DE2346978C3

DE2346978C3 - Electromechanical transducer for torsional vibrations and process for its production

Info

Publication number: DE2346978C3
Application number: DE19732346978
Authority: DE
Inventors: Kikuo; Futami Takehiro; Tokio Doi
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1972-09-19
Filing date: 1973-09-18
Publication date: 1976-11-18

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandler für Torsionsschwingungen mit wenigstens einem rechteckigen piezoelektrischen Keramikkörper, der zwei gegenüberliegende Hauptflächen in der Längserstreckung und Seitenflächen zwischen den Hauptflächen in der Quererstreckung besitzt, und mit zwei Elektroden, die an die Hauptflächen grenzen.The invention relates to an electromechanical converter for torsional vibrations with at least a rectangular piezoelectric ceramic body which has two opposite major surfaces in the Has longitudinal extension and side surfaces between the main surfaces in the transverse extension, and with two electrodes that adjoin the main surfaces.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wandlers.The invention also relates to a method for manufacturing such a transducer.

Wandler der vorstehenden Art können in mechanischen Filtern verwendet werden, die vor allem in Multiplexnachrichtensystemen von besonderer Wichtigkeit sind. Je höherwertiger die Multiplexverbindungen sind, um so höher sind die Anforderungen an einen in dem System verwendeten Filter, insbesondere hinsichtlich seiner Selektivität und seiner Stabilität. Transducers of the above type can be used in mechanical filters, especially in Multiplex messaging systems are of particular importance. The higher the quality of the multiplex connections are, the higher are the requirements on a filter used in the system, in particular in terms of its selectivity and its stability.

In diesem Zusammenhang muß ein Filter einen Q-Wert und eine Stabilität besitzen, die um mehrere Größenordnungen höher liegen als die entsprechenden Werte eines Filters, der herkömmliche elektrische Schaltelemente (Spulen und Kondensatoren) umfaßt, weil sein mechanischer Vibrator oder Resonator aus einem elastisch unveränderbaren Materia/ besteht. Weitere wichtige Eigenschaften eines mechanischen Filters sind seine gedrungene Bauweise, seine Sicherheit und seine hohe Leistung.In this context, a filter must have a Q value and a stability around several Orders of magnitude higher than the corresponding values of a filter, the conventional electrical Switching elements (coils and capacitors) includes, because its mechanical vibrator or resonator an elastically unchangeable materia / consists. Other important properties of a mechanical Filters are its compact design, its safety and its high performance.

Bei einem mechanischen Resonator ist die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz und seiner Größe klar bestimmt durch die Art dei Schwingung. Zum Beispiel wird die Resonanzfrequenz für eine longitudinale oder torsionale Schwingung und für eine Biegeschwingung durch die Länge und Stärke bestimmt. Bei einer longitudinalen und einer torsionalen Schwingung, die in einem mechanischen Resonator häufig verwendet werden, ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der longitudinalen Schwingung wesentlich höher als die der torsionalen Schwingung. Mit höherer Fortpflanzungsgeschwindigkeit ist ein mechanischer Resonator von gegebenen Abmessungen mit einer höheren Resonanzfrequenz versehen. Die torsionale Schwingung ist daher im Hinblick auf eine Miniaturisierung eines mechanischen Resonators vorteilhaft und erlaubt außerdem einen hohen Q-Wert und hohe Stabilität.In a mechanical resonator, the relationship between the resonance frequency and its size is clearly determined by the type of vibration. For example, the resonance frequency for a longitudinal or torsional vibration and for a bending vibration is determined by the length and strength. In the case of a longitudinal vibration and a torsional vibration which are often used in a mechanical resonator, the propagation speed of the longitudinal vibration is much higher than that of the torsional vibration. With higher propagation speed, a mechanical resonator of given dimensions is provided with a higher resonance frequency. The torsional oscillation is therefore advantageous with regard to miniaturization of a mechanical resonator and also allows a high Q value and high stability.

Aus der DT-OS 15 91 281 ist bereits ein elektromechanischer Wandler für Torsionsschwingungen vorgeschlagen worden, der ein piezoelektrisches Keramikteil aufweist. Bei diesem Wandler sind jedoch mindestens drei Elektroden erforderlich, so daß es sich um eine Vierpolanordnung mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen handelt. Die Polung des piezoelektrischen Keramikteiles erstreckt sich im wesentlichen nur parallel zur Längserstreckung (an der Förder- und Rückseite).From DT-OS 15 91 281 there is already an electromechanical one Transducer for torsional vibrations has been proposed, which is a piezoelectric ceramic part having. In this transducer, however, at least three electrodes are required so that it is a four-pole arrangement with two inputs and two outputs. The polarity of the piezoelectric Ceramic part extends essentially only parallel to the longitudinal extension (on the conveyor and back).

