DE69510164T2

DE69510164T2 - Schwingkreisel

Info

Publication number: DE69510164T2
Application number: DE69510164T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Ebara; Katsumi Fujimoto
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1999-12-30
Anticipated expiration: 2015-12-16
Also published as: DE69510164D1; EP0717262B1; KR100198307B1; EP0717262A1; JP3275597B2; JPH08170918A; KR960024284A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Vibrationsgyroskop und insbesondere beispielsweise auf ein Vibrationsgyroskop, das in einem Navigationssystem oder einem Kameraschüttelerfassungssystem verwendet wird.
Fig. 11 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Beispiels eines herkömmlichen Vibrationsgyroskops, während Fig. 12 eine Schnittansicht eines Hauptbestandteils desselben Vibrationsgyroskops ist. Dieses Vibrationsgyroskop 100 umfaßt einen Vibrator 102. Der Vibrator 102 umfaßt einen querschnittsmäßig dreieckigen Schwingkörper 104, wobei, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, piezoelektrische Elemente 106a, 106b und 106c an den jeweiligen Seiten des Schwingkörpers 104 angebracht sind. Diese piezoelektrischen Elemente 106a, 106b und 106c umfassen jeweils Elektroden, die auf beiden Seiten beispielsweise einer piezoelektrischen Keramik gebildet sind.
Wie es in Fig. 11 gezeigt ist, sind Trägerbauglieder 108, die im wesentlichen U-förmige Drähte umfassen, an dem Scheitelteil des Schwingkörpers 102 in der Nähe von jeweils einem von zwei Knotenpunkten desselben angebracht. Die Enden dieser Trägerbauglieder 108 sind an einer flachen Befestigungsplatine 110 befestigt. Eine Mehrzahl von Anschlußelektroden 112 ist auf der Befestigungsplatine 110 gebildet. Diese Anschlußelektroden 112 sind mittels Führungsdrähten 114 teilweise mit den piezoelektrischen Elementen 106a bis 106c auf dem Schwingkörper 102 elektrisch verbunden.
Eine Mehrzahl von im wesentlichen U-förmigen konkaven Abschnitten 110a zum Einstellen der Resonanzfrequenz des Schwingkörpers 102 ist an gegenüberliegenden Seiten der Befestigungsplatine 110 gebildet. Wenn die Resonanzfrequenz des Schwingkörpers 102 eingestellt wird, kann eine Meßsonde durch diese konkaven Abschnitte 110a eingeführt und in Kontakt mit den Anschlußelektroden 112 gebracht werden, wobei das Ausgangssignal des Schwingkörpers 102 mit der Meßsonde gemessen werden kann, während die Resonanzfrequenzeinstellung ausgeführt wird.
Diese Befestigungsplatine 110 ist an einer Schaltungsplatine 116 befestigt. Eine Schwingschaltung 118 und eine Erfassungsschaltung 120 sind an der Unterseite der Schaltungsplatine 116 befestigt. Diese Schaltungen sind mittels Durchgangslöcher oder dergleichen (in den Zeichnungen nicht gezeigt) mit vier Elektroden 130 elektrisch verbunden, die an der Oberseite der Schaltungsplatine 116 gebildet sind. Diese Elektroden 130 sind mit den Anschlußelektroden 112 an der Befestigungsplatine 110 beispielsweise durch Löten elektrisch befestigt. Durchgangslöcher 132 sind an den vier Ecken der Schaltungsplatine 116 gebildet. Vier äußere Anschlüsse 124, die nachfolgend später erörtert werden, laufen durch die Durchgangslöcher 132.
Die Schaltungsplatine 116 mit der Befestigungsplatine 110, die auf derselben befestigt ist, ist an einem Basisbauglied 122 angebracht. Das Basisbauglied 122 besteht beispielsweise aus Harz. Die vier äußeren Elektroden 124 sind vorgesehen, derart, daß sie durch das Basisbauglied 122 in der Dickenrichtung desselben laufen. Diese externen Anschlüsse 124 laufen durch die vier Durchgangslöcher 132 in der Schaltungsplatine 116 und sind mittels eines Verfahrens, wie z. B. Löten, elektrisch damit verbunden. Die externen Anschlüsse 124 laufen durch eine Elektrodenstruktur (in den Zeichnungen nicht gezeigt) auf der Schaltungsplatine 116 und sind mit einer Schaltung auf der Schaltungsplatine 116 elektrisch verbunden. Ein Gehäuse 126 ist an dem Basisbauglied 122 angebracht, wobei der Schwingkörper 102, die Befestigungsplatine 110 und die Schaltungsplatine 116 in dem Gehäuse 126 gehäust sind. Ein im wesentlichen rechteckiges Antivibrationsbauglied 128, das beispielsweise aus Harz besteht, ist an der Unterseite des Basisbauglieds 122 befestigt. Das Antivibrationsbauglied 128 dient zum Abdichten eines Durchgangslochs 134 zum Trimmen, das in dem mittleren Abschnitt des Basisbauglieds 122 vorgesehen ist und eine Vibration des Vibrationsgyroskops 100 absorbiert.
