JP2000305573A

JP2000305573A - 圧電音響部品

Info

Publication number: JP2000305573A
Application number: JP11293204A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Takeshima; 哲夫竹島; Kenji Kishimoto; 健嗣岸本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-10-15
Also published as: JP3446685B2

Abstract

(57)【要約】【課題】生産効率が高く、音響変換効率が良好で、小型
の圧電音響部品を得ること。【解決手段】矩形の圧電板２の裏面に矩形の金属板３を
貼り付けてユニモルフ型振動板１を構成し、この振動板
１の長さ方向両端部をキャップ４の対向する２つの側壁
部４ｂの内側に形成された支持部４ｃに接着剤５または
弾性封止材６で固定する。振動板１の残りの２辺とキャ
ップ４との隙間を弾性封止材６で封止して、振動板１と
キャップ４の上壁部４ａとの間に音響空間７を形成す
る。第１と第２の電極部１３，１４を有する基板１０上
にキャップ４を接着し、金属板３を第１の電極部１３に
対して導電ペースト１５で接続し、圧電板２の他面電極
２ａを第２の電極部１４に対して導電ペースト１６で接
続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電ブザーや圧電受
話器などの圧電音響部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器、家電製品、携帯電話機
などにおいて、警報音や動作音を発生する圧電ブザーあ
るいは圧電受話器として圧電音響部品が広く用いられて
いる。この種の圧電音響部品は、例えば特開平７−１０
７５９３号公報，特開平７−２０３５９０号公報に記載
のように、円形の圧電板の片面電極に円形の金属板を貼
り付けてユニモルフ型振動板を構成し、この振動板の金
属板の周縁部を円形のケースの中に支持し、ケースの開
口部をカバーで閉鎖した構造のものが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな円形の振動板を用いると、生産効率が悪く、音響変
換効率が低く、しかも小型に構成することが難しいとい
う問題点があった。まず生産効率について説明する。従
来の圧電音響部品では、その製造にあたって、図１に記
載のように、グリーンシート４０から打ち抜き金型４１
によって円形の圧電板４２を打ち抜き、この圧電板４２
の片面電極に円形の金属板４３を貼り付けた後、両面電
極間に高圧直流電界を印加，分極することで振動板４４
を得る。この振動板４４をケース４５内に収納するとと
もに、圧電板４２の他面電極と金属板４３とにそれぞれ
接続されたリード線４６，４７をケース４５外へ導出し
ている。

【０００４】ところが、上記のようにグリーンシート４
０から円板状に圧電板４２を打ち抜くのは打ち抜きカス
が多くなり、材料の歩留りが悪い。また、打ち抜き後
に、電極形成、分極などの個別加工が始まるので、加工
効率が悪い。さらに、設計的に必要な寸法を個々の素子
寸法で決めるため、グリーンシートの打ち抜き金型４１
を素子寸法に応じて作成しなければならない。そのた
め、全体として生産効率が悪いという欠点があった。

【０００５】つぎに、音響変換効率について説明する。
図２の（ａ）に示すように、円板状の振動板４４は、そ
の周縁部がケース４５で固定されるため、最大変位点Ｐ
が中心点だけになり、変位体積が小さく、音響変換効率
が低い。そのため、入力エネルギーの割りに音圧が低い
という欠点があった。さらに、振動板の周囲が拘束され
ているので、周波数が高くなり、低い周波数の圧電振動
板を得ようとすれば、半径寸法が大きくなるという欠点
もあった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、生産効率が高
く、音響変換効率が良好で、小型の圧電音響部品を得る
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、矩形の金属板の少なくと
も片面に、表裏面に電極を有する矩形の圧電板の片面電
極を接着して構成された振動板と、上壁部と４つの側壁
部とを有し、対向する２つの側壁部の内側に上記振動板
を支持する支持部を持つ絶縁性キャップと、第１と第２
の電極部が形成された平板状の基板とを備え、上記キャ
ップ内に上記振動板が収納され、振動板の対向する２辺
と上記支持部とが接着剤または弾性封止材で固定され、
振動板の残りの２辺とキャップとの隙間が弾性封止材で
封止されて、振動板とキャップの上壁部との間に音響空
間が形成され、上記基板上に上記キャップの側壁部開口
端が接着されるとともに、上記金属板は第１の電極部に
対して電気的に接続され、かつ上記圧電板の他面電極は
第２の電極部に対して電気的に接続されていることを特
徴とする圧電音響部品を提供する。

