(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線方向に沿ってＺ軸、それに直交するＸ軸及びＹ軸を有するジャイロケースと、
該ジャイロケースの内部に静電支持力によって非接触的に支持され上記中心軸線方向のスピン軸線を有するジャイロロータと、
該ジャイロロータより隔置されて配置され制御用電圧が印加されるように構成された複数の静電支持電極と、
該ジャイロロータを上記スピン軸線周りに高速回転させるためのロータ駆動系と、
上記ジャイロロータのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の直線変位とＹ軸周り及びＸ軸周りの回転変位を検出するための変位検出系と、
該変位検出系によって検出された変位がゼロとなるように上記制御用電圧を修正するフィードバックループを有する拘束制御系と、を有する加速度検出型のジャイロ装置において、
ジャイロロータを加速度が作用しない時のジャイロロータの位置である基準位置に保持するバイアス電圧である基準電圧Ｖ0 と、変動量ΔＶを用いて、上記静電支持電極に印加される制御用電圧が、Ｖ0 （１＋２ΔＶ／Ｖ0 ）1/2 によって表され、
ここで、変動量ΔＶは、該基準電圧Ｖ0 と該ジャイロロータに対してＸ軸方向に作用する力Ｆｘ、該ジャイロロータに対してＹ軸方向に作用する力Ｆｙ、該ジャイロロータに対してＺ軸方向に作用する力Ｆｚ、該ジャイロロータに対して作用するＹ軸周りのトルクＴθ、及び該ジャイロロータに対して作用するＸ軸周りのトルクＴφにより表される
ことを特徴とするジャイロ装置。
【請求項２】
請求項１記載のジャイロ装置において、上記静電支持電極は上記ジャイロロータの上面と下面に配置された４対の静電支持電極を含み、該４対の静電支持電極に印加される制御用電圧Ｖ1A、Ｖ1B、Ｖ2A、Ｖ2B、Ｖ3A、Ｖ3B、Ｖ4A、Ｖ4Bは、基準電圧Ｖ0 と次の第１の式によって表される変動量ΔＶ1A、ΔＶ1B、ΔＶ2A、ΔＶ2B、ΔＶ3A、ΔＶ3B、ΔＶ4A、ΔＶ4Bを用いて、次の第２の式によって表されることを特徴とするジャイロ装置。
第１の式
ΔＶ1A＝（Ｖ0 ／４）（Ｆｘ＋Ｆｚ／２＋Ｔθ）
ΔＶ1B＝（Ｖ0 ／４）（Ｆｘ−Ｆｚ／２−Ｔθ）
ΔＶ2A＝（Ｖ0 ／４）（Ｆｙ＋Ｆｚ／２＋Ｔφ）
ΔＶ2B＝（Ｖ0 ／４）（Ｆｙ−Ｆｚ／２−Ｔφ）
ΔＶ3A＝（Ｖ0 ／４）（−Ｆｘ＋Ｆｚ／２−Ｔθ）
ΔＶ3B＝（Ｖ0 ／４）（−Ｆｘ−Ｆｚ／２＋Ｔθ）
ΔＶ4A＝（Ｖ0 ／４）（−Ｆｙ＋Ｆｚ／２−Ｔφ）
ΔＶ4B＝（Ｖ0 ／４）（−Ｆｙ−Ｆｚ／２＋Ｔφ）
第２の式
Ｖ1A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ1A／Ｖ0 ）1/2
Ｖ1B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ1B／Ｖ0 ）1/2
Ｖ2A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ2A／Ｖ0 ）1/2
Ｖ2B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ2B／Ｖ0 ）1/2
Ｖ3A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ3A／Ｖ0 ）1/2
Ｖ3B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ3B／Ｖ0 ）1/2
Ｖ4A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ4A／Ｖ0 ）1/2
Ｖ4B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ4B／Ｖ0 ）1/2
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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１〜図５を参照して従来のジャイロ装置の例を説明する。このジャイロ装置は本願出願人と同一の出願人によって平成７年５月２４日に出願され平成１１年１２月３日に登録された特許第３００８０７４号（Ｔ９５０００２８）に開示されたものであり、詳細は同特許を参照されたい。
【０００３】
先ず図１を参照してこのジャイロ装置を説明する。ジャイロ装置は薄い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。
【０００４】
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。
【０００５】
図１Ａに示すように、ジャイロケース２１は上側底部材２２と下側底部材２４と両者を接続するスペーサ２３とを有し、スペーサ２３は環状の内壁２３Ａを有する。こうして、上側底部材２２及び下側底部材２４の内面とスペーサ２３の内壁２３Ａとによって、ジャイロケース２１の内部にジャイロロータ２０を収容するための円盤状の密閉された空洞部２６が形成される。斯かる空洞部２６は適当な方法によって真空排気されている。
【０００６】
スペーサ２３の環状の内壁２３Ａの外側には凹部２３Ｂが形成されており、斯かる凹部２３Ｂは通路２３Ｃによって空洞部２６に接続されている。斯かる通路２３Ｃの高さは２〜３μｍであってよい。斯かる凹部２３Ｂにはゲッタ部材３３が配置されている。それによって、空洞部２６は長期間高い真空度に維持されることができる。
【０００７】
ジャイロロータ２０は導電性材料によって形成されている。斯かる導電性材料として例えば単結晶シリコン（珪素）が使用されてよい。単結晶材料を使用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。ジャイロケース２１の上側底部材２２と下側底部材２４は非導電性材料、例えばガラスによって形成されている。スペーサ２３はジャイロロータ２０と同一の材料によって形成されてよい。
【０００８】
図１Ａ及び図１Ｂの右半分側に示すように、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の電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ及び２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’２００Ｄ’が形成されている。即ち、上面及び下面には、同心状に複数の環状溝２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ及び２００ａ’、２００ｂ’、２００ｃ’、２００ｄ’が形成され、斯かる環状溝によって突起状の環状の電極部が形成されている。
【０００９】
ジャイロロータ２０の上面及び下面には、環状の電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ及び２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’、２００Ｄ’の内側に駆動用電極部２００Ｅ及び２００Ｅ’が形成されている。斯かる駆動用電極部２００Ｅ、２００Ｅ’は、２つの同心状の環状溝２００ｄ、２００ｅ及び２００ｄ’、２００ｅ’の間に形成された複数の扇形突起部として構成され、円周上に沿って１列に環状に配置されてよい。
【００１０】
ジャイロロータ２０の上面及び下面には、中心部に、即ち、駆動用電極部２００Ｅ及び２００Ｅ’の内側に、変位検出用電極部２００Ｆ及び２００Ｆ’が形成されている。斯かる変位検出用電極部２００Ｆ、２００Ｆ’の中心部には凹部２００ｆ、２００ｆ’が形成されている。
【００１１】
ジャイロロータ２０の上面及び下面の突起部として形成された環状の電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ及び２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’、２００Ｄ’、駆動用電極部２００Ｅ、２００Ｅ’及び変位検出用電極部２００Ｆ、２００Ｆ’は共面に形成されてよい。
【００１２】
