CN100470867C - 压电陶瓷换能器及便携式设备 - Google Patents

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Abstract

压电陶瓷换能器(1)具有上压电活性层(5)和下压电活性层(6)。上绝缘层(2)和下绝缘层(3)安排在压电陶瓷换能器(1)的其厚度方向上的两个表面，上绝缘层(2)和下绝缘层(3)之间放置有上压电活性层(5)和下压电活性层(6)。上绝缘层(2)的表面安排有两个电极焊盘(8)和(9)。电极焊盘(8)和(9)通过连接元件(12)与上电极层(7a)和下电极层(7b)相连，电压通过电极焊盘(8)和(9)施加至上压电活性层(5)和下压电活性层(6)。上绝缘层(2)、(3)和(4)以及上压电活性层(5)和(6)由彼此相同的材料制成，并烧结为整体。

Description

压电陶瓷换能器及便携式设备
技术领域
本发明涉及一种基于压电横向效应面挠曲和变形的压电陶瓷换能器，以及使用压电陶瓷换能器的便携式设备。
背景技术
近年来，便携式设备例如便携式电话、笔记本式个人计算机、个人数字助理(PDA)以及诸如此类被频繁使用。这些便携式设备随着网络***和软件的发展已服务于各种不同的使用目的，用户使用起来也更为方便。由此，便携式设备插件板上的各类功能部件例如扬声器、话筒、接收机、振动器、摄像器、液晶显示屏、存储卡、LSI、红外线通信模块等等的数量，日趋增加。
为提高便携式设备的轻便性和方便性，很需要缩减其体积并减小其厚度。但是，便携式设备中使用的功能部件的增加妨碍了便携式设备缩减体积。此外，当便携式设备坠落时，由于功能部件互相碰撞或者功能部件与壳体碰撞，便携式设备中的功能部件可能损坏。因此，在考虑预防功能部件破损的时候，功能部件的安排以及功能部件之间的空间设计就变得重要了。再有，为了更广泛应用便携式设备，开发以低成本制造和安装便携式设备中的部件的技术是必需的。
在便携式设备中，使用了各种响应电信号驱动的可动部件。作为这些可动部件，在便携式设备中有例如声器件、振动器、摄像器快速变焦机构和诸如此类。在具有液冷型冷却***的个人计算机和PDA中则有冷却液循环泵。另外，电池用作便携式设备的电源。为此，由于电磁型驱动源例如直流(DC)马达或磁力-机械力转换器能在低电压如3至5伏下驱动，并且成本低，所以电磁型驱动源被用作驱动可动部件的驱动源。
但是，因为电磁线圈或永久磁铁被用作电磁型驱动源，所以在保持驱动源的驱动性能的同时，要缩减驱动源的体积在技术上是困难的。例如在便携式设备中，电磁扬声器用作产生输入声音的声器件，但电磁扬声器有大约3mm的厚度，当电磁扬声器进一步缩减体积和变薄时，电磁扬声器的性能便会降低。因此，一般认为缩减体积和减小厚度是困难的。
因此，作为上述可动部件的驱动源，压电陶瓷换能器，因其不用电磁功能，具有高的电-机能量转换效率和缩减体积减小厚度的优点，而备受用户注意。当直流电压施加至压电陶瓷换能器时，换能器会变形，并且压电陶瓷换能器能移动一个目标。此外，当适当的频率的交流电压施加至压电陶瓷换能器时，压电陶瓷换能器以该频率驱动。因此，压电陶瓷换能器能振动一个目标。
已提出过各种类型压电陶瓷换能器作为机械驱动源，并已投入实际应用。例如在“Ultrasonic Electronics Vibration Theory-Basics andApplications-”(edited by Yoshiro TOMIKAWA，Asakura Publishing Co.，Ltd.，February 20，1998，pp.104-131)中，详细写明了由压电横向效应和换能器的移动所致的压电陶瓷换能器的挠曲和变形。在图1中表示了一个压电陶瓷换能器的例子。图1是常规压电陶瓷换能器的略图。如图1所示，常规压电陶瓷换能器101由两块压电陶瓷板103和104，在薄板形的、由金属材料制成并作为施加电压的一个电极的永久弹性体102上，以粘合剂粘结而构成，压电陶瓷板被极化并在两个主表面上设有电极105。在这个压电陶瓷换能器101中，为给每块压电陶瓷板103和104施加电压。总共3根导线106分别连接至电极105和永久弹性体102。这种有两块压电陶瓷板103和104粘结结构的压电陶瓷换能器101一般称作双压电晶片型。
如果设计压电陶瓷板103和104的极化效果是使压电陶瓷板103和104之一在其纵向收缩，而另一在其纵向膨胀，当电压施加至压电陶瓷换能器101的压电陶瓷板103和104上时，压电陶瓷换能器101就会在其厚度方向上弯曲和位移。这种运动不管压电陶瓷换能器101的平坦表面是什么形状例如矩形、正方形、圆形等等，都同样地产生。此外，当交流电压施加到这个压电陶瓷换能器101上时，压电陶瓷换能器在其厚度方向上振动。当调整所加的交流电压的频率时，可以观察到压电陶瓷换能器101以自然周期谐振，这取决于压电陶瓷换能器101的尺寸、材料等等，并且，压电陶瓷换能器101的幅度可以最大化。
进一步，如上所述，具有3至5伏输出电压的电池常被用作便携式设备的电源。但是，一般都知道压电陶瓷换能器的工作电压比电磁型驱动电源的高。为解决这一问题，已有推荐多层型压电陶瓷振动器。这个振动器以交替堆积薄的压电陶瓷板和电极的方法生成，能通过提高所加电场强度以低电压驱动。例如，如图2所示，通过交替堆积电极层115和压电陶瓷层113所得的压电陶瓷振动器111已披露在“Mechanical QualityFactor of Multilayer Piezoelectric Ceramic Transducers”(Yashuhiro SASAKIet al.，Jpn.Appl.Phys.Vol.40(2001)，Part 1，No.5B，pp.3549-3551，May2001)中。在图2中，彼此面对、每对中间夹有压电陶瓷层113的电极层115，线连至第一外部电极116，使彼此在电气上并联。此外，第二外部电极117在压电陶瓷振动器111的两个主表面的几乎整个区域形成，并且，压电陶瓷振动器111配置成能从这些电极引出电气端子(未示)。
但是，利用压电横向效应及弯曲和位移将压电陶瓷换能器实际应用于便携式设备，还有下述一些问题。
