JP2003247831A - 回転型デカップルドｍｅｍｓジャイロスコープ - Google Patents
回転型デカップルドｍｅｍｓジャイロスコープInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5705—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using masses driven in reciprocating rotary motion about an axis
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 駆動質量体と感知質量体とを両方デカップル
ド構造とする。 【解決手段】 Ｘ軸を中心に揺動自在な駆動質量体10、
Ｚ軸を中心に揺動可能な感知質量体30、及びＸ軸を中心
に駆動質量体10と共に揺動しＺ軸を中心に感知質量体30
と共に揺動する媒介質量体20を備える。駆動質量体10は
Ｘ軸を中心に捻れ変形する第１捻れバネ51により基板
に、媒介質量体20はＺ軸を中心に曲げ変形する第１曲げ
バネ61により駆動質量体10に、感知質量体30はＸ軸を中
心に捻れ変形する第２捻れバネ52により媒介質量体20
に、かつＺ軸を中心に曲げ変形する第２曲げバネ62によ
り基板に、各々連結する。駆動質量体10が駆動電極110
によってＸ軸を中心に振動中に外部から角速度が印加さ
れれば、コリオリの力によって感知質量体30がＺ軸を中
心に回転し感知電極130はこれを感知する。
ド構造とする。 【解決手段】 Ｘ軸を中心に揺動自在な駆動質量体10、
Ｚ軸を中心に揺動可能な感知質量体30、及びＸ軸を中心
に駆動質量体10と共に揺動しＺ軸を中心に感知質量体30
と共に揺動する媒介質量体20を備える。駆動質量体10は
Ｘ軸を中心に捻れ変形する第１捻れバネ51により基板
に、媒介質量体20はＺ軸を中心に曲げ変形する第１曲げ
バネ61により駆動質量体10に、感知質量体30はＸ軸を中
心に捻れ変形する第２捻れバネ52により媒介質量体20
に、かつＺ軸を中心に曲げ変形する第２曲げバネ62によ
り基板に、各々連結する。駆動質量体10が駆動電極110
によってＸ軸を中心に振動中に外部から角速度が印加さ
れれば、コリオリの力によって感知質量体30がＺ軸を中
心に回転し感知電極130はこれを感知する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＭＥＭＳジャイロス
コープに係り、さらに詳しくは駆動質量体の運動と感知
質量体の運動とが相互に独立してなされる回転型デカッ
プルドＭＥＭＳジャイロスコープに関する。
コープに係り、さらに詳しくは駆動質量体の運動と感知
質量体の運動とが相互に独立してなされる回転型デカッ
プルドＭＥＭＳジャイロスコープに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＥＭＳ(Micro electro mechanical sy
stems)は機械的、電気的部品を半導体工程を用いて具現
する技術であって、ＭＥＭＳ技術を用いた素子の一例が
角速度を測定するジャイロスコープである。ジャイロス
コープは所定の速度で移動する物体に回転角速度が加わ
る場合に発生するコリオリの力(Coriolis Force)を測定
して角速度を測定する。この際、コリオリの力は移動速
度と外力による回転角速度の外積(cross product)に比
例する。ジャイロスコープがコリオリの力を発生させ、
またこれを感知するためには、ジャイロスコープはその
内部で振動を行なう質量体を備えている。
stems)は機械的、電気的部品を半導体工程を用いて具現
する技術であって、ＭＥＭＳ技術を用いた素子の一例が
角速度を測定するジャイロスコープである。ジャイロス
コープは所定の速度で移動する物体に回転角速度が加わ
る場合に発生するコリオリの力(Coriolis Force)を測定
して角速度を測定する。この際、コリオリの力は移動速
度と外力による回転角速度の外積(cross product)に比
例する。ジャイロスコープがコリオリの力を発生させ、
またこれを感知するためには、ジャイロスコープはその
内部で振動を行なう質量体を備えている。
【０００３】図１はＭＥＭＳジャイロスコープを概略的
に示した図であって、特に回転型ジャイロスコープを示
した図面である。駆動方向Ａ、入力方向Ω及び感知方向
Ｓは、空間上で相互に直交する方向に設定される。通
常、ＭＥＭＳ技術を用いたジャイロスコープでは、基板
の板面に平行であり、相互に直交する二つの方向(以
下、これを'Ｘ軸方向'及び'Ｙ軸方向'と称する)と基板
の板面に垂直な一方向(以下、これを'Ｚ軸方向'と称す
る)で構成された座標軸を設定する。図１において駆動
方向ＡはＸ軸方向に設定されており、入力方向ΩはＹ軸
方向に設定されており、感知方向ＳはＺ軸方向に設定さ
れている。
に示した図であって、特に回転型ジャイロスコープを示
した図面である。駆動方向Ａ、入力方向Ω及び感知方向
Ｓは、空間上で相互に直交する方向に設定される。通
常、ＭＥＭＳ技術を用いたジャイロスコープでは、基板
の板面に平行であり、相互に直交する二つの方向(以
下、これを'Ｘ軸方向'及び'Ｙ軸方向'と称する)と基板
の板面に垂直な一方向(以下、これを'Ｚ軸方向'と称す
る)で構成された座標軸を設定する。図１において駆動
方向ＡはＸ軸方向に設定されており、入力方向ΩはＹ軸
方向に設定されており、感知方向ＳはＺ軸方向に設定さ
れている。
【０００４】質量体はＸ軸を中心に回転可能に設けら
れ、駆動電極(図示せず)によってＸ軸中心に揺動するよ
う駆動される。質量体が揺動する間に外部からＹ軸を中
心に回転する方向の角速度が印加されれば、質量体には
Ｚ軸を中心に回転する方向のコリオリの力が加わる。こ
の力によって質量体がＺ軸方向に回転移動されれば、こ
の際回転移動された変位を感知電極(図示せず)が測定
し、よって前記角速度の大きさを算出できるようにな
る。図１には説明の便宜のため、一つの質量体が駆動電
極によって駆動される駆動質量体の機能とコリオリの力
によって移動され感知電極によって感知される感知質量
体の機能を全て行なう例が示されている。しかし、最近
は駆動質量体と感知質量体が分離され作製されており、
このような形態のジャイロスコープをデカップルド(dec
oupled)ジャイロスコープと称する。このようなデカッ
プルドジャイロスコープは、駆動質量体を共振を用いて
駆動させると同時に、感知質量体の動きも駆動質量体の
共振周波数に接近させるべき問題点を有しない長所があ
る。
れ、駆動電極(図示せず)によってＸ軸中心に揺動するよ
う駆動される。質量体が揺動する間に外部からＹ軸を中
心に回転する方向の角速度が印加されれば、質量体には
Ｚ軸を中心に回転する方向のコリオリの力が加わる。こ
の力によって質量体がＺ軸方向に回転移動されれば、こ
の際回転移動された変位を感知電極(図示せず)が測定
し、よって前記角速度の大きさを算出できるようにな
る。図１には説明の便宜のため、一つの質量体が駆動電
極によって駆動される駆動質量体の機能とコリオリの力
によって移動され感知電極によって感知される感知質量
体の機能を全て行なう例が示されている。しかし、最近
は駆動質量体と感知質量体が分離され作製されており、
このような形態のジャイロスコープをデカップルド(dec
oupled)ジャイロスコープと称する。このようなデカッ
プルドジャイロスコープは、駆動質量体を共振を用いて
駆動させると同時に、感知質量体の動きも駆動質量体の
