DE3414722A1

DE3414722A1 - Piezoelektrischer summer

Info

Publication number: DE3414722A1
Application number: DE19843414722
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Ikeda; Teruo Isayama; Sigeuki Kosai Shizuoka Kondo; Yukinobu Takeuchi; Seiichi Yoshikawa
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1983-04-18
Filing date: 1984-04-18
Publication date: 1984-11-22
Also published as: FR2544530A1; DE3414722C2; JPS59193497A; JPS6359160B2; IT8420521A0; FR2544530B1; IT1176037B

Description

341Λ722

Piezoelektrischer Summer

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Summer, bei dem insbesondere eine elektrische Kraft an einem Tongenerator mit einem piezoelektrischen Element liegt, das an einer elastischen dünnen Platte angebracht ist, um dadurch den Tongenerator in Schwingung zu versetzen, so daß er akustische Wellen mit einer bestimmten Frequenz erzeugt.

Es ist bereits eine Vielzahl verschiedener sogenannter piezoelektrischer Summer vorgeschlagen worden, die die Eigenschaft eines piezoelektrischen Elementes ausnutzen, daß es dann, wenn es von einer elektrischen Kraft erregt wird, mit einer bestimmten Frequenz schwingt. Fig.1 zeigt den Aufbau eines Beispiels eines derartigen bekannten Summers.

Der herkömmliche piezoelektrische Summer mit einem derartigen Aufbau kann jedoch den jüngsten Anforderungen hinsichtlich der Ausbildung von elektronischen Einrichtungen im Kleinstformat nicht vollständig genügen.

Der in Fig.1 dargestellte piezoelektrische Summer umfaßt ein flaches zylindrisches Gehäuse 10, einen Deckel 12, einen Tongenerator 14 und eine gedruckte Schaltungsplatte 18, die elektronische Bauteile 16, wie beispielsweise einen Widerstand, einen Transistor usw., trägt. Der Tongenerator 14 weist ein im wesentlichen scheibenförmiges piezoelektrisches Element 20 auf, das an einer im wesentlichen scheibenförmigen elastischen dünnen Platte 22, und zwar an deren Mitte, angebracht ist. Die elastische dünne Platte 22 ist ihrerseits mit einem Klebemittel 24, beispielsweise mit Silikonkautschuken einem kreisförmigen Vorsprung 26 fest angebracht, der von der

34U722

Innenseite der oberen Abschlußwand des Gehäuses 10 ausgeht.

Unter dem Tongenerator 14 ist die gedruckte Schaltungsplatte 18 an ihrer Umfangskante an der Innenwand des Gehäuses 10 festgehalten. Unter der gedruckten Schaltungsplatte 18 ist der Deckel 12 mit seinem Außenrand in die Innenwand des Gehäuses 10 gepaßt.

Ein piezoelektrischer Summer mit einem derartigen Aufbau benötigt nicht nur die gedruckte Schaltungsplatte 18, sondern auch eine elektrische Verbindung der Elektrodenteile des Tongenerators 14 mit der gedruckten Schaltungsplatte 18 über Leitungsdrähte 28. Da der Raum im Gehäuse 10 relativ klein ist, ist eine derartige Verdrahtung schwierig und führt eine derartige Verdrahtung unvermeidlich zu einer Erhöhung der Herstellungskosten des piezoelektrischen Summers.

Um den oben beschriebenen piezoelektrischen Summer in Kleinformat auszubilden, kann versucht werden, die elektronischen Bauteile 16 auf ihrer Seite auf der gedruckten Schaltungsplatte 18 zu verlegen oder sie durch Bauteile mit Metallelektrodenverbindungsflachen ohne vorstehende Drähte zu ersetzen, die in den letzten Jahren entwickelt wurden, diese Ausbildungen befriedigen jedoch die Anforderungen an eine Ausbildung im Kleinformat nicht vollständig.

Durch die Erfindung soll somit ein piezoelektrischer Summer geschaffen werden, der ohne Erhöhung seiner Herstellungskosten im Kleinformat ausgebildet werden kann und der insbesondere eine wirkungsvolle Schwingung des Tongenerators bei geringsten elektroakustisehen Umwandlungsverlusten erlaubt.

