(57)【要約】      （修正有）【課題】機械的構成による外力の影響を受けにくく、衝撃効果を検出できる、耐衝撃性に優れた回転センサを提供する。【解決手段】マイクロメカニクスによるコリオリ式回転速度センサであって、基板と、互いに直交するよう配置された測定軸（Ｘ軸）、検出軸（Ｙ軸）および、駆動軸（Ｚ軸）と、前記基板と平行なＸ−Ｙ平面に配置され、Ｙ軸に沿って配置される２つの中心サスペンション３、４によって、それぞれが前記基板に回転可能に接続される第１および第２の駆動質量体２と、前記中心サスペンション３、４において、前記駆動軸（Ｚ）に関して前記駆動質量体２を回転振動させる駆動手段と、少なくとも１つの弾性連結要素５と、を備え、前記弾性連結要素５は、前記Ｙ軸の両側において、前記駆動質量体２のそれぞれに配置され、かつ、前記駆動質量体２を、互いに調整し合うように連結して振動させるために、前記駆動質量体２から距離を置いて配置される。【選択図】図１
2013140147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転速度を検出するためのマイクロメカニクスによるコリオリ式回転速度センサであって、
基板と、
互いに直交するよう配置された測定軸（Ｘ軸）、検出軸（Ｙ軸）および、駆動軸（Ｚ軸）と、
前記基板と平行なＸ−Ｙ平面に配置され、Ｙ軸に沿って配置される２つの中心サスペンションによって、それぞれが前記基板に回転可能に接続される第１および第２の駆動質量体（２）と、
前記中心サスペンションにおいて、前記駆動軸（Ｚ）に関して前記駆動質量体（２）を回転振動させる駆動手段と、
少なくとも１つの弾性を有する連結要素（５）と、を備え、
前記連結要素は、前記Ｙ軸の両側において、前記駆動質量体（２）のそれぞれに配置され、かつ、前記駆動質量体（２）を、互いに調整し合うように連結して振動させるために、前記駆動質量体（２）から距離を置いて配置される、
回転速度センサ。
【請求項２】
前記連結要素（５）は、前記Ｘ軸方向において、前記駆動質量体（２）の最外端に取り付けられる、請求項１に記載の回転速度センサ。
【請求項３】
前記連結要素（５）は、カンチレバーおよび弾性連結バネ（６’’’）を含む、請求項１および２のいずれかに記載の回転速度センサ。
【請求項４】
前記弾性連結バネ（６’’’）は、前記２つの駆動質量体の間にある空間に突出する、請求項３に記載の回転速度センサ。
【請求項５】
前記連結要素（５）は、前記第１および第２の駆動質量体（２）の間に配置される、請求項１から４のいずれかに記載の回転速度センサ。
【請求項６】
前記連結要素（５）は、前記弾性連結バネ（６’’’）によって前記第１および第２の駆動質量体（２）に連結される第１の質量部（１４）である、請求項３から５のいずれかに記載の回転速度センサ。
【請求項７】
前記第１の質量部（１４）によって第２の質量部（１５）をフレーム状で囲い、バネ（１６）を用いて、前記第１の質量部（１４）と前記第２の質量部（１５）とを連結する、請求項６に記載の回転速度センサ。
【請求項８】
前記連結要素（５）の前記第２の質量部（１５）は、前記Ｘ軸に関して回転可能なように、アンカーによって前記基板に連結される、請求項７に記載の回転速度センサ。
【請求項９】
前記基板と前記駆動質量体（２）、および／または、前記第１の質量部（１４）と前記第２の質量部（１５）との間には、検出素子（８）が配置される、請求項７または８に記載の回転速度センサ。
【請求項１０】
前記駆動質量体（２）には駆動要素（７）が配置される、請求項１から９のいずれかに記載の回転速度センサ。
【請求項１１】
前記駆動要素（７）にはフィードバック要素（１２）が設けられている、請求項１０に記載の回転速度センサ。
【請求項１２】
前記駆動質量体（２）は、複数のアンカーバネ（４）によって前記中心サスペンションに配置される、請求項１から１１のいずれかに記載の回転速度センサ。
【請求項１３】
