JP3770114B2 - 圧電型電気音響変換器およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面実装に適した圧電型電気音響変換器およびその製造方法、特に端子の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子機器、家電製品、携帯電話機などにおいて、警報音や動作音を発生する圧電ブザーあるいは圧電受話器として圧電型電気音響変換器が広く用いられている。この種の圧電型電気音響変換器は、円形の金属板の片面に円形の圧電素子を貼り付けてユニモルフ型振動板を構成し、金属板の周縁部を円形のケースの中にシリコーンゴムを用いて支持するとともに、ケースの開口部をカバーで閉鎖した構造のものが一般的である。
しかしながら、円形の振動板を用いると、生産効率が悪く、音響変換効率が低く、しかも小型に構成することが難しいという問題点があった。
【０００３】
そこで、四角形の振動板を用いることで、生産効率の向上、音響変換効率の向上および小型化を可能とした圧電型電気音響変換器が提案されている（特開２０００−３１０９９０号）。この圧電型電気音響変換器は、四角形の圧電振動板と、対向する２つの側壁部の内側に振動板を支持する支持部を持ち、この支持部に端子の内部接続部が露出する四角形のケースと、ケースの上面開口部を閉じる蓋板とを備え、ケース内に振動板が収納され、振動板の対向する２辺と支持部とが接着剤または弾性封止材で固定されるとともに、振動板の電極と端子の内部接続部とが導電性接着剤により電気的に接続される。
【０００４】
上記端子をケースに固定する方法として、上記公報の図１２〜図１５のように、予めケースの底面に沿って端子をインサート成形し、ケースの長辺側側面にそって端子の端部を上方へ折り曲げたものが開示されている。この場合には、端子形状が複雑で、インサート成形が難しく、またケースの側面に露出する端子の面積が小さいので、半田付け時のフィレットの形成が難しくなる可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、インサート成形時の端子形状をほぼ直線状とし、インサート成形後にケースから突出した外部接続部をケースの側面を介して底面側へ折り曲げることにより、表面実装に適した端子を構成することができる。この場合には、端子の形状が単純であり、しかも端子の外部接続部が側面を介して底面側へ折り曲げられているので、半田付け時のフィレット形成が容易であるという利点がある。
【０００６】
ところが、上記のような構造の場合、端子の内部接続部はケースの支持部に露出しており、外部接続部はケースの外部に突出しているので、この外部接続部をケースの側面を介して底面側へ折り曲げる時、曲げ応力が端子の内部接続部にも波及し、内部接続部に浮きが発生することがある。そのため、内部接続部の上に振動板を接続する際、振動板が安定せず、音圧特性が低下するという問題が発生することがある。
また、端子として金属板から打ち抜かれるプレス端子が一般に使用されるが、プレス端子には必然的にバリが発生するので、このバリが外部接続部の半田付け面に現れると、実装時に浮きなどの不具合が発生することがある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、バリを利用して端子の内部接続部の浮きを防止するとともに、実装時の浮きなどの不具合を解消できる圧電型電気音響変換器およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、電極間に交番信号を印加することにより屈曲振動する四角形の圧電振動板と、側壁部の内側に圧電振動板を支持する支持部を持つ樹脂製ケースと、上記支持部に内部接続部が露出し、外部接続部がケースの外面に露出するようケースにインサート成形された端子と、圧電振動板の電極と端子の内部接続部とを電気的に接続する導電性接着剤と、圧電振動板の外周部とケースの内周部との隙間を封止する弾性封止剤と、ケースの開口部を閉じる蓋板とを備えた圧電型電気音響変換器において、上記端子はそのバリ発生面が下面側となる向きに金属板から打ち抜かれたプレス端子よりなり、上記端子の内部接続部の上面がケースの支持部の表面と面一状となるように、内部接続部の両側縁のバリがケースの支持部の内部に埋設されており、上記端子の外部接続部はケースの側面を介して底面へ折り曲げられていることを特徴とする圧電型電気音響変換器を提供する。
