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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein Vibrations-Kreiselgeräte,
die zum Detektieren der Winkelgeschwindigkeit in verschiedenen Vorrichtungen
wie beispielsweise für
die Vibrations-Detektion in Videokameras und Einzelbildkameras,
Fahrzeugnavigationssystemen und Fahrzeug-Höhensteuereinrichtungen verwendet
werden. Spezieller befaßt
sich die Erfindung mit einem piezoelektrischen Vibrations-Kreiselgerät vom Stimmgabeltyp,
welches mit einer Stimmgabel ausgestattet ist, die aus einer piezoelektrischen
Substanz wie einem piezoelektrischen Einkristall und piezoelektrischen
Keramikmaterialien hergestellt ist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Es sind verschiedene Vibrations-Kreiselgeräte vom Stimmgabeltyp
bekannt und es wurde kürzlich
ein Vibrations-Kreiselgerät vorgeschlagen,
welches einen piezoelektrischen Einkristall wie LiTaO3 oder
LiNbO3 verwendet.
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Die 1A und 1B zeigen ein herkömmliches
Vibrations-Kreiselgerät
mit einem piezoelektrischen Einkristall. Das Kreiselgerät besitzt
eine Abstimmgabel (Vibrator) 19, die zwei Arme 12 und 14 und
einen Basisabschnitt 15 besitzt und aus einem piezoelektrischen
Kristall gebildet ist. Treibere lektroden 16, 18, 20 und 22 und
Detektionselektroden 24, 26, 28, 30, 32 und 34 sind
an Oberflächen
der Stimmgabel 10 vorgesehen, wie dies in den 1A und 1B gezeigt ist. Eine Treiberquelle OSC
ist zwischen die Treiberelektroden 16 und 18 angeschlossen,
um eine treiberseitige Vibration zu verursachen. Die Treiberelektroden 20 uns 22 liegen
den Treiberelektroden 16 und 18 gegenüber und
sind geerdet. Die Detektionselektroden 24, 26, 28, 30, 32 und 34 sind
so geschaltet, wie dies in den 1A und 1B gezeigt ist, so daß zwei Signale
ausgegeben werden.
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Wenn die Abstimmgabel 10 angetrieben wird,
beginnen die Arme 12 und 14 zu vibrieren, wie dies
auf der linken Seite von 2 gezeigt
ist. Die Vibration der zwei Arme 12 und 14 wird
als eine In-Ebene-Vibration bezeichnet. Wenn das Kreiselgerät um die
Z-Achse in dem zuvor erwähnten
Zustand gedreht wird, so wird eine Coriolis-Kraft in der Y-Achsenrichtung,
senkrecht zu der X-Achsenrichtung erzeugt und es werden die Arme 12 und 14 in
der Y-Achsenrichtung mit einer Größe in Vibration versetzt, die
proportional zu der Coriolis-Kraft ist. Die in der Y-Achsenrichtung
verursachte Vibration wird als eine Vibration senkrecht zur Oberfläche bezeichnet. Die
Coriolis-Kraft ist proportional der Winkelgeschwindigkeit, die somit
dadurch erfaßt
werden kann, indem ein Ausgangssignal detektiert wird, welches proportional
zur Größe der Vibration
ist und in der Y-Achsenrichtung verursacht wird.
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Das piezoelektrische Kreiselgerät vom Stimmgabeltyp,
welches in den 1A und 18 gezeigt ist, ist beispielsweise in der
Japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 8-128830 offenbart. Diese Anmeldung offenbart
ferner, daß die
Stimmgabel, die in den 1A und 1B gezeigt ist, an einem Halterungsteil
befestigt ist, so daß die
Stimmgabel und das Halterungsteil integral in Vibration versetzt werden
und zwar aufgrund der Coriolis-Kraft. Die Anmeldung zeigt, daß durch Ändern der
Gestalt des Halterungsteiles die Steifigkeit geändert werden kann, und daß die detektionsseitige
Vibration in ausreichender Weise an einem Endabschnitt des Halterungsteiles
gedämpft
werden kann.
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Das Vibrations-Kreiselgerät vom Stimmgabeltyp,
welches in den 1A und 1B gezeigt ist, ist mit den
folgenden Nachteilen behaftet. Die oben erwähnte Japanische Patentanmeldung
offenbart keine Betrachtung der Beziehung zwischen dem Temperaturbereich,
in welchem das Kreiselgerät
verwendet wird und der Qualität
des Kreiselgerätes.
