JP3602523B2

JP3602523B2 - 電気機械式の変換器

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Publication number: JP3602523B2
Application number: JP2002501839A
Authority: JP
Inventors: ビルゲルディートマー
Original assignee: エンドレスウントハウザーゲゼルシヤフトミツトベシユレンクテルハフツングウントコンパニーコマンディートゲゼルシャフト
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: HUP0301309A2; EA200201295A1; CN1433662A; AU2001265968A1; EP1287720B1; CA2421318C; CN1218610C; US6946779B2; WO2001095667A1; DE50102749D1; JP2003536294A; US20030168945A1; EP1287720A1; CA2421318A1; ATE270488T1; HU223886B1; DE10028319A1; EA004668B1

Description

【０００１】
本発明は、積重ね体もしくはスタックの形で配置された複数の圧電素子を備えた電気機械式のトランスデューサもしくは変換器であって、前記圧電素子の間にそれぞれコンタクト電極が配置されており、該コンタクト電極を介して前記圧電素子が電気的に接続されている形式のものに関する。
【０００２】
このような形式の電気機械式の変換器は、たとえば測定・制御技術において使用される。すなわち、たとえば容器内の予め規定された充填レベルを検出しかつ／または監視するための装置が市販されている。この装置は、予め規定された充填レベルの高さに取り付けられた機械的な振動形成体を有しており、この振動形成体は電気機械式の変換器によって励振させられて振動を発生させる。ドイツ連邦共和国特許出願公開第４１１８７９３号明細書には、このような装置の例が記載されている。機械的な振動形成体の振動は受信されて、電気的な信号に変換され、この電気的な信号は引き続き別の処理および／または評価のために利用可能である。電気的な信号からは、たとえば振動の周波数および／または振幅を測定することができる。周波数および／または振幅に基づき、機械的な振動形成体が充填物によって覆われているのか、または覆われていないのかを判別することができる。
【０００３】
このような充填レベルリミットスイッチは多くの工業部門において、特に化学工業や食品工業で使用される。充填レベルリミットスイッチは限界レベル検出のために働き、そしてたとえば過剰充填防止手段またはポンプ空運転防止手段として使用される。
【０００４】
スタックの形で配置された複数の圧電素子を備えた電気機械式の変換器は次のような利点を提供する。すなわち、複数の圧電素子を電気的には並列に、かつ機械的には直列に接続することができる。これにより、極めて頑丈でかつ出力の大きな変換器を得ることができる。
【０００５】
慣用の電気機械式の変換器では、圧電素子が通常では手で積み重ねられ、そしてそれぞれ互いに隣接した２つの圧電素子の間には、面状の電極が挿入されて、たとえば接着剤によって固定される。これらの電極は、スタックから導出されたターミナルラグもしくは接続ラグを有しており、これらの接続ラグを介して圧電素子は接続され得る。
【０００６】
このようなスタックの製造は極めて大きな労力を要する。このことは、特に汎用的に必要とされる高い個数の場合には多大なコストがかかってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、簡単にかつ廉価に製造可能となる電気機械式の変換器を提供することである。
【０００８】
この課題を解決するために本発明の電気機械式の変換器の構成では、
−当該変換器が、スタックの形で配置された複数の圧電素子を有しており、
−該圧電素子の間にそれぞれコンタクト電極が配置されており、該コンタクト電極を介して前記圧電素子が電気的に接続されており、
−前記コンタクト電極が、１つのフレキシブルなプリント配線板から導出された面状のターミナルラグもしくは接続ラグである
ようにした。
【０００９】
本発明の第１の有利な構成では、フレキシブルなプリント配線板が、段状に形成された区分を有しており、各段から面状の接続ラグが導出されており、前記段が、各段にそれぞれ隣接した圧電素子の厚さに等しく形成された高さを有している。
【００１０】