前記駆動質量体（２）と前記第１の質量部（１４）との間、および／または、前記第１の質量部（１４）と前記第２の質量部（１５）との間には、前記駆動質量体（２）、前記第１の質量部（１４）、および、前記第２の質量部（１５）の変位を制限する変位ストッパ（１９、２０）が配置される、請求項７から１２のいずれかに記載の回転速度センサ。
【請求項１４】
前記中心サスペンションと前記駆動質量体（２）との間には中心ストッパ（２１）が配置される、請求項１から１３のいずれかに記載の回転速度センサ。
【請求項１５】
前記基板と前記駆動質量体（２）との間、および／または、前記駆動質量体（２）と前記アンカーバネ（４）との間にはストッパ（１３）が配置される、請求項１２に記載の回転速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに直交するよう配置された基板、測定軸（Ｘ軸）、検出軸（Ｙ軸）、および、駆動軸（Ｚ軸）を有する、回転速度を検出するためのマイクロメカニクスによるコリオリ式回転センサ（ＭＥＭＳ回転速度センサ）に関する。回転速度センサは、基板と平行なＸ−Ｙ平面に配置された第１および第２の駆動質量体を有し、各駆動質量体は、中心サスペンションによって基板に回転可能に連結される。２つの中央サスペンションは、Ｙ軸に沿って配置される。各中央サスペンションには、駆動軸に関して駆動質量体を回転振動させる駆動手段が設けられている。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２つの駆動質量体を有する、ＭＥＭＳ技術を用いた従来の回転速度センサが開示されている。２つの駆動質量体はいずれも基板に取り付けられ、この基板に対して変位可能に配置される。２つの駆動質量体は、バネによって互いに連結され、それぞれの回転中心に関して回転運動する。２つの駆動質量体は、対応する駆動手段によって駆動されるが、中央にあるバネによってほぼ逆相の動きになる。基板が測定軸に関して回転すると、回転振動している２つの駆動質量体にコリオリ力が作用することによって、これらの駆動質量体は検出軸に関して同じ方向および反対方向に回転するかまたは傾く。その傾き動作、および、その結果生じる駆動質量体と基板との間の距離の変化によって、駆動質量体と基板との間に配置された電極から電気信号が生成され、その結果、基板が回転運動する。
【０００３】
一般的なコリオリ式回転速度センサは、例えば、車両または他の装置など、センサが衝撃にさらされるところで用いられている。最先端の技術による回転速度センサの短所は、外力の影響を比較的受けやすいということである。それによって測定値が不正確になるか、または、センサが損傷する可能性さえある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，６３５，６４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、誤測定を防ぐために、その機械的構成による外力の影響を受けにくく、衝撃効果を検出できる、耐衝撃性に優れた回転センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に記載された、マイクロメカニクスによるコリオリ式回転速度センサによって達成される。
【０００７】
本発明に従うマイクロメカニクスによるコリオリ式回転速度センサは、測定軸（Ｘ軸）に関する回転速度を検出するために提供される。回転速度センサは、基板と、第１および第２の駆動質量体とを有する。測定軸（Ｘ軸）、検出軸（Ｙ軸）、および、駆動軸（Ｚ軸）は、互いに直交するように配置される。第１および第２の駆動質量体は、基板と平行なＸ−Ｙ平面に配置される。各駆動質量体は、中心のサスペンションによって基板に回転可能に連結される。２つの中心サスペンションがＹ軸に沿って配置されることにより、２つの駆動質量体は、互いにほぼ平行に位置合わせされる。各中央サスペンションには、駆動軸に関して駆動質量体を回転振動させる手段がさらに設けられる。一般的に、このような駆動手段は、極性を交互に替えることにより中心サスペンションの周りで駆動質量体を振動させる電極である。