Der erfindungsgemäße piezoelektrische Summer umfaßt dazu einen Tongenerator und einen Schwingkreis, wobei der Tongenerator eine elastische dünne Platte und ein piezoelektrisches

34U722 S

Element umfaßt, auf dem leitende Dünnschichtelektroden ausgebildet sind, und das mit der Platte verbunden ist, und der Schwingkreis von elektronischen Bauteilen gebildet ist, die mit den Elektroden verbunden sind. Das piezoelektrische Element ist in der Nähe des äußeren Umfangstei1s seiner oberen Außenfläche mit einem, ein bestimmtes Muster tragenden leitenden Flächenbereich versehen. An den Stellen dieses Flächen bereiches, die die Knotenpunkte der Schwingung des Tongenerators bilden, sind die elektronischen Bauteile fest angebracht, die den Schwingkreis bilden.

Das piezoelektrische Element und die elastische dünne Platte können scheibenförmig sein.

Vorzugsweise sind äußere Verbindungsleitungen, die den Schwingkreis mit einer Energieversorgung verbinden, an die Knotenpunkte angeschlossen und ist die elastische dünne Platte gleichfalls an den Knotenpunkten an einem Haltegehäuse a-ngebracht.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 in einer schematischen Teilschnitt

ansicht ein Beispiel eines herkömmlichen piezoelektrischen Summers,

Fig.2 eine Draufsicht auf den Tongenerator

und den Schwingkreis eines Ausführungsbeispiels des erfindungsqemäßen piezoelektrischen Summers, und

Fig.3 in einer Schnittansicht einen Teil

des in Fiq.2 dargestellten piezo-

34H722

elektrischen Summers.

Im folgenden wird anhand der Fig.2 und 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Bauteile, die mit denjenigen in Fig.1 identisch sind oder denjenigen in Fig.1 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in den Fig.2 und 3 dargestellte piezoelektrische Summer umfaßt ein flaches, jedoch zylindrisches Gehäuse 10 aus einem Kunstharz oder einem ähnlichen Material, das am unteren Ende offen ist, und einen Tongenerator 14, der ein scheibenförmiges piezoelektrisches Element 20 aufweist, das an einer scheibenförmigen elastischen dünnen Platte 22 angebracht ist. Das piezoelektrische Element 20 besteht vorzugsweise aus Bariumtitanat oder Bleititanatzirkonat. Durch Aufdampfen ist auf dem piezoelektrischen Element 20 eine dünnschichtartige leitende Schicht 30 ausgebildet, die in eine Treiberelektrode 30a und eine Rückkopplungselektrode 30b aufgeteilt ist. Die Elektroden 30a und 30b sind elektrisch mit einem Schwingkreis verbunden, um den Tongenerator 14 mit einer bestimmten Eigenfrequenz in Schwingung zu versetzen.

Die Rückkopplungselektrode 30b, die von der leitenden Schicht 30 gebildet ist, ist unterteilt, um einen leitenden Flächenbereich 30c mit einem vorbestimmten Muster zu bilden, auf dem ein Transistor, ein Widerstand und ähnliche elektronische Bauteile 16 fest angebracht sind, die den Schwingkreis bilden. Die Stellen der elektronischen Bauteile 16 sind so bestimmt, daß sie mit den Knotenpunkten, d.h. den Stellen, an denen die Schwingungsamplitude gleich Null ist, des Tongenerators 14 übereinstimmen.

Die elektronischen Bauteile 16 können herkömmliche, mit Zuleitungsdrähten versehene Bauteile sein, es ist jedoch wünschenswert, Bauteile mit Metallelektrodenverbindungsflache

34H722

ohne vorstehende Zuleitungen zu verwenden, die eine weitere Miniaturisierung des Summers erlauben.

Um die elektrische Charakteristik des piezoelekrischen Summers beizubehalten, ist es wünschenswert, daß die Zuleitungen 32 für den Außenanschluß mit dem piezoelektrischen Element 20 gleichfalls an den Schwingungsknotenpunkten des.Tongenerators 14 angeschlossen sind,und daß auch die elastische dünne Platte 22 am Gehäuse 10 mittels des Klebemittels 24 an den Knotenpunkten des Tongenerators 14 angebracht ist.

