(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）と、
基板（１）の中間位置に位置し、その中心が原点である環状検出用コンデンサであって、基板に固定される４つの下極パッド、及び前記４つの下極パッドに対向して前記下極パッドの上方に懸架される環状上極パッド（８）を含む環状検出用コンデンサと、
前記環状検出用コンデンサの外側に位置し、ｙ軸に沿って原点の両側に対称に分布され、それぞれのいずれも互いに係合される可動駆動電極（１６）および固定駆動電極（４）を含む２組の駆動用コンデンサと、
前記環状検出用コンデンサの外側に位置し、ｘ軸に沿って原点の両側に対称に分布され、それぞれのいずれも互いに係合される可動検出電極（１７）および固定検出電極（３）を含む２組の第２検出用コンデンサと、
それぞれ前記可動駆動電極（１６）、前記可動検出電極（１７）、及び前記環状上極パッド（８）の外縁に接続される連動部と、
を含み、
前記４つの下極パッドは、第１組下極パッド（６ａ）と第２組下極パッド（６ｂ）とに分けられ、前記第１組下極パッド（６ａ）は、ｘ軸に沿って原点の両側に対称に分布され、その対応部分の環状上極パッド（８）に係合されて１組の第１検出用コンデンサを構成し、前記第２組下極パッド（６ｂ）は、ｙ軸に沿って原点の両側に対称に分布され、その対応部分の環状上極パッド（８）に係合されてもう１組の第１検出用コンデンサを構成し、前記環状上極パッド（８）は、原点のところで第１固定点（５ａ）を通じて基板（１）に固定され、
前記駆動用コンデンサは、ｙ軸方向に沿う駆動力を提供し、前記連動部を通じて、前記可動検出電極（１７）をｙ軸方向に沿って直線運動させ且つ前記環状上極パッド（８）を前記第１固定点（５ａ）周りに回転させるように駆動することと、
前記連動部は長方形の外枠（１４）と前記長方形の外枠（１４）の内側に位置する第１連動部を含み、
前記長方形の外枠（１４）は前記環状検出用コンデンサを取り囲み、前記長方形の外枠（１４）は第１連動部を介して前記環状上極パッド（８）の外縁に接続され、
２組の前記駆動用コンデンサは前記長方形の外枠（１４）のｘ軸と平行である両側に対称に分布され、前記可動駆動電極（１６）は前記長方形の外枠（１４）のｘ軸と平行である側辺に接続され、
２組の前記第２検出用コンデンサは前記長方形の外枠（１４）のｙ軸と平行である両側に対称に分布され、前記可動検出電極（１７）は前記長方形の外枠（１４）のｙ軸と平行である側辺に接続され、
前記駆動用コンデンサは前記長方形の外枠（１４）をｙ軸の方向に沿って直線運動させるように駆動し、ｙ軸の方向に沿って直線運動する長方形の外枠（１４）は前記第１連動部を通じて前記環状上極パッド（８）を前記第１固定点（５ａ）周りに回転させるように駆動することと、
前記第１連動部は、第１連動梁（９）と、２つのレバー梁（１０）と、２つの第２連動梁（１１）と、第３連動梁（２４）とを含み、
前記第１連動梁（９）と前記第２連動梁（１１）はいずれもｙ軸と平行であり、前記レバー梁（１０）と第３連動梁（２４）はいずれもｘ軸と平行であり、
２つの前記レバー梁（１０）は、一端が開口する方形枠構造を形成するように、それぞれ前記第１連動梁（９）に接続され、前記環状検出用コンデンサは２つのレバー梁（１０）の間に位置し、
２つの前記第２連動梁（１１）はｘ軸に対して対称であり、且つ前記レバー梁（１０）と前記長方形の外枠（１４）との間に位置し、前記第２連動梁（１１）の一端は隣接するレバー梁（１０）に接続され、他端は前記長方形の外枠（１４）に接続され、
前記第３連動梁（２４）の一端は前記第１連動梁（９）の中央部に接続され、他端は前記環状上極パッド（８）の外縁に接続されることと、
を特徴とする３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【請求項２】
前記可動駆動電極（１６）と固定駆動電極（４）は櫛状電極であり、前記可動検出電極（１７）と固定検出電極（３）は櫛状電極である、ことを特徴とする請求項１に記載の３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【請求項３】
前記環状上極パッド（８）は円環形状又は方形環状である、ことを特徴とする請求項１に記載の３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【請求項４】
前記第１組下極パッド（６ａ）の組内の２つの下極パッドの形状は同一であり、前記第２組下極パッド（６ｂ）の組内の２つの下極パッドの形状は同一である、ことを特徴とする請求項１に記載の３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【請求項５】
前記第１連動部は更に２つの支持梁（１２）を含み、２つの前記支持梁（１２）はいずれもｙ軸と平行であり、２つの前記支持梁（１２）は、ｘ軸に対して対称であり、且つ前記方形枠構造と前記環状検出用コンデンサとの間に位置し、一端が隣接するレバー梁（１０）に接続され、他端がそれぞれ第３固定点（５ｃ）を通じて前記基板（１）に固定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【請求項６】
前記レバー梁（１０）の前記第１連動梁（９）に接続されていない一端は支持端であり、２つの前記レバー梁（１０）の支持端はそれぞれ第２固定点（５ｂ）を通じて前記基板（１）に固定され、前記第２連動梁（１１）とレバー梁（１０）の接続位置はレバー梁（１０）の支持端部と、レバー梁（１０）及び支持梁（１２）の接続点との中間部に位置する、
ことを特徴とする請求項５に記載の３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【請求項７】
前記第１連動部は更に長方形の内枠（１３）と第２連動部とを含み、
前記長方形の内枠（１３）は前記長方形の外枠（１４）の内側に位置し且つ前記方形枠構造を取り囲み、前記長方形の外枠（１４）は第２連動部を通じて前記長方形の内枠（１３）に接続され、
前記第２連動梁（１１）は前記レバー梁（１０）と前記長方形の内枠（１３）との間に位置し、前記第２連動梁（１１）は前記長方形の内枠（１３）を通じて前記長方形の外枠（１４）に接続され、
ｙ軸の方向に沿って直線運動する長方形の外枠（１４）は第２連動部を通じて前記長方形の内枠（１３）をｙ軸の方向に沿って直線運動させるように駆動する、
ことを特徴とする請求項１に記載の３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【請求項８】
前記第２連動部はＺ型減結合梁（１５）であり、前記Ｚ型減結合梁（１５）の一端は前記長方形の内枠（１３）のｙ軸と平行である側辺に接続され、他端は前記長方形の外枠（１４）のｙ軸と平行である側辺に接続される、
ことを特徴とする請求項７に記載の３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【請求項９】
前記連動部は、前記基板に位置する原点を中心とする３層の長方形枠を含み、内側から外側へ順に内枠（１３１）、前記内枠（１３１）を取り囲む中間枠（１３１４）、及び前記中間枠（１３１４）を取り囲む外枠（１４１）であり、前記内枠（１３１）、中間枠（１３１４）、及び外枠（１４１）のそれぞれは２つの辺がｘ軸と平行であり、その他の２つの辺がｙ軸と平行であり、
２組の前記駆動用コンデンサは、前記外枠（１４１）のｘ軸と平行である両側に対称に分布され、前記可動駆動電極（１６）は前記外枠（１４１）のｘ軸と平行である側辺に接続され、
２組の前記第２検出用コンデンサは、前記外枠（１４１）のｙ軸と平行である両側に対称に分布され、前記可動検出電極（１７）は前記外枠（１４１）のｙ軸と平行である側辺に接続され、
