DE19634842C2 - Piezoelektrischer Wandler - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen piezoelek­ trischen Wandler vom Mehrschichtentyp und insbesondere auf eine Verbesserung des Musters von Treiberelektroden, die in einem laminierten Element positioniert sind, das aus einer Mehrzahl von piezoelektrischen Keramikmaterialschichten be­ steht.

Ein piezoelektrischer Wandler umfaßt ein piezoelektrisches Element in der Form einer länglichen Platte mit einer Mehr­ zahl von darauf gebildeten Elektronen. Eine erste und eine zweite Elektrode sind an einer longitudinalen Seite des piezoelektrischen Elements gebildet, derart, daß sie sich in der Dickenrichtung des piezoelektrischen Elements gegenüber­ liegen. Eine dritte Elektrode ist auf einer Endseite auf der anderen longitudinalen Seite des piezoelektrischen Elements gebildet. Eine Seite des piezoelektrischen Elements ist in der Richtung seiner Dicke polarisiert, während die andere Seite in der longitudinalen Richtung desselben polarisiert ist. Die erste und die zweite Elektrode dienen als Treiber­ abschnitt oder ein Eingangsseite, während die dritte Elek­ trode als Leistungserzeugungsabschnitt oder als Ausgangssei­ te dient.

Wenn eine Eingangsspannung mit einer natürlichen Resonanz­ frequenz, welche von der longitudinalen Dimension des piezo­ elektrischen Elements abhängt, zwischen die oben beschrie­ bene erste und zweite Elektrode angelegt wird, wird das pie­ zoelektrische Element einer starken mechanischen Schwingung in der longitudinalen Richtung aufgrund eines elektrostrik­ tiven Effekts unterworfen. Dies resultiert in einem piezo­ elektrischen Effekt auf der anderen Seite des piezoelektri­ schen Elements, wodurch eine elektrische Ladung erzeugt wird, welche als eine Wechsel-Hochspannung zwischen der dritten Elektrode und entweder der ersten oder der zweiten Elektrode ausgegeben wird. Wie oben beschrieben wurde, führt ein piezoelektrischer Wandler eine Aufwärtswandlung durch, indem elektrische Energie in mechanische Energie und ferner die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden.

Bei einem solchen piezoelektrischen Wandler werden norma­ lerweise piezoelektrische Keramikmaterialien, wie z. B. Ma­ terialien vom Blei-Zirkonat-Titanat-Typ als das piezoelek­ trische Element verwendet. Piezoelektrische Wandler weisen jedoch das Problem auf, daß sie schwierig in die Praxis um­ zusetzen sind, da ihre Aufwärtsverhältnisse (d. h. ihre "step-up"-Verhältnisse) im allgemeinen klein sind. Faktoren, die das Aufwärtsverhältnis bestimmen, umfassen die longitu­ dinale Abmessung des piezoelektrischen Elements und die Ab­ messung in der Richtung der Dicke, d. h. den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode. Je größer die longitu­ dinale Abmessung oder je kleiner die Dickenabmessung wird, ein um so größeres Aufwärtsverhältnis kann erreicht werden. Eine Erhöhung in der longitudinalen Richtung resultiert je­ doch in Problemen, wie z. B. einem Anstieg der Abmessung des piezoelektrischen Wandlers und einer Schwierigkeit bei der Polarisation. Eine Abnahme der Abmessung in der Dickenrich­ tung resultiert in einem Problem, und zwar, daß die mechani­ sche Stärke des piezoelektrischen Elements reduziert wird. Beide der oben beschriebenen Lösungsansätze können nicht sinnvoll als Mittel zum Erhöhen eines Aufwärtshältnisses so, wie sie sind, verwendet werden.

Piezoelektrische Wandler vom Mehrschichtentyp wurden vorge­ schlagen, welche diese Probleme lösen können und ein relativ großes Aufwärtsverhältnis schaffen können. Bei einem piezo­ elektrischen Wandler vom Mehrschichtentyp ist das piezoelek­ trische Element als ein laminiertes Element vorgesehen, das aus einer Mehrzahl von piezoelektrischen Keramikmaterial­ schichten besteht, wobei jede eine Mehrzahl von Treiberelek­ troden, welche als Elektroden auf einer Treiber- oder Ein­ gangsseite dienen, derart gebildet wird, daß sie einer be­ nachbarten Treiberelektrode gegenüberliegt, wobei eine pi­ ezoelektrische Keramikmaterialschicht zwischen dieselben gelegt ist. Eine erste, eine zweite und eine dritte An­ schlußelektrode werden auf einer äußeren Oberfläche des la­ minierten Elements gebildet, wonach die Mehrzahl von Trei­ berelektroden abwechselnd mit der ersten oder mit der zwei­ ten Anschlußelektrode elektrisch verbunden werden. Die drit­ te Anschlußelektrode dient als Elektrode auf einer Lei­ stungserzeugungsseite oder Ausgangsseite.

