DE19908199A1 - Schwinggyroskop - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwinggyroskop (Schwingkreisel), wie er z. B. in Winkeldrehungs-Geschwindigkeitssensoren für Kraftfahrzeug-Navi­ gationssysteme eingesetzt wird.

Ein Schwingkreisel nutzt das dynamische Phänomen der Corioliskraft, die rechtwinklig zu der Schwingungsrichtung entsteht, wenn ein schwin­ gender Gegenstand mit einer Drehgeschwindigkeitskomponente behaftet ist. Der Schwingkreisel besitzt Elektroden, die an mehreren Flächen eines Schwingers ausgebildet sind, und an die von einer externen Quelle ein Wechselstrom gelegt wird, um ein Nachweis-Ausgangssignal zu gewinnen, welches durch den piezoelektrischen Effekt entsteht, wobei für die elektrischen Anschlüsse des Schwingers feine Leitungsdrähte verwendet werden.

Allerdings werden bei Drahtleitungsverbindungen die einzelnen Drähte nach Bedarf zugeschnitten, so daß nur eine Draht für Draht vorzuneh­ mende Art des Anschließens in Frage kommt. Besonders aufwendig sind die damit einhergehenden Arbeitsschritte wie das Verlöten der Anschluß­ drähte von Hand, so daß nur eine geringe Fertigungseffizienz erreichbar ist.

Angesichts der oben angesprochenen Probleme ist es Aufgabe der Erfin­ dung, einen Schwingkreisel anzugeben, der folgende Merkmale aufweist:

• - Der Schwingkreisel zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit seiner Verbindungen gegenüber herkömmlichen Schwingkreiseln aus, ferner durch eine höhere Fertigungseffizienz.
• - Bei dem Schwingkreisel wird ein Schwingen eines Schaltungsträgers kaum spürbar auf den Schwinger selbst übertragen, und umgekehrt erfolgt praktisch keine Übertragung der Schwingungen des Schwin­ gers auf das Schaltungssubstrat.
• - Der Schwingkreisel besitzt einen sehr schmalen Verdrahtungsab­ schnitt, so daß die Übertragung von Schwingungen zwischen Schal­ tungssubstrat und Schwinger erschwert ist.
• - Aufeinander abgewandten Seiten des Schwingers befinden sich Stegabschnitte, und gleichzeitig ist nur eine einzige flexible Ver­ drahtungsplatine ausreichend.
• - Selbst wenn Elektroden mit gleichen Potentialen auf einander abge­ wandten Seiten des Schwingers ausgebildet sind, muß die Breite des Verdrahtungsabschnitts nicht vergrößert werden.
• - Bei dem Schwingkreisel ist die Schwingung gut ausgeglichen.
• - Trotz der Ausbildung mehrerer Verdrahtungsmuster und Elektroden kann die Anschlußarbeit in einem einzigen Arbeitsschritt für jeweils eine Seite des Schwingers erfolgen.
• - Selbst wenn unerwünschte Kräfte auf die Stegabschnitte des Schwin­ gers und die Drahtmuster einwirken, brechen die Verbindungen nicht.

Um zumindest einige dieser Ziele zu erreichen, schafft die Erfindung einen Schwingkreisel mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Schwingkreisel kann der Verdrahtungsab­ schnitt des flexiblen Verdrahtungsflachstücks schmaler gemacht werden als der schwingerseitige Endabschnitt und der substratseitige Endab­ schnitt.

Außerdem können erfindungsgemäß mehrere Stegabschnitte des Schwin­ gers ausgebildet werden, wobei die entsprechenden Stegabschnitte in dem flexiblen Verdrahtungsplättchen innerhalb des schwingerseitigen Endabschnitts verbunden werden können mit den Stegabschnitten des Schwingers, die einander am wenigsten benachbart sind und gleiche Potentiale haben, und sie können in dem Verdrahtungsabschnitt mit Verdrahtungsmustern ausgebildet werden, die elektrisch an die Stegab­ schnitte der flexiblen Verdrahtungsplatte angeschlossen sind, um eine gemeinsame Anordnung zu besitzen.

Außerdem kann erfindungsgemäß der Schwinger Schwingarme aufwei­ sen, die individuell mit einem freien Ende in einem Zustand schwingen, in welchem das andere Ende gehalten wird. Ein Basis-Endabschnitt des Schwingers wird von dem Halteelement gehalten, die Stegabschnitte der schwingerseitigen Endabschnitte sind in dem Basis-Endabschnitt des Schwingers angeordnet, und das Halteelement ist an dem substratseiti­ gen Endabschnitt fixiert.

Außerdem kann in dem erfindungsgemäßen Schwingkreisel der Schwin­ ger plattenähnliche Form aufweisen und Treiber- oder Nachweiselektro­ den auf der Vorderseite oder der Rückseite aufweisen, während Stegab­ schnitte elektrisch mit den Treiber- oder Nachweiselektroden verbunden sind. Die flexible Verdrahtungsplatte kann einen Verzweigungsabschnitt aufweisen, in welchem sich der Verdrahtungsabschnitt zu zwei Abschnit­ ten in einer Seite des Schwingers mittig verzweigt, und zwar zu einem schwingerseitigen Endabschnitt für die Vorderseite des Schwingers und einem schwingerseitigen Endabschnitt für die Rückseite des Schwingers. Stegabschnitte sind in jedem der schwingerseitigen Endabschnitte an­ geordnet und können an entsprechende Stegabschnitte angeschlossen sein, die auf der Vorder- und der Rückseite des Schwingers ausgebildet sind.

Bei einem solchen Schwingkreisel können die Verdrahtungsmuster, die individuell an die Stegabschnitte des Schwingers angeschlossen sind, welche gleiche Potentiale auf der Vorderseite und der Rückseite des Schwingers haben, in den Zweigabschnitt inkorporiert und zu dem sub­ stratseitigen Endabschnitt geführt sein.

In diesem Fall kann erfindungsgemäß der Verdrahtungsabschnitt zentral von dem schwingerseitigen Endabschnitt ausgehen.

Bei dem obigen Schwingkreisel kann vornehmlich aus Silber bestehende Paste zur Bildung der Elektroden und Stegabschnitte des Schwingers und können Lote aus Lotpaste oder Lotüberzug in den Stegabschnitten der schwingerseitigen Endabschnitte der flexiblen Verdrahtungsplatte ange­ ordnet werden, und die Lote können durch thermisches Schweißen zum Schmelzen gebracht werden, um die Stegabschnitte des Schwingers und die Stegabschnitte der flexiblen Verdrahtungsplatte miteinander zu ver­ binden.

Weiterhin kann erfindungsgemäß ein Klebstoff in den thermisch ge­ schweißten Abschnitten aufgetragen werden, um die Stegabschnitte des Schwingers und die Stegabschnitte der flexiblen Verdrahtungsplatte zu verbinden.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen werden Leitungsdrähte nicht verwendet; statt dessen wird zum Verbinden des Schwingers mit dem Schaltungssubstrat eine flexible Verdrahtungsplatte (-plättchen, -flachstück) verwendet. Aus diesem Grund läßt sich eine viel höhere Verbindungsfestigkeit erzielen als bei konventionellen Schwingkreiseln. Außerdem erhöht sich die Fertigungseffizienz.

Da erfindungsgemäß der Verdrahtungsabschnitt schmaler ist, überträgt sich die Schwingung eines Schaltungssubstrats praktisch kaum auf den Schwinger, und umgekehrt gelangt die Schwingung von dem Schwinger praktisch kaum auf das Schaltungssubstrat. Dies macht es möglich, daß ein Nachweissignal von dem Schwinger relativ frei von unerwünschten Schwingungseinflüssen gewonnen werden kann.

Da außerdem die Verdrahtungsmuster gemeinsam benutzt werden, kann die Breite des Verdrahtungsabschnitts sehr klein gehalten werden, so daß die Übertragung von Schwingungen zwischen Substrat und Schwinger noch unwahrscheinlicher wird.

Da die Stegabschnitte in dem Basisendabschnitt des Schwingers ausgebil­ det sind, der von dem Halteelement gehalten wird, und da sie in diesem Basisendabschnitt mit den Stegabschnitten der flexiblen Verdrahtungs­ platte verbunden sind, wird keine nennenswerte Schwingung des Schwin­ gers auf das Schaltungssubstrat übertragen.

Außerdem sind die Stegabschnitte auf zwei einander abgewandten Seiten des Schwingers angeordnet, wobei allerdings eine einzige flexible Ver­ drahtungsplatte ausreicht. Dies gestattet das Senken der Herstellungs­ kosten im Vergleich zu einer Anordnung, bei der zwei flexible Verdrah­ tungsplatten eingesetzt werden. Auch dies trägt zur Effizienz der Ferti­ gung bei.

