CN101132651A - 压电式电声转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明能够提高内置于移动电话等电子设备中而作为声源来使用的压电式电声转换器的低频声压，并能够提高生产效率且能够稳定音响性能。该压电式电声转换器(10)具有机架(15)、压电振子(11)、板状且环状的支撑构件(14)，该压电振子(11)是在金属板(13)上接合压电元件(12A、12B)而构成的，该支撑构件(14)将该压电振子(11)的周边部支撑在该机架(15)上，并且，在上述支撑构件(14)上设置高度相当于上述金属板(13)的厚度的阶梯部(14C)，并在该阶梯部(14C)的内侧以填补的方式接合有上述金属板(13)。
Description
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
图1表示一般的压电式电声转换器的结构。在图中，1是将在压电陶瓷的两面形成电极而构成的压电元件2粘贴在由金属圆板构成的振动板3上而成的压电振子，将振动板3的外周部3A重叠接合在由板状且环状的树脂薄膜构成的支撑构件4的内周部，将该支撑构件4的外周部4B固定在机架5上，从而在机架5上以支撑构件4支撑压电振子1的周边部。当在压电元件2的电极间施加驱动电压时，压电元件2在直径方向发生位移，引起振动板3弯曲，从而压电振子1以支撑构件4的外周固定端为支点6而进行振动，从而发声。这种以往的压电式电声转换器已通过JP特开2001-339793号公报而众所周知。
然而，以往的压电式电声转换器存在这样的问题：在只是将振动板3的外周部3A与支撑构件4的内周部4A相重叠接合的情况下，压电振子1的驱动源即压电元件2与支点6之间会出现振动板3的厚度差，因该厚度差7而导致压电振子1的驱动力损失，使得低频声压下降。另外，在接合振动板3与支撑构件4时，难以确保位置精度，容易引起粘贴偏移，并且难以检测出粘贴偏移，因此在生产效率下降的同时，还会产生音响性能不稳定的问题。
发明内容
本发明是鉴于如上所述的以往压电式电声转换器的问题而做出的，其目的在于，以在作为压电振子的振动源的压电元件与支点之间不产生振动板的厚度差的方式，用支撑构件将压电振子的周边部支撑在机架上，从而能够提高压电式电声转换器的低频声压，并能够提高生产效率且能够稳定音响性能。
为了达成上述目的，本发明提供一种压电式电声转换器，具有机架、压电振子以及板状且环状的支撑构件，该压电振子是在金属板上接合压电元件而构成的，该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，在上述支撑构件上设置有高度相当于上述金属板的厚度的阶梯部，并在该阶梯部的内侧以填补的方式接合有上述金属板，因此，能够消除在作为压电振子的振动源的压电元件与支撑构件的外周固定端的支点之间所产生的金属板的厚度差，从而能够消除该金属板的厚度差所导致的压电振子的驱动力的损失，因此能够提高压电式电声转换器的低频声压。
另外，在对金属板与支撑构件进行接合时，能够将设置在支撑构件上的高度相当于金属板的厚度的阶梯部用于定位，所以易于确保位置精度，还可以防止粘合错位，并且易于检测出粘合错位，因此能够提高压电式电声转换器的生产效率且能够稳定音响性能。
附图说明
图1是表示以往的一般压电式电声转换器的结构的剖视图。
图2是表示本发明的一个实施方式的压电式电声转换器的结构的剖视图。
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-声压特性的曲线图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明的实施方进行说明。图2表示本发明的实施方式的压电式电声转换器的结构。如图2所示，本发明的实施方式的压电式电声转换器10由以下部件构成：机架15；压电振子11，其在薄圆板状的金属板13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12A、12B；环状的支撑构件14，其设在压电振子11与机架15之间，在机架15上支撑压电振子11的周边部。
金属板13的直径(压电振子11)比第一以及第二压电元件12A、12B的直径大。图2虽然表示相同直径(相同表面积)的第一以及第二压电元件12A、12B，但也可以使用不同直径的第一以及第二压电元件。