本発明の第２の有利な構成では、スタックが、上下に配置された少なくとも２つの部分スタックから成っており、各部分スタックの圧電素子が、それぞれフレキシブルなプリント配線板の、前記部分スタックに対応したベース面を巡るように配置されかつフレキシブルなプリント配線板から導出された接続ラグによって接続されている。
【００１１】
本発明の第３の有利な構成では、フレキシブルなプリント配線板が、上下に延びる複数の導体路を備えた区分を有しており、該区分で各導体路がそれぞれ端部に、該導体路に対して垂直に延びる接続ラグを有しており、個々の接続ラグが互いに平行に配置されていて、該接続ラグにそれぞれ隣接した圧電素子を接続するために働く。
【００１２】
上記３つの構成では、それぞれフレキシブルなプリント配線板に複数の電子構成部分、特にＳＭＤ構成部分が配置されていると有利である。
【００１３】
さらに、本発明は、このような電気機械式の変換器を製造するための方法に関する。上記課題を解決するために本発明の方法では、フレキシブルなプリント配線板に複数の構成部分を装着し、フレキシブルなプリント配線板を変形加工することにより、複数の接続ラグを互いに平行にかつ上下に配置し、これにより複数の圧電素子を互いに積み重ね、積み重ねられたスタックをプレスするようにした。
【００１４】
本発明による方法の有利な実施態様では、前記構成部分が圧電素子およびＳＭＤ構成部分であり、そして装着が自動的に行われる。
【００１５】
さらに本発明は、容器内の予め規定された充填レベルを検出しかつ／または監視するための装置に関する。上記課題を解決するために本発明の構成では、
−当該装置が、予め規定された充填レベルの高さに取り付けられるべき機械的な振動形成体を有しており、
−当該装置が、本発明による電気機械式の変換器を有しており、
−該電気機械式の変換器が作動時に、前記機械的な振動形成体に振動を加えて、該振動形成体の、目下の充填レベルに関連した振動を受信し、かつ引き続き別の処理および／または評価のために利用するために働くようにした。
【００１６】
本発明の利点は、接続ラグがフレキシブルなプリント配線板の構成要素である点にある。すなわち、接続ラグは、付加的なコストの原因となる個々のルーズな構成部分ではなく、もともと存在するプリント配線板の、特別に加工成形された区分であるに過ぎない。
【００１７】
フレキシブルなプリント配線板に設けられた接続ラグは、機械による製作のために特に好適である。すなわち、たとえば全ての接続ラグに機械により同時に接着剤を施与し、引き続き機械により圧電素子を装着させることができる。同じ装着過程において、フレキシブルなプリント配線板に設けられるべき別の電子構成部分を１回の作業工程で組み付けることができる。これによって、本発明による電気機械式の変換器の製作は極めて迅速となり、いわば全自動的に行われ、これによって製作が極めて廉価に可能となる。
【００１８】
以下に、本発明の３つの実施例を図面につき詳しく説明する。図面中、同じ構成部分は同一の符号で示されている。
【００１９】
図１には、本発明により構成された電気機械式の変換器（トランスデューサ）が示されている。この電気機械式の変換器は、積重ね体もしくはスタックの形で配置された複数の圧電素子１，３，５，７，９，１１を有している。各圧電素子１，３，５，７，９，１１の間と、最上位に配置された圧電素子１の上方と、最下位に配置された圧電素子１１の下方とには、それぞれ１つのコンタクト電極Ｓ，ＥまたはＧが配置されている。圧電素子１，３，５，７，９，１１はコンタクト電極Ｓ，Ｅ，Ｇを介して、フレキシブルなプリント配線板１３に延在する線路、つまり図示の実施例では送信信号線路ＬＳと、受信信号線路ＬＥと、アース線路ＬＧとに電気的に接続されている。図示の実施例では、コンタクト電極Ｓが送信信号線路ＬＳに、コンタクト電極Ｅが受信信号線路ＬＥに、コンタクト電極Ｇがアース線路ＬＧに、それぞれ接続されている。
【００２０】
圧電素子の順序および圧電素子の、接続線路に対する電気的な接続形式は任意であり、当該変換器のあとからの使用形態に関連して設定され得る。
【００２１】
圧電素子１，３，５，７，９，１１の、図示の実施例で設定された配置形式および電気的な配線は、たとえば予め規定された充填レベル（Ｆｕｅｌｌｓｔａｎｄ）を検出しかつ／または監視するための冒頭で述べた装置において使用するために適している。
【００２２】
上側の４つの圧電素子１，３，５，７は電気的には並列にかつ機械的には直列に接続されている。このためには、最上位の圧電素子１の上方に位置するコンタクト電極Ｇがアース線路ＬＧに、最上位の圧電素子１と、この圧電素子１に隣接した上から２番目の圧電素子３との間に位置するコンタクト電極Ｓが送信信号線路ＬＳに、２番目の圧電素子３と３番目の圧電素子５との間に位置する後続のコンタクト電極Ｇがアース線路ＬＧに、３番目の圧電素子５と４番目の圧電素子７との間に位置するコンタクト電極Ｓが送信信号線路ＬＳに、４番目の圧電素子７の下方に位置するコンタクト電極Ｇがアース線路ＬＧに、それぞれ接続されている。これら４つの圧電素子１，３，５，７は全てスタックの長手方向軸線に対して平行な分極を有している。ただし、互いに隣接し合った圧電素子１−３，３−５，５−７は互いに逆向きに分極化されている。このことは図１に「＋」および「−」のマーキングによって示されている。
