DE3525724C2

DE3525724C2 -

Info

Publication number: DE3525724C2
Application number: DE3525724A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Takahata; Yukiyoshi Saitama Jp Sakai
Original assignee: Nitto Inc
Current assignee: Nitto Inc
Priority date: 1984-08-09
Filing date: 1985-07-18
Publication date: 1987-11-19
Also published as: DE3525724A1; US4641054A

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Wandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Wandler dieser Art ist aus der DE-OS 30 41 742 bekannt. Der bekannte Wandler stellt einen Summer dar und ist so ausgebildet, daß er einerseits nur eine geringe Größe be sitzt und andererseits im Bereich von 0,5 bis 5 kHz insbe sondere im Bereich 1 bis 2 kHz ein Optimum seiner Schallab gabe aufweist. Anders als Wandler, die als Lautsprecher oder Mikrofon eingesetzt werden sollen, kommt es bei diesem bekannten Wandler daher nicht auf ein möglichst breites und gleichmäßiges Frequenzspektrum an. Der bekannte Wandler um faßt eine an einer Metallmembran befestigte und mit einer Elektrodenbelegung versehene Folie aus Piezokeramik. Der Rand der Metallmembran, deren Durchmesser größer als der der Piezokeramikfolie ist, liegt auf einer Halterung auf. Bei einer Ausführungsform des bekannten Wandlers weist die Metallmembran innerhalb ihres einen Tragabschnitt bildenden Randes eine im Querschnitt kegelstumpfförmige Vertiefung auf, auf deren Boden die piezokeramische Folie liegt und deren gegenüberliegende Seite offen ist.

Ein anderer piezoelektrischer Wandler ist aus der DE-OS 31 35 096 bekannt. Dieser bekannte Wandler entspricht im Prinzip herkömmlichen piezoelektrischen Wandlern, deren typischer Aufbau in Fig. 20 dargestellt ist und nachfolgend zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst erläutert werden soll.

Bei dieser Konstruktion ist in einem Längs-Mittelabschnitt des Inneren eines ein offenes Ende aufweisenden rohrförmi gen Gehäuses 1 eine Schulter 3 ausgebildet, an der mit Hilfe von Klebstoff 11 eine piezoelektrische Schwing anordnung 9 befestigt ist. Die Schwinganordnung 9 ist dadurch gebildet, daß ein (aus an sich bekanntem piezo elektrischen Material bestehendes) piezoelektrisches Schwingelement 5 an einer Oberfläche einer elektrisch lei tenden Platte 7 kreisförmigen Querschnitts befestigt ist. Die Anordnung 9 ist mit ihrem kreisringförmigen Randab schnitt an der Stufe 3 befestigt. In der dem offenen Ende gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses befindet sich ein Schallaus trittsloch 13. Am offenen Ende des Gehäuses 1 ist ein Schaltungsträger 15 befestigt, der eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) Treiberschaltung zum Treiben des piezoelektrischen Schwingelements 5 trägt. In der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte Drähte ver binden das piezoelektrische Schwingelement 5 elektrisch mit dem Schaltungsträger 15.

Wenn bei einem solchen elektroakusti schen Wandler das piezoelektrische Schwingelement 5 von der Treiberschaltung angeregt wird, wird die gesamte Schwinganordnung 9 durch das Schwing element 5 zum Schwingen angeregt, und dies wiederum hat die Erzeugung von Schall innerhalb der Luft zur Folge, welche die Kammer 17 füllt, die auf der dem Schallaustrittsloch 13 zuge wandten Seite der piezoelektrischen Schwinganordnung 9 gebildet ist. Dieser Schall wird dann hauptsächlich durch das Schallaustrittsloch 13 nach außen abgestrahlt. Dieser Schall besitzt einen Frequenzgang, bei dem der Schallpegel in der Nähe der charakteristischen Resonanz frequenz A der piezoelektrischen Schwinganordnung 9 und außerdem in der Nähe der Resonanzfrequenz B des akusti schen Raums (Kammer 17) groß ist. Ein solcher Frequenzgang ist in Fig. 21 dargestellt. In Fig. 21 ist auf der Abszisse die Frequenz und auf der Ordinate die Schallintensität aufgetragen.

Da sich die Resonanzfrequenz B durch Ändern von Form und Volumen der Kammer 17 durch Einstellen der Form des Gehäuses 1 und des Schallaustrittslochs 13 ändern läßt, wird es als möglich angesehen, den Frequenzbereich hohen Schalldruckpegels dadurch zu verbreitern, daß man die Resonanzfrequenz B der Kammer 17 in die Nähe der durch die piezoelektrische Schwinganordnung 9 festgelegten Re sonanzfrequenz A verlegt.

