CN101111099A - 压电式电声转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压电式电声转换器(1)。为了不影响压电式电声转换器的大小、生产效率、成本等而提高其声压级和音质，该压电式电声转换器(1)具备：机架(20)；压电振子(10)，其在金属板(11)上接合压电元件(12、13)而构成；由PET树脂等树脂薄膜构成的环状的支撑构件(30)，其将该压电振子(10)的周边部支撑在上述机架(20)上，在该支撑构件(30)的表面成形网眼状凹凸或凹凸纹理，在维持支撑构件(30)的外形不变的情况下，对该支撑构件(30)赋予柔韧性，使得不妨碍压电振子(10)的大幅度的位移。

Description

压电式电声转换器
技术领域
本发明涉及一种内置于移动电话、PDA、PC、数码照相机等电子设备中而作为声源来使用的压电式电声转换器。
背景技术
在专利文献1(JP特开平9-271096号公报)、专利文献2(JP特开2001-339793号公报)中记载有这样的压电式电声转换器的发明：其具备机架、压电振子和支撑构件，该压电振子由压电元件接合在金属板上而成，该支撑构件在上述机架上支撑该压电振子的周边部；另外，在专利文献1中的[0020]段中记载有：通过PET、PBT等聚酯、聚酰亚胺以及氯乙烯或其他塑料等树脂的薄板来构成支撑构件；在专利文献2中的[0019]段中记载有：支撑构件为板状，并且为环状，例如由塑料、碳等成型品构成。并且，在专利文献3(JP特开2001-339791号公报)中记载有：为了不妨碍压电振子的大幅度位移，提高压电式电声转换器的声压级，而在支撑构件上设有向厚度方向弯曲的弯曲部。
在专利文献1、2所记载的发明中，由于对支撑构件使用比较硬的材料，所以存在妨碍压电振子的大幅度位移的问题，而该问题并不能通过将专利文献3所记载的技术应用到专利文献1、2所记载的发明中来解决。
本发明要解决的问题是：在专利文献3中，在支撑构件上设有向厚度方向弯曲的弯曲部，使得不妨碍压电振子的大幅度位移，但并不适用于如下情况：在尺寸上，在压电振子和机架之间没有形成大的弯曲部的余地。并且，从根本上来说，压电式电声转换器就是由于比动态型电声转换器的外形更小更薄，因此才能够作为小型电子设备的声源来使用，所以在尺寸上，在压电振子与机架之间并不存在可形成大的弯曲部的余地，并不能将专利文献3所记载的技术应用到专利文献1、2所记载的发明中，因此在以下的这种压电式电声转换器中，会妨碍压电振子的大幅度位移，导致声压级和音质下降，这种压电式电声转换器具备机架、压电振子和支撑构件，该压电振子由压电元件接合在金属板上而成，该支撑构件在上述机架上支撑该压电振子的周边部。另外，即使在压电振子与机架之间能够形成大的弯曲部，由于今后压电元件的大型化会受到限制，会导致以下这样的不良：无法力求增大压电元件而提高低频的声压级而提高音质，弯曲部在组装时或振动时容易塌陷(凹进等)而难以维持功能，成形麻烦并且难以降低成本等。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种压电式电声转换器，具有机架、压电振子以及环状支撑构件，其中，上述压电振子是在金属板上接合压电元件而构成的，上述环状支撑构件将该压电振子的周边部支撑在上述机架上，在该压电式电声转换器中，在上述支撑构件的表面成形有凹凸。从而在保持该支撑构件的外形不变的状态下，对该支撑构件添加柔韧性，使得不妨碍压电振子的大幅度位移，另外，在使用粘合剂将支撑构件与压电振子的金属板以及机架相接合时，可提高其接合强度，并且由于能够容易的成形该凹凸而不发生塌陷，因此能够无损于压电式电声转换器的尺寸、生产效率、成本等而提高其声压级和音质。
在本发明中，优选上述支撑构件由以下树脂薄膜构成，即，在表面成形了网眼状的凹凸的树脂薄膜、或在表面成形了凹凸纹理的树脂薄膜。树脂薄膜的材料是：例如优选刚性优越并且成形容易以及材料成本廉价的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚乙烯萘酚树脂(PEN)树脂、聚醚酰亚胺(PEL)树脂、聚酰亚胺(PI)树脂、聚酰胺(PA)树脂等。
另外，优选上述凹凸成形在支撑构件的单面或两面。