一方、図１Ａ及び図１Ｂの左半分側に示すように、ジャイロケース２１の上側底部材２２と下側底部材２４の内面には、少なくとも３対の静電支持電極、本例では、第１、第２、第３及び第４の対の静電支持電極２２１、２３１、２２２、２３２、２２３、２３３及び２２４、２３４が配置されている。４対の静電支持電極は円周方向に沿って互いに９０°の角度間隔にて配置されている。例えば、第１及び第３の対の静電支持電極２２１、２３１及び２２３、２３３はＸ軸に沿って配置され、第２及び第４の対の静電支持電極２２２、２３２及び２２４、２３４はＹ軸に沿って配置されている。
【００１３】
各静電支持電極は１対の櫛形部よりなる。例えば図１Ｂの左側には、第３の対の静電支持電極２２３、２３３のうち、上側底部材２２の内面に形成された静電支持電極２２３が示されている。この静電支持電極２２３は互いに隔置された２つの櫛形部２２３−１、２２３−２を含み、斯かる２つの櫛形部は互いに隔置されている。
【００１４】
一方の櫛形部２２３−１は半径方向に延在する半径部２２３Ｒと複数の円周方向に延在する円周部２２３Ａ、２２３Ｃとを有する。同様に、他方の櫛形部２２３−２は半径方向に延在する半径部２２３Ｒと複数の円周方向に延在する円周部２２３Ｂ、２２３Ｄとを有する。各櫛形部２２３−１、２２３−２の円周部２２３Ａ、２２３Ｃ及び２２３Ｂ、２２３Ｄは互い違いに他を挟むように配置されている。各櫛形部２２３−１、２２３−２の半径部２２３Ｒ、２２３Ｒの端部には端子部２２３Ｒ’、２２３Ｒ’がそれぞれ形成されている。
【００１５】
ジャイロケース２１の上側底部材２２と下側底部材２４の内面には、４対の静電支持電極２２１、２３１、２２２、２３２、２２３、２３３及び２２４、２３４の内側に駆動用電極２２５、２３５がそれぞれ形成されている。斯かる駆動用電極２２５、２３５は、円周上に沿って１列に環状に配置された複数の扇形に構成されてよい。
【００１６】
ジャイロケース２１の上側底部材２２と下側底部材２４の内面には、中心部に、即ち、駆動用電極２２５、２３５の内側に変位検出用電極２２６、２３６が形成されている。
【００１７】
次にジャイロロータ２０の環状の電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２０Ｄ及び２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’、２００Ｄ’とジャイロケース２１の上側底部材２２及び下側底部材２４の静電支持電極２２１、２２２、２２３、２２４及び２３１、２３２、２３３、２３４の寸法及び相対的位置関係について説明する。
【００１８】
ジャイロロータ２０の外径Ｄは５ｍｍ以下であってよく、厚さｔは０．１ｍｍ以下であってよく、質量は１０ミリグラム以下であってよい。図１には、４本の環状の電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ及び２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’、２００Ｄ’が図示されているが、実際には多数の環状の電極部が形成されている。例えば、各電極部の半径方向の幅Ｌが約１０μｍであり、約２０μｍのピッチにて等間隔に形成されている場合、半径方向に約２ｍｍの幅の環状領域内に約１００本の環状の電極部が形成される。各電極部の半径方向の幅Ｌ及びピッチは製造方法が許す限りできるだけ小さいほうが好ましい。
【００１９】
ジャイロケース２１の上側底部材２２及び下側底部材２４の静電支持電極２２１、２２２、２２３、２２４及び２３１、２３２、２３３、２３４の寸法は環状の電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ及び２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’、２００Ｄ’の寸法に対応して形成されてよい。例えば、図１にて、第３の静電支持電極２２３の各櫛形部２２３−１、２２３−２の円周部２２３Ａ、２２３Ｃ及び２２３Ｂ、２２３Ｄは合計４本含むものとして図示されているが、実際には多数の円周部が形成されている。例えば、各円周部の半径方向の幅Ｌが約１０μｍであり、約２０μｍのピッチにて等間隔に形成されている場合、半径方向に約２ｍｍの幅の環状領域内に約１００本の円周部が形成される。
【００２０】
次にジャイロロータ２０の電極部とジャイロケース２１の静電支持電極の間の位置関係を説明する。例えば、ジャイロロータ２０の電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ及び２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’、２００Ｄ’と第３の対の静電支持電極２２３、２３３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３の対の静電支持電極２２３、２３３の第１の円周部２２３Ａ、２３３Ａが対応し、第２の電極部２００Ｂ、２００Ｂ’に対して第３の対の静電支持電極２２３の第２の円周部２２３Ｂ、２３３Ｂが対応する。以下同様に、第３及び第４の電極部２００Ｃ、２００Ｃ’及び２００Ｄ、２００Ｄ’に対して第３及び第４の円周部２２３Ｃ、２３３Ｃ及び２２３Ｄ、２３３Ｄが対応する。
【００２１】
ジャイロロータ２０の電極部とそれに対応するジャイロケース２１の静電支持電極の間の間隙δは数μｍ、例えばδ＝２〜３μｍであってよい。
【００２２】
ジャイロロータ２０の各電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ及び２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’、２００Ｄ’は、対応する静電支持電極２２３、２３３の円周部２２３Ａ、２３３Ａ、２２３Ｂ、２３３Ｂ、２２３Ｃ、２３３Ｃ及び２２３Ｄ、２３３Ｄ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。
【００２３】
例えば、ジャイロロータ２０の各電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ及び２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’、２００Ｄ’の幅及びピッチが、対応する静電支持電極２２３、２３３の円周部２２３Ａ、２３３Ａ、２２３Ｂ、２３３Ｂ、２２３Ｃ、２３３Ｃ及び２２３Ｄ、２３３Ｄの幅及びピッチと等しく、両者は互いに所定の距離だけ、半径方向内方に又は外方に偏倚して配置されている。
【００２４】
ここで、本例の静電支持電極を互い違いに他を挟むように配置された１対の櫛形部を含むように構成した理由を説明する。斯かる構成によって、ジャイロロータ２０の上側及び下側において、各対の櫛形部とそれに対応するジャイロロータ２０の電極部との間の静電容量は等しくなっている。例えば、第１の対の静電支持電極２２１、２３１の第１の静電支持電極２２１において、第１の櫛形部２２１−１（２２１Ａ、２２１Ｃ）とそれに対応するジャイロロータ２０の第１及び第３の電極部２００Ａ、２００Ｃの間の静電容量は第２の櫛形部２２１−２（２２１Ｂ、２２１Ｄ）とそれに対応するジャイロロータ２０の第２及び第３の電極部２００Ｃ、２００Ｄの間の静電容量に等しく共にＣ1Aである。
【００２５】
従って第１の櫛形部２２１−１（２２１Ａ、２２１Ｃ）に印加する制御用直流電圧と第２の櫛形部２２１−２（２２１Ｂ、２２１Ｄ）に印加する制御用直流電圧を、大きさが等しく極性が反対の電圧、例えば±Ｖ1Aとすることによって、ジャイロロータ２０の電位を常にゼロにすることができる。これについては、後に図４を参照して再度説明する。
【００２６】
第１の対の静電支持電極２２１、２３１の第２の静電支持電極２３１においても同様である。また第２、第３及び第４の静電支持電極２２２、２３２、２２３、２３３、２２４、２３４についても同様である。
【００２７】
尚、ジャイロロータ２０の駆動用電極部２００Ｅ、２００Ｅ’及び変位検出用電極部２００Ｆ、２００Ｆ’と対応するジャイロケース２１の駆動用電極２２５、２３５及び変位検出用電極２２６、２３６は、互いに同一形状且つ半径方向に同一位置に配置されてよい。
【００２８】
ジャイロケース２１の上側底部材２２と下側底部材２４の内面には、中心部に、即ち、変位検出用電極２２６、２３６の中心部には、それぞれ放電兼用ストッパ１２７、１２８が設けられている。斯かるストッパ１２７、１２８は、ジャイロロータ２０の上面及び下面の中心部に形成された凹部２００ｆ、２００ｆ’に対応して配置されている。