Bei einem derart aufgebauten piezoelektrischen Wandler sind also die einstellbaren Größen beschränkt auf die Form und die Abmessungen der piezoelektrischen Schwinganordnung 9 und des Gehäuses 1, und die Resonanzspitzen A und B sind relativ steil und in der Anzahl gering (hier: zwei), so daß selbst bei Variieren der Resonanzfrequenz B nicht die Möglichkeit besteht, den Frequenzbereich hohen Schall druckpegels wesentlich zu verbreitern. Außerdem ist es schwierig, einen günstigen Schalldruckpegel in einem breiten Frequenz bereich zu erzielen.

Der beschriebene piezoelektrische Wandler eignet sich aus den genannten Gründen zur Erzeugung von Luftschall, mit einer gewissen im wesentli chen konstanten Frequenz, wie es z. B. bei einem piezo elektrischen Summer der Fall ist. Wenn der Wandler jedoch von einem Signal angeregt werden soll, dessen Frequenz sich in einem weiten Bereich ändert, wie es z. B. bei einem Lautsprecher der Fall ist, so ist es schwierig, im gesamten Frequenzbereich einen günstigen Schalldruck und eine getreue Wiedergabe zu erhalten, so daß sich der wiedergegebene Ton quiekend anhört.

Da weiterhin bei dem bekannten piezoelektrischen Wandler die piezoelektrische Schwinganordnung 9 innerhalb des rohr förmigen Gehäuses 1 festgemacht ist, ist ein kompakter Aufbau kaum möglich, insbesondere ist es schwierig, der gesamten Anordnung eine flache (in Längsrichtung kurze) Gestalt zu geben, während der Frequenzbereich gleichzei tig verbreitert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelek trischen Wandler zu schaffen, der trotz eines einfachen Aufbaus einen breiten Frequenzbereich besitzt. Der Wandler soll kompakt und flach ausgebildet sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung macht es möglich, bei einem piezoelektri schen Wandler einen relativ breiten Frequenzbereich zu erhalten, so daß sich bei Verwendung eines solchen piezo elektrischen Wandlers als beispielsweise Lautsprecher über einen breiten Frequenzbereich ein klarer Ton und günstiger Schalldruckpegel erzielen lassen, während sich der Wandler außerdem durch Einfachheit und Kompaktheit auszeichnet, insbesondere flach ausgebildet ist. Dieser Wandler läßt sich als Lautsprecher oder als Mikrofon verwenden und bedarf nicht unbedingt eines Gehäuses.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In den Zeichnungen sind gleiche und ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform eines piezoelektrischen Wandlers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer piezo elektrischen Schwinganordnung, die in dem Wandler nach Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 gezeigten piezoelektrischen Wand lers,

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV zur Veranschaulichung des Aufbaus des in Fig. 1 gezeigten Wandlers bezüg lich der Herausführung der Leitungs drähte,

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V zur Veranschaulichung der Mittel zum Herausführen der Leitungsdrähte nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Teil-Längsschnittansicht einer alternativen Konstruktion zum Heraus führen von Leitungsdrähten bei dem in Fig. 1 gezeigten Wandler,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der Kon struktion zum Herausführen der Leitungs drähte bei dem in Fig. 6 gezeigten pie zoelektrischen Wandler,

Fig. 8 eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 6 zur Veranschaulichung der Konstruktion zum Herausführen der Leitungsdrähte bei dem Wandler nach Fig. 6,

Fig. 9 eine Schnittansicht einer zweiten Aus führungsform eines Wandlers,

Fig. 10 eine Schnittansicht einer dritten Aus führungsform eines Wandlers,

Fig. 11 eine Schnittansicht einer vierten Aus führungsform eines piezoelektrischen Wandlers,

Fig. 12 eine Schnittansicht einer gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 11 abgewandel ten Ausführungsform eines piezoelektri schen Wandlers,

Fig. 13 eine Teil-Draufsicht einer weiteren Ab wandlungsform gegenüber Fig. 11,

Fig. 14 eine perspektivische Teilansicht der Anordnung nach Fig. 13,

Fig. 15 eine Schnittansicht einer fünften Aus führungsform eines piezoelektrischen Wandlers,

Fig. 16 bis 18 Schnittansichten von abgewandelten Aus führungsformen des Wandlers nach Fig. 15,

Fig. 19 eine Schnittansicht eines Beispiels da für, wie der piezoelektrische Wandler nach Fig. 1 gelagert oder getragen wird,

Fig. 20 eine Schnittansicht eines piezoelektri schen Wandlers nach dem Stand der Tech nik,

Fig. 21 eine graphische Darstellung, in der die ausgezogene Linie den Frequenzgang des herkömmlichen Wandlers nach Fig. 20 und die gestrichelte Linie den verbesserten Frequenzgang des erfindungsgemäßen Wand lers veranschaulichen.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei der ein piezoelektrischer Wandler eine piezoelektrische Schwinganordnung 19 enthält, die gebildet ist durch Befestigen eines piezoelektrischen Schwingele ments 25, das ein Paar kreisförmiger, scheibenförmiger Elektroden 23 (von denen in Fig. 2 eine gezeigt ist) auf einander entgegengesetzten ebenen Kreisflächen einer piezoelektrischen Platte 21 ebenfalls kreisförmiger Scheibenform besitzt, an einer elektrisch leitenden Platte 27, die gleichermaßen kreisförmige Scheibenform hat und einen größeren Durchmesser besitzt als das piezoelektri sche Schwingelement 25. Eine der Elektroden (die nicht gezeigte) steht mit der Platte 27 in Berührung, die piezo elektrische Schwinganordnung 19 ist in Fig. 2 perspekti visch gezeigt.

