JPH0469826B2 - - Google Patents

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JPH0469826B2
JPH0469826B2 JP62188195A JP18819587A JPH0469826B2 JP H0469826 B2 JPH0469826 B2 JP H0469826B2 JP 62188195 A JP62188195 A JP 62188195A JP 18819587 A JP18819587 A JP 18819587A JP H0469826 B2 JPH0469826 B2 JP H0469826B2
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JP
Japan
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piezoelectric material
piezoelectric
electrode
diaphragm
electrodes
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Application number
JP62188195A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS6431480A (en
Inventor
Teruyuki Ikeda
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電型発音体及び圧電アクチエーター
などとして用いる圧電振動板に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a piezoelectric diaphragm used as a piezoelectric sounding body, a piezoelectric actuator, and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

圧電型発音体及び圧電アクチエーターは電界を
加えることによつて生じる圧電材料の変形を利用
するもので、静的にはコンデンサーと同じように
電荷が蓄積された状態となるため、その変形状態
の保持状態のときには電流は流れない。このた
め、電気機械変換効率が高く、低電力での駆動が
可能となる特徴を有する。したがつて、最近で
は、プリンターの印字ヘツド及び圧電モーターな
どとして利用されている。又、電話機の受話器用
発音体などにも利用されるようになつてきた。こ
のような圧電材料への電界による変形を生じさせ
るには、一般に良く知られるように圧電材を異種
材料である金属板へ貼り付け、圧電材に電界を加
えることで生じる湾曲変形を利用したユニモルフ
構造及び2つの圧電材料を重ね合わせ電極の接続
を分極に対して互いに逆となるように接続し、電
界を加えることにより一方が伸びかつ他方が縮む
ことから生じる湾曲を利用したバイモルフ構造が
ある。圧電材を貼り付けることにより生じる湾曲
は加える電界を交番電圧とすることで交互に変位
し、周辺を固定することにより中心部が振動する
振動板となり、この振動板への交番電圧が可聴周
波数のとき発音体として利用できるようになるも
のである。
Piezoelectric sounding bodies and piezoelectric actuators utilize the deformation of piezoelectric materials that occurs when an electric field is applied, and statically they are in a state where electric charge is accumulated, similar to a capacitor, so the deformation state is No current flows during the holding state. Therefore, it has the characteristics of high electromechanical conversion efficiency and being able to be driven with low power. Therefore, in recent years, they have been used as printing heads for printers, piezoelectric motors, and the like. It has also come to be used as a sounding body for telephone handsets. In order to cause such deformation of a piezoelectric material due to an electric field, it is generally well known that a unimorph material is attached to a metal plate, which is a dissimilar material, and the unimorph is created by applying an electric field to the piezoelectric material. There is a bimorph structure that utilizes the curvature that occurs when two piezoelectric materials are stacked and the electrodes are connected so that they are opposite to each other with respect to polarization, and when an electric field is applied, one expands and the other contracts. The curvature caused by pasting the piezoelectric material is alternately displaced by applying an alternating voltage to the electric field, and by fixing the periphery, the center becomes a vibrating diaphragm, and the alternating voltage applied to this diaphragm changes the frequency of the audible frequency. It becomes possible to use it as a sounding body.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述したようなアクチエーター及び発音体など
に利用する圧電振動板は、周辺又は一端を固定し
て利用されるが、このとき円形の振動板では固定
する直径を大きくしたり、振動板全体の厚みを薄
くすることで振動板としての変位が大きくなり、
発音体として利用する場合には低周波での音圧特
性が改善されるというものである。このため、振
動板の薄型化に着目し、薄型化の技術確立が進め
られている。
Piezoelectric diaphragms used in actuators and sounding bodies as described above are used with the periphery or one end fixed, but in the case of a circular diaphragm, it is necessary to increase the fixed diameter or increase the overall thickness of the diaphragm. By making it thinner, the displacement as a diaphragm becomes larger,
When used as a sounding body, the sound pressure characteristics at low frequencies are improved. For this reason, attention has been focused on making the diaphragm thinner, and efforts are being made to establish techniques for making the diaphragm thinner.

