Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Lautsprecher, der z. B. in einer Audioanlage verwendet wird, ein Verfahren für seine Herstellung und ein Lautsprechersystem, das einen derartigen piezoelektrischen Lautsprecher enthält.

Der Tonsignalwiedergabemechanismus eines piezoelektrischen Lautsprechers beruht auf Flächenresonanz. Herkömmliche piezaelektrische Lautsprecher besitzen einen Aufbau, bei dem ein Umfangsabschnitt einer Schwingungsplatte an einem Rahmen befestigt ist. Bei einem derartigen Aufbau ist die Amplitude der Schwingungsplatte zum Umfangsabschnitt der Schwingungsplatte hin bedeutend kleiner. Demzufolge ist die Schwingungsenergie, die von dem Umfangsabschnitt der Schwingungsplatte an die Luft übertragen werden kann, bedeutend kleiner. Eine derartige Schwingungsplattencharakteristik ist gleich der einer Schwingungsoberfläche einer Schlagzeugtrommel.

Aus diesem Grund besteht bei herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprechern ein Problem darin, dass ein hoher Schalldruckpegel in einem Bereich hoher Frequenzen erreicht wird, in dem Schall bei einer verhältnismäßig kleinen Amplitude wiedergegeben wird, wohingegen kein ausreichend hoher Schalldruckpegel in einem Bereich niedriger Frequenzen von etwa 1 kHz oder weniger erreicht wird.

Demzufolge wird der herkömmliche piezoelektrische Lautsprecher z. B. nur für einen Hochtonlautsprecher zur Wiedergabe von Schall in einem Bereich hoher Frequenzen und für einen Empfänger eines Telephons verwendet.

Die 22 zeigt einen Aufbau eines herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprechers 220, der eine Schwingungsplatte enthält, die in einem Harzschaumstoffkörper sandwichartig angeordnet ist. Der piezoelektrische Lautsprecher 220 enthält eine Metallschwingungsplatte 224, ein piezoelektrisches Element 223, das an der Metallschwingungsplatte 224 vorgesehen ist, und einen Harzschaumstoffkörper 222 zum Befestigen eines Umfangsabschnitts der Metallschwingungsplatte 224.

Der Harzschaumstoffkörper 222 ist biegsam und ist so beschaffen, dass er die Metallschwingungsplatte 224 hält.

Der Harzschaumstoffkörper 222, der zur Vergrößerung der Amplitude der Metallschwingungsplatte 224 vorgesehen ist, besitzt außerdem eine entgegengesetzte Wirkung als ein Unterstützungselement zum Befestigen des Umfangsabschnitts der Metallschwingungsplatte 224. Der Harzschaumstoffkörper 222 ist tatsächlich häufig eher zum Befestigen des Umfangsabschnitts der Metallschwingungsplatte 224 vorgesehen als zur Vergrößerung der Amplitude der Metallschwingungsplatte 224. Dementsprechend wird keine ausreichende Nachgiebigkeit erreicht.

Die Schwingungsplatte 224 des piezoelektrischen Lautsprechers 220 besitzt ein ähnliches Verhalten wie das der Schwingungsoberfläche einer Schlagzeugtrommel und deswegen gibt es Probleme bei der Wiedergabe des Schalls in einem Bereich niedriger Frequenzen wie bei einem herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprecher, bei dem ein Umfangsabschnitt einer Schwingungsplatte an einem Rahmen befestigt ist.

Der piezoelektrische Lautsprecher 220 besitzt außerdem einen Nachteil dahingehend, dass seine Dicke, die durch die Dicke des Harzschaumstoffkörpers 222 und eines (nicht gezeigten) Rahmens zum Halten des Harzschaumstoffkörpers 222 unvermeidlich größer ist, nicht stärker als auf ein bestimmtes Maß verringert werden kann.

Das Dokument des Standes der Technik WO 98 28942 A offenbart einen piezoelektrischen Lautsprecher der umfasst: einen Rahmen, eine Schwingungsplatte, ein piezoelektrisches Element an der Schwingungsplatte, eine Dämpfungsabdichtung, die mit dem Rahmen und der Kante der Schwingungsplatte verbunden ist und die Schwingungsplatte unterstützt und verhindern kann, dass Luft durch einen Spalt zwischen der Schwingungsplatte und dem Rahmen entweicht.

Wie oben beschrieben wurde, besteht bei herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprechern ein Problem darin, dass bei der Wiedergabe von Schall in einem Bereich niedriger Frequenzen Probleme auftreten. Die herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprecher besitzen ein weiteres Problem, dass ein starker Peak-Dip oder eine starke Glockenfrequenzcharakteristik in den akustischen Eigenschaften in einem großen Frequenzbereich auftritt, wenn bei einer speziellen Frequenz eine starke Resonanz erzeugt wird.

Die Erfindung ist in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen definiert. Spezielle Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Die hier beschriebene Erfindung ermöglicht somit vorteilhaft, (1) einen piezoelektrischen Lautsprecher zur Wiedergabe von Schall in einem Bereich niedriger Frequenzen, ein Verfahren für seine Herstellung und ein Lautsprechersystem, das einen derartigen piezoelektrischen Lautsprecher enthält, zu schaffen; und (2) einen piezoelektrischen Lautsprecher, der das Auftreten eines starken Peak-Dip oder einer Glockenfrequenzcharakteristik in den akustischen Eigenschaften einschränkt, ein Verfahren für seine Herstellung und ein Lautsprechersystem, das einen derartigen piezoelektrischen Lautsprecher enthält, zu schaffen.

Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren deutlich.

1 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Lautsprechers 1a in einem Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

2A ist eine Schnittansicht des in 1 gezeigten piezoelektrischen Lautsprechers 1a, die Kanten 7a und 7b darstellt, die durch Kleben einer Platte 8 an Schwingungsplatten 4a bis 4d ausgebildet sind;

2B ist eine Schnittansicht des in 1 gezeigten piezoelektrischen Lautsprechers, die Kanten 7a und 7b darstellt, die durch Füllen eines Spalts zwischen den Schwingungsplatten 4a bis 4d und einem inneren Rahmen 2b mit einem Harz ausgebildet sind;

3A ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Lautsprechers 1b in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

3B ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Lautsprechers 1c in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

4 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Lautsprechers 1d in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

5 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Lautsprechers 1e in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

6 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1a (1) in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist;

7 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1e (5) in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist;

8 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften eines herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprechers 22 (22) in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist;

9A ist eine Ansicht, die eine Form von schmetterlingsförmigen Dämpfern darstellt, die in einem piezoelektrischen Lautsprecher 1f in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

9B ist eine Ansicht, die die Form von schmetterlingsförmigen Dämpfern darstellt, die in einem piezoelektrischen Lautsprecher 1g in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

10 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften eines piezoelektrischen Lautsprechers 1h in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist;

11 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften eines piezoelektrischen Lautsprechers 1i in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist;

12 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1f in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist;

13 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1g in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist;

14A ist eine isometrische Außenansicht eines Lautsprechersystems 140 gemäß der vorliegenden Erfindung;

14B ist eine Ansicht, die die Verbindung der piezoelektrischen Lautsprecher 1f bis 1i, die in dem in 14A gezeigten Lautsprechersystem 140 enthalten sind, darstellt;

15 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des Lautsprechersystems 140 (14A) in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist;

16 ist eine Draufsicht, die die Schwingungsplatten 4a bis 4d darstellt, die in einem piezoelektrischen Lautsprecher 1j in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

17 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften eines piezoelektrischen Lautsprechers 1j in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist;

18 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Lautsprechers 1k in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

19 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1k in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist;

20A ist eine Ansicht, die die Form einer Metallplatte 200 vor der Bearbeitung darstellt;

20B ist eine Ansicht, die die Form der Metallplatte 200 nach der Verarbeitung darstellt;

20C ist eine Ansicht, die darstellt, wie die piezoelektrischen Elemente 3e bis 3i angeordnet sind;

20D ist eine Ansicht, die darstellt, wie die Kanten 7a und 7b ausgebildet sind;