Aus der DT-AS 12 34 276 ist ein elektromechanischer Wandler bekannt, bei dem nur eine Hälfte des Keramikkörpers von einer Elektrode bedeckt ist.From the DT-AS 12 34 276 is an electromechanical one Known transducer in which only half of the ceramic body is covered by an electrode.

Aus der US-PS 27 42 614 ist ein elektromechanischer Wandler bekanntgeworden, bei dem das Keramikteil nur über einen Teil seiner Lärje gepolt ist. Außerdem ist dort der Elektrodenbereich sehr klein.From US-PS 27 42 614 an electromechanical converter is known in which the ceramic part is only polarized over part of its larje. In addition, the electrode area there is very small.

Aus der DT-OS 15 41 956 ist ein elektromechanischer Wandler bekanntgeworden, der aus einem flachen, ringförmigen Körper besteht, der radial polarisiert ist und dessen Schwingung vorzugsweise in radialer Richtung erfolgt.From DT-OS 15 41 956 an electromechanical converter has become known, which consists of a flat, ring-shaped body which is radially polarized and whose oscillation is preferably in radial direction takes place.

Aus der DT-OS 19 42 768 ist schließlich ein elektromechanischer Wandler bekanntgeworden, bei dem eine piezoelektrische Keramikplatte in Längsrichtung gepolt ist und die als Biegeschwinger arbeitet.From DT-OS 19 42 768 there is finally an electromechanical one Transducer became known in which a piezoelectric ceramic plate in the longitudinal direction is polarized and works as a flexural oscillator.

All diesen bekannten elektromechanischen Wandlern ist gemeinsam, daß das erstrebte Ziel, einen >!;<>hen Gütefaktor Q bei hoher Frequenzstabilität und kleinem Kapazitanzverhältnis und großer elektrostatischer Kapazität, nicht in zufriedenstellendem Maße erreicht worden ist.All these known electromechanical transducers have in common that the desired goal of a>!;<> High quality factor Q with a high frequency stability and a small capacitance ratio and a large electrostatic capacity has not been achieved to a satisfactory extent.

Eine wirksame Maßnahme zur Erhöhung des Gütefaktors Q und der Frequenzstabilität ist die Verwendung eines Keramikteiles mit einem mechanischen Resonator, der im allgemeinen aus einem elastisch invariablen Material besteht. Die bloße Kombination mehrerer Keramikteile ist jedoch unerwünscht, weil das Kapazitanzverhältnis dabei in unerwünschter Weise vergrößert wird. Außerdem stellt es fertigungstechnische Schwierigkeiten dar, mehrere piezoelektrische Keramikteilchen aneinander zu setzen, bei denen die Polung an jedem Einzelkörper durchgefüLrt werden muß.An effective measure to increase the quality factor Q and the frequency stability is the use of a ceramic part with a mechanical resonator, which generally consists of an elastically invariable material. The mere combination of several ceramic parts is undesirable because the capacitance ratio is thereby increased in an undesirable manner. In addition, it represents manufacturing difficulties to put several piezoelectric ceramic particles together, in which the polarity must be carried out on each individual body.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eiuen elektromechanischen Wandler der eingangs genannten Art mit Torf ionsschwingungen anzugeben, der ein piezoelektrisches Keramikteil von einfacher Gestalt aufweist. Der Wandler soll außerdem einen hohen mechanischen Gütefaktor, eine niedrige Impedanz und ein ausreichendes Kapitanzverhältnis besitzen und soll in einem Signalfilter füi Nachrichtenübertragungskanäle einsetzbar sein. The object of the invention is therefore to provide an electromechanical Specify converter of the type mentioned with peat ion vibrations, which is a piezoelectric Has ceramic part of simple shape. The converter should also have a high mechanical Have a quality factor, a low impedance and a sufficient capitance ratio and should be usable in a signal filter for communication channels.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Keramikkörper entlang den Seitenflächen in Richtung auf die entgegengesetzten Enden einer der beiden Diago- 3» nalen der Hauptnächen entgegengesetzt gepolt ist.This object is achieved in that the ceramic body along the side surfaces in the direction of the opposite ends of one of the two diagonals of the principal surfaces is polarized in opposite directions.

