DE69207282T2

DE69207282T2 - Vibrationskreisel

Info

Publication number: DE69207282T2
Application number: DE69207282T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Heinouchi; Takeshi Nakamura; Yukio Sakashita
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-06-26
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2012-06-27
Also published as: EP0520467B1; DE69207282D1; EP0520467A3; US5345822A; EP0520467A2

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vibrationsgyroskop und insbesondere auf ein Vibrationsgyroskop, das in der Lage ist, eine Rotations-Winkelgeschwindigkeit zu messen, indem beispielsweise ein Biege- und Schwingungs-Modus verwendet wird. Dasselbe wird beispielsweise in einem Navigationssystem verwendet, das in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist.

Beschreibung des Stands der Technik

Fig. 24 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen Vibrationsgyroskops zeigt, welches ein Hintergrund der vorliegenden Erfindung ist. In Fig. 25 ist ein Schaltungsdiagramm desselben gezeigt. Ein derartiges Vibrationsgyroskop ist aus der DE-A-3926504 bekannt. Das Vibrationsgyroskop 1 weist einen Vibrator 2 auf. Der Vibrator 2 weist einen dreieckigen, prismenförmigen Schwingkörper 3 auf, wobei auf drei Seitenoberflächen des Schwingkörpers 3 piezoelektrische Elemente 4a, 4b bzw. 4c gebildet sind. Trägerbauglieder 5a und 5b, die aus einem Material, wie z.B. Nickel oder dergleichen, bestehen, sind an den Gratlinienabschnitten des Schwingkörpers 3 befestigt. Die Trägerbauglieder 5a und 5b sind mittels Löten, Schweißen oder dergleichen in der Nähe von Knotenpunkten des Schwingkörpers 3 befestigt. Ferner sind die Trägerbauglieder 5a und 5b mittels Löten oder dergleichen an einer Platine 6 befestigt. Die Trägerbauglieder 5a und 5b tragen den Schwingkörper 3 schwingungsfähig über der Platine 6 und dienen ferner als Drähte zur Erdung.
Ferner ist ein piezoelektrisches Element 4c des Vibrators 2 mit einem Eingangsanschluß einer Schwingungsschaltung 7 elektrisch verbunden, während die Ausgangsanschlüsse der Schwingungsschaltung 7 mit den anderen beiden piezoelektrischen Elementen 4a und 4b elektrisch verbunden sind. Somit stellt der Vibrator 2 einen Eigenschwingungsantrieb her. Die zwei piezoelektrischen Elemente 4a und 4b sind ferner jeweils mit zwei Eingangsanschlüssen einer Erfassungsschaltung 8 elektrisch verbunden, welche beispielsweise aus einem Differentialverstärker besteht.
Bei dem Vibrationsgyroskop 1 biegt sich und schwingt der Schwingkörper 3 durch das Anlegen eines Treibersignals an die piezoelektrischen Elemente 4a und 4b. Wenn das Vibrationsgyroskop 1 um eine axiale Richtung des Schwingkörpers 3 gedreht wird, werden in den piezoelektrischen Elementen 4a und 4b Spannungen erzeugt, die auf die Rotation ansprechen. Daher kann eine Rotations-Winkelgeschwindigkeit erfaßt werden, indem die Spannungen, die in den piezoelektrischen Elementen 4a und 4b erzeugt werden, gemessen werden. Somit wird die Rotations-Winkelgeschwindigkeit des Vibrationsgyroskops 1 durch eine Ausgabe der Erfassungsschaltung 8 erfaßt.
Bei einem derartigen herkömmlichen Vibrationsgyroskop sind die Trägerbauglieder entworfen, um den Schwingkörper zu tragen und als Erdungsdrähte zu dienen. Daher wird ein Metalldraht, wie z.B. Nickel, verwendet, da er eine leitfähige Substanz ist, die löt- und schweißbar ist. Nickel oder dergleichen ist jedoch relativ weich, was dazu führt, daß die mechanische Festigkeit desselben geschwächt wird, wenn ein dünnes Drahtmaterial verwendet wird. Wenn ein dickes Drahtmaterial als die Trägerbauglieder verwendet wird, kann die Schwingung des Schwingkörpers entweichen, oder es wird eine äußere Schwingung durch die Trägerbauglieder übertragen, wodurch die Stabilität der Charakteristika verschlechtert wird.
Daher wird in Betracht gezogen, die Trägerbauglieder aus einem Material herzustellen, das eine hohe Festigkeit aufweist, wie z.B. Molybdän. Ein derartiges Material ist jedoch schwierig zu löten oder zu schweißen und kann den Schwingkörper nicht tragen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es stellt daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung dar, ein Vibrationsgyroskop zu schaffen, das in der Lage ist, einen Schwingkörper zuverlässig zu tragen, und das stabile Charakteristika aufweist.
Ein Vibrationsgyroskop gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen prismenförmigen Schwingkörper, eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen, die auf Seitenoberflächen des Schwingkörpers gebildet sind, und ein Trägerbauglied auf, das einen Mehrschicht-Aufbau aufweist und in der Nähe des Knotenpunkts des Schwingkörpers befestigt ist, wobei ein innerer Abschnitt des Trägerbauglieds durch ein elastisches Material mit einer hohen Festigkeit gebildet ist, und ein äußerer Abschnitt desselben durch ein Material mit einer guten Lötfähigkeit gebildet ist.
Bei dem Vibrationsgyroskop gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Trägerbauglied an den Schwingkörper und an eine Platine gelötet werden, indem das gut lötbare Material als der äußere Abschnitt des Trägerbaugliedes verwendet wird. Ferner kann das Trägerbauglied den Schwingkörper tragen, selbst wenn das Trägerbauglied dünner gemacht wird, indem das elastische Material mit der hohen Festigkeit als der innere Abschnitt des Trägerbaugliedes verwendet wird. Da das Trägerbauglied ferner elastisch verformt wird, wird die Schwingung des Schwingkörpers nicht gestört.
