DE10042185A1 - Piezoelektrischer elektroakustischer Wandler - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen piezoelektrischen elektroakustischen Wandler bereit, bei dem keine Verbindung zwischen den Hauptflächenelektroden und den inneren Elektroden mehr notwendig ist, und der mite einem einfachen Verbindungsaufbau eine bimorphe Membran herstellen kann. Der vorliegende piezoelektrische elektroakustische Wandler umfaßt einen durch Laminieren von zwei oder drei piezoelektrischen Keramikschichten hergestellten Schichtkörper, jeweils auf der oberen und unteren Hauptfläche vorgesehene Hauptflächenelektroden und eine zwischen zwei benachbarten piezoelektrischen Keramikschichten vorgesehene innere Elektrode. In dem piezoelektrischen elektroakustischen Wandler sind alle Keramikschichten in derselben Richtung in bezug auf die Dickenrichtung polarisiert, und durch Anlegen einer Wechselspannung über die Hauptflächenelektroden und die innere Elektrode wird der Schichtkörper in seiner Gesamtheit in eine Biegeschwingung versetzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen elektroakustischen Wandler wie zum Beispiel einen piezoelek­ trischen Empfänger, piezoelektrischen Schallgeber, piezoelek­ trischen Lautsprecher und piezoelektrischen Summer, und ins­ besondere den Aufbau der Membran eines piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers.

Bisher wird ein piezoelektrischer elektroakustischer Wandler häufig verwendet bei einem piezoelektrischen Empfänger, pie­ zoelektrischen Summer oder dergleichen. Dieser piezoelektri­ sche elektroakustische Wandler weist normalerweise einen Auf­ bau auf, bei dem eine Membran unimorphen Typs dadurch herge­ stellt wird, daß eine kreisrunde Metallplatte auf eine Ober­ fläche einer kreisrunden piezoelektrischen Keramikplatte ge­ klebt wird, bei dem der äußere Umfangsabschnitt der Membran in einem kreisrunden Behältnis gelagert ist, und bei dem eine Öffnung des Behältnisses durch eine Abdeckung verschlossen ist. Da die Membran unimorphen Typs jedoch in eine Biege­ schwingung versetzt werden kann, indem eine Keramikplatte, deren Außendurchmesser sich ausdehnt und zusammenzieht, auf eine Metallplatte geklebt wird, deren Größe sich beim Anlegen einer Spannung daran nicht ändert, hat die Membran unimorphen Typs den Nachteil, daß ihr Schwingweg, d. h. ihr Schalldruck, klein ist.

Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 61-205100 offenbart daher eine Membran bimorphen Typs mit einer Schichtstruktur, die aus einer Vielzahl von piezoelektrischen Keramikschichten besteht. Bei dieser Membran wird ein Sinterkörper verwendet, den man erhält, indem eine Vielzahl von grünen Keramikschich­ ten und eine Vielzahl von Elektroden laminiert und dann gleichzeitig gebrannt werden. Diese Elektroden der Membran sind über Durchgangslöcher, die an den Stellen ausgebildet sind, die die Schwingung der Membran nicht einschränken, elektrisch miteinander verbunden. Indem die bimorphe Membran so konstruiert wird, daß in Dickenrichtung nacheinander ange­ ordnete erste und zweite Schwingungsbereiche in einander ent­ gegengesetzte Richtungen schwingen, kann ein größerer Schwingweg, d. h. ein größerer Schalldruck als bei einer uni­ morphen Membran erzielt werden.

Um jedoch bei der oben beschriebenen bimorphen Membran die beispielsweise drei Keramikschichten umfassende Membran in eine Biegeschwingung zu versetzen, muß eine Hauptflächenelek­ trode über ein Durchgangsloch mit einer inneren Elektrode verbunden werden, muß die andere Hauptflächenelektrode über ein Durchgangsloch mit der anderen inneren Elektrode verbun­ den werden, und muß ferner zwischen jeder der Hauptflächen­ elektroden und einer entsprechenden inneren Elektrode eine Wechselspannung angelegt werden, wie in Fig. 17 der oben be­ schriebenen Patentanmeldung dargestellt ist. Dies erfordert eine komplizierte Verbindung zwischen Hauptflächenelektroden und inneren Elektroden und kann dadurch zu hohen Kosten füh­ ren.

Wenn an dem Schichtkörper eine Polarisierung vorgenommen wird, muß außerdem zwischen einer inneren Elektrode und den oberen und unteren Hauptflächenelektroden eine Spannung ange­ legt werden. Bei einer Membran mit einem dreilagigen Aufbau, wie in Fig. 14 der oben beschriebenen Patentanmeldung ge­ zeigt, werden beispielsweise zwei mit einer inneren Elektrode elektrisch verbundene Durchgangslöcher mit einer Anschluß­ elektrode verbunden, und die Polarisierung erfolgt durch Anle­ gen einer hohen Spannung zwischen der Anschlußelektrode und den oberen und unteren Hauptflächenelektroden. Die herkömmli­ che bimorphe Membran hat somit den Nachteil, daß bei ihr die innere Elektrode über Durchgangslöcher herausgezogen werden muß, um die Polarisierung durchführen zu können, was einen komplizierten Vorgang wie die Bildung der Anschlußelektrode erfordert.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ei­ nen piezoelektrischen elektroakustischen Wandler bereitzu­ stellen, bei dem die Verbindung zwischen den Hauptflächen­ elektroden und den inneren Elektroden nicht mehr notwendig ist, und der mit einem einfachen Verbindungsaufbau eine bi­ morphe Membran bilden kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen elektroakustischen Wandler bereitzustellen, bei dem das Polarisationsverfahren leicht vorgenommen werden kann.

Um die oben beschriebenen Aufgaben zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung in einer ersten Ausgestaltung einen piezoelektrischen elektroakustischen Wandler bereit, der fol­ gendes umfaßt: einen durch Laminieren von zwei oder drei pie­ zoelektrischen Keramikschichten hergestellten Schichtkörper, jeweils auf der Oberseite und der Unterseite des Schichtkör­ pers ausgebildete Hauptflächenelektroden, und eine zwischen zwei benachbarten piezoelektrischen Keramikschichten ausge­ bildete innere Elektrode. Bei diesem piezoelektrischen elek­ troakustischen Wandler sind alle Keramikschichten in dersel­ ben Richtung in bezug auf die Dickenrichtung polarisiert, und durch Anlegen einer Wechselspannung über die Hauptflächen­ elektroden und die innere Elektrode wird der Schichtkörper in seiner Gesamtheit in eine Biegeschwingung versetzt.

