JP3882890B2

JP3882890B2 - 圧電型電気音響変換器

Info

Publication number: JP3882890B2
Application number: JP2001321834A
Authority: JP
Inventors: 好孝中村; 清高田島; 哲夫竹島; 雄行横井; 匡奥澤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: US6744180B2; JP2003125490A; KR100480757B1; KR20030035881A; CN1202645C; US20030107300A1; CN1413002A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電レシーバや圧電サウンダなどの圧電型電気音響変換器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サウンダあるいは圧電レシーバとして圧電型電気音響変換器が広く用いられている。この種の圧電型電気音響変換器は、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、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表面実装型の圧電型電気音響変換器が提案されている（特開２０００−３１０９９０号）。この圧電型電気音響変換器は、四角形の圧電振動板と、対向する２つの側壁部の内側に振動板を支持する支持部を持ち、支持部に外部接続用の端子が設けられた絶縁性ケースと、放音孔を有する蓋板とを備え、ケース内に振動板が収納され、振動板の対向する２辺と支持部とが接着剤または弾性封止材で固定されるとともに、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、振動板と端子とが導電性接着剤により電気的に接続され、ケースの側壁部開口端に蓋板が接着された構造となっている。
上記電気音響変換器はユニモルフ型の圧電振動板を使用したものであるが、積層構造の圧電セラミックスよりなる圧電振動板を使用したものも知られている（特開２００１−９５０９４号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、振動板の２辺がケースに固定され、残りの２辺あるいは４辺全周が弾性封止材によって封止される。このように振動板とケースとの間を封止するのは、振動板の表裏の空間を隔離し、振動板の表裏に音響空間を形成するためである。弾性封止材はできるだけ振動板の振動を抑制しないよう、シリコーンゴムなどの柔らかな弾性材料が使用される。
【０００５】
弾性封止材は振動板の側縁とケースの内面との間に塗布され、硬化される。弾性封止材として常温硬化型のシリコーンゴムなどを使用すると、塗布後の硬化が早いため、図１２に示すように振動板４０とケース４１との隙間を簡単に封止できる。しかし、常温硬化型の弾性封止材４２を使用すると、塗布の途中で硬化を開始してしまい、塗布装置に詰まりが発生しやすく、作業性が悪い。また、硬化後のヤング率も高く、振動板４０の振動を抑制してしまう不具合がある。
【０００６】
そこで、粘性が低い（チクソ性が低い）熱硬化型のシリコーンゴムを使用すれば、塗布の途中で硬化を開始することがなく、かつ硬化後のヤング率が低いので、振動板４０の振動を抑制することがないという利点がある。
しかし、粘性の低い弾性封止材４３を用いると、図１３に示すように、弾性封止材４３がケース４１の底面側へ流れてしまい、振動板４０とケース４１との間を封止できないという不具合が発生する。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、粘性の低い弾性封止材を用いても振動板と筐体との隙間を確実に封止でき、振動板の振動特性の良好な圧電型電気音響変換器を提供することにある。
【０００８】
【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に係る発明は、電極間に交番信号を印加することにより厚み方向に屈曲振動する四角形の圧電振動板と、上記圧電振動板を収納する筐体と、上記振動板の周縁部と筐体の内側面との間を封止する弾性封止材とを備えた圧電型電気音響変換器において、上記筐体の内部に、圧電振動板の少なくとも対向する２辺あるいは圧電振動板のコーナ部を支持する支持部を設け、上記筐体の内部であって、圧電振動板の周縁部と対向する位置に、上記弾性封止材を充填するための溝部を設け、上記溝部の内周側に、上記支持部より低く、上記弾性封止材が筐体の底壁部へ流れ出るのを規制する流れ止め用壁部を設けたことを特徴とする圧電型電気音響変換器を提供する。
