專利名稱：壓電隔膜和使用壓電隔膜的壓電電聲變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于壓電接收器、壓電音響器或者其它合適的裝置中的壓電隔膜，也涉及到包括這樣的壓電隔膜的壓電電聲變換器。
背景技術(shù)：
壓電電聲變換器廣泛應(yīng)用在壓電音響器、壓電接收器、或者其它壓電裝置中的其它部件、家用電器、可移動(dòng)電話或者裝置中。在這樣的壓電電聲變換器中，日本未經(jīng)審查專利申請出版物No.2001-95094中提出使用由多層壓電陶瓷制造的雙壓電晶片元件壓電隔膜。
日本未經(jīng)審查專利申請出版物No.2001-95094中公開的壓電隔膜是多層陶瓷體，通過層壓兩層或者三層壓電陶瓷層而制造。主表面電極安置在多層陶瓷體的上下主表面，內(nèi)部電極安置在相鄰陶瓷層之間。所有陶瓷層在相同的橫截方向上極化。多層陶瓷體響應(yīng)施加在內(nèi)部電極和上下主表面電極之間的AC信號(hào)而以屈曲模式振動(dòng)。在將一個(gè)置于另外一個(gè)頂部的兩層陶瓷層所構(gòu)成的壓電隔膜中，兩層陶瓷層的作用是作為在相反方向上振動(dòng)的振動(dòng)層。因此，這種類型的壓電隔膜可以比單壓電晶片元件類型的壓電隔膜更大的振動(dòng)角度移動(dòng)，從而可以獲得更大的聲壓。
但是，由于此種壓電隔膜只由陶瓷層制造，當(dāng)在其上施加一個(gè)諸如掉落沖擊的機(jī)械沖擊，壓電隔膜都很容易損壞。為了解決這個(gè)問題，日本未經(jīng)審查專利申請出版物No.2002-10393公開了一種壓電隔膜，其多層陶瓷體的上下表面基本上完全覆蓋一個(gè)薄樹脂層來強(qiáng)化多層陶瓷體。這導(dǎo)致抗掉落沖擊能力的很大提高。除此之外，樹脂層不影響多層陶瓷體的屈曲振動(dòng)，這樣，樹脂層不會(huì)對(duì)聲壓和共振頻率產(chǎn)生很大的影響。這種具有樹脂層的多層陶瓷體的強(qiáng)化允許陶瓷層厚度可以減小，這進(jìn)一步增加了聲壓。
圖8至圖10顯示的是此類的壓電隔膜的一個(gè)示例。
如這些圖中所示，壓電隔膜40包括多層陶瓷體41，其通過層壓諸如PZT的兩層41a、41b的壓電陶瓷形成。主表面電極42和43分別形成在多層陶瓷體41的上下主表面上。內(nèi)部電極44安置在陶瓷層41a和41b之間。兩個(gè)陶瓷層41a和41b在箭頭P所示的相同厚度方向上極化。上主表面上的主表面電極42和下主表面上的主表面電極43各自從多層陶瓷體41的一側(cè)延展到和另一側(cè)相鄰的位置。相比較而言，內(nèi)部電極44自多層陶瓷體41另外一側(cè)延展到和一側(cè)相鄰的位置。多層陶瓷體41的上下主表面分別由樹脂層45、46覆蓋。
側(cè)表面電極47位于多層陶瓷體41的一個(gè)側(cè)面，這樣側(cè)表面電極47電學(xué)連接到主表面電極42、43在多層陶瓷體41的另外一側(cè)，所安置的側(cè)表面電極48電學(xué)連接到內(nèi)部電極44。側(cè)表面電極48的上下末端部分電學(xué)連接到位于多層陶瓷體41的上下表面的側(cè)邊上的導(dǎo)線電極49。切口45a和46a形成在各樹脂層45、46上，這樣上下主表面上的主表面電極42、43部分暴露在切口45a、46a中，切口45b和46b形成在各樹脂層45、46上，這樣導(dǎo)線電極49部分暴露在切口45b和46b中。壓電隔膜40放置在帶有接線端的盒中，而暴露在形成于上主表面上樹脂層45中的切口45a、45b中的電極通過導(dǎo)電膠連接到各暴露在盒中的接線端，由此實(shí)現(xiàn)壓電隔膜40和接線端之間的電學(xué)連接。
