JP2006033005A - 圧電エキサイタ - Google Patents

Abstract

【課題】従来の圧電型エキサイタは落下等の衝撃発生時に生じた圧電振動子のクラックが進行拡大し、表面電極が断線して圧電型エキサイタの機能低下あるいは動作を停止してしまうという問題があった。
【解決手段】圧電エキサイタの圧電振動子表面電極上に銅あるいはアルミ等展延性に富む１０μｍ乃至５０μｍ程度の金属導薄板またはφ２０μｍ乃至１００μｍ程度の金属導導線からなる金属メッシュ板を配設して前記圧電振動子の表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板とを導通固着した。
【選択図】図１

Description

本発明はパソコン、ＰＤＡ、携帯電話機等の小型端末機器用スピーカー装置の振動板を駆動する圧電型エキサイタの構造に関する。

従来の小型端末機器等に適した音響機器として特許文献１に例示するような振動板あるいは小型端末機器の筐体を直接圧電型エキサイタで励振するスピーカー装置がある。以下図７、図８に基づいて従来の圧電型エキサイタを説明する。

図７は従来の圧電型エキサイタの斜視図であって、６００はバイモルフ圧電振動子の中央を保持したバランス型の圧電型エキサイタである。６３０ａおよび６３０ｂが単層バイモルフ圧電振動子、６０３が保持部であって、長さの異なるバイモルフ圧電振動子を２枚組み合わせた圧電型エキサイタである。

この圧電振動子６３０ａあるいは６３０ｂに電圧を印加することで該圧電振動子６３０ａあるいは６３０ｂは保持部６０３を支点として振動する。保持部６０３は図示していないが、振動板あるいは小型端末機器の筐体に直接固着して圧電型エキサイタ６００の振動を振動板あるいは筐体に伝えて、これらを励振してスピーカー装置として機能させるのである。

ここに示した圧電振動子６３０ａあるいは６３０ｂはバランス型振動子をふたつ備えた複葉構造であるが、圧電型エキサイタは一般的に複葉構造に対して単葉構造、単層圧電素子に対して多層圧電素子、バランス型に対して片持ち型などの構造がある。

図８は図７の従来の単層バイモルフ圧電振動子６３０ａの詳細な断面図を示す。図７に示す振動子６３０ｂも同様な構造である。
６０１は圧電型エキサイタの厚み中心素材である金属薄片のシム、６０２および６２２は単層圧電素子で、このシム６０１を中心に上下対象に単層の圧電素子６０２と６２２を貼り付けて単層バイモルフ型の圧電振動子６３０ａを構成している。６０３は保持部を現し、圧電振動子６３０ａの中央部を支点として保持している。
圧電素子６０２は圧電体６１１に表面電極６１４とシム側電極６１５を施してあり、圧電振動子６３０ａへの給電はシム６０１と接するシム側電極６１５から負電圧を、表面電極６１４から正電圧を印加する。符号Ｃは細線で示す表面電極の断線部であり、６１４ａは後に詳述する符号Ｃで切断された表面電極６１４の延長部である。

すなわち、図７および図８で説明した従来の圧電型エキサイタ６００は圧電振動子の電極に電圧を印加することで圧電素子が撓み、圧電振動子６３０ａあるいは６３０ｂの中央の保持部６０３を支点として振動し、保持部６０３を介してその振動を振動板あるいは筐体に伝えてスピーカー装置として機能させるのである。

特願２００３−３００９９２号

しかるに、従来の圧電型エキサイタ６００を搭載した小型端末機器等に落下衝撃が加わると圧電振動子６３０ａあるいは６３０ｂには保持部６０３を支点とする大きなモーメントが働き、振動子６３０ａあるいは６３０ｂには大きな剪断力が働いて圧電素子表面にクラックが発生することがあり、その後も圧電型エキサイタとしての動作を続けるとクラック部分は大きく進行し、圧電振動子の表面電極クラック部分で突然断線して導通がなくなってしまうことがあった。

すなわち、従来の圧電型エキサイタには落下等の衝撃発生時に生じた圧電振動子のクラックが進行拡大し、表面電極が断線して圧電型エキサイタの機能低下あるいは動作を停止してしまうという問題があった。