并且，优选上述压电振子是在金属板的单面或两面接合压电元件而构成的。
附图说明
图1A、图1B表示本发明的一个实施方式的压电式电声转换器，图1A是俯视图，图1B是剖视图。
图2是表示本发明的实施例的压电式电声转换器和与其相比较的比较例的频率-声压特性的曲线图。
图3是表示本发明的实施例的压电式电声转换器和与其相比较的比较例的频率-失真特性的曲线图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明的一个实施方式涉及的压电式电声转换器1进行说明。如图1A、1B所示，压电式电声转换器1由以下部件构成：机架20；压电振子10，其在薄圆板状的金属板11的两面(表面及背面)以同心状接合有薄圆板状的第一以及第二压电元件12、13；环状的支撑构件30，其设在压电振子10与机架20之间，支撑压电振子10的周边部。
金属板11的直径(压电振子10的直径)比第一以及第二压电元件12、13的直径大，在图1A、图1B中虽然表示了相同直径(相同表面积)的第一以及第二压电元件12、13，但也可以使用不同直径的第一以及第二压电元件12、13。
对于金属板11，例如优选使用厚度为数十μm的镍铁合金、黄铜、磷青铜等铜合金或不锈钢等的金属板。
第一压电元件12是在薄圆板状的压电体12a的两面形成薄膜状的电极12b、12c而成的元件。第二压电元件13也同样是在薄圆板状的压电体13a的两面形成薄膜状的电极13b、13c而成的元件。对于压电体12a、13a，例如优选使用锆钛酸铅镧(PZT)类的厚度为数十μm的压电陶瓷。
电极12b、12c、13b、13c例如这样形成：在压电体12a、13a的两面，通过蒸镀法或溅射法形成厚度为数μm的金属薄膜电极。或者在压电体12a、13a的两面，丝网印刷了含有银成分的膏状的电极材料之后，通过对其进行煅烧而形成厚度为数μm的电极。
第一压电元件12和金属板11这样进行接合：用粘合剂将第一压电元件12的例如电极12c一侧的单面粘合在金属板11上，从而使第一压电元件12的处于该单面侧的电极12c与金属板11导通。第二压电元件13和金属板11同样也这样进行接合：用粘合剂将第二压电元件13的例如电极13c一侧的单面粘合在金属板11上，从而使第二压电元件13的处于该单面侧的电极13c与金属板11导通。
如上所述，压电振子10的结构如下：其在薄圆板状的金属板11的两面，以同心状接合有薄圆板状的第一以及第二压电元件12、13，从而构成双压电晶片(bimorph)型。
在双压电晶片型的压电振子10上，第一引线14通过焊料14a而与第一压电元件12的非接合侧的电极12b相连接，并且第二引线15通过焊料15a而与第二压电元件13的非接合侧的电极13b相连接，第三引线16通过焊料16a而与金属板11的单面侧的外缘部相连接。
并且，在使第一引线14与第二引线15短路的状态下，在它们与第三引线16之间从外部电路施加驱动电压，即从外部电路对形成在第一压电元件12的两面的电极12b、12c间以及形成在第二压电元件13的两面的电极13b、13c间施加驱动电压，从而实现径向的位移，并通过该位移使金属板11发生挠曲，以使压电振子10产生上下振幅，从而发出声音。
此外，通过施加预先规定的高电压而进行电极化处理，使得第一以及第二压电元件12、13在板厚方向极化。另外，在对第一压电元件12施加了与该极化方向相同方向的电场时，对第二压电元件13施加与该极化方向相反方向的电场，使得第一压电元件12的位移与第二压电元件13的位移相抵消。
机架20由第一边框21和第二边框22构成，上述第一边框21和第二边框22从上下(表面及背面)夹持后述的支撑构件30的外缘部。由于它们的结构相同，因此只对第一边框21进行说明，省略第二边框22的说明。第一边框21例如为这样的装置：在板厚为数百μm的大致正方形的树脂板或金属板的中央部，以同心状开出圆形的贯通孔。第一边框21的内径大于压电振子10的外径，而其内径比压电振子10的外径(金属板11的直径)大，并且比后述的支撑构件30的内径大。第一边框21的外形(尺寸)为，其一边的长度大致与后述的支撑构件30的外径相同。此外，第一边框21和第二边框22即机架20的外形也可以形成为圆形。