20E ist eine Ansicht, die darstellt, wie isolierende Schichten 28 ausgebildet sind;

20F ist eine Ansicht, die darstellt, wie Leitungen 29 ausgebildet sind;

20G ist eine Ansicht, die darstellt, wie eine isolierende Schicht 38a ausgebildet ist;

20H ist eine Ansicht, die darstellt, wie eine isolierende Schicht 38b ausgebildet ist;

20I ist eine Ansicht, die darstellt, wie eine Leitung 49a ausgebildet ist;

20J ist eine Ansicht, die darstellt, wie eine Leitung 49b ausgebildet ist;

20K ist eine Ansicht, die darstellt, wie ein externer Anschluss 51 eingesetzt wird;

20L ist eine Schnittansicht des externen Anschlusses 51 und seiner Umgebung längs einer Linie L-L' von 20K;

20M ist eine Ansicht, die die Form einer Maske 68a darstellt;

20M ist eine Ansicht, die die Form einer Maske 68b darstellt;

21 ist eine Ansicht, die eine Form der Metallplatte 200 nach der Bearbeitung darstellt;

22 ist eine Draufsicht, die einen herkömmlichen piezoelektrischen Aufbau 220 darstellt;

23 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften eines piezoelektrischen Lautsprechers 1m in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist; und

24 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften eines piezoelektrischen Lautsprechers 1n in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend durch erläuternde Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

1 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Lautsprechers 1a in einem Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Der piezoelektrische Lautsprecher 1a enthält einen äußeren Rahmen 2a, einen inneren Rahmen 2b, Schwingungsplatten 4a bis 4d und ein piezoelektrisches Element 3 zum Übertragen einer Schwingung an die Schwingungsplatten 4a bis 4d.

Die Schwingungsplatte 4a ist über Dämpfer 5a und 5b mit dem inneren Rahmen 2b verbunden. Die Schwingungsplatte 4b ist über Dämpfer 5c und 5d mit dem inneren Rahmen 2b verbunden. Die Schwingungsplatte 4c ist über Dämpfer 5e und 5f mit dem inneren Rahmen 2b verbunden. Die Schwingungsplatte 4d ist über Dämpfer 5g und 5h mit dem inneren Rahmen 2b verbunden.

Der innere Rahmen 2b ist durch Dämpfer 6a bis 6d mit dem äußeren Rahmen 2a verbunden. Der äußere Rahmen 2a ist an einem (nicht gezeigten) Befestigungselement des piezoelektrischen Lautsprechers 1a befestigt.

Die Dämpfer 5a bis 5h und 6a bis 6d werden auf Grund ihrer Form jeweils als "schmetterlingsförmige Dämpfer" bezeichnet.

Die Dämpfer 5a und 5b unterstützen die Schwingungsplatte 4a, so dass die Schwingungsplatte 4a linear schwingt. In dieser Spezifikation ist der Ausdruck "die Schwingungsplatte 4a schwingt linear" in der Weise definiert, dass er angibt, dass die Schwingungsplatte 4a in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Referenzoberfläche schwingt, während die Oberfläche der Schwingungsplatte 4a und die Referenzoberfläche zueinander parallel gehalten werden. Die gleiche Definition gilt für die anderen Schwingungsplatten 4b bis 4d sowie weitere Schwingungsplatten eines piezoelektrischen Lautsprechers gemäß der vorliegenden Erfindung. Es wird z. B. angenommen, dass der äußere Rahmen 2a an der Oberfläche befestigt ist, die gleich der Oberfläche der Platte von 1 (d. h. die Referenzoberfläche) ist. In diesem Fall wird die Schwingungsplatte 4a so unterstützt, dass die Schwingungsplatte 4a in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der Platte von 1 schwingt, während die Oberfläche der Schwingungsplatte 4a und die Oberfläche der Platte von 1 parallel zueinander gehalten werden.

In ähnlicher Weise unterstützen die Dämpfer 5c und 5d die Schwingungsplatte 4b, so dass die Schwingungsplatte 4b linear schwingt, die Dämpfer 5e und 5f unterstützen die Schwingungsplatte 4c, so dass die Schwingungsplatte 4c linear schwingt, und die Dämpfer 5g und 5h unterstützen die Schwingungsplatte 4d, so dass die Schwingungsplatte 4d linear schwingt.

Die Dämpfer 6a bis 6d unterstützen die Schwingungsplatten 4a bis 4d in der Weise, dass die Schwingungsplatten 4a bis 4d gleichzeitig linear schwingen.

Der piezoelektrische Lautsprecher 1a enthält ferner eine Kante 7a, um zu verhindern, dass Luft durch einen Spalt zwischen den Schwingungsplatten 4a bis 4d und dem inneren Rahmen 2b entweicht, sowie eine Kante 7b, um zu verhindern, dass Luft durch einen Spalt zwischen dem inneren Rahmen 2b und dem äußeren Rahmen 2a entweicht. Wenn Luft durch den Spalt zwischen den Schwingungsplatten 4a bis 4d und dem inneren Rahmen 2b oder durch den Spalt zwischen dem inneren Rahmen 2b und dem äußeren Rahmen 2a entweicht, überlagern sich Schallwellen mit entgegengesetzten Phasen, die jeweils an allen Seiten der Schwingungsplatten 4a bis 4d erzeugt werden, gegenseitig, was eine Verringerung des Schalldruckpegels zur Folge hat. Die Kanten 7a und 7b verhindern das Entweichen von Luft, so dass eine derartige Verringerung des Schalldruckpegels im Bereich niedriger Frequenzen, in dem sich die Eigenschaften deutlich verschlechtern, vermieden wird. Folglich gibt der piezoelektrische Lautsprecher 1a Schall in einem Bereich niedriger Frequenzen besser wieder als die herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprecher.

Die Kanten 7a und 7b wirken außerdem als Unterstützungselemente zum Unterstützen der Schwingungsplatten 4a bis 4d. Die Schwingung der Schwingungsplatten 4a bis 4d wird durch das Unterstützen eines Umfangsabschnitts von jeder der Schwingungsplatten 4a bis 4d durch die Kanten 7a und 7b ermöglicht. Wenn die Schwingungsplatten 4a bis 4d nicht durch die Kanten 7a und 7b unterstützt werden, sondern nur durch die Dämpfer 5a bis 5h und 6a bis 6d, ist es wahrscheinlich, dass die Schwingungsplatten 4a bis 4d in einem bestimmten Frequenzbereich in einer willkürlichen Richtung übermäßig schwingen. Folglich wird vermutlich eine unerwünschte Resonanz erzeugt.

2A ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Lautsprechers 1a, die einen beispielhaften Aufbau der Kanten 7a und 7b darstellt. Die Kanten 7a und 7b werden ausgebildet, indem eine Platte 8 auf eine Oberfläche der Schwingungsplatten 4a bis 4d (wobei lediglich die Schwingungsplatte 4a in 2A gezeigt ist) geklebt wird, die deren Oberfläche, auf der das piezoelektrische Element 3 vorgesehen ist, gegenüberliegt.

Die Platte 8 ist vorzugsweise aus einem elastischen und luftundurchlässigen Werkstoff gebildet. Die Platte 8 ist z. B. aus einer dünnen Schicht von elastischem Gummi oder aus einem elastischen gewebten oder ungewebten Tuch, das mit einem Harz imprägniert oder beschichtet ist, das eine Gummielastizität besitzt, gebildet.

Beispielhafte Werkstoffe für die dünne Schicht aus elastischem Gummi enthalten Polymerharze auf Gummibasis, die z. B. folgende Gummiwerkstoffe enthalten: Styren-Butadien-Gummi (SBR), Butadien-Gummi (BR), Acrylonitril-Butadien-Gummi (MBR), Ethylen-Propylen-Gummi (EPM) und Ethylen-Propylen-Dien-Gummi (EPDM); sowie Werkstoffe, die von den obenerwähnten Gummiwerkstoffen denaturiert sind.

Beispielhafte Werkstoffe für das elastische gewebte oder ungewebte Tuch enthalten Polyurethan-Fasern.