Hieraus ergibt sich gegenüber herkömmlichen elektromechanischen Wandlern vorteilhafterweise ein erhöhter Gütefaktor Q, eine niedrigere Impedanz und ein bemerkenswert kleines Kapazitanzverhältnis. Wciterhin ist die Herstellung dieses Wandlers besonders einfach, da nicht mehrere piezoelektrische Keramikteile aneinanderzusetzen sind, sondern nur ein piezoelektrischer Keramikkörper erforderlich ist. Außerdem wird die Polung nicht an jedem Einzelkörper durchgeführt, sondern vorteilhafterweise an einem größeren piezoelektrischen Block, der anschließend in einzelne gepolte Körper zerteilt wird. Schließlich ist die Anzahl der erforderlichen mechanischen Resonatoren klein, vorzugsweise handelt es sirh nur um einen einzigen.This advantageously results in an increased quality factor Q, a lower impedance and a remarkably small capacitance ratio compared to conventional electromechanical converters. Furthermore, the manufacture of this transducer is particularly simple, since several piezoelectric ceramic parts do not have to be attached to one another, but only one piezoelectric ceramic body is required. In addition, the poling is not carried out on each individual body, but advantageously on a larger piezoelectric block, which is then divided into individual polarized bodies. Finally, the number of mechanical resonators required is small, preferably only a single one.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen des erfindun.gsgemäßen Wandlers ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.Advantageous designs and developments of the converter according to the invention result from the features of the subclaims.

Das Verfahren zur Herstellung des erfir dungsgemäßen Wandlers besteht darin, daß ein langgestreckter Block aus piezoelektrischem Keramikmaterial mit einem die Gestalt der herzustellenden scheibenförmigen Keramikkörper aufweisenden rechteckigen Querschnitt entlang seinen Längskanten mit Elektroden versehen wird und jeweils zwei Elektroden entlang diagonal gegenüberliegenden Längskanten mit je einem elektrischen Leiter verbunden werden, daß die Leiter an die Pole einer Gleichstromquelle angeschlossen und nach der Polung des Keramikblockes dieser zur Bildung von einzelnen scheibenförmigen Keramikkörpern senkrecht zu den Längskanten aufgeschnitten wird.The method for producing the converter according to the invention is that an elongated Block made of piezoelectric ceramic material with a disk-shaped shape to be produced Ceramic body having a rectangular cross-section along its longitudinal edges Electrodes is provided and two electrodes each along diagonally opposite longitudinal edges be connected to one electrical conductor each, that the conductor to the poles of a direct current source connected and after the polarity of the ceramic block this to the formation of individual disk-shaped Ceramic body is cut perpendicular to the longitudinal edges.

An Hand von schematischen Zeichnungen wird die Erfindung für Ausführungsbeispiele mehr im einzelnen beschrieben und erläutert. In den Zeichnungen zeigtThe invention is illustrated in more detail for exemplary embodiments with reference to schematic drawings described and explained. In the drawings shows

Fis. I einen elektromechanischen Wandler gemäß einem ersten Ausfühiungsbeispiel nach der Erfindung. F sharp. I an electromechanical converter according to a first Ausfühiungsbeispiel according to the invention.

F i g. 2 einen piezoelektrischen Keramikblock, der gepolt wird,F i g. 2 a piezoelectric ceramic block that is polarized,

F i g. 3 einen elektromechanischen Wandler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, F i g. 3 shows an electromechanical converter according to a second exemplary embodiment according to the invention,

F i g. 4 einen dritten Wandler nach der Erfindung ähnlich dem nach F i g. 3,F i g. 4 shows a third converter according to the invention, similar to that according to FIG. 3,

F i g. 5 einen elektromechanischen Wandler gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,F i g. 5 shows an electromechanical converter according to a fourth exemplary embodiment according to the invention,

F i g. 6 einen elektromechanischen Wandler gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel nach der Erfindung undF i g. 6 shows an electromechanical converter according to a fifth exemplary embodiment according to the invention and

F i g. 7 einen mechanischen Filter mit zwei elektromechanischen Wv Tdlern nach der Erfindung.F i g. 7 shows a mechanical filter with two electromechanical Wv Tdlern according to the invention.