Wie oben beschrieben wurde, erlaubt die Verwendung eines piezoelektrischen Wandlers vom Mehrschichtentyp, daß der Ab­ stand zwischen den Elektroden reduziert werden kann, ohne daß die mechanische Stärke des piezoelektrischen Elements reduziert wird, und daß die mechanische Energie, die durch den elektrostriktiven Effekt erzeugt wird, erhöht wird. Dies macht es möglich, ohne weiteres ein praktisches Aufwärtsver­ hältnis zu erreichen. Bei einem solchen piezoelektrischen Wandler vom Mehrschichtentyp, führt jedoch die Anwesenheit der Treiberelektroden in dem laminierten Element zu einer Trennung, wenn während des Treibens des piezoelektrischen Wandlers eine mechanische Schwingung oder ein bestimmter Stoß von außen angelegt werden. Es wurde herausgefunden, daß eine solche Trennung die Charakteristika des piezoelektri­ schen Wandlers verschlechtern können, und daß sie ein Wan­ dern der Treiberelektroden bei hohen Temperaturen und einer hohen Feuchtigkeit bewirken können, bei der Wasser selbst in einen kleinen getrennten Bereich eindringen kann.

Piezoelektrische Wandler des oben beschriebenen Typs, die aus einer einzelnen Keramikschicht bestehen, sind bei C. A. Rosen, "Ceramic Transformers and Filters", Proc. Electronic Comp. Symp., Seiten 205-211 (1956) beschrieben. Piezoelek­ trische Wandler mit einer Mehrschichtstruktur sind bei John A. Mangels, "Forming of Ceramics", Advances in Ceramics, Vo­ lume 9, Seiten 121 bis 126, offenbart. Hinsichtlich mehr­ schichtiger piezoelektrischer Wandler sei ferner ergänzend auf die US 52 78 481 und die DE 24 33 389 A1 verwiesen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen piezoelektrischen Wandler vom Mehrschichtentyp zu schaffen, der in der Lage ist, die Trennung von piezoelektrischen Ke­ ramikmaterialschichten zu minimieren.

Diese Aufgabe wird durch einen piezoelektrischen Wandler ge­ mäß Anspruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung ist auf einen piezoelektrischen Wandler vom Mehrschichtentyp mit folgenden Merkmalen ausge­ richtet: einem laminierten Element, das aus einer Mehrzahl von piezoelektrischen Keramikmaterialschichten besteht; ei­ ner ersten, einer zweiten und einer dritten Anschlußelektro­ de, welche jeweils an verschiedenen Positionen auf einer äußeren Oberfläche des laminierten Elements gebildet sind; einer Mehrzahl von ersten Treiberelektroden, die mit der er­ sten Anschlußelektrode elektrisch verbunden sind; und zumin­ dest einer zweiten Treiberelektrode, die mit einer zweiten Anschlußelektrode elektrisch verbunden ist, und die durch mindestens eine piezoelektrische Keramikmaterialschicht, welche zwischen denselben positioniert ist, den ersten Trei­ berelektroden gegenüberliegt. Um die oben beschriebenen technischen Probleme zu lösen, ist die vorliegende Erfindung dadurch charakterisiert, daß entweder die erste oder die zweite oder beide Treiberelektroden, welche in dem laminier­ ten Element positioniert sind, eine Mehrzahl von durchge­ stochenen Abschnitten aufweist, um es zu bewirken, daß zwei piezoelektrische Keramikmaterialschichten, die auf beiden Seiten der Treiberelektrode positioniert sind, an einer Mehrzahl von Stellen miteinander verbunden werden können.