【０００９】
振動板の周縁部と筐体の内側面との間に粘性の低い弾性封止材を塗布すると、弾性封止材は振動板と筐体との隙間を通って筐体の底壁部側へ流れ出ようとする。しかし、弾性封止材は筐体に設けられた溝部に流れこみ、さらにこの溝部の内周に形成された流れ止め用壁部でせき止められるので、弾性封止材が筐体の底壁部側へ流れ出るのが防止される。そのため、振動板の周縁部と筐体の内側面との間に弾性封止材が介在し、両者の間を確実に封止できる。
上記流れ止め用壁部の高さは、振動板を支持する支持部より低い。そのため、振動板の裏面に流れ止め用壁部が接触せず、振動板の振動を阻害しない。その結果、振動特性の良好な圧電型電気音響変換器が得られる。
【００１０】
請求項２のように、流れ止め用壁部の頂面と振動板の裏面との間隔は、硬化前の弾性封止材の表面張力により液止まりが生じる程度の間隔がよい。例えば、弾性封止材の硬化前の粘度が１３００ｍＰａ・ｓの場合、上記間隔を０．２ｍｍ以下とするのがよい。上記間隔を広くし過ぎると、弾性封止材が筐体の底壁部側へ流れ出る可能性があるからである。
【００１１】
請求項３のように、筐体を底壁部と側壁部とを有する凹型のケースと、ケースの側壁部頂面に接着される蓋板とで構成し、ケースの側壁部内面に、圧電振動板の周縁部をガイドするテーパ状の突起部を設けるのがよい。
圧電振動板は電極間に交番信号を印加することにより厚み方向に屈曲振動するが、その周縁部がケースの内側面に広い面積で接触すると、振動板の振動を抑制することになり、音圧が低下する。
そこで、ケースの側壁部内面に振動板の周縁部と小面積で接触するテーパ状の突起部を設けることで、振動の抑制を防止している。また、突起部はガイド機能があるので、ケースの内寸と振動板の外寸との寸法差をできるだけ小さくでき、小型の圧電音響部品を得ることができる。
【００１２】
請求項４のように、筐体を底壁部と側壁部とを有する凹型のケースと、ケースの側壁部頂面に接着される蓋板とで構成した場合、ケースの側壁部の上縁内面に、弾性封止材のはい上がり規制用の凹部を形成するのがよい。
ケースの側壁部の上面に蓋板を接着する場合、弾性封止材が側壁部上面まではい上がると、蓋板の接着強度が低下し、振動板の表側に形成される音響空間に空気漏れが生じることがある。そこで、弾性封止材のはい上がりをケースの側壁部の上縁内面に形成した凹部で阻止することによって、蓋板の接着強度を確保できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明にかかる表面実装型の圧電型電気音響変換器の一例を示す。
この実施形態の電気音響変換器は、圧電レシーバのように広いレンジの周波数に対応する用途に適したものであり、積層構造の圧電振動板１とケース１０と蓋板２０とを備えている。ここでは、ケース１０と蓋板２０とで筐体が構成される。
【００１４】
振動板１は、図２，図３に示すように、２層の圧電セラミックス層１ａ，１ｂを積層したものであり、振動板１の表裏主面には主面電極２，３が形成され、セラミックス層１ａ，１ｂの間には内部電極４が形成されている。２つのセラミックス層１ａ，１ｂ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。表側の主面電極２と裏側の主面電極３は、振動板１の辺長よりやや短く形成され、その一端は振動板１の一方の端面に形成された端面電極５に接続されている。そのため、表裏の主面電極２，３は相互に接続されている。内部電極４は主面電極２，３とほぼ対称形状に形成され、内部電極４の一端は上記端面電極５と離れており、他端は振動板１の他端面に形成された端面電極６に接続されている。なお、振動板１の他端部の表裏面には、端面電極６と導通する補助電極７が形成されている。
【００１５】
振動板１の表裏面には、主面電極２，３を覆う樹脂層８，９が形成されている。この樹脂層８，９は、落下衝撃による振動板１の割れを防止する目的で設けられた保護層である。表裏の樹脂層８，９には、振動板１の対角のコーナ部近傍に、主面電極２，３が露出する切欠部８ａ，９ａと、補助電極７が露出する切欠部８ｂ，９ｂとが形成されている。
なお、切欠部８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂは表裏一方にのみ設けてもよいが、表裏の方向性をなくすため、この例では表裏面に設けてある。
