WO2016063628A1 - 電気音響変換装置 - Google Patents

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electrode
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富田　隆
茂雄 石井
浜田　浩
土信田　豊
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Definitions

  • the present invention relates to an electroacoustic transducer provided with a polygonal laminated piezoelectric element and a circular diaphragm.
  • An electroacoustic transducer including a laminated piezoelectric element and a diaphragm on which the laminated piezoelectric element is disposed is well known.
  • the laminated piezoelectric element is deformed by the electric signal, and the diaphragm is vibrated by the deformation, and the electroacoustic transducer generates an audible wave.
  • the diaphragm is often circular. This is because the rectangular diaphragm is irregularly deformed during vibration and the sound quality is likely to deteriorate.
  • a polygonal laminated piezoelectric element is advantageous in terms of cost because it has a higher material yield than a circular laminated piezoelectric element and the piezoelectric material is expensive.
  • FIG. 15 shows a piezoelectric acoustic component 61 described in Patent Document 1 among few conventional technologies.
  • the piezoelectric acoustic component 61 includes a rectangular piezoelectric plate 62 and a disk-shaped metal plate 63 on which the piezoelectric plate 62 is disposed.
  • the piezoelectric acoustic component 61 is fitted into a ring-shaped case 64 having a concentric step on the inner peripheral side, and is incorporated into a portable acoustic device such as a mobile phone or a headphone.
  • FIG. 16 shows the internal structure of the laminated piezoelectric element 65 described in Patent Document 2.
  • the electrode layer 67 includes a first surface electrode layer 68 formed on the first surface of the laminated piezoelectric element 65 opposite to the surface in contact with the metal plate 63, and a side opposite to the first surface (the metal plate 63 and It includes a second surface electrode layer 69 formed on the second surface on the contact side.
  • the electrode layers 67 including the first surface electrode layer 68 and the second surface electrode layer 69 are connected to every other pair of connection electrodes 70 having different polarities.
  • the number of piezoelectric layers 66 is an odd number, and the first surface electrode layer 68 and the second surface electrode layer 69 are connected to a pair of connection electrodes 70 having different polarities.
  • the connection electrode 70 is formed by a through hole.
  • a lead wire 71 is soldered to the first surface electrode layer 68.
  • the laminated piezoelectric element 65 is disposed on a disk-shaped metal plate 63 so that the second surface is in contact with it, and the second surface electrode layer 69 and the metal plate 63 are electrically connected. An electrical signal is applied to the laminated piezoelectric element 65 via the lead wire 71 and the metal plate 63.
  • the laminated piezoelectric element 65 is deformed, and the diaphragm 63 is vibrated by this deformation, and the electroacoustic transducer 61 generates an audible wave.
  • the contact area between the laminated piezoelectric element and the diaphragm is smaller than a combination of similar shapes. Since the force with which the laminated piezoelectric element vibrates the diaphragm is reduced, the sound pressure is reduced.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an electroacoustic transducer capable of obtaining sound pressure equivalent to that of a circular multilayer piezoelectric element even when a polygonal multilayer piezoelectric element is used. To do.
  • One aspect of the present invention is A laminated piezoelectric element in which piezoelectric layers and electrode layers are alternately laminated, and the piezoelectric layer is disposed between at least a pair of electrode layers having different polarities; A vibration plate on which the laminated piezoelectric element is disposed; The laminated piezoelectric element is polygonal when viewed from the lamination direction, The surface of the diaphragm on which the laminated piezoelectric element is disposed is circular, Of the piezoelectric layers sandwiched between the at least one pair of electrode layers, the total volume (V) of the effective layers projected from the stacking direction and overlapping the at least one pair of electrode layers satisfies the following condition:
  • the present invention relates to an electroacoustic transducer. 0.2 ⁇ R 2 ⁇ ts ⁇ V ⁇ 2.0 ⁇ R 2 ⁇ ts (Where ⁇ is the circumference ratio, R is the radius of the diaphragm, and ts is the thickness of the diaphragm)
  • the laminated piezoelectric element an effective layer that is a portion where two electrode layers having different polarities projected from the stacking direction overlap among piezoelectric layers sandwiched between a pair of electrode layers having different polarities is deformed. This deformation is transmitted to the diaphragm, and the electroacoustic transducer generates an audible wave.
  • the multilayer piezoelectric element when the total volume (V) of the effective layers satisfies the above formula, the multilayer piezoelectric element has a sufficiently large force to vibrate the diaphragm, and a polygonal multilayer piezoelectric element can be used. Sound pressure equivalent to that of a circular laminated piezoelectric element can be obtained.
  • the at least one pair of electrode layers includes a first electrode layer and a second electrode layer having different polarities, and the first electrode layer is a first side surface formed on one side surface of the multilayer piezoelectric element.
  • the second electrode layer is preferably connected to a second side electrode formed on a side surface different from the side surface on which the first side electrode is formed.
  • the circular diaphragm may be greatly deformed in a specific region, particularly a concentric region at a specific distance from the center of the diaphragm. If there is a connection electrode between the electrode layers in this region, stress due to deformation may concentrate and break. However, since the side electrode has a width from the center of the circular diaphragm, even if the side electrode is broken in a specific region, the connection in another region is maintained. Therefore, stable sound pressure and sound quality are expected to be maintained.
  • the first electrode layer preferably includes an electrode layer formed on the surface of the laminated piezoelectric element opposite to the surface in contact with the vibration plate.
  • the connection between the electrode layers is not through-holes but side electrodes, no stress remains in the laminated piezoelectric element. For this reason, even if the lead wire is soldered to the electrode layer formed on the surface of the laminated piezoelectric element opposite to the surface in contact with the diaphragm, the laminated piezoelectric element can be prevented from being damaged by thermal shock.
  • the multilayer piezoelectric element is preferably square when viewed from the stacking direction. Since the symmetry of the shape of the multilayer piezoelectric element approaches a circular shape, the sound quality approaches that of a circular multilayer piezoelectric element.
  • the external appearance of the electroacoustic transducer which concerns on 1st Embodiment is shown.
  • the internal structure of the electroacoustic transducer which concerns on 1st Embodiment is shown.
  • stacking and external appearance of the lamination piezoelectric element in 1st Embodiment are shown.
  • the stability of the connection of the side electrode in 1st Embodiment is shown.
  • the effective layer of the laminated piezoelectric element in 1st Embodiment is shown.
  • the dimension of the circular diaphragm of the electroacoustic transducer which concerns on 1st Embodiment, and a polygonal laminated piezoelectric element is shown.
  • the displacement amount of the center part of the diaphragm when the thickness of the diaphragm and the thickness of the effective layer of the laminated piezoelectric element are changed is shown.
  • the amount of displacement of the center part of the diaphragm when the thickness of the diaphragm and the thickness of the effective layer of the laminated piezoelectric element are changed is shown.
  • the relative displacement amount of the center part of the diaphragm when the thickness of the diaphragm and the thickness of the effective layer of the laminated piezoelectric element are changed is shown.
  • the comparison of the sound pressure characteristic of the electroacoustic transducer provided with the square laminated piezoelectric element which concerns on 1st Embodiment, and the sound pressure characteristic of the electroacoustic transducer provided with the circular laminated piezoelectric element is shown.