在按照上述方式構(gòu)造的壓電隔膜40中，切口45a、46a、45b、46b形成在樹脂層45、46中，這樣切口45a、45b位于各樹脂層45、46的一個(gè)側(cè)邊的中央，這樣它們在橫過樹脂層45、46的厚度方向上彼此相對(duì)，而切口45b、46b位于各樹脂層45、46的相對(duì)側(cè)邊的中部，這樣它們在橫過樹脂層45、46的厚度方向上彼此相對(duì)。切口45a、46a形成在上下樹脂層45、46中，這樣上下主表面的主表面電極42、43基于同樣的原因部分暴露在切口45a、46a中。側(cè)表面電極47、48在樹脂層45、46形成在多層陶瓷體41的上下主表面上之后形成。但是，由于主表面電極42、43是由薄薄膜所構(gòu)成，主表面電極42、43的非常小的區(qū)域暴露在樹脂層45、46和陶瓷層41a、41b之間。因此，如果側(cè)表面電極47只是形成在壓電隔膜40的側(cè)表面上，在側(cè)表面電極47和主表面電極42、43之間就不能夠?qū)崿F(xiàn)可靠電學(xué)連接。為了避免這個(gè)問題，切口45a、46a沿著側(cè)表面電極47形成在上下樹脂層45、46的側(cè)面中，形成的側(cè)表面電極47的一部分在主表面電極42、43上延展并由此實(shí)現(xiàn)可靠電學(xué)連接。盡管在此例子中，切口45b、46b為暴露導(dǎo)線電極49而形成在上下樹脂層45、46中以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱，下樹脂層46的切口46b卻不必需要。
但是，由于切口45a、46a、45b和46b形成在上下樹脂層45、46的相對(duì)位置上，如果機(jī)械沖擊施加在壓電隔膜40上，例如由于掉落的原因，裂紋經(jīng)常就會(huì)出現(xiàn)在暴露于切口中的多層陶瓷體41部分之中。尤其是在多層陶瓷體41的厚度減小時(shí)這個(gè)問題會(huì)變得更加嚴(yán)重。在圖10中，虛線CR表示裂紋會(huì)產(chǎn)生的位置。裂紋產(chǎn)生的原因是在發(fā)生粘合劑固化后，由于導(dǎo)電膠的收縮而引起的應(yīng)力，而應(yīng)力施加到暴露在形成在樹脂層45、46中的切口中。裂紋產(chǎn)生的另外一個(gè)原因是，當(dāng)施加下落沖擊時(shí)，對(duì)箱的沖擊力通過導(dǎo)電膠集中施加到通過形成在樹脂層45、46中的切口而暴露的電極部分上。裂紋的另外一個(gè)原因是提供切口45a、46a、45b和46b會(huì)導(dǎo)致多層陶瓷體41的機(jī)械強(qiáng)度的減小。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述問題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種壓電隔膜，此壓電隔膜可以在側(cè)表面電極和上下主表面電極之間形成可靠電學(xué)連接并具有增強(qiáng)的抗機(jī)械沖擊的能力，也提供了包括這種全新壓電隔膜的壓電電聲變換器。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，壓電隔膜包括形狀幾乎為矩形的多層陶瓷體且具有許多壓電陶瓷層、安置在多層陶瓷體的上下主表面上的主表面電極、安置在相鄰壓電陶瓷層之間界面中的內(nèi)部電極，由此屈曲振動(dòng)在AC信號(hào)施加到內(nèi)部電極和上下主表面電極之間時(shí)發(fā)生，上下主表面電極通過安置在多層陶瓷體一側(cè)表面上的第一側(cè)表面電極而相互電學(xué)連接，內(nèi)部電極電學(xué)連接到安置在和第一側(cè)表面電極安置的側(cè)表面不同的側(cè)表面上的第二側(cè)表面電極，第二側(cè)表面電極電學(xué)連接到一個(gè)至少安置在多層陶瓷體的上主表面上的導(dǎo)線電極，而多層陶瓷體的上下主表面幾乎完全被樹脂層所覆蓋，第一切口沿著第一側(cè)表面電極形成在上樹脂層的側(cè)邊部分，這樣上部主表面電極部分暴露在第一切口中，第二切口沿著第一側(cè)表面電極形成在下部樹脂層的側(cè)邊部分，這樣下部主表面電極部分暴露在第二切口中，第三切口沿著第二側(cè)表面電極形成在上樹脂層的側(cè)邊部分中，這樣導(dǎo)線電極暴露在第三切口中，其中分別形成在上下樹脂層中的第一和第二切口位于彼此不相對(duì)的位置上。