【００２３】
送信信号線路ＬＳを介して供給された交流電圧は、これら４つの圧電素子１，３，５，７の、同方向に向けられた同期的な厚さ振動（Ｄｉｃｋｅｎｏｓｚｉｌｌａｔｉｏｎ）を生ぜしめる。これら４つの圧電素子１，３，５，７により形成された部分スタックは、たとえば供給された交流電圧に関連した振動を励起させるための送信器として働く。
【００２４】
４番目の圧電素子７の下方には、絶縁体、たとえばセラミックスから成る分離板１５が配置されている。この分離板１５は上側の４つの圧電素子１，３，５，７を、分離板１５の下方に配置された圧電素子９，１１から電気的にも機械的にも分離させる。
【００２５】
図示の実施例では、下側の２つの圧電素子９，１１により形成された部分スタックが、受信器として形成されている。これら２つの圧電素子９，１１は電気的には並列に、かつ機械的には直列に接続されている。このためには、下から２番目の圧電素子９の上方に位置するコンタクト電極Ｇと、最下位の圧電素子１１の下方に位置するコンタクト電極Ｇとがアース線路ＬＧに接続されている。両圧電素子９，１１の間に配置されたコンタクト電極Ｅは受信信号線路ＬＥに接続されている。
【００２６】
機械的な振動形成体（Ｓｃｈｗｉｎｇｕｎｇｓｇｅｂｉｌｄｅ）が送信器によって励振されると、スタックと振動形成体とは振動を実施し、この振動は受信器により、受信信号線路ＬＥを介して取出し可能な、発生した振動に関連して変化する電圧の形で、引き続き別の処理および／または評価のために利用可能となる。
【００２７】
フレキシブルなプリント配線板は、たとえばシェラ・エレクトロニック社（ＦｉｒｍａＳｃｈｏｅｌｌｅｒＥｌｅｋｔｒｏｎｉｋ）により商品名「ポリフレックス（Ｐｏｌｙｆｌｅｘ）」で市販されている。このフレキシブルなプリント配線板は、たとえば薄い銅薄板を有しており、この銅薄板はシェラ・エレクトロニック社により所望の導体路配置構成に応じてエッチングプロセスで処理され、そしてその後にこの銅薄板には、両面でそれぞれ１つの厚いポリイミドカバーシートが貼り付けられる。
【００２８】
本発明によれば、コンタクト電極Ｓ，Ｅ，Ｇが、フレキシブルなプリント配線板１３から導出された面状のターミナルラグもしくは接続ラグとして形成されるようなフレキシブルなプリント配線板１３が使用される。これらの接続ラグはフレキシブルなプリント配線板１３の一体の構成要素である。これらの接続ラグは、たとえば銅薄板の、カバーシートを備えていない、相応して成形されたセグメントから形成される。
【００２９】
図２には、本発明により形成されたフレキシブルなプリント配線板１３ａの第１実施例の概略図が示されている。このフレキシブルなプリント配線板１３ａは段状に形成された区分１７を有している。この区分１７は図示の実施例では７つの段１９，２１，２３，２５，２７，２９，３１を有している。各段１９，２１，２３，２５，２７，２９，３１には、それぞれ１つの面状の接続ラグ３３，３５，３７，３９，４１，４３，４５が導出されている。区分１７の縁部で成端した段３１は極めて低く形成されている。この段３１では、段３１の上面から接続ラグ４５が導出されているだけではなく、段３１の下面からも付加的に別の接続ラグ４７が導出されている。これらの接続ラグ３３，３５，３７，３９，４１，４３，４５，４７はそれぞれ１つの小幅のウェブと、このウェブの、段とは反対の側の端部に一体成形された円板形の電極面とを有している。
【００３０】
段１９，２１，２３，２５，２７，２９，３１は、それぞれ各段１９，２１，２３，２５，２７，２９，３１に隣接した圧電素子１，３，５，７，９，１１の厚さに等しい高さを有している。
【００３１】
本発明による電気機械式の変換器の製造時では、まずフレキシブルなプリント配線板１３ａに複数の構成部分が装着される。「構成部分」とはこの場合、圧電素子１，３，５，７，９，１１、分離板１５および場合によってはプリント配線板１３ａ上で必要となる別の電気的な構成素子を意味する。電気的な構成素子は有利には、図２に概略的にのみ図示した表面実装可能な構成素子、つまり「ＳＭＤ構成部分４９」であるので、プリント配線板１３ａへの装着は全自動的に行うことができる。ＳＭＤ構成部分４９は、段状の区分１７に隣接した区分５１に配置されている。
【００３２】