  • the internal structure of the electroacoustic transducer which concerns on 2nd Embodiment is shown.
  • the internal structure of the electroacoustic transducer which concerns on 3rd Embodiment is shown.
  • the external appearance of the electroacoustic transducer which concerns on 4th Embodiment is shown.
  • the external appearance of the electroacoustic transducer which concerns on 5th Embodiment is shown.
  • the external appearance of the conventional piezoelectric acoustic component is shown.
  • the internal structure of the conventional laminated piezoelectric element is shown.
  • the shape of the laminated piezoelectric element and the diaphragm is expressed by the shape of the laminated piezoelectric element when viewed from the lamination direction and the shape of the diaphragm on the surface where the laminated piezoelectric element is arranged.
  • the “circular laminated piezoelectric element” has a cylindrical shape as an actual laminated piezoelectric element, but is expressed as “circular” when viewed from the laminating direction for convenience.
  • the “polygonal laminated piezoelectric element” is actually a polygonal column in the shape of a laminated piezoelectric element, but is expressed as a “polygon” when viewed from the lamination direction for convenience.
  • the “circular diaphragm” is actually a cylinder, but for convenience, it is expressed by “circular” on the surface on which the laminated piezoelectric elements are arranged.
  • FIG. 1 shows the appearance of an electroacoustic transducer 11 according to the first embodiment of the present invention.
  • the electroacoustic transducer 11 includes a polygonal laminated piezoelectric element 12 and a circular diaphragm 13 on which the laminated piezoelectric element 12 is disposed.
  • the laminated piezoelectric element 12 is arranged on one side of the diaphragm 13, but the laminated piezoelectric element 12 may be arranged on both sides of the diaphragm 13.
  • the shape of the laminated piezoelectric element 12 includes a square, a rhombus, a trapezoid, a square, a rectangle, and a hexagon.
  • the square means that
  • a and b are the lengths of two orthogonal sides.
  • the shape of the laminated piezoelectric element is a polygon (for example, a rectangle) other than a regular polygon (such as a square or a regular hexagon)
  • the orientation of the laminated piezoelectric element 12 can be determined. Operations such as placement of the laminated piezoelectric element 12 on the diaphragm 13 and formation of electrodes on the laminated piezoelectric element 12 can be performed reliably, and variations in sound quality among the electroacoustic transducers 11 are reduced.
  • the dimension (maximum length) of the laminated piezoelectric element 12 is 5.4 to 108 mm. If it is too small, production is difficult, and if it is large, cracks are likely to occur in the laminated piezoelectric element 12.
  • the thickness of the laminated piezoelectric element is 0.03 to 0.2 mm (30 to 0.200 ⁇ m). If it is too small, production is difficult, and if it is large, deformation of the laminated piezoelectric element 12 is hindered.
  • the radius of the diaphragm 13 is 3 to 60 mm. If it is too small, production is difficult, and if it is large, cracks are likely to occur in the laminated piezoelectric element 12 to be arranged.
  • the thickness of the diaphragm 13 is desirably 0.05 to 0.5 mm, and more desirably 0.05 to 0.3 mm. If it is too thin, the strength will be weak, and if it is thick, vibration will be hindered.
  • a metal can be used as the diaphragm 13. Examples of the metal include stainless steel (SUS) and 42 alloy. In this embodiment, 42 alloy was used, the diaphragm 13 had a radius of 5.55 mm and a thickness of 200 ⁇ m.
  • a lead wire 14 is provided on the first surface of the laminated piezoelectric element 12 opposite to the surface in contact with the diaphragm 13 and the surface of the diaphragm 13 on which the laminated piezoelectric element 12 is disposed and not in contact with the laminated piezoelectric element 12. Is soldered. Since the laminated piezoelectric element 12 is polygonal, the area of the diaphragm 13 that is not in contact with the laminated piezoelectric element 12 is wider than when the laminated piezoelectric element 12 is circular. For this reason, it is easy to solder the lead wire 14 to the diaphragm 13.
  • the diaphragm 13 is a metal, an electric signal is applied to the laminated piezoelectric element 12 via the lead wire 14 and the diaphragm 13.
  • the laminated piezoelectric element 12 is deformed, and the diaphragm 13 is vibrated by the deformation, and the electroacoustic transducer 11 generates an audible wave.
  • FIG. 2 shows the internal structure of the electroacoustic transducer 11 according to the first embodiment.
  • piezoelectric layers 15 and electrode layers 16 are alternately laminated.
  • a ferroelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), barium titanate, alkali-containing perovskite, tungsten bronze, or the like is used.
  • PZT lead zirconate titanate
  • barium titanate alkali-containing perovskite
  • tungsten bronze or the like
  • the electrode layer 16 Ag / Pd, Pd, or the like can be used.
  • the thickness of the electrode layer 16 is 1 to 5 ⁇ m. If it is too thin, the electrode layer 16 tends to be discontinuous, and if it is too thick, deformation of the laminated piezoelectric element 12 is hindered.
  • PZT is used as the piezoelectric layer 15
  • Ag / Pd is used as the electrode layer 16
  • the electrode layer 16 is formed to have a thickness of 2
  • the electrode layer 16 includes a first surface electrode layer 17 formed on the first surface of the laminated piezoelectric element 12 on the side opposite to the surface in contact with the diaphragm 13, and the laminated piezoelectric element 12 on the side in contact with the diaphragm 13.
  • a second surface electrode layer 18 formed on the second surface and an internal electrode layer 19 formed inside the laminated piezoelectric element 12 are included.
  • the electrode layer 16 includes two electrode layers having different polarities, and is referred to as a first electrode layer 16a and a second electrode layer 16b, respectively.
  • the first electrode layer 16a and the second electrode layer 16b are disposed every other layer.
  • the piezoelectric layer 15 is sandwiched between the first electrode layer 16a and the second electrode layer 16b.
  • the number of piezoelectric layers 15 may be 2 to 10, but an odd number of 3 or more is preferable because the electrode layer 16 can be easily disposed. This is because the first and second surface electrode layers 17 and 18 can be formed as the first and second electrode layers 16a and 16b, respectively. In this embodiment, the number of piezoelectric layers 15 is five.
  • the connection between the electrode layers will be described with reference to FIG.
  • the first electrode layer 16 a (including the first surface electrode layer 17) is drawn out to one side surface of the laminated piezoelectric element 12.
  • the first electrode layer 16a (including the first surface electrode layer 17) is connected to the first side electrode 20 formed on the extracted side surface.
  • the second electrode layer 16b (including the second surface electrode layer 18) is different from the side surface on which the first side electrode is formed, for example, the side opposite to the side surface on which the first side electrode is formed. Pulled out to the side.
  • the second electrode layer 16b (including the second surface electrode layer 18) is connected to the second side electrode 21 formed on the extracted side surface.
  • the first and second side electrodes 20, 21 are formed by a known method. For example, a dip method or a sputtering method is used. In this embodiment, a sputtering method was used.
  • the second surface electrode layer 18 contacts the vibration plate 13. Since the diaphragm 13 is a metal, both are electrically connected.
  • a known method can be used to fix the laminated piezoelectric element 12. For example, even when an insulating adhesive such as a resin adhesive is used, the second surface electrode layer 18 has fine irregularities and is therefore electrically connected by being pressed against the diaphragm 13.
