特許 6538967 自動車用の超ロバスト２軸回転速度センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6538967

(24)【登録日】2019年6月14日

(45)【発行日】2019年7月3日

(54)【発明の名称】自動車用の超ロバスト２軸回転速度センサ

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/5747 20120101AFI20190625BHJP

【ＦＩ】

   G01C19/5747

【請求項の数】9

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-511247(P2018-511247)

(86)(22)【出願日】2016年6月27日

(65)【公表番号】特表2018-527571(P2018-527571A)

(43)【公表日】2018年9月20日

(86)【国際出願番号】EP2016064826

(87)【国際公開番号】WO2017036627

(87)【国際公開日】20170309

【審査請求日】2018年2月28日

(31)【優先権主張番号】102015216460.8

(32)【優先日】2015年8月28日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390023711

【氏名又は名称】ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス ラスル

(72)【発明者】

【氏名】ブルクハルト クールマン

(72)【発明者】

【氏名】ミルコ ハッタス

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン ヘプナー

(72)【発明者】

【氏名】ベンヤミン シュミット

(72)【発明者】

【氏名】トアステン バルスリンク

【審査官】 八木 智規

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５１９２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／１２５０９９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １９／５７３３−１９／５７４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転速度センサ（１）であって、
主延在平面（１００）を有する基板（３）と、
前記主延在平面（１００）に対して平行な第１の軸（Ｘ）に対して平行である軸まわりの前記回転速度センサ（１）の第１の回転速度を検出するための少なくとも１つの第１の回転速度センサ構造体（２）と、
前記主延在平面（１００）に対して垂直な第２の軸（Ｚ）に対して平行である軸まわりの前記回転速度センサ（１）の第２の回転速度を検出するための少なくとも１つの第２の回転速度センサ構造体（４）と、
を備えている回転速度センサ（１）において、
前記回転速度センサ（１）は、
前記第１の回転速度センサ構造体（２）の、前記基板（３）に対して可動である少なくとも１つの第１の構造体（５）と、当該第１の回転速度センサ構造体（２）の、前記基板（３）及び当該第１の構造体（５）に対して可動である少なくとも１つの第２の構造体（９）とを、それぞれ変位させるための、かつ、
前記第２の回転速度センサ構造体（４）の、前記基板（３）に対して可動である少なくとも１つの第３の構造体（１３）と、当該第２の回転速度センサ構造体（４）の、前記基板（３）及び当該第３の構造体（１３）に対して可動である第４の構造体（１５）とを、それぞれ変位させるための
駆動装置（１７）を備えていることにより、前記第１の構造体（５）と前記第２の構造体（９）と前記第３の構造体（１３）と前記第４の構造体（１５）とが、機械的に連結された振動を行うように励振可能となっており、
前記第１の構造体（５）と前記第４の構造体（１５）とが、前記第１の軸（Ｘ）に対して垂直かつ前記第２の軸（Ｚ）に対して垂直な第３の軸（Ｙ）に対して平行である運動成分をそれぞれ有する、互いに同相の直線振動と、前記第２の構造体（９）及び前記第３の構造体（１３）に対して逆相の直線振動とを行うように励振可能であり、
前記回転速度センサ（１）は、前記第１の回転速度に起因して前記第１の構造体（５）にかかる第１の力作用と、前記第２の構造体（９）にかかる、当該第１の力作用に対して逆相の第２の力作用とを検出することができるように、かつ、前記第２の回転速度に起因して前記第３の構造体（１３）にかかる第３の力作用と、前記第４の構造体（１５）にかかる、当該第３の力作用に対して逆相の第４の力作用とを検出することができるように、構成されており、
前記第１の回転速度センサ構造体（２）は、前記基板（３）と前記第１及び第２の構造体（５，９）とに対して可動である少なくとも１つの第５の構造体（７）、並びに、前記基板（３）と前記第１，第２及び第５の構造体（５，９，７）とに対して可動である少なくとも１つの第６の構造体（１１）を備えており、前記第５の構造体（７）と前記第６の構造体（１１）とは、機械的に連結された振動を行うように励振可能であり、
前記第５の構造体（７）は、前記第３の軸（Ｙ）に対して平行な運動成分を有する、前記第２及び第３の構造体（９，１３）に対して同相である直線振動と、前記第１、第４及び第６の構造体（５，１５，１１）に対して逆相である直線振動とを行うように励振可能であり、
前記回転速度センサ（１）は、前記第１の回転速度に起因して前記第５の構造体（７）にかかる第５の力作用と、前記第６の構造体（１１）にかかる、当該第５の力作用に対して逆相の第６の力作用とを検出することができるように、構成されている、
ことを特徴とする回転速度センサ（１）。