【０００８】圧電板は矩形であるから、グリーンシート
から圧電板を打ち抜くにしても、抜きカスを少なくで
き、材料効率が良い。また、親基板状態で電極形成，分
極などの作業ができるので、生産効率がよい。さらに、
設計的に必要な寸法は親基板カット寸法で決めるため、
従来のようにグリーンシートの打ち抜き金型をその都度
作成しなくてもよい。つまり、従来に比べてグリーンシ
ートの打ち抜き〜親基板カット工程における金型、治
具、圧電体品種などを少なくできるので、投資金額、生
産効率の面で有利である。

【０００９】本発明では矩形状の振動板の対向する２辺
をキャップの支持部に固定し、残りの２辺とキャップと
の隙間を弾性封止材で封止している。金属板と圧電板の
他面電極との間に所定の周波数信号を入力すると、圧電
板が所定方向に伸縮し、これに応じて振動板は長さベン
ディングモードで屈曲変形する。このとき、振動板はキ
ャップに固定された両端部を節として上下に振動し、図
２の（ｂ）に示すように、最大変位点Ｐが振動板の長さ
方向の中心線に沿って存在する。つまり、変位体積が従
来の円板状の振動板に比べて大きくなる。この変位体積
は、空気を動かすエネルギーとなるので、音響変換効率
を高めることができる。なお、振動板の幅方向両端部と
キャップとの隙間を封止材で封止しているが、封止材は
弾性を持つので、振動板の変位を妨げず、音圧が低下す
ることがない。さらに、振動板はその長さ方向両端部が
固定されるが、その間の部分は自由に変位できるので、
従来の円板状の振動板に比べて低い周波数を得ることが
できる。逆に、同じ周波数を得るのであれば、寸法を小
型化できる。

【００１０】本発明において、接着剤とは硬化状態にお
けるヤング率が高く、振動板の端部を強く拘束するもの
をいう。また、弾性封止材とは硬化状態におけるヤング
率が低く、振動板の拘束力が弱く、振動板の変位を許容
するものをいう。弾性封止材には振動板およびキャップ
に対して接着力を有するものがあるので、接着剤に代え
て使用することが可能である。

【００１１】図３は円形の振動板と矩形の振動板との寸
法と共振周波数との関係を示す比較図である。図から明
らかなように、同一周波数であれば、矩形振動板は円形
振動板に比べて寸法（長さ，直径）を小さくできる。逆
に、寸法が同一であれば、低い周波数を得ることができ
る。なお、比較に当たっては、圧電板として厚みが５０
μｍのＰＺＴを用い、金属板として厚みが５０μｍの４
２Ｎｉを用いた。また、矩形振動板の長さＬと幅Ｗの比
を１．６７とした。

【００１２】本発明では、振動板を固定したキャップは
平板状の基板上に接着固定される。そして、金属板を基
板の第１の電極部に対して電気的に接続し、圧電板の他
面電極を基板の第２の電極部に対して電気的に接続する
ことで、圧電音響部品を得ることができる。なお、基板
に設けた第１，第２の電極部を基板の裏面まで引き回す
ことにより、表面実装型に構成することもできる。

【００１３】請求項２のように、圧電板を金属板の片面
のみに、かつキャップの支持部に固定される２辺の一辺
側に偏った位置に接着し、振動板の圧電板が接着された
面の他辺側に金属板の露出部を設け、振動板をその金属
板がキャップの上壁部側に向くようにキャップの支持部
に固定するのが望ましい。振動板の圧電板をキャップの
上壁部側に向けて固定することもできるが、この場合に
は、圧電板の表面電極と基板とが対面しないので、圧電
板の表面電極を基板の第２電極部に接続するのが難しく
なる。これに対し、振動板の金属板をキャップの上壁部
側に向けて固定すれば、圧電板の表面電極と基板とが対
面するので、表面電極と第２の電極部との接続が容易と
なる。しかも、振動板の一辺側に金属板の露出部が露出
しているので、金属板と第１の電極部との接続も容易と
なる。

