JP5346747B2 - 圧電式スピーカおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電式スピーカおよびその製造方法に関するもので、特に圧電振動子の支持構造を改善した圧電式スピーカおよびその製造方法に関する。

従来から、音響装置などのスピーカとしては一般的にはコイルとマグネットを用い電磁的に振動を発生させる電磁式スピーカが使用されているが、近年は、小型化や薄型化を目的として圧電振動子用い振動を発生させる圧電式スピーカも使用されてきている。

このような圧電式スピーカに使用される圧電振動子には、薄型板状の圧電セラミックスが使用されることが多い。このような薄型板状の圧電セラミックスは、外部からの応力に対し非常に弱い上に、可聴周波数内に固有の共振点を持っているものが多いことから、共振点以下の周波数いわゆる低音域での音圧が不十分となるという欠点が見られた。

それに対し、外部からの応力に対しての保護や、所望の周波数特性を得る方法としては、特許文献１に開示されている圧電振動子に樹脂製のシートを貼り付ける方法や、特許文献２に開示されている筺体に弾性体を介して圧電振動子を組み付ける方法、特許文献３に開示されているウレタン樹脂やシリコーン樹脂などで圧電振動子全体を覆う方法があった。

特開平１１−１１３０９４号公報 特開２００７−２７５８１９号公報 特開２００７−２２１５３２号公報

しかしながら、従来技術のように圧電振動子に樹脂シートを貼り付ける方法や、筺体に弾性体を介して圧電振動子を組み付ける方法は、圧電振動子全体を覆うことは出来ず、外部からの応力に対しての保護という意味では不十分である。また、樹脂シートや弾性材の貼付け位置、または取り付け位置などは、組み立て作業者によりばらつく可能性が大きく、その結果、所望の周波数特性から外れる製品が出来るという問題点がある。ウレタン樹脂やシリコーン樹脂などで圧電振動子全体を覆う方法は、一般的に熱硬化型の樹脂を用いた流し込みによる成形である注型成形で行うことが多い。これは熱硬化型樹脂の注型成形の多くは、常圧で金型に樹脂を流し込むため、成形時の樹脂圧力によって圧電振動子を傷つけ、破壊する心配が少ないという利点があるからである。また、圧電振動子全体を覆うため、外部からの応力に対して保護することについて、効果を発揮する。しかし、その反面、硬化までの時間が長く大量生産には向かず、大量生産をする場合には金型の数を増やして対応する他なく、初期投資が多大にかかるということや、注型成形はその成形方法から気泡などの外観的な不具合発生の低減が難しいという問題点がある。

成形時間が短く大量生産に向き、外観的な不具合発生の低減が容易な成形方法としては、一般的には熱可塑性樹脂を用いた射出成形が挙げられる。熱可塑性樹脂の射出成形を用いれば、大量生産が可能である様に思えるが、熱可塑性樹脂の射出成形は熱硬化型樹脂の注型成形に比べ成形時の樹脂圧力（成形機から吐出される樹脂が金型内に入るときに加わる圧力）がかなり大きいため、圧電振動子へ加わる負荷も桁違いに大きい。従って注型成形と同じような圧電振動子の支持方法がそのままでは、成形時の樹脂圧力により圧電振動子に折れ、カケ、ひびなどが入ることや、成形体外部へ圧電振動子がはみ出したまま成形されることなどの問題点が発生する。

そこで本発明の目的は、外部からの応力に対して強く、また、所望の周波数特性を得られ、且つ、安定して大量生産が出来る圧電式スピーカおよびその製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、圧電振動子にフレキシブル基板を組み付けた圧電振動体がホルダーにより挟み込みで支持され、外装成形用金型から突き出た支持ピンにより外装成形用金型キャビティの中央に支持され外装成形される圧電式スピーカおよびその製造方法である。

