JP2006005801A

JP2006005801A - 圧電スピーカ

Info

Publication number: JP2006005801A
Application number: JP2004181816A
Authority: JP
Inventors: Norikazu Sashita; 則和指田; Shigeo Ishii; 茂雄石井; Hiroshi Hamada; 浩浜田; Yoshiyuki Watabe; 嘉幸渡部
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】
安定した電気的接続状態を形成して、音再現性の良好な薄型の圧電スピーカを提供する。
【解決手段】
圧電スピーカ１０の振動板１２の主面には、表面に電極層１６を備えた圧電素子１４が貼着されている。前記圧電素子１４は、十分な駆動力を得るために、少なくとも３層以上の圧電層と電極層を交互に積層した構造とする。前記電極層１６の表面には、裏面に導電性粘着材層からなる第１の導電接続部２２を備えた帯状の金属箔からなる導電路２０が設けられる。このような導電路２０の上から、該導電路２０上と前記電極層１６の表面にわたって、前記導電路２０の両側にそれぞれ，あるいは、該導電路２０を横切るように、剛性が低く、体積抵抗率が高い導電ペーストを塗布し、第２の導電接続部２４（ないし２６，２８）を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電スピーカに関し、更に具体的には、薄型の圧電スピーカの音再現性の改善に関するものである。

従来、例えば、厚さ１ｍｍ以下の超薄型圧電スピーカは、金属製の振動板の片面あるいは両面に、板厚方向に分極した圧電体素子（圧電体薄板）を貼り付けた構造となっている。十分な音圧を得るためには、この圧電体素子を、圧電体（圧電層）と電極層を積層した積層体とする必要がある。そのため、電極を同時焼成する必要があり、焼成に耐えうる材料として銀／パラジウム合金電極を用いている。そして、圧電体表面の電極に信号を印加するための導電路として、厚さ０．１ｍｍ以下の導電性粘着材つきの金属箔を用いてスピーカ全体としての薄さを確保している（例えば、以下の特許文献１）。また、コストを下げるために電極中のパラジウム比率を下げる方法が有効であることから、低温で焼結する圧電体を用いることで、例えば、銀／パラジウム比を９：１程度としている。ただし、このようなパラジウム含有量を下げた電極では、収縮が母材である圧電体よりも低温で進むため、焼結中に収縮の不整合で発生する応力により、圧電素子が変形したり破壊したりしてしまう。そこで、電極中に母材と同じ圧電体材料を添加し、収縮率の整合を取る方法が用いられている。
特開２００３−０７８９９５公報

しかしながら、以上のように電極に添加された圧電体材料は、焼結中に金属から排除されてしまうため、圧電素子の外部電極では、電極表面に圧電体材料の粒子が析出してしまう。圧電体材料自身は不導体であるため、導電性粘着材で電気的接触を取る場合には障害となり、導電性粘着材と電極との接触が不安定となる。これにより、振動に伴い接触抵抗が変化し、音の再現性が著しく損なわれるという問題がある。

本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、安定した電気的接続状態を形成して、音再現性の良好な薄型の圧電スピーカを提供することである。

前記目的を達成するため、本発明は、圧電体の少なくとも一方の主面に電極層を備えた圧電素子と、該圧電素子の他方の主面側に貼着された振動板を含む圧電スピーカであって、前記圧電素子の電極層同士，あるいは、前記圧電素子のいずれか一方の電極層と外部回路とを導電接続するために、前記電極層上に導電固着される帯状金属箔からなる導電路，前記導電路の裏面に設けられた導電性粘着材層により形成される第１の導電接続部，導電ペーストの塗布によって、前記電極層の表面から前記導電路の上面にわたって設けられた導電層により形成される第２の導電接続部，を備えるとともに、前記第２の導電接続部を、前記導電路の縁部に沿って複数箇所で、前記電極層に接続するように形成したことを特徴とする。好ましくは、前記第２の導電接続部を、前記導電路の両側にそれぞれ、もしくは、該導電路を横切るように形成したことを特徴とする。主要な形態の一つは、前記第２の導電接続部を構成する導電層が、ヤング率１００ＭＰａ以下，かつ、体積抵抗率６×１０^−３Ωｃｍ以下であることを特徴とする。