  • the lead wire 14 is soldered to a region of the surface of the diaphragm 13 on which the first piezoelectric layer 12 of the multilayer piezoelectric element 12 and the multilayer piezoelectric element 12 are arranged and not in contact with the multilayer piezoelectric element 12.
  • the electrical signal is applied to the laminated piezoelectric element 12 via the lead wire 14 and the diaphragm 13.
  • the laminated piezoelectric element 12 is deformed, and the diaphragm 13 is vibrated by the deformation, and the electroacoustic transducer 11 generates an audible wave.
  • the deformation of the polygonal laminated piezoelectric element 12 is large at the center, and the deformation becomes smaller as the apex of the polygon is approached.
  • the circular vibration plate 13 also has a large amplitude at the center portion, and the amplitude decreases as it approaches the outer peripheral portion.
  • the amplitude of the circular diaphragm 13 may increase in a specific region due to primary resonance or the like, for example, a concentric region 22 at a specific distance from the center P of the diaphragm 13 as shown by a broken line in FIG. is there. If there is a connection electrode between the electrode layers in this region, the stress is concentrated due to a large amplitude, and there is a risk of destruction.
  • the first and second side electrodes 20, 21 may be destroyed in the region 23 that overlaps the concentric region 22 from the center P of the diaphragm 13.
  • the connection is maintained in other regions even if the region 23 is destroyed. Therefore, stable sound pressure and sound quality are maintained.
  • FIG. 5 shows a portion where the laminated piezoelectric element 12 is deformed when an electric signal is applied in the first embodiment.
  • the multilayer piezoelectric element 12 is deformed by projecting from the stacking direction of the piezoelectric layer 15 sandwiched between two electrode layers (first electrode layer 16a and second electrode layer 16b) having different polarities. This is the portion where the electrode layer 16a and the second electrode layer 16b overlap (shaded area in FIG. 5), that is, the effective layer 24.
  • the deformation of the effective layer 24 vibrates the diaphragm, and the electroacoustic transducer generates an audible wave.
  • the laminated piezoelectric element 12 includes, in addition to the effective layer 24, a margin portion 25 (piezoelectric layer in a portion where electrodes of different polarities do not overlap) and the electrode layer 16 having a width of about 100 ⁇ m around the effective layer 24. Since the volume is smaller than that of the layer 24, the sound pressure is not substantially affected. When the total volume of the effective layer 24 is V, V can be approximated by measuring the dimensions of the laminated piezoelectric element.
  • the present inventor found that the total effective volume (V) of the polygonal laminated piezoelectric element 12 is as follows: It was found that a sound pressure equivalent to that of a circular multilayer piezoelectric element can be obtained by satisfying the conditional expression (Formula 1). 0.2 ⁇ R 2 ⁇ ts ⁇ V ⁇ 2.0 ⁇ R 2 ⁇ ts (Formula 1) (Where ⁇ is the circumference ratio, R is the radius of the diaphragm, and ts is the thickness of the diaphragm)
  • the radius of the circular diaphragm 13 is R
  • the thickness of the diaphragm 13 is ts
  • the diagonal length of the effective layer of the polygonal laminated piezoelectric element 12 is 1/2
  • the effective layer thickness of the laminated piezoelectric element 12 is ⁇ R.
  • V ((2 ⁇ R) / (2 0.5 )) 2 ⁇ te (Formula 2)
  • ⁇ is preferably 0.9.
  • ⁇ 0.9
  • the contact area between the laminated piezoelectric element 12 and the diaphragm 13 increases, and the sound pressure of the electroacoustic transducer 11 increases.
  • ⁇ 0.9
  • FIGS. 7 and 8 show that when the radius (R) of the diaphragm 13 is 4 mm and 8 mm, respectively, the thickness (ts) of the diaphragm 13 and the effective layer thickness (te) of the multilayer piezoelectric element 12 are varied.
  • the displacement amount of the central portion P of the diaphragm 13 is shown.
  • the displacement amount of the central portion P of the diaphragm 13 is maximized regardless of the size of the diaphragm 13.
  • the thickness (te) of the effective layer 12 is slightly larger than the thickness (ts) of the diaphragm 13.
  • the x axis is converted into the relative thickness (te / ts) of the effective layer of the laminated piezoelectric element 12 with respect to the thickness (ts) of the diaphragm 13, and the y axis 9 is converted into a relative displacement amount of the diaphragm center portion with respect to the maximum displacement amount of the diaphragm center portion in each diaphragm thickness.
  • FIG. 9 shows that when 0.4 ⁇ te / ts ⁇ 4.0 is satisfied, the relative displacement amount of the diaphragm 13 is 0.6 or more, and a sufficient sound pressure can be secured. Taking this into equation (3), 0.2 ⁇ R 2 ⁇ ts ⁇ V ⁇ 2.0 ⁇ R 2 ⁇ ts becomes, the (formula 1) derived.
  • the total effective volume (V) of the polygonal laminated piezoelectric element is preferably 0.7 to 1830 mm 3 .
  • the effective layer of the laminated piezoelectric element was formed so as to have a diagonal length of 10 mm (length 7.07 mm, width 7.07 mm) and height 0.15 mm (150 ⁇ m).
  • the total volume (V) of the effective layer is 7.5 mm 3 .
  • the sound pressure characteristic 27 of the electroacoustic transducer provided with the square laminated piezoelectric element of this embodiment and the sound pressure characteristic 28 of the electroacoustic transducer equipped with the circular laminated piezoelectric element (the radius of the laminated piezoelectric element is 0.9 ⁇ R).
  • a comparison is shown in FIG.
  • the sound pressure characteristic 27 of the electroacoustic transducer of this aspect exceeds 100 dB at both the first peak at about 1000 Hz and the second peak at about 4500 Hz. It can be seen that the electroacoustic transducer according to the present embodiment satisfying (Equation 1) exhibits the same sound pressure characteristics as the electroacoustic transducer provided with a circular laminated piezoelectric element.
  • FIG. 11 shows an internal structure of the electroacoustic transducer 31 according to the second embodiment.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in the connection method of the lead wire 33 that is electrically connected to the second electrode layer 32b. Since other than that is the same as that of 1st Embodiment, a different point is demonstrated.
  • a first surface electrode layer 35 and a third surface electrode 36 are formed so as to be separated from the first surface electrode layer 35.
  • the third surface electrode 36 and the second electrode layer 32b (including the second surface electrode layer 37 formed on the side in contact with the diaphragm) are opposite to the side surface from which the first surface electrode layer 35 is drawn. Pulled out to the side.
  • the third surface electrode 36 and the second electrode layer 32b (including the second surface electrode layer 37) are connected to a second side electrode 38 formed on the extracted side surface.
  • the lead wire 33 electrically connected to the second electrode layer 32b (including the second surface electrode layer 37) is soldered to the third surface electrode 36 formed on the first surface of the laminated piezoelectric element 34. Is done. Therefore, the second surface electrode layer 37 formed on the second surface of the laminated piezoelectric element 34 is not necessarily connected to the diaphragm 39. Therefore, as the diaphragm 39, a resin can be used in addition to the metal described in the first embodiment. Examples of the resin include PET and urethane.
