DE3607048A1

DE3607048A1 - Piezoelektrischer schallgeber

Info

Publication number: DE3607048A1
Application number: DE19863607048
Authority: DE
Inventors: Toshio Nagaokakyo Kyoto Ogawa
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1985-03-08
Filing date: 1986-03-04
Publication date: 1986-09-11
Also published as: JPS61205100A; DE3607048C2; US4742264A; JPH0441876B2

Description

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Murata

PIEZOELEKTRISCHER SCHALLGEBER

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Schallgeber gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. 5

Derartige Schallgeber werden beispielsweise als piezoelektrische Summer oder als piezoelektrische Lautsprecher verwendet.

Zur Erläuterung des Standes der Technik soll bereits hier auf Figur 2 der Zeichnung Bezug genommen werden.

Als Beispiel eines herkömmlichen piezoelektrischen Schallgebers ist in Figur 2 ein piezoelektrischer Summer dargestellt, der durch einen auf eine Metallplatte 1 aufgeklebten mehrschichtigen Schwingungsgeber 2 gebildet wird. Zur Verringerung der Impedanz und zur Erhöhung des Schalldruckes ist der Schwingungsgeber 2 aus drei übereinandergeschichteten Keramikplatten 2a,2b und 2c aufgebaut.

Bei der Herstellung des piezoelektrischen Summers gemäß Figur 2 werden die piezoelektrischen Keramikplatten 2a bis 2c zunächst einzeln gebrannt und in den in Figur 2 durch Pfeile angegebenen Richtungen polarisiert. Anschließend werden die Keramikplatten mit Elektroden 3a, 3b,3c und 3d zu einem einheitlichen Block auf der Metall platte 1 zusammengefügt. Die Elektroden 3a und 3c und die Elektroden 3b und 3d sind paarweise durch am Umfangs rand des Schwingungsgebers angeordnete elektrische Verbindungsteile 4a und 4b miteinander verbunden.

In der nicht vorveröffentlichten japanischen Patentanmel dung Nr. 226 577/1984 wird ein piezoelektrischer Summer beschrieben, der durch die Erfindung weitergebildet wird.

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Zur Erläuterung der Problemstellung, die der Erfindung zugrundeliegt, soll dieser nicht vorveröffentlichte Summer unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben werden. Ein monolithischer keramischer Schwingungsgeber 12 ist auf eine Schwingungsplatte 11 aus Metall oder Kunststoff aufgeklebt. Der Schwingungsgeber 12 weist drei Keramikschichten 12a,12b und 12c auf, die als zunächst ungebrannte Keramikplatten mit einer leitfähigen Paste zur Bildung innerer Elektroden 13b und 13c beschichtet und anschließend übereinandergestapelt und in einem Stück gebrannt wurden. Äußere Elektroden 13a und 13d werden gleichzeitig mit den inneren Elektroden 13b und 13d oder getrennt von diesen nach dem Brennvorgang hergestellt. Die Keramikschichten 12a bis 12c sind in Richtung der in Figur 3 eingezeichneten Pfeile polarisiert. Die Elektroden 13a und 13c sind durch ein Verbindungsteil 14a miteinander verbunden, das am äußeren Umfang des monolithischen keramischen Blocks 12 angeordnet ist. die Elektroden 13b und 13d sind durch ein anderes Verbindungsteil 14b miteinander verbunden, das ebenfalls am äußeren Umfang des keramischen Blockes 12 angeordnet ist. Bei dem Schallgeber gemäß Figur 3 ist somit der Schwingungsgeber 12 einstückig ausgebildet, so daß die Keramikschichten 12a bis 12c verhältnismäßig dünn ausgebildet sein können und eine weitere Verringerung der Impedanz im Vergleich zu dem herkömmlichen Schallgeber gemäß Figur 2 erreicht wird. Auf diese Weise wird ein deutlich höherer Schalldruck erzielbar.

In Figur 4 ist schematisch ein Schwingungszustand des Schallgebers gemäß Figur 1 oder 2 dargestellt. Ein auf eine Schwingungsplatte 21 aufgeklebter keramischer Schwingungsgeber 22 führt bei Anlegen einer Spannung Schwingungen zwischen gekrümmten Zuständen aus, die durch gestrichelte Linien A und B in Figur 4 dargestellt sind, so daß Schallwellen entsprechend diesen Schwingungen erzeugt werden.