以下図８の断面図に基づいて落下等の衝撃により発生する圧電素子のクラックおよびクラックに起因する電極切断のメカニズムと問題を説明する。
圧電振動子６３０ａは落下等の衝撃により保持部６０３を支点とする大きな剪断力により圧電素子６０２の表面の例えば符号Ｃで示す位置にクラックが発生することがある。
多くの場合はこのクラックが発生した時点では表面電極は導通が維持されるため衝撃等を受けた時点では圧電エキサイタの特性に大きな影響を与えることはない。しかし、その後も圧電型エキサイタとしての動作を続けるとクラック部分Ｃは大きく進行し、圧電振動子の表面電極６１４はクラック部分で突然断線して表面電極６１４と表面電極６１４ａに分離して導通がなくなってしまうことがあった。

この結果、圧電振動子６３０ａの符号Ｃ点より先端部の表面電極６１４ａへの給電が行われなくなり、圧電振動子６３０ａは印加電圧に対する駆動効率の低下、あるいは、最悪時は全く駆動ができなくなってしまうことがあった。この表面電極６１４の符号Ｃ点の電極切断は落下衝撃発生時より時間経過した時点で突然発生することがあり、圧電型エキサイタ６００を搭載した小型端末機器のスピーカーとしての信頼性を損ない誠に具合が悪かった。

本発明の目的は、上記問題を解決することにあり、圧電型エキサイタの落下衝撃による圧電素子のクラック発生に起因する表面電極の導通不良で動作機能を損なうことのない信頼性の高い圧電型エキサイタを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の構成は、圧電エキサイタの圧電振動子表面電極に銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導薄板または金属メッシュ板を配設して前記圧電振動子表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板とを導電固着し前記表面電極の給電路にバイパスを設けたことを特徴とする。

前記金属導薄板は１０μｍ乃至５０μｍ程度の銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導薄板であることを特徴とする。

前記金属メッシュ板はφ２０μｍ乃至１００μｍ程度の銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導導線からなることを特徴とする。

また、前記圧電型エキサイタの前記圧電振動子表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板とは導電性接着剤により導電固着したことを特徴とする。

また、前記圧電型エキサイタの圧電振動子表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板を接着剤により圧接接着し前記圧電振動子表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板の微細な凸部と接触により導電固着したことを特徴とする。

また、前記圧電型エキサイタの圧電振動子表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板の周囲に粘着テープを貼付したことによる圧接により導電固着したことを特徴とする。

また、前記圧電型エキサイタの圧電振動子表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板の周囲に設けた熱収縮チューブの収縮による圧接により導電固着したことを特徴とする。

すなわち、本発明は圧電エキサイタの圧電振動子表面電極上に展延性に富むアルミや銅薄板からなる金属導薄板または金属メッシュ板を導電接着、あるいは、導電接触してあるから圧電エキサイタに対する衝撃などにより発生する圧電振動子のクラックが要因で圧電振動子の表面電極が切断しても、金属導薄板または金属メッシュ板を介して表面電極全面の随所に給電が維持されるので圧電振動子の表面電極が切断しても圧電エキサイタの動作には何ら支障をきたさない。

以下、本発明の実施形態を図１から図６を用いて説明する。
図１および図２は本発明の第１の実施形態で、図１は圧電型エキサイタの断面図、図２は図１の圧電振動子の詳細断面図、図３は本発明の第２の実施形態の詳細断面図、図４および図５は本発明の第３の実施形態で、図４は斜視図、図５は詳細断面図、図６は本発明の第４の実施形態の詳細断面図である。

図１は本発明における圧電型エキサイタの断面図であって、１００はバランス型単層圧電素子を用いた圧電型エキサイタである。
１０１は片持ち梁の中心素材である金属薄片のシム、１０２および１２２は厚み方向に分極した単層圧電素子で、シム１０１を中心に上下対象に同一構造の圧電素子１０２と１２２を貼り付けてバイモルフ型の圧電振動子１３０を構成している。１０３は保持部であり、圧電振動子１３０の中央を支点として保持する。