首先，操作图1所示，双压电晶片型压电陶瓷换能器，需要在压电陶瓷换能器的厚度方向上从压电陶瓷换能器的两个主表面的每一面引出至少一根电气端子导线，并从永久弹性体引出一根电气端子导线，也就是说总共要引出三根导线。
对于便携式设备中机械驱动源的运动，要求频繁的运动和长时间的稳定性。但是，随着电气端子导线数目变大，断开的可能性增加。另外，当压电陶瓷换能器振动时，出现的问题是由于来自电气端子导线的声辐射而产生噪声。
另外，由于电气端子导线连接至压电陶瓷换能器厚度方向上的两个主表面，所以安排在压电陶瓷换能器厚度方向上的两个主表面上的这些电气端子导线变成障碍物。因为这些问题，不仅使压电陶瓷换能器的位移或振动所要发送的目标的结合位置受到限制，而且要求保证电气端子导线占用的空间和位移运动的空间两者。因此，不希望丢失压电陶瓷换能器体积缩减和形状变薄的特点。另外，因为电极在压电陶瓷换能器厚度方向上两个主表面形成，所以在目标由金属制成的情况下，加至压电陶瓷换能器的电能被漏泄至目标。因此，担心由目标的腐蚀会引起可靠性的降低，也担心基于电能经过目标向构成元件例如便携式设备的外壳等等传输对人体的不利影响，和/或噪声混合至其他的部件。
其次，当机械驱动源安装在便携式设备中时，要求以往得不到的小尺寸和薄形状。在这种情况下，构成压电陶瓷换能器的压电陶瓷板(压电层)和永久弹性体必然地由薄板形状制成。在压电陶瓷板的烧结处理中，当烧结薄板时，在薄板中产生烧结畸变。这种烧结畸变产生电极的尺寸误差和压电材料的特性降级。另外，在将永久弹性体结合至压电陶瓷板的处理中，在结合至永久弹性体的压电陶瓷板表面上产生失匹。因为结合处理中的不规则性，压电陶瓷换能器的可靠性降低。为了使烧结畸变变小，压电陶瓷板的预制体以大于最终压电陶瓷板尺寸的尺寸形成，然后烧结这个预制体。然后，对烧结体进行研磨和抛光，以得到具有所希望的尺寸的板。由于这些处理。压电陶瓷板的制造成本增加。
还有，因为每块压电陶瓷板是很薄的板，缺陷例如断裂、破裂和/或诸如此类在制造过程中对压电陶瓷板进行处理时容易发生。这导致产量下降，结果是制造成本增加。
第三，当压电陶瓷换能器振动时，存在一个频带问题。现在考虑利用压电陶瓷换能器获得所希望的振动频率。在压电陶瓷换能器的谐振频率上压电陶瓷换能器的振动幅度增加，而在低于压电陶瓷换能器的基波谐振频率的频率上幅度急剧地衰减。也就是说，在能根据所要求的频率调整基波谐振频率的情况下，方便性得到改善。作为一个示例，在将压电陶瓷换能器应用于扬声器的情况下，当压电陶瓷换能器在可听的频带300Hz至1kHz范围内具有两个或多个谐振频率时，则低声区域的声压电平是均衡的。因此，具有优秀音色品质的扬声器能得以具体实现，使扬声器能真实地重现低音区域的声音，而通过利用压电陶瓷换能器的常规杨声器重现低音区域的声音是困难的。
但是，基于构成压电陶瓷换能器的材料的物理性质和形状的基波谐振频率是唯一地确定了的，所以很难任意改变单个压电陶瓷换能器的谐振频率。因此，为了具有两个或多个谐振频率，要求制造多个具有不同形状的压电陶瓷换能器。结果是由于这样的压电陶瓷换能器制造成本增加，所以在实际应用中将这些压电陶瓷换能器用作便携式设备的机械驱动源的可能性降低。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的第一目的是提供一种压电陶瓷换能器，其具有高操作可靠性和制造便利性，而同时具有缩减压电陶瓷换能器体积及减小其厚度的特点，以及一种使用该压电陶瓷换能器的便携式设备。
除了上面的目的以外，本发明的第二个目的是提供一种其基波谐振频率可调的压电陶瓷换能器，以及使用该压电陶瓷换能器的便携式设备。
为达到第一目的，根据本发明的压电陶瓷换能器，是一种通过向该换能器施加使其在其厚度方向上弯曲和位移的压电陶瓷换能器，换能器包括：两个压电活性层，每个都有至少一个压电层，经过电极层分别对它们施加电压，致使一个压电活性层膨胀，另一个则收缩；两个绝缘层，其间设置有两个压电活性层，两个绝缘层分别安排在压电陶瓷换能器厚度方向上的两个表面上；和电极焊盘，其仅安排在两个绝缘层中的一个之上，并在电气上与电极层相连。压电活性层和绝缘层由彼此相同的材料制成，并经过烧结彼此结为整体。
上述电极焊盘可以包括：极化用的两个第一焊盘部，在电气上与所述压电活性层中的一个的所述电极层相连，和极化用的两个第二焊盘部，在电气上与所述压电活性层中的另一个的所述电极层相连，所述第一和第二焊盘部用于所述压电层的极化处理，和两个耦合部，用于将第一焊盘部连接到第二焊盘部。
上述压电陶瓷换能器的一部分可以通过稳定部件固定至弹性体，所述弹性体在所述稳定部件固定的位置上的位移小于压电陶瓷换能器的最大位移
如上所述，两个压电活性层设置在两个绝缘层之间，两个绝缘层分别安排在换能器厚度方向上的换能器两个表面上，因此，与电极层的电气连接能只引至一个绝缘层。结果是，与外部电气连接的导线能只从压电陶瓷换能器的一个表面引出，因而能使包括导线在内的压电陶瓷换能器体积缩小、厚度变薄。此外，因为压电活性层和绝缘层是由彼此相同的材料制成的，并经过烧结彼此形成为整体，所以基于各层互相堆积的结合处理就不必要了。因此，制造过程简化，压电陶瓷换能器抗机械破损的可靠性也得以改善。
另外，由于电极焊盘只安排在压电陶瓷换能器的一个表面上，所以压电陶瓷换能器的位移所要发送的目标就能结合至安排有压电陶瓷换能器电极焊盘的表面相对的整个表面上。因此，压电陶瓷换能器的位移能有效地发送至目标。另外，在压电陶瓷换能器中，各层是彼此之间作为整体形成的，烧结畸变极大地降低。因此，当压电陶瓷换能器和目标互相结合时，机械加工例如研磨之类是不必要的，结合处理易于进行。除此以外，目标结合的表面是绝缘层，即使目标是由金属制成的，压电陶瓷换能器也能与目标结合。因此，根据本发明的压电陶瓷换能器的安装位置没有限制。
每一压电活性层可由单一压电层构成，或者由被电极层分隔的多个压电层构成。
另外，根据本发明的压电陶瓷换能器最好还有一个介于两个压电活性层之间的中间绝缘层。这样，由两个压电活性层引起的压电效应能更有效地产生，引至外部的导线数目也能减少。关于两个压电活性层的极化方向，最好是在一个压电活性层与另一压电活性层之间彼此最靠近的两个压电层的极化方向彼此相同。这样，在极化处理和驱动期间所施加的电压能够降低。