共振周波数に接近させるべき問題点を有しない長所があ
る。
【０００５】しかし、前述したようなデカップルドジャ
イロスコープは駆動質量体と感知質量体が完全に分離さ
れておらず、駆動質量体だけデカップルド構造よりなっ
ていたり(例えば、特許文献１、特許文献２など)、感知
質量体だけデカップルド構造よりなっている(例えば、
特許文献３、特許文献４)。駆動質量体だけデカップル
ド構造よりなる場合は、駆動質量体は駆動される運動だ
け行ない、感知質量体は駆動される運動とセンシングさ
れる運動を全て行なう。従って、感知質量体のセンシン
グされる運動が駆動される運動と共に現われるという問
題点がある。
イロスコープは駆動質量体と感知質量体が完全に分離さ
れておらず、駆動質量体だけデカップルド構造よりなっ
ていたり(例えば、特許文献１、特許文献２など)、感知
質量体だけデカップルド構造よりなっている(例えば、
特許文献３、特許文献４)。駆動質量体だけデカップル
ド構造よりなる場合は、駆動質量体は駆動される運動だ
け行ない、感知質量体は駆動される運動とセンシングさ
れる運動を全て行なう。従って、感知質量体のセンシン
グされる運動が駆動される運動と共に現われるという問
題点がある。
【０００６】逆に、感知質量体だけデカップルド構造よ
りなっている場合、駆動質量体は駆動される運動とセン
シングされる運動を全て行ない、感知質量体はセンシン
グされる運動だけ行なう。従って、駆動質量体の駆動さ
れる運動がコリオリの力が働く方向に影響を与えうる問
題点がある。また、前述したような特許文献１、２及び
３に開示されたようなジャイロスコープは、基板に垂直
であるＺ軸方向を中心に入力される角速度だけを測定で
きるため、一平面上に２軸の角速度を測定できない問題
点がある。従って、多軸角速度を感知できるジャイロス
コープを作製したい場合、垂直に数字を配置する組立工
程をさらに必要とする。
りなっている場合、駆動質量体は駆動される運動とセン
シングされる運動を全て行ない、感知質量体はセンシン
グされる運動だけ行なう。従って、駆動質量体の駆動さ
れる運動がコリオリの力が働く方向に影響を与えうる問
題点がある。また、前述したような特許文献１、２及び
３に開示されたようなジャイロスコープは、基板に垂直
であるＺ軸方向を中心に入力される角速度だけを測定で
きるため、一平面上に２軸の角速度を測定できない問題
点がある。従って、多軸角速度を感知できるジャイロス
コープを作製したい場合、垂直に数字を配置する組立工
程をさらに必要とする。
【０００７】水平方向の軸(Ｘ軸またはＹ軸)に対する入
力角速度を測定するためには、質量体を垂直に駆動する
駆動電極を備えたりあるいは質量体の垂直変位を感知す
るための感知電極を備えるべきである。前述したような
垂直方向の駆動電極または感知電極を作製するために
は、従来は基板上に固定された固定電極と固定電極の上
部に離隔されている移動電極を作製した。このような電
極を駆動電極として使用する場合は移動電極と固定電極
との間に可変電圧を印加して移動電極を駆動し、感知電
極として使用する場合は固定電極と移動電極との距離に
よって変わる静電力を感知して角速度を測定する。
力角速度を測定するためには、質量体を垂直に駆動する
駆動電極を備えたりあるいは質量体の垂直変位を感知す
るための感知電極を備えるべきである。前述したような
垂直方向の駆動電極または感知電極を作製するために
は、従来は基板上に固定された固定電極と固定電極の上
部に離隔されている移動電極を作製した。このような電
極を駆動電極として使用する場合は移動電極と固定電極
との間に可変電圧を印加して移動電極を駆動し、感知電
極として使用する場合は固定電極と移動電極との距離に
よって変わる静電力を感知して角速度を測定する。
【０００８】ところがこのような構造を有する電極は、
移動電極が固定電極の上部に積層された構造を有してい
るため、その作製が極めて難しいという短所がある。す
なわち、前述したような電極を作製するためには、まず
基板上に固定電極を形成する工程を行なった後、固定電
極上に犠牲層を蒸着させる。それから、犠牲層上に移動
電極を形成し犠牲層を除去する。このように、固定電極
の上部に浮上された移動電極を形成するためには数多く
の工程が行なわれる。また、移動電極の垂直方向上の変
位を精密に測定するためには移動電極と固定電極との間
隔が狭くなるべきなので、移動電極と固定電極間の粘着
現象が発生できるという問題点も抱えている。
移動電極が固定電極の上部に積層された構造を有してい
るため、その作製が極めて難しいという短所がある。す
なわち、前述したような電極を作製するためには、まず
基板上に固定電極を形成する工程を行なった後、固定電
極上に犠牲層を蒸着させる。それから、犠牲層上に移動
電極を形成し犠牲層を除去する。このように、固定電極
の上部に浮上された移動電極を形成するためには数多く
の工程が行なわれる。また、移動電極の垂直方向上の変
位を精密に測定するためには移動電極と固定電極との間
隔が狭くなるべきなので、移動電極と固定電極間の粘着
現象が発生できるという問題点も抱えている。
【０００９】一方、前記特許文献４には前述した図１に
示した通り、基板の平面上に存在する任意の１軸に作用
する角速度を感知するジャイロスコープが提案されてい
る。ここでは浮揚力(levitation force)を用いて駆動質
量体を基板上の任意の１軸(例えばＸ軸)について揺動さ
せることによって基板の平面に垂直な軸(Ｚ軸)を中心に
回転される感知運動が発生するようにした。しかし、こ
のようなジャイロスコープはリングタイプの構造物及び
回転運動のための円形の電極配置によって空間を大きく
占める問題点がある。従って、一つのウェーハ上に多数
のジャイロスコープを作製する場合、ジャイロスコープ
を構成する部品が配置されず浪費される空間が生じて単
位面積のウェーハ内に作製されるジャイロスコープの個
数が減る。
示した通り、基板の平面上に存在する任意の１軸に作用
する角速度を感知するジャイロスコープが提案されてい
る。ここでは浮揚力(levitation force)を用いて駆動質
量体を基板上の任意の１軸(例えばＸ軸)について揺動さ
せることによって基板の平面に垂直な軸(Ｚ軸)を中心に
回転される感知運動が発生するようにした。しかし、こ
のようなジャイロスコープはリングタイプの構造物及び
回転運動のための円形の電極配置によって空間を大きく
占める問題点がある。従って、一つのウェーハ上に多数
のジャイロスコープを作製する場合、ジャイロスコープ
を構成する部品が配置されず浪費される空間が生じて単
位面積のウェーハ内に作製されるジャイロスコープの個
数が減る。
【００１０】また、このようなジャイロスコープは感知
質量体の回転を感知する感知電極が感知質量体の半径方
向に沿って配置される構造を有するため、感知電極内の
駆動電極と移動電極との間隔が半径方向によって大きく
なる問題点がある。感知電極内の移動電極と固定電極は
正確な感知のためにはその間隔が狭くかつ均一にすべき
なので、移動電極と固定電極との間隔の増加は感知性能
の劣化をもたらす。
質量体の回転を感知する感知電極が感知質量体の半径方
向に沿って配置される構造を有するため、感知電極内の
駆動電極と移動電極との間隔が半径方向によって大きく
なる問題点がある。感知電極内の移動電極と固定電極は
正確な感知のためにはその間隔が狭くかつ均一にすべき
なので、移動電極と固定電極との間隔の増加は感知性能
の劣化をもたらす。
【００１１】
【特許文献１】ＵＳ６０６７８５８
