DE2253721A1

DE2253721A1 - Elektroakustischer wandler

Info

Publication number: DE2253721A1
Application number: DE2253721A
Authority: DE
Inventors: Naohiro Murayama; Kenichi Nakamura; Takao Oikawa
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1971-11-04
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1973-05-24
Also published as: FR2158571B1; JPS4853713A; FR2158571A1; US3894198A; JPS5221364B2; DE2253721B2; CA989972A; GB1405789A; NL7214888A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrostatischen elektroakustischen Wandler, der als Schwinger ein piezoelektrisches Polymeres hat, welches einen piezoelektrischen Effekt des Aufbaus oder Entwickeins einer Streckbewegung in einer Richtung rechtwinklig zu der elektrischen Achse des piezoelektrischen Elementes zeigt·

Es ist nützlich, einen elektrostatischen elektroakustischen Wandler zu haben, der als Schwinger oder Oszillator eine piezoelektrische* Substanz hat, die aus einem Polymeren zusammengesetzt ist, insbesondere aus einem Vinylidenfluoridharz, und wie er in Hg· 1 der Zeichnung dargestellt ist· Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, in der das Prinzip des üblichen piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers dargestellt ist, der als Schwinger ein piezoelektrisches Polymer verwendet. Gemäß der Zeichnung ist eine Schwingfolie 1 vorgesehen, die aus einer piezoelektrischen Substanz eines Polymeren zusammengesetzt ist, wie beispielsweise ein Vinylidenfluoridharz mit Streck-Piezoelektrizität. An beiden *

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Flächen sind Elektroden 2 und 2¹ angeordnet, die durch Vakuumniederschlagen oder durch Anbringen eines Leiters gebildet sind·

Der piezoelektrische Effekt, der zu einer Streckwirkung führt, wird an Hand der Pig. 2 erläutert. Wenn ein elektrisches Feld, an ein piezoelektrisches Element A in Richtung der elektrischen Achse B des Elementes angelegt wird, entwickelt das piezoelektrische Element A eine Ausdehnungs- oder Zusammenziehungsbewegung in der Richtung rechtwinklig zu der Richtung der Elektronenachse B. Wenn bei dem elektroakustischen Wandler gemäß Fig. 1 Wellenpotential von einer elektrischen Einrichtung oder Anlage an die Elektroden 2 und 2¹ angelegt wird, ergibt sich eine durch die vorgenannte piezoelektrische Wirkung induzierte Streckbewegung, die in der Figur durch unterbrochene Linien dargestellt ist, wodurch die elektroakustische Umwandlung durchgeführt wird.

Ein elektroakustischer Wandler gemäß vorstehender Beschreibung kann für praktische Zwecke ausreichend verwendet werden. Wenn jedoch in einem solchen elektroakustischen Wandler eine piezoelektrische Polymerisatfolie, die als Schwinger wirkt, verwendet wird, muß die piezoelektrische Folie gute akustische Eigenschaften zeigen, und zwar neben der Wirkung als Schwinger, und weiterhin ist es selbstverständlich erwünscht, daß die piezoelektrische Folie einen größeren Ton- oder Schallausgang ergibt, so daß der elektroakustische Wandler bequem oder leicht gebildet oder hergestellt werden kann.

Wenn weiterhin eine piezoelektrische Polymerisatfolie, die zu einer Streck- oder Dehnbewegung führt, als Schwinger für Lautsprecher od. dgl. verwendet wird, entwickelt die Polymerisatfolie eine Streck- oder Dehnbewegung, wenn ein elektrisches Feld an die beiden Flächen der Polymerisatfolie angelegt wird, wenn jedoch die Polymerisatfolie in einer Ebene gestreckt oder gedehnt wird, ändert sich durch die Streckbewegung nur die Spannung der Polymerisat-

