JPH0811005Y2 - バイモルフ型圧電発音体 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、圧電ブザー、圧電スピーカ、電話器用圧電
型送受話器等の圧電発音体として用いられるバイモルフ
型圧電発音体に関するものである。

［従来の技術］ 現在市販されている圧電発音体には、ユニモルフ型と
バイモルフ型の圧電発音体がある。ユニモルフ型は金属
板の片面に圧電振動子を接合して構成され、バイモルフ
型は金属板の両面に圧電振動子が接合されて構成され
る。大音量が必要とされる用途では、主としてバイモル
フ型の圧電発音体が用いられている。

第４図Ａ及びＢは、従来のバイモルフ型圧電発音体の
平面図と側面図とを示している。これらの図において、
１及び１′は例えばPZT系の円板状の圧電セラミックス
であり、この圧電セラミックス１及び１′の両面上には
AgやNi等の薄い導電性金属電極2a,2b及び２′a,2′ｂが
蒸着等によって形成されている。電極が設けられた圧電
セラミックス１及び１′に、２〜5kV/mm程度の直流高電
圧を印加して成極し、圧電効果を生じる第１及び第２の
圧電振動子が構成される。第１及び第２の圧電振動子
は、真鍮やNi合金等の金属板３の両面にエポキシ系接着
剤あるいは嫌気性紫外線硬化型接着剤を用いて接合され
ている。一方の圧電振動子の電極2aと金属板３には、図
示しない発振器に接続されるリード線４及び５の芯線が
半田6a及び6bによって接合されている。また第１及び第
２の圧電振動子の非接合面側の電極2a及び２′ｂは、金
属板３の外端部を跨ぐようにして配置された絶縁被覆導
線７によって電気的に接続されており、絶縁被覆導線７
は半田6b及び6cにより電極2a及び２′ｂに接合されてい
る。なお絶縁被覆導線７は、いわゆる錦糸線と呼ばれる
ものであり、導線にエナメル等の絶縁被覆を施した細く
て軽い接続線である。

圧電発音体は、ケースの内壁に設けられた支持部また
はホルダに金属板３を可動自在に固定して用いられる。
第５図Ａ及びＢには樹脂製のホルダ８に第４図の圧電発
音体を取付けた圧電スピーカの平面図と断面図とを示し
てある。ホルダ８は軸線方向の両側に開口部を有する筒
状の形状を有しており、ホルダの一方の端部内側に設け
られた環状支持部8a上には、弾性率の大きなゴム等の素
材からなる環状の弾性体９が固定されている。この弾性
体９の軸線方向両側の端面上には、図示していないがそ
れぞれ接着層が設けられており、この接着層により弾性
体９は環状支持部8aに接合され、金属板３の外縁部は弾
性体９に接合されている。

従来のバイモルフ型圧電発音体では、絶縁被覆導線７
が金属板３の外縁部に跨がって配置されるため、絶縁被
覆導線７が邪魔になって金属板３を弾性体９に密着させ
にくく、音響的な漏れを生じさせる原因となっていた。

またリード線４及び５間に交流電圧を印加させて圧電
発音体を振動させた場合、圧電発音体は弾性体９によっ
て支持された金属板３の外縁部近傍に節部（ノード）が
できる振動モードで振動する。長期間使用すると、弾性
体９と金属板３とを接合する接着層が経年変化によって
弱り、金属板３の外縁部と絶縁被覆導線７とは摩擦接触
を起こすようになる。長期間にわたって摩擦接触が継続
すると、絶縁被覆導線７の絶縁被覆が破れて、導線７の
芯線と金属板３とが電気的に接触し、リード線間の短絡
が発生して圧電発音体を振動させることができなくなる
問題があった。

更に上記例と異なる態様でバイモルフ型圧電発音体を
固定する場合でも、絶縁被覆導線７が金属板３を跨ぐ構
造では、搬送中や組み立て中等において絶縁被覆導線７
を切断しやすく、取り扱いが非常に面倒であるという問
題があった。