最好是将弹性体结合至根据本发明的压电陶瓷换能器的两个绝缘层中的至少一个绝缘层上。通过适当选择弹性体的材料、尺寸等等，能调整压电陶瓷换能器的位移和基波谐振频率两者。另外，通过在压电陶瓷换能器上附接一个稳定部件并将弹性体结合至稳定部件，使稳定部件的位移变得小于压电陶瓷换能器端部的位移，也能调整压电陶瓷换能器的位移和基波谐振频率两者。这样，通过在与压电陶瓷换能器中心位置不同的位置上附接稳定部件，能制成具有两种不同基波谐振频率的压电陶瓷换能器，并扩宽振动频率的频带。此外，当弹性体形成在盒子里面，并且压电陶瓷换能器被附接至盒子内部时，便形成通过振动整个盒子从盒子进行声辐射的无方向性声器件。
根据本发明的一种便携式设备包括上述根据本发明的压电陶瓷换能器，以及被结合至压电陶瓷换能器、压电陶瓷换能器的位移向其发送的部件。此外，根据本发明的一种便携式设备包括：根据本发明的上述压电陶瓷换能器，附接至压电陶瓷换能器的稳定部件，和附接至稳定部件弹性体使稳定部件的位移变得小于压电陶瓷换能器在其端部的位移。从这个弹性体发出声辐射。既然是这样，弹性体最好是便携式设备的壳体。
在本发明中，能获得具有操作或运动的高可靠性以及安装的方便性，同时具有体积小、厚度薄的压电陶瓷换能器。因此，根据本发明的压电陶瓷换能器能被安装在狭窄的空间。此外，因为运动可靠性高，压电陶瓷换能器能优选用作伴有机械位移的便携式设备部件的驱动源。
再有，通过直接将弹性体结合至压电陶瓷换能器，或者将弹性体经稳定部件结合至压电陶瓷换能器，能调整基波谐振频率。因此，本发明也能适合用作声器件。特别是，当安排有固定元件时，通过将稳定部件设置在与压电陶瓷换能器中心位置不同的位置上，能扩宽振动频率的频带。当弹性体形成在盒子里面，并且压电陶瓷换能器被附接至盒子内部时，压电陶瓷换能器能作为从整个盒子进行声辐射的无方向性声器件。
附图说明
图1是常规压电陶瓷换能器的略图；
图2是常规多层压电陶瓷换能器的略图；
图3是根据本发明第一实施例的压电陶瓷换能器略图；
图4是沿图3A-A’线所取的截面图；
图5A是将预定的压电层连接至图4电极焊盘的方法示例图；
图5B是将预定的压电层连接至图4电极焊盘的方法的另一示例图；
图6A是极化处理时对压电陶瓷换能器施加电压的略图，其中上面的压电活性层极化方向与下面的压电活性层不同；
图6B是驱动压电陶瓷换能器工作时施加电压的略图，其中上面的压电活性层极化方向与下面的压电活性层不同；
图7A是在没有中间绝缘层的压电陶瓷换能器极化方向彼此相同情况下，驱动时施加电压的略图；
图7B是在没有中间绝缘层的压电陶瓷换能器极化方向彼此相反的情况下，驱动时施加电压的略图；
图8是压电陶瓷换能器被结合至弹性体的侧面透视图；
图9是根据本发明第二实施例，使用压电陶瓷换能器的声器件的略图；
图10A是在压电陶瓷换能器未设置稳定部件时的位移分布图；
图10B是在压电陶瓷换能器上设置稳定部件时的位移分布图；
图11A是应用本发明的便携式电话的透视图；
图11B是图11A所示便携式电话的纵向截面图；
图12是根据本发明的发明示例1生产的压电陶瓷换能器的透视图；
图13是图12所示压电陶瓷换能器的层的配置透视层；
图14是根据发明示例4生产的声器件透视图；
图15说明图14所示声器件的无方向性的测定方法；
图16是根据图15所示方法所进行的测试中声压电平的测量结果图。
具体实施方式
(第一实施例)
参考图3，所示为根据本发明第一实施例的压电陶瓷换能器略图。
图1所示的压电陶瓷换能器1是一种具有由上压电活性层5和下压电活性层6构成的两个压电活性层的双压电晶片型可弯曲器件，当通过电极焊盘8和9将电压加至压电陶瓷换能器1时，压电陶瓷换能器1在厚度方向上弯曲，并产生位移。当作用电压是直流电压时，压电陶瓷换能器1朝向一个方向移动。当作用电压是交流电压时，压电陶瓷换能器1振动。这种振动是在相反方向上的周期性重复的弯曲和位移。因此，在下面的描述中，当振动与位移不作特别区分时，振动只称作“位移”。
在图3中，当容易了解构成压电陶瓷换能器1的多层配置，将压电陶瓷换能器1沿厚度方向以大尺寸绘图。但实际上压电陶瓷换能器1整体是薄板形状。另外，在下面的描述中，“上”和“下”两个字用于指示位置和/或方向。这些字表示图中所示条件下的上面和下面，而不表示实际使用压电陶瓷换能器1时的上面和下面。
中间绝缘层4安排在上压电活性层5和下压电活性层6之间。上绝缘层2安排在上压电活性层5的表面，与安排有中间绝缘层4的表面相对；下绝缘层3安排在下压电活性层6的表面，与安排有中间绝缘层4的表面相对。上绝缘层2构成压电陶瓷换能器1的顶层。下绝缘层3构成压电陶瓷换能器1的底层。
上压电活性层5具有三层上压电层5a的多层结构。上电极层7a分别安装在彼此相邻的上压电层5a之间，以及最高和上压电层5a与上绝缘层2之间和最低的上压电层5a与中间绝缘层4之间。同样地，下压电活性层6具有三层下压电层6a的多层结构。下电极层7b分别分排在彼此相邻的下压电层6a之间，以及最高的下压电层6a与中间绝缘层4之间和最低的下压电层6a与下绝缘层3之间。
在上述层叠以后，也就是说，上绝缘层2、上压电活性层5、上电极层7a、中间绝缘层4、下压电活性层6、下电极层7b和下绝缘层3以上述多层排列方式堆积起来以后，叠层被烧结而形成整体。这些层能按照生产陶瓷电容或诸如此类所使用的绿色薄片方法形成。
在以多层结构堆积各层以后，烧结构成压电陶瓷换能器1的各层，烧结体的厚度和重量与单独烧结每一层时相比变大。因此，在烧结过程中烧结的畸变度显著降低，所以在烧结以后的机械加工处理例如研磨、抛光能变成不必要。还有，由于通过烧结得到层叠的整体，所以用于将各层彼此结合为整体的结合处理是不必要的。因此，压电陶瓷换能器1的制造过程简化，这样就能以低成本制造压电陶瓷换能器1。另外，因为在各层的边界部位没有粘合的部分，所以抗机械破裂的可靠性得到改善。
既然各层经烧结形成为整体，所以上绝缘层2、上压电层5a、中间绝缘层4、下压电层6a和下绝缘层3用彼此相同的材料制造最好。由于相同的材料制造各层使各层的热膨胀系数彼此相同，因而各层在烧结期间的行为是彼此相同的。因此，基于烧结的整体能更好地实现。作为这些层的材料，可使用例如铅、锆酸盐和钛酸盐型陶瓷。另外，当使用银-钯合金作为上电极层7a和下电极层7b的材料同时烧结时，能促成均匀烧结，并且具有进一步减小烧结畸变的效果。
