CN105122839A - 声音产生器及具备其的声音产生装置、电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明要解决的课题为提供一种在特定的频率下声压急剧变化得到抑制、声压特性平坦化从而能够传递高质量的声音信息的声音产生器及具备其的声音产生装置、便携终端、电子设备。本发明的声音产生器具备：双压电晶片型的压电元件(7)，其层叠有多个内部电极(2)以及多个压电体层(3)，并具有第1主面和相反侧的第2主面；和振动板(9)，其与压电元件(7)的第2主面接合，压电元件(7)具有第1主面侧的区域(7a)和第2主面侧的区域(7b)，在压电元件(7)的构成第1主面侧的区域(7a)的压电体层(3)和构成第2主面侧的区域(7b)的压电体层(3)中，相对介电常数以及密度之中的至少一者不同。
Description
技术领域
本发明涉及声音产生器及具备其的声音产生装置、电子设备。
背景技术
已知层叠有多个内部电极层和压电体层的压电元件。压电元件被利用于面板扬声器等声音产生器的振动源，为了获得声压高的声音产生器，已知的是利用双压电晶片型压电元件(例如参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-95094号公报
发明内容
发明要解决的课题
当前，在声音产生器、具备其的声音产生装置以及电子设备中，被要求更良好的音质。
本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够使音质得到提升的声音产生器以及具备其的声音产生装置、电子设备。
用于解决课题的手段
本发明的声音产生器的特征在于，具备：双压电晶片型的压电元件，其层叠有多个内部电极以及多个压电体层，并具有第1主面和与该第1主面相反的一侧的第2主面；和振动板，其与该压电元件的所述第2主面接合，所述压电元件具有第1主面侧的区域和第2主面侧的区域，在所述压电元件的构成所述第1主面侧的区域的压电体层和构成所述第2主面侧的区域的压电体层中，相对介电常数以及密度之中的至少一者不同。
此外，本发明的声音产生装置的特征在于，具备：上述构成的声音产生器、和收纳声音产生器的箱体。
此外，本发明的电子设备的特征在于，具备：上述构成的声音产生器、与声音产生器连接的电子电路、和收纳电子电路以及声音产生器的箱体，并具有使声音从声音产生器产生的功能。
发明效果
根据本发明的声音产生器，在第1主面侧的区域和第2主面侧的区域中，振幅、振动模式、谐振频率等振动特性产生差异，从而能够设为声压特性平坦化的高质量的音质。
此外，根据本发明的声音产生装置，由于具备高音质的声音产生器，因此成为高音质的声音产生装置。
此外，根据本发明的电子设备，由于具备高音质的声音产生器或者声音产生装置，因此成为高音质的电子设备。
附图说明
图1是表示本发明的声音产生器的实施方式的一例的示意性立体图。
图2(a)是图1的A-A线截面图，图2(b)是图1的B-B线截面图。
图3是表示本发明的声音产生器的实施方式的另一例的示意性立体图。
图4是表示本发明的声音产生装置的实施方式的一例的框图。
图5是表示本发明的电子设备的实施方式的一例的框图。
图6是表示本发明的电子设备的实施方式的一例的示意性立体图。
图7是图6的A-A线截面图。
图8是图6的B-B线截面图。
图9(a)是表示本发明的实施方式所涉及的声音产生器的频率-声压特性的一例的曲线图，图9(b)是表示现有的声音产生器的频率-声压特性的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细地说明声音产生器、声音产生装置以及电子设备的实施方式的一例。此外，并非通过以下所示的实施方式来限定本发明。
图1是表示本实施方式的声音产生器的一例的示意性立体图。图2(a)以及图2(b)分别是表示图1的A-A截面以及B-B截面的示意性截面图，针对图1，尤其关于压电元件而在声音产生器的厚度方向(图1中的Z方向)上进行了放大表示。
图1、图2(a)以及图2(b)所示的本实施方式的声音产生器1具备：双压电晶片型的压电元件7，其层叠有内部电极2和压电体层3，并具有第1主面和与第1主面相反的一侧的第2主面；以及振动板9，其与该压电元件7的第2主面接合。
另外，双压电晶片型的压电元件7具有第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b，在该第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b中，后述的多个压电体层3的极化方向被配置为对称，在被驱动时，向与第1主面以及第2主面平行的方向伸缩的状态相反。通常，第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的交界位于层叠方向(厚度方向)的中央，但根据后述的多个内部电极2的电极图案也能够辨别第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的交界。在此，第1主面是指层叠方向上的一个端面，为图2中的上侧的面，第2主面是指层叠方向上的另一个端面，为图2中的下侧的面。
双压电晶片型的压电元件7具有：层叠体4，其层叠有多个内部电极2以及多个压电体层3；多个表面电极5，被设置在该层叠体4的第1主面；和多个侧面电极6，电连接多个内部电极2和多个表面电极5。
构成层叠体4的多个内部电极2，与多个压电体层3交替层叠并从上下方向夹持压电体层3，且向被夹在它们之间的压电体层3施加驱动电压。具体而言，多个内部电极2包含：每隔一层而设置的第1内部电极2a；配置在压电元件7的第1主面侧的区域7a、按照与第1内部电极2a对置的方式每隔一层而设置的第2内部电极2b；和配置在压电元件7的第2主面侧的区域7b、按照与第1内部电极2a对置的方式每隔一层而设置的第3内部电极2c。例如，第1内部电极2a成为接地极，第2内部电极2b以及第3内部电极2c例如成为正极或者负极。作为这些电极的材料，例如能够采用以与形成压电体层3的压电陶瓷的反应性低的银、银-钯合金为主成分的导体、或者包含铜、铂等的导体，也可以使它们含有陶瓷成分、玻璃成分。