Wenn die Platte 8 aus einem elastischen Polymerwerkstoff gebildet ist, der eine verhältnismäßig starke Eigendämpfung besitzt, wird eine unerwünschte Schwingung der Schwingungsplatten 4a bis 4d unterdrückt.

Die 2b ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Lautsprechers 1a, die einen weiteren beispielhaften Aufbau der Kanten 7a und 7b darstellt (wobei in 2B lediglich die Kante 7a gezeigt ist). Die Kante 7a ist durch Füllen des Spalts zwischen den Schwingungsplatten 4a bis 4d und dem inneren Rahmen 2b mit einem Harz 9 gebildet. Die Kante 7b ist in ähnlicher Weise gebildet.

In dem Beispiel, das in 2B gezeigt ist, ist die Kante 7a z. B. in der folgenden Weise gebildet. Nachdem die Schwingungsplatten 4a bis 4d, die Dämpfer 5a bis 5h und der innere Rahmen 2b durch Ätzen oder Stanzen einer Metallplatte gebildet wurden, wird eine Polymerharzlösung auf die Metallplatte aufgebracht. Das verwendete Polymerharz 9 besitzt eine Flexibilität (d. h. eine Gummielastizität), wenn es gehärtet ist. Das gehärtete Polymerharz 9 wird zwischen den Schwingungsplatten 4a bis 4d und dem inneren Rahmen 2b gehalten, wie in 2B durch das Bezugszeichen 9 angegeben ist.

Um die Kante 7a zwischen den Schwingungsplatten 4a bis 4d und den inneren Rahmen 2b zu bilden, kann das in einem flüssigen Zustand befindliche Polymerharz durch verschiedene Verfahren auf die Metallplatte aufgebracht werden, wobei die Kapillarwirkung verwendet wird, die durch die Oberflächenspannung des Polymerharzes hervorgerufen wird. Es können z. B. Eintauchen, Schleuderbeschichten, Streichen mit einer Bürste und Sprühen verwendet werden. Die Entscheidungsfreiheit bei der Auswahl des Verfahrens zum Bilden der Kante 7a ist daher vorteilhaft groß.

Wie oben beschrieben wurde, kann das Polymerharz 9 außerdem zusätzlich zu der Verhinderung des Entweichens von Luft verwendet werden, um unerwünschte Schwingungen der Schwingungsplatten 4a bis 4d und der Dämpfer 5a bis 5h zu beseitigen. Das Polymerharz 9 besitzt demzufolge vorzugsweise eine verhältnismäßig große Eigendämpfung sowie eine beträchtliche Flexibilität, selbst nachdem es gehärtet wurde. Für die Herstellung eines Lautsprechers, insbesondere zur Wiedergabe von Schall in einem Bereich niedriger Frequenzen, besitzt das Polymerharz 9 vorzugsweise eine Elastizität von etwa 5,0 × 10⁴ (N/cm²) oder weniger. Wenn die Elastizität des Polymerharzes 9 größer als etwa 5,0 × 10⁴ (N/cm²) ist, werden die Schwingungsplatten 4a bis 4d wahrscheinlich unzureichend schwingen und dadurch wird die minimale Resonanzfrequenz (f₀) zu einer höheren Frequenz verschoben. Das Polymerharz 9 besitzt vorzugsweise eine Eigendämpfung von mindestens etwa 0,05. Wenn die Eigendämpfung des Polymerharzes 9 kleiner als etwa 0,05 ist, entsteht wahrscheinlich ein übermäßig großer Peak-Dip oder eine Glockenfrequenzcharakteristik in den akustischen Eigenschaften und dadurch verschlechtert sich vermutlich die Ebenheit des Schalldruckpegels.

Das Polymerharz 9 wird vorzugsweise bei Raumtemperatur verwendet, so dass das piezoelektrische Element 3, das vor der Ausbildung der Kanten 7a und 7b gebildet wird, bei einer Temperatur, die zum Härten des Polymerharzes 9 erforderlich ist, nicht depolarisiert wird. Das Polymerharz 9 kann vorzugsweise bei einer Temperatur von höchstens 100°C verwendet werden.

Als Polymerharz 9 können verschiedene Typen von Harzen mit unterschiedlichen Härtungsbedingungen verwendet werden. Es können z. B. ein durch Verdampfung des Lösungsmittels härtbares Harz, ein durch Gemischreaktion härtbares Harz, das wenigstens zwei Typen flüssiger Harzkomponenten enthält, und ein durch eine Niedertemperaturreaktion härtbares Harz verwendet werden.

Bei dem piezoelektrischen Lautsprecher 1a sind die Schwingungsplatten 4a bis 4d, die Dämpfer 5a bis 5h und 6a bis 6d und die Kanten 7a und 7b auf der gleichen Ebene vorgesehen. Demzufolge ist der piezoelektrische Lautsprecher 1a zufriedenstellend dünn.

Der in 2b gezeigte Aufbau realisiert durch die Dicke der Platte A (2) einen dünneren piezoelektrischen Lautsprecher als der in 2A gezeigte Aufbau.

Unabhängig davon, ob die Kanten 7a und 7b den Aufbau besitzen, der in den 2A oder 2B gezeigt ist, können die unerwünschten Schwingungen der Schwingungsplatten 4a bis 4d wirkungsvoll verhindert werden, indem ein Harz mit einer zufriedenstellend großen Eigendämpfung und einer Gummielastizität auf der gesamten Oberfläche oder einer Teiloberfläche der Schwingungsplatten 4a bis 4d aufgebracht wird. Das Harz besitzt aus den obenbeschriebenen Gründen eine Eigendämpfung von mindestens etwa 0,05.

Wenn die Kanten 7a und 7b den in 2B gezeigten Aufbau besitzen, ist das für die Kanten 7a und 7b verwendete Harz vorzugsweise vom gleichen Typ wie das Harz, das auf der Oberfläche der Schwingungsplatten 4a bis 4d aufgebracht wird. In diesem Fall werden die Bildung der Kanten 7a und 7b und die Aufbringung des Harzes auf den Schwingungsplatten 4a bis 4d durch Eintauchen oder Schleuderbeschichtung in einem Schritt ausgeführt. Dadurch wird das Herstellungsverfahren des piezoelektrischen Lautsprechers 1a vereinfacht.

Das auf der gesamten Oberfläche oder einer Teiloberfläche der Schwingungsplatten 4a bis 4d aufgebrachte Harz kann wasserbeständig sein. In diesem Fall ist es unwahrscheinlich, dass die Schwingungsplatten 4a bis 4d korrodieren, selbst in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit oder im Wasser. Das Harz kann alternativ gegen Umwelteinflüsse beständig sein, z. B. feuchtigkeitsbeständig, lösungsmittelbeständig, wärmebeständig oder beständig gegen oxidierende Gase. Wenn die Schwingungsplatten 4a bis 4d und das piezoelektrische Element 3 mit einem derartigen Harz, das gegen Umwelteinflüsse beständig ist, beschichtet sind, wird somit der Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse des gesamten piezoelektrischen Lautsprechers 1a verbessert.

Die 3A und 3B sind Draufsichten von piezoelektrischen Lautsprechern 1b bzw. 1c in unterschiedlichen Beispielen gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die piezoelektrischen Lautsprecher 1b und 1c enthalten jeweils eine einzelne Schwingungsplatte 14 anstelle der vier Schwingungsplatten 4a bis 4d (1) und ein piezoelektrisches Element 13 zum Übertragen einer Schwingung an die Schwingungsplatte 14.

Die Schwingungsplatte 14 ist über Dämpfer 16a bis 16d mit einem Rahmen 12 verbunden. Die Dämpfer 16a bis 16d unterstützen die Schwingungsplatte 14, so dass die Schwingungsplatte 14 linear schwingen kann.

Der Rahmen 12 ist an einem (nicht gezeigten) Befestigungselement von jedem der piezoelektrischen Lautsprecher 1b und 1c befestigt.