第7図a及び第7図bは金属板71に圧電材7
2を貼り付けた一般的に用いられているユニモル
フ構造の圧電振動板の断面構造である。このよう
な圧電振動板の圧電材72に例えば分極方向に対
して逆方向へ電界を加えることで、この圧電材7
2は面方向へ伸びを生じ、第7図bに示したよう
にたわみ変形する。このとき、図中に矢印で示し
たように圧電材72は上下で一様に伸びるのでは
なく、金属板71との貼り合わせ面ではこの伸び
が必然的に抑えられており、貼り合わせ面に近づ
くほど伸びは小さくなる。したがつて、圧電材7
2の厚さを薄くして行くと、この圧電材72の伸
びは金属板71によつて抑えられた状態へと近づ
いて行く。このため圧電材72の厚みが薄くなる
と中心部の変位は小さくなり、発音体としては音
圧レベルの小さなものになつてしまう。このよう
なことは、第8図a及び第8図bに示すバイモル
フ構造の振動板においても同じであり、図中矢印
で示すように一方の面の伸びに対してもう一方の
面は縮むことになるが、このときも2つの圧電材
81,82の貼り合わせ面では、伸びと縮みが逆
方向となつているため互いに押え合い、この境界
付近では全く動くことができない。このため圧電
材81,82のみが薄くなると、この境界付近へ
近づくだけ2つの圧電材81,82の動きは小さ
くなる。この結果、中心部の変位は小さくなり、
発音体としては音圧レベルの小さなものになつて
しまう。
7a and 7b show a piezoelectric material 7 on a metal plate 71.
2 is a cross-sectional structure of a commonly used piezoelectric diaphragm with a unimorph structure. For example, by applying an electric field to the piezoelectric material 72 of such a piezoelectric diaphragm in a direction opposite to the polarization direction, the piezoelectric material 72
2 causes elongation in the plane direction, and is deflected and deformed as shown in FIG. 7b. At this time, as shown by the arrows in the figure, the piezoelectric material 72 does not extend uniformly from top to bottom, but this elongation is naturally suppressed at the bonding surface with the metal plate 71, and the bonding surface The closer you get, the smaller the stretch will be. Therefore, piezoelectric material 7
As the thickness of the piezoelectric material 72 becomes thinner, the elongation of the piezoelectric material 72 approaches a state where it is suppressed by the metal plate 71. For this reason, as the thickness of the piezoelectric material 72 becomes thinner, the displacement at the center becomes smaller, resulting in a sounding body with a lower sound pressure level. This is the same for the bimorph structured diaphragm shown in Figures 8a and 8b; as one surface expands, the other side contracts, as shown by the arrows in the figure. However, at this time as well, since the bonding surfaces of the two piezoelectric materials 81 and 82 have expansion and contraction in opposite directions, they press against each other and cannot move at all near this boundary. Therefore, when only the piezoelectric materials 81 and 82 become thinner, the movement of the two piezoelectric materials 81 and 82 becomes smaller as they get closer to this boundary. As a result, the displacement in the center becomes smaller,
As a sounding body, the sound pressure level becomes low.

第9図a及び第9図bは前述した説明を2枚の
圧電材を貼り合わせたバイモルフ構造の振動板を
発音体として用いたときの音圧の周波数特性を実
測によつて得たもので、ここでは直接圧電材の厚
みを変化させるのではなく、この圧電材を貼り合
わせる接着層の厚みを変化させている。
Figures 9a and 9b show the frequency characteristics of sound pressure obtained through actual measurements when a bimorph-structured diaphragm made by bonding two piezoelectric materials is used as a sounding body. Here, instead of directly changing the thickness of the piezoelectric material, the thickness of the adhesive layer that bonds the piezoelectric materials together is changed.

これは圧電材の厚みを変化させてしまうと振動
板のインピーダンスが変化してしまうため、駆動
条件などの違いが加わつてしまうと考えられるか
らであり、接着層の厚さを変化させてもこの2つ
の圧電材の間の厚みに対しての位置関係と同じに
なるからである。第9図aはバイモルフ全体の厚
さが214μmとしたときの音圧の周波数特性であ
り、第9図bは420μmとしたときの音圧の周波数
特性である。両図から見られるように厚みが薄く
なると音圧最大となるピーク(共振点)は低周波
数側へ動くが、このとき音圧レベルは小さくなつ
てしまうことが分かる。
This is because changing the thickness of the piezoelectric material changes the impedance of the diaphragm, which is thought to add to differences in drive conditions, etc., and changing the thickness of the adhesive layer also changes the impedance of the diaphragm. This is because the positional relationship with respect to the thickness between the two piezoelectric materials is the same. FIG. 9a shows the frequency characteristics of sound pressure when the total thickness of the bimorph is 214 μm, and FIG. 9b shows the frequency characteristics of sound pressure when the thickness of the entire bimorph is 420 μm. As can be seen from both figures, as the thickness decreases, the peak (resonance point) at which the sound pressure is maximum moves to the lower frequency side, but it can be seen that at this time the sound pressure level becomes smaller.

