(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャイロロータと、これを静電浮上可能かつ回転可能に内蔵するジャイロケースと、これに形成されている複数の電極のうち静電支持用電極および回転駆動用電極に前記ジャイロロータの姿勢制御用および回転駆動用の制御電圧をそれぞれ生成して印加する制御回路と、前記複数電極のうち前記制御電圧の印加されない変位検出用電極を経由させたうえで前記ジャイロロータと前記ジャイロケースとの相対変位検出用の信号を検出する信号検出回路とを備えた静電浮上型ジャイロ装置において、前記ジャイロロータが、円筒部の両端部に鍔状張出の付いたボビン状に形成されていることを特徴とする静電浮上型ジャイロ装置。
【請求項２】
前記ジャイロケースが、前記ジャイロロータの外径より内径が小さいケース内周部分と、このケース内周部分より外側に位置しているケース外側部分とを具備したものであり、前記ケース内周部分が前記ジャイロロータの鍔状張出と鍔状張出との間に遊嵌されており、前記静電支持用電極が前記ケース内周部分に形成されていることを特徴とする請求項１記載の静電浮上型ジャイロ装置。
【請求項３】
前記ジャイロロータの鍔状張出の周縁部に等ピッチ放射状配置で多数の突部が形成されており、前記回転駆動用電極が、前記ケース内周部分のうち前記突部に対向しうる部位の表面を這う部分とその外側に延びてから立ち上がる部分とを具備していて立体的に形成されていることを特徴とする請求項２記載の静電浮上型ジャイロ装置。
【請求項４】
前記複数電極の引出線が前記ジャイロケースの片面だけに引き出されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載された静電浮上型ジャイロ装置。
【請求項５】
前記ジャイロケースが前記片面の反対側から真空封止されていることを特徴とする請求項４記載の静電浮上型ジャイロ装置。
【請求項６】
鍔状張出が前記ジャイロロータの前記円筒部の中間部にも設けられており、前記静電支持用電極の形成された前記ケース内周部分が前記ジャイロケースに複数設けられており、前記ジャイロロータの前記鍔状張出と前記ジャイロケースの前記ケース内周部分とが交互に並んでいることを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れかに記載された静電浮上型ジャイロ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ジャイロ機構部と電子回路部とを備えている静電浮上型ジャイロ装置に関する。
ジャイロ機構部は、ジャイロロータとジャイロケースとを含み、ジャイロロータをジャイロケース内で静電支持力によって浮動的に支持する。ジャイロロータは、適正動作のため、真空中に置かれる。
電子回路部は、ジャイロ機構部に接続され、ジャイロロータとジャイロケースとの相対変位を検出してジャイロロータの姿勢制御を行う。
【背景技術】
【０００２】
小形化に適した静電浮上型ジャイロは、船舶や航空機ばかりか自動車等の移動体にも使用されており、慣性空間に対する加速度等を検出するために、慣性を具有した機械部品からなるジャイロ機構部と、静電支持力の制御や相対変位の検出等を担う電子回路部とを備えている。ジャイロ機構部は、ジャイロロータをジャイロケースの真空空間(空洞)に収容していて、ジャイロケースの電極からジャイロロータに静電引力を作用させてジャイロロータを浮上させて支持するものであり、小形化しても全方向で大きな静電引力が出せるよう、ジャイロロータが環状になったものがある（例えば特許文献１〜５参照）。
【０００３】
また、電子回路部については、変位検出用信号を静電支持用電極に印加して変位検出用電極から検出するという基本的な変位検出方式のものと（例えば特許文献１参照）、変位検出用信号を変位検出用電極に印加して静電支持用電極から検出するという逆転型の変位検出方式のものとがある（例えば特許文献２〜５参照）、
図５は、従来の環状ロータ型の静電浮上型ジャイロ装置の概要構成を示し、（ａ）が基本的な変位検出方式の全体ブロック図、（ｂ）が逆転型変位検出方式の全体ブロック図である。これらの従来装置について、以下、本願発明の説明に役立つ事項を掻い摘んで説明する。
【０００４】
ジャイロ機構部は、両方式に共通なので先ずそれを説明すると、環状のジャイロロータ１０が静電浮上可能かつ回転可能な状態でジャイロケース２０に内蔵されている。ジャイロケース２０は、ガラス等の絶縁物からなり、内部に環状の真空空間が形成されている。ジャイロロータ１０は、イオン注入等にて導電性を付与したシリコン等の導電体からなり、一本のスピン軸周りに安定して回転するよう、環状に形成されている。ジャイロケース２０からジャイロロータ１０に静電支持力や回転駆動力を作用させるために、ジャイロケース２０の内面には、金属膜パターン等からなる多数の電極２１〜２４（複数電極）が形成されている。それらの電極２１〜２４は、それぞれの役割に応じて適宜部位に配置されてジャイロロータ１０を囲んでおり、引出線にて電子回路に接続されている。
