(57)【要約】【課題】振動質量体の表面に対して平行に作用するコリオリ力が測定可能であるような回転角速度センサを提供する。【解決手段】複数のウエブ４によってフレーム３に懸吊されている振動質量体１を有した第１の振動機構を備えており、前記複数のウエブはフレームの平面に対して平行な第１の方向で大きな長さを有しており、振動機構は、フレームの平面に対して平行でウエブの前記第１の方向に対して垂直な第２の方向で振動するように励起可能であって、振動機構が加速度センサ２を有している回転角速度センサにおいて、加速度センサが、ウエブの前記第１の方向での加速を知らせるために形成されていて、第２の加速度センサを備えた第２の振動機構がフレーム３に懸吊されており、第１の振動機構および第２の振動機構が少なくとも１つの別のウェブ１３，１４を介して、２つの振動機構が逆相に振動するように互いに連結されている。【選択図】図３
2007101553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの平面を有するフレーム（３）を備えた回転角速度センサであって、複数のウエブ（４）によってフレーム(３)に懸吊されている少なくとも１つの振動質量体（１）を有した第１の振動機構を備えており、前記複数のウエブ（４）は前記フレーム（３）の平面に対して平行な第１の方向で大きな長さを有しており、前記複数のウエブ（４）は前記長さの方向で互いに平行に配置されており、振動機構は駆動手段（５）によって、フレーム（３）の平面に対して平行でウエブの前記長さの第１の方向に対して垂直な第２の方向で振動するように励起可能であって、振動機構が少なくとも１つの加速度センサ（２）を有している形式のものにおいて、
加速度センサ（２）が、ウエブ（４）の前記長さの第１の方向での加速を知らせるために形成されていて、第２の加速度センサ（２）を備えた第２の振動機構がフレーム（３）に懸吊されており、第１の振動機構および第２の振動機構が少なくとも１つの別のウェブ（１３，１４）を介して、２つの振動機構が逆相に振動するように、互いに連結されていることを特徴とする回転角速度センサ。
【請求項２】
加速度センサ（２）がコーム構造体として形成されている、請求項１記載の回転角速度センサ。
【請求項３】
コーム構造体の変位可能な質量体（７）が可撓ビーム（８）を介して振動機構（１）に変位可能に結合されており、前記可撓ビーム（８）が、振動方向に対して平行なコーム構造体の変位可能な質量体（７）の、振動質量体（１）の表面に対して垂直な変位が抑制される程度に高いアスペクト比を有している、即ち、細く高く形成されている、請求項２記載の回転角速度センサ。
【請求項４】
振動機構（１）が２回折り曲げられた、若しくは２回の数倍折り曲げられたウエブ（４）を介して、フレーム（３）に変位可能に懸吊されていて、これにより、振動機構（１）の振動時にウエブ（４）が曲げ負荷されるに過ぎない、請求項１から３までのいずれか１項記載の回転角速度センサ。
【請求項５】
別のウエブ（１３，１４）が２回若しくは２回の数倍折り曲げられている、請求項４記載の回転角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の形式の回転角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４０３２５５９号明細書から既に回転角速度センサが公知であり、この公知の回転角速度センサでは、加速度センサがプレート状の振動質量体に配置されていて、この振動質量体の平面に対して垂直に変位可能である。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第４０３２５５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の回転角速度センサを改良して、振動質量体の表面に対して平行に作用するコリオリ力が測定可能であるような回転角速度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は本発明によれば、特許請求の範囲第１項の特徴部分に記載の本発明に回転角速度センサによって解決された。
【発明の効果】
【０００５】
このように構成された本発明による回転角速度センサには以下のような利点がある。即ち、本発明による回転角速度センサでは、振動質量体の表面に対して平行に作用するコリオリ力が測定可能である。
【０００６】
請求項２以下に記載のように構成された手段により、請求項１に記載された回転角速度センサの有利な構成及び改良が可能となる。加速度センサをコーム構造体の形式で形成すると特に有利である。コーム構造体は比較的簡単に製造でき、かつ大容量の面積に基づき高い測定精度を可能にする。
【０００７】
回転角速度センサの別の有利な構成では、振動する質量体が折り曲げられたウエブによってフレームと変位可能に結合されているので、振動質量体の振動時にウエブは曲げ負荷されるに過ぎない。勿論、２回の折り曲げの数倍折り曲げられたウエブが使用されてもよい。
【０００８】
回転角速度センサの別の有利な構成では、各１つの加速度センサを備えた２つの振動質量体が配置されていて、この２つの振動質量体は逆相に振動を励起する。逆相に振動する振動質量体を使用することにより、２つの加速度センサの測定信号の逆相の評価が得られ、このことにより、測定信号の差形成によって外乱加速度がフィルタリング除去される。
【０００９】
さらに有利には２つの振動質量体が、２回折り曲げられた各２つのウエブを介して、フレームに結合された別の２つのウエブに結合されている。このようにして、２つの振動質量体の逆相の振動が、２つの振動質量体の選択された連結手段によって改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に図面につき本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１には回転角速度センサが示されていて、この回転角速度センサは方形のフレーム３を有している。フレーム３内には振動質量体１が配置されていて、この振動質量体１は４つのウエブ４を介してフレーム３に一定の方向で変位可能に結合されている。この振動質量体１はこの実施例では方形のシリコンプレートとして形成されている。
