DE2832809A1

DE2832809A1 - Keramischer trimmerkondensator

Info

Publication number: DE2832809A1
Application number: DE19782832809
Authority: DE
Inventors: Tadashi Otani; Toshio Tatsumi; Masami Yamazi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1977-07-26
Filing date: 1978-07-26
Publication date: 1979-02-01
Also published as: US4181923A; DE2832809C2; JPS6011451B2; JPS5425459A; CH621679B; CH621679GA3

Description

. DR. BEKG DIPL.-INC. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte: 29 332 26.JuIl 1978

Matsushita Electric Industrial Go.,Ltd. Kadoma-shi, Osaka-fu_f/Japan

Keramischer Trimmerkondensator

vii/xx/Ktz 909885/1045-

• (089)988272 Tdejramme: Bankkonten: Hypo-Bink München 4410122

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

⁹⁸⁸²⁷⁴ TELEX: BiyetVereinsbank München 4J3100 (BLZ 70020270) ⁹⁸³³¹⁰ 0524JiOBERGd Postscheck München. 65343-SOS (BLZ 70010080)

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Anwaltsakte: 29 332

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen keramischen Trimmerkondensator, der insbesondere als Bauteil einer elektronischen oder quarzkristallgesteuerten Uhr verwendbar ist.

Im allgemeinen weisen keramische Trimmerkondensatoren, die als Bauteile in elektronischen oder quarzkrxstallgesteuerten Uhren u.a. verwendet sind, einen Stator aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Kunstharz oder -stoff, welcher eine halbkreisförmige Statorelektrode hat, die fest an dessen oberen Fläche angebracht ist, ein scheibenförmiges, keramisches dielektrisches Teil, das fest an der oberen Fläche des Stators angebracht ist, einen Rotor mit einer halbkreisförmigen, in der unteren Fläche ausgebildeten Ausnehmung und mit einem Einstellteil, das.von dessen oberen Fläche nach oben vorsteht, und ein zylindrisches Gehäuse aus einem Metall auf, in welchem der Stator, das keramische dielektrische Teil und der Rotor untergebracht sind und in welchem sie elastisch federnd mittels aus dem Gehäuse vorstehender Fortsätze gehalten sind.

Hierbei ist jedoch der halbkreisförmige ümfangsrand der halbkreisförmigen Ausnehmung des Rotors durch das keramische dielek-

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trische Teil gegenüberliegend der Statorelektrode festgelegt, so daß die Streukapazität hoch wird und folglich der veränderliche Kapazitätsbereich verkleinert ist. Bei den keramischen Trimmerkondensatoren der vorbeschriebenen Art müssen die Elektrodenflächen innerhalb begrenzter Außenabmessungen voll genutzt werden. Außerdem ist es wesentlich, die Dicke des keramischen dielektrischen Teils so dünn wie möglich zu machen; in der Praxis ist es jedoch unmöglich, die Dicke unter einen bestimmten Grenzwert zu verringern, da das keramische, dielektrische Teil aufgrund von Haltekräften bricht und zerspringt, die über den Rotor von den aus dem zylindrischen Gehäuse vorstehenden Haltefortsätzen übertragen werden. Ferner haben die herkömmlichen keramischen Trimmerkondensatoren den Nachteil, daß ihre Streukapazität nicht in ausreichender Weise vermindert werden kann; das keramische dielektrische Teil kann nämlich nicht unter eine bestimmte Dicke verringert werden, und es kann kein den Erwartungen entsprechender veränderlicher Kapazitätsbereich erhalten werden.

um diese Schwierigkeiten zu überwinden ist^ ein keramischer Trimmerkondensator geschaffen und vorgeführt worden, der einen Stator mit einer halbkreisförmigen Statorelektrode, die an dessen oberen Fläche angebracht ist, einen Rotor, der aus einer ersten dielektrischen Scheibe mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten und einer darin eingebetteten Rotorelektrode, einer zweiten dielektrischen Scheibe mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten, welche koaxial auf der ersten dielektri-

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sehen Scheibe angeordnet ist, und aus einer dritten dielektrischen Scheibe mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten besteht, die über der zweiten dielektrischen Scheibe angeordnet ist, und eine Drehwelle aufweist, die in eine Mittenöffnung des Rotors eingesetzt ist und fest an diesem angebracht ist, so daß der Rotor bezüglich des Stators gedreht werden kann.

