JP3700559B2

JP3700559B2 - 圧電音響部品およびその製造方法

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Publication number: JP3700559B2
Application number: JP2000255095A
Authority: JP
Inventors: 健嗣岸本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: CN1304275A; US20030011282A1; US20010004180A1; CN1214691C; JP2001238291A; US6472798B2; KR100383877B1; KR20010062423A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電ブザーや圧電受話器などの圧電音響部品およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子機器、家電製品、携帯電話機などにおいて、警報音や動作音を発生する圧電ブザーあるいは圧電受話器として圧電音響部品が広く用いられている。この種の圧電音響部品は、円形の金属板の片面に円形の圧電素子を貼り付けてユニモルフ型振動板を構成し、金属板の周縁部を円形のケースの中にシリコーンゴムを用いて支持するとともに、ケースの開口部をカバー（図示せず）で閉鎖した構造のものが一般的である。
しかしながら、円形の振動板を用いると、生産効率が悪く、音響変換効率が低く、しかも小型に構成することが難しいという問題点があった。
【０００３】
そこで、本出願人は、四角形の振動板を用いることで、生産効率の向上、音響変換効率の向上および小型化を可能とした圧電音響部品を提案した（特願平１１−２９３２０４号）。この圧電音響部品は、四角形の金属板の片面に四角形の圧電素子を貼り付けた振動板と、上壁部と４つの側壁部とを有し、対向する２つの側壁部の内側に支持部を持つ絶縁性ケースと、第１と第２の外部電極が形成された平板状の基板とを備えたものであり、ケース内に振動板が収納され、振動板の対向する２辺と支持部とが支持材で固定され、振動板の残りの２辺とケースとの隙間が弾性封止材で封止されて、振動板とケースの上壁部との間に音響空間が形成される。そして、基板上にケースの側壁部開口端が接着されるとともに、金属板が第１の外部電極に対して電気的に接続され、かつ圧電素子の電極は第２の外部電極に対して電気的に接続される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在、電子部品ではリフロー半田付けによる表面実装が一般化しており、機械による部品組立が主流になっているが、圧電音響部品も表面実装型に構成することが望まれている。そのためには、振動板と基板の外部電極とを導電性接着剤を用いて電気的に接続するのが望ましい。ところが、一般に使用されているエポキシ系の導電性接着剤を使用すると、音圧特性および耐衝撃性の点で十分な性能が得られない場合があった。即ち、携帯電話機などの携帯機器の場合、誤って落下させたりして大きな衝撃荷重が加わることがあり、エポキシ系導電性接着剤を使用すると、衝撃荷重によってクラックが入り、振動板と基板の外部電極との間が断線してしまう。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、生産効率が高く、音響変換効率が良好で、小型に構成できるとともに、耐衝撃性にも優れた圧電音響部品を得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、両端部の片面側に第１，第２の振動板電極が露出し、長さベンディングモードで振動する四角形の圧電振動板と、第１と第２の外部電極が形成された平板状の基板と、上壁部と４つの側壁部とを有し、対向する２つの側壁部の内側に支持部を持ち、上記基板上に側壁部開口端が接着される絶縁性ケースとを備え、上記振動板はケース内に第１，第２の振動板電極が露出する面がケースの側壁部開口端側を向くように収納され、振動板の対向する２辺が上記支持部に対して支持材で支持され、振動板の残りの２辺とケースとの隙間が弾性封止材で封止されて、振動板とケースの上壁部との間に音響空間が形成され、上記第１の外部電極に対面する上記ケースの側壁部開口端と上記振動板の第１の振動板電極との間に弾性を持つ第１の導電性接着剤が連続的に塗布されており、上記第２の外部電極に対面する上記ケースの側壁部開口端と上記振動板の第２の振動板電極との間に弾性を持つ第２の導電性接着剤が連続的に塗布されており、上記ケースの側壁部開口端を上記基板上に接着することにより、上記第１の導電性接着剤が上記第１の外部電極と電気的に接続され、かつ上記第２の導電性接着剤が上記第２の外部電極と電気的に接続されていることを特徴とする圧電音響部品を提供する。