裂紋由于下落或者其它現(xiàn)象而產(chǎn)生的機(jī)械沖擊施加在多層陶瓷體上時(shí)，產(chǎn)生在暴露在多層陶瓷體中的部分上的主要原因是形成在上下樹脂層的彼此相對(duì)位置處的切口會(huì)導(dǎo)致暴露在切口中的部分的機(jī)械強(qiáng)度的減小。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，為避免上述問題，切口形成在上下樹脂層，這樣它們的位置在橫過樹脂層的厚度方向上就不彼此相對(duì)。即，每個(gè)樹脂層時(shí)沒有切口位于相對(duì)切口形成在另外的樹脂層中的位置上，由此將由于切口的存在而導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度的減小最小化。切口彼此不相對(duì)的切口位置的布置導(dǎo)致抗機(jī)械沖擊能力的很大提高。
注意在此結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選地，上下樹脂層上仍然有切口，這樣側(cè)表面電極可以在較廣的表面區(qū)域之上和上下主表面電極相接觸，由此保證側(cè)表面電極和上下主表面電極之間形成高度可靠電學(xué)接觸。
在此壓電隔膜中，優(yōu)選地，沿著第一側(cè)表面電極而形成在上樹脂層的側(cè)邊部分的第一切口和側(cè)邊部分的末端靠近，沿著第一側(cè)表面電極而形成在下部樹脂層的側(cè)邊部分的第二切口位于和側(cè)邊部分相對(duì)末端靠近的位置上，沿著第二側(cè)表面部分形成在上部樹脂層的側(cè)邊部分的第三切口位于靠近側(cè)邊部分的兩個(gè)末端之一的位置上。
當(dāng)壓電隔膜放置在盒中或者其它殼體中并且壓電隔膜的電極連接到接線端或者其它可傳導(dǎo)部件時(shí)，最好將施加在壓電隔膜上的限制最小化。為了滿足這個(gè)要求，第一至第三切口沿著側(cè)表面電極，優(yōu)選地形成在樹脂層的側(cè)邊末端附近。即，切口優(yōu)選地形成在樹脂層的拐角附近，由此保證壓電隔膜的電極在不嚴(yán)重影響壓電隔膜的振動(dòng)時(shí)連接到接線端。尤其是，形成在同側(cè)相對(duì)末端的第一和第二切口間較大的距離防止了一個(gè)切口部分中的應(yīng)力影響其它切口部分。這會(huì)導(dǎo)致大大降低產(chǎn)生裂紋的可能性。
本發(fā)明也提供了包括上述說明的壓電隔膜的壓電電聲變換器、壓電隔膜被放置其中的殼體，殼體的支撐部分用于在壓電隔膜的相對(duì)邊或者壓電隔膜的拐角或者在壓電隔膜的整個(gè)周邊之上支撐壓電隔膜、一對(duì)接線端，每個(gè)接線端對(duì)的一個(gè)末端部分暴露在靠近殼體內(nèi)部側(cè)壁的支撐部分的附近，每個(gè)接線端對(duì)的另一末端部分暴露在殼體的外表面上，其中暴露在第一切口中的上部主表面電極的一部分通過導(dǎo)電膠連接到一個(gè)接線端的末端部分，暴露在第三切口中的導(dǎo)線電極通過導(dǎo)電膠連接到另外接線端的末端部分。
當(dāng)壓電隔膜的電極連接到盒的接線端，最好使用導(dǎo)電膠來實(shí)現(xiàn)高可使用性、高連接可靠性和小的尺寸。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，由于主表面電極和導(dǎo)線電極暴露在形成于上下樹脂層中的第一至第三切口中，電極和接線端間的電學(xué)連接可以通過分配器或者其它合適的機(jī)械裝置在壓電隔膜放置到盒中后將導(dǎo)電膠施加到暴露在切口中的電極。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)、部件、特征盒優(yōu)點(diǎn)將在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的后續(xù)詳細(xì)說明并參照附圖而變得更加明顯。


圖1顯示的是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例中壓電電聲變換器的分解透視圖；圖2顯示的是圖1中壓電電聲變換器在蓋和彈性密封劑被去除時(shí)的平面圖；圖3是沿著圖2中階梯線A-A所取的截面圖；圖4顯示的是包括在圖1中所示的壓電電聲變換器的壓電隔膜的透視圖；圖5顯示的是沿圖4中階梯線B-B所取的截面圖；圖6顯示的是圖4中壓電隔膜的分解透視圖；圖7顯示的是根據(jù)本發(fā)明另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的壓電隔膜的透視圖；圖8顯示的是已有技術(shù)的壓電隔膜的透視圖；圖9顯示的是圖8中沿線C-C所取的橫截面圖；圖10顯示的是圖8中所示壓電隔膜的平面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1至圖3顯示的是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例中的表面安裝型壓電電聲變換器。
