CN1260938C - 压电式电声转换器 - Google Patents
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Abstract
一种压电式电声转换器，包括压电发声主体，其中当交变信号施加在两个电极之间时，该压电发声主体产生弯曲振动；封装，容纳压电发声主体；及一对夹物模压在封装中的接线端子。在压电式电声转换器中，两个接线端子的内部连接部分暴露在壳体的侧壁的内侧表面上，沿实质上垂直于压电发声主体的方向延伸；及接线端子的内部连接部分通过导电粘合剂电连接到压电发声主体的电极上。接线端子的内部连接部分基本不在壳体的内侧延伸，因此减小了壳体与压电发声主体之间的尺寸差值。
Description
技术领域
本发明涉及一种诸如压电发声器，压电扬声器，压电式受话器或其它这类装置的压电式电声转换器。
背景技术
近来，在电子设备，家用电器，便携式电话，和其它这类装置中，产生警报声和操作提示信号的压电发声器，压电扬声器得到了广泛的应用。在这种压电式电声转换器中，一般使用单压电晶片(unimorph)型压电发声主体，其中由压电陶瓷制成并且顶部表面和底部表面设有电极的压电体连接到金属板的一个表面上。此外，已经提出了这种压电式电声转换器(参照日本特开2001-95094号公报)，其中使用由叠层结构的压电陶瓷制成的双压电晶片(bimorph)型压电发声主体。
图8示出了相关的压电式电声转换器。该压电式电声转换器包括壳体40，盖子41，压电发声主体42，及夹物模压在壳体40中的接线端子43和44。支撑压电发声主体42的两端的接线端子43和44的一个端部水平暴露在壳体40内部的两端。压电发声主体42的电极通过使用导电粘合剂46电连接到接线端子43和44上，并且压电发声主体42的圆周部分固定到壳体40上，诸如硅橡胶等的弹性粘合剂47覆盖在电极上。然而，以这种方式，当压电发声主体42直接通过使用导电粘合剂46连接到接线端子43和44上时，压电发声主体42的两端过于受到约束。结果，压电发声主体42的位移量降低，降低了声压。
其次，本发明的申请人提出了一种结构，如图9所示，其中支撑部分45设置在壳体40的内部位于插入的接线端子43和44内侧，支撑部分45支撑压电发声主体42，并且弹性绝缘材料48覆盖压电发声主体42的端部表面，并且然后在压电发声主体42与接线端子43和44之间的绝缘材料48上覆盖导电粘合剂。日本专利申请2001-193303号(在提出本申请时尚未公开)披露了这种装置在。此外，在涂上导电粘合剂4之后，压电发声主体42的圆周部分通过使用弹性粘合剂(未示出)固定到壳体40上。在这种情况下，由于压电发声主体42的两端没有被壳体40过于约束，压电发声主体42的位移量增加并且由此增加了声压。
为了确保与导电粘合剂46的导电性，要求接线端子43和44的固定长度暴露在壳体40内部。然而，当支撑压电发声主体42的支撑部分45设置在接线端子43和44的内侧时，压电发声主体42的尺寸S需要减小，以便比壳体40的尺寸L减小接线端子43和44的暴露长度。近年来，一直要求降低电子设备的尺寸，同时要求小型化压电式电声转换器。减小壳体40的尺寸意味着压电发声主体42进一步减小。当压电发声主体42的尺寸S变小时，谐振频率增加并且声压减小，这是所不期望的。因此保持壳体40的尺寸L和压电发声主体42的尺寸S之间的尺寸差值尽可能小是重要的。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的优选实施方式提供了一种压电式电声转换器，其中壳体和压电发声主体之间的尺寸差值最小化，谐振频率降低并且声压增加。
根据本发明的第一种优选实施方式，一种压电式电声转换器，包括：压电发声主体，其中当交变信号施加在两个电极之间时，该压电发声主体产生弯曲振动；容纳压电发声主体的封装；及一对夹物模压(insert-molded)在封装中的接线端子。在压电式电声转换器中，两个接线端子的内部连接部分暴露在封装的侧壁的内侧表面上，沿实质上垂直于压电发声主体的方向延伸；及接线端子的内部连接部分电连接到压电发声主体的电极上。