圧電素子１，３，５，７，９，１１の組付け時では、接続ラグ３３，３５，３７，３９，４１，４３，４５，４７に接着剤、たとえば導電性接着剤またはＳＭＤ接着剤が被着され、そして圧電素子１が接続ラグ３３に、圧電素子３が接続ラグ３５に、圧電素子５が接続ラグ３７に、圧電素子７が接続ラグ３９に、分離板１５が接続ラグ４１に、圧電素子９が接続ラグ４３に、圧電素子１１が接続ラグ４５に、それぞれ被着される。
【００３３】
次いで、これらの接続ラグ３３，３５，３７，３９，４１，４３，４５，４７はそれぞれ、フレキシブルなプリント配線板１３ａの変形加工によって互いに平行にかつ上下に配置される。このことは、図２に示した実施例では、全ての接続ラグ３３，３５，３７，３９，４１，４３，４５，４７を、これらの接続ラグ３３，３５，３７，３９，４１，４３，４５，４７がプリント配線板１３ａの区分１７に対して垂直に延びるようになるまで起立させ、そして最も低い段３１の側から区分１７を巻き上げることにより行われる。これにより、圧電素子１，３，５，７，９，１１はその間に分離板１５を挟んで上下に積み重ねられる。こうして前成形されたスタックは、引き続きプレスされ、これにより接続ラグ３３，３５，３７，３９，４１，４３，４５，４７と圧電素子１，３，５，７，９，１１との間の確実な電気的結合が保証される。
【００３４】
図１に示した電気機械的な変換器と合致する形で、接続ラグ３３，３７，４１，４３，４７はコンタクト電極Ｇを形成しており、これらのコンタクト電極Ｇは、プリント配線板１３ａに延在する、図２には図示していないアース線路ＬＧに接続されている。接続ラグ３５，３９はコンタクト電極Ｓを形成しており、コンタクト電極Ｓは、プリント配線板１３ａに延在する、図２には図示していない送信信号線路ＬＳに接続されている。接続ラグ４５はコンタクト電極Ｅを形成しており、コンタクト電極Ｅは、プリント配線板１３ａに延在する、図２には図示していない受信信号線路ＬＥに接続されている。
【００３５】
プリント配線板１３ａは、区分１７，５１に対して垂直に延びる小幅の突出部５２を有している。この突出部５２の端部にはコネクタ５３が設けられている。突出部５２には、プリント配線板１３ａに設けられた全ての線路が案内されており、これらの線路はプリント配線板１３ａの外部で接続部に接続され得る。これらの線路には、図示の実施例では送信信号線路ＬＳ、受信信号線路ＬＥおよびアース線路ＬＧが所属している。
【００３６】
図３には、フレキシブルなプリント配線板１３ｂの別の実施例が示されている。このプリント配線板１３ｂは、プリント配線板１３ａもしくはプリント配線板１３ｂにおける接続ラグの配置およびＳＭＤ構成部分４９の位置の点でのみ、図２に示したプリント配線板１３ａとは異なっている。
【００３７】
図３に示した実施例では、接続ラグ５５，５７，５９，６１，６３，６５，６７，６９が設けられており、これらの接続ラグ５５，５７，５９，６１，６３，６５，６７，６９はベース面７１，７３をそれぞれ環状に巡るように配置されている。
【００３８】
この実施例の場合でも、図１に示したような積重ね体もしくはスタックが形成され、このスタックは少なくとも２つの上下に配置された部分スタックから成っている。相応して、接続ラグ５５，５７，５９，６１はベース面７１を巡るように配置されており、接続ラグ６３，６５，６７，６９はベース面７３を巡るように配置されている。
【００３９】
各部分スタック１−３−５−７；９−１１の圧電素子１，３，５，７，９，１１は、フレキシブルなプリント配線板１３ｂの、各部分スタックに対応するベース面７１，７３を巡るように配置された、プリント配線板１３ｂから導出された接続ラグ５５，５７，５９，６１，６３，６５，６７，６９によって接続されている。
【００４０】
これらの圧電素子１，３，５，７，９，１１の組付け時では、接続ラグ５５，５７，５９，６１，６３，６５，６７，６９に接着剤、たとえば導電性接着剤またはＳＭＤ接着剤が被着され、そして圧電素子１が接続ラグ５５に、圧電素子３が接続ラグ５７に、圧電素子５が接続ラグ５９に、圧電素子７が接続ラグ６１に、分離板１５が接続ラグ６３に、圧電素子９が接続ラグ６５に、圧電素子１１が接続ラグ６７に、それぞれ被着される。
【００４１】