前記外枠（１４１）と前記中間枠（１３１４）との間は第１減結合梁（１５１）を通じて接続され、前記第１減結合梁（１５１）は前記中間枠（１３１４）のｙ軸と平行である両側に設置され、前記中間枠（１３１４）と前記内枠（１３１）との間は第２減結合梁（１５２）を通じて接続され、前記第２減結合梁（１５２）は前記内枠（１３１）のｘ軸と平行である両側に設置され、
前記内枠（１３１）内に位置する第３連動部は、第１連動梁（９）、２つのレバー梁（１０）、２つの第２連動梁（１１）、及び第３連動梁（２４）を含み、前記第１連動梁（９）と前記第２連動梁（１１）はいずれもｙ軸と平行であり、前記レバー梁（１０）と第３連動梁（２４）はいずれもｘ軸と平行であり、２つの前記レバー梁（１０）はｘ軸に対して対称であり、一端が開口する方形枠構造を形成するようにそれぞれ前記第１連動梁（９）に接続され、前記環状検出用コンデンサは２つのレバー梁（１０）の間に位置し、２つの前記第２連動梁（１１）はｘ軸に対して対称であり、且つ前記レバー梁（１０）と前記内枠（１３１）との間に位置し、前記第２連動梁（１１）の一端は隣接するレバー梁（１０）に接続され、他端は前記内枠（１３１）に接続され、前記第３連動梁（２４）の一端は前記第１連動梁（９）の中央部に接続され、他端は前記環状上極パッド（８）の外縁に接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【請求項１０】
前記第１減結合梁（１５１）は、ｙ軸に対して対称である４つのＺ型減結合梁を含み、前記Ｚ型減結合梁（１５１）の一端は前記中間枠（１３１４）のｙ軸と平行である側辺に垂直に接続され、他端は前記外枠（１４１）のｙ軸と平行である側辺に垂直に接続され、又は、前記第１減結合梁（１５１）はｙ軸に対して対称する４つのＬ型減結合梁を含み、前記Ｌ型減結合梁の一端は前記中間枠（１３１４）のｙ軸と平行である側辺に垂直に接続され、他端は前記外枠（１４１）のｘ軸と平行である側辺に垂直に接続され、
前記第２減結合梁（１５２）はｘ軸に対して対称する４つのＺ型減結合梁を含み、前記Ｚ型減結合梁の一端は前記内枠（１３１）のｘ軸と平行である側辺に垂直に接続され、他端は前記中間枠（１３１４）のｘ軸と平行である側辺に垂直に接続され、又は、前記第２減結合梁（１５２）はｘ軸に対して対称する４つのＬ型減結合梁を含み、前記Ｌ型減結合梁の一端は前記内枠（１３１）のｘ軸と平行である側辺に垂直に接続され、他端は前記中間枠（１３１４）のｙ軸と平行である側辺に垂直に接続される、
ことを特徴とする請求項９に記載の３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【請求項１１】
前記第３連動部は更に２つの支持梁（１２）を含み、２つの前記支持梁（１２）はいずれもｙ軸と平行であり、２つの前記支持梁（１２）は、ｘ軸に対して対称であり、且つ前記方形枠構造と前記環状検出用コンデンサとの間に位置し、一端が隣接するレバー梁（１０）に接続され、他端がそれぞれ第３固定点（５ｃ）を通じて前記基板（１）に固定される、
ことを特徴とする請求項９に記載の３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【請求項１２】
前記レバー梁（１０）の前記第１連動梁（９）に接続されていない一端は支持端であり、２つの前記レバー梁（１０）の支持端はそれぞれ第２固定点（５ｂ）を通じて前記基板（１）に固定され、前記第２連動梁（１１）とレバー梁（１０）の接続位置はレバー梁（１０）の支持端部と、レバー梁（１０）及び支持梁（１２）の接続点との中間部に位置する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【請求項１３】
前記環状検出用コンデンサの環状穴内に位置する支持梁組（１８）を更に含み、
前記支持梁組（１８）は同心である内円環（１９）と外円環（２０）、２つの内輪支持梁（２１）、２つの内外輪連結梁（２２）、及び４つの外輪連結梁（２３）を含み、
前記４つの外輪連結梁（２３）の一端はそれぞれ外円環（２０）に接続され、他端はそれぞれ前記環状上極パッド（８）の内縁に接続され、前記外輪連結梁（２３）は２つずつの２組に分けられ、そのうちの１組がｘ軸に沿って分布され、もう１組がｙ軸に沿って分布され、
２つの前記内輪支持梁（２１）の一端はそれぞれ内円環（１９）に接続され、他端は原点のところで前記第１固定点（５ａ）を通じて前記基板（１）に固定され、
２つの内外輪支持梁（２２）の一端はそれぞれ内円環（１９）に接続され、他端はそれぞれ外円環（２０）に接続され、
前記内輪支持梁（２１）はｙ軸に沿って分布され、前記内外輪支持梁（２２）はｘ軸に沿って分布され、又は、前記内輪支持梁（２１）はｘ軸に沿って分布され、前記内外輪支持梁（２２）はｙ軸に沿って分布される、
ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の３軸ＭＥＭＳジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳジャイロに関し、具体的には単一構造の３軸ＭＥＭＳジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）は、ＭＥＭＳと略称され、超小型電子技術を元に開発されたマイクロマシン、マイクロセンサ、マイクロアクチュエータ、信号処理、インテリジェント制御を一体化した新しい科学技術である。
【０００３】
ＭＥＭＳジャイロは、ＭＥＭＳ技術に基づく慣性装置であり、移動体の角速度を測定するものである。体積が小さく、信頼性が高く、コストが低く、大量生産に適する特徴を有するため、幅広く市場からの見込みが有り、家庭用電化製品、航空・宇宙飛行、自動車、医療機器及び武器を含む幅広い分野に適用することができる。
【０００４】
ＭＥＭＳジャイロシステムは、一般的に駆動部と検知部を含み、その設計は、ある程度複雑であり、３軸同時計測に関わるＭＥＭＳジャイロである時は、特に複雑である。現在の３軸ジャイロは、主に３つの単一軸ジャイロ、又は一つのＺ軸ジャイロと一つの平面検出ジャイロを直交配置する設計方式によって実現するが、このような組み合わせの方式は装置の小型化に反する。そのため、単一構造の３軸ジャイロを開発することは、既に現在のＭＥＭＳジャイロ設計開発の重要な方向となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、性能に優れた単一構造設計の３軸ＭＥＭＳジャイロを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を実現するために、本発明は下記のような技術的解決手段を採用する。
【０００７】
３軸ＭＥＭＳジャイロであって、基板と、基板の中心位置に位置し、その中心が原点である環状検出用コンデンサであって、基板に固定される４つの下極パッド、及び前記４つの下極パッドに対向して前記下極パッドの上方に懸架される環状上極パッドを含む環状検出用コンデンサとを含む。前記４つの下極パッドは、第１組下極パッドと第２組下極パッドとに分けられる。前記第１組下極パッドは、ｘ軸に沿って原点の両側に対称に分布され、前記第１組下極パッドとその対応部分の環状上極パッドとが係合されて１組の第１検出用コンデンサを構成する。前記第２組下極パッドは、ｙ軸に沿って原点の両側に対称に分布され、前記第２組下極パッドとその対応部分の環状上極パッドとが係合されてもう１組の第１検出用コンデンサを構成する。前記３軸ＭＥＭＳジャイロは、さらに、前記環状検出用コンデンサの外側に位置し、ｙ軸に沿って原点の両側に対称に分布され、それぞれがいずれも互いに係合される可動駆動電極および固定駆動電極を含む２組の駆動用コンデンサと、前記環状検出用コンデンサの外側に位置し、ｘ軸に沿って原点の両側に対称に分布され、それぞれがいずれも互いに係合される可動検出電極および固定検出電極を含む２組の第２検出用コンデンサと、それぞれ前記可動駆動電極、前記可動検出電極、及び前記環状上極パッドの外縁に接続される連動部と、を含む。前記環状上極パッドは原点のところで第１固定点（Ａｎｃｈｏｒ  Ｐｏｉｎｔ）を介して基板に固定され、前記駆動用コンデンサはｙ軸方向に沿う駆動力を提供し、前記連動部によって前記可動検出電極をｙ軸方向に沿って直線運動させ且つ前記環状上極パッドを前記第１固定点周りに回転させるように駆動する。
