(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互の相対的な位置が変位する第１の部材と第２の部材とを対向させて配置し、
上記第１の部材に複数の細長い帯状の第１の電極を平行に配置し、
上記第１の電極と平行に、上記第２の部材に複数の細長い帯状の第２の電極を配置し、
上記第１の電極と上記第２の電極とによってコンデンサを構成し、そのコンデンサを構成する上記第１及び第２の電極間に生じる静電力又は静電吸引力を駆動力として利用する構成における、上記第１及び第２の電極の間に生ずる電界を制御するための電界補償装置において、
複数の細長い帯状の上記第１の電極どうしの間に、補助電極を配置し、該補助電極を上記第２の電極と同一電位に維持されていることを特徴とする電界補償装置。
【請求項２】
請求項１記載の電界補償装置において、
上記第１の電極の間に形成された溝を含むことを特徴とする電界補償装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電界補償装置において、
上記第１及び第２の電極の幅を上記第１及び第２の電極のピッチの半分より小さくするように構成することを含むことを特徴とする電界補償装置。
【請求項４】
音叉軸の両側に配置された２つの振動部を有する音叉と該音叉を収容するケーシングと、上記振動部の両面に形成され互いに平行な多数の細長い帯状の電極部と、該電極部に対応して上記ケーシングの内面に形成され互いに平行な多数の細長い帯状の電極と、を有し、上記電極部と上記電極の間に生成される静電力によって上記振動部を駆動し上記振動部に生ずるコリオリ力を検出することによって上記音叉軸周りの角速度Ωを検出するように構成された振動型ジャイロ装置において、
上記電極部と上記電極によって形成されるコンデンサに生ずる電界を制御するための電界補償機構が設けられ、
上記電界補償機構は、上記電極の間に配置された補助電極を含み、該補助電極は上記電極部と同一電位に維持されていることを特徴とする振動型ジャイロ装置。
【請求項５】
請求項４記載の振動型ジャイロ装置において、
上記電界補償機構は、上記電極の間に形成された溝を含むことを特徴とする振動型ジャイロ装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の振動型ジャイロ装置において、
上記電界補償機構は、上記電極の幅をピッチの半分より小さくし上記電極部の幅をピッチの半分より小さくするように構成することを含むことを特徴とする振動型ジャイロ装置。
【請求項７】
可動部に設けられ互いに平行な多数の細長い帯状の電極部と、固定部に設けられ互いに平行な多数の細長い帯状の電極と、上記電極部と上記電極によって形成されるコンデンサの静電力によって上記可動部を駆動するように構成されたマイクロアクチュエータ装置において、
上記電極部と上記電極によって形成されるコンデンサに生ずる電界を制御するための電界補償機構が設けられ、
上記電界補償機構は、上記電極の間に配置された補助電極を含み、該補助電極は上記電極部と同一電位に維持されていることを特徴とするマイクロアクチュエータ装置。
【請求項８】
請求項７記載のマイクロアクチュエータ装置において、
上記電界補償機構は、上記電極の間に形成された溝を含むことを特徴とするマイクロアクチュエータ装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載のマイクロアクチュエータ装置において、
上記電界補償機構は、上記電極の幅をピッチの半分より小さくし上記電極部の幅をピッチの半分より小さくするように構成することを含むことを特徴とするマイクロアクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は互いに向かい合った電極によって構成されるコンデンサの静電力によって駆動力を得るように構成された装置に関し、特に、コンデンサによる静電力を改善するための電界補償機構に関する。
【０００２】
本発明は電界補償機構を備えた振動型ジャイロ装置及び線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータ装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
互いに向かい合った２つの電極間に電圧を印加すると、コンデンサが構成され、両者間に静電力又は静電吸引力が生ずる。この静電力又は静電吸引力を駆動力として利用する装置が知られている。例えば、ジャイロロータを静電力によって浮動的に支持し駆動する加速度検出型ジャイロ装置、音叉の振動部を静電力によって振動させる振動型ジャイロ装置、可動部を静電力によって駆動する線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータ装置等である。
【０００４】
これらの装置では、各電極は互いに平行な多数の細長い帯状に形成されている。これらの細長い帯状部は線状又は湾曲状に延在している。これらの対応する２つの電極は互いに偏倚して配置され、２つの電極の重なりあった部分がコンデンサを構成する。２つの電極間に電圧を印加することによって、電極を横方向に移動させるための駆動力が生成される。
【０００５】
図９〜図１５を参照して従来の振動型ジャイロ装置の例を説明する。この振動型ジャイロ装置の例は、本願出願人と同一の出願人によって平成８年１月１６日に出願された特願平８−５１７７号（Ｔ９５００１４３）に開示されたものであり、詳細は同出願を参照されたい。
【０００６】
図９は従来の振動型ジャイロ装置の外観を示す。この振動型ジャイロ装置は、２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂとその間に挟まれた基板２０とを含む。カバー部材１０Ａ、１０Ｂ及び基板２０は薄い板状部材より構成され、振動ジャイロ装置は全体として薄い直方体をなしている。
【０００７】
図示のように、振動型ジャイロ装置の長手方向にＸ軸、厚さ方向にＹ軸、幅方向にＺ軸をとる。また座標軸の原点Ｏを直方体の中心位置にとる。主面はＸＺ面に平行となる。
【０００８】
基板２０は音叉を有し、この音叉は１対の音叉部分２０−１、２０−２（一方のみ図示）よりなる。この２つの音叉部分２０−１、２０−２はＸＺ平面に沿って且つＺ軸に対して対称に配置されている。従ってこの振動型ジャイロ装置ではＺ軸が音叉軸である。カバー部材１０Ａ、１０Ｂの内面にはそれぞれ電極（一部１００Ａ−１、１００Ａ−２のみ図示）が形成されている。尚、各部の寸法及び材質については後に説明する。
【０００９】
図１０、図１１及び図１２を参照して基板２０の構造を説明する。図１０は図９の線１０−１０に沿った断面構成を示し、図１１は図９の線１１−１１（図１０の線１１−１１）に沿った断面図であり、基板２０の平面構成を示す。基板２０はＺ軸に対して又はＹＺ面対して左右対称な形状を有する。基板２０の両面には長方形の浅い凹部２０Ａが形成され、斯かる凹部２０Ａの底面に１対の音叉部分２０−１、２０−２が形成されている。図示のように、凹部２０Ａの底面にＥ字形の貫通孔２０ａと１対のコの字形の貫通孔２０ｂ、２０ｃが形成されており、それによって２つの音叉部分２０−１、２０−２が形成されている。
【００１０】
図１２に一方の音叉部分２０−１の構造を示す。２つの音叉部分２０−１、２０−２の構造は同一であり、他方の音叉部分２０−２の構造の説明は省略する。この第１の音叉部分２０−１は中心軸線Ｏ−Ｏを有する。また、説明の都合上、本明細書にて、中心軸線Ｏ−Ｏを含みＹＺ面に平行な面を中心軸面Ｏ−Ｏと称する。
【００１１】
第１の音叉部分２０−１は、中心軸線又は中心軸面Ｏ−Ｏに対して対称な形状を有する。音叉部分２０−１はコの字形の支持部２１ａ、２１ｂ、２１ｃとその間に配置された振動部２０１とを有する。コの字形の支持部２１ａ、２１ｂ、２１ｃは両側の互いに平行な脚部２１ａ、２１ｂと両者を接続している接続部２１ｃとを有し、振動部２０１は接続部２１ｃに接続されている。
【００１２】
こうして、振動部２０１は２つの脚部２１ａ、２１ｂによって片持ち支持されており、従って音叉部分２０−１は片持ち支持構造を有する。
【００１３】
次に、再び図１０及び図１１を参照して第１の音叉部分２０−１の振動部２０１の形状を詳細に説明する。図１１に示すように、第１の振動部２０１の上面及び下面にはそれぞれ多数の細長い溝２０１ａ−１、２０１ａ−２及び２０１ｂ−１、２０１ｂ−２が形成されている。これらの細長い溝の両側に形成された細長い突起部分は電極部を構成している。
【００１４】
図１０に示すように、第１の振動部２０１の上面には細長い電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２が形成され、第１の振動部２０１の下面には細長い電極部２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２が形成されている。図示のように、これらの電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２及び電極部２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２は、中心軸線Ｏ−Ｏに平行に且つ中心軸面の両側に対称的に配置されている。