【請求項2】

前記第２の回転速度センサ構造体（４）は、前記基板（３）と前記第３及び第４の構造体（１３，１５）とに対して可動である少なくとも１つの第７の構造体（５１）、並びに、前記基板（３）と前記第３、第４及び第７の構造体（１３，１５，５１）とに対して可動である少なくとも１つの第８の構造体（５３）を備えており、前記第７の構造体（５１）と前記第８の構造体（５３）とは、機械的に連結された振動を行うように励振可能であり、
前記第７の構造体（５１）は、第３の軸（Ｙ）に対して平行な運動成分を有する、前記第１、第４及び第６の構造体（５，１５，１１）に対して同相である直線振動と、前記第２、第３、第８及び第５の構造体（９，１３，５３，７）に対して逆相である直線振動とを行うように励振可能であり、
前記回転速度センサ（１）は、第２の回転速度に起因して前記第７の構造体（５１）にかかる第７の力作用と、前記第８の構造体（５３）にかかる、当該第７の力作用に対して逆相の第８の力作用とを検出することができるように、構成されている、
請求項１に記載の回転速度センサ（１）。

【請求項3】

前記駆動装置（１７）は、少なくとも１つの第１の駆動ユニット（２１）と、当該第１の駆動ユニット（２１）に結合された少なくとも１つの第２の駆動ユニット（３１）と、当該第１及び第２の駆動ユニット（２１，３１）から空間的に分離された少なくとも１つの第３の駆動ユニット（２７）と、当該第３の駆動ユニット（２７）に結合された少なくとも１つの第４の駆動ユニット（３７）とを備えており、
前記第１の駆動ユニット（２１）と、前記第２の駆動ユニット（３１）と、前記第３の駆動ユニット（２７）と、前記第４の駆動ユニット（３７）とは、同一構成である、
請求項１又は２に記載の回転速度センサ（１）。

【請求項4】

前記第３の構造体（１３）は、前記第３の力作用を検出するための第１の部分構造体（２１３）を備えており、かつ、前記第４の構造体（１５）は、前記第４の力作用を検出するための第２の部分構造体（２１５）を備えており、
前記第１の部分構造体（２１３）と前記第２の部分構造体（２１５）とは、同一構成である、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転速度センサ（１）。

【請求項5】

前記第７の構造体（５１）は、前記第７の力作用を検出するための第３の部分構造体（２５１）を備えており、かつ、前記第８の構造体（５３）は、前記第８の力作用を検出するための第４の部分構造体（２５３）を備えており、
前記第３の部分構造体（２５１）と前記第４の部分構造体（２５３）とは、同一構成である、
請求項２に記載の回転速度センサ（１）。

【請求項6】

前記回転速度センサ（１）は、
前記第１、第２、第３及び第４の構造体（５，９，１３，１５）と前記駆動装置（１７）とを結合するため、及び／又は、前記第３の構造体（１３）と前記第５の構造体（７）とを結合するため、及び／又は、前記第４の構造体（１５）と前記第６の構造体（１１）とを結合するための、少なくとも１つの第１の結合手段（１０１）、又は、
前記第３、第４、第７及び第８の構造体（１３，１５，５１，５３）と前記駆動装置（１７）とを結合し、かつ、前記第１の構造体（５）と前記第７の構造体（５１）とを結合し、かつ、前記第２の構造体（９）と前記第８の構造体（５３）とを結合するため、及び／又は、前記第３の構造体（１３）と前記第５の構造体（７）とを結合するため、及び／又は、前記第４の構造体（１５）と前記第６の構造体（１１）とを結合するための、少なくとも１つの第１の結合手段（１０１）
を備えており、
前記第１の結合手段（１０１）は、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な方向と、前記第２の軸（Ｚ）に対して平行な方向とに弾性変形可能であり、前記第３の軸（Ｙ）に対して平行な方向には形状安定的である、
請求項２又は５に記載の回転速度センサ（１）。

