振動運動を増幅するマイクロメカニカル素子
【課題】
【解決手段】本発明は、振動運動を増幅するマイクロメカニカル素子（１１）に関し、マイクロメカニカル素子（１１）は：前記素子を振動部材に堅く固定するインターフェース部（７）と、前記インターフェース部に対して、少なくとも１自由度で移動するように取り付けられるボディ（３）と、戻し付勢力を前記可動ボディと前記インターフェース部との間に加えることができるバネ（４）と；前記インターフェース部が前記自由度で移動する方向を検出する部材と、前記可動ボディを前記インターフェース部に結合させる部材（６）であって、前記可動ボディ（３）を前記インターフェース部（７）に、前記インターフェース部の前記移動方向が、前記可動ボディの移動方向と反対になるときに結合させるように構成され、前記可動ボディを前記インターフェース部から、前記インターフェース部の方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の前記移動方向が、前記可動ボディの移動方向と一致するときに結合解除するように構成されている、前記結合させる部材（６）とを含んでいる。
【解決手段】本発明は、振動運動を増幅するマイクロメカニカル素子（１１）に関し、マイクロメカニカル素子（１１）は：前記素子を振動部材に堅く固定するインターフェース部（７）と、前記インターフェース部に対して、少なくとも１自由度で移動するように取り付けられるボディ（３）と、戻し付勢力を前記可動ボディと前記インターフェース部との間に加えることができるバネ（４）と；前記インターフェース部が前記自由度で移動する方向を検出する部材と、前記可動ボディを前記インターフェース部に結合させる部材（６）であって、前記可動ボディ（３）を前記インターフェース部（７）に、前記インターフェース部の前記移動方向が、前記可動ボディの移動方向と反対になるときに結合させるように構成され、前記可動ボディを前記インターフェース部から、前記インターフェース部の方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の前記移動方向が、前記可動ボディの移動方向と一致するときに結合解除するように構成されている、前記結合させる部材（６）とを含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動運動の増幅に関し、特に、振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための運動増幅に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特定の環境、例えば危険な周囲環境では、または動いている機構では、電気回路を電源ケーブルに接続することが困難になることがある。この問題を軽減するために、振動エネルギーを電気エネルギーに変換するマイクロメカニカル素子が存在することは知られている。この素子は、機械または輸送手段のような振動支持体に広く取り付けられるマイクロシステムを構成している。ある１つの公知においては、共振系を使用して、支持体の機械振動を増幅し、増幅された運動を電気に変換する。
【０００３】
共振系は、普通、支持体に剛性ｋを有するバネを介して取り付けられる可動マスｍから成っている。この共振系は、次式により与えられる共振周波数ｆrで共振する。
【数１】
【０００４】
支持体にこの周波数の振動が生じると、可動マスも、この周波数で、かつ或る振幅で振動し始め、この振幅は、機械的な減衰によって、各サイクルで供給される機械エネルギーと厳密に等価なエネルギーが散逸するまで増大する。散逸エネルギーは、振幅の増大中に付加されるエネルギーよりも高速で増大し、最終的に、当該エネルギーと等しくなる。機械的な減衰が比較的小さい（機械的品質係数が高い）場合、機械増幅率（支持体の変位振幅に対する可動部分の変位振幅）は、数百の範囲とすることができる。機械増幅率が大きくなると、振動支持体を介して可動支持体に伝達されるエネルギーは大きくなる。電気的な減衰を主として利用して、マスを共振周波数で励振すると、入力振動に対する取り出し電気エネルギーは最大になる。
【０００５】
複数回のサイクルが繰り返されるときの、かつ繰り返される場合の各サイクルで吸収されるエネルギーの増大を更に高精度に確認するために、減衰が生じない状態の図１に示す共振系１の事例を、支持体の運動が、マス及びバネを設けることによる影響をほとんど受けないと仮定して取り上げることとする。この場合、
ΔＶは、各半周期における可動部分の可動マス３の利得及び速度を絶対値で表わしたもの、
ｍは、可動マス３の質量、
ｆは、支持体２に関して設定される振動周波数、
ｆｒは、Ｈｚで表わした場合のｆに等しいマス構造３及び戻しバネ４から成る構造体の共振周波数、
Ｖｍ0は、マス３の初期速度である。
マスの運動エネルギーは、初期段階では次のようになる：
【数２】
従って、半周期後、マスの運動エネルギーは次のようになる：
【数３】
１周期後、マスの運動エネルギーは従って次のようになる：
【数４】
従って、マスの運動エネルギー利得は次のようになる：
【数５】
【０００６】
しかしながら、振動周波数が共振周波数から離れると直ぐに、マスの相対変位量、及び支持体の相対変位量は、期間の大半に亘って、位相ずれしている。機械的品質係数が低下することにより、生成することができる電気エネルギーの量は少なくなる。
【０００７】
この問題を解決するために、異なる共振周波数を有する直列接続の共振系を使用する公知の方法がある。これにより、振動周波数範囲を大幅に広げるために十分な多量のエネルギーを生成することができる。しかし、共振構造は、同時には１つしか励振することができないので、このような構造体は、これを使用して生成することができるエネルギーに対応して、非常に嵩張ってしまう。
【０００８】
また、特許文献１（フランス国特許第ＦＲ２００５５１８１号）には、非線形の挙動を呈するバネを設けた共振系を使用する方法が記載されている。この系は、マスと支持体との間の変位振幅とともに高くなる共振周波数を有する。しかしながら、この系の共振周波数がずれ、かつ振動の励振周波数に対して、必ずずれる。そのため、共振に関連する増幅率は、常に非常に低く抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】フランス国特許第ＦＲ２００５５１８１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、これらの不具合のうちの１つ以上を解決するもので、振動運動を増幅するマイクロメカニカル素子に関し、このマイクロメカニカル素子は、
−前記素子を振動部材に固く連結するインターフェース部と、
−前記インターフェース部に対して、少なくとも１つの自由度で移動可能に取り付けられている可動マスと、
−戻し力を、前記可動マスとインターフェース部との間に加えることができるバネと；
−前記インターフェース部が、前記自由度で変位する方向を検出する部材と
−前記可動マスを、前記インターフェース部に結合させる部材であって、前記可動マスを、前記インターフェース部に、前記インターフェース部の変位方向が、可動マスの変位方向と反対になるときに結合させるように構成され、かつ前記可動マスを、前記インターフェース部から、前記インターフェース部の方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の変位方向が、前記可動マスの変位方向と一致するときに、結合解除するように構成されている結合させる部材
とを備える。
【００１１】
１つの変形例によれば、前記素子は、前記インターフェース部の最大速度を検出する部材を備え、前記結合部材は、前記可動マスをインターフェース部に、このインターフェース部が、インターフェース部の最大速度に達するときに結合させるように構成されている。
【００１２】
更に別の変形例によれば、前記変位方向を検出する部材、及び／又は前記最大速度を検出する部材は、加速度計を備え、前記結合部材は、電気制御アクチュエータを含み、さらに前記素子は、前記アクチュエータを、前記加速度計による測定値に応じて制御する処理装置を備えている。
【００１３】
別の変形例によれば、前記最大速度は、ゼロ値を横切るときの加速度の増加、及び減少の関数として検出される。
【００１４】
更に別の変形例によれば、前記可動マスは、前記インターフェース部に対して並進移動することができ、前記結合部材は、前記マスの並進軸と直交する軸の回りを不平衡状態で回転するように取り付けられている釣合い重りを有し、この釣合い重りは、前記マスが、前記インターフェース部に結合されて、前記インターフェース部に対して、それぞれの方向に変位する２つの位置の間で回転するように取り付けられている。
【００１５】
１つの変形例によれば、前記インターフェース部及び前記可動マスに、互いに対向する複数の溝付き導電性表面を設けてキャパシタを形成し、前記素子は、電圧をこれらの溝付き表面の間に選択的に印加して、前記インターフェース部、及び前記可動マスを結合させるか、または結合解除する制御回路を備えている。
【００１６】
更に別の変形例によれば、前記制御回路は、形成される前記キャパシタに保持される電荷を選択的に放電させ、かつ蓄えるように構成されている。
【００１７】
更に別の変形例によれば、前記可動マスは、前記インターフェース部に対して並進移動することができ、前記結合部材は、圧電素子を含み、この圧電素子を制御して、前記可動マスの変位方向と直交する方向に延伸させることにより、前記可動マスを、前記インターフェース部に結合させるようになっている。
【００１８】
更に別の変形例によれば、前記圧電素子は、前記可動マスの変位方向と直交する方向に沿って延在し、撓むことにより、前記戻しバネを結合時に形成するようになっている。
【００１９】
１つの変形例によれば、前記インターフェース部、可動マス、及び戻しバネは、シリコン基板に単体ユニットとして形成されている共通部材を構成している。
【００２０】
更に別の変形例によれば、前記可動マスは、前記単体部材に固定される付加部材を備えている。
【００２１】
別の変形例によれば、前記戻しバネは、前記単体部材内に形成されている弾性支柱とされている。
【００２２】
更に別の変形例によれば、前記可動マスは、切り欠き部群及び隆起部群を交互に設けた結合部分を有し、前記結合部材は、前記結合部分の切り欠き部に結合時に挿入されるアクチュエータを含んでいる。
【００２３】
１つの変形例によれば、前記素子は、前記可動マスの機械エネルギーを、電気エネルギーに変換する部材を備えている。
【００２４】
本発明はまた、上に説明したマイクロメカニカル増幅素子と、このマイクロメカニカル素子のインターフェース部に固く連結される振動支持体とを備えるシステムに関し、前記振動部材は、前記マイクロメカニカル素子の質量よりも、少なくとも５０倍大きい質量を有する。
【００２５】
本発明は更に、振動運動をメカニカル素子により増幅する方法にも関するものであり、この方法は、
−前記振動部材に対して少なくとも１自由度で移動することができる可動マスを取り付け、かつ戻し力を、前記可動マスと前記振動部材との間に加えることができるバネを設けたマイクロメカニカル素子を提供するステップと、
−前記インターフェース部が、前記自由度で変位する方向を検出するステップと、
−前記可動マスを前記振動部材に、前記インターフェース部の前記変位方向が、前記可動マスの変位方向と反対になるときに結合させ、前記可動マスを前記インターフェース部から、前記振動部材の方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の前記変位方向が、前記可動マスの変位方向と一致するときに結合解除するステップ
とを含んでいる。
【００２６】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の説明を、添付の図面を参照して読むことにより、明らかになるものと思う。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】共振系を模式的に示す。
【図２】１つの実施例による振動増幅素子を模式的に示す。
【図３】第１の変形例による振動増幅素子を模式的に示す。
【図４】第２の変形例による増幅素子を模式的に示す。
【図５ａ】作動中の慣性結合素子の異なる位置を示す。
【図５ｂ】作動中の慣性結合素子の異なる位置を示す。
【図５ｃ】作動中の慣性結合素子の異なる位置を示す。
【図５ｄ】作動中の慣性結合素子の異なる位置を示す。
【図６】慣性結合素子の１つの変形例を模式的に示す。
【図７】図６の機構のタブの異なる位置を示す。
【図８】第３の変形例による振動増幅素子の側面図である。
【図９ａ】第４の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図９ｂ】第４の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図９ｃ】第４の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図９ｄ】第４の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図９ｅ】第４の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図１０】二重圧電薄板を制御する回路の別の例を示す。
【図１１】二重圧電薄板を制御する回路の別の例を示す。
【図１２ａ】第５の変形例による素子の動作のある段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図１２ｂ】第５の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図１２ｃ】第５の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図１２ｄ】第５の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図１２ｅ】第５の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図１３】第６の変形例による振動増幅素子の断面図である。
【図１４】第７の変形例による振動増幅素子の平面図である。
【図１５】第８の変形例による振動増幅素子の平面図である。
【図１６】異なる結合機構を模式的に示す図である。
【図１７】異なる結合機構を模式的に示す図である。
【図１８】異なる結合機構を模式的に示す図である。
【図１９】異なる結合機構を模式的に示す図である。
【図２０】異なる結合機構を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、振動運動を増幅する擬似共振マイクロメカニカル素子の製造に関する。前記素子は、振動部材に対して動くことができる可動マスを備えている。バネから戻り力が、可動マスと振動部材との間に作用する。振動部材の変位方向が判断される。振動部材及び可動マスは、振動部材が可動マスの方向とは反対の方向に沿って変位するときに結合する。振動部材及び可動マスは、この振動部材が可動マスと同じ方向に移動するときに、振動部材が向きを変える前には必ず結合解除される。
【００２９】
