專利名稱：壓電電聲換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諸如壓電接收機(jī)、壓電音響器、壓電揚(yáng)聲器和壓電蜂鳴器之類的壓電電聲換能器，尤其涉及一種壓電電聲換能器的振動片的結(jié)構(gòu)。
迄今，壓電電聲換能器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于壓電接收機(jī)、壓電蜂鳴器之類的裝置中。這種壓電電聲換能器典型地具有一種結(jié)構(gòu)，其中通過將圓形的金屬板粘結(jié)到圓形的壓電陶瓷板的一個表面而形成單晶片形態(tài)型振動片，其中振動片的外圍部分被支撐在圓形外殼內(nèi)，并且外殼的開口由一個蓋子封閉。但是，由于單晶片形態(tài)型振動片適合于通過將外部直徑擴(kuò)展并收縮的陶瓷板粘結(jié)到尺寸不變的金屬板，根據(jù)施加到它的電壓得到彎曲振動，單形態(tài)型振動片具有一個缺點(diǎn)，即，其位移(即其聲壓)小。
第61—205100號日本未審查專利公告中揭示了一種雙形態(tài)型振動片，它具有由多個壓電陶瓷材料構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)。這種振動片利用通過層疊多個陶瓷生片和多個電極，然后同時燒結(jié)它們而得到的燒結(jié)體。振動片的這些電極通過形成在不抑制振動片的振動的部分的通孔電氣連接。通過構(gòu)成雙形態(tài)振動片，從而沿厚度方向一個接著一個設(shè)置的第一和第二振動區(qū)域沿互相相反方向振動，可以得到比單形態(tài)振動片更大的位移，即更大的聲壓。
但是，在上述雙形態(tài)振動片的外殼中，為了使包含例如三個陶瓷層的振動片以彎曲模式振動，必須使一個主表面電極通過通孔與一個內(nèi)部電極相連，以使另一個主表面電極通過通孔與另一個內(nèi)部電極相連，并且另外，必須在每一個主表面電極與對應(yīng)的內(nèi)部電極中間施加交流電壓(如在上述專利申請公告中的

圖17所示)。這需要主表面電極和內(nèi)部電極之間有復(fù)雜的相連，并因此招致高成本。
此外，當(dāng)對層疊體執(zhí)行極化處理時，必須在內(nèi)部電極和上下主表面電極之間施加電壓。例如，如上述專利申請公告中的，如圖14所示的具有三個層疊結(jié)構(gòu)的振動片的外殼中，將電氣連接到內(nèi)部電極的兩個通孔連接到連接電極，并通過在連接電極和上下主表面電極之間施加高電壓執(zhí)行極化。由此，傳統(tǒng)的雙形態(tài)振動片具有一個缺點(diǎn)，即，它需要通過通孔將內(nèi)部電極拉出，以執(zhí)行極化，這需要諸如形成連接電極之類的復(fù)雜的工藝。
相應(yīng)地，本發(fā)明的一個目的是提供一種壓電電聲換能器，它消除了對主表面電極和內(nèi)部電極之間相連的需要，并且能夠使用簡單的連接結(jié)構(gòu)構(gòu)成雙形態(tài)振動片。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種壓電電聲換能器，它允許容易地執(zhí)行極化處理。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明在第一方面提供了一種壓電電聲換能器，它包含通過層疊兩個或三個壓電陶瓷層而形成的層疊體，每一個都形成在層疊體的上表面和下表面上的主表面電極，和形成在任意兩個相鄰的壓電陶瓷層之間的內(nèi)部電極。在這種壓電電聲換能器中，相對于厚度方向以相同方向極化全部陶瓷層，并通過橫跨主表面電極和內(nèi)部電極施加交流電壓，層疊體在其整個部分產(chǎn)生彎曲振動。
在根據(jù)本發(fā)明的層疊體中，當(dāng)將交流電壓施加在主表面電極和內(nèi)部電極之間時，在上表面和下表面上的陶瓷層上產(chǎn)生的電場的方向相對于厚度方向互相相反，另一方面，每一個陶瓷層的極化方向相對于厚度方向相同。如果極化方向和電場方向相同，則陶瓷層將沿平面方向收縮，而如果極化方向和電場方向相反，則陶瓷層將沿平面方向擴(kuò)展。因此，如果如上所述施加交流電壓，例如，當(dāng)頂部陶瓷層擴(kuò)展時，底部陶瓷層收縮，這引起層疊體在其整個部分產(chǎn)生彎曲振動。由于由這種振動片產(chǎn)生的位移大于由單形態(tài)振動片產(chǎn)生的位移，故由這種振動片產(chǎn)生的聲壓也更高。
