EP0385889A1 - Piezoelectric unit with a flat supporting surface and elastic holding elements - Google Patents

Piezoelectric unit with a flat supporting surface and elastic holding elements Download PDF

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Publication number
EP0385889A1
EP0385889A1 EP90420099A EP90420099A EP0385889A1 EP 0385889 A1 EP0385889 A1 EP 0385889A1 EP 90420099 A EP90420099 A EP 90420099A EP 90420099 A EP90420099 A EP 90420099A EP 0385889 A1 EP0385889 A1 EP 0385889A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
disc
capsule according
base body
electrical connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP90420099A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Pierre Causse
Peter Graham
Bernard Maury
Jean-Claude Walter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Horlogerie Photographique Francaise SA
Original Assignee
Horlogerie Photographique Francaise SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Horlogerie Photographique Francaise SA filed Critical Horlogerie Photographique Francaise SA
Publication of EP0385889A1 publication Critical patent/EP0385889A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/16Mounting or tensioning of diaphragms or cones
    • H04R7/18Mounting or tensioning of diaphragms or cones at the periphery
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/06Arranging circuit leads; Relieving strain on circuit leads
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers

Definitions

  • the present invention relates to piezoelectric transducers, the vibrating element of which consists of a membrane with a layer of piezoelectric material provided with electrodes and maintained around its periphery in a capsule housing.
  • the membrane is formed of a thin disc on which a layer of piezoelectric ceramic is secured, covering the central zone of the disc, the two faces of the layer of piezoelectric ceramic being metallized to respectively constitute an internal electrode applied against the thin disk and an external electrode.
  • the membrane is housed in a housing formed by a base body and a cover which adapts to one another along a closed periphery, generally circular.
  • the basic body forms a first wall substantially parallel to the disc and delimiting with the disc a posterior acoustic cavity.
  • the cover forms a second wall substantially parallel to the disc and delimiting with the disc an anterior acoustic cavity.
  • the housing includes a surface, for example in an inner peripheral step, against which the periphery of the disc is kept applied by holding members.
  • Electrical connection means provide the respective electrical connections of one and the other of the electrodes with a first and a second connection terminal outside the housing.
  • the mechanical retention of the membrane relative to the housing is ensured by a rigid or elastic element in abutment around the entire periphery of the membrane disc.
  • the inventors have found that the presence of such O-rings in a capsule has drawbacks when mass production; in fact, the known seals which can be used in large series are generally of irregular dimensions, which induces flatness defects in the holding surfaces of the piezoelectric membrane, and dispersions in the acoustic qualities of the capsules thus obtained. Defects linked to the presence of O-rings also result from thickness dispersions of the other stacked parts constituting the capsule, in particular the base body and the cover, creating a gripping force that is difficult to control around the periphery of the disc.
  • the mechanical holding means according to the invention make it possible to avoid these dispersions, and ensure the holding of the membrane without using an O-ring seal.
  • the new capsule structure results in a substantial increase in the possibilities of deformation of the peripheral zone of the disc, so that the electroacoustic qualities of the capsule are significantly improved.
  • the difficulty comes from the fact that the seal or embedding, in known capsules, not only ensure that the membrane remains in contact with the housing step, but also provides a seal between the anterior acoustic cavity disposed in front of the membrane and the posterior acoustic cavity disposed behind the membrane.
  • the particular means according to the invention ensuring the mechanical retention of the membrane in the housing, make it possible to simultaneously produce a sufficient seal between the anterior and posterior acoustic cavities.
  • the present invention also provides specific embodiments leading to the general improvement of the electroacoustic qualities of the capsule.
  • it is sought to distribute the natural frequencies of mechanical vibration of the various organs of the capsule, so as to obtain a most flat possible in the usual operating frequency range.
  • Another desired effect is to obtain a good compromise between the acoustic effect of the capsule and its dimensional size, in particular its thickness.
  • the capsule according to the invention incorporates the main elements of known capsules, namely a membrane formed by a thin disc carrying a layer of piezoelectric ceramic covering the central area of the disc, a housing formed a base body and a cover, a peripheral step of the case against which the periphery of the disc is held applied by elastic retaining members, first and second electrical connection terminals connected to the electrodes of the piezoelectric membrane by first and second electrical connection members;
  • the thin disc has a peripheral part of its front face having a substantially planar shape, forming an area of contact with the front peripheral step, the anterior peripheral step has a precise circular reach defining a continuous flat surface of contact with the disc, -
  • the elastic holding members are supported on the intermediate zone of the rear face of the membrane.
  • the precise circular surface defining a flat continuous surface of contact with the disc has a surface quality such that the flatness is ensured with a tolerance less than or equal to 0.03 mm.
  • Such precision can be obtained by usual methods of machining a blank, for example by turning.
  • the cover by a fluo-turning method, which consists in placing a blank in a mandrel having the desired external shape of the cover, and in causing the material to flow by penetration into the blank. a punch having the internal shape of the cover to be obtained. It turns out that such a method is entirely appropriate for obtaining the precision in surface quality sought.
  • the step of the housing, produced in the cover advantageously has, in radial section, a trapezoid profile whose small base forms the precise circular bearing surface of the membrane, said circular bearing being separated from the wall. lateral cover by a peripheral groove allowing free oscillation of the disc edge forming the membrane.
  • the inventors have found that it is particularly advantageous, in particular to obtain the widest and flattest possible frequency response curve of the capsule, to provide that the elastic retaining members are supported on the membrane in the zone located in the vicinity of the nodal circle of the membrane, that is to say the area formed by the location of the nodes of the third mode of circular vibration of the membrane, said elastic holding members being supported on said membrane at at least two points distant from each other.
  • the elastic holding members may comprise several elastic holding elements which are distinct from each other, each bearing on the one hand on the rear face of the membrane and on the other hand on the base body of the housing .
  • said elastic retaining members can be assembled into a single element with several branches, comprising a single support area on the base body, the ends of the branches being supported on the rear face of the membrane.
  • each fulcrum of the elastic holding members on the external electrode corresponds an elastic connection with different mechanical characteristics, thus having different own vibratory modes.
  • a good compromise between the acoustic efficiency of the capsule and its dimensional size is obtained according to the invention by combining a membrane whose natural frequency is approximately 1 kHz with an acoustic filter comprising an anterior acoustic cavity and a posterior acoustic cavity whose respective heights are approximately 1 mm, for a diameter of approximately 30 mm.
  • the heights of approximately 1 mm allow the membrane to oscillate freely, and allow the connection members to be accommodated.
  • a piezoelectric capsule according to the invention comprises a membrane 1 formed by a thin disc 2, with circular outline, on which is fixed a layer 3 of piezoelectric ceramic covering the central zone of the disc 2.
  • the disc 2 is made of an electrically conductive material, for example brass, and the piezoelectric ceramic layer 3 has a concentric circular contour with respect to the disc 2, covering the central area of the disc and leaving a visible border device of the disk face 2 on which it is applied.