根據(jù)本優(yōu)選實(shí)施例的電聲變換器適合應(yīng)用在諸如壓電接收器中，其中電聲變換器需要在較廣的頻率范圍中工作。電聲變換器包括壓電隔膜1、盒20、和蓋30。盒20以及蓋30限定殼體。
如圖4至圖6所示，壓電隔膜1包括優(yōu)選地通過層壓兩層壓電陶瓷層2a和2b而形成幾乎為矩形的多層陶瓷體2，盡管也可以使用更多層。主表面電極3、4安置在多層陶瓷體2的上下主表面。內(nèi)部電極5和虛電極6安置在陶瓷層2a和2b之間。兩個(gè)陶瓷層2a和2b優(yōu)選地在箭頭P所表示的相同厚度方向上極化。如圖6中所示，寬度為d的凹處3a形成在上部主表面電極3，一個(gè)相似的凹處4a形成在下部主表面電極4的一側(cè)。每個(gè)主表面電極的剩余三個(gè)側(cè)面延展直到它們達(dá)到多層陶瓷體2的側(cè)表面。延展到多層陶瓷體2的側(cè)表面的主表面電極3的一側(cè)和主表面電極對(duì)應(yīng)側(cè)通過安置在多層陶瓷體2的側(cè)表面上的側(cè)表面電極7而電學(xué)相互連接。導(dǎo)線電極8被安置在和凹處3a所在的上部主表面電極3的側(cè)面相同的多層陶瓷體2側(cè)，這樣，導(dǎo)線電極8自主表面電極3以間隙分隔。內(nèi)部電極5優(yōu)選地幾乎為矩形形狀，這樣內(nèi)部電極5只暴露在多層陶瓷體2和凹處3a、4a形成在主表面電極3、4的側(cè)面的相同側(cè)。被安置的虛電極6中，虛電極6通過一間距圍繞內(nèi)部電極5的三側(cè)。虛電極6優(yōu)選地具有缺少一側(cè)的不完全矩形框架形狀，虛電極6被暴露在多層陶瓷體2的四個(gè)側(cè)表面上，其中在多層陶瓷體2的一個(gè)側(cè)表面上也暴露了內(nèi)部電極。內(nèi)部電極5通過安裝在和側(cè)表面電極7所安置的側(cè)表面相對(duì)的側(cè)表面上的側(cè)表面電極9連接到導(dǎo)線電極8。側(cè)表面電極9的長度小于多層陶瓷體2的一側(cè)的長度，這樣，側(cè)表面電極9就沒有電學(xué)連接到虛電極6。
電極3至9優(yōu)選地為薄薄膜。
在圖4中，壓電隔膜1沿著位于稍微靠前側(cè)表面之后的平面而橫截。
提供的虛電極6是出于下述原因。如果安置的內(nèi)部電極5沿著多層陶瓷體2的四側(cè)邊延展，然后到多層陶瓷體2的側(cè)表面，內(nèi)部電極5的邊位于和主表面電極3、4的邊的附近。這會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)而發(fā)生短路。提供的通過間隙圍繞內(nèi)部電極5的虛電極6阻止內(nèi)部電極5由于移動(dòng)的原因而電學(xué)連接到主表面電極3、4。
側(cè)表面電極7不僅電學(xué)連接到主表面電極3、4，也連接到虛電極6。和虛電極的電學(xué)連接不會(huì)導(dǎo)致電子特性出現(xiàn)問題，因?yàn)樘撾姌O6和內(nèi)部電極5電學(xué)隔離。
為了防止多層陶瓷體2由于掉落沖擊的原因而被斷掉，安置在多層陶瓷體2的上部和下部表面上的上部和下部主表面電極3、4分別被樹脂層10、11覆蓋。在上部樹脂層10中，第一切口10a和第三切口10b形成在和上部樹脂層10對(duì)角線相對(duì)的拐角的位置上，這樣主表面電極3部分暴露在第一切口10a中，導(dǎo)線電極8被暴露在第三切口10b中。在下部樹脂層11中，第二切口11a形成在和第一和第三切口形成的拐角不同的拐角處，這樣主表面電極4部分暴露在第二切口11a中。在此結(jié)構(gòu)中，第一切口10a的位置形成在上部樹脂層10和側(cè)表面電極7形成在多層陶瓷體2的側(cè)表面的那一相同側(cè)面，所選擇的第二切口的形成位置在橫過多層陶瓷體2的厚度方向上彼此不相對(duì)的位置上。