【００１２】
【特許文献２】ＵＳ６２４０７８０
【００１３】
【特許文献３】ＵＳ６１２２９６１
【００１４】
【特許文献４】ＷＯ０１／２０２５９
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述したよう
な問題点を解決するために案出されたもので、その目的
は駆動質量体と感知質量体が全てデカップルド構造を有
することによって角速度感知性能をアップできる回転型
ＭＥＭＳジャイロスコープを提供するところにある。本
発明の他の目的は、垂直方向の駆動が容易であり作製工
程が単純で省スペースの回転型ＭＥＭＳジャイロスコー
プを提供するところにある。
な問題点を解決するために案出されたもので、その目的
は駆動質量体と感知質量体が全てデカップルド構造を有
することによって角速度感知性能をアップできる回転型
ＭＥＭＳジャイロスコープを提供するところにある。本
発明の他の目的は、垂直方向の駆動が容易であり作製工
程が単純で省スペースの回転型ＭＥＭＳジャイロスコー
プを提供するところにある。
【００１６】本発明のさらに他の目的は、感知電極内の
移動電極と固定電極との間隔が均一であり、よって感知
電極の感知性能がアップされた回転型ＭＥＭＳジャイロ
スコープを提供するところにある。
移動電極と固定電極との間隔が均一であり、よって感知
電極の感知性能がアップされた回転型ＭＥＭＳジャイロ
スコープを提供するところにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための本発明に係るＭＥＭＳジャイロスコープは、 ・基板面に実質的に平行な回転軸線であるＸ軸を中心に
揺動可能に、前記基板上に設けられた駆動質量体と、 ・前記基板上に、前記基板面に実質的に垂直な回転軸線
であるＺ軸を中心に揺動可能に設けられた感知質量体
と、 ・前記基板上に設けられ、前記Ｘ軸を中心に前記駆動質
量体と共に揺動し、前記Ｚ軸を中心に前記感知質量体と
共に揺動する媒介質量体と、 ・前記駆動質量体が前記Ｘ軸を中心に所定の範囲で振動
するよう前記駆動質量体を駆動する駆動電極と、 ・該駆動電極によって前記駆動質量体が振動する間に角
速度の印加によって発生したコリオリの力によって前記
Ｚ軸を中心に回転する前記感知質量体の変位を測定する
感知電極と、を備える。
ための本発明に係るＭＥＭＳジャイロスコープは、 ・基板面に実質的に平行な回転軸線であるＸ軸を中心に
揺動可能に、前記基板上に設けられた駆動質量体と、 ・前記基板上に、前記基板面に実質的に垂直な回転軸線
であるＺ軸を中心に揺動可能に設けられた感知質量体
と、 ・前記基板上に設けられ、前記Ｘ軸を中心に前記駆動質
量体と共に揺動し、前記Ｚ軸を中心に前記感知質量体と
共に揺動する媒介質量体と、 ・前記駆動質量体が前記Ｘ軸を中心に所定の範囲で振動
するよう前記駆動質量体を駆動する駆動電極と、 ・該駆動電極によって前記駆動質量体が振動する間に角
速度の印加によって発生したコリオリの力によって前記
Ｚ軸を中心に回転する前記感知質量体の変位を測定する
感知電極と、を備える。
【００１８】前記駆動質量体は第１捻れバネによって基
板に固定され、これにより前記駆動質量体は前記Ｘ軸を
中心に前記基板に対して相対的に回転可能になる。前記
媒介質量体は第１曲げバネによって前記駆動質量体に固
定され、よって前記媒介質量体は前記Ｚ軸を中心に前記
駆動質量体に対して相対的に回転可能になる。前記媒介
質量体は第２捻れバネによって前記感知質量体に固定さ
れ、これにより前記媒介質量体は前記Ｘ軸を中心に前記
感知質量体に対して相対的に回転可能になる。前記感知
質量体は第２曲げバネによって前記基板上に固定され、
これにより前記感知質量体は前記Ｚ軸を中心に前記基板
に対して相対的に回転可能になる。
板に固定され、これにより前記駆動質量体は前記Ｘ軸を
中心に前記基板に対して相対的に回転可能になる。前記
媒介質量体は第１曲げバネによって前記駆動質量体に固
定され、よって前記媒介質量体は前記Ｚ軸を中心に前記
駆動質量体に対して相対的に回転可能になる。前記媒介
質量体は第２捻れバネによって前記感知質量体に固定さ
れ、これにより前記媒介質量体は前記Ｘ軸を中心に前記
感知質量体に対して相対的に回転可能になる。前記感知
質量体は第２曲げバネによって前記基板上に固定され、
これにより前記感知質量体は前記Ｚ軸を中心に前記基板
に対して相対的に回転可能になる。
【００１９】本発明によれば、駆動質量体が揺動する間
媒介質量体は揺動するが、感知質量体は停止された状態
を維持し、コリオリの力が発生する際媒介質量体が回転
すれば感知質量体が回転する。従って、駆動質量体と感
知質量体が全てデカップルド構造を有するようになり、
ジャイロスコープの角速度感知性能がアップする。
媒介質量体は揺動するが、感知質量体は停止された状態
を維持し、コリオリの力が発生する際媒介質量体が回転
すれば感知質量体が回転する。従って、駆動質量体と感
知質量体が全てデカップルド構造を有するようになり、
ジャイロスコープの角速度感知性能がアップする。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明をさらに詳述する。以下の説明では、前述した従来の
技術に対する説明と同様に、基板の板面方向に垂直の方
向を'Ｚ軸方向'とし、板面方向に平行な方向のうち図面
中の左右方向を'Ｘ軸方向'とし、板面方向に平行な方向
のうち図面中の上下方向を'Ｙ軸方向'と称する。図２は
本発明に係るＭＥＭＳジャイロスコープの望ましい実施
例を示した図であり、図３は図２の側断面図であり、図
４は図２の一部分を示した図であって主に基板上に浮上
されている部分を示した図である。
明をさらに詳述する。以下の説明では、前述した従来の
技術に対する説明と同様に、基板の板面方向に垂直の方
向を'Ｚ軸方向'とし、板面方向に平行な方向のうち図面
中の左右方向を'Ｘ軸方向'とし、板面方向に平行な方向
のうち図面中の上下方向を'Ｙ軸方向'と称する。図２は
本発明に係るＭＥＭＳジャイロスコープの望ましい実施
例を示した図であり、図３は図２の側断面図であり、図
４は図２の一部分を示した図であって主に基板上に浮上
されている部分を示した図である。
【００２１】本発明に係る回転型ＭＥＭＳジャイロスコ
ープは、基板１００上に配置される駆動質量体１０、駆
動質量体１０を駆動するための駆動電極１１０、駆動質
量体１０の駆動状態を感知する垂直感知電極１２０、駆
動質量体１０の内側に配置された媒介質量体２０、媒介
質量体２０の内側に配置された感知質量体３０、及び感
知質量体３０の変位を感知する回転感知電極１３０を有
している。基板１００上には絶縁層１００ａが形成され
ており、駆動質量体１０、媒介質量体２０及び感知質量
体３０はこの絶縁層１００ａの上部に浮上した状態に形
成される。
ープは、基板１００上に配置される駆動質量体１０、駆
動質量体１０を駆動するための駆動電極１１０、駆動質
量体１０の駆動状態を感知する垂直感知電極１２０、駆
動質量体１０の内側に配置された媒介質量体２０、媒介
質量体２０の内側に配置された感知質量体３０、及び感
知質量体３０の変位を感知する回転感知電極１３０を有
している。基板１００上には絶縁層１００ａが形成され
ており、駆動質量体１０、媒介質量体２０及び感知質量
体３０はこの絶縁層１００ａの上部に浮上した状態に形
成される。
【００２２】駆動質量体１０は略四角枠状を呈する。基
板１００上には駆動質量体１０を固定させるための一対
の固定部１２が駆動質量体１０の外側方に形成されてい
る。駆動質量体１０は一対の第１捻れバネ５１によって