  • the piezoelectric ceramic layer is metallized on its two faces, its internal face 4 forming an internal electrode and being pressed against the disc 2, its external face 5 forming an external electrode and being visible.
  • the membrane 1 is housed in a housing 6 formed by a base body 7 and a hollow cover 8, secured to one another along a closed periphery 9, for example circular as shown.
  • the base body 7, in the embodiment shown, consists of a flat plate of insulating material, for example a material generally used in the technique of printed circuits, the outer face 10 of which carries conductive tracks 11 and 12 shown in Figure 1.
  • the cover 8 is made of a conductive material electricity, for example aluminum or aluminum alloy, and has a circular central wall 13 connecting to a peripheral side wall 14.
  • the peripheral wall 14 includes a rear step 15, forming a narrowing of the interior space of the housing 6 as shown in Figure 3 or Figure 2, against which rests the periphery of the base body 7.
  • the edge 16 of the peripheral wall 14 is folded inwardly to come to bear on the outer face 10 of the body base 7, and crimp said base body 7 on the cover 8.
  • the peripheral wall 14 of the cover 8 further comprises an anterior step 17, forming a second narrowing of the interior space of the housing 6 as shown in FIGS. 2 and 3, arranged approximately halfway between the central wall 13 and the step posterior 15.
  • the membrane 1 is held pressed against the front step 17 of the cover 8, by elastic members which will be described below.
  • the base body 7 constitutes a first wall substantially parallel to the disc 2, with which it forms a posterior acoustic cavity 70, and the central wall 13 of the cover 8 is substantially parallel to the disc 2 and forms with it an anterior acoustic cavity 80.
  • the central wall 13 of the cover 8 has holes 130 for the passage of sound from the anterior acoustic cavity 80 to the external atmosphere
  • the base body 7 comprises a passage 71 provided with an acoustic filter connecting the posterior acoustic cavity 70 and the external atmosphere.
  • the respective heights H1 and H2 of the anterior 80 and posterior 70 acoustic cavities are advantageously equal to approximately 1 mm, for example between 0.9 and 1.1 mm.
  • a first electrical connection terminal 18 is fitted on the base body 7 and protrudes from the external face 10 of said base body 7 to be electrically connected to an external circuit.
  • a second electrical connection terminal 19 is fitted to the base body 7 and protrudes from the outer face 10 of said base body 7 to be connected to an external electrical circuit.
  • the first electrical connection terminal 18 is connected by welding to the first conductive track 11 of the base body 7, said conductive track 11 comprising a peripheral portion 20 in contact with the cover 8.
  • the first electrical connection terminal 18 is electrically connected to the internal electrode 4 via the conductive disc 2, the conductive cover 8 and the conductive track 11.
  • the second electrical connection terminal 19 is electrically connected to the external electrode 5 of the membrane.
  • This connection can for example be provided by traditional means such as those described in the previous patents, for example an electrical conductor in the form of a wire welded on the one hand to the connection terminal and on the other hand to the external electrode 5 .
  • An elastic holding member 22 keeps the membrane 1 in abutment against the front step 17 of the cover 8, while freeing the periphery of the membrane.
  • the elastic retaining member 22, in support or fixed to the center of the base body 7, for example fixed by the rivet 21, has its own elasticity and a shape such that, when the capsule is assembled as shown by Figures, with the membrane 1 inserted between the cover 8 and the base body 7, and with the elastic holding member 22 inserted between said membrane 1 and the base body 7, the elastic holding member is in abutment against the intermediate zone of the posterior face of the membrane and elastically pushes the membrane 1 in the direction of the cover 8 to press its periphery in abutment against the front step 17.
  • the resulting bearing force exerted by the elastic member 22 on the membrane 1 is advantageously between 0.3 Newton and 0.5 Newton, for a membrane whose diameter is equal to approximately 30 mm.
  • the front step 17 has, in radial section, a trapezoid profile, the small base 170 of which forms a circular crown and constitutes the bearing surface of the disc 2, the said small base being separated from the peripheral wall 14 by a peripheral groove 171.
  • FIG. 6 represents two comparative frequency response curves relating to capsules of identical dimensions, curve 100 corresponding to a capsule in which the disc is held, by an O-ring, in abutment on a housing step, the curve 101 corresponding to a capsule according to the invention.
  • the membrane 1 it is sought to obtain a good seal between the periphery of the membrane 1 and the cover 8.
  • Sufficient sealing is obtained by providing for the use of a very flat disc 2, having in particular on the peripheral part of its front surface a sufficient surface condition and flatness.
  • the circular bearing formed by the small base 170 has sufficient flatness, so that the two corresponding surfaces formed by the periphery of the disc 2 and the small base in circular crown 170 are pressed against each other very narrow and achieve sealing themselves, by the action of the elastic retaining members holding them in abutment against one another.
  • the production of the electrical connections between the external electrode 5 and the connection terminal 19 is further simplified, by making the elastic retaining members 22 participate in this connection.
  • the piezoelectric ceramic layer 3 is placed on the side of the base body 7, as shown in the figures, so that the external electrode 5 faces the base body 7.
  • the second electrical connection terminal 19 is electrically connected by soldering to the second conductive track 12, itself in contact with a central metal rivet 21.
  • the central metal rivet 21, engaged in a central hole in the base body 7, is integral elastic means 22 which conduct electricity in contact with the external electrode 5.
  • the second electrical connection terminal 19 is electrically connected to the external electrode 5 via the conductive track 12, the central rivet 21 and the elastic electrically conductive means 22.
  • the conductive tracks 11 and 12 are electrically isolated from one another.
  • the elastic retaining member 22 simultaneously performs the function of electrical connection between the external electrode 5 and the corresponding electrical connection terminal 19.
  • the elastic electrically conductive means 22 is a metal part, made for example of a material sold under the brand Duriflex, comprising a central part 23 provided with a hole for the passage of the fastening rivet 21, and to which three branches 24, 25 and 26 are connected.
  • the three branches 24, 25 and 26 each develop substantially in the form of a spiral starting from the central part 23.
  • Their respective ends 27, 28 and 29 are equidistant from the center 30 of the central part 23 or center of the hole through which the fixing rivet 21 passes, and are equidistant from each other, distributed regularly at 120 ° around the center 30.
  • the respective lengths of the three branches are unequal, and their widths are also uneven.
  • the first branch 24 develops at an angle B of approximately 92 °
  • the second branch 25 develops at an angle C of approximately 120 °
  • the third branch 26 develops at an angle A of about 86 °.
  • the respective widths of the branches are chosen as a function of the respective lengths so that the bearing forces exerted by each of the ends 27, 28 and 29 of the branches against the external electrode 5 are substantially equal. Under these conditions, each of the branches has its own vibratory characteristic different from that of each of the other two branches.
  • nodal circle is meant the location of the vibration nodes of the third circular mode of vibration of the membrane 1. This nodal circle can be determined empirically, by requesting a vibrating membrane according to the third mode of vibration, and by locating the position of the vibration nodes forming the nodal circle.
  • the detection of the vibration nodes can be carried out by any means well known in the art, for example by observing the movement of a powder distributed on the surface of a membrane stressed in vibration.
  • the part 22 can be produced by cutting and forming a plate of suitable thickness from an elastic and electrically conductive material.
  • provision may be made for using two or three separate parts, one end of which is fixed to the base body 7, and the other end of which comes to bear on an appropriate zone of the external electrode 5.

