CN1049746C - 装有电声转换器的时计 - Google Patents

Abstract

在时计(1)中，把玻璃(8)连到一机芯(3)的压电装置(9)以这样方式安置，使其弯曲变形，以响应加到它的电极上的激励信号。装置(9)分别附着到玻璃(8)和机芯(3)上附着区(9a、9b)当从垂直于装置(9)的主面的平面方向观察时，它们互相间隔一距离。由于这种布置，当一激励信号加到压电装置(9)的电极上时，当玻璃运动产生的声音比公知的时计要强得多。

Description

装有电声转换器的时计

本发明涉及一种含有电声转换器的时计，特别是一种具有玻璃成的这种转换器的可动件的时计。

这样一种时计在美国专利US-A-4,271,498中作为一个实例被描述。在此情况中，它包括一个压电材料的环形件，它的一面固定到机芯上，它的另一面固定到玻璃的末端。

当一交变信号加到安置在环形电件上的电极时，环形压电件厚度的变化引起玻璃的运动，并在时计的四周空气中产生声波。这种电声转换器由时计的部件所构成，由这种环形件和由功能如扬声器的这种玻璃所构成。

相反，当声波给玻璃施加一交变压力时，玻璃的这种运动导致环形压电件的厚度变化，这使在上述电极之间产生一个电信号。在这种情况下，由声转换器功能类似一个麦克风。

在这种转换器中，玻璃运动的幅度总是明显地与环形压电件厚度的变化相等。

因此，当转换器作为一个扬声器时，玻璃运动的幅度是弱的，致使由这种运动所产生的声音也是弱的。

同样，当转换器作为一个麦克风时，响应玻璃运动而产生的电信号也是弱的。

本发明的一个目的是提出一种含有电声转换器的时计，它不会造成上述不便之处。即，转换器，当它作为扬声器使用时，响应同样振幅的电信号，可产生一比上述公知转换器明显强得多的声音；当它作为麦克风使用时，响应相同的玻璃运动，可提供比公知转换器大得多的振幅电信号。

这个目的可由一种具有下述所限定的特征的时计达到，该时计包括一个壳体，一个安置在该壳体中的和与后者构成一机械装置的机芯，一个玻璃，以及用于连接该玻璃到该机械装置上的装置，该装置具有固定到该玻璃的第一附着区和一固定到该机械装置上的第二附着区的压电装置，该压电装置有一位于板上的第一面，并被这样安置，要使它响应激励信号经受由该玻璃相对该机械装置在至少基本垂直于该平面的方向上的运动所产生的变形；所述的第一附着区和所述的第二附着区，当从垂直于所述平面的方向观察时计时，它们是不同的；并且在垂直于所述平面的方向上的所述压电装置的所述变形是弯曲变形。

本发明的其他目的和优点将通过参照附图所作的下列说明变得更为清楚。

图1表示根据本发明的时计的第一非限定性的实施例的概略的局部横向剖视图；

图2至图4表示根据本发明的时计所用的电装置，也作为非限定性的例子的平面图；

图5和图6是概略的局部视图，也作为无限制作的例子说明获得例如图2至图4所示压电装置的方式；和

图7表示根据本发明的时计的，也是作为非限定性的例子的第二实施例的概略局部横向剖视图。

在图1的概略和局部剖视所示的实施例中，根据本发明的时计指定标号为1。

时计1包括一个仅示出了壳体的外壳2。

机芯3是由附加装置固定到外壳2上，而附加装置，因为它们类似于可用于这方面的种种公知装置而未被表示出。

因为进一步将变得显而易见的原因，将涉及代表性的由壳体2和机芯3构成的机械装置4。

时计1进一步包括时间信息显示装置，和可以具有任何特性的非时间信息显示装置。

在本例中，这些显示装置由固定在后者上的钟面7上的机芯3所驱动的时针5和分针6简单构成。

时计1进一步还包括一安置在针5和6及针面和以传统方式保护针5和6及钟面的玻璃8。

在根据本发明的时计的实施例中，允许玻璃8是通常称之为圆形玻璃的类型，这就是说，在时计的平面图中，玻璃8有一个中心在玻璃8的对称轴上的圆的普通形状。如在下文中将进一步说明的，玻璃8也可能有不同的形状。

玻璃8固定在机芯3上，并因此将通过压电装置9作为中间体而固定到机械装置4上，该压电装置9的几个例子将于下文说明。

在此要简单的指出，装置9的主要表面，即它们分别位于玻璃8一侧以及机芯3上部的一侧，是平面并且垂直于针5、针6的旋转轴，这在图1中看不见。此外，装置9还包括固定在玻璃8上的外区9a，以及固定到机芯3上的内区9b。应当注意，当从压电装置9的主面的垂直方向看时计1时，压电装置9的附加到玻璃8和机芯3上的附加区9a和9b相互间隔一距离。

