EP0385888A1 - Capsule piézoélectrique à organes de maintien élastiques conducteurs - Google Patents

Capsule piézoélectrique à organes de maintien élastiques conducteurs Download PDF

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EP0385888A1
EP0385888A1 EP90420098A EP90420098A EP0385888A1 EP 0385888 A1 EP0385888 A1 EP 0385888A1 EP 90420098 A EP90420098 A EP 90420098A EP 90420098 A EP90420098 A EP 90420098A EP 0385888 A1 EP0385888 A1 EP 0385888A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
base body
electrical connection
elastic
external electrode
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Withdrawn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
EP90420098A
Other languages
German (de)
English (en)
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
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/06—Arranging circuit leads; Relieving strain on circuit leads
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/16—Mounting or tensioning of diaphragms or cones
    • H04R7/18—Mounting or tensioning of diaphragms or cones at the periphery

Definitions

  • the present invention relates to electroacoustic 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 disc is also held in abutment against a peripheral bearing of the basic body, against which it is pushed by a peripheral O-ring inserted between the disc and the cover;
  • the electrical connections are provided on the one hand by an electrical conductor in the form of a wire soldered to a connection terminal and to the external electrode, and on the other hand by the disc itself made of electrically conductive material which found in contact with the box also conductive of electricity through its periphery.
  • the periphery of the disc is in abutment against a peripheral surface of the cover, against which it is held in abutment by a peripheral annular seal inserted between the base body and the disc; one of the electrical connections is provided by an elastic tongue, one end of which is held against the base body and the other end of which bears on the piezoelectric element of the disc.
  • the periphery of the disc is embedded between the peripheries of the cover and of the base body; one of the electrical connections is provided by an elastic tongue, a first end of which is fixed by a rivet to the center of the base body and the other end of which bears on the piezoelectric element of the disc.
  • the known capsules therefore have a relative complexity, and require providing first means for ensuring the mechanical strength of the membrane in the housing and second means for ensuring the electrical connection of the electrodes, and providing for the assembly of all these means during mounting the capsule.
  • the object of the present invention is in particular to avoid the drawbacks of known capsules, by attempting to simplify assembly and to reduce the number of parts to be produced and assembled, without however adversely affecting the acoustic results obtained, and by improving if possible results.
  • the new capsule structure makes it possible to maintain the membrane in the housing without using an O-ring seal; the inventors have in fact found that the presence of such O-rings in a capsule has drawbacks during mass production; in fact, the known seals which can be used in large series are generally of irregular dimensions, which induces defects in the flatness of 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.
  • 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 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 members of the capsule, so as to obtain a response curve that is as flat as possible within 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 by a base body and a cover secured axially to each other in a closed tower; a boltier peripheral step, inside said closed periphery, and against which a first periphery face of the disc is kept applied by holding members; first and second electrical connection terminals connected to the electrodes of the piezoelectric membrane by first and second electrical connection members; elastic electrically conductive means inserted between the membrane and the housing, bearing on the one hand against a portion of membrane electrically connected to one of the internal or external electrodes, and bearing on the other hand against a portion of box electrically connected to the corresponding electrical connection terminal, so that the elastic electrically conducting means participate in the electrical connection between said internal or external electrode and the corresponding electrical connection terminal; according to the invention: - The second membrane periphery face is free, separated from the housing by
  • the peripheral holding force of the membrane is made substantially invariable, independent of the dimensional dispersions of the stacked parts.
  • the piezoelectric ceramic layer forms the rear face of the disc, facing the base body, so that the external electrode faces the base body, the front face of the periphery of the disc is facing said step of the housing itself formed in the cover
  • the elastic electrically conducting means are inserted between the external electrode and the internal face of the base body, bearing on the one hand on the external electrode and on the other hand on a portion of the base body electrically connected to the second electrical connection terminal, to ensure the electrical connection between the second electrical connection terminal and the external electrode
