(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小機械共振器であって、
当該微小機械共振器は、第一の質量部（Ｍ１）と第二の質量部（Ｍ１）とを有し、これら質量部は、運動の共通軸上を動くことができるようにバネ構造によって連結されており、該バネ構造は、第１のバー（４０２）と、第２のバー（４０２）と、バネ（４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）とを有しており、該バネは前記共通軸と平行に延びており、
前記運動の共通軸上での第一の質量部（Ｍ１）の移動によって前記第１のバーが回転するように、該第１のバーの第一端部は第一の質量部（Ｍ１）に連結され、かつ、該第１のバーの第二端部は前記バネ（４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）に連結されており、
前記運動の共通軸上での第二の質量部（Ｍ２）の移動によって前記第２のバーが回転するように、該第２のバーの第一端部は第二の質量部（Ｍ２）に連結され、かつ、該第２のバーの第二端部は前記バネ（４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）に連結されており、
前記バネは、前記第１のバーと前記第２のバーとの間で、前記運動の共通軸の方向に対して垂直な方向へと屈曲するように配置されている、
前記微小機械共振器。
【請求項２】
第一の質量部と第二の質量部が上記運動の共通軸上を同位相の運動として互いに同じ方向に同時に移動する場合に、それら質量部の移動によって上記バネが第１のバーと第２のバーとの間でＳ字形へと屈曲するように、該バネが配置されていることを特徴とする、請求項１記載の微小機械共振器。
【請求項３】
第一の質量部と第二の質量部が逆位相の運動として互いに逆方向に移動する場合におけるよりも、同位相の運動として同じ方向に移動する場合における方が、上記バネ構造がより固くなるように、該バネ構造が配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載の微小機械共振器。
【請求項４】
上記２つの質量部（Ｍ１、Ｍ２）のうちの少なくとも１つが、コーム状構造を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の微小機械共振器。
【請求項５】
上記コーム状構造が、該コーム状構造と、該コーム状構造以外の部分との間で、特定の電気容量を獲得するために設けられていることを特徴とする、請求項４記載の微小機械共振器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の微小機械共振器を、２以上有してなる、微小機械共振器マトリクス。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の微小機械共振器を、少なくとも１つ有してなる、センサ。
【請求項８】
輸送手段であって、当該輸送手段は請求項７記載のセンサを有し、
当該輸送手段は、玩具、はきものの一部、自転車、モペット、オートバイ、車、列車、船および飛行機のうちの、少なくとも１つである、
前記輸送手段。
【請求項９】
請求項７記載のセンサを含む、ナビゲーション装置。
【請求項１０】
微小機械共振器のシステムであって、当該システムは、少なくとも１つの微小機械共振器を有し、
前記微小機械共振器は、第一の質量部（Ｍ１）と第二の質量部（Ｍ１）とを有し、これら質量部は、運動の共通軸上を動くことができるようにバネ構造によって連結されており、該バネ構造は、第１のバー（４０２）と、第２のバー（４０２）と、バネ（４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）とを有しており、該バネは前記共通軸と平行に延びており、
前記運動の共通軸上での第一の質量部（Ｍ１）の移動によって前記第１のバーが回転するように、該第１のバーの第一端部は第一の質量部（Ｍ１）に連結され、かつ、該第１のバーの第二端部は前記バネ（４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）に連結されており、
前記運動の共通軸上での第二の質量部（Ｍ２）の移動によって前記第２のバーが回転するように、該第２のバーの第一端部は第二の質量部（Ｍ２）に連結され、かつ、該第２のバーの第二端部は前記バネ（４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）に連結されており、
前記バネは、前記第１のバーと前記第２のバーとの間で、前記運動の共通軸の方向に対して垂直な方向へと屈曲するように配置されている、
前記微小機械共振器のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度のセンサに関するものであり、特に角速度の振動微小機械センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
角速度のセンサで必要とされる中心的な特徴は、振動および衝撃に対する抵抗である。例えば自動車産業における運転安定制御システムのような用途において、これらの必要条件は、極めて厳しい。例えば石による激しい一撃またはカーステレオによって生じる振動さえも、角速度のセンサの出力に影響するべきでない。
【０００３】