また、請求項２に記載の発明は、両端部の片面側に第１，第２の振動板電極が露出し、面積屈曲モードで振動する四角形の圧電振動板と、第１と第２の外部電極が形成された平板状の基板と、上壁部と４つの側壁部とを有し、４つの側壁部の内側に支持部を持ち、上記基板上に側壁部開口端が接着される絶縁性ケースとを備え、上記振動板はケース内に第１，第２の振動板電極が露出する面がケースの側壁部開口端側を向くように収納され、振動板の４辺が上記支持部に対して支持材で支持されて、振動板とケースの上壁部との間に音響空間が形成され、上記第１の外部電極に対面する上記ケースの側壁部開口端と上記振動板の第１の振動板電極との間に弾性を持つ第１の導電性接着剤が連続的に塗布されており、上記第２の外部電極に対面する上記ケースの側壁部開口端と上記振動板の第２の振動板電極との間に弾性を持つ第２の導電性接着剤が連続的に塗布されており、上記ケースの側壁部開口端を上記基板上に接着することにより、上記第１の導電性接着剤が上記第１の外部電極と電気的に接続され、かつ上記第２の導電性接着剤が上記第２の外部電極と電気的に接続されていることを特徴とする圧電音響部品を提供する。
また、請求項６に記載の発明は、両端部の片面側に第１，第２の振動板電極が露出し、長さベンディングモードで振動する四角形の圧電振動板を準備する工程と、上壁部と４つの側壁部とを有し、対向する２つの側壁部の内側に支持部を持つ絶縁性ケースを準備する工程と、第１と第２の外部電極が形成された平板状の基板を準備する工程と、上記振動板をケース内に第１，第２の振動板電極が露出する面がケースの側壁部開口端側を向くように収納し、振動板の対向する２辺を上記支持部に対して支持材で支持するとともに、振動板の残りの２辺とケースとの隙間を弾性封止材で封止し、振動板とケースの上壁部との間に音響空間を形成する工程と、上記振動板の第１の振動板電極から上記第１の外部電極に対面するケースの側壁部開口端まで弾性を持つ第１の導電性接着剤を連続的に塗布する工程と、上記振動板の第２の振動板電極から上記第２の外部電極に対面するケースの側壁部開口端まで弾性を持つ第２の導電性接着剤を連続的に塗布する工程と、上記基板上面または上記ケースの側壁部開口端に絶縁性接着剤を塗布する工程と、上記基板上にケースの側壁部開口端を絶縁性接着剤により接着すると同時に、ケースの側壁部開口端に塗布された第１の導電性接着剤を第１の外部電極と接続し、かつケースの側壁部開口端に塗布された第２の導電性接着剤を第２の外部電極と接続する工程と、上記絶縁性接着剤および第１，第２の導電性接着剤を同時に硬化させる工程と、を備える圧電音響部品の製造方法を提供する。
さらに、請求項７に記載の発明は、両端部の片面側に第１，第２の振動板電極が露出し、面積屈曲モードで振動する四角形の圧電振動板を準備する工程と、上壁部と４つの側壁部とを有し、４つの側壁部の内側に支持部を持つ絶縁性ケースを準備する工程と、第１と第２の外部電極が形成された平板状の基板を準備する工程と、上記振動板をケース内に第１，第２の振動板電極が露出する面がケースの側壁部開口端側を向くように収納し、振動板の４辺を上記支持部に対して支持材で支持し、振動板とケースの上壁部との間に音響空間を形成する工程と、上記振動板の第１の振動板電極から上記第１の外部電極に対面するケースの側壁部開口端まで弾性を持つ第１の導電性接着剤を連続的に塗布する工程と、上記振動板の第２の振動板電極から上記第２の外部電極に対面するケースの側壁部開口端まで弾性を持つ第２の導電性接着剤を連続的に塗布する工程と、上記基板上面または上記ケースの側壁部開口端に絶縁性接着剤を塗布する工程と、上記基板上にケースの側壁部開口端を絶縁性接着剤により接着すると同時に、ケースの側壁部開口端に塗布された第１の導電性接着剤を第１の外部電極と接続し、かつケースの側壁部開口端に塗布された第２の導電性接着剤を第２の外部電極と接続する工程と、上記絶縁性接着剤および第１，第２の導電性接着剤を同時に硬化させる工程と、を備える圧電音響部品の製造方法を提供する。
【０００７】
振動板を構成する圧電素子は四角形であるから、グリーンシートから圧電素子を打ち抜くにしても、抜きカスを少なくでき、材料効率が良い。また、親基板状態で電極形成，分極などの作業ができるので、生産効率がよい。さらに、設計的に必要な寸法は親基板カット寸法で決めるため、円板状圧電素子のようにグリーンシートの打ち抜き金型をその都度作成しなくてもよい。つまり、従来に比べてグリーンシートの打ち抜き〜親基板カット工程における金型、治具、圧電体品種などを少なくできるので、投資金額、生産効率の面で有利である。
【０００８】