在本發(fā)明中，由于可以通過使頂部和底部主表面電極相連，并橫跨主表面電極和內(nèi)部電極施加交流電壓而產(chǎn)生彎曲振動，不需要主表面電極和內(nèi)部電極之間有復(fù)雜的相連，這和傳統(tǒng)的振動片不同。這導(dǎo)致結(jié)構(gòu)簡單，并減少制造成本。
較好地，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，將內(nèi)部電極連接到形成在層疊體的端面上的端面電極，并橫跨端面電極和兩個主表面電極施加交流電壓。在這種情況下，不需要諸如形成通孔之類的額外加工。
另外，較好地，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，層疊體包含三個陶瓷層，并且中間陶瓷層的厚度在層疊體的整個厚度的百分之50到百分之80之間。為了增加聲壓，可以增加層疊體的層疊的數(shù)量，但是，當(dāng)層疊體的厚度因為諧振頻率而固定時，層疊數(shù)量無法自由增加。
在三個層疊的層疊體中，由于在兩個內(nèi)部電極之間沒有電位差，故中間層不對彎曲振動作貢獻(xiàn)，并且只有頂部和底部陶瓷層以彎曲模式振動。陶瓷層越薄，其位移越大。相應(yīng)地，如果將層疊體的整個厚度設(shè)置為恒定值，并將中間層的厚度設(shè)置得大于頂部和底部陶瓷層，則對彎曲振動有貢獻(xiàn)的頂部和底部陶瓷層的厚度將相對薄，這導(dǎo)致大的位移。但是如果中間陶瓷層太厚，則頂部和底部陶瓷層將太薄，這減小了它們的強(qiáng)度，導(dǎo)致無法產(chǎn)生大位移。由此，通過將中間層的厚度設(shè)置為層疊體的整個厚度的百分之50到80，可以得到更大的聲壓。
另外，較好地，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過由電極薄膜層疊兩個或三個陶瓷生片，并同時燒制層疊的生片，并通過橫跨形成在層疊體的上表面和下表面上的主表面電極施加電壓而沿相對于厚度方向相同的方向極化所有陶瓷層得到的燒結(jié)體構(gòu)成層疊體，或者，可以通過層疊和粘結(jié)多個已經(jīng)預(yù)先燒結(jié)和極化的陶瓷板得到層疊體。但是，這種方法不允許層疊體薄，這導(dǎo)致低的聲壓。相反，通過電極薄膜層疊陶瓷層生片，并同時燒制層疊的陶瓷層生片，允許層疊體非常薄，這導(dǎo)致高的聲壓。另外，由于層疊體的每一個陶瓷生片的極化方向相同，極化處理不需要橫跨內(nèi)部電極和主表面電極提供電場，這和傳統(tǒng)方法不同。即，可以通過僅僅橫跨頂部和底部主表面電極施加電壓就可以實現(xiàn)極化，這極大地簡化了極化工藝。
當(dāng)將層疊體容納在外殼中，并將其用作諸如壓電接收機(jī)或壓電音響器之類的發(fā)聲體時，層疊體可以具有根據(jù)本發(fā)明的第二方面的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)將本發(fā)明應(yīng)用于壓電接收機(jī)時，層疊體用于除了諧振頻率范圍以外的頻率范圍內(nèi)，以對應(yīng)于寬范圍的頻率。由此，層疊體具有一種結(jié)構(gòu)，其中只有層疊體的相對的兩側(cè)被支持在外殼內(nèi)，其中，另外兩側(cè)由彈性密封劑密封，從而雖然層疊體的振動能量相對小，但是仍然可以得到位移。
另一方面，當(dāng)將本發(fā)明應(yīng)用于壓電音響器時，將層疊體用于諧振頻率范圍內(nèi)，以對應(yīng)于單個頻率處的高音量聲音。在這種外殼中，為了使層疊體的振動能量非常大，層疊體具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中層疊體的所有四個側(cè)面被支撐在外殼內(nèi)。
在二者中任一種結(jié)構(gòu)中，層疊體的主表面電極和內(nèi)部電極可以拉到外殼外側(cè)，而不使用導(dǎo)線，由此，不管哪種結(jié)構(gòu)都可以作為表面安裝部件元件構(gòu)成。
從下面參照附圖對本發(fā)明的較佳實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是顯然的。