【０００８】
本発明によれば、衝撃に特に強い回転速度センサを提供すべく、少なくとも１つの弾性連結要素が駆動質量体の検出軸（Ｙ軸）の両側に、Ｙ軸とは間隔を置いて配置される。それによって２つの駆動質量体は互いに連結され、２つの駆動質量体の振動が相互に調整されることができる。回転速度センサに衝撃が与えられた場合、この連結要素によって、２つの駆動質量体は逆位相ではなく同相で偏向する。したがって、２つの駆動質量体は、通常操作においては互いに逆方向に変位するが、衝撃によって同じ方向に偏向することになる。これら２つの駆動質量体を連結要素で連結することにより、回転速度センサに衝撃が与えられた場合に同一の方向に偏向するようになる。よって、基板が回転すると、基板と駆動質量体との間に配置された検出素子は、通常操作では正反対の信号を生成する一方、回転速度センサに衝撃が与えられることにより、例えば左側など、Ｙ軸の一方の側に配置された検出素子は、同一の信号を生成するようになる。その直後、電気信号が分析されることにより、回転速度センサに衝撃が与えられて実際の回転速度の測定値が誤っていることが決定される。
【０００９】
また、連結要素によってシステムをさらに安定させることができる。なぜなら、Ｙ軸に関して同じ方向に偏向している場合の２つの駆動質量体は互いに影響し合っているおり、回転速度センサの衝撃状態に関する感度を著しく下げるからである。
【００１０】
駆動質量体は、Ｘ軸（測定軸）方向への伸長を含む。駆動質量体の一実施形態としては、有利には、駆動質量体の、Ｘ軸の方向における最外端に連結要素が連結される。駆動質量体が駆動軸に関して振動すると、連結要素が比較的大きく偏向する。衝撃が与えられると、２つの駆動質量体の力が互いに対して最も強く作用する。なぜなら、中心サスペンションおよび駆動質量体の回転軸に関して大きなモーメントアームが得られるからである。
【００１１】
連結要素の好適な実施形態では、連結要素はカンチレバーおよび弾性連結バネを含む。したがって目的とする方法で、相互作用に影響を及ぼすことができる。特に、連結バネおよびカンチレバーの設計は、２つの駆動質量体の逆位相での振動に影響を及ぼすことができる。したがって、連結バネは、互いに向かって移動している駆動質量体の一方の側の端部では圧縮され、２つの駆動質量体が同時に互いから離れる逆側の端部では伸長されるよう有利に配置される。これらのバネは、同じ設計で、Ｘ−Ｙ平面における弾性力に優れるように設けられている。Ｚ方向の偏向に関しては、バネは、通常動作において２つの駆動質量体が互いに逆方向で偏向することを可能にするだけでなく、回転速度センサへの衝撃の影響で起きうるような同じ方向における偏向の場合は、２つの駆動質量体に対して一定の押力をかける。
【００１２】
連結バネの特性に良い影響を与え、回転速度センサの設置スペースをできるだけ小さく保つように、連結バネは２つの駆動質量体２の間にある空間に突出する。よって、弾性力および剛性を所望の様態で発揮することができるよう、連結バネは、蛇行していることが望ましい。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、連結要素は、２つの駆動質量体の間に配置される。これによって、２つの駆動質量体が互いに近づく／互いから離れるという異なる動作に関して２つの駆動質量体の連結をより安定させることができるので、回転速度センサはさらに堅牢になる。
【００１４】