Die Positionen, die Anzahl und die Form der Dämpfer 16a bis 16d sind nicht auf jene beschränkt, die in den 3A und 3B gezeigt sind. Die Dämpfer 16a bis 16d können an jeder Position, mit einer beliebigen Anzahl und einer beliebigen Form vorgesehen sein, solange sie die Funktion zum Unterstützen der Schwingungsplatte 14 in der Weise haben, dass die Schwingungsplatte 14 linear schwingt.

Die piezoelektrischen Lautsprecher 1b und 1c weisen jeweils eine Kante 17 auf, um zu verhindern, dass Luft durch einen Spalt zwischen der Schwingungsplatte 14 und dem Rahmen 12 entweicht. Die Kante 17 ist aus dem Werkstoff und durch das Verfahren gebildet, die oben in Bezug auf die Kanten 7a und 7b beschrieben wurden.

Die 4 ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines Lautsprechers 1d in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Der piezoelektrische Lautsprecher 1d enthält vier piezoelektrische Elemente 3a bis 3d anstelle des piezoelektrischen Elements 3 (1). Die piezoelektrischen Elemente 3a bis 3d sind jeweils so angeordnet, dass sie eine Schwingung an die entsprechenden Schwingungsplatten 4a bis 4d übertragen.

Die piezoelektrischen Elemente 3a bis 3d werden gleichzeitig angesteuert, so dass der Schalldruckpegel in einem Bereich niedriger Frequenzen angehoben wird und das Auftreten eines starken Peak-Dip oder einer Glockenfrequenzcharakteristik im Vergleich zu den piezoelektrischen Lautsprechern 1b und 1c (die 3A und 3B), die eine einzelne Schwingungsplatte 14 enthalten, verhindert wird.

Der Schalldruckpegel im Bereich niedriger Frequenzen kann aus dem folgenden Grund angehoben werden. Kleine Amplituden der Schwingungsplatten 4a bis 4d im Bereich niedriger Frequenzen werden gemeinsam synthetisiert und somit schwingen die Schwingungsplatten 4a bis 4d mit einer synthetisierten Amplitude.

Das Auftreten eines starken Peak-Dip oder einer Glockenfrequenzcharakteristik in den akustischen Eigenschaften kann aus den folgenden Gründen verhindert werden. Jede der Schwingungsplatten 4a bis 4d besitzt eine kleinere Fläche als die einzelne Schwingungsplatte 14 und wird deswegen weniger gebogen. Es ist deswegen weniger wahrscheinlich, dass ein starker Peak-Dip oder eine Glockenfrequenzcharakteristik auftritt, selbst wenn in den Schwingungsplatten 4a bis 4d eine Resonanzzustand erzeugt wird. Die Erzeugung der Resonanz ist außerdem weniger wahrscheinlich, da jede der Schwingungsplatten 4a bis 4d in stärkerem Maße linear schwingt.

5 ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines piezoelektrischen Lautsprechers 1e in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Der piezoelektrische Lautsprecher 1e enthält fünf piezoelektrische Elemente 3e bis 3i anstelle des piezoelektrischen Elements 3 (1). Das piezoelektrische Element 3e ist so angeordnet, dass es eine Schwingung an alle Schwingungsplatten 4a bis 4d überträgt, und die piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i sind jeweils so angeordnet, dass sie eine Schwingung an die entsprechenden Schwingungsplatten 4a bis 4d übertragen.

Da das piezoelektrische Element 3e zum Ergänzen der Verringerung im Bereich niedriger Frequenzen verwendet wird und die piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i zum Ergänzen der Verringerung im Bereich hoher Frequenzen verwendet werden, ist der piezoelektrische Lautsprecher 1e mit dem Aufbau eines Pseudo-Zweiwegelautsprechers versehen. Folglich ist die Ebenheit des Schalldruckpegels in einem großen Frequenzbereich besser.

Der Werkstoff der Kanten des piezoelektrischen Lautsprechers besitzt eine Eigendämpfung von etwa 0,15 und eine Elastizität von etwa 1,0 × 10⁴ (N/cm²).

Durch das Anlegen eines Spannungssignals von höchstens 100 Hz an das piezoelektrische Element eines piezoelektrischen Lautsprechers gemäß der vorliegenden Erfindung kann der piezoelektrische Lautsprecher als ein Vibrator mit einer Vibrationsfunktion verwendet werden. Ein derartiger Vibrator kann z. B. in einem Mobiltelephon verwendet werden, um den Benutzer über den Empfang eines Anrufs zu benachrichtigen.

Die akustischen Eigenschaften der piezoelektrischen Lautsprecher 1a (1) und 1e (5) gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Vergleich mit jenen des herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprechers 220 (22), der den Harzschaumstoffkörper 222 enthält, der die Metallschwingungsplatte sandwichartig einschließt, beschrieben.

6 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1a (1) in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist. 7 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1e (5) in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist. 8 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprechers 22 (22) in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist.

Die Eigenschaften werden in einem Abstand von 0,5 m gemessen, wobei die piezoelektrischen Lautsprecher 1a (1), 1e (5) und 220 (22) jeweils mit einer Spannung von 2 V versorgt werden.

Beim Vergleich der 6 und 8 wird erkannt, dass der piezoelektrische Lautsprecher 1a (1) eine niedrigere minimale Resonanzfrequenz hat als der herkömmliche piezoelektrische Lautsprecher 220 (22). Dementsprechend gibt der piezoelektrische Lautsprecher 1a Schall in einem niedrigeren Frequenzbereich wieder als der herkömmliche piezoelektrische Lautsprecher 220.

Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, beträgt die minimale Resonanzfrequenz des herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprechers 220 (22) 300 Hz, wohingegen die minimale Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Lautsprechers 1a (1) 130 Hz beträgt.

Wie aus 8 erkannt werden kann, wird bei dem herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprecher 220 (22) der Schalldruckpegel kleiner, wenn der Frequenzbereich niedriger wird. Dies demonstriert, dass bei dem herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprecher 220 Schwierigkeiten bei der Wiedergabe des Schalls in einem Bereich niedriger Frequenzen bestehen.

Beim Vergleich der 6 und 7 wird erkannt, dass der piezoelektrische Lautsprecher 1e (5) einen höheren Schalldruckpegel von Dips in einem Frequenzbereich von 2 kHz bis 5 kHz (Bereich mittlerer Frequenzen) als der piezoelektrische Lautsprecher 1a (1) hat. Dies ist ein Effekt, der durch das Vorsehen der piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i erreicht wird, um eine Schwingung an die entsprechenden Schwingungsplatten 4a bis 4d zu übertragen. Da der piezoelektrische Lautsprecher 1e den Aufbau eines Pseudo-Zweiwegelautsprechers besitzt, werden die Dips im Bereich mittlerer Frequenzen ergänzt. Folglich wird die Flachheit des Schalldruckpegels im Bereich mittlerer Frequenzen ergänzt.

Der piezoelektrische Lautsprecher 1e (5) besitzt einen Schalldruckpegel, der in einem Frequenzbereich von etwa 100 Hz bis 500 Hz (Bereich niedriger Frequenzen) um etwa 3 dB größer ist als der des piezoelektrischen Lautsprechers 1a (1). Dies ist ein Effekt, der durch den Aufbau erreicht wird, bei dem die piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i jeweils eine Schwingungsplatte ansteuern, die eine kleinere Fläche besitzt als jene, die durch das piezoelektrische Element 3e angesteuert wird. Die Synthese der Schalldruckpegel, die durch die piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i wiedergegeben werden, verbessert den Schalldruckpegel im Bereich niedriger Frequenzen.

Der piezoelektrische Lautsprecher 1e (5) besitzt einen höheren Schalldruckpegel und kleinere Peak-Dips oder Glockenfrequenzcharakteristiken im Vergleich zu jenen des piezoelektrischen Lautsprechers 1a (1) in einem Frequenzbereich von 5 kHz bis 20 kHz (Bereich höheren Frequenzen). Das ist aus dem folgenden Grund der Fall. Jedes der piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i ist verantwortlich für die Wiedergabe im Bereich höherer Frequenzen. Demzufolge wird der Schalldruck größer und Resonanzen der mehreren piezoelektrischen Elemente werden mit einer Resonanz des einen piezoelektrischen Elements synthetisiert. Folglich sind die Resonanzen in der gesamten Schwingungsplatte verteilt.