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folie, und die Folie widersetzt sich Schwingungen bzw* will keine Schwingungen hervorrufen. Demgemäß ist es erforderlich, der Polymerisatfolie eine Krümmung zu erteilen· Um jedoch die Polymerisatfolie im gekrümmten Zustand zu strecken, muß die Folie örtlich abgestützt sein, und demgemäß ergibt sich eine Schwierigkeit, weil eine Schwingung der Folie durch die Abstützung behindert ist, so daß die abgestrahlten Töne od. dgl. verzerrt werden. Demgemäß führt die Verwendung einer Abstützung für diesen Zweck unvermeidbar zu der Schwierigkeit, daß die Planung und Herstellung von akustischen Wandlern allgemein kompliziert wird·

Die vorliegende Erfindung bezweckt, den Tonausgang oder Schallausgang bzw. die Empfindlichkeit von elektroakustischen Wandlern zu verbessern, und als Ergebnis ist gefunden worden, daß ein elektroakustischer Wandler mit ausgezeichneten Eigenschaften erhalten werden kann durch Kombination der Eigenschaften eines kapazitiven elektroakustischen Wandlers und der Eigenschaften eines piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers.

Ein Beispiel eines üblichen kapazitiven elektroakustischen Wandlers ist in Fig. 3 dargestellt, in der das Prinzip eines kapazitiven elektroakustischen Wandlers dargestellt ist, der eine fest angeordnete Elektretelektrode verwendet. Gemäß Fig» 3 ist ein Schwinger 3 aus einer Schwingfolie 4- und einer Elektrode 5 zusammengesetzt, die. an der Schwingfolie 4 angebracht ist. Eine fest angeordnete Elektretelektrode 6 ist aus einem Elektret 7 und einer Gegenhalteplatte 8 zusammengesetzt, die mittels Vakuumniederschlagen an dem Elektret 7 oder mittels Verbindung mit dem Elektret 7 gebildet bzw. vorgesehen ist„ Wenn 'die dem Schwinger 3 zugewandte Fläche des Elektretrs 7 gemäß der Figur durch das Polarisationspotential des Slektrets positiv aufgeladen ist, ist die Fläche des Schwingers 3 negativ aufgeladen.

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In diesem Fall ist die Gegenhalteplatte 8 der fest angeordneten Elektrode 6 mit dem einen der Anschlüsse der Sekundärwicklung eines Transformators 15 verbunden, während die Elektrode 5 des Schwingers 3 mit dem anderen der Anschlüsse der gleichen Sekundärwicklung des Transformators 15 verbunden ist.

Wenn eine gewöhnliche fest angeordnete Elektrode in einem kapazitiven elektroakustischen Wandler verwendet wird, ist ein Gleichstromvorspannpotential erforderlich, wenn jedoch eine fest angeordnete Elektretelektrode verwendet wird, wie es oben beschrieben ist, braucht kein Vorspannpotential angelegt zu werden. Wenn ein Wechselstromsignal an die Primärwicklungen des Transformators I5 von einer Signalquelle 16 angelegt wird, ändern sich die elektrostatischen Ladungen an der fest angeordneten Elektrode 6, so daß eine elektrostatische Anziehungskraft oder eine elektrostatische Rückstoßkraft zwischen der fest angeordneten Elektrode 6 und dem Schwinger' 3 geschaffen ist, was dazu führt, daß der Schwinger 3 entsprechend dem angelegten Wechselstrompotential schwingt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektroakustischer Wandler der oben genannten kapazitiven Art ausgeführt durch "Verwendung einer piezoelektrischen Polymerisatfolie als Schwingfolie.

An Hand Pig. 1 wurde das Prinzip des piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers, der eine piezoelektrische Polymerisatfolie als Schwinger verwendet, erläutert, und bei der vorliegenden Erfindung wird durch Verwendung der Schwingung, die von der piezoelektrischen Polymerisat-Bchwingfolie hervorgerufen wird, und die Schwingung, die von dem oben beschriebenen kapazitiven elektroakustischen Wandler, der in übereinanderliegender Lage oder Anordnung vorgesehen ist, verwendet, und es ist gefunden worden, daß größere Schwingung erhalten werden kann.