由于接线端子的内部连接部分暴露于封装侧壁的内侧表面上，因此压电发声主体的边缘部分能够位于接近封装侧壁的位置，从而，最小化了壳体与压电发声主体之间的尺寸差值。即使壳体的外部尺寸相同，与相关结构的情况相比，压电发声主体的尺寸能够增加，结果，能够降低压电发声主体的谐振频率并且能够增加声压。尽管大体垂直暴露的接线端子通过粘合剂电连接到压电发声主体的电极上，由于接线端子的暴露长度由壳体的侧壁的高度确定，因此能够确保导电粘合剂和接线端子的暴露部分之间的接触面积能够保证并且可以确保可靠的导电性。
在本发明优选实施方式的压电式电声转换器中，优选方式是，压电发声主体大体上是正方形，两个接线端子暴露在封装的相对的两个侧壁的内部表面上，用于支撑压电发声主体的四个边的支撑部分设置在封装的侧壁的内侧，在压电发声主体安装在支撑部分上的状态下，压电发声主体的电极通过涂敷在压电发声主体的电极和所述内部连接部分之间的导电粘合剂电连接到所述内部连接部分上，及压电发声主体的周边部分通过涂敷在压电发声主体的周边部分和封装之间的弹性粘合剂固定在封装上。与圆形的压电发声主体相比，大体正方形的压电发声主体具有较大的位移量并且具有优良的声音转换效率。当这种大体正方形的压电发声主体容纳在封装内部时，压电发声主体的周边部分安装在设置在封装侧壁内侧的支撑部分上并且从上面涂敷导电粘合剂，因此压电发声主体的两端没有被紧紧约束，并且可以增加压电发声主体的位移量。此外，通过在压电发声主体的周边部分和封装之间涂敷弹性粘合剂，压电发声主体固定到壳体上并且同时密封压电发声主体和壳体之间的间隙。由于粘合剂是弹性的，压电发声主体能够容易地位移。
在本发明优选实施方式的压电式电声转换器中，接线端子优选实质上截面呈L形，所述接线端子的竖直部分构成内部连接部分，及接线端子沿封装底部表面延伸的部分构成外部连接部分。在这种情况下，接线端子具有简单的形状并且在接线端子被夹物模压后不需要弯曲操作。在相关产品中的U形接线端子的情况下，在大体扁平的接线端子夹物模压后，延伸在壳体外侧的部分沿壳体弯曲，但在大体L形接线端子的情况下，不必这种弯曲操作并且没有由于接线端子的回弹所产生的歪曲等问题，或其它缺陷和问题。
通过下面结合附图对优选实施例的详细描述，本发明的其他特征，元件，特性和优点将更加清楚。
附图说明
图1是本发明优选实施例的压电式电声转换器的一个实例的分解透视图；
图2是图1所示地压电式电声转换器的俯视图，图中除去了盖和粘合剂；
图3是沿图2中的线A-A取的剖视图；
图4是图3中的局部放大图；
图5是压电发声(sounding)主体的分解透视图；
图6是图5中的压电发声主体的剖视图；
图7示出了具有接线端子的夹物模压的壳体；
图8是相关的压电式电声转换器的一个实例的剖面图；及
图9是相关的压电式电声转换器的另一个实例的剖面图。
具体实施方式
图1至图4示出了作为根据本发明地优选实施例的压电式电声转换器的一个例子的压电发声器。该压电发声器优选包括单压电晶片(unimorph)型压电发声主体1，壳体20，以及盖30。壳体20以及盖30构成封装。
如图5和6所示，压电发声主体1包括大体正方形的金属板2，设置在金属板2的全部表面上的绝缘层3，及利用粘合剂固定在绝缘层3上的大体正方形的压电主体4，压电主体4小于金属板2。最好弹性材料用作金属板2并且优选使用例如磷青铜，42Ni，或其它适当的材料。此外，当42Ni用于金属板2时，由于热膨胀系数接近陶瓷(PZT等)的热膨胀系数，更加提高了可靠性。通过使用诸如聚亚胺树脂(聚酰亚胺树脂)，环氧树脂或其它合适材料的树脂涂层或通过氧化处理在金属板表面上形成氧化膜来构造绝缘层3。
压电主体4如此构造，即两层压电陶瓷层4a和4b在印刷电路基板(green sheet)的状态下在其间层叠内部电极5并且烧制，外部电极6和7设置在压电主体4的顶部表面和底部表面的几乎整个区域。压电陶瓷层4a和4b沿厚度方向交替地极化，从而如图6中箭头标记P所示彼此相反。内部电极5的一端暴露在压电主体4的一个端部表面，而另一端远离压电主体4的端部表面固定的距离。压电主体4的顶部外部电极6和底部外部电极7通过一端部表面电极8彼此连接，并且内部电极5通过另一端部表面电极9连接到设置在压电主体4的顶部表面和底部表面上的引出电极10和11上。