JPH05130693A - 圧電型電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 導電薄板によりケース２１が形成され、ケー
ス２１に圧電セラミックス板２が接着され、ケース２１
の全体が共鳴器として作用するように構成されている圧
電型電気音響変換器。 【効果】 圧電型電気音響変換器の小型化、高音圧化、
広帯域化およびコストダウンを図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電セラミックス板を用
いた圧電型電気音響変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種電気音響変換器を図１０お
よび図１１に示す。図１０において１は圧電振動板を示
しており、圧電振動板１は圧電セラミックス板２と例え
ば金属板等により形成された導電薄板３とにより構成さ
れている。圧電振動板１は樹脂製のケース４の内側に固
定され、ケース４と圧電振動板１とにより放音方向に音
響空間５が形成されている。圧電セラミックス板２と導
電薄板３との電極部分（図示せず）にはリード線６、７
が接続されてそれぞれケース４の外部に導かれている。
ケース４の放音方向と対向した側は音響空間８が形成さ
れるように蓋体９がケース４の周縁部で接着固定され、
蓋体９の下面は両面接着テープ等（図示せず）により基
板１０に取りつけられるように構成されている。リード
線６、７を介して交流電圧が印加されると、圧電セラミ
ックス板２が伸縮運動し、この伸縮運動により導電薄板
３が屈曲振動をして音が発生するようになっている。ま
た圧電振動板１のみでは音圧が小さいので、音響空間５
による共鳴現象を利用して音圧を大きくしている。

【０００３】図１１に示したものは、圧電振動板１の振
動のノード点がケース１１のナイフエッジ部１２に接着
固定され、圧電振動板１の振動が阻害されることのない
構造となっている。またリード線６、７が接続された端
子取り出し用ピン１３が蓋体９および基板１０を貫通し
て配設され、基板１０の下部から交流電圧が印加される
ようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら上記
記載の圧電型電気音響変換器は、いずれも圧電振動板１
の放音方向側の音響空間５だけでなく放音方向と反対側
にも圧電セラミックス板２を振動させるための空間８を
設けざるを得ず、また圧電振動板１の直径はケース４、
１１の肉厚分だけケース４、１１の外径よりも小さくな
り、変換器の小型化あるいは同寸法とした場合での高音
圧化や低周波数側への広帯域化が困難であるといった課
題があった。さらには、圧電振動板１をケース４、１１
に固定する工程が必要であり、製作に手間取るといった
課題があった。

【０００５】さらに上記記載の圧電型電気音響変換器
は、ケース４、１１および蓋体９の材質がいずれも耐熱
性の低い樹脂製であり、またリード線６、７あるいは端
子取り出し用ピン１３が基板１０に直接接着され難い構
造のため、自動実装ができないといった課題があった。

【０００６】本発明は上記の課題に鑑み発明されたもの
であって、構造を簡略にして小型化あるいは同寸法での
高音圧化や低周波数側への広帯域化を容易にし、しかも
工程数を減少させてコストダウンを図ることができ、あ
るいは基板への自動実装を可能にする安価な圧電型音響
変換器を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る圧電型電気音響変換器は、導電薄板によ
りケースが形成され、該ケースに圧電セラミックス板が
接着され、前記ケースの全体が共鳴器として作用するよ
うに構成されていることを特徴としている。

【０００８】また本発明に係る圧電型電気音響変換器
は、導電薄板によりケースが形成され、該ケースに圧電
セラミックス板が接着され、前記ケースにおける前記圧
電セラミックス板の接着面と対向する面が開放され、前
記圧電セラミックス板に端子が接続されていることを特
徴としている。

【０００９】さらには上記圧電型電気音響変換器におい
て、端子が弾性を有する材料により形成され、前記端子
の長さをＬ、端子と圧電セラミックス板に対する垂線と
のなす角をθとすると、ｄ≦Ｌ≦ｄ＋ａ および ０≦
θ≦ｃｏｓ^-1ｄ／Ｌ₀ の関係が成立することを特徴とし
ている。ただし、ｄは圧電セラミックス板上からケース
開放面までの深さ、ａは圧電セラミックス板上の端子接
続点からケース端部までの水平方向距離およびＬ₀ は圧
電セラミックス板上の端子接続点からケース端部までの
距離をそれぞれ表わしている。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、従来は圧電振動板の両側に
設けられていた空間の片方が排除され、ケース全体が共
鳴器として作用するように構成されるので、振動板部分
の直径は前記ケースの外径とほぼ同等となる。したがっ
て小型化が図られ、あるいは従来のものと同寸法とした
場合には高音圧化や低周波数側への広帯域化が容易とな
る。また圧電振動板をケースに固定する工程が省略さ
れ、コストダウンが図れる。