請求項１に係る発明は、受話器としての用途に適した例であり、広いレンジの周波数に対応するため、共振領域だけでなく共振領域以外の領域も使用される。振動板の振動エネルギーが比較的小さくても変位できるように、四角形状の振動板の対向する２辺をケースの支持部に支持材で支持し、残りの２辺とケースとの隙間を弾性封止材で封止している。振動板の２つの振動板電極間に所定の周波数信号を入力すると、圧電素子が所定方向に伸縮し、これに応じて振動板は長さベンディングモードで屈曲変形する。このとき、振動板はケースに固定された両端部を節として上下に振動し、図１の（ｂ）に示すように、最大変位点Ｐが振動板の長さ方向の中心線に沿って存在する。なお、図１では説明を簡単にするため、ユニモルフ形振動板の例を示す。これに対し、円板状の振動板の場合には、図１の（ａ）のように中心部だけに最大変位点Ｐが存在する。つまり、四角形状の振動板の場合、変位体積が従来の円板状の振動板に比べて大きくなる。この変位体積は、空気を動かすエネルギーとなるので、音響変換効率を高めることができる。なお、振動板の幅方向両端部とケースとの隙間を封止材で封止しているが、封止材は弾性を持つので、振動板の変位を妨げず、音圧が低下することがない。さらに、振動板はその長さ方向両端部が固定されるが、その間の部分は自由に変位できるので、円板状の振動板に比べて低い周波数の音を得ることができる。逆に、同じ周波数の音を得るのであれば、寸法を小型化できる。
【０００９】
一方、請求項２に係る発明は、サウンダやリンガなどの用途に適した例であり、単一周波数での大音量に対応するため、共振領域で使用される。振動板の振動エネルギーを大きくするべく、面積屈曲モードで励振させるため、四角形状の振動板の４辺すべてをケースの支持部に支持材で支持した構造となっている。
なお、面積屈曲モードとは、振動板が長方形を含む四角形であり、振動板の主面をなす２つの対角線位置が最大変位となるように、つまり対角線の交点が最大変位量となるように振動板の面積全体が厚み方向に屈曲振動するものである。
【００１０】
本発明において、支持材としては、エポキシ系接着剤のように硬化状態におけるヤング率が高く、振動板の端部を強く拘束するものでもよいし、シリコーンゴムなどの弾性封止材のように、硬化状態におけるヤング率が低く、振動板の拘束力が弱く、振動板の変位を許容するものであってもよい。
【００１１】
図２は円形の振動板と四角形の振動板との寸法と共振周波数との関係を示す比較図である。この場合もユニモルフ型振動板を用いた。
なお、比較に当たっては、圧電素子として厚みが５０μｍのＰＺＴを用い、金属板として厚みが５０μｍの４２Ｎｉを用いた。また、四角形振動板の長さＬと幅Ｗの比を１．６７とした。
図から明らかなように、同一周波数であれば、四角形振動板は円形振動板に比べて寸法（長さ，直径）を小さくできる。逆に、寸法が同一であれば、低い周波数を得ることができる。
【００１２】
本発明では、振動板を固定したケースは平板状の基板に接着固定される。そして、第１の振動板電極が基板の第１の外部電極に対して弾性を持つ導電性接着剤により電気的に接続され、第２の振動板電極が基板の第２の外部電極に対して弾性を持つ導電性接着剤により電気的に接続され、圧電音響部品が得られる。なお、基板に設けた第１，第２の外部電極を基板の裏面まで引き回すことにより、表面実装型に構成することができる。
導電性接着剤が弾性を持つので、本圧電音響部品を搭載した機器を誤って落下させたりして大きな衝撃荷重が加わっても、クラックが入らず、振動板電極と外部電極との間が断線する恐れがない。また、導電性接着剤の硬化後のヤング率が低いので、振動板の振動を抑制することがなく、音圧が低下しない。
【００１３】
請求項３のように、振動板として、金属板の片面に、かつケースの支持部に支持される一方の辺側に偏った位置に圧電素子が接着されたユニモルフ型圧電振動板を用い、外部に露出した圧電素子の片面の電極が第１の振動板電極を構成するとともに、振動板の圧電素子が接着された面の他辺側に金属板の露出部が設けられ、この露出部が第２の振動板電極を構成し、振動板をその金属板をケースの上壁部側に向けてケースに取り付けるのが望ましい。振動板の圧電素子をケースの上壁部側に向けて取り付けることもできるが、この場合には、圧電素子の表面電極と基板とが対面しないので、圧電素子の表面電極を基板の第２外部電極に接続するのが難しくなる。これに対し、振動板の金属板をケースの上壁部側に向けて固定すれば、圧電素子の表面電極と基板とが対面するので、表面電極と第２の外部電極との導電性接着剤による接続が容易となる。なお、振動板の一辺側に金属板の露出部が露出しているので、金属板と第１の外部電極との接続も容易である。
【００１４】
請求項４のように、弾性を持つ導電性接着剤としては、硬化後のヤング率が１×１０⁵ 〜２×１０⁹ Ｎ／ｍ² の導電性接着剤を用いれば、耐衝撃性および音圧特性において優れた効果を発揮する。この場合には、硬化後のビッカース硬度が約３０〜１００となる。
【００１５】
請求項５のように、振動板の対向する２辺を支持部に対して支持する支持材が弾性封止材と同一材料で構成されていること、つまり弾性封止材を振動板の４辺全てに塗布するのが望ましい。つまり、振動板の周囲を弾性封止材で封止することにより、空気漏れがなくなるとともに、音圧特性も向上する。
【００１６】