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Der Schwingungsknoten X dieser Schwingungen liegt innerhalb der Umfangslinie des Schwingungsgebers 22, wie in Figur 4 zu erkennen ist. Der äußere Umfangsrand des Schwingungsgebers 22 erfährt daher bei den Schwingungen eine beträchtliche Auslenkung. Wenn die elektrischen Verbindungsteile wie beispielsweise die Verbindungsteile 4a,4b aus Figur 2 oder die Verbindungsteile 14a und 14b aus Figur 3 am äußeren Umfang des Schwingungsgebers angeordnet sind, so werden durch diese elektrischen Verbindungsteile die Schwingungen gedämpft, so daß der gewünschte Schalldruck bei den gewünschten Resonanzfrequenzen nicht erreicht wird. Diese Problemstellung ist jedoch nicht auf sogenannte schichtförmige oder unimorphe Schwingungsgeber der in Figuren 2 und 3 gezeigten Art beschränkt, sondern betrifft auch piezoelektrische Summer mit einem bimorphen Schwingungsgeber und dergleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsgeber der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Schwingungen nicht durch elektrische Verbindungsteile beeinträchtigt werden und der die zuverlässige Erzeugung von Schallwellen mit dem gewünschten hohen Schalldruck gestattet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist wenigstens eines der elektrischen Verbindungsteile zur Verbindung der Elektroden als durch ein oder mehrere Keramikschichten verlaufende öffnung ausgebildet oder in einer solchen öffnung angeordnet, und die Position dieser öffnung ist in Bezug auf das bei der gewünschten Resonanzfrequenz- auftretende

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Schwingungsmuster des Schallgebers derart gewählt, daß die Schwingung nicht durch die Auslenkung des Schwingungsgebers im Bereich des elektrischen Verbindungsteils beeinträchtigt wird. Dies wird beispielsweise durch eine Anordnung der Öffnung auf oder in der Nähe einer Schwingungs-Knotenlinie des Schallgebers erreicht.

Die Erfindung ist auf piezoelektrische Summer und allgemein auf piezoelektrische Schallgeber beispielsweise piezoelektrische Lautsprecher wie Hochtonlautsprecher und dergleichen anwendbar.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen, die eine Figur zum Stand der Technik enthalten, näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen

Schallgebers;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Beispiels eines herkömmlichen piezoelektrischen Summers;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer noch nicht veröffentlichten Ausführungsform eines piezoelektrischen Summers, von dem bei der Erfindung ausgegangen wurde;

Fig. 4 eine Seitenansicht zur Veranschaulichung von Schwingungszuständen eines piezoelektrischen Summers; 35

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Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Anordnung von ungebrannten Keramikplatten und Elektroden bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Figur 1;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines

gesinterten Körpers, der durch Übereinanderschichten und gemeinsames Brennen der Keramikplatten gemäß

Figur 5 hergestellt wurde;

Fig. 7 einen Teilschnitt durch den gesinterten

Körper gemäß Figur 6;
15

Fig., 8 eine Skizze der elektrischen Anschlüsse

des Schallgebers aus Figur 1;

Fig. 9 eine Skizze der elektrischen Anschlüsse zum Betrieb eines Schallgebers gemäß

einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung der An-Ordnung von ungebrannten Keramikplatten

und Elektroden gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines gesinterten Körpers, der durch überein-

anderschichten und gemeinsames Brennen der Keramikplatten gemäß Figur 10 hergestellt wurde;

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Fig. 12 eine perspektivische Darstellung der Anordnung von ungebrannten Keramikplatten und Elektroden gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines gesinterten Körpers, der durch übereinanderschichten und gemeinsames Brennen der Keramikplatten aus Figur 12 hergestellt

wurde;

Fig. 14 eines Skizze der elektrischen Anschlüsse für die Polarisation bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht des gesinterten Körpers gemäß Figur 13 mit einem leitfähigen Teil zum Herstellen der elektrischen Verbindung;

Fig. 16 eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Summers gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der in den in Figuren 12 bis 15 gezeigten

Verfahrensschritten hergestellt wurde;

Fig. 17 eine Skizze der elektrischen Anschlüsse bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 16;

Fig. 18 eine perspektivische Darstellung der Anordnung von ungebrannten Keramikplatten und Elektroden gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

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Fig. 19 eine perspektivische Ansicht eines gesinterten Körpers, der durch Übereinanderschichten und gemeinsames Brennen der Keramikplatten gemäß Figur 18 hergestellt wurde;

Fig. 20 eine Skizze der elektrischen Anschlüsse

in dem gesinterten Körper gemäß Figur

19;
10

Fig. 21 eine perspektivische Ansicht des vierten

Ausführungsbeispiels der Erfindung nach

dem Polarisieren des gesinterten Körpers

aus Figur 19; und 15

Fig. 22 eine Skizze der elektrischen Anschlüsse

für den Betrieb des Ausführungsbeispiels

gemäß Figur 21.

