JPS63247000A

JPS63247000A - 圧電発音体

Info

Publication number: JPS63247000A
Application number: JP62081577A
Authority: JP
Inventors: Teruyuki Ikeda; 輝幸池田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-04-01
Filing date: 1987-04-01
Publication date: 1988-10-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は圧電発音体、特に圧電ブザーや圧電スピーカー
として利用される圧電発音体に関する。

〔従来の技術〕

両面に電極を形成した２枚の圧電材料を貼り合わせて得
る圧電発音体は、分極方向に対して互いに逆となるよう
に電極を接続することで、この電極間に交流電圧を印加
すると貼り合わせたそれぞれの圧電材料が互いに逆に伸
び縮みを生じるなめ、貼り合わせ面を中心にして上下方
向へ交互に反りを生じる。このため外周部を固定した円
形状とすれば、この反りによって中心部が上下に変位し
、加えた交流信号の周波数で振動する振動子となるもの
で、数ｋｌ−１，ｚの信号を加えれば、この振動が空気
の疎密渡分作り出して音を生じる発音体となるものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したような発音体は中心部の変位量が多ければ生ず
る音も大きなものとなるので・、中心部の変位の大きな
構造が望まれる。ところが、分極方向に対して互いに逆
方向に電界を加えたバイモルフ構造は、一方が面方向に
伸びを生じるのに対し、もう一方が面方向に縮みを生じ
ることによって反りを生じるものであるが、この貼り合
わせ面では互いに逆方向への力となるため、伸びと縮み
が押し合い、実際に生じる反りはこの分小さくなってし
まう。この結果、音として生じる音圧レベルも小さくな
り効率は良くならない。

第４図は従来の圧電バイモルフ型の発音体の両端面を固
定したときの印加電圧による振動板の変位の状態を示す
模式的側面図であり、（ａ）が電圧を加えないときの状
態、（ｂ）が上下の極にプラス極、中央の極にマイナス
極として電圧を加えたときの状邪、（ｃ）は（ｂ）の逆
方向に電圧を加えたときの状態である。この図から分か
るように分極方向に対して加えられた電圧の方向が各圧
電体を面方向に伸びあるいは縮みとして生じさせること
によって圧電体に反りが生じる。しかし、これを貼り合
せ面で見ろと互いに逆方向への力が生じていることが分
かる。このことから、圧電体単体では、より大きく伸び
縮みを生じるのに、これが抑えられてしまう。この結果
、上下方向への反りの発生も小さくなり、交流信号で振
動したときの変位が小さく、このとき生じる音の音圧レ
ベルも小さくなり効率は良くない。

さらに、上下の圧電体が逆方向に伸び、縮みとなって力
を生じるため、この貼り合わせ面では大きなストレスと
なっており、加える電圧が比較的大きく、高周波で振動
させると、この貼り合わせ面ではがれが生じることがあ
り、寿命の面からもあまり良い構造ではない。

本発明の目的は、これら従来の問題点を解決した圧電発
音体を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の圧電発音体は、表面を凸面状にし裏面を凹面状
にし表裏面に少なくとも１対の電極を有する第１の圧電
体と、これと対称方向に表面が凸面状で裏面が凹面状で
表裏面に少なくとも１対の電極を有し且つ前記第１の圧
電体の外縁部に自身の外縁部で一体となる第２の圧電体
と、この第１゜第２の圧電体の間に形成される空洞内に
前記第１゜第２の圧電体のそれぞれのほぼ中央部を接続
支持する中央支持体とを備えている。

〔作用〕

本発明の圧電発音体は１対の電極で挟まれた少なくとも
２枚の圧電体が外縁部で一体固定されるとともに、この
２枚の圧電体の間に、この一部でギャップが最大となる
ように空間を作り、さらにこの空間のギャップ最大点に
前記２枚の圧電体が接続される中央支持体を設けたもの
である。このため、このギャップが最大となる空間があ
ることで、空間の両面の圧電体は千咎ではなく、両方の
面に凸面状態となる。従って、空間の上下の圧電体が一
体固定されている外縁部を固定体として、この凸面状態
となっているそれぞれの圧電体の対となる電極間に、こ
の両面の圧電体の分極方向に対して、互いに逆となるよ
うに電圧が加わるように電極接続をし、これに交流電圧
を加えれば、一方の圧電体が伸び、この反対側の圧電体
が縮む。

このとき、この２つの圧電体の間には空間があるため互
いに逆方向に発生伸び及び縮みが抑えられることが無い
。また、空間のほぼ中央部に設けた中央支持体によって
上下の圧電体が接続されているから電圧を加えたときに
生じる変位の力は強く、空気の排除力も高いため、音圧
レベルの高い発音体となる。