构成层叠体4的多个压电体层3由具有压电特性的陶瓷来形成，作为这种陶瓷，例如能够采用由锆钛酸铅(PbZrO3-PbTiO3)构成的钙钛矿型氧化物、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)等。为了以低电压来驱动，优选压电体层3的一层的厚度例如设定为0.01～0.1mm程度。此外，为了获得大的弯曲振动，优选具有200pm/V以上的压电常数d31。
此外，多个表面电极5包含：第1表面电极5a，其与第1内部电极2a电连接；第2表面电极5b，其与第2内部电极2b电连接；和第3表面电极5c，其与第3内部电极2c电连接。该多个表面电极5被设置在层叠体4的至少第1主面。在图1以及图2所示的示例中，第1表面电极5a被设置在层叠体4的两个主面，第2表面电极5b以及第3表面电极5c仅被设置在层叠体4的第1主面。由于将第1表面电极5a设置在两个主面，因此由内部电极2和第1表面电极5a来夹持层叠体4的最外的压电体层3，从而能够向最外的压电体层3施加驱动电压以便有助于压电元件7的振动。第2表面电极5b以及第3表面电极5c也可以设置在层叠体4的两个主面，但若如图1以及图2所示的示例那样第2表面电极5b以及第3表面电极5c仅设置在层叠体4的第1主面，则易于判别后述的相对介电常数的差异。另外，作为表面电极5的材料，能够采用银、使银含有以二氧化硅为主成分的玻璃等所成的银化合物、镍等。
此外，多个侧面电极6被设置在层叠体4的至少一个侧面，包含：第1侧面电极6a，其电连接第1内部电极2a以及第1表面电极5a；第2侧面电极6b，其电连接第2内部电极2b以及第2表面电极5b；以及第3侧面电极6c，其电连接第3内部电极2c以及第3表面电极5c。在图1以及图2所示的示例中，第1侧面电极6a被设置在对置的一对侧面的一个侧面，第2侧面电极6b以及第3侧面电极6c被设置在与一个侧面对置的另一个侧面。通过将第1侧面电极6a和第2侧面电极6b以及第3侧面电极6c设置在不同的侧面，使与它们连接的第1内部电极2a和第2内部电极2b以及第3内部电极2c之间的绝缘性可靠。另外，也可以将三个侧面电极6分别设置在不同的侧面。作为侧面电极6的材料，能够采用与表面电极5同样的、银、使银含有以二氧化硅为主成分的玻璃等所成的银化合物、镍等。
另外，关于表面电极5和内部电极2的电连接，也可代替本例那样的侧面电极6而通过贯通压电体层3的贯通导体来连接。
如上述，在第1主面侧的区域7a中，第1内部电极2a和第2内部电极2b将压电体层3夹在中间来对置，在第2主面侧的区域7b中，第1内部电极2a和第3内部电极2c将压电体层3夹在中间来对置。此外，层叠体4的第1主面侧的最外的压电体层3被第2内部电极2b和与第1内部电极2a连接的第1表面电极5a夹持，层叠体4的第2主面侧的最外的压电体层3被第3内部电极2c和与第1内部电极2a连接的第1表面电极5a夹持。
并且，在第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b中，压电体层3的极化方向不同。例如，如图2(a)、(b)所示，在第1主面侧的区域7a中，由压电体层3内所示的箭头方向所表示的极化方向从第1内部电极2a朝向对置的第2内部电极2b，在层叠体4的第1主面侧的最外的压电体层3中，从与第1内部电极2a连接的第1表面电极5a朝向第2内部电极2b。此外，在第2主面侧的区域7b中，从第3内部电极2c朝向对置的第1内部电极2a，在层叠体4的第2主面侧的最外的压电体层3中，从第3内部电极2c朝向与对置的第1内部电极2a连接的第1表面电极5a。
如此，在压电元件7中的第1主面侧的区域7a(上侧)和第2主面侧的区域7b(下侧)之中极化方向不同而被构成为对称，成为所谓的双压电晶片型的压电元件7。在双压电晶片型的压电元件7中，若施加交流电场，则在第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b中压电体层3的因电场所引起的伸缩的方向相反，第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b成为一体的压电体层3，在第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b中进行振动相位相反且在厚度方向上具有振幅的弯曲振动。能够通过后述的极化操作来进行压电体层3的极化方向的调整。
另外，双压电晶片型的压电元件7的形状并不特别限制，除了图1所示的示例那样的矩形状等多边形状以外，也可以为圆形状、椭圆形状。
在这种压电元件7的第2主面接合振动板9，从而成为本实施方式的声音产生器1。对压电元件7和振动板9进行接合的接合材料8能够采用树脂系粘接剂、将粘弹性体成型为片状的材料、将基材层和由粘弹性体构成的层进行了层叠的构成的材料等，作为这些材料可利用丙烯酸系、环氧系等的粘接剂、橡胶系、丙烯酸系、硅酮系、氨基甲酸乙酯系等的粘结剂。此外，作为基材层可利用醋酸泡沫材料、丙烯酸泡沫材料、玻璃纸、聚乙烯泡沫材料、纸、无纺布。
此外，振动板9由弹性体构成，作为这些材料能够适当采用黄铜、磷青铜、不锈钢等金属、玻璃、丙烯酸系、聚碳酸酯系等树脂、聚乙烯、聚酰亚胺等树脂薄膜。振动板9的形状并不特别限制，除了图1所示的示例那样的矩形板状等多边形板状的形状之外，也可以为圆形板状、椭圆形板状的形状。
此外，与振动板9接合的压电元件7的数目也可以为多个。在此情况下，多个压电元件7的各自的形状、振动特性等可以不同。
