂｏｓｃｈ社により提示された解決策より明らかにコンパクトであり、スペース利用に関してはよりよいが、性能では明らかに劣っている。実際的な寸法を使用すると、サスペンションは、同一モードのずれに対してほぼ４倍堅いが、一方、隅から取り付けられた解決策を使用すると、６倍よりも大きな剛性さえ達成することができる。

米国特許第６，７５２，０１７（Ｂ２）号明細書 国際公開第２０１０／０３４５５６（Ａ３）号パンフレット

図２〜図４によるばねの解決策を使用して、従来技術の問題の多くがうまく解決されたが、しかしながら、広範囲で多様な干渉の性質により、すべての問題に対して概して効果的な解決策を見つけ出すことはかなり困難である。上記で既に説明した状況では、従来技術の１つの問題が干渉と関係があり、この場合、機械的干渉が直線加速度により共振器に連結する。この場合、本発明によるばね構造により、従来技術の問題を解決することができる、または少なくともこの問題の影響を軽減することができる。実際、本発明の目的は、同じく異なる線形共振器で使用される純粋なモードで振動する新しいばねの解決策を提示して、直線加速度により引き起こされる機械的干渉を除去することである。

本発明によるばね構造が、本発明に関する独立請求項の特徴部分に提示することにより特徴づけられる。

本発明による共振器が、本発明に関する独立請求項の特徴部分に提示することにより特徴づけられる。

本発明による共振器アレイが、本発明に関する独立請求項の特徴部分に提示することにより特徴づけられる。

本発明によるセンサが、本発明に関する独立請求項の特徴部分に提示することにより特徴づけられる。

本発明によるセンサシステムが、本発明に関する独立請求項の特徴部分に提示することにより特徴づけられる。

本発明によるばね構造が、２つの質量体の連結点に接続された前記ばね間に接続されたループを介して２つの質量体に結合したばねにより逆相振動子として第１の方向に連結された２つの質量体を有し、ループの運動が前記第１の方向に向かって垂直に、または実質的に垂直になるように、斜めのばねをループの前記連結点から基部のアンカーに接続して、質量体（Ｍａ、Ｍｂ）の振動以外の逆相振動を減衰させる。

本発明の一実施形態によるばね構造では、斜めのばねは、ループに対して対称である。

本発明の一実施形態によるばね構造では、斜めのばねは、同一ばね定数を有する。しかしながら、実施形態の一変形形態によれば、連結構造は、二重差動構造内の連結構造ユニット内の異なるユニット間で異なるばね定数を有する。

本発明の一実施形態によるばね構造では、斜めのばねは、同一組成を有する。

本発明の一実施形態によるばね構造では、斜めのばねは、長さ、幅、厚さの寸法の少なくとも１つが共通である。

本発明の一実施形態による二重差動ばね構造では、本発明の一実施形態による２つのばね構造が、逆相共振器として、堅い接続部材を使用して連結され、２つのばね構造は両方とも、逆相振動に連結された２つの質量体を有する。

本発明による共振器には、本発明の一実施形態による、少なくとも１つのばね構造が存在する。

本発明による共振器アレイには、本発明の一実施形態による、少なくとも１つの共振器が存在する。

本発明の一実施形態による共振器を使用して、本発明によるセンサを実現することができる。

本発明によるセンサシステムには、本発明の一実施形態による、少なくとも１つのセンサが存在する。

本発明の他の実施形態が、独立請求項の形で提示される。本発明の実施形態を、必要に応じて組み合わせることができる。本発明の実施形態による例について、明細書だけでなく、明細書に関連する図面で説明する。図面では、部分が類似のタイプであることから同じ参照マークが使用されるが、しかしながら、必ずしも互いに同一ではない。この場合、当業者であれば、提示されたことに基づき潜在的な違いがわかるであろう。部分および部分の寸法または順序は変わることができ、そしてまた、必ずしも互いに一定の縮尺ではない。

図１〜図４は、それ自体が従来技術に関係する、または他で提示され、かつ本出願の出願日までには本出願人に既知の技術に関係する。

図１〜図４は、上述のように、それ自体が従来技術を示すが、本出願で提示する本発明の実施形態を例示するために、図５〜図１２を参照することにより以下で例を提示する。この場合、提示する例による実施形態だけに実施形態を限定するものでもなく、図で明らかにする相対寸法だけに従うものでもない。本発明の実施形態を、必要に応じて互いに組み合わせることができる。