Die Schwinganordnung 19 ist an der inneren Bodenfläche einer kreisförmigen Vertiefung 31 im Mittelabschnitt einer ersten Schwingplatte 29 befestigt, deren Durchmesser grö ßer ist als der der piezoelektrischen Schwinganordnung 19. Die erste Schwingplatte 29 besteht aus einer dünnen Kunst stoffolie mit einer Dicke in der Größenordnung von bei spielsweise 0,1 mm. Die Vertiefung 31 hat eine ähnliche Gestalt wie ein Kegelstumpf mit einem großen Scheitel winkel, und sie läuft zu ihrem oberen Ende hin auseinan der. Ein umlaufender Rand- oder Kantenabschnitt der ersten Schwingplatte 29 bildet um die Kante der Vertiefung 31 herum einen Flansch 33. Der allgemeine Aufbau der ersten Schwingplatte 29 ist in Fig. 3 perspektivisch gezeigt.

Eine zweite Schwingplatte 35, die gleichermaßen kreis förmige Gestalt hat und ebenfalls aus einer dünnen Kunst stoffolie besteht, ist über der ersten Schwingplatte 29 derart befestigt, daß sie die Vertiefung 31 abdeckt. Sie ist an dem erwähnten Flansch 33 der ersten Schwingplatte 29 festgemacht. Hierdurch ist die Vertiefung 31 der ersten Schwingplatte 29 abgeschlossen, und es wird ein im we sentlichen abgeschlossener oder abgedichteter Raum 37 zwischen der ersten und der zweiten Schwingplatte 29 bzw. 35 gebildet.

Die erste Schwingplatte 29 besitzt ein Durchführloch 39, welches den im wesentlichen abgeschlossenen Raum 37 mit der äußeren Umgebung verbindet. Durch dieses Loch 39 hin durch läuft ein Paar Leitungsdrähte 41, 43, die von der elektrisch-leitenden Platte 27 und von derjenigen der Elektro den 23 des piezoelektrischen Schwingelements 25, die nicht mit der elektrisch-leitenden Platte 27 in Berührung steht (diese ist in Fig. 2 erkennbar) kommen und, wie in Fig. 3 perspektivisch und in Fig. 4 im Querschnitt gezeigt, nach außen führen. Die Leitungsdrähte 41 und 43 sind an eine in der Zeichnung nicht dargestellte Treiberschaltung an geschlossen.

Der Innendurchmesser des Einführlochs 39 ist gleich oder geringfügig größer als die addierten Durchmesser der Lei tungsdrähte 41 und 43 und zwischen der Innenwand des Lochs 39 und den Leitungsdrähten 41 und 43 wird eine sehr kleine Lücke (genauer gesagt: Lücken) gebildet. Diese Lücke 45 schließt den abgeschlossenen Raum 37 wirksam akustisch ab, wenn die piezoelektrische Schwinganordnung 19 in der unten erläuterten Weise betrieben wird, und andererseits fungiert die Lücke als kleines aber wirksames Verbindungsloch zur Freigabe des abgeschlossenen Zustands des Raums 37 durch Verbindung mit der äußeren Umgebung, damit der Druck in dem Raum 37 mit der Außenatmosphäre ausgeglichen wird.

Der piezoelektrische Wandler wird eingesetzt, indem sein Tragabschnitt 47, der gebildet wird durch die Übereinan derlegung des Flansches 33 der ersten Schwingplatte 29 und der zweiten Schwingplatte 35, direkt über einer in dem Gehäuse oder dem Chassis 49, welches eine elektrische Anlage oder dergleichen aufnimmt, montiert wird.

Wenn von einer (nicht gezeigten) Treiberschaltung ein Trei bersignal zwischen die dargestellte Elektrode 23 des piezoelektrischen Schwingelements 25 und die elektrisch leitende Platte 27 gelegt wird, vollzieht das piezoelek trische Schwingelement 25 eine Biegeschwingung, und auf grund der so erzeugten Gesamtschwingung der piezoelektri schen Schwinganordnung 19 schwingt auch die erste Schwing platte 29.