金属板13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12A是在薄圆板状的压电体12a的两面形成有薄膜状的电极12b、12c的元件。第二压电元件12B同样也是在薄圆板状的压电体12a的两面形成有薄膜状的电极12b、12c的元件。压电体12a例如优选使用厚度为数十μm的锆钛酸铅镧(PZT)类压电陶瓷。
电极12b、12c是，例如在压电体12a的两面，通过蒸镀法或溅射法所形成的厚度为数μm的金属薄膜电极。或者是，在压电体12a的两面，丝网印刷了含有银成分的膏状电极材料之后，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12A和金属板13是这样进行接合的：用粘合剂将第一压电元件12A的例如电极12c一侧的单面粘合在金属板13上，使得处于第一压电元件12的该单面一侧的电极12c与金属板13导通。第二压电元件12B和金属板13也以同样的方式进行接合：用粘合剂将第二压电元件12B的例如电极12c一侧的单面粘合在金属板13上，使得处于第二压电元件12B的该单面一侧的电极12c与金属板13导通。
如上所述，压电振子11这样形成：在薄圆板状的金属板13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12A、12B，从而构成为双压电晶片型。
在双压电晶片型的压电振子11中，第一引线18通过焊料19而机械的固定在第一压电元件12A的非接合侧的电极12b上，从而与电极12b电性连接，并且第二引线20通过焊料21而机械的固定在第二压电元件12B的非接合侧的电极12b上，从而与电极12b电性连接，第三引线22通过焊料23而机械的固定在金属板13的外周部13A的单面侧，从而与金属板13的外周部13A电性连接。
并且，在使第一引线18与第二引线20短路的状态下，如果在它们与第三引线22之间从外部电路施加驱动电压，即从外部电路对形成于第一压电元件12A的两面的电极12b、12c之间以及形成于第二压电元件12B的两面的电极12b、12c之间施加驱动电压，则第一以及第二压电元件12A、12B发生径向的位移，并因该位移而使金属板13发生挠曲，以使压电振子11以支撑构件14的外周固定端为支点16而振动，从而发出声音。
此外，通过对第一以及第二压电元件12A、12B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12A、12B在板厚方向被极化。另外，在对第一压电元件12A施加了与该极化方向相同方向的电场时，对第二压电元件12B施加与该极化方向相反方向的电场，使得第一压电元件12A的位移与第二压电元件12B的位移相抵消。
机架15由第一边框15A和第二边框15B构成，上述第一边框15A和第二边框15B从上下(表面背面)夹持后述的支撑构件14的外周部14A。由于它们结构相同，因此只对第一边框15A进行说明，省略第二边框15B的说明。第一边框15A例如为这样的装置：在板厚为数百μm的树脂板或金属板的中央部，以同心状开出圆形的贯通孔而形成为环状。第一边框15A的内径比压电振子11的外径(金属板13的直径)大，并且比后述的支撑构件14的外径小。第一边框15A的外形(尺寸)为，其一边的长度大致与后述的支撑构件14的外径相同。此外，第一边框15A和第二边框15B即机架15的外形虽然一般多为圆形，但也可以形成为方形或半圆柱体形。
支撑构件14由板状且环状树脂薄膜等构成。对于该支撑构件14的树脂，例如因为刚性优越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(PEI)树脂、聚酰亚胺(PI)树脂、聚酰胺(PA)树脂等的树脂薄膜。或者，可以使用双层结构的树脂薄膜，该双层结构的树脂薄膜是由两张该板状且环状的树脂薄膜粘合而成的。支撑构件14的内径比第一以及第二压电元件12A、12B的直径大，并且比金属板13的外径(压电振子11的外径)小。支撑构件14的外径的尺寸大致等同于机架15的一边的长度。
另外，在支撑构件14上，沿着金属板13的外形而设置有高度相当于金属板13的厚度的阶梯部14C，从而能够向该阶梯部14C的内侧填补金属板13。