また、補助電極７は、一定幅の帯状電極とする必要はなく、切欠部８ｂ，９ｂに対応する箇所のみ設けてもよい。
ここでは、セラミックス層１ａ，１ｂとして１０ｍｍ×１０ｍｍ×４０μｍのＰＺＴ系セラミックスを使用し、樹脂層８，９として厚みが３〜１０μｍのポリアミドイミド系樹脂を使用した。
【００１６】
ケース１０は、図４〜図１０に示すように、樹脂材料で底壁部１０ａと４つの側壁部１０ｂ〜１０ｅとを持つ四角形の箱型に形成されている。樹脂材料としては、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。４つの側壁部１０ｂ〜１０ｅのうち、対向する２つの側壁部１０ｂ，１０ｄの内側に、端子１１，１２の二股状の内側接続部１１ａ，１２ａが露出している。端子１１，１２は、図１１に示すような形状を有しており、ケース１０にインサート成形されている。ケース１０の外部に露出した外側接続部１１ｂ，１２ｂが側壁部１０ｂ，１０ｄの外面に沿ってケース１０の底面側へ折り曲げられている（図６参照）。
【００１７】
ケース１０の内部の４隅部には、振動板１のコーナ部を支持するための支持部１０ｆが形成されている。この支持部１０ｆは上記端子１１，１２の内側接続部１１ａ，１２ａの露出面より一段低く形成されている。そのため、支持部１０ｆ上に振動板１を載置すると、振動板１の天面と端子１１，１２の内側接続部１１ａ，１２ａの上面とがほぼ同一高さになる。
【００１８】
また、ケース１０の底壁部１０ａの周辺部には後述する弾性封止材１５を充填するための溝部１０ｇが設けられ、この溝部１０ｇの内側に、上記支持部１０ｆより低い流れ止め用壁部１０ｈが設けられている。この流れ止め用壁部１０ｈは、弾性封止材１５が底壁部１０ａへ流れ出るのを規制する機能を有するものである。
この実施形態では、溝部１０ｇの底面は底壁部１０ａの上面より高い位置にあり、比較的少量の弾性封止材１５で溝部１０ｇが満たされるよう、溝部１０ｇは浅底に形成されている。溝部１０ｇおよび壁部１０ｈは、後述する弾性支持材または接着剤１５を塗布する部分を除く底壁部１０ａの周辺部に設けたものであるが、底壁部１０ａの全周に設けてもよい。
【００１９】
また、ケース１０の側壁部１０ｂ〜１０ｅの内面には、圧電振動板１の４辺をガイドするテーパ状の突起部１０ｉが設けられている。突起部１０ｉは、各側壁部１０ｂ〜１０ｅにそれぞれ２個ずつ設けられている。
ケース１０の側壁部１０ｂ〜１０ｅの上縁内面には、弾性封止材１５のはい上がり規制用の凹部１０ｊが形成されている。
また、側壁部１０ｅ寄りの底壁部１０ａには、第１の放音孔１０ｋが形成されている。
ケース１０の側壁部１０ｂ〜１０ｅのコーナ部頂面には、蓋板２０の角部を嵌合保持するための略Ｌ字形の位置決め凸部１０ｍが形成されている。これら凸部１０ｍの内面には、蓋板２０をガイドするためのテーパ面１０ｎが形成されている。
【００２０】
振動板１はケース１０に収納され、そのコーナ部が支持部１０ｆで支持される。このとき、ケース１０の側壁部１０ｂ〜１０ｅの内面に設けられたテーパ状の突起部１０ｉによって、振動板１の周縁部がガイドされるので、振動板１のコーナ部が支持部１０ｆ上に正確に載置される。特に、テーパ状の突起部１０ｉを設けることによって、振動板１を挿入する精度以上に振動板１とケース１０とのクリアランスを狭くすることができ、その結果、製品寸法を小さくすることができる。また、突起部１０ｉと振動板１の周縁部との接触面積が小さいので、振動板１の振動が阻害されるのを防ぐことができる。
【００２１】
振動板１をケース１０に収納した後、図１０に示すように弾性支持材１３を４箇所に塗布することによって端子１１，１２の内側接続部１１ａ，１２ａに固定される。すなわち、対角位置にある切欠部８ａに露出する主面電極２と端子１１の一方の内側接続部１１ａとの間、および切欠部８ｂに露出する補助電極７と端子１２の一方の内側接続部１２ａとの間に、弾性支持材１３が塗布される。また、残りの対角位置にある２箇所についても弾性支持材１３が塗布される。なお、ここでは弾性支持材１３を横長な楕円形あるいは長円形に塗布したが、塗布形状はこれに限るものではない。弾性支持材１３としては、例えば硬化後のヤング率が比較的低い接着剤、例えば３．７×１０⁶ Ｐａ程度のウレタン系接着剤が使用される。また、弾性支持材１３は未硬化状態での粘性が高く（例えば５０〜１２０ｄＰａ・ｓ）、滲みにくい性質を有するものがよい。その理由は、弾性支持材１３を塗布したとき、弾性支持材１３が振動板１とケース１０との隙間を通って下方へ流れ落ちないようにするためである。弾性支持材１３を塗布した後、加熱硬化させる。