Landscapes

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  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Abstract

La capsule selon l'invention comprend un couvercle creux (8) métallique s'adaptant sur un corps de base (7) constitué d'un circuit imprimé, et une membrane (1) piézoélectrique s'adaptant en appui contre un gradin antérieur (17) du couvercle (8). Un organe élastique de maintien (22), fixé au corps de base (7), est en appui sur la zone centrale de la face postérieure (5) de membrane (1). L'organe élastique (22) assure simultanément le maintien mécanique de la membrane (1) et l'étanchéité périphérique, par le fait que les surfaces correspondantes de gradin antérieur (17) et de membrane (1) sont parfaitement planes.The capsule according to the invention comprises a hollow metal cover (8) fitting onto a base body (7) made up of a printed circuit, and a piezoelectric membrane (1) fitting to rest against an anterior step (17 ) of the cover (8). An elastic holding member (22), fixed to the base body (7), is supported on the central zone of the rear face (5) of membrane (1). The elastic member (22) simultaneously ensures the mechanical retention of the membrane (1) and the peripheral seal, by the fact that the corresponding surfaces of anterior step (17) and of membrane (1) are perfectly flat.

Description

La présente invention concerne les transducteurs piézoélectri­ques dont l'élément vibrant est constitué d'une membrane à couche de matière piézoélectrique munie d'électrodes et maintenue selon son pourtour dans un boîtier de capsule.The present invention relates to piezoelectric transducers, the vibrating element of which consists of a membrane with a layer of piezoelectric material provided with electrodes and maintained around its periphery in a capsule housing.

Ce type de capsule est déjà connu depuis de longues années, et est décrit par exemple dans les documents GB-A-2 046 554, JP-A-58 202699, ou JP-A-60 199298.This type of capsule has been known for many years, and is described, for example, in documents GB-A-2,046,554, JP-A-58,202,699, or JP-A-60 199298.

Dans ces capsules connues, la membrane est formée d'un disque mince sur lequel est solidarisée une couche de céramique piézoélectri­que, couvrant la zone centrale du disque, les deux faces de la couche de céramique piézoélectrique étant métallisées pour constituer respective­ment une électrode interne appliquée contre le disque mince et une électrode externe. La membrane est logée dans un boîtier formé d'un corps de base et d'un couvercle s'adaptant l'un sur l'autre selon un pourtour fermé, généralement circulaire. Le corps de base forme une première paroi sensiblement parallèle au disque et délimitant avec le disque une cavité acoustique postérieure. Le couvercle forme une seconde paroi sensiblement parallèle au disque et délimitant avec le disque une cavité acoustique antérieure. Le boîtier comprend une portée, par exemple en gradin périphérique intérieur, contre lequel la périphérie du disque est maintenue appliquée par des organes de maintien. Des moyens de connexion électrique assurent les connexions électriques respectives de l'une et l'autre des électrodes avec une première et une seconde borne de connexion extérieure du boîtier.In these known capsules, the membrane is formed of a thin disc on which a layer of piezoelectric ceramic is secured, covering the central zone of the disc, the two faces of the layer of piezoelectric ceramic being metallized to respectively constitute an internal electrode applied against the thin disk and an external electrode. The membrane is housed in a housing formed by a base body and a cover which adapts to one another along a closed periphery, generally circular. The basic body forms a first wall substantially parallel to the disc and delimiting with the disc a posterior acoustic cavity. The cover forms a second wall substantially parallel to the disc and delimiting with the disc an anterior acoustic cavity. The housing includes a surface, for example in an inner peripheral step, against which the periphery of the disc is kept applied by holding members. Electrical connection means provide the respective electrical connections of one and the other of the electrodes with a first and a second connection terminal outside the housing.

Dans les capsules connues, le maintien mécanique de la membrane par rapport au boîtier est assuré par un élément rigide ou élastique en appui selon tout le pourtour du disque de membrane.In known capsules, the mechanical retention of the membrane relative to the housing is ensured by a rigid or elastic element in abutment around the entire periphery of the membrane disc.

Ainsi, dans le document GB-A-2 046 554, le pourtour du disque est en appui sur une portée périphérique du corps de base, contre laquelle il est maintenu en appui par un joint torique périphérique inséré entre le couvercle et le disque. Dans les documents JP-A-58 202699 ou JP-A-60 199298, le disque est également tenu en appui contre une portée périphérique du boîtier, contre laquelle il est poussé par un joint torique périphérique inséré entre le disque et le boîtier.Thus, in document GB-A-2 046 554, the periphery of the disc bears on a peripheral surface of the base body, against which it is held in abutment by a peripheral O-ring inserted between the cover and the disc. In documents JP-A-58 202699 or JP-A-60 199298, the disc is also held in abutment against a peripheral surface of the case, against which it is pushed by a peripheral O-ring inserted between the disc and the case.

Les inventeurs ont constaté que la présence de tels joints toriques d'étanchéité dans une capsule présente des inconvénients lors d'une production en série ; en effet, les joints d'étanchéité connus et utilisables en grande série sont généralement de dimensions peu régulières, ce qui induit des défauts de planéité des surfaces de maintien de la membrane piézoélectrique, et des dispersions dans les qualités acoustiques des capsules ainsi obtenues. Les défauts liés à la présence des joints toriques d'étanchéité résultent également des dispersions d'épaisseur des autres pièces empilées constituant la capsule, notamment le corps de base et le couvercle, créant un effort de pincement difficilement contrôlable sur le pourtour du disque. Les moyens de maintien mécanique selon l'invention permettent d'éviter ces dispersions, et assurent le maintien de la membrane sans utiliser de joint torique d'étanchéité.The inventors have found that the presence of such O-rings in a capsule has drawbacks when mass production; in fact, the known seals which can be used in large series are generally of irregular dimensions, which induces flatness defects in the holding surfaces of the piezoelectric membrane, and dispersions in the acoustic qualities of the capsules thus obtained. Defects linked to the presence of O-rings also result from thickness dispersions of the other stacked parts constituting the capsule, in particular the base body and the cover, creating a gripping force that is difficult to control around the periphery of the disc. The mechanical holding means according to the invention make it possible to avoid these dispersions, and ensure the holding of the membrane without using an O-ring seal.

Selon un autre objet de l'invention, la nouvelle structure de capsule conduit à augmenter sensiblement les possibilités de déformation de la zone périphérique du disque, de sorte que l'on améliore sensiblement les qualités électroacoustiques de la capsule.According to another object of the invention, the new capsule structure results in a substantial increase in the possibilities of deformation of the peripheral zone of the disc, so that the electroacoustic qualities of the capsule are significantly improved.

Lorsque l'on cherche à s'affranchir de la présence d'un joint d'étanchéité torique ou d'un encastrement périphérique de membrane, la difficulté vient du fait que le joint d'étanchéité ou l'encastrement, dans les capsules connues, assurent non seulement le maintien de la membrane en appui sur le gradin de boîtier, mais en outre l'étanchéité entre la cavité acoustique antérieure disposée en avant de la membrane et la cavité acoustique postérieure disposée en arrière de la membrane. Pour cela, les moyens particuliers selon l'invention, assurant le maintien mécanique de la membrane dans le boîtier, permettent de réaliser simultanément une étanchéité suffisante entre les cavités acoustiques antérieure et postérieure.When it is sought to overcome the presence of an O-ring seal or a peripheral embedding of a membrane, the difficulty comes from the fact that the seal or embedding, in known capsules, not only ensure that the membrane remains in contact with the housing step, but also provides a seal between the anterior acoustic cavity disposed in front of the membrane and the posterior acoustic cavity disposed behind the membrane. For this, the particular means according to the invention, ensuring the mechanical retention of the membrane in the housing, make it possible to simultaneously produce a sufficient seal between the anterior and posterior acoustic cavities.

Une telle étanchéité est en outre obtenue, selon l'invention, en association avec une structure conduisant à augmenter sensiblement les possibilités de déformation de la zone périphérique du disque. A priori, les deux fonctions conduisent à des exigences contraires, que l'invention permet de concilier.Such sealing is further obtained, according to the invention, in combination with a structure leading to substantially increase the possibilities of deformation of the peripheral zone of the disc. A priori, the two functions lead to contrary requirements, which the invention makes it possible to reconcile.

La présente invention prévoit par ailleurs des modes de réalisation particuliers conduisant à l'amélioration générale des qualités électroacoustiques de la capsule. En particulier, on cherche à répartir les fréquences propres de vibration mécanique des différents organes de la capsule, de façon à obtenir une courbe de réponse la plus plate possible dans la plage de fréquence habituelle de fonctionnement.The present invention also provides specific embodiments leading to the general improvement of the electroacoustic qualities of the capsule. In particular, it is sought to distribute the natural frequencies of mechanical vibration of the various organs of the capsule, so as to obtain a most flat possible in the usual operating frequency range.

Un autre effet recherché est l'obtention d'un bon compromis entre l'effet acoustique de la capsule et son encombrement dimensionnel, notamment son encombrement en épaisseur.Another desired effect is to obtain a good compromise between the acoustic effect of the capsule and its dimensional size, in particular its thickness.

Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la capsule selon l'invention reprend les principaux éléments des capsules connues, à savoir une membrane formée d'un disque mince portant une couche de céramique piézoélectrique couvrant la zone centrale du disque, un boîtier formé d'un corps de base et d'un couvercle, un gradin périphérique de boîtier contre lequel la périphérie du disque est maintenue appliquée par des organes élastiques de maintien, une première et une seconde bornes de connexion électrique raccordées aux électrodes de la membrane piézoélectrique par des premiers et des seconds organes de liaison électrique ; selon l'invention :
- le disque mince comporte une partie périphérique de sa face antérieure présentant une forme sensiblement plane, formant zone de contact avec le gradin périphérique antérieur,
- le gradin périphérique antérieur comporte une portée circulaire précise définissant une surface continue plane de contact avec le disque,
- les organes élastiques de maintien sont en appui sur la zone intermédiaire de la face postérieure de membrane.
To achieve these and other objects, the capsule according to the invention incorporates the main elements of known capsules, namely a membrane formed by a thin disc carrying a layer of piezoelectric ceramic covering the central area of the disc, a housing formed a base body and a cover, a peripheral step of the case against which the periphery of the disc is held applied by elastic retaining members, first and second electrical connection terminals connected to the electrodes of the piezoelectric membrane by first and second electrical connection members; according to the invention:
the thin disc has a peripheral part of its front face having a substantially planar shape, forming an area of contact with the front peripheral step,
the anterior peripheral step has a precise circular reach defining a continuous flat surface of contact with the disc,
- The elastic holding members are supported on the intermediate zone of the rear face of the membrane.

La portée circulaire précise définissant une surface continue plane de contact avec le disque présente une qualité de surface telle que la planéité est assurée avec une tolérance inférieure ou égale à 0,03 mm.The precise circular surface defining a flat continuous surface of contact with the disc has a surface quality such that the flatness is ensured with a tolerance less than or equal to 0.03 mm.

Une telle précision peut être obtenue par des méthodes usuelles d'usinage d'une ébauche, par exemple par tournage. Les méthodes habituelles d'emboutissage, couramment utilisées pour la production d'éléments en aluminium, ne permettent pas d'obtenir une précision suffisante pour une production en série.Such precision can be obtained by usual methods of machining a blank, for example by turning. The usual stamping methods, commonly used for the production of aluminum elements, do not allow sufficient precision to be obtained for mass production.

Selon l'invention, on peut avantageusement réaliser le couver­cle par une méthode de fluo-tournage, qui consiste à disposer une ébauche dans un mandrin présentant la forme extérieure désirée du couvercle, et à faire fluer la matière par pénétration dans l'ébauche d'un poinçon présentant la forme intérieure du couvercle à obtenir. Il s'avère qu'une telle méthode est tout à fait appropriée pour obtenir la précision de qualité de surface recherchée.According to the invention, it is advantageously possible to produce the cover by a fluo-turning method, which consists in placing a blank in a mandrel having the desired external shape of the cover, and in causing the material to flow by penetration into the blank. a punch having the internal shape of the cover to be obtained. It turns out that such a method is entirely appropriate for obtaining the precision in surface quality sought.

Selon l'invention, le gradin de boîtier, réalisé dans le couvercle, présente avantageusement, en coupe radiale, un profil en trapèze dont la petite base forme la portée circulaire précise d'appui de la membrane, ladite portée circulaire étant séparée de la paroi latérale du couvercle par une gorge périphérique permettant la libre oscillation du bord de disque formant la membrane.According to the invention, the step of the housing, produced in the cover, advantageously has, in radial section, a trapezoid profile whose small base forms the precise circular bearing surface of the membrane, said circular bearing being separated from the wall. lateral cover by a peripheral groove allowing free oscillation of the disc edge forming the membrane.

Les inventeurs ont constaté qu'il est particulièrement avanta­geux, notamment pour obtenir une courbe de réponse en fréquence la plus large et la plus plate possible de la capsule, de prévoir que les organes élastiques de maintien sont en appui sur la membrane dans la zone située au voisinage du cercle nodal de la membrane, c'est-à-dire la zone formée par le lieu des noeuds du troisième mode de vibration circulaire de la membrane, lesdits organes élastiques de maintien étant en appui sur ladite membrane en au moins deux points distants l'un de l'autre.The inventors have found that it is particularly advantageous, in particular to obtain the widest and flattest possible frequency response curve of the capsule, to provide that the elastic retaining members are supported on the membrane in the zone located in the vicinity of the nodal circle of the membrane, that is to say the area formed by the location of the nodes of the third mode of circular vibration of the membrane, said elastic holding members being supported on said membrane at at least two points distant from each other.

Selon un premier mode de réalisation, les organes élastiques de maintien peuvent comprendre plusieurs éléments élastiques de maintien distincts les uns des autres, en appui chacun d'une part sur la face postérieure de membrane et d'autre part sur le corps de base du boîtier.According to a first embodiment, the elastic holding members may comprise several elastic holding elements which are distinct from each other, each bearing on the one hand on the rear face of the membrane and on the other hand on the base body of the housing .

Selon un autre mode de réalisation, lesdits organes élastiques de maintien peuvent être assemblés en un élément unique à plusieurs branches, comportant une zone unique d'appui sur le corps de base, les extrémités des branches étant en appui sur la face postérieure de membrane.According to another embodiment, said elastic retaining members can be assembled into a single element with several branches, comprising a single support area on the base body, the ends of the branches being supported on the rear face of the membrane.

De préférence, à chaque point d'appui des organes élastiques de maintien sur l'électrode externe correspond une liaison élastique à caractéristiques mécaniques différentes, présentant ainsi des modes vibratoires propres différents.Preferably, to each fulcrum of the elastic holding members on the external electrode corresponds an elastic connection with different mechanical characteristics, thus having different own vibratory modes.

Un bon compromis entre l'efficacité acoustique de la capsule et son encombrement dimensionnel est obtenu selon l'invention en combinant une membrane dont la fréquence propre est de 1 kHz environ avec un filtre acoustique comprenant une cavité acoustique antérieure et une cavité acoustique postérieure dont les hauteurs respectives sont de 1 mm environ, pour un diamètre de 30 mm environ. Les hauteurs de 1 mm environ autorisent la libre oscillation de la membrane, et permettent de loger les organes de connexion.A good compromise between the acoustic efficiency of the capsule and its dimensional size is obtained according to the invention by combining a membrane whose natural frequency is approximately 1 kHz with an acoustic filter comprising an anterior acoustic cavity and a posterior acoustic cavity whose respective heights are approximately 1 mm, for a diameter of approximately 30 mm. The heights of approximately 1 mm allow the membrane to oscillate freely, and allow the connection members to be accommodated.

D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisa­tion particulier, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles :

  • - la figure 1 représente une vue de dessous de la surface extérieure du corps de base de capsule selon l'invention ;
  • - la figure 2 est une vue de face d'une capsule selon l'invention en coupe selon le plan A-A de la figure 1 ;
  • - la figure 3 est une vue de côté de la capsule selon l'invention en coupe selon le plan B-B de la figure 1 ;
  • - la figure 4 représente en vue de dessous une membrane de capsule selon l'invention ;
  • - la figure 5 représente en vue de dessus un mode de réalisation particulier des organes élastiques de maintien selon l'invention ; et
  • - la figure 6 illustre les résultats obtenus par une capsule selon la présente invention relativement à la réponse en fréquence.
Other objects, characteristics and advantages of the present invention will emerge from the following description of a particular embodiment, given in relation to the attached figures, among which:
  • - Figure 1 shows a bottom view of the outer surface of the capsule base body according to the invention;
  • - Figure 2 is a front view of a capsule according to the invention in section along the plane AA of Figure 1;
  • - Figure 3 is a side view of the capsule according to the invention in section along the plane BB of Figure 1;
  • - Figure 4 shows a bottom view of a capsule membrane according to the invention;
  • - Figure 5 shows a top view of a particular embodiment of the elastic holding members according to the invention; and
  • - Figure 6 illustrates the results obtained by a capsule according to the present invention relative to the frequency response.

