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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schwinggyroskop und ein
Verfahren zum Herstellen des Schwinggyroskops und insbesondere auf
ein Schwinggyroskop, das z. B. verwendet wird, um eine Kameraerschütterung
zu verhindern, oder bei einem Autonavigationssystem, einem Zeigegerät oder dergleichen
verwendet wird, und ein Verfahren zum Herstellen des Schwinggyroskops.
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14 ist eine perspektivische
Ansicht, die ein Beispiel von herkömmlichen Schwinggyroskopen zeigt.
Ein Schwinggyroskop 1 umfaßt einen Schwinger 2,
der durch ein Verbinden eines ersten piezoelektrischen Substrats 3 und
eines zweiten piezoelektrischen Substrats 4 gebildet ist.
Das erste und das zweite piezoelektrische Substrat 3 und 4 sind
durch eine Harzschicht 5 verbunden, die z. B. aus Epoxidharz
hergestellt ist, und in entgegengesetzte Dickerichtungen polarisiert,
wie es durch die Pfeile gezeigt ist.
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Eine
geteilte Elektrode 6 ist auf der äußeren Hauptoberfläche des
ersten piezoelektrischen Substrats 3 gebildet. Die Elektrode 6 ist
in die breitenmäßige Richtung
des ersten piezoelektrischen Substrats 3 durch eine Rille
in zwei geteilt, die sich in die längsmäßige Richtung erstreckt, und
ferner durch zwei Rillen, die sich in die breitenmäßige Richtung
erstrecken, nahe Knoten des Schwingers 2 in die längenmäßige Richtung
in drei geteilt. In anderen Worten ist die Elektrode 6 in
sechs geteilt. Ferner ist eine andere Elektrode 7 ganz über die äußere Hauptoberfläche des
zweiten piezoelektrischen Substrats 4 gebildet. Trägerbauglieder 8,
die z. B. aus Metalldrähten
gebildet sind, sind nahe dem Knoten des Schwingers 2 durch
ein Lötmittel,
eine leitfähige
Paste oder dergleichen an der Elektrode 7 angebracht.
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Bei
diesem Schwinggyroskop 1 wird ein Treibersignal zwischen
zwei Elektrodenabschnitte 6a und 6b, die in die
längenmäßige Richtung
in der Mitte der Elektrode 6 positioniert sind, und die
Elektrode 7 angelegt, die denselben gegenüber liegt.
Da das erste und das zweite piezoelektrische Substrat 3 und 4 in
entgegengesetzte Richtungen polarisiert sind, weist der Schwinger 2 eine
bimorphe Struktur auf und schwingt biegemäßig ansprechend auf das Treibersignal
in die Richtung, die orthogonal zu Ebenen ist, wo die Elektroden 6 und 7 gebildet
sind. Zu dieser Zeit schwingt der Schwinger 2 biegemäßig um zwei
Knoten, die von beiden Enden in die längsmäßige Richtung desselben etwas
nach innen positioniert sind. Die identischen Signale werden zu
dieser Zeit von den Elektrodenabschnitten 6a und 6b ausgegeben. Die
zwei Signale sind symmetrisch und zu 0 aufgehoben.
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Wenn
sich der Schwinger 2 um die Achse dreht, wirkt eine Coriolis-Kraft
in die Richtung, die orthogonal zu der biegemäßigen Schwingung des Schwingers 2 ist.
Die Richtung der biegemäßigen Schwingung
des Schwingers 2 ist dadurch geändert und auch Ausgangssignale
von den Elektrodenabschnitten 6a und 6b sind geändert. In
anderen Worten, wenn das Ausgangssignal von einem Elektrodenabschnitt 6a sich
entsprechend der Coriolis-Kraft erhöht, verringert sich das Ausgangssignal
von dem anderen Elektrodenabschnitt 6b entsprechend der Coriolis-Kraft.
Daher können
durch ein Finden der Differenz zwischen den Ausgangssignalen von
diesen Elektrodenabschnitten 6a und 6b lediglich
Signale erhalten werden, die der Coriolis-Kraft entsprechen. Somit
kann die Drehwinkelgeschwindigkeit, die an das Schwinggyroskop 1 angelegt
ist, durch ein Messen der Differenz zwischen Ausgangssignalen von
den Elektrodenabschnitten 6a und 6b erfaßt werden.
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Jedoch
weist Epoxidharz, das verwendet wird, um zwei piezoelektrische Substrate
zu verbinden, einen Glasübergangspunkt
auf. Über
80°C beginnt
Epoxidharz weich zu werden, der Qualitätsfaktor Q verringert sich
und eine Empfindlichkeit des Schwinggyroskops verringert sich ebenfalls.
