DE3026655A1

DE3026655A1 - Piezoelektrischer schwinger

Info

Publication number: DE3026655A1
Application number: DE19803026655
Authority: DE
Inventors: Takashi Yamamoto
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1979-07-18
Filing date: 1980-07-14
Publication date: 1981-01-29
Also published as: US4365181A; DE3026655C2

Description

Glawe, Delfs, KoIl & Partner - ρ 9715/80 - Seite ßf

Beschreibung

Die Erfindung "betrifft einen Schwinger mit piezoelektrischen Keramikbestandteilen und insbesondere den Aufbau eines piezoelektrischen Schwingers des Typs mit eingefangener Energie, der Schwingungen der Art mit Dickenänderung erzeugt.

Konventionell sind verschiedene Typen dieses Schwingers vorgeschlagen worden, die für die Benutzung in Filtern, Resonatoren, Oszillatoren, Sperren und Diskriminatoren geeignet sind. Ein typischer piezoelektrischer Schwinger ist in den Fig. 1a und 1b gezeigt und weist eine dünne Platte, die aus piezoelektrischem Keramikmaterial besteht, ein Paar von Elektroden 2a und 2b, die auf gegenüberliegenden flachen Oberflächen der Platte 1 einander gegenüberstehend ungefähr im Mittelteil der Platte 1 aufgebracht sind, eine Verbindungselektrode 3a, die sich von der Elektrode 2a zu einer Anschlußelektrode 4a erstreckt, die an einer'Ecke der Platte 1 angeordnet ist, und eine Verbindungselektrode 3b auf, die sich von der Elektrode 2b zu einer Anschlußelektrode 4b erstreckt, die an einer anderen Ecke der Platte 1 angeordnet ist. Zwei Anschlußstifte oder -streifen 5a und 5b' erstrecken sich von den Anschlußelektroden 4a beziehungsweise 4b und sind für äußere elektrische Verbindung mit den Elektroden 2a und 2b bestimmt. Wird ein elektrisches Wechselpotential zwischen den Elektroden 2a und 2b angelegt, wird ein elektrisches Wechselfeld erzeugt, das eine lokalisierte Schwingung in der Platte 1 zwischen den Elektroden 2ä und 2b bewirkt. Die Schwingung pflanzt sich radial in Richtung auf die Kantender Platte 1 in Form einer Dickenscherungsschwingung oder Dickenexpansionsschwingung fort und gibt dabei Anlaß zu einer Schwingung in der

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Glawe, DeIfβ, KoIl & Partner - ρ 9713/80 - Seite /

Platte 1. Da die Schwingung in erster Linie im mittigen schwingenden Teil der Platte 1 stattfindet, kann die Schwingungsenergie im mittigen Abschnitt der Platte 1 eingefangen werden, wie sich dies aus der Theorie der Energieeinfangung verstehen läßt. Sogar wenn der inaktive Teil oder ein Teil, der kaum schwingt, sehr festgehalten wird, kann daher die Schwingung, die im aktiven Mittelteil auftritt, ohne irgendwelche Störungen erregt werden. Demgemäß ist der konventionelle Schwinger noch mit einem Überzug 6 versehen, der die Platte 1 vollständig umgibt und Hohlräume 7a und 7b aufweist, die um die Elektroden 2a und 2b herum ausgebildet sind. Die Umhüllung 6 dient als Dämpfer zum Halten des nichtschwingenden Teiles der Platte 1 und auch zum Unterdrücken unerwünschter Wellen.

Ein weiterer konventioneller Schwinger ist in den Figuren 2a und 2b gezeigt und weist ein erstes Paar getrennter Elektroden 8a und 8b und ein zweites Paar getrennter Elektroden 9a und 9b auf, die auf einer flachen Oberfläche der Platte 1 aufgebracht sind. Erdelektroden oder Gegenelektroden 10 und 11 sind auf der anderen flachen Oberfläche der Platte 1 an Stellen aufgebracht, die den ersten und zweiten getrennten Elektroden 8 beziehungsweise 9 entsprechen. Die getrenn ten Elektroden 8a und 9a sind miteinander verbunden, und die getrennten Elektroden 8b und 9b sind mit Anschlußstreifen oder -stiften 5a und 5b wie gezeigt verbunden. Die Erdelektroden 10 und 11 sind mit einem Anschlußstift 5c verbunden. Dieser konventionelle Schwinger, der im allgemeinen als Doppeleinheitstyp im Gegensatz zum Einzeleinheitstyp, der in den Fig. 1a und 1b gezeigt ist, bezeichnet wird, ist auch mit einer Umhüllung 6 versehen. Diese konventionellen Schwinger haben den Nachteil, daß die Platte 1 eine beträchtliche Größe haben muß, damit Anschlußelektroden 4a und 4b und auch

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die Umhüllung 6 aufgebracht werden können, und daß die Anschlußstifte für die externe elektrische Verbindung notwendig sind. Außerdem werden durch den Schritt, der für das Versehen mit der Umhüllung 6 notwendig ist, die Herstellungkosten erhöht.

