CN102792714A - 压电型励磁器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种可抑制共振频率与振动力的变动、且可防止压电元件的破损的压电型励磁器。本发明的压电型励磁器：包括板状基板(10)；保持部(30)，其保持基板(10)的一端部；压电元件(20)，其设置在基板(10)的单面或两面上；电极，其设置在压电元件(20)上；以及输入端子(50)，其将来自外部的电力供给至压电元件(20)。保持部(30)包含从保持部(30)的两侧部沿基板(10)的长度方向更延伸出特定长度的导引部(60)，该导引部(60)保持基板(10)的两侧端部(10c)。

Description

压电型励磁器

技术领域

本发明涉及一种适合用作面板扬声器(Panel Speaker)等声音/振动产生装置的压电型励磁器。

背景技术

以往，已知有如下压电型励磁器：在包含金属板的基板(也称为垫片(shim))的单面或两面上贴附压电元件而形成横梁(beam)，由树脂制的保持部(也称为柱脚(stub))保持该横梁，通过对压电元件供电而使横梁进行挠曲振动。该压电型励磁器是将其保持部固定在例如面板扬声器等设备上而使用。通过将横梁的振动经由保持部传递至设备而发出声音。

该压电型励磁器中，有以黏结剂等将压电元件紧密地贴附固定在基板的单面或两面上的压电型励磁器。从输入端子对压电元件的表面电极供电。

这种压电型励磁器中，提出有在压电元件的整个面上设置富有延展性的金属薄膜的压电型励磁器(例如，参照专利文献1)。该专利文献1的压电型励磁器中，在压电元件的表面电极因受到冲击等而断线的情况下，金属薄膜作为确保已断线的电极间的导通的旁通(bypass)电路发挥功能，对金属薄膜使用铜或铝等富有延展性的金属导电板。

专利文献1：日本专利特开2006-33005号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

然而，在以往的压电型励磁器中，当将压电元件贴附在基板上时，有时会在保持部端面与压电元件端部之间产生间隙(clearance)。而且，存在如下问题：如果存在间隙，则当横梁振动时保持部端面成为横梁的支点，因而会使支点附近的刚性降低而使共振频率或振动力显着下降。另外，存在如下问题：如果压电元件向基板的贴附位置有偏差，则会导致间隙存在偏差，支点附近的刚性也会变得不均，其结果会使共振频率、振动力产生不均。

另外，在专利文献1的压电型励磁器中，通过在压电元件的整个面上贴附富有延展性的金属薄膜，而即便在压电元件的电极产生破损的情况下也能使金属薄膜发挥电气性的旁通电路的功能，但存在无法防止由落下冲击等导致压电元件本身发生破损的问题。

因此，本发明是鉴于所述问题而完成的，其目的在于提供一种可抑制共振频率与振动力的变动、且可防止压电元件的破损的压电型励磁器。

[解决问题的技术手段]

为了解决所述课题，本发明的压电型励磁器包括：板状基板；保持部，其保持所述基板的一端部；压电元件，其设置在所述基板的单面或两面上；电极部，其设置在所述压电元件上；以及输入端子，其与该电极部连接且将来自外部的电力供给至所述压电元件；且包括导引部，其设置在所述保持部上，以从所述保持部的两侧部沿所述基板的长度方向更延伸出特定长度、且保持所述基板的两端部的方式形成。

根据本发明，以在保持部端面与导引部前端之间形成与导引长度相应的空间、且使压电元件端部位于该空间内的方式进行贴附，由此成为必然会在作为横梁的支点的导引部前端位置上贴附压电元件的状态。因此，导引部前端位置的刚性始终稳定，即便压电元件的贴附位置略微有偏差，也可抑制共振频率及振动力的变动。另外，通过由导引部保持基板的两端部，而使由保持部形成的基板的支点分为保持部端面与导引部的前端，由此使应力在保持部端面至导引前端部分之间的空间内分散。因此，由于机械振动在该空间内受到抑制，所以通过在此处设置终端连接部，而可防止接合部的破损。另外，可抑制在贴附于该范围内的压电元件产生裂痕，从而可防止压电元件产生破损。另外，因为在保持部上设置导引部，所以可扩大保持部的基板保持面积，由此可提高从横梁向保持部的振动传递特性。

