DE1760407U

DE1760407U - ELECTROMECHANICAL OR ELECTROACOUSTIC CONVERTER.

Info

Publication number: DE1760407U
Application number: DE1954E0005250
Authority: DE
Original assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Current assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Priority date: 1954-02-11
Filing date: 1954-02-11
Publication date: 1958-01-23

Description

Elektromechanischer oder elektroakustischer Wandler Es ist bekannt, elektroakustische Biege- oder Torsionswandlerelemente aus zwei Schichten eines Materials, beispielsweise des piezoelektrischen Seignettsalzes oder des elektrostriktiven Bariumtitanaht, aufzubauen. Es ist auch bekannt, für Zwecke der Sohallerzeugung in der Dickenschwingung angeregte Platten aus solchem Material zu verwenden. Für viele Zwecke ist es erwünscht, Wandlerelemente aus sehr dünnen Schichten eines piezoelektrisch oder elektrostriktiv wirksamen Materials herzustellen. Aus den bekannten Materialien mit hohem piezoelektrischen oder elektroatriktiven Effekt haben sich bisher Schichten, deren Dicke nur wenig unter 1 mm liegt, nur mit Schwierigkeiten herstellen und verarbeiten lassen. Sehr deine Schichten etwa unter ein Zehntel mm Dicke sind aus solchem Material für praktische Zwecke noch nicht hergestellt worden. Selbst wenn die mit erheblichen Schwierigkeiten verbundene Herstellung gelänge, kannten solche Schichten wegen der großen Brüehigkeit des Materials nur mit größter Vorsicht verarbeitet werden, was eine industriell Verwertung überhaupt ausschließt.Electromechanical or electroacoustic transducer It is known electroacoustic flexural or torsional transducer elements made from two layers of one material, for example the piezoelectric Seignett salt or the electrostrictive barium titanium suture, build up. It is also known for the purpose of generating sound in the thickness oscillation to use excited plates made of such material. For many purposes it is desirable Transducer elements made of very thin layers of a piezoelectric or electrostrictive effective material. Made from the known materials with high piezoelectric or electro-restrictive effect have hitherto been layers whose thickness is only slight is less than 1 mm, can only be manufactured and processed with difficulty. very your layers about a tenth of a millimeter thick are made of such material for practical use Purposes not yet established. Even if those with significant difficulty such layers were known because of their great brittleness of the material should only be processed with the greatest care, which is an industrial one Excludes recovery at all.

Die Neuerung vermeidet diese Nachteile u nd ermöglicht darüber hinaus die Herstellung von Wandlern mit äußerst dünnen piezoelektrisch oder elektrostriktiv wirksamen Schichten, beispielsweise von wenigen tausendstel mm Dicke.The innovation avoids these disadvantages and also enables them the manufacture of transducers with extremely thin piezoelectric or electrostrictive effective layers, for example a few thousandths of a mm thick.

Neuerungsgemäß besteht das Wandlerelement aus einer aufgedampften Schicht oder mehreren solchen Schichten eines Materials mit vor- zugsweise hoher Dielektrizitätskonstade, die auf eine elastische Unterlage aufgedampft sind.According to the innovation, the transducer element consists of a vapor-deposited layer or several such layers of a material with preferably a high dielectric constant based on an elastic Underlay are vaporized.

Als Material für solche Schichten haben sich beispielsweise die Titanate oder Stannate der Erdalkalien Barium, Strontium oder Calcium als geeignet erwiesen, Die Schichten können aus einem dieser Stoffe einheitlich aufgebaut oder aus mehreren zusammengesetzt sein.Titanates, for example, have proven to be the material for such layers or stannates of the alkaline earths barium, strontium or calcium proved to be suitable, The layers can consist of one or more of these substances be composed.

Die Verwendung dieser Materialien im Rahmen der Neuerung gestattet die Herstellung von Wandlerelementen mit sehr großer Kapazität die bekanntlich mit abnehmender Schichtdicke großer wird. Andererseits lassen sich auch Wandler mit sehr kleinen Abmessungen bei normalen Kapazitätswerten herstellen.The use of these materials as part of the innovation is permitted the production of transducer elements with a very large capacity which is known to have decreasing layer thickness becomes larger. On the other hand, converters can also be used produce very small dimensions with normal capacitance values.