【００１２】
ウエブ４は細長く高いウエブとして、即ち、高いアスペクト比を以って形成されているので、振動質量体１はフレーム３の平面においてのみ変位可能である。それぞれ２つのウエブ４が一列に配置されていて、２つのウエブ４が互いに平行に配向されている。振動質量体１の変位はウエブ４の列に対して垂直に行われる。
【００１３】
フレーム３と振動質量体１には、振動質量体１をウエブ４の列に対して垂直に振動させる駆動手段５が配置されている。駆動手段としては、例えば電磁式駆動装置、エレクトロスタティック式駆動装置、圧電式駆動装置が使用できる。
【００１４】
振動質量体１には変位可能な加速度センサ２が配置されていて、この加速度センサ２は互いに向い合って配置された２つのブロック６から成っている。これらのブロック６の間には変位可能な質量体７が配置されていて、この質量体７は各１つの可撓ビーム８を介してブロック６の１つと結合されている。この場合、変位可能な質量体７はブロック６の間に変位可能に配置されている。ブロック６は振動質量体１に不動に結合されている。
【００１５】
変位可能な質量体７は縦長のビームから成っていて、このビームはそれぞれの端部で可撓ビーム８に固く結合されている。ビームの各側面にはこのビームに対して垂直に向けられたそれぞれ３つのプレートが配置されている。変位可能な質量体７の各側では、保持部材９がこの変位可能な質量体７に対して平行に振動質量体１に配置されている。各保持部材９からは変位可能な質量体７に向かう方向で３つのプレートが配置されている。この保持部材９のプレートと変位可能な質量体７のプレートとはそれぞれ１つのコンデンサを形成している。
【００１６】
可撓ビーム８は、作用するコリオリ力がブロック６方向で変位可能な質量体７の変位を生ぜしめるように、形成されている。これにより保持部材９のプレートと変位可能な質量体７のプレートとの間隔が変化するので、容量的な測定により、作用するコリオリ力の検出が行われる。
【００１７】
保持部材９からは第１の導線１１がウエブ４を介して評価ユニット１０に通じている。同様に、第２の導線１２が変位可能な質量体７から評価ユニット１０に通じている。従って評価ユニット１０は、プレートの容量変化によりコリオリ力に比例した測定信号を検出する。この実施例では、回転角速度センサはシリコンから形成されている。しかしながら別の材料も使用可能である。
【００１８】
図２には、加速度センサ２を備えた振動質量体１が図１に相応して示されている。但しこの場合、振動質量体１をフレーム３に結合するウエブ４が特別な形状を有している。振動質量体１を懸吊するために４つのウエブが使用されていて、これらのウエブはそれぞれ２回折り曲げられている。各ウエブ４の一方の端部は振動質量体１に結合されていて、各ウエブ４の第２の端部はそれぞれフレーム３に結合されている。
【００１９】
各ウエブ４の、フレーム３及び振動質量体１における結合点は、振動質量体１の振動方向に対して平行に一直線上に位置している。ウエブ４を２回折り曲げることにより、振動質量体１の振動時にウエブは曲げ負荷されるに過ぎない。このようにして、振動質量体１から直線的な振動挙動が得られる。即ち、作用する力は常に振動質量体１の変位に比例する。従って振動質量体１の振動方向は正確に規定され、これにより加速度センサ２への外乱影響は低減される。従って振動質量体１による加速度センサ２への外乱影響はもはや生じない。これにより、作用するコリオリ力に対する加速度センサ２の測定信号の比例性の精度が改善される。
【００２０】
図３には、フレーム内に配置された２つの振動質量体１から成る回転角速度センサが示されている。それぞれの振動質量体１は、２回折り曲げられた２つのウエブ４を介してフレーム３の側方部分に結合されている。２つの振動質量体１は２回折り曲げられた２つの第２のウエブ１３を介して互いに結合されている。
【００２１】
それぞれ２つの第２のウエブ１３の間にそれぞれ２つの第３のウエブ１４が配置されていて、これらのウエブ１４を介して２つの第２のウエブ１３とフレーム３との間の結合が行われる。第２のウエブ１３と第３のウエブ１４とから成る２つの振動質量体１の間の懸吊装置は、振動質量体１の逆相の振動を支持するように、形成されている。
【００２２】
両加速度センサ２の測定信号は各１つの第１の導線１１及び第２の導線１２を介して評価ユニット１０に案内される。評価ユニット１０は測定信号の差形成を行うので、振動質量体１によって生ぜしめられる外乱がフィルタリング除去される。このことは振動質量体１の逆相の振動に基づき可能である。
【００２３】
回転角速度センサは有利にはシリコンから形成されていて、この場合、ドイツ連邦共和国特許第４２４１０４５号明細書に記載された、シリコンを構造化するための異方性のエッチング法が使用される。
【００２４】
加速度センサ２の変位可能な質量体７を振動質量体１に結合する可撓ビーム８は、高いアスペクト比で、即ち、細く高く形成されているので、変位可能な質量体７は振動質量体１の表面に対して垂直な変位に対して安定的に懸吊されている。振動時に曲げ負荷されるに過ぎない折り曲げられたウエブを使用することにより、直線的な振動挙動を示す回転角速度センサが得られる。この場合、高調波は抑制され、振動質量体１は極めて正確に、外乱防止されて、規定の振動方向で案内される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による回転角速度センサを示した図である。
【図２】特別な懸吊装置を備えた本発明による回転角速度センサを示した図である。
【図３】２つの振動質量体を備えた本発明による回転角速度センサを示した図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  振動質量体、  ２  加速度センサ、  ３  フレーム、  ４  ウエブ、  ５  駆動手段、  ６  ブロック、  ７  質量体、  ８  可撓ビーム、  ９  保持部材、  １０  評価ユニット、  １１，１２  導線  １３，１４  ウエブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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