-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen elektroakustischen Wandler sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen piezoelektrischen, elektroakustischen Wandlers.
-
2. Beschreibung des Stands der Technik
-
Die Verwendung von piezoelektrischen elektroakustischen Wandlern für piezoelektrische Summer und piezoelektrische Empfänger, die in elektronischen Instrumenten, elektrischen Haushaltsgeräten und Mobiltelefonen einen Alarmton oder ein Betriebsgeräusch erzeugen, ist weit verbreitet. Als solch ein piezoelektrischer elektroakustischer Wandler wurde ein Wandler vorgeschlagen, der die Produktivität und die akustische Wandlungsleistung erhöht und durch Verwendung einer rechteckigen Membran miniaturisiert wird.
-
In der ungeprüften
japanischen Patentschrift Nr. 2000-310990 wird ein piezoelektrischer elektroakustischer Wandler offenbart, der eine rechteckige piezoelektrische Membran und ein Gehäuse aufweist, umfassend eine Bodenwand, vier Seitenwände, eine Trageinheit, um die Membran zwischen zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden zu tragen, und eine erste und zweite Klemmen, die für den Anschluß nach außen in der Trageinheit angeordnet sind, und zwei Seiten der Membran, die einander gegenüberliegen, sind über einen Klebstoff oder einen elastischen Klebstoff an der Trageinheit befestigt, während der Zwischenraum zwischen den zwei übrigen Seiten der Membran und dem Gehäuse mit dem elastischen Klebstoff abgedichtet ist und die erste und zweite Klemme über einen leitfähigen Klebstoff elektrisch miteinander verbunden sind.
-
Der Grund für die Abdichtung des Raums zwischen der Membran und dem Gehäuse ist die Abtrennung der Räume oberhalb und unterhalb der Membran, um auf der Ober- und Unterseite der Membran akustische Räume zu erhalten.
-
Um die Unterdrückung der Membranschwingung zu minimieren, wird als elastischer Klebstoff ein weicher elastischer Klebstoff wie z. B. ein Silikon-Klebstoff benutzt.
-
Um die Frequenz zu reduzieren, wurde die Membrandicke kürzlich stark verringert, und es werden dünne Membranen mit einer Dicke von mehreren zehn bis einhundert Mikrometer benutzt. Bei solch einer dünnen Membran nimmt der Einfluß der Tragstruktur auf die Frequenzcharakteristik zu.
-
Wenn die Membran zum Beispiel direkt mit den Klemmen verbunden wird, die mit einem wärmehärtenden leitfähigen Klebstoff am Gehäuse befestigt sind, wird die Membran durch eine Schrumpfkraft beim Härten des leitfähigen Klebstoffs gespannt, was eine Streuung der Frequenzcharakteristik zur Folge hat. Da ein Youngsches Modul des leitfähigen Klebstoffs nach dem Härten relativ groß ist, wird auch die Schwingung der Membran unterdrückt, und im leitfähigen Klebstoff werden durch die Membranschwingung Risse verursacht.
-
Die ungeprüfte
japanische Patentschrift Nr. 2003-9286 offenbart einen piezoelektrischen elektroakustischen Wandler mit einem Gehäuse, umfassend eine Trageinheit zum Tragen der Unterseite von zwei oder vier Seiten einer piezoelektrischen Membran, Klemmen mit inneren Verbindungsabschnitten, die in der Nachbarschaft der Trageinheit freiliegen, einen ersten elastischen Klebstoff, der zwischen dem Außenumfang der piezoelektrischen Membran und den inneren Verbindungsabschnitten der Klemmen aufgetragen ist, um die piezoelektrische Membran am Gehäuse zu befestigen, einen leitfähigen Klebstoff, der so zwischen einer Elektrode der piezoelektrischen Membran und den inneren Verbindungsabschnitten aufgetragen ist, daß er von der Oberseite des ersten elastischen Klebstoffs beabstandet ist und die Elektrode der piezoelektrischen Membran mit den inneren Verbindungsabschnitten der Klemmen elektrisch verbindet, und einen zweiten elastischen Klebstoff, um den Zwischenraum zwischen dem Außenumfang der piezoelektrischen Membran und dem Innenumfang des Gehäuses abzudichten.
-
Der erste elastische Klebstoff kann zum Beispiel ein Urethan-Klebstoff sein, und der zweite elastische Klebstoff ist ein Material, das ein kleineres Youngsches Modul als der erste elastische Klebstoff aufweist, wie z. B. ein Silikon-Klebstoff.
-
13 zeigt einen Verbindungsabschnitt zwischen einer piezoelektrischen Membran
30 und einer Klemme
31 in der ungeprüften
japanischen Patentschrift Nr. 2003-9286 . Zwischen der piezoelektrischen Membran
30 und der Klemme
31 ist ein erster elastischer Klebstoff
32 so aufgetragen, daß er gehoben ist, und darauf ist zudem ein leitfähiger Klebstoff
33 aufgetragen, um Änderungen in der Frequenzcharakteristik der Membran
30 zu vermeiden, die auf die Schrumpfspannung beim Härten des leitfähigen Klebstoffs
33 zurückzuführen sind, und um die Rißbildung nach dem Härten des leitfähigen Klebstoffs zu vermeiden.
-
Doch in diesem Fall sind eine Trageinheit 34 und die piezoelektrische Membran 30 durch den ersten elastischen Klebstoff 32 so verklebt, daß die Membran 30 eingeschränkt wird und ihre Schwingung unterdrückt wird.