Falls ein Material, das einen hohen Curie-Punkt aufweist, wie beispielsweise
LiNbO3 und LiTaO3, als das Material der piezoelektrischen Substrate
verwendet wird, beeinträchtigt
eine Verschlechterung der Temperaturcharakteristik bei einer hohen
Temperatur einen hohen Wärmewiderstand
des Materials als einen Vorteil. Obwohl die Qualitätsfaktoren
Q dieser Materialien hoch sind, ist der Qualitätsfaktor Q von Epoxidharz niedrig,
was den Qualitätsfaktor
Q des gesamten Schwingers senkt. Da ferner reale Knoten des Schwingers
an der Mittelachse desselben positioniert sind, ist, falls ein Trägerbauglied
an der Oberfläche des
Schwingers angebracht ist, ein Lecken einer Schwingung von dem Trägerbauglied
unausweichlich. Falls das Trägerbauglied
zusätzlich
an der Elektrode auf der Oberfläche
des Schwingers angebracht ist, kann eine Tragefestigkeit desselben
nicht höher gemacht
werden als die Haftfestigkeit zwischen der Elektrode und dem piezoelektrischen
Substrat, wodurch es wahrscheinlich ist, daß das Trägerbauglied aufgrund einer
Erschütterung,
wie beispielsweise eines Fallenlassens des Schwingers, herausfällt.
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Die
EP 0 685 794 A1 beschreibt
ein Schwinggyroskop, das eine erste und eine zweite piezoelektrische
Basisplatte umfaßt.
Auf einer Hauptoberfläche
der ersten piezoelektrischen Basisplatte sind zwei getrennte Elektroden
gebildet, während
auf einer Hauptoberfläche
der zweiten piezoelektrischen Basisplatte eine gemeinsame Elektrode
gebildet ist. Ferner offenbart Dokument D1, eine Scheinelektrode zwischen
der ersten und der zweiten piezoelektrischen Basisplatte bereitzustellen.
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Die
US 5,325,012 beschreibt
eine piezoelektrische Keramikvorrichtung, die eine piezoelektrische Keramik
aufweist, auf der eine erste Metallisierungsschicht und eine zweite
Metallisierungsschicht auf Oberflächen der piezoelektrischen
Keramik gebildet sind. Jede der Metallisierungsschichten weist eine aktive
Schicht zum Erhalten einer hohen Verbindungsfestigkeit, eine Lötschicht
zum Ermöglichen eines
leichten Verbindens mit Lötmaterialien
und eine Barriereschicht auf, die zwischen der aktiven Schicht und
der Lötschicht
zu einem Verhindern einer Reaktion oder Diffusion zwischen der aktiven
Schicht und der Lötschicht
bereitgestellt ist. Ferner ist eine Vorrichtung offenbart, bei der
piezoelektrische Elemente mit einer Temperatur, die nicht höher als
der Curie-Punkt ist, an einen Metallkörper gelötet werden.
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Die
US 4,431,935 offenbart eine
Mehrfachbieger-Sensoreinheit,
bei der eine Mehrzahl von Platten aus piezoelektrischem Material
laminiert ist, um eine laminierte Struktur zu bilden. Erste Platten
sind äußerlich
an der laminierten Struktur angeordnet, während ein erster Teil und ein
zweiter Teil einer Elektrode jeweils zwischen piezoelektrischen
Platten positioniert sind. Die erste Elektrode und die Teile der zweiten
Elektrode wirken als ein signalerzeugendes Elektrodenpaar, das es
ermöglicht,
eine Mehrzahl von Generatoren zu bilden. Ferner beschreibt Dokument
D3 in dem einleitenden Teil einen piezoelektrischen Sensor, der
zwei Schichten aus einem polarisierten piezoelektrischen Material
aufweist, auf denen zwei Elektroden auf äußeren Hauptoberflächen der
Schichten positioniert sind. Der piezoelektrische Sensor weist ferner
ein Metallschicht-Sandwich
zwischen den piezoelektrischen Schichten auf.
