JPH10112898A - 圧電型電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化及び薄型化を進めた場合であっても、
金属端子による音圧や共振特性への悪影響が生じ難い圧
電型電気音響変換器を得る。 【解決手段】 厚み１００μｍ以下の金属板４の一面に
厚み１００μｍ以下の圧電セラミック板を用いた圧電素
子を貼り合わせてなる圧電振動板２をケース３に収納し
て成り、金属端子８，９を圧電振動板２に接合しかつケ
ース３外に引き出して成る圧電型電気音響変換器におい
て、圧電素子５に接合される金属端子８のヤング率をＥ
（Ｎ／ｍ² ）、ケース内からケース外に延びる部分の幅
をｂ（ｍｍ）、厚みをｈ（ｍｍ）、長さをｌ（ｍｍ）と
したときに、下記の弾性係数Ｘが、 【数１】 上記式（１）を満たす範囲とされている圧電型電気音響
変換器１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電サウンダーや
圧電受話器等に用いられる圧電型電気音響変換器に関
し、特に、圧電振動板に接合される端子が改良された圧
電型電気音響変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電効果を利用した電気音響変換
器が種々提案されている。例えば、特開平５−１１１０
８５号公報には、金属板の一面に圧電素子を貼り合わせ
てなる圧電振動板をケース内に収納してなり、該圧電振
動板に金属端子を接続し、金属端子の他端をケース外に
引き出してなるセラミックレシーバーが開示されてい
る。ここでは、金属端子の圧電振動板に対する接続は、
半田付けやバネ接触等により行われている。

【０００３】また、特開平７−２０３５９０号公報に
は、金属板の一面に圧電セラミック板を貼り合わせて成
る圧電振動板をケース内に収納し、圧電振動板にリード
線を接合し、該リード線をケース外に引き出してなる圧
電受話器が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平５−１
１１０８５号公報や特開平７−２０３５９０号公報に開
示されているように、従来の圧電型電気音響変換器は、
ケース内に圧電振動板を収納し、圧電振動板にリード線
や金属端子の一端を接続し、該リード線や金属端子をケ
ース外に引き出した構造を有していた。

【０００５】ところで、近年、様々な製品において小型
化及び薄型化が進行しており、製品に組み込まれる電子
部品においても小型化及び薄型化が強く求められてい
る。従って、圧電型電気音響変換器においても、小型化
や薄型化が要望されている。

【０００６】しかしながら、ケース内に圧電振動板を収
納した構造を有する圧電型電気音響変換器において、小
型化及び薄型化を進めた場合、圧電振動板と、圧電振動
板の周囲のケース部分との間の空間が狭くなる。そのた
め、リード線や金属端子等から成る電極引出手段がケー
ス内においてケースの内壁に接触し易くなり、圧電振動
板の振動を阻害することがあった。その結果、音圧が低
下したり、共振周波数が所望の共振周波数より高くなっ
たりし、所望の特性を得ることができないことがあっ
た。

【０００７】本発明の目的は、小型化及び薄型化を進め
た場合であっても、電極引出手段による音圧や共振周波
数等の特性に悪影響を与え難い構造を備えた圧電型電気
音響変換器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するためになされたものであり、厚み１００μｍ以下
の圧電セラミック板と、厚み１００μｍ以下の金属板と
を貼り合わせてなる圧電振動板と、前記圧電振動板を収
納してなるケースとを備え、前記圧電セラミック板に
は、少なくとも金属板と反対側の面に電極が形成されて
おり、前記圧電振動板の金属板及び前記電極のそれぞれ
に接合された金属端子とを備える圧電型電気音響変換器
において、前記圧電セラミック板上の電極に接合されて
いる金属端子のヤング率をＥ（Ｎ／ｍ² ）、該金属端子
のケースの内部から外部に至る部分の幅をｂ（ｍｍ）、
厚みをｈ（ｍｍ）、長さをｌ（ｍｍ）としたときに、下
記の弾性係数Ｘが、

【０００９】

【数２】

【００１０】上記式（１）を満たす範囲とされているこ
とを特徴とする、圧電型電気音響変換器である。本願発
明者は、圧電振動板をケースに収納してなる形式の圧電
型電気音響変換器において小型化及び薄型化を進めた場
合、電極引出手段により音圧や共振特性に悪影響が生じ
ることに鑑み、鋭意検討した結果、電極引出手段として
用いられる金属端子を改良すれば、上記課題を達成し得
ることを見出し、本発明をなすに至った。