他の形態は、前記電極層表面と導電層との接触面積，ならびに、前記導電路と導電層との接触面積が、それぞれ０．８ｍｍ^２以上であり、前記導電層の厚みが０．０１ｍｍ以上であることを特徴とする。更に他の形態は、前記電極層表面と導電層との接触面積が、好ましくは、２０ｍｍ^２以下であることを特徴とする。また、前記振動板の直径が１０ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする。

更に他の形態は、(1)前記振動板の少なくとも一方の主面に前記圧電素子を貼着した構造であること，(2)前記圧電素子が、圧電層と電極層を交互に複数積層した積層構造であること，(3)前記圧電素子が、少なくとも３層以上の圧電層を含むこと，を特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明は、振動板の主面に設けられた圧電素子の表面の電極層上に、裏面に導電性粘着材層からなる第１の導電接続部を備えた帯状金属箔の導電路を設けて、前記電極層同士あるいは電極層と外部回路との接続を行うとともに、剛性が低く体積抵抗率の高い導電ペーストを利用して、前記電極層の表面から前記導電路の上面にわたって、前記導電路の縁部に沿って複数箇所で、前記電極層に接続するように第２の導電接続部を形成することとした。このため、安定した電気的接続状態を得て、音再現性の良好な薄型の圧電スピーカを得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の圧電スピーカの基本構造を示す図であり、図１(A)は実施形態１の平面図，図１(B)はその斜視図，図１(C)は導電路の裏面を示す斜視図，図１(D)は実施形態２の平面図，図１(E)は実施形態３の平面図である。

図１に示すように、本発明の圧電スピーカ１０は、金属製の振動板１２に、圧電体の積層体の少なくとも一方の主面に電極層１６を備えた圧電素子１４を貼り付けたものである。前記圧電スピーカ１０は、前記圧電素子１４を振動板１２のいずれか一方の主面に設けたユニモルフ型であってもよいし、振動板１２の両面に設けたバイモルフ型であってもよい。圧電スピーカ１０の全体の厚さを１ｍｍ以下とするために、前記振動板１２は、例えば厚さを０．１ｍｍ以下とする。また、十分な駆動力を得るために、圧電素子１４は、少なくとも３層以上の圧電層を電極層と交互に積層した積層構造とし、総厚が０．１ｍｍを越えないものとする。

前記圧電素子１４の層間及び表裏面の電極層１６の材質としては、例えば、圧電体と同時焼成可能な、銀／パラジウム＝９／１〜１０／０の比率（モル比）の合金あるいは銀が利用される。電極層１６は、合金（ないし銀）と圧電体粉末を、バインダーとともに適当な溶剤に加えてペーストとし、圧電体のグリーンシートに、例えば、スクリーン印刷法により形成する。このような圧電素子１４の表面の電極層１６に、裏面に第１の導電接続部２２が設けられた厚さ０．１ｍｍ以下の帯状の金属箔を貼り付ける。該金属箔により、前記電極層１６同士や、該電極層１６と外部回路を接続するための導電路２０が形成される。なお、前記第１の導電接続部２２は、導電性の粘着材層により構成されている。このため、振動板１２との短絡を防ぐために、粘着材層と振動板１２が触れる部分に絶縁性テープ２３を貼るなど（図１(C)参照）、絶縁するための処置を適宜講じる必要がある。

次いで、導電路２０の上から、該導電路２０上と前記電極層１６の表面にわたるように、剛性が低く、体積抵抗率が高い導電ペーストを塗布し、導電層からなる第２の導電接続部を形成する。導電ペーストの塗布形状は、前記導電路２０の縁部に沿って複数箇所で前記電極層１６に接続するように形成すればよいが、好ましくは、前記導電路２０の両側にそれぞれ形成するか，あるいは、前記導電路２０を横切るように形成する。例えば、図１(A)に示す圧電スピーカ１０のように、円形の導電接続部２４を２つ形成するか、図１(D)に示す導電接続部２６のように長方形にすると都合がよい。なお、図１(E)に示す圧電スピーカ１０のように、導電路２０の位置を圧電素子１４の縁寄りとすると、前記図１(A)又は(D)の例のように導電路２０の両側に塗布することができないが、この場合には、円形の導電接続部２８を、導電路２０片側と先端部の２箇所に塗布することによって対応することができる。

