JPH0771965A - ジャイロ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造費用が安く且つ寿命が長く耐久性に優
れ、更に応用範囲が広い静電支持型の加速度検出型ジャ
イロ装置を提供することを目的とする。 【構成】 ジャイロロータ２０は静電支持力によってジ
ャイロケース２１に対して非接触的に支持され、ロータ
駆動系によってＺ軸に沿ったスピン軸線周りにスピン運
動をする。ジャイロロータ２０は円盤状に形成され、好
ましくは絶縁材料よりなる板材の両面に金属薄膜の電極
を形成することによって構成される。ジャイロ装置はジ
ャイロケース２１に対するジャイロロータ２０のＺ軸方
向（スピン軸線方向）の変位を拘束する拘束制御系とジ
ャイロロータ２０のＸＹ軸方向の変位を拘束する中心位
置制御系とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、船舶、航空機
等の移動体に使用して好適な、慣性空間に対する角速度
又は角変化及び加速度を検出するための加速度検出型ジ
ャイロ装置に関する。より詳細には、本発明は、ジャイ
ロロータを静電支持力によって浮動的に支持する形式の
極めて小型の加速度検出型ジャイロ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１に従来のジャイロ装置の例を示
す。このジャイロ装置は静電ジャイロと称され、静電支
持力によって浮動的に支持された球形のジャイロロータ
１を有する。斯かるジャイロロータ１のスピン軸線方向
を図示のようにＺ軸とし、それに垂直な互いに直交する
２つの軸線をそれぞれＸ軸、Ｙ軸とする。

【０００３】球形のジャイロロータ１はジャイロケース
２の内部の球形の空洞内に収容されており、斯かる空洞
は真空に維持されている。ジャイロケース２はＸ軸方向
に沿って配置された１対の電極３、３’と、Ｙ軸方向に
沿って配置された１対の電極４、４’と、Ｚ軸方向に沿
って配置された１対の電極５、５’とを有し、斯かる電
極には図示しない静電支持回路が接続されている。

【０００４】３対の電極によって発生される静電力によ
って、ジャイロロータ１はジャイロケース２に対して非
接触的に支持される。ジャイロロータ１の赤道（ジャイ
ロロータがＸＹ平面と交差する線）に沿って互いに９０
°の角度間隔にて４つのコイル６−１、６−２、６−
３、６−４が配置されており、斯かるコイルによって発
生された回転磁界によってジャイロロータ１はＺ軸をス
ピン軸とする回転運動をする。

【０００５】ジャイロロータ１の赤道には円周方向に全
周的に（ジグザグ）模様７が印されており、それに対応
してジャイロロータ１の赤道に沿って互いに９０°の角
度間隔にて４つの光学的ピックアップ８−１、８−２、
８−３、８−４が配置されている。ジャイロロータ１が
Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りに回転変位すると、各光学的ピ
ックアップによって対応する模様の変位が検出され、ジ
ャイロロータ１の角度変位が検出される。

【０００６】このジャイロ装置を作動させる場合、先
ず、静電支持回路によって電極３、３’、４、４’、
５、５’に電圧を付与して静電力を発生させ、それによ
ってジャイロロータ１をジャイロケース１に対して非接
触的に支持する。次に、４つのコイル６−１、６−２、
６−３、６−４に交流電圧を印加して回転磁界を生成す
る。それによってジャイロロータ１はＺ軸をスピン軸と
して高速回転する。所望の回転数に達すると、交流電圧
はカットオフされるが、ジャイロロータ１はその後の使
用期間中惰性回転し続ける。ジャイロロータ１は高真空
に維持されたジャイロケース１の空洞内にて非接触的に
支持されているため、数カ月以上回転し続ける。

【０００７】ジャイロロータ１には外部よりいかなるト
ルクも作用しないから、ジャイロケース２がどのような
運動をしても、慣性の法則によって、ジャイロロータ１
のスピン軸線の方向は慣性空間に対して一定方向に維持
される。

【０００８】従って、ジャイロロータ１の赤道部に設け
たジグザグ模様７のジャイロケース２に対する相対的変
位を光学的ピックアップ８−１〜８−４によって検出す
ることにより、ジャイロケース２が装備されている航行
体の角度変位が高精度にて検出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のジャイロ装置で
は、ジャイロロータ１を完全な真球体に製造する必要が
あった。ジャイロロータ１の真球体度が不完全である
と、電極からの支持力がトルク成分を有することとな
り、姿勢角が変化するときドリフトが発生する。従っ
て、ジャイロロータ１を製造するための球体加工に多大
の労力と時間を要し、製造費用が高くなる欠点があっ
た。

【００１０】静電支持ジャイロはそのスピン軸線が常時
慣性空間の一定方向を指示し続けるため、所謂積分ジャ
イロと称される。この形式のジャイロは航行体の主軸が
ジャイロの制御軸線に対して角度変化したとき、航行体
の主軸に関する角度変化や角速度を直接検出することが
できない欠点がある。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、製造費用が安く
且つ寿命が長く耐久性に優れ、更に応用範囲が広いジャ
イロ装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によると、例えば
図１、図８及び図９に示すように、スピン軸線周りに高
速で回転するジャイロロータと、静電支持力によって非
接触的に支持された上記ジャイロロータを内部に収容す
るジャイロケースと、を有する加速度検出型のジャイロ
装置において、上記ジャイロロータは円盤状に形成さ
れ、円周方向に沿って両面に電極部を有することと、上
記ジャイロロータの両面の電極部にそれぞれ対応して且
つそれより隔置されて、円周方向に互いに９０°の角度
間隔にて配置された４対の静電電極と、上記ジャイロケ
ースの中心軸線に直交し且つ互いに直交する２つの半径
方向の上記ジャイロケースに対する上記ジャイロロータ
の変位を検出する変位検出装置と、上記ジャイロロータ
を上記スピン軸線周りに高速で回転させるためのロータ
駆動系と、上記４対の静電電極と上記ジャイロロータの
電極部とを含み、上記ジャイロロータの上記中心軸線に
沿った方向の変位を拘束するための拘束制御系と、上記
４対の静電電極と上記変位検出装置とを含み、上記ジャ
イロロータを上記中心軸線に整合させるように制御する
ための中心位置制御系と、を有することを特徴とする。

【００１３】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ロータ駆動系は、上記ジャイロロータの両面の電極
部と上記ジャイロロータの両面の電極部にそれぞれ対応
して且つそれより隔置され円周方向に互いに９０°の角
度間隔にて上記ジャイロケースに配置された４対のコイ
ルとを含むことを特徴とする。

【００１４】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記拘束制御系は上記ジャイロロータが上記ジャイロケ
ースに対して上記中心軸線に沿って偏倚したとき上記ジ
ャイロロータの電極部と上記４対の静電電極と間の間隙
の変化に起因する静電気力によって上記ジャイロロータ
の偏倚を減少させる力を生成するように構成されている
ことを特徴とする。

【００１５】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記静電電極の内径及び外径は上記ジャイロロータの電
極部の内径及び外径より大きくそれによって上記静電電
極は上記ジャイロロータの電極部に対して半径方向外方
に偏倚して配置され、又は上記静電電極の内径及び外径
は上記ジャイロロータの電極部の内径及び外径より小さ
くそれによって上記静電電極は上記ジャイロロータの電
極部に対して半径方向内方に偏倚して配置され、それに
よって上記中心位置制御系は上記ジャイロロータを上記
中心軸線に整合させるための力を生成することを特徴と
する。

【００１６】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロロータは絶縁材料よりなる円盤状部材とそ
の上面及び下面に装着された金属薄膜状の電極部を含む
ことを特徴とする。

【００１７】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロロータの電極部は蒸着、イオンプレーティ
ング、フォトファブリケーション等の薄膜生成技術によ
って形成されていることを特徴とする。

【００１８】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロロータの各面の電極部は複数の同心的に配
置された環状部と該環状部を電気的に接続する接続部と
を含むことを特徴とする。

【００１９】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロロータの上面の電極部と対応する下面の電
極部は接続部によって電気的に接続されていることを特
徴とする。

【００２０】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記静電電極は複数の同心的に配置された環状部と該環
状部を電気的に接続する接続部とを含み、上記静電電極
の環状部の各々は上記ジャイロロータの電極部の環状部
の各々に対応して配置されていることを特徴とする。

【００２１】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロケースは上記ジャイロロータの半径方向の
変位を制限するために上記ジャイロロータの外周を囲み
且つそれより隔置されたストッパを有することを特徴と
する。

【００２２】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ストッパは環状のスペーサより半径方向に突起した
複数の突起部として形成されていることを特徴とする。

【００２３】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記環状のスペーサ及びストッパは上記ジャイロロータ
と同一の絶縁材料とその両面に薄膜生成技術によって形
成された金属薄膜とを含むことを特徴とする。

【００２４】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記環状のスペーサ及びストッパは上記ジャイロロータ
と同一厚さを有するように構成されていることを特徴と
する。

【００２５】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロロータは導電材料よりなり、上記ジャイロ
ロータの電極部は円周方向の分割線によって分割された
複数個の環状の電極部を含むことを特徴とする。

【００２６】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロロータは単結晶の珪素よりなることを特徴
とする。

【００２７】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記静電電極は複数の同心的に配置された環状部と該環
状部を電気的に接続する接続部とを含み、上記静電電極
の環状部の各々は上記ジャイロロータの電極部の環状部
の各々に対応して配置されていることを特徴とする。

【００２８】本発明によると、ジャイロ装置において、
図１に示すように、上記変位検出装置は上記ジャイロロ
ータの中心位置に形成された孔と該孔に対応してその両
側に上記ジャイロケースの対応した位置に配置された発
光素子と受光素子とを有することを特徴とする。

【００２９】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記静電電極は上記ジャイロケースの内面に配置されて
いることを特徴とする。

【００３０】本発明によると、薄い円盤状のジャイロロ
ータと該ジャイロロータを収容するジャイロケースとを
含むジャイロ装置を製造する方法において、絶縁材より
なる薄い板材の両面に薄膜生成技術によって金属薄膜の
電極を生成することと、上記板材を円形に切り出してジ
ャイロロータを製造することと、を含む。

