DE2139174C

DE2139174C - Piezoelektrische keramische Resonatoranordnung

Info

Publication number: DE2139174C
Application number: DE19712139174
Authority: DE
Inventors: Takashi Ikeda; Kuwano Satoshi Toyonaka; Sasaki Reiichi Hirakata; Osaka Nagata (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Filing date: 1971-07-30
Publication date: 1973-03-29

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische keramische Resonatoranordnung mit einem piezoelektrischen keramischen Resonator mit zwei ·.·..: gegenüberliegenden Hauptflächen angebrachten Elektroden, einem Glaskolben, in dem der piezo-•i.a-irimh.' keramische Resonator durch ein Paar Kontakteinrichtungen an den Elektrodenflachen gehaltert ist. und mit sich durch den Glaskolben hindurch erstreckenden elektrischen Zuleitungen an den Kontakteinriehtuncen.

Es ist bekannt."daß piezoelektrische Quarz- oder Keramikresonatoren sich zu mechanischen Schwingungen auf einer Betriebsfrequenz erregen lassen. Die Resonatoren müssen sorgfältig gehaltert sein, damit die Halterung keine Störschwingungen und damit

ίο unerwünschte Neuenresonap.zen einführt. Um die Halterungsprobleme zu bewältigen, werden die Resonatoren vielfach an nachgiebigen Anschlüssen elastiscn gehaltert; diese Anordnung ist als »Druckhalterung« bekannt.

Die US-PS 2 384 756 lehrt die typische Druckhalterung eines Quarzresonators. In der US-PS 2 639 393 ist eine Druckhalterung für mehrere Quarzresonatoren gezeigt. In der US-PS 3 299 301 ist eis; piezoelektrisches Keramikfilter offenbart, bei dem

mehrere Keramikresonatoren elastisch gehaltert sind.

Eine Quarzhalterung in einem Glaskolben zwecke

Evakuierung ist in der US-PS 2 266 070 beschrieben

Weiterhin offenbart die US-PS 3 008 060 eine

Halterung für einen piezoelektrischen Quarz, der

»5 luftdicht in -inen Glaskolben eingeschlossen ist. Die DT-PS 532 549. die GB-PS 287 175 und die GB-PS 477 344 zeigen weitere Möglichkeiten, Quarz luftdicht in einem Glaskolben zu haltern.

Bei den oben beschriebenen Anordnungen werden der Quarz, die Halterung und Glaskolben unabhängig voneinander zusammengebaut. Der Quarz muß also bereits vor dem Verschließen des Glaskolbens in geeigneter Weise gehaltert sein.

Bei der Verwendung von piezoelektrischem Keramikmaterial ist der Einsatz eines Glaskolbens auf Schwierigkeiten gestoßen, da die Curie-Temperatur der piezoelektrischen Keramik unter 600⁰C lieg'.: verg!. »Piezoelectric Transducer Materials« in Proc. IEEE.. Bd. 53, Nr. 10, Oktober 1965, S. 1372 bis

.10 1386. Tabelle IV. Es war also bis jetzt nicht möglich, einen in einen Glaskolben eingesetzten Kerarnikresonator praktisch zu verwirklichen.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, eine piezoelektrische keramische Resonatoranordnung mit einem Glaskolben zu schaffen, bei der der Keramikresonator s'ch einfach und !eicht mit vorbestimmten! Druck und ohne Störresonanzen montieren läßt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die beiden Kontakteinrichtungen den piezoelektrischen Keramikresonator mit dem vorbestimmten Druck eines Gewichtes haltern und der vorbestimmte Druck an den Enden des Glaskolbens aufrechterhalten wird, an denen ein Paar elektrischer Leiterdrähte in axialer Ausrichtung luftdicht in den Glaskolben eingeführt sind.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung befindet sich zwischen dem piezoelektrischen Keramikresonator und der anderen Kontakteinrichtung ein aku-

6c stischcr Dämpfer aus leitendem Gummi. Mit dieser Anordnung lassen sich unerwünschte Schwingungen sehr wirkungsvoll beseitigen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein akustischer Dämpfer aus w'armeschrumpfbarem Schlauch auf den Umfang des piezoelektrischen Keramikresonators aufgeschrumpft. Auch mit dieser Anordnung lassen sich unerwünschte Schwingungen sehr wirksam eliminieren.

