DE69915919T2

DE69915919T2 - Drehgeschwindigkeitssensor

Info

Publication number: DE69915919T2
Application number: DE69915919T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Nagaokakyo-shi Negoro; Kazufumi Nagaokakyo-shi Moriya; Yoshihiro Nagaokakyo-shi Konaka; Shinji Nagaokakyo-shi Kobayashi
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: EP0943893A1; JPH11257970A; EP0943893B1; US6240780B1; JP3123503B2; DE69915919D1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der geeignet verwendet werden kann, um die Winkelgeschwindigkeit zu erfassen, die beispielsweise auf einen beweglichen Körper, einen drehenden Körper, usw. wirkt.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Der Winkelgeschwindigkeitssensor, der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 5-312576 beschrieben ist, ist allgemein bekannt als ein Winkelgeschwindigkeitssensor herkömmlicher Technologie.
Der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 5-312576 beschriebene Winkelgeschwindigkeitssensor besteht im wesentlichen aus einer Platine, einem ersten Schwingungselement, das durch einen ersten Tragebalken auf der Platine getragen wird, und angeordnet ist, um in der Richtung einer ersten Achse in Schwingung versetzt zu werden, einem zweiten Schwingungselement, das auf dem ersten Schwingungselement durch einen zweiten Tragebalken getragen wird, und angeordnet ist, um in der Richtung der ersten Achse und in der Richtung einer zweiten Achse in einem rechten Winkel zu der Richtung der ersten Achse in Schwingung versetzt zu werden, einer Schwingungserzeugungseinrichtung, zum Bewirken, daß das erste Schwingungselement in der Richtung der ersten Achse in Schwingung versetzt wird, und eine Verschiebungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Verschiebung des zweiten Schwingungselements in der Richtung der zweiten Achse, wenn eine Winkelge schwindigkeit um eine dritte Achse in rechten Winkeln zu der ersten und zweiten Achse angelegt wurde, und wenn das erste Schwingungselement in der Richtung der ersten Achse in Schwingung ist.
Ferner bilden der erste Tragebalken, das erste Schwingungselement und das zweite Schwingungselement ein Schwingungssystem zum Schwingen in der Richtung der ersten Achse, und dieses Schwingungssystem weist eine schwingungsseitige Resonanzfrequenz auf. Darüber hinaus bilden der zweite Tragebalken und das zweite Schwingungselement ein Erfassungssystem zum Schwingen in der Richtung der zweiten Achse und dieses Erfassungssystem weist eine erfassungsseitige Resonanzfrequenz auf.
Wenn bei diesem Winkelgeschwindigkeitssensor die Schwingungserzeugungseinrichtung bewirkt, daß das erste Schwingungselement in der Richtung einer ersten Achse horizontal zu der Platine in Schwingung versetzt wird, schwingt das zweite Schwingungselement, das durch den zweiten Tragebalken auf dem ersten Schwingungselement getragen wird, in der Richtung der gleichen Achse bei einer Frequenz, die im wesentlichen gleich ist wie die Resonanzfrequenz des zweiten Schwingungselements. Wenn das zweite Schwingungselement schwingt und wenn sich der gesamte Sensor um eine Drehachse (die dritte Achse) vertikal zu der Platine dreht, wird bewirkt, daß das zweite Schwingungselement in der Richtung (der Richtung der zweiten Achse) in einem rechten Winkel zu der Schwingungsrichtung des ersten Schwingungselements in Schwingung versetzt wird, aufgrund der Corioliskraft proportional zu der Drehkraft. Die Verschiebungserfassungseinrichtung ist in der Lage, die Winkelgeschwindigkeit zu erfassen, die an den gesamten Sensor angelegt wird, durch Erfassen einer Verschiebung zur gleichen Zeit, wenn das zweite Schwingungselement in Schwingung versetzt wird.
Bei dem obigen Winkelgeschwindigkeitssensor der herkömmlichen Technologie ist die schwingungsseitige Resonanzfre quenz des Schwingungssystems entworfen, um sich an die erfassungsseitige Resonanzfrequenz des Erfassungssystems anzunähern, um die Genauigkeit der Erfassung zu erhöhen.
Im allgemeinen ist die Resonanzfrequenz f einer Federvibration in der folgenden Formel 1 definiert. Gleichung 1
k: Federkonstante des Tragebalkens
m: Gewicht des Schwingungselements
Außerdem, wie es in Gleichung 1 gezeigt ist, wird die Resonanzfrequenz jedes Systems hergestellt durch die Breite und Länge des Balkens (Federkonstante) und das Gewicht des Schwingungselements. Da der Winkelgeschwindigkeitssensor der herkömmlichen Technologie jedoch durch Verwenden von Prozessen für Siliziumhalbleiter hergestellt wird, tritt eine Schwankung von verarbeiteten Abmessungen auf und es ist schwierig, Schwingungselemente, Tragebalken usw. präzise zu bilden. Deswegen gibt es ein Problem, daß nicht jedes Schwingungselement bei der gleichen Resonanzfrequenz in Schwingung versetzt werden kann und die Erfassungsempfindlichkeit der Winkelgeschwindigkeit nicht erhöht werden kann.
Bei einer anderen herkömmlichen Technologie, z. B. bei der japanischen ungeprüften Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 7-32514, der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 7-43166, der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 7-190784 und anderen gibt es ein Verfahren, bei dem die Federkonstante anscheinend geändert wird und die Resonanzfrequenz der Schwingungselemente durch die Einstellung einer Spannung eingestellt wird, die an den Tragebal ken angelegt wird. Andererseits gibt es auch, wie bei der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 8-114460 und anderen, ein Verfahren, bei dem die Resonanzfrequenz eingestellt wird durch Hinzufügen eines Gewichts zu den Schwingungselementen und Trimmen des Gewichts durch einen Laserstrahl, einen konzentrierten Ionenstrahl, usw.
Die oben erwähnten Verfahren für die Einstellung der Resonanzfrequenz werden jedoch verwendet, wo ein Schwingungselement durch einen Tragebalken getragen wird und nicht bei einem Winkelgeschwindigkeitssensor, der den Aufbau des Tragens eines zweiten Schwingungselements auf einem ersten Schwingungselement durch einen zweiten Balken aufweist. Außerdem sind die Verfahren nicht sehr effektiv zum gegenseitigen Annähern von Resonanzfrequenzen durch die Einstellung der schwingungsseitigen Resonanzfrequenz eines Schwingungssystems oder der erfassungsseitigen Resonanzfrequenz eines Erfassungssystems.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Probleme der herkömmlichen Technologie durchgeführt, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Winkelgeschwindigkeitssensor zu schaffen, bei dem, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um eine dritte Achse angelegt wird, die Schwingungsamplitude eines zweiten Schwingungselements erhöht wird und die Erfassungsempfindlichkeit der Winkelgeschwindigkeit erhöht wird durch Annähern der schwingungsseitigen Resonanzfrequenz eines Schwingungssystems, das in der Richtung einer ersten Achse schwingt, an die erfassungsseitige Resonanzfrequenz eines Erfassungssystems, das in der Richtung der zweiten Achse schwingt.