因为进一步将变得显而易见的原因，机芯3要以这样方式安置，使得在压电装置9分别和机芯3的顶面以及钟面7的底部面之间留下自由空间10和11。

玻璃8附着到装置9的外区和附着到机芯3的装置9的内区的装置没被表示出来，可由例如，粘性材料如胶、合成热塑树脂或类似物所构成。

时计1最好进一步包括一防水垫圈，它在图1中被表示为标号12，例如胶粘固定到玻璃8的圆周和外壳2的壳体上。因为进一步将变得显而易见的原因，当防水垫圈存在时，这个防水垫圈要安装成这样的方式，要使玻璃8能够容易地相对外壳2移动。

正如将进一步更详尽描述的，装置9包括一个压电材料元件，其可以是专业人员已熟知的几种压电材料之一，例如，以铅、锆、钛为基的陶瓷中的一种，通常称为PZT。装置9进一步包括电极并且以如下方式安装，要使当这些电极接受由例如在机芯3中适当电路产生的交变电压所构成的激励信号时，装置9弯曲变形，以使它的外区9a相对内区9b在基本上垂直于主面的平面方向上运动，并沿此方向向前或向后交替运动。这个方向以及前后运动在图1中用双箭头F表示。

装置9的外区9a的运动将显示导致玻璃8相对于机械装置4作相等的运动。

玻璃8的这种运动在时计1的四周空气中产生声波，声波的基频显然等于加到装置9的电极的激励信号的频率。可理解，假如这一频率位于可听频率范围内，即大致在15Hz至15KHz之间，由玻璃8的移动所产生的声波将产生一个可被邻近时计1的人感觉到声音。特别是，假如时计1是一个手表，将被配戴者感觉到。

显然，假如压电装置9的激励信号的频率和/或振幅是可变的，由玻璃8运动产生的声波的基频和振幅，以及声波产生的声音也同样变化。

如所能看到的，玻璃8、压电装置9以及机械装置4构成了一个电声转换器，当激励信号加到装置9的电极上时，它作为一个扬声器。

熟练人员可容易理解，若玻璃8响应时计1四周空气中传播声波，相对机械装置4运动，这种运动将迫使压电装置9弯曲变形，使外区9a相对内区9b运动，其运动方向基本上垂直于主面的平面，在图1中用双箭头F表示。

压电装置9的这种弯曲变形迫使在它的构成电极之间出现检测信号，该信号由与玻璃8运动所产生的声波具有相同的频率的交变电压构成。

如所能看到的，当声波作用在玻璃8上时，电声转换器由玻璃8、压电装置9以及机械装置4构成，功能如麦克风。

图2用与图1不同的比例，概略地表示了图1中压电装置9的一实施例在垂直于主面的平面方面表示出的例子。

在这个例子中，装置9包括一个具有圆心c在玻璃8对称轴上的一般薄圆盘形状的电压材料元件13，并且包括一圆形的且圆心在c点的中心孔13a。

元件13的外区构成了压电装置9到玻璃8的附着图9a，孔13a的四周的区构成了装置9到机芯3的附着区9b。

在图2中没有被表示出的，但在稍后例子中将被描述的压电装置9的电极以这样的方式安置，要使上述提及的激励信号提供给电极时，在元件13的压电材料上产生一个交变电场。

另外，元件13以及这些电极以这样的方式安置，要使这电场迫使装置9弯曲变形，结果它交变也呈现凹或凸状，换句话说，即在玻璃8一侧和在机芯3一侧交变打开一展开的横截面形状。

压电装置9，例如在上文参照图2所述的那个，当然可以用在具有圆形玻璃的时计上。

然而必须注意，这样一个压电设备可能也被使用在一个具有规则多边形状的玻璃的时计上。这样，此玻璃只能在装置圆周的几个点上固定在装置上，这些点，适于在例如顶点以及这些多边形各侧边中间位置上。

图3是用与图1不同比例概略表示图1中的压电装置9的实施例，在垂直于其主面的平面方向上所示的另一例子。

在这个例子中，装置9包括一个具有一般薄圆盘形状的，其圆心也指定在C，且在玻璃8对称轴上的压电材料元件14，并且进一步也包括一中心圆孔14a。

元件14更进一步包括诸径向槽14b，在此例中，它们具有不变的宽度，基部相互连结的限定在这些槽之间的相同的带状片14c，它们的末端位于中心孔14a的边上，带状片14c的外区构成了装置9至玻璃8的附着区9a，位于环绕中心孔14a的带状片14c的基部构成了装置9至机芯3的附着区9b。

