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JPH0771965A - Gyroscope - Google Patents

Gyroscope

Info

Publication number
JPH0771965A
JPH0771965A JP13607494A JP13607494A JPH0771965A JP H0771965 A JPH0771965 A JP H0771965A JP 13607494 A JP13607494 A JP 13607494A JP 13607494 A JP13607494 A JP 13607494A JP H0771965 A JPH0771965 A JP H0771965A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gyro
rotor
electrode
gyro rotor
electrostatic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13607494A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takafumi Nakaishi
隆文 中石
Takeshi Hojo
武 北條
Takao Murakoshi
尊雄 村越
Isao Masuzawa
功 益沢
Shigeru Nakamura
茂 中村
Kazuaki Tani
和明 谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokimec Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokimec Inc filed Critical Tokimec Inc
Priority to JP13607494A priority Critical patent/JPH0771965A/en
Publication of JPH0771965A publication Critical patent/JPH0771965A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an electrostatic-bearing acceleration-detecting type gyroscope which is manufactured at a low cost and has a long life, excellent durability and a wide range of applications. CONSTITUTION:A gyro rotor 20 is supported without contact against a gyro case 21 by electrostatic bearing power, and is driven into spinning motion about an axis of spinning along the Z-axis by a rotor driving system. The gyro rotor 20 is disc-shaped and comprises thin films of metal serving as electrodes 29-1 to 29-4 on both sides of a plate made preferably of an insulating material. The gyroscope has a constraining control system that constrains the displacement of the gyro rotor 20 in the direction of the Z-axis (direction of the axis of spinning) relative to the gyro case 21 and a center-position control system that constrains the displacement of the gyro rotor 20 in the directions of the X-and Y-axes.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration detecting gyro device suitable for use in a moving body such as an automobile, a ship and an aircraft, for detecting an angular velocity or an angular change and acceleration with respect to an inertial space. More specifically, the present invention relates to an extremely small acceleration detection type gyro device of a type in which a gyro rotor is floatingly supported by electrostatic supporting force.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art FIG. 11 shows an example of a conventional gyro device. This gyro device is called an electrostatic gyro, and has a spherical gyro rotor 1 that is floatingly supported by electrostatic supporting force. The spin axis direction of the gyro rotor 1 is the Z axis as shown in the figure, and the two axes perpendicular to each other are the X axis and the Y axis, respectively.

【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。
The spherical gyro rotor 1 is housed in a spherical cavity inside the gyro case 2, and the cavity is maintained in vacuum. The gyro case 2 has a pair of electrodes 3 and 3 ′ arranged along the X-axis direction, a pair of electrodes 4 and 4 ′ arranged along the Y-axis direction, and arranged along the Z-axis direction. And a pair of electrodes 5 and 5 ', and an electrostatic support circuit (not shown) is connected to these electrodes.

【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。
The gyro rotor 1 is supported in non-contact with the gyro case 2 by the electrostatic force generated by the three pairs of electrodes. 90 along the equator of the gyro rotor 1 (the line where the gyro rotor intersects the XY plane)
Four coils 6-1, 6-2, 6- at angular intervals of °
3, 6-4 are arranged, and the gyro rotor 1 makes a rotational motion with the Z axis as the spin axis by the rotating magnetic field generated by the coil.

【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。
The equator of the gyro rotor 1 is marked with a (zig-zag) pattern 7 all around in the circumferential direction. Correspondingly, the gyro rotor 1 has 4 angular intervals of 90 ° along the equator of the gyro rotor 1. Two optical pickups 8-1, 8-2,
8-3 and 8-4 are arranged. When the gyro rotor 1 is rotationally displaced about the X axis, the Y axis, and the Z axis, the displacement of the corresponding pattern is detected by each optical pickup, and the angular displacement of the gyro rotor 1 is detected.

【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。
When operating this gyro device, first, the electrodes 3, 3 ', 4, 4',
A voltage is applied to 5, 5'to generate an electrostatic force, thereby supporting the gyro rotor 1 with respect to the gyro case 1 in a non-contact manner. Next, the four coils 6-1, 6-2,
An alternating voltage is applied to 6-3 and 6-4 to generate a rotating magnetic field. As a result, the gyro rotor 1 rotates at high speed with the Z axis as the spin axis. When the desired rotation speed is reached, the AC voltage is cut off, but the gyro rotor 1 continues to rotate by inertia during the subsequent use period. Since the gyro rotor 1 is supported in the cavity of the gyro case 1 maintained in a high vacuum in a non-contact manner, it continues to rotate for several months or longer.

【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。
Since no torque acts on the gyro rotor 1 from the outside, no matter what movement the gyro case 2 makes, the gyro rotor 1 will be operated according to the law of inertia.
The direction of the spin axis of is kept constant with respect to the inertial space.

【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。
Therefore, the gyro case 2 is installed by detecting the relative displacement of the zigzag pattern 7 provided on the equator of the gyro rotor 1 with respect to the gyro case 2 by the optical pickups 8-1 to 8-4. The angular displacement of the navigation body is detected with high accuracy.

【0009】[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。
In the conventional gyro device, it was necessary to manufacture the gyro rotor 1 into a perfect spherical body. When the sphericity of the gyro rotor 1 is incomplete, the supporting force from the electrode has a torque component, and drift occurs when the posture angle changes. Therefore, it takes a lot of labor and time to process the spheres for manufacturing the gyro rotor 1, and the manufacturing cost is high.

【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。
The electrostatic support gyro is called a so-called integral gyro because its spin axis always indicates a fixed direction in the inertial space. This type of gyro has the drawback that when the main axis of the navigation body changes in angle with respect to the control axis of the gyro, it is not possible to directly detect the angular change or angular velocity of the main axis of the navigation body.

【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。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a gyro device having a low manufacturing cost, a long life, excellent durability, and a wide range of applications.

【0012】[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。
According to the present invention, as shown in FIGS. 1, 8 and 9, for example, a gyro rotor that rotates at high speed around a spin axis and a gyro rotor are supported in a non-contact manner by electrostatic supporting force. In the acceleration detection type gyro device having a gyro case that accommodates the gyro rotor, the gyro rotor is formed in a disc shape, and has electrode portions on both surfaces along a circumferential direction, and Four pairs of electrostatic electrodes, which correspond to the electrode portions on both sides of the gyro rotor and are spaced apart from each other, are arranged at an angular interval of 90 ° in the circumferential direction, and the central axis of the gyro case. A displacement detection device for detecting the displacement of the gyro rotor with respect to the two gyro cases that are orthogonal to each other and orthogonal to each other, and the gyro rotor is surrounded by the spin axis. Constraint control for restraining displacement of the gyro rotor in a direction along the central axis, including a rotor drive system for rotating at high speed, the four pairs of electrostatic electrodes, and electrode portions of the gyro rotor. A center position control system for controlling the gyro rotor so as to match the center axis with the system, the four pairs of electrostatic electrodes, and the displacement detection device.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The rotor drive system corresponds to the electrode portions on both sides of the gyro rotor and the electrode portions on both sides of the gyro rotor, respectively, and is spaced from the electrode portions on both sides of the gyro case at 90 ° angular intervals in the circumferential direction. It is characterized by including four pairs of coils arranged.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
When the gyro rotor is displaced along the central axis with respect to the gyro case with respect to the gyro case, the restraint control system uses an electrostatic force caused by a change in a gap between the electrode portion of the gyro rotor and the four pairs of electrostatic electrodes. The gyro rotor is configured to generate a force that reduces the deviation of the gyro rotor.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The inner diameter and the outer diameter of the electrostatic electrode are larger than the inner diameter and the outer diameter of the electrode portion of the gyro rotor, whereby the electrostatic electrode is arranged so as to be offset radially outward with respect to the electrode portion of the gyro rotor, Alternatively, the inner and outer diameters of the electrostatic electrode are smaller than the inner and outer diameters of the electrode portion of the gyro rotor, whereby the electrostatic electrode is arranged so as to be radially inwardly displaced with respect to the electrode portion of the gyro rotor. , Whereby the central position control system produces a force for aligning the gyro rotor with the central axis.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The gyro rotor is characterized by including a disk-shaped member made of an insulating material and metal thin film electrode parts mounted on the upper and lower surfaces thereof.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The electrode portion of the gyro rotor is characterized in that it is formed by a thin film forming technique such as vapor deposition, ion plating, and photofabrication.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The electrode portion on each surface of the gyro rotor includes a plurality of concentrically arranged annular portions and a connecting portion that electrically connects the annular portions.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The electrode portion on the lower surface corresponding to the electrode portion on the upper surface of the gyro rotor is electrically connected by a connecting portion.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The electrostatic electrode includes a plurality of concentrically arranged annular parts and a connecting part for electrically connecting the annular parts, each of the annular parts of the electrostatic electrode being an annular part of an electrode part of the gyro rotor. Is arranged corresponding to each of the above.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The gyro case is characterized in that it has a stopper that surrounds the outer circumference of the gyro rotor and is spaced apart from the outer circumference of the gyro rotor to limit the radial displacement of the gyro rotor.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The stopper is formed as a plurality of protrusions protruding in the radial direction from an annular spacer.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The annular spacer and the stopper include the same insulating material as the gyro rotor and metal thin films formed on both surfaces thereof by a thin film forming technique.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The annular spacer and the stopper are configured to have the same thickness as the gyro rotor.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The gyro rotor is made of a conductive material, and the electrode portion of the gyro rotor includes a plurality of annular electrode portions divided by a circumferential dividing line.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The gyro rotor is characterized by being made of single crystal silicon.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The electrostatic electrode includes a plurality of concentrically arranged annular parts and a connecting part for electrically connecting the annular parts, each of the annular parts of the electrostatic electrode being an annular part of an electrode part of the gyro rotor. Is arranged corresponding to each of the above.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
As shown in FIG. 1, the displacement detecting device includes a hole formed at a central position of the gyro rotor, and a light emitting element and a light receiving element arranged on both sides of the hole corresponding to the hole at corresponding positions of the gyro case. It is characterized by having.