次いで、これらの接続ラグ５５，５７，５９，６１，６３，６５，６７，６９はそれぞれ、フレキシブルなプリント配線板１３ｂの変形加工によって互いに平行にかつ上下に配置される。このことは、図３に示した実施例では、接続ラグ６９がプリント配線板１３ｂに対して直角に延びるようになるまで接続ラグ６９を曲げ上げることにより行われる。引き続き、接続ラグ６７が折り曲げられ、この場合、この接続ラグ６７上に組み付けられた圧電素子１１が接続ラグ６９に面状に載着される。引き続き、後続の接続ラグ６５，６３，６１，５９，５７，５５を用いて、相応する過程が順次に実施される。最後に、接続ラグ６５に配置された圧電素子９が、接続ラグ６７の、圧電素子１１とは反対の側の表面に載置され、接続ラグ６３に配置された分離板１５は、接続ラグ６５の、圧電素子９とは反対の側の表面に載置され、接続ラグ６１に配置された圧電素子７は接続ラグ６３の、分離板１５とは反対の側の表面に載置され、接続ラグ５９に配置された圧電素子５は接続ラグ６１の、圧電素子７とは反対の側の表面に載置され、接続ラグ５７に配置された圧電素子３は接続ラグ５９の、圧電素子５とは反対の側の表面に載置され、接続ラグ５５に配置された圧電素子１は接続ラグ５７の、圧電素子３とは反対の側の表面に載置される。
【００４２】
すなわち、この場合にも、フレキシブルなプリント配線板１３ｂには複数の構成部分が装着される。接続ラグ５５，５７，５９，６１，６３，６５，６７，６９は、フレキシブルなプリント配線板１３ｂの変形加工によって互いに平行にかつ上下に配置され、これにより圧電素子１，３，５，７，９，１１は互いに積み重ねられ、引き続き、積み重ねられたスタックがプレスされる。
【００４３】
ベース面７１，７３はこの状態でほぼ接線方向面として、両部分スタックに外側で接触している。両ベース面７１，７３には、ＳＭＤ構成部分４９が配置されている。当然ながら、これらのＳＭＤ構成部分４９または別の電子構成部分は、プリント配線板１３ｂの別の個所に設けられていてもよい。
【００４４】
図１に示した電気機械式の変換器と合致した形で、接続ラグ５５，５９，６３，６５，６９はこの場合、相応してコンタクト電極Ｇを形成する。コンタクト電極Ｇは、プリント配線板１３ｂに延びるアース線路ＬＧ（図３には図示しない）に接続されている。接続ラグ５７，６１はコンタクト電極Ｓを形成し、このコンタクト電極Ｓはプリント配線板１３ｂに延びる送信信号線路ＬＳ（図３には図示しない）に接続されている。接続ラグ６７はコンタクト電極Ｅを形成し、このコンタクト電極Ｅはプリント配線板１３ｂに延びる受信信号線路ＬＥ（図３には図示しない）に接続されている。
【００４５】
図４および図５には、フレキシブルなプリント配線板１３ｃのさらに別の実施例が示されている。以下に、前で説明した実施例との相違点についてのみ詳しく説明する。
【００４６】
フレキシブルなプリント配線板１３ｃは区分７５を有しており、この区分７５では、複数の導体路が上下に延びている。各導体路はこの場合、それぞれ端部に、導体路に対して垂直に延びる接続ラグ７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１を有している。個々の接続ラグ７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１は互いに平行に配置されていて、これらの接続ラグに隣接した圧電素子１，３，５，７，９を接続するために働く。
【００４７】
このためには、製造時に接続ラグ７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１に接着剤が施与され、そして各接続ラグ７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１の間の間隙に、圧電素子１，３，５，７，９，１１と分離板１５とが装着される。このときに、圧電素子１は接続ラグ７７と接続ラグ７９との間に挿入され、圧電素子３は接続ラグ７９と接続ラグ８１との間に挿入され、圧電素子５は接続ラグ８１と接続ラグ８３との間に挿入され、圧電素子７は接続ラグ８３と接続ラグ８５との間に挿入され、分離板１５は接続ラグ８５と接続ラグ８７との間に挿入され、圧電素子９は接続ラグ８７と接続ラグ８９との間に挿入され、圧電素子１１は接続ラグ８９と接続ラグ９１との間に挿入される。
【００４８】
この実施例では、フレキシブルなプリント配線板１３ｃの特別な変形加工が必要とならない。なぜならば、接続ラグ７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１が既にほぼ最終的な位置を有しているからである。すなわち、接続ラグ７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１は図示の形で既に起立されているので、これらの接続ラグ７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１はプリント配線板平面に対して直角に延びている。装着後にはこの場合にも、スタックをプレスし、これにより各接続ラグ７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１との耐久性の良い電気的および機械的な結合が形成される。
【００４９】