【０００９】
請求項２に係る発明は、電極間に交番信号を印加することにより屈曲振動する四角形の圧電振動板を準備する工程と、側壁部の内側に圧電振動板を支持する支持部を持ち、上記支持部に内部接続部が露出し、外部接続部が外部に露出した端子をインサート成形した樹脂製ケースを準備する工程と、圧電振動板をケースの内部に収容し、圧電振動板の対向する２辺をケースの支持部上に支持する工程と、圧電振動板の電極と端子の内部接続部とを導電性接着剤により電気的に接続する工程と、圧電振動板の外周部とケースの内周部との隙間を弾性封止剤によって封止する工程と、ケースの開口部を蓋板で閉じる工程とを備え、上記端子はそのバリ発生面が下面側となる向きに金属板から打ち抜かれたプレス端子よりなり、上記端子の内部接続部の上面がケースの支持部の表面と面一状となるように、内部接続部の両側縁のバリがケースの支持部の内部に埋設されており、上記端子の外部接続部はインサート成形時にケースから側方へほぼ直線状に突出しており、インサート成形後に外部接続部はケースの側面を介して底面へ折り曲げられることを特徴とする圧電型電気音響変換器の製造方法を提供する。
【００１０】
まず四角形の圧電振動板と、端子をインサート成形した樹脂製ケースとを準備する。この圧電振動板をケースの内部に収容し、圧電振動板をケースの支持部上に支持し、圧電振動板の電極と端子の内部接続部とを導電性接着剤により電気的に接続する。そして、圧電振動板の外周部とケースの内周部との隙間を弾性封止剤によって封止した後、ケースの開口部を蓋板で閉じる。上記ケースに端子をインサート成形する際、端子をそのバリ発生面が下面側となる向きにし、端子の内部接続部の上面がケースの支持部の表面と面一状となるように、内部接続部の両側縁のバリをケースの支持部の内部に埋設する。そして、インサート成形時にケースから側方へほぼ直線状に突出した端子の外部接続部を、インサート成形後にケースの側面を介して底面へ折り曲げる。
このように構成すれば、外部接続部を折り曲げた応力が内部接続部にも波及するが、内部接続部のバリがケースの支持部に埋設されるので、内部接続部の浮きを防止でき、圧電振動板を接続した時の音圧特性の悪化を防止できる。また、内部接続部にバリが露出しないので、圧電振動板との接続信頼性も増す。
一方、端子の外部接続部はそのバリが内側になるように折り曲げられるので、バリが外部接続部の半田付け面に露出せず、実装時の浮きなどの不具合を防止できる。外部接続部はケースの側面を介して底面側へ折り曲げられるので、半田付け時のフィレット形成が容易になり、また半田コテで端子を加熱することも容易になる。
【００１１】
本発明において、圧電振動板を端子の内部接続部上に直接接触させてもよいし、両者を若干離れた位置に配置し、導電性接着剤で接続してもよい。
また、導電性接着剤および弾性封止剤以外に、別の接着剤で圧電振動板とケースの支持部とを機械的に固定してもよい。
圧電振動板としては、金属板の片面に圧電セラミック板を貼り合わせたユニモルフ型振動板に限らず、複数の圧電セラミック層を積層したバイモルフ型振動板を使用してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は本発明にかかる圧電型電気音響変換器の一例である表面実装型のサウンダを示す。
この電気音響変換器は、大略、ユニモルフ型の圧電振動板１とケース１０と蓋板２０とで構成されている。
【００１３】