Da der Schwingkörper durch ein derart dünnes Trägerbauglied getragen werden kann, entweicht weder die Schwingung des Schwingkörpers von dem Trägerbauglied, noch wird die äußere Schwingung durch das Trägerbauglied auf den Schwingkörper übertragen. Ferner wird das Trägerbauglied selbst niemals die Schwingung des Schwingkörpers stören. Somit können die Charakteristika des Vibrationsgyroskops stabilisiert werden. Da das Trägerbauglied an dem Schwingkörper und der Platine befestigt werden kann, kann der Schwingkörper ferner zuverlässig über der Platine gehalten werden.
Die oben beschriebenen und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele bezugnehinend auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine veranschaulichende Vorderansicht, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine veranschaulichende Seitenansicht eines Vibrationsgyroskops, das in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 3 ist eine Explosionsansicht des Vibrationsgyroskops, das in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm des Vibrationsgyroskops, das in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 5 ist eine Explosionsansicht, die einen wesentlichen Abschnitt des Vibrationsgyroskops, das in Fig. 1 gezeigt ist, zeigt.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht eines Trägerbauglieds, das bei dem Vibrationsgyroskop, das in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet wird.
Fig. 7 ist eine veranschaulichende Vorderansicht, die einen Aufbau zum Tragen des Vibrators des Vibrationsgyroskops, das in Fig. 1 gezeigt ist, zeigt.
Fig. 8 ist eine veranschaulichende Seitenansicht, die einen Aufbau zum Tragen des Vibrator des Vibrations gyroskops, das in Fig. 1 gezeigt ist, zeigt.
Fig. 9 ist eine Vorderansicht einer Trägerplatte, die in dem Vibrationsgyroskop, das in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet wird.
Fig. 10 ist eine Draufsicht der Trägerplatte, die in Fig. 9 gezeigt ist.
Fig. 11 ist eine Seitenansicht der Trägerplatte, die in Fig. 9 gezeigt ist.
Fig. 12 ist eine Vorderansicht einer Betriebsabdeckung, die bei dem Vibrationsgyroskop, das in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet wird.
Fig. 13 ist eine Draufsicht der Betriebsabdeckung, die in Fig 12 gezeigt ist
Fig. 14 ist eine Seitenansicht der Betriebsabdeckung, die in Fig. 12 gezeigt ist.
Fig. 15 ist eine Vorderansicht einer Schutzabdeckung, die bei dein Vibrationsgyroskop, das in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet wird.
Fig. 16 ist eine Draufsicht der Schutzabdeckung, die in Fig. 15 gezeigt ist.
Fig. 17 ist eine Seitenansicht der Schutzabdeckung, die in Fig 15 gezeigt ist.
Fig. 18 ist eine Schnittansicht, die ein modifiziertes Beispiel des Trägerbauglieds, das in Fig. 6 gezeigt ist, zeigt.
Fig. 19 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres modifiziertes Beispiel des Trägerbauglieds, das in Fig. 6 gezeigt ist, zeigt.
Fig. 20 ist eine Schnittansicht, die ein modifiziertes Beispiel des Trägerbauglieds, das in Fig. 19 gezeigt ist, zeigt.
Fig. 21 ist eine Schnittansicht, die noch ein weiteres modifiziertes Beispiel des Trägerbauglieds, das in Fig. 6 gezeigt ist, zeigt.
Fig. 22 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig 23 ist eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels, das in Fig. 22 gezeigt ist.
Fig. 24 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen Vibrationsgyroskops zeigt, das ein Hintergrund der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 25 ist ein Schaltungsdiagramm des Vibrationsgyroskops, das in Fig. 24 gezeigt ist.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Fig. 1 ist eine veranschaulichende Vorderansicht, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, während Fig. 2 eine veranschaulichende Seitenansicht desselben ist. Fig. 3 ist eine Explosionsansicht des Vibrationsgyroskops, das in Fig. 1 gezeigt ist. Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm des Vibrationsgyroskops, das in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 5 ist eine Explosionsansicht, die einen wesentlichen Abschnitt des Vibrationsgyroskops, das in Fig. 1 gezeigt ist, zeigt.
Das Vibrationsgyroskop 10 weist einen Vibrator 12 auf. Der Vibrator 12 weist beispielsweise einen gleichmäßigen, dreieckigen, prismenförmigen Schwingkörper 14 auf, wie es besonders in Fig. 5 gezeigt ist. Der Schwingkörper 14 ist aus einem konstanten elastischen Metallmaterial gebildet, wie z.B. Nickel, Eisen, Chrom, Titan oder einer Legierung derselben, wie z.B. Elinvar, einer Eisen-Nickel-Legierung. Der Schwingkörper 14 kann aus einem Material gebildet sein, das im allgemeinen eine mechanische Schwingung erzeugt, wie z.B. Quarz, Glas, Kristall und Keramik neben Metall.
Bei dem Schwingkörper 14 sind piezoelektrische Elemente 16a, 16b bzw. 16c an den Mittelabschnitten der drei Seitenflächen desselben befestigt, wie es besonders in Fig. 4 gezeigt ist. Die piezoelektrischen Elemente 16a bis 16c weisen jeweils piezoelektrische Schichten 18 auf, die beispielsweise aus Keramik bestehen, wobei auf beiden Oberflächen der piezoelektrischen Schichten 18 jeweils Elektroden 20a und 20b gebildet sind. Die Elektroden 20a auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Elemente 16a bis 16c sind mit den Seitenflächen des Schwingkörpers 14 beispielsweise durch ein leitfähiges Haftmittel verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel werden die zwei piezoelektrischen Elemente 16a und 16b zum Schwingen, zum Treiben des Schwingkörpers 14 und zum Erfassen einer Verschiebung des Schwingkörpers 14 verwendet, während das andere piezoelektrische Element 16c zum Rückkoppeln eines Treibersignals an die zwei piezoelektrischen Elemente 16a und 16b verwendet wird.
Der Vibrator 12 wird durch zwei U-förmige Trägerbauglieder 22a und 22b gehalten, wie es besonders in Fig. 5 gezeigt ist.
