WO2013094583A1 - 圧電発音体及びそれを利用した電子機器 - Google Patents

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displacement
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則和 指田
茂雄 石井
嘉幸 渡部
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Taiyo Yuden Co Ltd
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    • H04R7/06—Plane diaphragms comprising a plurality of sections or layers
    • H04R7/10—Plane diaphragms comprising a plurality of sections or layers comprising superposed layers in contact

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric sounding body and an electronic device using the piezoelectric sounding body, and more specifically to an improvement of a piezoelectric sounding body suitable for mounting on a small device or the like.
  • These piezoelectric speakers are formed of a laminate of up to about eight layers, particularly from the viewpoint of reducing driving voltage, and are used by being attached to shim plates such as metal plates.
  • a single laminated piezoelectric material attached to a metal plate is called a unimorph type
  • a laminated piezoelectric material polarized in opposite directions on both sides of a metal plate is called a bimorph type.
  • a unimorph type and bimorph type piezoelectric speaker for example, there is a technique described in Patent Document 1.
  • bimorph type there is also a method of realizing the bimorph type with one element by reversing the polarization direction between the upper half and the lower half of the laminated piezoelectric element without using a metal plate. Since this integrated bimorph element does not include an extra structure such as a metal plate, the bending displacement efficiency is relatively high.
  • a piezoelectric speaker is a capacitive element, and from the viewpoint of effective power consumption, as described above, it consumes much less power than a dynamic speaker and can extend the duration of a battery. .
  • the impedance decreases, so that the value of the flowing current increases.
  • the current value increases as described above, although the effective power consumption is small, there arises a problem that heat is generated in a place having a higher resistance value compared to other parts, such as a connecting portion of a conducting wire constituting the speaker.
  • the present invention focuses on the above points, and provides a piezoelectric sounding body capable of preventing characteristic deterioration and miniaturization by keeping the flowing current value low without impairing the amount of displacement as an element.
  • the purpose is to do.
  • Another object is to provide an electronic device using the piezoelectric sounding body.
  • the piezoelectric sounding body of the present invention is a piezoelectric sounding body using a piezoelectric driving element in which a plurality of piezoelectric layers are stacked, and an electrode layer is formed between the plurality of piezoelectric layers.
  • the piezoelectric layer having the smallest amount of displacement has the largest thickness, and the thickness of the other piezoelectric layer is gradually reduced from the thickest piezoelectric layer toward the stacking direction.
  • a piezoelectric sounding body is a piezoelectric sounding body in which a bimorph type piezoelectric driving element in which four or more piezoelectric layers contributing to displacement are laminated and supported by a support plate is supported by the support plate.
  • An electrode layer is formed between the body layers, and the same number of upper and lower piezoelectric layers are polarized in the opposite direction from the center in the stacking direction, and the thickness of the piezoelectric layers sequentially increases from the center to the stacking direction in the upper and lower directions.
  • the piezoelectric layer is thin, and the thickness of the piezoelectric layer is the same when the upper and lower laminated positions are the same from the central boundary.
  • Still another piezoelectric sounding body is a unimorph-type piezoelectric sounding body in which a piezoelectric driving element in which two or more piezoelectric layers contributing to displacement are laminated is bonded to one main surface of a support plate, An electrode layer is formed between the plurality of piezoelectric layers, and the thickness of the piezoelectric layers is gradually reduced from the piezoelectric layer on the support plate side in the stacking direction.
  • An electronic apparatus uses any one of the piezoelectric sounding bodies described above.
  • the thickness of the piezoelectric layer with the smallest amount of displacement is maximized, and the piezoelectric layers are sequentially formed outward. It was decided to form thinly. As a result, the capacitance can be reduced and the flowing current value can be kept low without impairing the amount of displacement as the element. As a result, it is possible to prevent the occurrence of a failure due to heat generation and to reduce the size because it is not necessary to use a thick conductor in the drive circuit.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of an electrode layer of a 4- to 8-layer laminated bimorph type piezoelectric driving element of the present invention, (A-1) to (A-3) showing the electrode configuration during polarization operation, -1) to (B-3) show electrode configurations during driving.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view showing a laminated structure of piezoelectric drive elements
  • FIGS. 1B and 1C are cross-sectional views showing a state in which the piezoelectric drive element is bent
  • FIGS. 1D and 1E support a piezoelectric drive element. It is a figure which shows an example of the frame to do.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the electrode layer of the 4- to 8-layered bimorph type piezoelectric driving element of the present invention.
  • (A-1) to (A-3) show the electrode configuration during the polarization operation.
  • (B-1) to (B-3) show electrode configurations during driving.
  • FIG. 3 is a plan view showing an internal electrode pattern of the piezoelectric driving element of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the definition of the thickness of the piezoelectric driving element when the thickness of the internal electrode layer is taken into consideration.
  • the piezoelectric sounding body 10 of this embodiment is used as a speaker of a mobile communication terminal represented by a mobile phone or a smartphone, for example. *
  • the piezoelectric driving element 10 used in the piezoelectric sounding body of the present embodiment is a bimorph type and is generally rectangular.
  • the piezoelectric driving element 10 includes six piezoelectric layers 20, 22, 24, 30, 32, 34, and electrode layers 40, 42, 44, 52, 54 provided between the piezoelectric layers, It is comprised by the electrode layers 46 and 56 formed in the laminated body surface.
  • three piezoelectric layers are formed on the upper and lower sides with the electrode layer 40 at the center in the thickness direction as a boundary.
  • the piezoelectric layer 20, 22, 24 forms the upper laminated piezoelectric material 12, and the piezoelectric material layers 30, 32, 34 form the lower laminated piezoelectric material 14. *
  • the piezoelectric layers 20 and 30 are formed to have the largest thickness at the portion where the displacement of the piezoelectric driving element 10 is the smallest (the portion where the lateral expansion and contraction is the smallest).
  • the piezoelectric layers 20, 22, and 24 are thinned in the order, and the piezoelectric layers 30, 32, and 34 are thinned in the order.
  • the piezoelectric layers 20 and 30 have the same thickness, the piezoelectric layers 22 and 32 have the same thickness, and the piezoelectric layers 24 and 34 have the same thickness. That is, the thickness of each piezoelectric body layer is set so that the electrode layer 40 has a symmetrical plane and the layer structure and thickness are symmetrical.
  • the piezoelectric layer (piezoelectric layer contributing to displacement) constituting the piezoelectric drive element is always an even number of four or more layers.
  • the thickness ratio between the piezoelectric layers will be described in detail later. *
  • the piezoelectric drive element 10 can be manufactured by using a normal method in which a piezoelectric body such as PZT is formed into a sheet, a paste including electrodes is printed on the sheet, laminated and pressed, and then fired at a predetermined temperature. .
  • a piezoelectric body such as PZT
  • a paste including electrodes is printed on the sheet, laminated and pressed, and then fired at a predetermined temperature.
