WO2018061320A1 - 圧電発音部品 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a piezoelectric sound producing component.
- piezoelectric sound producing parts such as piezoelectric speakers and piezoelectric sounders that emit alarm sounds and operation sounds have been widely used.
- Patent Document 1 discloses such a piezoelectric sound producing component.
- the piezoelectric sound producing component described in Patent Document 1 has a structure in which a piezoelectric sound producing body (vibrating plate) composed of a piezoelectric element such as ceramic and a metal plate is housed in a case.
- the diaphragm accommodated in the case is fixed to the case with an elastic adhesive.
- a conductive adhesive that is electrically connected to the piezoelectric element is formed on an elastic adhesive formed on opposite sides of the diaphragm.
- the case is formed larger than the diaphragm from the viewpoint of stowability, so that a gap is formed between the inner periphery of the case and the outer periphery of the diaphragm. Is done.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a highly reliable piezoelectric sound producing component.
- a piezoelectric sound producing component includes a metal plate and a piezoelectric body formed on the metal plate, and a vibration plate that flexes and vibrates when a voltage is applied to the piezoelectric body, and a bottom wall And a first wall, a second wall provided opposite to the first wall, and a third wall provided between the first wall and the second wall, extending in the thickness direction from the periphery of the bottom wall.
- a case having a support portion that supports the diaphragm at the inner periphery of the sidewall, and two or more terminals that are formed on the first wall or the third wall and apply a voltage to the diaphragm, Two or more elastic adhesives for connecting the side walls and the diaphragm between two or more terminals and the diaphragm, and two or more terminals and vibration formed on the two or more elastic adhesives Two or more conductive adhesives for connecting the plates, and the diaphragm is formed between the first wall and the diaphragm During is to be smaller than the gap formed between the second wall and the diaphragm, it is housed in said case is supported by the support portion.
- 1 is a perspective view schematically showing a structure of a piezoelectric sound producing component according to a first embodiment. It is a top view which shows roughly the structure of the piezoelectric sounding component which concerns on 1st Embodiment. It is a disassembled perspective view which shows roughly the structure of the piezoelectric sounding component which concerns on 1st Embodiment. It is a graph which shows the result of having verified the effect of the piezoelectric sounding component which concerns on 1st Embodiment. It is a graph which shows the result of having verified the effect of the piezoelectric sounding component which concerns on 1st Embodiment.
- FIG. 6 is a plan view schematically showing the structure of the piezoelectric sound producing component according to the second embodiment corresponding to FIG. 2.
- FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of the piezoelectric sound producing component 1 according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a plan view of the piezoelectric sound producing component 1 on the mounting surface side
- FIG. 3 is an exploded perspective view schematically showing a structure with the mounting surface of the piezoelectric sound producing component 1 as the upper surface. 1 to 3, the configuration necessary for explaining at least a part of the characteristics of the structure of the piezoelectric sound producing component 1 is extracted and described.
- the piezoelectric sound producing component 1 has a configuration not shown. It does not prevent preparation.
- the piezoelectric sound producing component 1 includes a terminal 10, a case 20, and a diaphragm 30.
- the piezoelectric sound producing component 1 includes an elastic insulating adhesive 41, conductive adhesives 42 ⁇ / b> A and 42 ⁇ / b> B (hereinafter collectively referred to as “conductive adhesive 42”), and a coating unit 50 as adhesive materials.
- the piezoelectric sound producing component 1 having these configurations is such that when a voltage is applied from the terminal 10, the diaphragm 30 bends and vibrates.
- the vibration plate 30 includes a rectangular flat metal plate 31 and a flat piezoelectric body 33 formed on the metal plate 31.
- the metal plate 31 is made of a material having good conductivity and spring elasticity (for example, an elastic modulus of 1 GPa or more), and specifically, made of 42 alloy, SUS (stainless steel), brass, phosphor bronze, or the like.
- the metal plate 31 is a square flat plate having a side of 14.6 mm and a thickness of about 0.08 mm.
- the metal plate 31 may be a resin material such as a glass epoxy substrate as long as the elastic modulus is 1 GPa or more. Further, the metal plate 31 is not limited to a rectangle, but may be a circle or a polygon.
- the piezoelectric body 33 is a disk made of piezoelectric ceramics such as PZT and having a radius of about 13.6 mm and a thickness (Z-axis direction) of about 0.055 mm.