另外，将来自外部的交流电场施加给压电元件7的布线部件、以及对布线部件和压电元件7进行电连接并固定的布线接合材料虽然未图示，但作为布线部件能够适当采用在软铜线上镀锡后的引线、挠性布线基板等，此外作为布线接合材料能够适当采用由锡、铜、银等的合金构成的焊料、对银等具有导电性的金属粒子和树脂进行了混合而成的导电性接合材料等。
在本实施方式的声音产生器1中，在双压电晶片型的压电元件7的构成第1主面侧的区域7a的压电体层3和构成第2主面侧的区域7b的压电体层3中，相对介电常数以及密度之中的至少一者不同。通过采用这种压电元件7，从而第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的压电特性产生差异，在第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b中振幅、振动模式、谐振频率等振动特性产生差异。因而，会产生除了要用作声音信息的主振动(弯曲振动的基本振动、其整数倍的高次振动)以外的高次谐波、分谐波的振动、或者根据不同的振动模式而产生的不同的频率的振动等的寄生振动。并且，由于该寄生振动将产生压电元件7的固有振动的阻尼、分割。根据该效果，在频率-声压特性中，特定的频率下的声压的急剧变化得到抑制，声压特性平坦化，因此能够获得良好的音质。
另外，第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的压电体层3的相对介电常数例如能够按照如下的方法来计算。
第1主面侧的区域7a的压电体层的相对介电常数ε1能够利用ε1＝(C1·T1)/(S1·εo)来计算。C1为第1主面侧的区域7a的静电电容，T1为第1主面侧的区域7a的压电体层3的厚度的平均值，S1为第1主面侧的区域7a中的压电体层3被电极夹持的部分的面积，εo为真空的介电常数，εo＝8.854×10-12F/m。
关于第1主面侧的区域7a的静电电容C1，将与阻抗/增益相位分析仪等静电电容测量装置连接的两个探测器端子的一个端子与第1表面电极5a接触、将另一个端子与第2表面电极5b接触来测量即可。
第1主面侧的区域7a中的压电体层3被电极夹持的部分的面积S1能够通过如下方法来计算，即，在长度方向以及宽度方向上剪切压电元件7，利用显微镜等计测装置分别测量第1主面侧的区域7a中的第1内部电极2a和第2内部电极2b在压电元件7的厚度方向上重叠的区域、以及第2内部电极2b和第1表面电极5a重叠的区域的长度方向尺寸和宽度方向尺寸，由此来计算。第1主面侧的区域7a中的压电体层3的厚度的平均值T1，同样能够利用显微镜等计测装置对第1主面侧的区域7a的压电体层3的各层的厚度进行测量来计算平均值。
关于第2主面侧的区域7b的压电体层3的相对介电常数ε2也同样能够利用ε2＝(C2·T2)/(S2·εo)来计算。关于第2主面侧的区域7b的静电电容C2，将探测器端子的一个端子与第1表面电极5a接触、将另一端子与第3表面电极5c接触来测量即可。此外，第2主面侧的区域7b中的压电体层3被电极夹持的部分的面积S2、第2主面侧的区域7b中的压电体层3的平均厚度T2只要利用与S1、T1同样的方法来测量即可。
另一方面，第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的密度例如能够按照如下方法来测量。
首先，在第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的交界，利用切割机等对双压电晶片型的压电元件7进行切断。在此，第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的交界为压电体层3的极化方向成对称的交界，是分别呈现不同的伸缩运动的区域和区域的交界，如本例那样在第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b中内部电极的图案不同的情况下，能够根据该图案来预测压电体层3的极化的状态，能够决定第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的交界。另外，在第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b之间存在对伸缩不产生贡献的层的情况下，只要在与该对伸缩不产生贡献的层的交界进行切断即可。
然后，利用阿基米德法来测量第1主面侧的区域7a的密度。具体而言，利用电子天平对第1主面侧的区域7a的质量W1进行测量之后，在作为溶媒而加入了水的容器中测量在水中的质量W2。在进行W2测量时，同时也测量水温T，根据换算表来求出水温T下的水的密度ρw，利用这些测量值并根据以下的式子能求出第1主面侧的区域7a的压电元件的密度ρ1。
ρ1＝W1/(W1-W2)×ρw
另外，第2主面侧的区域7b的密度也利用同样的方法来求出即可。
在此，在构成第1主面侧的区域7a的压电体层和构成第2主面侧的区域7b的压电体层中相对介电常数不同的情况下，更优选构成第2主面侧的区域7b的压电体层的相对介电常数小于构成第1主面侧的区域7a的压电体层的相对介电常数。在此情况下，压电体层的相对介电常数小的第2主面侧的区域7b与振动板9接合而以机械方式受到约束，从而第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的压电特性的差异变得更大，更易于产生寄生振动，故此更易于产生压电元件7的固有振动的阻尼、分割。根据该效果，在将压电元件7与振动板9接合的声音产生器1中，在频率-声压特性中，特定的频率下的声压的急剧变化进一步得到抑制，声压特性进一步平坦化，因此能够获得更良好的音质。此外，与第1主面相比而第2主面向与该主面平行的面内方向的伸缩小，因此能够减小对接合压电元件7和振动板9的接合材料8的负荷，能够使耐久性得到提升。