【００３１】本発明によると、ジャイロ装置の製造方法
において、上記板材の両面に薄膜生成技術によって金属
薄膜の環状のスペーサと該スペーサより半径方向内方に
突起した複数のストッパとを形成し、上記ストッパを上
記電極を囲むように且つそれより隔置して形成すること
と、上記板材より上記スペーサ及びストッパの部分を切
り出して上記スペーサ及びストッパを一体的部材として
製造することと、を含む。

【００３２】本発明によると、ジャイロ装置の製造方法
において、上記ストッパの先端の各々と上記ジャイロロ
ータの外周部との間の間隔が同一となるように上記ジャ
イロロータが配置されることができるように、上記ジャ
イロケースを形成する上側底部材と下側底部材との間に
上記スペーサを配置することと、を含む。

【００３３】

【作用】ジャイロロータ２０は静電支持力によってジャ
イロケース２１に対して非接触的に支持され、ロータ駆
動系によってＺ軸に沿ったスピン軸線周りにスピン運動
をする。ジャイロ装置はジャイロケース２１に対するジ
ャイロロータ２０のＺ軸方向（スピン軸線方向）の変位
を拘束する拘束制御系とジャイロロータ２０のＸＹ軸方
向の変位を拘束する中心位置制御系とを有する。

【００３４】拘束制御系はジャイロロータ２０の両面の
電極部とそれに対応して配置された４対の静電支持電極
と４つのトランスによって構成される共振回路によって
構成されている。ジャイロロータ２０がジャイロケース
２１に対して中心軸線に沿って偏倚したとき、ジャイロ
ロータ２０の電極部と４対の静電電極と間の間隙が変化
する。例えば、上側の間隙が減少して下側の間隙が増加
する。斯かる間隙の変化はコンデンサ容量の変化として
静電気力を変化させ、ジャイロロータ２０を中心軸線に
沿ってジャイロロータ２０の偏倚を減少させる方向に移
動させる。

【００３５】中心位置制御系は、ジャイロロータ２０の
Ｘ軸及びＹ軸方向の変位を検出する変位検出装置を有
し、斯かる変位検出装置によって検出された変位信号に
よって、静電支持電極に印加される電圧が変化される。
それによって、Ｘ軸及びＹ軸方向の静電気力が変化さ
れ、ジャイロロータ２０のＸ軸及びＹ軸方向の変位がゼ
ロとなるよう制御される。ジャイロロータ２０の電極部
は対応する４対の静電支持電極より半径方向外方に又は
半径方向内方に偏倚して配置されており、それによって
ジャイロロータ２０が中心軸線に整合するようにＸ軸又
はＹ軸方向に沿ってに働く静電気力が増加する。

【００３６】本発明のジャイロ装置によると、４対の静
電支持電極に印加される電圧値を分圧し加減演算するこ
とによって、Ｘ軸周り及びＹ軸周りの角速度とＸ軸、Ｙ
軸及びＺ軸方向の加速度が求められる。

【００３７】本発明のジャイロ装置によると、ジャイロ
ロータ２０は円盤状に形成されているから、単結晶シリ
コン（珪素）をリソグラフィ技術を使用して加工するこ
とによって製造することができる。

【００３８】本発明のジャイロ装置によると、ジャイロ
ロータ２０は円盤状に形成されているから、ジャイロロ
ータ２０は絶縁材料よりなる板材の両面に薄膜生成技術
によって金属薄膜状の電極を形成することによって製造
することができる。

【００３９】更に、本発明のジャイロ装置によると、ジ
ャイロロータ２０は円盤状に形成されているから、ジャ
イロロータ２０は透明な絶縁材料よりなる板材の両面に
薄膜生成技術によって金属薄膜状の電極を形成すること
によって両面の電極を高い精度にて且つ同心的に製造す
ることができる。

【００４０】

【実施例】以下に図１〜図１０を参照して本発明の実施
例について説明する。図１は本発明のジャイロ装置の第
１の例を示しており、ジャイロ装置は円盤状のジャイロ
ロータ２０と斯かるジャイロロータ２０を内部に収容す
るジャイロケース２１とを有する。

【００４１】ここで、ジャイロ装置に対して図示のよう
に、ＸＹＺ座標を設定する。ジャイロ装置の中心軸線に
沿って上方にＺ軸をとり、それに垂直にＸ軸及びＹ軸を
とる。ジャイロロータ２０のスピン軸線はＺ軸に沿って
配置される。

【００４２】ジャイロケース２１は上側底部材２２と下
側底部材２４と両者を接続する環状のスペーサ２３とを
有し、上側底部材２２とスペーサ２３と下側底部材２４
とは適当な締結手段、例えば小ねじ２５によって接続さ
れてよい。こうして、ジャイロケース２１の内部にはジ
ャイロロータ２０を収容するための円盤状の空洞部２６
が形成される。

【００４３】図１Ａに示すように、上側底部材２２及び
下側底部材２４には空洞部２６に通ずる孔２２Ａ、２２
Ａ’が形成されており、上側底部材２２の孔２２Ａには
キャップ３２が装填され、斯かるキャップ３２は空洞部
２６を長期間高い真空度に維持するためにゲッタ部材３
３を内蔵する。下側底部材２４の孔２２Ａ’にはパイプ
３４が接続されており、斯かるパイプ３４を経由して空
洞部２６が排気され真空にされる。

【００４４】ジャイロロータ２０は導電性材料によって
形成され、図１Ａに示すように、好ましくは、肉薄の中
心部２０Ｂとその外側のより肉厚な環状の電極部２０Ｃ
とを有するように構成してよい。中心部２０Ｂには中心
軸線に沿って貫通孔２０Ａが形成されている。

【００４５】本例のジャイロロータ２０は例えば単結晶
シリコン（珪素）によって形成してよい。ジャイロロー
タ２０を単結晶材料によって形成することによって、熱
歪み、経年変化の影響が少ない高い精度のジャイロロー
タを提供することができる。本例のジャイロロータ２０
は、例えば、リソグラフィ技術によって高い精度にて安
価に大量生産することができる。また、更に、上側底部
材２２、スペーサ２３、下側底部材２４等をリソグラフ
ィ技術によって安価に大量生産することもできる。

【００４６】ジャイロ装置はジャイロケース２１に対す
るジャイロロータ２０の変位を検出する変位検出装置を
有しており、斯かる変位検出装置によってジャイロロー
タ２０の半径方向の変位が検出される。斯かる変位検出
装置は、例えば図１Ａに示すように、ジャイロケース２
１の空洞部２６の内側の上面と下面にそれぞれ配置され
た発光素子２７と受光素子２８とを含むものであってよ
い。受光素子２８は、好ましくは図１Ｂに示すように、
４つのセグメント２８−１、２８−２、２８−３、２８
−４に分割されたものより構成されてよい。

【００４７】発光素子２７と受光素子２８は、ジャイロ
ロータ２０の孔２０Ａを光路が通るようにその両側にそ
れぞれ配置されている。ジャイロロータ２０が半径方向
に変位すると、光路に対して孔２０Ａの位置が偏倚する
ため、発光素子２７によって発生された光のうち受光素
子２８によって受光される光の量が変化する。こうし
て、４つの受光素子セグメントによって、ジャイロロー
タ２０の半径方向の変位の大きさと方向が求められる。

【００４８】上側底部材２２の内面には同心的に静電支
持電極２９−１〜２９−４及びロータ回転駆動用コイル
３０−１〜３０−４が配置されており、同様に、下側底
部材２４の内面には同心的に静電支持電極２９’−１〜
２９’−４及びロータ回転駆動用コイル３０’−１〜３
０’−４が配置されている。斯かる静電支持電極２９−
１〜２９−４、２９’−１〜２９’−４及びロータ回転
駆動用コイル３０−１〜３０−４、３０’−１〜３０’
−４はジャイロロータ２０の電極部２０Ｃに対応して且
つそれより隔置して配置されている。尚、静電支持電極
２９−１〜２９−４、２９’−１〜２９’−４とジャイ
ロロータ２０の電極部２０Ｃとの間の位置関係は後に詳
細に説明する。

【００４９】図１Ｂに示すように、例えば、第１の対の
静電支持電極２９−１、２９’−１及び第３の対の静電
支持電極２９−３、２９’−３はＸ軸に沿って配置さ
れ、第２の対の静電支持電極２９−２、２９’−２及び
第４の対の静電支持電極２９−４、２９’−４はＹ軸に
沿って配置される。静電支持電極２９−１〜２９−４、
２９’−１〜２９’−４は、ロータ回転駆動用コイル３
０−１〜３０−４、３０’−１〜３０’−４の間に配置
されてよい。静電支持電極２９−１〜２９−４及び２
９’−１〜２９’−４は、好ましくは図示のように、扇
形に形成される。

【００５０】次に図２〜図３を参照して本例のジャイロ
装置に設けられた拘束制御系とロータ駆動系１００と中
心位置制御系の構成と動作を説明する。拘束制御系はジ
ャイロロータ２０のＺ軸方向の変位を拘束するように機
能し、ロータ駆動系１００はジャイロロータ２０をスピ
ン軸線周りに回転させるように機能し、中心位置制御系
はジャイロロータ２０のＸＹ軸方向の変位を拘束するよ
うに機能する。

【００５１】先ず図２〜図３を参照して本例のジャイロ
装置に設けられた拘束制御系の構成と動作を説明する。
本例の拘束制御系は静電方式であり、ジャイロロータ２
０と静電支持電極との間に生成される静電気力によって
ジャイロロータ２０は浮動的に支持され拘束される。

【００５２】本例の拘束制御系は、ジャイロロータ２０
の電極部２０Ｃ（図２ではＰ₁ 、Ｐ ₃ の部分）とジャイ
ロロータ２０の両側に設けられた４対の静電支持電極２
９−１、２９’−１、２９−２、２９’−２、２９−
３、２９’−３、２９−４、２９’−４（図２では２９
−１、２９’−１、２９−３、２９’−３のみ図示）と
斯かる静電支持電極の各々に接続された４つのトランス
４１、４２、４３、４４（図２では４１、４３のみ図
示）と、図３に示すように、Ｘ制御系５０及びＹ制御系
６０とを有する。

【００５３】ジャイロロータ２０の電極部２０Ｃのう
ち、第１の対の静電支持電極２９−１、２９’−１に対
応した部分を第１の部分Ｐ₁ とし、第２の対の静電支持
電極２９−２、２９’−２に対応した部分を第２の部分
Ｐ₂ とし、第３の対の静電支持電極２９−３、２９’−
３に対応した部分を第３の部分Ｐ₃ とし、第４の対の静
電支持電極２９−４、２９’−４に対応した部分を第４
の部分Ｐ₄ とする。