圖1是透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的壓電電聲換能器的外貌。
圖2是截面圖，示出圖1中的壓電電聲換能器。
圖3是透視圖，示出圖1中的壓電電聲換能器中使用的振動片。
圖4是截面圖，示出圖3中的振動片。
圖5是透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的壓電電聲換能器的外貌。
圖6是截面圖，示出圖5中的壓電電聲換能器。
圖7是分解透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的從其背側(cè)看時的第三實施例的壓電電聲換能器。
圖8是截面圖，示出圖7中的壓電電聲換能器。
圖9是透視圖，示出用于圖7中的壓電電聲換能器的振動片。
圖10是截面圖，示出圖9中的振動片。
圖11是截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的振動片。
圖12是截面圖，示出本發(fā)明的第五實施例的振動片。
圖13是截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的振動片。
圖14是特性圖，示出使用圖13中振動片的壓電電聲換能器的中間層的厚度與聲壓之間的關(guān)系。
圖15是透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的壓電電聲換能器。
圖16是分解透視圖，示出圖15中的壓電電聲換能器。
圖17是沿圖15中的線A—A取得的截面圖。
圖18是根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的壓電電聲換能器的分解透視圖。
圖19是示出根據(jù)本發(fā)明的第九實施例的壓電電聲換能器的透視圖。
圖20是圖19中的壓電電聲換能器的分解透視圖；圖21是沿圖19中的線B—B得到的截面圖；圖22是示出根據(jù)本發(fā)明的第十實施例的壓電電聲換能器的分解透視圖；圖23是示出根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的壓電電聲換能器的分解透視圖。
圖1和2示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的壓電電聲換能器。這種壓電電聲換能器包含盤狀振動片(層疊體)1，容納振動片1的圓形外殼10，以及底蓋11。在外殼10的上表面上形成聲音釋放孔12，并將底蓋11粘結(jié)到外殼10的下表面的開口。在外殼的外圍對稱位置上形成外部連接端子13和14，并由內(nèi)嵌模之類的方法固定。端子13和14中的每一個的部分暴露于外殼10的內(nèi)側(cè)。分別通過導(dǎo)電粘劑15和16將振動片1的電極電氣連接到端子13和14的內(nèi)部暴露部分。在由導(dǎo)電粘劑15和16涂敷的外殼10和振動片1外圍之間形成的縫隙由諸如硅橡膠之類的彈性密封劑密封(圖中未示)。如圖3和4中所示，通過層疊由PZT(鋯鈦酸鉛)之類的材料構(gòu)成的兩個壓電陶瓷層2和3構(gòu)成振動片1。在振動片1的上表面和下表面上分別形成主表面4和5，并在陶瓷層2和3之間形成內(nèi)部電極6。如圖4中的粗體箭頭所示，對于厚度方向沿相同方向極化兩個陶瓷層2和3。
在這個實施例中，形成頂部和底部主表面電極4和5，以便具有圓形形狀，其直徑稍稍小于振動片1的直徑。將抽出電極4a和5a從各個電極4和5抽出到振動片1的外圍邊緣。形成內(nèi)部電極6，以便與頂部和底部主表面電極4和5基本上對稱。將內(nèi)部電極6的抽出電極6a抽出到抽出電極4a和5a對稱的位置，并連接到設(shè)置在振動片1的端面上的端面電極7。將端面電極7的部分抽出到振動片的上表面和下表面。將抽出電極4a和5a通過導(dǎo)電粘劑15連接與端子13連接，并通過導(dǎo)電粘劑16使端面電極7與端子14連接。端子13和14之間的交流電壓的施加允許振動片1以彎曲模式振動。
