JP2004188266A - 圧電型振動子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接続線や半田付けを必要としない半田レスによる導通により、薄型化、工数削減、低コスト化を実現できる圧電型振動子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】圧電セラミックス１１の両面に電極１２を形成して分極処理を施した圧電素子１及び圧電素子１を両面に固着する金属振動板２を有する複数の圧電振動部２０と、複数の圧電振動部２０を所定間隔で保持する支持部４と、複数の圧電振動部２０の圧電素子１に形成された電極１２間の電気的導通を確保する単一の接続端子３とを備えた圧電型振動子であって、複数の圧電振動部２０の金属振動板２は互いに連結された単一のものから構成した。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機やラップトップコンピュ−タなどのバッテリ（低電圧）駆動の情報端末機器などにおいて、音声拡声などを目的として使用される圧電型振動子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
筐体を振動させて発音、拡声を行う小型振動子は、動電型振動子と圧電型振動子に大別することができる。動電型振動子は、その動作原理上、ボイスコイルと磁石を必要とする。一方、圧電型振動子は、通常の動電型振動子と比較すると構造が極めて簡単であるため、携帯電話機やラップトップコンピュ−タ等の情報端末機器の小型、薄型、軽量化に適している。また、圧電型振動子は、強度的にも強固で、安価であり、さらに消費電力も少なく済むため、情報機器端末機器などの音声拡声用の振動子として広く用いられている。
【０００３】
次に、従来の圧電型振動子の代表的な一例を図６に示す。
この圧電型振動子は、２つ以上の共振周波数を確保するため、２枚以上の金属振動板１０１に圧電素子１０２を貼り付けた圧電振動板１０３を、樹脂製の支持体１０４で保持し、各圧電素子１０２上に形成された電極１０５と信号入力端子１０６との間、及び各金属振動板１０１と信号入力端子１０７との間を、それぞれ、電気的に導通している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
そして、このように構成した圧電型振動子は、２枚以上の圧電振動板１０３で固有の電気容量を有しており、信号入力端子１０６、１０７に電気信号を加えることにより、圧電振動板１０３に振動を発生し、これにより得られる作用、反作用の力を起振力として利用したものである。
【０００５】
ところで、従来の圧電型振動子にあっては、通常、例えば図７に示すように、各圧電素子１０２上の電極１０５間と信号入力端子１０６との間、及び、各金属振動板１０１と信号入力端子１０７との間の電気的導通を確保するために、銅線等の接続線１０８を半田１０９などで取付け、電気的な導通を確保することが一般的であった（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
実公平７−４１２１２号公報（第１下段乃至第２頁上段、図４）
【特許文献２】
特開平６３１６３号公報（第２頁右欄中段、図２９）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示したような構成の圧電型振動子では、前述したように、それぞれの圧電素子上の電極間の入力信号端子との電気的導通、及び、金属振動板と入力信号端子との電気的導通を、それぞれ、銅線等の接続線を半田付けすることにより確保することが一般的であったが、半田での接合は、半田高さの規制が難しいために薄型化の阻害要因になっているとともに、工数の削減に対する阻害要因ともなっていた。
【０００８】
本発明は、上記した事情に鑑み、接続線や半田付けを必要としない半田レスによる導通により、薄型化、工数削減、低コスト化を実現できる圧電型振動子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電型振動子は、圧電セラミックスの両面に電極を形成して分極処理を施した圧電素子及び前記圧電素子を両面に固着する金属振動板を有する複数の圧電振動部と、前記複数の圧電振動部を所定間隔で保持する支持部と、前記複数の圧電振動部の圧電素子に形成された前記電極間の電気的導通を確保する単一の接続端子とを備えた圧電型振動子であって、
