DE2558129A1

DE2558129A1 - Vorrichtung zur erzeugung von mechanischen schwingungen

Info

Publication number: DE2558129A1
Application number: DE19752558129
Authority: DE
Inventors: Fujio Ishida; Haruo Suda
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1974-12-24
Filing date: 1975-12-23
Publication date: 1976-07-01
Also published as: GB1530140A; US4035673A

Description

MAXIMILIANSTRASSE 43

No. 9-18, 1-chome, Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo, Japan

Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schv/ ingungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Er zeugung von mechanischen Schwingungen für eine Uhr»

Allgemein bezieht die Erfindung sich auf einen mecnani schen vibrator bzw. Schwinger für ein Uhrwerk, und ins besondere auf einen miniaturisierten piezoelektrischen Schwinger, der als Quelle für ein Frequenznormal einer elektronischen Uhr verwendet wird.

Piezoelektrische Schwingelernente, die Bergkristall ₉ oder Lithiumtantalat (LiTaO-,) verwenden, liefern stabile Ausgangsfrequenzen mit hoher Genauigkeit, so daß sie in weitem Umfang als Quellen für Frequenznormale für elektronische Uhren, wie beispielsweise Armbanduhren verwendet werden. Die Ausgangsfrequenzen der Quellen für das Frequenznormal, die piezoelektrische Schwingelernente verwenden, werden üblicnerweise durch einen t requenzwandler,

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der mit einer Antriebsschaltung für eine Anaeigeeinrichtung verbunden ist, in ein Antriebssignal mit niedrigerer Frequenz für die Zeitanzeige umgewandelt. Die piezoelektrischen Schwingelemente werden normalerweise in Elemente mit Stimrngabelaufbau oder frei schwingende, stabförmige oder plattenförmige Schwingelemente unterteilt. Bei den herkömmlichen elektronischen Armbanduhren war eine Mikrominiaturisierung des piezoelektrischen Schwingelementes und eine Verbesserung ihrer Stoßfestigkeit auf den maximal möglichen Wert erforderlich. Die mit frei schwingenden Stäben arbeitenden Schwingelemente haben jedoch eine geringe Stoßfestigkeit, so daß bei einer großen äußeren Erschütterung der Wirkungsgrad des Schwingelementes leicht leiden Kann. Im Gegensatz hierzu haben Stimmgabel-Schwingelemente eine relativ hohe Stoßfestigkeit, so daß sie in weitem Umfang für elektronische Armbanduhren eingesetzt v/erden. Ein Schwingelement in Form einer Stimmgabel wird üblicherweise durch starre Halterungen oder durch flexible Halterungen befestigt, in dera zuerst erwähnten Fall können die Schenkel der Stimmgabel aufgrund der Aufprallbeschleunigung leicht zerbrochen werden. In dem zuletzt erwähnten Fall zerbrechen die Schenkel der Stimmgabel ebenfalls leicnt, weil die Spitzen der Schenkel der Stimmgabel gegen die innere Wand des evakuierten Gehäuses schlagen können, wenn sie einem Aufprall unterworfen werden. Es ist also erforderlich, die Stoßfestigkeit des Stimmgabel— Schwingdementes zu verbessern, damit das Schwingelement sogar dann stabil arbeiten kann, wenn es einer starken äußeren Erschütterung unterworfen wird.

Bei den herkömmlichen elektronischen Armbanduhren, die mit einem Stimmgabel-Vibrator arbeiten, wurde der Aufbau so ausgelegt, daß der Durchmesser und die anderen Abmessungen der Uhrbestandteile nicht soweit verringert v/erden konnten, daß die Teile in dem Gehäuse einer Damenarmbanduhr untergebracht werden können. Obwohl solche Uhren als relativ groiie Modelle hergestellt werden, die insbesondere Männer ansprechen, war es bisher nicht möglich, die

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■Dimensionen so klein zu machen, daß eine solche uhr auch von Damen akzeptiert wird.

E>ei der Miniaturisierung einer elektronischen uhr mit einem Stimmgabel-Schwingelement treten im wesentlichen die beiden folgenden Probleme auf. Einmal muß der zur Verfügung stehende Raum optimal genutzt v/erden, um die notwendigen Einzerteile der Uhr aufzunehmen. Das andere Problem bezieht sich auf den zusammenbau und den Ausbau bestimmter Uhrteile. In gewissem Maße widerspricht die Lösung eines Problems der Lösung des anderen Problems, denn wenn die Uhrteile in einen sehr begrenzten Raum eng beieinander untergebracht werden können, wird es üblicherweise schwierig, den Zusammenbau und Ausbau durchzuführen. Es v/ird also angestrebt, den piezoelektrischen Vibrator möglichst klein zu machen, so daß der Raum größer wird, der für die Aufnahme der anderen jhrteile zur Verfügung steht, damit der zusammenbau und der Ausbau der Einzelteile leichter durchgeführt werden kann.

Bei herkömmlichen elektronischen Uhren mit piezoelektrischen Schwingelernenten ist es üblich, den piezoelektrischen Schwinger auf einer isolierenden £asisplatte für eine gedruckte Schaltung der elektronischen Uhr zu 'montieren. Dabei werden im allgemeinen die vorstehenden Leiter des Schwingelementes direkt mit einem Schaltungsmuster der gedruckten Schaltung verbunden. Bei einem anderen Verfahren wird das Schwingelement elastisch unter verwendung einer elastischen Befestigung, wie beispielsweise einer Blatt- oder Drahtfeder, auf der gedruckten Schaltung gehaltert.

Untersuchungen haben gezeigt, daß sogar dann, wenn der Fußbereich der Stimmgabel starr an dem evakuierten Gehäuse angebracht ist, der Energieverlust des Schwingelementes durch Reduzierung des Unterschiedes in den Eigenfrequenzen der Schenkel des Schwingelementes auf einen für die Praxis

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akzeptablen Wert verringert werden kann· im Falle der Schwinggabel wird jedoch ein Lagefehler durch den unterschied in den Eigenfrequenzen der Schenkel des Schwingelementes verursacht. Mit "Lagefehler" ist der Effekt gerneint, wenn sich der Q-Faktor o.V'ert des Schwingelementes aufgrund des 'Jnterschiedes in der Befestigung, die das Gehäuse des Schwingelementes betrifft.- um einen kleinen Betrag ändert. So beträgt beispielsweise in dem Fall, daß der schwingquarz an dem substrat der gedruckten Schaltung angebracht ist, die Frequenzänderung mehrere PPm, d. h., ein Millionstel der Frequenz des Schwingelementes, bevor es an dem substrat angebracht wird; wird das Substrat, welches das Schwingelement haltert, wiederum an der Basisplatte angebracht, so ändert sich die Kristallimpedanz des Schwingelementes in der Größenordnung von mehreren Tausen Ohm. Der Lagefehler stellt also ein wesentliches Problem für die Genauigkeit von elektronischen Uhren dar.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen für eine elektronische uhr zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein als Halterung dienendes Substrat, bei dem auf einer Oberfläche leitende Metallschichten getrennt und auf einer anderen Oberfläche eine zweite' leitende Metallschicht über eine wesentlich größere Fläche ausgebildet sind, wobei die zweite leitende Metallschicht des Halterungssubstrates starr an einer inneren Wand des evakuierten Gehäuses angebracht ist, und durch ein piezoelektrisches, schwingendes Element, das mit Elektroden für seine Erregung ausgebildet und starr an einem Ende so mit dem Halterungssubstrat verbunden ist, daß die Elektroden des piezoelektrischen schv/ingenden Elementes jeweils mit den ersten leitenden Metallschichten des Halterungssubstrates verbunden sind.