Das piezoelektrische Element (die piezoelektrischen Elemente), die Schwingungsplatte (die Schwingungsplatten), die Dämpfer und Kanten, die in dem piezoelektrischen Lautsprecher gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten sind, müssen nicht die obenbeschriebenen Formen oder Eigenschaften besitzen. Diese Elemente können in Übereinstimmung mit den gewünschten akustischen Charakteristiken auf verschiedene Weise modifiziert werden.

Ein piezoelektrischer Lautsprecher erzeugt im Allgemeinen eine Resonanz in der Schwingungsplatte infolge des Tonsignalwiedergabemechanismus, der auf der Resonanz der Schwingungsplatte beruht. Ferner erscheint ein sehr scharfer Peak-Dip in den akustischen Charakteristiken, nachdem die Resonanz erzeugt wurde, da der Metall- oder Keramikwerkstoff, der für die Schwingungsplatte und das piezoelektrische Element verwendet wird, eine verhältnismäßig große Eigendämpfung besitzt.

Nachfolgend werden Einwirkungen auf verschiedene Parameter der akustischen Charakteristiken erläutert, um den Peak-Dip oder die Glockenfrequenzcharakteristik zu verringern.

Die Einwirkung auf die akustischen Charakteristiken bei einer Änderung der physikalischen Eigenschaften eines schmetterlingsförmigen Dämpfers oder mehrerer Dämpfer und eine Kante oder mehrere Kanten zum Unterstützen der Schwingungsplatten wird beschrieben.

Ein piezoelektrischer Lautsprecher, der die in 9a gezeigten schmetterlingsförmige Dämpfer 26a enthält, ist als ein piezoelektrischer Lautsprecher 1f definiert. Ein piezoelektrischer Lautsprecher, der die in 9b gezeigten schmetterlingsförmige Dämpfer 26b enthält, ist als ein piezoelektrischer Lautsprecher 1g definiert. Der schmetterlingsförmige Dämpfer 26b hat eine höhere Elastizität als der schmetterlingsförmige Dämpfer 26a. Deswegen werden die Schwingungsplatten 4a bis 4d des piezoelektrischen Lautsprechers 1g wahrscheinlich geringer schwingen als die Schwingungsplatten 4a bis 4d des piezoelektrischen Lautsprechers 1f (d. h. die Resonanz der Schwingungsplatten 4a bis 4d ist stärker beeinflusst).

Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, ist ein piezoelektrischer Lautsprecher, der eine Kante oder Kanten mit einer Eigendämpfung von etwa 0,1 und eine Elastizität von etwa 1,7 × 10⁴ (N/cm²) aufweist, als ein piezoelektrischer Lautsprecher 1h definiert. Ein piezoelektrischer Lautsprecher, der eine Kante oder Kanten mit einer Eigendämpfung von etwa 0,2 und einer Elastizität von etwa 0,7 × 10⁴ (N/cm²) aufweist, ist als ein piezoelektrischer Lautsprecher 1i definiert.

Die Parameter der schmetterlingsförmigen Dämpfer der piezoelektrischen Lautsprecher 1f und 1g, die keine physikalischen Eigenschaften darstellen, sind gleich jenen des piezoelektrischen Lautsprechers 1e (5). Die Parameter der schmetterlingsförmigen Dämpfer der piezoelektrischen Lautsprecher 1h und 1i, die keine physikalischen Eigenschaften darstellen, sind gleich jenen des piezoelektrischen Lautsprechers 1e (5).

10 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1h (1) in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist. 11 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1i in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist. 12 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1f in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist. 13 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1g in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist.

In den 10 bis 13 stellt die Kurve (A) die Kennlinie des Schalldruckpegels als Funktion der Frequenz dar und die Kurve (B) stellt die Kennlinie der Sekundärverzerrung dar. Die akustischen Eigenschaften werden in einem Abstand von 0,5 m gemessen, während die piezoelektrischen Lautsprecher 1f bis 1i jeweils mit einer Spannung von 3,3 V versorgt werden.

Beim Vergleich der 10 und 11 wird erkannt, dass der piezoelektrische Lautsprecher 1i, der eine höhere Eigendämpfung der Kante aufweist, einen flacheren Schalldruckpegel und ein geringeres Verzerrungsverhältnis aufweist als jene des piezoelektrischen Lautsprechers 1h, d. h., die höhere Eigendämpfung trägt zu dem flacheren Schalldruckpegel und dem geringeren Verzerrungsverhältnis bei.

Beim Vergleichen der 12 und 13 wird im Vergleich zu dem piezoelektrischen Lautsprecher 1f erkannt, dass der piezoelektrische Lautsprecher 1g, der eine höhere Elastizität der schmetterlingsförmigen Dämpfer hat, Peaks von der minimalen Resonanzfrequenz zum Bereich mittlerer Frequenzen aufweist, die zu einem Bereich höherer Frequenzen verschoben sind, und dass somit der Resonanzmodus verändert ist.

Die akustischen Eigenschaften ändern sich in Übereinstimmung mit den physikalischen Eigenschaften der schmetterlingsförmigen Dämpfer und der Kanten zum Unterstützen der Schwingungsplatten. Das ist der Fall, da eine Änderung der physikalischen Eigenschaften der Unterstützungselemente den Resonanzmodus der Schwingungsplatten beeinflusst.

Ein einzelner schmetterlingsförmiger Dämpfer oder mehrere schmetterlingsförmige Dämpfer, die in einem piezoelektrischen Lautsprecher enthalten sind, können mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften haben und eine einzelne Kante oder mehrere Kanten, die in einem piezoelektrischen Lautsprecher enthalten sind, können mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften enthalten. Der Peak-Dip wird verringert, indem bewirkt wird, dass die Resonanzfrequenz der mehreren Schwingungsplatten voneinander verschieden ist.

14A ist eine isometrische Außenansicht eines Lautsprechersystems 140. Das Lautsprechersystem 140 enthält eine Lautsprecherbox 142 und piezoelektrische Lautsprecher 1f bis 1i, die an der Lautsprecherbox 142 befestigt sind. Die piezoelektrischen Lautsprecher 1f bis 1i sind zweidimensional angeordnet.

Wie oben im Abschnitt 3 beschrieben wurde, sind die physikalischen Eigenschaften der Unterstützungselemente (schmetterlingsförmige Dämpfer und Kanten) der piezoelektrischen Lautsprecher 1f bis 1i voneinander verschieden.

14B ist eine Ansicht, die die Verbindung der piezoelektrischen Lautsprecher 1f bis 1i untereinander veranschaulicht. Die piezoelektrischen Lautsprecher 1f bis 1i sind mit einer Plusleitung 144 (+) und einer Minusleitung 146 (–) elektrisch verbunden. Dadurch können die piezoelektrischen Lautsprecher 1f bis 1i gleichzeitig angesteuert werden.

15 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des Lautsprechersystems 140 veranschaulicht, die erhalten werden, wenn die piezoelektrischen Lautsprecher 1f bis 1i in einer Lautsprecherbox, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist, gleichzeitig angesteuert werden. In 15 stellt die Kurve (A) die Kennlinie des Schalldruckpegels als Funktion der Frequenz dar und die Kurve (B) stellt die Kennlinie der Sekundärverzerrung dar. Die akustischen Eigenschaften werden in einem Abstand von 0,5 m gemessen, während die piezoelektrischen Lautsprecher 1f bis 1i jeweils mit einer Spannung von 3,3 V versorgt werden.

Beim Vergleich von 15 mit jeder der 10 bis 13 wird erkannt, dass die Flachheit des Schalldruckpegels verbessert wird, indem die piezoelektrischen Lautsprecher 1f bis 1i kombiniert werden. Das ist der Fall, da die piezoelektrischen 1f bis 1i die Peak-Dips oder die Glockenfrequenzcharakteristiken gegenseitig ergänzen.