Die Trägerbauglieder 22a und 22b sind, wie in Fig. 6 gezeigt ist, jeweils als eine zweischichtige Struktur mit einem kreisförmigen Querschnitt gebildet. In diesem Fall wird unter Berücksichtigung der Festigkeit der Trägerbauglieder und der Löt- bzw. Schweißfähigkeit der Trägerbauglieder an den Schwingkörper als Material der inneren Abschnitte 23a der Trägerbauglieder 22a und 22b ein elastisches Material mit einer hohen Festigkeit, wie z.B. Molybdän, Wolfram, Titan oder dergleichen verwendet, während als Material der äußeren Abschnitte 23b derselben ein Material mit einer guten Lötund Schweißfähigkeit verwendet wird, wie z.B. Nickel, Platin, Gold, Silber, Kupfer, rostfreier Stahl, Eisen oder dergleichen. Wenn die Festigkeit der Trägerbauglieder und die Löt- und Schweißfähigkeit der Trägerbauglieder an den Schwingkörper nicht gleichzeitig in Betracht gezogen werden, können die Trägerbauglieder aus einem einzigen Material gebildet sein.
Mittelabschnitte der Trägerbauglieder 22a und 22b sind an den Gratlinienabschnitten des Schwingkörpers 14 zwischen den zwei piezoelektrischen Elementen 16a und 16b befestigt. In diesein Fall sind die Trägerbauglieder 22a und 22b in der Nachbarschaft von Knotenpunkten des Schwingkörpers 14 derart befestigt, daß sie die Schwingung des Schwingkörpers 14 nicht negativ beeinflussen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Trägerbauglieder 22a und 22b an den Positionen befestigt, die 0,224 L von gegenüberliegenden Enden des Schwingkörpers 14 entfernt liegen, wobei L die Länge des Schwingkörpers 14 darstellt. In diesem Fall werden die Trägerbauglieder 22a und 22b beispielsweise an den Schwingkörper 14 gelötet oder geschweißt. Die Trägerbauglieder 22a und 22b können mittels eines Klebstoffes mit dem Schwingkörper 14 verbunden und an demselben befestigt werden.
Beide Endabschnitte der Trägerbauglieder 22a und 22b sind jeweils an im wesentlichen rechteckigen, festen Platten 24a und 24b befestigt, die aus einem Metallmaterial, wie z.B. Eisen! Nickel, rostfreiem Stahl oder dergleichen, bestehen, wie es in den Fig. 5, 7 und Fig. 8 gezeigt ist. D.h., daß jeweils zwei Löcher 26 in den festen Platten 24a und 24b gebildet sind. Die beiden Endabschnitte eines Trägerbauglieds 22a sind durch die zwei Löcher 26 einer festen Platte 24a eingeführt und mit derselben verlötet. Auf ähnliche Weise sind die beiden Endabschnitte des zweiten Trägerbauglieds 22b durch die zwei Löcher 26 der anderen festen Platte 24b eingeführt und mit derselben verlötet.
An den Enden der festen Platten 24a und 24b sind beispielsweise jeweils im wesentlichen U-förmige Teilbauglieder 28 gebildet, derart, daß sie den Vibrator 12 nicht berühren. Auf den seitlichen, gegenüberliegenden Enden der Teilbauglieder 28 werden jeweils beispielsweise plattenförmigen Schutzbauglieder 30 gebildet. Die Schutzbauglieder 30 sind entworfen, um die Trägerbauglieder 22a und 22b zu schützen, indem es durch sie nicht möglich ist, daß die Trägerbauglieder 22a und 22b unnötigerweise in einer seitlichen Richtung des Vibrators 12 verschoben werden, wobei dieselben in der Nähe der Trägerbauglieder 22a und 22b, beispielsweise an inneren Seiten der Trägerbauglieder 22a und 22b, angeordnet sind. Die Teilbauglieder 28 und die Schutzbauglieder 30 sind als Einheit mit den festen Platten 24a und 24b gebildet.
Die festen Platten 24a und 24b sind jeweils, wie es in den Fig. 1 und 5 gezeigt ist, z.B. durch Puffermaterialien 32a und 32b an einer Oberfläche der flach-geformten Trägerplatte 34 befestigt, die aus einem Material besteht, das einen Magnetismus und eine Leitfähigkeit aufweist, wie z.B. Eisen, Nickel, rostfreiem Stahl oder dergleichen.
An der Trägerplatte 34 sind, wie in Fig. 5, Fig. 9, Fig. 10 und Fig. 11 gezeigt ist, Fußbauglieder 36a und 36b gebildet, die sich von einem Ende und von dem anderen Ende in longitudinaler Richtung derselben nach unten erstrecken. An dem Fußbauglied 36a ist an einer Endseite in der longitudinalen Richtung der Trägerplatte 34 eine Nase 38 in der Mitte des unteren Endes desselben gebildet. Ferner sind an beiden Seiten an dem anderen Ende in der longitudinalen Richtung der Trägerplatte 34 zwei Nasen 40a und 40b gebildet. Die Nasen 38, 40a und 40b werden verwendet, um die Trägerplatte 34 an einer Schaltungsplatine 46, die nachfolgend beschrieben werden soll, zu befestigen.
An der Trägerplatte 34 sind zwei Haltestücke 42 an einem Ende in der lateralen Richtung derselben in einem vorbestimmten Abstand gebildet, während an dem anderen Ende in der lateralen Richtung derselben zwei Haltestücke 42 in einem vorbestimmten Abstand gebildet sind. Die Haltestücke 42 werden verwendet, um eine Betriebsabdeckung 56, die nachfolgend beschrieben werden soll, durch die Trägerplatte 34 zu halten.
