KR100405387B1 - 압전 공진기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 완전히 밀폐된 하우징내에 장착된 진동 소자를 포함하며, 특히 작은 크기의 수정 진동자 공진기를 포함하는 압전 공진기에 대한 것이다.

본 발명에 따른 압전 공진기는 진동 소자를 담고있는 기다란 형상의 단단히 밀폐된 하우징(1)으로 구성되며, 금속캡(9), 이같은 캡이 고정되는 베이스(10) 그리고 상기 베이스를 통과하며 진동소자를 하우징의 외부로 연결시키도록 하는 연결 도선(11)을 포함한다. 본 발명에 따라, 금속 캡(9) 일부분이 길이 방향으로 원통형 축 블라인드 구멍을 가지는 장방형 평행 6면체 형상을 한다. 이같은 형상이 캡으로 하여금 종래의 원통형 캡보다 훨씬 더 기계적 내성을 가지도록 하며, 공진기가 지지부상에서 용이하게 자동으로 장착될 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 공진기는 여러분야(시계학, 컴퓨터 과학, 통신, 의학등)에서 특히 포터블 전자 장치를 위한 주파수 발생기를 만들도록 사용될 수 있다.

Description

압전 공진기

본 발명은 단단히 밀폐된 하우징내에 장착된 진동소자를 포함하는 압전 공진기에 대한 것이며, 특히 시계학, 컴퓨터 과학, 통신 및 의약분야와 같은 다양한 분야에서 포터블 전자장치를 위한 주파수 발생기를 만들도록 자주 사용되는 수정 진동자 공진기에 대한 것이다.

대부분의 작은 크기의 수정 진동자 공진기는 두 카테고리로 분류될 수 있다. 소위 "세라믹 하우징" 공진기 그리고 소위 "금속하우징" 공진기로 분류될 수 있다.

첫 번째 카테고리에 속하는 공진기의 하우징은 세라믹재 평행 6면체의 주요부분으로 구성된 비교적 납작한 하우징이며, 그 속으로는 진동하는 수정 공진기 소자, 장방형 유리, 상기 주요부분으로 단단한 밀폐에 의해 용접되는 세라믹 또는 금속 커버, 그리고 진동 소자의 여자 전극을 하우징의 외부로 전기적으로 연결시키기 위한 여러 가지의 형태를 취할 수 있는 연결 장치가 장착된다.

그러나 이들 공진기들은 가격이 비싸다.

이차 카테고리의 부분을 형성시키는 공진기의 하우징은 기본적으로 원통형의 윤곽을 가지는 베이스를 포함하는 기다란 형상의 하우징이며, 이는 스탬핑에 의해 생산되는 것이 바람직하다. 진동 소자의 전극과 하우징 외부 사이의 전기적 연결은 두 도선 또는 두 금속 스트립에 의해 실시되며, 이때의 도선은 베이스의 절연부를 통과하고, 그 내부 단부는 전도성 접착재의 도움으로 진동소자의 접촉 패드로 접착되어 이들 도선 또는 스트립이 이 소자의 지지부로서 작용하도록 한다.

완전히 자동으로 생산될 수 있는 금속 하우징 공진기는 세라믹 하우징 공진기보다 훨씬 가격이 싸다. 이들의 가격은 두배 혹은 세배 가격이 싸다. 그러나 이들 역시 몇가지의 단점들이 있다.

첫 번째는 이들의 캡의 두께가 두껍기 때문에, 이들이 대량으로 운반되거나 기계에서 자동으로 처리되는 때에는 이들의 하우징은 매우 쉽게 손상을 받을 수 있다.

또한, 프린트 회로기판과 같은 지지부로 금속 하우징 공진기를 고정시키는 것은 연결 러그 단부, 즉 도선 또는 금속 스트립의 외부 부분들을 그와같은 지지부의 전도 부분으로 용접시키고 하우징은 상기 지지부로 접착시키어 공진기가 진동 또는 쇼크를 받는 것으로 부터 보호되도록 한다. 하우징이 원통형이기 때문에 지지부에서의 접촉 또는 지지표면은 매우 작아서 접착된다하더라도 그것이 위치하게되는 지지부의 영역을 딱딱하게 하는데는 어려움이 있다. 따라서, 지지부가 단단하지 않다면 그리고 변형된다면 하우징은 떨어지게 되거나 공진기의 연결 러그 또는 전도 부분과의 이들의 연결이 이루어지지 않도록 할 수 있다.