【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。
According to the present invention, in the gyro device,
The electrostatic electrode is arranged on the inner surface of the gyro case.

【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。
According to the present invention, in a method for manufacturing a gyro device including a thin disk-shaped gyro rotor and a gyro case accommodating the gyro rotor, a thin metal film is formed on both surfaces of a thin plate material made of an insulating material by a thin film forming technique. The method includes producing an electrode and cutting the plate material into a circular shape to manufacture a gyro rotor.

【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。
According to the present invention, in the method for manufacturing a gyro device, an annular spacer of a metal thin film and a plurality of stoppers protruding inward in the radial direction from the spacer are formed on both surfaces of the plate material by a thin film forming technique. Forming a stopper so as to surround the electrode and spaced apart from the electrode; and cutting out the spacer and the stopper portion from the plate material to manufacture the spacer and the stopper as an integral member.

【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。
According to the present invention, in the method of manufacturing a gyro device, the gyro rotor can be arranged such that the intervals between the respective tips of the stoppers and the outer peripheral portion of the gyro rotor are the same. And arranging the spacer between an upper bottom member and a lower bottom member forming the gyro case.

【0033】[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。
The gyro rotor 20 is supported by the electrostatic support force in a non-contact manner with respect to the gyro case 21, and the rotor drive system makes a spin motion around the spin axis along the Z axis. The gyro device has a restraint control system that restrains displacement of the gyro rotor 20 in the Z-axis direction (spin axis direction) with respect to the gyro case 21, and a center position control system that restrains displacement of the gyro rotor 20 in the XY axis directions.

【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。
The restraint control system is constituted by a resonance circuit composed of electrode portions on both surfaces of the gyro rotor 20, four pairs of electrostatic supporting electrodes arranged corresponding thereto, and four transformers. When the gyro rotor 20 is biased with respect to the gyro case 21 along the central axis, the gap between the electrode portion of the gyro rotor 20 and the four pairs of electrostatic electrodes changes. For example, the upper gap decreases and the lower gap increases. Such a change in the gap changes the electrostatic force as a change in the capacitance of the capacitor, and moves the gyro rotor 20 along the central axis in the direction of reducing the deviation of the gyro rotor 20.

【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。
The center position control system has a displacement detecting device for detecting the displacement of the gyro rotor 20 in the X-axis and Y-axis directions, and the displacement detecting device detects the displacement signal and applies it to the electrostatic supporting electrode. The applied voltage is changed.
Thereby, the electrostatic force in the X-axis and Y-axis directions is changed, and the displacement of the gyro rotor 20 in the X-axis and Y-axis directions is controlled to be zero. The electrode portions of the gyro rotor 20 are arranged so as to be offset radially outward or radially inwardly from the corresponding four pairs of electrostatic support electrodes, so that the gyro rotor 20 is aligned so as to be aligned with the central axis. The electrostatic force acting along the axial or Y-axis direction increases.

【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。
According to the gyro device of the present invention, the voltage values applied to the four pairs of electrostatic support electrodes are divided and subjected to an increase / decrease operation, whereby the angular velocities around the X axis and the Y axis and the X axis, Y
Accelerations in the axial and Z-axis directions are determined.

【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。
According to the gyro device of the present invention, since the gyro rotor 20 is formed in a disk shape, it can be manufactured by processing single crystal silicon (silicon) using a lithography technique.

【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。
According to the gyro device of the present invention, since the gyro rotor 20 is formed in a disk shape, the gyro rotor 20 is formed by forming metal thin film electrodes on both sides of a plate material made of an insulating material by a thin film forming technique. It can be manufactured.

【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。
Further, according to the gyro device of the present invention, since the gyro rotor 20 is formed in a disk shape, the gyro rotor 20 has metal thin film electrodes on both surfaces of a plate material made of a transparent insulating material by a thin film forming technique. By forming the electrodes, the electrodes on both surfaces can be manufactured with high accuracy and concentrically.

【0040】[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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a first example of a gyro device according to the present invention, which has a disk-shaped gyro rotor 20 and a gyro case 21 that houses the gyro rotor 20 therein.

【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。
Here, XYZ coordinates are set for the gyro device as shown in the figure. The Z axis is taken upward along the central axis of the gyro device, and the X axis and the Y axis are taken perpendicularly thereto. The spin axis of the gyro rotor 20 is arranged along the Z axis.

【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。
The gyro case 21 has an upper bottom member 22, a lower bottom member 24, and an annular spacer 23 connecting them, and the upper bottom member 22, the spacer 23, and the lower bottom member 24.
May be connected by any suitable fastening means, for example machine screw 25. Thus, the disk-shaped cavity portion 26 for housing the gyro rotor 20 is provided inside the gyro case 21.
Is formed.

【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。
As shown in FIG. 1A, the upper bottom member 22 and the lower bottom member 24 have holes 22A, 22 communicating with the cavity 26.
A'is formed, and the hole 22A of the upper bottom member 22 is loaded with a cap 32. The cap 32 holds the cavity 26 at a high vacuum level for a long period of time, and thus the getter member 3 is formed.
Built-in 3. A pipe 34 is connected to the hole 22A ′ of the lower bottom member 24, and the hollow portion 26 is evacuated and evacuated through the pipe 34.

【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。
The gyro rotor 20 is formed of a conductive material, and as shown in FIG. 1A, preferably has a thin central portion 20B and an outer thicker annular electrode portion 20C.
May be configured to have A through hole 20A is formed in the central portion 20B along the central axis.

【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。
The gyro rotor 20 of this example may be formed of, for example, single crystal silicon (silicon). By forming the gyro rotor 20 with a single crystal material, it is possible to provide a highly accurate gyro rotor that is less affected by thermal strain and aging. Gyro rotor 20 of this example
Can be mass-produced inexpensively with high accuracy by, for example, lithography technology. Further, the upper bottom member 22, the spacer 23, the lower bottom member 24, etc. can be mass-produced inexpensively by the lithography technique.

【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。
The gyro device has a displacement detection device for detecting the displacement of the gyro rotor 20 with respect to the gyro case 21, and the displacement detection device detects the displacement of the gyro rotor 20 in the radial direction. Such a displacement detecting device is, for example, as shown in FIG. 1A, a gyro case 2
It may include a light emitting element 27 and a light receiving element 28 which are respectively arranged on the upper surface and the lower surface inside the one hollow portion 26. The light receiving element 28 is preferably, as shown in FIG. 1B,
Four segments 28-1, 28-2, 28-3, 28
-4 may be divided.

【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。
The light emitting element 27 and the light receiving element 28 are arranged on both sides of the hole 20A of the gyro rotor 20 so that the optical path thereof passes. When the gyro rotor 20 is displaced in the radial direction, the position of the hole 20A is displaced with respect to the optical path, so that the amount of light received by the light receiving element 28 among the light generated by the light emitting element 27 changes. In this way, the magnitude and direction of the radial displacement of the gyro rotor 20 are obtained by the four light receiving element segments.

【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。
Electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4 and rotor rotation driving coils 30-1 to 30-4 are concentrically arranged on the inner surface of the upper bottom member 22, and similarly the lower bottom portion is arranged. Electrostatic support electrodes 29'-1 to 29'-1 are concentrically provided on the inner surface of the material 24.
29'-4 and coils 30'-1 to 30 'for rotating the rotor.
0'-4 is arranged. Such an electrostatic supporting electrode 29-
1 to 29-4, 29'-1 to 29'-4 and rotor rotation driving coils 30-1 to 30-4, 30'-1 to 30 '
-4 is arranged corresponding to the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 and spaced from it. The positional relationship between the electrostatic supporting electrodes 29-1 to 29-4, 29'-1 to 29'-4 and the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 will be described in detail later.

【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。
As shown in FIG. 1B, for example, the first pair of electrostatic supporting electrodes 29-1, 29'-1 and the third pair of electrostatic supporting electrodes 29-3, 29'-3 are arranged on the X-axis. And the second pair of electrostatic support electrodes 29-2, 29'-2 and the fourth pair of electrostatic support electrodes 29-4, 29'-4 are arranged along the Y-axis. . Electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4,
29'-1 to 29'-4 are coils 3 for rotor rotation drive.
It may be arranged between 0-1 to 30-4 and 30'-1 to 30'-4. Electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4 and 2
9'-1 to 29'-4 are preferably fan-shaped as shown.

【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。
2 and 3, the structure and operation of the restraint control system, the rotor drive system 100, and the center position control system provided in the gyro device of this embodiment will be described. The constraint control system functions to constrain the displacement of the gyro rotor 20 in the Z-axis direction, the rotor drive system 100 functions to rotate the gyro rotor 20 around the spin axis, and the center position control system functions to control the gyro rotor 20. It functions to restrain the displacement in the XY axis directions.

【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。
First, the configuration and operation of the restraint control system provided in the gyro device of this embodiment will be described with reference to FIGS.
The restraint control system of this example is an electrostatic system, and the gyro rotor 2
The gyro rotor 20 is floatingly supported and constrained by the electrostatic force generated between 0 and the electrostatic support electrode.

【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。
The restraint control system of this example is based on the gyro rotor 20.
Electrode portion 20C (P in FIG. 2)1, P 3Part) and Jai
Four pairs of electrostatic support electrodes 2 provided on both sides of the rotor 20
9-1, 29'-1, 29-2, 29'-2, 29-
3, 29'-3, 29-4, 29'-4 (29 in FIG. 2)
-1, 29'-1, 29-3, 29'-3 only)
Four transformers connected to each of such electrostatic support electrodes
41, 42, 43, 44 (only 41 and 43 are shown in FIG. 2
2) and, as shown in FIG. 3, an X control system 50 and a Y control system.
60 and.