Da der durch die erste Schwingplatte 29 und die zweite Schwingplatte 35 auf der Oberseite der Schwinganordnung 19 in Fig. 1 gebildete akustisch abgeschlossene Raum 37 vor handen ist, schwingt auch die zweite Schwingplatte 35 im Anschluß an das Schwingen der ersten Schwingplatte 29.

Da es in diesem Fall nicht wahrscheinlich ist, daß die Resonanzfrequenzen von piezoelektrischer Schwinganordnung 19 und erster und zweiter Schwingplatte 29 bzw. 35 über einstimmen, erhöht sich gegenüber dem Stand der Technik gemäß Fig. 20 und 21 die Anzahl von Resonanzfrequenzen. Da weiterhin der akustisch abgeschlossene Raum 37 die Wirkung hat, die Schalldruckpegel der piezoelektrischen Schwinganordnung 19 und der ersten und der zweiten Schwing platte 29 bzw. 35 bei deren Resonanzfrequenzen etwas zu verringern, wird der Frequenzverlauf über einem breiten Bereich sozusagen ausgemittelt. Da die charakteristischen Resonanzfrequenzen sich leicht durch Ändern der Dicken und der Formen der piezoelektrischen Schwinganordnung 19 und der ersten und der zweiten Schwingplatte 29 und 35 variie ren lassen, kann in zufriedenstellender Weise sicherge stellt werden, daß der Frequenzgang geeignet ist.

Der gesamte Frequenzgang nähert sich also einem flachen Zustand, wie es in Fig. 21 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Selbst wenn das piezoelektrische Schwing element 25 als piezoelektrischer Lautsprecher verwendet wird und ein sich in einen breiten Frequenzbereich ändern des Treibersignal zugeführt wird, ist es möglich, einen brauchbaren und geeigneten Schalldruckpegel innerhalb eines relativ breiten Frequenzbandes zu erreichen, so daß der wiedergegebene Ton klar und wiedergabetreu ist.

Da die zweite Schwingplatte 35 direkt an der ersten Schwingplatte 29 befestigt ist und diese ihrerseits an der piezoelektrischen Schwinganordnung 19, die ihrerseits plattenförmige Gestalt hat, befestigt ist, ist die Konstruk tion, verglichen mit dem oben erläuterten Stand der Tech nik, kompakt, hat insbesondere ein flaches Profil. Man kann beispielsweise einen piezoelektrischen Lautsprecher mit einer Dicke von 1,5 mm bis 2 mm herstellen, wenn man als Material für die erste und die zweite Schwingplatte 29 bzw. 35 als Ausgangsmaterial ein Blattmaterial mit einer Dicke von etwa 0,1 mm und einem Durchmesser von etwa 30 mm verwendet, wobei die piezoelektrische Schwinganordnung 19 eine Dicke von etwa 0,1 mm und einen Durchmesser von etwa 20 mm besitzt.

Da die piezoelektrische Schwinganordnung 19 sich innerhalb des abgeschlossenen Raums 37 befindet, ist sie gegenüber von außen kommender Feuchtigkeit und von außen kommendem Schmutz geschützt, so daß ihre Betriebseigenschaf ten über lange Zeit hinweg stabil bleiben.

Wenn die piezoelektrische Schwinganordnung 19 nicht ange regt wird, wird der abgeschlossene Raum 37 aufgrund der mit dem Raum 37 in Verbindung stehenden Lücke 45 des Lochs 39 mit der äußeren Umgebung verbunden. Wenn daher der pie zoelektrische Wandler in eine Umgebung gelangt, in der der Druck schwankt, z. B. während des Transports, wird der abgedichtete Raum 37 durch solche Druckschwankungen nicht expandiert oder zusammengezogen, und die erste und die zweite Schwingplatte 29 bzw. 35 werden durch den Druck unterschied zwischen Atmosphäre und dem Gas im Raum 37 weder verformt noch beschädigt.

Bei der oben beschriebenen piezoelektrischen Schwingan ordnung 19 ist die elektrisch-leitende Platte 27 nicht unerläßlich, sondern man kann auch eine Konstruktion wäh len, bei der lediglich das piezoelektrische Schwingelement 25 verwendet wird. Außerdem besteht die Möglichkeit, einen noch größeren Schalldruck dadurch zu erreichen, daß man ein Paar piezoelektrischer Schwingkörper auf beide Ober flächen der ersten Schwingplatte 29 bringt, um eine bi morphe Struktur zu erhalten. Die erste und die zweite Schwingplatte 29 bzw. 35 können aus Materialien hergestellt werden, die sich zum Herstellen einer Schwingmembran für einen Lautsprecher eignen, z. B. Papier.

Der erfindungsgemäße piezoelektrische Wandler kann als Drahtverbindungen zum Verbinden des Elements 25 mit einer Treiberschaltung andere als die oben beschriebenen Verbin dungsdrähte 41 und 43 aufweisen.