Da die zweite dielektrische Scheibe mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten zwischen der Drehwelle und der Statorelektrode angeordnet ist, ist die sich ergebende Streukapazität beinahe vernachlässigbar, so daß der veränderliche Kapazitätsbereich erhöht werden kann. Jedoch ist der Rotor im Aufbau sehr kompliziert, so daß seine Montage zeitaufwendig und mühsam ist. Außerdem ist es schwierig, eine einwandfreie elektrische Verbindung zwischen der Rotorelektrode und der Drehwelle zu erhalten. Der Rotor selbst bricht infolge von Stößen sehr leicht, so daß seine Dicke größer sein muß als ein bestimmter vorgegebener Wert. Infolgedessen ist es schwierig, eine hohe elektrostatische Kapazität zu erhalten.

Die Erfindung soll daher einen keramischen Trimmerkondensator schaffen, dessen Streukapazität vernachlässigbar ist und der eine hohe elektostatische Kapazität aufweist.Ferner soll ein keramischer Trimmerkondensator geschaffen werden, der bei hoher Produktivität hergestellt werden kann und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit aufweist.

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Gemäß der Erfindung ist ein keramischer Trimmerkondensator gekennzeichnet durch einen Stator mit einer halbkreisförmigen Statorelektrode, die an dessen oberen Fläche angebracht ist, durch einen Rotor mit einer dielektrischen Anordnung aus einem scheibenförmigen/ keramischen dielektrischen Teil mit einer halbkreisförmigen dielektrischen Schicht, die auf deren oberen Fläche ausgebildet und eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 20 und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der im wesentlichen gleich dem des scheibenförmigen, keramischen dielektrischen Teils ist, durch ein Rotorgehäuse aus einem Metall, wobei die dielektrische Anordnung elektrisch und mechanisch mit dem Rotorgehäuse verbunden ist, und durch ein zylindrisches Kondensatorgehäuse aus einem Metall, in welchem elastisch federnd der Stator und der Rotor untergebracht sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der keramische Trimmerkondensator ein zylindrisches Gehäuse, einen Stator und einen Rotor mit einem Rotorgehäuse und einer dielektrischen Anordnung aus einem scheibenförmigen keramischen dielektrischen Teil, eine auf der oberen Fläche des dielektrischen Teils ausgebildeten, halbkreisförmigen dielektrischen Schicht, die eine niedrige Dielektrizitätskonstante von weniger als 20 und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der im wesentlichen gleich dem des elektrischen Teils ist, und eine Rotorelektrode auf, die auf der ganzen Oberfläche des dielektrischen Teils einschließlich der halbkreisförmigen dielektrischen Schicht ausgebildet ist, wobei die dielektrische Anordnung in

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das Rotorgehäuse eingesetzt ist und elektrisch und mechanisch mit diesem verbunden ist; der Stator und der Rotor sind in dem zylindrischen Gehäuse angeordnet und elastisch federnd gehalten. Die Streukapazität ist beinahe vernachlässigbar, der veränderliche Kapazitätsbereich ist erheblich verbessert, und die mechanische Festigkeit kann erhöht werden. Dadurch kann der keramische Trimmerkondensator insbesondere in einer elektronischen Uhr verwendet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen herkömmlichen keramischenTrimmerkondensator;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht dessen Rotors;

Fig. 3 eine Schnittansicht durch einen weiteren herkömmlichen, keramischen Trimmerkondensator;

Fig. 4 eine Schnittansicht durch einen keramischen Trimmerkondensator gemäß der Erfindung;

Fig. 5 in einem größeren Maßstab eine Schnittansicht durch dessen Rotor; und

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Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Rotors

Bevor die bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung beschrieben wird, werden kurz herkömmliche keramische Trimmerkondensatoren beschrieben, um im einzelnen die bestehenden Schwierigkeiten aufzuzeigen.