Da weiterhin das gemeinsame Verdrahtungsmuster in dem Verdrah­ tungsabschnitt zwischen dem Verzweigungsabschnitt und dem platinen­ seitigen Endabschnitt angeordnet ist, läßt sich eine Vergrößerung der Breite des Verdrahtungsabschnitts auch dann vermeiden, wenn Elektro­ den gleichen Potentials auf den zwei einander abgewandten Seiten des Schwingers ausgebildet sind.

Da weiterhin der Verdrahtungsabschnitt in der Mitte von dem schwin­ gerseitigen Endabschnitt seinen Ausgang nimmt, läßt sich die Schwin­ gungssymmetrie verbessern.

Obschon mehrere Verdrahtungsmuster und Elektroden vorhanden sind, läßt sich zur Steigerung der Fertigungseffizienz eine Verarbeitung mit insgesamt weniger Anschlußbildungsschritten erreichen.

Selbst wenn unerwünschte Kräfte auf die Stegabschnitte des Schwingers und die Verdrahtungsabschnitte einwirken, kommt es bei den Verbindun­ gen nicht zum Bruch.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2A eine Draufsicht auf einen Schwingkreisel,

Fig. 2B eine Frontansicht des Schwingkreisels,

Fig. 2C eine Bodenansicht,

Fig. 2D eine Ansicht des Schwingkreisels von rechts und

Fig. 2E eine rückwärtige Ansicht;

Fig. 3A eine Längsschnittansicht durch eine Schutzabdeckung des Schwingkreisels, und

Fig. 3B eine rückwärtige Ansicht des Schwingkreisels bei abgenomme­ nem Deckel;

Fig. 4A eine rückwärtige Ansicht des Schwingers, der mit einem Halte­ element an einem Substrat fixiert ist,

Fig. 4B eine Seitenansicht von links und

Fig. 4C eine Bodenansicht der Anordnung nach Fig. 4A;

Fig. 5A eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht des Schwing­ kreisels;

Fig. 6A eine Draufsicht auf den Deckel,

Fig. 6B eine Frontansicht des Deckels,

Fig. 6C eine Bodenansicht,

Fig. 6D eine Seitenansicht von links und

Fig. 6E eine Seitenansicht von rechts des Deckels;

Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in Fig. 6B;

Fig. 8 eine Querschnittansicht entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 6E;

Fig. 9A eine Frontansicht eines Gehäuses,

Fig. 9B eine Bodenansicht,

Fig. 9C eine Ansicht von rechts,

Fig. 9D eine rückwärtige Ansicht und

Fig. 9E eine Draufsicht der Anordnung aus Fig. 9A;

Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Linie 10-10 in Fig. 9D;

Fig. 11A eine Vorderansicht des Schwingers zur Betriebs- und Nach­ weiszeit, und

Fig. 11B eine rückwärtige Ansicht der Anordnung nach Fig. 11A;

Fig. 12 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der dielektrischen Polarisationsrichtungen des Schwingers bei Betrachtung gemäß Pfeil IV in Fig. 11;

Fig. 13 eine schematische Ansicht zum Erläutern des Fertigungsverfah­ rens und eines Polarisationsverfahrens für den Schwinger;

Fig. 14 eine detaillierte Draufsicht, die eine flexible Verdrahtungsplatte darstellt;

Fig. 15A eine rückseitige Ansicht (anschauliche Darstellung), die einen verbundenen Zustand von Schwinger und flexiblem Verdrahtungsplätt­ chen zeigt, und

Fig. 15B eine vorderseitige Ansicht, die einen verbundenen Zustand von Schwinger und flexiblem Verdrahtungsplättchen zeigt;

Fig. 16A und 16B eine vergrößerte Rückansicht bzw. eine vergrößerte Frontansicht zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen den verbundenen Abschnitten von Schwinger und flexiblem Verdrahtungs­ flachstück;

Fig. 17A eine vergrößerte rückseitige Ansicht eines verbundenen Zu­ stands des Schwingers und der flexiblen Verdrahtungsplatine und

Fig. 17B eine vergrößerte frontseitige Ansicht eines verbundenen Zu­ stands des Schwingers und der flexiblen Verdrahtungsplatine; und

Fig. 18A einen Teil-Grundriß eines Abschnitts, an dem der Schwinger und die flexible Verdrahtungsplatte verlötet sind, und

Fig. 18B eine Teil-Schnittansicht des in Fig. 18A dargestellten Ab­ schnitts.

Fig. 1 zeigt ein Schwinggyroskop oder einen Schwingkreisel mit einem eingebauten Schwinger 1, der weiter unten noch beschrieben wird. Der Schwingkreisel 100 ist z. B. an einer feststehenden Platte 110 eines Fahrzeug-Navigationssystems befestigt.

Der Schwinger 1 ist ein dreischenkliger Stimmgabel-Schwinger (er kann auch ein zweischenkliger Stimmgabel-Schwinger sein), der als Sensor eines Kreisels (Gyroskops) dient, der eine Schwingungskomponente gemäß einer Corioliskraft innerhalb eines Drehsystems erzeugt, um eine Winkelgeschwindigkeit nachzuweisen.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, besteht der Schwingkreisel 100 vornehmlich aus einem Gehäuse 2, dessen oberer Abschnitt offen ist, einem Halteele­ ment 4, welches über einen Basisendabschnitt 1A des Schwingers 1 fixiert ist, der seinerseits durch ein Vibrationstrennungs-Gummistück 3 eingefaßt und fixiert ist, einer flexiblen Verdrahtungsplatte 5, die an dem Basisendabschnitt 1A des Schwingers 1 durch thermisches Schweißen befestigt ist, einem Substrat (Schaltungssubstrat) 6, an dem der Schwinger 1 mittels des Halteelements 4 fixiert ist, einem Deckel 7, der die Öffnung des das Substrat 6 aufnehmenden Gehäuses 2 abdeckt, und einem Abschirmungsdeckel 8, der die Außenflächen des Gehäuses 2 und des Deckels 7 abschirmt, wobei diese Teile sämtlich zu einer Bau­ gruppe zusammengebaut sind.

Der Schwinger 1 ist ähnlich einem Plättchen ausgebildet und besitzt eine Oberfläche aus einem elastischen Material, beispielsweise Elinvar, auf dem ein piezoelektrisches Material, das als Treibereinrichtung und als Nachweiseinrichtung dient, als Schicht angeordnet ist. Alternativ kann der Schwinger auch vollständig aus piezoelektrischem Material bestehen, um als Treibereinrichtung oder Erregereinrichtung einerseits und als Nachweiseinrichtung oder Detektiereinrichtung andererseits zu fungieren.

Auf der aus piezoelektrischem Material bestehenden Fläche sind Treiber­ elektroden zum Anregen von Schwingarmen und Nachweiselektroden zum Nachweisen einer Schwingung ausgebildet.

Bei dieser Ausführungsform ist der Schwinger 1 eine Platte aus piezo­ elektrischem Keramikmaterial, beispielsweise PZT (Blei-Zirkonat-Tita­ nat). Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ist von dem Schwinger 1 ein Endab­ schnitt des Basisendabschnitts 1A als zusammenhängende einzelne Ein­ heit für drei Schwingarme 12a, 12b und 12c ausgebildet, zwischen denen sich jeweils eine Lücke 11 befindet.

In Fig. 12 sind durch Pfeile die dielektrischen Polarisationsrichtungen der Schwingarme 12a, 12b und 12c angedeutet. Wie zu sehen ist, besitzen die Schwingarme 12b und 12c an den einzelnen Enden rechts und links die gleichen Polarisationsrichtungen, während der Schwingarm 12a in der Mitte Polarisationsrichtungen aufweist, die zu denen der Arme 12b und 12c in den Richtungen von oben nach unten und von rechts nach links symmetrisch sind.

An jedem der Schwingarme 12a, 12b und 12c ist ein Paar Treiberelek­ troden 13 aus leitendem Material auf der Bodenseite (Rückseite) ausge­ bildet, wobei sich die jeweilige Elektrode zu einer Stirnseite 1B des Schwingers 1 hin erstreckt, indem sie Stegabschnitte 13a und 13b bildet (siehe Fig. 11). Der Stegabschnitt 13b ist mit zwei Treiberelektroden 13 über leitende Pfade verbunden. Diese Elektroden 13 sind über leitende Pfade mit einer Wechselstrom-Treiberquelle 15 verbunden, von der aus ihnen eine Treiberspannung mit gleichem Potential zugeführt wird.