  • a circle with a diameter of about 20 to 25 mm or a rectangle with a side of about 15 to 20 mm is preferable. In this embodiment, it is rectangular. In the example of FIG.
  • the outermost electrode layers 46 and 56 may be printed with paste in the same manner as the internal electrode layers and fired at the same time as the laminate, or may be applied and baked after firing the laminate. Or you may form by low temperature processes, such as vapor deposition, a sputter
  • a voltage for polarization is applied to the piezoelectric layers 20 to 24 and 30 to 34 of the laminated body thus formed by using the electrode layers 40 to 46 and 52 to 56 to perform predetermined polarization.
  • the electrode layer 42 and the electrode layer 46 are connected by the side electrode 62 as a positive electrode pattern
  • the electrode layer 52 and the electrode layer 56 are connected by a side electrode 64 as a negative electrode pattern.
  • the electrode layers 40, 44 and 54 are connected by the side electrode 60 as a common pattern. Examples of these positive electrode pattern, negative electrode pattern, and common pattern are shown in FIGS. 3 (A) to 3 (C).
  • the side electrodes 60, 62, and 64 are formed by, for example, a method of applying a paste to the side surface of the laminated body or a method using a low temperature process such as vapor deposition, sputtering, or plating. Alternatively, it is possible to connect by a conventionally used method such as a method of using a through hole that opens a hole in a piezoelectric sheet and connects electrode layers during paste printing without connecting on the external side surface. *
  • the electrode layer 42 has a positive electrode pattern and the electrode layer 52 has a negative electrode pattern, as shown in FIG.
  • the electrode layers 40, 44, and 54 are connected by the side electrode 60 as a common pattern.
  • the electrode layer 42 and the electrode layer 46 are connected by a side electrode 62 as a positive electrode pattern, and the electrode layer 52 and the electrode are connected.
  • the layer 56 is connected by a side electrode 64 as a negative electrode pattern.
  • the electrode layers 40, 44, 48, 54, 58 are connected by the side electrode 68 as a common pattern. *
  • Polarization is performed after firing the laminate and forming the electrodes.
  • a voltage higher than the coercive electric field of the material is applied.
  • the voltage may be lowered by increasing the temperature during polarization.
  • the positive electrode pattern, the negative electrode pattern, and the common pattern are used to perform polarization with positive and negative voltages and a common electrode of 0V.
  • the positive and negative voltages need to be the same and must be applied simultaneously. If the voltages are different or not applied at the same time, the element will be deformed abnormally, causing cracks due to stress.
  • FIGS. 2B-1 to 2B-3 After the end of polarization, as shown in FIGS. 2B-1 to 2B-3, positive and negative electrodes are connected to form one electrode.
  • the electrode layers 42 and 52 are connected by the side electrode 66.
  • the electrode layers 42, 46, 52, and 56 are connected by the side electrode 50. *
  • the piezoelectric drive element 10 expands and contracts in the opposite direction in the upper half and the lower half, resulting in bending displacement.
  • the polarization directions of the piezoelectric layers 30, 32, and 34 of the lower stacked piezoelectric body 14 are the same as those of the piezoelectric layers 20, 22, and 24 of the upper stacked piezoelectric body 12. It is opposite to the polarization direction.
  • a driving voltage such as an audio signal is applied to the electrode layers 42, 46, 52, and 56, and the other electrode layers 40, 44, and 54 are grounded.
  • the expansion / contraction of the multilayer piezoelectric body 12 in the direction of the arrow FA and the expansion / contraction of the multilayer piezoelectric body 14 in the direction of the arrow FC are opposite to each other. That is, as shown in FIG. 1B, when the laminated piezoelectric body 12 extends in the direction of the arrow FA, the laminated piezoelectric body 14 contracts in the direction of the arrow FC. Conversely, as shown in FIG. 1C, when the laminated piezoelectric body 12 contracts in the direction of the arrow FA, the laminated piezoelectric body 14 extends in the direction of the arrow FC. For this reason, it vibrates in the direction of arrow FB as a whole.
  • the total thickness of the piezoelectric driving element 10 is 50 to 200 ⁇ m. If the thickness is less than this, a sufficient force is not generated, so that the air and the rigidity of the support plate 70 described later are lost, and the displacement cannot be sufficiently performed. If it is thicker than this, the rigidity of the piezoelectric drive element 10 itself is too high, so that it cannot be sufficiently displaced.
  • FIG. 1 (A) there are six piezoelectric layers, but it may be an even number layer of four or more, and the four-layer structure shown in FIGS. 2 (A-1) and (B-1) is also possible. Alternatively, an eight-layer structure shown in FIGS. 2A-3 and B-3 may be employed. In any case, the layers are laminated so that the top and bottom are symmetrical with respect to the center in the thickness direction (the electrode layer 40 in this embodiment). *
  • Equation 1 When the thickness ratio of the plurality of piezoelectric layers is considered to cause bending displacement, the total number of layers is calculated as 2n (n is a natural number) from the necessary expansion / contraction amount calculated from the radius of curvature. This can be expressed by Equation 1.
  • the total thickness when the thicknesses of the respective layers having such an ideal thickness ratio are totaled is the piezoelectric layer contributing to the displacement, where t dmost is the thickness of the thickest piezoelectric layer among the piezoelectric layers contributing to the displacement. It has been found that when the number of body layers is 2n, the relationship is expressed as 2 ⁇ t dmost ⁇ ( ⁇ n).
  • the boundary surface between the thickest piezoelectric layer and the central electrode layer is used as a base point, and from this base point.
  • the thickness up to n layers (n is a natural number) satisfies t dmost ⁇ ( ⁇ n). Since the piezoelectric driving element of the present embodiment has a bimorph structure, the thickness of the piezoelectric layer as the entire element is twice that, which is 2 ⁇ t dmost ⁇ ( ⁇ n) as described above.
  • an electrode layer must be formed between each layer. Since this electrode needs to be formed simultaneously with the sintering of the ceramic (piezoelectric layer), silver, platinum, palladium, an alloy thereof, or the like that does not melt at the sintering temperature of the ceramic but only causes the sintering is used. Unlike the piezoelectric layer, the electrode layer is not deformed by a voltage, and thus the above Equation 1 is corrected by the presence of the electrode layer.
  • the thickness of the electrode layer is preferably as thin as possible. For example, the thickness is 1 to 2 ⁇ m according to the printing method.
  • the electrode ratio increases as the number of layers increases, the actual number of stacked piezoelectric layers is up to eight. In addition, since there is no inclination or difference between the two layers, the minimum number of layers is four. *
  • the thickness of the electrode layer is t ie
  • the thickness of the thickest piezoelectric layer is t dmost
  • the thickness ratio of the piezoelectric layers 34, 32, 30, 20, 22, and 24 that provides optimum characteristics when the number of stacked piezoelectric layers is 6 is expressed by the following Equation 3.
  • the thickness ratio of the piezoelectric layers 36, 34, 32, 30, 20, 22, 24, and 26 that provides the optimum characteristics when the number of stacked piezoelectric layers is 8 is shown in the following Equation 4.