另外，在以第2主面侧的区域7b的压电体层3的相对介电常数为基准时，第1主面侧的区域7a的压电体层3的相对介电常数优选为102％～150％。在小于102％的情况下，第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的压电特性的差异小，压电元件7的固有振动的阻尼、分割的程度变小，因此在频率-声压特性中具有抑制特定的频率下的声压的急剧变化的效果变小的趋势。此外，若超过150％，则寄生振动变大，在频率-声压特性中将产生其他的频率下的声压的急剧变化，难以获得想要的效果。
例如，若在第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b中使压电体层3的厚度不同、或者使内部电极2以及第1表面电极5a的面积不同，则根据形状效应而弯曲的基本振动的谐振频率会变动，因此有时与寄生振动的频率的位置关系发生变动，难以获得声压的平坦化效果，或者因弯曲的基本振动的谐振频率变大，因此尤其是200Hz～1kHz的低频侧的声压会下降。
相对于此，相对介电常数与构成压电体层的压电常数的介电常数等效，若相对介电常数小则压电常数也变小，因此即便使压电体层3的相对介电常数不同，压电元件7的基本振动的谐振频率也不会变动，第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的压电振动特性的差异变大，能获得声压特性更平坦化的良好音质，并且声压的下降也得到抑制。
此外，在构成第2主面侧的区域7b的压电体层3的相对介电常数小于构成第1主面侧的区域7a的压电体层3的相对介电常数的情况下，进一步优选在第2主面侧的区域7b中位于第2主面侧的压电体层3的相对介电常数小于位于第1主面侧的压电体层3的相对介电常数。换言之，优选接近第2主面的位置的压电体层的相对介电常数小于远离第2主面的位置的压电体层的相对介电常数。例如，在第2主面侧的区域7b的压电体层3有多层的情况下，在第2主面侧的区域7b的压电体层3中，优选相对介电常数从远离振动板9的压电体层朝向接近振动板9的压电体层而变小。
在第2主面侧的区域7b中也是压电体层3的相对介电常数在第1主面侧和第2主面侧不同，即在第2主面侧的区域7b中压电体层3的相对介电常数在压电元件7的厚度方向上不同，从而更易于产生寄生振动，因此更易于产生压电元件7的固有振动的阻尼、分割。并且，在将压电元件7与振动板9接合的声音产生器1中，在频率-声压特性中，特定的频率下的声压的急剧变化进一步得到抑制，声压特性更平坦化，因此能够获得更良好的音质。
另外，为了测量压电体层3的每一层的相对介电常数，例如采用如下方法即可。首先，在内部电极2和第1表面电极5a的全部重叠的区域中，在长度方向以及宽度方向上对压电元件7切取任意尺寸的样本。使针状的探测器针脚与在被切取的样本的侧面所露出的、夹持要测量的压电体层3的内部电极2接触，来测量压电体层的静电电容C3。此外，利用显微镜等计测装置来测量内部电极2的长度和宽度，并计算夹持要测量的压电体层3的内部电极2的面积S3。然后，利用同样的方法对测量出静电电容的压电体层3的厚度T3进行测量，根据这些测量值，能够与上述同样地根据ε3＝(C3·T3)/(S3·εo)的式子来求出设为对象的压电体层3的相对介电常数。利用该方法，也能够判别相对介电常数从远离振动板9的压电体层朝向接近振动板9的压电体层而变小。
接下来，在构成第1主面侧的区域7a的压电体层和构成第2主面侧的区域7b的压电体层中密度不同的情况下，更优选第2主面侧的区域7b的密度小于第1主面侧的区域7a的密度。在此情况下，密度小的第2主面侧的区域7b被振动板9以机械方式进行约束，因此第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的压电振动特性的差异变得更大，更易产生寄生振动，因此更易产生压电元件7的固有振动的阻尼、分割。根据该效果，在将压电元件7与振动板9接合的声音产生器1中，在频率-声压特性中，特定的频率下的声压的急剧变化进一步得到抑制，声压特性更平坦化，因此能够获得更良好的音质。
另外，作为密度的差异，例如在以第2主面侧的区域7b的密度为基准(100％)时，第1主面侧的区域7a的密度优选为100.3％～102.5％。在小于100.3％的情况下，第1主面侧的区域7a和另一主面侧的区域7b的压电振动特性的差异小，压电元件7的固有振动的阻尼、分割的程度变小，因此在频率-声压特性中具有抑制特定的频率下的声压的急剧变化的效果变小的趋势。另一方面，若超过102.5％，则寄生振动变大，在频率-声压特性中将产生其他的频率下的声压的急剧变化，具有难以获得想要的效果的趋势。
并且，在第2主面侧的区域7b的多个压电体层3的密度小于第1主面侧的区域7a的多个压电体层3的密度的情况下，进一步优选在第2主面侧的区域7b中位于第2主面侧的压电体层3的密度小于位于第1主面侧的压电体层3的密度。换言之，优选接近第2主面的位置的压电体层的密度小于远离第2主面的位置的密度。进而，优选密度从远离振动板9的压电体层朝向接近振动板9的压电体层而逐渐变小。在第2主面侧的区域7b中也是密度在第1主面侧和第2主面侧不同，即在第2主面侧的区域7b中密度在压电元件7的厚度方向上不同，从而更易于产生寄生振动，因此更易于产生压电元件7的固有振动的阻尼、分割。因此，在将压电元件7与振动板9接合的声音产生器1中，在频率-声压特性中特定的频率下的声压的急剧变化进一步得到抑制，声压特性更平坦化，因此能够获得更良好的音质。
另外，为了测量压电体层3的每一层的密度，按照各层来进行上述的密度的测量方法即可，根据该方法也能够判别密度从远离振动板9的压电体层3朝向接近振动板9的压电体层3而变小。
此外，除了在构成第1主面侧的区域7a的压电体层3和构成第2主面侧的区域7b的压电体层3中密度不同之外，相对介电常数也可以不同。
此外，本实施方式的声音产生器也可以在振动板9的外周部设有框体11。例如，如图3所示，在振动板9的接合有压电元件7的主面的外周部接合框体11，从而能获得声音产生器110。通过设置框体11而振动板9被支承，向电子设备的箱体等的固定也变得容易。此外，在具有这种构成的声音产生器110中，为了确保振动空间，能够增大振动板9的振动振幅，其结果，在频率-声压特性中，既能确保在特定的频率下声压急剧变化得到抑制的良好音质又能提升声压。