마지막으로, 금속 하우징 공진기는 이들이 구멍이 없이 프린트 회로기판상에 장착된 표면인때 문제를 일으킬 수 있다.

사실, 이같은 타입의 장착을 허용하기 위해서는, 연결 러그가 프린트 회로기판으로 접착되기 위해 이미 구부려지거나 구부려지기 쉬운 공진기가 감기거나 감기지 않는 테이프 형상의 플라스틱 패키징으로 전달되며, 이같은 패키징은 공진기를 수용하기 위한 분리된 리세스를 가지며, 이들이 운반되도록 할 뿐 아니라 이들 리세스로 부터 자동으로 잡아당겨지도록 하여 프린트 회로기판상에 있는 이들 각각이이들이 장착되어야 하는 정확한 위치에 있도록 한다. 이들이 테이프내에 위치하는 순간과 이로부터 당겨진 순간사이에는 공진기가 이들의 리세스내에서 회전할 수 있으며, 이들의 연결 러그가 변형될 수 있고 이같은 공진기의 자동 장착을 더욱더 복잡하게 만든다.

한 해결안이 있는데 이는 금속 하우징 공진기의 단점이 극복되도록 한다.

이 해결안은 이미 알려져 있으며 수년동안 사용되고 있는데 베이스에서는 제외하고 하우징을 완전히 에워싸고 전체적으로 장방형 평행 6면체의 형상을 하는 하우징 둘레로 플라스틱재 블록을 사출성형하여 구성된다. 베이스 측면에서는, 플라스틱재의 블록이 베이스 표면의 절반정도만을 커버하며 이 절반은 연결 러그 아래에 놓이도록 된다. 또한, 이같은 블록 부분은 단부가 이같은 블록 아래로 되접히는 연결 러그를 구부리기 위한 한 형성부로 작용한다.

특별히 표면 장착하도록 된 이같은 타입 공진기는 단점을 가진다.

먼저, 이들의 제작은 추가의 동작과 재료를 필요로 하며 이들의 생산비를 증가시키는 사출성형 설비를 필요로 한다. 두 번째로, 이들의 체적은 종래의 금속 하우징 공진기의 체적보다 훨씬 큰데, 이는 이들이 작은 크기의 설비 또는 장치내에서 사용되는때 불편하다.

본 발명의 한 목적은 상기 언급한 타입의 공지된 공진기의 모든 장점을 가지지만 이들의 단점을 가지지는 않는 금속 하우징 압전 공진기를 제공하는 것이다.

다시말해서, 본 발명의 목적은 작은 체적과 낮은 비용의 단단히 밀폐된 금속하우징 압전 공진기를 제공하는 것이며, 완전히 자동으로 생산될 수 있고 그 하우징이 양호한 기계적 저항을 가지는 것을 제공하는 것이다.

다음에, 이같은 공진기는 그 자체가 단단하지 않은때 그리고 변형되는때 공진기가 장착되는 지지부를 부분적으로 보강할 수 있어야 한다.

마지막으로 본 발명의 목적은 이같은 공진기가 또다른 방법으로 지지부상에 막거나 복잡하게하지 않으며 자동으로 표면에 장착되는데에 적합하도록 하는 것이다.

이들 목적은 본 발명에 따른 압전 공진기에 의해 달성되는데, 이같은 압전 공진기는 전극이 제공된 진동소자, 진동소자를 담고있는 기다란 형상의 단단히 밀폐된 하우징으로 구성되며, 금속 캡, 이같은 캡이 고정되는 베이스(base)그리고 상기 베이스를 통과하며 진동소자의 전극에 전기적으로 연결되는 내부 단부를 가지는 연결 도선을 포함하고, 상기 하우징의 금속 캡은 길이 방향으로 원통형의 축방향 블라인드 구멍을 가지는 장방형 평행 6면체 형상으로 일부가 형성된다.

하기에서는 첨부도면을 참조하여 본원 발명을 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 공진기의 사시도.

도 2 는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ된 단면도.

도 3 은 도 2 의 A부분 확대도.