Die Erfinder haben herausgefunden, daß die Temperatur des Kreiselgerätes und
die Qualität
desselben eine enge Beziehung haben. Spezieller gesagt wird der Vibrationsmodus
bei einer bestimmten Temperatur geändert und verursacht unerwünschte Vibrationen. In
diesem Fall erscheinen die unerwünschten
Vibrationen in Form einer Leck-Spannung in dem Detektionssignal
und die Qualität
des Kreiselgerätes
wird verschlechtert.
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Ferner offenbart die Anmeldung, daß die Resonanzfrequenz
der detektionsseitigen Vibration dadurch geändert werden kann, indem man
die Gestalt des Halterungsteiles ändert, an welchem die Abstimmgabel
befestigt ist. Jedoch offenbart die Anmeldung nicht die Beziehung
zwischen der treiberseitigen Resonanz und der detektionsseitigen
Resonanz, speziell die Beziehung zwischen der Detektionsempfindlichkeit
und der Frequenzdifferenz zwischen der treiberseitigen Vibration
und der detektionsseitigen Vibration.
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Ferner offenbart die Anmeldung, daß das Kreiselgerät und eine
Verdrahtungsplatine, auf der eine Detektionsschaltung zum Verarbeiten
der Detektionssignale des Kreiselgerätes ausgebildet ist, elektrisch
miteinander durch Drahtkontaktierung verbunden sind. Die Betriebsfähigkeit
der Drahtkontaktierung ist jedoch nicht gut.
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Die
DE 19544338 A1 zeigt eine Stimmgabel und
eine Abstützbasis
406,
die so gebildet ist, daß ein
schmalerer Abschnitt 434 davon als Schwenkpunktbereich fungiert.
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Nach der
DE 4332944 A1 sind eine
Stimmgabel und eine Abstützbasis
zusammen gesteckt; und Feiaabstimmungen verschiedener Schwingungsformen
sind nicht offenbart.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher eine allgemeine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ein verbessertes piezoelektrisches Vibrations-Kreiselgerät vom Stimmgabeltyp zu
schaffen, bei dem die oben erläuterten
Nachteile beseitigt sind.
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Ein spezifischeres Ziel der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein piezoelektrisches Vibrations-Kreiselgerät vom Stimmgabeltyp
zu schaffen, welches eine stabile Qualität in einem verwendeten Temperaturbereich,
eine hohe Detektions-Präzision und
eine verbesserte Herstellbarkeit besitzt.
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Die oben erwähnten Ziele der vorliegenden Erfindung
werden mit Hilfe eines piezoelektrischen Vibrations-Kreiselgerätes vom
Stimmgabeltyp erreicht, welches aufweist: eine Stimmgabel mit zwei Armen
und einem Basisabschnitt, der einstückig mit den zwei Armen ausgebildet
ist und welches Elektroden besitzt: eine Abstützbasis, welche den Basisabschnitt
der Stimmgabel abstützt;
und eine Klebemittelschicht, welche den Basisabschnitt und die Abstützbasis
miteinander verbindet, so daß die
Stimmgabel und die Halterungsplatte elastisch integriert sind zwar
innerhalb eines Temperaturbereiches, in welchem das Kreiselgerät verwendet
wird.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann derart
konfiguriert werden, daß:
die Klebemittelschicht eine aus Glas und Epoxy-Harz umfaßt; und die Klebemittelschicht
eine Glas-Übergangspunkt-Temperatur
besitzt, die höher
liegt als eine maximale Temperatur, bei der das Kreiselgerät verwendet
werden kann.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann derart
konfiguriert werden, daß ein
Absolutwert einer Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz einer
treiberseitigen Vibration des Kreiselgerätes und derjenigen einer detektionsseitigen
Vibration desselben gleich ist oder kleiner ist als ein vorbestimmter
Schwellenwert.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann derart
konfiguriert werden, daß ein
Absolutwert einer Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz einer
treiberseitigen Vibration des Kreiselgerätes und derjenigen einer detektionsseitigen
Vibration desselben gleich ist oder kleiner ist als 1,3 kHz.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann derart
konfiguriert werden, daß es
ferner aufweist: Treiberelektroden, die an der Abstimmgabel vorgesehen
sind; Detektionselektroden, die an der Abstimmgabel vorgesehen sind;
und wenigstens eine flexible Verdrahtungsplatine für externe
Anschlüsse
mit den Treiber-und Detektions-Elektroden.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann derart
konfiguriert werden, daß die
oben erwähnte
wenigstens eine flexible Verdrahtungsplatine an Leitungen angeschlossen
ist, die an der Abstimmgabel vorgesehen sind und mit den Treiber-und
Detektions-Elektroden verbunden sind.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann auch
derart konfiguriert werden, daß die
oben erwähnte
wenigstens eine flexible Verdrahtungsplatine durch Löten oder
durch ein elektrisch leitendes Klebemittel mit Leitungen verbunden