【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
2 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。
Of the electrode portion 20C of the gyro rotor 20, the portion corresponding to the first pair of electrostatic supporting electrodes 29-1 and 29'-1 is designated as the first portion P 1 and the second pair of electrostatic electrodes is designated. a portion corresponding to the supporting electrode 29-2,29'-2 and a second portion P 2, a third pair of electrostatic supporting electrodes 29-3,29'-
The portion corresponding to 3 is the third portion P 3, and the portion corresponding to the fourth pair of electrostatic support electrodes 29-4 and 29′-4 is the fourth portion.
Part P 4 .

【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。
The X control system 50 functions so as to always keep the displacements of the first and third parts P 1 and P 3 of the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 in the Z axis direction at zero, and the Y control system 60.
Serves to always keep the displacements of the second and fourth portions P 2 and P 4 of the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 in the Z-axis direction at zero.

【0055】図3に示すように、X制御系50は交流電
圧VT を供給する交流電源50−1とVTX演算部50−
2と2つの乗算器50−3、50−4とを有する。VTX
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VT
(1±K1 Δx)が出力される。
As shown in FIG. 3, the X control system 50 includes an AC power supply 50-1 for supplying an AC voltage V T and a V TX calculation section 50-.
2 and two multipliers 50-3 and 50-4. V TX
The calculation unit 50-2 inputs a signal indicating the displacement Δx of the gyro rotor 20 in the X-axis direction, which is supplied from the light receiving element 28 of the displacement detection device, and the coefficient 1 ± K 1 Δx (K 1 is a constant). Calculate One end of the AC power supply 50-1 is grounded and the other end is connected to the two multipliers 50-3 and 50-4. Thus, from the two multipliers 50-3, 50-4, the AC voltage V T modified by the coefficient 1 ± K 1 Δx
(1 ± K 1 Δx) is output.

【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。
As shown in FIG. 2, the output terminals of the two multipliers 50-3 and 50-4 of the X control system 50 are connected to the midpoints T1 and T4 of the first and third transformers 41 and 43, respectively. Has been done. The output terminals T2 and T3 of the first transformer 41 are connected to the electrostatic supporting electrodes 29-1 and 29'-1, respectively,
The output terminals T5 and T6 of the third transformer 43 are connected to the electrostatic support electrodes 29-3 and 29′-3, respectively.

【0057】X制御系50の交流電源50−1(周波数
をfo 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
a 〔=1/2π√(LC)〕は周波数fo より小さい
値に設定される。
[0057] AC power source 50-1 of X control system 50 (the frequency is f o.) And two transformers 41 and 43 (the inductance of the transformers and L.) And two pairs of electrostatic supporting electrode and the gyro A resonance circuit is formed by a capacitor (electrostatic capacitance is C) formed by the electrode portion 20C of the rotor 20, and the resonance frequency f a [= ½π√ (LC)] of the resonance circuit is It is set to a frequency f o less than the value.

【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
T、横軸は周波数比(fO /fa )である。ここに、
O は上述のように交流電源50−1の周波数であり、
a は共振回路の共振周波数fa 〔=1/2π√(L
C)〕である。尚、簡単化のため、VTX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。
Next, the operation of the restraint control system of the gyro device of this example will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the first transformer 4
1 and electrostatic support electrodes 29-1 and 29'- connected to it
2 is a graph of a resonance curve showing the operation of a resonance system including 1 and 1, wherein the vertical axis represents the electrode voltage V T of one electrode, for example, the electrostatic support electrode 29-1 arranged above the gyro rotor 20, and the horizontal axis. Is the frequency ratio (f O / f a ). here,
f O is the frequency of the AC power supply 50-1 as described above,
f a is the resonance frequency of the resonance circuit f a [= 1 / 2π√ (L
C)]. For simplification, the V TX calculation unit 50-2
The coefficient output to the two multipliers 50-3 and 50-4 is (1 ± K 1 Δx) = 1.

【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(fO /fa )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VT は動作電圧VTO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。
First of the electrode portion 20C of the gyro rotor 20
Part of P1Consider the case where is displaced upward. Such a
Part P of 11And the electrostatic supporting electrode 29 disposed on the upper side thereof
The distance between -1 and -1 decreases, and the capacitance C between them increases.
To do. Therefore, the resonance frequency f a[= 1 / 2π√ (L
C)] decreases and the frequency ratio (fO/ Fa) Increases.
As a result, as shown in the figure, the electrode of the electrostatic supporting electrode 29-1 is
Voltage VTIs the operating voltage VTOIt gets smaller. Thus, on
Side electrostatic support electrode 29-1 and the first of the gyro rotor 20
Part P1The attractive force acting between and becomes smaller.

【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fa 〔=1/2π√(LC)〕は増加し、周波数比
(fO /fa )は減少する。その結果、静電支持電極2
9’−1の電極電圧VTは動作電圧VTO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。
The relationship between the first portion P 1 of the gyro rotor 20 and the electrostatic support electrode 29'-1 located below it is just the opposite. The distance between the first portion P 1 and the electrostatic support electrode 29′-1 arranged below the first portion P 1 increases, and the electrostatic capacitance C between them increases. Therefore, the resonance frequency f a [= ½π√ (LC)] increases and the frequency ratio (f O / f a ) decreases. As a result, the electrostatic support electrode 2
The electrode voltage V T of 9′-1 becomes higher than the operating voltage V TO . Thus, the attractive force acting between the lower electrostatic support electrode 29′-1 and the first portion P 1 of the gyro rotor 20 becomes large.

【0061】こうしてジャイロロータ20の第1の部分
1 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。
In this way, when the first portion P 1 of the gyro rotor 20 is displaced upward, the force for biasing the first portion P 1 upward becomes small and the force for biasing it downward becomes large. The portion P 1 of is moved relatively downward so as to be returned to its original position.

【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。
According to the restraint control system of this example, the AC power source 50
-1, the transformer 41, and the first pair of electrostatic support electrodes 29-
The gyro rotor 2 is provided by the system including 1, 29'-1.
The displacement of the first portion P 1 of the zero electrode portion 20C in the Z-axis direction is always maintained at zero. The force Fp1 that the first portion P 1 of the gyro rotor 20 receives from the gyro case 21 corresponds to the difference between the voltages A 1 and B 1 applied to the electrostatic support electrodes 29-1 and 29′-1 on both sides. . Therefore, the first equation of the following equation 1 is established. K is a constant.

【0063】[0063]

【数1】Fp1=K(A1 −B1 ) Fp2=K(A2 −B2 ) Fp3=K(A3 −B3 ) Fp4=K(A4 −B4 [Number 1] Fp1 = K (A 1 -B 1 ) Fp2 = K (A 2 -B 2) Fp3 = K (A 3 -B 3) Fp4 = K (A 4 -B 4)

【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
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。
Third part of the electrode portion 20C of the gyro rotor 20
The same applies to the operation of the portion P 3 and the operations of the second and fourth portions P 2 and P 4 . Therefore, the second to fourth equations of the equation 1 are established.

【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。
Next, the structure and operation of the rotor drive system 100 of this example will be described. The rotor drive system 100 includes a gyro rotor 20, a driving AC power supply 101, and four pairs of coils (lower coils 30′-1, 30′- in FIG. 2) connected thereto.
2, 30'-3, 30'-4 only are shown). Two
The basic phase V 0 of the phase alternating voltage is connected to the two coils 30'-1 and 30'-3 connected in series, and the 90 ° phase V 90 of the two phase alternating voltage is the two coils 30 connected in series. '-
2, 30'-4.

【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。
Four pairs of coils 30-1, 30'-1, 30
-2, 30'-2, 30-3, 30'-3, 30-4,
When an alternating voltage is applied to 30′-4 from the driving AC power supply 101, a rotating magnetic field proportional to the frequency of the driving AC power supply 101 is generated in the cavity portion 26 of the gyro case 21, and the magnetic field and the gyro rotor 20 are generated. The gyro rotor 20 rotates due to the interaction with the eddy current generated therein.

【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。
Next, the structure and operation of the center position control system of the gyro device of the present invention will be described. The center position control system includes the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 and the electrostatic support electrodes 29-1 and 29-2.
9-4, 29'-1 to 29'-4, a displacement detecting device including a light emitting element 27 and a light receiving element 28, and X and Y control systems 50, 60 for inputting output signals of the displacement detecting device. Even when the gyro rotor 20 is deviated in the X-axis and Y-axis directions, the center position control system controls the position of the gyro rotor 20 in the X-axis and Y-axis directions so that the spin axis aligns with the center axis of the gyro device, that is, the Z-axis. Is controlled.

【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。
First, the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 and the electrostatic supporting electrodes 29-1 to 29-4, 29'-1 to 29'-.
The positional relationship with the No. 4 will be described. The electrode portion 20C of the gyro rotor 20 has electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4, 2
9'-1 to 29'-4 are arranged concentrically with each other, but at the same time, are arranged radially inward or outward.

【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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 has electrostatic supporting electrodes 29-1 to 29-.
A case will be described in which they are arranged so as to be offset inward in the radial direction with respect to 4, 29'-1 to 29'-4. As shown, the electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4 and 29'-1 to
The outer diameter of 29'-4 is the electrode portion 20C of the gyro rotor 20.
Is formed larger than the outer diameter of the gyro rotor 20, and the electrostatic supporting electrode is projected outward in the radial direction by a length δ 2 from the gyro rotor 20.