Wenn bei dem Schichtkörper gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen den Hauptflächenelektroden und der inneren Elektrode eine Wechselspannung angelegt wird, sind die Richtungen des auf der Ober- und Unterseite einer. Keramikschicht entstehen­ den elektrischen Feldes einander in bezug auf die Dickenrich­ tung entgegengesetzt. Die Polarisationsrichtung jeder Kera­ mikschicht ist dagegen in bezug auf die Dickenrichtung die­ selbe. Wenn die Polarisationsrichtung und die Richtung des elektrischen Feldes dieselbe sind, zieht sich die Keramik­ schicht in der Richtung der Ebene zusammen, während dann, wenn die Polarisationsrichtung und die Richtung des elektri­ schen Feldes einander entgegengesetzt sind, die Keramik­ schicht sich in der Richtung der Ebene ausdehnt. Beim Anlegen einer Wechselspannung in der oben beschriebenen Weise zieht sich die untere Keramikschicht zusammen, wenn sich die obere Keramikschicht ausdehnt, was dazu führt, daß der Schichtkör­ per in seiner Gesamtheit in eine Biegeschwingung versetzt wird. Da der von dieser Membran beschriebene Schwingweg grö­ ßer ist als der von einer unimorphen Membran beschriebene, ist auch der von dieser Membran erzeugte Schalldruck höher.

Da bei der vorliegenden Erfindung die Biegeschwingung durch Verbinden der oberen und unteren Hauptflächenelektroden und Anlegen einer Wechselspannung über die Hauptflächenelektroden und die inneren Elektroden erzeugt werden kann, ist im Gegen­ satz zu herkömmlichen Membranen keine komplizierte Verbindung zwischen den Hauptflächenelektroden und den inneren Elektro­ den notwendig. Dies führt zu einer Vereinfachung des Aufbaus und einer Verringerung der Bearbeitungskosten.

Gemäß der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die innere Elektrode vorzugsweise mit einer auf einer Stirnfläche des Schichtkörpers ausgebildeten Stirnflächen­ elektrode verbunden, und eine Wechselspannung wird über die Stirnflächenelektrode und die zwei Hauptflächenelektroden an­ gelegt. In diesem Fall ist eine zusätzliche Bearbeitung wie die Ausbildung von Durchgangslöchern nicht notwendig.

Ferner umfaßt der Schichtkörper gemäß der ersten Ausgestal­ tung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise drei Keramik­ schichten, und die Dicke einer mittleren Keramikschicht be­ trägt zwischen 50% und 80% der Gesamtdicke des Schichtkör­ pers. Um den Schalldruck zu erhöhen, kann die Zahl der Schichten des Schichtkörpers erhöht werden, aber wenn die Dicke des Schichtkörpers wegen der Resonanzfrequenz festge­ legt ist, kann die Zahl der Schichten nicht frei erhöht wer­ den.

Da bei einem dreilagigen Schichtkörper kein Potentialunter­ schied zwischen den beiden inneren Elektroden besteht, trägt die mittlere Schicht nicht zu einer Biegeschwingung bei, und nur die obere und untere Keramikschicht schwingt in einem Biegemodus. Je dünner die Keramikschicht, umso größer ist ihr Schwingweg. Wenn also die Gesamtdicke des Schichtkörpers auf einen konstanten Wert eingestellt ist, und die Dicke der mittleren Schicht größer eingestellt ist als die der oberen und unteren Keramikschicht, wird die Dicke der zu einer Bie­ geschwingung beitragenden oberen und unteren Keramikschicht relativ dünn, was zu einem großen Schwingweg führt. Wenn die mittlere Keramikschicht zu dick wird, werden jedoch die obere und untere Keramikschicht zu dünn, was ihre Festigkeit ver­ ringert und dazu führt, daß man keinen großen Schwingweg er­ hält. Daher kann ein größerer Schalldruck erzielt werden, wenn die Dicke der mittleren Schicht auf 50 bis 80 Prozent der Gesamtdicke des Schichtkörpers eingestellt wird.

Gemäß der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Schichtkörper vorzugsweise von einem Sinterkörper gebildet, der dadurch entsteht, daß zwei oder drei Keramik­ schichten über einen Elektrodenfilm laminiert werden und die laminierten Grünschichten gleichzeitig gebrannt werden, und alle Keramikschichten werden in derselben Richtung in bezug auf die Dickenrichtung polarisiert, indem eine Spannung über die auf der Ober- und Unterseite des Schichtkörpers ausgebil­ deten Hauptflächenelektroden angelegt wird. Alternativ kann man den Schichtkörper dadurch erhalten, daß man eine Vielzahl von Keramikplatten, die zuvor gebrannt und polarisiert wur­ den, laminiert und zusammenklebt. Bei diesem Verfahren darf der Schichtkörper jedoch nicht dünn sein, was zu einem nied­ rigen Schalldruck führt. Wenn dagegen Keramikschichten über einen Elektrodenfilm laminiert und gleichzeitig die laminier­ ten Keramikschichten gebrannt werden, darf ein Schichtkörper sehr dünn sein, was zu einem hohen Schalldruck führt. Da au­ ßerdem die Polarisationsrichtung jeder Keramikschicht des Schichtkörpers dieselbe ist, erfordert das Polarisationsver­ fahren im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren nicht das Anlegen einer Spannung über die inneren Elektroden und die Hauptflächenelektroden. Das heißt, die Polarisation kann er­ zielt werden, indem nur eine Spannung über die oberen und un­ teren Hauptflächenelektroden angelegt wird, was das Polarisa­ tionsverfahren in hohem Maße vereinfacht.

Wenn der Schichtkörper in einem Gehäuse untergebracht wird, und wenn er als Resonanzkörper wie zum Beispiel ein piezo­ elektrischer Empfänger oder piezoelektrischer Schallgeber verwendet wird, kann der Schichtkörper einen Aufbau gemäß ei­ ner zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung haben.

Wenn die vorliegende Erfindung auf einen piezoelektrischen Empfänger angewandt wird, wird der Schichtkörper in einem an­ deren Frequenzbereich als dem Resonanzfrequenzbereich verwen­ det, um auf einen weiten Bereich von Frequenzen anzusprechen. Der Schichtkörper hat daher einen Aufbau, bei dem nur die beiden gegenüberliegenden Seiten des Schichtkörpers in einem Behältnis gelagert sind, und bei dem die beiden anderen Sei­ ten durch ein elastisches Dichtungsmittel verschieblich abge­ dichtet sind, so daß der Schwingweg erzielt werden kann, wenngleich die Schwingungsenergie des Schichtkörpers relativ klein ist.

Wenn die vorliegende Erfindung dagegen auf einen piezoelek­ trischen Schallgeber angewandt wird, wird der Schichtkörper in einem Resonanzfrequenzbereich verwendet, um bei einer ein­ zigen Frequenz auf einen lauten Schall anzusprechen. Damit die Schwingungsenergie des Schichtkörpers sehr groß wird, hat der Schichtkörper in diesem Fall einen Aufbau, bei dem alle vier Seiten des Schichtkörpers in einem Behältnis gelagert sind.

In jedem Fall können die Hauptflächenelektroden und die inne­ ren Elektroden des Schichtkörpers ohne Zuhilfenahme von An­ schlußdrähten aus dem Gehäuse herausgezogen werden, und daher können beide Formen als oberflächenmontierbares Bauelement konstruiert werden.

Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektri­ schen elektroakustischen Wandlers gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers gemäß Fig. 1.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer in dem piezo­ elektrischen elektroakustischen Wandler gemäß Fig. 1 verwen­ deten Membran.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der Membran gemäß Fig. 3.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektri­ schen elektroakustischen Wandlers gemäß einer zweiten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht des piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers gemäß Fig. 5.

Fig. 7 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrach­ tet von der Rückseiten desselben aus.

Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht des piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers gemäß Fig. 7.

Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht einer in dem piezo­ elektrischen elektroakustischen Wandler gemäß Fig. 7 verwen­ deten Membran.

Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht der Membran gemäß Fig. 9.

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht der Membran gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht der Membran gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht der Membran gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 14 ist eine charakteristische Ansicht der Beziehung zwi­ schen der Dicke der mittleren Schicht des piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers, bei dem die Membran gemäß Fig. 13 verwendet wird, und dem Schalldruck.

Fig. 15 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektri­ schen elektroakustischen Wandlers gemäß einer siebten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 16 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers gemäß Fig. 15.

Fig. 17 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A in Fig. 15.

Fig. 18 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 19 ist eine perspektivische Ansicht des piezoelektri­ schen elektroakustischen Wandlers gemäß einer neunten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 20 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers gemäß Fig. 19.

Fig. 21 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie B-B in Fig. 19.

Fig. 22 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 23 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 und 2 zeigen einen piezoelektrischen elektroakusti­ schen Wandler gemäß einer ersten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung. Dieser piezoelektrische elektroakustische Wandler umfaßt eine scheibenförmige Membran (Schichtkörper) 1, ein kreisrundes Behältnis 10 mit der Membran 1, und eine untere Abdeckung 11. Eine schallabstrahlende Öffnung 12 ist auf der Oberseite des Behältnisses 10 ausgebildet, und die untere Abdeckung 11 ist auf eine Öffnung in der Unterseite des Behältnisses 10 geklebt. Äußere Anschlußklemmen 13 und 14 sind an symmetrischen Positionen am Außenumfang des Behält­ nisses ausgebildet und durch Einlegeformteile oder derglei­ chen befestigt. Ein Teil jeder Klemme 13 und 14 liegt zum In­ neren des Behältnisses 10 hin frei. Die Elektrode der Membran 1 ist mit den innen freiliegenden Abschnitten der Klemmen 13 und 14 durch leitende Kleber 15 bzw. 16 elektrisch verbunden. Die zwischen dem Behältnis 10 und dem Außenumfang der Membran 1 ausgebildeten und mit den leitenden Klebern 15 und 16 be­ schichteten Zwischenräume sind durch ein elastisches Dich­ tungsmittel wie zum Beispiel Siliconkautschuk (nicht darge­ stellt) abgedichtet.

Gemäß Fig. 3 und 4 wird die Membran 1 hergestellt durch Lami­ nieren von zwei piezoelektrischen Keramikschichten 2 und 3, die aus Bleizirconattitanat oder dergleichen bestehen. Die Hauptflächen 4 und 5 sind auf der Ober- und Unterseite der Membran 1 ausgebildet, und eine innere Elektrode 6 ist zwi­ schen den Keramikschichten 2 und 3 ausgebildet. Die beiden Keramikschichten 2 und 3 sind in derselben Richtung in bezug auf die Dickenrichtung polarisiert, wie durch den fettge­ druckten Pfeil in Fig. 4 dargestellt.

In dieser Ausführungsform sind die oberen und unteren Hauptflächenelektroden 4 und 5 in einer kreisrunden Form aus­ gebildet, deren Durchmesser etwas kleiner ist als der der Membran 1. Die Auszugselektroden 4a und 5a werden aus den je­ weiligen Elektroden 4 und 5 bis zum äußeren Umfangsrand der Membran 1 herausgezogen. Die innere Elektrode 6 ist so ausge­ bildet, daß sie eine zur Form der oberen und unteren Hauptflächenelektrode 4 und 5 im wesentlichen symmetrische Form besitzt. Eine Auszugselektrode 6a der inneren Elektrode 6 wird bis zu einer Position herausgezogen, mit der die Aus­ zugselektroden 4a und 5a symmetrisch sind, und mit einer an einer Stirnfläche der Membran 1 vorgesehenen Stirnflächen­ elektrode 7 verbunden. Teile der Stirnflächenelektrode 7 wer­ den bis zur Ober- und Unterseite der Membran herausgezogen. Die herausgezogenen Elektroden 4a und 5a werden über den lei­ tenden Kleber 15 mit der Klemme 13 verbunden, und die Stirn­ flächenelektrode 7 wird über den leitenden Kleber 16 mit der Klemme 14 verbunden. Durch Anlegen einer Wechselspannung zwi­ schen den Klemmen 13 und 14 kann die Membran 1 in einem Bie­ gemodus schwingen.

Wenn zum Beispiel eine negative Spannung an die eine Klemme 13 und eine positive Spannung an die andere Klemme 14 ange­ legt wird, werden elektrische Felder in den mit den dünnen Pfeilen in Fig. 4 dargestellten Richtungen erzeugt. Wenn die Polarisationsrichtung und die Richtung des elektrischen Fel­ des gleich sind, ziehen sich die Keramikschichten 2 und 3 in der Richtung der Ebene zusammen, während dann, wenn die Pola­ risationsrichtung und die Richtung des elektrischen Feldes einander entgegengesetzt sind, die Keramikschichten 2 und 3 sich in der Richtung der Ebene ausdehnen. Daher zieht sich die Keramikschicht 2 auf der Oberseite zusammen, während sich die Keramikschicht 3 auf der Unterseite ausdehnt. Dadurch wird die Membran 1 gebogen, so daß ihr mittlerer Abschnitt nach unten konvex wird. Durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen den Klemmen 13 und 14 wird die Membran 1 in regelmä­ ßigen Abständen in eine Biegeschwingung versetzt, so daß ein Schall mit einem hohen Schalldruck erzeugt werden kann.

Die Membran 1 mit den oben beschriebenen Merkmalen wird nach dem folgenden Verfahren hergestellt.

Durch Drucken oder dergleichen wird ein Elektrodenfilm in ei­ nem vorbestimmten Muster auf der Oberfläche einer im Zustand eines Motherboard befindlichen grünen Keramikschicht ausge­ bildet, und diese grüne Keramikschicht und eine Keramik­ schicht, auf der sich kein Elektrodenfilm befindet, werden laminiert und verpreßt.

Als nächstes wird der Schichtkörper zu der der Form der Mem­ bran 1 entsprechenden Form ausgestanzt oder ausgeschnitten.

Dann wird der ausgestanzte oder ausgeschnittene Schichtkörper gleichzeitig zu einem Sinterkörper gebrannt.