- the piezoelectric body 33 is formed at the approximate center of the metal plate 31.
- the thickness of the piezoelectric body 33 can be set in accordance with desired characteristics from about 20 ⁇ m to several hundred ⁇ m.
- the piezoelectric body 33 is not limited to a circular shape, and may have an elliptical shape or a polygonal shape.
- Electrodes 32 having a diameter smaller than the diameter of the piezoelectric body 33 are formed on the front and back of the piezoelectric body 33.
- the electrode 32 includes an Ag-baked electrode having a thickness of about 1 ⁇ m, A NiCu (nickel-copper alloy) or Ag (silver) sputtering electrode of about several ⁇ m is used.
- the vibration plate 30 has a configuration in which the piezoelectric body 33 is formed on a part of the metal plate 31, but is not limited thereto.
- the vibration plate 30 may be configured such that the piezoelectric body 33 is formed on the entire metal plate 31.
- the diaphragm 30 may be configured to be housed in the case 20 so that the piezoelectric body 33 faces the bottom wall 21 of the case 20. Further, the diaphragm 30 may be configured such that the piezoelectric bodies 33 are formed on both surfaces thereof.
- the case 20 is made of an insulating material such as ceramic or resin, and includes a bottom wall 21 and four side walls 22A (an example of a third wall), 22B (an example of a first wall), and 22C (a fourth wall). It is an example of a wall.), 22D (an example of a second wall.
- side wall 22 is formed in a substantially square box shape.
- the case 20 is formed of a resin, it is preferable to use LCP (liquid crystal polymer), SPS (syndiotactic polystyrene), PPS (polyphenylene sulfide), PBT (polybutylene terephthalate), or the like.
- LCP liquid crystal polymer
- SPS siniotactic polystyrene
- PPS polyphenylene sulfide
- PBT polybutylene terephthalate
- the case 20 is not limited to a substantially square box shape, and may be a cylindrical shape or a polygonal column shape.
- the bottom wall 21 is a flat plate provided along the XY plane.
- a sound emission hole 24 is formed in the bottom wall 21.
- the sound emitting hole 24 is a hole for propagating sound generated by vibration of a diaphragm 30 described later to the outside of the case 20.
- a recess having a thickness of about 1 mm is formed around the sound emitting hole 24.
- the side wall 22 extends in the Z-axis direction (that is, the direction from the bottom wall 21 toward the diaphragm 30) from the peripheral portion of the bottom wall 21 so as to surround the space above the bottom wall 21.
- a recess space is formed by the surface of the bottom wall 21 and the inner surface of the side wall 22 on the surface facing the diaphragm 30.
- the side wall 22 has a frame 23 at its opening.
- the frame 23 is formed continuously with the outer surface of the side wall 22, and is formed outside the other regions of the side wall 22.
- the inner surface (inner peripheral portion) of the side wall 22 is bent outward with respect to the case 20 along the ZY plane in the region in the vicinity of the opening by forming the frame 23, and then again the Z axis. It has a structure extending along the direction.
- the side wall 22 has the support part 26 which supports the diaphragm 30 in the perimeter in the area
- the diaphragm 30 in the support portion 26 is provided in parallel to the bottom wall 21. Since the case 20 can support the diaphragm 30 on the bottom wall 21 side of the opening surface, a space is formed between the diaphragm 30 and the mounting substrate.
- a slit-shaped hole 27 is formed on at least one side of the frame 23 (FIG. 3).
- the case 20 includes the sound emitting hole 24 and the slit-shaped hole 27 described above, and a predetermined space is formed between the diaphragm 30 and the mounting substrate, so that the piezoelectric sound producing component 1 can generate sound having a specific frequency. It can function as a Helmholtz resonator that improves pressure.
- the frequency can be adjusted by adjusting the volume of the predetermined space, the size of the slit-like holes, and the sound emitting holes 24 and the number of holes.
- the outer shape of the case 20 has a length along the X-axis direction of about 18 mm, a length along the Y-axis direction of about 18 mm, and a thickness along the Z-axis direction of about 8 mm. It is.
- the sound emitting hole 24 has a length along the X-axis direction of about 5 mm, a length along the Y-axis direction of about 3.5 mm, and a thickness along the Z-axis direction of about 3 mm. is there.