在本優(yōu)選實(shí)施例中，陶瓷層2a和2b優(yōu)選地由PZT陶瓷形成，并且尺寸例如大約為10mm×10mm×15μm(其中陶瓷層2a和2b的整體厚度為30μm)。樹脂層10、11各自優(yōu)選地由厚度大約為3μm至10μm的聚酰胺酰亞胺樹脂構(gòu)成。
為了消除上下表面之間的結(jié)構(gòu)差異，導(dǎo)線電極和樹脂層11的切口可以形成在多層陶瓷體2的下表面。在這種情況下，最好導(dǎo)線電極和切口位于和切口11所處拐角相對(duì)的拐角處。
盡管在本優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)線電極7優(yōu)選地對(duì)應(yīng)切口10b為島形，導(dǎo)線電極7可以以較小寬度的帶狀形成。
切口10a、10b和11a的形狀不限于在本實(shí)施例中所使用的形狀。
壓電隔膜1可以按照諸如下述的方式制造。
首先，提供兩個(gè)陶瓷薄板，薄板具有較大尺寸以產(chǎn)生將在后面被分割為單個(gè)壓電隔膜的大量的壓電隔膜。內(nèi)部電極5和虛電極6被放置在兩個(gè)陶瓷薄板的其中之一之上，另外一個(gè)陶瓷薄板放置在其上，這樣內(nèi)部電極5和虛電極6被放置在兩層陶瓷層之間。在燒結(jié)后，主表面電極3、4和導(dǎo)線電極8通過濺射法或者其它合適的工藝形成在多層結(jié)構(gòu)的上下表面上。具有將用于形成切口的窗口的樹脂層10、11通過絲網(wǎng)印刷術(shù)或者其它合適的工藝形成在多層陶瓷體的上下表面上。由此，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)在水平和垂直方向上被切割分成多層陶瓷體的獨(dú)立件(帶有樹脂層)。由此，側(cè)表面電極7、9通過濺射法或者其它合適的工藝而被放置在多層陶瓷體單獨(dú)件的兩個(gè)相對(duì)側(cè)表面上，從而獲得圖4形式的壓電隔膜1。
盒20優(yōu)選地由樹脂材料以具有底壁20a和四個(gè)側(cè)壁20b至20e并幾乎為矩形盒的形式制造。樹脂材料的優(yōu)選例子為LCP(液晶聚合體)、SPS(間同聚丙烯)、PPS(聚亞苯基硫化物)、環(huán)氧或者類似抗熱樹脂。環(huán)狀支撐部分(階梯)20f分別位于四個(gè)側(cè)壁20b至20e的內(nèi)表面。接線端對(duì)21、22的內(nèi)部連接部分21a和22a暴露在兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁20b和20d的內(nèi)表面，而在支撐部分20f之上的位置上。各接線端21、22的各內(nèi)部連接部分21a和22a具有兩個(gè)在壓電隔膜1的拐角中沿相反方向延展的分支。接線端21、22通過插入模具或者其它合適工藝形成，從而能夠植入盒20的側(cè)壁中。接線端21和22具有外部連接部分21b、22b，各自暴露在盒20的外表面中，其中每個(gè)外部連接部分21b、23b的一部分沿著側(cè)壁20b或者20d的外表面彎曲以部分地在盒20的后部表面延展。
如圖1和圖2中所示，以凸起的形式存在的引導(dǎo)壁20g用于定位壓電隔膜1的四個(gè)側(cè)面，形成在四個(gè)側(cè)壁20b至20e的內(nèi)部表面。當(dāng)壓電隔膜1被放置到盒20中，壓電隔膜1的四個(gè)側(cè)面通過引導(dǎo)壁20g而得以引導(dǎo)，壓電隔膜1被準(zhǔn)確定位在支撐部分20f上。在這個(gè)位置上，壓電隔膜1的上表面和接線端21、22的內(nèi)部連接部分21a、22a的上表面幾乎相互持平。
第一聲孔20h形成在底壁20a中。
容納在盒20中的壓電隔膜1在四個(gè)位置處通過彈性支撐媒介23和導(dǎo)電膠24緊緊連接到接線端21、22的內(nèi)部連接部分21a、22a。更具體而言，彈性支撐媒介23被涂在兩個(gè)對(duì)角的位置上，即，在暴露在第一切口10a中的主表面電極3和接線端21的內(nèi)部連接部分21a之間的位置以及在暴露在第三切口10b中的導(dǎo)線電極8和接線端22的一個(gè)內(nèi)部連接部分22a之間的位置上。盡管在本優(yōu)選實(shí)施例中，彈性支撐媒介23同樣涂在剩下的兩個(gè)對(duì)角位置上，這些彈性支撐媒介23卻不是必須的。進(jìn)一步而言，盡管在本優(yōu)選實(shí)施例中，彈性支撐媒介23沿著直線或者曲線涂在壓電隔膜1的側(cè)邊上，可以用不同的方式涂彈性支撐媒介23。彈性支撐媒介23的一個(gè)特定的媒介示例是軟彈性劑，諸如固化后所測量的彈性模量為3.7×106Pa的聚亞安酯樹脂。
