DE3230060A1

DE3230060A1 - Piezoelektrischer summer

Info

Publication number: DE3230060A1
Application number: DE19823230060
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Itami Hyogo Saito; Nobuyuki Saito
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1981-07-31
Filing date: 1982-08-12
Publication date: 1983-03-10
Also published as: DE3230060C2

Description

Piezoelektrischer Summer
Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Summer mit einem Piezovibrator, insbesondere einem dreipoligen Piezovibrator, mit auf einer Metallmembran aufgebrachtem Keramikteil und mit einer Treiberschaltung für den Piezovibrator, wobei der Vibrator und die Treiberschaltung in einem Schallgehäuse angeordnet sind.
Ein derartiger piezoelektrischer Summer weist den Vorteil auf, daß er klein ist, wenig Strom verbraucht und von geringer Lästigkeit ist. Er wird in verschiedenen Bereichen anstelle von herkömmlichen elektromagnetischen Summern für Alarm-bzw. Überprüfungszwecke verwendet. Aufgrund der großen Nachfrage mußte jedoch ein piezoelektrischer Summer geschaffen werden, der klein ist, einen größeren Schallpegel und eine niedere Frequenz aufweist.
Im allgemeinen weist der piezoelektrische Summer einen scheibenförmigen Piezovibrator in einer akustischen Resonanzkammer auf, so daß der Vibrator durch eine Halbleiter-Treiberschaltung zur Schallerzeugung angeregt wird.
Es sind bisher zweipolige Piezovibratoren mit zwei Elektroden verwendet worden; ein 3-poliger Vibrator mit einer Rückführungselektrode, welcher über eine einfache Treiberschaltung mit wenigen Teilen gespeist wird, wird seit kurzem verwendet.
Ein dreipoliger Piezovibrator ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt und'die herkömmlichen piezoelektrischen Summer sind in den Fig. 3 und 4 gezeigt.
Ein dreipoliger Vibrator weist nach Fig. 1 und 2 an beiden Flächen einer piezoelektrischen Keramikscheibe 22 Speiseelektroden 23 und 24 und an einer Fläche eine Rückführungselektrode 25 auf, wobei die piezoelektrische Keramikscheibe 22 auf einer Metallmembran 26 angebracht ist. Elektrische Anschlußdrähte 27, 28 und 29 sind für die Stromzufuhr mit den jeweiligen Elektroden 23 und 25 und der Metallmembran 26 verbunden.
Ein erstes Beispiel für einen herkömmlichen piezoelektrischen Summer mit dreipoligem Vibrator 21 ist in Fig. 3 gezeigt. Hierbei ist der Vibrator 21 an einem Gehäuse 32 mit Schallaustrittsöffnung 31 mittels eines elastischen Silicongummiklebers befestigt und über drei Anschlußleiter 27, 28 und 29 an eine am Gehäuse 32 befestigte, gedruckte Leiterplatte 33 angeschlossen, wobei die gedruckte Leiterplatte 33 mit den darauf angeordneten elektronischen Teilen 34 und 35 für den -Vibrator eine Treiberschaltung bildet und über Stiftkontakte 36 und 37 mit elektrischem Strom versorgt wird und wobei das Gehäuse 32 am unteren Ende mit einem Deckel 38 verschlossen ist.
Ein weiteres Beispiel für einen herkömmlichen piezoelektrischen Summer ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei ist ein Tragring 39 auf einer gedruckten Leiterplatte 33 angeordnet, auf welcher ebenfalls elektronische Teile 34 und 35 angebracht sind, die eine Treiberschaltung bilden und Anschlüsse 36 und 37 für die Strom zufuhr aufweisen. Der Tragring 39 trägt den dreipoligen Vibrator 21, der über einen Silicongummikleber 40 angeklebt ist, wobei der Vibrator 21 an die Treiberschaltung der gedruckten Leiterplatte 33 über drei Anschlußdrähte 27, 28 und 29 angeschlossen ist.
Die gedruckte Leiterplatte 33 befindet sich in einem Gehäuse 32 mit einer Schallaustrittsöffnung 31, wodurch der Schallpegel verstärkt wird.
Bei den herkömmlichen piezoelektrischen Summern nach Fig. 3 und 4 wird der Vibrator 21 am Schwingungsknoten der freien Schwingung unterstützt, um so einen Ton der Resonanzfrequenz gemäß der freien Schwingung zu erzeugen.
Der herkömmliche piezoelektrische Summer weist jedoch die folgenden Nachteile auf: (1) Die Verwendung des Silicongummiklebers zur Befestigung des Vibrators ist für den Schwingungsknoten der freien Schwingung gedacht, was zu einer schwierigen Montage und zu einer größeren Schwingungsdispersion führt.
Bei einigen Summern wird aus chemischen Gründen kein Sillcongummikleber verwendet; es konnte jedoch auch kein anderer elastischer Kleber gefunden werden, der besser als Silicongummi ist, weshalb dieser weiter yerwendet werden mußte.
(2) Da der Vibrator am Schwingungsknoten der freien Schwingung unterstützt wird, kann die Tonfrequenz des piezoelektrischen Summers nicht niedriger sein, als die freie Resonanzfrequenz des Vibrators, was bei einem kleinen Summer unvermeidlich zu hohen Tönen führen muß.
Zur Vermeidung vorstehender Nachteile ist ein Verfahren zur Unterstützung des Vibrators an seinem Außenumfang geschaffen worden. In diesem Fall ist der Außenumfang des Vibrators angeklebt bzw. mechaiiisch verklammert, so daß die Montage erleichtert wird und die Schwingungsdispersion geringer ist Is bei der UndrstUtzung am Schwingungsknoten.
Darüberhinaus Esenötigt dieses Verfahren keinen Silicongummi, was den ersten Nachteil beseitigt.
Weiter bewegt sich der Vibrator, welcher an seinem Außenumfang mit dem tragenden Gehäuse verbunden ist, als gesamte Fläche in die gleiche vertikale Richtung, wodurch die Resonanzfrequenz des Schallgebers, welcher am Außenumfang unterstützt wird, zur Vermeidung des zweiten Nachteils verringert wird. Gleichzeitig wird das VibratonSgewicht durch das Gewicht des Vibrators stark beeinflußt und so ein extrem hoher Resonanzwiderstand bewirkt, wodurch das Rückfuhrsignal des dreipoligen Vibrators geschwächt wird.