【０００８】
好ましくは、前記可動駆動電極と固定駆動電極は櫛状電極であり、前記可動検出電極と固定検出電極は櫛状電極である。
【０００９】
好ましくは、前記環状上極パッドは円環形状又は方形環状である。
【００１０】
好ましくは、前記第１組下極パッドの組内の２つの下極パッドの形状は同じく、前記第２組下極パッドの組内の２つの下極パッドの形状は同じである。
【００１１】
好ましくは、前記連動部は、長方形の外枠と前記長方形の外枠の内側に位置する第１連動部を含み、前記長方形の外枠は前記環状検出用コンデンサを取り囲み、前記長方形の外枠は第１連動部を通じて前記環状上極パッドの外縁に接続され、２組の前記駆動用コンデンサは前記長方形の外枠のｘ軸と平行である両側に対称に分布され、前記可動駆動電極は前記長方形の外枠のｘ軸と平行である側辺に接続され、２組の前記第２検出用コンデンサは前記長方形の外枠のｙ軸と平行である両側に対称に分布され、前記可動検出電極は前記長方形の外枠のｙ軸と平行である側辺に接続される。ここで、前記駆動用コンデンサは前記長方形の外枠をｙ軸方向に沿って直線運動させるように駆動し、ｙ軸の方向に沿って直線運動する長方形の外枠は前記第１連動部により前記環状上極パッドを前記第１固定点周りに回転させるように駆動する。
【００１２】
好ましくは、前記第１連動部は、第１連動梁、２つのレバー梁、２つの第２連動梁、第３連動梁を含み、前記第１連動梁と前記第２連動梁はいずれもｙ軸と平行であり、前記レバー梁と第３連動梁はいずれもｘ軸と平行であり、一端が開口する方形枠構造を形成するように、２つの前記レバー梁はそれぞれ前記第１連動梁に接続され、前記環状検出用コンデンサは２つのレバー梁の間に位置し、２つの前記第２連動梁はｘ軸に対して対称であり、前記レバー梁と前記長方形の外枠の間に位置し、前記第２連動梁の一端は隣接するレバー梁に接続され、他端は前記長方形の外枠に接続され、前記第３連動梁の一端は前記第１連動梁の中央部に接続され、他端は前記環状上極パッドの外縁に接続される。
【００１３】
好ましくは、前記第１連動部は更に２つの支持梁を含み、２つの前記支持梁はいずれもｙ軸と平行であり、２つの前記支持梁は、ｘ軸に対して対称であり、前記方形枠構造と前記環状検出用コンデンサの間に位置し、一端が隣接するレバー梁に接続され、他端がそれぞれ第３固定点５ｃを通じて前記基板に固定される。
【００１４】
好ましくは、前記レバー梁の前記第１連動梁に接続されていない一端は支持端であり、２つの前記レバー梁の支持端はそれぞれ第２固定点を通じて前記基板に固定され、前記第２連動梁とレバー梁の接続位置はレバー梁の支持端と、レバー梁及び支持梁の接続点との中間部に位置する。
【００１５】
好ましくは、前記第１連動部は更に長方形の内枠と第２連動部を含み、前記長方形の内枠は前記長方形の外枠内に位置し、前記方形枠構造を囲み、前記長方形の外枠は第２連動部を通じて前記長方形の内枠に接続され、前記第２連動梁は前記レバー梁と前記長方形の内枠との間に位置し、前記第２連動梁は前記長方形の内枠を通じて前記長方形の外枠に接続され、ここで、ｙ軸の方向に沿って直線運動する長方形の外枠は第２連動部を通じて前記長方形の内枠をｙ軸方向に沿って直線運動させるように駆動する。
【００１６】
好ましくは、前記第２連動部はＺ型減結合梁であり、前記Ｚ型減結合梁の一端は前記長方形の内枠のｙ軸と平行である側面に接続され、他端は前記長方形の外枠のｙ軸と平行である側辺に接続される。
【００１７】
好ましくは、前記連動部は、前記基板に位置する原点を中心とする３重の長方形枠を含み、内側から外側へ順に内枠、前記内枠を取り囲む中間枠、及び前記中間枠を取り囲む外枠であり、前記内枠、中間枠、及び外枠のそれぞれは２つの辺がｘ軸と平行であり、その他の２つの辺がｙ軸と平行である。２組の前記駆動用コンデンサは前記外枠のｘ軸と平行である両側に対称に分布され、前記可動駆動電極は前記外枠のｘ軸と平行である側辺に接続される。２組の前記第２検出用コンデンサは前記外枠のｙ軸と平行である両側に対称に分布され、前記可動検出電極は前記外枠のｙ軸と平行である側辺に接続される。前記外枠と前記中間枠との間は第１減結合梁を通じて接続され、前記第１減結合梁は前記中間枠のｙ軸と平行である両側に設置され、前記中間枠と前記内枠との間は第２減結合梁を通じて接続され、前記第２減結合梁は前記内枠のｘ軸と平行である両側に設置される。前記内枠内に位置する第３連動部は、第１連動梁、２つのレバー梁、２つの第２連動梁、第３連動梁を含み、前記第１連動梁と前記第２連動梁はいずれもｙ軸と平行であり、前記レバー梁と第３連動梁はいずれもｘ軸と平行であり、２つの前記レバー梁はｘ軸に対して対称であり、一端が開口した方形枠構造を形成するようにそれぞれ前記第１連動梁に接続され、前記環状検出用コンデンサは２つのレバー梁の間に位置し、２つの前記第２連動梁はｘ軸に対して対称であり、且つ前記レバー梁と前記内枠との間に位置し、前記第２連動梁の一端は隣接するレバー梁に接続され、他端は前記内枠に接続され、前記第３連動梁の一端は前記第１連動梁の中央部に接続され、他端は前記環状上極パッドの外縁に接続される。
【００１８】
好ましくは、前記第１減結合梁は、ｙ軸に対して対称する４つのＺ型減結合梁を含み、前記Ｚ型減結合梁の一端は前記中間枠のｙ軸と平行である側辺に垂直に接続され、他端は前記外枠のｙ軸と平行である側辺に垂直に接続され、又は、前記第１減結合梁は、ｙ軸に対して対称する４つのＬ型減結合梁を含み、前記Ｌ型減結合梁の一端は前記中間枠のｙ軸と平行である側辺に垂直に接続され、他端は前記外枠のｘ軸と平行である側辺に垂直に接続され、前記第２減結合梁は、ｘ軸に対して対称する４つのＺ型減結合梁を含み、前記Ｚ型減結合梁の一端は前記内枠のｘ軸と平行である側辺に垂直に接続され、他端は前記中間枠のｘ軸と平行である側辺に垂直に接続され、又は、前記第２減結合梁は、ｘ軸に対して対称する４つのＬ型減結合梁を含み、前記Ｌ型減結合梁の一端は前記内枠のｘ軸と平行である側辺に垂直に接続され、他端は前記中間枠のｙ軸と平行である側辺に垂直に接続される。
【００１９】
好ましくは、前記第３連動部は更に２つの支持梁を含み、２つの前記支持梁はいずれもｙ軸と平行であり、２つの前記支持梁は、ｘ軸に対して対称し、前記方形枠構造と前記環状検出用コンデンサとの間に位置し、一端が隣接するレバー梁に接続され、他端がそれぞれ第３固定点５ｃを通じて前記基板に固定される。
【００２０】
好ましくは、前記レバー梁の前記第１連動梁に接続されていない一端は支持端であり、２つの前記レバー梁の支持端はそれぞれ第２固定点を通じて前記基板に固定され、前記第２連動梁とレバー梁の接続位置はレバー梁の支持端と、レバー梁及び支持梁の接続点との中間部に位置する。
【００２１】