Es ist an sich bekannt, Wandlerelemente, die aus elektrisch polasierbarem Material bestehen, permanent zu polarisieren, Zur Erzeugung der permanenten Polarisation sind bei Bariumtitanat Feldstärken von mehreren Kilovolt pro mm nötige o daß bei den normalen Schichtdicken von wenigen mm bereits Spannungen bis zu zehntausend Volt benötigt werden, Ein nach der Neuerung aufgebautes Wandlerelement von beispielsweise ein hundertstel mm Dicke erfordert demgemäß eine Polarisationsspannung von nur einigen hundert Volt. wodurch ebenfalls die Fertigung erheblich erleichtert wird.It is known per se, transducer elements, which are made of electrically polarizable Material are made to polarize permanently, to generate permanent polarization field strengths of several kilovolts per mm are necessary for barium titanate the normal layer thickness of a few mm already tensions up to ten thousand Volts are required, a converter element built according to the innovation of, for example a hundredth of a mm thick accordingly requires a polarization voltage of only a few hundred volts. whereby the production is also made considerably easier.

Die bekannten Wandlerelemente, die aus dicken Schichten bestehen, haben eine genügende Steifigkeit, um unmittelbar für die Herstellung von Wandlern benutzt werden zu können, Man verwendet bei den bekannten Biegern aus Bariumtitanat stets Doppelschichten, da eine einfache Schicht bei Biegebeanspruchung praktisch keinen elektrostriktiven Effekt ergäbe. 1. 7 Die Wandlerelemente nach der Neuerung, zumindest soweit sie aus sehr dünnen Schichten bestehen, benötigen einen mechanisch genügend festen Träger, Dieser Träger kann aus beliebigem leitenden oder nichtleitenden Material, zum Beispiel einem Metall oder einer Metallegierung, aus einem Kunststoff oder anderem geeigneten Naterial wie Glimmer bestehen.The known transducer elements, which consist of thick layers, have sufficient rigidity to be used directly for the manufacture of transducers. In the known barium titanate benders, double layers are always used, since a single layer would have practically no electrostrictive effect when subjected to bending. 1. 7 The transducer elements according to the innovation, at least as far as they consist of very thin layers, require a mechanically sufficiently strong carrier.This carrier can be made of any conductive or non-conductive material, for example a metal or a metal alloy, a plastic or other suitable material such as mica .

Ein besonderer Vorteil der Neuerung ist es, daß der Träger beziehungsweise seine Oberfläche fast beliebig gestaltet werden kann, wodurch sich für die Herstellung von Wandlerelementen zahlreiche neue Möglichkeiten ergeben, Durch Variation des Materials, der Dicke und der Form dea Trägers hat man es in der Hand, unabhängig vom piezoelektrisch beziehungsweise elektrostriktiv wirksamen Material die mechanischen Eigenschaften des Wondlerelementes beinahe beliebig zu ändern und dem jeweiligen Verwendungszweck anzupassen.A particular advantage of the innovation is that the carrier respectively its surface can be designed almost arbitrarily, which makes it suitable for manufacture of transducer elements result in numerous new possibilities, by varying the Material, the thickness and the shape of the wearer you have it in your hand, regardless of the piezoelectrically or electrostrictively effective material, the mechanical Properties of the Wondler element can be changed almost arbitrarily and the respective To adapt the intended use.

