JP4046805B2 - 電界補償装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は互いに向かい合った電極によって構成されるコンデンサの静電力によって駆動力を得るように構成された装置に関し、特に、コンデンサによる静電力を改善するための電界補償機構に関する。
【0002】
本発明は電界補償機構を備えた振動型ジャイロ装置及び線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータ装置に関する。
【0003】
【従来の技術】
互いに向かい合った2つの電極間に電圧を印加すると、コンデンサが構成され、両者間に静電力又は静電吸引力が生ずる。この静電力又は静電吸引力を駆動力として利用する装置が知られている。例えば、ジャイロロータを静電力によって浮動的に支持し駆動する加速度検出型ジャイロ装置、音叉の振動部を静電力によって振動させる振動型ジャイロ装置、可動部を静電力によって駆動する線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータ装置等である。
【0004】
これらの装置では、各電極は互いに平行な多数の細長い帯状に形成されている。これらの細長い帯状部は線状又は湾曲状に延在している。これらの対応する2つの電極は互いに偏倚して配置され、2つの電極の重なりあった部分がコンデンサを構成する。2つの電極間に電圧を印加することによって、電極を横方向に移動させるための駆動力が生成される。
【0005】
図9〜図15を参照して従来の振動型ジャイロ装置の例を説明する。この振動型ジャイロ装置の例は、本願出願人と同一の出願人によって平成8年1月16日に出願された特願平8−5177号(T9500143)に開示されたものであり、詳細は同出願を参照されたい。
【0006】
図9は従来の振動型ジャイロ装置の外観を示す。この振動型ジャイロ装置は、2つのカバー部材10A、10Bとその間に挟まれた基板20とを含む。カバー部材10A、10B及び基板20は薄い板状部材より構成され、振動ジャイロ装置は全体として薄い直方体をなしている。
【0007】
図示のように、振動型ジャイロ装置の長手方向にX軸、厚さ方向にY軸、幅方向にZ軸をとる。また座標軸の原点Oを直方体の中心位置にとる。主面はXZ面に平行となる。
【0008】
基板20は音叉を有し、この音叉は1対の音叉部分20−1、20−2(一方のみ図示)よりなる。この2つの音叉部分20−1、20−2はXZ平面に沿って且つZ軸に対して対称に配置されている。従ってこの振動型ジャイロ装置ではZ軸が音叉軸である。カバー部材10A、10Bの内面にはそれぞれ電極(一部100A−1、100A−2のみ図示)が形成されている。尚、各部の寸法及び材質については後に説明する。
【0009】
図10、図11及び図12を参照して基板20の構造を説明する。図10は図9の線10−10に沿った断面構成を示し、図11は図9の線11−11(図10の線11−11)に沿った断面図であり、基板20の平面構成を示す。基板20はZ軸に対して又はYZ面対して左右対称な形状を有する。基板20の両面には長方形の浅い凹部20Aが形成され、斯かる凹部20Aの底面に1対の音叉部分20−1、20−2が形成されている。図示のように、凹部20Aの底面にE字形の貫通孔20aと1対のコの字形の貫通孔20b、20cが形成されており、それによって2つの音叉部分20−1、20−2が形成されている。
【0010】
図12に一方の音叉部分20−1の構造を示す。2つの音叉部分20−1、20−2の構造は同一であり、他方の音叉部分20−2の構造の説明は省略する。この第1の音叉部分20−1は中心軸線O−Oを有する。また、説明の都合上、本明細書にて、中心軸線O−Oを含みYZ面に平行な面を中心軸面O−Oと称する。
【0011】
第1の音叉部分20−1は、中心軸線又は中心軸面O−Oに対して対称な形状を有する。音叉部分20−1はコの字形の支持部21a、21b、21cとその間に配置された振動部201とを有する。コの字形の支持部21a、21b、21cは両側の互いに平行な脚部21a、21bと両者を接続している接続部21cとを有し、振動部201は接続部21cに接続されている。
【0012】
こうして、振動部201は2つの脚部21a、21bによって片持ち支持されており、従って音叉部分20−1は片持ち支持構造を有する。
【0013】
次に、再び図10及び図11を参照して第1の音叉部分20−1の振動部201の形状を詳細に説明する。図11に示すように、第1の振動部201の上面及び下面にはそれぞれ多数の細長い溝201a−1、201a−2及び201b−1、201b−2が形成されている。これらの細長い溝の両側に形成された細長い突起部分は電極部を構成している。
【0014】
図10に示すように、第1の振動部201の上面には細長い電極部201A−1、201A−2が形成され、第1の振動部201の下面には細長い電極部201B−1、201B−2が形成されている。図示のように、これらの電極部201A−1、201A−2及び電極部201B−1、201B−2は、中心軸線O−Oに平行に且つ中心軸面の両側に対称的に配置されている。
【0015】
第2の音叉部分20−2の振動部202の構造も同様である。即ち、第2の振動部202の上面には細長い電極部202A−1、202A−2が形成され、振動部202の下面には細長い電極部202B−1、202B−2が形成されている。これらの電極部202A−1、202A−2及び電極部202B−1、202B−2は、中心軸線O−Oに平行に且つ中心軸面の両側に対称的に配置されている。
【0016】
図13を参照してカバー部材10Bの構造を説明する。尚、2つのカバー部材10A、10Bの構造は同一であり、他方のカバー部材10Aの構造の説明は省略する。カバー部材10Bの内面には細長い電極101B−1、101B−2及び102B−1、102B−2が形成されている。
【0017】
第1の電極101B−1、101B−2は図示のように中心軸面O−Oの両側に対称的に配置されており、第2の電極102B−1、102B−2も中心軸面O−Oの両側に対称的に配置されている。図10に示すように、他方のカバー部材10Aの内面にも、同様に、第1の電極101A−1、101A−2及び第2の電極102A−1、102A−2が配置されている。
【0018】
次に図10、図13及び図14を参照して、2つの音叉部分20−1、20−2に形成された電極部201A−1、201A−2、201B−1、201B−2及び202A−1、202A−2、202B−1、202B−2と2つのカバー部材10A、10Bの内面に配置された電極101A−1、101A−2、101B−1、101B−2及び102A−1、102A−2、102B−1、102B−2との間の相対的位置関係を説明する。
【0019】
ここでは、第1の音叉部分20−1の電極部201A−1、201A−2、201B−1、201B−2と2つのカバー部材10A、10Bの内面に配置された第1の電極101A−1、101A−2、101B−1、101B−2の間の相対的位置関係を説明する。
【0020】
第1の音叉部分20−1の上側の電極部201A−1、201A−2と上側のカバー部材10Aの内面に配置された電極101A−1、101A−2が対応している。第1の音叉部分20−1の下側の電極部201B−1、201B−2と下側のカバー部材10Bの内面に配置された電極101B−1、101B−2が対応している。これは図13の破線によって示されている。