Ein piezoelektrischer Summer 30 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 1 dargestellt. Der Summer 30 umfaßt eine Schwingungsplatte 31 aus Metall oder Kunststoff und einen auf die Schwingungsplatte 31 aufgeklebten monolithischen keramischen Schwingungsgeber

32. Der Schwingungsgeber 32 wird durch einen gesinterten Körper gebildet, der durch tlbereinanderschichten mehrerer ungebrannter Keramikplatten und mehrerer Elektroden und anschließendes Brennen der Anordnung in einem Stück hergestellt wurde, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben werden soll. Ein Merkmal des Summers 30 besteht darin, daß die elektrische Verbindung zwischen den Elektroden des Schwingungsgebers 32 durch einen Druchbruch oder eine Öffnung 34a gebildet wird, die in der Nähe der Schwingungs-Knotenlinie (gestrichelte Linie X in Figur 1) des Summers 30 angeordnet ist. Bei der Schwingung des piezoelektrischen

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Summers 30 bleibt somit die öffnung 34a im wesentlichen unbewegt, so daß sie die Schwingung des Summers 30 nicht behindert oder unterdrückt. Auf diese Weise wird der gewünschte Schalldruck oder die gewünschte Schallintensität erzielbar.

Nachfolgend soll der Aufbau des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 im einzelnen erläutert werden.

Figur 5 zeigt die Anordnung der Elektroden des Schwingungsgebers 32. Auf die ungebrannten Keramikplatten 35,36 und 37 sind Schichten 38,39,40 und 41 einer leitfähigen Paste aus Platin, Palladium oder Silber-Palladium aufgetragen. Die leitfähige Schicht 41 befindet sich auf der Rückseite, d.h., auf der von der leitfähigen Schicht 40 abgewandten Seite der Keramikplatte 37 und ist in Figur 5 zur Verdeutlichung der Darstellung getrennt von der Keramikplatte 37 dargestellt. Die Position der Keramikplatte 37 in Bezug auf die Schicht 41 ist in Figur 5 durch gestrichelte Linien angedeutet.

Die Keramikplatte 35 ist mit einer durchgehenden öffnung 34a versehen, die mit der leitfähigen Schicht 38 verbunden ist und in ihrem Inneren ein leitfähiges Teil aufnimmt.

Die öffnung 34a ist in der Nähe der Schwingungs-Knotenlinie des Schwingungsgebers 32 angeordnet. Die Keramikplatte ist mit einer durchgehenden öffnung 34b versehen, die nach dem Übereinanderschichten der Keramikplatten mit der öffnung 34a ausgerichtet ist. Die Öffnung 34b ist innerhalb ihrer Umfangswand ebenfalls mit einem elektrisch leitfähigen Teil versehen. In einem den Rand der öffnung 34b umgebenden Bereich ist die leitfähige Paste, die die Schicht 39 bildet, entfernt, so daß das leitfähige Teil in der öffnung 34b keinen Kontakt zu der Schicht 39 hat. Durch die öffnungen 34a und 34b werden die leitfähigen Schichten

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und 40 miteinander verbunden.

Die Keramikplatte 36 ist in der Nähe der durchgehenden öffnung 34b, jedoch in einer von dieser öffnung abgerückten Position, die einen Schwingungsknoten des herzustellenden Schwingungsgebers bildet, mit einer weiteren durchgehenden Öffnung 4.2a versehen, die mit der leitfähigen Schicht in Verbindung steht. Die Keramikplatte 37 ist mit einer durchgehenden öffnung 42b versehen, die nach dem übereinanderschichten der Keramikplatten mit der öffnung 42a ausgerichtet ist. In der Umgebung des Umfangsrandes der öffnung 42e ist die Paste der leitfähigen Schicht 40 entfernt, so daß die durchgehende Öffnung 42b nicht elektrisch mit der Schicht 40 verbunden ist. Durch die öffnungen 42a und 42b wird nach dem Übereinanderschichten der Keramikplatten eine Verbindung zwischen den Schichten 39 und 41 hergestellt.