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Folglich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges
Schwinggyroskop zu schaffen, bei dem der Qualitätsfaktor Q eines Schwingers
hoch ist und innerhalb des praktischen Temperaturbereichs nicht
verringert ist. Diese Aufgabe wird durch ein Schwinggyroskop gemäß Anspruch 1
und ein Schwinggyroskopherstellungsverfahren gemäß Anspruch 4 gelöst. Es ist
ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß dieselbe ein Schwinggyroskop
bereitstellt, bei dem ein Lecken einer Schwingung von einem Trägerbauglied
gering ist und eine Tragefestigkeit hoch ist. Ein weiterer Vorteil
der vorliegenden Erfindung ist, daß dieselbe ein Verfahren zum
Herstellen eines Schwinggyroskops, das die oben erwähnten Merkmale
aufweist, bereitstellt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Schwinggyroskop bereit, das einen
Schwinger, der zwei piezoelektrische Substrate aufweist, die durch
eine Metallschicht verbunden sind, und Elektroden aufweist, die
jeweils auf einer äußeren Hauptoberfläche der zwei
piezoelektrischen Substrate gebildet sind, wobei zumindest eine
der Elektroden geteilt ist, wobei die Metallschicht aus einem Material
hergestellt ist, das einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger
als der Curie-Punkt der zwei piezoelektrischen Substrate ist.
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Bei
diesem Schwinggyroskop sind Schnittabschnitte jeweils an den Seiten
der zwei piezoelektrischen Substrate nahe einem Knoten des Schwingers
gebildet.
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Um
den Schwinger zu tragen, ist ein Trägerbauglied in der Metallschicht
nahe dem Knoten des Schwingers plaziert.
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Dieses
Trägerbauglied
ist durch ein preßmäßiges Einpassen
eines Metalldrahts in die Metallschicht nahe dem Knoten des Schwingers
gebildet.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Schwinggyroskopherstellungsverfahren
bereit, das die Schritte eines Bereitstellens von zwei piezoelektrischen Substraten,
eines Erhaltens eines Schwingers durch ein Verbinden der zwei piezoelektrischen
Substrate durch eine Metallschicht, die aus einem Metallmaterial
hergestellt ist, das einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger
als der Curie-Punkt der zwei piezoelektrischen Substrate ist, und
eines Bildens eines Trägerbauglieds
durch ein preßmäßiges Einpassen
eines Metalldrahts, der auf eine hohe Temperatur erwärmt ist,
in die Metallschicht nahe einem Knoten des Schwingers aufweist.
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Bei
diesem Schwinggyroskopherstellungsverfahren werden Schnittabschnitte
jeweils auf den piezoelektrischen Substraten an dem Knoten des Schwingers
gebildet, bevor die zwei piezoelektrischen Substrate verbunden werden,
und der Hochtemperaturmetalldraht wird preßmäßig an den Schnittabschnitten
in die Metallschicht eingepaßt.
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Die
Metallschicht zu einem Verbinden der zwei piezoelektrischen Substrate
weist einen höheren
Qualitätsfaktor
Q als Epoxidharz auf und wird innerhalb des praktischen Temperaturbereichs
des Schwinggyroskops nicht weich. Wenn ferner die Schnittabschnitte
jeweils an den Verbindungsseiten der piezoelektrischen Substrate
gebildet sind, tritt Metall, das bei einem Verbinden der piezoelektrischen
Substrate geschmolzen wird, in die Schnittabschnitte ein und wird
an einem Herausfließen
von den Verbindungsseiten der piezoelektrischen Oberflächen gehindert.
Wenn ferner der Metalldraht, der auf eine hohe Temperatur erwärmt ist,
nach einem Verbinden der piezoelektrischen Substrate preßmäßig in die
Schnittabschnitte eingepaßt
wird, schmilzt die an den Schnittabschnitten existierende Metallschicht
und der Metalldraht ist in das Innere des Schwingers eingebracht.
Danach wird die Metallschicht durch ein Kühlen verfestigt und dadurch
ist der Metalldraht durch die Metallschicht befestigt und als ein
Trägerbauglied
verwendet. Dieses Trägerbauglied
ist nahe einem realen Knoten des Schwingers positioniert. Obwohl
geschmolzenes Metall bei einem Verbinden der piezoelektrischen Substrate
verwendet wird, wird, da der Schmelzpunkt desselben niedriger als
der Curie-Punkt der piezoelektrischen Substrate ist, eine Polarisation
der piezoelektrischen Substrate nicht entfernt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, da die piezoelektrischen Substrate durch eine Metallschicht
verbunden sind, die einen hohen Qualitätsfaktor Q aufweist, der Qualitätsfaktor
Q des ganzen Schwingers ebenfalls hoch gehalten. Da zusätzlich bei
einem Verbinden der piezoelektrischen Substrate eine Polarisation
nicht entfernt wird und die Me tallschicht in dem praktischen Temperaturbereich
nicht weich wird, nimmt der Qualitätsfaktor Q während einer
Operation des Schwinggyroskops nicht ab, was ein höchst empfindliches
Schwinggyroskop erzielt. Ferner ist das Verbindungsmetall an einem
Anhaften an der Oberfläche
des Schwingers durch ein Bilden von Schnittabschnitten an den Verbindungsseiten der
piezoelektrischen Substrate gehindert und die Verschlechterung der
Charakteristika kann dadurch eingeschränkt werden. Ferner kann eine
Verbindungsstärke
zwischen dem Trägerbauglied
und dem Schwinger durch ein Befestigen des Trägerbauglieds durch die Metallschicht
erhöht
werden. Selbst wenn aufgrund des Fallens des Schwinggyroskops eine große Erschütterung
angelegt wird, kann daher das Trägerbauglied
an einem Herausfallen von dem Schwinger gehindert werden. Da das
Trägerbauglied ferner
an einer Position getragen sein kann, die näher an dem realen Knoten an
der Mittelachse des Schwingers ist als in dem Fall, bei dem das
Trägerbauglied
an der Oberfläche
des Schwingers befestigt ist, ist ein Schwingungslecken von dem
Trägerbauglied
verringert und ein Schwinggyroskop erzielt, das gute Charakteristika
aufweist.
