JPH09196680A - ジャイロ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 音叉に作用するコリオリ力を利用して角速度
を測定する小型の振動型ジャイロ装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】 音叉はＺ軸に対して対称的な２つの振動
部を有し、２つの振動部はＺ軸方向に振動し、コリオリ
力によってＹ軸方向に変位する。２つの振動部の各々は
片持ち支持されＸＺ面に沿って配置された板状部材より
なり且つその中心軸線に対して対称な形状を有する。振
動部の両面に電極部が形成され、該電極部に対応してケ
ーシングの内部空間に電極が形成され、電極は電極部に
対して振動部の中心軸線に対して外側又は内側に偏倚さ
れている。電極の各々に変位検出用交流電圧と制御用電
圧とを印加するための検出駆動回路が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動体に作用するコ
リオリ力を利用して角速度を測定するための振動型ジャ
イロ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１８及び図１９を参照して従来の振動
型ジャイロ装置の例を説明する。振動型ジャイロ装置は
振動体に作用するコリオリ力を利用して角速度を測定す
るように構成されており、様々な形式のものが知られて
いる。この例では、振動体として音叉を使用する。この
ジャイロ装置は、音叉１と音叉１に装着された撓み軸２
と撓み軸２を支持している基台３とを有する。

【０００３】音叉１には音叉１を振動させるための駆動
コイル４と音叉１の振動変位を検出する変位検出装置５
と撓み軸３の捩じり変位を検出するための捩じり変位検
出装置６が装着されている。図１９に示すように、ジャ
イロ装置は更に駆動増幅器７とデモジュレータ８とを有
する。

【０００４】図示のように撓み軸３の中心軸線に沿って
Ｚ軸をとる。音叉１はＺ軸に対称に配置されており、Ｚ
軸を音叉軸Ｚ−Ｚと称する。音叉１の振動方向Ｖは図示
のようにＺ軸に垂直である。このジャイロ装置の入力軸
はＺ軸である。即ち、Ｚ軸周りの回転角速度Ωを検出す
る。

【０００５】音叉１が振動方向Ｖに振動しているときに
音叉軸Ｚ−Ｚ周りに角速度Ωが入力されると、入力角速
度Ωに対応したコリオリ力Ｆ_C が音叉１に作用する。こ
のコリオリ力Ｆ_C の作用方向は、音叉軸Ｚ−Ｚ及び音叉
１の振動方向Ｖの両者に垂直である。音叉１の２つの振
動体（二股）は互いに反対方向±Ｖに振動するから、２
つの振動体に働くコリオリ力Ｆ_C の作用方向は互いに反
対方向である。

【０００６】従って音叉１に作用するコリオリ力Ｆ_C は
偶力であり、音叉１は音叉軸Ｚ−Ｚ周りに交番的に回転
振動する。この回転振動の大きさはコリオリ力Ｆ_C の大
きさに比例し、振動周期は音叉１の周期に等しい。

【０００７】図１９はこのジャイロ装置の制御系を示
す。制御系は、変位検出装置５、駆動増幅器７及び駆動
コイル４を含む検出／駆動系と捩じり変位検出器６及び
デモジュレータ８を含む角速度検出系とを有する。検出
／駆動系では、変位検出装置５によって音叉１の変位を
検出し、その出力を駆動増幅器７を経由して駆動コイル
４に供給する。こうして音叉１は一定の振動数にて振動
する。

【０００８】角速度検出系では、捩じり変位検出器６に
よって音叉１の捩じり変位を検出し、その出力をデモジ
ュレータ８に供給する。デモジュレータ８は駆動増幅器
７の出力信号を用いて捩じり変位検出器６の出力を同期
整流することによって入力角速度Ωを求める。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の振動型ジャイロ
装置は比較的重い音叉１を撓み軸２によって片持ち支持
するように構成されている。従って、撓み軸２の剛性を
十分大きくすると音叉１の音叉軸Ｚ−Ｚ周りの回転振動
の振幅が小さくなり入力角速度Ωに対する感度が低下す
る。撓み軸２の剛性を十分小さくすると重量の大きい音
叉１を支持することができなくなる。

【００１０】従来の振動型ジャイロ装置では、音叉１の
振動変位を検出するための変位検出装置５と音叉１の回
転変位を検出するための捩じり変位検出装置６の２つの
変位検出装置を設ける必要があり装置が大型化し且つ複
雑な構造となる欠点があった。

【００１１】駆動コイル４及び変位検出装置６は外部磁
界の影響を受け易く高い検出精度を達成することができ
ない。また駆動コイル４及び変位検出装置６の代わりに
圧電素子を用いる場合もあるが、圧電素子を装着すべき
音叉１及び撓み軸２との間の熱膨張係数の差に起因した
誤差が生ずる欠点がある。

【００１２】本発明は斯かる点に鑑み、構造が簡単で且
つ小型化に適した振動型ジャイロ装置を提供することを
目的とする。

【００１３】本発明は斯かる点に鑑み、２つの変位検出
装置を使用することのない振動型ジャイロ装置を提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によると、Ｚ軸方
向に沿った音叉軸を有しＸ軸方向に一定の振動数にて振
動する音叉と、該音叉を収容するケーシングと、を有
し、該音叉に生ずるＹ軸方向のコリオリ力を検出してＺ
軸周りの角速度Ωを検出するように構成されたジャイロ
装置において、上記音叉にて片持ち支持され、各々の中
心軸線に対して対称的な板状の形状を有し、ＸＺ面に沿
って配置され、Ｚ軸に対して互いに対称的に配置された
２つの振動部と、該振動部の両面に形成された電極部
と、該電極部に対応して上記ケーシングの内部空間に形
成され且つ上記電極部に対して上記振動部の中心軸線の
外側又は内側に偏倚された電極と、上記電極の各々とそ
れに対応する上記電極部とによって構成されるコンデン
サに変位検出用交流電圧を印加するための検出駆動回路
と、を有し、上記変位検出用交流電圧の変化によって上
記コリオリ力に起因する上記振動部のＹ軸方向の変位を
検出するように構成されていることを特徴とする。

【００１５】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記検出駆動回路は上記変位検出用検出電圧に加えて更
に変位交流電圧を上記コンデンサに印加し、該変位交流
電圧によって上記振動部はＸ軸方向に振動するように構
成されていることを特徴とする。

【００１６】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記振動部の各々は２本の互いに平行な支持部材を有す
るコの字形部材によって支持され、該２本の支持部材が
撓んでも上記振動部の中心軸線は常にＺ軸方向に平行に
維持されることを特徴とする。

【００１７】本発明によると、ジャイロ装置において、
２枚の板状のカバー部材とその間に挟まれた基板とを含
み、上記基板は一体的に形成された上記音叉と上記音叉
を囲む額縁状部分とを含み、上記ケーシングの内部空間
は上記２枚のカバー部材とその間に挟まれた上記基板の
額縁状部分とによって形成されていることを特徴とす
る。

【００１８】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ケーシングは絶縁材料よりなり上記電極は上記ケー
シングの内面に形成された金属薄膜よりなり、上記振動
部は導電性材料よりなり上記電極部は上記振動部に形成
された凸部よりなることを特徴とする。

【００１９】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記電極及び上記電極部は上記振動部の中心軸線を通り
且つＹＺ面に平行な面に対して対称的に配置された多数
の細長い帯状部よりなることを特徴とする。上記帯状部
の幅は数１０μｍであることを特徴とする。

【００２０】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記２枚の板状のカバー部材と上記基板の額縁状部分と
は陽極接合によって接合されていることを特徴とする。
上記２枚の板状のカバー部材はガラスよりなる。上記基
板は単結晶珪素（Ｓｉ）よりなる。

【００２１】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ケーシングの内部空間は密閉され真空に維持されて
いることを特徴とする。上記ケーシングには内部空間に
連通した凹部が形成され、該凹部には真空を維持するた
めのゲッタ部材が配置されていることを特徴とする。

【００２２】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記振動部のＹ軸方向の変位を制限するためのストッパ
が設けられ、該ストッパは上記電極部及び電極の少なく
とも一方の表面に形成された絶縁材の薄膜であることを
特徴とする。

【００２３】本発明によると、ジャイロ装置の製造方法
において、導電性材料よりなる１枚の薄い板状の基板
に、貫通孔を形成することによって、片持ち支持構造を
有し且つ互いに対称的な２つの振動部を含む音叉を形成
することと、上記２つの振動部の両面に、該振動部の中
心軸線に対して対称的に突起部よりなる電極部を形成す
ることと、絶縁材よりなる２枚の薄い板状のカバー部材
のそれぞれ一方の面に、上記振動部の電極部に対応した
電極を形成することと、上記２つのカバー部材の間に上
記基板を挟み、上記電極を上記電極部に対して上記振動
部の中心軸線の外側又は内側に偏倚して配置すること
と、上記２つの振動部が振動可能なように上記２つのカ
バー部材とその間の上記基板を接合することと、を含
む。