【0021】
上述のように、第1の音叉部分20−1の電極部201A−1、201A−2及び201B−1、201B−2は中心軸面に対して両側に対称的に配置され、カバー部材10A、10Bの電極101A−1、101A−2及び101B−1、101B−2は中心軸面に対して両側に対称的に配置されている。
【0022】
従って第1の音叉部分20−1の外側の電極部201A−1、201B−1とカバー部材10A、10Bの外側の電極101A−1、101B−1がそれぞれ対応し、第1の音叉部分20−1の内側の電極部201A−2、201B−2とカバー部材10A、10Bの内側の電極101A−2、101B−2がそれぞれ対応している。
【0023】
図10及び図13に示すように、音叉部分20−1、20−2の電極部201A−2〜202B−2とカバー部材10A、10Bの電極101A−1〜102B−2の各々は多数の細長い帯状部を含み、これらの帯状部の各々のX軸方向の幅寸法及びピッチは全て同一である。
【0024】
例えば、第1の音叉部分20−1の外側の電極部201A−1、201B−1を構成する帯状部の各々及びカバー部材10A、10Bの外側の電極101A−1、101B−1を構成する帯状部の各々は、中心軸面に対して同一ピッチにて配置されている。同様に、第1の音叉部分20−1の内側の電極部201A−2、201B−2を構成する帯状部の各々及びカバー部材10A、10Bの内側の電極101A−2、101B−2を構成する帯状部の各々は、中心軸面に対して同一ピッチにて配置されている。
【0025】
カバー部材10A、10Bのそれぞれ第1の電極101A−1、101A−2、101B−1、101B−2は、対応する第1の音叉部分20−1の電極部201A−1、201A−2及び201B−1、201B−2に対して、それぞれ中心軸面O−Oに対して外側に偏倚して配置されている。カバー部材10A、10Bのそれぞれ第2の電極102A−1、102A−2、102B−1、102B−2は、対応する第2の音叉部分20−2の電極部202A−1、202A−2及び202B−1、202B−2に対して、それぞれ中心軸面O−Oに対して外側に偏倚して配置されている。
【0026】
図14を参照して説明する。図14には、第1の音叉部分20−1の外側の電極部201A−1、201B−1を構成する帯状部とそれに対応したカバー部材10A、10Bの第1の電極のうち外側の電極101A−1、101B−1を構成する帯状部を示す。斯かる帯状部のX軸方向のピッチpは帯状部のX軸方向の幅tの2倍、即ち、p=2tである。また第1の音叉部分20−1の電極部201A−1、201B−1に対するカバー部材10A、10Bの電極101A−1、101B−1のX軸方向の偏倚量Δxは帯状部の幅tの半分、即ち、Δx=t/2である。
【0027】
【数1】
p=2t
Δx=t/2
【0028】
尚、上述の例では、カバー部材10A、10Bのそれぞれ第1の電極101A−1、101A−2、101B−1、101B−2は、対応する第1の音叉部分20−1の電極部201A−1、201A−2及び201B−1、201B−2に対して、それぞれ中心軸面O−Oに対して外側に偏倚して配置されているが、内側に偏倚して配置されてもよい。斯かる場合、カバー部材10A、10Bのそれぞれ第2の電極102A−1、102A−2、102B−1、102B−2は、対応する第2の音叉部分20−2の電極部202A−1、202A−2及び202B−1、202B−2に対して、それぞれ中心軸面O−Oに対して内側に偏倚して配置される。
【0029】
次に図12を参照して従来の振動型ジャイロ装置の機能を説明する。この振動型ジャイロ装置は、Z軸周りの入力角速度Ωを検出するように構成されている。2つ音叉部分20−1、20−2の振動部201、202はXZ平面上にてX軸方向に沿って互いに反対方向±Vに変位するように振動される。振動型ジャイロ装置にZ軸周りの入力角速度Ωが作用すると、各音叉部分20−1、20−2の振動部201、202にY軸方向のコリオリ力±FC が発生する。
【0030】
2つの振動部201、202の振動方向は互いに反対であるから、各振動部201、202に作用するコリオリ力FC は互いに反対である。従って2つのコリオリ力FC は偶力となる。コリオリ力FC によって2つの音叉部分20−1、20−2はY軸方向に沿って交番振動する。この交番振動の変位を検出することによって入力角速度Ωが検出される。
【0031】
振動部201の質量及びその重心位置を適当に選択することによって、支持部21a、21bが撓んでも、振動部201の中心軸線O−Oは常にZ軸に平行に維持される。即ち、振動部201の重心が振動によってX軸方向に変位してもまたコリオリ力によってY軸方向の変位しても、振動部201はX軸方向又はY軸方向の直線変位だけとなり、中心軸線O−Oは常にZ軸に平行に維持される。
【0032】
音叉部分20−1の中心軸線O−Oは常に音叉軸即ち、Z軸に平行であり、従って、振動部201の電極部201A−1〜201B−2を構成する帯状部の各々とそれに対応する2つのカバー部材10A、10Bの電極101A−1〜101B−2を構成する帯状部の各々は常に平行となり、両者間の間隔δは各帯状部のどこでも同一となる。従って両者間に生ずる静電吸引力は最も効率的に得られる。
【0033】
次に従来の振動型ジャイロ装置の各部の寸法及び材質について説明する。この振動型ジャイロ装置は、例えば、幅及び長さは10mm以下又は数mm〜10mm、厚さは5mm以下又は2〜4mmであってよい。
【0034】
図10、図11及び図12に示すように、基板20に形成された音叉部分20−1、20−2の振動部201、202の縦及び横の幅は2〜4mm、厚さ2〜4mmであってよい。振動部201、202に形成された電極部201A−1、201A−2、201B−1、201B−2、202A−1、202A−2、202B−1、202B−2を構成する帯状部のX軸方向の幅tはt=10〜20μmであってよい。
【0035】
例えば、第1の音叉部分20−1の振動部201のX軸方向の幅が4mmであり、中心軸線O−Oの左半分、即ち、外側の電極201A−1の部分のX軸方向の幅が2.0mmであったとする。この電極201A−1を構成する帯状部の幅tがt=10μmでありピッチpがp=20μmであったとすると、約100本の帯状部が含まれる。
【0036】
同様に、第1の音叉部分20−1の振動部201の中心軸線O−Oの右半分、即ち、内側の電極201A−2の部分にも、帯状部の幅tがt=10μmでありピッチpがp=20μmであったとすると、約100本の帯状部が含まれる。従って、第1の音叉部分20−1の振動部201には中心軸線O−Oの両側に合計約200本の帯状部が含まれる。
【0037】
図11に示すように、各音叉部分20−1、202の電極部201A−1、201A−2、201B−1、201B−2、202A−1、202A−2、202B−1、202B−2は、帯状の溝201a−1、201a−2、201b−1、201b−2、202a−1、202a−2、202b−1、202b−2によって形成されている。これらの溝の幅及びピッチは電極部の幅t及びピッチpに等しい。
【0038】
カバー部材10A、10Bの内面に形成された電極101A−1、101A−2、102A−1、102A−1、101B−1、101B−2、102B−1、102B−2は、上述のように、2つの音叉部分20−1、20−2の電極部201A−1、201A−2、201B−1、201B−2、202A−1、202A−2、202B−1、202B−2に対応している。従って、図13に示すように、例えば下側側の第1の101B−1、101B−2のX軸方向の幅が2.0mm、それを構成する帯状部の幅tがt=10μm、そのピッチpがp=20μmであったとすると、それぞれ約100本の帯状部が含まれ、従って合計約200本の帯状部が含まれる。