- the terminal 10 has two adjacent sides in the frame 23. Specifically, the terminal 10 has a side wall in the vicinity of the approximate center of the frame 23 included in the side wall 22B (an example of the first wall) and in the frame 23 included in the side wall 22A (an example of the third wall). It is formed in the vicinity of the end on the opposite side (side wall 22D side) to 22B.
- the terminal 10 is formed from the upper surface of the frame 23 to the inner wall (support portion 26), and electrically connects the inside of the case and the outside.
- the terminals are plated with iron, brass or the like with Ni (nickel), Cu (copper), or Au (gold).
- the terminal 10 is made of brass (S2680-1 / 2H) with a Ni (nickel) base of 1 ⁇ m and Au (gold) plating of 0.02 ⁇ m or more and 0.1 ⁇ m or less.
- the terminal 10 is not limited to the structure formed in two adjacent sides in the frame 23, The structure formed in only one side may be sufficient.
- the terminal 10 does not necessarily have to be formed on the adjacent wall of the side wall 22. In this case, the other terminal 10 should just be formed in the wall provided between the wall in which the one terminal 10 was formed, and the wall facing the said wall.
- the diaphragm 30 is supported by the support portion 26 so as to be parallel to the bottom wall 21.
- the diaphragm 30 is housed near the side walls 22A and 22B where the terminals 10 are formed among the four side walls 22A to 22D.
- the gaps d1 and d2 between the inner periphery of the two side walls 22A and 22B on which the terminal 10 is formed and the diaphragm 30 are sidewalls facing the two side walls 22A and 22B, respectively (that is, the terminal 10 is Two side walls (not formed) 22C and 22D are set to be narrower than the gaps d3 and d4 between the inner periphery of the diaphragm 30 and the diaphragm 30.
- the region facing the terminal 10 in the diaphragm 30 is supported by the support portion 26 with a larger area than the region not facing the terminal 10.
- the amount of displacement due to vibration of the diaphragm 30 is reduced in the region facing the terminal 10 in the diaphragm 30 than in the region not facing the terminal 10.
- the diaphragm 30 supported by the support portion 26 is bonded and fixed by an elastic insulating adhesive 41 at least at two places.
- the elastic insulating adhesive 41 connects the side wall 22 and the diaphragm 30 between at least two terminals 10 and the diaphragm 30.
- the elastic insulating adhesive 41 is applied from the diaphragm 30 to the case 20 in the region facing the terminal 10 (that is, the region facing the side walls 22A and 22B) and the four corner portions of the diaphragm 30. It is formed over.
- the elastic insulating adhesive 41 is preferably less elastic than the conductive adhesive 42 described later, and the material thereof is, for example, a urethane adhesive having an elastic modulus of about 3.7 MPa.
- the two conductive adhesives 42A and 42B are formed from the diaphragm 30 to the case 20 so as to straddle the elastic insulating adhesive 41, the diaphragm 30 and the terminal 10 are connected.
- the conductive adhesive 42 ⁇ / b> A is formed from approximately the center of the region facing the side wall 22 ⁇ / b> B of the diaphragm 30 to approximately the center of the side wall 22 ⁇ / b> B.
- the piezoelectric body 33 has a disk shape and is formed near the center of the metal plate 31. For this reason, the side of the diaphragm 30 that faces the side wall 22B is closest to the piezoelectric body 33 in the vicinity of the center thereof. Therefore, by forming the conductive adhesive 42 ⁇ / b> A near the center of the diaphragm 30, the terminal 10 and the piezoelectric body 33 can be connected by the short-sized conductive adhesive 42 ⁇ / b> A.
- the conductive adhesive 42B is formed from the vicinity of the end portion on the side wall 22D side of the region facing the side wall 22A of the diaphragm 30 to the vicinity of the end portion on the side wall 22D side of the side wall 22A.
- the two conductive adhesives 42A and 42B are preferably formed near the center of the elastic insulating adhesive 41 so as not to adhere to the periphery.
- the material of the conductive adhesive 42 is, for example, a urethane-based conductive adhesive having an elastic modulus of about 0.3 Gpa.
- the gap between the inner periphery of the case 20 and the outer periphery of the diaphragm 30 is sealed by a coating portion 50 formed in a frame shape (for example, an annular shape). Furthermore, the coating part 50 is also formed on the surface of the diaphragm 30 so as to have a part inscribed in the part applied in a frame shape. That is, the coating part 50 includes a sealing part that seals the inner periphery of the case 20 and the outer periphery of the diaphragm 30, and a protective part that protects the diaphragm 30 by having a part inscribed in the sealing part. Composed.