すなわち、本発明によれば、本発明に係る圧電式スピーカは、電気信号を振動に変換する圧電振動子と、前記圧電振動子を保持するホルダーと、前記圧電振動子と電気的に接続され前記圧電振動子への電気信号入力端子となるフレキシブル基板と、前記圧電振動子を被覆する外装成形体とを備える圧電式スピーカであって、前記圧電振動子に前記フレキシブル基板を組み付け、前記圧電振動子が有する電極パターンは前記フレキシブル基板により保護された圧電振動体が、前記ホルダーにより挟み込みで支持され、外装成形用金型から突き出た支持ピンにより前記外装成形用金型キャビティの中央に前記電極パターンと前記支持ピンが乖離されて支持され外装成形されたことを特徴とする圧電式スピーカが得られる。

また、本発明によれば、前記外装成形体は熱可塑性樹脂であることを特徴とする圧電式スピーカが得られる。

また、本発明によれば本発明は、前記ホルダーは複数に分割され、螺子締付または爪による嵌合または圧入により組み立てたことを特徴とする圧電式スピーカが得られる。

また、本発明によれば、電気信号を振動に変換する圧電振動子と、前記圧電振動子を保持するホルダーと、前記圧電振動子と電気的に接続され前記圧電振動子への電気信号入力端子となるフレキシブル基板と、前記圧電振動子を被覆する外装成形体とを備える圧電式スピーカの製造方法であって、前記圧電振動子に前記フレキシブル基板を組み付け、前記圧電振動子が有する電極パターンを前記フレキシブル基板により保護して圧電振動体を組み立てる工程と、前記圧電振動体を前記ホルダーにより挟み込んで支持する工程と前記圧電振動体を外装成形用金型から突き出た支持ピンにより前記外装成形用金型キャビティの中央に支持し、外装成形する工程を有することを特徴とする圧電式スピーカの製造方法が得られる。

また、本発明によれば、前記外装成形体を射出成形する工程を有することを特徴とする圧電式スピーカの製造方法が得られる。

また、本発明によれば、前記外装成形体を熱可塑性樹脂により射出成形する工程を有することを特徴とする圧電式スピーカの製造方法が得られる。

また、本発明によれば本発明は、前記ホルダーを複数に分割し、螺子締付または爪による嵌合または圧入する工程を有することを特徴とする圧電式スピーカの製造方法が得られる。

この様な構成により、圧電振動子は電極パターンを保護されながら、金型内で強固に支持されるため熱可塑性樹脂を用いた射出成形が可能となる。従来の、ウレタン樹脂やシリコーン樹脂などで多く用いられる熱硬化型樹脂を用いた注型成形に比べ、熱可塑性樹脂を用いた射出成形は成形が完了するまでの時間が非常に短いため、少ない金型数で大量の生産が可能となる。また、熱可塑性樹脂を用いた射出成形は、専用成形機で行なわれ、成形条件を振るパラメーターを細かく調整できることから外観に関する不具合の制御が容易である。

本発明によれば、圧電振動子の電極パターンを傷つけることなく、圧電振動子を金型内で堅牢に支持するにより熱可塑性樹脂を用いた射出成形が可能となり、外部からの応力に対して強く、また、所望の周波数特性を得られ、且つ、安定して大量生産が出来る圧電式スピーカを提供することが出来る。

本発明に係る圧電式スピーカの外観斜視図である。 本発明に係る外装成形前の圧電式スピーカの外観斜視図である。 本発明に係る圧電振動子を示す図で、図３（ａ）は外観側面図、図３（ｂ）は斜視図である。 本発明に係るフレキブル基板の外観斜視図である。 本発明に係る圧電振動体の外観斜図である。 本発明に係るホルダーの分解斜視図である。 外装成形前の圧電式スピーカを外装成形用金型に挿入した時の側面断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

本発明において、圧電振動子にフレキシブル基板を組み付けた圧電振動体はホルダーで挟み込んで支持され、圧電振動体は外装成形用金型から突き出た支持ピンにより外装成形体金型キャビティの中央に支持され外装成形される圧電式スピーカおよびその製造方法である。