【００５４】Ｘ制御系５０はジャイロロータ２０の電極
部２０Ｃの第１及び第３の部分Ｐ₁、Ｐ₃ のＺ軸方向の
変位を常にゼロに保持するように機能し、Ｙ制御系６０
はジャイロロータ２０の電極部２０Ｃの第２及び第４の
部分Ｐ₂ 、Ｐ₄ のＺ軸方向の変位を常にゼロに保持する
ように機能する。

【００５５】図３に示すように、Ｘ制御系５０は交流電
圧Ｖ_T を供給する交流電源５０−１とＶ_TX演算部５０−
２と２つの乗算器５０−３、５０−４とを有する。Ｖ_TX
演算部５０−２は、変位検出装置の受光素子２８より供
給されたジャイロロータ２０のＸ軸方向の変位Δｘを指
示する信号を入力し、係数１±Ｋ₁ Δｘ（Ｋ₁ は定
数。）を演算する。交流電源５０−１の一端は接地され
他端は２つの乗算器５０−３、５０−４に接続されてい
る。こうして、２つの乗算器５０−３、５０−４から
は、係数１±Ｋ₁ Δｘによって修正された交流電圧Ｖ_T
（１±Ｋ₁ Δｘ）が出力される。

【００５６】図２に示すように、Ｘ制御系５０の２つの
乗算器５０−３、５０−４の出力端はそれぞれ第１及び
第３のトランス４１、４３の各中点Ｔ１、Ｔ４に接続さ
れている。第１のトランス４１の出力端Ｔ２、Ｔ３はそ
れぞれ静電支持電極２９−１、２９’−１に接続され、
第３のトランス４３の出力端Ｔ５、Ｔ６はそれぞれ静電
支持電極２９−３、２９’−３に接続されている。

【００５７】Ｘ制御系５０の交流電源５０−１（周波数
をｆ_o とする。）と２つのトランス４１、４３（各トラ
ンスのインダクタンスをＬとする。）と２対の静電支持
電極及びジャイロロータ２０の電極部２０Ｃとによって
構成されるコンデンサ（静電容量をＣとする。）とによ
って共振回路が構成され、斯かる共振回路の共振周波数
ｆ_a 〔＝１／２π√（ＬＣ）〕は周波数ｆ_o より小さい
値に設定される。

【００５８】次に図４を参照して本例のジャイロ装置の
拘束制御系の動作を説明する。図４は第１のトランス４
１とそれに接続された静電支持電極２９−１、２９’−
１とを含む共振系の動作を示す共振曲線のグラフであ
り、縦軸は一方の電極、例えば、ジャイロロータ２０の
上側に配置された静電支持電極２９−１の電極電圧
Ｖ_T、横軸は周波数比（ｆ_O ／ｆ_a ）である。ここに、
ｆ_O は上述のように交流電源５０−１の周波数であり、
ｆ_a は共振回路の共振周波数ｆ_a 〔＝１／２π√（Ｌ
Ｃ）〕である。尚、簡単化のため、Ｖ_TX演算部５０−２
より２つの乗算器５０−３、５０−４に出力される係数
は（１±Ｋ₁ Δｘ）＝１とする。

【００５９】ジャイロロータ２０の電極部２０Ｃの第１
の部分をＰ₁ が上方に変位した場合を考える。斯かる第
１の部分Ｐ₁ とその上側に配置された静電支持電極２９
−１との間の距離が減少し、両者間の静電容量Ｃは増加
する。従って、共振周波数ｆ _a 〔＝１／２π√（Ｌ
Ｃ）〕は減少し、周波数比（ｆ_O ／ｆ_a ）は増加する。
その結果、図示のように、静電支持電極２９−１の電極
電圧Ｖ_T は動作電圧Ｖ_TOより小さくなる。こうして、上
側の静電支持電極２９−１とジャイロロータ２０の第１
の部分Ｐ₁ との間に働く引力は小さくなる。

【００６０】ジャイロロータ２０の第１の部分Ｐ₁ とそ
の下側に配置された静電支持電極２９’−１との間の関
係は丁度それと逆になる。第１の部分Ｐ₁ とその下側に
配置された静電支持電極２９’−１との間の距離は増加
し、両者間の静電容量Ｃは減少する。従って、共振周波
数ｆ_a 〔＝１／２π√（ＬＣ）〕は増加し、周波数比
（ｆ_O ／ｆ_a ）は減少する。その結果、静電支持電極２
９’−１の電極電圧Ｖ_Tは動作電圧Ｖ_TOより大きくな
る。こうして、下側の静電支持電極２９’−１とジャイ
ロロータ２０の第１の部分Ｐ₁ との間に働く引力は大き
くなる。

【００６１】こうしてジャイロロータ２０の第１の部分
Ｐ₁ が上方に変位した場合、この第１の部分Ｐ₁ を上方
に偏倚させる力が小さくなり、下方に偏倚させる力が大
きくなるため、第１の部分Ｐ₁ は相対的に下方に偏倚さ
れ、元の位置に戻されるように動作する。

【００６２】本例の拘束制御系によると、交流電源５０
−１とトランス４１と第１の対の静電支持電極２９−
１、２９’−１とを含む系によって、ジャイロロータ２
０の電極部２０Ｃの第１の部分Ｐ₁ のＺ軸方向の変位は
常にゼロに維持される。ジャイロロータ２０の第１の部
分Ｐ₁ がジャイロケース２１より受ける力Ｆｐ１は、両
側の静電支持電極２９−１、２９’−１に印加されてい
る電圧Ａ₁ 、Ｂ₁ の差に相当する。従って、次の数１の
式の第１式が成り立つ。Ｋは定数である。

【００６３】

【数１】Ｆｐ１＝Ｋ（Ａ₁ −Ｂ₁ ） Ｆｐ２＝Ｋ（Ａ₂ −Ｂ₂ ） Ｆｐ３＝Ｋ（Ａ₃ −Ｂ₃ ） Ｆｐ４＝Ｋ（Ａ₄ −Ｂ₄ ）

【００６４】ジャイロロータ２０の電極部２０Ｃの第３
の部分Ｐ₃ の動作、第２及び第４のの部分Ｐ₂ 、Ｐ₄ の
動作も同様である。従って、数１の式の第２〜４式が成
り立つ。

【００６５】次に本例のロータ駆動系１００の構成と動
作を説明する。ロータ駆動系１００は、ジャイロロータ
２０と駆動用交流電源１０１とそれに接続された４対の
コイル（図２では下側のコイル３０’−１、３０’−
２、３０’−３、３０’−４のみ図示）とを有する。２
相交流電圧の基本相Ｖ₀ は直列に接続された２つのコイ
ル３０’−１、３０’−３に接続され、２相交流電圧の
９０°相Ｖ₉₀は直列に接続された２つのコイル３０’−
２、３０’−４に接続される。

【００６６】４対のコイル３０−１、３０’−１、３０
−２、３０’−２、３０−３、３０’−３、３０−４、
３０’−４に駆動用交流電源１０１より交番電圧が付与
されると、ジャイロケース２１の空洞部２６に駆動用交
流電源１０１の周波数に比例した回転磁界が発生し、斯
かる磁界とジャイロロータ２０内に発生した渦電流との
相互作用によってジャイロータ２０は回転する。

【００６７】次に本発明のジャイロ装置の中心位置制御
系の構成と動作を説明する。中心位置制御系は、ジャイ
ロータ２０の電極部２０Ｃと静電支持電極２９−１〜２
９−４、２９’−１〜２９’−４と発光素子２７及び受
光素子２８を含む変位検出装置と斯かる変位検出装置の
出力信号を入力するＸ及びＹ制御系５０、６０とを有す
る。ジャイロロータ２０がＸ軸及びＹ軸方向に偏倚した
場合でも、中心位置制御系によって、スピン軸線がジャ
イロ装置の中心軸線即ちＺ軸に整合するようにジャイロ
ロータ２０のＸ軸及びＹ軸方向の位置が制御される。

【００６８】先ずジャイロータ２０の電極部２０Ｃと静
電支持電極２９−１〜２９−４、２９’−１〜２９’−
４との間の位置関係を説明する。ジャイロータ２０の電
極部２０Ｃは、静電支持電極２９−１〜２９−４、２
９’−１〜２９’−４に対して同心的に配置されている
が同時に半径方向内方に又は外方に偏倚して配置されて
いる。

【００６９】図１及び図２に示すように、ジャイロータ
２０の電極部２０Ｃが、静電支持電極２９−１〜２９−
４、２９’−１〜２９’−４に対して半径方向内方に偏
倚して配置されている場合について説明する。図示のよ
うに、静電支持電極２９−１〜２９−４、２９’−１〜
２９’−４の外径をジャイロロータ２０の電極部２０Ｃ
の外径より大きく形成し、静電支持電極が半径方向外側
に長さδ₂ だけジャイロロータ２０より突出するように
構成する。

【００７０】更に、静電支持電極２９−１〜２９−４、
２９’−１〜２９’−４の内径をジャイロロータ２０の
電極部２０Ｃの内径より大きく形成し、ジャイロロータ
２０の電極部２０Ｃが半径方向内側に長さδ₁ だけ静電
支持電極２９−１〜２９−４、２９’−１〜２９’−４
より突出するように構成する。

【００７１】こうして、ジャイロータ２０の電極部２０
Ｃを静電支持電極２９−１〜２９−４、２９’−１〜２
９’−４に対して半径方向内方に偏倚して配置すること
によって、ジャイロロータ２０には、第１の対の静電支
持電極２９−１、２９’−１によって半径方向外方（Ｘ
軸の正の方向に）に力Ｆｘ１が作用し、第３の対の静電
支持電極２９−３、２９’−３によって半径方向外方
（Ｘ軸の負の方向に）に力Ｆｘ３が作用する。これらの
力Ｆｘ１及びＦｘ３はそれぞれトランス４１、４３の中
点Ｔ１、Ｔ４に印加される交流電圧の大きさによって変
化する。斯かる交流電圧が等しければ２つの力Ｆｘ１及
びＦｘ３は等しく釣り合っている。