Die oben beschriebenen Keramikplatten 35 bis 37 werden übereinandergeschichtet und geminsam in einem Stück gebrannt, so daß sie den in Figur 6 gezeigten gesinterten Körper 43 bilden. In dem gesinterten Körper 43 sind jeweils die miteinander zu verbindenden Elektroden durch ⁼ die öffnungen 34a und 34b bzw. 42a und 42b elektrisch miteinander verbunden, wie oben beschrieben wurde. Dieser Zustand soll anhand der Figur 7 näher erläutert werden. In der Herstellungsstufe, in welcher die Keramikplatten den gesinterten Körper 43 bilden, sind die Schichten aus leitfähiger Paste gebrannt, so daß sie als Elektroden dienen, die nachfolgend mit den gleichen Bezugszeichen wie zuvor die leitfähigen Schichten bezeichnet werden sollen. Die Elektroden 38 und 41 können gleichzeitig mit den Elektroden 39 und 40 hergestellt werden. Wahlweise können erstere jedoch auch nach dem Brennen getrennt durch ein Sprüh- oder Dampfniederschlagsverfahren oder

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dergleichen hergestellt werden.

Die durch die öffnungen 42a und 42b gebildeten elektrischen Verbindungen sind in Figur 7 im Schnitt dargestellt. Nach dem Ubereinanderschichten der Keramikplatten sind die Öffnungen 42a und 42b miteinander ausgerichtet. Die elektrisch mit der öffnung 42a, d.h., mit der leitfähigen Innenwand dieser Öffnung, verbundene Elektrode 39 steht über die Öffnung 4 2a mit der leitfähigen Innenwand der öffnung 42b in Verbindung, die ihrerseits mit der Elektrode 41 verbunden ist. Auf diese Weise wird die elektrische Verbindung zwischen den Elektroden 39 und 41 hergestellt.

Figur 8 zeigt ein typisches Schaltschema für die Eletroden des oben beschriebenen gesinterten Körpers. Die Bezugszeichen 34 und 42 bezeichnen die elektrischen Verbindungen, die durch die öffnungen 34a,34b,42a und 42b hergestellt werden. Indem die Elektrode 38 auf ein Plus-Potential und die Elektrode 41 auf ein Minus-Potential gelegt wird, werden die Keramikschichten 35,36 und 37 in der in Figur 8 gezeigten Weise polarisiert.

Der in dieser Weise polarisierte gesinterte Körper 43 wird zur Fertigstellung des piezoelektrischen Summers 30 gemäß Figur 1 auf die Schwingungsplatte 31 aufgeklebt. Zum Betrieb des Summers wird bei gleichem Zustand der elektrischen Verbindungen wie in Figur 8 ein Plus-Potential an die Elektrode 38 und ein Minus-Potential an die Elektrode 41 angelegt, so daß die Keramikschichten 35,36 und 37 sich jeweils in der durch Doppelpfeile in Figur 8 angegebenen Richtung ausdehnen. Wenn die Potentiale umgekehrt werden, so ziehen sich die Keramikschichten 35,36 und 37 zusammen. Durch abwechselndes Umschalten der Potentiale wird daher ähnlich wie bei einem herkömmlichen unimorphen keramischen Schwingungsgeber ein abwechselndes Ausdehnen und Zusammen-

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ziehen des piezoelektrischen Summers 30 bewirkt, so daß entsprechende Schallwellen erzeugt werden.

Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind ferner die durch die öffnungen 34a,34b,42a und 42b gebildeten elektrischen Verbindungen in der Nähe der Schwingungs-Knotenlinie angeordnet. Somit befinden sich die elektrischen Verbindungen 34 und 42 in Positionen, die bei der Schwingung des piezoelektrischen Summers 30 kaum ausgelenkt werden. Durch die Teile, die die elektrische Verbindung herstellen, wird daher die Schwingung nicht beeinträchtigt, so daß der gewünschte Schalldruck erreicht wird.