【０００５】
多数の電極２１〜２４は、ジャイロロータ１０を中間に挟んで対向配置された複数の対向対に分けられる。
複数電極のうちロータ駆動用電極２１は、ジャイロケース２０の上側底部材の下面で円状に等ピッチで列なるものと、ジャイロケース２０の下側底部材の上面で円状に等ピッチで列なるものとが、対向対をなしている。
また、複数電極のうち変位検出用電極２２も、ジャイロケース２０の上側底部材の下面に分散配置されたものと、ジャイロケース２０の下側底部材の上面に分散配置されたものとが、対向対をなしている。
【０００６】
複数電極のうち静電支持用電極２３も、ジャイロケース２０の上側底部材の下面に分散配置されたものと、ジャイロケース２０の下側底部材の上面に分散配置されたものとが、対向対をなしている。
また、複数電極のうち静電支持用電極２４は、ジャイロケース２０の外周部の筒状体の内周面に分散配置されたものと、ジャイロケース２０の中心部の柱状体の外周面に分散配置されたものとが、対向対をなしている。
さらに、これらの静電支持用電極２３〜２４は、それぞれの対向対において更に隣接配置された隣接対に分けられる。
【０００７】
静電支持用電極２３〜２４の役割を具体的に説明するために、空間で直交する３軸をそれぞれＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸とし、図５では、紙面の左右方向にＸ軸を置き、紙面を貫く向きにＹ軸を置き、紙面の上下方向にＺ軸を置き、Ｘ軸周りの回転をφとし、Ｙ軸周りの回転をθとする。そうすると、静電支持用電極２４は、制御電圧を印加されてそれに応じたＸ方向の静電支持力を出すとともに、ジャイロロータ１０のＸ方向変位に応じてジャイロロータ１０表面との静電容量を変えるものとなっている。Ｙ方向に分かれてジャイロケース２０の内周面と外周面とに対向配置された図示しない静電支持用電極はＹ方向に関して同様の機能を発揮し、Ｘ方向に分かれてジャイロケース２０の上側底部材と下側底部材とに対向配置された静電支持用電極２３はＺ±θ方向に関して同様の機能を発揮し、Ｙ方向に分かれてジャイロケース２０の上側底部材と下側底部材とに対向配置された図示しない静電支持用電極はＺ±φに関して同様の機能を発揮するものとなっている。
【０００８】
次に（図５（ａ）参照）、基本的な変位検出方式の電子回路部を説明する（例えば特許文献１，２参照）。この電子回路部は、静電支持用電極２３〜２４等と共に拘束制御系を構成する制御演算回路３２（制御回路）と、ロータ駆動用電極２１と共にロータ駆動系を構成するロータ制御回路３１（制御回路）と、変位検出用電極２２と共に変位検出系を構成する信号検出回路とを具えている。
制御演算回路３２は、ジャイロロータ１０とジャイロケース２０とのＺ軸周り以外の相対変位から公知の演算（例えば特許文献１参照）を行って姿勢制御用の制御電圧を生成し、それぞれを複数の電極のうち静電支持用電極２３〜２４等に印加する等のことで、それらの相対変位をゼロにする姿勢制御を行うものである。なお、これらの相対変位は、静電支持用電極２３〜２４等の容量変化から検出される（例えば特許文献１参照）。
【０００９】
ロータ制御回路３１は、ジャイロロータ１０のＺ軸周りの回転状態から公知の演算（例えば特許文献１参照）を行って回転駆動用の制御電圧たとえば三相のパルス状信号を生成し、それらをロータ駆動用電極２１へ循環的に印加する等のことで、ジャイロロータ１０を一定速度で回転させる回転制御を行うようになっている。なお、ジャイロロータ１０の回転状態は、ロータ駆動用電極２１の容量変化から検出される。
このような制御電圧が直に印加される静電支持用電極２３〜２４等およびロータ駆動用電極２１とは異なり、複数電極のうち変位検出用電極２２に対しては、ジャイロロータ１０の運動に影響を及ぼすような制御電圧は印加されない。
【００１０】
信号検出回路は、ジャイロロータ１０とジャイロケース２０との相対変位を検出するために、ジャイロロータ１０の運動に影響しない程度に周波数が高く且つ周波数弁別可能な幾つかの変位検出用信号を用いるものであり、それらの変位検出用信号を静電支持用電極２３〜２４等に重畳印加する変位検出用信号印加回路３３と、変位検出用電極２２から変位検出用信号に係る信号成分を検出して検出信号Ｖｐを生成する変位検出用信号検出回路３４とを具えている。
そして、制御演算回路３２の入力回路が、例えば同期検波器とバンドパスフィルタとの従属接続回路に検出信号Ｖｐと基準の正弦波信号とを入力して、検出信号Ｖｐから正弦波信号の成分を抽出する等のことで、各方向の変位を検知するようになっている。