Die Erfindung schafft also eine vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen für eine Uhr, bei der

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ein keramisches Halterungssubstrat starr an einer inneren Wand eines evakuierten Gehäuses angebracht ist. Das Halterungssubstrat ist auf einer Oberfläche mit einem paar von leitenden ;ietallschiehten versehen, die als Leitungen dienen, während es an seiner anderen Oberfläche über einen relativ großen Bereich mit einer leitenden ; letal 1-schicht versehen ist. Ein piezoelektrisches schwingendes Element mit zur zuführung des Erregerstroms dienenden Speiseelektronen wird auf dem keramischen Halterungssubstrat angeordnet und starr mit ihm so befestigt, daß die Elektroden des piezoelektrischen schwingenden Elementes elektrisch mit den leitenden Metallschichten verbunden sind, die auf einer Oberfläche des keramischen Halterungssubstrat ausgebildet sind. Die leitenden Metallschichten sind wiederum mit vorstehenden Leitern verbunden, die sich aus dem evakuierten Gehäuse heraus erstrecken und mit einer gedruckten Schaltung der Uhr verbunden werden können.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, sehe— matischen zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Beispiels für eine herkömmliche vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen;

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 eines weiteren Beispiels für eine herkömmliche Einrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausfüh- ·' rungsform einer vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach der Erfindung;

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Fig. 4 eine Querschnittsansicht längs Linie IV-IV von Fig. 3;

Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie rig. 4, jedoch einer v/eiteren bevorzugten Ausführungsform einer vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach der Erfindung;

Fig. 6 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4, jedoch einer v/eiteren bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach der Erfindung;

Fig* 7 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung einer oberen Oberfläche eines Schwingelementes, das bei der Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach den Figuren 3 bis 6 verwendet wird;

Fig. 8 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 7 mit einer Darstellung der Bodenoberfläche des in Fig. gezeigten Schwingelementes;

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach der Erfindung;

Fig.10 eine Querschnittsansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach der Erfindung;

Fig.11 eine ähnliche Ansicht wie Fig. lo, jedoch

einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ■ einer vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen schwingungen nach der Erfindung;

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Fig. 12 im vergrößerten Maßstab einen fragmentarischen Schnitt durch die in i-ig. 11 dargestellte Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen;

Fig. 13 eine Fig. 12 ähnelnde Ansicht, wobei jedoch eine Modifikation der in den r-iguren 11 und 12 dargestellten vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen gezeigt ist;

Fig. 14 eine Querschnittsansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen schwingungen nach der Erfindung;

Fig. 15 eine fragmentarische Draufsicht einer weiteren Ausführungsforni einer Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach "der Erfindung; und

Fig. 16 eine Querschnittsänsicht längs Linie XVI—XVI von F ig. 15·

in F'ig. 1 ist ein Beispiel für eine herkömmliche Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen dargestellt, wie sie als Quelle eines Frequenznormals für eine elektronische Uhr, insbesondere eine Quarzuhr verwendet wird, v/ie sich der Darstellung entnehmen läßt, weist die Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen einen Schwingquarz 10 in i· orm einer Scimmgabel auf, der einen Fußbereich IQa und Schenkel bzw. Zacken lob enthält. Der Schwingquarz 10 hat zur zuführung des Erregerstroms dienende Speiseelektroden 12 und 14, die an dem Fußbereich 10a vorgesehen sind; an seinem Fußbereich ist er über einen elektrisch leitenden Klebstoff 18 starr an einem Kovarsubstrat 16 befestigt. Das Kovar-substrat 16 ist mit einem geeigneten, isolierenden Material behandelt. Leitungen

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und 22 sind mit den Elektroden 12 und 14 des Schwingquarzes 10 durch den elektrisch leitenden Klebstoff 18 verbunden; bei Bedarf kann eine Einstellung durchgeführt werden, um den unterschied in den Eigen- bzw. Resonanzfrequenzen zu verringern. Die Leitungen 20 und 22 erstrecken sich durch einen ausgesperrten Bereich und in dem Substrat 16 ausgebildeten Bohrungen, die hermetisch durch eine Kovar-Legierung 24 abgedichtet sind. Anschließend wird das Substrat 16 mit Presspassung in eine Umhüllung oder ein Gehäuse 26, das evakuiert ist, eingebrachtj das Gehäuse 26 wird hermetisch durch ein vorher als schicht aufgebrachtes Lötmetall 28 abgedichtet.

Fig. 2 stellt ein weiteres Beispiel für eine herkömmliche Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen dar. Bei diesem Beispiel weist ein Schwingquarz 30 zur zuführung des Erregerstrorns dienende Speiseelektroden 32 und 33 auf und ist starr an seinem Fußbereich mit einer Federhalterung 36 verbunden. Die Federhalterung 36 ist wiederum starr an einem oberen Ende eines nach innen verlaufenden Vorsprungs 38a 'angebracht, das aus einem weichen Metall, wie beispielsweise Kupfer, besteht und einen umgebogenen Randbereich bzw. Flanschbereich 38b auf v/eist« Der Vorsprung 38a enthält eine Bohrung 40, in die ein mit einem isolierenden Material behandeltes Kovar-Substrat in Presspassung eingeführt und durch ein Lötmetall 44 starr mit dem Vorsprung 38a verbunden ist. Das Substrat ist mit Bohrungen 45 und 46 ausgebildet, durch die sich vorstehende Leiter 48 und 50 erstrecken und starr in ihrer Lage durch eine Xovar-Glas legierung 52 gehalten werden, welche die Bohrungen 45 und 46 hermetisch abdichtet. Die vorstehende Leiter 48 und 50 sind mit Leitungsdrähten 54_? 56 durch Lötmittel bzw. Speise 58 bzw. 60 verbunden. Die Leitungsdrähte 54 und 56 sind wiederum .mit 'den Elektroden 32 und 3.4 des Schwingquarzes 30 durch Lötmittel 62 und 64 verbunden. Nachdem das Substrat 42, das erste Gehäuse 38, die Federhalterung 36 und der Schwingquarz

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auf die oben erwähnte Weise zusammen gebaut worden sind, wird ein zweites oder oberes Gehäuse 66 an seinem Flanschbereich 66a mit dem ersten Gehäuse 38 durch geeignete Mittel, wie beispielsweise PC altschweißen, befestigt.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau tritt der folgende Nachteil auf: es ist schwierig, die Leitungsdrähte nach außen -aus dem evakuierten Gehäuse bei Aufrechterhaltung einer guten Abdichtung zu verlängern, während gleichzeitig das schwingende Quarzelement starr gehaltert wird. Als Ergebnis hiervon v/ird das evakuierte Gehäuse zwangsweise mit einem sogenannten «toten Raum" versehen, weil das volumen der hermetischen Abdichtung zunimmt; deshalb läßt sich mit einem solchen Aufbau keine Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen in Mikrominiaturisierung erreichen.

Mit der vorliegenden Erfindung soll dieser Nachteil der herkömmlichen vorrichtungen zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen überwunden und eine mikrominiaturisierte Vorrichtung geschaffen werden, die sich in Massenproduktion leicht zusammenbauen läßt.