Demgemäß ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung, einen piezoelektrischen Schwinger des genannten Typs zu schaffen, der eine kompakte Größe und einen einfachen Aufbau hat. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines piezoelektrischen Schwingers des oben beschriebenen Typs, der einfach mit niedrigen Kosten hergestellt 'werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser und anderer Aufgaben besteht bei einer bevorzugten Ausführungsform des piezoelektrischen Schwingers darin, daß er eine längliche piezoelektrische Platte, eine erste Elektrode, die ungefähr in einem Mittelbereich auf einer flachen oder ebenen Oberfläche der piezoelektrischen Platte aufgebracht ist, und eine zweite Elektrode aufweist, die ungefähr in einem Mittelbereich auf der anderen flachen Oberfläche der piezoelektrischen Platte gegenüber der ersten Elektrode aufgebracht ist. Die ersten und zweiten Elektroden können elektrische Signale empfangen, die mechanische Schwingung in der piezoelektrischen Platte bewirken. Ein erstes Dämpfungsmittel ist an einem ersten Endbereich' der länglichen piezoelektrischen Platte vollständig entlang einer Breitenausdehnung der länglichen piezoelektrischen Platte angeordnet. Eine zweite Dämpfungseinrichtung ist an' einem zweiten Endkantenbereich der länglichen piezoelektrischen Platte vollständig entlang der Breitenausdehnung der länglichen piezoelektrischen Platte aufgebracht. ^:

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Ein piezoelektrischer Schwinger gemäß einer anderen "bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine längliche piezoelektrische Platte mit ersten und zweiten Halbbereichen auf entsprechenden Seiten der Mittellinie auf, die in einer Breitenrichtung der länglichen piezoelektrischen Platte in einem Bereich verläuft, der in der Mitte der Längenausdehnung der piezoelektrischen Platte angeordnet ist. Eine erste Elektrode ist ungefähr in einem Mittelbereich des ersten Halbiereiches und auf einer flachen Oberfläche der piezoelektrischen Platte aufgebracht. Eine zweite Elektrode ist ungefähr in einem Mittelbereich des ersten Halbbereiches und auf der anderen flachen Oberfläche der piezoelektrischen Platte gegenüber der ersten Elektrode aufgebracht. Die ersten und zweiten Elektroden können elektrische Signale empfangen, die mechanische Schwingungen im ersten Halbbereich der länglichen piezoelektrischen Platte bewirken. Auf ähnliche Weise sind dritte und vierte Elektroden ungefähr in einem Mittelbereich des zweiten Halbbereiches und auf einer und der anderen flachen Oberfläche der piezoelektrischen Platte einander gegenüber aufgebracht. Die dritten und vierten Elektroden können elektrische Signale empfangen, die mechanische Schwingung im zweiten Halbbereich der länglichen piezoelektrischen Platte bewirken. Erste und zweite Dämpfungsmittel sind an ersten beziehungsweise zweiten Endkantenbereichen der länglichen piezoelektrischen Platte angebracht und erstrecken sich vollständig entlang der Breitenausdehnung der länglichen piezoelektrischen Platte. Ein drittes Dämpfungsmittel ist darüber hinaus in einem Mittelbereich der länglichen piezoelektrischen Platte entlang der Mittellinie aufgebracht.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugs zeichen versehen sind, anhand von vorteilhaften

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Ausfuhrungsformen "beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1a eine Draufsicht auf einen vorbekannten

Schwinger;

Pig. 1b eine Querschnittsansicht entlang der

Linie Ib-Ib der Pig. 1a;

Pig. 2a eine Draufsicht auf einen anderen vorbekannt en Schwinger;

Pig. 2b eine Querschnittsansicht entlang der

Linie ITb-IIb in Fig. 2a;

Pig. 3a eine Draufsicht auf eine Ausführungsform

des erfindungsgemäßen Schwingers;

Pig. 3b eine Querschnittsansicht entlang der Linie

HTb-IITb in Pig. 3a;

Fig. 4a und 4b in ähnlichen Ansichten wie in den Pig.

3a und 3b eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß dieser Pig.;

Pig. 5a und 5b in ähnlichen Ansichten wie in den Fig. 3a

und 3b eine weitere Abwandlungsform der Ausführungsform dieser Pig.;

Pig. 6 eine Querschnittsansicht eines piezoelek

trischen Schwingers vom prinzipiellen

Typ;

Pig. 7 eine graphische Darstellung der Abhängig

keit zwischen dem mechanischen Gütefaktor und der Länge der piezoelektrischen Platte;

Pig. 8a eine schematische Ansicht eines erfindungs-

gemäßen Schwingers;

Pig. 8b eine Querschnittsansicht entlang einer

Linie VIIIb-VIIIb in Pig. 8a;

Pig. 9 eine schematische Ansicht für die Erklärung

der Wellenfortpflanzung durch die piezoelektrische Platte;

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Pig. 10a eine Draufsicht auf einen Schwinger

gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 10t) eine Querschnitts ansicht entlang der

Linie Xb-Xb in Pig. 10a;

Pig. 11a und 11b in ähnlichen Ansichten wie in den Pig.