【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。
Further, electrostatic supporting electrodes 29-1 to 29-4,
The inner diameters of 29'-1 to 29'-4 are formed to be larger than the inner diameter of the electrode portion 20C of the gyro rotor 20, so that the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 is radially inward by the length δ 1 by the electrostatic supporting electrode 29-1. ~ 29-4, 29'-1 to 29'-4
It is configured to project more.

【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。
Thus, the electrode portion 20 of the gyro rotor 20 is
C is the electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4, 29'-1 and 2
9'-4, the gyro rotor 20 is arranged so as to be radially inwardly offset by the first pair of electrostatic supporting electrodes 29-1, 29'-1 in the radial outward (X
Force Fx1 acts in the positive direction of the axis), and force Fx3 acts radially outward (in the negative direction of the X axis) by the third pair of electrostatic support electrodes 29-3, 29'-3. To do. These forces Fx1 and Fx3 change depending on the magnitude of the AC voltage applied to the midpoints T1 and T4 of the transformers 41 and 43, respectively. If the alternating voltages are equal, the two forces Fx1 and Fx3 are equally balanced.

【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VTX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)
T 、(1+K1 Δx)VT が生成される。
Acceleration α in the X-axis direction is applied to the gyro rotor 20.
X acts and the gyro rotor 20 moves the gyro case 2
It is assumed that the displacement is Δx in the positive direction of the X axis with respect to 1. The displacement Δx is output as a voltage signal by the light receiving element 28. Such a signal is supplied to the V TX calculation unit 50-2 of the X control system 50, and a signal indicating the coefficient 1 ± K 1 Δx is generated. Thus, the two multipliers 50-3, 5
Different voltage signals (1-K 1 Δx) from 0-4
V T , (1 + K 1 Δx) V T is generated.

【0073】斯かる電圧信号(1±K1 Δx)VT 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。
The voltage signal (1 ± K 1 Δx) V T is applied to the midpoints T1 and T4 of the two transformers 41 and 43, respectively, and the electrostatic support electrodes 29-1 and 29'- of the first pair are applied. The force Fx1 is generated by 1 and the third pair of electrostatic support electrodes 2
A force Fx3 is generated by 9-3 and 29'-3. Force Fx1 acting on the gyro rotor 20 in the positive direction of the X axis
And the force Fx3 in the negative direction of the X axis are expressed by the following equations (2).

【0074】[0074]

【数2】Fx1=k1 (1−K1 Δx)VT Fx3=k1 (1+K1 Δx)VT Fx1 = k 1 (1-K 1 Δx) V T Fx3 = k 1 (1 + K 1 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、
K 1 is a constant. The resultant force of the X-axis direction acting on the gyro rotor 20 is

【0076】[0076]

【数3】Fx1−Fx3=−2k1 1 T ・Δx[Number 3] Fx1-Fx3 = -2k 1 K 1 V T · Δx

【0077】となる。It becomes

【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。
In this way, the gyro rotor 20 is pulled in the negative direction of the X axis by the force proportional to the displacement Δx as expressed by the equation (3), and the displacement becomes zero. The same applies when the gyro rotor 20 is biased in the Y-axis direction. In this way, the center position control system of this example keeps the displacement amounts Δx and Δy always zero even when the gyro rotor 20 is deviated in the X-axis and Y-axis directions. That is, the spin axis of the gyro rotor 20 is always controlled so as to be aligned with the central axis of the gyro device, that is, the Z axis.

【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。
Referring to FIGS. 1 and 2, the gyro rotor 2
The electrode part 20C of 0 is the electrostatic supporting electrodes 29-1 to 29-
4 and 29′-1 to 29′-4, the case where the electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4 and 29′-1 to 29 are arranged so as to be offset inward in the radial direction has been described. The same applies to the case of being arranged outwardly in the radial direction with respect to '-4. However, in that case, the directions of the forces Fx1 and Fx3 acting on the gyro rotor 20 are opposite.

【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dφX /dtを演算するX
ジャイロ演算部51とY軸周りの角速度dφY /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。
The configuration and operation of the gyro operation unit and the acceleration operation unit of this example will be described with reference to FIGS. The gyro operation unit calculates the angular velocity dφ X / dt around the X axis X
The acceleration calculation unit includes a gyro calculation unit 51 and a Y gyro calculation unit 61 that calculates an angular velocity dφ Y / dt about the Y axis.
It has a Y acceleration calculation unit 63 that calculates the acceleration in the axial direction and a Z acceleration calculation unit 73 that calculates the acceleration in the Z axis direction.

【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。
The configuration and operation of the X gyro calculator 51 and the X acceleration calculator 53 will be described with reference to FIG. The X gyro calculator 51 includes four voltage dividers 51-1 as shown in the figure.
˜51-4 and four rectifying sections 51-5 to 51-8 connected to each of the voltage dividing sections and two pairs of rectifying sections 51-5 and 5-5.
1-6 and 51-7, 51-8, and two subtraction sections 51-9, 51-10 connected to the third subtraction section 51-11 and arithmetic section 51- connected to these two subtraction sections. 12 and.

【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
1、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dφX /dtを指示するジャイロ信号が得られる。
The X gyro calculator 51 has an input terminal 51a,
Two transformers 4 via 51b, 51c and 51d
The terminal outputs A 1 , B 1 and A 3 , B 3 of the output terminals T2, T3 and T5, T6 of 1 , 43 are input. Since the terminal outputs A 1 , B 1 and A 3 , B 3 of the output terminals T2, T3 and T5, T6 of the two transformers 41, 43 are usually high voltages of 1000 V or more, each of these voltages is divided by four. Part 5
The voltage is divided into low voltages by 1-1 to 51-4, and is rectified into a DC voltage by the four rectifying units 51-5 to 51-8. Such a DC voltage signal is subtracted from the subtraction units 51-9, 51-10, 51.
Subtraction is performed at -11. Thus, the calculation unit 51-1
A gyro signal indicating the rotational angular velocity dφ X / dt of the gyro rotor 20 about the X axis is obtained from the output terminal of 2.

【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dφX
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
4 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TX が発生する。
Next, the operation of the X gyro calculator 51 will be described in detail.
Explained. Angular velocity dφ around X axis X/ Dt is entered
Think about the case. The spin motion of the gyro rotor 20
The angular motion vector H
Take in the direction. According to the law of inertia, the gyro rotor 20
The pin axis tends to continue to be placed along the Z axis direction.
On the other hand, the gyro case 21 has an angular velocity dφ about the X axis.X/
When rotationally displaced at dt, the second pair of electrostatic support electrodes 29-
2, 29'-2 and a fourth pair of electrostatic support electrodes 29-4,
29'-4, the second and the second gyro rotor 20
Part P of 42, PFourAnd the gap between the upper electrode and the lower electrode
There is a difference in the gap between them. The difference between the upper and lower gaps is Y
It becomes zero by the operation of the control system 60. At this time,
The second and fourth parts P of the gyro rotor 202,
PFourAnd two opposite forces Fp2 along the Z-axis
Fp4 acts, which causes
Luk TXOccurs.

【0084】[0084]

【数4】TX =(Fp2−Fp4)×r## EQU4 ## 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。
Here, r is the distance from the spin axis to the point of action of force.

【0086】斯かるトルクTX 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。
The torque T X causes the spin axis of the gyro rotor 20 to perform precession motion around the Y axis at a small angle. By such precession movement, the electrostatic support electrodes 29-1, 29'-1 of the first pair and the electrostatic support electrodes 29-3, 29'-3 of the third pair and the first and second electrostatic support electrodes 29-1, 29'-3 of the gyro rotor 20 are formed. The gap between the third parts P 1 , P 3 changes. That is, there is a difference between the upper gap and the lower gap.

【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TY が発生する。
Similarly, the operation of the X control system 50 controls such that the difference between the upper gap and the lower gap becomes zero. At this time, as described above, the gyro rotor 20
Two opposite forces Fp1 and Fp3 act on the first and third parts P 1 and P 3 of the , respectively, whereby a torque T Y represented by the following equation is generated.

【0088】[0088]

【数5】TY =(Fp1−Fp3)×r## EQU5 ## T Y = (Fp1-Fp3) × r

【0089】斯かるトルクTY 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dφX /dtで回転する。
Such torque TYBy gyro rotor
The spin axis of 20 is preset at a small angle around the X axis.
Exercise. Such precession movement is the input angular velocity
XSame motion as / dt, resulting in spin axis
The wire and the gyro case 21 are integrated into an angular velocity around the X axis.
Degree dφXRotate at / dt.

【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。
By formulating the equation of angular motion from the equations of the equations 4 and 5, and using the equation of the equation 1, the following equation is obtained.

【0091】[0091]

【数6】 H(dφX /dt)=(Fp3−Fp1)×r =〔(A3 −B3 )−(A1 −B1 )〕×r×K H(dφY /dt)=(Fp4−Fp2)×r =〔(A4 −B4 )−(A2 −B2 )〕×r×K## EQU6 ## H (dφ X / dt) = (Fp3−Fp1) × r = [(A 3 −B 3 ) − (A 1 −B 1 )] × r × K H (dφ Y / dt) = ( fp4-Fp2) × r = [(A 4 -B 4) - ( A 2 -B 2) ] × 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、
Here, H is the angular momentum of the gyro rotor 20. Therefore,

【0093】[0093]

【数7】dφX /dt=〔(A3 −B3 )−(A1 −B
1 )〕×Kr/H dφY /dt=〔(A4 −B4 )−(A2 −B2 )〕×
Kr/H
## EQU7 ## dφ X / dt = [(A 3 -B 3 )-(A 1 -B
1 )] × Kr / H dφ Y / dt = [(A 4 −B 4 ) − (A 2 −B 2 )] ×
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
1 、B1 、A2 、B2 、A3 、B3 、A4 、B4 を入
力してXジャイロ信号dφX /dt及びYジャイロ信号
dφY /dtを出力する。
Thus, the X gyro operation unit 51 and the Y gyro operation unit 53 input the terminal outputs A 1 , B 1 , A 2 , B 2 , A 3 , B 3 , A 4 , B 4 of the four transformers. And outputs an X gyro signal dφ X / dt and a Y gyro signal dφ Y / dt.