作为框体11，能够适当采用不锈钢等金属、玻璃、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂等刚性以及弹性大的材料来形成。
框体11经由接合材料12而向振动板9的主面接合。接合材料12能够采用树脂系粘接剂、将粘弹性体成型为片状的材料、将基材层和由粘弹性体构成的层进行了层叠的构成的材料等，作为这些材料可利用丙烯酸系、环氧系等的粘接剂、橡胶系、丙烯酸系、硅酮系、氨基甲酸乙酯系等的粘结剂。此外，作为基材层可利用醋酸泡沫材料、丙烯酸泡沫材料、玻璃纸、聚乙烯泡沫材料、纸、无纺布。
如图3所示的示例，若在振动板9的接合有压电元件7的主面上接合框体11，则尤其在使框体11和接合材料12合在一起的厚度大于压电元件7的厚度的情况下，能够通过框体11来保护压电元件7。
此外，在此情况下，也可以设置树脂层以覆盖框体11内的振动板9的主面、或者框体11内的振动板9的主面以及压电元件7。由于树脂层与压电元件7以及振动板9一起振动，因此可获得树脂层所带来的阻尼效果，音质进一步提升，并且压电元件7的保护效果进一步提升。
树脂层例如优选利用丙烯酸系树脂而形成为杨氏模量例如成为1MPa～1GPa的范围。该树脂层不一定设置成直至覆盖压电元件7的表面，但通过设置成直至覆盖压电元件7的表面，并在树脂层中埋设压电元件7，从而能够引发适当的阻尼效果，因此能够抑制谐振现象，而将声压的频率特性中的峰值、谷值抑制为较小。
另外，框体11也可以设置在振动板9的两个主面，此外也可以在框体11的敞开面即不接合振动板9的面上设置由板状的部件构成的盖体。
在振动板9的主面接合有双压电晶片型的压电元件7的声音产生器1、110，例如能够在将振动板9的另一主面经由接合材料而向电子设备的箱体等固定的状态、向设于电子设备的箱体等的支承部机械固定振动板9或者经由接合材料来固定振动板9的状态、或者将具备小箱体的声音产生装置组装到电子设备的箱体内的状态下，作为电子设备的声音产生源来使用。
接下来，对本实施方式的声音产生器1、110的制造方法进行说明。
首先，制作成为压电体层3的陶瓷生片。具体而言，混合压电陶瓷的预烧粉末、由丙烯酸系、丁缩醛系等的有机高分子构成的粘合剂、和增塑剂来制作陶瓷浆料。然后，通过利用刮刀法、压辊法等条带成型法，利用该陶瓷浆料来制作陶瓷生片。作为压电陶瓷，只要具有压电特性即可，例如能够采用由锆钛酸铅(PbZrO3-PbTiO3)构成的钙钛矿型氧化物等。此外，作为增塑剂，能够采用邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)等。
接着，在陶瓷生片上，例如通过丝网印刷等印刷法将成为内部电极2的导电性膏涂覆成内部电极2的图案形状。导电性膏通过在银-钯的金属粉末中添加混合粘合剂以及增塑剂来制作。将印刷有该导电性膏的陶瓷生片层叠多片来制作陶瓷生片层叠体。以给定的温度对陶瓷生片层叠体进行加热来进行脱粘合剂处理之后，在以氧化铝、氧化锆、氧化镁等为主成分的烧成钵中，以900℃～1200℃的温度进行烧成，由此来制作层叠有多个压电体层3和多个内部电极2的烧结体即层叠体4。层叠体4例如也可以利用平面磨削盘等实施磨削处理等而调整为给定的形状。
在层叠体4的主面以及侧面，例如通过丝网印刷等印刷法，以表面电极5以及侧面电极6的图案形状来印刷成为表面电极5以及侧面电极6的导电性膏并使之干燥之后，以650～750℃的温度来进行煅烧处理，形成表面电极5以及侧面电极6。成为表面电极5以及侧面电极6的导电性膏是在混合了以银为主成分的导电性粒子和玻璃的材料中加入粘合剂、增塑剂以及溶剂而制作出的含银玻璃的导电性膏。
另外，关于表面电极5和内部电极2的电连接，也可取代侧面电极6而通过贯通压电体层3的贯通导体来连接。在此情况下，例如在印刷成为表面电极5以及侧面电极6的导电性膏之前，通过基于模具的冲孔加工、基于激光加工的开孔加工而在陶瓷生片中形成贯通孔，并通过印刷法而将成为贯通导体的导电性膏填充于该贯通孔即可。关于成为贯通导体的导电性膏，利用对与成为表面电极5以及侧面电极6的导电性膏相同的导电性膏调整粘合剂、溶剂的量而调整了粘度后的导电性膏即可。
通过对压电元件7实施极化处理来赋予压电活性，从而成为通过电压的施加而弯曲振动的振动产生体。在极化处理中利用直流电源装置，例如将第1表面电极5a与接地极连接，将第2表面电极5b与正极连接，将第3表面电极5c与负极连接，在15℃～35℃的气氛温度下作为施加时间而施加几秒例如2kV/mm～3kV/mm的电位差即可。根据压电材料的性质来适当选定电压、气氛温度、施加时间。
在此，在第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b中，为使压电体层3的相对介电常数以及密度之中的至少一者不同，而准备相对介电常数以及密度之中的至少一者不同的压电层用原料，利用该原料来成型陶瓷生片，将成为第1主面侧的区域7a的片材和成为第2主面侧的区域7b的片材层叠即可。
此外，除了上述方法以外，还能够采用以下的方法。在上述烧成时利用了例如以氧化铝、氧化锆、氧化镁等为主成分的烧成承烧板(setter)，但例如通过调整烧成承烧板的铅含有量，从而能够调整烧成结束之后的层叠体4的压电体层3的铅组成比，调整压电元件7的第1主面侧7a的相对介电常数、密度、和第2主面侧7b的相对介电常数、密度。