In den Figuren 3 und 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach der Erfindung dargestellt. Diese vorrichtung weist ein Gehäuse 68 auf, das einen ersten und zweiten Gehäuseteil 70 bzw. 72 enthält, die aus einem relativ, weichen Metall, wie beispielsweise Kupfer, bestehen. Der erste Gehäuseteil 70 ist in Form eines Behälters bzw. einer Fassung durch Druckformen bzw. Druckgießen ausgebildet und an seinem Umfang mit einem Flansch 70a versehen. Weiterhin weist der erste Gehäuseteil 70 eine Bohrung 70b und einen vorsprung 70c auf, der zur Lagefixierung dient. Der zv/eite Gehäuseteil 72 ist in ähnlicher Weise in Form eines r-ehälters bzw. einer Fassung ausgebildet und an seinem Umfang mit einem Flansch 72a verse-

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hen. Der so geformte erste und zweite Gehäuseteil 70 und 72 werden miteinander durch geeignete Mittel, wie beispielsweise Druckkaltschweißen, verbunden. Ein als Halterung dienendes Substrat 74 wird an einer·inneren Wand des ersten Gehäuseteils 70 angeordnet und starr durch ein Lötmittel an ihr befestigt. Dieses zur Halterung dienende substrat 74 besteht aus einem Keramikmaterial, wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Steatit; es dient als starre Halterung oder hermetische Abdichtung. Wie sich insbesondere :in Fig.3 erkennen läßt, weist das Halterungssubstrat 74 ein Paar Bohrungen 74a und 74b sowie ein paar als Leitungen dienende Metallschichten 76 und 78 auf; die Metallschichten sind getrennt auf einer oberen Oberfläche des Halterungssubstrates 74 durch ein Druckverfahren oder Aufdampfen im Vakuum ausgebildet. Wie sich insbesondere Fig. 4 entnehmen läßt, ist das Halterungssubstrat 74 auch an seiner unteren oder Boden-Oberfläche über einen relativ großen Bereich mit einer Metallschicht 80 ausgebildet. Ein schwingendes Element 82 in Form einer stimmgabel besteht aus einem piezoelektrischen Material,' wie beispielsweise einem Bergkristall (SiOp) oder Lithiumtantalat (LiTaO₃). Wie in den Figuren 7 und 8 dargestellt ist, v/eist des schwingende Element 82 einen FußberGich 82a und Schenke 1" bsi·;. Zacken 82b auf und ist mit zur zuführung des Erregerstroms dienenden Elektroden 84 und 86 versehen. Die Elektroden 84 und 86 werden zweckmäßigerweise auf folgende weise hergestellt: über eine relativ große Oberfläche des schwingenden Elementes 82 wird Chrom durch Galvanisieren oder Aufdampfen aufgebracht; anschließend wird eine Metallisierung mit Gold oder Aluminium über einem gewünschten Muster durchgeführt. Das so ausgebildete schwingende Element 82 wird an seinem Fußbereich 82a an den Leitungen in Form der Metallschichten 76 und 78 angeordnet und starr mit ihnen durch Lötmittel so verbunden, daß die Elektroden 84 und 86 des -schwingenden Elementes 82 mit den auf dem Halterungssubsfcrat 74 ausgebildeten Leitungen 76 und 73 zwischenverbunden sind. Vorstehende Leiter G8 und SO sind mit den Leitungen 75 und 78 durch Lötmittel 02 verbunden und erstrecken sich durch

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die Bohrungen 74a und 74b des He.lterungssubstrats 74 nach außen aus dem Gehäuse 68. Die vorstehenden Leiter 38 und 90 bestehen aus einem geeigneten Metall, wie beispielsweise Kupfer, das leicht gelötet v/erden kann; sie dienen dazu, die Elektroden 84 und 86 des schwingenden Elementes mit einer Oszillatorschaltung (nicht dargestellt) der elektronischen Uhr zu verbinden.'

Während des Zusammenbaus wird die Metallschicht 80 des Halterungssubstrates 74 starr mit der inneren Wand des ersten Gehäuses G4 verbunden; dazu kann beispielsweise ein Hartlötverfahren, wie beispielsweise Silberlöten, eingesetzt v/erden. In diesem Fall kann das Halterungssubstrat 94 mittels des zur positionierung dienenden Vorsprungs 70c, der an dem ersten Gehäuseteil 70 ausgebildet ist,' in seiner korrekten Lage angeordnet v/erden. Bei Bedarf kann jedoch auf den Positionierungsvorsprung 70c verzichtet werden. Zur Herstellung der Verbindung können beispielsweise τhermokompressions-Verbindungsverfahren, Ultraschall-Verbindungsverfahren wie beispielsweise Ultraschallschweißen, oder Rückflußlöten eingesetzt v/erden. Die Thermokompressions-Bindung hängt von der Einwirkung von wärme und Druck auf die miteinander zu verbindenden Oberflächen ab, so daß die Materialien der beiden Oberflächen verschmelzen, um eine gute Verbindung zu bilden. Bei der Ultraschall—Verbindung wird eine intermetallische Bindung bei Raumtemperatur unter Verwendung von Ultraschal lenerg ie und Druck durchgeführt. Beim Rückflußlöten wird schließlich die Verbindung hergestellt, indem die beiden miteinander zu verbindenden Oberflächen vorher mit einer Zinnschicht versehen werden; dann werden diese beiden Oberflächen miteinander in Kontakt gebracht, und der Einwirkung von Wärme ausgesetzt. Ein Flußmittel kapn zur Unterstützung der Rückströmung eingesetzt werden. Der Fußbereich 82a des schv/ingenden Elementes 82 wird auf den Metallschichten 76 und 78, die auf der oberen Oberfläche des Halterungssubstrates 74 ausgebildet

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sind, angeordnet und damit durch Löten so verbunden, daß die Elektroden 84 und 86 mit den Metallschichten 76 bzw. 78 zwischenverbunden sind. Auf diese Weise wird· das schwingende Element 82 starr durch das Substrat 74 gehaltert. Anschließend werden die vorstehenden Leiter 88 und 90 durch die Bohrungen 74a und 74b des Substrates 74 eingeführt und mit den Metallschichten 76 und 78 durch ein Lötmittel 92 verbunden, das eine hermetische Abdichtung zwischen den vorstehenden Leitern und den Bohrungen der Metallschichten bildet, flach diesem ■ Verfahrensschritt kann bei Bedarf die Frequenz des schv/ingenden Elementes eingestellt v/erden. Anschließend v/erden die Plansche 70a und 72a des ersten und zweiten Gehäuseteils 70 und 72 miteinander im vakuum durch Kaltdruckschweißen verbunden, in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen kann das Löten bei verschiedenen Schmelztemperaturen durchgeführt werden, so daß beim zusammenbau keine Schwierigkeiten auftreten. 1,'ach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Verbindung unter verwendung von Hartlot— oder Lötverfahren. Obwohl gemäß der Darstellung und der Beschreibung der erste und zweite Gehäuseteil 70 und 72 die Form einer Fassung, also eine gewölbte Form haben, kann selbstverständlich jeder dieser Gehäuseteile bei Bedarf eine flache, ebene Form haben.

Bei einer modifizierten Ausführungsform des Zusammenbaus wird die keramische Halterungsplatte 74 mit dem ersten Gehäuseteil 70 verlötet; anschließend werden die vorstehenden Leiter 8& und 90 an das Halterungssubstrat 74 gelötet. Dann kann das schwingende Element 82 starr mit dem Halterungssubstrat 74 durch Löten oder durch einen elektrisch leitenden Klebstoff verbunden werden. Schließlich wird der zweite Gehäuseteil 72 durch Kaltdruckschweißen an dem ersten Gehäuseteil 70 angebracht. Auf diese Weide ist es möglich, eine vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen sehr zuverlässig und genau zusammen zu bauen.