【0039】
次に音叉部分20−1、202の電極部201A−1、201A−2、201B−1、201B−2、202A−1、202A−2、202B−1、202B−2の厚さ及びカバー部材10A、10Bの電極101A−1、101A−2、102A−1、102A−1、101B−1、101B−2、102B−1、102B−2の厚さについて説明する。
【0040】
即ち、音叉部分20−1、202の電極部201A−1、201A−2、201B−1、201B−2、202A−1、202A−2、202B−1、202B−2の厚さは、帯状の溝201a−1、201a−2、201b−1、201b−2、202a−1、202a−2、202b−1、202b−2の深さによって決まる。この溝の深さは、少なくとも帯状部の幅tより大きい。
【0041】
また、カバー部材10A、10Bの電極101A−1、101A−2、102A−1、102A−1、101B−1、101B−2、102B−1、102B−2は、後に説明するが金属薄膜よりなり、従ってその厚さは1μmm以下であってよい。
【0042】
最後に、図14に示すように、音叉部分20−1、202の電極部201A−1、201A−2、201B−1、201B−2、202A−1、202A−2、202B−1、202B−2と対応するカバー部材10A、10Bの電極101A−1、101A−2、102A−1、102A−1、101B−1、101B−2、102B−1、102B−2の間の間隙、即ち、Y軸方向の間隔δはδ=2〜3μmである。
【0043】
カバー部材10A、10Bは、ガラス、セラミックス等の適当な絶縁材料よりなり、好ましくは透明な硬質ガラスよりなる。基板20は、金属等の適当な導電性材料よりなり、好ましくは単結晶珪素(Si)よりなる。
【0044】
次にこの振動型ジャイロ装置の製造方法を説明する。先ずカバー部材10A、10Bを製造する。長方形の薄い絶縁材料板、好ましくは硬質ガラス板を2枚用意し、それぞれ一方の面に金属薄膜の電極101A−1、101A−2、102A−1、102A−1及び101B−1、101B−2、102B−1、102B−2を形成する。
【0045】
電極は適当な金属薄膜形成技術を使用して形成される。斯かる金属薄膜形成技術として蒸着、イオンプレーティング、フォトファブリケーション等がある。電極は好ましくは金(Au)よりなる。図13に示すように、電極101A−1、101A−2、102A−1、102A−1及び101B−1、101B−2、102B−1、102B−2の端部は端子101B’、102B’に接続されている。この端子101B’、102B’も電極と同時に形成される。
【0046】
カバー部材10A、10Bには端子101B’、102B’が配置された位置にスルーホールが形成され、その内面には金属薄膜が形成される。こうしてスルーホール接続によって電極101A−1、101A−2、102A−1、102A−1及び101B−1、101B−2、102B−1、102B−2の端子101B’、102B’と外部の電気回路が電気的に接続される。尚、スルーホールは充填材によって密閉される。
【0047】
次に基板20を製造する。長方形の薄い導電性材料、好ましくは単結晶珪素(Si)板を用意し、両面に長方形の浅い凹部20Aを形成する。この凹部20Aの深さは、図14を参照して説明したように、音叉部分20−1、202の電極部201A−1〜202B−2と対応するカバー部材10A、10Bの電極101A−1〜102B−2の間の間隙δを規定する。従ってこの凹部20Aの深さは、2〜3μmであってよい。
【0048】
次にこの凹部20Aの底面に、2つの音叉部分20−1、20−2を形成する。E字形の孔20aと2つのコの字形の孔20b、20cを形成することによって2つの音叉部分20−1、20−2の支持部21a、21b、21c及び22a、22b、22cと振動部201、202が形成される。
【0049】
次に各振動部201、202に電極部201A−1〜202B−2を形成する。斯かる電極部201A−1〜202B−2は多数の帯状の互いに平行な溝201a−1〜202b−2を形成することによって形成される。
【0050】
基板20の両面に形成された長方形の浅い凹部20A、この凹部20Aの底に形成されたE字形の孔20aと2つのコの字形の孔20b、20c及び振動部201、202に形成された帯状の平行な溝201a−1〜202b−2は、レーザ光を使用したリソグラフィ技術、例えばレーザ光を使用したエッチングによって形成されてよい。
【0051】
2つのカバー部材10A、10Bと基板20が形成されると両者は接合される。基板20は、2つのカバー部材10A、10Bの間にサンドイッチ状に挟まれる。基板20の両面の凹部20Aの周りの額縁状の面と2つのカバー部材10A、10Bの内面が接合される。斯かる接合は、好ましくは、陽極接合によってなされる。
【0052】
こうして2つのカバー部材10A、10Bと基板20を接合することによって、2つのカバー部材10A、10Bの内面の間に密閉空間が形成される。この密閉空間は、基板20の両面に形成された長方形の浅い凹部20A、この凹部20Aの底に形成されたE字形の孔20aと2つのコの字形の孔20b、20c及び振動部201、202に形成された帯状の平行な溝201a−1〜202b−2の内面によって確定されている。
【0053】
この密閉空間内にて、2つの音叉部分20−1、20−2の振動部201、202は振動する。従ってこの密閉空間は高真空に維持される。密閉空間内に高真空を生成するために、2つのカバー部材10A、10Bと基板20の接合作業は高真空雰囲気にてなされてよい。勿論、大気中にて接合作業を行い、後に適当な方法で密閉空間を排気してもよい。
【0054】
図11に示すように、好ましくは基板20に凹部20Bが形成される。この凹部20Bは、上述の密閉空間と連通するように適当な位置に形成される。この凹部20Bに、密閉空間内を高真空に維持するためのゲッタ部材が配置される。
【0055】
この音叉部分20−1、20−2には振動部201、202の変位を制限するためのストッパが設けられてよい。振動部201、202は基本的にはX軸方向及びY軸方向に変位する。従って振動部201、202のX軸方向の変位及びY軸方向変位を制限するためのストッパが設けられる。
【0056】
振動部201、202のY軸方向の変位を制限するためのストッパについて説明する。振動部201、202の電極部201A−1〜202B−2とカバー部材10A、10Bの電極101A−1〜102B−2とによってコンデンサが構成される。斯かるコンデンサ間には静電吸引力が作用する。
【0057】
この静電吸引力は、両者によって構成されるコンデンサの容量に比例し、間隙δの二乗に反比例する。従って、振動部201、202の電極部201A−1〜202B−2とカバー部材10A、10Bの電極101A−1〜102B−2が接触して、間隙δがゼロになると、静電吸引力は無限大になり、両者を分離することが困難となる。そこで、両者が接近しても両者間の間隙δがゼロとならないようにY軸方向のストッパが設けられる。
【0058】