Der Schwingkörper 104 des Vibrationsgyroskops 100 wird durch dei Schwingschaltung 118 zu einer Biegeschwingung in einer Richtung senkrecht zu der Ebene des piezoelektrischen Elements 106 angeregt. Wenn in diesem Zustand eine Rotation um die Axialrichtung des Schwingkörpers 104 angebracht wird, wird die Schwingrichtung des Schwingkörpers 104 aufgrund der Coriolis-Kraft verändert, wodurch eine entsprechende Differenz unter den Ausgangsspannungen der piezoelektrischen Elemente 106a und 106b entsteht. Durch Erfassen dieser Differenz mittels der Erfassungsschaltung 120 ist es möglich, die Drehwinkelgeschwindigkeit zu erfassen, die an das Vibrationsgyroskop 100 angelegt ist.
Da diese Art eines herkömmlichen Vibrationsgyroskops 100 jedoch eine große Anzahl von Teilen hat, ist es schwierig, dasselbe zusammenzubauen, ferner existiert eine Menge an Lötverbindungen. Folglich ist das Herstellungsverfahren für ein herkömmliches Vibrationsgyroskop 100 über die Maßen kompliziert. Da ferner bei einem herkömmlichen Vibrationsgyroskop 100 der Schwingkörper 102, die Trägerbauglieder 108, die Befestigungsplatine 110, die Schaltungsplatine 116 und das Basisbauglied 122 in der Höhenrichtung gestapelt angeordnet sind, ist das Vibrationsgyroskop 100 über die Maßen hoch. Wenn als Ergebnis das Vibrationsgyroskop 100 an einer anderen Vorrichtung befestigt wird, nimmt es eine übermäßige Menge an Raum in der Höhenrichtung ein und bildet ein Hindernis gegenüber einer Reduzierung der Größe der Vorrichtung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend besteht ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Vibrationsgyroskop zu schaffen, bei dem die Anzahl von Teilen reduziert werden kann, und bei dem das Herstellungsverfahren vereinfacht werden kann, und das in niedriger Höhe hergestellt werden kann.
Diese und weitere Ziele der Erfindung werden durch ein Vibrationsgyroskop gemäß Anspruch 1 erreicht, das unter anderem einen Schwingkörper, eine Erregungseinrichtung, die an dem Schwingkörper befestigt ist, zum Erregen des Schwingkörpers, eine Schwingempfangseinrichtung, die an dem Schwingkörper befestigt ist, zum Empfangen der Schwingung des Schwingkörpers und zum Ausgeben eines Vibrationssignals, eine Einrichtung zum Tragen des Schwingkörpers, eine Trägerplatine, in der Elektroden eingebettet sind, zum Tragen der Trägereinrichtung und eine Einrichtung zum elektrischen Verbinden der Erregungseinrichtung und der Vibrationsempfangseinrichtung mit den in der Trägerplatine eingebetteten Elektroden aufweist.
Die Erfindung liefert in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Vibrationsgyroskop, das eine Schwingkörper, Trägerbauglieder zum Tragen des Schwingkörpers in der Nähe von Knotenpunkten desselben, eine Trägerplatine zum Befestigen der Trägerbauglieder und einen Schaltungsteil, der elektrisch mit dem Schwingkörper verbunden ist, aufweist, wobei die Trägerplatine eine Platinenstütze umfaßt, die aus einem isolierenden Material hergestellt ist, wobei die Trägerplatine ferner Anschlußelektroden zum elektrischen Verbinden mit dem Schwingkörper, Verbindungselektroden zum elektrischen Verbinden mit dem Schaltungsteil und externe Anschlüsse zum elektrischen Verbinden mit einer äußeren Vorrichtung aufweist, wobei die Anschlußelektroden, die Verbindungselektroden und die externen Anschlüsse miteinander verbunden und einstückig mit der Platinenstütze hergestellt sind.
Die Anschlußelektroden, die Verbindungselektroden und die äußeren Elektroden können einstückig aus einem Blech hergestellt werden.
Der Schaltungsteil ist vorzugsweise auf der Trägerplatine zusammen mit dem Schwingkörper befestigt.
Der Schwingkörper wird durch die Trägerbauglieder getragen, und die Trägerbauglieder werden durch die Trägerplatine getragen. Der Schwingkörper ist mit den Anschlußelektroden elektrisch verbunden, die einstückig mit der Platinestütze auf der Trägerplatine vorgesehen sind. Diese Anschlußelektroden sind innerhalb der Platinenstütze mit den Verbindungselektroden verbunden. Die Verbindungselektroden sind mit dem Schaltungsteil elektrisch verbunden. Als Ergebnis ist der Schwingkörper mit dem Schaltungsteil über die Anschlußelektroden und die Verbindungselektroden elektrisch verbunden. Ferner ist der Schaltungsteil elektrisch mit einer äußeren Vorrichtung über die externen Anschlüsse verbunden, die einstückig mit der Platine der Trägerplatine vorgesehen sind.