特に好適な実施形態では、連結要素は、バネによって２つの駆動質量体に結合された第１の質量部である。例えば、電極などの検出素子を設ければ、回転速度を測定するためであろうと、センサの衝撃条件を検出するためであろうと、この第１の質量部によって駆動質量体のＸ−Ｙ平面外の動きを検出することができる。連結要素は、好適にはバネによって駆動質量体に取り付けられる。これら２つの連結要素は、Ｙ軸の両側に配置される。駆動質量体が逆位相で駆動する場合、バネは伸縮するが、連結要素は、２つの駆動質量体の間に不動のままでいる。回転速度を検出するために駆動質量体が逆位相で偏向する場合、連結要素が傾き、この連結要素の動きは、電圧を単独でまたは駆動質量体の位置変化と共に変更することにより、検出素子によって検出される。２つの駆動質量体が同じＺ方向に偏向する場合、２つの連結要素は、駆動質量体と共に変位する。この状態も、電気検出素子によって上記の動きを検出することによって非常に明確に決定されかつ分析されることができる。
【００１５】
駆動質量体および連結要素を特に安定して導くべく、第２の質量部を囲い、バネによって第２の質量部に連結されるフレーム状の第１の質量部が都合よく設けられる。これによって連結要素の安定性はさらに高まり、２つの駆動質量体およびフレーム状の第１の質量部の偏向を検出することができ、また、任意で第２の質量部の偏向も検出することができる。
【００１６】
連結要素を安定させるべく、第２の質量部は、好ましくはＸ軸の周りを回転可能に、アンカーによって基板に取り付けられる。バネと取付けの設計としては、Ｘ軸に関する回転速度を検出するために２つの駆動質量体と、連結要素の第１および第２の質量部とが偏向するようにする。この場合の駆動質量体は、コリオリ力が生じたことによって互いに逆方向に偏向するので、連結要素、および、第１および第２の質量部は、第２の質量部の支持体に関して、または、Ｘ軸に関して傾く。しかしながら、センサに衝撃が与えられると、２つの駆動質量体は同じ方向に偏向するので、それによって特にフレーム状の第１の質量部がＺ軸方向に変位し、それに合わせて駆動質量体も変位する。連結要素の第２の質量部は、アンカーのＸ軸に関してしか変位できず、ほとんど静止したままであり、これによってフレーム状の第１の質量部は、駆動質量体と共にＸ−Ｙ平面における初期位置に戻る。これによって衝撃を受けた後もセンサは非常にすばやく確実に安定する。
【００１７】
検出素子が基板と駆動質量体、および／または、第１の質量部と第２の質量部との間に配置されている場合、前述したＸ−Ｙ平面外にある構成要素の動きが検出されて、分析装置にフィードバックされることができる。上述のように、この検出素子の一実施形態は、基板の一方の側と、該基板に対向する構成要素の側とに配置される電極形状であり、２つの電極間の距離が変わるたびに電流が変化することにより、検出を行う。本発明の有利な実施形態では、駆動質量体は、駆動要素、特に、櫛歯電極によって駆動される。駆動要素の交流電流により、駆動質量体は、対応する支持体、または、回転速度センサのＺ軸に関して振動するようになる。
【００１８】
駆動質量体が同時に正確に振動するよう、駆動質量体の振動回転運動を検出し、対応する信号を駆動コントローラに送るフィードバック要素が設けられる。それによって駆動要素に印加される交流電圧が変化し、駆動質量体の振動に影響を及ぼす。
【００１９】
本発明の好適な実施形態では、駆動質量体は、複数のアンカーバネによって中心サスペンションに配置される。それによって駆動質量体は、Ｘ−Ｙ平面に対しては安定するが、衝撃状態を検出してそれに耐えるだけでなく、回転速度も検出するために目標とする均一な偏向を生じる。
【００２０】
変位した個別のパーツの損傷を防ぐべく、さまざまなストッパが設けられてよい。ストッパは、質量部の変位を制限するため、駆動質量体と連結要素の第１の質量部、および／または、第１の質量部と第２の質量部との間に好ましくは配置される。ストッパは、一般的に、隣接する質量部を損傷することなく衝撃を受け止める隆起または突起として設けられる。ストッパは、中心サスペンションと駆動質量体との間に配置されてもよい。ストッパは、基板と駆動質量体、および／または、駆動質量体と連結バネとの間に設けられると特に有利である。この場合、ストッパは、基板に強固に取り付けられることにより、駆動質量体および／または、連結あるいはアンカーバネの変位を制限する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明のさらなる効果は、以下の図面に例示される実施形態に記載される。