振動板１は、図５に示すように表裏面に薄膜または厚膜の電極２ａ，２ｂを有し、厚み方向に分極された四角形の圧電板２と、圧電板２と幅寸法が同一で長さ寸法がやや長い四角形に形成され、圧電板２の裏面電極２ｂに導電性接着剤などを介して対面接着された金属板３とで構成されている。なお、裏面電極２ｂを省略し、金属板３を圧電板２の裏面に導電性接着剤などを介して直接接合することで、裏面電極２ｂを省略してもよい。この実施例では、圧電板２が金属板３に対して長さ方向の一辺側へ偏った位置に接着されており、金属板３の長さ方向の他辺側には金属板３が露出した露出部３ａを有する。
圧電板２としては、例えば１０ｍｍ×８ｍｍ×５０μｍの大きさのＰＺＴ系セラミックスが用いられる。また、金属板３は良導電性とバネ弾性とを兼ね備えた材料が望ましく、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍ×５０μｍの大きさのリン青銅，４２Ｎｉなどの金属板が使用される。
【００１４】
ケース１０はＬＣＰ（液晶ポリマー），ＳＰＳ（シンジオタクチックポリスチレン），ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），エポキシなどの耐熱樹脂で底壁部１０ａと４つの側壁部１０ｂ〜１０ｅとを持つ四角形の箱型に一体成形されている。４つの側壁部１０ｂ〜１０ｅの内周には環状の段差部１０ｆが設けられ、この段差部１０ｆの内周に一段低い環状の支持部１０ｇが設けられている。対向する２つの側壁部１０ｂ，１０ｄの内側の支持部１０ｇ上に、一対の端子１１，１２の内部接続部１１ａ，１２ａが露出している。端子１１，１２はケース１０にインサート成形されたものであり、ケース１０の外部に突出した外部接続部１１ｂ，１２ｂが側壁部１０ｂ，１０ｄの側面に沿ってケース１０の底面側へ折り曲げられている。端子１１，１２は、後述するようにそのバリ発生面が下面側となる向きに金属板から打ち抜かれたプレス端子よりなり、図４に示すように、内部接続部１１ａ，１２ａは断面略台形である。そのため、内部接続部１１ａ，１２ａの上面がケース１０の支持部１０ｇの表面と面一状となるようにインサート成形されると、内部接続部１１ａ，１２ａの両側縁のバリ１１ａ₁ ，１２ａ₁ （但し、１１ａ₁ は図示せず）が支持部１０ｇの内部に埋設され、そのアンカー効果により内部接続部１１ａ，１２ａの浮きが防止される。ケース１０の底面には、端子１１，１２の外部接続部１１ｂ，１２ｂが嵌合される溝１０ｈが形成されている。そのため、ケース１０ｂの底面と外部接続部１１ｂ，１２ｂの半田付け面である下面とがほぼ面一状となる。さらに、端子１１，１２のバリ発生面は折り曲げ状態の内側となる向きに配置されているので、外部接続部１１ｂ，１２ｂの半田付け面にはバリが露出しない。
なお、ケース１０の底壁部１０ａには制動孔１０ｉが形成され、側壁１０ｅの上縁部には放音穴となる切欠部１０ｊが形成されている（図３参照）。
【００１５】
振動板１は、その圧電板２がケース１０の底壁部１０ａを向くようにケース１０内に収納され、短辺側の２辺が端子１１，１２が露出した支持部１０ｇ上に載置される。この時、事前に端子１１，１２の内部接続部１１ａ，１２ａ上には導電性接着剤１３，１４が塗布され、端子１１の内部接続部１１ａには圧電板２の表面電極２ａが、端子１２の内部接続部１２ａには金属板３の露出部３ａがそれぞれ接続固定される。導電性接着剤１３，１４としては、公知のエポキシ系やウレタン系などの導電ペーストを使用することができる。
なお、この例では振動板１の圧電板２をケース１０の底壁部１０ａ側に向けて固定したが、金属板３をケース１０の底壁部１０ａ側に向けて固定してもよい。この場合には、振動板１を支持部１０ｇ上に載置した後で導電性接着剤１３，１４を塗布してもよい。
【００１６】
振動板１の周囲全周とケース１０の内周部との間は弾性封止剤１５で封止され、振動板１の表側と裏側との間の空気漏れが防止される。弾性封止剤１５として、振動板１の屈曲振動を阻害しないように、シリコーン系接着剤のような硬化後のヤング率が低い材料を使用するのがよい。振動板１をケース１０に封止固定した後、ケース１０の上面開口部に蓋板２０が接着剤２１によって接着される。蓋板２０はケース１０と同様な材料で形成される。蓋板２０を接着することで、蓋板２０と振動板１との間には共鳴空間２２（図２参照）が形成される。