【００１１】
さらに（図５（ｂ）参照）、逆転型変位検出方式の電子回路部を説明する（例えば特許文献２〜５参照）。逆転型変位検出方式は、変位検出用電極を経由させたうえで変位検出用信号を検出するという上位概念では基本的な変位検出方式を踏襲しているが、変位検出用信号の流れる方向が逆転していて、変位検出用電極２２に変位検出用信号を印加して静電支持用電極より制御演算回路寄りで検出を行うようになっている。
具体的には、この電子回路部は、上述したロータ制御回路３１と、制御演算回路３２の入力回路を改造した制御演算回路３６と、変位検出用電極２２に共通の変位検出用信号を印加するようになった変位検出用信号印加回路３７と、変位検出用信号に係る信号成分を静電支持用電極２３〜２４等から分離抽出して制御演算回路３６へ送出するようになった変位検出用信号検出回路３８とを具えている。
【００１２】
変位検出用信号に三角波を用いて電極容量対応の差電流を検出する方式や（例えば特許文献２，３参照）、変位検出用信号に矩形波を用いて電極容量対応の同相電圧を検出する方式（例えば特許文献４参照）、さらにはパルス幅変調（ＰＷＭ）等のデジタル方式を併用したものもあり（例えば特許文献５参照）、そのような変位検出用信号印加回路３７や変位検出用信号検出回路３８の改良に適合するよう、制御演算回路３６の入力回路も改造されている。
そして、変位検出用信号が変位検出用電極２２と静電支持用電極２３〜２４等とを経由する際に各静電支持用電極の所でジャイロロータ１０とジャイロケース２０との相対変位が変位検出用信号に反映され、そのような変位検出用信号が制御演算回路３６に取り込まれ、制御演算回路３６によって、各方向の変位が検知されるとともに、それに基づいて適切な姿勢制御用の制御電圧が生成され静電支持用電極２３〜２４等に印加される。
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−２３５３２９号公報
【特許文献２】特開２００４−１９１２９６号公報
【特許文献３】特開２００４−２５７９１１号公報
【特許文献４】特開２００４−３０９１８７号公報
【特許文献５】特開２００５−１４０７０８号公報
【特許文献６】特開２００４−３３３３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このような従来の静電浮上型ジャイロ装置に関する改良の積み重ねは何れも定常状態での回転駆動制御や姿勢制御に関するものであるが（特許文献１〜５参照）、起動時のロータ浮上の制御シーケンスを改良したものもある（例えば特許文献６参照）。
しかしながら、このような制御手法の改良では、それなりに性能が向上するとしても、飛躍的な性能向上は望めない。このため、ジャイロ機構部に立ち帰って、新たな改良を試みることが求められる。具体的には、浮上制御や姿勢制御に関する制御能力が向上するよう、ジャイロロータやジャイロケースの形状を更に改造するとともに、その際、制御能力向上に寄与するジャイロロータの軽量化を推し進める一方で、制御能力向上に反する制御電極の面積減少や電極対向部の面積減少を回避することが求められる。
そこで、制御電極の対向面積を減らすことなくジャイロロータの質量を減らすようジャイロ機構部の形状に工夫を凝らすことが技術的な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の静電浮上型ジャイロ装置は（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、ジャイロロータと、これを静電浮上可能かつ回転可能に内蔵するジャイロケースと、これに形成されている複数の電極のうち静電支持用電極および回転駆動用電極に前記ジャイロロータの姿勢制御用および回転駆動用の制御電圧をそれぞれ生成して印加する制御回路と、前記複数電極のうち前記制御電圧の印加されない変位検出用電極を経由させたうえで前記ジャイロロータと前記ジャイロケースとの相対変位検出用の信号を検出する信号検出回路とを備えた静電浮上型ジャイロ装置において、前記ジャイロロータが、円筒部の両端部に鍔状張出の付いたボビン状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置は（解決手段２）、上記解決手段１の静電浮上型ジャイロ装置であって、前記ジャイロケースが、前記ジャイロロータの外径より内径が小さいケース内周部分と、このケース内周部分より外側に位置しているケース外側部分とを具備したものであり、前記ケース内周部分が前記ジャイロロータの鍔状張出と鍔状張出との間（の外開き環状溝）に遊嵌されており、前記静電支持用電極が前記ケース内周部分に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