以上の説明から明らかなように、圧電材の厚さ
を薄くすることで共振点は低周波域になつて行く
が、圧電材の動きが貼り合わせ板への接近や逆方
向へ動く圧電材との関係から湾曲する圧電材の中
心部の変位は小さくなつてしまい、発音体として
は音圧レベルの小さいものとなる。又、発音体と
してではなく単に変位を利用するアクチエーター
の場合にも変位は小さくなり、この応用面も決定
されてしまうことになる。
As is clear from the above explanation, by reducing the thickness of the piezoelectric material, the resonance point moves to a lower frequency range, but the movement of the piezoelectric material approaches the bonded plate or moves in the opposite direction. Due to this relationship, the displacement of the center of the curved piezoelectric material becomes small, resulting in a sounding body with a low sound pressure level. Furthermore, in the case of an actuator that simply uses displacement rather than as a sounding body, the displacement will be small, and this application aspect will also be determined.

さらに、アクチエーターのように変位を大きく
得るためにに駆動電圧を高くすると貼り付け部材
と圧電材との間及び圧電材ともう一方の圧電材と
の間には応力による歪が発生し、接合面へのクラ
ツクなどの発生等で破壊することもある。
Furthermore, if the drive voltage is increased to obtain a large displacement, such as with an actuator, stress will cause strain between the pasting member and the piezoelectric material, and between the piezoelectric material and the other piezoelectric material, resulting in the bonding. It may also be destroyed due to cracks on the surface.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の圧電振動板は対向する第1電極及び第
2電極に挟まれた圧電材と、前記圧電材を挟む前
記第1電極及び前記第2電極のいずれかに対応す
る位置に設けた部分空間を有して前記圧電材と結
合する部材とを備える。また、前記部材が対向す
る第1電極及び第2電極に挟まれた圧電材及び貼
り付け部材のいずれかであることを特徴とする。
さらに、前記部分空間が前記貼り付け部材への溝
形成によつて設定されることを特徴とする。さら
に、前記部分空間が空孔形成材と圧電セラミツク
グリーンシートとの積層によつて設定されること
を特徴とする。
The piezoelectric diaphragm of the present invention includes a piezoelectric material sandwiched between a first electrode and a second electrode facing each other, and a partial space provided at a position corresponding to either the first electrode or the second electrode sandwiching the piezoelectric material. and a member that is coupled to the piezoelectric material. Further, the member is characterized in that it is either a piezoelectric material or a pasting member sandwiched between opposing first and second electrodes.
Furthermore, the partial space is set by forming a groove in the attachment member. Furthermore, the partial space is set by laminating a pore-forming material and a piezoelectric ceramic green sheet.

〔作用〕[Effect]

本発明の圧電振動板は金属板等の異種材料であ
る平板に1枚の圧電材を貼り付けたユニモルフ構
造と2つの圧電材を貼り合わせ又は積層等によつ
て得たバイモルフ構造のどちらかの場合にも適用
できるものであり、圧電材と貼り合わせ部材ある
いは圧電材と圧電材とが全面で接着又は積層され
るのではなく、接着又は積層面に部分的な空間領
域を持たせるものである。このとき、圧電材への
電極形成としては、この空間の部分だけに電極を
形成している。さらに、電極及び空間は円形の振
動板の場合には、中心に対して同心円のリング状
に形成され、方形状の振動板の場合には変位させ
ようとする長手方向に短冊状に形成する。このよ
うにすることで圧電材に電界を加えたときに生じ
る面方向への伸縮は当然電極が形成された部分だ
けとなる。この電極形成部は貼り付け部材やもう
一方の圧電材との貼り付けられる面と直接に接し
ておらず、この部分に空間があることで面方向へ
の伸縮が抑えられることがなくなる。
The piezoelectric diaphragm of the present invention has either a unimorph structure in which one piezoelectric material is attached to a flat plate made of different materials such as a metal plate, or a bimorph structure obtained by bonding or laminating two piezoelectric materials. It can also be applied in cases where the piezoelectric material and the bonded member or the piezoelectric material and the piezoelectric material are not bonded or laminated over the entire surface, but have a partial spatial area on the bonded or laminated surface. . At this time, electrodes are formed on the piezoelectric material only in this space. Further, in the case of a circular diaphragm, the electrodes and spaces are formed in a ring shape concentric with the center, and in the case of a rectangular diaphragm, they are formed in a strip shape in the longitudinal direction of the displacement. By doing this, when an electric field is applied to the piezoelectric material, expansion and contraction in the plane direction occurs only in the portion where the electrode is formed. This electrode forming portion is not in direct contact with the surface to which the pasting member or the other piezoelectric material is pasted, and since there is a space in this portion, expansion and contraction in the surface direction is not suppressed.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図a及び第1図bは本発明の一実施例を示
す円形状ユニモルフ構造の圧電振動板の構成図で
あり、第1図aは上から見た一部切欠きの内部構
成図、かつ第1図bは中心部を横から見た断面図
である。まず、圧電材11の一方の面には通常と
同じ全面電極12か形成されているが、反対面に
は圧電材11の中心から同心円となる複数のリン
グ状の電極13がある。このような電極13を持
つ圧電材11が貼り合わせ部材14に貼り付けら
れているが、この貼り付け部材14にはリング状
の電極13に一致した複数のリング状の溝15が
形成されている。貼り付け部材14と圧電材11
とは電極13の無い所が接着層16で接着されて
いる。
1a and 1b are configuration diagrams of a piezoelectric diaphragm with a circular unimorph structure showing an embodiment of the present invention, and FIG. 1a is a partially cutaway internal configuration diagram seen from above; FIG. 1b is a cross-sectional view of the center viewed from the side. First, on one surface of the piezoelectric material 11, the same full-surface electrode 12 as usual is formed, but on the opposite surface, there are a plurality of ring-shaped electrodes 13 that are concentric circles from the center of the piezoelectric material 11. A piezoelectric material 11 having such an electrode 13 is pasted on a bonding member 14, and a plurality of ring-shaped grooves 15 corresponding to the ring-shaped electrodes 13 are formed in this bonding member 14. . Pasting member 14 and piezoelectric material 11
The areas where there is no electrode 13 are bonded with an adhesive layer 16.