【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
1 、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。
Next, the structure and operation of the X acceleration calculator 53 will be explained.
Reveal The X acceleration calculation unit 53 is the X gyro calculation unit 51.
Output signals of the first pair of rectifying units 51-5 and 51-6
a1, B 1Of the second pair and the adder 53-1 for inputting
Output signal a of the rectifying units 51-7 and 51-83, B3Enter
Connected to the adding unit 53-2 and the two adding units
And a subtraction unit 53-3.

【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。
The addition unit 53-1 and 53-2 causes X di
Sum a of internal outputs of the gyro operation unit 51 1+ B1, A3+ B
3Is required. Such sum is the voltage applied to each electrode.
Sum A 1+ B1, A3+ B3It corresponds to. According to
The outputs of the adders 53-1 and 53-2 are the X-axis, respectively.
It corresponds to directional forces Fx1 and Fx3.

【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
1 )−(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。
The subtractor 53-3 adds the adders 53-1 and 5-3.
Output 3-21+ B1, A3+ B 3Difference of (a1+
b1)-(A3+ B3) Is required. The difference is (A
1+ B1)-(A3+ B3) Is supported. Therefore,
The output of the subtraction unit 53-3 is the force Fx1 and X in the positive direction of the X axis.
It corresponds to the difference from the force Fx3 in the negative direction of the shaft.

【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αX が求められる。
Thus, the subtraction section 53-3 outputs a signal indicating the displacement Δx represented by the equation (3),
From this, the acceleration α X is obtained.

【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。
Since the configurations and operations of the Y gyro computing unit 61 and the Y acceleration computing unit 63 are the same, the description thereof will be omitted.

【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
入力してZ軸方向の加速度α Z を演算する。
Structure of Z acceleration calculation unit 73 with reference to FIG.
And the operation will be described. Z acceleration calculation unit 73 performs X gyro
Internal signal a of the calculation unit 511, B1And a3, B3And Y Ja
Internal signal a of the white arithmetic unit 612, B2And aFour, BFourTo
Input and acceleration in Z-axis direction α ZIs calculated.

【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。
Next, the operation of the Z acceleration calculator 73 will be described.
It In the above description, the mass of the gyro rotor 20 is set to zero.
Was calculated as, but is not really zero. Gyrolo
The mass of the data 20 is m, and this is divided into four parts.
Think Acceleration α in the Z-axis direction ZWould work,
First and third parts P of the gyro rotor 201, P3Made by
Forces Fp1 and Fp3 to be applied are calculated by the following formula 8
Is represented.

【0102】[0102]

【数8】 Fp1=mαZ /4−(H/r)(dφX /dt) Fp3=mαZ /4+(H/r)(dφX /dt)Equation 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αZ を求めることができる。
The sum of these two equations can be calculated to obtain the acceleration α Z in the Z-axis direction.

【0104】[0104]

【数9】αZ =(Fp1+Fp3)×2/m =〔(A3 −B3 )+(A1 −B1 )〕×2K/mΑ Z = (Fp1 + Fp3) × 2 / m = [(A 3 −B 3 ) + (A 1 −B 1 )] × 2 K / m

【0105】尚、Z軸方向の加速度αZ 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αZ が演算される。
The acceleration α Z in the Z-axis direction is the force F acting on the second and fourth portions P 2 and P 4 of the gyro rotor 20.
It can also be determined by p2 and Fp4. Therefore,
In the Z acceleration calculation unit 73 of this example, four forces Fp1, Fp2, Fp3, F acting on each portion of the gyro rotor 20 are used.
The acceleration α Z in the Z-axis direction is calculated from p4.

【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。
FIG. 8 shows a second embodiment of the gyro device of the present invention. In this example, the gyro rotor 20 is divided into a plurality of annular segments by dividing lines in the circumferential direction. A plurality of annular grooves 200a, 200b and 200a ', 20 are concentrically formed on the upper surface and the lower surface of the gyro rotor 20.
0b ′ is formed, and the annular groove and the concave portion of the central portion 20B form a protruding annular segment, that is, the annular electrode portion 20.
0A, 200B, 200C and 200A ', 200
B ', 200C' are formed.

【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。
In the gyro case 21, the first, second, third and fourth pairs of electrostatic support electrodes 29-1, 29'-1,
29-2, 29'-2, 29-3, 29'-3, 29-
4, 29'-4 are arranged. Such electrostatic support electrodes are preferably fan-shaped, each of which is divided into annular segments by a plurality of concentrically arranged annular notches. For example, the electrostatic support electrodes 29'-3 below the third pair of electrostatic support electrodes have two notches 29 '.
-3A, 29'-3B with three segments 29 '
-3a, 29'-3b, 29'-3c. Adjacent segments are connected parts 29'-3A1, 2
They are connected by 9'-3B1 so that each segment is electrically connected.

【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。
The annular electrode portion 200 of the gyro rotor 20
A, 200B, 200C and 200A ', 200B',
The annular segments of 200C 'and each electrostatic support electrode have radial dimensions corresponding to each other, and are arranged at radial positions corresponding to each other.

【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。
For example, the positional relationship between the electrode portion of the gyro rotor 20 and the electrostatic support electrodes 29-1 and 29'-1 of the first pair will be described. With respect to the first electrode portions 200A and 200A ′ of the gyro rotor 20, the first segment 29-1 of the electrostatic support electrodes 29-1 and 29′-1 of the first pair.
a and 29'-1a correspond to each other. Similarly, for the second electrode portions 200B and 200B ', the second segment 2
9-1b and 29′-1b correspond to the third electrode portion 200C and 200C ′ and the third segment 29.
-1c and 29'-1c correspond.

【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。
Similar to the above-mentioned first example, the electrode portions 200A, 200B, 200C and 20 of the gyro rotor 20 are respectively.
0A ', 200B', and 200C 'are arranged concentrically with respect to each corresponding segment of the electrostatic support electrode, but at the same time are arranged radially inward or outward.

【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。
For example, the first electrode portions 200A, 200A 'of the gyro rotor 20 are arranged radially inward with respect to the first segments 29-1a, 29'-1a of the first pair of electrostatic support electrodes, or The second electrode portions 200B and 200B 'are arranged so as to be offset outward, and the second electrode portions 200B and 200B' are arranged in the second segment 29-.
1b and 29'-1b are arranged so as to be biased inward or outward in the radial direction, and the third electrode portions 200C and 20C are provided.
0C 'is arranged so as to be offset radially inward or outward with respect to the third segments 29-1c, 29'-1c.

【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。
As shown in FIG. 8, the electrode portions 200A, 200B, 200C, 200A 'and 2 of the gyro rotor 20 are arranged.
The case where each of 00B ′ and 200C ′ is arranged radially inward of each of the corresponding segments of the electrostatic support electrodes of the first pair will be described. For example, gyro rotor 2
The inner diameters of the first electrode portions 200A, 200A ′ of 0 are smaller than the inner diameters of the corresponding first segments 29-1a, 29′-1a, and the outer diameters of the first electrode portions 200A, 200A ′ are the corresponding first portions. Is smaller than the outer diameter of the segments 29-1a and 29'-1a. Similarly, the second electrode portions 200B and 200B ′ of the gyro rotor 20 and the third electrode portion 200
Each of the inner diameters of C and 200C 'corresponds to the corresponding second segment 29-1b, 29'-1b and third segment 29.
-1c, 29'-1c smaller than the inner diameter of each of the second electrode portion 200B, 200B 'and the third electrode portion 200
Each of the outer diameters of C and 200C 'corresponds to the corresponding second segment 29-1b, 29'-1b and third segment 29.
-1c, 29'-1c smaller than each of the outer diameter.

【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。
Electrode portions 200A, 2 of the gyro rotor 20
00B, 200C, 200A ', 200B', 200
The same is true if each of C'is located radially outward of each of the corresponding segments of the first pair of electrostatic support electrodes. Further, the electrode portion of the gyro rotor 20 and the electrostatic support electrodes 29-2, 29 'of the second, third and fourth pairs.
The positional relationship between -2, 29-3, 29'-3, 29-4, and 29'-4 is also the same.

【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。
Thus, by arranging the electrode portions of the gyro rotor 20 inwardly or outwardly in the radial direction with respect to the segments of the electrostatic support electrodes of the first pair,
Due to the same operation as described with reference to the first example, the forces Fx1 and Fx3 acting on the gyro rotor 20 radially outward or inward are generated, and the magnitudes thereof increase.

【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。
Further, the gyro rotor 20 has a plurality of electrode portions 200A, 200B, 200C, 200A ', 200.
By providing B ', 200C' and correspondingly dividing the electrostatic support electrode into a plurality of segments, the storage between the gyro rotor 20 and the electrostatic support electrode when the gyro rotor 20 is displaced in the radial direction. rate of change of electrical energy (E = CV 2/2) to be increases. The rate of change of such electrical energy increases substantially in proportion to the number of divided electrode parts and the number of segments. Therefore, by increasing the number of divisions, it is possible to increase the magnitude of the forces Fx1 and Fx3 that act radially outward on the gyro rotor 20.