  • the thickness of the outer layer must be smaller than the thickness of the inner layer. If it is out of the range, the element capacitance increases, the current value at the time of driving increases, and the desired effect cannot be obtained.
  • the thickness of the thickest piezoelectric layer is t dmost, and the boundary surface between the thickest piezoelectric layer and the center electrode layer is the base point. It has been found that the thickness from the base point to the n layer is expressed by the relationship of t dmost ⁇ ( ⁇ n) + ⁇ t ie (n ⁇ 1).
  • FIG. 4 shows the multilayer piezoelectric body 12 side at the top of the piezoelectric driving element 10.
  • the piezoelectric layer 20 in contact with the central electrode layer 40 contributes most to the displacement.
  • base thickness the piezoelectric layer 20 and the boundary surface of the electrode layer 40
  • the thickness of up to the third layer (n 3), in addition the thickness of the second layer of the electrode layer 44, t dmost ⁇ ( ⁇ 3) + t ie (1) + t becomes ie (2). That is, since there are (n-1) electrode layers between the n piezoelectric layers, the thickness from the base point to the n layer is increased by adding the corresponding thickness to t dmost ⁇ it can be expressed as ( ⁇ n) + ⁇ t ie (n -1).
  • the piezoelectric drive element 10 is attached to a support plate 70 as shown in FIG.
  • the support plate 70 is made of a material that is as soft as possible. For example, rubber or urethane is suitable.
  • the thickness of the support plate 70 is set to 50 to 200 ⁇ m, which is the same as that of the piezoelectric driving element 10. Below this, the element cannot be supported sufficiently, and there is a possibility of damaging the element during vibration. Above this, the vibration of the element is hindered and the sound pressure is lowered.
  • the support plate 70 to which the piezoelectric driving element 10 is attached is attached to a metal or plastic frame, and electrodes are connected to a terminal plate or the like to obtain a piezoelectric sounding body. At this time, a lead or the like may be used, or a conductive paste or the like that is heat-cured may be used. *
  • the frame may have a shape like a lid in addition to a simple frame shape having an opening 82 like the frame 80 shown in FIG.
  • the frame 90 shown in FIG. 1 (E) is the lid type described above, has a sufficient space 92 that does not hinder the vibration of the element, and a plurality of sound emitting holes 96 on the bottom surface 94 of the lid portion.
  • the piezoelectric sounding body obtained in this way has a current value that is 50% to 60% lower than that obtained by simply stacking the same thickness of piezoelectric material, although the sound pressure does not change. It is possible to suppress the heat generation at the portion and to use a small and low-cost component as a component of the drive circuit.
  • Table 1 below shows the sound pressure (average sound pressure of 800, 1000, 1500, 2000 Hz) and the current value during driving of the speaker manufactured by such a method.
  • the element used for the test has a size of 14 ⁇ 18 mm, and an elastomer having a thickness of 100 ⁇ m is used for the support plate 70 and is attached to a metal frame 90 with a lid shape as shown in FIG. Then, Experimental Examples 1 to 4 in which the number of layers and the layer configuration were changed were produced and tested. Further, as Comparative Examples 1 to 6, a similar test was performed on speakers produced in the same manner using elements having a layer thickness configuration outside the range of the present invention, and the results are shown in Table 1.
  • the thickness of the piezoelectric layer in the central portion with the smallest amount of displacement is maximized. .
  • the number of stacked layers is the same as the upper and lower layers, and the layer structure is vertically symmetrical, and the thickness of the piezoelectric layer is decreased from the center toward the outside.
  • the capacitance can be reduced without impairing the amount of displacement as an element, and the value of the current that flows even when a high frequency signal is input can be kept low.
  • the piezoelectric driving element 10 shown in FIG. 1A is a bimorph type that does not use a shim plate.
  • a shim plate 112 such as a metal plate is used. It is good also as a structure which affixes the laminated piezoelectric body 12 and the laminated piezoelectric body 14 on and under.
  • the piezoelectric sounding body can be configured by supporting the shim plate 112 by the frames 80 and 90 shown in FIG. 1D or FIG. 1E, and the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
  • the piezoelectric driving element 120 shown in FIG. 5C has a configuration in which a laminated piezoelectric body 12 having a four-layer structure is attached to one main surface of a diaphragm 122 made of a metal material. And this is attached to the said frame 80 or 90, and a piezoelectric sounding body is comprised.
  • the piezoelectric layer with the least displacement (the portion with the smallest expansion and contraction in the lateral direction), that is, the piezoelectric layer 20 on the vibration plate 122 side is the thickest, and the upper direction in the stacking direction.
  • the thickness decreases in the order of the piezoelectric layers 22, 24, and 26 as it goes.
  • the number of piezoelectric layers may be two or more.
  • the thickness ratio of the piezoelectric layers from the diaphragm 122 side to the upper layer is Ideally, the ratio is expressed by the following formula 5.
  • the ratio of each piezoelectric layer is allowed to be ⁇ 10% as in the first embodiment.
  • a diaphragm 122 having a Young's modulus of 50 to 200 GPa and a thickness less than half that of the multilayer piezoelectric body 12 is used.
  • the total thickness is t dmost ⁇ ( ⁇ n) should be specified.
  • the ratio A of the thickness of the thickest piezoelectric layer electrode layer to the thickness (t DMOST) of (t ie), by defining the A (t ie / t dmost ),
  • the above Equation 5 can be corrected due to the presence of the electrode layers between the piezoelectric layers. For example, if the Young's modulus of the electrode material is 50 to 150 GPa, the total thickness of the piezoelectric driving element 120 is 50 to 200 ⁇ m, and the electrode thickness is 5 ⁇ m at maximum, the calculation can be made approximately. Optimum characteristics can be obtained when the thickness of the piezoelectric layers 20 and 22 when the number of stacked piezoelectric layers is two is set to the ratio of the following formula 6.
  • the thickness ratio of the piezoelectric layers 20, 22, and 24 that provides optimum characteristics when the number of stacked piezoelectric layers is 3 is shown in Equation 7 below.
  • Equation 8 the thickness ratio of the insulator layers 20, 22, 24, and 26 that provides optimum characteristics when the number of stacked piezoelectric layers is four is shown in the following Equation 8.
  • the thickness error of each piezoelectric layer is up to ⁇ 10%, the effect of the present invention can be exhibited.
  • this embodiment is a unimorph type, the thickness of the outer layer must be smaller than the thickness of the piezoelectric layer 20 on the diaphragm 122 side. If it is out of the range, the element capacitance increases, the current value at the time of driving increases, and the desired effect cannot be obtained. If these points can be satisfied, even if a unimorph type is used as in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the thickness from the base point in consideration of the thickness of the electrode layer (the boundary surface between the diaphragm 122 and the piezoelectric layer 20 in this embodiment) to the nth layer is t dmost as in the first embodiment.
  • this invention is not limited to the Example mentioned above, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.