Als nächstes werden Hauptflächenelektroden auf der oberen und unteren Hauptfläche des gesinterten Schichtkörpers ausgebil­ det, und durch Anlegen einer Polarisationsspannung über diese Hauptflächenelektroden werden alle den Schichtkörper bilden­ den Keramikschichten in derselben Richtung in bezug auf die Dickenrichtung polarisiert.

Danach werden die Stirnflächenelektroden 7 und dergleichen ausgebildet, und so erhält man die Membran 1.

Bei dem obigen Herstellungsverfahren werden nach dem Ausstan­ zen der sich im Zustand eines Motherboard befindlichen grünen Keramikschicht zu einzelnen Mustern die einzelnen Muster ge­ brannt und anschließend polarisiert. Alternativ kann jedoch die gebrannte laminierte grüne Keramikschicht nach dem Bren­ nen im Zustand eines Motherboard polarisiert werden, und dann kann die polarisierte Schicht zu einzelnen Formen ausge­ schnitten werden. In diesem Fall kann ein bekanntes Verfahren wie zum Beispiel eine Laserstrahlbearbeitung zum Ausschneiden des Sinterkörpers verwendet werden.

In Fig. 5 und 6 ist ein piezoelektrischer elektroakustischer Wandler gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten er­ sten Ausführungsform werden Elektroden der Membran 1 mit Hil­ fe der an dem Behältnis 10 befestigten Klemmen 13 und 14 her­ ausgezogen, während bei der in Fig. 5 und 6 gezeigten zweiten Ausführungsform Anschlußdrähte 20 und 21 verwendet werden. In diesem Fall sind die Anschlußdrähte 20 und 21 über Haftmittel 22 und 23 wie zum Beispiel Lötmetall oder einen leitenden Kleber mit der unteren Hauptflächenelektrode 5 bzw. der Stirnflächenelektrode 7 verbunden. Zu diesem Zweck können die obere und untere Hauptflächenelektrode 4 und 5 über den lei­ tenden Kleber miteinander verbunden werden. Alternativ können die Hauptflächenelektroden 4 und 5 zuvor über eine Stirnflä­ chenelektrode miteinander verbunden werden.

In Fig. 7 und 8 ist ein piezoelektrischer elektroakustischer Wandler gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Dieser piezoelektrische elektroakustische Wandler umfaßt eine rechteckige Membran (Schichtkörper) 30, ein rechteckiges Be­ hältnis 40 mit dieser Membran 30 und eine untere Abdeckung 41. Eine schallabstrahlende Öffnung 42 ist auf der Oberseite des Behältnisses 40 ausgebildet, und die untere Abdeckung 41 ist auf eine Öffnung in der Unterseite des Behältnisses 40 geklebt. Stufenförmige Tragelemente 42a und 42b sind auf den Innenflächen der beiden gegenüberliegenden Seiten des Behält­ nisses 40 ausgebildet. Die beiden kürzeren Seiten der Membran 30 werden durch Haltemittel 43a und 43b wie zum Beispiel Kle­ ber auf diesen Tragelementen 42a und 42b gehalten. Eine Dämp­ fungsöffnung 48 ist in einer anderen Seitenfläche als den Seitenflächen, wo die Tragelemente 42a und 42b des Behältnis­ ses 40 vorgesehen sind, ausgebildet. Die zwischen den beiden längeren Seiten der Membran 30 und dem Behältnis 40 ausgebil­ deten Zwischenräume sind mit elastischen Dichtungsmitteln 44a und 44b wie zum Beispiel Siliconkautschuk abgedichtet. Äußere Anschlußelektroden 45a und 45b sind auf der Ober- und Unter­ seite von beiden Enden der unteren Abdeckung 41 ausgebildet. Die Ober- und Unterseiten jeder Elektrode 45a und 45b sind über die Innenseiten der jeweiligen am Seitenrand beider En­ den der unteren Abdeckung 41 ausgebildeten Durchgangslöcher 46a und 46b miteinander verbunden.

Nachdem die untere Abdeckung 41 auf die Öffnung in den Unter­ seiten des Behältnisses 40 geklebt wurde, werden leitende Kleber 47a und 47b durch die Durchgangslöcher 46a und 46b ge­ gossen, wie in Fig. 8 gezeigt. Dadurch werden die äußeren An­ schlußelektroden 45a und 45b und die Elektroden der Membran 30 miteinander verbunden, und das Durchgangsloch wird abge­ dichtet. Man erhält so den piezoelektrischen elektroakusti­ schen Wandler.

Gemäß Fig. 9 und 10 erhält man die Membran 30 dieser Ausfüh­ rungsform durch Laminieren von zwei piezoelektrischen Kera­ mikschichten 31 und 32. Die Hauptflächenelektroden 33 und 34 werden jeweils auf der Ober- und Unterseite der Membran 30 ausgebildet, und eine innere Elektrode 35 wird zwischen den Keramikschichten 31 und 32 ausgebildet. Die beiden Keramik­ schichten 31 und 32 sind in derselben Richtung in bezug auf die Dickenrichtung polarisiert, wie durch den fettgedruckten Pfeil in Fig. 10 dargestellt.

Bei dieser Ausführungsform sind die obere Hauptflächenelek­ trode 33 und die untere Hauptflächenelektrode 34 so ausgebil­ det, daß ihre Breite jeweils gleich der kürzeren Seite der Membran 30 ist und ihre Länge jeweils etwas kürzer ist als die längere Seite der Membran 30. Ein Ende der oberen und un­ teren Hauptflächenelektroden 33 und 34 ist jeweils mit einer auf der Stirnfläche der einen kürzeren Seite der Membran 30 ausgebildeten Stirnflächenelektrode 36 verbunden. Die obere und untere Hauptflächenelektrode 33 und 34 sind daher mitein­ ander verbunden. Die innere Elektrode 35 ist so ausgebildet, daß sie eine zu den Hauptflächenelektroden 33 und 34 im we­ sentlichen symmetrische Form besitzt. Ein Ende der inneren Elektrode 35 ist von der Stirnflächenelektrode 36 entfernt, während das andere Ende derselben mit einer auf der Stirnflä­ che der anderen kürzeren Seite der Membran 30 ausgebildeten Stirnflächenelektrode 37 verbunden ist. Eine mit der Stirn­ flächenelektrode 37 verbundene schmale Hilfselektrode 38 ist auf der Ober- und Unterseite eines Endabschnitts auf der Sei­ te der anderen kürzeren Seite der Membran 30 ausgebildet.

Gemäß Fig. 8 ist die Stirnflächenelektrode 36 oder die untere Hauptflächenelektrode 34 mit der äußeren Anschlußelektrode 45a über den leitenden Kleber 47a verbunden, und die Stirn­ flächenelektrode 37 ist über den leitenden Kleber 47b mit der Stirnflächenelektrode 45b verbunden. Durch Anlegen einer vor­ bestimmten Wechselspannung zwischen den äußeren Anschlußelek­ troden 45a und 45b kann die Membran 30 in eine Längsbiege­ schwingung versetzt werden, bei der die kürzeren Seiten der Membran als Drehpunkte dienen, und bei der die maximale Am­ plitude im mittleren Abschnitt der Membran in Längsrichtung erreicht wird.