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Die
obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden aus der
folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen offensichtlich.
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1 ist eine perspektivische
Ansicht eines Schwinggyroskops gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine perspektivische
Ansicht von piezoelektrischen Substraten, die präpariert sind, um das in 1 gezeigte Schwinggyroskop
herzustellen.
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3 ist eine perspektivische
Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem die in 2 gezeigten piezoelektrischen Substrate
laminiert sind.
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4 ist ein Blockdiagramm
von Schaltungen, die während
einer Operation des in 1 gezeigten
Schwinggyroskops verwendet werden.
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5 ist eine perspektivische
Ansicht eines Schwinggyroskops gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist eine perspektivische
Ansicht von piezoelektrischen Substraten, die präpariert sind, um das in 5 gezeigte Schwinggyroskop
herzustellen.
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7 ist eine Darstellung,
die einen Zustand zeigt, in dem eine Lötmittelmasse auf das in 6 gezeigte piezoelektrische
Substrat aufgebracht ist.
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8 ist eine Darstellung,
die einen Zustand zeigt, bei dem die zwei piezoelektrischen Substrate kontaktverbunden
sind.
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9 ist eine perspektivische
Ansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel
zeigt, bei dem Trägerbauglieder
an dem in 5 gezeigten
Schwinggyroskop befestigt sind.
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10 ist eine perspektivische
Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem das in 9 gezeigte Schwinggyroskop hergestellt
ist.
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11 ist eine Darstellung,
die einen Zustand zeigt, bei dem das in 9 gezeigte Schwinggyroskop biegemäßig schwingt.
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12 ist eine Darstellung,
die einen Zustand einer biegemäßigen Schwingung
eines herkömmlichen
Schwinggyroskops zu einem Vergleich mit 11 zeigt.
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13 ist eine Darstellung,
die eine Variation des in 9 gezeigten
Schwinggyroskops zeigt.
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14 ist eine perspektivische
Ansicht, die ein Beispiel von herkömmlichen Schwinggyroskopen zeigt.
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1 ist eine perspektivische
Ansicht, die ein Schwinggyroskop gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Schwinggyroskop 10 umfaßt einen
Schwinger 12, der ein erstes piezoelektrisches Substrat 14 und
ein zweites piezoelektrisches Substrat 16 aufweist. Als
das erste und das zweite piezoelektrische Substrat 14 und 16 werden
z. B. eine piezoelektrische Keramik, ein Einkristall, wie beispielsweise
LiNbO3 und LiTaO3 und dergleichen verwendet. Das erste und das zweite
piezoelektrische Substrat 14 und 16 sind durch
eine Metallschicht 18 verbunden. Zu dieser Zeit sind das erste
und das zweite piezoelektrische Substrat 14 und 16 in
entgegengesetzte Dickerichtungen polarisiert, wie es durch die Pfeile
in 1 gezeigt ist. Daher
weist der Schwinger 12 eine bimorphe Struktur auf. Als
die Metallschicht 18 wird ein Metallmaterial verwendet,
das einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger als der Curie-Punkt
des ersten und des zweiten piezoelektrischen Substrats 14 und 16 ist. Obwohl
ein Lötmittel
oder dergleichen als ein derartiges Material verwendet wird, kann
ein Bi-Material,
ein In-Material, Ag-Lötmittel
und dergleichen außerdem verwendet
werden.