【００２４】本発明によると、ジャイロ装置の製造方法
において、上記２枚のカバー部材に形成された電極は金
属薄膜製造技術によって形成された金属薄膜よりなるこ
とを特徴とする。上記基板の音叉はエッチングによって
形成されたことを特徴とする。

【００２５】本発明によると、ジャイロ装置の製造方法
において、上記振動部の電極部はエッチングによって形
成されたことを特徴とする。上記２つのカバー部材と上
記基板の間の接合は陽極接合によってなされることを特
徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は本発明による振動型ジャイ
ロ装置の外観を示す。本例による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。

【００２７】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Ｘ
Ｚ面に平行となる。

【００２８】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
て本例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。

【００２９】図２、図３及び図４を参照して基板２０の
構造を説明する。図２は図１の線２−２に沿った断面構
成を示し、図３は図１の線３−３（図２の線３−３）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２
０−１、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。

【００３０】図４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。

【００３１】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。

【００３２】こうして本例によると、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。

【００３３】次に、再び図２及び図３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３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、２０１
ａ−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。

【００３４】図２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２
０１Ｂ−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。

【００３５】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２
０２Ａ−１、２０２Ａ−２及び電極部２０２Ｂ−１、２
０２Ｂ−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。

【００３６】図５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１０
１Ｂ−１、１０１Ｂ−２及び１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−
２が形成されている。

【００３７】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２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。

【００３８】次に図２、図５及び図６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２０
１Ａ−１、２０１Ａ−２、２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−２
及び２０２Ａ−１、２０２Ａ−２、２０２Ｂ−１、２０
２Ｂ−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、１
０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２との間の相対的位置関係を説
明する。

【００３９】ここでは、第１の音叉部分２０−１の電極
部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２、２０１Ｂ−１、２０１
Ｂ−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、１０１
Ｂ−１、１０１Ｂ−２の間の相対的位置関係を説明す
る。

【００４０】第１の音叉部分２０−１の上側の電極部２
０１Ａ−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２
０１Ｂ−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５の破線によって示されている。

【００４１】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、１
０１Ａ−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。

【００４２】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２
０１Ａ−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。

【００４３】図２及び図５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−１〜１０２
Ｂ−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。

【００４４】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１０１
Ａ−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１
０Ａ、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。

【００４５】本例によると、カバー部材１０Ａ、１０Ｂ
のそれぞれ第１の電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１
０１Ｂ−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２０
１Ｂ−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、２０
２Ａ−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。

【００４６】図６を参照して説明する。図６には、第１
の音叉部分２０−１の外側の電極部２０１Ａ−１、２０
１Ｂ−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の外側の電極部２０１Ａ−１、２０１Ｂ−１に対す
るカバー部材１０Ａ、１０Ｂの外側の電極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。

【００４７】尚、上述の例では、カバー部材１０Ａ、１
０Ｂ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。

【００４８】図７及び図８を参照して音叉部分２０−１
の片持ち支持構造の機能について説明する。図４を参照
して説明したように、本例の音叉部分２０−１の振動部
２０１は両側の支持部２１ａ、２１ｂによって片持ち支
持されている。振動部２０１は、この支持部２１ａ、２
１ｂの撓みによって変位する。支持部２１ａ、２１ｂ
は、典型的には矩形断面を有し、ＸＺ面内にて及びＹＺ
面内にて撓む。

【００４９】図７は振動部２０１にＸ軸方向の外力Ｆ_X
が作用し、支持部２１ａ、２１ｂがＸＺ面内にて撓んだ
状態を示し、図８は振動部２０１にＹ軸方向の外力Ｆ_Y
が作用し、支持部２１ａ、２１ｂがＹＺ面内にて撓んだ
状態を示す。

【００５０】例えば図７Ａを参照する。振動部２０１の
重心Ｇが支持部２１ａ、２１ｂの先端より距離Ｌ_G にあ
るものとする。振動部２０１にＸ軸方向の外力Ｆ_X が作
用すると、振動部２０１にはその上端を通るＹ軸に平行
な回転軸線周りの回転モーメントＦ_X ×Ｌ_G が作用す
る。一方、支持部２１ａ、２１ｂにはＹ軸に平行な回転
軸線周りの曲げモーメントＭが生ずる。回転モーメント
Ｆ_X ×Ｌ_G と曲げモーメントＭは互いに反対方向に作用
するから、両者が等しい場合には、振動部２０１のＹ軸
に平行な回転軸線周りの回転変位はゼロとなる。

【００５１】従って図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、振
動部２０１はＸ軸方向に変位するがＹ軸に平行な回転軸
線周りに回転変位しない。即ち、音叉部分２０−１の中
心軸線Ｏ−Ｏは常にＺ軸に平行となる。

【００５２】図８Ａに示すように、振動部２０１にＹ軸
方向の外力Ｆ_Y が作用すると、振動部２０１にはその上
端を通るＸ軸に平行な回転軸線周りの回転モーメントＦ
_Y ×Ｌ_G が作用する。一方、支持部２１ａ、２１ｂには
Ｘ軸に平行な回転軸線周りの曲げモーメントＭが生ず
る。回転モーメントＦ_Y ×Ｌ_G と曲げモーメントＭは互
いに反対方向に作用するから、両者が等しい場合には、
振動部２０１のＸ軸に平行な回転軸線周りの回転変位は
ゼロとなる。

【００５３】従って図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、振
動部２０１はＹ軸方向に変位するがＸ軸に平行な回転軸
線周りに回転変位しない。即ち、音叉部分２０−１の中
心軸線Ｏ−Ｏは常にＺ軸に平行となる。

【００５４】即ち、本例によると、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は外力方向
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。尚、図７に示すＸ軸方向の変位は音叉
部分２０−１の振動変位に相当し、図８に示すＹ軸方向
の変位はコリオリ力による振動変位に相当する。

【００５５】本例によると、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。

【００５６】次に再び図４を参照して本発明による振動
型ジャイロ装置の機能を説明する。本例の振動型ジャイ
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±Ｆ_C が発生する。

【００５７】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Ｆ_C は互いに反対である。従って２つの
コリオリ力Ｆ_C は偶力となる。コリオリ力Ｆ_C 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。

【００５８】次に本発明による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ｍ
ｍ〜１０ｍｍ、厚さは５ｍｍ以下又は２〜４ｍｍであっ
てよい。

【００５９】図２、図３及び図４に示すように、基板２
０に形成された音叉部分２０−１、２０−２の振動部２
０１、２０２の縦及び横の幅は２〜４ｍｍ、厚さ２〜４
ｍｍ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、２
０１Ｂ−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。

【００６０】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２０１
Ａ−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。

【００６１】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２
０１Ａ−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１０
０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。

【００６２】図３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、２
０２Ｂ−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。

【００６３】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、２０
２Ａ−２、２０２Ｂ−１、２０２Ｂ−２に対応してい
る。従って、図５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２．０ｍ
ｍ、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。

【００６４】次に音叉部分２０−１、２０２の電極部２
０１Ａ−１、２０１Ａ−２、２０１Ｂ−１、２０１Ｂ−
２、２０２Ａ−１、２０２Ａ−２、２０２Ｂ−１、２０
２Ｂ−２の厚さ及びカバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１
０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−１、１０２Ａ−
１、１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１０２Ｂ−１、１０
２Ｂ−２の厚さについて説明する。

【００６５】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、２
０２Ｂ−２の厚さは、帯状の溝２０１ａ−１、２０１ａ
−２、２０１ｂ−１、２０１ｂ−２、２０２ａ−１、２
０２ａ−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。

【００６６】また、カバー部材１０Ａ、１０Ｂの電極１
０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−１、１０２Ａ−
１、１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１０２Ｂ−１、１０
２Ｂ−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。

【００６７】最後に、図６に示すように、音叉部分２０
−１、２０２の電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２、２
０１Ｂ−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、１
０２Ａ−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。

【００６８】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。

【００６９】次に本例による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１
０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−１、１０２Ａ−
１及び１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１０２Ｂ−１、１
０２Ｂ−２を形成する。

【００７０】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５に示す
ように、電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２、１０２Ａ−
１、１０２Ａ−１及び１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、１
０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２の端部は端子１０１Ｂ’、１
０２Ｂ’に接続されている。この端子１０１Ｂ’、１０
２Ｂ’も電極と同時に形成される。

