DE2820236A1

DE2820236A1 - Stimmgabelresonator mit einer elektrisch angetriebenen stimmgabel, mit einer abstuetzung und mit wenigstens einem anschlusstift fuer den elektrischen antrieb

Info

Publication number: DE2820236A1
Application number: DE19782820236
Authority: DE
Inventors: Yoshiko Kitayama; Takeshi Nakamura; Hiroshi Nishiyama; Yoshimasa Yamashita
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1977-05-09
Filing date: 1978-05-09
Publication date: 1978-11-16
Also published as: US4178526A; JPS53153832U

Description

Die Erfindung betrifft einen Stimmgabelresonator mit einer elektrisch angetriebenen Stimmgabel mit zwei Zinken, bei der an der Außenseite wenigstens einer Zinke ein Wandler oder Schwinger angebracht ist, mit einer Abstützung, aus der sich stangenförmige 5 Vorsprunge zum Halten der Stimmgabel erstrecken, und mit wenigstens einem sich aus der Abstützung erstreckenden Anschlußstift für die Elektrode des Wandlers.

Es ist bekannt, daß ein Stimmgabelresonator eine elektrisch angetriebene Stimmgabel mit zwei einander gegenüberstehenden Gabel-10 zinken, die an ihrem einen Ende miteinander mittels eines gemeinsamen Verbindungeabschnittes verbunden sind, und ein· Abstützung enthält, durch die die Stimmgabel in einem Abstand von der .Abstützung festge-

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halten vird. Der Stimmgabelresonator wird allgemein als ein hochselektiver Filter für elektrische Signale oder in Verbindung mit eines Rückkopplungsverstärker benutet, üb einen sehr stabilen Oscillator zu schaffen.

Es soll im folgenden zunächst derjenige schon bekannte

Stimmgabelresonator unter Bezugnahme auf Fig. 1 der beigefügten Zeichnung beschrieben werden, der dem Erfindungsgegenstand am nächsten zukommen scheint« In Fig. 1 ist in schematischer perspektivischer Ansicht ein solcher vorbekannter Stimmgabelresonator gezeigt.

Der in Fig. 1 gezeigte vorbekannte Stimmgabelresonator umfaßt eine im wesentlichen U-förmige Stimmgabel 10 aus metallischem Material mit zwei einander gegenüberstehenden Zinken 11 und 12 und einen gemeinsamen Terbindungsabschnitt 13* der an seinen gegenüberliegenden Enden einstückig mit den entsprechenden Enden der Zinken 11 und 12 verbunden ist, wobei durch die einander gegenüberstehenden Zinken 11 und 12 eine im wesentlichen U-förmige Hut 14 gebildet wird. Dieser Stimmgabelresonator umfaBt weiter einen Abstütsungsaufbau mit einer Abstützung 15 aus elektrisch isolierendem Material und zwei voneinander Abstand aufweisenden Stützstangen 16 und 17t die auf der Abstützung starr befestigt sind und sich von einer Oberfläche der Abstützung 15 nach oben erstrecken, wobei die freien Enden der Stützstangen 16 und 17 miteinander zusammenarbeiten, um einen Teil der Stimmgabel 14 in der Mitte zwischen

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Knoten der Grundschwingung derselben zu halten, d.h. einen Teil, der in der Mitte der Gesamtlänge des gemeinsamen Verbindungsabschnittes 13 liegt. Die Abstützung 15 trägt zwei ElektrodenanschluBstifte 18 und 19t deren entgegengesetzte Enden auf den entsprechenden Seiten der Abstützung 15 ange» ordnet sind, wobei sich der im wesentlichen in der Mitte befindliche Teil derselben ganz durch die Gesamtdicke der Abstützung 15 hindurch erstreckt. Sie Enden der Ansohlußstifte 18 und 19, die sich in der Nähe der Stimmgabel 10 befinden, sind elektrisch mit Hilfe von Drähten 20 bzw. 21 mit piezoelektrischen Elementen (τοη denen nur eines bei 22 gezeigt ist) verbunden, von denen jedes an einer äußeren Oberfläche der entsprechenden Zinke 11 oder 12 angebracht ist, und zwar an der Oberfläche, die von der anderen Zinke 12 oder 11 wegzeigt.