従来技術による、単純な連結共振器の概略図である。 Ｚ軸角速度センサとしての、従来技術による解決策を示す。 質量体間にシーソーのような連結サスペンションを有する、従来技術による共振器解決策の空間要件を示す。 ばね構造が共通軸上で振動する質量体を連結する、従来技術による構造を示す。 本発明の一実施形態によるばね構造を示す。 逆相モードでの、本発明の一実施形態の働きを示す。 正相モードを除去する際の、本発明の一実施形態の働きを示す。 角速度センサの２次共振器内の、本発明の一実施形態によるサスペンションを示す。 本発明の代替の一実施形態による二重差動連結ばね構造を示す。 本発明の一実施形態による容量性信号の形成を示す。 本発明の一実施形態による共振器アレイを示す。 本発明の一実施形態によるセンサシステムを示す。

本発明の実施形態は、たとえば角速度センサなどの振動するマイクロメカニカル共振器に関する。しかしながら、この文書では、提示するばね構造を共振器構造だけに限定することも、異なる線形共振器内の直線加速度によって引き起こされる機械的干渉の除去だけに限定することも意図せず、むしろ、同じくこれらの解決策を適用して、特許請求の範囲を特徴づける特徴により、他の共振器の干渉を同じく除去することができる。

以下の説明では、例示として使用する方向、すなわち左、右、上および／または下は、提示する媒体と関連した単なる例であり、そしてまた、部分の向きに関して、たとえば、地表の重力場の向きに関していかなる種類の限定も意味しない。

図５は、本発明の一実施形態による連結サスペンションの例示を示す。サスペンションは、センサの運動軸に対して斜角で動く、他端から固定された２つのばねＳｌ４５、Ｓｒ４５を有する。例示の目的で、これらのばねに対して、４５が数値に従う斜角を指す記号を使用したが、本発明の実施形態で使用する角度を４５度の角度に限定するものではない。そしてまた、ばね構造の左ばねＳｌ４５の角度が、右側のばねＳｒ４５の角度に対して対称的であるようなタイプだけに本発明の実施形態を限定するものでもない。そしてまた、水平の左側ばねＳｈ１の長手方向に対して測定したばね間の前記角度も、水平の右側ばねＳｈ２の長手方向に対して測定したばね間の前記角度も、どちらも限定するものではない。本発明の非対称な一実施形態によれば、角度が異なることによる影響は、斜角のスペース要件を考慮することにより、ばねＳｈ１およびＳｌ４５の間の角度またはばねＳｈ２およびＳｒ４５の間の角度が非対称な角度解決策をもたらす実施形態で、それ自体が公知の技術に従ったやり方で、ばねの寸法および／または材料の選択によってばねのばね定数に影響を及ぼすことにより、補償することができる。傾斜したばねＳｌ４５およびＳｒ４５は、ばねの固定点Ａで、ばねのもう一方の端部から基部に連結される。

本発明の一実施形態によれば、ばねＳｈ１、Ｓｈ２、Ｌ、Ｅ、Ｓｌ４５、Ｓｒ４５のうち少なくとも１つが、長手方向に対して堅くなるように構成される。本発明の実施形態によれば、前記ばねの少なくとも１つが、ばねの長手方向の軸に対して垂直方向に動くように構成され、矢印を使用して図５および図６を用いて示すばねの運動が達成される。

本発明の実施形態によれば、少なくとも１つのばねが平坦にモデル化され、換言すれば、実質的に長方形のプリズムであり、このばねの長さは、長手の長さ方向に対する垂直方向の最小寸法の少なくとも１．５倍、好ましくは少なくとも５倍、より好ましくは少なくとも８倍である。前記垂直方向は、互いに対して垂直方向の寸法である幅および厚さを有する。前記他の寸法より小さな厚さおよび幅に作ることにより、他の方向よりも薄い寸法の方向に、より容易に動くようにばねを作成することができる。平坦にモデル化されたばねにより、所与の方向の動きを達成することができる。対応するいくつかの実施形態によれば、動きが堅い断片の断面の形を三角形、正多角形または円形とすることができる。

図６の例に示すように、ばねＳｈ１およびＳｈ２のもう一方の端部は、好ましくは他の方向に動く堅い構造により運動軸の方向に、質量体ＭａおよびＭｂに連結される。質量体ＭａおよびＭｂが逆相で動くとき、ループが下方に動き、かつ構造の分岐が動くので、サスペンションは、このような相の運動に対して最も柔らかい状態になる。ばねＳｈ１およびＳｈ２は、ばね構造Ｓｌ４５、Ｌ、Ｅ、Ｓｒ４５で互いに連結され、これらの構造により、両端部は逆相（図６）でばねの運動方向に動くことができるようになるが、同相（図７）では実質的に動くことができなくなる。この場合、ループＬの両方の分岐が、左ならびに右の両方とも反対方向にずれる傾向にあり、かつ端部Ｅが、短いときに堅いので、ばねを結合するサスペンションは、同相のずれに対して非常に堅い。