【００７２】ジャイロロータ２０にＸ軸方向の加速度α
_X が作用して、ジャイロロータ２０がジャイロケース２
１に対してＸ軸の正の方向にΔｘだけ変位したものとす
る。斯かる変位Δｘは受光素子２８によって電圧信号と
して出力される。斯かる信号はＸ制御系５０のＶ_TX演算
部５０−２に供給され、係数１±Ｋ₁ Δｘを指示する信
号が生成される。こうして、２つの乗算器５０−３、５
０−４からはそれぞれ異なる電圧信号（１−Ｋ₁ Δｘ）
Ｖ_T 、（１＋Ｋ₁ Δｘ）Ｖ_T が生成される。

【００７３】斯かる電圧信号（１±Ｋ₁ Δｘ）Ｖ_T はそ
れぞれ２つトランス４１、４３の中点Ｔ１、Ｔ４に印加
され、第１の対の静電支持電極２９−１、２９’−１に
よって力Ｆｘ１が生成され、第３の対の静電支持電極２
９−３、２９’−３によって力Ｆｘ３が生成される。ジ
ャイロロータ２０に作用するＸ軸の正の方向の力Ｆｘ１
とＸ軸の負の方向の力Ｆｘ３はそれぞれ次の数２の式に
よって表される。

【００７４】

【数２】Ｆｘ１＝ｋ₁ （１−Ｋ₁ Δｘ）Ｖ_T Ｆｘ３＝ｋ₁ （１＋Ｋ₁ Δｘ）Ｖ_T

【００７５】ｋ₁ は定数である。ジャイロロータ２０に
作用するＸ軸方向の力の合力は、

【００７６】

【数３】Ｆｘ１−Ｆｘ３＝−２ｋ₁ Ｋ₁ Ｖ_T ・Δｘ

【００７７】となる。

【００７８】こうして数３の式によって表されるように
変位Δｘに比例した力によって、ジャイロロータ２０は
Ｘ軸の負の方向に引っ張られ、それによって変位がゼロ
となる。ジャイロロータ２０がＹ軸方向に偏倚した場合
も同様である。こうして、本例の中心位置制御系によっ
て、ジャイロロータ２０がＸ軸及びＹ軸方向に偏倚した
場合でも、変位量Δｘ及びΔｙは常にゼロに維持され
る。すなわち、ジャイロロータ２０のスピン軸線は常に
ジャイロ装置の中心軸線即ちＺ軸に整合するように制御
される。

【００７９】図１及び図２を参照して、ジャイロータ２
０の電極部２０Ｃが、静電支持電極２９−１〜２９−
４、２９’−１〜２９’−４に対して半径方向内方に偏
倚して配置されている場合について説明したが、静電支
持電極２９−１〜２９−４、２９’−１〜２９’−４に
対して半径方向外方に偏倚して配置されている場合につ
いても同様である。但し、その場合には、ジャイロロー
タ２０に作用する力Ｆｘ１、Ｆｘ３の方向が逆になる。

【００８０】図５〜図７を参照して、本例のジャイロ演
算部及び加速度演算部の構成と動作を説明する。ジャイ
ロ演算部はＸ軸周りの角速度ｄφ_X ／ｄｔを演算するＸ
ジャイロ演算部５１とＹ軸周りの角速度ｄφ_Y ／ｄｔを
演算するＹジャイロ演算部６１とを有し、加速度演算部
はＸ軸方向の加速度を演算するＸ加速度演算部５３とＹ
軸方向の加速度を演算するＹ加速度演算部６３とＺ軸方
向の加速度を演算するＺ加速度演算部７３とを有する。

【００８１】図５を参照してＸジャイロ演算部５１及び
Ｘ加速度演算部５３の構成と動作を説明する。Ｘジャイ
ロ演算部５１は、図示のように、４つの分圧部５１−１
〜５１−４と斯かる分圧部の各々に接続された４つの整
流部５１−５〜５１−８と各２対の整流部５１−５、５
１−６及び５１−７、５１−８に接続された２つの減算
部５１−９、５１−１０と斯かる２つの減算部に接続さ
れた第３の減算部５１−１１と演算部５１−１２とを有
する。

【００８２】Ｘジャイロ演算部５１は入力端子５１ａ、
５１ｂ及び５１ｃ、５１ｄを経由して２つのトランス４
１、４３の出力端Ｔ２、Ｔ３及びＴ５、Ｔ６の端子出力
Ａ₁、Ｂ₁ 及びＡ₃ 、Ｂ₃ を入力する。２つのトランス
４１、４３の出力端Ｔ２、Ｔ３及びＴ５、Ｔ６の端子出
力Ａ₁ 、Ｂ₁ 及びＡ₃ 、Ｂ₃ は通常１０００Ｖ以上の高
電圧であるため、斯かる電圧はそれぞれ４つの分圧部５
１−１〜５１−４によって低電圧に分圧され、４つの整
流部５１−５〜５１−８にて直流電圧に整流される。斯
かる直流電圧信号は減算部５１−９、５１−１０、５１
−１１にて減算演算される。こうして、演算部５１−１
２の出力端よりジャイロロータ２０のＸ軸周りの回転角
速度ｄφ_X ／ｄｔを指示するジャイロ信号が得られる。

【００８３】次に、Ｘジャイロ演算部５１の動作を詳細
に説明する。Ｘ軸周りに角速度ｄφ _X ／ｄｔが入力され
た場合を考える。ジャイロロータ２０のスピン運動によ
る角運動ベクトルＨを図２に示すようにＺ軸に沿って上
向きにとる。慣性の法則によりジャイロロータ２０のス
ピン軸線はＺ軸方向に沿って配置され続けようとする。
一方、ジャイロケース２１がＸ軸周りに角速度ｄφ_X ／
ｄｔで回転変位すると、第２の対の静電支持電極２９−
２、２９’−２及び第４の対の静電支持電極２９−４、
２９’−４において、ジャイロロータ２０の第２及び第
４の部分Ｐ₂ 、Ｐ₄ と上側電極の間の隙間と下側電極の
間の隙間とに差が生ずる。斯かる上下の隙間の差はＹ制
御系６０の動作によってゼロとなる。このとき、上述の
ようにジャイロロータ２０の第２及び第４の部分Ｐ₂ 、
Ｐ₄ にＺ軸に沿って２つの互いに反対方向の力Ｆｐ２と
Ｆｐ４が作用し、それによって次式によって表されるト
ルクＴ_X が発生する。

【００８４】

【数４】Ｔ_X ＝（Ｆｐ２−Ｆｐ４）×ｒ

【００８５】ここに、ｒはスピン軸線から力の作用点ま
での距離である。

【００８６】斯かるトルクＴ_X によってジャイロロータ
２０のスピン軸線はＹ軸周りに小さい角度でプリセッシ
ョン運動する。斯かるプリセッション運動によって、第
１の対の静電支持電極２９−１、２９’−１及び第３の
対の静電支持電極２９−３、２９’−３とジャイロロー
タ２０の第１及び第３の部分Ｐ₁ 、Ｐ₃ との間の間隙が
変化する。即ち、上側の間隙と下側の間隙で差が生ず
る。

【００８７】同様に、Ｘ制御系５０の動作によって、斯
かる上側の間隙と下側の間隙の差がゼロとなるように制
御される。このとき、上述のようにジャイロロータ２０
の第１及び第３の部分Ｐ₁ 、Ｐ₃ に２つの互いに反対方
向の力Ｆｐ１とＦｐ３が作用し、それによって次式によ
って表されるトルクＴ_Y が発生する。

【００８８】

【数５】Ｔ_Y ＝（Ｆｐ１−Ｆｐ３）×ｒ

【００８９】斯かるトルクＴ_Y によってジャイロロータ
２０のスピン軸線はＸ軸周りに小さい角度でプリセッシ
ョン運動する。斯かるプリセッション運動は入力角速度
ｄφ _X ／ｄｔと同一の運動となり、その結果、スピン軸
線とジャイロケース２１は一体となってＸ軸周りに角速
度ｄφ_X ／ｄｔで回転する。

【００９０】数４及び数５の式より角運動の方程式をた
て、数１の式を使用すると次の式が得られる。

【００９１】

【数６】 Ｈ（ｄφ_X ／ｄｔ）＝（Ｆｐ３−Ｆｐ１）×ｒ ＝〔（Ａ₃ −Ｂ₃ ）−（Ａ₁ −Ｂ₁ ）〕×ｒ×Ｋ Ｈ（ｄφ_Y ／ｄｔ）＝（Ｆｐ４−Ｆｐ２）×ｒ ＝〔（Ａ₄ −Ｂ₄ ）−（Ａ₂ −Ｂ₂ ）〕×ｒ×Ｋ

【００９２】ここにＨはジャイロロータ２０の角運動量
である。従って、

【００９３】

【数７】ｄφ_X ／ｄｔ＝〔（Ａ₃ −Ｂ₃ ）−（Ａ₁ −Ｂ
₁ ）〕×Ｋｒ／Ｈ ｄφ_Y ／ｄｔ＝〔（Ａ₄ −Ｂ₄ ）−（Ａ₂ −Ｂ₂ ）〕×
Ｋｒ／Ｈ

【００９４】こうして、Ｘジャイロ演算部５１及びＹジ
ャイロ演算部５３では、４つのトランスの端子出力
Ａ₁ 、Ｂ₁ 、Ａ₂ 、Ｂ₂ 、Ａ₃ 、Ｂ₃ 、Ａ₄ 、Ｂ₄ を入
力してＸジャイロ信号ｄφ_X ／ｄｔ及びＹジャイロ信号
ｄφ_Y ／ｄｔを出力する。

【００９５】次にＸ加速度演算部５３の構成と動作を説
明する。Ｘ加速度演算部５３は、Ｘジャイロ演算部５１
の第１の対の整流部５１−５、５１−６の出力信号
ａ₁ 、ｂ ₁ を入力する加算部５３−１と及び第２の対の
整流部５１−７、５１−８の出力信号ａ₃ 、ｂ₃ を入力
する加算部５３−２と斯かる２つの加算部に接続された
減算部５３−３とを有する。

【００９６】加算部５３−１及び５３−２によってＸジ
ャイロ演算部５１の内部出力の和ａ ₁ ＋ｂ₁ 、ａ₃ ＋ｂ
₃ が求められる。斯かる和は各電極に印加された電圧の
和Ａ ₁ ＋Ｂ₁ 、Ａ₃ ＋Ｂ₃ に対応している。したがっ
て、加算部５３−１及び５３−２の出力はそれぞれＸ軸
方向の力Ｆｘ１及びＦｘ３に対応している。