-
In der ungeprüften
japanischen Patentschrift Nr. 2003-23696 wird ein Wandler mit einer Trageinheit offenbart, die in einem Gehäuse angeordnet ist, um vier Eckunterseiten einer piezoelektrischen Membran zu tragen, und zwischen der piezoelektrischen Membran und einer Klemme ist ein erster elastischer Klebstoff an einer Stelle in der Nachbarschaft der Trageinheit aufgetragen, und darauf ist außerdem ein leitfähiger Klebstoff aufgetragen.
-
14 zeigt einen Verbindungsabschnitt zwischen der piezoelektrischen Membran
30 und der Klemme
31 nach der ungeprüften
japanischen Patentschrift Nr. 2003-23696 . Da in diesem Fall unter der piezoelektrischen Membran
30 in einer Region, wo der erste elastische Klebstoff aufgetragen wird, ein Hohlraum vorgesehen ist, fließt der erste elastische Klebstoff
32 durch den Zwischenraum zwischen der Membran
30 und einem Gehäuse
35 nach unten ab, so daß der erste elastische Klebstoff
32 nicht zwischen der Membran
30 und der Klemme
31 angehoben wird, auch wenn es unwahrscheinlich ist, daß die piezoelektrische Membran
30 durch den ersten elastischen Klebstoff
32 eingeschränkt wird.
-
Der elastische Klebstoff ist typischerweise ein kalthärtender Klebstoff und ein warmhärtender Klebstoff. Da beim kalthärtenden Klebstoff die Viskosität während des Auftrags (Thixotropie) relativ groß ist und die Härtezeit kurz ist, kann der Klebstoff nicht durch den Zwischenraum zwischen der Membran und dem Gehäuse nach unten abfließen. Doch der kalthärtende Klebstoff beginnt während des Auftrags zu härten, was die Arbeitsleistung durch Verstopfen einer Auftragsvorrichtung beeinträchtigt. Das Youngsche Modul des Klebstoffs nach dem Härten ist relativ hoch, so daß der kalthärtende Klebstoff die Membran einschränkt.
-
Andererseits beginnt beim warmhärtenden Klebstoff mit niedriger Viskosität (Thixotropie) der Klebstoff nicht während des Auftrags zu härten, so daß die Arbeitsleistung während des Auftrags hervorragend ist, und die Membran wird nicht eingeschränkt, weil das Youngsche Modul des Klebstoffs nach dem Härten relativ niedrig ist.
-
Doch wenn der elastische Klebstoff mit niedriger Viskosität benutzt wird, fließt der elastische Klebstoff wie oben beschrieben zur Bodenwand des Gehäuses hin ab, und der elastische Klebstoff kann nicht zwischen der Membran und der Klemme angehoben werden. Daher kann eine einschränkende Kraft des leitfähigen Klebstoffs, der danach aufgetragen wird und härtet, auf die Membran wirken, um die Schwingung zu hemmen.
-
Wie oben beschrieben, ist es mit einem konventionellen Aufbau schwer, drei Bedingungen gleichzeitig zu erfüllen:
- 1) Die Membran im Wesentlichen ohne Einschränkung zu halten, 2) die Arbeitsleistung beim Auftrag des elastischen Klebstoffs zu verbessern, und 3) den elastischen Klebstoff so aufzutragen, daß er angehoben wird.
-
Ein gattungsgemäßer piezoelektrischer elektroakustischer Wandler ist aus der Schrift
DE 102 26 384 A1 bekannt, die es bereits vorschlägt, zur Anbindung der Elektroden an der Membran an die Anschlussklemmen am Gehäuse zweierlei Klebstoffe zu verwenden, nämlich einerseits einen elastischen ersten Klebstoff und einen über diesen aufgebrachten leitenden Klebstoff, der die Elektrode mit der jeweiligen Anschlussklemme verbindet. Der vorgenannte erste Klebstoff wird so aufgebracht, dass er Pilzkopfförmig die Membran und die Klemme überwölbt. Dabei liegt die Membran gegenüber der genannten Klemme auf einem Gehäuserand auf.
-
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten piezoelektrischen elektroakustischen Wandler bereitzustellen, bei dem die Frequenzcharakteristik der Membran stabil ist und die Arbeitsleistung beim Auftrag des elastischen Klebstoffs hervorragend ist.
-
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch einen piezoelektrischen elektroakustischen Wandler gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers gemäß Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Es ist also erfindungsgemäß vorgesehen, dass der innere Verbindungsabschnitt der Klemme von einer Ecke des Gehäuses, in der die Trageinheit angeordnet ist, beabstandet ist und an der Stelle, wo die piezoelektrische Membran dem inneren Verbindungsabschnitt der Klemme gegenüberliegt, unter der piezoelektrischen Membran zwischen dem Gehäuse und der piezoelektrischen Membran ein Spalt vorgesehen ist, der von dem ersten elastischen Klebstoff befüllbar ist und einen Abfluss des ersten elastischen Klebstoffs verhindert, wobei eine Gehäuseoberfläche im Bereich des Spalts tieferliegend als die Trageinheit ausgebildet ist, so dass eine Unterseite der Membran von dem Gehäuse beabstandet ist.