【請求項7】

前記第３の構造体（１３）は、前記第３の力作用を検出するための第１の部分構造体（２１３）を備えており、かつ、前記第４の構造体（１５）は、前記第４の力作用を検出するための第２の部分構造体（２１５）を備えており、
前記第１の部分構造体（２１３）と前記第２の部分構造体（２１５）とは、同一構成であり、
前記第７の構造体（５１）は、前記第７の力作用を検出するための第３の部分構造体（２５１）を備えており、かつ、前記第８の構造体（５３）は、前記第８の力作用を検出するための第４の部分構造体（２５３）を備えており、
前記第３の部分構造体（２５１）と前記第４の部分構造体（２５３）とは、同一構成であり、
前記回転速度センサ（１）は、前記第１の部分構造体（２１３）と前記第２の部分構造体（２１５）とを結合するため、及び／又は、前記第３の部分構造体（２５１）と前記第４の部分構造体（２５３）とを結合するための、少なくとも１つの第２の結合手段（１０２）を備えており、
前記第２の結合手段（１０２）は、前記第１の部分構造体（２１３）と前記第２の部分構造体（２１５）とが互いに逆相にのみ変位することができ、及び／又は、前記第３の部分構造体（２５１）と前記第４の部分構造体（２５３）とが互いに逆相にのみ変位することができるように、構成されている、
請求項２に記載の回転速度センサ（１）。

【請求項8】

前記回転速度センサ（１）は、前記第１の構造体（５）と前記第２の構造体（９）と前記第５の構造体（７）と前記第６の構造体（１１）とを結合するための少なくとも１つの第３の結合手段（１０３）を備えており、
前記第３の結合手段（１０３）は、前記第３の軸（Ｙ）に対して平行な軸まわりに第１の結合手段構造体（１１０３）と第２の結合手段構造体（２１０３）とが逆方向に旋回することができるように、当該第１の結合手段構造体（１１０３）と当該第２の結合手段構造体（２１０３）とを備えている、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回転速度センサ（１）。

【請求項9】

前記回転速度センサ（１）は、前記第１の構造体（５）と前記第５の構造体（７）とを結合し、かつ、前記第２の構造体（９）と前記第６の構造体（１１）とを結合するための、少なくとも１つの第４の結合手段（１０４）を備えており、
前記第４の結合手段（１０４）は、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な軸まわりに旋回することができるように構成されており、
前記第４の結合手段（１０４）の質量中心は、機械的に連結された振動時には、前記基板（３）に対して固定されている、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回転速度センサ（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

自動車環境におけるセーフティ関連の用途においては、それぞれ１つの決まった軸まわりの回転速度を測定することができる１軸回転速度センサが使用される。複数の異なる用途の組合せの場合（例えば、横滑り防止プログラム（ＥＳＰ）又はロールオーバセンシング）、複数の軸まわりの回転速度を同時に測定する必要があり、このことは、実際には、複数の個々のセンサを使用することによって実現される。

【0002】

本発明は、請求項１の上位概念に記載の回転速度センサに関する。

【背景技術】

【0003】

かかる回転速度センサは、例えば、米国特許出願公開第２０１２／０２１０７８８号明細書（ＵＳ２０１２／０２１０７８８Ａ１）に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１２／０２１０７８８号明細書

【特許文献2】独国特許出願公開第１０２０１１００６３９４号明細書

【特許文献3】独国特許出願公開第１０２０１００６１７５５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

発明の開示
従来技術に対する本発明の回転速度センサの利点は、従来技術に対して比較的小さい基板面積上に、直線加速度及び回転加速度に対してロバストである回転速度センサを実現することができることである。なおかつ、回転速度を検出するためのマイクロメカニカル構造体に必要とされる基板面積は、従来技術に対して比較的僅かのみとなる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

このことを達成するためには、従来技術とは対照的に、第１の構造体と第４の構造体とが、第１の軸に対して垂直かつ第２の軸に対して垂直な第３の軸に対して実質的に平行である運動成分をそれぞれ有する、互いに同相の実質的な直線振動と、第２の構造体及び第３の構造体に対して逆相の実質的な直線振動とを行うように励振可能であり、回転速度センサは、第１の回転速度に起因して第１の構造体にかかる第１の力作用と、第２の構造体にかかる、当該第１の力作用に対して実質的に逆相の第２の力作用とを検出することができるように、かつ、第２の回転速度に起因して第３の構造体にかかる第３の力作用と、第４の構造体にかかる、当該第３の力作用に対して実質的に逆相の第４の力作用とを検出することができるように、構成されている。