Eine Treiberelektrode mit einem durchgestochenen Abschnitt, wie oben beschrieben, kann beispielsweise in der Form eines Gitters oder in der Form von Streifen gebildet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist, wie es oben be­ schrieben wurde, eine Treiberelektrode, die in dem laminier­ ten Element positioniert ist, eine Mehrzahl von gelochten Abschnitten auf, durch die piezoelektrische Keramikmate­ rialschichten auf beiden Seiten der Treiberelektrode an einer Vielzahl von Positionen miteinander verbunden werden, wodurch die Trennung zwischen den piezoelektrischen Keramik­ materialschichten nicht auftreten wird. Dies macht es mög­ lich, einen piezoelektrischen Wandler vom Mehrschichtentyp zu haben, welcher einen hohen Feuchtigkeitswiderstand, eine geringere Verschlechterung von Charakteristika und eine ver­ besserte mechanische Stärke aufweist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen piezoelektrischen Wandler gemäß einem ersten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar­ stellt.

Fig. 2 eine Draufsicht des piezoelektrischen Wandlers aus Fig. 1, welche die Zustände der oberen Seiten der piezoelektrischen Keramikmaterialschichten 2a, 2n und der Unterseite einer piezoelektrischen Kera­ mikmaterialschicht 2n darstellt.

Fig. 3 eine Ansicht, die mit Fig. 2 vergleichbar ist und ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 4 eine Ansicht, die mit Fig. 2 vergleichbar ist und ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 5 eine Ansicht, die mit Fig. 2 vergleichbar ist und ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und

Fig. 6 einen Graphen, der einen Vergleich zwischen Verän­ derungen der Aufwärtsverhältnisse bezüglich von Eingangsspannungen des ersten bis vierten Ausfüh­ rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und einem Beispiel, das gemäß dem Stand der Technik herge­ stellt ist, darstellt.

Bezugnehmend nun auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Be­ zugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, ist in Fig. 1 sche­ matisch ein piezoelektrischer Wandler gezeigt, der gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut und allge­ mein mit 1 bezeichnet ist. Der piezoelektrische Wandler 1 umfaßt ein laminiertes Element 3, das aus einer Mehrzahl von piezoelektrischen Keramikschichten 2a, 2b, 2c, ..., 2n be­ steht. Eine erste, eine zweite und eine dritte Anschlußelek­ trode 4, 5 und 6 sind jeweils an verschiedenen Positionen auf einer äußeren Oberfläche des laminierten Elements 3 ge­ bildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das laminierte Element 3 eine längliche Gestalt auf. Die erste und die zweite Anschlußelektrode 4 und 5 sind vorzugsweise auf einer longitudinalen Seite des laminierten Elements 3 gebildet, während die dritte Anschlußelektrode 6 auf einer Endseite der longitudinalen Seite des laminierten Elements 3 gebildet ist.

Fig. 2 ist eine Draufsicht des piezoelektrischen Wandlers 1, der in Fig. 1 gezeigt ist, welche die Zustände der oberen Seiten der piezoelektrischen Keramikmaterialschichten 2a, ..., 2n und der Unterseite einer piezoelektrischen Keramik­ materialschicht 2n zeigt. Treiberelektroden 7a, ..., 7n sind jeweils auf einer longitudinalen Seite der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Keramikmaterialschicht 2a, ..., 2n ge­ bildet. Ferner ist eine Treiberelektrode 8 auf der longitu­ dinalen Unterseite der untersten piezoelektrischen Keramik­ materialschicht 2n gebildet, wie es durch die perspektivi­ sche Darstellung der piezoelektrischen Keramikmaterial­ schicht 2n unten in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Treiberelektroden an ungeradzahlig numerierten Positio­ nen unter den Treiberelektroden 7a, ..., 7n und 8, d. h. die erste Treiberelektrode 7a, die dritte Treiberelektrode 7c, usw., sind jeweils mit der ersten Anschlußelektrode 4 elek­ trisch verbunden, um einen ersten Satz von Treiberelektroden zu bilden. Andererseits sind die Treiberelektroden an gerad­ zahlig numerierten Positionen, d. h. die zweite Treiberelek­ trode 7b, die vierte Treiberelektrode 7d, usw. (einschließ­ lich der Elektrode 8) jeweils mit der zweiten Anschlußelek­ trode 5 elektrisch verbunden, um einen zweiten Satz von Treiberelektroden zu bilden.