具体而言，在烧成承烧板涂覆上述压电陶瓷的预烧粉末，在900℃～1300℃下进行预烧成。在压电体层3的厚度薄的情况或层叠体4的层叠数少的情况下，将上述预烧成温度设得较高、使烧成承烧板的铅含有量变多，并且在压电体层3的厚度厚的情况或层叠体4的层叠数多的情况下，将上述预烧成温度设得较低、使烧成承烧板的铅含有量变少，由此，能够从远离烧成承烧板的一侧朝向靠近烧成承烧板的一侧而将压电体层3的铅组成大体上调整成从预备组成变为比预备组成少的组成，其结果，能够使相对介电常数、密度从远离烧成承烧板的一侧朝向接近烧成承烧板的一侧逐渐减小。因而，能够以所期望的值来调整压电元件7的第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的相对介电常数、密度，此外，第2主面侧的区域7b的压电体层3的相对介电常数、密度小于第1主面侧的区域7a的压电体层3的相对介电常数、密度，并且，在第2主面侧的区域7b的压电体层3中，能够将相对介电常数、密度调整得从远离振动板9的压电体层朝向接近振动板9的压电体层而变小。
进而，无需规定烧成承烧板的使用次数和上述预烧成的频度，例如无需在每一次烧成时利用上述烧成钵，而是在1000℃～1300℃的大气中对烧成承烧板进行热处理，在使所含有的铅放出之后，实施上述方法的预烧成，从而能够将烧成承烧板的铅含有量控制为固定量，能够稳定地获得所期望的相对介电常数、密度。
根据该制造方法，能够在将双压电晶片型的压电元件7的第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的内部电极2的面积、压电体层3的厚度以及内部电极2和压电体层3的层叠数分别设为大致相同的状态下，将压电元件7的第1主面侧的区域7a和第2主面侧的区域7b的相对介电常数、密度调整为所期望的值，此外，能够使第2主面侧的区域7b的压电体层3的相对介电常数、密度小于第1主面侧的区域7a的压电体层3的相对介电常数、密度，并且，在第2主面侧的区域7b的压电体层3中，能够将相对介电常数、密度调整为从远离振动板9的压电体层朝向接近振动板9的压电体层而变小。因此，无需准备厚度不同的多种生片、为了改变内部电极2的面积而准备多种印刷制版，能够利用处理容易的厚度的生片，因此生产率变高。
然后，在压电元件7的第2主面，利用接合材料8来接合固定振动板9，从而成为声音产生器1。作为接合材料8，例如在采用嫌气性树脂粘接剂的情况下，能够利用丝网印刷等手法在振动板9的给定位置涂覆形成嫌气性粘接剂用膏。然后，在使压电元件7抵接的状态下施加压力，并使嫌气性粘接剂用膏固化，由此将压电元件7接合固定于振动板9。另外，嫌气性粘接剂用膏也可以涂覆形成在压电元件7侧。作为其他的接合材料8，例如能够采用加热固化型的环氧系粘接剂等粘接剂。
然后，在压电元件7上连接用于施加电压的布线部件。作为布线部件，例如能够采用挠性布线基板，例如使用导电性粘接剂而与压电元件7进行连接固定(接合)。首先，利用丝网印刷等手法在压电元件7的给定位置涂覆形成导电性粘接剂用膏。然后，在使挠性布线基板抵接的状态下使导电性粘接剂用膏固化，由此将挠性布线基板连接固定于压电元件7。另外，导电性粘接剂用膏也可以涂覆形成在挠性布线基板侧。布线部件向压电元件7的连接既可以在压电元件7和振动板9的接合前，也可以在接合后。
在振动板9的主面的外周部接合框体11的情况下，经由接合材料12来接合采用例如不锈钢等金属、玻璃、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂等材料被加工成所期望的形状的框体11。进而，在设置树脂层以覆盖双压电晶片型压电元件7的情况下，在接合了框体11之后涂覆树脂即可。
通过以上制法可获得本实施方式的声音产生器1、110。
接下来，说明本发明的声音产生装置的实施方式的一例。
声音产生装置10是所谓的扬声器这样的发声装置，如图4所示，具备：声音产生器1、110、和收纳声音产生器1、110的箱体30。另外，箱体30的一部分也可以成为构成声音产生器1的振动板，所谓箱体30收纳声音产生器1、110是指也包含了收纳声音产生器1、110的一部分(压电元件7)的状态。
箱体30使声音产生器1、110所发出的声音在内部内共鸣，并且从形成于箱体30的未图示的开口向外部放出声音。该箱体30例如能够采用铝、镁合金等金属、聚碳酸酯等树脂、木材等各种材料来形成。通过具有这种箱体30，从而能够提高例如低频带中的声压。另外，也可以将框体11和上述的板状部件(盖体)一体形成后的部件作为箱体30。利用箱体30来构成共鸣空间，从而能够提升声压。
根据本发明的声音产生装置10，能够实现高音质且高声压的声音产生装置。
下面，利用图5来说明搭载有声音产生器1、110(或者声音产生装置10)的电子设备的一例。图5是表示实施方式所涉及的电子设备50的构成的图。另外，在图5中示出电子设备50为便携终端的情况下的示例，仅示出说明所需要的构成要素，省略关于一般性构成要素的记载。
如图5所示，本例的电子设备50具备声音产生器1、110(或者声音产生装置10)、与声音产生器1、110(或者声音产生装置10)连接的电子电路60、收纳电子电路60以及声音产生器1、110(或者声音产生装置10)的箱体70，并具有使声音从声音产生器1、110(或者声音产生装置10)产生的功能。另外，作为本发明的电子设备50，意味着不仅包含将声音产生器1、110直接收纳于箱体70的电子设备，还包含将收纳有声音产生器1的声音产生装置10(由声音产生器1和箱体构成的装置)收纳于箱体70的电子设备。此外，箱体70的一部分也可以成为构成声音产生器1、110的振动板。
电子设备50具备电子电路60。作为电子电路60，例如能例示对使显示器显示的图像信息、由便携终端传递的声音信息进行处理的电路、通信电路等。既可以为这些电路的至少一个，也可以包含所有电路。此外，也可以为具有其他功能的电路。进而，也可以具有多个电子电路。另外，电子电路和压电元件7利用未图示的连接用布线来连接。
图示的电子电路60例如由控制器60a、收发部60b、按键输入部60c和话筒输入部60d构成。电子电路60与声音产生器1、110连接，具有向声音产生器1、110输出声音信号的功能。声音产生器1、110基于从电子电路60输入的声音信号来产生声音。
