JPH11355892A - 圧電振動板およびこの圧電振動板を用いた圧電音響部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】音響変換効率が良好で、低い周波数を容易に得
ることができ、かつ表面実装型に容易に構成できる圧電
音響部品を得る。 【解決手段】キャップ状に絞り加工した金属板２の天板
部に圧電板３を接合してユニモルフ型振動板１を形成
し、金属板２に圧電板３が接合される領域を取り囲むよ
うにスリット２ｃを設ける。スリット２ｃで囲まれた部
分２ｄの長さ方向両端部から全長Ｌの１／６の位置に、
スリット２ｃで囲まれた部分２ｄとスリット外の部分と
を連結する４つの連結部２ｅを設ける。スリット２ｃを
可撓性を持つ封止材料４で封止し、金属板２の周壁部下
端を第１電極１１と第２電極１２とを有する基板１０に
対して接着固定して、金属板２と基板１０との間に音響
空間５を形成する。金属板２を第１電極１１に接続する
とともに、圧電板３の表面電極３ａを第２電極１２にワ
イヤ６によって接続し、振動板１を非接触状態で覆いか
つ放音穴２１を有するカバー２０を基板１０上に接着固
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電ブザーや圧電受
話器などの圧電音響部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器、家電製品、携帯電話機
などにおいて、警報音や動作音を発生する圧電ブザーあ
るいは圧電受話器として圧電音響部品が広く用いられて
いる。

【０００３】この種の圧電音響部品は、例えば特開平７
−１０７５９３号公報，特開平７−２０３５９０号公報
に記載のように、円形の圧電板の片面電極に円形の金属
板を貼り付けてユニモルフ型振動板を構成し、この振動
板の金属板の周縁部を円形のケースの中に支持し、ケー
スの開口部をカバーで閉鎖した構造のものが一般的であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな円形の振動板を用いると、音響変換効率が低く、し
かも表面実装型に構成することが難しいという問題点が
あった。

【０００５】まず音響変換効率について説明すると、図
１の（ａ）に示すように、従来の振動板は、円板状の金
属板Ｍに円形の圧電板Ｐを接合したものであり、金属板
Ｍの周縁部がケースなどで固定されているため、屈曲変
位しにくく、しかも最大変位点Ｄが中心点だけになるの
で、変位体積が小さい。その結果、音響変換効率が悪い
という欠点があった。また、振動板の周囲が拘束されて
いるので、周波数が高くなり、低い周波数の圧電振動板
を得ようとすれば、半径寸法が大きくなるという欠点も
あった。

【０００６】また、円板状の振動板を用いて圧電音響部
品を構成した場合、外部と接続するためにリード線を用
いることが多く、表面実装型に構成しにくい。そのた
め、実開平３−１２５３９６号公報に記載のように、矩
形の金属板の隅部にリード端子を一体に形成し、この金
属板に円形の圧電板を接着したものが知られている。し
かしながら、この構造のものは、金属板から一体にリー
ド端子を形成しておく必要があるため、金属板の形状が
複雑になること、リード端子の引出しのためにケースの
形状が複雑になること、圧電板にリード端子が接触また
は固定されるので、圧電板に機械的負荷あるいは熱負荷
がかかりやすいこと、などの問題があり、圧電音響部品
を表面実装型部品に構成することは、製造コストおよび
信頼性の面で困難な点が多い。

【０００７】そこで、本発明の目的は、音響変換効率が
良好で、低い周波数を容易に得ることができる圧電振動
板を得ることにある。また、他の目的は、上記圧電振動
板を用いて表面実装型に容易に構成できる圧電音響部品
を得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、金属板に矩形の圧電板を
電気的かつ機械的に対面接合することにより振動板を構
成するとともに、金属板に圧電板が接合される領域を取
り囲むようにスリットを設け、このスリットで囲まれた
部分の長さ方向両端部から等距離の位置に、スリットで
囲まれた部分とスリット外の部分とを連結する４つの連
結部を設けたことを特徴とする圧電振動板を提供する。

【０００９】図１の（ｂ）に示すように、金属板Ｍのス
リットＳで囲まれた部位に圧電板Ｐを対面接合すること
で、振動部を構成する。金属板と圧電板の表面電極との
間に所定の周波数信号を入力すると、圧電板が長さ方向
に伸縮し、これに応じて振動部（金属板Ｍと圧電板Ｐ）
が屈曲振動する。特に、スリットＳに長さ方向の対称位
置に連結部Ｃを設けたので、連結部Ｃを振動の節として
振動し、発音する。つまり、圧電板Ｐの長さ方向中心部
と長さ方向両端部に大きな変位点Ｄが存在するので、変
位体積が非常に大きくなる。この変位体積は、空気を動
かすエネルギーとなるので、音響変換効率を高めること
ができる。金属板Ｍの周辺部を基板やケース等に固定し
ても、スリットで囲まれた部位は自由に変位できるの
で、音響変換効率を低下させない。さらに、圧電板が固
定された部分がスリットによって自由に変位できるの
で、従来の円板状の振動板に比べて低い周波数を得るこ
とができる。逆に、同じ周波数を得るのであれば、寸法
を小型化できる。