Ferner liegen sich die jeweiligen Elektroden des ersten Satzes von Treiberelektroden und des zweiten Satzes von Treiberelektroden gegenüber, wobei zwischen dieselben eine jeweilige piezoelektrische Keramikmaterialschicht 2a, ..., 2n positioniert ist.

Fig. 2 verzichtet auf die Darstellung einer geeigneten An­ zahl von piezoelektrischen Keramikmaterialschichten, welche zwischen den piezoelektrischen Keramikmaterialschichten 7c und 7n laminiert sein können. Um die Anzahl der Treiberelek­ troden durch Erhöhen der Anzahl von laminierten piezoelek­ trischen Keramikmaterialschichten, die das laminierte Ele­ ment 3 bilden zu erhöhen, wird die Laminierung von piezo­ elektrischen Keramikmaterialschichten 7b und 7c zwischen den piezoelektrischen Keramikmaterialschichten 7c und 7n wieder­ holt.

In Fig. 1 ist die Polarisationsrichtung durch Pfeile ange­ zeigt. Auf der longitudinalen Seite des laminierten Elements 3, an der sich die Treiberelektroden 7a, ..., 8 einander ge­ genüberliegen, erstreckt sich die Polarisation jeder auf­ einanderfolgenden piezoelektrischen Keramikmaterialschicht 2a, ..., 2n in der Dickenrichtung der Schicht, jedoch in ab­ wechselnden Richtungen. Auf der anderen longitudinalen Seite des laminierten Elements 3 ist die Polarisation vorzugsweise lediglich in einer einzigen longitudinalen Richtung des la­ minierten Elements 3 vorgesehen.

Bei einem solchen piezoelektrischen Wandler 1 bewirkt der elektrostriktive Effekt eine starke mechanische Schwingung in der Longitudinalrichtung des laminierten Elements 3, wenn eine Eingangsspannung zwischen die erste und die zweite An­ schlußelektrode 4 und 5 angelegt wird. Dies resultiert in der Erzeugung einer elektrischen Ladung aufgrund eines pie­ zoelektrischen Effekts auf der Seite des laminierten Ele­ ments 3, auf der die dritte Anschlußelektrode 6 positioniert ist. Die elektrische Ladung kann als Wechsel-Hochspannung zwischen der dritten Anschlußelektrode 6 und entweder der ersten Anschlußelektrode 4 oder der zweiten Anschlußelektro­ de 5 abgenommen werden.

Die oben beschriebene Konfiguration ist die gleiche wie die eines herkömmlichen piezoelektrischen Wandlers vom Mehr­ schichtentyp. Nachfolgend wird eine Konfiguration beschrie­ ben, welche für die vorliegende Erfindung charakteristisch ist.

Wie es in Fig. 2 deutlich gezeigt ist, sind die Anschluß­ elektroden 7b, 7c, ..., 7n, die in dem laminierten Element 3 positioniert sind, in der Form eines Gitters gebildet. Als Ergebnis wird eine Mehrzahl von gelochten Abschnitten 9 in den Anschlußelektroden 7b, 7c, ..., 7n gebildet. Solche ge­ lochten Abschnitte 9 erlauben es, daß zwei der piezoelektri­ schen Keramikmaterialschichten 2a, ..., 2n, die auf gegen­ überliegenden Seiten jeder der Anschlußelektroden 7b, 7n positioniert sind, an einer Mehrzahl von Positionen mit­ einander verbunden werden. Wenn nun die laminierten piezo­ elektrischen Keramikmaterialschichten 2a, ..., 2n gebrannt werden, um das laminierte Element 3 zu erhalten, werden ver­ bundene piezoelektrische Keramikmaterialschichten miteinan­ der durch die gelochten Abschnitte 9 gesintert, um einen stark verbundenen Zustand zu erreichen.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 3, 4 und 5 sind Ansichten, die zu der oben beschriebenen Fig. 2 vergleichbar sind und auf die gleiche Art und Weise gezeichnet sind. Bei den Fig. 3, 4 und 5 weisen Elemente, die denen in Fig. 2 entsprechen, gleiche Bezugszeichen auf und sind hierin nicht weiter be­ schrieben, um Wiederholungen zu vermeiden. Nachfolgend wird eine Konfiguration beschrieben, die für diese Ausführungs­ beispiele charakteristisch ist, und zwar bezugnehmend auf die Fig. 3, 4 und 5.