Wie in Schnittansicht in Fig. 6 und in perspektivischer Ansicht in Fig. 7 gezeigt ist, kann die an der piezoelek trischen Schwinganordnung 19 befestigte erste Schwingplatte 29 (anstelle der separaten Leitungsdrähte 41 und 43) mit einem Leitungsmuster 51 ausgestattet sein, welches sich von der Nähe der Schwinganordnung 19 zum Flansch 33 hin erstreckt und durch Photoätzen oder eine andere herkömmliche Technik gebildet ist. Die piezoelektrische Schwinganordnung 19 kann über einen Verbindungsdraht an dieses Leitungsmuster 51 angeschlossen sein.

Durch diese Abwandlung des erfindungsgemäßen piezoelektri schen Wandlers erhöht sich die Arbeitsleistung bei der Her stellung; denn das Durchziehen der Leitungsdrähte 41 und 43 durch das Loch 39 entfällt. Wie in Fig. 8 in Schnitt ansicht dargestellt ist, steht das Leitungsmuster 51 von der Oberfläche der ersten Schwingplatte 29 ab, und in der Nähe des Flanschabschnitts 33 der Platte 29 wird in dem Bereich, der von dem Leitungsmuster 51 und der ersten und der zweiten Schwingplatte 29 bzw. 35 umgeben wird, eine Lücke 53 gebildet. Diese Lücke 53 fungiert als Verbin dungsloch, ähnlich wie die Lücke 45 bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5.

Obschon in der Zeichnung nicht speziell dargestellt, kön nen bei dem piezoelektrischen Wandler nach Fig. 1 die Lei tungsdrähte 41 und 43 aus dem Überlappungsabschnitt des Flansches der ersten Platte 29 mit der zweiten Platte 35 herausgeführt sein und dadurch ein Verbindungsloch definieren. In einer anderen Alternative kann das Loch in der zweiten Schwingplatte 35 gebildet sein, und es ist ebenfalls mög lich, ein solches Einführloch durch Einschneiden oder Lo chen der ersten oder der zweiten Schwingplatte 29 oder 35 mit Hilfe eines feinen Drahtes zu bilden.

Fig. 9 und 10 sind Längsschnittansichten, die so, wie Fig. 1 die erste Ausführungsform darstellt, eine zweite und eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen piezo elektrischen Wandlers zeigen.

Bei dem piezoelektrischen Wandler nach Fig. 9 ist im Ge gensatz zu der Ausführungsform nach Fig. 1 die piezoelek trische Schwinganordnung 19 über der ersten flachen und kreisscheibenförmigen Schwingplatte 55 festgemacht, und dann abgedeckt, indem die zweite, mit einer Vertiefung 57 aus gestattete Schwingplatte 59 über die erste Schwingplatte 55 gelegt ist, wobei ein abgeschlossener Raum 61 zwischen der ersten Platte 55 und der zweiten Schwingplatte 59 gebildet wird.

Bei dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Wandler kann also der abgeschlossene Raum 61 gebildet werden, indem ent weder die zweite Schwingplatte 59 mit der Vertiefung 57 verwendet wird, oder, indem die erste und die zweite Schwingplatte mit jeweils einer Vertiefung verwendet werden. Grundsätzlich reicht es aus, wenn die erste und die zweite Schwingplatte übereinanderliegen, d. h.: zusammengelegt sind, um einen abgeschlossenen Raum auf der Vorderseite, der Rückseite oder beiden Seiten der piezoelektrischen Schwinganordnung 19 zu bilden.

Bei dem piezoelektrischen Wandler nach Fig. 10 ist der abgeschlossene Raum 37 durch dritte oder vierte Schwing platten 63 und 65 weiter in Schichten unterteilt. Im übri gen hat diese Ausführungsform den gleichen Aufbau wie die Ausführungsform nach Fig. 1. Der abgeschlossene Raum 37 be findet sich auf der Rückseite der piezoelektrischen Schwing anordnung 19.

Bei einem solchen piezoelektrischen Wandler werden die un terschiedlichen charakteristischen Resonanzfrequenzen der dritten und der vierten Schwingplatte 63 bzw. 65 dem Kennlinienverlauf zusätzlich zu den Resonanzfrequenzen der ersten und der zweiten Schwingplatte 29 bzw. 35 hinzuge fügt, und der gesamte Frequenzverlauf des piezoelektri schen Wandlers kann noch flacher sein als bei der Konstruk tion nach Fig. 1.

Um das richtige Schwingen der zweiten Schwingplatte 35 si cherzustellen, werden bevorzugt Schallaustrittslöcher 67 und 69 in der dritten und der vierten Schwingplatte 63 bzw. 65 gebildet, wobei die relative Lage der Schallaustrittslöcher 67 und 69 versetzt ist. Diese Löcher dienen wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen zum Ausgleichen der Drücke in den zwischen den verschiedenen Schwingplatten de finierten Kammern.