  • the shape of the piezoelectric driving element shown in the above embodiment is also an example, and may be appropriately changed as necessary, such as a circular shape.
  • the dimension in the surface direction of the piezoelectric drive element shown in the above embodiment is also an example, and the design can be appropriately changed as necessary.
  • the materials shown in the above embodiments are also examples, and various known materials may be used.
  • the support mechanism of the piezoelectric drive element by the support plate 70 and the frame 80 or 90 shown in the first embodiment is also an example, and the design can be changed as appropriate within a range where the same effect can be obtained.
  • the method for laminating the piezoelectric driving elements shown in the first embodiment is also an example, and may be changed as appropriate.
  • the thickness of the piezoelectric layers 20 and 30 on the center side is approximately twice the thickness of the piezoelectric layers 22 and 32 on the outer side.
  • the piezoelectric layers 20 and 30 are formed by stacking two piezoelectric sheets used as the piezoelectric layers 22 and 32. If the thickness of the piezoelectric layer can be adjusted by adjusting the number of laminated sheets as described above, the manufacturing becomes easy.
  • the speaker mounted on a mobile phone or the like has been described as an example, but the present invention is applied as a piezoelectric sounding body used in various other known electronic devices such as a receiver of a mobile phone. Is possible.
  • the thickness of the piezoelectric layer with the smallest amount of displacement is maximized, and the piezoelectric layers are sequentially formed outward. It was decided to form thinly.
  • the capacity of the piezoelectric sounding body can be reduced without sacrificing the amount of displacement as an element, and the current value can be kept low, preventing the occurrence of failure and downsizing. Applicable to. In particular, it is suitable for use in portable electronic devices such as mobile phones and smartphones.
  • Piezoelectric drive element 12 Piezoelectric drive element 12
  • 14 Laminated piezoelectric body 20-26, 30-36: Piezoelectric layer 40-46, 52-58: Electrode layer 50, 60-68: Side electrode 70: Support plate 80, 90: Frame 82: Opening portion 92: Space 94: Bottom 96: Sound emitting hole 100: Piezoelectric drive element 102: Inactive layer 110: Piezoelectric drive element 112: Shim plate (support plate) 120: Piezoelectric drive element 122: Vibration plate

Landscapes

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  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
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Abstract

【課題】圧電発音体の素子としての変位量を損なうことなく、流れる電流値を低く抑えることで、特性劣化の防止と小型化を可能とする。【解決手段】圧電駆動素子１０は、圧電体層２０，２２，２４，３０，３２，３４と、圧電体層間の電極層４０，４２，４４，５２，５４と、積層体表面の電極層４６，５６により構成されている。厚み方向中央の電極層４０を境に、上側に圧電体層２０，２２，２４，下側に圧電体層３０，３２，３４が配置される。上側の圧電体層と下側の圧電体層は、逆方向に分極されている。変位量が最も少ない中央部分の圧電体層２０，３０の厚みを最も厚くし、外側にいくにつれて圧電体層の厚みを所定の比率で薄くする。圧電体層２２，３２の厚みは同じであり、圧電体層２４，３４の厚みは同じである。圧電駆動素子１０を、支持板７０に貼り付けて枠８０で支持することにより圧電発音体が構成される。

Description

圧電発音体及びそれを利用した電子機器
本発明は、圧電発音体及びそれを利用した電子機器に関し、更に具体的には、小型機器等への搭載に適した圧電発音体の改良に関するものである。