Bezugnehmend auf Fig. 3 sind die Treiberelektroden 7b, 7c, ..., 7n, die in dem laminierten Element 3 positioniert sind, in der Form von Streifen vorgesehen, die sich in der Brei­ tenrichtung des laminierten Elements 3 erstrecken. Als Er­ gebnis bilden die Treiberelektroden 7b, 7c, ..., 7n gelochte Abschnitte 9 zwischen jeweiligen Streifen.

Bezugnehmend auf Fig. 4 sind die Treiberelektroden 7b, 7c, ..., 7n, die in dem laminierten Element 3 positioniert sind, in der Form von Streifen vorgesehen, die sich in der longi­ tudinalen Richtung des laminierten Elements 3 erstrecken. Als Ergebnis bilden die Treiberelektroden 7b, 7c, ..., 7n gelochte Abschnitte 9 zwischen den jeweiligen Streifen.

Wenn sich die Streifenabschnitte der Treiberelektroden 7b, 7c, ..., 7n in der Breitenrichtung des laminierten Elements 3 erstrecken, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Strei­ fenabschnitte durch die Anschlußelektrode 4 oder 5 mitein­ ander verbunden, was es erlaubt, daß alle Streifenabschnitte als die Treiberelektroden 7b, 7c, ..., 7n wirken. Wenn sich die Streifenabschnitte der Treiberelektroden 7b, 7c, ... 7n in der longitudinalen Richtung des laminierten Elements 3 erstrecken, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, können die Strei­ fenabschnitte nicht miteinander durch die Anschlußelektrode 4 oder 5 verbunden werden. Daher ist jede der Treiberelek­ troden 7b, 7c, ..., 7n, die in Fig. 4 gezeigt ist, mit einer Verbindungsleitung 10 zum elektrischen Miteinanderverbinden der Streifenabschnitte gebildet.

Bezugnehmend auf Fig. 5 sind die Treiberelektroden 7b, 7c, ..., 7n, die in dem laminierten Element 3 positioniert sind, in der Form von Streifen in einer Anordnung vorgesehen, bei der die Treiberelektroden 7b, ... in der Form von Streifen, die sich in der Breitenrichtung des laminierten Elements 3 ausdehnen, mit den Treiberelektroden 7c, ... in der Form von Streifen, die sich in der longitudinalen Richtung des lami­ nierten Elements 3 erstrecken, abwechseln.

Wenn die streifenförmigen Treiberelektroden 7b, 7c, ..., 7n gebildet sind, wie es in den Fig. 3 und 5 gezeigt ist, ist die Richtung, in der sich die Streifen erstrecken, nicht auf die Breitenrichtung des laminierten Elements 3 oder auf die longitudinale Richtung desselben begrenzt. Ferner können sie sich diagonal oder schief erstrecken. Ferner können bei­ spielsweise die gelochten Abschnitte 9 durch Verteilen von kreisförmigen kleinen Löchern an einer Mehrzahl von Positio­ nen auf jeder der Treiberelektroden 7b, 7c, ..., 7n statt des Bereitstellens der Treiberelektroden 7b, 7c, ..., 7n in der Form eines Gitters oder in der Form von Streifen vorge­ sehen sein. Jede Struktur, welche das gewünschte Ergebnis, d. h. das Zulassen, daß benachbarte Keramikschichten einen festen Verbindungszustand erreichen, erreicht, kann verwen­ det werden.

Obwohl die gelochten Abschnitte 9 vorzugsweise in allen Treiberelektroden 7b, 7c, ..., 7n, die in dem laminierten Element 3 positioniert sind, vorgesehen sind, kann der Ef­ fekt der vorliegenden Erfindung aus einem gelochten Ab­ schnitt erreicht werden, der in nur einer Treiberelektrode vorgesehen ist.

Obwohl der erste Satz von Treiberelektroden 7a, 7c, ..., 7n, welcher mit der ersten Anschlußelektrode 4 verbunden ist, und der zweite Satz von Treiberelektroden 7b, ..., 8, wel­ cher mit der zweiten Anschlußelektrode 5 verbunden ist, sich eins um eins abwechseln, können andere Anordnungen verwendet werden. Paare von benachbarten Treiberelektroden (z. B. 7a, 7b) können mit der ersten Anschlußelektrode 4 verbunden wer­ den, während abwechselnde Paare von Treiberelektroden (z. B. 7c, 7d) mit der zweiten Anschlußelektrode 5 verbunden sein können. Um den Effekt der vorliegenden Erfindung zu bestä­ tigen, wurden, wie es nachfolgend beschrieben ist, Proben vorbereitet, und zwar gemäß den Ausführungsbeispielen, die in Fig. 2 bis 5 gezeigt sind.