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Eine modifizierte Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen ist in Fig. 5 dargestellt, wobei gleiche oder entsprechende Einzelteile mit den gleichen Bezugszeicheh versehen sind, wie sie in den Figuren 3 und 4 verwendet wurden. Diese Modifikation unterscheidet sich in ihrem Aufbau von der vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach den Fig. 3 und 4 darin, daß wenigstens eine der vorstehenden Leiter 88a und 90a durch eine Leitung in Form eines Rohrs ersetzt wird; dadurch kann einerseits die Evakuierung in der Atmosphäre durchgeführt werden; außerdem kann das Kaltdruckschweißen des ersten Gehäuse» teils 70 und des zweiten Gehäuseteils 72 in der Atmosphäre durchgeführt v/erden. Bei diesem Aufbau können die Lehren bzw. Spann— und Haltevorrichtungen für die Durchführung des Kaltdruckschweißens einen einfacheren Aufbau haben, so daß sich das Kaltschweißen leichter durchführen läßt. Die anderen Einzelheiten der in Fig. 5 dargestellten vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen ähneln denen der vorrichtung nach den Figuren 3 und 4, so daß sie nicht weiter erläutert werden sollen.

Figur 6 zeigt eine weitere modifizierte Ausführungsform der in den Fig. 3 und 4 dargestellten vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen, sei dieser Modifikation wird der erste Gehäuseteil 70 mit einer Öffnung oder einem Fenster 94 ausgebildet, das hermetisch durch ein transparentes Teil 96 abgedichtet ist; durch dieses Teil kann die Frequenzeinsteilung unter Verwendung eines Laserstrahls durchgeführt werden. Die anderen Einzelheiten des Aufbaus der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen ähneln denen der Figuren 3 und 4, so daß sie nicht weiter erläutert werdep sollen.

Obwohl bei den Ausführungsformen nach den Figuren 3 bis 6 die Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwin-^ gungen zwei vorstehende Leiter hatte, kann auch nur ein

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einziger vorstehender Leiter vorgesehen v/erden ; in diesem Fall wird das Gehäuse als zweiter Leiter eingesetzt.

Durch den hier beschriebenen Aufbau können das schwingende Element, das zur Halterung dienende Substrat und das Gehäuse parallel zueinander angeordnet v/erden, so daß der Raum optimal ausgenutzt wird und kein platz vergeudet wird. Weil darüberhinaus die Verbindungsbereichg zwischen den Einzelteilen vereinfacht werden, läßt sich die vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen mit einem dünnen und miniaturisierten Aufbau leicht und einfach herstellen.

Die Abmessungen dar Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen können weiter verringert v/erden, indem das Gehäuse so aufgebaut wird, daß die Breite des Gehäuses allmählich in Richtung auf die Spitzen der Schenkel des schwingenden Elementes abnimmt, im einzelnen sollte das Gehäuse 68 einen Abstand haben, der ausreicht., um das Halterungssubstrat aufzunehmen. Der Fußbereich des schwingenden Elementes und die vorstehenden Leiter sowie' die Bereiche des Gehäuses in der Nähe dieser Einzelteile sind zwangsweise groß. Das Gehäuse sollte eine ausreichende Dicke haben, um zu verhindern, daß die Spitzen des vibrierenden Elementes gegen die innere Wand des Gehäuses schlagen, wenn sie großen äußeren Erschütterungen unterworfen v/erden. Die Form des Gehäuses kann in der Weise bestimmt werden, daß die Gehäuseteile leicht hergestellt werden und sanft gebogene Linien-bilden können, um eine zuverlässige hermetische Abdichtung aufrecht zu erhalten. Da die seitlichen Verschiebungen der Schenkel des vibrierenden Elementes vernachlässigbar klein sind, kann der Aufbau des Gehäuses so ausgelegt werden, daß die Breite des Gehäuses allmählich in Richtung auf die Spitzen des schwingenden Elementes abnimmt, so daß in der rjahe der Spitzen des schwingenden Elementes kein ungenutzter Raurn^— vorhanden ist; dadurch entsteht ein kompakter und mikro-

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miniaturisierter Aufbau, der sich auch leicht herstellen läßt.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen, bei der das oben erwähnte Konzept durchgeführt wird, ist schematisch in Fig. 9 dargestellt, in der gleiche oder entsprechende Einzelteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 und 4 versehen sind. Bei dieser Ausführungsform lauft das Gehäuse 68 in Richtung der Spitzen des schwingenden Elementes 82 konisch bzw. spitz zu, wie es oben erwähnt wurde, so daß es einen geringeren Raumbedarf hat; zum Vergleich ist der Raumbedarf bzw· der Abstand zu dem früheren Gehäuse durch die strichpunktierte Linie A in Fig. 9 angedeutet. Bei 97 und 98 sind Lötmetalle angegeben- welche die vorstehenden Leiter mit den entsprechenden Elektroden des schwingenden Elementes 82 verbinden. Dank dieses Aufbaus kann die vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen noch kleiner gemacht werden, so daß in dem nun nicht genutzten Raum andere Einzelteile der elektronischen Uhr angeordnet v/erden können.

Eine v/eitere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 10 dargestellt, in der gleiche oder entsprechende Einzelteile mit den geliehen Bezugszeichen wie in den Fig. 3 und 4 bezeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform weist die vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen eine Metallplatte lOO auf, die zum Auffangen bzw. Dämpfen oder Absorbieren von Erschütterungen dient, damit sich während des Zusammenbaus in dem Halterungssubstrat 74 keine Risse bilden können. Die Metallplatte 100 h^t einen ähnlichen Aufbau v.'ia das Halterungssubstrat 74 und nach einer bevorzugten Ausführungsform eine Dicke, die im Bereich von 0,o5 bis 0,2 mm liegt. Die Metallplatte 100 weist Bohrungen lOOa auf, die mit den Bohrungen 70b des ersten Gehäuseteils

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ausgerichtet sind, so daß sich die vorstehenden Leiter und 90 durch sie erstrecken. Die so aufgebaute Metallplatte 100 v/ird hermetisch abgedichtet zwischen der Metallschicht 80 des Halterungssubstrats 74 und dem ersten Gehäuseteil 70 angeordnet.

Während des Zusammenbaus v/erden die Metallschicht 80 des Halterungssubstrates 74 und die Metallplatte 100 miteinander durch Hartlöten verbunden; gleichzeitig v/erden die oberen Metallschichten 76 und 78 und die vorstehenden Leiter 88 und 90 miteinander durch Hartlöten verbunden· In diesem Fall wird angestrebt, daß die platte lOO und die vorstehenden Leiter 88 und 90 aus einem Metall mit hoher Verformbarkeit bzw. Duktilität und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, der näherungsweise gleich dem des keramischen Halterungssubstrates 74 ist. Die einzelnen Teile werden so miteinander zu einer Einheit verbunden, die an den ersten Gehäuseteil 70 angelötet oder mit ihm durch Hartlöten bei einer relativ geringen Temperatur,verbunden v/ird. Anschließend wird das schwingende Element mit dem Halterungssubstrat 74 durch Löten verbunden. Schließlich v/ird der zweite Gehäuseteil 72 mit dem ersten Gehäuseteil 70 im vakuum durch Kaltdruckschweißen verbunden, so daß das Gehäuse 68 hermetisch abgedichtet ist.