  • - Said elastic means conducting electricity elastically push the membrane towards the cover and by themselves perform the function of holding the periphery of the disc against the cover step.
  • 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 electrically conductive means are supported on the electrode external in the area 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 conducive means teurs of electricity being supported on said external electrode at least two points distant from each other.
  • the elastic electrically conducting means may comprise several elastic electrically conducting elements distinct from each other, each bearing on the one hand on the external electrode and on the other hand on the basic housing body.
  • said elastic electrically conductive means can be assembled into a single element with several branches, comprising a single support zone on the base body, the ends of the branches being supported on the electrode. external.
  • each fulcrum of elastic means conducting electricity on the external electrode corresponds an elastic connection with different mechanical characteristics, thus having different own vibrational 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 around 1 kHz with an acoustic filter comprising anterior and posterior acoustic cavities whose respective heights are about 1 mm, for a diameter of about 30 mm.
  • the heights of approximately 1 mm make it possible to accommodate the connection members and allow the membrane to oscillate freely.
  • 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, axially 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 an electrically conductive material, for example aluminum or aluminum alloy, and has a circular central wall 13 connected to a peripheral side wall 14.
  • the peripheral wall 14 comprises a rear step 15, forming a narrowing of the interior space of the housing 6 as shown in FIG. 3 or FIG. 2, against which the periphery of the base body is supported 7.
  • the edge 16 of the peripheral wall 14 is folded inwardly to come to bear on the outer face 10 of the base body 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 first face 110 of the membrane periphery 1 is held pressed against the front step 17 of the cover 8, by elastic means which will be described below.
  • the second face 111 of the membrane periphery 1 is free, that is to say separated from the base body 7 by a space 112 devoid of any seal.
  • the piezoelectric ceramic layer 3 is arranged 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 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 by soldering to the second conductive track 12, itself in contact with a central metal rivet 21.
  • the central rivet metal 21, engaged in a central hole in the base body 7, is integral with an elastic electrically conductive means 22 itself in contact with the external electrode 5.
  • the second electrical connection terminal 19 is connected electrically 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 each other .
  • the elastic electrically conductive means 22 performs the function of electrical connection between the external electrode 5 and the corresponding electrical connection terminal 19.
  • the elastic electrically conductive means 22 ensures by itself holding the membrane 1 in abutment against the front step 17 of the cover 8.
  • the elastic electrically conductive means 22, fixed in the center of the base body 7 by the rivet 21, has its own elasticity and a shape such that, when the capsule is assembled as shown in the figures, with the membrane 1 inserted between the cover 8 and the base body 7, and with the elastic electrically conductive means 22 inserted between said membrane 1 and the base body 7, the elastic electrically conductive means elastically pushes the membrane 1 towards the cover 8 and keeps the first face 110 of its periphery in abutment against the front step 17.
  • the overall bearing force exerted by the elastic electrically conductive means 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 curves of capsules of identical dimensions, curve 100 corresponding to a capsule in which the disc is held by an O-ring bearing on a housing step, the curve 101 corresponding to a capsule according to the invention.
  • 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 shown in the figure, according to the respective lengths so that the support 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 over 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 conductive material. electricity.
  • 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.
  • 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.
  • the elastic electrically conductive means consist of an elastic washer inserted axially between the conductive periphery of the disc 2 and an annular conductive support of the housing. The elastic electrically conductive means then ensure the electrical connection of the internal electrode 4 via the conductive disc 2.

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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 élément élastique conducteur de l'électricité (22), fixé au corps de base (7), est en appui sur la face postérieure externe (5) métallisée de la couche de céramique piézoélectrique (3) de membrane (1). L'élément élastique (22) assure simultanément la conduction électrique et le maintien mecanique de la membrane (1).