10a und 10b eine Abwandlung der Ausführungsform dieser Pig.;

Pig. 12 eine vergrößerte, teilweise weggebrochene Ansicht des Schwingers der Pig. 11a ;

Pig. 13 ein äquivalentes Schaltschema des Schwingers der Pig. 11a;

Pig. 14 eine perspektivische Ansicht eines Schwingers gem. einer weiteren Abwandlung des Schwingers der Pig. 10a;

Pig. 15 eine perspektivische Ansicht eines Verfahrens für die Herstellung elektrischer Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Schwinger;

Pig. 16 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Verfahrens zum Herstellen externer elektrischer Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Schwinger;

Pig. 17 . eine Draufsicht auf ein weiteres Verfahren

für die Herstellung externer elektrischer Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Schwinger;

Pig. 18 in einer perspektivischen Ansicht ein Verfahren zum Anbringen von Schutzplatten am erfindungsgemäßen Schwinger;

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Glawe, DeIfs, Moll & Partner -ρ 9713/80 - Seite VE

Fig. 19 eine Querschnittsansicht entlang der

Linie XIX-XIX in Fig. 18;

Fig. 20 eine Draufsicht auf eine Schutzplatte;

und

Fig. 21 eine perspektivische Ansicht eines

Schwingers gem. einer weiteren Abwandlung des Schwingers der Fig. 10a.

In den Fig. 3a und 3"b ist ein piezoelektrischer Schwinger gem. einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der piezoelektrische Schwinger ist vom Einzeleinheitstyp und weist eine längliche rechteckige dünne Platte 20 aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial wie zum Beispiel Blei-Zirkonium-Titanat auf, die gesintert ist. Ein Satz eines Resonators R vom Typ mit eingefangener Energie im Einzel-Mode wird in der Platte 20 gebildet, der "besonders geeignet für eine Sperre oder einen Oszillator ist. Der Resonator R weist Elektroden 21 und 22 auf, die auf gegenüberliegenden flachen Oberflächen der Platte 20 ungefähr in einem Mittelbereich derselben einander gegenüber stehend aufgebracht sind. Auf der Oberfläche der Platte 20, die.mit der Elektrode 21 versehen ist, ist eine streifenförmige Elektrode 23 vorgesehen, die sich entlang einem kurzen Seitenkantenbereich der Platte 20 in Richtung ihrer Breiten-.erstreckung erstreckt. Auf ähnliche Weise ist auf der anderen Oberfläche der Platte 20, die mit der Elektrode 22 versehen ist, eine streifenförmige Elektrode 24 vorgesehen, die sich entlang dem anderen kurzen Seitenkantenbereich der Platte 20 in Richtung der Breitenerstreckung erstreckt. Die Mittelelektrode 21 und die Streifenelektrode. 23 sind mit-

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einander durch eine Verbindungselektrode 25 verbunden, und die Mittelelektrode 22 ist mit der Streifenelektrode 24 durch eine Verbindungselektrode 26 verbunden. Eine geeignete Menge eines Lötwulstes 27 ist entlang der gesamten Länge der Seitenelektrode 23 aufgebracht. In der Zeichnung ist der Lötwulst 27 teilweise entfernt, um die Elektrode 24 zu zeigen, die unter dem Wulst aus Lötmaterial angeordnet ist. In ähnlicher Weise ist ein Lötwulst 28 entlang der gesamten Länge der Seitenelektrode 24 aufgebracht. Jeder dieser Lötwulste 27 und 28 dient als Dämpfungsmittel, damit die Größe der Platte 20 in Breitenrichtung wie weiter unten beschrieber: verkleinert wird. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, da die Lötwulste 27 und 28 die unerwünschten Wellen unterdrücken, irgendeine Umhüllung um den erfindungsgemäßen Schwinger vorzusehen.

Es sollte bemerkt werden, daß die Platte 20 eine Form haben kann, die von der rechteckigen Form abweicht, wie zum Beispiel ovale Form, wie dies in den Fig. 4a und 4b gezeigt ist. Außerdem kann eine Mittelelektrode, zum Beispiel die Elektrode 21, ein Satz von getrennten Elektroden 21a und 21b sein, wie dies in den Fig. 5a und 5b gezeigt ist. In diesem Falle sollten die getrennten Elektroden 21a und 21b vorzugsweise mit den Seitenelektroden 23 beziehungsweise 24 verbunden sein, während die andere Mittelelektrode 22 vorzugsweise mit einem Anschluß 29 verbunden sein sollte, der an einer langen Seitenkante der Platte 20 angeordnet ist. Darüber hinaus können die Lötwulste 27 und 28 auch auf Oberflächen auf entgegengesetzten Seiten der Platte 20 vorgesehen sein, wie dies in Fig. 5b gezeigt ist. Wenn die

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getrennten Elektroden Anwendung finden, kann der Schwinger als Filter oder Diskriminator vom Typ mit eingefangener Energie mit Vielfach-Mode verwendet werden.