Auf diese Weise wird ein Lautsprechersystem mit einem zufriedenstellend flachen Schalldruckpegel geschaffen, indem mehrere piezoelektrische Lautsprecher gleichzeitig angesteuert werden, wobei die physikalischen Eigenschaften von deren Unterstützungselementen absichtlich untereinander verschieden sind, so dass sich die Peak-Dips oder die Glockenfrequenzcharakteristiken gegenseitig ergänzen.

Nachfolgend wird der Einfluss des Gewichtsverhältnisses der Schwingungsplatten auf die akustischen Eigenschaften beschrieben.

Ein piezoelektrischer Lautsprecher, der anstelle der Schwingungsplatte des oben in Abschnitt 3 beschriebenen piezoelektrischen Lautsprechers 1h die in 16 gezeigten Schwingungsplatten 4a bis 4d enthält, ist als ein piezoelektrischer Lautsprecher 1j definiert. Die Gewichte der Schwingungsplatten 4a, 4b, 4c und 4d sind so eingestellt, dass sie ein Verhältnis von 1:2:3:4 besitzen.

Ein derartiges Gewichtsverhältnis der Schwingungsplatten 4a bis 4d wird z. B. erhalten, indem auf die Schwingungsplatten 4a bis 4d unterschiedliche Mengen von Polymerharz aufgebracht und dadurch Polymerharzschichten mit unterschiedlichen Dicken auf den Schwingungsplatten 4a bis 4d ausgebildet werden. Die auf den Schwingungsplatten 4a bis 4d ausgebildeten Polymerharzschichten schaffen einen Vorteil der Verbesserung der Flachheit des Schalldruckpegels durch die Dämpfungswirkung des Harzes.

Alternativ kann das obenerwähnte Gewichtsverhältnis der Schwingungsplatten 4a bis 4d erreicht werden, indem auf die Schwingungsplatten 4a bis 4d Polymerharz mit unterschiedlichen Dichten aufgebracht werden.

Das Polymerharz, das auf die Schwingungsplatten 4a bis 4d aufgebracht wird, kann vom gleichen Typ sein wie das zum Bilden der Kanten verwendete Harz.

17 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1j in einer Lautsprecherbox veranschaulicht, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist.

In 17 stellt die Kurve (A) die Kennlinie des Schalldruckpegels als Funktion der Frequenz dar und die Kurve (B) stellt die Kennlinie der Sekundärverzerrung dar. Die akustischen Eigenschaften werden in einem Abstand von 0,5 m gemessen, während der piezoelektrische Lautsprecher 1j mit einer Spannung von 3,3 V versorgt wird.

Beim Vergleich der 10 und 17 wird erkannt, dass der piezoelektrische Lautsprecher 1j einen stärker eingeschränkten Resonanzpeak und einen flacheren Schalldruckpegel als der piezoelektrische Lautsprecher 1h aufweist. Das ist der Fall, da die unterschiedlichen Gewichte der Schwingungsplatten 4a bis 4d bewirken, dass die Resonanzmoden der Schwingungsplatten 4a bis 4d voneinander verschieden sind.

Auf diese Weise können die akustischen Eigenschaften eines piezoelektrischen Lautsprechers durch Änderung des Gewichtsverhältnisses der Schwingungsplatten gesteuert werden.

Die gleiche Wirkung wird erreicht, indem bewirkt wird, dass die Dicken der Schwingungsplatten 4a bis 4f voneinander verschieden sind, so dass die Schwingungsplatten 4a, 4b, 4c und 4d ein Gewichtsverhältnis von 1:2:3:4 aufweisen, indem die zum Bilden der Schwingungsplatten 4a bis 4d verwendeten Metallplatten teilweise geätzt werden. Das ist der Fall, da auf diese Weise bewirkt wird, dass die Resonanzmoden der Schwingungsplatten 4a bis 4d voneinander verschieden sind.

Die akustischen Eigenschaften eines piezoelektrischen Lautsprechers können alternativ gesteuert werden, indem sowohl die physikalischen Eigenschaften der Kanten oder der schmetterlingsförmigen Dämpfer, die oben im Abschnitt 3 beschrieben wurden, geändert werden als auch das Gewichtsverhältnis der Schwingungsplatten geändert wird.

18 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Lautsprechers 1a in einem weiteren Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein piezoelektrisches Element 180 ist auf den Schwingungsplatten 4a bis 4d des piezoelektrisches Lautsprechers 1k vorgesehen. Die Parameter des piezoelektrischen Lautsprechers 1k sind mit Ausnahme der Parameter des piezoelektrisches Elements 180 gleich jenen des piezoelektrisches Lautsprechers 1e (5).

Das piezoelektrische Element 180 hat eine Form, die erreicht wird, indem die piezoelektrischen Elemente 3e bis 3i, die in 5 gezeigt sind, durch eine schmale Brücke verbunden werden. Deswegen wird bei der Herstellung des piezoelektrischen Lautsprechers 1k kein Schritt zum elektrischen Verbinden der piezoelektrischen Elemente 3e bis 3i benötigt, der bei der Herstellung des piezoelektrischen Lautsprechers 1e (5) erforderlich ist.

Obwohl in 18 nicht gezeigt, ist ein piezoelektrisches Element mit einem Durchmesser von 24 mm wie bei dem piezoelektrischen Lautsprecher 1e (5) auf einer Oberfläche der Schwingungsplatten 4a bis 4d vorgesehen, die zu deren Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der das piezoelektrische Element 180 vorgesehen ist.

19 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1k in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist.

In 19 stellt die Kurve (A) die Kennlinie des Schalldruckpegels als Funktion der Frequenz dar und die Kurve (B) stellt die Kennlinie der Sekundärverzerrung dar. Die akustischen Eigenschaften werden gemessen, während der piezoelektrische Lautsprecher 1k mit einer Spannung von 3,3 V versorgt wird.

Wie in 19 gezeigt ist, gibt der piezoelektrische Lautsprecher 1k Schall in einem Bereich niedriger Frequenzen wieder.

Ein piezoelektrischer Lautsprecher, der durch Austauschen der Schwingungsplatten des piezoelektrischen Lautsprechers 1k (18) gegen eine Schwingungsplatte 24 (die in 21 gezeigt ist) erhalten wird, ist als ein piezoelektrischer Lautsprecher 1m definiert. Der Durchmesser des piezoelektrischen Elements 3e, das auf einer unteren Oberfläche der Schwingungsplatte 24 vorgesehen ist, um eine bimorphe Struktur (aus zwei Elementen bestehende Struktur) zu bilden, beträgt 32 mm. Das piezoelektrische Element 3e ist nicht in der Mitte der Schwingungsplatte 24 vorgesehen, sondern an einer Position, die zu den Dämpfern 5f und 5g verschoben ist, so dass das piezoelektrische Element 3e die Dämpfer 5f und 5g nahezu überlappt. Infolge des derartigen Aufbaus ist der Resonanzmodus geändert.

Der Werkstoff der Kanten des piezoelektrischen Lautsprechers 1m hat eine Eigendämpfung von etwa 0,15 und eine Elastizität von etwa 1,0 × 10⁴ (N/cm²) wie bei dem piezoelektrischen Lautsprecher 1e (5).

23 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1m in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist.

In 23 stellt die Kurze (A) die Kennlinie des Schalldruckpegels als Funktion der Frequenz dar und die Kurve (B) stellt die Kennlinie der Sekundärverzerrung dar. Die akustischen Eigenschaften werden gemessen, während der piezoelektrische Lautsprecher 1m mit einer Spannung von 7,0 V versorgt wird.

Bei dem piezoelektrischen Lautsprecher 1m ist das piezoelektrische Element 3e an einer Position vorgesehen, die von der Mitte der Schwingungsplatte 24 verschoben ist. Dadurch wird der Resonanzmodus verschoben. Folglich können die Peak-Dips bzw. die Glockenfrequenzcharakteristiken, die in einem Frequenzbereich von 1 kHz bis 2 kHz in den piezoelektrischen Lautsprechern 1a bis 1k erzeugt werden, unterdrückt werden, wie aus 23 erkannt werden kann.