【図１】駆動質量体の外部に連結要素が配置されている第１の実施例を示す。
【図２】駆動質量体の間に連結要素が一部配置されている本発明の第２の実施形態を示す。
【図３】図１と同様の、本発明に従う回転速度センサを示す。
【図４】２つの駆動質量体の間に連結要素が配置されている本発明のさらなる実施形態を示す。
【図５ａ】図４に従う実施形態であって、駆動質量体が逆位相で振動している様子を示す。
【図５ｂ】図４に従う実施形態であって、駆動質量体が同相で振動している様子を示す。
【図５ｃ】逆位相にある偏向した駆動質量体と連結要素とを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１の実施形態は、本発明に従う、２つの駆動質量体２を有するマイクロメカニクスによるコリオリ式回転速度センサ１を示す平面図である。駆動質量体２は、図における平面内に配置された基板（図示せず）と平行に配置される。駆動質量体２は、その上に配置されたアンカーバネ３およびアンカーバネ４によってそれぞれ基板に接続される。アンカーバネ４は、直交座標系のＺ軸に関して回転可能である。この座標系では、Ｚ軸は図の平面から突出しており、Ｘ軸は、駆動質量体２の縦方向に配置され、Ｙ軸は、駆動質量体２の横方向に配置されている。Ｘ軸は測定軸となり、このことは、回転センサによってＸ軸に関するセンサまたは基板の回転を決定しうることを意味する。同じ平面においてＸ軸と直交するＹ軸は、検出軸を表す。基板が測定軸、すなわちＸ軸に関して回転すると、駆動質量体２は、Ｙ軸に関して移動し、Ｘ−Ｙ平面外になる。これは、駆動質量体がその駆動軸またはＺ軸に関して振動する際に生じるコリオリ力によるものである。この変位は、アンカー３およびアンカー４バネによって駆動質量体２に配置され、接続された中心サスペンションによって起きうる。したがって、アンカーバネ４は、駆動質量体２をアンカー３またはＺ軸に関して回転させ、駆動質量体２がＹ軸に関して旋回できるように設けられている。その一方、アンカーバネ４は、駆動質量体２をＸ軸に関しては固定させて、原則として変位させないように設けられている。
【００２３】
上記説明では、図に示す平面には収まらない方向をＺ軸と称していることに留意されたい。Ｘ軸は、図の平面を横切る方向にあり、Ｙ軸は、図の上下方向を指す。このことはＸ軸とＹ軸が互いに平行移動しても当てはまる。
【００２４】
２つの駆動質量体２は、連結要素５および連結バネ６によって互いに連結される。１つの連結要素５には複数の連結バネ６が設けられ、Ｘ軸方向においてそれぞれの駆動質量体２の両端部に配置される。連結要素５および連結バネ６によって、２つの駆動質量体２は同時に回転運動する。これによって、２つの駆動質量体２が逆位相で振動した場合、すなわち、２つの駆動質量体２の端部同士がそれぞれ互いに近づくかまたは互いから離れるように移動する場合に安定したシステムになり、Ｘ軸に関するセンサの回転速度を検出する場合は、２つの駆動質量体２が偏向することによって、Ｘ−Ｙ平面外では同じ振幅になる。駆動質量体２がＹ軸に関して旋回するだけでなく、Ｘ−Ｙ平面で偏向することができるように連結バネ６が設けられている。１つの連結要素の２つの連結バネは、駆動質量体２のＸ−Ｙ平面外での偏向に対して反対方向に動く一方で、Ｘ−Ｙ平面内での偏向に対しては同じ方向に動く。
【００２５】
駆動質量体２を各アンカー３またはＺ軸に関して回転可能にするために、駆動要素７が設けられる。駆動要素７は、駆動質量体２に設けられ、例えば、駆動質量体２をアンカー３に関して回転させることができる交流電圧が供給される櫛形電極からなる。櫛形電極の極性によって回転運動が切り替わる、すなわち、振動するので、アンカー３の周りで振動が起きる。