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, umfaßt ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der vorliegenden Erfindung eine Platine, ein erstes Schwingungselement, ein zweites Schwingungselement, eine Schwingungserzeugungseinrichtung, eine Verschiebungserfassungseinrichtung und eine Frequenzeinstellungseinrichtung. Das erste Schwingungselement wird durch erste Tragebalken auf der Platine getragen und angeordnet, um in der Richtung einer ersten Achse in Schwingung versetzt zu werden. Das zweite Schwingungselement wird durch zweite Tragebalken auf dem ersten Schwingungselement getragen, und angeordnet, um in der Richtung der ersten Achse und der Richtung einer zweiten Achse zu einem rechten Winkel zu der Richtung der ersten Achse in Schwingung versetzt zu werden. Die Schwingungserzeugungseinrichtung bewirkt, daß das erste Schwingungselement in der Richtung der ersten Achse in Schwingung versetzt wird. Die Verschiebungserfassungseinrichtung erfaßt eine Verschiebung des zweiten Schwingungselements in der Richtung zu der zweiten Achse, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um eine dritte Achse in rechten Winkeln zu der ersten und zweiten Achse in dem Zustand angelegt wurde, in dem die Schwingungserzeugungseinrichtung bewirkt, daß die erste Schwingungseinrichtung in der Richtung der ersten Achse in Schwingung versetzt wird. Die Frequenzeinstellungseinrichtung stellt die schwingungsseitige Resonanzfrequenz zu dem Zeitpunkt ein, wenn das erste Schwingungselement durch die Schwingungserzeugungseinrichtung in der Richtung der ersten Achse in Schwingung versetzt wird, und die erfassungsseitige Resonanzfrequenz zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Schwingungselement durch eine Winkelgeschwindigkeit, die um die dritte Achse angelegt wird, in der Richtung der zweiten Achse in Schwingung versetzt wird.
Wenn dieselbe so aufgebaut ist, kann die schwingungsseitige Resonanzfrequenz durch die Frequenzeinstelleinrichtung der erfassungsseitigen Resonanzfrequenz genähert werden, und wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die dritte Achse angelegt wird, kann das zweite Schwingungselement in Schwingung versetzt werden, um aufgrund der Corioliskraft eine hohe Amplitude zu geben.
Die Frequenzeinstelleinrichtung kann zu einer Schwingungshinzufügungseinrichtung gemacht werden, um in der Richtung der ersten Achse eine Kraft zu dem ersten Schwingungselement hinzuzufügen, in dem Zustand, in dem die Schwingungserzeugungseinrichtung das erste Schwingungselement in der Richtung der ersten Achse in Schwingung versetzt. Wenn dieselbe so aufgebaut ist, versetzt die Schwingungshinzufügungseinrichtung das erste Schwingungselement mit einer hohen Amplitude in der Richtung der ersten Achse in Schwingung und die Federkonstante des ersten Balkens wird anscheinend klein gemacht. Als Folge kann die schwingungsseitige Resonanzfrequenz verringet werden.
Wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die dritte Achse hinzugefügt wird, um zu bewirken, daß das zweite Schwingungselement in der Richtung der zweiten Achse in Schwingung versetzt wird, kann die Frequenzeinstelleinrichtung zu einer Schwingungshinzufügungseinrichtung gemacht werden, um in der Richtung der zweiten Achse eine Kraft zu dem zweiten Schwingungselement hinzuzufügen. Wenn dieselbe so aufgebaut ist, bewirkt die Schwingungshinzufügungseinrichtung, daß das zweite Schwingungselement mit einer hohen Amplitude in der Richtung der zweiten Achse schwingt und die Federkonstante des zweiten Balkens wird anscheinend klein gemacht. Als Folge kann die erfassungsseitige Resonanzfrequenz reduziert werden.
Die Frequenzeinstelleinrichtung kann ein Gewicht sein, das auf dem ersten Schwingungselement angeordnet ist. Wenn dieselbe so aufgebaut ist, macht das Gewicht, das dem ersten Schwingungselement hinzugefügt wird, die schwingungsseitige Resonanzfrequenz niedrig, und gleichzeitig kann die schwingungsseitige Resonanzfrequenz durch Trimmen des Gewichts hoch gemacht werden.
Die Frequenzeinstelleinrichtung kann ein Gewicht sein, das auf dem zweiten Schwingungselement angeordnet ist. Wenn dieselbe so aufgebaut ist, macht das Gewicht, das dem zweiten Schwingungselement hinzugefügt ist, die erfassungsseitige Resonanzfrequenz niedrig, und gleichzeitig kann die erfassungsseitige Resonanzfrequenz durch Trimmen des Gewichts hoch gemacht werden.
Die Schwingungshinzufügungseinrichtung kann eine schwingungsseitige zusätzliche Elektrode umfassen, die an einer Endoberfläche des ersten Schwingungselements gebildet ist, und eine festseitige zusätzliche Elektrode, die der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektrode, die an der Seite der Platine gebildet ist, zugewandt ist. Wenn dieselbe so aufgebaut ist, wird beispielsweise in dem Zustand, in dem eine Gleichspannung zwischen der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektrode und der festseitigen zusätzlichen Elektrode angelegt ist, falls sich die schwingungsseitige zusätzliche Elektrode, die auf dem ersten Schwingungselement gebildet ist, zu der festseitigen zusätzlichen Elektrode hin bewegt, die elektrostatische Anziehung zwischen den zusätzlichen Elektroden erhöht, und diese erhöhte Anziehung wird zu einer zusätzlichen Schwingungskraft. Diese Schwingungskraft ist in der Lage, zu bewirken, daß das erste Schwingungselement in der Richtung der ersten Achse mit einer hohen Amplitude schwingt, und die Federkonstante des ersten Tragebalkens wird anscheinend klein gemacht. Als Folge wird die schwingungsseitige Resonanzfrequenz niedrig gemacht.
Die Schwingungshinzufügungseinrichtung kann eine schwingungsseitige zusätzliche Elektrode umfassen, die an einer Endoberfläche des zweiten Schwingungselements gebildet ist, und eine festseitige zusätzliche Elektrode, die der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektrode, die an der Seite der Platine gebildet ist, zugewandt ist. Wenn dieselbe so aufgebaut ist, wird beispielsweise in dem Zustand, in dem eine Gleichspannung zwischen der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektrode und der festseitigen zusätzlichen Elektrode angelegt ist, zu der Zeit, zu der das zweite Schwingungselement in der Richtung der zweiten Achse, wobei eine Winkelgeschwindigkeit um die dritte Achse hinzugefügt ist, verschoben ist, falls sich die schwingungsseitige zusätzliche Elektrode zu der festseitigen zusätzlichen Elektrode hin bewegt, die elektrostatische Anziehung zwischen den zusätzlichen Elektroden erhöht und diese erhöhte elektrostatische Kraft wird eine hinzugefügte Schwingungskraft. Diese Schwingungskraft ist in der Lage, zu bewirken, daß das zweite Schwingungselement in der Richtung der zweiten Achse mit einer hohen Amplitude in Schwingung versetzt wird, und die Federkonstante des zweiten Tragebalkens wird anscheinend klein gemacht. Als Folge wird die erfassungsseitige Resonanzfrequenz niedrig gemacht.