【００７１】カバー部材１０Ａ、１０Ｂには端子１０１
Ｂ’、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１０
１Ｂ’、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。

【００７２】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２
０Ａの深さは、図６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。

【００７３】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２１
ａ、２１ｂ、２１ｃ及び２２ａ、２２ｂ、２２ｃと振動
部２０１、２０２が形成される。

【００７４】次に各振動部２０１、２０２に電極部２０
１Ａ−１〜２０２Ｂ−２を形成する。斯かる電極部２０
１Ａ−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。

【００７５】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。

【００７６】２つのカバー部材１０Ａ、１０Ｂと基板２
０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。

【００７７】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２０１
ａ−１〜２０２ｂ−２の内面によって確定されている。

【００７８】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、１
０Ｂ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。

【００７９】図３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。

【００８０】本例の音叉部分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。

【００８１】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２０
１、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。

【００８２】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１
０１Ａ−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。

【００８３】Ｙ軸方向のストッパは、振動部２０１、２
０２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。

【００８４】同様に、Ｘ軸方向のストッパは振動部２０
１、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。

【００８５】図９を参照して本例の振動型ジャイロ装置
の制御ループを説明する。本例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。

【００８６】検出駆動部５１は２つのカバー部材１０
Ａ、１０Ｂの内面に形成された電極１０１Ａ−１、１０
１Ａ−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。

【００８７】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、１０１
Ｂ−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、１０２
Ｂ−２に接続されている。

【００８８】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Ｖ_X と変位検出用交流電圧ＡＣ
₀ とを入力し、第１の電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２
にそれぞれ制御電圧ＤＣ₀ ＋Ｖ_X ＋ＡＣ₀ 及びＤＣ₀ −
Ｖ_X −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
Ｖ_X の周波数ｆ_X 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１０
ＭＨｚであってよい。

【００８９】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Ｖ_XA1 及びＹ軸方向の変位を指示する
Ｙ電圧信号Ｖ_YA1 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Ｖ_XA1 、
Ｖ_{XA 2} 、Ｖ_XB1 、Ｖ_XB2 を入力して変位交流電圧信号Ｖ
_X を演算する。角速度演算部５３はＹ電圧信号Ｖ_YA1 、
Ｖ_YA2 、Ｖ_YA1 、Ｖ_YA2 を入力して入力角速度Ωを演算
する。

【００９０】図１０を参照して第１の検出駆動回路５１
−１の構成及び動作を説明する。第２、第３及び第４の
検出駆動回路５１−２、５１−３、５１−４は同様な構
成を有し、同様な動作をなすためその説明を省略する。
図示のように、検出駆動回路５１−１は６つの演算増幅
回路５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６
を含む。

【００９１】第１の演算増幅回路５０１は基準直流電圧
ＤＣ₀ と変位交流電圧Ｖ_X と変位検出用交流電圧ＡＣ₀
とを加算し、第１の制御電圧ＤＣ₀ ＋Ｖ_X ＋ＡＣ₀ を生
成する。第２の演算増幅回路５０２は第１の演算増幅回
路５０１の出力電圧ＤＣ₀ ＋Ｖ_X ＋ＡＣ₀ と基準直流電
圧２ＤＣ₀ とを差動演算し、第２の制御電圧ＤＣ₀ −Ｖ
_X −ＡＣ₀ を生成する。

【００９２】斯かる２つの制御電圧ＤＣ₀ ＋Ｖ_X ＋ＡＣ
₀ 、ＤＣ₀ −Ｖ_X −ＡＣ₀ はそれぞれ第１のカバー部材
１０Ａの第１の電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２にそれ
ぞれ印加される。

【００９３】第１のカバー部材１０Ａの第１の電極１０
１Ａ−１、１０１Ａ−２とそれぞれ対応する第１の振動
部２０１の電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２との間に
コンデンサが形成され、第１の振動部２０１が変位する
と、電極部２０１Ａ−１、２０１Ａ−２と電極１０１Ａ
−１、１０１Ａ−２の間の間隙が変化し、コンデンサの
容量が変化する。図示のように、第１の振動部２０１は
接地されているものとする。

【００９４】斯かるコンデンサの容量が変化すると、各
電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２に印加された制御電圧
ＤＣ₀ ＋Ｖ_X ＋ＡＣ₀ 、ＤＣ₀ −Ｖ_X −ＡＣ₀ のうち、
変位検出用交流成分ＡＣ₀ のみが変化する。変化後の変
位検出用交流成分をそれぞれＡＣ_1A1 、ＡＣ_1A2 とする
と、第１の電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２に印加され
る制御電圧はそれぞれＤＣ₀ ＋Ｖ_X ＋ＡＣ_1A1 、ＤＣ₀
−Ｖ_X −ＡＣ_1A2 となる。

【００９５】第３の演算増幅回路５０３には、ＣＲ回路
を経由して、第１の演算増幅回路５０１の出力電圧ＤＣ
₀ ＋Ｖ_X ＋ＡＣ₀ と電極１０１Ａ−１の制御電圧ＤＣ₀
＋Ｖ _X ＋ＡＣ_1A1 が供給される。ＣＲ回路はフィルタの
機能を有し、基準電圧及び変位交流電圧成分ＤＣ₀ ＋Ｖ
_X は除去される。従って、第３の演算増幅回路５０３に
は変位検出用交流電圧＋ＡＣ₀ 、＋ＡＣ_1A1 のみが供給
される。

【００９６】同様に、第４の演算増幅回路５０４には、
ＣＲ回路を経由して、第２の演算増幅回路５０２の出力
電圧ＤＣ₀ −Ｖ_X −ＡＣ₀ と電極１０１Ａ−２の制御電
圧ＤＣ₀ −Ｖ_X −ＡＣ_1A2 が供給される。ＣＲ回路のフ
ィルタ機能によって、基準電圧及び変位交流電圧成分Ｄ
Ｃ₀ −Ｖ_X は除去される。従って、第４の演算増幅回路
５０４には変位検出用交流電圧−ＡＣ₀ 、−ＡＣ_1A2 の
みが供給される。

【００９７】上述のように、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。変位交流電圧Ｖ_X の
周波数ｆ_X が数ｋＨｚであるとすれば、変位検出用交流
電圧ＡＣ₀ の周波数ｆ₀ は数１００ＫＨｚ〜数１０ＭＨ
ｚである。もし、変位検出用交流電圧ＡＣ₀ の周波数ｆ
₀ と変位交流電圧Ｖ_X の周波数ｆ_X が同一オーダである
と、ＣＲ回路によって基準電圧及び変位交流電圧成分Ｄ
Ｃ₀ ±Ｖ_X のみを除去することが困難となる。また、変
位検出用交流電圧ＡＣ₀ の周波数ｆ₀ が高いほどコンデ
ンサの容量の変化に伴う変位検出用交流電圧ＡＣ₀ の変
化量が大きく、変位の検出がより容易となる。

【００９８】第３及び第４の演算増幅回路５０３、５０
４の出力電圧はそれぞれ、−ＡＣ₀＋ＡＣ_1A1 及び＋Ａ
Ｃ₀ −ＡＣ_1A2 である。第５及び第６の演算増幅回路５
０５、５０６は第３及び第４の演算増幅回路５０３、５
０４の出力電圧−ＡＣ₀ ＋ＡＣ_1A1 及び＋ＡＣ₀ −ＡＣ
_1A2 をそれぞれ加算及び減算する。従って第５及び第６
の演算増幅回路５０５、５０６の出力電圧をそれぞれＶ
_XA1 、Ｖ_YA1 とすると次のように表される。

【００９９】

【数１】 Ｖ_XA1 ＝−（ＡＣ_1A1 −ＡＣ_1A2 ） Ｖ_YA1 ＝２ＡＣ₀ −（ＡＣ_1A1 ＋ＡＣ_1A2 ）

【０１００】ここに、ＡＣ₀ は変位検出用基準交流電
圧、ＡＣ_1A1 、ＡＣ_1A2 は、第１のカバー部材１０Ａの
第１の電極１０１Ａ−１、１０１Ａ−２にそれぞれ印加
される制御電圧に含まれる変位検出用交流電圧成分であ
る。

【０１０１】同様に、第２、第３及び第４の検出駆動回
路５１−２、５１−３、５１−４の出力電圧Ｖ_XA2 、Ｖ
_YA2 、Ｖ_XB1 、Ｖ_YB1 及びＶ_XB2 、Ｖ_YB2 は次のように
表される。