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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Woiframdraht. Das eine Ende dieses Drahtes stellt

%iird der vorbestimmte Druck eines Gewichtes zu- einen elastischen Punktkontakt mit der Elektroden-

iätzlich eingestellt, indem man den elektrischen Zu- fläche 2 her, und der Resonator 10 ist zwischen dem

leitungs iraht an die Kontakteinrichtung anschließt, federnden feinen Draht und dem nageiförmigen Kopf

<}en elektrischen Leiterdraht in den Endteil des Glas- :< stabil gelagert. Das andere Ende des federnden feinen

löhrchens einschmilzt, den Keramikresonator mit sei- Drahtes ist an dem einen Ende des Leiterdrahtes 11

Her gegenüberliegenden Elektrodenfläche auf die befestigt. Bei dieser Ausführungsform wird der Re-

Kontakteinrichtung legt, die elektrische Konttiktein- sonator 10 von zwei Kontaktmitteln mit einem Flä-

lichtung mit einem weiteren elektrischen Leiterdraht chen- und einem Punktkontakt getragen. In der

unter dem vorherbestimmten Druck des Gewichtes io Praxis können auch Punkt- oder Flächenkontakte

auf den keramischen Resonator herabdrückt, den allein verwendet werden. Bei der Halterung des kera-

Claskolben an der Öffnung, durch die der andere mischen Resonators mit dem vorherbestimmten

elektrische l.citurdraht sich erstreckt, dicht ver- Druck ist eine der erforderlichen Bedingungen, daß

schließt, um das Glasgehäuse, das die elastische von den beiden Kontaktmitteln wenigstens ein Kon-

Kontakteinrichtung mit vorbestimmtem Druck hält, 15 taktmittel in der Längserstreckung der Leiierdrähie

auszubilden, und den Keramikresonator und die Kon- federnd wirkt.

takteinrichtung luftdicht abdichtet. Hierbei ist vor- Um eine gute Glasversiegelung zu erreichen, solion teilhaft, daß die Anordnung sich sehr einfach und die Wärmeexpansionskoeifizien' ..i der beiden Leiterkompakt zusammensetzen läßt. drähte 11 und 12 möglichst gleich (¹Cm Ausdehnungs-Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich 20 koefnzienten des Glaskolbens 20 sein. Z. B. können aus der folgenden Beschreibung und den Zeich- mit Leiterdrähten aus Eisen-Nickel-Legieningen und nungen. mit einem Kolben aus Weichglas gute luftdichte Ver

Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform siegelungen hergestellt werden. Besonders gut ge

einer keramischen Resonator-Anordnung nach der eignet ist eine Kombination von Dumet-Drähten und

vorliegenden Erfindung. 35 Bleiglas. Der innenraum 30 des Glaskolbens 20 wird

FMg. 2 und 3 sind Schnitte durch weitere Aus- mit trockener Luft gefüllt, um mit Sicherheit ein staführungsformen der Keras..ikresonator-Anordnung biles Arbeiten des keramischen Resonators zu crunch der Erfindung. reichen. Ist beispielsweise ein inertes Gas erforder

Fig. 4 erläutert zeichnerisch die Durchführung ■ lieh, so kann der Innenraum 30 während des Vertier vorliegenden Erfindung. 30 siegelns des Glaskolbens mit dem inerten Gas gefüllt

Der in der Fig. 1 dargestellte keramische Resona- werden.

tor 100 als Ganzes weist den eigentlichen kera- Die Fig. 2 und 3 zeigen abgeänderte Ausführun-

mischen Resonator 10 und einen Glaskolben 20 auf. gen der Einrichtung nach der Fig. 1, uub-ji die