Da bei der kreisrunden Membran 1 in der ersten Ausführungs­ form die maximale Amplitude nur in ihrem mittleren Abschnitt erreicht wird, ist ihr Verdrängungsvolumen klein und ihr elektroakustischer Umwandlungswirkungsgrad ist niedrig. Da die Bewegung des Außenumfangs der Membran 1 eingeschränkt ist, ist auch ihre Schwingungsfrequenz hoch. Um eine piezo­ elektrische Membran mit einer niedrigen Schwingungsfrequenz zu erhalten, muß daher der Radius der Membran 1 groß sein. Da andererseits bei der rechteckigen Membran 30 in der dritten Ausführungsform die maximale Amplitude entlang ihrer Mittel­ linie in Längsrichtung erreicht wird, ist ihr Verdrängungsvo­ lumen groß, und dadurch kann ein hoher elektroakustischer Um­ wandlungswirkungsgrad erzielt werden. Wenngleich die beiden Endabschnitte der Membran 30 in Längsrichtung fixiert sind, können ferner jene Endabschnitte der Membran 30 aufgrund der elastischen Dichtungsmittel 44a und 44b frei verschoben wer­ den, und dadurch ergibt sich eine niedrigere Schwingungsfre­ quenz als bei der kreisrunden Membran. Wenn dagegen die Schwingungsfrequenz der kreisrunden Membran und die der rechteckigen Membran gleich sind, kann die rechteckige Mem­ bran kleiner sein als die kreisrunde Membran.

Fig. 11 zeigt eine Membran gemäß einer vierten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung, die eine Variante der in Fig. 10 gezeigten Membran ist.

In Fig. 10 ist die innere Elektrode 35 eine partielle Elek­ trode, aber in Fig. 11 ist die innere Elektrode 35 eine ganze Elektrode. Da sich in diesem Fall die ganze Elektrode 35 bis zu der Stirnflächenelektrode 36 erstreckt, besteht die Ge­ fahr, daß die innere Elektrode mit der Stirnflächenelektrode 36 verbunden wird. Um diese Gefahr zu vermeiden, ist auf ei­ ner Stirnfläche einer Membran 30' eine Isolierschicht 39 aus­ gebildet, und dann wird die mit den Hauptflächenelektroden 33 und 34 verbundene Stirnflächenelektrode 36 auf der Isolier­ schicht 39 ausgebildet. Selbst wenn die innere Elektrode 35 eine ganze Elektrode ist, kann dadurch die innere Elektrode 35 zuverlässig gegen die Hauptflächenelektroden 33 und 34 isoliert werden.

Fig. 12 zeigt eine Membran gemäß einer fünften Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung.

Bei dieser Ausführungsform erhält man die Membran 50 durch Laminieren von drei piezoelektrischen Keramikschichten 51 bis 53. Bei der Membran 50 sind Hauptflächenelektroden 54 und 55 jeweils auf der Ober- und Unterseite der Membran 50 ausgebil­ det, und innere Elektroden 56 und 57 sind zwischen den Kera­ mikschichten 51 und 52 bzw. zwischen den Keramikschichten 52 und 53 ausgebildet. Diese drei Keramikschichten sind in der­ selben Richtung in bezug auf die Dickenrichtung polarisiert, wie mit dem fettgedruckten Pfeil in Fig. 12 gezeigt.

Bei dieser Ausführungsform sind die Hauptflächenelektroden 54 und 55 genauso wie in Fig. 10 gezeigt so ausgebildet, daß ih­ re Breite jeweils gleich ist der Breite der kürzeren Seite der Membran 50 und ihre Länge jeweils etwas kürzer ist als die längere Seite der Membran 50. Ein Ende der oberen und un­ teren Hauptflächenelektroden 54 und 55 ist jeweils mit einer auf der Stirnfläche der einen kürzeren Seite der Membran 50 ausgebildeten Stirnflächenelektrode 58 verbunden. Die oberen und unteren Hauptflächenelektroden 54 und 55 sind daher mit­ einander verbunden. Ein Ende jeder inneren Elektrode 56 und 57 ist von der Stirnflächenelektrode 58 entfernt, und ihr an­ deres Ende ist mit einer auf der Stirnfläche der anderen kür­ zeren Seite der Membran 50 ausgebildeten Stirnflächenelektro­ de 59 verbunden. Die inneren Elektroden 56 und 57 sind daher ebenfalls miteinander verbunden.

Eine mit der Stirnflächenelektrode 59 verbundene schmale Hilfselektrode 59a ist auf der Ober- und Unterseite eines End­ abschnittes auf der Seite der anderen kürzeren Seite der Membran 50 ausgebildet.

Wenn zum Beispiel eine negative Spannung und eine positive Spannung an die Stirnflächenelektroden 58 bzw. 59 angelegt werden, werden in den mit den dünnen Pfeilen in Fig. 12 dar­ gestellten Richtungen elektrische Felder erzeugt. Da die auf den entgegengesetzten Seiten der mittleren Keramikschicht 52 angeordneten inneren Elektroden 56 und 57 das gleiche elek­ trische Potential besitzen, erzeugen sie dabei kein elektri­ sches Feld. Die obere Keramikschicht 51 zieht sich in Rich­ tung der Ebene zusammen, da die Polarisationsrichtung und die Richtung des elektrischen Feldes der oberen Keramikschicht 51 gleich sind, während sich die untere Keramikschicht 53 in Richtung der Ebene ausdehnt, da die Polarisationsrichtung und die Richtung des elektrischen Feldes der unteren Keramik­ schicht 53 einander entgegengesetzt sind. Die mittlere Kera­ mikschicht 52 dehnt sich weder aus noch zieht sie sich zusam­ men. Demgemäß wird die Membran 50 so gebogen, daß sie nach unten konvex ist. Durch Anlegen einer Wechselspannung zwi­ schen den Stirnflächenelektroden 58 und 59 kann die Membran in regelmäßigen Abständen in eine Biegeschwingung versetzt und dadurch ein hoher Schalldruck erzeugt werden.

In Fig. 12 werden als innere Elektroden 56 und 57 partielle Elektroden verwendet, aber gemäß Fig. 11 können auch ganze Elektroden verwendet werden.

Das Herstellungsverfahren für die oben beschriebene Membran 50 mit dem dreilagigen Aufbau ist dasselbe wie bei der zwei­ lagigen Membran 1 gemäß Fig. 4. Das heißt, ein Elektrodenfilm wird durch Drucken oder dergleichen zu einem vorbestimmten Muster auf der Oberfläche einer im Zustand eines Motherboard befindlichen grünen Keramikschicht geformt, und drei solcher Keramikschichten werden laminiert und verpreßt. Als nächstes wird dieser Schichtkörper in der der Membran 50 entsprechen­ den Form ausgestanzt oder ausgeschnitten. Dann wird der aus­ gestanzte oder ausgeschnittene Schichtkörper gleichzeitig zu einem mehrlagigen Sinterkörper gebrannt.