の静電浮上型ジャイロ装置は（解決手段３）、上記解決手段２の静電浮上型ジャイロ装置であって、前記ジャイロロータの鍔状張出の周縁部に等ピッチ放射状配置で多数の突部が形成されており、前記回転駆動用電極が、前記ケース内周部分のうち前記突部に対向しうる部位の表面を這う部分とその外側に延びてから立ち上がる部分とを具備していて立体的に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置は（解決手段４）、上記解決手段２〜３の静電浮上型ジャイロ装置であって、前記複数電極の引出線が前記ジャイロケースの片面だけに引き出されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置は（解決手段５）、上記解決手段４の静電浮上型ジャイロ装置であって、前記ジャイロケースが前記片面の反対側から真空封止されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置は（解決手段６）、上記解決手段２〜５の静電浮上型ジャイロ装置であって、鍔状張出が前記ジャイロロータの前記円筒部の中間部にも設けられており、前記静電支持用電極の形成された前記ケース内周部分が前記ジャイロケースに複数設けられており、前記ジャイロロータの前記鍔状張出と前記ジャイロケースの前記ケース内周部分とが交互に並んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
このような本発明の静電浮上型ジャイロ装置にあっては（解決手段１）、ジャイロロータを環状からボビン状に変えたことにより、円筒部の周囲部が無くなって薄くなった分だけジャイロロータの質量が減少する。一方、肉厚が薄くなっても表面積はさほど減らないので、ジャイロロータの円筒部における制御電極の対向面積の減少は概ね回避される。また、円筒部の両端部は鍔状張出として残っているので、ジャイロロータの両端における制御電極の対向面も無くならないで維持される。そして、このようなジャイロロータの軽量化により、浮上制御や姿勢制御に関する制御能力が向上することとなる。
【００２２】
なお、ボビン状のように円筒部の両端部を鍔状に張り出すのとは逆に、両端部を中空側へすぼめた形状に変えることで、ジャイロロータを軽量化することも考えられるが、ジャイロロータの鍔部を内向きにすると、実施に際してジャイロケースにおける電極の引出をフィールドスルー構造にて具体化した場合にフィールドスルー構造がジャイロケースの中央の円柱部に集中して、ジャイロケースの作成が困難になるため、ジャイロロータの鍔部を外向きにしている。ケース外側部分はジャイロケースを大きくすれば容易に電極用の面積やフィールドスルー用の面積を確保できるが、ケース内周部分では、表面積がジャイロロータの径によって決まり、ジャイロケースを大きくしてもそれによって直ちに電極用の面積やフィールドスルー用の面積を確保できる訳ではないので、あまり電極数を多くできない。そのため、本願発明ではジャイロロータをボビン状にしたものである。
したがって、この発明によれば、制御電極の対向面を維持しながらジャイロロータの質量を減らすことができるうえ製造も容易な静電浮上型ジャイロ装置を実現することができる。
【００２３】
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置にあっては（解決手段２）、ジャイロケースの内周部分に静電支持用電極を形成し、それをジャイロロータの鍔状張出と鍔状張出との間に遊嵌したことにより、環状ロータ型では出来なかったところに対して即ちジャイロロータの鍔状張出の両面のうち円筒部外周側の面に対して新たに制御可能な静電引力を作用させることができる。そして、このような静電引力は浮上制御や姿勢制御に寄与するものとなっている。
【００２４】
さらに、本発明の静電浮上型ジャイロ装置にあっては（解決手段３）、ボビン状のジャイロロータの鍔状張出の周縁部が、ジャイロケースの内周部分の端面と対向する円筒部外周側の面を持つことに加えて、それと直交する鍔状張出の外周面をも持っていることに着目して、それら両面に対向しうるよう回転駆動用電極を立体化し、回転駆動用電極から鍔状張出の周縁部の放射状突部には両方向から回転駆動用制御電圧が作用するようにしたことにより、ジャイロロータの回転駆動力が増強される。そのため、ジャイロロータの軽量化による慣性力検出能の低下をジャイロロータの回転速度向上によって補うことが容易に実現できる。
【００２５】
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置は（解決手段４）、複数電極の引出線がジャイロケースの片面だけに引き出されているので、引出線の無い方から真空封止することにより、ジャイロ機構部を単体で真空封止するのが容易である。