-
Um die Arbeitsleistung während des Auftrags zu verbessern und gleichzeitig die Membran ohne wesentliche Einschränkung zu tragen, weist der erste elastische Klebstoff bevorzugt eine geringe Viskosität auf. Wenn der erste elastische Klebstoff mit geringer Viskosität zwischen dem Umfang der Membran und der Innenseite des Gehäuses aufgetragen wird, würde der elastische Klebstoff durch den Zwischenraum zwischen der Membran und dem Gehäuse zur Bodenwand hin abfließen. Unter der piezoelektrischen Membran ist aber in der Auftragsregion des ersten elastischen Klebstoffs der genannte Spalt bzw. eine Wiege vorgesehen, so daß der erste elastische Klebstoff in den Zwischenraum zwischen dem Spalt und der Membran fließt, wodurch verhindert wird, daß der erste elastische Klebstoff aufgrund einer Oberflächenspannung des ersten elastischen Klebstoffs zur Bodenwand des Gehäuses hin abfließt. Da der Zwischenraum zwischen dem Spalt und der Membran zudem so klein eingestellt ist, daß der Zwischenraum schnell mit dem Klebstoff gefüllt wird, wird der Klebstoffüberschuß angehoben. Wenn nach dem Härten des ersten elastischen Klebstoffs der leitfähige Klebstoff darauf aufgetragen wird, wird eine Schrumpfungskraft beim Härten des leitfähigen Klebstoffs daher durch den ersten elastischen Klebstoff gemindert, da der leitfähige Klebstoff den kürzesten Weg zwischen der Elektrode der Membran und dem inneren Verbindungsabschnitt der Klemme umgeht. Daher wird eine Verzerrung der Membran wirkungsvoll verhindert, wodurch die Frequenzcharakteristik stabilisiert wird, während der leitfähige Klebstoff vor Rißbildung geschützt wird, die durch die Membranschwingung verursacht wird.
-
Das Gehäuse ist bevorzugt mit einer Nut versehen, die im Innenumfang angeordnet ist, um den zweiten elastischen Klebstoff aufzunehmen, und eine Auslaufschutzwand ist an einer Position, die tiefer liegt als die Trageinheit, im Innenumfang der Nut vorgesehen, um zu verhindern, daß der zweite elastische Klebstoff zur Bodenwand des Gehäuses hin abfließt.
-
Der zweite elastische Klebstoff kann eine dem ersten elastischen Klebstoff entsprechende niedrige Viskosität aufweisen. Wenn ein elastischer Klebstoff mit einer niedrigen Viskosität zwischen dem Umfang der Membran und der Innenseite des Gehäuses aufgetragen wird, würde der elastische Klebstoff durch den Zwischenraum zwischen der Membran und dem Gehäuse zur Bodenwand hin abfließen. Doch der zweite elastische Klebstoff fließt in die Nut, die im Gehäuse vorgesehen ist, und wird durch die im Innenumfang vorgesehene Auslaufschutzwand zusätzlich eingedämmt, wodurch verhindert wird, daß der elastische Klebstoff zur Bodenwand des Gehäuses hin abfließt. Der zweite elastische Klebstoff fließt zudem schnell die Nut entlang, was die einfache Abdichtung des Membranumfangs erlaubt.
-
Die Höhe der Auslaufschutzwand ist auf eine Höhe eingestellt, in welcher der zweite elastische Klebstoff nicht aufgrund einer Oberflächenspannung des zweiten elastischen Klebstoffs durch den Zwischenraum zwischen der Wand und der Membran zur Bodenwand des Gehäuses hin abfließen kann, ohne daß die Schwingung der Membran eingeschränkt wird.
-
Die Höhe der Auslaufschutzwand für den zweiten elastischen Klebstoff kann die gleiche sein wie die des Spalts zum Aufhalten des Flusses des ersten elastischen Klebstoffs. Doch die Höhe der Wand ist bevorzugt niedriger eingestellt als die des Spalts.
-
Während die Spalte an Stellen geformt sind, wo die piezoelektrische Membran der Klemme gegenüberliegt, d. h. in der Nachbarschaft von vier Ecken der piezoelektrischen Membran, sind die Auslaufschutzwände im wesentlichen um den ganzen Umfang der piezoelektrischen Membran herum angeordnet, so daß die Schichtdicke des zweiten elastischen Klebstoffs zwischen der Auslaufschutzwand und der piezoelektrischen Membran reduziert wird, wenn die Höhen gleich sind, wodurch die Membranschwingung durch die Einschränkungskraft unterdrückt werden kann. Indem die Höhe der Auslaufschutzwand tiefer als die des Spalts eingestellt wird, innerhalb eines Bereichs, in welchem der zweite elastische Klebstoff nicht durch den Zwischenraum zwischen der Auslaufschutzwand und der piezoelektrischen Membran auslaufen kann, kann die Schichtdicke des zweiten elastischen Klebstoffs so erhöht werden, daß eine sichere Abdichtung gewährleistet wird, ohne daß die Einschränkungskraft des zweiten elastischen Klebstoffs wesentlich erhöht wird.
-
Bevorzugt weist der erste elastische Klebstoff ein Youngsches Modul von etwa 500 × 106 Pa oder weniger nach der Härtung auf, während der zweite elastische Klebstoff ein Youngsches Modul von etwa 30 × 106 Pa oder weniger nach der Härtung aufweist.
-
Das heißt, das Youngsche Modul des ersten und zweiten elastischen Klebstoffs nach der Härtung ist so eingestellt, daß die Bewegung der Membran nicht wesentlich beeinflußt wird, und wenn das Youngsche Modul des ersten elastischen Klebstoffs auf etwa 500 × 106 Pa oder weniger nach der Härtung eingestellt ist, während das Youngsche Modul des zweiten elastischen Klebstoffs auf etwa 30 × 106 Pa oder weniger nach der Härtung eingestellt ist, wird die Membranbewegung auf etwa 90% oder mehr des Höchstwerts erhöht, wodurch große Einflüsse auf die Membranbewegung beseitigt werden.
-
Das Youngsche Modul des zweiten elastischen Klebstoffs ist relativ niedrig eingestellt, da der zweite elastische Klebstoff am Umfang der piezoelektrischen Membran aufgetragen ist, während der erste elastische Klebstoff nur partiell in der Nachbarschaft der vier Ecken der piezoelektrischen Membran aufgetragen ist, weshalb die piezoelektrische Membran vom Youngschen Modul des zweiten elastischen Klebstoffs stärker beeinflußt wird.