引出电极10和11是沿压电主体4的一侧的中部布置的小电极并且与顶部表面和底部表面上的外部电极6和7电隔离。一端部表面电极8与压电主体4的一边一样长，而另一端部表面电极9的长度与引出电极10和11的长度相应或相等。此外，在该优选实施例中，尽管引出电极10和11不仅设置在顶部表面，而且还设置在底部表面，以便消除方向性，但是，底部表面上的引出电极11可以省略。此外，引出电极10和11可以制造得与压电主体4的一边一样长。压电主体4的底部表面通过使用诸如环氧树脂粘合剂或其它合适材料的粘合剂12粘接在绝缘层3的上部表面的中部(请参见图5)。金属板2大于压电主体4并且绝缘层3布置在延伸部分2a的表面上，以便延伸到压电主体4的外侧。
壳体20构成大体正方形的壳体子，具有由诸如陶瓷，树脂或其它合适材料的绝缘材料制成的底壁和四个侧壁。当壳体20通过使用树脂材料制成时，最好使用耐热材料，诸如LCP(液晶聚合物)，SPS(间同立构聚苯乙烯(syndiotactic polystylene))，PPS(聚苯硫醚(polyphenylenesulfide))，环氧树脂(epoxy)，或其它合适的材料。用于支撑发声主体1A的整个周边部分的支撑部分21设置在壳体20的侧壁的内侧，并且电连接到发声主体1A的顶部外部电极6和引出电极10上的接线端子22和23的内部连接部分22a和23a暴露在相对的两个侧壁的内侧表面上。此外，间隔壁部分24整体形成在壳体20中，位于支撑部分21和接线端子22和23的内部连接部分22a和23a之间(请参见图4)。当金属板2安装在后面将要描述的支撑部分21上时，该间隔壁部分24用作防止金属板2与接线端子22和23接触的间隔件。
接线端子22和23夹物模压在壳体20中，并且如图7所示，从环材(hoop material)29整体冲制出的接线端子22和23的外侧部分22a和23a大体垂直地弯曲并且这些弯曲部分被制造为连接到发声主体1A的内部连接部分。内部连接部分22a和23a相对于壳体(发声主体1A)的底部表面垂直布置，因此，内部连接部分22a和23a不在壳体20的内侧伸展。从而，壳体20的尺寸L和压电发声主体1的尺寸S之间的尺寸差值最小化。结果，压电发声主体的谐振频率降低，声压大大提高。接线端子22和23的外部连接部分22b和23b沿壳体20的底部表面延伸。
下侧放音孔25形成在侧壁中没有设置壳体20的接线端子22和23的一个的底部，并且用于放音的槽26设置在另一个侧壁的顶部。在该优选实施例中的盖30优选通过使用与壳体20相同的材料形成，并且是扁平的。当盖30使用粘合剂31粘接到壳体20的侧壁的顶部上时槽26成为上侧放音孔。此外，盖30并不要求必须是扁平的，而是可以制成帽状(cap-shaped)，即截面大体呈凹形。此外，上侧放音孔26并不要求必须由设置在壳体20的侧壁的顶部中的槽构成，它可以形成为设置在盖30中的孔。
压电发声主体1A容纳在壳体20中，金属板2朝向底壁并且周边部分安装在支撑部分21上。然后，覆盖绝缘材料32以便在金属板2的周边部分和接线端子22和23的内部连接部分22a和23a之间形成线状并且固化。任何绝缘粘合剂可以用作绝缘材料32，但是最好使用诸如氨基申酸乙酯(urethane)粘合剂，或硅酮胶(silicone adhesive)的弹性粘合剂。接着，导电粘合剂33涂在顶部外部电极6和接线端子22的内部连接部分22a之间和引出电极10和接线端子23的内部连接部分23a之间，大体垂直于绝缘材料32，并且固化。尽管接线端子22和23的内部连接部分22a和23a竖直布置，但是由于暴露了较宽的区域，因此传导到导电粘合剂33的区域较大，导电的可靠性较高。最好使用其中包含导电填充物的弹性氨基甲酸酯粘合剂作为导电粘合剂33。尽管导电粘合剂33涂在金属板2上，因为绝缘层3预先设置在金属板上并且金属板2的周边部分覆盖有绝缘材料32，因此，导电粘合剂33不与金属板2直接接触。然后，金属板2的全部周边部分通过使用粘合剂34固定在壳体20上。任何通常已知的绝缘粘合剂都可以用作粘合剂34，但是最好使用诸如氨基申酸乙酯(urethane)粘合剂，或硅酮胶(silicone adhesive)的弹性粘合剂。如上所述，在发声主体1A已经固定在壳体20上之后，盖30通过使用粘合剂31粘接到壳体的上部开口部分上。当盖30粘接时，在盖30和发声主体1A之间以及发声主体1A和壳体20之间构成声学空间，形成表面安装型压电发声器。