Y軸方向のストッパは、振動部201、202の電極部201A−1〜202B−2とカバー部材10A、10Bの電極101A−1〜102B−2の少なくとも一方に設けた絶縁材の薄膜であってよい。斯かる絶縁材として例えば酸化珪素(SiO2 )が使用されてよい。
【0059】
同様に、X軸方向のストッパは振動部201、202のX軸方向の変位を制限するために設けられる。斯かるX軸方向のストッパは振動部201、202の両側、即ち、E形の貫通孔20aに適当なストッパを設けることによって形成されてよい。それによって、振動部201、202は予め設定された最大振幅より大きい振幅にて振動することが阻止される。
【0060】
図15を参照してこの振動型ジャイロ装置の制御ループを説明する。この振動型ジャイロ装置の制御系は、検出/駆動系と角速度検出系とを有する。検出/駆動系は検出駆動部51と制御演算部52とを含み、角速度検出系は検出駆動部51と角速度演算部53とを含む。
【0061】
検出駆動部51は2つのカバー部材10A、10Bの内面に形成された電極101A−1、101A−2、102A−1、102A−2及び101B−1、101B−2、102B−1、102B−2に接続された4個の検出駆動回路51−1、51−2、51−3、51−4を含む。
【0062】
第1の検出駆動回路51−1は第1のカバー部材10Aの第1の電極101A−1、101A−2に接続され、第2の検出駆動回路51−2は第1のカバー部材10Aの第2の電極102A−1、102A−2に接続されている。第3の検出駆動回路51−3は第2のカバー部材10Bの第1の電極101B−1、101B−2に接続され、第4の検出駆動回路51−4は第2のカバー部材10Bの第2の電極102B−1、102B−2に接続されている。
【0063】
第1の検出駆動回路51−1は基準直流電圧DC0 と変位交流電圧VX と変位検出用交流電圧AC0 とを入力し、第1の電極101A−1、101A−2にそれぞれ制御電圧DC0 +VX +AC0 及びDC0 −VX −AC0 を印加する。変位検出用交流電圧AC0 は高周波の交流電圧が使用される。例えば、変位交流電圧VX の周波数fX は数kHzであってよく、変位検出用交流電圧AC0 の周波数f0 は数100KHz〜数10MHzであってよい。
【0064】
また第1の検出駆動回路51−1は第1の音叉部分20−1の振動部201のX軸方向の変位を指示するX電圧信号VXA1 及びY軸方向の変位を指示するY電圧信号VYA1 を生成する。第2、第3及び第4の検出駆動回路51−2、51−3、51−4についても同様である。制御演算部52はX電圧信号VXA1 、VXA2 、VXB1 、VXB2 を入力して変位交流電圧信号VX を演算する。角速度演算部53はY電圧信号VYA1 、VYA2 、VYA1 、VYA2 を入力して入力角速度Ωを演算する。
【0065】
図16を参照して従来の線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータの例を説明する。線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータは2つの固定部40A、40Bとその間に配置された可動部50とを有し、可動部50は、固定部40A、40Bより所定の間隔にて隔置された状態にて、直線運動することができるように、図示しない適当な支持装置によって支持されている。
【0066】
固定部40A、40Bは非導電性材料よりなり、その内面には、X軸方向の幅がt1 、ピッチがp1 の細長い帯状の電極41A、42A、43A及び41B、42B、43Bが形成されており、可動部50は導電性材料よりなり、その両面には、X軸方向の幅がt2 、ピッチがp2 の細長い帯状の電極部51A、52A、53A及び51B、52B、53Bが形成されている。
【0067】
電極41A、42A、43A及び41B、42B、43BのX軸方向の幅t1 は、電極部51A、52A、53A及び51B、52B、53BのX軸方向の幅t2 に等しいが、電極41A、42A、43A及び41B、42B、43BのX軸方向のピッチp1 は、電極部51A、52A、53A及び51B、52B、53BのX軸方向のピッチp2 より大きい。
【0068】
【数2】
t1 =t2
p1 >p2
【0069】
固定部40A、40Bは非導電性材料より構成され、電極41A、42A、43A及び41B、42B、43Bは金属製薄膜等の導電性材料より構成されてよい。また可動部50は導電性材料より構成され、電極部51A、52A、53A及び51B、52B、53Bは、可動部50の両面に形成された突起状部として構成されてよい。
【0070】
図16Aに示すように、固定部40A、40Bの第1の電極41A、41Bと可動部50の電極部51A、52A、53A及び51B、52B、53Bの間に電圧Vを印加する。固定部40A、40Bの他の電極42A、42B及び43A、43Bは接地する。固定部40A、40Bの第1の電極41A、41Bと可動部50の第1の電極部51A、51Bが静電吸引力によって引き合い、両者は重なり合う。
【0071】
次に、図16Bに示すように、固定部40A、40Bの第2の電極42A、42Bと可動部50の電極部51A、52A、53A及び51B、52B、53Bの間に電圧Vを印加する。固定部40A、40Bの他の電極41A、41B及び43A、43Bは接地する。固定部40A、40Bの第2の電極42A、42Bと可動部50の第2の電極部52A、52Bが静電吸引力によって引き合い、両者は重なり合う。従って、可動部50はX軸方向に移動する。
【0072】
次に、図16Cに示すように、固定部40A、40Bの第3の電極43A、43Bと可動部50の電極部51A、52A、53A及び51B、52B、53Bの間に電圧Vを印加する。固定部40A、40Bの他の電極41A、41B及び42A、42Bは接地する。固定部40A、40Bの第3の電極43A、43Bと可動部50の第3の電極部53A、53Bが静電吸引力によって引き合い、両者は重なり合う。従って、可動部50はX軸方向に更に移動する。
【0073】
こうして、可動部50に対して固定部40A、40Bの電極に順次、電圧Vを印加することによって、可動部50はX軸方向に移動する。可動部50はピッチ差Δp=p1 −p2 毎にステップ状に移動する。
【0074】
【発明が解決しようとする課題】
図14を参照して説明したように、各音叉部分20−1、20−2の振動部201、202の電極部201A−1〜202B−2とカバー部材10A、10Bの電極101A−1〜102B−2によってコンデンサが形成される。振動部201、202の拘束力又は復元力は、コンデンサによって生成される静電支持力に基づいている。この振動部201、202の拘束力又は復元力、即ち、静電支持力を最も効率的に発生させるためには、上述のように、数1の式が成り立つ必要があると考えられていた。
【0075】
従って、2つの音叉部分20−1、20−2の振動部201、202の電極部201A−1〜202B−2を構成する帯状部とカバー部材10A、10Bの電極101A−1〜102B−2を構成する帯状部の寸法及び形状は、数1の式が成り立つように設計される。
【0076】
しかしながら、このように設計しても、実際には計算値に相当する静電支持力が発生しないことが判明した。これは、上述の議論では、図14に示すように、振動部201、202の電極部201A−1〜202B−2の帯状部とカバー部材10A、10Bの電極101A−1〜102B−2の帯状部の重なりあう部分によってコンデンサが構成され、且つこの重なりあった部分にのみ一様な電界が発生すると仮定しているからである。