近年、携帯電話やスマートフォンなどは、通話機能のみならず、携帯型個人情報端末としての機能が充実してきている。その中で、機器そのものの大きさに関しては、小型化・薄型化・軽量化の要望が強く、それに伴って、用いる部品に対する小型化・薄型化・軽量化への要求が高まっている。スピーカに関しても同じ要求があるが、圧電素子の３１方向への伸縮変位を利用し、屈曲変位を用いて変位拡大を行う圧電スピーカは、構造的にも薄型化が容易であり、高い音圧を確保できることから、携帯機器に用いられてきている。また、圧電スピーカは、電圧駆動型であることから、ダイナミックスピーカと比べて消費電力が少ないという利点もあり、電池の寿命が重要視される携帯機器に用いる部品として適している。　
これらの圧電スピーカは、特に駆動電圧の低減という観点から、８層程度までの積層体で形成されており、金属板などのシム板に貼り付けて用いられる。この際、金属板に積層圧電体を１枚だけ貼り付けたものをユニモルフ型，金属板の両面に各々逆方向に分極した積層圧電体を貼り付けたものをバイモルフ型と呼ぶ。このようなユニモルフ型，バイモルフ型の圧電スピーカとしては、例えば、下記特許文献１に記載の技術がある。バイモルフ型の場合、金属板を用いずに、積層圧電素子の上半分と下半分で分極方向を逆にすることで、１枚の素子でバイモルフ型を実現する方法もある。この一体型バイモルフ素子においては、金属板のような余計な構造体を含まないため、比較的屈曲変位の効率が高い。
特開２００３－２５９４８８号公報
圧電スピーカは容量性の素子であり、実効消費電力の観点からすると、前述した通り、ダイナミック型のスピーカに比べ、遙かに消費電力が少なくて済み、電池の持続時間を延ばすことが可能である。しかしながら、特に可聴音域の上限近傍である１０～２０ｋＨｚにおいては、インピーダンスが低下することから、流れる電流値は大きくなる。このように電流値が大きくなると、実効消費電力としては小さいものの、スピーカを構成する導線の接続部分のように他と比べて抵抗値の高い場所で発熱するという課題が生じる。そして、発熱により圧電素子の劣化が加速されるため、設計以下の時間で特性劣化を引き起こすおそれがある。また、スピーカを駆動するための回路にも大きな電流が流れることを考慮しなければならないため、太い導線等を用いる必要があり、携帯機器等の小型化を妨げる要因になるという課題があった。　
本発明は、以上のような点に着目したもので、素子としての変位量を損なうことなく、流れる電流値を低く抑えることで、特性劣化の防止と小型化を実現可能な圧電発音体を提供することを、その目的とする。他の目的は、前記圧電発音体を利用した電子機器を提供することである。
本発明の圧電発音体は、圧電体層を複数積層した圧電駆動素子を使用した圧電発音体であって、前記複数の圧電体層の間に電極層が形成されており、前記圧電駆動素子の変位量が最も少ない部分の圧電体層の厚みが最も厚く、該厚みが最も厚い圧電体層から積層方向へ向けて他の圧電体層の厚みが順次薄くなっていることを特徴とする。　
他の発明の圧電発音体は、変位に寄与する圧電体層が、４層以上かつ偶数層積層されたバイモルフ型の圧電駆動素子を支持板によって支持した圧電発音体であって、前記複数の圧電体層の間に電極層が形成されており、積層方向の中央を境に、上下同数の圧電体層が逆方向に分極され、前記中央から積層方向上下へ向けて圧電体層の厚みが順次薄くなっており、かつ、前記圧電体層の厚みは、前記中央の境を基点として上下の積層位置が同じものは同じ厚みを有することを特徴とする。　
更に他の圧電発音体は、変位に寄与する圧電体層が、２層以上積層された圧電駆動素子を、支持板の一方の主面に貼り合わせたユニモルフ型の圧電発音体であって、前記複数の圧電体層の間に電極層が形成されており、前記支持板側の圧電体層から積層方向へ向けて、圧電体層の厚みが順次薄くなることを特徴とする。　
本発明の電子機器は、前記いずれかに記載の圧電発音体を利用したことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
本発明によれば、圧電体層を複数積層した圧電駆動素子を使用した圧電発音体において、変位量が最も少ない部分の圧電体層の厚みを最も厚くし、外側へ向けて順次圧電体層を薄く形成することとした。これにより、素子としての変位量を損なうことなく、容量を低減し、流れる電流値を低く抑えることができる。その結果、発熱による故障の発生を防止できるとともに、駆動回路に太い導線を用いる必要がなくなるため小型化も可能となる。
本発明の実施例１を示す図であり、(A)は圧電駆動素子の積層構造を示す断面図，(B)及び(C)は圧電駆動素子が屈曲した状態を示す断面図，(D)及び(E)は圧電駆動素子を支持する枠の一例を示す図である。 本発明の４～８層積層のバイモルフ型の圧電駆動素子の電極層の構成を示す断面図であり、(A-1)～(A-3)は分極操作時の電極構成を示し、(B-1)～(B-3)は駆動時の電極構成を示す。 本発明の圧電駆動素子の内部電極パターンを示す平面図である。 内部電極層の厚みを考慮した圧電駆動素子の厚みの定義を示す説明図である。 本発明の他の実施例を示す図である。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。図１(A)は圧電駆動素子の積層構造を示す断面図，(B)及び(C)は圧電駆動素子が屈曲した状態を示す断面図，(D)及び(E)は圧電駆動素子を支持する枠の一例を示す図である。図２は、本発明の４～８層積層のバイモルフ型の圧電駆動素子の電極層の構成を示す断面図であり、(A-1)～(A-3)は分極操作時の電極構成を示し、(B-1)～(B-3)は駆動時の電極構成を示す。図３は、本発明の圧電駆動素子の内部電極パターンを示す平面図である。図４は、内部電極層の厚みを考慮した場合の圧電駆動素子の厚みの定義を示す説明図である。本実施例の圧電発音体１０は、例えば、携帯電話やスマートフォンに代表される携帯通信端末のスピーカとして利用されるものである。　
図１(A)及び(D)に示すように、本実施例の圧電発音体に用いられる圧電駆動素子１０は、バイモルフ型であって、全体が略長方形である。前記圧電駆動素子１０は、６層の圧電体層２０，２２，２４，３０，３２，３４と、これらの圧電体層の間に設けられた電極層４０，４２，４４，５２，５４と、積層体表面に形成された電極層４６，５６により構成されている。本実施例は、厚み方向の中央部の電極層４０を境に、上下に３層ずつの圧電体層が形成されている。圧電体層２０，２２，２４により、上側の積層圧電体１２が形成され、圧電体層３０，３２，３４により、下側の積層圧電体１４が形成されている。　
本実施例では、圧電駆動素子１０の変位が最も少ない部分（横方向への伸縮が最も少ない部分）の圧電体層２０，３０の厚みが最も厚く形成されている。そして、圧電体層２０，２２，２４の順に厚みが薄くなり、圧電体層３０，３２，３４の順に厚みが薄く形成されている。圧電体層２０，３０の厚みは同じであり、圧電体層２２，３２の厚みは同じであり、圧電体層２４，３４の厚みは同じである。すなわち、電極層４０を対称面として上下対称な層構造及び厚みとなるように各圧電体層の厚みが設定されている。従って、本実施例のようにバイモルフ構造を採用する場合、圧電駆動素子を構成する圧電体層（変位に寄与する圧電体層）は、必ず４層以上の偶数層となる。なお、圧電体層同士の厚みの比率については、後に詳述する。　