Der mittlere Schwingarm 12a besitzt auf seiner Rückseite eine Erdungs­ elektrode 14. Diese Erdungselektrode 14 erstreckt sich zu der Stirnseite 1B des Schwingers 1, wobei sie einen Stegabschnitt 14A bildet, der über einen Verdrahtungspfad auf Massepotential gelegt ist. Die zwei Elektro­ den, die gleiches Potential empfangen, sind in ihrem einen Endabschnitt zu einem Stegabschnitt 13b zusammengefaßt. Durch diese Ausgestaltung läßt sich die Anzahl der Stegabschnitte verringern, und damit läßt sich die Verarbeitungseffizienz steigern, so z. B. beim Löten.

Auf der Oberseite (Vorderseite) ist ein Paar Erdungselektroden 16 aus­ gebildet, ferner ein Paar Nachweiselektroden 17a und 17b, ein mittlerer Schwingarm 12a, und eine Erdungselektrode 16 ist zwischen den Nach­ weiselektroden 17a und 17b des mittleren Schwingarms 12a ausgebildet. Wie in Fig. 11A gezeigt ist, erstrecken sich vier an den Schwingarmen 12b und 12c ausgebildete Erdungselektroden 16 bis hin zu der Stirnseite 1B der Basisendabschnitte 1A des Schwingers 1, und an dem Basisend­ abschnitt 1A sind die jeweiligen Stegabschnitte 16B ausgebildet, während die einzelne an dem mittleren Schwingarm 12a ausgebildete Erdungs­ elektrode 16 sich bis zu einer Stelle vor der Stirnseite 1B des Schwingers 1 erstreckt, wobei auf dem Basisendabschnitt 1A ein Steg­ abschnitt 16A ausgebildet ist. Diese Erdungselektroden führen Mas­ sepotential über die einzelnen Verdrahtungspfade.

Die Treiberelektrode 13, die Erdungselektroden 14 und 16 und die Nachweiselektroden 17a und 17b werden durch Aufdrucken einer Silber- Palladium-Verbundstoffpaste, einer Silberpaste oder einer vornehmlich Silber enthaltenden Silber-Palladium-Paste ausgebildet. Bei dieser Aus­ führungsform wird eine Silberpaste, die nicht das teure Palladium ent­ hält, verwendet. Nach dem Aufdrucken der Silberpaste erfolgt ein Backen, damit ein zur Verflüssigung von Silberpulver und Bindematerial verwendetes Lösungsmittel verdampft. Die auf diese Weise erzeugten, getrockneten Elektrodenmuster werden speziell bei dieser Ausführungs­ form eingesetzt.

Was die Stegabschnitte 13a, 13b und 14a angeht, so werden diese gleichzeitig durch Drucken mit den Treiberelektroden 13 und der Erdungselektrode 14 ausgebildet. Die Stegabschnitte 16a und die Steg­ abschnitte 16b sowie die Stegabschnitte 17a1 und 17b1 (die weiter unten noch beschrieben werden) werden gleichzeitig mit der Erdungselektrode 16 und den Nachweiselektroden 17a und 17b durch Drucken gebildet.

Die Treiberelektroden 13, die Erdungselektrode 14 und die Erdungselek­ troden 16 liefern eine Treiberspannung an das piezoelektrische Material, welches eine Treibereinrichtung oder Erregereinrichtung darstellt. Ge­ maß der in Fig. 12 skizzierten dielektrischen Polarisationsstruktur werden der linke und der rechte Schwingarm 12b und 12c in gleicher Phase in X-Richtung zum Schwingen angeregt, während der mittlere Schwingarm 12a ebenfalls in X-Richtung zum Schwingen gebracht wird, allerdings in einer bezüglich der Phase der Schwingarme 12b und 12c entgegengesetzten Phase (180-Grad-Phasendifferenz). Das heißt: zu einem gegebenen Zeitpunkt ist die Amplitude des linken und des rechten Schwingarms 12b und 12c in X-Richtung entgegengesetzt zu der Am­ plitude des mittleren Schwingarms 12a in X-Richtung.

Wenn die Erdungselektrode 14 und die Erdungselektroden 16 nicht geerdet sind, werden die Schwingarme 12a, 12b und 12c nicht zum Schwingen angeregt. In diesem Fall fungieren die Erdungselektrode 14 und die Erdungselektroden 16 als Treiberelektroden.

Auf einer Oberseite des mittleren Schwingarms 12a ist das Paar von Nachweiselektroden 17a und 17b ausgebildet. Jede der Nachweiselektro­ den 17a und 17b erstreckt sich bis zu der Stelle der Stirnseite 1B auf der Rückseite des Schwingers 1. Die jeweiligen Nachweiselektroden 17a und 17b besitzen Stegabschnitte 17a1 und 17b1, mit denen sie als einzelne Einheit zusammenhängen. Diese Stegabschnitte 17a1 und 17b1 sind in großer Breite an dem Basisendabschnitt 1A ausgebildet, da der Stegab­ schnitt 16a der Erdungselektrode 16 sich nicht so weit erstreckt, daß er die Stirnseite 1B des Basisendabschnitts 1A des Schwingers 1 erreicht.

In Fig. 11 sind die einzelnen Treiberelektroden 13 elektrisch mit leiten­ den Mustern (Schaltungsmustern) des Substrats 6 über eine (nicht darge­ stellte) flexible Verdrahtungsplatte (Verdrahtungs-Flachstück) 5 verbun­ den, und sind außerdem mit der Wechselstrom-Treiberleistungsquelle 15 verbunden. Darüber hinaus sind die einzelne Erdungselektrode 14, die Erdungselektroden 16 und die Nachweiselektroden 17a und 17b mit vorbestimmten leitenden Mustern des Substrats 6 über die flexible Ver­ drahtungsplatte 5 verbunden.

Ein Endabschnitt der flexiblen Verdrahtungsplatte 5 ist verzweigt in zwei Gabelrandabschnitte, an denen ein schwingervorderseitiger Verbindungs­ endabschnitt 5b und ein schwingerrückseitiger Verbindungsendabschnitt 5b ausgebildet sind, wobei diese Verbindungsendabschnitte mit den vorderseitigen bzw. den rückseitigen Stegabschnitten des Schwingers 1 thermisch verschweißt sind. An dem anderen Endabschnitt der flexiblen Verdrahtungsplatte 5 ist ein Substrat-Verbindungsendabschnitt 5c ausge­ bildet, der mit einem (nicht dargestellten) leitenden Muster verbunden ist. Eine detaillierte Beschreibung der individuellen Ausgestaltungen und Verbindungen erfolgt später.

Der Schwinger 1 wird an seinem einen Ende von dem Halteelement 4 gehalten, um die Anzahl der Bauteile zu minimieren. Außerdem wird der Basisendabschnitt 1A des Schwingers 1 von dem Halteelement 4 mit dem Zweck gehalten, den Schwinger 1 zu stabilisieren. Außerdem ist der Schwinger 1 an dem Substrat 6 über das Vibrationstrennungs-Gum­ mistück 3 fixiert, so daß Schwingungen und Stöße, die von außen auf das Substrat 6 einwirken, abgepuffert werden und der Schwinger 1 gegenüber einer direkten Übertragung von Stößen und Schwingungen abgepuffert ist.

Ferner ist anzumerken, daß bei dem in Fig. 1 gezeigten Schwinger 1 vom dreischenkligen Stimmgabeltyp der linke und der rechte Schwing­ arm 12b und 12c und der mittlere Schwingarm 12a mit einem Phasenab­ stand von 180 Grad schwingen, so daß der Schwinger 1 stets und überall eine gute Schwingungssymmetrie aufweist. Selbst wenn es zu Vibratio­ nen an dem Basisendabschnitt 1A des Schwingers 1 kommt, ist die Schwingung nur sehr schwach. Durch diese Ausgestaltung können in einem Zustand, in welchem der Basisendabschnitt 1A von dem Halteele­ ment 4 gehalten wird, die Schwingarme 12a, 12b und 12c schwingen, ohne daß sie irgendeiner Beschränkung durch die Art ihrer Halterung und ihrer Anregung unterworfen sind, wobei die hohe Nachweisempfind­ lichkeit der einzelnen Schwingarme nicht beeinträchtigt ist.

Wenn man die Masse des Schwingarms mit m bezeichnet, die Geschwin­ digkeit der Schwingung in Richtung der X-Achse des Schwingarms mit v (Vektor) bezeichnet, und die Winkelgeschwindigkeit bei der Drehung um die Z-Achse eines drehenden Systems mit ω0 (Vektor) bezeichnet, so ergibt sich die Corioliskraft F durch folgende Formel:

F = 2m(vxω0) (x bedeutet das Vektorprodukt)

Man sieht, daß die Corioliskraft proportional zur Winkelgeschwindigkeit ω0 ist. Folglich läßt sich die Winkelgeschwindigkeit ermitteln, wenn von der Nachweiselektrode die Schwingungsänderung des Schwingungsarms 12a in Richtung der Y-Achse detektiert wird.