【0077】
実際には、この重なりあった部分の端部では一様な電界が破壊され、コンデンサにはこの端部に生成された電界の影響が現れる。こうしたコンデンサの端部の電界の作用は、コンデンサによる静電支持力を減少させ、振動部201、202のX軸方向の変位に対する静電容量の変化の感度を減少させ、振動部201、202に対する拘束力又は復元力を減少させるように働く。
【0078】
これは、図16を参照して説明した線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータの場合でも同様である。例えば、図16Bに示すように、固定部40A、40Bの第2の電極42A、42Bと可動部50の電極部51A、52A、53A及び51B、52B、53Bの間に電圧Vが印加されると、固定部40A、40Bの第2の電極42A、42Bと可動部50の第2の電極部52A、52Bはコンデンサを構成し、両者は、コンデンサの静電吸引力によって引き合い、重なり合う。このとき、コンデンサの端部に生成される電界によって、可動部50をX軸方向に移動させる駆動力の実際値は理論値より小さくなる。
【0079】
本発明は斯かる点に鑑み、振動部を静電支持力によって振動させ振動部に作用するコリオリ力によって加速度を検出する形式の振動ジャイロ装置において、音叉部分の振動部の電極部とカバー部材の静電支持電極とによって構成されるコンデンサの端部の電界を抑制して、コンデンサの静電支持力及び振動部のX軸方向の変位に対する静電容量の変化の感度を改善することを目的とする。
【0080】
本発明は斯かる点に鑑み、互いに向かい合った固定部の電極と可動部の電極の間の静電支持力によって可動部を駆動させるように構成された線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータにおいて、固定部の電極と可動部の電極によって構成されるコンデンサの端部の電界を抑制して、可動部に対する駆動力を改善することを目的とする。
【0081】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、相互の相対的な位置が変位する第1の部材と第2の部材とを対向させて配置し、上記第1の部材に複数の細長い帯状の第1の電極を平行に配置し、上記第1の電極と平行に、上記第2の部材に複数の細長い帯状の第2の電極を配置し、上記第1の電極と上記第2の電極とによってコンデンサを構成し、そのコンデンサを構成する上記第1及び第2の電極間に生じる静電力又は静電吸引力を駆動力として利用する構成における、上記第1及び第2の電極の間に生ずる電界を制御するための電界補償装置において、複数の細長い帯状の上記第1の電極どうしの間に、補助電極を配置し、該補助電極を上記第2の電極と同一電位に維持されている。それによって、コンデンサの端部の電界が抑制されコンデンサによって生成される静電力及び振動部の動きに対するコンデンサの静電容量の変化が改善される。
【0082】
本発明によると、電界補償装置は更に第1の電極の間に形成された溝を含み、又、第1の電極の幅を電極のピッチの半分より小さくするように構成することを含む。
【0083】
本発明によると、音叉軸の両側に配置された2つの振動部を有する音叉と該音叉を収容するケーシングと、振動部の両面に形成され互いに平行な多数の細長い帯状の電極部と、該電極部に対応してケーシングの内面に形成され互いに平行な多数の細長い帯状の電極と、を有し、電極部と電極の間に生成される静電力によって振動部を駆動し振動部に生ずるコリオリ力を検出することによって音叉軸周りの角速度Ωを検出するように構成された振動型ジャイロ装置において、電極部と電極によって形成されるコンデンサに生ずる電界を制御するための電界補償機構が設けられ、電界補償機構は、電極の間に配置された補助電極を含み、該補助電極は電極部と同一電位に維持されている。
【0084】
又、電界補償機構は、電極の間に形成された溝を含む。又、電界補償機構は、電極の幅をピッチの半分より小さくし電極部の幅をピッチの半分より小さくするように構成することを含む。
【0085】
本発明によると、可動部に設けられ互いに平行な多数の細長い帯状の電極部と、固定部に設けられ互いに平行な多数の細長い帯状の電極と、電極部と電極によって形成されるコンデンサの静電力によって可動部を駆動するように構成されたマイクロアクチュエータ装置において、電極部と電極によって形成されるコンデンサに生ずる電界を制御するための電界補償機構が設けられ、電界補償機構は、電極の間に配置された補助電極を含み、該補助電極は電極部と同一電位に維持されている。
【0086】
又、電界補償機構は、電極の間に形成された溝を含む。又、電界補償機構は、電極の幅をピッチの半分より小さくし電極部の幅をピッチの半分より小さくするように構成することを含む。
【0087】
【発明の実施の形態】
図1〜図6を参照して本発明による振動型ジャイロ装置の例について説明する。本例の振動型ジャイロ装置には、2つのカバー部材40A、40Bの電極と基板50の電極部とによって構成されるコンデンサの端部に生成される電界を抑制するための電界補償機構が設けられている。本例の振動型ジャイロ装置は、図9〜図15を参照して説明した従来の振動型ジャイロ装置と比較して、電界補償機構が設けられている点が異なり、それ以外の構成は基本的に同一であってよい。以下にこの電界補償機構の例を説明する。
【0088】
図1〜図4を参照して本発明による振動型ジャイロ装置の第1の例について説明する。図1に示すように、本例の振動型ジャイロ装置は2つのカバー部材40A、40Bとその間に挟まれた基板50とを含み、全体として薄い直方体をなしている。図示のように、振動型ジャイロ装置の長手方向にX軸、厚さ方向にY軸、幅方向にZ軸をとる。また座標軸の原点Oを直方体の中心位置にとる。主面はXZ面に平行となる。
【0089】
カバー部材40A、40Bの内面にはそれぞれ電極(一部401A−1、401A−2のみ図示)及び補助電極(一部411A−1、411A−2のみ図示)が形成されている。この補助電極が本例における電界補償機構である。
【0090】
図2及び図3を参照してカバー部材40A、40Bに形成された補助電極について説明する。図2は図1の線2−2に沿った断面図であり、図3は図2の線3−3に沿った断面図である。尚、2つのカバー部材40A、40Bの構造は同一であり、図3には一方のカバー部材40Bのみが示されている。
【0091】
カバー部材40Bの内面には、Z軸の両側に電極401B−1、401B−2及び402B−1、402B−2が形成されている。第1の電極401B−1、401B−2は図示のように中心軸面O−Oの両側に対称的に配置されており、第2の電極402B−1、402B−2も中心軸面O−Oの両側に対称的に配置されている。
【0092】
電極401B−1、401B−2及び402B−1、402B−2は多数の互いに平行な細長い帯状部より構成されている。尚、以下に、「電極」の語は、適宜、この帯状部を意味するものとして使用される。
【0093】
第1の電極401B−1、401B−2の間に第1の補助電極411B−1、411B−2が配置され、第2の電極402B−1、402B−2の間に第2の補助電極412B−1、412B−2が配置されている。尚、第1の電極401B−1、401B−2の中心部と第2の電極402B−1、402B−2の中心部には、第3の補助電極411B−3、412B−3が配置されている。
【0094】