Aus diesem Grund wrd der dreipolige Vibrator instabil und der Schallpegel verringert sich. In einigen Fällen kann es vorkommen, daß der Summer keinen Ton abgibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen Summer mit am Außenumfang getragenem dreipoligem Vibrator zu schaffen, welcher die vorstehend genannten Nachteile beseitigt und welcher eine stabile Arbeitsleistung erbringt.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen piezoelektrischen Summer zu schaffen, der klein ist, jedoch einen ausreichenden Schallpegel und eine niedrige Frequenz aufweist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Auführungsbeispiele näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht auf einen dreipoligen Vibrator; Fig. 2 einen Längsschnitt; Fig. 3 einen Längsschnitt eines ersten bekannten piezoelektrischen Summers mit einem dreipoligen Vibrator; Fig. 4 einen Längsschnitt eines weiteren bekannten piezoelektrischen Summers; Fig. 5 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Summers; Fig. 6 einen Längsschnitt der Ausführungsform nach Fig. 5; Fig. 7 einen Längsschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform; Fig. 8 eine Unteransicht der Ausführungsform nach Fig. 7; Fig. 9 eine Draufsicht auf eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform eines piezoelektrischen Summers; Fig. 10 einen Längsschnitt der Ausführungsform nach Fig. 9; und Fig. 11 einen Längsschnitt einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines pie zoe lek trischen Summers.
Die erste Ausführungsform nach Fig. 5 weist einn Schallgeber 42 mit einem Gehäuse 32 und einem dreipoligen Vibrator 21 auf, wobei das Gehäuse 32 eine Resonanzkammer 41 und am vorderen Teil eine Schallverteilungsöffnung 31 aufweist. Der dreigSige V.tbrar 21 wird fest an seinem-Außenumfang vom Gehäuse 32 getragen.
Elektronische Teile 34 und 35 sowie Steckstifte 36 und 37 für die Stromzufuhr sind auf einer gedruckten Leiterplatte 33 angeordnet und bilden eine Treiberschaltung. Die gedruckte Leiterplatte 33 wird über ein Gehäuse 43 von der Grundplatte zusammen mit einem Deckel 38 getragen, wodurch eine Basiseinheit 44 gebildet ist.
Der dreipolige Vibrator 21 und die gedruckte Leiterplatte 33 sind elektrisch über Leiter 27, 28, 29 verbunden, wobei der Schallgeber 42 und die Basiseinheit 44 miteinander über einen Verbindungsteil 45 verbunden sind.
Der Verbindungsteil 45 ist ein elastisches Pufferelement, welches den Schallgeber 42 dynamisch von der Basiseinheit 44 trennt und auch der statischen Unterstützung der beiden dient.
Daher gibt der Schallgeber 42 nach Fig. 6 keine mechanischen Vibrationen ab und bleibt freischwebend, selbst wenn die Basiseinheit 44 an einer gedruckten Leiterplatte 46 oder dgl. mittels der Steckstifte 36, 37 befestigt ist.
Ein derartiger dreipoliger Summer, bei dem der Vibrator an seinem Außenumfang befestigt ist, ist auf einer gedruckten Leiterplatte oder dgl. angebracht. Eingeschaltet speist die dreipolige Treiberschaltung den Vibrator 21, wobei das Gehäuse 32 selbst den. Vibrator 21 fest am Außenumfang trägt. Die Vibration des Summers wird nach Fig.. 6 bewirkt.
Mit anderen Worten: Der Schallgeber 42 vibriert im optimal ausgeglichenen Zustand, so daß der Resonanzwiderstand des Vibrators 21 während der Vibration verglichen mit dem Resonanzwiderstand, bei dem der Schallgeber 42 vollkommen fest ist, wesentlich geringer wird.
Somit arbeitet die Twiberschaltung unter stabilen Bedingungen,.
so daß eine hohe Schallwidergabe und ein Summer mit niedriger Frequenz erzielt werden kann.
Die in den Fig. 7 bis 11 dargestellte zweite, dritte und vierten Ausführungsform unterscheidet sich in der Konstruktion des Verbindungsstückes 45 zwischen Schallgeber 42 und Basiseinheit 44.
Bei der zweiten Ausführungsform nach Fig. 7 und 8 werden von(inander getrennte Gehäuse 32 und 47 verwendet, weiche jeweils den Schallgeber 42 bzw. die Basiseinheit 44 aufnehmen. Das Gehäuse 47 für die Basiseinheit 44 ist z.T. mit elastischen Pufferverbindungsstücken 45 versehen, und beide Gehäuse 32 und 47 sind miteinander verbunden durch die zwischen den Paßflächen der Gehäuse 32 und 47 gebildeten Befestigungsabschnitte 48, so daß Schallgeber 42 md die Basiseinheit 44 voneinander getrennt ausgebildet sind und somit frei mechanisch vibrieren können.
Bei der dritten Ausführungsform nach Fig. 9 und 10 werden der Schallgeber 42 und die Basiseinheit 44 durch ein einziges Gehäuse 32a mittels eines Zwischenbereichs getragen, welcher mit Schlitzen 49 versehen ist, die in die elastischen Pufferverbi.ndungen 45 übergehen, so daß der Vibrator 21 an einem Schallgeber-Gehäuse 32 vorgesehen ist: Obere Hälfte des einzigen Gehäuses 32a, eine gedruckte Leiterplatte 33,auf er die Treiberschaltungen 34, 35, 36 und 37 befestigt sind und die an dem Gehäuse 43 der Basiseinheit befestigt ist: untere Hälfte des Gehäuses 32a.
Sowohl bei der zweiten als auch bei der dritten Ausführungsform verwendet das Gehäuse teilweise elastische Pufferverbindungsstücke; bei der vierten Ausführungsform nach Fig. 11 sind jedoch diese Verbindungsstücke vom Gehäuse getrennt.
Das heißt: Der Vibrator 21 und die Schaltungen auf der gedruckten Leiterplatte 33 sind nach Fig. 11 miteinander durch die leitenden Federanschlüsse 50, 51 und 52 verbunden. Diese Federanschlüsse 50, 51 und 52 werden durch Druckkontakt am Innenumfang des Gehäuses 32 gehalten und dienen so als elastische Pufferverbindungsstücke zwischen Schallgeber 42 und Basiseinheit 44.
Wie beschrieben, ist die vorliegende Erfindung so konstruiert, daß der Schallgeber bei feststehender Basiseinheit durch den dreipoligen Vibrator in freie Schwingungen versetzt werden kann.
Selbst wenn eine Außenumfangsbefestigung gewählt ist, kann mit geringem Widerstand die Schwingung angeregt und.eine stabile Vibration erzeugt werden. Somit kann selbst-ein kleiner piezoelektrischer Summer nach der Erfindung Schall mit ausreichendem Schallpegel und geringer Frequenz hervorrufen.
Leerseite