送信信号線路ＬＳ、受信信号線路ＬＥおよびアース線路ＬＧへの接続ラグ７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１の電気的な接続は、既に上で説明した実施例の場合と同様に行われるので、ここでは詳しい説明を省略する。
【００５０】
前に説明した実施例の場合と同様に、フレキシブルなプリント配線板１３ｃは細長い突出部５２を有している。この突出部５２の端部にはコネクタ５３が設けられており、このコネクタ５３を介して、プリント配線板１３ｃに延びる複数の導体路が外部からコンタクト可能になる。突出部５２に対して直角の角度で、プリント配線板１３ｃの別の区分９３が設けられている。この区分９３には、複数の電子構成部分が配置されていてよい。これらの電子構成部分は、図４に概略的に示したようにＳＭＤ構成部分４９であると有利である。これらのＳＭＤ構成部分４９は圧電素子１，３，５，７，９，１１および分離板１５と共に自動的な装着過程において被着され得る。
【００５１】
図６および図７には、本発明による電気機械式の変換器１０１を有する、容器内の予め規定された充填レベルを検出しかつ／または監視するための装置の、９０゜だけ互いに回転させられた２つの断面図が示されている。
【００５２】
この装置は、ほぼ円筒状のハウジング９５を有している。このハウジング９５は端部側で円板形のダイヤフラム９７によって、ハウジング９７とダイヤフラム９７とのフロント面が同一平面内で互いに整合するように閉鎖されている。ハウジング９５の外側では、ダイヤフラム９７に、容器の方向へ向けられた２つの振動ロッド９９が一体成形されている。ハウジング９５とダイヤフラム９７と振動ロッド９９とは、機械的な振動形成体の構成要素であり、この機械的な振動形成体にはハウジング９５の内部に配置された電気機械式の変換器１０１によって振動が加えられる。この場合に、ダイヤフラム９７は曲げ振動を実施し、両振動ロッド９９には、振動ロッド９９の長手方向軸線に対して直角な方向で振動が加えられる。しかし、１つの振動ロッドしか有しない振動形成体または振動ロッドを有しない振動形成体も使用可能である。振動ロッドを有しない振動形成体が使用される場合には、たとえば振動するダイヤフラムだけが、容器内に存在する充填物と接触する。
【００５３】
図示の装置は、予め規定された充填レベルの高さに取り付けられることが望ましい。このためには、ハウジング９５に雄ねじ山が設けられており、この雄ねじ山によって前記装置は容器に設けられた対応する開口内にねじ込み可能となる。別の固定形式、たとえばフランジを用いた固定形式も、同じく使用可能である。
【００５４】
前で図１〜図５に示した実施例につき説明したような本発明による電気機械式の変換器１０１が設けられている。この電気機械式の変換器１０１は作動時に、機械的な振動形成体に振動を加えて、この機械的な振動形成体の、目下の充填レベルに関連した振動を受信し、そして別の処理および／または評価のために利用するために働く。
【００５５】
電気機械式の変換器１０１は、それぞれ端部側でスタックに隣接した第１および第２のステム１０３の間に挟持されている。両ステム１０３は極めて硬質の材料、たとえば金属から成っていると有利である。
【００５６】
電気機械式の変換器１０１は、ハウジング９５の長手方向軸線に沿って、ハウジング９５内にねじ込まれた押圧ねじ１０５と、ダイヤフラム９７との間に緊締されている。これにより、ダイヤフラム９７はプリロードもしくは予荷重をかけられている。
【００５７】
送信器は、作動時に機械的な振動形成体を励振させて機械的な振動を発生させるために働く。このためには作動時に送信器には、電気的な送信信号が印加される。この送信信号によって送信器が、ひいては電気機械式の変換器１０１が、励振されて厚さ振動を発生させる。
【００５８】
相応して、振動ロッド９９の振動がダイヤフラム９７の曲げ振動を生ぜしめ、この曲げ振動はやはり電気機械式の変換器１０１の厚さ振動を生ぜしめる。この厚さ振動は、受信器により取り出される電圧の変化を生ぜしめる。相応する受信信号が受信信号線路ＬＥを介して提供される。
【００５９】
この受信信号の振幅は、機械的な振動形成体の機械的な振動振幅が大きくなればなるほど、ますます大きくなってゆく。この事実を利用して、この装置は装置固有の共振周波数ｆ_ｒで運転されると有利である。共振周波数ｆ_ｒで、機械的な振動振幅は最大となる。
【００６０】
機械的な振動形成体にその共振周波数ｆ_ｒで振動が加えられるようにするためには、たとえば制御回路が設けられていてよい。この制御回路は、送信信号と受信信号との間に生じる位相差を規定の一定値に制御し、この場合、たとえば受信信号が位相シフタと増幅器とを介して送信信号へフィードバックされる。このような制御回路は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第４４１９６１７号明細書に記載されている。