好ましくは、前記環状検出用コンデンサの環状穴内に位置する支持梁組を更に含み、前記支持梁組は同心である内円環と外円環、２つの内輪支持梁、２つの内外輪連結梁、及び４つの外輪連結梁を含み、前記４つの外輪連結梁の一端はそれぞれ外円環に接続され、他端はそれぞれ前記環状上極パッドの内縁に接続され、前記外輪連結梁は、２つずつの２組に分けられ、そのうちの１組がｘ軸に沿って分布され、もう１組がｙ軸に沿って分布され、２つの前記内輪支持梁の一端はそれぞれ内円環に接続され、他端は原点のところで前記第１固定点を通じて前記基板に固定され、２つの前記内外輪連結梁の一端はそれぞれ内円環に接続され、他端はそれぞれ外円環に接続され、前記内輪支持梁はｙ軸に沿って分布され、前記内外輪連結梁はｘ軸に沿って分布され、又は、前記内輪支持梁はｘ軸に沿って分布され、前記内外輪連結梁はｙ軸に沿って分布される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロは、単一構造に設計され、コンデンサ式静電駆動及び微分容量検出を採用し、駆動方式が簡単で、構造がコンパクトであり、ジャイロの体積を低減するのに有利であり、工程からもロット生産に適し、優れた測定精度と感度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の例示的な実施例を詳細に説明することにより、本発明のその他の特徴及びその利点はより明瞭になる。明細書に合せられ明細書の一部を構成する図面は本発明の実施例を示し、その説明と共に本発明の原理を解釈するのに用いられる。
【図１】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第１実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第１実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第１実施例を示す平面図である。
【図４】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第１実施例を示す平面図である。
【図５】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第１実施例の支持梁組の構造を示す図である。
【図６】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第１実施例の連動部の構造を示す図である。
【図７】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第２実施例を示す平面図である。
【図８】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第３実施例を示す平面図である。
【図９】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第４実施例を示す平面図である。
【図１０】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第５実施例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第５実施例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第５実施例を示す平面図である。
【図１３】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第５実施例を示す平面図である。
【図１４】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第６実施例を示す平面図である。
【図１５】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第７実施例を示す平面図である。
【図１６】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第５、６、７実施例のｘとｙ軸検出システムを示す簡略図である。
【図１７】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第５、６、７実施例のｘとｙ軸を検出する時の検出質量ブロックＭ２の駆動と検出方向の周波数応答曲線である。
【図１８Ａ】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第５、６、７実施例のｚ軸検出システムを示す簡略図である。
【図１８Ｂ】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第５、６、７実施例のｚ軸検出システムを示す簡略図である。
【図１９】本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第５、６、７実施例のｚ軸を検出する時の検出質量ブロックＭ４の駆動と検出方向の周波数応答曲線である。
【図２０】本発明３軸ＭＥＭＳジャイロの支持梁組の第２実施例の構造を示す図である。
【図２１】本発明３軸ＭＥＭＳジャイロの支持梁組の第３実施例の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の様々な例示的な実施例を詳細に説明する。注意すべきことは、別途詳細な説明がない限り、これらの実施例に記載されている部品とステップの相対的な配置、数式及び数値は本発明の範囲を限定するものではない。
【００２５】
以下、少なくとも一つの例示的な実施例についての説明は実質的に説明的なものに過ぎず、決して本発明及びその応用又は使用を限定するものではない。当業者にとって既知の技術、方法及び装置について詳細な説明をしないかもしれないが、適切な場合、前記技術、方法及び装置は明細書の一部と見なされるべきである。ここに示され検討される全ての例では、如何なる具体的な値は例示的なものに過ぎず、限定するものではないと解釈されるべきである。そのため、例示的な実施例のその他の例では異なる値を有することができる。注意すべきことは、類似する符号とアルファベットは以下の図面において類似する要素を示し、そのため、ある要素が一つの図面に定義される場合、その後の図面ではその更なる説明が不要である。
【００２６】
（１）、図１〜６は本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第１実施例を示す。
【００２７】
図１に示すように、基板１の中心位置には環状検出用コンデンサが有り、環状検出用コンデンサの中心を原点Ｏと定義し、基板１が所在する平面はｘｙ平面の空間直交座標系であり、空間直交座標系のｚ軸は基板１と垂直である。
【００２８】
図３に示すように、環状検出用コンデンサは、基板に固定される４つの下極パッドと、４つの下極パッドに対向して下極パッド上方に懸架される環状上極パッド８とを含み、下極パッドが配列されてなる形状と環状上極パッド８の形状は一致している。
【００２９】
４つの下極パッドは、第１組下極パッド６ａと第２組下極パッド６ｂとの２組に分けられてもよい。第１組下極パッド６ａは、ｘ軸に沿って原点の両側に対称に分布され、組内の２つの下極パッドの形状が同一であり、その対応部分の環状上極パッド８に係合されて１組の第１検出用コンデンサＡを構成する。第２組下極パッド６ｂは、ｙ軸に沿って原点の両側に対称に分布され、組内の２つの下極パッドの形状が同一であり、その対応部分の環状上極パッド８に係合されて第１検出用コンデンサＢを構成する。
【００３０】
環状上極パッド８は支持構造を通じて下極パッドの上方に懸架され、支持構造は環状検出用コンデンサの環状穴内に位置し且つ環状上極パッド８の内縁に接続され、支持構造は原点のところで第１固定点５ａを通じて基板に固定され、支持構造の中心のみが固定されるため、環状上極パッド８は外力の作用でｘｙｚのいずれかの軸を回って角振動することができる。
【００３１】