-
Bevorzugt ist der erste elastische Klebstoff ein Urethan-Klebstoff und der zweite elastische Klebstoff ein Silikon-Klebstoff.
-
Aufgrund des niedrigen Youngschen Moduls nach der Härtung und der geringen Kosten wird als elastischer Klebstoff gewöhnlich ein Silikon-Klebstoff benutzt. Doch der Silikon-Klebstoff weist ein ernstes Problem auf, daß während der Erwärmung und Härtung ein Siloxangas erzeugt wird, das als dünne Schicht an einem leitenden Teil haftet, was beim Auftragen des leitfähigen Klebstoffs zu Haftungsfehlern und Leitungsfehlern führt. Daher wird der Silikon-Klebstoff nach dem Auftragen und Härten des leitfähigen Klebstoffs nicht aufgetragen. Der Urethan-Klebstoff andrerseits führt nicht zu den Problemen, die mit dem Silikon-Klebstoff einhergehen.
-
Deshalb wird für den ersten elastischen Klebstoff, der die piezoelektrische Membran am Gehäuse hält, bevorzugt ein Urethan-Klebstoff als Haftgrund für den leitfähigen Klebstoff benutzt, der zwischen der Elektrode der piezoelektrischen Membran und dem inneren Verbindungsabschnitt der Klemme leitet, und für den zweiten elastischen Klebstoff, der den Umfang der piezoelektrischen Membran abdichtet, wird ein Silikon-Klebstoff verwendet.
-
Dadurch wird ein piezoelektrischer elektroakustischer Wandler erhalten, der hervorragende Schwingungseigenschaften aufweist, ohne Haftungsfehler und Leitungsfehler zu verursachen.
-
Andere Merkmale, Elemente, Eigenschaften, Schritte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen hervor.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist eine perspektivische Ansicht einer piezoelektrischen Membran, die im piezoelektrischen elektroakustischen Wandler von 1 verwendet wird;
-
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 2;
-
4 ist ein Grundriß eines Kastens, der im piezoelektrischen elektroakustischen Wandler von 1 verwendet wird;
-
5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X von 4;
-
6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie Y-Y von 4;
-
7 ist ein Grundriß, der einen Zustand zeigt, in dem eine Membran am Kasten von 4 gehalten wird (vor dem Auftrag eines zweiten elastischen Klebstoffs);
-
8 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Eckabschnitts des Kastens von 4;
-
9 ist eine auseinandergezogene Schnittansicht entlang der Linie B-B von 7;
-
10 ist eine auseinandergezogene Schnittansicht entlang der Linie C-C von 7;
-
11 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zwischen der Membranbewegung und dem Youngschen Modul eines ersten elastischen Klebstoffs zeigt;
-
12 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zwischen der Membranbewegung und dem Youngschen Modul eines zweiten elastischen Klebstoffs zeigt;
-
13 ist eine Schnittansicht eines Verbindungsabschnitts zwischen der piezoelektrischen Membran und einer Klemme in der ungeprüften
japanischen Patentschrift Nr. 2003-9286 ; und
-
14 ist eine Schnittansicht eines Verbindungsabschnitts zwischen der piezoelektrischen Membran und einer Klemme in der ungeprüften
japanischen Patentschrift Nr. 2003-23696 .
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 zeigt ein Beispiel eines piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Ein piezoelektrischer elektroakustischer Wandler nach einer bevorzugten Ausführungsform ist für Instrumente mit breiten Frequenzbereichen wie z. B. ein piezoelektrischer Empfänger geeignet und umfaßt eine piezoelektrische Membran 1, die einen Schichtaufbau aufweist, einen Kasten 10 und einen Deckel 20. Der Kasten 10 und der Deckel 20 bilden ein Gehäuse.
-
Die Membran 1 wird, wie in 2 und 3 gezeigt, vorzugsweise geformt, indem zwei piezoelektrische Keramikschichten 1a und 1b aufgebracht werden. Die obere/untere Hauptfläche der Membran 1 sind mit Hauptflachelektroden 2 und 3 versehen, und zwischen den Keramikschichten 1a und 1b ist eine Innenelektrode 4 vorgesehen. Die zwei Keramikschichten 1a und 1b sind, wie durch den dicken Pfeil in den Zeichnungen angezeigt, in der gleichen Dickenrichtung polarisiert. Die Länge der oberen Hauptflachelektrode 2 und der unteren Hauptflachelektrode 3 ist etwas kürzer als die Seitenlänge der Membran 1, und ein Ende jeder der Elektroden 2 und 3 ist mit einer Endseitenelektrode 5 verbunden, die auf einer Endseite der Membran 1 vorgesehen ist. Dadurch werden die obere/untere Hauptflachelektroden 2 und 3 miteinander verbunden. Die Innenelektrode 4 ist im wesentlichen zu den Hauptflachelektroden 2 und 3 symmetrisch, und ein Ende der Innenelektrode 4 ist von der Endseitenelektrode 5 getrennt, während das andere Ende mit einer Endseitenelektrode 6 verbunden ist, die auf der anderen Endseite der Membran 1 vorgesehen ist. Auf der Ober- und Unterseite der anderen Endseite der Membran 1 sind Hilfselektroden 7 so angeordnet, daß sie zur Endseitenelektrode 6 hin leiten.
-
Auf der Ober- und Unterseite der Membran 1 sind Harzschichten 8 und 9 so angeordnet, daß sie die Hauptflachelektroden 2 und 3 bedecken.