前記圧電駆動素子１０は、ＰＺＴなどの圧電体をシート成形し、電極を含むペーストをシートに印刷して積層・圧着後、所定の温度で焼成するという通常の手法を用いて作製することができる。素子の面方向の寸法に関しては特に規定はないが、通常の携帯機器に用いることを想定すると、直径２０～２５ｍｍ程度の円形もしくは１辺が１５～２０ｍｍ程度の長方形が好ましい。本実施例では、長方形としている。図１(A)の例では、下から圧電体層３４，電極層５４，圧電体層３２，電極層５２，圧電体層３０，電極層４０，圧電体層２０，電極層４２，圧電体層２２，電極層４４，圧電体層２４の順に積層される。最外層の電極層４６，５６は、内部の電極層と同じくペーストを印刷して積層体と同時に焼成してもよいし、積層体の焼成後にペーストを塗布して焼き付けてもよい。あるいは、蒸着やスパッタ，メッキ等の低温プロセスで形成してもよい。　
次に、このようにして形成した積層体の圧電体層２０～２４，３０～３４に、電極層４０～４６，５２～５６を利用して分極用の電圧を印加し、所定の分極が施される。例えば、図２(A-2)に示す例では、電極層４２と電極層４６を正極用パターンとして側面電極６２で接続し、電極層５２と電極層５６を負極用パターンとして側面電極６４で接続する。また、電極層４０，４４，５４はコモンパターンとして側面電極６０で接続する。これら正極パターン，負極パターン，コモンパターンの一例が、図３(A)～(C)に示されている。なお、前記側面電極６０，６２，６４は、例えば、積層体の側面にペーストを塗布する方法や、蒸着，スパッタ，メッキ等の低温プロセスを用いる方法などにより形成される。あるいは、外部側面で接続せずに、圧電体シートにホールを開けてペースト印刷時に電極層同士を接続するスルーホールを用いる方法など、従来から使用されている手法での接続が可能である。　
また、圧電駆動素子１０を４層構造とする場合には、図２(A-1)に示すように、電極層４２を正極パターンとし、電極層５２を負極パターンとする。また、電極層４０，４４，５４はコモンパターンとして、側面電極６０で接続する。圧電駆動素子１０を８層構造とする場合には、図２(A-3)に示すように、電極層４２と電極層４６を正極用パターンとして側面電極６２で接続し、電極層５２と電極層５６を負極用パターンとして側面電極６４で接続する。また、電極層４０，４４，４８，５４，５８をコモンパターンとして、側面電極６８で接続する。　
積層体の焼成，電極の形成後に分極を行う。分極電圧は、材料の抗電界以上の電圧をかけるが、その際、最も厚い層厚に合わせた電圧を加える必要がある。また、分極時に高温にして電圧を下げても良い。分極時には、図２(A-1)～(A-3)に示す通り、正極パターン，負極パターン，コモンパターンを用いて、正負の電圧と０Ｖとなるコモンの３極で分極を行う。この際、正負の電圧は同じである必要があり、また同時に加える必要がある。電圧が異なったり、同時に加えなかったりすると、素子が異常な変形を起こし、応力によるクラック発生の原因となる。分極終了後、図２(B-1)～(B-3)に示すように、正負の電極を接続し、一つの電極とする。図２(B-1)に示す４層構造の例では、電極層４２と５２を側面電極６６で接続する。図２(B-2)に示す６層構造と図２(B-3)に示す８層構造の例では、電極層４２，４６，５２，５６を側面電極５０で接続する。　
そして、これら接続した電極とコモン電極に信号を入力することで、圧電駆動素子１０の上半分と下半分で逆方向に伸縮し、結果として屈曲変位となる。図１(A)の６層構造の例では、下側の積層圧電体１４の圧電体層３０，３２，３４の分極方向は、上側の積層圧電体１２の圧電体層２０，２２，２４の分極方向と逆となっている。一方、音声
信号などの駆動電圧は、電極層４２，４６，５２，５６に印加され、他の電極層４０，４４，５４はアースされている。このため、積層圧電体１２の矢印ＦＡ方向の伸縮と、積層圧電体１４の矢印ＦＣ方向の伸縮は互いに逆方向となる。すなわち、図１(B)に示すように積層圧電体１２が矢印ＦＡ方向に伸びたときは、積層圧電体１４は矢印ＦＣ方向に縮む。逆に、図１(C)に示すように積層圧電体１２が矢印ＦＡ方向に縮んだときは積層圧電体１４は矢印ＦＣ方向に伸びる。このため、全体として矢印ＦＢ方向に振動するようになる。　
前記圧電駆動素子１０の全体の厚みは５０～２００μｍとする。これ以下の厚みでは十分な力が出ないため、空気や後述する支持板７０の剛性に負けてしまい、十分に変位することができない。また、これ以上厚い場合は、圧電駆動素子１０自体の剛性が高すぎるため、やはり十分に変位することができなくなる。図１(A)の例では、圧電体層は６層であるが、４層以上の偶数層であればよく、図２(A-1)及び(B-1)に示す４層構造としてもよいし、図２(A-3)及び(B-3)に示す８層構造としてもよい。いずれにしても、厚み方向の中心（本実施例の場合は電極層４０）を境に、上下が対称となるように積層する。　
複数の圧電体層の厚みの比は、屈曲変位を起こすと考えた場合、曲率半径から計算される各層の必要な伸縮量から、全層数を２ｎ（ｎは自然数）層として計算すると、以下の数式１で表すことができる。　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
前記数式１を用いると、圧電体層の積層数が、４層（n＝２）の場合は、圧電体の厚み比は、下層から順に、√2-1：1：1：√2-1となる。６層（n＝３）の場合は、√3-√2：√2-1：1：1：√2-1：√3-√2となり、８層（n＝４）の場合は、2-√3：√3-√2：√2-1：1：1：√2-1：√3-√2：2-√3となる。そして、各層の厚みは、上記比率に対して±１０％の誤差までが許容される。このような理想的な厚み比率を有する各層の厚みを合計したときの全層厚は、変位に寄与する圧電体層のうち、最も厚い圧電体層の厚みをｔｄｍｏｓｔとし、変位に寄与する圧電体層の層数を２nとしたときに、２×ｔｄｍｏｓｔ×（√n）の関係で示されることが見出されている。いいかえれば、変位に寄与する圧電体層のうち、最も厚い圧電体層の厚みをｔｄｍｏｓｔとしたときに、該最も厚い圧電体層と中央の電極層との境界面を基点として、該基点からｎ層（ｎは自然数）までの厚みが、ｔｄｍｏｓｔ×（√n）を満たすことになる。本実施例の圧電駆動素子はバイモルフ構造のため、素子全体としての圧電体層の厚みは、その２倍となり、上記のとおり、２×ｔｄｍｏｓｔ×（√n）となる。　
しかしながら、実際の積層体には、各層間に電極層を形成しなければならない。この電極はセラミックス（圧電体層）の焼結と同時に形成する必要があるため、セラミックスの焼結温度で溶融せず焼結のみを起こすような、銀，白金，パラジウムやその合金などを用いる。電極層は、圧電体層と異なり、電圧によって変形を起こすことはないため、上記の数式１は電極層の存在により修正を受ける。このように、電極層の存在により圧電駆動素子１０の変位量は抑制を受けるため、電極層の厚みは可能な限り薄い方がよく、例えば、印刷法によれば１～２μｍとなる。また、層数が多くなると電極比率が増えるため、実質的な圧電体層の積層数は８層までである。また、２層では層厚に傾斜ないし差を設けられないため、最低層数は４層となる。　
ここで、前記電極層の厚みをｔｉｅ，最も厚い圧電体層の厚みをｔｄｍｏｓｔとし、最も厚い圧電体層の厚みに対する電極層の厚みの比Ａを、Ａ＝（ｔｉｅ／ｔｄｍｏｓｔ）と表すことで、全体の厚みが厚くなり、曲げ剛性が増加することを考慮にいれて前記数式１を修正することができるが、解は解析的に導くことはできない。しかし、電極材料のヤング率を５０～１５０ＧＰａとし、圧電駆動素子１０の全体厚みを５０～２００μｍとし、電極厚みを最大５μｍとすると、近似的に計算ができる。圧電体層の積層数を４層とした場合の圧電体層３２，３０，２０，２２の厚みを以下の数式２の比率にすると、最適な特性が得られる。　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