Bei einem Vibrationsgyroskop gemäß der Erfindung kann, da die Anschlußelektroden, die Verbindungselektroden und die äußeren Elektroden einstückig innerhalb der Platine der Trägerplatine gebildet sind, die Menge an Lötvorgängen, die beim Zusammenbauen des Gyroskops notwendig sind, reduziert werden, und es ist ferner möglich, das Herstellungsverfahren zu vereinfachen. Da ferner die Trägerplatine die Funktionen sowohl der Befestigungsplatine als auch des Basisbauglieds des oben beschriebenen herkömmlichen Vibrationsgyroskops durchführt, verglichen zu einem herkömmlichen Vibrationsgyroskop, bei dem diese Teile als getrennte Teile gebildet sind, ist eine Reduktion der Anzahl von Teilen möglich, und der Aufbau kann vereinfacht werden. Als Ergebnis wird der Zusammenbau einfach gemacht. Da ferner die Anzahl von Teilen reduziert ist, ist es möglich, die Kosten des Gyroskops zu reduzieren.
Ferner ist es durch Befestigen des Schaltungsteils entlang des Schwingkörpers statt des Stapelns desselben bezüglich des Schwingkörpers in der Höhenrichtung desselben möglich, ein Vibrationsgyroskop mit niedriger Höhe herzustellen. Als Ergebnis verhindert das Vibrationsgyroskop, selbst wenn das Vibrationsgyroskop der Erfindung in eine Vorrichtung, wie beispielsweise ein Navigationssystem oder ein Kameraschüttelerfassungssystem, eingebaut wird, daß eine kleinere Dimensionierung einer solchen Vorrichtung durchgeführt werden kann.
Das oben erwähnte Ziel und andere Ziele, Charakteristika und Verdienste der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung des/der bevorzugten Ausführungsbeispiels/Beispiele derselben bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Fig. 3 ist eine Teilwegschnittvorderansicht des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Fig. 4 ist eine Teilwegschnittdraufsicht des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht der Linie V-V in Fig. 4.
Fig. 6(A) bis (C) sind Ansichten unterschiedlicher Versionen von äußeren Anschlüssen des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Fig. 7 ist eine Draufsicht eines Metallrahmens des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Fig. 8 ist eine Draufsicht einer in dem in Fig. 7 gezeigten Metallrahmen gebildeten Platinenstütze.
Fig. 9 ist eine Draufsicht eines Schwingkörpers, der an der in Fig. 8 gezeigten Platinenstütze befestigt ist.
Fig. 10 ist eine Draufsicht einer Elektrodenstruktur des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Fig. 11 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines herkömmlichen Vibrationsgyroskops.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils des in Fig. 11 gezeigten herkömmlichen Vibrationsgyroskops.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bezugnehmend nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1 bis 5 ist ein Vibrationsgyroskop 10 gemäß der Erfindung gezeigt, das einen Vibrator 12 umfaßt. Der Vibrator 12 umfaßt einen Schwingkörper 14, der wie ein dreieckiges Prisma mit gleichen Seitenlängen gebildet ist. Natürlich kann die Form des Schwingkörpers die eines Zylinders, eines Prismas oder dergleichen sein. Eine Modifikation der Form des Schwingkörpers sowie der peripheren Elemente ist von einem Fachmann ohne weiteres realisierbar.
Der Schwingkörper 14 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels wird hergestellt, indem beispielsweise ein Metall mit hoher Elastizität, wie z. B. Nickel, Eisen, Chrom oder Titan oder eine Legierung derselben, beispielsweise Elinvar oder eine Eisen-Nickel-Legierung, durch ein Zugverfahren in eine dreieckige Prismenform mit gleichen Seitenlängen gebracht wird. Der Schwingkörper 14 kann alternativ aus einem Material bestehen, das allgemein verwendet wird, um eine mechanische Vibration zu erzeugen, das kein Metall ist, wie z. B. Quarz, Glas oder Kristall.