In Fig. 1 ist ein Trimmerkondensator dargestellt, der in einer elektronischen Schaltung einer quarzkristallgesteuerten uhr verwendet wird. Er weist im allgemeinen einen Stator 1, ein keramisches dielektrisches Teil 3, einen Rotor 6 und ein Gehäuse 8 auf. Der Stator 1 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Kunstharz oder Kunststoff hergestellt und hat eine halbkreisförmige Statorelektrode 2, die an. dessen oberen Fläche fest angebracht ist. Das keramische dielektrische Teil 3 ist über der oberen Fläche des Stators 1 fest angebracht. Der Rotor 6 ist aus einem Metall hergestellt und weist eine in der unteren Fläche ausgebildete, halbkreisförmige Ausnehmung 4 und eine Einstellschraube 5 auf, die koaxial von der oberen Fläche nach oben vorsteht. Der Rotor 6 ist auf dem keramischen dielektrischen Teil 3 angeordnet. Die Anordnung aus dem Stator 1, dem dielektrischen Teil 3 und dem Rotor 6 ist in dem Gehäuse 8 untergebracht und durch Federteile in einer vorgegebenen Stellung gehalten, die von dem Gehäuse 8 vorstehen und elastisch federnd gegen die obere Fläche des Rotors 6 und gegen Halteansätze 9 drücken, die ebenfalls von dem Gehäuse 8 vorstehen und auf denen

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die untere Fläche des Stators 1 fest aufliegt.

Der Trimmerkondensator der vorbeschriebenen Art muß klein und dünn ausgebildet sein und eine höhere Kapazität haben, damit er in eine miniaturisierte elektronische Schaltung beispielsweise einer guarzkristallgesteuerten uhr verwendet werden kann. Mit anderen Worten, die Elektrodenflächen müssen innerhalb der begrenzten äußeren Abmessungen voll ausgenützt werden und das keramische dielektrische Teil muß so dünn wie möglich sein.

Da jedoch, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die halbkreisförmige Ausnehmung 4 in der unteren Fläche des Rotors 6 ausgebildet ist, ist ein halbkreisförmiger ümfangsrand 10 an dem Rotor 6 übrig geblieben. Der Rand 10 dient dazu, den Rotor 6 parallel zu dem dielektrischen Teil 3 festzulegen; aber selbst wenn die Statorelektrode 2 und der Rotor 6 entsprechend angeordnet sind, um die Kapazität auf ein Minimum herabzusetzen, wird die Streukapazität erhöht, da der Ümfangsrand 10 über das keramische dielektrische Teil der Statorelektrode 2 in Gegenüberlage zu der Statorelektrode 2 festgelegt ist. Folglich ist der veränderliche Kapazitätsbereich verkleinert.

Da ferner die Federteile 7 des Gehäuses 8 elastisch federnd gegen den Rotor 6 drücken, welcher seinerseits gegen das keramische dielektrische Teil 3 gedrückt wird, zerbricht das dielektrische Teil 3 leicht, wenn es dünn ausgebildet ist. Infolgedessen ist die Verringerung der Dicke des keramischen dielek-

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trischen Teils 3 begrenzt.

In Fig. 3 ist ein weiterer herkömmlicher Trimmerkondensator mit einem Stator 12 und einem Rotor 17 dargestellt. Der Stator

12 hat eine halbkreisförmige Statorelektrode 11, die fest an seiner oberen Fläche angebracht ist. Der Rotor 17 weist ein erstes scheibenförmiges dielektrisches Teil 13 mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten, eine in dem dielektrischen Teil

13 eingebettete Rotorelektrode 14, ein zweites scheibenförmiges, dielektrisches Teil 15 mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten, das koaxial über dem ersten dielektrischen Teil angeordnet ist, und ein drittes scheibenförmiges, dielektrisches Teil 16 mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten auf, das koaxial «über dem zweiten dielektrischen Teil angeordnet ist. Eine Drehwelle 18 ist in eine Mittenöffnung des Rotors 17 eingesetzt und fest mit diesem verbunden.

Da die zweite dielektrische Scheibe 15 mit einer niedrigen. Dielektrizitätskonstanten zwischen dem Kopf der Drehwelle 18 und der Statorelektrode 11 angeordnet ist, ist die Streukapazität vernachlässigbar, und der veränderliche Kapazitätsbereich ist größer.

Jedoch ist der Rotor 17 im Aufbau sehr kompliziert, so daß seine Herstellung und sein Zusammenbau mühsam ist. Auch ist es schwierig, einen (guten) elektrischen Kontakt zwischen dem Rotor 14 und der Drehwelle 18 zu erhalten. Außerdem bricht

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bei Stößen oder Schlagen der Rotor 17 sehr leicht, so daß er eine größere Dicke als einen bestimmten vorgegebenen Wert aufweisen muß. Infolgedessen wird es sehr schwierig, eine höhere elektrostatische Kapazität zu erhalten.