【００１１】すなわち、本発明に係る圧電型電気音響変
換器は金属端子として、上記式（１）を満たす範囲の物
性及び寸法を有するものを用いたことに特徴を有し、特
に、このような金属端子を圧電振動板の圧電セラミック
板上の電極に接合される側の金属端子として用いれば良
いことを見出した。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例に係る
圧電型電気音響変換器の縦断面図であり、図２はその外
観を示す斜視図である。

【００１３】図１及び図２において、圧電型電気音響変
換器１は、圧電振動板２をケース３に収納した構造を有
する。圧電振動板には、円板状の金属板４の上面に、金
属板４よりも小さな径の円板状の圧電素子５を貼り合わ
せた構造を有する。金属板４は、例えば、ステンレス、
真鍮、Ｎｉ合金等の適宜の金属または合金により構成さ
れており、その厚みは１００μｍ以下とされている。厚
み１００μｍ以下の金属板を用いるのは、後述の式
（１）を満たす金属端子を用いた場合に、１００μｍを
超える厚みの金属板を用いた圧電型電気音響変換器では
音圧の低下や共振周波数の変動を抑制する効果が充分に
得られないからである。

【００１４】圧電素子５は、円板状の圧電セラミック板
の上面に電極（図示されず）を形成した構造を有する。
圧電セラミック板としては、チタン酸ジルコン酸鉛系圧
電セラミックスのような適宜の圧電セラミックスまたは
水晶等の圧電単結晶により構成され得る。圧電セラミッ
ク板についても、その厚みは１００μｍ以下のものが用
いられる。１００μｍを超えると、後述の式（１）を満
たす金属端子を用いても、音圧の低下や共振周波数の変
動の抑制を果たし得ないからである。

【００１５】また、圧電セラミック板の上面に形成され
ている電極については、公知の電極形成法により形成す
ることができる。なお、本実施例では、圧電素子５の下
面には電極が形成されていないが、圧電素子５の下面に
も電極を形成し、該電極を金属板４に貼り合わせても良
い。

【００１６】ケース３は、上方に開口を有する有底の比
較的高さの低い略円筒状のケース材６と、ケース材６の
開口６ａを閉塞するようにケース材６に固定された蓋材
７とを有する。

【００１７】ケース材６及び蓋材７は、絶縁性セラミッ
クスや合成樹脂等の適宜の絶縁性材料で構成することが
できる。ケース材６の内周壁には、中間高さ位置に段差
部６ｂが形成されており、該段差部６ｂにおいて圧電振
動板２が支持されている。すなわち、段差部６ｂ上に圧
電振動板２が載置され、蓋材７の下方突出環状部７ａと
段差部６ｂとの間で圧電振動板２が挟持されて支持され
ている。

【００１８】なお、ケース材６の周壁の一部には、切欠
６ｃが形成されており、該切欠６ｃから金属端子８，９
が引き出されている。また、蓋材７には、複数の貫通口
７ｂが形成されており、貫通口７ｂは音波を放射するた
めに、あるいは音波を受信するために設けられている。
また、ケース材６の底面にも同様の理由により複数の貫
通口６ｄが形成されている。

【００１９】金属端子８は、圧電素子５の上面の電極に
接合されており、金属端子９は金属板２に接合されてい
る。この接合は、本実施例では半田１０ａ，１０ｂを用
いて行われているが、半田に代えて導電性接着剤を用い
た方法や溶接等の他の接合方法を用いても良い。

【００２０】金属端子９については、適宜の金属もしく
は合金により構成することができるが、本実施例の特徴
は、金属端子８が、前述した式（１）を満たすように構
成されていることにあり、それによって、ケース３の小
型化及び低背化を進めた場合であっても、音圧や共振特
性に悪影響が生じ難い。これを、具体的な実験例に基づ
いて説明する。

【００２１】圧電振動板２として、Ｎｉ合金からなり、
直径１９．４ｍｍ、厚み０．０５ｍｍの金属板４の上面
に、ＰＺＴからなり、直径１４ｍｍ×厚み０．０５ｍｍ
の圧電素子５を貼り合わせたものを用いた。また、ケー
ス３として、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹
脂よりなり、段差部６ｂよりも下方の内径が１８．８ｍ
ｍ、図１の外径Ａが２１．５ｍｍ、高さが１．８ｍｍの
ものを用いた。なお、段差部６ｂの底面からの高さ位置
は、０．８ｍｍである。

【００２２】上記寸法の圧電振動板２及びケース３を用
い、金属端子８として下記の表１に示す金属端子Ａ〜Ｅ
を用い、５種類の圧電型電気音響変換器を作製した。な
お、金属端子９については、真鍮を用いた。