- the piezoelectric sound generating component 1 can protect the piezoelectric body 33 even when the mounting board side is not provided with a lid. Thereby, the members constituting the piezoelectric sound producing component 1 can be reduced.
- the coating unit 50 preferably covers the entire surface of the vibration plate 30, but may be configured to cover at least the piezoelectric body 33.
- the protective part of the coating part 50 preferably has a shape similar to the piezoelectric body 33.
- the protection portion has a disk shape and is inscribed with the sealing portion on an extension line of the diameter. Further, the protective part may be configured such that the entire peripheral part is inscribed in the sealing part.
- the coating part 50 preferably has a thickness of 500 ⁇ m or less. As a result, it is possible to reduce the obstruction of the vibration of the diaphragm 30.
- the coating part 50 is silicone, a low elasticity epoxy, a fluororesin etc., for example.
- the content rate of low molecular siloxane is 100 ppm or less. As a result, it is possible to suppress insulation failure of the surrounding electronic components due to the release of siloxane from the silicone.
- the diaphragm 30 is housed in the case 20 in a state of being brought close to the side wall 22 (22A, 22B) on which the terminal 10 is formed. Thereby, the length of the conductive adhesive 42 can be shortened. Furthermore, since the region facing the terminal 10 in the diaphragm 30 is supported by the support portion 26 with a larger area than the region not facing the terminal 10, the amount of displacement due to vibration of the diaphragm 30 is reduced. That is, it is possible to reduce the stress applied to the conductive adhesive 42 by the vibration of the diaphragm 30.
- the piezoelectric sound producing component 1 since the vibration resistance of the conductive adhesive 42 can be improved, the reliability can be improved.
- the diaphragm 30 is housed in the case 20 in a state of being brought close to the side walls 22A and 22B. However, even in this case, the displacement amount of the central portion of the diaphragm 30 is not affected. Therefore, the sound pressure performance of the piezoelectric sound producing component 1 does not deteriorate.
- FIG. 4A is a graph showing the results of verifying the relationship between the size of the gap between the side wall 22 and the diaphragm 30 and the amount of displacement of the portion where the conductive adhesive 42 is applied.
- the vertical axis represents the displacement amount of the portion where the conductive adhesive 42 is applied
- the horizontal axis represents the input voltage applied to the terminal 10.
- the graph which shows a plot with a rectangle has shown the result when a clearance gap is large
- the graph which shows a plot with a round shape has shown the result when a clearance gap is small.
- the amount of displacement when the diaphragm 30 is bent can be reduced by 16% or more and 25% or less.
- the displacement reduction effect increases in proportion to the input voltage.
- the displacement can be reduced by about 20%, and when the input voltage is 18 Vp-p, the displacement is reduced by about 25%. be able to.
- FIG. 4B is a graph showing a result of verifying the relationship between the size of the gap between the side wall 22 and the diaphragm 30 and the amount of displacement of the central portion of the diaphragm 30.
- the vertical axis indicates the amount of displacement of the central portion of the diaphragm 30, and the horizontal axis indicates the input voltage applied to the terminal 10.
- the graph showing the plot as a rectangle shows the result when the gap is large
- the graph showing the plot as a circle shows the result when the gap is small.
- the amount of displacement of the central portion of the diaphragm 30 is increased in proportion to the input voltage regardless of the gap between the side wall 22 and the diaphragm 30.
- the piezoelectric sound producing component 1 reduces the sound pressure performance without affecting the displacement amount in the central portion of the diaphragm 30 while reducing the displacement amount near the conductive adhesive 42. There is nothing to do.
- FIG. 5 is a graph showing the results of verifying the relationship between the size of the gap between the side wall 22 and the diaphragm 30 and the rate of occurrence of tearing of the conductive adhesive 42.
- the vertical axis indicates the tear occurrence rate of the conductive adhesive 42
- the horizontal axis indicates the input voltage as in FIG. 4.
- the graph shown with a broken line has shown the result when a clearance gap is large, and the graph shown with a continuous line has shown the result when a clearance gap is small.
- the diaphragm 30 is housed in the case 20 in a state of being brought close to the side wall 22 (22A, 22B) on which the terminal 10 is formed, so that the vibration applied while reducing the load applied to the conductive adhesive 42 is reduced. A decrease in the amount of displacement at the center of the plate 30 can be avoided. As a result, it can be seen that sufficient sound pressure performance can be realized while suppressing the conductive adhesive 42 from being torn.