此处，所述压电元件的固定端可固定在由所述基板的所述保持部与两侧的所述导引部所包围的范围内。另外，所述输入端子可连接至所述范围内。另外，可在所述压电元件的表面上设置金属薄膜，且所述输入端子可连接至所述金属薄膜的表面上。

另外，所述金属薄膜可固定在所述保持部上。另外，所述导引部可从所述保持部的表面及/或背面起向所述基板侧较低地形成。根据本发明的构成，可避免固定保持部的外部设备与导引部的接触，并且可提高导引部的刚性。例如，也可将导引部从保持部的表面及背面起向基板侧更低地形成，另外，也可将导引部形成为锥状。进而，所述导引部可一体成形于所述保持部。由此，可实现小型化。

[发明的效果]

根据本发明，能提供一种可抑制共振频率与振动力的变动、且可防止压电元件的破损的压电型励磁器。

附图说明

图1(a)是表示第1实施方式的压电型励磁器的平面图，(b)是侧视图，(c)是端视图。

图2是表示从斜上方观察压电型励磁器所得的立体图。

图3是表示从斜下方观察压电型励磁器所得的立体图。

图4(a)是图1(b)的A-A截面图，(b)是表示另一导引部的图式。

图5是压电型励磁器的分解立体图。

图6是表示本实施方式的基板的支点的图式。

图7是表示无导引部时的支点的截面图。

图8是表示无导引部时的裂痕产生状况的立体图。

图9(a)是表示有导引部时与无导引部时的间距与共振频率的关系的特性图，(b)是表示间距与振动力的关系的特性图，(c)是表示间距与在基板的保持部侧产生的应力的关系的特性图。

图10(a)是表示第2实施方式的压电型励磁器的平面图，(b)是侧视图，(c)是端视图。

图11是第2实施方式的压电型励磁器的分解立体图。

图12是表示以黏结剂将金属薄膜固定在保持部上的压电型励磁器的立体图。

图13(a)是表示第3实施方式的压电型励磁器的平面图，(b)是侧视图，(c)是端视图。

[符号的说明]

1        压电型励磁器

10       基板

10a      自由端(保持部的相反侧的端部)

10b      固定端(保持部侧的端部)

10c      侧部

11       第1端子

11a      前端露出部

12       第2端子

12a      前端露出部

20       压电元件

20a      自由端(保持部的相反侧的端部)

20b      固定端(保持部侧的端部)

25       横梁

30       保持部

30a      表面

30b      背面

30c      侧部

43       焊锡

50       销(输入端子)

60       导引部

60a      上表面

60b      下表面

61       凹部

80       压电型励磁器

100      压电型励磁器

101      金属薄膜

101a     自由端(保持部的相反侧的端部)

101b     固定端(保持部侧的端部)

102      横梁

具体实施方式

<第1实施方式>

以下，一面参照附图一面对本发明的第1实施方式进行详细说明。图1～图3表示第1实施方式的压电型励磁器1。该压电型励磁器1是包含1个横梁的单一型励磁器。图1～图3中的符号10是包含薄壁且为长方形的金属薄板的基板。该基板10也被称为垫片，且由不锈钢或铜合金等金属材料制成。在基板10的表背面上，通过导电气性的黏结剂等手段而贴附壁相对较薄且为长方形的压电元件20。在基板10的长度方向一端部，一体地形成有在长度方向上突出的长方形的第1端子11。该第1端子11是靠近基板10的宽度方向的一端而形成。

压电元件20将基板10的形成有第1端子11的一端侧的特定区域留出而大致覆盖该区域以外的部分的两面。在本实施方式中，压电元件20的宽度略小于基板10的宽度，且压电元件20的保持部30的相反侧的自由端20a配置在比基板10中的保持部30的相反侧的端部(以下，称为自由端)10a略靠内侧。将在基板10的两面贴附压电元件20者称为横梁。此外，本实施方式的横梁25是在基板10的两面贴附压电元件20的压电双晶片(bimorph)型。另外，仅在基板的单面贴附压电元件者被称为单体电晶片(monomorph)型，本发明也可应用在该单体电晶片型中。

