JPH0523680B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は圧電ブザー、圧電スピーカ、圧電マイ
クロフオン等の電気音響変換デバイスに関する。

（従来の技術） ブザー、スピーカ、マイクロフオン等に用いら
れている従来の圧電式電気音響変換デバイスの代
表的な構造例を第３図ａ，ｂに示した。第３図ｂ
において圧電板３１の対向する両主面に電極３
２，３２′を設け、これを弾性板３３（一般には
金属板）に貼り合せる。更にこの弾性板３３の周
囲をプラスチツク等で構成された筐体３５に接着
固定する。筐体３５の上部に貫通孔３６を設け、
電極３２，３２′より取り出した電極端子３４，
３４′の間に交流電気信号を入力して３１，３２，
３２′，３３で構成された圧電屈曲振動子を振動
させ発音させる。また受音体に用いる場合には貫
通孔３６を通して入つてきた音波を３１，３２，
３２′，３３から構成される圧電屈曲振動子で受
け、音圧を電気信号に変換して電極端子３４，３
４′から取り出す。

上記のデバイスを作製する場合には通常、次の
様な工程に従う。まず圧電板を作製し、圧電板の
両主面に金属電極膜をスパツター法、蒸着法ある
いは印刷法で設ける。この様にして得られた圧電
板を金属板等の弾性板に接着剤等を用いて貼り合
せる。そして別に準備したプラスチツク等で作ら
れた筐体の内部に圧電屈曲振動子の周囲を接着固
定して得られる。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術で作製される圧電式電気音響変換デバ
イスの第１の欠点は、圧電板、弾性板そして筐体
を別々に準備し、これらを最終的に組み立てなけ
ればならないことである。工業的に生産する場
合、多大な組み立て工数を必要とし、また自動組
み立て装置を使用したとしてもそのための設備投
資が必要となりコストアツプの要因となる。

第２の欠点は圧電板と弾性板とを接着剤等で貼
り合せるために生じる性能劣化、信頼性低下の問
題点である。屈曲振動子が電気信号の入力時、あ
るいは外部からの音圧を受けて屈曲変形する場
合、接着層の部分に大きな応力の集中がおこり、
大振巾で長期間駆動すると接着層の破壊を引き起
こす。また、振動エネルギーがこの部分で吸収さ
れるため効率が低下する。更には温度特性等がこ
の接着剤の影響を受けて劣化する。

第３の欠点は圧電板をある程度以上薄くするこ
とが出来ないことである。屈曲振動子の共振周波
数はその厚みに比例し、直径の自乗に反比例する
ので、小型化をはかろうとすれば厚みを出来るだ
け薄くする事が望まれる。ところで、従来の製造
法では圧電板を薄くする場合、加工上厚みが制限
されると同時に薄く出来たとしても弾性板と貼り
合せる工程で圧電板が機械的に破壊してしまう。
従つてある程度以上の厚みを持つた圧電板を使用
する場合と比較して製造歩留りが著るしく低下す
る。

第４の欠点は圧電板の表面を平に仕上げなけれ
ばならない事である。弾性板と貼り合せる場合、
圧電板がそつていたり、表面に大きな凹凸がある
と圧電板が破壊したり、また弾性板との密着強度
が低下する。更には屈曲振動子のエネルギー変換
効率低下の原因ともなる。

本発明は上記欠点を除去し、小型軽量で信頼性
が高く、製造歩留りがよくかつ一定品質の高性能
な圧電電気音響変換デバイスを大量かつ安価に提
供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は貫通孔を有する筐体内部に屈曲型圧電
振動子が形成された圧電式電気音響変換デバイス
であつて、前記筐体と振動子用圧電材料は同一材
料であり、前記筐体と一体に形成されその一部を
なす薄板部分が該筐体内部の空間を仕切るように
形成されており、該薄板の表面または内部に金属
電極が形成され該金属電極の一部は前記筐体の厚
み部分を貫通してそれぞれ前記筐体外面に形成さ
れた電極端子に接続していることを特徴とする圧
電式電気音響変換デバイスである。

（作用） 本発明は上述の構成をとることにより従来技術
の問題点を解決した。

すなわち、本発明のデバイスは発音あるいは受
音部と筐体とが一体化され、同時に造られる。

従つて、各部品を別々に作製し組み立てるとい
う工程がないため製造工程が大巾に短かくなる。
また接着剤を一切使用しないので、性能劣化、信
頼性低下の問題点も解決できる。発音あるいは受
音部には手を触れないで製造できるためこの部分
を機械的にこわすことなく非常に薄く出来るので
小型化が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しな
がら詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す図であ
る。同図において発音あるいは受音用圧電板１
１、電極１２，１２′、弾性板１３及び筐体１５
は一体化されている。そして電極を除いた他の部
分はすべて圧電セラミツクス材料で構成されてい
る。発音時には電極端子１４，１４′に交流電気
信号を入力する。その結果、電極ではさまれた圧
電板１１は圧電効果により横方向に伸縮しようと
する。ところが圧電的に不活性な弾性板１３と片
面で接合されているため、１１，１２，１２′，
１３は一体となつて上、下に屈曲変形する。この
様にして入力電気信号は音響エネルギーに変換さ
れ、筐体１５の上部に設けられた貫通孔１６を通
して外部に音が伝達される。

本発明デバイスはテープキヤステイング法と呼
ばれるセラミツクスの製造技術により作製される
ため、発音あるいは受音部と筐体とが完全に一体
化されており、同時に製造される。また、ここで
は接着剤は一切使用されていない。

