JP3993081B2 - 圧電型振動子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機やラップトップコンピュ−タなどのバッテリ(低電圧)駆動の情報端末機器などにおいて、音声拡声などを目的として使用される圧電型振動子及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
筐体を振動させて発音、拡声を行う小型振動子は、動電型振動子と圧電型振動子に大別することができる。動電型振動子は、その動作原理上、ボイスコイルと磁石を必要とする。一方、圧電型振動子は、通常の動電型振動子と比較すると構造が極めて簡単であるため、携帯電話機やラップトップコンピュ−タ等の情報端末機器の小型、薄型、軽量化に適している。また、圧電型振動子は、強度的にも強固で、安価であり、さらに消費電力も少なく済むため、情報機器端末機器などの音声拡声用の振動子として広く用いられている。
【0003】
次に、従来の圧電型振動子の代表的な一例を図6に示す。
この圧電型振動子は、2つ以上の共振周波数を確保するため、2枚以上の金属振動板101に圧電素子102を貼り付けた圧電振動板103を、樹脂製の支持体104で保持し、各圧電素子102上に形成された電極105と信号入力端子106との間、及び各金属振動板101と信号入力端子107との間を、それぞれ、電気的に導通している(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
そして、このように構成した圧電型振動子は、2枚以上の圧電振動板103で固有の電気容量を有しており、信号入力端子106、107に電気信号を加えることにより、圧電振動板103に振動を発生し、これにより得られる作用、反作用の力を起振力として利用したものである。
【0005】
ところで、従来の圧電型振動子にあっては、通常、例えば図7に示すように、各圧電素子102上の電極105間と信号入力端子106との間、及び、各金属振動板101と信号入力端子107との間の電気的導通を確保するために、銅線等の接続線108を半田109などで取付け、電気的な導通を確保することが一般的であった(例えば、特許文献2参照。)。
【0006】
【特許文献1】
実公平7−41212号公報(第1下段乃至第2頁上段、図4)
【特許文献2】
特開平63163号公報(第2頁右欄中段、図29)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図6に示したような構成の圧電型振動子では、前述したように、それぞれの圧電素子上の電極間の入力信号端子との電気的導通、及び、金属振動板と入力信号端子との電気的導通を、それぞれ、銅線等の接続線を半田付けすることにより確保することが一般的であったが、半田での接合は、半田高さの規制が難しいために薄型化の阻害要因になっているとともに、工数の削減に対する阻害要因ともなっていた。
【0008】
本発明は、上記した事情に鑑み、接続線や半田付けを必要としない半田レスによる導通により、薄型化、工数削減、低コスト化を実現できる圧電型振動子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電型振動子は、圧電セラミックスの両面に電極を形成して分極処理を施した圧電素子及び前記圧電素子を両面に固着する金属振動板を有する複数の圧電振動部と、前記複数の圧電振動部を所定間隔で保持する支持部と、前記複数の圧電振動部の圧電素子に形成された前記電極間の電気的導通を確保する単一の接続端子とを備えた圧電型振動子であって、
前記複数の圧電振動部の金属振動板は、それぞれが向かい合うように、一体に形成されていることを特徴とする圧電型振動子。
【0010】
これにより、例えば、高信頼性が要求される音声拡声用圧電型振動子において、2つ以上の圧電振動板の電極間接続において安定した電気的導通の確保と薄型化、低コスト化を図ることができる。
【0011】
また、本発明の圧電型振動子は、前記各金属振動板を、互いに連結部で一体に形成していることを特徴としている。
【0012】
これにより、銅線等の電気的接続線を必要とせずに電気的な接続、具体的には金属振動板の各圧電振動部に同位相の信号を入力することが可能となる。
【0013】
また、本発明の圧電型振動子は、前記各圧電素子の前記電極間を電気的に導通する前記接続端子が、前記各電極に対してそれぞれ2個所以上で接続するための接続片を有することを特徴としている。
【0014】
これにより、安定した接続を確保することができる。
【0015】
また、本発明の圧電型振動子は、前記接続端子の少なくとも前記接続片を耐腐食性材料で形成したことを特徴としている。
【0016】
これにより、耐環境性に優れ安定した電気的導通を確保することができる。
【0017】
また、本発明の圧電型振動子は、前記支持部は、樹脂成形時に、前記金属振動板の略全体と前記接続端子の一部とを同時にモールドしたもので構成することを特徴としている。