【０１０２】

【数２】 Ｖ_XA2 ＝−（ＡＣ_2A1 −ＡＣ_2A2 ） Ｖ_YA2 ＝２ＡＣ₀ −（ＡＣ_2A1 ＋ＡＣ_2A2 ） Ｖ_XB1 ＝−（ＡＣ_1B1 −ＡＣ_1B2 ） Ｖ_YB1 ＝２ＡＣ₀ −（ＡＣ_1B1 ＋ＡＣ_1B2 ） Ｖ_XB2 ＝−（ＡＣ_2B1 −ＡＣ_2B2 ） Ｖ_YB2 ＝２ＡＣ₀ −（ＡＣ_2B1 ＋ＡＣ_2B2 ）

【０１０３】ここに、ＡＣ_2A1 、ＡＣ_2A2 は、第１のカ
バー部材１０Ａの第２の電極１０２Ａ−１、１０２Ａ−
２にそれぞれ印加される制御電圧に含まれる変位検出用
交流電圧成分である。またＡＣ_1B1 、ＡＣ_1B2 は、第２
のカバー部材１０Ｂの第１の電極１０１Ｂ−１、１０１
Ｂ−２にそれぞれ印加される制御電圧に含まれる変位検
出用交流電圧成分、ＡＣ_2B1 、ＡＣ_2B2 は、第２のカバ
ー部材１０Ｂの第２の電極１０２Ｂ−１、１０２Ｂ−２
にそれぞれ印加される制御電圧に含まれる変位検出用交
流電圧成分、である。

【０１０４】次に図１１〜図１４を参照して、音叉部分
２０−１、２０−２の振動部２０１、２０２の変位と各
電極１０１Ａ−１〜１０１Ｂ−２及び１０２Ａ−１〜１
０２Ｂ−２に印加される制御電圧に含まれる変位検出用
交流電圧成分ＡＣ_1A1 〜ＡＣ _1B2 及びＡＣ_2A1 〜ＡＣ
_2B2 の変化の関係を説明する。各電極１０１Ａ−１〜１
０１Ｂ−２及び１０２Ａ−１〜１０２Ｂ−２とそれに対
応する電極部２０１Ａ−１〜２０１Ｂ−２及び２０２Ａ
−１〜２０２Ｂ−２は、図２を参照して説明したように
実際には多数の帯状部を含むが、ここでは説明の簡単化
のためにこれらの図では只１つの帯状部のみが示されて
いる。

【０１０５】図１１は静電吸引力によって音叉部分２０
−１、２０−２の振動部２０１、２０２がＸＺ平面内に
てＸ軸方向に振動している状態を示し、図１１Ａは２つ
の振動部２０１、２０２が互いに離れた位置にあり、図
１１Ｂは２つの振動部２０１、２０２が中立位置にあ
り、図１１Ｃは２つの振動部２０１、２０２が互いに近
づいた位置にある状態を示す。

【０１０６】図１２はコリオリ力によって音叉部分２０
−１、２０−２の振動部２０１、２０２がＸＹ平面内に
てＹ軸方向に振動している状態を示し、図１２Ａは第１
の振動部２０１がＹ軸の負の方向に変位し第２の振動部
２０２がＹ軸の正の方向に変位した状態であり、図１２
Ｂは２つの振動部２０１、２０２が中立位置にあり、図
１２Ｃは第１の振動部２０１がＹ軸の正の方向に変位し
第２の振動部２０２がＹ軸の負の方向に変位した状態を
示す。

【０１０７】図１３はＹ軸方向の加速度によって音叉部
分２０−１、２０−２の振動部２０１、２０２がＸＹ平
面内にてＹ軸方向に変位している状態を示し、図１３Ａ
は２つの振動部２０１、２０２がＹ軸の正の方向に変位
した状態であり、図１１Ｂは２つの振動部２０１、２０
２が中立位置にあり、図１３Ｃは２つの振動部２０１、
２０２がＹ軸の負の方向に変位した状態を示す。

【０１０８】上述のように、各電極１０１Ａ−１〜１０
１Ｂ−２及び１０２Ａ−１〜１０２Ｂ−２とそれに対応
する電極部２０１Ａ−１〜２０１Ｂ−２及び２０２Ａ−
１〜２０２Ｂ−２の間にコンデンサが形成され、振動部
２０１、２０２が変位すると、対応する電極と電極部の
間の相対的位置が変化しコンデンサの静電容量が変化す
る。

【０１０９】各電極１０１Ａ−１〜１０１Ｂ−２及び１
０２Ａ−１〜１０２Ｂ−２とそれに対応する電極部２０
１Ａ−１〜２０１Ｂ−２及び２０２Ａ−１〜２０２Ｂ−
２の間のコンデンサの静電容量を図示のようにＣ_1A1 〜
Ｃ_1B1 及びＣ_2A1 〜Ｃ_2B2 とする。

【０１１０】電極１０１Ａ−１〜１０１Ｂ−２及び１０
２Ａ−１〜１０２Ｂ−２と電極部２０１Ａ−１〜２０１
Ｂ−２及び２０２Ａ−１〜２０２Ｂ−２の間の間隙が増
加又は減少すると、両者によって形成されるコンデンサ
の静電容量Ｃ_1A1 〜Ｃ_1B1 及びＣ_2A1 〜Ｃ_2B2 は減少又
は増加し、両者間に印加される電圧ＡＣ_1A1 〜ＡＣ_{1B 1}
及びＡＣ_2A1 〜ＡＣ_2B2 は増加又は減少する。

【０１１１】電極１０１Ａ−１〜１０１Ｂ−２及び１０
２Ａ−１〜１０２Ｂ−２と電極部２０１Ａ−１〜２０１
Ｂ−２及び２０２Ａ−１〜２０２Ｂ−２の間の実質的に
重なり合う面積が減少又は増加すると、コンデンサの静
電容量Ｃ_1A1 〜Ｃ_1B1 及びＣ _2A1 〜Ｃ_2B2 は減少又は増
加し、両者間に印加される電圧ＡＣ_1A1 〜ＡＣ_1B1 及び
ＡＣ_2A1 〜ＡＣ_2B2 は増加又は減少する。

【０１１２】図１４は、図１１Ａ〜図１３Ａの各場合に
ついて、コンデンサの静電容量Ｃ_{1A 1} 〜Ｃ_1B1 及びＣ
_2A1 〜Ｃ_2B2 とそれに印加される変位検出用交流電圧成
分ＡＣ _1A1 〜ＡＣ_1B1 及びＡＣ_2A1 〜ＡＣ_2B2 の変化を
示したものである。第１の振動部２０１の上側のコンデ
ンサの参照符号をそれぞれ１Ａ１、１Ａ２、下側のコン
デンサの参照符号をそれぞれ１Ｂ１、１Ｂ２とする。ま
た、第２の振動部２０２の上側のコンデンサの参照符号
をそれぞれ２Ａ１、２Ａ２、下側のコンデンサの参照符
号をそれぞれ２Ｂ１、２Ｂ２とする。

【０１１３】図１４において、コンデンサの静電容量Ｃ
_1A1 〜Ｃ_1B1 及びＣ_2A1 〜Ｃ_2B2 が増加した場合はＩ、
減少した場合はＲで表し、変位検出用交流電圧成分ＡＣ
_1A1〜ＡＣ_1B1 及びＡＣ_2A1 〜ＡＣ_2B2 が増加した場合
は＋、減少した場合は−で表す。

【０１１４】（１）音叉振動の場合 図１１Ａに示すように、第１の振動体２０１において、
上側の外側のコンデンサ１Ａ１の間隙は変化しないが有
効面積が増加する。従って静電容量Ｃ_1A1 は増加（Ｉ）
し変位検出用交流電圧成分ＡＣ_1A1 は減少（−）する。
内側のコンデンサ１Ａ２の間隙は変化しないが有効面積
が減少する。従って静電容量Ｃ_1A2 は減少（Ｒ）し変位
検出用交流電圧成分ＡＣ_1A2 は増加（＋）する。

【０１１５】下側のコンデンサ１Ｂ１、１Ｂ２の静電容
量Ｃ_1B1 、Ｃ_1B2 及び変位検出用交流電圧成分Ａ
Ｃ_1B1 、ＡＣ_1B2 は、上側のコンデンサ１Ａ１、１Ａ２
の静電容量Ｃ_1A1 、Ｃ_1A2 及び変位検出用交流電圧成分
ＡＣ_1A1 、ＡＣ_1A2 と同様に変化する。また第２の振動
部２０２のコンデンサ２Ａ１、２Ａ２、２Ｂ１、２Ｂ２
は第１の振動部２０１のコンデンサ１Ａ１、１Ａ２、１
Ｂ１、１Ｂ２と同様な動作をする。