各固定部１２に固定されている。第１捻れバネ５１は、
図５（Ａ）に示した通り、互いに平行に配置される一対
のビーム５１ａ、５１ｂを有している。ビーム５１ａ、
５１ｂは基板１００上に垂直に配置された板の形状を有
する。ビーム５１ａ、５１ｂは複数の継手５１ｃによっ
て互いに連結されている。従って、第１捻れバネ５１は
実質的に垂直方向に穿孔されたブロックの形状を有す
る。このような構造によって第１捻れバネ５１は捻れ方
向には容易に変形されるが、各ビーム５１ａ、５１ｂの
板面方向の曲げは容易でなくなる。したがって、単純な
ビーム形状に作製される場合に比べて捻れ剛性に対する
曲げ剛性の比率が増加される。
板１００上には駆動質量体１０を固定させるための一対
の固定部１２が駆動質量体１０の外側方に形成されてい
る。駆動質量体１０は一対の第１捻れバネ５１によって
各固定部１２に固定されている。第１捻れバネ５１は、
図５（Ａ）に示した通り、互いに平行に配置される一対
のビーム５１ａ、５１ｂを有している。ビーム５１ａ、
５１ｂは基板１００上に垂直に配置された板の形状を有
する。ビーム５１ａ、５１ｂは複数の継手５１ｃによっ
て互いに連結されている。従って、第１捻れバネ５１は
実質的に垂直方向に穿孔されたブロックの形状を有す
る。このような構造によって第１捻れバネ５１は捻れ方
向には容易に変形されるが、各ビーム５１ａ、５１ｂの
板面方向の曲げは容易でなくなる。したがって、単純な
ビーム形状に作製される場合に比べて捻れ剛性に対する
曲げ剛性の比率が増加される。
【００２３】図２及び図４に示された通り、前述したよ
うな構造の第１捻れバネ５１はＸ軸方向に沿って配置さ
れている。従って、駆動質量体１０はＸ軸を中心に揺動
可能なように基板１００について固定され、Ｚ軸を中心
に回転する方向には基板１００について固定される。媒
介質量体２０は略四角枠状を呈し、駆動質量体１０の内
側空間に配置されている。駆動質量体１０と媒介質量体
２０は一対の第１曲げバネ６１によって互いに固定され
ている。
うな構造の第１捻れバネ５１はＸ軸方向に沿って配置さ
れている。従って、駆動質量体１０はＸ軸を中心に揺動
可能なように基板１００について固定され、Ｚ軸を中心
に回転する方向には基板１００について固定される。媒
介質量体２０は略四角枠状を呈し、駆動質量体１０の内
側空間に配置されている。駆動質量体１０と媒介質量体
２０は一対の第１曲げバネ６１によって互いに固定され
ている。
【００２４】第１曲げバネ６１は、図６（Ａ）、（Ｂ）
に示した通り、一部位が互いに固定された一対の板状の
ビーム６１ａ、６１ｂを有している。ビーム６１ａ、６
１ｂの間には、第１曲げバネ６１を駆動質量体１０に固
定するための固定板６１ｃが形成されている。ビーム６
１ａ、６１ｂと固定板６１ｃとは基板１００上で起立し
た状態に配置される。このような構造によってビーム６
１ａ、６１ｂはＺ軸を中心にした回転方向に加わる外力
によって曲げ変形される。従って、第１曲げバネ６１に
よって、媒介質量体２０はＺ軸を中心に駆動質量体１０
について相対的に回転可能であり、駆動質量体１０がＸ
軸を中心に回転する時は媒介質量体２０は駆動質量体１
０と共に回転する。
に示した通り、一部位が互いに固定された一対の板状の
ビーム６１ａ、６１ｂを有している。ビーム６１ａ、６
１ｂの間には、第１曲げバネ６１を駆動質量体１０に固
定するための固定板６１ｃが形成されている。ビーム６
１ａ、６１ｂと固定板６１ｃとは基板１００上で起立し
た状態に配置される。このような構造によってビーム６
１ａ、６１ｂはＺ軸を中心にした回転方向に加わる外力
によって曲げ変形される。従って、第１曲げバネ６１に
よって、媒介質量体２０はＺ軸を中心に駆動質量体１０
について相対的に回転可能であり、駆動質量体１０がＸ
軸を中心に回転する時は媒介質量体２０は駆動質量体１
０と共に回転する。
【００２５】感知質量体３０はリング状を呈する。基板
１００の中央部には感知質量体３０を固定するための円
形の固定部３２が形成されており、感知質量体３０は固
定部３２の外側に固定部を取り囲むように配置される。
固定部３２の外周面は第２曲げバネ６２を設ける空間が
形成されるよう陥没されている。第２曲げバネ６２は固
定部３２と感知質量体３０を連結する機能を果たす。第
２曲げバネ６２は第１曲げバネ６１と類似した構造を有
する。すなわち、図７（Ａ）、（Ｂ）に示した通り、第
２曲げバネ６２は一部位が互いに固定された一対の板状
のビーム６２ａ、６２ｂ、及びビーム６２ａ、６２ｂを
固定部に固定させるための固定板６２ｃを有している。
この際、図６に示す第１曲げバネ６１とは違って、一対
のビーム６２ａ、６２ｂは平行でなく所定の角度を有す
るよう配置されて略円弧状を呈している。このような構
造は、感知質量体３０の回転移動を考慮したものであ
る。ビーム６２ａ、６２ｂと固定板６２ｃとは基板１０
０上で起立した状態に配置される。このような構造によ
ってビーム６２ａ、６２ｂはＺ軸を中心にした回転方向
に加わる外力によって曲げ変形される。従って、第２曲
げバネ６２によって感知質量体３０はＺ軸を中心に固定
部３２について相対的に回転可能になる。
１００の中央部には感知質量体３０を固定するための円
形の固定部３２が形成されており、感知質量体３０は固
定部３２の外側に固定部を取り囲むように配置される。
固定部３２の外周面は第２曲げバネ６２を設ける空間が
形成されるよう陥没されている。第２曲げバネ６２は固
定部３２と感知質量体３０を連結する機能を果たす。第
２曲げバネ６２は第１曲げバネ６１と類似した構造を有
する。すなわち、図７（Ａ）、（Ｂ）に示した通り、第
２曲げバネ６２は一部位が互いに固定された一対の板状
のビーム６２ａ、６２ｂ、及びビーム６２ａ、６２ｂを
固定部に固定させるための固定板６２ｃを有している。
この際、図６に示す第１曲げバネ６１とは違って、一対
のビーム６２ａ、６２ｂは平行でなく所定の角度を有す
るよう配置されて略円弧状を呈している。このような構
造は、感知質量体３０の回転移動を考慮したものであ
る。ビーム６２ａ、６２ｂと固定板６２ｃとは基板１０
０上で起立した状態に配置される。このような構造によ
ってビーム６２ａ、６２ｂはＺ軸を中心にした回転方向
に加わる外力によって曲げ変形される。従って、第２曲
げバネ６２によって感知質量体３０はＺ軸を中心に固定
部３２について相対的に回転可能になる。
【００２６】特に、Ｘ軸とＺ軸の回転運動が同時に発生
する媒介質量体２０の円滑なカップルド運動のために、
第２捻れバネ５２は図５（Ｂ）のようにＸ軸捻れを誘発
するビームとこの両端にＹ軸捻れが同時に発生するビー
ムが組み合わせられた構造である。駆動電極１１０は駆
動質量体１０のＹ方向上の側方にそれぞれ設けられ、基
板１００上で駆動質量体１０と同一平面に配置される。
駆動電極１１０はくし状構造によって互いに結合された
固定電極１１０ａと移動電極１１０ｂとから構成されて
いる。基板１００上には駆動電極１１０に電圧を印加す
るための駆動端子１１５が形成されている。
する媒介質量体２０の円滑なカップルド運動のために、
第２捻れバネ５２は図５（Ｂ）のようにＸ軸捻れを誘発
するビームとこの両端にＹ軸捻れが同時に発生するビー
ムが組み合わせられた構造である。駆動電極１１０は駆
動質量体１０のＹ方向上の側方にそれぞれ設けられ、基
板１００上で駆動質量体１０と同一平面に配置される。
駆動電極１１０はくし状構造によって互いに結合された
固定電極１１０ａと移動電極１１０ｂとから構成されて
いる。基板１００上には駆動電極１１０に電圧を印加す
