JPH02266799A - 圧電振動板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電振動板に関し、特に圧電材と支持板を貼り
付は発音体の歪成分である高調波を低下させる圧電振動
板に関する。

〔従来の技術〕

従来のかかる圧電振動板は支持板に電極を形成１〜た圧
電材料を貼り付けて構成されており、特に圧電体に交番
電圧を加えることにより圧電体を面方向に伸縮させるも
のである。すなわち、貼り付けた支持板によって圧電体
の一方の面が固定されているために、圧電体の伸縮が支
持板の貼り合わせ面を中心にして上下方向へ反りとなっ
て生じるので、支持板の外周部を固定すれば、この反り
によって中心部が上下に変位し、加えた交番電圧の周波
数で振動する振動子が得られる。

このような振動板に周波数が数ｋ　ｌＩ　ｚの信号を加
えれば、この振動が空気の疎密波を作り出して音を生じ
る発音体となり、圧電ブザーや圧電スピーカーどして実
用化される。

この圧電型発音体は小型・薄型化が可能であり、特に重
要なポイントとなる磁気を生じないということから、情
報機器のＩＤカードと一緒に携帯する可能性のあるボケ
ッ１−ベルや移動通信機器あるいはカードラジオ、薄型
ポケットテレビの実用化には、なくてはならないものと
なってきている。

従来、かかる圧電型発音体は崖に円板状の圧電材の両面
に電極を形成し、これを金属製の薄い支持板に接着する
だけで構成しており、小型・低周波化するために圧電材
及び支持板の厚みを５０ノ１ｍ以下に薄くすると同時に
、この支持板の外周部を自由状態に近い支持構造とする
ため弾性接着剤で固定ジーるものがある。１．か１２７
、支持板の厚みが薄くなると、弾性接着剤の影響が強く
なり、Ｌかも弾性接着剤は均一に塗布しにくい１−とか
ら、得られる性能にばらつきが多くなるという問題があ
る。

このような問題を解決するｔ二めに、従来は支持板の外
周固定部と圧電材の外周部との間に両面交互に且つ異な
る位置とした溝を持たせる、二とにより、弾性接着剤の
場合よりも共振周波数を低下させ、小型・低周波化を実
現している。さらに１．′：の低周波化に伴って圧電材
の厚みを薄＜Ｉ、ｌ：：とき、圧電材の接着による変位
低下により生じる音圧ｌ／ベルの低下を防止する構造と
して、圧電材と支持板の接着を部分接着するものも提案
されている。このように両者の構造を一体化することに
より、小型で低周波特性の良好な圧電型発音体が得られ
るようになってきている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したような周辺支持部に両面交互で異なる位置とし
た溝と接着面に部分接着とするための溝を持なぜること
により、小型で低周波特性の良好なものが得られた。１
−かしながら、移動通信機器の受話器やカードラジオ、
薄型ポケットテレビなどのスピーカーとｊ−での応用で
は、再生可能な周波数帯域が十分広くなεｊればならな
いだけでなく、音の歪み成分である高調波が小さくなら
なげれば長時間の利用に耐えられなくなってｌ、　４う
。

すなわち、単に支持板を薄くして周辺部を固定したもの
では、音声帯域に基本波の２倍、３倍の周波数成分であ
る高調波が非常に多く、スピーカーとして長時間の使用
には耐えらえないものである。

第４図は従来の一例を説明するための圧電発音体の音圧
の周波数特性図である。

第４図に示すように、この周波数特性は厚さ５０ｔｔｍ
、直径３０Ｉ１１ｍｌの支持板に厚さ５０μｍ直径１．
８＋ｍ＋ｍの圧電材を貼り付は周辺部を固定し１■ｒ□
でドライブしたときの状態を表わし、実線で示される特
性が基本波（ドライブした周波数の音）であり、破線で
示される特性が二次から五次までの高調波成分である。

ごの音圧の周波数特性によれば、１ｋＨｚから３　ｋｆ
ｌｚの周波数帯域で高調波成分の音圧ｌ／ベルが基本波
と同じｌ／ベルとなっていることが分かる。この結果、
聞える音は高調波の多く含まれた音であるため、聞くに
耐えない音になっているという欠点がある。

