DE2905208A1

DE2905208A1 - Piezoelektrische schwingquartzanordnung

Info

Publication number: DE2905208A1
Application number: DE19792905208
Authority: DE
Inventors: Raymond Huguenin; Hubert Matthey
Original assignee: SSIH Management Services SA
Current assignee: Dryan-Fordahl Technologies Sa 2502 Bienne Ch
Priority date: 1978-02-16
Filing date: 1979-02-12
Publication date: 1979-08-30
Also published as: CH629339A5; NL7900811A; FR2417886A1; JPS54114993A; FR2417886B1

Description

Piezoelektrische Schwingquartzanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein piezoelektrische Schwingquartzanordnung.

Das Hauptproblem bei der Herstellung piezoelektrischer Schwingquartze liegt in den Schwierigkeiten bei der Aufhängung und Unterstützung dieser sowie bei der Einkapselung. Obwohl bereits viele Anstrengungen zur Lösung dieser Probleme unternommen worden sind, ist insbesondere bei stabförmigen Schwingquartzen mit relativ niedrigen Frequenzen,zum Beispiel im Schwingbereich von 16 kHz bis 100 kHz, noch keine befriedigende Lösung gefunden worden.

Ein Vorschlag ging bereits dahin, den Schwingquartz als Stimmgabel auszubilden. Durch diese Ausgestaltung des Stabes sind die Anbringungsschwierigkeiten und Einkapselungsschwierigkeiten zwar geringer geworden , jedoch läßt noch die Herstellung der Schwingquartze selbst als Stimmgabelquartze etliches zu wünschen übrig, obwohl bereits Fortschritte in dieser Richtung erzielt worden sind.

Soweit Schwingquartze mithohen Frequenzen, d.h. solche, die in einem Bereich größer von 1 MHz schwingen, betroffen sind, ist das Problem zwar etwas anderes gelagert, existiert jedoch weiterhin. Bis vor kurzem wurde derartige Hochfrequenz-Schwingquartze als Scheiben ausgebildet, die derartig geschnitten und mit Elektroden versehen wurden, daß sie Dickenscherungsschwingungen ausführten. Dies allein führte bereits zu beträchtlichen Schwierigkeiten bei der Aufhängung, da es unter

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anderem nicht einfach ist die Knotenpunkte aufzufinden, an denen eine geeignete Unterstützung möglich ist.

Auch stabförmige Schwingquartze, die Dickenscherungsschwingungen ausführen, sind bereits vorgeschlagen worden, jedoch ist es dabei äußerst schwierig, eine regelmäßig reproduzierbare Qualität zu gewährleisten. Die in letzter Zeit gemachten Fortschritte bei der Erforschung derartiger Schwingquartze haben nun zu einem verbesserten stabförmigen Quartz geführt, der Dickenscherungsschwingungen ausführt, wie es in der US-PS 4 071 797 der Anmelderin beschrieben ist. Der darin beschriebene Schwingquartz mit einer YZW-Orientierung von i* 35° 0' ist in der Lage Schwingungen durchzuführen, welche sich aus Dickenscherungsschwingungen und Biegeschwingungen zusammensetzen. Die besonderen Eigenschaften dieses Stabquartzes gemäß der obigen US-PS ermöglichen einen erheblichen Fortschritt bei vielen der Aufhängungsschwierigkeiten, die mit den früher verwendeten Formen von Schwingquartζen auftraten und insbesondere konnten damit die Schwierigkeiten vermieden werden, die beim Anordnen von stabförmigen Schwingquartzen für niedrige Frequenzen auftraten.