従って、振動部材は、可動マスの運動エネルギーを、振動周波数が、可動マス及びバネの共振周波数から離れるときにも大きくすることができる。従って、前記素子は、より大きい運動エネルギーを可動マスに、非常に広範囲の振動周波数に亘って生じさせると同時に、マイクロメカニカル素子を小型に保持する。本発明は、振動部材が非常に大きく変わる振動周波数を有する場合に、特に有利である。
【００３０】
図２は、本発明を実施するように設計されている共振系１０を模式的に示す。共振系１０は、振動支持体２と、振動運動を増幅するマイクロメカニカル素子１１とを備えている。振動支持体２は、増幅素子１１の質量よりもはるかに大きい質量を有するか、または振動源に固く連結され、この振動源からの増幅素子１１によるエネルギーの吸収は、無視することができる。支持体２は、少なくとも１つの振動成分を、点線矢印で示す方向に有する。不図示の加速度計は、支持体２の加速度を測定する。これらの加速度測定値から、支持体の振動方向に沿った支持体２の瞬時の変位方向が判断される。加速度の微分値の符号から、支持体２の変位方向を判断することができる。加速度の符号の変化から、通過時点を最大速度または最小速度によって判断することができる。符号が変化した後、加速度の符号が新しくなることによって、支持体が最小速度または最大速度になっているかどうかを判断することができる（この場合、ｚは、支持体２の位置を表わし、ｚ”＝０は、ｚ’が極値を採ることを意味し、ｚ”が０-から０+に変化するときにｚ’が最小値を採ることを意味し、ｚ”が０+から０-に変化するときにｚ’が最大値を採ることを意味する）。
【００３１】
増幅素子１１は、振動支持体２と固く連結するためのインターフェース部を形成する包囲体７を有する。包囲体７は、適切な手段を介して支持体２に固定されている。包囲体７は、戻しバネ４の第１端部に固く連結された可動マス３を有している。符号が付されていないロッド群が、戻しバネ４の第２端部、及び可動マス３にそれぞれ固く連結されている。これらのロッドは、実線矢印で示す方向の着座部５を介して、支持体２の振動方向と同一直線上で並進移動するように案内される。結合部材６によって、マス３及び戻しバネ４により形成されているアセンブリを、包囲体７に選択的に結合させることができる。
【００３２】
結合部材６を作動させることにより、可動マス３及び戻しバネ４により形成されているアセンブリを包囲体７に、支持体２の速度の向きが可動マス３の速度とは反対になるときに結合させるようになっている。このように、可動マス３の方向を強制的に切り替える。従って、可動マス３の運動エネルギーは、結合中に大きくなる。次に可動マス３及び支持体２が、同じ方向に沿って変位するようになると、結合部材６を制御して、可動マス３及び戻しバネ４により形成される集合体を包囲体７から解除する。この解除は、支持体の変位方向、または可動マス３の変位方向が切り替わる前に行なわれる必要がある。このように、可動マス３の運動エネルギーを支持体２が吸収することによって、可動マス３の運動が阻止されるのが防止される。従って結合期間は、支持体２の半振動周期よりも短く、可動マス３及び戻しバネ４により形成されているアセンブリの最終的な共振周期に、非常に有利に結び付けられる。共振周波数は、半共振周期が、支持体２の最長の半振動周期よりも短くなるように選択される。これは、可動マス３及び戻しバネ４により形成されているアセンブリに対応する共振周波数が、支持体２の最大周波数よりも高くなるように、当該共振周波数を選択するということになる。前記結合は、支持体２がその最大速度（絶対値で）に達するときに行なわれ、最大の運動エネルギーを可動マス３に伝達する。結合解除は、可動マス３及び戻しバネ４により形成されているアセンブリの１半共振周期分だけ遅れた時点で行なわれ、この半周期は、支持体２の半振動周期よりも短いので有利である。この速度は、ゼロ加速度が支持体２に関して検出されるときに極値（最大速度または最小速度）に達する。
【００３３】
結合が行なわれている間の可動マス３の変位方向は、次のようにして推定することができる。共振周波数は、可動マス３から、そして戻しバネ４の剛性から求めることができるので、可動マス３の変位方向が切り替わる時点を求めるのは容易である。実際、可動マス３の変位の検出値は、結合が行なわれるたびに切り替わる。初期検出値が既知であり、かつ結合の回数がカウントされる（例えば、結合が行なわれるたびに偶数パリティ／奇数パリティレジスタの状態を切り替えることにより）場合、これらのデータから、進行中の変位の検出値を推定することができる。可動マス３に加速度計（図示せず）を付設することにより、可動マスの変位方向を判断することもできる。
【００３４】
結合部材６は、この結合を、ロッドを戻しバネ４に締結して、強固に固着させることにより実現することができる。この結合は、適切な手段によって、例えば電磁アクチュエータ、静電アクチュエータ、熱アクチュエータ、または圧電アクチュエータによって行なうこともできる。結合部材６には、包囲体７の加速度計に接続される不図示の電子制御素子から指示を出すことができる。
【００３５】
図３は、本発明による擬似的な共振を生じさせる共振系１０の１つの変形例を示す模式図である。この例では、可動マス３及び戻しバネ４により形成されているアセンブリは、支持体２に対して、補助バネ８を介して並進移動するように案内される。ロッドは、戻しバネ４を補助バネ８の一方の端部に接続している。補助バネ８の他方の端部は、支持体２に固定されている。補助バネ８は、その軸が垂直になっているときに、可動マス３が並進移動するように案内することができる。補助バネ８の別の機能は、可動マス３を、当該マスの変位行程のほぼ中央部に位置決めし直し、かつこの行程の振幅を小さく抑えることである。結合部材６は、支持体２を、戻しバネ４及び８を連結するロッドに対して選択的に結合させるか、または結合解除する。
【００３６】
補助バネ８は、戻しバネ４の剛性ｋ１よりもはるかに低い剛性ｋ２を有する。可動マス３及び戻しバネ４を含む系は、従って、第１共振周波数ｆｒ１を結合中に有し、第２共振周波数ｆｒ２を結合解除中に有する。第１及び第２共振周波数は、次の関係式を満たす。
【数６】
【数７】
【００３７】
従って、可動マス３は、支持体２の振動周波数が共振周波数ｆｒ２よりも高い場合、可動マスの方向を、結合解除中に切り替えることがない。更に、補助バネ８を設けることによって、実際には、第１共振周波数、及び可動マス３を、支持体２に結合させることができる期間が変わってしまうことはない。
【００３８】
図４は、共振系１０の別の変形例の平面図であり、この変形例は、シリコン構造として形成されるのに適している。振動運動を増幅する素子１１は、支持体２に固く連結されている包囲体７を備えている。可動マス３は、包囲体７内に、支持体２の振動成分に対応する方向に移動することができるように取り付けられている。戻しバネ４ａ及び４ｂは、可動マス３の両端部の支柱の形態に形成されている。戻しバネ４ａ及び４ｂは、可動マス３の両端に埋め込まれて固定されている。ロッド９ａ及び９ｂは、一方の端部を介して、戻しバネ４ａ及び４ｂにそれぞれ固く連結されている。ロッド９ａ及び９ｂは、戻しバネ４ａ及び４ｂの中央部分に埋め込まれて固定されている。可動マス３とロッド９ａまたは９ｂとの間の相対運動によって、戻しバネ４ａ及び４ｂを形成する支柱に撓みが生じる。増幅素子は更に、補助バネ８ａ及び８ｂを備え、これらの補助バネの中央部分には、ロッド９ａ及び９ｂの別の端部が、それぞれ埋め込まれている。補助バネ８ａ及び８ｂは、これらの補助バネの端部を介して、包囲体７内に埋め込まれている。補助バネ８ａ及び８ｂは、戻しバネ４ａ及び４ｂの剛性よりも、はるかに低い剛性を有する。補助バネ８ａ及び８ｂは、可動マス３の両側に取り付けられ、可動マス３を、包囲体７に対して並進移動するように案内している。
【００３９】
２つの結合部材６ａ及び６ｂは、可動マス３の両側に配置されている。結合部材６ａ及び６ｂは、ロッド９ａ及び９ｂに形成される切り欠き部に挿入されるように作動する複数のタブを有する。タブが、これらの切り欠き部に挿入されると、ロッド９ａ及び９ｂは、包囲体７に対して動かなくなる。これらのタブは、包囲体７内に設けられている作製される支持体に固く連結されている。これらのタブの変位は、電気制御アクチュエータによって行なわれるので有利である。
【００４０】
１つの変形例によれば、支柱４ａ及び４ｂの形態のバネを無くし、ロッド９ａ及び９ｂを可動マス３に直接埋め込んでいる。結合部材６ａ及び６ｂのタブを支持する支柱部材を細くすることにより、撓むことができるようにし、戻しバネを、これらのタブがロッド９ａ及び９ｂに結合されるときに形成することができる。
【００４１】
図４の増幅素子１１の構造は、シリコンウェハをエッチングすることにより形成することができる。増幅素子１１の異なる機械構成要素は、単体部材として、シリコンウェハを厚さ方向にエッチングすることにより形成することができる。これらのバネの剛性は、種々の幅の支柱を形成することにより、定めることができる。
【００４２】
増幅素子は、シリコン基板をエッチングすることにより形成することができ、このシリコン基板内には、加速度計が形成される。従って、この素子が占める空間を小さくし、この素子の品質を高めることができる。この品質が高くなるにつれて、所定量のエネルギーを生成するために必要な可動マスに課される制約が大きくなる。
【００４３】
結合部材６は、電子制御回路を必要とすることなく、慣性作用を行なうことができる。図５ａ〜図５ｄは、可動マスに固く連結されているロッド９に対して、異なる位置になっている結合部材６を示している。結合部材６は、釣合い重り６１と、回転案内ロッド６２と、係止タブ６３とを含んでいる。係止タブ６３は、釣合い重り６１に固定されている。案内ロッド６２は、結合部材６を、可動マス３の変位方向と直交する軸の回りを回転するように案内する。案内ロッド６２は、釣合い重り６１と係止タブ６３との間の接合部の近傍に配置され、大きな不平衡状態が案内ロッド６２の回りに発生するようにする。
【００４４】
包囲体７は、収納部７１を有し、この収納部７１には、釣合い重り６１の遠位端が隙間を空けて収納されている。その他に、ロッド９は、一連の切り欠き部９１を有し、これらの切り欠き部９１は、ロッド９と結合部材６とを、係止タブ６３が切り欠き部９１に挿入されるときに結合させるように作用し、係止タブ６３を、ロッド９の特定の運動によって解放するように作用することができる。
【００４５】
図５ａにおいて、支持体及び包囲体７が、上方に変位するのに対し、ロッド９及び可動マスは、下方に変位すると仮定する。包囲体７の変位速度が最大値に達した後、包囲体７は減速し始める。結合部材が運動エネルギーを持つことにより、結合部材６は、包囲体７の速度よりも大きい速度を、減速中に維持しようとする。不平衡になることにより、釣合い重り６１が、矢印で示すように、案内ロッド６２の回りを旋回する。この旋回中、係止タブ６３の一方の端部が、切り欠き部９１に挿入される。これらの反対方向の運動が、係止タブ６３を切り欠き部９１に押し込もうと作用する。その後すぐに、ロッド９が包囲体７と結合され、包囲体と同じ方向に、すなわち上方に変位する。収納部７１の側方延出壁で、釣合い重り６１の回転行程が制限される。
【００４６】
図５ｂでは、ロッド９は、その上向行程を継続する。包囲体７は、ゼロ速度に達し、そして次に、包囲体の変位方向を切り替えて、下方行程を開始する。これらの切り欠き部９１を画定する隆起部９２は、ロッド９の下方変位中に係止タブ６３に当接するようになる。従って、係止タブ６３は、当該タブが挿入されていた切り欠き部９１から外れ、これによって、ロッド９は包囲体７から解除される。
【００４７】
図５ｃでは、包囲体７がまず、下方に変位するのに対し、ロッド９はまず、上方に変位する。包囲体７の変位速度が最大値に達し、包囲体７は減速し始める。結合部材が運動エネルギーを持つことにより、結合部材６は、包囲体７の速度よりも大きい速度を、減速中に維持しようとする。不平衡になることにより、釣合い重り６１が、矢印で示すように、ロッド６２の回りを旋回する。この旋回中、係止タブ６３の一方の端部が、切り欠き部９１に挿入される。これは、ロッド９が包囲体７と結合され、そして包囲体と同じ方向に、すなわち下方に変位することを意味する。
【００４８】
図５ｄでは、ロッド９は、下向行程を継続する。包囲体７は、ゼロ速度に達し、次に、包囲体の変位方向を切り替えて、上方行程を開始する。これらの切り欠き部９１を画定する隆起部９２は、ロッド９の下方変位中に、係止タブ６３に当接するようになる。従って、係止タブ６３は、それが挿入されていた切り欠き部９１から外れ、ロッド９は包囲体７から結合解除される。
【００４９】
この機構は、包囲体７とのロッド９の結合を、包囲体７の速度が最大になるときに可能にするので有利である。また、この機構によって、ロッド９を包囲体７から方向反転中に結合解除することができる。さらに、この機構によって、電子的な結合指示の複雑さを無くすことができる。
【００５０】
この結合機構の動作を最適にするために、これらの切り欠き部９１の間のピッチは、支持体の振動の平均振幅に比べて非常に小さい（例えば、この振幅の１０％よりも小さい）ことが望ましい。更に、釣合い重り６１の回転行程は、支持体の振動の振幅に比べて非常に短く、釣合い重り６１が、支持体の変位方向、及び支持体の減速度を検出するように作用するので有利である。係止タブ６３は、結合中の機械的な減衰を抑制するように形成されるので有利である。更に、係止タブ６３は、ロッド９との摩擦を抑制して、増幅素子１１の品質係数を高めるように形成されるので有利である。
【００５１】
図６は、慣性結合素子の別の実施形態を示している。この変形例では、包囲体７は、可撓性係止タブ６３の両端に配置された突起７２を有する。これらの突起７２は、釣合い重り６１が回転している間の係止タブ６３の動きを邪魔するようになっている。図７は、釣合い重り６１が回転している間の突起７２に対する係止タブ６３の異なる位置を示している。ａで示す位置では、釣合い重り６１は回転を開始し、これによって、係止タブ６３の端部が突起７２に接近する。ｂで示す位置では、釣合い重り６１によって、係止タブ６３が突起７２に接触するようになる。釣合い重り６１が当該釣合い重りの回転運動を継続している状態では、係止タブ６３は、突起７２によって保持され、そして撓んで弾性エネルギーを蓄える。ｃで示す位置では、釣合い重り６１が十分な距離を回転してしまうと、係止タブ６３は、突起７２により構成されている障害物を横切る。切り欠き部群を設けたロッドの方に向かう係止タブ６３の運動は、弾性エネルギーが予め蓄えられているので、大きく加速される。従って、切り欠き部への係止タブ６３の端部の嵌入が、迅速かつ確実に行なわれる。更に、突起７２によって、係止タブ６３が、結合解除位置にある隆起部群から離間した状態を保持することにより、摩擦を防止することができる。係止位置ｃには、突起７２を横切る前に、係止タブ６３に予め蓄えられているたわみ弾性エネルギーによってのみ到達する。ロッド９が、最終的に包囲体７の検出値に戻ると、係止タブ６３は、切り欠き部９１から外れるようになり、運動／潜在エネルギーが小さくなって、係止タブが、ロッドから離れた距離にある平衡位置ｄに位置するようになり、摩擦を生じるあらゆる危険を低く抑えることができる。
【００５２】
図２〜図７には示していないが、振動を増幅する素子は、更に、可動マスの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する部材を備えることができる。この目的のために、静電変換、電磁変換、または圧電変換を、可動マスと支持体との相対運動を利用することにより使用することができる（フランス国特許出願第ＦＲ２８９６６３５Ａ１号に詳細に記載されているように）。変換器の例を、次に詳細に説明する。