【００２６】
基板と駆動質量体２との間には検出素子８が配置される。検出素子８は、例えば、平板コンデンサ、基板に配置されている電極、その反対側の、基板に対向する駆動質量体側に配置されている電極である。駆動質量体２をＹ軸に関して回転運動させるべく、検出素子８としての対向する電極間の距離を変更することによって、電気信号が変化する。この電気信号は、駆動質量体２の偏向を示すものなので、基板はＸ軸に関して回転する。検出素子８のこの電気信号を分析することによって、回転速度センサの回転速度を決定することができる。
【００２７】
本発明のさらなる実施形態を図２に示す。図２は、図１の実施形態と同様に構成された回転速度センサ１を示す。駆動質量体２は、アンカー３およびアンカーバネ４によって、Ｙ軸およびＺ軸に関して回転可能に基板（図示せず）に取り付けられる。駆動質量体２は、駆動要素７によって駆動され、駆動質量体２のＸ−Ｙ平面外の偏向は、検出素子８によって検出される。
【００２８】
図１の実施形態との相違点は、連結要素５のタイプが異なることである。図２の実施形態では、別々の連結要素５’が両側にある。連結要素５’は、その上に配置されている連結バネ６’と共に、図１の連結要素５と同じように２つの駆動質量体２を連結しており、さらなる連結要素５”も設けられている。連結要素５”は、連結バネ６”によって各駆動質量体２に取り付けられている。また、連結要素５”は、アンカー１０およびアンカーバネ１１によって基板に取り付けられている。連結要素５’および５”がＸ軸に関して回転するだけでなく、Ｚ軸に関しても回転できるようにアンカーバネ１１が設けられている。連結要素５’および５”のこのような構成は、駆動質量体２が逆位相でなく同相で駆動されるときに特に好都合である。これによって駆動質量体２も回転運動し、Ｘ軸に関して回転する場合には、Ｙ軸に関して傾くようになる。この場合、駆動質量体２の各アンカー３の周りで同相の回転振動が起きるので、コリオリ力による駆動質量体２の偏向は、同相になることが予想される。これは、２つの駆動質量体２がＹ軸を中心とした一方の側の領域でＹ軸に関して同時に上下に傾くことを意味する。逆相動作の駆動質量体２ほどにはセンサの堅牢さ、および、回転速度センサに対する衝撃の検出において有利ではなくとも、本発明による回転速度センサの動作は、このモードでも可能である。
【００２９】
本発明のさらなる実施形態を図３に示す。この実施形態は、図１の実施形態と同様である。さまざまな相違点に加え、具体的な表現を特に選んでいる。駆動質量体２のそれぞれは、４つのアンカーバネによってアンカー３に取り付けられている。これによって、矢印Ｐの方へ駆動するために、駆動質量体２は、アンカー３またはＺ軸に関して同様に回転運動することができる。そして駆動質量体２は、Ｘ−Ｙ平面で駆動する。駆動要素７の櫛形電極が駆動質量２を駆動させる。駆動要素７は、基板に固定された静止部分と、第２の部分とによって構成され、櫛形電極は、変位可能な駆動質量体２に取り付けられている。駆動要素７の第２の部分は、互いに係合し、駆動質量体２をアンカー３に関して回転運動するよう導く。駆動要素７による駆動質量体２の回転運動を決定し、かつ、任意で修正することを可能とすべく、フィードバック要素１２が設けられる。これらのフィードバック要素１２も櫛形電極からなる。これらの櫛形電極は、互いに係合し、その第１の部分は基板に取り付けられ、第２の部分は、駆動質量体２と共に変位し、それに応じた電圧の変化によって駆動質量体２がＺ軸に関して振動する周波数を決定する。実際の周波数と目標周波数との間に差があると決定された場合、目標周波数に合わせるように駆動要素７に働きかけることによって、駆動質量体２の周波数を適宜変更することができる。それぞれの駆動要素７の間にはフィードバック要素１２が配置される。それによって、各フィードバック要素１２は、回転軸Ｚからほぼ同じ距離を有するようになり、駆動要素７と同様の正確さで動作することができる。