Die jeweiligen zugewandten Oberflächen der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektrode und der festseitigen zusätzlichen Elektrode können sägezahnförmig sein. Wenn dieselben so aufgebaut sind, kann die Abmessung des Abstands zwischen den zusätzlichen Elektroden durch die Schwingungshinzufügungseinrichtung gesichert werden und die elektromagnetische Anziehung kann groß gemacht werden.
Zum Zweck des Darstellens der Erfindung sind in den Zeichnungen mehrere Formen gezeigt, die derzeit bevorzugt werden, wobei jedoch klar ist, daß die Erfindung nicht auf die genauen gezeigten Anordnungen und Einrichtungen beschränkt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Vorderansicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist eine vertikale Querschnittsansicht in der Richtung der Pfeile auf der Linie II-II von 1.
3 ist eine vertikale Querschnittsansicht in der Richtung der Pfeile auf der Linie III-III von 1.
4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Schwingungshinzufügungsabschnitts eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
5 ist eine Vorderansicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
6 ist eine Vorderansicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
7 ist eine Vorderansicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
8 ist eine Vorderansicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Hierin nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erklärt.
Zunächst wird basierend auf 1 bis 4 ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Winkelgeschwindigkeitssensor und das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Platine mit rechteckiger Form, die die Basis des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 bildet. Die Platine 2 wird beispielsweise unter Verwendung von Glasmaterial gebildet.
Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen beweglichen Abschnitt, der auf der Platine 2 gebildet ist, durch Verwenden von niederohmigen Polysilizium, Siliziumeinkristall, usw. mit P, S, Sb, usw. darin dotiert, und der bewegliche Abschnitt 3 besteht aus: vier Trageabschnitten 4, die an vier Ecken der Platine 2 positioniert sind; vier ersten Tragebalken 5, die sich von jedem der Trageabschnitte 4 in der Richtung der Y-Achse erstrecken; einem ersten Schwingungselement 6, das in der Form eines rechteckigen Rahmens gebildet ist und durch jeden der ersten Tragebalken 5 auf solche Weise getragen wird, daß das erste Schwingungselement 6 von der Oberfläche der Platine 2 beabstandet ist, um in der Richtung der X-Achse verschoben werden zu können; zwei zweiten Tragebalken 7, die sich in der Richtung der X-Achse erstrecken und von der Mitte der jeweiligen kurzen Seiten des ersten Schwingungselements 6 hervorstehen; und einem zweiten Schwingungselement 8, das in der Form eines H gebildet ist und angeordnet ist, um durch jeden der Tragebalken 7 in der Richtung der Y-Achse in Schwingung versetzt werden zu können.
Die ersten Tragebalken 5, das erste Schwingungselement 6 und das zweite Schwingungselement 8 bilden ein Schwingungssystem 9 zum Schwingen in der Richtung der X-Achse als der Richtung einer ersten Achse, und die zweiten Tragebalken 7 und das zweite Schwingungselement 8 bilden ein Erfassungssystem 10 zum Schwingen in der Richtung der Y-Achse als der Richtung einer zweiten Achse. Und das Schwingungssystem 9 weist eine schwingungsseitige Resonanzfrequenz f1 auf, die durch die Masse des ersten Schwingungselements 6 und des zweiten Schwingungselements 8, und die Federkonstante der ersten Tragebalken 5 festgelegt wird. Das Erfassungssystem 10 weist eine erfassungsseitige Resonanzfrequenz f2 auf, die durch die Masse des zweiten Schwingungselements 8 und die Federkonstante der zweiten Tragebalken 7 festgelegt werden soll.
Ferner weist das erste Schwingungselement 6 schwingungsseitige Schwingungselektroden 11 auf, die auf der rechten und linken langen Seite derselben gebildet sind und von denselben hervorstehen, die mit festen Elektroden 15 auf der linken bzw. rechten Seite zusammenarbeiten, und schwingungsseitigen zusätzlichen Elektroden 13, die auf der oberen und unteren kurzen Seite derselben gebildet sind auf und von denselben hervorstehen, die mit den oberen bzw. unteren festseitigen zusätzlichen Elektroden 16 zusammenarbeiten. In der Mitte des Mittelabschnitts des zweiten Schwingungselements 8 stehen schwingungsseitige Erfassungselektroden 12 nach oben und unten vor, die mit linken bzw. rechten festen Elektroden 17 zusammenwirken.
Jede der Elektroden 11 besteht aus sieben Elektrodenplatten 11A, die in einer kammartigen Konfiguration angeordnet sind. Die schwingungsseitigen Schwingungselektroden 11 und die festseitigen Schwingungselektroden 15, die ebenfalls in einer kammartigen Konfiguration angeordnet sind, bilden einen Schwingungserzeugungsabschnitt 20, der nachfolgend näher beschrieben wird.
Die schwingungsseitigen Erfassungselektroden 12 sind in der Form einer Antenne gebildet, mit Armabschnitten, die sich in der Richtung der Y-Achse ausdehnen. Sechs gleichermaßen beabstandete Elektrodenplatten 12B erstrecken sich von dem Armabschnitt 12A nach rechts und links. Die schwingungsseitigen Erfassungselektroden 12 und die festseitigen Erfassungselektroden 17 bilden einen Verschiebungserfassungsabschnitt 21, der nachfolgend näher beschrieben wird.
Jede der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektroden 13, deren zugewandte Oberflächen als sägezahnförmige unebene Oberfläche gebildet sind, und die festseitigen zusätzlichen Elektroden 19 bilden einen Schwingungshinzufügungsabschnitt 22, der nachfolgend näher beschrieben wird.
Jeder der Trageabschnitte 4 ist auf der Platine 2 in einem festen Zustand befestigt, während die ersten Tragebalken 5, das erste Schwingungselement 6, die zweiten Tragebalken 7 und das zweite Schwingungselement 8 durch die jeweiligen vier Trageabschnitte getragen werden, um einen festen Abstand entfernt von der Platine 2 zu sein. Da sich jeder der ersten Tragebalken 5 in der Richtung der Y-Achse erstreckt, kann ferner durch Biegen der Balken 5 in der Richtung der X-Achse das erste Schwingungselement 6 in der Richtung der X-Achse verschoben werden. Da sich jeder der zweiten Tragebalken 7 in der Richtung der X-Achse erstreckt, kann durch Biegen der Balken 7 in der Richtung der Y-Achse das zweite Schwingungselement 8 in der Richtung der Y-Achse verschoben werden.
Die Bezugszeichen 14 stellen feste Abschnitte für die Schwingung dar, und jeder der festen Abschnitte für die Schwingung 14, der eine der festseitigen Schwingungselektroden 15 umfaßt, ist an der Platine 2 angeordnet, um das erste Schwingungselement 6 sowohl von der rechten als auch der linken Seite zwischen sich anzuordnen. Jede der festseitigen Schwingungselektroden 15 besteht aus sechs Elektrodenplatten 15A, die von dem festen Abschnitt 14 hervorstehen. Jede Elektrodenplatte 15A ist gebildet, um ineinanderzugreifen mit und beabstandet zu sein von einem Paar von Elektrodenplatten 11A der schwingungsseitigen Schwingungselektrode 11.