【００５３】
図８は、増幅素子１１の別の実施形態を示している。支持体２は、振動成分を水平方向に有する。パッド７４が支持体２に、可動マス３の両側で固定されている。可動マス３は、支持体２に対して並進移動することができる。可動マス３は、パッド７４に、戻しバネ４を介して、それぞれ接続されている。支持体２、戻しバネ４、及び可動マス３は、導電性を有するか、または接続線群を有していて、電気回路を形成している。形成される電気回路は、以下の構成要素を直列に備えている。戻しバネ４、可動マス３の導電性部分、別の戻しバネ４、及び支持体２の導電性部分。制御素子５１は、電気回路の両端に接続されている。制御回路５１は、スイッチ５２及び５３と、変圧器５４と、バッテリ５５とを有する。
【００５４】
可動マス３及び支持体２は、互いに対向するように配置された溝付き導電性表面を有する。これらの表面は、可動マス３の変位方向に交互に並んだ切り欠き部群及び隆起部群を有する。これらの溝付き表面は、同じピッチを有する。キャパシタが可動マス３と支持体２との間に形成され、このキャパシタの容量は、可動マスと支持体との相対位置の関数として変化する。
【００５５】
可動マス３を支持体２と結合させることが望ましい場合、これらの溝付き表面を、スイッチ５３を、次にスイッチ５２を一時的に、かつ連続的に閉じることにより、バッテリ５５から供給される電荷で帯電させる。スイッチ５２及び５３は、支持体２の最大速度が検出されるときに、かつこれらの溝付き表面の切り欠き部が互いに対向するときに閉じる。スイッチ５２及び５３は、形成されるキャパシタの両端に現われる電圧が最小になるか、または第１限界値を下回って元の値に戻るか、或いは再び第２限界値を超えるようになるときに、再び一時的に、かつ逆の順番で閉じることにより、電荷をキャパシタから取り出す。放電電圧が最小電圧Ｖｍｉｎの場合、この放電時の容量は最大値Ｃｍａｘを有する。この場合は、結合が有効に行なわれる場合に対応し、可動マス３は、最大容量値を通り過ぎるときの他方の検出値を示すように効果的に分布配置される（電荷をキャパシタに注入することにより生じる静電気力は、可動マス３を阻止し、可動マス３の検出値を切り替えるために十分であった）。また、不完全な結合は、電気容量が当該容量の最大値を通り過ぎて元の値に戻る前に、電荷をほんの少しだけ取り出すことにより実現することができる、すなわち電圧が最小値を通り過ぎるのを待機するのではなく、電圧が閾値を下回って元の値に戻ろうとすると直ぐに、電荷の抜き取りを開始することにより実現することができる。この動作によって、少量の電気エネルギーを、結合が行なわれるたびに取り出すことができる（この電荷に関連する注入量またはエネルギー量Ｅ＝１／２Ｑ2／Ｃを下回る容量値の電荷の取り出し回数は、容量の低下とともに増加する）。
【００５６】
可動マス３と支持体２との結合が実現する前に、可動マス３は、当該可動マスの行程を支持体２の方向と逆の方向に、当該支持体の運動エネルギーの影響を受けながら継続する。可動マス３の切り欠き部が、これらの溝付き表面の１ピッチの半分を移動する場合、これは、キャパシタに蓄えられる電荷が、結合を実現するためには十分ではないことを意味する。この中間位置では、容量が最小値Ｃｍｉｎを有するのに対し、電気回路の両端に現われる電圧は最大値Ｖｍａｘを有する。次に、スイッチ５２を一時的に閉じて、キャパシタに蓄積されているエネルギーを、変圧器５４の磁気回路に向けて１次コイルを介して放出する。次に、スイッチ５３を一時的に閉じて、磁気回路に蓄積されるエネルギーを、バッテリに変圧器５４の２次コイルを介して伝達する。キャパシタへの電荷の注入は、最大容量になるまで行なわれるので、すなわちエネルギーが１／２Ｑ2／Ｃｍａｘに等しくなるまで行なわれるので、このエネルギーの取り出しは、最小容量になるまで行なわれる、すなわち、エネルギーが１／２Ｑ2／Ｃｍｉｎに等しい値に戻るまで行なわれるので、１／２Ｑ2（１／Ｃｍｉｎ−１／Ｃｍａｘ）の余剰エネルギーが生成されている。
【００５７】
従って、可動マス３は、その運動エネルギーのほんの一部を失う。その結果、これらの溝付き表面の切り欠き部が、再び互いに対向すると、スイッチ５３を、そして次に、スイッチ５２を、一時的に閉じて、可動マス３の結合、及び支持体２の結合を実現する。
【００５８】
可動マス３及び支持体２が結合し、それに応じて、同じ方向に変位すると、スイッチ５２を再び、一時的に閉じて、キャパシタに保持される電荷を空にし、次に、スイッチ５２を開いたままにして、可動マス３が支持体２から結合解除されている状態を維持する。次に、スイッチ５３を一時的に閉じて、キャパシタから放出され、かつスイッチ５２を閉じている間に、変圧器５４の磁気回路に一時的に蓄積されていた電荷を、バッテリ５５に移動する。
【００５９】
従って、制御回路５１によって、結合／結合解除、及び可動マス３の運動により生成されるエネルギーの取り出しの両方が可能になる。
【００６０】
十分短いピッチを有する溝付き表面を使用することにより、可動マス３と支持体２との結合を、可動マス３の全行程に亘って実現することができる。
【００６１】
図９ａは、増幅素子１１の別の実施形態の模式図である。可動マス３は、包囲体７に対して変位方向に摺動するように取り付けられている。互いに対向するように配置されている二重圧電薄板群７５は、一方の端部を介して包囲体７に埋め込まれ、可動マス３の変位と直交する方向に、かなりの距離に亘って延在している。これらの二重薄板７５は、適切な電圧を、これらの二重薄板に印加することにより、これらの二重薄板の自由端で、可動マス３を把持し、そして包囲体７と可動マス３との結合を確実にするまで、可動マス３の方に向かって延伸するように制御される。これらの二重薄板が細長い構造であることによって、そしてこれらの二重薄板の配置が、可動マス３の運動と直交することによって、包囲体７と可動マス３との相対運動が行なわれるとした場合に、これらの二重薄板に、撓みが結合時に生じる。
【００６２】
図９ｂ〜図９ｅは、異なるフェーズ中の増幅素子１１の作用を示している。図９ｂでは、可動マスが下方に変位するのに対し、包囲体７は上方に変位する。これらの反対方向の変位が生じている間に、これらの二重薄板７５の延伸が始まる。次に、これらの二重薄板７５によって、包囲体７と可動マス３との結合が実現する。可動マス３の下方移動は、一時的に継続して、これらの二重薄板７５に曲げが生じる。これらの二重薄板７５の撓みが最大になる（図９ｃ）と、可動マス３は、最終的に、包囲体７に対してゼロの相対速度を持つ。図９ｄでは、可動マス３は、包囲体７の運動の影響、及びこれらの二重薄板７５のバネ作用による戻し力の影響を受けて、包囲体７と同じ方向に沿って変位する。図９ｅでは、これらの二重薄板７５は、可動マス３との結合を解除し始める。
【００６３】
これらの二重圧電薄板７５の使用によって、大きな結合力を可動マス３に作用させることができるので、有利であることが判明している。更に、これらの二重圧電薄板によって、これらの二重圧電薄板が適切なサイズになるとバネを形成することができ、圧電材料の構造的な減衰が小さいので、高い品質係数を得ることができる。更に、適切な制御系を適用することにより、これらの二重薄板が撓んでいるときのこれらの二重薄板の電圧差を大きくして、これらの二重薄板７５に蓄えられるエネルギー（圧電材料内で機械的変形が電圧に変換される）を取り出し、可動マス３の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。これらの圧電材料は、これらの圧電材料を膨張または収縮させる結果として圧電材料に電荷を生じさせることができる。これらの圧電材料の機械／電気変換効率は、これらの圧電材料に加わる変形が迅速に進行するときに、一層高くなる。
【００６４】
図１０は、二重圧電薄板、及び二重圧電薄板に指示信号を出力するように設計されている回路の第１の実施形態を、模式的に示している。回路７７は、電圧源Ｅと、スイッチＫｃ及びＫｄと、電位Ｖ１及びＶ２を薄板７５１及び７５２にそれぞれ印加する端子群とを備えている。二重薄板７５の延伸は、スイッチＫｃを閉じることにより、かつスイッチＫｄを開くことにより実現する。二重薄板７５の収縮は、スイッチＫｃを開くことにより、かつスイッチＫｄを閉じることにより実現する。
【００６５】
図１１は、二重圧電薄板７５を制御するように設計されている回路の第２の実施形態における二重圧電薄板７５の模式図である。回路７８によって、更に、二重薄板７５に蓄えられる電気エネルギーを、電圧源Ｅに供給することができる。
【００６６】
一時的にＫｐを閉じ、次に、Ｋ１及びＫ２を閉じることにより、エネルギーを電圧源Ｅから薄板７５１及び７５２に供給することができる。一時的にＫ１及びＫ２を閉じ、次に、Ｋｐを閉じることにより、エネルギーを、これらの薄板から電圧源Ｅに供給することができる。
【００６７】
結合を確実にするために、エネルギーを、電圧源Ｅから、これらの薄板に供給する。図９ｃに示すこれらの二重薄板７５が、結合の後に撓むことによって、薄板７５１は、かつ第２薄板７５２が収縮するようになるので、電位Ｖ１が増加し、かつ電位Ｖ２が減少するようになる。撓みが最大になると、一時的にＫ１を閉じ、次に、Ｋｐを閉じることにより、圧電薄板７５１（この圧電薄板の電圧は、当該圧電薄板が延伸しているときに増加している）に蓄えられる電荷の一部が、電圧源Ｅに移動する。同時に、電荷は、電圧源Ｅから第２薄板７５２に移動し、第２薄板７５２の電圧は、第２薄板７５２が収縮しているときに減少する。薄板７５１に収集される電荷が作る電位は、薄板７５２に移動する電荷が作る電位よりも高いので、収集される電荷、及び移動する電荷が同じである場合、電圧源Ｅは、当該電圧源Ｅが供給するエネルギーよりも大きいエネルギーを収集するので、当該電圧源Ｅのエネルギーは増加する（利得＝１／２ＱΔＶ）。２枚の薄板７５１及び７５２が、伸縮方向が反対になるように変形することにより、電圧差がこれらの薄板の間に発生し、この電位差をゼロにすることにより、所謂電圧差エネルギーが取り出される。
【００６８】
最後に、二重薄板７５が撓みゼロ位置に（図９ｄ〜図９ｅ）戻ると、これらの２枚の薄板７５１及び７５２の各々に蓄えられるエネルギーは、電圧源Ｅに、一時的にＫ１を、そして次にＫｐを、そしてＫ２を、そして次に、Ｋｐを閉じることにより供給される。次に、二重薄板７５の延伸を生じるために最初に消費されるエネルギーであって、二重薄板７５が撓みゼロ位置に戻っているときに再び生成される差エネルギーによって補充されるエネルギーは、電圧源Ｅに再び蓄えられる。磁気回路からの、または磁気回路へのエネルギー供給時間、従ってスイッチＫ１、Ｋ２、及びＫｐの閉鎖時間は、機械運動（数ミリ秒）または結合期間（数百μ秒）と比べると、非常に短い（数μ秒）。
【００６９】
図１２ａは、増幅素子１１の別の実施形態を模式的に示している。互いに対向するように配置される圧電薄板群７６は、一方の端部を介して包囲体７に埋め込まれ、可動マス３が変位しているときの方向に直交する方向に対してわずかに傾斜する方向に延在する。これらの薄板７６は、適切な電圧を、これらの薄板７６に印加することにより、これらの薄板７６が可動マス３の方に向かって、これらの薄板の自由端で当該マスを把持し、そして包囲体７と可動マス３との結合を確実にするまで延伸するように制御される。
【００７０】
これらの薄板７６は、可動マス３が下降するときに、可動マス３の結合を実現するように設計されている。不図示の他の薄板群は、逆の姿勢になることにより、可動マス３が上昇するときに、その結合を実現する。
【００７１】
図１２ｂ〜図１２ｅは、異なるフェーズ中の素子１１の作用を示している。図１２ｂでは、可動マス３が下方に変位するのに対し、包囲体７は上方に変位する。これらの反対方向の変位が生じている間、これらの薄板７６の延伸が始まる。次に、これらの薄板７６によって、包囲体７と可動マス３との結合が実現する。図１２ｃでは、可動マス３の下方運動が一時的に継続すると、可動マス３の変位方向に対して、これらの薄板がわずかに傾斜しているので、これらの薄板７６の圧縮が生じる。可動マス３は最終的に、包囲体７に対する速度がゼロになる。圧縮が生じるので、これらの薄板７６によって、戻しバネ作用が働く。図１２ｄでは、可動マス３は、包囲体７の運動の影響、及びこれらの薄板７６の戻しバネ作用の影響を受けながら、包囲体７と同じ方向に変位する。図１２ｅでは、これらの薄板７６は、包囲体７の変位方向が切り替わる前に、可動マス３との結合を解除するように制御される。
【００７２】
これらの薄板７６に対して適切な指示をすることにより、これらの薄板７６が結合時に圧縮されている間に蓄えられている電気エネルギーを取り出すことができる。
【００７３】
図１３は、増幅素子１１の別の実施形態を示している。この素子１１は、シリコン基板をエッチングし、そして加工するという実施形態に特に適していることが判明している。可動マス３は、そのうちの２つの面を介して、弾性膜３１及び３３に固く連結されている。これらの膜３１及び３３は、可動マス３の戻しバネを形成し、そして更に、可動マス３を、これらの膜の平面に直交する方向に沿って並進移動するように案内する。これらの弾性膜は、例えばポリイミドとすることができる。これらの弾性膜３１及び３３は、中間部分にエッチング形成されるシリコン層３４及び３５を挟んで離間させることにより、可動マス３を収容する。層３４及び３５は、膜３１及び３３にそれぞれ固く連結される。シリコンにより形成される中空部３６は、膜３３の下に固定される振動支持体に固く連結される。窪みを基台３６の中央部分にエッチング形成して、可動マス３の遊びを可能にしている。付加マス１３が、膜３１の上側部分に固定される。この付加マス１３を金属（例えば、タングステン）により形成して、共振系の質量を運動中に大きくすることができる。増幅素子１１は、シリコン層３４と３５との間に配置された複数層３２の積層体を有している。複数層３２の積層体を適切な形状に形成して、二重圧電薄板を可動マス３の両側に形成する。適切な指示を出して、これらの二重薄板を、これらの二重薄板で可動マス３を基台３６に結合させるまで延伸させる。これらの二重薄板は、可動マス３の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用することもできる。
【００７４】
図１４の例では、可動マス３、包囲体７、及び補助バネ８ａ及び８ｂは、単体ユニットとして形成されている。単体ユニット素子は、例えば金型成形することにより、またはシリコン層をエッチングすることにより形成することができる。この例では、補助バネ８ａ及び８ｂは、最初に可動マス３に埋め込まれ、次に、包囲体７に埋め込まれる弾性支柱により形成されている。これらの支柱は、可動マス３の変位方向と直交している。可動マス３は、共振系の質量を大きくするように設計された付加部材１３を備えている。この付加マス１３は、可動マス３のシリコン部分に接着することができる。２つの二重薄板１２は、一方の端部を介して包囲体７に埋め込まれ、可動マス３の変位方向と直交して延在している。これらの二重薄板１２は、可動マス３の両側に配置することにより、これらの二重薄板１２から可動マス３に加わる力が打ち消されるようになっている。これらの二重薄板の他方の端部は、可動マス３と選択的に接触することにより、可動マスを包囲体７に結合させるように設計されている。これまでの例におけるように、包囲体７と可動マス３との結合は、これらの包囲体及び可動マスの変位方向が反対になるときに行なわれる。結合解除は、包囲体の変位方向、及び可動マス３の変位方向が一致するときに、好ましくは、包囲体７が、その最大速度に達するときに行なわれる。結合及び結合解除は、電子的に指示される。結合は、電圧を、これらの二重薄板１２に印加して、これらの二重薄板を、可動マス３と接触するようになるまで延伸させることにより行なうことができる。包囲体７と可動マス３との結合が行なわれている間に、これらの二重薄板１２は、バネとして作用して、可動マス３の運動エネルギーの影響を受けながら曲がることができる。このような二重薄板１２が曲がっている間に、これらの圧電素子に電気エネルギーを蓄える。従って、これらの二重薄板１２を適切な回路に選択的に接続することにより、可動マス３の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００７５】