Da bei dem oben erwähnten Aufbau die Metallplatte 100 mit hoher verformbarkeit zwischen dem Halterungssubstrat 74 und dem ersten Gehäusteil 70 angeordnet ist, wird der aneinandergefügte Bereich zwischen der Metallschicht und dem keramischen Halterungssubstrat durch die Metallplatte 100 sogar dann geschützt, wenn der erste Gehäuseteil 70 v/ährend der Montage verzogen oder deformiert wird, in der Praxis bestehen die G.ehäuseteile im allgemeinen aus Kupfer (dessen Warmeausdehnungskoeffizient o( = 17,8 χ 10 ist); deshalb ist es möglich, das keramische Halterungssubstrat durch Hartlöten auf dem Gehäuseteil zu verbinden. Da jedoch zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem.kerami-

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sehen Halterungssubstrat eine relativ große Differenz in dem Wärmeausdehnungskoeffizient und dem Kontraktionskoeffizient besteht, ist große Geschicklichkeit erforderlich, um das Löten durchzuführen und zu beenden. I'ach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Metallplatte 100 gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer Legierung, wie beispielsweise Kovar hergestellt, das aus 54% Eisen, 29 % Nickel und 17 % Kobalt besteht und einen V/ärrneausdehnungskoeffizienten vonoi = 4,7 χ 10 hat. In diesem Fall kann das Löten zwischen dem keramischen Halterungssubstrat und der Metallplatte leicht und zuverlässig durchgeführt werden. Darüberhinaus wird die Metallplatte an dem ersten Gehäuseteil entweder durch Hartlöten bei niedrigen Temperaturen oder durch Löten sehr leicht angebracht, so daß das Herstellungsverfahren wesentlich verbessert wird.

In den Figuren 11 und 12 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen schwingungen nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform hat einen ähnlichen Aufbau wie die Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4; der Unterschied liegt darin, daß die Köpfe bzw. Spitzen der vorstehenden Leiter 88 und SO in ringförmigen Ausspar- angen 74c und 7-i-d angeordnet sine, die gegen die Bohrungen 74a bzw. 74b der keramischen Haiterungsplatte 74 stoßen; außerdem ist der Fußbereich 82a des schwingenden Elementes 82 über den Köpfen der vorstehenden Leiter 88 und 90 angeordnet, so daß die longitudinale Ausdehnung des Gehäuses 68 verringert wird; dadurch ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau, wie sich durch die strichpunktierten Linien in Fig. 11 erkennen läßt, welche die umriße der anderen Ausführungsformen darstellen.

V/ä'hrend der Herstellung des keramischen Halterungssubstrates wird eine platte aus grünern (ungebranntem) Kerarnikmaterial auf ihrer oberen und unteren Oberfläche mit Hetallschicnten 7S und 78 und einer rietallschicht 80, beispielsweise

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durch ein Druckverfahren, versehen. Dann wird die platte aus dem grünen Keramikmaterial auf Form geschnitten und gestanzt, so daß die durchgehenden Führungen 74a und 74b entstehen. Die ringförmigen Aussparungen 74c und 74d werden in der platte aus grünem Keramikmaterial durch Ausübung eines Drucks bzw. Pressen ausgebildet; die Metallschichten 76 und 78 werden geprägt bzw. gestanzt, so daß ringförmige Metallschichten 76a und 78a entstehen, die auf ringförmigen Schultern der ringförmigen Aussparungen 74c und 74d angeordnet werden. Die platte bzw. das Blatt aus dem grünen Keramikmaterial mit diesem Aufbau wird gebrannt und mit den anderen Bauteilen auf die oben beschriebene weise zusammengebaut. Der Fußbereich 82a wird mit dem Halterungssubstrat 74 durch Lötmetalle 97 und 98 oder durch Hartlöten so verbunden, daß die ringförmigen Metallschichten 76a und 78a mit den entsprechenden vorspringenden Leitern und Elektroden des schwingenden Elementes 82 gekoppelt sind. Bei Io2 ist ein hartgelöteter oder gelöteter Bereich eingedeutet.

Bei einer für die Praxis verwendbaren Ausführungsform wird das aus einem Kristall mit Stimmgabelform bestehende schwingende Element 82 üblicherweise hergestellt, indem der Bergkristall durch eine Behandlung auf die gewünschte Form gebracht wird; anschließend wird der Stimmgabelförmige Schwingquarz vielen Verarbeitungsschritten unterworfen, bevor er mit dem zur Halterung dienenden substrat aus dem Keramikmaterial verbunden, beispielsweise verlötet wird,

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Während dieser Verfahrensschritte wird das schwingende
ßlement an seinem Fußbereich gehaltert, der wiederum
Elektroden trägt, die mit einem äußeren Bauteil, wie beispielsweise einem Oszillator der elektronischen Uhr, verbunden werden sollen, zu diesem Zweck sollte der Fußbereich 82a des schwingenden Elementes 82 eine ausreichende Fläche haben. Dann treten jedoch Schwierigkeiten bei der
Mikrominiaturisierung der gesamten Anordnung auf. Die in den Figuren 11 und 12 dargestellte Ausführungsform macht es möglich, einen sehr kompakten und mikrominiaturisierten Aufbau zu schaffen, indem der Fußbereich 82a auf den vorstehenden Leitern 88 und 90 aufgestapelt bzw. aufgesetzt wird.

Eine modifizierte Ausführungsform der in den Fig. 11 und 12 dargestellten Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen ist teilweise in Fig. 13 gezeigt, in
der gleiche oder entsprechende Einzelteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 11 und 12 versehen
sind. Bei dieser Ausführungsform ist das keramische Halterungssubstrat 74 zusätzlich mit ringförmigen Vorsprüngen 74e und 74f durch ein präge- bzw. Stanzverfahren ausgebildet. Die ringförmigen Vorsprünge 74e und 74f dienen als Positionierungsführungen, so daß das Halterungssubstrat 74 leicht in seiner genauen Lage relativ zu dem ersten Gehäuseteil 70 angeordnet werden kann.

Die vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen wird üblicherweise zwischen einer Easisplatte der
elektronischen U^r und einem isolierendem substrat gehaltert, das aus einem Material wie beispielsweise einem Papierepoxydharz oder einem Glasepoxydharz besteht. Das
isolierende Substrat ist an der Basisplatte aufgehängt
und haltert verschiedene Schaltungsteile,"wie beispielsv/eise den mechanischen Vibrator, einen festen Kondensator, einen Trimmerkondensator, einen ic Chip usw. Da das isolierende oder Drucksubstrat weich ist, kann es gegen die