【００１５】
第２の音叉部分２０−２の振動部２０２の構造も同様である。即ち、第２の振動部２０２の上面には細長い電極部２０２Ａ−１、２０２Ａ−２が形成され、振動部２０２の下面には細長い電極部２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２が形成されている。これらの電極部２０２Ａ−１、２０２Ａ−２及び電極部２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２は、中心軸線Ｏ−Ｏに平行に且つ中心軸面の両側に対称的に配置されている。
【００１６】
図１３を参照してカバー部材１０Ｂの構造を説明する。尚、２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂの構造は同一であり、他方のカバー部材１０Ａの構造の説明は省略する。カバー部材１０Ｂの内面には細長い電極１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２及び１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２が形成されている。
【００１７】
第１の電極１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２は図示のように中心軸面Ｏ−Ｏの両側に対称的に配置されており、第２の電極１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２も中心軸面Ｏ−Ｏの両側に対称的に配置されている。図１０に示すように、他方のカバー部材１０Ａの内面にも、同様に、第１の電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２及び第２の電極１０２Ａ−１、１０２Ａ−２が配置されている。
【００１８】
次に図１０、図１３及び図１４を参照して、２つの音叉部分２０−１、２０−２に形成された電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２、２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２及び２０２Ａ−１、２０２Ａ−２、２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２と２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂの内面に配置された電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２及び１０２Ａ−１、１０２Ａ−２、１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２との間の相対的位置関係を説明する。
【００１９】
ここでは、第１の音叉部分２０−１の電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２、２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２と２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂの内面に配置された第１の電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２の間の相対的位置関係を説明する。
【００２０】
第１の音叉部分２０−１の上側の電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２と上側のカバー部材１０Ａの内面に配置された電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２が対応している。第１の音叉部分２０−１の下側の電極部２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２と下側のカバー部材１０Ｂの内面に配置された電極１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２が対応している。これは図１３の破線によって示されている。
【００２１】
上述のように、第１の音叉部分２０−１の電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２及び２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２は中心軸面に対して両側に対称的に配置され、カバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２及び１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２は中心軸面に対して両側に対称的に配置されている。
【００２２】
従って第１の音叉部分２０−１の外側の電極部２０１Ａ−１、２０１Ｂ−１とカバー部材１０Ａ、１０Ｂの外側の電極１０１Ａ−１、１０１Ｂ−１がそれぞれ対応し、第１の音叉部分２０−１の内側の電極部２０１Ａ−２、２０１Ｂ−２とカバー部材１０Ａ、１０Ｂの内側の電極１０１Ａ−２、１０１Ｂ−２がそれぞれ対応している。
【００２３】
図１０及び図１３に示すように、音叉部分２０−１、２０−２の電極部２０１Ａ−２〜２０２Ｂ−２とカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１〜１０２Ｂ−２の各々は多数の細長い帯状部を含み、これらの帯状部の各々のＸ軸方向の幅寸法及びピッチは全て同一である。
【００２４】
例えば、第１の音叉部分２０−１の外側の電極部２０１Ａ−１、２０１Ｂ−１を構成する帯状部の各々及びカバー部材１０Ａ、１０Ｂの外側の電極１０１Ａ−１、１０１Ｂ−１を構成する帯状部の各々は、中心軸面に対して同一ピッチにて配置されている。同様に、第１の音叉部分２０−１の内側の電極部２０１Ａ−２、２０１Ｂ−２を構成する帯状部の各々及びカバー部材１０Ａ、１０Ｂの内側の電極１０１Ａ−２、１０１Ｂ−２を構成する帯状部の各々は、中心軸面に対して同一ピッチにて配置されている。
【００２５】
カバー部材１０Ａ、１０Ｂのそれぞれ第１の電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２は、対応する第１の音叉部分２０−１の電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２及び２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２に対して、それぞれ中心軸面Ｏ−Ｏに対して外側に偏倚して配置されている。カバー部材１０Ａ、１０Ｂのそれぞれ第２の電極１０２Ａ−１、１０２Ａ−２、１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２は、対応する第２の音叉部分２０−２の電極部２０２Ａ−１、２０２Ａ−２及び２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２に対して、それぞれ中心軸面Ｏ−Ｏに対して外側に偏倚して配置されている。
【００２６】
図１４を参照して説明する。図１４には、第１の音叉部分２０−１の外側の電極部２０１Ａ−１、２０１Ｂ−１を構成する帯状部とそれに対応したカバー部材１０Ａ、１０Ｂの第１の電極のうち外側の電極１０１Ａ−１、１０１Ｂ−１を構成する帯状部を示す。斯かる帯状部のＸ軸方向のピッチｐは帯状部のＸ軸方向の幅ｔの２倍、即ち、ｐ＝２ｔである。また第１の音叉部分２０−１の電極部２０１Ａ−１、２０１Ｂ−１に対するカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１、１０１Ｂ−１のＸ軸方向の偏倚量Δｘは帯状部の幅ｔの半分、即ち、Δｘ＝ｔ／２である。
【００２７】
【数１】
ｐ＝２ｔ
Δｘ＝ｔ／２
【００２８】
尚、上述の例では、カバー部材１０Ａ、１０Ｂのそれぞれ第１の電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２は、対応する第１の音叉部分２０−１の電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２及び２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２に対して、それぞれ中心軸面Ｏ−Ｏに対して外側に偏倚して配置されているが、内側に偏倚して配置されてもよい。斯かる場合、カバー部材１０Ａ、１０Ｂのそれぞれ第２の電極１０２Ａ−１、１０２Ａ−２、１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２は、対応する第２の音叉部分２０−２の電極部２０２Ａ−１、２０２Ａ−２及び２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２に対して、それぞれ中心軸面Ｏ−Ｏに対して内側に偏倚して配置される。
【００２９】