前記複数の圧電振動部の金属振動板は互いに連結された単一のものから構成されていることを特徴としている。
【００１０】
これにより、例えば、高信頼性が要求される音声拡声用圧電型振動子において、２つ以上の圧電振動板の電極間接続において安定した電気的導通の確保と薄型化、低コスト化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明の圧電型振動子は、前記各金属振動板を、互いに連結部で一体に連結することを特徴としている。
【００１２】
これにより、銅線等の電気的接続線を必要とせずに電気的な接続、具体的には金属振動板の各圧電振動部に同位相の信号を入力することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の圧電型振動子は、前記各圧電素子の前記電極間を電気的に導通する前記接続端子が、前記各電極に対してそれぞれ２個所以上で接続するための接続片を有することを特徴としている。
【００１４】
これにより、安定した接続を確保することができる。
【００１５】
また、本発明の圧電型振動子は、前記接続端子の少なくとも前記接続片を耐腐食性材料で形成したことを特徴としている。
【００１６】
これにより、耐環境性に優れ安定した電気的導通を確保することができる。
【００１７】
また、本発明の圧電型振動子は、前記支持部は、樹脂成形時に、前記金属振動板の略全体と前記接続端子の一部とを同時にモールドしたもので構成することを特徴としている。
【００１８】
これにより、接続端子の接続片の強度の確保と接続片の耐環境性の向上とを図ることができる。
【００１９】
また、本発明の圧電型振動子の製造方法は、前述した本発明のいずれかに記載の圧電型振動子の製造方法であって、
複数の圧電振動部どうしが互いに連結された単一の金属振動板の前記各圧電振動部の両面に圧電素子をそれぞれ固着して前記圧電素子の一面側の電極と前記金属振動板とを電気的に接続し、
略板状でバネ性を有する単一の接続端子の各間隙部に前記金属振動板ごと前記圧電素子を挿入して前記圧電素子の他面側の電極と前記接続端子とを電気的に一括接続し、
前記圧電素子を挿入した前記接続端子及び前記金属振動板の少なくとも一部を樹脂によるモールドにより一体成形して支持部を形成することを特徴としている。
【００２０】
これにより、圧電振動子の薄型化、工数削減による低コスト化を図ることができるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、この発明の実施形態に係る圧電型振動子を示すものであり、この圧電型振動子は、上下に１対の圧電素子１を貼り付けた平板状の金属振動板２からなる圧電振動部（これがバイモルフ素子として構成される）２０と、この圧電振動部２０を上下にそれぞれ固定・挟持した平板状の接続端子３と、この圧電振動部２０の中央部及び接続端子３のほぼ全体を覆うような状態で上下（縦）方向に沿って一定幅Ｗに樹脂モールドした支持部４とを備えている。
【００２２】
圧電素子１は、薄板状の圧電セラミックス１１と、この圧電セラミックス１１の両面に形成して分極処理を施した電極１２とを備えたものであり、本実施の形態の圧電セラミックス１１には、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等が用いられている。
【００２３】
一方、本実施の形態の電極１２には、例えば銀（Ａｇ）などの材料で形成されているとともに、直流（ＤＣ）高電圧印加などを行うことにより分極処理が施されている。また、この電極１２は、適宜の接着剤、例えばアクリル系接着剤などにより、圧電セラミックス１１の両面に固着してある。
そして、各圧電セラミックス１１の一方の面に固着した電極（以下、これを内側電極１２Ａとよぶ）には、後述する金属振動板２を介して同位相の入力信号が入力されるとともに、他方の面に固着した電極（以下、これを外側電極１２Ｂとよぶ）には、後述する接続端子３を介して内側電極１２Ａへ入力する入力信号とは逆位相の関係にある入力信号が入力されるようになっている。