【００６１】
発生した共振周波数ｆ_ｒおよびその振幅は、機械的な振動形成体が容器内の充填物によって覆われているかどうかに関連している。相応して、共振周波数ｆ_ｒおよびその振幅に関する一方の測定量または両測定量を、予め規定された充填レベルを検出しかつ／または監視するために利用することができる。
【００６２】
たとえば受信信号は評価ユニットに供給されてよい。この評価ユニットは周波数測定回路によって受信信号の周波数を測定し、その結果をコンパレータに供給する。このコンパレータは測定された周波数を、メモリ内にファイルされた基準周波数ｆ_Ｒと比較する。測定された周波数が基準周波数ｆ_Ｒよりも小さいと、評価ユニットは、機械的な振動形成体が充填物によって覆われていることを表す出力信号を送出する。周波数が基準周波数ｆ_Ｒよりも大きな値を有していると、評価ユニットは、機械的な振動形成体が充填物によって覆われていないことを表す出力信号を送出する。
【００６３】
出力信号は、たとえば相応する値を取る電圧または相応する値を有する電流であるか、あるいはまた相応する周波数または相応する時間を有するパルスの形の信号電流が重畳されている電流である。
【００６４】
圧電素子１，３，５，７，９，１１はスリーブ内に持ち込まれる。このスリーブからは側方でフレキシブルなプリント配線板１３が導出されている。ステム１０３は端部側でこのスリーブに被せ嵌められる。プリント配線板１３は組み付けられた状態でスタックに巻き付けられていて、ハウジング９５内のインサート１０６内に配置されている。このインサート１０６はほぼポット形に形成されていて、その底部の中央には一貫して延びる開口、つまり貫通した開口１０７が設けられている。この開口１０７の形状は、ステム１０３の形状に倣って形成されている。ダイヤフラム９７は、第１のステム１０３の形状に倣って形成された凹部の形状を有していると有利である。この場合、この凹部内には、ステム１０３の丸形ヘッドが回転可能に支承されている。支承部のこのような形状は次のような利点を提供する。すなわち、丸形ヘッドの丸形の形状と、対応する凹部とに基づき、大きな摩擦損失やスタックに作用する捩り力なしに回転が容易に可能となると同時に、凹部内での丸形ヘッドの大きな載着面に基づき、スタックからダイヤフラム９７への極めて良好な機械的な力伝達が保証されている。
【００６５】
インサート１０６は、ダイヤフラム９７とは反対の側の方向に継続された小幅の壁区分を有している。この壁区分は、フレキシブルなプリント配線板１３の、コネクタ５３に通じた区分５２のための保護レストとして働く。
【００６６】
押圧ねじ１０５はスナップクロージャによってインサート１０６に結合されている。このためには、インサート１０６の、ダイヤフラム９７とは反対の側の端部に、２つの切欠きが互いに向かい合って位置するように配置されている。両切欠き内には、押圧ねじ１０５の、ダイヤフラム９７寄りの端部に設けられた、前記切欠きに対応して成形された係止突起がスナップイン式に係合して係止されている。スナップクロージャは、インサート１０６と押圧ねじ１０５とが極めて簡単に互いに固く結合されるという利点を提供する。
【００６７】
押圧ねじ１０５は、側方に開いた切欠きを有しており、この切欠きを通じて、フレキシブルなプリント配線板１３の、コネクタ５３に接続された区分５２が貫通案内されている。
【００６８】
コネクタ５３には、対応する差込み接続器１０９が装着されており、この差込み接続器１０９を介して、電気機械式の変換器１０１が接続可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気機械式の変換器を示す概略図である。
【図２】段状に配置された複数の接続ラグを備えたフレキシブルなプリント配線板を示す概略図である。
【図３】ベース面を巡るように環状に配置された複数の接続ラグを備えたフレキシブルなプリント配線板を示す概略図である。
【図４】複数の導体路が上下に重なり合って延びていて、かつ各導体路の端部が導体路に対して垂直に延びる接続ラグを有している区分を備えたフレキシブルなプリント配線板を示す概略図である。
【図５】図４に示したフレキシブルなプリント配線板の断面図である。
【図６】本発明による電気機械式の変換器を備えた、容器内の予め規定された充填レベルを検出しかつ／または監視するための装置を示す断面図である。
【図７】図６に示した断面図の図平面に対して９０゜だけ回転させられた平面で断面した、図６に示した装置の断面図である。

Claims

電気機械式の変換器において、
−当該変換器が、スタックの形で配置された複数の圧電素子（１，３，５，７，９，１１）を有しており、