彈性支撐媒介23在固化之前優(yōu)選地具有高的粘性，這樣彈性支撐媒介23在被涂抹的時(shí)候就不會(huì)散開。即，彈性支撐媒介23不會(huì)通過壓電隔膜1和盒20之間的間隙而往下流到支撐部分20f。在彈性支撐媒介23被涂上以后，彈性支撐媒介23通過加熱而固化。
壓電隔膜1也可以在壓電隔膜1被放置到盒20中后使用分配器或者類似涂彈性支撐媒介23而固定?？蛇x地，彈性支撐媒介23可以涂在壓電隔膜1上，然后壓電隔膜1可以放入盒20中。
在彈性支撐媒介23固化后，導(dǎo)電膠24沿直線或者曲線通過彈性支撐媒介23而涂抹，從而將主表面電極3和接線端21的內(nèi)部連接部分21a相互連接在一起，也將導(dǎo)線電極8和接線端22的內(nèi)部連接部分22a相互連接。導(dǎo)電膠24的一個(gè)特定媒介示例是聚亞安酯可傳導(dǎo)膏，固化后所測量的彈性模量例如大約為0.3×109Pa。在導(dǎo)電膠24被涂上后，導(dǎo)電膠24通過加熱而固化。注意導(dǎo)電膠24可以以不同的方式涂抹，只要主表面電極3和內(nèi)部連接部分21a以及導(dǎo)線電極8和內(nèi)部連接部分22a通過在彈性支撐媒介23之上延展的導(dǎo)電膠24而相互連接。
在導(dǎo)電膠24被涂上并被固化后，彈性密封媒介25被涂上，這樣壓電隔膜1和盒20的內(nèi)部表面間的間隙沿著壓電隔膜1的整個(gè)周長而被填充彈性密封媒介25，由此防止空氣在壓電隔膜1的上側(cè)空間和壓電隔膜1的下側(cè)上的空間之間流動(dòng)。在彈性密封媒介25沿著壓電隔膜1的周圍以上述方式涂抹后，彈性密封媒介25通過加熱固化。
彈性密封媒介25的一個(gè)特定的媒介示例是硅樹脂粘合劑，固化后所測量的彈性模量為3.0×105Pa。
在壓電隔膜1被固定在盒20中后，蓋30通過粘合劑31粘結(jié)到盒20，這樣盒20的上部開孔使用蓋30關(guān)閉。蓋30所使用的材料和盒20的相似。通過使用蓋30關(guān)閉盒20的開孔，聲空間形成在蓋30盒壓電隔膜1之間。蓋30具有第二聲孔32。
通過上述過程，就獲得了一個(gè)完整的表面安裝型壓電電聲變換器。
在本優(yōu)選實(shí)施例的電聲變換器中，如果在接線端21、22之間施加了AC信號(hào)，壓電隔膜1中就會(huì)發(fā)生屈曲模式的面積振動(dòng)。當(dāng)極化盒施加的電場方向相同時(shí)，壓電陶瓷層軸向收縮。另一方面，當(dāng)極化和施加的方向相反時(shí)，壓電陶瓷層軸向膨脹。結(jié)果，壓電陶瓷層在橫斷面方向上屈曲。盡管多層陶瓷體2的上下表面覆蓋有樹脂層10、11，樹脂層10、11并不影響多層陶瓷體2的屈曲運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闃渲瑢?0、11非常薄。即，樹脂層10、11對(duì)聲壓和共振頻率不會(huì)造成嚴(yán)重影響。
表1顯示的是施加在電聲變換器試樣上的下落試驗(yàn)的結(jié)果。
表1

在表1中，“現(xiàn)有技術(shù)”指的是圖8至圖10根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)而使用壓電隔膜的電聲變換器，“本發(fā)明”指的是圖4至圖6中根據(jù)本發(fā)明中的優(yōu)選實(shí)施例而使用壓電隔膜的電聲變換器。
下落試驗(yàn)每循環(huán)在六個(gè)表面上實(shí)施，本試驗(yàn)執(zhí)行五個(gè)循環(huán)。在試樣承受下落后，對(duì)試樣進(jìn)行檢查以確定壓電隔膜中的切口部分是否產(chǎn)生了裂紋。試樣除了切口的位置外沒有什么區(qū)別，所有試樣的執(zhí)行條件相同。在表1中，○表示沒有觀察到裂紋，而×表示觀察到裂紋。