従つて従来技術で製造されるデバイスの上記欠
点はすべて取り除かれる。

第２図は本発明の第２の実施例を示す図であ
る。本実施例では圧電板２１が金属電極２２，２
３ではさまれており、電極２３は弾性板をかねて
いる。通常圧電セラミツクスより金属の方が曲げ
に対する機械的強度が強いので、発音あるいは受
音部の機械的強度が実施例１の場合より強くする
ことが可能となる。

本発明デバイスの製造プロセスについて説明す
る。本発明デバイスの製造プロセスフローチヤー
トを第４図に示す。

圧電セラミツク材料としてはPbTiO₃−PbZrO₃
系圧電セラミツク材料を用い、圧電セラミツク粉
末に一般的な方法によつて有機バインダー、可塑
剤、溶剤を混合分散して、泥漿を作成する。これ
をドクタープレード法、キヤステイング法などに
より、プラスチツクフイルム、ガラス板、金属シ
ートなどの上にコーテイングし、乾燥することに
より圧電セラミツク材料のグリーンシートを作成
する。

このようにして得られたグリーンシートは乾燥
後、形成したフイルムや板、シートなどから剥離
し所定の寸法に打抜いたり、切断したりする。こ
の後必要に応じてパンチングなどによりスルーホ
ールを形成したり、表面に駆動電極のための電極
や、配線のための導体を形成すべく、電極ペース
トをスクリーン印刷法などにより印刷する。なお
層間の電気的な接続が必要な場合には、スルーホ
ール中に電極ペーストを埋め込むことも行う。

次に空孔を形成するための空孔パターンはグリ
ーンシート化した圧電セラミツク材料の焼結反応
が起るまでの温度で完全に飛散、消失するような
材料で形成する。すなわち、アクリル系のプラス
チツクフイルムを金型を用いて空孔部分に相当す
るような所定の形状に打抜く。

所定の形状に打抜いた空孔パターンをセラミツ
クグリーンシートとともに所定の位置に空孔が形
成されるように金型の中に入れて積層し、圧力を
加えて一体化する。この工程では必要な場合には
圧力とともに熱も加える。

またセラミツクグリーンシートとしては必要な
部分に、スルーホール電極、配線などのパターン
が形成されているものも所定の層にその他のグリ
ーンシートや空孔パターンとともに積層する。

このようにして作成した積層体は必要に応じて
所定の寸法に切断した後、まず空孔パターンやセ
ラミツクグリーンシート中に存在する有機を脱バ
インダー工程で酸化雰囲気中でゆつくりと加熱
し、分解することによつて飛散、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
ると積層体が破損するため、25℃／時間あるいは
これよりもさらにゆつくりとした温度上昇スピー
ドで温度を上げ、500℃〜600℃に充分長い時間保
持することで有機物を完全に消失させる。

このように脱バインダー工程を終つた後の積層
体の中には有機物は残留していないため、空孔パ
ターンの部分は空孔として積層体中に残つてい
る。

この積層体を所定の温度で焼結して磁器化す
る。このようにして焼結することによつて、圧電
セラミツク材料は緻密化し、空孔パターンを積層
した部分はセラミツクス中に空孔が形成され、さ
らにセラミツクス中には電極、配線なども同時に
形成される。焼結後のセラミツクスは必要に応じ
て所定の寸法を切断、加工し、圧電式電気音響変
換デバイスとなる。

本実施例では空孔パターンをアクリル系プラス
チツクフイルムを金型で打抜いたものを使用した
が、分解性の良いプラスチツクフイルムの他にも
カーボンなどの酸化分解する粉末を含有するよう
なグリーンシートを打抜いて空孔パターンを形成
する方法、カーボン、有機物粉末を含有するペー
ストをセラミツクグリーンシート上に印刷するこ
とによつて、空孔パターンを形成する方法、有機
物フイルムを光リソグラフイーの技術を用いて空
孔パターンを形成する方法などの方法を用いて空
孔パターンを形成しても本発明のデバイスを実現
することができる。

（発明の効果） 以上の実施例から明らかな様に圧電板、弾性板
そして筐体が接着剤を用いずに一体化されている
ため、組み立て工程が不要となる。従つて生産工
程が短縮されコストダウンに有利である。

また接着剤を使用しないため、従来デバイスの
持つ接着剤に起因した性能低下や信頼性低下の心
配がない製造工程で発音あるいは受音部に一切手
を触れないで製造できるため、この部分を極限ま
で薄くする事が可能である。従つて同一共振周波
数の従来デバイスより横方向寸法も小さく出来る
ので小型化がはかれる。

更に、発音あるいは受音部を平面に仕上げる必
要もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図。第２
図は本発明の第２の実施例の断面を示す図。第３
図ａ，ｂは従来の代表的な圧電式電気音響デバイ
スの上面及び断面図。第４図は本発明のデバイス
の製造工程を示す図。 図において、１１，２１，３１……圧電板、１
２，１２′，２２，２３，３２，３２′……電極、
１３，３３……弾性板、１４，１４′，２４，２
４′，３４，３４′……電極端子、１５，２５，３
５……筐体、１６，２６，３６……筐体上部に設
けられた貫通孔、をそれぞれ示している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 貫通孔を有する筐体内部に屈曲型圧電振動子
   が形成された圧電式電気音響変換デバイスであつ
   て、前記筐体と振動子用圧電材料は同一材料であ
   り、前記筐体と一体に形成されその一部をなす薄
   板部分が該筐体内部の空間を仕切るように形成さ
   れており、該薄板の表面または内部に金属電極が
   形成され該金属電極の一部は前記筐体の厚み部分
   を貫通してそれぞれ前記筐体外面に形成された電
   極端子に接続していることを特徴とする圧電式電
   気音響変換デバイス。