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Eine
erste Elektrode 20 ist auf der äußeren Hauptoberfläche des
ersten piezoelektrischen Substrats 14 gebildet. An der
ersten Elektrode 20 sind eine Rille 22a, die sich
in die längenmäßige Richtung
des ersten piezoelektrischen Substrats 14 erstreckt, und zwei
Rillen 22b, die sich in die breitenmäßige Richtung desselben erstrecken,
gebildet. Die Rillen 22b sind an Positionen gebildet, die
Knoten für
eine biegemäßige Schwingung
des Schwingers 12 entsprechen, d. h. an Positionen, die
von beiden Enden des ersten piezoelektrischen Substrats 14 in
die längenmäßige Richtung
etwas nach innen gelegen sind. Die erste Elektrode 20 ist
durch diese Rillen 22a und 22b in sechs Elektrodenabschnitte 20a, 20b, 20c, 20d, 20e und 20f geteilt.
Ferner ist eine zweite Elektrode 24 ganz über der äußeren Hauptoberfläche des
zweiten piezoelektrischen Substrats 16 gebildet.
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Um
ein derartiges Schwinggyroskop 10 herzustellen, wie es
in 2 gezeigt ist, werden
zwei große
piezoelektrische Substrate 30 und 32 präpariert.
Elektroden 34 bzw. 36 sind an beiden Seiten der piezoelektrischen
Substrate 30 bzw. 32 gebildet. Eine Lötmittelmasse 38 ist
auf eine Hauptoberfläche jedes
der piezoelektrischen Substrate 30 und 32 gedruckt.
Die Lötmittelmasse 38 wird
durch ein Erwärmen
geschmolzen und dann gekühlt,
wodurch Lötmittelschichten
auf den piezoelektrischen Substraten 30 bzw. 32 gebildet
werden. Nachdem die piezoelektrischen Substrate 30 und 32 laminiert
sind, um die Lötmittelschichten
derselben in einen engen Kontakt miteinander zu bringen, werden
die Lötmittelschichten
wieder durch ein Erwärmen
geschmolzen und die zwei piezoelektrischen Substrate 30 und 32 werden aneinander
gerieben und kontaktverbunden. Durch ein Kühlen der kontaktverbundenen
piezoelektrischen Substrate 30 und 32, wie es
in 3 gezeigt ist, wird
ein großes
Mehrschicht-Substrat 40 erhalten,
das durch die Metallschicht 18 verbunden ist. Rillen 22 sind
in vorbestimmten Intervallen an dem Mehrschichtsubstrat 40 gebildet,
um die Rillen 22a und 22b des Schwinggyroskops 10 zu
bilden. Danach wird das Mehrschichtsubstrat 40 durch ein
Vereinzeln oder dergleichen geschnitten, wie es durch die abwechselnd
lang und kurz gestrichelte Linie in 3 gezeigt
ist, wodurch das in 1 gezeigte Schwinggyroskop 10 hergestellt
wird. Bei dem Prozeß eines
Herstellens des Schwinggyroskops 10 wird, da ein Lötmittel,
das einen niedrigeren Schmelzpunkt als den Curie-Punkt der piezoelektrischen
Substrate 30 und 32 aufweist, als Lötmittel
zu einem Bilden der Metallschicht 18 verwendet wird, eine
Polarisation der piezoelektrischen Substrate 30 und 32 nicht
entfernt.
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Bei
einem Verwenden dieses Schwinggyroskops 10 sind Widerstände 42 und 44 mit
den zwei Elektrodenabschnitten 20a und 20b in
der Mitte der ersten Elektrode 20 in die längsmäßige Richtung
verbunden, wie es in 4 gezeigt
ist. Eine Oszillationsschaltung 46 ist zwischen diese Widerstände 42 und 44 und
die zweite Elektrode 24 geschaltet. Die Oszillationsschaltung 46 umfaßt z. B.
eine Verstärkungsschaltung
und eine Phasenkorrekturschaltung und ein Signalausgang von der
zweiten Elektrode 24 wird zu der Oszillationsschaltung 46 rückgekoppelt.
Dann werden der Pegel und die Phase des Rückkopplungssignals durch die
Verstärkungsschaltung
und die Phasenkorrekturschaltung eingestellt und das korrigierte
Signal wird zu den Elektrodenabschnitten 20a und 20b der
ersten Elektrode 20 gegeben.
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Die
Elektrodenabschnitte 20a und 20b der ersten Elektrode 20 sind
auch mit einem Eingangsanschluß einer
Differenzschaltung 48 verbunden. Ein Ausgangsanschluß der Differenzschaltung 48 ist
mit einer Synchronerfassungsschaltung 50 verbunden. Bei
der Synchronerfassungsschaltung 50 wird ein Ausgangssignal
der Differenzschaltung 48 in Synchronisation mit z. B.
einem Signal der Oszillationsschaltung 46 erfaßt. Die
Synchronerfassungsschaltung 50 ist mit einer Glättungsschaltung 52 verbunden
und die Glättungsschaltung 52 ist
ferner mit einer Verstärkungsschaltung 54 verbunden.