第2図a〜第2図cは圧電材21に形成した電
極22と貼り付け部材23の溝24及び接着状態
を断面にて示したものである。第2図aは圧電材
21に電界を加えていない状態、第2図b及び第
2図cは圧電材21の分極方向にに対して相反す
る方向へ電界を加えたときの状態である。図中、
矢印で示した方向は電界によつて生じる圧電材2
1の伸び及び縮みの方向を示している。圧電材2
1の伸縮は当然電極22が形成されている部分だ
けとなり、電極22の無い接着層25の部分では
生じない。電極形成部分は貼り付け部材23に溝
24が形成されているため、貼り付け部材23と
は接しておらず、圧電材21の伸縮は抑えられる
ことがない。又、圧電材21と貼り付け部材23
との接着層25の部分では伸縮がないため、この
接合面には無理な応力が加わらない。これらの理
由により、圧電材21の厚さを薄くしたとしても
圧電材21の厚み方向で見た方向の伸縮に差は無
く、薄くすることで湾曲する中心部の変位が小さ
くなることはない。このため、圧電材21も貼り
付け部材23も薄くすることができ、発音体とし
て利用する場合には低周波領域の特性が良好なも
のとなる。
2a to 2c are cross-sectional views of the electrode 22 formed on the piezoelectric material 21, the groove 24 of the attachment member 23, and the state of adhesion. 2a shows a state in which no electric field is applied to the piezoelectric material 21, and FIGS. 2b and 2c show states in which an electric field is applied in a direction opposite to the polarization direction of the piezoelectric material 21. In the figure,
The direction indicated by the arrow is the piezoelectric material 2 generated by the electric field.
1 shows the direction of elongation and contraction. Piezoelectric material 2
1 naturally expands and contracts only in the portion where the electrode 22 is formed, and does not occur in the portion of the adhesive layer 25 where the electrode 22 is not present. Since the groove 24 is formed in the attachment member 23, the electrode forming portion is not in contact with the attachment member 23, and the expansion and contraction of the piezoelectric material 21 is not suppressed. Moreover, the piezoelectric material 21 and the pasting member 23
Since there is no expansion or contraction at the adhesive layer 25, no unreasonable stress is applied to this joint surface. For these reasons, even if the thickness of the piezoelectric material 21 is made thinner, there is no difference in expansion and contraction in the direction of the thickness of the piezoelectric material 21, and the displacement of the curved central portion will not become smaller by making the piezoelectric material 21 thinner. Therefore, both the piezoelectric material 21 and the attachment member 23 can be made thinner, and when used as a sounding body, the characteristics in the low frequency region are improved.