在图3中没有表示出的压电装置9的电极以这样的方式安置，要使当它们接受一激励信号时，所有带状片14c将产生图3中装置9所给出的弯曲变形，其形状类似于图2中相关圆盘13所述的变形。

图4是用与图1不同的比例，概略地表示图1中压电装置9的实施例，在垂直于其主面的平面方面上所示的另一个例子。

在这个例子中，装置9包括由一些薄带状片15构成的压电材料元件。

在图4中概略地表示了带状片15在时计1中占有的位置，每一片均为一般平行六面体的长方形的形状，它们的主面，与图4的平面平行，一起构成了装置9的主面。

带状片15在这个例子中以这样的方式安置，要使它们的纵轴全部穿过一中心点，这点位于玻璃8的对称轴上，并被标示为c。

所有的带状片15它们的外部固定到玻璃8上，这些部分远离中心点c，所有的部分一些构成了到玻璃8的压电装置9的附着区9a。带状片15更进一步通过它们的内部固定到机芯3上，这些部分靠近中心点c，这些部分一起构成了到机芯3的压电装置9的附着区9b。

压电装置9的电极没有在图4中表示出来，在片15上以样的方式安置，要使当它们接受一个激励信号时，所有的片15将在垂直于它们主平面方向上产生弯曲变形，并沿此方向交变地作前后运动。

根据本发明的时计的压电装置9当然也可以通过与参考图2至4所描述的不同的许多方法获得。

因此，在类似于图3中所示的实施例中，压电材料装置9的元件可以包括一些例如带状片14c的片，这些片的数量与14c的不同，即8个。

并且，不管这些片的数量如何，它们的形状可以与图3中所示的不同。

因此，例如这些带状片可有象槽14b一样的分开它们的切口，在它们开口末端的方向上具有可增大或缩小的宽度。

仍然还是作为一例，这些带状片的外末端可以是直线的，而不是图3所示那样弧线形的。在这种情况下，装置9的压电材料的元件具有一般规则多边形状，其数量等于这个元件的带状片的数量，且这个装置9最好是用在具有相应多边形玻璃的时计上。

在类似于图3所示的实施例中，装置9的压电材料的元件的带状片在它们的外部末端互相连接，它们与中心孔例如孔14a相对，在这种情况下，槽分开这些带状片是在中心孔侧开口。

在类似于图4所示的一个实施例中，装置9的压电材料元件也可包括一些带状片，类似于带状片15，通过数量与后者所述不同，即为8个。并且这些带状片的形状与那些带状片15的平行六面体形状不同。

必须注意，单独带状片例如图4中所示的元件的带状片15所构成的压电材料元件的片可用于根据本发明的时计上，不论其玻璃8的形状是圆的、椭圆的、平行六面体形的或其他形状的。为此，这些片以这样的方式安置，要使它们的末端被附着在玻璃8上，它们的另一端附着在机芯3上以满足要求。如容易看到的，这些片的纵轴甚至没有必要全通过同一点。

这些带状片必须满足的唯一条件是附着到玻璃8上的其所有末端，基本上以相同的量运动，并且在同一感应方向上，响应提供给压电装置9的电极的激励信号。容易看出，这个条件即使在这些片并不全具有相同尺寸的情况下也能满足。例如，由于根据本发明的时计的壳体中的可用空间而不能具有相同尺寸。

不管它的一般形状如何，根据本发明的时计的压电装置9可以通过多种方法获得，其中的两种将在下文分别参照图5和图6，通过随意使用图2所示作为例子的装置9进行说明。

在图5的情况下，它是根据图2中的装置9的任意半径的局部和概略的横截面，装置9的压电材料13的元件包括分别标为13a和13b的两个板。它们与元件13有相同的形状，且它们互相附着，例如通过一个没有表示出的胶粘材料层，例如胶、环氧树脂或类似物。

板13a和13b，两者均为压电材料，它可以是对压电专业人员来说公知的多种压电材料任意之一，如上文提到的PZT。无论其性质如何，这种压电材料在垂直板13a和13b表示的方向上，是被极化的，而因此在垂直于装置9的主平面方向也被极化。

在此例中，板13a材料的极化方向被箭头Pa标示，而板13b材料的极化方向是相对的，板13b材料的极化方向由箭头Pb标示。

装置9的电极指定标号为16a和16b，可通过许多公知方法中任一种，安置在元件13的外表面上。当这些电极16a和16b接受到上文提及的构成激励信号的交变电压时，这电压产生的电场因此也具有垂直于元件13外表面的方向。