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Es ist bekannt, daß die Polarität der piezoelektrischen Polymerisatfolie durch die Polarität eines elektrischen Gleichstromfeldes bestimmt ist, welches an die Polymerisatfolie unter Erhitzung angelegt wird, um der Polymerisatfolie Piezoelektrizität zu verleihen. Daher ist es möglich, sehr bequem zu wissen, ob eine piezoelektrische Polymerisatfolie, die durch die oben beschriebene Arbeitsweise hergestellt ist, sich ausdehnt oder zusammenzieht, wenn sie als Schwingfolie für einen elektroakustischen Wandler verwendet wird und ein positives oder ein negatives elektrisches leid an sie angelegt wird.

Wenn somit ein Wandler so ausgeführt oder gestaltet oder geplant wird, daß die Schwingung eines kapazitiven elektroakustischen Wandlers, die durch Anlegen eines elektrischen leides an eine solche piezoelektrische Polymerisatfolie, die bei dem Wandler als Schwinger verwendet wird, hervorgerufen wird, mit der Schwingung eines piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers übereinstimmt, kann eine sehr große oder starke Schwingung abgeleitet werden- oder erhalten werden.

Nachstehend wird das Prinzip eines elektroakustischen Wandlers gemäß der Erfindung an Hand der !ig. ^-1 und 4-2 beschrieben. Gemäß Fig. 4-1 ist eine fest angeordnete Elektrode 9 eines elektroakustischen Wandlers gemäß der Erfindung, der sich in signalfreiem Zustand befindet, so angeordnet, daß sie einem Schwinger 12 zugewandt ist, der aus einer Schwingfolie 14- und einer Elektrode 15 mit richtigem Abstand zwischen diesen besteht. Die Fläche der fest angeordneten Elektrode ist positiv aufgeladen, während die Fläche des Schwingers 12 in dem in der Zeichnung wiedergegebenen Zustand negativ aufgeladen ist. Die ortsfeste Elektrode 9 ist aus einem Elektret 10 und einer Hinterplatte 11 zusammengesetzt. Wenn eine elektrische Vorspannquelle verwendet wird, kann die ortsfeste Elektrode 9 lediglich aus einer leitenden Platte zusammengesetzt sein,

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ohne daß die Notwendigkeit der Verwendung eines Elektrets besteht.

Gemäß Fig. 4-1 ist der Schwinger 12 negativ aufgeladen, wie es oben erwähnt ist, und zwar durch das Polarisationspotential an dem Elektret 10. Demgemäß ist der Schwinger zu der Seite der ortsfesten Elektrode 9hin verformt, und zwar durch die Anziehungskraft, die durch die statischen Ladungen an dem Elektret 10 hervorgerufen ist.

Wenn somit ein Wechselstromsignal von einer Signalquelle über einen Transformator 15 an die ortsfeste Elektrode 9 angelegt wird, wobei der Transformator ggf. fortgelassen werden kann, ändern sich die Ladungen an der ortsfesten Elektrode, so daß der Schwinger 12 zufolge der elektrostatischen Anziehungskraft und Rückstoßkraft schwingt, die erzeugt ist, und, weil in diesem Fall die Schwingfolie 14 aus einer piezoelektrischen Polymerisatfolie gebildet ist, schwingt die Schwingfolie selbst unter der piezoelektrischen Wirkung proportional zu der Änderung der elektrostatischen Ladungen.

Dies bedeutet, daß, wenn bei der Ausführungsform gemäß ,Fig. 4-2 beispielsweise ein positives Potential an die ortsfeste Elektrode 9 als ein Signal angelegt wird, der Schwinger 12 sich der in unterbrochenen Linien wiedergegebenen Stellung nähert in Übereinstimmung mit dem Prinzip des elektrostatischen elektroakustischen Wandlers gemäß vorstehender Beschreibung, und zwar entsprechend einer Halbperiode des angelegten Wechselstromsignals, und, wenn in diesem Fall die Polarität der piezoelektrischen Polymerisatfolie 14 so gewählt ist, daß der Schwinger sich durch Erhöhung der negativen Ladungen an dem Schwinger der Seite nahe der ortsfesten Elektrode ausdehnt, nähert sich der Schwinger 12 der Seite, auf der die ortsfeste Elektrode angeordnet ist, weiterhin und die Verformung des ßchwingers wird bis zu der Stellung ausgedehnt, die in Fig. 4-2 durch ausgezogene Linien dargestellt ist.