第3図a〜第3図cは本発明の他の実施例を示
す。第3図aは電界を加えていないときの断面図
であり、貼り付け部材31の両面に溝32を形成
し、この両面に溝32と同じパターンの電極33
が形成された側を貼り付け両側とした圧電材34
が貼り付けられる。このようにすることでバイモ
ルフ振動板が形成できるが、この場合にも電極3
3が形成されている圧電部分は貼り付け部材31
と接していない。両面の圧電材34に分極方向に
対して互いに逆の電界を加えることにより、第3
図b及び第3図cのように湾曲変形する。この結
果、電界を加えたことによつて生じる圧電材34
の伸縮は抑えられることはない。また、圧電材3
4とと貼り付け部材31との接着層35の部分で
は伸縮がないため、この接合面には無理な応力が
加わらない。これらの理由により、圧電材34の
厚さを薄くしたとしても圧電材34の厚さ方向に
見た面方向の伸縮に差は無く、薄くすることで湾
曲する中心部の変位が小さくなることはない。こ
の場合にも上記実施例と同様に圧電材34も貼り
付け部材31も薄くすることができ、発音体とし
て良好な振動板となる。
Figures 3a to 3c show other embodiments of the invention. FIG. 3a is a cross-sectional view when no electric field is applied. Grooves 32 are formed on both sides of the pasting member 31, and electrodes 33 with the same pattern as the grooves 32 are formed on both sides.
The piezoelectric material 34 is attached with the side on which it is formed as both sides.
is pasted. By doing this, a bimorph diaphragm can be formed, but also in this case, the electrode 3
The piezoelectric part where 3 is formed is the pasting member 31
Not in contact with By applying electric fields opposite to each other in the polarization direction to the piezoelectric material 34 on both sides, the third
It is curved and deformed as shown in Figure b and Figure 3c. As a result, the piezoelectric material 34 generated by applying an electric field
The expansion and contraction of will not be suppressed. In addition, piezoelectric material 3
Since there is no expansion or contraction in the adhesive layer 35 between the adhesive layer 4 and the attachment member 31, no unreasonable stress is applied to this joint surface. For these reasons, even if the thickness of the piezoelectric material 34 is made thinner, there is no difference in the expansion and contraction in the plane direction when viewed in the thickness direction of the piezoelectric material 34, and by making the piezoelectric material 34 thinner, the displacement of the curved center portion will become smaller. do not have. In this case as well, both the piezoelectric material 34 and the attachment member 31 can be made thin as in the above embodiment, resulting in a diaphragm that is good as a sounding body.

なお、上記各実施例では円形の振動板として説
明したが、これは円形に限定されるものでなく、
一端を支持して長手方向の変位を利用する場合に
は、第4図a及び第4図bに示すように電極41
及び貼り付け部材42の溝43を変位させようと
する長手方向に対して直交する短冊状とすること
で、電極41に挟まれた圧電材44の部分は貼り
付け部材42側に溝43があるため、この場合に
も圧電材44の伸縮を抑えることとがなくなり、
支持部45で固定された側の反対側の端部の変位
は従来のものよりずつと大きくなる。この結果、
アクチエーターなどとしての利用面が広がる。
Although each of the above embodiments has been described as a circular diaphragm, the diaphragm is not limited to a circular shape.
When supporting one end and utilizing displacement in the longitudinal direction, as shown in FIGS. 4a and 4b, the electrode 41
By making the groove 43 of the attachment member 42 into a strip shape perpendicular to the longitudinal direction in which the displacement is to be made, the portion of the piezoelectric material 44 sandwiched between the electrodes 41 has the groove 43 on the attachment member 42 side. Therefore, in this case as well, there is no need to suppress the expansion and contraction of the piezoelectric material 44.
The displacement of the end opposite to the side fixed by the support part 45 becomes larger than in the conventional case. As a result,
Its use as an actuator is expanding.

以上、圧電材を貼り付ける貼り付け部材に溝を
形成した場合について説明したが、この溝形成に
おいて金属板を貼り付け部材として用いる場合に
はエツチング等の手段を用いて作るが、これをエ
ポキシ等の絶縁物質を貼り付け部材とするために
はエポキシ等のベースフイルムに光硬化樹脂を塗
布してこれをパターニングしたフエトマスク等で
硬化処理し、不要部分を除去することで絶縁物質
を貼り付け部材とした溝形成の板が得られ、この
溝に合わせたパターンの電極を持つ圧電材を貼り
付けても良い。さらに、貼り付け部材へ溝形成及
び貼り付けによるものでなく、全く別な方法及び
この構造として圧電セラミツクグリーンシートと
空孔形成材とこれらの積層によつてでも得られ
る。
Above, we have explained the case where grooves are formed in the pasting member to which the piezoelectric material is pasted, but when a metal plate is used as the pasting member in this groove formation, it is made using means such as etching, but this groove is formed using epoxy, etc. In order to use an insulating material as a pasting member, a photocuring resin is applied to a base film such as epoxy, and this is cured using a patterned mask, etc., and unnecessary parts are removed to make the insulating material into a pasting member. A plate with grooves formed therein may be obtained, and a piezoelectric material having electrodes in a pattern matching the grooves may be attached. Furthermore, the structure can be obtained not by forming grooves on the pasting member and pasting, but also by a completely different method and structure by laminating a piezoelectric ceramic green sheet, a hole-forming material, and these.