Die Bezugszeichen 16 stellen feste Abschnitte für die Erfassung dar, und jeder der festen Abschnitte für die Erfassung 16, der eine der festseitigen Erfassungselektroden 17 umfaßt, ist in dem Abstand zwischen den zweiten Tragebalken 7 und dem zweiten Schwingungselement 8 positioniert. Jede der festseitigen Erfassungselektroden 17 be steht aus den Armabschnitten 17A, die sich von dem rechten und dem linken Ende des festen Abschnitts 16 nach oben und nach unten erstrecken, und sechs Elektrodenplatten 17B stehen innen von dem Armabschnitt 17A hervor und sind gebildet, um ineinanderzugreifen mit aber beabstandet zu sein von einem Paar von Elektrodenplatten 12B der schwingungsseitigen Erfassungselektrode 12. Die Bezugszeichen 18 stellen feste Abschnitte für die Hinzufügung dar, und jeder der festen Abschnitte für die Hinzufügung 18, der eine der festseitigen zusätzlichen Elektroden 19 umfaßt, ist an der Platine 2 angeordnet, um das erste Schwingungselement 6 von der oberen und unteren Seite zwischen sich anzuordnen. Jede der festseitigen zusätzlichen Elektroden 19 ist als eine unebene Oberfläche gebildet, wie z. B. sägezahnförmig und ist angeordnet, um ineinanderzugreifen mit aber beabstandet zu sein von einer der sägezahnförmigen schwingungsseitigen zusätzlichen Elektroden 13.
Jeder der Schwingungserzeugungsabschnitte 20 besteht aus einer der schwingungsseitigen Schwingungselektroden 11 und einer der festseitigen Schwingungselektroden 15. Zwischen jeder der Elektrodenplatten 11A der schwingungsseitigen Schwingungselektrode 11 und jeder der Elektrodenplatten 15A der festseitigen Schwingungselektrode 15 ist ein jeweiliger fester Abstand gebildet. Wenn ein Antriebssignal einer Pulswelle, Sinuswelle, usw. mit einer Frequenz f0 gegenphasig zwischen die schwingungsseitige Schwingungselektrode 11 und die festseitige Schwingungselektrode 15 angelegt wird, wird elektrostatische Anziehung abwechselnd zwischen den Elektrodenplatten 11A, 15A auf der rechten und linken Seite erzeugt. Folglich nähern und trennen sich die Elektrodenplatten 11A, 15A wiederholt in jedem der Schwingungserzeugungsabschnitte 20. Deswegen bewirkt jeder der Schwingungserzeugungsabschnitte 20, daß das erste Schwingungselement 6 und das zweite Schwingungselement 8 in der Richtung der X-Achse (in der Richtung der ersten Achse) schwingen.
Jeder der Verschiebungserfassungsabschnitte 21 besteht aus einer der schwingungsseitigen Erfassungselektroden 12 und einer der festseitigen Erfassungselektroden 17. Zwischen jeder der Elektrodenplatten 12A der schwingungsseitigen Erfassungselektroden 12 und jeder der festseitigen Erfassungselektroden 17 ist ein jeweiliger Zwischenraum gebildet. Ferner bilden die schwingungsseitige Erfassungselektrode 12 und die festseitige Erfassungselektrode 17 einen parallelen Flachkondensator für die Erfassung, und jeder der Verschiebungserfassungsabschnitte 21 erfaßt die Änderung des Abstands zwischen jeder der Elektrodenplatten 12B, 17B als Änderung der elektrostatischen Kapazität.
Die Schwingungshinzufügungsabschnitte 22 stellen eine Frequenzeinstelleinrichtung dar, und jeder der Schwingungshinzufügungsabschnitte 22 besteht aus einer der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektroden 13 und einer der festseitigen zusätzlichen Elektroden 19. Zwischen der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektrode 13 und der festseitigen zusätzlichen Elektrode 19 befindet sich ein jeweiliger Zwischenraum. Wenn ein zusätzliches Gleichsignal zwischen der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektrode 13 und der festseitigen zusätzlichen Elektrode 19 angelegt wird, wird zwischen den zusätzlichen Elektroden 13, 19 eine elektrostatische Anziehung bewirkt. Da jedoch die Bewegung des ersten Schwingungselements 6 in der Richtung der Y-Achse durch die ersten Tragebalken 5 geregelt wird, und nur eine Bewegung in der Richtung der X-Achse erlaubt wird, funktioniert der Schwingungshinzufügungsabschnitt 22 nicht, bis das erste Schwingungselement 6 in der Richtung der X-Achse schwingt. Falls sich andererseits das erste Schwingungselement 6 in der Richtung der X-Achse bewegt, ist das Rechts-und-Links-Gleichgewicht in dem Schwingungshinzufügungsabschnitt 22 verloren und die elektrostatische Anziehung zwischen den Elektroden mit einem schmaleren Abstand zwischen denselben ist erhöht. Als Folge wird diese elektrostatische Anziehung dem ersten Schwingungselement 6 als Kraft in der Richtung der X-Achse hinzugefügt.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist wie oben beschrieben aufgebaut. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse angelegt wird, ist der Grunderfassungsvorgang wie folgt.
Wenn ein gegenphasiges Antriebssignal an die Schwingungserzeugungsabschnitte 20 angelegt wird, die rechts und links positioniert sind, wirkt die elektrostatische Anziehung zwischen jeder der Elektrodenplatten 11A, 15A zunächst abwechselnd auf den rechten und linken Schwingungserzeugungsabschnitt 20, und es wird bewirkt, daß das erste Schwingungselement 6 und das zweite Schwingungselement 8 in der Richtung der X-Achse in Schwingung versetzt werden. Da in diesem Fall nur die ersten Tragebalken 5 in der Richtung der X-Achse gebogen werden, während die zweiten Tragebalken 7 nicht in der Richtung der X-Achse gebogen werden, schwingt das zweite Schwingungselement auch nur in der Richtung der X-Achse.
Falls in diesem Zustand eine Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse (die dritte Achse) angelegt wird, wird eine Corioliskraft F (Trägheitsmoment), die durch die folgende Gleichung 2 gezeigt ist, erzeugt.
Gleichung 2
F = 2mΩvm: Masse des zweiten Schwingungselements 8
Ω: Winkelgeschwindigkeit
v: Geschwindigkeit des zweiten Schwingungselements in der Richtung der X-Achse
Und aufgrund dieser Corioliskraft F wird das zweite Schwingungselement 8 in der Richtung der Y-Achse in Schwingung versetzt, und die Änderung der Schwingung des zweiten Schwingungselements 8 wird durch jeden der Verschiebungser fassungsabschnitte 21 als eine Änderung der elektrostatischen Kapazität zwischen der schwingungsseitigen Erfassungselektrode 12 und der festseitigen Erfassungselektrode 17 erfaßt, und die Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse kann erfaßt werden.
Nachfolgend wird der Betrieb der Schwingungshinzufügungsabschnitte 22 näher erklärt. Zunächst wird zwischen der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektrode 13 und der festseitigen zusätzlichen Elektrode 19 ein zusätzliches Signal angelegt. Zu diesem Zeitpunkt, zu dem das erste Schwingungselement nicht in Schwingung versetzt ist, wird die elektrostatische Anziehung, die in den Schwingungshinzufügungsabschnitten 22, die oben und unten positioniert sind, erzeugt wird, durch abwechselndes Ziehen des ersten Schwingungselements 6 nach oben und nach unten ausgeglichen.