【0018】
これにより、接続端子の接続片の強度の確保と接続片の耐環境性の向上とを図ることができる。
【0019】
また、本発明の圧電型振動子の製造方法は、前述した本発明のいずれかに記載の圧電型振動子の製造方法であって、
複数の圧電振動部どうしが一体に形成された金属振動板の前記各圧電振動部の両面に圧電素子をそれぞれ固着して前記圧電素子の一面側の電極と前記金属振動板とを電気的に接続し、
略板状でバネ性を有する単一の接続端子の各間隙部に前記金属振動板ごと前記圧電素子を挿入して前記圧電素子の他面側の電極と前記接続端子とを電気的に一括接続し、
前記圧電素子を挿入した前記接続端子及び前記金属振動板の少なくとも一部を樹脂によるモールドにより一体成形して支持部を形成することを特徴としている。
【0020】
これにより、圧電振動子の薄型化、工数削減による低コスト化を図ることができるものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、この発明の実施形態に係る圧電型振動子を示すものであり、この圧電型振動子は、上下に1対の圧電素子1を貼り付けた平板状の金属振動板2からなる圧電振動部(これがバイモルフ素子として構成される)20と、この圧電振動部20を上下にそれぞれ固定・挟持した平板状の接続端子3と、この圧電振動部20の中央部及び接続端子3のほぼ全体を覆うような状態で上下(縦)方向に沿って一定幅Wに樹脂モールドした支持部4とを備えている。
【0022】
圧電素子1は、薄板状の圧電セラミックス11と、この圧電セラミックス11の両面に形成して分極処理を施した電極12とを備えたものであり、本実施の形態の圧電セラミックス11には、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等が用いられている。
【0023】
一方、本実施の形態の電極12には、例えば銀(Ag)などの材料で形成されているとともに、直流(DC)高電圧印加などを行うことにより分極処理が施されている。また、この電極12は、適宜の接着剤、例えばアクリル系接着剤などにより、圧電セラミックス11の両面に固着してある。
そして、各圧電セラミックス11の一方の面に固着した電極(以下、これを内側電極12Aとよぶ)には、後述する金属振動板2を介して同位相の入力信号が入力されるとともに、他方の面に固着した電極(以下、これを外側電極12Bとよぶ)には、後述する接続端子3を介して内側電極12Aへ入力する入力信号とは逆位相の関係にある入力信号が入力されるようになっている。
【0024】
金属振動板2は、伸縮せずに圧電素子を保持するためのものであり、前述したように、例えばアクリル系接着剤等の接着材料で各面に圧電素子1を固着させている(図3参照)。
そして、本実施の形態の金属振動板2は、信頼性を確保する関点から、例えば圧電素子1との熱膨張係数の整合を図るために鉄とニッケル合金等の導電性の金属材料を用いて、具体的には、図2(A)に示すように、略横H字型に打ち抜いた板材2Aを用いて、これを所定の方向に適宜折り曲げて形成している。
【0025】
即ち、この板材2Aには、薄板略矩形状の第1振動板21及び第2振動板22と、これらをそれぞれ中間部分で連結する連結片23と、第1振動板21の側縁部から突設させた接続片24とを備えており、第1振動板21と連結片23との境界20Aを山折り、連結片23と第2振動板22との境界20Bを山折り、第1振動板21と接続片24との境界20Cを谷折りに折曲して、図2(B)に示すような状態に立体形成している。
【0026】
また、この金属振動板2は、図3に示すように、第1振動板21及び第2振動板22のそれぞれの両面に圧電素子1を固着させており、都合4個の圧電素子1が取り付けられている。特に、この金属振動板2には、前述したように、圧電素子1の一部を構成する電極12のうち内側電極12Aが固着されており、この金属振動板2に、前述したように、接続端子3と接続される外側電極12Bとは特定の位相関係で入力信号が入力されるようになっている。このようにして、2枚(以上)の平板状の金属振動板2を同位相で振幅させることにより、圧電型振動子としての起振力を得ることができる。
【0027】
一方、接続端子3は、金属振動板2上の圧電素子1に形成された各電極12間を単一の電気接続端子により電気的導通を確保するためのものであり、薄板状のバネ性を有する耐腐食性材料の導電性金属を用いて、具体的には、例えば銅系,リン青銅などに、好ましくは金(Au)メッキなどの耐食性処理等を施して形成した板材3Aを用いて、図4(A)のような形状に打ち抜いて、破線部分で同図(B)のように適宜の方向に折り曲げて、同図(C)のような立体形状に形成されている。
【0028】