【００１０】請求項２のように、連結部をスリットで囲
まれた部分の長さ方向両端部から長さの約１／６の位置
に設けるのが望ましい。矩形の金属板に矩形の圧電板を
接着した振動板の場合、その振動ノード点（振動変位が
０の点）は長さ方向両端部から全長の約１／６の位置に
存在する。したがって、この振動ノード点に連結部を設
けることにより、連結部を介して外部へ逃げるエネルギ
ーを最少にでき、音響変換効率が最も高くなる。なお、
連結部の位置は厳密に全長の１／６である必要はなく、
±１０％程度のバラツキは許容される。

【００１１】本発明では矩形の圧電板を用いているの
で、グリーンシートから圧電板を打ち抜くにしても、抜
きカスを少なくでき、材料効率が良い。また、親基板状
態で電極形成，分極などの作業ができるので、生産効率
がよい。さらに、スリットの寸法および圧電板の寸法を
変更すれば、電気的性能を容易に変えられるので、その
他の部品（例えばケースや基板，カバーなど）を変更せ
ずに済む。そのため、商品種類が増加しても、一定形状
の基板やケースなどを用いることができ、生産コストを
低減できる。

【００１２】請求項３のように、請求項１または２に記
載の圧電振動板の金属板を天板部と周壁部とを有するよ
うに絞り加工し、天板部に上記スリットを形成するとと
もに、スリットを可撓性を持つ封止材料で封止し、金属
板の周壁部下端を第１電極と第２電極とを有する基板に
対して接着固定し、金属板と基板との間に音響空間を形
成し、金属板を基板の第１電極に接続するとともに、圧
電板の表面電極を基板の第２電極に接続し、振動板を非
接触状態で覆いかつ放音穴を有するカバーを基板上に接
着固定すれば、表面実装型の圧電音響部品を得ることが
できる。

【００１３】この場合には、金属板をキャップ状に形成
してあるので、その周壁部下端を平板状の基板に固定す
ることで、金属板と基板との間に音響空間を容易に形成
できる。しかも、スリットを天板部に形成することで、
圧電板の取付面積（振動面積）を大きく確保でき、音響
変換効率を一層高めることができる。

【００１４】金属板のスリットは、空気漏れを防止する
ため封止材料で封止されるが、この封止材料は可撓性を
持つので、スリットで囲まれた部分の変位を妨げない。
封止材料としては、例えばシリコーンゴムのような柔軟
性を持つ材料が望ましい。

【００１５】また、振動板を非接触状態で覆うカバーを
基板上に接着固定してあるので、振動板の周囲をほぼ密
閉構造にできる。そして、基板に設けた第１，第２の電
極を基板の側縁または裏面まで引き回すことにより、表
面実装型部品に容易に構成できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図２〜図７は本発明にかかる圧電
音響部品の一例である圧電ブザーを示す。この圧電ブザ
ーは、大略、ユニモルフ型の振動板１と、基板１０と、
カバー２０とで構成されている。

【００１７】振動板１は、キャップ状に形成された金属
板２と、金属板２上に電気的および機械的に接合された
矩形の圧電板３とで構成されている。金属板２は例えば
リン青銅，４２Ｎｉなどの良導電性とバネ弾性とを兼ね
備えた材料が用いられる。金属板３が４２Ｎｉの場合に
は、セラミック（ＰＺＴ等）と熱膨張係数が近いので、
より信頼性の高いものが得られる。図６に示すように、
金属板２には天板部２ａと周壁部２ｂとが絞り加工によ
り一体に形成されており、天板部２ａには略矩形のスリ
ット２ｃが形成され、圧電板３はこのスリット２ｃで囲
まれた部分２ｄに接合されている。部分２ｄの長さ方向
両端部から全長Ｌの約１／６の位置には、スリット２ｃ
で囲まれた部分２ｄとスリット外の部分とを連結する連
結部２ｅが設けられている。つまり、連結部２ｅは合計
４箇所に設けられている。

【００１８】圧電板３はＰＺＴなどの圧電セラミックよ
りなり、その表裏面には電極３ａ，３ｂが形成され、裏
面電極３ｂが金属板２の部分２ｄに対面接合されて電気
的に導通している。なお、裏面電極３ｂを省略し、圧電
板３の裏面を導電性接着剤などを介して金属板２に直接
接合することで、金属板２で裏面電極３ｂを兼用しても
よい。

