(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性測定用の電気機械システムであって、
重心及び該重心を通過するぶら下がり軸を有するぶら下がりセンサコンポーネントと、
前記重心を通過する前記ぶら下がり軸に平行となるように意図された方向を規定する主軸を有する駆動コンポーネントと、
前記駆動コンポーネントに結合された１以上の振動梁であって、前記駆動コンポーネントの前記１以上の振動梁の方向によって、前記主軸と前記駆動コンポーネントの振動駆動軸との間の不一致角度が生じる、１以上の振動梁と、
前記駆動コンポーネントから前記ぶら下がりセンサコンポーネントを吊り下げ、前記ぶら下がり軸と交差する回転軸を有するヒンジコンポーネントであって、前記不一致角度を低減して前記ぶら下がり軸が前記振動駆動軸とほぼ平行となるように、調整された位置に配置されたヒンジコンポーネントと
を備えていることを特徴とする電気機械システム。
【請求項２】
請求項１記載の電気機械システムにおいて、前記１以上の振動梁と前記主軸との位置関係に基づいて、前記振動駆動軸が決定されていることを特徴とする電気機械システム。
【請求項３】
請求項２記載の電気機械システムにおいて、前記駆動コンポーネントは、加速を用いて前記ぶら下がりセンサコンポーネントにおける１以上の振動を引き起こすよう構成され、
前記振動は、前記振動駆動軸及び前記ぶら下がり軸に直交し、かつ、前記ぶら下がりセンサコンポーネントが該振動を検出する該ぶら下がり軸に直交する回転によって生じる
ことを特徴とする電気機械システム。
【請求項４】
請求項１記載の電気機械システムにおいて、
前記駆動コンポーネントの前記１以上の振動梁は、１以上のエッチングを有し、前記１以上の振動梁の１以上のエッチングの方向により、前記振動駆動軸と前記ぶら下がり軸との位置関係が決定されており、
前記ヒンジコンポーネントは、前記ぶら下がりセンサコンポーネントに対する上下移動の少なくとも一方が調整されて、前記振動駆動軸と前記ぶら下がり軸との間の位置関係のずれを低減するように、加速検出軸の位置を変更するように、調整されている
ことを特徴とする電気機械システム。
【請求項５】
請求項１記載の電気機械システムにおいて、前記ヒンジコンポーネントの位置は、エッチングにより得られた前記１以上の振動梁によって生じた前記振動駆動軸と前記ぶら下がり軸とのずれであって、前記１以上の振動梁が前記ぶら下がり軸に直交していない場合に生じるずれを修正して、前記ぶら下がり軸が前記駆動コンポーネントの前記振動駆動軸と平行となるように、調整されていることを特徴とする電気機械システム。
【請求項６】
請求項１記載の電気機械システムにおいて、前記１以上の振動梁は１以上のエッチングで形成されており、前記ヒンジコンポーネントは、該振動梁の１以上のエッチングとは異なる１以上のエッチングを有し、
前記駆動コンポーネントの振動駆動軸は、前記１以上の振動梁の前記１以上のエッチングと前記主軸との位置関係に基づいて決定されており、
前記ヒンジコンポーネントの前記１以上のエッチングにより、前記駆動コンポーネントの前記振動駆動軸と平行となるように前記ぶら下がり軸の位置が調整されている
ことを特徴とする電気機械システム。
【請求項７】
慣性測定用の電気機械システムであって、意図された方向を規定する主軸と、振動駆動軸を画定する１以上の振動梁とを有する駆動コンポーネントと、該駆動コンポーネントによって作動され、重心を有し、前記主軸に平行で前記重心を貫通するぶらさがり軸を有するぶら下がりセンサコンポーネントと、前記駆動コンポーネントと前記ぶら下がりセンサコンポーネントとを連結するヒンジコンポーネントであって、前記ぶら下がり軸と交差する回転軸を有するヒンジコンポーネントとを備える慣性測定用の電気機械システムを調整する方法であって、
前記主軸と前記１以上の振動梁との位置関係を決定するステップと、
前記主軸と前記１以上の振動梁との位置関係に基づいて、前記駆動コンポーネントの振動駆動軸を特定するステップと、
前記ヒンジコンポーネントの回転軸及び前記ぶら下がりセンサコンポーネントの重心と交差する前記ぶら下がり軸が、前記振動駆動軸と平行となるように、前記ヒンジコンポーネントの位置を調整するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、前記ヒンジコンポーネントは、１以上のエッチングを備えており、前記ヒンジコンポーネントを、前記ぶら下がり軸が、前記駆動コンポーネントの前記振動駆動軸と平行となる位置に配置させるステップは、
前記１以上のエッチングを用いて、前記ぶら下がり軸が前記駆動コンポーネントの前記振動駆動軸と平行となるように、前記ヒンジコンポーネントの位置を決定するステップと、
該決定された位置に前記ヒンジコンポーネントを配置するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項９】
慣性測定用の電子機械システムを製造する方法であって、
深反応イオンプロセスにより、意図された移動方向を規定する主軸を備えた駆動コンポーネントの１以上の振動梁をエッチングするステップと、