Wenn der Schwinger 1 in einem drehenden System angeordnet wird, in dem es eine Winkelgeschwindigkeit mit Drehung um die Z-Achse gibt, so weisen die einzelnen Schwingarme 12a, 12b und 12c ent­ sprechend der oben angegebenen Corioliskraft eine Schwingungskom­ ponente in Y-Richtung auf. Da die Schwingarme 12b und 12c an den einander abgewandten Seiten einerseits und der Schwingarm 12a in der Mitte andererseits einander entgegengesetzte Schwingungsphasen be­ sitzen, sind auch die Phasen gemäß der Corioliskraft, die von den Schwingarmen 12b und 12c erhalten werden, entgegengesetzt zu denen von dem Schwingarm 12a. Das heißt: zu einem gegebenen Zeitpunkt sind die Amplitudenrichtungen der Schwingarme 12b und 12c in Rich­ tung der Y-Achse entsprechend der Corioliskraft gleich, und sie sind entgegengesetzt zu der Amplitudenrichtung des mittleren Schwingarms 12a in Richtung der Y-Achse.

Die Nachweiselektroden 17a und 17b sind auf der gleichen Seite des mittleren Schwingarms 12a ausgebildet, wobei das piezoelektrische Material des Arms 12a als Nachweiseinrichtung für den Nachweis der Corioliskraft fungiert. Die Bereiche des piezoelektrischen Materials, in denen die Nachweiselektroden 17a und 17b ausgebildet sind, haben dielektrische Polarisationsrichtungen, die einander entgegengesetzt sind. Bezüglich der Schwingungskomponente in Y-Richtung können die Nach­ weiselektroden 17a und 17b folglich Nachweisausgangssignale aufgrund des piezoelektrischen Effekts liefern, die in ihrer Phase um 180 Grad verschoben sind. Die Differenz zwischen den Nachweis-Ausgangssigna­ len von den Nachweiselektroden 17a und 17b liefert also einen Absolut­ wert, der der Addition der Nachweis-Ausgangssignale von den Nach­ weiselektroden 17a und 17b entspricht. Dieses Nachweis-Ausgangssignal ermöglicht die Bildung der Winkelgeschwindigkeitskomponente ω einer Drehung bezüglich der Z-Achse.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, ist der Basisendabschnitt 1A des Schwingers 1 sandwichartig von dem Vibrationstrennungs-Gummistück 3 eingefaßt und wird dann von dem Halteelement 4 gehalten. Wie in Fig. 5 zu sehen ist, umfaßt das Halteelement 4 ein Halteelementgehäuse 41 und einen Halteelementdeckel 42, der auf das das Vibrationstrennungs- Gummistück 3 aufnehmende Halteelementgehäuse 41 paßt.

Das Halteelementgehäuse 41 ist ein Biegeteil aus einem 0,3 mm dicken Phosphorbronze-Blech. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt das Halteele­ mentgehäuse 41 einen quadratischen und ebenen Bodenplattenabschnitt 41a, Seitenplattenabschnitte 41b, die an drei Seiten des flachen Boden­ plattenabschnitts 41a hochgebogen sind, Fixierlaschen 41c, die an den oberen Enden der Seitenplattenabschnitte 41b hochstehen, um den Halteelementdeckel 42 festzuhalten, eine Positionierlasche 41d für das Vibrationstrennungs-Gummistück 3, ausgeschnitten aus und hochragend von den gegenüberliegenden Seitenplattenabschnitten 41b, und Fixier­ laschen 41e für das Substrat 6, an den oberen Enden der Seitenplatten­ abschnitte 1b hochstehend.

An dem Halteelementdeckel 42, der aus einem 0,5 mm dicken flachen Phosphorbronze-Blech gebildet ist, befinden sich Schlitze 42a, in die die Fixierlaschen 41c und 41e eingreifen.

Das Vibrationstrennungs-Gummistück 3 kann aus Silikonkautschuk beste­ hen, der seine Härte nicht in Abhängigkeit der Temperatur verändert, wobei das Gummistück ein erstes und ein zweites Vibrationstrennungs- Gummielement 31 und 32 umfaßt. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, besitzt das erste Vibrationstrennungs-Gummielement 31 einen konkaven Abschnitt 31a, in den der Basisendabschnitt 1A des Schwingers 1 eingesetzt wird, einen Kerbabschnitt 31b zum Herausführen der flexiblen Verdrahtungs­ platte 5, wenn diese an dem Basisendabschnitt 1A des Schwingers 1 angeschweißt und fixiert ist, und ein Paar Wandabschnitte 31c, die den Kerbabschnitt 31b definieren. Das zweite Schwingungstrennungs-Gum­ mielement 32 hat die Form einer quadratischen Platte und besitzt auf den beiden einander abgewandten Seiten Kerbabschnitte 32a, in welche die Wandabschnitte 31c eingeführt werden.

Das erste Schwingungstrennungs-Gummielement 31 wird in das Halteele­ mentgehäuse 41 eingesetzt. Der Schwinger 1 wird durch thermisches Schweißen an dem Basisendabschnitt 1A des Schwingers fixiert, wäh­ rend der Basisendabschnitt 1A in den konkaven Abschnitt 31a des ersten Schwingungstrennungs-Gummielements 31 eingesetzt ist. Weiterhin wird das zweite Schwingungstrennungs-Gummielement 32 derart eingesetzt, daß der Basisendabschnitt 1A des Schwingers 1 sandwichartig eingefaßt ist zwischen den Wandabschnitten 31c des ersten Vibrationstrennungs- Gummielements 31 und den Kerbabschnitten 32a des zweiten Gummi­ elements 32, und anschließend wird der Halteelementdeckel 42 aufge­ setzt, bevor die vorstehenden Fixierlaschen 41c umgebogen werden. Auf diese Weise werden das Halteelement 4 und der Schwinger 1 zusammen­ gesetzt. Da das Vibrationstrennungs-Gummistück 3 eine Kompressibilität von 10 bis 30% aufweist, ist der Basisendabschnitt 1A des Schwingers 1 sandwichartig von dem Haltelement 4 eingefaßt zwischen dem ersten und dem zweiten Schwingungstrennungs-Gummielement 31 bzw. 32. Die Laschen 41e dieses Halteelements 4 werden in Schlitze (Löcher 6b) des Substrats 6 eingeführt und auf der Rückseite verlötet.

Auf diese Weise wird gemäß Fig. 4 der Schwinger 1 von dem Halteele­ ment 4 über das Vibrationstrennungs-Gummistück 3 an dem Substrat 6 fixiert. Diese Ausführungsform wird in einem Zustand verwendet, in welchem der Basisendabschnitt 1A des Schwingers 1 nach unten weist, während die Schwingarme 12a, 12b und 12c nach oben gerichtet sind.

Das Gehäuse 2 ähnelt einem quadratischen Kasten mit einer Öffnung in der Oberseite und hergestellt aus Kunstharz. Wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, besitzt es einen quadratischen Boden 20, an den vier Seiten des Bodens 20 ausgebildete Seitenwände 21, Höhenfestlegungsabschnitte 22, die im Inneren der Seitenwände 21 ausgebildet sind und dazu die­ nen, die Einbaulage des Substrats 6 festzulegen, Fixierrippen 23, die in Kerbabschnitte 6a eingreifen, um das Substrat 6 zu positionieren und es zu fixieren durch thermisches Verstemmen, sich verjüngende Abschnitte 24 an Außenflächen der einander abgewandten Seitenwände 21, welche die Funktion haben, beim Einführen des Gehäuses in den Abschirmungs­ deckel zu führen, konvexe Abschnitte 25, die durchgehend an den sich verjüngenden Abschnitten 24 anschließend ausgebildet sind und als Aufnahmeabschnitte fungieren, wenn an dem Abschirmungsdeckel 8 angebrachte Ablöse-Sperrlaschen 87 umgebogen sind, die ein Heraus­ fallen des Gehäuses aus dem Abschirmungsdeckel verhindern, Kerb­ abschnitte 26, die ein Nach-Außen-Führen von Anschlüssen 9 aus dem Gehäuse 2 ermöglichen, Positionier-Führungszapfen 27 für das Substrat 6, und sich verjüngende Abschnitte 28 am Boden 20, die als Führung beim Aufschieben des Abschirmungsdeckels 8 dienen. Die Bodenflächen 26a der Kerbabschnitte 26 sind ebene Flächen, wie aus Fig. 10 hervor­ geht.