Comme le représentent les figures, une capsule piézoélectrique selon l'invention comprend une membrane 1 formée d'un disque mince 2, à contour circulaire, sur lequel est solidarisée une couche 3 de céramique piézoélectrique couvrant la zone centrale du disque 2. Dans le mode de réalisation représenté, le disque 2 est en matériau conducteur de l'électricité, par exemple en laiton, et la couche de céramique piézoélectrique 3 présente un contour circulaire concentrique par rapport au disque 2, couvrant la zone centrale du disque et laissant apparente une bordure périphérique de la face de disque 2 sur laquelle elle est appliquée. La couche de céramique piézoélectrique est métalli­sée sur ses deux faces, sa face interne 4 formant électrode interne et étant plaquée contre le disque 2, sa face externe 5 formant électrode externe et étant apparente.As shown in the figures, a piezoelectric capsule according to the invention comprises a membrane 1 formed by a thin disc 2, with circular outline, on which is fixed a layer 3 of piezoelectric ceramic covering the central zone of the disc 2. In the mode embodiment shown, the disc 2 is made of an electrically conductive material, for example brass, and the piezoelectric ceramic layer 3 has a concentric circular contour with respect to the disc 2, covering the central area of the disc and leaving a visible border device of the disk face 2 on which it is applied. The piezoelectric ceramic layer is metallized on its two faces, its internal face 4 forming an internal electrode and being pressed against the disc 2, its external face 5 forming an external electrode and being visible.

La membrane 1 est logée dans un boîtier 6 formé d'un corps de base 7 et d'un couvercle 8 en creux, solidarisés l'un à l'autre selon un pourtour 9 fermé, par exemple circulaire tel que représenté. Le corps de base 7, dans le mode de réalisation représenté, est constitué d'une plaque plane de matière isolante, par exemple une matière généralement utilisée dans la technique des circuits imprimés, dont la face extérieure 10 porte des pistes conductrices 11 et 12 représentées sur la figure 1. Le couvercle 8 est constitué en un matériau conducteur de l'électricité, par exemple en aluminium ou alliage d'aluminium, et comporte une paroi centrale 13 circulaire se raccordant à une paroi latérale périphérique 14. La paroi périphérique 14 comprend un gradin postérieur 15, formant rétrécissement de l'espace intérieur du boîtier 6 comme le représentent la figure 3 ou la figure 2, contre lequel vient s'appuyer le pourtour du corps de base 7. Le bord 16 de la paroi périphérique 14 est replié vers l'intérieur pour venir en appui sur la face extérieure 10 du corps de base 7, et sertir ledit corps de base 7 sur le couvercle 8.The membrane 1 is housed in a housing 6 formed by a base body 7 and a hollow cover 8, secured to one another along a closed periphery 9, for example circular as shown. The base body 7, in the embodiment shown, consists of a flat plate of insulating material, for example a material generally used in the technique of printed circuits, the outer face 10 of which carries conductive tracks 11 and 12 shown in Figure 1. The cover 8 is made of a conductive material electricity, for example aluminum or aluminum alloy, and has a circular central wall 13 connecting to a peripheral side wall 14. The peripheral wall 14 includes a rear step 15, forming a narrowing of the interior space of the housing 6 as shown in Figure 3 or Figure 2, against which rests the periphery of the base body 7. The edge 16 of the peripheral wall 14 is folded inwardly to come to bear on the outer face 10 of the body base 7, and crimp said base body 7 on the cover 8.

La paroi périphérique 14 du couvercle 8 comprend en outre un gradin antérieur 17, formant un second rétrécissement de l'espace intérieur du boîtier 6 comme le représentent les figures 2 et 3, disposé environ à mi-chemin entre la paroi centrale 13 et le gradin postérieur 15. La membrane 1 est maintenue plaquée contre le gradin antérieur 17 du couvercle 8, par des organes élastiques qui seront décrits ci-après.The peripheral wall 14 of the cover 8 further comprises an anterior step 17, forming a second narrowing of the interior space of the housing 6 as shown in FIGS. 2 and 3, arranged approximately halfway between the central wall 13 and the step posterior 15. The membrane 1 is held pressed against the front step 17 of the cover 8, by elastic members which will be described below.

Lorsque la capsule est assemblée, comme le représentent les figures 1 à 3, le corps de base 7 constitue une première paroi sensiblement parallèle au disque 2, avec lequel il forme une cavité acoustique postérieure 70, et la paroi centrale 13 du couvercle 8 est sensiblement parallèle au disque 2 et forme avec lui une cavité acoustique antérieure 80.When the capsule is assembled, as shown in Figures 1 to 3, the base body 7 constitutes a first wall substantially parallel to the disc 2, with which it forms a posterior acoustic cavity 70, and the central wall 13 of the cover 8 is substantially parallel to the disc 2 and forms with it an anterior acoustic cavity 80.

De manière connue, la paroi centrale 13 du couvercle 8 comporte des trous 130 pour le passage du son depuis la cavité acoustique antérieure 80 vers l'atmosphère extérieure, et le corps de base 7 comprend un passage 71 muni d'un filtre acoustique reliant la cavité acoustique postérieure 70 et l'atmosphère extérieure.In a known manner, the central wall 13 of the cover 8 has holes 130 for the passage of sound from the anterior acoustic cavity 80 to the external atmosphere, and the base body 7 comprises a passage 71 provided with an acoustic filter connecting the posterior acoustic cavity 70 and the external atmosphere.

Selon l'invention, les hauteurs respectives H1 et H2 des cavités acoustiques antérieure 80 et postérieure 70 sont avantageusement égales à 1 mm environ, par exemple comprises entre 0,9 et 1,1 mm.According to the invention, the respective heights H1 and H2 of the anterior 80 and posterior 70 acoustic cavities are advantageously equal to approximately 1 mm, for example between 0.9 and 1.1 mm.

Une première borne de connexion électrique 18 est adaptée sur le corps de base 7 et dépasse de la face extérieure 10 dudit corps de base 7 pour être raccordée électriquement à un circuit extérieur. De même, une seconde borne de connexion électrique 19 est adaptée sur le corps de base 7 et dépasse de la face extérieure 10 dudit corps de base 7 pour être raccordée à un circuit électrique extérieur. La première borne de connexion électrique 18 est connectée par soudure à la première piste conductrice 11 du corps de base 7, ladite piste conductrice 11 comportant une portion périphérique 20 au contact du couvercle 8. Ainsi, la première borne de connexion électrique 18 se trouve électriquement raccordée à l'électrode interne 4 par l'intermédiaire du disque conducteur 2, du couvercle conducteur 8 et de la piste conductrice 11.A first electrical connection terminal 18 is fitted on the base body 7 and protrudes from the external face 10 of said base body 7 to be electrically connected to an external circuit. Likewise, a second electrical connection terminal 19 is fitted to the base body 7 and protrudes from the outer face 10 of said base body 7 to be connected to an external electrical circuit. The first electrical connection terminal 18 is connected by welding to the first conductive track 11 of the base body 7, said conductive track 11 comprising a peripheral portion 20 in contact with the cover 8. Thus, the first electrical connection terminal 18 is electrically connected to the internal electrode 4 via the conductive disc 2, the conductive cover 8 and the conductive track 11.