第5図aは圧電セラミツクグリーンシートと空
孔形成材とれらの積層、焼結によつて得たバイモ
ルフ構造の圧電振動板の構造断面図である。積層
体の上下には電極51があり、内部には電極51
に対して圧電材53を挟む状態で電極52が形成
されるとともに、これら電極51,52で挟まれ
た圧電材53を分離するための空孔54がある。
この構造は第5図bに示すように、両面に電極パ
ターン55を印刷形成したグリーンシート56を
2枚作り、この間にパターニングした空孔形成材
57を置き、これらを積層して焼結させることで
得る。空孔形成材57は焼成過程において燃えて
ガス化し、空洞が形成されるものであり、その一
例として感光性樹脂を露光し、現象することでパ
ターニングしたフイルムを電極形成した圧電体グ
リーンシートに圧着形成する特願昭60−243218号
及び特願昭60−243219号を参照できる。又、この
空孔パターンに相当する部分にカーボン粉末にバ
インダーを加えたペーストを作り、これを用いて
スクリーン印刷機で空孔形成パターンとして印刷
し、又はカーボン等のグリーンシートをパターニ
ングしこれを積層しても良い。このように積層に
よつて得たバイモルフ構造の圧電振動板も上記実
施例と同様に上側の電極で挟まれた部分の圧電材
は空孔によつてもう一方の圧電材には直接接して
おらず、このため圧電材に電圧が加えられたとき
に生じる面方向の伸縮は抑えられることが無い。
又、バイモルフとなる上下の層の接合面は電極が
形成されていないため、この部分での圧電材の伸
縮はなく、この接合面には無理な応力は加わらな
い。この場合にも上記実施例と同様に圧電材の厚
み方向に見た面方向の伸縮に差差は無く、薄くす
ることで湾曲する中心部の変位が小さくなること
はない。このため、発音体として利用する振動板
としては低周波特性の良好なものとなり、アクチ
エーターとしては変位の大きな圧電素子となり得
る。
FIG. 5a is a structural sectional view of a piezoelectric diaphragm having a bimorph structure obtained by laminating and sintering a piezoelectric ceramic green sheet and a pore-forming material. There are electrodes 51 on the top and bottom of the stack, and electrodes 51 inside.
Electrodes 52 are formed with the piezoelectric material 53 sandwiched between them, and there are holes 54 for separating the piezoelectric material 53 sandwiched between the electrodes 51 and 52.
This structure, as shown in FIG. 5b, involves making two green sheets 56 with electrode patterns 55 printed on both sides, placing a patterned pore-forming material 57 between them, stacking them, and sintering them. Get it. The pore-forming material 57 burns and gasifies during the firing process, forming cavities. For example, a photosensitive resin is exposed to light and a patterned film is bonded to a piezoelectric green sheet on which electrodes are formed. Reference may be made to Japanese Patent Application No. 60-243218 and Japanese Patent Application No. 60-243219. Also, make a paste of carbon powder and binder in the area corresponding to this hole pattern, and use this to print as a hole formation pattern with a screen printer, or pattern green sheets of carbon etc. and laminate them. You may do so. In the piezoelectric diaphragm with the bimorph structure obtained by lamination in this way, as in the above embodiment, the piezoelectric material in the portion sandwiched between the upper electrodes is not in direct contact with the other piezoelectric material due to the holes. First, for this reason, expansion and contraction in the plane direction that occurs when a voltage is applied to the piezoelectric material is not suppressed.
Further, since no electrode is formed on the joint surface between the upper and lower layers that form the bimorph, the piezoelectric material does not expand or contract at this portion, and no unreasonable stress is applied to this joint surface. In this case as well, as in the above embodiment, there is no difference in expansion and contraction in the surface direction when viewed in the thickness direction of the piezoelectric material, and the displacement of the curved center portion does not become smaller by making it thinner. Therefore, a diaphragm used as a sounding body has good low frequency characteristics, and a piezoelectric element with a large displacement can be used as an actuator.