  • the total volume (V) of the effective layer 40 (shaded portion in FIG. 11) of the second embodiment is 7.5 mm 3. And satisfies (Equation 1).
  • FIG. 12 shows the internal structure of the electroacoustic transducer 41 according to the third embodiment.
  • the connection method of the lead wire 43 that is electrically connected to the second electrode layer 42 b and the second surface electrode layer is not formed on the second surface of the laminated piezoelectric element 44.
  • a first surface electrode layer 45 and a third surface electrode 46 are formed on the first surface of the laminated piezoelectric element 44 so as to be separated from the first surface electrode layer 45.
  • the second surface electrode layer is not formed on the second surface of the laminated piezoelectric element 44 on the side in contact with the diaphragm.
  • the third surface electrode 46 and the second electrode layer 42b are drawn to the side surface opposite to the side surface from which the first surface electrode layer 45 is drawn.
  • the third surface electrode 46 and the second electrode layer 42b (the second surface electrode layer is not formed) are connected to the second side electrode 48 formed on the extracted side surface.
  • the lead wire 43 electrically connected to the second electrode layer 42b (the second surface electrode layer is not formed) is soldered to the third surface electrode 46 formed on the first surface of the laminated piezoelectric element 44. Is done. Therefore, the second electrode layer 42b is not necessarily connected to the diaphragm 49. Therefore, as the diaphragm 49, a resin can be used in addition to the metal described in the first embodiment. Examples of the resin include PET and urethane.
  • the total volume (V) of the effective layer 50 (shaded portion in FIG. 12) of the third embodiment is 6.0 mm 3. And satisfies (Equation 1).
  • FIG. 13 shows the appearance of an electroacoustic transducer 51 according to the fourth embodiment.
  • a notch 53 is formed in at least one of the apexes of the polygonal laminated piezoelectric element 52.
  • the notches 53 can be formed in at least one of the four apexes and a maximum of three.
  • the notch 53 serves as a reference point for the laminated piezoelectric element 52, it is possible to reliably perform the operation of forming the side electrode at a specific position or arranging the laminated piezoelectric element 52 at a specific position of the circular diaphragm. . For this reason, variation in sound quality of the electroacoustic transducer is reduced. If it can identify, the shape of the notch 53 will not be ask
  • FIG. 14 shows an appearance of an electroacoustic transducer 54 according to the fifth embodiment.
  • the circular diaphragm 55 includes four polygonal cutouts 56 on the circumference.
  • a straight line 57 that connects a pair of notches 56 that are not adjacent to each other intersects at the center of the circular diaphragm 55.
  • the angle at which the straight lines intersect may be 90 ° or any other angle.
  • the vertex of the polygon of the laminated piezoelectric element 58 is disposed between two adjacent cutouts 56. Since the notch 56 serves as a reference point, positioning of the laminated piezoelectric element 58 is facilitated.
  • the support member 59 includes four protrusions 60 at concentric steps (the two protrusions 60 are hidden behind the steps and are not shown).
  • the four protrusions 60 are formed at positions where they fit into the four polygonal cutouts 56. By fitting the notch 56 and the protrusion 60, it becomes easy to fix the electroacoustic transducer 54 to the support member 59.
