JPH06178555A - Micromotor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To measure the angle and speed of rotation of a micromotor without contact by disposing a permanent magnet on a rotor, transferring a magnetic bubble along a transfer element loop in response to a rotating magnetic field produced by revolutions of the rotor, and reading a bit pattern of the magnetic bubble. CONSTITUTION:A ferromagnetlc thin film 11 is formed on a surface of revolution of a rotor 1, and a magnetic bubble element 12 is disposed on a semiconductor substrate 5. A pattern in which transfer elements made of magnetic materials are formed in the shape of a loop is formed along a plane 16 of the magnetic bubble element 12 which is in contact with the semiconductor substrate 5. When a rotating magnetic field is applied, the magnetic bubble element 12 is transferred along the transfer element loop, and a magnetic bubble detector substrate detects the magnetic bubble element 12 which is being transferred along the transfer element loop pattern. An angle of revolution of the rotor 1 of a micromotor is measured from this detected signal via a signal processing circuit that calculates an angle of revolution of the rotor 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、シリコンマイクロマシ
ーニング技術（以下、単にＳｉマイクロマシーニング技
術と記す）によって製作されたマイクロモータに関す
る。更に詳述すると、このモータにおけるロータの回転
角度（回転位置）を測定できる機能を持ったマイクロモ
ータに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micromotor manufactured by a silicon micromachining technique (hereinafter simply referred to as Si micromachining technique). More specifically, the present invention relates to a micromotor having a function of measuring the rotation angle (rotational position) of the rotor in this motor.

【０００２】[0002]

【従来の技術】シリコン基板にマイクロ・メートル（以
下、μｍと記す）オーダの電子機械構造を３次元的に作
り込み、例えば直径１００μｍ程度の微小形状のモータ
（以下、マイクロモータと記す）を形成することが実現
されている。2. Description of the Related Art An electromechanical structure of the order of micrometer (hereinafter referred to as μm) is three-dimensionally formed on a silicon substrate to form a micro-shaped motor having a diameter of about 100 μm (hereinafter referred to as micromotor). Has been realized.

【０００３】Ｓｉマイクロマシーニング技術によるマイ
クロモータの製造は、通常のＬＳＩとはやや異なる。Ｌ
ＳＩはシリコン基板の深さ方向をせいぜい数μｍしか使
用しないのに対し、Ｓｉマイクロマシーニング技術は、
深さ１００μｍもの構造物を作る。The manufacture of a micromotor by the Si micromachining technology is slightly different from that of an ordinary LSI. L
While SI uses only a few μm in the depth direction of the silicon substrate at most, Si micromachining technology
Create a structure with a depth of 100 μm.

【０００４】図６は、日経エレクトロニクス1989.8.21
(No.480）の頁130〜131に記載された、マイクロモータ
の外観図であり、図７は、図６のＡ−Ａ’の断面図であ
る。図６と図７に示されたマイクロモータは、シリコン
基板５上に直径１００μｍのロータ１と、ステータ２
と、ベアリング３と、犠牲層６，７などが３次元的に形
成されたものである。FIG. 6 shows the Nikkei Electronics 1989.8.21
FIG. 7 is an external view of the micromotor described on pages 130 to 131 of (No. 480), and FIG. 7 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. The micromotor shown in FIGS. 6 and 7 has a rotor 1 having a diameter of 100 μm and a stator 2 on a silicon substrate 5.
The bearing 3, the sacrificial layers 6 and 7 are three-dimensionally formed.

【０００５】図６，図７のモータは、次のように製作さ
れる。例えばフォトリソグラフィ技術を用いて、シリコ
ン基板上に薄膜のデポジション（堆積）とエッチングを
繰り返して、立体構造を作る。そして、ロータ１が自由
に動く空間を作るため（シリコン基板から分離して自由
に動く構造を基板上に作り込むため）、犠牲層エッチン
グと言う技術を用いる。この犠牲層６，７は、モータの
製作過程でデポジットするが、最後には、エッチングで
除去する層である。The motor shown in FIGS. 6 and 7 is manufactured as follows. For example, using photolithography technology, deposition (deposition) and etching of a thin film are repeated on a silicon substrate to form a three-dimensional structure. Then, in order to create a space in which the rotor 1 can move freely (in order to form a structure that is separated from the silicon substrate and can move freely on the substrate), a technique called sacrificial layer etching is used. The sacrificial layers 6 and 7 are layers that are deposited during the manufacturing process of the motor, but are finally removed by etching.

【０００６】このモータは、モータの中心に対して点対
称の位置にある一対のステータ・ポールに電圧を印加す
ると、ロータ１は、静電引力でステータ２に引きつけら
れる。そして電圧印加を時間とともに順次隣のステータ
・ポールにずらしていくことで、静電引力に引きつけら
れてロータ１は、連続回転する。ロータ１には、ブッシ
ング（突起）４が設けられ、この部分だけが窒化膜の絶
縁層８に接触することで、摩擦を少なくしている。[0006] In this motor, when a voltage is applied to a pair of stator poles located symmetrically with respect to the center of the motor, the rotor 1 is attracted to the stator 2 by electrostatic attraction. Then, by sequentially shifting the voltage application to the adjacent stator pole with time, the rotor 1 is continuously attracted by the electrostatic attraction. The rotor 1 is provided with a bushing (projection) 4, and only this portion comes into contact with the insulating layer 8 of the nitride film to reduce friction.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】モータを適切に制御す
るには、ロータ１の回転角度（又は回転位置）を測定す
る必要がある。一般のモータにおける回転角度の測定
は、シャフトに取り付けられたエンコーダを用いて行
う。しかし、マイクロモータの回転角度を検出するエン
コーダは、現在ではまだ存在しない。In order to properly control the motor, it is necessary to measure the rotation angle (or rotation position) of the rotor 1. The rotation angle of a general motor is measured using an encoder attached to the shaft. However, an encoder for detecting the rotation angle of the micromotor does not yet exist at present.

