JP6690663B2 - 角速度の微小機械センサ素子 - Google Patents
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Description
103、104 コリオリ質量(コリオリフレーム)
105、106 検知セル
118 第1ばね
113 第2ばね
108、109 連結レバー
125 第5ばね
115、116 第2連結構成部
120 第1懸架構造
110 支持ばね
119 第4ばね
128 懸架構造
126 第6ばね
123 第2懸架構造
201 第1レバー(第1バー)
202 第2レバー(第2バー)
301 L字型レバー
302、303 支持ビーム
306 接続ビーム
303 第3懸架構造
305 連結ビーム
306 屈曲ビーム
601 センサ素子
603 筐体
602 接着剤(軟質接着剤)
605 センサデバイス
604 蓋
Claims (20)
- センサ素子の基準面に直交する単一検出軸周りの角速度を検出する振動センサ素子であって、
支持体と、
静止懸架状態で前記センサ素子の基準面を形成する、前記支持体に対して振動するように懸架された少なくとも2つの一次質量及び少なくとも2つのコリオリ質量と、
それぞれが、第1ばねを有する前記2つの一次質量と、第2ばねを有する前記2つのコリオリ質量のうちの1つとに連結されている少なくとも2つの連結レバー構造と、
を備え、
前記2つの一次質量は、懸架構造と前記一次質量との間に連結され、かつ、前記センサ素子の幾何学的重心を通って横切り相互に直交する前記センサ素子の2つの対称軸を考慮して対称に配置される複数の支持ばねを有するばね構造であって、互いからゼロでない距離を有する2つの平行な第1軸に沿って前記基準面に沿った第1方向の前記2つの一次質量の線形一次振動運動を可能にし、他のいかなる方向の前記2つの一次質量の運動を不可能にするばね構造によって前記支持体に懸架され、
前記2つの連結レバー構造の各々は、前記2つの一次質量の逆位相一次運動を前記1つの連結されたコリオリ質量の線形一次運動に中継するように構成され、前記1つの連結されたコリオリ質量の線形一次振動運動は前記基準面に沿って前記第1方向に垂直な第2方向に互いからゼロでない距離を有する2つの平行な第2軸に沿って生じることによって、前記2つの一次質量の前記逆位相一次運動が前記2つのコリオリ質量の逆位相一次運動に中継される、
振動センサ素子。 - 前記2つの連結レバー構造は、前記センサ素子の幾何学的重心を通って横切る前記センサ素子の第1対称軸の両側に対称に配置される、
請求項1に記載のセンサ素子。 - 前記一次質量は、前記センサ素子の前記幾何学的重心を通って横切る前記センサ素子の第2対称軸の両側に対称に配置され、
前記第2対称軸は前記第1対称軸に直交する、
請求項1又は2に記載のセンサ素子。 - 前記センサ素子は、さらに、本質的に平坦な前記センサ素子の前記平面内で、前記2つの一次質量を前記線形一次振動運動に励起する手段を備え、
前記2つの連結レバー構造は、第1ばねを用いて前記2つの一次質量に連結され、前記一次質量の前記線形一次振動運動を互いに結合するように構成されることにより、前記一次質量の前記線形一次振動運動は第1公称振動数で互いに逆位相となり、
前記2つの連結レバー構造は、さらに、第2ばねを用いて前記2つのコリオリ質量に連結され、本質的に平坦な前記センサ素子の前記平面内で、前記第1公称周波数で前記コリオリ質量の前記逆位相一次運動に前記一次質量の前記逆位相一次振動運動を中継するように構成され、
前記コリオリ質量の前記逆位相一次運動の前記第2軸は、前記一次質量の前記逆位相一次運動の前記第1軸に直交し、前記コリオリ質量の前記逆位相一次運動は前記第1公称周波数で互いに逆位相を有する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のセンサ素子。 - 前記一次質量及び前記コリオリ質量に連結された前記連結レバーの端部は、二等辺三角形を形成し、及び/又は、
前記連結レバーのそれぞれは、第1レバーの長さのほぼ中央に前記第1レバーに取り付けられた第2レバーを備え、
前記第2レバー及び前記第1レバーは、90度の角度で取り付けられる、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のセンサ素子。 - 前記複合一次モードは、前記2つの一次質量、前記2つの連結レバー及び前記2つのコリオリ質量の角運動量の絶対値の合計の5%未満である全角運動量を有する、
請求項1〜5のいずれか一項に記載のセンサ素子。 - 前記センサが動作中に検出軸周りの角速度を受ける場合、前記コリオリ質量は、さらに、前記コリオリ力によって、前記コリオリ質量の前記逆位相一次運動の前記第2軸に直交する第3軸に沿って本質的に平坦な前記センサ素子の前記平面内で第1逆位相線形二次運動に励起されるように構成される、
請求項1〜6のいずれか一項に記載のセンサ素子。 - 前記センサ素子は、さらに、2つの検知セルを備え、
前記コリオリ質量は、前記コリオリ質量の前記第1線形二次運動の前記第3軸と一直線になる軸に沿って前記検知セルを第2逆位相線形二次運動に励起させる第3ばねを用いて前記検知セルに連結される、