【００１１】また、前記ケースにおける圧電セラミック
ス板の接着面と対向する面が開放され、前記圧電セラミ
ックス板に端子が接続されている場合には、該端子ある
いは前記ケースが接続される電極が形成され、かつ該電
極部分にクリーム半田が印刷された基板と接続すること
により、蓋体を配設することなく前記ケースと前記基板
との間に音響空間が形成され、しかも自動実装が可能と
なる。

【００１２】また上記圧電型電気音響変換器において、
端子が弾性を有し、圧電セラミックス板上からケース開
放面までの深さより長くかつ前記ケースに接触しない長
さおよび角度で前記圧電セラミックス板上に取りつけら
れている場合には、端子の加工精度に余裕ができ、基板
との接続時に前記端子の押し上げストレスによる前記圧
電セラミックス板の破壊が減少し、前記端子の基板電極
に対する位置決めおよび接着が確実に行われる。したが
って自動化によるコストダウンおよび信頼性の向上が図
れる。

【００１３】

【実施例および比較例】以下、本発明に係る圧電型電気
音響変換器の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１に示す実施例１において、２はその両
主面に電極（図示せず）が形成された外径約１０ｍｍ、
厚さ約０．１ｍｍの圧電セラミックス板であり、この圧
電セラミックス板２は厚さ約０．１ｍｍの真鍮板の周辺
縁部を折り曲げ成形して形成されたケース２１の中央平
坦部に接着されている。このケース２１の外径は約１４
ｍｍ、厚さは約２ｍｍであり、ケース２１の圧電セラミ
ックス板２と対向した側には音響空間２３が形成される
ように真鍮薄板により形成された蓋体２２がケース２１
の周縁部で接着固定され、蓋体２２の下面は両面接着テ
ープ等により基板（図示せず）に取り付けられるように
なっている。また圧電セラミックス板２とケース２１と
の電極部にはリード線６、７が接続され、それぞれケー
ス２１の外側に導かれている。

【００１５】図２に図１および比較例として図１０のよ
うに構成した、ほぼ同寸法の圧電型電気音響変換器を用
いて音圧の周波数特性を測定した結果を示す。なお、駆
動電圧としてはピークからピークの電圧が９Ｖ_p-p であ
る矩形波を用い、ケース４、２１表面から１０ｃｍの距
離で測定した。図２において、実線Ａは図１０に示した
もの、破線Ｂは実施例１に係る構成のものを測定した結
果である。すなわち、実線Ａで示した曲線は圧電振動板
１の両側に空間を設けた場合で、破線Ｂで示した曲線は
導電薄板でケース２１を形成し、その内部をすべて音響
空間２３とした場合であり、矢印Ｃで示したように特に
低周波数領域での音圧が大きくなっている。

【００１６】上記したように実施例１に係る圧電型電気
音響変換器にあっては、圧電セラミックス板２の両側に
空間を形成する必要がなく、またケース２１が真鍮製の
薄板を用いて形成されているので肉厚が薄く、全体とし
て小型化を図ることができる。また高音圧化および低周
波数領域への広帯域化も図ることができる。さらにはケ
ース２１は従来のケース４と圧電振動板１とが一体化さ
れたものであり、圧電振動板をケース２１に取りつける
工程を省略することができ、製作も容易となり、コスト
ダウンを図ることができる。

【００１７】図３に示す実施例２において、２はその両
主面に電極（図示せず）が形成された外径約１０ｍｍ、
厚さ約０．１ｍｍの圧電セラミックス板であり、この圧
電セラミックス板２は厚さ約０．１ｍｍの鉄−ニッケル
合金板の周縁部を折り曲げ成形して形成されたケース３
１の中央平坦部に接着されている。このケース３１の外
径は約１４ｍｍ、厚さは約２ｍｍであり、ケース３１の
圧電セラミックス板２と対向した面は開放されている。
また圧電セラミックス板２の電極部分（図示せず）には
外径約０．５ｍｍ、長さ約１．９ｍｍの銅製の端子３３
が接続されている。これらケース３１の周縁下端部およ
び端子３３の下端部は銀−パラジウム合金で被覆されて
いる。