Venn der Stimmgabelresonator der oben beschriebenen Bauart, die in Fig. 1 gezeigt ist, als Oszillator verwendet werden soll, wird einer der Anschlußstifte, z.B. der Anschlußstift 18, mit dem anderen AnschluBstift 19 elektrisch über einen Rückkopplungsverstärker (nicht gezeigt) verbunden ,so daß ein elektrisches Signal, das die Eigenschwingung der Stimmgabel 10 wiedergibt, nachdem es vom piezoelektrischen Element abgegeben, an den Anschlußstift 18 durch den Draht 20 angelegt, an den Rückkopplungsverstärker angelegt und dann durch diesen Eückkopplungsverstärker verstärkt ist, jetzt an das piezoelektrische Element 22 angelegt

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werden kann, so daß die Stimmgabel 10 weiterhin mit ihrer Eigenfrequenz schwingt.

Die Haltekonetruktion, die bei dem vorbekannten Stimmgabelresonator verwendet wird und die in Fig. 1 gezeigt ist, kann als ein Zweipunkt-Haltesystem bezeichnet werden. Wegen dieser Zweipunktunterstützung der Stimmgabel 10 ist der Stimmgabelresonator insgesamt nicht ausreichend widerstandsfähig gegen Stoß und Vibration. Wird z.B. ein Stoß oder eine Vibration entweder direkt oder indirekt entweder an die Stimmgabel 10 oder die Abstützung 15 oder an beide angelegt, so kann sich die Resonanzfrequenz leicht ändern und/oder die Stimmgabel 10 kann leicht mit einem der Anschlußstifte 18 und 19 oder den Drähten 20 und 21 einen Kurzschluß machen.

Darüberhinaus ist bei der Haltekonstruktion, die in Fig. 1 gezeigt ist, wegen der Verwendung der Drähte 20 und 21 die Herstellung des Stimmgabelresonators kompliziert, da ein Löten an vier Funkten erforderlich ist.

Es kann andererseits, um die oben genannten Nachteile zu vermeiden, erwogen werden, die Stimmgabel 10 direkt auf die Abstützung 15 zu setzen. Diese Möglichkeit hat jedoch den Nachteil, daß das Q (der Gütefaktor) ohne weiteres verkleinert werden kann, da das Berührungegebiet der Stimmgabel 10 mit der Abstützung 15 verhältnismäßig groß wird.

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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben genannten Nachteile und Unannehmlichkeiten, die mit dem vorbekannten Stimmgabelresonator verknüpft sind, im wesentlichen zu beseitigen; es soll ein verbesserter Stimmgabelresonator geschaffen werden, der verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Stößen und Schwingungen ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Stimmgabelresonator, bei dem die Stimmgabel wenigstens durch ein Dreipunkt-Halteeyetea unterstützt ist, durch das die Stimmgabel an wenigstens drei Funkten unterstützt ist, wodurch eine größere TJnempfindlichkeit gegen Stöße und Schwingungen geschaffen wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Stimmgabelresonators, der ohne weiteres zusammengesetzt werden kann, ohne daß im wesentlichen komplizierte Lötvorgänge erforderlich sind.

Der erfindungsgemäße Stimmgabelresonator schließt eine im wesentlichen TJ-förmige Stimmgabel aus metallischem Material mit zwei einander gegenüberstehenden Zinken und einem gemeinsamen Yerbindungsabschnitt, der an seinen gegenüberliegenden Enden einstückig mit entsprechenden Enden der Gabelzinken verbunden ist, eine Abstützung aus elektrisch isolierendem Material, zwei voneinander Abstand aufweisende Stützetangen, die starr auf der Abstüt-

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zung befestigt sind, und wenigstens einen AnschluSstift ein, der sich ganz durch die gesamte Dioke der Abstützung hindurch erstreckt. Die Stimmgabel wird durch die Stützstangen auf solche Weise getragen, daß die freien Enden der entsprechenden Stützstangen den gemeinsamen Verbindungsabschnitt tragen, wobei eine untere Oberfläche des gemeinsamen VerbindungBabschnittes, die der Oberfläche desselben gegenübersteht, Ton der sich die Zinken nach außen erstrecken, in einem Abstand von der Oberfläche der Abstützung gehalten wird.