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Wenn ein entgegengesetztes elektrische Feld angelegt wird, nimmt der Schwinger 12 eine in starkem Ausmaß verformte Stellung in entgegengesetzter Richtung ein, und zwar durch die Rückstoßkraft oder Abstoßkraft der ortsfesten Elektrode und durch Verringerung der Krümmung des Schwingers durch die Zusammenziehung der piezoelektrischen Polymerisatfolie 14. Um demgemäß die Änderung der Krümmung durch eine solche Zusammenziehung der piezoelektrischen Polymerisatfolie wirksam auszunützen, kann der Schwinger mit einer gewissen Krümmung versehen sein, und zwar selbst im zusammengezogenen Zustand«»

Wenn weiterhin im Gegensatz dazu eine mechanische Schwingung als Signal an den Schwinger angelegt wird und dann das Signal als ein Signal elektrischen Potentials oder elektrischen Stroms wie im Fall eines Mikrofons abgenommen wird, kann eine große Änderung des elektrischen Potentials erhalten werden durch Verwendung eines elektroakustischen Wandlers der gleichen Ausführung und auf der Basis des gleichen Prinzips»

Um den Schwinger aufzuladen_a kann eine Gleichstrom-Vorspannspannung an den Schwinger angelegt werden wie bei allgemeinen elektrostatischen Wandlern oder ein Elektret wird nahe dem Schwinger angeordnet und die Induktion durch das äußere elektrische leid kann ausgenutzt werden· Das letztere System der Verwendung eines Elektrets ist besonders zweckmäßig, weil in diesem Fall kein !Transformator erforderlich ist mit einer Zwischenabzapfung zum Erhöhen der Spannungen des Kerns für das Polarisationspotential und das Eingangssignal₉ itfobei sie gleichzeitig geteilt werden, um Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen für beide ortsfeste Elektroden zu erhalten, die auf den gegenüberliegenden Seiten d@s Schwingers angeordnet sind,,

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Das Prinzip der vorliegenden Erfindung kann nicht nur an einem einzelnen elektroakustischen Wandler gemäß vorstehender Beschreibung angewendet werden, sondern es kann bei einem elektroakustischen Gegentaktwandler angewendet werden, wie er in Fig. 5 dargestellt ist· Dies bedeutet, daß nachstehend die Ausführung eines elektroakustischen Gegentaktwandlers gemäß der Erfindung beschrieben wird, bei welchem Elektrete als ortsfeste Elektroden verwendet werden.

Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist gemäß Fig. 5 ein Schwinger 12 aus einer piezoelektrischen Polymerisatfolie und Elektroden zusammengesetzt, die durch Vakuumniederschlagen oder durch Verbindung mit den beiden Folienflächen geschaffen sind· Zwei ortsfeste Elektroden 9 und 9'» deren Jede aus einem Elektret und einer Elektrode zusammengesetzt ist, sind an den gegenüberliegenden Seiten des Schwingers 12 mit richtigem Abstand dazwischen angeordnet, und jede ortsfeste Elektrode ist mit dem Anschluß der Sekundärwicklungen eines Transformators 15 verbunden. Die Elektrode des Schwingers 12 ist mit dem Anschluß der Sekundärwicklungen verbunden, mit welchen die ortsfeste Elektrode 9' verbunden ist. Eine Signal quelle 16 ist mit den Primärwicklungen dos !Transformators 15 verbunden. .

Die Elektrete der ortsfesten Elektroden 9 und 9¹ sind zuvor aufgeladen, wie es in Fig. 5 angedeutet ist, und, wenn Ladungen gleichen Vorzeichens an die ortsfesten Elektroden von der Signalquelle 16 angelegt werden, wird die eine der Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens, die zuvor an den Flächen der Elektrete vorhanden waren, aufgehoben, während die andere der Ladungen verstärkt wird.

Durch Wiederholung einer solchen Arbeitsweise wird der Schwinger in Schwingung versetzt, jedoch entwickelt der Schwinger weiterhin eine Biegebewegung durch die piezoelektrische Wirkung durch die Änderung der elektro-

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statischen Ladungen und durch Überlagerung der Schwingung, die durch die Biegebewegung der Schwingung hervorgerufen ist, kann eine sehr große Schwingung von dem Wandler abgenommen werden.