請求項６のような工程で圧電音響部品を製造すれば、振動板とケースとの固定、ケースと基板との固定、さらに圧電板と基板の外部電極との電気的接続を、同種でかつ少ない工程で行なうことができ、請求項１に記載の圧電音響部品を安価に製造することができる。
同様に、請求項７のような方法で圧電音響部品を製造すれば、請求項２に記載の圧電音響部品を安価に製造することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図３〜図６は本発明の第１の実施形態である表面実装型の圧電音響部品を示す。
この圧電音響部品は、受話器としての用途に適したものであり、大略、ユニモルフ型の振動板１とケース４と基板１０とで構成されている。
【００１８】
振動板１は、図６に示すように、表裏面に薄膜または厚膜の電極２ａ，２ｂを有し、厚み方向に分極処理された長方形の圧電素子２と、圧電素子２と幅寸法が同一で長さ寸法がやや長い長方形に形成され、圧電素子２の裏面電極２ｂに導電性接着剤などを介して対面接着された金属板３とで構成されている。なお、裏面電極２ｂは、金属板３を圧電素子２の裏面に導電性接着剤などを介して直接接合することで、省略してもよい。この実施形態では、圧電素子２が金属板３に対して長さ方向の一辺側へ偏った位置に接着されており、金属板３の長さ方向の他辺側には金属板３が露出した露出部３ａを有する。
【００１９】
圧電素子２としては、例えばＰＺＴなどの圧電セラミックスが用いられる。また、金属板３は良導電性とバネ弾性とを兼ね備えた材料が望ましく、特にヤング率が圧電素子２と近い材料が望ましい。そのため、例えばリン青銅，４２Ｎｉなどが用いられる。なお、金属板３が４２Ｎｉの場合には、セラミック（ＰＺＴ等）と熱膨張係数が近いので、より信頼性の高いものが得られる。
【００２０】
上記振動板１は次のような工程で製造することができる。まず、セラミックグリーンシートから打ち抜き金型によって四角形状の親基板を打ち抜き、この親基板に対して電極形成、分極などの作業を行なった後、親基板を金属板の母板に導電性接着剤などで接着する。そして、接着された親基板と母金属板とをダイサーなどを用いて縦横のカットラインで四角形状にカットし、振動板を得ることができる。このように、四角形状の金属板３と四角形状の圧電素子２とを用いることで、材料効率、生産効率がよく、設備コストを削減できるという利点がある。
【００２１】
上記振動板１はケース４の内側に収納されている。すなわち、ケース４はセラミックスまたは樹脂などの絶縁性材料で上壁部４ａと４つの側壁部４ｂとを持つ箱型に形成され、対向する２つの側壁部４ｂの内側に振動板１の両端部を支持する段差状の支持部４ｃが一体に形成されている。なお、支持部４ｃはできるだけ小さい方が音圧を向上させ、共振周波数を小さくできるので、望ましい。ケース４を樹脂で構成する場合には、ＬＣＰ（液晶ポリマー），ＳＰＳ（シンジオタクチックポリスチレン），ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），エポキシなどの耐熱樹脂が望ましい。上壁部４ａの中央部には放音孔４ｄが形成され、対向する２つの側壁部４ｂの開口縁部には溝部４ｅが形成され、残りの１つの側壁部４ｂの開口縁部には制動用の切欠部４ｆが形成されている。上記溝部４ｅは、後述する基板１０の外部電極１３，１４と対応する位置に形成されている。
【００２２】
振動板１はその金属板３が上壁部４ａと対面するように、ケース４の内部に収納され、振動板１の短辺側の２辺が支持部４ｃに載せられ、弾性封止材６で固定されている（図４参照）。この弾性封止材６としてはウレタン系，シリコーン系などの公知の弾性封止材を用いればよい。また、振動板１の長辺側の２辺とケース４の内面との間には僅かな隙間が空いており、この隙間も弾性封止材６によって封止されている。つまり、振動板１の全周が弾性封止材６によってケース４に固定され、封止されている。これにより、振動板１とケース４の上壁部４ａとの間に音響空間７が形成される。
【００２３】
上記のように振動板１を取り付けたケース４は基板１０に、絶縁性の接着剤１９によって接着されている。基板１０はセラミックスまたは樹脂などの絶縁性材料で長方形平板状に形成され、樹脂で形成する場合にはＬＣＰ，ＳＰＳ，ＰＰＳ，エポキシ（ガラスエポキシを含む）などの耐熱樹脂が用いられる。基板１０の長手方向の両端部には、スルーホール溝１１，１２を介して表面から裏面へ延びる外部電極１３，１４が形成されている。振動板１の両端に位置する振動板電極部である金属板３の露出部３ａと圧電素子２の表面電極２ａは、それぞれ導電ペースト１５，１６によって、外部電極１３，１４と電気的に接続されている。なお、導電ペースト１５，１６はケース４の開口縁部に形成された溝部４ｅに入り込むことにより、所定の膜厚を確保でき、ケース４に押し潰されて断線するのを回避できる。導電ペースト１５，１６は、例えばウレタン系またはシリコーン系などの柔弾性を持つ導電性接着剤よりなり、その硬化後のヤング率が１×１０⁵ 〜２×１０⁹ Ｎ／ｍ² （ビッカース硬度が３０〜１００）のものが使用される。また、導電ペースト１５，１６の塗布量は、塗布量過多による音圧低下を抑えるため、それぞれ２．５ｍｇ±０．５ｍｇ程度の少量とするのが望ましい。