In der Mitte einer Oberfläche der Trägerplatte 34 ist ein PTC-Element 44 (PTC = Positiv Temperature Coefficient = positiver Temperaturkoeffizient) befestigt, wie es besonders in Fig. 5 gezeigt ist. Das PTC-Element 44 ist entworfen, um die Temperatur des Vibrators 12 stabil zu halten. D.h., daß eine feste Spannung an das PTC-Element 44 angelegt wird. Wenn die Temperatur des Vibrators 12 oder die Umgebungstemperatur des PTC-Elements 44 ansteigt, steigt der Widerstand des PTC-Elements 44 an, und der Wärmewert desselben wird reduziert, um die Umgebungstemperatur zu erniedrigen. Wenn im Gegensatz dazu die Umgebungstemperatur niedrig ist, verkleinert sich der Widerstand in dem PTC-Element 44 und der Wärmewert desselben wird erhöht, um die Umgebungstemperatur zu erhöhen. Somit wird die Temperatur des Vibrators 12 durch das PTC-Element 44 stabil gehalten.
Die Trägerplatte 34 ist auf einer Oberflächenseite der Schaltungsplatine 46 befestigt, wie in den Fig. 3 und 5 gezeigt ist. In diesem Fall ist die Nase 38 des Fußbaugliedes 36a an der einen Endseite der Trägerplatte 34 durch die Schaltungsplatine 46 eingesetzt und mit einem Erdungsinuster (nicht gezeigt) auf der anderen Oberfläche der Schaltungsplatine 46 verlötet. Daher ist die Trägerplatte 34durch die zwei Fußbauglieder 36a und 36b an der Schaltungsplatine 46 in dem erdungsfreien Zustand von einer Oberfläche der Schaltungsplatine 46 befestigt.
Zwischen der Trägerplatte 34 und der Schaltungsplatine 46 ist ein schichtförmiges Dämpfungsmaterial 48 mittels eines Klebstoffes mit dem Mittelteil einer Oberfläche der Schaltungsplatine 46 verbunden. Das Dämpfungsmaterial ist aus einem Material gebildet, das aus Gummi besteht, wie z.B. Buthyl-Gummi, oder einem synthetischen Harz, wie z.B. Urethan, welches derart aufgeschäumt ist, daß jeweilige Zellen nicht zusammenhängen, oder welches in geschlossenen Zellen aufgeschäumt ist.
Ferner ist auf einer Oberfläche der Schaltungsplatine 46 beispielsweise eine U-förmige Zwischenpiatine 50 aus dem anderen Ende in der longitudinalen Richtung der Trägerplatte 34 befestigt. An der Zwischenplatine 50 sind drei Anschlüsse 52a, 52b und 52c, die parallel zur Oberfläche derselben liegen und sich nach außen erstrecken, parallel zueinander gebildet. Die Anschlüsse 52a bis 52c erstrecken sich durch die Schaltungsplatine 46 und sind jeweils an drei Leitermuster (nicht gezeigt) auf der anderen Oberfläche der Schaltungsplatine 46 gelötet. Somit ist die Zwischenplatine 50 derart an der Schaltungsplatine 46 befestigt, daß eine Oberfläche derselben in der longitudinalen Richtung der Trägerplatte 34 der Endfläche der anderen Endseite zugewendet ist.
Die zwei Nasen 40a und 40b der Trägerplatte 34 sind durch die Zwischenplatine 50 eingefügt und an ein Leitermuster (nicht gezeigt) auf der anderen Oberfläche der Zwischenplatine 50 gelötet. Somit ist die Trägerplatte 34 ferner über die Zwischenpiatine 50 fest an der Schaltungsplatine 46 befestigt.
Ferner sind auf der anderen Oberfläche der Zwischenplatine 50 drei Leitermuster 54a, 54b und 54c gebildet, wobei die drei Anschlüsse 52a bis 52c jeweils mit den Leitermustern 54a bis 54c elektrisch verbunden sind. Die jeweiligen Elektroden 20b auf der anderen Oberfläche der drei piezoelektrischen Elemente 16a bis 16c des Vibrators 12 sind unter Verwendung von Anschlußleitungsdrähten (nicht gezeigt) mit den Leitermustern 54a bis 54c elektrisch verbunden.
Die Betriebsabdeckung 56, die aus einem Material mit Magnetismus und Leitfähigkeit besteht, wie z.B. Eisen, Nickel, rostfreiem Stahl oder dergleichen, ist an die Trägerplatte 34 derart angebracht, daß sie den Vibrator 12, die Zwischenplatine 50, usw., bedeckt
Die Betriebsabdeckung 56 weist ein flach geformtes Oberflächenbauglied 58 auf, wie in Fig. 5, Fig. 12, Fig. 13 und Fig. 14 gezeigt ist, wobei auf dem Oberflächenbauglied 58 jeweils Seitenbauglieder 60 gebildet sind, die sich von den lateralen Enden desselben nach unten erstrecken. Die Mittelabschnitte am unteren Ende der Seitenbauglieder 60 sind als Nasen 62 gebildet, die nach außen hervorstehen. Schutzbauglieder 64 mit einem L-förmigen Querschnitt sind jeweils an den longitudinalen Enden an dem Oberflächenbauglied 58 gebildet. Die Betriebsabdeckung 56 ist derart plaziert, daß die Seitenbauglieder 60 derselben von den inneren Seiten der Haltestücke 42 der Trägerplatte 34 in Eingriff genommen werden, wobei die Nasen 62 der Seitenbauglieder 60 zwischen den Haltestücken 42, 42 in Eingriff genommen werden. In diesem Fall sind die zwei Schutzbauglieder 64 in der Nähe der äußeren, gegenüberliegenden Enden in der longitudinalen Richtung des Vibrators 12 angeordnet. Die Schutzbauglieder 64 sind entworfen, um die Trägerbauglieder 22a und 22b zu schützen, indem es durch sie nicht möglich ist, daß der Vibrator 12 unnötigerweise in seiner longitudinalen Richtung verschoben wird, oder indem es durch sie nicht möglich ist, daß die Trägerbauglieder 22a und 22b unnötigerweise in der longitudinalen Richtung des Vibrators 12 verschoben werden.