基板10的未由压电元件20覆盖的一端侧的区域是留出第1端子11的前端而由保持部30覆盖。保持部30形成为薄长方体状，互相平行的表面30a及背面30b大致平坦，且也与横梁25的表背面平行。

此外，也可在保持部30的表面30a及背面30b上形成用以利用超声波焊接将保持部30彼此接合的焊接用凸部(能量导块(energy director))。该焊接用凸部发挥如下功能：当进行超声波焊接时，接触的树脂彼此因摩擦热而局部地熔融，从而使接合面彼此接合。保持部30的厚度是基板10的厚度数倍的程度，基板10的一端侧在埋设在保持部30的厚度方向的中央的状态下固定在该保持部30上。第1端子11贯穿保持部30，且前端从保持部30露出。

在保持部30内与第1端子11邻接而埋设有第2端子12。第2端子12是由与基板10相同的材料形成。第2端子12与基板10及第1端子11分开，通过位于这些部件之间的保持部30的壁而防止短路。供电用导线中的端部的芯线分别以焊锡(任一者均未图示)连接于这些第1端子11、第2端子12的前端露出部11a、12a的表面侧。

保持部30由树脂形成。在通过嵌入成形而成形保持部30的同时使基板10、第1端子11及第2端子12一体化。该情况下的嵌入成形是通过如下步骤而实现：以注入至模具内的熔融树脂对排列装入至模具内的基板10的第1端子11侧的端部与第2端子12进行铸模，并使该树脂固化。

由导通材料形成的销(输入端子)50连接于第2端子12。该销50是对具有弹性的金属捧进行弯折加工而成。该销50适当地进行弯折，而在未与导引部60接触的位置上延伸到设置在各压电元件20上的电极部为止，该销50的前端部以作为导通接合部件的焊锡(或导通黏结剂)43连接于压电元件20的电极部。

此外，压电元件20的电极部通过银浆等导电部件而形成在压电元件20的表背面的大致整个面上。另外，在保持部30的背面30b侧销50与第2端子12以焊锡连接。

如图2所示，在保持部30上设置有从保持部30两侧的侧部30c起更延伸出特定长度的导引部60、60。如图1所示，这些导引部60、60保持基板10中的保持部30侧的端部的两侧部10c、10c。两方的导引部60、60较佳为使从保持部30的延伸长度L相同。此外，导引部60、60的延伸长度L可适当地进行调整。

图4(a)是图1(b)的A-A截面图。如图4(a)所示，导引部60的截面形成为大致长方形，在导引部60的内表面具有朝向相反侧的导引部60凹陷的凹部61。该凹部61中嵌入有基板10的侧部10c。由此，当横梁25振动时，可抑制横梁25中的保持部30侧的部分的位移量。此外，图4(b)表示另一实施方式的导引部62。该导引部62、62的截面形成为大致L字状。这些导引部62、62是以互相朝向反方向配置，通过一方的导引部62可抑制横梁25的表面侧的位移量，通过另一方的导引部62可抑制横梁25的背面侧的位移量。在此情况下，也可发挥与所述内容相同的作用效果。

返回到图1(b)中，导引部60的上下表面60a、60b是形成为低于保持部30的表面30a、30b的阶梯状。压电型励磁器1是以将保持部30的表面30a、或背面30b紧密地固定在外部设备、例如液晶面板等的平面上，且使面板振动而发出声音的方式使用，通过设为这种构成，而可在导引部60、60伴随着横梁25的上下振动而在上下微小地位移时，避免导引部60、60与面板接触，所以可抑制由面板与导引部60、60的接触而导致产生异响等。进而，也可缩小压电型励磁器1向设备的设置空间，所以也有助于实现设备的小型化、薄型化。

另外，如图1(a)所示，压电元件20的保持部30侧的端部(以下，称为固定端)20b配置在由基板10的保持部30、两侧的导引部60、60及连结两侧的导引60、60的前端的直线T所包围的范围W内。进而，由焊锡43实现的销50的接合部也设置在范围W内。此外，在本实施方式中，因使销50的接合部进入范围W内，所以使导引部60从保持部30的延伸长度L相对较长，但当不存在这种接合部等时也可使延伸长度L更短。