次に図１２を参照して従来の振動型ジャイロ装置の機能を説明する。この振動型ジャイロ装置は、Ｚ軸周りの入力角速度Ωを検出するように構成されている。２つ音叉部分２０−１、２０−２の振動部２０１、２０２はＸＺ平面上にてＸ軸方向に沿って互いに反対方向±Ｖに変位するように振動される。振動型ジャイロ装置にＺ軸周りの入力角速度Ωが作用すると、各音叉部分２０−１、２０−２の振動部２０１、２０２にＹ軸方向のコリオリ力±ＦC が発生する。
【００３０】
２つの振動部２０１、２０２の振動方向は互いに反対であるから、各振動部２０１、２０２に作用するコリオリ力ＦC は互いに反対である。従って２つのコリオリ力ＦC は偶力となる。コリオリ力ＦC によって２つの音叉部分２０−１、２０−２はＹ軸方向に沿って交番振動する。この交番振動の変位を検出することによって入力角速度Ωが検出される。
【００３１】
振動部２０１の質量及びその重心位置を適当に選択することによって、支持部２１ａ、２１ｂが撓んでも、振動部２０１の中心軸線Ｏ−Ｏは常にＺ軸に平行に維持される。即ち、振動部２０１の重心が振動によってＸ軸方向に変位してもまたコリオリ力によってＹ軸方向の変位しても、振動部２０１はＸ軸方向又はＹ軸方向の直線変位だけとなり、中心軸線Ｏ−Ｏは常にＺ軸に平行に維持される。
【００３２】
音叉部分２０−１の中心軸線Ｏ−Ｏは常に音叉軸即ち、Ｚ軸に平行であり、従って、振動部２０１の電極部２０１Ａ−１〜２０１Ｂ−２を構成する帯状部の各々とそれに対応する２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１〜１０１Ｂ−２を構成する帯状部の各々は常に平行となり、両者間の間隔δは各帯状部のどこでも同一となる。従って両者間に生ずる静電吸引力は最も効率的に得られる。
【００３３】
次に従来の振動型ジャイロ装置の各部の寸法及び材質について説明する。この振動型ジャイロ装置は、例えば、幅及び長さは１０ｍｍ以下又は数ｍｍ〜１０ｍｍ、厚さは５ｍｍ以下又は２〜４ｍｍであってよい。
【００３４】
図１０、図１１及び図１２に示すように、基板２０に形成された音叉部分２０−１、２０−２の振動部２０１、２０２の縦及び横の幅は２〜４ｍｍ、厚さ２〜４ｍｍであってよい。振動部２０１、２０２に形成された電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２、２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２、２０２Ａ−１、２０２Ａ−２、２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２を構成する帯状部のＸ軸方向の幅ｔはｔ＝１０〜２０μｍであってよい。
【００３５】
例えば、第１の音叉部分２０−１の振動部２０１のＸ軸方向の幅が４ｍｍであり、中心軸線Ｏ−Ｏの左半分、即ち、外側の電極２０１Ａ−１の部分のＸ軸方向の幅が２．０ｍｍであったとする。この電極２０１Ａ−１を構成する帯状部の幅ｔがｔ＝１０μｍでありピッチｐがｐ＝２０μｍであったとすると、約１００本の帯状部が含まれる。
【００３６】
同様に、第１の音叉部分２０−１の振動部２０１の中心軸線Ｏ−Ｏの右半分、即ち、内側の電極２０１Ａ−２の部分にも、帯状部の幅ｔがｔ＝１０μｍでありピッチｐがｐ＝２０μｍであったとすると、約１００本の帯状部が含まれる。従って、第１の音叉部分２０−１の振動部２０１には中心軸線Ｏ−Ｏの両側に合計約２００本の帯状部が含まれる。
【００３７】
図１１に示すように、各音叉部分２０−１、２０２の電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２、２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２、２０２Ａ−１、２０２Ａ−２、２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２は、帯状の溝２０１ａ−１、２０１ａ−２、２０１ｂ−１、２０１ｂ−２、２０２ａ−１、２０２ａ−２、２０２ｂ−１、２０２ｂ−２によって形成されている。これらの溝の幅及びピッチは電極部の幅ｔ及びピッチｐに等しい。
【００３８】
カバー部材１０Ａ、１０Ｂの内面に形成された電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−１、１０２Ａ−１、１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２は、上述のように、２つの音叉部分２０−１、２０−２の電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２、２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２、２０２Ａ−１、２０２Ａ−２、２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２に対応している。従って、図１３に示すように、例えば下側側の第１の１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２のＸ軸方向の幅が２．０ｍｍ、それを構成する帯状部の幅ｔがｔ＝１０μｍ、そのピッチｐがｐ＝２０μｍであったとすると、それぞれ約１００本の帯状部が含まれ、従って合計約２００本の帯状部が含まれる。
【００３９】
次に音叉部分２０−１、２０２の電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２、２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２、２０２Ａ−１、２０２Ａ−２、２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２の厚さ及びカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−１、１０２Ａ−１、１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２の厚さについて説明する。
【００４０】
即ち、音叉部分２０−１、２０２の電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２、２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２、２０２Ａ−１、２０２Ａ−２、２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２の厚さは、帯状の溝２０１ａ−１、２０１ａ−２、２０１ｂ−１、２０１ｂ−２、２０２ａ−１、２０２ａ−２、２０２ｂ−１、２０２ｂ−２の深さによって決まる。この溝の深さは、少なくとも帯状部の幅ｔより大きい。
【００４１】
また、カバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−１、１０２Ａ−１、１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２は、後に説明するが金属薄膜よりなり、従ってその厚さは１μｍｍ以下であってよい。
【００４２】
最後に、図１４に示すように、音叉部分２０−１、２０２の電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２、２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２、２０２Ａ−１、２０２Ａ−２、２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２と対応するカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−１、１０２Ａ−１、１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２の間の間隙、即ち、Ｙ軸方向の間隔δはδ＝２〜３μｍである。
【００４３】
カバー部材１０Ａ、１０Ｂは、ガラス、セラミックス等の適当な絶縁材料よりなり、好ましくは透明な硬質ガラスよりなる。基板２０は、金属等の適当な導電性材料よりなり、好ましくは単結晶珪素（Ｓｉ）よりなる。
【００４４】
次にこの振動型ジャイロ装置の製造方法を説明する。先ずカバー部材１０Ａ、１０Ｂを製造する。長方形の薄い絶縁材料板、好ましくは硬質ガラス板を２枚用意し、それぞれ一方の面に金属薄膜の電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−１、１０２Ａ−１及び１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２を形成する。
【００４５】
電極は適当な金属薄膜形成技術を使用して形成される。斯かる金属薄膜形成技術として蒸着、イオンプレーティング、フォトファブリケーション等がある。電極は好ましくは金（Ａｕ）よりなる。図１３に示すように、電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−１、１０２Ａ−１及び１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２の端部は端子１０１Ｂ’、１０２Ｂ’に接続されている。この端子１０１Ｂ’、１０２Ｂ’も電極と同時に形成される。