  • the radius of the laminated piezoelectric element must be reduced so that the laminated piezoelectric element does not cover the notch.
  • the polygonal laminated piezoelectric elements 58 are arranged such that the apexes of the polygonal piezoelectric elements 58 do not reach the notches 56. Since the laminated piezoelectric element 58 can be arranged without making it small, the sound pressure can be maintained. Note that the radius of the diaphragm 55 provided with the notch 56 is calculated using a virtual circle that is regarded as having no notch. In addition, when a protrusion is formed on the outer peripheral portion of the circular diaphragm, the radius of the diaphragm is calculated using a virtual circle that is regarded as having no protrusion.
  • the number of the notches 56 is specified as four, but if there is at least one, it is easy to determine the position of the electroacoustic transducer 54 based on that.
  • the shape of the notch 56 is not particularly limited to a polygon as long as it fits into the protrusion.
  • the shape of the notch 56 includes a polygon such as a triangle, a quadrangle, a trapezoid, a square, a rectangle, and a pentagon, an arc, a U-shape, and the like.
  • the number and shape of the protrusions 60 of the support member 59 are not particularly limited as long as they fit into the notches 56.
  • Examples of the shape of the protrusion 60 include a triangle, a quadrangle, a trapezoid, a square, a rectangle, and a polygon such as a pentagon, an arc, a U-shape, and the like. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention.
  • Electroacoustic transducer pieoelectric acoustic component 12
  • 34, 44, 52, 58, 62 65
  • Diaphragm metal plate 14
  • Lead wire 66
  • Piezoelectric layer 67
  • Electrode layer 16a First electrode layer 16b, 32b, 42b
  • Second electrode layer 17, 35, 45, 68 First surface electrode layer 18 , 37, 69 Second surface electrode layer 19
  • Second side electrode 22 Region where vibration plate is largely deformed 23 Region where side electrode may be destroyed 24, 40, 50 Effective layer 25
  • Margin portion Sound pressure characteristic of electroacoustic transducer provided with square laminated piezoelectric element

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Abstract

［課題］　多角形の積層圧電素子を用いても円形の積層圧電素子と同等の音圧を得ることができる電気音響変換装置を提供することを目的とする。 ［解決手段］　電気音響変換装置は圧電体層と電極層が交互に積層され、極性が異なる少なくとも一対の電極層の間に圧電体層が配置された積層圧電素子と、積層圧電素子が配置された振動板とを備える。　積層圧電素子は積層方向から見て多角形であり、積層圧電素子が配置された振動板の面は円形である。　少なくとも一対の電極層に挟まれる圧電体層のうち、積層方向から投影して少なくとも一対の電極層が重なる実効層の体積の合計（Ｖ）が下記の条件を満たす。　０．２πＲ２×ｔｓ≦Ｖ≦２．０πＲ２×ｔｓ （但し、πは円周率、Ｒは振動板の半径、ｔｓは振動板の厚み）

Description

電気音響変換装置
　本発明は、多角形の積層圧電素子と円形の振動板とを備える電気音響変換装置等に関する。
　積層圧電素子と、前記積層圧電素子が配置される振動板とを備える電気音響変換装置はよく知られる。電気信号によって積層圧電素子が変形し、この変形によって振動板が振動し、電気音響変換装置は可聴波を発生する。
　積層圧電素子と振動板の組み合わせの多くは、両者円形又は両者矩形という相似形状である。相似形状は積層圧電素子と振動板の接触面積を大きくすることができるため、電気音響変換装置の音圧を高くすることができる。
　一方、振動板は円形が多い。矩形の振動板は振動の際の変形が不規則になり、音質が低下しやすいためである。他方、多角形の積層圧電素子は円形の積層圧電素子よりも材料収率に優れ、圧電材料が高価であるため、コスト的に有利である。しかし、多角形の積層圧電素子と円形の振動板との組み合わせはきわめて少ない。
　少ない従来技術の中から、図１５は特許文献１に記載される圧電音響部品６１を示す。圧電音響部品６１は、矩形の圧電板６２と、圧電板６２が配置される円板状の金属板６３とを備える。圧電音響部品６１は、内周側に同心円の段差を備えるリング状のケース６４に嵌め込まれ、携帯電話やヘッドホンといった携帯音響機器等に組み込まれる。
　圧電板６２としては積層圧電素子が用いられる。図１６は特許文献２に記載される積層圧電素子６５の内部構造を示す。積層圧電素子６５は圧電体層６６と電極層６７が交互に積層される。電極層６７は、金属板６３と接する面とは反対側の積層圧電素子６５の第１の表面に形成された第１の表面電極層６８と、第１の表面と反対側（金属板６３と接する側）の第２の表面に形成された第２の表面電極層６９を含む。第１の表面電極層６８及び第２の表面電極層６９を含む電極層６７は、極性が異なる一対の接続電極７０に一層おきに接続される。圧電体層６６の層数は奇数であり、第１の表面電極層６８と第２の表面電極層６９は極性が異なる一対の接続電極７０にそれぞれ接続される。接続電極７０はスルーホールによって形成される。第１の表面電極層６８にリード線７１がハンダ付けされる。積層圧電素子６５は第２の表面が接するように円板状の金属板６３の上に配置され、第２の表面電極層６９と金属板６３は電気的に接続される。リード線７１及び金属板６３を介して電気信号が積層圧電素子６５に印加される。積層圧電素子６５が変形し、この変形によって振動板６３が振動し、電気音響変換装置６１は可聴波を発生する。
特開平１１－３５５８９２号公報 特開２００１－０１６６９１号公報