【０１１６】（２）コリオリ力による振動の場合 図１２Ａに示すように、第１の振動体２０１において、
上側の２つのコンデンサ１Ａ１、１Ａ２の有効面積は変
化しないが間隙が増加する。従って、静電容量Ｃ_1A1 、
Ｃ_1A2 は減少（Ｒ）し、変位検出用交流電圧成分ＡＣ
_1A1 、ＡＣ_1A2 は増加（＋）する。逆に、下側の２つの
コンデンサ１Ｂ１、１Ｂ２の有効面積は変化しないが間
隙が減少する。従って、静電容量Ｃ_1B1 、Ｃ_1B2 は増加
（Ｉ）し、変位検出用交流電圧成分ＡＣ_1B1 、ＡＣ_1B2
は減少（−）する。第２の振動部２０２のコンデンサ２
Ａ１、２Ａ２、２Ｂ１、２Ｂ２は第１の振動部２０１の
コンデンサ１Ａ１、１Ａ２、１Ｂ１、１Ｂ２と反対の動
作をする。

【０１１７】（３）Ｙ軸方向の加速度による変位の場合 図１３Ａに示すように、第１の振動体２０１において、
上側の２つのコンデンサ１Ａ１、１Ａ２の有効面積は変
化しないが間隙が減少する。従って、静電容量Ｃ_1A1 、
Ｃ_1A2 は増加（Ｉ）し、変位検出用交流電圧成分ＡＣ
_1A1 、ＡＣ_1A2 は減少（−）する。逆に、下側の２つの
コンデンサ１Ｂ１、１Ｂ２の有効面積は変化しないが間
隙が増加する。従って、静電容量Ｃ_1B1 、Ｃ_1B2 は減少
（Ｒ）し、変位検出用交流電圧成分ＡＣ_1B1 、ＡＣ_1B2
は増加（＋）する。第２の振動部２０２のコンデンサ２
Ａ１、２Ａ２、２Ｂ１、２Ｂ２は第１の振動部２０１の
コンデンサ１Ａ１、１Ａ２、１Ｂ１、１Ｂ２と同様な動
作をする。

【０１１８】上述のように、本例では、２つの音叉部分
２０−１、２０−２はＺ軸に対して対称的な構造を有す
る。電極１０１Ａ−１〜１０１Ｂ−２及び１０２Ａ−１
〜１０２Ｂ−２と電極部２０１Ａ−１〜２０１Ｂ−２及
び２０２Ａ−１〜２０２Ｂ−２もまた、Ｚ軸に対して対
称的な構造を有する。更に、各音叉部分２０−１、２０
−２において、電極１０１Ａ−１〜１０１Ｂ−２及び１
０２Ａ−１〜１０２Ｂ−２と電極部２０１Ａ−１〜２０
１Ｂ−２及び２０２Ａ−１〜２０２Ｂ−２は、中心軸面
Ｏ−Ｏに対して対称的な構造を有する。

【０１１９】従って、各場合について各コンデンサの有
効面積の変化量の絶対値及び間隙の変化量の絶対値は同
一であると仮定してよい。即ち、各コンデンサの静電容
量の変化量の絶対値は同一であり各コンデンサに印加さ
れる変位検出用交流電圧成分の変化量の絶対値は同一で
ある。しかしながら各コンデンサの静電容量の変化量の
極性及び各コンデンサに印加される変位検出用交流電圧
成分の変化量の極性は個々の場合について異なる。

【０１２０】（１）音叉振動の場合 図１１Ａ及び図１１Ｃに示すように、第１の音叉部分２
０−１の振動部２０１において、外側の２つのコンデン
サ１Ａ１、１Ｂ１の静電容量Ｃ_1A1 、Ｃ_1B1 及び変位検
出用交流電圧成分ＡＣ_1A1 、ＡＣ_1B1 の変化量の絶対値
と極性は等しい。内側の２つのコンデンサ１Ａ２、１Ｂ
２の静電容量Ｃ_1A2 、Ｃ_1AB 及び変位検出用交流電圧成
分ＡＣ_1A2 、ＡＣ_1B2 の変化量の絶対値と極性は等し
い。

【０１２１】第２の音叉部分２０−２の振動部２０２に
おいても同様である。従って次の関係が成り立つ。

【０１２２】

【数３】Ｃ_1A1 ＝Ｃ_1B1 ＝Ｃ_2A1 ＝Ｃ_2B1 ＡＣ_1A1 ＝ＡＣ_1B1 ＝ＡＣ_2A1 ＝ＡＣ_2B1 Ｃ_1A2 ＝Ｃ_1B2 ＝Ｃ_2A2 ＝Ｃ_2B2 ＡＣ_1A2 ＝ＡＣ_1B2 ＝ＡＣ_2A2 ＝ＡＣ_2B2

【０１２３】（２）コリオリ力による振動の場合 図１２Ａ及び図１２Ｃに示すように、第１の音叉部分２
０−１の振動部２０１において、上側の２つのコンデン
サ１Ａ１、１Ａ２の静電容量Ｃ_1A1 、Ｃ_1A2 及び変位検
出用交流電圧成分ＡＣ_1A1 、ＡＣ_1A2 の変化量の絶対値
と極性は等しい。下側の２つのコンデンサ１Ｂ１、１Ｂ
２の静電容量Ｃ_1B1 、Ｃ_1B2 及び変位検出用交流電圧成
分ＡＣ_1B1 、ＡＣ_1B2 の変化量の絶対値と極性は等し
い。

【０１２４】第２の音叉部分２０−２の振動部２０２に
おいても同様である。また、第１の振動部２０１の上側
の２つのコンデンサ１Ａ１、１Ａ２と第２の振動部２０
２の下側の２つのコンデンサ２Ｂ１、２Ｂ２は同一の動
作をする。従って次の関係が成り立つ。

【０１２５】

【数４】Ｃ_1A1 ＝Ｃ_1A2 ＝Ｃ_2B1 ＝Ｃ_2B2 ＡＣ_1A1 ＝ＡＣ_1A2 ＝ＡＣ_2B1 ＝ＡＣ_2B2 Ｃ_1B1 ＝Ｃ_1B2 ＝Ｃ_2A1 ＝Ｃ_2A2 ＡＣ_1B1 ＝ＡＣ_1B2 ＝ＡＣ_2A1 ＝ＡＣ_2A2

【０１２６】（３）Ｙ軸方向の加速度による変位の場合 図１３Ａ及び図１３Ｃに示すように、第１及び第２の振
動部２０１、２０２の上側の４つのコンデンサ１Ａ１、
１Ａ２及び２Ａ１、２Ａ２の静電容量Ｃ_1A1 、Ｃ_1A2 及
びＣ_2A1 、Ｃ_2A2 及び変位検出用交流電圧成分Ａ
Ｃ_1A1 、ＡＣ_1A2 及びＡＣ_2A1 、ＡＣ_2A2 の変化量の絶
対値と極性は等しい。下側の４つのコンデンサ１Ｂ１、
１Ｂ２及び２Ｂ１、２Ｂ２の静電容量Ｃ_1B1 、Ｃ_1B2 及
びＣ_2B1 、Ｃ_{2B 2} 及び変位検出用交流電圧成分Ａ
Ｃ_1B1 、ＡＣ_1B2 及びＡＣ_2B1 、ＡＣ_2B2 の変位量の絶
対値と極性は等しい。従って次の関係が成り立つ。

【０１２７】

【数５】Ｃ_1A1 ＝Ｃ_1A2 ＝Ｃ_2A1 ＝Ｃ_2A2 ＡＣ_1A1 ＝ＡＣ_1A2 ＝ＡＣ_2A1 ＝ＡＣ_2A2 Ｃ_1B1 ＝Ｃ_1B2 ＝Ｃ_2B1 ＝Ｃ_2B2 ＡＣ_1B1 ＝ＡＣ_1B2 ＝ＡＣ_2B1 ＝ＡＣ_2B2

【０１２８】図１５及び図１６を参照して本例による制
御演算部５２の構成及び動作を説明する。本例の制御演
算部５２は３つの加算器５２−１、５２−２、５２−３
と復調器５２−４と補償器５２−５と係数器５２−６と
を有する。第１の加算器５２−１は２つのＸ電圧信号Ｖ
_XA1 、Ｖ_XB1 の和Ｖ_XA1 ＋Ｖ_XB1 を演算し、第２の加算
器５２−２は２つのＸ電圧信号Ｖ_XA2 、Ｖ_XB2 の和Ｖ
_XA2 ＋Ｖ_XB2 を演算する。第３の加算器５２−３は２つ
の加算器５２−１、５２−２の出力信号の和を演算す
る。第３の加算器５２−３の出力信号Ｖ_X0＊ＡＣは次の
ようになる。