〔実施例〕

次に、本発明の圧電発音体について図面を参照して説明
する。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の圧電発音体の一実施例
を示す平面図、断面図である。積層体の内部には中心部
で最大のギャップとなる空洞１１があり、この空洞１１
の両側に電極１２．〜１５を持つ圧電体１６．１７があ
る。さらに、この空洞１１に対して上下の圧電体１６．
１７は中央支持体１８で接続されている。また外縁部１
９には前記上下の圧電体１６．１７の電極面よりとび出
した状態で周辺支持の固定体２０がある。したがって、
空洞１１の両面である上下の圧電体１６゜１７は湾曲し
、両面への凸面状態となる。

第２図は第１図における圧電発音体の積層構成の一例を
示す斜視図で、それぞれ上面及び下面に電極２１及び２
２と取出し端子２３及び２４を形成したグリーンシー）
・２５が２枚あり、この間に空洞パターン形成用に上下
対称に外形を順次小さくした空洞形成用のドーナツ状の
フィルム２６ａ。

２６ｂ、２６ｃを置く。さらに、このドーナツ状のフィ
ルムの内側には、フィルムの合計の厚さで前記ドーナツ
状のフィルムの内径より小さくした圧電体グリーンチッ
プ２７（グリーンシートと同一材料）を置く。また、こ
れら構成の上及び下には電極２１．２２の外形より大き
くした穴２８を形成した外縁部固定のためのシート２９
を複数枚置き、これら積層体の構成にずれが生じないよ
うにボンド等の接着剤で仮止めしておく。

このように構成した複数のグリーンシートを第３図に示
すように、積層構成の上下に設けた固定体としてのシー
ト群に設けた穴２８に対応した形状の白板状ゴム板３１
で前記積層構成群を挟み込み、プレス金型３２及び３３
の内部ヘセットして１００℃前後の温度で加熱しながら
２５０　ｋ　ｇ／ｃｍ２程度の圧力で圧着して積層体を
得る。次に、この積層体を脱バインダ一工程を経て焼結
することで圧電発音体が得られる。なお、第３図は本発
明の圧電発音体を積層するときの構成例を示す側面図で
ある。

また、前記積層構成での上下に設けた固定体としてのシ
ート群を設けないで、積層プレスしたのち脱バインダ一
工程を経て焼成して単なる振動板だけを作り、これを発
音体としての固定部及びケースに組み込んで使用しても
良い。

このようにして構成した圧電発音体の上下の凸面状の圧
電体に形成した電極を分極方向に対して互いに逆となる
電圧が加わるように接続し、これに電圧を印加すれば、
一方の圧電体は伸び、もう一方の圧電体は縮む。このた
め前記一方の圧電体はさらに大きく湾曲し、もう一方の
圧電体は湾曲が小さくなる方向へ動く。このとき、上下
の圧電体の間には空洞が形成されたいるため、逆方向に
押さえようとする力は生ぜず、同一方向へ変位する。ま
た、このとき空洞内にある中央支持体によってこの変位
する力は加算され空気の排除力も大きい。

このようなことから、加えた電圧に対する振動板の変位
変換効率は高く、音圧レベルの高い発音体となり、さら
に上下の圧電体が互いに逆方向に伸び、縮みを生じても
、この間が空洞となっているため逆方向への無理な力の
発生はなく、はがれなどの心配もない。

ここで用いた圧電材グリーンシートは、マグネシウム・
ニオブ酸鉛Ｐｂ（Ｍｇｌ／３　　・Ｎｂ２／３）０３を
主成分とする電歪材料の粉末を有機バインダーとともに
溶媒中に分散しスラリー状とする。

これをドクターブレードを用いたキャスティング法によ
って、厚さ３０μｍ〜２００μｍの均一な厚みのセラミ
ック生シートとする。このセラミック生シートを規定の
大きさに打ち抜き、取出し端子として眉間の接続が必要
な部分には、パンチ及びダイによってスルーホールのた
めの穴あけ加工を行う。次に、この穴あけを含む加工さ
れた圧電材グリーンシートにスクリーン印刷機を用いて
電極ペーストを印刷する。このとき、同時にスルーホー
ル内部にも電極ペーストが埋め込まれる。

一方、上側圧電体と下側圧電体の間のギャップ形成には
焼成過程において燃えてガス化し空洞が形成されるもの
であって（特願昭６０−２４３２１８号及び特願昭６０
−２４３２１９号明細書参照）、その１つとして怒光性
樹脂を露光し現像することでバターニングしたフィルム
を前記圧電体グリーンシートに圧着形成し、このとき空
洞の厚さを中心部で最大とするために、大きさを順次小
さくさせたパターンを積み重ねて行く。また、この空洞
形成の別な方法には、カーボン等のペーストをスクリー
ン印刷機を用いて行う方法もあり、このときの印刷パタ
ーンを印刷を重ねるｊ頃番で小さくさせて行けば中心部
で厚さが最大となる。