前記第２の導電接続部２４,２６,２８としては、剛性が低く体積抵抗率の高い導電性ペーストを利用する。具体的には、ヤング率１００ＭＰａ以下，かつ、体積抵抗率が６×１０^−３Ωｃｍ以下の物性を満たすものが好適である。ヤング率が、これ以上では、振動板１２が変形するときの応力に耐えられず破壊してしまう。例えば、以下の表１は、第２の導電接続部を形成する導電層として利用する導電ペーストのヤング率と圧電スピーカ１０の駆動による破壊の有無の関係を示す一例である。使用ペーストＡはポリエステル系，使用ペーストＢはシリコーン系，使用ペーストＣはエポキシ系，使用ペーストＤはポリイミド系の樹脂を利用したものであり、いずれの使用ペーストも導電フィラーとして銀を含んでいる。

表１から分かるように、使用ペーストＢ〜Ｄは、体積抵抗率は６×１０^−３Ωｃｍ以下の条件を満たすものの、剛性が高すぎるため駆動によって破壊してしまう。

また、以下の表２には、導電ペーストによって図１(D)に示す形状の第２の導電接続部２６を形成し、導電ペーストのヤング率を変えた場合の音圧変化が示されている。

表２の結果から分かるように、音圧劣化を例えば０．１ｄＢ以内におさめるためには、導電ペーストのヤング率は１００ＭＰａが上限であることがわかる。従って、駆動による破壊を防止し、音質の劣化を最小限にするためには、導電ペーストのヤング率を１００ＭＰａ以下にするのが好ましいことが分かる。

また、体積抵抗率が６×１０^−３Ωｃｍ以上では、接触抵抗を十分小さくすることができない。導電ペーストの塗布形状は、上述したように、前記導電路２０の両側にそれぞれ形成するか，あるいは、前記導電路２０を横切るものであれば、円形・長方形など任意の形状とすることができるが、導電路２０に重なる部分と、電極層１６に重なる部分の双方とも０．８ｍｍ^２以上となるようにする。これより小さい面積では、導電ペースト部分（第２の導電接続部２４，２６，２８）の抵抗値が十分低くならず、安定した接触状態が得られない。また、ヤング率６０ＭＰａの導電ペーストを用いて、電極層１６上の導電ペースト（導電接続部２４，２６，２８）の塗布面積を変えた場合の音圧劣化が、以下の表３に示されている。表３に示す通り、面積が２０ｍｍ^２よりも大きい場合に音圧劣化が０．１ｄＢを越えるため、電極層１６上の塗布面積は２０ｍｍ^２以下であることが好ましい。なお、このような導電ペーストの塗布面積が音質に与える影響は、前記振動板１２の直径が１０〜５０ｍｍ程度の比較的小型の圧電スピーカの場合に顕著となる。これは、比較的小型の圧電スピーカの場合は、振動板１２の剛性が高くなるため、導電ペーストの影響を受けにくくなるからである。

前記導電ペーストの塗布方法としては、例えば、印刷法，スプレー法など公知の各種の方法を用いることができる。また、第２の導電接続部２４（ないし２６，２８）の厚みは、例えば、０．０１ｍｍ（１０μｍ）以上とする。これより厚みが少ないと、抵抗値が高くなり過ぎて安定した接触状態を形成できない。塗布後に導電ペーストを紫外線照射や加熱などの所定の方法で硬化させることにより、接触状態が安定した圧電スピーカ１０を得ることができる。