Ferner sind, wie in Fig. 5 gezeigt ist, eine Schwingungsschaltung 66 und eine Erfassungsschaltung 68 auf der anderen Oberfläche der Schaltungsplatine 46 befestigt
Die Schwingungsschaltung 66 dient dazu, den Vibrator zu treiben und denselben in Schwingung zu versetzen, und weist einen Quarz zum Stabilisieren der Schwingfrequenz und eine Phasenberichtigungsschaltung zum Einstellen der Schwingfrequenz auf. Ein Eingangsanschluß der Schwingungsschaltung 66 ist, wie es besonders in Fig. 4 gezeigt ist, über das Leitermuster (nicht gezeigt), den Anschluß 52c, die Zwischenplatine 50, usw. mit der Elektrode 20b des piezoelektrischen Elements 16c des Vibrators 12 elektrisch verbunden, wobei ein Ausgangsanschluß der Schwingungsschaltung 66 durch einen veränderlichen Widerstand 72a geteilt ist und jeweils über die anderen Leitermuster (nicht gezeigt), die Anschlüsse 52a, 52b, usw. mit den Elektroden 20b des piezoelektrischen Elements 16a und 16b verbunden ist.
Die Erfassungsschaltung 68 dient dazu, eine Verschiebung des Vibrators 12 zu erfassen, wobei sie beispielsweise aus einem Differentialverstärker oder dergleichen besteht. Zwei Eingangsanschlüsse der Erfassungsschaltung 68 sind jeweils über das Leitermuster (nicht gezeigt), die Anschlüsse 52a, 52b, usw., mit den Elektroden 20b der piezoelektrischen Elemente 16a und 16b verbunden.
Ferner sind drei veränderliche Widerstände 72a, 72b und 72c auf der anderen Oberfläche der Schaltungsplatine 46 befestigt, wie in Fig 5 gezeigt ist.
Ein veränderlicher Widerstand 72a ist entworfen, um eine Ausgabe der Schwingungsschaltung gleichmäßig an die piezoelektrischen Elemente 16a und 16b zu verteilen. Der weitere veränderliche Widerstand 72b ist entworfen, um einen Eingangssignalpegel, der in die Erfassungsschaltung 68 eingegeben wird, einzustellen, wobei er, wie in Fig. 4 gezeigt ist, zwischen die zwei Eingangsanschlüsse der Erfassungsschaltung 68 geschaltet ist. Ferner ist der dritte oder weitere veränderliche Widerstand 72c entworfen, um einen Ausgangssignalpegel der Erfassungsschaltung 68 einzustellen, wobei er zwischen den Ausgangsanschluß der Erfassungsschaltung 68 und eine Erdung geschaltet ist.
Ferner ist eine Schutzabdeckung 74, die aus einem Material mit Magnetismus, Leitfähigkeit und Elastizität besteht, wie Z.B. Eisen, Nickel, rostfreiem Stahl oder dergleichen, an der anderen Oberfläche der Schaltungsplatine 46, wie in Fig. 3 und Fig. 5 gezeigt ist, angebracht, um die Schwingungsschaltung 66, die Erfassungsschaltung 68, die veränderlichen Widerstände 72a, 72b, 72c, usw. zu bedecken.
Die Abschirmungsabdeckung 74 weist ein rechteckiges, plattenförmiges Oberflächenbauglied 76 auf, das eine im wesentlichen gleiche Breite wie die Schaltungsplatine aufweist, wie es in Fig. 5, Fig. 15, Fig. 16 und Fig. 17 gezeigt ist. Das Oberflächenbauglied 76 weist einen Mittelabschnitt in der lateralen Richtung auf, der nach außen gebogen ist. Ferner sind jeweils an den gegenüberliegenden Endabschnitten der Seitenbauglieder 78a und 78b Nasen 80 gebildet. Die Nasen 80 sind durch die schaltungsplatine 46 eingeführt und an ein Erdungsmuster (nicht gezeigt) auf einer Oberfläche der Schaltungsplatine 46 gelötet.
In dem Seitenbauglied 78a der Abschirmungsabdeckung 74 sind drei Löcher 84a, 84b und 84c gebildet, die den Einstellschrauben der drei veränderlichen Widerstände 72a bis 72c zugeordnet sind.
Auf einer Oberfläche der Schaltungsplatine 46 sind eine Mehrzahl von Anschlüssen 86, wie z.B. ein Leistungsanschluß, um eine elektrische Leistung zu der Schwingungsschaltung 66 und der Erfassungsschaltung 68 zu liefern, und ein Ausgangsanschluß, um das Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 68 zu entnehmen, nach oben gerichtet gebildet, wobei die Anschlüsse 86 über das Leitermuster (nicht gezeigt) der Schaltungsplatine 46 mit dem PTC-Element 44, der Schwingungsschaltung 66, der Erfassungsschaltung 68, usw. verbunden sind.
Der Vibrator 12, die Schaltungsplatine 46, die Betriebsab deckung 56, usw. sind zusammen mit zwei Dämpfungsmaterialien 88 und 90, wie in Fig. 1 und Fig. 3 gezeigt ist, in einem Kastengehäuse 92 enthalten.
Das Dämpfungsmaterial 88 ist beispielsweise in einer rechteckigen Plattenform gebildet und auf der oberen Seite der Betriebsabdeckung 56 angeordnet. Ein Loch, das der Betriebsabdeckung 56 zugeordnet ist, ist in der Mitte des Dämpfungsmaterials 90 gebildet. Das Dämpfungsmaterial 90 ist auf der Seite der Betriebsabdeckung 56 angeordnet. Die Dämpfungsmaterialien 88 und 90 sind aus einem Material gebildet, das aus Gummi besteht, wie z.B. Buthyl-Gummi oder einem synthetischen Harz wie z.B. Urethan, das derart aufgeschäumt ist, daß jeweilige Zellen nicht aneinanderhängen, ebenso wie das vorher erwähnte Dämpfungsmaterial 48. Die Dämpfungsmaterialien 48, 88 und 90 sind entworfen, um eine Hitzeabschirmung zwischen der Umgebung des Vibrators 12 und der Außenwelt zu verbessern, um unnötige Schallwellen von außen in den Vibrator 12 zu absorbieren und um das Entweichen einer Schwingung von dem Vibrator 12 nach außen zu verhindern.