两个电极焊盘8和9安排在上绝缘层2的上表面，引线10和11在电气上连接至电极焊盘8和9。电极焊盘8有两个极化用的彼此相对地安排在上绝缘层2的上表面端部的焊盘部8a和8b，和使极化焊盘部8a和8b彼此接合并在电气上相互连接的耦合部8c。同样地，另一电极焊盘9具有极化用的两个焊盘部9a和9b以及耦合部9c。另外，由例如导电材料如金属薄片、金属薄膜或诸如此类制成的四个线连接元件12安排在压电陶瓷换能器1的侧面。线连接元件12在电气上分别与极化焊盘部8a、8b、9a和9b相连，并且每个连接元件12在电气上与从上电极层7a和下电极层7b选出的预定电极层相连。
当对上述烧结并整化的压电陶瓷换能器1的预制体中的上压电层5a和下压电层6a进行极化处理时，利用极化焊盘8a、8b、9a和9b经过上电极层7a和下电极层7b施加电压。在极化处理以后安置耦合焊盘8c和9c。因此，四个极化焊盘8a、8b、9a和9b彼此独立，直至极化处理完成。
如上所述，线连接元件12在电气上分别与极化焊盘8a、8b、9a和9b相连。四个线连接元件12中两个按层次堆积顺序与多个上电极层7a或者多个下电极层7b相连。四个线连接元件12中的另外两个按层次堆积顺序与另外的电极层相间地连接。因此，极化焊盘8a、8b、9a和9b中的两个，能用来极化或者上压电层5a或者下压电层6a，极化焊盘8a、8b、9a和9b中的另外两个能用来极化另外的上压电层5a或者下压电层6a。在完成极化处理以后，利用连接极化焊盘(其上在极化期间被施加以相反的极化电压)的耦合部8c和9c，将上压电层5a极化用的极化焊盘分别在电气上与下压电层6a极化用的极化焊盘相连。于是完成压电陶瓷换能器1的制造。
下面参考图4描述根据本实施例的电极层的导线连接情况。
在本实施例中，如箭头所示，对上压电层5a进行极化处理，使上压电层5a的极化方向与在垂直方向上经过中间绝缘层4与上压电层5a相邻的下压电层6a的极化方向相同，并使彼此相邻的压电层的极化方向彼此相反。也就是说，对上压电层5a进行极化，使整个上压电层5a的极化方向与整个下压电层6a的极化方向相同。在完成极化处理以后，如图4所示，每一上电极层7a与在垂直方向上经过中间绝缘层4彼此相邻的一个下电极层7b在电气上相互短路，并且上压电活性层5和下压电活性层6以线相连，结果是在电气上相互并联。
作为一种只将上电极层7a和下电极层7b中选出来的预定电极层线连至电极焊盘8和9的方法，可使用众所周知的方法。这种方法的一些例子如图5所示。在图5A所示的例子中，电极层71制成局部电极，预定的那些电极层71是按预定的电极层71暴露在压电活性层的侧端表面的图形而形成的。于是，只有预定的电极层71通过在压电活性层的侧端表面安排线连接元件12而被线连。在图5B所示的例子中，电极层72制成扩展至整个表面的电极，未线连至压电活性层的侧端表面的一部分电极层72用绝缘体13例如玻璃之类覆盖。此外，线连接元件12被安排成从绝缘体13上通过，这样，只有预定的电极层72才被线连。
当上述的极化和线连完成以后，引至外部的导线10和11的数目能减少至2，与常规的双压电晶片型可弯曲器件相比变小。因此，因导线断裂或诸如此类引起的工作故障的可能性减少，并且因压电陶瓷换能器1振动由导线产生的基于声辐射的噪声也可减小。因此，压电陶瓷换能器1的可靠性能提高。
因为配置有上绝缘层2和下绝缘层3，所以两个电极焊盘8和9能安排在上绝缘层2上，压电陶瓷换能器1的位移或振动所要发送的目标(未示)能附装到整个下绝缘层3的表面。因此，压电陶瓷换能器1的位移和振动能有效地发送，同时也达到了减小设备中安装压电陶瓷换能器1所需空间的目的。
再有，因为目标被结合到下绝缘层3，即使当目标是由金属制成的导电元件成诸如此类时，也没有电能漏泄到目标。因此，不但能防止由目标或诸如此类的腐蚀引起的可靠性的降低，而且也能防止电能经过目标向人体发送所引起的对人体的危害，和/或噪声混合至其他部件。其次，如上所述，在压电陶瓷换能器1中，构成压电陶瓷换能器1的各层通过烧结整化，使烧结畸变大大地降低。因此，目标能容易地与压电陶瓷换能器1结合。
电极焊盘8和9安排在部分上绝缘层2上。因此，压电陶瓷换能器1的位移或振动所要发送的目标设置在不同于电极焊盘8和9的区域的位置时，能结合到上绝缘层2的上表面，或者，能结合至上绝缘层2和下绝缘层3两者。这里表示的是电极焊盘8和9安排在上绝缘层2的例子。但是，电极焊盘8和9也可安排在下绝缘层3上。
中间绝缘层4具有在机械上将上压电活性层5与下压电活性层6彼此分隔的功能。当压电陶瓷换能器1工作时，一个压电活性层膨胀而另一个同时收缩。这时，因为在机械上保持自然状态的中间绝缘层4存在于两个活性层之间，所以上压电活性层5和下压电活性层6的压电效应能有效地产生。另外，分别排列在中间绝缘层4的上下表面的上电极层7a和下电极层7b当中的电极层在电气上彼此短路。因此，根据本实施例的中间绝缘层4具有不同于利用通常推荐的压电纵向效应或压电横向效应的压电陶瓷变换器的电气绝缘层的功能。压电陶瓷变换器基本上具有四端子结构，主侧(输入侧)和次侧(输出侧)上各有两个端子，压电陶瓷变换器的电气绝缘层将主侧与次侧在电气上彼此隔离。
还有，关于本实施例中的绝缘层，有由上绝缘层2、下绝缘层3和中间绝缘层4组成的三种绝缘层。整个压电陶瓷换能器1的厚度能通过调整这些绝缘层的厚度来调整。因此，能调整压电陶瓷换能器1的烧结畸变和/或刚度。压电陶瓷换能器1的位移能因压电陶瓷换能器1的刚度调整而调整。
上面已参考图3和其他图描述了本实施例。但是，根据本实施例的压电陶瓷换能器不限于图3和其他图所示的结构，能加以多种多样的修改。
例如，上述例子是上压电活性层5和下压电活性层6各由多个压电层组成，但是，各活性层5和6也可以是单层。另外，上压电活性层5中的压电层数可以与下压电活性层6中的层数不同。因为压电活性层中位移依赖于压电层的层数，所以整个压电陶瓷换能器1的位移能通过使上压电活性层5的压电层数不同于下压电活性层6的压电层数而有所差别。
关于极化方向，在上述示例中，上压电活性层5中的总的极化方向与下压电活性层6的极化方向相同，但在本发明中，不要求上压电活性层5的极化方向与下压电活性层6的极化方向相同。另外，在组成压电活性层的压电层数目是偶数的情况下，整个压电活性层的压电层的极化方向似乎能抵消。但是，在这种情况下，本发明也能应用。