次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図１および図２を用いて、本発明に係る圧電式スピーカの全体構成について説明する。図１は、本発明に係る圧電式スピーカの外観斜視図である。本発明の圧電式スピーカ１は、外装成形体２、ホルダー３、フレキシブル基板４を備えている。外装成形体２に用いる樹脂は硬度の低い樹脂の方が外部応力からの保護や低音域の出力アップの効果が大きいことから、エラストマー樹脂などの軟質の樹脂が好ましい。ホルダー３は、外装成形時に金型で保持する部分であるので、ＡＢＳ、ポリカーボネートなどの硬度の高い硬質の樹脂が好ましい。図２は、本発明に係る外装成形前の圧電式スピーカの外観斜視図である。外装成形体２（図１）の中にはホルダー３、フレキシブル基板４、圧電振動子５（図３）、導電性接着剤６、螺子７を備えている。フレキシブル基板４と圧電振動子５は導電性接着剤６により電気的に接続されている。フレキシブル基板４は外装成形後も外装成形体の穴２ａ（図１）から見えるため、基材は絶縁性の高いポリイミド樹脂などが好ましい。圧電式スピーカ１は、フレキシブル基板４に入力された電気信号を圧電振動子５が振動に変換することにより、スピーカとなっている。

次に、図３、図４および図５を用いてフレキシブル基板４と圧電振動子５の構成ついて説明する。図３は本発明に係る圧電振動子を示す図で、図３（ａ）は外観側面図、図３（ｂ）は斜視図である。図４は本発明に係るフレキブル基板の外観斜視図である。図５は本発明に係る圧電振動体の外観斜視図である。図３に示すとおり、圧電振動子５は、位置決め穴５ａを有する金属板８を介して２枚の圧電セラミックス９が接合される圧電バイモルフ構造を用いている。金属板８と圧電セラミックス９はエポキシ系の接着剤で接合される。圧電セラミックス９は表面に電極パターン９ａを備える。図４に示すとおり、フレキシブル基板４には、接続用ランド４ａと接続用穴４ｂ、位置決め穴４ｃ、螺子通し穴４ｄが開いている。図５に示すとおり、圧電振動体１０は、圧電振動子５（図３）とフレキシブル基板４を一体化させるために導電性接着剤６を接続用ランド４ａに塗布することにより、導電性接着剤６が接続用穴４ｂを通り、圧電セラミックス９の電極パターン９ａ（図３）と電気的に接続され構成される。また、フレキシブル基板４は電極パターン９ａ（図３）全てを覆うように接合され、電極パターン９ａへの傷つきなどから保護する役目も備えている。

次に、図６を用いてホルダー３の構成について説明する。図６は本発明に係るホルダーの分解斜視図である。ホルダー３は２分割構造で、上ホルダー１１、下ホルダー１２からなり、圧電振動体１０を挟み込み保持している。ホルダーは、フレキシブル基板４に設けられた位置決め穴４ｃ、螺子通し穴４ｄ、および圧電振動子５に設けられた位置決め穴５ａ、上ホルダー１１に設けられた位置決め穴１１ａ、螺子通し穴１１ｂ、下ホルダー１２に設けられた位置決めボス１２ａ、螺子通し穴１２ｂにより所定の位置に組み付けられ、螺子７により接合される。

さらに、実施の形態において、ホルダー３は、螺子によって接合された形態で説明したが、他の方法としては、例えば、上ホルダー１１と接合する下ホルダー１２の上ホルダー１１と接する側面に爪を設けることで、互いを嵌合した時、爪により接合できるようにしたり、上ホルダー１１の接合部分を少し大きめに作製しておいて、下ホルダー１２に圧入することにより接合できるようにしても、ホルダー３を構成することができる。