例えば角速度のセンサの類多くの微小機械共振器において、動いている質量部（以下、単に「質量」とも記載する）間で連結バネを設計することが好ましく、そのバネは質量の動作の逆相を可能にし、同時に質量の同相動作に抵抗する。そのような配置は、例えば機械の衝撃の場合のような実際の信号からの様々な妨害を区別するために特に必要とされる。通常、質量から検出される信号は差動式である一方で、等しくそれらに影響している加速によって同相移動が生じる。
【０００４】
図１において、ダイヤグラムは、従来技術の単純な連結された共振器で示され、そこで連結バネＪは、他のものと同類の等しい平面的なバネである。したがって、単純な連結共振器は、２つの質量ｍ１、ｍ２、および、３つの等しい平面的なバネＪから構成されている。図１の構造により、差動性のモードから質量の動作の同相が効率的に切り離される。しかしながら、その構造は、連結バネが同相の動作に加わらないので、質量は逆相においてよりも同相においてより容易に移動する（モードの周波数はより低くなる）ため、加速度感度の見地から好ましくない。
【０００５】
米国特許公報第６，７５２，０１７Ｂ２号において、Ｚ軸ジャイロのための連結バネ構造が特に示され、そこにおいて、検出動作は、動作の共通軸上の質量の逆相の振動である。これらのバネ構造の共通の特徴は、それらが主なモードおよび二次モードの周波数を定めることに加わることであり、特許公報によれば、それらは、互いの隣に位置する連結される質量の間に位置する。
【０００６】
しかしながら、その特許公報において説明されるバネ構造はいくつかの欠点を有する。例えば、上記の単純な連結された共振器のように、それらは逆相動作よりも同相においてより多く弛緩を有するので、線形加速に対する感度におけるような欠点である。したがって、一撃および振動は、逆相の振動モードのために必要とされる所望の励起よりも容易に質量を移動させる。さらに、主なモードの非線形性は、バネ構造が両方のモードに参加するので制御するのが難しい。実際、主なモードのサスペンションの非線形性が二次的サスペンションから独立して必要な大きさにされるように、互いに異なるモードの連結バネ構造を完全に分離することは好ましい。
【０００７】
平行軸で振動している質量を有する場合の機械的な干渉の視点から明らかにより良好な解決法は、逆相の移動よりも同相の移動においてより固いのでシーソータイプの連結バネである。そのような連結サスペンションは、例えば、励起フレームのｙ方向における主な運動でその優先権が主張される特許出願ＦＩ２００９５２０１号において実行され、Ｚ軸のための角速度のセンサを示す図２にさらに示されるのは、ｙ軸方向の上下端のシーソータイプの連結バネ構造の例である。
【０００８】
しかしながら、図２の角速度センサ構造はフレーム内部での質量間の連結が完全に欠如していて、それによって、ｘ軸方向において、質量はほとんど独立した加速度センサとして動作する。連結が外されると、それらは、検出されるいかなる逆相のコリオリの力の機械的な（同相）干渉と同程度に高感度である。したがって、同相におけるそれらの動作を防ぐがｙ軸方向の主な動作に加わらない質量のための連結サスペンションを好ましく設計する方法という問題は未決のままである。
【０００９】
上記したものに類似したシーソー・サスペンションは、平行に並んで位置し、むしろ多くの空間を占めるぴったりと詰め込まれた構造を考えると軸が前方へ動いている質量での作業の解決法を構成する。多少浪費的でさえある共通の軸上で互いに反対側に動いている質量が提供されるそのような構造は、図３において概略的に示される。そのような構造は、以前に主な動作の励起コーム構造のために使用された質量間のほとんど全部の空間を占めることが、図３から明確に見ることができる。
【００１０】
したがって、構造を実行し、同時に、コンパクトであり、同相よりも積極的に逆相で振動を動作することができる方法、および、逆相モードの結果として、逆相によって提供される利点、例えば干渉を取り除く利点を利用する方法の問題は未解決のままである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施態様による技術によって、上に示した問題およびさらに関連した問題の解決法が得られる；完全に解決されない場合でも、その問題の影響は少なくとも軽減される。
【００１２】
本発明の微小機械共振器は、それに関係する独立請求項の特徴付け部分で言及されたものによって特徴付けられる。
【００１３】
本発明のセンサは、それに関係する独立請求項の特徴付け部分で言及されたものによって特徴付けられる。
【００１４】
本発明の車は、それに関係する独立請求項の特徴付け部分で言及されたものによって特徴付けられる。
【００１５】
本発明のナビゲータは、それに関係する独立請求項の特徴付け部分で言及されたものによって特徴付けられる。
即ち、本発明は、以下の構成を有するものである。
当該微小機械共振器は、第一の質量部（Ｍ１）と第二の質量部（Ｍ１）とを有し、これら質量部は、運動の共通軸上を動くことができるようにバネ構造によって連結されており、該バネ構造は、第１のバー（４０２）と、第２のバー（４０２）と、バネ（４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）とを有しており、該バネは前記共通軸と平行に延びており、
前記運動の共通軸上での第一の質量部（Ｍ１）の移動によって前記第１のバーが回転するように、該第１のバーの第一端部は第一の質量部（Ｍ１）に連結され、かつ、該第１のバーの第二端部は前記バネ（４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）に連結されており、