此外，电子设备50具备显示部50a、天线50b和声音产生器1、110。此外，电子设备50具备收纳这些各器件的箱体70。另外，在图5中，表现出在一个箱体70中收纳了以控制器60a为首的各器件的全部器件的状态，但并不限定各器件的收纳形态。在本实施方式中，至少电子电路60和声音产生器1、110收纳在一个箱体70中即可。
控制器60a为电子设备50的控制部。收发部60b基于控制器60a的控制，经由天线50b来进行数据的收发等。按键输入部60c为电子设备50的输入器件，受理操作者所进行的按键输入操作。按键输入部60c既可以为按钮状的按键，也可以为与显示部50成一体的触摸面板。话筒输入部60d同样为电子设备50的输入器件，受理操作者所进行的声音输入操作等。显示部50a为电子设备50的显示输出器件，基于控制器60a的控制来进行显示信息的输出，相当于后述的图6～图8中的显示器14。另外，显示器为具有显示图像信息的功能的显示装置，例如能够适当采用液晶显示器以及有机EL显示器等已知显示器。
并且，声音产生器1、110(或者声音产生装置10)作为电子设备50中的声音输出器件来动作。另外，声音产生器1、110(或者声音产生装置10)与电子电路60的控制器60a连接，接受由控制器60a控制的电压的施加来发出声音。
进而，利用图6～图8来说明电子设备50为便携终端的情况下的形态。具有双压电晶片型的压电元件7、电子电路(未图示)、箱体70和显示器14。在该示例中，箱体70由箱体主体70a和盖罩70b来构成。经由元件接合材料15而将压电元件7的另一主面与箱体70接合，从而将箱体70的一部分即盖罩70b作为振动板9而构成了本发明的声音产生器。另外，图6是示意性地表示本发明的电子设备的简要立体图，图7是以图6所示的A-A线截断的简要截面图，图8是以图6所示的B-B线截断的简要截面图。
在此，优选利用可变形的接合部件来接合压电元件7和箱体13。即，在图7以及图8中，元件接合材料15为可变形的接合部件。以可变形的元件接合材料15来接合压电元件7和箱体70，由此在从压电元件7传递振动时，可变形的元件接合材料15比箱体70发生的变形更大。此时，能够通过可变形的元件接合材料15来缓和从箱体70反射的相反相位的振动，因此压电元件7能够在不受到周围振动的影响的情况下向箱体70传递强振动。
其中，元件接合材料15的至少一部分由粘弹性体构成，由此能够向箱体70传递来自压电元件7的强振动，另一方面，元件接合材料15能够吸收从箱体70反射的弱振动，在这点上优选。例如，能够采用在由无纺布等构成的基材的双面附着有粘结剂的双面胶带、包含有弹性的粘接剂的构成的接合部件，作为它们的厚度能够利用例如10μm～2000μm的部件。
并且，在本例中，压电元件7安装在成为显示器14的盖罩70b的箱体70的一部分，该箱体70的一部分即盖罩70b作为振动板9来发挥功能。在此，显示器14的盖罩70b(振动板9)也可以具有如触摸面板那样的输入装置。此外，除了箱体70的一部分成为显示器的盖罩而在其内侧配置有显示器的结构之外，箱体70的一部分也可以成为显示器，显示器也可以具有如触摸面板那样的输入装置。进而，压电元件7也可以经由元件接合材料15与显示器接合，从而使显示器整体、显示器的一部分作为振动板9来发挥功能。
箱体70具有：一个面开口的箱状的箱体主体70a、和堵塞箱体主体70a的开口的盖罩70b。该箱体70(箱体主体70a以及盖罩70b)能够适当采用刚性以及弹性模量大的合成树脂等材料来形成。
也是振动板9的盖罩70b的周缘部经由箱体接合材料70而以可振动的方式安装于箱体主体70a。箱体接合材料16以比盖罩70b更柔软而更易于变形的材料来形成，与盖罩70b相比，杨氏模量、刚性模量、体积弹性模量等弹性模量、刚性小。即，箱体接合材料16可变形，在施加相同力时比盖罩70b发生的变形更大。
箱体接合材料16既可以为单一的部件，也可以为由几个部件构成的复合体。作为这种箱体接合材料16，例如能够适当采用在由无纺布等构成的基材的双面附着有粘结剂的双面胶带等。箱体接合材料16的厚度被设定为不会过厚而振动被衰减的程度，例如被设定为0.1mm～0.6mm。其中，在便携终端中，对于箱体接合材料16的材质并无限定，箱体接合材料16可以比也是振动板9的盖罩70b更硬而更难以变形的材料来形成。此外，根据情形也可以为不具有箱体接合材料16的构成。
这种电子设备50利用了在频率-声压特性中特定的频率下声压急剧变化得到抑制的声音产生器1、110，因此能够传递声压特性平坦化的高质量的声音信息。
另外，作为电子设备50，说明了具有经由天线等来进行数据收发等的通信单元的便携终端，但也可不管电子设备50的类别如何而应用于具有发出声音的功能的各种民用设备。例如薄型电视机、汽车音响设备自不必说，也可以用于具有发出声音的功能的产品，可列举扫除机、洗衣机、冰箱、微波炉等各种产品。
实施例
下面，说明本发明的声音产生器的具体例。
双压电晶片型的压电元件设为长度为23.5mm、宽度为3.3mm、厚度为0.9mm的长条板状。此外，压电元件设为交替层叠有厚度为30μm的压电体层和内部电极的构造，压电体层的总数设为28层。压电体层以由Nb等置换了Zr的一部分的锆钛酸铅来形成，内部电极采用银钯的合金。
首先，将印刷有由银钯构成的导电性膏的陶瓷生片进行层叠之后，进行加压而使其密接，并剪切为给定的尺寸而制作了成型体。然后，在涂覆上述压电体层的制作中使用的预烧粉末并以1100℃进行预烧成而调整了铅含有量之后的烧成承烧板上排列成型体，在给定的温度下进行脱脂之后，以1000℃进行烧成来获得层叠烧结体。
在该层叠烧结体的表面和侧面印刷由银构成的导电性膏并进行干燥之后，以700℃进行烧成，从而形成了表面电极和侧面电极。然后，经由表面电极而在各个内部电极间于室温下施加2kV/mm的电位差的电压，实施极化处理，从而制作了双压电晶片型压电元件。