【0007】

かかる構成によって特に、直線加速度及び回転加速度に対してロバストである２軸回転速度センサを簡単、低コスト、かつ、機械的に頑強に実現することができる。このことは、特に、２つの回転速度センサコアを組み合わせて共同で駆動することにより達成される。例えば、本発明によって、Ｚ回転速度に対応するセンサコアとＸ回転速度に対応するセンサコアとを組み合わせて、１つの駆動回路のみを備えた１つの新たなセンサコアを構成することができ、この１つの新たなセンサコアが２軸まわりの回転速度を測定することができる。それと同時に、センサは外部の直線加速度及び回転加速度に対してもロバストとなり、これにより、自動車環境におけるセーフティ関連用途に課される要求を満たすことができる。共同で駆動される２つのセンサコアを上述のように組み合わせることにより、センサコア及びＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）双方の構成要素を削減することができる。よって、最終製品はよりコンパクトとなり、その製造コストは、２つの個別センサを用いる場合より廉価になる。共同で駆動することにより、駆動構造体及び電気的接続端パッドの双方を削減することができる。さらに、共同で駆動することにより、ＡＳＩＣの構成もよりコンパクトにすることができる。というのも、設ける必要がある駆動制御回路は１つだけとなるからである。共同で駆動することの利点は、特に、両コアの２つの異なる駆動周波数を回避することができることである。このようにして、例えば、駆動力の寄生クロストークによる相互間の影響が回避される。個別のコアの場合には、それぞれ、駆動方向と検出方向とに運動できなければならないコリオリ質量体が、適切な結合構造体を介して、駆動方向にのみ振動しなければならない駆動構造体に結合される。本発明においては、複数の異なるチャネルのコリオリ質量体が直接結合される。このことによって、例えば、内側のコリオリ質量体が外側のコリオリ質量体によって駆動される回転速度センサを実現することができる。その際には、駆動構造体は、例えば、外側のコリオリ質量体にのみ作用する。

【0008】

従属請求項と、図面を参照した以下の記載内容とから、本発明の有利な実施形態や発展形態を導き出すことができる。

【0009】

本発明の有利な一実施形態においては、第１の回転速度センサ構造体は、少なくとも、基板と第１及び第２の構造体とに対して可動である１つの第５の構造体、並びに、基板と第１、第２及び第５の構造体とに対して可動である少なくとも１つの第６の構造体を備えており、第５の構造体と第６の構造体とが、機械的に連結された振動を行うように励振可能であり、第５の構造体は、第３の軸に対して実質的に平行な運動成分を有する、第２及び第３の構造体に対して同相である実質的な直線振動と、第１、第４及び第６の構造体に対して逆相である実質的な直線振動とを行うように励振可能であり、回転速度センサは、第１の回転速度に起因して第５の構造体にかかる第５の力作用と、第６の構造体にかかる、当該第５の力作用に対して実質的に逆相の第６の力作用とを検出することができるように、構成されている。かかる構成によって、コンパクト、簡単、かつ、特に、直線加速度及び回転加速度に対してロバストである態様で、第１の回転速度を検出することができるという利点が奏される。このことによって、特に、従来技術に対して比較的小さい所要スペースで、互いに垂直な２つの回転軸まわりの２つの回転速度を検出する回転速度センサを実現することができる。さらに本実施形態によって、４つの質量体を有する耐直線加速度性かつ耐回転加速度性のＸ回転速度センサと、２つの質量体を有する耐直線加速度性かつ耐回転加速度性のＺ回転速度センサとの組合せが可能になる。