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置にあっては（解決手段５）、ジャイロケースが引出線の無い方から真空封止されて、ジャイロ機構部が単体で真空封止されていることから、ＬＳＩチップ等に集積された制御回路部とジャイロ機構部を樹脂封止にて一体化するパッケージ成形が容易なので、安価に量産しうるものとなっている。
【００２６】
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置にあっては（解決手段６）、ジャイロロータの鍔状張出とジャイロケースのケース内周部分とを複数化して交互に並べたことにより、静電引力を生じる静電支持用電極と鍔状張出との対向箇所が増え、それに応じて静電引力も強くなるため、浮上制御や姿勢制御に関する制御能力がジャイロロータの軽量化による性能向上と相まって更に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
このような本発明の静電浮上型ジャイロ装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１〜２により説明する。
図１〜３に示した実施例１は、上述した解決手段１〜５（出願当初の請求項１〜５）を具現化したものであり、図４に示した実施例２は、上述した解決手段６（出願当初の請求項６）を具現化したものである。
なお、それらの図示に際し従来と同様の構成要素には同一の符号を付して示したので、重複する再度の説明は割愛し、以下、従来との相違点を中心に説明する。
【実施例１】
【００２８】
本発明の静電浮上型ジャイロ装置の実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図、（ｃ）がジャイロ機構部の縦断面図(正面図)、  （ｄ）がジャイロロータの斜視図である。  また、図２（ａ）がジャイロ機構部のＡＡ矢視断面図(平面図)、  図２（ｂ）がジャイロ機構部のＢＢ矢視断面図(平面図)、  図３（ａ）がジャイロ機構部のＣＣ矢視断面図(平面図)である。  さらに、図３（ｂ）は逆転型変位検出方式の全体ブロック図である。
【００２９】
このジャイロ装置４０は（図１（ａ），（ｂ）参照）、プラスチックパッケージ４１の中にＬＳＩチップ４２とジャイロ機構部５０とが樹脂封止されており、多数のピン４３が下面に突出して列設されたベース４４の上面にプラスチックパッケージ４１が搭載されて、例えばＰＧＡ(Pin Grid Array)形のＩＣパッケージに纏められている。ＬＳＩチップ４２には電子回路部が集積実装されており、ＬＳＩチップ４２とジャイロ機構部５０とを接続する信号線や，ＬＳＩチップ４２とピン４３とを接続する信号線は、ベース４４の上面に配線パターンで形成されている。ベース４４にＬＳＩチップ４２やジャイロ機構部５０を載せ置いてから、プラスチックパッケージ４１にてモールドすることで、ＬＳＩチップ４２やジャイロ機構部５０さらには配線の固定や保護がなされている。
【００３０】
ジャイロ機構部５０は、外観が従来品と同様に円板状で、外寸も従来品と同様に直径が数ｍｍかそれ以下であり、ジャイロロータをジャイロケースの真空空間(空洞)に収容していてジャイロケースの電極からジャイロロータに静電引力を作用させてジャイロロータを浮上させて支持するようになっていることも従来同様であるが、内部構造がロータ軽量化のため従来品から変更されており、ケース外側部分がジャイロロータより長い円筒形だったジャイロケース２０が、ジャイロロータより短くなったケース外側部分５２とそこから内周側に延伸したケース内周部分５３とを具備したジャイロケース５１になり（図１（ｂ）参照）、その短縮分を補うために上側底部材も下側底部材も平板状から浅皿状になり、環状だったジャイロロータ１０が、円筒部の両端部に鍔状張出の付いたボビン状のジャイロロータ６０になっている（図１（ｂ），（ｃ）参照）。
【００３１】
ジャイロ機構部５０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の一種として、半導体プロセスに犠牲層エッチング工程を加味したマイクロマシニングにて製造されるが、ジャイロケース５１とジャイロロータ６０とが入れ子になっているので、両者が同時に作り上げられる。
以下、従来通り回転中心軸の方向をＺ方向とし、他の方向Ｘ，Ｙ，φ，θも既述したのと同様であるとして、ジャイロ機構部５０の各部を詳述する。
【００３２】