wird, die an der Abstimmgabel vorgesehen sind und die mit den Treiber-und
Detektions-Elektroden verbunden sind.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann auch
derart konfiguriert werden, daß die
oben erwähnte
wenigstens eine flexible Verdrahtungsplatine mit Leitungen verbunden
wird, die auf der Abstützbasis
vorgesehen sind, und die mit den Treiber-und Detektions-Elektroden
verbunden sind.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann so
konfiguriert sein, daß die
wenigstens eine flexible Verdrahtungsplatine durch Löten oder
durch ein elektrisch leitendes Klebemittel mit Leitungen verbunden
ist, die an der Abstimmgabel vorgesehen sind, und die mit den Treiber-und
Detektions-Elektroden verbunden sind.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann auch
so konfiguriert sein, daß:
die Abstützbasis
einen Schlitz aufweist; das Vibrations-Kreiselgerät ein Halterungsteil
besitzt, welches durch den Schlitz verläuft und welches an der Abstützbasis
durch ein elastisches Klebemittel befestigt ist; und das Vibrations-Kreiselgerät kann ferner
an einem Stab befestigt sein, so daß die zwei Arme der Stimmgabel
zu dem Stab hinzeigen.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann auch
so konfiguriert werden, daß das
Halterungsteil an dem Stab durch Löten und/oder Schweißen befestigt
wird.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann so
konfiguriert sein, daß es
ferner eine Kappe aufweist, welche hermetisch die Stimmgabel und
die Abstützbasis
abdichtet.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann so
konfiguriert sein, daß es
ferner eine Kappe aufweist, die hermetisch die Stimmgabel und die
Abstützbasis
abdichtet, wobei das Halterungsteil an dem Stab und der Kappe befestigt
ist.
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Das Vibrations-Kreiselgerät kann ferner
so konfiguriert sein, daß:
das Halterungsteil einen ersten Abschnitt aufweist, der an dem Stab
zu befestigen ist, und einen zweiten Abschnitt aufweist, der an der
Abstützbasis
befestigt ist; und wobei der erste Abschnitt einen Bereich oder
eine Gestalt besitzt, der bzw. die größer ist als derjenige bzw.
diejenige des zweiten Abschnitts.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Ziele, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen:
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1A und 1B Diagramme eines herkömmlichen
piezoelektrischen Vibrations-Kreiselgerätes vom Stimmgabeltyp sind;
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2 ein
Diagramm ist, welches einen Betrieb des Kreiselgerätes zeigt,
das in den 1A und 1B veranschaulicht ist;
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3 ein
Diagramm ist, welches eine Konstruktion einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und eine normale Betriebsweise derselben
wiedergibt;
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4 ein
Diagramm ist, welches die Konstruktion der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und eine defekte Betriebsweise derselben
veranschaulicht;
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5 eine
graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer treiberseitigen
Resonanzfrequenz und einer detektionsseitigen Resonanzfrequenz zeigt;
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6 eine
andere graphische Darstellung der Beziehung zwischen der treiberseitigen
Resonanzfrequenz und der detektionsseitigen Resonanzfrequenz zeigt;
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7 ein
Diagramm ist, welches Parameter veranschaulicht, welche eine zweite
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betreffen;
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8A, 8B, 8C, 8D und 8E graphische Darstellungen
von Beziehungen zwischen Parametern und den treiberseitigen und
detektionsseitigen Resonanzfrequenzen sind;
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9 eine
perspektivische Ansicht einer Stimmgabel ist, die in einer dritten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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10A und 10B jeweils perspektivische und
Seiten-Ansichten
eines Kreiselgerätes
gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind;
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11 eine
perspektivische Ansicht einer Stimmgabel ist, die in einer vierten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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12 eine
perspektivische Ansicht einer Stimmgabel und einer Abstützbasis
ist, die in der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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13A und 13B jeweils perspektivische und
Seiten-Ansichten
eines Kreiselgerätes
gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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14A und 14B jeweils Seiten-und Drauf-Sichten
eines Kreiselgerätes
gemäß einer fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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15A eine