这个电场在图5中用箭头E标示，其方向与板13a的极化方向Pa相对，而与板13b的极化方向Pb相同。

熟练人员将很容易理解，在此情况下，板13a将在平行其表面的径向方向上膨胀，其由带有两分叉尖头的箭头Ga表示，并且板13b也将在平行其表面的径向方向上收缩。它由带有两收敛点的箭头Gb表示。因此，元件13在基本上垂直于它的表面的平面的方向弯曲变形，它的表面包括变凸的电极16a并且它的表面包括变凹的电极16b。

熟练人员很容易理解，在相反情况下，即电场E的方向与板13a的极化方向Pa是相同的，而与板13b的极化方向Pb相反。元件13也是同样弯曲变形，但变形方向与前者相反。它的表面包括变凹的电极16a并且它的表面包括变凸的电极16b。

压电装置9的内周9b如前参照图1所述那样附着到机芯3上，因此外区9a将在图1中用箭头F标示的基本上与装置9表面的平面相垂直的方向上移动。

就图6而论。它也是沿图2中装置9任一半径的局部概略横截面，装置9的压电材料元件13也包括两板，它们也被标为13a和13b。而在这里不再说明，因为它们与图5中同样标号所标示的板是相同的。

然而，值得注意的是，在图6的情况下，板13a和13b以这样的方式装置，要使它们各自的也被标为Pa和Pb的极化方向是同样的。

装置9在此情况下包括安置在板13a和13b的外表面上的两电极17a和17b，以及安置在这些板13a和13b之间的第三电极17c。13a和13b通过中间物相互固定。

这个电极17c可以是例如安置在板13a一个面上，此面位于面对板13b并通过一没有表示出的粘性材料膜附着在后者上。这个电极17c也可以由一在各个面上的薄金属膜构成。板13a和13b，通过熟知的薄膜沉积技术沉积薄金属膜。

电极17a和17b通过一种没有表示出的方法互相电连接在一起，以这样的式连接，使它们在功能上构成一个称之为电极17ab的单个电极。结果，当交变电压构成的如上所述的激励信号加到电极17ab上和17c上时，这个电压产生的电场包括两部分Ea和Eb，分别作用于板13a和板13b上，这两个部分Ea和Eb都垂直于板13a和板13b的表面，但具有相反的方向。

熟练人员可以容易地看出，象图5中的压电装置9一样，图6中的压电装置当一个激励信号加在它的电极17ab和17c上时，在垂直于其主表面的平面方向上，它交变弯由变形。

在图7中，它表示了根据本发明的时计的第二实施例，用它的横向部分概略横剖面示出。图6中所示的第三个电极17c已被金属薄片17d替换，金属薄片17d安置在压电板13a和13b之间并因此与压电装置9构成在一起。图7中的标号与图1中的标号相对应。

有利的是金属片17d沿着它上的平面延续部分延伸，以这样的方式使这片17d在相对时计1的外侧超出板13a和13b的末端。用这种方法，片17d的末端9a作为时计1的玻璃8的支点和附着点。

由于金属片17d，压电装置9的响应频率可以通过选择金属片17d适当的厚度、长度及刚度来改变。因而，压电装置9的频带宽度可以与它的需要相适应。例如片17d可以由铜镀合金(CuBe)制成。在此例中，金属片17d厚度约为100微米(100×10^-6米)和大约41毫米(41×10^-3米)的直径。进一步说，压电装置9的接地包括一相对参照图1和6所描述的装置9更易制作的金属片17d，因为片17d的整个长度对此作用均有用。此外，此种方法制成的压电装置不易损坏。

应当指出，以上通过举例说明的电极，可以覆盖安置它们所在的板的整个面，或仅仅是这些面的一部分。特别安置在如上文定义的压电装置到玻璃，和到机械装置间的附着区间的部分。

对在前所述的时计可作出很多改变，但不会脱离本发明范围。

在这些变型中，不能全都描述，其中之一所述的是至少基本上由在标度盘7及标度盘的四周安置的压电装置9所组成。

另一应当在此提到的变型是，一个由把电装置9附着在标度盘7上所组成。并且确实在盘7与装置9之间留下了类似于图1所示空间10的自由空间。在此情况下，上文定义的机械装置4将也包括盘7是允许的。