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Dieses
Schwinggyroskop 10 ist durch die Oszillationsschaltung 46 selbstgetrieben.
Da der Schwinger 12 eine bimorphe Struktur aufweist, zieht sich,
wenn sich das erste piezoelektrische Substrat 14 in die
Richtung ausdehnt, die parallel zu der Hauptoberfläche desselben
ist, das zweite piezoelektrische Substrat 16 in die Richtung
zusammen, die parallel zu der Hauptoberfläche desselben ist. Wenn sich
jedoch das erste piezoelektrische Substrat 14 in die Richtung
zusammenzieht, die parallel zu der Hauptoberfläche desselben ist, dehnt sich
das zweite piezoelektrische Substrat 16 in die Richtung
aus, die parallel zu der Hauptoberfläche desselben ist. Daher schwingt
der Schwinger 12 biegemäßig in die
Richtung, die orthogonal zu den Ebenen ist, wo die erste und die
zweite Elektrode 20 und 24 gebildet sind.
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Wenn
keine Drehwinkelgeschwindigkeit angelegt ist, werden die identischen
Signale von den Elektrodenabschnitten 20a und 20b ausgegeben
und durch die Differenzschaltung 48 aufgehoben. Daher wird
kein Signal von der Differenzschaltung 48 ausgegeben. Wenn
der Schwinger 12 um die Achse gedreht wird, wirkt eine
Coriolis-Kraft in die Richtung, die orthogonal zu der Richtung einer
biegemäßigen Schwingung
ist. Die Richtung einer biegemäßigen Schwingung
des Schwingers 12 wird durch diese Coriolis-Kraft geändert. Dadurch
werden Signale, die von den Elektrodenabschnitten 20a und 20b ausgegeben
werden, geändert.
Wenn sich z. B. das Signal, das von dem Elektrodenabschnitt 20a ausgegeben wird,
erhöht,
verringert sich das Signal, das von dem Elektrodenabschnitt 20b ausgegeben
wird. Daher wird die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der
Elektrodenabschnitte 20a und 20b durch die Differenzschaltung 48 erhalten.
Die Änderung
bei Ausgangssignalen der Elektrodenabschnitte 20a und 20b entspricht
der Änderung
bei einer Richtung einer biegemäßigen Schwingung
des Schwingers 12, d. h. der Coriolis-Kraft. Daher wird
ein Signal mit dem Pegel, der der Coriolis-Kraft entspricht, von
der Differenzschaltung 48 ausgegeben.
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Das
Ausgangssignal der Differenzschaltung 48 wird durch die
Synchronerfassungsschaltung 50 in Synchronisation mit dem
Signal der Oszillationsschaltung 46 erfaßt. Zu dieser
Zeit wird lediglich ein positiver Abschnitt oder ein negativer Abschnitt
des Ausgangssignals erfaßt.
Das durch die Synchronerfassungsschaltung 50 erfaßte Signal
wird durch die Glättungsschaltung 52 geglättet und
durch die Verstärkungsschaltung 54 verstärkt. Daher
kann die Drehwinkelgeschwindigkeit, die an das Schwinggyroskop 10 angelegt
ist, durch ein Messen des Ausgangssignals der Verstärkungsschaltung 54 erfaßt werden.
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Wenn
die Richtung der Drehwinkelgeschwindigkeit umgekehrt ist, ist die Änderung
bei einer Richtung einer biegemäßigen Schwingung
des Schwingers 12 umgekehrt und die Änderung bei Ausgangssignalen
der Elektrodenabschnitte 20a und 20b ist ebenfalls
umgekehrt. Die Phase eines von der Differenzschaltung 48 ausgegebenen
Signals ist dadurch umgekehrt und die Polarität eines durch die Synchronerfassungsschaltung 50 erfaßten Signals
ist ebenfalls umgekehrt. Die Polarität eines Ausgangssignals von
der Verstärkungsschaltung 54 ist
ebenfalls umgekehrt. Daher kann die Richtung der Drehwinkelgeschwindigkeit
basierend auf der Polarität
des Ausgangssignals der Verstärkungsschaltung 54 erfaßt werden.
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Bei
diesem Schwinggyroskop 10 wird die Metallschicht 18,
die aus einem Lötmittel
oder dergleichen hergestellt ist, verwendet, um das erste und das
zweite piezoelektrische Substrat 14 und 16 zu verbinden.