そこで実開昭62−44598号公報に見られるように、バ
イモルフ型圧電発音体において、圧電振動体の最小偏移
量部分に貫通孔を形成し、この貫通孔に導体を挿通させ
て、この導体により第１及び第２の圧電振動子の非接合
面側の電極を相互に電気的に接続する構造が提案され
た。この導体は絶縁被覆されていない銀パラジウム等の
導体から構成されており、第１及び第２の圧電振動子に
形成した孔とほぼ等しい直径を有している。

［考案が解決しようとする課題］ 該公報に示されたバイモルフ型圧電発音体では、貫通
孔が形成された部分は圧電振動体の最小偏移量部分であ
るため、導体が不用な運動をすることがない。したがっ
て導体として第１及び第２の圧電振動子に形成した孔と
ほぼ等しい直径を有するものを用いても、動作に大きな
影響はない。また導体を絶縁被覆しなくても、導体の変
形により導体が中央の金属板と接触して短絡が発生する
問題も生じない。しかしながらこの構造では、圧電振動
体の最小偏移量部分に貫通孔を形成しなければならず、
融通性に欠ける上、高い加工精度及び組立て精度が要求
される問題がある。また圧電振動体に貫通孔を形成する
と、貫通孔の大きさの分だけ金属体と圧電振動子の接合
面積が小さくなる。金属体と圧電振動子の接合面積が小
さくなると、圧電振動子の変位量がその分だけ小さくな
って、特性に影響がある。

本考案の目的は、任意の位置に貫通孔を形成すること
ができるバイモルフ型圧電発音体を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本考案が対象とするバイモルフ型圧電発音体は、金属
板の両面にそれぞれ第１及び第２の圧電振動子が接合さ
れて圧電振動体が構成され、圧電振動体を積層方向に貫
通する貫通孔が設けられ、第１及び第２の圧電振動子の
非接合面側に設けられた電極が貫通孔を通る導線によっ
て電気的に相互に接続されてなるバイモルフ型圧電発音
体である。本考案においては、貫通孔を任意の位置に形
成する。そして導線として貫通孔の直径寸法よりも直径
寸法が小さく且つ貫通孔に容易に挿入できる直径寸法を
有する細くて軽い絶縁被覆導線を用いる。

なお圧電振動体の中央に振動の振幅の最大点が形成さ
れる場合でも、製造及び組立を容易にするために、貫通
孔を圧電振動体のほぼ中央に設けることができる。

［作用］ 貫通孔を圧電振動体の振動の振幅の最大点が形成され
る場所に形成した場合、貫通孔内に挿入する導線の変位
量及び運動量は最も多くなる。本考案のように導線とし
て貫通孔の直径寸法よりも直径寸法が小さく且つ貫通孔
に容易に挿入できる直径寸法を有する細くて軽い絶縁被
覆導線を用いると、圧電振動体が大きく振動した場合で
も、導線と貫通孔の内壁とが大きく擦れ合うことはな
く、導線が実質的に負荷となることがない。そのため貫
通孔を任意の位置に形成して、その内部に導線を配置し
ても、特性に大きな影響が現れることはない。

また絶縁被覆導線を用いると、絶縁被覆によって金属
板と導線とが短絡するのを防止できるため、金属板に形
成する孔の大きさを極力小さくすることができる。その
ため圧電振動体に貫通孔を形成した場合の、金属板と第
１及び第２の圧電振動子との間の接合面積の減少を抑制
できる。

また本考案によれば、圧電振動体の中央に振動の振幅
の最大点が形成される場合でも、貫通孔を圧電振動体の
ほぼ中央に形成することができるので、圧電振動体の組
み立てが容易になる。