Wenn dem ersten Schwingungselement 6 durch die Schwingungserzeugungsabschnitte 20 eine Schwingung gegeben wird, wird der Abstand zwischen der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektrode 13 und der festseitigen zusätzlichen Elektrode 19 entweder zu der rechten oder der linken Seite hin unausgeglichen, und die elektrostatische Anziehung ist an der Seite des näheren Abstands erhöht. Dann wird diese erhöhte elektrostatische Anziehung eine Kraft, die in der Richtung der X-Achse hinzugefügt wird, und diese Kraft wird dem ersten Schwingungselement 6 hinzugefügt, um das Schwingungselement 6 mit einer höheren Amplitude in der Richtung der X-Achse in Schwingung zu versetzen. Die Schwingung, die durch den Schwingungshinzufügungsabschnitt 22 hinzugefügt wird, wird gemäß der Verschiebung des ersten Schwingungselements 6 in der Richtung der X-Achse erhöht.
Auf diese Weise ist der Schwingungshinzufügungsabschnitt 22 in der Lage, die Federkonstante des ersten Tragebalkens anscheinend klein zu machen, indem das erste Schwingungselement 6 mit einer hohen Amplitude in Schwingung versetzt wird, um die schwingungsseitige Resonanzfrequenz f1 des Schwingungssystems 9 niedrig zu machen. Falls ferner das zusätzliche Gleichsignal, das zwischen den Elektroden 13, 19 hinzugefügt wird, erhöht wird, ist die hinzugefügte Schwingung erhöht und der Schwingungshinzufügungsabschnitt 22 ist in der Lage, die schwingungsseitige Resonanzfrequenz f1 des Schwingungssystems zu reduzieren und die Frequenz f1 der erfassungsseitigen Resonanzfrequenz f2 des Erfassungssystems 10 in der Richtung der Y-Achse anzunähern.
Als Folge können durch Annähern der schwingungsseitigen Resonanzfrequenz f1 des Schwingungssystems 9 an die erfassungsseitige Resonanzfrequenz f2 des Erfassungssystems 10 und ferner an die Frequenz f0 des Antriebssignals, das an den Schwingungserzeugungsabschnitt 10 angelegt werden soll, das erste Schwingungselement 6 und das zweite Schwingungselement 8 mit einer hohen Amplitude in Schwingung versetzt werden, um die Geschwindigkeit v des Schwingungselements gemäß der Gleichung 2 zu erhöhen. Aufgrund dessen ist die Corioliskraft erhöht und die Verschiebung des zweiten Schwingungselements ist erhöht, und als Folge kann die Winkelgeschwindigkeit, die um die Z-Achse hinzugefügt wird, auf eine sehr genaue Weise erfaßt werden.
Selbst wenn sich aufgrund der Änderung der Federkonstante des ersten Tragebalkens 5, usw. aufgrund Änderungen im Verlauf der Zeit usw. die schwingungsseitige Resonanzfrequenz f1 des Schwingungssystems 9 ändert, ist es ferner bei einem Winkelgeschwindigkeitssensor 1 durch Steuern des zusätzlichen Signals, das von außen an den schwingungsseitigen Hinzufügungsabschnitt 22 hinzugefügt werden soll, möglich, die schwingungsseitige Resonanzfrequenz f1 des Schwingungssystems 9 an die erfassungsseitige Resonanzfrequenz f2 des Erfassungssystems 10 anzunähern. Folglich ist es immer möglich, die Winkelgeschwindigkeit auf eine äußerst genaue Weise zu erfassen und die Zuverlässigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 zu erhöhen.
Da darüber hinaus in dem Schwingungshinzufügungsabschnitt 22 die zugewandten Oberflächen der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektrode 13 und der festseitigen zusätzlichen Elektrode 19 als eine unebene Oberfläche gebildet sind, wie ein Sägezahn, so daß die gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden einander auf schräge Weise zugewandt sind, kann die Schwingungsamplitude des Schwingungselements 6 in der Richtung der X-Achse höher gemacht werden als in dem Schwingungshinzufügungsabschnitt, der unter Verwendung einer kammartigen Elektrodenkonfiguration aufgebaut ist.
Nachfolgend wird basierend auf 5 ein Winkelgeschwindigkeitssensor beschrieben, der auf ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist. Das zweite Ausführungsbeispiel ist gekennzeichnet durch eine Schwingungshinzufügungseinrichtung, die dem Erfassungssystem hinzugefügt ist. Darüber hinaus sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die gleichen Aufbauelemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel und deren Erklärung ist ausgelassen.
Das Bezugszeichen 31 bezeichnet einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der auf das vorliegende Ausführungsbeispiel anwendbar ist. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 31 besteht im wesentlichen aus einer Platine 32 in einer quadratischen Form und einem beweglichen Abschnitt 33, der an der Platine 33 gebildet ist, auf beinahe die gleiche Weise wie der Winkelgeschwindigkeitssensor 1, der in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Der bewegliche Abschnitt 33 besteht aus: vier Trageabschnitten 34, die an den vier Ecken der Platine 32 positioniert sind; vier ersten Tragebalken 35, die sich von jedem der Trageabschnitte 34 in der Richtung der Y-Achse erstrecken; einem ersten Schwingungselement 36, das in der Form eines quadratischen Rahmens gebildet ist, der durch jeden der ersten Tragebalken 35 auf solche Weise getragen wird, daß das erste Schwingungselement 36 von der Oberfläche der Platine 32 beabstandet ist, um in der Richtung der X-Achse verschoben werden zu können; zwei zweiten Tragebalken 37, die sich in der Richtung der X-Achse erstrecken und jeweils von der Mitte der jeweiligen kurzen Seiten des ersten Schwingungselements 36 hervorstehen, und einem zweiten Schwingungselement 38, das in der Form eines H gebildet ist und angeordnet ist, um in der Richtung der Y-Achse durch jeden der Tragebalken 37 in Schwingung versetzt zu werden.
Die ersten Tragebalken 35, das erste Schwingungselement 36 und das zweite Schwingungselement 38 bilden ein Schwingungssystem 39, das in der Richtung der X-Achse schwingt und eine schwingungsseitige Resonanzfrequenz f1 aufweist, und die zweiten Tragebalken 37 und das zweite Schwingungselement 38 bilden ein Erfassungssystem 40, das in der Richtung der Y-Achse in Schwingung versetzt wird und eine erfassungsseitige Resonanzfrequenz f2 aufweist.
Ferner sind bei dem ersten Schwingungselement 36 schwingungsseitige Schwingungselektroden 41, die in einer kammartigen Konfiguration angeordnet sind und aus sieben Elektrodenplatten 41A bestehen, auf jeder der rechten und linken langen Seiten desselben gebildet und stehen von denselben vor, und in der Mitte des Mittelabschnitts des zweiten Schwingungselements 38 erstrecken sich schwingungsseitige Erfassungselektroden 42, die in der Form einer Antenne und aus einem Armabschnitt 42A gebildet sind, nach oben und nach unten. Sechs gleichmäßig beabstandete Elektrodenplatten 42B erstrecken sich nach rechts und nach links von dem Armabschnitt 42A. Außerdem sind auf der rechten und linken Seite des zweiten Schwingungselements 38 schwingungsseitige zusätzliche Elektroden 43 gebildet, deren Außeroberfläche sägezahnförmig und uneben ist.