Es ist zwar aus US-PS 3 676 724 von Berlincourt et al. bekannt, auf entgegengesetzten Enden der länglichen piezoelektrischen Platte Dämpfungsmittel aufzubringen. Durch diese Schrift ist es jedoch nicht "bekannt, solche Dämpfungsmittel entlang der gesamten Breite der piezoelektrischen Platte aufzubringen. Außerdem werden in dieser Schrift keine Betrachtungen bezüglich der Frage angestellt, ob und wie die Größe der piezoelektrischen Platte verkleinert werden kann. Im Gegensatz dazu wird durch das Aufbringen des Dämpfungsmittels entlang der gesamten Breite der piezoelektrischen Platte erreicht, daß die für den erfindungsgemäßen Schwinger verwendete piezoelektrische Platte ungefähr halb so klein gemacht werden kann wie die Platte, die bei konventionellen Schwingern Verwendung findet. Der Grund, warum diese Verkleinerung möglich ist, wird weiter unten beschrieben. In einem Versuch für den Schwinger der Fig. 8a und 8b wurde der mechanische Gütefaktor Q in X-Richtung bei gleichzeitiger Änderung der Länge D zwischen der Kante der Mittelelektrode 21 und der Kante des Dämpfungsmittels gemessen. Die Änderung der Länge D wird dadurch bewirkt, daß das Gebiet und die Menge des Lötwulstes, der auf die Platte 20 aufgebracht wird, geändert wird.

In der graphischen Darstellung der Fig. 7 werden die Kurven A und B an einem Punkt gesättigt oder erreichen dort ihren Maximalwert, an dem die sich fortpflanzenden Wellen abklingen. Was die Kurve A anbetriffti so klingen die Wellen

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am Punkt X1 aus. Was die Kurve B anbetrifft, so klingen die Wellen am Punkt X2 aus. Ist anders gesagt die Dicke T die Einheit, so fällt das aktive Gebiet der Platte 20 des Haupttyps in eine Entfernung X1 von der Kante der Mittelelektrode, während das aktive Gebiet in der Platte der vorliegenden Erfindung in eine Entfernung X2 von der Kante der Mittelelektrode fällt. Da X2 < X1 und da der inaktive Bereich von der Platte 20 entfernt werden kann, kann gesagt werden, daß der erfindungsgemäße Schwinger eine Platte 20 kleinerer Größe haben kann, als dies für den Schwinger des Haupttyps notwendig ist. Unter einem theoretischen Gesichtspunkt kann die Verkleinerung der Größe der Platte 20 wie folgt erklärt werden.

In der Theorie wird eine ideale piezoelektrische keramische Platte 20, die in Fig. 9 gezeigt ist, betrachtet. Die ideale piezoelektrische keramische Platte 20 wird in der X-Z-Ebene angeordnet und wird in X-Richtung auf eine Weise polarisiert, wie dies ähnlich bei den R1-und R2-Platten in einem Kristall der Fall ist. Die Abmessungen der Platte 20 sind so, daß ihre länge in X-Richtung unendlich ist. Nur eine Wellenfortpflanzung in Z-Richtung mit einer Ablenkung in X-Richtung, die sogenannte SH-Welle, wird betrachtet. Im Gegensatz zu Kristallen hat die piezoelektrische keramische Platte 20 eine beträchtliche piezoelektrische Reaktion, und es tritt das Problem der elektrischen Grenzbedingungen auf, wenn sich die Wellen fortpflanzen. Pur den Zweck der Kürze werden diese Reaktion und diese Bedingung in der unten diskutierten Theorie jedoch nicht betrachtet. Wenn die gegenüberstehenden flachen Oberflächen der idealen piezoelektrischen Platte 20 frei von irgendwelchen Objekten

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sind, kann das Ausmaß der Ablenkung in die Z-Richtung wie folgt ausgedrückt werden:

D = Acos ( )exp3(w t+β z) (D

wobei A eine Konstante, T die Dicke der Platte 20, k? eine Kreisfrequenz und β eine Fortpflanzungskonstante in Z-Richtung sind. Außerdem kann ß wie folgt ausgedrückt werden:

ß = ^ψ- Γ ( — )² - 1 (2)

¹ V nfο·

wobei fo¹ (fo'>fo) eine fundamentale Frequenz von Wellen, die sich im Dickenscherungs-Mode fortpflanzen, durch eine unendlich "breite Platte und η eine Zahl ist, die die Nummer der Oberschwingung bezeichnet.

Wird die Platte 20 mit Dämpfungsmitteln, wie zum Beispiel Lötwülsten 27 und 28, entlang der gesamten Breite der Platte 20 versehen, ändert die Konstante A ihren Wert zu A¹, der kleiner ist als A. Daher kann die Gleichung (1) wie folgt ausgedrückt werden:

D = A'cos (n7Ty/T)expj (b) t+ßz) (3) Wenn die sich in X-Richtung fortpflanzenden Wellen vor-

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handen wären, so könnte ihre Ablenkung D wie folgt ausgedrückt werden:

D = A¹ α cos(nTCy/T)exp;i (ü t+ßx) (4) (A/A·) >a > 1 (5)