【０００８】本発明の目的は、ロータの回転角度や回転
速度を検出できる機能を有したマイクロモータを提供す
ることである。An object of the present invention is to provide a micromotor having a function of detecting the rotation angle and rotation speed of a rotor.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の第１では、半導体の基板上に、この
基板と平行な回転面を持つロータと、このロータを回転
駆動させるステータとを３次元的に形成することで構成
された微小モータにおいて、前記ロータの回転面に設け
られ、磁気を帯びた材料で形成された薄膜(11)と、前記
半導体の基板上に設けられた磁気バブル素子(12)と、前
記半導体の基板と接する磁気バブル素子の面(16)に沿っ
て設けられ、磁性材料で構成された転送素子(30)がルー
プ状に形成されたパターン(29)と、前記薄膜からの回転
磁界を受けて、前記転送素子のループ・パターンに沿っ
て移動した磁気バブルを検出する検出手段(31)と、この
検出手段の出力信号から前記ロータの回転角度を算出す
る信号処理回路(32)と、を備えたことを特徴とするもの
である。本発明の第２では、磁気バブル素子(12a )が設
けられるＧＧＧ（ガドリニウム−ガリウム−ガーネッ
ト）基板(33)上に、この基板と平行な回転面を持つロー
タと、このロータを回転駆動させるステータとを３次元
的に形成したことを特徴とするものである。In order to achieve such an object, according to the first aspect of the present invention, a rotor having a rotating surface parallel to the substrate on a semiconductor substrate and the rotor is rotationally driven. In a micromotor configured by forming a stator three-dimensionally, a thin film (11) provided on a rotating surface of the rotor and formed of a magnetic material, and a thin film (11) provided on the semiconductor substrate. A magnetic bubble element (12) and a transfer element (30) made of a magnetic material, which is provided along the surface (16) of the magnetic bubble element in contact with the semiconductor substrate, and has a pattern (29) formed in a loop shape. ), And receiving a rotating magnetic field from the thin film, detecting means (31) for detecting the magnetic bubble that has moved along the loop pattern of the transfer element, and the rotation angle of the rotor from the output signal of this detecting means. Equipped with a signal processing circuit (32) to calculate It is characterized by what you got. According to a second aspect of the present invention, a GGG (gadolinium-gallium-garnet) substrate (33) provided with a magnetic bubble element (12a) is provided with a rotor having a rotation surface parallel to the substrate and a stator for rotationally driving the rotor. And are formed three-dimensionally.

【００１０】[0010]

【作用】磁気を帯びた薄膜がロータの回転面に取り付け
られているので、半導体基板の面に対し、平行な面内磁
界を発生させる。そしてロータが回転することにより、
この面内磁界は回転する。Since the magnetic thin film is attached to the rotating surface of the rotor, an in-plane magnetic field parallel to the surface of the semiconductor substrate is generated. And by the rotation of the rotor,
This in-plane magnetic field rotates.

【００１１】一方、この半導体基板の面に沿って、転送
素子のループ・パターンが設けられている。この転送素
子のループ・パターンには、磁気バブルが散在してお
り、面内磁界の回転、つまりロータの回転とともに、磁
気バブルは、転送素子ループを巡回する。On the other hand, the loop pattern of the transfer element is provided along the surface of the semiconductor substrate. Magnetic bubbles are scattered in the loop pattern of the transfer element, and the magnetic bubbles circulate in the transfer element loop along with the rotation of the in-plane magnetic field, that is, the rotation of the rotor.

【００１２】この巡回は、面内磁界の回転数に応じてい
るので、転送素子のループ・パターン上の或る点に検出
手段を設け、これを通過する磁気バブルを検出手段で検
出することで、面内磁界、即ち、ロータの回転数（回転
角度でもある）を知ることができる。また、単位時間当
たりの回転角度を算出することにより、回転速度を測定
することもできる。Since this circulation depends on the number of rotations of the in-plane magnetic field, detection means is provided at a certain point on the loop pattern of the transfer element, and the magnetic bubble passing therethrough is detected by the detection means. , The in-plane magnetic field, that is, the number of rotations (also the rotation angle) of the rotor can be known. The rotation speed can also be measured by calculating the rotation angle per unit time.

【００１３】また、ＧＧＧ（ガドリニウム−ガリウム−
ガーネット）基板上に磁気バブル素子を形成した後に、
このＧＧＧ基板の同一面上のマイクロモータを形成する
ことにより、ＧＧＧ基板をＳｉ基板５に固定する組立工
程が不要で、ロータと磁気バブル素子とのアライメント
が性格且つ容易にできる。Further, GGG (gadolinium-gallium-
Garnet) After forming the magnetic bubble element on the substrate,
By forming the micromotor on the same surface of the GGG substrate, the assembly process for fixing the GGG substrate to the Si substrate 5 is not necessary, and the alignment between the rotor and the magnetic bubble element can be made characteristically and easily.

【００１４】[0014]

【実施例】図１は本発明に係るマイクロモータの第１の
実施例を示す断面図、図２は図１の平面図，図３は磁気
バブルを用いて回転角度を測定する原理を説明する図、
図４は磁気バブル素子の面１６に設けられる転送素子の
ループ・パターンを示す図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a micromotor according to the present invention, FIG. 2 is a plan view of FIG. 1, and FIG. 3 explains the principle of measuring a rotation angle using a magnetic bubble. Figure,
FIG. 4 is a diagram showing a loop pattern of the transfer element provided on the surface 16 of the magnetic bubble element.