Ein piezoelektrischer Lautsprecher, der erhalten wird, indem auf der Schwingungsplatte 24 des piezoelektrischen Lautsprechers 1m ein Harz auf Gummibasis mit einer Eigendämpfung von etwa 0,4 und einer Elastizität von etwa 0,5 × 10⁴ (N/cm²) aufgebracht wird, ist als ein piezoelektrischer Lautsprecher 1n definiert.

24 ist eine graphische Darstellung, die die akustischen Eigenschaften des piezoelektrischen Lautsprechers 1n in einer Lautsprecherbox darstellt, die gemäß einer JIS-Norm hergestellt ist.

In 24 stellt die Kurve (A) die Kennlinie des Schalldruckpegels als Funktion der Frequenz dar und die Kurve (B) stellt die Kennlinie der Sekundärverzerrung dar. Die akustischen Eigenschaften werden in einem Abstand von 0,5 m gemessen, während der piezoelektrische Lautsprecher 1n mit einer Spannung von 7,0 V versorgt wird.

Wie in 24 gezeigt ist, wird die Verzerrung wirkungsvoll verringert, um die Flachheit des Schalldruckpegels zu verbessern, indem wie bei dem piezoelektrischen Lautsprecher 1n auf der Schwingungsplatte ein Werkstoff mit einer verhältnismäßig hohen Eigendämpfung aufgebracht wird.

Eine Oberfläche einer Metallschwingungsplatte, die durch Ätzen oder Stanzen so bearbeitet wurde, dass sie eine vorgeschriebene Form aufweist, wurde durch eine 70 W-Niederdrucklampe, die in einem Abstand von 2,0 cm angeordnet ist, für 60 Sekunden mit ultraviolettem Licht bestrahlt. Das ultraviolette Licht wurde von einer Lichtquelle mit einer Niederdruck-Quecksilberlampe erzeugt. 80% des ultravioletten Lichts, das auf die Metallschwingungsplatte gerichtet wurde, hatte eine Wellenlänge von 253,7 nm und 6% des ultravioletten Lichts hatte eine Wellenlänge von 184,9 nm.

Die Oberfläche der Metallschwingungsplatte wird durch die Energie des ultravioletten Lichts gereinigt (d. h. an der Oberfläche vorhandene Verunreinigungen werden zerlegt). Der aktive Sauerstoff, der durch die Zerlegung von Ozon erhalten wird, das durch die Energie des ultravioletten Lichts erzeugt wird, versorgt die Oberfläche der Metallschwingungsplatte mit einer hydrophilen funktionellen Gruppe, wie z. B. -OH- und -COOH. Folglich wird die Metallschwingungsplatte polarisiert. Dadurch wird die Benetzbarkeit der Metallschwingungsplatte in Bezug auf das zur Bildung der Kanten verwendete Harz verbessert, wodurch sich die Haftung zwischen dem Polymerharz und der Metallschwingungsplatte verbessert.

Die Güte der Metallschwingungsplatte kann aus einem ähnlichen Grund verbessert werden, indem ihre Oberfläche mit einer Plasmabestrahlung oder einer Koronabestrahlung behandelt wird. Dadurch kann die Haftung zwischen dem Polymerharz und der Metallschwingungsplatte verbessert werden.

Der piezoelektrische Werkstoff, der bei dem obenbeschriebenen Experiment verwendet wird, wird bei etwa 100°C depolarisiert. Wenn ein Harz verwendet wird, das eine thermische Fusion erfordert, müssen deshalb die Schwingungsplatte und das Polymerharz bei einer niedrigeren Temperatur miteinander verklebt werden.

Ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Lautsprechers 1e (5) als ein beispielhafter piezoelektrischer Lautsprecher gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Die anderen piezoelektrischen Lautsprecher, die oben beschrieben wurden, d. h. die piezoelektrischen Lautsprecher 1a bis 1d und 1f bis 1j werden in ähnlicher Weise hergestellt. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte: Bearbeiten einer Platte, Anordnen der piezoelektrischen Elemente, Bilden der Kanten und Bilden der Leitungen.

Alle Schritte werden unter Bezugnahme auf die 20A bis 20N genau beschrieben.

Eine Metallplatte 200, die in 20A gezeigt ist, wird bearbeitet, um den äußeren Rahmen 2a, den inneren Rahmen 2b, die Schwingungsplatten 4a bis 4d und die Dämpfer 5a bis 5h und 6a bis 6d, wie in 20b gezeigt ist, zu bilden.

Die Dämpfer 5a und 5b werden gebildet, um die Schwingungsplatte 4a so zu unterstützen, dass die Schwingungsplatte 4a linear schwingt. Die Dämpfer 5c und 5d werden gebildet, um die Schwingungsplatte 4b so zu unterstützen, dass die Schwingungsplatte 4b linear schwingt. Die Dämpfer 5e und 5f werden gebildet, um die Schwingungsplatte 4c so zu unterstützen, dass die Schwingungsplatte 4c linear schwingt. Die Dämpfer 5g und 5h werden gebildet, um die Schwingungsplatte 4d so zu unterstützen, dass die Schwingungsplatte 4d linear schwingt.

Die obenbeschriebenen Elemente werden gebildet, indem die Metallplatte 200 z. B. geätzt oder gestanzt wird. Die Metallplatte 200 ist z. B. eine Platte aus einer Legierung 42 mit einer Dicke von etwa 100 &mgr;m. Anstelle der Metallplatte 200 kann eine Platte aus leitendem Kunststoff oder eine Kunststoffplatte, die an einer vorgeschriebenen Position mit einer Elektrode versehen ist, verwendet werden.

In 20B bezeichnet das Bezugszeichen 10a einen Spalt zwischen den Schwingungsplatten 4a bis 4d und dem inneren Rahmen 2b und das Bezugszeichen 10b bezeichnet einen Spalt zwischen dem inneren Rahmen 2b und dem äußeren Rahmen 2a.

Das piezoelektrische Element 3e wird in einem späteren Schritt an einer Position ausgebildet, die in 21 durch eine gestrichelte Linie angegeben ist. Eine Fläche, die dem vorzusehenden piezoelektrischen Element 3e entspricht, muss nicht geätzt oder gestanzt werden.

Zwei piezoelektrische Elemente werden verwendet.

Das piezoelektrische Element 3e hat eine Dicke von etwa 50 &mgr;m und einen Durchmesser von etwa 24 mm und ist aus BZT (Blei-Zirkonat-Titanat) gebildet. Die beiden Oberflächen des piezoelektrischen Elements 3e sind mit einer Elektrode aus einer leitenden Paste versehen.

Die piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i haben jeweils ein Durchmesser von etwa 10 mm und sind aus BZT gebildet. Die beiden Oberflächen von jedem der piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i sind mit einer Elektrode aus einer leitenden Paste versehen.

Das piezoelektrische Element 3e ist z. B. durch einen Acryl-Klebstoff an die Position (X), die in 20C gezeigt ist, geklebt. Das piezoelektrische Element 3e ist auf einer oberen Oberfläche der Schwingungsplatten 4a bis 4d und außerdem an einer unteren Oberfläche der Schwingungsplatten 4a bis 4d (d. h. um die Schwingungsplatten 4a bis 4d sandwichartig aufzunehmen) ausgebildet, um eine bimorphe Struktur zu bilden. Dadurch überträgt das piezoelektrische Element 3e eine Schwingung an die Schwingungsplatten 4a bis 4d.

Die piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i sind z. B. durch einen Acryl-Klebstoff jeweils an Positionen (Y), die in 20C gezeigt sind, geklebt. Die piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i werden an einer Oberfläche (z. B. die obere Oberfläche) der Schwingungsplatten 4a bis 4d ausgebildet, um eine monomorphe Struktur zu bilden. Deswegen übertragen die piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i jeweils eine Schwingung an die entsprechenden Schwingungsplatten 4a bis 4d.

Die piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i sind so angeordnet, dass die Polarität des piezoelektrischen Elements 3e gleich der Polarität von jedem der piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i ist, betrachtet von der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Lautsprechers 1e.