在上压电活性层中的极化方向不同于下压电活性层中的极化方向的情况下，极化处理中电压的施加和驱动工件中电压的施加，分别略示于图6A和6B。图6A表示极化处理中电压的施加，直流电压X(V)通过四个极化焊盘部8a、8b、9a和9b(参看图3)施加，使作用于上压电活性层5的电场方向与作用于下压电活性层6的电场方向相反。因此，上压电活性层5和下压电活性层6分别以箭头指示的方向极化。图6A和6B表示的上压电活性层5和下压电活性层6看起来是单一的压电层。但图6A和6B不规定压电层的数目。在压电活性层具有多个压电层的情况下，指示一个极化方向的每个箭头指示压电层的总极化方向。另外，电极层安排在层间的每一边界上。这些与下述图7A和7B中的相同。
在完成极化处理以后，如图6B所示，通过耦合部8c和9c(看图3)在电气上将极化焊盘部8a、8b、9a和9b彼此连接，而使上压电活性层5和下压电活性层6彼此线连。此后，施加电压X(V)，使电场例如具有与上压电活性层5的极化方向相同方向的电场作用于上压电活性层5，具有与下压电活性层6的极化方向相反方向的电场作用于下压电活性层6。因此，上压电活性层5膨胀，下压电活性层6同时收缩。因此，压电陶瓷换能器弯曲并朝上位移。
但是，如图6A和6B所示，在上压电活性层5和下压电活性层6的极化方向彼此相反的情况下，驱动电压不希望地加至中间绝缘层4。因此，当中间绝缘层4的厚度薄于上压电活性层5和下压电活性层6的厚度时，中间绝缘层4本身被极化，以致起抵消位移的作用。由于中间绝缘层4的厚度受限制，所以上压电活性层5和下压电活性层6的极化方向最好相同。
如上所述，中间绝缘层4具有在机械上将上压电活性层5和下压电活性层6彼此分隔的功能。但就分明来说，中间绝缘层4不是必要的。
一个没有中间绝缘层4的压电陶瓷换能器例子表示在图7A和7B中。在图7A表示的例子中上压电活性层5和下压电活性层6的极化方向是彼此相同的。在图7B中表示的例子中上压电活性层5和下压电活性层6的极化方向是彼此相反的。在所述任一情况下，设置在上压电活性层5边界和下压电活性层6边界上的电极层7共同用于上压电活性层5和下压电活性层6。
如上所述，即使在没有安排中间绝缘层4的情况下，能够弯曲和位移的压电陶瓷换能器，能通过适当地改变上压电活性层5和下压电活性层6的电气连接图形而得到。这里，在没有安排中间绝缘层的情况下，导线的数目不希望地变成3根(也就是说，电极焊盘的数目和线连接元件的数目总共变为3)。但是，因为安排限上绝缘层2和下绝缘层3，所以电极焊盘(未示)只安排在压电陶瓷换能器厚度方向上的一个表面上，压电陶瓷换能器的位移或振动所要发送的目标能够结合至与这一表面相反的整个表面。因此，能够得到上述的效果。
再有，在本发明中，描述了被独立驱动的压电陶瓷换能器1。但是，压电陶瓷换能器1的位移和基波谐振频率能通过将弹性体结合至压电陶瓷换能器1进行调整。
图8是压电陶瓷换能器被结合至弹性体的透视图。在图8中，其一个端部具有固定端15a的弹性体15被结合至压电陶瓷换能器1的整个表面。弹性体15是以薄片形成的元件，可由例如磷青铜制成。
与未结合弹性体15的压电陶瓷换能器1相比，通过将弹性体15结合至压电陶瓷换能器1，能扩大压电陶瓷换能器1的位移，并且压电陶瓷换能器1的基波谐振频率也能降低。位移和基波谐振频率取决于弹性体15的材料、尺寸等等。至于沿压电陶瓷换能器1纵向的弹性体15长度，随着弹性体15的长度增加，位移扩大，并且基波谐振频率进一步降低。此外，压电陶瓷换能器1的位移和基波谐振频率，通过只改变弹性体15而不改变压电陶瓷换能器1的尺寸，就能以低成本方便地调整。
如上所述，因为减小了压电陶瓷换能器1的烧结畸变，所以弹性体15能容易地与压电陶瓷换能器1结合。另外，在压电陶瓷换能器1厚度方向上的两个表面都有绝缘层。因此，当弹性体15安排在没有设置电极焊盘8和9的表面上，或者安排在设置有电极焊盘8和9和表面而处于不同于电极焊盘8和9区域的位置时，即使弹性体15是金属，也不会经过弹性体15泄漏电能。压电陶瓷换能器1位移所要发送的目标，能结合至未结合有弹性体15的压电陶瓷换能器1的表面，或者结合弹性体15。
(第二实施例)
参考图8，它是使用根据本发明第二实施例的压电陶瓷换能器的声器件透视图。
在本实施例中，稳定部件36附加至压电陶瓷换能器21，并且稳定部件36固定至弹性体35。因为压电陶瓷换能器21与第一实施例中描述的压电陶瓷换能器相同，所以省略对压电陶瓷换能器21的详细描述。稳定部件36改变压电陶瓷换能器21的位移行为，稳定部件36的材料不特别限于能与压电陶瓷换能器21结合的材料。树脂、金属、陶瓷材料等等都能用作稳定部件36的材料。
选择弹性体35的材料、形状等等，使压电陶瓷换能器21在厚度方向加有稳定部件36的位置上的位移，设置为小于压电陶瓷换能器21在纵向端部的厚度方向上的位移。由此，在压电陶瓷换能器21纵向端部引起的压电陶瓷换能器21的位移与稳定部件36的位移相比变大。因此，可把与稳定部件36附近的区域相对地看作固定的端部。
这里，压电陶瓷换能器21在纵向位置的厚度方向上的位移以压电陶瓷换能器21的一部分是固定的情况来考虑。如图10A所示，当驱动不固定的压电陶瓷换能器21时，得到的位移分布几乎等效于正弦波的1/2波长。相反，如图10B所示，当对其端部E固定的压电陶瓷换能器21进行驱动时，得到的位移分布几乎等效于1/4波长。通过两个分布的互相比较，当压电陶瓷换能器21的端部固定时，波长近似变为压电陶瓷换能器21不固定时的波长的两倍。因此，基波谐振频率减小至1/2。
即使在压电陶瓷换能器21纵向的中部是固定的情况下，对于从稳定部件36至一端B和从稳定部件36至另一端C两个区域同样能得到这个结果。简单地说，通过将稳定部件36附加至压电陶瓷换能器21的方法，能够降低压电陶瓷换能器21的基波谐振频率。
另外，当稳定部件36附加至压电陶瓷换能器21纵向中心以外的位置时，压电陶瓷换能器21起两个不同器件的作用，也就是说，两个器件中一个器件具有从压电陶瓷换能器21被稳定部件36固定的位置至一端B的长度，另一个器件具有从这个位置至另一端C的长度。因此，这个压电陶瓷换能器21具有两种不同的基波谐振频率，能够加宽振动频率的频带。