Der keramische Resonator wird an den Elektroden- einander gleichen oder entsprechenden Bauteile mil

flächen 2 und 3 unter einem vorherbestimmten Druck 35 den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei einem

von zwei Kjntaktmitteln 15 .und 17 getragen, mit piezoelektrischen keramischen Resonator ist oftmals

denen die elektrischen Leiterdrähte 11 und 12 ver- eine akustische Dämpfung erforderlich, um eine uner-

bunden sind. Die Leiterdrähte 11 und 1? sind durch wünschte Ansprache in der Nähe der Hauptreso-

die Wandung des Glaskolbens 20 hindurchgeführt nanzfrequenz zu vermeiden. Bei dem Resonator

und an den betreffenden Durchführungsstellen 14 40 nach der Fig. 2 ist zwischen dem Kontaktmittel 17

und 13 luftdicht abgedichtet. und dem keramischen Resonator 10 ein akustisches

Der keramische Resonator 10 besteht aus einem Dämpfungsmittel angeordnet. Ein Gemisch aus piezoelektrischen keramischen Körper 1, an dessen Xylen, Silikongummi und Silberpulver wirkt gut als beiden entgegengesetzten Seiten die zwei Elektro- akustisches Dämpfungsmittel 18 bei der Beseitigung den 2 und 3 angebracht sind. Der Resonator schwingt ₄₅ einer unerwünschten Ansprache bei guter elektrischer bei einer gewählten Hauptresonanzfrequenz. Die Leitfähigkeit. Als ein Beispiel aus der Praxis sei an-Curietempcratur des piezoelektrischen keramischen geführt, daß ein 10,7 MHz-Resonator (keramisch), Körpers muß höher sein als 160⁰C, um ein Schwin- der nach dem Dicken-Abscher-Modus schwingt, mit den der piezoelektrischen Wirksamkeit zu v>_.meiden, Enoig gehaltert werden kann unter Verwendung des nachdem der Resonator in den Glaskolben bei einer 50 akustischen Dämpfungsmittels, das aus dem genannhohen Temperatur eingeschlossen worden ist. Ein für ten Gemisch aus Xylen, Silikongummi und Silberpuleinen solchen Resonator geeignetes piezoelektrisches ver besteht, wobei die unerwünschte Ansprache Material ist eine Feststofflösung aus Blei-Zirkonat- wesentlich vermindert wird. Das Gemisch besteht Titanat und/oder deren Abwandlungen. Dieses Ma- gewichtsmäßif, aus 65% Xylen, 12 ⁿ/o Silikongummi terial ist für die Zwecke der Erfindung deswegen be- 55 und 23 °/_u Silberpulver und weist als akustisches sonders gut geeignet, weil dessen Curietemperatur Dämpfungsmittel eine gute Wirkung bei der Beim allgemeinen über 400° C beträgt und damit ver- scitigung einer unerwünschten Ansprache auf.
hältnismäßig höher liegt als die anderer Materialien. Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung des aku-Dic Elektroden 2 und 3 werden an den betreffenden stischen Dämpfers 18, der bei der piezoelektrischen Seiten des piezoelektrischen Körpers unter Anwen- 60 keramischen Einrichtung nach der Erfindung verdung herkömmlicher Verfahren aufgebracht, z.B. wendet werden kann. Das in der Fig. 3 dargestellte durch Brennen einer Silberfarbe und/oder durch elek- akustische Dämpfungsmittel 18 besteht aus einem trofreies Plattieren. wärmeschrumpfbaren Kunststoffschlauch. Dieser

Die Kontakteinricrur.ng 12 besteht aus einem Kunststoffschlauch 18 muß bei einer Temperatur

nagelkopfförmigen Teil am Ende des Leiterdrahtes 65 unter 180" schrumpfbar sein und auf den kera-

12. Die ebene Seite des Nagelkopfes trägt den Reso- mischen Resonator 10 passen. Für den akustischen

nator 10. Das andere Kontaktmittel 15 besteht aus Dämpfer 18 können verschiedene Kunststoffe ver-

einem schlangenlinienförmig ausgestalteten feinen wendet werden, z. B. Teflon. Neoplan oder Poly-

ithylen. Der akustische Dämpfer ist besonders wirksam bei einem piezoelektrischen keramischen Resonator, der Dickenschwingungen ausführt, z. E. nach dem Dicken-Abscher-Modus bei einer Frequenz von mehr als 1 Megahertz.