圧電素子１０２は圧電体１１１に表面電極１１４とシム側電極１１５を施してある。符号Ｃの細線部は後述する圧電素子１１１のクラック発生箇所である。１１４ａは本来は表面電極１１４と同一面電極であるが、符号Ｃ点で表面電極１１４から断線分離した表面電極である。１１８は金属導薄板または金属メッシュ板であって、表面電極１１４の上に導電接着してある。
ここで金属導薄板または金属メッシュ板１１８は圧電振動子１３０の振動を妨げない程度の厚みが１０μｍ乃至５０μｍ程度の銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導薄板またはφ２０μｍ乃至１００μｍ程度の銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導導線からなる金属メッシュ板を用いる。

図２は図１に示した圧電振動子の詳細断面図であって、１５０は前記圧電振動子１００の符号Ｃ点付近の一部を示す。
１１１は圧電素子、１１４は圧電素子１１１の表面に施した表面電極、１１４ａは本来は表面電極１１４と同一面電極であるが、符号Ｃ点で表面電極１１４から断線分離した表面電極である。１１８は金属導薄板または金属メッシュ板、１１９は導電接着層である。
導電接着層１１９は金属粒子を混在したエポキシ樹脂で表面電極１１４あるいは表面電極１１４ａと金属導薄板または金属メッシュ板１１８を導電固着する。なお、表面電極１１４あるいは表面電極１１４ａと金属導薄板または金属メッシュ板１１８は全面均一な接着が条件だが導通は全域に導通点が点在する程度の導電固着でよい。

しかるに、圧電エキサイタ１００に落下等の衝撃により保持部１０３を支点とする大きな剪断力により圧電素子１０２の表面の符号Ｃ点にクラックが発生することがあり、その後の圧電型エキサイタとしての動作継続によりクラック部分が進行拡大し、表面電極１１４のクラック発生点Ｃが切断して表面電極１１４と表面電極１１４ａに分離してしまうことがある。この結果、符号Ｃ点より先端部の表面電極１１４ａへの給電が行われなくなる恐れが生ずる。

しかしながら、本発明は図２からも明かなように符号Ｃ点で表面電極１１４と表面電極１１４ａが断線しても表面電極１１４上に金属導薄板または金属メッシュ板１１８を配設して表面電極１１４と随所で導電固着してあるため表面電極１１４が符号Ｃ点で断線して表面電極１１４と表面電極１１４ａに分断されても金属導薄板または金属メッシュ板１１８を経由して表面電極１１４ａへの給電路が確保されているため表面電極が断線して圧電型エキサイタの機能低下あるいは動作を停止してしまうというダメージを完璧にクリアできるのである。

また、図２では表面電極１１４と金属導薄板または金属メッシュ板１１８を導電接続する導電接着層１１９は金属粒子を混在したエポキシ樹脂による導電接着を示したが、ここで使用する導電接着素材は導電接着できる素材であれば良く、炭素粒子を混在したエポキシ樹脂でも金属フィラーを混入した樹脂でも異方導電接着剤でも等方導電接着剤でも、あるいは、樹脂硬化でもフイルム熱硬化型の導電接着剤であっても差し支えないことは自明である。

図３は本発明の第２の実施形態の詳細断面図であって、３００は本発明の圧電エキサイタの圧電振動子の一部を示す。
３１１は圧電素子、３１４は圧電素子３１１の表面に施した表面電極、符号Ｃの細線部は後述する圧電素子３１１のクラック発生箇所である。３１４ａは本来は表面電極３１４と同一面電極であるが、符号Ｃ点で表面電極３１４から断線分離した表面電極である。３１８は表面電極３１４上に配設した金属導薄板または金属メッシュ板、３１９は表面電極３１４と金属導薄板または金属メッシュ板３１８を固着する接着剤である。