ジャイロロータ６０は（図１（ｄ）参照）、従来通り高濃度イオン注入シリコンといった導電体からなるが、形状が従来と異なっており、中空６１の周壁をなす円筒部６２が、従来の環状ロータと比べて、高さは同等であるが、厚みが数分の一〜数十分の一程度に薄くなっている。円筒部６２の両端には鍔状張出６３が薄く残っている。鍔状張出６３は内径も外径も従来と大差なく、円筒部６２の内径も従来と大差ないが、円筒部６２の外径は従来のジャイロロータ１０のそれより格段に小さくなっている。ロータ駆動用電極２１の静電引力の作用を受ける放射状突部６４は、鍔状張出６３の内周寄りでなく外周側の円状縁部に等ピッチで切欠と交互に多数個が列設されている。
【００３３】
ジャイロケース５１は（図１（ｃ），図２（ａ），図２（ｂ），図３（ａ）参照）、従来のジャイロケース２０と同様に、真性シリコンやガラスといった電気絶縁体からなり又はジャイロロータ６０と同様の導電体の表面に電気絶縁皮膜を形成したものからなり、ジャイロロータ６０の中空６１に遊挿された状態で中心に位置する円柱部５５と、下の端面を塞ぐ下側底部材５６と、上の端面を塞ぐ上側底部材５７と、ジャイロロータ６０の外周を一巡して囲う状態で形成される環状部分（５２＋５３）とを具えているが、従来のジャイロケース２０とは異なり、環状部分（５２＋５３）の内径がジャイロロータ６０の最大外径より小さくなっている。
【００３４】
環状部分（５２＋５３）の外径はジャイロロータ６０の最大外径より依然として大きいので、この環状部分（５２＋５３）を、ジャイロロータ６０の最大外径より内径が小さいケース内周部分５３と、このケース内周部分５３より外側に位置しているケース外側部分５２とに、呼び分ける。ケース内周部分５３とケース外側部分５２とは連続した一体物として作られている。ケース内周部分５３は、ジャイロロータ６０に対し、一端の鍔状張出６３と他端の鍔状張出６３との間に遊嵌されて、円筒部６２の外周を僅かに離れて取り囲んでいる。ケース外側部分５２は、ジャイロロータ６０の鍔状張出６３の放射状突部６４より外周側に位置している。
【００３５】
多数の電極２１〜２６についても、それらがジャイロケース５１の表面に分散して形成されることは従来と同様であるが、電極の配置や引出線の配置は従来と異なっている。具体的には、先ず（図１（ｃ），図２（ａ），図２（ｂ）参照）、Ｚ軸周りの回転駆動力を出すロータ駆動用電極２１は、多数個が等ピッチで列設されて、ジャイロロータ６０の鍔状張出６３の放射状突部６４を取り囲んでいるが、何れの電極２１も、ジャイロケース５１のケース内周部分５３の両端面のうち放射状突部６４に対向しうる部位の表面を這う部分とその外側に延びてから立ち上がる部分とを具備していて、断面Ｌ形の立体形状に形成されている。このロータ駆動用電極２１の列設ピッチ及び個数と放射状突部６４の列設ピッチ及び個数は、例えば三相モータと同様の回転駆動が行える条件（例えば特許文献１図７参照）を満たすような対応関係で、設定されている。
【００３６】
また（図１（ｃ），図２（ｂ）参照）、姿勢制御用制御電圧を印加されてＺ±θ方向の静電支持力を出す静電支持用電極２３は、Ｘ＋方向とＸ−方向とに分かれてケース内周部分５３の表面に形成され、ケース内周部分５３の上面のものと下面のものとが対向対をなし、ケース内周部分５３の上面や下面で隣接配置されたもの同士が隣接対をなしている。姿勢制御用制御電圧を印加されてＺ±φ方向の静電支持力を出す静電支持用電極２５は、Ｙ＋方向とＹ−方向とに分かれてケース内周部分５３の表面に形成され、ケース内周部分５３の上面のものと下面のものとが対向対をなし、ケース内周部分５３の上面や下面で隣接配置されたもの同士が隣接対をなしている。
【００３７】
さらに（図１（ｃ），図３（ａ）参照）、姿勢制御用制御電圧を印加されてＸ方向の静電支持力を出す静電支持用電極２４は、Ｘ＋方向とＸ−方向とに分かれてケース内周部分５３の内周面と円柱部５５の外周面とに形成され、ケース内周部分５３の内周面のものと円柱部５５の外周面のものとが対向対をなし、ケース内周部分５３の内周面で隣接配置されたもの同士が隣接対をなし、円柱部５５の外周面で隣接配置されたもの同士が隣接対をなしている。姿勢制御用制御電圧を印加されてＹ方向の静電支持力を出す静電支持用電極２６は、Ｙ＋方向とＹ−方向とに分かれてケース内周部分５３の内周面と円柱部５５の外周面とに形成され、ケース内周部分５３の内周面のものと円柱部５５の外周面のものとが対向対をなし、ケース内周部分５３の内周面で隣接配置されたもの同士が隣接対をなし、円柱部５５の外周面で隣接配置されたもの同士が隣接対をなしている。
【００３８】
また（図２（ｂ），図３（ａ）参照）、姿勢制御用制御電圧も回転駆動用制御電圧も印加されない変位検出用電極２２は、ケース内周部分５３の上面と下面と内周面と円柱部５５の外周面とに形成され、静電支持用電極２３と静電支持用電極２５との間や、静電支持用電極２４と静電支持用電極２６との間に、分散配置されている。
【００３９】