图5是压电型励磁器的分解立体图。如图5所示，当制造该压电型励磁器1时，嵌入成形保持部30与基板10。其次，在基板10的表背面贴附压电元件20。此时，将压电元件20的端部20b侧(参照图1)插入至保持部30的导引部60、60间。由此，压电元件20的两侧部的位置由导引部60、60限制而提高压电元件20的贴附位置精度。

下面，对该压电型励磁器1的作用进行说明。图6是表示本实施方式的基板的支点的图式。本实施方式的压电型励磁器1中，交流电压的交流信号分别从第1端子11经过销50而流通至由保持部30保持的横梁25的基板10，另外，从第2端子12经过销50而流通至压电元件20。如果以此方式使交流信号流通，则压电元件20在长度方向上伸缩，而使横梁25整体挠曲并振动。横梁25以与所供给的交流信号相应的频率振动。该振动使固定有压电型励磁器1的设备的面板振动而发出声音。此外，压电励磁器1向设备的固定手段可较佳地采用黏结剂或双面胶带等。

图7是表示无导引部时的支点的截面图。图8是表示无导引部时的裂痕产生状况的立体图。如图7所示，在无导引部60、60的压电型励磁器80中，保持部30的支撑横梁25的支点仅为保持部30的端面S1的一个部位。在此情况下，当压电型励磁器80落下时，有可能应力会集中在保持部端面S1附近的压电元件20，如图8所示，在压电元件20的保持部端面S1的附近产生裂痕C。

相对于此，在本实施方式中，如图6所示，通过设置导引部60而使支撑横梁25的支点分散至保持部端面S1与导引部的前端位置S2。因此，可抑制由落下冲击导致在压电元件20的保持部端面S1的附近产生裂痕的情况，由此可抑制压电元件20产生破损。

另外，如图7所示，在以往的压电型励磁器80中，当将压电元件20贴附在基板10上时，在保持部端面S1与压电元件端部20b之间产生间隙(间距g)。如果该间隙较宽，则支点附近的刚性会降低而使共振频率或振动力显着下降。另外，如果压电元件20的贴附位置有偏差，则间隙会有偏差，支点附近的刚性也会变得不均，所以最终导致共振频率、振动力的不均。

在本实施方式中，因为导引部60、60具有特定的长度，所以在保持部端面S 1与导引部前端位置S2之间形成与导引部60的长度相应的空间(范围W)。通过以使压电元件端部20b位于该空间内的方式进行贴附，而成为压电元件20必然贴附在作为横梁的支点的导引部前端位置S2的状态。因此，导引部前端位置S2的刚性始终稳定，即便压电元件20的贴附位置略有偏差，也可将共振频率F0、振动力的变动抑制得较少(图9(a))。另外，通过导引部60使支点分为保持部端面S1与导引部前端位置S2，由此应力在空间内分散。因此，由于机械振动在该空间内受到抑制，所以通过在此处设置终端连接部而可防止接合部的破损。

如图9(a)～(c)所示，可知在有导引部60的情况下，与无导引部时相比各特性的不均降低而保持稳定。进而，如图9(c)所示，可知即便为相同的间距g，有导引部60时与无导引部60时相比，也会使产生在压电元件20的保持部端面S1与导引部前端位置S2之间的空间内的应力降低，通过设置导引部而使应力分散。

另外，在本实施方式中的压电励磁器1中，将导引部60、60一体地设置在保持部30。例如，相对于通过对基板10本身实施加工而与基板10一体地设置相当于导引部60的部件的情况，根据本实施方式，因为保持部30对基板10的保持面积扩大，所以与对基板10本身实施加工的情况相比，可提高从基板10向保持部30的振动传递特性。进而，在本实施方式中的压电励磁器1中，因为无需对基板10本身实施任何加工，所以可容易地确保基板10的平面度，最终可提高基板10与压电元件20的接合强度。