Als Material des Gehäuses und des Deckels kann man einen Konstruk­ tionskunststoff verwenden, beispielsweise PBT (Polybutylenterephtalat), PPS (Polyphenylensulfid) und ABS (Akrylonitril-Butadien-Styrol). Im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit und die Festigkeit ist PBT zu bevorzugen. Außerdem kann der Boden des Gehäuses 20 mit einer Öffnung ausgestattet werden, um die Bodenöffnung dann mit einem Bodendeckel zu verschließen.

Das starre Schaltungssubstrat 6 besteht aus einem Material wie z. B. glasverstärktem Epoxiharz, um Nachweisschaltungen und dergleichen aufnehmen zu können. Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, enthält es außerdem die Kerbabschnitte 6a zur Aufnahme der Fixierrippen 23, die Einführlöcher 6b zur Aufnahme der Fixierlaschen 41e des Halteelement­ gehäuses 41, Führungslöcher 6c zur Aufnahme der Führungszapfen 27 und Anschlüsse 9, die an den Schaltungsbahnen angeschlossen und fixiert sind, welche mit den Nachweisschaltungen und anderen Schaltun­ gen in Verbindung stehen.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, ist der Anschluß 9 in seiner Ge­ samtheit mit zwei Stufen ausgebildet. Er enthält einen ersten horizonta­ len Plattenabschnitt 91, der etwa parallel zu der Oberfläche des Schal­ tungssubstrats 6 verlaufend gebogen ist, einen ersten vertikalen Flachab­ schnitt 92, der etwa rechtwinklig zu dem ersten horizontalen Abschnitt 91 gebogen und geformt ist, und einen zweiten horizontalen Flachab­ schnitt 93, der etwa rechtwinklig zu dem ersten vertikalen Abschnitt 93 abgebogen ist.

Der Deckel 7 ist ähnlich einer quadratischen Platte in seiner Gesamtheit ausgebildet, um im Inneren der Seitenwände 21 des Gehäuses 2 zum Verschließen der Gehäuseöffnung aufgenommen zu werden. Wie in den Fig. 6 bis 8 gezeigt ist, enthält der Deckel 7 einen konkaven Abschnitt (einen inneren Bodenabschnitt) 71, der in der Unterseite eines flachen Abschnitts 70 ausgebildet ist, Seitenwände 72, die den konkaven Ab­ schnitt 71 umgeben, sich verjüngende Stirnseitenabschnitte 73, die ent­ lang dem Umfang der Oberseite des flachen Abschnitts 70 verlaufen, sich verjüngende Abschnitte 74, die auf der Oberseite des flachen Ab­ schnitts 70 hochstehen, um als Führung zu fungieren, wenn der Abschir­ mungsdeckel 8 aufgeschoben wird, ein Belüftungsloch 75 zur Entspan­ nung der Luft im Gehäuse 2, wenn beim Fixieren des Deckels 7 an dem Gehäuse 2 Wärme entsteht, und Herausführ-Kerbabschnitte 26 für An­ schlüsse 9, die als Kerben in den Seitenwänden 72 ausgebildet sind.

Bei Betrachtung in seiner Gesamtheit ähnelt der Deckel 7 einem umge­ drehten Teller. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, werden durch die sich ver­ jüngenden Stirnseitenabschnitte 73 des Deckels 7 und die oberen Endab­ schnitte der Seitenwände 21 des Gehäuses 2 entlang dem Umfang des Deckels 7 (wenn der Deckel 7 mit dem Gehäuse 2 verbunden ist) kon­ kave Lückenbereiche G gebildet. Die konkaven Lückenbereiche G werden mit einem Klebstoff S gefüllt (diagonal gestrichelte Schraffie­ rung). Dies macht es möglich, daß der Klebstoff S nur in den Verbin­ dungsbereichen von Deckel und Gehäuse 2 verwendet wird. Die Ränder der vier Ecken der Seitenwände 72 liegen an dem Schaltungssubstrat 6 an, um zu verhindern, daß der Deckel 7 in das Gehäuse 2 hineinfällt.

Der Abschirmungsdeckel 8 ist aus einem einzigen Metallblech herge­ stellt, z. B. aus einem Kupferblech. Wie in den Fig. 2 und 5 zu sehen ist, besitzt er eine rechteckige Deckenplatte 81, ein Paar erster Seiten­ platten 82, die durch stumpfes Umbiegen entlang zweier Längsseiten der Deckenplatte 81 gebildet sind, Hilfs-Seitenplatten 63, die an den beiden Seiten der ersten Seitenplatten 82 durch Biegen ausgebildet sind, ein Paar zweiter Seitenplatten 84, die an den zwei Kurzseiten der Decken­ platte 81 durch Biegen ausgebildet sind, Eingriffslöcher 85 in der Nähe der offenen Endseiten der Hilfsseitenplatten 83, durch Ausschneiden und Anheben gebildete Laschen 86 an den Enden der zweiten Seitenplatten 84, um in die Eingriffslöcher 85 einzuschnappen, Haltelaschen 87 für das Gehäuse 2, die ein Herausfallen des Gehäuses 2 aus dem Abschir­ mungsdeckel verhindern und an den Enden der zweiten Seitenplatten 84 ausgebildet sind, und Fixierlaschen 88 für ein Montagesubstrat 110, ausgebildet an den Enden der ersten Seitenplatten 82.

Aufgrund der oben beschriebenen Konstruktionsmerkmale weiten sich die ersten Seitenplatten 82 um mehr als 90 Grad bezüglich der Decken­ platte 87 aus und sind zusammengeführt, wobei die durch Ausschneiden und Hochziehen gebildeten Laschen 86 in die Eingriffslöcher 85 ein­ schnappen. Auf diese Weise wird der in Fig. 5 gezeigte Abschirmungs­ deckel 8 in Form eines quadratischen Kästchens hergestellt.

Im folgenden soll anhand der Fig. 13a die Polarisation des piezoelektri­ schen Materials des Schwingers 1 erläutert werden.

Damit keramisches Material, welches ein piezoelektrisches Material ist, piezoelektrische Effekte zeigt, erfolgt eine Polarisation, damit das Mate­ rial dielektrische Polarisationsrichtungen erhält, wie sie in Fig. 12 durch die Pfeile angedeutet sind.

Bei dieser Ausführungsform ist die Ausgestaltung derart vorgenommen, daß sechs Schwinger 1 (Fig. 11) aus einer einzigen piezoelektrischen Keramiktafel 101 hergestellt werden. Für die Herstellung von sechs Schwingern 1 wird die piezoelektrische Keramiktafel 101 entlang gestri­ chelter Linien 102 geschnitten, die das Material in Längsrichtung der Schwinger 1 definieren, ferner entlang gestrichelter Linien 103, wo sich später die Stirnseiten 1B der Schwinger 1 befinden. In diesem Fall werden die Schwinger 1 mit Polarisationsmustern abwechselnd auf der Vorderseite und der Rückseite ausgestattet, und es wird eine Mehrzahl von Schwingern 1 hergestellt. Entsprechende Polarisationsmuster werden auch auf der Rückseite der in Fig. 13 gezeigten piezoelektrischen Kera­ miktafel 101 gebildet.

Speziell werden gemäß Fig. 13 an einem seitlichen Ende der piezoelek­ trischen Keramiktafel 101 drei Schwingarme 12b, 12a und 12c, die Oberflächen des ersten Schwingers bei Betrachtung von links werden, separat mit den Lücken 11 ausgestattet, und in einem rechts benachbar­ ten Bereich des Schwingarms 12c werden die Schwingarme 12c, 12a und 12b, die Oberflächen des zweiten Schwingers bilden, in vorbestimmten Intervallen ausgebildet. Auf diese Weise werden außerdem Schwingarme 12b, 12a und 12c, die Oberflächen des dritten Schwingers bilden, in dem rechts benachbarten Bereich auf der Rückseite des zweiten Schwin­ gers gebildet, es werden Schwingarme 12b, 12a und 12c, die Oberflä­ chen des dritten Schwingers in dem rechten Nachbarbereich der Rücksei­ te des dritten Schwingers bilden, ausgebildet, und so weiter. Auf diese Weise werden abwechselnd bezüglich Vorder- und Rückseite sechs Schwinger ausgebildet.

Wie bereits oben erwähnt, werden das Paar von Nachweiselektroden 17a und 17b und die eine Erdungselektrode 16 zwischen ihnen an den einzel­ nen Schwingarmen 12a ausgebildet, und das Paar von Erdungselektroden 16 wird an jedem der einzelnen Schwingarme 12b und 12c ausgebildet. Wie ebenfalls bereits oben erläutert wurde, werden das Paar von Trei­ berelektroden 13 und eine Erdungselektrode 14 zwischen ihnen an den individuellen Schwingarmen 12a ausgebildet, und das Paar von Treiber­ elektroden 13 wird an jedem der einzelnen Schwingarme 12b und 12c ausgebildet.