Wie es am besten in Fig. 2 gezeigt ist, sind piezoelektrische Elemente 16a, 16b und 16c an mittleren Teilen der drei Seitenoberflächen des Schwingkörpers 14 befestigt. Diese piezoelektrischen Elemente 16a, 16b und 16c umfassen jeweils eine piezoelektrische Schicht 161, die beispielsweise aus einer Keramik hergestellt ist. Elektroden 162a und 162b sind auf den Hauptoberflächen jeder piezoelektrischen Schicht 161 gebildet. Die Elektrode 162a auf einer der Hauptoberflächen jedes dieser piezoelektrischen Elemente 16a, 16b und 16c haftet beispielsweise an der jeweiligen Seitenoberfläche des Schwingkörpers 14 mit einem leitenden Haftmittel. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die zwei piezoelektrischen Elemente 16a und 16b verwendet, um den Schwingkörper 14 zu treiben, und um eine Verschiebung des Schwingkörpers 14 zu erfassen, während das andere piezoelektrische Element 16c verwendet wird, um Treibersignale zu den zwei piezoelektrischen Elementen 16a und 16b zurückzubringen.
Dieser Vibrator 12, wie er in den Fig. 1 und 4 gezeigt ist, wird durch zwei Trägerbauglieder 20a und 20b getragen. Aus dem Gesichtspunkt der Lötfähigkeit und Schweißfähigkeit bestehen die Trägerbauglieder 20a und 20b vorzugsweise aus Draht und umfassen beispielsweise einen starken Metalldraht, wie z. B. einen Molybden- oder Titandraht, der mit einem Material, wie z. B. Nickel, Platin, Gold, Silber, Kupfer, rostfreiem Stahl oder Eisen, mit guter Lötfähigkeit und Schweißfähigkeit überzogen ist. Die Trägerbauglieder 20a und 20b sind jeweils im wesentlichen U-förmig. Die mittleren Teile der Trägerbauglieder 20a und 20b sind an dem Scheitellinienteil des Schwingkörpers 14 zwischen den piezoelektri schen Elementen 16a und 16b befestigt. Hier sind die Trägerbauglieder 20a und 20b vorzugsweise an dem Schwingkörper 14 in der Nähe von Knotenpunkten desselben befestigt, so daß sie keine Schwingung des Schwingkörpers 14 unterdrücken. Dementsprechend sind bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wenn die Länge des Schwingkörpers 14 L beträgt, die Trägerbauglieder 20a und 20b an dem Schwingkörper 14 an Positionen, die um 0,224 L von den Enden des Schwingkörpers 14 entfernt sind, befestigt. Dieses Befestigen wird durch Löten oder Schweißen erreicht.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt das Vibrationsgyroskop 10 dieses Ausführungsbeispiels eine im wesentlichen rechteckige Trägerplatine 22. Die Trägerplatine 22 umfaßt eine Kernplatine 24, die aus einem isolierenden Material, wie z. B. Epoxydharz, hergestellt ist. Die Kernplatine 24 hat einen im wesentlichen rechteckigen Halteteil 26, an dem die Trägerbauglieder 20a und 20b, die den Vibrator 12 tragen, befestigt sind. Vier Befestigungslöcher 28 sind in der Oberfläche des Halteteils 26 gebildet. Im wesentlichen kreisförmige Abschnitte der ersten Anschlußelektrode 30 sind in den Befestigungslöchern 28 freiliegend. Wie es in den Fig. 8 bis 10 gezeigt ist, ist die erste Anschlußelektrode 30 im wesentlichen rechteckig und in den Halteteil 26, der ein Teil der Kernplatine 24 ist, eingebettet. Diese erste Anschlußelektrode 30 wird als Masseelektrode oder als Referenzspannungselektrode (Vref-Elektrode) verwendet. Beide Enden jedes Trägerbauglieds 20a und 20b sind fest in den Befestigungslöchern 28 befestigt und mit der ersten Anschlußelektrode 30 beispielsweise durch Löten verbunden. Als Ergebnis sind die Elektroden 162a auf einer der Hauptoberflächen jedes piezoelektrischen Elements 16a, 16b und 16c mit der ersten Anschlußelektrode 30 elektrisch verbunden, die als Masseelektrode oder als Referenzspannungs- (Vref-) Elektrode dient, und zwar über den Schwingkörper 14 und die Trägerbauglieder 20a und 20b. Wie es in Fig. 8 bis Fig. 10 gezeigt ist, ist die erste Anschlußelektrode 30 über das Innere der Kernplatine 24 mit einem äußeren Anschluß 66 verbunden, der nach folgend weiter erörtert wird.
Ferner sind in Fig. 1 vorstehende Teile 32a, 32b, 32c und 32d gebildet, die an den vier Ecken des Halteteils 26 nach oben vorstehen. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, ist eine im wesentlichen rechteckige zweite Anschlußelektrode 34 auf der Oberfläche des vorstehenden Teils 32a an einem Ende des Halteteils 26 gebildet, während die zweite Anschlußelektrode 34 mittels eines Führungsdrahts 36 mit der Elektrode 162b auf der anderen Hauptoberfläche des piezoelektrischen Elements 16a elektrisch verbunden ist. Auf ähnliche Art und Weise ist eine im wesentlichen rechteckige dritte Anschlußelektrode 38 auf der Oberfläche des anderen vorstehenden Teils 32b an dem gleichen Ende des Halteteils 26 gebildet. Die dritte Anschlußelektrode 38 ist über einen Führungsdraht 40 mit der Elektrode 162b auf der anderen Hauptoberfläche des piezoelektrischen Elements 16b elektrisch verbunden. Ferner ist eine im wesentlichen rechteckige vierte Anschlußelektrode 42 als sich von dem vorstehenden Teil 32c zu dem vorstehenden Teil 32d an dem äußeren Ende des Halteteils 26 erstreckend gebildet. Die Anschlußelektrode 42 ist über einen Führungsdraht 44 mit der Elektrode 162b auf der anderen Hauptoberfläche des piezoelektrischen Elements 16c elektrisch verbunden. Wie es in Fig. 8 bis Fig. 10 gezeigt ist, sind die zweite Anschlußelektrode 34, die dritte Anschlußelektrode 38 und die vierte Anschlußelektrode 42 jeweils mit den Verbindungsanschlüssen 48e, 48f und 48g durch das Innere der Platine 24 verbunden, wie es nachfolgend weiter erörtert wird.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht der Linie V-V von Fig. 4. Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, hat die Kernplatine 24 der Trägerplatine 22 querschnittsmäßig kurbelförmig gestufte Teile 46, 46, die einander über dem mittleren Teil der Platine 24 gegenüber liegen. Die gestuften Teile 46, 46 dienen zum Befestigen einer Hyrid-IC 50, die nachfolgend detaillierter erörtert wird. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, sind diese gestuften Teile 46, 46 durchgehend mit dem vorstehenden Teil 32b und dem vorstehenden Teil 32d und erstrecken sich paral lel zu der Hauptoberfläche des Halteteils 26. Vier Verbindungselektroden 48a, 48b, 48e und 48f sind mit einer vorbestimmten gegenseitigen Beabstandung auf der oberen Oberfläche von einem der gestuften Teile 46 und derart gebildet, daß sie zu dem mittleren Teil der Kernplatine 24 vorstehen. Auf ähnliche Art und Weise sind drei Verbindungsanschlüsse 48c, 48d und 48g mit einer vorbestimmten gegenseitigen Beabstandung auf der oberen Oberfläche des anderen gestuften Teils 46 und derart gebildet, um zu dem mittleren Teil der Kernplatine 24 vorzustehen. Diese sieben Verbindungsanschlüsse 48a bis 48b sind mit Elektroden 60 der Hybrid-IC 50 elektrisch verbunden.
Diese Vibrationsgyroskop 10 umfaßt die Hybrid-IC 50 als Schaltungsteil. Die Hybrid-IC 50 umfaßt eine rechteckige Platine 52, die beispielsweise aus einer Keramik hergestellt ist. Die Platine 52 ist an den gestuften Teilen 46, 46 der Kernplatine 24 der Trägerplatine 22 befestigt. Das heißt, daß die Hybrid-IC 50 zusammen mit dem Vibrator 12 auf der Trägerplatine 22 befestigt ist. Eine IC 54 ist an der Oberseite der Platine 52 der Hybrid-IC 50 befestigt, wobei beispielsweise ein Kondensator 56 und ein Trimmwiderstand 58 und dergleichen an der Unterseite der Platine 52 befestigt sind. Diese Schaltungsteile sind über eine Elektrodenstruktur (in den Figuren nicht gezeigt), die auf der Platine 52 gebildet ist, verbunden und bilden eine Schwingschaltung zum Treiben und Vibrieren des Vibrators 12 und eine Erfassungsschaltung zum Erfassen einer Drehwinkelgeschwindigkeit. Die Schaltungsteile sind mit im wesentlichen rechteckigen Elektroden 60 verbunden, die auf beiden Seiten der Platine 52 gebildet sind. Beispielsweise sind sieben Elektroden 60 gebildet, die den Verbindungsanschlüssen 48a bis 48g der Trägerplatine 22 entsprechen. Diese Elektroden 60 und die Verbindungsanschlüsse 48a bis 48g der Trägerplatine 52 sind mittels eines geeigneten Verfahrens, wie z. B. Löten, verbunden.
Ferner ist, wie es in Fig. 1 und Fig. 5 gezeigt ist, ein im wesentlichen rechteckiges Durchgangsloch 62 in einem im wesentlichen mittleren Teil der Kernplatine 24 der Trägerplatine 22 gebildet, Das Durchgangsloch 62 ist ein Zugangsloch zur Verwendung, wenn der Trimmwiderstand 58, der an der Unterseite der Platine 52 der Hybrid-IC 50 befestigt ist, getrimmt wird. Ein Abdichtungsbauglied 64 ist an der Unterseite der Trägerplatine 22 befestigt, um das Durchgangsloch 62 zu schließen. Das Abdichtungsbauglied 64 besteht aus dem gleichen Harz wie die Trägerplatine 22. Das Abdichtungsbauglied 64 kann alternativ aus Permalloy oder dergleichen gebildet sein, um einen Magnetabschirmungseffekt zu liefern.