要利用上述结构部件来组装本发明实施方式中的压电式电声转换器10，则需进行以下处理：向设置在支撑构件14且高度相当于金属板13的厚度的阶梯部14C的内侧，填补(嵌入)压电振子11的金属板13，使金属板13的外周部13A重合在支撑构件14的阶梯部14C的内侧的内周部14B上，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14的阶梯部14C和与其相对的金属板13的周端面13C连续的粘合，并且将支撑构件14的阶梯部14C的内侧的内周部14B的单面和与其相对的金属板13的外周部13A的单面连续的粘合，从而将支撑构件14以同心状安装在压电振子11的周围。在该安装状态下，由支撑构件14的阶梯部14C来抵消金属板13的板厚，使得金属板13的上表面与支撑构件14的阶梯部14C的外侧上表面大致处于同一平面内，在该状态下，金属板13与支撑构件14的阶梯部14C外侧部分以及支点16大致位于同一直线上。另外，在对金属板13与支撑构件14进行粘合时，能够将设置在支撑构件14上的阶梯部14C用于定位，所以易于确保位置精度，还能够防止粘合错位，并且易于检测出粘合错位，因此，能够提高本发明的实施方式的压电式电声转换器10的生产效率，而且能够稳定音响性能。此外，在金属板13的上表面和、与其大致在同一平面内的支撑构件14的阶梯部14C的外侧上表面的边界，也涂敷有相同的粘合剂。
另外，如上所述，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，使安装在压电振子11的周围的支撑构件14的外周部14A重合在下侧的第一边框15A上，从而将压电振子11隔着支撑构件14而以同心状安装在第一边框15A的内侧，然后，通过相同的粘合剂，将上侧的第二边框15B重合在支撑构件14的外周部14A上，从而将支撑构件14的外周部14A夹持在上下的第一边框15A与第二边框15B之间，以此状态而将其固定在机架15上，进而组装成本发明的实施方式的压电式电声转换器10的半成品，该半成品为：在上下表面敞开的机架15的内侧，隔着支撑构件14而可上下振动的支撑压电振子11。
进而，如上述那样组装了本发明的一个实施方式的压电式电声转换器10的半成品之后，通过焊料将第一引线18固定连接在第一压电元件12A的非接合侧的电极12b上，并且通过焊料将第二引线20固定连接在第二压电元件12B的非接合侧的电极12b上，然后通过焊料将第三引线22固定连接在金属板13的外周部13A上的处于支撑构件14的阶梯部14C内侧的单面上，由此，组装完本发明的实施方式的压电式电声转换器10。
对于本发明的实施方式的压电式电声转换器10的组装，除了上述以外还可以如下处理：将支撑构件14的外周部14A重叠粘合在下侧的第一边框15A的上，在将第二边框15B重叠粘合在支撑构件14的外周部14A上之前，或者在将第二边框15B重叠粘合在支撑构件14的外周部14A上之后，将压电振子11的金属板13填补支撑构件14的阶梯部14C的内侧，从而将金属板13的外周部13A重叠安装在支撑构件14的阶梯部14C内侧的内周部14B，进而组装成本发明的实施方式的压电式电声转换器10的半成品。此时，对于第一～第三引线18、20、22的焊接，可以在组装完本发明的实施方式的压电式电声转换器10的半成品之后进行。对于压电振子11的金属板13的外周部13A与支撑构件14的阶梯部14C内侧的内周部14B之间的接合，从要实现频率特性的宽带化的目的出发而使用了柔软的软质粘合剂，使得金属板13易于弯曲。对于支撑构件14的外周部14A相对于第一边框15A以及第二边框15B即机架15的固定，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11时该压电振子11与支撑构件14不会从机架15脱落，然而，为了在支撑构件14的外周部14A与机架15之间不产生导致漏声的间隙，可以使用软质粘合剂。对于第一～第三引线18、20、22的连接，除了焊料之外，可以使用融接或导电性粘合剂等接合手段。
本发明的实施方式的压电式电声转换器10由于在机架15的上下表面(表面被面)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11的第一压电元件12A侧以及第二压电元件12B侧都能够发声。机架15是第一边框15A与第二边框15B的双层结构，通过第一边框15A和第二边框15B而使机架15可靠的一体化，为了可靠维持该机架15，可以在机架15的外周部覆盖金属盖，使得第一边框15A与第二边框15B夹紧。虽然机架15的外形为圆形，但也可以为方形或半圆柱形。对于机架15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14的外周部14A，从而能够支撑压电振子11。另外，也可以使用环状的按压部件，将支撑构件14的外周部14A夹持在阶梯面之间。