ここで３１８は厚みが１０μｍ乃至５０μｍ程度の銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導薄板の場合は表面電極３１４と接する下面は機械的あるいは化学的ホーニングで表面に微細な凹凸を設けてある。あるいはφ２０μｍ乃至１００μｍ程度の銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導導線からなる金属メッシュ板の場合は網目状の凹凸がある。
従って、表面電極３１４と金属導薄板または金属メッシュ板３１８の下面とをエポキシ系の電気的絶縁特性のある接着剤で圧接接着すると、金属導薄板または金属メッシュ板３１８の凹部と表面電極３１４とは接着固定し、金属導薄板または金属メッシュ板３１８の微細な凸部と表面電極３１４とは電気的な接触ができる。
なお、表面電極３１４ａを含む表面電極３１４と金属導薄板または金属メッシュ板３１８は微細な凸部との電気的な接触は表面電極３１４の全域に導通点が点在する程度の導電固着でよい。

この結果、圧電振動子３００が衝撃等の過大な撓みで圧電素子３１１の符号Ｃ点にクラックが発生し、クラックに起因して表面電極３１４が符号Ｃ点で断線し、表面電極３１４と表面電極３１４ａに分断されても金属導薄板または金属メッシュ板３１８を経由して表面電極３１４ａへの給電路が確保されているので圧電型エキサイタの機能低下や動作が停止してしまうということが無い。

図４および図５は本発明の第３の実施形態であって、図４は本発明の第３の実施形態の斜視図、図５は図４の詳細断面図である。
図４において、４００は本発明の圧電エキサイタの圧電振動子の一部を示す。
４１１は圧電素子、４１４は圧電素子４１１の表面に施した表面電極、４１８は厚みが１０μｍ乃至５０μｍ程度の銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導薄板の場合は表面電極４１４と接する下面は機械的あるいは化学的ホーニングで表面に微細な凹凸を設けてある。あるいはφ２０μｍ乃至１００μｍ程度の銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導線からなる金属メッシュ板の場合は網目状の凹凸がある。４１９は金属導薄板または金属メッシュ板４１８を表面電極４１４に圧接固着する粘着テープである。

図５は前記図４の詳細断面図であって、４１１は圧電素子、４１４は圧電素子４１１の表面に施した表面電極、４１８は表面電極４１４上に配設した金属導薄板または金属メッシュ板、４１９は金属導薄板または金属メッシュ板４１８を表面電極４１４に圧接固着する粘着テープである。
すなわち、本発明は表面電極４１４上に表面電極４１４より面積の小さい金属導薄板または金属メッシュ板４１８を粘着テープ４１９で圧接して表面電極４１４と金属導薄板または金属メッシュ板４１８とを導電固着する構造である。

この表面電極４１４と金属導薄板または金属メッシュ板４１８との電気的な導通は圧接面全てである必要はなく、導通点が圧接面上に散開した導通状態でも差し支えない。
この結果、圧電振動子４００が衝撃等の過大な撓みで圧電素子４１１にクラックが発生し、表面電極４１４が断線しても表面電極４１４に圧接した金属導薄板または金属メッシュ板４１８との接触面の随所で導通があるため表面電極４１４のほぼ全面に給電路は確保されることとなる。

図６は本発明の第４の実施形態の詳細断面図であって、５００は本発明の圧電エキサイタの圧電振動子の一部を示す。
５０１は圧電振動子の中心素材である金属薄片のシム、５１１は圧電素子、５１４は圧電素子５１１の表面に施した表面電極、５１８は表面電極４１４上に配設した金属導薄板または金属メッシュ板で、金属導薄板の場合は厚みが１０μｍ乃至５０μｍ程度の銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導薄板であり、金属メッシュ板の場合はφ２０μｍ乃至１００μｍ程度の銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導線からなる金属メッシュ板であり網目状の凹凸がある。５１９ａあるいは５１９ｂは金属導薄板または金属メッシュ板５１８を表面電極５１４に圧接固着する熱収縮チューブである。
すなわち、本発明は金属導薄板または金属メッシュ板５１８を表面電極５１４上に熱収縮チューブ５１８ａあるいは５１８ｂで圧接して表面電極５１４と金属導薄板または金属メッシュ板５１８との導通を得る構造である。

