JP2004221790A - 圧電発音素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】音響特性に優れ、且つ安価に得られる圧電発音素子及びその製造方法を提供する
【解決手段】圧電発音素子は、圧電素子１３と該圧電素子１３を貼り付けた振動板１２とからなる圧電振動板１４を有し、圧電素子１３を円形の一部が直線でカットされた形状に形成して構成する。
製法では、振動板に円形の圧電素子を接合し、所望形状に合わせて、圧電素子の一部を直線状にカットする工程を有する。
【選択図】 図１
【解決手段】圧電発音素子は、圧電素子１３と該圧電素子１３を貼り付けた振動板１２とからなる圧電振動板１４を有し、圧電素子１３を円形の一部が直線でカットされた形状に形成して構成する。
製法では、振動板に円形の圧電素子を接合し、所望形状に合わせて、圧電素子の一部を直線状にカットする工程を有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器に組み込まれる圧電発音素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型高性能化、通信技術の進歩により、発音素子自体も小型化・薄型化が進んでいる。圧電発音素子は原理的に構造が簡単で特に薄型化に適しており、各種電子機器に広く使われている。圧電発音素子の代表的な例としては、図１４に示すような圧電ブザーが知られている。この圧電ブザー１は、円形の圧電素子２と金属薄板による振動板３とが接着されて成る圧電振動板４が設けられ、この圧電振動板４の外周部が、機器の筐体５に形成された突起部６に接着され、圧電素子２の両面、即ち金属の振動板３と圧電素子２の表面の電極間、に信号電圧７を印加する事により音を出すというものである。従来、圧電発音素子は、周波数による発生音圧の変動が著しく大きく、高品位な音を発音する事は難しく、電子音（ブザー音）等の用途に限定されていた。一方、圧電素子を用いた高音質な小型スピーカーも検討されてきている。特許文献１には、円形の圧電素子を有する圧電型スピーカが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７ー２２６９９９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧電発音素子に用いられる圧電素子は出来るだけ薄くする事が望まれており、一般的には、圧電素子がシート成形によって作成される。一般的なシート成形プロセスは、簡略的には、焼成前の状態で厚さ数１０μｍ〜数１００μｍ程度の薄いシート状に形成し、このシート状のものを焼成して圧電素子を形成することになる。従来のメカプレスして焼成する工程に比べると、薄物を作るのに適した製法といえる。実際には、目的に合わせて素子形状を変える必要がある。この方法には、大きく分けて焼成前に行う場合と焼成後に行う場合がある。焼成前に行う方法としては、「打ち抜き」が用いられる。これは、焼成前のシートが柔らかい状態のため行えるが、非常に安価に形状を作成する事が可能で、かつ形状自由度も高い。一方、焼成後に行う方法は、素子の硬度が通常の圧電素子並となるので、砥石加工が主となる。この方法の場合、加工能率が悪い事や、形状自由度が低いことなどから、あまり一般的には用いられない。
【０００５】
形状加工を焼成前に行う場合、形状自由度が高いことは魅力的だが、一方で注意すべき点がある。一般的にセラミックス素子を焼成すると、体積収縮が起こる。例えば、直径φ２５ｍｍで打ち抜いた円形の圧電シート（圧電素子）を焼成すると、体積収縮により焼成後の圧電素子の直径はφ２５ｍｍ未満となる。例えば５％の収縮の場合は、焼成後の圧電素子の直径はφ２３．７５ｍｍとなる。従って、打ち抜く寸法は、焼成時の収縮を考慮して決定される。
【０００６】
このように、焼成前に形状を打ち抜く場合、収縮を考慮する必要があり、これは形状についても同様である。理想的には形状対称性の良い円形が望ましい。これは、収縮量が円の中心に対して全ての方向で等しい事による。これに対して、多角形や非対称形状の場合、場所による収縮量の違いによる変形や反り・ひび等の原因となり、これが歩留まりを悪化させる要因となる。
【０００７】
正円形の圧電素子は電極形成にも適する。圧電素子は電極面を形成する必要があり、一般的には、スクリーン印刷などにより導電性ペーストを印刷し加熱処理して電極を形成する。スクリーン印刷を行う為には、電極印刷用のマスクに対して圧電素子を所定の位置にセットする必要がある。形状対称性の良い正円形は縦横の区別も無く位置決めがし易い。
【０００８】
このように、圧電発音素子に用いられる圧電素子は、シート成形法を用い、焼成前に打ち抜きにより形状形成を行う事が低コストに適しており、その場合は、形状対称性の良い円形が最も適するということになる。その一方で、圧電発音素子の音響特性、特に周波数特性を平坦化させるためには、形状異方性を持たせることが有効である。この理由は、例えば縦横の寸法を変えることにより共振周波数を分散させて音響特性の平坦化が可能になること等による。
【０００９】
これらの事情から、圧電発音素子を安価に得る為には正円形の圧電素子を用いることが望ましく、一方で音響特性を改善する為には形状異方性を持たせる事が必要となり、両者を同時に実現する事が難しい。
【００１０】
本発明は、上述の点に鑑み、音響特性に優れ、且つ安価に得られる圧電発音素子及びその製造方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る圧電発音素子は、圧電素子と該圧電素子を貼り付けた振動板とからなる圧電振動板を有し、圧電素子を円形の一部が直線でカットされた形状に形成した構成とする。
【００１２】
本発明の圧電発音素子では、圧電素子の形状を円形の一部が直線でカットされた形状に形成されるので、圧電素子の形状異方性が確保され、音響特性が向上する。円形の圧電シートを焼成した後、一部を直線にカットして形状異方性を有する圧電素子を形成することが可能になり、圧電発音素子が精度良く且つ安価得られる。
【００１３】
本発明に係る圧電発音素子の製造方法は、振動板に円形の圧電素子を接合し、所望形状に合わせて、圧電素子の一部を直線状にカットする工程を有する。
【００１４】
本発明の圧電発音素子の製造方法では、最初に円形の圧電素子を振動板に接合するので、円形故に圧電素子の寸法精度が高く、且つ振動板に対する圧電素子の位置決めもし易い。その後、円形の圧電素子の一部を直線状にカットするので、形状異方性を有する圧電素子となり、音響特性に優れた圧電発音素子の製造が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電発音素子は、圧電素子を安価に作成可能な正円形状とし、この圧電素子を振動板と合体させた後に、所定の形状に切断し、即ち正円形状の一部を直線にカットして構成し、音響特性を改善するというものである。例えば厚さ数１０μｍの圧電素子そのものは非常に脆く割れ易い。本発明では、この薄膜の圧電素子を振動板に貼り付けることで振動板の強度により圧電素子を保持し、振動板の無い部分を切断して削除するようになす。これによって、圧電発音素子としては、圧電素子部の形状異方性が確保され、音響特性を改善することが可能となる。 さらに、１枚の正円形圧電素子から２つの半円形の圧電発音素子を作成することも可能である。半円形の振動板形状は、周波数特性の平坦性も良く、小型かつ高音質圧電発音素子になる。なお、本発明は、モノモルフ構造、バイモルフ構造の両者に適用するすることが出来る。
【００１６】