- FIG. 6 is a plan view of the top surface side of the piezoelectric sound producing component 1 according to the present embodiment.
- the illustration of the elastic insulating adhesive 41 is omitted in order to simplify the description.
- the piezoelectric body 33 (not shown) is a rectangular plate formed between the electrode 32 and the metal plate 31 and having a shape following the electrode 32.
- the piezoelectric body 33 is formed close to the side of the metal plate 31 that faces the side wall 22B.
- the two terminals 10 are both formed near the end of the side wall 22B.
- Other configurations of the piezoelectric sound producing component 1 are the same as those in the first embodiment.
- the diaphragm 30 of the present embodiment is housed in the case 20 in a state of being brought close to the side wall 22B. That is, the gap d2 between the diaphragm 30 and the inner circumference of the side wall 22B is set smaller than the gap d4 between the diaphragm 30 and the inner circumference of the side wall 22D.
- the gap d1 between the diaphragm 30 and the inner periphery of the side wall 22A is set to be substantially the same as the gap d3 between the diaphragm 30 and the inner periphery of the side wall 22C.
- the conductive adhesive 42 is formed from both ends of the region facing the side wall 22B of the diaphragm 30 to both ends of the side wall 22B.
- the structure of the other piezoelectric sound producing component 1 is the same as that of the first embodiment.
- the piezoelectric sound producing component 1 according to the embodiment of the present invention has been described above.
- the piezoelectric sound producing component 1 according to an embodiment of the present invention includes a metal plate 31 and a piezoelectric body 33 formed on the metal plate 31, and flexurally vibrates when a voltage is applied to the piezoelectric body 33.
- a diaphragm 30, a bottom wall 21 (FIG.
- the vibration plate 30 is housed in the case 20 in a state of being brought close to the side wall 22B on which the terminal 10 is formed, thereby reducing the load on the conductive adhesive 42.
- each embodiment described above is for facilitating understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention.
- the present invention can be changed / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
- those obtained by appropriately modifying the design of each embodiment by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