Die Metallschicht 18 weist einen höheren Qualitätsfaktor
Q als die herkömmliche
Epoxidharzschicht auf. Daher ist der Qualitätsfaktor Q des gesamten Schwingers 12 hoch,
was das Schwinggyroskop 10 sehr empfindlich macht. Obwohl
Epoxidharz einen Erweichungspunkt nahe 80½°C aufweist, rutschen, da die
Metallschicht 18 innerhalb des praktischen Temperaturbereichs
zwischen –40½°C und 80½°C nicht weich
wird, das erste und das zweite piezoelektrische Substrat 14 und 16 aufgrund
einer Änderung
bei einer Temperatur nicht voneinander weg und eine Abnahme bei
einer Empfindlichkeit des Schwinggyroskops 10 kann eingeschränkt werden.
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Wie
es in 5 gezeigt ist,
können
Schnittabschnitte 26 an den Verbindungsseiten des ersten bzw.
des zweiten piezoelektrischen Substrats 14 bzw. 16 gebildet
sein. Die Schnittabschnitte 26 sind an Positionen gebildet,
die zwei Knoten des Schwingers 12 entsprechen, und jeder
ist wie eine Rille geformt, die sich in die breitenmäßige Richtung
des ersten und des zweiten piezoelektrischen Substrats 14 und 16 erstreckt.
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Um
ein derartiges Schwinggyroskop 10 herzustellen, wie es
in 6 gezeigt ist, werden
große piezoelektrische
Substrate 30 und 32 präpariert. Die Schnittabschnitte 26 werden
an den Verbindungsseiten der piezoelektrischen Substrate 30 und 32 gebildet.
Elektroden 34 und 36 werden an beiden Seiten der
piezoelektrischen Substrate 30 bzw. 32 gebildet. Wie
es in 7 gezeigt ist,
wird eine Lötmittelmasse auf
die Verbindungsseiten der piezoelektrischen Substrate 30 und 32 gedruckt,
durch ein Erwärmen geschmolzen
und dann gekühlt,
wodurch Lötmittelschichten
auf den piezoelektrischen Substraten 30 bzw. 32 gebildet
werden.
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Wie
es in 8 gezeigt ist,
werden als nächstes
die piezoelektrischen Substrate 30 und 32 so laminiert,
um die Lötmittelschichten
derselben in einen engen Kontakt miteinander zu bringen, und durch
ein Erwärmen
kontaktverbunden. Obwohl die piezoelektrischen Substrate 30 und 32 aneinander gerieben
werden, wird zu dieser Zeit überfließendes geschmolzenes
Lötmittel
in den Schnittabschnitten 26 gesammelt und an einem Fließen aus
den piezoelektrischen Substraten 30 und 32 gehindert.
Nachdem die kontaktverbundenen piezoelektrischen Substrate 30 und 32 gekühlt sind,
werden Rillen 22 an der Elektrode 34 des piezoelektrischen
Substrats 30 gebildet und die laminierten Substrate 30 und 32 werden
durch ein Vereinzeln oder dergleichen geschnitten, wodurch das in 5 gezeigte Schwinggyroskop 10 hergestellt
wird. Da ein Lötmittel
durch die Schnittabschnitte 26 an einem Anhaften an der
Außenseite
des Schwingers 12 gehindert ist, können die Charakteristika des
Schwinggyroskops 10 gut erhalten werden.
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Bei
diesem Schwinggyroskop 10, wie es in 9 gezeigt ist, können Trägerbauglieder 28 in
den Schnittabschnitten 26 befestigt sein. Diese Trägerbauglieder 28 sind
z. B. aus Metalldrähten
gebildet. Bei einem Befestigen ist das Trägerbauglied 28 durch
einen Wärmezuführer 56 gehalten,
wie es in 10 gezeigt
ist, und bei einer hohen Temperatur gehalten. Durch ein Stecken
des Trägerbauglieds 28 in
die Metallschicht 18 an den Schnittabschnitten 26 wird
die Metallschicht 18 geschmolzen und das Trägerbauglied 28 wird
durchdrungen. Dann wird die geschmolzene Metallschicht 28 durch
ein Kühlen
verfestigt und das Trägerbauglied 28 wird
dadurch befestigt. Das Trägerbauglied 28 kann
in einem Zustand, wo die Temperatur desselben hoch gehalten ist,
mit einem Flußmittel
beschichtet werden und an den Schnittabschnitten 26 in
die Metallschicht 18 gesteckt werden.