Im folgenden soll im einzelnen die Vorderseite der in Fig. 13 beispiel­ haft dargestellten piezoelektrischen Keramiktafel 101 erläutert werden.

An die linke Erdungselektrode 16 des Schwingarms 12b, die die Ober­ fläche des ersten Schwingers bei Betrachtung von links bildet, an die Nachweiselektrode 17a des mittleren Schwingarms 12a und an die linke Erdungselektrode 16 des Schwingarms 12c werden zur Polarisation Spannungen gleichen Potentials angelegt. Deshalb sind diese Elektroden einem gemeinsamen Leitungsmuster 104 auf einem Polarisationsmuster- Erzeugungsabschnitt 101a in einem Bereich unterhalb der Schnittlinie 103 der piezoelektrischen Keramiktafel 101 zugeordnet.

Den linken Treiberelektroden 13 jedes Schwingarms 12c, den rechten Treiberelektroden 13 jedes Schwingarms 12a und den linken Treiber­ elektroden 13 jedes Schwingarms 12b, die an das gemeinsame Leitungs­ muster 104 angeschlossen sind, wird Spannung gleichen Potentials auf der Rückseite (der Vorderseite der Fig. 13) beim zweiten Schwinger von links zugeführt. Anschließend sind die Elektroden abwechselnd von links ausgehend an das gemeinsame Elektrodenmuster 104 in der gleichen Weise wie der erste Schwinger angeschlossen, soweit es die ungeradzah­ ligen Schwinger betrifft (die Seiten entsprechen den Vorderseiten), und in der gleichen Weise wie der zweite Schwinger erfolgt der Anschluß bei den geradzahligen Schwingern (die Oberflächen entsprechen den Rückseiten).

Außerdem werden die rechte Erdungselektrode 16 des Schwingarms 12b und die linke Nachweiselektrode 17b des Schwingarms 12a des ersten Schwingers an ein leitendes Muster 105 angeschlossen, welches sich unabhängig auf dem Polarisationsmuster-Erzeugungsabschnitt 101a der piezoelektrischen Keramiktafel 101 in einer Weise erstreckt, daß die genannten Elektroden elektrisch nicht mit dem gemeinsamen Leitungs­ muster 104 verbunden sind. Die rechte Erdungselektrode 16 des Schwingarms 12c des ersten Schwingers wird ebenfalls an das Leitungs­ muster 105 in der Weise angeschlossen, daß diese Elektrode elektrisch nicht mit dem gemeinsamen Leitungsmuster 104 verbunden ist.

Die Erdungselektrode 14 und die Erdungselektrode 16 des Schwingarms 12a werden für die Polarisation nicht verwendet. Da sie, wie oben aus­ geführt, kürzer sind, stehen sie weder mit dem gemeinsamen Leitungs­ muster 104 noch mit dem Leitungsmuster 105 elektrisch in Verbindung.

In der oben beschriebenen Weise werden sechs Schwinger auf der piezo­ elektrischen Keramiktafel 101 ausgebildet, wobei die individuellen Elek­ troden, die mit dem gemeinsamen Leitungsmuster 104 in Verbindung stehen, über dieses Leitungsmuster an den positiven Pol einer Gleich­ spannungsquelle 106 angeschlossen werden, während zwölf unabhängige Leitungsmuster 105 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle 106 verbunden werden. Die piezoelektrische Keramiktafel 101 wird einer Polarisation unterzogen, indem sie in auf 100 bis 200°C erhitztes Silikonöl 1 bis 3 Stunden lang eingetaucht wird, während von der Gleichspannungsquelle 106 eine Gleichspannung von 1 kV bis 2 kV angelegt wird. Nach Beendigung der Polarisation wird die piezoelek­ trische Keramiktafel 101 entlang der Schnittlinien 102 und 103 geschnit­ ten, um sechs in Fig. 11 gezeigte Schwinger 1 zu erhalten.

Wie oben ausgeführt, erstrecken sich die Treiberelektroden 13 auf beiden Außenseiten der Schwingarme 12b und 12c sowie die Stegab­ schnitte 13a und 16a der Erdungselektroden 16 bis hin zu der Stirnseite 1B, nicht aber zu einem seitlichen Ende der Schwinger hin, so daß sie eine noch weitere Ausdehnung erhalten können. Bei einem solchen Muster, welches sich nicht bis zum seitlichen Ende des Basisendab­ schnitts 1A des Schwingers 1 hin erstrecken muß, läßt sich das Intervall zwischen den einzelnen Schwingern der piezoelektrischen Keramiktafel 101 vergleichsweise klein machen, d. h., die piezoelektrische Keramik­ tafel 101 läßt sich effizient nutzen. Dies reduziert die Fertigungskosten der Schwinger.

Bezugnehmend auf die Fig. 14 bis 18 sollen im folgenden detailliert die Ausgestaltungen der Verbindungen bezüglich der flexiblen Verdrahtungs­ platte 5 erläutert werden.

Zur Herstellung der flexiblen Verdrahtungsplatte 5 wird ein schichtähnli­ ches Plättchen aus Kunstharz, z. B. Polyimid oder Polyethylen, mit einer Gesamtdicke von etwa 50 µm und einer Breite von 1 bis 1,5 mm verwendet (ein Verdrahtungsabschnitt 5d zwischen dem Schwinger und dem Schaltungssubstrat). Bei dieser Ausfürungsform wird im Hinblick auf Wärmebeständigkeit das Teil aus Polyimidharz gebildet. Wie weiter unten erläutert werden wird, und wie aus Fig. 14 ersichtlich ist, besitzt das flexible Verdrahtungsplättchen 5 an seinem einen Ende den schwin­ gervorderseitigen Verbindungsendabschnitt 5a und den schwingerrücksei­ tigen Verbindungsendabschnitt 5b, die durch thermisches Schweißen an den Stegabschnitten auf der Vorderseite bzw. der Rückseite des Schwin­ gers 1 angebracht werden. Am anderen Ende besitzt das flexible Ver­ drahtungsplättchen außerdem noch den substratseitigen Verbindungsend­ abschnitt 5c, der an ein (nicht dargestelltes) leitendes Muster des Schal­ tungssubstrats 6 anzuschließen ist. Dieser schwingervorderseitige Verbin­ dungsendabschnitt 5a, der schwingerrückseitige Verbindungsendabschnitt 5b und der substratseitige Verbindungsendabschnitt 5c sind über einen gürtelähnlichen Verdrahtungsabschnitt 5d miteinander verbunden. Der Verdrahtungsabschnitt 5d hat seinen Ursprung mittig an jedem der Ver­ bindungsendabschnitte 5a, 5b und 5c, um das Gleichgewicht zu wahren.

Wie in den Fig. 14 und 18(B) dargestellt ist, ist die flexible Verdrah­ tungsplatte 5 in Form einer einzigen Einheit mit Verdrahtungsmustern 531 bis 534 ausgebildet, die zwischen Filmen 51 und 52 sandwichartig eingeschlossen sind. Insbesondere sind die Verdrahtungsmuster 531 bis 534 aus einer Silberfolie gebildet, wobei die individuellen Stegabschnit­ te, wie z. B. der Stegabschnitt 531a, die elektrisch mit den einzelnen Verdrahtungsmustern verbunden sind, durch gleichzeitiges Ätzen des ein Basismaterial bildenden Films 52 ausgebildet, und nach dem Ätzen wird auf den Film 52 der Schutzfilm 51 (Deckfilm) mit einem Klebstoff befestigt, um zu verhindern, daß es zwischen den Verdrahtungsmustern zu Kurzschlüssen und anderen Problemen kommt.

Gemaß Fig. 14 sind auf dem schwingervorderseitigen Verbindungsend­ abschnitt 5a der flexiblen Verdrahtungsplatte 5 ein Stegabschnitt 531a des Verdrahtungsmusters 531 und Stegabschnitte 532a und 533a der zwei Verdrahtungsabschnitte 532 und 533 ausgebildet. Die Stegabschnit­ te 531a, 532a und 533a liegen in einem Kerbabschnitt 51a oder einem Öffnungsbereich 51b auf dem Film 51 frei, um verlötet werden zu kön­ nen.