La seconde borne de connexion électrique 19 est connectée électriquement à l'électrode externe 5 de la membrane. Cette connexion peut par exemple être assurée par des moyens traditionnels tels que ceux décrits dans les brevets antérieurs, par exemple un conducteur électri­que en forme de fil soudé d'une part à la borne de connexion et d'autre part à l'électrode externe 5.The second electrical connection terminal 19 is electrically connected to the external electrode 5 of the membrane. This connection can for example be provided by traditional means such as those described in the previous patents, for example an electrical conductor in the form of a wire welded on the one hand to the connection terminal and on the other hand to the external electrode 5 .

Un organe élastique de maintien 22 assure le maintien de la membrane 1 en appui contre le gradin antérieur 17 du couvercle 8, tout en libérant la périphérie de la membrane. Pour cela, l'organe élastique de maintien 22, en appui ou fixé au centre du corps de base 7, par exemple fixé par le rivet 21, présente une élasticité propre et une forme telles que, lorsque la capsule est assemblée comme le représentent les figures, avec la membrane 1 insérée entre le couvercle 8 et le corps de base 7, et avec l'organe élastique de maintien 22 inséré entre ladite membrane 1 et le corps de base 7, l'organe élastique de maintien est en appui contre la zone intermédiaire de face postérieure de membrane et repousse élastiquement la membrane 1 en direction du couvercle 8 pour plaquer son pourtour en appui contre le gradin antérieur 17.An elastic holding member 22 keeps the membrane 1 in abutment against the front step 17 of the cover 8, while freeing the periphery of the membrane. For this, the elastic retaining member 22, in support or fixed to the center of the base body 7, for example fixed by the rivet 21, has its own elasticity and a shape such that, when the capsule is assembled as shown by Figures, with the membrane 1 inserted between the cover 8 and the base body 7, and with the elastic holding member 22 inserted between said membrane 1 and the base body 7, the elastic holding member is in abutment against the intermediate zone of the posterior face of the membrane and elastically pushes the membrane 1 in the direction of the cover 8 to press its periphery in abutment against the front step 17.

La force d'appui résultante exercée par l'organe élastique 22 sur la membrane 1 est avantageusement comprise entre 0,3 Newton et 0,5 Newton, pour une membrane dont le diamètre est égal à 30 mm environ.The resulting bearing force exerted by the elastic member 22 on the membrane 1 is advantageously between 0.3 Newton and 0.5 Newton, for a membrane whose diameter is equal to approximately 30 mm.

Dans le mode de réalisation représenté, le gradin antérieur 17 présente, en coupe radiale, un profil en trapèze dont la petite base 170 forme une couronne circulaire et constitue surface d'appui du disque 2, ladite petite base étant séparée de la paroi périphérique 14 par une rainure périphérique 171.In the embodiment shown, the front step 17 has, in radial section, a trapezoid profile, the small base 170 of which forms a circular crown and constitutes the bearing surface of the disc 2, the said small base being separated from the peripheral wall 14 by a peripheral groove 171.

Ce mode de réalisation de gradin antérieur 17 à petite base 170 et rainure 171, associé au maintien de la membrane par l'organe élastique de maintien 22, assure une amélioration de la courbe de réponse en fréquence de la capsule. Ainsi, la figure 6 représente deux courbes comparatives de réponse en fréquence relatives à des capsules de dimensions identiques, la courbe 100 correspondant à une capsule dans laquelle le disque est maintenu, par un joint torique, en appui sur un gradin de boîtier, la courbe 101 correspondant à une capsule selon l'invention.This embodiment of anterior step 17 with small base 170 and groove 171, associated with the maintenance of the membrane by the elastic holding member 22, ensures an improvement in the frequency response curve of the capsule. Thus, FIG. 6 represents two comparative frequency response curves relating to capsules of identical dimensions, curve 100 corresponding to a capsule in which the disc is held, by an O-ring, in abutment on a housing step, the curve 101 corresponding to a capsule according to the invention.

Selon l'invention, on cherche à obtenir une bonne étanchéité entre le pourtour de membrane 1 et le couvercle 8. Une étanchéité suffisante est obtenue en prévoyant d'utiliser un disque 2 très plat, présentant notamment sur la partie périphérique de sa surface antérieure un état de surface et une planéité suffisants. Simultanément, la portée circulaire formée par la petite base 170 présente une planéité suffisante, de sorte que les deux surfaces correspondantes formées par la périphérie du disque 2 et la petite base en couronne circulaire 170 se plaquent l'une contre l'autre de façon très étroite et réalisent par elles-mêmes l'étanchéité, par l'action des organes élastiques de maintien les maintenant en appui l'une contre l'autre.According to the invention, it is sought to obtain a good seal between the periphery of the membrane 1 and the cover 8. Sufficient sealing is obtained by providing for the use of a very flat disc 2, having in particular on the peripheral part of its front surface a sufficient surface condition and flatness. Simultaneously, the circular bearing formed by the small base 170 has sufficient flatness, so that the two corresponding surfaces formed by the periphery of the disc 2 and the small base in circular crown 170 are pressed against each other very narrow and achieve sealing themselves, by the action of the elastic retaining members holding them in abutment against one another.

De bons résultats ont été obtenus en prévoyant une planéité de la petite base 170 réalisée selon une tolérance inférieure ou égale à 0,03 mm.Good results have been obtained by providing a flatness of the small base 170 produced with a tolerance of less than or equal to 0.03 mm.

Simultanément, il est nécessaire de trouver un compromis entre l'étanchéité obtenue et la liberté que l'on veut garder dans les mouvements du bord périphérique de membrane 1. Il apparaît que la liberté de mouvement, permettant des oscillations de la membrane 1, nécessite de prévoir une largeur de petite base 170 relativement faible. Par contre, une bonne étanchéité est plus facile à obtenir avec une petite base 170 relativement large. Un bon compromis est obtenu, selon l'invention, en prévoyant un état de surface suffisant comme précisé ci-­dessus, et une largeur de petite base 170 égale à 0,5 mm environ.Simultaneously, it is necessary to find a compromise between the seal obtained and the freedom that one wants to keep in the movements of the peripheral edge of membrane 1. It appears that freedom of movement, allowing oscillations of the membrane 1, requires to provide a width of small base 170 relatively small. On the other hand, a good seal is easier to obtain with a small relatively large base 170. A good compromise is obtained, according to the invention, by providing a sufficient surface condition as specified above, and a width of small base 170 equal to approximately 0.5 mm.

Dans le mode de réalisation avantageux représenté sur les figures, on simplifie en outre la réalisation des connexions électriques entre l'électrode externe 5 et la borne de connexion 19, en faisant participer les organes élastiques de maintien 22 à cette liaison. Pour cela, la couche de céramique piézoélectrique 3 est disposée du côté du corps de base 7, comme le représentent les figures, de sorte que l'électrode externe 5 fait face au corps de base 7.In the advantageous embodiment shown in the figures, the production of the electrical connections between the external electrode 5 and the connection terminal 19 is further simplified, by making the elastic retaining members 22 participate in this connection. For this, the piezoelectric ceramic layer 3 is placed on the side of the base body 7, as shown in the figures, so that the external electrode 5 faces the base body 7.

La seconde borne de connexion électrique 19 est connectée électriquement par soudure à la seconde piste conductrice 12, elle-même en contact avec un rivet central métallique 21. Le rivet central métallique 21, engagé dans un trou central du corps de base 7, est solidaire d'un moyen élastique conducteur de l'électricité 22 lui-même au contact de l'électrode externe 5. Ainsi, la seconde borne de connexion électrique 19 est connectée électriquement à l'électrode externe 5 par l'intermédiaire de la piste conductrice 12, du rivet central 21 et du moyen élastique conducteur de l'électricité 22. Naturellement, les pistes conductrices 11 et 12 sont isolées électrique­ment l'une de l'autre. Ainsi, l'organe élastique de maintien 22 assure simultanément la fonction de connexion électrique entre l'électrode externe 5 et la borne de connexion électrique correspondante 19.The second electrical connection terminal 19 is electrically connected by soldering to the second conductive track 12, itself in contact with a central metal rivet 21. The central metal rivet 21, engaged in a central hole in the base body 7, is integral elastic means 22 which conduct electricity in contact with the external electrode 5. Thus, the second electrical connection terminal 19 is electrically connected to the external electrode 5 via the conductive track 12, the central rivet 21 and the elastic electrically conductive means 22. Naturally, the conductive tracks 11 and 12 are electrically isolated from one another. Thus, the elastic retaining member 22 simultaneously performs the function of electrical connection between the external electrode 5 and the corresponding electrical connection terminal 19.

Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, le moyen élastique conducteur de l'électricité 22 est une pièce métallique, réalisée par exemple en un matériau vendu sous la marque Duriflex, comportant une partie centrale 23 munie d'un trou pour le passage du rivet de fixation 21, et à laquelle se raccordent trois branches 24, 25 et 26. Les trois branches 24, 25 et 26 se développent chacune sensiblement en forme de spirale à partir de la partie centrale 23. Leurs extrémités respectives 27, 28 et 29 sont équidistantes du centre 30 de la partie centrale 23 ou centre du trou par lequel passe le rivet de fixation 21, et sont équidistantes les unes des autres, réparties régulièrement à 120° autour du centre 30. Les longueurs respectives des trois branches sont inégales, et leurs largeurs sont également inégales. Dans le mode de réalisation représenté, la première branche 24 se développe selon un angle B de 92° environ, tandis que la seconde branche 25 se développe selon un angle C de 120° environ, et que la troisième branche 26 se développe selon un angle A de 86° environ. Les largeurs respectives des branches sont choisies en fonction des longueurs respectives de telle façon que les forces d'appui exercées par chacune des extrémités 27, 28 et 29 des branches contre l'électrode externe 5 sont sensiblement égales. Dans ces conditions, chacune des branches présente une caractéristique propre vibratoire différente de celle de chacune des deux autres branches.In the embodiment shown in the figures, the elastic electrically conductive means 22 is a metal part, made for example of a material sold under the brand Duriflex, comprising a central part 23 provided with a hole for the passage of the fastening rivet 21, and to which three branches 24, 25 and 26 are connected. The three branches 24, 25 and 26 each develop substantially in the form of a spiral starting from the central part 23. Their respective ends 27, 28 and 29 are equidistant from the center 30 of the central part 23 or center of the hole through which the fixing rivet 21 passes, and are equidistant from each other, distributed regularly at 120 ° around the center 30. The respective lengths of the three branches are unequal, and their widths are also uneven. In the embodiment shown, the first branch 24 develops at an angle B of approximately 92 °, while the second branch 25 develops at an angle C of approximately 120 °, and the third branch 26 develops at an angle A of about 86 °. The respective widths of the branches are chosen as a function of the respective lengths so that the bearing forces exerted by each of the ends 27, 28 and 29 of the branches against the external electrode 5 are substantially equal. Under these conditions, each of the branches has its own vibratory characteristic different from that of each of the other two branches.

La distance entre le centre 30 et chacune des extrémités 27, 28 et 29 des branches est choisie sensiblement égale au rayon du cercle nodal de la membrane 1. On entend par cercle nodal le lieu des noeuds de vibration du troisième mode circulaire de vibration de la membrane 1. Ce cercle nodal peut être déterminé de manière empirique, en sollicitant une membrane en vibration selon le troisième mode de vibration, et en repérant la position des noeuds de vibration formant le cercle nodal. La détection des noeuds de vibration peut être effectuée par tous moyens bien connus dans la technique, par exemple en observant le mouvement d'une poudre répartie à la surface d'une membrane sollicitée en vibration.The distance between the center 30 and each of the ends 27, 28 and 29 of the branches is chosen to be substantially equal to the radius of the nodal circle of the membrane 1. By nodal circle is meant the location of the vibration nodes of the third circular mode of vibration of the membrane 1. This nodal circle can be determined empirically, by requesting a vibrating membrane according to the third mode of vibration, and by locating the position of the vibration nodes forming the nodal circle. The detection of the vibration nodes can be carried out by any means well known in the art, for example by observing the movement of a powder distributed on the surface of a membrane stressed in vibration.

La pièce 22 peut être réalisée par découpage et formage d'une plaque d'épaisseur convenable en un matériau élastique et conducteur de l'électricité.The part 22 can be produced by cutting and forming a plate of suitable thickness from an elastic and electrically conductive material.

En alternative, on peut prévoir d'utiliser deux ou trois pièces distinctes, dont une extrémité est fixée au corps de base 7, et dont l'autre extrémité vient en appui sur une zone appropriée de l'électrode externe 5.As an alternative, provision may be made for using two or three separate parts, one end of which is fixed to the base body 7, and the other end of which comes to bear on an appropriate zone of the external electrode 5.

Dans le but de réduire les dispersions dans les propriétés électroacoustiques des capsules, on peut avantageusement, lors du montage, disposer un cordon de silicone entre le gradin antérieur 17 de boîtier et la portion périphérique de surface antérieure de membrane.In order to reduce the dispersions in the electroacoustic properties of the capsules, it is advantageously possible, during assembly, to place a bead of silicone between the front step 17 of the housing and the peripheral portion of the front surface of the membrane.

La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa­tion qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendica­tions ci-après.The present invention is not limited to the embodiments which have been explicitly described, but it includes the various variants and generalizations thereof contained in the field of claims below.

Claims (15)