Zuerst wurde ein Keramikdickschlamm aus beispielsweise Pb(Mn, Nb)O₃-Typ-Keramik hergestellt und einem Streichmes­ serverfahren unterworfen, um Grünschichten zu bilden, damit sie als die piezoelektrischen Keramikmaterialschichten 2a, ..., 2n wirken. Eine Paste, die Ag/Pd (in einem Gewichts­ verhältnis von 7 : 3) aufweist, wurde auf die Grünschichten gedruckt, um Pastenfilme zu bilden, damit dieselben als die Treiberelektroden 7b, ..., 7n, die in dem laminierten Ele­ ment 3 positioniert sind, dienen. Anschließend wurden diese Grünschichten laminiert, gepreßt und gehärtet, um ein la­ miniertes Element 3 zu erhalten, das aus 9 piezoelektrischen Keramikmaterialschichten 2a, ..., 2n besteht.

Acht Treiberelektroden 7b, ..., 7n wurden in dem laminierten Element 3 gebildet. Diese Treiberelektroden 7b, ... 7n wur­ den in der Form eines Gitters bei dem ersten Ausführungsbei­ spiel, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, geschaffen. Sie wurden in der Form von Streifen, die sich in der Breitenrichtung erstrecken, bei dem zweiten Ausführungsbeispiel geschaffen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Bei dem dritten Ausführungs­ beispiel wurden sie in der Form von Streifen, die sich in der longitudinalen Richtung erstrecken, geschaffen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel wechseln sich die Elektroden in der Form von Streifen, die sich in der Breitenrichtung erstrecken, mit denen in der Form von Streifen ab, die sich in der longitudinalen Rich­ tung erstrecken, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Ferner wurde eine Probe als Vergleichsbeispiel hergestellt, bei der die Treiberelektroden 7b, ..., 7n, die in dem laminierten Ele­ ment 3 gebildet sind, keinen gelochten Abschnitt besaßen. Als nächstes wurden die Treiberelektroden 7a und 8, und die erste, die zweite und die dritte Anschlußelektrode 4, 5 und 6 auf einer äußeren Oberfläche jedes laminierten Elements 3 mittels der Dampfabscheidung von Ag gebildet.

Die Abmessungen der laminierten Elemente 3, die bei den Aus­ führungsbeispielen und bei dem Vergleichsbeispiel erhalten wurden, waren alle in der longitudinalen Richtung 40 mm lang, in der Breitenrichtung 10 mm lang und in der Dicken­ richtung 2 mm lang. Ferner betrugen die Abmessungen der Treiberelektroden 7a, ..., 7n und 8 alle in der longitu­ dinalen Richtung 20 mm und in der Breitenrichtung 9 mm.

Fig. 6 zeigt die Aufwärtsverhältnisse der piezoelektrischen Wandler gemäß dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Ausführungsbeispiel und dem Vergleichsbeispiel, welche wie oben beschrieben erhalten wurden. Diese Aufwärts­ verhältnisse wurden durch Variieren der Eingangsspannung mit einem Lastwiderstand von 1 MΩ an dem Ausgangsende gemessen. Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, besteht zwischen den Aufwärts­ verhältnisses des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Ausführungsbeispiels im wesentlichen kein Unter­ schied. Ferner zeigte das Vergleichsbeispiel im wesentlichen keinen Unterschied des Aufwärtsverhältnisses bezüglich derer des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Ausfüh­ rungsbeispiels, wenn die Eingangsspannung relativ niedrig ist, wobei jedoch bei dem Vergleichsbeispiel ein Durchbruch auftrat, als die Eingangsspannung 10 Volt überschritt.