図１５は、増幅素子１１の別の変形例を示している。この例では、可動マス３、包囲体７、戻しバネ４、及び補助バネ８ａ及び８ｂは、一体型単体ユニットとして形成されている。この単体部材を、シリコン層をエッチングすることにより形成すると有利である。この例では、補助バネ８ａ及び８ｂは、最初に可動マス３に埋め込まれ、次に包囲体７に埋め込まれる弾性支柱により形成されている。これらの支柱は、可動マス３の変位方向と直交して延在している。戻しバネ４は、両方の端部で包囲体７に埋め込まれて、可動マス３の変位方向と直交して延在する支柱の形態に形成される。戻しバネ４の剛性は、補助バネ８ａ及び８ｂの剛性よりもずっと大きい。可動マス３は、共振系の質量を大きくするように設計されている付加部材１３を有する。突出部１４は、戻しバネ４の支柱の中央部分に埋め込まれ、可動マス３の変位方向に延在している。結合部材は、包囲体７に固く連結される顎部１５を有している。この顎部１５は、突出部１４を包囲体７に選択的に結合させる。
【００７６】
これまでの例におけるように、包囲体７と可動マス３との結合は、これらの変位方向が反対になるときに行なわれる。結合解除は、可動マス３の変位方向、及び包囲体７の変位方向が一致しようとして、可動マス３の方向が切り替わっている最中に行なわれる。結合及び結合解除は、電子的に指示される。
【００７７】
図１５〜図２０は、可動マス３と包囲体との結合部材の異なる実施形態を示している。これらの例では、結合部材は、可動マス３に固く連結されている突出部１４を把持していが、この結合は、可動マス３に固く連結されている別の部材に対して行なうことができる。
【００７８】
図１６は、高い熱膨張率を有する把持部材１７を備える顎部１５を示している。加熱抵抗体１６を、これらの把持部材１７の内部に埋め込む。包囲体７を突出部１４と結合させることが望ましい場合、制御電圧を、加熱抵抗体１６の両端に印加する。その後すぐに、把持部材１７で突出部１４を把持し、動かないようにするまで膨張させる。把持部材１７を、形状記憶材料により形成することもできる。顎部１５は、シリコン支持体上に比較的容易に形成される。これらの顎部を作動させるためには、極めて小さいエネルギー、及び非常に低い電源電圧を用いて膨張させて、突出部１４を把持するだけでよい。
【００７９】
しかしながら、このような顎部１５によって、電気エネルギーへの運動エネルギーの変換を達成することはできない。従って、図１７の変形例では、高熱膨張率部材群２８を二重圧電薄板２９と組み合わせてある。これらの部材２８は、包囲体７に埋め込まれ、これらの部材２８の膨張は、電気抵抗体により制御される。これらの二重薄板２９は、一方の端部を介して、部材２８に埋め込まれている。これらの部材２８が膨張している間、二重圧電薄板２９の自由端は、突出部１４と接触するようになって結合する。これまで詳細に説明してきた原理により、これらの二重薄板２９が可動マス３の運動エネルギーによって結合時に変形している間に蓄えられる電気エネルギーは、電気回路によって取り出すことができる。
【００８０】
図１８は、別の構成の結合部材を表わしている。この実施形態では、導電部材２０が枠部材に固く連結されている。顎部１５は、導電ソケット１９として形成されている。これらの顎部は、突出部１４の両側に配置されている。突出部１４は、それ自体が導電性であり、導電部材２０に接続されている。導電ソケット１９は、導電部材２０から絶縁層１８を挟んで分離されている。電圧差が導電ソケット１９と導電部材２０との間に生じると、静電気力が作用するため、これらの顎部１５が撓み、突出部１４に圧接する。
【００８１】
図１９は、結合部材の別の変形例を示している。この変形例では、結合部材は導電部材２１を備えている。この部材２１は、振動支持体に固く連結されている。この部材２１は、導電プレート２５に固く連結され、かつ接続されている。導電プレート２３は、導電プレート２５に対向するように配置されている。これらの導電プレート２３は、その中央部分で、係止ロッド２４と交差している。これらのロッド２４は、導電部材２１に対して、可撓性絶縁壁２２を介して並進移動するように取り付けられている。これらの絶縁壁２２が撓むと、突出部１４の変位方向と直交する方向の並進変位が可能となる。電圧差が導電プレート２３とプレート２５との間に印加されると、静電気によって、導電プレート２３は導電プレート２５に対して変位する。次に、係止ロッド２４は、隆起部群により画定され、かつ突出部１４に形成された切り欠き部に係止するまで変位する。その後すぐに、係止ロッド２４は、突出部１４に結合される。突出部１４の両側に形成されるこれらの切り欠き部は、この突出部１４の変位方向に沿ってずれている。従って、これらの切り欠き部の分解能は、係止ロッド２４を切り欠き部に、反対側の係止ロッド２４が、隆起部に当接する場合に挿入することができるので高くなる。また、突出部１４に沿った結合部材群の数、または他の突出部に設けられる結合部材群の数を大幅に増やすことができる。各部材の位置を、これらの切り欠き部に対して異なる態様で変えることにより、機能構造のこれらの係止ロッド２４のうちの少なくとも１つの係止ロッド２４が、切り欠き部に結合指示時にぴったり収まる確率が高くなる。係止ロッド２４の端部を細くして、これらの切り欠き部へのこれらの係止ロッドの挿入を容易にすることもできる。
【００８２】
可撓性絶縁壁２２を、電気絶縁体ではなく、導電性とすることもできる。これらの絶縁壁２２、及び導電プレート２５は、絶縁支持体に固定されている。従って、絶縁壁２２、及び導電プレート２５は、この支持体によって電気的に絶縁される。
【００８３】
図２０は、結合部材の更に別の例を示す。この変形例では、顎部１５に、磁歪材料により形成された把持部材２７を設けてある。これらの把持部材２７は、コイル２６で取り囲まれている。電圧差が、コイル２６の両端に印加されると、把持部材２７は膨張し、突出部１４を把持して、動かないようにする。
【００８４】
これらの結合素子の各々に関して、前記アクチュエータまたはアクチュエータ群と可動部分との間隔を短くして（例えば、数μｍの間隔）、アクチュエータの行程を小とし、従って結合を行わせるために必要なエネルギーを小さくすると有利である。
【００８５】
それに加えて、支持体に、または増幅素子を固定する支持体のインターフェース部に加速度計を設けると、この加速度計が、発生する加速度の振幅を測定するので有利である。支持体の振動エネルギーが、十分なエネルギーを可動部材に伝えるためには不十分である場合、結合部材の作用を停止させて、この素子が、それが生成するよりも大きい電気エネルギーを消費することがないようにする。
【００８６】
本明細書において記載した実施形態は、可動マスの並進運動を利用しているが、本発明は、可動マスの回転運動または回転成分を利用する機械的な増幅素子に適用することもできる。
【符号の説明】
【００８７】
１，１０ 共振系
２ 支持体
３ 可動マス
４，４ａ，４ｂ 戻しバネ
５ 着座部
６，６ａ，６ｂ 結合部材
７ 包囲体
８，８ａ，８ｂ 補助バネ
９，９ａ，９ｂ ロッド
１０ 共振系
１１ 増幅素子
１２ 二重導板
１３ 付加部材
１４ 突出部
１５ 顎部
１６ 加熱抵抗体
１７ 把持部材
１８ 絶縁層
１９ 導電ソケット
２０，２１ 導電部材
２２ 可撓性絶縁壁
２３，２５ 導電プレート
２４ 係止ロッド
２６ コイル
２７ 把持部材
２８ 高膨張率部材
２９，７５ 二重圧電薄板
３１，３３ 弾性膜
３２ 複数層
３４，３５ シリコン層
３６ 中空部、基台
５１ 制御素子
５２，５３ スイッチ
５４ 変圧器
５５ バッテリ
６１ 釣合い重り
６２ 案内ロッド
６３ 係止タブ
７１ 収納部
７２ 突起
７４ パッド
７６ 圧電薄板
７７ 回路
９１ 切り欠き部
９２ 隆起部
７５１，７５２ 薄板
７５２ 第２薄板
ｃ 係止位置
Ｃｍａｘ 容量最大値
Ｃｍｉｎ 容量最小値
ｄ 平衡位置
Ｅ 電圧源
ｆ 支持体の振動周波数
ｆｒ マス及びバネの共振周波数
ｆｒ１ 第１共振周波数
ｆｒ２ 第２共振周波数
ｋ１，ｋ２ 剛性
Ｋｃ，Ｋｄ，Ｋｐ スイッチ
ｍ マスの質量
Ｖ１，Ｖ２ 電位
Ｖｍ0 マスの初期速度
Ｖｍａｘ 電圧最大値
Ｖｍｉｎ 最小電圧
ΔＶ 可動マスの利得及び速度の絶対値
ｚ 支持体の位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動運動の増幅に関し、特に、振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための運動増幅に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特定の環境、例えば危険な周囲環境では、または動いている機構では、電気回路を電源ケーブルに接続することが困難になることがある。この問題を軽減するために、振動エネルギーを電気エネルギーに変換するマイクロメカニカル素子が存在することは知られている。この素子は、機械または輸送手段のような振動支持体に広く取り付けられるマイクロシステムを構成している。ある１つの公知においては、共振系を使用して、支持体の機械振動を増幅し、増幅された運動を電気に変換する。
【０００３】
共振系は、普通、支持体に剛性ｋを有するバネを介して取り付けられる可動マスｍから成っている。この共振系は、次式により与えられる共振周波数ｆrで共振する。
【数１】
【０００４】
支持体にこの周波数の振動が生じると、可動マスも、この周波数で、かつ或る振幅で振動し始め、この振幅は、機械的な減衰によって、各サイクルで供給される機械エネルギーと厳密に等価なエネルギーが散逸するまで増大する。散逸エネルギーは、振幅の増大中に付加されるエネルギーよりも高速で増大し、最終的に、当該エネルギーと等しくなる。機械的な減衰が比較的小さい（機械的品質係数が高い）場合、機械増幅率（支持体の変位振幅に対する可動部分の変位振幅）は、数百の範囲とすることができる。機械増幅率が大きくなると、振動支持体を介して可動支持体に伝達されるエネルギーは大きくなる。電気的な減衰を主として利用して、マスを共振周波数で励振すると、入力振動に対する取り出し電気エネルギーは最大になる。
【０００５】
複数回のサイクルが繰り返されるときの、かつ繰り返される場合の各サイクルで吸収されるエネルギーの増大を更に高精度に確認するために、減衰が生じない状態の図１に示す共振系１の事例を、支持体の運動が、マス及びバネを設けることによる影響をほとんど受けないと仮定して取り上げることとする。この場合、
ΔＶは、各半周期における可動部分の可動マス３の利得及び速度を絶対値で表わしたもの、
ｍは、可動マス３の質量、
ｆは、支持体２に関して設定される振動周波数、
ｆｒは、Ｈｚで表わした場合のｆに等しいマス構造３及び戻しバネ４から成る構造体の共振周波数、
Ｖｍ0は、マス３の初期速度である。
マスの運動エネルギーは、初期段階では次のようになる：
【数２】
従って、半周期後、マスの運動エネルギーは次のようになる：
【数３】
１周期後、マスの運動エネルギーは従って次のようになる：
【数４】
従って、マスの運動エネルギー利得は次のようになる：
【数５】
【０００６】
しかしながら、振動周波数が共振周波数から離れると直ぐに、マスの相対変位量、及び支持体の相対変位量は、期間の大半に亘って、位相ずれしている。機械的品質係数が低下することにより、生成することができる電気エネルギーの量は少なくなる。
【０００７】
この問題を解決するために、異なる共振周波数を有する直列接続の共振系を使用する公知の方法がある。これにより、振動周波数範囲を大幅に広げるために十分な多量のエネルギーを生成することができる。しかし、共振構造は、同時には１つしか励振することができないので、このような構造体は、これを使用して生成することができるエネルギーに対応して、非常に嵩張ってしまう。
【０００８】
また、特許文献１（フランス国特許第ＦＲ２００５５１８１号）には、非線形の挙動を呈するバネを設けた共振系を使用する方法が記載されている。この系は、マスと支持体との間の変位振幅とともに高くなる共振周波数を有する。しかしながら、この系の共振周波数がずれ、かつ振動の励振周波数に対して、必ずずれる。そのため、共振に関連する増幅率は、常に非常に低く抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】フランス国特許第ＦＲ２００５５１８１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、これらの不具合のうちの１つ以上を解決するもので、振動運動を増幅するマイクロメカニカル素子に関し、このマイクロメカニカル素子は、
−前記素子を振動部材に固く連結するインターフェース部と、
−前記インターフェース部に対して、少なくとも１つの自由度で移動可能に取り付けられている可動マスと、
−戻し力を、前記可動マスとインターフェース部との間に加えることができるバネと；
−前記インターフェース部が、前記自由度で変位する方向を検出する部材と
−前記可動マスを、前記インターフェース部に結合させる部材であって、前記可動マスを、前記インターフェース部に、前記インターフェース部の変位方向が、可動マスの変位方向と反対になるときに結合させるように構成され、かつ前記可動マスを、前記インターフェース部から、前記インターフェース部の方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の変位方向が、前記可動マスの変位方向と一致するときに、結合解除するように構成されている結合させる部材
とを備える。
【００１１】
１つの変形例によれば、前記素子は、前記インターフェース部の最大速度を検出する部材を備え、前記結合部材は、前記可動マスをインターフェース部に、このインターフェース部が、インターフェース部の最大速度に達するときに結合させるように構成されている。
【００１２】
更に別の変形例によれば、前記変位方向を検出する部材、及び／又は前記最大速度を検出する部材は、加速度計を備え、前記結合部材は、電気制御アクチュエータを含み、さらに前記素子は、前記アクチュエータを、前記加速度計による測定値に応じて制御する処理装置を備えている。
【００１３】
別の変形例によれば、前記最大速度は、ゼロ値を横切るときの加速度の増加、及び減少の関数として検出される。
【００１４】