Wie es in Fig. 1 und Fig. 3 gezeigt ist, sind die äußeren Anschlüsse 66a, 66b, 66c und 66d zum elektrischen Verbinden des Vibrationsgyroskops 10 mit einer äußeren Vorrichtung auf der Kernplatine 24 der Trägerplatine 22 gebildet. Die äußeren Anschlüsse 66a und 66b haben jeweils ein Ende, das sich aus einer Seite der Kernplatine 24 heraus erstreckt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wobei die anderen Enden der äußeren Anschlüsse 66a und 66b in die Platinenstütze 24 laufen und mit den Verbindungselektroden 48a bzw. 48b verbunden sind, wie es in den Fig. 5 und 10 gezeigt ist.
Auf ähnliche Art und Weise hat jeder der äußeren Anschlüsse 66c ein Ende, das sich aus der anderen Seite der Platinenstütze 24 erstreckt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, während die anderen Enden der äußeren Anschlüsse 66c und 66d in die Platinenstütze 24 laufen und mit den Verbindungselektroden 48c bzw. 48d verbunden sind, wie es in Fig. 5 und Fig. 10 gezeigt ist.
Der Vibrator 12 und die Hybrid-IC 50 sind in einem kastenartigen Gehäuse 68 gehäust. Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, ist das Gehäuse 68 an der Trägerplatine 22 befestigt. Aus dem Gesichtspunkt der Magnetabschirmung besteht dieses Gehäuse 68 aus einem Material mit keiner magnetischen Koerzitivkraft und mit einer hohen magnetischen Permeabilität, beispielsweise aus Permalloy, 42 Ni oder dergleichen.
Anschließend wird bezugnehmend auf die Fig. 7 bis 10 ein Verfahren zum Herstellen dieses Vibrationsgyroskops 10 beschrieben. Zuerst wird ein Metallrahmen 70 in der Form eines durchgehenden Bandes, das aus dünnem Blech besteht, hergestellt. Dann wird eine Elektrodenstruktur 72 in dem Metallrahmen 70 gebildet. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, umfaßt die Elektrodenstruktur 72 Teile, die die erste Anschlußelektrode 30, die zweite Anschlußelektrode 34, die dritte Anschlußelektrode 38, die vierte Anschlußelektrode 42, die Verbindungsanschlüsse 48a bis 48g und die äußeren Anschlüsse 66a bis 66g, die einstückig gebildet sind, werden sollen. Die Elektrodenstruktur 72 wird durch ein Verfahren hergestellt, beispielsweise durch Ätzen des Metallrahmens 70. Obwohl es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, sind die mehreren Elektrodenstrukturen 72 in der Längenrichtung des Metallrahmens 70 gebildet.
Anschließend wird, wie es in Fig. 8 mittels einer unterbrochenen Linie gezeigt ist, eine Kernplatine 24, die aus einem formbaren Material besteht, wie beispielsweise aus Epoxydharz, auf beiden Oberflächen des Metallrahmens 70 gebildet, wodurch die Elektrodenstruktur 72 zwischen den Teilen der Kernplatine aufgenommen ist. Die Kernplatine 24 und die Elektrodenstruktur 72 bilden eine Trägerplatine 22. Zu diesem Zeitpunkt werden die Teile, die in Fig. 8 schraffiert gezeigt sind, beispielsweise durch Stanzen weggeschnitten. Dann werden Einstellelektroden 74a bis 74c durch Schneiden aus dem Metallrahmen 70 hergestellt. Die Einstellelektroden 74a bis 74 dienen zur Verwendung beim Einstellen der Resonanzfrequenz des Vibrators 12. Das heißt, daß, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, wenn die Hybrid-IC 50 nicht angeschlossen ist, da die äußeren Elektroden 66a, 66b und 66d nicht mit der zweiten Anschlußelektrode 34, der dritten Anschlußelektrode 38 und der vierten Anschlußelektrode 42 verbunden sind, es nicht möglich ist, die äußeren Anschlüsse 66a, 66b und 66d zu verwenden, wenn die Resonanzfrequenz eingestellt wird. Um dies zu überwinden, ist es unter Verwendung der Einstellelektroden 74a bis 74c möglich, eine Einstellung der Resonanzfrequenz des Vibrators 12 auszuführen, wobei der Vibrator 12 auf der Kernplatine 24 befestigt wird, die in dem Metallrahmen 70 gebildet ist, bevor die Hybrid-IC 50 befestigt wird.
Wenn die Resonanzfrequenz des Vibrators 12 eingestellt wird, werden zunächst die Trägerbauglieder 20a und 20b in den Befestigungslöchern 28 befestigt und mit der ersten Anschlußelektrode 30 elektrisch verbunden. Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, ist die erste Anschlußelektrode 30 mit der äußeren Elektrode 66c verbunden. Wie es oben beschrieben wurde, sind die piezoelektrischen Elemente 16a, 16b und 16c an dem Vibrator 12 elektrisch über die Führungsdrähte 36, 40 und 44 mit der zweiten Anschlußelektrode 34, der dritten Anschlußelektrode 38 bzw. der vierten Anschlußelektrode 42 verbunden. Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, ist die zweite Anschlußelektrode 34 einstückig mit der Einstellungselektrode 74a gebildet. Ferner ist die dritte Anschlußelektrode 38 einstückig mit der Einstellungselektrode 74b gebildet, während die vierte Anschlußelektrode 42 einstückig mit der Einstellungselektrode 74c gebildet ist. Als Ergebnis ist es möglich, eine Meßsonde in Kontakt mit diesen Einstellelektroden 74a, 74b und 74c und der äußeren Elektrode 66c zu bringen und eine Einstellung der Resonanzfrequenz des Vibrators 12 auszuführen, während das Ausgangssignal des Vibrators 12 mit der Meßsonde gemessen wird.