【００２９】
放電兼用ストッパ１２７、１２８は、ジャイロロータ２０のＺ軸方向の変位、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の変位を制限しジャイロロータ２０がジャイロケース２１の内面に接触することを阻止すると同時にジャイロロータ２０に蓄積した静電気を放電させるために設けられている。
【００３０】
ジャイロロータ２０がＺ軸方向に変位してジャイロケース２１の内面に近づくと、ジャイロロータ２０の電極部がジャイロケース２１の電極に接触する前に、放電兼用ストッパ１２７、１２８がジャイロロータ２０の凹部２００ｆ、２００ｆ’の底に当接する。また、ジャイロロータ２０がＸ軸又はＹ軸方向に変位すると、ジャイロロータ２０がジャイロケース２１の円周内壁２３Ａに接触する前に、放電兼用ストッパ１２７、１２８がジャイロロータ２０の凹部２００ｆ、２００ｆ’の円周内壁に当接する。
【００３１】
それによって、ジャイロロータ２０のＺ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の変位が制限され、ジャイロロータ２０がジャイロケース２１の内面に接触することが阻止される。また、ジャイロロータ２０が停止し着地したとき、放電兼用ストッパ１２７、１２８がジャイロロータ２０の凹部２００ｆ、２００ｆ’に当接することによって、ジャイロロータ２０に蓄積された静電気が放電兼用ストッパ１２７、１２８を経由して外部に放電される。
【００３２】
ジャイロケース２１の上側底部材２２又は下側底部材２４に形成された静電支持電極２２１、２３１、２２２、２３２、２２３、２３３、２２４、２３４、駆動用電極２２５、２３５及び変位検出用電極２２６、２３６と外部電源又は外部回路と間は、スルーホール接続によって電気的に接続されてよい。上側底部材２２又は下側底部材２４には小さな孔、即ち、スルーホールが設けられ、斯かるスルーホールの内面には金属膜が形成される。斯かる金属膜によって、静電支持電極、駆動用電極及び変位検出用電極が外部電源又は外部回路に接続される。
【００３３】
図１Ａに示すように、上側底部材２２の外面にはプリアンプ３５、例えば、電界効果形トランジスタが配置されており、斯かるプリアンプ３５は変位検出用電極２２６、２３６に接続されている。上側底部材２２及び下側底部材２４にはスルーホール２２Ａ（上側底部材２２に設けられたスルーホール２２Ａのみを図示）が設けられ、斯かるスルーホール２２Ａの内面に形成された金属薄膜によってプリアンプ３５は変位検出用電極２２６、３２６に接続される。
【００３４】
また、後に図３を参照して説明するように、各対の櫛形部は電気的に接続される。従って、例えば、第３の対の第１の静電支持電極２２３の櫛形部２２３−１、２２３−２の端子部２２３Ｒ’、２２３Ｒ’の各々に対応してスルーホール２２Ｂ（一方のみ図示）が設けられ、斯かるスルーホール２２Ｂの内面に形成された金属薄膜は上側底部材２２の外側に設けられた共通端子に接続される。それによって２つの櫛形部２２３−１、２２３−２の端子部２２３Ｒ’、２２３Ｒ’は電気的に接続される。同様に、第１の対の第２の静電支持電極２３１の櫛形部２３１−１、２３１−２の端子部２３１Ｒ’、２３１Ｒ’の各々に対応してスルーホール２４Ａ（一方のみ図示）が設けられ、斯かるスルーホール２４Ａの内面に形成された金属薄膜は下側底部材２４の外側に設けられた共通端子に接続される。それによって２つの櫛形部２３１−１、２３１−２の端子部２３１Ｒ’、２３１Ｒ’は電気的に接続される。
【００３５】
図２にジャイロ装置の制御ループの例を示す。本例の制御ループは拘束制御部１５０を含む拘束制御系とロータ駆動部１６０を含むロータ駆動系とシークエンス制御部１７０とを有する。
【００３６】
本例の拘束制御部１５０は、変位検出用電流ｉp を検出してそれを変位検出用電圧Ｖp に変換する変位検出用回路、即ち、プリアンプ３５と斯かる変位検出用電圧Ｖp を入力して制御用直流電圧±Ｖ1A〜±Ｖ4A、±Ｖ1B〜±Ｖ4Bを生成する制御演算部１４０とを有する。制御演算部１４０によって出力された制御用直流電圧±Ｖ1A〜±Ｖ4A、±Ｖ1B〜±Ｖ4Bはそれぞれ変位検出用交流電圧ＡＣ1A〜ＡＣ4A、ＡＣ1B〜ＡＣ4Bが加算されて静電支持電極２２１〜２２４、２３１〜２３４に供給される。尚、本例のジャイロ装置には制御演算部１４０の出力信号を入力するジャイロ加速度出力演算部１４５が設けられている。
【００３７】
静電支持電極２２１〜２２４、２３１〜２３４に制御用直流電圧±Ｖ1A〜±Ｖ4A、±Ｖ1B〜±Ｖ4Bを印加することによってジャイロロータ２０は所定の基準位置に浮動的に支持され拘束される。静電支持電極２２１〜２２４、２３１〜２３４に変位検出用交流電圧ＡＣ1A〜ＡＣ4A、ＡＣ1B〜ＡＣ4Bを印加することによって、ジャイロケース２１の内面に形成された変位検出用電極２２６、２３６に変位検出用電流ｉp が流れる。斯かる変位検出用電流ｉp はプリアンプ３５によって電圧信号Ｖp に変換される。斯かる電圧信号Ｖp はジャイロロータ２０の全ての直線変位及び回転変位を含む。
【００３８】
制御演算部１４０は電圧信号Ｖp よりジャイロロータ２０のＸ軸方向の変位±ΔＸ、Ｙ軸方向の変位±ΔＹ及びＺ軸方向の変位±ΔＺとＹ軸周り及びＸ軸周りの回転変位Δθ、Δφ（図２の右上に示す矢印の方向を正とする。）を検出する。更に、斯かる変位より静電支持電極２２１〜２２４、２３１〜２３４に印加すべき制御用直流電圧±Ｖ1A〜±Ｖ4A、±Ｖ1B〜±Ｖ4Bを演算する。こうして制御用直流電圧±Ｖ1A〜±Ｖ4A、±Ｖ1B〜±Ｖ4Bが変化し、ジャイロロータ２０は偏倚量がゼロとなるように元の位置に戻される。
【００３９】
本例の制御ループ又は拘束系は、このようにジャイロロータ２０の偏倚量を実際に測定して斯かる偏倚量がゼロになるように静電気力を積極的に変化させる点で、パッシブ式拘束系ではなくアクティブ式である。
【００４０】
次に図３を参照して拘束制御系の動作を詳細に説明する。ジャイロロータ２０は実際には高速で回転しているが、ジャイロロータ２０のうち、第１、第２、第３及び第４の対の静電支持電極に対応した位置にある４つの部分をそれぞれＰ1 、Ｐ2 、Ｐ3 及びＰ4 とする。
【００４１】
図３には、本例のジャイロ装置をＸＺ平面に沿って切断した断面が示されており、Ｘ軸に沿って配置された第１及び第３の対の静電支持電極２２１、２３１及び２２３、２３３とそれに対応したジャイロロータ２０の第１及び第３の部分Ｐ1 、Ｐ3 が示されている。Ｙ軸に沿って配置された第２及び第４の対の静電支持電極とそれに対応したジャイロロータ２０の第２及び第４の部分Ｐ2 及びＰ4 は図示されていないが、紙面に垂直な方向に沿って配置されている。
【００４２】
第１の対の静電支持電極２２１の円周部２２１Ａ、２２１Ｂ、２２１Ｃ、２２１Ｄはジャイロロータ２０の上面の電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄに対応しており、第１の対の静電支持電極２３１の円周部２３１Ａ、２３１Ｂ、２２１Ｃ、２２１Ｄはジャイロロータ２０の下面の電極部２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’、２００Ｄ’に対応しており、第３の対の静電支持電極２２３の円周部２２３Ａ、２２３Ｂ、２２３Ｃ、２２３Ｄはジャイロロータ２０の上面の電極部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄに対応しており、第３の対の静電支持電極２３３の円周部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃ、２３３Ｄはジャイロロータ２０の下面の電極部２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’、２００Ｄ’に対応している。第２の対の静電電極及び第４の対の静電支持電極も同様である。
【００４３】