【００３０】
Ｘ軸方向に見られるように、２つの駆動質量体２は、それらの各端部で連結要素５’’’に連結される。連結要素５’’’は、駆動質量体２に固定されるカンチレバー形状で設けられる。カンチレバーであるそれぞれの連結要素５’’’の間に連結バネ６’’’が配置される。連結バネ６’’’は、蛇行しており、２つの駆動質量体２の間にある空間に突出する。連結要素５’’’と連結バネ６’’’とにより、回転速度を検出するために駆動質量体２がＸ−Ｙ平面内において逆位相で変位するだけでなく、Ｘ−Ｙ平面外に偏向することが可能になる。Ｘ−Ｙ平面外での偏向も逆位相で起きる。Ｘ−Ｙ平面外での駆動質量体２の回転運動は、符号Ｓによって示されている。この回転運動も、駆動質量体２の駆動と同様に逆位相で起きる。
【００３１】
駆動質量体２または他の要素の損傷を防ぐべく、ストッパが設けられる。図３の実施形態では、ストッパ１３が基板に取り付けられ、アンカーバネ４の領域に突出している。駆動質量体２が過度に偏向するとアンカーバネ４がストッパ１３に当たるようになっているので、過度な偏向による駆動質量体２またはバネ４の損傷が防止される。
【００３２】
４つのアンカーバネ４によって駆動質量体２をアンカー３に取り付けることにより、駆動質量体２がＺ軸に関して良好に回転運動することに加え、良好な衝撃安定性を得ることができる。駆動質量体２は、センサ１への衝撃に応じてＸ軸およびＹ軸の両方に関して傾くことができる。  衝撃を受けた場合における駆動質量体２の同じ方向への動作は、図１および図２と同様に、図示されない検出素子によって決定されることができる。通常動作においては、検出素子８のそれぞれの電極の接近および離反は逆になることが予想されるが、そうではなく、同じように接近および離反することが決定される。このようなことが検出されると、衝撃状態が想定されるので、センサ１の回転速度を決定したと思われる測定結果は、削除するかまたは破棄されなければならない。
【００３３】
さらなる実施形態を図４に示す。図４の実施形態は、衝撃状態を取り除き、センサ１を損傷から防御することに最も適している。図に示された実施形態には、２つの駆動質量体２が相対的に距離を置いて配置されている。２つのアンカー３がＹ軸に沿って配置され、前述の実施形態同様に、アンカー３に関する回転運動を可能にしている。それと共に、駆動要素７、フィードバック要素１２、および、アンカー３に対応するアンカースプリング４も設けられている。回転速度によってコリオリ力が生じ、Ｘ軸に関してセンサ１に作用した場合、駆動質量体２は、Ｙ軸に関して偏向してからＸ−Ｙ平面外に偏向する。
【００３４】
前述のＸ−Ｙ平面外の駆動質量体２の回転運動は、符号Ｓによって示されている。この回転運動は、駆動質量体２の駆動と同様に逆位相で起きる。
【００３５】
本実施形態の駆動質量体２の間には連結要素５’’’’が設けられる。連結要素５’’’’は、連結バネ６’’’’によって駆動質量体２に結合されている。連結要素５’’’’は、第１の質量部１４および第２の質量部１５からなる。第１の質量部１４は、フレーム状に第２の質量部１５を囲み、連結バネ６’’’’によって駆動質量体２に連結されている。第１の質量部１４は、連結バネ１６によって第２の質量部１５に連結されている。連結バネ１６によって、第１の質量部１４は、Ｘ−Ｙ平面において第２の質量部１５に関して変位可能になる。それによって、第１の質量部１４は、Ｙ軸方向に変位できる。連結バネ６’’’’は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向では固定なので、駆動質量体２が動くと、連結バネ６’’’’によって第１の質量部１４および第２の質量部１５も同時に動くようになる。
【００３６】