【0010】

本発明の有利な一実施形態においては、第２の回転速度センサ構造体は、少なくとも、基板と第３及び第４の構造体とに対して可動である１つの第７の構造体、並びに、基板と第３、第４及び第７の構造体とに対して可動である少なくとも１つの第８の構造体を備えており、第７の構造体と第８の構造体とが、機械的に連結された振動を行うように励振可能であり、第７の構造体は、第３の軸に対して実質的に平行な運動成分を有する、第１及び第４及び／又は第６の構造体に対して同相である実質的な直線振動と、第２、第３及び第８及び／又は第５の構造体に対して逆相である実質的な直線振動とを行うように励振可能であり、回転速度センサは、第２の回転速度に起因して第７の構造体にかかる第７の力作用と、第８の構造体にかかる、当該第７の力作用に対して実質的に逆相の第８の力作用とを検出することができるように、構成されている。かかる構成によって、コンパクト、簡単、かつ、特に、直線加速度及び回転加速度に対してロバストである態様で、第２の回転速度を検出することができるという利点が奏される。このことによって、特に、上方向乃至下方向に運動する質量体とを同一にすることができる。特に、このことによって、同相で振動する構造体の質量の総和を、逆相で振動する構造体の質量の総和と実質的に一致させることができる。このようにして、かかる対称性により、駆動運動状態の部分振動体の振幅が全て等しくなり、また、プロセスのばらつきによって相違することもなくなることが保証される。特に、対称的な配置体は外部加速度に対してよりロバストになる。というのも、かかる配置体においては、励振可能なモードもこれに対応して対称的となり、差動処理によって信号を出力しなくなるからである。

【0011】

有利な一実施形態においては、駆動装置は少なくとも１つの第１の駆動ユニットと、当該第１の駆動ユニットに結合された少なくとも１つの第２の駆動ユニットと、当該第１及び第２の駆動ユニットから空間的に分離された少なくとも１つの第３の駆動ユニットと、第３の駆動ユニットに結合された少なくとも１つの第４の駆動ユニットとを備えており、第１の駆動ユニットと、第２の駆動ユニットと、第３の駆動ユニットと、第４の駆動ユニットとは、実質的に同一構成となっている。このことによって、機械的に連結された振動と、特に、各構造体の互いに同相乃至逆相の実質的な直線振動とを、特に１つの駆動周波数で、駆動装置における機械的連結によって支援することができる、という利点が奏される。

【0012】

有利な一実施形態においては、第３の構造体は、第３の力作用を検出するための第１の部分構造体を備えており、かつ、第４の構造体は、第４の力作用を検出するための第２の部分構造体を備えており、第１の部分構造体と第２の部分構造体とは実質的に同一構成である。よって、有利には、駆動運動が、第２の回転速度を検出するための検出運動から機械的に分離される。このことにより、第２の回転速度に起因する検出信号の、特に簡単な処理が可能になる。

【0013】

有利な一実施形態においては、第７の構造体は、第７の力作用を検出するための第３の部分構造体を備えており、かつ、第８の構造体は、第８の力作用を検出するための第４の部分構造体を備えており、第３の部分構造体と第４の部分構造体とは実質的に同一構成である。よって、有利には、駆動運動が、第２の回転速度を検出するための検出運動から機械的に分離され、直線加速度及び回転加速度に対してロバストである回転速度センサが実現される。このことにより、直線加速度及び回転加速度に対してロバストである回転速度センサと共に、第２の回転速度に起因する検出信号の特に簡単な処理を実現することができる。第７及び第８の構造体を有しない非対称の場合と同等の検出容量を実現するために、Ｚ検出櫛形体を半分に短くする場合、コリオリフレーム及び検出フレームを２倍に保有する。

【0014】

有利な一実施形態においては、回転速度センサは、
・第１、第２、第３及び第４の構造体と駆動装置とを結合するため、及び／又は、第３の構造体と第５の構造体とを結合するため、及び／又は、第４の構造体と第６の構造体とを結合するための、少なくとも１つの第１の結合手段、又は、
・第３、第４、第７及び第８の構造体と駆動装置とを結合し、かつ、第１の構造体と第７の構造体とを結合し、かつ、第２の構造体と第８の構造体とを結合するため、及び／又は、第３の構造体と第５の構造体とを結合するため、及び／又は、第４の構造体と第６の構造体とを結合するための、少なくとも１つの第１の結合手段
を備えており、第１の結合手段は、第１の軸に対して実質的に平行な方向と、第２の軸に対して実質的に平行な方向とに弾性変形可能であり、第３の軸に対して実質的に平行な方向には実質的に形状安定的である。例えば、互いに直接結合されたコリオリ質量体が相互に妨害しないようにするため、駆動方向の力、即ち、Ｙ軸に対して平行に作用する力が、１つのコリオリ質量体から他の１つのコリオリ質量体へ良好に伝達され、なおかつ、結合されたコリオリ質量体の検出方向の力、即ち、Ｘ軸及びＺ軸に対して平行に作用する力が、１つのコリオリ質量体から他の１つのコリオリ質量体へ伝達されるのが可能な限り小さくなるようにすべく、第１の結合手段は、Ｘチャネル及びＺチャネルのコリオリ質量体間に設けられている。このことによって、共同駆動による２つのセンサコアの組合せを備えた１つの回転速度センサを、簡単、機械的に頑強かつ低コストで実現することができる。特に、本実施形態によって、外側の構造体、即ち、第１の結合手段を介して駆動装置と直接相互作用する構造体から、内側の構造体、即ち、第１の結合手段を介して駆動装置と直接相互作用しない構造体へ、駆動運動を伝達することが可能になり、これにより、外側の構造体と内側の構造体とが、機械的に連結された振動を行うように励振されることが可能になる。