【００２４】
基板１０に設けられた外部電極１３，１４間に所定の周波数信号（交流信号または矩形波信号）を印加すれば、振動板１の長さ方向両端部がケース４の支持部４ｃに支持され、振動板１の幅方向両端部が弾性封止材６で弾性変位自在に保持されているので、振動板１は長さ方向両端部を支点として長さベンディングモードで振動し、所定の音を発生することができる。音はケース４の放音孔４ｄから外部へ放出される。
【００２５】
上記構成よりなる圧電音響部品の落下試験を行なった結果を以下に示す。
〔落下試験〕
条件：１００ｇの治具に圧電音響部品を取り付け、１５０ｃｍの高さから木板上にＺ方向（基板を水平）に落下させた時の導電ペースト１５，１６の断線状況を検査した。
ウレタン系導電性接着剤を用いた場合：Ｚ方向１０回ＯＫ
エポキシ系導電性接着剤を用いた場合：Ｚ方向４回で導通（オープン）不良発生上記のように、振動板１の電極と基板１０の外部電極１３，１４とを接続するための導電ペースト１５，１６として柔弾性を持つウレタン系導電性接着剤を用いた場合には、耐衝撃性において優れた性能を有することがわかる。この時に用いたウレタン系導電性接着剤のヤング率は１×１０⁹ Ｎ／ｍ² であり、エポキシ系導電性接着剤のヤング率は５×１０⁹ Ｎ／ｍ² であった。
【００２６】
次に、上記圧電音響部品の組立方法を図７，図８にしたがって説明する。
まず図７に示すように、振動板１を裏返しにしたケース４の内側に、金属板３がケース４の上壁部４ａ側を向くように収納し、その長さ方向両端部、つまり短辺側の２辺を支持部４ｃ上に載置する。この状態で、振動板１の周囲に弾性封止材６をディスペンサなどによって塗布し、硬化させる。これにより、図８の（ａ）のように、内側に振動板１を取り付けたケース４が得られる。
次に、図８の（ｂ）のように、振動板１の一端に位置する金属板３の露出部３ａからケース４の開口縁部に形成された溝部４ｅにかけて連続的に導電ペースト１５を塗布する。同様に、振動板１の他端に位置する圧電素子２の表面電極２ａからケース４の開口縁部に形成された溝部４ｅにかけて連続的に導電ペースト１６を塗布する。この場合、導電ペースト１５，１６を立体的なカギ型状に塗布することで、塗布量を増やさずに導通信頼性を高めることができる。上記のように、振動板１は金属板３をケース４の上壁部４ａ側に向けて固定されているので、２つの振動板電極である金属板３の露出部３ａと圧電素子２の表面電極２ａとがケース４の開口部側へ露出することになる。そのため、導電ペースト１５，１６によって簡単に外部へ引き出すことができる。
次に、図８の（ｃ）のように、ケース４の溝部４ｅを除く開口縁部に絶縁性の接着剤１９を塗布する。なお、接着剤１９の塗布工程は、導電ペースト１５，１６の塗布より先に行なうこともできる。ただし、この場合には接着剤１９と導電ペースト１５，１６とが重ならないように、接着剤１９を溝部４ｅを除く部分に印刷や転写などで所定のパターンで塗布すればよい。
次に、図８の（ｄ）のように導電ペースト１５，１６および接着剤１９が硬化する前に、ケース４の上に基板１０を接着する。この時、接着剤１９が基板１０の表面に密着するとともに、導電ペースト１５，１６がそれぞれ外部電極１３，１４に密着する。この状態で導電ペースト１５，１６および絶縁性接着剤１９を加熱硬化または自然硬化させることで、ケース４と基板１０とが一体化されるとともに、導電ペースト１５により金属板３の露出部３ａと基板１０の外部電極１３とが接続され、導電ペースト１６により圧電素子２の表面電極２ａと基板１０の外部電極１４とが接続される。こうして圧電音響部品を完成する。
【００２７】
上記実施形態では、振動板１の全周を弾性封止材６で支持／封止したが、振動板１の短辺側の２辺は接着剤で支持部４ｃに固定してもよい。ただ、弾性封止材６を用いた方が振動板１が自由に振動できるとともに、振動板１の表側と裏側との間の空気漏れをより確実に防止できるので、音圧特性上望ましい。
【００２８】
図９は本発明の第２の実施形態である圧電音響部品を示す。
この圧電音響部品は、大略、ユニモルフ型の振動板１とケース４０と基板１０とで構成されている。振動板１と基板１０は第１の実施形態で用いられたものと同様である。
図９は裏側から見た斜視図であり、ケース４０の内側面全周に段差状の支持部４１が連続的に形成されている。この支持部４１の頂面は同一高さに形成されており、支持部４１上に振動板１の４辺全周が接着剤などの支持材４２によって固定されている。なお、図７のケース４と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施形態の圧電音響部品は、例えばサウンダやリンガなどのように単一周波数で用いられるものであり、振動板１の全周を支持材４２によって拘束し、振動板１を共振領域で使用することにより、面積屈曲モードで強く励振させることができ、大音量を得ることができる。