以下、図面を参照して本発明に実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る圧電発音素子の実施の形態の一代表例を示す。本実施の形態においては、図１Ａに示すように、長方形の振動板１２の表面上に接着剤を介して当初は正円形である圧電素子１３を接合した後、圧電素子１３の振動板１２の両側辺から均等にはみ出した部分１３ａ，１３ｂを長方形の辺に沿って切断し、小判形状の圧電素子１３を形成して圧電振動板１４を構成する。即ち、圧電素子１３は、円形の２箇所を、その直径に対して平行かつ線対称となる直線でカットした小判型形状である。圧電素子１３の両面には電極が形成される。振動板１２を金属で形成したときには、振動板１２が一方の電極となり、圧電素子１３の上面に形成した電極１６が他方の電極となる。この圧電振動板１４を樹脂シート１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕で被覆して本実施の形態の圧電発音素子１１が構成される（図１Ｂ，Ｃ参照）。この圧電発音素子１１は、図１Ｄに示すように、その支持部分である樹脂シート１５の外周部１５ａを、支持部材、例えば機器の筐体１７内の支持部１８に取付けて支持される。
この圧電発音素子１１では、圧電素子１３の両電極面に所要の信号電圧を印加することにより、発音素子として機能する。
【００１８】
図２は、かかる圧電発音素子１１の製造方法の実施の形態を示す。
先ず、図２Ａに示すように、短辺の寸法が円形の圧電素子１３の直径より小さい長方形の振動板１２を設け、この振動板１２の圧電素子１３を接着する部分に接着剤２２を形成する。振動板１２の材質は、例えば、ステンレス材、銅合金材、アルミニウム合金材、ニッケル合金材、チタン合金材などの、ある程度の弾性率を有する金属材料、若しくはプラスティック材料等が適する。本例では、金属材料で薄板状の振動板１２を形成する。同図示するように、振動板１２としては、エッチングや打ち抜きにより互いに連続した複数の振動板１２を有した集合基板化された形態でもよい。集合基板化された複数の振動板１２は、互いに切断し易い細くて薄い連結部２１を介して連結され、圧電素子１３を接合すべき領域に所要の接着剤２２が塗布される。振動板１２と連結部２１は一体に形成され、例えば連結部２１はハーフエッチングにより振動板１２より薄く形成される。
【００１９】
接着剤２２としては、例えばエポキシ樹脂接着剤や嫌気効果接着剤など所定の接着強度をもつ接着剤を使用し得る。接着剤２２の塗布方法としては、スクリーン印刷やスタンピング方法など、接着剤２２の塗布量をある程度安定して塗布できる塗布方法を用いる。
【００２０】
次に、図２Ｂに示すように、接着剤２２が塗布された振動板１２の所定位置に、円形の圧電素子１３をセットした状態で、接着剤２２の硬化条件に合わせた処理を行う。円形の圧電素子１３は、その中心が長方形の振動板１２の中心に合致又は合致に近い状態で振動板１２に接着される。このため、円形の圧電素子１３の両側の一部１３ａ，１３ｂは、同じ量だけ振動板１２の両側短辺よりはみ出す（図２Ｃ参照）。
【００２１】
次に、図２Ｃに示すように、振動板１２の外形に合わせた位置、厳密には振動板１２の外形より外側の位置で、例えばカッター、超音波カッター、ロータリーカッター、その他一般的な切断に用いる装置を用いて切断し、図において円形の圧電素子１３の上下にはみ出した部分１３ａ，１３ｂを削除する（鎖線位置ｍで削除する）。なお、振動板１２の外形と一致した位置、あるいは振動板１２の外形より内側の位置で圧電素子１３を切断することも可能である。削除部分は、圧電素子１３のみである。また、圧電素子１３の厚さは通常１００μｍ以下と薄いため、カッターによる切断行為で、振動板１２の外周部に沿ってクラックが進行し、容易に圧電素子１３を切断することができる。鋏でも切断を可能にする。実際には、カッター刃の磨耗による切断性能の低下等を防ぐ為に、刃の材料としては耐磨耗性の有る材料を選定すると共に、切断回数或いは切断距離を管理して定期的に刃の交換を行う等の注意が必要である。さらに、隣合う振動板１２間の連結部２１を切断する（鎖線位置ｎで切断する）。
【００２２】
このようにして、図２Ｄに示すように、長方形の振動板１２上に小判形の圧電素子１３が接着されて成る圧電振動板１１を得る。この圧電振動板１４を、図示せざるも、圧電振動板１４より大きい面積の柔軟性のある樹脂シート１５で被覆して図１に示す圧電発音素子１１を製造する。
【００２３】
樹脂シート１５は、熱可塑性樹脂シート、ポリプロピレン樹脂シート、ポリエステル樹脂シート等を選択して使用することができる。本例では、圧電振動板１４の両面を被覆する樹脂シート１５のうち、一方の樹脂シート１５Ａにポリプロピレン粘着シートを使用し、他方の樹脂シート１５Ｂに熱可塑性樹脂シートを使用する。本例のポリプロピレン粘着シート１５Ａは、ポリプロピレン樹脂シートをベースとし、圧電素子１３側の面に粘着層を有した粘着テープで形成される。
厚みに関しては、ベースとなるポリプロピレン樹脂シートの厚さが例えば２０〜４０μｍ程度で、粘着層を含む総厚は例えば６０〜８０μｍ程度である。ポリプロピレンは汎用的なテープとしては、材料固有の機械的共振鋭度（Ｑ値）が低く、音響材料に適している。このポリプロピレン粘着シート１５Ａを圧電振動板１４の一方の面に貼り付け、音響特性の改善と、電極１６の絶縁性及び圧電素子１３の保護を確保している。
【００２４】
本例の熱可塑性樹脂シート１５Ｂは、厚みが５０μｍ〜１００μｍ程度であり、振動板１２の他方の面に熱圧着により貼り付けられる。熱可塑性樹脂は、加熱により接着性が再現するため、完成した圧電発音素子、例えば圧電スピーカの最外周部、即ち支持部材への接着部１５ｄを再加熱・加圧することにより、支持部材に簡単に接着することが可能となる。熱可塑性樹脂シート１５Ｂ自体のヤング率が小さく、前述のポリプロピレン樹脂シート１５Ａとの組み合わせにより、樹脂シート部に適度な強度を持たせることが可能である。
【００２５】
圧電素子１３は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料で形成され、出来るだけ厚さの薄いものが望ましい。電極１６は、例えばＡｇ，Ｎｉ，Ａｕ等のメタライズ電極膜、例えば導電性ペーストによる電極膜で形成することができる。
【００２６】
本実施の形態に係る圧電発音素子１１によれば、圧電素子１３が円弧状の両端を直線で結んだ、いわゆる小判形状をなして形状異方性を有するので、高い音質の圧電発音素子を提供することができる。図７は、この小判形状の圧電素子１３を用いて成る圧電発音素子１１、即ち図５Ａ，Ｂの試料の圧電発音素子の音響特性を示す。
なお、図５の試料は後述するバイモルフ型の圧電発音素子（圧電スピーカ）１１である。この圧電発音素子１１は、直径φ２５ｍｍの圧電素子１３を２６ｍｍ×１９ｍｍの略長方形の振動板１２の両面に貼り付けた後に圧電素子１３を１９ｍｍ幅に切断した小判型圧電素子１３を用い、樹脂シート１５で被覆して作成したものである。圧電素子１３上面の電極１６と金属材による振動板１２からリード線１９ａ，１９ｂが導出される。
この図７の音響特性から分かるように、音圧の極大と極小の差が小さく、一般的な圧電発音素子、例えば図９に示す正円形（直径φ２５ｍｍ）の圧電素子を用いた圧電発音素子（即ち圧電スピーカ）の音響特性に比べて、音圧周波数が大幅に改善されていることが認められる。図９の正円形の圧電素子を用いた音響特性では、３ｋＨｚ，９ｋＨｚ辺りに異常な落ち込みがある。
本実施の形態では、圧電ブザーに用いられる例えば直径φ２５ｍの圧電素子を流用しつつ、一部加工を行うことで安易に音質の高品質化を達成することができる。
【００２７】
本実施の形態に係る圧電発音素子１１の製造方法によれば、１枚の正円形の振動板１３から一部直線状にカットし、小判形状の圧電素子１３を得て圧電発音素子を製造するので、形状異方性を有する圧電素子１３の寸法精度もよく、音響特性に優れた圧電発音素子を安価に製造することができる。
【００２８】
図１及び図２では、圧電素子を、円形から加工して円弧状に両端を直線で結ぶ小判形としたが、形状はこれに限らず、円形から一部直線にカットした形状、つまり形状異方性を有し音響特性が改善される形状であれば、非対称形状等、どのような形状でも可能である。