In den Fig. 4 bis 6 weist ein keramischer Trimmerkondensator gemäß der Erfindung einen Stator 19, einen Rotor 22 und ein Gehäuse 32 auf. Wie am besten aus Fig. 4 zu ersehen ist, ist der Stator 19 aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Aluminiumoxidkeramik oder einem Kunstharz bzw. -stoff, hergestellt und weist die Form einer Scheibe auf. Er hat eine halbkreisförmige Statorelektrode 20, die in dessen oberen Fläche eingebettet bzw. untergebracht ist; die eingebettete Elektrode 20 ist koplanar bezüglich des Restes der oberen Fläche des Stators 19. Ein Statoranschltiß 21 ist fest mit der Statorelektrode 20 verbunden und verläuft in vertikaler Richtung entlang der Achse des Stators 19 und dann in radialer Richtung entlang der unteren Fläche des Stators 19 und durch eine in dem Gehäuse 32 ausgebildete öffnung 35 nach außen.

Der Aufbau desRotors 22 ist am besten aus den Fig. 5 und 6 zu ersehen. Der Rotor 22 weist ein Rotorgehäuse 26 auf, das im Querschnitt die Form eines umgekehrten ü's hat. Das Rotorgehäuse 26 weist eine flache zylindrische Ausnehmung 23, die in dessen unteren Fläche ausgebildet ist, und einen zylindrischen Einstellkopf oder Ansatz 25 auf, der von der oberen

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Fläche nach oben vorsteht und einen diametralen Schlitz 24 aufweist, in welchen zum Einstellen ein Schraubendreher u.a. einführbar ist.

Die obere Fläche eines scheibenförmigen dielektrischen Teils 27 ist mit einer halbkreisförmigen dielektrischen Schicht 28 beschichtet, welche eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 20 und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der im wesentlichen gleich dem des scheibenförmigen, keramischen dielektrischen Teils 27 ist. Die dielektrische Schicht 28 ist aus kristallisiertem Glas hergestellt, das aus Zinkoxid, AIuminiumcxiä , wasserfreiem Borax bzw. Natriumborat, Siliziumoxid und einer sehr kleinen Menge Zirkoniumoxid oder Aluminiumfluorid besteht. Die oberen Flächen des scheibenförmigen dielektrischen Teils 27 und die dielektrische Schicht 28 sind mit ei-

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ner Rotorelektrode hart verlötet.

Das scheibenförmige dielektrische Teil 27 mit dem vorbeschriebenen Aufbau paßt genau in die zylindrische Ausnehmung 23 des Rotorgehäuses 26 und ist mit diesem mittels eines Klebstoffes fest verbunden, wodurch dann der Rotor 22 zusammengebaut ist.

Der Stator 19 und der Rotor 22 sind in dem aus einem elastisch federnden Metall hergestellten Gehäuse 32 untergebracht. Das Gehäuse 32 weist eine Öffnung 31 auf, welche an der Oberseite des Gehäuses ausgebildet ist und durch welche der Einstellkopf oder Ansatz 25 des Rotors 22.vorsteht. Die ringförmige obere Fläche

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des Gehäuses 32, die den Einstellkopf oder Ansatz 25 umgibt, ist nach unten gebogen und drückt neben dem Einstellkopf 25 elastisch federnd gegen die obere Fläche des Rotors 22. Halteansätze 33 stehen am unteren Rand des Gehäuses 32 nach innen vor und liegen elastisch federnd an der unteren Fläche des Stators 19 an. Ein Rotoranschluß 34 ist fest mit dem Gehäuse 32 verbunden bzw. bildet mit diesem eine Einheit und steht von dessen unteren Rand radial nach außen vor.

Die Rotorelektrode 29 ist über den Klebstoff, welcher elektrisch leitend ist, elektrisch mit dem Rotorgehäuse 26 verbunden, und die ringförmige obere Fläche des Gehäuses 32, die gegen die obere Fläche des Rotorgehäuses 26 gedrückt ist, ist elektrisch mit dem Rotoranschluß 34 verbunden. Zur Feineinstellung wird ein Schraubendreher in den Schlitz 24 des Einstellkopfes 25 eingeführt und der Rotor 22 gedreht, so daß der sich überlappende Bereich zwischen der halbkreisförmigen Statorelektrode 20 und der Rotorelektrode 29 eingestellt werden kann, wodurch eine geforderte elektrostatische Kapazität erhalten werden kann.