るための駆動端子１１５が形成されている。
【００２７】固定電極１１０ａは、図８（Ａ）、（Ｂ）
に示した通り、基板１００上に固定された多数の板状の
固定壁を有している。固定壁は基板１００上に起立する
よう配置され、また互いに平行に配置される。移動電極
１１０ｂは駆動質量体１０に固定された板状の移動壁を
有している。それぞれの移動壁はそれぞれの固定壁間の
空間に配置される。移動壁の高さ方向の長さ、すなわち
Ｚ軸方向の長さは、固定壁の高さ方向の長さに比べて短
く、移動壁の下端部は基板１００から所定の高さだけ離
隔されている。これにより、移動電極１１０ｂは基板１
００上から垂直方向に揺動自在になる。
に示した通り、基板１００上に固定された多数の板状の
固定壁を有している。固定壁は基板１００上に起立する
よう配置され、また互いに平行に配置される。移動電極
１１０ｂは駆動質量体１０に固定された板状の移動壁を
有している。それぞれの移動壁はそれぞれの固定壁間の
空間に配置される。移動壁の高さ方向の長さ、すなわち
Ｚ軸方向の長さは、固定壁の高さ方向の長さに比べて短
く、移動壁の下端部は基板１００から所定の高さだけ離
隔されている。これにより、移動電極１１０ｂは基板１
００上から垂直方向に揺動自在になる。
【００２８】垂直感知電極１２０は駆動質量体１０のＸ
方向上の側方にそれぞれ設けられる。垂直感知電極１２
０もくし状構造によって互いに結合された固定電極１２
０ａと移動電極１２０ｂとから構成されている。固定電
極１２０ａは基板１００上に固定され、移動電極１２０
ｂは駆動質量体１０に固定される。垂直感知電極１２０
の構造は図８（Ａ）、（Ｂ）に示された駆動電極１１０
の構造と実質的に同一である。基板１００上には垂直感
知電極１２０の変位によって変わる静電力を感知する装
置が連結されるための垂直感知端子１２５が形成されて
いる。
方向上の側方にそれぞれ設けられる。垂直感知電極１２
０もくし状構造によって互いに結合された固定電極１２
０ａと移動電極１２０ｂとから構成されている。固定電
極１２０ａは基板１００上に固定され、移動電極１２０
ｂは駆動質量体１０に固定される。垂直感知電極１２０
の構造は図８（Ａ）、（Ｂ）に示された駆動電極１１０
の構造と実質的に同一である。基板１００上には垂直感
知電極１２０の変位によって変わる静電力を感知する装
置が連結されるための垂直感知端子１２５が形成されて
いる。
【００２９】駆動電極１１０と垂直感知電極１２０は四
角枠状の駆動質量体１０の外側面のほぼ全区間に亘って
配置され、また駆動端子１１５と垂直感知端子１２５は
駆動電極１１０と垂直感知電極１２０の外側に配置さ
れ、ジャイロスコープは全体的に長方形を呈する。従っ
て、ウェハ上に複数のジャイロスコープを作製する場
合、浪費される空間なしで数多くのジャイロスコープを
作製することができる。回転感知電極１３０は媒介質量
体２０の内側空間に設けられている。回転感知電極１３
０は、駆動電極１１０と同様に、くし状構造によって互
いに結合された固定電極１３０ａと移動電極１３０ｂを
有している。固定電極１３０ａは基板１００上に固定さ
れ、移動電極１３０ｂは感知質量体３０に固定される。
基板１００の中央部である媒介質量体２０の内側空間に
は回転感知電極１３０の変位によって変わる静電力を感
知する装置が連結されるための回転感知端子１３５が形
成されている。
角枠状の駆動質量体１０の外側面のほぼ全区間に亘って
配置され、また駆動端子１１５と垂直感知端子１２５は
駆動電極１１０と垂直感知電極１２０の外側に配置さ
れ、ジャイロスコープは全体的に長方形を呈する。従っ
て、ウェハ上に複数のジャイロスコープを作製する場
合、浪費される空間なしで数多くのジャイロスコープを
作製することができる。回転感知電極１３０は媒介質量
体２０の内側空間に設けられている。回転感知電極１３
０は、駆動電極１１０と同様に、くし状構造によって互
いに結合された固定電極１３０ａと移動電極１３０ｂを
有している。固定電極１３０ａは基板１００上に固定さ
れ、移動電極１３０ｂは感知質量体３０に固定される。
基板１００の中央部である媒介質量体２０の内側空間に
は回転感知電極１３０の変位によって変わる静電力を感
知する装置が連結されるための回転感知端子１３５が形
成されている。
【００３０】感知質量体３０は基板１００上からＹ軸方
向に延びた垂直ビーム３０ａと、垂直ビーム３０ａから
Ｘ軸方向に延びた多数本の水平ビーム３０ｂを有してお
り、移動電極１３０ｂはこの水平ビーム３０ｂに形成さ
れる。このような水平ビーム３０ｂの配置によって感知
質量体３０は四角枠状の媒介質量体２０の内側空間のほ
ぼ全領域に亘って形成でき、これにより基板１００上で
浪費される空間なしで基板１００の全領域が効果的に活
用される。固定電極１３０ａは略ジグザグ形状の側面を
有し、移動電極１３０ｂは固定電極１３０ａのジグザグ
形状の側面に対応する形状を有する。このようなジグザ
グ形状の相互結合構造は、感知質量体３０が回転する際
感知質量体３０の中心から半径方向に遠ざかるほど移動
電極１３０ｂと固定電極１３０ａとの距離が大きくなる
ことを防止する機能を果たす。前記感知電極１３０の固
定電極１３０ａ、前記第１捻れバネ５１及び前記第１曲
げバネ６１は、共通の電極パッドで連結され、電気的に
接地されている。
向に延びた垂直ビーム３０ａと、垂直ビーム３０ａから
Ｘ軸方向に延びた多数本の水平ビーム３０ｂを有してお
り、移動電極１３０ｂはこの水平ビーム３０ｂに形成さ
れる。このような水平ビーム３０ｂの配置によって感知
質量体３０は四角枠状の媒介質量体２０の内側空間のほ
ぼ全領域に亘って形成でき、これにより基板１００上で
浪費される空間なしで基板１００の全領域が効果的に活
用される。固定電極１３０ａは略ジグザグ形状の側面を
有し、移動電極１３０ｂは固定電極１３０ａのジグザグ
形状の側面に対応する形状を有する。このようなジグザ
グ形状の相互結合構造は、感知質量体３０が回転する際
感知質量体３０の中心から半径方向に遠ざかるほど移動
電極１３０ｂと固定電極１３０ａとの距離が大きくなる
ことを防止する機能を果たす。前記感知電極１３０の固
定電極１３０ａ、前記第１捻れバネ５１及び前記第１曲
げバネ６１は、共通の電極パッドで連結され、電気的に
接地されている。
【００３１】図９ないし図１１には前述したような感知
電極のジグザグ形状の多様な例が示されている。移動電
極１３０ｂは固定電極１３０ａと一定した間隔を維持す
るよう配置される。この際、移動電極１３０ｂが固定電
極１３０ａについて接近または離隔されるよう移動時こ
の間隔は狭くなったり広くなり、この際固定電極１３０
ａと移動電極１３０ｂとの間隔は相互接触及び離隔され
る側面の全範囲に亘って実質的に均一な状態を維持しつ
つ狭くなったり広まる。このため、固定電極１３０ａと
移動電極１３０ｂとが互いに接触する側面は、回転感知
電極１３０の半径方向について所定の曲率で離隔されて
いる曲線に沿って配置される。
電極のジグザグ形状の多様な例が示されている。移動電
極１３０ｂは固定電極１３０ａと一定した間隔を維持す
るよう配置される。この際、移動電極１３０ｂが固定電
極１３０ａについて接近または離隔されるよう移動時こ
の間隔は狭くなったり広くなり、この際固定電極１３０
ａと移動電極１３０ｂとの間隔は相互接触及び離隔され
る側面の全範囲に亘って実質的に均一な状態を維持しつ
つ狭くなったり広まる。このため、固定電極１３０ａと
移動電極１３０ｂとが互いに接触する側面は、回転感知
電極１３０の半径方向について所定の曲率で離隔されて