【００２９】
図３は、本発明に係る圧電発音素子の他の実施の形態を示す。本例は圧電素子の中央部を切断し、１枚の圧電素子から２個の発音素子を作成した例である。
本実施の形態においては、図３Ａに示すように、円形の振動板２５の表面上に接着剤を介して正円形の圧電素子１３を接合した後、振動板２５と共に圧電素子１３を中央より鎖線位置ｐで２分割するように切断し、２個の半円形の圧電振動板２７〔２７１ 、２７２ 〕を構成する．前述と同様に、各半円形の圧電素子２６１ 、２６２ の両面には電極が形成さる。振動板２５を金属で形成したときは、半円形の振動板２５１ 、２５２ が一方の電極となり、圧電素子２６１ 、２６２ の上面に形成した電極２９（図３Ｃ参照）が他方の電極となる。この各圧電振動板２７１ 、２７２ を夫々樹脂シート１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕で被覆して同時に２個の圧電発音素子２８１ 、２８２ が構成される（図３Ｂ，Ｃ参照）。この半円形の圧電発音素子２８〔２８１ 、２８２ 〕は、図３Ｄに示すように、その支持部分である樹脂シート１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕の外周部１５ａを、支持部材、例えば機器の筐体１７内の支持部１８に取付けて支持される。
その他の、振動板２５の材質、厚み、圧電素子１３の材質、厚さ、電極２９の構成、樹脂シート１５の構成等は、前述の圧電発音素子１１と同様であるので、重複説明を省略する。
この圧電発音素子２８１ 、２８２ では、圧電素子２６１ 、２６２ の両電極面に所要の信号を印加することにより、発音素子として機能する。
【００３０】
図４は、かかる圧電発音素子２８〔２８１ 、２８２ 〕の製造方法の実施の形態を示す。
先ず、図４Ａに示すように、略半円形状の振動板２５１ 及び２５２ を分断スペース３１を挟んで配列し、且つ分断スペース３１の一部において２つの半円形状の振動板２５１ 及び２５２ を連結部３２により連結してなる集合基板化された振動板２５が設けられる。２つの振動板２５１ 、２５２ は、円形をなすように分断スペース３１を挟んで上下に対称的に配列される。連結部３２は、振動板２５〔２５１ 、２５２ 〕と一体に形成されると共に、切断し易いように細くて薄く形成される。連結部３２は、例えばハーフエッチング等により振動板２５より薄く形成される。分断スペース３１は、振動板の製法と、分断するは刃の幅や位置決め精度などによって適宜決定される。例えば０．１〜０．５ｍｍ程度の幅が適する。また、分断スペース３１にもよるが、１ｍｍ以下が適する。各半円形の振動板２５１ 及び２５２ の圧電素子２６１ 及び２６２ を接着する部分には、接着剤２２が塗布される。接着剤の材質、塗布方法は前述と同様である。
【００３１】
次に、図４Ｂに示すように、両半径形の振動板２５１ 、２５２ 上に跨がって１枚の正円形の圧電素子１３をセットし、圧電素子１３を接着剤２２を介して振動板２５１ 及び２５２ に貼り付ける。
【００３２】
次に、図４Ｃに示すように、分断スペース３１の部分に切断手段、例えばカッターを通すようにして正円形の圧電素子１３を上下に２分割する。同時に振動板２５１ 及び２５２ を連結している連結部３２も切断される。切断手段は前述と同様のものが使用できる。これにより、図４Ｄに示すように、１枚の正円形の圧電素子１３から２個の半円形の圧電素子２６１ 、２６２ が作成され、且つ夫々の圧電素子２６１ 、２６２ が半円形の振動板２５１ 、２５２ 上に接着されて成る２個の半円形の圧電振動板２７１ 及び２７２ を得る。この圧電振動板２７１ 、２７２ を、図示せざるも夫々圧電振動板２７１ 、２７２ より大きい面積の柔軟性のある樹脂シート１５で被覆して図３に示す圧電発音素子２８１ 及び２８２ を製造する。
【００３３】
本実施の形態に係る圧電発音素子２８〔２８１ 、２８２ 〕によれば、圧電素子２６〔２６１ 、２６２ 〕が半円形をなして形状異方性を有するので、高い音質の圧電発音素子を提供することができる。図８は、この半円形の圧電素子２６を用いて成る圧電発音素子２８、即ち図６の試料の圧電発音素子（圧電スピーカ）の音響特性を示す。
なお、図６の試料は後述するバイモルフ型の圧電発音素子２８である。この圧電発音素子２８は、直径φ２５ｍｍの圧電素子１３を上下に対称に配置した半円形の振動板２５の両面に貼り付け、中央部で２つに分断して半円形の圧電素子２６を用い、樹脂シート１５で被覆して作成したものである。圧電素子２６上面の電極２９と金属材による振動板２５とから夫々リード線１９ａ，１９ｂが導出される。
この図８から分かるように、音圧の極大点と極小点の差が小さく、一般的な圧電発音素子、即ち前述の図９に示す正円形（直径φ２５ｍｍ）の圧電素子を用いた圧電発音素子（圧電スピーカ）の音響特性に比べて、音圧周波数特性が大幅に改善されていることが認められる。
本実施の形態では、前述と同様に圧電ブザー等に用いられている例えば直径φ２５ｍｍの圧電素子を流用しつつ、一部加工を行うことで安易に音質の高品質化を達成することができる。
【００３４】
本実施の形態に係る圧電発音素子２８１ 、２８２ の製造方法によれば、１枚の正円形の振動板１３から２分割して夫々２枚の半円形の圧電素子２６１ 、２６２ を得て、２個の半円形の圧電発音素子２８１ 、２８２ を作成するので、音響特性に優れた圧電発音素子を安価の製造することができる。
【００３５】
上述の図１、図３の実施の形態では、振動板１２又は２５の片面に圧電素子１３又は２６を接着した構造（通常モノモルフ型という）について示したが、その他、振動板１２又は２５の両面に圧電素子１３又は２６を接着した構造（通常バイモルフ型という）についても適用することができる。
【００３６】
図１０〜図１３は、上述した圧電発音素子１１又は２８〔２８１ 、２８２ 〕に適用される他の実施の形態を示す。
図１０は、バイモルフ型の圧電発音素子である。この圧電発音素子４１は、電極を兼ねる金属薄板による振動板４５の両面に圧電素子４６Ａ，４６Ｂを接着し、圧電素子４６Ａ，４６Ｂの表面に電極４７Ａ，４７Ｂを設けた圧電振動板４８を形成し、この圧電振動板４８を樹脂シート１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕で被覆して構成される。樹脂シート１５の最外周部５３が支持部材の取付け部となる。
図１１に示す圧電発音素子４２は、金属薄板による振動板４５の片面に圧電素子４６を接着し、圧電素子４６の表面に電極４７を設けた圧電振動板５１を形成し、この圧電振動板５１を樹脂シート１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕で被覆して構成される。樹脂シート１５の最外周部５３が支持部材の取付け部となる。
【００３７】
図１２に示す圧電発音素子４３は、金属薄板による振動板４５の両面に圧電素子４６Ａ，４６Ｂを接着し、圧電素子４６Ａ，４６Ｂの表面に電極４７Ａ，４７Ｂを形成したバイモルフ型の圧電振動板４８を用い、圧電振動板４８の一方の面に圧電振動板４８より一回り大きいポリプロピレン粘着シート１５Ａを被覆し、このポリプロピレン粘着シート１５Ａの最外周部５３の接着層に剥離紙５２を被着し、圧電振動板４８の他方の面に圧電振動板４８と同じ大きさの樹脂シート１５Ｂを被覆して構成される。他方の樹脂シート１５Ｂは、ポリプロピレン粘着シートあるいは熱可塑性樹脂シートの何れでもよい。この圧電発音素子４３を支持部材に取り付けるときは、剥離紙５２を剥離してポリプロピレン粘着シート１５Ａを直接支持部材に貼り付けるようになす。
【００３８】