【００９７】減算部５３−３では加算部５３−１及び５
３−２の出力ａ₁ ＋ｂ₁ 、ａ₃ ＋ｂ ₃ の差（ａ₁ ＋
ｂ₁ ）−（ａ₃ ＋ｂ₃ ）が求められる。斯かる差は（Ａ
₁ ＋Ｂ₁）−（Ａ₃ ＋Ｂ₃ ）に対応している。従って、
減算部５３−３の出力はＸ軸の正の方向の力Ｆｘ１とＸ
軸の負の方向の力Ｆｘ３との差に対応している。

【００９８】こうして、減算部５３−３からは数３の式
によって表される変位Δｘを指示する信号が出力され、
これより加速度α_X が求められる。

【００９９】Ｙジャイロ演算部６１及びＹ加速度演算部
６３の構成と動作は同様なので説明は省略する。

【０１００】図７を参照してＺ加速度演算部７３の構成
と動作を説明する。Ｚ加速度演算部７３はＸジャイロ演
算部５１の内部信号ａ₁ 、ｂ₁ 及びａ₃ 、ｂ₃ とＹジャ
イロ演算部６１の内部信号ａ₂ 、ｂ₂ 及びａ₄ 、ｂ₄ を
入力してＺ軸方向の加速度α _Z を演算する。

【０１０１】次に、Ｚ加速度演算部７３の動作を説明す
る。以上の説明では、ジャイロロータ２０の質量をゼロ
として計算したが、実際にはゼロではない。ジャイロロ
ータ２０の質量をｍとし、これを４つの部分に分割して
考える。Ｚ軸方向に加速度α _Z が作用したとすると、ジ
ャイロロータ２０の第１及び第３の部分Ｐ₁ 、Ｐ₃ に作
用する力Ｆｐ１、Ｆｐ３はそれぞれ次の数８の式によっ
て表される。

【０１０２】

【数８】 Ｆｐ１＝ｍα_Z ／４−（Ｈ／ｒ）（ｄφ_X ／ｄｔ） Ｆｐ３＝ｍα_Z ／４＋（Ｈ／ｒ）（ｄφ_X ／ｄｔ）

【０１０３】この２つの式の和を計算してＺ軸方向の加
速度α_Z を求めることができる。

【０１０４】

【数９】α_Z ＝（Ｆｐ１＋Ｆｐ３）×２／ｍ ＝〔（Ａ₃ −Ｂ₃ ）＋（Ａ₁ −Ｂ₁ ）〕×２Ｋ／ｍ

【０１０５】尚、Ｚ軸方向の加速度α_Z はジャイロロー
タ２０の第２及び第４の部分Ｐ₂ 、Ｐ₄ に作用する力Ｆ
ｐ２、Ｆｐ４によっても求めることができる。従って、
本例のＺ加速度演算部７３では、ジャイロロータ２０の
各部分に作用する４つの力Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆｐ３、Ｆ
ｐ４よりＺ軸方向の加速度α_Z が演算される。

【０１０６】図８に本発明のジャイロ装置の第２の実施
例を示す。この例では、ジャイロロータ２０は円周方向
の分割線によって複数の環状セグメントに分割されてい
る。ジャイロロータ２０の上面及び下面には、同心状に
複数の環状溝２００ａ、２００ｂ及び２００ａ’、２０
０ｂ’が形成され、斯かる環状溝と中心部２０Ｂの凹部
によって突起状の環状セグメント即ち環状の電極部２０
０Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ及び２００Ａ’、２００
Ｂ’、２００Ｃ’が形成されている。

【０１０７】ジャイロケース２１には、第１、第２、第
３及び第４の対の静電支持電極２９−１、２９’−１、
２９−２、２９’−２、２９−３、２９’−３、２９−
４、２９’−４が配置されている。斯かる静電支持電極
は好ましくは扇形に形成され、その各々は同心的に配置
された複数の環状の切り欠きによって環状のセグメント
に分割されている。例えば、第３の対の静電支持電極の
下側の静電支持電極２９’−３は２つの切り欠き２９’
−３Ａ、２９’−３Ｂによって３つのセグメント２９’
−３ａ、２９’−３ｂ、２９’−３ｃに分割されてい
る。隣接するセグメントは連結部２９’−３Ａ１、２
９’−３Ｂ１によって連結されており、それによって各
セグメントは電気的に導通されている。

【０１０８】ジャイロロータ２０の環状の電極部２００
Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ及び２００Ａ’、２００Ｂ’、
２００Ｃ’と各静電支持電極の環状のセグメントは互い
に対応した半径方向の寸法を有し、且つ、互いに対応し
た半径方向の位置に配置されている。

【０１０９】例えば、ジャイロロータ２０の電極部と第
１の対の静電支持電極２９−１、２９’−１との間の位
置関係を説明する。ジャイロロータ２０の第１の電極部
２００Ａ、２００Ａ’に対して、第１の対の静電支持電
極２９−１、２９’−１の第１のセグメント２９−１
ａ、２９’−１ａが対応している。同様に、第２の電極
部２００Ｂ、２００Ｂ’に対して、第２のセグメント２
９−１ｂ、２９’−１ｂが対応しており、第３の電極部
２００Ｃ、２００Ｃ’に対して、第３のセグメント２９
−１ｃ、２９’−１ｃが対応している。

【０１１０】上述の第１の例と同様に、ジャイロロータ
２０の各電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ及び２０
０Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’は、静電支持電極の対
応する各セグメントに対して同心的に配置されているが
同時に半径方向内方に又は外方に偏倚して配置されてい
る。

【０１１１】例えば、ジャイロロータ２０の第１の電極
部２００Ａ、２００Ａ’は第１の対の静電支持電極の第
１のセグメント２９−１ａ、２９’−１ａに対して半径
方向内方に又は外方に偏倚して配置されており、第２の
電極部２００Ｂ、２００Ｂ’は第２のセグメント２９−
１ｂ、２９’−１ｂに対して半径方向内方に又は外方に
偏倚して配置されており、第３の電極部２００Ｃ、２０
０Ｃ’は第３のセグメント２９−１ｃ、２９’−１ｃに
対して半径方向内方に又は外方に偏倚して配置されてい
る。

【０１１２】図８に示すように、ジャイロロータ２０の
電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ａ’、２
００Ｂ’、２００Ｃ’の各々が、対応する第１の対の静
電支持電極のセグメントの各々より半径方向内方に配置
されている場合を説明する。例えば、ジャイロロータ２
０の第１の電極部２００Ａ、２００Ａ’の内径は対応す
る第１のセグメント２９−１ａ、２９’−１ａの内径よ
り小さく、第１の電極部２００Ａ、２００Ａ’の外径は
対応する第１のセグメント２９−１ａ、２９’−１ａの
外径より小さい。同様に、ジャイロロータ２０の第２の
電極部２００Ｂ、２００Ｂ’及び第３の電極部２００
Ｃ、２００Ｃ’の内径の各々は対応する第２のセグメン
ト２９−１ｂ、２９’−１ｂ及び第３のセグメント２９
−１ｃ、２９’−１ｃの内径の各々より小さく、第２の
電極部２００Ｂ、２００Ｂ’及び第３の電極部２００
Ｃ、２００Ｃ’の外径の各々は対応する第２のセグメン
ト２９−１ｂ、２９’−１ｂ及び第３のセグメント２９
−１ｃ、２９’−１ｃの外径の各々より小さい。

【０１１３】ジャイロロータ２０の電極部２００Ａ、２
００Ｂ、２００Ｃ、２００Ａ’、２００Ｂ’、２００
Ｃ’の各々が、対応する第１の対の静電支持電極のセグ
メントの各々より半径方向外方に配置されている場合も
同様である。また、ジャイロロータ２０の電極部と第
２、第３及び第４の対の静電支持電極２９−２、２９’
−２、２９−３、２９’−３、２９−４、２９’−４と
の間の位置関係も同様である。

【０１１４】こうして、ジャイロロータ２０の各電極部
を第１の対の静電支持電極の各セグメントに対して半径
方向内方に又は外方に偏倚して配置することによって、
第１の例を参照して説明したのと同様の作用により、ジ
ャイロロータ２０に対して半径方向外方に又は内方に作
用する力Ｆｘ１及びＦｘ３等が発生しその大きさが増加
する。

【０１１５】また、ジャイロロータ２０に複数の電極部
２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ａ’、２００
Ｂ’、２００Ｃ’を設け、それに対応して静電支持電極
を複数のセグメントに分割することによって、ジャイロ
ロータ２０が半径方向に変位した際におけるジャイロロ
ータ２０と静電支持電極との間に蓄えられる電気的エネ
ルギ（Ｅ＝ＣＶ² ／２）の変化率は増加する。斯かる電
気的エネルギの変化率は分割した電極部数及びセグメン
ト数に略比例して増加する。従って、分割数を大きくす
ることによって、ジャイロロータ２０に対して半径方向
外方に作用する力Ｆｘ１及びＦｘ３の大きさを増加させ
ることができる。

【０１１６】図９を参照して本発明のジャイロ装置の第
３の例を説明する。この例は図８に示したジャイロ装置
の第２の例の変形例である。本例によると、ジャイロロ
ータ２０は絶縁材料よりなる円盤状部材２０Ｇを含み、
斯かる円盤状部材２０Ｇの上面及び下面には電極部２０
２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄ及び２０２Ａ’、
２０２Ｂ’、２０２Ｃ’、２０２Ｄ’が装着されてい
る。

【０１１７】円盤状部材２０Ｇは任意の絶縁材料が使用
されてよいが、好ましくは、透明な材料例えば石英ガラ
ス等が使用される。円盤状部材２０Ｇに透明な絶縁材料
を使用する場合には、変位検出用の中心孔２０Ａを設け
る代わりに、中心の電極部２０２Ｄ、２０２Ｄ’に変位
検出用の窓を設けてもよい。

【０１１８】電極部は、蒸着、イオンプレーティング、
フォトファブリケーション等の所望の薄膜生成技術によ
って生成されてよい。また、斯かる電極部は、チタン、
アルミニウム等の金属による薄膜により構成されてよ
い。