如上所述，由于弹性材料用作将发声主体1固定到壳体20上的粘合剂32，33，及34，因此发声主体1的位移能够最大化，从而可以获得高声压。此外，因为发声主体1的电极(顶部外部电极6和引出电极10)通过使用导电粘合剂33直接连接到壳体20的电极(接线端子22和23)上，因此，与通过金属板2进行导电的情况相比提高了电气可靠性。此外，因为导电粘合剂33通过使用诸如分配器(dispenser)的涂敷装置可以从壳体20上部涂敷，与焊接引线的情况相比，涂敷能够容易自动操作并且可以提高生产效率和产品质量。
当与发声主体1的谐振频率大体相同频率的信号施加在设置在壳体20中的接线端子22和23之间时，压电主体4沿平面方向膨胀和收缩并且因为金属板2不膨胀和收缩，因此发声主体1作为整体发生弯曲变形。因为发声主体1的周边部分被壳体20支撑并且在发声主体1的顶部和底部的空间被粘合剂34封闭，因此能够产生固定的声波。该声波通过上侧放音孔26放出到外面。
上述优选实施例中的每一个元件的尺寸的实例如下。
压电主体4：约6.8mm×6.8mm×30μm(在两层结构的情况下，每一层
大约15μm)
金属板2：约8.0mm×8.0mm×20μm
绝缘层3：约8.0mm×8.0mm×3μm
壳体20：约9.0mm×9.0mm×2.6μm
如上所述，因为接线端子22和23的内部连接部分22a和23a暴露在壳体10的侧壁的内侧表面上并且大体垂直于底部表面(发声主体1)，因此，内部连接部分22a和23a基本上不在壳体20的内侧延伸并且压电发声主体1的尺寸S能够尽可能接近壳体的尺寸L。在图9所示的相关结构的情况下，尽管S与L的比值最大约为85％，但在本优选实施例的结构中S与L的比值能够达到约90％。结果，即使壳体的尺寸L相同，因为压电发声主体1的尺寸S能够增加，因此与相关结构的情况相比，能够降低谐振频率并且能够增加声压。
本发明不限于上述优选实施例。压电主体不限于两层结构，但可以是三层或更多层结构或单层结构。此外，金属板和压电主体不限于大体正方形，但也可以是大体长方形或大体圆形的。金属板不必要求大于压电主体并且可以与压电主体具有相同的形状。本发明的压电主体并不限于压电主体粘接到金属板上的单压电晶片(unimorph)结构，压电发声主体可以是双压电晶片(bimorph)结构，即如日本未审查专利申请公开2001-95094号中描述的叠层结构的压电陶瓷。尽管支撑压电发声主体的四边的支撑部分设置在构成封装的壳体的内侧，但支撑部分可以设置在接线端子暴露的两侧或设置在四角，并且没有支撑部分的区域可以通过使用弹性密封材料仅仅密封。在上述优选实施例中，尽管间隔壁部分24设置在壳体20的侧壁的内侧，间隔壁部分24设置用作防止金属板2与接线端子22和23接触，如果电极设置在压电发声主体的端部中，可以省去间隔壁部分24。由于同样的原因，可以省去涂敷在金属板2的周边部分上的绝缘材料32。在上述优选实施例中，尽管封装包括凹形的壳体和用于覆盖开口部分的盖，但封装不限于这种结构。本发明不仅能够用于与压电发声器(sounder)中相同谐振区域中所使用的发声部件(soundingparts)，而且可以用于可以处理如在压电晶体受话器中的宽范围频率的发声部件(sounding parts)。此外，在本发明的优选实施例中，交变信号不仅包括交流AC信号，而且还包括矩形波信号。
由上述说明可以清楚地理解，根据本发明地优选实施例，
由于夹物模压在封装中的接线端子的内部连接部分沿封装侧壁的内侧表面大体垂直的方向暴露并且接线端子的内部连接部分通过使用导电粘合剂连接到压电发声主体的电极上，接线端子的内部连接部分基本不在壳体的内侧延伸，因此壳体与压电发声主体之间的尺寸差值能够减小。从而，压电发声主体的尺寸能够相对增加，压电发声主体的谐振频率降低，能够增加声压。此外，尽管沿大体垂直的方向暴露的接线端子通过使用导电粘合剂电连接压电发声主体的电极上，但导电粘合剂和接线端子的暴露部分之间的接触区域面积能够保证，因此，可以实现可靠的导电性。