Wie oben beschrieben, ist bei der Erfindung der Zusammenbau des Rotors im Vergleich zu herkömmlichen Trimmerkondensatoren sehr erleichtert, da das scheibenförmige, keramische dielektrische Teil mit derhalbkreisförmigen dielektrischen Schicht und die Rotorelektrode mittels des elektrisch leitenden Klebstoffs mit dem Rotorgehäuse verbunden sind. Eine Kapazität

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besteht dann zwischen der Statorelektrode und der Rotorelektrode außer dem Teil über der halbkreisförmigen dielektrischen Schicht. Selbst wenn die keramischen dielektrische Scheibe dünn ist« kann ihre mechanische Festigkeit in ausreichender Heise, durch die Rotorelektrode und das Rotorgehäuse verstärkt werden, und es kann eine hohe elektrostatische Kapazität erhalten werden. Da die halbkreisförmige dielektrische Schicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten über dem scheibenförmigen, keramischen dielektrischen Teil aufgebracht ist, ist die Streukapazität vernachlässigbar, so daß eine minimale Kapazität von beinahe null geschaffen werden kann, und folglich ist der veränderliche Kapazitätsbereich erheblich größer.

Der keramische Trimmerkondensator gemäß der Erfindung ist somit leicht und mit geringen Kosten herstellbar, ist kompakt und dünn ausgebildet, ist hoch zuverlässig und sehr betriebssicher und weist ausgezeichnete Kenndaten auf.

Ende der Beschreibung

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Claims

Patentansprüche

Keramischer Trimmerkondensator, gekennz eichnet durch einen Stator (19) mit einer halbkreisförmigen Statorelektrode (20) auf seiner oberen Fläche; durch einen Rotor (22), der einen scheibenförmiges, keramisches dielektrisches Teil (27)mit einer halbkreisförmigen dielektrischen Schicht (28), welche auf dessen oberen Fläche aufgebracht ist und welche eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 20 und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der im wesentlichen gleich dem des scheibenförmigen, keramischen dielektrischen Teils (27) ist, und eine Rotorelektrode (29) aufweist, die über der ganzen oberen Fache des scheibenförmigen, keramischen dielektrischen Teils (27) mit der dielektrischen Schicht (28) angeordnet ist, durch ein Rotorgehäuse (26) aus Metall, das einen Einstellkopf oder Ansatz (25) aufweist, der von dessen oberen Fläche nach oben vorsteht, wobei das scheibenförmige keramische, dielektrische Teil (27) in dem Rotorgehäuse (26) aufgenommen und elektrisch und mechanisch mit diesem verbunden ist, und durch ein zylindrisches Gehäuse (32) aus Metall, in welchem der Stator (19) und der Rotor (22) untergebracht sind und an welchem sie elastisch federnd anliegen.

(089)988272 Telegramme: 988273 BERGSTAPFPATENT München 988274 TELEX: 983310 0524560 BEKG d

Biskkonten: Hype-Bank München 4410122850 (BLZ 700200U) Swift Code: HYPO DE MM ⁸^ ^vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) Postacheck München 65343-801 (BLZ 70010080)

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2. Keramischer Trimmerkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß das Rotorgehäuse (26) eine in dessen unteren Fläche ausgebildete Ausnehmung (23) aufweist, und daß das scheibenförmige, keramische dielektrische Teil (27) mit der halbkreisförmigen dielektrischenSchicht (28) und die Statorelektrode (20) in der zylindrischen Ausnehmung (23 untergebracht sind.
3. Keramischer Trimmerkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Statorelektrodenanschluß (21) von der Statorelektrode (20) entlang der Achse des Stators (19) und dann entlang des unteren Fläche in radialer Richtung nach außen verläuft. .
4. Keramischer Trimmerkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotoranschluß (34) fest mit dem zylindrischen Gehäuse (32) verbunden ist und vondiesem in radialer Richtung nach außen vorsteht.
5. Keramischer Trimmerkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht

(28) auf dem scheibenförmigen, keramischen, dielektrischen Teil (27) aus Zinkoxid, Aluminiumoxid, wasserfreiem Borax, Siliciumoxid und einer sehr kleinen Menge Zirkoniumoxid oder Aluminiumfluorid besteht.

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