上記のようにして圧電型電気音響変換器が完成する。
【００１７】
上記構成よりなる圧電型電気音響変換器は回路基板などに表面実装される。ケース１０に設けられた端子１１，１２間に所定の交番信号（交流信号または矩形波信号）を印加すれば、振動板１の圧電板２の表裏電極２ａ，２ｂ間に信号が供給され、圧電板２が平面方向に拡縮するので、振動板１は交番信号に応じた屈曲運動をし、音波を発生させる。発生した音波は、共鳴空間２２で増幅され、蓋板２０とケース１０の切欠部１０ｊとの間で形成される放音穴から外部へ放射される。
【００１８】
ここで、上記実施例におけるケース１０の製造方法を、図６，図７に従って説明する。
図６の（ａ）は、１枚の金属板からリードフレーム３０をプレス金型により打ち抜いた状態を示す。図において、３１はキャリヤ、３２はタイバー、３３はパイロット穴であり、キャリヤ３１から内方へ延びる端子部分１１，１２が一体に形成されている。リードフレーム３０はバリ発生面が下面側になるようにプレスされる。
図６の（ｂ）はリードフレーム３０に対しケース１０をインサート成形した状態を示す。端子１１，１２の内部接続部１１ａ，１２ａはケース１０の支持部１０ｇに露出するように成形され、内部接続部１１ａ，１２ａの両側縁のバリが支持部１０ｇの内部に埋設される。
【００１９】
図７の（ａ）はリードフレーム３０のキャリヤ３１から端子１１，１２を分離した状態を示す。ここで、端子１１，１２はケース１０の両側方へ水平に延びている。このとき、端子１１，１２のバリ発生面は下側となる。
図７の（ｂ）は端子１１，１２のケース１０から突出した部分の中間部より先端側を下方へ折り曲げた状態を示す。このとき、折り曲げ角度を９０度よりやや大きくするのがよい。
図７の（ｃ）はケース１０から突出した端子１１，１２の付け根部分で下方へ折り曲げ、端子１１，１２の内側面をケース１０の側面に沿わせる。この状態で、図７の（ｂ）で折り曲げた部分がケース１０の底面に形成された溝１０ｈに嵌合されるが、図７の（ｂ）で９０度以上に折り曲げることで、端子１１，１２の先端がケース１０の底面から浮き上がるのを防止できる。しかも、端子１１，１２のバリ発生面がケース１０の底面側を向くので、半田付け面にはバリが露出しない。
【００２０】
図６，図７ではケース１０単体の製造工程について説明したが、実際の製造工程では、ケース１０をリードフレーム１０に連結した状態のまま、圧電振動板１の組み付け、弾性封止剤１５の塗布、蓋板２０の接着などを行い、その後で端子１１，１２をリードフレーム３０から分離し、端子１１，１２を折り曲げ加工するのが望ましい。この場合には、ケース１０をリードフレーム１０のパイロット穴３３によって正確に位置決めできるので、ケース１０のインサート成形から蓋板２０の接着までの製造工程を効率よく実施できる。
【００２１】
上記実施例では、圧電振動板として金属板の片面に圧電板を貼り付けたユニモルフ型の振動板１を用いた例について説明したが、振動板はこれに限るものではなく、例えば特開２００１−９５０９４号公報に記載のように、２層または３層の圧電セラミック層を積層して積層体を構成し、この積層体の表裏面に外部電極を形成し、セラミック層の間に内部電極を形成したものでもよい。この場合には、セラミック層は厚み方向において同方向に分極され、外部電極と内部電極との間に交番信号を印加することで、積層体を屈曲振動させることができる。
この場合には、振動板が金属板を有しないセラミックスの積層構造体であり、厚み方向に順に配置された２つの振動領域が相互に逆方向に振動するので、ユニモルフ型振動板に比べて大きな変位量、つまり大きな音圧を得ることができる。
【００２２】
端子１１，１２の形状は、実施例のような一定幅の板状に限るものではなく、例えば内部接続部を二股状に形成してもよいし、ケース内に埋設される中間部に穴などを設けてケースによる端子保持力を増大させるようにしてもよい。