前記主軸に平行にぶら下がり軸を有するぶら下がりセンサコンポーネントをエッチングするステップと、
前記駆動コンポーネントから前記ぶら下がりセンサコンポーネントを吊り下げるヒンジコンポーネントを、異方性プロセスによりエッチングするステップであって、請求項７〜１１いずれかに記載の方法を実行することにより、前記ヒンジコンポーネントの回転軸及び前記ぶら下がりセンサコンポーネントの重心と交差するぶら下がり軸が、前記１以上の振動梁によって画定される振動駆動軸と平行となる位置に配置させるステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械システムに関し、さらに詳細に言えば、直交（振動）成分を削減した電気機械システムに関する。
なお、本出願は、（「ぶら下がり軸が駆動コンポーネントの方向と実質的に平行となるようにさせるためのヒンジの位置の配置」という発明の名称で、ロバートイー スチュワートによって、２００３年４月２３日に出願された）米国仮特許出願第60/464,722号に基く優先権を主張する。
また、本出願は、本出願と同じ譲受人に譲渡された次の出願の主題に関連する主題を含んでいる。また、下記の出願は、その全体が、参照により本願に取り込まれる。
共願のスタンレイ エフ ワイズによる「トルクを実質的にゼロに抑制する位置の、ぶら下がりセンサコンポーネントからパラメタの値を得るピックオフセンサ」
【背景技術】
【０００２】
ある例における電気機械システムは、パラメタを測定する。例えば、電気機械システムには、回転を計測する、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）のジャイロスコープが含まれている。ある例におけるジャイロスコープは、ぶら下がりセンサコンポーネントと、振動駆動コンポーネントと、ピックオフセンサとを備えている。振動駆動コンポーネントは、振動駆動軸に沿って動き、ぶら下がりセンサコンポーネントを振動に導く。ぶら下がりセンサコンポーネントは、回転に反応する。ピックオフセンサは、ぶら下がりセンサコンポーネントの回転に対する反応を感知する。そして、サーボ制御電子回路によって復元力が与えられ、ピックオフセンサの信号がゼロに戻って維持される。
【０００３】
コリオリ力に基く微小電気機械システムのジャイロスコープにおける偏り誤差の大きな源は、再調整局面の誤差に起因する角速度のバランス取り戻し局面に現れる直交成分サーボ・リバランス信号のコンポーネントの不安定性と非再現性である。ぶら下がりセンサコンポーネントの振動駆動軸と加速度感知軸とのずれは、微小電気機械システムのジャイロスコープのぶら下がりセンサコンポーネントに働く力をもたらす。これらの力は、望ましい回転によって誘発されるコリオリ力によって直交方向に働く。上記のずれは、一例において、製造中における、振動駆動コンポーネントの振動梁サスペンションについての、非垂直方向の深反応イオン・エッチングによって引き起こされる。上記のずれにおける変化や、再調整の局面における変化は、偏り誤差をもたらす。一つの欠点として、再調整の局面の誤差と結び付けられた、ぶら下がりセンサコンポーネントの振動駆動軸と加速度感知軸とのずれによってもたらされた直交（振動）成分は、偏り誤差の増加に帰結する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、電気機械システムにおけるずれによってもたらされる直交（振動）成分を削減することが必要である。本発明は、このような要求を解決する電気機械システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施態様において、本発明は、システムを含む。このシステムは、駆動軸を有する駆動コンポーネントと、重心を有するぶら下がりセンサコンポーネントと、回転軸を有するヒンジコンポーネントとを備える。前記駆動コンポーネントは、駆動方向の決定を行う。前記駆動方向の決定の際に、前記駆動コンポーネントは、ぶら下がり軸が前記ぶら下がりセンサコンポーネントの重心及び前記ヒンジコンポーネントの回転軸と交差する位置となるように、前記駆動コンポーネントの駆動軸に対するぶら下がり軸の配置を決定する。前記駆動コンポーネントと前記ぶら下がりセンサコンポーネントとは、前記ヒンジコンポーネントで連結される。前記ヒンジコンポーネントの位置は、前記ぶら下がり軸を、前記駆動コンポーネントの駆動方向と実質的に平行となるようにさせる。
【０００６】
別の実施態様において、本発明は、方法を含む。電気機械システムは、主軸と１以上の振動梁とを有する駆動コンポーネントを備える。前記駆動コンポーネントは、重心を有するぶら下がりセンサコンポーネントを動かす。前記主軸と前記１以上の振動梁との配置（位置関係）が決定される。前記駆動コンポーネントの駆動方向が、前記主軸と前記１以上の振動梁との位置関係に基いて確認される。前記駆動コンポーネントと前記ぶら下がりセンサコンポーネントとを連結するヒンジは、前記ヒンジの回転軸及び前記ぶら下がりセンサコンポーネントの重心と交差するぶら下がり軸が、前記駆動コンポーネントの駆動方向と実質的に平行となるようにさせる位置に配置される。