Querschnittsansicht der fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einem Zustand zeigt, bei dem eine
Kappe vorgesehen ist;
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15B eine
Querschnittsansicht einer Abwandlung der Konstruktion gemäß der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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16A und 16B Diagramme einer Abwandlung
der Konstruktion sind, die in den 14A und 14B wiedergegeben ist;
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17A eine
Querschnittsansicht eines Kreiselgerätes gemäß einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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17B eine
vergrößerte perspektivische Ansicht
eines Abschnitts des Kreiselgerätes
zeigt, welches in 17A wiedergegeben
ist;
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18A, 18B und 18C jeweils Diagramme eines Kreiselgerätes gemäß einer
siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen; und
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19A, 19B, 19C und 19D jeweils
Diagramme einer Abwandlung der Konstruktion sind, die in den 18A, 18B und 18C gezeigt
sind.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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3 ist
ein Diagramm eines piezoelektrischen Vibrations-Kreiselgerätes vom
Stimmgabeltyp gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 3 sind
Teile, welche die gleichen wie diejenigen sind, welche in den früher beschriebenen
Figuren gezeigt sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das in 3 gezeigte
Kreiselgerät
verwendet eine Klebemittelschicht 36, die zwischen dem
Basisabschnitt 15 und der Stimmgabel 10 und einer
Abstützbasis 38 vorgesehen
ist, die eine Plattengestalt besitzt und bei der eine elastische
integrale oder einstückige
Struktur der Stimmgabel 10 und der Abstützbasis 38 realisiert
ist und zwar innerhalb eines verwendbaren Temperaturbereiches des
Kreiselgerätes. Die
Klebemittelschicht 36 besteht beispielsweise aus einem
Glasklebemittel oder einem Epoxy-Klebemittel. Die Klebemittelschicht 36 muß eine Glas-Übergangspunkt-Temperatur
besitzen, die höher
liegt als der Maximalwert des verwendbaren Temperaturbereiches des
Kreiselgerätes.
Die Klebemittelschicht 36 befindet sich in einem glasähnlichen
Zustand mit einem großen
Elastizitätsmodul,
wenn die Temperatur der Klebemittelschicht 36 niedriger
liegt als die Glas-Übergangspunkt-Temperatur,
und befindet sich in einem gummiähnlichen
Zustand mit einem extrem niedrigen Elastizitätsmodul, wenn die Temperatur
der Klebemittelschicht 36 höher liegt als die Glas-Übergangspunkt-Temperatur.
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Die Klebemittelschicht 36 ist
vergleichsweise hart in dem glasähnlichen
Zustand und es tritt somit eine Drehbewegung auf, die durch die
treiberseitige Vibration und die detektionsseitige Vibration verursacht
wird, so als ob die Stimmgabel 10 und die Abstützbasis 38 durch
eine harte Klebemittelschicht 36 miteinander verbunden
wären.
Mit anderen Worten werden die Stimmgabel 10 und die Abstützbasis 38 inte gral
in Vibration versetzt, wenn die Klebemittelschicht 36 sich
in dem glasähnlichen
Zustand befindet. Wenn sich im Gegensatz dazu die Klebemittelschicht 36 in
dem gummiähnlichen
Zustand befindet, wobei die Glas-Übergangspunkt-Temperatur überschritten
ist, werden die Stimmgabel 10 und das Halterungsteil getrennt
in Vibration versetzt, da die Klebemittelschicht 36 weich
ist. Bei einem in 4 gezeigten
Beispiel ist die Rotation der Arme 12 und 14 größer als
diejenige der Abstützbasis 38.
Damit treten unerwünschte
Vibrationen auf und es wird eine resultierende Leckspannung der
Detektionsspannung überlagert.
Dies verschlechtert die Qualität bzw.
Performance des Kreiselgerätes.
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Gemäß der obigen Betrachtungsweise
ist die Klebemittelschicht 36 so angeordnet, daß sie eine Glas-Übergangspunkt-Temperatur besitzt,
die höher liegt
als eine maximale Temperatur des verwendbaren Temperaturbereiches
des Kreiselgerätes.
Somit können
die Stimmgabel und das Halterungsteil integral innerhalb des verwendbaren
Temperaturbereiches in Vibration versetzt werden.
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Die Stimmgabel 10 ist mit
den zuvor erwähnten
Treiberelektroden 16, 18, 20 und 22 und
den Detektionselektroden 24, 26, 28, 30, 32 und 34 ausgestattet.
Diese Elektroden sind jedoch in den 3 und 4 der Einfachheit halber
weggelassen. Ferner sind Leitungen vorgesehen und mit den Elektroden
in einer herkömmlichen
Weise verbunden, wie dies in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr.8-128830
offenbart ist. Wie an späterer
Stelle noch beschrieben wird, besitzt die dritte und die vierte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einzigartige Anordnungen der Leitungen,
um externe Verbindungen mit den Treiber-und Detektions-Elektroden
herzustellen.