從表1中可以看出，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的試樣中，在下落高度超過120cm的時(shí)候試樣中產(chǎn)生裂紋。相比較而言，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中即使在下落高度達(dá)到180cm時(shí)試樣中也沒有產(chǎn)生裂紋。這樣，根據(jù)本發(fā)明中的優(yōu)選實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)對(duì)于提高機(jī)械強(qiáng)度時(shí)非常有效的。
參照圖7，下面說明根據(jù)本發(fā)明壓電隔膜的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
在此優(yōu)選實(shí)施例中，參照圖4至圖6的上述說明的壓電隔膜1粘結(jié)到尺寸比壓電隔膜1大的樹脂薄膜15上。優(yōu)選地，樹脂薄膜有楊式模量大約為500MPa至大約15000MPa并且厚度約為5μm至大約10μm的材料所制造。材料的具體的例子有環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺樹脂、和聚酰胺酰亞胺樹脂。
在壓電隔膜1粘結(jié)到較大尺寸樹脂薄膜15的中央后，如果樹脂薄膜15的周圍部分固定到盒中的支撐部分，壓電隔膜1可以在沒有嚴(yán)重限制壓電隔膜1的情況下得以支撐。這允許壓電隔膜1輕易振動(dòng)，從而獲得更大的聲壓。進(jìn)一步而言，使用更小尺寸的壓電隔膜1可以獲得同樣的共振頻率。可獲得的完整聲壓的范圍是從基本諧波至三級(jí)諧波的較廣頻率范圍。即，這就有可能在較廣的頻率范圍產(chǎn)生聲音。
注意本發(fā)明不限于上述說明的特定例子，在不背離本發(fā)明范圍的情況下有可能進(jìn)行不同的修改。
例如，盡管在上述說明的優(yōu)選實(shí)施例中，壓電隔膜優(yōu)選地使用兩個(gè)壓電陶瓷層，多層結(jié)構(gòu)可以包括三個(gè)或者更多個(gè)壓電陶瓷層。
進(jìn)一步而言，盡管在上述優(yōu)選實(shí)施例中，用于支撐壓電隔膜1地四個(gè)側(cè)面地支撐部分20f優(yōu)選地在盒20的整個(gè)內(nèi)部周長上位于盒20的側(cè)壁的內(nèi)部表面上，所形成的支撐部分20f可以在兩個(gè)側(cè)面或者四個(gè)拐角支撐壓電隔膜1。
使用本發(fā)明的殼體不限于諸如上述優(yōu)選實(shí)施例中箱狀盒覆蓋一個(gè)蓋這種形式，但是只要壓電隔膜可以被容納并能提供外部接線端或者電極，就可以使用其它殼體。
從上述說明中可以理解，本發(fā)明提供更大的優(yōu)點(diǎn)。即，由于第一和第二切口形成在壓電隔膜的上下表面上的樹脂層，這樣切口在橫過壓電隔膜厚度的方向上彼此不相對(duì)，當(dāng)下落沖擊施加到放置于殼體中的壓電隔膜上就不會(huì)在切口的暴露部分中產(chǎn)生裂紋。即，對(duì)諸如下落沖擊的抗機(jī)械沖擊能力得到很大提高。進(jìn)一步，側(cè)表面電極通過形成在上下樹脂層上的切口而和上下主表面電極有較廣的表面區(qū)域接觸，從而保證了側(cè)表面電極和上下主表面電極之間的高度可靠電學(xué)接觸。
盡管上面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，能夠理解普通技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的范圍和精神的基礎(chǔ)上可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行變化和修改。因此，發(fā)明的范圍完全由下述權(quán)利要求書所確定。
權(quán)利要求