Fig. 11 zeigt die vierte Ausführungsform des erfindungsge mäßen piezoelektrischen Wandlers.

Diese Ausführungsform ist ähnlich wie die erste Ausfüh rungsform nach Fig. 1 mit der Ausnahme, daß der die Ver tiefung 31 in der ersten Schwingplatte 39 bildende Ab schnitt mehrere Vorsprünge aufweist, die von dem abge schlossenen Raum 37 nach außen vorspringen. Eine große Anzahl von nach außen durchgedrückten Punktabschnitten 71 ist über die Platte 29 verteilt. Diese ausgedrückten punktförmigen Abschnitte sollen im folgenden auch als Warzen bezeichnet werden. Die Warzen 71 werden dadurch ge bildet, daß die erste Schwingplatte 39 mit der Spitze eines Drahtstücks gepreßt wird, ohne daß die Platte durchstoßen wird. Der Draht kann dem abgeschlossenen Raum 37 von außen zugeführt werden, oder es kann das Eindrücken von beiden Seiten kombiniert werden.

Bei einem solchen piezoelektrischen Wandler läßt sich der Frequenzgang im Vergleich zu der Konstruktion nach Fig. 1 noch flacher gestalten, da die Anzahl von Resonanzpunkten der ersten Schwingplatte 29 gegenüber der Anordnung nach Fig. 1, wo keine Warzen 71 vorgesehen sind, erhöht ist.

Da die Resonanzpunkte in der Kennlinie der ersten Schwing platte 29 variieren, wenn sich die Lage, Anzahl und Ab stand der Warzen 71 der ersten Schwingplatte 29 ändern, ist die Einstellung des gesamten Frequenzgangs mit Hilfe dieser Warzen 71 möglich.

Fig. 12 und 13 zeigen Abwandlungen des piezoelektrischen Wandlers nach Fig. 11.

Bei dem Wandler nach Fig. 12 sind wellenförmige Gestalt auf weisende Biegeabschnitte 73 a, 73 b in Abschnitten der den abgeschlossenen Raum 37 bildenden ersten und zweiten Schwingplatte 29 bzw. 35 gebildet, indem dort konzentri sche Falten gebildet sind.

Bei einem solchen piezoelektrischen Wandler läßt sich die Anzahl der Resonanzpunkte in den Kennlinien sowohl der ersten als auch der zweiten Schwingplatte 29 bzw. 35 dra stisch erhöhen und ein noch flacherer Verlauf des Frequenz gangs mit einfachen Mitteln erreichen, da die Biegeab schnitte 73 a nicht nur in der ersten Schwingplatte 29 ge bildet sind, sondern auch in der Schwingplatte 35 weitere Biegeabschnitte 73 b gebildet sind.

Als Alternative zu den ringförmigen Ausbildungen der Biege abschnitte gemäß Fig. 12 können spiralförmige Biegeab schnitte 75 in der ersten Schwingplatte 29 vorhanden sein, die die Form von gekrümmten Falten besitzen, die von der piezoelektrischen Schwinganordnung 19 fortweisen. Dies ist in Fig. 13 gezeigt, in der lediglich die erste Schwing platte 29 dargestellt ist, außerdem in Fig. 14, in der die piezoelektrische Schwinganordnung 19 nicht gezeigt ist. Die Biegeabschnitte können außerdem aus Spiralen bestehen, die zu der piezoelektrischen Schwinganordnung 19 hinweisen, obschon diese Alternative in der Zeichnung nicht darge stellt ist. Die erfindungsgemäße Aufgabe läßt sich also erreichen, unabhängig davon, ob die Biegeabschnitte Vor sprünge oder Falten (Furchen) sind, solange sie in denje nigen Abschnitten der ersten und der zweiten Schwingplatte 29 und 35 gebildet sind, welche den abgeschlossenen Raum 37 begrenzen.

Fig. 15 zeigt die fünfte Ausführungsform des erfindungs gemäßen piezoelektrischen Wandlers.

Diese Ausführungsform ist ähnlich wie die erste Ausfüh rungsform nach Fig. 1 mit der Ausnahme, daß der Außenteil der übereinanderliegenden Abschnitte des Flansches 33 der ersten Schwingplatte 29 und der zweiten Schwingplatte 35 als etwas verdickter Tragabschnitt 83 ausgebildet ist, um den piezoelektrischen Wandler als Ganzes auf einem Chassis 49 für elektronische oder elektrische Bauteile anzuordnen, und daß der bezüglich des Tragabschnitts 83 etwas innen liegende Abschnitt der zweiten Schwingplatte 35 eine Ring nut 77 aufweist, die diesen Abschnitt der Platte 35 ver dünnt.