这里应当提到的另一变型是，由以下方式安置的压电装置9的组成，它被安置在玻璃8周围，并且或是附着在机芯3的圆周上或是附着在壳体2的内壁上。

在此情况下，装置9到玻璃8及到机械装置4的附着区自然分别是这个装置9的内区和外区。

概括来看，如所能看到的，在根据本发明的时计里，压电装置，其与玻璃和由壳体、机芯和当壳体可以是标度盘，构成的机械装置相连结，以这样方式安置，以使在垂直于其面的平面方向上弯曲变形，响应施加在电极上激励信号。而附着在玻璃和机械装置的区相互间是不同的。

熟练人损容易理解，由于这种布置，在所有其他参数相等的情况下，与公知的如上述已简要描述的时计相比，根据本发明的时计，响应所给的激励信号的玻璃的运动振幅，以及因此产生的声音的强度都大得多。

此外，还由于这种布置，在所有其他参数相等的情况下，与公知的时计相比，根据本发明的时计，响应所给的声波的玻璃的运动振幅，以及因此出现在压电装置电极间的检测信号的振幅都要大得多。

Claims (10)

1.一种时计(1)，其包括一个壳体(2)，一个安置在该壳体(2)中的和与后者构成一机械装置(4)的机芯，一个玻璃(8)，以及用于连接该玻璃(8)到该机械装置(4)上的装置，该装置具有固定到该玻璃(8)的第一附着区(9a)和一固定到该机械装置(4)上的第二附着区(9b)的压电装置(9)，该压电装置(9)有一位于板上的第一面，并被这样安置，要使它响应激励信号经受由该玻璃(8)相对该机械装置(4)在至少基本垂直于该平面的方向上的运动所产生的变形；其特征在于：

所述的第一附着区(9a)和所述的第二附着区(9b)，当从垂直于所述平面的方向观察时计(1)时，它们相互间隔一距离；并且在垂直所述平面的方向上的所述压电装置(9)的所述变形是弯曲变形。

2.根据权利要求1所述的时计，其特征在于，所述的压电装置(9)包括，一方面，两个带极性的压电材料的板(13a、13b)，所述的板(13a、13b)的压电材料的两极(Pa、Pb)都垂直于所述平面，并且所述的板(13a、13b)，每个均被两平行于所述平面的限定，且两平面互相附着在一起，以使所述的板(13a、13b)的每一个第一平面被安置面对所述板(13a、13b)的另一个第一面，而且，另一方面，电极(16a、16b、17a、17b、17c)安置在所述板(13a、13b)上，并且响应一个激励信号，产生一个垂直于所述平面的电场(E，Ea，Eb)，并在所述电极(Pa、Pb)之一方向的同一方向上，以及所述的电极(Pa、Pb)的另一个在与此相反的方向上。

3.根据权利要求2所述的时计，其特征在于，所述的极(Pa、Pb)具有相反方向，并且所述电极(16a、16b)安置得要使所述电极场(E)在两板(13a、13b)中均有相同方向。

4.根据权利要求2所述的时计，其特征在于，所述的两极(Pa、Pb)具有相同方向，并且所述电极安置得要使所述电场在所述板(13a、13b)中之一有一个第一部分(Ea)而在所述板(13a、13b)的另一板中有一个第二部分(Eb)，此两部分(Ea、Eb)的方向是互相相反的面对。

5.根据权利要求1所述的时计，其特征在于，所述的装置(9)包括一个压电材料的元件(13)，其具有一般圆盘形状，具有一个中心区，在其中安置了所述附着区(9a、9b)中的一个，并且其中一个外区安置了附着区(9a、9b)中的另一个。

6.根据权利要求5所述的时计，其特征在于，所述的元件(13)包括一个中心圆形孔(13a)，所述的元件(13)的区位于所述孔(13a)的四周，构成所述的中心区。

7.根据权利要求1所述的时计，其特征在于，所述的压电装置(9)包括一个压电材料的元件(14)，其包括一些通过它们的末端相互连接的带状片(14c)，所述元件的中心区构成了所述附着区(9a、9b)中的一个，并且所述元件的外区构成了所述附着区(9a、9b)中的另一个。

8.根据权利要求7所述的时计，其特征在于，所述元件(14)包括一个中心孔(14a)，所述元件(14)的位于所述孔(14a)四周的区构成了所述的中心区。

9.根据权利要求1所述的时计，其特征在于，所述装置(9)包括一些压电材料的带状片(15)，其每一片均有第一和第二末端，所述第一末端在一起构成附着区(9a、9b)中一个，并且所述第二末端在一起构成附着区(9a、9b)中的另一个。

10.根据权利要求4所述的时计，其特征在于，压电装置(9)进一步包括一块安置在压电板(13a、13b)之间的金属片(17d)，以这样方式安置使所述金属片(17d)的外部末端超出所述的压电板(13a、13b)的外部末端，因此构成所述的第一附着区(9a)。

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