JP2006135924A

JP2006135924A - 圧電発音体およびこれを用いた発音装置

Info

Publication number: JP2006135924A
Application number: JP2004370576A
Authority: JP
Inventors: Jiro Terada; 二郎寺田; Koji Ushio; 浩司牛尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】本発明は、各種スピーカに用いられる圧電発音体およびこれを用いた発音装置において、より大きな音圧を確保することを目的とするものである。
【解決手段】特に圧電発音体１を構成する振動板３に対して枠体５を介して共鳴板６を配置する構造としたのである。このことにより、振動板を振動させることにより発せられた音が、振動板と枠体および共鳴板により形成された空間において共鳴するため、より大きな音圧を確保できるのである。
【選択図】図２

Description

本発明は、補聴器などに用いられる小型スピーカとして使用する圧電発音体およびこれを用いた発音装置に関する。

一般に携帯電話や補聴器のような携帯電子機器においては、それを構成する電子部品に対して小型かつ省電力が必須条件として挙げられる。

そして、このような状況下において小型電子機器の音響システムを構築する発音体としては、構成部品点数が少なく省電力性に優れるという観点から振動板を振動させるアクチュエータとして圧電駆動電極を用いた圧電発音体が用いられていた。

なお、この発明に関する先行技術文献情報として、例えば特許文献１が知られている。
特開平１１−７２８３号公報

しかしながら、その大きさに関して制約のある用途においては、振動板の駆動面積や振幅に音圧が比例するため、小型な圧電発音体においては音圧を確保することが困難なものとなっていた。

そこで、本発明はこのような問題を解決し、圧電発音体およびこれを用いた発音装置においてより大きな音圧を確保することを目的とする。

この目的を達成するために本発明は、特に圧電発音体を構成する振動板に対して枠体を介して共鳴板を配置する構造としたのである。

このような構成とすることにより、振動板を振動させることにより発せられた音が振動板と枠体および共鳴板により形成された空間において共鳴するため、より大きな音圧を確保できるのである。

以下、本発明の一実施形態について図を用いて説明する。

図１は本発明の一実施形態における圧電発音体１を収納体２の内部に配置した発音装置を示したものであり、携帯電話や内耳型の補聴器などに設けられる超小型スピーカ用途として用いられるものである。

その基本的な構造は、開口部２ａを有する収納体２の内部に圧電発音体１を配置した構成で、収納体２の内部に配置された圧電発音体１から音を発することで収納体２に設けられた開口部２ａから音出しする構造で、小型で指向性を有する発音装置である。

また、収納体２の内部に配置される圧電発音体１は図２に示されるように、薄板状の振動板３の中央部に設けられた舌片状の振動領域３ａの上面に圧電駆動領域４を配置した構造を基本とし、圧電駆動電極４が設けられた舌片状の振動領域３ａを囲むように、振動板３の外周部分に枠体５が設けられ、この枠体５の上面を覆うように共鳴板６が設けられるとともに、枠体５の側面には圧電発音体１の内部で形成された音を外部に放出するための音孔５ａを設けた構成となっている。

なお、圧電駆動電極４はＡｕからなる上部電極４ａとＰｔからなる下部電極４ｂ間にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる圧電薄膜４ｃを介在させたもので、上部電極４ａと下部電極４ｂ間に電圧を印加することで、その間に配置された圧電薄膜４ｃが撓み、この撓みにより振動板３の振動領域３ａを振動させるものである。

そして、この圧電発音体１においては振動板３の上面側が枠体５及び共鳴板６により囲まれているため、圧電駆動電極４により生じた振動が特に振動板３と対向する共鳴板６により共鳴するため、この共鳴により振動板３から出た音の音圧が増幅し音孔５ａから出力されるため、振動板３の大きさを大きくすることなくより大きな音圧が確保できるのである。

また、図３に示されるように振動板３の振動領域３ａにおける自己共振周波数ｆ１と共鳴板６の自己共振周波数ｆ２とを異ならせることにより、圧電発音体１の周波数帯域を拡大させることが出来るのである。

すなわち、振動板３の振動領域３ａにおいてはその長さにより自己共振周波数ｆ１が決定されるためこの振動領域３ａにおける音域が限定されてしまうのであるが、振動板３における振動領域３ａの自己共振周波数ｆ１を共鳴板６の自己共振周波数ｆ２と異ならせることにより、圧電発音体１から発せられる音域は振動板３の振動領域３ａの周波数特性７および共鳴板６の周波数特性８を複合した周波数特性９による音域となるため、振動板３の振動領域３ａおよび共鳴板６の自己共振周波数ｆ１，ｆ２を一致させたものに比べ幅広い音域を確保することが出来るのである。

また、このような圧電発音体１を用いた場合、周波数特性９にみられるように自己共振周波数ｆ１，ｆ２などの特定周波数に対してピーク特性を示すため、このピーク特性を示す周波数帯域においては周波数特性の変異が大きくなるため、これを抑制すべく図１や図２において特に図示していないが振動板３の表面に樹脂弾性体（図示せず）を被膜させることにより実線で示す周波数特性１０のようにピーク特性を抑制することが出来るのである。