【００１５】図１のマイクロモータが図７と異なる点
は、 (a) ロータ１の回転面上に強磁性体の薄膜１１を設け
たこと (b) 半導体の基板５上に磁気バブル素子１２を設けた
こと (c) 半導体の基板５と接する磁気バブル素子１２の面
１６に沿って、磁性材料で構成された転送素子がループ
状に形成されたパターン２９を設けたこと（図４参照） (d) 薄膜１１からの回転磁界を受けて、転送素子のル
ープ・パターンに沿って移動する磁気バブルを検出する
検出手段３１を設けたこと（図４参照） 更に、本発明のマイクロモータは、図１から得られる出
力信号を受けて (e) 検出手段３１の出力信号から、ロータ１の回転角
度や回転速度等を算出する信号処理回路３２を設けてい
る。The micromotor of FIG. 1 differs from that of FIG. 7 in that (a) a ferromagnetic thin film 11 is provided on the rotating surface of the rotor 1 (b) a magnetic bubble element 12 is provided on a semiconductor substrate 5. Provided (c) A pattern 29 having transfer elements made of a magnetic material formed in a loop shape was provided along the surface 16 of the magnetic bubble element 12 in contact with the semiconductor substrate 5 (see FIG. 4). d) The detection means 31 for detecting a magnetic bubble moving along the loop pattern of the transfer element in response to the rotating magnetic field from the thin film 11 is provided (see FIG. 4). (E) A signal processing circuit 32 for calculating the rotation angle, the rotation speed, etc. of the rotor 1 from the output signal of the detecting means 31 is provided.

【００１６】図１に設けた強磁性体の薄膜１１と、磁気
バブル素子１２により、マイクロモータにおけるロータ
１の回転角度（回転位置）や回転速度を検出する動作原
理を図３と図４を参照しながら説明する。The operation principle for detecting the rotation angle (rotation position) and the rotation speed of the rotor 1 in the micromotor by the ferromagnetic thin film 11 and the magnetic bubble element 12 provided in FIG. 1 are referred to FIGS. 3 and 4. While explaining.

【００１７】図３は、図１や図２における強磁性体薄膜
１１と、磁気バブル素子１２と、バイアス磁石１３，１
５とを抜き出した図である。なお、図３で示した読み出
しコイル１７，１８は、図１では、その図示を省略して
いる。また、図３では、動作を分かり易くするため強磁
性体薄膜１１を、独立して描いたが、実際は、図１や図
２の如くＳｉ基板５上に設けたマイクロモータのロータ
１上に配置されている（図３では、このＳｉ基板５上に
設けたマイクロモータの図示も省略している）。FIG. 3 shows the ferromagnetic thin film 11 shown in FIGS. 1 and 2, the magnetic bubble element 12, and the bias magnets 13 and 1.
It is the figure which extracted 5 and. The read coils 17 and 18 shown in FIG. 3 are not shown in FIG. Further, in FIG. 3, the ferromagnetic thin film 11 is drawn independently for the sake of easy understanding of the operation, but in reality, it is arranged on the rotor 1 of the micromotor provided on the Si substrate 5 as shown in FIGS. (The illustration of the micromotor provided on the Si substrate 5 is also omitted in FIG. 3).

【００１８】図４は、図１〜図３の磁気バブル素子１２
の面１６の部分に形成された転送素子ループのパターン
例を示す図である。FIG. 4 shows the magnetic bubble element 12 of FIGS.
It is a figure which shows the pattern example of the transfer element loop formed in the part of the surface 16 of FIG.

【００１９】図３において、１２は磁気バブル素子であ
り、磁気バブルを発生する材料で構成される。磁気バブ
ルは、適当な強さの垂直磁界（バイアス磁界）を加える
ことにより、ＧＧＧ（ガドリニウム−ガリウム−ガーネ
ット）上に数μｍエピタキシャル成長させた垂直磁化膜
の中に筒状の形で発生する。この磁気バブル素子１２に
は、磁気バブル検出器３１（図４参照）が設けられてい
る。この磁気バブル検出器３１は、磁気抵抗素子（例え
ばパーマロイ）等で構成され、この磁気バブル検出器３
１の所を磁気バブル２６，２７，２８，…が通過する
と、その際、その抵抗値が変化するので、抵抗値を信号
処理回路３２で観測することで、磁気バブルが通過した
ことを検出できる。In FIG. 3, reference numeral 12 is a magnetic bubble element, which is made of a material that generates magnetic bubbles. A magnetic bubble is generated in a cylindrical shape in a perpendicular magnetic film epitaxially grown on GGG (gadolinium-gallium-garnet) by several μm by applying a perpendicular magnetic field (bias magnetic field) having an appropriate strength. The magnetic bubble element 12 is provided with a magnetic bubble detector 31 (see FIG. 4). The magnetic bubble detector 31 is composed of a magnetic resistance element (for example, permalloy) or the like.
When the magnetic bubbles 26, 27, 28, ... Pass through 1, the resistance value changes at that time. Therefore, by observing the resistance value with the signal processing circuit 32, the passage of the magnetic bubble can be detected. .

【００２０】磁気バブル素子１２には、図４に示す如
く、薄膜のパーマロイで構成された転送素子３０が、ル
ープ状に形成される。そして回転磁界が加えられると、
転送素子ループに沿って磁気バブル２６，２７，２８，
…が転送される。図４では、１つの転送素子ループを示
したが、実際の磁気バブル素子１２上には、複数の転送
素子ループが設けられる。各転送素子ループ上には、例
えば特殊なビットパターン（メモリホイールのビットパ
ターン）で磁気バブルが書き込まれている。なお、磁気
バブル素子１２が、配置されている平面を便宜上ｘ−ｙ
平面と呼ぶ。As shown in FIG. 4, the magnetic bubble element 12 is formed with a transfer element 30 made of thin film permalloy in a loop shape. And when a rotating magnetic field is applied,
Along the transfer element loop, magnetic bubbles 26, 27, 28,
... is transferred. Although one transfer element loop is shown in FIG. 4, a plurality of transfer element loops are provided on the actual magnetic bubble element 12. On each transfer element loop, for example, a magnetic bubble is written with a special bit pattern (memory wheel bit pattern). The plane on which the magnetic bubble element 12 is arranged is referred to as xy for convenience.
Call it the plane.