另外，在本实施方式中，在保持部30与基板10一体成形之后，在基板10上贴附压电元件20时，将压电元件20的端部插入至导引部60、60之间。由此，压电元件20的宽度方向的位置由导引部60、60自动地限制，因此能以非常简单的作业提高压电元件20的贴附位置精度。由此，可使横梁25的振动特性的不均降低而稳定。以往在贴附压电元件20时，存在如下问题：无限制压电元件20的贴附位置的手段而使贴附位置精度较差，或者即便有限制手段也会使作业变得繁琐等，但在该压电型励磁器1中，能以非常简单的作业提高压电元件20的贴附位置精度。

另外，在本实施方式的压电型励磁器1中，如果如上所述般将树脂制的保持部30与基板10一起嵌入成形，并在该嵌入成形之后将压电元件20贴附在基板10上而构成横梁25，则根据以下理由，该方法较佳。即，由于能以1次步骤进行保持部30的成形、及保持部30与基板10的一体化步骤，所以可提高生产率，并且可使基板10牢固地固定在保持部30上。另外，也具有可提高保持部30相对于基板10的定位精度的优势。

进而，当进行嵌入成形时，使树脂加热熔融，但因为在该时间点时未在基板10上贴附压电元件20，所以可不用考虑对压电元件20的热影响而进行嵌入成形。因此，无需将形成保持部30的树脂的种类限定为用于相对低温的树脂，而扩大树脂材料的选择自由度。例如可使用低价的树脂，随之可实现成本降低。另外，通过使用高流动性的材料成形为薄壁而可实现小型化、薄壁化。另外，在本实施方式中，仅通过在保持部30上设置具有凹部61的导引部60，而可使基板10及压电元件20为简单的形状。因此，适合于嵌入成形。

<第2实施方式>

图10～12表示第2实施方式的压电型励磁器100。该压电型励磁器100是在第1实施方式的压电型励磁器1中的压电元件20的表面贴附金属薄膜101而成。除此以外的构成与压电型励磁器1相同，所以省略其详细说明。

该压电型励磁器100是通过以例如黏结剂在压电元件20的整个表面上紧密地贴附金属薄膜101、101而设置。该金属薄膜101由具有特定值以上的剪切强度及刚性、在本实施方式中具有高于压电元件20的剪切强度及刚性的金属材料、例如镍铁合金、42％的Ni合金等形成。该金属薄膜101具有与基板10大致相同的宽度，金属薄膜101的保持部30的相反侧的自由端101a配置在比基板10的自由端10a略靠内侧(参照图10(b))。另外，金属薄膜101的保持部30侧的固定端101b是经由黏结剂103固定在保持部30的端面上。销50通过焊锡43而接合在金属薄膜101上。

当制造该压电型励磁器100时，如图11所示，嵌入成形保持部30与基板10，其次，在基板10的表背面上贴附压电元件20、20。继而，在表背的压电元件20的表面上紧密地贴附金属薄膜101。然后，以焊锡将销50接合在金属薄膜101上。

这样，由剪切强度及刚性高于压电元件20的金属材料形成金属薄膜101，且将该金属薄膜101紧密地贴附在压电元件20的整个表面上，由此可于由落下冲击等导致横梁102过大地振动时降低在压电元件20表面上产生的剪切应力，所以可抑制在压电元件20中产生裂痕的情况，由此可抑制压电元件20产生破损。另外，因为镍铁合金具有与压电元件20大致相同的线膨胀系数，所以通过由镍铁合金形成金属薄膜101而在对压电型励磁器1进行加热时金属薄膜101与压电元件20的延伸量大致相同。因此，压电元件20的热膨胀不受金属薄膜101限制，所以可抑制在压电元件20产生应力。

另外，因为销50以焊锡43接合在金属薄膜101上，而销50并非直接焊接在压电元件20的电极(银)上，所以可防止由在焊锡43与压电元件20的界面上产生的残留应力导致产生裂痕。另外，可抑制产生因焊锡43的热导致压电元件20的电极的银成分被焊锡43吸收而使银电极消失的现象(也称为蚀银)。