Während der so weit beschriebene Aufbau des Stimmgabelresonators im wesentlichen identisch mit demjenigen eines schon bekannten Stimmgabelresonators, der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben und in dieser Figur gezeigt ist, sein kann, zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß die Stimmgabel auf dem Anschlußstift befestigt ist, wobei die untere Oberfläche des gemeinsamen Verbindungsabschnittes über eine elastische isolierende Schicht in Berühung mit einer Endfläche des Anschlußstiftee steht. Zusätzlich dazu zeichnet sich die Erfindung auch dadurch aus, daß die elektrische Verbindung zwischen wenigstens einem piezoelektriechen Wandler, der im Seitenabschnitt einer der Gabelzinken in der Nähe des gemeinsamen Verbindungsabschnittes angebracht ist, und dem Anschlußstift mit Hilfe einer elastischen elektrisch leitenden Masse eines Bindemittels hergestellt wird, der nicht nur dazu dient, eine elektrische Verbindung zwischen den Teilen herzustellen, sondern auch dazu, um die Stimmgabel an ihrem Ort festzuhalten.

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Hit dea erfindungsgemäßen Aufbau wird wenigstens ein Dreipunkt-Halterungssyetea zum Unterstützen der Stimmgabel in Bezug auf die Abstützung geschaffen. Deswegen und im Hinblick auf die Tatsaohe, daß die Stiaagabel durch die elastisehe elektrisch leitende Hasse des Bindemittels festgehalten wird, kann der Stimmgabelresonator nicht nur unempfindlicher gegen Stöße und Vibrationen sein, sondern es kann auch im wesentlichen die Högliohkeit von Änderungen der Resonanzfrequenz beseitigt werden, die sonst vorkommen können, wenn Stöße und/ oder Vibrationen an den Stimmgabelresonator angelegt werden.

Sarüberhinaus führt die Verwendung der elastischen islierenden Schicht nicht zu einer Erniedrigung des Q des Resonators, wie dies der Fall ist, wenn die Stimmgabel direkt auf die Abstützung gesetzt wird, und zwar obwohl die Stimmgabel auf die Endfläche des Anschlußstiftes gesetzt ist, da die elastische isolierende Schicht eine verhältnismäßig kleine Sicke hat und so ausgebildet ist, daß sie leicht Vibrationen absorbiert. Biese elastische isolierende Schicht dient auch dazu, den Anschlußstift von der Stimmgabel elektrisch zu isolieren^ daher kann die Höglichkeit von Kurzschlüssen des Anschlußstiftes oder irgendeines der Anschlußstifte mit der Stimmgabel vorteilhafterweise beseitigt werden.

Sie Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von vorteilhaften Ausführungsformen beschrieben. Es zeigen :

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Fig. 1 eine scheaatisohe perspektivische Ansicht des vorbekannten Stimmgabelresonators (auf diese Figur wurde oben bereits Bezug genommen);

Fig. 2 eine schematisehe perspektivische Ansicht des erfindungsgeaäS verbesserten Stiamgabelresonators;

und

Fig. 3 eine Seitenansicht des verbesserten Stimmgabelresonator der Fig. 2.

In den Fig. 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Stimmgabelresonators gezeigt. Der Stimmgabelresonator umfaßt eine im wesentlichen TJ-föraige Stimmgabel 30 aus metallischem Material mit zwei einander gegenüberstehenden Zinken 31 und 32 und einem gemeinsamen Verbindungsabschnitt 33» der an seinen gegenüberliegenden Enden einstückig mit entsprechenden Enden der Zinken 31 und 32 verbunden ist. Der Zwischenraum zwischen aufeinander zugerichteten inneren Oberflächen 31a und 32a der Zinken und 32 hat die Form einer im wesentlichen TJ-förmigen Nut 34·

Vie dies auch beim in Fig. 1 gezeigten vorbekannten Stimmgabelresonator der Fall ist, wird die Stimmgabel 30 in Bezug auf eine Abstützung 35 mit zwei Stützetangen 36 und 37 festgehalten, die sich von einer Oberfläche der Abstützung 35 nach außen erstrecken und die an ihren Enden in Berührung mit entsprechenden

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Teilen der entgegengesetzten Seitenflächen des gemeinsamen Verbindungsabschnittes 33 und unterhalb des unteren Endes der TJ-förmigen Nut 34 in Berührung stehen, wobei jede der genannten entgegengesetzten Seitenflächen des gemeinsamen Verbindungsabschnittes 33 im rechten Winkel zur Ebene jeder der inneren Oberflächen 31a und 32a der Zinken 31 bzw. 32 steht. Vorzugsweise ist der Berührungspunkt jeder der freien Endabechnitte der entsprechenden Stützstangen 36 und 37 oit dem entsprechenden Teil der Seitenoberfläche des gemeinsamen Verbindungsabschnittes 33 mit dem Schwerpunkt der Stimmgabel 30 oder einem Schwingungsknoten der Stimmgabel 30 ausgerichtet. Die so festgehaltene Stimmgabel 30 weist eine vorbestimmte Entfernung von der Abstützung 35 auf.