図８は、角速度センサ構造５０１、８０１の一部として、本発明の一実施形態によるサスペンションを提示する。この実施形態の構造では、サスペンションは、長いビームばねにより質量体に連結され、この長いビームばねは、１次運動の方向（ｘ）に動くが、２次運動（ｙ）を連結サスペンションに伝える。図８は、例示の目的で、以下の部分１〜２０を提示し、当業者は、実施形態によるばね構造の働きをよりよく理解するであろう。上に、下に、側面に、左に、右にという用語は、参照するためにそれ自体が方向を示すとき、提示媒体を西洋式に読む方向に従って使用されるが、しかしながら、実施形態による構造を使用する方向をこれらの用語だけに従うように限定するものではない。

図８は、図８に示す下部質量体の１次運動容量性検出櫛状部を提示する。図８には、１次共振器の構成要素をフレームに取り付けるための１次アンカー７があり、１次アンカー７は、さらに基板および／または構造の蓋に取り付けられる。上部質量体について、対応するやり方で、略記した同じマークを用いて、対応する部分を示す。他と異なる形で実現した実施形態では、図９の上部（たとえば９０１）および下部（たとえば９０２）の検出櫛状部１は、逆相モードで一緒に作動することができ、信号をノイズおよび他の類似の干渉から分離するのが、より容易である。

本発明の一実施形態によれば、角速度センサの上部および下部は、左側ループおよび右側ループにより規定される直線に対して鏡映対称である。本発明の一実施形態によれば、この場合、少なくとも１つの部分が２つの検出櫛状部を有する。本発明の一実施形態によれば、側面、左側または右側の少なくともいずれか１つが、２つの検出櫛状部を有する。検出櫛状部の数、対称性および／またはそれ自体の場所は、提示した実施形態の例だけにより限定されるものではない。

斜めのガイドばね２は、下部質量体の２次（ｙ）運動方向を垂直（ｘ）に変換するたわみばねである。サスペンションを連結するループＬ、３は、質量体に対して垂直方向に動くように構成され、一実施形態によれば、斜めのガイドばねが逆相で動くとき、アームが動く。一実施形態によれば、斜めのガイドばねが同相で動くとき、端部は動かない。一実施形態によれば、１次運動を連結するばね４は、１次（ｘ）軸方向の質量体の同相運動を妨げるように構成される。一実施形態によれば、斜めのガイドばね５は、上部質量体の２次（ｙ）運動方向を垂直（ｘ）に変換するたわみばねである。１次アンカー６、８、１４は、基板（基部に対する）および／または蓋に取り付けられた、本発明によるエリアを示すために使用される。この場合、１次アンカーは、１次共振器の構成要素をフレームに取り付ける。本発明の一実施形態によれば、図９の部分Ｌは、堅い部材Ｃと一緒に連結され、図９の上側および下側の構造が、部分３、Ｌを上からおよび下から、たとえば図９に示す差動構造の部分９０１および９０２から、互いに接続することにより、逆相に連結することができる。

図８に示す１次ばね９は、１次軸（ｘ）の方向に、できるだけ直線状のやり方で１次運動を中断するためのものである。このとき、部分９は、他の方向にできるだけ堅くなるような寸法に作られる。１次スライド１０は、本発明の一実施形態によれば、１次軸（ｘ）の方向にだけ動くことができる、それ自体が文字Ｃのような形状の堅い構造である。本発明の一実施形態によれば、２次櫛状部の回転子フィンガ１１が、質量体の一部である。前記部分１１は、検出される２次静電容量の移動電極である。本発明の一実施形態によれば、２次櫛状部の固定子アンカー１２が、検出される２次静電容量の固定電極である。

図８では、できるだけ堅く、かつ質量体の運動を連結サスペンションに伝える断片として、質量体の端部１３を参照する。図８では、実際、図の最上部に一方の質量体端部を示すが、これにより、本発明の実施形態を、図示するものに従う実施形態だけに限定することを意図するものではない。