次に、図７を用いて外装成形前の圧電式スピーカがどの様に外装成形用金型内で支持されているかを説明する。図７は外装成形前の圧電式スピーカを外装成形用金型に挿入した時の側面断面図である。外装成形用金型は、上金型１３と下金型１４の上下２分割からなる。圧電振動子５は上金型１３から突き出た複数の支持ピン１３ａと下金型１４から突き出た複数の支持ピン１４ａにより上金型１３と下金型１４の金型キャビティの中央に支持される。圧電セラミックス９の電極パターン９ａは、フレキシブル基板４により保護されているので、上金型の支持ピン１３ａと下金型の支持ピン１４ａを圧電振動子５に当てても圧電セラミックス９の電極パターン９ａは傷がつかない構造となっている。またホルダー３は全周をくわえ込む様に支持される。この様に支持構造を用いることにより、射出成形による成形時の樹脂圧力に負けない強固な支持を得ている。ゲート１５は、金型内に樹脂を吐出するためのゲートであり、ここから樹脂が充填され外装成形体２が作製される。

本発明の構造により、圧電振動子の電極パターンを傷つけることなく、圧電振動子を金型内で堅牢に支持するにより熱可塑性樹脂を用いた射出成形が可能となり、外部からの応力に対して強く、また、所望の周波数特性を得られ、且つ、安定して大量生産が出来る圧電式スピーカおよびその製造方法を提供することが出来る。

以下、本発明の実施に係る圧電式スピーカの製造方法について、詳細に説明する。本実施例の圧電振動子５を構成している金属板８としては、材料の４２アロイをプレス加工またはエッチング加工により、長さ３５ｍｍ、幅４．３ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍに作製し、その金属板８を介して２枚の圧電セラミックス９が、結合される圧電バイモルフ構造を用いた。圧電セラミックス９は、ＮＥＣトーキン製の圧電セラミックス材料（Ｎ１７）を使用し、一層７０μｍのグリーンシートを作製し、銀とパラジュームからなる電極材を前記グリーンシートの片面に印刷した印刷膜を作製し、この作製したグリーンシートと印刷膜とを交互に厚さ方向に積層した後、熱を加えながらプレスし積層体を作製した。

次に、作製した積層体を矩形状に裁断し、焼成することにより、長さ３０ｍｍ，幅４ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの矩形板状の圧電セラミックス板を作製する。次に作製した圧電セラミックス板を２枚用意し、金属板８の両面に作製した圧電セラミックス板を接着剤で貼り付ける。さらに、金属板８を貼り付けた圧電セラミックス板にそれぞれ分極処理を施して圧電振動子５とした。

圧電振動子５を組み付けるフレキシブル基板４は、基材として絶縁性の高いポリイミドフィルムを用いて、長さ４２ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ０．１ｍｍになるように作製した。

圧電振動体１０を挟み込むホルダー３は、外装成形時に金型で保持する部分であるので、硬度の高い硬質の樹脂であるＡＢＳ樹脂（東レ製、トヨラック（登録商標）７００ＳＧ５）を用い射出成形により、ホルダー上下組み立て時に長さ７ｍｍ、幅４．７ｍｍ、高さ２．４ｍｍとなるように、上ホルダー１１、下ホルダー１２を作製した。圧電振動体１０を、作製された上ホルダー１１と下ホルダー１２で挟み込み、外装成形前の圧電式スピーカを作製した。

圧電スピーカの外装成形体２に用いる樹脂は硬度の低い樹脂の方が外部応力からの保護や低音域の出力アップの効果が大きいことから、ポリエステル系エラストマー樹脂（三菱化学製、プリマロイ（登録商標）Ａ１９００）を用い、図７に示すような射出成形により、長さ４０ｍｍ、幅６ｍｍ、高さ４ｍｍの外装成形体２を、作製し、本発明の圧電式スピーカ１が完成した。