【０１１９】ジャイロロータ２０の外径は、例えば、５
ｍｍ以下であってよく、その厚さは０．１ｍｍ以下であ
ってよい。金属薄膜電極部の厚さは１μｍ以下であって
よい。ジャイロロータ２０の質量は例えば１０ミリグラ
ム以下であってよい。

【０１２０】ジャイロケース２１には図示のように、ジ
ャイロロータ２０の上側と下側に複数の扇形の静電支持
電極２９−１〜２９−４、２９’−１〜２９’−４が配
置されている。斯かる静電支持電極２９−１〜２９−
４、２９’−１〜２９’−４は、図８に示した第２の例
の静電支持電極と同様であってよい。

【０１２１】好ましくは、ジャイロロータ２０の上面の
電極部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄの各々
は対応する下面の電極部２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０
２Ｃ’、２０２Ｄ’の各々に電気的に接続される。それ
によって、各対の電極部２０２Ａ−２０２Ａ’、２０２
Ｂ−２０２Ｂ’、２０２Ｃ−２０２Ｃ’、２０２Ｄ−２
０２Ｄ’は同電位に維持されることができる。尚、以下
に述べるように、ジャイロロータ２０の上面及び下面の
全ての電極部を電気的に接続してもよい。

【０１２２】図９Ｂにジャイロロータ２０の下面に装着
された電極部を示す。斯かる電極部は３つの同心的な環
状電極部２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２Ｃ’と１つの
中心電極部２０２Ｄ’とを含み隣接する電極部間に環状
の非電極部２０２ａ’、２０２ｂ’、２０２ｃ’が形成
されている。３つの環状電極部２０２Ａ’、２０２
Ｂ’、２０２Ｃ’は拘束制御系及び中心位置制御系を構
成する。

【０１２３】中心電極部２０２Ｄ’は、上述のように、
ロータ駆動系１００のロータ駆動用モータを構成する。
その内部に渦電流を発生させることによって、ジャイロ
ロータ２０を回転させるトルクが生成される。中心電極
部２０２Ｄ’は図示のように円形であってよく、又は適
当な形状であってよい。

【０１２４】隣接する２つの電極部２０２Ａ’及び２０
２Ｂ’、２０２Ｂ’及び２０２Ｃ’、２０２Ｃ’及び２
０２Ｄ’はそれぞれ電極部間の半径方向の連結部２０２
Ａ’−１、２０２Ｂ’−１、２０２Ｃ’−１によって接
続されている。こうして、ジャイロロータ２０の下面に
装着された電極部２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２
Ｃ’、２０２Ｄ’は電気的に導通されている。

【０１２５】ジャイロロータ２０の上面に装着された電
極部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄは下面に
装着された電極部２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２
Ｃ’、２０２Ｄ’と同様な構成を有する。

【０１２６】ジャイロロータ２０の上面に装着された電
極部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄは、下面
に装着された電極部２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２
Ｃ’、２０２Ｄ’に電気的に導通される。例えば、ジャ
イロロータ２０の中心孔Ａの内面に接続部２０４を形成
し又はジャイロロータ２０の外側円周面に接続部２０３
Ａを形成し、それによって両者を電気的に導通してよ
い。

【０１２７】次にジャイロロータ２０の上面に装着され
た電極部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃとそれに対応し
てジャイロケース２１に配置された静電支持電極２９−
１〜２９−４との間の位置関係とジャイロロータ２０の
下面に装着された電極部２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０
２Ｃ’とそれに対応してジャイロケース２１に配置され
た静電支持電極２９’−１〜２９’−４との間の位置関
係を説明する。

【０１２８】ジャイロケース２１の静電支持電極とジャ
イロロータ２０の電極部の間の位置関係は図８に示した
第２の例の場合と同様である。即ち、ジャイロロータ２
０の電極部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ及び２０２
Ａ’、２０２Ｂ’、２０２Ｃ’とそれに対応してジャイ
ロケース２１に配置された静電支持電極２９−１〜２９
−４及び２９’−１〜２９’−４は互いに対応した半径
方向の寸法を有し、且つ、互いに対応した半径方向の位
置に配置されている。

【０１２９】ジャイロロータ２０の電極部２０２Ａ、２
０２Ｂ、２０２Ｃ及び２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２
Ｃ’は、ジャイロケース２１の静電支持電極２９’−１
〜２９’−４に対して同心的に配置されているが同時に
半径方向内方に又は外方に偏倚して配置されている。

【０１３０】例えば、ジャイロロータ２０の電極部２０
２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ及び２０２Ａ’、２０２
Ｂ’、２０２Ｃ’と第１の対の静電支持電極との位置関
係を説明する。ジャイロロータ２０の第１の電極部２０
２Ａ、２０２Ａ’に対して、第１の対の静電支持電極の
第１のセグメント２９−１ａ、２９’−１ａが対応して
いる。同様に、第２の電極部２０２Ｂ、２０２Ｂ’に対
して、第１の対の静電支持電極の第２のセグメント２９
−１ｂ、２９’−１ｂが対応しており、第３の電極部２
０２Ｃ、２０２Ｃ’に対して、第１の対の静電支持電極
の第３のセグメント２９−１ｃ、２９’−１ｃが対応し
ている。

【０１３１】図９に示すように、例えば、ジャイロロー
タ２０に装着された電極部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２
Ｃ及び２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２Ｃ’の各々はそ
れに対応した第１の対の静電支持電極のセグメントの各
々より半径方向内方に配置されている場合を説明する。
ジャイロロータ２０の第１の電極部２０２Ａ、２０２
Ａ’の内径は、対応する第１のセグメント２９−１ａ、
２９’−１ａの内径より小さく、第１の電極部２０２
Ａ、２０２Ａ’の外径はそれに対応する第１のセグメン
ト２９−１ａ、２９’−１ａの外径より小さい。

【０１３２】同様にジャイロロータ２０の第２の電極部
２０２Ｂ、２０２Ｂ’及び第３の電極部２０２Ｃ、２０
２Ｃ’の内径の各々は、それに対応する第２のセグメン
ト２９−１ｂ、２９’−１ｂ及び第３のセグメント２９
−１ｃ、２９’−１ｃの内径の各々より小さく、第２の
電極部２０２Ｂ、２０２Ｂ’及び第３の電極部２０２
Ｃ、２０２Ｃ’の外径の各々は、それに対応する第２の
セグメント２９−１ｂ、２９’−１ｂ及び第３のセグメ
ント２９−１ｃ、２９’−１ｃの外径の各々より小さ
い。

【０１３３】ジャイロロータ２０の電極部２００Ａ、２
００Ｂ、２００Ｃ及び２００Ａ’、２００Ｂ’、２００
Ｃ’の各々が、対応する第１の対の静電支持電極のセグ
メントの各々より半径方向外方に配置されている場合も
同様である。また、ジャイロロータ２０の電極部と第
２、第３及び第４の対の静電支持電極２９−２、２９’
−２、２９−３、２９’−３、２９−４、２９’−４と
の間の位置関係も同様である。

【０１３４】こうして、ジャイロロータ２０の各電極部
を第１の対の静電支持電極の各セグメントに対して半径
方向内方に又は外方に偏倚して配置することによって、
第１及び第２の例を参照して説明したのと同様の作用に
より、ジャイロロータ２０に対して半径方向外方に又は
内方に作用する力Ｆｘ１及びＦｘ３等が発生しその大き
さが増加する。

【０１３５】図９Ａに示すように、上側底部材２２と下
側底部材２４の間に、ジャイロロータ２０を囲むよう
に、環状のスペーサ２３が挿入されている。スペーサ２
３は環状の支持部材２３Ｇとその両面に装着された調整
膜２３Ａ、２３Ａ’とを有する。スペーサ２３は後に説
明するように、ジャイロロータ２０と同時に又は同様な
方法によって製造されてよい。斯かる場合、スペーサ２
３の環状の支持部材２３Ｇはジャイロロータ２０の円盤
状部材２０Ｇと同一の絶縁材料より構成され、スペーサ
２３の調整膜２３Ａ、２３Ａ’はジャイロロータ２０の
電極部と同様に金属薄膜によって構成される。それによ
ってスペーサ２３とジャイロロータ２０を正確に同一厚
さに製造することができる。

【０１３６】上側底部材２２にはスペーサ２３に対応し
て環状のギャップ調整リング２２Ｇが装着されてよく、
下側底部材２４にはスペーサ２３に対応して環状のギャ
ップ調整リング２４Ｇが装着されてよい。ギャップ調整
リング２２Ｇ、２４Ｇは、同様に薄膜生成技術を使用し
て形成された金属薄膜であってよい。

【０１３７】ジャイロ装置の組立て時に斯かるギャップ
調整リング２２Ｇ、２４Ｇの厚さを調節することによっ
て又は斯かるギャップ調整リング２２Ｇ、２４Ｇとスペ
ーサ２３の調整膜２３Ａ、２３Ａ’の両者を調節するこ
とによって、ジャイロロータ２０とジャイロケース２１
の間の間隙が最適な値に設定される。尚、このようにギ
ャップ調整リング２２Ｇ、２４Ｇと調整膜２３Ａ、２３
Ａ’を別個に構成する代わりに、上側底部材２２のギャ
ップ調整リング２２Ｇとスペーサ２３の上側の調整膜２
３Ａを一体的に構成し、上側底部材２２のギャップ調整
リング２２Ｇとスペーサ２３の上側の調整膜２３Ａを一
体的に構成してもよい。

【０１３８】スペーサ２３は図９Ｂに示すように、スト
ッパ部２３−１〜２３−４を有する。斯かるストッパ部
によってジャイロロータ２０の半径方向の変位が制限さ
れる。ストッパ部２３−１〜２３−４の先端とジャイロ
ロータ２０の外縁部との間の間隙は適当に設定される。
この例では、ストッパ部２３−１〜２３−４は、半径方
向内方に突起した複数の突起部として構成されている
が、環状に形成してもよい。

【０１３９】次に図１０を参照して本例のジャイロ装置
の製造方法、特に、ジャイロロータ２０の製造方法につ
いて説明する。ジャイロロータ２０とスペーサ２３とは
好ましくは同一の又は一連の工程にて製造される。先ず
石英ガラスの如き透明な絶縁材料よりなる薄い板材２１
０を用意する。斯かる板材２１０は、図示のように、方
形であってもよく、通常、複数のジャイロロータ２０と
スペーサ２３を１枚の板材より切り出すことができるよ
うに充分大きい寸法を有する。