−該圧電素子（１，３，５，７，９，１１）の間にそれぞれコンタクト電極（Ｇ，Ｓ，Ｅ）が配置されており、該コンタクト電極（Ｇ，Ｓ，Ｅ）を介して前記圧電素子（１，３，５，７，９，１１）が電気的に接続されており、
−前記コンタクト電極（Ｇ，Ｓ，Ｅ）が、１つのフレキシブルなプリント配線板（１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）から導出された面状の接続ラグ（３３，３５，３７，３９，４１，４３，４５，４７，５５，５７，５９，６１，６３，６５，６７，６９，７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１）である
ことを特徴とする、電気機械式の変換器。
−フレキシブルなプリント配線板（１３ａ）が、段状に形成された区分（１７）を有しており、
−各段（１９，２１，２３，２５，２７，２９，３１）から面状の接続ラグ（３３，３５，３７，３９，４１，４３，４５，４７）が導出されており、
−前記段（１９，２１，２３，２５，２７，２９，３１）が、各段（１９，２１，２３，２５，２７，２９，３１）にそれぞれ隣接した圧電素子（１，３，５，７，９，１１）の厚さに等しく形成された高さを有している、
請求項１記載の電気機械式の変換器。
−スタックが、上下に配置された少なくとも２つの部分スタックから成っており、
−各部分スタックの圧電素子（１，３，５，７；９，１１）が、それぞれフレキシブルなプリント配線板（１３ｂ）の、前記部分スタックに対応したベース面（７１，７３）を巡るように配置されかつフレキシブルなプリント配線板（１３ｂ）から導出された接続ラグ（５５，５７，５９，６１，６３，６５，６７，６９）によって接続されている、
請求項１記載の電気機械式の変換器。
フレキシブルなプリント配線板（１３ｃ）が、上下に延びる複数の導体路を備えた区分（７５）を有しており、各導体路がそれぞれ端部に、該導体路に対して垂直に延びる接続ラグ（７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１）を有しており、個々の接続ラグ（７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１）が互いに平行に配置されていて、該接続ラグ（７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１）にそれぞれ隣接した圧電素子（１，３，５，７，９，１１）を接続するために働く、請求項１記載の電気機械式の変換器。
フレキシブルなプリント配線板（１３，１３ａ，１３ｂ，１ｃ）に複数の電子構成部分、特にＳＭＤ構成部分（４９）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気機械式の変換器。
請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機械式の変換器を製造するための方法において、
−フレキシブルなプリント配線板（１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）に複数の構成部分を装着し、
−フレキシブルなプリント配線板（１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）を変形加工することにより、複数の接続ラグ（３３，３５，３７，３９，４１，４３，４５，４７，５５，５７，５９，６１，６３，６５，６７，６９，７７，７９，８１，８３，８５，８７，８９，９１）を互いに平行にかつ上下に配置し、これにより複数の圧電素子（１，３，５，７，９，１１）を互いに積み重ね、
−積み重ねられたスタックをプレスする
ことを特徴とする、電気機械式の変換器を製造するための方法。
前記構成部分として圧電素子（１，３，５，７，９，１１）とＳＭＤ構成部分（４９）とを配置し、装着を自動的に行う、請求項６記載の方法。
容器内の予め規定された充填レベルを検出しかつ／または監視するための装置において、
−当該装置が、予め規定された充填レベルの高さに取り付けられるべき機械的な振動形成体を有しており、
−当該装置が、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機械式の変換器（１０１）を有しており、
−該電気機械式の変換器（１０１）が作動時に、前記機械的な振動形成体に振動を加えて、該振動形成体の、目下の充填レベルに関連した振動を受信し、かつ引き続き別の処理および／または評価のために利用するために働くようになっている
ことを特徴とする、容器内の予め規定された充填レベルを検出しかつ／または監視するための装置。