先ず、制御用直流電圧の印加について説明する。第１の対の静電支持電極２２１の第１の櫛形部２２１−１の円周部２２１Ａ、２２１Ｃは加算器３６−１Ａを経由して直流電圧−Ｖ1Aに接続され、第２の櫛形部２２１−２の円周部２２１Ｂ、２２１Ｄは加算器３６＋１Ａを経由して直流電圧＋Ｖ1Aに接続され、第１の対の静電支持電極２３１の第１の櫛形部２３１−１の円周部２３１Ａ、２３１Ｃは加算器３６−１Ｂを経由して直流電圧−Ｖ1Bに接続され、第２の櫛形部２３１−２の円周部２３１Ｂ、２３１Ｄは加算器３６＋１Ｂを経由して直流電圧＋Ｖ1Bに接続されている。
【００４４】
同様に、第３の対の静電支持電極２２３の第１の櫛形部２２３−１の円周部２２３Ａ、２２３Ｃは加算器３６−３Ａを経由して直流電圧−Ｖ3Aに接続され、第２の櫛形部２２３−２の円周部２２３Ｂ、２２３Ｄは加算器３６＋３Ａを経由して直流電圧＋Ｖ3Aに接続され、第３の対の静電支持電極２３３の第１の櫛形部２３３−１の円周部２３３Ａ、２３３Ｃは加算器３６−３Ｂを経由して直流電圧−Ｖ3Bに接続され、第２の櫛形部２３３−２の円周部２３３Ｂ、２３３Ｄは加算器３６＋３Ｂを経由して直流電圧＋Ｖ3Bに接続されている。
【００４５】
図示されていないが、第２の対の静電支持電極２２２の第１の櫛形部２２２−１の円周部２２２Ａ、２２２Ｃは直流電圧−Ｖ2Aに接続され、第２の櫛形部２２２−２の円周部２２２Ｂ、２２２Ｄは直流電圧＋Ｖ2Aに接続され、第２の対の静電支持電極２３２の第１の櫛形部２３２−１の円周部２３２Ａ、２３２Ｃは直流電圧−Ｖ2Bに接続され、第２の櫛形部２３２−２の円周部２３２Ｂ、２３２Ｄは直流電圧＋Ｖ2Bに接続されている。
【００４６】
同様に、第４の対の静電支持電極２２４の第１の櫛形部２２４−１の円周部２２４Ａ、２２４Ｃは直流電圧−Ｖ4Aに接続され、第２の櫛形部２２４−２の円周部２２４Ｂ、２２４Ｄは直流電圧＋Ｖ4Aに接続され、第４の対の静電支持電極２３４の第１の櫛形部２３４−１の円周部２３４Ａ、２３４Ｃは直流電圧−Ｖ4Bに接続され、第２の櫛形部２３４−２の円周部２３４Ｂ、２３４Ｄは直流電圧＋Ｖ4Bに接続されている。
【００４７】
次に、検出用交流電圧の印加について説明する。第１及び第３の対の静電支持電極２２１、２３１及び２２３、２３３には制御用直流電圧に重畳して検出用交流電圧ＡＣ1A、ＡＣ1B、ＡＣ3A、ＡＣ3Cが印加される。図示のように、第１の対の加算器３６−１Ａ、３６＋１Ａ及び３６−１Ｂ、３６＋１Ｂには検出用交流電圧ＡＣ1A、ＡＣ1B及びＡＣ3A、ＡＣ3Cが印加され、第３の対の加算器３６−３Ａ、３６＋３Ａ及び３６−３Ｂ、３６＋３Ｂには検出用交流電圧ＡＣ3A、ＡＣ3Cが印加されている。同様に、第２及び第４の対の加算器には検出用交流電圧ＡＣ2A、ＡＣ2B及びＡＣ4A、ＡＣ4Cが印加される。斯かる検出用交流電圧ＡＣ1A、ＡＣ1B、ＡＣ3A、ＡＣ3C、ＡＣ2A、ＡＣ2B及びＡＣ4A、ＡＣ4Cはそれぞれ次のように表される。
【００４８】
【数１】
ＡＣ1A＝−ＥＸ−Ｅθ−ＥＺ
ＡＣ1B＝−ＥＸ＋Ｅθ＋ＥＺ
ＡＣ3A＝＋ＥＸ＋Ｅθ−ＥＺ
ＡＣ3B＝＋ＥＸ−Ｅθ＋ＥＺ
【００４９】
【数２】
ＡＣ2A＝−ＥＹ−Ｅφ−ＥＺ
ＡＣ2B＝−ＥＹ＋Ｅφ＋ＥＺ
ＡＣ4A＝＋ＥＹ＋Ｅφ−ＥＺ
ＡＣ4B＝＋ＥＹ−Ｅφ＋ＥＺ
【００５０】
ここに、±ＥＸはジャイロロータ２０のＸ軸方向の直線変位ΔＸを検出するための電圧成分、±ＥＹはジャイロロータ２０のＹ軸方向の直線変位ΔＹを検出するための電圧成分、±ＥＺはジャイロロータ２０のＺ軸方向の直線変位ΔＺを検出するための電圧成分、±Ｅθはジャイロロータ２０のＹ軸周りの回転変位Δθを検出するための電圧成分、±Ｅφはジャイロロータ２０のＸ軸周りの回転変位Δφを検出するための電圧成分である。
【００５１】
ここに、検出用交流電圧ＡＣ1A、ＡＣ1B、ＡＣ3A、ＡＣ3B及びＡＣ2A、ＡＣ2B、ＡＣ4A、ＡＣ4Bの右辺の各項は次のように表される。
【００５２】
【数３】
＋ＥＸ＝Ｅ0 ｃｏｓ（ω1 ｔ＋ζ1 ）
−ＥＸ＝Ｅ0 ｃｏｓ（ω1 ｔ＋η1 ）
＋ＥＹ＝Ｅ0 ｃｏｓ（ω2 ｔ＋ζ2 ）
−ＥＹ＝Ｅ0 ｃｏｓ（ω2 ｔ＋η2 ）
＋ＥＺ＝Ｅ0 ｃｏｓ（ω3 ｔ＋ζ3 ）
−ＥＺ＝Ｅ0 ｃｏｓ（ω3 ｔ＋η3 ）
＋Ｅθ＝Ｅ0 ｃｏｓ（ω4 ｔ＋ζ4 ）
−Ｅθ＝Ｅ0 ｃｏｓ（ω4 ｔ＋η4 ）
＋Ｅφ＝Ｅ0 ｃｏｓ（ω5 ｔ＋ζ5 ）
−Ｅφ＝Ｅ0 ｃｏｓ（ω5 ｔ＋η5 ）
【００５３】
ω1 、ω2 、ω3 、ω4 、ω5 は検出用周波数である。また、±ＥＸ、±ＥＹ、±ＥＺ、±Ｅθ及び±Ｅφの符号は互いに１８０度の位相差を表す。従って位相差ζ、ηについては次の関係がある。
【００５４】
【数４】
η1 ＝ζ1 ±１８０°
η2 ＝ζ2 ±１８０°
η3 ＝ζ3 ±１８０°
η4 ＝ζ4 ±１８０°
η5 ＝ζ5 ±１８０°
【００５５】
次に図４を参照して本例の変位検出系の原理を説明する。図４は拘束制御系とロータ駆動系の等価回路を示す。拘束制御系の等価回路では、第１及び第３の対の静電支持電極２２１、２３１及び２２３、２３３とそれに対応するジャイロロータ２０の電極部２００Ａ、２００Ａ’、２００Ｃ、２００Ｃ’がコンデンサに置き換えられている。上述のように、第１の対の静電支持電極２２１、２３１の第１の静電支持電極２２１において、第１の櫛形部２２１−１と第１及び第３の電極部２００Ａ、２００Ｃの間の静電容量と第２の櫛形部２２１−２と第２及び第４の電極部２００Ｂ、２００Ｄの間の静電容量は等しくＣ1Aであり、第２の静電支持電極２３１において、第１の櫛形部２３１−１と第１及び第３の電極部２００Ａ’、２００Ｃ’の間の静電容量と第２の櫛形部２２１−２と第２及び第４の電極部２００Ｂ’、２００Ｄ’の間の静電容量は等しくＣ1Bである。
【００５６】
同様に、第３の対の静電支持電極２２３、２３３の第１の静電支持電極２２３において、第１の櫛形部２２３−１と第１及び第３の電極部２００Ａ、２００Ｃの間の静電容量と第２の櫛形部２２３−２と第２及び第４の電極部２００Ｂ、２００Ｄの間の静電容量は等しくＣ3Aであり、第２の静電支持電極２３３において、第１の櫛形部２３３−１と第１及び第３の電極部２００Ａ’、２００Ｃ’の間の静電容量と第２の櫛形部２３３−２と第２及び第４の電極部２００Ｂ’、２００Ｄ’の間の静電容量は等しくＣ3Bである。
【００５７】
本例のジャイロ装置をＹＺ平面に沿って切断した断面は図示してないが、Ｙ軸に沿って配置された第２及び第４の対の静電支持電極２２２、２３２及び２２４、２３４とそれに対応したジャイロロータ２０の第２及び第４の部分Ｐ2 及びＰ4 に関しても同様な議論が成り立つ。
【００５８】
変位検出用電極２２６、２３６とそれに対応するジャイロロータ２０の変位検出用電極部２００Ｆ、２００Ｆ’によって構成されるコンデンサの静電容量をそれぞれＣFA、ＣFBとする。
【００５９】
例えば、ジャイロロータ２０がＸ軸方向にΔＸだけ直線変位し、Ｙ軸方向にΔＹだけ直線変位し、Ｚ軸方向にΔＺだけ直線変位し、Ｙ軸周りに回転角Δθだけ回転変位し、Ｘ軸周りに回転角Δφだけ回転変位したものとする。ジャイロロータ２０の斯かる変位は十分小さいものと仮定すると、各コンデンサの静電容量は次のように表される。
【００６０】
【数５】
Ｃ1A＝Ｃ0 （１＋ΔＸ＋ΔＺ＋Δθ）
Ｃ1B＝Ｃ0 （１＋ΔＸ−ΔＺ−Δθ）
Ｃ2A＝Ｃ0 （１＋ΔＹ＋ΔＺ＋Δφ）
Ｃ2B＝Ｃ0 （１＋ΔＹ−ΔＺ−Δφ）
Ｃ3A＝Ｃ0 （１−ΔＸ＋ΔＺ−Δθ）
Ｃ3B＝Ｃ0 （１−ΔＸ−ΔＺ＋Δθ）
Ｃ4A＝Ｃ0 （１−ΔＹ＋ΔＺ−Δφ）
Ｃ4B＝Ｃ0 （１−ΔＹ−ΔＺ＋Δφ）
【００６１】
ここにＣ0 は全ての変位がゼロの時の各コンデンサの静電容量である。逆にこの式から各変位ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、Δθ及びΔφをコンデンサの静電容量によって表すことができる。
【００６２】
【数６】
ΔＸ＝（１／４Ｃ0 ）（Ｃ1A＋Ｃ1B−Ｃ3A−Ｃ3B）
ΔＹ＝（１／４Ｃ0 ）（Ｃ2A＋Ｃ2B−Ｃ4A−Ｃ4B）
ΔＺ＝（１／４Ｃ0 ）（Ｃ1A−Ｃ1B＋Ｃ3A−Ｃ3B）
＝（１／４Ｃ0 ）（Ｃ2A−Ｃ2B＋Ｃ4A−Ｃ4B）
Δθ＝（１／４Ｃ0 ）（Ｃ1A−Ｃ1B−Ｃ3A＋Ｃ3B）
Δφ＝（１／４Ｃ0 ）（Ｃ2A−Ｃ2B−Ｃ4A＋Ｃ4B）
【００６３】
また各静電支持電極において２つの櫛形部２２１−１と２２１−２、２３１−１と２３１−２、２２３−１と２２３−２、２３３−１と２３３−２には、互いに大きさが等しく極性が反対の制御用直流電圧±Ｖ1A、±Ｖ1B、±Ｖ3A、±Ｖ3Bが印加される。従って２対のコンデンサの中点Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3   、Ｑ4 （図４ではＱ1 、Ｑ3 のみ図示）の電位はゼロとなる。即ち、静電支持電極の各対の櫛形部に大きさが同じで極性が異なる制御用直流電圧が印加されるから、ジャイロロータ２０の電位はゼロである。