Description

  • La présente invention concerne les transducteurs électroacous­tiques 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.
  • 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, JP-A-60 199298, ou JP-A-61 29298.
  • 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.
  • Dans les capsules connues, le maintien mécanique de la membrane par rapport au boîtier et la connexion électrique des électrodes et des bornes de connexion sont assurés par des moyens distincts.
  • 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 ; la connexion électrique est assurée par des bandes conductrices solidaires du disque et reliant les électrodes respectives à une zone périphérique du disque sortant du boîtier.
  • Dans le document JP-A-58 202699, le disque est également tenu en appui contre une portée périphérique du corps de base, contre laquelle il est poussé par un joint torique périphérique inséré entre le disque et le couvercle ; les connexions électriques sont assurées d'une part par un conducteur électrique en forme de fil soudé à une borne de connexion et à l'électrode extérieure, et d'autre part par le disque lui-même en matière conductrice de l'électricité qui se trouve au contact du boîtier également conducteur de l'électricité par sa périphérie.
  • Dans le document JP-A-60 199298, le pourtour du disque est en appui contre une portée périphérique du couvercle, contre laquelle il est maintenu en appui par un joint annulaire périphérique inséré entre le corps de base et le disque ; l'une des connexions électriques est assurée par une languette élastique dont une première extrémité est tenue contre le corps de base et dont l'autre extrémité vient en appui sur l'élément piézoélectrique du disque.
  • Dans le document JP-A-61 29298, le pourtour du disque est encastré entre les périphéries du couvercle et du corps de base ; l'une des connexions électriques est assurée par une languette élastique dont une première extrémité est fixée par rivet au centre du corps de base et dont l'autre extrémité vient en appui sur l'élément piézoélectrique du disque.
  • Les capsules connues présentent donc une relative complexité, et nécessitent de prévoir des premiers moyens pour assurer la tenue mécanique de la membrane dans le boîtier et des seconds moyens pour assurer la connexion électrique des électrodes, et de prévoir l'assem­blage de tous ces moyens lors du montage de la capsule.
  • La présente invention a notamment pour objet d'éviter les inconvénients des capsules connues, en tentant de simplifier le montage et de diminuer le nombre de pièces à réaliser et à assembler, sans pour autant nuire aux résultats acoustiques obtenus, et en améliorant si possible ces résultats.
  • Selon un autre objet de l'invention, la nouvelle structure de capsule permet d'assurer le maintien de la membrane dans le boîtier sans utiliser de joint torique d'étanchéité ; les inventeurs ont en effet 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 solidarisés axialement l'un à l'autre selon un pour tour fermé ; un gradin périphérique de boltier, intérieur audit pourtour fermé, et contre lequel une première face de périphérie du disque est maintenue appliquée par des organes 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 ; des moyens élastiques conducteurs de l'électricité insérés entre la membrane et le boîtier, en appui d'une part contre une partie de membrane connectée électriquement à l'une des éléctrodes interne ou externe, et en appui d'autre part contre une partie de boîtier connectée électriquement à la borne de connexion électrique correspondante, de sorte que les moyens élastiques conducteurs de l'électricité participent à la connexion électrique entre ladite électrode interne ou externe et la borne de connexion électrique correspondante ; selon l'invention :
    - la seconde face de périphérie de membrane est libre, séparée du boîtier par un espace dépourvu de tout joint d'étanchéité ;
    - lesdits moyens élastiques conducteurs de l'électricité repoussent élastiquement la membrane en direction du gradin périphérique intérieur de boîtier et la maintiennent en appui contre ledit gradin périphérique intérieur, de sorte qu'ils assurent simultanément par eux-mêmes, sans utilisation de joint annulaire d'étanchéité, la fonction de maintien de la première face de périphérie du disque contre le gradin de boîtier.
  • Grâce à la structure selon l'invention, la force de maintien périphérique de la membrane est rendue sensiblement invariable, indépen­dante des dispersions dimensionnelles des pièces empilées.
  • Selon un mode de réalisation avantageux :
    - la couche de céramique piézoélectrique forme la face postérieure du disque, en regard du corps de base, de sorte que l'électrode externe fait face au corps de base,
    - la face antérieure de la périphérie du disque est en regard dudit gradin de boîtier formé lui-même dans le couvercle,