Als nächstes werden Hauptflächenelektroden 54 und 55 auf den oberen und unteren Hauptflächen des mehrlagigen Sinterkörpers ausgebildet, und durch Anlegen einer Polarisationsspannung über diese Hauptflächenelektroden werden alle den Schichtkör­ per bildenden Keramikschichten 52 bis 53 in derselben Rich­ tung in bezug auf die Dickenrichtung polarisiert.

Danach werden die Stirnflächenelektroden 58 und 59 und der­ gleichen ausgebildet, und so erhält man die Membran 50.

Auch in diesem Fall ist keine Verbindung zwischen den inneren Elektroden 56 und 57 und den Hauptflächenelektroden 54 und 55 notwendig, wenn die Polarisation vorgenommen wird. Die Pola­ risation kann dadurch vorgenommen werden, daß lediglich eine Spannung über die Hauptflächenelektroden 54 und 55 angelegt wird. Dies vereinfacht den Polarisationsvorgang.

Fig. 13 zeigt eine Membran gemäß einer sechsten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung.

Die in Fig. 12 gezeigte Ausführungsform ist die Membran mit einem Aufbau, bei dem die Dicke aller Keramikschichten 51 bis 53 im wesentlichen dieselbe ist. Die in Fig. 13 gezeigte Aus­ führungsform ist dagegen die Membran mit einem Aufbau, bei dem die mittlere Keramikschicht 52 dicker ist als die Kera­ mikschichten 51 und 53. Es ist besonders vorzuziehen, daß die Dicke der mittleren Keramikschicht 52 50 bis 80 Prozent der Gesamtdicke der Membran 50' einnimmt. Da der Aufbau der Mem­ bran 50' ansonsten derselbe ist wie der Aufbau der in Fig. 12 gezeigten Membran 50, wird hier die Beschreibung derselben weggelassen.

Fig. 14 zeigt die Änderung im Schalldruck gemäß der Änderung im Dickenverhältnis der mittleren Keramikschicht 52. Die ver­ tikale Achse stellt das Verhältnis des Schalldrucks der Mem­ bran 50' gegenüber dem der zweilagigen Membran gemäß Fig. 10 dar. Die horizontale Achse stellt das Verhältnis der Dicke der mittleren Keramikschicht 52 gegenüber der Gesamtdicke der Membran 50' dar. Die Schalldrücke der Membran 50' wurden un­ ter den Bedingungen gemessen, in denen die Gesamtdicke der Membran 50' und die angelegte Spannung jeweils konstant sind.

Wie aus Fig. 14 hervorgeht, erhält man bei der dreilagigen Membran einen höheren Schalldruck als bei der zweilagigen Membran. Außerdem erhält man in dem Fall, wo das Dickenver­ hältnis zwischen 50 Prozent und 80 Prozent beträgt, einen noch höheren Schalldruck als in dem Fall, wo die Dicke jeder der drei Schichten gleich ist (d. h. wo das Dickenverhältnis 33 Prozent beträgt). Vor allem wenn das Dickenverhältnis zwi­ schen 60 Prozent und 70 Prozent beträgt, kann man den maxima­ len Schalldruck erhalten, der 1,6 mal so hoch ist wie der mit der zweilagigen Membran erhaltene Schalldruck. Wenn die Zahl der Schichten begrenzt ist, kann daher der Schalldruck durch Erhöhen der Dicke der mittleren Schicht bei gleichzeitiger Minimierung der Zahl der Schichten (in diesem Beispiel 3 Schichten) bis zu seinem maximalen Wert erhöht werden.

In Fig. 15 bis 17 ist ein piezoelektrischer elektroakusti­ scher Wandler gemäß einer siebten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung gezeigt, der als oberflächenmontierbarer piezoelektrischer Empfänger konstruiert ist.

Dieser piezoelektrische Empfänger umfaßt im allgemeinen eine rechteckige Membran (Schichtkörper) 30, ein rechteckiges Be­ hältnis 60 mit dieser Membran 30, eine obere Abdeckung 68 mit einer Auslaßöffnung 69. Da die Membran 30 dieselbe ist wie die in Fig. 9 und 10 gezeigte, sind dieselben Teile wie jene in Fig. 9-10 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Das Be­ hältnis 60 ist aus einem wärmebeständigen Harz wie zum Bei­ spiel LCP (Flüssigkristallpolymer), SPS (syndiotaktisches Po­ lystyrol), PPS (Polyphenylensulfid) oder Epoxidharz herge­ stellt. Die obere Abdeckung 68 ist aus einem wärmebeständigen Material wie zum Beispiel Flüssigkristallpolymer oder Glase­ poxidharz oder aus einer Keramik hergestellt. Eine Öffnung 61 ist auf der Oberseite des Behältnisses 60 vorgesehen, und ei­ ne obere Abdeckung 68 ist auf diese Öffnung 61 in der Ober­ seite geklebt. Stufenförmige Tragelemente 62a und 62b sind auf den Innenflächen der beiden gegenüberliegenden Seiten des Behältnisses 60 ausgebildet. Äußere Anschlußklemmen 63a und 63b sind eingeformt, so daß sie zur Oberseite der Tragelemen­ te 62a und 62b und zu den äußeren Seitenflächen des Behält­ nisses 60 hin freiliegen. Diese äußeren Anschlußklemmen 63a und 63b werden beispielsweise dadurch hergestellt, daß man aus einer Kupferlegierung, aus Eisen oder dergleichen beste­ hende metallische Klemmen vergoldet oder verzinnt. Eine Dämp­ fungsöffnung 64 ist in einer anderen Seitenfläche als den Seitenflächen ausgebildet, wo die Tragelemente 62a und 62b des Behältnisses 60 vorgesehen sind.

Die zwei kürzeren Seiten der Membran 30 sind durch Haltemit­ tel 65a und 65b auf den Tragelementen 62a und 62b gelagert. Die zwischen den beiden längeren Seiten der Membran 30 und dem Behältnis 60 ausgebildeten Zwischenräume sind mit elasti­ schen Dichtungsmitteln 66a und 66b wie Siliconkautschuk abge­ dichtet. Die auf den kürzeren Seiten der Membran 30 vorgese­ henen Stirnflächenelektroden 36 und 37 sind mit den zur Ober­ seite der Tragelemente 62a und 62b hin freiliegenden äußeren Anschlußelektroden 63a und 63b über die leitenden Pasten 67a bzw. 67b elektrisch verbunden. Vorzugsweise erfolgt das An­ bringen der Haltemittel 65a und 65b und der elastischen Dich­ tungsmittel 66a und 66b, nachdem die Membran 30 und die äuße­ ren Anschlußelektroden 63a und 63b mit den leitenden Pasten 67a und 67b festgeklebt wurden. Das Warmhärten der leitenden Pasten 67a und 67b, der Haltemittel 65a und 65b und der ela­ stischen Dichtungsmittel 66a und 66b kann gleichzeitig erfol­ gen.