同様に、圧電体層の積層数が６層の場合に最適な特性が得られる圧電体層３４，３２，３０，２０，２２，２４の厚み比率は、以下の数式３に示される。　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
更に、圧電体層の積層数が８の場合に最適な特性が得られる圧電体層３６，３４，３２，３０，２０，２２，２４，２６の厚み比率は、以下の数式４に示される。　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
なお、誤差は各圧電体層について±１０％までであれば、本発明における効果が発揮できる。ただし、本実施例はバイモルフ型であるので、外側の層の厚みは、内側の層の厚みよりも薄くなければいけない。その範囲をはずれると、素子容量が大きくなり、駆動時の電流値が高くなってしまい、所望の効果を得ることが出来ない。　
このように電極層の厚みも考慮した場合、変位に寄与する圧電体層のうち、最も厚い圧電体層の厚みをｔｄｍｏｓｔとし、最も厚い圧電体層と中央の電極層の境界面を基点として、該基点からｎ層までの厚みを表すと、ｔｄｍｏｓｔ×(√n)＋Σｔｉｅ(n-1)の関係で示されることが見いだされている。　
図４を参照して具体的に説明する。図４には、圧電駆動素子１０の上部の積層圧電体１２側が示されている。変位に最も寄与するのは、中央の電極層４０と接する圧電体層２０である。この例において、基点（圧電体層２０と電極層４０の境界面）から１層目の圧電体層の厚みは、上記のｔｄｍｏｓｔ×（√n）の式に当てはめると、ｔｄｍｏｓｔである。次に、２層目（n=２）までの厚みは、ｔｄｍｏｓｔ×（√2）に電極層４２の厚みｔｉｅ(1)を加えて、ｔｄｍｏｓｔ×（√2）＋ｔｉｅ(1)となる。更に、３層目（n＝３）までの厚みは、２層目の電極層４４の厚みを加えて、ｔｄｍｏｓｔ×（√3）＋ｔｉｅ(1)＋ｔｉｅ(2)となる。すなわち、ｎ層の圧電体層の間には、(n-1)層の電極層が存在するので、その分の厚みを足していくことで、前記基点からｎ層までの厚みをｔｄｍｏｓｔ×(√n)＋Σｔｉｅ(n-1)と表すことができる。　
前記圧電駆動素子１０は、図１(D)に示すように、支持板７０に貼り付ける。支持板７０は可能な限り柔らかい材質のものを用いる。例えばゴムやウレタン等が好適である。支持板７０の厚さは、圧電駆動素子１０と同程度の５０～２００μｍとする。これ以下では素子を十分支えることが出来ず、振動時に素子にダメージを与える可能性があり、これ以上では、素子の振動を阻害して、音圧を下げてしまう。そして、前記圧電駆動素子１０を貼り付けた支持板７０を、金属やプラスチックなどの枠に貼り、端子板などへ電極を接続して圧電発音体を得る。この際、リード等を用いても良いし、加熱硬化する導電ペースト等を用いても構わない。　
前記枠としては、図１(D)に示す枠８０のような開口部８２を有する単純な枠形状のほか、蓋のような形状のものでも構わない。ただし、蓋の上部分と素子及び振動板の間には、振動によって接触しないように十分な隙間を空ける必要がある。例えば、図１(E)に示す枠９０は、上述した蓋タイプであって、素子の振動を阻害しない十分な空間９２を有し、更に蓋部分の底面９４には、複数の放音孔９６が設けられている。このようにして得られた圧電発音体は、単純に同一厚みの圧電体を積層したものと比べ、音圧は変わらないにもかかわらず、流れる電流値は５０～６０％低下しており、接続部での発熱を抑制できると共に、駆動回路の部品として小型で低コストの部品を用いることが可能となる。　
このような方法で作製したスピーカについて、音圧（８００，１０００，１５００，２０００Ｈｚの平均音圧）と、駆動時の電流値を下記表１に示す。試験に用いる素子は、１４×１８ｍｍの大きさとし、支持板７０には１００μｍ厚さのエラストマーを用い、図１(E)に示すような蓋形状で金属製の枠９０に貼り付けてある。そして、層数と層構成を変えた実験例１～４を作製し、試験を行った。また比較例１～６として、層厚構成が本発明の範囲外にある素子を用いて、同じように作製したスピーカについても、同様の試験を行い、結果を表１に示した。　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表１の実験例１～４，比較例１～６の結果から分かる通り、本発明の範囲内であれば、十分流れる電流は小さいが、範囲外の素子では電流値が大きく、所望の効果を得ることが出来ないことが確認された。　
このように、実施例１によれば、圧電体層を複数積層したバイモルフ型の圧電駆動素子１０を使用した圧電発音体において、変位量が最も少ない中央部分の圧電体層の厚みを最も厚くする。そして、厚み方向中央を境にして、上下同数の積層数及び上下対称の層構造とし、かつ、中央から外側へ向けて圧電体層の厚みを薄くすることとした。このため、素子としての変位量を損なうことなく、容量を低減し、高周波信号入力時でも流れる電流値を低く抑えることができる。その結果、発熱による故障の発生を防止できるとともに、駆動回路に太い導線を用いる必要がなくなるため小型化も可能となる。　
＜変形例１＞・・・次に、図５(A)を参照して、本実施例の変形例１について説明する。図１(A)に示した圧電駆動素子１０では、上側の積層圧電体１２と下側の積層圧電体１４が、電極層４０を挟んで形成されているが、図５(A)に示す圧電駆動素子１００では、積層圧電体１２と積層圧電体１４は、電極層以外の不活性層（分極しない層）１０２を挟んで対称に形成されている。このような場合にも、上述した実施例と同様の効果が得られる。　
＜変形例２＞・・・次に、図５(B)を参照して、本実施例の変形例２について説明する。図１(A)に示した圧電駆動素子１０では、シム板を使用しないバイモルフ型にすることとしたが、図５(B)に示す圧電駆動素子１１０のように、金属板などのシム板１１２の上下に、積層圧電体１２と積層圧電体１４を貼り付ける構成としてもよい。この場合、シム板１１２を図１(D)又は図１(E)に示した枠８０や９０によって支持することで圧電発音体を構成でき、上述した実施例１と同様の効果が得られる。
次に、図５(C)を参照して本発明の実施例２を説明する。前記実施例１
は、圧電駆動素子をバイモルフ型としたが、本発明はユニモルフ型にも適用可能である。図５(C)に示す圧電駆動素子１２０は、４層構造の積層圧電体１２が金属材料からなる振動板１２２の一方の主面に貼り付けられた構成となっている。そして、これが前記枠８０又は９０に取り付けられることで圧電発音体を構成する。本実施例のようにユニモルフ型においては、変位が最も少ない圧電体層（横方向への伸縮が最も少ない部分），すなわち、振動板１２２側の圧電体層２０の厚みが最も厚く、積層方向上方へいくにつれて、圧電体層２２，２４，２６の順に厚みが薄くなっている。　
前記圧電体層は、２層以上であればよいが、例えば、積層数をｎ層（ｎは自然数）とした場合には、振動板１２２側から上層へ向けての圧電体層の厚み比が、下記数式５で示す比率になるようにすると理想的である。むろん、各圧電体層の比率は、前記実施例１と同様に、各々±１０％まで許容される。なお、下記数式５を適用するためには、前記振動板１２２として、ヤング率５０～２００ＧＰａで、厚みが積層圧電体１２の半分以下のものを使用する。　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 更に、変位に寄与する圧電体層のうち、最も厚い圧電体層の厚みをｔｄｍｏｓｔとし、変位に寄与する圧電体層の層数をｎとしたときに、全層厚が、ｔｄｍｏｓｔ×（√n）となるように規定するとよい。　