【０１２９】

【数６】Ｖ_X0＊ＡＣ＝Ｖ_XA1 ＋Ｖ_XB1 ＋Ｖ_XA2 ＋Ｖ_XB2

【０１３０】数１の式及び数２の式を代入すると次のよ
うになる。

【０１３１】

【数７】Ｖ_X0＊ＡＣ＝−（ＡＣ_1A1 −ＡＣ_1A2 ）−（Ａ
Ｃ_2A1 −ＡＣ_2A2 ）−（ＡＣ_1B1 −ＡＣ_1B2 ）−（ＡＣ
_2B1 −ＡＣ_2B2 ）

【０１３２】（１）音叉振動の場合、この式に数３の式
の関係を代入して出力信号Ｖ_X0＊ＡＣを求めると次のよ
うになる。

【０１３３】

【数８】Ｖ_X0＊ＡＣ＝−４（ＡＣ_1A1 −ＡＣ_1A2 ）

【０１３４】（２）コリオリ力による振動の場合及び
（３）Ｙ軸方向の加速度による変位の場合、それぞれ数
４の式及び数５の式の関係を数７の式に代入して出力信
号Ｖ_X0＊ＡＣを求めると、共にゼロとなる。即ち、コリ
オリ力による振動及びＹ軸方向の加速度による変位が起
きても、第３の加算器５２−３の出力信号Ｖ_X0＊ＡＣに
影響を与えない。

【０１３５】こうして本例によると、音叉の振動部２０
１、２０２が音叉振動によってＸ軸方向に変位すると、
制御演算部５２の第３の加算器５２−３は数８の式に示
す出力電圧Ｖ_X0＊ＡＣを出力する。

【０１３６】この出力電圧Ｖ_X0は、外側のコンデンサ１
Ａ１に印加される電圧ＡＣ_1A1 と内側のコンデンサ１Ａ
２に印加される電圧ＡＣ_1A2 の差であり、これは明らか
に、音叉の振動部２０１、２０２のＸ軸方向の振動変位
ΔＸを表す。

【０１３７】第３の加算器５２−３の出力信号Ｖ_X0＊Ａ
Ｃは一般的に次のような形をしており、図１６Ａにその
波形を示す。

【０１３８】

【数９】Ｖ_X0＊ＡＣ＝Ｋ_X ・ｓｉｎ（２πｆ_X ｔ）×ｓ
ｉｎ（２πｆ₀ ｔ）

【０１３９】ここでｆ_X は変位交流電圧信号の周波数で
あり例えば数ＫＨｚである。ｆ₀ は変位検出用交流電圧
の周波数であり例えば数１００ＫＨｚ〜数１０ＭＨｚで
ある。

【０１４０】図１６Ａにおいて、出力信号Ｖ_X0＊ＡＣの
波形の曲線の包絡線（破線で示す。）の振幅が音叉の振
動部２０１、２０２のＸ軸方向の振動変位ΔＸに比例
し、数９の式の係数Ｋ_X に相当する。従って係数Ｋ_X は
次のように表される。

【０１４１】

【数１０】Ｋ_X ＝ｋ_X ΔＸ

【０１４２】ｋ_X は比例定数である。

【０１４３】第３の加算器５２−３の出力信号Ｖ_X0＊Ａ
Ｃは復調器５２−４に供給され、そこで基準周波数ｆ₀
の信号によって同期検波される。復調器５２−４の出力
信号Ｖ_X0は一般的に次のような形をしており、図１６Ｂ
にその波形を示す。

【０１４４】

【数１１】Ｖ_X0＝Ｋ₁ Ｋ_X ・ｓｉｎ（２πｆ_X ｔ）

【０１４５】Ｋ₁ は比例定数である。

【０１４６】復調器５２−４の出力信号Ｖ_X0は補償器５
２−５に供給される。補償器５２−５は変位電圧信号Ｖ
_X0の振幅Ｋ₁ Ｋ_X と位相を調節するように機能する。係
数器５２−６は変位電圧信号Ｖ_X0の振幅Ｋ₁ Ｋ_X が予め
設定された一定値になるように補償器５２−５のゲイン
を調節する。即ち、音叉の振幅ΔＸを一定に制御する。

【０１４７】補償器５２−５の出力信号、即ち、制御演
算部５２の出力信号Ｖ_X は一般に次のように表される。

【０１４８】

【数１２】 Ｖ_X ＝Ｋ₂ Ｋ₁ Ｋ_X ・ｓｉｎ（２πｆ_X ｔ＋φ）

【０１４９】ここにＫ₂ は係数器５２−６によって供給
される係数であり、変位電圧信号Ｖ _X0の振幅Ｋ₁ Ｋ_X が
予め設定された一定値になるように変動する。またφは
補償器５２−５によって付与された位相であり、この位
相φを適当な値に選択することによって音叉は自励発振
する。

【０１５０】次に音叉部分２０−１、２０−２の各振動
部２０１、２０２の各振動部２０１、２０２に実際に作
用する静電吸引力を考察する。一般に、２つの平行電極
の間の作用する静電吸引力Ｆは次の式によって表され
る。

【０１５１】

【数１３】Ｆ＝εＶ² Ｓ／２δ² ＝ＣＶ² ／２δ

【０１５２】ここにεは誘電率、Ｖは電極間に印加され
た電圧、Ｓは電極の面積、δは電極間の距離、Ｃは２つ
の電極によって構成されるコンデンサの静電容量であ
る。

【０１５３】図１１Ｂに示すように２つの振動部２０
１、２０２が中立位置にあるものとする。第１の振動部
２０１の外側の電極１０１Ａ−１、１０１Ｂ−１に印加
される制御電圧は共にＤＣ₀ ＋Ｖ_X 、ＤＣ₀ ＋Ｖ_X 、内
側の電極１０１Ａ−２、１０１Ｂ−２に印加される制御
電圧は共にＤＣ₀ −Ｖ_X 、ＤＣ₀ −Ｖ_X であると考えて
よい。実際には、変位検出用交流電圧成分ＡＣ₀ も印加
されるが、変位検出用交流電圧成分ＡＣ₀ の周波数ｆ₀
は音叉の共振周波数と比較すると大きく異なるため、無
視することができる。

【０１５４】第１の振動部２０１はＸ軸の負の方向（外
側方向）に静電吸引力Ｆ_X1が作用し、Ｘ軸の正の方向
（内側方向）に静電吸引力Ｆ_X2が作用する。コンデンサ
の間隙δは一定であり、コンデンサの静電容量Ｃは一定
である。従って振動部２０１に作用する静電吸引力
Ｆ_X1、Ｆ_X2は次のように表される。

【０１５５】

【数１４】Ｆ_X1＝（Ｃ／２δ）（ＤＣ₀ ＋Ｖ_X ）² Ｆ_X2＝（Ｃ／２δ）（ＤＣ₀ −Ｖ_X ）²

【０１５６】第１の音叉部分２０−１の振動部２０１が
受けるＸ軸の負の方向（外側方向）の力の合力は次のよ
うになる。

【０１５７】

【数１５】Ｆ_X ＝Ｋ_FX（Ｆ_X1−Ｆ_X2）＝Ｋ_FX（Ｃ／２
δ）（ＤＣ₀ ＋Ｖ_X ）² −Ｋ_FX（Ｃ／２δ）（ＤＣ₀ −
Ｖ_X ）² ＝Ｋ_FX（Ｃ／２δ）・４ＤＣ₀ Ｖ_X

【０１５８】ここに、Ｋ_FXは電極の本数等に起因する係
数であり、一般に電極の本数に比例する。従って振動部
２０１の大きさが同一であれは電極を構成する帯状部の
幅が小さく帯状部の総本数が多い方が振動部２０１を効
率よく駆動することができる。また、ＤＣ₀ は基準電
圧、Ｖ_X は変位交流電圧であり、数１２の式及び図１６
Ｃに示されるように大きさ及び極性が変化する。従って
変位交流電圧Ｖ_X の極性が変化する毎に、振動部２０１
に作用するＸ軸方向の静電吸引力は方向は反転する。こ
うして、振動部２０１は変位交流電圧Ｖ_X の周期ｆ_X と
同一周期にて振動する。