【００２４】
金属振動板２は、伸縮せずに圧電素子を保持するためのものであり、前述したように、例えばアクリル系接着剤等の接着材料で各面に圧電素子１を固着させている（図３参照）。
そして、本実施の形態の金属振動板２は、信頼性を確保する関点から、例えば圧電素子１との熱膨張係数の整合を図るために鉄とニッケル合金等の導電性の金属材料を用いて、具体的には、図２（Ａ）に示すように、略横Ｈ字型に打ち抜いた板材２Ａを用いて、これを所定の方向に適宜折り曲げて形成している。
【００２５】
即ち、この板材２Ａには、薄板略矩形状の第１振動板２１及び第２振動板２２と、これらをそれぞれ中間部分で連結する連結片２３と、第１振動板２１の側縁部から突設させた接続片２４とを備えており、第１振動板２１と連結片２３との境界２０Ａを山折り、連結片２３と第２振動板２２との境界２０Ｂを山折り、第１振動板２１と接続片２４との境界２０Ｃを谷折りに折曲して、図２（Ｂ）に示すような状態に立体形成している。
【００２６】
また、この金属振動板２は、図３に示すように、第１振動板２１及び第２振動板２２のそれぞれの両面に圧電素子１を固着させており、都合４個の圧電素子１が取り付けられている。特に、この金属振動板２には、前述したように、圧電素子１の一部を構成する電極１２のうち内側電極１２Ａが固着されており、この金属振動板２に、前述したように、接続端子３と接続される外側電極１２Ｂとは特定の位相関係で入力信号が入力されるようになっている。このようにして、２枚（以上）の平板状の金属振動板２を同位相で振幅させることにより、圧電型振動子としての起振力を得ることができる。
【００２７】
一方、接続端子３は、金属振動板２上の圧電素子１に形成された各電極１２間を単一の電気接続端子により電気的導通を確保するためのものであり、薄板状のバネ性を有する耐腐食性材料の導電性金属を用いて、具体的には、例えば銅系，リン青銅などに、好ましくは金（Ａｕ）メッキなどの耐食性処理等を施して形成した板材３Ａを用いて、図４（Ａ）のような形状に打ち抜いて、破線部分で同図（Ｂ）のように適宜の方向に折り曲げて、同図（Ｃ）のような立体形状に形成されている。
【００２８】
即ち、この板材３Ａには、柱部３１と、この柱部３１から側方に平行に突設する第１突起部３２乃至第３突起部３４とを備えており、このうち第１突起部３２の下縁部にはばね性を有する接続片３２Ａ及び３２Ｂが、それぞれ、谷折り、山折りの状態で折曲されている。
【００２９】
一方、第２突起部３３には、上縁部にはばね性を有する接続片３３Ａ及び３３Ｂが、それぞれ、山折り、谷折りの状態で折曲されているとともに、下縁部に接続片３３Ｃ及び３３Ｄが、それぞれ、谷折り、山折りの状態で折曲されている。
【００３０】
また、第３突起部３４には、上縁部にはばね性を有する接続片３２Ａ及び３２Ｂが、それぞれ、山折り、谷折りの状態で折曲されている。
【００３１】
そして、この接続端子３は、図５（Ａ）に示すように、柱部３１を設けていない開口部分から隙間、即ち、第１突起部３２と第２突起部３３との間、第２突起部３３と第３突起部３４との間に、金属振動板２ごと圧電素子１を挿入させて挟み込み圧接状態とすることにより、それぞれの圧電素子１の外側電極１２Ｂとの電気的導通をまとめて同時に行うことができるようになっている。
【００３２】
即ち、この接続端子３には、第１突起部３２乃至第３突起部３４の上縁部又は下縁部に、ばね性を有する接続片３２Ａ乃至３４Ｂが形成されており、前述した第１突起部３２乃至第３突起部３４の各隙間に圧電素子１が挿入されると、これらの接続片３２Ａから３４Ｂがそれぞれ各圧電素子１の外側電極１２Ｂと弾性的に圧接して電気的に接触・導通するようになっている。なお、少なくとも第１突起部３２乃至第３突起部３４には、前述した金メッキ等の耐腐食性に優れた表面処理が施されている。
【００３３】
特に、本実施の形態では、接続片３２Ａから３４Ｂが各外側電極１２Ｂに対して、図５（Ｂ）に示すように、左右両側に手を広げた状態のようにして、各外側電極１２Ｂに対して一対の接続片（３２Ａ，３２Ｂ）、（３３Ａ，３３Ｂ）、（３３Ｃ，３３Ｄ）、（３４Ａ，３４Ｂ）が、左右均等な状態で支承・支持することにより、安定した状態での導通を確保することができるようになっている。
