JP2002315095A - 圧電音響変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い周波数帯域においてフラットな音圧レベ
ルを維持することができる圧電音響変換器を提供する。 【解決手段】 圧電音響変換器１０は、圧電素子１１を
基板１２に貼り付けてなる圧電振動板と、圧電振動板の
周縁部を保持するケースとを具備する。基板１２は絶縁
体１７の表面に金属箔１８が貼り付けられたシート状の
形状を有し、金属箔１８に所定のパターンが形成され、
基板１２の弾性率が不均一となっている。こうして、基
板１２に様々な振動モードを生じさせて広い周波数帯域
においてフラットな音圧レベルを維持することができ
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、例えば、携帯電話
機等の移動体通信機器に使用される圧電音響変換器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話機等の小型電子機器に用いられ
る発音体として、図６の断面図に示すように、薄い平板
状の金属基板９１の略中央部に平板状の圧電素子９２を
貼り付けて圧電振動板９３を形成し、この圧電振動板９
３の外周部を接着剤を用いてケース（枠部材）９４に固
定した構造を有する発音体９０が知られている。

【０００３】ところが、このような発音体９０は、広い
周波数帯域にわたってフラットな音圧レベルを維持する
ことができないために、ブザー音等の特定の周波数の音
の発音体として用いることはできても、音声や音楽用の
発音体として用いることが困難であった。そこで、この
問題を解決するために、例えば、特開平１１−７２８３
号公報には金属基板の所定形状の溝を形成する等して基
板の振動特性を変化させた圧電発音体が開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−７２８３号公報に記載された圧電発音体は構造が
複雑であり、製造コストが嵩むという問題がある。

【０００５】本発明は、このような従来技術が有する問
題点に鑑みてなされたものであり、広い周波数帯域にお
いてフラットな音圧レベルを維持することができ、ま
た、製造コストの低減を可能とした圧電音響変換器を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によれ
ば、圧電素子を基板に貼り付けてなる圧電振動板と、前
記圧電振動板の周縁部を保持するケースとを具備する圧
電音響変換器であって、前記基板は絶縁体の表裏面の少
なくとも一方に導体が形成されたシート状の形状を有
し、少なくとも１つの前記導体に所定のパターンが形成
されて前記基板の弾性率が不均一となっていることを特
徴とする圧電音響変換器、が提供される。

【０００７】このような圧電音響変換器においては、基
板の弾性率を不均一とすることで、広い周波数帯域にお
いてフラットな音圧レベルを維持することができる。ま
た、本発明の圧電音響変換器は、構造が複雑ではなく、
製造も容易である。

【０００８】本発明の圧電音響変換器においては、所定
のパターンが形成された導体は、圧電素子への電圧印加
用の配線を兼ねるものとすることができる。また、スル
ーホールが形成された絶縁体の表裏両面に導体が形成さ
れた基板を用いた場合には、このスルーホールを介して
表裏両面に形成された導体を導通させると、圧電素子へ
の電圧印加用の配線を減らして構造を簡単なものとする
ことができる。さらに、基板に１または複数の所定形状
のスルーホールを形成して、このスルーホールに少なく
とも基板を構成する絶縁体の弾性率とは異なる弾性率を
有する材料を充填することも好ましい。こうして、基板
が共振し難い構造となって音圧レベルをよりフラットに
することができる。