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gegenüberliegende Basisplatte schlagen, wenn es starken äußeren Erschütterungen unterworfen wird; es kann also leicht zu Rißbildung kommen. Wird zur Überwindung dieses Problems das Drucksubstrat in einem größeren Abstand von der■Basisplatte angeordnet, so nimmt die Dicke der Uhr stark zu. Dies widerspricht jedoch der angestrebten Miniaturisierung der Uhren. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Rißbildung des Drucksubstrates verhindert v/erden kann, ohne daß der Spalt zwischen dem Drucksubstrat und der Basisplatte vergrößert wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform zur Durchführung dieses Konzeptes ist in Fig. 14 dargestellt. Ein Drucksubstrat 110 v/ird durch Stifte 114 und 116 sowie Schrauben 115 und 117 auf einer Basisplatte 112 einer elektronischen Uhr, wie beispielsweise einer Armbanduhrj gehaltert· Das Drucksubstrat 110 ist an seiner oberen Oberfläche mit einem gewünschten Schaltmuster versehen, wozu beispielsweise ein Trimmerkondensator 118 und IC Chip 120 gehören; mit dieser Schaltung sind die Leitungen einer Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen verbunden. Das Gehäuse 68 der Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen ^ Schwingungen ist starr an der unteren Oberfläche des Druck— Substrates 110 durch Löten oder Hartlöten angebracht, wie bei 124 angedeutet ist. Die vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen wird also in einem Spalt zwischen dem Drucksubstrat 110 und der Basisplatte 11.2 angeordnet. Ein zur Dämpfung bzw. Absorption von Erschütterungen dienendes Teil 126 in Form einer flachen platte ist zwischen der Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen bzw. dem mechanischen vibrator 122 und der Basisplatte 112 angeordnet. Das zur Dämpfung von Erschütterungen dienende Teil 126 besteht aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Harz, und soll verhindern, daß der vibrator 122 bzv/. sein. Gehäuse direkt gegen die Basisplatte 112 schlägt, v/enn sie starken äußeren Erschütterungen ausgesetzt wird. Das zur Dämpfung des AUf-

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pralls dienende Teil 126 kann auch jede gewünschte andere Form oder anderen Aufbau haben. Bei 128 ist ein elastisches Blement angedeutet, das als Halterung für das Gehäuse der Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen dient. Eine verschiebung des zur Dämpfung von Erschütterungen dienenden Teils 126 relativ zu dem Vibratorgehäuse wird dadurch vermieden, daß an der Basisplatte 112 an einer gewünschten Stelle ein vorsprung vorgesehen wird; als Alternative hierzu können der Rahmen oder andere Strukturteile der elektronischen uhr zu diesem Zweck verwendet v/erden. Das.zur Dämpfung von Erschütterungen dienende Teil kann aus einem elektrisch leitenden Gummi bestehen oder eine gewellte bzw. geriffelte Feder aufweisen, die aus einem elektrisch leitenden Material besteht; in diesem Fall kann die Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen 122 bzw. ihr Gehäuse mit der Basisplatte 112 geerdet werden, welche die Abschirm- bzw. Schutzwirkung liefert. Wird die vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen zv/ischen dem gedruckten Substrat und dem Uhrgehäuse angeordnet, so kann das zur Dämpfung von Erschütterungen dienende Teil zwischen dem Gehäuse des Vibrators und dem Uhrgehäuse angeordnet werden.

Durch den oben erwähnten Aufbau kann das Gehäuse des Mechanischen Vibrators nicht -direkt gegen das Mecallgehäuse oder die Basisplatte schlagen, da <das Teil 126 die Erschütterungen aufnimmt und dämpft; das Teil hat einen kompakten Aufbau und ein sehr geringes Volumen. Darüberhinaus kann eine Abschirmwirkung dadurch erreicht v/erden, daß das Dämpfungsteil aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt wird.

Eine modifizierte Ausführungsform der Halterung ist in dön Fig. 15 und 16 dargestellt, in denen gleiche oder entsprechende Einzelteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 3, 4 und 14 versehen sind. Bei dem Aufbau nach den Fig. 15 und 16 ist der erste Gehäuseteil 70 des

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Gehäuses 58 der Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen in einen Bereich in der :;ähe der Halterung für das schwinge ride Element 82 mit einem seitlichen bzw. abgesetztem oder gekröpftem Bereich 7Oe versehen. Wenn der abgesetzte Dereich 7Oe des Gehäuses 58 des Vibrators starr an dem Drucksubstrat 110 angebracht .ist, wird der übrige Teil des ersten Gehäuseteils 70 in der Mähe der Schenkel des schwingenden Elementes 82 durch einen Spalt 130 mit vorher bestimmter Breite ( die beispielsweise zwischen 0,02 und 0,2 mm liegt) von dem Drucksubstrat 110 getrennt. Üblicherweise ändert sich die Größe des Lagefehlers, der aufgrund des Unterschiedes in den Eigenfrequenzen der Schenkel der Stimmgabel entsteht, in Abhängigkeit von der Berührungslage des vibratorgehauses relativ zu dem anderen Teil. Wenn unter diesen Bedingungen das vibratorgehäuse in direktem Kontakt mit dem Drucksubstrat in einem Bereich in der iiähe der Schenkel der Stimmgabel gehalten wird, werden die Eigenfrequenzen der Schenkel der Stimmgabel nachteilig beeinflußt, so daß ein größerer Lagefehler auftreten wird. Dies beruht darauf, daß die Stimmgabel nicht-abgeglichene Eigenfrequenzen an den Schenkeln liefert, so daß das schwingende Element an sich veranlaßt wird, sich rund um das Schwere — Feld in eine Richtung zu drehen, die im wesentlichen parallel zu den schwingenden Oberflächen der schenkel des schwingenden Elementes liegt; wenndas Vibratorgehäuse im Kontakt mit dem anderen Teil an einer Lage gehalten wird, in der die Amplituden der Frequenzen groß sind, wird der Einfluß des Kontaktbereichs auf die Frequenz erhöht. Da die akkustische Impedanz des zur Dämpfung von Erschütterungen dienenden Teils 128 in Bezug auf die Ausgangsfrequenz ( von beispielsweise ungefähr 32 KHz) relativ klein ist, wird der Einfluß des zur Dämpfung von Erschütterungen dienenden Teils 128 auf den Lagefehler vernachlässigbar klein.

V/ie in den Fig. 15 und 16 dargestellt ist, sind die Lei-

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ter 88 und 90 der vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen ■Schwingungen mit Zuleitungen bzw. Flachanschlüssen 130 und 132 verbunden, die einen Teil einer elektronischen Schaltung und eines Oszillators (nicht dargestellt) der elektronischen Uhr bilden. Bei dieser Modifikation bastaht ein zur Dämpfung von Erschütterungen dienendes Teil 123' aus einem elektrisch leitenden, elastischen Material und ist an seiner Bodenoberfläche mit dec Wand einer ringförmigen Aussparrung 7od des Gehäuses 68 der Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen durch einen elektrisch leitenden Klebstoff verbunden. Das zur Dämpfung von Erschütterungen dienende Teil 128' weist einen Kopf auf, der durch einen Flachanschluß 134 geerdet ist, so daß die' eingestellte Frequenz nicht nachteilig beeinflußt wird. Da der Bodenbereich des zur Dämpfung von Erschütterungen dienenden Teils 128« so ausgebildet ist, daß er in der ringförmigen Aussperrung 7Od des vibratorgehäuses 68 aufgenommen werden kann, läßt sich das"Vibratorgehäuse 68 genau und zuverlässig anordnen. Wie insbesondere in Fig. 16 dargestellt ist, wird die Basisplatte 112 mit einer im wesentlichen rechtwinkligen Aussparung versehen, um das Gehäuse 68 aufzunehmen. Ein weiteres zur Dämpfung von Erschütterungen dienendes Teil 126' ist durch einen geeigneten, elektrisch leitenden Klebstoff 136 an dem zweiten Gehäuseteil 72 angebracht und kommt mit einer benachbarten Wand der ringförmigen Aussparung_ 112a der Basisplatte 112 in Eingriff, so daß ein Spalt 138 mit vorher bestimmter Breite entsteht·. Der Einfluß des zur Dämpfung von Erschütterungen dienenden Teils 126' auf den Lagefehler ist aus dem oben erwähnten Grund vernachlässigbar klein· Der zweite Gehäuseteil 72 kann ebenfalls geerdet werden, indem das. zur Dämpfung von Erschütterungen dienende Teil 126' aus einem elektrisch leitenden Gummi oder .Harz hergestellt wird·