Die oben beschriebene piezoelektrische keramische Einrichtung kann nach den nachstehend beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Eines dieser Verfahren wird unter Hinweis auf die Fig. 4 beschrieben. Der Boden des Glaskolbens 20, durch den der Leiterdraht 12 am Teil 13 abgedichtet hindurchgeführt ist, wird auf eine Unterlage 25 so aufgesetzt, daß das oben offene Ende 29 des Glasrohr 31 nach oben gerichtet ist. Hiernach wird der keramische Resonator 10 auf die Kontakteinrichtung 17 aufgesetzt, und der durch Wärme schrumpfbare Kunststoffschlauch 18 wird auf den Resonator aufgeschoben. Der Leiterdraht 11 mit dem an diesem angebrachten gewundenen Kontaktdrähtchen 15 wird durch ein Führungsglied 26 und durch die Öffnung 29 hindurchgeführt und mit dem Resonator 10 in Berührung gebracht. Der vom Kontaktdrähtchen 15 auf den Resonator 10 ausgeübte Druck wird von einem auf das obere Ende des Leiterdrahtes 11 einwirkenden Gewicht 27 bestimmt. Am offenen Ende 29 des Glasrohres 31 ist eine elektrische Heizwicklung 22 angebracht. Bei dieser Anordnung kann die Ansprache des Resonators unter Benutzung der beiden Leiterdrähte überprüft werden, wobei der günstigste

ίο Haltcrungsdruck durch Verändern der Schwere des Gewichtes 27 bestimmt werden kann. Nachdem alle erforderlichen Maßnahmen getroffen worden sind, wird das Glasrohr 21 am Leiterdraht 11 verschlossen und versiegelt, zu welchem Zweck durch die Heizwicklung 22 über die Anschlüsse 23, 24 ein elektrischer Strom geleitet wird. Während des Versiegclns des Glaskolbens wird die Temperatur des Resonators 10 auf 100 bis 15O⁰C gehalten, so daß der Kunststoffschlauch 18 auf dem Resonator zum

ao Schrumpfen gebracht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Piezoelektrische Keramikresonator-Anordnung mit einem piezoelektrischen Keramikresonator mit zwei an gegenüberliegenden Hauptfiächen angebrachten Elektroden, einem Glaskolben, in dein der piezoelektrische Keramikresonator mittels zweier Kontakteinrichtungen an den Hlektrodenfliichen gehaltert ist, und an den Kontakteimrichtungen vorgesehenen elektrischen Zuleitungrdrähten, die sich durch den Glaskolben erstrecken, daduich gekennzeichnet, daß die beiden Kontak;einrichtungen (15. 17) den piezoelektrischen Keramikresonator (10) mit dem vorbestimmten Druck eines Gewichtes (27) haltern und der vu: bestimmte Druck an den F.ndteilen (13, 14) des Glaskolbens (20) aufrechterhalten wird, an denen ein Paar elektrischer Leiterdrahte (11, 12) senkrecht in axialer Ausrichlung luftdicht in den Glaskolben (20) eingeführt sind.

2. Piezoelektrische Keramikresonator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich /wischen dem piezoelektrischen Keramikresonator (10) und der anderen Kontakteinrichtung (17) ein akustischer Dämpfer (13) aus leitendem Gummi befindet.

3. Piezoelektrische Keramikresonator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein akustischer Dämpfer (18) aus w'armeschrunipfbarem Schlauch auf den Umfang des piezoelektrischen Keramikresonators (10) aufgeschrumpft ist.

4. Piezoelektrische Keramikresonator-Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Druck des Gewichtes (27) zusätzlich eingestellt wird, indem man den elektrischen Leiterdraht an die Kontakteinrichtung anschließt, den elektrischen Leiterdraht (12) am Endteil (13) des Glaskolbens (31), in dem sich eine Öffnung (29) befindet, einschmilzt, indem man das Gebiet, wo der Leiterdraht (12) aus dem Kolben (31) heraustritt schmilzt, und indem man dem Keramikresonntor (10) mit der gegenüberliegenden ElektroderuTäche (3) auf die Kontakteinrichtung (17) legt, die elektrische Kontakteinrichtung (15) mit einem weiteren elektrischen Leiterdraht (Ii) unter dem vorbestimmten Druck des Gewichtes (27) gegen den Keramikresonator

(10) drückt, den Glaskolben (31) an der öffnung (29), durch die der andere elektrische Leiterdraht

(11) verläuft, verschließt, um das Glasgehäuse (20), das die elastische Kontakteinrichtung (15) unter dem vorbestimmten Druck hält, at.szubilden, und den Keramikresonator (10) und die Kontakteinrichtungeri (17, 15) luftdicht abdichtet.