図５は本実施例の支持構造の構造を示す図であり、支持構造は支持梁組１８であり、同軸の内円環１９と外円環２０、２つの内輪支持梁２１、２つの内外輪連結梁２２、及び４つの外輪連結梁２３を含み、４つの外輪連結梁２３の一端はそれぞれ外円環２０に接続され、他端はそれぞれ環状上極パッド８の内縁に接続される。外輪連結梁２３は、ｘ軸に沿って分布される１組と、ｙ軸に沿って分布される１組に分けられ、４つの外輪連結梁２３は均一に外円環２０の外周を分割し、２つの内輪支持梁２１の一端はそれぞれ内円環１９に接続され、他端は第１固定点５ａを通じて基板１に固定され、２つの内外輪連結梁２２の一端はそれぞれ内円環１９に接続され、他端はそれぞれ外円環２０に接続される。内輪支持梁２１はｙ軸に沿って分布され、内外輪連結梁２２はｘ軸に沿って分布される。その他の実施例では、内輪支持梁２１がｘ軸に沿って分布され内外輪連結梁２２がｙ軸に沿って分布されるように設置することもできる。
【００３２】
図２の断面部分から分かるように、環状上極パッド８の内縁は環状穴内の支持梁組１８に接続され、支持梁組１８は原点のところで第１固定点５ａを通じて基板１に固定され、環状上極パッド８は第１固定点５ａに支持され下極パッドの上方に懸架される。支持梁組の中心のみが固定され、細くて一定の弾性を有するため、環状上極パッド８は外力の作用でｘｙｚのいずれかの軸を回って角振動することができる。
【００３３】
ここで、環状上極パッド８は円環形状であるが、注意すべきことは、本発明は円環形状に限定されない。本発明における「環状」とは中央部に空洞が設けられた構造を指す。例えば内縁と外縁がともに円形の円環形状、内縁と外縁がともに方形の方形環状、外縁が円形であるが内縁が方形の形状、外縁が方形であるが内縁が円形の形状、中央部が開口された十字形状など、これらはいずれも等価の実施例の本発明の保護範囲内に属する。
【００３４】
ここで、環状上極パッド８と支持構造は直接一体化構造であっても良く、例えば一体化させた後エッチングにより形成される。
【００３５】
ここで、環状検出用コンデンサと支持構造によって構成される環状可変コンデンサは、２方向の変形を測定することができ、同時に更に変形した時の抵抗力が小さく変形空間が大きいという利点を備え、優れた測定精度と感度を実現することができる。本発明の環状可変コンデンサ構造は、簡単且つコンパクトであり、微小電気機械システムの体積を低減するのに有利であり、工程からもロット生産に適し、本発明の３軸ジャイロに用いられるほか、平面２軸ジャイロスコープ、ｚ軸ジャイロスコープ及びマイクロアクチュエータデバイス、例えばマイクロスイッチなどを製造するのに用いられることができる。
【００３６】
図６に示すように、第１実施例の連動部は微小電気機械の可変形構造であり、長方形の内枠１３、長方形の外枠１４、４つのＺ型減結合梁１５、第１連動梁９、２つのレバー梁１０、２つの第２連動梁１１、２つの支持梁１２、第３連動梁２４を含む。
【００３７】
長方形の外枠１４は長方形の内枠１３を取り囲み、長方形の外枠１４の中心と長方形の内枠１３の中心は原点に対向している。
【００３８】
長方形の内枠１３は４つのＺ型減結合梁１５を通じて長方形の外枠１４に接続され、Ｚ型減結合梁１５はそれぞれ長方形の内枠１３の４つの角部に分布され、長方形の内枠１３のｙ軸と平行である両側に対称に分布されており、Ｚ型減結合梁１５の一端は長方形の内枠１３のｙ軸と平行である側辺に接続され、他端は長方形の外枠１４のｙ軸と平行である側辺に接続される。
【００３９】
ここで、説明すべきことは、Ｚ型減結合梁１５はその他の数であっても良く、Ｚ型減結合梁１５の一端が長方形の内枠１３のｙ軸と平行である側辺に接続され、他端が長方形の外枠１４のｙ軸と平行である側辺に接続されればよい。好ましくは、Ｚ型減結合梁は２組に分けられ、長方形の内枠１３のｙ軸と平行である両側に対称に分布される。
【００４０】
第１連動梁９、第２連動梁１１、支持梁１２はいずれもｙ軸と平行して設置され、レバー梁１０と第３連動梁２４はｘ軸と平行して設置される。２つのレバー梁１０はｘ軸に対して対称し、一端が開口する方形枠構造を形成するために、それぞれ第１連動梁９に接続され、方形枠構造は長方形の内枠１３の内部に位置し、環状検出用コンデンサは２つのレバー梁１０の間に位置し、第２連動梁１１はｘ軸に対して対称し、レバー梁１０と長方形の内枠１３との間に位置し、第２連動梁１１の一端は隣接するレバー梁１０に接続され、他端は長方形の内枠１３に接続される。それにより長方形の内枠１３を通じて長方形の外枠１４に接続され、第３連動梁２４の一端は第１連動梁９の中央部に接続され、他端は環状上極パッド８の外縁に接続される。２つの支持梁１２はｘ軸に対して対称し、方形枠構造と環状検出用コンデンサとの間に位置し、一端は隣接するレバー梁１０に接続され、他端はそれぞれ第３固定点５ｃを通じて基板１に固定される。ここで、レバー梁１０の第１連動梁９に接続されていない一端は支持端であり、２つのレバー梁１０の支持端はそれぞれ第２固定点５ｂを通じて基板１に固定される。ここで、第２連動梁１１とレバー梁１０の接続位置はレバー梁１０の支持端と、レバー梁１０及び支持梁１２の接続点との中間部に位置する。ここで、２つの第２固定点５ｂはｘ軸に対して対称に設置され、２つの第３固定点５ｃはｘ軸に対して対称に設置される。このように対称に固定して設置することにより、長方形の内外枠が受ける力をさらに均一にする。
【００４１】
２組の駆動用コンデンサは、長方形の外枠１４のｘ軸と平行である両側に対称に分布され、各組の駆動用コンデンサはいずれも互いに係合される可動駆動電極１６と固定駆動電極４を含む。可動駆動電極１６は長方形の外枠１４のｘ軸と平行である側辺に接続され、固定駆動電極４は基板１に固定される。
【００４２】
２組の第２検出用コンデンサは、長方形の外枠１４のｙ軸と平行である両側に対称に分布され、各組の第２検出用コンデンサはいずれも互いに係合される可動検出電極１７と固定検出電極３を含む。可動検出電極１７は長方形の外枠１４のｙ軸と平行である側辺に接続され、固定検出電極３は基板１に固定される。
【００４３】
ここで、本実施例における可動駆動電極１６と固定駆動電極４、及び可動検出電極１７と固定検出電極３は、いずれもは櫛状電極である。
【００４４】
本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第１実施例の動作原理は下記のとおりである。
【００４５】
駆動用コンデンサはｙ軸方向に沿う駆動力を提供し、外部により駆動された時、長方形の外枠１４、可動駆動電極１６及び可動検出電極１７はｙ軸方向に沿って直線運動し、Ｚ型減結合梁１５は長方形の内枠１３をｙ軸方向に沿って直線運動するように駆動し、同時に第２連動梁１１はレバー梁１０をｙ軸方向に沿って直線運動するように駆動し、レバー梁１０はレバーに相当し、そのため、第１連動梁９をｙ軸方向に沿って直線運動するように駆動することができる。ここで、第１連動梁９の運動方向は第２連動梁１１と逆である。第１連動梁９が第３連動梁２４を通じて環状上極パッド８の外縁に接続され、環状上極パッド８が支持梁組１８を通じて原点のところで第１固定点５ａによって基板１に固定されるため、環状上極パッド８は第１連動梁９に駆動され第１固定点５ａを回って回転し、即ち、ｚ軸を回って角振動する。そのため、駆動運動は長方形の内外枠のｙ軸方向に沿う直線運動と環状上極パッド８のｚ軸を回って回転する角振動を含む。
【００４６】
ジャイロスコープがｘ軸を回って回転する時、コリオリの力に作用され、環状上極パッド８はｙ軸を回って角振動し、よって第１組下極パッド６ａと環状上極パッド８の隙間の変化を引き起こし、第１検出用コンデンサＡを変化させ、該容量変化はジャイロスコープのｘ軸を回って回転する角速度と正比例し、そのためｘ軸の角速度を測定するのに用いることができる。この場合、第１検出用コンデンサＢと第２検出用コンデンサは影響を受けず、又は無視できるほど影響が非常に小さい。
【００４７】