支撑构件30由环状的树脂薄膜等构成。对于该支撑构件30，例如因为刚性优越并且成形容易以及材料成本廉价，因此优选使用厚度为数十μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚乙烯萘酚树脂(PEN)树脂、聚醚酰亚胺(PEL)树脂、聚酰亚胺(PI)树脂、聚酰胺(PA)树脂等的环状薄膜。或者，可以使用两张该环状树脂薄膜粘合而成的双层结构的环状树脂薄膜。支撑构件30的内径比第一以及第二压电元件12、13的直径大，并且比金属板(压电振子10)的外径大。支撑构件30的外径的尺寸大致等同于机架20的一边的长度。
这里，在支撑构件30的表面形成有凹凸，该凹凸用于对该支撑构件30赋予柔韧性，使得不妨碍压电振子10的大幅度位移。该凹凸可以这样形成：例如将树脂薄膜放置在布料上，并放置热敏环，然后从上面进行加热，使得布料的网眼转印到树脂薄膜的表面，从而成形网眼状的凹凸(参照图1A的(a))。或者，通过实施纹理加工，在树脂薄膜的表面成形凹凸纹理(参照图1A的(b))。将在表面成形了这些网眼状的凹凸或凹凸纹理的树脂薄膜冲压加工成环状，从而制造支撑构件30。凹凸既可只形成在支撑构件30的单面，也可以形成在两面。
要以上述的结构构件来组装压电式电声转换器1，需进行以下步骤：(1)例如通过JIS(Japanese Industrial Standards：日本工业标准)A硬度为40以下的橡胶类弹性粘合剂等，将支撑构件30的内缘部，以其单面侧与在金属板11的单面侧的外缘部相粘合而接合，从而将支撑构件30以同心状安装在压电振子10的周围。(2)例如通过JIS A硬度为10以下的橡胶类弹性粘合剂、丙烯酸类粘合剂等，将支撑构件30的外缘部，以与上述(1)相反一侧的单面侧，来与第一边框21的上表面相粘合而接合，从而将压电振子10隔着支撑构件30而以同心状安装在第一边框21的内侧。(3)通过与上述(2)相同的粘合剂，将第二边框22的下表面与支撑构件30的外缘部的与上述(2)相反的一侧的单面侧相粘合而接合，从而第一边框21与第二边框22以从上下夹持支撑构件30的外缘部的状态而上下重合为一体，从而由第一边框21与第二边框22构成机架20。这样一来，组装成压电式电声转换器的半成品，该半成品为：在上下表面敞开的机架20的内侧，隔着支撑构件30而可振动的收纳保持有压电振子10。(4)对于压电式电声转换器的半成品，通过焊料14a将第一引线14与第一压电元件12的非接合侧的电极12b相连接，并且通过焊料15a将第二引线15与第二压电元件13的非接合侧的电极13b相连接，进而通过焊料16a将第三引线16连接在金属板11的与上述(1)相反一侧的外缘部。由此，组装成压电式电声转换器1。
对于压电式电声转换器1的组装，除了上述以外还可以如下处理：将支撑构件30的外缘部与第一边框21的上表面相接合，将该支撑构件30的内缘部与金属板11的外缘部相接合，然后进行上述(3)的处理，或者，也可以将支撑构件30的外缘部与第一边框21的上表面相接合，并将第二边框22的下表面与该支撑构件30的外缘部相接合，从而构成机架20，然后通过进行上述(1)的处理，组装成压电式电声转换器的半成品。对于各引线14、15、16的焊接，可以在组装完压电式电声转换器的半成品之后进行。对于金属板11即压电振子10与支撑构件30的接合，以力求频率特性的广域化为目的而使用柔软的软质粘合剂，从而使得压电振子10易于翘曲。对于机架20的第一边框21以及第二边框22和支撑构件30的接合，使用粘合力强而耐久性优越的硬质粘合剂，使得在驱动压电振子10时该压电振子10与支撑构件30不会从机架20脱落，即振动系统不会从机架20脱落，然而，为了在振动系统与机架20之间不产生导致漏声的间隙，可以使用软质粘合剂。对于各引线14、15、16的连接，除了焊料14a、15a、16a之外，还可以使用融接或导电性粘合剂等接合手段。