次に、本発明の実施例と比較例について説明する。図２には、実施例及び比較例の圧電スピーカの主要断面が示されている。まず、実施例１について説明すると、実施例１の圧電スピーカ３０は、振動板３２の表裏両面に、積層構造の圧電素子３４及び４０を貼り合わせたバイモルフ型となっており、前記圧電素子３４，４０の表面の電極層３８Ａ，４４Ａには、帯状金属箔からなる導電路４６Ａ，４６Ｂが設けられている。前記振動板３２としては、例えば、直径２３ｍｍ，厚さ０．０３ｍｍの鉄−ニッケル合金が用いられる。前記圧電素子３４は、３層の圧電層３６Ａ〜３６Ｃと４層の電極層３８Ａ〜３８Ｄを交互に積層した積層体であって、前記圧電層３６Ａ〜３６Ｃとしては、例えば、直径１９ｍｍ，厚さ０．０１８ｍｍ（１８μｍ）のジルコン酸チタン酸鉛が用いられ、電極層３６Ａ〜３６Ｃとしては、例えば、直径１８．５ｍｍ，厚さ０．００１ｍｍの銀−パラジウム合金が用いられる。前記電極層３８Ａ〜３８Ｄは、スルーホールなどにより互いに接続されている。他方の圧電素子４０も、前記圧電素子３４と同じ構成となっており、３層の圧電層４２Ａ〜４２Ｃと、４層の電極層４４Ａ〜４４Ｄが交互に積層された積層構造である。

前記導電路４６Ａ，４６Ｂは、導電性の粘着材層からなる第１の導電接続部４８Ａ，４８Ｂが裏面に設けられた銅箔であって、例えば、厚さ０．０７ｍｍ，長さ１０ｍｍ，幅２ｍｍの寸法のものが用いられる。更に、前記振動板３２の周辺部の金属が剥き出しになっている部分での短絡を防止するために、前記導電路４６Ａ，４６Ｂの内側には、絶縁性テープ５０Ａ，５０Ｂが貼り付けられている。そして、このような導電路４６Ａ，４６Ｂの上から、銀を導電フィラーとするポリエステル系導電ペースト（品名：ＤＷ−２５０Ｈ−５，東洋紡（株）製，ヤング率：６０ＭＰａ，体積抵抗：１×１０^−３Ωｃｍ）を塗布し、第２の導電接続部５２Ａ及び５２Ｂを形成する。塗布形状は、図１(A)に示す形態のように、スプレー法により直径１．０ｍｍの円形を２ヶ所とし、導電路４６Ａ（４６Ｂ）および電極層３８Ａ（４４Ａ）上の面積をそれぞれ０．９ｍｍ^２，厚さを０．０１５ｍｍとした。得られた圧電スピーカ３０を、周辺を固定する治具に設置し、端子に電圧３Ｖｒｍｓ，周波数１ｋＨｚの正弦波を印加した。そして、発生する音をマイクで集音し、プリアンプで増幅された信号をオシロスコープで確認して波形のひずみの有無を観察した。その結果を以下の表４に示す。なお、表４においては、波形のひずみがあるものを不安定な接触状態，ひずみがないものを安定した接触状態として判定した。

前記実施例１と同様の条件の導電ペーストを、導電路４６Ａ，４６Ｂの上から印刷法にて塗布し、図１(D)に示す形態のように、１．６×４ｍｍの長方形の第２の導電接続部５２Ａ，５２Ｂを形成した。なお、導電路４６Ａ（４６Ｂ）と電極層３８Ａ（４４Ａ）上の面積は、それぞれ３．２ｍｍ^２となるようにし、厚みを０．０３ｍｍとなるように制御した。作製した圧電スピーカの波形のひずみの有無を、前記実施例１と同様の条件で観察した。

［比較例１］
上述した実施例１と同様の方法で、導電ペーストを用いないもの，すなわち、第２の導電接続部５２Ａ，５２Ｂを形成しない圧電スピーカを作製し、上述した方法で波形ひずみの有無の観察を行った。