-
Die Harzschichten 8 und 9 sind Schutzschichten, die vorgesehen sind, um das Reißen der Membran 1 bei Fallstößen zu vermeiden. In der Nachbarschaft der diagonalen Ecken der Membran 1 sind die obere und untere Harzschicht 8 und 9 mit Ausschnitten 8a und 9a versehen, an welchen die Hauptflachelektroden 2 und 3 freiliegen, und mit Ausschnitten 8b und 9b, an welchen die Hilfselektroden 7 freiliegen.
-
Obwohl die Ausschnitte 8a, 8b, 9a und 9b entweder auf der Oberseite oder auf der Unterseite angeordnet sein können, sind die Ausschnitte 8a, 8b, 9a und 9b der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform gemäß auf der Oberseite und Unterseite angeordnet, um die Richtwirkung zu beseitigen.
-
Die Hilfselektroden 7 sind auch nicht unbedingt Streifenelektroden, sondern können nur an Stellen angeordnet sein, die den Ausschnitten 8a und 8b entsprechen.
-
Der bevorzugten Ausführungsform gemäß werden als Keramikschichten 1a und 1 b bevorzugt PZT-Keramiken verwendet, die zum Beispiel eine Größe von etwa 10 mm × etwa 10 mm × etwa 40 μm aufweisen, und als Harzschichten 8 und 9 wird bevorzugt ein Polyamidimidharz mit einer Dicke von zum Beispiel etwa 3 bis etwa 10 μm verwendet.
-
Der Kasten 10, wie in 4 bis 10 gezeigt, weist bevorzugt die Form eines im Wesentlichen rechteckigen Kastens aus Harz mit einer Bodenwand 10a und vier Seitenwänden 10b bis 10e auf. Bevorzugte Harzmaterialien können wärmebeständige Harze wie z. B. ein LCP (Flüssigkristallpolymer), SPS (syndiotaktisches Polystyren), PPS (Polyphenylensulfid) und ein Epoxidharz sein. Auf der Innenseite der zwei gegenüberliegenden Seitenwände 10b und 10d von den vier Seitenwänden 10b bis 10e sind gegabelte innere Verbindungsabschnitte 11a und 12a der Klemmen 11 und 12 freiliegend. Die Klemmen 11 und 12 sind durch Insert-Technik im Kasten 10 integriert. Äußere Verbindungsabschnitte 11b und 12b der Klemmen 11 und 12, die auf der Außenseite freiliegen, sind so gebogen, daß sie entlang der Seitenwände 10b und 10d zur Unterseite des Kastens 10 hin verlaufen (siehe 6).
-
An vier Ecken im Inneren des Kastens 10 sind Tragabschnitte 10f vorgesehen, um die Eckunterseiten der Membran 1 zu tragen. Die Tragabschnitte 10f sind tiefer als die freiliegenden Flächen der inneren Verbindungsabschnitte 11a und 12a der Klemmen 11 und 12 angeordnet. Wenn die Membran 1 auf den Tragabschnitten 10f angeordnet ist, liegt die Oberseite der Membran 1 deshalb im Wesentlichen auf gleicher Höhe wie die Oberseiten der inneren Verbindungsabschnitte 11a und 12a der Klemmen 11 und 12.
-
In der Nachbarschaft der vier Tragabschnitte 10f sind Spalte bzw. Wiegen 10g in einer Höhe angeordnet, die tiefer liegt als die Tragabschnitte 10f, so daß sie einen gewünschten Abstand D1 zur Unterseite der Membran 1 aufweisen. Das heißt, der Abstand D1 zwischen der Oberseite der Spalte 10g und der Unterseite der Membran 1 (der Oberseite der Tragabschnitte 10f) ist so gewählt, daß verhindert wird, daß ein erster elastischer Klebstoff 13, der weiter unten beschrieben wird, aufgrund einer Oberflächenspannung des ersten elastischen Klebstoffs 13 ausläuft. Wenn eine Viskosität des ersten elastischen Klebstoffs 13 während des Auftrags etwa 6 Pa·s bis etwa 10 Pa·s beträgt, entspricht der Abstand D1 zum Beispiel bevorzugt etwa 0,1 mm bis etwa 0,2 mm. Der bevorzugten Ausführungsform gemäß ist der Abstand D1 zum Beispiel bevorzugt auf 0,15 mm eingestellt.
-
Im Umfang der Bodenwand 10a sind Nuten 10h vorgesehen, die mit einem zweiten elastischen Klebstoff 15 gefüllt werden, der weiter unten beschrieben wird, und innerhalb der Nuten 10h sind Ausströmschutzwände 10i in einer Höhe vorgesehen, die tiefer liegt als die Tragabschnitte 10f. Die Ausströmschutzwände 10i verhindern, daß der zweite elastische Klebstoff 15 zur Bodenwand 10a hin ausläuft, und ein Abstand D2 zwischen der Oberseite der Wände 10i und der Unterseite der Membran 1 (der Oberseite der Tragabschnitte 10f) ist so gewählt, daß verhindert wird, daß der zweite elastische Klebstoff 15 aufgrund einer Oberflächenspannung des zweiten elastischen Klebstoffs 15 ausläuft. Wenn eine Viskosität des zweiten elastischen Klebstoffs 15 während des Auftrags etwa 0,5 Pa·s bis etwa 2,0 Pa·s beträgt, entspricht der Abstand D2 bevorzugt etwa 0,15 mm bis etwa 0,25 mm. Der bevorzugten Ausführungsform gemäß ist der Abstand D2 zum Beispiel bevorzugt auf 0,20 mm eingestellt.