Figur 9 zeigt ein Schaltschema der Elektroden gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen unimorphen Schwingungsgeber, der im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel eine gerade Anzahl von Keramikschichten aufweist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind vier Keramikschichten 51,52,53 und 54 schichtförmig über Elektroden 55,56,57,58 und 59 miteinander verbunden, und die benachbarten Keramikschichten sind jeweils in entgegengesetzten Richtungen polarisiert. Die Elektroden 55 bis 59 sind abwechselnd elektrisch miteinander verbunden. Die elektrischen Verbindungen 60 und 61 werden durch durchgehende Öffnungen in den Keramikplatten gebildet. Nachdem die Keramikschichten 51 bis 54 in der durch Pfeile in Figur 9 angegebenen Weise polarisiert wurden, wird ein Plus-Potential an die Elektrode 55 angelegt, während an die durch die öffnung 60 miteinander verbundenen Elektroden 56 und 58 ein Minus-Potential angelegt wird, so daß die Keramikschichten 51 bis 54 sich in der durch Doppelpfeile in Figur 9 angegebenen Weise ausdehnen und nach der Umkehr der Potentiale zusammenziehen. Auf diese

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Weise werden durch den piezoelektrischen Summer ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 Schallwellen erzeugt. Der Aufbau des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 9 soll nunmehr unter Bezugnahme auf Figuren 10 und 11 näher erläutert werden. Gemäß Figur 10 sind ungebrannte Keramikplatten 51 bis 54, die später die Keramikschichten 51 bis 54 bilden, mit Schichten 55 bis 59 aus leitfähiger Paste versehen. Die leitfähige Schicht 59 ist auf der von der Schicht 58 abgewandten Rückseite der Keramikplatte 54 angeordnet.

Die Keramikplatte 51 ist in der Nähe eines Punktes auf der Schwingungs-Knotenlinie des späteren Schwingungsgebers mit durchgehenden öffnungen 60a und 61a versehen.

Die leitfähige Paste der Schicht 55 ist in der Umgebung des Umfangsrandes der öffnung 60a entfernt, so daß die Öffnung 60a von der Schicht 55 isoliert ist. Die Öffnung 61a ist elektrisch mit der Schicht 55 verbunden. In ähnlicher Weise sind durchgehende Öffnungen 60b und 60c und durchgehende öffnungen 61b,61c bzw. 61d in den Keramikplatten 52,53 und 54 ausgebildet. Nach dem übereinanderschichten der Keramikplatten 51 bis 54 ist die öffnung 60a mit den öffnungen 60b und 60c ausgerichtet, während die öffnung 61a mit den öffnungen 61b,61c und 61d ausgerichtet ist. Längs des Umfangs der öffnung 60a ist auf der Oberfläche der Keramikplatte 51 ein leitfähiges Teil mit einer vorgegebenen Grundfläche für die elektrische Verbindung des piezoelektrischen Summers 30 mit einer externen Einrichtung ausgebildet.

Zur Herstellung eines in Figur 11 gezeigten gesinterten Körpers 62 werden die Keramikplatten 51 bis 54 übereinandergeschichtet und in einem Stück gebrannt. Durch das Brennen werden aus den Schichten 55 bis 59 aus leitfähiger Paste die Elektroden des gesinterten Körpers 62.

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MiXi a ta

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Die Elektroden 55 und 59 und das elektrische Anschlußstück 60 können auch getrennt von den Elektroden 56 bis 58 durch Brennen, Aufsprühen oder in einem Dampfniederschlagsverfahren oder dergleichen hergestellt werden. In dem gesinterten Körper 62 wird durch die Öffnungen 60a,60b und 60c eine elektrische Verbindung 60 und durch die öffnungen 61a,61b,61c und 61d eine elektrische Verbindung 61 gebildet, so daß sich das in Figur 9 gezeigte Muster der elektrischen Verbindungen ergibt. Die keramischen Schichten 51 bis 54 werden polarisiert, indem ein Plus-Potential an die Elektrode 55 und an die mit dieser verbundenen Elektroden 57 und 5 9 und ein Minus-Potential an die miteinander verbundenen Elektroden 5 6 und 58 angelegt wird. Der gesinterte Körper 62 wird auf eine Schwingungsplatte aufgeklebt und über die Elektrode 50 und die öffnung 60a mit Betriebsspannung versorgt.

Nachfolgend soll die Anwendung der Erfindung auf Schwingungsgeber in bimorpher Bauweise erläutert werden.

Bei einem bimorphen Spannungsgeber sind erste und zweite Schwinungszonen, die sich im Gegentakt ausdehnen und zusammenziehen, schachtförmig übereinander angeordnet.