これらの電極２１〜２６に接続された引出線５４は（図１（ｃ）参照）、何れも、ケース内周部分５３の表面の電極パターンからケース外側部分５２の表面へ延び、そこで下方へ向きを変えて、上面のものはケース外側部分５２を貫通してケース外側部分５２の下面に達して、円柱部５５のものはその下面に達してから、更に下側底部材５６を貫通して、ジャイロケース５１の下面（片面）だけに引き出されている。そして、このようなジャイロケース５１では、下側底部材５６が先に取り付けられ、後から上側底部材５７が取り付けられ、そのときに上側底部材５７の方（片面の反対側）から真空封止がなされる。これによって、ジャイロ機構部５０が単体で真空封止されたものとなるので、上述したプラスチックパッケージ４１によるジャイロ機構部５０の樹脂封止が可能となる（図１（ａ），（ｂ）参照）。
【００４０】
なお、ＬＳＩチップ４２に実装する電子回路部は、図５（ａ）に図示した基本的な変位検出方式の電子回路部（３１，３２〜３４）でも良いが、この例では、図５（ｂ）に図示した逆転型変位検出方式の電子回路部（３１，３６〜３８）が搭載されている。
具体的には（図３（ｂ）参照）、この電子回路部は、何れも既述したロータ制御回路３１と制御演算回路３６と変位検出用信号印加回路３７と変位検出用信号検出回路３８とを具えていて、変位検出用信号印加回路３７から変位検出用電極２２に共通の変位検出用信号を印加し、その変位検出用信号に係る信号成分を静電支持用電極２３〜２６から変位検出用信号検出回路３８にて分離抽出して制御演算回路３６へ送出し、制御演算回路３６にてジャイロロータ６０とジャイロケース５１との相対変位を算出してそれに見合った姿勢制御用の制御電圧を静電支持用電極２３〜２６に印加し、ロータ制御回路３１からロータ駆動用電極２１に回転駆動用の制御電圧を印加するようになっている。
【００４１】
この実施例１の静電浮上型ジャイロ装置４０について、その使用態様及び動作を説明する。基本的な使い方は従来品と同様で良く（特許文献１〜６も参照）、例えば自動車の車体に組み込まれて使用される。そして、基本的な動作も従来と同様になる。すなわち、逆転型変位検出方式なので、変位検出用信号が変位検出用電極２２と静電支持用電極２３〜２６を経由する際に各静電支持用電極の所でジャイロロータ６０とジャイロケース５１との相対変位が変位検出用信号に反映され、その変位検出用信号が制御演算回路３６に取り込まれて、各方向の変位が検知される。また、それに基づいて適切な姿勢制御用の制御電圧が生成され静電支持用電極２３〜２６に印加されて、ジャイロロータ６０がジャイロケース５１の中で浮上状態を維持する。さらに、ジャイロロータ６０とジャイロケース５１との相対変位や姿勢制御用の制御電圧から、慣性空間に対する加速度等が検出される。
【００４２】
そのような基本動作において従来と相違する詳細な動作や特性を取り上げて詳述すると、ジャイロロータ６０が環状でなく軽量なボビン状になったことから、円筒部６２の外周側のうち両端の鍔状張出６３の間に位置する部分が省かれて円筒部６２が薄くなっているので、その分だけジャイロロータ６０の質量が少なくなっている。例えば、ジャイロロータ１０が７０μｇ程度であったのに対し、制御可能な電極面積を確保しながらも、ジャイロロータ６０は数μｇと従来の１／２０程度に軽くなっている。一方、ジャイロケース５１に分散形成された複数電極２１〜２６のうち静電支持用電極２３〜２６は、形成部位が新たなケース内周部分５３の表面になっているが、静電引力決定の主要因である電極面積が従来と同程度に維持されている。このように静電支持用電極２３〜２６の面積を減らすことなくジャイロロータ６０が軽量化されているので、浮上制御や姿勢制御に関する制御能力が向上している。
【００４３】
複数電極２１〜２６のうち変位検出用電極２２も、静電支持用電極２３〜２６と同様に、形成部位が新たなケース内周部分５３の表面になっているが、信号検出能力決定の主要因である電極面積が従来と同程度に維持されているので、ジャイロロータ６０とジャイロケース５１との相対変位の検出性能も適切に維持される。
複数電極２１〜２６のうちロータ駆動用電極２１は、ジャイロケース５１においてケース内周部分５３の上下端面を這う部分とケース外側部分５２からの立ち上がった部分との双方に亘っているので、電極面積が従来に比べて増加している。そして、広くなったロータ駆動用電極２１からジャイロロータ６０の鍔状張出６３の周縁部の放射状突部６４に回転駆動用制御電圧が作用するので、ジャイロロータ６０の回転駆動力が増強される。
【実施例２】
【００４４】
本発明の静電浮上型ジャイロ装置の実施例２について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図４は、（ａ）がジャイロ機構部の縦断面図(正面図)、（ｂ）がジャイロロータの斜視図である。なお、引出線５４の図示は割愛している。