Wenn die äußeren Zuleitungsdrähte 32 des piezoelektrischen Summers mit einer bestimmten Energieversorgung verbunden werden, arbeiten der Schwingkreis, der von den elektronischen Bauteilen 16 gebildet wird, und der Tongenerator 14 so zusammen, daß sie eine selbsterregte Schwingung ausführen. Da das piezoelektrische Element 20 an der elastischen dünnen Platte 22 angebracht ist, wird seine Schwingung zu einer Vibrationsbewegung des Generators 14, so daß dieser akustische Wellen mit einer festen bestimmten Frequenz erzeugt, die durch die Stärke und den Durchmesser des Tongenerators 14 bestimmt ist.

Da die Frequenz der akustischen Wellen festliegt, und da die elastische dünne Platte 22 und das piezoelektrische Element scheibenförmig sind, sind die Knotenpunkte konzentrisch verteilt. Durch die Festlegung der Eigenfrequenz des piezoelektrischen Summers können die Knotenpunkte daher relativ einfach berechnet werden. Die elektronischen Bauteile 16 und die Zuleitungsdrähte 32 können dann am piezoelektrischen Ele· ment 20 an den Knotenpunkten angebracht werden und an diesen Punkten mit dem piezoelektrischen Element 20 verbunden werden, ohne daß sich irgendwelche Schwierigkeiten ergeben.

Es sei dabei darauf hingewiesen, daß die Anordnung der

34H722

elektronischen Bauteile 16 an den Knotenpunkten des Tongenerators 14 in keiner Weise die Eigenfrequenz des Generators 14 beeinflußt. Das erlaubt eine wirkungsvolle Vibration des Tongenerators 14 im wesentlichen ohne elektroakustisehe Umwandlungsverluste .

Dadurch, daß weiterhin keine die elektronischen Bauteile tragende gedruckte Schaltungsplatte 18 verwendet wird, wie sie bei einem herkömmlichen Summer benötigt wird, wird nicht nur die Miniaturisierung des piezoelektrischen Summers vereinfacht, sondern auch die Notwendigkeit einer schwierigen Verdrahtung zur Verbindung der gedruckten Schaltungsplatte 18 und des Tongenerators 14 im engen Raum im Gehäuse 10 beseitigt, was stark zu einer Erhöhung der Produktivität und einer Verringerung der Herstellungskosten beiträgt.

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann Dipl.-lng. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

34U722

PATENTANWÄLTE

ZUGELASSENE VERTl-(ETER B Ei IM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES H E. I= ORE THL. EUROPEAN PATENT OFFICE

3/Li REF: 095

FUJI ELECTROCHEMICAL CO.,LTD., Tokyo,Japan

Piezoelektrischer Summer

PATENTANSPRÜCHE

Piezoelektrischer Summer mit einem Tongenerator und einem Schwingkreis, wobei der Tongenerator eine elastische dünne Platte und ein piezoelektrisches Element umfaßt, auf dem leitende Dünnschichtelektroden ausgebildet sind und das an der elastischen dünnen Platte angebracht ist, und der Schwingkreis von elektronischen Bauteilen gebildet ist, die mit den Elektroden verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (-20) in der Nähe des Außenrandes seiner oberen Außenfläche mit einem leitenden Flächenbereich (30c) mit einem vorbestimmten Muster versehen ist, und die elektronischen Bauteile (16) fest an Stellen des leitenden Flächenbereiches zur Bildung des Schwingkreises angebracht sind, die die

34H722

Knotenpunkte der Schwingung des Tongenerators (14) darstellen.
2. Piezoelektrischer Summer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das piezoelektrische Element (20) und die elastische dünne Platte (22) scheibenförmig sind.
3. Piezoelektrischer Summer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

äußere Verbindungsleitungen (32), die den Schwingkreis mit einer Energieversorgung verbinden, und ein die elastische dünne Plattef22)haltendes Gehäuse(101, wobei die Zuleitungen an die Knotenpunkte angeschlossen sind und die elastische dünne Platte an den Knotenpunkten am Gehäuse angebracht ist.
4. Piezoelektrischer Summer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das piezoelektrische Element (20) aus Bariumtitanat oder Bleititanatzirkonat besteht.
5. Piezoelektrischer Summer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektronischen Bauteile (16) des Schwingkreises Bauteile mit Meta 1lelektrodenverbindungsflache sind, die keine vorstehenden Zuleitungsdrähte haben.