例如，當(dāng)將負(fù)電壓施加給一個端子13，并將正電壓施加給另一個端子14時，如圖4中的細(xì)體箭頭所示的方向產(chǎn)生電場。如果極化方向和電場方向相同，則陶瓷層2和3將沿平面方向收縮，然而，如果極化方向和電場方向相反，則陶瓷層2和3將沿平面方向擴(kuò)展。由此，陶瓷層2和3將沿平面方向擴(kuò)展。因此，頂部側(cè)面上的陶瓷層2收縮，而底部側(cè)面上的陶瓷層3擴(kuò)展。這引起振動片1彎曲，從而其中心部分朝下凸起。在端子13和14之間施加交流電壓使振動片1周期性產(chǎn)生彎曲振動，這允許產(chǎn)生具有高聲壓的聲音。
具有上述特點(diǎn)的振動片1由下面的方法制造。通過印刷等方法，在母板形式的陶瓷生片的表面上形成預(yù)定圖案的電極薄膜，并且該陶瓷生片和其上不具有電極薄膜的陶瓷生片層疊，并壓接。
接著，壓印該層疊體，并切割為對應(yīng)于振動片的形狀的形狀。
然后，已經(jīng)被壓印或切割的層疊體同時地被燒結(jié)成燒結(jié)體。
接著，在燒結(jié)的層疊體的上表面和底表面上形成主表面電極，并通過橫跨這些主表面電極施加極化電壓，構(gòu)成層疊體的所有的陶瓷層沿對應(yīng)于厚度方向的同一方向極化。
此后，端面電極7等形成，由此得到振動片1。
在上述生產(chǎn)方法中，處于母板狀態(tài)的陶瓷生片被壓印為個別圖案，然后燒結(jié)這些個別圖案，此后極化。但是或者燒結(jié)的層疊陶瓷生片可以在燒結(jié)后，在母板狀態(tài)下極化，然后可以將極化的生片切割為個別的形狀。在這種情況下，為了切割燒結(jié)體，可以使用諸如激光束加工之類的已知方法。
圖5和6示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的壓電電聲換能器。在第一較佳實施例中，如圖1和2所示，振動片1的電極使用固定到外殼10的端子13和14引出到外側(cè)，而如圖5和6所示，在第二實施例中，使用引線20和21。在這種情況下，引線20和21通過諸如焊料或?qū)щ娬硠┲惖恼硠?2和23，分別連接到底部的主表面電極5和端面電極7。為了達(dá)到這一點(diǎn)，上下主表面電極4和5可以通過導(dǎo)電粘劑相互連接?；蛘撸梢酝ㄟ^端面電極將主表面電極4和5預(yù)先相互連接。
圖7和8示出根據(jù)本發(fā)明的第三較佳實施例的壓電電聲換能器。
這種壓電電聲換能器包含矩形振動片(層疊體)30，容納該振動片30的矩形外殼40，底蓋41。在外殼40的上表面上形成聲音釋放孔42，并將底蓋41粘結(jié)到外殼40的底面開口。在外殼40的兩個相對側(cè)面的內(nèi)側(cè)表面上形成階梯狀支撐件42a和42b。通過諸如粘劑之類的支持媒介43a和43b將振動片30的兩個較短側(cè)支撐在這些支撐件42a和42b上。在設(shè)置外殼40的支撐件42a和42b的側(cè)表面以外的側(cè)表面上形成阻尼孔48。形成在振動片30的兩個較長側(cè)和外殼40之間的縫隙用諸如硅橡膠之類的彈性密封劑44a和44b密封。在底蓋41的兩端的上表面和下表面上形成外部連接電極45a和45b。將電極45a和45b的每一個電極的上表面和下表面通過形成在底蓋41的兩端的側(cè)邊緣處的各個通孔46a和46b的內(nèi)側(cè)相互連接。
在底蓋41已經(jīng)粘結(jié)到外殼40的下表面的開口后，如圖8所示，通過通孔46a和46b，灌入導(dǎo)電粘劑47a和47b。由此，使外部連接電極45a和45b與振動片30的電極相互連接，并使通孔密封。由此完成壓電電聲換能器。
如圖9和10所示，在本實施例中的振動片30是通過層疊兩個壓電陶瓷層31和32得到的。主表面電極33和34分別形成在振動片30的上表面和下表面上，并且內(nèi)部電極35形成在陶瓷層31和32之間。這兩個陶瓷層31和32相對于由圖10中的粗體的箭頭示出的厚度方向，沿相同的方向極化。
在該實施例中，形成上主表面電極33和底主表面電極34，從而它們的寬度都等于振動片30的較短側(cè)，并且其長度都比振動片30的長側(cè)稍短。將上下主表面電極33和34中各自的一端連接到形成在振動片30的一個較短側(cè)的端面上的端電極36。由此，上下主表面電極33和34相連。形成內(nèi)部電極35，以便具有與主表面電極33和34基本上對稱的形狀。內(nèi)部電極35的一端和端電極36分開，而另一端連接到形成在振動片30的另一個較短側(cè)的端面上的端電極37。與端面電極37連接的窄的輔助電極38形成在振動片30的另一個較短側(cè)上的端部的上下表面上。