本发明的实施方式的压电式电声转换器10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11的平面部，可以从正面方向发声，或者从侧面方向发声。另外，通过将第一～第三引线18、20、22分别与电路基板的规定的电极电性连接，从而可作为压电扬声器来使用。此外，优选在机架15的第一边框15A或第二边框15B上一体的设置一对端子，通过焊料将第一以及第二引线18、20固定连接在一方的金属端子上，通过焊料将剩下的第三引线22固定连接在另一方的端子上，通过这一对端子而将第一～第三引线18、20、22电性连接至电路基板的规定的电极上。
在上述的本发明的实施方式的压电式电声转换器10中，如果在形成于第一压电元件12A的两面的电极12b、12c间以及形成于第二压电元件12B的两面的电极12b、12c间，从外部电路施加驱动电压，则第一以及第二压电元件12A、12B在直径方向发生位移，因该位移而使金属板13弯曲，使得压电振子儿以支撑构件14的外周固定端为支点16而振动，但在此时，由于在支撑构件14上设置有高度相当于金属板13的厚度的阶梯部14C，在该阶梯部14C的内侧填补压电振子11的金属板13而进行接合，因此，能够消除以往的结构中的在压电振子11的驱动源即第一以及第二压电元件12A、12B与支撑构件14的外周固定端的支点16之间产生的金属板的厚度差(参照图1的附图标记7)，使得压电振子11的驱动源即第一以及第二压电元件12A、12B与支撑构件14的外周固定端的支点16大致位于同一直线上，压电振子11的驱动力易于集中在一点上，从而能够消除因金属板的厚度差而导致的压电振子11的驱动力的损失，因此能够提高压电式电声转换器10的低频声压。
图3是表示与上述的本发明的实施方式的压电式电声转换器10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-声压特性的图表，并且以实线表示前者，以虚线表示后者。
此外，比较例除了在支撑构件14上未设置高度相当于金属板13的厚度的阶梯部14C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12A的两面的电极12b、12c间以及形成于第二压电元件12B的两面的电极12b、12c间，施加数伏特的驱动电压，对于测定频率-声压特性的结果，由图3明确可知，在实施例中，在低至1KHz的频带，可实现高于比较例的声压级。
如上述可知，在本发明的实施方式的压电式电声转换器10中，由于在支撑构件14上设有高度相当于金属板13的厚度的阶梯部14C，在该阶梯部14C的内侧填补压电振子11的金属板13而进行接合，所以能够消除以往的结构中的在压电振子11的驱动源即第一以及第二压电元件12A、12B与支撑构件14的外周固定端的支点16之间产生的金属板的厚度差(参照图1的附图标记7)，从而能够消除因金属板的厚度差而导致的压电振子11的驱动力的损失，因此能够提高压电式电声转换器的低频声压。另外，在对金属板13与支撑构件14进行粘合时，能够将设置在支撑构件14上且高度相当于金属板13的厚度的阶梯部14C用于定位，所以易于确保位置精度，还能够防止粘合错位，并且易于检测出粘合错位，因此能够提高压电式电声转换器的生产效率，而且能够稳定音响性能。因此，能够提供低频声压和生产效率得以改善、且音响性能稳定的压电式电声转换器。
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只在金属板的单面接合压电元件而成的双压电晶片型的压电式电声转换器。
Claims (1)
1.一种压电式电声转换器，具有机架、压电振子以及板状且环状的支撑构件，该压电振子是在金属板上接合压电元件而构成的，该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，
在上述支撑构件上设置有高度相当于上述金属板的厚度的阶梯部，并在该阶梯部的内侧以填补的方式接合有上述金属板。
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