Die Bezugszeichen 44 bezeichnen feste Abschnitte für die Schwingung, die sich auf der Platine 32 befinden, um das erste Schwingungselement 36 sowohl von der rechten als auch der linken Seite zwischen sich anzuordnen. In jedem der festen Abschnitte 44 sind festseitige Schwingungselektroden 45, die aus sechs Elektrodenplatten 45A bestehen, gebildet, um nach innen vorzustehen.
Die Bezugszeichen 46 bezeichnen feste Abschnitte für die Erfassung, die in dem Raum zwischen den zweiten Tragebalken 37 und dem zweiten Schwingungselement 38 positioniert sind. In jedem der festen Abschnitte für die Erfassung erstrecken sich festseitige Erfassungselektroden 47, die aus Armabschnitten 47A gebildet sind, nach oben und nach unten von sowohl der rechten als auch der linken Seite und weisen sechs Elektrodenplatten 47B auf, die sich von jedem der Armabschnitte 47A nach innen erstrecken.
Die Bezugszeichen 48 stellen feste Abschnitte für die Hinzufügung dar, und jeder der festen Abschnitte für die Hinzufügung ist zwischen dem ersten Schwingungselement 36 und dem zweiten Schwingungselement 38 und an der rechten und linken Seite positioniert. Die Bezugszeichen 49 bezeichnen festseitige zusätzliche Elektroden und jede der festseitigen zusätzlichen Elektroden 49 ist gebildet, um uneben wie ein Sägezahn zu sein, um mit einer der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektroden 43 ineinanderzugreifen, aber beabstandet von derselben zu sein.
Die Bezugszeichen 50 bezeichnen Schwingungserzeugungsabschnitte, und jeder der Schwingungserzeugungsabschnitte 50 besteht aus einer der schwingungsseitigen Schwingungselektroden 41 und einer der festseitigen Schwingungselektroden 45. Und jeder der Schwingungserzeugungsabschnitte 50 wirkt, um zu bewirken, daß das erste Schwingungselement 36 und das zweite Schwingungselement 38 in der Richtung der X-Achse (der Richtung einer ersten Achse) in Schwingung versetzt werden.
Die Bezugszeichen 51 bezeichnen Verschiebungserfassungsabschnitte, und jeder der Verschiebungserfassungsabschnitte 51 besteht aus einer der schwingungsseitigen Erfassungselektroden 42 und einer der festseitigen Erfassungselektroden 47. Und jeder der Verschiebungserfassungsabschnitte 51 erfaßt die Änderung des Abstands zwischen den Elektrodenplatten 42B, 47B als eine Änderung der elektrostatischen Kapazität.
Die Bezugszeichen 52 bezeichnen Schwingungshinzufügungsabschnitte als eine Frequenzeinstelleinrichtung in dem Erfassungssystem 40, und jeder der Schwingungshinzufügungsabschnitte besteht aus einer eines Paars von schwingungsseitigen zusätzlichen Elektroden 43 und einer der festseitigen zusätzlichen Elektroden 49.
Das Erfassen der Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse wird wie folgt durchgeführt.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor 31 fügt dem zweiten Schwingungselement 38 durch den Schwingungshinzufügungsabschnitt 52 eine Kraft in der Richtung der Y-Achse hinzu, wenn das zweite Schwingungselement 38 in der Richtung der Y-Achse in Schwingung versetzt wird, und es eine Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse gibt. Deswegen wird das zweite Schwingungselement 38 mit einer hohen Amplitude in der Richtung der Y-Achse in Schwingung versetzt, die Federkonstante der zweiten Tragebalken 3 wird scheinbar klein gemacht, die erfassungsseitige Resonanzfrequenz f2 des Erfassungssystems 40 wird niedrig gemacht und die erfassungsseitige Resonanzfrequenz f2 des Erfassungssystems 40 kann zu der schwingungsseitigen Resonanzfrequenz f1 des Schwingungssystems 39 angenähert werden. Als Folge kann das zweite Schwingungselement 38 mit hoher Amplitude in der Richtung der Y-Achse schwingen, um das Signal zu erhöhen, das durch den Verschiebungserfassungsabschnitt 21 erfaßt werden soll, und die Erfassungsempfindlichkeit zu erhöhen.
Nachfolgend wird basierend auf 6 ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel erklärt. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird der Schwingungshinzufügungsabschnitt 22 des Winkelgeschwindigkeitssensors 1, der bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, eliminiert. Da andere Aufbauelemente jedoch gleich sind, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet und die Erklärung derselben ist ausgelassen.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor 61 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist gekennzeichnet durch die Gewichte 62 an der oberen Oberfläche der langen Seiten, die rechts und links des ersten Schwingungselements 6 positioniert sind. Jedes der Gewichte 62 ist in der Form eines Dünnfilms gebildet, durch Aufdampfung von Metallen, wie z. B. Au, Ag, usw. Da die Gewichte 62 darüber hinaus auf der rechten bzw. linken langen Seite des ersten Schwingungselements 6 gebildet sind, ist das erste Schwingungselement 6 ausgeglichen.
Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 61 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dienen die Gewichte 62 auf der rechten und linken langen Seite des ersten Schwingungselements 6 als eine Frequenzeinstelleinrichtung. Genauer gesagt, die Masse des ersten Schwingungselements 6 ist schwerer gemacht durch das Gewicht 62, wobei die schwingungsseitige Resonanzfrequenz f1 des Schwingungssystems 9 verringert ist. Als Folge wird die schwingungsseitige Resonanzfrequenz f1 des Schwingungssystems 9 zu der erfassungsseitigen Resonanzfrequenz f2 des Erfassungssystems 10 genähert, und die Erfassungsempfindlichkeit der Winkelgeschwindigkeit Ω kann erhöht werden.
Ferner macht es das Trimmen und die Einstellung des Gewichts 62 durch einen Laserstrahl, einen konzentrierten Ionenstrahl usw. möglich, die schwingungsseitige Resonanzfrequenz f1 zu erhöhen und die Einstellbegrenzungen der schwingungsseitigen Resonanzfrequenz f1 zu erweitern.
Nachfolgend wird mit Bezugnahme auf 7 ein Winkelgeschwindigkeitssensor erklärt, der bei einem vierten Ausfüh rungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann. Hier bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind die gleichen Aufbauelemente mit den gleichen Ausführungsbeispielen versehen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben wurde, und die Erklärung derselben ist ausgelassen.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor 71 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist gekennzeichnet durch ein Gewicht 72, das in der mittleren oberen Oberfläche des zweiten Schwingungselements 8 gebildet ist. Das Gewicht 72 ist in der Form eines Dünnfilms gebildet, durch Aufdampfung von Metallen aus Au, Ag, usw. Und da das Gewicht 72 in dem Mittelabschnitt des Schwingungselements 8 gebildet wird, ist das Schwingungselement 8 ausgeglichen.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor 71 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel weist einen Schwingungshinzufügungsabschnitt 22 auf, der auf gleiche Weise angeordnet ist wie der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; folglich kann die schwingungsseitige Resonanzfrequenz 1 des Schwingungssystems 9 eingestellt werden durch Steuern des zusätzlichen Signals, das an den Schwingungshinzufügungsabschnitt 22 angelegt werden soll. Andererseits kann durch Einstellen des Gewichts des Gewichts 72, das in dem Mittelabschnitt des zweiten Schwingungselements 8 gebildet ist, die erfassungsseitige Resonanzfrequenz f2 des Erfassungssystems 10 eingestellt werden.