前記運動の共通軸上での第二の質量部（Ｍ２）の移動によって前記第２のバーが回転するように、該第２のバーの第一端部は第二の質量部（Ｍ２）に連結され、かつ、該第２のバーの第二端部は前記バネ（４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）に連結されており、
前記バネは、前記第１のバーと前記第２のバーとの間で、前記運動の共通軸の方向に対して垂直な方向へと屈曲するように配置されている。
第一の質量部と第二の質量部が上記運動の共通軸上で互いに同じ方向に同時に移動する場合に、それら質量部の移動によって上記バネが第１のバーと第２のバーとの間でＳ字形へと屈曲するように、該バネが配置されていてもよい。
第一の質量部と第二の質量部の逆相での移動におけるよりも、同相での移動におけるほうが、上記バネ構造がより固くなるように、該バネ構造が配置されていてもよい。
上記２つの質量部（Ｍ１、Ｍ２）のうちの少なくとも１つが、コーム状構造を有するものであってもよい。
前記コーム状構造は、特定の表面領域を獲得するためのものであってよい。
上記コーム状構造は、該コーム状構造と、該コーム構造以外の部分との間で、特定の電気容量を獲得するためのものであってよい。
本発明の微小機械共振器マトリクスは、上記本発明の微小機械共振器を、少なくとも２つ有してなるものである。
本発明のセンサは、上記本発明の微小機械共振器を、少なくとも１つ有してなるものである。
本発明の輸送手段は、本発明のセンサを有するものであって、玩具、はきものの一部、自転車、モペット、オートバイ、車、列車、船および飛行機のうちの、少なくとも１つである。
本発明のナビゲーション装置は、本発明のセンサを有するものである。
本発明の微小機械共振器のシステムは、本発明の微小機械共振器を少なくとも１つ有するものである。
【００１６】
微小機械共振器のシステムは、動作に対し垂直に屈折する梁を連結している動作軸に平行した質量およびバネ・サスペンション（４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）に連結される少なくとも２つの梁（４０２）を含むバネ構造（４０１、４０２、４０３、４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）でそれらの共通の動作軸の方向において連結される２つの質量（Ｍ１、Ｍ２）を含む少なくとも１つの微小機械共振器を含む。
【００１７】
従属請求項において、本発明の他の好ましい実施態様は示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第６，７５２，０１７Ｂ２号公報
【特許文献２】米国特許出願ＦＩ２００９５２０１号公報
【００１９】
【図面の簡単な説明】
図１−３において、従来技術（図１）、または、他の場所で示されて、本出願の処理の出願日において出願人に公知の技術に（図２および図３、特許文献ＦＩ２００９５２０１）、次のように参照が作成される。
【図１】図１は、そのような従来技術による単純な連結共振器のダイヤグラムを示す。
【図２】図２は、シーソータイプの連結バネ構造を特徴とする角速度のＺ軸センサを示す。
【図３】図３は、シーソータイプのバネ構造の空間利用のダイヤグラムを示す。
上記したように、図１−３は、他の場所で示された参照用の技術であるので、以下に、本出願において示される本発明の実施態様を示すため例が図４−９を参照して示される。したがって、実施態様を示された例による実施態様のみにもまた、図において開示されている比率のみの範囲にも限定されない意図を有する。本発明の実施態様は、適用可能な様に互いに組み合わせることができる。
【図４】図４は、本発明の１つの実施態様によるバネ構造のダイヤグラムを示す。
【図５】図５は、本発明の１つの実施態様によるＺ軸角速度センサを示す。
【図６】図６は、本発明の１つの実施態様によるＺ軸角速度センサの主なモードを示す。
【図７】図７は、本発明の１つの実施態様によるＺ軸角速度センサの検出モードを示す。
【図８】図８は、本発明の１つの実施態様によるＺ軸角速度センサの検出方向の線形加速の効果を示す。
【図９】図９は、二次的連結の本発明の実施態様を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図４において、本発明の一実施態様によるバネ構造が例として示され、構造は共通の軸で振動している質量Ｍ１およびＭ２を逆相振動に連結するために配置されている。したがって、本発明の一実施態様による構造において２つの質量を連結しているバネ構造４０１、４０２、４０３、４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃが存在し、そのバネ構造は、２つの固いバー４０２と、その２つのバー４０２を連結している屈曲バネ４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃとを含む。バー４０３は、一端に位置する支持点の周りを回転することができるように吊着される。他端で、バー４０１は連結される質量Ｍ１、Ｍ２に連結される。図４において、本発明の実施態様によるバネ構造の単純な例が示される。
【００２１】