［比較例２］
前記実施例２との比較用に、第２の導電接続部５２Ａ，５２Ｂのヤング率を１０００ＭＰａ，体積抵抗率を２×１０^−３Ωｃｍ，厚みを０．０２ｍｍとした圧電スピーカを作製し、上述した方法で波形ひずみの有無の観察を行った。

［比較例３］
前記実施例１との比較用に、第２の導電接続部５２Ａ，５２Ｂのヤング率を４０ＭＰａ，体積抵抗率を１×１０^−１Ωｃｍとした圧電スピーカを作製し、上述した方法で波形ひずみの有無の観察を行った。

［比較例４］
前記実施例２との比較用に、第２の導電接続部５２Ａ，５２Ｂの厚みを０．００５ｍｍとした圧電スピーカを作成し、上述した方法で波形ひずみの有無の観察を行った。

表４は、前記実施例１及び２と、比較例１〜４について、第２の導電接続部５２Ａ及び５２Ｂの物性，塗布形状，塗布面積，厚みと、作製した圧電スピーカの波形ひずみの有無を示したものである。

結果を見ると、本発明で規定する条件，すなわち、第２の導電接続部５２Ａ及び５２を設けるとともに、該導電接続部５２Ａ，５２Ａのヤング率が１００ＭＰａ以下，体積抵抗が６×１０^−３Ωｃｍ以下，電極層３８Ａ（４４Ａ）と導電接続部５２Ａ（５２Ｂ）との接触面積、ならびに、導電路４６Ａ（４６Ｂ）と導電接続部５２Ａ（５２Ｂ）との接触面積がそれぞれ０．８ｍｍ^２以上，導電接続部５２Ａ，５２Ｂの厚みが０．０１ｍｍ（１０μｍ）以上，を満たす実施例１と実施例２においては、塗布形状に関わらず、波形ひずみが見られないという結果が得られた。すなわち、安定した接触状態であることが確認された。

これに対し、導電ペースト未使用の比較例１では、波形ひずみが発生するほか、音そのものが発生しなかった。また、導電ペーストの物性や厚みを変えて、上述した条件の範囲外で作製した比較例２〜４では、全て波形ひずみが発生しており、良好な音再現性が得られなかったことが分かる。特に、ヤング率の高い導電ペーストを用いた比較例２の場合は、導電ペーストが振動により破壊してしまい、音そのものが発生しなかった。

このように、少なくとも一方の主面に電極層を備えた圧電素子と振動板からなる圧電スピーカにおいて、裏面に導電性粘着材層からなる第１の導電接続部を備えた帯状金属箔の導電路によって、前記電極層同士あるいは電極層と外部回路との接続を行うとともに、剛性が低く体積抵抗率が高い導電ペーストを利用して、前記電極層の表面から前記導電路の上面にわたって、前記導電路の縁部に沿って複数箇所で前記電極層に接続するように第２の導電接続部を形成することとした。これにより、抵抗値の低い導電路が形成されるため、低コストの電極材料を用いた同時焼結法によって、電極層表面に障壁となる圧電体微粒子が析出する場合であっても、振動によって接触抵抗値が変動することなく、安定した電気的接続状態を形成して安価で音再現性の良好な薄型の圧電スピーカを得ることができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例に示した材料，形状，寸法は一例であり、同様の作用を奏するように適宜変更可能である。例えば、前記第２の導電接続部２４，２６，２８，５２Ａ，５２Ｂの塗布形状は一例であり、導電路の両側にそれぞれ形成するか，あるいは、該導電路を横切るように形成するものであれば、上述した条件（面積，厚み）の範囲内で、塗布形状は適宜変更してよい。また、例えば、圧電スピーカがバイモルフ型の場合、一方の圧電素子の電極層上に形成される第２の導電接続部と、他方の圧電素子の電極層上に形成される第２の導電接続部の形状を異なるようにしてもよい。

(2)圧電層と電極層の積層数も必要に応じて変更してよい。前記実施例では、十分な駆動力を得るために、圧電層を３層積層することとしたが、積層体の総厚が０．１ｍｍを越えないものであれば、更に多数積層することを妨げるものではない。また、内部電極層の接続構造なども必要に応じて適宜変更可能である。