In dem Gehäuse 92 ist ein Öffnungsabschnitt 94, der den Anschlüssen 86 zugeordnet ist, gebildet, und die Anschlüsse 86 sind, wie es besonders in Fig. 2 gezeigt ist, außerhalb des Gehäuses 92 freiliegend.
Ferner sind in dem Gehäuse 92 zwei Löcher 96a und 96b ausgebildet, die den Einstellschrauben der veränderlichen Widerstände 72a und 72c zugeordnet sind, um die Schrauben von außen einzustellen.
An dem Gehäuse 92 ist eine rechteckige, plattenförmige Rückabdeckung 98, die aus einem Leiter besteht, wie z.B. Aluminium oder dergleichen, mittels Schrauben 100 befestigt, wie in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 gezeigt ist. Da der laterale Mittelabschnitt des Oberflächenbauglieds 76 der Abschirmungsabdeckung 74, der eine Elastizität aufweist, nach außen gebogen ist, wird in diesem Fall die Rückabdeckung 98 gegen die elastische Kraft desselben auf die Abschirmungsabdeckung 74 gedrückt und mit der Abschirinungsabdeckung 74 elektrisch verbunden.
Bei dem Vibrationsgyroskop 10 wird mittels der Schwingungsschaltung 66 ein Treibersignal an die piezoelektrischen Elemente 16a und 16b angelegt, wodurch der Schwingkörper 14 sich biegt und schwingt. In diesem Fall biegt sich der Schwingkörper 14 und schwingt in eine Richtung, die senkrecht zu der Seite ist, auf der das piezoelektrische Element 16c gebildet ist. Wenn derselbe in diesem Zustand um eine axiale Richtung des Schwingkörpers 14 rotiert, wird die Schwingungsrichtung durch die Coriolis-Kraft verändert. Spannungen, die auf die Rotation ansprechen, werden in den piezoelektrischen Elementen 16a und 16b erzeugt. Somit kann eine Rotations-Winkelgeschwindigkeit, mit der das Vibrationsgyroskop 10 beaufschlagt wird, gemessen werden, wenn der Spannungsunterschied der piezoelektrischen Elemente 16a und 16b, oder eine Ausgabe der Erfassungsschaltung 68 gemessen wird.
Da ein elastisches Material mit einer hohen Festigkeit als Material der inneren Abschnitte 23a der Trägerbauglieder 22a und 22b, die den Mehrschicht-Aufbau aufweisen, verwendet wird, können die Trägerbauglieder 22a und 22b bei dem Vibrationsgyroskop 10 dünner gemacht werden. Somit entweicht die Schwingung des Schwingkörpers 14 kaum über die Trägerbauglieder 22a und 22b nach außen. Ferner wird eine äußere Schwingung kaum durch die Trägerbauglieder 22a und 22b auf den Schwingkörper 14 übertragen. Da das Material der inneren Abschnitte 23a der Trägerbauglieder 22a und 22b einer elastischen Verformung unterworfen ist, stört es die Schwingung des Schwingkörpers 14 nicht. Daher werden sowohl der Schwingungszustand als auch Charakteristika des Vibrationsgyroskops 10 stabilisiert.
Ferner wird eine Verbindung mit dem Schwingkörper 14 und eine Verbindung mit den festen Platten 24a und 24b mittels Löten oder Schweißen zuverlässig bewirkt, da als Material für die äußeren Abschnitte 23b der Trägerbauglieder 22a und 22b ein Material mit einer guten Löt- und Schweißfähigkeit verwendet wird.
Wie in Fig. 18 gezeigt ist, können die Trägerbauglieder 22a und 22b in einer anderen Form, wie z.B. einer quadratischen Querschnittsform, gebildet sein. Selbst bei einer derartigen Form kann die gleiche Wirkung erreicht werden, wenn das elastische Material mit einer hohen Festigkeit in dem inneren Abschnitt 23a und das Material mit einer guten Löt- und Schweißfähigkeit in dem äußeren Abschnitt 23b verwendet wird. Ferner können, wie in Fig. 19 und Fig. 20 gezeigt ist, die Trägerbauglieder 22a und 22b in einer Mehrschicht- Struktur, wie z.B. einer Dreischicht-Struktur, aufgebaut sein. In diesem Fall kann beispielsweise das elastische Material mit einer hohen Festigkeit, wie z.B. Molybdän, in dem inneren Abschnitt 23a, und das Metallmaterial, wie z.B. Nickel, in dem äußeren Abschnitt 23b verwendet sein, wobei ferner eine Lötschicht als äußerste Schicht 23c gebildet sein kann. Der äußere Abschnitt 23b der Trägerbauglieder 22a und 22b muß nicht notwendigerweise um den inneren Abschnitt 23a herum gebildet sein. Er kann auch teilweise an einem notwendigen Abschnitt, z.B. nur an den Oberflächen, die dem inneren Abschnitt 23a gegenüberliegen, gebildet sein, wie es in Fig. 21 gezeigt ist. Daher kann die Form und ein Mehrschicht-Aufbau der Trägerbauglieder 22a und 22b abhängig von dem beabsichtigten Zweck frei verändert werden.
Obwohl die Trägerbauglieder 22a und 22b bei dem Vibrationsgyroskop 10 des Ausführungsbeispiels in voneinander entgegengesetzten Richtungen in einer longitudinalen Richtung des Schwingkörpers 14 gebogen sind, sind zum gleichen Zeitpunkt die festen Platten 24a und 24b separat verschoben. Daher stören sich die Trägerbauglieder 22a und 22b nicht, wodurch die Schwingung des Schwingkörpers 14 nicht durch die Trägerbauglieder 22a und 22b unterdrückt wird. Somit kann ein stabiles Schwingungsverhalten des Schwingkörpers 14 sicher gestellt werden.