【００１４】請求項３のように、金属板の露出部を第１
の電極部と導電性接着剤により接続し、圧電板の他面電
極を第２の電極部と導電性接着剤により接続するのが望
ましい。つまり、キャップを基板に接着固定する際に、
金属板と第１の電極部との接続、圧電板の他面電極と第
２の電極部との接続を同時に行なうことが可能であり、
接続作業が簡単になるからである。

【００１５】請求項４のように、弾性封止材を絶縁性材
料とし、この封止材を振動板の４辺全てに塗布するのが
望ましい。つまり、金属板と圧電板の他面電極とが近接
しているので、圧電板の他面電極と第２の電極部とを導
電性接着剤を用いて接続する際に、金属板と他面電極と
が短絡しやすい。そこで、予め封止材を金属板の周囲に
塗布しておけば、この短絡を防止できる。また、振動板
の４辺すべてを弾性封止材で封止することにより、空気
漏れがなくなり、音圧特性が向上する。なお、弾性封止
材を振動板の４辺すべてに塗布する場合としては、接着
剤を使用せずに弾性封止材のみで振動板をキャップに取
り付ける方法と、接着剤で固定された振動板の２辺に弾
性封止材を重ねて塗布する方法とがある。後者の方法
は、接着剤のみでは空気漏れを完全に防止しえない場合
に有効である。

【００１６】

【発明の実施の形態】図４〜図７は本発明にかかる圧電
音響部品の第１の実施形態である圧電ブザーを示す。こ
の圧電ブザーは、大略、ユニモルフ型の振動板１とキャ
ップ４と基板１０とで構成されている。

【００１７】振動板１は、図７に示すように、表裏面に
薄膜または厚膜の電極２ａ，２ｂを有し、厚み方向に分
極処理された長方形の圧電板２と、圧電板２と幅寸法が
同一で長さ寸法がやや長い長方形に形成され、圧電板２
の裏面電極２ｂに導電性接着剤などを介して対面接着さ
れた金属板３とで構成されている。なお、裏面電極２ｂ
を省略し、金属板３を圧電板２の裏面に導電性接着剤な
どを介して直接接合することで、裏面電極２ｂを省略し
てもよい。この実施形態では、圧電板２が金属板３に対
して長さ方向の一辺側へ偏った位置に接着されており、
金属板３の長さ方向の他辺側には金属板３が露出した露
出部３ａを有する。

【００１８】圧電板２としては、例えばＰＺＴなどの圧
電セラミックスが用いられる。また、金属板３は良導電
性とバネ弾性とを兼ね備えた材料が望ましく、特にヤン
グ率が圧電板２と近い材料が望ましい。そのため、例え
ばリン青銅，４２Ｎｉなどが用いられる。なお、金属板
３が４２Ｎｉの場合には、セラミック（ＰＺＴ等）と熱
膨張係数が近いので、より信頼性の高いものが得られ
る。

【００１９】上記振動板１は次のような工程で製造する
ことができる。まず、セラミックグリーンシートから打
ち抜き金型によって矩形状の親基板を打ち抜き、この親
基板に対して電極形成、分極などの作業を行なった後、
親基板を金属板の母板に導電性接着剤などで接着する。
そして、接着された親基板と母金属板とをダイサーなど
を用いて縦横のカットラインで矩形状にカットし、振動
板を得ることができる。このように、矩形状の金属板３
と矩形状の圧電板２とを用いることで、材料効率、生産
効率がよく、設備コストを削減できるという利点があ
る。