Sie Abstützung 35 weist zwei einander gegenüberstehende AnschluBstifte 38 und 39 auf, bei denen jeweils die gegenüberliegenden Endabschnitte auf entsprechenden Seiten der Abstützung 35 liegen und von denen sich ein im wesentlichen in der Mitte angeordneter Abschnitt vollständig durch die Gesamtdicke der Abstützung 35 erstreckt. Der Endabschnitt jeder der Anschlußstifte 38 und 39, der sich nach außen von der genannten einen Oberfläche der Abstützung 35 in einer Richtung parallel zur Richtung erstreckt, in der sich die Stützstangen 36 und 37 erstrecken, hat eine Höhe, die niedriger ist als diejenige der Stützstangen 36 und 37·

Die Stimmgabel 30 kann piezoelektrische Elemente aufweisen, wie sie in Fig. 1 mit 22 bezeichnet sind, die in einer Weise an

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a Q *■»

Al

den Zinken befestigt sind, vie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Ee kann jedoch, vie dies in den Fig. 2 und 5 gezeigt ist, eine äußere Oberfläche jeder der Zinken 51 bzv. 52, die der entsprechenden inneren Oberfläche 51a oder 52a gegenübersteht, über ihre gesamte Fläche mit einer piezoelektrischen Wandlerschicht 40 oder 41 gleichförmiger Dicke versehen sein. Diese piezoelektrischen Vandlerechichten 40 und 41 weisen entsprechende rechteckige Elektroden 40a und 41a auf, deren GrSBe kleiner ist als das Oberfläehengebiet jeder der beiden äußeren Oberflächen der Zinken 51 und 52. Dies· Elektroden sind an den entsprechenden piezoelektrischen Vandlerechichten 40 und 41 an Stellen befestigt, die im vesentlichen mit dem unteren Ende der U-fSrmigen Nut 34 ausgerichtet sind, -vorzugsweise an Stellen, die den Schvingungsknoten der Stimmgabel 30 entsprechen oder in der Nähe derselben liegen.

Die Stimmgabel 50 weist eine elastische isolierende Schicht 42 von in wesentlichem rechteckiger Form auf, die an der unteren Oberfläche der Stimmgabel 50 befestigt ist. Diese elastische isolierende Schicht 42 kann an der unteren Oberfläche der Stimmgabel 50 unter Benutzung eines Bindemittels befestigt sein oder kann alternativ dadurch hergestellt verden, daß ■ ein Material für die elastische isolierende Schicht 42 durch irgendeine bekannte Aufbringungstechnik aufgebracht vird, z.B. durch Druck- oder Aufspritzteohniken. Diese elastische isolierende Schicht 42 hat eine Breite, die im vesentlichen gleich der Breite des Bodens der Stimmgabel

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ist, gemessen in einer Richtung parallel zur Ebene einer der inneren Oberflächen 31a und 32a. Die Länge der elastischen isolierenden Schicht 42 ist dagegen so ausgewählt , daß sie im wesentlichen gleich der Summe oder ein wenig größer als die Summe der Länge des Bodens der Stimmgabel 30, gemessen in einer Richtung senkrecht zur Ebene einer der inneren Oberflächen 31a und 32a, und der Summe der Dicken der einzelnem piezoelektrischen Wandlerschichten 40 und 41 und Elektroden 40a und 41a ist, daß die einander gegenüberstehenden Endflächen der rechteckigen elastischen isolierenden Schicht 42 mit den Ebenen der Elektroden 40a und 41a ausgerichtet werden können. Diese elastische isolierende Schicht 42 kann aus Papier oder einem Film aus Polyäthylenglykolterephthalat, das z.B. kommerziell unter dem der Firma Du Pont gehörenden Warenzeichen "Mylar" erhältlich ist, bestehen. Ss sollte bemerkt werden, daß die elastische isolierende Schicht 42 sowohl elektrisch isolierende als auch stoß- und vibrationenabsorbierende Eigenschaften hat.