驱动压电陶瓷换能器21所产生的机械能量经过弹性体35发送或者直接从压电陶瓷换能器21发送。另外，在压电陶瓷换能器21振动的情况下，如果振动能量发送的目标是便携式设备的壳体或者盒子形状的弹性体，则不仅邻近稳定部件36的区域而且盒形弹性体整个表面，能利用根据本发明压电陶瓷换能器21的高振动发送效率进行振动。进一步说，从弹性体的整个表面进行声辐射的无方向性声器件，以及有弹性体的整个表面的振动和高输出功率的振动器，都能具体实施。
如上所述，用两个实施例描述了本发明。下面将描述应用上述实施例的便携式设备的实施例。
参考图11A和11B，便携式电话40包括发送和接收电波的天线41；收听用的接收机42a；说话用的话筒42b；输入电话号码、数据等等的操作键44；显示信息的显示器45；产生输入声音等的扬声器46；摄像的摄像器47；配置控制这个便携式电话所有操作的电路的底板48；提供电源的电池49等等功能部件。这些部件安装在壳体43中。
因为多种功能部件安装在便携式电话40中，所以在壳体43中安装的空间是非常狭窄的。为在狭窄空间中安装大量的功能部件，缩小功能部件是必要的。在它们当中，为获得理想的特性，扬声器46在缩小和薄化中受到限制，该扬声器是电磁型的。在采用电磁型扬声器的情况下，在壳体43中形成声孔。在这种情况下，由于声音经过这些孔辐射，所以声辐射具有方向性，而且电磁扬声器的输出功率低。
因此，在图11A和11B所示的便携式电话40中，第一实施例中所述的压电陶瓷换能器或者第二实施例中所述的声器件被用作这种扬声器46。扬声器46直接结合至壳体43的内表面。特别是，在采用第一实施例结构的扬声器情况下，将与配置有压电陶瓷换能器的电极焊盘的表面相对的表面结合至壳体。在采用第二实施例结构的扬声器情况下，将稳定部件结合至壳体。在所述任何一种情况下，壳体43起弹性体的作用。
当根据本发明的换能器或声器件用作扬声器46时，一种以小尺寸制成的并具有薄的厚度全方向扬声器能具体实现，它不必要在壳体43上配置声孔，由于从壳体43的整个表面发出声辐射，所以产生高声平的声音。
再有，根据本发明的换能器和声器件除扬声器外，还能广泛地作为便携式设备的各种驱动源，应用于通知人员有信息输入的高输出功率的振动器、数码静态摄像器的快速变焦、快门、接收机等等，同时具有低制造成本、低电压驱动、窄空间和高可靠性的使用特色。换能器或声器件的工业价值很高。
下面将描述本发明的一些特定示例。
(发明示例1)
在发明示例1中，制造了图12所示的压电陶瓷换能器51。图12所示压电陶瓷换能器51的层结构表示在图13中。
在这个示例中，制造50个压电陶瓷换能器51。用于制造陶瓷电容的绿色薄片方法或诸如此类用来制造出各个压电陶瓷换能器51。压电陶瓷换能器51的外形尺寸设置为长35mm、宽5mm、厚0.532mm。另外，压电陶瓷换能器51的层叠结构设置有上绝缘层52、由单一压电层组成的上压电活性层55、安排在上压电活性层55厚度方向两个表面的上电极层57a、中间绝缘层54、由单一压电层组成的下压电活性层56、安排在下压电活性层56厚度方向两个表面的下电极层57b和下绝53。上绝缘层52、中间绝缘层54和下绝缘层53的厚度为40μm，上压电活性层55和下压电活性层56的厚度为200μm，上电极层57a和下电极层57b的厚度为3μm。
各上电极层57a和下电极层57b是具有接头片的局部电极，只将层的一暴露在压电陶瓷换能器51的侧表面上。上电极层57a和下电极层57b除去接头片的长和宽的平面尺寸比其他层的长和宽小0.6mm。
铅锆酸盐和钛酸盐型陶瓷材料用作压电活性层和绝缘层的材料。银钯合金(质量比为70％:30％)用作电极层的材料。
按图13所示顺序将各层堆积并烧结为整体。烧结是在空气中以1100℃烧结两小时。在烧结以后，测量50个多层体在厚度方向上的烧结畸变。所测烧结畸变平均为15μm。
四个具有8μm厚度的Ag(银)电极58a、58b、59a和59b形成在每个所得多层体上表面的一部分和侧表面的一部分上，用作电极层中极化和线连元件的焊接部。此后，使用这些Ag电极58a、58b、59a和59b进行极化处理，使上压电活性层55和下压电活性层56中的极化方向彼此相同。在极化处理以后，两个电极焊盘58和59，采用Ag电极58a和58b经过耦合部8c彼此相连和Ag电极59a和59b经过耦合部59c彼此相连的方法在上绝缘层52的上表面形成。具有8μm厚度的铜箔用作耦合部58c和59c。在电极焊盘58和59形成以后，直径为0.2mm的导线60和61经1mm直径和0.5mm高度的焊接部63，被连接至电极焊盘58和59。
为了比较，曾制造具有图1所示结构的压电陶瓷换能器。这个压电陶瓷换能器称作比较示例1。比较示例1的压电陶瓷换能器制造方法如下。具有长度为35mm、宽度为5mm和厚度为200μm的压电板，通过烧结由与第一比较示例相同的压电陶瓷材料制成的绿色薄片而制成，烧结条件为在空气中以1100℃烧结2小时。在烧结以后，测量50块压电板的烧结畸变。所测得的烧结畸变平均为150μm。当试图将这些压电板粘接在具有长度为35mm、宽度为6.2mm和厚度为120μm大小的磷青铜板上起永久体作用时，在压电板中产生了裂缝以致压电板不能粘合至磷青铜板。因此，根据发明示例1的烧结整体而降低烧结畸变的效果得以确定。
下面，作为比较示例2，压电陶瓷换能器通过在烧结后粒化和抛光压电板的方法进行制造。在比较示例2中，长度为37mm、宽度为7mm和厚度为400μm的压电板，通过烧结与比较示例1相同的压电陶瓷材料制成的绿色薄片而制成，烧结条件为在空气中以1100℃烧结两小时。在烧结以后，测量50块压电板的烧结畸变。所测得的畸变平均为100μm。对这些板进行粒化和抛光，使其长度为35mm、宽度为5mm和厚度为200μm，在每块板的两个面上形成Ag电极。
此后，利用环氧树脂型粘合剂将具有Ag电极的两块压电板粘合至长度为35mm、宽度为6.2mm和厚度为120μm的磷青铜板的两个表面上。然后，对结合至磷青铜板的两块压电板进行极化处理，在每块压电板上形成直径为1mm和高度为0.5mm的焊接部，将直径为0.2mm的导线连接至每个焊接部，并且导线彼此短路。另外，直径为1mm和高度为0.5mm的焊接部在每块磷青铜板的压电板宽度方向延伸的部位形成，直径为0.2mm的导线连接至焊接部。所获得的压电陶瓷换能器具有两个表面、电极焊盘、焊接结合部和配置在每个表面上的导线，压电陶瓷换能器的整个厚度增加了。