図８では、１次運動の駆動櫛状部１６（固定子または回転子）を利用することにより、共通電圧を使用して両方の質量体に対して反対方向の静電力を生み出して、１次運動を励起および／または維持することができる。

図８には、１次運動および２次運動を連結するサスペンションのアンカーエリア１７をさらに示す。本発明の一実施形態によれば、２次共振器を連結するサスペンション１８を用いて、１次運動を連結するサスペンションを実現することができる。図８は、ｘ方向のたわみばねの１次スライドおよび質量体の間の２次ばね１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを示す。本発明の一実施形態によれば、２次ばねの働きは、質量体が２次軸（ｙ）の方向にだけ１次運動から偏向することができるようにすることである。２次ばねは、他の方向にはできるだけ堅い。図８の参照番号２０は、直交補償櫛状部およびそのアンカーを指す。

破線で規定するエリア９０１、９０２は、図９によるばね構造での、本発明の一実施形態による解決策を示す。部分９０１および９０２に関連して、破線は、ここで提示した反対方向に対して左側、右側または両側のループ３、Ｌの向きの別の性質と関係がある、この実施形態の所与の別の性質を示す。この場合、図９の部分９０１および９０２により示すばね構造、ならびに部分９０１および９０２の間の連結を達成することができる２つのこのような構造８０１の間に堅い部材Ｃを連結して、位相差を設定することができる。この場合、提示したものに基づいて、二重差動構造のための対を形成するために、対の部分のループ３、Ｌの向きに応じて、いくつかが鏡映対称であってもよいことが明らかである。

実際、部分Ｓｈ１およびＳｈ2は、線として引かれているように見えるが、しかしながら、ループ３、Ｌを介して互いに接続されている。

図８に示す実施形態は、図に示すように、左側および右側の縁部の間に非対称性を有する。これは、質量体が、本実施形態の例によれば、ｘ軸の方向に逆相で移動するように構成されることによるものであり、これらの質量体から、この一次運動が差動として検出され、櫛状部１、７を配置するために、質量体が同じ側にあることが好ましい。

さらにまた、浮遊容量により引き起こされる、起こり得るクロストークを、同じく外部干渉のような差動検出の対称出力として相殺するために、櫛状部システム１６への不平衡電圧を使用する一実施形態に従って、逆相運動それ自体を静電的に励起することができる。

本発明の代替の一実施形態によれば、ばね構造はまた、たとえば音さ型センサの１次共振器で作動することができ、この場合、質量体の逆相１次運動だけを、または実質的に逆相１次運動だけを可能にするが、大きな加速度でさえセンサの過負荷を防止する。

これに対応して、本発明は、干渉に対する共振器の抵抗を改善するために、ほぼどの種類の逆相線形共振器に関しても適している。

図９は、本発明の一実施形態による代替の解決策を示し、この解決策では、堅い複合構造Ｃと逆相に連結される、本発明の一実施形態による２つのばね構造（９０１、９０２）が使用される。この場合、ループ３、Ｌは、堅い部材Ｃとの接続を可能にするように、互いの方向を向く。本発明の一実施形態によれば、堅い部材Ｃを一様な厚さにすることができるが、部材Ｃの厚さおよび幅をその長手方向に沿って変えて、漸進的な柔軟性の働きを達成することができる。一実施形態によれば、堅い部材Ｃは、厚さおよび／または幅の方向に、材料の強度を局所的に変化させることにより達成される、弱くなった屈曲点を有する。振動を連結するために、Ｃはまた、Ｃと互いに連結する振動子の方向に対して垂直方向に堅いことが好ましい。この場合、ループＬが少なくとも（一実施形態による部分Ｅの長手方向に向かって垂直な）長手方向に堅いとき、部分９０１および９０２の間の機械的運動を、複合構造Ｃを用いて伝えることができる。以下のうち、すなわち：ループＬ（部分９０１内および／または部分９０２内）および／または一実施形態による堅い部材Ｃのうち、少なくとも１つを漸進的になるように構成することにより、部分９０１および９０２の間の振幅に応じた連結を生み出すこともできる。一実施形態によれば、この場合、長手方向の軸に垂直な方向に、漸進的な剛性を達成することができる。部分９０１および９０２間の標準的位相差を連結することにより、破線の境界で示す部分９０１および９０２の質量体の振動の位相間の情報も利用することができ、この情報は、部分９０１および９０２の位相が反対であることに関係があり、部分９０１および９０２により形成されたシステムの中に連結する干渉を、さらによく除去することができる。