【００２０】上記振動板１は、裏返しにしたキャップ４
の内側に収納され、その長さ方向両端部が固定されてい
る。すなわち、キャップ４はセラミックスまたは樹脂な
どの絶縁性材料で上壁部４ａと４つの側壁部４ｂとを持
つ箱型に形成され、対向する２つの側壁部４ｂの内側に
振動板１の両端部を支持する支持部４ｃが一体に形成さ
れている。なお、支持部４ｃはできるだけ小さい方が音
圧を向上させ、共振周波数を小さくできる。キャップ４
を樹脂で構成する場合には、ＬＣＰ（液晶ポリマー），
ＳＰＳ（シンジオタクチックポリスチレン），ＰＰＳ
（ポリフェニレンサルファイド），エポキシなどの耐熱
樹脂が望ましい。上壁部４ａの中央部には放音孔４ｄが
形成され、対向する２つの側壁部４ｂの開口縁部には切
欠部４ｅが形成され、残りの１つの側壁部４ｂの開口縁
部には制動孔４ｆが形成されている。

【００２１】振動板１はその金属板３が上壁部４ａと対
面するように、キャップ４の内部に収納され、振動板１
の短辺側の２辺が支持部４ｃに載せられ、接着剤５で固
定されている（図５参照）。この接着剤５にはエポキシ
系，ウレタン系，シリコーン系などの公知の絶縁性接着
剤を用いればよい。振動板１の短辺側の２辺をキャップ
４の支持部４ｃに固定した状態で、振動板１の長辺側の
２辺はキャップ４の内面との間に僅かな隙間が空いてお
り、この隙間はシリコーンゴムなどの弾性封止材６で封
止されている。これにより、振動板１とキャップ４の上
壁部４ａとの間に音響空間７が形成される。

【００２２】上記のように振動板１をキャップ４に固定
した後、キャップ４は基板１０に接着される。基板１０
はセラミックスまたは樹脂などの絶縁性材料で長方形平
板状に形成され、樹脂で形成する場合にはＬＣＰ，ＳＰ
Ｓ，ＰＰＳ，エポキシ（ガラスエポキシを含む）などの
耐熱樹脂が用いられる。基板１０の長手方向の両端部に
は、スルーホール溝１１，１２を介して表面から裏面へ
延びる外部接続用の電極部１３，１４が形成されてい
る。キャップ４の対向する２つの切欠部４ｅ、つまり振
動板１の両端に位置する金属板３の露出部３ａと圧電板
２の表面電極２ａとの上に導電ペースト１５，１６を塗
布し、キャップ４の開口縁部または基板１０のキャップ
接着部に絶縁性接着剤１９（図６参照）を転写等により
塗布した状態で、キャップ４の開口縁部が基板１０上に
接着される。このとき、導電ペースト１５により金属板
３の露出部３ａと基板１０の電極部１３とが接続され、
導電ペースト１６により圧電板２の表面電極２ａと基板
１０の電極部１４とが接続される。この状態で導電ペー
スト１５，１６および絶縁性接着剤１９を加熱硬化また
は自然硬化させることで、表面実装型の圧電音響部品が
完成する。

【００２３】上記基板１０に設けられた電極部１３，１
４間に所定の周波数信号（交流信号または矩形波信号）
を印加すれば、振動板１の長さ方向両端部がキャップ４
の支持部４ｃに固定され、振動板１の幅方向両端部が弾
性封止材６で弾性変位自在に保持されているので、振動
板１は長さ方向両端部を支点として長さベンディングモ
ードで振動し、所定のブザー音を発生することができ
る。ブザー音はキャップ４の放音孔４ｄから外部へ放出
される。

【００２４】上記実施形態では、振動板１の金属板３を
キャップ４の上壁部４ａ側に向けて固定した。その理由
は、基板１０に対して圧電板２の表面電極２ａと金属板
３の露出部３ａとが対面するので、表面電極２ａと電極
部１４との接続、露出部３ａと電極部１３との接続を導
電ペースト１５，１６を用いて簡単に行なうことができ
るからである。