【０１５９】尚、振動部２０１が変位すると、コンデン
サの静電容量Ｃは変化し、この静電吸引力Ｆ_X の値も変
化する。例えば、振動部２０１が受けるＸ軸の負の方向
（外側方向）に変位すると、振動部２０１の外側の静電
容量Ｃ_1A1 、Ｃ_1B1 は増加し、振動部２０１の内側の静
電容量Ｃ_1A2 、Ｃ_1B2 は減少する。従ってＸ軸の負の方
向（外側方向）に静電吸引力Ｆ_X1が増加し、Ｘ軸の正の
方向（内側方向）に静電吸引力Ｆ_X2が減少する。その結
果、振動部２０１に作用するＸ軸の負の方向（外側方
向）の静電吸引力Ｆ_X は増加する。しかしながら、振動
部２０１の変位が増加すると振動部２０１の片持ち支持
部の弾性力が増加する。両者が釣り合ったときに変位が
最大となる。

【０１６０】そこで、変位交流電圧Ｖ_X の極性が反転
し、振動部２０１に作用するＸ軸方向の静電吸引力は方
向が反転し、振動部２０１は逆方向に、即ち、Ｘ軸の正
の方向（内側方向）に変位する。これを繰り返して振動
部２０１は振動する。第２の音叉部分２０−２の振動部
２０２に作用する静電吸引力についても同様である。

【０１６１】図１７を参照して本例による角速度演算部
５３の構成及び動作を説明する。本例の角速度演算部５
３は３つの加算器５３−１、５３−２、５３−３と復調
器５３−４とを有する。第１の加算器５３−１は２つの
Ｙ電圧信号Ｖ_YA1 、Ｖ_YB1 の差Ｖ_YA1 −Ｖ_YB1 を演算
し、第２の加算器５３−２は２つのＹ電圧信号Ｖ_YA2 、
Ｖ_YB2 の差Ｖ_YA2 −Ｖ_YB2 を演算する。第３の加算器５
３−３は２つの加算器５３−１、５３−２の出力信号の
差を演算する。第３の加算器５３−３の出力信号Ｖ_Y0＊
ＡＣは次のようになる。

【０１６２】

【数１６】 Ｖ_Y0＊ＡＣ＝（Ｖ_YA1 −Ｖ_YB1 ）−（Ｖ_YA2 −Ｖ_YB2 ）

【０１６３】数１の式及び数２の式を代入すると次のよ
うになる。

【０１６４】

【数１７】Ｖ_Y0＊ＡＣ＝−（ＡＣ_1A1 ＋ＡＣ_1A2 ）＋
（ＡＣ_1B1 ＋ＡＣ_1B2 ）＋（ＡＣ_2A1 ＋ＡＣ_2A2 ）−
（ＡＣ_2B1 ＋ＡＣ_2B2 ）

【０１６５】（２）コリオリ力による振動の場合、この
式に数４の式の関係を代入して出力信号Ｖ_Y0＊ＡＣを求
めると次のようになる。

【０１６６】

【数１８】Ｖ_Y0＊ＡＣ＝−４（ＡＣ_1A1 −ＡＣ_1B1 ）

【０１６７】（１）音叉振動の場合及び（３）Ｙ軸方向
の加速度による変位の場合、それぞれ数３の式及び数５
の式の関係を数１７の式に代入して出力信号Ｖ_Y0＊ＡＣ
を求めると、共にゼロとなる。即ち、音叉振動及びＹ軸
方向の加速度による変位は、第３の加算器５３−３の出
力信号Ｖ_Y0＊ＡＣに影響を与えない。

【０１６８】音叉の振動部２０１、２０２がコリオリ力
によって振動変位すると、角速度演算部５３の第３の加
算器５３−３は数１８の式に示す出力電圧Ｖ_Y0を出力す
る。この出力電圧Ｖ_Y0は、上側のコンデンサ１Ａ１に印
加される電圧ＡＣ_1A1 と下側のコンデンサ１Ｂ２に印加
される電圧ＡＣ_1B1 の差であり、これは明らかに、音叉
の振動部２０１、２０２に作用するコリオリ力を表す。

【０１６９】ここでも、制御演算部５２の動作に関して
なされた議論が成り立つ。第３の加算器５３−３の出力
信号Ｖ_Y0＊ＡＣは一般的に次のような形をしており、そ
の波形は図１６Ａに示される如き曲線となる。

【０１７０】

【数１９】Ｖ_Y0＊ＡＣ＝Ｋ_Y ・ｓｉｎ（２πｆ_X ｔ）×
ｓｉｎ（２πｆ₀ ｔ）

【０１７１】図１６Ａに示す如き曲線の出力信号Ｖ_Y0＊
ＡＣの波形の曲線の包絡線（破線で示す。）の振幅が音
叉の振動部２０１、２０２のＹ軸方向の振動変位ΔＹに
比例する。これは数１９の式の係数Ｋ_Y に相当する。従
って係数Ｋ_Y は次のように表される。

【０１７２】

【数２０】Ｋ_Y ＝ｋ_Y ΔＹ

【０１７３】ｋ_Y は比例定数である。

【０１７４】第３の加算器５３−３の出力信号Ｖ_Y0＊Ａ
Ｃは復調器５３−４に供給され、そこで基準周波数ｆ₀
の信号によって同期検波される。復調器５３−４の出力
信号Ｖ_Y は一般的に次のような形をしており、図１６Ｂ
に示す如き波形をなす。

【０１７５】

【数２１】Ｖ_Y ＝Ｋ₃ Ｋ_Y ・ｓｉｎ（２πｆ_X ｔ）

【０１７６】Ｋ₃ は比例定数である。復調器５３−４の
出力信号Ｖ_Y より、係数Ｋ_Y を求めれば、数２０の式に
よって音叉の振動部２０１、２０２のＹ軸方向の変位Δ
Ｙが求められる。コリオリ力による音叉の振動部２０
１、２０２のＹ軸方向の変位ΔＹは入力加速度Ωに比例
する。こうして本例によると、角速度演算部５３は入力
加速度Ωに比例した出力信号Ｖ_Y を出力する。

【０１７７】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。

【０１７８】

【発明の効果】本発明によると、基板に形成された片持
ち支持構造の音叉とその振動部の電極部をリソグラフィ
技術によって形成することができるから振動型ジャイロ
装置を高精度且つ低コストにて製造することができる利
点を有する。

【０１７９】本発明によると、ケーシングの内面に配置
された電極を金属薄膜形成技術によって形成することが
できるから振動型ジャイロ装置を高精度且つ低コストに
て製造することができる利点を有する。

【０１８０】本発明によると、ケーシングを構成する２
枚のカバー部材をガラスによって構成し、音叉を有する
基板を単結晶珪素（Ｓｉ）によって構成すると、両材料
の熱膨張係数は略等しいから温度変化の影響を受けるこ
とのない高精度のジャイロ装置を提供することができる
利点を有する。

【０１８１】本発明によると、２枚のカバー部材とその
間に挟まれた基板の間を陽極接合することによってケー
シングを構成することができるから、接着剤を使用した
りねじ等の締結具を使用する場合に比べて、組立誤差が
少なく高精度の振動型ジャイロ装置を提供することがで
きる利点がある。

【０１８２】本発明の振動型ジャイロ装置によると、音
叉の振動部の電極部とケーシングの電極の間に作用する
静電吸引力によって振動部を振動させるように構成され
ており、従来の振動型ジャイロ装置のように駆動コイル
や圧電素子等の駆動装置を使用しないから、構造が簡単
で且つＱ値を高くすることができる利点がある。

【０１８３】本発明の振動型ジャイロ装置によると、静
電吸引力によって振動部を振動させるように構成されて
いるため、外部磁界の影響を受けることなく高精度の振
動型ジャイロ装置を提供することができる利点を有す
る。

【０１８４】本発明の振動型ジャイロ装置によると、コ
リオリ力による振動部の振動変位を静電容量の変化量と
して検出するように構成されているため、外部磁界の影
響を受けることなく高精度の振動型ジャイロ装置を提供
することができる利点を有する。

【０１８５】本発明によると、電極及び電極に接続され
た端子は金属薄膜によって形成され、電極端子と外部の
電気回路の間はスルーホール接続によって接続されるこ
とができるため、ケーシングとそれに接続された基板の
部分にはワイヤよりなる電路が含まれないから、組立作
業が能率化され又はワイヤの破断、ワイヤの変形又は共
振等による劣化がなく寿命が長いジャイロ装置を提供す
ることができる利点を有する。