-
Der bevorzugten Ausführungsform gemäß sind die Unterseiten der Nuten 10h in einer Höhe oberhalb der Oberseite der Bodenwand 10a angeordnet, und die Nuten 10h werden mit einer relativ kleinen Menge des zweiten elastischen Klebstoffs 15 gefüllt und weisen eine flache Tiefe auf, wodurch sie schnell voll sind. Das heißt, eine Höhe D3 zwischen der Unterseite der Nuten 10h und der Unterseite der Membran 1 (der Oberseite der Tragabschnitte 10f) ist zum Beispiel bevorzugt auf etwa 0,3 mm eingestellt. Die Nuten 10h und die Wände 10i sind im Umfang der Bodenwand 10a ausschließlich der Spalte 10g angeordnet. Alternativ dazu können die Nuten über den Innenumfang der Spalte 10g durchgehend im Gesamtumfang der Bodenwand 10a vorgesehen sein.
-
Die Endabschnitte der Nuten 10h, die im Kontakt mit den Tragabschnitten 10f und den Spalten 10g angeordnet sind, weisen im Vergleich zu den übrigen Abschnitten auch eine erhöhte Breite auf. Daher wird der überschüssige zweite elastische Klebstoff 15 von den Abschnitten mit erhöhter Breite absorbiert, wodurch verhindert wird, daß der zweite elastische Klebstoff 15 auf die Membran 1 überläuft.
-
Der Kasten 10 ist auch mit sich verjüngenden Vorsprüngen 10j auf der Innenseite der Seitenwände 10b bis 10e versehen, um die vier Seiten der Membran 1 zu führen.
-
Der Kasten 10 ist auch mit einer Aussparung 10k vorgesehen, die im inneren oberen Umfang der der vier Seitenwände 10b bis 10e vorgesehen ist, um zu verhindern, daß der zweite elastische Klebstoff 15 angehoben wird.
-
In der Bodenwand 10a benachbart zur Seitenwand 10e ist auch eine erste tonausgebende Öffnung 10l vorgesehen.
-
Im wesentlichen L-förmige Positionierungsvorsprünge 10m sind in den Eckoberseiten der Seitenwände 10b bis 10e vorgesehen, um die Ecken des Deckels 20 zu tragen. Auf der Innenseite des Vorsprungs 10m ist eine sich verjüngende Fläche 10n zur Führung des Deckels 20 vorgesehen.
-
Die Membran 1 wird im Inneren des Kastens 10 untergebracht, und ihre Ecken werden von den Tragabschnitten 10f getragen. Da der Umfangsabschnitt der Membran 1 von den sich verjüngenden Vorsprüngen 10j geführt wird, die auf der Innenseite der Seitenwände 10b bis 10e angeordnet sind, werden die Ecken der Membran 1 präzise auf den Tragabschnitten 10f angeordnet. Das heißt, durch die sich verjüngenden Vorsprünge 10j wird der Zwischenraum zwischen der Membran 1 und dem Kasten 10 so reduziert, daß er kleiner als die Einsatzgenauigkeit der Membran 1 wird, wodurch die Produktgröße reduziert wird. Da die Kontaktfläche zwischen den Vorsprüngen 10j und der Membran 1 klein ist, wird die Schwingung der Membran 1 zudem nicht wesentlich behindert.
-
Nachdem die Membran 1 im Kasten 10 untergebracht wurde, wie in 7 gezeigt, wird die Membran 1 an den inneren Verbindungsabschnitten 11a und 12a der Klemmen 11 und 12 befestigt, indem der erste elastische Klebstoff 13 an vier Punkten der Membran 1 aufgetragen wird. Das heißt, ein erster Abschnitt zwischen der Hauptflachelektrode 2, die am Ausschnitt 8a freiliegt, und dem einen inneren Verbindungsabschnitt 11a der Klemme 11, und ein zum ersten Abschnitt diagonal angeordneter zweiter Abschnitt zwischen der Hilfselektrode 7, die am Ausschnitt 8b freiliegt, und dem anderen inneren Verbindungsabschnitt 12a der Klemme 12, werden mit dem ersten elastischen Klebstoff 13 überzogen. Auch die zwei übrigen Abschnitte, die diagonal angeordnet sind, sind mit dem ersten elastischen Klebstoff 13 überzogen. Der vorliegenden Ausführungsform gemäß wird der erste elastische Klebstoff 13 in einer elliptischen Form oder einer ovalen Form aufgetragen. Doch die Auftragsform ist nicht darauf beschränkt. Der erste elastische Klebstoff 13 weist bevorzugt ein Youngsches Modul von etwa 500 × 106 Pa nach dem Härten auf, was relativ niedrig ist. Wie aus 11 hervorgeht, wo die Beziehung zwischen der Bewegung des Membranzentrums und dem Youngschen Modul des ersten elastischen Klebstoffs 13 nach dem Härten gezeigt wird, wird der Bereich des Youngschen Moduls des ersten elastischen Klebstoffs 13 so gewählt, daß die Bewegung der Membran 1 nicht wesentlich eingeschränkt wird. Der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform gemäß wird bevorzugt ein Urethan-Klebstoff mit einem Youngschen Modul von etwa 3,7 × 106 Pa benutzt. Der erste elastische Klebstoff 13 wird nach dem Auftrag erwärmt und gehärtet.