　多角形の積層圧電素子を円形の振動板に配置すると、積層圧電素子と振動板の接触面積が相似形状の組み合わせと比較して小さくなる。積層圧電素子が振動板を振動させる力が小さくなるため、音圧が低下してしまう。
　本発明は、上記実情を鑑みてなされたもので、多角形の積層圧電素子を用いても円形の積層圧電素子と同等の音圧を得ることができる電気音響変換装置を提供することを目的とする。
　（１）本発明の一態様は、
　圧電体層と電極層とが交互に積層され、極性が異なる少なくとも一対の電極層の間に前記圧電体層が配置された積層圧電素子と、
　前記積層圧電素子が配置された振動板とを備え、
　前記積層圧電素子は積層方向から見て多角形であり、
　前記積層圧電素子が配置される前記振動板の面は円形であり、
　前記少なくとも一対の電極層に挟まれる前記圧電体層のうち、積層方向から投影して前記少なくとも一対の電極層が重なる実効層の体積の合計（Ｖ）が下記の条件を満たすことを特徴とする電気音響変換装置に関する。
　０．２πＲ２×ｔｓ≦Ｖ≦２．０πＲ２×ｔｓ
（但し、πは円周率、Ｒは振動板の半径、ｔｓは振動板の厚み）
　積層圧電素子は、極性が異なる一対の電極層に挟まれる圧電体層のうち、積層方向から投影して極性が異なる２つの電極層が重なる部分である、実効層が変形する。この変形が振動板に伝わり、電気音響変換装置は可聴波を発生する。本発明の一態様によれば、実効層の体積の合計（Ｖ）が上式を満たすことにより積層圧電素子が振動板を振動させる力が十分大きくなり、多角形の積層圧電素子を用いても円形の積層圧電素子と同等の音圧を得ることができる。
　（２）本発明の一態様では、
　前記少なくとも一対の電極層は、極性が異なる第１の電極層と第２の電極層とを含み、　前記第１の電極層は、前記積層圧電素子の一つの側面に形成された第１の側面電極に接続され、
　前記第２の電極層は、前記第１の側面電極が形成された側面とは異なる側面に形成された第２の側面電極に接続されることが好ましい。
　一次共振等によって円形の振動板は特定の領域、特に、振動板の中心から特定の距離にある同心円の領域で変形が大きくなる場合がある。この領域に電極層間の接続電極があると変形による応力が集中して破断するおそれがある。しかし、側面電極は円形の振動板の中心からの距離に幅があるため、特定の領域で側面電極が破壊されたとしても、他の領域での接続が維持される。したがって、安定した音圧、音質の維持が期待される。
　（３）本発明の一態様では、
　前記第１の電極層は、前記振動板と接する面とは反対側の前記積層圧電素子の表面に形成された電極層を含むことが好ましい。
　電極層間の接続がスルーホールではなく、側面電極であるため、積層圧電素子に応力が残留しない。このため、リード線を振動板と接する面とは反対側の積層圧電素子の表面に形成された電極層にハンダ付けしても熱衝撃による積層圧電素子の破損を防ぐことができる。
　（４）本発明の一態様では、前記積層圧電素子は積層方向から見て正方形であることが好ましい。積層圧電素子の形状の対称性が円形に近づくため、音質が円形の積層圧電素子に近づく。
第１の実施形態に係る電気音響変換装置の外観を示す。 第１の実施形態に係る電気音響変換装置の内部構造を示す。 第１の実施形態における積層圧電素子の積層及び外観を示す。 第１の実施形態における側面電極の接続の安定性を示す。 第１の実施形態における積層圧電素子の実効層を示す。 第１の実施形態に係る電気音響変換装置の円形の振動板と多角形の積層圧電素子の寸法を示す。 振動板の半径が４ｍｍの場合において、振動板の厚みと積層圧電素子の実効層の厚みを変動させたときの振動板の中心部の変位量を示す。 振動板の半径が８ｍｍの場合において、振動板の厚みと積層圧電素子の実効層の厚みを変動させたときの振動板の中心部の変位量を示す。 振動板の半径が４ｍｍの場合において、振動板の厚みと積層圧電素子の実効層の厚みを変動させたときの振動板の中心部の相対変位量を示す。 第１の実施形態に係る正方形の積層圧電素子を備える電気音響変換装置の音圧特性と円形の積層圧電素子を備える電気音響変換装置の音圧特性の比較を示す。 第２の実施形態に係る電気音響変換装置の内部構造を示す。 第３の実施形態に係る電気音響変換装置の内部構造を示す。 第４の実施形態に係る電気音響変換装置の外観を示す。 第５の実施形態に係る電気音響変換装置の外観を示す。 従来の圧電音響部品の外観を示す。 従来の積層圧電素子の内部構造を示す。
　以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
　本発明では、積層圧電素子及び振動板の形状は、それぞれ積層方向から見たときの積層圧電素子の形状及び積層圧電素子が配置される面の振動板の形状で表現する。例えば、「円形の積層圧電素子」は、実際の積層圧電素子の形状は円柱であるが、便宜上、積層方向から見たときの「円形」で表現する。「多角形の積層圧電素子」は、実際の積層圧電素子の形状は多角柱であるが、便宜上、積層方向から見たときの「多角形」で表現する。「円形の振動板」は、実際の振動板の形状は円柱であるが、便宜上、積層圧電素子が配置される面の「円形」で表現する。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気音響変換装置１１の外観を示す。電気音響変換装置１１は多角形の積層圧電素子１２と、積層圧電素子１２が配置される円形の振動板１３とを備える。図１に示される電気音響変換装置１１は振動板１３の片面に積層圧電素子１２が配置されているが、振動板１３の両面に積層圧電素子１２が配置されてもよい。
　積層圧電素子１２の形状は、四角、菱形、台形、正方形、長方形、六角形があげられる。ここで、正方形とは、直交する２辺の長さをａ、ｂとすると、｜ａ－ｂ｜÷ａ≦１０％であることを意味する。この関係式を満たすと、音圧及び音質は実質的に低下しない。積層圧電素子の形状が正多角形（正方形や正六角形等）を除く多角形（例えば、長方形）の場合、積層圧電素子１２の向きを判別することができる。振動板１３への積層圧電素子１２の配置や積層圧電素子１２への電極の形成といった作業を確実に行うことができ、電気音響変換装置１１間の音質のばらつきが小さくなる。
　積層圧電素子１２の寸法（最大長）は５．４～１０８ｍｍがあげられる。小さすぎると生産が困難であり、大きくなると積層圧電素子１２にクラックが発生しやすくなる。積層圧電素子の厚みは、０．０３～０．２ｍｍ（３０～０．２００μｍ）があげられる。小さすぎると生産が困難であり、大きくなると積層圧電素子１２の変形が阻害される。
　振動板１３の半径は３～６０ｍｍがあげられる。小さすぎると生産が困難であり、大きくなると配置する積層圧電素子１２にクラックが発生しやすくなる。振動板１３の厚みは０．０５～０．５ｍｍが望ましく、さらに望ましくは０．０５～０．３ｍｍである。薄すぎると強度が弱く、厚くなると振動が阻害される。振動板１３としては、金属を用いることができる。金属としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、４２アロイがあげられる。本態様では４２アロイを用い、振動板１３の半径は５．５５ｍｍ、厚みは２００μｍとした。
　振動板１３と接する面とは反対側の積層圧電素子１２の第１の表面と、積層圧電素子１２が配置される振動板１３の面であって積層圧電素子１２と接しない領域にリード線１４がハンダ付けされる。積層圧電素子１２が多角形であるため、積層圧電素子１２と接しない振動板１３の領域は積層圧電素子１２が円形の場合よりも広い。このため、リード線１４を振動板１３にハンダ付けすることが容易である。振動板１３は金属であるから、リード線１４及び振動板１３を介して積層圧電素子１２に電気信号が印加される。積層圧電素子１２が変形し、その変形によって振動板１３が振動し、電気音響変換装置１１は可聴波を発生する。
　図２は、第１の実施形態に係る電気音響変換装置１１の内部構造を示す。積層圧電素子１２は、圧電体層１５と電極層１６が交互に積層される。圧電体層１５としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、アルカリ含有ペロブスカイト、タングステンブロンズ等の強誘電材料が用いられる。電極層１６としては、Ａｇ／Ｐｄ、Ｐｄ等を用いることができる。電極層１６の厚みは１～５μｍがあげられる。薄すぎると電極層１６が不連続になりやすく、厚すぎると積層圧電素子１２の変形が阻害される。本態様では圧電体層１５としてＰＺＴ、電極層１６としてＡｇ／Ｐｄを用い、電極層１６は焼成後の厚みが２μｍになるように形成した。