［実施例］ 以下図面を参照して本考案の実施例を詳細に説明す
る。

第１図Ａ及びＢは、本考案の一実施例のバイモルフ型
圧電発音体の平面図及び断面図である。これらの図にお
いて第４図に示した従来の圧電発音体を構成する部材と
対応する部材には、第４図で用いた符号に10を加えた符
号を付してある。また第２図ａ乃至ｃは、第１図の圧電
発音体の製造工程を示している。第１図の圧電発音体を
製造する場合には、第２図ａに示すように、圧電セラミ
ックス11及び11′の両面にAgやNiを蒸着させて導電性金
属電極12a及び12b並びに12′ａ及び12′ｂを形成し、所
定の直流電圧を両電極に印加して成極化した圧電振動子
10及び100′を用意する。各圧電振動子10及び10′のほ
ぼ中央には、該振動子を厚み方向に貫通する孔20及び2
0′を形成しておく。圧電セラミックス11及び11′を焼
成により磁器化する前に予め孔20及び20′を設けておく
こともできるが、焼成後または電極を形成した後に、超
音波加工やレーザ加工によって孔20及び20′を形成する
こともできる。また真鍮等からなる金属板13を用意し、
この金属板13のほぼ中央にも厚み方向に金属板13を貫通
する孔21を形成しておく。なお金属板13に設けた孔21の
直径寸法は、圧電子振動子10及び10′の孔20及び20′の
直径寸法よりも大きくなるように形成してある。これは
金属板13と後述する絶縁被覆導線17との接触をできる限
り避けるためである。金属板13の孔21の寸法を大きくし
ておけば、絶縁被覆導線17が多少曲がった状態で配置さ
れても、ほとんど金属板13と導線17との接触を防止でき
る。なお絶縁被覆導線17は、従来技術の欄で説明したよ
うに、いわゆる錦糸線と呼ばれるものであり、導線にエ
ナメル等の絶縁被覆を施した細くて軽い接続線であるか
ら、金属板13と接触しても直ちに金属板13との間で短絡
が発生することはない。

次に第２図ｂに示すように、孔が形成された圧電振動
子10及び10′と金属板13とを、各孔20、20′及び21を整
合させて接合することにより、圧電振動体22を製造す
る。各孔20、20′及び21が連結されて、圧電振動体22を
積層方向に貫通する貫通孔23が形成される。貫通孔23の
直径寸法は、絶縁被覆導線17を容易に挿入することがで
きるように導線17の直径寸法よりやや大きく、且つ半田
等により貫通孔23の両端を容易に閉塞できる程度に定め
られる。これは言い換えると、絶縁被覆導線17として貫
通孔23の直径寸法よりも直径寸法が小さく且つ貫通孔23
に容易に挿入できる直径寸法を有する細くて軽い絶縁被
覆導線が用いられていることを意味する。なお実施例で
は、絶縁被覆導線17として直径寸法が0.2〜0.5mmの範囲
のものを用いている。

第２図ｃに示すように、リード線14及び15を接続する
前に、貫通孔23内に絶縁被覆導線17を配置して、その両
端を非接触面側の電極12a及び12′ｂに半田18及び18′
により電気的に接続する。なお半田18及び18′は、貫通
孔23の両端をほぼ完全に閉塞して、音響的な漏れを防止
する。なお導線17の接続は、半田に限られず、導電性接
着剤や溶接等の他の接合手段を用いることができる。

第１図及び第２図に示した圧電発音体を第５図に示す
構造のホルダに固定して電気特性を測定し、従来品と比
較した結果を下記の表に示す。実験に使用した圧電発音
体は、圧電振動子11及び11′の直径が19.8mm、厚さが10
0μｍ、そして孔20及び20′の直径寸法が0.8mmのものを
用いている。また真鍮製の金属板13は、直径が27mm、厚
さが200μｍのものを用い、孔21の直径寸法を２〜6mmの
範囲で変えている。絶縁被覆導線17の直径寸法は、0.3m
mのものを用いた。

上記結果から判るように、金属板３に形成した孔21の
直径寸法が大きくなると、共振周波数及び電気機械結合
係数はやや低くなる傾向にあり、直径が6mmになると共
振インピーダンスが多少大きくなり、電気機械結合係数
が多少小さくなるが、それ以下では実用的に問題のない
結果が得られた。従来品でも、使用する圧電振動子の電
気的特性や接合状態のバラツキにより電気的特性にバラ
ツキが生じる。金属板13に形成した孔21の直径寸法が6m
mより小さい範囲での電気的特性は、従来品の製品の特
性のバラツキの範囲内に入るものであった。従って、貫
通孔23を形成してその内部に絶縁被覆導線17を配置する
としても、特別に金属板や圧電振動子の直径寸法や厚み
を変更して、周波数の設定をし直す必要はない。