    - les moyens élastiques conducteurs de l'électricité sont insérés entre l'électrode externe et la face interne du corps de base, en appui d'une part sur l'électrode externe et d'autre part sur une portion du corps de base connectée électriquement à la seconde borne de connexion électri­que, pour assurer la connexion électrique entre la seconde borne de connexion électrique et l'électrode externe,
    - lesdits moyens élastiques conducteurs de l'électricité repoussent élastiquement la membrane en direction du couvercle et assurent par eux-­mêmes la fonction de maintien de la périphérie du disque contre le gradin de couvercle.
  • 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 moyens élastiques conducteurs de l'électricité sont en appui sur l'électrode externe 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 moyens élastiques conduc­ teurs de l'électricité étant en appui sur ladite électrode externe en au moins deux points distants l'un de l'autre.
  • Selon un premier mode de réalisation, les moyens élastiques conducteurs de l'électricité peuvent comprendre plusieurs éléments élastiques conducteurs de l'électricité distincts les uns des autres, en appui chacun d'une part sur l'électrode externe et d'autre part sur le corps de base du boîtier.
  • Selon un autre mode de réalisation, lesdits moyens élastiques conducteurs de l'électricité 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 l'électrode externe.
  • De préférence, à chaque point d'appui des moyens élastiques conducteurs de l'électricité sur l'électrode externe correspond une liaison élastique à caractéristiques mécaniques différentes, présentant ainsi des modes vibratoires propres différents.
  • 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 d'environ 1 kHz avec un filtre acoustique comprenant des cavités acoustiques antérieure et postérieure dont les hauteurs respectives sont de 1 mm environ, pour un diamètre de 30 mm environ. Les hauteurs d'environ 1 mm permettent de loger les organes de connexion et autorisent la libre oscillation de la membrane.
  • 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 un mode de réalisation de 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 moyens élastiques conducteurs de l'électricité selon l'invention ; et
    • - la figure 6 illustre les résultats obtenus par une capsule selon la présente invention relativement à la réponse en fréquence.
  • 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.
  • La membrane 1 est logée dans un boîtier 6 formé d'un corps de base 7 et d'un couvercle 8 en creux, solidarisés axialement 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.
  • 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 première face 110 de périphérie de membrane 1 est maintenue plaquée contre le gradin antérieur 17 du couvercle 8, par des moyens élastiques qui seront décrits ci-après. La seconde face 111 de périphérie de membrane 1 est libre, c'est-à-dire séparée du corps de base 7 par un espace 112 dépourvu de tout joint d'étanchéité. 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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, le moyen élastique conducteur de l'électricité 22 assure la fonction de connexion électrique entre l'électrode externe 5 et la borne de connexion électrique correspondante 19. En outre, le moyen élastique conducteur de l'électricité 22 assure par lui-même le maintien de la membrane 1 en appui contre le gradin antérieur 17 du couvercle 8. Pour cela, le moyen élastique conducteur de l'électricité 22, fixé au centre du corps de base 7 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 le moyen élastique conducteur de l'électricité 22 inséré entre ladite membrane 1 et le corps de base 7, le moyen élastique conducteur de l'électricité repousse élastiquement la membrane 1 en direction du couvercle 8 et maintient la première face 110 de sa périphérie en appui contre le gradin antérieur 17.
  • La force d'appui globale exercée par le moyen élastique conducteur de l'électricité 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.
  • 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.
  • Ce mode de réalisation de gradin antérieur 17 à petite base 170 et rainure 171, associé au maintien de la membrane par le moyen élastique conducteur de l'électricité 22, assure une amélioration sensible de la courbe de réponse en fréquence de la capsule. Ainsi, la figure 6 représente deux courbes comparatives de 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.
  • 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, comme le représente la figure, 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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. On peut notamment prévoir que les moyens élastiques conducteurs de l'électricité sont constitués d'une rondelle élastique insérée axialement entre la périphérie conductrice du disque 2 et un appui annulaire conducteur du boîtier. Les moyens élastiques conducteurs de l'électricité assurent alors la connexion électrique de l'électrode interne 4 par l'intermédiaire du disque 2 conducteur.