更に別の変形例によれば、前記可動マスは、前記インターフェース部に対して並進移動することができ、前記結合部材は、前記マスの並進軸と直交する軸の回りを不平衡状態で回転するように取り付けられている釣合い重りを有し、この釣合い重りは、前記マスが、前記インターフェース部に結合されて、前記インターフェース部に対して、それぞれの方向に変位する２つの位置の間で回転するように取り付けられている。
【００１５】
１つの変形例によれば、前記インターフェース部及び前記可動マスに、互いに対向する複数の溝付き導電性表面を設けてキャパシタを形成し、前記素子は、電圧をこれらの溝付き表面の間に選択的に印加して、前記インターフェース部、及び前記可動マスを結合させるか、または結合解除する制御回路を備えている。
【００１６】
更に別の変形例によれば、前記制御回路は、形成される前記キャパシタに保持される電荷を選択的に放電させ、かつ蓄えるように構成されている。
【００１７】
更に別の変形例によれば、前記可動マスは、前記インターフェース部に対して並進移動することができ、前記結合部材は、圧電素子を含み、この圧電素子を制御して、前記可動マスの変位方向と直交する方向に延伸させることにより、前記可動マスを、前記インターフェース部に結合させるようになっている。
【００１８】
更に別の変形例によれば、前記圧電素子は、前記可動マスの変位方向と直交する方向に沿って延在し、撓むことにより、前記戻しバネを結合時に形成するようになっている。
【００１９】
１つの変形例によれば、前記インターフェース部、可動マス、及び戻しバネは、シリコン基板に単体ユニットとして形成されている共通部材を構成している。
【００２０】
更に別の変形例によれば、前記可動マスは、前記単体部材に固定される付加部材を備えている。
【００２１】
別の変形例によれば、前記戻しバネは、前記単体部材内に形成されている弾性支柱とされている。
【００２２】
更に別の変形例によれば、前記可動マスは、切り欠き部群及び隆起部群を交互に設けた結合部分を有し、前記結合部材は、前記結合部分の切り欠き部に結合時に挿入されるアクチュエータを含んでいる。
【００２３】
１つの変形例によれば、前記素子は、前記可動マスの機械エネルギーを、電気エネルギーに変換する部材を備えている。
【００２４】
本発明はまた、上に説明したマイクロメカニカル増幅素子と、このマイクロメカニカル素子のインターフェース部に固く連結される振動支持体とを備えるシステムに関し、前記振動部材は、前記マイクロメカニカル素子の質量よりも、少なくとも５０倍大きい質量を有する。
【００２５】
本発明は更に、振動運動をメカニカル素子により増幅する方法にも関するものであり、この方法は、
−前記振動部材に対して少なくとも１自由度で移動することができる可動マスを取り付け、かつ戻し力を、前記可動マスと前記振動部材との間に加えることができるバネを設けたマイクロメカニカル素子を提供するステップと、
−前記インターフェース部が、前記自由度で変位する方向を検出するステップと、
−前記可動マスを前記振動部材に、前記インターフェース部の前記変位方向が、前記可動マスの変位方向と反対になるときに結合させ、前記可動マスを前記インターフェース部から、前記振動部材の方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の前記変位方向が、前記可動マスの変位方向と一致するときに結合解除するステップ
とを含んでいる。
【００２６】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の説明を、添付の図面を参照して読むことにより、明らかになるものと思う。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】共振系を模式的に示す。
【図２】１つの実施例による振動増幅素子を模式的に示す。
【図３】第１の変形例による振動増幅素子を模式的に示す。
【図４】第２の変形例による増幅素子を模式的に示す。
【図５ａ】作動中の慣性結合素子の異なる位置を示す。
【図５ｂ】作動中の慣性結合素子の異なる位置を示す。
【図５ｃ】作動中の慣性結合素子の異なる位置を示す。
【図５ｄ】作動中の慣性結合素子の異なる位置を示す。
【図６】慣性結合素子の１つの変形例を模式的に示す。
【図７】図６の機構のタブの異なる位置を示す。
【図８】第３の変形例による振動増幅素子の側面図である。
【図９ａ】第４の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図９ｂ】第４の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図９ｃ】第４の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図９ｄ】第４の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図９ｅ】第４の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図１０】二重圧電薄板を制御する回路の別の例を示す。
【図１１】二重圧電薄板を制御する回路の別の例を示す。
【図１２ａ】第５の変形例による素子の動作のある段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図１２ｂ】第５の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図１２ｃ】第５の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図１２ｄ】第５の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図１２ｅ】第５の変形例による素子の動作の異なる段階における振動増幅素子を模式的に示す。
【図１３】第６の変形例による振動増幅素子の断面図である。
【図１４】第７の変形例による振動増幅素子の平面図である。
【図１５】第８の変形例による振動増幅素子の平面図である。
【図１６】異なる結合機構を模式的に示す図である。
【図１７】異なる結合機構を模式的に示す図である。
【図１８】異なる結合機構を模式的に示す図である。
【図１９】異なる結合機構を模式的に示す図である。
【図２０】異なる結合機構を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、振動運動を増幅する擬似共振マイクロメカニカル素子の製造に関する。前記素子は、振動部材に対して動くことができる可動マスを備えている。バネから戻り力が、可動マスと振動部材との間に作用する。振動部材の変位方向が判断される。振動部材及び可動マスは、振動部材が可動マスの方向とは反対の方向に沿って変位するときに結合する。振動部材及び可動マスは、この振動部材が可動マスと同じ方向に移動するときに、振動部材が向きを変える前には必ず結合解除される。
【００２９】
従って、振動部材は、可動マスの運動エネルギーを、振動周波数が、可動マス及びバネの共振周波数から離れるときにも大きくすることができる。従って、前記素子は、より大きい運動エネルギーを可動マスに、非常に広範囲の振動周波数に亘って生じさせると同時に、マイクロメカニカル素子を小型に保持する。本発明は、振動部材が非常に大きく変わる振動周波数を有する場合に、特に有利である。
【００３０】
図２は、本発明を実施するように設計されている共振系１０を模式的に示す。共振系１０は、振動支持体２と、振動運動を増幅するマイクロメカニカル素子１１とを備えている。振動支持体２は、増幅素子１１の質量よりもはるかに大きい質量を有するか、または振動源に固く連結され、この振動源からの増幅素子１１によるエネルギーの吸収は、無視することができる。支持体２は、少なくとも１つの振動成分を、点線矢印で示す方向に有する。不図示の加速度計は、支持体２の加速度を測定する。これらの加速度測定値から、支持体の振動方向に沿った支持体２の瞬時の変位方向が判断される。加速度の微分値の符号から、支持体２の変位方向を判断することができる。加速度の符号の変化から、通過時点を最大速度または最小速度によって判断することができる。符号が変化した後、加速度の符号が新しくなることによって、支持体が最小速度または最大速度になっているかどうかを判断することができる（この場合、ｚは、支持体２の位置を表わし、ｚ”＝０は、ｚ’が極値を採ることを意味し、ｚ”が０-から０+に変化するときにｚ’が最小値を採ることを意味し、ｚ”が０+から０-に変化するときにｚ’が最大値を採ることを意味する）。
【００３１】
増幅素子１１は、振動支持体２と固く連結するためのインターフェース部を形成する包囲体７を有する。包囲体７は、適切な手段を介して支持体２に固定されている。包囲体７は、戻しバネ４の第１端部に固く連結された可動マス３を有している。符号が付されていないロッド群が、戻しバネ４の第２端部、及び可動マス３にそれぞれ固く連結されている。これらのロッドは、実線矢印で示す方向の着座部５を介して、支持体２の振動方向と同一直線上で並進移動するように案内される。結合部材６によって、マス３及び戻しバネ４により形成されているアセンブリを、包囲体７に選択的に結合させることができる。
【００３２】
結合部材６を作動させることにより、可動マス３及び戻しバネ４により形成されているアセンブリを包囲体７に、支持体２の速度の向きが可動マス３の速度とは反対になるときに結合させるようになっている。このように、可動マス３の方向を強制的に切り替える。従って、可動マス３の運動エネルギーは、結合中に大きくなる。次に可動マス３及び支持体２が、同じ方向に沿って変位するようになると、結合部材６を制御して、可動マス３及び戻しバネ４により形成される集合体を包囲体７から解除する。この解除は、支持体の変位方向、または可動マス３の変位方向が切り替わる前に行なわれる必要がある。このように、可動マス３の運動エネルギーを支持体２が吸収することによって、可動マス３の運動が阻止されるのが防止される。従って結合期間は、支持体２の半振動周期よりも短く、可動マス３及び戻しバネ４により形成されているアセンブリの最終的な共振周期に、非常に有利に結び付けられる。共振周波数は、半共振周期が、支持体２の最長の半振動周期よりも短くなるように選択される。これは、可動マス３及び戻しバネ４により形成されているアセンブリに対応する共振周波数が、支持体２の最大周波数よりも高くなるように、当該共振周波数を選択するということになる。前記結合は、支持体２がその最大速度（絶対値で）に達するときに行なわれ、最大の運動エネルギーを可動マス３に伝達する。結合解除は、可動マス３及び戻しバネ４により形成されているアセンブリの１半共振周期分だけ遅れた時点で行なわれ、この半周期は、支持体２の半振動周期よりも短いので有利である。この速度は、ゼロ加速度が支持体２に関して検出されるときに極値（最大速度または最小速度）に達する。
【００３３】
結合が行なわれている間の可動マス３の変位方向は、次のようにして推定することができる。共振周波数は、可動マス３から、そして戻しバネ４の剛性から求めることができるので、可動マス３の変位方向が切り替わる時点を求めるのは容易である。実際、可動マス３の変位の検出値は、結合が行なわれるたびに切り替わる。初期検出値が既知であり、かつ結合の回数がカウントされる（例えば、結合が行なわれるたびに偶数パリティ／奇数パリティレジスタの状態を切り替えることにより）場合、これらのデータから、進行中の変位の検出値を推定することができる。可動マス３に加速度計（図示せず）を付設することにより、可動マスの変位方向を判断することもできる。
【００３４】
結合部材６は、この結合を、ロッドを戻しバネ４に締結して、強固に固着させることにより実現することができる。この結合は、適切な手段によって、例えば電磁アクチュエータ、静電アクチュエータ、熱アクチュエータ、または圧電アクチュエータによって行なうこともできる。結合部材６には、包囲体７の加速度計に接続される不図示の電子制御素子から指示を出すことができる。
【００３５】
図３は、本発明による擬似的な共振を生じさせる共振系１０の１つの変形例を示す模式図である。この例では、可動マス３及び戻しバネ４により形成されているアセンブリは、支持体２に対して、補助バネ８を介して並進移動するように案内される。ロッドは、戻しバネ４を補助バネ８の一方の端部に接続している。補助バネ８の他方の端部は、支持体２に固定されている。補助バネ８は、その軸が垂直になっているときに、可動マス３が並進移動するように案内することができる。補助バネ８の別の機能は、可動マス３を、当該マスの変位行程のほぼ中央部に位置決めし直し、かつこの行程の振幅を小さく抑えることである。結合部材６は、支持体２を、戻しバネ４及び８を連結するロッドに対して選択的に結合させるか、または結合解除する。
【００３６】
補助バネ８は、戻しバネ４の剛性ｋ１よりもはるかに低い剛性ｋ２を有する。可動マス３及び戻しバネ４を含む系は、従って、第１共振周波数ｆｒ１を結合中に有し、第２共振周波数ｆｒ２を結合解除中に有する。第１及び第２共振周波数は、次の関係式を満たす。
【数６】
【数７】
【００３７】
従って、可動マス３は、支持体２の振動周波数が共振周波数ｆｒ２よりも高い場合、可動マスの方向を、結合解除中に切り替えることがない。更に、補助バネ８を設けることによって、実際には、第１共振周波数、及び可動マス３を、支持体２に結合させることができる期間が変わってしまうことはない。
【００３８】
図４は、共振系１０の別の変形例の平面図であり、この変形例は、シリコン構造として形成されるのに適している。振動運動を増幅する素子１１は、支持体２に固く連結されている包囲体７を備えている。可動マス３は、包囲体７内に、支持体２の振動成分に対応する方向に移動することができるように取り付けられている。戻しバネ４ａ及び４ｂは、可動マス３の両端部の支柱の形態に形成されている。戻しバネ４ａ及び４ｂは、可動マス３の両端に埋め込まれて固定されている。ロッド９ａ及び９ｂは、一方の端部を介して、戻しバネ４ａ及び４ｂにそれぞれ固く連結されている。ロッド９ａ及び９ｂは、戻しバネ４ａ及び４ｂの中央部分に埋め込まれて固定されている。可動マス３とロッド９ａまたは９ｂとの間の相対運動によって、戻しバネ４ａ及び４ｂを形成する支柱に撓みが生じる。増幅素子は更に、補助バネ８ａ及び８ｂを備え、これらの補助バネの中央部分には、ロッド９ａ及び９ｂの別の端部が、それぞれ埋め込まれている。補助バネ８ａ及び８ｂは、これらの補助バネの端部を介して、包囲体７内に埋め込まれている。補助バネ８ａ及び８ｂは、戻しバネ４ａ及び４ｂの剛性よりも、はるかに低い剛性を有する。補助バネ８ａ及び８ｂは、可動マス３の両側に取り付けられ、可動マス３を、包囲体７に対して並進移動するように案内している。
【００３９】
２つの結合部材６ａ及び６ｂは、可動マス３の両側に配置されている。結合部材６ａ及び６ｂは、ロッド９ａ及び９ｂに形成される切り欠き部に挿入されるように作動する複数のタブを有する。タブが、これらの切り欠き部に挿入されると、ロッド９ａ及び９ｂは、包囲体７に対して動かなくなる。これらのタブは、包囲体７内に設けられている作製される支持体に固く連結されている。これらのタブの変位は、電気制御アクチュエータによって行なわれるので有利である。
【００４０】
１つの変形例によれば、支柱４ａ及び４ｂの形態のバネを無くし、ロッド９ａ及び９ｂを可動マス３に直接埋め込んでいる。結合部材６ａ及び６ｂのタブを支持する支柱部材を細くすることにより、撓むことができるようにし、戻しバネを、これらのタブがロッド９ａ及び９ｂに結合されるときに形成することができる。
【００４１】