外装成形体の成形時間の比較をしてみると、従来の熱硬化型樹脂の注型成形条件は、樹脂材質としてポリウレタン樹脂（日本ポリウレタン工業製、コロネート（登録商標）Ｃ−４０９０）を用いた場合、成形時間は、９０℃雰囲気中、１ＳＨＯＴ／時かかっていた。本発明の熱可塑性樹脂を用いた射出成形の場合は、６０ＳＨＯＴ／時（１ＳＨＯＴ／分）となり、大幅に成形時間の短縮がはかられた。

以上のように、本発明によれば熱可塑性樹脂の射出成形により圧電式スピーカを製作可能となり、射出成形時の外部からの応力に対して強いので所望の周波数特性を得られ、且つ、安定して大量生産が出来る圧電式スピーカおよびその製造方法を提供することが出来ることが確認された。

以上、実施の形態を用いて、この発明を説明したが、この発明は、これらの形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

携帯電話やその他音響発生装置のスピーカとして利用可能である。また、骨伝導スピーカとしても利用可能である。

１ 圧電式スピーカ
２ 外装成形体
２ａ 外装成形体の穴
３ ホルダー
４ フレキシブル基板
４ａ 接続用ランド
４ｂ 接続用穴
４ｃ 位置決め穴
４ｄ 螺子通し穴
５ 圧電振動子
５ａ 位置決め穴
６ 導電性接着剤
７ 螺子
８ 金属板
９ 圧電セラミックス
９ａ 電極パターン
１０ 圧電振動体
１１ 上ホルダー
１１ａ 位置決め穴
１１ｂ 螺子通し穴
１２ 下ホルダー
１２ａ 位置決めボス
１２ｂ 螺子通し穴
１３ 上金型
１３ａ 支持ピン
１４ 下金型
１４ａ 支持ピン
１５ ゲート

Claims (7)

1. 電気信号を振動に変換する圧電振動子と、前記圧電振動子を保持するホルダーと、前記圧電振動子と電気的に接続され前記圧電振動子への電気信号入力端子となるフレキシブル基板と、前記圧電振動子を被覆する外装成形体とを備える圧電式スピーカであって、前記圧電振動子に前記フレキシブル基板を組み付け、前記圧電振動子が有する電極パターンは前記フレキシブル基板により保護された圧電振動体が、前記ホルダーにより挟み込みで支持され、外装成形用金型から突き出た支持ピンにより前記外装成形用金型キャビティの中央に前記電極パターンと前記支持ピンが乖離されて支持され外装成形されたことを特徴とする圧電式スピーカ。
2. 前記外装成形体は熱可塑性樹脂であることを特徴とした請求項１に記載の圧電式スピーカ。
3. 前記ホルダーは複数に分割され、螺子締付または爪による嵌合または圧入により組み立てたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電式スピーカ。
4. 電気信号を振動に変換する圧電振動子と、前記圧電振動子を保持するホルダーと、前記圧電振動子と電気的に接続され前記圧電振動子への電気信号入力端子となるフレキシブル基板と、前記圧電振動子を被覆する外装成形体とを備える圧電式スピーカの製造方法であって、前記圧電振動子に前記フレキシブル基板を組み付け、前記圧電振動子が有する電極パターンを前記フレキシブル基板により保護して圧電振動体を組み立てる工程と、前記圧電振動体を前記ホルダーにより挟み込んで支持する工程と前記圧電振動体を外装成形用金型から突き出た支持ピンにより前記外装成形用金型キャビティの中央に支持し、外装成形する工程を有することを特徴とする圧電式スピーカの製造方法。
5. 前記外装成形体を射出成形する工程を有することを特徴とする請求項４に記載の圧電式スピーカの製造方法。
6. 前記外装成形体を熱可塑性樹脂により射出成形する工程を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の圧電式スピーカの製造方法。
7. 前記ホルダーを複数に分割し、螺子締付または爪による嵌合または圧入する工程を有することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の圧電式スピーカの製造方法。

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