第1及び第2の補助電極411B−1、411B−2、412B−1、412B−2、411B−3、412B−3は電極401B−1、401B−2及び402B−1、402B−2と同様に、多数の互いに平行な帯状部を含む。
【0095】
図1に示すように、他方のカバー部材40Aの内面にも、同様に、第1の電極401A−1、401A−2及び第2の電極402A−1、402A−2が配置されている。また、第1の電極401A−1、401A−2の間に第1の補助電極411A−1、411A−2が配置され、第2の電極402A−1、402A−2の間に第2の補助電極412A−1、412A−2が配置されている。第1の電極401A−1、401A−2の中心部と第2の電極402A−1、402A−2の中心部には、第3の補助電極411A−3、412A−3が配置されている。
【0096】
図4を参照して説明する。図4には、第1の音叉部分50−1の振動部501の外側の電極部501A−1、501B−1とそれに対応したカバー部材40A、40Bの第1の電極のうち外側の電極401A−1、401B−1及び補助電極411A−1、411B−1を示す。図2に示したように振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2は多数の互いに平行な細長い帯状部を含む。以下に、「電極部」の語は、適宜、この帯状部を意味するものとして使用される。また、「補助電極」の語は、適宜、補助電極に含まれる帯状部を意味するものとして使用される。
【0097】
電極部501A−1、501B−1のX軸方向の幅tは一定であり、所定のX軸方向のピッチpにて配置されている。また、電極401A−1、401B−1のX軸方向の幅tは一定であり、所定のX軸方向のピッチpにて配置されている。電極部501A−1、501B−1のX軸方向の幅と電極401A−1、401B−1のX軸方向の幅は同一であり、電極部501A−1、501B−1のX軸方向のピッチと電極401A−1、401B−1のX軸方向のピッチは同一である。
【0098】
電極401A−1、401B−1のX軸方向のピッチpはX軸方向の幅tの2倍、即ち、p=2tである。また第1の音叉部分50−1の外側の電極部501A−1、501B−1に対するカバー部材40A、40Bの外側の電極401A−1、401B−1のX軸方向の偏倚量ΔxはX軸方向の幅tの半分、即ち、Δx=t/2である。従って数1の式が成り立つ。
【0099】
第1及び第2の補助電極411A−1、411B−1の各々は、電極401A−1、401B−1の間に配置されている。隣接する2つの電極401A−1、401B−1の間の間隔はtである。第1及び第2の補助電極411A−1、411B−1のX軸方向の幅tC は電極401A−1、401B−1のX軸方向の幅tより小さく、従って、両者間に隙間Δtが存在する。
【0100】
【数3】
t>tC
t−tC =2Δt
【0101】
第3の補助電極411A−3、411B−3及び412A−3、412B−3のX軸方向の幅tC ’は、第1及び第2の補助電極411A−1、411B−1のX軸方向の幅tC より大きい。
【0102】
尚、上述の例では、カバー部材40A、40Bのそれぞれ第1の電極401A−1、401A−2、401B−1、401B−2は、対応する第1の音叉部分50−1の電極部501A−1、501A−2及び501B−1、501B−2に対して、それぞれ中心軸面O−Oに対して外側に偏倚して配置されているが、内側に偏倚して配置されてもよい。斯かる場合、カバー部材40A、40Bのそれぞれ第2の電極402A−1、402A−2、402B−1、402B−2は、対応する第2の音叉部分50−2の電極部502A−1、502A−2及び502B−1、502B−2に対して、それぞれ中心軸面O−Oに対して内側に偏倚して配置される。
【0103】
補助電極411A−1、411B−1、411A−2、411B−2、412A−1、412B−1、412A−2、412B−2、411A−3、411B−3及び412A−3、412B−3及びそれに接続された端子411A’、411B’(図3には一方の端子411B’のみ図示)は、導電性材料より構成され、カバー部材40A、40Bの電極と同一方法によって且つ同時に製造されてよい。
【0104】
カバー部材40A、40Bの電極及び補助電極とそれに接続された端子の製造には、周知の金属薄膜製造技術、例えば、蒸着、イオンプレーティング、フォトファブリケーション等が使用されてよい。
【0105】
次に、補助電極411A−1〜412B−3の作用について説明する。補助電極は、対応する音叉部分50−1、50−2の振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2と同一電位に維持される。図15を参照して説明したように、振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2の電位は通常ゼロに維持される。従って、補助電極は、電位をゼロにするために接地されてよい。端子411A’、411B’はカバー部材40A、40Bに設けられたスルーホールを経由して接地される。
【0106】
こうして補助電極411A−1〜412B−3の電位を振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2の電位と同一にすることによって、2つの音叉部分50−1、50−2の振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2とカバー部材40A、40Bの電極401A−1〜402B−2によって構成されるコンデンサの端部に生成される電界が抑制され、このコンデンサによる静電支持力及び振動部501、502のX軸方向の変位に対する静電容量の変化の感度が改善される。
【0107】
図5を参照して本発明による振動型ジャイロ装置の第2の例について説明する。図5は図4と同様、第1の音叉部分50−1の振動部501の外側の電極部501A−1、501B−1とそれに対応したカバー部材40A、40Bの第1の電極のうち外側の電極401A−1、401B−1を示す。
【0108】
本例によると、カバー部材40A、40Bの電極401A−1、401B−1の間に溝421A−1、421B−1が形成されている。本例ではこの溝が電界補償機構である。本例の振動型ジャイロ装置は図9〜図15を参照して説明した従来の振動型ジャイロ装置と比較して、カバー部材40A、40Bの電極401A−1、401B−1の間に溝421A−1、421B−1が設けられている点が異なり、それ以外の構成は同一であってよい。
【0109】
溝421A−1、421B−1の作用について説明する。溝421A−1、421B−1を形成することによって、振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2とカバー部材40A、40Bの電極401A−1〜402B−2によって構成されるコンデンサの端部に生成される電界が抑制され、このコンデンサによる静電支持力及び振動部501、502のX軸方向の変位に対する静電容量の変化の感度が改善される。
【0110】
溝421A−1、421B−1の深さδt は、コンデンサの端部に生成される電界を抑制することができるように所定の大きさに設定されるが、一般に、音叉部分50−1の電極部501A−1、501B−1の間の溝の深さ(電極部501A−1、501B−1の高さ)より十分小さくてよい。例えば、電極部501A−1、501B−1のX方向のピッチpが40μmであり、半径方向の幅tが20μmの場合、溝421A−1、421B−1の深さδt は、数μmであってよい。