Wie in den Fig. 15 bis 17 zu sehen ist, sind die Stegabschnitte 531a des schwingervorderseitigen Verbindungsendabschnitts 5a mit einzelnen Stegabschnitten 16b der beiden Erdungselektroden des Schwingarms 12b, dem Stegabschnitt 16a der mittleren Erdungselektrode 16 des Schwing­ arms 12a und den einzelnen Stegabschnitten 16b der beiden Erdungs­ elektroden 16 des Schwingarms 12c verbunden. Die Stegabschnitte 532a und 533a der Verdrahtungsmuster 532 und 533 sind mit den Stegab­ schnitten 17b1 und 17a1 der zwei Nachweiselektroden 17b und 17a des Schwingungsarms 12a verbunden. Die einzelnen Stegabschnitte 16b der beiden Erdungselektroden 16 des Schwingarms 12b, der Stegabschnitt 16a der mittleren Erdungselektrode 16 des Schwingarms 12a und die einzelnen Stegabschnitte 16b der beiden Erdungselektroden 16 des Schwingarms 12c, die gleiche Potentiale führen sollen, sind über das einzelne durchgehende Verdrahtungsmuster 531 angeschlossen.

Wie in Fig. 14 zu sehen ist, sind an dem schwingerrückseitigen Verbin­ dungsendabschnitt 5b der flexiblen Verdrahtungsplatte 5 vier Stegab­ schnitte 534a an das Verdrahtungsmuster 534 und der einzelne Stegab­ schnitt 531a elektrisch an das Verdrahtungsmuster 531 angeschlossen. Wie aus den Fig. 15 bis 17 hervorgeht, sind die einzelnen Stegabschnitte 534a des schwingerrückseitigen Verbindungsendabschnitts 5b mit dem Stegabschnitt 13a der linken Treiberelektrode 13 des Schwingarms 12c, dem Stegabschnitt 13b, der der rechten Treiberelektrode 13 des Schwingarms 12c und der linken Treiberelektrode 13 des Schwingarms 12a gemeinsam ist, dem Stegabschnitt 13b, der gemeinsam elektrisch an die rechte Treiberelektrode 13 des Schwingarms 12a und die linke Treiberelektrode 13 des Schwingarms 12b angeschlossen ist, und dem Stegabschnitt 13a der rechten Treiberelektrode 13 des Schwingarms 12b verbunden. Der Stegabschnitt 531a des Verdrahtungsabschnitts 531 ist mit dem mittleren Stegabschnitt 14a des Schwingarms 12a verbunden.

Der Verdrahtungsabschnitt 5d ist an einer Verzweigungsstelle 5e des schwingervorderseitigen Verbindungsendabschnitts 5a und des schwin­ gerrückseitigen Verbindungsendabschnitts 5b in zwei Abschnitte ver­ zweigt, wobei der Stegabschnitt 531a mit dem Verdrahtungsmuster 531 verbunden ist, welches an der Verzweigungsstelle 5e abzweigt. Die Stegabschnitte 534a und 531a liegen in dem Kerbabschnitt 51a bzw. dem offenen Bereich 51b des Films 51 frei, um verlötet werden zu können.

Die in der oben beschriebenen Weise angeschlossenen Treiberelektroden 13 besitzen gleiche Potentiale. Daher sind sie an das einzelne Verdrah­ tungsmuster 534 angeschlossen. Aufgrund dieser Ausgestaltung sind an dem Schwinger 1 insgesamt 14 Elektroden auf Vorderseite und Rücksei­ te des Schwingers vorhanden; durch Gruppierung der Elektroden glei­ chen Potentials brauchen allerdings nur die vier Verdrahtungsmuster 531 bis 534 innerhalb des Verdrahtungsabschnitts 5d ausgebildet zu werden. Die reduzierten Verdrahtungsmuster ermöglichen eine Verringerung der Breite des Verdrahtungsabschnitts 5d im Vergleich zu der Breite des schwingervorderseitigen und des schwingerrückseitigen Verbindungsend­ abschnitts 5a bzw. 5b.

Durch diese Ausgestaltung, die eine Verringerung der Breite des Ver­ drahtungsabschnitts 5d gestattet, wird dieser Verdrahtungsabschnitt 5d flexibler und kann damit besser Vibrationen absorbieren. Deshalb werden zwischen dem Schaltungssubstrat 6 und dem Schwinger 1 keine signifikanten Schwingungen übertragen, weder in der einen Richtung noch in der anderen. Das von dem Schwinger 1 gewonnene Nachweis­ signal ist daher relativ frei von unerwünschten Schwingungseinflüssen.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, die die flexible Verdrahtungsplatte 5 (den Verdrahtungsabschnitt 5d) zeigt, kann durch die Elastizität ein U-förmi­ ger Abschnitt zwischen dem Schwinger und dem Schaltungssubstrat 6 durch den Verdrahtungsabschnitt 5d gebildet werden. Jegliche Schwin­ gungen werden aufgrund dieses U-förmigen Abschnitts ohne weiteres absorbiert, so daß keine unerwünschten Schwingungen zwischen dem Schwinger 1 und dem Schaltungssubstrat 6 übertragen werden.

In Fig. 14 bedeuten 531b und 534b Schlitze, die in den Stegabschnitten 531a und 534a ausgebildet sind, um geschmolzenes Lot zurückzuhalten. Darüber hinaus sind Schlitze 531b, 532b, 533b und 534b in den Stegab­ schnitten 531c, 532c, 533c bzw. 534c des substratseitigen Verbindungs­ endabschnitts 5c ausgebildet. Diese Stegabschnitte 531c, 532c, 533c und 534c liegen auch in einem Kerbabschnitt 51c, der in dem Film 51 ausge­ spart ist, frei, damit dort gelötet werden kann.

Entsprechend den Stegabschnitten 13a, 13b, 14a, 16a, 16b, 17a1 und 17b1 des Schwingers 1 enthalten die einzelnen Verdrahtungsmuster 531 bis 534 des schwingervorderseitigen Verbindungsendabschnitts 5a und des schwingerrückseitigen Verbindungsendabschnitts 5b, die thermisch geschweißt werden, Lötmaterial 59 (in den Fig. 15 bis 17 schraffiert angedeutet) oder dergleichen auf der Silberfolie, die durch Ätzen gebil­ det wird. Dieses Lot 59 kann durch die thermische Schweißung schmil­ zen, um die Stegabschnitte 13a, 13b, 14a, 16a, 16b, 17a1 und 17b1 mit den Stegabschnitten 531a, 532a, 533a und 534a der Verdrahtungsmuster 531 bis 534 verbinden, wie aus Fig. 17 hervorgeht. Insbesondere wird der schwingerrückseitige Verbindungsendabschnitt 5b so angeordnet, daß die entsprechenden Stegabschnitte 534a, 534a, 531a, 534a bzw. 534a an den rückseitigen Stegabschnitten 13a, 13b, 14a, 13b und 13a des Schwingers 1 anliegen. Dann wird mit einem Heizkopf die Rückseite (die Seite des Films 52) des schwingerrückseitigen Verbindungsendab­ schnitts 5b angedrückt und erwärmt. Nach dem Schmelzen des Lots 59 und dem Zustandekommen der Verbindung mit den zugehörigen Steg­ abschnitten wird die Erhitzung beendet. Nachdem das Lot 59 wieder erhärtet ist, wird der Druck von dem Heizkopf weggenommen. Diese Prozedur dient auch zum Verbinden der Stegabschnitte auf der Vorder­ seite des Schwingers 1 mit den entsprechenden Stegabschnitten des schwingervorderseitigen Verbindungsendabschnitts 5a.

Durch die obigen Gestaltungsmerkmale werden zwar mehrere Stegab­ schnitte 534a, 534a, 531a, 534a und 534a und die dazugehörigen Ver­ drahtungsmuster ausgebildet, allerdings reicht ein einmal stattfindender Thermoschweißvorgang aus, um Vorder- und Rückseiten des Schwingers 1 anzuschließen. Auf die gelöteten Abschnitte kann ein Klebstoff aufge­ tragen werden, beispielsweise ein bei Wärme aushärtender Klebstoff, ein bei Kälte aushärtender Klebstoff oder ein bei Ultraviolettstrahlung ver­ netzender Klebstoff (nicht dargestellt). Bei der vorliegenden Ausfüh­ rungsform wird im Hinblick auf schnelle Vernetzung, Einsatzart und Festigkeit ein bei Ultraviolettstrahlung aushärtender Klebstoff (UV-aus­ härtender Klebstoff) eines Acrylharz-Typs aufgetragen, um die gelöteten Abschnitte zu überziehen. Das Auftragen eines solchen UV-aushärtenden Harzes schützt die gelöteten Bereiche und verstärkt sie (den Verbin­ dungsabschnitt zwischen Schwinger 1 und flexibler Verdrahtungsplatte 5).