Fig. 18 zeigt einen piezoelektrischen elektroakustischen Wandler gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der eine Variante des in Fig. 15 bis 17 gezeigten Wandlers ist.

Diese Ausführungsform wird nicht dadurch hergestellt, daß die äußeren Anschlußelektroden 63a und 63b in das Behältnis 60 eingesetzt werden, sondern wird dadurch hergestellt, daß ge­ trennt ausgebildete metallische Klemmen in die Öffnungen 60a des Behältnisses 60 eingesetzt werden und die metallischen Klemmen an den Öffnungen 60a festgeklebt werden. Da andere Konstruktionen dieselben sind wie die in Fig. 15 bis 17 ge­ zeigten, sind dieselben Teile wie die in Fig. 15-17 mit den­ selben Bezugszeichen bezeichnet, um wiederholte Beschreibun­ gen zu vermeiden.

In Fig. 19 bis 21 ist ein piezoelektrischer elektroakusti­ scher Wandler gemäß einer neunten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung gezeigt, der als oberflächenmontierbares Bauelement konstruiert ist.

Bei dieser Ausführungsform werden anstelle der aus den Ein­ steckklemmen bestehenden äußeren Anschlußelektroden 63a und 63b gemäß Fig. 15 bis 17 Elektrodenfilme 63c und 63d verwen­ det, die durch stromloses Naßgalvanisieren oder Trockengalva­ nisieren wie zum Beispiel Sputtern hergestellt wurden. Bei dieser Ausführungsform werden die Elektrodenfilme 63c und 63d kontinuierlich von den Außenflächen der Seiten, auf denen die Tragelemente 62a und 62b vorgesehen sind, bis zu den Obersei­ ten der Tragelemente 62a und 62b ausgebildet.

Da andere Konstruktionen dieselben sind wie die in Fig. 15 bis 17 gezeigten, werden dieselben Teile wie jene in Fig. 15 bis 17 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, um wiederholte Beschreibungen zu vermeiden.

Bei den in Fig. 15 bis 21 gezeigten Ausführungsformen kann nicht nur die in Fig. 9 und 10 gezeigte Membran 30, sondern auch die in Fig. 11, 12 und 13 gezeigte Membran 30', 50 und 50' als Membran verwendet werden.

Fig. 22 zeigt einen piezoelektrischen elektroakustischen Wandler gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der eine Variante des in Fig. 7 gezeigten Wandlers ist. Dieselben Teile wie jene in Fig. 7 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, um wiederholte Beschreibungen zu vermeiden.

Fig. 22 ist eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungs­ form, gesehen von der Unterseite. Stufenförmige Tragelemente 42 sind um die gesamte innere Seitenfläche eines Behältnisses 40 herum ausgebildet. Die Oberseiten dieser Tragelemente 42 sind so ausgebildet, daß sie bündig miteinander sind, und al­ le vier Seiten der Membran 30 werden durch Haltemittel 43 wie zum Beispiel einen Kleber 43 auf den Tragelementen 42 gehal­ ten.

Diese Ausführungsform wird als Schallgeber verwendet, der bei einer einzigen Frequenz arbeiten kann, wie zum Beispiel ein piezoelektrischer Schallgeber. Wenngleich die Membran 30 an ihrem gesamten Umfang durch das Haltemittel 43 festgehalten wird, kann die Membran 30 aufgrund ihrer Verwendung im Reso­ nanzfrequenzbereich stark erregt werden, was zu einem lauten Schall führt.

Fig. 23 zeigt einen piezoelektrischen elektroakustischen Wandler gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Da diese Ausführungsform im wesentlichen denselben Aufbau be­ sitzt wie die in Fig. 15 bis 17 gezeigte, sind dieselben Tei­ le wie jene in Fig. 15 bis 17 mit denselben Bezugszeichen be­ zeichnet, um wiederholte Beschreibungen zu vermeiden.

Bei dieser Ausführungsform sind stufenförmige Tragelemente 62 um die gesamte innere Seitenfläche eines rechteckigen Behält­ nisses 60 herum ausgebildet. Alle vier Seiten einer Membran 30 werden durch ein Haltemittel 65 wie zum Beispiel einen Kleber auf dem Tragelement 62 gehalten.

Diese Ausführungsform wird auch als Schallgeber verwendet, der bei einer einzigen Frequenz arbeiten kann, wie zum Bei­ spiel ein piezoelektrischer Schallgeber. Die Membran wird im Resonanzfrequenzbereich verwendet.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebe­ nen Ausführungsformen begrenzt, aber verschiedene Änderungen und Modifikationen können an der Erfindung vorgenommen wer­ den, ohne vom Geist und vom Rahmen derselben abzuweichen.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine mit ei­ ner inneren Elektrode verbundene Stirnflächenelektrode auf der Stirnfläche der Membran ausgebildet, und die innere Elek­ trode wird über die Stirnflächenelektrode einer Membran her­ ausgezogen. Alternativ kann die innere Elektrode jedoch über ein Durchgangsloch herausgezogen werden wie es in der japani­ schen Offenlegungsschrift Nr. 61-205100 offenbart ist, oder sie kann über eine schlitzförmige Nut oder eine schlitzförmi­ ge Öffnung herausgezogen werden.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen erhält man die Membran 1, 30, 30', 50 und 50' durch Laminieren von zwei oder drei grünen Keramikschichten über einen Elektrodenfilm, gleichzeitiges Brennen dieses Schichtkörpers zu einem Sinter­ körper und dann Polarisieren dieses gesinterten Schichtkör­ pers. Anstatt mit diesem Verfahren kann man die Membran je­ doch auch dadurch erhalten, daß zwei oder drei Keramikplat­ ten, die zuvor gebrannt und polarisiert wurden, laminiert werden und die laminierten Keramikplatten dann aufeinanderge­ klebt werden. Mit dem erstgenannten Herstellungsverfahren, bei dem das Brennen nach dem Laminieren der Keramikschichten erfolgt, kann jedoch eine viel dünnere Membran hergestellt und ein höherer Schalldruck erzielt werden als bei dem zu­ letzt genannten Herstellungsverfahren, bei dem die zuvor ge­ brannten Keramikschichten laminiert werden. Bei dem erstge­ nannten Verfahren kann die Membran daher einen überlegenen elektroakustischen Umwandlungswirkungsgrad aufweisen.