【0015】

有利な一実施形態においては、回転速度センサは、第１の部分構造体と第２の部分構造体とを結合するため、及び／又は、第３の部分構造体と第４の部分構造体とを結合するための、少なくとも１つの第２の結合手段を備えており、第２の結合手段は、第１の部分構造体と第２の部分構造体とが互いに実質的に逆相にのみ変位することができ、及び／又は、第３の部分構造体と第４の部分構造体とが互いに実質的に逆相にのみ変位することができるように、構成されている。このことによって、有利には、直線加速度及び回転加速度に対するロバスト性の向上を示す、第２の回転速度を検出する回転速度センサが実現される。

【0016】

有利な一実施形態においては、回転速度センサは、第１の構造体と第２の構造体と第５の構造体と第６の構造体とを結合するための少なくとも１つの第３の結合手段を備えており、第３の結合手段は、第３の軸に対して実質的に平行な軸まわりに第１の結合手段構造体と第２の結合手段構造体とが実質的に逆方向に旋回することができるように、当該第１の結合手段構造体と当該第２の結合手段構造体とを備えている。このことによって、有利には、直線加速度及び回転加速度に対するロバスト性の向上を示す、第１の回転速度を検出する回転速度センサが実現される。特に、本実施形態によって、第１の構造体と第２の構造体と第５の構造体と第６の構造体とが、機械的に連結された振動を行うように励振可能となり、それと同時に、第１の力作用と第２の力作用と第５の力作用と第６の力作用とに沿って変位可能となるように、第１の構造体と第２の構造体と第５の構造体と第６の構造体とを結合することができる。

【0017】

有利な一実施形態においては、回転速度センサは、第１の構造体と第５の構造体とを結合し、かつ、第２の構造体と第６の構造体とを結合するための、少なくとも１つの第４の結合手段を備えており、第４の結合手段は、第１の軸に対して実質的に平行な軸まわりに旋回することができるように構成されており、第４の結合手段の質量中心は、上記の機械的に連結された振動時には、基板に対して実質的に固定されている。かかる実施形態によって、有利には、第４の結合手段は、駆動運動においては静止し、検出運動においては、主延在平面に対して平行な平面から傾動運動を行うことができる。このことによって、第４の結合手段を機械的結合構造体として使用することができるだけでなく、同時に、コリオリ検出又は連動のための電極として使用することもできる。このことによって、コンパクトなセンサ構成を実現することができるという利点が奏される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施例の回転速度センサの概略図である。

【図2】図１の回転速度センサの概略図である。

【図3】本発明の第２の実施例の回転速度センサの概略図である。

【図4】図３の回転速度センサの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の実施形態
異なる図において同一の構成要素には、常に同一の符号を付している。従って、同一の構成要素については、通常、１回のみ言及乃至説明する。

【0020】

図１は、本発明の第１の実施例の回転速度センサ１の概略図であり、回転速度センサ１は、主延在平面１００を有する基板３と、第１の軸Ｘに対して実質的に平行な軸まわりの当該回転速度センサ１の第１の回転速度を検出するための第１の回転速度センサ構造体２と、第２の軸Ｚに対して実質的に平行な軸まわりの当該回転速度センサ１の第２の回転速度を検出するための第２の回転速度センサ構造体４とを備えている。回転速度センサ１は、さらに、第１の構造体５と第２の構造体９と第３の構造体１３と第４の構造体１５と第５の構造体７と第６の構造体１１とが機械的に連結された振動を行うように励振することができるように、
・第１の回転速度センサ構造体２の、基板３に対して可動である第１の構造体５と、基板３及び第１の構造体５に対して可動である第２の構造体９と、基板３並びに第１及び第２の構造体５，９に対して可動である第５の構造体７と、基板３並びに第１、第２及び第５の構造体５，９，７に対して可動である第６の構造体１１とを、それぞれ変位させるため、かつ、
・第２の回転速度センサ構造体４の、基板３に対して可動である第３の構造体１３と、基板３及び第３の構造体１３に対して可動である第４の構造体１５とを、それぞれ変位させるための
駆動装置１７を備えている。