上記実施例では、ケースの支持部上に端子の内部接続部を露出させ、その上に振動板を載置、固定するようにしたが、支持部の内側に振動板を支持する部分を延長し、内部接続部と振動板とを離して設けてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、ケースに端子をそのバリ発生面が下面側となる向きにしてインサート成形し、内部接続部の両側縁のバリをケースの支持部の内部に埋設したので、インサート成形後にケースから側方へほぼ直線状に突出した端子の外部接続部をケースの側面を介して底面へ折り曲げる際、内部接続部の浮きを防止でき、圧電振動板を接続した時の音圧特性の悪化を防止できる。また、内部接続部にバリが露出しないので、圧電振動板との接続信頼性も増す。さらに、端子の外部接続部はそのバリが内側になるように折り曲げられるので、バリが外部接続部の半田付け面に露出せず、実装時の浮きなどの不具合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電型電気音響変換器の第１実施形態の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す圧電型電気音響変換器の分解斜視図である。
【図４】図３のＢ矢視図である。
【図５】図１の圧電型電気音響変換器に用いられる圧電振動板の斜視図である。
【図６】ケースの前半の製造工程を示す平面図である。
【図７】ケースの後半の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 圧電振動板
１０ ケース
１０ｇ 支持部
１１，１２ 端子
１１ａ，１２ａ 内部接続部
１１ｂ，１２ｂ 外部接続部
１３，１４ 導電性接着剤
１５ 弾性封止剤
２０ 蓋板

Claims (2)

1. 電極間に交番信号を印加することにより屈曲振動する四角形の圧電振動板と、
   側壁部の内側に圧電振動板を支持する支持部を持つ樹脂製ケースと、
   上記支持部に内部接続部が露出し、外部接続部がケースの外面に露出するようケースにインサート成形された端子と、
   圧電振動板の電極と端子の内部接続部とを電気的に接続する導電性接着剤と、
   圧電振動板の外周部とケースの内周部との隙間を封止する弾性封止剤と、
   ケースの開口部を閉じる蓋板とを備えた圧電型電気音響変換器において、
   上記端子はそのバリ発生面が下面側となる向きに金属板から打ち抜かれたプレス端子よりなり、
   上記端子の内部接続部の上面がケースの支持部の表面と面一状となるように、内部接続部の両側縁のバリがケースの支持部の内部に埋設されており、
   上記端子の外部接続部はケースの側面を介して底面へ折り曲げられていることを特徴とする圧電型電気音響変換器。
2. 電極間に交番信号を印加することにより屈曲振動する四角形の圧電振動板を準備する工程と、
   側壁部の内側に圧電振動板を支持する支持部を持ち、上記支持部に内部接続部が露出し、外部接続部が外部に露出した端子をインサート成形した樹脂製ケースを準備する工程と、
   圧電振動板をケースの内部に収容し、圧電振動板の対向する２辺をケースの支持部上に支持する工程と、
   圧電振動板の電極と端子の内部接続部とを導電性接着剤により電気的に接続する工程と、
   圧電振動板の外周部とケースの内周部との隙間を弾性封止剤によって封止する工程と、
   ケースの開口部を蓋板で閉じる工程とを備え、
   上記端子はそのバリ発生面が下面側となる向きに金属板から打ち抜かれたプレス端子よりなり、
   上記端子の内部接続部の上面がケースの支持部の表面と面一状となるように、内部接続部の両側縁のバリがケースの支持部の内部に埋設されており、
   上記端子の外部接続部はインサート成形時にケースから側方へほぼ直線状に突出しており、インサート成形後に外部接続部はケースの側面を介して底面へ折り曲げられることを特徴とする圧電型電気音響変換器の製造方法。

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