Da die Schutzbauglieder 30 bei dem Vibrationsgyroskop 10 ferner an der inneren Nachbarschaft der Trägerbauglieder 22a und 22b zum Tragen des Vibrators 12 geschaffen sind, werden die Trägerbauglieder 22a und 22b nicht unnötigerweise in einer lateralen Richtung des Vibrators 12 verschoben, wodurch kaum eine plastische Verformung bewirkt wird. Daher wird eine Verschlechterung der Charakteristika aufgrund der plastischen Verformung der Trägerbauglieder 22a und 22b verhindert. Da die Trägerbauglieder 22a und 22b durch die Schutzbauglieder 64 der Betriebsabdeckung 56, die in der äußeren Nähe der longitudinal entgegengesetzten Enden des Vibrators 12 angeordnet sind, nicht unnötigerweise in der longitudinalen Richtung des Vibrators 12 verschoben werden, wird eine Verschlechterung der Charakteristika aufgrund der plastischen verformung der Trägerbauglieder 22a und 22b verhindert.
Um die Verschlechterung der Charakteristika aufgrund der plastischen Verformung der Trägerbauglieder 22a und 22b zu verhindern, können die Schutzbauglieder in der Nähe des Vibrators 12 oder der Trägerbauglieder 22a und 22b vorgesehen sein, wobei die Form des Schutzbaugliedes nicht auf eine Platte begrenzt ist, sondern dasselbe auch als Block gebildet sein kann.
Da bei dem Vibrationsgyroskop 10 die Dämpfungsmaterialien 48, 88 und 90, die aus einem Material bestehen, das geschlossene Zellen aufweist, um den Vibrator 12 angebracht sind, ist die Hitzeabschirmung zwischen der Umgebung des Vibrators 12 und der Außenwelt gut. Unnötige Schallwellen von außen zu dem Vibrator 12 können absorbiert werden und das Entweichen einer Schwingung von dem Vibrator 12 nach außen kann ebenfalls verhindert werden. Daher kann die Verschlechterung der Charakteristika aufgrund der Temperaturänderungen der Außenwelt und aufgrund von Schallwellen von außen verhindert werden, während zur gleichen Zeit das Ent weichen einer Schwingung von dem Vibrator 12 zu einem äußeren Gerät verhindert wird.
Ferner kann bei dem Vibrationsgyroskop 10 die Temperatur des Vibrators 12 stabil gehalten werden, da das PTC-Element 44 in der Nachbarschaft des Vibrators 12 vorgesehen ist. Daher kann eine Verschlechterung der Charakteristika aufgrund der Temperaturänderung unterdrückt werden. Um die Temperatur des Vibrators 12 stabil zu halten, kann ein anderer Heizer, wie z.B. ein NTC-Element (NTC = Negative Temperature Coefficient = negativer Temperaturkoeffizient), ein Nichrom-Draht (Schutzmarke), ein keramischer Heizer oder dergleichen in der Nähe des Vibrators 12 an der Position des PTC-Elements 44 angeordnet werden, wobei ferner eine Temperaturerfassungseinrichtung, wie z.B. ein Bimetall, zum Erfassen der Umgebungstemperatur des Vibrators 12 angeordnet sein kann, um den Heizer basierend auf der Erfassung durch die Temperaturerfassungseinrichtung an- und abzuschalten.
Da die Trägerplatte 34 und die Betriebsabdeckung 56 bei dem Vibrationsgyroskop 10 um den Vibrator 12 herum als Abschirmungsmaterialien, die aus einem Material mit Magnetismus bestehen, angeordnet sind, ist der Vibrator 12 von der Außenwelt magnetisch abgeschirmt, wodurch eine Verschlechterung der Charakteristika aufgrund des äußeren Magnetismus verhindert werden kann.
Da bei dem Vibrationsgyroskop 10 der Vibrator 12, der auf einer Seite der Schaltungsplatine 46 vorgesehen ist, ferner über die Anschlüsse 52a bis 52c der Zwischenplatine 50 mit der Schwingungsschaltung 66 und der Erfassungsschaltung 68 auf der anderen Seite der Schaltungsplatine 46 elektrisch verbunden ist, ist es nicht notwendig, einen Anschlußleitungsdraht von einer Seite auf die andere Seite der Schaltungsplatine 46 zu führen.
Da bei dem Vibrationsgyroskop 10 die Abschirmungsabdeckung 74, die aus einem Material mit Magnetismus besteht, vorge sehen ist, um die Schwingungsschaltung 66, usw. zu bedecken, kann ein Hochfrequenzrauschen, das von der Schwingungsschaltung 66 erzeugt wird, verhindert werden.
Da die Rückabdeckung 98 bei dem Vibrationsgyroskop 10 ferner elektrisch mit der Abschirmungsabdeckung 74, die als Massepotential dient, verbunden ist, ist es leicht, sie mit dem äußeren Massepotential zu verbinden. Die Rückabdeckung 98 ist ohne weiteres einfach durch Drücken auf die Abschirmungsabdeckung 74 gegen die elastische Kraft der Abschirmungsabdeckung 74 elektrisch mit der Abschirmungsabdeckung 74 verbunden Um die Abschirmungsabdeckung 74 und die Rückabdeckung 98 einfach elektrisch zu verbinden, kann wenigstens entweder die Abschirmungsabdeckung 74 oder die Rückabdeckung 98 aus einem Material mit einer Elastizität geformt sein, um die Rückabdeckung 98 gegen eine elastische Kraft derselben auf die Abschirmungsabdeckung 74 zu drücken.
Fig. 22 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei Fig. 23 eine Seitenansicht desselben ist. Das Vibrationsgyroskop 10 weist einen Vibrator 12 (einen Schwingkörper 14 und piezoelektrische Elemente 16a bis 16c) und Trägerbauglieder 22a und 22b auf, die denen des Ausführungsbeispiels, das in Fig. 1 gezeigt ist, ähnlich sind. Ferner weist das Vibrationsgyroskop 10 einen Trägerständer 120 auf, der aus einem Material wie z.B. Metall, Keramik oder dergleichen besteht Mit einer Oberfläche des Trägerständers 120 ist ein Puffermaterial 122 verbunden, das aus einem elastischen Material wie z.B. Gummi, Schaumstoff oder dergleichen besteht.