Durch die Verwendung eines Trägers wird eg Rahmen der Neuerung auch gleich sein, als Bieger wirkende Wandler aufzubauen, deren wirksames Element nur aua einer einfachen Schicht besteht. In die- sem Falle ergibt sich ein genügender Effekt, da bei Biegung die Q neutrale laser bei genügender Dicke des Trägers stete in diesem verlaufen wird, ao daß die wirksame Schicht in allen Längsfasern einheitlich gedehnt beziehungsweise gekürzt wird, Die Wirkung des Wandlerelementes nach der Neuerung kann aber auch dadurch erhöht werden, daß zwei geeignet polarisierte und geschaltete elektrostriktive Schichten zu beiden Seiten dea Trägers angeordnet werden. Es können auch mehrere solcher Seh chten auf einer Seite des Trägers übereinander angeordnet sein. In der beigefügten Zeichnung wird die Neuerung anhand einiger schematisch dargestellter Aasführungsbeispiele erläuterte Figur 1 zeigt ein Wandlerelement mit zwei piezoelektrischen, elektrostriktiven oder dielektrischen Schichten 1 und 2, die mit den Elektroden 4,5 beziehungsweise 6,7 versehen und auf einen Träger 3 aufgetragen sind. Der Träger kann aus einem elatischen Material beispielsweise aus einer Kunsatoffolie bestehen.By using a carrier, eg the scope of the innovation will also be the same as building converters that act as benders, the effective element of which consists only of a simple layer. In the- In this case, there is a sufficient effect, since the bending Q neutral laser with sufficient thickness of the carrier steady in this will run, ao that the effective layer in all longitudinal fibers is uniformly stretched or shortened. The effect of the transducer element according to the innovation can, however, also be increased by arranging two suitably polarized and switched electrostrictive layers on both sides of the carrier. There can also be several such views one side of the carrier be arranged one above the other. In the attached drawing, the innovation is based on some schematically illustrated Aasführungsbeispiele explained FIG. 1 shows a transducer element with two piezoelectric, electrostrictive or dielectric layers 1 and 2, which are provided with electrodes 4, 5 and 6, respectively, and are applied to a carrier 3. The carrier can consist of an elastic material, for example a plastic film.

Bei Verwendung von elektrostriktiven Material können die Schichten in solcher Richtung polarisiert und derart zusaamengeachaltet sein. wie dies bei bimorphen Wandlerelementen bekannt ist. In Figur 2 ist ein als Mikrofon wirkender Wandler dargestellt. In dem Gehäuse 8 ist das entsprechend Figur 1 aufgebaute Wandler- element 10 mit Hilfe der Halterung 9 elastisch gelagert. Das vor- freie dere/nde des Wandlerelements ist an die konusförmige Membran 11 angekoppelt. Das Wandlerelement kann in diesem Falle auch nur ein- seitig mit einer dielektrischen Schicht versehen seih Figur 3 zeigt einen ebenfalls als Mikrofon verwendbaren Wandler, bei dem das Wandlerelement aus einer mit einer Bohrung versehenen Kreisscheibe 12 besteht, die zu beiden Seiten mit elektroatrikti- en von Schich-belegt ist.'Die Kreisscheibe ist vermittela der Schrau- be13 unter Zwischenlegung von Gususischeiben 14t 15 am Gehäuse ge- haltert. Die Sohallmembran 16 ist mit ihrem unteren Rand 17 an der Scheibe 12 durch Kleben befestigt. Der in Figur 2 und 3 dargestellte Aufbau läßt sich auch für die Herstellung von Telefonen und Lautsprechern verwenden. Figur 4 zeigt eine Druckmeßdose mit dem Gehäuse 8 und einer als lt. Träger für die elektrostriktive Schicht 19 ausgebildeten Membran 18. Die Membran 18 kann auch hier aus nichtleitendem Material bei- spielsweise Kunststoff oder aus leitendem Material beispielsweise Aluminium oder Stahl bestehen. Im letzten Fall kann die elektro- striktive Schicht direkt auf den Träger aufgedämpft sein, so daß dieser zugleich als Elektrode dient. Figur 5 zeigt einen als Sohallempfänger oder Schsllgeber verwende baren Wandler mit einer gewölbten Membran 18', auf deren Rückseite sich die elektrostriktive Schicht 19' befindet. Bei Erregung führt die Membran 18' Schwingungen um die Ruhelage aus, wobei die Schicht verkürzt wird, wenn die Membran nach oben schwingt, während sie gedehnt wird wenn die Membran nach unten schwingt. Hierbei zu werden die mechanischen Schwingungen in elektrische umgesetzte ohne daß die Frequenz verdoppelt wird, Bei Verwendung ebener Membranen kann eine Durchbiegung der Membran auch durch eine mechanische Vorspannung erzeugt werden. Die Neuerung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es lassen sich beispielsweise auch mit einem Doppelschichtelement gemäß Figur 1 ausgestattete Wandlerelemente zum Aufbau von Tonabnehmern oder anderen Wandlern an sich bekannter Konstruktion verwenden.When using electrostrictive material, the layers can be polarized in such a direction and aligned in this way. as is known with bimorph transducer elements. A transducer acting as a microphone is shown in FIG. In the housing 8 is the converter constructed according to Figure 1 element 10 with the help of the holder 9 elastically mounted. The previous free The other of the transducer element is attached to the conical membrane 11 coupled. In this case, the transducer element can only be provided on the side with a dielectric layer Figure 3 shows a converter that can also be used as a microphone, in which the transducer element consists of a bore hole Circular disk 12 is made, which on both sides with electro-restrictive en is occupied by Schich. 'The circular disk is by means of the screw be13 with the interposition of Gususi disks 14t 15 on the housing holds. The Sohall membrane 16 is with its lower edge 17 on the Disk 12 attached by gluing. The structure shown in Figures 2 and 3 can also be used for the production of telephones and loudspeakers. Figure 4 shows a pressure cell with the housing 8 and one as according to Support for the electrostrictive layer 19 formed membrane 18. The membrane 18 can also be made of non-conductive material here. for example plastic or made of conductive material such as aluminum or steel. In the latter case, the electrical strict layer to be steamed directly onto the support, so that this also serves as an electrode. FIG. 5 shows one used as a sound receiver or key generator Baren transducer with a curved membrane 18 ', on the back of which the electrostrictive layer 19' is located. When excited, the membrane 18 'oscillates around the rest position, with the Layer is shortened when the diaphragm swings upwards while it is stretched when the diaphragm swings down. Here to the mechanical vibrations are converted into electrical ones without doubling the frequency, When using flat diaphragms, a deflection of the diaphragm can also be produced by mechanical pretensioning. The innovation is not limited to the exemplary embodiments shown in the figures. For example, transducer elements equipped with a double-layer element according to FIG. 1 can also be used for the construction of pickups or other transducers of known construction.