Diejenigen Abschnitte der ersten und der zweiten Schwing platte 29 bzw. 35, die sich über die Nut 77 hinaus erstrec ken, haben also eine größere Dicke und bilden dicke Ringabschnitte 79 und 81, die auf dem Chassis 49 montiert werden.

Bei einem solchen Aufbau des piezoelektrischen Wandlers wird, weil der Tragabschnitt 83 erhöhte Dicke besitzt und auf dessen Innenseite die Ringnut 77 vorgesehen ist, die von der ersten und der zweiten Schwingplatte 29 bzw. 35 er zeugte Schwingung daran gehindert, auf die äußeren Kanten oder den Rand des Tragabschnitts 83 oder die Rand abschnitte der ersten und der zweiten Schwingplatte 29 bzw. 35 übertragen zu werden. Deshalb wird selbst dann, wenn die dicken Abschnitte 79 und 81 fest auf dem Chassis 49 montiert sind, ein freies Schwingen der ersten und der zweiten Schwingplatte 29 und 35 gewährleistet. In ande ren Worten: Die Änderung der Dicke der ersten und der zwei ten Schwingplatte 29 bzw. 35 (einschließlich der Nut 77) hat die Wirkung einer Übergangssperre 85, die verhindert, daß durch die Kombination der ersten und der zweiten Schwingplatte 29 bzw. 35 erzeugte Schwingungen auf das Chassis 49 übertragen werden und daß Schwingungen von dem Chassis auf die Platten übertragen werden. Die Nut 77 fun giert also als Teil der Übergangssperre, es kann aber auf sie verzichtet werden.

Aufgrund dieses Aufbaus des piezoelektrischen Wandlers wird insbesondere der Schalldruck im Niederfrequenzbereich, z. B. zwischen 400 und 500 Hz, im Vergleich zu der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 erhöht. Weiterhin wird auf grund des Vorhandenseins der Übergangssperre 85 der Fre quenzverlauf des piezoelektrischen Wandlers nicht nennens wert geändert, selbst wenn die elektrische Anlage, an der der Wandler befestigt ist, geändert wird. In anderen Wor ten: Die Frequenzeigenschaften bzw. der Frequenzgang des piezoelektrischen Wandlers im nicht-montierten Zustand unterscheidet sich nicht nennenswert von den Eigenschaf ten im montierten Zustand.

Die Übergangssperre 85, die die Übertragung von Schwingun gen verhindert oder doch zumindest einschränkt, kann alter nativ dadurch ausgebildet werden, daß die Dicke des Trag abschnitts 83, der durch Abschnitte der ersten und der zweiten Schwingplatte 29 bzw. 35 gebildet wird, geändert wird, beispielsweise dadurch, daß in dem Tragabschnitt 83 des Wandlers in der in den Fig. 16 bis 18 gezeigten Weise Biegeabschnitte gebildet werden.

Bei der Konstruktion nach Fig. 16 bildet der Flansch 87 der ersten Schwingplatte 29 einen Tragabschnitt 83, der sich über die zweite Schwingplatte 35 hinaus erstreckt und dann eine Stufe 89 bildet, indem sie (im Querschnitt) nach oben gekröpft ist. Tatsächlich wird hierdurch eine Ring schulter gebildet. Auf diese Weise wird die Übergangs sperre 85 geformt.

Bei der Konstruktion nach Fig. 17 besitzt der sich über die zweite Schwingplatte 35 hinaus erstreckende Flansch 91 der ersten Schwingplatte 29 einen Faltenabschnitt 93 mit U-förmigem Querschnitt, und dieser gebogene Faltenabschnitt 93 bildet die Übergangssperre 85.

Im Gegensatz dazu bildet bei der Konstruktion nach Fig. 18 die zweite Schwingplatte 95 einen sich über den Flansch 33 der ersten Schwingplatte 29 hinaus erstreckenden Trag abschnitt 83, und in der zweiten Schwingplatte 95 ist ein im Querschnitt wellenförmiger Kreis-Biegeabschnitt 97 ge bildet, welcher die Übergangssperre 85 bildet, so daß der ringförmige Randabschnitt unterhalb des Biegeab schnitts 97 fest an dem Chassis 49 angebracht werden kann.

Die Tragabschnitte 47 und 83 bei den oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Wandlers müssen nicht über den gesamten Umfang ausgebildet sein, sondern können auch nur über einen Teil des Umfangs oder Abschnitte des Umfangs ausgebildet sein.