【0111】
図6を参照して本発明による振動型ジャイロ装置の第3の例について説明する。図6は図4及び図5と同様、第1の音叉部分50−1の振動部501の外側の電極部501A−1、501B−1とそれに対応したカバー部材40A、40Bの第1の電極のうち外側の電極401A−1、401B−1を示す。
【0112】
本例によると、カバー部材40A、40Bの電極401A−1、401B−1の間の間隔sは、電極401A−1、401B−1のX軸方向の幅tに比べて大きい。従って数1の式の代わりに次の式が成り立つ。
【0113】
【数4】
p=t+s
t<p/2<s
Δx=t/2
【0114】
本例ではカバー部材40A、40Bの電極401A−1、401B−1の間の間隔sをX軸方向の幅tより大きくした構造が電界補償機構である。振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2のX軸方向のピッチ及びX軸方向の幅は、対応するカバー部材40A、40Bの電極401A−1〜402B−2のX軸方向のピッチ及びX軸方向の幅と同一である。従って、振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2のX軸方向のピッチ及びX軸方向の幅も数4の式の関係が成り立つ。
【0115】
本例の振動型ジャイロ装置は図9〜図15を参照して説明した従来の振動型ジャイロ装置と比較して、カバー部材40A、40Bの電極401A−1、401B−1及び振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2が、数4の式の関係を充たすように配置されている点が異なり、それ以外の構成は同一であってよい。
【0116】
本例によると、振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2とカバー部材40A、40Bの電極401A−1〜402B−2を数4の式を充たすように構成することによって、両者によって構成されるコンデンサの端部に生成される電界が抑制され、このコンデンサによる静電支持力及び振動部501、502のX軸方向の変位に対する静電容量の変化の感度が改善される。
【0117】
上述の3つの電界補償機構の例は、互いに組み合わせることが可能である。例えば、第1の例の補償電極を第2の例又は第3の例に付加することも可能である。また、第2の例と第3の例を組み合わせることも可能である。勿論、3つの例を組み合わせてもよい。
【0118】
図7を参照して、本例の振動型ジャイロ装置の3つの電界補償機構の例の効果を比較して説明する。図7は、3つの電界補償機構の例について、振動部501、502をX軸方向に変化させたとき、振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2とカバー部材40A、40Bの電極401A−1〜402B−2によって構成されるコンデンサの静電容量の変化率を示す。
【0119】
図7のグラフFは、振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2とカバー部材40A、40Bの電極401A−1〜402B−2によって構成されるコンデンサが理想的な場合の静電容量の変化率であり、その値を1とする。コンデンサが理想的な場合とは、振動部501、502の電極部501A−1〜502B−2とカバー部材40A、40Bの電極401A−1〜402B−2が重なりあう部分にのみ電界が一様に発生し、コンデンサの端部に発生する電界を無視することができる場合である。
【0120】
グラフAは、従来の振動型ジャイロ装置の場合のコンデンサの静電容量の変化率を表し、電界補償機構が設けられていないため、約0.4である。グラフBは本発明の振動型ジャイロ装置の電界補償機構の第3の例の場合、グラフCは本発明の振動型ジャイロ装置の電界補償機構の第2の例の場合、グラフDは本発明の振動型ジャイロ装置の電界補償機構の第1の例の場合、グラフEは本発明の振動型ジャイロ装置の電界補償機構の第1の例と第3の例を組み合わせた場合、のコンデンサの静電容量の変化率をそれぞれ表す。
【0121】
本発明によると、電界補償機構の第1の例、即ち、補償電極を用いる場合が最も良い結果が得られることが判る。また、電界補償機構の第1の例と他の例を組み合わせると更に良い結果が得られることが判る。
【0122】
図8を参照して、本発明による線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータの例を説明する。本例の線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータは、図16を参照して説明した従来の線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータと比較して、電界補償機構が設けられている点が異なり、それ以外の構成は同様であってよい。
【0123】
線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータは、上述のように、2つの固定部40A、40Bに装着された固定電極41A、42A、43A及び41B、42B、43Bとその間に配置された可動部50に装着された可動電極51A、52A、53A及び51B、52B、53Bとを含む。
【0124】
図8Aに示す第1の例では、固定電極41A、42A、43A及び41B、42B、43Bの間に補償電極61A、62A、63A及び61B、62B、63Bが配置されている。この第1の例では、補償電極61A、62A、63A及び61B、62B、63Bが電界補償機構である。
【0125】
図8Bに示す第2の例では、固定電極41A、42A、43A及び41B、42B、43Bの間に溝71A、72A、73A及び71B、72B、73Bが形成されている。この第2の例では、溝71A、72A、73A及び71B、72B、73Bが電界補償機構である。
【0126】
図8Aに示す線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータの電界補償機構の第1の例は、図4を参照して説明した、振動型ジャイロ装置の電界補償機構の第1の例と同様な構成及び作用を有する。図8Bに示す線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータの電界補償機構の第2の例は、図5を参照して説明した、振動型ジャイロ装置の電界補償機構の第2の例と同様な構成及び作用を有する。
【0127】
本例によると、固定電極と可動電極によって構成されるコンデンサの端部の電界が抑制され、コンデンサによって生成される静電力が改善され、可動部をX軸方向に駆動するための駆動力が改善される。
【0128】
以上本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されることなく特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更等が可能であることは当業者にとって理解されよう。
【0129】
【発明の効果】
本発明によれば、振動部を静電支持力によって振動させる形式の振動型ジャイロ装置において、振動部の振動方向の変位に対する静電容量の変化の感度と静電支持力を改善することができる利点がある。