【００６４】
第１〜第４の対の静電支持電極２２１、２３１、２２２、２３２、２２３、２３３、２２４、２３４に、制御用直流電圧に重畳して、それぞれ検出用交流電圧ＡＣ1A、ＡＣ1B、ＡＣ2A、ＡＣ2B、ＡＣ3A、ＡＣ3B、ＡＣ4A、及びＡＣ4Bを印加すると、変位検出用電極２２６、２３６に変位検出用交流電流ｉP が発生する。斯かる変位検出用交流電流ｉP は次の式によって表される。
【００６５】
【数７】
ｉP ＝Ｋ’（Ｃ1AＡＣ1A＋Ｃ1BＡＣ1B＋Ｃ2AＡＣ2A＋Ｃ2BＡＣ2B＋Ｃ3AＡＣ3A＋Ｃ3BＡＣ3B＋Ｃ4AＡＣ4A＋Ｃ4BＡＣ4B）
Ｋ’＝２（ＣFA＋ＣFB）ｓ／（２Ｃ1A＋２Ｃ1B＋２Ｃ2A＋２Ｃ2B＋２Ｃ3A＋２Ｃ3B＋２Ｃ4A＋２Ｃ4B＋ＣFA＋ＣFB）
【００６６】
ここに、Ｋ’は比例定数、ｓはラプラス演算子である。この式に数１及び数２の式によって表される検出用交流電圧ＡＣ1A、ＡＣ1B、ＡＣ2A、ＡＣ2B、ＡＣ3A、ＡＣ3B及びＡＣ4A、ＡＣ4Bと数５の式によって表される静電容量Ｃ1A、Ｃ1B、Ｃ2A、Ｃ2B、Ｃ3A、Ｃ3B及びＣ4A、Ｃ4Bを代入して整頓すると変位検出用交流電流ｉP は変位によって表される。結局、ジャイロロータ２０がＸ軸方向にΔＸだけ直線変位し、Ｙ軸方向にΔＹだけ直線変位し、Ｚ軸方向にΔＺだけ直線変位し、Ｙ軸周りに回転角Δθだけ回転変位し、Ｘ軸周りに回転角Δφだけ回転変位した場合、変位検出用交流電流ｉP は次の式によって表される。
【００６７】
【数８】
ｉP ＝ＫI （ＥＸΔＸ＋ＥＹΔＹ＋２ＥＺΔＺ＋ＥθΔθ＋ＥφΔφ）
ＫI ＝−８ｓＣ0 （ＣFA＋ＣFB）／（１６Ｃ0 ＋ＣFA＋ＣFB）
【００６８】
ここにＫI は比例定数、ｓはラプラス演算子である。斯かる変位検出用交流電流ｉP は抵抗値Ｒを有する抵抗３６を経由してプリアンプ３５に供給され、変位検出用交流電圧ＶP に変換される。斯かる変位検出用交流電圧ＶP は次の式によって表される。
【００６９】
【数９】
ＶP ＝ＶP （Ｘ）＋ＶP （Ｙ）＋ＶP （Ｚ）＋ＶP （θ）＋ＶP （φ）
【００７０】
ここに右辺の各項は各変位ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、Δθ、Δφに対応した電圧成分であり、次のように表される。
【００７１】
【数１０】
ＶP （Ｘ）＝ＫI ＥＸΔＸ＝ＫV1Ｅ0 ω1 ΔＸｓｉｎ（ω1 ｔ＋ζ1 ）
ＶP （Ｙ）＝ＫI ＥＹΔＹ＝ＫV2Ｅ0 ω2 ΔＹｓｉｎ（ω2 ｔ＋ζ2 ）
ＶP （Ｚ）＝ＫI ＥＺΔＺ＝ＫV3Ｅ0 ω3 ΔＺｓｉｎ（ω3 ｔ＋ζ3 ）
ＶP （θ）＝ＫI ＥθΔθ＝ＫV4Ｅ0 ω4 Δθｓｉｎ（ω4 ｔ＋ζ4 ）
ＶP （φ）＝ＫI ＥφΔφ＝ＫV5Ｅ0 ω5 Δφｓｉｎ（ω5 ｔ＋ζ5 ）
【００７２】
ここにＫV1〜ＫV5はコンデンサの静電容量Ｃ0 、ＣFA、ＣFBによって決まる定数である。数９の式及び数１０の式より明らかなように、出力電圧ＶP はジャイロロータ２０の全ての変位を独立的に含む。従って数９の式より所望の電圧成分を取り出せば、それに対応した変位が得られる。例えば、直線変位ΔＸ、ΔＹ、ΔＺと回転変位Δθ、Δφが２つ以上重畳した場合でも、それに対応した電圧成分を取り出せば各変位が得られる。また、この式は、出力電圧ＶP が直線変位ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ及び回転変位Δθ、Δφに対応した各変位検出用周波数ω1 〜ω5 によって振幅変調されていることを示している。
【００７３】
ジャイロロータ２０の直線変位ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ及び回転変位Δθ、Δφが求められると、それに基づいて制御用直流電圧が求められる。制御用直流電圧は次の式によって表される。
【００７４】
【数１１】
Ｖ1A＝Ｖ0 ＋ΔＶ1A
Ｖ1B＝Ｖ0 ＋ΔＶ1B
Ｖ2A＝Ｖ0 ＋ΔＶ2A
Ｖ2B＝Ｖ0 ＋ΔＶ2B
Ｖ3A＝Ｖ0 ＋ΔＶ3A
Ｖ3B＝Ｖ0 ＋ΔＶ3B
Ｖ4A＝Ｖ0 ＋ΔＶ4A
Ｖ4B＝Ｖ0 ＋ΔＶ4B
【００７５】
Ｖ1A及びＶ1Bは第１の対の静電支持電極２２１、２３１に印加する制御用直流電圧、Ｖ2A及びＶ2Bは第２の対の静電支持電極２２２、２３２に印加する制御用直流電圧、Ｖ3A及びＶ3Bは第３の対の静電支持電極２２３、２３３に印加する制御用直流電圧、Ｖ4A及びＶ4Bは第４の対の静電支持電極２２４、２３４に印加する制御用直流電圧である。
【００７６】
Ｖ0 は基準電圧であり、既知である。従って制御用直流電圧を求めるためにはそれらの変化量ΔＶ1A、ΔＶ1B、ΔＶ2A、ΔＶ2B、ΔＶ3A、ΔＶ3B、ΔＶ4A、ΔＶ4Bを求めればよい。これらの変化量の演算は直線変位ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ及び回転変位Δθ、Δφより求められる。先ず、直線変位ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ及び回転変位Δθ、Δφより無次元化された力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びトルクＴθ、Ｔφを演算する。無次元化演算の詳細はここでは省略する。詳細は上記出願を参照されたい。
【００７７】
無次元化された力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びトルクＴθ、Ｔφより制御用直流電圧の変化量を求める演算において、求める変数（変化量）に対して条件式が少ない。そこで、変化量ΔＶ1A、ΔＶ1B及びΔＶ3A、ΔＶ3BとΔＶ2A、ΔＶ2B及びΔＶ4A、ΔＶ4Bに対して更にもう１つの条件を設ける。
【００７８】
【数１２】
ΔＶ1A＋ΔＶ1B＋ΔＶ3A＋ΔＶ3B＝０
ΔＶ2A＋ΔＶ2B＋ΔＶ4A＋ΔＶ4B＝０
【００７９】
この条件を使用して制御用直流電圧の変化量ΔＶ1A〜ΔＶ4Bを演算する。斯かる演算式は次のように表される。
【００８０】
【数１３】
ΔＶ1A＝（Ｖ0 ／４）（Ｆｘ＋Ｆｚ／２＋Ｔθ）
ΔＶ1B＝（Ｖ0 ／４）（Ｆｘ−Ｆｚ／２−Ｔθ）
ΔＶ2A＝（Ｖ0 ／４）（Ｆｙ＋Ｆｚ／２＋Ｔφ）
ΔＶ2B＝（Ｖ0 ／４）（Ｆｙ−Ｆｚ／２−Ｔφ）
ΔＶ3A＝（Ｖ0 ／４）（−Ｆｘ＋Ｆｚ／２−Ｔθ）
ΔＶ3B＝（Ｖ0 ／４）（−Ｆｘ−Ｆｚ／２＋Ｔθ）
ΔＶ4A＝（Ｖ0 ／４）（−Ｆｙ＋Ｆｚ／２−Ｔφ）
ΔＶ4B＝（Ｖ0 ／４）（−Ｆｙ−Ｆｚ／２＋Ｔφ）
【００８１】
無次元化された力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びトルクＴθ、Ｔφはジャイロ加速度出力１１部１４５の供給され、外力加速度αX 、αY 、αZ 及び角速度ｄθ／ｄｔ、ｄφ／ｄｔが演算される。外力加速度及び角速度は次のように表される。
【００８２】
【数１４】
αX ＝Ｆｘ／ｍｇ
αY ＝Ｆｙ／ｍｇ
αZ ＝Ｆｚ／ｍｇ
ｄθ／ｄｔ＝Ｔθ／Ｈ
ｄφ／ｄｔ＝Ｔφ／Ｈ
【００８３】
ｍはジャイロロータ２０の質量、ｇは重力加速度、Ｈはジャイロロータ２０のスピン角運動量である。
【００８４】
次にジャイロ装置におけるロータ駆動系を説明する。図２、図３及び図４に示すように、本例のロータ駆動系はジャイロロータ２０の上面及び下面に形成された駆動用電極部２００Ｅ及び２００Ｅ’とジャイロケース２１の上側底部材２２又は下側底部材２４に形成された駆動用電極２２５、２３５とロータ駆動部１６０とを含む。本例のロータ駆動系はシークエンス制御部１７０からの命令信号を入力して駆動用電極２２５、２３５に駆動用電圧を付与して、ジャイロロータ２０を起動、回転、停止させるように構成されている。
【００８５】
図１Ｂに示すように、また上述の説明のように、ジャイロロータ２０の駆動用電極部２００Ｅと駆動用電極２２５及び駆動用電極部２００Ｅ’と駆動用電極２３５とは同一半径の円周上に１列に配置され、各々複数の同一形状の扇形部よりなる。
【００８６】