- each element included in each embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
- Each embodiment is an exemplification, and it is needless to say that a partial replacement or combination of configurations shown in different embodiments is possible, and these are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention. .
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Abstract
信頼性の高い圧電発音部品を提供する。 金属板と、金属板上に形成された圧電体とを有し、圧電体に電圧が印加されることにより、屈曲振動する振動板と、底壁、及び、当該底壁の周縁から厚み方向に延び、第1壁と、当該第1壁に対向して設けられる第2壁と、第1壁と第2壁との間に設けられる第3壁とを有する側壁、並びに、側壁の内周部において振動板を支持する支持部を有するケースと、第1壁又は第3壁に形成され、振動板に電圧を印加する2つ以上の端子と、2つ以上の端子と振動板との間において、側壁と振動板とを接続させる、2つ以上の弾性接着剤と、2つ以上の弾性接着剤上に形成され、2つ以上の端子と振動板とを接続させる、2つ以上の導電性接着剤と、を備え、振動板は、第1壁と振動板との間に形成される隙間が、第2壁と振動板との間に形成される隙間より小さくなるように、支持部に支持されて前記ケースに収納される。
Description
本発明は、圧電発音部品に関する。
従来、携帯電話機や家電製品等の電子機器において、警報音や動作音を発する圧電スピーカや圧電サウンダ等の圧電発音部品が広く用いられている。
例えば特許文献1には、このような圧電発音部品について開示されている。特許文献1に記載の圧電発音部品は、セラミック等の圧電素子と金属板とから構成された圧電発音体(振動板)が、ケース内に収納された構造となっている。ケース内に収容された振動板は、弾性接着剤でケースに固定されている。さらに圧電素子と電気的に接続される導電性接着剤が、振動板における互いに対向する辺に形成された弾性接着剤上に形成されている。
特許文献1に記載されているような圧電発音部品において、ケースは、収納性の観点から、振動板より大きく形成されるため、ケースの内周と振動板の外周との間には隙間が形成される。
しかし、特許文献1に記載されているように、振動板における互いに対向する辺に導電性接着剤が形成されている場合、振動板がケース内において偏った位置に配置されると、一方の導電性接着剤を長く形成しなければならない。その結果、長い方の導電性接着剤には、振動板の振動によって加わる応力が増加する。これにより、導電性接着剤が断裂する可能性があり、信頼性の観点から改善する余地があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い圧電発音部品を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る圧電発音部品は、金属板と、金属板上に形成された圧電体とを有し、圧電体に電圧が印加されることにより、屈曲振動する振動板と、底壁、及び、当該底壁の周縁から厚み方向に延び、第1壁と、当該第1壁に対向して設けられる第2壁と、第1壁と第2壁との間に設けられる第3壁とを有する側壁、並びに、側壁の内周部において振動板を支持する支持部を有するケースと、第1壁又は第3壁に形成され、振動板に電圧を印加する2つ以上の端子と、2つ以上の端子と振動板との間において、側壁と振動板とを接続させる、2つ以上の弾性接着剤と、2つ以上の弾性接着剤上に形成され、2つ以上の端子と振動板とを接続させる、2つ以上の導電性接着剤と、を備え、振動板は、第1壁と振動板との間に形成される隙間が、第2壁と振動板との間に形成される隙間より小さくなるように、支持部に支持されて前記ケースに収納される。
本発明によれば、信頼性の高い圧電発音部品を提供することが可能となる。
[第1実施形態]
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る圧電発音部品1の構造を概略的に示す斜視図である。また、図2は、圧電発音部品1における実装面側の平面図であり、図3は、圧電発音部品1の実装面を上面にした構造を概略的に示す分解斜視図である。なお、図1乃至図3においては、圧電発音部品1の構造における特徴の少なくとも一部を説明するのに必要な構成を抽出して記載しているが、圧電発音部品1が不図示の構成を備えることを妨げるものではない。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る圧電発音部品1の構造を概略的に示す斜視図である。また、図2は、圧電発音部品1における実装面側の平面図であり、図3は、圧電発音部品1の実装面を上面にした構造を概略的に示す分解斜視図である。なお、図1乃至図3においては、圧電発音部品1の構造における特徴の少なくとも一部を説明するのに必要な構成を抽出して記載しているが、圧電発音部品1が不図示の構成を備えることを妨げるものではない。
(1.構成)
図1乃至3に示すように圧電発音部品1は、端子10と、ケース20と、振動板30とを備えている。また圧電発音部品1は、接着材料として、弾性絶縁接着剤41と、導電性接着剤42A、42B(以下、まとめて「導電性接着剤42」とも呼ぶ。)と、コーティング部50とを備える。これらの構成を備える圧電発音部品1は、端子10から電圧が印加されることによって、振動板30が屈曲振動し、発音するものである。