压电式电声转换器1由于在机架20的上下表面(表面及背面)形成圆形的开口部，因此从哪个面都可以发声。即，从压电振子10的第一压电元件12侧以及第二压电元件13侧都能够发声。机架20是第一边框21与第二边框22构成的双层结构，通过第一边框21和第二边框22而使机架20可靠的一体化，为了可靠维持该机架20，可以在机架20的外缘部覆盖金属盖，使得第一边框21与第二边框22夹紧。虽然机架20的外形成形为大致以正方形为代表的矩形，但也可以成形为以圆形为代表的圆滑形状。对于机架20也可以使用单层结构框架。此时，通过在框架的内壁面设置阶梯面，在该阶梯面接合支撑构件30的外缘部，从而能够保持压电振子10。另外，也可以使用环状的按压部件，与第一边框21和第二边框22同样的以阶梯面来夹持支撑构件30的外缘部。
压电式电声转换器1例如安装在移动电话的壳体所设的声孔的内侧，相对于压电振子10的平面部，可以从正面方向发声，或者从侧面方向发声。另外，通过将各引线14、15、16的末端分别焊接在基板的规定焊盘处，从而可作为压电扬声器来使用。
图2是表示与上述压电式电声转换器1相同结构的本发明的实施例的压电式电声转换器(以下称为“实施例”)、与以往的压电式电声转换器(以下称为“比较例”)的频率-声压特性的例子的图表，以实线表示实施例，以虚线表示比较例。
比较例除了使用未在表面成形凹凸的支撑构件30以外，其他结构与实施例相同。
并且，分别针对实施例与比较例，将其设置在规定位置，而且将麦克风设置在距离声源10cm处，然后在形成于第一压电元件12的两面的电极12b、12c间以及形成于第二压电元件13的两面的电极13b、13c间，施加10伏特的驱动电压，对于测定频率-声压特性的结果，由图2明确可知，在实施例中，在1.5～2KHz的频带，可实现高于比较例的声压级。
图3是表示上述实施例与比较例的频率-失真特性的图表，以实线表示实施例，以虚线表示比较例。由该图3明确可知，在实施例中，在1.5KHz以上的频带，可实现低于比较例的失真系数。
由上述可知，压电式电声转换器1在上述支撑构件30的表面成形凹凸，该压电式电声转换器1具备：机架20；压电振子10，其在金属板11上接合有压电元件12、13；环状的支撑构件30，其在上述机架20上支撑该压电振子10的周边部。
上述支撑构件30的表面的凹凸用于，在保持该支撑构件30的外形不变的状态下，对该支撑构件30添加柔韧性，使得不妨碍压电振子10的大幅度的位移。另外，在使用粘合剂将支撑构件30与压电振子10的金属板11以及机架20相接合时，可提高其接合强度。并且能够容易的成形该凹凸，而不发生塌陷。上述支撑构件30的表面的凹凸的成形范围，既可以是成形在整个该支撑构件30的表面，也可以只成形在除了上述机架20所夹的支撑构件30的外缘部之外的部分。
上述支撑构件30可以由在表面成形了网眼状的凹凸的树脂薄膜、氨基甲酸酯薄膜、或在表面成形了凹凸纹理的以下树脂薄膜构成，这些树脂薄膜是：例如刚性优越并且成形容易以及材料成本廉价的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚乙烯萘酚树脂(PEN)树脂、聚醚酰亚胺(PEL)树脂、聚酰亚胺(PI)树脂、聚酰胺(PA)树脂等的树脂薄膜。
因此，能够无损于压电式电声转换器的尺寸、生产效率、成本等，而提高其声压级和音质。
如上述，本实施方式只是表示本发明的一个合适的实施方式，本发明并不仅限于此，而可以在不脱离其精神的范围内实施各种变形。例如本发明可以适用于这种双压电晶片型的压电式电声转换器：隔着支撑构件而将双压电晶片型的压电振子保持在机架上，该双压电晶片型的压电振子通过只在金属板的单面侧接合压电元件而形成。

Claims (5)

1.一种压电式电声转换器，具有机架、压电振子以及环状支撑构件，其中，上述压电振子是在金属板上接合压电元件而构成的，上述环状支撑构件将该压电振子的周边部支撑在上述机架上，其特征在于，
在上述支撑构件的表面成形有凹凸。
2.如权利要求1所述的压电式电声转换器，其特征在于，
上述支撑构件由在表面成形有网眼状凹凸的树脂薄膜构成。
3.如权利要求1所述的压电式电声转换器，其特征在于，
上述支撑构件由在表面成形有凹凸纹理的树脂薄膜构成。
4.如权利要求1所述的压电式电声转换器，其特征在于，
上述凹凸成形在上述支撑构件的单面或两面。
5.如权利要求1所述的压电式电声转换器，其特征在于，
上述压电振子是在金属板的单面或两面接合压电元件而构成的。
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