【００２１】１３，１５は２枚１組のバイアス磁石であ
り、磁気バブル素子１２に対し、垂直な一定の磁界（バ
イアス磁界）を与え、バブル状の磁区を保持する（磁気
バブルが消失しないように）作用を有するものである。Numerals 13 and 15 are a set of two bias magnets, which give a constant magnetic field (bias magnetic field) perpendicular to the magnetic bubble element 12 to hold bubble-shaped magnetic domains (to prevent magnetic bubbles from disappearing). To).

【００２２】１７，１８は読み出しコイルであり、図３
の如く、磁気バブル素子１２の周囲に互いに直交するよ
うな位置関係で配置される。この読み出しコイル１７，
１８は、強磁性体薄膜１１（ロータ１でもある）の回転
角度（回転位置）を読出す時に使われるものである。つ
まり、現在、強磁性体薄膜１１が、如何なる回転位置に
いるかを、読みに行かない場合、この読み出しコイルの
電流は、ゼロである。Reference numerals 17 and 18 denote read coils, which are shown in FIG.
As described above, the magnetic bubble elements 12 are arranged around the magnetic bubble element 12 in a positional relationship orthogonal to each other. This read coil 17,
Reference numeral 18 is used when reading the rotation angle (rotation position) of the ferromagnetic thin film 11 (also the rotor 1). In other words, if it is not possible to read what rotational position the ferromagnetic thin film 11 is currently at, the current of the read coil is zero.

【００２３】一方、強磁性体薄膜１１の回転角度を読出
す時、図示しないコントローラは、互いに９０°位相が
異なる交流電流を２つの読み出しコイル１７，１８に流
す。これにより、２つの読み出しコイル１７，１８が囲
む空間には回転磁界が発生し、磁気バブル２６，２７，
２８，…を強制的に転送素子ループ２９上で転送させ
る。なお、コントローラは、加える交流電流の周期の数
を制御することで、磁気バブルを所定の転送ステップ数
（例えば３）だけ移動させることができる。読み出し動
作は、後述する。なお、ロータ１が回転する場合と、読
み出しコイル１７，１８が動作する場合とで、どちらも
回転磁界が発生するが、理解の混乱を避けるため、読み
出しコイル１７，１８が動作した時生じる回転磁界を
“読み出し用回転磁界”と言う。On the other hand, when reading the rotation angle of the ferromagnetic thin film 11, a controller (not shown) causes alternating currents having 90 ° different phases to flow through the two reading coils 17 and 18. As a result, a rotating magnetic field is generated in the space surrounded by the two read coils 17 and 18, and the magnetic bubbles 26, 27, and
.. are forcibly transferred on the transfer element loop 29. The controller can move the magnetic bubble by a predetermined number of transfer steps (for example, 3) by controlling the number of cycles of the applied alternating current. The read operation will be described later. A rotating magnetic field is generated both when the rotor 1 rotates and when the read coils 17 and 18 operate, but in order to avoid confusion in understanding, the rotating magnetic field generated when the read coils 17 and 18 operate. Is called the "reading rotating magnetic field".

【００２４】１１は強磁性体薄膜であり、図１のロータ
１に取り付けられた永久磁石である。この強磁性体薄膜
１１は、図３の如く磁化されている。図２に示すように
ロータ１は、上から見ると複数の突起を有した形状をし
ている。強磁性体薄膜１１は、このロータ１の上面に設
けられており、各突起部が、交互にＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，…
となるように磁化されている。Reference numeral 11 denotes a ferromagnetic thin film, which is a permanent magnet attached to the rotor 1 of FIG. The ferromagnetic thin film 11 is magnetized as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the rotor 1 has a shape having a plurality of protrusions when viewed from above. The ferromagnetic thin film 11 is provided on the upper surface of the rotor 1, and the protrusions are alternately N, S, N, S, ...
Is magnetized so that

【００２５】この強磁性体薄膜１１は、磁気バブル素子
１２の面１６に対し、平行な面内磁界を与えるもので、
ロータ１が回転することによりこの面内磁界は回転する
（図４参照）。各磁気バブル２６，２７，２８，…は、
１ステップ／１回転磁場で転送素子ループを巡回する。
図３は８極に着磁された強磁性体薄膜の例であり、この
場合、ロータ１が１回転すると、各磁気バブル２６，２
７，２８，…は、転送素子３０の４個分を移動する。This ferromagnetic thin film 11 gives an in-plane magnetic field parallel to the surface 16 of the magnetic bubble element 12,
This in-plane magnetic field rotates as the rotor 1 rotates (see FIG. 4). Each magnetic bubble 26, 27, 28, ...
The transfer element loop is circulated with one step / one rotating magnetic field.
FIG. 3 shows an example of a ferromagnetic thin film magnetized with 8 poles. In this case, when the rotor 1 makes one revolution, each magnetic bubble 26, 2
, 28, ... Move four transfer elements 30.

【００２６】図４に示す転送素子ループには、例えば
『メモリホイールの原理』に基づいた特殊配列パターン
の磁気バブルが予め書き込まれている。この特殊配列パ
ターンとは、全ビットパターンの中の或る位置から切り
出した連続するビットパターンが他のどの位置から切り
出した同ビット数のパターンとも同じにならないという
特徴を持ったパターンである。従って、或る決まった位
置から連続する数ビットのパターンを読出すことで、そ
のループのシフト量を知ることができる。In the transfer element loop shown in FIG. 4, magnetic bubbles having a special arrangement pattern based on, for example, "the principle of the memory wheel" are written in advance. This special array pattern is a pattern having the characteristic that a continuous bit pattern cut out from a certain position in all bit patterns is not the same as a pattern with the same number of bits cut out from any other position. Therefore, the shift amount of the loop can be known by reading a pattern of several consecutive bits from a certain fixed position.