【０００７】
本発明のさらに別の実施態様は、生産方法を含む。駆動コンポーネントの１以上の振動梁が、深反応イオンプロセスを用いてエッチングされる。ぶら下がりセンサコンポーネントの重心及びヒンジコンポーネントの回転軸と交差するぶら下がり軸は、深反応イオンプロセスを用いて駆動軸と位置合わせされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】１以上の駆動コンポーネントと１以上のぶら下がりセンサコンポーネントとを備えた装置の一実施例を示す図である。
【図２】上記装置のヒンジコンポーネントについて再配置された、１以上の駆動コンポーネントと１以上のぶら下がりセンサコンポーネントとを備えた装置の別の実施例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１によれば、一例における装置１００は、ハードウェアコンポーネント等の複数のコンポーネントを備えている。装置１００の一例において、多数のこれらのコンポーネントは、結合されることも可能であり、分割されることも可能である。一例における装置１００は、説明の目的のために、ここでは装置１００の一例の方向性を図解する図及び説明を用いているが、いかなる方向性（例えば、水平、斜め、垂直）を備えていてもよい。
【００１０】
一例における装置１００は、微小電気機械システム（ＭＥＭ）のジャイロスコープ、及び／又はスチュワート等に与えられた米国特許第6,474,160号に開示された加速度計を備えている。なお、この米国特許は、２００２年１１月５日に、「Counterbalanced Silicon Tuned Multiple Accelerometer-Gyro」という発明の名称で、特許査定されて、ノースロップグラマン社に譲渡されたものである。この出願は、その全体が、参照により本願に取り込まれる。例えば、装置１００は、１以上のぶら下がりセンサコンポーネント１０２と、１以上の駆動コンポーネント１０４とを備えている。ヒンジ１０６は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２と駆動コンポーネント１０４とを接続する。一例におけるぶら下がりセンサコンポーネント１０２は、長方形のプレートを備えている。ぶら下がりセンサコンポーネント１０２は、重心１０８を有している。ぶら下がりセンサコンポーネント１０２は、ヒンジ１０６によって駆動コンポーネント１０４から吊るされている。ぶら下がり軸１１６と振り子加速度感知軸１２２との両方に直角な軸の周りの回転（例えば、角速度）に従って、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２は、ヒンジ１０６を中心に、駆動コンポーネント１０４の動きに直角な方向に振動する。
【００１１】
駆動コンポーネント１０４は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２を駆動する。例えば、駆動コンポーネント１０４は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２における振動を引き起こす。駆動コンポーネント１０４の動き（Ｘd）は、振動駆動軸１１０に沿って、
Ｘｄ＝Ｘｐｓｉｎωｄｔ
で表される。Ｘｐは、駆動コンポーネント１０４の最大駆動振幅を表し、ωｄは、駆動コンポーネント１０４の弧度法で表した振動数を表す。駆動コンポーネント１０４は、１以上の振動梁１１２（例えば、振動梁サスペンション）を備えている。振動駆動軸１１０は、１以上の振動梁１１２に直角である。それ故、振動梁１１２のずれは、振動駆動軸１１０のずれをもたらす。もし、振動梁１１２が、ぶら下がり軸１１６に直交しなければ、駆動コンポーネント１０４の加速度の一部は、出力軸（例えば、加速度感知軸１２２）に結びつく。加速度感知軸１２２に結びつけられた駆動コンポーネント１０４の加速度の一部は、直交（振動）成分を増加させ、再調整局面の誤差に結び付けられた駆動コンポーネント１０４の加速度の一部は、偏り誤差をもたらす。例えば、加速度感知軸１２２に結びつけられた駆動コンポーネント１０４の加速度の一部は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２に働く力を増加させる。この力は、望ましい回転によって誘発されるコリオリ力によって直交方向に働く力である。加速度感知軸１２２からのピックオフは、駆動コンポーネント１０４の加速度の一部を感知する。従って、このピックオフは、駆動コンポーネント１０４の加速度の部分的な結果となる信号を感知する。
【００１２】