　電極層１６は、振動板１３と接する面とは反対側の積層圧電素子１２の第１の表面に形成された第１の表面電極層１７と、振動板１３と接する側の積層圧電素子１２の第２の表面に形成された第２の表面電極層１８と、積層圧電素子１２の内部に形成された内部電極層１９とを含む。また、電極層１６は極性が異なる２つの電極層からなり、それぞれ第１の電極層１６ａと第２の電極層１６ｂという。第１の電極層１６ａと第２の電極層１６ｂは一層おきに配置される。圧電体層１５は第１の電極層１６ａと第２の電極層１６ｂに挟まれる。
　圧電体層１５の層数は２～１０層があげられるが、３層以上の奇数が電極層１６を配置しやすい点で好ましい。第１及び第２の表面電極層１７、１８をそれぞれ第１及び第２の電極層１６ａ、１６ｂとして形成することができるからである。本態様では圧電体層１５の層数は５層とした。
　電極層間の接続を図３も参照しながら説明する。第１の電極層１６ａ（第１の表面電極層１７を含む）は積層圧電素子１２の１つの側面に引き出される。第１の電極層１６ａ（第１の表面電極層１７を含む）は引き出された側面に形成された第１の側面電極２０に接続される。第２の電極層１６ｂ（第２の表面電極層１８を含む）は、第１の側面電極が形成された側面とは異なる側面、例えば、第１の側面電極が形成された側面とは反対側の側面に引き出される。第２の電極層１６ｂ（第２の表面電極層１８を含む）は、引き出された側面に形成された第２の側面電極２１に接続される。第１及び第２の側面電極２０、２１は公知の方法で形成される。例えば、ディップ法やスパッタリング法が用いられる。本態様ではスパッタリング法が用いられた。
　積層圧電素子１２が振動板１３に配置されると、第２の表面電極層１８は振動板１３と接触する。振動板１３は金属であるから、両者は電気的に接続される。積層圧電素子１２の固定には公知の方法を用いることができる。例えば、樹脂接着剤のような絶縁性接着剤を用いた場合でも、第２の表面電極層１８は微細な凹凸を備えるため、振動板１３に押しつけられることによって電気的に接続される。
　積層圧電素子１２の第１の表面電極層１７と、積層圧電素子１２が配置される振動板１３の面であって積層圧電素子１２が接しない領域にリード線１４がハンダ付けされる。電気信号はリード線１４及び振動板１３を介して積層圧電素子１２に印加される。積層圧電素子１２が変形し、その変形によって振動板１３が振動し、電気音響変換装置１１は可聴波を発生する。
　電極層１６間の接続がスルーホールではなく、側面電極２０、２１であるため、積層圧電素子１２の内部に応力が残留しない。このため、リード線１４を第１の表面電極層１７にハンダ付けしても熱衝撃による積層圧電素子１２の破損を防ぐことができる。
　また、多角形の積層圧電素子１２の変形は中央部が大きく、多角形の頂点に近づくにつれて変形は小さくなる。このため、円形の振動板１３も中央部が大きく振幅し、外周部に近づくにつれて振幅が小さくなる。しかし、一次共振等によって円形の振動板１３は特定の領域、例えば、図４に破線で示すように、振動板１３の中心Ｐから特定の距離にある同心円の領域２２で振幅が大きくなる場合がある。この領域に電極層間の接続電極があると大きな振幅によって応力が集中し、破壊されるおそれがある。つまり、第１及び第２の側面電極２０、２１は振動板１３の中心Ｐからの同心円の領域２２と重なる領域２３が破壊されるおそれがある。しかし、第１及び第２の側面電極２０、２１は円形の振動板１３の中心Ｐからの距離に幅があるため、仮に領域２３が破壊されても他の領域で接続は維持される。したがって、安定した音圧、音質が維持される。
　図５は、第１の実施形態において電気信号を印加したときに積層圧電素子１２が変形する部分を示す。積層圧電素子１２が変形するのは、極性が異なる２つの電極層（第１の電極層１６ａ、第２の電極層１６ｂ）に挟まれる圧電体層１５のうち、積層方向から投影して第１の電極層１６ａ及び第２の電極層１６ｂが重なる部分（図５の斜線部）、即ち実効層２４である。実効層２４の変形が振動板を振動させ、電気音響変換装置は可聴波を発生する。
　積層圧電素子１２は、実効層２４の他、実効層２４の周囲には幅約１００μｍのマージン部２５（異なる極性の電極が重なっていない部分の圧電体層）及び電極層１６を備えるが、実効層２４と比較して体積が小さいため、実質的に音圧には影響しない。実効層２４の体積の合計をＶとすると、Ｖは積層圧電素子の寸法を測定することで概算できる。
　図６に示すように、円形の振動板１３の半径をＲ、振動板１３の厚みをｔｓとすると、本発明者は多角形の積層圧電素子１２の実効層の体積の合計（Ｖ）が下記の条件式（式１）を満たすことによって、円形の積層圧電素子と同等の音圧を得ることができることを見出した。
　０．２πＲ２×ｔｓ≦Ｖ≦２．０πＲ２×ｔｓ　　（式１）
（但し、πは円周率、Ｒは振動板の半径、ｔｓは振動板の厚み）
　以下に、（式１）を導き出した過程を示す。
　円形の振動板１３の半径をＲ、振動板１３の厚みをｔｓ、多角形の積層圧電素子１２の実効層の対角線の長さの１／２をαＲ、積層圧電素子１２の実効層の厚みをｔｅとすると、多角形の積層圧電素子１２の実効層の体積の合計（Ｖ）は以下のようになる。
　Ｖ＝（（２αＲ）／（２０．５））２×ｔｅ　　（式２）
　αは０．９が好適である。αは大きい方が積層圧電素子１２と振動板１３の接触面積が増えて電気音響変換装置１１の音圧は高くなるが、多角形の積層圧電素子１２を円形の振動板１３に配置するにはマージンも必要だからである。（式２）にα＝０．９を入れると、以下のようになる。
　Ｖ＝１．６Ｒ２×ｔｅ　　（式３）
　ここで、解析条件を以下のようにして、振動板１３の中心部Ｐの変位量を評価した。
・拘束部：円形の振動板１３のエッジ側面
・印加電圧：積層圧電素子１２の厚み方向に１ＶＤＣ／１０μｍ（電界強度一定）
　図７及び図８は、それぞれ振動板１３の半径（Ｒ）が４ｍｍ及び８ｍｍの場合において、振動板１３の厚み（ｔｓ）と積層圧電素子１２の実効層の厚み（ｔｅ）を変動させたときの振動板１３の中心部Ｐの変位量を示す。振動板１３の厚み（ｔｓ）を固定したとき（例えば、ｔｓ＝１００μｍ）、振動板１３の中心部Ｐの変位量が最大になるのは、振動板１３の大きさにかかわらず、積層圧電素子１２の実効層の厚み（ｔｅ）が振動板１３の厚み（ｔｓ）と同等より若干大きめのときであることがわかる。
　振動板１３の半径（Ｒ）が４ｍｍの場合の図７について、ｘ軸を振動板１３の厚み（ｔｓ）に対する積層圧電素子１２の実効層の相対厚み（ｔｅ／ｔｓ）に変換し、ｙ軸を各振動板厚みにおける振動板中心部の最大変位量に対する振動板中心部の相対変位量に変換したものを図９に示す。なお、振動板１３の半径（Ｒ）が４ｍｍ以外の場合（例えば、Ｒ＝８ｍｍの図８）について同様の変換をしても、図９と同様の結果が得られる。
　図９より、０．４≦ｔｅ／ｔｓ≦４．０を満たすとき、振動板１３の相対変位量は０．６以上であり、音圧を十分確保できることがわかる。これを（式３）に入れると、０．２πＲ２×ｔｓ≦Ｖ≦２．０πＲ２×ｔｓとなり、（式１）が導かれる。
　さらに図９より、０．６≦ｔｅ／ｔｓ≦２．５及び０．８≦ｔｅ／ｔｓ≦２．０を満たすとき、振動板１３の相対変位量はそれぞれ０．８以上及び０．９以上であり、音圧確保の点でより好ましいことがわかる。これらを（式３）に入れると、それぞれ以下のようになる。
　０．３×πＲ２×ｔｓ≦Ｖ≦１．３×πＲ２×ｔｓ　　（式４）
　０．４×πＲ２×ｔｓ≦Ｖ≦１．０×πＲ２×ｔｓ　　（式５）
　多角形の積層圧電素子の実効層の体積の合計（Ｖ）は０．７～１８３０ｍｍ３が好適である。本態様では、焼成後に積層圧電素子の実効層が対角線長１０ｍｍ（長さ７．０７ｍｍ、幅７．０７ｍｍ）、高さ０．１５ｍｍ（１５０μｍ）になるように作成した。実効層の体積の合計（Ｖ）は７．５ｍｍ３である。
　振動板１３の半径（Ｒ）は５．５５ｍｍ、厚み（ｔｓ）は２００μｍであるから、（式１）の左辺、右辺に入れると以下のようになる。
　０．２πＲ２×ｔｓ（（式１）の左辺）＝３．９ｍｍ３
　２．０πＲ２×ｔｓ（（式１）の右辺）＝３８．７ｍｍ３
実効層の体積の合計（Ｖ）は７．５ｍｍ３であるから、（式１）を満たすことがわかる。
　本態様の正方形の積層圧電素子を備える電気音響変換装置の音圧特性２７と円形の積層圧電素子（積層圧電素子の半径は０．９×Ｒ）を備える電気音響変換装置の音圧特性２８の比較を図１０に示す。本態様の電気音響変換装置の音圧特性２７は約１０００Ｈｚの第１のピークと約４５００Ｈｚの第２のピークでいずれも１００ｄＢを超えている。（式１）を満たす本態様の電気音響変換装置は、円形の積層圧電素子を備える電気音響変換装置と同等の音圧特性を示すことがわかる。