図１３に示す圧電発音素子４４は、金属薄板による振動板４５の両面に圧電素子４６Ａ，４６Ｂを接着し、圧電素子４６Ａ，４６Ｂの表面に電極４７Ａ，４７Ｂを形成したバイモルフ型の圧電振動板４８を用い、圧電振動板４８の一方の面に圧電振動板４８より一回り大きいポリプロピレン粘着シート１５Ａを被覆し、このポリプロピレン粘着シート１５Ａの最外周部５３の接着層に剥離紙５２を被着して構成される。圧電振動板４８の他方の面には樹脂シート１５が被覆されない。この圧電発音素子４３を支持部材に取り付けるときは、剥離紙５２を剥離してポリプロピレン粘着シート１５Ａを直接支持部材に貼り付けるようになす。
【００３９】
一方、上述した各実施の形態に係る圧電発音素子においては、圧電振動板を樹脂シート１５で被覆し、圧電発音素子を樹脂シート１５の最外周部で支持部材に支持する構成とすることにより、次のような効果を奏する。
（１） 圧電振動板を構成する金属材料やプラスチック材料の持つ材料固有の減衰比に対して、樹脂シート１５そのものの減衰比は大きく、この樹脂シート１５の減衰効果によって、圧電振動板そのものの減衰効果を高めるとが可能になる。この効果により、共振点近傍の山・谷の音圧差を抑制することができる。これにより、音圧周波数特性のより平坦化が得られる。
（２） 圧電振動板の全ての電極面が樹脂シート１５で被覆することにより、端子分以外の全ての電極面が樹脂シート１５で絶縁被覆され、電極面の絶縁性を確保できる。同時に外力による圧電素子部分の割れやひびの発生を抑制する効果も有る。
（３） 樹脂シート１５は、（１）、（２）の効果を持つと同時に機器への接着という機能を併せ持っている。即ち、樹脂シートの外周部分の接着性により支持部材、例えば機器の筐体内の支持部に直接に実装することができる。
（４） 圧電発音素子の自由振動領域（ＸＳ×ＹＳ）外の筐体接着部である最外周部は樹脂シートのみの領域である。従って、樹脂シート１５は、圧電振動板を支えるエッジも兼ね備えており、ある程度の強度を持っている必要がある。例えば何らかの外力により樹脂部に亀裂が入ったりすると振動前後の機密性が確保できなくなり、音響特性の劣化が生じる。本実施の形態では、熱可塑性樹脂シート、ポリプロピレン粘着テープ、ポリエチレン粘着テープ等、ある程度の強度を持った樹脂シート１５を組み合わせることにより、樹脂部の強度を確保し、圧電発音素子の信頼性を確保することができる。圧電振動板を支える部分が樹脂シート１５であり、適度の柔軟性を有するので、大振動にも対応でき低音再生が改善される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る圧電発音素子によれば、圧電素子が円の一部を直線でカットした形状であるので、形状異方性を有する圧電素子となり、最適な音響特性を有する圧電発音素子を提供することがでる。圧電素子を、高い寸法精度で形成される円形状の圧電素子から一部を直線状にカットして得るので、音響特性に優れた圧電発音素子を精度良く且つ安価に提供することができる。
【００４１】
圧電素子を半円形状とするときは、圧電素子が形状異方性を有すると共に、１枚の円形の圧電素子から２個の半円形の圧電素子が得られ、音響特性に優れた圧電発音素子を精度良く且つより安価に提供できる。
圧電素子を円弧状の両端を直線で結んだ小判形状とするときは、圧電素子が形状異方性を有すると共に、円形の圧電素子から形成され、音響特性に優れた圧電発音素子を精度良く且つ安価に提供できる。
圧電振動板を、この圧電振動板より大きい面積の樹脂シートで被覆するときは、共振点近傍の山・谷の音圧差を抑制し音圧周波数特性をさらに平坦化することができる。樹脂シートの最外周部が圧電発音素子の取付け部を兼ねるので、柔軟な支持により低音の音圧を改善することができる。
【００４２】
本発明に係る圧電発音素子の製造方法によれば、振動板に円形の圧電素子を接合し、所望形状に合わせて圧電素子の一部を直線状にカットする工程を有するので、形状異方性を有する圧電素子が得られ、音響特性に優れた圧電発音素子を製造することができる。高い寸法精度で形成される円形の圧電素子から出発するので、音響特性に優れた圧電発音素子を精度良く且つ安価に製造することができる。
【００４３】
円形の圧電素子を振動板の外形に等しい位置で直線状にカットするときは、形状異方性を有する圧電素子を精度よく且つ容易に形成することがでる。
円形の圧電素子２分割して２個の半円形の圧電素子を形成するときは、音響特性に優れた圧電発音素子をより安価に製造することができる。
圧電振動板を、この圧電振動板より大きい面積の樹脂シートで被覆する工程を有するときは、さらに音響特性に優れた圧電発音素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ 本発明に係る圧電発音素子の一実施の形態の圧電振動板を示す構成図である。
Ｂ 本発明に係る圧電発音素子の一実施の形態を示す一部破断とする平面図である。
Ｃ 本発明に係る圧電発音素子の一実施の形態を示す断面図である。
Ｄ 本発明の一実施の形態に係る圧電発音素子を支持部材に支持した状態の断面図である。
【図２】Ａ〜Ｄ 本発明に係る圧電発音素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図、特に圧電振動板の作成工程図である。
【図３】Ａ 本発明に係る圧電発音素子の他の実施の形態の圧電振動板を示す構成図である。
Ｂ 本発明に係る圧電発音素子の他の実施の形態を示す一部破断とする平面図である。
Ｃ 本発明に係る圧電発音素子の他の実施の形態を示す断面図である。
Ｄ 本発明の他の実施の形態に係る圧電発音素子を支持部材に支持した状態の断面図である。
【図４】Ａ〜Ｄ 本発明に係る圧電発音素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図、特に圧電振動板の作成工程図である。
【図５】Ａ 図７の音響特性の測定に使用した圧電発音素子の試料を示す一部破断とする平面図でる。
Ｂ その断面図である。
【図６】Ａ 図８の音響特性の測定に使用した圧電発音素子の試料を示す一部破断とする平面図でる。
Ｂ その断面図である。
【図７】本発明に係る圧電発音素子の一実施の形態（圧電素子が小判形）の音響特性図である。
【図８】本発明に係る圧電発音素子の他の実施の形態（圧電素子が半円形）の音響特性図である。
【図９】圧電素子が正円形の圧電発音素子の音響特性図である。
【図１０】本発明に係る圧電発音素子の圧電振動板の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る圧電発音素子の圧電振動板の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る圧電発音素子の圧電振動板の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１３】本発明に係る圧電発音素子の圧電振動板の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１４】Ａ 従来の円形圧電素子を用いた圧電ブザーの例を示す構成図である。
Ｂ 図１４Ａの圧電ブザーを支持部材に取り付けた状態の説明図である。
【符号の説明】
１１、２８〔２８１ 、２８２ 〕・・・圧電発音素子、１２、２５〔２５１ 、２５２ 〕・・・振動板、１３、２６〔２６１ 、２６２ 〕・・・圧電素子、１４、２７〔２７１ 、２７２ 〕・・・圧電振動板、１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕・・・樹脂シート、１６、２９・・・電極、１７・・・筐体、１８・・・支持部