Claims

Piezoelektrischer Summer P a t e n t a n s p r {l c il e : b Piezoelektrischer Summer, mit einem Schallgeber mit-dreipoligem Piezovibrator, welcher eine piezoelektrische Platte mit mit einer Metallmembran verbundenen Rückführelektrode aufweist, wobei der Vibrator an seinem Außenumfang von einem Schallgehäuse getragen wird, mit einer eine dreipolige Treiberschaltung tragenden Basiseinheit und mit mechanischen Verbindungsstücken aus elastischen Pufferelementen zwischen Schallgeber und Basiseinheit, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallgeber (42) frei von mechanischen Vibrationen getragen ist, selbst wenn die Basiseinheit (44) an einem Teil befestigt ist, wodurch die Vibration des gesamten Schallgebers (42) auf die Vibration des Vibrators (21) abgestimmt wird.
2. Summer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als mechanische Verbindungsstücke zwischen dem Sdallgeber (42) und der Basiseinheit (44) dienenden Pufferelemente (45) ir den Bereichen vorgesehen sind, in denen das Schallgebergehäuse mit dem Basiseinheit-Gehäuse verbunden ist.
3. Summer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die als mechanische Verbindungsstücke zwischen dem Schallgeber (42) und der Basiseinheit (44) dienenden Pufferelemente (45) in einem Zwischenbereich eines einzigen Gehäuses vorgesehen sind, in welchem sich der Schallgeber (42) und die Basiseinheit (44) befinden.
4. Summer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als mechanische Verbindungsstücke zwischen dem Schallgeber (42) und der Basiseinheit (44) dienenden Pufferelemente (45) für den Anschluß des Pezovibrators (21) am Schallgeber (42) an die Treiberschaltung in der Basiseinheit (44) aus Federleitern (52) bestehen, wobei die Basiseinheit am Schallgebergehäuse (32) mittels diesen Federleitern befestigt ist.