Da die Wellen exponentiell im Frequenzbereich fo< fo¹ abgeschwächt werden und da sich aus den Gleichungen (3)» (4) und (5) ergibt, daß A¹ ■< A' « (<A) ist, ändert sich die Entfernung, die notwendig ist, um eine gewisse Größe von Ablenkung Do zu erhalten, von Xa zu Xb (Xa> Xb). Diese Änderung entspricht der Änderung des Punktes, an dem der größte Gütefaktor Q erreicht wird, von X1 zu X2. Gemäß den Versuchen wurde herausgefunden, daß eine Entfernung G (Fig. 8a) zwischen der Kante der Mittelelektrode 21 und der Kante der langen Seite der Platte 20, dividiert durch die Dicke T, vorzugsweise zwischen 0 und 15 liegen sollte. Diese Beziehung kann ausgedrückt werden als 0 < -|· 5" 15jJ~In den Fig. 10a und 10b ist ein Schwinger vom DoppeIeinheitstyp gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dieser Schwinger weist zwei Sätze von Filtern F1 und F2 vom Typ mit eingefangener Energie des Multi-Modes auf. Der erste Filter F1, der ungefähr in einem Mittelteil der linken Hälfte der länglichen Platte 20 angeordnet ist, hat ein erstes Paar getrennter Elektroden 31a und 31b, die auf einer Oberfläche der länglichen rechteckigen piezoelektrischen keramischen Platte 20 nebeneinander mit einem vorbestimmten Zwischenraum g zwischen ihnen aufgebracht sind. Eine Gegenelektrode 32 ist

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auf der anderen Plattenoberfläche der piezoelektrischen Platte 20 gegenüber den ersten getrennten Elektroden 31a und 31b aufgebracht. Der zweite Filter F2, der ungefähr in einem Mittelteil der rechten Hälfte der Platte 2o angeordnet ist, hat ein zweites Paar getrennter Elektroden 33a und 33b, deren Gegenelektrode 34 in ähnlicher Weise wie bei dem ersten Filter F1 aufgebracht ist. Die getrennte Elektrode 31a des ersten Filters F1 und die getrennte Elektrode 33a des zweiten Filters F2 sind elektrisch miteinander durch eine Verbindungselektrode 35 verbunden.

Um die Dämpfmittel, wie zum Beispiel Lötwulste 38 und 39 an entgegengesetzten Enden der länglichen Platte 20 aufzubringen, sind Elektroden 36 und 37 in Form eines Riemens oder Streifens entlang den entgegengesetzten kurzen Seitenkantenbereichen der Platte 20 vorgesehen. Es sollte bemerkt werden, daß die Dämpfmittel auch etwas anderes sein.können als ein Lötwulst, wie zum Beispiel ein elektrisch leitendes Bindungsmittel. Obwohl irgendein Material als Dämpfungsmittel benutzt werden kann, wird ein Material mit hohem spezifischem Gewicht bevorzugt. Die Streifenelektroden 36 und 37 sind mit den getrennten Elektroden 31b beziehungsweise 33b verbunden, so daß eine externe elektrische Verbindung der getrennten Elektroden 31b und 33b durch die Streifenelektroden 36 und 37 möglich ist. Eine ähnliche Streifenelektrode 40 ist über den Mittelbereich der Platte 20 auf der Oberfläche vorgesehen, die mit den Gegenelektroden 32 und 34 versehen ist. Ein Lötwulst 41, der als Dämpfmittel dient", ist auf der Streifenelektrode 40 aufgebracht. Dieses Dämpfmittel, das durch den Lötwulst 41 gebildet ist, ist auch zur Verhinderung von Signalüberlagerungen zwischen den Filtern F1 und F2 vorgesehen. Die Streifenelektrode 40 ist mit den

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Gegenelektroden 32 und 34 so verbunden, daß eine externe elektrische Verbindung der Gegenelektroden 32 und 34 möglich ist.

Da die Dämpfmittel 38, 39 und 41 vorgesehen sind, kann auch dieser Schwinger der zweiten Ausführungsform in kompakter Größe hergestellt werden. Zum Beispiel hat im Falle eines Schwingers, der insbesondere zum Filtern von UKW-Zwischenfrequenzsignalen, d. h. 10,7 MHz ausgebildet ist, der konventionelle Schwinger eine Abmessung von 7,5 x 5 x 0,2 mm, während der erfindungsgemäße eine Abmessung von 7x2,5x0,2mm hat.

In den Fig. 11a und 11b ist eine Abwandlung des Schwingers vom DoppeIeinheitstyp gezeigt, der besonders geeignet für den Gebrauch im Filtern ist. Der dort gezeigte Schwinger weist, verglichen mit dem Schwinger der Fig. 10a, eine rechteckige Elektrode 42 auf, die sich von der Verbindungselektrode 35 und gegenüber der Elektrode 40 so erstreckt, daß ein Kondensator zwischen den Elektroden 40 und 42 gebildet wird.'Demgemäß kann eine äquivalente Schaltung für den Schwinger der Fig. 11a und 11b angegeben werden, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist.

Um die Dämpf wirkung zu erhöhen, wird vorzugsweise ein Lötwulst 43 auf der rechteckigen Elektrode 42 aufgebracht. Darüber hinaus können die Kanten der Elektroden 36, 37 und 40, die zu den Filtern F1 und F2 gerichtet sind, gekrümmt sein, so daß das Gebiet vergrößert wird, das zum Aufbringen der Lötwulste zur Verfügung steht.