いる曲線に沿って配置される。
【００３２】固定電極１３０ａと移動電極１３０ｂが接
する一部位における接線角をθとする際、θは次の式か
ら求められる。
する一部位における接線角をθとする際、θは次の式か
ら求められる。
【００３３】
【数２】
【００３４】ここで、ｒは回転感知電極１３０の回転中
心から接線角θが算出される位置までの距離である。ま
た、ｇは固定電極１３０ａと移動電極１３０ｂとの作製
可能な最小間隔である。ψは固定電極１３０ａと移動電
極１３０ｂとの挟み角である。回転中心からｒi方向へ
の直線と回転中心からｒ方向への直線がなす角度である
電極位置角φは、次の式によって求められる。
心から接線角θが算出される位置までの距離である。ま
た、ｇは固定電極１３０ａと移動電極１３０ｂとの作製
可能な最小間隔である。ψは固定電極１３０ａと移動電
極１３０ｂとの挟み角である。回転中心からｒi方向へ
の直線と回転中心からｒ方向への直線がなす角度である
電極位置角φは、次の式によって求められる。
【００３５】
【数３】
【００３６】ここで、ｒiを回転感知電極１３０の回転
中心から固定電極１３０ａと移動電極１３０ｂの最内側
までの半径である。また、ｒ0は回転感知電極１３０の
回転中心から固定電極１３０ａと移動電極１３０ｂの最
外側までの半径である。ｒは回転感知電極１３０の回転
中心から接線角θが算出される位置までの電極位置半径
である。前述したような接線角θを有するよう移動電極
１３０ｂと固定電極１３０ａの相互対向する側面を形成
することによって、移動電極１３０ｂが固定電極１３０
ａについて接近及び離隔時移動電極１３０ｂと固定電極
１３０ａとの距離が実質的に均一に維持される。
中心から固定電極１３０ａと移動電極１３０ｂの最内側
までの半径である。また、ｒ0は回転感知電極１３０の
回転中心から固定電極１３０ａと移動電極１３０ｂの最
外側までの半径である。ｒは回転感知電極１３０の回転
中心から接線角θが算出される位置までの電極位置半径
である。前述したような接線角θを有するよう移動電極
１３０ｂと固定電極１３０ａの相互対向する側面を形成
することによって、移動電極１３０ｂが固定電極１３０
ａについて接近及び離隔時移動電極１３０ｂと固定電極
１３０ａとの距離が実質的に均一に維持される。
【００３７】以下、前述したような構成を有する本発明
に係るＭＥＭＳジャイロスコープの動作を説明する。図
１２に示した通り、駆動電極１１０には駆動端子１１５
に連結された駆動電圧供給装置２１５から経時的に変わ
る電圧が印加される。駆動電極１１０に印加される電圧
の周波数は、駆動質量体１０の駆動力を最大化して駆動
効率をアップさせるために、駆動質量体１０の固有振動
数と一致させることが望ましい。垂直感知電極１２０の
垂直感知端子１２５と回転感知電極１３０の回転感知端
子１３５には、それぞれ垂直感知装置２２５と回転感知
装置２３５が連結されている。垂直感知装置２２５と回
転感知装置２３５は、それぞれの固定電極１２０ａ、１
３０ａと移動電極１２０ｂ、１３０ｂ間の静電力の変化
を感知する。
に係るＭＥＭＳジャイロスコープの動作を説明する。図
１２に示した通り、駆動電極１１０には駆動端子１１５
に連結された駆動電圧供給装置２１５から経時的に変わ
る電圧が印加される。駆動電極１１０に印加される電圧
の周波数は、駆動質量体１０の駆動力を最大化して駆動
効率をアップさせるために、駆動質量体１０の固有振動
数と一致させることが望ましい。垂直感知電極１２０の
垂直感知端子１２５と回転感知電極１３０の回転感知端
子１３５には、それぞれ垂直感知装置２２５と回転感知
装置２３５が連結されている。垂直感知装置２２５と回
転感知装置２３５は、それぞれの固定電極１２０ａ、１
３０ａと移動電極１２０ｂ、１３０ｂ間の静電力の変化
を感知する。
【００３８】駆動電極１１０に電圧が印加されれば、駆
動電極１１０によって発生する静電力によって図１３に
示された通り駆動質量体１０がＸ軸方向を中心に回転移
動する。駆動質量体１０の回転方向は駆動電極１１０に
印加される電圧の極性変化によって変わり、これにより
駆動質量体１０はＸ軸を中心に揺動する。この際、駆動
質量体１０が第１捻れバネ５１によって固定部１２に固
定されているため駆動質量体１０はＸ軸を中心に揺動可
能である。また、媒介質量体２０が第１曲げバネ６１に
よってＺ方向に駆動質量体１０について相対固定されて
いるため、媒介質量体２０は駆動質量体１０と共にＸ軸
を中心に揺動する。
動電極１１０によって発生する静電力によって図１３に
示された通り駆動質量体１０がＸ軸方向を中心に回転移
動する。駆動質量体１０の回転方向は駆動電極１１０に
印加される電圧の極性変化によって変わり、これにより
駆動質量体１０はＸ軸を中心に揺動する。この際、駆動
質量体１０が第１捻れバネ５１によって固定部１２に固
定されているため駆動質量体１０はＸ軸を中心に揺動可
能である。また、媒介質量体２０が第１曲げバネ６１に
よってＺ方向に駆動質量体１０について相対固定されて
いるため、媒介質量体２０は駆動質量体１０と共にＸ軸
を中心に揺動する。
【００３９】この際、感知質量体３０は第２捻れバネ５
２によってＸ軸を中心に媒介質量体２０について相対回
転可能に連結されており、また感知質量体３０は第２曲
げバネ６２によってＺ軸を中心に回転する方向の運動だ
け可能なので、媒介質量体２０が駆動質量体１０と共に
揺動する間に感知質量体３０は停止された状態を維持す
る。垂直感知電極１２０に連結された垂直感知装置２２
５は駆動質量体１０のＺ方向上の変位を測定し、測定さ
れた値は制御器(図示せず)に提供される。制御器は、垂
直感知装置２２５の測定値に基づき、駆動質量体１０が
Ｘ軸を中心に効果的に振動できるよう駆動電極１１０に
供給される電界を制御する。
２によってＸ軸を中心に媒介質量体２０について相対回
転可能に連結されており、また感知質量体３０は第２曲
げバネ６２によってＺ軸を中心に回転する方向の運動だ
け可能なので、媒介質量体２０が駆動質量体１０と共に
揺動する間に感知質量体３０は停止された状態を維持す
る。垂直感知電極１２０に連結された垂直感知装置２２
５は駆動質量体１０のＺ方向上の変位を測定し、測定さ
れた値は制御器(図示せず)に提供される。制御器は、垂
直感知装置２２５の測定値に基づき、駆動質量体１０が
Ｘ軸を中心に効果的に振動できるよう駆動電極１１０に
供給される電界を制御する。
【００４０】駆動質量体１０と媒介質量体２０とが振動
する間ジャイロスコープにＹ軸を中心に回転する方向の
角速度が印加されれば、駆動質量体１０と媒介質量体２
０にはＺ軸方向を中心に回転する方向にコリオリの力が
加わる。駆動質量体１０は第１捻れバネ５１によってＺ
軸を中心に回転する方向上に基板１００上に固定されて
いるが、媒介質量体２０は第１曲げバネ６１によってＺ
軸を中心に駆動質量体１０について相対回転可能であ
る。従って、コリオリの力が加われば媒介質量体２０は
図１４に示したようにＺ軸を中心に回転する。
する間ジャイロスコープにＹ軸を中心に回転する方向の
角速度が印加されれば、駆動質量体１０と媒介質量体２
０にはＺ軸方向を中心に回転する方向にコリオリの力が
加わる。駆動質量体１０は第１捻れバネ５１によってＺ
軸を中心に回転する方向上に基板１００上に固定されて
いるが、媒介質量体２０は第１曲げバネ６１によってＺ
軸を中心に駆動質量体１０について相対回転可能であ
る。従って、コリオリの力が加われば媒介質量体２０は
図１４に示したようにＺ軸を中心に回転する。
【００４１】媒介質量体２０が回転すれば、媒介質量体