【００２５】また、上記実施形態では、振動板１の短辺
側２辺を接着剤５で固定し、振動板１の長辺側２辺を弾
性封止材６で封止したが、弾性封止材６を接着剤５で固
定された振動板１の短辺側の２辺に重ねて塗布してもよ
い。その第１の理由は、後述するように圧電板２の表面
電極２ａを基板１０の電極部１４に導電性接着剤１６，
１８で接続する際、この導電性接着剤１６が金属板３に
も付着して短絡する恐れがあるため、弾性封止材６によ
って金属板３の周囲縁部に絶縁膜を形成しておき、短絡
を防止するためである。第２の理由は、振動板１の全周
を弾性封止材６で封止することにより、振動板１の表側
と裏側との間の空気漏れをより確実に防止するためであ
る。

【００２６】図８〜図１０は本発明の第２の実施形態を
示す。ここでは、キャップ４に振動板１を装填し、振動
板１の４辺を弾性封止材６で封止するとともに接着して
ある。この場合には、振動板１の長さ方向両端部が接着
剤５ではなく弾性封止材６で支持部４ｃに接着されるの
で、第１の実施形態に比べて振動板１の長さ方向両端部
の拘束力が低くなり、振動板１の変位量を大きくでき、
音圧を高めることができる。

【００２７】また、この場合には、振動板１の長さ方向
両端部に導電ペースト１５，１６を塗布するとともに、
これと対向する基板１０の電極部１３，１４の上にも同
様の導電ペースト１７，１８を塗布することで、キャッ
プ４を基板１０に接着した際に、振動板１と基板１０の
電極部１３，１４との電気的接続をより確実に行なえる
ようにしてある。また、導電ペースト１５，１６が硬化
する前にキャップ４を基板１０に固定する必要はなく、
導電ペースト１５，１６を振動板１に塗布して硬化させ
た後、キャップ４を基板１０に接着することが可能とな
る。

【００２８】図１１は本発明の第３の実施形態である圧
電音響部品をリード型に構成した例を示す。この実施形
態では、基板１０を長手方向に延長し、この延長部１０
ａにキャップ接着部から外部へ露出する２個の電極部１
３，１４を延設するとともに、これら電極部１３，１４
にそれぞれリード端子２０，２１を半田付けなどによっ
て接続したものである。この場合には、振動板１および
キャップ４は図４〜図１０と全く同一のものを使用し、
基板１０と電極部１３，１４の形状を変更するだけで、
容易にリード型の圧電音響部品を構成できる。また、リ
フロー半田付けによる実装を行なわないため、キャップ
４および基板１０に耐熱性の低い材料を使用してもよ
い。

【００２９】第１〜第３の実施形態では、１枚の基板１
０上に１個の振動板１を固定したキャップ４を接着した
が、キャップ４に仕切壁などによって複数の空間を形成
し、これら空間に異なる振動数を持つ複数の振動板１を
それぞれ固定し、これを１枚の基板１０に接着してもよ
い。この場合、各振動板１に対応して基板１０に個別の
電極部を形成し、これら電極部と各振動板１とを個別に
接続すれば、各振動板１から異なる複数の音を発生させ
ることもできる。

【００３０】なお、金属板および圧電板は長方形に限ら
ず、正方形であってもよい。また、上記実施形態では、
金属板の片面に圧電板を貼り付けたユニモルフ型振動板
について説明したが、金属板の両面にそれぞれ圧電板を
貼り付けたバイモルフ型振動板を用いてもよい。さら
に、金属板と第１の電極部との接続、および圧電板の他
面電極と第２の電極部との接続に導電性接着剤（導電ペ
ースト）を用いたが、他の手段（半田や導電ワイヤな
ど）を用いて接続することも可能である。本発明は圧電
ブザー以外に、圧電受話器、圧電スピーカ、圧電サウン
ダ、リンガーなどに適用可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
に記載の発明によれば、矩形状の振動板を用いたので、
グリーンシートの打ち抜きから親基板カットに至る工程
における金型、治具、圧電体品種を少なくでき、かつ材
料効率もよいので、生産効率が向上し、製造コストを低
減できる。また、矩形状の振動板の対向する２辺をキャ
ップの支持部に固定し、振動板の他の２辺とキャップと
の隙間を封止したので、最大変位点が振動板の長さ方向
の中心線に沿って存在し、変位体積を大きくできる。そ
のため、円板状の振動板に比べて音響変換効率を高める
ことができる。そして、矩形状の振動板はその２辺が固
定されるが、その間の部分は自由に変位できるので、従
来の円板状の振動板に比べて低い周波数を得ることがで
きる。逆に、同じ周波数を得るのであれば、寸法を小型
化できる。