【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。
A third example of the gyro device of the present invention will be described with reference to FIG. This example is a modification of the second example of the gyro device shown in FIG. According to this example, the gyro rotor 20 includes a disk-shaped member 20G made of an insulating material,
The electrode portion 20 is provided on the upper surface and the lower surface of the disc-shaped member 20G.
2A, 202B, 202C, 202D and 202A ',
202B ', 202C', 202D 'are attached.

【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。
Although any insulating material may be used for the disk-shaped member 20G, a transparent material such as quartz glass is preferably used. When a transparent insulating material is used for the disk-shaped member 20G, a window for displacement detection may be provided in the central electrode portions 202D and 202D ′ instead of providing the central hole 20A for displacement detection.

【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。
The electrode portion is formed by vapor deposition, ion plating,
It may be produced by any desired thin film production technique such as photofabrication. Further, such an electrode portion is made of titanium,
It may be composed of a thin film made of a metal such as aluminum.

【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。
The outer diameter of the gyro rotor 20 is, for example, 5
It may be less than or equal to mm and its thickness may be less than or equal to 0.1 mm. The metal thin film electrode portion may have a thickness of 1 μm or less. The mass of the gyro rotor 20 may be, for example, 10 milligrams or less.

【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。
As shown in the figure, the gyro case 21 is provided with a plurality of fan-shaped electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4 and 29'-1 to 29'-4 above and below the gyro rotor 20. ing. Such electrostatic supporting electrodes 29-1 to 29-
4, 29'-1 to 29'-4 may be the same as the electrostatic supporting electrodes of the second example shown in FIG.

【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。
Preferably, each of the upper surface electrode portions 202A, 202B, 202C and 202D of the gyro rotor 20 has a corresponding lower surface electrode portion 202A ', 202B', 20.
It is electrically connected to each of 2C 'and 202D'. Thereby, the electrode portions 202A-202A ′, 202 of each pair are
B-202B ', 202C-202C', 202D-2
02D 'can be maintained at the same potential. As described below, all electrode portions on the upper surface and the lower surface of the gyro rotor 20 may be electrically connected.

【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。
FIG. 9B shows the electrode portion mounted on the lower surface of the gyro rotor 20. Such an electrode part includes three concentric annular electrode parts 202A ′, 202B ′, 202C ′ and one center electrode part 202D ′, and an annular non-electrode part 202a ′, 202b ′, 202c between adjacent electrode parts. 'Is formed. Three annular electrode parts 202A ′, 202
B'and 202C 'constitute a restraint control system and a center position control system.

【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。
The center electrode portion 202D 'is, as described above,
A rotor drive motor of the rotor drive system 100 is configured.
By generating an eddy current inside thereof, a torque for rotating the gyro rotor 20 is generated. The center electrode portion 202D 'may be circular as shown, or may be any suitable shape.

【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。
Two adjacent electrode portions 202A 'and 20
2B ', 202B' and 202C ', 202C' and 2
02D 'is a radial connecting portion 202 between the electrode portions.
It is connected by A'-1, 202B'-1, and 202C'-1. Thus, the electrode parts 202A ′, 202B ′, 202 mounted on the lower surface of the gyro rotor 20
C'and 202D 'are electrically connected.

【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。
The electrode portions 202A, 202B, 202C and 202D mounted on the upper surface of the gyro rotor 20 are electrode portions 202A ', 202B' and 202 mounted on the lower surface.
It has the same configuration as C ′ and 202D ′.

【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。
The electrode parts 202A, 202B, 202C and 202D mounted on the upper surface of the gyro rotor 20 are connected to the electrode parts 202A ', 202B' and 202D mounted on the lower surface.
It is electrically connected to C ′ and 202D ′. For example, the connecting portion 204 is formed on the inner surface of the central hole A of the gyro rotor 20 or the connecting portion 203 is formed on the outer circumferential surface of the gyro rotor 20.
A may be formed so that they are electrically conductive.

【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。
Next, the electrode portions 202A, 202B, 202C mounted on the upper surface of the gyro rotor 20 and the electrostatic supporting electrodes 29- disposed correspondingly to the gyro case 21-
1 to 29-4 and the electrode parts 202A ′, 202B ′, 20 mounted on the lower surface of the gyro rotor 20.
The positional relationship between 2C 'and the electrostatic support electrodes 29'-1 to 29'-4 arranged on the gyro case 21 corresponding thereto will be described.

【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。
The positional relationship between the electrostatic support electrode of the gyro case 21 and the electrode portion of the gyro rotor 20 is the same as that in the case of the second example shown in FIG. That is, the gyro rotor 2
0 electrode parts 202A, 202B, 202C and 202
A ', 202B', 202C 'and corresponding electrostatic supporting electrodes 29-1 to 29 arranged in the gyro case 21.
-4 and 29'-1 to 29'-4 have radial dimensions corresponding to each other and are arranged at radial positions corresponding to each other.

【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。
Electrode portions 202A, 2 of the gyro rotor 20
02B, 202C and 202A ', 202B', 202
C'is the electrostatic support electrode 29'-1 of the gyro case 21.
.About.29'-4 are arranged concentrically with respect to .about.29'-4, but at the same time, are arranged radially inward or outward.

【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。
For example, the electrode portion 20 of the gyro rotor 20
2A, 202B, 202C and 202A ', 202
The positional relationship between B ′ and 202C ′ and the first pair of electrostatic support electrodes will be described. First electrode part 20 of gyro rotor 20
2A and 202A 'correspond to the first segments 29-1a and 29'-1a of the first pair of electrostatic support electrodes. Similarly, for the second electrode portions 202B, 202B ', the second segment 29 of the first pair of electrostatic support electrodes is provided.
-1b and 29'-1b correspond to the third electrode portion 2
The second segment 29-1c, 29'-1c of the first pair of electrostatic support electrodes corresponds to 02C, 202C '.

【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。
As shown in FIG. 9, for example, the electrode parts 202A, 202B, 202 mounted on the gyro rotor 20 are mounted.
Each of C and 202A ', 202B', 202C 'will be described as being located radially inward of each corresponding segment of the first pair of electrostatic support electrodes.
First electrode portions 202A, 202 of the gyro rotor 20
The inner diameter of A'corresponds to the corresponding first segment 29-1a,
29'-1a smaller than the inner diameter of the first electrode portion 202
The outer diameter of A, 202A 'is smaller than the outer diameter of the corresponding first segment 29-1a, 29'-1a.

【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。
Similarly, the second electrode portions 202B and 202B 'and the third electrode portions 202C and 20C of the gyro rotor 20 are also included.
Each of the 2C ′ inner diameters has a corresponding second segment 29-1b, 29′-1b and third segment 29
-1c, 29'-1c smaller than the inner diameter of each of the second electrode portion 202B, 202B 'and the third electrode portion 202
Each of the outer diameters of C and 202C 'is smaller than the outer diameter of the corresponding second segment 29-1b, 29'-1b and third segment 29-1c, 29'-1c.

【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。
Electrode portions 200A, 2 of the gyro rotor 20
00B, 200C and 200A ', 200B', 200
The same is true if each of C'is located radially outward of each of the corresponding segments of the first pair of electrostatic support electrodes. Further, the electrode portion of the gyro rotor 20 and the electrostatic support electrodes 29-2, 29 'of the second, third and fourth pairs.
The positional relationship between -2, 29-3, 29'-3, 29-4, and 29'-4 is also the same.

【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。
Thus, by arranging the electrode portions of the gyro rotor 20 inwardly or outwardly in the radial direction with respect to the segments of the electrostatic support electrodes of the first pair,
By the same operation as described with reference to the first and second examples, the forces Fx1 and Fx3 acting radially outward or inward with respect to the gyro rotor 20 are generated, and the magnitude thereof is increased. To do.

【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。
As shown in FIG. 9A, an annular spacer 23 is inserted between the upper bottom member 22 and the lower bottom member 24 so as to surround the gyro rotor 20. Spacer 2
Reference numeral 3 has an annular support member 23G and adjustment films 23A and 23A 'mounted on both surfaces thereof. The spacer 23 may be manufactured simultaneously with the gyro rotor 20 or by a similar method, as will be described later. In such a case, the spacer 2
The annular support member 23G of No. 3 is made of the same insulating material as the disk-shaped member 20G of the gyro rotor 20, and the adjustment films 23A and 23A 'of the spacer 23 are made of a metal thin film like the electrode portion of the gyro rotor 20. . As a result, the spacer 23 and the gyro rotor 20 can be manufactured to have exactly the same thickness.

【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。
An annular gap adjusting ring 22G may be attached to the upper bottom member 22 corresponding to the spacer 23,
An annular gap adjusting ring 24G may be attached to the lower bottom member 24 so as to correspond to the spacer 23. The gap adjusting rings 22G and 24G may be metal thin films similarly formed by using a thin film forming technique.

【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。
By adjusting the thickness of the gap adjusting rings 22G, 24G when assembling the gyro device, or by adjusting both the gap adjusting rings 22G, 24G and the adjusting films 23A, 23A 'of the spacer 23. , Gyro rotor 20 and gyro case 21
The gap between them is set to the optimum value. In this way, the gap adjusting rings 22G and 24G and the adjusting films 23A and 23
Instead of separately forming A ′, the gap adjusting ring 22G of the upper bottom member 22 and the adjusting film 2 on the upper side of the spacer 23 are formed.
3A may be integrally configured, and the gap adjustment ring 22G of the upper bottom member 22 and the adjustment film 23A on the upper side of the spacer 23 may be integrally configured.

【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。
As shown in FIG. 9B, the spacer 23 has stopper portions 23-1 to 23-4. The radial displacement of the gyro rotor 20 is limited by the stopper portion. The gap between the tips of the stoppers 23-1 to 23-4 and the outer edge of the gyro rotor 20 is set appropriately.
In this example, the stopper portions 23-1 to 23-4 are configured as a plurality of protrusion portions that protrude inward in the radial direction, but may be formed in an annular shape.