Werden die Lötwülste in ihrer Menge so vergrößert, so ist

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es möglich, die Größe des Schwingers weiter zu verkleinern, indem insbesondere die Entfernung zwischen den Filtern F1 und F2 verkleinert wird. Hat zum Beispiel jede der getrennten Elektroden eine Längenabmessung M=1,0 mm und eine Breite N=O,45 mm mit einem Zwischenraum g zwischen getrennten Elektroden von 0,2 mm, und sind die Kanten der Elektroden 36, 40 und 37 entlang einem Kreis angeordnet, dessen Zentrum im Zentrum des entsprechenden Filters liegt und der einen Radius R=1,8 mm hat, wie dies in Fig.- 12 gezeigt ist, kann die Größe des Schwingers "beträchtlich, verglichen mit konventionellen Schwingern, die mit einer Umhüllung versehen sind, verringert werden, wie zum Beispiel volumenmäßig auf 1/50.

In Fig. 14 ist eine weitere Abwandlung des Schwingers vom Doppeleinheitstyp gezeigt, der für Filter "benutzt werden kann. Der Schwinger hat ein Paar Kappenelemente und 45, die aus Metallfilm hergestellt und auf den entgegengesetzten Enden der länglichen Platte 20 für die Dämpfmittel aufgebracht sind. Ein U-förmiges Metall 46 ist über das Zentrum der länglichen Platte als mittleres Dämpfmittel aufgebracht. Es sollte bemerkt werden, daß die getrennten Elektroden 31a und 31b oder 33a und 33b einstückig ausgebildet sein können, wie dies in Fig. gezeigt ist.

Es· soll nun beschrieben werden, wie externe elektrische Verbindungen des erfindungsgemäßen Schwingers bewirkt werden kann. Die Beispiele von Verbindungsmethoden, die jetzt beschrieben werden sollen, werden in Verbindung mit dem Schwinger des Doppelfeinheitstyps angegeben. Es ist nicht notwendig zu erwähnen, daß solche Methoden auch beim Schwinger des Einzeleinheitstyps Anwendung finden können.

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In Fig. 15 ist eine erste Methode gezeigt, die externe elektrische Verbindung des Schwingers zu bewirken. Da es nicht notwendig ist, irgendeine Umhüllung um den erfindungsgemäßen Schwinger vorzusehen, und da die Lötwülste die ' piezoelektrische Platte mechanisch verstärken können, kann der erfindungsgemäße Schwinger direkt mit Leitungsdrähten oder Elektroden, die auf die Schaltungsplatte gedruckt sind, durch Löten verbunden werden. Zum Beispiel können im Falle des Schwingers der Fig. 10a die Elektroden 36, 37 und 4-0 direkt mit Leitungsdrähten 50, 51 beziehungsweise 52 wie gezeigt verbunden werden.

In Fig. 16 ist eine zweite Methode gezeigt, die externe elektrische Verbindung des Schwingers zu bewirken. Gemäß dieser Methode sind drei Anschlußstifte oder -streifen 53» 54 und 55 vorgesehen, die sich von den Elektroden 36, 37 beziehungsweise 40 erstrecken. Um die Befestigung der Anschlußstreif en. zu erleichtern, wird ein Streifen 56 vorgesehen, der einstückig mit Anschlußstreifen versehen ist, die in vorbestimmten Abständen angeordnet sind. Nachdem die Anschlußstreifen an geeigneten Stellungen in Stellung gebracht sind, werden Lötwülste über die entsprechenden Elektroden aufgebracht. Da die Anschlußstreifen entlang des Streifens 56 mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind, können die Anschlußstreifen an ihren richtigen Stellungen ohne irgendeine Einstellung in Stellung gebracht werden. Nachdem die Anschlußstreifen befestigt worden sind, werden die Anschlußstreifen geschnitten, um dieselben von dem länglichen Streifen zu trennen. Da die Anschlußstreifen ein beträchtliches Gewicht haben, kann vorgesehen sein, daß sie sich entlang den Streifenelektroden erstrecken, so daß sie als Dämpfmittel wirken.

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In dem Falle, daß die Anschlußstreifen verhältnismäßig nahe beieinander angeordnet sein sollten, so daß den Erfordernissen für irgendwelche Standardisierimgen Genüge getan wird, können sich die Elektroden 36 und 37 zur Mittelelektrode 40 erstrecken, wie dies in Fig. 17 dargestellt ist, so daß die Abschnitte, die zum Befestigen der Anschlußstreifen zur Verfügung stehen, nahe beieinander angeordnet sind.