【０１８６】本発明の振動型ジャイロ装置によると、音
叉の振動部を支持する支持部材が撓んでも振動部の中心
軸線は常に音叉軸に平行に維持されるから、振動部の振
動変位は常にＸ軸方向に沿った直線運動であり、コリオ
リ力に起因した振動部の変位は常にＹ軸方向に沿った直
線運動となる利点を有する。

【０１８７】本発明の振動型ジャイロ装置によると、振
動部の振動変位は常にＸ軸方向に沿った直線運動であ
り、振動部の中心軸線は常にＺ軸即ち音叉軸に平行に維
持されるから、振動部のＸ軸方向の振動を生成するため
のＸ軸方向に沿った静電吸引力を効率的に生成すること
ができる利点を有する。

【０１８８】本発明の振動型ジャイロ装置によると、コ
リオリ力に起因した振動部の変位は常にＹ軸方向に沿っ
た直線運動となり、振動部の中心軸線は常にＺ軸即ち音
叉軸に平行に維持されるから、コリオリ力を検出するた
めのＺ軸方向に沿ったコンデンサの容量の変化量を効率
的に生成することができる利点を有する。

【０１８９】本発明の振動型ジャイロ装置によると、振
動部のＹ軸方向の変位を制限するためのストッパが設け
られるから、振動部の電極部とそれに対応してケーシン
グ側の電極との間の間隙δがゼロとなることはなく、ま
た斯かる間隙δがゼロとなって両者が付着することがな
い利点を有する。

【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基板及び音
叉の構成を示す、図１及び図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音叉の一方
の部分を示す図である。

【図５】本発明による振動型ジャイロ装置のカバー部材
に形成された電極を示し、図２の線５−５に沿った断面
図である。

【図６】カバー部材に形成された電極と振動部に形成さ
れた電極部の間の相対的位置関係を示す図である。

【図７】音叉の振動部がＸ軸方向に変位したときの支持
部材の撓み状態を説明するための説明図である。

【図８】音叉の振動部がＹ軸方向に変位したときの支持
部材の撓み状態を説明するための説明図である。

【図９】本発明による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１０】本発明による検出駆動回路の例を示す回路図
である。

【図１１】音叉の振動変位を説明するための説明図であ
る。

【図１２】音叉のコリオリ力による振動変位を説明する
ための説明図である。

【図１３】音叉の加速度による変位を説明するための説
明図である。

【図１４】音叉の変位とコンデンサの静電容量の変化及
びそれに印加される電圧の変化を示す図である。

【図１５】本発明による制御演算部の構成例を示す図で
ある。

【図１６】本発明による制御演算部の動作を説明するた
めの波形図である。

【図１７】本発明による角速度演算部の構成例を示す図
である。

【図１８】従来の振動型（音叉型）ジャイロ装置の例を
示す斜視図である。

【図１９】従来の振動型（音叉型）ジャイロ装置の制御
ループの例を示す図である。

【符号の説明】

１ 音叉 ２ 撓み軸 ３ 基台 ４ 駆動コイル ５ 変位検出装置 ６ 捩じり変位検出装置 ７ 駆動増幅器 ８ デモジュレータ 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 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 一輝 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

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｚ軸方向に沿った音叉軸を有しＸ軸方向
   に一定の振動数にて振動する音叉と、該音叉を収容する
   ケーシングと、を有し、該音叉に生ずるＹ軸方向のコリ
   オリ力を検出してＺ軸周りの角速度Ωを検出するように
   構成されたジャイロ装置において、 上記音叉にて片持ち支持され、各々の中心軸線に対して
   対称的な板状の形状を有し、ＸＺ面に沿って配置され、
   Ｚ軸に対して互いに対称的に配置された２つの振動部
   と、 該振動部の両面に形成された電極部と、 該電極部に対応して上記ケーシングの内部空間に形成さ
   れ且つ上記電極部に対して上記振動部の中心軸線の外側
   又は内側に偏倚された電極と、 上記電極の各々とそれに対応する上記電極部とによって
   構成されるコンデンサに変位検出用交流電圧を印加する
   ための検出駆動回路と、を有し、上記変位検出用交流電
   圧の変化によって上記コリオリ力に起因する上記振動部
   のＹ軸方向の変位を検出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。
2. 【請求項２】 請求項１記載のジャイロ装置において、
   上記検出駆動回路は上記変位検出用検出電圧に加えて更
   に変位交流電圧を上記コンデンサに印加し、該変位交流
   電圧によって上記振動部はＸ軸方向に振動するように構
   成されていることを特徴とするジャイロ装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のジャイロ装置にお
   いて、上記振動部の各々は２本の互いに平行な支持部材
   を有するコの字形部材によって支持され、該２本の支持
   部材が撓んでも上記振動部の中心軸線は常にＺ軸方向に
   平行に維持されることを特徴とするジャイロ装置。
4. 【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、２枚の板状のカバー部材とその間に挟まれた
   基板とを含み、上記基板は一体的に形成された上記音叉
   と上記音叉を囲む額縁状部分とを含み、上記ケーシング
   の内部空間は上記２枚のカバー部材とその間に挟まれた
   上記基板の額縁状部分と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。
5. 【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、上記ケーシングは絶縁材料よりなり上記
   電極は上記ケーシングの内面に形成された金属薄膜より
   なり、上記振動部は導電性材料よりなり上記電極部は上
   記振動部に形成された凸部よりなることを特徴とするジ
   ャイロ装置。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４又は５記載のジャ
   イロ装置において、上記電極及び上記電極部は上記振動
   部の中心軸線を通り且つＹＺ面に平行な面に対して対称
   的に配置された多数の細長い帯状部よりなることを特徴
   とするジャイロ装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載のジャイロ装置において、
   上記帯状部の幅は数１０μｍであることを特徴とするジ
   ャイロ装置。
8. 【請求項８】 請求項４、５、６又は７記載のジャイロ
   装置において、上記２枚の板状のカバー部材と上記基板
   の額縁状部分とは陽極接合によって接合されていること
   を特徴とするジャイロ装置。
9. 【請求項９】 請求項４、５、６、７又は８記載のジャ
   イロ装置において、上記２枚の板状のカバー部材はガラ
   スよりなることを特徴とするジャイロ装置。
10. 【請求項１０】 請求項４、５、６、７、８又は９記載
    のジャイロ装置において、上記基板は単結晶珪素（Ｓ
    ｉ）よりなることを特徴とするジャイロ装置。
11. 【請求項１１】 請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９又は１０記載のジャイロ装置において、上記ケー
    シングの内部空間は密閉され真空に維持されていること
    を特徴とするジャイロ装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のジャイロ装置におい
    て、上記ケーシングには内部空間に連通した凹部が形成
    され、該凹部には真空を維持するためのゲッタ部材が配
    置されていることを特徴とするジャイロ装置。
13. 【請求項１３】 請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１又は１２記載のジャイロ装置におい
    て、上記振動部のＹ軸方向の変位を制限するためのスト
    ッパが設けられ、該ストッパは上記電極部及び電極の少
    なくとも一方の表面に形成された絶縁材の薄膜であるこ
    とを特徴とするジャイロ装置。
14. 【請求項１４】 導電性材料よりなる１枚の薄い板状の
    基板に、貫通孔を形成することによって、片持ち支持構
    造を有し且つ互いに対称的な２つの振動部を含む音叉を
    形成することと、 上記２つの振動部の両面に、該振動部の中心軸線に対し
    て対称的に突起部よりなる電極部を形成することと、 絶縁材よりなる２枚の薄い板状のカバー部材のそれぞれ
    一方の面に、上記振動部の電極部に対応した電極を形成
    することと、 上記２つのカバー部材の間に上記基板を挟み、上記電極
    を上記電極部に対して上記振動部の中心軸線の外側又は
    内側に偏倚して配置することと、 上記２つの振動部が振動可能なように上記２つのカバー
    部材とその間の上記基板を接合することと、を含むジャ
    イロ装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載のジャイロ装置の製造
    方法において、 上記２枚のカバー部材に形成された電極は金属薄膜製造
    技術によって形成された金属薄膜よりなることを特徴と
    するジャイロ装置の製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１４又は１５記載のジャイロ装
    置の製造方法において、上記基板の音叉はエッチングに
    よって形成されたことを特徴とするジャイロ装置の製造
    方法。
17. 【請求項１７】 請求項１４、１５又は１６記載のジャ
    イロ装置の製造方法において、上記振動部の電極部はエ
    ッチングによって形成されたことを特徴とするジャイロ
    装置の製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１４、１５、１６又は１７記載
    のジャイロ装置の製造方法において、上記２つのカバー
    部材と上記基板の間の接合は陽極接合によってなされる
    ことを特徴とするジャイロ装置の製造方法。