（第２の実施形態）
　図１１は第２の実施形態に係る電気音響変換装置３１の内部構造を示す。第２の実施形態は、第２の電極層３２ｂに電気的に接続されるリード線３３の接続方法が第１の実施形態と異なる。それ以外は第１の実施形態と同様であるから、異なる点について説明する。
　積層圧電素子３４の第１の表面には、第１の表面電極層３５と、これと離間させて第３の表面電極３６が形成される。第３の表面電極３６及び第２の電極層３２ｂ（振動板と接する側に形成された第２の表面電極層３７を含む）は、第１の表面電極層３５が引き出される側面と反対側の側面に引き出される。第３の表面電極３６及び第２の電極層３２ｂ（第２の表面電極層３７を含む）は引き出された側面に形成された第２の側面電極３８に接続される。
　第２の電極層３２ｂ（第２の表面電極層３７を含む）に電気的に接続されるリード線３３は積層圧電素子３４の第１の表面に形成された第３の表面電極３６にハンダ付けされる。それ故、積層圧電素子３４の第２の表面に形成された第２の表面電極層３７は振動板３９との導通が必須ではない。したがって、振動板３９としては第１の実施形態で記載した金属以外に樹脂も用いることができる。樹脂としては、ＰＥＴ、ウレタンがあげられる。
　第２の実施形態の実効層４０（図１１の斜線部）の体積の合計（Ｖ）は、７．５ｍｍ３
であり、（式１）を満たす。
（第３の実施形態）
　図１２は第３の実施形態に係る電気音響変換装置４１の内部構造を示す。第３の実施形態は、第２の電極層４２ｂに電気的に接続されるリード線４３の接続方法及び積層圧電素子４４の第２の表面に第２の表面電極層が形成されないことが第１の実施形態と異なる。それ以外は第１の実施形態と同様であるから、異なる点について説明する。
　積層圧電素子４４の第１の表面には、第１の表面電極層４５と、これと離間させて第３の表面電極４６が形成される。振動板と接する側の積層圧電素子４４の第２の表面に第２の表面電極層は形成されない。第３の表面電極４６及び第２の電極層４２ｂ（第２の表面電極層は形成されない）は、第１の表面電極層４５が引き出される側面と反対側の側面に引き出される。第３の表面電極４６及び第２の電極層４２ｂ（第２の表面電極層は形成されない）は引き出された側面に形成された第２の側面電極４８に接続される。
　第２の電極層４２ｂ（第２の表面電極層は形成されない）に電気的に接続されるリード線４３は積層圧電素子４４の第１の表面に形成された第３の表面電極４６にハンダ付けされる。それ故、第２の電極層４２ｂは振動板４９との導通が必須ではない。したがって、振動板４９としては第１の実施形態で記載した金属以外に樹脂も用いることができる。樹脂としては、ＰＥＴ、ウレタンがあげられる。
　第３の実施形態の実効層５０（図１２の斜線部）の体積の合計（Ｖ）は、６．０ｍｍ３
であり、（式１）を満たす。
（第４の実施形態）
　図１３は第４の実施形態に係る電気音響変換装置５１の外観を示す。本態様では多角形の積層圧電素子５２の頂点のうちの少なくとも１つに切り欠き５３が形成される。積層圧電素子５２が矩形の場合、４つの頂点の少なくとも１つ、最大３つに切り欠き５３を形成することができる。
　切り欠き５３が積層圧電素子５２の基準点になるため、側面電極を特定の位置に形成したり、積層圧電素子５２を円形の振動板の特定の位置に配置する作業を確実に行うことができる。このため、電気音響変換装置の音質のばらつきが小さくなる。識別できれば切り欠き５３の形状は問わない。本態様では三角形状である。
（第５の実施形態）
　図１４は第５の実施形態に係る電気音響変換装置５４の外観を示す。円形の振動板５５は円周上に４つの多角形の切り欠き５６を備える。隣り合わない一対の切り欠き５６を結ぶ直線５７は円形の振動板５５の中心で交わる。直線の交わる角度は９０°でも、それ以外の角度でもよい。積層圧電素子５８の多角形の頂点は隣り合う２つの切り欠き５６の間に配置される。切り欠き５６が基準点になるため、積層圧電素子５８の位置決めが容易になる。
　支持部材５９は同心円の段差に４つの突起６０を備える（２つの突起６０は段差の陰に隠れて図示されない）。４つの突起６０は４つの多角形の切り欠き５６と嵌め合う位置に形成される。切り欠き５６と突起６０が嵌め合うことによって、電気音響変換装置５４を支持部材５９に固定することが容易になる。
　積層圧電素子が円形の場合、切り欠きに積層圧電素子がかからないようにするために積層圧電素子の半径を小さくしなければならない。本態様では、多角形の積層圧電素子５８の頂点が切り欠き５６にかからないように配置される。積層圧電素子５８を小さくすることなく配置することができるため、音圧を維持することができる。なお、切り欠き５６を備える振動板５５の半径は、切り欠きがないものと見なした仮想円で算出する。また、円形の振動板の外周部に突起が形成されている場合は、突起がないものと見なした仮想円で振動板の半径を算出する。
　なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。
　例えば、図１４の電気音響変換装置５４は切り欠き５６の数を４つに特定したが、すくなくとも１つあれば、それを基準に電気音響変換装置５４の位置を決めることは容易である。また、切り欠き５６の形状も、突起と嵌め合えば、特に多角形に限定されない。切り欠き５６の形状は、三角形、四角形、台形、正方形、長方形、五角形といった多角形の他、円弧、Ｕ字等があげられる。
　支持部材５９の突起６０についても、切り欠き５６と嵌め合えば数と形状は特に限定されない。突起６０の形状は、三角形、四角形、台形、正方形、長方形、五角形といった多角形の他、円弧、Ｕ字等があげられる。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。
　１１、３１、４１、５１、５４、６１　電気音響変換装置（圧電音響部品）
　１２、３４、４４、５２、５８、６２、６５　積層圧電素子（圧電板）
　１３、３９、４９、５５、６３　振動板（金属板）
　１４、３３、４３、７１　リード線
　１５、６６　圧電体層
　１６、６７　電極層
　１６ａ　第１の電極層
　１６ｂ、３２ｂ、４２ｂ　第２の電極層
　１７、３５、４５、６８　第１の表面電極層
　１８、３７、６９　第２の表面電極層
　１９　内部電極層
　２０　第１の側面電極
　２１、３８、４８　第２の側面電極
　２２　振動板の変形が大きな領域
　２３　側面電極で破壊のおそれのある領域
　２４、４０、５０　実効層
　２５　マージン部
　２７　正方形の積層圧電素子を備える電気音響変換装置の音圧特性
　２８　円形の積層圧電素子を備える電気音響変換装置の音圧特性
　３６、４６　第３の表面電極
　５３、５６　切り欠き
　５７　隣り合わない一対の切り欠きを結ぶ直線
　５９、６４　支持部材（ケース）
　６０　突起
　７０　接続電極（スルーホール）

Claims (4)

  1. 　圧電体層と電極層とが交互に積層され、極性が異なる少なくとも一対の電極層の間に前記圧電体層が配置された積層圧電素子と、
    　前記積層圧電素子が配置された振動板とを備え、
    　前記積層圧電素子は積層方向から見て多角形であり、
    　前記積層圧電素子が配置された前記振動板の面は円形であり、
    　前記少なくとも一対の電極層に挟まれる前記圧電体層のうち、積層方向から投影して前記少なくとも一対の電極層が重なる実効層の体積の合計（Ｖ）が下記の条件を満たすことを特徴とする電気音響変換装置。
    　０．２πＲ２×ｔｓ≦Ｖ≦２．０πＲ２×ｔｓ
    （但し、πは円周率、Ｒは振動板の半径、ｔｓは振動板の厚み）
  2. 　請求項１に記載の電気音響変換装置において、
    　前記少なくとも一対の電極層は、極性が異なる第１の電極層と第２の電極層とを含み、
    　前記第１の電極層は、前記積層圧電素子の一つの側面に形成された第１の側面電極に接続され、
    　前記第２の電極層は、前記第１の側面電極が形成された側面とは異なる側面に形成された第２の側面電極に接続されることを特徴とする電気音響変換装置。
  3. 　請求項２に記載の電気音響変換装置において、
    　前記第１の電極層は、前記振動板と接する面とは反対側の前記積層圧電素子の表面に形成された電極層を含むことを特徴とする電気音響変換装置。
  4. 　請求項１～３のいずれかに記載の電気音響変換装置において、前記積層圧電素子は積層方向から見て正方形であることを特徴とする電気音響変換装置。
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