【００４６】
カバー部材１０Ａ、１０Ｂには端子１０１Ｂ’、１０２Ｂ’が配置された位置にスルーホールが形成され、その内面には金属薄膜が形成される。こうしてスルーホール接続によって電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−１、１０２Ａ−１及び１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２の端子１０１Ｂ’、１０２Ｂ’と外部の電気回路が電気的に接続される。尚、スルーホールは充填材によって密閉される。
【００４７】
次に基板２０を製造する。長方形の薄い導電性材料、好ましくは単結晶珪素（Ｓｉ）板を用意し、両面に長方形の浅い凹部２０Ａを形成する。この凹部２０Ａの深さは、図１４を参照して説明したように、音叉部分２０−１、２０２の電極部２０１Ａ−１〜２０２Ｂ−２と対応するカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１〜１０２Ｂ−２の間の間隙δを規定する。従ってこの凹部２０Ａの深さは、２〜３μｍであってよい。
【００４８】
次にこの凹部２０Ａの底面に、２つの音叉部分２０−１、２０−２を形成する。Ｅ字形の孔２０ａと２つのコの字形の孔２０ｂ、２０ｃを形成することによって２つの音叉部分２０−１、２０−２の支持部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ及び２２ａ、２２ｂ、２２ｃと振動部２０１、２０２が形成される。
【００４９】
次に各振動部２０１、２０２に電極部２０１Ａ−１〜２０２Ｂ−２を形成する。斯かる電極部２０１Ａ−１〜２０２Ｂ−２は多数の帯状の互いに平行な溝２０１ａ−１〜２０２ｂ−２を形成することによって形成される。
【００５０】
基板２０の両面に形成された長方形の浅い凹部２０Ａ、この凹部２０Ａの底に形成されたＥ字形の孔２０ａと２つのコの字形の孔２０ｂ、２０ｃ及び振動部２０１、２０２に形成された帯状の平行な溝２０１ａ−１〜２０２ｂ−２は、レーザ光を使用したリソグラフィ技術、例えばレーザ光を使用したエッチングによって形成されてよい。
【００５１】
２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂと基板２０が形成されると両者は接合される。基板２０は、２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂの間にサンドイッチ状に挟まれる。基板２０の両面の凹部２０Ａの周りの額縁状の面と２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂの内面が接合される。斯かる接合は、好ましくは、陽極接合によってなされる。
【００５２】
こうして２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂと基板２０を接合することによって、２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂの内面の間に密閉空間が形成される。この密閉空間は、基板２０の両面に形成された長方形の浅い凹部２０Ａ、この凹部２０Ａの底に形成されたＥ字形の孔２０ａと２つのコの字形の孔２０ｂ、２０ｃ及び振動部２０１、２０２に形成された帯状の平行な溝２０１ａ−１〜２０２ｂ−２の内面によって確定されている。
【００５３】
この密閉空間内にて、２つの音叉部分２０−１、２０−２の振動部２０１、２０２は振動する。従ってこの密閉空間は高真空に維持される。密閉空間内に高真空を生成するために、２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂと基板２０の接合作業は高真空雰囲気にてなされてよい。勿論、大気中にて接合作業を行い、後に適当な方法で密閉空間を排気してもよい。
【００５４】
図１１に示すように、好ましくは基板２０に凹部２０Ｂが形成される。この凹部２０Ｂは、上述の密閉空間と連通するように適当な位置に形成される。この凹部２０Ｂに、密閉空間内を高真空に維持するためのゲッタ部材が配置される。
【００５５】
この音叉部分２０−１、２０−２には振動部２０１、２０２の変位を制限するためのストッパが設けられてよい。振動部２０１、２０２は基本的にはＸ軸方向及びＹ軸方向に変位する。従って振動部２０１、２０２のＸ軸方向の変位及びＹ軸方向変位を制限するためのストッパが設けられる。
【００５６】
振動部２０１、２０２のＹ軸方向の変位を制限するためのストッパについて説明する。振動部２０１、２０２の電極部２０１Ａ−１〜２０２Ｂ−２とカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１〜１０２Ｂ−２とによってコンデンサが構成される。斯かるコンデンサ間には静電吸引力が作用する。
【００５７】
この静電吸引力は、両者によって構成されるコンデンサの容量に比例し、間隙δの二乗に反比例する。従って、振動部２０１、２０２の電極部２０１Ａ−１〜２０２Ｂ−２とカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１〜１０２Ｂ−２が接触して、間隙δがゼロになると、静電吸引力は無限大になり、両者を分離することが困難となる。そこで、両者が接近しても両者間の間隙δがゼロとならないようにＹ軸方向のストッパが設けられる。
【００５８】
Ｙ軸方向のストッパは、振動部２０１、２０２の電極部２０１Ａ−１〜２０２Ｂ−２とカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１〜１０２Ｂ−２の少なくとも一方に設けた絶縁材の薄膜であってよい。斯かる絶縁材として例えば酸化珪素（ＳｉＯ2 ）が使用されてよい。
【００５９】
同様に、Ｘ軸方向のストッパは振動部２０１、２０２のＸ軸方向の変位を制限するために設けられる。斯かるＸ軸方向のストッパは振動部２０１、２０２の両側、即ち、Ｅ形の貫通孔２０ａに適当なストッパを設けることによって形成されてよい。それによって、振動部２０１、２０２は予め設定された最大振幅より大きい振幅にて振動することが阻止される。
【００６０】
図１５を参照してこの振動型ジャイロ装置の制御ループを説明する。この振動型ジャイロ装置の制御系は、検出／駆動系と角速度検出系とを有する。検出／駆動系は検出駆動部５１と制御演算部５２とを含み、角速度検出系は検出駆動部５１と角速度演算部５３とを含む。
【００６１】
検出駆動部５１は２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂの内面に形成された電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−１、１０２Ａ−２及び１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２に接続された４個の検出駆動回路５１−１、５１−２、５１−３、５１−４を含む。
【００６２】
第１の検出駆動回路５１−１は第１のカバー部材１０Ａの第１の電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２に接続され、第２の検出駆動回路５１−２は第１のカバー部材１０Ａの第２の電極１０２Ａ−１、１０２Ａ−２に接続されている。第３の検出駆動回路５１−３は第２のカバー部材１０Ｂの第１の電極１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２に接続され、第４の検出駆動回路５１−４は第２のカバー部材１０Ｂの第２の電極１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２に接続されている。
【００６３】
第１の検出駆動回路５１−１は基準直流電圧ＤＣ0 と変位交流電圧ＶX と変位検出用交流電圧ＡＣ0 とを入力し、第１の電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２にそれぞれ制御電圧ＤＣ0 ＋ＶX ＋ＡＣ0 及びＤＣ0 −ＶX −ＡＣ0 を印加する。変位検出用交流電圧ＡＣ0 は高周波の交流電圧が使用される。例えば、変位交流電圧ＶX の周波数ｆX は数ｋＨｚであってよく、変位検出用交流電圧ＡＣ0 の周波数ｆ0 は数１００ＫＨｚ〜数１０ＭＨｚであってよい。
【００６４】
また第１の検出駆動回路５１−１は第１の音叉部分２０−１の振動部２０１のＸ軸方向の変位を指示するＸ電圧信号ＶXA1 及びＹ軸方向の変位を指示するＹ電圧信号ＶYA1 を生成する。第２、第３及び第４の検出駆動回路５１−２、５１−３、５１−４についても同様である。制御演算部５２はＸ電圧信号ＶXA1 、ＶXA2 、ＶXB1 、ＶXB2 を入力して変位交流電圧信号ＶX を演算する。角速度演算部５３はＹ電圧信号ＶYA1 、ＶYA2 、ＶYA1 、ＶYA2 を入力して入力角速度Ωを演算する。
【００６５】