Deswegen sind bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor die schwingungsseitige Resonanzfrequenz f1 und die erfassungsseitige Resonanzfrequenz f2 so gemacht, daß dieselben sich einander nähern, durch Einstellen des Gewichts des Gewichts 72, und selbst wenn die Federkonstante der Tragebalken 5, 7 aufgrund von Herstellungsfehlern, Veränderungen im Lauf der Zeit, usw. geändert wird, kann die Einstellung der schwingungsseitigen Resonanzfrequenz f1 des Schwingungssystems 9 durchgeführt werden durch Steuern eines zusätzlichen Si gnals, das an den Schwingungshinzufügungsabschnitt 22 angelegt wird, und dadurch kann die Erfassungsempfindlichkeit der Winkelgeschwindigkeit Ω sicherer erhöht werden.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor, der bei einem fünften Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann, wird in Verbindung mit 8 beschrieben. Das fünfte Ausführungsbeispiel ist gekennzeichnet durch eine Schwingungshinzufügungseinrichtung, die dem Schwingungssystem des Winkelgeschwindigkeitssensors 31 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hinzugefügt wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die gleichen Aufbauelemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie bei dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel, und die Erklärung derselben ist ausgelassen.
Das Bezugszeichen 81 bezeichnet einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der für das vorliegende Ausführungsbeispiel verwendet wird, und obwohl der Winkelgeschwindigkeitssensor 81 beinahe auf die gleiche Weise aufgebaut ist wie der Winkelgeschwindigkeitssensor 31, der bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, unterscheidet er sich dadurch, daß an der oberen und unteren Seite des ersten Schwingungselements 36 des beweglichen Abschnitts 33 erste schwingungsseitige zusätzliche Elektroden 83, deren externe Oberflächen sägezahnförmig und uneben gemacht sind, gebildet sind, und an der rechten und linken Seite des zweiten Schwingungselements 38 zweite schwingungsseitige zusätzliche Elektroden 82, deren äußere Oberfläche sägezahnförmig und uneben sind, gebildet sind.
Die Bezugszeichen 84 sind zunächst zusätzliche feste Abschnitte, die auf der Platine 2 angeordnet sind, um das erste Schwingungselement 36 von der linken und rechten Seite zwischen sich anzuordnen, und an der Seitenoberfläche von jedem der ersten zusätzlichen festen Abschnitte 84 sind erste festseitige zusätzliche Elektroden 85, die sägezahnförmig und uneben sind, gebildet, um ineinanderzugreifen mit, aber beabstandet zu sein von einer der ersten schwingungsseitigen zusätzlichen Elektroden 82.
Die Bezugszeichen 86 stellen zwei der zusätzlichen festen Abschnitte dar, die rechts und links zwischen dem ersten Schwingungselement 36 und dem zweiten Schwingungselement 38 angeordnet sind, und an der Seitenoberfläche von jedem der zweiten zusätzlichen festen Abschnitte 86 sind zweite festseitige zusätzliche Elektroden 87 gebildet, die sägezahnförmig und uneben sind, um ineinanderzugreifen mit, aber beabstandet zu sein von einer der zweiten schwingungsseitigen zusätzlichen Elektroden 83.
Die Bezugszeichen 88 bezeichnen erste Schwingungshinzufügungsabschnitte als eine Frequenzeinstelleinrichtung für das Schwingungssystem, und jeder der ersten Schwingungshinzufügungsabschnitte 88 besteht aus einer der ersten schwingungsseitigen zusätzlichen Elektroden 82 und einer der ersten festseitigen zusätzlichen Elektroden 85.
Die Bezugszeichen 89 bezeichnen zweite Schwingungshinzufügungsabschnitte als eine Frequenzeinstelleinrichtung für das Erfassungssystem 40 dar, und jeder der zweiten Schwingungshinzufügungsabschnitte 89 besteht aus einer der zweiten schwingungsseitigen zusätzlichen Elektroden 83 und einer der zweiten festseitigen zusätzlichen Elektroden 87.
Auf diese Weise kann die schwingungsseitige Resonanzfrequenz f1 des Schwingungssystems 39 eingestellt werden durch Steuern eines zusätzlichen Signals, das an den ersten Schwingungshinzufügungsabschnitt 88 angelegt werden soll, und die erfassungsseitige Resonanzfrequenz f2 des Erfassungssystems 40 kann eingestellt werden durch Steuern eines zusätzlichen Signals, das an den zweiten Schwingungshinzufügungsabschnitt 89 angelegt werden soll.
Aufgrund dessen ist es in dem Winkelgeschwindigkeitssensor 81 möglich, daß sich die schwingungsseitige Resonanzfre quenz f1 und die erfassungsseitige Resonanzfrequenz f2 einander annähern, durch die Einstellung eines zusätzlichen Signals, das an jeden der Schwingungshinzufügungsabschnitte 88, 89 angelegt werden soll, und die Erfassungsempfindlichkeit kann sicher erhöht werden durch die Erhöhung der Amplitude des ersten Schwingungselements 36 in Richtung der X-Achse und der Amplitude des zweiten Schwingungselements 38 in der Richtung der Y-Achse.
Obwohl bei der Beschreibung der mehreren Ausführungsbeispiele der Erfindung die schwingungsseitigen zusätzlichen Elektroden 13 und die festseitigen zusätzlichen Elektroden 19, die die Schwingungshinzufügungsabschnitte 22 bilden, und andere als in einer sägezahnförmigen und unebenen Form gebildet beschrieben wurden, ist klar, daß die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und eine Mehrzahl von kammartigen Elektroden und Elektroden in der Form einer Antenne ebenfalls verwendet werden können.
Ferner wurden bei der Beschreibung der mehreren Ausführungsbeispiele die Schwingungshinzufügungseinrichtung und das Gewicht als getrennt zu dem Schwingungssystem oder dem Erfassungssystem hinzugegeben beschrieben, aber sowohl die Schwingungshinzufügungseinrichtung als auch das Gewicht können dem Schwingungssystem hinzugegeben werden und sowohl die Schwingungshinzufügungseinrichtung als auch das Gewicht können zu dem Erfassungssystem hinzugegeben werden. Darüber hinaus kann die Frequenzeinstelleinrichtung aus verschiedenen Kombinationen zusammengesetzt sein.
