JPS63252100A - 圧電発音体 - Google Patents

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１′Ｅ１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ため、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ｋＨｚの信号を加えれば、この振動が空気
の疎密波を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ｔｌｉ　Ｊｍ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、中央の臣にマイナス
極として電圧を加えたときの状態、（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、これと貼りき
せ面で見る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、両面に少とも１対の電極を有す
る湾曲した第１の圧電体と、これに対して対称方向に上
記と同様に湾曲し且つ両面に少なくとも１対の電極を有
し前記第１の圧電体の外縁部位置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
形成された空洞と、この空洞に貫通する１以上の穴とを
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
ように空洞を作り、さらにこの空洞に貫通する放音孔と
しての穴が形成されている。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平
行ではなく、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
同一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、一方の極性では圧電体が伸び
、この反対の極性では圧電体が縮む、このとき、この２
つの圧電体の間の空洞から見ると、前記両面の圧電体は
互いに逆方向に変位するため、この空洞内の空気が動く
。この空気の動きが、空洞に貫通する穴の部分では空気
の疎密波を作り出し、これが音となって生じる。このと
き生じる疎密波は前記両面の圧電体の振動が加算された
状態となる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に対して一方の面の圧電体１
６には放音孔としての１以上の穴１８がある。また外縁
部１９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ト
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円板状のフィル
ム２６ａ。

２６１）、２６Ｃを置く。さらに、一方の、例えば上層
となるグリーンシート２５の一部には放音孔としての穴
２７を設ける。また、これら構成の上及び下には電４２
１．２２の外形より大きくした六２８を形成した外縁部
固定のためのシート２つを複数枚置き、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に対応した形状の口板状ゴム板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°Ｃ＠後の温度で加熱しなが
ら２５０ｋｇ、、／　Ｃｍ　２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ク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同一方向となる
電圧が加わるように接続し、これに電圧を印加すれば、
一方の極性では圧電体は伸び、もう一方の極性では圧電
体は縮む。このとき、この２つの圧電体の間の空洞から
見ると前記両面の圧電体は互いに逆方向に変位するため
、この空洞内の空気が動く。この空気の動きが空洞に貫
通する前記放音孔としての穴１８の部分では空気の疎密
波を作り出してこれが音となって生じる。このとき生じ
る疎密波は前記両面の圧電体の振動が加算された状態と
なるため音圧レベルの高い発音体となる。

ここで用いた圧電材グリーンシー１−は、マグネシウム
・ニオブ酸鉛Ｐｂ（Ｍｇ、ｔ３　　・Ｎｂ２／３）０３
を主成分とする電工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、取出し端子として層間の接続が必要
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つとして感光性
樹脂を露光し現像することでパターニングしたフィルム
を前記圧電体クリーンシートに圧着形成し、このとき空
洞の厚さと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順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　ｒｔｉ　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℃〜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°Ｃ／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°Ｃ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℃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、圧電体材料には圧
電セラミックグリーンシートを用い、この積層技術によ
って得たが、圧電セラミックグリーンシートに限定され
ることなく、例えば樹脂等に圧電体粉末を分散させた複
合圧電材料を空間が形成できるように空洞形成材として
１００℃程度で溶けてしまうような材質を入れ、通常の
接着技術で得ても上記と同等の効果が得られる。

また、上記実施例は、一方の圧電体に穴を形成して空洞
を貫通させているが、この穴の位置は所望の放音孔の位
置としてどこでも良く、圧電体の湾曲方向も限定される
ことはない。

〔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、上
下の湾曲した圧電体に形成した電極を分極方向に対して
同一方向となる電圧が加わるように接続し、これに電圧
を印加することにより、一方の極性では圧電体は伸び、
もう一方の圧電体は縮むので、これに伴う空洞内の空気
の動きが空洞に貫通する前記放音孔としての穴の部分で
は空気の疎密波を作り出してこれが音となって生じ、こ
のとき生じる疎密波は前記両面の圧電体の振動が加算さ
れた状態となるため音圧レベルの高い発音体となる効果
がある。

【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
たときの印加電圧により振動板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、１８．２７・・・放音孔と
しての穴、１９・・・外縁部、２０・・・固定体、２３
゜２４・・・取出し端子、２５・・・グリーンシート、
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ・−・フィルム、２８　・・・
穴、２９・・・シート、３１・・・白板状ゴム板、３２
．３３・・・ブ第１図 ／Ｚ−人峡電砧 第３区

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　両面に少とも１対の電極を有する湾曲した第１の圧電
   体と、これに対して対称方向に上記と同様に湾曲し且つ
   両面に少なくとも１対の電極を有し前記第１の圧電体の
   外縁部位置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た空洞と、こ
   の空洞に貫通する１以上の穴とを備えることを特徴とす
   る圧電発音体。