２０と感知質量体３０とは捻れ方向に変形される第２捻
れバネ５２によって連結されているため、感知質量体３
０も図１４に示したように媒介質量体２０と共に回転す
る。この際、回転感知電極１３０内の固定電極１３０ａ
と移動電極１３０ｂとの距離が変わり、このような距離
の変化によって回転感知電極１３０の静電容量の変化が
発生する。回転感知装置２３５はこの静電容量の変化を
測定し、制御器(図示せず)はこのような回転感知電極１
３０の静電容量の変化を用いてＹ軸を中心に回転する方
向に入力される外力による角速度を算出する。
２０と感知質量体３０とは捻れ方向に変形される第２捻
れバネ５２によって連結されているため、感知質量体３
０も図１４に示したように媒介質量体２０と共に回転す
る。この際、回転感知電極１３０内の固定電極１３０ａ
と移動電極１３０ｂとの距離が変わり、このような距離
の変化によって回転感知電極１３０の静電容量の変化が
発生する。回転感知装置２３５はこの静電容量の変化を
測定し、制御器(図示せず)はこのような回転感知電極１
３０の静電容量の変化を用いてＹ軸を中心に回転する方
向に入力される外力による角速度を算出する。
【００４２】
【発明の効果】以上述べたとおり、本発明によれば駆動
質量体１０が揺動する間媒介質量体２０は揺動するが、
感知質量体３０は停止された状態を維持し、コリオリの
力が発生する際媒介質量体２０が回転すれば感知質量体
３０が回転する。すなわち、駆動質量体１０は駆動方向
にだけ運動し、感知質量体３０は感知方向へだけ運動
し、これにより駆動質量体１０と感知質量体３０が全て
デカップルド構造を有する。従って、ジャイロスコープ
の角速度感知性能がアップする。
質量体１０が揺動する間媒介質量体２０は揺動するが、
感知質量体３０は停止された状態を維持し、コリオリの
力が発生する際媒介質量体２０が回転すれば感知質量体
３０が回転する。すなわち、駆動質量体１０は駆動方向
にだけ運動し、感知質量体３０は感知方向へだけ運動
し、これにより駆動質量体１０と感知質量体３０が全て
デカップルド構造を有する。従って、ジャイロスコープ
の角速度感知性能がアップする。
【００４３】また、駆動質量体１０のＸ軸を中心にする
揺動が駆動質量体１０と同一な平面上に形成された固定
電極１１０ａと移動電極１１０ｂを有する駆動電極１１
０によって制御される。従って、駆動電極１１０がジャ
イロスコープ内の他部分の作製工程遂行時同様な工程内
で共に作製できるため作製工程が単純化する。また、回
転感知電極１３０内の移動電極１３０ｂと固定電極１３
０ａとの間隔が移動電極１３０ｂが移動する間実質的に
均一に維持されるため、回転感知電極１３０の感知性能
がアップする。
揺動が駆動質量体１０と同一な平面上に形成された固定
電極１１０ａと移動電極１１０ｂを有する駆動電極１１
０によって制御される。従って、駆動電極１１０がジャ
イロスコープ内の他部分の作製工程遂行時同様な工程内
で共に作製できるため作製工程が単純化する。また、回
転感知電極１３０内の移動電極１３０ｂと固定電極１３
０ａとの間隔が移動電極１３０ｂが移動する間実質的に
均一に維持されるため、回転感知電極１３０の感知性能
がアップする。
【００４４】そして、本発明によれば、駆動質量体１０
と媒介質量体２０などが四角枠状に配置されており、ま
た各電極が駆動質量体１０の外側に配置されジャイロス
コープの全体的な形状が四角形を呈する。従って、ウェ
ハ上に多数のジャイロスコープの作製時ジャイロスコー
プの間に不要な空間が無くなってウェハの空間効率が増
加する。また、本発明に係るジャイロスコープをＺ軸を
中心に９０度回転して配置すればＸ軸を中心に回転する
方向への入力角速度を測定できるため、同一な方式によ
る２軸ジャイロスコープを同一基板１００に同一マスク
を使用して作製することができ、同一な感度、同一な信
号処理部、及び同一なチップサイズを有するなどの長所
を持った２軸ジャイロスコープを作製することができ
る。また、このようなジャイロスコープを垂直方向に対
する入力角速度を感知するジャイロスコープと共に作製
する場合３軸ジャイロスコープを作製することができ
る。
と媒介質量体２０などが四角枠状に配置されており、ま
た各電極が駆動質量体１０の外側に配置されジャイロス
コープの全体的な形状が四角形を呈する。従って、ウェ
ハ上に多数のジャイロスコープの作製時ジャイロスコー
プの間に不要な空間が無くなってウェハの空間効率が増
加する。また、本発明に係るジャイロスコープをＺ軸を
中心に９０度回転して配置すればＸ軸を中心に回転する
方向への入力角速度を測定できるため、同一な方式によ
る２軸ジャイロスコープを同一基板１００に同一マスク
を使用して作製することができ、同一な感度、同一な信
号処理部、及び同一なチップサイズを有するなどの長所
を持った２軸ジャイロスコープを作製することができ
る。また、このようなジャイロスコープを垂直方向に対
する入力角速度を感知するジャイロスコープと共に作製
する場合３軸ジャイロスコープを作製することができ
る。
【００４５】以上では本発明の望ましい実施例について
示しかつ説明したが、本発明は前述した特定の実施例に
限らず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず
当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者
ならば誰でも多様な変形実施が可能なことは勿論、その
ような変更は請求の範囲の記載の範囲内にある。
示しかつ説明したが、本発明は前述した特定の実施例に
限らず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず
当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者
ならば誰でも多様な変形実施が可能なことは勿論、その
ような変更は請求の範囲の記載の範囲内にある。
【図１】従来の回転型ＭＥＭＳジャイロスコープの一例
を概略的に示した図。
を概略的に示した図。
【図２】本発明に係る回転型ＭＥＭＳジャイロスコープ
の望ましい実施例を示した図。
の望ましい実施例を示した図。
【図３】図２の側断面図。
【図４】図２において基板上に浮上された部分を示した
図。
図。
【図５】（Ａ）図２の第１捻れバネの拡大斜視図。
（Ｂ）図２の第２捻れバネの拡大斜視図。
（Ｂ）図２の第２捻れバネの拡大斜視図。
【図６】（Ａ）図２の第１曲げバネを示す斜視図。
（Ｂ）図２の第１曲げバネを示す平面図。
（Ｂ）図２の第１曲げバネを示す平面図。
【図７】（Ａ）図２の第２曲げバネを示す斜視図。
（Ｂ）図２の第２曲げバネを示す平面図。
（Ｂ）図２の第２曲げバネを示す平面図。
【図８】（Ａ）図２の駆動電極及び垂直感知電極の構造
を示す斜視図。（Ｂ）同図（Ａ）のＡ-Ａ線に沿った断
面を示す断面斜視図。
を示す斜視図。（Ｂ）同図（Ａ）のＡ-Ａ線に沿った断
面を示す断面斜視図。
【図９】図２の水平感知電極の構造を示した図。
【図１０】図２の水平感知電極の構造を示した図。
【図１１】図２の水平感知電極の構造を示した図。
【図１２】図２に示された回転型ＭＥＭＳジャイロスコ
ープに電圧が加わった状態を示した図。
ープに電圧が加わった状態を示した図。
【図１３】駆動質量体が駆動された状態を示す図２の概
略的部分側面図。
略的部分側面図。
【図１４】図１３の平面図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 李 秉 烈
大韓民国京畿道龍仁市龜城面麻北里碧山ア