Nach dieser Resonanzfrequenzeinstellung werden, wie es in Fig. 9 mit diagonalen Linien gezeigt ist, die Einstellelektroden 74a, 74b und 74c weggeschnitten. Dann wird, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, die Hybrid-IC 50 auf der Platinenstütze 24 der Trägerplatine 22 befestigt. Die Hybrid-IC 50 ist elektrisch mit den Verbindungsanschlüssen 48a bis 48g verbunden. Anschließend werden alle Anschlüsse der Elektrodenstruktur 72 von dem Metallrahmen 70 weggeschnitten, und das Vibrationsgyroskop 10 dieses Ausführungsbeispiels wird erhalten.
Bei dem Vibrationsgyroskop 10 dieses Ausführungsbeispiels sind die erste Anschlußelektrode 30, die zweite Anschlußelektrode 34, die dritte Anschlußelektrode 38, die vierte Anschlußelektrode 42, die Verbindungsanschlüsse 48a bis 48g und die äußeren Anschlüsse 66a, 66b, 66c und 66d einstückig aus einem dünnen Blech innerhalb der Kernplatine 24 der Trägerplatine 22 gebildet und einstückig mit der Platinenstütze 24, die aus Harz oder dergleichen hergestellt ist, gebildet. Als Ergebnis kann die Menge an Lötvorgängen, die beim Zusammenbauen des Gyroskops auftreten, reduziert werden, und es ist möglich, das Herstellungsverfahren zu vereinfachen. Da ferner die Trägerplatine 22 die Funktion sowohl einer Befestigungsplatine als auch eines Basisbauglieds eines herkömmlichen Vibrationsgyroskops durchführt, wird im Vergleich zu einem herkömmlichen Vibrationsgyroskop, bei dem diese Teile als getrennte Teile gebildet sind, eine Reduktion der Anzahl von Teilen möglich, und der Aufbau kann vereinfacht werden. Als Ergebnis wird der Zusammenbau einfach gemacht.
Bei dem Vibrationsgyroskop 10 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels ist es ferner möglich, eine Einstellung der Resonanzfrequenz des Vibrators 12 in dem Metallrahmen 70 durchzuführen, bevor die Hybrid-IC 50 befestigt wird. Es ist ferner möglich, das Vibrationsgyroskop 10 auf dem Metallrahmen 70 aufzubauen. Als Ergebnis wird die Resonanzfrequenzeinstellung und die Zusammenbauarbeit einfacher, und Herstellungskosten können reduziert werden.
Da ferner das Vibrationsgyroskop 10 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels eine reduzierte Anzahl von Teilen hat, und die Hybrid-IC 50 entlang des Vibrators statt einer Stapelung desselben bezüglich des Vibrators in der Höhenrichtung desselben befestigt ist, kann das Vibrationsgyroskop 10 mit einer niedrigen Höhe hergestellt werden. Als Ergebnis verhindert das Vibrationsgyroskop 10 keine kompaktere Gestaltung einer Vorrichtung, wenn es in einer Vorrichtung, wie beispielsweise einem Navigationssystem oder einem Kameraschüttelerfassungssystem, befestigt ist.
Da ferner die externen Anschlüsse 66a, 66b, 66c und 66d in verschiedenen Formen gebildet werden können, beispielsweise als sich von der Kernplatine 24 vertikal nach unten erstreckend, wie es in Fig. 6(A) gezeigt ist, als sich horizontal von der Kernplatine 24 nach außen erstreckend, wie es in Fig. 6(B) gezeigt ist, oder entlang der Unterseite der Kernplatine 24 gebogen, wie es in Fig. 6(C) gezeigt ist, kann das Vibrationsgyroskop 10 ohne weiteres gestaltet werden, um die Anforderungen einer Vorrichtung zu erfüllen, in die es eingebaut werden soll. Weiterhin kann das Vibrationsgyroskop 10 ohne weiteres oberflächenbefestigt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung bezüglich spezieller Ausführungsbeispiele derselben beschrieben worden ist, werden viele andere Variationen und Modifikationen und weitere Verwendungen für Fachleute offensichtlich sein. Es wird daher bevorzugt, daß die vorliegende Erfindung nicht nur durch die hierin gegebene spezifische Offenbarung, sondern nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt ist.