【００２７】磁気バブルは、転送素子ループ２９上の或
る位置に配置された磁気バブル検出器３１で検出され
る。磁気バブル検出器３１は、これが配置されている位
置に磁気バブルが移動してくると、その旨を示す電気信
号を出力するものである。The magnetic bubble is detected by a magnetic bubble detector 31 arranged at a certain position on the transfer element loop 29. When the magnetic bubble moves to the position where it is arranged, the magnetic bubble detector 31 outputs an electric signal indicating that fact.

【００２８】以上のような磁気バブル素子１２におい
て、転送素子ループ上には、『メモリホイールの原理』
により定まる、例えば、１ループ８ビットのビットパタ
ーン（０１１１０１００）が、磁気バブルの有無により
形成されている。図４に示す実施例では、もっと多数の
ビット（例えば、４９ビット前後）であるが、ここで
は、発明を分かり易くするため８ビットで説明する。In the magnetic bubble element 12 as described above, the "principle of the memory wheel" is provided on the transfer element loop.
For example, a bit pattern (01110100) of 8 bits per loop is formed depending on the presence or absence of magnetic bubbles. In the embodiment shown in FIG. 4, a larger number of bits (for example, around 49 bits) are used, but here, in order to make the invention easier to understand, 8 bits will be described.

【００２９】この８ビットのパターンを形成する磁気バ
ブルは、強磁性体薄膜１１が回転すると、その回転に応
じて転送素子ループ２９上を巡回する。例えば、ロータ
１が１０回転すると、この１０回転に応じた位置に前記
８ビットのパターンの磁気バブルは移動している。When the ferromagnetic thin film 11 rotates, the magnetic bubble forming the 8-bit pattern circulates on the transfer element loop 29 according to the rotation. For example, when the rotor 1 rotates 10 times, the 8-bit magnetic bubble moves to a position corresponding to the 10 rotations.

【００３０】そこで、ロータ１の現在位置（回転角度）
を測定するため、読み出しコイル１７，１８を動作させ
て“読み出し用回転磁界”を発生させ、磁気バブルを例
えば３個の転送素子分だけ順にその位置を移動させる。
従って、磁気バブル検出器３１からは、３個の時系列の
ビットパターンが読み出され、このパターンからメモリ
ホイールの原理により、ロータ１の回転角度を知ること
ができる。なお、ビットパターンの読み出し後は、逆方
向の“読み出し用回転磁界”を発生させ、例えば３個の
転送素子分だけ、磁気バブルを逆向きに転送し、読み出
し前の位置まで戻す。Therefore, the current position (rotation angle) of the rotor 1
In order to measure, the read coils 17 and 18 are operated to generate a "reading rotating magnetic field", and the position of the magnetic bubble is sequentially moved by, for example, three transfer elements.
Therefore, three time-series bit patterns are read from the magnetic bubble detector 31, and the rotation angle of the rotor 1 can be known from this pattern by the principle of the memory wheel. After reading the bit pattern, a "rotating magnetic field for reading" in the reverse direction is generated, and the magnetic bubbles are transferred in the reverse direction by, for example, three transfer elements and returned to the position before the read.

【００３１】以上のように、本発明では、(イ) シリコ
ン半導体の基板５の上に設けられた磁気バブル素子１２
と、(ロ) このシリコン半導体の基板５と接する磁気バ
ブル素子の面１６に沿って設けられ、磁性材料で構成さ
れた転送素子３０がループ状に形成されたパターン２９
と、(ハ) マイクロモータのロータ１の回転面に設けら
れ、磁気を帯びた材料で形成された薄膜１１からの回転
磁界を受けて、転送素子３０のループ・パターンに沿っ
て移動する磁気バブル２６，２７，２８，…を検出する
磁気バブル検出器３１と、(ニ) この磁気バブル検出器
３１の出力信号からロータ１の回転角度を算出する信号
処理回路３２と、を備えているので、被接触で、マイク
ロモータのロータ１の回転角度を測定できる。なお、単
位時間当たりの回転角度を測定することで、回転速度を
測定することもできる。As described above, according to the present invention, (a) the magnetic bubble element 12 provided on the silicon semiconductor substrate 5 is used.
(B) A pattern 29 in which a transfer element 30 made of a magnetic material is provided along the surface 16 of the magnetic bubble element in contact with the silicon semiconductor substrate 5 and formed in a loop shape.
(C) A magnetic bubble that moves along the loop pattern of the transfer element 30 by receiving the rotating magnetic field from the thin film 11 formed on the rotor 1 of the micromotor and formed of a magnetic material. Since the magnetic bubble detector 31 for detecting 26, 27, 28, ... and (d) the signal processing circuit 32 for calculating the rotation angle of the rotor 1 from the output signal of the magnetic bubble detector 31, The contact angle allows the rotation angle of the rotor 1 of the micromotor to be measured. The rotation speed can also be measured by measuring the rotation angle per unit time.

【００３２】次に、図１のマイクロモータを作り出す製
造プロセスを説明する。既知のＳｉマイクロマシーニン
グ技術を用いて、マイクロモータの構造物をつくる。そ
して、その製造工程中、マイクロモータのロータ１の上
にリング状のパターンである強磁性体の薄膜１１を形成
する。強磁性体には、保磁力、残留磁束密度が大きく永
久磁石に適している硬磁性材料を用いる。Next, a manufacturing process for producing the micromotor of FIG. 1 will be described. The known Si micromachining technology is used to create the micromotor structure. Then, during the manufacturing process, a ferromagnetic thin film 11 having a ring-shaped pattern is formed on the rotor 1 of the micromotor. A hard magnetic material having a large coercive force and residual magnetic flux density and suitable for a permanent magnet is used for the ferromagnetic material.

【００３３】このように形成したリング状の強磁性体薄
膜１１に外部から磁界を与えて、これを磁化し、永久磁
石にする。この永久磁石の薄膜１１は、図３を用いて説
明した回転磁石として機能する。磁気バブル素子１２を
その膜面が回転磁界ベクトルと同一平面となるように、
バイアス磁石１３，１５と共に配置する。A magnetic field is externally applied to the ring-shaped ferromagnetic thin film 11 formed in this way to magnetize it to form a permanent magnet. The thin film 11 of the permanent magnet functions as the rotating magnet described with reference to FIG. The magnetic bubble element 12 has its film surface flush with the rotating magnetic field vector.
It is arranged together with the bias magnets 13 and 15.