本例の駆動用電極部２００Ｅ及び２００Ｅ’と駆動用電極２２５、２３５は３相電極を構成している。本例によると、ジャイロロータ２０の上側の駆動用電極部２００Ｅは互いに９０°の中心角にて隔置された４個の扇形部を含み、下側の駆動用電極部２００Ｅ’は互いに９０°の中心角にて隔置された４個の扇形部を含む。
【００８７】
それに対応してジャイロケース２１の上側の駆動用電極２２５は互いに等しい中心角にて隔置された１２個の扇形部を含み、下側の駆動用電極２３５は互いに等しい中心角にて隔置された１２個の扇形部を含む。各１２個の駆動用電極２２５又は２３５はそれぞれ４組の扇形部よりなり、各組の扇形部は３個の扇形部、即ち、第１相、第２相及び第３相の扇形部よりなる。
【００８８】
各組の駆動用電極２２５又は２３５の対応する相の扇形部は互いに電気的に接続されている。例えば、第１相の４つの駆動用電極２２５又は２３５は互いに接続され、第２相の４つの駆動用電極２２５又は２３５は互いに接続され、第３相４つの駆動用電極２２５又は２３５は互いに接続されている。
【００８９】
斯かる３相の共通端子に３相駆動用電圧が付与される。駆動用電圧はステップ状電圧又はパルス電圧であってよい。斯かる駆動用電圧は隣接する次の相の４個の扇形部に順次切り換えられる。駆動用電圧の切替えはジャイロロータ２０の回転に同期して行われる。それによってジャイロロータ２０は高速回転する。ジャイロケース２１の空隙部２６は真空に維持されているので、ジャイロロータ２０の回転速度が高くなったら、駆動用電圧を遮断してもよいが、常に駆動用電圧を付与し続けてもよい。
【００９０】
尚、３相電極を構成する駆動用電極部２００Ｅ及び２００Ｅ’と駆動用電極２２５、２３５は、より多くの扇形部を含むように構成してもよい。例えば、駆動用電極部２００Ｅ、２００Ｅ’の各々は５個の扇形部を含み、それに対応して駆動用電極２２５、２３５の各々は５組（１５個）の扇形部を含むように構成してもよい。
【００９１】
図４の右側にロータ駆動系の等価回路を示す。ジャイロロータ２０の駆動用電極部２００Ｅとジャイロケース２２の駆動用電極２２５がコンデンサに置き換えられ、ジャイロロータ２０の駆動用電極部２００Ｅ’とジャイロケース２４の駆動用電極２３５がコンデンサに置き換えられている。各コンデンサにはジャイロロータ２０を回転駆動するための駆動用直流電圧ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３とジャイロロータ２０の回転角を検出するための検出用交流電圧ＡＣＲ１、ＡＣＲ２、ＡＣＲ３が印加される。
【００９２】
図５を参照して本例の駆動モータの動作を詳細に説明する。図５には、実際には円周状に配置されているジャイロロータ２０の上側の駆動用電極部２００Ｅとそれに対応したジャイロケース２２の上側の駆動用電極２２５が直線状に配置された状態が示されている。
【００９３】
ジャイロロータ２０の上側の駆動用電極部２００Ｅは互いに９０°の中心角にて隔置された４個の扇形部２００Ｅ−１、２００Ｅ−２、２００Ｅ−３、２００Ｅ−４を含む。それに対応して、ジャイロケース２２の上側の駆動用電極２２５は１２個の扇形部を含み、これらは４組よりなり、各組は３個の、即ち、３相の扇形部を含む。各組の扇形部の第１、第２及び第３の相の扇形部にそれぞれ符号２２５−１、２２５−２、２２５−３を付す。
【００９４】
第１の相の４つの扇形部２２５−１は互いに電気的に接続され、第２の相の４つの扇形部２２５−２は互いに電気的に接続され、第３の相の４つの扇形部２２５−３は互いに電気的に接続されている。
【００９５】
ロータ駆動部１６０にシークエンス制御部１７０からの命令信号が供給され、斯かる命令信号によって３相の駆動用電極２２５−１、２２５−２、２２５−３の各々に駆動用直流電圧ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３及び検出用交流電圧ＡＣＲ１、ＡＣＲ２、ＡＣＲ３が印加される。
【００９６】
第１、第２及び第３の相の駆動用電極２２５−１、２２５−２、２２５−３に所定の切替え時間Δｔ毎に順に駆動用直流電圧ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３が印加される。それによって、ジャイロロータ２０は中心軸線、即ち、スピン軸線周りに切替え時間Δｔ毎に３６０度／１２＝３０度だけ回転する。
【００９７】
図５の下側に示すグラフは変位検出用電極２２６、２３６に生ずる回転角検出用電流又はそれに対応した回転角検出用電圧ＡＣＱ１、ＡＣＱ２、ＡＣＱ３である。斯かる回転角検出用信号ＡＣＱ１、ＡＣＱ２、ＡＣＱ３によってジャイロロータ２０の回転角が検出される。
【００９８】
例えば、第１の相の駆動用電極２２５−１に駆動用直流電圧ＶＲ１が印加されると、４個の駆動用電極部２００Ｅ−１、２００Ｅ−２、２００Ｅ−３、２００Ｅ−４が第１の相の駆動用電極２２５−１、２２５−１、２２５−１、２２５−１に整合するまで、即ち、３０度だけジャイロロータ２０は中心軸線周りに回転し、次に第２の相の駆動用電極２２５−２に駆動用直流電圧ＶＲ２が印加されると、４個の駆動用電極部２００Ｅ−１、２００Ｅ−２、２００Ｅ−３、２００Ｅ−４が第２の相の駆動用電極２２５−２、２２５−２、２２５−２、２２５−２に整合するまで、即ち、３０度だけジャイロロータ２０は中心軸線周りに回転する。
【００９９】
図６を参照してジャイロロータ２０に作用する拘束力を求める。ジャイロロータ２０の４つの部分Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 に作用するＺ軸方向の静電力をそれぞれＦｚ１、Ｆｚ２、Ｆｚ３、Ｆｚ４とする。ジャイロロータ２０の２つの部分Ｐ1 、Ｐ3 に作用するＸ軸方向の静電力をそれぞれＦｘ１、Ｆｘ２、ジャイロロータ２０の２つの部分Ｐ2 、Ｐ4 に作用するＹ軸方向の静電力をそれぞれＦｙ１、Ｆｙ２とする。ジャイロロータ２０に作用するＸ軸方向の拘束力Ｆｘｃは２つの静電力Ｆｘ１、Ｆｘ３の差であり、ジャイロロータ２０に作用するＹ軸方向の拘束力Ｆｙｃは２つの静電力Ｆｙ２、Ｆｙ４の差である。ジャイロロータ２０に作用するＺ軸方向の拘束力Ｆｚｃは４つの静電力Ｆｚ１、Ｆｚ２、Ｆｚ３、Ｆｚ４の和である。
【０１００】
【数１５】
Ｆｘｃ＝Ｆｘ１−Ｆｘ２
Ｆｙｃ＝Ｆｙ１−Ｆｙ２
Ｆｚｃ＝Ｆｚ１＋Ｆｚ２＋Ｆｚ３＋Ｆｚ４
【０１０１】
ジャイロロータ２０に作用するＹ軸周りの拘束トルクＴθｃはＺ軸方向の２つの静電力Ｆｚ１、Ｆｚ３の各々と腕の長さｒの積の差であり、ジャイロロータ２０に作用するＸ軸周りの拘束トルクＴφｃはＺ軸方向の２つの静電力Ｆｚ２、Ｆｚ４の各々と腕の長さｒの積の差である。
【０１０２】
【数１６】
Ｔθｃ＝（Ｆｚ１−Ｆｚ３）・ｒ
Ｔφｃ＝（Ｆｚ２−Ｆｚ４）・ｒ
【０１０３】
ジャイロロータ２０の２つの部分Ｐ1 、Ｐ3 に作用するＸ軸方向の静電力Ｆｘ１、Ｆｘ３はそれに対応する各１対の静電支持電極２２１、２３１又は２２３、２３３に印加される制御用直流電圧Ｖ1A、Ｖ1B又はＶ3A、Ｖ3Bの二乗の和に比例する。ジャイロロータ２０の２つの部分Ｐ2 、Ｐ4 に作用するＹ軸方向の静電力Ｆｙ１、Ｆｙ３はそれに対応する各１対の静電支持電極２２２、２３２又は２２４、２３４に印加される制御用直流電圧Ｖ2A、Ｖ2B又はＶ4A、Ｖ4Bの二乗の和に比例する。
【０１０４】
【数１７】
Ｆｘ１＝（Ｃ1 ／２Ｌ1 ）（Ｖ1A2 ＋Ｖ1B2 ）
Ｆｘ３＝（Ｃ3 ／２Ｌ2 ）（Ｖ3A2 ＋Ｖ3B2 ）
Ｆｙ２＝（Ｃ2 ／２Ｌ3 ）（Ｖ2A2 ＋Ｖ2B2 ）
Ｆｙ４＝（Ｃ4 ／２Ｌ4 ）（Ｖ4A2 ＋Ｖ4B2 ）
【０１０５】
Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｃ4 はジャイロケース２１の静電支持電極２２１、２２２、２３２、２２３、２３３、２２４、２３４とジャイロロータ２０の電極部によって構成されるコンデンサの静電容量であり、Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、Ｌ4 はコンデンサの寸法である。ジャイロロータ２０の４つの部分Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 に作用するＺ軸方向の静電力Ｆｚ１、Ｆｚ２、Ｆｚ３、Ｆｚ４はそれに対応する４対の静電支持電極２２１、２２２、２３２、２２３、２３３、２２４、２３４に印加される制御用直流電圧Ｖ1A、Ｖ1B、Ｖ2A、Ｖ2B、Ｖ3A、Ｖ3B、Ｖ4A、Ｖ4Bの二乗の差に比例する。