【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。
Next, with reference to FIG. 10, a method of manufacturing the gyro device of this embodiment, particularly a method of manufacturing the gyro rotor 20, will be described. The gyro rotor 20 and the spacer 23 are preferably manufactured in the same or a series of steps. First, a thin plate material 21 made of a transparent insulating material such as quartz glass.
Prepare 0. The plate member 210 may be rectangular as shown in the drawing, and usually has a size large enough to cut out the plurality of gyro rotors 20 and the spacers 23 from one plate member.

【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。
Next, the metal thin film electrodes 202A, 202B, 202C, and
202D and 202A ', 202B', 202C ', 2
02D 'and the adjustment films 23A and 23A' are formed.

【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。
According to this example, since the metal thin film is mounted on the transparent plate material 210, the self-aligned exposure method becomes possible. According to the self-alignment exposure method, first, the plate material 210
The electrode portions 202A, 202B, 202C, 2 are provided on one surface of
02D and the adjustment film 23A are formed. Next, the plate material 210
The electrode portion 2 already formed by applying a photosensitizer to the other surface of the
02A, 202B, 202C, 202D and adjustment film 23
Exposure from the A side. Lithographic techniques can be used here. Thereby, the electrode portions 202A ′, 202B ′, 202C ′, 202D ′ and the adjustment film 23A ′ are formed on the other surface of the plate material 210. According to the self-alignment exposure method, the same shape can be accurately and concentrically drawn on both sides.

【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。
The adjustment films 23A and 23A 'are used for the electrode portion 20.
It may be formed separately from 2A, 202B, 202C, 202D or by a different material. Next, the gyro rotor 20 and the spacer 23 are separated from the plate material 210. The order of separation is not limited. For example, first, the gyro rotor 20 is cut along the outer circumference thereof to separate the gyro rotor 20. Next, the inner circumference of the spacer 23 and the stopper 23-
The spacers 23 are separated by cutting along 1 to 23-4 and further along the outer periphery. Such cutting may be done, for example, by etching.

【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。
Next, a metal thin film connecting portion for electrically connecting the electrode portions 202A, 202B, 202C, 202D on the upper surface of the gyro rotor 20 and the electrode portions 202A ', 202B', 202C ', 202D' on the lower surface. 203A and / or 204 are formed. The connecting portion 203A and / or
Alternatively, 204 may be formed by any suitable thin film formation technique.

【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。
Finally, the electrode parts 202A, 202B, 202
C, 202D and 202A ', 202B', 202
The surface of C ′, 202D ′, 203A and / or 204 is oxidized to form an insulating film. With such an insulating film, the electrode portions 202A and 202B of the gyro rotor 20 are
202C, 202D and 202A ', 202B', 20
2C 'and 202D' are insulated from the electrostatic supporting electrodes 29-1 to 29-4 and 29'-1 to 29'-4 on the gyro case 21 side, and a capacitor is formed between them. The insulating film protects the electrode portion and prevents the gyro rotor 20 from adhering to the gyro case 21.

【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。
Thus, according to this example, the gyro rotor 2
Electrode portions 202A, 202B, 20 formed on the upper surface of 0.
2C, 202D and an electrode portion 202A 'formed on the lower surface,
202B ', 202C', 202D 'with high accuracy,
They can be formed concentrically and in the same shape. Further, since the spacer 23 is manufactured in the same process using the same raw material as that of the gyro rotor 20, the positional relationship between the spacer 23 and the gyro rotor 20 when the gyro device is assembled is as shown in FIG. 210 includes electrode portions 202A, 202B, 202C, 202D and 2
02A ′, 202B ′, 202C ′, 202D ′ and the adjustment films 23A, 23A ′ can be reproduced in the same positional relationship.

【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。
Therefore, in the assembled gyro device, it is possible to easily and accurately set the interval between the tip end portions of the stopper portions 23-1 to 23-4 of the spacer 23 and the outer periphery of the gyro rotor 20.

【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。
According to the present example, the electrode parts 202A, 202B, 202C, 2 formed on both surfaces of the gyro rotor 20.
02D and 202A ', 202B', 202C ', 20
Since 2D ′ is clearly separated by the surrounding insulating portion, the amount of change in electrical energy (E = CV 2 ) with respect to the displacement of the gyro rotor 20 becomes large, and a large position control force can be generated, and the dynamic force can be generated. A wide range sensor can be provided.

【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。
According to this example, since the gyro rotor 20 forms the electrode portion by forming the metal thin film on the transparent insulating material by using the thin film forming technique, the gyro rotor 2
The electrode portions on both sides of 0 can be formed concentrically and symmetrically to each other.

【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。
Further, according to this example, since the electrode portion of the gyro rotor 20 is formed by forming a metal thin film using a thin film forming technique, an extremely thin and lightweight gyro rotor 20 can be manufactured.

【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。
Although the embodiments of the present invention have been described above in detail, those skilled in the art will understand that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments and various other configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention. Easy to understand.

【0151】[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。
According to the present invention, since the gyro rotor 20 is formed in a disk shape, there is an advantage that a gyro device having a low manufacturing cost and high accuracy can be obtained.

【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。
According to the present invention, since the gyro rotor 20 is formed in a disk shape and a single crystal metal such as silicon (silicon) can be used, a highly accurate gyro device that is not affected by temperature change or aging change is provided. There is an advantage that can be.

【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。
According to the present invention, since the gyro rotor 20 is formed in a disc shape and single crystal metal such as silicon can be used, there is an advantage that it can be mass-produced by a lithography technique or the like.

【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。
According to the present invention, main parts such as the disc-shaped gyro rotor 20, the upper bottom member, the lower bottom member, and the ring-shaped spacer that form the gyro case 21 are manufactured by a mass production technique such as lithography. Therefore, there is an advantage that a gyro device with low manufacturing cost can be provided.

【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。
According to the present invention, the gyro rotor 20 is manufactured by forming a metal thin film electrode on the disk-shaped member 20G made of an insulating material by a thin film forming technique. There is an advantage that it can be manufactured accurately and efficiently.

【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。
According to the present invention, the gyro rotor 20 is manufactured by forming a metal thin film electrode on the disk-shaped member 20G made of an insulating material by a thin film forming technique. Since it can be composed of small segments, it is possible to increase the rate of change of electric energy (E = CV 2 ) stored between the electrode portion of the gyro rotor 20 and the electrostatic support electrode of the gyro case 21. There is.

【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。
According to the present invention, since the gyro rotor 20 is manufactured by forming the metal thin film electrodes on the disk-shaped member 20G made of a transparent insulating material by the thin film forming technique, the self-aligned exposure method is used. Thus, there is an advantage that the electrodes on both sides of the gyro rotor 20 can be formed concentrically and in the same shape.

【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。
According to the present invention, the plate member 2 made of an insulating material is used.
Since the gyro rotor 20 and the spacer 23 can be simultaneously manufactured in the same step or a series of steps by forming a metal thin film electrode and an adjustment film on the thin film 10 by the thin film forming technique, the manufacturing process of the gyro device is performed. There is an advantage that efficiency can be improved.

【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。
According to the present invention, the plate member 2 made of an insulating material is used.
Since the gyro rotor 20 and the spacer 23 can be simultaneously manufactured in the same process or a series of processes by forming a metal thin film electrode and an adjustment film on the thin film 10 by a thin film forming technique, in the assembled gyro device. , There is an advantage that the position of the spacer 23 with respect to the gyro rotor 20 can be accurately set.

【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。
According to the present invention, by dividing the AC voltage applied to the four pairs of electrostatic support electrodes and performing the addition / subtraction calculation,
Since the angular velocities around the X axis and the Y axis are detected, there is an advantage that a gyro device that can detect two accelerations perpendicular to the spin axis can be obtained.

【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。
According to the present invention, by dividing the AC voltage applied to the four pairs of electrostatic support electrodes and performing the addition / subtraction calculation,
Since the acceleration is detected in the spin axis direction (Z axis direction), the X axis direction, and the Y axis direction, it is possible to provide a gyro device having five functions as an inertial sensor.

【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。
According to the present invention, there is an advantage that the displacement of the gyro rotor 20 in the X-axis and Y-axis directions is detected by a simple position detecting device including a light emitting element and a light receiving element.

【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。
According to the present invention, the displacement of the gyro rotor 20 in the X-axis and Y-axis directions is detected by a simple position detecting device including a light emitting element and a light receiving element, and the gyro rotor is made to be zero. Advantageously, the electrostatic force acting on 20 is controlled and the gyro rotor 20 is arranged such that its spin axis is always aligned with the central axis of the gyro device.

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

【図1】本発明のジャイロ装置の第1の例を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a first example of a gyro device of the present invention.

【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。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a restraint control system and a rotor drive system of the gyro device of the present invention.

【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。
FIG. 3 is a diagram showing an example of an X control system and a Y control system of the gyro device of the present invention.

【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。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a bearing action of an electrostatic force of the gyro device.

【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。
FIG. 5 is an X gyro operation unit and X of the gyro device of the present invention.
It is a figure which shows the example of an acceleration calculation part.

【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。
FIG. 6 is a Y gyro operation unit and Y of the gyro device of the present invention.
It is a figure which shows the example of an acceleration calculation part.

【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。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a Z acceleration calculator of the gyro device of the present invention.

【図8】本発明のジャイロ装置の第2の例を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a second example of the gyro device of the present invention.

【図9】本発明のジャイロ装置の第3の例を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing a third example of the gyro device of the present invention.

【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。
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing method of a third example of the gyro device of the present invention.