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器に組み込まれる圧電発音素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型高性能化、通信技術の進歩により、発音素子自体も小型化・薄型化が進んでいる。圧電発音素子は原理的に構造が簡単で特に薄型化に適しており、各種電子機器に広く使われている。圧電発音素子の代表的な例としては、図１４に示すような圧電ブザーが知られている。この圧電ブザー１は、円形の圧電素子２と金属薄板による振動板３とが接着されて成る圧電振動板４が設けられ、この圧電振動板４の外周部が、機器の筐体５に形成された突起部６に接着され、圧電素子２の両面、即ち金属の振動板３と圧電素子２の表面の電極間、に信号電圧７を印加する事により音を出すというものである。従来、圧電発音素子は、周波数による発生音圧の変動が著しく大きく、高品位な音を発音する事は難しく、電子音（ブザー音）等の用途に限定されていた。一方、圧電素子を用いた高音質な小型スピーカーも検討されてきている。特許文献１には、円形の圧電素子を有する圧電型スピーカが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７ー２２６９９９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧電発音素子に用いられる圧電素子は出来るだけ薄くする事が望まれており、一般的には、圧電素子がシート成形によって作成される。一般的なシート成形プロセスは、簡略的には、焼成前の状態で厚さ数１０μｍ〜数１００μｍ程度の薄いシート状に形成し、このシート状のものを焼成して圧電素子を形成することになる。従来のメカプレスして焼成する工程に比べると、薄物を作るのに適した製法といえる。実際には、目的に合わせて素子形状を変える必要がある。この方法には、大きく分けて焼成前に行う場合と焼成後に行う場合がある。焼成前に行う方法としては、「打ち抜き」が用いられる。これは、焼成前のシートが柔らかい状態のため行えるが、非常に安価に形状を作成する事が可能で、かつ形状自由度も高い。一方、焼成後に行う方法は、素子の硬度が通常の圧電素子並となるので、砥石加工が主となる。この方法の場合、加工能率が悪い事や、形状自由度が低いことなどから、あまり一般的には用いられない。
【０００５】
形状加工を焼成前に行う場合、形状自由度が高いことは魅力的だが、一方で注意すべき点がある。一般的にセラミックス素子を焼成すると、体積収縮が起こる。例えば、直径φ２５ｍｍで打ち抜いた円形の圧電シート（圧電素子）を焼成すると、体積収縮により焼成後の圧電素子の直径はφ２５ｍｍ未満となる。例えば５％の収縮の場合は、焼成後の圧電素子の直径はφ２３．７５ｍｍとなる。従って、打ち抜く寸法は、焼成時の収縮を考慮して決定される。
【０００６】
このように、焼成前に形状を打ち抜く場合、収縮を考慮する必要があり、これは形状についても同様である。理想的には形状対称性の良い円形が望ましい。これは、収縮量が円の中心に対して全ての方向で等しい事による。これに対して、多角形や非対称形状の場合、場所による収縮量の違いによる変形や反り・ひび等の原因となり、これが歩留まりを悪化させる要因となる。
【０００７】
正円形の圧電素子は電極形成にも適する。圧電素子は電極面を形成する必要があり、一般的には、スクリーン印刷などにより導電性ペーストを印刷し加熱処理して電極を形成する。スクリーン印刷を行う為には、電極印刷用のマスクに対して圧電素子を所定の位置にセットする必要がある。形状対称性の良い正円形は縦横の区別も無く位置決めがし易い。
【０００８】
このように、圧電発音素子に用いられる圧電素子は、シート成形法を用い、焼成前に打ち抜きにより形状形成を行う事が低コストに適しており、その場合は、形状対称性の良い円形が最も適するということになる。その一方で、圧電発音素子の音響特性、特に周波数特性を平坦化させるためには、形状異方性を持たせることが有効である。この理由は、例えば縦横の寸法を変えることにより共振周波数を分散させて音響特性の平坦化が可能になること等による。
【０００９】
これらの事情から、圧電発音素子を安価に得る為には正円形の圧電素子を用いることが望ましく、一方で音響特性を改善する為には形状異方性を持たせる事が必要となり、両者を同時に実現する事が難しい。
【００１０】
本発明は、上述の点に鑑み、音響特性に優れ、且つ安価に得られる圧電発音素子及びその製造方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る圧電発音素子は、圧電素子と該圧電素子を貼り付けた振動板とからなる圧電振動板を有し、圧電素子を円形の一部が直線でカットされた形状に形成した構成とする。
【００１２】
本発明の圧電発音素子では、圧電素子の形状を円形の一部が直線でカットされた形状に形成されるので、圧電素子の形状異方性が確保され、音響特性が向上する。円形の圧電シートを焼成した後、一部を直線にカットして形状異方性を有する圧電素子を形成することが可能になり、圧電発音素子が精度良く且つ安価得られる。
【００１３】
本発明に係る圧電発音素子の製造方法は、振動板に円形の圧電素子を接合し、所望形状に合わせて、圧電素子の一部を直線状にカットする工程を有する。
【００１４】
本発明の圧電発音素子の製造方法では、最初に円形の圧電素子を振動板に接合するので、円形故に圧電素子の寸法精度が高く、且つ振動板に対する圧電素子の位置決めもし易い。その後、円形の圧電素子の一部を直線状にカットするので、形状異方性を有する圧電素子となり、音響特性に優れた圧電発音素子の製造が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電発音素子は、圧電素子を安価に作成可能な正円形状とし、この圧電素子を振動板と合体させた後に、所定の形状に切断し、即ち正円形状の一部を直線にカットして構成し、音響特性を改善するというものである。例えば厚さ数１０μｍの圧電素子そのものは非常に脆く割れ易い。本発明では、この薄膜の圧電素子を振動板に貼り付けることで振動板の強度により圧電素子を保持し、振動板の無い部分を切断して削除するようになす。これによって、圧電発音素子としては、圧電素子部の形状異方性が確保され、音響特性を改善することが可能となる。 さらに、１枚の正円形圧電素子から２つの半円形の圧電発音素子を作成することも可能である。半円形の振動板形状は、周波数特性の平坦性も良く、小型かつ高音質圧電発音素子になる。なお、本発明は、モノモルフ構造、バイモルフ構造の両者に適用するすることが出来る。
【００１６】
以下、図面を参照して本発明に実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る圧電発音素子の実施の形態の一代表例を示す。本実施の形態においては、図１Ａに示すように、長方形の振動板１２の表面上に接着剤を介して当初は正円形である圧電素子１３を接合した後、圧電素子１３の振動板１２の両側辺から均等にはみ出した部分１３ａ，１３ｂを長方形の辺に沿って切断し、小判形状の圧電素子１３を形成して圧電振動板１４を構成する。即ち、圧電素子１３は、円形の２箇所を、その直径に対して平行かつ線対称となる直線でカットした小判型形状である。圧電素子１３の両面には電極が形成される。振動板１２を金属で形成したときには、振動板１２が一方の電極となり、圧電素子１３の上面に形成した電極１６が他方の電極となる。この圧電振動板１４を樹脂シート１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕で被覆して本実施の形態の圧電発音素子１１が構成される（図１Ｂ，Ｃ参照）。この圧電発音素子１１は、図１Ｄに示すように、その支持部分である樹脂シート１５の外周部１５ａを、支持部材、例えば機器の筐体１７内の支持部１８に取付けて支持される。
この圧電発音素子１１では、圧電素子１３の両電極面に所要の信号電圧を印加することにより、発音素子として機能する。
【００１８】
図２は、かかる圧電発音素子１１の製造方法の実施の形態を示す。