Gemäß Figur 12 ist eine ungerade Anzahl von ungebrannten Keramikplatten 71,72 und 73 vorgesehen, die mit Schichten 74,75,76 und 77 aus leitfähiger Paste versehen sind. Die Keramikplatte 71 ist in Positionen in der Nähe einer Schwingungs-Knotenlinie mit durchgehenden öffnungen 78a und 79a versehen. In der Umgebung des Umfangsrandes dieser Öffnungen ist die Paste der Schicht 74 entfernt, so daß die öffnungen 78a und 79a nicht elektrisch mit der leitfähigen Schicht 74 verbunden sind. Auf der mit der Schicht 74 versehenen Seite der Keramikplatte sind an den ümfangsrändern der öffnungen 78a und 78b elektrisch leitfähige

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Teile 80 und 81 vorgesehen. Die leitfähigen Teile 80 und 81 weisen eine vorgegebene Grundfläche auf und dienen zum elektrischen Anschluß einer externen Einrichtung.

Die Keramikplatte 72 ist ebenfalls mit zwei durchgehenden Öffnungen 78b und 82b in der Nähe der Schwinungs-Knotenlinie versehen. Die Öffnung 78b ist mit der darüberliegenden Öffnung 78a ausgerichtet. Die Öffnung 82b ist dagegen in einer solchen Position angeordnet, in der sie nach dem übereinanderschichten der Keramikplatten weder mit der öffnung 79a noch mit der öffnung 78a in Verbindung steht. Die Paste der leitfähigen Schicht ist in der Umgebung des ümfangs der öffnung 78b entfernt/ so daß diese öffnung von der Schicht 75 isoliert ist.

Die Keramikplatte 73 ist mit einer mit der öffnung 78b vergleichbaren öffnung 82c versehen, die mit der Öffnung 82b ausgerichtet ist. Auf der mit der leitfähigen Schicht 77 versehenen Rückseite der Keramikplatte 73 ist die Öffnung 82c mit einem leitfähigen Teil 83 versehen, das nach dem Zusammenfügen der Keramikplatten mit den öffnungen 82b und 82c verbindbar ist. In der Umgebung des leitfähigen Teils 83 ist die die Schicht 77 bildende Paste entfernt.

Die in Figur 12 gezeigten ungebrannten Keramikplatten 71 bis 73 werden übereinandergeschichtet und gemeinsam gebrannt, so daß sich ein gesinterter Körper 84 gemäß Figur 13 ergibt, dessen Elektroden durch die gebrannten Schichten 74 bis 77 aus leitfähiger Paste gebildet werden. Wahlweise können die Elektroden 74 und 77 und die leitfähigen Teile 80,81 und 83 auch getrennt von den übrigen Elektroden durch Aufbrennen, Aufsprühen oder in einem Dampfniederschlagsverfahren oder dergleichen

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hergestellt werden.

Zum Polarisieren des Keramikmaterials werden die an der oberen Oberfläche des gesinterten Körpers 84 gebildeten leitfähigen Teile 80 und 81 elektrisch miteinander verbunden. Dies geschieht beispielsweise durch Auftragen einer leitfähigen Paste, die anschließend gebrannt wird, so daß sie ein leitfähiges Teil 85 bildet (Figur 15). Auf diese Weise ergibt sich das in Figur 14 gezeigte Schema der elektrischen Verbindungen. Die Elektroden 75 und 76 werden durch das leitfähige Teil 85 zur Herstellung des elektrischen Anschlusses zur Oberfläche des gesinterten Körpers verlängert. Wenn ein Plus-Potential an das leitfähige Teil 85 angelegt wird, während Minus-Potentiale an die Elektroden 74 und 77 angelegt werden, so werden die Keramikschichten 71 und 73 in der durch die Pfeile in Figur 14 angegebenen Weise polarisiert, während die Keramikschicht 72 unpolarisiert bleibt.

Anschließend wird das leitfähige Teil 85 teilweise entfernt, so daß zwei getrennte leitfähige Teile 85a und 85a für den elektrischen Anschluß der Elektroden entstehen, wie in Figur 16 gezeigt ist. Hierdurch wird die elektrische Verbindung zwischen den Öffnungen 79 und 78 unterbrochen. Das leitfähige Teil 85a für den Anschluß der Öffnung 78 wird durch ein leitfähiges Teil 86 elektrisch mit der Elektrode 74 verbunden. Die in Figur 16 nicht erkennbare untere Elektrode 77 wird elektrisch mit dem leitfähigen Teil 83 verbunden, beispielsweise durch Auftragen und Brennen einer leitfähigen Paste. Auf diese Weise ergibt sich das in Figur 17 gezeigte Muster der elektrischen Verbindungen. Ein Plus-Potential wird an das abgetrennte leitfähige Teil 85b angelegt, während ein Minus-Potential an die Elektrode 74 angelegt wird (und umgekehrt). Die Keramikschichten 71 und 73 bilden erste

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und zweite Schwingungszonen, die sich im Gegentakt ausdehnen und zusammenziehen, wie durch Doppelpfeile in Figur 17 angedeutet wird. Hierdurch wird dier Schwingungsgeber in unterschiedliche Krümmungszustände überführt. Durch periodisches Umpolen der Potentiale wird der gesinterte Körper in Schwingungen versetzt, so daß er als piezoelektrischer Summer verwendet werden kann.