Claims (12)

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) et 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) solidarisés axialement l'un à 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 (17), intérieur au pourtour fermé (9), gradin contre lequel une première face (110) de périphérie de membrane (1) est maintenue appliquée par des organes 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,
- des moyens élastiques conducteurs de l'électricité (22) sont insérés entre la membrane (1) et le boîtier (6), en appui d'une part contre une partie de membrane (1) connectée électriquement à l'une des électrodes interne (4) ou externe (5), et en appui d'autre part contre une partie de boîtier (6) connectée électriquement à la borne de connexion électrique (18, 19) correspondante, de sorte que les moyens élastiques conducteurs de l'électricité participent à la connexion électrique entre ladite électrode interne (4) ou externe (5) et la borne de connexion électrique (18, 19) correspondante,
caractérisée en ce que :
- la seconde face (111) de périphérie de membrane (1) est libre, séparée du boîtier (6) par un espace (112) dépourvu de tout joint d'étanchéité,
- lesdits moyens élastiques conducteurs de l'électricité (22) repoussent élastiquement la membrane (1) en direction du gradin périphérique intérieur (17) de boîtier et la maintiennent en appui contre le gradin périphérique intérieur (17), de sorte qu'ils assurent simultanément par eux-mêmes, sans utilisation de joint annulaire d'étanchéité, la fonction de maintien de la première face (110) de périphérie de membrane (1) contre le gradin (17) de boîtier.
2 - Capsule électroacoustique selon la revendication 1, 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 boltier (17) formé lui-même dans le couvercle (8),
- lesdits moyens élastiques conducteurs de l'électricité (22) 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),
- lesdits moyens élastiques conducteurs de l'électricité (22) repoussent élastiquement la membrane (1) en direction du couvercle (8) et assurent par eux-mêmes la fonction d'organes de maintien en tenant en appui la périphérie de membrane (1) contre le gradin de couvercle (17).
3 - Capsule électroacoustique selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens élastiques conducteurs de l'électricité (22) sont en appui sur l'électrode externe (5) au voisinage du cercle nodal de la membrane (1), selon au moins deux points de contact distants l'un de l'autre.
4 - Capsule électroacoustique selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'à chaque point d'appui desdits moyens élastiques conducteurs de l'électricité (22) sur l'électrode externe (5) correspond une liaison élastique à caractéristiques mécaniques différentes, présen­tant des modes vibratoires propres différents.
5 - Capsule électroacoustique selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que lesdits moyens élastiques conducteurs de l'électricité comprennent plusieurs éléments élastiques distincts, cha­cun des éléments étant fixé au corps de base (7) et étant en appui sur l'électrode externe (5).
6 - Capsule électroacoustique selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que lesdits moyens élastiques conducteurs de l'électricité (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 l'électrode externe (5).
7 - Capsule électroacoustique selon la revendication 6, 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 l'électrode externe (5).
8 - Capsule électroacoustique selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que l'élément unique formant moyen élastique conducteur de l'électricité (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.
9 - Capsule électroacoustique selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que l'élément unique formant lesdits moyens élastiques conducteurs de l'électricité est fixé au centre du corps de base (7).
10 - Capsule électroacoustique selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que les branches de l'élément unique formant moyen élastique conducteur de l'électricité (22) ont chacune une forme en spirale.
11 - Capsule électroacoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la force d'appui exercée par les moyens élastiques conducteurs de l'électricité sur la membrane (1) est comprise entre 0,3 Newton et 0,5 Newton.
12 - Capsule électroacoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, 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.
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