[發(fā)明專利]具有用于旋轉(zhuǎn)元件的折疊彈簧的微機(jī)電裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410190811.2
• 申請(qǐng)日: 2014-05-07
• 公開（公告）號(hào): CN104909328B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇中源;蔡俊胤;黃肇達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): B81B5/00
• 分類號(hào): B81B5/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所11105
• 代理人: 陳小雯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有旋轉(zhuǎn)元件微機(jī)電裝置，特別是涉及一種具有可供旋轉(zhuǎn)元件轉(zhuǎn)動(dòng)的折疊彈簧的微機(jī)電裝置。

背景技術(shù)

近年來由于智能型手機(jī)、平板電腦、互動(dòng)游戲機(jī)等消費(fèi)性電子商品開始采用微機(jī)電慣性感測(cè)元件(如微機(jī)電加速度計(jì)與微機(jī)電陀螺儀)，微機(jī)電慣性感測(cè)元件的市場(chǎng)需求呈現(xiàn)快速地成長。在微機(jī)電加速度計(jì)的技術(shù)與產(chǎn)品已相對(duì)成熟下，微機(jī)電陀螺儀已經(jīng)成了微機(jī)電慣性感測(cè)元件市場(chǎng)中，下一個(gè)重要的競(jìng)爭產(chǎn)品。舉例來說，微機(jī)電陀螺儀可運(yùn)用于智能型手機(jī)，使智能型手機(jī)具有互動(dòng)游戲或個(gè)人導(dǎo)航裝置的功能。

傳統(tǒng)微機(jī)電陀螺儀主要包含了一質(zhì)量塊、一扭轉(zhuǎn)梁、一框架、一折疊彈簧及一固定座。質(zhì)量塊通過扭轉(zhuǎn)梁而連接于框架，框架通過折疊彈簧而固定于固定座。并且，定義X軸向垂直扭轉(zhuǎn)梁的延伸方向，而定義Y軸向平行于扭轉(zhuǎn)梁的延伸方向。微機(jī)電陀螺儀的原理大致如下，當(dāng)框架沿著X軸來回的振蕩時(shí)，質(zhì)量塊也一并沿著X軸向而來回振蕩；當(dāng)Y軸向產(chǎn)生角速度時(shí)，質(zhì)量塊將以扭轉(zhuǎn)梁為旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生反復(fù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，偵測(cè)微機(jī)電陀螺儀的質(zhì)量塊與感應(yīng)電極間的電容值改變，即可計(jì)算出角速度。

在設(shè)計(jì)上，微機(jī)電陀螺儀的質(zhì)量塊與框架的共振頻率會(huì)盡可能相等，才可以確保微機(jī)電陀螺儀的靈敏度。但由于傳統(tǒng)微機(jī)電陀螺儀的扭轉(zhuǎn)梁的剛性與扭轉(zhuǎn)梁本身的寬度的一次方成正比，而折疊彈簧的剛性與折疊彈簧本身的寬度的三次方成正比。因此在扭轉(zhuǎn)梁與折疊彈簧于相同的制作工藝變異下，框架的共振頻率的偏移量將大于質(zhì)量塊的共振頻率的偏移量。如此，會(huì)使傳統(tǒng)微機(jī)電陀螺儀在相同的制作工藝變異下，無法使質(zhì)量塊與框架在振動(dòng)時(shí)有相近的共振頻率，進(jìn)而使質(zhì)量塊在感測(cè)到角速度時(shí)，無法同時(shí)達(dá)到最大振幅。如此一來，將使得微機(jī)電陀螺儀的靈敏度降低。

此外，傳統(tǒng)微機(jī)電多軸加速度計(jì)、微機(jī)電磁力計(jì)、微機(jī)電鏡面等具有可旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊(即旋轉(zhuǎn)元件)的微機(jī)電裝置常采用旋轉(zhuǎn)梁(torsion beam)來連接旋轉(zhuǎn)元件，以供旋轉(zhuǎn)元件進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)這些微機(jī)電裝置的尺寸不斷縮小時(shí)，旋轉(zhuǎn)梁的長度卻必需增加，才能使旋轉(zhuǎn)元件依然能在特定的頻率上來回轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，這些具有旋轉(zhuǎn)元件的微機(jī)電裝置若繼續(xù)使用旋轉(zhuǎn)梁，將使這些具有旋轉(zhuǎn)元件的微機(jī)電裝置的尺寸無法有效縮小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種微機(jī)電裝置，其利用折疊彈簧連接旋轉(zhuǎn)元件，使旋轉(zhuǎn)元件能依一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明所公開的微機(jī)電裝置，包含一旋轉(zhuǎn)元件、至少一限制元件以及至少二折疊彈簧。旋轉(zhuǎn)元件可依一軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。二折疊彈簧以軸線為中心線而對(duì)稱配置，每一折疊彈簧具有一移動(dòng)端及一固定端。移動(dòng)端連接旋轉(zhuǎn)元件，固定端連接限制元件。借著使移動(dòng)端及固定端都不位于軸線上，本發(fā)明所公開的微機(jī)電裝置都能利用折疊彈簧而使旋轉(zhuǎn)元件能依一軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明所公開的微機(jī)電裝置，包含一旋轉(zhuǎn)元件、至少一限制元件以及至少二折疊彈簧。旋轉(zhuǎn)元件可依一軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。二折疊彈簧以軸線為中心線而對(duì)稱配置，每一折疊彈簧具有一移動(dòng)端及一固定端。移動(dòng)端連接旋轉(zhuǎn)元件，固定端連接限制元件。其中，移動(dòng)端及固定端都不位于軸線上，定義移動(dòng)端至軸線的垂直距離為一移動(dòng)距離，定義固定端至軸線的垂直距離為一固定距離，定義移動(dòng)端至固定端的參考點(diǎn)的距離為一彈簧長度，彈簧長度因旋轉(zhuǎn)元件的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變。本發(fā)明所公開的折疊彈簧的實(shí)施型態(tài)包含:(1)固定距離小于或等于移動(dòng)距離且彈簧長度小于或等于移動(dòng)距離。(2)固定距離小于或等于移動(dòng)距離且彈簧長度大于移動(dòng)距離。(3)固定距離大于移動(dòng)距離且彈簧長度小于或等于固定距離。(4)固定距離大于移動(dòng)距離且彈簧長度大于固定距離。

本發(fā)明所公開的微機(jī)電裝置，包含一旋轉(zhuǎn)元件、至少一限制元件以及至少二折疊彈簧。旋轉(zhuǎn)元件可依一軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。二折疊彈簧以軸線為中心線而對(duì)稱配置，每一折疊彈簧具有一移動(dòng)端及一固定端。移動(dòng)端連接旋轉(zhuǎn)元件，固定端連接限制元件。其中，移動(dòng)端及固定端都不位于軸線上，定義移動(dòng)端至軸線的垂直距離為一移動(dòng)距離，定義固定端至軸線的垂直距離為一固定距離，定義移動(dòng)端至固定端的參考點(diǎn)的距離為一彈簧長度，彈簧長度因旋轉(zhuǎn)元件的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變。每一折疊彈簧包含依序相連的多個(gè)延展部，這些延展部的延伸方向平行于軸線，限制元件為一支架且支架的寬度大于至少一延展部的寬度。