【００１９】圧電板３を部分２ｄに接合した後、スリッ
ト２ｃはシリコーンゴムなどの可撓性を持つ封止材料４
で封止される。なお、封止材料４の封止工程は、後述す
るように振動板１を基板１０に接着した後に行なっても
よい。

【００２０】上記振動板１はガラスエポキシ基板などか
らなる絶縁性の基板１０に接着固定され、振動板１と基
板１０との間に音響空間５が形成される。なお、音響空
間５は完全に密閉する必要はなく、例えば基板１０に適
宜制動穴などを設けて外部と連通させてもよい。基板１
０には第１電極１１と第２電極１２とが形成され、第１
電極１１は基板１０の一端側の上面から側縁を介して裏
面側に回り込むように形成され、第２電極１２も同様に
基板１０の他端側の上面から側縁を介して裏面側に回り
込むように形成されている。

【００２１】金属板２の周壁部２ｂ下端に導電性接着剤
を転写などによって塗布し、これを基板１０の上に接着
することにより、金属板２と基板１０との固定と、金属
板２と第１電極１１との電気的接続とが同時に行われ
る。なお、金属板２は第２電極１２と接触しないように
離れた位置に接着される。また、振動板１の上面、つま
り圧電板３の表面電極３ａは被覆付の金属ワイヤ６を介
して基板１０の第２電極１２上に接続される。被覆付の
金属ワイヤ６を用いたのは、ワイヤ６と金属板２とが短
絡するのを防止するためである。

【００２２】基板１０上には、振動板１を非接触状態で
覆うカバー２０が接着固定される。このカバー２０の天
井面には放音穴２１が形成され、この穴２１からブザー
音を外部に放出することができる。カバー２０の材質
は、金属であってもよいし、樹脂であってもよい。金属
カバー２０を用いた場合、金属カバー２０と一方の電極
１１または１２とが導通していてもよい。

【００２３】次に、圧電音響部品の製造工程を図７にし
たがって説明する。まず、（ａ）のようにキャップ状に
加工された金属板２と矩形の圧電板３とを準備する。金
属板２には絞り加工と同時またはその前後にスリット２
ｃを加工しておく。次に、（ｂ）のように金属板２のス
リット２ｃで囲まれた部位２ｄに導電性接着剤などによ
って圧電板３を接着し、振動板１を得る。次に、（ｃ）
のようにスリット２ｃをシリコーンゴム４で埋め、スリ
ット２ｃを封止する。一方、予め電極１１，１２がパタ
ーン形成された基板１０を準備する。次に、（ｄ）のよ
うに振動板１を基板１０上に接着することにより、振動
板１と基板１０との間に音響空間５を形成する。この
時、金属板２を基板１０の第１電極１１に対して導電性
接着剤で接続固定する。そして、振動板１の上面である
圧電板３の表面電極３ａと第２電極１２とをワイヤ６に
よって接続する。なお、ワイヤ６の表面電極３ａに対す
る接続位置は、圧電板３の振動の節となる連結部２ｅを
結ぶ線上とするのが望ましい。次に、（ｅ）のように振
動板１を非接触状態で覆うカバー２０を基板１０に接着
する。カバー２０の放音穴２１は圧電板３の直上に位置
している。上記のようにして、（ｆ）に示す表面実装型
の圧電音響部品を得ることができる。

【００２４】上述の圧電音響部品では、圧電板３の表面
電極３ａと基板１０の第２電極１２とを金属ワイヤ６で
接続したが、これに代えて、図８に示すように、金属ワ
イヤ７の一端を圧電板３の表面電極３ａ上に半田付けな
どによって接続し、ワイヤ７の他端を金属カバー２０の
内面に導電ペースト８を用いて接続してもよい。この場
合には、金属カバー２０を導電路の一部として利用する
ことにより、配線スペースを縮小できる。

【００２５】また、金属板２と基板１０の第１電極１１
とを導通させるために、導電性接着剤を用いたが、これ
に代えて、通常の絶縁性接着剤で金属板２を基板１０に
対して接着した後、半田や導電性接着剤、あるいはリー
ド線などを用いて金属板２と第１電極１１とを接続して
もよい。要するに、金属板２と第１電極１１との接続方
法、および圧電板３の表面電極３ａと第２電極１２との
接続方法は上記実施例に限られるものではなく、任意の
方法を用いることができる。