In Fig. 1 umfaßt der elektromechanische Wandler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ein piezoelektrisches Keramikteil 11 von rechteckiger Gestalt, wobei gegenüberliegende Seitenflächen entgegengesetzt gepolt sind, so daß die zurückbleibende Polarisation zu den entgegengesetzten Enden einer Diagonale des Keramikteiles 11 gerichtet sein kann, wie die gestrichelten Linien zeigen. Das piezoelektrische Material kann z. B. Bariumtit;inat (BaTiO₃) oder eine feste Lösung aus Bleititanat (PbTiOj,) und Bleizirkonat (PbZrO₁) sein.In Fig. 1, the electromechanical transducer according to a first embodiment of the invention comprises a piezoelectric ceramic part 11 of rectangular shape, with opposite side surfaces being polarized in opposite directions, so that the remaining polarization can be directed to the opposite ends of a diagonal of the ceramic part 11, such as the dashed lines show. The piezoelectric material can e.g. B. barium titanium (BaTiO ₃ ) or a solid solution of lead titanate (PbTiOj,) and lead zirconate (PbZrO ₁ ).

In Fig. 2 ist ein Block 12 aus piezoelektrischem Material mit Elektroden 13, 14, 15 und 16 entlang den Seitenkanten des Blockes versehen. Die Elektroden 13 und 15 entlang den diagonal gegenüberliegenden einen Kanten sind an diagonal gegenüberliegenden Ecken mit der einen Leitung 17 und die Elektroden 14 und 16 entlang den verbleibenden anderen Kanten sind an entgegengesetzt diagonal gegenüberliegenden Ecken mit einer weiteren Leitung 18 verbunden. Die Leitungen 17 und 18 sind an die Pole einer Gleichstromquelle 19 zur Erzeugung eines starken Gleichstromfeldes in dem Block 12 angeschlossen. Die Gleichstromquelle ist hier durch eine Ba:terie angedeutet. Nach der Polung wird der Block 12 in eine Anzahl flacher piezoelektrischer Keramikteile entsprechend dem plattenförmigen Keramikteil 11 geschnitten.In Fig. 2 is a block 12 of piezoelectric material with electrodes 13, 14, 15 and 16 along the side edges of the block. The electrodes 13 and 15 along the diagonally opposite one another one edges are at diagonally opposite corners with one line 17 and electrodes 14 and 16 along the remaining other edges are at opposite diagonals opposite corners connected to a further line 18. Lines 17 and 18 are to the poles of a direct current source 19 for generating a strong direct current field in the block 12 connected. The direct current source is indicated here by a battery. After the polarity the block 12 is divided into a number of flat piezoelectric ceramic parts corresponding to the plate-shaped Ceramic part 11 cut.

Zurück zu Fig. 1, so umfaßt der elektromechanische Wandler einen mechanischen Vibrator oder Resonator 21 aus einem elastisch beständigen Material mit wenigstens einer ebenen Fläche 22. Das Keramikteil 11 wird an der ebenen Fläche mit einem elektrisch leitenden Bindemittel befestigt. Die freie Fläche des Keramikteiles 11 wird mit einer Elektrode 23 bedeckt. Leitungen 26 und 27 sind mit der Elektrode 23 und dem mechanischen Resonator 21 verbunden, zwischen denen eine Wechselstromquelle 29 zum Betrieb des elektromechanischen Wandlers geschaltet ist. Es ist damit deutlich, daß der mechanische Resonator 21 auch als Elektrode dient, wobei die Elektrode an der ihr zugewandten Hauptflächc des Keramikteiles 11 anliegt.Returning to Fig. 1, the electromechanical transducer comprises a mechanical vibrator or Resonator 21 made of an elastically resistant material with at least one flat surface 22. The ceramic part 11 is attached to the flat surface with an electrically conductive binder. The free The surface of the ceramic part 11 is covered with an electrode 23. Leads 26 and 27 are with the electrode 23 and the mechanical resonator 21, between which an alternating current source 29 is switched to operate the electromechanical converter. It is thus clear that the mechanical Resonator 21 also serves as an electrode, the electrode on the main surface facing it of the ceramic part 11 is applied.