図４の増幅素子１１の構造は、シリコンウェハをエッチングすることにより形成することができる。増幅素子１１の異なる機械構成要素は、単体部材として、シリコンウェハを厚さ方向にエッチングすることにより形成することができる。これらのバネの剛性は、種々の幅の支柱を形成することにより、定めることができる。
【００４２】
増幅素子は、シリコン基板をエッチングすることにより形成することができ、このシリコン基板内には、加速度計が形成される。従って、この素子が占める空間を小さくし、この素子の品質を高めることができる。この品質が高くなるにつれて、所定量のエネルギーを生成するために必要な可動マスに課される制約が大きくなる。
【００４３】
結合部材６は、電子制御回路を必要とすることなく、慣性作用を行なうことができる。図５ａ〜図５ｄは、可動マスに固く連結されているロッド９に対して、異なる位置になっている結合部材６を示している。結合部材６は、釣合い重り６１と、回転案内ロッド６２と、係止タブ６３とを含んでいる。係止タブ６３は、釣合い重り６１に固定されている。案内ロッド６２は、結合部材６を、可動マス３の変位方向と直交する軸の回りを回転するように案内する。案内ロッド６２は、釣合い重り６１と係止タブ６３との間の接合部の近傍に配置され、大きな不平衡状態が案内ロッド６２の回りに発生するようにする。
【００４４】
包囲体７は、収納部７１を有し、この収納部７１には、釣合い重り６１の遠位端が隙間を空けて収納されている。その他に、ロッド９は、一連の切り欠き部９１を有し、これらの切り欠き部９１は、ロッド９と結合部材６とを、係止タブ６３が切り欠き部９１に挿入されるときに結合させるように作用し、係止タブ６３を、ロッド９の特定の運動によって解放するように作用することができる。
【００４５】
図５ａにおいて、支持体及び包囲体７が、上方に変位するのに対し、ロッド９及び可動マスは、下方に変位すると仮定する。包囲体７の変位速度が最大値に達した後、包囲体７は減速し始める。結合部材が運動エネルギーを持つことにより、結合部材６は、包囲体７の速度よりも大きい速度を、減速中に維持しようとする。不平衡になることにより、釣合い重り６１が、矢印で示すように、案内ロッド６２の回りを旋回する。この旋回中、係止タブ６３の一方の端部が、切り欠き部９１に挿入される。これらの反対方向の運動が、係止タブ６３を切り欠き部９１に押し込もうと作用する。その後すぐに、ロッド９が包囲体７と結合され、包囲体と同じ方向に、すなわち上方に変位する。収納部７１の側方延出壁で、釣合い重り６１の回転行程が制限される。
【００４６】
図５ｂでは、ロッド９は、その上向行程を継続する。包囲体７は、ゼロ速度に達し、そして次に、包囲体の変位方向を切り替えて、下方行程を開始する。これらの切り欠き部９１を画定する隆起部９２は、ロッド９の下方変位中に係止タブ６３に当接するようになる。従って、係止タブ６３は、当該タブが挿入されていた切り欠き部９１から外れ、これによって、ロッド９は包囲体７から解除される。
【００４７】
図５ｃでは、包囲体７がまず、下方に変位するのに対し、ロッド９はまず、上方に変位する。包囲体７の変位速度が最大値に達し、包囲体７は減速し始める。結合部材が運動エネルギーを持つことにより、結合部材６は、包囲体７の速度よりも大きい速度を、減速中に維持しようとする。不平衡になることにより、釣合い重り６１が、矢印で示すように、ロッド６２の回りを旋回する。この旋回中、係止タブ６３の一方の端部が、切り欠き部９１に挿入される。これは、ロッド９が包囲体７と結合され、そして包囲体と同じ方向に、すなわち下方に変位することを意味する。
【００４８】
図５ｄでは、ロッド９は、下向行程を継続する。包囲体７は、ゼロ速度に達し、次に、包囲体の変位方向を切り替えて、上方行程を開始する。これらの切り欠き部９１を画定する隆起部９２は、ロッド９の下方変位中に、係止タブ６３に当接するようになる。従って、係止タブ６３は、それが挿入されていた切り欠き部９１から外れ、ロッド９は包囲体７から結合解除される。
【００４９】
この機構は、包囲体７とのロッド９の結合を、包囲体７の速度が最大になるときに可能にするので有利である。また、この機構によって、ロッド９を包囲体７から方向反転中に結合解除することができる。さらに、この機構によって、電子的な結合指示の複雑さを無くすことができる。
【００５０】
この結合機構の動作を最適にするために、これらの切り欠き部９１の間のピッチは、支持体の振動の平均振幅に比べて非常に小さい（例えば、この振幅の１０％よりも小さい）ことが望ましい。更に、釣合い重り６１の回転行程は、支持体の振動の振幅に比べて非常に短く、釣合い重り６１が、支持体の変位方向、及び支持体の減速度を検出するように作用するので有利である。係止タブ６３は、結合中の機械的な減衰を抑制するように形成されるので有利である。更に、係止タブ６３は、ロッド９との摩擦を抑制して、増幅素子１１の品質係数を高めるように形成されるので有利である。
【００５１】
図６は、慣性結合素子の別の実施形態を示している。この変形例では、包囲体７は、可撓性係止タブ６３の両端に配置された突起７２を有する。これらの突起７２は、釣合い重り６１が回転している間の係止タブ６３の動きを邪魔するようになっている。図７は、釣合い重り６１が回転している間の突起７２に対する係止タブ６３の異なる位置を示している。ａで示す位置では、釣合い重り６１は回転を開始し、これによって、係止タブ６３の端部が突起７２に接近する。ｂで示す位置では、釣合い重り６１によって、係止タブ６３が突起７２に接触するようになる。釣合い重り６１が当該釣合い重りの回転運動を継続している状態では、係止タブ６３は、突起７２によって保持され、そして撓んで弾性エネルギーを蓄える。ｃで示す位置では、釣合い重り６１が十分な距離を回転してしまうと、係止タブ６３は、突起７２により構成されている障害物を横切る。切り欠き部群を設けたロッドの方に向かう係止タブ６３の運動は、弾性エネルギーが予め蓄えられているので、大きく加速される。従って、切り欠き部への係止タブ６３の端部の嵌入が、迅速かつ確実に行なわれる。更に、突起７２によって、係止タブ６３が、結合解除位置にある隆起部群から離間した状態を保持することにより、摩擦を防止することができる。係止位置ｃには、突起７２を横切る前に、係止タブ６３に予め蓄えられているたわみ弾性エネルギーによってのみ到達する。ロッド９が、最終的に包囲体７の検出値に戻ると、係止タブ６３は、切り欠き部９１から外れるようになり、運動／潜在エネルギーが小さくなって、係止タブが、ロッドから離れた距離にある平衡位置ｄに位置するようになり、摩擦を生じるあらゆる危険を低く抑えることができる。
【００５２】
図２〜図７には示していないが、振動を増幅する素子は、更に、可動マスの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する部材を備えることができる。この目的のために、静電変換、電磁変換、または圧電変換を、可動マスと支持体との相対運動を利用することにより使用することができる（フランス国特許出願第ＦＲ２８９６６３５Ａ１号に詳細に記載されているように）。変換器の例を、次に詳細に説明する。
【００５３】
図８は、増幅素子１１の別の実施形態を示している。支持体２は、振動成分を水平方向に有する。パッド７４が支持体２に、可動マス３の両側で固定されている。可動マス３は、支持体２に対して並進移動することができる。可動マス３は、パッド７４に、戻しバネ４を介して、それぞれ接続されている。支持体２、戻しバネ４、及び可動マス３は、導電性を有するか、または接続線群を有していて、電気回路を形成している。形成される電気回路は、以下の構成要素を直列に備えている。戻しバネ４、可動マス３の導電性部分、別の戻しバネ４、及び支持体２の導電性部分。制御素子５１は、電気回路の両端に接続されている。制御回路５１は、スイッチ５２及び５３と、変圧器５４と、バッテリ５５とを有する。
【００５４】
可動マス３及び支持体２は、互いに対向するように配置された溝付き導電性表面を有する。これらの表面は、可動マス３の変位方向に交互に並んだ切り欠き部群及び隆起部群を有する。これらの溝付き表面は、同じピッチを有する。キャパシタが可動マス３と支持体２との間に形成され、このキャパシタの容量は、可動マスと支持体との相対位置の関数として変化する。
【００５５】
可動マス３を支持体２と結合させることが望ましい場合、これらの溝付き表面を、スイッチ５３を、次にスイッチ５２を一時的に、かつ連続的に閉じることにより、バッテリ５５から供給される電荷で帯電させる。スイッチ５２及び５３は、支持体２の最大速度が検出されるときに、かつこれらの溝付き表面の切り欠き部が互いに対向するときに閉じる。スイッチ５２及び５３は、形成されるキャパシタの両端に現われる電圧が最小になるか、または第１限界値を下回って元の値に戻るか、或いは再び第２限界値を超えるようになるときに、再び一時的に、かつ逆の順番で閉じることにより、電荷をキャパシタから取り出す。放電電圧が最小電圧Ｖｍｉｎの場合、この放電時の容量は最大値Ｃｍａｘを有する。この場合は、結合が有効に行なわれる場合に対応し、可動マス３は、最大容量値を通り過ぎるときの他方の検出値を示すように効果的に分布配置される（電荷をキャパシタに注入することにより生じる静電気力は、可動マス３を阻止し、可動マス３の検出値を切り替えるために十分であった）。また、不完全な結合は、電気容量が当該容量の最大値を通り過ぎて元の値に戻る前に、電荷をほんの少しだけ取り出すことにより実現することができる、すなわち電圧が最小値を通り過ぎるのを待機するのではなく、電圧が閾値を下回って元の値に戻ろうとすると直ぐに、電荷の抜き取りを開始することにより実現することができる。この動作によって、少量の電気エネルギーを、結合が行なわれるたびに取り出すことができる（この電荷に関連する注入量またはエネルギー量Ｅ＝１／２Ｑ2／Ｃを下回る容量値の電荷の取り出し回数は、容量の低下とともに増加する）。
【００５６】
可動マス３と支持体２との結合が実現する前に、可動マス３は、当該可動マスの行程を支持体２の方向と逆の方向に、当該支持体の運動エネルギーの影響を受けながら継続する。可動マス３の切り欠き部が、これらの溝付き表面の１ピッチの半分を移動する場合、これは、キャパシタに蓄えられる電荷が、結合を実現するためには十分ではないことを意味する。この中間位置では、容量が最小値Ｃｍｉｎを有するのに対し、電気回路の両端に現われる電圧は最大値Ｖｍａｘを有する。次に、スイッチ５２を一時的に閉じて、キャパシタに蓄積されているエネルギーを、変圧器５４の磁気回路に向けて１次コイルを介して放出する。次に、スイッチ５３を一時的に閉じて、磁気回路に蓄積されるエネルギーを、バッテリに変圧器５４の２次コイルを介して伝達する。キャパシタへの電荷の注入は、最大容量になるまで行なわれるので、すなわちエネルギーが１／２Ｑ2／Ｃｍａｘに等しくなるまで行なわれるので、このエネルギーの取り出しは、最小容量になるまで行なわれる、すなわち、エネルギーが１／２Ｑ2／Ｃｍｉｎに等しい値に戻るまで行なわれるので、１／２Ｑ2（１／Ｃｍｉｎ−１／Ｃｍａｘ）の余剰エネルギーが生成されている。
【００５７】
従って、可動マス３は、その運動エネルギーのほんの一部を失う。その結果、これらの溝付き表面の切り欠き部が、再び互いに対向すると、スイッチ５３を、そして次に、スイッチ５２を、一時的に閉じて、可動マス３の結合、及び支持体２の結合を実現する。
【００５８】
可動マス３及び支持体２が結合し、それに応じて、同じ方向に変位すると、スイッチ５２を再び、一時的に閉じて、キャパシタに保持される電荷を空にし、次に、スイッチ５２を開いたままにして、可動マス３が支持体２から結合解除されている状態を維持する。次に、スイッチ５３を一時的に閉じて、キャパシタから放出され、かつスイッチ５２を閉じている間に、変圧器５４の磁気回路に一時的に蓄積されていた電荷を、バッテリ５５に移動する。
【００５９】
従って、制御回路５１によって、結合／結合解除、及び可動マス３の運動により生成されるエネルギーの取り出しの両方が可能になる。
【００６０】
十分短いピッチを有する溝付き表面を使用することにより、可動マス３と支持体２との結合を、可動マス３の全行程に亘って実現することができる。
【００６１】
図９ａは、増幅素子１１の別の実施形態の模式図である。可動マス３は、包囲体７に対して変位方向に摺動するように取り付けられている。互いに対向するように配置されている二重圧電薄板群７５は、一方の端部を介して包囲体７に埋め込まれ、可動マス３の変位と直交する方向に、かなりの距離に亘って延在している。これらの二重薄板７５は、適切な電圧を、これらの二重薄板に印加することにより、これらの二重薄板の自由端で、可動マス３を把持し、そして包囲体７と可動マス３との結合を確実にするまで、可動マス３の方に向かって延伸するように制御される。これらの二重薄板が細長い構造であることによって、そしてこれらの二重薄板の配置が、可動マス３の運動と直交することによって、包囲体７と可動マス３との相対運動が行なわれるとした場合に、これらの二重薄板に、撓みが結合時に生じる。
【００６２】
図９ｂ〜図９ｅは、異なるフェーズ中の増幅素子１１の作用を示している。図９ｂでは、可動マスが下方に変位するのに対し、包囲体７は上方に変位する。これらの反対方向の変位が生じている間に、これらの二重薄板７５の延伸が始まる。次に、これらの二重薄板７５によって、包囲体７と可動マス３との結合が実現する。可動マス３の下方移動は、一時的に継続して、これらの二重薄板７５に曲げが生じる。これらの二重薄板７５の撓みが最大になる（図９ｃ）と、可動マス３は、最終的に、包囲体７に対してゼロの相対速度を持つ。図９ｄでは、可動マス３は、包囲体７の運動の影響、及びこれらの二重薄板７５のバネ作用による戻し力の影響を受けて、包囲体７と同じ方向に沿って変位する。図９ｅでは、これらの二重薄板７５は、可動マス３との結合を解除し始める。
【００６３】
これらの二重圧電薄板７５の使用によって、大きな結合力を可動マス３に作用させることができるので、有利であることが判明している。更に、これらの二重圧電薄板によって、これらの二重圧電薄板が適切なサイズになるとバネを形成することができ、圧電材料の構造的な減衰が小さいので、高い品質係数を得ることができる。更に、適切な制御系を適用することにより、これらの二重薄板が撓んでいるときのこれらの二重薄板の電圧差を大きくして、これらの二重薄板７５に蓄えられるエネルギー（圧電材料内で機械的変形が電圧に変換される）を取り出し、可動マス３の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。これらの圧電材料は、これらの圧電材料を膨張または収縮させる結果として圧電材料に電荷を生じさせることができる。これらの圧電材料の機械／電気変換効率は、これらの圧電材料に加わる変形が迅速に進行するときに、一層高くなる。
【００６４】
図１０は、二重圧電薄板、及び二重圧電薄板に指示信号を出力するように設計されている回路の第１の実施形態を、模式的に示している。回路７７は、電圧源Ｅと、スイッチＫｃ及びＫｄと、電位Ｖ１及びＶ２を薄板７５１及び７５２にそれぞれ印加する端子群とを備えている。二重薄板７５の延伸は、スイッチＫｃを閉じることにより、かつスイッチＫｄを開くことにより実現する。二重薄板７５の収縮は、スイッチＫｃを開くことにより、かつスイッチＫｄを閉じることにより実現する。
【００６５】