即ち、この板材3Aには、柱部31と、この柱部31から側方に平行に突設する第1突起部32乃至第3突起部34とを備えており、このうち第1突起部32の下縁部にはばね性を有する接続片32A及び32Bが、それぞれ、谷折り、山折りの状態で折曲されている。
【0029】
一方、第2突起部33には、上縁部にはばね性を有する接続片33A及び33Bが、それぞれ、山折り、谷折りの状態で折曲されているとともに、下縁部に接続片33C及び33Dが、それぞれ、谷折り、山折りの状態で折曲されている。
【0030】
また、第3突起部34には、上縁部にはばね性を有する接続片32A及び32Bが、それぞれ、山折り、谷折りの状態で折曲されている。
【0031】
そして、この接続端子3は、図5(A)に示すように、柱部31を設けていない開口部分から隙間、即ち、第1突起部32と第2突起部33との間、第2突起部33と第3突起部34との間に、金属振動板2ごと圧電素子1を挿入させて挟み込み圧接状態とすることにより、それぞれの圧電素子1の外側電極12Bとの電気的導通をまとめて同時に行うことができるようになっている。
【0032】
即ち、この接続端子3には、第1突起部32乃至第3突起部34の上縁部又は下縁部に、ばね性を有する接続片32A乃至34Bが形成されており、前述した第1突起部32乃至第3突起部34の各隙間に圧電素子1が挿入されると、これらの接続片32Aから34Bがそれぞれ各圧電素子1の外側電極12Bと弾性的に圧接して電気的に接触・導通するようになっている。なお、少なくとも第1突起部32乃至第3突起部34には、前述した金メッキ等の耐腐食性に優れた表面処理が施されている。
【0033】
特に、本実施の形態では、接続片32Aから34Bが各外側電極12Bに対して、図5(B)に示すように、左右両側に手を広げた状態のようにして、各外側電極12Bに対して一対の接続片(32A,32B)、(33A,33B)、(33C,33D)、(34A,34B)が、左右均等な状態で支承・支持することにより、安定した状態での導通を確保することができるようになっている。
【0034】
なお、金属振動板2上の圧電素子1に形成された各外側電極には、前述したように、同位相の入力信号が与えられるようになっている。したがって、各圧電振動部20の各外側電極12B及び各内側電極12Aについて、それぞれ、互いに半波長だけ位相がずれた状態にある、同位相の入力信号を与えることにより、各金属振動板2を同位相で振幅させることにより起振力を発生することができるように構成さえている。
【0035】
支持部4は、複数の圧電振動部20のそれぞれ中央部分を所定間隔で固定・保持するのと同時に、これら複数の圧電振動部20に設けた各外側電極12Bが互いに他の圧電振動部20の外側電極12Bと接触するのを防止するようになっており、適宜の絶縁性樹脂、例えば熱可塑性樹脂などを用いてモールドされた構成となっている。
【0036】
即ち、本実施の形態の支持部4は、図5(A)に示す状態、つまり接続端子3に金属振動板2ごと圧電素子1を挿入させて挟み込み圧接状態としたところで、これを所定の金型のキャビティにセットして、所謂インサート成形により、射出成形などを行って樹脂モールドするように構成されている。なお、このモールドに使用する樹脂材料についても、圧電素子1、電極12、金属振動板2、接続端子3とについて、熱膨張係数の整合性を図るため、これらの熱膨張係数にできるだけ近い材料のものを選択することが好ましい。
【0037】
次に、本実施形態に係る圧電型振動子の製造方法について説明する。
(i)初めに、図2(B)に示すような形状に形成した金属振動板2を用意して、図3に示すように、この第1振動板21及び第2振動板22に、それぞれ圧電素子1の外側電極部分を固着する。
(ii)次に、図4(B)及び(C)に示すような形状に形成した接続端子3を用意し、この接続端子3の第1突起部32と第2突起部33との間、及び第2突起部33と第3突起部34との間に、金属振動板2ごと圧電素子1を挿入させて挟み込み、これらの突起部間で圧電素子1を圧接状態に保持する。
これにより、圧電素子1の外側電極12Bは、1枚の接続端子3の各接続片を介して突起部32,33と一括して電気的に接続されるとともに、圧電素子1の内側電極12Aは、1枚の金属振動板2を介して一括して電気的に接続される。(iii)このようにして、圧電素子1の外側電極12B及び内側電極12Aが、それぞれ、1枚の接続端子3及び金属振動板2と接続された状態のものを、所定の射出金型のキャビティに予めセットしてから、その射出金型内へ所定の樹脂を射出し、その後、冷却することで、図1に示すような圧電型振動子が形成できる。
【0038】
従って、本実施の形態によれば、支持部4と2つの金属振動板2と接続端子3とを、樹脂モールドにより一体成形することにより、接続端子3のばね性を有するが脆弱な接続片32A乃至34Bも封止することにより、その保持強度と耐腐食性を図ることができ、耐環境性を向上することができる。