【００３４】次に製造プロセスの具体例を説明する。 (1) シリコン基板５の上に窒化膜の絶縁層８を形成す
る。 (2) この窒化膜の絶縁層８の上に第１犠牲層であるＳ
ｉＯ₂ の膜を一様に設ける。その後、この一様に設けた
第１犠牲層にフォトリソグラフィーの処理を施して所望
の形状に感光し、不要な第１犠牲層の部分をエッチング
で除去する。その結果、この（２）の工程で残された第
１犠牲層７は、例えば図１の如くなる。 (3) 次にステータ２と、ロータ１用の多結晶Ｓｉの膜
を前記（２）の工程で得られた第１犠牲層の上に領域を
分けて一様に設ける。そして（２）と同様に、フォトリ
ソグラフィーの処理を施して所望の形状に感光し、不要
な部分をエッチングで除去する。その結果、この（３）
の工程で形成されたステータ２と、ロータ１は、例えば
図１の如くなる。 (4) 次に、上記（３）の工程で得られたロータ１の上
面に強磁性体薄膜１１を一様に設ける。そして、フォト
リソグラフィーの処理を施して所望の形状に感光し、不
要な部分をエッチングで除去する。その結果、この
（４）の工程で形成された強磁性体薄膜１１は、例えば
図１の如くなる。 (5) 次に、上記（１），（３）及び（４）の工程で得
られたロータ１と、ステータ２と、強磁性体薄膜１１と
絶縁膜８の上から第２犠牲層６であるＳｉＯ₂ の膜を一
様に設ける。そして上述と同様な処理を施して不要な部
分をエッチングで除去する。その結果、この（５）の工
程で残された第２犠牲層６は、図１の如くなる。 (6) 次に、ベアリング用の多結晶Ｓｉの膜を上記
（５）の工程で得られた第２犠牲層６と絶縁膜８の上に
設ける。そして上述と同様な処理を施して不要な部分を
エッチングで除去する。その結果、この（６）の工程で
形成されたベアリング３は、図１の如くなる。 (7) 次に、強磁性体薄膜１１を図２の如く８極に着磁
する。 (8) 次に、第１と第２犠牲層６，７をエッチングによ
り総て除去する。従って、強磁性体薄膜１１が設けられ
たロータ１は、周囲から物理的に離された状態となり、
自由に回転し得るようになる。 (9) 同一平面上に磁気バブル素子１２を接着配置す
る。Next, a specific example of the manufacturing process will be described. (1) An insulating layer 8 of a nitride film is formed on the silicon substrate 5. (2) S that is the first sacrificial layer on the insulating layer 8 of the nitride film
iO ₂ film uniformly provided. After that, the uniformly provided first sacrificial layer is subjected to photolithography to expose it to a desired shape, and unnecessary portions of the first sacrificial layer are removed by etching. As a result, the first sacrificial layer 7 left in the step (2) becomes, for example, as shown in FIG. (3) Next, the stator 2 and the polycrystalline Si film for the rotor 1 are uniformly provided in separate regions on the first sacrificial layer obtained in the step (2). Then, similarly to (2), a photolithography process is performed to expose a desired shape, and unnecessary portions are removed by etching. As a result, this (3)
The stator 2 and the rotor 1 formed in the above process are as shown in FIG. 1, for example. (4) Next, the ferromagnetic thin film 11 is uniformly provided on the upper surface of the rotor 1 obtained in the above step (3). Then, a photolithography process is performed to expose a desired shape, and unnecessary portions are removed by etching. As a result, the ferromagnetic thin film 11 formed in the step (4) becomes, for example, as shown in FIG. (5) Next, the rotor 1, the stator 2, the ferromagnetic thin film 11 and the insulating film 8 obtained in the above steps (1), (3) and (4) are formed on the second sacrificial layer 6 from above. A certain SiO ₂ film is provided uniformly. Then, the same processing as described above is performed to remove unnecessary portions by etching. As a result, the second sacrificial layer 6 left in the step (5) becomes as shown in FIG. (6) Next, a polycrystalline Si film for bearing is provided on the second sacrificial layer 6 and the insulating film 8 obtained in the above step (5). Then, the same processing as described above is performed to remove unnecessary portions by etching. As a result, the bearing 3 formed in the step (6) becomes as shown in FIG. (7) Next, the ferromagnetic thin film 11 is magnetized into 8 poles as shown in FIG. (8) Next, the first and second sacrificial layers 6 and 7 are all removed by etching. Therefore, the rotor 1 provided with the ferromagnetic thin film 11 is physically separated from the surroundings,
It will be able to rotate freely. (9) The magnetic bubble element 12 is bonded and arranged on the same plane.

【００３５】なお上述では、読み出しコイル１７，１８
を用いて、ロータ１（強磁性体薄膜１１）の回転角度を
読出す動作例を説明した。つまり、磁気バブル２６，２
７，２８，…で形成されるビットパターンを読出す際、
強制的に磁気バブルを転送させて磁気バブル検出器３１
の所を通過させ、このパターンを読み取る動作である。In the above description, the read coils 17 and 18 are used.
The operation example of reading the rotation angle of the rotor 1 (ferromagnetic thin film 11) has been described with reference to FIG. That is, the magnetic bubbles 26, 2
When reading the bit pattern formed by 7, 28, ...
Magnetic bubble detector 31 forcibly transferring magnetic bubbles
It is an operation to read this pattern by passing through.