図1乃至3に示すように圧電発音部品1は、端子10と、ケース20と、振動板30とを備えている。また圧電発音部品1は、接着材料として、弾性絶縁接着剤41と、導電性接着剤42A、42B(以下、まとめて「導電性接着剤42」とも呼ぶ。)と、コーティング部50とを備える。これらの構成を備える圧電発音部品1は、端子10から電圧が印加されることによって、振動板30が屈曲振動し、発音するものである。
(1-1.振動板)
振動板30は、矩形平板状の金属板31と、当該金属板31上に形成された平板状の圧電体33とを有する。
振動板30は、矩形平板状の金属板31と、当該金属板31上に形成された平板状の圧電体33とを有する。
金属板31は、良導電性とバネ弾性(例えば弾性率が1GPa以上)を有する材質から成り、具体的には、42アロイ、SUS(ステンレス鋼)、黄銅、リン青銅等から成ることが好ましい。金属板31は例えば、1辺が14.6mmで厚さが0.08mm程度の正方形の平板である。なお、金属板31は、弾性率が1GPa以上であればガラスエポキシ基板等の樹脂系材料でもよい。また、金属板31は、矩形に限らず円形や多角形の形状でもよい。
圧電体33は、PZT等の圧電セラミックスから成る、半径が13.6mm程度、厚さ(Z軸方向)が0.055mm程度の円板である。また、圧電体33は金属板31の略中央に形成されている。なお、圧電体33の厚さは、20μm以上数百μm以下程度から所望の特性に合わせて設定可能である。また、圧電体33は円形に限らず楕円形や多角形等の形状でもよい。
圧電体33の表裏には、圧電体33の直径よりも小さい径の電極32が形成される。電極32には、厚さ1μm程度のAg焼付電極や、厚さ0.数μm程度のNiCu(ニッケル-銅合金)やAg(銀)スパッタリング電極が用いられる。
振動板30は、金属板31が後述するケース20の底壁21と対向するように、その周縁部が後述する支持部26に載置されケース20の中に収納される。詳細については後述するが、このとき振動板30は、ケース20の側壁22における、端子10が形成されている領域に寄せて収納される。なお、本実施形態においては、振動板30は、圧電体33が金属板31の一部に形成される構成であるが、これに限定されない。例えば振動板30は、圧電体33が金属板31の全部に形成される構成でもよい。また、振動板30は、圧電体33がケース20の底壁21と対向するようにケース20に収納される構成でもよい。さらに、振動板30は、その両面に圧電体33が形成される構成でもよい。
(1-2.ケース)
ケース20は、セラミックス又は樹脂等の絶縁性材料から成る、底壁21と4つの側壁22A(第3壁の一例である。)、22B(第1壁の一例である。)、22C(第4壁の一例である。)、22D(第2壁の一例である。以下、側壁22A乃至22Dをまとめて「側壁22」とも呼ぶ。)とを有する略正方形の箱型に形成されている。ケース20を樹脂で形成する場合には、LCP(液晶ポリマー)、SPS(シンジオタクチックポリスチレン)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等を用いることが好ましい。なお、ケース20は略正方形の箱型に限定されず、円筒の形状や多角柱の形状でもよい。
ケース20は、セラミックス又は樹脂等の絶縁性材料から成る、底壁21と4つの側壁22A(第3壁の一例である。)、22B(第1壁の一例である。)、22C(第4壁の一例である。)、22D(第2壁の一例である。以下、側壁22A乃至22Dをまとめて「側壁22」とも呼ぶ。)とを有する略正方形の箱型に形成されている。ケース20を樹脂で形成する場合には、LCP(液晶ポリマー)、SPS(シンジオタクチックポリスチレン)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等を用いることが好ましい。なお、ケース20は略正方形の箱型に限定されず、円筒の形状や多角柱の形状でもよい。
底壁21は、XY平面に沿って設けられる平板である。底壁21には、放音孔24が形成されている。放音孔24は、後述する振動板30が振動することによって発せられる音をケース20の外側に伝搬するための孔である。なお、本実施形態においては、放音孔24の周囲には厚さ1mm程度の窪みが形成されている。
側壁22は、底壁21の上方の空間を囲むように、底壁21の周縁部からZ軸方向(すなわち、底壁21から振動板30へ向かう方向)に延びている。ケース20は、振動板30と対向する面において、底壁21の表面と側壁22の内面とによって凹部(空間)が形成される。
側壁22は、その開口部において枠23を有している。枠23は、側壁22の外側の面と連続して形成されており、側壁22のその他の領域よりも外側に形成されている。すなわち、側壁22の内側の面(内周部)は、枠23が形成されることで、開口部近傍の領域において、ZY平面に沿ってケース20に対して外側に屈曲した後、再度Z軸方向に沿って延びる構造を有している。これによって、側壁22は、その内周部における外側に屈曲した領域に、その全周で振動板30を支える支持部26を有する(図3)。支持部26における振動板30は、底壁21に対して平行に設けられている。ケース20は振動板30をその開口面よりも底壁21側で支持することができるため、振動板30と実装基板との間には空間が形成される。
枠23の少なくとも1辺以上の辺には、スリット状の穴27が形成されている(図3)。枠23にスリット状の穴27が形成されることによって、振動板30と実装基板との間の空間における空気抵抗が低減される。