Mit einer Oberfläche des Puffermaterials 122 sind zwei Platinen 124 und 126, die in ihrer longitudinalen Richtung geteilt sind, verbunden. Auf einer Oberfläche der Platine 124 sind fünf Elektroden 128a, 128b, 128c, 128d und 128e in einer beabstandeten Beziehung in der lateralen Richtung derselben gebildet. Auf einer Oberfläche der anderen Platine 126 sind Elektroden 130a und 130b an den entgegengesetzten Enden in ihrer lateralen Richtung gebildet.
Mit den Elektroden 128a und 128e auf einer Platine 124 sind gegenüberliegende Enden des Trägerbaugliedes 22a mittels Löten, Schweißen oder dergleichen verbunden. Auf ähnliche Weise sind gegenüberliegende Enden des anderen Trägerbaugliedes 22b jeweils mit den Elektroden 130a und 130b an der anderen Platine 126 befestigt. In diesem Fall tragen die Trägerbauglieder 22a und 22b den Schwingkörper 14 und dienen ferner als Erdungsdrähte. Ferner sind die piezoelektrischen Elemente 16a, 16b und 16c jeweils mit den Elektroden 128b, 128d, 128c auf der Platine 124 beispielsweise mittels der Anschlußleitungsdrähte elektrisch verbunden.
Wenn bei dem Vibrationsgyroskop 10 ein Treibersignal an die Elektroden 128b und 128d auf der Platine 124 oder an die piezoelektrischen Elemente 16a und 16b oder an die Elektrode 128c oder an die piezoelektrischen Elemente 16c angelegt wird, biegt sich und schwingt der Schwingkörper 14. In diesem Fall biegt sich und schwingt der Schwingkörper 14 in einer Richtung, die senkrecht zu der Seite ist, auf der das piezoelektrische Element 16c gebildet ist. Wenn er in diesem Zustand um eine axiale Richtung des Schwingkörpers 14 rotiert, ändert sich die Schwingrichtung aufgrund einer Coriolis-Kraft. Spannungen werden in den piezoelektrischen Elementen 16a und 16b erzeugt, die auf die Rotation ansprechen. Wenn somit die Spannungsdifferenz der piezoelektrischen Elemente 16a und 16b gemessen wird, kann eine Rotations-Winkelgeschwindigkeit, mit der das Vibrationsgyroskop 10 beaufschlagt wird, gemessen werden.
Da bei dein Vibrationsgyroskop 10 ein elastisches Material mit einer hohen Festigkeit als Material der inneren Abschnitte 23a der Mehrschicht-Aufbau-Trägerbauglieder 22a und 22b verwendet wird, können die Trägerbauglieder 22a und 22b dünner gemacht werden. Somit entweicht niemals eine Schwingung des Schwingkörpers 14 aus den Trägerbaugliedern 22a und 22b. Ebenso wird durch die Trägerbauglieder 22a und 22b kaum eine äußere Schwingung auf den Schwingkörper 14 übertragen. Da sich das Material der inneren Abschnitte 23a der Trägerbauglieder 22a und 22b elastisch verformt, wird die Schwingung des Schwingkörpers 14 nicht gestört. Daher sind sowohl der Schwingungszustand des Vibrationsgyroskops 10 als auch die Charakteristika stabilisiert.
Da ferner ein Material mit einer guten Löt- und Schweißfähigkeit als Material für die äußeren Abschnitte 23b der Trägerbauglieder 22a und 22b verwendet ist, sind die Verbindung mit dem Schwingkörper 14 und die Verbindung mit den Elektroden 128a, 128e und 130a, 130b mittels Löten und Schweißen zuverlässig bewirkt
Obwohl sich die Trägerbauglieder 22a und 22b bei dem Vibrationsgyroskop 10 dieses Ausführungsbeispiels in voneinander entgegengesetzten Richtungen in einer longitudinalen Richtung des Schwingkörpers 14 verbiegen, sind die Platinen 124 und 126, die geteilt sind, zum gleichen Zeitpunkt getrennt verschoben. Daher stören sich die Trägerbauglieder 22a und 22b nicht gegenseitig, und die Schwingung des Schwingkörpers 14 wird durch die Trägerbauglieder 22a und 22b nicht unterdrückt. Somit kann ein stabiles Schwingungsverhalten des Schwingkörpers 14 sichergestellt werden.
Obwohl bei den oben erwähnten Ausführungsbeispielen die piezoelektrischen Elemente jeweils auf drei Seitenflächen des Schwingkörpers 14 gebildet sind, können die piezoelektrischen Treiber- und Erfassungs-Elemente jeweils nur auf zwei Seitenflächen des Schwingkörpers 14 gebildet sein.
Der Schwingkörper 14 kann ferner neben der dreieckigen prismatischen Form auch als eine polygonale prismatische Form gebildet sein, wie z.B. eine quadratische prismatische Form. In diesem Fall können die piezoelektrischen Elemente nur auf zwei oder mehr Seitenflächen des Schwingkörpers gebildet sein.
Aus dem Vorhergehenden ist offensichtlich, daß, obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und dargestellt wurde, dies lediglich spezielle Darstellungen und Beispiele sind, und daß die Erfindung nicht auf dieselben begrenzt ist. Der Bereich der Erfindung wird nur durch den beigefügten Anspruch begrenzt.

Claims

1. Ein Vibrationsgyroskop (10) mit folgenden Merkmalen:

einem prismenförmigen Schwingkörper (14),

einer Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen (16a, 16b, 16c) die auf Seitenflächen des Schwingkörpers (14) gebildet sind, und

einem Trägerbauglied (22a, 22b) mit einem Mehrschicht- Aufbau, wobei dasselbe in der Nähe des Knotenpunktes des Schwingkörpers (14) befestigt ist,

wobei ein innerer Abschnitt (23a) des Trägerbauglieds (22a, 22b) aus einem elastischen Material mit einer hohen Festigkeit gebildet ist, und wobei ein äußerer Abschnitt (23b) desselben aus einem Material mit einer guten Lötfähigkeit gebildet ist.