-
Wenn der erste elastische Klebstoff 13 aufgetragen wird, kann der erste elastische Klebstoff 13 aufgrund seiner geringen Viskosität durch einen Zwischenraum zwischen der Membran 1 und den Klemmen 11 und 12 abfließen. Doch wie in 9 gezeigt, ist der Spalt 10g unter der Membran 1 in der Nachbarschaft der Stelle angeordnet, wo der erste elastische Klebstoff 13 aufgetragen wird, wodurch zwischen dem Spalt 10g und der Membran 1 der kleine Abstand D1 vorhanden ist, so daß der erste elastische Klebstoff 13 daran gehindert wird, durch die Oberflächenspannung zwischen der dem Spalt 10g und der Membran 1 zur Bodenwand 10a hin zu fließen. Da der Abstand D1 zudem schnell gefüllt ist, wird der überschüssige erste elastische Klebstoff 13 zwischen der Membran 1 und den Klemmen 11 und 12 angehoben. Da eine Schicht des ersten elastischen Klebstoffs 13 zwischen dem Spalt 10g und der Membran 1 vorhanden ist, was dem Abstand D1 entspricht, wird die piezoelektrische Membran 1 nicht wesentlich eingeschränkt.
-
Nach dem Härten des ersten elastischen Klebstoffs 13 wird ein leitfähiger Klebstoff 14 in einer elliptischen Form oder länglichen Form so aufgetragen, daß er den ersten elastischen Klebstoff 13 überschneidet. Der leitfähige Klebstoff 14 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, und der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform gemäß wird bevorzugt eine leitfähige Urathanpaste mit einem Youngschen Modul von etwa 0,3 × 109 Pa verwendet. Nach dem Auftrag des leitfähigen Klebstoffs 14 werden die Hauptflachelektrode 2 und der innere Verbindungsabschnitt 11a der Klemme 11 sowie die Hilfselektrode 7 und der innere Verbindungsabschnitt 12a der Klemme 12 jeweils durch Erwärmen und Härten des leitfähigen Klebstoffs 14 miteinander verbunden. Der leitfähige Klebstoff 14 ist nicht auf die elliptische Auftragsform beschränkt, solange die Hauptflachelektrode 2 und der innere Verbindungsabschnitt 11a der Klemme 11 sowie die Hilfselektrode 7 und der innere Verbindungsabschnitt 12a der Klemme 12 jeweils über die Oberseite des ersten elastischen Klebstoffs 13 miteinander verbunden sind. Da der erste elastische Klebstoff 13 angehoben ist, ist der leitfähige Klebstoff 14 auf dem ersten elastischen Klebstoff 13 in einer solchen Bogenform angeordnet, daß er den kürzesten Weg umgeht (siehe 9). Daher wird die Schrumpfspannung, die vom leitfähigen Klebstoff 14 erzeugt wird, durch den ersten elastischen Klebstoff 13 so gemindert, daß jeder nachteilige Einfluß auf die Membran 1 minimiert wird.
-
Nach dem Auftrag des leitfähigen Klebstoffs 14 wird ein Zwischenraum zwischen dem gesamten Umfang der Membran 1 und dem Innenumfang des Kastens 10 mit einem zweiten elastischen Klebstoff 15 beschichtet, um Luftlecks durch die Ober- und Unterseite der Membran 1 zu vermeiden. Nach dem ringförmigen Auftrag des zweiten elastischen Klebstoffs 15 wird er erhitzt und gehärtet. Als zweiter elastischer Klebstoff 15 wird ein wärmehärtender Klebstoff verwendet, der nach dem Härten ein kleines Youngschen Modul von etwa 30 × 106 Pa oder weniger aufweist, und mit einer geringen Viskosität von 0,5 Pa·s bis 2 Pa·s vor dem Härten. Wie aus 12 hervorgeht, wo die Beziehung zwischen der Bewegung des Membranzentrums und dem Youngschen Modul des zweiten elastischen Klebstoffs 15 nach dem Härten gezeigt wird, ist dieser Bereich so gewählt, daß der zweite elastische Klebstoff 15 die Bewegung der Membran 1 nicht nachteilig beeinflußt. Der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform gemäß wird bevorzugt ein Silikon-Klebstoff mit einem Youngschen Modul von 3,0 × 105 Pa verwendet.
-
Wenn der zweite elastische Klebstoff 15 aufgetragen wird, kann der zweite elastische Klebstoff 15 durch den Zwischenraum zwischen der Membran 1 und dem Kasten 10 zur Bodenwand 10a hin abfließen. Doch im Innenumfang des Kastens 10 ist die Nut 10h vorgesehen, wie in 10 gezeigt, um mit dem zweiten elastischen Klebstoff 15 gefüllt zu werden, und im Inneren der Nut 10h ist die Auslaufschutzwand 10i vorgesehen, so daß er zweite elastische Klebstoff 15 in die Nut 10h eindringt, um den Umfang zu durchziehen. Da zwischen der Membran 1 und der Auslaufschutzwand 10i der Abstand D2 vorgesehen ist, wird der zweite elastische Klebstoff 15 daran gehindert, aufgrund der Oberflächenspannung zwischen der Membran 1 und der Auslaufschutzwand 10i zur Bodenwand 10a hin abzufließen. Da zwischen der Wand 10i und der Membran 1 eine Schicht des zweiten elastischen Klebstoffs 15 vorhanden ist, die dem Abstand D2 entspricht, wird verhindert, daß die Schwingung der piezoelektrischen Membran 1 eingeschränkt wird.
-
Der bevorzugten Ausführungsform gemäß ist der Abstand D2 etwas größer als der Abstand D1 (D1 = etwa 0,15 mm, D2 = etwa 0,20 mm). Der Grund ist, daß der erste elastische Klebstoff 13 stellenweise zwischen der Membran 1 und den einander gegenüberliegenden Klemmen 11 und 12 aufgetragen wird, während der zweite elastische Klebstoff 15 im wesentlichen um den gesamten Umfang der Membran 1 aufgetragen wird, weshalb der Abstand D2 so weit wie möglich innerhalb eines Bereichs vergrößert wird, der das Auslaufen des zweiten elastischen Klebstoffs 15 verhindert, um die Einschränkungskraft des zweiten elastischen Klebstoffs 15 auf die Membran 1 zu minimieren. Da andrerseits die Auftragsstelle des ersten elastischen Klebstoffs 13 im Abstand D1 begrenzt wird, ist der Einfluß der Einschränkungskraft selbst dann gering, wenn der Abstand D1 reduziert ist, weshalb der Abstand D1 so eingestellt ist, daß der erste elastische Klebstoff 13 zwischen der Membran 1 und den Klemmen 11 und 12 um einen möglichst kleinen Betrag angehoben wird.