先ず、図２Ａに示すように、短辺の寸法が円形の圧電素子１３の直径より小さい長方形の振動板１２を設け、この振動板１２の圧電素子１３を接着する部分に接着剤２２を形成する。振動板１２の材質は、例えば、ステンレス材、銅合金材、アルミニウム合金材、ニッケル合金材、チタン合金材などの、ある程度の弾性率を有する金属材料、若しくはプラスティック材料等が適する。本例では、金属材料で薄板状の振動板１２を形成する。同図示するように、振動板１２としては、エッチングや打ち抜きにより互いに連続した複数の振動板１２を有した集合基板化された形態でもよい。集合基板化された複数の振動板１２は、互いに切断し易い細くて薄い連結部２１を介して連結され、圧電素子１３を接合すべき領域に所要の接着剤２２が塗布される。振動板１２と連結部２１は一体に形成され、例えば連結部２１はハーフエッチングにより振動板１２より薄く形成される。
【００１９】
接着剤２２としては、例えばエポキシ樹脂接着剤や嫌気効果接着剤など所定の接着強度をもつ接着剤を使用し得る。接着剤２２の塗布方法としては、スクリーン印刷やスタンピング方法など、接着剤２２の塗布量をある程度安定して塗布できる塗布方法を用いる。
【００２０】
次に、図２Ｂに示すように、接着剤２２が塗布された振動板１２の所定位置に、円形の圧電素子１３をセットした状態で、接着剤２２の硬化条件に合わせた処理を行う。円形の圧電素子１３は、その中心が長方形の振動板１２の中心に合致又は合致に近い状態で振動板１２に接着される。このため、円形の圧電素子１３の両側の一部１３ａ，１３ｂは、同じ量だけ振動板１２の両側短辺よりはみ出す（図２Ｃ参照）。
【００２１】
次に、図２Ｃに示すように、振動板１２の外形に合わせた位置、厳密には振動板１２の外形より外側の位置で、例えばカッター、超音波カッター、ロータリーカッター、その他一般的な切断に用いる装置を用いて切断し、図において円形の圧電素子１３の上下にはみ出した部分１３ａ，１３ｂを削除する（鎖線位置ｍで削除する）。なお、振動板１２の外形と一致した位置、あるいは振動板１２の外形より内側の位置で圧電素子１３を切断することも可能である。削除部分は、圧電素子１３のみである。また、圧電素子１３の厚さは通常１００μｍ以下と薄いため、カッターによる切断行為で、振動板１２の外周部に沿ってクラックが進行し、容易に圧電素子１３を切断することができる。鋏でも切断を可能にする。実際には、カッター刃の磨耗による切断性能の低下等を防ぐ為に、刃の材料としては耐磨耗性の有る材料を選定すると共に、切断回数或いは切断距離を管理して定期的に刃の交換を行う等の注意が必要である。さらに、隣合う振動板１２間の連結部２１を切断する（鎖線位置ｎで切断する）。
【００２２】
このようにして、図２Ｄに示すように、長方形の振動板１２上に小判形の圧電素子１３が接着されて成る圧電振動板１１を得る。この圧電振動板１４を、図示せざるも、圧電振動板１４より大きい面積の柔軟性のある樹脂シート１５で被覆して図１に示す圧電発音素子１１を製造する。
【００２３】
樹脂シート１５は、熱可塑性樹脂シート、ポリプロピレン樹脂シート、ポリエステル樹脂シート等を選択して使用することができる。本例では、圧電振動板１４の両面を被覆する樹脂シート１５のうち、一方の樹脂シート１５Ａにポリプロピレン粘着シートを使用し、他方の樹脂シート１５Ｂに熱可塑性樹脂シートを使用する。本例のポリプロピレン粘着シート１５Ａは、ポリプロピレン樹脂シートをベースとし、圧電素子１３側の面に粘着層を有した粘着テープで形成される。
厚みに関しては、ベースとなるポリプロピレン樹脂シートの厚さが例えば２０〜４０μｍ程度で、粘着層を含む総厚は例えば６０〜８０μｍ程度である。ポリプロピレンは汎用的なテープとしては、材料固有の機械的共振鋭度（Ｑ値）が低く、音響材料に適している。このポリプロピレン粘着シート１５Ａを圧電振動板１４の一方の面に貼り付け、音響特性の改善と、電極１６の絶縁性及び圧電素子１３の保護を確保している。
【００２４】
本例の熱可塑性樹脂シート１５Ｂは、厚みが５０μｍ〜１００μｍ程度であり、振動板１２の他方の面に熱圧着により貼り付けられる。熱可塑性樹脂は、加熱により接着性が再現するため、完成した圧電発音素子、例えば圧電スピーカの最外周部、即ち支持部材への接着部１５ｄを再加熱・加圧することにより、支持部材に簡単に接着することが可能となる。熱可塑性樹脂シート１５Ｂ自体のヤング率が小さく、前述のポリプロピレン樹脂シート１５Ａとの組み合わせにより、樹脂シート部に適度な強度を持たせることが可能である。
【００２５】
圧電素子１３は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料で形成され、出来るだけ厚さの薄いものが望ましい。電極１６は、例えばＡｇ，Ｎｉ，Ａｕ等のメタライズ電極膜、例えば導電性ペーストによる電極膜で形成することができる。
【００２６】
本実施の形態に係る圧電発音素子１１によれば、圧電素子１３が円弧状の両端を直線で結んだ、いわゆる小判形状をなして形状異方性を有するので、高い音質の圧電発音素子を提供することができる。図７は、この小判形状の圧電素子１３を用いて成る圧電発音素子１１、即ち図５Ａ，Ｂの試料の圧電発音素子の音響特性を示す。
なお、図５の試料は後述するバイモルフ型の圧電発音素子（圧電スピーカ）１１である。この圧電発音素子１１は、直径φ２５ｍｍの圧電素子１３を２６ｍｍ×１９ｍｍの略長方形の振動板１２の両面に貼り付けた後に圧電素子１３を１９ｍｍ幅に切断した小判型圧電素子１３を用い、樹脂シート１５で被覆して作成したものである。圧電素子１３上面の電極１６と金属材による振動板１２からリード線１９ａ，１９ｂが導出される。
この図７の音響特性から分かるように、音圧の極大と極小の差が小さく、一般的な圧電発音素子、例えば図９に示す正円形（直径φ２５ｍｍ）の圧電素子を用いた圧電発音素子（即ち圧電スピーカ）の音響特性に比べて、音圧周波数が大幅に改善されていることが認められる。図９の正円形の圧電素子を用いた音響特性では、３ｋＨｚ，９ｋＨｚ辺りに異常な落ち込みがある。
本実施の形態では、圧電ブザーに用いられる例えば直径φ２５ｍの圧電素子を流用しつつ、一部加工を行うことで安易に音質の高品質化を達成することができる。
【００２７】
本実施の形態に係る圧電発音素子１１の製造方法によれば、１枚の正円形の振動板１３から一部直線状にカットし、小判形状の圧電素子１３を得て圧電発音素子を製造するので、形状異方性を有する圧電素子１３の寸法精度もよく、音響特性に優れた圧電発音素子を安価に製造することができる。
【００２８】
図１及び図２では、圧電素子を、円形から加工して円弧状に両端を直線で結ぶ小判形としたが、形状はこれに限らず、円形から一部直線にカットした形状、つまり形状異方性を有し音響特性が改善される形状であれば、非対称形状等、どのような形状でも可能である。
【００２９】
図３は、本発明に係る圧電発音素子の他の実施の形態を示す。本例は圧電素子の中央部を切断し、１枚の圧電素子から２個の発音素子を作成した例である。
本実施の形態においては、図３Ａに示すように、円形の振動板２５の表面上に接着剤を介して正円形の圧電素子１３を接合した後、振動板２５と共に圧電素子１３を中央より鎖線位置ｐで２分割するように切断し、２個の半円形の圧電振動板２７〔２７１ 、２７２ 〕を構成する．前述と同様に、各半円形の圧電素子２６１ 、２６２ の両面には電極が形成さる。振動板２５を金属で形成したときは、半円形の振動板２５１ 、２５２ が一方の電極となり、圧電素子２６１ 、２６２ の上面に形成した電極２９（図３Ｃ参照）が他方の電極となる。この各圧電振動板２７１ 、２７２ を夫々樹脂シート１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕で被覆して同時に２個の圧電発音素子２８１ 、２８２ が構成される（図３Ｂ，Ｃ参照）。この半円形の圧電発音素子２８〔２８１ 、２８２ 〕は、図３Ｄに示すように、その支持部分である樹脂シート１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕の外周部１５ａを、支持部材、例えば機器の筐体１７内の支持部１８に取付けて支持される。
その他の、振動板２５の材質、厚み、圧電素子１３の材質、厚さ、電極２９の構成、樹脂シート１５の構成等は、前述の圧電発音素子１１と同様であるので、重複説明を省略する。