(3)本発明の好適な応用例としては、携帯電話（ＰＨＳ含む），携帯情報端末（ＰＤＡ），ボイスレコーダ，ＰＣ（パソコン）などの各種電子機器のスピーカがある。もちろん、他の各種の用途に適用することを妨げるものではない。

本発明によれば、振動板の主面に設けられた圧電素子の表面の電極層上に、裏面に導電性粘着材層からなる第１の導電接続部を設けた帯状金属箔の導電路を設けて、前記電極層同士あるいは電極層と外部回路との接続を行うとともに、剛性が低く体積抵抗率の高い導電ペーストを利用して、前記電極層の表面から前記導電路の上面にわたって、前記導電路の縁部に沿って複数箇所で前記電極層に接続するように第２の導電接続部を形成することとした。このため、安定した電気的接続状態が得られ、薄型の圧電スピーカの用途に適用できる。特に、厚さが１ｍｍ以下の超薄型圧電スピーカの用途に好適である。

本発明の圧電スピーカの基本構造を示す図であり、(A)は実施形態１の平面図，(B)は実施形態１の斜視図，(C)は実施形態１の導電路の裏面を示す斜視図，(D)は実施形態２の平面図，(E)は実施形態３の平面図である。本発明の実施例の圧電スピーカの主要断面図である。

符号の説明

１０：圧電スピーカ
１２：振動板
１４：圧電素子
１６：電極層
２０：導電路
２２：第１の導電接続部
２３：絶縁性テープ
２４，２６，２８：第２の導電接続部
３０：圧電スピーカ
３２：振動板
３４，４０：圧電素子
３６Ａ〜３６Ｃ，４２Ａ〜４２Ｃ：圧電層
３８Ａ〜３８Ｄ，４４Ａ〜４４Ｄ：電極層
４６Ａ，４６Ｂ：導電路
４８Ａ，４８Ｂ：第１の導電接続部
５０Ａ，５０Ｂ：絶縁性テープ
５２Ａ，５２Ｂ：第２の導電接続部

Claims

圧電体の少なくとも一方の主面に電極層を備えた圧電素子と、該圧電素子の他方の主面側に貼着された振動板を含む圧電スピーカであって、
前記圧電素子の電極層同士，あるいは、前記圧電素子のいずれか一方の電極層と外部回路とを導電接続するために、前記電極層上に導電固着される帯状金属箔からなる導電路，
前記導電路の裏面に設けられた導電性粘着材層により形成される第１の導電接続部，
導電ペーストの塗布によって、前記電極層の表面から前記導電路の上面にわたって設けられた導電層により形成される第２の導電接続部，
を備えるとともに、
前記第２の導電接続部を、前記導電路の縁部に沿って複数箇所で前記電極層に接続するように形成したことを特徴とする圧電スピーカ。
好ましくは、前記第２の導電接続部を、前記導電路の両側にそれぞれ、もしくは、該導電路を横切るように形成したことを特徴とする請求項１記載の圧電スピーカ。
前記第２の導電接続部を構成する導電層が、ヤング率１００ＭＰａ以下，かつ、体積抵抗率６×１０^−３Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電スピーカ。
前記電極層表面と第２の導電接続部との接触面積，ならびに、前記導電路と第２の導電接続部との接触面積が、それぞれ０．８ｍｍ^２以上であり、前記第２の導電接続部の厚みが０．０１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電スピーカ。
前記電極層表面と第２の導電接続部との接触面積が、好ましくは、２０ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項４記載の圧電スピーカ。
前記振動板の直径が、１０ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電スピーカ。
前記振動板の少なくとも一方の主面に前記圧電素子を貼着した構造であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の圧電スピーカ。
前記圧電素子が、圧電層と電極層を交互に複数積層した積層構造であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の圧電スピーカ。
前記圧電素子が、少なくとも３層以上の圧電層を含むことを特徴とする請求項８記載の圧電スピーカ。