【００４５】
この静電浮上型ジャイロ装置が上述した実施例１のものと相違するのはジャイロ機構部５０が一部改造されてジャイロ機構部７０になった点であり、ジャイロ機構部７０がジャイロ機構部５０と相違するのは、ジャイロケース５１がケース内周部分５３の複数化・多数化によってジャイロケース７１になった点と、ジャイロロータ６０が鍔状張出６３の複数化・多数化によって謂わば複連ボビン状のジャイロロータ７２になった点である。
ジャイロロータ７２は、円筒部６２がＺ軸（中心軸）方向に延伸されており、その円筒部６２の両端に加えて中間部にも上述の鍔状張出６３が設けられている。図示の例では、円筒部６２の中間部に鍔状張出６３が二つ設けられて、全部で四個の鍔状張出６３がＺ軸方向に必須ではないが大抵は等ピッチで並んでいる。
【００４６】
ジャイロケース７１にあっては、円柱部５５とケース外側部分５２はＺ軸（スピン軸）方向に延伸されているが、ケース内周部分５３は延伸されるのでなく個数が増えてＺ軸方向に並んでいる。各ケース内周部分５３にはそれぞれ上述したロータ駆動用電極２１と変位検出用電極２２と静電支持用電極２３，２５が形成されており、円柱部５５の外周面のうち各ケース内周部分５３と対向する部位には上述した静電支持用電極２４，２６が形成されている。ケース内周部分５３の個数はジャイロロータ７２の鍔状張出６３より一つ少なく、全部で三個のケース内周部分５３がＺ軸方向に並んでいる。
ジャイロロータ７２において隣り合っている鍔状張出６３，６３の間に一つずつケース内周部分５３が遊嵌されているので、ジャイロロータ７２の鍔状張出６３とジャイロケース７１の内周部分５３とが交互に並んだ状態になっている。
【００４７】
この場合、姿勢制御用制御電圧を印加されてＺ±θ方向の静電支持力を出す静電支持用電極２３も、姿勢制御用制御電圧を印加されてＺ±φ方向の静電支持力を出す静電支持用電極２５も、Ｚ方向における配設位置が二カ所から六カ所に増加しているので、該当する方向の静電引力がほぼ三倍に増強される。静電支持用電極２４，２６も三倍に増加しているので、Ｘ方向やＹ方向の静電支持力もほぼ三倍に増強される。
これに対し、ジャイロロータ７２の質量は二倍強に増えるだけである。
そのため、該当方向の制御能力が強化される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１について、静電浮上型ジャイロ装置の構造を示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図、（ｃ）がジャイロ機構部の縦断面図(正面図)、  （ｄ）がジャイロロータの斜視図である。
【図２】（ａ）がジャイロ機構部のＡＡ矢視断面図(平面図)、  （ｂ）がジャイロ機構部のＢＢ矢視断面図(平面図)である。
【図３】（ａ）がジャイロ機構部のＣＣ矢視断面図(平面図)、  （ｂ）が逆転型変位検出方式の全体ブロック図である。
【図４】本発明の実施例２について、静電浮上型ジャイロ装置の構造を示し、（ａ）がジャイロ機構部の縦断面図(正面図)、  （ｂ）がジャイロロータの斜視図である。
【図５】従来の環状ロータ型の静電浮上型ジャイロ装置を示し、（ａ）が基本的な変位検出方式の全体ブロック図、（ｂ）が逆転型変位検出方式の全体ブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…ジャイロロータ（ジャイロ機構部）、
２０…ジャイロケース（ジャイロ機構部）、
２１…ロータ駆動用電極（回転電極，ロータ駆動系）、
２２…変位検出用電極（検出電極，変位検出系）、
２３〜２６…静電支持用電極（姿勢制御，制御電極，拘束制御系）、
３１…ロータ制御回路（制御回路，ロータ駆動系）、
３２…制御演算回路（制御回路，拘束制御系）、
３３…変位検出用信号印加回路（変位検出系）、
３４…変位検出用信号検出回路（変位検出系）、
３６…制御演算回路（制御回路、拘束制御系）、
３７…変位検出用信号印加回路（変位検出系）、
３８…変位検出用信号検出回路（変位検出系）、
４０…ジャイロ装置（静電浮上型ジャイロ装置）、
４１…プラスチックパッケージ（樹脂封止）、
４２…ＬＳＩチップ、４３…ピン、４４…ベース、
５０…ジャイロ機構部、
５１…ジャイロケース、
５２…ケース外側部分、５３…ケース内周部分、５４…引出線、
５５…円柱部、５６…下側底部材、５７…上側底部材、
６０…ジャイロロータ、
６１…中空、６２…円筒部、
６３…鍔状張出、６４…放射状突部（端部周縁部）、
７０…ジャイロ機構部、７１…ジャイロケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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