Außerdem wurden bei der Beschreibung der mehreren Ausführungsbeispiele die Fälle beschrieben, bei denen die schwingungsseitigen Schwingungselektroden 11 (41) sieben Elektrodenplatten 11A (41A) aufweisen, und die festseitigen Schwingungselektroden 15 (45) sechs Elektrodenplatten 15A (45A) aufweisen, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese beschränkt und mehr oder weniger als die beschriebene Anzahl von Elektrodenplatten können verwendet werden. Durch Erhöhen der Anzahl von Elektrodenplatten kann die Antriebskraft, die in dem Schwingungserzeugungsabschnitt erzeugt wird, erhöht werden.
Darüber hinaus wurden bei der Beschreibung der mehreren Ausführungsbeispiele die Fälle beschrieben, bei denen die schwingungsseitigen Erfassungselektroden 12 (42) sechs Elektrodenplatten 12B (42B) aufweisen, und die festseitigen Erfassungselektroden 16 (47) sechs Elektrodenplatten 16B (47B) aufweisen, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese beschränkt und mehr oder weniger als die beschriebene Anzahl von Elektrodenplatten kann verwendet werden. Durch Erhöhen der Anzahl von Elektrodenplatten können jedoch die Erfassungsempfindlichkeit der Verschiebungserfassungsabschnitte 21 (51) erhöht werden.
Obwohl bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart wurden, werden verschiedene Modi zum Ausführen der Prinzipien, die hierin offenbart sind, als innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Ansprüche angesehen. Daher ist klar, daß der Schutzbereich der Erfindung nicht begrenzt werden soll, außer dies ist in den Ansprüchen anders dargelegt.

Claims

Ein Winkelgeschwindigkeitssensor, der folgende Merkmale umfaßt: ein erstes Schwingungselement (6; 36), das strukturiert und angeordnet ist, um in der Richtung einer ersten Achse (x) in Schwingung versetzt zu werden; ein zweites Schwingungselement (8; 38), das von dem ersten Schwingungselement (6; 36) getragen wird und strukturiert und angeordnet ist, um durch das erste Schwingungselement (6; 36) in der Richtung der ersten Achse (x) und in der Richtung einer zweiten Achse (y) in einem rechten Winkel zu der Richtung der ersten Achse (x) in Schwingung versetzt zu werden, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um eine dritte Achse (z) in rechten Winkeln zu der ersten und zweiten Achse (x; y) an das zweite Schwingungselement (8; 38) angelegt wird; ein Schwingungsgenerator (20; 50), zum Bewirken, daß das erste Schwingungselement (6; 36) in der Richtung der ersten Achse (x) in Schwingung versetzt wird; und einen Verschiebungsdetektor (21; 51) zum Erfassen einer Verschiebung des zweiten Schwingungselements (8; 38) in der Richtung der zweiten Achse (y), wenn die Winkelgeschwindigkeit um eine dritte Achse (z) angelegt wird; einen Frequenzeinsteller (22; 52; 88, 89) zum Einstellen einer Resonanzfrequenz der Schwingung und/oder einer Resonanzfrequenz der Erfassung, wobei der Frequenzeinsteller (22; 52) eine schwingungsseitige zusätzliche Elektrode (13; 43; 82; 83) und eine festseitige zusätzliche Elektrode (19; 49; 85; 87) umfaßt, die der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektrode (13; 43; 82; 83) zugewandt ist.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß Anspruch 1, bei dem die jeweiligen zugewandten Oberflächen der schwingungsseitigen zusätzlichen Elektrode (13; 43; 82; 83) und der festseitigen zusätzlichen Elektrode (19; 49; 85; 87) sägezahnförmig sind.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß Anspruch 1, bei dem der Frequenzeinsteller (22; 52) eine Kraft in der Richtung der ersten Achse (x) zu dem ersten Schwingungselement (6; 36) hinzufügt, wenn das erste Schwingungselement (6; 36) durch den Schwingungsgenerator (20; 50) in der Richtung der ersten Achse (x) in Schwingung versetzt wird.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Frequenzeinsteller (22; 52) eine Kraft in der Richtung der zweiten Achse (y) zu dem zweiten Schwingungselement (8; 38) hinzufügt.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor (61) gemäß Anspruch 1, bei dem der Frequenzeinsteller ein Gewicht (62) ist, das auf dem ersten Schwingungselement (6) angeordnet ist.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor (71) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Frequenzeinsteller ein Gewicht (72) ist, das auf dem zweiten Schwingungselement (8) angeordnet ist.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zum Einstellen der Resonanzfrequenz der Schwingung die schwingungsseitige zu sätzliche Elektrode (13; 43; 82; 83) auf einer Oberfläche des ersten Schwingungselements (6, 36) gebildet ist, und die festseitige zusätzliche Elektrode (19; 49; 85; 87) auf einem Haltebauglied (2; 32) befestigt ist.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem zum Einstellen der Resonanzfrequenz der Erfassung die schwingungsseitige zusätzliche Elektrode auf dem zweiten Schwingungselement gebildet ist, und die festseitige zusätzliche Elektrode auf dem ersten Schwingungselement befestigt ist.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Frequenzeinsteller (22; 52) bewirkt, daß die Resonanzfrequenz der Schwingung etwa gleich der Resonanzfrequenz der Erfassung ist.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, der ferner eine Platte (2; 32) umfaßt, wobei das erste Schwingungselement (6; 36) durch erste Tragebalken (5; 35) von der Platte getragen wird, wobei das zweite Schwingungselement (8; 38) durch zweite Tragebalken (7; 37) von dem ersten Schwingungselement (6; 36) getragen wird, wobei die Verschiebungserfassungseinrichtung (21; 51) eine Verschiebung des zweiten Schwingungselements (8; 38) in der Richtung der zweiten Achse (y) erfaßt, wenn die Winkelgeschwindigkeit um die dritte Achse (z) angelegt wird, und wenn die Schwingungserzeugungseinrichtung (20; 50) bewirkt, daß das erste Schwingungselement (6; 36) in der Richtung der ersten Achse (x) in Schwingung versetzt wird, und wobei der Frequenzeinsteller (22; 52) die Resonanzfrequenz der Schwingung einstellt, wenn das erste Schwingungselement (6; 36) durch die Schwingungserzeugungseinrichtung (20; 50) in der Richtung der ersten Achse (x) in Schwingung versetzt wird, und die Resonanzfrequenz der Erfassung einstellt, wenn das zweite Schwingungselement (8; 38) durch eine Winkelgeschwindigkeit, die um die dritte Achse (z) angelegt wird, in der Richtung der zweiten Achse (x) in Schwingung versetzt wird.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß Anspruch 1, bei dem die schwingungsseitige zusätzliche Elektrode (13; 43; 82; 83) an einer äußeren Endoberfläche des ersten Schwingungselements (6; 36) in der Richtung der zweiten Achse vorgesehen ist, und wobei die festseitige zusätzliche Elektrode (19; 49; 85; 87) außerhalb des ersten Schwingungselements (6, 36) in der Richtung der zweiten Achse vorgesehen ist.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß Anspruch 1, bei dem die schwingungsseitige zusätzliche Elektrode (13; 43; 82; 83) an einer äußeren Endoberfläche des zweiten Schwingungselements vorgesehen ist, und wobei die festseitige zusätzliche Elektrode zwischen dem ersten Schwingungselement (6; 36) und dem zweiten Schwingungselement (8; 38) vorgesehen ist.