【００１８】このように構成された圧電型電気音響変換
器をスルーホールに電極３４が形成され、その表面には
電極パターン（図示せず）が形成され、この電極パター
ン上にクリーム半田３５が印刷された基板３６の上面に
搭載し、リフロー炉に挿入して図９に示す温度曲線でク
リーム半田３５の再溶融を行い圧電型電気音響変換器と
基板３６とを接着する。

【００１９】このようにして接着された圧電型電気音響
変換器と基板３６との接続は機械的および電気的に十分
な強度が得られることが確認された。また図３のごとく
構成された圧電型電気音響変換器を用いて音圧の周波数
特性を測定した結果を図８に示す。なお駆動電圧として
はピークからピークの電圧が９Ｖ_p-p である矩形波を用
い、ケース３１表面から１０ｃｍの距離で測定した。す
なわち図２の実線Ａで示した従来例と比べて実用周波数
領域である４０００Ｈｚにおける音圧が大きくなってい
る。

【００２０】上記したように実施例２に係る圧電型電気
音響変換器にあっては、圧電セラミックス板２の両側に
空間を形成する必要がなく、またケース３１が鉄−ニッ
ケル合金製の薄板を使用して形成され、かつ蓋体９を省
略できるので全体として小型化を図ることができる。ま
た高音圧化および低周波数領域への広帯域化も図ること
ができる。さらには圧電振動板をケース３１に取り付け
る工程を省略することができ、また圧電型電気音響変換
器を基板３６に自動実装することができるので製作およ
び組立も容易となりコストダウンを図ることができる。

【００２１】図４にさらに別の実施例を示す。図４に示
す実施例３において、２はその両主面に電極（図示せ
ず）が形成された外径約１０ｍｍ、厚さ約０．１ｍｍの
圧電セラミックス板であり、この圧電セラミックス板２
は厚さ約０．１ｍｍの鉄−ニッケル合金板の周縁部を折
り曲げ成形して形成されたケース４１の中央平坦部に接
着されている。このケース４１の外径は約１４ｍｍ、厚
さは約２ｍｍであり、ケース４１の圧電セラミックス板
２と対向した面は開放されている。また圧電セラミック
ス板２の電極部分（図示せず）には外径約０．５ｍｍの
銅箔糸製の端子４３が、端子４３の長さをＬおよび端子
４３と圧電セラミックス板２に対する垂線とのなす角を
θとするとそれぞれｄ≦Ｌ≦ｄ＋ａおよび０≦θ≦ｃｏ
ｓ^-1ｄ／Ｌ₀ の関係が成り立つよう、Ｌ＝３０ｍｍ、θ
＝３０°で接続されている。またここで、ｄは圧電セラ
ミックス板２からケース４１開放面までの深さ、ａは圧
電セラミックス板２上の端子４３接続点からケース４１
端部までの水平方向距離およびＬ₀ は圧電セラミックス
板２上の端子４３接続点からケース４１端部までの距離
をそれぞれ表わしている。これらケース４１端部および
端子４３の下端部は銀−パラジウム合金で被覆されてい
る。

【００２２】このように構成された圧電型電気音響変換
器をスルーホールに電極４４が形成され、その表面には
電極パターン（図示せず）が形成され、この電極パター
ン上にクリーム半田４５が印刷された基板４７の上面に
搭載し、リフロー炉に挿入して図９に示す温度曲線でク
リーム半田４５および銀−パラジウム合金４６を再溶融
させて図５に示すように圧電型電気音響変換器と基板４
７とを接着した。

【００２３】このようにして接着された両者の接続は機
械的および電気的に十分な強度が得られることが確認さ
れ、また音圧の周波数特性は図８と略同様の測定結果と
なった。

【００２４】また図６（ａ）はさらに別の実施例４を示
しており、ケース５１の開放面には配線パターン５４ａ
が接触せずに導通可能な最小限度の大きさの切欠き部５
８が形成されている。この圧電型電気音響変換器を図６
（ｂ）に示すごとく電極５４が配線パターン５４ａによ
りケース５１外部へ引き出されるように形成され，かつ
クリーム半田５５が印刷された基板５７の上面に搭載
し、リフロー炉に挿入して図９に示す温度曲線でクリー
ム半田５５の再溶融を行うことにより、自動表面実装す
ることができる。