Ferner wurde eine Messung bezüglich der mechanischen Stärke der Abschnitte der piezoelektrischen Wandler durchgeführt, bei denen die Treiberelektroden 7a, ..., 7n gemäß dem er­ sten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Ausführungs­ beispiel und dem Vergleichsbeispiel gebildet waren. Insbe­ sondere wurde die transversale Bruchfestigkeit durch Durch­ führen eines Dreipunkt-Biegetests gemessen, bei dem eine Kraft in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Treiberelektrode angelegt wurde, wobei aus den Abschnitten, in denen die Antriebselektroden gebildet waren, 2 mm dicke, 20 mm lange und 2 mm dicke Quadratbalken geschnitten wurden. Die folgende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Die Werte in den Klammern in Tabelle 1 sind der Weibull-Faktor m. Je größer dieser Wert ist, um so kleiner ist die Varianz.

Tabelle 1

Aus Tabelle 1 ist es offensichtlich, daß das erste, das zweite, das dritte und das vierte Ausführungsbeispiel eine höhere Stärke und eine kleinere Varianz als das Vergleichs­ beispiel zeigen. Das erste, das zweite, das dritte und das vierte Ausführungsbeispiel zeigen jeweils ansteigende mecha­ nische Festigkeitspegel.

Ferner wurde eine Bewertung der Verschlechterung der Charak­ teristika der piezoelektrischen Wandler gemäß dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Ausführungsbeispiel und dem Vergleichsbeispiel bei einer hohen Temperatur und bei hoher Feuchtigkeit durchgeführt. Insbesondere wurden die Aufwärtsverhältnisse bei Bedingungen von 100°C und 90% rela­ tiver Feuchtigkeit gemessen, die eine vorbestimmte Zeitdauer lang an jede Probe angelegt wurden. Die folgende Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.

Tabelle 2

Wie es in Tabelle 2 zu sehen ist, zeigen das erste, das zweite, das dritte und das vierte Ausführungsbeispiel einen höheren Feuchtigkeitswiderstand als das Vergleichsbeispiel.

Aus dem oben beschriebenen Vergleich zwischen dem ersten, dem zweiten, dem dritten, dem vierten Ausführungsbeispiel und dem Vergleichsbeispiel ist es offensichtlich, daß es das erste, das zweite, das dritte und das vierte Ausführungsbei­ spiel erlauben, daß die mechanische Stärke und der Feuchtig­ keitswiderstand und auch die Aufwärtscharakteristika ver­ bessert werden und nicht unter die Aufwärtscharakteristika des Vergleichsbeispiels reduziert werden.

Claims (3)

1. Piezoelektrischer Wandler mit folgenden Merkmalen:
einem laminierten Element (3), das aus einer Mehrzahl von piezoelektrischen Keramikmaterialschichten (2a, ..., 2n) besteht;
einer ersten, einer zweiten und einer dritten Anschluß­ elektrode (4, 5, 6), die jeweils an unterschiedlichen Positionen auf einer äußeren Oberfläche des laminierten Elements (3) gebildet sind;
einer Mehrzahl von ersten Treiberelektroden (7a, ..., 7n), die mit der ersten Anschlußelektrode (4) elek­ trisch verbunden sind; und
zumindest einer zweiten Treiberelektrode (8), die mit der zweiten Anschlußelektrode (5) elektrisch verbunden ist, wobei jede der zumindest einen zweiten Treiber­ elektrode (8) einer der ersten Treiberelektroden (7a, ..., 7n) durch mindestens eine der piezoelektrischen Keramikmaterialschichten (2a, ..., 2n) gegenüberliegt, die zwischen denselben positioniert ist, wobei zumin­ dest eine der ersten Treiberelektroden (7a, ..., 7n) oder die mindestens eine zweite Treiberelektrode (8) eine Mehrzahl von gelochten Abschnitten aufweist, um zu bewirken, daß zwei piezoelektrische Keramikmaterial­ schichten, die auf entgegengesetzten Seiten der Trei­ berelektroden (7a, ..., 7n, 8) positioniert sind, an einer Mehrzahl von Positionen miteinander verbunden sind.

2. Piezoelektrischer Wandler gemäß Anspruch 1, bei dem die Treiberelektroden (7a, ..., 7n, 8), die die gelochten Abschnitte aufweisen, in der Form eines Git­ ters gebildet sind.

3. Piezoelektrischer Wandler gemäß Anspruch 1, bei dem die Treiberelektroden (7a, ..., 7n, 8), die die gelochten Abschnitte aufweisen, in der Form von Strei­ fen gebildet sind.