【0021】

例えば、第１の構造体５と第４の構造体１５と第６の構造体１１とは、第３の軸Ｙに対して実質的に平行な運動成分をそれぞれ有する、互いに同相の実質的な直線振動と、第２、第３及び第５の構造体９，１３，７に対して逆相の実質的な直線振動とを行うように励振可能となっている。さらに、回転速度センサ１は、例えば、第１の回転速度に起因して第１の構造体５にかかる第１の力作用と、第２の構造体９にかかる、第１の力作用とは実質的に逆相の第２の力作用と、第５の構造体７にかかる第５の力作用と、第６の構造体１１にかかる、第５の力作用とは逆相の第６の力作用とを検出することもできるように、構成されている。さらに、回転速度センサ１は、例えば、第２の回転速度に起因して第３の構造体１３にかかる第３の力作用と、第４の構造体１５にかかる、第３の力作用とは実質的に逆相の第４の力作用とを検出することができるようにも構成されている。

【0022】

図２は、図１の回転速度センサ１の概略図であり、図２においては、回転速度センサ１の概略的な運動形態が示されている。質量体乃至構造体５，７，９，１１，１３及び１５の隣の矢印は、駆動運動例を示している。また、破線の矢印は測定対象の外側回転速度を示している。これは、図２においては、例えば、構造体５，７，９，１１にかかる第１の回転速度、並びに、構造体１３及び１５にかかる第２の回転速度である。さらに、質量体上の実線の矢印は合成力作用を示しており、これは、例えば、印加された第１及び第２の回転速度に起因して各力作用に沿って質量体の変位を生じさせるものである。

【0023】

図３は、本発明の第２の実施例の回転速度センサ１の概略図であり、本実施例においては、第２の回転速度センサ構造体４は、基板３と第３及び第４の構造体１３，１５とに対して可動である第７の構造体５１、並びに、基板３と第３，第４及び第７の構造体１３，１５，５１とに対して可動である第８の構造体５３を備えており、第７の構造体５１と第８の構造体５３とは、機械的に連結された振動を行うように励振可能である。ここでは、第７の構造体５１は、例えば、第３の軸Ｙに対して実質的に平行な運動成分を有する、第１、第４及び第６の構造体５，１５，１１に対して同相の実質的な直線振動と、第２、第３、第８及び第５の構造体９，１３，５３，７に対して逆相の実質的な直線振動とを行うように励振可能となっている。さらに、回転速度センサ１は、例えば、第２の回転速度に起因して第７の構造体５１にかかる第７の力作用と、第８の構造体５３にかかる、第７の力作用とは逆相の第８の力作用とを検出することができるようにも構成されている。図３に示されている回転速度センサは、例えば、さらに、２つの側方シーソー要素を備えており、これは、第３の構造体１３を第７の構造体５１に結合し、かつ、第４の構造体１５を第８の構造体５３に結合している。これによって、有利には、同一のＺ検出周波数が得られる。

【0024】

図４は、図３の回転速度センサ１の概略図であり、図４においては、回転速度センサ１の概略的な運動形態が示されている。図２と同様に、質量体の隣の矢印は駆動運動例を示しており、破線の矢印は測定対象の外側回転速度を示しており、質量体上の実線の矢印は、合成力作用を示している。

【0025】

図１及び図３に示された実施例においては、駆動装置１７は第１の駆動ユニット２１と、当該第１の駆動ユニット２１に結合された第２の駆動ユニット３１と、当該第１及び第２の駆動ユニット２１，３１から空間的に分離された第３の駆動ユニット２７と、第３の駆動ユニット２７に結合された第４の駆動ユニット３７とを備えている。図１及び図３に示された実施例においては、第１の駆動ユニット２１と第２の駆動ユニット３１と第３の駆動ユニット２７と第４の駆動ユニット３７とは、実質的に同一構成となっている。例えば、第１の駆動ユニット２１と第２の駆動ユニット３１、第３の駆動ユニット２７と第４の駆動ユニット３７とはそれぞれ、独国特許出願公開第１０２０１１００６３９４号明細書（ＤＥ１０２０１１００６３９４Ａ１）に記載の駆動シーソー要素Ｋ４を用いて結合されている。