【０００９】本発明の圧電音響変換器においては、基板
の一部をケースの外側に引き出すことで配線の一部とし
て利用することができ、これにより組み立てを容易とす
ることができる。基板としては、複数の絶縁体と１また
は複数の導体を厚み方向に積層してなる積層構造を有す
るものを用いることもできる。この場合において、複数
の絶縁体のうち少なくとも１つの弾性率が、他の絶縁体
または導体の弾性率とは異なるものとする。こうして基
板の振動特性を変化させて、所望する音圧レベルを有す
る圧電音響変換器を実現することができる。なお、絶縁
体としては絶縁性樹脂を用い、導体としては金属導体を
用いた基板を用いると、製造が容易である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電音響変換器の
実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図
１（ａ）・（ｂ）は本発明の圧電音響変換器の一実施形
態を示す斜視図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）の断面
図である。ここで、図１（ａ）の斜視図は圧電音響変換
器１０の構造を示しており、図１（ｂ）の斜視図は圧電
音響変換器１０に用いられる圧電素子１１と基板１２と
を別に示したものである。なお、基板１２の周縁部はケ
ースにより保持されるが、図１の各図においては、この
ケースを省略している。

【００１１】圧電音響変換器１０は、圧電素子１１を基
板１２に貼り付けた構造を有しており、圧電素子１１
は、薄板状の圧電体１５の表裏両面に電極１６ａ・１６
ｂが形成された構造を有し、基板１２は、シート状の絶
縁体１７に金属箔１８を貼り合わせた構造を有する。ま
た、電極１６ａにはリード線１９ａが、金属箔１８には
リード線１９ｂがそれぞれ取り付けられており、圧電素
子１１に所定の電圧を印加することができるようになっ
ている。なお、圧電素子１１は接着剤を用いて基板１２
へ貼り付けられているが、この接着剤によって形成され
る接着層は薄いために、電極１６ｂと金属箔１８との間
の導通が確保され、リード線１９ｂは電極１６ｂと導通
している。

【００１２】圧電体１５としては、圧電セラミックスや
圧電性高分子等の各種の圧電材料を用いることができる
が、圧電材料の中でも圧電セラミックスは優れた圧電特
性を有することから、本発明において好適に用いられ
る。圧電体１５として圧電セラミックスを用いる場合に
は、電極１６ａ・１６ｂは、圧電体１５の表裏面に銀ペ
ースト等をスクリーン印刷法によって印刷し、所定の温
度で処理して焼き付けることで形成することができる。
なお、圧電素子１１の表裏面の形状は図１（ａ）・
（ｂ）に示す円形に限定されるものではない。つまり、
圧電体１５は円板形状に限定されない。

【００１３】基板１２を構成する絶縁体１７としては各
種の樹脂材料（ゴム材料を含む）が好適に用いられ、例
えば、液晶ポリマー樹脂やポリイミド樹脂を挙げること
ができる。金属箔１８としては導電性に優れた銅箔が好
適に用いられるが、その他アルミニウム箔、ニッケル箔
等の各種金属箔を用いることも可能である。絶縁体１７
と金属箔１８との接着は接着剤を用いて行ってもよい
し、熱融着によって行ってもよい。

【００１４】金属箔１８には所定のパターンが形成され
ており、基板１２の弾性率に面内分布をもたせて不均一
な状態としている。これによって、基板１２に複数の振
動モードを発生させて広い周波数帯域においてフラット
な音圧レベルを得ることができるようになる。基板１２
は絶縁体１７と金属箔１８とを貼り合わせたプリント配
線基板等にエッチング加工でパターンを形成すればよい
ことから、短時間で容易に作製でき、このため製造コス
トは嵩まない。なお、図１（ｂ）に示した金属箔１８の
パターンは一例であり、このようなパターンに限定され
るものではない。また、パターンは点対称や線対称なパ
ターンであってもよく、非対称なパターンであってもよ
い。

【００１５】以下、圧電音響変換器１０と同様に、基板
の弾性率を不均一として基板に複数の振動モードを発生
させ、広い周波数帯域においてフラットな音圧レベルを
得ることができる圧電音響変換器の別の実施形態につい
て説明する。