この圧電発音素子２８１ 、２８２ では、圧電素子２６１ 、２６２ の両電極面に所要の信号を印加することにより、発音素子として機能する。
【００３０】
図４は、かかる圧電発音素子２８〔２８１ 、２８２ 〕の製造方法の実施の形態を示す。
先ず、図４Ａに示すように、略半円形状の振動板２５１ 及び２５２ を分断スペース３１を挟んで配列し、且つ分断スペース３１の一部において２つの半円形状の振動板２５１ 及び２５２ を連結部３２により連結してなる集合基板化された振動板２５が設けられる。２つの振動板２５１ 、２５２ は、円形をなすように分断スペース３１を挟んで上下に対称的に配列される。連結部３２は、振動板２５〔２５１ 、２５２ 〕と一体に形成されると共に、切断し易いように細くて薄く形成される。連結部３２は、例えばハーフエッチング等により振動板２５より薄く形成される。分断スペース３１は、振動板の製法と、分断するは刃の幅や位置決め精度などによって適宜決定される。例えば０．１〜０．５ｍｍ程度の幅が適する。また、分断スペース３１にもよるが、１ｍｍ以下が適する。各半円形の振動板２５１ 及び２５２ の圧電素子２６１ 及び２６２ を接着する部分には、接着剤２２が塗布される。接着剤の材質、塗布方法は前述と同様である。
【００３１】
次に、図４Ｂに示すように、両半径形の振動板２５１ 、２５２ 上に跨がって１枚の正円形の圧電素子１３をセットし、圧電素子１３を接着剤２２を介して振動板２５１ 及び２５２ に貼り付ける。
【００３２】
次に、図４Ｃに示すように、分断スペース３１の部分に切断手段、例えばカッターを通すようにして正円形の圧電素子１３を上下に２分割する。同時に振動板２５１ 及び２５２ を連結している連結部３２も切断される。切断手段は前述と同様のものが使用できる。これにより、図４Ｄに示すように、１枚の正円形の圧電素子１３から２個の半円形の圧電素子２６１ 、２６２ が作成され、且つ夫々の圧電素子２６１ 、２６２ が半円形の振動板２５１ 、２５２ 上に接着されて成る２個の半円形の圧電振動板２７１ 及び２７２ を得る。この圧電振動板２７１ 、２７２ を、図示せざるも夫々圧電振動板２７１ 、２７２ より大きい面積の柔軟性のある樹脂シート１５で被覆して図３に示す圧電発音素子２８１ 及び２８２ を製造する。
【００３３】
本実施の形態に係る圧電発音素子２８〔２８１ 、２８２ 〕によれば、圧電素子２６〔２６１ 、２６２ 〕が半円形をなして形状異方性を有するので、高い音質の圧電発音素子を提供することができる。図８は、この半円形の圧電素子２６を用いて成る圧電発音素子２８、即ち図６の試料の圧電発音素子（圧電スピーカ）の音響特性を示す。
なお、図６の試料は後述するバイモルフ型の圧電発音素子２８である。この圧電発音素子２８は、直径φ２５ｍｍの圧電素子１３を上下に対称に配置した半円形の振動板２５の両面に貼り付け、中央部で２つに分断して半円形の圧電素子２６を用い、樹脂シート１５で被覆して作成したものである。圧電素子２６上面の電極２９と金属材による振動板２５とから夫々リード線１９ａ，１９ｂが導出される。
この図８から分かるように、音圧の極大点と極小点の差が小さく、一般的な圧電発音素子、即ち前述の図９に示す正円形（直径φ２５ｍｍ）の圧電素子を用いた圧電発音素子（圧電スピーカ）の音響特性に比べて、音圧周波数特性が大幅に改善されていることが認められる。
本実施の形態では、前述と同様に圧電ブザー等に用いられている例えば直径φ２５ｍｍの圧電素子を流用しつつ、一部加工を行うことで安易に音質の高品質化を達成することができる。
【００３４】
本実施の形態に係る圧電発音素子２８１ 、２８２ の製造方法によれば、１枚の正円形の振動板１３から２分割して夫々２枚の半円形の圧電素子２６１ 、２６２ を得て、２個の半円形の圧電発音素子２８１ 、２８２ を作成するので、音響特性に優れた圧電発音素子を安価の製造することができる。
【００３５】
上述の図１、図３の実施の形態では、振動板１２又は２５の片面に圧電素子１３又は２６を接着した構造（通常モノモルフ型という）について示したが、その他、振動板１２又は２５の両面に圧電素子１３又は２６を接着した構造（通常バイモルフ型という）についても適用することができる。
【００３６】
図１０〜図１３は、上述した圧電発音素子１１又は２８〔２８１ 、２８２ 〕に適用される他の実施の形態を示す。
図１０は、バイモルフ型の圧電発音素子である。この圧電発音素子４１は、電極を兼ねる金属薄板による振動板４５の両面に圧電素子４６Ａ，４６Ｂを接着し、圧電素子４６Ａ，４６Ｂの表面に電極４７Ａ，４７Ｂを設けた圧電振動板４８を形成し、この圧電振動板４８を樹脂シート１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕で被覆して構成される。樹脂シート１５の最外周部５３が支持部材の取付け部となる。
図１１に示す圧電発音素子４２は、金属薄板による振動板４５の片面に圧電素子４６を接着し、圧電素子４６の表面に電極４７を設けた圧電振動板５１を形成し、この圧電振動板５１を樹脂シート１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕で被覆して構成される。樹脂シート１５の最外周部５３が支持部材の取付け部となる。
【００３７】
図１２に示す圧電発音素子４３は、金属薄板による振動板４５の両面に圧電素子４６Ａ，４６Ｂを接着し、圧電素子４６Ａ，４６Ｂの表面に電極４７Ａ，４７Ｂを形成したバイモルフ型の圧電振動板４８を用い、圧電振動板４８の一方の面に圧電振動板４８より一回り大きいポリプロピレン粘着シート１５Ａを被覆し、このポリプロピレン粘着シート１５Ａの最外周部５３の接着層に剥離紙５２を被着し、圧電振動板４８の他方の面に圧電振動板４８と同じ大きさの樹脂シート１５Ｂを被覆して構成される。他方の樹脂シート１５Ｂは、ポリプロピレン粘着シートあるいは熱可塑性樹脂シートの何れでもよい。この圧電発音素子４３を支持部材に取り付けるときは、剥離紙５２を剥離してポリプロピレン粘着シート１５Ａを直接支持部材に貼り付けるようになす。
【００３８】
図１３に示す圧電発音素子４４は、金属薄板による振動板４５の両面に圧電素子４６Ａ，４６Ｂを接着し、圧電素子４６Ａ，４６Ｂの表面に電極４７Ａ，４７Ｂを形成したバイモルフ型の圧電振動板４８を用い、圧電振動板４８の一方の面に圧電振動板４８より一回り大きいポリプロピレン粘着シート１５Ａを被覆し、このポリプロピレン粘着シート１５Ａの最外周部５３の接着層に剥離紙５２を被着して構成される。圧電振動板４８の他方の面には樹脂シート１５が被覆されない。この圧電発音素子４３を支持部材に取り付けるときは、剥離紙５２を剥離してポリプロピレン粘着シート１５Ａを直接支持部材に貼り付けるようになす。
【００３９】
一方、上述した各実施の形態に係る圧電発音素子においては、圧電振動板を樹脂シート１５で被覆し、圧電発音素子を樹脂シート１５の最外周部で支持部材に支持する構成とすることにより、次のような効果を奏する。
（１） 圧電振動板を構成する金属材料やプラスチック材料の持つ材料固有の減衰比に対して、樹脂シート１５そのものの減衰比は大きく、この樹脂シート１５の減衰効果によって、圧電振動板そのものの減衰効果を高めるとが可能になる。この効果により、共振点近傍の山・谷の音圧差を抑制することができる。これにより、音圧周波数特性のより平坦化が得られる。
（２） 圧電振動板の全ての電極面が樹脂シート１５で被覆することにより、端子分以外の全ての電極面が樹脂シート１５で絶縁被覆され、電極面の絶縁性を確保できる。同時に外力による圧電素子部分の割れやひびの発生を抑制する効果も有る。
（３） 樹脂シート１５は、（１）、（２）の効果を持つと同時に機器への接着という機能を併せ持っている。即ち、樹脂シートの外周部分の接着性により支持部材、例えば機器の筐体内の支持部に直接に実装することができる。