通过阻抗/增益相位分析仪，在频率1kHz下测量了该压电元件的第1主面侧的区域(在上述烧成中远离烧成承烧板的一侧的区域)和第2主面侧的区域(在上述烧成中接近烧成承烧板的一侧的区域)的静电电容。压电元件的第1主面侧的区域的静电电容为830nF，此外，第2主面侧的区域的静电电容为730nF，确认出相对于第1主面侧的区域的静电电容而第2主面侧的区域的静电电容大致低12％。由于各个区域中的压电体层的厚度以及内部电极的面积相同，因此确认出构成第2主面侧的区域的压电体层的相对介电常数小于构成第1主面侧的区域的压电体层的相对介电常数。
此外，切开第1主面侧和第2主面侧，分别利用阿基米德法来测量了该压电元件的第1主面侧的区域(在上述烧成中远离烧成承烧板的一侧的区域)和第2主面侧的区域(在上述烧成中接近烧成承烧板的一侧的区域)的密度。压电元件的第1主面侧的区域的密度为7.88g/cm3，此外，第2主面侧的区域的密度为7.79g/cm3，确认出相对于第1主面侧的区域的密度而第2主面侧的区域的密度低大致1.1％。
然后，利用丙烯酸系的嫌气性粘接剂膏而将压电元件向长度为110mm、宽度为60mm、厚度为0.5mm的丙烯酸板(振动板)的长度方向的一端部侧粘接之后，利用焊料而将实施了绝缘覆盖后的引线向表面电极接合，从而作成声音产生器。
利用由聚对苯二甲酸丁二醇酯制作出的声压测量用的框体夹具，固定如上述那样制作出的成为本发明的实施例的声音产生器的振动板的两个主面外周，在施加电压为30Vp-p、测量距离为3cm的条件下测量了频率-声压特性。在图9(a)中示出其结果。
另一方面，作为比较例而准备了按以下方法制作出的声音产生器。
首先，仅将未印刷有导电性膏的陶瓷生片层叠15层，将以1050℃烧成后的烧结体配置在烧成承烧板上，在该烧结体上对前述的生片层叠体进行排列、烧成，其他的制造方法与上述实施例相同，从而制作出压电元件。通过阻抗/增益相位分析仪，在频率1kHz下测量了该压电元件的第1主面侧的区域(在上述烧成中远离烧成承烧板的一侧的区域)和第2主面侧的区域(在上述烧成中接近烧成承烧板的一侧的区域)的静电电容。压电元件的第1主面侧的区域的静电电容为830nF，此外，第2主面侧的区域的静电电容为828nF，确认出相对于第1主面侧的区域的静电电容而第2主面侧的区域的静电电容大致相同。即，确认出构成第2主面侧的区域的压电体层的相对介电常数与构成第1主面侧的区域的压电体层的相对介电常数相同。
此外，切开第1主面侧和第2主面侧，分别利用阿基米德法来测量了该压电元件的第1主面侧的区域(在上述烧成中远离烧成承烧板的一侧的区域)和第2主面侧的区域(在上述烧成中解决呢烧成承烧板的一侧的区域)的密度。压电元件的第1主面侧的区域的密度为7.88g/cm3，此外，第2主面侧的区域的密度为7.88g/cm3，确认出相对于第1主面侧的区域的密度而第2主面侧的区域的密度相同。
利用该压电元件，以与上述实施例相同的方法来制作声音产生器，与上述实施例同样地，利用由聚对苯二甲酸丁二醇酯制作出的声压测量用的框体夹具来固定声音产生器的振动板的两个主面外周，在施加电压为30Vp-p、测量距离为3cm的条件下测量了频率-声压特性。在图9(b)中示出其结果。
在图9(a)和图9(b)的比较中，尤其比较频率为400Hz～2kHz以及频率为10kHz～20kHz的声压的峰值、谷值，可知实施例的图9(a)相对于比较例的图9(b)而明显变小。
如此，在双压电晶片型的压电元件中，确认出通过在第1主面侧的区域和第2主面侧的区域中设置相对介电常数或者密度的差异，从而在特定的频率下声压急剧变化得到抑制，声压特性平坦化，能够改善音质。
符号说明
1、110声音产生器
2内部电极
2a第1内部电极
2b第2内部电极
2c第3内部电极
3压电体层
4层叠体
5表面电极
5a第1表面电极
5b第2表面电极
5c第3表面电极
6侧面电极
6a第1侧面电极
6b第2侧面电极
6c第3侧面电极
7压电元件
7a第1主面侧的区域
7b第2主面侧的区域
8接合材料
9振动板
10声音产生装置
11框体
12接合材料
13、70箱体
13a箱体主体
13b盖罩
14显示器
15元件接合材料
16箱体接合材料
50电子设备
60电子电路
Claims (8)
1.一种声音产生器，其特征在于，具备：
双压电晶片型的压电元件，其层叠有多个内部电极以及多个压电体层，并具有第1主面和与该第1主面相反的一侧的第2主面；和
振动板，其与该压电元件的所述第2主面接合，
所述压电元件具有第1主面侧的区域和第2主面侧的区域，
在所述压电元件的构成所述第1主面侧的区域的压电体层和构成所述第2主面侧的区域的压电体层中，相对介电常数以及密度之中的至少一者不同。
2.根据权利要求1所述的声音产生器，其特征在于，
构成所述第2主面侧的区域的压电体层的相对介电常数小于构成所述第1主面侧的区域的压电体层的相对介电常数。
3.根据权利要求2所述的声音产生器，其特征在于，
在第2主面侧的区域中，位于第2主面侧的压电体层的相对介电常数小于位于第1主面侧的压电体层的相对介电常数。
4.根据权利要求1所述的声音产生器，其特征在于，
构成所述第2主面侧的区域的压电体层的密度小于构成所述第1主面侧的区域的压电体层的密度。
5.根据权利要求4所述的声音产生器，其特征在于，
在第2主面侧的区域中，位于第2主面侧的压电体层的密度小于位于第1主面侧的压电体层的密度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的声音产生器，其特征在于，
所述声音产生器具有在所述振动板的外周部设置的框体。
7.一种声音产生装置，其特征在于，具备：
权利要求1至6中任一项所述的声音产生器；和
收纳该声音产生器的箱体。
8.一种电子设备，其特征在于，具备：
权利要求1至6中任一项所述的声音产生器；
与该声音产生器连接的电子电路；和
收纳该电子电路以及所述声音产生器的箱体，
所述电子设备具有使声音从所述声音产生器产生的功能。
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