Als Einrichtung zum festen Lagern des piezoelektrischen Wandlers nach der Erfindung auf dem Chassis 49 der elektro nischen Anlage oder dergleichen kann sich ein Schwing stück 99 vom Chassis 49 aus erstrecken, und der Tragab schnitt 47 eines beispielsweise in Fig. 1 gezeigten piezo elektrischen Wandlers wird fest auf dem Schwingstück 99 angeordnet, wie es in Fig. 19 gezeigt ist. Hierbei schwingt nicht nur die piezoelektrische Schwinganordnung 19, sondern auch das Schwingstück 99, so daß der Schwingbereich von dem dem Wandler zugeordneten Bereich B erweitet wird auf den das Schwingstück 99 umfassenden Bereich C. Der Schalldruck wird im Hochfrequenzbereich etwas eingeschränkt, während er im Niederfrequenzbereich etwas angehoben wird. Da außer dem der Schalldruck im Niederfrequenzbereich erhöht werden kann, ohne die Größe der piezoelektrischen Schwinganordnung 19 zu erhöhen, werden deren Kosten nicht erhöht.

Im allgemeinen unterscheiden sich die auf das Chassis ein wirkenden Schläge und Schwingungen von denen, die auf die piezoelektrische Schwinganordnung 19 einwirken. Selbst wenn solche Schläge und Schwingungen auf das Chassis 49 ein wirken, absorbiert das Schwingstück 99 diese Schläge und Schwingungen und verhindert ihre Übertragung auf die piezo elektrische Schwinganordnung 19. Hierdurch wird die Mög lichkeit ungünstiger Einflüsse auf das Schwingverhalten der Schwinganordnung 19 verringert.

Der piezoelektrische Wandler kann an dem Chassis 49 nicht nur dadurch befestigt werden, daß der Tragabschnitt 47 fest auf dem Schwingstück 99 angebracht wird, sondern auch da durch daß das Schwingstück zwischenliegend festgemacht wird.

Da beim Einsatz des eingebauten erfindungsgemäßen piezo elektrischen Wandlers die Frequenzeigenschaften des Wandlers die Eigenschaften des akustischen Raums zwischen der zwei ten Schwingplatte 35 und der Anlage, an der der Wandler montiert ist, umfassen, kann man die zweite Schwingplatte 35 als eine ebene Tonquelle bezüglich der äußeren Umgebung ansehen. Daher kann der Aufbau der elektronischen Anlage, insbesondere der Aufbau des Gehäuses oder des Chassis, an dem der piezoelektrische Wandler montiert ist, willkürlich gewählt werden.

Der oben beschriebene piezoelektrische Wandler gemäß der Erfindung wurde im Hinblick auf den Fall eines piezoelektri schen Lautsprechers erläutert, jedoch läßt sich die Erfin dung nicht nur anwenden bei einem piezoelektrischen Laut sprecher, sondern außerdem bei einem piezoelektrischen Mi krofon, einem piezoelektrischen Summer und dergleichen. Wenn der erfindungsgemäße piezoelektrische Wandler als piezoelektrisches Mikrofon eingesetzt wird, kann bei der Konstruktion nach Fig. 1 die erste Schwingplatte 29 ange regt werden durch die Schwingung der zweiten Schwingplatte 35, und von der piezoelektrischen Schwinganordnung 19 wird ein elektrisches Ausgangssignal abgegeben.

Claims

1. Piezoelektrischer Wandler, umfassend,

a) eine Schwinganordnung (19) mit einem piezoelektrischen Schwingelement (25), das eine dünne piezoelektrische Platte (21) aufweist, auf deren einander abgewandten Seiten Elek troden (23) befestigt sind,
b) eine erste Schwingplatte (29; 55), an der die Schwingan ordnung (19) befestigt ist, deren Durchmesser größer ist als der der Schwinganordnung (19), und einen vom Rand einer Schwingplatte gebildeten Tragplatte (47),

gekennzeichnet durch

c) eine zweite Schwingplatte (35; 59), die über die erste Schwingplatte gelegt ist, wobei die Ränder beider Schwing platten im wesentlichen dicht miteinander verbunden sind, so daß zwischen ihnen ein akustisch abgeschlossener Raum (37) gebildet wird.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Tragabschnitt von beiden Schwingplatten (29, 35; 55, 59) gebildet wird.

3. Wandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schwingplatte (29, 55; 35, 59) den abgeschlossenen Raum durch eine Vertiefung bilden, die in der ersten und/oder zweiten Schwingplatte ausgebildet ist.

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens eine Unterteilungswand (63, 65) vorgesehen ist, die die Vertiefung in der ersten oder der zweiten Schwingplatte in mehrere Schichten unter teilt.

5. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein relativ kleines Verbindungsloch (39) in der ersten oder der zweiten Schwingplatte (29) den durch die erste und die zweite Schwingplatte (29, 35) gebildeten abgeschlossenen Raum mit der äußeren Umgebung verbindet.

6. Wandler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in demjenigen Abschnitt der ersten und/oder der zweiten Schwingplatte (29, 55; 35, 59), in welchem die Vertiefung ausgebildet ist, ein Biegeabschnitt (71, 73 a, 75) ausgebildet ist.

7. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Tragab schnitt eine Übergangssperre (35) ausgebildet ist, die die Übertragung von Schwingungen verhindert.