なお、上記各実施例で示した構成以外であつて
も圧電材と貼り付け部材との間、又は圧電材とも
う一方の面の圧電材との貼り合わせ面との間に空
孔あるいは空間を設け、この空間の形成された部
分に圧電材を挟む電極が形成されていれば良く、
第6図a及び第6図bのような断面構造でも良
い。要は圧電材に電界を加えることで生じる伸縮
の部分が貼り付け部材や他の面に接しないように
空孔又は空間を設ければ上記実施例と同様な効果
が得られる。又、圧電材に形成する電極を第1図
から第4図の実施例では接合面と反対面には全面
電極を形成したが、この面の電極は全面でなくて
も良く、接合面と同じパターンとしても電界が加
わる個所を制限でき何んら特性に変化を与えな
い。
Note that even in configurations other than those shown in the above embodiments, holes or spaces may not be formed between the piezoelectric material and the bonding member, or between the piezoelectric material and the bonding surface of the piezoelectric material on the other side. It is sufficient that electrodes are formed to sandwich the piezoelectric material in the part where this space is formed.
A cross-sectional structure as shown in FIGS. 6a and 6b may also be used. In short, the same effects as in the above embodiments can be obtained by providing holes or spaces so that the expansion and contraction portions caused by applying an electric field to the piezoelectric material do not come into contact with the attachment member or other surfaces. Furthermore, in the embodiments shown in FIGS. 1 to 4, the electrodes formed on the piezoelectric material were formed on the entire surface of the surface opposite to the bonding surface. Even as a pattern, the locations to which the electric field is applied can be restricted and the characteristics do not change in any way.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明よれば、圧電材と貼
り付け部材あるいは圧電材ともう一方の面の圧電
材との間に空孔あるいは空間を形成し、空孔ある
いは空間が形成されている部分の圧電材に対向す
る電極を形成することにより、圧電材に電界を加
えることで生じる圧電材の面方向の伸縮が抑えら
れることはなく、圧電材の厚み方向で見た面方向
の伸縮に差は生じず、このため圧電材の厚みを薄
くしても湾曲する中心部の変位又は一方の端部を
支持したときのもう一方の端部の変位が小さくな
ることはない。又、伸縮する面は貼り付け部材や
他の部材と接していないため、この部分に不要な
応力は生じず高電界が加わつた場合にも接合面で
の破壊を生じることはない。
As explained above, according to the present invention, holes or spaces are formed between the piezoelectric material and the pasting member or between the piezoelectric material and the piezoelectric material on the other side, and the portion where the holes or spaces are formed is By forming electrodes facing the piezoelectric material, the expansion and contraction in the plane direction of the piezoelectric material that occurs when an electric field is applied to the piezoelectric material is not suppressed, and there is no difference in expansion and contraction in the plane direction when viewed in the thickness direction of the piezoelectric material. Therefore, even if the thickness of the piezoelectric material is reduced, the displacement of the curved central portion or the displacement of the other end when one end is supported will not become smaller. Furthermore, since the expanding and contracting surface is not in contact with the attachment member or other members, unnecessary stress is not generated in this portion, and even if a high electric field is applied, no breakage will occur at the bonded surface.

この結果、圧電材の厚さを薄くすることがで
き、この薄型化によつて振動板に柔軟性を持たせ
られ、例えば発音体として用いた場合には低周波
特性の優れたものとなる。さらに、アクチエータ
ーとして用いる場合にも薄くしても変位が小さく
なることがないため、低電圧での駆動が可能とな
る。
As a result, the thickness of the piezoelectric material can be reduced, and this thinning allows the diaphragm to have flexibility, resulting in excellent low frequency characteristics when used as a sounding body, for example. Furthermore, even when used as an actuator, the displacement does not decrease even if it is made thinner, so it is possible to drive at a low voltage.