なお、先に述べたピーク特性を抑制する樹脂弾性体を被膜させる場合、樹脂系材料の中でも硬度が低いオルガノ系シラン部材を使用すれば、振動板３上に設けられた樹脂弾性体による音響輻射を抑制でき音質向上を図ることが出来るとともに、この樹脂弾性体を振動板３領域だけではなく圧電駆動電極４を覆うように被覆させることで、圧電駆動電極４の端面において露出する圧電薄膜４ｃの露出面も覆うことができ、この部分における圧電薄膜４ｃの耐湿性を確保することが出来るのである。

また、枠体５に設けられる音孔５ａは図２に示されるように、枠体５の下端部分つまり振動板３との当接部分に設けることで、共鳴板６を枠体５に取り付ける際、枠体５の端面が平坦面となるので共鳴板６の取り付け精度が良くなり、この共鳴板６の取り付け作業による圧電発音体１の音質劣化を抑制できるのである。

そして、この圧電発音体１を形成する場合、図４に示すように、先ずＳｉやＳｉＯ₂などのシリコン系部材を振動板３を形成する所定形状に加工したシリコン基板１１の上部表面に下部電極４ｂを形成するＰｔ電極部材１２を高周波スパッタリングにより被覆させ、さらにこのＰｔ電極部材１２上に圧電薄膜４ｃを形成するＰＺＴ部材１３を形成する。

次に、このＰＺＴ部材１３をフォトリソ加工により所定の形状とし、ＰＺＴ部材１３の外周端部及びその周辺部にエッチングマスクとしての感光レジストの絶縁膜１４を塗布する。なお、絶縁膜１４の塗布は下部電極４ｂにおいて外部接続用の端子部１５を形成するため部分的に下部電極４ｂを露出させている。その後、圧電薄膜４ｃ及び絶縁膜上に上部電極４ａを形成するＡｕ電極部材１６を蒸着により被覆させる。

次に、不要なＡｕ電極部材１６、絶縁膜１４及びＰｔ電極部材１２をドライエッチングにより除去する。なお、ここで外周フレーム１の表面に絶縁膜１４を残した構成としているのは、この絶縁膜１４により圧電駆動電極４の端面の電界を安定させるとともに、この領域におけるマイグレーションの発生を抑制し圧電薄膜４ｃの周辺部における絶縁性を確保するためである。

次に、振動板３を形成するシリコン基板１１の下面における外周部分を残すようにドライエッチングすることにより外周部分をフレーム３ｂとして活用しその内側の薄板状となった部分を振動領域３ａとして活用する振動板３が形成される。また、振動板３の下方の空洞部分は音響孔３ｃとして利用される。

なお、先に述べた下部電極４ｂを形成するＰｔ電極部材１２に対して圧電薄膜４ｃを形成するＰＺＴ部材１３をスパッタリングにより形成する際には、Ｐｔ電極部材１２におけるＰｔの結晶軸を配向させ、このＰｔ電極部材１２の表面に積層されるＰＺＴ部材１３のＰＺＴの結晶軸を優先配向させることにより、下部電極４ｂと圧電薄膜４ｃとの密着性を向上させることができ層間剥離が抑制できるとともに、下部電極４ｂに対して圧電薄膜４ｃを直接積層することによりこの層間接合に用いられていた接着層を除去でき、圧電発音体１の音圧特性を向上できるのである。なお、下部電極４ｂと圧電薄膜４ｃとの密着性を高めることで圧電薄膜４ｃの圧電特性も向上される。

そして、このようにして形成された振動板３上に図２に示すよう枠体５及び共鳴板６を一体化することにより圧電発音体１が形成できるのである。

本発明にかかる圧電発音体は、圧電発音体の音圧特性を向上させられるという効果を有し、特に補聴器などの小型スピーカ用途において有用である。

本発明の一実施形態における発音装置の分解斜視図同発音装置の断面図同発音装置に用いられる圧電発音体の音圧特性を示す周波数特性図同圧電発音体の製造方法を示す模式図

符号の説明

１圧電発音体
２収納体
２ａ開口部
３振動板
４圧電駆動電極
５枠体
５ａ音孔
６共鳴板

Claims

振動板と、この振動板上に設けられた圧電駆動電極とを備え、前記振動板上に前記圧電駆動電極による振動領域を囲む枠体と、この枠体に設けられた音孔と、前記枠体の前記振動板とは反対側の開口端を覆う共鳴板を設けたことを特徴とする圧電発音体。
振動板の振動領域の自己共振周波数と共鳴板の自己共振周波数とを異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の圧電発音体。
振動板の表面を樹脂弾性体で覆ったことを特徴とする請求項１に記載の圧電発音体。
振動板をシリコン系部材で形成するとともに、樹脂弾性体をオルガノ系シラン部材で形成したことを特徴とする請求項３に記載の圧電発音体。
音孔を枠体における振動板との当接部分に設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧電発音体。
開口部を有する収納体と、この収納体内に配置された圧電発音体とを備え、前記圧電発音体は振動板と、前記振動板上に設けられた圧電駆動電極と、前記振動板の振動領域を囲むように設けられた枠体と、前記枠体に設けられた音孔と、前記枠体の前記振動板とは反対側に設けられた共鳴板を備えたことを特徴とする発音装置。