Außerdem können die Stegabschnitte 531a und 534b der Verdrahtungs­ muster 531 und 534 (von den vier Verdrahtungsmustern 531 bis 534), die mit den vergleichsweise breiteren Stegabschnitten 13a, 13e, 14a und 16e thermisch verschweißt werden, mit größerer Breite ausgebildet werden. Dies ermöglicht das Verschmälern der Stegabschnitte 531a und 534a, ungeachtet des Umstands, daß bei der vorliegenden Ausführungs­ form die Schlitze 531b und 534b in den Mittelbereichen der Stegab­ schnitte 531a und 534a ausgebildet sind, in welchem Fall die Muster der Stegabschnitte 531a und 534a wahrscheinlich breiter sind. Deshalb kann das Lot 59 bei diesen Stegabschnitten 531a und 534a rascher erhitzt werden, so daß das Lot leicht schmilzt. Das schmelzflüssige Lot 59 fließt in die Schlitze 531b und 534b, um innerhalb relativ kurzer Zeit eine vollständige thermische Schweißung zu ermöglichen. Da außerdem das schmelzflüssige Lot 59 in die Schlitze 531b und 534b hineinfließt, läßt sich der Lötvorgang visuell überwachen.

In der gleichen Weise wie bei dem schwingerrückseitigen Verbindungs­ endabschnitt 5b werden die einzelnen Stegabschnitte 531c bis 534c in dem substratseitigen Verbindungsendabschnitt 5c mit Hilfe von Lot thermisch geschweißt, welches an entsprechenden Leitungsmustern vor­ handen ist (nicht dargestellt), und auf die Verbindungen wird zur Ver­ stärkung der UV-härtende Klebstoff aufgetragen.

Anhand der Fig. 18, die beispielhaft einen Schnitt durch das Lot 59 des Verdrahtungsmusters 531 zeigt, soll das thermische Schweißen des Stegabschnitts 14a veranschaulicht werden.

Wie in den Fig. 15 bis 18 gezeigt ist, befindet sich an dem schwinger­ rückseitigen Verbindungsendabschnitt 5b der flexiblen Verdrahtungs­ platte 5 ein Lüftungsloch 54 an der Stirnseite 1B des Schwingers 1, wenn der Verbindungsendabschnitt an dem Schwinger angebracht ist. Das Lüftungsloch 54 steht in Verbindung mit dem Schlitz 531b des Stegabschnitts 531a des schwingerrückseitigen Verbindungsendabschnitts 5b (obschon der Schlitz 531b den Film 52 über sich hat). Folglich liegt der schwingerrückseitige Verbindungsendabschnitt 5b über dem Schwin­ ger 1 und wird thermisch geschweißt, das Lot 59 schmilzt, das restliche Lot 59 füllt den Raum in dem Schlitz 531b aus, und überschüssiges Lot 59 wird in einem Bereich gehalten, in welchem der Stegabschnitt 14a in dem Lüftungsloch 54 liegt.

Bezugnehmend auf Fig. 14 bis 17 erkennt man, daß das Lüftungsloch 54, welches einen derartigen Lotaufnahmebereich bildet, sich auch teil­ weise über die Stegabschnitte 532a und 533a des schwingervorderseiti­ gen Verbindungsendabschnitts 5a erstreckt, die mit den Stegabschnitten 17b1 und 17a1 des Schwingers 1 verlötet werden.

Claims (9)

1. Schwinggyroskop, umfassend:

• - einen Schwinger (1) mit Elektroden (13, 14, 16, 17) und elek­ trisch mit diesen verbundenen Stegabschnitten (13a, b, 14a, 16a, b; 17a1, 17b1);
• - ein Halteelement (4), das den Schwinger (1) schwingfähig lagert;
• - ein flexibles Verdrahtungsflachstück (5) mit einem ein Verdrah­ tungsmuster (531-534) aufweisenden Verdrahtungsabschnitt (5d) und mit zumindest einem schwingerseitigen und einem schal­ tungssubstratseitigen Endabschnitt (5a, 5b; 5c), zwischen denen sich der Verdrahtungsabschnitt (5d) befindet, wobei der mindestens eine schwingerseitige Endabschnitt (5a, 5b) Steg­ abschnitte (531a, 534a) aufweist, die mit den Verdrahtungs­ mustern (531, 534) und mit den Stegabschnitten des Schwingers (1) elektrisch verbunden sind, und
• - ein Schaltungssubstrat (6), welches mit dem auf dem schal­ tungssubstratseitigen Endabschnitt (5c) des flexiblen Verdrah­ tungsflachstücks (5) angeordneten Stegabschnitten verbunden ist und elektrisch mit den Verdrahtungsmustern (531-534) verbun­ den ist.

2. Schwinggyroskop nach Anspruch 1, bei dem der Verdrahtungsab­ schnitt (5d) des flexiblen Verdrahtungsflachstücks (5) schmaler ist als die schwingerseitigen und schaltungssubstratseitigen Endab­ schnitte (5a, 5b; 5c).

3. Schwinggyroskop nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mehrere Steg­ abschnitte an dem Schwinger (1) ausgebildet sind, wobei die ent­ sprechenden Stegabschnitte an dem flexiblen Verdrahtungsflachstück (5) in dem schwingerseitigen Endabschnitt (5a) mit denjenigen Stegabschnitten des Schwingers (1) verbunden sind, die am wenigsten benachbart sind und gleiche Potentiale aufweisen, und in dem Verdrahtungsabschnitt mit den Verdrahtungsmustern ausgebil­ det sind, die elektrisch mit den Stegabschnitten des flexiblen Ver­ drahtungsflachstücks verbunden sind, um gemeinsame Abschnitte zu bilden.

4. Schwinggyroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schwinger (1) Schwingarme (12a, 12b, 12c) aufweist, die jeweils ein freies Ende besitzen und in einem Zustand schwingen, in welchem ein Ende festgehalten wird, wozu ein Basisendabschnitt (1A) des Schwingers (1) von dem Halteelement (4) gehalten wird, wobei die Stegabschnitte der schwingerseitigen Endabschnitte (5a, 5b) in dem Basisendabschnitt des Schwingers (1) angeordnet sind und das Halteelement (4) an dem schaltungssubstratseitigen Endab­ schnitt (5c) fixiert ist.

5. Schwinggyroskop nach Anspruch 4, bei dem der Schwinger (1) als Flachstück mit Treiberelektroden und/oder Nachweiselektroden auf dessen Vorderseite und Rückseite ausgebildet ist, wobei die Stegab­ schnitte elektrisch an die Treiber- und Nachweiselektroden (13, 17) angeschlossen sind, das flexible Verdrahtungsflachstück (5) einen Verzweigungsabschnitt (5e) aufweist, wo sich der Verdrahtungs­ abschnitt in zwei Abschnitte auf der Seite des Schwingers ver­ zweigt, nämlich in den schwingerseitigen Endabschnitt für die Vor­ derseite des Schwingers und in den schwingerseitigen Endabschnitt für die Rückseite des Schwingers, wobei in jedem der schwingersei­ tigen Endabschnitte (5a, 5b) Stegabschnitte vorhanden sind, die mit zugehörigen Stegabschnitten auf der Vorderseite bzw. der Rückseite des Schwingers (1) verbunden sind.

6. Schwinggyroskop nach Anspruch 5, bei dem die Verdrahtungs­ muster (531-534), die individuell elektrisch mit den Stegabschnitten (13a, b, 14a, 16a, b; 17a1, 17b1) des Schwingers verbunden sind die gleiche Potentiale auf der Vorderseite und Rückseite des Schwingers (1) aufweisen, in die Verzweigungsstelle (5e) einbezo­ gen sind und zu dem schaltungssubstratseitigen Endabschnitt (Sc) führen.

7. Schwinggyroskop nach Anspruch 5, bei dem der Verdrahtungsab­ schnitt (5d) mittig von dem schwingseitigen Endabschnitt ausgeht.

8. Schwinggyroskop nach Anspruch 5, bei dem eine vornehmlich Silber enthaltende Paste zur Bildung der Elektroden und Stegab­ schnitte des Schwingers (1) aufgedruckt ist, wobei sich Lötmateria­ lien aus Lötpaste oder einem Lötüberzug in den Stegabschnitten der schwingerseitigen Endabschnitte des flexiblen Verdrahtungsflach­ stücks (5) befinden, wobei die Lötmaterialien durch thermisches Schweißen zum Schmelzen gebracht werden, damit sie die Stegab­ schnitte des Schwingers mit den Stegabschnitten des flexiblen Ver­ drahtungsflachstücks (5) verbinden.

9. Schwinggyroskop nach Anspruch 8, bei dem in Thermoschweißbe­ reichen ein Klebstoff aufgetragen wird, um die Stegabschnitte des Schwingers mit Stegabschnitten des flexiblen Verdrahtungsflach­ stücks (5) zu verbinden.