図５において、本発明の一実施態様によるバネ構造が例として示され、構造は、質量Ｍ１およびＭ２の検出軸のＹ方向の連結が本発明の実施態様による構造によって形成された図２のそれに類似した角速度センサ構造のために配置されている。図５において、Ｚ軸角速度センサ構造で本発明の実施態様によって配置される２つのバネ４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃが、それらが端部で検出軸上の逆相の振動モードに質量を連結するように示される。
【００２２】
それから本発明の一実施態様によると、連結バネ構造は、それらの前記バー４０２が（ｙ方向のバネに関して）ｘ方向において不安定であり、（ｘ方向のバネに関して）ｙ方向において固いバネで質量Ｍ１およびＭ２に取り付けられるので、いかなる重要な方法でも主な動作に加わらない。図６において、構造の主なモードが示されている。本発明の一実施態様によると、質量端部での連結バネ構造は、これといってまたはほとんど全く主なモードに加わらない。主なモードにおいて振動している構造が表面に対して垂直な軸（Ｚ）の周りを回転する場合、強度において等しいが、方向は逆であるコリオリの力は、ｙ軸の方向において動いている質量に作用する。図７において、Ｚ軸角速度センサ構造の検出モードが示される。連結バネ構造４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃは、本発明の一実施態様によると、質量Ｍ１およびＭ２の端部で互いに質量の運動を連結し、それらを逆相に同期させる。
【００２３】
質量が互いの方へ移動するにつれて、それらは互いの方へバー４０２を回転させ、そのバーは、図７による動作の方向へ垂直方向においてそれらの間で連結バネ４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃを曲げる。これは、バーを連結している中央に位置するバネの最も弱い屈曲モードである。
【００２４】
検出軸の方向の一撃または外側の線形の加速構成要素によって、同相において両方の質量で移動が生じる。質量が同じ方向に移動するとバーは同じ方向に回転し、それにより、連結バネは図８のＳ型の屈曲にされる。このＳモードにおいて、バネは上記の場合よりもかなり固くなる。適切に必要な大きさにすることによって、連結バネ構造は、逆相移動よりも、質量の同じ方向での移動に等しくまたは４倍固く作成されることができる。実施態様において、バネは、逆相偏向と比較して同相偏向より１０倍固いように設計することができる。
【００２５】
本発明の一実施態様によると、微小機械共振器のシステムは、それが質量に連結される少なくとも２つの梁（４０２）と動作に垂直に屈折する梁を連結する動作軸に平行したバネ・サスペンション（４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）とを含むバネ構造（４０１、４０２、４０３、４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ）でそれらの共通の動作軸の方向において連結される２つの質量（Ｍ１、Ｍ２）を含む少なくとも１つの微小機械共振器を含む。
【００２６】
本発明の一実施態様によると、それによる構造は共振器の第１の部分と第２の部分との間の電圧を連結するための手段を含み、前記第１および第２の部分間のバネ構造の振動による動作が距離を変え、したがって電気容量を変える場合、容量的に読み込み可能な信号を作成するために使われるために前記部分間に容量性の構造を提供する。本発明の一実施態様によると、多くの信号を作成する際、多数の使用される前記連結手段が存在する。
【００２７】
本発明の一実施態様によれば、端部のバーのうちの少なくとも１つは、励起構造を提供するための圧電効果との関係によって配置される。本発明の一実施態様によれば、前記端部のバーのうちの１つは、それに適用される電気信号に応答してその形状を変えるために配置される。本発明の一実施態様によれば、前記バーのうちの１つは、その屈曲に対応する圧電電圧が干渉および／または他の信号処理のフィルタリングにおいて使われるバーの特定の部分で測定できるように配置される。
【００２８】
従来技術と比較したこのような本発明の実施態様の利点は、極めて適当な空間の使用および線形の取付けである。シーソータイプのサスペンションと比較して本発明の実施態様による解決法は約半分の空間であり、加えて、本発明の実施態様による構造の利点は、その長いバネにより構成要素の端に沿ってそれを配置する可能性である。
【００２９】
本発明の一実施態様によれば、特定時の動作の方向がナビゲータの特定のセンサおよびクロックによって決定される角速度によって決定される機能を含むナビゲータが提供される。実施態様の一変形例によれば、場所の決定において平らな部分のみに制限される必要性がない。
【００３０】
本発明の一実施態様によると少なくとも１つの微小機械共振器を含むセンサは、以下のうちの１つ：玩具、はきものの一部、自転車、モペット、オートバイ、車、列車、船および飛行機、のような輸送手段において利用することができる。
【００３１】
本発明の一実施態様によるサスペンションの質量への付着点は、動作軸の方向に延長している同じ直線上に位置する。それのために、バネの反力は、例えばシーソー・バネの様に質量上のモーメントを誘発しない。さらに、サスペンションは、いかなる有意な方法においても、仮に存在する場合でも、他の軸の方向における質量の動作に加わらないように設計することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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