Die Membran gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine Membran begrenzt, die ausschließlich aus piezoelektri­ schen Keramikschichten besteht. Eine verstärkte Schicht wie zum Beispiel eine Metallfolie oder eine Harzschicht können auf eine Seite des Schichtkörpers geklebt werden. Im Gegen­ satz zu der bei einer unimorphen Membran verwendeten Metall­ platte soll mit dieser verstärkten Schicht verhindert werden, daß in einem Schichtkörper Risse oder dergleichen entstehen. Vorzugsweise ist die hier verwendete verstärkte Schicht so ausgelegt, daß sie die Biegeschwingung des Schichtkörpers nicht verhindert.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, sind gemäß der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung Hauptflä­ chenelektroden auf der Ober- und Unterseite des aus zwei oder drei piezoelektrischen Keramikschichten bestehenden Schicht­ körpers ausgebildet, sind innere Elektroden zwischen den Ke­ ramikschichten ausgebildet, und sind alle Keramikschichten in derselben Richtung in bezug auf die Dickenrichtung polari­ siert, und folglich zieht sich beim Anlegen einer Wech­ selspannung zwischen den Hauptflächenelektroden und den inne­ ren Elektroden die untere Keramikschicht zusammen, während sich zum Beispiel die obere Keramikschicht ausdehnt, was dazu führt, daß der Schichtkörper in seiner Gesamtheit in eine Biegeschwingung versetzt wird. Der Schwingweg der vorliegen­ den Membran ist größer als der der Membran unimorphen Typs, was zu einem erhöhten Schalldruck führt.

Da alle Keramikschichten in derselben Richtung in bezug auf die Dickenrichtung polarisiert sind, ist außerdem im Gegen­ satz zu dem herkömmlichen Verfahren keine komplizierte Ver­ bindung zwischen den Hauptflächenelektroden und den inneren Elektroden notwendig. Die Biegeschwingung der Membran erhält man einfach durch Anlegen einer Spannung an die Hauptflä­ chenelektroden und die inneren Elektroden. Dies führt zu ei­ ner Vereinfachung des Aufbaus und einer Verringerung der Pro­ duktionskosten.

Claims (8)

1. Piezoelektrischer elektroakustischer Wandler, welcher folgendes umfaßt:
einen Schichtkörper, der hergestellt wird durch Laminieren von zwei oder drei piezoelektrischen Keramikschichten;
Hauptflächenelektroden, die jeweils auf der Oberseite und der Unterseite des Schichtkörpers ausgebildet sind; und
eine innere Elektrode, die zwischen zwei benachbarten piezo­ elektrischen Keramikschichten ausgebildet ist, wobei:
alle Keramikschichten in derselben Richtung in bezug auf die Dickenrichtung polarisiert sind; und
der Schichtkörper in seiner Gesamtheit in eine Biegeschwin­ gung versetzt wird, indem eine Wechselspannung über die Hauptflächenelektroden und die innere Elektrode angelegt wird.

2. Piezoelektrischer elektroakustischer Wandler nach An­ spruch 1, bei dem:
die innere Elektrode mit einer auf einer Stirnfläche des Schichtkörpers ausgebildeten Stirnflächenelektrode verbunden ist; und
eine Wechselspannung über die Stirnflächenelektrode und die zwei Hauptflächenelektroden angelegt wird.

3. Piezoelektrischer elektroakustischer Wandler nach An­ spruch 1 oder 2, bei dem:
der Schichtkörper drei Keramikschichten umfaßt; und
die Dicke der mittleren Keramikschicht zwischen 50 Prozent und 80 Prozent der Gesamtdicke des Schichtkörpers beträgt.

4. Piezoelektrischer elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem:
der Schichtkörper aus einem Sinterkörper besteht, den man er­ hält durch Laminieren von zwei oder drei grünen Keramik­ schichten über einen Elektrodenfilm und gleichzeitiges Bren­ nen der laminierten Grünschichten; und
alle Keramikschichten in derselben Richtung in bezug auf die Dickenrichtung polarisiert werden, indem eine Spannung über die auf der Ober- und Unterseite des Schichtkörpers ausgebil­ deten Hauptflächenelektroden angelegt wird.

5. Piezoelektrischer elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem:
der Schichtkörper zu einer rechteckigen Platte geformt ist;
der Schichtkörper in einem Behältnis mit einer Öffnung in seiner Unterseite und einer schallabstrahlenden Öffnung in seiner Oberseite untergebracht ist;
zwei einander gegenüberliegende Seiten des Schichtkörpers durch Haltemittel auf den auf den Innenflächen der gegenüber­ liegenden Seiten des Behältnisses ausgebildeten Tragelementen gehalten werden;
die Zwischenräume zwischen den beiden anderen Seiten des Schichtkörpers und den inneren Seitenflächen des Behältnisses durch ein elastisches Dichtungsmittel abgedichtet sind;
die Öffnung in der Unterseite des Behältnisses durch eine un­ tere Abdeckung verschlossen ist, die mit den Hauptflächen­ elektroden und der inneren Elektrode des Schichtkörpers ver­ bundene äußere Anschlußelektroden aufweist.

6. Piezoelektrischer elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem:
der Schichtkörper zu einer rechteckigen Platte geformt ist;
der Schichtkörper in einem Behältnis untergebracht ist, das eine Öffnung in der Oberseite und mit den Hauptflächenelek­ troden und der inneren Elektrode des Schichtkörpers verbunde­ ne äußere Anschlußelektroden aufweist;
zwei gegenüberliegende Seiten des Schichtkörpers durch Hal­ temittel auf den auf den Innenflächen der gegenüberliegenden Seiten des Behältnisses ausgebildeten Tragelementen gehalten werden;
die Zwischenräume zwischen den beiden anderen Seiten des Schichtkörpers und den inneren Seitenflächen des Behältnisses durch ein elastisches Dichtungsmittel abgedichtet sind;
die Öffnung in der Oberseite des Behältnisses durch eine obe­ re Abdeckung mit einer schallabstrahlenden Öffnung verschlos­ sen ist.

7. Piezoelektrischer elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem:
der Schichtkörper zu einer rechteckigen Platte geformt ist;
der Schichtkörper in einem Behältnis mit einer Öffnung in seiner Unterseite und mit einer schallabstrahlenden Öffnung in seiner Oberseite untergebracht ist;
die vier Seiten des Schichtkörpers durch Haltemittel auf den auf den inneren Seitenflächen des Behältnisses ausgebildeten Tragelementen gehalten werden;
die Öffnung in der Unterseite des Behältnisses durch eine un­ tere Abdeckung verschlossen ist, die mit den Hauptflächen­ elektroden und der inneren Elektrode des Schichtkörpers ver­ bundene äußere Anschlußelektroden aufweist.

8. Piezoelektrischer elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem:
der Schichtkörper zu einer rechteckigen Platte geformt ist;
der Schichtkörper in einem Behältnis untergebracht ist, das eine Öffnung in seiner Oberseite und mit den Hauptflächen­ elektroden und der inneren Elektrode des Schichtkörpers ver­ bundene äußere Anschlußelektroden aufweist;
die vier Seiten des Schichtkörpers durch Haltemittel auf den auf den inneren Seitenflächen des Behältnisses ausgebildeten Tragelementen gehalten werden;
die Öffnung in der Oberseite des Behältnisses durch eine obe­ re Abdeckung mit einer schallabstrahlenden Öffnung verschlos­ sen ist.