【００１６】図２は本発明の圧電音響変換器の別の実施
形態を示す断面図である。圧電音響変換器２０は、２個
の圧電素子２１ａ・２１ｂを基板２２の表裏両面に貼り
付けた構造を有しており、圧電素子２１ａ・２１ｂは、
それぞれ圧電体２５ａ・２５ｂに電極（２６ａ・２６ａ
´）・（２６ｂ・２６ｂ´）が形成された構造を有す
る。圧電素子２１ａ・２１ｂは同じ形状であってもよ
く、また異なる形状であってもよい。

【００１７】基板２２はシート状の絶縁体２７の表裏両
面に金属箔２８ａ・２８ｂが貼り付けられて一体化され
た構造を有しており、金属箔２８ａ・２８ｂには、例え
ば、金属箔１８と同様なパターンが形成され、基板２２
の弾性率に分布をもたせている。金属箔２８ａ・２８ｂ
のパターンは、厚み方向から透視した際に重なり合うよ
うに形成されていてもよく、重なり合わないように形成
されていてもよい。なお、基板２２の周縁部はケースに
より保持されるが、図２ではこのケースを省略してい
る。

【００１８】電極２６ａ・２６ｂには、それぞれリード
線２４ａ・２４ｂが取り付けられている。また、絶縁体
２７の周縁部には、側面が金属２３でコーティングされ
たスルーホール２９が形成されており、このスルーホー
ル２９によって金属箔２８ａと金属箔２８ｂとが導通し
ている。従って、金属箔２８ａ・２８ｂにそれぞれリー
ド線を取り付ける必要はなくなり、いずれか一方にリー
ド線２４ｃを取り付ければよい。こうして、圧電音響変
換器２０においては、リード線２４ｃを共通電極として
用いて圧電素子２１ａ・２１ｂを駆動させることができ
る。

【００１９】図３は本発明のさらに別の実施形態を示す
断面図である。圧電音響変換器３０は、圧電素子３１を
基板３２に貼り付けた圧電振動板３３が、圧電振動板３
３の周縁部を保持するようにしてケース３４に収納され
た構造を有している。圧電素子３１は圧電体３５に電極
３６ａ・３６ｂが形成された構造を有し、基板３２はシ
ート状の絶縁体３７の一方の面に、所定のパターンに加
工された金属箔３８を貼り付けて一体化した構造を有し
ており、金属箔３８のパターンによって基板３２の弾性
率が不均一となっている。

【００２０】基板３２の一部はケース３４から外部に引
き出されており、このケース３４外に引き出された延出
部分３２ａは、金属箔３８の一部を延出したリード部３
８ａと、リード部３８ａとは絶縁された別のリード部３
８ｂを有している。リード部３８ｂは圧電素子３１の電
極３６ａとワイヤーボンディングされて導通しており、
こうしてリード部３８ａ・３８ｂに所定の電圧を印加す
ることによって圧電素子３１を駆動することができるよ
うになっている。つまり延出部分３２ａは配線の一部と
して機能し、例えば、回路基板へ圧電音響変換器３０の
取付等を容易なものとすることができる。

【００２１】図４は本発明のさらに別の実施形態を示す
斜視図である。圧電音響変換器４０は、圧電素子４１を
基板４２に貼り付けた構造を有しており、圧電素子４１
は圧電体４５に表面に電極４６ａが形成され、圧電体４
５の裏面には図示しない電極が形成された構造を有して
いる。基板４２はシート状の絶縁体４７の一方の面に全
体に金属箔４８を貼り付けて一体化した構造を有してい
る。なお、電極４６ａと金属箔４８にはそれぞれリード
線４４ａ・４４ｂが取り付けられている。また、基板４
２の周縁部はケースにより保持されるが、図４ではこの
ケースを省略している。

【００２２】基板４２には厚み方向に貫通している孔部
４９が複数箇所に形成されており、これらの孔部４９に
は、絶縁体４７の弾性率とは異なる値の弾性率を有する
材料、例えば、金属箔４８と同じ金属材料または金属箔
４８とは異なる金属材料、例えば、鉛やタングステン等
の比重の大きい金属材料が充填されており、このような
充填物によって基板４２の弾性率分布を不均一なものと
している。