如圖8所示，通過導(dǎo)電粘劑47a將端面電極36或下主表面電極34連接到外部連接電極45a，并通過導(dǎo)電粘劑47b將端面電極37連接到端面電極45b。通過將預(yù)定的交流電壓施加在外部連接電極45a和45b之間，可以沿縱向彎曲模式振動振動片30。其中，其較短側(cè)用作支點(diǎn)，其中，在其沿縱向的中心部分處得到最大振幅。
在第一實施例的圓形振動片1中，由于僅在其中心部分得到最大振幅，其位移量小，并且其電聲轉(zhuǎn)換效率低。還有，由于振動片1的外圍的移動受到限制，故其振動頻率高。相應(yīng)地，為了得到具有較低振動頻率的壓電振動片，振動片1的半徑必須大。另一方面，在第三實施例中的矩形振動片30中，由于最大振幅是沿縱向的中線得到的，故其位移量大，由此，可以得到高的電聲轉(zhuǎn)換效率。另外，雖然振動片30沿縱向的兩端部固定，故彈性密封劑44a和44b允許振動片30的那些端部自由移位，并且由此提供了低于圓形振動片的振動頻率。相反，當(dāng)圓形振動片的振動頻率和矩形振動片的振動頻率相同時，矩形振動片的尺寸可能小于圓形振動片。
圖11示出了本發(fā)明的第四實施例的振動片，它是圖10所示的變形。
圖10中，內(nèi)部電極35是部分電極，但是，在圖11中，內(nèi)部電極35是整個的電極。在這種情況下，由于整個電極35延伸到端面電極36，存在內(nèi)部電極與端面電極36連接的危險。為了避免這種危險，在振動片30′的端面上形成絕緣層39，然后，在絕緣層39上形成連接主表面電極33和34的端面電極36。由此，即使當(dāng)內(nèi)部電極35是整個的電極，內(nèi)部電極35可以可靠地與主表面電極33和34絕緣。
圖12示出根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的振動片。
本發(fā)明中的振動片50是通過層疊三個壓電陶瓷層51到53得到的。在該振動片50中，分別在振動片50的上表面和下表面上形成主表面電極54和55，并且在陶瓷層51和52之間，以及陶瓷層52和53之間分別形成內(nèi)部電極56和57。這三個陶瓷層沿著由圖12中的粗體箭頭示出的厚度方向以相同方向極化。
在該實施例中，通過如圖10所示的相同的方法，形成主表面電極54和55，從而其寬度都等于振動片50的較短側(cè)的寬度，并且其長度都比振動片50的較長側(cè)的短。將上下主表面電極54和55的各自的一端連接到形成在振動片50的一個較短側(cè)上的端面上。由此，將上下主表面電極54和55相互連接。內(nèi)部電極56和57中每一個的一端與端電極58分開，并且其另一端連接到形成在振動片50的另一個較短側(cè)上的端面上的端面電極59。由此，內(nèi)部電極56和57也相互連接。
與端面電極59連接的窄的輔助電極59a形成在振動片50的另一個較短側(cè)上的端部的上下表面上。
例如，當(dāng)分別將負(fù)電壓和正電壓施加給端面電極58和59時，沿由圖12中的細(xì)體的箭頭示出的方向產(chǎn)生電場。此時，由于位于中間陶瓷層52的相對側(cè)上的內(nèi)部電極56和57具有相等的電位，故它們不產(chǎn)生電場。由于極化方向和上陶瓷層51的電場方向相同，故陶瓷上層51沿平面方向收縮，而由于極化方向和陶瓷下層53的電場方向相反，故下陶瓷層53沿平面方向擴(kuò)展。中間陶瓷層52既不擴(kuò)展也不收縮。相應(yīng)地，振動片50彎曲以致向下凸出。將交變電壓加到端面電極58和59之間，就能以彎曲模式使振動片周期性地振動，并由此產(chǎn)生高聲壓。
圖12中，將部分電極用作內(nèi)部電極56和57，但是可以如圖11所示使用整個電極。
具有三層結(jié)構(gòu)的上述振動片50的制造方法與圖4中示出的兩層振動片1相同。即，通過在處于母板狀態(tài)的陶瓷生片的表面上進(jìn)行印刷等方式，使電極薄膜形成為預(yù)定圖案，三個這種陶瓷生片層疊，并壓接。接著，該層疊體被壓印或切割成對應(yīng)于振動片50的形狀。然后，將已經(jīng)壓印或切割的層疊體同時燒制為燒結(jié)的層疊體。接著，在燒結(jié)的層疊體的上下主表面上形成主表面電極54和55，并通過橫跨這些主表面電極施加極化電壓，使構(gòu)成層疊體的所有陶瓷層52到53都對于厚度方向沿相同方向極化。
此后，端面電極58和59等形成，由此實現(xiàn)了振動片50。