Diese Schwierigkeiten resultieren beispielsweise aus der Tatsache, daß bei der Verwendung von Drahtaufhängungen es erforderlich war, übergroße Schutzkappen vorzusehen um zu vermeiden, daß der Schwingquartz mit dessen Wänden in Berührung kam , wenn Deformationen der Aufhängungen aufgrund von Stoßeinwirkungen auftraten. Obendrein führen diese Aufhängungen zu Schwierigkeiten beim Zusammenbau des Schwingquartzes und danach, wenn Temperaturänderungen auftraten. Während des Zusammenbaus kann nämlich bei der Zuführung von Löthitze und damit verbundenen TemperaturSchwankungen eine starke Beanspruchung in Form von Dehnungen oder Stauchungen

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auftreten/ die auf den Quartzstab übertragen werden. Die gleichen Beanspruchungen können dann anschließend an die Umgebung ahgegeben werden. Derartige eingebaute Spannungen haben jedoch einen schädlichen Einfluß auf die Qualität und die Eigenschaften des Schwingquartzes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schwingquart ζ anordnung zu schaffen, bei der das piezoelektrische Element, welches Dickenscherungsschwingungen ausführt, in Gestalt eines Stabes oder Parallelepipeds vorliegt, das derart mit dem Behälter verbunden ist, daß die Spannungseinflüsse der Aufhängung auf die Frequenz vermieden sind und dabei gleichzeitig weniger Raum einnimmt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:

Figur 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Schwingquartzanordnung,

Figur 2 einen senkrechten Schnitt durch den auf dem Grundteil angeordneten Quartz und

Figur 3 eine auseinandergezogene Ansicht einer anderen Ausführungsform der Schutzhülle und des Grundteils.

Wie Figur 1 zeigt besteht die erfindungsgemäße Anordnung aus einem Quartzkristall 1, der mit Elektroden 2 und 3 versehen

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ist sowie mit Kontaktfahnen 4 und 5, die z.B. eine Fortführung der Elektroden zu einem Stabende sein können.

Die Aufnahme- und Schutzhülle weist ein Grundteil 6 auf, das aus einem isolierenden Material besteht und mit einem Paar eingegossener Leiter 7 versehen ist. Diese Leiter können z.B. aus Metalldrähten bestehen, welche . das Grundteil 6 parallel zu seiner Achse durchsetzen und welche sich auf dessen Innenseite in Form von einem Paar Stiften 7 fortsetzen.

Im zusammengebauten Zustand wird der Stab 1 entlang seiner Breite zwischen die beiden Stifte 7 geschoben. Der Stab ist wie bereits erwähnt mit einem Paar metallisierter Elektroden in der Nähe seines Mittenbereiches und in Längsrichtung versehen und zwar auf den Seiten, die senkrecht zu seiner Tiefe verlaufen. Entsprechend dem an und für sich bekannten Prinzip der Energie-Trapping, dh. der Energiekonzentration-, findet die Schwingung im Bereich unterhalb der Elektrodenflächen statt. Die beiden Enden des Stabes bilden demzufolge einen passiven Bereich , an dem der Stab befestigt werden kann ohne Energieverluste.

Wie eingangs erwähnt sind die Einzelheiten eines stabförmigen Schwingquartzes, wie er für die vorliegende Erfindung geeignet ist, bereits in der US-PS 4 071 797 der Anmelderin beschrieben. Jede Elektrode ist über eine entsprechende metallische Zuführung mit der Kontaktfahne 4 bzw. 5 verbunden, die auf der gleichen Seite des Stabes wie die entsprechende Elektrode angeordnet ist, jedoch am anderen Ende. Zum Zusammenbau wird wie Figur 2 zeigt ein Ende des Stabes 1 mit der Innenseite des Grundteils 6 über einen geeigneten Kleber 9 verbunden. Danach kann eine Verbindung zwischen den Stiften 7 und den Kontaktfahnen 4 und 5 entweder über einen leitenden Klebstoff oder mittels Hartlöten hergestellt werden. Diese Be-

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handlung führt zu einem sowohl elektrisch als auch mechanisch wirksamen Kontakt.