【図11】従来の静電式ジャイロ装置の例を示す図であ
る。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a conventional electrostatic gyro device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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
1 Gyro rotor 2 Gyro case 3, 3 ', 4, 4', 5, 5'electrode 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 Coil 7 pattern 8-1, 8-2, 8-3 , 8-4 Optical pickup 20 Gyro rotor 20A Hole 20B Center part 20C Electrode part 20G Disc-shaped member 21 Gyro case 22 Upper bottom member 22A, 22A 'hole 22G Adjustment ring 23 Spacer 23-1, 23-2, 23-3 , 23-4 Stopper 23A, 23A 'Adjustment film 24 Lower bottom member 24G Adjustment ring 25 Screw 26 Cavity 27 Light emitting element 28 Light receiving element 29-1, 29-2, 29-3, 29-4 Electrode 29'-1 , 29'-2, 29'-3, 29'-4 Electrodes 30-1, 30-2, 30-3, 30-4 Coil 30'-1, 30'-2, 30'-3, 30'- 4 coil 32 cap 33 get Member 34 pipe 41, 42, 43, 44 transformer 50 X control system 50-1 AC power supply 50-2 arithmetic unit 50-3, 50-4 multiplier 51 X gyro arithmetic unit 51-1, 51-2, 51- 3, 51-4 Dividing unit 51-5, 51-6, 51-7, 51-8 Rectifying unit 51-9, 51-10, 51-11 Subtracting unit 51-12 Computing unit 53 X acceleration computing unit 53- 1, 53-2 Addition unit 53-3 Subtraction unit 60 Y control system 60-1 AC power supply 60-2 Calculation unit 60-3, 60-4 Multiplier 61 Y Gyro calculation unit 61-1, 61-2, 61- 3, 61-4 Dividing unit 61-5, 61-6, 61-7, 61-8 Rectifying unit 61-9, 61-10, 61-11 Subtracting unit 61-12 Computing unit 63 Y Acceleration computing unit 63- 1, 63-2 Adder 63-3 Subtractor 73 Z acceleration calculation 73-1, 73-2 addition part 73-3 subtraction part 100 rotor drive system 101 drive power supply 200A, 200B, 200C electrode part 200A ', 200B', 200C 'electrode part 202A, 202B, 202C, 202D electrode part 202A' , 202B ', 202C', 202D 'electrode part 210 plate material

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年8月4日[Submission date] August 4, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0137[Name of item to be corrected] 0137

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【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’
一体的に構成してもよい。
By adjusting the thickness of the gap adjusting rings 22G, 24G when assembling the gyro device, or by adjusting both the gap adjusting rings 22G, 24G and the adjusting films 23A, 23A 'of the spacer 23. , Gyro rotor 20 and gyro case 21
The gap between them is set to the optimum value. In this way, the gap adjusting rings 22G and 24G and the adjusting films 23A and 23
Instead of separately forming A ′, the gap adjusting ring 22G of the upper bottom member 22 and the adjusting film 2 on the upper side of the spacer 23 are formed.
3A may be integrally configured, and the gap adjustment ring 24G of the lower bottom member 24 and the lower adjustment film 23A ′ of the spacer 23 may be integrally configured.

───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Isao Masawa 2-16-46 Minami Kamata, Ota-ku, Tokyo Within Tokimec Co., Ltd. (72) Inventor Shigeru Nakamura 2-16-46 Minami-Kamata, Ota-ku, Tokyo In Tokimec Co., Ltd. (72) Inventor Kazuaki Tani 2-16-46 Minami Kamata, Ota-ku, Tokyo In Tokimec Co., Ltd.

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. An acceleration detection type gyro device comprising: a gyro rotor that rotates at high speed around a spin axis; and a gyro case that accommodates the gyro rotor supported in a non-contact manner by electrostatic supporting force inside. The gyro rotor is formed in a disk shape and has electrode portions on both sides along the circumferential direction, and the gyro rotor has a plurality of electrode portions on both sides corresponding to and spaced from the electrode portions on both sides, respectively. 4 pairs of electrostatic electrodes arranged at 90 ° angular intervals to each other, and displacement of the gyro rotor with respect to the two gyro cases in the two radial directions orthogonal to the central axis of the gyro case and orthogonal to each other are detected. A displacement detection device, a rotor drive system for rotating the gyro rotor at high speed around the spin axis, the four pairs of electrostatic electrodes, and A gyro rotor including an electrode part of the gyro rotor, and a constraint control system for constraining displacement of the gyro rotor in a direction along the central axis, the four pairs of electrostatic electrodes, and the displacement detection device. And a center position control system for controlling so as to match the center axis with the gyro device.
【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。
2. The gyro device according to claim 1,
The rotor driving system corresponds to the electrode portions on both sides of the gyro rotor and the electrode portions on both sides of the gyro rotor, respectively, and is separated from the electrode portions on both sides of the gyro case at an angular interval of 90 ° to each other in the gyro case. A gyro device including four pairs of coils arranged.
【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。
3. The gyro device according to claim 1, wherein the restraint control system includes the electrode portion of the gyro rotor and the four pairs when the gyro rotor is biased with respect to the gyro case along the central axis. A gyro device configured to generate a force for reducing the bias of the gyro rotor by an electrostatic force caused by a change in a gap between the gyro rotor and the electrostatic electrode.
【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。
4. The gyro device according to claim 1, 2 or 3, wherein an inner diameter and an outer diameter of the electrostatic electrode are larger than an inner diameter and an outer diameter of an electrode portion of the gyro rotor, whereby the electrostatic electrode is attached to the gyro. It is arranged radially outwardly offset with respect to the electrode portion of the rotor, or the inner diameter and outer diameter of the electrostatic electrode are smaller than the inner diameter and outer diameter of the electrode portion of the gyro rotor, whereby the electrostatic electrode is The gyro rotor is arranged so as to be biased radially inward with respect to the electrode portion of the gyro rotor, whereby the center position control system generates a force for aligning the gyro rotor with the center axis. apparatus.
【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。
5. The gyro device according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the gyro rotor includes a disk-shaped member made of an insulating material and metal thin film electrode parts mounted on the upper and lower surfaces thereof. Characteristic gyro device.
【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。
6. The gyro device according to claim 5,
A gyro device, wherein the electrode portion of the gyro rotor is formed by a thin film forming technique such as vapor deposition, ion plating, and photofabrication.
【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。
7. A gyro device according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the electrode portions on each surface of the gyro rotor have a plurality of concentrically arranged annular portions and the annular portions are electrically connected. A gyro device including a connection portion that is physically connected.
【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。
8. The gyro device according to claim 7,
A gyro device, wherein an electrode portion on a lower surface corresponding to an electrode portion on an upper surface of the gyro rotor is electrically connected by a connecting portion.
【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。
9. The gyro device according to claim 7, wherein the electrostatic electrode includes a plurality of concentrically arranged annular parts and a connecting part electrically connecting the annular parts. A gyro device, wherein each of the annular portions of the electrode is arranged corresponding to each of the annular portions of the electrode portion of the gyro rotor.
【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。
10. The gyro device according to claim 1, wherein the gyro case surrounds the outer circumference of the gyro rotor and is spaced apart from the outer circumference of the gyro rotor in order to limit radial displacement of the gyro rotor. A gyro device having a stopper provided therein.
【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。
11. The gyro device according to claim 10, wherein the stopper is formed as a plurality of protrusions protruding in a radial direction from an annular spacer.
【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。
12. The gyro device according to claim 11, wherein the annular spacer and the stopper include the same insulating material as the gyro rotor and metal thin films formed on both surfaces thereof by a thin film forming technique. Gyro device.
【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。
13. The gyro device according to claim 12, wherein the annular spacer and the stopper are configured to have the same thickness as the gyro rotor.
【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。
14. The gyro device according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the gyro rotor is made of a conductive material, and an electrode portion of the gyro rotor is divided into a plurality of annular parts by circumferential dividing lines. A gyro device including the electrode part of.
【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。
15. The gyro device according to claim 14, wherein the gyro rotor is made of single crystal silicon.
【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。
16. The gyro device according to claim 14, wherein the electrostatic electrode includes a plurality of concentrically arranged annular portions and a connecting portion electrically connecting the annular portions,
A gyro device, wherein each of the annular portions of the electrostatic electrode is arranged corresponding to each of the annular portions of the electrode portion of the gyro rotor.
【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。
17. The gyro device according to claim 1, wherein the displacement detection device has a hole formed at a central position of the gyro rotor and the gyro case on both sides of the hole corresponding to the hole. A gyro device having a light emitting element and a light receiving element which are arranged at corresponding positions.
【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。
18. The gyro device according to claim 1, wherein the electrostatic electrode is arranged on an inner surface of the gyro case.
【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。
19. A method of manufacturing a gyro device including a thin disk-shaped gyro rotor and a gyro case accommodating the gyro rotor, wherein a metal thin film electrode is formed on both sides of a thin plate made of an insulating material by a thin film forming technique. And manufacturing a gyro rotor by cutting the plate material into a circular shape, and manufacturing the gyro device.
【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。
20. The method of manufacturing a gyro device according to claim 19, wherein an annular spacer of a metal thin film and a plurality of stoppers protruding inward in the radial direction from the spacer are formed on both surfaces of the plate material by a thin film forming technique. Forming the stopper so as to surround the electrode and spaced apart from the electrode, and cutting out the spacer and the stopper portion from the plate material to manufacture the spacer and the stopper as an integral member. Method of manufacturing gyro device.
【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。
21. The method of manufacturing a gyro device according to claim 20, wherein the gyro rotor is arranged such that a distance between each of the tips of the stopper and an outer peripheral portion of the gyro rotor is the same. As possible, disposing the spacer between an upper bottom member and a lower bottom member forming the gyro case, the method of manufacturing a gyro device.
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