1.一種壓電隔膜包括多層陶瓷體，所述多層陶瓷體包括許多壓電陶瓷層、安置在多層陶瓷體的上下主表面上的主表面電極、以及安置在相鄰壓電陶瓷層界面間的內(nèi)部電極；其中當(dāng)AC信號(hào)施加到內(nèi)部電極和上下主表面電極之間時(shí)，在壓電隔膜中產(chǎn)生屈曲振動(dòng)；上下主表面電極通過安置在多層陶瓷體一側(cè)表面上的第一側(cè)表面電極而相互電學(xué)連接；內(nèi)部電極電學(xué)連接到安置在和第一側(cè)表面電極安置的側(cè)表面不同的側(cè)表面上的第二側(cè)表面電極；第二側(cè)表面電極電學(xué)連接到一個(gè)至少安置在多層陶瓷體的上主表面上的導(dǎo)線電極；多層陶瓷體的上下主表面幾乎完全被樹脂層所覆蓋；第一切口沿著第一側(cè)表面電極形成在上樹脂層的側(cè)邊部分，這樣上部主表面電極部分暴露在第一切口中；第二切口沿著第一側(cè)表面電極形成在下部樹脂層的側(cè)邊部分，這樣下部主表面電極部分暴露在第二切口中；第三切口沿著第二側(cè)表面電極形成在上樹脂層的側(cè)邊部分中，這樣導(dǎo)線電極暴露在第三切口中，分別形成在上下樹脂層中的第一和第二切口位于彼此不相對(duì)的位置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的壓電隔膜，其特征在于多層陶瓷體幾乎為矩形形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中的壓電隔膜，進(jìn)一步包括盒和蓋，其中多層陶瓷體安置在盒中并由蓋密封盒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中的壓電隔膜，其特征在于許多壓電陶瓷層在相同方向上極化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中的壓電隔膜，其特征在于內(nèi)部電極幾乎為矩形形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中的壓電隔膜，其特征在于進(jìn)一步包括安置在許多壓電陶瓷層的至少兩個(gè)相鄰層之間的虛電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中的壓電隔膜，其特征在于每個(gè)上下樹脂層由楊式模量在500MPa至15000MPa范圍之間的材料所制造。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中的壓電隔膜，其特征在于每個(gè)上下樹脂層的厚度大約為5μm至大約10μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中的壓電隔膜，其特征在于沿著第一側(cè)表面電極形成于上部側(cè)邊部分中的第一切口位于側(cè)邊部分的一個(gè)末端附近，沿著第一側(cè)表面電極形成于下部側(cè)邊部分中的第二切口位于側(cè)邊部分的另一個(gè)末端附近，沿著第二側(cè)表面電極形成于上部側(cè)邊部分中的第三切口位于側(cè)邊部分的兩個(gè)末端之一的附近。
10.一種壓電電聲變換器包括根據(jù)權(quán)利要求1中的壓電隔膜；壓電隔膜被容納其中的殼體，殼體的支撐部分用于在壓電隔膜的相對(duì)邊或者壓電隔膜的拐角或者在壓電隔膜的整個(gè)周邊之上支撐壓電隔膜、一對(duì)接線端，每個(gè)接線端對(duì)的一個(gè)末端部分暴露在靠近殼體內(nèi)部側(cè)壁的支撐部分的附近，每個(gè)接線端對(duì)的另一末端部分暴露在殼體的外表面上，其中暴露在上部主表面電極的第一切口中的一部分通過導(dǎo)電膠連接到一個(gè)接線端的末端部分，暴露在第三切口中的導(dǎo)線電極通過導(dǎo)電膠連接到另外接線端的末端部分。
全文摘要
一種壓電隔膜包括安置在多層陶瓷體的上下主表面上的主表面電極。內(nèi)部電極安置在相鄰壓電陶瓷層之間的界面中。多層陶瓷體的上下主表面幾乎完全被樹脂層所覆蓋。第一切口沿著第一側(cè)表面電極形成在上樹脂層的側(cè)邊部分，這樣上部主表面電極部分暴露在第一切口中。第二切口沿著第一側(cè)表面電極形成在下部樹脂層的側(cè)邊部分，這樣下部主表面電極部分暴露在第二切口中；所選擇的分別形成在上下樹脂層中的第一和第二切口位置彼此不相對(duì)。
文檔編號(hào)H02N2/02GK1512822SQ20031010141
公開日2004年7月14日 申請日期2003年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者竹島哲夫, 田島清高, 小杉裕二, 二, 高 申請人:株式會(huì)社村田制作所