In Fig. 3 ist ein elektromechanischer Wandler gemäß einer zweiten Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt, wobei entsprechende Teile der F i g. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Unterschied zur Ausführungsform nach F i g. 1 besteht darin, daß ein piezoelektrisches Keramikteil 31 vorgesehen ist, welches eine rechteckige Gestalt aufweist und zentral einen rechteckigen, fensterartigen Ausschnitt besitzt. Das Keramikteil 31 kann entspre-In Fig. 3 is an electromechanical converter according to a second embodiment of the invention shown, with corresponding parts of FIG. 1 are provided with the same reference numerals. the Difference from the embodiment according to FIG. 1 is that a piezoelectric ceramic part 31 is provided, which has a rectangular shape and centrally a rectangular, window-like Owns cutout. The ceramic part 31 can correspond

chend wie in F i g. 2 hergestellt sein. Der fensterartige Ausschnitt kann z. B. mittels Ultraschallbearbeitung hergestellt sein. Es ist zu bemerken, daß der mechanische Resonator 21 im vorliegenden Falle im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und wenigstens eine ebene Fläche 22 besitzt.as in Fig. 2 be made. The window-like cutout can, for. B. by means of ultrasonic machining be made. It should be noted that the mechanical resonator 21 in the present case in is essentially cylindrical and has at least one flat surface 22.

Wie die Fig. 1 und 3 verdeutlichen, wird die Wechselslrombetriebsspannung senkrecht zu dem piezoelektrischen Keramikteil 11 bzw. 31 und entsprechend den Richtungen der zurückbleibenden Polarisation angelegt. Wie bekannt, ist es für die Erzeugung einer Gleitbeanspruchung bzw. -spannung in einem elektrostriktiven Wandler ausreichend, daß die Richtung der angelegten Wechselspannung senkrechtAs FIGS. 1 and 3 illustrate, the AC operating voltage is applied perpendicular to the piezoelectric ceramic part 11 or 31 and in accordance with the directions of the remaining polarization. As is known, in order to generate a sliding stress or voltage in an electrostrictive transducer, it is sufficient that the direction of the applied alternating voltage is perpendicular

risation im wesentlichen parallel verlaufen und Wechselstrombetriebsspannung nur an den Elektroden 23 und 23' liegt, die an den äußeren HauptfUichen der Keramikteile 11 und 11' angebracht sind. Die Keramikteile 11 und 11' haben hier eine im wesentlichen quadratische Gestalt, und die Flächen 22 und 22', zwischen denen sich die Längsseiten des mechanischen Resonators 21 erstrecken, dienen als wenigstens zwei parallele ebene Flächen.ization run essentially parallel and AC operating voltage is only applied to electrodes 23 and 23 ', which are attached to the outer main surfaces of ceramic parts 11 and 11' . The ceramic parts 11 and 11 ' here have an essentially square shape, and the surfaces 22 and 22', between which the longitudinal sides of the mechanical resonator 21 extend, serve as at least two parallel flat surfaces.

In F i g. 6 ist ein elektromechanischer Wandler gemäß einer fünften Ausführungsform nach der tmndung gezeigt, die zwei mechanische Resonatoren 21 und 21' enthält, von denen jeder wenigstens eine ebene Fläche 22 bzw. 22' besitzt. Die ebenen Flä-In Fig. 6 is an electromechanical converter according to a fifth embodiment of the invention which includes two mechanical resonators 21 and 21 ', each of which has at least one has flat surface 22 or 22 '. The flat surfaces

nische Resonatoren enthält, die mit 38 bezeichnet sind. Die Wandler 36 und 37 und die Resonatoren 38 sind an einem Kopplungsstab 39 angeschweißt.Contains niche resonators, which are denoted by 38. The transducers 36 and 37 and the resonators 38 are welded to a coupling rod 39.

Es wurden mehrere Zirkonat-Titanat-Keramikstücke untersucht, von denen einige 15 mm lang, 5 mm breit und 1 mm stark waren. Andere waren 6 mm lang und breit und 1 mm stark. Für die radiale Schwingungsform betrug der elektromecha-Several pieces of zirconate titanate ceramic were examined, some 15mm long, 5 mm wide and 1 mm thick. Others were 6 mm long and wide and 1 mm thick. For the radial waveform was the electromechanical

zur Richtung der verbleibenden Polarisation verläuft. 15 chen 22 und 22' der entsprechenden mechanischenruns towards the direction of the remaining polarization. 15 surfaces 22 and 22 'of the corresponding mechanical