Die Stimmgabel 30 mit der an ihrem Boden befestigten elastischen isolierenden Schicht 42 ist, wählend sie durch die freien Endabsohnitte der Stützstangen 36 und 37 in der oben beschriebenen Weise festgehalten wird, auf den Endabschnitten 38a und 39a der entsprechenden Anschlußstifte 38 und 39 befestigt, wobei deren Endflächen die elastische isolierende Schicht 42 berühren, wie dies am besten in Fig. 3 gezeigt ist.

Wenn die Stimmgabel 30 in Bezug auf die Abstützung 35 auf diese Weise befestigt ist, werden die Endabschnitte 38a und 39a

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der Anechlußstifte 58 bzw. 59 elektrisch mit den Elektroden 40a bzw. 41a mittels elektrisch leitender elastischer Hassen 45 und 44 verbunden, die durch Aufbringung eines Bindemittels gebildet sind. Es sollte festgestellt werden, daß keine Höglichkeit besteht, daß die elektrisch leitenden elastischen Hassen 45 und 44 die Stimmgabel 50 direkt berühren, da jede der piezoelektrischen Wandlerschichten 40 und 4I auf der gesamten äußeren Oberfläche der entsprechenden Zinke 51 oder 52, wie dies oben beschrieben wurde, befestigt ist.

Aus der obigen Beschreibung der Erfindung sollte jetzt

klar sein, daß das Vierpunkt-Haltesystem vorteilhaft ist, indem die Stimmgabel in Bezug auf die Abstützung gleichmäßig festgehalten werden kann.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer bevorzugten Aueführungsform beschreiben wurde, sollte festgehalten werden, daß eine der beiden Ansohlußstifte 58 oder 59 in Verbindung mit der entsprechenden piezoelektrischen Wandlerachicht 40 oder 41t der entsprechenden Elektrode 40a oder 41a und der entsprechenden elektrisch leitenden Hasse 45 oder 44 aus Bindemittel nicht immer notwendig sein muß. In diesem Fall kann die Stimmgabel 50 durch ein Dreipunkt-Haltesystem unterstützt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Stimmgabelresonator mit einer elektrisch angetriebenen Stimmgabel mit zwei Zinken, bei der an der Außenseite wenigstens einer Zinke ein Wandler oder Schwinger angebracht ist, mit einer Abstützung, aus der sich stangenförmige Torsprünge sum Halten der Stimm-5 gabel erstrecken, und mit wenigstens einem sich aus der Abstützung erstreckenden Anschlußstift für die Elektrode des Wandlers, dadurch gekennzeichnet , daß eine elastische, elektrisch isolierende, Stöße und Schwingungen dämpfende Schicht (42) vorgesehen und so angeordnet ist und daß der Anschlußstift (38, 39) so ange-10 ordnet und ausgebildet ist, daß die Stimmgabel (30) mit der Schicht (42) als Zwischenlage auf der Endfläche des Anschlußstifte (38, 39)

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ruht, und daß wenigstens eine elektrisch leitende Hasse (44) eines Bindemittels zur Verbindung von Wandler (40, 41) und Anschluß stift (38, 39) vorgesehen ist.

2. Stimmgabelresonator nach Ansprach 1 , dadurch g e k e η nzeichnet, daß an der Außenseite jeder der Zinken (31, 32) je ein Wandler (40, 41) und für die zwei Wandler (40, 41) je ein Anschlußstift (38, 39) für die Elektrode des Wandlers und je eine elektrisch leitende Hasse (44) eines Bindemittels zur Verbindung von Wandler (40, 41) und Anschlußstift (38, 39) vorgesehen ist.

3. Stimmgabelresonator nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , daß die Wandler (40, 41) aus piezoelektrischen Wandlerschicht bestehen, die an der gesamten Fläche der Außenseite der Zinken (31, 32) angebracht sind, und daß Elektroden (40a, 41a) außen an den piezoelektrischen Wandlerschichten (40, 41) angebracht sind.

4. Stimmgabelresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , daß die elastische isolierende Schicht (42) an einer Fläche der Stimmgabel (30) angebracht ist, die nach unten zur Abstützung (35) hin gerichtet ist.

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