還有在這種情況下，當(dāng)進(jìn)行極化時，不需要在內(nèi)部電極56和57之間，和主表面電極54和55之間相連。可以通過僅僅橫跨主表面電極54和55施加電壓執(zhí)行極化。這使極化處理簡單。
圖13示出根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的振動片。
圖12所示的實施例是具有這種結(jié)構(gòu)的振動片，其中所有的陶瓷層51到53的厚度基本上相同。另一方面，如圖13所示的實施例是具有這種結(jié)構(gòu)的振動片，其中中間陶瓷層52比陶瓷層51和53更厚。較好地，中間陶瓷層52的厚度占振動片50′的整個厚度的百分之50到80。這里，由于振動片50′的結(jié)構(gòu)與如圖12所示的振動片50的厚度相同，故將省略其描述。
圖14示出根據(jù)中間陶瓷層52的厚度比的變化的聲壓變化。垂直軸表示振動片50′的聲壓相對于圖10所示的二層振動片的聲壓的比。水平軸表示中間陶瓷層52的厚度對于振動片50′的整個厚度的比。振動片50′的聲壓在振動片50′的整個厚度恒定，并且施加的電壓恒定的情況下測量。
如從圖14中所表明的，在三層振動片中得到比二層振動片更高的聲壓。另外，在厚度比在百分之50到80之間的情況下得到比在三層的各個厚度相等(即，當(dāng)厚度比是百分之33時)的情況下更高的聲壓。顯著地，當(dāng)厚度比在百分之60到70之間時，可以得到最大聲壓，它是由兩層振動片得到的聲壓的1.6倍。如果層疊數(shù)量有限，則可能通過增加中間層厚度，同時使層疊數(shù)量最小化(在本例子中是3層)使聲壓增加到其最大值。
圖15到17示出根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的壓電電聲換能器，它構(gòu)成為表面安裝型壓電接收機(jī)。
這種壓電接收機(jī)通常包含矩形振動片(層疊體)30，容納這種振動片30的矩形外殼60，具有釋放孔69的頂蓋68。由于振動片30與圖9和10所示的相同，故圖9和10中的那些相同的部分由相同的標(biāo)號表示。外殼60由諸如LCP(液晶聚合物)、SPS(間同聚苯乙烯)、PPS(聚苯硫)或環(huán)氧樹脂之類的耐熱樹脂形成。頂蓋68由諸如液晶聚合物或玻璃鋼板之類的耐熱材料制成，或者由陶瓷制成。在外殼60的上表面上設(shè)置開口61，并將頂蓋68粘結(jié)到該上表面開口61。階梯形支撐件62a和62b形成在外殼60的兩個相對側(cè)的內(nèi)側(cè)表面上。外部連接端子63a和63b嵌入模制，以便暴露于支撐件62a和62b的上表面以及外殼60的外部側(cè)表面。這些外部連接端子63a和63b通過例如鍍Au或鍍Sn金屬端子(由Cu合金、Fe等構(gòu)成)構(gòu)成。在設(shè)置蓋子60的支撐件62a和62b以外的側(cè)表面中形成子阻尼孔64。
振動片30的兩個較短側(cè)通過支持媒介65a和65b支撐在支撐件62a和62b上。形成在振動片30的兩個較長側(cè)與外殼60之間的縫隙由諸如硅橡膠之類的彈性密封劑66a和66b密封。設(shè)置在振動片30的較短側(cè)上的端面電極36和37分別通過導(dǎo)電膏67a和67b與暴露于支撐件62a和62b的上表面的外部連接電極63a和63b電氣連接。較好地，在通過導(dǎo)電膏67a和67b粘結(jié)了振動片30和外部連接電極63a和63b之后，施加支持媒介65a和65b，以及彈性密封劑66a和66b。同時執(zhí)行導(dǎo)電膏67a和67b、支撐件65a和65b以及彈性密封劑66a和66b的熱固化。
圖18示出根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的壓電電聲換能器，它是圖15到17的變形。
該實施例不是通過將外部連接電極63a和63b插入外殼60中而構(gòu)成的，而是通過將形成為單獨(dú)個體的金屬端子插入外殼60的孔60a中，并將金屬端子粘結(jié)到孔60a而形成的。由此其它結(jié)構(gòu)和如圖15到17所示的相同，圖15—17中那些相同的部分由相同的編號示出，以避免重復(fù)描述。
圖19到21示出根據(jù)本發(fā)明的第九實施例的壓電電聲換能器，它構(gòu)成為表面安裝型元件。