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Es folgt nun eine Beschreibung einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die eine einmalige oder einzigartige
Anordnung besitzt, bei der der Absolutwert der Resonanzfrequenz
der treiberseitigen Vibration und der Absolutwert der Resonanzfrequenz
der detektionsseitigen Vibration gleich ist oder kleiner ist als
ein vorbestimmter Schwellenwert, so daß das Kreiselgerät mit einer
gewünschten
Qualität
bzw. Performance konfiguriert werden kann. Spezieller gesagt wird
die oben erwähnte
Resonanzfrequenz-Differenz reduziert, um effizient eine Detektionsspannung
auszugeben. Dies wird im folgenden unter Hinweis auf die 5 und 6 beschrieben.
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Die 5 und 6 sind graphische Darstellungen
von Frequenzeigenschaften, die die Resonanzfrequenz der treiberseitigen
Vibration und die Resonanzfrequenz der detektionsseitigen Vibration
zeigen. 5 veranschaulicht
einen Fall, bei dem die Empfindlichkeit des Kreiselgerätes vergleichsweise hoch
ist. In den 5 und 6 bezeichnet ein Symbol fx
die Resonanzfrequenz der treiberseitigen Vibration , und ein Symbol
fy bezeichnet die Resonanzfrequenz der detektionsseitigen Vibration.
Wie in 5 gezeigt ist,
wird in dem Fall, bei dem die Empfindlichkeit des Kreiselgerätes vergleichsweise
hoch ist, wenn die Resonanzfrequenz der treiberseitigen Vibration
und die Resonanzfrequenz der detektionsseitigen Vibration einen
kleinen Differenzwert hat, die Verstärkung G stark geändert (Delta
G) und zwar entsprechend selbst einer kleinen Vibration in der Resonanzfrequenz
(ein Fall, bei dem die Resonanzfrequenz der treiberseitigen Vibration
geändert
wird von fx nach fx').
D.h. die Spitze der treiberseitigen Vibration ist bei einem relativ
hohen Verstärkungsabschnitt der
Spitze der detektionsseitigen Vibration gelegen. Da die Verstärkung G
stark geändert
wird, ist die Detektionsspannung unstabil. Wenn im Gegensatz dazu,
wie in 6 gezeigt ist,
eine große
Resonanzfrequenzdifferenz festgelegt ist, kann die Detektionsspannung
nicht effizient erhalten werden verglichen mit dem Fall, der in 5 gezeigt ist (die Verstärkung G
der Spitze der Resonanzfrequenz der detektionsseitigen Vibration
ist klein verglichen mit dem Fall, der in 5 gezeigt ist). Es wird jedoch die Verstärkung G
nicht stark aufgrund einer Vibration der Resonanzfrequenz geändert (fx
-> fx'), und somit kann
die Detektionsspannung in stabiler Weise erhalten werden.
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Es ist erforderlich die Frequenzdifferenz
|fx – fy|
festzulegen, um den Einfluß der
Vibration auf die Resonanzfrequenz zu reduzieren. Wenn in diesem Fall
die Frequenzdifferenz |fx – fy|
zu groß ist,
wird die Empfindlichkeit stark vermindert. Es ist somit erforderlich
die obere Grenze der Differenzfrequenz |fx – fy| zu definieren, um eine
ausreichende Empfindlichkeit zu erhalten.
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Die Differenzfrequenz |fx – fy| zwischen
der Resonanzfrequenz der treiberseitigen Vibration und derjenigen
der detektionsseitigen Vibration kann dadurch eingestellt werden,
indem man die Gestalt der Abstützbasis 38 ändert, so
daß die
Resonanzfrequenz der detektionsseitigen Vibration geändert werden
kann. Es ist beispielsweise, wie dies in 7 veranschaulicht ist, ein Schlitz 40 in
der Abstützbasis 38 ausgebildet.
Der Schlitz 40 ist auf der Zentrumslinie des Halterungsteiles 40 gelegen
(das Zentrum der Drehbewegung des Kreiselgerätes). Der Schlitz 40 verbindet
die sich gegenüberliegenden
Flächen der
Abstützbasis 38 und
besitzt ein offenes Ende.
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Die 8A bis 8E zeigen grafische Darstellungen,
welche die Beziehungen zwischen Parametern und den Resonanzfrequenzen
der treiberseitigen und der detektionsseitigen Vibrationen veranschaulichen.
Die in den 8A bis 8E gezeigten Parameter sind
die Weite oder Breite W der Abstützbasis 38,
die Weite w des Schlitzes 40, die Länge L der Abstützbasis 38,
die Länge
1 des Schlitzes 40 und die Dicke t der Abstützbasis 38.