对发明示例1和比较示例2中如上所述所制造的压电陶瓷换能器的基波谐振频率进行了测量。测得的基波谐振频率是1kHz。然后，对发明示例1和比较示例2的压电陶瓷换能器进行了振动测试，其方法是将频率为1kHz和幅度5V的交流电压加至压电陶瓷换能器1000小时。样本数是每一示例为50个。
在状态测试后的瞬间，压电陶瓷换能器在沿其纵向的端部的振动幅度，在发明示例1是100μm，在比较示例2是80μm。振动幅度是用激光测量仪测量的。相信比较示例2的振动幅度小，因为由于烧结，压电材料的特性变坏。在振动测试1000小时以后，发明示例1的压电陶瓷换能器能保持工作稳定性，而比较示例2的所有压电陶瓷换能器完全不工作。检查比较示例2的50个样本，在大约60％的样本中发生压电板与磷青铜板之间的分离，这种分离是使样本不工作的原因。在60％的样本中，20％是因电子释放引起的分离。在30％的样本中发生的焊接部断开是样本不工作的原因。在10％的样本中发生的导线断开是样本不工作的原因。
如上所述，与比较示例2相比，发明示例1能安装于较小的换能器空间，并且发明示例1能长时间稳定工作。另外，由于在发明示例1的压电陶瓷换能器中不需要研磨和抛光，所以压电陶瓷换能器能容易制造并以低成本获得。
(发明示例2)
在发明示例2中，上和下压电活性层由5个压电层组成。除电极层安排在彼此相邻的压电层之间外，50个压电陶瓷换能器以与发明示例1相同的方法进行制造。这个示例的压电层厚度为40μm，整个压电陶瓷换能器的厚度几乎与发明示例1相同。
在这个示例中，烧结后获得的多层体的烧结畸变平均为10μm。与发明示例1相比，烧结畸变平均降低5μm。这是由于多层压电活性层的效果。
测量了发明示例2制造的压电陶瓷换能器的基波谐振频率，结果是1kHz，与发明示例1相同。然后，对发明示例2的压电陶瓷换能器进行振动测试，其方法是将频率为1kHz和幅度为1V的交流电压加至压电陶瓷换能器1000小时。在状态测试后的瞬间，压电陶瓷换能器在其纵向的端部的振动是100μm。也就是说，振动的幅度与发明示例1相同，而使用的驱动电压幅度是发明示例1的驱动电压的1/5。另外，发明示例2的压电陶瓷换能器与发明示例1相同，在工作1000小时以后依然稳定地工作。
(发明示例3)
在发明示例3中，对板成形弹性体结合至压电陶瓷换能器所引起在基波谐振频率上的位移和振动进行了估算。
首先，以与发明示例2相同的方法产生压电陶瓷换能器。
然后，将磷青铜板作为弹性体结合至其上设置有电极焊盘的压电陶瓷换能器表面的相对表面。制备三种宽度为5mm，厚度为0.1mm和长度为40mm、45mm和50mm的磷青铜板。如图8所示，将压电陶瓷换能器的纵向对准每块制备的磷青铜板的纵向，利用环氧树脂型粘合剂在距离磷青铜板的一端1mm的位置，将压电陶瓷换能器粘合至磷青铜板。对每种磷青铜板，做了如上述将磷青铜板粘合至压电陶瓷换能器所得的50个样本。磷青铜板的另一端设置为固定端。
因为压电陶瓷换能器具有小的烧结畸变，所以当粘合磷青铜板时机械加工是不需要的。另外，在粘合以后的检查中，缺陷例如裂缝在压电陶瓷换能器中未发现。
当测量每一产出的样本的基波谐振频率时，得到取决于磷青铜板长度的不同结果。在表1中示出所测得的结果。
(表1)
 
磷青铜板的长度(mm) 基波谐振频率(kHz)
40 0.6
45 0.4
50 0.25
参考表1，认识到随着粘合至压电陶瓷换能器的磷青铜板的长度变大，基波谐振频率下降。
将频率为0.4kH和幅度为1V的交流电压加至每一样本1000小时，进行了振动测试。在开始振动测试后的瞬间，压电陶瓷换能器纵向的一端的振动幅度表示在表2中。
(表2)
 
磷青铜板的长度(mm) 振动幅度(μm)
40 200
45 280
50 350
参考表2，认识到随着粘合至压电陶瓷换能器的磷青铜板的长度变大，振动幅度扩大。另外，得到的振动幅度是发明示例2的压电陶瓷换能器的两倍。此外，当在振动测试期间将电流表接至磷青铜板检查电流的流动时，经观察没有电流的泄漏。还有，在1000小时过去以后，压电陶瓷换能器仍稳定地工作。
(发明示例4)
在发明示例4中，估算具有压电陶瓷换能器的声器件中位移和基波谐振频率两者的调整，压电陶瓷换能器上安排有稳定部件。下面将参考图14描述这个示例。
压电陶瓷换能器71是用与发明示例2相同的方法制造的。
由ABS树脂制成的稳定部件72，用环氧树脂粘合到压电陶瓷换能器71上。稳定部件72具有长度L1为3mm、宽度W1为6mm和高度H1为2mm的外形尺寸。接收压电陶瓷换能器71的过孔在稳定部件72的中心部位形成，压电陶瓷换能器71***并且由过孔支撑着。在这个示例中，为了估算依赖于稳定部件72的位置的特性变化，制备了三种样本。样本的稳定部件72分别安排在距离压电陶瓷换能器71纵向的中心位置0mm、9mm和14mm。
每个样本固定在模造壳体73内部的主表面的中心位置，起弹性体作用，并再现似乎压电陶瓷换能器71安装在便携式设备内的条件。模造壳体73由透明聚碳酸酯树脂制成，其长度L2为120mm、宽度W2为80mm、高度H2为6mm和厚度为3mm。模造壳体73由透明材料制成的理由是使压电陶瓷换能器71的振动幅度能用激光测量设备来测量。用环氧树脂型粘合剂将样本固定至模造壳体73。
为了得到如上所述的每个样本，将1V交流电压加至压电陶瓷换能器71同时改变频率，并测量压电陶瓷换能器71在其纵向端部的基波谐振频率、压电陶瓷换能器71在基波谐振频率上的振动幅度、稳定部件72的谐振频率和稳定部件72在谐振频率上的振动幅度。特别是，在稳定部件72固定在距离压电陶瓷换能器71的中心9mm的位置的样本中，从稳定部件72至压电陶瓷换能器71的一端的距离。不同于从稳定部件72至压电陶瓷换能器71的另一端的距离。因此，较大的距离用9mm(A)表示，较小的距离用9mm(B)来表示，对两种距离进行测量。
此外，测量每个谐振频率的有效声压电平。有效声压电平通过设置一个话筒进行测量，话筒放在固定有压电陶瓷换能器71的模造壳体73表面的中心上方并在垂直方向上离开表面10cm的位置上。
这些测量结果表示在表3中。
(表3)
 
稳定部件距离压电陶瓷换能器中心的位置 0mm 9mm(A) 9mm(B) 14mm
压电陶瓷换能器端部的基波谐振频率     500Hz 350Hz 750Hz 200Hz
压电陶瓷换能器端部的振动幅度         90μm 110μm 80μm 130μm