Wenn der Schwinger dick ist und die Richtung der Schwingung der Schwingfolie, die durch die Biegebewegung der piezoelektrischen Polymerisatfolie auf der Basis der piezoelektrischen Wirkung nicht bestimmt werden kann zufolge des Phänomens, daß sie zuvor durch die Elektrete aufgeladen worden ist, ist es notwendig, den Schwinger so zu gestalten, daß die Richtung der Schwingung des Schwingers zuvor bestimmt ist. Pur diesen Zweck kann die 'Schwingfolie selbst in einer Gestalt hergestellt werden, mit der eine Anpassung an einen solchen Zweck erzielt wird. Beispielsweise kann die Schwingfolie mit einer Krümmung versehen werden, oder die Schwingfolie kann örtlich an wenigstens einer Stelle mittels einer Befestigungssubstanz"festgelegt werden. Beispielsweise kann die Schwingfolie an einem mittleren Teil von ihr gehalten werden.

Das piezoelektrische Polymere, welches bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein piezoelektrisches Element sein, welches aus einem Vinylidenfluoridharz gebildet ist, welches große Piezoelektrizität zeigt· Unter dem Ausdruck "Vinylidenfluoridharz" in der vorliegenden Beschreibung ist ein Polyvinylidenfluorid oder ein Mischpolymerisat aus Vinylidenfluorid und wenigstens einem Monomeren zu verstehen, welches mit Vinylidenfluorid mischpolymerisierbar ist.

Eine nicht orientierte Folie aus Vinylidenfluoridharz, an die ein elektrisches Gleichstromfeld angelegt wird, oder eine nicht orientierte Folie aus Vinylidenfluoridharz, an die nach einaxialer Orientierung ein elektrisches Gleichstromfeld unter Erhitzung angelegt wird, zeigen große Piezoelektrizität und können bei einem elektroakustischen Wandler gemäß der Erfindung verwendet werden·

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Wenn ein elektrisches Potential an eine nicht orientierte Folie aus Vinylidenfluoridharz bei einer Temperatur nahe dem Schmelzpunkt des Harzes angelegt wird,

—ft wird die piezoelektrische Konstante größer als 10 cgsesu.

Wenn weiterhin die Erhitzungstemperatur vergleichsweise niedrig ist, kann die piezoelektrische Substanz mit hoher Piezoelektrizität erhalten werden durch Erhöhung des angelegten elektrischen Potentials. Ein solches piezoelektrisches Polymeres, welches aus einer nicht orientierten Folie aus Vinylidenfluoridharz hergestellt ist, hat keine besonders höhere Piezoelektrizität, sie hat jedoch den großen Vorzug, daß das Polymere in seinen Eigenschaften isotrop ist·

Andererseits kann das Polymere, obwohl ein piezoelektrisches Polymeres, welches aus einer orientierten Vinylidenfluoridharzfolie hergestellt ist, in seinen Eigenschaften anisotrop ist, mit sehr hoher Piezoelektrizität versehen werden. Wenn beispielsweise ein starkes , elektrisches Gleichstromfeld an eine orientierte Folie aus Vinylidenfluoridharz bei einer Temperatur von etwa 100° C angelegt wird, kann eine piezoelektrische Polymerisatfolie mit einer piezoelektrischen Konstanten von etwa 10" cgsesu erzeugt werden. Gewöhnlich kann durch Anlegen eines elektrischen Gleichstromfeldes von bis zu 100 KV/cm bei Temperaturen zwischen 40 und 180° 0 eine praktisch verwendbare piezoelektrische Folie aus Vinylidenfluoridharz hergestellt werden. Weiterhin kann durch Verwendung anderer Polymerisate als Vinylidenfluoridharz, beispielsweise Vinylidenchloridharz, Vinylfluoridharz, Vinylchloridharz usw., eine piezoelektrische Polymerisatfolie mit großer Streck-Piezoelektrizität erhalten werden und sie kann in einem elektroakustischen Wandler gemäß der Erfindung verwendet werden·