【００３６】このビットパターン読み出しのため、磁気
バブル２６，２７，２８，…の強制的な転送を、読み出
しコイル１７，１８から回転磁界を発生させて行うので
なく、直接マイクロモータのロータ１を回転させて、磁
気バブル２６，２７，２８，…を強制的に転送するよう
にしてもよい。このようにすると、読み出しコイルを不
要とすることができ、部品数を削減できる。In order to read this bit pattern, the magnetic bubbles 26, 27, 28, ... Are not forcibly transferred by generating a rotating magnetic field from the read coils 17, 18, but the rotor 1 of the micromotor is directly rotated. Then, the magnetic bubbles 26, 27, 28, ... May be forcibly transferred. In this way, the read coil can be eliminated and the number of parts can be reduced.

【００３７】なお、強磁性体薄膜１１の着磁の極数を増
加させると、ロータ１の１回転内の位置が分かるので、
簡易的に回転角度を知ることができる。例えば、４極着
磁すると、測定角度の分解能は、１８０°である。ま
た、８極着磁を行うと、測定角度の分解能は、９０°で
ある。When the number of magnetic poles of the ferromagnetic thin film 11 is increased, the position of the rotor 1 within one rotation can be known.
The rotation angle can be easily known. For example, when 4-pole magnetization is performed, the resolution of the measurement angle is 180 °. Further, when 8-pole magnetization is performed, the resolution of the measurement angle is 90 °.

【００３８】また、上述では、磁気バブル素子１２をマ
イクロモータと同一のＳｉ基板５上に配置した例で説明
したが、別の基板上に配置してもよい。ただし、この
際、マイクロモータのロータ１の回転面と概略同一の平
面上に、転送素子ループパターンの形成される面が位置
するように配置する必要がある。In the above description, the magnetic bubble element 12 is arranged on the same Si substrate 5 as the micromotor, but it may be arranged on another substrate. However, at this time, it is necessary to dispose the surface on which the transfer element loop pattern is formed on a plane substantially the same as the rotation surface of the rotor 1 of the micromotor.

【００３９】さらに、上述の実施例では磁気バブル素子
１２のＧＧＧ基板をＳｉ基板５に固定する構成を取って
いるため、この組立工程が必要になる。ここで、図５は
前記組立工程を不要とした本発明に係るマイクロモータ
の第２の実施例を示す断面図である。Further, in the above-mentioned embodiment, since the GGG substrate of the magnetic bubble element 12 is fixed to the Si substrate 5, this assembling step is necessary. Here, FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the micromotor according to the present invention which does not require the assembling step.

【００４０】図５において１〜４，６〜７及び１１は図
１と同一符号を付してあり、８ａは窒化膜の絶縁層、１
２ａは磁気バブル素子、１３ａ及び１５ａはバイアス磁
石、３３はＧＧＧ基板である。In FIG. 5, reference numerals 1 to 4, 6 to 7 and 11 are the same as those in FIG. 1, and 8a is an insulating layer of a nitride film, and 1a.
2a is a magnetic bubble element, 13a and 15a are bias magnets, and 33 is a GGG substrate.

【００４１】図５に示す第２の実施例が図１等に示す第
１に実施例と異なる点はＧＧＧ基板３３上に磁気バブル
素子１２ａを形成した後に、このＧＧＧ基板３３の同一
面上のマイクロモータを形成した点である。即ち以下に
示すような製造プロセスによって製造される。The second embodiment shown in FIG. 5 is different from the first embodiment shown in FIG. 1 and the like in that after the magnetic bubble element 12a is formed on the GGG substrate 33, the same surface of the GGG substrate 33 is formed. This is the point of forming a micromotor. That is, it is manufactured by the following manufacturing process.

【００４２】第２の実施例の製造プロセスの具体例を説
明する。 (1) ＧＧＧ基板３３上に磁気バブル素子１２ａを形成
し、その表面に窒化膜の絶縁層８ａを形成する。 (2) この窒化膜の絶縁層８ａの上に第１犠牲層ＳｉＯ
₂ 膜７を形成し、エッチングする。その際に、第１犠牲
層７のパターンは磁気バブル素子１２ａのパターンにア
ライメントする。 (3) ステータ２、ロータ１用Ｓｉ膜を形成し、エッチ
ングする。 (4) 強磁性体薄膜１１を形成し、エッチングする。 (5) 第１犠牲層ＳｉＯ₂ 膜８を形成し、エッチングす
る。 (6) ベアリング用のＳｉ膜を形成し、エッチングす
る。 (7) 回転磁石を８極着磁する。 (8) 第１、第２犠牲層６及び７をエッチングにより総
て除去する。 (9) ダイシングの後、配線し、バイアス磁石１３ａ及
び１５ａ中に取り付ける。A specific example of the manufacturing process of the second embodiment will be described. (1) The magnetic bubble element 12a is formed on the GGG substrate 33, and the insulating layer 8a of the nitride film is formed on the surface thereof. (2) The first sacrificial layer SiO is formed on the insulating layer 8a of the nitride film.
₂ Film 7 is formed and etched. At that time, the pattern of the first sacrificial layer 7 is aligned with the pattern of the magnetic bubble element 12a. (3) Form a Si film for the stator 2 and rotor 1 and etch it. (4) Form the ferromagnetic thin film 11 and etch it. (5) The first sacrificial layer SiO ₂ film 8 is formed and etched. (6) Form a Si film for a bearing and etch it. (7) Magnetize the rotating magnet with 8 poles. (8) All the first and second sacrificial layers 6 and 7 are removed by etching. (9) After dicing, wire and attach in the bias magnets 13a and 15a.

【００４３】また、図５に示す第２の実施例の動作につ
いては図１等に示す第１に実施例と同一であるので説明
は省略する。The operation of the second embodiment shown in FIG. 5 is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

【００４４】この結果、上述の製造プロセスからも明ら
かなようにＧＧＧ基板３３をＳｉ基板５に固定する組立
工程が不要となる。また、マイクロモータの構成要素で
あるロータ１と回転数検出器の構成要素である磁気バブ
ル素子１２ａとのアライメントが正確且つ容易にでき
る。さらに、同一のＧＧＧ基板３３に形成することによ
り小型化が可能となる。As a result, the assembly process for fixing the GGG substrate 33 to the Si substrate 5 becomes unnecessary as is clear from the above manufacturing process. In addition, the rotor 1 which is a component of the micromotor and the magnetic bubble element 12a which is a component of the rotation speed detector can be accurately and easily aligned. Further, by forming them on the same GGG substrate 33, the size can be reduced.