Die grafischen Darstellungen der 8A bis 8E werden durch Definieren
oder Festlegen der darin gezeigten Abmaße erhalten. Wie in diesen
Figuren dargestellt ist, können die
verschiedenen Kombinationen der Parameter willkürlich festgelegt werden, um
die Spitzenposition der Resonanzfrequenz der treiberseitigen Vibration einzustellen,
so daß sie
außerhalb
der Spitze der detektionsseitigen Vibration zu liegen kommt. Es
ist somit möglich
Kreiselgeräte
zu schaffen, von denen jedes für
einen jeweiligen Betriebszustand geeignet ist.
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Anhand von Experimenten, die von
den Erfindern durchgeführt
wurden, konnte gezeigt werden, daß die Frequenzdifferenz |fx – fy| zwischen
der Resonanzfrequenz der treiberseitigen Vibration und der Resonanzfrequenz
der detektionsseitigen Vibration gleich ist oder kleiner ist als
1,3 kHz. Wie an früherer Stelle
beschrieben wurde wird dann, wenn die Frequenzdifferenz |fx – fy| zu
groß wird,
die Empfindlichkeit stark verschlechtert. Es ist in diesem Fall
sehr schwierig die Winkelgeschwindigkeit zu detektieren. Es ist
somit wünschenswert
den Schwellenwert festzulegen, welcher die obere Grenze der Frequenzdifferenz
|fx – fy|
angibt. Gemäß den von
den Erfindern durchgeführten
Experimenten hat sich gezeigt, daß die obere Grenze der Frequenzdifferenz
|fx – fy|
1,3 kHz beträgt.
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Es folgt nun eine Beschreibung unter
Hinweis auf die 9, 10A und 10B einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die auf eine einzigartige oder einmalige
Anordnung hinsichtlich der Leiter für externe Anschlüsse mit
den Treiber-und Detektions-Elektroden gerichtet ist.
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9 zeigt
die Stimmgabel des Kreiselgerätes 10 gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 9 sind
Teile, welches die gleichen sind wie diejenigen, die in früher beschriebenen
Figuren vorkommen, mir den gleichen Bezugszeichen versehen. Wie
in 9 dargestellt ist, sind
Leitungen 42, 44 und 46 an der Frontfläche des Basisabschnitts 15 der
Abstimmgabel 10 vorgesehen und sie stellen die Verbindungen
her, die in 1A gezeigt
sind. Die Leitungen 42 verbinden die Treiberelektroden 20 und 22 miteinander
und die Leitung 46 verbindet die Detektionselektroden 24 und 34 miteinander.
Die Leitung 44 erstreckt sich zum Zentrum des Basisabschnitts 15.
In ähnlicher
Weise sind Leitungen, die den Leitungen 42, 44 und 46 entsprechen, auf
der Rückfläche des
Basisabschnitts 15 der Stimmgabel 10 vorgesehen,
um die Verbindungen zu realisieren, die in 1A gezeigt sind.
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Wie in den 10A und 10B gezeigt
ist, sind flexible Verdrahtungsplatinen 50 und 58 vorgesehen, um
die Treiberelektroden und die Detektionselektroden mit den Leitungen
zu verbinden, die an der Frontfläche
und der Rückfläche der
Arme 12 und 14 vorgesehen sind. Die flexible Verdrahtungsplatine 50 enthält ein Basisteil 52 und
einen Leitungsabschnitt 54 mit einer Vielzahl von Leitungen,
die durch das Basisteil 52 abgestützt bzw. gehaltert sind. Bei
dem in den 10A und 10B gezeigten Beispiel besitzt
der Leitungsabschnitt 54 drei Leitungen. Wie durch ein
Bezugszeichen 56 in den 10A und 10B angezeigt ist, ist eine
ende der flexiblen Verdrahtungsplatine 50 am Zentrum des
Basisabschnitts 15 gelegen, so daß die Leitungen 42, 44 und 46 und
die entsprechenden Leitungen des Leitungsabschnitts 54 in
Linien oder Zeilen angeordnet sind. Die Leitungen 42, 44 und 46 sind
elektrisch mit den entsprechenden Leitungen des Leitungsabschnitts 54 verbunden
und zwar durch Anlöten
oder mit Hilfe eines elektrisch leitfähigen Klebemittels. die Betriebsfähigkeit
bei der Verwendung der flexiblen Verdrahtungsplatine 50 und der
Leitungen 42, 44 und 46 ist besser gegenüber derjenigen
der herkömmlichen
Drahtkontaktierung. Die flexible Verdrahtungs platine 58,
die auf der Rückseite
des Basisabschnitts 1^5 vorgesehen ist, ist in der gleichen
Weise konfiguriert, wie die oben erläuterte flexible Verdrahtungsplatine 50,
die an der Frontseite desselben vorgesehen ist.