なお、振動板１の固定方法としては、振動板１をケース１０に収納した後でディスペンサなどで弾性支持材１３を塗布してもよいが、振動板１に予め弾性支持材１３を塗布した状態で振動板１をケース１０に収容してもよい。
【００２２】
弾性支持材１３を硬化させた後、導電性接着剤１４を弾性支持材１３の上を交差するように楕円形あるいは細長形状に塗布し、主面電極２と端子１１の内側接続部１１ａ、補助電極７と端子１２の内側接続部１２ａとをそれぞれ接続する。導電性接着剤１４としては、例えば硬化後のヤング率が０．３×１０⁹ Ｐａのウレタン系導電ペーストが使用される。導電性接着剤１４を塗布した後、これを加熱硬化させる。導電性接着剤１４の塗布形状は楕円形に限るものではなく、主面電極２と内側接続部１１ａ、補助電極７と内側接続部１２ａとを接続できればよい。
【００２３】
導電性接着剤１４を塗布，硬化させた後、弾性封止材１５を振動板１の周囲全周とケース１０の内周部との隙間に塗布し、振動板１の表側と裏側との間の空気漏れを防止する。弾性封止材１５を環状に塗布した後、加熱硬化させる。弾性封止材１５としては、例えば硬化後のヤング率が低く（例えば３．０×１０⁵ Ｐａ程度）、かつ硬化前の粘度が低い（例えば１３００ｍＰａ・ｓ）熱硬化性接着剤が使用される。ここでは、シリコーン系接着剤を使用した。
【００２４】
弾性封止材１５を塗布したとき、その粘度が低いので、弾性封止材１５が圧電振動板１とケース１０との隙間を通って底壁部１０ａへ流れ落ちる恐れがある。しかし、図９に示すように振動板１の周縁部と対向するケース１０の内側に弾性封止材１５を充填するための溝部１０ｇが設けられ、この溝部１０ｇの内側に流れ止め用壁部１０ｈが設けられているので、弾性封止材１５は溝部１０ｇに留まり、底壁部１０ａへ流れ落ちるのが防止される。特に、流れ止め用壁部１０ｈは支持部１０ｆより低いので、振動板１と流れ止め用壁部１０ｈの間には微小な隙間Ｄが形成される。この隙間Ｄは、弾性封止材１５の表面張力による液止まり作用が得られる寸法とする必要があり、弾性封止材１５の粘度が１３００ｍＰａ・ｓの場合、隙間Ｄを０．２ｍｍ以下とするのがよい。そのため、溝部１０ｇから溢れた弾性封止材１５はこの隙間Ｄでせき止められ、底壁部１０ａへの流出は確実に防止される。なお、振動板１と流れ止め用壁部１０ｈとの間に隙間Ｄを設けるのは、振動板１の裏面に壁部１０ｈが接触することによってその振動が抑制されるのを防止するためである。
【００２５】
また、弾性封止材１５の一部がケース１０の側壁部１０ｂ〜１０ｅをはい上がり、側壁部の頂面に付着する可能性がある。弾性封止材１５が離型性のある封止剤の場合、後で蓋板２０を側壁部１０ｂ〜１０ｅの頂面に接着する際に接着強度が低下する恐れがある。しかし、側壁部１０ｂ〜１０ｅの上縁内面には、弾性封止材１５のはい上がり規制用の凹部１０ｊが形成されているので、弾性封止材１５が側壁部の頂面に付着するのを防止できる。
【００２６】
上記のように振動板１をケース１０に固定した後、ケース１０の側壁部頂面に蓋板２０が接着剤２１によって接着される。蓋板２０はケース１０と同様な材料で平板状に形成されている。蓋板２０の周縁部が、上記ケース１０の側壁部頂面に突設された位置決め用凸部１０ｍの内側テーパ面１０ｎに係合され、正確に位置決めされる。蓋板２０をケース１０に接着することで、蓋板２０と振動板１との間に音響空間が形成される。蓋板２０には、第２の放音孔２２が形成されている。
上記のようにして表面実装型の圧電型電気音響変換器が完成する。
【００２７】
この実施形態の電気音響変換器では、端子１１，１２間に所定の交番電圧を印加することで、振動板１を面積屈曲モードで屈曲振動させることができる。分極方向と電界方向とが同一方向である圧電セラミックス層は平面方向に縮み、分極方向と電界方向とが逆方向である圧電セラミックス層は平面方向に伸びるので、全体として厚み方向に屈曲する。
この実施形態では、振動板１がセラミックスの積層構造体であり、厚み方向に順に配置された２つの振動領域（セラミックス層）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。
【００２８】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記実施形態では、ケース１０の内側の４隅部に支持部１０ｆを設け、これら支持部１０ｆで振動板１の４つのコーナ部を支持するようにしたが、これに代えてケース１０の対向する２辺に段差状の支持部を形成し、この支持部上に振動板１の対向する２辺を支持するようにしてもよい。