【００２３】なお、基板４２では孔部４９は絶縁体４７
と金属箔４８とを貫通して形成されているが、絶縁体４
７のみを貫通した孔部を形成して、その内部に所定の充
填物を充填しても構わない。また、図４では基板４２の
外周部に孔部４９を形成した形態を示したが、このよう
な孔部は圧電素子４１が貼り付けられる基板４２の中心
部に設けることも可能である。さらに、金属箔４８に金
属箔１８・３８のような所定のパターンを形成しても構
わない。

【００２４】図５（ａ）は本発明のさらに別の実施形態
を示す断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示され
る圧電音響変換器５０を構成する部品を示す斜視図であ
る。圧電音響変換器５０は、圧電素子５１を基板５２に
貼り付けた構造を有しており、圧電素子５１は板状の圧
電体５５の表裏両面に電極５６ａ・５６ｂが形成された
構造を有し、基板５２は、金属箔５８ａと絶縁体５７ａ
とを貼り合わせた基板５２ａと、金属箔５８ｂと絶縁体
５７ｂとを貼り合わせた基板５２ｂと、を貼り合わせた
積層構造を有している。電極５６ａにはリード線５９ａ
が、金属箔５８ａにはリード線５９ｂがそれぞれ取り付
けられている。なお、基板５２の周縁部はケースにより
保持されるが、図５ではこのケースを省略している。

【００２５】金属箔５８ａにはパターンは形成されてい
ないが、金属箔５８ｂには所定のパターンが形成されて
おり、この金属箔５８ｂに形成されたパターンによっ
て、基板５２における弾性率の分布を不均一なものとし
ている。なお、金属箔５８ａにパターンを形成して、金
属箔５８ｂにはパターンを形成しない構造としてもよ
く、また、金属箔５８ａ・５８ｂの両方に所定のパター
ンを形成してもよい。

【００２６】絶縁体５７ａ・５７ｂには同じ材料を用い
てもよいし、弾性率の異なる材料を用いてもよい。例え
ば、絶縁体５７ａには液晶ポリマー樹脂を用い、絶縁体
５７ｂにはウレタン樹脂を用いる等して異なる材料を用
いることもできる。さらに、絶縁体５７ａとして樹脂材
料を用い、絶縁体５７ｂとしてガラス材料やセラミック
ス材料を用いることも可能である。絶縁体と金属箔の積
層数は、各２層に限定されるものではなく、より多くの
層数を有する積層構造であってもよい。

【００２７】以上、本発明の実施の形態ついて説明して
きたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでは
ない。例えば、圧電音響変換器５０を構成する基板５２
としては、絶縁体５７ａ・５７ｂにそれぞれ異なる材料
を用いて、金属箔５８ｂを間に挟むことなく絶縁体５７
ａ・５７ｂどうしを直接に貼り付け、その一方の主面に
所定のパターンが形成された金属箔を貼り合わせた構造
を有する基板を用いることも可能である。この場合にお
いて、さらに基板に孔部を形成して孔部に所定の充填物
を充填することも可能である。このように、図１から図
５に示した圧電音響変換器１０・２０・３０・４０・５
０のそれぞれの特徴を組み合わせて、種々の形態を有す
る圧電音響変換器を実現することができる。

【００２８】また、基板を構成する導体として金属箔を
用いた場合について説明したが、例えば、スパッタ等の
方法により絶縁体の表面に導体薄膜が形成された基板を
用いることも可能である。さらに、上記実施の形態で
は、圧電音響変換器を音声を再生する用途に用いた場合
について説明したが、逆に、マイクロフォンのように、
音声を電気信号に変換する機器として用いることもでき
る。