Das Prinzip der Neuerung ist gleichermaßen anwendbar auf piezoelektrische Substanzen nach Art des Seignettsalzes, sofern sie unzersetzt verdampft beziehungsweise sublimiert werden können.The principle of innovation is equally applicable to piezoelectric Substances like the Seignett salt, provided that they evaporate or are not decomposed can be sublimated.

Elektrostriktive Substanzen wie Bariumtitanat haben neben einem großen Nutzeffekt den Vorteil, daß dem fertigen Wandler eine be- y liebig gerichtete Polarisation gegeben werden kann. Die Neuerung ist endlich auch anwendbar auf dielektrische Vand- leer, bei denen Dimensionsänderungen des dielektrischen Materials durch die mechanische Kraftwirkung eines angelegten elektrischen Feldes erzeugt werden.Electrostrictive substances such as barium titanate have the advantage, in addition to a great benefit, that the finished transducer has a y Arbitrarily directed polarization can be given. The innovation is finally also applicable to dielectric Vand- empty, in which dimensional changes of the dielectric material are generated by the mechanical force of an applied electric field.

Claims

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1. Electromechanical or electroacoustic flexural or torsional transducer with a piezoelectric, electro-restrictive or dielectric transducer element, characterized in that this consists of one layer or more such layers of a material, preferably with a raised dielectric constant, which are vapor-deposited on an elastic substrate.

2. Converter according to claim 1, characterized characterized in that the transducer element is made of an electrically polarizable material is built up and permanently polarized.

3. Converter according to claim 1 or 2e, characterized in that the The transducer element consists of an effective layer or several layers, the are only applied to one side of an elastic pad.

4. Converter according to claim 1 or 2, characterized in that the The transducer element is made up of two effective layers on both sides an elastic pad are arranged.

5. Converter according to one of the speeches 2 to 4e characterized in that the transducer element is shaped as a disc, which is held in its center with the edge of the disc the mechanical Transmits forces.

6. Converter according to one of claims 1 to 5, characterized in that the converter element in particular when clamped at the ends or at the edge in the direction woven perpendicular to the dielectric layer or se is mechanically preloaded.

7. Converter according to one of claims 1 to 6, characterized marks) that the effective transducer element from $ lektroatr1k-

tive material, for example a titanate or stannate of an alkaline earth metal such as barium or of several such substances.