ジャイロスコープがｙ軸を回って回転する時、コリオリの力に作用され、環状上極パッド８はｘ軸を回って角振動し、よって第２組下極パッド６ｂと環状上極パッド８の隙間の変化を引き起こし、第１検出用コンデンサＢを変化させ、該容量変化はジャイロスコープのｙ軸を回って回転する角速度と正比例し、そのためｙ軸の角速度を測定するのに用いることができる。この場合、第１検出用コンデンサＡと第２検出用コンデンサは影響を受けず、又は無視できるほど影響が非常に小さい。
【００４８】
ジャイロスコープがｚ軸を回って回転する時、ｚ軸を回って角振動する環状上極パッド８自体は影響を受けない。コリオリの力に作用され、長方形の外枠１４と長方形の内枠１３がｘ軸方向の作用力を受けるが、レバー梁１０が剛性のものであり且つ一端が固定されているため、長方形の内枠１３はｘ軸方向における運動は限定され、環状上極パッド８に影響を与えることもなく、そのため環状検出用コンデンサは影響を受けない。Ｚ型減結合梁１５の減結合作用で、長方形の内外枠を接続するＺ型減結合梁１５は、長方形の外枠１４のｘ軸方向における運動を制限することなく、そのため、長方形の外枠１４はｘ軸方向に沿って直線運動し、第２検出用コンデンサ（可動検出電極１７と固定検出電極３により構成される）を変化させ、該容量変化はジャイロスコープのｚ軸を回って回転する角速度を反映し、そのためｚ軸の角速度を検出するのに用いることができる。
【００４９】
本実施例において、レバー梁１０は、第１連動梁９、第２連動梁１１及び支持梁１２に接続される以外、更に支持端を通じて基板１（即ち第２固定点５ｂのところ）に固定され、第２連動梁１１とレバー梁１０の接続位置はレバー梁１０の支持端とレバー梁１０及び支持梁１２の接続点の中間部に位置し、このような状況は長方形の内外枠の運動に対して役に立つ。これは、レバー梁１０の元の自由端を支持端に固定した後、第２固定点５ｂと支持梁１２との間のレバー梁１０が両端支持梁に相当し、この部分のレバー梁１０の変形モードは中央部が膨らんで両端が固定される形式であり、そのｙ軸と垂直である状態が変わらず、この際に、第２連動梁１１がその中央部に位置する場合、第２連動梁１１はトルクを受けて回転することなく、そのため長方形の内枠１３がｙ軸に沿って直線運動のみをすることを保証することができ、中央位置からずれる場合、レバー梁１０のｙ軸と垂直である状態は変化し、このような偏向は長方形の内外枠の運動モードに影響を与えるからである。
【００５０】
第１実施例の微小電気機械の可変形構造は、外力に作用される時、外枠、内枠、及び方形枠構造はいずれも変形の効果を発生することができ、同時に更に変形抵抗が小さく変形空間が大きいという利点を有するため、優れた測定精度と感度を実現することができる。本発明の微小電気機械の可変形構造は、簡単且つコンパクトであり、微小電気機械システムの体積を低減するのに有利であり、工程から見てもロット生産に適する。本発明の３軸ジャイロに用いられる他、さらに機械構造の面から微小変位の増幅を実現することができ、センサの検出感度と信号対ノイズ比を高めることに役立ち、敏感構造の回路システムに対する要件を低減する。
【００５１】
（２）、図７は本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第２実施例を示す。
【００５２】
図７から分かるように、第１実施例との相違点は主に連動部の相違にあり、具体的には第２実施例では長方形の内枠を省略したことである。
【００５３】
（３）、図８は本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第３実施例を示す。
【００５４】
図８から分かるように、第２実施例との相違点は主に駆動用コンデンサと第２検出用コンデンサの構造の相違にあり、第２実施例では、駆動用コンデンサと第２検出用コンデンサは櫛状のコンデンサであり、極パッドの間の重なる長さの変化に基づいて検出し、第３実施例では、駆動用コンデンサと第２検出用コンデンサは異なる形状の平板状コンデンサであり、極パッドの間の隙間の変化に基づいて検出する。
【００５５】
（４）、図９は本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第４実施例を示す。
【００５６】
図９から分かるように、第３実施例との相違点は主に連動部の構造の相違にあり、第３実施例での駆動用コンデンサは長方形の外枠によって駆動力を第２検出用コンデンサに伝達し、第４実施例における駆動用コンデンサは八角形の外枠によって駆動力を第２検出用コンデンサに伝達する。
【００５７】
第２、３、４実施例から分かるように、本発明の駆動用コンデンサと第２検出用コンデンサは櫛状のコンデンサに限らず、連動部の構造も実施例における具体的な構造に限定されない。本発明に対して、駆動用コンデンサがｙ軸方向に沿って駆動する時、連動部によって可動検出電極をｙ軸方向に沿って直線運動するように駆動し環状上極パッドを第１固定点を回って回転するように駆動することを実現することができればよく、この機能を実現できる連動部の設計はすべて本発明の保護範囲内に属するべきである。
【００５８】
（５）、図１０〜１３は本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第５実施例を示す。
【００５９】
第５実施例の環状検出用コンデンサ、環状検出用コンデンサの支持梁組、駆動用コンデンサ、第２検出用コンデンサは、すべて第１実施例と類似し、主な区別は環状検出用コンデンサ、駆動用コンデンサ、第２検出用コンデンサを接続する連動部の構造が異なることにある。
【００６０】
第５実施例の連動部は微小電気機械の可変形構造であり、以下を含む。
【００６１】
原点を中心とする３重の長方形枠であって、内側から外側へ順に内枠１３、内枠１３を取り囲む中間枠１３１４、及び中間枠１３１４を取り囲む外枠１４である。内枠１３、中間枠１３１４及び外枠１４の中心はいずれも原点に対向する。内枠１３、中間枠１３１４、及び外枠１４のそれぞれは２つの辺がｘ軸と平行であり、その他の２つの辺はｙ軸と平行である。
【００６２】
外枠１４と中間枠１３１４との間は４つの第１減結合梁１５１を通じて接続され、第１減結合梁１５１は中間枠１３１４のｙ軸と平行である両側に設置され、且つｙ軸に対して対称する。第１減結合梁１５１はＺ型減結合梁であり、一端が中間枠１３１４のｙ軸と平行である側辺に垂直に接続され、他端が外枠１４のｙ軸と平行である側辺に垂直に接続される。
【００６３】
中間枠１３１４と内枠１３との間は４つの第２減結合梁１５２を通じて接続され、第２減結合梁１５２は内枠１３のｘ軸と平行である両側に設置され、且つｘ軸に対して対称する。第２減結合梁１５２はＺ型減結合梁であり、一端が内枠１３のｘ軸と平行である側辺に垂直に接続され、他端が中間枠１３１４のｘ軸と平行である側辺に垂直に接続される。
【００６４】
内枠１３の内側に位置する第３連動部であって、第１連動梁９、２つのレバー梁１０、２つの第２連動梁１１、２つの支持梁１２、第３連動梁２４を含む。第１連動梁９、第２連動梁１１、支持梁１２はいずれもｙ軸と平行して設置され、レバー梁１０と第３連動梁２４はｘ軸と平行して設置される。２つのレバー梁１０はｘ軸に対して対称し、一端が開口する方形枠構造を形成するために、それぞれ第１連動梁９に接続され、方形枠構造は内枠１３内部に位置し、環状検出用コンデンサは２つのレバー梁１０の間に位置し、第２連動梁１１はｘ軸に対して対称であり、且つレバー梁１０と内枠１３との間に位置し、第２連動梁１１の一端は隣接するレバー梁１０に接続され、他端は内枠１３に接続され、それにより内枠１３を通じて中間枠１３１４に接続され、さらに外枠１４との接続を実現し、第３連動梁２４の一端は第１連動梁９の中央部に接続され、他端は環状上極パッド８の外縁に接続される。２つの支持梁１２はｘ軸に対して対称し、且つ方形枠構造と環状検出用コンデンサとの間に位置し、一端は隣接する一つのレバー梁１０に接続され、他端はそれぞれ第３固定点５ｃを通じて基板１に固定される。ここで、レバー梁１０の第１連動梁９に接続されていない一端は支持端であり、２つのレバー梁１０の支持端はそれぞれ第２固定点５ｂを通じて基板１に固定される。ここで、第２連動梁１１とレバー梁１０の接続位置はレバー梁１０の支持端と、レバー梁１０及び支持梁１２の接続点との中間部に位置する。ここで、２つの第２固定点５ｂはｘ軸に対して対称に設置され、２つの第３固定点５ｃはｘ軸に対して対称に設置される。このように対称するように固定設置することにより、環状検出用コンデンサが受ける力をさらに均一にする。