第５図は従来の他の例を説明するための圧′屯発音体の
音圧の周波数特性図である。

第５図に示すように、かかる周波数特性は厚さ５０μｍ
、直径３０開で周辺部の両面交互に位置をづらしたリン
グ状の溝を６本形成した支持板に厚さ５０μｍ、直径１
８隨の圧電Ｈを貼り付けたものの周辺部を固定し、１■
ｒ−でドライブしたときの音圧の周波数特性であり、実
線で示される特性が基本波、破線で示される特性が二次
から五次までの高調波成分である。この図から見られる
ように、周辺部の溝形成によって０．３ｋＨｚから１　
ｋＨｚの周波数帯域での音圧レベルが向」ユしており、
高調波成分もずっと少なくなっていることがわかる。し
かしながら、０．８ｋＨｚに基本波と同じ１．・ベルと
なる高調波があり、１．５ｋＨｚ付近にも第二次の高調
波が基本波に接近している。このように、周辺部に溝を
形成１．でも高調波を完全に除去することはできず、ス
ピーカ・−としての性能は満たされていない。

このようなことから、高調波の発生原因を調ベフ：：所
、支持板がたわみ変形するどきに生じる支持板の応力が
問題であることが分った。

第６図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来の圧電振動板の静
止状態および最大変位状態の様子を示すモデル図である
。

第６図（ａ）に示すように、この状態は静止状態を示し
、Ｐｌ、Ｐ３．Ｐ、、Ｐ４の各点は振動板を直径方向に
見ｔ：どきのポイン１−であり、Ｐ。

とＰ４が周辺固定部、Ｐ２とＰ３が圧電材の外周部に相
当するポインＩ・である。

また第６図（ｂ）に示すように１、この状態はたわみ変
形の最大変位状態を示している。この（ｂ）図かられか
るように、振動板がたわみ変形するためには、直径方向
であるＰｌからＰ４の間では伸びなければならない７ま
六・、たわみ変形は振動板の中間付近のＰ２と１）りで
は円周方向に縮まなければならない。ここて′、前者の
直径方向の伸びに対しては、周辺部に形成し／ご両面交
互の溝で吸収できるが、後者の円周方向の縮みは吸収す
ることができない。この結果、円周方向へ縮もうとする
力が支持板の応力となって生し、これが高調波を発生さ
せている要因である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の圧電振動板は、両面に電極を形成しソ：・圧電
材を支持板に貼り付け、この支持板の周辺部の一部また
は全部が固定されてなる圧電振動板において、直配支持
板の周辺固定部と前記圧電材を貼り付はノご領域との間
に周辺固定部に沿った溝が両面に位置を変えてそれぞれ
少なくとも一つ設けられ、前記圧電材を貼り付けた領域
から面層周辺固定部に沿っソ２＝溝との間に複数の放射
状溝が両面に位置を変えて均等に設けられることを特徴
としている。

〔作用〕

本発明では、支持板の周辺部に両面交互の溝を形成する
と共に、圧電材を貼り付ける面に放射状にはつ円周方向
に位置をづらして両面交互の溝を形成するものである。

これら２種類の溝により、直径方向への伸びと円周方向
への縮みが可能となるため、振動板がたわみ変形すると
きにも支持板の応力発生がなく、この結果として高調波
の発生を抑えることができ、圧電スピーカーとしても最
適なものが得られる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第一の実施例を示す圧電振動板の圧電
材貼り付は面から見た一部切欠き図である。

第１図に示ずＪ：うに、本実施例は支持板］〕に３種類
の溝を形成１−でおり、第１．の溝は支持固定部となる
最外周部にリング状の溝１２（表側の溝は１２Ａ、裏側
の溝は１２Ｂ）が両面交互に位置をづらせて形成されて
おり、第２の溝は圧電材１３を中心部（半径Ｒ１１）と
外周部（半径Ｒ９，）の部分接着とする溝１４が形成さ
れており、第３の渚は圧電材外周部位置く半径Ｒｃ）ど
外周部のリング状の溝１−２の位置（半径Ｒｄ）との間
に放射状の溝］５（表側の溝は１５Ａ、裏側の渚１５Ｂ
）が円周方向に位置をづらして両面交互に形成されてい
る。これら３種類の溝は通常のエツチング技術によって
形成されるものであり、特に溝の深さはエツチング時間
をコントロールすることにより支持板の厚さの３１５以
トどなる深さに形成される。このようにして得た３種類
の溝を有する支持板に、支持固定する最外周の溝の直径
に対して、０．５−０．８倍となる直径の圧電材１３が
その中心部と外周部とで接着される。このとき、接着さ
れる圧電材１３に形成される電極は接着面側は全面ベタ
電極としているが、表側の而では裏面の電極をスルホー
ルで引き上げ、リード線を接続するなめの端子１６と表
側の電極１７の２つが形成されている。