【０１０６】
【数１８】
Ｆｚ１＝（Ｃ1 ／２δ1 ）（Ｖ1A2 −Ｖ1B2 ）
Ｆｚ２＝（Ｃ2 ／２δ2 ）（Ｖ2A2 −Ｖ2B2 ）
Ｆｚ３＝（Ｃ3 ／２δ3 ）（Ｖ3A2 −Ｖ3B2 ）
Ｆｚ４＝（Ｃ4 ／２δ4 ）（Ｖ4A2 −Ｖ4B2 ）
【０１０７】
δ1 、δ2 、δ3 、δ4 はコンデンサの間隔である。ここでは各コンデンサの形状及び寸法は同一であると仮定し、Ｃ1 ＝Ｃ2 ＝Ｃ3 ＝Ｃ4 ＝Ｃ0 、Ｌ1 ＝Ｌ2 ＝Ｌ3 ＝Ｌ4 ＝Ｌ、δ1 ＝δ2 ＝δ3 ＝δ4 ＝δとする。数１７及び数１８の式を数１５及び数１６の式に代入すると次の式が得られる。
【０１０８】
【数１９】
Ｆｘｃ＝（Ｃ0 ／２Ｌ）（Ｖ1A2 ＋Ｖ1B2 −Ｖ3A2 −Ｖ3B2 ）
Ｆｙｃ＝（Ｃ0 ／２Ｌ）（Ｖ2A2 ＋Ｖ2B2 −Ｖ4A2 −Ｖ4B2 ）
Ｆｚｃ＝（Ｃ0 ／２δ）（Ｖ1A2 −Ｖ1B2 ＋Ｖ2A2 −Ｖ2B2 ＋Ｖ3A2 −Ｖ3B2 ＋Ｖ4A2 −Ｖ4B2 ）
Ｔθｃ＝（ｒＣ0 ／２δ）（Ｖ1A2 −Ｖ1B2 −Ｖ3A2 ＋Ｖ3B2 ）
Ｔφｃ＝（ｒＣ0 ／２δ）（Ｖ2A2 −Ｖ2B2 −Ｖ4A2 ＋Ｖ4B2 ）
【０１０９】
従来のジャイロ装置では、制御用直流電圧を数１１の式及び数１３の式によって求める。実際に数１１の式及び数１３の式を数１９の式に代入して、ジャイロロータ２０に作用する静電力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びトルクＴθ、Ｔφを求めると、次のようになる。
【０１１０】
【数２０】
Ｆｘｃ＝（Ｃ0 Ｖ02／Ｌ）（Ｆｘ＋Ｆｚ・Ｔθ／８）
Ｆｙｃ＝（Ｃ0 Ｖ02／Ｌ）（Ｆｙ＋Ｆｚ・Ｔφ／８）
Ｆｚｃ＝（Ｃ0 Ｖ02／δ）（Ｆｚ＋Ｆｘ・Ｔθ／４＋Ｆｙ・Ｔφ／４）
Ｔθｃ＝（ｒＣ0 Ｖ02／δ）（Ｔθ＋Ｆｚ・Ｆｘ／８）
Ｔφｃ＝（ｒＣ0 Ｖ02／δ）（Ｔφ＋Ｆｚ・Ｆｙ／８）
【０１１１】
通常、数２０の各式の右辺の第２項（第三式の右辺は第３項を含む。但し、以下単に第２項と称する。）は第１項に比べて十分小さいため無視することができる。数２０の各式の右辺の第２項を無視すると次のようになる。
【０１１２】
【数２１】
Ｆｘｃ＝（Ｃ0 Ｖ02／Ｌ）・Ｆｘ
Ｆｙｃ＝（Ｃ0 Ｖ02／Ｌ）・Ｆｙ
Ｆｚｃ＝（Ｃ0 Ｖ02／δ）・Ｆｚ
Ｔθｃ＝（ｒＣ0 Ｖ02／δ）・Ｔθ
Ｔφｃ＝（ｒＣ0 Ｖ02／δ）・Ｔφ
【０１１３】
従って、ジャイロロータ２０に作用する拘束力Ｆｘｃ、Ｆｙｃ、Ｆｚｃ及びモーメントＴθｃ、Ｔφｃはジャイロロータ２０に変位を与える外力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＴθ、Ｔφに比例する。即ち、ジャイロロータ２０に外力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＴθ、Ｔφが複合して作用しても、各外力に比例した制御用直流電圧が生成され、ジャイロロータ２０に作用する拘束力Ｆｘｃ、Ｆｙｃ、Ｆｚｃ及びモーメントＴθｃ、Ｔφｃが生成される。
【０１１４】
【発明が解決しようとする課題】
数２０の各式の右辺の第２項は第１項に比べて十分小さいと仮定して無視すると、ジャイロロータ２０に作用する拘束力Ｆｘｃ、Ｆｙｃ、Ｆｚｃ及びモーメントＴθｃ、Ｔφｃはジャイロロータ２０に変位を与える外力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＴθ、Ｔφに比例する。しかしながら、実際には数２０の各式の右辺の第２項はゼロではない。この右辺の第２項は拘束力の作用する軸とは異なる軸方向の力又はモ−メントを含む。
【０１１５】
従って、従来のジャイロ装置では、数２０の各式の右辺の第２項によって表されるクロスカップリングの誤差が発生する。この値は小さいが精密なジャイロ装置では除去する必要がある。
【０１１６】
本発明の目的は、制御用直流電圧によって生成するジャイロロータ２０への拘束力を正確に得ることにある。
【０１１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のジャイロ装置は、
中心軸線方向に沿ってＺ軸、それに直交するＸ軸及びＹ軸を有するジャイロケースと、
該ジャイロケースの内部に静電支持力によって非接触的に支持され上記中心軸線方向のスピン軸線を有するジャイロロータと、
該ジャイロロータより隔置されて配置され制御用電圧が印加されるように構成された複数の静電支持電極と、
該ジャイロロータを上記スピン軸線周りに高速回転させるためのロータ駆動系と、
上記ジャイロロータのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の直線変位とＹ軸周り及びＸ軸周りの回転変位を検出するための変位検出系と、
該変位検出系によって検出された変位がゼロとなるように上記制御用電圧を修正するフィードバックループを有する拘束制御系と、を有する加速度検出型のジャイロ装置において、
ジャイロロータを加速度が作用しない時のジャイロロータの位置である基準位置に保持するバイアス電圧である基準電圧Ｖ0 と、変動量ΔＶを用いて、上記静電支持電極に印加される制御用電圧が、Ｖ0 （１＋２ΔＶ／Ｖ0 ）1/2 によって表され、ここで、変動量ΔＶは、該基準電圧Ｖ0 と該ジャイロロータに対してＸ軸方向に作用する力Ｆｘ、該ジャイロロータに対してＹ軸方向に作用する力Ｆｙ、該ジャイロロータに対してＺ軸方向に作用する力Ｆｚ、該ジャイロロータに対して作用するＹ軸周りのトルクＴθ、及び該ジャイロロータに対して作用するＸ軸周りのトルクＴφにより表される。
【０１１８】
上記静電支持電極は上記ジャイロロータの上面と下面に配置された４対の静電支持電極を含み、該４対の静電支持電極に印加される制御用電圧Ｖ1A、Ｖ1B、Ｖ2A、Ｖ2B、Ｖ3A、Ｖ3B、Ｖ4A、Ｖ4Bは、基準電圧Ｖ0 と次の第１の式によって表される変動量ΔＶ1A、ΔＶ1B、ΔＶ2A、ΔＶ2B、ΔＶ3A、ΔＶ3B、ΔＶ4A、ΔＶ4Bを用いて、次の第２の式によって表される。
第１の式
ΔＶ1A＝（Ｖ0 ／４）（Ｆｘ＋Ｆｚ／２＋Ｔθ）
ΔＶ1B＝（Ｖ0 ／４）（Ｆｘ−Ｆｚ／２−Ｔθ）
ΔＶ2A＝（Ｖ0 ／４）（Ｆｙ＋Ｆｚ／２＋Ｔφ）
ΔＶ2B＝（Ｖ0 ／４）（Ｆｙ−Ｆｚ／２−Ｔφ）
ΔＶ3A＝（Ｖ0 ／４）（−Ｆｘ＋Ｆｚ／２−Ｔθ）
ΔＶ3B＝（Ｖ0 ／４）（−Ｆｘ−Ｆｚ／２＋Ｔθ）
ΔＶ4A＝（Ｖ0 ／４）（−Ｆｙ＋Ｆｚ／２−Ｔφ）
ΔＶ4B＝（Ｖ0 ／４）（−Ｆｙ−Ｆｚ／２＋Ｔφ）
第２の式
Ｖ1A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ1A／Ｖ0 ）1/2
Ｖ1B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ1B／Ｖ0 ）1/2
Ｖ2A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ2A／Ｖ0 ）1/2
Ｖ2B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ2B／Ｖ0 ）1/2
Ｖ3A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ3A／Ｖ0 ）1/2
Ｖ3B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ3B／Ｖ0 ）1/2
Ｖ4A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ4A／Ｖ0 ）1/2
Ｖ4B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ4B／Ｖ0 ）1/2
【０１１９】
こうして本例では、ジャイロロータに作用する静電力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びトルクＴθ、Ｔφにおけるクロスカップリングの誤差が除去される。
【０１２０】
【発明の実施の形態】
本発明のジャイロ装置の例について説明する。本発明のジャイロ装置は図１〜図６を参照して説明した従来のジャイロ装置と比較して、静電支持電極に印加する制御用直流電圧が異なるが、それ以外の構成は同様であってよい。従って以下に、本発明のジャイロ装置における静電支持電極に印加する制御用直流電圧について説明する。本例の制御用直流電圧を数１１の式の代わりに、次の式のように表す。