請求項1〜7のいずれか一項に記載のセンサ素子。 - 前記検知セルは、第2連結構成部が前記第1対称軸の両側に等しく延在するように前記第1対称軸上に対称に配置された前記第2連結構成部を用いて互いに連結され、
前記第2連結構成部は、前記検知セルの前記第2逆位相線形二次運動に第2公称周波数を持たせ、前記検知セルを前記第2公称周波数で互いに逆位相で動かす、
請求項8に記載のセンサ素子。 - 前記センサ素子は、周波数分離型ジャイロスコープであり、
前記第2公称周波数は、前記第1公称周波数の25%未満前記第1公称周波数からずれている、
請求項9に記載のセンサ素子。 - 前記センサ素子は、モードマッチ型ジャイロスコープであり、
前記第2公称周波数は、前記第1公称周波数と本質的に等しい、
請求項9に記載のセンサ素子。 - 支持体と、静止懸架状態でセンサ素子の基準面を形成する、前記支持体に対して振動するように懸架された少なくとも2つの一次質量及び少なくとも2つのコリオリ質量と、それぞれが、第1ばねを有する前記2つの一次質量と、第2ばねを有する前記2つのコリオリ質量のうちの1つとに連結されている少なくとも2つの連結レバー構造と、を備える、本質的に平坦な前記センサ素子の基準面に垂直な単一検出軸周りの角速度を検出するための振動センサ素子を駆動させる方法であって、
前記方法は、懸架構造と前記一次質量との間に連結され、かつ、前記センサ素子の幾何学的重心を通って横切り相互に直交する前記センサ素子の2つの対称軸を考慮して対称に配置される複数の支持ばねを有するばね構造であって、互いからゼロでない距離を有する2つの平行な第1軸に沿って前記基準面に沿った第1方向の前記2つの一次質量の線形一次振動運動を可能にし、他のいかなる方向の前記2つの一次質量の運動を不可能にするばね構造によって、前記2つの一次質量を前記支持体に懸架することと、
前記2つの連結構造のそれぞれによって、前記2つの一次質量の逆位相一次運動を前記1つの連結されたコリオリ質量の線形一次運動に中継することと、
を含み、
前記1つの連結されたコリオリ質量の前記線形一次振動運動は、前記第1方向に垂直である、前記基準面に沿った第2方向に互いからゼロでない距離を有する2つの平行な第2軸に沿って生じることによって、前記2つの一次質量の前記逆位相一次運動が前記連結レバー構造により前記2つのコリオリ質量の逆位相一次運動に中継される、
方法。 - さらに、本質的に平坦な前記センサ素子の前記平面内で前記2つの一次質量を前記線形一次振動運動に励起することと、
前記一次質量の前記線形一次振動運動を互いに結合するために第1ばねを用いて前記2つの連結レバー構造を前記2つの一次質量に連結して、前記一次質量の前記線形一次振動運動に前記第1公称周波数で互いに逆位相を持たせることと、
前記第1公称周波数で前記一次質量の前記逆位相一次運動を前記コリオリ質量の逆位相一次運動に中継するために、第2ばねを用いて前記2つの連結レバー構造を前記2つのコリオリ質量に連結することと、
を含み、
前記コリオリ質量の前記逆位相一次振動運動は、本質的に平坦な前記センサ素子の前記平面内に生じるように構成され、
前記コリオリ質量の前記逆位相一次運動の前記第2軸は、前記一次質量の前記逆位相一次運動の前記第1軸に直交し、
前記コリオリ質量の前記逆位相一次運動は、前記第1公称周波数で互いに逆位相となる、
請求項12に記載の方法。 - 前記複合一次モードは、前記2つの一次質量、前記2つの連結レバー、及び、前記2つのコリオリ質量の前記角運動量の前記絶対値の合計の5%未満である全角運動量を有する、
請求項12又は13に記載の方法。 - 前記センサが動作中に前記検出軸周りの角速度を受ける場合、前記コリオリ質量の前記逆位相一次運動の前記第2軸に直交する第3軸に沿って本質的に平坦な前記センサ素子の前記平面内で前記コリオリ質量を前記第1逆位相線形二次運動に励起することをさらに含む、
請求項12〜14のいずれか一項に記載の方法。 - さらに、第3ばねを用いて前記コリオリ質量を検知セルに連結することを含み、前記第3ばねは、前記検知セルを、前記コリオリ質量の前記第1線形二次運動の前記第3軸と一直線になる軸に沿って前記第2逆位相線形二次運動に励起させる、
請求項12〜15のいずれか一項に記載の方法。 - さらに、前記第1対称軸上に対称に配置された第2連結構成部を用いて前記検知セルを互いに連結することを含み、
前記第2連結構成部は、前記第1対称軸の両側に等しく延在し、
前記第2連結構成部は、前記検知セルの前記第2逆位相線形二次運動に第2公称周波数を持たせ、前記検知セルを前記第2公称周波数で互いに逆位相で動かす、
請求項12〜16のいずれか一項に記載の方法。 - 前記センサ素子は、周波数分離型ジャイロスコープであり、
前記第2公称周波数は、前記第1公称数は数の25%未満前記第1公称周波数からずれている、
請求項17に記載の方法。 - 前記センサ素子は、モードマッチ型ジャイロスコープであり、
前記第2公称周波数は、前記第1公称周波数と本質的に等しい、
請求項17に記載の方法。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載のセンサ素子を備える、
センサデバイス。
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