Es wird eine dünne und kleine Masse einer piezoelektrischen Polymerisatfolie vorzugsweise für einen Schwinger verwendet, und es wird allgemein eine dünne

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Folie einer Dicke von 2 bis 200 ρ verwendet· Weiterhin liegt der Spalt zwischen dem piezoelektrischen Schwinger und der ortsfesten Elektrode bei der Erfindung üblicherweise in einem Bereich von 20 ji bis 3 cm bei einem Kondensatormikrofon, d.h. eine Herstellung oder Gestaltung ist möglich, wobei lediglich die Eingangsspannung im Fall von Lautsprechern berücksichtigt wird, und bei welcher im Fall von Mikrofonen eine akustische Eingangswelle, die Amplitude der Schwingfolie, die Masse des Schwingers usw. berücksichtigt werden.

Der elektroakustische Wandler gemäß der Erfindung hat den ausgezeichneten Vorteil, daß seine Gestalt nach Wahl oder Wunsch ausgewählt werden kann, und daß weiterhin die akustischen Charakteristiken wie Frequenzcharakteristiken, Richtfähigkeit usw. des elektroakustischen Wandlers sehr leicht verbessert werden können· Wenn weiterhin ein solcher elektroakustischer Wandler gemäß der Erfindung für Kopflautsprecher, Lautsprecher usw. verwendet wird, kann die Dicke der Vorrichtung außerordentlich verringert werden, und, wenn er als Kopfhörer verwendet wird, kann das Gewicht der Vorrichtung weiterhin verringert werden·

Die äquivalenten Stromkreise der elektroakustischen Wandler gemäß den Fig. 4- und 5 sind in Fig. 6 bzw. Fig. 7 dargestellt, d.h. die Stromkreise, bei denen zwei oder drei Kondensatoren parallelgeschaltet sind. Da die Verformung durch die elektrostatische Kraft von einer Verformung durch die piezoelektrische Wirkung überlagert wirdi und da weiterhin die Kondensatoren gemäß vorstehender Beschreibung unter Bezugnahme auf den äquivalenten Stromkreis parallelgeschaltet sind, ist die piezoelektrische Empfindlichkeit des Wandlers gemäß der Erfindung sehr gut. Demgemäß ist es möglich, den Transformator fortzulassen oder das Wicklungsverhältnis des Transformators zu verkleinern, wodurch es möglich wird, den Impedanzwandler zu minimieren und einen elektroakustischen Wandler

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zu schaffen mit einem guten Verhältnis von S/N und mit geringen Kosten· Da weiterhin ein Wandler mit großer elektrostatischer Kapazität erhalten v/erden kann, kann der Einfluß der Verteilungskapazität von Leiterdrähten außerordentlich verringert werden.

Weiterhin ist der Tonausgang eines elektroakustischen Wandlers gemäß der Erfindung für praktische Verwendungen ausreichend. Da weiterhin die Ausführung des elektrostatischen Wandlers gemäß der Erfindung sehr einfach ist, kann der Wandler bequem hergestellt werden und er hat weiterhin ausgezeichnete akustische Charakteristiken. Außerdem kann der Wandler mit geringen Kosten hergestellt werden. Elektroakustische Wandler gemäß der Erfindung können für Kopfhörer, Lautsprecher, Mikrofone, Aufnehmer usw. verwendet werden.

Nachstehend wird im einzelnen eine praktische Ausführungsform eines elektroakustischen Wandlers gemäß der Erfindung beschrieben, der aus einer Kombination einer piezoelektrischen Polyvinylidenfluoridharzfolie als Schwinger und einem Elektret zusammengesetzt ist·

Im Fall der Schaffung von Piezoelektrizität durch Anlegung eines elektrischen Gleichstromfeldes gemäß vorstehender Beschreibung an eine Polyvinylidenfluoridharzfolie, die Streck-Piezoelektrizität zeigt, ist hinsichtlich der Polarität folgendes bekannt:

Wenn die Polyvinylidenfluoridharzfolie ausgedehnt wird, wird die Fläche der piezoelektrischen Polymerisatfolie, die bei der Schaffung oder Hervorrufung der Piezoelektrizität einer positiven Elektrode zugewandt war, negativ aufgeladen, während, wenn die piezoelektrische Polymerisatfolie zusammengezogen wird, deren Fläche positiv aufgeladen wird. Im Gegensatz dazu, wenn ein negatives Potential an die Fläche der piezoelektrischen Polymerisatfolie angelegt wird, zieht sich die Polymerisatfolie zusammen, während bei Anlegen eines positiven Potentials die Folie sich ausdehnt.