【００３４】
なお、金属振動板２上の圧電素子１に形成された各外側電極には、前述したように、同位相の入力信号が与えられるようになっている。したがって、各圧電振動部２０の各外側電極１２Ｂ及び各内側電極１２Ａについて、それぞれ、互いに半波長だけ位相がずれた状態にある、同位相の入力信号を与えることにより、各金属振動板２を同位相で振幅させることにより起振力を発生することができるように構成さえている。
【００３５】
支持部４は、複数の圧電振動部２０のそれぞれ中央部分を所定間隔で固定・保持するのと同時に、これら複数の圧電振動部２０に設けた各外側電極１２Ｂが互いに他の圧電振動部２０の外側電極１２Ｂと接触するのを防止するようになっており、適宜の絶縁性樹脂、例えば熱可塑性樹脂などを用いてモールドされた構成となっている。
【００３６】
即ち、本実施の形態の支持部４は、図５（Ａ）に示す状態、つまり接続端子３に金属振動板２ごと圧電素子１を挿入させて挟み込み圧接状態としたところで、これを所定の金型のキャビティにセットして、所謂インサート成形により、射出成形などを行って樹脂モールドするように構成されている。なお、このモールドに使用する樹脂材料についても、圧電素子１、電極１２、金属振動板２、接続端子３とについて、熱膨張係数の整合性を図るため、これらの熱膨張係数にできるだけ近い材料のものを選択することが好ましい。
【００３７】
次に、本実施形態に係る圧電型振動子の製造方法について説明する。
（ｉ）初めに、図２（Ｂ）に示すような形状に形成した金属振動板２を用意して、図３に示すように、この第１振動板２１及び第２振動板２２に、それぞれ圧電素子１の外側電極部分を固着する。
（ｉｉ）次に、図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示すような形状に形成した接続端子３を用意し、この接続端子３の第１突起部３２と第２突起部３３との間、及び第２突起部３３と第３突起部３４との間に、金属振動板２ごと圧電素子１を挿入させて挟み込み、これらの突起部間で圧電素子１を圧接状態に保持する。
これにより、圧電素子１の外側電極１２Ｂは、１枚の接続端子３の各接続片を介して突起部３２，３３と一括して電気的に接続されるとともに、圧電素子１の内側電極１２Ａは、１枚の金属振動板２を介して一括して電気的に接続される。
（ｉｉｉ）このようにして、圧電素子１の外側電極１２Ｂ及び内側電極１２Ａが、それぞれ、１枚の接続端子３及び金属振動板２と接続された状態のものを、所定の射出金型のキャビティに予めセットしてから、その射出金型内へ所定の樹脂を射出し、その後、冷却することで、図１に示すような圧電型振動子が形成できる。
【００３８】
従って、本実施の形態によれば、支持部４と２つの金属振動板２と接続端子３とを、樹脂モールドにより一体成形することにより、接続端子３のばね性を有するが脆弱な接続片３２Ａ乃至３４Ｂも封止することにより、その保持強度と耐腐食性を図ることができ、耐環境性を向上することができる。
さらに、本実施の形態によれば、（それぞれの圧電素子１の内側電極１２Ａに接続された）金属振動板２と信号入力端子部５Ａとの電気的導通、及び（それぞれの圧電素子１の外側電極１２Ｂに接続された）接続端子３と信号入力端子部５Ｂとの電気的導通を、銅線等の接続線及び半田などを使用しないで行うことにより、圧電型振動子の薄型化、工数削減による低コスト化を実現することも可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明は、圧電セラミックスの両面に電極を形成して分極処理を施した圧電素子及び圧電素子を両面に固着する金属振動板を有する複数の圧電振動部と、複数の圧電振動部を所定間隔で保持する支持部と、複数の圧電振動部の圧電素子に形成された電極間の電気的導通を確保する単一の接続端子とを備えた圧電型振動子であって、複数の圧電振動部の金属振動板は互いに連結された単一のものから構成されているので、圧電型振動子として、品質安定性、信頼性に優れ、しかも薄型化、工数低減化、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電型振動子を示すものであり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ線矢視断面図、（Ｃ）は平面図である。