부호설명

1..........공진기2..........진동소자

3..........고리굼쇠4..........베이스

5..........아암6..........금속

7..........전극8..........패드

9..........캡10..........베이스

11.........연결도선(러그)11a.........내부단부

11b........내부부분11c.........외부부분

12.........도선접착제14..........축방향 블라인드 구멍

15.........원통형 부분16..........링

17,18......금속층

도면에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 공진기는 진공 또는 불활성 기체내에 베이스(4)와 아암(5)이 금속(6)을 지니는 수정진동자 소리굽쇠(tuning-fork)(3)로 이루어진 진동소자(2)가 담겨있는 단단히 밀폐된 하우징(1)을 포함한다. 금속(6)은 아암(5)에서 전극(7)을 형성시키며, 전극이 전장의 영향을 받도록 하고 정해진 방식으로 이들이 진동하도록 하며, 베이스(4)에서 진동소자를 위해 패드(8)들을 연결시킨다.

소리굽쇠(3) 상에서 금속(6)의 형상과 배치는 튜닝-포크의 특징에 따라 다르며 아암(5)이 진동해야하는 방식(굴곡, 비틀림등)에 따라 다르기 때문에 본원 명세서에서는 설명되지 않는다.

하우징(1)은 앞서 논의된 바의 금속 하우징 공진기의 부분들과 같은 부분들을 포함하며, 다시말해서 길다란 금속 캡(9), 그리고 원통형 형상의 베이스(10)를 포함하며, 상기 베이스위로 캡(9)이 씌워지고 두 도선(11)이 서로 전기적으로 절연되고, 베이스(10)를 통과하며, 진동소자(2)를 하우징의 외부에 전기적으로 연결시키도록 하고 상기 하우징내에 상기의 소자를 지지하도록 한다.

이같은 목적을 위하여 도선(11)은 작은 양의 도선 접착제(12)를 통하여 진동소자의 연결패드로 고정된 이들의 내부 단부(11a)들을 가진다.

본 발명에 따라 금속 캡(9)은 캡의 길이 방향으로 원통형의 축방향 블라인드 구멍(14)을 가지는 장방형 평행 6면체 형상의 부분으로 형성된다.

도 1이 도시한바와 같이, 이같은 부분은 정사각 단면을 가지며, 이는 공진기의 크기가 캡(9)의 길이와 같은 길이의 원통형 캡을 가지는 공진기의 크기와 같음을 의미하며 외부 직경은 캡 단면의 측면 길이와 같음을 의미한다.

반면에, 평행 6면체 형상의 결과로 본 발명에 따른 공진기의 캡(9)은 원통형 캡보다 훨씬 단단하며 따라서 기계적으로 더욱 견고하다.

또한, 캡(9)은 바아(bar)의 한 단부에서 종단-회전 작업에 의해 결정된 길이와 직경의 원통형 길이 방향 구멍을 내고 캡을 형성하는 부분을 절삭에 의해 바아의 나머지 부분으로부터 분리시키므로써 캡이 베이스(10)위로 얹혀지는때 기계가 공하기가 용이하며 탄성적으로 변형될 수 있는 구리-니켈-아연 합금 또는 황동과 같은 금속재로 만들어진 정사각 단면의 바아로부터 용이하게 그리고 저렴하게 생산될 수 있다. 바람직한 길이의 완전한 평행 6면체 부분을 얻기 위해 바아를 절단하고 다음에 역시 종단-회전 작업에 의해 원통형의 긴 블라인드 구멍을 상기 평행 6면체내에 만드는 것이 또한 가능할 것이다.

캡의 평행 6면체 형상의 결과로, 공진기(1)와 같은 공진기는 테이프로 운반하는때 그리고 특히 인쇄 회로기판으로 지지부상에서 자동으로 장착하는때 종래의 원통형 하우징 공진기에서와 같은 단점을 가지지 않으며, 이들의 지지부 표면이 아직도 불충분하다면, 이같은 공진기에 정사각이 아닌 직사각 단면을 갖는, 다시말해서 이같은 하우징의 체적을 가능한한 증가시키지 않으려 한다면 도1에서 도시된 것보다 넓지만 높거나 길지않은 하우징을 제공하므로써 이같은 문제를 해결하는 것이 용이하다.

마지막으로, 원통형 하우징이 아닌 평행 6면체 하우징을 갖는 것이 바람직한 또다른 이유가 있다. 그 이유는 다음과 같다.

공진기 하우징이 만들어지는때, 하우징의 단단함이 진동소자의 특징에 적합하여 완성된 공진기가 매우 양호한 전기적 성능을 갖도록 하며 가능한 한 오랫동안 이들을 유지시킬 수 있도록 한다.