稳定部件的谐振频率 500Hz 350Hz 750Hz 200Hz
稳定部件的振动幅度 20μm 22μm 15μm 25μm
有效声压电平 80dBParms 85dBParms 78dBParms 90dBParms
基于上述所示结果，在稳定部件72固定在离开压电陶瓷换能器71中心9mm位置上的样本中，认识到一个压电陶瓷换能器71获得两个基波谐振频率。另外，由于压电陶瓷换能器71端部的振动幅度大于稳定部件72的振动幅度，所以可将稳定部件72的固定位置考虑为固定端，并且基波谐振频率低于发明示例2。因此，认识到基波谐振频率随稳定部件72固定至压电陶瓷换能器71的位置和固定至稳定部件72的弹性体两者的变化而变化。
此外，在每个样本中振动传输效率是高的，每个样本具有足够用作声器件的声压电平。特别是，由于稳定部件72固定在压电陶瓷换能器71中心以外位置的样本具有两个基波谐振频率，所以能期待将这种样本应用作宽带扬声器。
此外，观察模造壳体73的行为，可以看到压电陶瓷换能器71的振动能量从固定有稳定部件72的位置发送，并且模造壳体73的整个表面以与稳定部件72相同的方式振动。当利用这个振动时，全方向性扬声器能用便携式设备的壳体产生。
为了确定这一点，进行了下面的实验。
如图15所示，在上述样本中样本S，其中稳定部件固定在距离压电陶瓷换能器的中心9mm的位置，被固定在模造壳体73的内主表面的中心。然后，将基波谐振频率之一的频率为350Hz的1V交流电压加至样本S，在振动压电陶瓷换能器时模造壳体73围绕其中心轴旋转，并且测量有效声压电平。测量用的话筒74放在距离模造壳体73旋转轴20cm的位置。声压电平的测量结果表示在图16中。
在这个测量中，条件，即固定有模造壳体73的样本S的表面面向话筒74，被设置为0°。参考图16，全方向性声器件的特性明显地得到实现。在这些特性中，在常规电磁型扬声器用于折叠型便携式电话的情况下，当形成在壳体上的声孔受阻碍时，声辐射不希望地成为不可能。但是，在这个实验中，这个问题能够通过从整个壳体表面进行声辐射而得到解决。还有，即使当便携式电话是折叠型时，声辐射也能进行。
在这个示例中，压电陶瓷换能器71在1000小时过去以后还能稳定地工作，与发明示例1至3相同。

Claims (11)

1.一种压电陶瓷换能器，在对换能器施加电压时，压电陶瓷换能器在其厚度方向上弯曲，该换能器包括：
两个压电活性层，它们分别有至少一个压电层，所述压电活性层被经过电极层施加电压，结果是一个所述压电活性层膨胀，另一个则收缩，
中间绝缘层，其设置在所述两个压电活性层之间，
两个表面绝缘层，它们之间设置有两个压电活性层，所述两个表面绝缘层安排在所述压电陶瓷换能器厚度方向上的两个表面上，
电极焊盘，其仅安排在所述两个表面绝缘层中的一个之上，并通过导线连接部件在电气上与所述电极层相连，
其中所述压电活性层、所述中间绝缘层和所述表面绝缘层由彼此相同的材料制成，并经过烧结彼此结为整体，所述电极焊盘包括：
极化用的两个第一焊盘部，在电气上与所述压电活性层中的一个的所述电极层相连，和极化用的两个第二焊盘部，在电气上与所述压电活性层中的另一个的所述电极层相连，所述第一和第二焊盘部用于所述压电层的极化处理，和
两个耦合部，用于将第一焊盘部连接到第二焊盘部。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷换能器，其特征在于进一步包括弹性体，其与所述两个表面绝缘层中的至少一个表面绝缘层结合。
3.根据权利要求2所述的压电陶瓷换能器，其特征在于：所述弹性体与所述表面绝缘层中的其上未安排所述电极焊盘的一个所述表面绝缘层结合。
4.一种压电陶瓷换能器，在对换能器施加电压时，压电陶瓷换能器在其厚度方向上弯曲，该换能器包括：
两个压电活性层，它们分别有至少一个压电层，所述压电活性层被经过电极层施加电压，结果是一个所述压电活性层膨胀，另一个则收缩，
中间绝缘层，其设置在所述两个压电活性层之间，
两个表面绝缘层，它们之间设置有两个压电活性层，所述两个表面绝缘层安排在所述压电陶瓷换能器厚度方向上的两个表面上，
电极焊盘，其仅安排在所述两个表面绝缘层中的一个之上，并在电气上与所述电极层相连，
其中所述压电活性层、所述中间绝缘层和所述表面绝缘层由彼此相同的材料制成，并经过烧结彼此结为整体，
所述压电陶瓷换能器的一部分通过稳定部件固定至弹性体，所述弹性体在所述稳定部件固定的位置上的位移小于压电陶瓷换能器的最大位移。
5.根据权利要求4所述的压电陶瓷换能器，其特征在于：所述稳定部件被附装至与所述压电陶瓷换能器的纵向中心位置不同的位置上。
6.根据权利要求4所述的压电陶瓷换能器，其特征在于：所述稳定部件被附装至与所述压电陶瓷换能器的纵向中心和端部位置不同的位置上。
7.根据权利要求4所述的压电陶瓷换能器，其特征在于：所述弹性体是一个盒子，所述压电陶瓷换能器被附装至所述盒子的内部。
8.一种便携式设备，其特征在于包括：
权利要求1中所要求的压电陶瓷换能器，和
与所述压电陶瓷换能器结合的部件，所述压电陶瓷换能器的位移被发送致所述部件。
9.一种便携式设备，其特征在于包括：
压电陶瓷换能器，在对换能器施加电压时，压电陶瓷换能器在其厚度方向上弯曲，该换能器包括：两个压电活性层，它们分别有至少一个压电层，所述压电活性层被经过电极层施加电压，结果是一个所述压电活性层膨胀，另一个则收缩，中间绝缘层，其设置在所述两个压电活性层之间，两个表面绝缘层，它们之间设置有两个压电活性层，所述两个表面绝缘层安排在所述压电陶瓷换能器厚度方向上的两个表面上，电极焊盘，其仅安排在所述两个表面绝缘层中的一个之上，并在电气上与所述电极层相连，其中所述压电活性层、所述中间绝缘层和所述表面绝缘层由彼此相同的材料制成，并经过烧结彼此结为整体，
附装至所述压电陶瓷换能器的稳定部件，
与所述稳定部件结合的弹性体，其使所述稳定部件的位移比所述压电陶瓷换能器端部的压电陶瓷换能器位移小，和
其中从所述弹性体产生声辐射。
10.根据权利要求9所述的便携式设备，其特征在于：所述弹性体是便携式设备的壳体。
11.根据权利要求9所述的便携式设备，其特征在于：所述稳定部件被附装至与所述压电陶瓷换能器中心位置不同的位置上。
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