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Es folgt nun eine Beschreibung der
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die 11, 12, 13A und 13B, die auf eine einmalige oder einzigartige
Anordnung gerichtet ist, bei der die oben erläuterten flexiblen Verdrahtungsplatinen 50 und 58 an
den Front-und-Rückseiten
der Abstützbasis 38 vorgesehen
sind. An der Frontfläche des
Basisabschnitts 15 der Stimmgabel 10 sind Leitungen 60, 62, 64, 66 und 68 vorgesehen,
die sich von den Leitungen 20, 24, 22, 30 und 34 aus
jeweils erstrecken. Leitungen ähnlich
den Leitungen 60, 62, 64 66 und 68,
sind auch auf der Rückseite
des Basisabschnitts 15 vorgesehen.
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Wie in 12 dargestellt
ist, sind die Leitungen 70, 72 und 74 an
der Frontfläche
der Abstützbasis 38 vorgesehen.
Die Leitung 70 verbindet elektrisch die Leitungen 60 und 68 miteinander,
und die Leitung 72 verbindet elektrisch die Leitungen 62 und 64 miteinander.
Die Leitung 74 ist mit der Leitung 66 verbunden
und erstreckt sich zum Zentrum der Abstützbasis 38 hin. Ein
Bezugszeichen 70 zeigt in 12 einen
Zwischenbereich zwischen den Leitungen an der Abstimmgabel 10 und
den Leitungen an der Abstützbasis 38 an.
Die Verbindungen oder Anschlüsse
an dem Zwischenbereich sind durch Löten oder durch ein elektrisch
leitendes Klebemittel hergestellt. Leitungen ähnlich den Leitungen 70, 72,
und 74 sind auf der Rückfläche der
Abstützbasis 38 vorgesehen.
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Wie in den 13A und 13B gezeigt
ist, sind die flexiblen Verdrahtungsplatinen 50 und 58 jeweils an
den Front-und-Rückseiten
der Abstützbasis 38 vorgesehen.
Die Leitungen 70, 72 und 74, die an der Frontseite
der Abstützbasis 38 vorgesehen
sind, sind elektrisch mit Leitungen des Lei tungsabschnitts 54 der
flexiblen Verdrahtungsplatine 50 durch Löten oder
durch ein elektrisch leitendes Klebemittel angeschlossen bzw. verbunden.
In ähnlicher
Weise sind Leitungen, die an der Rückfläche der Abstützbasis 38 vorgesehen
sind, elektrisch mit den Leitungen des Leitungsabschnitts der flexiblen
Verdrahtungsplatine 58 durch Löten oder ein elektrisch leitendes
Klebemittel verbunden.
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Es folgt nun eine Beschreibung einer
fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die 14A, 14B, 15A und 15B, die eine Anordnung umfaßt, bei
der die Stimmgabel 10 und die Abstützbasis 38 durch einen
Stab 78 gehaltert sind und durch eine Kappe 80 bedeckt
sind.
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Wie in den 14A und 14B gezeigt
ist, ist eine Halterungsplatte 76, die durch den Schlitz 40 hindurch
verläuft,
der in der Abstützbasis 38 ausgebildet
ist, an dem Stab 78 befestigt. Die Abstützbasis 38 ist an
der Halterungsplatte 76 durch ein elastisches Klebemittel
befestigt. Damit zeigen die zwei Arme 12 und 14 der
Abstimmgabel 10 zu dem Stab 78 hin (mit anderen
Worten verläuft
die treiberseitige Vibrationsebene parallel zu einer Fläche 78A des Stabes 78).
Eine Vielzahl von Stiften 79 sind an dem Stab 78 befestigt
und sind elektrisch mit Verdrahtungsmustern (nicht gezeigt) verbunden,
die auf der Fläche 78A des
Stabes 78 vorgesehen sind. Die zuvor erwähnten flexiblen
Verdrahtungsplatinen 50 und 58 (in den 14A-15B der Einfachheit halber nicht gezeigt)
sind mit den Verdrahtungsmustern verbunden, die auf der Fläche 78A des
Stabes 78 ausgebildet sind. Wie in 15A gezeigt ist, ist die Kappe 80 an
dem Stab 78 befestigt, so daß sie hermetisch die Stimmgabel 10 und
die Abstützbasis 38 abdichtet.
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Wie in 15B gezeigt
ist, kann die Abstützgabel 10 so
gehaltert werden, daß die
treiberseitige Vibrationsebene vertikal zu der Fläche 78A des
Stabes 78 verläuft.