Das Keramikteil 11 oder 31 wird daher einer Gleit- Resonatoren 21 und 21' befinden sich an gegenüber-The ceramic part 11 or 31 is therefore a sliding resonators 21 and 21 'are located on opposite

beanspruchung ausgesetzt, die im Beispielsfalle durch liegenden Hauptflächen des piezoelektrischen Kera-exposed to stress, which in the example is due to the lying main surfaces of the piezoelectric ceramic

strichpunktierte Linien verdeutlicht ist. Die Gleit- mikteilesdash-dotted lines is shown. The sliding mikteiles

beanspruchung führt zu einer torsionalen Schwin- In F i g. 7 ist schließlich ein mechanischer Filterstress leads to torsional oscillation. Finally, 7 is a mechanical filter

gungsform in dem Keramikteil 11 oder 31 und damit 20 gezeigt, der ein Paar elektromechanischer WandlerForm in the ceramic part 11 or 31 and thus 20 shown, the pair of electromechanical transducers

in dem Resonator 21. 36 und 37 nach der Erfindung und mehrere mecha-in the resonator 21. 36 and 37 according to the invention and several mechanical

In F i g. 4 ist ein elektromechanischer Wandler gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, der ein erstes und zweites piezoelektrisches Keramikteil 11 und 11' ähnlich dem Keramikteil 11 der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 und einen mechanischen Resonator 21 aufweist, der wenigstens zwei parallele ebene Flächen 22 und 22' enthält. Die Keramikteile 11 und 11' sind an den entsp^rechendenIn Fig. 4 an electromechanical transducer according to a third embodiment of the invention is shown which 'similarly has a first and second piezoelectric ceramic member 11 and 11 the ceramic part 11 of the first embodiment of FIG. 1 and a mechanical resonator 21, the at least two parallel flat surfaces 22 and 22 'contains. The ceramic parts 11 and 11 'are echenden to the Unlock ^r