【0130】
本発明によれば、振動部を静電支持力によって振動させる形式の振動型ジャイロ装置において、振動部の振動方向の変位に対する静電容量の変化の感度と静電支持力を改善することができるから、振動部に対する駆動力を増加させることができる利点がある。
【0131】
本発明によれば、振動部を静電支持力によって振動させる形式の振動型ジャイロ装置において、比較的簡単な構成によって、振動部の振動方向の変位に対する静電容量の変化の感度と静電支持力を改善することができる利点がある。
【0132】
本発明によれば、静電力マイクロアクチュエータ装置において、簡単な構成によって、可動部に対する駆動力を改善することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による振動型ジャイロ装置の外観を示す一部切開斜視図である。
【図2】本発明による振動型ジャイロ装置の断面構成を示す、図1の線2−2に沿った断面図である。
【図3】本発明による振動型ジャイロ装置のカバー部材の内面を示す、図2の線3−3に沿った断面図である。
【図4】本発明による振動型ジャイロ装置のコンデンサに設けられた電界補償機構の第1の例を示す図である。
【図5】本発明による振動型ジャイロ装置のコンデンサに設けられた電界補償機構の第5の例を示す図である。
【図6】本発明による振動型ジャイロ装置のコンデンサに設けられた電界補償機構の第3の例を示す図である。
【図7】本発明による振動型ジャイロ装置のコンデンサに設けられた電界補償機構の3つの例の効果を示す図である。
【図8】本発明による線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータ装置の例を示す図である。
【図9】従来の振動型ジャイロ装置の外観を示す一部切開斜視図である。
【図10】従来の振動型ジャイロ装置の断面構成を示す、図9の線10−10に沿った断面図である。
【図11】従来の振動型ジャイロ装置の基板の音叉の構造を示す、図9及び図10の線11−11に沿った断面図である。
【図12】従来の振動型ジャイロ装置の音叉の構造を示す一部切断図である。
【図13】従来の振動型ジャイロ装置のカバー部材の内面を示す、図10の線13−13に沿った断面図である。
【図14】従来の振動型ジャイロ装置の音叉の電極部とカバー部材の電極の間の相対的位置を示す図である。
【図15】従来の振動型ジャイロ装置の制御ループの例を示す図である。
【図16】従来の線形ステッピング静電力マイクロアクチュエータ装置の例を示す図である。
【符号の説明】
10A、10B カバー部材
20 基板
20−1、20−2 音叉部分
20A 凹部
20B 凹部
20a、20b、20c 孔
21a、21b、21c、22a、22b、22c 支持部材
40A、40B カバー部材、固定部
50 基板、可動部
50−1、50−2 音叉部分
50A 凹部
50a、50b、50c 孔
51 検出駆動部
52 制御演算部
53 角速度演算部
101A−1、101A−2、102A−1、102A−2 電極
101B−1、101B−2、102B−1、102B−2 電極
201、202 振動部
201A−1、201A−2、202A−1、202A−2 電極部
201B−1、201B−2、202B−1、202B−2 電極部
201a−1、201a−2、202a−1、202a−2 溝部
201b−1、201b−2、202b−1、202b−2 溝部
401A−1、401A−2、402A−1、402A−2 電極
401B−1、401B−2、402B−1、402B−2 電極
411A−1、411A−2、411A−3、412A−1、412A−2、412A−3 補償電極
411B−1、411B−2、411B−3、412B−1、412B−2、412B−3 補償電極
421A−1、421A−2、422A−1、422A−2 溝
421B−1、421B−2、422B−1、422B−2 溝
501、502 振動部
501A−1、501A−2、502A−1、502A−2 電極部
501B−1、501B−2、502B−1、502B−2 電極部
Claims (9)
- 相互の相対的な位置が変位する第1の部材と第2の部材とを対向させて配置し、
上記第1の部材に複数の細長い帯状の第1の電極を平行に配置し、
上記第1の電極と平行に、上記第2の部材に複数の細長い帯状の第2の電極を配置し、
上記第1の電極と上記第2の電極とによってコンデンサを構成し、そのコンデンサを構成する上記第1及び第2の電極間に生じる静電力又は静電吸引力を駆動力として利用する構成における、上記第1及び第2の電極の間に生ずる電界を制御するための電界補償装置において、
複数の細長い帯状の上記第1の電極どうしの間に、補助電極を配置し、該補助電極を上記第2の電極と同一電位に維持されていることを特徴とする電界補償装置。 - 請求項1記載の電界補償装置において、
上記第1の電極の間に形成された溝を含むことを特徴とする電界補償装置。 - 請求項1又は2記載の電界補償装置において、
上記第1及び第2の電極の幅を上記第1及び第2の電極のピッチの半分より小さくするように構成することを含むことを特徴とする電界補償装置。 - 音叉軸の両側に配置された2つの振動部を有する音叉と該音叉を収容するケーシングと、上記振動部の両面に形成され互いに平行な多数の細長い帯状の電極部と、該電極部に対応して上記ケーシングの内面に形成され互いに平行な多数の細長い帯状の電極と、を有し、上記電極部と上記電極の間に生成される静電力によって上記振動部を駆動し上記振動部に生ずるコリオリ力を検出することによって上記音叉軸周りの角速度Ωを検出するように構成された振動型ジャイロ装置において、
上記電極部と上記電極によって形成されるコンデンサに生ずる電界を制御するための電界補償機構が設けられ、
上記電界補償機構は、上記電極の間に配置された補助電極を含み、該補助電極は上記電極部と同一電位に維持されていることを特徴とする振動型ジャイロ装置。 - 請求項4記載の振動型ジャイロ装置において、
上記電界補償機構は、上記電極の間に形成された溝を含むことを特徴とする振動型ジャイロ装置。 - 請求項4又は5記載の振動型ジャイロ装置において、
上記電界補償機構は、上記電極の幅をピッチの半分より小さくし上記電極部の幅をピッチの半分より小さくするように構成することを含むことを特徴とする振動型ジャイロ装置。 - 可動部に設けられ互いに平行な多数の細長い帯状の電極部と、固定部に設けられ互いに平行な多数の細長い帯状の電極と、上記電極部と上記電極によって形成されるコンデンサの静電力によって上記可動部を駆動するように構成されたマイクロアクチュエータ装置において、
上記電極部と上記電極によって形成されるコンデンサに生ずる電界を制御するための電界補償機構が設けられ、
上記電界補償機構は、上記電極の間に配置された補助電極を含み、該補助電極は上記電極部と同一電位に維持されていることを特徴とするマイクロアクチュエータ装置。 - 請求項7記載のマイクロアクチュエータ装置において、
上記電界補償機構は、上記電極の間に形成された溝を含むことを特徴とするマイクロアクチュエータ装置。 - 請求項7又は8記載のマイクロアクチュエータ装置において、
上記電界補償機構は、上記電極の幅をピッチの半分より小さくし上記電極部の幅をピッチの半分より小さくするように構成することを含むことを特徴とするマイクロアクチュエータ装置。
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