In diesem Fall können
die flexiblen Verdrahtungsplatinen 50 und 58 in
einfacher Weise positioniert und verlegt werden und zwar verglichen mit
der Anordnung, die in 15A gezeigt
ist. Es muß jedoch
die Kappe 80 eine größere Größe haben als
diejenige, die in 15A gezeigt
ist. Die in 15B verwendete
Halterungsplatte 76 besitzt einen L-förmigen oder Z-förmigen Querschnitt
und ein oder beide Enden derselben sind an dem Stab 78 befestigt.
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Die 16A und 16B sind Diagramme, die eine
Abwandlung der Konstruktion zeigen, welche in den 14A und 14B wiedergegeben
ist. Eine Halterungsplatte 76A, die in den 16A und 16B gezeigt
ist, besitzt einen angenäherten
C-gestalteten Querschnitt und beide enden derselben sind an dem Stab 78 durch
Löten oder
Schweißen
befestigt. Wie in 16B veranschaulicht
ist, verläuft
die Halterungsplatte 76A durch den Schlitz 38 der
Abstützbasis 38 und
ist an dieser durch ein Klebemittel oder ähnliches befestigt. Da beide
Enden der Halterungsplatte 76 an dem Stab 78 befestigt
sind ist es somit möglich,
effektiv eine Vibration der Halterungsplatte 76A selbst
zu unterdrücken.
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Die 17A und 17B zeigen eine sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die darauf abzielt effektiver eine Vibration
der Halterungsplatte 76 selbst zu unterdrücken, die
in den 14A und 14B veranschaulicht ist.
Ein Konstruktionsrahmen 84 mit einer Ausnehmung, der an
ein Ende der Halterungsplatte 76 angreift, ist auf der
Fläche 78A des
Stabes 78 vorgesehen. Ein Konstruktionsrahmen 86 mit
einer Ausnehmung, der an das andere Ende der Halterungsplatte 76 angreift,
ist an der inneren Deckenwand der Kappe 80 vorgesehen.
Die Halterungsplatte 76 ist zwischen zwei Konstruktionsrahmen 84 und 86 mit
Ausnehmung zwischengesetzt und zwar in dem zusammengebauten Zustand.
Die Halterungsplatte 76 wird durch den Stab 78 und
die Kappe 80 gehaltert, so daß die Hal terungsplatte 76 effektiver
eine Vibrationserzeugung unterdrücken kann.
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Die 18A, 18B und 18C zeigen eine siebte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die darauf abzielt effektiver eine Vibration
der Halterungsplatte 76 zu unterdrükken, die in den 14A und 14B veranschaulicht ist, wie in dem Fall
der sechsten Ausführungsform.
Eine bei der siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendete Halterungsplatte ist durch
ein Bezugszeichen 76B angezeigt. Die Halterungsplatte 76B enthält einen ersten
Abschnitt b1 und einen zweiten Abschnitt b2. Der erste Abschnitt
b1 ist an dem Stab 78 befestigt und besitzt eine dreieckförmige Prisma- oder Pegelgestalt.
Der zweite Abschnitt b2 ist an der Abstützbasis 38 befestigt
und besitzt eine Plattengestalt. Der erste Abschnitt b1 besitzt
einen vergleichsweise weiten Bereich, der den Stab 78 kontaktiert,
so daß eine Vibration
der Halterungsplatte 76B selbst effektiv unterdrückt werden
kann.
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Die 19A, 19B, 19C und 19D zeigen
eine Abwandlung der siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die eine Halterungsplatte 76C besitzt.
Wie in diesen Figuren dargestellt ist, besitzt die Halterungsplatte 76C einen
ersten Abschnitt c1 und einen zweiten Abschnitt c2. Der erste Abschnitt
c1 besitzt einen weiten Bereich, der den Stab 78 kontaktiert
und an diesem befestigt ist. Es ist somit möglich effektiv eine Vibration
der Halterungsplatte 76C selbst zu unterdrücken. 19C zeigt die Halterungsplatte 76C,
die einen L-gestalteten Querschnitt hat. Die 19D zeigt die Halterungsplatte 76C,
die einen ersten Abschnitt c3 mit einem T-gestalteten Querschnitt besitzt.
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Wie in den 18A bis 19D dargestellt
ist, ist die Halterungsplatte so konstruiert, daß sie einen weiten Bereich
besitzt, der in Berührung
mit dem Stab 78 steht, so daß eine Vibration der Halterungsplatte
selbst effektiv unterdrückt
werden kann.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die spezifischen offenbarten Ausführungsformen beschränkt und
es sind Abwandlungen und Modifikationen möglich, ohne dadurch den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.