1 - Capsule électroacoustique à membrane piézoélectrique, dans laquelle :
- la membrane (1) est formée d'un disque mince (2) sur lequel est solidarisée une couche de céramique piézoélectrique (3), couvrant la zone centrale du disque (2), dont les deux faces sont métallisées et constituent respectivement une électrode interne (4) et une électrode externe (5),
- la membrane (1) est logée dans un boîtier (6) formé d'un corps de base (7) et d'un couvercle (8) s'adaptant l'un sur l'autre selon un pourtour fermé (9), le corps de base (7) comportant une première paroi sensiblement parallèle au disque (2) avec lequel il forme une cavité acoustique postérieure (70), le couvercle (8) comportant une seconde paroi (13) sensiblement parallèle au disque (2) avec lequel il forme une cavité acoustique antérieure (80),
- le boîtier (6) comprend un gradin périphérique antérieur (17) contre lequel la périphérie du disque (2) est maintenue appliquée par des organes élastiques de maintien,
- une première (18) et une seconde (19) bornes de connexion électrique sont isolées électriquement et montées sur le corps de base (7),
- la première borne de connexion électrique (18) est connectée électriquement à l'électrode interne (4) par des premiers organes de liaison électrique,
- la seconde borne de connexion électrique (19) est connectée électri­quement à l'électrode externe (5) par des seconds organes de liaison électrique,
caractérisée en ce que :
- le disque mince (2) comporte une partie périphérique de sa face antérieure présentant une forme sensiblement plane, formant zone de contact avec le gradin périphérique antérieur (17),
- le gradin périphérique antérieur (17) comporte une portée circulaire précise définissant une surface continue plane de contact avec le disque (2), la planéité étant réalisée selon une tolérance inférieure ou égale à 0,03 mm,
- les organes élastiques de maintien (22) sont en appui sur la zone intermédiaire de la face postérieure (5) de membrane (1), de sorte que la planéité des surfaces de contact du gradin périphérique antérieur (17) et du disque mince (2) pressées l'une contre l'autre assure l'étanchéité entre les cavités acoustiques antérieure (80) et postérieure (70).
1 - Electroacoustic capsule with piezoelectric membrane, in which:
- the membrane (1) is formed of a thin disc (2) on which is fixed a layer of piezoelectric ceramic (3), covering the central area of the disc (2), the two faces of which are metallized and respectively constitute an electrode internal (4) and an external electrode (5),
- the membrane (1) is housed in a housing (6) formed by a base body (7) and a cover (8) adapting to one another along a closed periphery (9), the base body (7) having a first wall substantially parallel to the disc (2) with which it forms a posterior acoustic cavity (70), the cover (8) comprising a second wall (13) substantially parallel to the disc (2) with which it forms an anterior acoustic cavity (80),
the housing (6) comprises an anterior peripheral step (17) against which the periphery of the disc (2) is kept applied by elastic retaining members,
- a first (18) and a second (19) electrical connection terminals are electrically insulated and mounted on the base body (7),
the first electrical connection terminal (18) is electrically connected to the internal electrode (4) by first electrical connection members,
the second electrical connection terminal (19) is electrically connected to the external electrode (5) by second electrical connection members,
characterized in that:
the thin disc (2) has a peripheral part of its front face having a substantially planar shape, forming a zone of contact with the front peripheral step (17),
the anterior peripheral step (17) has a precise circular bearing surface defining a continuous flat surface of contact with the disc (2), the flatness being produced according to a tolerance less than or equal to 0.03 mm,
- the elastic retaining members (22) are supported on the intermediate zone of the rear face (5) of membrane (1), so that the flatness of the contact surfaces of the peripheral step anterior (17) and the thin disc (2) pressed against each other provides sealing between the anterior (80) and posterior (70) acoustic cavities.
2 - Capsule électroacoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la portée circulaire du gradin périphérique antérieur (17) est réalisée par fluo-tournage.2 - Electroacoustic capsule according to claim 1, characterized in that the circular bearing of the anterior peripheral step (17) is produced by fluo-turning. 3 - Capsule électroacoustique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que, en coupe radiale, le gradin antérieur (17) présente un profil en trapèze dont la petite base (170) constitue la portée circulaire d'appui de la membrane (1), ladite petite base étant séparée de la paroi périphérique (14) du boîtier par une rainure périphérique (171).3 - Electroacoustic capsule according to one of claims 1 or 2, characterized in that, in radial section, the front step (17) has a trapezoidal profile whose small base (170) constitutes the circular bearing surface of the membrane (1), said small base being separated from the peripheral wall (14) of the housing by a peripheral groove (171). 4 - Capsule électroacoustique selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite petite base (170) formant portée circulaire présente une largeur égale à 0,5 mm environ.4 - Electroacoustic capsule according to claim 3, characterized in that said small base (170) forming a circular surface has a width equal to approximately 0.5 mm. 5 - Capsule électroacoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un cordon de silicone est inséré entre ledit gradin antérieur (17) de boîtier et la portion périphérique de la face antérieure de membrane (1).5 - Electroacoustic capsule according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a silicone bead is inserted between said front step (17) of the housing and the peripheral portion of the front face of membrane (1). 6 - Capsule électroacoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdits organes élastiques de maintien (22) sont en appui sur la membrane (1) au voisinage du cercle nodal de la membrane (1), selon au moins deux points de contact distants l'un de l'autre.6 - electroacoustic capsule according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said elastic holding members (22) are supported on the membrane (1) in the vicinity of the nodal circle of the membrane (1), according to au minus two contact points distant from each other. 7 - Capsule électroacoustique selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'à chaque point d'appui desdits organes élastiques de maintien (22) sur la membrane (1) correspond une liaison élastique à caractéristiques mécaniques différentes, présentant des modes vibra­toires propres différents.7 - Electroacoustic capsule according to claim 6, characterized in that at each fulcrum of said elastic holding members (22) on the membrane (1) corresponds an elastic connection with different mechanical characteristics, having different own vibratory modes. 8 - Capsule électroacoustique selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que lesdits organes élastiques de maintien comprennent plusieurs éléments élastiques distincts, chacun des éléments étant fixé au corps de base (7) et étant en appui sur la membrane (1).8 - Electroacoustic capsule according to one of claims 6 or 7, characterized in that said elastic holding members comprise several distinct elastic elements, each of the elements being fixed to the base body (7) and being supported on the membrane (1 ). 9 - Capsule électroacoustique selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que lesdits organes élastiques de maintien (22) comprennent un élément unique comportant plusieurs branches, une partie centrale de l'élément unique étant fixée au corps de base (7), les extrémités des branches étant en appui sur la membrane (1).9 - Electroacoustic capsule according to one of claims 6 or 7, characterized in that said elastic holding members (22) comprise a single element comprising several branches, a central part of the single element being fixed to the base body (7 ), the ends of the branches being supported on the membrane (1). 10 - Capsule électroacoustique selon la revendication 9, caractérisée en ce que les branches présentent des largeurs et des longueurs différentes les unes par rapport aux autres, tout en produisant des forces d'appui sensiblement égales sur la membrane (1).10 - Electroacoustic capsule according to claim 9, characterized in that the branches have different widths and lengths relative to each other, while producing substantially equal bearing forces on the membrane (1). 11 - Capsule électroacoustique selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que l'élément unique formant organe élastique de maintien (22) comprend trois branches dont les points d'appui sur l'électrode externe (5) sont répartis à 120° autour du centre de ladite électrode, les forces d'appui étant égales.11 - Electroacoustic capsule according to one of claims 9 or 10, characterized in that the single element forming an elastic holding member (22) comprises three branches whose points of support on the external electrode (5) are distributed at 120 ° around the center of said electrode, the support forces being equal. 12 - Capsule électroacoustique selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que les branches de l'élément unique formant organe élastique de maintien (22) ont chacune une forme en spirale.12 - Electroacoustic capsule according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the branches of the single element forming elastic holding member (22) each have a spiral shape. 13 - Capsule électroacoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la force d'appui exercée par les organes élastiques de maintien sur la membrane (1) est comprise entre 0,3 Newton et 0,5 Newton.13 - Electroacoustic capsule according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the bearing force exerted by the elastic holding members on the membrane (1) is between 0.3 Newton and 0.5 Newton. 14 - Capsule électroacoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que :
- la couche de céramique piézoélectrique (3) forme la face postérieure du disque (2), en regard du corps de base (7), de sorte que l'électrode externe (5) fait face au corps de base (7),
- la face antérieure de la périphérie du disque (2) est en regard dudit gradin de boîtier (17) formé lui-même dans le couvercle (8),
- les organes élastiques de maintien (22) sont réalisés en une matière conductrice de l'électricité et sont insérés entre l'électrode externe (5) et la face interne du corps de base (7), en appui d'une part sur l'électrode externe (5) et d'autre part sur une portion du corps de base (21) connectée électriquement à la seconde borne de connexion électrique (19), pour assurer la connexion électrique entre la seconde borne de connexion électrique (19) et l'électrode externe (5).
14 - Electroacoustic capsule according to any one of claims 1 to 13, characterized in that:
the piezoelectric ceramic layer (3) forms the rear face of the disc (2), facing the base body (7), so that the external electrode (5) faces the base body (7),
the front face of the periphery of the disc (2) is opposite said housing step (17) itself formed in the cover (8),
- the elastic retaining members (22) are made of an electrically conductive material and are inserted between the external electrode (5) and the internal face of the base body (7), bearing on the one hand on the 'external electrode (5) and on the other hand on a portion of the base body (21) electrically connected to the second electrical connection terminal (19), to ensure the electrical connection between the second electrical connection terminal (19) and the external electrode (5).
15 - Capsule électroacoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que les hauteurs respectives (H1, H2) des cavités acoustiques antérieure (80) et postérieure (70) de capsule sont égales à 1 mm environ.15 - Electroacoustic capsule according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the respective heights (H1, H2) of the anterior (80) and posterior (70) acoustic cavities of the capsule are equal to approximately 1 mm.
EP90420099A 1989-02-27 1990-02-23 Piezoelectric unit with a flat supporting surface and elastic holding elements Withdrawn EP0385889A1 (en)

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