図１６を参照して従来の線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータの例を説明する。線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータは２つの固定部４０Ａ、４０Ｂとその間に配置された可動部５０とを有し、可動部５０は、固定部４０Ａ、４０Ｂより所定の間隔にて隔置された状態にて、直線運動することができるように、図示しない適当な支持装置によって支持されている。
【００６６】
固定部４０Ａ、４０Ｂは非導電性材料よりなり、その内面には、Ｘ軸方向の幅がｔ1 、ピッチがｐ1 の細長い帯状の電極４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ及び４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂが形成されており、可動部５０は導電性材料よりなり、その両面には、Ｘ軸方向の幅がｔ2 、ピッチがｐ2 の細長い帯状の電極部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂが形成されている。
【００６７】
電極４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ及び４１Ｂ、４２Ｂ、４３ＢのＸ軸方向の幅ｔ1 は、電極部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５１Ｂ、５２Ｂ、５３ＢのＸ軸方向の幅ｔ2 に等しいが、電極４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ及び４１Ｂ、４２Ｂ、４３ＢのＸ軸方向のピッチｐ1 は、電極部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５１Ｂ、５２Ｂ、５３ＢのＸ軸方向のピッチｐ2 より大きい。
【００６８】
【数２】
ｔ1 ＝ｔ2 
ｐ1 ＞ｐ2 
【００６９】
固定部４０Ａ、４０Ｂは非導電性材料より構成され、電極４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ及び４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂは金属製薄膜等の導電性材料より構成されてよい。また可動部５０は導電性材料より構成され、電極部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂは、可動部５０の両面に形成された突起状部として構成されてよい。
【００７０】
図１６Ａに示すように、固定部４０Ａ、４０Ｂの第１の電極４１Ａ、４１Ｂと可動部５０の電極部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂの間に電圧Ｖを印加する。固定部４０Ａ、４０Ｂの他の電極４２Ａ、４２Ｂ及び４３Ａ、４３Ｂは接地する。固定部４０Ａ、４０Ｂの第１の電極４１Ａ、４１Ｂと可動部５０の第１の電極部５１Ａ、５１Ｂが静電吸引力によって引き合い、両者は重なり合う。
【００７１】
次に、図１６Ｂに示すように、固定部４０Ａ、４０Ｂの第２の電極４２Ａ、４２Ｂと可動部５０の電極部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂの間に電圧Ｖを印加する。固定部４０Ａ、４０Ｂの他の電極４１Ａ、４１Ｂ及び４３Ａ、４３Ｂは接地する。固定部４０Ａ、４０Ｂの第２の電極４２Ａ、４２Ｂと可動部５０の第２の電極部５２Ａ、５２Ｂが静電吸引力によって引き合い、両者は重なり合う。従って、可動部５０はＸ軸方向に移動する。
【００７２】
次に、図１６Ｃに示すように、固定部４０Ａ、４０Ｂの第３の電極４３Ａ、４３Ｂと可動部５０の電極部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂの間に電圧Ｖを印加する。固定部４０Ａ、４０Ｂの他の電極４１Ａ、４１Ｂ及び４２Ａ、４２Ｂは接地する。固定部４０Ａ、４０Ｂの第３の電極４３Ａ、４３Ｂと可動部５０の第３の電極部５３Ａ、５３Ｂが静電吸引力によって引き合い、両者は重なり合う。従って、可動部５０はＸ軸方向に更に移動する。
【００７３】
こうして、可動部５０に対して固定部４０Ａ、４０Ｂの電極に順次、電圧Ｖを印加することによって、可動部５０はＸ軸方向に移動する。可動部５０はピッチ差Δｐ＝ｐ1 −ｐ2 毎にステップ状に移動する。
【００７４】
【発明が解決しようとする課題】
図１４を参照して説明したように、各音叉部分２０−１、２０−２の振動部２０１、２０２の電極部２０１Ａ−１〜２０２Ｂ−２とカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１〜１０２Ｂ−２によってコンデンサが形成される。振動部２０１、２０２の拘束力又は復元力は、コンデンサによって生成される静電支持力に基づいている。この振動部２０１、２０２の拘束力又は復元力、即ち、静電支持力を最も効率的に発生させるためには、上述のように、数１の式が成り立つ必要があると考えられていた。
【００７５】
従って、２つの音叉部分２０−１、２０−２の振動部２０１、２０２の電極部２０１Ａ−１〜２０２Ｂ−２を構成する帯状部とカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１〜１０２Ｂ−２を構成する帯状部の寸法及び形状は、数１の式が成り立つように設計される。
【００７６】
しかしながら、このように設計しても、実際には計算値に相当する静電支持力が発生しないことが判明した。これは、上述の議論では、図１４に示すように、振動部２０１、２０２の電極部２０１Ａ−１〜２０２Ｂ−２の帯状部とカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１０１Ａ−１〜１０２Ｂ−２の帯状部の重なりあう部分によってコンデンサが構成され、且つこの重なりあった部分にのみ一様な電界が発生すると仮定しているからである。
【００７７】
実際には、この重なりあった部分の端部では一様な電界が破壊され、コンデンサにはこの端部に生成された電界の影響が現れる。こうしたコンデンサの端部の電界の作用は、コンデンサによる静電支持力を減少させ、振動部２０１、２０２のＸ軸方向の変位に対する静電容量の変化の感度を減少させ、振動部２０１、２０２に対する拘束力又は復元力を減少させるように働く。
【００７８】
これは、図１６を参照して説明した線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータの場合でも同様である。例えば、図１６Ｂに示すように、固定部４０Ａ、４０Ｂの第２の電極４２Ａ、４２Ｂと可動部５０の電極部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂの間に電圧Ｖが印加されると、固定部４０Ａ、４０Ｂの第２の電極４２Ａ、４２Ｂと可動部５０の第２の電極部５２Ａ、５２Ｂはコンデンサを構成し、両者は、コンデンサの静電吸引力によって引き合い、重なり合う。このとき、コンデンサの端部に生成される電界によって、可動部５０をＸ軸方向に移動させる駆動力の実際値は理論値より小さくなる。
【００７９】
本発明は斯かる点に鑑み、振動部を静電支持力によって振動させ振動部に作用するコリオリ力によって加速度を検出する形式の振動ジャイロ装置において、音叉部分の振動部の電極部とカバー部材の静電支持電極とによって構成されるコンデンサの端部の電界を抑制して、コンデンサの静電支持力及び振動部のＸ軸方向の変位に対する静電容量の変化の感度を改善することを目的とする。
【００８０】
本発明は斯かる点に鑑み、互いに向かい合った固定部の電極と可動部の電極の間の静電支持力によって可動部を駆動させるように構成された線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータにおいて、固定部の電極と可動部の電極によって構成されるコンデンサの端部の電界を抑制して、可動部に対する駆動力を改善することを目的とする。
【００８１】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、相互の相対的な位置が変位する第１の部材と第２の部材とを対向させて配置し、上記第１の部材に複数の細長い帯状の第１の電極を平行に配置し、上記第１の電極と平行に、上記第２の部材に複数の細長い帯状の第２の電極を配置し、上記第１の電極と上記第２の電極とによってコンデンサを構成し、そのコンデンサを構成する上記第１及び第２の電極間に生じる静電力又は静電吸引力を駆動力として利用する構成における、上記第１及び第２の電極の間に生ずる電界を制御するための電界補償装置において、複数の細長い帯状の上記第１の電極どうしの間に、補助電極を配置し、該補助電極を上記第２の電極と同一電位に維持されている。それによって、コンデンサの端部の電界が抑制されコンデンサによって生成される静電力及び振動部の動きに対するコンデンサの静電容量の変化が改善される。
【００８２】
本発明によると、電界補償装置は更に第１の電極の間に形成された溝を含み、又、第１の電極の幅を電極のピッチの半分より小さくするように構成することを含む。
【００８３】