さらに、本実施の形態によれば、(それぞれの圧電素子1の内側電極12Aに接続された)金属振動板2と信号入力端子部5Aとの電気的導通、及び(それぞれの圧電素子1の外側電極12Bに接続された)接続端子3と信号入力端子部5Bとの電気的導通を、銅線等の接続線及び半田などを使用しないで行うことにより、圧電型振動子の薄型化、工数削減による低コスト化を実現することも可能となる。
【0039】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明は、圧電セラミックスの両面に電極を形成して分極処理を施した圧電素子及び圧電素子を両面に固着する金属振動板を有する複数の圧電振動部と、複数の圧電振動部を所定間隔で保持する支持部と、複数の圧電振動部の圧電素子に形成された電極間の電気的導通を確保する単一の接続端子とを備えた圧電型振動子であって、複数の圧電振動部の金属振動板は互いに連結された単一のものから構成されているので、圧電型振動子として、品質安定性、信頼性に優れ、しかも薄型化、工数低減化、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電型振動子を示すものであり、(A)は構成図、(B)は(A)におけるI−I線矢視断面図、(C)は平面図である。
【図2】(A)は図1に示す本発明の圧電型振動子における金属振動板の展開図、(B)は(A)に示す金属振動板を折曲して立体的に形成した状態を示す斜視図である。
【図3】(A)は図2(B)に示す本発明の圧電型振動子の金属振動板において圧電素子を貼り付けた状態を示す側面図、(B)は(A)におけるIII−III線矢視断面図、(C)は図2(B)に示す金属振動板の平面図である。
【図4】本発明の圧電型振動子の接続端子を示すものであり、(A)は立体的に形成する前の展開図、(B)は接続端子を折り曲げて立体的に形成した状態を示す正面図、(C)は接続端子の斜視図である。
【図5】本発明の実施形態における金属振動板と圧電素子を接続端子に挿入した状態を示すものであり、(A)は側面図、(B)は(A)におけるV−V線矢視断面図、(C)は平面図である。
【図6】従来の圧電型振動子を示すものであり、(A)は構成図、(B)は平面図である。
【図7】図6に示す従来の圧電型振動子の電気的等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
1 圧電素子
11 圧電セラミックス
12 電極
12A 内側電極
12B 外側電極
2 金属振動板
2A 板材
20 圧電振動部(バイモルフ素子を構成)
20A 境界
20B 境界
20C 境界
21 第1振動板
22 第2振動板
23 連結片
24 接続片
3 接続端子
3A 板材
31 柱部
32〜34
第1突起部〜第3突起部
32A 接続片
32B 接続片
4 支持部(樹脂モールド)
Claims (6)
- 圧電セラミックスの両面に電極を形成して分極処理を施した圧電素子及び前記圧電素子を両面に固着する金属振動板を有する複数の圧電振動部と、前記複数の圧電振動部を所定間隔で保持する支持部と、前記複数の圧電振動部の圧電素子に形成された前記電極間の電気的導通を確保する単一の接続端子とを備えた圧電型振動子であって、
前記複数の圧電振動部の金属振動板は、それぞれが向かい合うように、一体に形成されていることを特徴とする圧電型振動子。 - 前記複数の圧電振動部の金属振動板は、互いに連結部で一体に形成されることを特徴とする請求項1記載の圧電型振動子。
- 前記接続端子は、前記各電極に対してそれぞれ2個所以上で接続するための接続片を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電型振動子。
- 前記接続端子は、少なくとも前記接続片を耐腐食性材料で形成したことを特徴とする請求項3に記載の圧電型振動子。
- 前記支持部は、樹脂成形時に、前記金属振動板の略全体と前記接続端子の一部とを同時にモールドしたもので構成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の圧電型振動子。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の圧電型振動子の製造方法であって、
複数の圧電振動部どうしが一体に形成された金属振動板の前記各圧電振動部の両面に圧電素子をそれぞれ固着して前記圧電素子の一面側の電極と前記金属振動板とを電気的に接続し、
略板状でバネ性を有する単一の接続端子の各間隙部に前記金属振動板ごと前記圧電素子を挿入して前記圧電素子の他面側の電極と前記接続端子とを電気的に一括接続し、
前記圧電素子を挿入した前記接続端子及び前記金属振動板の少なくとも一部を樹脂によるモールドにより一体成形して支持部を形成することを特徴とする圧電型振動子の製造方法。
Priority Applications (1)
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