さらに、必要に応じて、正しい位相の電圧を減衰のためにコンデンサの所与の極板に導入したとき、容量性連結、およびコンデンサの極板間けん引力の影響を用いて、所与のモードを電気的に減衰させることができ、コンデンサの極板間けん引力を、減衰運動で利用することができる。本発明の他の実施形態によれば、コンデンサはまた、減衰の際と異なるやり方で電圧導入の位相を合わせたとき、所与の振動モードの維持を補助するものとして、励起する際に利用することができる。

図１０は、可変静電容量Ｃａ１、Ｃｂ１、Ｃａ２およびＣｂ２を用いて、容量性信号を形成するための、図９の実施形態による一実施形態の用途を示す。この場合、静電容量の変動は、極板間の距離の変化、および／または静電容量を形成するコンデンサ極板間に共通の極板表面積の変化に基づくことができる。図１０では、部分９０１および９０２の振動が逆相になるように構成され、部分９０１の静電容量Ｃａ１およびＣｂ１が増加するとき、部分９０２の対応する静電容量Ｃａ２およびＣｂ２が減少する。質量体Ｍａ、Ｍｂのコンデンサの対応する極板を、それぞれ何らかの基準電位に、たとえば接地（図示せず）に接続することができ、質量体の対応する極板は、基準電位に従った電位を受け取る。電位はまた、対応する静電容量の変化に基づく信号が、０と異なる所与のバイアスを有するか、有しないか（バイアス０Ｖ）に応じて、同じ電位または異なる電位とすることができる。例示のために、静電容量の変化に基づき信号を形成する回路ＭＣでは、一例として、出力の数自体および／または他の信号入力もしくは出力自体を限定することなく、図に提示し矢印で示す出力をローカルに参照することにより、４つの出力１、２、３、４が提示される。二重差動構造を図で提示したが、本発明の一実施形態によれば、二重差動構造の実施形態（５０１）の単純な信号を、たとえば部分９０１により形成される振動の容量性読取り値のように容量的に、同じやり方で読み取ることができる。

本発明の実施形態の一変形形態によれば、部分９０２の励起フレーム構造を除外することができ、したがって、スペースの節約になる。この場合、対応する一実施形態では、部分９０１の励起フレーム構造の寸法を合わせる際に、これらの励起フレーム構造の補償として、部分９０２に対する機械的運動抵抗損失についても考慮しなければならないということもあり得る。この場合、本発明の一実施形態によれば、部分９０１内のループ３、Ｌおよび部分９０２の対応するループを堅い部材Ｃで互いに連結することができるように、部分９０１内のループ３、Ｌはまた、部分９０２の対応するループの方向を向くべきである。この場合、一実施形態によれば、ループの向きは、好ましくは、図８に示す向きと反対である。一実施形態によれば、部分９０１および９０２は、一変形形態によれば、部分間の直線に対して、他の変形形態によれば、好ましくは堅い部材Ｃと交差する直線の点に対して、鏡映対称である。実施形態の一変形形態によれば、部分９０１および９０２は、他の点では類似するが、たとえば部分９０１では、左側のループが、右側のループの方向と反対方向を向き、部分９０２では逆が成り立つ。

図１１は、本発明の一実施形態による第１の共振器グループを有する共振器アレイを示し、第１の共振器グループのうち少なくともいくつかを、刺激信号を用いて、同相振動に一緒に同期させることができる。本発明の一実施形態によれば、共振器グループの他のいくつかの共振器を、前記第１の共振器グループに対して逆相振動に同期させることができる。本発明の一実施形態によれば、共振器アレイは、他の位相を他のいくつかのグループの共振器に同期させることができる。共振器グループ間の位相合わせに関する共振器グループの異なる実施形態の変形形態を、小さな矢印で図１１に示す。

図１２は、ばね構造が、本発明の実施形態の１つに従って利用される、本発明のこのような実施形態を示す。本発明の既に参照した実施形態の例を、いくつかの代替形態および変形形態と共に示すために、ネスティングされたボックスを使用する。センサ８０１’は、他の点では８０１に類似するが、センサ８０１’の構造は、部分９０１および９０２の位相を反対に合わせるように実現するために異なるとはいえ、８０１’は、センサ８０１’の中に２つの共振器５０１を実際に有する。この場合、堅い部材Ｃを部分９０１および９０２の間に連結して、部分９０１および９０２の位相を合わせるように、センサ８０１’の部分９０１および９０２の各々が、少なくとも１つのループ３、Ｌを有する。実際、部分９０１および９０２を用いて、２つの逆位相部分を有するこのような二重差動構造を示すが、センサ８０１’内の前記部分９０１および９０２の位相を合わせる際に堅い部材Ｃを使用するために、（左または右の縁部からの）１つのループ３、Ｌだけが他方の方向を向く２つの部分９０１、９０２だけを有するこのような実施形態だけに本発明の実施形態を限定するものではない。