【００２６】図９は本発明にかかる圧電音響部品の第２
実施例を示す。この実施例では、従前と同様なケース３
０とカバー４０とを用いたものである。ケース３０に
は、円形の凹部３１が形成され、この凹部３１の内周面
に段部３２が形成されている。圧電振動板５０は円板状
の金属板５１に略矩形状のスリット５２を設け、このス
リット５２で囲まれた部位に矩形の圧電板５３を電気的
および機械的に対面接合したものである。なお、スリッ
ト５２にはシリコーンゴムなどの封止材５４が充填さ
れ、封止されている。金属板５１の周縁部はケース３０
の段部３２に載置され、接着剤などによって密着固定さ
れる。これによって、ケース３０と振動板５０との間に
音響空間が形成される。ケース３０の上面にはカバー４
０が接着され、圧電音響部品が完成する。

【００２７】なお、金属板５１と圧電板５３の表面電極
５３ａとを外部と接続するために、リード線を用いても
よいし、リード端子を用いてもよい。いずれの接続方法
も公知であるため、ここでは説明を省略する。

【００２８】図９の実施例において、ケース３０，カバ
ー４０および振動板５０の外形形状は任意に変更可能で
ある。例えば、ケース３０およびカバー４０を方形状と
し、金属板５１もケース３０の形状に合わせて方形板と
してもよい。

【００２９】上記実施例では、１枚の金属板の上に１つ
の略矩形状のスリットを形成し、そのスリットで囲まれ
た領域に１個の圧電板を固定した例を示したが、金属板
に複数のスリットを設け、これらスリットの中にそれぞ
れ圧電板を固定してもよい。この場合には、隣接する圧
電板間はスリットによって振動が伝わらないので、音響
特性が乱れることがない。また、基板に複数の電極を形
成しておき、これら電極と各圧電板の表面電極とを個別
に接続すれば、各圧電板部分から異なる音を発生させる
こともできる。また、上記実施例では、金属板の片面に
圧電板を貼り付けたユニモルフ型振動板について説明し
たが、金属板の両面にそれぞれ圧電板を貼り付けたバイ
モルフ型振動板を用いてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
に記載の発明によれば、金属板に圧電板が接合される領
域を取り囲むようにスリットを設け、このスリットで囲
まれた部分の長さ方向両端部から等距離の位置に、スリ
ットで囲まれた部分とスリット外の部分とを連結する４
つの連結部を設けたので、スリットによって振動板が大
きく屈曲振動でき、音響変換効率が良好となるととも
に、低い周波数を容易に得ることができる。

【００３１】また、請求項２に記載の発明によれば、連
結部をスリットで囲まれた部分の長さ方向両端部から長
さの約１／６の位置に設けたので、連結部が振動ノード
点に位置し、連結部を介して外部へ逃げるエネルギーを
最少にできる。そのため、音響変換効率が最も高くな
る。

【００３２】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
キャップ状の金属板と平板状の基板とを用いることによ
り、音響空間を容易に得ることができ、構成部品を単純
化できるとともに、基板に電極を形成しておくことで、
表面実装型の圧電音響部品を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例と本発明との変位分布の比較図である。

【図２】本発明にかかる圧電音響部品の一例である圧電
ブザーの斜視図である。

【図３】図２の圧電ブザーの分解斜視図である。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】振動板および基板の分解斜視図である。

【図７】圧電ブザーの製造工程を示す図である。

【図８】図２に示す圧電ブザーの変形例の断面図であ
る。

【図９】本発明にかかる圧電音響部品の第２実施例の分
解斜視図である。

【符号の説明】 １ 振動板 ２ 金属板 ２ｃ スリット ３ 圧電板 ３ａ 表面電極 ４ 封止材料 ５ 音響空間 ６ 導電性ワイヤ １０ 基板 １１ 第１電極 １２ 第２電極 ２０ カバー ２１ 放音穴

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属板に矩形の圧電板を電気的かつ機械的
   に対面接合することにより振動板を構成するとともに、
   金属板に圧電板が接合される領域を取り囲むようにスリ
   ットを設け、このスリットで囲まれた部分の長さ方向両
   端部から等距離の位置に、スリットで囲まれた部分とス
   リット外の部分とを連結する４つの連結部を設けたこと
   を特徴とする圧電振動板。
2. 【請求項２】上記連結部は、スリットで囲まれた部分の
   長さ方向両端部から長さの約１／６の位置に設けられて
   いることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動板。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の圧電振動板の金
   属板を天板部と周壁部とを有するように絞り加工し、上
   記天板部に上記スリットを形成するとともに、上記スリ
   ットを可撓性を持つ封止材料で封止し、上記金属板の周
   壁部下端を第１電極と第２電極とを有する基板に対して
   接着固定して、金属板と基板との間に音響空間を形成
   し、金属板を基板の第１電極に接続するとともに、圧電
   板の表面電極を基板の第２電極に接続し、上記振動板を
   非接触状態で覆いかつ放音穴を有するカバーを基板上に
   接着固定したことを特徴とする圧電音響部品。