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Somit hat unter dem Prinzip der vorliegenden Erfindung der elektroakustische Wandler eine solche Ausführung, daß die Fläche der Polyvinylidenfluoridharzfolie, die bei der Anlegung des elektrischen Gleichstromfeldes zum Hervorrufen der Piezoelektrizität zugewandt war, bei der Verwendung der Folie als Schwinger · der Fläche eines Elektrets' zugewandt ist, die positives Potential hat·

Zusätzlich ist festzustellen, daß, wenn das Vorzeichen des elektrischen Feldes der Elektrode zum Anlegen eines elektrischen Gleichstromfelaes bei der Schaffung der Piezoelektrizität der Polymerisatfolie zu dem Vorzeichen der Ladung an derjenigen Fläche des Elektrets, die der Fläche der piezoelektrischen Polymerisatfolie zugewandt ist, die der Elektrode zugewandt war, entgegengesetzt ist, lediglich die. Anziehungskraft durch eine Abstoßungskraft , unter dem gleichen Prinzip gemäß vorstehender Beschreibung ersetzt wird, und in diesem Fall überlagert sich die Abstoßkraft der Ausdehnungsbewegung, und die Anziehungskraft überlagert sich der Zusammenziehungsbewegung· Demgemäß kann auch in diesem Fall eine größere Verformung des Oszillators erhalten werden in ähnlicher Weise wie in dem Fall, in welchem allein das piezoelektrische Element verwendet wird. In dem Fall_r in welchem das . piezoelektrische Element immer dem elektrischen Feld ausgesetzt ist entgegengesetzt zu dem elektrischen Feld, welches bei der Schaffung der Piezoelektrizität an der Polymerisatfolie angelegt wird, kann eine solche Ausführungsform bevorzugt werden, wenn der Oszillator oder Schwinger eine große Verschiebung oder eine große Biegebewegung ausführt, und zwar beispielsweise für Niederfrequenzaliwendungen, weil die Schwingfolie nicht mit der Elektrode in Berührung gebracht wird, selbst wenn die Amplitude der Biegebewegung groß wird, Jedoch besteht andererseits in einem solchen Fall die Gefahr,

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daß die innere Polarisation der piezoelektrischen Folie zerstört werden kann, so daß die Piezoelektrizität verringert wird. Daher ist es im Fall der Verwendung einer Elektrode mit permanenter Polarisation, beispielsweise eines Elektrets als ortsfeste Elektrode, bevorzugt, daß die Richtung des elektrischen Feldes des Elektrets die gleiche wie die Richtung des elektrischen Feldes ist, welches bei der Schaffung der Piezoelektrizität der zu verwendenden piezoelektrischen Polymerisatfolie angelegt wurde.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Beispiels näher erläutert.

Beispiel

Die Polymerisatfolie für ein piezoelektrisches Element, welches bei diesem Beispiel verwendet wurde, wurde hergestellt durch Extrudieren eines Pulvers aus Polyvinylidenfluorid, welches durch Suspensionspolymerisation hergestellt war, und zwar durch einen Extruder zu einer Folie einer Dicke von 100 Mikron, wonach die Folie bei 100° C um das Vierfache verstreckt wurde, um eine Polymerisatfolie einer Dicke von 25 Mikron zu erhalten.

Nachdem durch Vakuumniederschlagen Aluminium auf beide Flächen der Polymerisatfolie aufgebracht wurde, wurde die Folie zwischen zwei Elektroden angeordnet, und eine der Elektroden wurde als die positive Seite mit einem Hochspannungsgenerator verbunden, während die andere Elektrode geerdet wurde. Auf diese Weise wurde ein elektrisches Gleichstromfeld von 1000 KV/cm an die Elektroden bei einer Temperatur von 90° C angelegt, und die Polymerisatfolie wurde in diesem Zustand auf Raumtemperatur gekühlt, um eine piezoelektrische Folie zu schaffen, die bei diesem Beispiel als Schwinger verwendet werden sollte.