また、前記実施例１と同様に、最も厚い圧電体層の厚み（ｔｄｍｏｓｔ）に対する電極層の厚み（ｔｉｅ）の比Ａを、Ａ＝（ｔｉｅ／ｔｄｍｏｓｔ）と定義することで、圧電体層間の電極層の存在による前記数式５の修正を行うことができる。例えば、電極材料のヤング率を５０～１５０ＧＰａとし、圧電駆動素子１２０の全体厚みを５０～２００μｍとし、電極厚みを最大５μｍとすると、近似的に計算ができる。圧電体層の積層数を２層とした場合の圧電体層２０，２２の厚みを以下の数式６の比率にすると、最適な特性が得られる。　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
同様に、圧電体層の積層数が３層の場合に最適な特性が得られる圧電体層２０，２２，２４の厚み比率は、以下の数式７に示される。　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
更に、圧電体層の積層数が４の場合に最適な特性が得られる絶縁体層２０，２２，２４，２６の厚み比率は、以下の数式８に示される。　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
なお、各々の圧電体層の厚み誤差は±１０％までであれば、本発明における効果が発揮できる。ただし、本実施例はユニモルフ型であるので、外側の層の厚みは、振動板１２２側の圧電体層２０の厚みよりも薄くなければいけない。その範囲をはずれると、素子容量が大きくなり、駆動時の電流値が高くなってしまい、所望の効果を得ることが出来ない。これらの点を満たすことができれは、本実施例のようにユニモルフ型を用いた場合であっても、上述した実施例１と同様の効果を得ることができる。なお、電極層の厚みを考慮した基点（本実施例の場合は、振動板１２２と圧電体層２０の境界面）からｎ層目までの厚みは、上述した実施例１と同様に、ｔｄｍｏｓｔ×(√n)＋Σｔｉｅ(n-1)で表される。　
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のようなものも含まれる。(1)前記実施例で示した圧電駆動素子の形状も一例であり、円形とするなど、必要に応じて適宜変更してよい。(2)前記実施例で示した圧電駆動素子の面方向の寸法についても一例であり、必要に応じて適宜設計変更可能である。(3)前記実施例で示した材料も一例であり、公知の各種の材料を使用してよい。(4)前記実施例１で示した支持板７０と枠８０又は９０による圧電駆動素子の支持機構も一例であり、同様の効果を奏する範囲内で適宜設計変更可能である。(5)前記実施例１で示した圧電駆動素子の積層方法も一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。図５(D)に示すように、４層構造のバイモルフ型であって、中央側の圧電体層２０，３０の厚さが、外側の圧電体層２２，３２の厚みのほぼ倍である場合、圧電体層２２，３２として用いる圧電体シートを２枚重ねて圧電体層２０，３０を形成するようにする。このようにシートの積層数を調整することで圧電体層の厚みを合わせることができれば、製造が容易となる。(6)前記実施例では、携帯電話等に搭載するスピーカを例に挙げて説明したが、本発明は、携帯電話のレシーバなど、他の公知の各種の電子機器に利用する圧電発音体として適用可能である。
本発明によれば、圧電体層を複数積層した圧電駆動素子を使用した圧電発音体において、変位量が最も少ない部分の圧電体層の厚みを最も厚くし、外側へ向けて順次圧電体層を薄く形成することとした。これにより、素子としての変位量を損なうことなく、容量を低減し、流れる電流値を低く抑え、故障の発生の防止や小型化が可能となるため、電子機器等に搭載する圧電発音体の用途に適用できる。特に、携帯電話やスマートフォンに代表される携帯型電子機器等への利用に好適である。
１０：圧電駆動素子　１２，１４：積層圧電体　２０～２６，３０～３６：圧電体層　４０～４６，５２～５８：電極層　５０，６０～６８：側面電極　７０：支持板　８０，９０：枠　８２：開口部　９２：空間　９４：底面　９６：放音孔１００：圧電駆動素子１０２：不活性層１１０：圧電駆動素子１１２：シム板（支持板）１２０：圧電駆動素子１２２：振動板

Claims (10)

  1. 圧電体層を複数積層した圧電駆動素子を使用した圧電発音体であって、　前記複数の圧電体層の間に電極層が形成されており、　前記圧電駆動素子の変位量が最も少ない部分の圧電体層の厚みが最も厚く、該厚みが最も厚い圧電体層から積層方向へ向けて他の圧電体層の厚みが順次薄くなっていることを特徴とする圧電発音体。
  2. 変位に寄与する圧電体層が、４層以上かつ偶数層積層されたバイモルフ型の圧電駆動素子を支持板によって支持した圧電発音体であって、　前記複数の圧電体層の間に電極層が形成されており、　積層方向の中央を境に、上下同数の圧電体層が逆方向に分極され、　前記中央から積層方向上下へ向けて圧電体層の厚みが順次薄くなっており、かつ、　前記圧電体層の厚みは、前記中央の境を基点として上下の積層位置が同じものは同じ厚みを有することを特徴とする圧電発音体。
  3. 変位に寄与する圧電体層のうち、最も厚い圧電体層の厚みをｔｄｍｏｓｔとしたときに、前記最も厚い圧電体層の前記中央の境側の面を基点として、該基点からｎ層（ｎは自然数）までの厚みが、　ｔｄｍｏｓｔ×（√n）を満たすことを特徴とする請求項２記載の圧電発音体。
  4. 変位に寄与する圧電体層のうち、最も厚い圧電体層の厚みをｔｄｍｏｓｔとし、変位に寄与する圧電体層の層数を２ｎとしたときに、全層厚が、　２×ｔｄｍｏｓｔ×（√n）であることを特徴とする請求項３記載の圧電発音体。
  5. 変位に寄与する圧電体層のうち、最も厚い圧電体層の厚みをｔｄｍｏｓｔとし、前記中央の境からｎ層目（ｎは自然数）の前記電極層の厚みをｔｉｅ(n)としたときに、　前記最も厚い圧電体層の前記中央の境側の面を基点として、該基点からｎ層までの厚みが、　ｔｄｍｏｓｔ×（√n）＋Σｉｅ（n-1）であることを特徴とする請求項２記載の圧電発音体。
  6. 変位に寄与する圧電体層が、２層以上積層された圧電駆動素子を、支持板の一方の主面に貼り合わせたユニモルフ型の圧電発音体であって、　前記複数の圧電体層の間に電極層が形成されており、　前記支持板側の圧電体層から積層方向へ向けて、圧電体層の厚みが順次薄くなることを特徴とする圧電発音体。
  7. 前記支持板が、金属材料からなる振動板であって、　変位に寄与する圧電体層のうち、最も厚い圧電体層の厚みをｔｄｍｏｓｔとしたときに、前記最も厚い圧電体層の前記支持板側の面を基点として、該基点からｎ層（ｎは自然数）までの厚みが、　ｔｄｍｏｓｔ×（√n）であることを特徴とする請求項６記載の圧電発音体。
  8. 前記支持板が、金属材料からなる振動板であり、　変位に寄与する圧電体層のうち、最も厚い圧電体層の厚みをｔｄｍｏｓｔとし、前記最も厚い圧電体層の前記支持板側の面を基点として、該基点からｎ層目（nは自然数）の前記電極層の厚みをｔｉｅ(n)としたときに、　前記基点からｎ層までの厚みが、　ｔｄｍｏｓｔ×(√n)＋Σｔｉｅ(n-1)であることを特徴とする請求項６記載の圧電発音体。
  9. 前記圧電体層の各層の厚みは、前記比率に対して±１０％の誤差が許容されることを特徴とする請求項３～５，７，８のいずれか一項に記載の圧電発音体。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の圧電発音体を利用したことを特徴とする電子機器。
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