【００６５】
第５実施例の微小電気機械の可変形構造であって、外力に作用される時、外枠、中間枠、内枠、及び方形枠構造はいずれも変形の効果を発生することができ、同時に更に変形抵抗が小さく変形空間が大きいという利点を有し、それにより優れた測定精度と感度を実現することができる。本発明の微小電気機械の可変形構造は、簡単且つコンパクトであり、微小電気機械システムの体積を低減するのに有利であり、工程上からもロット生産に適し、さらに温度及び加工工程の公差による影響が小さく、測定方法によって優れた測定精度と感度を実現するのに有利である。本発明の３軸ジャイロに用いられる他、さらに機械構造の方面において微小変位の増幅を実現することができ、センサの検出感度と信号対ノイズ比を高めることに役立ち、敏感構造の回路システムに対する要件を低減する。
【００６６】
２組の駆動用コンデンサであって、外枠１４のｘ軸と平行である両側に対称に分布され、各組の駆動用コンデンサはいずれも互いに係合される可動駆動電極１６と固定駆動電極４を含み、可動駆動電極１６は外枠１４のｘ軸と平行である側辺に接続され、固定駆動電極４は基板１に固定される。
【００６７】
２組の第２検出用コンデンサであって、外枠１４のｙ軸と平行である両側に対称に分布され、各組の第２検出用コンデンサはいずれも互いに係合される可動検出電極１７と固定検出電極３を含み、可動検出電極１７は外枠１４のｙ軸と平行である側辺に接続され、固定検出電極３は基板１に固定される。
【００６８】
ここで、本実施例における可動駆動電極１６と固定駆動電極４、及び可動検出電極１７と固定検出電極３はいずれもは櫛状電極であり、極パッドの間の重なる長さの変化に基づいて検出する。しかし、本発明はこれに限らず、駆動用コンデンサと第２検出用コンデンサは平板状コンデンサであっても良く、極パッドの間の隙間の変化に基づいて検出する。
【００６９】
本発明の３軸多自由度ＭＥＭＳジャイロの第５実施例の動作原理は下記のとおりである。
【００７０】
駆動用コンデンサはｙ軸方向に沿う駆動力を提供し、外部により駆動される時、外枠１４、可動駆動電極１６及び可動検出電極１７はｙ軸方向に沿って直線運動し、中間枠１３１４、内枠１３をｙ軸方向に沿って直線運動するように駆動し、同時に第２連動梁１１はレバー梁１０をｙ軸方向に沿って直線運動するように駆動し、レバー梁１０はレバーに相当し、そのため第１連動梁９をｙ軸方向に沿って直線運動するように駆動することができ、ここで、第１連動梁９の運動方向は第２連動梁１１と逆である。第１連動梁９が第３連動梁２４を通じて環状上極パッド８の外縁に接続され、環状上極パッド８が支持梁組１８を通じて原点のところで第１固定点５ａによって基板１に固定されるため、環状上極パッド８は第１連動梁９に駆動され第１固定点５ａを回って回転し、即ち、ｚ軸を回って角振動することができる。そのため、駆動運動は３重枠のｙ軸方向に沿う直線運動と環状上極パッド８のｚ軸を回って回転する角振動を含む。
【００７１】
ジャイロスコープがｘ軸を回って回転する時、コリオリの力に作用され、環状上極パッド８はｙ軸を回って角振動し、よって第１組下極パッド６ａと環状上極パッド８の隙間の変化を引き起こし、第１検出用コンデンサＡを変化させ、該容量の変化はジャイロスコープのｘ軸を回って回転する角速度と正比例し、そのためｘ軸の角速度を測定するのに用いることができる。この際に、第１検出用コンデンサＢと第２検出用コンデンサは影響を受けず、又は無視できるほど影響が非常に小さい。
【００７２】
ジャイロスコープがｙ軸を回って回転する時、コリオリの力に作用され、環状上極パッド８はｘ軸を回って角振動し、よって第２組下極パッド６ｂと環状上極パッド８の隙間の変化を引き起こし、第１検出用コンデンサＢを変化させ、該容量の変化はジャイロスコープのｙ軸を回って回転する角速度と正比例し、そのためｙ軸の角速度を測定するのに用いることができる。この際に、第１検出用コンデンサＡと第２検出用コンデンサは影響を受けず、又は無視できるほど影響が非常に小さい。
【００７３】
ジャイロスコープがｚ軸を回って回転する時、ｚ軸を回って角振動する環状上極パッド８自体は影響を受けない。コリオリの力に作用され、外枠１４、中間枠１３１４、内枠１３はｘ軸方向の作用力を受けるが、レバー梁１０が剛性のものであり一端が固定されているため、内枠１３のｘ軸方向における運動は制限されており、環状上極パッド８にも影響を与えず、そのため環状検出用コンデンサは影響を受けない。第１減結合梁１５１の減結合の作用は、外枠１４のｘ軸方向における運動を制限しないため、外枠１４はｘ軸方向に沿って直線運動し、第２検出用コンデンサ（可動検出電極１７と固定検出電極３により構成される）の変化を引き起こし、該容量の変化はジャイロスコープのｚ軸を回って回転する角速度を反映し、そのためｚ軸の角速度を検出するのに用いることができる。
【００７４】
本実施例では、レバー梁１０は第１連動梁９、第２連動梁１１及び支持梁１２に接続される以外に、更に支持端を通じて基板１（即ち第２固定点５ｂのところ）に固定され、第２連動梁１１とレバー梁１０の接続位置はレバー梁１０の支持端と、レバー梁１０及び支持梁１２の接続点との中間部に位置し、このような状況は３重枠の運動に有利であり、それは、レバー梁１０の元の自由端を支持端に固定した後、第２固定点５ｂと支持梁１２との間のレバー梁１０が両端支持梁に相当し、この部分のレバー梁１０の変形モードは中央部が膨らんで両端が固定された形式であり、そのｙ軸と垂直である状態は変わらず、この際、第２連動梁１１がその中間位置に位置する場合、第２連動梁１１がトルクを受けて回転することなく、中央位置からずれる場合、レバー梁１０がｙ軸と垂直である状態は変化し、このような偏向は３重枠の運動モードに影響を与える。
【００７５】
（６）、図１４は本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第６実施例を示す。
【００７６】
第６実施例と第５実施例の３軸検出原理は同様であり、第５実施例との相違点は主に第１減結合梁１５１の形状と接続方式が異なることにある。第６実施例では、外枠１４と中間枠１３１４との間は４つの第１減結合梁１５１を通じて接続され、第１減結合梁１５１は中間枠１３１４のｙ軸と平行である両側に設置され且つｙ軸に対して対称し、第１減結合梁１５１はＬ型減結合梁であり、一端が中間枠１３１４のｙ軸と平行である側辺に垂直に接続され、他端が外枠１４のｘ軸と平行である側辺に垂直に接続される。
【００７７】
（７）、図１５は本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロの第７実施例を示す。
【００７８】
第７実施例と第５実施例の３軸検出原理は同様であり、第６実施例との相違点は主に第２減結合梁１５２の形状と結合方式が異なることにある。第７実施例では、中間枠１３１４と内枠１３との間は４つの第２減結合梁１５２を通じて接続され、第２減結合梁１５２は内枠１３のｘ軸と平行である両側に設置され且つｘ軸に対して対称し、第２減結合梁１５２はＬ型減結合梁であり、一端が内枠１３のｘ軸と平行である側辺に垂直に接続され、他端が中間枠１３１４のｙ軸と平行である側辺に垂直に接続される。
【００７９】