Durch Verkleben des Stabes mit dem Grundteil und anschließendem Verkleben der Stifte oder durch Hartlöten der Stifte wird ein hervorragender mechanischer Kontakt und eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Stoßeinwirkungen erzielt.

Nach dem Befestigen des stabförmigen oder parallelepipedförmigen Quartzes auf dem Grundteil kann, da dieser keine weiteren Befestigungsstellen aufweist, eine leichte Justierung der genauen Schwingfrequenz durch beidseitiges und gleichzeitiges Bedampfen der Metallelektroden im Vakuum erfolgen.

Nach der Durchführung dieses Arbeitsschrittes kann die Kappe aufgesetzt werden. Ihre Verbindung erfolgt entweder durch Kaltschweißen oder Hartlöten ohne Flußmittel oder durch Kaltlöten wie es unter der Bezeichnung Einsteck-Prozeß (push-in) bekannt ist.

Figur 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer als Kappe geeigneten Schutzhülle, wobei die Kappe 11 mit einem Rand 12 versehen ist und das Grundteil 6 mit einem entsprechenden Rand 13 versehen ist, wodurch unter bestimmten Umständen der Lötprozeß vereinfacht wird.

Die erfindungsgemäße Schwingquartzanordnung enthält also einen rechtwinkligen Stab eines piezoelektrischen Materials , das derart geschnitten und angeordnet ist, daß es Dickenscherungsschwingungen ausführt. Der Stab wird erfindungsgemäß an einem einzigen Ende befestigt, wobei die elektrische Verbindung durch Stifte hergestellt wird, welche das Grundteil durchsetzen und mit dem Stab in Kontakt gelangen und mit den Elektroden auf beiden Seiten des piezoelektrischen Stabes ver- · bunden werden. Die Anordnung wird vervollständigt durch eine Schutzhülle, die den Aufbau vakuumdicht abschließt.

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Claims

Uwe M. Haft Patentanwalt

Maximilianstrasse 15 D-8000 München 22

Tel.: (089)294818 Telex: 523514 Telegr.: NOVAPAT

H 366

Societe Suisse pour l'Industrie Horlogere Management Services S.A., 96, rue StampfIi, 2500 Bienne, Schweiz

Patentansprüche

Piezoelektrische Schwingquartzanordnung, g e k e η η zeichnet durch einen Quartzstab, der so geschnitten ist, daß er eine YWZ-Orientierung von . '„ 35° O¹ aufweist und der mit derartig angeordneten Elektroden versehen ist, daß örtliche Dickenscherungsschwingungen erzeugt werden undder derartig bemessen ist, daß Schwingungen auftreten , die sich aus Biegeschwingungen und Dickenscherungsschwingungen zusammensetzen, durch eine Vorrichtung zur Befestigung des Stabes an einem Ende , so daß die erzeugten Biegeschwingungen an der nicht unterstützten Seite enden, wobei die Vorrichtung ein Grundteil aufweist und voneinander isolierte elektrische Leiter, die durch das Grundteil bis zu den Elektroden verlaufen sowie eine Klebebefestigung zum Halten und Befestigung des Stabes und eine Kappe, die auf das Grundteil paßt um;, so eine vakuumdichte Schutzhülle für den Stab zu bilden.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab mit dem Grundteil· verklebt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden einen begrenzten Bereich auf gegenüberliegenden Haupt-Längsflächen des Stabes bedecken und daß Leiter von jeder Elektrode zu Kontaktflächen reichen, die in der Nähe des Endes des Stabes angeordnet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen mit den elektrischen Leitern mittels eines elektrisch leitenden Klebers verbunden sind.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe mit dem Grundteil unter Vakuum kaltverschweißt ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe mit dem Grundteil unter Vakuum widerstandsverschweißt ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe mit dem Grundteil unter Vakuum kaltgelötet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kappe mit dem Grundteil unter Vakuum ohne Flußmittel hartgelötet ist.
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