【図２】（Ａ）は図１に示す本発明の圧電型振動子における金属振動板の展開図、（Ｂ）は（Ａ）に示す金属振動板を折曲して立体的に形成した状態を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は図２（Ｂ）に示す本発明の圧電型振動子の金属振動板において圧電素子を貼り付けた状態を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図、（Ｃ）は図２（Ｂ）に示す金属振動板の平面図である。
【図４】本発明の圧電型振動子の接続端子を示すものであり、（Ａ）は立体的に形成する前の展開図、（Ｂ）は接続端子を折り曲げて立体的に形成した状態を示す正面図、（Ｃ）は接続端子の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態における金属振動板と圧電素子を接続端子に挿入した状態を示すものであり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＶ−Ｖ線矢視断面図、（Ｃ）は平面図である。
【図６】従来の圧電型振動子を示すものであり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は平面図である。
【図７】図６に示す従来の圧電型振動子の電気的等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 圧電素子
１１ 圧電セラミックス
１２ 電極
１２Ａ 内側電極
１２Ｂ 外側電極
２ 金属振動板
２Ａ 板材
２０ 圧電振動部（バイモルフ素子を構成）
２０Ａ 境界
２０Ｂ 境界
２０Ｃ 境界
２１ 第１振動板
２２ 第２振動板
２３ 連結片
２４ 接続片
３ 接続端子
３Ａ 板材
３１ 柱部
３２〜３４第１突起部〜第３突起部
３２Ａ 接続片
３２Ｂ 接続片
４ 支持部（樹脂モールド）

Claims (6)

1. 圧電セラミックスの両面に電極を形成して分極処理を施した圧電素子及び前記圧電素子を両面に固着する金属振動板を有する複数の圧電振動部と、前記複数の圧電振動部を所定間隔で保持する支持部と、前記複数の圧電振動部の圧電素子に形成された前記電極間の電気的導通を確保する単一の接続端子とを備えた圧電型振動子であって、
   前記複数の圧電振動部の金属振動板は互いに連結された単一のものから構成されていることを特徴とする圧電型振動子。
2. 前記複数の圧電振動部の金属振動板は、互いに連結部で一体に連結することを特徴とする請求項１記載の圧電型振動子。
3. 前記接続端子は、前記各電極に対してそれぞれ２個所以上で接続するための接続片を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電型振動子。
4. 前記接続端子は、少なくとも前記接続片を耐腐食性材料で形成したことを特徴とする請求項３に記載の圧電型振動子。
5. 前記支持部は、樹脂成形時に、前記金属振動板の略全体と前記接続端子の一部とを同時にモールドしたもので構成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電型振動子。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電型振動子の製造方法であって、
   複数の圧電振動部どうしが互いに連結された単一の金属振動板の前記各圧電振動部の両面に圧電素子をそれぞれ固着して前記圧電素子の一面側の電極と前記金属振動板とを電気的に接続し、
   略板状でバネ性を有する単一の接続端子の各間隙部に前記金属振動板ごと前記圧電素子を挿入して前記圧電素子の他面側の電極と前記接続端子とを電気的に一括接続し、
   前記圧電素子を挿入した前記接続端子及び前記金属振動板の少なくとも一部を樹脂によるモールドにより一体成形して支持部を形成することを特徴とする圧電型振動子の製造方法。

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