【００２９】
図１０は振動板の第２の実施形態を示す。
この振動板２０は、図６に示す振動板１と同様に、金属板２１の片面に圧電素子２２を接着したユニモルフ型振動板であるが、金属板２１と圧電素子２２は共に同一形状の長方形に形成されている。そして、圧電素子２２の表面には、一端から他端直前まで第１の電極２２ａが形成されており、他端側には金属板２１と端面を介して導通する第２の電極２２ｂが形成されている。この場合も、振動板２０の表面に２つの電極２２ａ，２２ｂが露出するので、図４と同様に金属板２１側をケース４の上壁部４ａに向けて取り付けることにより、導電ペーストで簡単に外部へ引き出すことができる。この場合の導電ペーストも、第１の実施形態と同様に、弾性を持つ導電性接着剤を使用すればよい。
【００３０】
図１１，図１２は振動板の第３の実施形態を示す。
この振動板３０は、２層の圧電セラミックス層３１，３２を積層したものであり、振動板３０の表裏主面には主面電極３３，３４が形成され、セラミックス層３１，３２の間には内部電極３５が形成されている。２つのセラミックス層３１，３２は、図１２に太線矢印で示すように厚み方向において同一方向に分極されている。表側の主面電極３３と裏側の主面電極３４は、振動板３０の短辺と同幅でかつ長辺よりやや短く形成され、その一端は振動板３０の一方の短辺側端面に形成された端面電極３６に接続されている。そのため、表裏の主面電極３３，３４は相互に接続されている。内部電極３５は主面電極３３，３４とほぼ対称形状に形成され、内部電極３５の一端は上記端面電極３６と離れており、他端は振動板３０の他方の短辺側端面に形成された端面電極３７に接続されている。なお、振動板３０の他方の短辺側端部の上下面には、端面電極３７と導通する細幅な補助電極３８が形成されている。
【００３１】
上記振動板３０も図４と同様に、ケースに収納固定され、ケースが基板に接着される。このとき、主面電極３３，３４の一方は、弾性を有する導電ペーストによって基板の一方の外部電極と接続され、補助電極３８は弾性を有する導電ペーストによって基板の他方の外部電極と接続される。そして、外部電極の間に所定の交番電圧を印加することで、振動板３０を長さベンディングモードで屈曲振動させることができる。すなわち、振動板３０の短辺側両端部を支点とし、長手方向の中央部を最大振幅点として屈曲振動させることができる。
この実施形態の場合には、金属板を有しない積層構造であり、厚み方向に順に配置された２つの振動領域が相互に逆方向に振動するので、ユニモルフ型振動板に比べて大きな変位量、つまり大きな音圧を得ることができる。
【００３２】
図１３は振動板の第４の実施形態を示す。
この振動板５０は、３層の圧電セラミックス層５１〜５３を積層したものであり、振動板５０の表裏面には主面電極５４，５５が形成され、各セラミックス層５１〜５３の間には内部電極５６，５７が形成されている。３つのセラミックス層５１〜５３は太線矢印で示すように厚み方向において同一方向に分極されている。
主面電極５４，５５は、振動板５０の短辺と同幅でかつ長辺よりやや短く形成され、その一端は振動板５０の一方の短辺側端面に形成された端面電極５８に接続されている。そのため、表裏の主面電極５４，５５は相互に接続されている。内部電極５６，５７の一端は端面電極５８と離れており、他端は振動板５０の他方の短辺側端面に形成された端面電極５９に接続されている。したがって、内部電極５６，５７も相互に接続されている。なお、振動板５０の他方の短辺側端部の上下面には、端面電極５９と導通する細幅な補助電極５９ａが形成されている。
この振動板５０も図４と同様に、ケースに収納固定され、ケースは基板に接着される。このとき、主面電極５４，５５の一方は、弾性を有する導電ペーストによって基板の一方の外部電極と接続され、補助電極５９ａは弾性を有する導電ペーストによって基板の他方の外部電極と接続される。
【００３３】
例えば、主面電極５４にマイナスの電圧、補助電極５９ａにプラスの電圧を印加すると、図１３の細線矢印で示す方向の電界が生じる。この時、中間層であるセラミックス層５２の両側に位置する内部電極５６，５７は同一電位であるため、電界が生じない。表側のセラミックス層５１は分極方向と電界方向とが同一方向であるため平面方向に縮み、裏側のセラミックス層５２は分極方向と電界方向とが逆方向であるため平面方向に伸びる。そして、中間層５２は伸び縮みしない。
そのため、振動板５０は下方へ凸となるように屈曲する。端面電極５８，５９間に交番電圧を印加すれば、振動板５０は周期的に屈曲振動を生じ、これによって大きな音圧の音を発生することができる。
【００３４】
なお、金属板および圧電素子は長方形に限らず、正方形であってもよい。