In 20D wird die Kante 7a in dem Spalt 10a (20B) zwischen den Schwingungsplatten 4a bis 4d und dem inneren Rahmen 2b gebildet und die Kante 7b wird in dem Spalt 10b (20b) zwischen dem inneren Rahmen 2b und dem äußeren 2a gebildet. Die Kanten 7a und 7b werden so gebildet, dass sie eine Funktion zum Unterstützen der Schwingungsplatten 4a bis 4d haben sowie eine Funktion haben, um zu verhindern, dass Luft durch die Spalte 10a und 10b entweicht.

Die Kanten 7a und 7b können z. B. in der folgenden Weise gebildet werden. Die Spalte 10a und 10b werden mit einer Lösung von Styren-Butadien-Gummi (SBR) unter Verwendung einer Quetschwalze gefüllt. Die Polymerharzlösung wird für etwa dreißig Minuten bei Raumtemperatur getrocknet, während sie unter Verwendung der Oberflächenspannung (Kapillarwirkung) der Lösung in den Spalten 10a und 10b gehalten wird. Auf diese Weise wird die Polymerharzlösung gehärtet. Das gehärtete Polymerharz verbleibt dann für etwa eine Stunde in einem Behälter, der ständig eine Temperatur von etwa 50°C hat, und wird auf diese Weise weiter getrocknet und gehärtet.

Die physikalischen Eigenschaften (Eigendämpfung und Elastizität) können durch Änderung der Anteile der Komponenten des SBR geändert werden.

Wenn eine Polymerharzlösung verwendet wird, die in einem Temperaturbereich härtbar ist, in dem das piezoelektrische Element nicht depolarisiert wird (d. h. 100°C bis Raumtemperatur), kann die Zeitperiode, die zum Bilden der Kanten erforderlich ist, durch Trocknen verkürzt werden. Wenn ein bestimmter Typ des Polymerharzes verwendet wird, kann die Zeitperiode, die zum Bilden der Kanten erforderlich ist, durch Vernetzen verkürzt werden.

Die Harzlösung kann durch Eintauchen oder durch Schleuderbeschichtung an den Spalten 10a und 10b aufgebracht werden, um das Herstellungsverfahren der Kanten 7a und 7b zu vereinfachen. In diesem Fall ist die Verwendung einer Maske erforderlich, um zu verhindern, dass die Elektroden der piezoelektrischen Elemente 3e bis 3i (20C) mit dem Polymerharz vollständig bedeckt werden, da eine vollständige Bedeckung der Elektroden mit dem Harz die Elektroden isoliert.

Wie oben im Abschnitt 1 unter Bezugnahme auf 2A beschrieben wurde, können die Kanten 7a und 7b alternativ gebildet werden, indem die Platte 8, die mit einem Harz imprägniert wurde, an eine untere Oberfläche der Schwingungsplatten 4a bis 4d geklebt wird.

In 20E werden isolierende Schichten 28, die einen Kurzschluss zwischen den piezoelektrischen Elementen 3e bis 3i und den Schwingungsplatten 4a bis 4d verhindern, gebildet, indem ein isolierendes Harz teilweise auf die piezoelektrischen Elemente 3e bis 3i und die Schwingungsplatten 4a bis 4d durch Siebdruck aufgebracht wird, das Harz bei Raumtemperatur für etwa 30 Minuten getrocknet wird und das Harz anschließend in einem Behälter, der eine konstante Temperatur von etwa 50°C hat, für etwa eine Stunde getrocknet wird.

Da isolierende Harz kann vom gleichen Typ wie das Harz sein, das zum Bilden der Kanten 7a und 7b verwendet wird.

Die isolierenden Schichten 28 sind hauptsächlich vorgesehen, um die piezoelektrischen Elemente 3e bis 3i von den Schwingungsplatten 4a bis 4d zu isolieren. Die isolierenden Schichten 28 erreichen dieses Ziel, solange sie keine Lunkerstellen aufweisen und in ausreichendem Maße isolierend sind. Die isolierenden Schichten 28 sind auf keine spezielle Form beschränkt und das verwendete Harz ist nicht auf eine spezielle Menge beschränkt. Die isolierenden Schichten 28 werden vorzugsweise aus einem Werkstoff gebildet, der eine verhältnismäßig große Eigendämpfung und Flexibilität besitzt.

Anschließend wird, wie in 20F gezeigt ist, eine leitende Paste durch Siebdruck aufgebracht, wodurch Leitungen 29 gebildet werden, um das piezoelektrische Element 3e mit jedem der piezoelektrischen Elemente 3f bis 3i elektrisch zu verbinden.

Eine isolierende Schicht 38a wird an einer vorgeschriebenen Position an einer oberen Oberfläche der Schwingungsplatten 4a bis 4d in einer ähnlichen Weise ausgebildet, wie in 20G gezeigt ist. Eine isolierende Schicht 38b wird an einer vorgeschriebenen Position an einer unteren Oberfläche der Schwingungsplatten 4a bis 4d in ähnlicher Weise ausgebildet, wie in 20H gezeigt ist. Eine Leitung 49a wird an der isolierenden Schicht 38a ausgebildet, wie in 20I gezeigt ist. Eine Leitung 49b wird an der isolierenden Schicht 38b ausgebildet, wie in 20J gezeigt ist. Anschließend wird, wie in 20K gezeigt ist, ein externer Anschluss 51 eingesetzt, so dass die Leitungen 49a und 49b sandwichartig angeordnet sind. 20L ist eine Schnittansicht des externen Anschlusses 51 und seiner Umgebung längs einer Linie L-L' in 20K.

Das isolierende Harz kann in dem gleichen Schritt wie der Schritt zum Bilden der Kanten 7a und 7b aufgebracht werden. In diesem Fall wird eine Maske 68a zum Aufbringen des isolierenden Harzes auf die obere Oberfläche verwendet, wie in 20M gezeigt ist, und eine Maske 68b wird zum Aufbringen des isolierenden Harzes auf die untere Oberfläche verwendet, wie in 20N gezeigt ist.

Die hier verwendete leitende Paste ist ein durch Verdampfung des Lösungsmittels härtbares Harz und besitzt eine Leitfähigkeit bei einer Temperatur, bei der die piezoelektrischen Elemente depolarisiert werden oder darunter.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält ein piezoelektrischer Lautsprecher eine Schwingungsplatte, die so unterstützt ist, dass die Schwingungsplatte linear schwingt, und wenigstens eine Kante, um zu verhindern, das Luft durch einen Spalt zwischen der Schwingungsplatte und einem Rahmen entweicht sowie außerdem zum Unterstützen der Schwingungsplatte, um eine flachere Amplitude der Schwingungsplatte aufrechtzuerhalten. Infolge eines derartigen Aufbaus kann Schall eines Bereichs niedrigerer Frequenzen als bei herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprechern wiedergegeben werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein piezoelektrischer Lautsprecher mehrere Schwingungsplatten, die so unterstützt sind, dass jede der Schwingungsplatten linear schwingt. Infolge eines derartigen Aufbaus wird die Resonanz, die durch die ebene Form des piezoelektrischen Lautsprechers bewirkt wird, auf die mehreren Schwingungsplatten verteilt. Folglich wird verhindert, dass in den akustischen Eigenschaften ein großer Peak-Dip oder eine Glockenfrequenzcharakteristik erscheint.

Ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Lautsprechers gemäß der vorliegenden Erfindung schafft den piezoelektrischen Lautsprecher mit dem obenbeschriebenen Aufbau.

Ein Lautsprechersystem mit einem zufriedenstellend flachen Schalldruckpegel wird geschaffen, indem mehrere der obenbeschriebenen piezoelektrischen Lautsprecher kombiniert werden.

Verschiedene weitere Modifikationen werden einem Fachmann erscheinen und können von diesem leicht ausgeführt werden, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen. Es ist dementsprechend nicht vorgesehen, dass der Umfang der angefügten Ansprüche auf die dargestellte Beschreibung beschränkt ist, sondern dass die Ansprüche umfassend ausgelegt werden sollen.