本実施例によれば、圧電振動体を積層方向に貫通する
貫通孔を通して絶縁被覆導線を配置すれば、圧電振動体
の外縁部に跨がって絶縁被覆導線を配置する必要がなく
なる。そのため音響的な漏れを生じさせることなく、且
つ絶縁被覆導線と金属板との間に短絡を生じさせるよう
な機械的な摩擦を生じさせることなく、圧電振動体を固
定することができる。特に、従来と同様に弾性体を有す
るホルダに圧電振動体を固定する場合には、圧電振動体
を弾性体に密着させることができる。また絶縁被覆導線
を、ほとんど外部に露出しないようにして配置すること
もできるため、絶縁被覆導線の断線を防止できる。

上記実施例では、自動製造化を容易にするために、貫
通孔を圧電振動体22のほぼ中央に設けているが、貫通孔
23の位置は任意である。上記実施例のように、圧電振動
体の振動の振幅の最大点（圧電振動体の中央部）に貫通
孔を設けるよりも、第３図に示すように圧電振動体の外
縁部近傍に位置する振幅の零点である節部（ノード）に
貫通孔23を設けるほうが電気音響的に見れば好ましい。

上記実施例では、貫通孔を形成する場合に、接合面に
圧電振動子10及び10′と金属板13とに孔を別個に形成し
ているが、一体化された圧電振動体に超音波加工やレー
ザ加工によって直接貫通孔を設けてもよいのは勿論であ
る。なお貫通孔の形状は、任意である。

［考案の効果］ 本考案によれば、導線として貫通孔の直径寸法よりも
直径寸法が小さく且つ貫通孔に容易に挿入できる直径寸
法を有する細くて軽い絶縁被覆導線を用いるため、圧電
振動体が大きく振動した場合でも、導線と貫通孔の内壁
とが大きく擦れ合うことはなく、導線が実質的に負荷と
なることがない。そのため貫通孔を任意の位置に形成し
て、その内部に導線を配置しても、特性に大きな影響が
現れることがないという利点がある。また絶縁被覆導線
を用いると、絶縁被覆によって金属板と導線とが短絡す
るのを防止できるため、金属板に形成する孔の大きさを
極力小さくすることができ、圧電振動体に貫通孔を形成
した場合における金属板と第１及び第２の圧電振動子と
の間の接合面積の減少を抑制できる利点がある。

また本考案によれば、圧電振動体の中央に振動の振幅
の最大点が形成される場合でも、貫通孔を圧電振動体の
ほぼ中央に形成することができるので、圧電振動体の組
み立てが容易になる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢは本考案の一実施例の平面図及び断面
図、第２図ａ乃至ｃは第１図の実施例の製造工程を順に
示す工程図であり、第３図は本考案の他の実施例の断面
図、第４図Ａ及びＢは従来の圧電発音体の構成を示す平
面図及び側面図であり、第５図Ａ及びＢは第４図の従来
の圧電発音体をホルダに固定した状態の平面図及び一部
断面図である。 1,1′,11,11′……圧電セラミックス、2,2′,12a,12b,1
2′a,12′ｂ……電極、3,13……金属板,4,5,14,15……
リード線、6a〜6c,18,18′……半田、7,17……絶縁被覆
導線、８……ホルダ、8a……環状支持部、９……弾性
体、10,10′……圧電振動子、20,20,21……孔、22……
圧電振動体、23……貫通孔。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】金属板の両面にそれぞれ第１及び第２の圧
   電振動子が接合されて圧電振動体が構成され、前記圧電
   振動体を積層方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記第
   １及び第２の圧電振動子の非接合面側に設けられた電極
   が前記貫通孔を通る導線によって電気的に相互に接続さ
   れてなるバイモルフ型圧電発音体であって、 前記貫通孔は任意の位置に形成されており、 前記導線として前記貫通孔の直径寸法よりも直径寸法が
   小さく且つ前記貫通孔に容易に挿入できる直径寸法を有
   する細くて軽い絶縁被覆導線が用いられていることを特
   徴とするバイモルフ型圧電発音体。
2. 【請求項２】前記圧電振動体の中央に振動の振幅の最大
   点が形成され、前記貫通孔は前記圧電振動体のほぼ中央
   に設けられている請求項１に記載のバイモルフ型圧電発
   音体。