【0026】

図１及び図３に例として示された実施例においては、さらに、第３の構造体１３は、第３の力作用を検出するための第１の部分構造体２１３を備えており、かつ、第４の構造体１５は、第４の力作用を検出するための第２の部分構造体２１５を備えており、第１の部分構造体２１３と第２の部分構造体２１５とは実質的に同一構成である。図３に例として示された実施例においては、第７の構造体５１は、第７の力作用を検出するための第３の部分構造体２５１を備えており、かつ、第８の構造体５３は、第８の力作用を検出するための第４の部分構造体２５３を備えており、第３の部分構造体２５１と第４の部分構造体２５３とは実質的に同一構成である。

【0027】

図１及び図３に示された回転速度センサ１はさらに、第１の結合手段１０１と、第２の結合手段１０２と、第３の結合手段１０３と、第４の結合手段１０４とを備えている。例えば、第１の結合手段１０１は、Ｘ方向とＺ方向とにおいて柔軟であり、かつ、駆動方向Ｙにおいては硬質である結合ばねＫ１を備えており、第２の結合手段１０２は、独国特許出願公開第１０２０１１００６３９４号明細書に記載のＺ検出の結合構造体Ｋ２を備えており、第３の結合手段１０３は、独国特許出願公開第１０２０１００６１７５５号明細書（ＤＥ１０２０１００６１７５５Ａ１）に記載のＸチャネルの結合構造体Ｋ３を備えており、第４の結合手段１０４は、独国特許出願公開第１０２０１００６１７５５号明細書に記載のＸチャネルの結合シーソー要素Ｋ４を備えている。

【0028】

結合手段１０１は、
・図１に示されているように、第１、第２、第３及び第４の構造体５，９，１３，１５と駆動装置１７とを結合し、かつ、第３の構造体１３と第５の構造体７とを結合し、かつ、第４の構造体４と第６の構造体１１とを結合するように、又は、
・図３に示されているように、第３、第４、第７及び第８の構造体１３，１５，５１，５３と駆動装置１７とを結合し、かつ、第１の構造体５と第７の構造体５１とを結合し、かつ、第２の構造体９と第８の構造体５３とを結合し、かつ、第３の構造体１３と第５の構造体７とを結合し、かつ、第４の構造体１５と第６の構造体１１とを結合するように
設けられている。ここで、第１の結合手段１０１は、第１の軸Ｘに対して実質的に平行な方向と、第２の軸Ｚに対して実質的に平行な方向とに弾性変形可能乃至柔軟であり、第３の軸Ｙに対して実質的に平行な方向には実質的に形状安定的乃至硬質である。

【0029】

さらに、第２の結合手段１０２は、第１の部分構造体２１３と第２の部分構造体２１５とを結合するように（図１）、及び／又は、第３の部分構造体２５１と第４の部分構造体２５３とを結合するように（図３）設けられている。かかる構成において、第２の結合手段１０２は、第１の部分構造体２１３と第２の部分構造体２１５とが互いに実質的に逆相にのみ変位可能であるように、及び／又は、第３の部分構造体２５１と第４の部分構造体２５３とが互いに実質的に逆相にのみ変位可能であるように、構成されている。

【0030】

さらに、第３の結合手段１０３は、第１の構造体５と第２の構造体９と第５の構造体７と第６の構造体１１とを結合するように設けられている。その際には、第３の結合手段１０３は、第１の結合手段構造体１１０３と第２の結合手段構造体２１０３とが、第３の軸Ｙに対して実質的に平行な軸まわりに、実質的に逆方向に旋回することができるように、当該第１の結合手段構造体１１０３と当該第２の結合手段構造体２１０３とを備えている。

【0031】

最後に、第４の結合手段１０４は、第１の構造体５と第５の構造体７とを結合し、かつ、第２の構造体９と第６の構造体１１とを結合するように設けられている。ここで、第４の結合手段１０４は、第１の軸Ｘに対して実質的に平行な軸まわりに旋回可能に構成されている。さらに、第４の結合手段１０４の質量中心は、機械的に連結された振動の場合、基板３に対して実質的に固定されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】