図１１は、二重圧電薄板７５を制御するように設計されている回路の第２の実施形態における二重圧電薄板７５の模式図である。回路７８によって、更に、二重薄板７５に蓄えられる電気エネルギーを、電圧源Ｅに供給することができる。
【００６６】
一時的にＫｐを閉じ、次に、Ｋ１及びＫ２を閉じることにより、エネルギーを電圧源Ｅから薄板７５１及び７５２に供給することができる。一時的にＫ１及びＫ２を閉じ、次に、Ｋｐを閉じることにより、エネルギーを、これらの薄板から電圧源Ｅに供給することができる。
【００６７】
結合を確実にするために、エネルギーを、電圧源Ｅから、これらの薄板に供給する。図９ｃに示すこれらの二重薄板７５が、結合の後に撓むことによって、薄板７５１は、かつ第２薄板７５２が収縮するようになるので、電位Ｖ１が増加し、かつ電位Ｖ２が減少するようになる。撓みが最大になると、一時的にＫ１を閉じ、次に、Ｋｐを閉じることにより、圧電薄板７５１（この圧電薄板の電圧は、当該圧電薄板が延伸しているときに増加している）に蓄えられる電荷の一部が、電圧源Ｅに移動する。同時に、電荷は、電圧源Ｅから第２薄板７５２に移動し、第２薄板７５２の電圧は、第２薄板７５２が収縮しているときに減少する。薄板７５１に収集される電荷が作る電位は、薄板７５２に移動する電荷が作る電位よりも高いので、収集される電荷、及び移動する電荷が同じである場合、電圧源Ｅは、当該電圧源Ｅが供給するエネルギーよりも大きいエネルギーを収集するので、当該電圧源Ｅのエネルギーは増加する（利得＝１／２ＱΔＶ）。２枚の薄板７５１及び７５２が、伸縮方向が反対になるように変形することにより、電圧差がこれらの薄板の間に発生し、この電位差をゼロにすることにより、所謂電圧差エネルギーが取り出される。
【００６８】
最後に、二重薄板７５が撓みゼロ位置に（図９ｄ〜図９ｅ）戻ると、これらの２枚の薄板７５１及び７５２の各々に蓄えられるエネルギーは、電圧源Ｅに、一時的にＫ１を、そして次にＫｐを、そしてＫ２を、そして次に、Ｋｐを閉じることにより供給される。次に、二重薄板７５の延伸を生じるために最初に消費されるエネルギーであって、二重薄板７５が撓みゼロ位置に戻っているときに再び生成される差エネルギーによって補充されるエネルギーは、電圧源Ｅに再び蓄えられる。磁気回路からの、または磁気回路へのエネルギー供給時間、従ってスイッチＫ１、Ｋ２、及びＫｐの閉鎖時間は、機械運動（数ミリ秒）または結合期間（数百μ秒）と比べると、非常に短い（数μ秒）。
【００６９】
図１２ａは、増幅素子１１の別の実施形態を模式的に示している。互いに対向するように配置される圧電薄板群７６は、一方の端部を介して包囲体７に埋め込まれ、可動マス３が変位しているときの方向に直交する方向に対してわずかに傾斜する方向に延在する。これらの薄板７６は、適切な電圧を、これらの薄板７６に印加することにより、これらの薄板７６が可動マス３の方に向かって、これらの薄板の自由端で当該マスを把持し、そして包囲体７と可動マス３との結合を確実にするまで延伸するように制御される。
【００７０】
これらの薄板７６は、可動マス３が下降するときに、可動マス３の結合を実現するように設計されている。不図示の他の薄板群は、逆の姿勢になることにより、可動マス３が上昇するときに、その結合を実現する。
【００７１】
図１２ｂ〜図１２ｅは、異なるフェーズ中の素子１１の作用を示している。図１２ｂでは、可動マス３が下方に変位するのに対し、包囲体７は上方に変位する。これらの反対方向の変位が生じている間、これらの薄板７６の延伸が始まる。次に、これらの薄板７６によって、包囲体７と可動マス３との結合が実現する。図１２ｃでは、可動マス３の下方運動が一時的に継続すると、可動マス３の変位方向に対して、これらの薄板がわずかに傾斜しているので、これらの薄板７６の圧縮が生じる。可動マス３は最終的に、包囲体７に対する速度がゼロになる。圧縮が生じるので、これらの薄板７６によって、戻しバネ作用が働く。図１２ｄでは、可動マス３は、包囲体７の運動の影響、及びこれらの薄板７６の戻しバネ作用の影響を受けながら、包囲体７と同じ方向に変位する。図１２ｅでは、これらの薄板７６は、包囲体７の変位方向が切り替わる前に、可動マス３との結合を解除するように制御される。
【００７２】
これらの薄板７６に対して適切な指示をすることにより、これらの薄板７６が結合時に圧縮されている間に蓄えられている電気エネルギーを取り出すことができる。
【００７３】
図１３は、増幅素子１１の別の実施形態を示している。この素子１１は、シリコン基板をエッチングし、そして加工するという実施形態に特に適していることが判明している。可動マス３は、そのうちの２つの面を介して、弾性膜３１及び３３に固く連結されている。これらの膜３１及び３３は、可動マス３の戻しバネを形成し、そして更に、可動マス３を、これらの膜の平面に直交する方向に沿って並進移動するように案内する。これらの弾性膜は、例えばポリイミドとすることができる。これらの弾性膜３１及び３３は、中間部分にエッチング形成されるシリコン層３４及び３５を挟んで離間させることにより、可動マス３を収容する。層３４及び３５は、膜３１及び３３にそれぞれ固く連結される。シリコンにより形成される中空部３６は、膜３３の下に固定される振動支持体に固く連結される。窪みを基台３６の中央部分にエッチング形成して、可動マス３の遊びを可能にしている。付加マス１３が、膜３１の上側部分に固定される。この付加マス１３を金属（例えば、タングステン）により形成して、共振系の質量を運動中に大きくすることができる。増幅素子１１は、シリコン層３４と３５との間に配置された複数層３２の積層体を有している。複数層３２の積層体を適切な形状に形成して、二重圧電薄板を可動マス３の両側に形成する。適切な指示を出して、これらの二重薄板を、これらの二重薄板で可動マス３を基台３６に結合させるまで延伸させる。これらの二重薄板は、可動マス３の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用することもできる。
【００７４】
図１４の例では、可動マス３、包囲体７、及び補助バネ８ａ及び８ｂは、単体ユニットとして形成されている。単体ユニット素子は、例えば金型成形することにより、またはシリコン層をエッチングすることにより形成することができる。この例では、補助バネ８ａ及び８ｂは、最初に可動マス３に埋め込まれ、次に、包囲体７に埋め込まれる弾性支柱により形成されている。これらの支柱は、可動マス３の変位方向と直交している。可動マス３は、共振系の質量を大きくするように設計された付加部材１３を備えている。この付加マス１３は、可動マス３のシリコン部分に接着することができる。２つの二重薄板１２は、一方の端部を介して包囲体７に埋め込まれ、可動マス３の変位方向と直交して延在している。これらの二重薄板１２は、可動マス３の両側に配置することにより、これらの二重薄板１２から可動マス３に加わる力が打ち消されるようになっている。これらの二重薄板の他方の端部は、可動マス３と選択的に接触することにより、可動マスを包囲体７に結合させるように設計されている。これまでの例におけるように、包囲体７と可動マス３との結合は、これらの包囲体及び可動マスの変位方向が反対になるときに行なわれる。結合解除は、包囲体の変位方向、及び可動マス３の変位方向が一致するときに、好ましくは、包囲体７が、その最大速度に達するときに行なわれる。結合及び結合解除は、電子的に指示される。結合は、電圧を、これらの二重薄板１２に印加して、これらの二重薄板を、可動マス３と接触するようになるまで延伸させることにより行なうことができる。包囲体７と可動マス３との結合が行なわれている間に、これらの二重薄板１２は、バネとして作用して、可動マス３の運動エネルギーの影響を受けながら曲がることができる。このような二重薄板１２が曲がっている間に、これらの圧電素子に電気エネルギーを蓄える。従って、これらの二重薄板１２を適切な回路に選択的に接続することにより、可動マス３の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００７５】
図１５は、増幅素子１１の別の変形例を示している。この例では、可動マス３、包囲体７、戻しバネ４、及び補助バネ８ａ及び８ｂは、一体型単体ユニットとして形成されている。この単体部材を、シリコン層をエッチングすることにより形成すると有利である。この例では、補助バネ８ａ及び８ｂは、最初に可動マス３に埋め込まれ、次に包囲体７に埋め込まれる弾性支柱により形成されている。これらの支柱は、可動マス３の変位方向と直交して延在している。戻しバネ４は、両方の端部で包囲体７に埋め込まれて、可動マス３の変位方向と直交して延在する支柱の形態に形成される。戻しバネ４の剛性は、補助バネ８ａ及び８ｂの剛性よりもずっと大きい。可動マス３は、共振系の質量を大きくするように設計されている付加部材１３を有する。突出部１４は、戻しバネ４の支柱の中央部分に埋め込まれ、可動マス３の変位方向に延在している。結合部材は、包囲体７に固く連結される顎部１５を有している。この顎部１５は、突出部１４を包囲体７に選択的に結合させる。
【００７６】
これまでの例におけるように、包囲体７と可動マス３との結合は、これらの変位方向が反対になるときに行なわれる。結合解除は、可動マス３の変位方向、及び包囲体７の変位方向が一致しようとして、可動マス３の方向が切り替わっている最中に行なわれる。結合及び結合解除は、電子的に指示される。
【００７７】
図１５〜図２０は、可動マス３と包囲体との結合部材の異なる実施形態を示している。これらの例では、結合部材は、可動マス３に固く連結されている突出部１４を把持していが、この結合は、可動マス３に固く連結されている別の部材に対して行なうことができる。
【００７８】
図１６は、高い熱膨張率を有する把持部材１７を備える顎部１５を示している。加熱抵抗体１６を、これらの把持部材１７の内部に埋め込む。包囲体７を突出部１４と結合させることが望ましい場合、制御電圧を、加熱抵抗体１６の両端に印加する。その後すぐに、把持部材１７で突出部１４を把持し、動かないようにするまで膨張させる。把持部材１７を、形状記憶材料により形成することもできる。顎部１５は、シリコン支持体上に比較的容易に形成される。これらの顎部を作動させるためには、極めて小さいエネルギー、及び非常に低い電源電圧を用いて膨張させて、突出部１４を把持するだけでよい。
【００７９】
しかしながら、このような顎部１５によって、電気エネルギーへの運動エネルギーの変換を達成することはできない。従って、図１７の変形例では、高熱膨張率部材群２８を二重圧電薄板２９と組み合わせてある。これらの部材２８は、包囲体７に埋め込まれ、これらの部材２８の膨張は、電気抵抗体により制御される。これらの二重薄板２９は、一方の端部を介して、部材２８に埋め込まれている。これらの部材２８が膨張している間、二重圧電薄板２９の自由端は、突出部１４と接触するようになって結合する。これまで詳細に説明してきた原理により、これらの二重薄板２９が可動マス３の運動エネルギーによって結合時に変形している間に蓄えられる電気エネルギーは、電気回路によって取り出すことができる。
【００８０】
図１８は、別の構成の結合部材を表わしている。この実施形態では、導電部材２０が枠部材に固く連結されている。顎部１５は、導電ソケット１９として形成されている。これらの顎部は、突出部１４の両側に配置されている。突出部１４は、それ自体が導電性であり、導電部材２０に接続されている。導電ソケット１９は、導電部材２０から絶縁層１８を挟んで分離されている。電圧差が導電ソケット１９と導電部材２０との間に生じると、静電気力が作用するため、これらの顎部１５が撓み、突出部１４に圧接する。
【００８１】
図１９は、結合部材の別の変形例を示している。この変形例では、結合部材は導電部材２１を備えている。この部材２１は、振動支持体に固く連結されている。この部材２１は、導電プレート２５に固く連結され、かつ接続されている。導電プレート２３は、導電プレート２５に対向するように配置されている。これらの導電プレート２３は、その中央部分で、係止ロッド２４と交差している。これらのロッド２４は、導電部材２１に対して、可撓性絶縁壁２２を介して並進移動するように取り付けられている。これらの絶縁壁２２が撓むと、突出部１４の変位方向と直交する方向の並進変位が可能となる。電圧差が導電プレート２３とプレート２５との間に印加されると、静電気によって、導電プレート２３は導電プレート２５に対して変位する。次に、係止ロッド２４は、隆起部群により画定され、かつ突出部１４に形成された切り欠き部に係止するまで変位する。その後すぐに、係止ロッド２４は、突出部１４に結合される。突出部１４の両側に形成されるこれらの切り欠き部は、この突出部１４の変位方向に沿ってずれている。従って、これらの切り欠き部の分解能は、係止ロッド２４を切り欠き部に、反対側の係止ロッド２４が、隆起部に当接する場合に挿入することができるので高くなる。また、突出部１４に沿った結合部材群の数、または他の突出部に設けられる結合部材群の数を大幅に増やすことができる。各部材の位置を、これらの切り欠き部に対して異なる態様で変えることにより、機能構造のこれらの係止ロッド２４のうちの少なくとも１つの係止ロッド２４が、切り欠き部に結合指示時にぴったり収まる確率が高くなる。係止ロッド２４の端部を細くして、これらの切り欠き部へのこれらの係止ロッドの挿入を容易にすることもできる。
【００８２】
可撓性絶縁壁２２を、電気絶縁体ではなく、導電性とすることもできる。これらの絶縁壁２２、及び導電プレート２５は、絶縁支持体に固定されている。従って、絶縁壁２２、及び導電プレート２５は、この支持体によって電気的に絶縁される。
【００８３】
図２０は、結合部材の更に別の例を示す。この変形例では、顎部１５に、磁歪材料により形成された把持部材２７を設けてある。これらの把持部材２７は、コイル２６で取り囲まれている。電圧差が、コイル２６の両端に印加されると、把持部材２７は膨張し、突出部１４を把持して、動かないようにする。
【００８４】
これらの結合素子の各々に関して、前記アクチュエータまたはアクチュエータ群と可動部分との間隔を短くして（例えば、数μｍの間隔）、アクチュエータの行程を小とし、従って結合を行わせるために必要なエネルギーを小さくすると有利である。
【００８５】
それに加えて、支持体に、または増幅素子を固定する支持体のインターフェース部に加速度計を設けると、この加速度計が、発生する加速度の振幅を測定するので有利である。支持体の振動エネルギーが、十分なエネルギーを可動部材に伝えるためには不十分である場合、結合部材の作用を停止させて、この素子が、それが生成するよりも大きい電気エネルギーを消費することがないようにする。
【００８６】
本明細書において記載した実施形態は、可動マスの並進運動を利用しているが、本発明は、可動マスの回転運動または回転成分を利用する機械的な増幅素子に適用することもできる。
【符号の説明】
【００８７】
１，１０ 共振系
２ 支持体
３ 可動マス
４，４ａ，４ｂ 戻しバネ
５ 着座部
６，６ａ，６ｂ 結合部材
７ 包囲体
８，８ａ，８ｂ 補助バネ
９，９ａ，９ｂ ロッド
１０ 共振系
１１ 増幅素子
１２ 二重導板
１３ 付加部材
１４ 突出部
１５ 顎部
１６ 加熱抵抗体
１７ 把持部材
１８ 絶縁層
１９ 導電ソケット
２０，２１ 導電部材
２２ 可撓性絶縁壁
２３，２５ 導電プレート
２４ 係止ロッド
２６ コイル
２７ 把持部材
２８ 高膨張率部材
２９，７５ 二重圧電薄板
３１，３３ 弾性膜
３２ 複数層
３４，３５ シリコン層
３６ 中空部、基台
５１ 制御素子
５２，５３ スイッチ