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Weiterhin wurde ein Blatt od. dgl. aus einer Zusammensetzung von 70 Gew.# Polyvinylidenfluorid und 30 Gew.# Polymethylmethacrylat eines Durchmessers von 10 cm und einer Dicke von 1,0 mm zwischen zwei Elektroden angeordnet, wonach das Polymerisatblatt während 30 Minuten behandelt wurde, indem ein elektrisches Gleichstromfeld von 100 KV/cm bei einer Temperatur von 90° 0 angelegt wurde. Das Polymerisatblatt wurde dann auf Raumtemperatur in diesem Zustand abgekühlt, um ein Elektret zu schaffen, welches eine elektrische Feldstärke von 3000 Volt/cm zeigt. Dieses Elektret wurde als ortsfeste Elektrode verwendet.

Unter Verwendung des Schwingers und des Elektrets gemäß vorstehender Beschreibung wurde gemäß Fig. 8 ein Kopfhörer hergestellt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 wies das Elektret 10, welches gemäß vorstehender Beschreibung hergestellt wurde, eine Aluminiumhinterplatte auf, die unter Anwendung von Vakuum als Überzug aufgebracht wurde, und das Elektret wurde als Schwinger angeordnet, welcher dem Schwinger 12, der gemäß vorstehender Beschreibung hergestellt wurde, zugewandt war. Die beiden Elemente wurden mit Schutzplatten 1? und 18 überdeckt, von denen die Schutzplatte 18 Löcher 19 hatte. Die Schutzplatten und die Elemente wurden durch ringförmige Abstandsteile 20, 21 und 22 voneinander getrennt, und der Schwinger 12 wurde mittels einer Packung 23 abgestützt. Der Abstand zwischen dem Schwinger und der ortsfesten Elektrode betrug 1 mm.

Wenn der Kopfhörer, der auf diese Weise hergestellt wurde, mit einem Kopfhöreranschluß eines handelsüblichen Plattenspielerverstärkers verbunden wurde, wurde ausreichender Tonausgang erhalten, obwohl weder ein Vorspannpotentialstromkreis noch ein Transformator verwendet wurden,

- Im Gegensatz dazu wurde bei einem Elektret-Kopfhörer, bei welchem jedoch eine Polyesterfolie mit gleicher Dicke

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wie die piezoelektrische Polyvinylidenfluoridharzfölie an Stelle der piezoelektrischen Folie als Schwinger in der gleichen Ausführung, wie sie oben beschrieben wurde, verwendet wurde, ein ausreichender Tonausgang nicht
erhalten, wenn nicht ein Transformator verwendet wurde oder die Spannung des Eingangssignals um etwa das
Dreißigfache erhöht wurde durch Verwendung eines
Transformators·

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Claims

Pat ent ansprüche .

[Λ J Elektrostatischer elektroakustischer Wandler mit einem Schwinger, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger aus einem piezoelektrischen Polymerisatblatt mit piezoelektrischer Streckwirkung, welches an beiden Flächen Elektroden hat, und wenigstens einer ortsfesten Elektrode zusammengesetzt ist, die in einem Abstand zu dem Schwinger angeordnet und diesem zugewandt ist.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Polymerisatblatt oder die Polymerisatfolie ein piezoelektrisches Vinylidenfluoridharzblatt ist.
3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die ortsfeste Elektrode aus einem Elektret zusammengesetzt ist, welches eine leitende Hinterplatte aufweist.

4-. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger und die ortsfeste Elektrode so ausgeführt sind, daß, wenn ein Eingangssignal an die beiden Elemente angelegt wird, die Schwingbewegung des Schwingers durch die Kombination der Biegebewegung des Schwingers, die durch die piezoelektrische Wirkung der piezoelektrischen Polymerisatfolie hervorgerufen ist, und der Anziehungs- und Abstoßkräfte, die zwischen dem Schwinger und der ortsfesten Elekbrode hervorgerufen sind, verstärkt wird.

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