このように構成して得た圧電振動板を圧電スピーカーと
して利用するときには、周辺部のリング状の溝の外側と
なる位置を固定体で固定し、前記２つの電極である裏面
接続の端子１６と表側の電極１７に細いリード線を半田
づけし、固定体に設（プた端子で中継し、通常の電磁型
スピーカーと同じようにドライブすれば良い。

このとき、ドライブする交番電圧によって、従来の圧電
型発音体と同様に圧電材ｊ３が面方向に伸縮し、支持板
１１．どの関係からたわみ振動となるので、これが空気
の疎密波を作り出し、音となって生じるものであるが、
従来と大きく異なるのは、支持板１１がたわみ変形する
ときに周辺部のリング状の溝１．２が直径方向への伸縮
を可能にし、しかも放射状の溝１５が円周方向への伸縮
を可能にする点にある。この結果、たわみ変形するとき
に支持板１．　ｆｆに形成した溝が応力を発生させず、
従来のこの応力によって生じていた高調波が除去できる
。

第２図は第１図に示す圧電振動板の音圧の周波数特性図
である。

第２図に示すように、かかる周波数特性は支持板に厚さ
が５０μｍの黄銅を用い周辺リング状の溝を６本１部分
接着の溝１本とし、この間に角度ピッチが５゛で溝幅の
角が２°となる放射溝を両面交互に形成し、固定体の直
径が２９絹、圧電材の直径が１．８順として構成したと
きの音圧特性である。この図かられかるように、二次か
ら五次までの高調波成分は発生しなくなる。また、この
とき発生ずる主モードの特性は、低周波側で音圧）／ベ
ルが向上ｌ−でおり、従来の周辺部にだけ溝を形成した
ものより広帯域の高音圧Ｉノベルを実現できる。

これらの結果から、周辺部に形成したリング状の溝と放
射状の溝がたわみ変形を容易にするので、高調波の発生
を防止すると共に、低周波での音圧レベルを向上させる
ことができる。また、支持板直径を４０ｍｍ、５０ｍｍ
と大きくすれば、さらに低周波での音の再生が可能にな
り、音質のすぐれた圧電スピーカーを形成することもで
きる。

ここで用いた溝形成を行った支持板に貼り付ける圧電材
は、マグネシウム・ニオブ酸鉛Ｐ　ｂ　（Ｍｇ１／３・
Ｎｂ２　／　３　）　Ｏｓを主成分とする電歪材料の粉
末を有機バインダーとともに溶媒中に分散しスラリー状
とする。これをドクターブレードを用いたスリップキャ
スティング法により厚さ４０へ・１００μｍ程度の均一
な厚みの圧電材グリーンシートとする６次に、この圧電
材グリーンシー１−を規定の大きさに打ち抜き、接着面
側の電極を表側に引き上げるためのスルホール接続用の
穴をパンチ及びダイによって形成する。次に、この穴あ
けを行った圧電材グリーンシーｌ−の両面にスクリーン
印刷機を用いて電極ペーストを印刷するが、このとき接
着面となる側は全面ベタ電極とし、この反対面である表
側では、スルホール部分と接続された端子パターンを一
部にもうけた電極パターンとする。さらに、この電極パ
ターンが印刷された圧電材グリーンシートをブレス金型
にセットし、１００℃前後の温度で加熱した後２５０ｋ
ｇ／口２程度の圧力を加えて密度を高めた圧電材グリー
ンシートを形成する。