５４ 変圧器
５５ バッテリ
６１ 釣合い重り
６２ 案内ロッド
６３ 係止タブ
７１ 収納部
７２ 突起
７４ パッド
７６ 圧電薄板
７７ 回路
９１ 切り欠き部
９２ 隆起部
７５１，７５２ 薄板
７５２ 第２薄板
ｃ 係止位置
Ｃｍａｘ 容量最大値
Ｃｍｉｎ 容量最小値
ｄ 平衡位置
Ｅ 電圧源
ｆ 支持体の振動周波数
ｆｒ マス及びバネの共振周波数
ｆｒ１ 第１共振周波数
ｆｒ２ 第２共振周波数
ｋ１，ｋ２ 剛性
Ｋｃ，Ｋｄ，Ｋｐ スイッチ
ｍ マスの質量
Ｖ１，Ｖ２ 電位
Ｖｍ0 マスの初期速度
Ｖｍａｘ 電圧最大値
Ｖｍｉｎ 最小電圧
ΔＶ 可動マスの利得及び速度の絶対値
ｚ 支持体の位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動運動を増幅するマイクロメカニカル素子（１１）であって：
−前記素子を振動部材に固く連結するインターフェース部（７）と；
−前記インターフェース部に対して、少なくとも１自由度で移動可能に取り付けられる可動マス（３）と；
−戻し力を前記可動マスと前記インターフェース部との間に加えることができるバネ（４）とを備え、前記マイクロメカニカル素子は、更に：
−前記インターフェース部が前記自由度で変位する方向を検出する部材と；
−前記可動マスを前記インターフェース部に結合させる部材（６）であって、前記可動マス（３）を前記インターフェース部（７）に、前記インターフェース部の変位方向が、前記可動マスの変位方向と反対になるときに結合させるように構成され、かつ前記可動マスを、前記インターフェース部から、その方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の前記変位方向が、前記可動マスの変位方向と一致するときに、結合解除するように構成されている部材（６）
とを備えることを特徴とする、マイクロメカニカル素子（１１）。
【請求項２】
前記インターフェース部（７）の最大速度を検出する部材を備え、前記結合部材（６）は、前記可動マス（３）を前記インターフェース部（７）に、前記インターフェース部が、該インターフェース部（７）の最大速度に達するときに結合させるように構成されている、請求項１に記載の素子（１１）。
【請求項３】
前記変位方向を検出する前記部材、及び／又は前記最大速度を検出する前記部材は、加速度計を含み、前記結合部材は、電気制御アクチュエータを含み、前記素子は、更に、前記アクチュエータを、前記加速度計からの測定値に応じて制御する処理装置を備える、請求項２に記載の素子（１１）。
【請求項４】
前記最大速度は、加速度がゼロ値を横切るときの加速度の増加の関数として、または減少の関数として検出されるようになっている、請求項３に記載の素子（１１）。
【請求項５】
前記可動マス（３）は、前記インターフェース部（７）に対して並進移動することができ、前記結合部材は、前記可動マス（３）の並進軸に直交する軸の回りを不平衡状態で回転するように取り付けられた釣合い重り（６１）を含み、この釣合い重り（６１）は、前記可動マス（３）が前記インターフェース部（７）に結合されて、前記可動マス（３）が、前記インターフェース部（７）に対して、それぞれの方向に変位する２つの位置の間で回転するように取り付けられている、請求項１又は２に記載の素子（１１）。
【請求項６】
前記インターフェース部（７）及び前記可動マス（３）に、互いに対向する複数の溝付き導電性表面を設けてキャパシタを形成し、前記素子は、電圧をこれらの溝付き表面の間に選択的に印加して、前記インターフェース部及び前記可動マスを、結合させるか、または結合解除する制御回路（５１）を備えている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の素子。
【請求項７】
前記制御回路（５１）は、形成される前記キャパシタに保持される電荷を選択的に放電させ、かつ蓄えるように構成されている、請求項６に記載の素子。
【請求項８】
前記可動マス（３）は、前記インターフェース部に対して並進移動することができ、前記結合部材は、圧電素子（７５）を含み、この圧電素子（７５）を制御して、前記可動マス（３）の前記変位方向と直交する方向に延伸させることにより、前記可動マス（３）を、前記インターフェース部（７）に結合させるようになっている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の素子。
【請求項９】
前記圧電素子（７５）は、前記可動マス（３）の変位方向と直交する方向に延出し、撓むことにより、前記バネ（４）を結合時に形成するようになっている、請求項８に記載の素子。
【請求項１０】
前記インターフェース部（７）、可動マス（３）、及び前記バネ（４）は、シリコン基板に単体ユニットとして形成された共通部材を構成している、請求項１〜９のいずれか１項に記載の素子（１１）。
【請求項１１】
前記可動マス（３）は、前記単体部材に固定される付加部材を含む、請求項１０に記載の素子。
【請求項１２】
前記戻しバネ（４）は、前記単体部材内に形成される弾性支柱により形成されている、請求項１０又は１１に記載の素子。
【請求項１３】
前記可動マス（３）は、切り欠き部群及び隆起部群を交互に設けた結合部分（１４）を有し、前記結合部材は、前記結合部分の切り欠き部に結合中に挿入されるアクチュエータ（２４）を含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１４】
前記可動マスの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する部材を備える、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の素子（１１）。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載のマイクロメカニカル増幅素子と、該マイクロメカニカル素子の前記インターフェース部に固く連結される振動支持体（２）とを備えるシステムであって、前記振動部材は、前記マイクロメカニカル素子の質量よりも、少なくとも５０倍大きい質量を有するシステム。
【請求項１６】
振動部材（２）の運動をメカニカル素子により増幅する方法であって：
−前記振動部材に対して、少なくとも１自由度で移動することができるマス（３）を取り付け、かつ戻し力を前記可動マスと前記振動部材との間に加えることができるバネ（４）を設けたマイクロメカニカル素子を提供するステップと、
−前記インターフェース部が、前記自由度で変位する方向を検出するステップと、
−前記可動マスを前記振動部材に、前記インターフェース部の変位方向が、前記可動マスの変位方向と反対になるときに結合させ、そして前記可動マスを、前記インターフェース部から、前記振動部材の方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の変位方向が、前記可動マスの変位方向と一致するときに結合解除するステップ
とを含む方法。
【請求項１】
振動運動を増幅するマイクロメカニカル素子（１１）であって：
−前記素子を振動部材に固く連結するインターフェース部（７）と；
−前記インターフェース部に対して、少なくとも１自由度で移動可能に取り付けられる可動マス（３）と；
−戻し力を前記可動マスと前記インターフェース部との間に加えることができるバネ（４）とを備え、前記マイクロメカニカル素子は、更に：
−前記インターフェース部が前記自由度で変位する方向を検出する部材と；
−前記可動マスを前記インターフェース部に結合させる部材（６）であって、前記可動マス（３）を前記インターフェース部（７）に、前記インターフェース部の変位方向が、前記可動マスの変位方向と反対になるときに結合させるように構成され、かつ前記可動マスを、前記インターフェース部から、その方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の前記変位方向が、前記可動マスの変位方向と一致するときに、結合解除するように構成されている部材（６）
とを備えることを特徴とする、マイクロメカニカル素子（１１）。
【請求項２】
前記インターフェース部（７）の最大速度を検出する部材を備え、前記結合部材（６）は、前記可動マス（３）を前記インターフェース部（７）に、前記インターフェース部が、該インターフェース部（７）の最大速度に達するときに結合させるように構成されている、請求項１に記載の素子（１１）。
【請求項３】
前記変位方向を検出する前記部材、及び／又は前記最大速度を検出する前記部材は、加速度計を含み、前記結合部材は、電気制御アクチュエータを含み、前記素子は、更に、前記アクチュエータを、前記加速度計からの測定値に応じて制御する処理装置を備える、請求項２に記載の素子（１１）。
【請求項４】
前記最大速度は、加速度がゼロ値を横切るときの加速度の増加の関数として、または減少の関数として検出されるようになっている、請求項３に記載の素子（１１）。
【請求項５】
前記可動マス（３）は、前記インターフェース部（７）に対して並進移動することができ、前記結合部材は、前記可動マス（３）の並進軸に直交する軸の回りを不平衡状態で回転するように取り付けられた釣合い重り（６１）を含み、この釣合い重り（６１）は、前記可動マス（３）が前記インターフェース部（７）に結合されて、前記可動マス（３）が、前記インターフェース部（７）に対して、それぞれの方向に変位する２つの位置の間で回転するように取り付けられている、請求項１又は２に記載の素子（１１）。
【請求項６】
前記インターフェース部（７）及び前記可動マス（３）に、互いに対向する複数の溝付き導電性表面を設けてキャパシタを形成し、前記素子は、電圧をこれらの溝付き表面の間に選択的に印加して、前記インターフェース部及び前記可動マスを、結合させるか、または結合解除する制御回路（５１）を備えている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の素子。
【請求項７】
前記制御回路（５１）は、形成される前記キャパシタに保持される電荷を選択的に放電させ、かつ蓄えるように構成されている、請求項６に記載の素子。
【請求項８】
前記可動マス（３）は、前記インターフェース部に対して並進移動することができ、前記結合部材は、圧電素子（７５）を含み、この圧電素子（７５）を制御して、前記可動マス（３）の前記変位方向と直交する方向に延伸させることにより、前記可動マス（３）を、前記インターフェース部（７）に結合させるようになっている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の素子。
【請求項９】
前記圧電素子（７５）は、前記可動マス（３）の変位方向と直交する方向に延出し、撓むことにより、前記バネ（４）を結合時に形成するようになっている、請求項８に記載の素子。
【請求項１０】
前記インターフェース部（７）、可動マス（３）、及び前記バネ（４）は、シリコン基板に単体ユニットとして形成された共通部材を構成している、請求項１〜９のいずれか１項に記載の素子（１１）。
【請求項１１】
前記可動マス（３）は、前記単体部材に固定される付加部材を含む、請求項１０に記載の素子。
【請求項１２】
前記戻しバネ（４）は、前記単体部材内に形成される弾性支柱により形成されている、請求項１０又は１１に記載の素子。
【請求項１３】
前記可動マス（３）は、切り欠き部群及び隆起部群を交互に設けた結合部分（１４）を有し、前記結合部材は、前記結合部分の切り欠き部に結合中に挿入されるアクチュエータ（２４）を含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１４】
前記可動マスの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する部材を備える、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の素子（１１）。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載のマイクロメカニカル増幅素子と、該マイクロメカニカル素子の前記インターフェース部に固く連結される振動支持体（２）とを備えるシステムであって、前記振動部材は、前記マイクロメカニカル素子の質量よりも、少なくとも５０倍大きい質量を有するシステム。
【請求項１６】
振動部材（２）の運動をメカニカル素子により増幅する方法であって：
−前記振動部材に対して、少なくとも１自由度で移動することができるマス（３）を取り付け、かつ戻し力を前記可動マスと前記振動部材との間に加えることができるバネ（４）を設けたマイクロメカニカル素子を提供するステップと、
−前記インターフェース部が、前記自由度で変位する方向を検出するステップと、
−前記可動マスを前記振動部材に、前記インターフェース部の変位方向が、前記可動マスの変位方向と反対になるときに結合させ、そして前記可動マスを、前記インターフェース部から、前記振動部材の方向が切り替わる前に、かつ前記インターフェース部の変位方向が、前記可動マスの変位方向と一致するときに結合解除するステップ
とを含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図９ｄ】
【図９ｅ】
【図１０】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図１２ｃ】
【図１２ｄ】
【図１２ｅ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図９ｄ】
【図９ｅ】
【図１０】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図１２ｃ】
【図１２ｄ】
【図１２ｅ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公表番号】特表２０１２−５３１１８０（Ｐ２０１２−５３１１８０Ａ）
【公表日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１６６３０（Ｐ２０１２−５１６６３０）
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５８１８５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４９５０３
【国際公開日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【出願人】（５１０１３２３４７）コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ (51)
【公表日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５８１８５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４９５０３
【国際公開日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【出願人】（５１０１３２３４７）コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ (51)
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