【００２９】

【発明の効果】上述の通り、本発明の圧電音響変換器に
よれば、圧電体を貼り付ける基板の弾性率を不均一にす
ることで、広い周波数帯域にわたってフラットな音圧レ
ベルを維持することが可能となり、こうして音声や音楽
用の発音体として、またはこれらの音を電気信号に変換
する用途に用いることが可能となる。また、本発明の圧
電音響変換器は、構造が複雑ではなく、製造も容易であ
る。さらに、基板の構造や材質、または基板を構成する
導体のパターンを種々に選択することによって、所望す
る周波数特性を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電音響変換器の一実施形態を示す斜
視図および断面図ならびに圧電音響変換器を構成する部
品の斜視図。

【図２】本発明の圧電音響変換器の別の実施形態を示す
断面図。

【図３】本発明のさらに別の実施形態を示す断面図。

【図４】本発明のさらに別の実施形態を示す斜視図。

【図５】本発明のさらに別の実施形態を示す断面図およ
び圧電音響変換器を構成する部品を示す斜視図。

【図６】従来の発音体を示す断面図。

【符号の説明】

１０・２０・３０・４０・５０；圧電音響変換器 １１・２１ａ・２１ｂ・３１・４１・５１；圧電素子 １２・２２・３２・４２・５２・５２ａ・５２ｂ；基板 １５・２５・３５・４５・５５；圧電体 １６ａ・１６ｂ・２６ａ・２６ｂ・３６ａ・３６ｂ・４
６ａ・５６ａ・５６ｂ；電極 １７・２７・３７・４７・５７ａ・５７ｂ；絶縁体 １８・２８ａ・２８ｂ・３８・４８・５８ａ・５８ｂ；
金属箔 １９ａ・１９ｂ・２４ａ・２４ｂ・２４ｃ・４４ａ・４
４ｂ・５９ａ・５９ｂ；リード線 ２３；金属 ２９；スルーホール ３２ａ；延出部分 ３３；圧電振動板 ３４；ケース ３８ａ・３８ｂ；リード部 ４９；孔部 ９０；発音体 ９１；金属基板 ９２；圧電素子 ９３；圧電振動板 ９４；ケース（枠部材）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子を基板に貼り付けてなる圧電振
   動板と、前記圧電振動板の周縁部を保持するケースとを
   具備する圧電音響変換器であって、 前記基板は絶縁体の表裏面の少なくとも一方に導体が形
   成されたシート状の形状を有し、 少なくとも１つの前記導体に所定のパターンが形成され
   て前記基板の弾性率が不均一となっていることを特徴と
   する圧電音響変換器。
2. 【請求項２】 前記所定のパターンが形成された導体が
   前記圧電素子への電圧印加用の配線として用いられるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の圧電音響変換器。
3. 【請求項３】 前記基板はスルーホールが形成された絶
   縁体の表裏両面に導体が形成された構造を有し、前記ス
   ルーホールを介して前記表裏両面に形成された導体が導
   通していることを特徴とする請求項１または請求項２に
   記載の圧電音響変換器。
4. 【請求項４】 前記基板は１または複数の所定形状のス
   ルーホールが形成された構造を有し、 前記スルーホールに少なくとも基板を構成する絶縁体の
   弾性率とは異なる弾性率を有する材料が充填されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項
   に記載の圧電音響変換器。
5. 【請求項５】 前記基板の一部は前記ケースの外側に引
   き出されて配線の一部として利用されていることを特徴
   とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧
   電音響変換器。
6. 【請求項６】 前記基板は複数の絶縁体と１または複数
   の導体を厚み方向に積層してなる積層構造を有すること
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記
   載の圧電音響変換器。
7. 【請求項７】 前記基板を構成する複数の絶縁体のうち
   少なくとも１つは、他の絶縁体または前記導体とは異な
   る弾性率を有することを特徴とする請求項６に記載の圧
   電音響変換器。
8. 【請求項８】 前記基板は絶縁性樹脂と金属導体とから
   なることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか
   １項に記載の圧電音響変換器。