次に、プレスした圧電材グリーンシー１−を所定の寸法
に切断した後、セラミックグリーンシーＩ・中に存在す
る有機物を脱バインダー工程において酸化雰囲気中でゆ
っくりと加熱し、分解・消失させる。通常、これらの有
機物は５００℃〜６００℃までには完全に分解・酸化す
るが、急激に温度を分解温度まで上げると圧電材が破損
するので２５℃／時間あるいはこれよりもゆっくりとし
た昇温スピードで温度を上げ、５００℃〜６００℃に充
分長い時間保持することにＪ二り有機物を完全に消失さ
せる。この後、９００℃〜１２００℃の温度で焼成すれ
ば、前述した支持板に貼り付ける圧電材平板が得られる
。

第３図は本発明の第二の実施例を示す圧電振動板の圧電
材貼り付（１面側から見た一部切欠き図である。

第３図に示すように、本実施例は支持板３１に２種類の
長穴を持っており、第１の長穴は支持固走部となる位置
で円周方向の長穴３２であり、円周方向に１／２ビツヂ
づらし半径方向に４周形成している。また、第２の長穴
は支持板３１の中心部の近くから放射゛方向の長穴３３
であり、半径方向に１／２ピッチづらし円周方向に均等
分割で形成している。本実施例では、円周方向の長穴３
２を１−０°のピッチ角できざみ、放射方向の長穴３３
を２゛の角度の開きの幅とし、５″のピッチ角で形成し
ている。これら２種類の長穴は、通常のエツチング技術
によって得られるものである。

このようにして得た２種類の溝と同様の穴３２゜３３を
持つ支持板３１に、支持固定する最外周の長穴形成位置
の直径に対して、０．５〜０．８倍となる直径の圧電材
３４が接着される。このとき接着される圧電材３４に形
成される電極は接着面側は全面ベタ電極としているが、
表側の面では裏面の電極をスルホールで引き上げ、リー
ド線を接続するための端子３５ど表側の電極３６の２つ
が形成されている。

このように構成して得た圧電振動板を圧電スピーカーな
どとしで利用するときには、周辺部に形成した長穴と放
射状の長穴にフィルム又は、シート状材料を貼り付け、
前記２つの電極に細いリード線を半田づけし、固定体に
設けた端子で中継してドライブすれば良い。

本実施例の場合にも、ドライブする交番電圧により、従
来の圧電型発音体と同様に圧電材が面方向に伸縮し、支
持板との関係からたわみ振動となり、これが空気の疎密
波を作り出し、音なって生じるものであるが、前述した
第一の実施例と同じように、支持板がたわみ変形すると
きＧこ周辺部の長大が１／２ピッチづらして形成されて
いるので、直径方向への伸縮を可能にし、且つ放射方向
の長大が円周方向へ伸縮を可能にしている。この結果、
たわみ変形するときに支持板に形成した長穴が応力を発
生させず、この応力によって生じていた高調波を除去で
きる。このため、従来の圧電型発音体では不可能であっ
た音質の良い圧電スピーカーを実現できる。

以上第一および第二の実施例で説明しｔ：ように、本発
明の圧電型振動板は圧電材が伸縮することによって生じ
るたわみ振動において、支持板に円周方向への伸縮を可
能にする溝及び長穴をもうけたため、支持板の応力発生
が除去され、これによって発音体としては高調波成分の
非常に少ないしのが得られる。

また、これら実施例で示してきた溝を形成する支持板と
しては、ステンレス板や黄銅あるいはその他金属板だけ
でなく、溝形成を行える材料ならどのようなものでも可
能であり、この溝の形成方法もエツチングに限定される
ことはない０例えば、このエツチングによる溝と同じ形
状となる金型をエツチング等で作成しておき、これを用
いて支持板をプレス成形しても良い、また、振動板の形
状としては二つの実施例とも円形状で示してきたが、圧
電材の伸縮によって生じる支持板のたわみ変形発生時に
支持板に応力が生じないように溝あるいは位置をづらし
た長大があれば良く、形状としては円形に限定されるこ
とはない。

さらに、圧電材を片面にだけ接着したものについて示し
たが、圧電材を支持板の両面に形成１２ても良く、圧電
材も前記実施例で述べた材料に限定されることはない。

なお、第一の実施例では、接着面に溝を形成）−て部分
接着としたが、溝が無くても接着時の接着剤の形成を部
分接着のパターンとすることでも得られ、また第二の実
施例では接着面に溝を形成していないが放射状の長穴を
圧電材の外周部とし、接着剤を部分接着とすることも可
能である。