また、上記実施形態では、金属板の片面に圧電素子を貼り付けたユニモルフ型振動板、圧電素子を積層した積層型振動板とについて説明したが、両端部の片面側に第１，第２の振動板電極が露出し、長さベンディングモードまたは面積屈曲モードで振動する四角形の圧電振動板であれば、いかなる圧電振動板を用いてもよい。
本発明の圧電音響部品としては、圧電ブザー、圧電受話器、圧電スピーカ、圧電サウンダ、リンガーなどがある。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、四角形状の振動板を用いたので、グリーンシートの打ち抜きから親基板カットに至る工程における金型、治具、圧電体品種を少なくでき、かつ材料効率もよいので、生産効率が向上し、製造コストを低減できる。
また、四角形状の振動板の対向する２辺をケースの支持部に支持し、振動板の他の２辺とケースとの隙間を封止し、長さベンディングモードで振動させるようにしたので、最大変位点が振動板の長さ方向の中心線に沿って存在し、変位体積を大きくできる。そのため、円板状の振動板に比べて音響変換効率を高めることができる。そして、四角形状の振動板はその２辺が支持されるが、その間の部分は自由に変位できるので、円板状の振動板に比べて低い周波数を得ることができる。逆に、同じ周波数を得るのであれば、寸法を小型化できる。
さらに、振動板電極と基板の外部電極とを接続する導電性接着剤が弾性を持つので、本圧電音響部品を搭載した機器を誤って落下させたりして大きな衝撃荷重が加わっても、導電性接着剤が衝撃を吸収し、振動板電極と外部電極との間が断線する恐れを解消できる。また、導電性接着剤の硬化後のヤング率が低いので、振動板の振動を妨げず、音圧特性が向上するという効果を有する。
【００３６】
また、請求項２に記載の発明では、四角形状振動板の４辺をケースの支持部に支持し、面積屈曲モードで振動させるようにしたので、共振領域で使用されるサウンダやリンガなどに適した圧電音響部品を実現できる。この場合も、請求項１と同様に、振動板電極と基板の外部電極とを弾性を有する導電性接着剤で接続したので、耐衝撃性能が向上し、小型で音圧特性に優れた圧電音響部品を実現できる。
【００３７】
また、請求項６，７のように、振動板がケースの開口部から２つの振動板電極が露出するように取り付けられるので、振動板電極と基板の外部電極とを接続する導電性接着剤の塗布作業が容易になるとともに、ケースと基板とを接着すると同時に振動板電極と外部電極との電気的接続も行なわれるので、製造工程を簡素化でき、工程の処理時間を短縮できる。したがって、請求項１，２の圧電音響部品を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】円形振動板と四角形振動板との変位分布の比較図である。
【図２】円形振動板と四角形振動板の寸法と共振周波数との関係を示す図である。
【図３】本発明にかかる圧電音響部品の第１の実施形態の斜視図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ線断面図である。
【図５】図３のＹ−Ｙ線断面図である。
【図６】振動板の斜視図である。
【図７】ケースと振動板とを裏面側から見た分解斜視図である。
【図８】振動板を組み込んだケースと基板との組立方法を示す工程図である。
【図９】本発明にかかる圧電音響部品の第２の実施形態の斜視図である。
【図１０】振動板の第２の実施形態の断面図である。
【図１１】振動板の第３の実施形態の斜視図である。
【図１２】図１１に示す振動板の断面図である。
【図１３】振動板の第４の実施形態の断面図である。
【符号の説明】
１振動板
２圧電素子
２ａ表面電極
３金属板
４ケース
４ａ上壁部
４ｂ側壁部
４ｃ支持部
６弾性封止材
１０基板
１３，１４外部電極
１５，１６導電ペースト（弾性を持つ導電性接着剤）
１９絶縁性接着剤

Claims

両端部の片面側に第１，第２の振動板電極が露出し、長さベンディングモードで振動する四角形の圧電振動板と、
第１と第２の外部電極が形成された平板状の基板と、
上壁部と４つの側壁部とを有し、対向する２つの側壁部の内側に支持部を持ち、上記基板上に側壁部開口端が接着される絶縁性ケースとを備え、
上記振動板はケース内に第１，第２の振動板電極が露出する面がケースの側壁部開口端側を向くように収納され、振動板の対向する２辺が上記支持部に対して支持材で支持され、振動板の残りの２辺とケースとの隙間が弾性封止材で封止されて、振動板とケースの上壁部との間に音響空間が形成され、
上記第１の外部電極に対面する上記ケースの側壁部開口端と上記振動板の第１の振動板電極との間に弾性を持つ第１の導電性接着剤が連続的に塗布されており、
上記第２の外部電極に対面する上記ケースの側壁部開口端と上記振動板の第２の振動板電極との間に弾性を持つ第２の導電性接着剤が連続的に塗布されており、
上記ケースの側壁部開口端を上記基板上に接着することにより、上記第１の導電性接着剤が上記第１の外部電極と電気的に接続され、かつ上記第２の導電性接着剤が上記第２の外部電極と電気的に接続されていることを特徴とする圧電音響部品。