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Da
bei diesem Schwinggyroskop 10 die Trägerbauglieder 28 den
Schwinger 12 durchdringen und durch die Metallschicht 18 befestigt
sind, kann eine Befestigungsstärke
höher gemacht
werden als bei einem herkömmlichen
Schwinggyroskop, bei dem Trägerbauglieder
auf die Schwingeroberfläche gelötet werden.
Selbst falls das Schwinggyroskop 10 durch ein Fallen erschüttert wird,
wird es daher verhindert, daß sich
die Trägerbauglieder 28 lösen.
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Da
bei diesem Schwinggyroskop 10, wie es in 11 gezeigt ist, die Trägerbauglieder 28 ferner reale
Knoten des Schwingers 12 durchdringen, kann der Schwinger 12 dazu
gebracht werden, biegemäßig um die
Trägerbauglieder 28 zu
schwingen. Bei dem herkömmlichen
Schwinggyroskop jedoch, bei dem die Trägerbauglieder auf der Schwingeroberfläche befestigt
sind, wie es in 12 gezeigt
ist, werden die Knoten, um die die biegemäßige Schwingung gemacht wird,
von den Trägerbaugliedern
abgelenkt. Folglich ist bei dem Schwinggyroskop 10 der
vorliegenden Erfindung ein Schwingungslecken von dem Trägerbauglied 28 gering
und es werden verglichen mit dem herkömmlichen Schwinggyroskop stabile Charakteristika
erhalten.
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Als
die Trägerbauglieder 28 können plattenähnliche
Trägerbauglieder
verwendet werden, wie es in 13 gezeigt
ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
werden Platten ausgestempelt, so daß die vorderen Enden derselben
sich verschmälern
und die vorderen Enden in die Schnittabschnitte 26 des Schwingers 12 eingebracht
werden. In diesem Fall wird die Metallschicht 18 auch geschmolzen
und die vorderen Enden der Trägerbauglieder 28 werden durch
ein Erwärmen
und Pressen der Trägerbauglieder
gegen die Schnittabschnitte 26 in das Innere des Schwingers 12 eingebracht.
Dann wird das geschmolzene Metall durch ein Kühlen verfestigt und die Trägerbauglieder 28 werden
durch die Metallschicht 18 befestigt. Obwohl die Trägerbauglieder 28 bei
diesem Schwinggyroskop 10 nicht durchdringen, da die Trägerbauglieder 28 in
das Innere des Schwingers 12 eingebracht und durch die
Metallschicht 18 befestigt sind, können die gleichen Vorteile
erhalten werden wie dieselben des in 9 gezeigten Schwinggyroskops 10.
Ferner können
die Schnittabschnitte 26 nicht nur wie ein Quadrat geformt
sein, sondern auch wie der Buchstabe V, eine Rinne oder dergleichen.
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Obwohl
bei dem obigen Schwinggyroskop 10 lediglich die erste Elektrode 20 geteilt
ist, kann die zweite Elektrode 24 auf eine ähnliche
Weise geteilt sein. Selbst bei einer derartigen Elektrodenstruktur kann
der Schwinger 12 durch ein Anlegen eines Treibersignals
zwischen die zwei Elektroden 20 und 24 dazu gebracht
werden, biegemäßig zu schwingen.
In diesem Fall kann das Signal, das der Drehwinkelgeschwindigkeit
entspricht, aus geteilten Abschnitten der ersten Elektrode 20 oder
geteilten Abschnitten der zweiten Elektrode 24 genommen
werden.
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Ferner
können
die zwei piezoelektrischen Substrate 14 und 16 in
die gleiche Richtung polarisiert sein. In diesem Fall wird die Metallschicht 18 z. B.
als eine gemeinsame Elektrode verwendet und ein Ausgangssignal von
der Metallschicht 18 wird zu der Oszillationsschaltung 46 rückgekoppelt.
Durch ein Anlegen eines Signals von der Oszillationsschaltung 46 an
die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 24 kann
der Schwinger 12 dazu gebracht werden, biegemäßig zu schwingen.
Eine derartige Struktur erhöht
die Verschiebung pro Einheitsspannung und verbessert eine Empfindlichkeit
weiter. In anderen Worten ist es möglich, eine ausreichende Empfindlichkeit
bei einer niedrigen Spannung zu erhalten und dadurch ein leistungssparendes
Gyroskop zu erhalten. Zusätzlich
ist es möglich,
die Trägerbauglieder 28,
die in der Metallschicht 18 befestigt sind, die als die
gemeinsame Elektrode dient, als Anschlußdrähte zu verwenden und dadurch
den Anschlußverdrahtungsprozeß zu vereinfachen.