（４） 圧電発音素子の自由振動領域（ＸＳ×ＹＳ）外の筐体接着部である最外周部は樹脂シートのみの領域である。従って、樹脂シート１５は、圧電振動板を支えるエッジも兼ね備えており、ある程度の強度を持っている必要がある。例えば何らかの外力により樹脂部に亀裂が入ったりすると振動前後の機密性が確保できなくなり、音響特性の劣化が生じる。本実施の形態では、熱可塑性樹脂シート、ポリプロピレン粘着テープ、ポリエチレン粘着テープ等、ある程度の強度を持った樹脂シート１５を組み合わせることにより、樹脂部の強度を確保し、圧電発音素子の信頼性を確保することができる。圧電振動板を支える部分が樹脂シート１５であり、適度の柔軟性を有するので、大振動にも対応でき低音再生が改善される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る圧電発音素子によれば、圧電素子が円の一部を直線でカットした形状であるので、形状異方性を有する圧電素子となり、最適な音響特性を有する圧電発音素子を提供することがでる。圧電素子を、高い寸法精度で形成される円形状の圧電素子から一部を直線状にカットして得るので、音響特性に優れた圧電発音素子を精度良く且つ安価に提供することができる。
【００４１】
圧電素子を半円形状とするときは、圧電素子が形状異方性を有すると共に、１枚の円形の圧電素子から２個の半円形の圧電素子が得られ、音響特性に優れた圧電発音素子を精度良く且つより安価に提供できる。
圧電素子を円弧状の両端を直線で結んだ小判形状とするときは、圧電素子が形状異方性を有すると共に、円形の圧電素子から形成され、音響特性に優れた圧電発音素子を精度良く且つ安価に提供できる。
圧電振動板を、この圧電振動板より大きい面積の樹脂シートで被覆するときは、共振点近傍の山・谷の音圧差を抑制し音圧周波数特性をさらに平坦化することができる。樹脂シートの最外周部が圧電発音素子の取付け部を兼ねるので、柔軟な支持により低音の音圧を改善することができる。
【００４２】
本発明に係る圧電発音素子の製造方法によれば、振動板に円形の圧電素子を接合し、所望形状に合わせて圧電素子の一部を直線状にカットする工程を有するので、形状異方性を有する圧電素子が得られ、音響特性に優れた圧電発音素子を製造することができる。高い寸法精度で形成される円形の圧電素子から出発するので、音響特性に優れた圧電発音素子を精度良く且つ安価に製造することができる。
【００４３】
円形の圧電素子を振動板の外形に等しい位置で直線状にカットするときは、形状異方性を有する圧電素子を精度よく且つ容易に形成することがでる。
円形の圧電素子２分割して２個の半円形の圧電素子を形成するときは、音響特性に優れた圧電発音素子をより安価に製造することができる。
圧電振動板を、この圧電振動板より大きい面積の樹脂シートで被覆する工程を有するときは、さらに音響特性に優れた圧電発音素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ 本発明に係る圧電発音素子の一実施の形態の圧電振動板を示す構成図である。
Ｂ 本発明に係る圧電発音素子の一実施の形態を示す一部破断とする平面図である。
Ｃ 本発明に係る圧電発音素子の一実施の形態を示す断面図である。
Ｄ 本発明の一実施の形態に係る圧電発音素子を支持部材に支持した状態の断面図である。
【図２】Ａ〜Ｄ 本発明に係る圧電発音素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図、特に圧電振動板の作成工程図である。
【図３】Ａ 本発明に係る圧電発音素子の他の実施の形態の圧電振動板を示す構成図である。
Ｂ 本発明に係る圧電発音素子の他の実施の形態を示す一部破断とする平面図である。
Ｃ 本発明に係る圧電発音素子の他の実施の形態を示す断面図である。
Ｄ 本発明の他の実施の形態に係る圧電発音素子を支持部材に支持した状態の断面図である。
【図４】Ａ〜Ｄ 本発明に係る圧電発音素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図、特に圧電振動板の作成工程図である。
【図５】Ａ 図７の音響特性の測定に使用した圧電発音素子の試料を示す一部破断とする平面図でる。
Ｂ その断面図である。
【図６】Ａ 図８の音響特性の測定に使用した圧電発音素子の試料を示す一部破断とする平面図でる。
Ｂ その断面図である。
【図７】本発明に係る圧電発音素子の一実施の形態（圧電素子が小判形）の音響特性図である。
【図８】本発明に係る圧電発音素子の他の実施の形態（圧電素子が半円形）の音響特性図である。
【図９】圧電素子が正円形の圧電発音素子の音響特性図である。
【図１０】本発明に係る圧電発音素子の圧電振動板の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る圧電発音素子の圧電振動板の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る圧電発音素子の圧電振動板の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１３】本発明に係る圧電発音素子の圧電振動板の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１４】Ａ 従来の円形圧電素子を用いた圧電ブザーの例を示す構成図である。
Ｂ 図１４Ａの圧電ブザーを支持部材に取り付けた状態の説明図である。
【符号の説明】
１１、２８〔２８１ 、２８２ 〕・・・圧電発音素子、１２、２５〔２５１ 、２５２ 〕・・・振動板、１３、２６〔２６１ 、２６２ 〕・・・圧電素子、１４、２７〔２７１ 、２７２ 〕・・・圧電振動板、１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕・・・樹脂シート、１６、２９・・・電極、１７・・・筐体、１８・・・支持部
Claims (8)
- 圧電素子と該圧電素子を貼り付けた振動板とからなる圧電振動板を有し、
前記圧電素子が円形の一部を直線でカットした形状であることを特徴とする圧電発音素子。 - 前記圧電素子が半円形状であることを特徴とする請求項１記載の圧電発音素子。
- 前記圧電素子が円形の２箇所を、その直径に対して平行かつ線対称となる直線でカットした小判形状であることを特徴とする請求項１記載の圧電発音素子。
- 前記圧電振動板が、該圧電振動板より大きい面積の樹脂シートで被覆されて成ることを特徴とする請求項１記載の圧電発音素子。
- 振動板に円形の圧電素子を接合し、所望形状に合わせて、前記圧電素子の一部を直線状にカットする工程を有することを特徴とする圧電発音素子の製造方法。
- 前記圧電素子の一部の直線状のカットは、振動板の外形に等しい位置で行うことを特徴とする請求項５記載の圧電発音素子の製造方法。
- 前記圧電素子の一部の直線状のカットは、圧電振動板を２分割して、圧電素子を半円形状とすることを特徴とする請求項５記載の圧電発音素子の製造方法。
- 前記圧電素子の一部を直線状にカットして圧電振動板を形成した後、
該圧電振動板を該圧電振動板より大きい面積の樹脂シートで被覆する工程を有することを特徴とする請求項５記載の圧電発音素子の製造方法。
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|---|---|---|---|---|
| JP2010528831A (ja) * | 2007-06-01 | 2010-08-26 | アクセンサー エービー | 圧電変換器装置 |
| WO2013021906A1 (ja) * | 2011-08-08 | 2013-02-14 | 北陸電気工業株式会社 | 圧電発音素子 |
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2003
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