Flächen 22 und 22' mit einem elektrisch leitenden 30 nische Kopplungskoeffizient K_r 60%, und der me-Mittel gehalten. D^bei lauf en die Richtungen der ver- chanische Gütefaktor Q_n, betrug 1000. Die keramibleibenden Polarisation in den entsprechenden Ke- sehen Teile wurden in einem Gleichspannungsfeld ramikplatten 11 und 11' im wesentlichen antiparallel. zwischen 2 und 3 kV/mm bei 100° C während 30 min Die äußeren Hauptflächen des ersten und zweiten in Längsrichtung gepolt. Einige der keramischen Keramikteiles 11 und 11' sind mit einer ersten bzw. 35 Stücke wurden mit fensterartigen Ausschnitten verzweiten Elektrode 23 und 23' versehen. Leitungen 26 sehen, die 11 mm lang und 1 mm breit für die recht- und 27 sind mit der ersten Elektrode 23 bzw. mit eckigen Teile und 2 mm im Quadrat für die quadradem mechanischen Resonator 21 verbunden. Eine tischen Teile waren. Ein rechteckiger mechanischer von der Leitung 26 abzweigende Leitung 26' ist mit Vibrator mit quadratischen Stirnflächen von 6 mm der zweiten Elektrode 23' verbunden. Damit ist ver- 4° Kantenlärge wurde in Längen von 18 und 9 mm aus ständlich, daß der mechanische Resonator 21 auch als einer Eisen-Nickel-Chrom-Legierung gefertigt, die eine zentrale, gemeinsame Elektrode für die Keramik- unter der Bezeichnung »Elinvar« bekannt ist. Außerteile 11 und 11' dient und daß eine herkömmliche dem wurden mechanische Resonatoren in der Gestalt Elektrode in Verbindung mit den Keramikteilen 11 nach Fig. 3 aus »Elinvar«-Stäben gefertigt. Von den und 11' durch den mechanischen Resonator 21 er- 45 Stäben, die 6 mm im Durchmesser und eine Länge setzt werden kann. Sowohl zwischen der zentralen von 18 mm aufwiesen, wurden zur Bildung der paral-Leitung27 und der Leitung 26 als auch der Leitung lelen ebenen Flächen sagittal 1,5 mm Abschnitte ab-27 und der Leitung 26' ist eine Wechselstrombetriebs- geteilt. Die piezoelektrischen Keramikstücke wurden quelle geschaltet mH einer elektrisch leitenden Masse auf verschiede-F i g. 5 zeigt einen elektromechanischen Wandler 50 nen mechanischen Resonatoren befestigt Die BindegemäU einer vierten Ausführungsform nach der Er- masse enthielt Silberpaste als Hauptbeständteil. Es findung, die ähnlich ist der Ausführungsfonn nach wurden aufgedampfte Goldelektroden verwendet Di« Fig.4, mit dem Unterschied, daß die Keramikteile folgende Tabelle zeigt die kennzeichnenden Ergeb-11 und IV an einem Paar paralleler ebener Flächen nisse, die mit verschiedenen Ausführungsformen voi 22 und 22' des mechanischen Resonators 21 befestigt 5· erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandlen sind, wobei die Richtungen der verbleibenden PoIa- mit Torsionsschwingung erhalten wurden. Areas 22 and 22 'with an electrically conductive 30 niche coupling coefficient K _r 60%, and the me-means held. D ^ _n in the directions of the running en comparable-mechanical quality factor, Q, was 1000. The keramibleibenden polarization in the corresponding Ke see parts were ramikplatten in a DC field 11 and 11 'are substantially anti-parallel. between 2 and 3 kV / mm at 100 ° C for 30 min The outer main surfaces of the first and second poled in the longitudinal direction. Some of the ceramic ceramic parts 11 and 11 ' are provided with a first or 35 pieces were provided with window-like cutouts branched electrodes 23 and 23'. See lines 26, which are 11 mm long and 1 mm wide for the right and 27 are connected to the first electrode 23 and with angular parts and 2 mm square for the quadratic mechanical resonator 21, respectively. A table parts were. A rectangular mechanical line 26 'branching off from the line 26 is connected to the vibrator with square end faces of 6 mm to the second electrode 23'. This means that 4 ° edge length has been made in lengths of 18 and 9 mm from the fact that the mechanical resonator 21 is also manufactured as an iron-nickel-chromium alloy, which has a central, common electrode for the ceramic under the name »Elinvar «Is known. Outer parts 11 and 11 'are used and that a conventional mechanical resonators in the form of electrodes were made in connection with the ceramic parts 11 according to FIG. 3 from "Elinvar" rods. Of the and 11 ' through the mechanical resonator 21, 45 rods that can be set 6 mm in diameter and a length can be set. Between the central 18 mm sections, 1.5 mm sagittal sections were made to form the paral line 27 and the line 26 as well as the line 27 and the line 26 'is an alternating current operation. The piezoelectric ceramic pieces were source switched with an electrically conductive mass on different levels. 5 shows an electromechanical transducer 50 attached to mechanical resonators. The bonding membrane of a fourth embodiment according to the mass contained silver paste as the main constituent part. Vapor-deposited gold electrodes were used in the invention, which is similar to the embodiment and 22 'of the mechanical resonator 21 are attached 5 electromechanical transducers according to the invention, the directions of the remaining poles having been obtained with torsional vibration.

Elektromechanischer WandlerElectromechanical converter Resonanzresonance Kap&zitaiiz-Cape & zitaiiz- MechanischerMechanical Kapazitätcapacity frequenzfrequency vediältniscondemnation Gütefaktor ß_m Quality factor ß _m bei IkHzat IkHz JcHzJcHz pFpF Fig.lFig.l 543543 150150 14501450 750750 Fig. 1 mit Keramikteil nachFig. 3Fig. 1 with ceramic part according toFig. 3 53,553.5 120120 14201420 640640 Fig. 3Fig. 3 52,052.0 100100 14001400 620620 Fig. 3 mit Keramikteil nach Fig-1Fig. 3 with the ceramic part according to Fig. 1 53,853.8 130130 14501450 720720 Fig.4Fig. 4 54,754.7 7575 13501350 15001500

ViVi

23 46 97δ£23 46 97 δ £

7 87 8

(Fortsetzung)(Continuation)

Elektromechanischen Wandler Resonanz- Kapazitanz- Mechanischer KapazitätElectromechanical converter resonance capacitance mechanical capacitance

frequenz verhältnis Gütefaktor Q_m bei 1 kHzfrequency ratio quality factor Q _m at 1 kHz

kHz pFkHz pF

F i g. 4 mit Resonator nach F i g. 3 F i g. 4 mit Keramikteilen nach F i g. 3 F i g. 4 mit Keramikteilen und Resonator nach F i g. 3F i g. 4 with resonator according to FIG. 3 F i g. 4 with ceramic parts according to FIG. 3 F i g. 4 with ceramic parts and resonator according to FIG. 3