第２の質量部１５は、バネ１７によってアンカー１８に配置される。バネ１７は、Ｘ軸に関する回転運動が可能なように設計されている。これによって、駆動質量体２がＸ−Ｙ平面外に偏向した場合、連結要素５’’’’は、アンカー１８またはＸ軸に対して確実に傾く。駆動質量体２と連結要素５’’’’との間の距離、特に、第１の質量部１４および第２の質量部１５との間の距離の変化を検出できる検出素子、は、駆動質量体２または連結要素５’’’’と、基板との間に配置される。このときの回転運動は、符号Ｓによって示されている。
【００３７】
ストッパ１９は、第１の質量部１４と第２の質量部１５との間に配置され、過度に偏向した場合にバネ要素、あるいは、第１または第２の質量が損傷することを防ぐ。第１の質量部１４の外側に配置されたストッパ２０も同じ役目を果たす。ストッパ２０は、駆動質量体２、第１の質量部１４、および、ストッパ２０同士の間に配置された連結バネ６’’’’が損傷するのを防ぐ。
【００３８】
センサ１に衝撃が与えられた場合、駆動要素７によって駆動される場合のように、駆動質量体２は互いに逆方向でＸ−Ｙ平面外には傾かない。むしろ、２つの駆動要素２は、Ｘ−Ｙ平面外に同じ方向で傾く。その直後、第１の質量部１４もＸ−Ｙ平面外に変位し、その一方で第２の質量部１５は、バネ１７のバネ特性によって不動のままである。したがって、第１の質量部１４は、第２の質量部１５に関し、連結バネ１６によってＸ−Ｙ平面と平行かつＸ−Ｙ面外に大きく変位し、基板に近づくかまたは基板から離れる。これは、第１の質量部１４と基板との間に配置された検出素子８による電気信号の変化によって決定されうる。
【００３９】
図に示すような回転速度センサ１の構成は、回転速度センサ１に特に安定性と衝撃耐性とをもたらす。検出可能な衝撃状態による誤測定も確実に防ぐことができる。
【００４０】
図４の回転速度センサ１の異なる条件を図５ａ、５ｂ、および、５ｃに示す。図５ａは、駆動質量体２の逆位相運動を示す。駆動質量体２がアンカー３に対して時計回りおよび反時計回りの方向に変位しているのがわかる。アンカー３付近にフィードバック要素１２が配置される。連結要素５’’’’は、基本的に静止したままである。
【００４１】
図５ｂは、回転速度センサ１の同相での動作を示す。２つの駆動質量体２は、時計回りまたは反時計回りの同じ方向に旋回する。それによって連結要素５’’’’の第１の質量部１４に力がかかり、その結果、第１の質量部１４が第２の質量部１５に対して移動する。連結要素５’’’’はすべてＸ−Ｙ平面内で変位する。
【００４２】
図５ｃは、Ｘ軸に関する回転速度によりコリオリ力が生じ、駆動質量体２に作用する様子を示す。図５ｃでは、逆方向の偏向が起き、駆動質量体２が逆位相で駆動される。駆動質量体２がＹ軸に対して反対方向に傾くことにより、連結要素５’’’’も同様に傾く。連結要素５’’’’は、アンカー１８およびバネ１７によってＸ軸に関してしか回転できないので、連結要素５’’’’は、２つのアンカー１８に沿ってＸ軸に対して傾く。それによって、下に配置された基板と連結要素５’’’’との間の距離が変化する。基板と連結要素５’’’’との間に配置された検出素子８（図示せず）は、電気信号の変化によって距離の変化を検出でき、それに対応する、Ｘ軸に関する回転速度センサの回転速度が検出される。
【００４３】
本発明は、上記実施形態に限定されない。特に、本発明の例示した個々の構成要件は、請求項によってのみ限定される。開示の範囲は変更可能であり、請求項によって定義される。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
2013140147.tif 000009
【外国語明細書】
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2013140147000002.pdf
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