弾性封止材の塗布領域は、実施形態のような振動板１の周囲全周に限るものではなく、上述のように振動板の対向する２辺とケースの支持部とを連続的に弾性支持材で固定した場合には、残りの２辺とケースとの隙間に弾性封止材を塗布してもよい。
【００２９】
上記実施形態の圧電振動板１は２層の圧電セラミックス層を積層したものであるが、３層以上の圧電セラミックス層を積層したものでもよい。
また、圧電振動板として、圧電セラミックス層の積層体に限らず、金属板の片面または両面に圧電板を貼り付けた公知のユニモルフ型またはバイモルフ型振動板を用いてもよい。
本発明の筐体は、実施形態のような凹断面形状のケース１０と、その上面開口部に接着される蓋板２０とで構成されたものに限らず、下面が開口したキャップ形状のケースと、このケースの下面に接着される基板とで構成してもよい。この場合には、基板に予め端子となる電極パターンを形成しておけばよい。
【００３０】
【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、筐体の内部に、弾性封止材を充填するための溝部と、この溝部の内側に流れ止め用壁部とを設けたので、粘性の低い弾性封止材を用いても、弾性封止材が筐体の底面側へ流れ出るのが防止され、振動板の周縁部と筐体の内側面との間を弾性封止材で確実に封止できる。そのため、作業性の向上と封止性とを両立させることができるとともに、硬化後の弾性封止材のヤング率を低くできるので、振動板の振動特性も良好となる。
また、流れ止め用壁部の高さは振動板を支持する支持部より低いので、振動板の裏面に流れ止め用壁部が接触せず、振動板の振動が阻害されるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電型電気音響変換器の第１実施形態の分解斜視図である。
【図２】図１の圧電型電気音響変換器に用いられる圧電振動板の斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線による階段断面図である。
【図４】図１の圧電型電気音響変換器に用いられるケースの平面図である。
【図５】図４のＸ−Ｘ線断面図である。
【図６】図４のＹ−Ｙ線断面図である。
【図７】図４に示すケースの底面図である。
【図８】図４に示すケースのコーナ部の拡大斜視図である。
【図９】図５のＢ部の弾性封止材を塗布した状態の拡大図である。
【図１０】図４に示すケースに振動板を収納した状態の平面図である。
【図１１】端子の斜視図である。
【図１２】高粘度の弾性封止材を用いた場合の従来の封止部の断面図である。
【図１３】低粘度の弾性封止材を用いた場合の従来の封止部の断面図である。
【符号の説明】
１圧電振動板
１０ケース
１０ａ底壁部
１０ｂ〜１０ｄ側壁部
１０ｆ支持部
１０ｇ溝部
１０ｈ流れ止め用壁部
１０ｉテーパ状突起部
１０ｊはい上がり規制用凹部
１３弾性支持材
１４導電性接着剤
１５弾性封止材
２０蓋板

Claims

電極間に交番信号を印加することにより厚み方向に屈曲振動する四角形の圧電振動板と、上記圧電振動板を収納する筐体と、上記振動板の周縁部と筐体の内側面との間を封止する弾性封止材とを備えた圧電型電気音響変換器において、
上記筐体の内部に、圧電振動板の少なくとも対向する２辺あるいは圧電振動板のコーナ部を支持する支持部を設け、
上記筐体の内部であって、圧電振動板の周縁部と対向する位置に、上記弾性封止材を充填するための溝部を設け、
上記溝部の内周側に、上記支持部より低く、上記弾性封止材が筐体の底壁部へ流れ出るのを規制する流れ止め用壁部を設けたことを特徴とする圧電型電気音響変換器。
上記流れ止め用壁部の頂面と振動板の裏面との間隔を、弾性封止材の表面張力により液止まりが生じる間隔としたことを特徴とする請求項１に記載の圧電型電気音響変換器。
上記筐体は底壁部と側壁部とを有する凹型のケースと、ケースの側壁部頂面に接着される蓋板とで構成され、上記ケースの側壁部内面に、圧電振動板の周縁部をガイドするテーパ状の突起部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電型電気音響変換器。
上記筐体は底壁部と側壁部とを有する凹型のケースと、ケースの側壁部頂面に接着される蓋板とで構成され、上記ケースの側壁部の上縁内面に、上記弾性封止材のはい上がり規制用の凹部を形成した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型電気音響変換器。