【００２５】実施例４に係る圧電型電気音響変換器にあ
っては、上記実施例３に係る圧電型電気音響変換器で得
られる効果の他、基板５７に端子５３接続のためのスル
ーホールを形成する必要がなく、圧電型電気音響変換器
の基板５７への装着をより一層簡単なものとすることが
できる。

【００２６】なお、端子としては上記実施例で示したも
のの他、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したように導電性
材料を用いて形成された板状バネ４８、コイル状バネ４
９、５０なども同様に使用することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明に係る圧電型電気音響変換器にあっては、導電薄板に
よりケースが形成され、このケースに圧電セラミックス
板が接着され、前記ケースの全体が共鳴器として作用す
るように構成されることにより、圧電型電気音響変換器
の小型化あるいは同寸法での高音圧化や低周波数側への
広帯域化を図ることができ、さらには圧電振動板をケー
スに固定する工程を省略することができ、高性能な製品
を安価に供給することができる。

【００２８】また、前記ケースにおける前記圧電セラミ
ックス板の接着面と対向する面が開放され、前記圧電セ
ラミックス板に端子が接続されている場合は、該端子あ
るいは前記ケースが接続される電極が形成されかつ該電
極部分にクリーム半田が印刷された基板と接続すること
により、蓋体を省略することができ、自動実装すること
ができるので、上記効果の他一層大きいコストダウンを
図ることができる。

【００２９】また、上記圧電型電気音響変換器におい
て、前記端子が弾性を有し、該端子が前記基板と接続が
容易な長さおよび角度により前記圧電セラミックス板に
取りつけられる場合は、前記端子の加工を容易にするこ
とができ、前記圧電セラミックス板の破壊を減少するこ
とができ、前記端子の基板電極に対する位置決めおよび
接着が確実にできるので、上記効果の他一層信頼性の高
い製品を供給することができる。

【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実施例１
を示す断面図である。

【図２】実施例１のものと比較例のものとの音圧の周波
数特性を示すグラフである。

【図３】本発明に係る圧電型電気音響変換器の実施例２
を示す基板への実装後の断面図である。

【図４】本発明に係る圧電型電気音響変換器の実施例３
を示す断面図である。

【図５】本発明に係る圧電型電気音響変換器の実施例３
を示す基板への実装後の断面図である。

【図６】（ａ）（ｂ）は実施例４に係る圧電型電気音響
変換器を示す垂直および水平断面図である。

【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）は端子の別の実施例を示す
断面図である。

【図８】実施例２の音圧の周波数特性を示すグラフであ
る。

【図９】実施例に係るリフロー炉の温度曲線である。

【図１０】圧電型電気音響変換器の従来例を示す断面図
である。

【図１１】圧電型電気音響変換器の別の従来例を示す断
面図である。

【符号の説明】

２ 圧電セラミックス板 ２１、３１、４１、５１ ケース ３３、４３、４８、４９、５０、５３ 端子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電薄板によりケースが形成され、該ケ
   ースに圧電セラミックス板が接着され、前記ケースの全
   体が共鳴器として作用するように構成されていることを
   特徴とする圧電型電気音響変換器。
2. 【請求項２】 導電薄板によりケースが形成され、該ケ
   ースに圧電セラミックス板が接着され、前記ケースにお
   ける前記圧電セラミックス板の接着面と対向する面が開
   放され、前記圧電セラミックス板に端子が接続されてい
   ることを特徴とする圧電型電気音響変換器。
3. 【請求項３】 端子が弾性を有する材料により形成さ
   れ、前記端子の長さをＬとすると ｄ≦Ｌ≦ｄ＋ａ 端子と圧電セラミックス板に対する垂線とのなす角をθ
   とすると ０≦θ≦ｃｏｓ^-1ｄ／Ｌ₀ の関係が成立する請求項２記載の圧電型電気音響変換
   器。 ただし ｄ ：圧電セラミックス板上からケース開放面
   までの深さ ａ ：圧電セラミックス板上の端子接続点からケース端
   部までの水平方向距離 Ｌ₀ ：圧電セラミックス板上の端子接続点からケース端
   部までの距離 をそれぞれ表わす。