両端部の片面側に第１，第２の振動板電極が露出し、面積屈曲モードで振動する四角形の圧電振動板と、
第１と第２の外部電極が形成された平板状の基板と、
上壁部と４つの側壁部とを有し、４つの側壁部の内側に支持部を持ち、上記基板上に側壁部開口端が接着される絶縁性ケースとを備え、
上記振動板はケース内に第１，第２の振動板電極が露出する面がケースの側壁部開口端側を向くように収納され、振動板の４辺が上記支持部に対して支持材で支持されて、振動板とケースの上壁部との間に音響空間が形成され、
上記第１の外部電極に対面する上記ケースの側壁部開口端と上記振動板の第１の振動板電極との間に弾性を持つ第１の導電性接着剤が連続的に塗布されており、
上記第２の外部電極に対面する上記ケースの側壁部開口端と上記振動板の第２の振動板電極との間に弾性を持つ第２の導電性接着剤が連続的に塗布されており、
上記ケースの側壁部開口端を上記基板上に接着することにより、上記第１の導電性接着剤が上記第１の外部電極と電気的に接続され、かつ上記第２の導電性接着剤が上記第２の外部電極と電気的に接続されていることを特徴とする圧電音響部品。
上記振動板は、金属板の片面に、かつケースの支持部に支持される一方の辺側に偏った位置に圧電素子が接着されたユニモルフ型圧電振動板であり、
外部に露出した圧電素子の片面の電極が第１の振動板電極を構成するとともに、
上記振動板の圧電素子が接着された面の他辺側に金属板の露出部が設けられ、この露出部が第２の振動板電極を構成し、
上記振動板はその金属板をケースの上壁部側に向けてケースに取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電音響部品。
上記弾性を持つ導電性接着剤は、硬化後のヤング率が１×１０⁵ 〜２×１０⁹ Ｎ／ｍ² の導電性接着剤であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電音響部品。
上記振動板の対向する２辺を上記支持部に対して支持する支持材は、弾性封止材と同一材料で構成されていることを特徴とする請求項１，３，４のいずれかに記載の圧電音響部品。
両端部の片面側に第１，第２の振動板電極が露出し、長さベンディングモードで振動する四角形の圧電振動板を準備する工程と、
上壁部と４つの側壁部とを有し、対向する２つの側壁部の内側に支持部を持つ絶縁性ケースを準備する工程と、
第１と第２の外部電極が形成された平板状の基板を準備する工程と、
上記振動板をケース内に第１，第２の振動板電極が露出する面がケースの側壁部開口端側を向くように収納し、振動板の対向する２辺を上記支持部に対して支持材で支持するとともに、振動板の残りの２辺とケースとの隙間を弾性封止材で封止し、振動板とケースの上壁部との間に音響空間を形成する工程と、
上記振動板の第１の振動板電極から上記第１の外部電極に対面するケースの側壁部開口端まで弾性を持つ第１の導電性接着剤を連続的に塗布する工程と、
上記振動板の第２の振動板電極から上記第２の外部電極に対面するケースの側壁部開口端まで弾性を持つ第２の導電性接着剤を連続的に塗布する工程と、
上記基板上面または上記ケースの側壁部開口端に絶縁性接着剤を塗布する工程と、
上記基板上にケースの側壁部開口端を絶縁性接着剤により接着すると同時に、ケースの側壁部開口端に塗布された第１の導電性接着剤を第１の外部電極と接続し、かつケースの側壁部開口端に塗布された第２の導電性接着剤を第２の外部電極と接続する工程と、
上記絶縁性接着剤および第１，第２の導電性接着剤を同時に硬化させる工程と、を備える圧電音響部品の製造方法。
両端部の片面側に第１，第２の振動板電極が露出し、面積屈曲モードで振動する四角形の圧電振動板を準備する工程と、
上壁部と４つの側壁部とを有し、４つの側壁部の内側に支持部を持つ絶縁性ケースを準備する工程と、
第１と第２の外部電極が形成された平板状の基板を準備する工程と、
上記振動板をケース内に第１，第２の振動板電極が露出する面がケースの側壁部開口端側を向くように収納し、振動板の４辺を上記支持部に対して支持材で支持し、振動板とケースの上壁部との間に音響空間を形成する工程と、
上記振動板の第１の振動板電極から上記第１の外部電極に対面するケースの側壁部開口端まで弾性を持つ第１の導電性接着剤を連続的に塗布する工程と、
上記振動板の第２の振動板電極から上記第２の外部電極に対面するケースの側壁部開口端まで弾性を持つ第２の導電性接着剤を連続的に塗布する工程と、
上記基板上面または上記ケースの側壁部開口端に絶縁性接着剤を塗布する工程と、
上記基板上にケースの側壁部開口端を絶縁性接着剤により接着すると同時に、ケースの側壁部開口端に塗布された第１の導電性接着剤を第１の外部電極と接続し、かつケースの側壁部開口端に塗布された第２の導電性接着剤を第２の外部電極と接続する工程と、
上記絶縁性接着剤および第１，第２の導電性接着剤を同時に硬化させる工程と、を備える圧電音響部品の製造方法。