【００４５】[0045]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、マイク
ロモータのロータ１上に永久磁石（強磁性体薄膜１１）
を設けた。従って、ロータ１の回転により回転磁界が発
生し、これに応じて、磁気バブル２６，２７，２８，…
は、転送素子ループ２９上を転送される。従って、磁気
バブル２６，２７，２８，…のビットパターンを読み取
ることで、マイクロモータのロータ１の回転角度を測定
できる。この測定動作は、被接触の測定である。従っ
て、微小な力で回転しているマイクロモータのロータに
ほとんど影響を与えることなく、回転角度、回転速度を
測定できる。As described above, in the present invention, the permanent magnet (ferromagnetic thin film 11) is provided on the rotor 1 of the micromotor.
Was set up. Therefore, the rotating magnetic field is generated by the rotation of the rotor 1, and accordingly, the magnetic bubbles 26, 27, 28, ...
Are transferred on the transfer element loop 29. Therefore, the rotation angle of the rotor 1 of the micromotor can be measured by reading the bit pattern of the magnetic bubbles 26, 27, 28, .... This measurement operation is a contact measurement. Therefore, the rotation angle and the rotation speed can be measured with almost no influence on the rotor of the micromotor rotating with a small force.

【００４６】また、ＧＧＧ基板上に磁気バブル素子１２
ａを形成した後に、このＧＧＧ基板３３の同一面上にマ
イクロモータを形成することにより、工数が減り、アラ
イメントが正確且つ容易になり、小型化も可能となる。The magnetic bubble element 12 is formed on the GGG substrate.
By forming a micromotor on the same surface of the GGG substrate 33 after forming a, the number of steps is reduced, the alignment is accurate and easy, and the size can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明に係るマイクロモータの第１の実施例を
示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a micromotor according to the present invention.

【図２】図１の平面図FIG. 2 is a plan view of FIG.

【図３】磁気バブル素子を用いて回転角度を測定する原
理を説明する図FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of measuring a rotation angle using a magnetic bubble element.

【図４】磁気バブル素子の面１６に設けられる転送素子
のループ・パターンを示す図FIG. 4 is a diagram showing a loop pattern of a transfer element provided on a surface 16 of a magnetic bubble element.

【図５】本発明に係るマイクロモータの第２の実施例を
示す断面図FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the micromotor according to the present invention.

【図６】マイクロモータの斜視図FIG. 6 is a perspective view of a micromotor.

【図７】従来のマイクロモータの断面図FIG. 7 is a sectional view of a conventional micromotor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ロータ ２ ステータ ３ ベアリング ４ ブッシング ５ シリコン基板 ６，７ 犠牲層 ８，８ａ 絶縁層 １１ 強磁性体薄膜 １２，１２ａ 磁気バブル素子 １３，１３ａ，１５，１５ａ バイアス磁石 １６ 磁気バブル素子の面 １７，１８ 読み出しコイル ２６，２７，２８ 磁気バブル ２９ パターン ３０ 転送素子 ３１ 検出手段 ３２ 信号処理回路 ３３ ＧＧＧ基板 1 rotor 2 stator 3 bearing 4 bushing 5 silicon substrate 6,7 sacrificial layer 8,8a insulating layer 11 ferromagnetic thin film 12,12a magnetic bubble element 13,13a, 15,15a bias magnet 16 magnetic bubble element surface 17,18 Read coil 26, 27, 28 Magnetic bubble 29 Pattern 30 Transfer element 31 Detecting means 32 Signal processing circuit 33 GGG substrate

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】半導体の基板上に、この基板と平行な回転
面を持つロータと、このロータを回転駆動させるステー
タとを３次元的に形成することで構成された微小モータ
において、 前記ロータの回転面に設けられ、磁気を帯びた材料で形
成された薄膜(11)と、 前記半導体の基板上に設けられた磁気バブル素子(12)
と、 前記半導体の基板と接する磁気バブル素子の面(16)に沿
って設けられ、磁性材料で構成された転送素子(30)がル
ープ状に形成されたパターン(29)と、 前記薄膜からの回転磁界を受けて、前記転送素子のルー
プ・パターンに沿って移動した磁気バブルを検出する検
出手段(31)と、 この検出手段の出力信号から前記ロータの回転角度を算
出する信号処理回路(32)と、 を備えたマイクロモータ。1. A micromotor constituted by three-dimensionally forming, on a semiconductor substrate, a rotor having a rotation surface parallel to the substrate and a stator for rotationally driving the rotor, the rotor comprising: A thin film (11) provided on a rotating surface and formed of a magnetic material, and a magnetic bubble element (12) provided on the semiconductor substrate.
A pattern (29) provided along the surface (16) of the magnetic bubble element in contact with the semiconductor substrate and having a transfer element (30) formed of a magnetic material in a loop, and from the thin film. Detecting means (31) that receives a rotating magnetic field and detects magnetic bubbles that have moved along the loop pattern of the transfer element, and a signal processing circuit (32) that calculates the rotation angle of the rotor from the output signal of this detecting means (31). ), And a micromotor with. 【請求項２】磁気バブル素子(12a )が設けられるＧＧＧ
（ガドリニウム−ガリウム−ガーネット）基板(33)上
に、この基板と平行な回転面を持つロータと、このロー
タを回転駆動させるステータとを３次元的に形成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイクロモ
ータ。2. A GGG provided with a magnetic bubble element (12a).
A three-dimensionally formed rotor (gadolinium-gallium-garnet) substrate (33) having a rotation surface parallel to the substrate and a stator for rotationally driving the rotor. The micromotor according to item 1.