Eine vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen mit dein in den Fig. 15 und 16 gezeigten Aufbau wurde

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zusammengebaut, wobei eine Kristall-Stimmgabel mit einer Gesamtlänge von 6,7 mm, einer Breite von 1,2 mm und einer Dicke von o,35 mm verv/endet wurde; der Schlitz der Stimmgabel hatte eine Länge von 3,7 mm und eine Breite von 0,2mm. Diese vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen wurde in verschiedenen Gehäusen untergebracht, die Armbanduhren ähneln, und Falltests unterworfen. Würde rund um das Vibratorgehäuse-ein ausreichender Raum bzw· Abstand vorgesehen, so zeigte der Vibrator eine ausgezeichnete Stoßfestigkeit und leistete der beim Aufprall entstehenden Erschütterung sogar dann Widerstand, wenn das Gehäuse aus einer Höhe von mehr als 150 cm fallen gelassen wurde. Stand rund um die vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen kein ausreichender Raum zur Verfügung, so prallte die vorrichtung auf ein benachbartes, starres Teil, und die Kristall-Stimmgabel bzw. der Schwingquarz v/urde an dem Anschlußende des Schlitzes oder dem Fußbereich, der an dem Halterungssubstrat befestigt ist, sogar dann leicht zerbrochen, wenn das Gehäuse aus einer geringeren Höhe herab fiel. Der als Stimmgabel ausgebildete Schwingquarz leistet also nur einen geringen Widerstand gegen die Aufprallerschütterung, die in einer zu der Ebene der Stimmgabel senkrechten Richtung ausgeübt wird, während der Widerstand geigen die Aufprallerschütterung in anderen Richtungen hoch ist, so daß es hier nicht zu Beschädigungen kam.

Die zur Dämpfung von Erschütterungen dienenden Teile 126· und 128' dienen dazu, die auf das Gehäuse 68 der vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen ausgeübten Erschütterungen sogar dann minimal zu machen, wennrund um das Gehäuse kein ausreichender Raum'und kein ausreichender Abstand zur verfugung steht und.das Vibratorgehäuse gegen die benachbarten Teile stößt. Das zur Dämpfung von Erschütterungen dienende Teil 126' ist. so geformt, daß die Kontaktfläche relativ.zu der Basisplatte 112 klein ist; im normalen zustand ist die Starrheit des zur Dämpfung von Erschütterungen dienenden Teils gering, so daß

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der Lagefehler minimal wird, der auf dieses Teil zurückzuführen ist. In diesem Fall stößt sogar dann, wenn das Gehäuse einem starken Aufprall ausgesetzt wird, die vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nicht oder so leicht gegen das Gehäuse, dai3 das schwingende Element nicht zerbrochen wird. Die Stoßdämpferwirkung der beiden Teile 126' und 128' kommt nur dann zur Wirkung, wenn die vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen Aufprallerschütterungen ausgesetzt wird, die in einer zu der Ebene der Armbanduhr senkrechten Richtung ausgeübt werden. Da jedoch die Kristall-Schwinggabel, die einen Teil des mechanischen Vibrators bildet, in einer Ebene angeordnet ist, die parallel zu einer Zeitanzeigescheibe bzw. einem zifferblatt oder einer Anzeigeoberfläche verläuft, leistet die Kristall-Schwinggabel einen ausreichenden Widerstand gegen die Aufprallerschütterungen, die in einer zu der Anzeigeoberfläche parallelen Richtung ausgeübt werden. Um zu verhindern, daß die Stimmgabel gegen die innere Wand des Gehäuses schlägt, wennjsie größeren Aufprallerschütterungen in der zu der Zeitanzeigeoberfläche parallelen Richtung ausgesetzt v/ird, können mechanische Anschläge in dem Gehäuse an Stellen in der Nähe der Anschlußenden der Schenkel der Stimmgabel vorgesehen· werden. Diese Anschläge können aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Metall, Harz oder Gummi bestehen und durch einen kleinen Abstand von den Umfangen der Stimmgabel getrennt sein.

Die in den Fig. 15 und 16 dargestellte Vorrichtung: zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen kann auf folgende Weise modifiziert v/erden:

1. Auf die zur Dämpfung von Erschütterungen dienende Teile 126' und 128' wird verzichtet; statt dessen ⁵ wird die Breite der Spalte 130 und 138 auf einen Wert erhöht, der beispielsweise größer als 0,3 mm ist. Durch diese Anordnung wird verhindert, daß die Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen

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Schwingungen gegen die Easisplatte 112 oder das Drucksubstrat 110 schlagen kann.

2. In ähnlicher VJeise kann auf die zur Dämpfung von Erschütterungen dienende Teile verzichtet v/erden und es werden keine Spalte 130 und 138 vorgesehen oder sie v/erden auf einen minimalen Wert von beispielsweise 0 bis 0,1 mm verringert. Obwohl bei diesem Aufbau die Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen auf das Uhrgehäuse oder das Drucksubstrat schlagen wird, ist die auf die Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen ausgeübte Erschütterung gering, weil der mechanische Vibrator in der Anfangsstufe der Auf— prallbeschleunigung in Kontakt mit dem Uhrgehäuse oder dem Drucksubstrat gebracht wird. Auf diese V/eise wird ausreichend verhindert, daß die Stimmgabel zerbrochen vird, wenn sie üen Aufprallerschütterungen ausgesetzt wird.

3. Der erste Gehäuseteil 70 wird flach gemacht,und es wird kein abgesetzter Bereich 7Oe vorgesehen, in diesem Fall wird das vibratorgehäuse 68 mittels der Leiter 88 und 90 durch das Drucksubstrat 110 so gehaltert, daß der erste Gehäuseteil 70 von dem Drucksubstrat Ho durch einen gleichmäßigen Spalt getrennt ist, der dem Spallt 138 ähnelt. Der vorteil dieser Halterung liegt darin, daß der mechanische vibrator relativ v/eich durch die Federwirkung der Anschlußleitungen gehaltert wird, so daß der Lagefehler minimal wird. Als Alternative hierzu kann der mechanische Vibrator durch das Drucksubstrat in der VJeise gehaltert .werden, daß sein Gehäuse geneigt ist und in Kontakt mit dem Drucksubstrat 110 über der minimalen Fläche in der Lage in der Mähe der Anschlußlextungen gehalten wird.

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4. Die zur Dämpfung von Erschütterungen dienenden ■ Teile 126· und 128^f sind einstückig miteinander ausgebildet. Dabei wird beispielsweise ein rohrförmiges Gummi- oder Kunststoffstück auf eine geeignete Länge zerschnitten, so daß der mechanische vibrator mit ihm bedeckt werden kann, in diesem Fall kann die vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen Aufprallerschütterungen aushalten, die in verschiedenen Richtungen ausgeübt werden.

5· Die zur Dämpfung von Erschütterungen dienenden Teile können an anderen Einzelteilen und nicht an dem mechanischen Vibrator vorgesehen v/erden; als Alternative hierzu können sie" auch einfach während der Hontage in Spalten zwischen den Einzelteilen angeordnet werden.

6. Nach dem zusammenbau-der vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen werden die zur Dämpfung von Erschütterungen dienenden Teile im zusammengedrückten zustand gehalten.