部分９０１および／または９０２を使用して実現されるようないくつかのセンサ部分８０１’を有する、本発明のこのような実施形態では、これらのセンサ部分の中でも、左側および右側のループ３、Ｌの両方が、図８に示す例に対して反対方向を向くようなセンサ部分とすることができ、堅い部材Ｃを用いてセンサ部分をチェーンでつないで、センサの位相を合わせることができる。この場合、同様に、チェーンの位相合わせに従って、所望の部分に対して共通位相を達成および／または維持するように容量性励起を構成すべきである。

ＡＤＣボックスを図１２に取り付けることにより、本発明の実施形態によるばね構造が、本発明の一実施形態による共振器またはこのような共振器グループを利用するこのような大規模エンティティのシステムの一部として一緒にあるような実施形態を示す。したがって、ＡＤＣはまた、共振器から得ることができる信号をデジタル形式に変換するが、デジタル形式だけに限定することのないような実施形態を指す。図では、アナログのボックスを使用して、デジタル信号の出力と平行してアナログ信号出力の可能性を示すが、本発明を平行関係だけに限定するものではなく、むしろ、出力のいずれの一方も、対応する実施形態に従って同様に実現することができる。

従来技術と比較した本発明の利点は、使用するスペースが狭いことだけでなく、逆相偏向に対して非常にわずかな剛性しかないことである。したがって、センサ構造に本発明による連結を追加しても、センサ構造の機械的感度を著しく低下させない。

本発明によるサスペンションを質量体に取り付けるポイントは、運動軸の方向の同じ直線上に位置する。このために、ばねの反力が、たとえばシーソーばねのように、質量体にモーメントを生じさせない。

さらに、アンカーポイントの場所が互いに近接していることにより、特にたとえば隅から取り付ける解決策と比較して、たとえば、外部または温度変化により生じるねじれに対して、本解決策の堅牢性が改善される。

Claims (10)

1. ばね構造（５０１）であって、少なくとも２つの質量体（Ｍａ、Ｍｂ）の連結点に接続されたばね（Ｓｈ１、Ｓｈ２）間のループ（Ｌ、Ｅ）を介して、前記質量体（Ｍａ、Ｍｂ）に接続された前記ばね（Ｓｈ１、Ｓｈ２）を用いて、逆相振動として第１の方向に連結した前記質量体（Ｍａ、Ｍｂ）を有し、前記ループ（Ｌ）の長手方向の運動が、前記第１の方向に垂直に、または実質的に垂直に発生するように構成されるように、前記ループ（Ｌ）の前記連結点から基部のアンカー（Ａ）に斜めのばね（Ｓｌ４５、Ｓｒ４５）を連結して、したがって、前記質量体（Ｍａ、Ｍｂ）の逆相振動以外の逆相振動を減衰させることを特徴とするばね構造。
2. 前記斜めのばね（Ｓｌ４５、Ｓｒ４５）は、前記ループ（Ｌ）に対して対称であることを特徴とする、請求項１に記載のばね構造。
3. 前記斜めのばね（Ｓｌ４５、Ｓｒ４５）は、同一ばね定数を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のばね構造。
4. 前記斜めのばね（Ｓｌ４５、Ｓｒ４５）は、同一の化学組成および／または構造組成を有することを特徴とする、請求項１、２または３に記載のばね構造。
5. 前記斜めのばね（Ｓｌ４５、Ｓｒ４５）は、長さ、幅、厚さの寸法の少なくとも１つが共通であることを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のばね構造。
6. 二重差動ばね構造であって、逆相振動子として堅い接続部材Ｃと連結した、請求項１に記載のばね構造（９０１、９０２）を有する二重差動ばね構造。
7. 共振器であって、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の少なくとも１つのばね構造を有することにより特徴づけられる共振器。
8. 共振器アレイであって、請求項７に記載の少なくとも１つの共振器を有することにより特徴づけられる共振器アレイ。
9. センサであって、請求項７または８に記載の少なくとも１つの共振器を有することにより特徴づけられるセンサ。
10. センサシステムであって、請求項９に記載の少なくとも１つの共振器を有することにより特徴づけられるセンサシステム。

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