本発明のジャイロスコープの第５、６、７実施例は特別に３重の長方形枠の構造を設け、内枠と中間枠との間はＺ型又はＬ型の第２減結合梁を通じて接続され、中間枠と外枠との間はＺ型又はＬ型の第１減結合梁を通じて接続され、ここで、第１減結合梁は外枠１４と中間枠１３１４のｙ軸方向における相対運動を限定し、第２減結合梁は中間枠１３１４と内枠１３のｘ軸方向における相対運動を限定し、このような特別な設計はジャイロスコープの構造安定性を高めることができ、具体的に図１６〜１９を参照してその好適な効果を説明する。
【００８０】
図１６は本発明のジャイロスコープの第５、６、７実施例のｘとｙ軸検出システムを示す簡略図であり、図１７は第５、６、７実施例のｘとｙ軸を検出する時の検出質量ブロックＭ２の駆動と検出方向の周波数応答曲線である。
【００８１】
図１６に示すように、第１減結合梁１５１が外枠１４と中間枠１３１４のｙ軸方向における相対運動を限定するため、外枠１４と中間枠１３１４の組合せは質量ブロックＭ１に簡略化することができ、内枠１３と環状上極パッド８及び両者を接続する各連動梁の組合せは検出質量ブロックＭ２に簡略化することができる。図１７に示すように、質量ブロックＭ１は駆動力を受けて検出質量ブロックＭ２を駆動方向に運動するように駆動し、ここで、質量ブロックＭ１は駆動方向のみにおいて運動することができ、検出質量ブロックＭ２は同時に駆動と検出方向に運動することができる。検出質量ブロックＭ２の駆動運動周波数応答曲線では、駆動周波数が駆動周波数応答曲線の２つのピーク値の間の平坦部分にある時、システム全体は動力の増幅を実現し、即ち質量ブロックＭ１の運動振幅値は最小に達し、検出質量ブロックＭ２の運動振幅値は最大に達する。この際に、温度と加工の公差による共振周波数の変化は駆動直線部分の周波数応答への影響が小さい。そのため、ジャイロスコープの駆動運動変化は非常に小さく、それによりジャイロスコープの駆動作動の安定性を向上させる。さらに、同時に検出質量ブロックＭ２の検出方向における検出モードの固有周波数を駆動周波数応答の２つのピーク値の間の直線部分に設けることにより、駆動と検出頻度の一致性を実現することができ、ジャイロスコープの検出精度と感度などの性能を向上させる。
【００８２】
図１８Ａ、１８（ｂ）は本発明のジャイロスコープの第５、６、７実施例のｚ軸検出システムを示す簡略図であり、図１９は第５、６、７実施例のｚ軸を検出する時の検出質量ブロックＭ４の駆動と検出方向の周波数応答曲線である。
【００８３】
図１８Ａに示すように、同一の駆動運動であるため、ｚ軸検出システムの駆動運動の動力の増幅原理は図１６と同一である。図１８Ｂに示すように、ジャイロスコープの構造がｚ軸を回って回転する時、内枠１３はｘ軸方向のコリオリの力を受けて駆動され、第２減結合梁１５２は内枠１３と中間枠１３１４のｘ軸方向における相対運動を限定し、そのため内枠１３と外枠１４は２つの固定接続される質量ブロックに相当し、質量ブロックＭ３に簡略化することができ、外枠１４と中間枠１３１４の接続はｘ軸方向におけるばね接続に相当し、外枠１４を検出質量ブロックＭ４に簡略化することができる。図１９に示すように、質量ブロックＭ３はコリオリの力を受けて検出質量ブロックＭ４を検出方向に運動するように駆動し、コリオリの力の周波数が検出モード曲線の２つのピーク値の間の直線部分にある時、検出質量ブロックＭ４の運動変位は最大であり、質量ブロックＭ３の運動変位は最小であり、即ち動力の増幅を実現する。同時に該構造も温度及び加工工程公差による影響が小さいという特徴を有し、それによりシステムの駆動と検出運動の安定性及びジャイロスコープの検出精度と感度などの性能を向上させるのに寄与する。
【００８４】
本発明の３軸ＭＥＭＳジャイロは単一構造に設計され、コンデンサ式静電駆動及び微分容量検出を採用し、駆動方式が簡単であり、構造がコンパクトで、ジャイロの体積を低減するのに有利であり、工程上からもロット生産に適し、さらに温度及び加工工程の公差による影響が小さく、優れた測定精度と感度を実現することができる。
【００８５】
図２０は支持構造の第２実施例を示し、支持構造は円環１０３、３つの連結梁１０１、及び支持梁１０２を含み、ここで、２つの連結梁１０１はｙ軸に沿って分布され、第３連結梁１０１はｘ軸に沿って分布され、ｘ軸の正方向に位置し、連結梁１０１の一端が円環１０３に接続され、他端が環状上極パッド８の内縁に接続される。支持梁１０２はｘ軸に沿って分布され、ｘ軸の負方向に位置し、一端が円環１０３に接続され、他端が原点のところで第１固定点５ａを通じて基板に固定される。当然ながら、第３連動梁１０１はｘ軸の負方向に位置し、支持梁１０２はｘ軸の正方向に位置しても良い。
【００８６】
図２１は支持構造の第３実施例を示し、支持構造は円環１０３、２つの連結梁１０１、及び２つの支持梁１０２を含む。ここで、２つの連結梁１０１はｙ軸に沿って分布され、連結梁１０１の一端が円環１０３に接続され、他端が環状上極パッド８の内縁に接続される。２つの支持梁１０２はｘ軸に沿って分布され、一端が円環１０３に接続され、他端が原点のところで第１固定点５ａを通じて基板に固定される。
【００８７】
既に例を通じて本発明の一部の特定実施例について詳細に説明したが、当業者であれば、以上の例は説明するためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。当業者であれば、本発明の範囲と精神を逸脱しない限り、以上の実施例を修正することができることを理解すべきである。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって限定される。
【符号の説明】
【００８８】
１  基板、８  環状上極パッド、6ａ  第１組下極パッド、６ｂ  第２組下極パッド、１６  可動駆動電極、４  固定駆動電極、１７  可動検出電極、３  固定検出電極；１３  長方形の内枠、１４  長方形の外枠、１３１  内枠、１３１４  中間枠、１４１  外枠、１５  Ｚ型減結合梁、１５１  第１減結合梁、１５２  第２減結合梁、９  第１連動梁、１０  レバー梁、１１  第２連動梁、１２  支持梁、２４  第３連動梁、１８  支持梁組、１９  内円環、２０  外円環、２１  内輪支持梁、２２  内外輪連結梁、２３  外輪連結梁、１０１  連結梁、１０２  支持梁、１０３  円環、５ａ  第１固定点、５ｂ  第２固定点、５ｃ  第３固定点。
【図１】
0006448793.tif 000002
【図２】
0006448793.tif 000003
【図３】
0006448793.tif 000004
【図４】
0006448793.tif 000005
【図５】
0006448793.tif 000006
【図６】
0006448793.tif 000007
【図７】
0006448793.tif 000008
【図８】
0006448793.tif 000009
【図９】
0006448793.tif 000010
【図１０】
0006448793.tif 000011
【図１１】
0006448793.tif 000012
【図１２】
0006448793.tif 000013
【図１３】
0006448793.tif 000014
【図１４】
0006448793.tif 000015
【図１５】
0006448793.tif 000016
【図１６】
0006448793.tif 000017
【図１７】
0006448793.tif 000018
【図１８Ａ】
0006448793.tif 000019
【図１８Ｂ】
0006448793.tif 000020
【図１９】
0006448793.tif 000021
【図２０】
0006448793.tif 000022
【図２１】
0006448793.tif 000023