【０１４０】次に、その両面に適当な薄膜生成技術によ
って金属薄膜の電極部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、
２０２Ｄ及び２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２Ｃ’、２
０２Ｄ’及び調整膜２３Ａ、２３Ａ’を形成する。

【０１４１】本例によると、透明な板材２１０に金属薄
膜を装着するから、セルフアライン露光法が可能とな
る。セルフアライン露光法によると、先ず、板材２１０
の一方の面に電極部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２
０２Ｄ及び調整膜２３Ａを形成する。次に、板材２１０
の他方の面に感光剤を塗布して、既に形成した電極部２
０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄ及び調整膜２３
Ａ側より露光する。ここでリソグラフ技術を利用するこ
とができる。それによって板材２１０の他方の面に電極
部２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２Ｃ’、２０２Ｄ’及
び調整膜２３Ａ’を形成する。セルフアライン露光法に
よると、正確に同一形状を同心的に両面に描画すること
ができる。

【０１４２】尚、調整膜２３Ａ、２３Ａ’は電極部２０
２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄと別個に又は異な
る材料によって形成してもよい。次に、ジャイロロータ
２０及びスペーサ２３を板材２１０より切り離す。切り
離す順序は限定されない。例えば、先ず、ジャイロロー
タ２０の外周に沿って切断して、ジャイロロータ２０を
切り離す。次にスペーサ２３の内周及びストッパ２３−
１〜２３−４に沿って切断し更に外周に沿って切断し
て、スペーサ２３を切離す。斯かる切断は例えばエッチ
ングによってなされてよい。

【０１４３】次に、ジャイロロータ２０の上面の電極部
２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄと下面の電極
部２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２Ｃ’、２０２Ｄ’を
電気的に接続するための金属薄膜の接続部２０３Ａ及び
／又は２０４を形成する。斯かる接続部２０３Ａ及び／
又は２０４は適当な薄膜生成技術によって形成されてよ
い。

【０１４４】最後に電極部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２
Ｃ、２０２Ｄ及び２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２
Ｃ’、２０２Ｄ’、２０３Ａ及び／又は２０４の表面を
酸化処理して絶縁膜を形成する。斯かる絶縁膜によっ
て、ジャイロロータ２０の電極部２０２Ａ、２０２Ｂ、
２０２Ｃ、２０２Ｄ及び２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０
２Ｃ’、２０２Ｄ’はジャイロケース２１側の静電支持
電極２９−１〜２９−４、２９’−１〜２９’−４に対
して絶縁され、両者間にコンデンサが形成される。斯か
る絶縁膜によって、電極部が保護され、ジャイロロータ
２０がジャイロケース２１に付着することが防止され
る。

【０１４５】こうして本例によると、ジャイロロータ２
０の上面に形成された電極部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０
２Ｃ、２０２Ｄと下面に形成された電極部２０２Ａ’、
２０２Ｂ’、２０２Ｃ’、２０２Ｄ’は高い精度にて、
互いに同心的に且つ同一形状に形成されることができ
る。また、スペーサ２３は、ジャイロロータ２０と同一
の原材料を使用して同一の工程にて製造されるから、ジ
ャイロ装置を組み立てたとき、スペーサ２３とジャイロ
ロータ２０の位置関係は図１０に示す如き板材２１０に
電極部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄ及び２
０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２Ｃ’、２０２Ｄ’及び調
整膜２３Ａ、２３Ａ’を形成した状態と同一の位置関係
を再現することが可能となる。

【０１４６】従って、組み立て後のジャイロ装置におい
て、スペーサ２３のストッパ部２３−１〜２３−４の先
端部とジャイロロータ２０の外周との間の間隔を容易に
且つ正確に設定することができる。

【０１４７】本例によると、ジャイロロータ２０の両面
に形成された電極部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２
０２Ｄ及び２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２Ｃ’、２０
２Ｄ’は周囲の絶縁部によって明確に分離されているか
ら、ジャイロロータ２０の変位に対する電気的エネルギ
（Ｅ＝ＣＶ² ）の変化量が大きくなり、大きな位置制御
力を発生することができ、ダイナミックレンジの広いセ
ンサを提供することができる。

【０１４８】本例によると、ジャイロロータ２０は透明
な絶縁材に薄膜生成技術を使用して金属薄膜を形成する
ことによって電極部を形成するから、ジャイロロータ２
０の両面の電極部を互いに同心的に且つ対称的に形成す
ることができる。

【０１４９】また本例によると、ジャイロロータ２０の
電極部は薄膜生成技術を使用して金属薄膜を形成するこ
とによって形成されるから、極めて薄い軽量のジャイロ
ロータ２０を製造することができる。

【０１５０】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。

【０１５１】

【発明の効果】本発明によれば、ジャイロロータ２０は
円盤状に形成されているから、製造費が安く且つ高い精
度のジャイロ装置を得ることができる利点がある。

【０１５２】本発明によれば、ジャイロロータ２０は円
盤状に形成され単結晶金属例えばシリコン（珪素）を用
いることができるから、温度変化や経年変化の影響がな
い高精度のジャイロ装置を提供することができる利点が
ある。

【０１５３】本発明によれば、ジャイロロータ２０は円
盤状に形成され単結晶金属例えばシリコンを用いること
ができるから、リソグラフィ技術等によって大量生産が
できる利点がある。

【０１５４】本発明によれば、円盤状のジャイロロータ
２０、ジャイロケース２１を構成する上側底部材、下側
底部材、リング状スペーサ等の主要部品はリソグラフィ
ー等の大量生産技術によって製造されることができるの
で、製造費用が安いジャイロ装置を提供することができ
る利点がある。

【０１５５】本発明によれば、ジャイロロータ２０は絶
縁材料よりなる円盤状部材２０Ｇに薄膜生成技術によっ
て金属薄膜状の電極を形成することによって製造される
から、極めて薄い微小なジャイロロータ２０を高い精度
にて且つ効率的に製造することができる利点がある。

【０１５６】本発明によれば、ジャイロロータ２０は絶
縁材料よりなる円盤状部材２０Ｇに薄膜生成技術によっ
て金属薄膜状の電極を形成することによって製造される
から、ジャイロロータ２０の電極を複数の極めて小さな
セグメントより構成することができるから、ジャイロロ
ータ２０の電極部とジャイロケース２１の静電支持電極
との間に蓄えられる電気的エネルギ（Ｅ＝ＣＶ² ）の変
化率を大きくすることができる利点がある。

【０１５７】本発明によれば、ジャイロロータ２０は透
明な絶縁材料よりなる円盤状部材２０Ｇに薄膜生成技術
によって金属薄膜状の電極を形成することによって製造
されるから、セルフアライン露光法を使用して、ジャイ
ロロータ２０の両面の電極を互いに同心的に且つ同一形
状にて形成することができる利点がある。

【０１５８】本発明によれば、絶縁材料よりなる板材２
１０に薄膜生成技術によって金属薄膜状の電極及び調整
膜を形成することによってジャイロロータ２０とスペー
サ２３を同一工程にて又は一連の工程にて同時に製造す
ることができるから、ジャイロ装置の製造工程を効率化
することができる利点がある。

【０１５９】本発明によれば、絶縁材料よりなる板材２
１０に薄膜生成技術によって金属薄膜状の電極及び調整
膜を形成することによってジャイロロータ２０とスペー
サ２３を同一工程にて又は一連の工程にて同時に製造す
ることができるから、組み立てられたジャイロ装置にお
いて、ジャイロロータ２０に対するスペーサ２３の位置
を正確に設定することができる利点がある。

【０１６０】本発明によれば、４対の静電支持電極に印
加される交流電圧を分圧し加減演算することによって、
Ｘ軸周り及びＹ軸周りの角速度が検出されるように構成
されているから、スピン軸線に垂直な２つの加速度を検
出することができるジャイロ装置を得ることができる利
点がある。

【０１６１】本発明によれば、４対の静電支持電極に印
加される交流電圧を分圧し加減演算することによって、
スピン軸線方向（Ｚ軸方向）、Ｘ軸及びＹ軸方向の加速
度が検出されるように構成されているから、慣性センサ
として５つの機能を有するジャイロ装置を提供すること
ができる利点がある。

【０１６２】本発明によれば、発光素子と受光素子とを
含む簡単な位置検出装置によってジャイロロータ２０の
Ｘ軸及びＹ軸方向の変位が検出される利点がある。

【０１６３】本発明によれば、発光素子と受光素子とを
含む簡単な位置検出装置によってジャイロロータ２０の
Ｘ軸及びＹ軸方向の変位が検出され、斯かる変位をゼロ
にするようにジャイロロータ２０に作用する静電力が制
御され、ジャイロロータ２０はそのスピン軸線が常にジ
ャイロ装置の中心軸線に整合するように配置される利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のジャイロ装置の第１の例を示す図であ
る。