【００２３】なお、表１における金属端子の板厚ｈ、幅
ｂ、長さｌは、図３及び図４に示す寸法である。すなわ
ち、金属端子８は、圧電素子５に接合される部分の近傍
に折り曲げ部８ａを有し、該折り曲げ部８ａからケース
３外に延びる直線状部分８ｂを有し、直線状部分８ｂの
外側端において第２の折り曲げ部８ｃが形成されている
形状を有する。ここで、上記金属端子８の長さｌとは、
図３に示されているように、上記折り曲げ部８ａからケ
ース３外に延ばされている直線状部分８ｂの長さを言う
ものとする。また、板厚ｈ及び幅ｂとは、上記直線状部
分８ｂにおける厚み及び幅寸法を言う（図４参照）。

【００２４】

【表１】

【００２５】上記のように、金属端子Ａ〜Ｅを金属端子
８として用いて５種類の圧電型電気音響変換器を作製
し、その音圧−周波数特性を測定した。結果を図５に、
それぞれ記号Ａ〜Ｅを付して示す。

【００２６】また、図６に、１ｋＨｚにおける弾性係数
と音圧との関係を示す。図６から明らかなように、１ｋ
Ｈｚのときに弾性係数が１００を超えると、音圧が大き
く減少することがわかる。従って、音圧の低下を防止す
るには、１ｋＨｚのときの弾性係数が１００以下である
ことが求められる。

【００２７】他方、図５から明らかなように、金属端子
Ａ〜Ｂを用いた場合には、式（１）で示される弾性係数
が１００以下であるため、音圧の低下が少ないのに対
し、金属端子Ｃ〜Ｅを用いた場合には上記式（１）で定
義される弾性係数が１００を超えているため、音圧の低
下が著しいことが分かる。すなわち、例えば、１ｋＨｚ
において、金属端子Ｄを用いた場合には、音圧が約５〜
７ｄＢ（４〜７％）低下し、金属端子Ｅを用いた場合に
は、１５〜１７ｄＢ（１３〜１６％）の音圧が低下する
ことが分かる。また、金属端子Ｃは、特に低周波域での
音圧の低下（０．１ｋＨｚで、２〜３ｄＢ（２〜３％）
低下）が目立つものである。

【００２８】従って、図５の結果から、式（１）の弾性
係数が１００以下の金属端子を金属端子８として用いれ
ば、上記のような薄いケース３を用いた場合であっても
音圧への悪影響を効果的に防止し得ることが分かる。

【００２９】なお、上記実施例では、円板状の圧電振動
板２を用いたが、角板状等の板の形状の圧電振動板を用
いても良く、ケース３の平面形状についても圧電振動板
の平面形状に応じて適宜変更し得ることを指摘してお
く。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る圧電型電気音響変換器で
は、上述した式（１）で示される弾性係数が１００以下
の金属端子が圧電素子に接合されているため、ケースの
小型化及び低背化をすすめた場合であっても、従来の圧
電型電気音響変換器に比べて音圧の低下や共振周波数の
変動が生じ難い。従って、所望どおりの特性の圧電型電
気音響変換器を容易に得ることが可能となる。

【００３１】よって、本発明によれば、圧電サウンダー
や圧電受話器の低背化及び小型化をより一層進めること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る圧電型電気音響変換器
の縦断面図。

【図２】図１に示した圧電型電気音響変換器の外観を示
す斜視図。

【図３】圧電素子に接合される金属端子の側面図。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図５】５種類の金属端子を用いて作製された圧電型電
気音響変換器の音圧−周波数特性を示す。

【図６】１ｋＨｚの場合の弾性係数と音圧との関係を示
す図。

【符号の説明】

１…圧電型電気音響変換器 ２…圧電振動板 ３…ケース ４…金属板 ５…圧電素子 ８，９…金属端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚み１００μｍ以下の圧電セラミック板
   と厚み１００μｍ以下の金属板とを貼り合わせて成る圧
   電振動板と、前記圧電振動板を収納してなるケースとを
   備え、前記圧電セラミック板には、少なくとも金属板と
   反対側の面に電極が形成されており、前記圧電振動板の
   金属板及び前記電極のそれぞれに接合された金属端子と
   を備える圧電型電気音響変換器において、 前記圧電セラミック板上の電極に接合されている金属端
   子のヤング率をＥ（Ｎ／ｍ² ）、該金属端子のケース内
   からケース外に至っている部分の幅をｂ（ｍｍ）、厚み
   をｈ（ｍｍ）、長さをｌ（ｍｍ）としたときに、下記の
   弾性係数Ｘが、 【数１】 上記式（１）を満たす範囲とされていることを特徴とす
   る、圧電型電気音響変換器。