일정한 길이의 원통형 하우징으로서 그 베이스 길이도 그와 같은 경우, 캡의 두께를 변형시키므로써 이같은 적용이 가능해질 뿐이다.

평행 6면체의 경우에는, 단면이 정사각이면 캡의 단면의 각 변의 길이를 변경시키는 것이 가능하며 단면이 장방형이면 캡의 너비 또는 두께를 변경시키는 것이 가능하며, 이때에는 원통형 캡의 하우징에 대하여 실시될 수 있는때보다 더욱 자유롭고 더욱 정확한 적용을 가능하게 한다.

종래의 금속 하우징 공진기 경우에는, 베이스를 둘러싸는 부분에서 캡이 받게되는 내부 스트레스가 캡이 전체적으로 같은 두께를 가진다면, 베이스 둘레에서 균일하게 분산된다.

이와 대비하여, 평행 6면체 캡의 경우에는, 코너에서의 스트레스가 얇은 부분에서와 같지 않다.

이같은 이유로, 단단한 밀폐가 원통형 하우징만큼 양호하며 지속적인 평행 6면체 하우징을 만드는 것이 바람직하며, 원통형 하우징 공진기의 생산시 기대되는 것보다 더욱 엄격한 허용오차의 베이스와 캡 구멍의 직경을 제공하기 위해 새로운 베이스를 디자인함이 필요하다.

그러나, 경험에 의하면 같은 베이스를 사용할 수 있으며 두 경우 모두에서 같은 허용오차를 갖는데, 이는 본 발명에 따른 공진기의 또다른 장점이다.

도 2에서 도시된바와 같이, 이같은 베이스는 절연제, 정확히는 유리로 만들어진 원통형 부분(15)으로 이루어지며, 이를 통해 도선(11)이 지나가고 유리와 같은 열 팽창 계수를 가지며 상표 "KOVAR"로 알려진 니켈, 코발트 및 철 합금 및 "합금 42"로 알려진 철 및 니켈 합금의 경우와 같은 갈바니 전기 처리에 적합한, 유리에 잘 부착되는 금속 재료로 형성된 링(16)에 의해 둘러싸인다.

동 도면에서 알수 있는바와 같이, 링(16)의 외부 표면은 진동소자(2)가 위치하는 측 반대측에서 너비의 약 7/10을 차지하는 주 원통형부와 베이스(10)를 캡(9)내로 삽입함을 용이하게 하며 베이스와 맞춰지는때 캡의 센터링(중심잡기)를 용이하게하는 구 형상의 부분을 가진다. 베이스(10)를 캡(9)내로 삽입함을 용이하게 하기위해 이같은 캡의 내부 가장자리 모서리를 깍아내는 것이 가능하다.

도 3에서 도시한 바와 같이, 링(16)의 외부표면은 두 개의 금속층(17)(18)으로 덮힌다.

가령 약 10㎛의 비교적 두꺼운 갈바니 전기층인 첫 번째층(17)은 캡이 베이스에 맞춰지는때 압축되는 탄력적으로 변형가능한 층이며, 이같은 변형의 결과로 하우징(1)의 단단한 밀폐가 보장되도록 한다. 이같은 층(17)은 그 자체가 가령 구리층, 납층 그리고 주석 합금과 은층과 같은 여러층으로 이루어지는 것이 바람직하다.

두 번째층(18)은 층(17)보다 약 10배내지 50배 두께가 얇으며 갈바니 전기층인 금층이고 베이스 금속 표면이 산화되는 것을 막으며 동 금속 표면의 질이 떨어지는 것을 막는 역할을 하고, 베이스가 만들어진 때와 그 베이스가 캡에 맞춰지는때 사이에 청결하게 유지되도록 한다.

도체(11)는 링(16)을 형성하며 "KOVAR" 또는 합금(42)이기도 한 재료로서 앞서 표시된 바 있는 재료와 같은 특성을 가지는 재료로 만들어지며 작은 직경의 도선으로 만들어진다.

이들 도선은 베이스(16)와 같은 갈바니 전기 처리를 받기 때문에진동소자(2)를 지지하는 내부부분(116)과 공진기를 위한 연결 러그들 형성시키는 외부부분(11c)이 베이스에서와 같은 층(17)(18)으로 덮여진다. 일정 접착제로 특히 금층(18)이 진동소자(2)의 연결 패드(8)로 도선(11) 단부를 접착시키는 신뢰도가 증가되도록 하며 동 금층은 또한 공진기의 연결 러그를 지지부로 접착시키는 것을 더욱 신뢰할 수 있도록 한다.