-
Während des Auftrags des zweiten elastischen Klebstoffs 15 läuft ein Teil des zweiten elastischen Klebstoffs 15 an den Seitenwänden 10b bis 10e des Kastens 10 hoch, um möglicherweise auf der Oberseite der Seitenwände zu haften. Falls der zweite elastische Klebstoff 15 ein formlösendes Dichtmittel wie z. B. Silikonklebstoff ist, kann die Haftfestigkeit zwischen dem Deckel 20 und der Oberseite der Seitenwände 10b bis 10e reduziert werden. Um das Hochlaufen des zweiten elastischen Klebstoffs 15 einzuschränken, ist aber im inneren oberen Umfang der Seitenwände 10b bis 10e die Aussparung 10k vorgesehen, die verhindert, daß der zweite elastische Klebstoff 15 auf der Oberseite der Seitenwände haftet.
-
Nachdem die Membran 1 wie oben beschrieben am Kasten 10 angebracht wurde, wird der Deckel 20 mit einem Klebstoff 21 auf der Oberseite der Seitenwände befestigt. Der Klebstoff 21 kann ein bekannter Klebstoff wie z. B. Epoxid sein. Wenn aber der zweite elastische Klebstoff 15 ein Silikon-Klebstoff ist, besteht die Möglichkeit, daß auf der Oberseite der Seitenwände ein Film haftet, der durch Siloxangas erzeugt wird, weshalb als Klebstoff 21 ein Silikonklebstoff verwendet werden kann. Der Deckel 20 ist eine flache Platte, die aus dem gleichen Material wie der Kasten 10 besteht. Der Umfang des Deckels 20 wird mit den sich verjüngenden Flächen 10n der Positionierungsvorsprünge 10 in Eingriff gebracht, die von der Oberseite der Seitenwände des Kastens 10 vorspringen, und wird auf präzise Weise angeordnet. Durch Verkleben des Deckels 20 am Kasten 10 wird zwischen dem Deckel 20 und der Membran 1 ein akustischer Raum erhalten. Der Deckel 20 ist mit einer zweiten tonausgebenden Öffnung 22 vorgesehen, die darin vorgesehen ist.
-
Auf diese Weise wird ein oberflächenmontierter piezoelektrischer elektroakustischer Wandler fertiggestellt.
-
Im elektroakustischen Wandler nach der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird die Membran 1 in einem Oberflächenbiegungsmodus zum Vibrieren gebracht, indem eine bestimmte Wechselspannung (Wechselstromsignal oder rechteckiges Wellensignal) zwischen den Klemmen 11 und 12 angelegt wird. Die piezoelektrische Keramikschicht, in welcher die Polarisierungsrichtung der Richtung des elektrischen Felds entspricht, zieht sich in einer planen Richtung zusammen, während eine piezoelektrische Keramikschicht, in welcher die Polarisierungsrichtung der Richtung des elektrischen Felds entgegengesetzt ist, sich in der planen Richtung ausdehnt, wodurch die piezoelektrische Keramikschicht als Ganzes in der Dickenrichtung verformt wird.
-
Da der bevorzugten Ausführungsform gemäß die Membran 1 ein Mehrschichtenaufbau wie z. B. ein bimorpher Aufbau ist, in welchem zwei Schwingungsregionen (Keramikschichten) aufeinanderfolgend in der Dickenrichtung angeordnet sind und in einander entgegengesetzten Richtungen schwingen, wird im Vergleich zu einem unimorphen Membran eine größere Bewegung, d. h. einer stärkerer Schalldruck erhalten.
-
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen, und innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung können Änderungen durchgeführt werden.
-
Die Auftragsregion mit den zweiten elastischen Klebstoff beschränkt sich nicht auf den Gesamtumfang der Membran 1, wie oben in den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, und der zweite elastische Klebstoff kann in einer Region aufgetragen werden, die geeignet ist, um den Zwischenraum zwischen der Membran 1 und dem Kasten 10 abzudichten.
-
Die Membran 1 nach der obigen bevorzugten Ausführungsform ist bevorzugt so aufgebaut, daß sie zwei piezoelektrische Keramikschichten enthält. Alternativ dazu kann die Membran drei oder mehr Schichten enthalten.
-
Die piezoelektrische Membran beschränkt sich nicht auf den geschichteten piezoelektrische Keramikaufbau, und es kann eine bekannte unimorphe oder bimorphe Membran verwendet werden, in welcher eine piezoelektrische Platte mit einer Seite oder beiden Seiten einer Metallplatte verklebt ist.
-
Das erfindungsgemäße Gehäuse beschränkt sich nicht auf den Aufbau nach den bevorzugten Ausführungsformen, der den Kasten 10 mit konvexem Querschnitt und den Deckel 20 einschließt, der auf die obere Öffnung des Kasten 10 geklebt wird, und das Gehäuse kann einen Aufbau aufweisen, der einen kappenartigen Kasten mit einer auf der Unterseite geformten Öffnung und ein an die Unterseite geklebtes Substrat einschließt.
-
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, sondern kann im Umfang der beiliegenden Ansprüche modifiziert werden. Ferner können die Technologien, die in den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen offenbart werden, wie gewünscht in Kombination angewandt werden.