尽管描述了本发明的优选实施例，但是在不偏离本发明地精神和范围的情况下，可以做出修改和变更，这对本领域的普通技术人员而言是显而易见的。因此，本发明的范围由权利要求唯一确定。
Claims (20)
1.一种压电式电声转换器，包括：
具有两个电极的压电发声主体，其中当交变信号施加在两个电极之间时，该压电发声主体产生弯曲振动；
容纳压电发声主体的封装；及
夹物模压在封装中的一对接线端子；
其中所述一对接线端子的内部连接部分暴露在封装侧壁的内侧表面上，以便沿垂直于压电发声主体的方向延伸；及
接线端子的内部连接部分通过导电粘合剂电连接到压电发声主体的电极上。
2.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中压电发声主体是正方形。
3.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中所述一对接线端子的内部连接部分暴露在封装相对的两个侧壁的内部表面上。
4.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中用于支撑压电发声主体四个边的支撑部分设置在封装侧壁的内侧。
5.根据权利要求4所述的压电式电声转换器，其中在压电发声主体安装在支撑部分上的状态下，压电发声主体的电极通过涂敷在压电发声主体的电极和所述内部连接部分之间的导电粘合剂电连接到所述内部连接部分上。
6.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中压电发声主体的周边部分通过涂敷在压电发声主体的周边部分和封装之间的粘合剂固定在封装上。
7.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中所述接线端子截面呈L形。
8.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中所述接线端子的竖直部分构成内部连接部分。
9.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中接线端子沿封装底部表面延伸的部分构成外部连接部分。
10.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中压电发声主体是单压电晶片型压电发声主体。
11.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中压电发声主体包括正方形的金属板，设置在金属板表面上的绝缘层，及固定在绝缘层上的正方形的压电发声主体。
12.根据权利要求11所述的压电式电声转换器，还包括粘合剂，粘合剂的面积小于金属板。
13.根据权利要求11所述的压电式电声转换器，其中金属板大于压电发声主体。
14.根据权利要求11所述的压电式电声转换器，其中绝缘层布置在金属板的延伸部分的表面上，以便延伸到压电发声主体的外侧。
15.根据权利要求4所述的压电式电声转换器，还包括间隔壁部分，所述间隔壁部分整体设置在封装中，以便位于支撑部分和接线端子的内部连接部分之间。
16.根据权利要求15所述的压电式电声转换器，其中压电发声主体包括正方形的金属板，设置在金属板表面上的绝缘层，及固定在绝缘层上的正方形的压电发声主体，金属板安装在支撑部分上，以便间隔壁部分用作防止金属板与接线端子接触的间隔件。
17.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中下侧放音孔设置在封装没有设置壳体的接线端子的侧壁底部。
18.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中用于放音的槽设置在封装侧壁的顶部。
19.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中在封装和压电发声主体之间在压电发声主体之上限定了声学空间。
20.根据权利要求1所述的压电式电声转换器，其中在封装和压电发声主体之间在压电发声主体之下限定了声学空间。
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