In den Fig. 18 und 19 ist eine Methode zum Anbringen von Anschlußstreifen und Schutzplatten an den erfindungsgemäßen Schwinger dargestellt. Ein Paar von Schutzplatten 57 und 58 aus Glas und jeweils mit einem Aufbau, der identisch mit dem der Platte 20 ist, werden hergestellt. Die Schutzplatte 57, die auf der Seite des Schwingers angeordnet werden soll, der mit den getrennten Elektroden 31a, 31b usw. versehen ist, weist Metallstreifen 59 und 60 auf, die entlang seinen kurzen Seitenkanten, wie dies in Fig. 20 gezeigt ist, nach irgendeinem bekannten Verfahren wie zum Beispiel Aufbringung im Vakuum aufgebracht sind. Andererseits besitzt die Schutzplatte 58, die auf der Seite des Schwingers angeordnet werden soll, die mit den Gegenelektroden 32 und 34 versehen ist, zusätzlich zu den Streifen 59 und 60 an ihren entgegengesetzten kurzen Seiten einen Mittelstreifen 61 quer über die Glasplatte, wie dies durch die gestrichelte Linie in Fig. 20 gezeigt ist. Auf jedem Metallstreifen 59, 60 oder 61 wird vorher ein Lötwulst aufgebracht. Die Schutzplatte 57 und 58 und die Anschlußstreifen 53, 54 und 55 werden auf dem Schwinger in der folgenden Weise angebracht.

Die Anschlußstreifen 53 und 54 werden .zeitweilig zwischen

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Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 9713/80 - Seite

die Glasplatte 57 und die Platte 20 an Orten festgehalten, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist. Es wird dann ein leichter Druck auf die Glasplatte 57 so ausgeübt, daß die Anschlußstreifen 53 und 54 zwischen den Platten 57 und 20 zusammengedrückt werden; gleichzeitig wird Wärme auf die Anschlußstreifen 53 und 54 angewendet, um die Lötwülste auf der Glasplatte 57 zu schmelzen. Wenn sich die Anschlußstreifen 53 und 54 abgekühlt haben, sind sie zwischen den Platten 20 und 57 fest verlötet. Der Anschlußstreifen 55 wird zwischen den Platten 20 und 58 in ähnlicher Weise wie eben beschrieben verlötet. TJm den Druck, der auf die Glasplatte 58 ausgeübt wird, auszugleichen, wird vorzugsweise mehr Material an Lötwulst über die Metallstreifen 59 und 60 der Platte 58 aufgebracht als auf den Mittelstreifen 61. Um eine feste Verbindung der Glasplatte 58 mit der Platte 20 zu erhalten und um die Dämpfwirkung zu erhöhen, werden vorzugsweise Streifenelektroden 36' und 37* an Orten vorgesehen, die den Metallstreifen 59 beziehungsweise 60 entsprechen. Da vorbestimmte Zwischenräume zwischen der piezoelektrischen Platte und den entsprechenden Glasplatten vorgesehen sind, können die Filter F1 und E2 ohne irgendwelche Behinderungen in Schwingung versetzt werden. Bei der in Verbindung mit den Fig.18 und 19 beschriebenen Anordnung kann weiter eine Umhüllung wie zum Beispiel aus Kunstharz über den Glasplatten angebracht werden. In dem Falle, bei dem Schutzplatten, zum Beispiel die Platten 57 und 58, nicht vorgesehen sind, kann eine Kunstharzumhüllung wie zum Beispiel die in den Fig. 1b und 2b gezeigte über den erfindungsgemäßen Schwinger angebracht werden.

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e e r s e ι f e

Claims

Patentansprüche

Piezoelektrischer Schwinger vom Typ mit eingefangener Energie mit einer länglichen piezoelektrischen Platte, mit einer ungefähr in der Kitte auf einer flachen Oberfläche der Platte aufgebrachten ersten Elektrode und einer gegenüber dieser auf der zweiten Oberfläche aufgebrachten zweiten Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß erste (27) und zweite (28) Dämpfungsmittel an ersten und zweiten Endkantenbereichen der Platte (20) entlang der gesamten Breitenerstreckung derselben aufgebracht sind.
2. Schwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung G zwischen der Kante der ersten Elektrode (21) und der Kante der langen Seite der piezoelektrischen Platte (20) und die Dicke T der piezoelektrischen Platte (20) der Beziehung 0 * G/T 5 15 genügen.
3. Schwinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Dämpfungsmittel eine dritte Elektrode (23) einschließt, die auf dem ersten Endkantenbereich der länglichen

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-Ά-

Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 9713/80 - Seite

piezoelektrischen Platte (20) entlang der gesamten Breiteners treckung derselben angeordnet ist, und daß ein Dämpfungsmaterial (27) auf dem gesamten Bereich dieser dritten Elektrode (23) aufgebracht ist.
4. Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Dämpfungsmittel eine vierte Elektrode (24) aufweist, die am zweiten Endkantenbereich der länglichen piezoelektrischen Platte (20) entlang der gesamten Breitenerstreckung derselben angeordnet ist, und daß ein Dämpfungsmaterial (28) auf dem gesamten Bereich der vierten Elektrode (24) aufgebracht ist.
5. Schwinger nach .Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmaterial (27, 28) ein Lötwulst ist.
6. Schwinger nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungs material (27, 28) ein elektrisch leitendes Bindungsmittel ist.
7. Schwinger nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten (21) und dritten (23) Elektroden elektrisch miteinander verbunden sind.
8. Schwinger nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten (22) und vierten (24) Elektroden elektrisch miteinander verbunden sind.
9. Schwinger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein erster Anschlußstreifen von der dritten Elektrode (23) erstreckt.
10. Schwinger nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein zweiter Anschlußstreifen von der vierten Elektrode (24) erstreckt.