また、本発明の圧電振動板を圧電型発音体として示して
きたが、圧電材に電界を加えるのではなく、外力によっ
て生じる電荷を利用するセンサーとしての利用もでき、
圧力センサーやマイクロホンとして用いる場合には、外
部入力に対する電荷の発生効率の高いものや周波数特性
の良いものが得られる。なお、周辺部に形成する溝又は
長大に等価なものとして従来通り弾性接着側を用い、支
持板には放射状の溝又は長穴のみがあっても効果は同様
である。

〔発明の効果〕

以−１−の説明したように、本発明の圧電振動板は、圧
電材を貼り付ける支持板に支持板の外周部では、直径方
向に伸縮を可能にした両面交互の溝あるいは位置をづら
した長穴を形成し、さらに外周部の満及び長穴の内側で
は、円周方向に伸縮を可能にした放射状の両面交互の溝
あるいは位置をづらした長穴を形成することにより、圧
電材の伸縮で生じるノ；二わみ振動の発生時に支持板で
の応力発生を防止し、発音体としては高調波成分の非常
に少ないものが得られるという効果がある。まｌ：：、
かかるたわみ振動が押えられる要因が除去されることに
より、低周波側への帯域が広くなり、同時に音圧レベル
の高い発音体を実現するとともに、センサーとして用い
たどき、外部入力に対して発生ずる電荷が大きくなるの
で、検出感度が白土し且つ周波数特性も良好なものが得
られるという効果がある６ 更に、スピーカーと１−で用いた・とき、カードラジオ
や薄型ボケットテ１／ビに利用した場合にも、音質的に
ずぐれたスピーカーとなり、長時間の使用には十分耐え
られるという効果がある８

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す圧電振動板の圧電
材貼り付は面側から見た一部切欠き図、第２図は第１図
に示す圧電振動板の音圧の周波数特性図、第３図は本発
明の第二の実施例を示す圧電振動板の圧電材貼り付は面
側から見ｊ・一部切欠き図、第４図は従来の一例を説明
するための圧電発音体の音圧の周波数特性図、第５図は
従来の他の例を説明するための圧電発音体の音圧の周波
数特性図、第６図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来の圧電
振動板の静止状態および最大変位状態の様子を示すモデ
ル図である。 １１・・・支持板、１−２・・・周辺部溝、１３・・・
圧電材、１４・・・部分接着溝、１５・・−放射状溝、
１６・・・裏面電極端子、１７・・・表面電極、Ｒ，・
・・接着部の溝内側半径、Ｒｈ・・・接着部の溝外側半
径、Ｒｃ・・・放射状溝形成の内側の位置、Ｒｄ・・・
放射状溝形成の外側の位置、３１・・・支持板、３２・
・・周辺部の円周方向長穴、３３・・・放射方向長穴、
３４・・・圧電材、３５・・・裏面の電極端子、３６・
・・表面電極。 ／す（壮

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．両面に電極を形成した圧電材を支持板に貼り付け、
   この支持板の周辺部の一部または全部が固定されてなる
   圧電振動板において、前記支持板の周辺固定部と前記圧
   電材を貼り付けた領域との間に周辺固定部に沿った溝が
   両面に位置を変えてそれぞれ少なくとも一つ設けられ、
   前記圧電材を貼り付けた領域から前記周辺固定部に沿っ
   た溝との間に複数の放射状溝が両面に位置を変えて均等
   に設けられることを特徴とする圧電振動板。
2. ２．周辺固定部に沿った溝として円周方向に分割された
   複数の長穴が位置をづらして少なくとも２列形成され、
   且つ放射状の溝として支持板の中心から放射方向に分割
   された複数の長穴が位置をづらして形成されることを特
   徴とする請求項１記載の圧電振動板。
3. ３．圧電材が接着された支持板の周辺部が弾性接着材で
   固定される圧電振動板において、前記圧電材の接着部か
   ら放射状に両面交互の溝もしくは位置を１／２ピッチづ
   らした長穴が形成されていることを特徴とする圧電振動
   板。