【０１２１】
【数２２】
Ｖ1A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ1A／Ｖ0 ）n 
Ｖ1B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ1B／Ｖ0 ）n 
Ｖ2A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ2A／Ｖ0 ）n 
Ｖ2B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ2B／Ｖ0 ）n 
Ｖ3A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ3A／Ｖ0 ）n 
Ｖ3B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ3B／Ｖ0 ）n 
Ｖ4A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ4A／Ｖ0 ）n 
Ｖ4B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ4B／Ｖ0 ）n 
【０１２２】
この式と数１３の式を数１９の式に代入して、ジャイロロータ２０に作用する静電力Ｆｘｃ、Ｆｙｃ、Ｆｚｃ及びトルクＴθｃ、Ｔφｃを求める。ｎの値を求めるために、次の条件を設定する。
【０１２３】
【数２３】
∂（Ｆｘｃ）／∂Ｆｘ＝一定
∂（Ｆｙｃ）／∂Ｆｙ＝一定
∂（Ｆｚｃ）／∂Ｆｚ＝一定
∂（Ｔθｃ）／∂Ｔθ＝一定
∂（Ｔφｃ）／∂Ｔφ＝一定
∂（Ｆｘｃ）／∂Ｆｚ＝∂（Ｆｘｃ）／∂Ｔθ＝０
∂（Ｆｙｃ）／∂Ｆｚ＝∂（Ｆｙｃ）／∂Ｔφ＝０
∂（Ｆｚｃ）／∂Ｆｘ＝∂（Ｆｚｃ）／∂Ｆｙ＝∂（Ｆｚｃ）／∂Ｔθ＝∂（Ｆｚｃ）／∂Ｔφ＝０
∂（Ｔθｃ）／∂Ｆｘ＝∂（Ｔθｃ）／∂Ｆｚ＝０
∂（Ｔφｃ）／∂Ｆｙ＝∂（Ｔφｃ）／∂Ｆｚ＝０
【０１２４】
この条件を満たすためには、ｎ＝１／２でなければならない。従来のジャイロ装置では、静電支持電極に印加する制御用直流電圧は数１１の式によって表されるが、本例では、静電支持電極に印加する制御用直流電圧は、数１１の式の代わりに次の式によって表される。
【０１２５】
【数２４】
Ｖ1A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ1A／Ｖ0 ）1/2 
Ｖ1B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ1B／Ｖ0 ）1/2 
Ｖ2A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ2A／Ｖ0 ）1/2 
Ｖ2B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ2B／Ｖ0 ）1/2 
Ｖ3A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ3A／Ｖ0 ）1/2 
Ｖ3B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ3B／Ｖ0 ）1/2 
Ｖ4A＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ4A／Ｖ0 ）1/2 
Ｖ4B＝Ｖ0 （１＋２ΔＶ4B／Ｖ0 ）1/2 
【０１２６】
この数２４の式及び数１３の式を数１９の式に代入して、ジャイロロータ２０に作用する静電力Ｆｘｃ、Ｆｙｃ、Ｆｚｃ及びトルクＴθｃ、Ｔφｃを求めると、次のようになる。
【０１２７】
【数２５】
Ｆｘｃ＝（Ｃ0 Ｖ02／Ｌ）・Ｆｘ
Ｆｙｃ＝（Ｃ0 Ｖ02／Ｌ）・Ｆｙ
Ｆｚｃ＝（Ｃ0 Ｖ02／δ）・Ｆｚ
Ｔθｃ＝（ｒＣ0 Ｖ02／δ）・Ｔθ
Ｔφｃ＝（ｒＣ0 Ｖ02／δ）・Ｔφ
【０１２８】
従来のジャイロ装置ではジャイロロータ２０に作用する静電力Ｆｘｃ、Ｆｙｃ、Ｆｚｃ及びトルクＴθｃ、Ｔφｃは数２０の式によって表されるから、本例の場合では、数２０の各式の右辺の第２項が除去されている。即ち、本例では、クロスカップリングが除去されている。
【０１２９】
こうして本例によると、クロスカップリングが除去されているから、ジャイロロータ２０に作用する各静電力及び各トルクは他の軸線方向の外力及び他の軸線周りの外力トルクの影響を受けることなく独立的である。従ってジャイロロータ２０に作用する静電力Ｆｘｃ、Ｆｙｃ、Ｆｚｃ及びトルクＴθｃ、Ｔφｃは常に正確であり、ジャイロロータ２０は所定の基準位置に正確に保持される。
【０１３０】
以上、本発明の例について説明したが、本発明は上述の例に制限されることなく特許請求の範囲に記載された本発明の範囲にて様々な他の例が可能であることは当業者によって理解されよう。
【０１３１】
本発明を平成７年５月２４日付けの特願平７−１２５３４５号（特許第３００８０７４号）に記載されたジャイロ装置に適用した場合を説明したが、本発明は静電支持電極に制御用直流電圧を印加し、静電支持力によってジャイロロ−タを所定の基準位置に浮動的に支持するように構成されたジャイロ装置であればどのような形式のものにも適用が可能である。例えば、本発明は、平成１２年３月１０日付けにて本願出願人と同一の出願人によって出願された特願２０００−６６９３３号に記載されたジャイロ装置にも適用することができる。
【０１３２】
【発明の効果】
本発明によると、ジャイロロータに作用する拘束力にクロスカップリングによる誤差が除去される利点がある。
【０１３３】
本発明によると、ジャイロロータに作用する拘束力にクロスカップリングによる誤差が除去されるから、ジャイロロータは常に正確に所定の基準位置に保持される利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来及び本発明のジャイロ装置の例を示す図である。
【図２】従来及び本発明のジャイロ装置の制御ループの例を示す図である。
【図３】従来及び本発明のジャイロ装置の拘束制御系を示す図である。
【図４】従来及び本発明のジャイロ装置の変位検出系、拘束制御系及びロータ駆動系の等価回路を示す図である。
【図５】従来及び本発明のジャイロ装置のロータ駆動系の動作を説明するための説明図である。
【図６】従来及び本発明のジャイロ装置のジャイロロータに作用する拘束力を説明するための説明図である。
【符号の説明】
２０  ジャイロロータ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  面
２１  ジャイロケース
２２  上側底部材
２２Ａ、２２Ａ’  孔
２３  スペーサ
２３Ａ  内壁
２３Ｂ  凹部
２３Ｃ  通路
２４  下側底部材
２４Ａ  孔、
２５  ねじ
２６  空洞部
３３  ゲッタ部材
４０  ジャイロロータ
４１  ジャイロケース
４２  上側底部材
４３  スペーサ
４３Ａ  内壁
４４  下側底部材
１２７、１２８  放電兼用ストッパ
１３５  プリアンプ
１３６  抵抗
１４０  制御演算部
１４５  ジャイロ加速度出力演算部
１５０  拘束制御部
１６０  ロータ駆動部
１７０  シークエンス制御部
２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、２００Ｅ、２００Ｆ、２００Ａ’、２００Ｂ’、２００Ｃ’、２００Ｄ’、２００Ｅ’、２００Ｆ’  電極部
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ、２００Ｆ、２００ｇ、２００ａ’、２００ｂ’、２００ｃ’、２００ｄ’、２００ｅ’、２００ｆ’、２００ｇ  溝
２２１〜２２６、２３１〜２３６  電極
４２１〜４２４、４３１〜４３４  静電支持電極
４２５、４３５  ロータ駆動用電極
４２６、４３６  変位検出用電極
４２７  放電兼用ストッパ
【図１】
0004605869.tif 000002
【図２】
0004605869.tif 000003
【図３】
0004605869.tif 000004
【図４】
0004605869.tif 000005
【図５】
0004605869.tif 000006
【図６】
0004605869.tif 000007