本発明によると、音叉軸の両側に配置された２つの振動部を有する音叉と該音叉を収容するケーシングと、振動部の両面に形成され互いに平行な多数の細長い帯状の電極部と、該電極部に対応してケーシングの内面に形成され互いに平行な多数の細長い帯状の電極と、を有し、電極部と電極の間に生成される静電力によって振動部を駆動し振動部に生ずるコリオリ力を検出することによって音叉軸周りの角速度Ωを検出するように構成された振動型ジャイロ装置において、電極部と電極によって形成されるコンデンサに生ずる電界を制御するための電界補償機構が設けられ、電界補償機構は、電極の間に配置された補助電極を含み、該補助電極は電極部と同一電位に維持されている。
【００８４】
又、電界補償機構は、電極の間に形成された溝を含む。又、電界補償機構は、電極の幅をピッチの半分より小さくし電極部の幅をピッチの半分より小さくするように構成することを含む。
【００８５】
本発明によると、可動部に設けられ互いに平行な多数の細長い帯状の電極部と、固定部に設けられ互いに平行な多数の細長い帯状の電極と、電極部と電極によって形成されるコンデンサの静電力によって可動部を駆動するように構成されたマイクロアクチュエータ装置において、電極部と電極によって形成されるコンデンサに生ずる電界を制御するための電界補償機構が設けられ、電界補償機構は、電極の間に配置された補助電極を含み、該補助電極は電極部と同一電位に維持されている。
【００８６】
又、電界補償機構は、電極の間に形成された溝を含む。又、電界補償機構は、電極の幅をピッチの半分より小さくし電極部の幅をピッチの半分より小さくするように構成することを含む。
【００８７】
【発明の実施の形態】
図１〜図６を参照して本発明による振動型ジャイロ装置の例について説明する。本例の振動型ジャイロ装置には、２つのカバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極と基板５０の電極部とによって構成されるコンデンサの端部に生成される電界を抑制するための電界補償機構が設けられている。本例の振動型ジャイロ装置は、図９〜図１５を参照して説明した従来の振動型ジャイロ装置と比較して、電界補償機構が設けられている点が異なり、それ以外の構成は基本的に同一であってよい。以下にこの電界補償機構の例を説明する。
【００８８】
図１〜図４を参照して本発明による振動型ジャイロ装置の第１の例について説明する。図１に示すように、本例の振動型ジャイロ装置は２つのカバー部材４０Ａ、４０Ｂとその間に挟まれた基板５０とを含み、全体として薄い直方体をなしている。図示のように、振動型ジャイロ装置の長手方向にＸ軸、厚さ方向にＹ軸、幅方向にＺ軸をとる。また座標軸の原点Ｏを直方体の中心位置にとる。主面はＸＺ面に平行となる。
【００８９】
カバー部材４０Ａ、４０Ｂの内面にはそれぞれ電極（一部４０１Ａ−１、４０１Ａ−２のみ図示）及び補助電極（一部４１１Ａ−１、４１１Ａ−２のみ図示）が形成されている。この補助電極が本例における電界補償機構である。
【００９０】
図２及び図３を参照してカバー部材４０Ａ、４０Ｂに形成された補助電極について説明する。図２は図１の線２−２に沿った断面図であり、図３は図２の線３−３に沿った断面図である。尚、２つのカバー部材４０Ａ、４０Ｂの構造は同一であり、図３には一方のカバー部材４０Ｂのみが示されている。
【００９１】
カバー部材４０Ｂの内面には、Ｚ軸の両側に電極４０１Ｂ−１、４０１Ｂ−２及び４０２Ｂ−１、４０２Ｂ−２が形成されている。第１の電極４０１Ｂ−１、４０１Ｂ−２は図示のように中心軸面Ｏ−Ｏの両側に対称的に配置されており、第２の電極４０２Ｂ−１、４０２Ｂ−２も中心軸面Ｏ−Ｏの両側に対称的に配置されている。
【００９２】
電極４０１Ｂ−１、４０１Ｂ−２及び４０２Ｂ−１、４０２Ｂ−２は多数の互いに平行な細長い帯状部より構成されている。尚、以下に、「電極」の語は、適宜、この帯状部を意味するものとして使用される。
【００９３】
第１の電極４０１Ｂ−１、４０１Ｂ−２の間に第１の補助電極４１１Ｂ−１、４１１Ｂ−２が配置され、第２の電極４０２Ｂ−１、４０２Ｂ−２の間に第２の補助電極４１２Ｂ−１、４１２Ｂ−２が配置されている。尚、第１の電極４０１Ｂ−１、４０１Ｂ−２の中心部と第２の電極４０２Ｂ−１、４０２Ｂ−２の中心部には、第３の補助電極４１１Ｂ−３、４１２Ｂ−３が配置されている。
【００９４】
第１及び第２の補助電極４１１Ｂ−１、４１１Ｂ−２、４１２Ｂ−１、４１２Ｂ−２、４１１Ｂ−３、４１２Ｂ−３は電極４０１Ｂ−１、４０１Ｂ−２及び４０２Ｂ−１、４０２Ｂ−２と同様に、多数の互いに平行な帯状部を含む。
【００９５】
図１に示すように、他方のカバー部材４０Ａの内面にも、同様に、第１の電極４０１Ａ−１、４０１Ａ−２及び第２の電極４０２Ａ−１、４０２Ａ−２が配置されている。また、第１の電極４０１Ａ−１、４０１Ａ−２の間に第１の補助電極４１１Ａ−１、４１１Ａ−２が配置され、第２の電極４０２Ａ−１、４０２Ａ−２の間に第２の補助電極４１２Ａ−１、４１２Ａ−２が配置されている。第１の電極４０１Ａ−１、４０１Ａ−２の中心部と第２の電極４０２Ａ−１、４０２Ａ−２の中心部には、第３の補助電極４１１Ａ−３、４１２Ａ−３が配置されている。
【００９６】
図４を参照して説明する。図４には、第１の音叉部分５０−１の振動部５０１の外側の電極部５０１Ａ−１、５０１Ｂ−１とそれに対応したカバー部材４０Ａ、４０Ｂの第１の電極のうち外側の電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１及び補助電極４１１Ａ−１、４１１Ｂ−１を示す。図２に示したように振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２は多数の互いに平行な細長い帯状部を含む。以下に、「電極部」の語は、適宜、この帯状部を意味するものとして使用される。また、「補助電極」の語は、適宜、補助電極に含まれる帯状部を意味するものとして使用される。
【００９７】
電極部５０１Ａ−１、５０１Ｂ−１のＸ軸方向の幅ｔは一定であり、所定のＸ軸方向のピッチｐにて配置されている。また、電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１のＸ軸方向の幅ｔは一定であり、所定のＸ軸方向のピッチｐにて配置されている。電極部５０１Ａ−１、５０１Ｂ−１のＸ軸方向の幅と電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１のＸ軸方向の幅は同一であり、電極部５０１Ａ−１、５０１Ｂ−１のＸ軸方向のピッチと電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１のＸ軸方向のピッチは同一である。
【００９８】
電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１のＸ軸方向のピッチｐはＸ軸方向の幅ｔの２倍、即ち、ｐ＝２ｔである。また第１の音叉部分５０−１の外側の電極部５０１Ａ−１、５０１Ｂ−１に対するカバー部材４０Ａ、４０Ｂの外側の電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１のＸ軸方向の偏倚量ΔｘはＸ軸方向の幅ｔの半分、即ち、Δｘ＝ｔ／２である。従って数１の式が成り立つ。
【００９９】
第１及び第２の補助電極４１１Ａ−１、４１１Ｂ−１の各々は、電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１の間に配置されている。隣接する２つの電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１の間の間隔はｔである。第１及び第２の補助電極４１１Ａ−１、４１１Ｂ−１のＸ軸方向の幅ｔC は電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１のＸ軸方向の幅ｔより小さく、従って、両者間に隙間Δｔが存在する。
【０１００】
【数３】
ｔ＞ｔC 
ｔ−ｔC ＝２Δｔ
【０１０１】
第３の補助電極４１１Ａ−３、４１１Ｂ−３及び４１２Ａ−３、４１２Ｂ−３のＸ軸方向の幅ｔC ’は、第１及び第２の補助電極４１１Ａ−１、４１１Ｂ−１のＸ軸方向の幅ｔC より大きい。
【０１０２】
尚、上述の例では、カバー部材４０Ａ、４０Ｂのそれぞれ第１の電極４０１Ａ−１、４０１Ａ−２、４０１Ｂ−１、４０１Ｂ−２は、対応する第１の音叉部分５０−１の電極部５０１Ａ−１、５０１Ａ−２及び５０１Ｂ−１、５０１Ｂ−２に対して、それぞれ中心軸面Ｏ−Ｏに対して外側に偏倚して配置されているが、内側に偏倚して配置されてもよい。斯かる場合、カバー部材４０Ａ、４０Ｂのそれぞれ第２の電極４０２Ａ−１、４０２Ａ−２、４０２Ｂ−１、４０２Ｂ−２は、対応する第２の音叉部分５０−２の電極部５０２Ａ−１、５０２Ａ−２及び５０２Ｂ−１、５０２Ｂ−２に対して、それぞれ中心軸面Ｏ−Ｏに対して内側に偏倚して配置される。
【０１０３】
補助電極４１１Ａ−１、４１１Ｂ−１、４１１Ａ−２、４１１Ｂ−２、４１２Ａ−１、４１２Ｂ−１、４１２Ａ−２、４１２Ｂ−２、４１１Ａ−３、４１１Ｂ−３及び４１２Ａ−３、４１２Ｂ−３及びそれに接続された端子４１１Ａ’、４１１Ｂ’（図３には一方の端子４１１Ｂ’のみ図示）は、導電性材料より構成され、カバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極と同一方法によって且つ同時に製造されてよい。
【０１０４】
カバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極及び補助電極とそれに接続された端子の製造には、周知の金属薄膜製造技術、例えば、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が使用されてよい。
【０１０５】
次に、補助電極４１１Ａ−１〜４１２Ｂ−３の作用について説明する。補助電極は、対応する音叉部分５０−１、５０−２の振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２と同一電位に維持される。図１５を参照して説明したように、振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２の電位は通常ゼロに維持される。従って、補助電極は、電位をゼロにするために接地されてよい。端子４１１Ａ’、４１１Ｂ’はカバー部材４０Ａ、４０Ｂに設けられたスルーホールを経由して接地される。
【０１０６】
こうして補助電極４１１Ａ−１〜４１２Ｂ−３の電位を振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２の電位と同一にすることによって、２つの音叉部分５０−１、５０−２の振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２とカバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極４０１Ａ−１〜４０２Ｂ−２によって構成されるコンデンサの端部に生成される電界が抑制され、このコンデンサによる静電支持力及び振動部５０１、５０２のＸ軸方向の変位に対する静電容量の変化の感度が改善される。
【０１０７】
図５を参照して本発明による振動型ジャイロ装置の第２の例について説明する。図５は図４と同様、第１の音叉部分５０−１の振動部５０１の外側の電極部５０１Ａ−１、５０１Ｂ−１とそれに対応したカバー部材４０Ａ、４０Ｂの第１の電極のうち外側の電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１を示す。
【０１０８】
本例によると、カバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１の間に溝４２１Ａ−１、４２１Ｂ−１が形成されている。本例ではこの溝が電界補償機構である。本例の振動型ジャイロ装置は図９〜図１５を参照して説明した従来の振動型ジャイロ装置と比較して、カバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１の間に溝４２１Ａ−１、４２１Ｂ−１が設けられている点が異なり、それ以外の構成は同一であってよい。
【０１０９】
溝４２１Ａ−１、４２１Ｂ−１の作用について説明する。溝４２１Ａ−１、４２１Ｂ−１を形成することによって、振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２とカバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極４０１Ａ−１〜４０２Ｂ−２によって構成されるコンデンサの端部に生成される電界が抑制され、このコンデンサによる静電支持力及び振動部５０１、５０２のＸ軸方向の変位に対する静電容量の変化の感度が改善される。
【０１１０】
溝４２１Ａ−１、４２１Ｂ−１の深さδt は、コンデンサの端部に生成される電界を抑制することができるように所定の大きさに設定されるが、一般に、音叉部分５０−１の電極部５０１Ａ−１、５０１Ｂ−１の間の溝の深さ（電極部５０１Ａ−１、５０１Ｂ−１の高さ）より十分小さくてよい。例えば、電極部５０１Ａ−１、５０１Ｂ−１のＸ方向のピッチｐが４０μｍであり、半径方向の幅ｔが２０μｍの場合、溝４２１Ａ−１、４２１Ｂ−１の深さδt は、数μｍであってよい。
【０１１１】
図６を参照して本発明による振動型ジャイロ装置の第３の例について説明する。図６は図４及び図５と同様、第１の音叉部分５０−１の振動部５０１の外側の電極部５０１Ａ−１、５０１Ｂ−１とそれに対応したカバー部材４０Ａ、４０Ｂの第１の電極のうち外側の電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１を示す。
【０１１２】
本例によると、カバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１の間の間隔ｓは、電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１のＸ軸方向の幅ｔに比べて大きい。従って数１の式の代わりに次の式が成り立つ。
【０１１３】
【数４】
ｐ＝ｔ＋ｓ
ｔ＜ｐ／２＜ｓ
Δｘ＝ｔ／２
【０１１４】
本例ではカバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１の間の間隔ｓをＸ軸方向の幅ｔより大きくした構造が電界補償機構である。振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２のＸ軸方向のピッチ及びＸ軸方向の幅は、対応するカバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極４０１Ａ−１〜４０２Ｂ−２のＸ軸方向のピッチ及びＸ軸方向の幅と同一である。従って、振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２のＸ軸方向のピッチ及びＸ軸方向の幅も数４の式の関係が成り立つ。
【０１１５】
本例の振動型ジャイロ装置は図９〜図１５を参照して説明した従来の振動型ジャイロ装置と比較して、カバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極４０１Ａ−１、４０１Ｂ−１及び振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２が、数４の式の関係を充たすように配置されている点が異なり、それ以外の構成は同一であってよい。
【０１１６】
本例によると、振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２とカバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極４０１Ａ−１〜４０２Ｂ−２を数４の式を充たすように構成することによって、両者によって構成されるコンデンサの端部に生成される電界が抑制され、このコンデンサによる静電支持力及び振動部５０１、５０２のＸ軸方向の変位に対する静電容量の変化の感度が改善される。
【０１１７】
上述の３つの電界補償機構の例は、互いに組み合わせることが可能である。例えば、第１の例の補償電極を第２の例又は第３の例に付加することも可能である。また、第２の例と第３の例を組み合わせることも可能である。勿論、３つの例を組み合わせてもよい。
【０１１８】
図７を参照して、本例の振動型ジャイロ装置の３つの電界補償機構の例の効果を比較して説明する。図７は、３つの電界補償機構の例について、振動部５０１、５０２をＸ軸方向に変化させたとき、振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２とカバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極４０１Ａ−１〜４０２Ｂ−２によって構成されるコンデンサの静電容量の変化率を示す。
【０１１９】
図７のグラフＦは、振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２とカバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極４０１Ａ−１〜４０２Ｂ−２によって構成されるコンデンサが理想的な場合の静電容量の変化率であり、その値を１とする。コンデンサが理想的な場合とは、振動部５０１、５０２の電極部５０１Ａ−１〜５０２Ｂ−２とカバー部材４０Ａ、４０Ｂの電極４０１Ａ−１〜４０２Ｂ−２が重なりあう部分にのみ電界が一様に発生し、コンデンサの端部に発生する電界を無視することができる場合である。
【０１２０】
グラフＡは、従来の振動型ジャイロ装置の場合のコンデンサの静電容量の変化率を表し、電界補償機構が設けられていないため、約０．４である。グラフＢは本発明の振動型ジャイロ装置の電界補償機構の第３の例の場合、グラフＣは本発明の振動型ジャイロ装置の電界補償機構の第２の例の場合、グラフＤは本発明の振動型ジャイロ装置の電界補償機構の第１の例の場合、グラフＥは本発明の振動型ジャイロ装置の電界補償機構の第１の例と第３の例を組み合わせた場合、のコンデンサの静電容量の変化率をそれぞれ表す。
【０１２１】
本発明によると、電界補償機構の第１の例、即ち、補償電極を用いる場合が最も良い結果が得られることが判る。また、電界補償機構の第１の例と他の例を組み合わせると更に良い結果が得られることが判る。
【０１２２】