このような振動板の応用としては発音体やアク
チエーターだけでなく、薄型にして低電圧駆動が
可能なため、圧電モーター、リレースイツチ、圧
電ポンプ、インクジエツトヘツドなどの振動板と
して多くの利用が期待できる。又、これら構造は
圧電材に電界を加えることによる変形や振動を利
用しているが、この反対に振動板に外部から圧力
や振動を与えることにより得る電子信号を利用し
たマイクロホン、圧力センサー、加速度センサー
などにも利用できる。
Applications of such diaphragms include not only sounding bodies and actuators, but because they are thin and can be driven at low voltage, they are often used as diaphragms for piezoelectric motors, relay switches, piezoelectric pumps, inkjet heads, etc. You can expect it. In addition, these structures utilize deformation and vibration caused by applying an electric field to the piezoelectric material, but on the other hand, there are microphones, pressure sensors, and acceleration sensors that utilize electronic signals obtained by applying external pressure and vibration to the diaphragm. It can also be used for sensors, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図a及び第1図bは本発明の一実施例を示
す構成図、第2図a、第2図b及び第2図cは同
実施例における圧電振動板の電界に対する変形状
態を示す図、第3図a、第3図b及び第3図cは
本発明の他の実施例を示す構成図、第4図a及び
第4図bは本発明のさらに他の実施例を示す構成
図、第5図a及び第5図bは本発明の別の実施例
を示す構成図、第6図a及び第6図bは本発明の
さらに別の実施例を示す構成図、第7図a及び第
7図bは従来のユニモルフ構造の圧電振動板の一
例を示す構成図、第8図a及び第8図bは従来の
バイモルフ構造の圧電振動板の一例を示す構成
図、第9図a及び第9図bは従来の圧電振動板の
特性を示す図である。 11……圧電材、12……電極、13……電
極、14……貼り付け部材、15……溝、16…
…接着層、21……圧電材、22……電極、23
……貼り付け部材、24……溝、25……接着
層、31……貼り付け部材、32……溝、33…
…電極、34……圧電材、41……電極、42…
…貼り付け部材、43……溝、44……圧電材、
45……支持部、51……電極、52……電極、
53……圧電材、54……空孔、55……電極パ
ターン、56……圧電体グリーンシート、57…
…空孔。
Figures 1a and 1b are block diagrams showing one embodiment of the present invention, and Figures 2a, 2b, and 2c show the deformation state of the piezoelectric diaphragm in response to an electric field in the same embodiment. 3a, 3b, and 3c are configuration diagrams showing other embodiments of the present invention, and FIGS. 4a and 4b are configuration diagrams showing still other embodiments of the present invention. 5a and 5b are block diagrams showing another embodiment of the present invention, FIGS. 6a and 6b are block diagrams showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 7a and 7b are block diagrams showing an example of a piezoelectric diaphragm with a conventional unimorph structure, FIGS. 8a and 8b are block diagrams showing an example of a piezoelectric diaphragm with a conventional bimorph structure, and FIG. 9a and 9b are diagrams showing the characteristics of a conventional piezoelectric diaphragm. DESCRIPTION OF SYMBOLS 11... Piezoelectric material, 12... Electrode, 13... Electrode, 14... Pasting member, 15... Groove, 16...
... Adhesive layer, 21 ... Piezoelectric material, 22 ... Electrode, 23
...Passing member, 24...Groove, 25...Adhesive layer, 31...Pastement member, 32...Groove, 33...
...Electrode, 34...Piezoelectric material, 41...Electrode, 42...
...Pasting member, 43...Groove, 44...Piezoelectric material,
45... Support part, 51... Electrode, 52... Electrode,
53... Piezoelectric material, 54... Hole, 55... Electrode pattern, 56... Piezoelectric green sheet, 57...
…Vacancy.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 対向する第1電極及び第2電極に挟まれた圧
電材と、前記圧電材を挟む前記第1電極及び前記
第2電極のいずれかに対応する位置に設けた部分
空間を有して前記圧電材と結合する部材とを備え
ることを特徴とする圧電振動板。 2 前記部材が対向する第1電極及び第2電極に
挟まれた圧電材及び貼り付け部材のいずれかであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
圧電振動板。 3 前記部分空間が前記貼り付け部材への溝形成
によつて設定されることを特徴とする特許請求の
範囲第2項記載の圧電振動板。 4 前記部分空間が空孔形成材と圧電セラミツク
グリーンシートとの積層によつて設定されること
を特徴とする特許請求の範囲第2項記載の圧電振
動板。
[Scope of Claims] 1. A piezoelectric material sandwiched between a first electrode and a second electrode facing each other, and a partial space provided at a position corresponding to either the first electrode or the second electrode sandwiching the piezoelectric material. A piezoelectric diaphragm comprising: a member having the following properties and coupled to the piezoelectric material. 2. The piezoelectric diaphragm according to claim 1, wherein the member is either a piezoelectric material sandwiched between opposing first and second electrodes or a bonding member. 3. The piezoelectric diaphragm according to claim 2, wherein the partial space is set by forming a groove in the attachment member. 4. The piezoelectric diaphragm according to claim 2, wherein the partial space is defined by laminating a hole-forming material and a piezoelectric ceramic green sheet.
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