F i g. 4 mit einer Zwischenelektrode ersetzt für einen ResonatorF i g. 4 with an intermediate electrode replaced for a resonator

F i g. 5 mit nur einem Keramikteil F i g. 5 mit zurückbleibender Polarisation antiparallel gerichtetF i g. 5 with only one ceramic part F i g. 5 with residual polarization directed antiparallel

Aus der Tabelle folgt, daß die Resonanzfrequenz elektrostatische Kapazität ist einstellbar durch WahlFrom the table it follows that the resonance frequency electrostatic capacitance is adjustable by choice

niedrig ist im Vergleich mit der Masse des elektro- 20 der Stärke der piezoelektrischen Keramikteile 11 undis low in comparison with the mass of the electro- 20 the strength of the piezoelectric ceramic parts 11 and

mechanischen Wandlers, daß der Wandler einen 31. Das heißt, gemäß der Erfindung ist es leichtmechanical converter that the converter is a 31. That is, according to the invention it is light

hohen mechanischen Gütefaktor und eine große elcktromechanische Wandler von besonders kleineihigh mechanical quality factor and a large electromechanical converter of particularly small size

elektrostatische Kapazität besitzt und daß das Kapa- Größe herzustellen, die einen mechanischen Resona-possesses electrostatic capacity and that the capacity to produce a mechanical resonance

zitanzverhältnis genügend klein ist. Die Abnahme des tor von 1,5 Millimeter im Durchmesser aufweisenquotation ratio is sufficiently small. The decrease of the gate by 1.5 millimeters in diameter

Kapazitanzverhältnisses war bemerkenswert bei einem 25 wobei eine ebene Fläche längs zum Resonator ge-The capacitance ratio was remarkable for a 25 with a flat surface along the resonator.

elektromechanischen Wandler gemäß F i g. 4 und vor bildet und ein piezoelektrisches Keramikteil mit deielectromechanical converter according to FIG. 4 and before forms and a piezoelectric ceramic part with dei

allem, wenn eine zwischengeordnete Elektrode für Fläche in Verbindung gebracht ist.
einen mechanischen Resonator 21 ersetzt ist. Dieespecially when an intermediate electrode is connected for area.
a mechanical resonator 21 is replaced. the

53,553.5 7070 13501350 14001400 53,753.7 5050 13201320 13001300 53,053.0 4545 13001300 12501250 56,356.3 2020th 850850 14501450 51,051.0 150150 14001400 360360 50,550.5 7070 13501350 730730

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

«09647/3«09647/3

Claims

Patent claims:

1. Electromechanical transducer for torsional vibrations with at least one rectangular piezoelectric ceramic body, the two opposite Main surfaces in the longitudinal extension and side surfaces between the main surfaces in the transverse extent, and with two electrodes that border on the main surfaces, characterized in that the ceramic body (11; 31) along the side surfaces towards the opposite ends of one of the two diagonals of the main surfaces is polarized opposite.

2. Converter according to claim 1, characterized in that at least one electrode of a mechanical resonator (21; 21 ') is formed which has at least one flat surface (22; 22'), which adjoins one of the two main surfaces of the ceramic body (11) * °

3. converter according to claim 1, characterized in that one and the same mechanical resonator (21) has two parallel flat surfaces and each of the surfaces on one of the two main surfaces two ceramic bodies (11, 11 ') with the same dimensions are connected, their polarization directions run parallel or antiparallel to each other.

4. Transducer according to claim 1, characterized in that with an anti-parallel course of the Recr>"- ^ nr forms the e ^; ne electrode for the two ceramic bodies and that the second electrode adjoins ucn UL.uen outer main surfaces of the ceramic body.

5. Converter according to claim 1, characterized in that with a parallel course of the polar ' The two electrodes are placed on the other free main surface of the resonator connect.

6. Converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ceramic body or bodies (11; 11 '; 31) have a square shape.

7. Converter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ceramic body or bodies (31) have a rectangular opening in their center.

8. A method for producing the transducer according to claims 1 to 7, characterized in that that an elongated block of piezoelectric ceramic material having a shape of the disc-shaped ceramic body to be produced having a rectangular cross-section is provided with electrodes along its longitudinal edges and two electrodes along each diagonally opposite longitudinal edges are each connected to an electrical Leittr that the conductors are connected to the poles of a direct current source and after the polarity of the ceramic block this to the formation of individual owl-shaped ceramic bodies perpendicular to the Long edges are cut open.