【００３２】請求項２に記載の発明によれば、圧電板を
金属板の片面のみに、かつキャップの支持部に固定され
る２辺の一辺側に偏った位置に接着し、振動板の圧電板
が接着された面の他辺側に金属板の露出部を設け、振動
板をその金属板がキャップの上壁部側に向くようにキャ
ップの支持部に固定したので、圧電板の表面電極と基板
とが対面し、表面電極と第２の電極部との接続が容易と
なる。しかも、振動板の一辺側に金属板の露出部が露出
しているので、金属板と第１の電極部との接続も容易と
なるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の圧電ブザーの製造工程を示す図である。

【図２】円形振動板と矩形振動板との変位分布の比較図
である。

【図３】円形振動板と矩形振動板の寸法と共振周波数と
の関係を示す図である。

【図４】本発明にかかる圧電音響部品の第１の実施形態
である圧電ブザーの斜視図である。

【図５】図４のＸ−Ｘ線断面図である。

【図６】図４のＹ−Ｙ線断面図である。

【図７】振動板の斜視図である。

【図８】本発明にかかる圧電音響部品の第２の実施形態
である圧電ブザーのキャップと振動板とを裏面側から見
た分解斜視図である。

【図９】図８の圧電ブザーのキャップと振動板とを裏面
側から見た組付状態の斜視図である。

【図１０】図８の圧電ブザーのキャップと基板との分解
斜視図である。

【図１１】本発明にかかる圧電音響部品の第３の実施形
態成である圧電ブザーの斜視図である。

【符号の説明】

１振動板２圧電板２ａ表面電極３金属板４キャップ４ａ上壁部４ｂ側壁部４ｃ支持部５接着剤６弾性封止材１０基板１３第１電極部１４第２電極部１５〜１８導電ペースト（導電性接着剤）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ１０Ｋ 9/12 １０１ＧＦターム(参考） 5D004 AA01 AA02 AA09 BB01 CC06 CD07 DD01 DD07 FF01 FF05 FF09 5J108 BB04 CC04 EE03 EE07 EE16 EE17 FF11 GG03 GG08 GG16 GG18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】矩形の金属板の少なくとも片面に、表裏面
に電極を有する矩形の圧電板の片面電極を接着して構成
された振動板と、上壁部と４つの側壁部とを有し、対向
する２つの側壁部の内側に上記振動板を支持する支持部
を持つ絶縁性キャップと、第１と第２の電極部が形成さ
れた平板状の基板とを備え、上記キャップ内に上記振動
板が収納され、振動板の対向する２辺と上記支持部とが
接着剤または弾性封止材で固定され、振動板の残りの２
辺とキャップとの隙間が弾性封止材で封止されて、振動
板とキャップの上壁部との間に音響空間が形成され、上
記基板上に上記キャップの側壁部開口端が接着されると
ともに、上記金属板は第１の電極部に対して電気的に接
続され、かつ上記圧電板の他面電極は第２の電極部に対
して電気的に接続されていることを特徴とする圧電音響
部品。
【請求項２】上記圧電板は金属板の片面のみに、かつキ
ャップの支持部に固定される２辺の一辺側に偏った位置
に接着され、上記振動板の圧電板が接着された面の他辺
側に金属板の露出部が設けられ、上記振動板はその金属
板をキャップの上壁部側に向けてキャップの支持部に固
定されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電音
響部品。
【請求項３】上記金属板は第１の電極部と導電性接着剤
により接続され、上記圧電板の他面電極は第２の電極部
と導電性接着剤により接続されていることを特徴とする
請求項１または２に記載の圧電音響部品。
【請求項４】上記弾性封止材は絶縁性材料で形成され、
上記振動板の４辺全てに塗布されていることを特徴とす
る請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電音響部品。