【図２】本発明のジャイロ装置の拘束制御系とロータ駆
動系の例を示す図である。

【図３】本発明のジャイロ装置のＸ制御系とＹ制御系の
例を示す図である。

【図４】ジャイロ装置の静電力による軸受け作用を説明
する説明図である。

【図５】本発明のジャイロ装置のＸジャイロ演算部とＸ
加速度演算部の例を示す図である。

【図６】本発明のジャイロ装置のＹジャイロ演算部とＹ
加速度演算部の例を示す図である。

【図７】本発明のジャイロ装置のＺ加速度演算部の例を
示す図である。

【図８】本発明のジャイロ装置の第２の例を示す図であ
る。

【図９】本発明のジャイロ装置の第３の例を示す図であ
る。

【図１０】本発明のジャイロ装置の第３の例の製造方法
を説明する説明図である。

【図１１】従来の静電式ジャイロ装置の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ ジャイロロータ ２ ジャイロケース ３、３’、４、４’、５、５’電極 ６−１、６−２、６−３、６−４ コイル ７ 模様 ８−１、８−２、８−３、８−４ 光学的ピックアップ ２０ ジャイロロータ ２０Ａ 孔 ２０Ｂ 中心部 ２０Ｃ 電極部 ２０Ｇ 円盤状部材 ２１ ジャイロケース ２２ 上側底部材 ２２Ａ、２２Ａ’ 孔 ２２Ｇ 調整リング ２３ スペーサ ２３−１、２３−２、２３−３、２３−４ ストッパ ２３Ａ、２３Ａ’ 調整膜 ２４ 下側底部材 ２４Ｇ 調整リング ２５ ねじ ２６ 空洞部 ２７ 発光素子 ２８ 受光素子 ２９−１、２９−２、２９−３、２９−４電極 ２９’−１、２９’−２、２９’−３、２９’−４ 電
極 ３０−１、３０−２、３０−３、３０−４ コイル ３０’−１、３０’−２、３０’−３、３０’−４ コ
イル ３２ キャップ ３３ ゲッタ部材 ３４ パイプ ４１、４２、４３、４４ トランス ５０ Ｘ制御系 ５０−１ 交流電源 ５０−２ 演算部 ５０−３、５０−４ 乗算器 ５１ Ｘジャイロ演算部 ５１−１、５１−２、５１−３、５１−４ 分圧部 ５１−５、５１−６、５１−７、５１−８ 整流部 ５１−９、５１−１０、５１−１１ 減算部 ５１−１２ 演算部 ５３ Ｘ加速度演算部 ５３−１、５３−２ 加算部 ５３−３ 減算部 ６０ Ｙ制御系 ６０−１ 交流電源 ６０−２ 演算部 ６０−３、６０−４ 乗算器 ６１ Ｙジャイロ演算部 ６１−１、６１−２、６１−３、６１−４ 分圧部 ６１−５、６１−６、６１−７、６１−８ 整流部 ６１−９、６１−１０、６１−１１ 減算部 ６１−１２ 演算部 ６３ Ｙ加速度演算部 ６３−１、６３−２ 加算部 ６３−３ 減算部 ７３ Ｚ加速度演算部 ７３−１、７３−２ 加算部 ７３−３ 減算部 １００ ロータ駆動系 １０１ 駆動用電源 ２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ 電極部 ２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’ 電極部 ２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄ 電極部 ２０２Ａ’、２０２Ｂ’、２０２Ｃ’、２０２Ｄ’ 電
極部 ２１０ 板材

【手続補正書】

【提出日】平成６年８月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１３７】ジャイロ装置の組立て時に斯かるギャップ
調整リング２２Ｇ、２４Ｇの厚さを調節することによっ
て又は斯かるギャップ調整リング２２Ｇ、２４Ｇとスペ
ーサ２３の調整膜２３Ａ、２３Ａ’の両者を調節するこ
とによって、ジャイロロータ２０とジャイロケース２１
の間の間隙が最適な値に設定される。尚、このようにギ
ャップ調整リング２２Ｇ、２４Ｇと調整膜２３Ａ、２３
Ａ’を別個に構成する代わりに、上側底部材２２のギャ
ップ調整リング２２Ｇとスペーサ２３の上側の調整膜２
３Ａを一体的に構成し、下側底部材２４のギャップ調整
リング２４Ｇとスペーサ２３の下側の調整膜２３Ａ’を
一体的に構成してもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益沢 功 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内 (72)発明者 中村 茂 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内 (72)発明者 谷 和明 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スピン軸線周りに高速で回転するジャイ
   ロロータと、静電支持力によって非接触的に支持された
   上記ジャイロロータを内部に収容するジャイロケース
   と、を有する加速度検出型のジャイロ装置において、 上記ジャイロロータは円盤状に形成され、円周方向に沿
   って両面に電極部を有することと、 上記ジャイロロータの両面の電極部にそれぞれ対応して
   且つそれより隔置されて、円周方向に互いに９０°の角
   度間隔にて配置された４対の静電電極と、 上記ジャイロケースの中心軸線に直交し且つ互いに直交
   する２つの半径方向の上記ジャイロケースに対する上記
   ジャイロロータの変位を検出する変位検出装置と、 上記ジャイロロータを上記スピン軸線周りに高速で回転
   させるためのロータ駆動系と、 上記４対の静電電極と上記ジャイロロータの電極部とを
   含み、上記ジャイロロータの上記中心軸線に沿った方向
   の変位を拘束するための拘束制御系と、 上記４対の静電電極と上記変位検出装置とを含み、上記
   ジャイロロータを上記中心軸線に整合させるように制御
   するための中心位置制御系と、を有することを特徴とす
   るジャイロ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のジャイロ装置において、
   上記ロータ駆動系は、上記ジャイロロータの両面の電極
   部と上記ジャイロロータの両面の電極部にそれぞれ対応
   して且つそれより隔置され円周方向に互いに９０°の角
   度間隔にて上記ジャイロケースに配置された４対のコイ
   ルとを含むことを特徴とするジャイロ装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のジャイロ装置にお
   いて、上記拘束制御系は上記ジャイロロータが上記ジャ
   イロケースに対して上記中心軸線に沿って偏倚したとき
   上記ジャイロロータの電極部と上記４対の静電電極と間
   の間隙の変化に起因する静電気力によって上記ジャイロ
   ロータの偏倚を減少させる力を生成するように構成され
   ていることを特徴とするジャイロ装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載のジャイロ装置
   において、上記静電電極の内径及び外径は上記ジャイロ
   ロータの電極部の内径及び外径より大きくそれによって
   上記静電電極は上記ジャイロロータの電極部に対して半
   径方向外方に偏倚して配置され、又は上記静電電極の内
   径及び外径は上記ジャイロロータの電極部の内径及び外
   径より小さくそれによって上記の静電電極は上記ジャイ
   ロロータの電極部に対して半径方向内方に偏倚して配置
   され、それによって上記中心位置制御系は上記ジャイロ
   ロータを上記中心軸線に整合させるための力を生成する
   ことを特徴とするジャイロ装置。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３又は４記載のジャイロ
   装置において、上記ジャイロロータは絶縁材料よりなる
   円盤状部材とその上面及び下面に装着された金属薄膜状
   の電極部を含むことを特徴とするジャイロ装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載のジャイロ装置において、
   上記ジャイロロータの電極部は蒸着、イオンプレーティ
   ング、フォトファブリケーション等の薄膜生成技術によ
   って形成されていることを特徴とするジャイロ装置。
7. 【請求項７】 請求項１、２、３、４、５又は６記載の
   ジャイロ装置において、上記ジャイロロータの各面の電
   極部は複数の同心的に配置された環状部と該環状部を電
   気的に接続する接続部とを含むことを特徴とするジャイ
   ロ装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載のジャイロ装置において、
   上記ジャイロロータの上面の電極部と対応する下面の電
   極部は接続部によって電気的に接続されていることを特
   徴とするジャイロ装置。
9. 【請求項９】 請求項７又は８記載のジャイロ装置にお
   いて、上記静電電極は複数の同心的に配置された環状部
   と該環状部を電気的に接続する接続部とを含み、上記静
   電電極の環状部の各々は上記ジャイロロータの電極部の
   環状部の各々に対応して配置されていることを特徴とす
   るジャイロ装置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか１項記載のジ
    ャイロ装置において、上記ジャイロケースは上記ジャイ
    ロロータの半径方向の変位を制限するために上記ジャイ
    ロロータの外周を囲み且つそれより隔置されたストッパ
    を有することを特徴とするジャイロ装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載のジャイロ装置におい
    て、上記ストッパは環状のスペーサより半径方向に突起
    した複数の突起部として形成されていることを特徴とす
    るジャイロ装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のジャイロ装置におい
    て、上記環状のスペーサ及びストッパは上記ジャイロロ
    ータと同一の絶縁材料とその両面に薄膜生成技術によっ
    て形成された金属薄膜とを含むことを特徴とするジャイ
    ロ装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載のジャイロ装置におい
    て、上記環状のスペーサ及びストッパは上記ジャイロロ
    ータと同一厚さを有するように構成されていることを特
    徴とするジャイロ装置。
14. 【請求項１４】 請求項１、２、３又は４記載のジャイ
    ロ装置において、上記ジャイロロータは導電材料よりな
    り、上記ジャイロロータの電極部は円周方向の分割線に
    よって分割された複数個の環状の電極部を含むことを特
    徴とするジャイロ装置。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載のジャイロ装置におい
    て、上記ジャイロロータは単結晶の珪素よりなることを
    特徴とするジャイロ装置。
16. 【請求項１６】 請求項１４又は１５記載のジャイロ装
    置において、上記静電電極は複数の同心的に配置された
    環状部と該環状部を電気的に接続する接続部とを含み、
    上記静電電極の環状部の各々は上記ジャイロロータの電
    極部の環状部の各々に対応して配置されていることを特
    徴とするジャイロ装置。
17. 【請求項１７】 請求項１〜１６のいずれか１項記載の
    ジャイロ装置において、上記変位検出装置は上記ジャイ
    ロロータの中心位置に形成された孔と該孔に対応してそ
    の両側に上記ジャイロケースの対応した位置に配置され
    た発光素子と受光素子とを有することを特徴とするジャ
    イロ装置。
18. 【請求項１８】 請求項１〜１７のいずれか１項記載の
    ジャイロ装置において、上記静電電極は上記ジャイロケ
    ースの内面に配置されていることを特徴とするジャイロ
    装置。
19. 【請求項１９】 薄い円盤状のジャイロロータと該ジャ
    イロロータを収容するジャイロケースとを含むジャイロ
    装置を製造する方法において、 絶縁材よりなる薄い板材の両面に薄膜生成技術によって
    金属薄膜の電極を生成することと、 上記板材を円形に切り出してジャイロロータを製造する
    ことと、を含むジャイロ装置の製造方法。
20. 【請求項２０】 請求項１９記載のジャイロ装置の製造
    方法において、 上記板材の両面に薄膜生成技術によって金属薄膜の環状
    のスペーサと該スペーサより半径方向内方に突起した複
    数のストッパとを形成し、上記ストッパを上記電極を囲
    むように且つそれより隔置して形成することと、 上記板材より上記スペーサ及びストッパの部分を切り出
    して上記スペーサ及びストッパを一体的部材として製造
    することと、を含むジャイロ装置の製造方法。
21. 【請求項２１】 請求項２０記載のジャイロ装置の製造
    方法において、 上記ストッパの先端の各々と上記ジャイロロータの外周
    部との間の間隔が同一となるように上記ジャイロロータ
    が配置されることができるように、上記ジャイロケース
    を形成する上側底部材と下側底部材との間に上記スペー
    サを配置することと、を含むジャイロ装置の製造方法。