図６において、Ａ−Ｂ断面線を境に熱収縮チューブ５１９ａあるいは５１９ｂの熱収縮の前後を示し、左の熱収縮チューブ５１９ａが熱収縮前、右の熱収縮チューブ５１９ｂが熱収縮後を示す。
従って、圧電振動子５００が衝撃等の過大な撓みで圧電素子５１１にクラックが発生し、表面電極５１４が断線しても表面電極５１４に圧接した金属導薄板または金属メッシュ板５１８との接触面の随所で導通があるため表面電極５１４のほぼ全面に給電路は確保されることとなる。
なお、表面電極５１４と金属導薄板または金属メッシュ板５１８との導通は前述した本発明の第１乃至第３の実施形態と同様にこの金属導薄板または金属メッシュ板５１８と表面電極５１４との電気的な導通は圧接面全てである必要はなく、導通点が圧接面上に散開した導通状態で差し支えない。

以上述べた如く本発明の圧電エキサイタは、圧電振動子の表面電極上に金属導薄板または金属メッシュ板を配設し、表面電極と導通固着した金属導薄板または金属メッシュ板を経由して表面電極の随所で表面電極への給電路を形成するから、衝撃等の過大変形で発生した圧電素子のクラックに起因して表面電極の切断という事態が発生しても、圧電振動子表面電極全面への給電路が確保できているため動作上の支障はなく、信頼性の高い圧電型エキサイタを提供できるのである。

なお、以上の説明では単層バイモルフ圧電振動子を用いたバランス型圧電型エキサイタの構造に基づいて説明したが、本発明の効果は、圧電素子の単層・多層、あるいは、構造の片持ち梁型・バランス型、あるいは、単葉・複葉に限らず全ての圧電型エキサイタに同様の結果を得られることは言うまでもない。また、給電の正極と負極の区別は説明の便宜上付けた符号であって、圧電振動子を駆動する上では極性の入れ替えはその動作には全く関与しない。

本発明の第１の実施形態の圧電振動子の断面図である。 図１に示す圧電振動子の詳細断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す詳細断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す斜視図である。 図４の詳細断面図である。 本発明の第４の実施形態を示す詳細断面図である。 従来の圧電型エキサイタの斜視図である。 図７に示す圧電振動子の詳細な断面図である。

符号の説明

１０１、５０１、６０１ シム
１１１、３１１、４１１、５１１、６１１ 圧電素子
１１４、３１４、４１４、５１４、６１４ 表面電極
１１８、３１８、４１８、５１８ 金属導薄板または金属メッシュ板
１０３、６０３ 保持部
１１９ 導電接着層
３１９ 接着剤
４１９ 粘着テープ
５１９ａ、５１９ｂ 熱収縮チューブ
１３０、６３０ａ、６３０ｂ 圧電振動子

Claims (7)

1. 圧電エキサイタの圧電振動子表面電極上に銅あるいはアルミからなる金属導薄板または金属メッシュ板を配設して前記圧電振動子表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板とを導電固着し前記表面電極の給電路にバイパスを設けたことを特徴とする圧電エキサイタ。
2. 請求項１記載の前記金属導薄板は１０μｍ乃至５０μｍ程度の銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導薄板であることを特徴とする圧電エキサイタ。
3. 請求項１記載の前記金属メッシュ板はφ２０μｍ乃至１００μｍ程度の銅あるいはアルミ等展延性に富む金属導導線からなることを特徴とする圧電エキサイタ。
4. 請求項１記載の圧電型エキサイタにおいて、前記圧電型エキサイタの前記圧電振動子表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板とは導電性接着剤により導電固着したことを特徴とする圧電型エキサイタ。
5. 請求項１記載の圧電型エキサイタにおいて、前記圧電型エキサイタの圧電振動子表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板を接着剤により圧接接着し前記圧電振動子表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板の微細な凸部と接触により導電固着したことを特徴とする圧電型エキサイタ。
6. 請求項１記載の圧電型エキサイタにおいて、前記圧電型エキサイタの圧電振動子表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板の周囲に粘着テープを貼付したことによる圧接により導電固着したことを特徴とする圧電型エキサイタ。
7. 請求項１記載の圧電型エキサイタにおいて、前記圧電型エキサイタの圧電振動子表面電極と前記金属導薄板または金属メッシュ板の周囲に設けた熱収縮チューブの収縮による圧接により導電固着したことを特徴とする圧電型エキサイタ。
   

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