Auch bei dieser Ausfuhrungsform befinden sich die elektrischen Verbindungen 78,79 und 82, die durch öffnungen in den Keramikplatten gebildet werden, in der Nähe der Schwingungs-Knotenlinie, so daß keine Dämpfung der Schwingungen des piezoelektrischen Summers eintritt.

Figur 18 zeigt die Anordung von Keramikplatten 91,92, 93 und 94 und Elektroden 95,96,97,98 und 99 für einen Schwingungsgeber mit einer geraden Anzahl von Keramikplatten. Die Keramikplatten 91 bis 94 sind in der Nähe einer Schwingungs-Knotenlinie mit durchgehenden Öffnungen zur Bildung elektrischer Verbindungen versehen. Die Keramikplatte 91 weist Öffnungen 101a,102a und 103a auf. In der Umgebung der Öffnungen 101a und 102a ist die leitfähige Paste der Elektrodenschicht 95 entfernt, während die Öffnung 3a elektrisch mit der Elektrodenschicht 95 verbunden ist.

Am Umfang der Öffnungen 101a und 102a sind elektrisch leitfähige Teile 104 und 105 für den elektrischen Anschluß der Öffnungen vorgesehen.
30

In ähnlicher Weise sind die Keramikplatten 92 und 93 mit durchgehenden Öffnungen 102b und 102c versehen, die nach dem Zusammenfügen der Keramikplatten mit der Öffnung 102a ausgerichtet sind. Die Keramikplatten 92 bis 94 sind ferner mit durchgehenden Öffnungen 10 3b,103c und 103d versehen,

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die mit der Öffnung 103a ausgerichtet sind. Von den Öffnungen 103b bis 103d ist jedoch nur die Öffnung 103c mit der auf der oberen Oberfläche der Keramikplatte gebildeten Elektrode 9 7 verbunden, während die Öffnungen 103b und 103d elektrisch von der jeweiligen Elektrodenschicht 96 bzw. 98 isoliert sind.

Durch übereinanderschichten und Brennen der ungebrannten Keramikplatten 91 bis 94 wird ein gesinterter Körper gebildet, der in Figur 19 dargestellt ist. Die Elektroden 95 und 99 können wahlweise zusammen mit den übrigen Elektroden durch Brennen der leitfähigen Paste oder getrennt von diesen Elektroden durch Brennen einer Paste, Aufsprühen oder in einem Dampfniederschlagsverfahren oder dergleichen hergestellt werden.

Figur 20 zeigt das Schema der elektrischen Verbindungen in dem gesinterten Körper 106. Das leitfähige Teil und die Elektrode 96 sind elektrisch durch ein Verbindungsteil 101 miteinander verbunden, das durch die Öffnung 101a gebildet wird. Das leitfähige Teil 105 ist über ein durch die Öffnungen 102a bis 102c gebildetes Verbindungsteil 102 mit der Elektrode 98 verbunden. In ähnlicher Weise ist die Elektrode 95 über ein durch die Öffnungen 103a bis 103d gebildetes Verbindungsteil 103 mit den Elektroden 97 und 99 verbunden. Wenn an das leitfähige Teil 104, die Elektrode 95 und das leitfähige Teil 105 Spannungen V₁₇V₂ bzw. V₃ angelegt werden, für die die Beziehung gilt Vp-V₁=V^-Vp, so werden die Keramikschichten 91 bis 94 polarisiert, wie durch die Pfeile in Figur 20 angegeben ist.