7. Nach dem zusammenbau der vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen v/erden die zur Dämpfung von Erschütterungen dienden Teile in einem geringen Abstand von den benachbarten Teilen angeordnet. Dadurch läßt sich der Lagefehler verringern.

8·-Die zur Dämpfung von Erschütterungen dienenden Teile werden hergestellt, indem die gewünschten Einzelteile mit einem Harz beschichtet v/erden, . ³ der polymerisiert wird.

Gernäß der vorliegenden Erfindung wird also eine mikrominiaturisierte vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen

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Schwingungen geschaffen, die trotz ihrer geringen Größe sehr widerstandsfähig gegen Erschütterungen und stoßfest ist^ außerdem wird der auf die Befestigung zurückzuführende Lagefehler auf einen für die Praxis akzeptablen V/ert verringert. Dadurch ist es möglich, die Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach der Erfindung zusammen mit anderen Uhrbestandteilen in einem äußerst kleinen und dünnen Uhrgehäuse unterzubringen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1.1 Vorrichtung zur Erzeugung von.mechanischen Schwingungen für eine uhr, gekennzeichnet durch ein evakuiertes Gehäuse (68), durch ein als Halterung dienendes Substrat (74), bei dem auf einer Oberfläche leitende Metallschichten (76,78) getrennt und auf einer anderen Oberfläche eine zweite leitende Metallschicht (80) über eine wesentlich größere Fläche ausgebildet sind, wobei die zweite leitende Metallschicht des Halterungssubstrates (74) starr an einer inneren Wand des evakuierten Gehäuses (68) angebracht ist, und durch ein piezoelektrisches, schwingendes Element (82), das mit Elektroden (84,86) für seine Erregung ausgebildet und starr an einem Ende so mit dem Halterungssubstrat (74) verbunden ist, daß die Elektroden (84, 86) des piezoelektrischen schwingenden Elementes (82) jeweils mit den ersten leitenden Metallschichten (76,78) des Halterungssubstrates (74) verbunden sind.

2. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterungssubstrat (74) aus einem Keramikmaterial besteht.

3. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das evakuierte Gehäuse (68) einen ersten und zweiten Gehäuseteil (70,72) aufweist, die an ihren Flanschbereichen miteinander verbunden sind, wobei wenigstens einer der ersten und zweiten Gehäuseteile (70,72) Dehälterform hat.

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4. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der ersten und zweiten Gehäuseteile (70,72) einen vorsprung (70c) hat, der als positionierteil ±^Tür das Halterungssubstrat (74) dient.

5. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der ersten und zweiten Gehäuseteile (70,72) eine Öffnung aufweist, die durch ein transparentes Teil hermetisch verschlossen ist.

6. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als piezoelektrisches schwingendes Element (82) ein Quarzkristall verwendet wird.

7. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als piezoelektrisches schwingendes Element (82) Lithiumtantalat verwendet wird.

8. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische schwingende Element (82) eine Stimmgabel mit Schenkeln und einem Fußbereich aufweist, der an dem Ende des piezoelektrischen schwingenden Elementes (82) ausgebildet ist.

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9.· Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein paar leitende Metallschichten vorgesehen sind, und daß vorstehende Leiter mit dem Paar von leitenden Metallschichten verbunden sind, die auf einer Oberfläche des Halterungssubstrates (74) ausgebildet sind und sich aus dem evakuierten Gehäuse (68) heraus erstrecken.

lo· Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der vorstehenden Leiter ein darin ausgebildetes durchgehendes Loch aufweist, das nach der Evakuierung des Gehäuses (68) hermetisch verschlossen wird.

11· Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterungssubstrat (74) und das evakuierte Gehäuse (68) Bohrungen aufweisen, durch welche sich die vorstehenden Leiter nach außen aus dem evakuierten Gehäuse (68) heraus erstrecken.

12· Vorrichtung zuir Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 dxs 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite leitende Metallschicht (80) des Halterungssubstrates (74) und die innere Wand des evakuierten Gehäuses (68), die ersten leitenden Metallschichten (76, 78) des Halterungssubstrates und ein Ende des piezoelektrischen schwingenden Elementes ^82,, und die vorstehenden Leiter und die ι ragplatte jeweils miteinander durch

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Lötmetalle verbunden sind.

13. vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die creite des evakuierten Gehäuses (68) allmählich in Richtung auf das andere Ende des piezoelektrischen schwingenden Elementes (82) längs seiner longitudinalen Achse abnimmt.

14. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Halterungssubstrat (74) und der inneren Wand des evakuierten Gehäuses (68) angeordnete Metallplatte (100), die starr damit durch ein Lötmetall ver-„,. bunden ist.

15. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterungssubstrat (74) ein Paar Aussparungen und die vorstehenden Leiter jeweils in den Aus- :sparungen aufgenommene Kopfbereiche aufweisen, wobei ein Ende.des piezoelektrischen schwingenden Elementes (82) über dem Halterungssubstrat (74) angeordnet ist, um die Köpfe der vorstehenden Leiter zu bedecken.

16. vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Aussparungeji eine ringförmige Schulter aufweist, die mit einer leitenden Metallschicht ausgebildet ist, die mit

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jeder der Elektroden des piezoelektrischen schwingenden
Elementes (82) durch ein Lötmetall verbunden ist, welches das piezoelektrische schwingende Element (82) mit dem
Halterungssubstrat (74) verbindet.

17. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterungssubstrat (74) ein paar ringförmige vorsprünge aufweist, die sich quer zu der Ebene
des Halterungssubstrates (74) erstrecken und so ausgebildet sind, daß sie in den Bohrungen des evakuierten Gehäuses (68) aufgenommen werden.

18. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Uhr eine Basisplatte (112) und eine isolierende Platte aufweist, auf der eine gedruckte Schaltung ausgebildet ist, wobei die isolierende platte im Abstand von der Basisplatte (112) angeordnet ist und das
evakuierte Gehäuse (68) von der isolierenden platte gehaltert wird.

19. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das evakuierte Gehäuse (68) an der isolierenden platte durch die vorstehenden Leiter angebracht ist, die elektrisch mit
der gedruckten Schaltung verbunden sind.

20. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingun-

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gen nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das evakuierte Gehäuse (68) nur an einem Bereich in der i-jähe der vorstehenden Leiter an der isolierenden Platte angebracht ist.

21. vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das evakuierte Gehäuse (68) jeweils in Abständen mit vorher bestimmten Spaltbreiten von der Basisplatte und der isolierenden Platte angeordnet ist.

22. vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch ein Erschütterungen dämpfendes Teil, das zwischen der Basisplatte

und dem evakuierten Gehäuse (68) angeordnet ist.

23. Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Dämpfung von Erschütterungen dienende 'feil aus einem elektrisch leitenden, elastischen Material besteht.

24. vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Dämpfung von Erschütterungen dienende Teil vorher an einer Außenwand des evakuierten Gehäuses (68) angebaut wird.

25. Vorrichtung 2ur Erzeugung von mechanischen Schwingun-

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gen nach einem der Ansprüche 22 bis 24, gekennzeichnet ■durch ein zv/eites zur Dämpfung von Erschütterungen dienendes Teil, das zwischen dem evakuierten Gehäuse (68) undder isolierenden Platte angeordnet ist.

26. vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite^zur Dämpfung von Erschütterungen dienende Teil aus einem elektrisch leitenden, elastischen Material besteht.

27. vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite, zur Dämpfung von Erschütterungen dienende Teil das evakuierte Gehäuse (68) elektrisch mit Masse verbindet.

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