該實施例使用通過無電鍍濕鍍方法或干鍍法(諸如濺射)形成的電極薄膜63c和63d，替代由圖15到17中的插入端子構(gòu)成的外部連接電極63a和63b。在本實施例中，電極薄膜63c和63d由其上設(shè)置有支撐件62a和62b的外部表面連續(xù)地形成至支撐件62a和62b的上表面。
由此其它結(jié)構(gòu)和圖15到17所示的相同，由相同的標(biāo)號表示圖15到17中的相同部分，避免重復(fù)的描述。
在圖15到21示出的實施例中，不僅圖9和10示出的振動片30，就是圖11、12和13中分別示出的振動片30’，50和50’也可以用作振動片。
圖22示出根據(jù)本發(fā)明的第十實施例的壓電電聲換能器，它是圖7所示的變形。和圖7所示的相同的部分由相同的標(biāo)號表示，以避免重復(fù)描述。
圖22是透視圖，示出當(dāng)從底側(cè)看時的本實施例。階梯形的支撐件42形成在外殼40的內(nèi)側(cè)表面外圍。這些支撐件的上表面形成得相互起伏，并且將振動片30的所有四側(cè)都通過諸如粘劑43的支持媒體支撐在支撐件42上。
該實施例用作諸如壓電音響器之類的音響器，它可以以單個頻率工作。雖然振動片30通過支持媒介43被限制在其整個周邊上，在諧振頻率范圍內(nèi)使用振動片30允許振動片30被強(qiáng)烈激勵，這導(dǎo)致高級別聲音。
圖23示出根據(jù)本發(fā)明的第十一實施例的壓電電聲換能器。
由于本實施例具有基本上與圖15到17所示的相同的結(jié)構(gòu)，如圖15到17所示的相同的部分由相同的標(biāo)號表示，以避免重復(fù)的描述。
在本實施例中，階梯形的支撐件62形成在矩形外殼60的內(nèi)側(cè)表面的全部周圍。振動片30的所有的四個側(cè)面都通過諸如粘劑之類的支持媒介65支撐在支撐件62上。
本實施例還用作諸如壓電音響器之類，能夠以單個頻率工作的音響器。振動片用于諧振頻率范圍內(nèi)。
本發(fā)明不限于上述實施例，在不背離本發(fā)明的主旨和范圍的條件下可以有各種變化和修改。
在上述實施例中，在振動片的端面上形成與內(nèi)部電極連接的端面電極，并且內(nèi)部電極通過振動片的端面電極引出到外側(cè)。但是或者，內(nèi)部電極可以通過通孔引出到外側(cè)(如第61—205100號日本未審查專利公告中揭示的)，或者可以通過裂縫形狀的凹槽或裂縫形狀的孔引出。
在上述實施例中，通過電極薄膜層疊兩層或三層陶瓷生片，同時燒制該層疊體成為燒結(jié)體，然后極化燒結(jié)的層疊體，得到上述1、30、30’、50和50’。但是，替換這種方法，可以通過層疊兩個或三個預(yù)先已經(jīng)燒制和極化過的陶瓷板，并將層疊的陶瓷板相互粘結(jié)得到振動片。但是，這種在層疊了陶瓷生片后執(zhí)行燒制的前面一種制造方法與層疊預(yù)先燒制的陶瓷生片的后面一種制造方法相比，能夠使振動片更加薄，并產(chǎn)生更高的聲壓。因此，前面一種方法允許振動片具有極好的電聲轉(zhuǎn)換效率。
根據(jù)本發(fā)明的振動片不限于專門由壓電陶瓷層構(gòu)成的振動片。諸如金屬薄膜或樹脂片之類的加強(qiáng)的生片可以粘結(jié)到層疊體的一側(cè)上。但是，和單形態(tài)振動片中使用的金屬板不同，這種加強(qiáng)的生片用于防止層疊體產(chǎn)生裂縫等等。較好地，使用的加強(qiáng)生片不阻尼層疊體的彎曲振動。
如從上述描述顯然的，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，在由兩個或三個壓電陶瓷層組成的層疊體的上表面和下表面上形成主表面電極，在陶瓷層之間形成內(nèi)部電極，并且沿對于厚度方向相同的方向極化所有陶瓷層，從而通過在主表面電極和內(nèi)部電極之間施加交流電壓，例如當(dāng)頂部陶瓷層擴(kuò)展時，底部陶瓷層收縮，這使層疊體在其整個部分產(chǎn)生彎曲振動。本振動片的振動位移大于單形態(tài)型振動片，這導(dǎo)致聲壓增加。
另外，由于所有的陶瓷層都沿對于厚度方向相同的方向極化，故不需要主表面電極和內(nèi)部電極之間有復(fù)雜的相連，這和傳統(tǒng)的方法不同。通過僅僅橫跨主表面電極和內(nèi)部電極施加電壓得到振動片的彎曲振動。這導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的簡單和生產(chǎn)成本的減小。