Wie in Figur 21 gezeigt wird, werden anschließend die leitfähigen Teile 104 und 105 durch ein weiteres leitfähiges Teil 107 miteinander verbunden. Figur 22 zeigt

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das in diesem Zustand bestehende Schema der elektrischen Verbindungen. Zum Betrieb des durch den gesinterten Körper 106 gebildeten Schwingungsgebers wird ein Plus-Potential an die Elektrode 9 5 und ein Minus-Potential an das leitfähige Teil 107 angelegt, wie in Figur 22 zu erkennen ist. Die Keramikschichten 91 und 92 bilden eine erste Schwingungszone, die sich infolge dieser Potentiale in Richtung ihrer Dicke ausdehnt, und die Keramikschichten 93 und 94 bilden eine zweite Schwingungszone, die sich bei diesen Potentialverhältnissen in Richtung ihrer Dicke zusammenzieht, wie durch Doppelpfeile in Figur 22 angedeutet wird. Auf diese Weise wird der gesinterte Körper 106 insgesamt abwärts gebogen. In ähnlicher Weise wie bei den zuvor beschriebenen piezoelektrischen Summern wird durch periodisches Umpolen der Potentiale ein Schalldruck erzeugt. Die elektrischen Verbindungsteile 101,102 und 103 zur Verbindung der Elektroden sind auch bei dieser Ausfuhrungsform in der Nähe der Schwingungs-Knotenlinie angeordnet, so daß keine Dämpfung der Schwingung des gesinterten Körpers 106 eintritt und Schallwellen mit dem gewünschten Schalldruck und in der gewünschten Abstimmung erzeugt werden.

Claims

TER MEER-MÜLLER-STEINMEiSTER PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS DiDl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl -ing. H. Steinmeister ^ß ft 7ft/ DipL-lng. F. E. Müller Λ. ,_,. ,^ >3 Q U / U H Ό .. ,. , ._ Artur-Ladebeck-Strasse 51 Mauerkxrcherstrasse 45 D-8000 MÜNCHEN 80 D-4800 FP-3032 Mü/Wi/sc 04. März 1986 MURATA MANUFACTURING COMPANY, LTD. 26-10 Tenj in 2-chome, Nagaokakyo-shi, Kyoto-fu, Japan PIEZOELEKTRISCHER SCHALLGEBER PRIORITÄT: 08. März 1985, Japan, Nr. 46897/1985 (P) PATENTANS PRÜCHE

1. Pxezoelektrxscher Schallgeber mit einem monolithischen gesinterten Körper, der durch Übereinanderschichten mehrerer ungebrannter Keramikplatten und Elektroden und anschließendes Brennen hergestellt ist, und mit wenigstens einem elektrischen Verbindungsteil, das die Elektroden miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Verbindungsteil durch eine öffnung (34,42; 60,61;78,

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79,82;101,102,103) gebildet wird, die in einer solchen Position angeordnet ist, in der sie die Schwingung des Schallgebers nicht behindert.

2. Schallgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung auf einer Schwingungs-Knotenlinie (X) des Schallgebers oder in der Nähe derselben angeordnet ist.

3. Schallgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Schallgeber als unimorpher piezoelektrischer Schwingungsgeber (43;62) ausgebildet ist, dessen Keramikschichten (35,36,37;51,52,53,54) in Richtung ihrer Dicke abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen polarisiert sind und dessen Elektroden (38,39,40, 41 ; 55 ,56 , 57 ,58,59) durch die elektrischen Verbindungsteile (34 , 42;60,61) abwechselnd miteinander verbunden sind.

4. Schallgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Schallgeber als bimorpher piezoelektrischer Schwingungsgeber (84; 106) ausgebildet ist, der in Richtung der Dicke des Schwingungsgebers aufeinanderfolgend angeordnete erste und zweite Schwingungszonen (71 und 73; 91,92 und 93,94) aufweist, die im Gegentakt zueinander schwingen.

5. Schallgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Keramikschichten ungerade ist und daß die Keramikschichten (71,73) , die die ersten und zweiten Schwingungszonen bilden, zu beiden Seiten einer unpolarisierten mittleren Keramikschicht (72) angeordnet und nach einem in Bezug auf die mittlere Keramikschicht symmetrischen Muster polarisiert sind und daß die Elektroden (74,75,76,77) durch die Verbindungs-

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teile (78,82) abwechselnd miteinander verbunden sind.

6. Schallgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Keramikschichten gerade ist, daß die einander entsprechenden Keramikschichten (91 und 93 bzw. 92 und 94) der ersten und zweiten Schwingungszonen entgegengesetzt zueinander polarisiert sind, während die aneinandergrenzenden Keramikschichten (92 und 93) der beiden Schwingungszonen gleichsinnig in Richtung ihrer Dicke polarisiert sind, und daß die Elektroden (95,96,97,98,99) durch die Verbindungseinrichtungen (102,103) abwechselnd miteinander verbunden sind.