进而，在以往的压电型励磁器中，如果压电元件20置于高温、高湿环境下，则有可能产生如下现象(迁移(migration))，即设置在压电元件20表面的电极的银成分成长并侵入至压电元件20的内部，最终银成分贯穿压电元件20而使相反侧的电极短路(short)。该现象在电极的银成分暴露在空气中时容易产生。相对于此，本实施方式的压电型励磁器100中，因为压电元件20的电极由金属薄膜101覆盖而未暴露在空气中，所以可抑制迁移的产生。

此外，在本实施方式中，使金属薄膜101紧密地贴附在压电元件20的整个面上，但金属薄膜101可仅贴附在包含压电元件20的产生裂痕的部位的适当范围内。在此情况下，也具有可抑制由落下冲击等导致在压电元件20产生裂痕等的效果。

进而，在本实施方式中，如上所述般可通过金属薄膜101使压电元件20的刚性提高，所以即便在压电型励磁器100落下时，也可抑制由落下冲击导致在压电元件20产生裂痕的情况，由此可抑制压电元件20产生破损。

另外，因为将贴附在压电元件20上的金属薄膜101固定在保持部30上，所以可抑制由落下冲击导致压电元件20产生过大的变形。由此，可降低在压电元件20的表面上产生的应力而抑制压电元件20产生破损。进而，由于可防止藉由黏结剂等贴附在基板10的表背面上的压电元件20因落下冲击等从基板10剥离，所以可提高作为制品的可靠性。

另外，因为销50以焊锡43接合在金属薄膜101上，而销50并非直接焊接在压电元件20的电极(银)上，所以可抑制产生银扩散至作为焊锡43的主成分的锡中而最终导致零件侧的银电极消失的现象(也称为蚀银)。如图12所示，金属薄膜101使用黏结剂103固定在保持部103上。黏结剂103是将金属薄膜101固定在保持部103上的手段的一例。

<第3实施方式>

图13(a)是表示第3实施方式的压电型励磁器的平面图，(b)是侧视图，(c)是端视图。该压电型励磁器201是使第1实施方式的压电型励磁器的保持部上所设置的导引部为锥形者。如图13所示，在保持部230上一体形成有导引部260，导引部260具有朝向前端逐渐变细的锥形的形状。压电型励磁器201的振幅随着朝向前端而变大。因此，将导引部260设为锥状以便追随压电型励磁器201的振幅变化，通过使导引部260从保持部230的表面及背面起向基板10侧变低，而可避免与面板接触，并且可进一步提高导引部260的刚性。另外，因为导引部260一体成形于保持部230，所以可使压电型励磁器小型化及薄型化。

以上，对本发明的较佳实施方式进行了详细叙述，但本发明并不限定在所述实施方式中，可在本发明的主旨的范围内进行各种变形、变更。例如，在本实施方式中对将本发明应用于单一型励磁器的情况进行了说明，但本发明也可应用于重叠有2个单一型励磁器的层叠型励磁器中。

Claims (7)

1.一种压电型励磁器，其包括：

板状基板；

保持部，其保持所述基板的一端部；

压电元件，其设置在所述基板的单面或两面上；

电极，其设置在所述压电元件上；

输入端子，其与该电极连接且将来自外部的电力供给至所述压电元件；以及

导引部，其设置在所述保持部上，以从所述保持部的两侧部沿所述基板的长度方向更延伸出特定长度、且保持所述基板的两端部的方式形成。

2.根据权利要求1所述的压电型励磁器，其特征在于：

所述压电元件的固定端固定在由所述保持部与两侧的所述导引部所包围的范围内。

3.根据权利要求2所述的压电型励磁器，其特征在于：

所述输入端子连接至所述压电元件的所述范围内。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的压电型励磁器，其特征在于：

在所述压电元件的表面上设置金属薄膜，且所述输入端子连接至所述金属薄膜的表面上。

5.根据权利要求4所述的压电型励磁器，其特征在于：

所述金属薄膜固定在所述保持部上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的压电型励磁器，其特征在于：

所述导引部从所述保持部的表面及/或背面向所述基板侧较低地形成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的压电型励磁器，其特征在于：

所述导引部一体成形于所述保持部。

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