深反応イオンプロセスは、駆動コンポーネント１０４の１以上の振動梁１１２のエッチング処理を行う。ある例において、振動梁１１２の深反応イオン・エッチング（の方向）は、駆動コンポーネント１０４の動きの意図された方向に直行する方向である（例えば、垂直エッチング）。それ故、その結果となる振動駆動軸１１０は、ぶら下がり軸１１６に平行となる。別の例において、振動梁１１２の深反応イオン・エッチング（の方向）は、駆動コンポーネント１０４の動きの意図された方向に直行しない方向である（例えば、非垂直エッチング）。それ故、その結果となる振動駆動軸１１０は、ぶら下がり軸１１６に平行にはならない。例えば、振動駆動軸１１０とぶら下がり軸１１６との成す角度が、ずれ角１１８（γ）だけ異なると、出力軸に結びつく、駆動コンポーネント１０４の加速度の一部は、
Ｚｄ＝−γωｄ２Ｘｐｓｉｎωｄｔ
と表され得る。この出力軸に結びつけられた、駆動コンポーネント１０４の加速度の一部は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２により測定された回転の出力値と９０度位相がずれている。
【００１３】
振動梁１１２の深反応イオン・エッチング（の方向）が、ぶら下がり加速度感知軸１２２に平行でなければ、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２と駆動コンポーネント１０４との間にずれが生じる。このずれは、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２への直交（振動）成分をもたらす。再調整誤差に結びつく直交（振動）成分は、微小電気機械システムのジャイロスコープの偏りの増加を促進する。直交（振動）成分における不安定性も、再調整局面における不安定性も、偏り誤差を招く。
【００１４】
一例におけるヒンジ１０６は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２についての屈曲点を備えている。ヒンジ１０６は、その軸周りにぶら下がりセンサコンポーネント１０２が振動する回転軸１２０を備えている。製造中に、ヒンジ１０６は、最後の製造工程の処置として非等方的にエッチングされる。ヒンジ１０６は、振動梁１１２の深反応イオン・エッチングの後で、非等方的にエッチングされる。それ故、振動駆動軸１１０の方向とずれ角１１８とを検証すると、ヒンジ１０６は、回転軸１２０及び重心１０８と交差するぶら下がり軸１１６を実質的に振動駆動軸１１０と平行にさせる位置に配置されるかもしれない。例えば、ヒンジ１０６の回転軸１２０は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２の加速度感知軸１２２の位置を変えるためや、ずれ角１１８の削減を促進するために、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２に対して上方又は下方に調整され得る。加速度感知軸１２２は、ぶら下がり軸１１６と直交する。
【００１５】
ヒンジ１０６の位置調整は、最終の厚さへの一様なエッチング処理が始まる前に、ヒンジ１０６の一方の側におけるエッチングを一歩先んじて開始することを取り入れることにより達成される。それ故、ヒンジ１０６は、結局オフセット位置になる。これにより、振動梁１１２の、特有で、再現可能な非垂直エッチングに起因する直交（振動）成分は、実質的に削減される。それ故、機械的再調整法における予期しないフェーズエラーに起因する偏り誤差のリスクも削減される。
【００１６】
図２を参照して、ヒンジ１０６の１つの典型的なリ・ポジショニング（正常な位置に戻すこと）についての事例的な説明が、説明の目的のために示される。振動梁１１２の深反応イオン・エッチングの製造工程処置の後であって、ヒンジ１０６の非等方的なエッチングの製造工程処置の前に、製造工程の作業者は、ぶら下がりセンサコンポーネント１０２のずれを指摘するために振動梁１１２の向きをチェックする。例えば、製造工程の作業者は、駆動コンポーネント１０４の主軸と１以上の振動梁との配置（位置関係）を決定する。もし、振動梁１１２の向きが、振動駆動軸１１０とぶら下がり軸１１６とのずれを示すならば、ヒンジ１０６の非等方的なエッチングの製造工程処置は、ぶら下がり軸１１６が実質的に振動駆動軸１１０と平行となるようにさせる位置に、ヒンジ１０６を位置づける可能性がある。図２に示されるように、上記ずれの決定の際に、製造工程の作業者は、振動駆動軸１１０の角度とぶら下がり軸１１６の角度との差を減じるように、ヒンジ１０６を位置づけた。例えば、ヒンジ１０６の位置は、ずれ角１１８を減じる。
【００１７】
ここに述べられた処置や工程は、例示に過ぎない。本発明の精神から逸脱せずに、これらの処置や操作に多くの変更を行なうことが可能である。例えば、上記の処置は、異なる順序で実行されることが可能であり、また、上記処置は、追加、削除、又は修正され得る。
【００１８】
本明細書において、本発明の例示的な実施態様を詳細に表現し、記述してきたが、本発明の精神から逸脱することなく、様々な修正、追加、置き換え等を行うことができ、それ故、これらの修正、追加、置き換え等が請求項において定義される発明の範囲内にあるとみなされるということは、関連する技術分野の当業者にとって明らかであろう。
【図１】
0005457993.tif 000002
【図２】
0005457993.tif 000003