図８を参照して、本発明による線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータの例を説明する。本例の線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータは、図１６を参照して説明した従来の線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータと比較して、電界補償機構が設けられている点が異なり、それ以外の構成は同様であってよい。
【０１２３】
線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータは、上述のように、２つの固定部４０Ａ、４０Ｂに装着された固定電極４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ及び４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂとその間に配置された可動部５０に装着された可動電極５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂとを含む。
【０１２４】
図８Ａに示す第１の例では、固定電極４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ及び４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂの間に補償電極６１Ａ、６２Ａ、６３Ａ及び６１Ｂ、６２Ｂ、６３Ｂが配置されている。この第１の例では、補償電極６１Ａ、６２Ａ、６３Ａ及び６１Ｂ、６２Ｂ、６３Ｂが電界補償機構である。
【０１２５】
図８Ｂに示す第２の例では、固定電極４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ及び４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂの間に溝７１Ａ、７２Ａ、７３Ａ及び７１Ｂ、７２Ｂ、７３Ｂが形成されている。この第２の例では、溝７１Ａ、７２Ａ、７３Ａ及び７１Ｂ、７２Ｂ、７３Ｂが電界補償機構である。
【０１２６】
図８Ａに示す線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータの電界補償機構の第１の例は、図４を参照して説明した、振動型ジャイロ装置の電界補償機構の第１の例と同様な構成及び作用を有する。図８Ｂに示す線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータの電界補償機構の第２の例は、図５を参照して説明した、振動型ジャイロ装置の電界補償機構の第２の例と同様な構成及び作用を有する。
【０１２７】
本例によると、固定電極と可動電極によって構成されるコンデンサの端部の電界が抑制され、コンデンサによって生成される静電力が改善され、可動部をＸ軸方向に駆動するための駆動力が改善される。
【０１２８】
以上本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されることなく特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更等が可能であることは当業者にとって理解されよう。
【０１２９】
【発明の効果】
本発明によれば、振動部を静電支持力によって振動させる形式の振動型ジャイロ装置において、振動部の振動方向の変位に対する静電容量の変化の感度と静電支持力を改善することができる利点がある。
【０１３０】
本発明によれば、振動部を静電支持力によって振動させる形式の振動型ジャイロ装置において、振動部の振動方向の変位に対する静電容量の変化の感度と静電支持力を改善することができるから、振動部に対する駆動力を増加させることができる利点がある。
【０１３１】
本発明によれば、振動部を静電支持力によって振動させる形式の振動型ジャイロ装置において、比較的簡単な構成によって、振動部の振動方向の変位に対する静電容量の変化の感度と静電支持力を改善することができる利点がある。
【０１３２】
本発明によれば、静電力マイクロアクチュエータ装置において、簡単な構成によって、可動部に対する駆動力を改善することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による振動型ジャイロ装置の外観を示す一部切開斜視図である。
【図２】本発明による振動型ジャイロ装置の断面構成を示す、図１の線２−２に沿った断面図である。
【図３】本発明による振動型ジャイロ装置のカバー部材の内面を示す、図２の線３−３に沿った断面図である。
【図４】本発明による振動型ジャイロ装置のコンデンサに設けられた電界補償機構の第１の例を示す図である。
【図５】本発明による振動型ジャイロ装置のコンデンサに設けられた電界補償機構の第５の例を示す図である。
【図６】本発明による振動型ジャイロ装置のコンデンサに設けられた電界補償機構の第３の例を示す図である。
【図７】本発明による振動型ジャイロ装置のコンデンサに設けられた電界補償機構の３つの例の効果を示す図である。
【図８】本発明による線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータ装置の例を示す図である。
【図９】従来の振動型ジャイロ装置の外観を示す一部切開斜視図である。
【図１０】従来の振動型ジャイロ装置の断面構成を示す、図９の線１０−１０に沿った断面図である。
【図１１】従来の振動型ジャイロ装置の基板の音叉の構造を示す、図９及び図１０の線１１−１１に沿った断面図である。
【図１２】従来の振動型ジャイロ装置の音叉の構造を示す一部切断図である。
【図１３】従来の振動型ジャイロ装置のカバー部材の内面を示す、図１０の線１３−１３に沿った断面図である。
【図１４】従来の振動型ジャイロ装置の音叉の電極部とカバー部材の電極の間の相対的位置を示す図である。
【図１５】従来の振動型ジャイロ装置の制御ループの例を示す図である。
【図１６】従来の線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータ装置の例を示す図である。
【符号の説明】
１０Ａ、１０Ｂ  カバー部材
２０  基板
２０−１、２０−２  音叉部分
２０Ａ  凹部
２０Ｂ  凹部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  孔
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  支持部材
４０Ａ、４０Ｂ  カバー部材、固定部
５０  基板、可動部
５０−１、５０−２  音叉部分
５０Ａ  凹部
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ  孔
５１  検出駆動部
５２  制御演算部
５３  角速度演算部
１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−１、１０２Ａ−２  電極
１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２  電極
２０１、２０２  振動部
２０１Ａ−１、２０１Ａ−２、２０２Ａ−１、２０２Ａ−２  電極部
２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２、２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２  電極部
２０１ａ−１、２０１ａ−２、２０２ａ−１、２０２ａ−２  溝部
２０１ｂ−１、２０１ｂ−２、２０２ｂ−１、２０２ｂ−２  溝部
４０１Ａ−１、４０１Ａ−２、４０２Ａ−１、４０２Ａ−２  電極
４０１Ｂ−１、４０１Ｂ−２、４０２Ｂ−１、４０２Ｂ−２  電極
４１１Ａ−１、４１１Ａ−２、４１１Ａ−３、４１２Ａ−１、４１２Ａ−２、４１２Ａ−３  補償電極
４１１Ｂ−１、４１１Ｂ−２、４１１Ｂ−３、４１２Ｂ−１、４１２Ｂ−２、４１２Ｂ−３  補償電極
４２１Ａ−１、４２１Ａ−２、４２２Ａ−１、４２２Ａ−２  溝
４２１Ｂ−１、４２１Ｂ−２、４２２Ｂ−１、４２２Ｂ−２  溝
５０１、５０２  振動部
５０１Ａ−１、５０１Ａ−２、５０２Ａ−１、５０２Ａ−２  電極部
５０１Ｂ−１、５０１Ｂ−２、５０２Ｂ−１、５０２Ｂ−２  電極部
【図１】
0004046805.tif 000002
【図２】
0004046805.tif 000003
【図３】
0004046805.tif 000004
【図４】
0004046805.tif 000005
【図５】
0004046805.tif 000006
【図６】
0004046805.tif 000007
【図７】
0004046805.tif 000008
【図８】
0004046805.tif 000009
【図９】
0004046805.tif 000010
【図１０】
0004046805.tif 000011
【図１１】
0004046805.tif 000012
【図１２】
0004046805.tif 000013
【図１３】
0004046805.tif 000014
【図１４】
0004046805.tif 000015
【図１５】
0004046805.tif 000016
【図１６】
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