도면에서 도시된 바와 같이, 이들 연결 러그는 공진기의 표면 장착을 위해 특별히 제공된다. 이것이 연결 러그가 90。의 각도로 두 번 접혀서 공진기의 길이축에 두 단부가 평행하고 공진기가 장착되는 지지부와 접촉하고 있는 캡(9)의 면에 수직이도록 된다.

본원 발명은 상기 설명된 실시예로 제한되지 않는다.

특히, 연결 러그는 같은 형상을 가질수도 있으며 예를들어 일직선 일수도 있다.

도선의 내부 단부는 진동소자의 연결 패드에 접착될 수도 있고 접착되지 않을수도 있다. 이들 도선(도체)는 도선이 아닐수도 있으나 얇고 좁은 금속 스트립이어야 한다.

또한, 베이스는 연결도선이 통과하는 장소에서 절연재의 두 작은 슬리브망을 가지는 원통형이며 금속 블록인 형태로 제각기 만들어질 수 있다.

또한, 캡은 니켈 또는 크롬으로 도금될 수 있으며 베이스로 용접될 수 있기도 하다.

마지막으로 진동소자는 가령 바아(막대)와 같이 소리굽쇠가 아닌 다른 형상을 가질수도 있으며 어떠한 형상이던지, 그 소자는 가령 베이스에 부착된 서스팬션 바아와 같이 결합 도선(도체) 자체가 아닌 수단에 의해 하우징내에서 지지될 수 있다. 이 경우, 진동소자는 한 단부를 통하여 상기 베이스에 직접 부착될 수 있기도 하다.

Claims (10)

1. 전극(7)이 제공된 진동소자(2), 진동소자를 담고있는 기다란 형상의 단단히 밀폐된 하우징(1)으로 구성되며, 금속 캡(9), 이같은 캡이 고정되는 베이스(base)(10) 그리고 상기 베이스를 통과하며 진동소자의 전극에 전기적으로 연결되는 내부 단부(11a)를 가지는 연결 도선(11)을 포함하는 압전 공진기에 있어서, 상기 금속 캡(9)은 길이방향으로 원통형의 축방향 블라인드 구멍(14)을 가지는 장방형 평행 6면체 형상으로 일부가 형성됨을 특징으로 하는 압전 공진기.
2. 제 1 항에 있어서, 장방형 평행 6면체 형상의 상기 부분이 정사각 단면을 가짐을 특징으로 하는 압전 공진기.
3. 제 1 항 또는 2항에 있어서, 상기 캡(9)이 구리-니켈-아연 합금으로 만들어짐을 특징으로 하는 압전 공진기.
4. 전술한 항중 어느한 항에 있어서, 상기 캡(9)이 상기 베이스(10)에 맞춰짐을 특징으로 하는 압전 공진기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 베이스(10)가 전기적 절연재의 중앙의 원통형 부분(15)을 포함하며, 도선(11)이 이 원통형 부분을 통과하고, 한 금속 링(16)이 상기 중앙의 원통형 부분을 둘러싸고, 적어도 한 금속층(17)이 상기 링의 외부 표면을 커버하며 탄성적으로 변형될 수 있어서 캡(9)이 베이스(10)로 맞춰지는때 압축되어 상기 하우징(1)이 단단한 밀폐되도록 함을 특징으로 하는 압전 공진기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 금속층(17)이 얇은 금층(18)으로 커버됨을 특징으로 하는 압전 공진기.
7. 제 5 항 또는 6 항에 있어서,상기 중앙 원통형 부분(15)이 유리로 만들어짐을 특징으로 하는 압전 공진기.
8. 전술한 항들중 어느한 항에 있어서, 결합 도선(11)의 내부 단부(11a)가 진동소자(2)위로 고정되고 진동소자를 하우징(1)내에서 지지함을 특징으로 하는 압전 공진기.
9. 제 8 항에 있어서, 결합 도선(11)의 내부단부(11a)가 도선 접착제에 의해 진동소자(2)에 고정됨을 특징으로 하는 압전 공진기.
10. 전술한 항들중 어느한 항에 있어서, 진동소자(2)가 브랜치(5)가 전극(7)을 지니는 수정 진동자 소리굽쇠(3)로 이루어짐을 특징으로 하는 압전 공진기.