Claims

1. Ein Vibrationsgyroskop mit folgenden Merkmalen:

(a) einem Schwingkörper (14);

(b) einer Erregungseinrichtung (16c), die an dem Schwingkörper (14) angebracht ist, zum Erregen des Schwingkörpers;

(c) einer Schwingungsempfangseinrichtung (16a, 16b), die an dem Schwingkörper angebracht ist, zum Empfangen der Schwingung des Schwingkörpers und zum Ausgeben eines Schwingungssignals;

(d) einer Einrichtung (20a, 20b) zum Tragen des Schwingkörpers;

(e) einer Schaltungsplatine (50), die folgende Merkmale aufweist:

eine Oszillatoreinrichtung (52, 54, 56, 58);

eine erste Verbindungseinrichtung (60), die mit dem Oszillator verbunden ist;

ein Schwingungserfassungselement (52, 54, 56, 58), das ein Signal ausgibt, das einen Schwingungspegel ansprechend auf ein Eingangsschwingungssignal anzeigt;

eine zweite Verbindungseinrichtung (60), die mit einem Eingang des Erfassungselements verbunden ist; und

eine dritte Verbindungseinrichtung (60), die mit einem Ausgang des Erfassungselements verbunden ist; und

(f) einer Trägerplatine (22) zum Befestigen der Trägereinrichtung und der Schaltungsplatine, wobei die Trägerplatine folgende Merkmale aufweist:

eine vierte Verbindungseinrichtung (42), die mit der Erregungseinrichtung verbunden ist;

eine fünfte Verbindungseinrichtung (34, 38), die mit der Schwingungsempfangseinrichtung verbunden ist; und

eine sechste Verbindungseinrichtung (66a-66d), die mit dem Erfassungselement verbunden ist;

wobei jeweilige Verbindungen zwischen der ersten und vierten, zweiten und fünften, dritten und sechsten Verbindungseinrichtung errichtet sind, wenn die Schaltungsplatine (50) an der Trägerplatine (22) angebracht ist.

2. Das Vibrationsgyroskop gemäß Anspruch 1, das ferner folgendes Merkmal aufweist:

ein Gehäuse (68), das auf der Trägerplatine vorgesehen ist, um die Schaltungsplatine und den Schwingkörper abzuschirmen.

3. Das Vibrationsgyroskop gemäß Anspruch 2, bei dem die Trägerplatine eine Öffnung (62) zum Ermöglichen eines Zugriffs auf die Schaltungsplatine von außerhalb des Gehäuses aufweist.

4. Das Vibrationsgyroskop gemäß Anspruch 3, das ferner eine Einrichtung (64) zum Abschirmen der Öffnung aufweist.

5. Das Vibrationsgyroskop gemäß Anspruch 1, bei dem die Trägereinrichtung (20a, 20b) den Schwingkörper in der Nähe des Schwingungsknotenpunkts des Schwingkörpers trägt.

6. Das Vibrationsgyroskop gemäß Anspruch 1, bei dem der Schwingkörper (14) und die Schaltungsplatine (50) an unterschiedlichen Teilen der Trägerplatine befestigt sind.

7. Ein Verfahren zum Herstellen eines Vibrationsgyroskops mit folgenden Schritten:

Bilden eines ersten (42), eines zweiten (34, 38) und eines dritten (66a-66d) Verbindungselements durch Ätzen eines dünnen Metallfilms (70);

Befestigen der Verbindungselemente (42, 34, 38, 66a- 66d) an einem Substrat (24);

Anbringen, an dem restlichen Abschnitt des Substrats, einer Schwingereinheit (12), die einen Schwingkörper, ein Element zum Erregen des Schwingkörpers, ein Element zum Empfangen der Schwingung des Schwingkörpers und ein Trägerelement zum Tragen des Schwingkörpers aufweist;

Verbinden des ersten Verbindungselements (42) mit dem Erregungselement (44), und Verbinden des zweiten Verbindungselements (34, 38) mit dem Empfangselement (36);

Anbringen, an dem Substrat, einer Schaltungsplatine (50), die einen Oszillator, ein viertes Verbindungs element (60), das mit einem Ausgang des Oszillators verbunden ist, einen Umwandler, der ein Signal ausgibt, das einen Schwingungspegel ansprechend auf ein Eingangsschwingungssignal anzeigt, ein fünftes Verbindungselement (60), das mit einem Eingang des Wandlers verbunden ist, und ein sechstes Verbindungselement (60) aufweist, das mit einem Ausgang des Wandlers verbunden ist, wobei das erste, das zweite und das dritte Verbindungselement so gebildet sind, daß Verbindungen zwischen dem ersten und vierten, dem zweiten und fünften und dem dritten und sechsten Verbindungselement jeweils errichtet werden, wenn die Schaltungsplatine (50) an dem Substrat (24) angebracht wird.

8. Das Verfahren zum Herstellen eines Vibrationsgyroskops gemäß Anspruch 7, bei dem der Schritt des Bildens ferner folgende Schritte aufweist:

Bilden eines siebten und eines achten Verbindungselements (74a-74c) zum Verbinden eines äußeren Elements;

Verbinden zwischen dem ersten und siebten bzw. dem zweiten und achten Verbindungselement.

9. Das Verfahren zum Herstellen eines Vibrationsgyroskops gemäß Anspruch 8, das ferner folgenden Schritt aufweist:

Durchführen einer Diagnose der Schwingung des Schwingkörpers durch Verbinden eines Ausgangs und eines Eingangs eines äußeren Diagnosegeräts mit dem siebten und dem achten Verbindungselement.

10. Das Verfahren zum Herstellen eines Vibrationsgyroskops gemäß Anspruch 9, das ferner folgenden Schritt aufweist:

Entfernen von Verbindungen zwischen dem ersten und siebten und dem zweiten und achten Verbindungselement ansprechend auf die Fertigstellung des Schritts des Durchführens der Diagnose.