パート119−503
(72)発明者 李 ▲サン▼ 禹
大韓民国ソウル特別市銅雀区舍堂２洞極東
アパート112−1204
Ｆターム(参考） 2F105 BB02 BB03 BB13 BB15 CC04
CD03 CD05 CD07
Claims (14)
- 【請求項１】基板上に、該基板面に沿う回転軸線である
Ｘ軸を中心に揺動可能に設けられた駆動質量体と、 前記基板上に、前記基板面と交差する回転軸線のＺ軸を
中心に揺動可能に設けられた感知質量体と、 前記基板上に設置され、前記Ｘ軸を中心に前記駆動質量
体と共に揺動し、前記Ｚ軸を中心に前記感知質量体と共
に揺動する媒介質量体と、 前記駆動質量体が前記Ｘ軸を中心に所定の範囲で振動す
るよう前記駆動質量体を駆動する駆動電極と、 該駆動電極によって前記駆動質量体が振動する間に角速
度の印加によって発生したコリオリの力によって前記Ｚ
軸を中心に回転する前記感知質量体の変位を測定する感
知電極と、 を備えるＭＥＭＳジャイロスコープ。 - 【請求項２】前記駆動質量体を前記基板上に連結し、前
記駆動質量体が前記Ｘ軸を中心に前記基板に対して相対
的に回転可能なように捻れ変形される第１捻れバネと、 前記媒介質量体を前記駆動質量体に連結し、前記媒介質
量体が前記Ｚ軸を中心に前記駆動質量体に対して相対的
に回転可能なように曲げ変形される第１曲げバネと、 前記媒介質量体を前記感知質量体に連結し、前記媒介質
量体が前記Ｘ軸を中心に前記感知質量体に対して相対的
に回転可能なように捻れ変形される第２捻れバネと、 前記感知質量体を前記基板上に連結し、前記感知質量体
が前記Ｚ軸を中心に前記基板に対して相対的に回転可能
なように曲げ変形される第２曲げバネと、 をさらに備える、請求項１に記載のＭＥＭＳジャイロス
コープ。 - 【請求項３】前記第１捻れバネ及び前記第２捻れバネの
うち少なくとも一つは、 互いに平行に配置される板状の一対のビームと、 前記ビームを連結する複数の継手と、 を備える、請求項２に記載のＭＥＭＳジャイロスコー
プ。 - 【請求項４】前記第２捻れバネは、 Ｘ軸を中心に捻れ変形される第１ビームと、 該第１ビームの両端に、前記第１ビームと交差するよう
に連結され、前記Ｘ軸とＺ軸とに交差するＹ軸を中心と
する捻れを誘発する第２ビームと、 を備える、請求項２に記載のＭＥＭＳジャイロスコー
プ。 - 【請求項５】前記第１曲げバネ及び前記第２曲げバネの
うち少なくとも一つは、一部位が互いに連結されている
一対の板状のビームを備えている、請求項２に記載のＭ
ＥＭＳジャイロスコープ。 - 【請求項６】前記駆動電極及び前記感知電極のうち少な
くとも一つは、くし状構造を有している、請求項１に記
載のＭＥＭＳジャイロスコープ。 - 【請求項７】前記駆動電極は、 前記基板上に起立し互いに実質的に平行に形成された複
数の固定壁を有し、前記基板上に固定された固定電極
と、 それぞれの前記固定壁間にそれぞれ配置され、Ｚ軸方向
の長さが前記固定壁に比べて短い複数の移動壁を備え、
前記駆動質量体に連結された移動電極と、 を備える、請求項６に記載のＭＥＭＳジャイロスコー
プ。 - 【請求項８】前記感知電極は、 前記基板上に固定され、略ジグザグ形状の側面を有する
固定電極と、 前記感知質量体に固定され、前記固定電極の前記側面に
対応する形状を有する移動電極と、 を備えている、請求項１に記載のＭＥＭＳジャイロスコ
ープ。 - 【請求項９】前記固定電極と前記移動電極は、相互接近
及び離隔時相互間の距離が前記側面の全範囲に亘って実
質的に均一になるよう、相互接触及び離隔される面の形
状が次のような式によって表現される、請求項８に記載
のＭＥＭＳジャイロスコープ； 【数１】 ここで、θは前記固定電極と前記移動電極が接する一部
位における接線角、 ｒは前記感知電極の回転中心から前記接線角θが算出さ
れる位置までの距離、 ｇは前記固定電極と前記移動電極との作製可能な最小間
隔、 ψは前記固定電極と前記移動電極の挟み角、 ｒiは前記感知電極の回転中心から前記固定電極と前記
移動電極の最内側までの半径、 ｒは前記感知電極の回転中心から前記接線角θが算出さ
れる位置までの電極位置半径、 φは前記感知電極の回転中心からｒi方向への直線と前
記感知電極の回転中心からｒ方向への直線がなす角度で
ある電極位置角である。 - 【請求項１０】前記駆動質量体と前記媒介質量体とは、
実質的に四角枠状を有している、請求項１に記載のＭＥ
ＭＳジャイロスコープ。 - 【請求項１１】前記媒介質量体は前記駆動質量体の内側
空間に配置され、前記感知質量体は前記媒介質量体の内
側空間に配置されている、請求項１０に記載のＭＥＭＳ
ジャイロスコープ。 - 【請求項１２】前記感知質量体はリング状である、請求
項１に記載のＭＥＭＳジャイロスコープ。 - 【請求項１３】前記駆動質量体、前記媒介質量体及び前
記感知質量体には複数のエッチングホールが形成されて
いる、請求項１に記載のＭＥＭＳジャイロスコープ。 - 【請求項１４】前記感知電極の固定電極、前記第１捻れ
バネ及び前記第１曲げバネは、共通の電極パッドで連結
され電気的に接地されることを特徴とする請求項２に記
載のＭＥＭＳジャイロスコープ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2002-0007244A KR100431004B1 (ko) | 2002-02-08 | 2002-02-08 | 회전형 비연성 멤스 자이로스코프 |
| KR2002-007244 | 2002-02-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003247831A true JP2003247831A (ja) | 2003-09-05 |
| JP4368116B2 JP4368116B2 (ja) | 2009-11-18 |
Family
ID=27607081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003032910A Expired - Fee Related JP4368116B2 (ja) | 2002-02-08 | 2003-02-10 | 回転型デカップルドｍｅｍｓジャイロスコープ |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6796178B2 (ja) |
| EP (1) | EP1335187B1 (ja) |
| JP (1) | JP4368116B2 (ja) |
| KR (1) | KR100431004B1 (ja) |
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| KR101371149B1 (ko) | 2012-01-18 | 2014-03-06 | 주식회사 에스알파워 | 멤즈 기반의 자이로스코프 |
| KR101459797B1 (ko) | 2009-12-03 | 2014-11-07 | 현대자동차주식회사 | 회전형 자이로스코프 및 그 제조방법 |
| TWI471258B (zh) * | 2007-11-02 | 2015-02-01 | Bosch Gmbh Robert | 微機械系統 |
| JP2017535784A (ja) * | 2014-11-27 | 2017-11-30 | ゴルテック．インク | ３軸ｍｅｍｓジャイロ |
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