權(quán)利要求
1.一種壓電電聲換能器，其特征在于包含層疊兩個或三個壓電陶瓷層形成的層疊體；各形成在所述層疊體的上表面和下表面上的主表面電極；和形成在所述相鄰的兩個壓電陶瓷層之間的內(nèi)部電極，其中，所有所述陶瓷層相對于厚度方向沿相同方向極化；并且通過橫跨所述主表面電極和所述內(nèi)部電極施加交流電壓，所述層疊體在其整體中產(chǎn)生彎曲振動。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電電聲換能器，其特征在于，所述內(nèi)部電極與所述層疊體的端面上形成的端面電極連接；并且橫跨所述端面電極和所述兩個主表面電極施加交流電壓。
3.如權(quán)利要求1或2所述的壓電電聲換能器，其特征在于所述層疊體包含陶瓷層；并且中間陶瓷層的厚度在所述層疊體的整個厚度的百分之50到百分之80之間。
4.如權(quán)利要求1到3任一條所述的壓電電聲換能器，其特征在于所述層疊體由燒結(jié)體構(gòu)成，所述燒結(jié)體通過電極薄膜層疊兩層或三層陶瓷生片，并同時燒制層疊的生片而得到；并且通過橫跨形成在所述層疊體的上表面和下表面上的主表面電極施加電壓，所有的陶瓷層都相對于厚度方向沿相同方向極化。
5.如權(quán)利要求1到4任一條所述的壓電電聲換能器，其特征在于所述層疊體形成為矩形板；所述層疊體被容納在其下表面上具有開口，并且其上表面上具有聲音釋放孔的外殼內(nèi)；由支持媒體將所述層疊體的相對的兩側(cè)支撐在形成于所述外殼的所述相對側(cè)的內(nèi)側(cè)表面上的支撐件上，由彈性密封劑密封所述層疊體的另外兩側(cè)與所述外殼的內(nèi)側(cè)表面之間的縫隙，由具有連接到所述層疊體的所述主表面電極和所述內(nèi)部電極的外部連接電極的底蓋封閉所述外殼的下表面中的開口。
6.如權(quán)利要求1到4任一條所述的壓電電聲換能器，其特征在于所述層疊體形成為矩形板；所述層疊體容納在上表面中具有開口，并具有連接到所述層疊體的所述主表面電極和所述內(nèi)部電極的外部連接電極的外殼中，由支持媒介將所述層疊體的相對兩側(cè)支撐在形成在所述外殼的相對側(cè)的內(nèi)側(cè)表面上的支撐件上，由彈性密封劑密封所述層疊體的另外兩側(cè)與所述外殼的內(nèi)部側(cè)表面之間的縫隙，由具有聲音釋放孔的頂蓋封閉所述外殼的上表面中的開口。
7.如權(quán)利要求1到4的任一條所述的壓電電聲換能器，其特征在于所述層疊體形成為矩形板；所述層疊體容納在其下表面上具有開口，并且其上表面上具有聲音釋放孔的外殼內(nèi)；由支持媒介將所述層疊體的四側(cè)支撐在形成于所述外殼的內(nèi)側(cè)表面上的支撐件上，所述外殼的下表面中的開口由具有連接到所述層疊體的所述主表面電極和所述內(nèi)部電極的外部連接電極的底蓋封閉。
8.如權(quán)利要求1到4任一條所述的壓電電聲換能器，其特征在于所述層疊體形成為矩形板；所述層疊體容納在其上表面上具有開口，并且具有連接到所述層疊體的所述主表面電極和所述內(nèi)部電極的外部連接電極的外殼中，所述層疊體的四側(cè)由支持媒介支撐在形成于所述外殼的內(nèi)側(cè)表面上的支撐件上，所述外殼的上表面中的開口由具有聲音釋放孔的頂蓋封閉。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種壓電電聲換能器,它消除了對主表面電極和內(nèi)部電極之間相互連接的需要,并且能夠使用單個連接結(jié)構(gòu)構(gòu)成雙晶片形態(tài)振動片。本壓電電聲換能器包含通過層疊兩個或三個壓電陶瓷層形成的層疊體,其中,設(shè)置在上下主表面上的主表面電極,以及設(shè)置在兩個相鄰的壓電陶瓷層之間的內(nèi)部電極。在壓電電聲換能器中,沿對于厚度方向的相同方向極化所有陶瓷層,并通過橫跨主表面電極和內(nèi)部電極施加交流電壓,層疊體在其整體中產(chǎn)生彎曲振動。
文檔編號H04R17/00GK1332595SQ0012697
公開日2002年1月23日 申請日期2000年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月10日
發(fā)明者竹島哲夫, 岸本健嗣, 山本隆, 濱田和朗 申請人:株式會社村田制作所