このようにして得た電極パターン及び空洞のパターンを
有するグリーンシートを積み重ね１００°Ｃ前後の温度
で加熱し、２５０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　２程度の圧力
で圧着して積層体を得る。このとき空洞形成位置に対応
して積層体が変形できるように、圧着に用いるプレス金
型と積層体の間にゴム板を介してプレスするか、プレス
金型自体を空洞形成の形状に対応して凹板状にしておけ
ば良い。

このようにして得た積層体を必要に応じて所定の寸法に
切断した後、まず空洞パターンやセラミックグリーンシ
ート中に存在する有機物を脱バインダ一工程において酸
化雰囲気中でゆっくりと加熱し、分解・消失させる。通
常これらの有機物は５００°Ｃ〜６００°Ｃ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
れよりもゆっくりとした温度上昇速度で温度を上げ、５
００℃〜６００℃の状態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。この脱バインダ一工程を経
た後の積層体中には有機物は残留していないため空洞パ
ターンの部分は空洞として積層体中に形成されることに
なる。この後、温度９００℃〜１２００°Ｃで焼成する
ことで上述したようなギャップ最大となる空間が形成さ
れた圧電発音体が得られる。

なお、本実施例では空洞形成のために用いたフィルムの
寸法を順次小さくしたものを積み重ねて用いたが、これ
を一体のもので始めから凸面状となる樹脂板を用いて積
層時に埋め込んでも良い。

また、発音体としての振動板も円形で示しであるが、こ
れも円形に限定されることもなく、例えば長方形の圧電
体に対しても中央部でギャップが最大となり、この中央
部に支持体が形成されるように空洞形成フィルムを積層
体構成の中に入れれば良い。さらに、本実施例では圧電
体セラミックのグリーンシートの積層技術によって示し
たが、これは圧電体セラミックのグリーンシートだけに
限定されることはなく、樹脂等の板に圧電体粉末を分散
させた複合圧電材シートを用いて空間を作る接着だけで
得ることもでき、その効果は本実施例と同等である。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように本発明の圧電発音体は、中
心部でギャップが最大となる空洞によって上下の圧電体
を凸面状とすることにより、分極方向に対して互いに逆
となる方向への印加電圧で生じる上下それぞれの圧電体
の伸び及び縮みが押さえられることは無く且つ無理な力
も生じないで、中心部では同一方向への変位となって生
じるので、加えた電圧に対して生じる中心部の変位両も
大きく、効率の高い発音体となり、従来のバイモルフ型
のようにはがれ等の信頼性面での問題も生じない。また
、空洞の中心部に設けた中央支持体は同一方向への力を
加算した状態となるため、振動面での空気排除力は大き
く、この面からも効率の高い発音体が得られる効果があ
る。さらに、この振動面での変位の力が強くなるので、
この部分にコーン紙等の振動面積を大きくした発音体と
することも容易にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の圧電発音体の一実施例
を示す平面図、断面図、第２図は第１図における圧電発
音体の積層構成の一例を示す斜視図、第３図は本発明の
圧電発音体を積層するときの構成例を示す側面図、第４
図は従来の圧電バイモルフ型の発音体の両端面を固定し
たときの印加電圧と振動板の変位の状態を示す模式的側
面図である。１１・・・空洞、１２．〜１５，２１．２２・・・電極
、１６．１７・・・圧電体、１８・・・中央支持体、１
９・・・外縁部、２０・・・固定体、２３．２４・・・
取出し端子、２５・・・グリーンシート、２６ａ、２６
ｂ、２６ｃ・・・フィルム、２７・・・圧電体グリーン
チップ、２８・・・穴、２９・・・シート、３１・・・
白板状ゴム板、３２．３３・・・プレス金型。買ざ

Claims

【特許請求の範囲】

表面を凸面状にし裏面を凹面状にし表裏面に少なくとも
１対の電極を有する第１の圧電体と、これと対称方向に
表面が凸面状で裏面が凹面状で表裏面に少なくとも１対
の電極を有し且つ前記第１の圧電体の外縁部に自身の外
縁部で一体となる第２の圧電体と、この第１、第２の圧
電体の間に形成される空洞内に前記第１、第２の圧電体
のそれぞれのほぼ中央部を接続支持する中央支持体とを
備えることを特徴とする圧電発音体。