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30266SS

Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 9713/80 - Seite Y
11. Schwinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Dämpfungsmittel kappenförmige Metallelemente sind, die mit Pestsitz auf den Endkantenbereichen der länglichen piezoelektrischen Platte (20) befestigt sind.
12. Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) aus zwei getrennten Elektrodensegmenten (21 a, 21 b) besteht, die nebeneinander angeordnet sind.
13. Piezoelektrischer Schwinger vom Typ mit eingefangener Energie mit einer länglichen piezoelektrischen Platte, dadurch gekennzeichnet, daß sie erste (F 1) und zweite (F 2) Halbbereiche auf jeweils einer Seite einer in Breitenrichtung verlaufenden Mittellinie, eine ungefähr in der Mitte des ersten Halbbereiches (ϊ 1) auf einer flachen Oberfläche der Platte (20) aufgebrachte erste Elektrode (31)und eine gegenüber dieser auf der zweiten Oberfläche aufgebrachte zweite Elektrode (32) eine ungefähr in der Mitte des zweiten Halbbereiches (12) auf einer flachen Oberfläche der Platte (20) aufgebrachte dritte Elektrode (33) und eine gegenüber dieser auf der zweiten Oberfläche aufgebrachten vierte Elektrode (34) aufweist, und daß erste (38) und zweite (39) Dämpfungsmittel an Endkantenbereichen und dritte Dämpfungsmittel (4-1) im Mittelbereich der Platte (20) jeweils über die gesamte Breitenerstreckung derselben aufgebracht sind.
14. Schwinger nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Abstand G zwischen der Kante sowohl der ersten (31) als auch der dritten (33) Elektrode und der Kante der langen Seite der länglichen piezoelektrischen Platte (20) und die Dicke T der Platte (20) der Beziehung 0 < G/T <15 genügen.
15. Schwinger nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet,

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Glawe, DeIf s, Moll * !-treuer - ρ TT. V¹C - Seite JT

daß die ersten Dämpfungsmittel eine fünfte Elektrode (36) aufweisen, die am ersten Endkantenbereich der Platte (20) entlang der gesamten Breitenerstreckung derselben angeordnet ist und auf deren gesamter Oberfläche ein Dämpfungs material (38) aufgebracht ist.
16. Schwinger nach einem der Ansprüche 13 "bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Dämpfungsmittel eine sechste Elektrode (37) aufweisen, die am zweiten Endkantenbereich der Platte (20) entlang der gesamten Breitenerstreckung derselben angebracht ist und auf die im gesamten Bereich ihrer Oberfläche ein Dämpfungsmaterial (39) aufgebracht is t.
17. Schwinger nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Dämpfungsmittel eine siebte Elektrode (4-0) aufweisen, die im Mittelbereich der Platte (20) entlang der Mittellinie und auf der anderen Oberfläche der piezoelektrischen Platte angebracht ist und auf der im gesamten Bereich ihrer Fläche 'ein Dämpfungsmaterial (41) aufgebracht ist.
18. Schwinger nach einem der Ansprüche 15 bis 17,.dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmaterial (38, 39, 41) ein Lötwulst ist.
19. Schwinger nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmaterial (38, 39, 41) ein elektrisch leitendes Bindungsmittel ist.
20. Schwinger nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten (31) und dritten (33) Elektroden jeweils aus zwei getrennten Elektrodensegmenten (31 a, 31 b; 33 a, 33 ^aufgebaut sind, die nebeneinander angeordnet sind.

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OWGlNAL INSPECT^)

-G-

Glawe, Delfs, KoIi & Partner - j- 97'-3/3O - Seite/

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21. Schwinger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungselektrode (35) vorgesehen ist, die auf einer flachen Oberfläche der Platte (20) aufgebracht ist und sich zwischen einem der getrennten Elektrodensegmente (31 a) der ersten Elektrode und einem der getrennten Elektrodensegmente (33 a) der zweiten Elektrode erstreckt,
22. Schwinger nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das andere getrennte Elektrodensegment (31 b) der ersten Elektrode mit der fünften Elektrode (36) und das andere getrennte Elektrodensegment (33 b) der zweiten Elektrode mit der sechsten Elektrode (37) verbunden ist.
23. Schwinger nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine achte Elektrode (42) auf der einen flachen Oberfläche der Platte (20) gegenüber der siebten Elektrode (4-0) zur Bildung eines Kondensatorelementes zwischen der siebten (40) und achten (42) Elektrode aufgebracht ist, die mit der Verbindungselektrode (35) verbunden ist.
24. Schwinger nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß erste (53), zweite (54) und dritte (55) Anschlußstreifen mit den fünften (36), sechsten (37) beziehungsweise siebten (40) Elektroden verbunden sind.
25. Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Schutzplatten (57, 58) vorgesehen sind, zwischen denen die piezoelektrische Platte (20) eingeschlossen ist.

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