ケース20が上述の放音孔24とスリット状の穴27を備え、さらに振動板30と実装基板との間に所定の空間が形成されることによって、圧電発音部品1は、特定の周波数の音圧を向上させるヘルムホルツ共鳴器として機能することができる。なお、所定の空間の体積、並びにスリット状の穴、及び放音孔24の寸法及び孔の数を調整することによって、周波数の調整をすることができる。
本実施形態では、ケース20の外形は、X軸方向に沿った長さが18mm程度であり、Y軸方向に沿った長さが18mm程度であり、Z軸方向に沿った厚さが8mm程度である。また、放音孔24は、X軸方向に沿った長さが5mm程度であり、Y軸方向に沿った長さが3.5mm程度であり、Z軸方向に沿った厚さが3mm程度である。
(1-3.端子)
端子10は、枠23における隣接する2辺にされている。具体的には、端子10は、側壁22B(第1壁の一例である。)が有する枠23の略中央付近と、側壁22A(第3壁の一例である。)が有する枠23における、側壁22Bと反対側(側壁22D側)の端部近傍とに形成されている。端子10は、枠23の上面から内壁(支持部26)に亘って形成されており、ケース内部と外部とを導通接続させる。端子は、鉄や黄銅等に、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、又はAu(金)によってメッキ等が施される。本実施形態においては、端子10は、黄銅(S2680-1/2H)にNi(ニッケル)下地1μm、Au(金)メッキ0.02μm以上0,1μm以下程度から成る。なお、端子10は、枠23における隣接する2辺に形成される構成に限定されず、1辺のみに形成される構成でもよい。また、ケース20が四角形以上の多角形である場合には、端子10は必ずしも側壁22における隣接する壁に形成されていなくてもよい。この場合、1つの端子10が形成された壁と、当該壁に対向する壁との間に設けられた壁にもう1つの端子10が形成されていればよい。
端子10は、枠23における隣接する2辺にされている。具体的には、端子10は、側壁22B(第1壁の一例である。)が有する枠23の略中央付近と、側壁22A(第3壁の一例である。)が有する枠23における、側壁22Bと反対側(側壁22D側)の端部近傍とに形成されている。端子10は、枠23の上面から内壁(支持部26)に亘って形成されており、ケース内部と外部とを導通接続させる。端子は、鉄や黄銅等に、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、又はAu(金)によってメッキ等が施される。本実施形態においては、端子10は、黄銅(S2680-1/2H)にNi(ニッケル)下地1μm、Au(金)メッキ0.02μm以上0,1μm以下程度から成る。なお、端子10は、枠23における隣接する2辺に形成される構成に限定されず、1辺のみに形成される構成でもよい。また、ケース20が四角形以上の多角形である場合には、端子10は必ずしも側壁22における隣接する壁に形成されていなくてもよい。この場合、1つの端子10が形成された壁と、当該壁に対向する壁との間に設けられた壁にもう1つの端子10が形成されていればよい。
(2.接着構造及び収納構造)
まず、振動板30の収納構造について説明する。
振動板30は、底壁21に対して平行になるように支持部26に支持される。本実施形態において、振動板30は、4つの側壁22A乃至22Dのうち、端子10が形成されている側壁22A、22Bに寄せて収納されている。すなわち、端子10が形成されている2つの側壁22A、22Bの内周と振動板30との間の隙間d1、d2は、当該2つの側壁22A、22Bとそれぞれ対向する側壁(すなわち、端子10が形成されていない2つの側壁)22C、22Dの内周と振動板30との間の隙間d3、d4より狭くなるように設定されている。これによって、振動板30における端子10に対向する領域は、端子10に対向しない領域よりも大きい面積で支持部26に支持されることになる。この結果、振動板30における端子10に対向する領域は、端子10に対向しない領域よりも振動板30の振動による変位量が低減される。
まず、振動板30の収納構造について説明する。
振動板30は、底壁21に対して平行になるように支持部26に支持される。本実施形態において、振動板30は、4つの側壁22A乃至22Dのうち、端子10が形成されている側壁22A、22Bに寄せて収納されている。すなわち、端子10が形成されている2つの側壁22A、22Bの内周と振動板30との間の隙間d1、d2は、当該2つの側壁22A、22Bとそれぞれ対向する側壁(すなわち、端子10が形成されていない2つの側壁)22C、22Dの内周と振動板30との間の隙間d3、d4より狭くなるように設定されている。これによって、振動板30における端子10に対向する領域は、端子10に対向しない領域よりも大きい面積で支持部26に支持されることになる。この結果、振動板30における端子10に対向する領域は、端子10に対向しない領域よりも振動板30の振動による変位量が低減される。
次に、振動板30とケース20との接着構造について説明する。
支持部26に支持された振動板30は、少なくとも2か所において、弾性絶縁接着剤41によって接着固定される。弾性絶縁接着剤41は、少なくとも2つ以上の端子10と振動板30との間において、側壁22と振動板30とを接続させる。本実施形態においては、弾性絶縁接着剤41は、振動板30における、端子10と対向する領域(すなわち側壁22A、22Bと対向する領域)、及び4つのコーナー部において、振動板30からケース20に亘って形成されている。弾性絶縁接着剤41は、後述する導電性接着剤42よりも低弾性であることが好ましく、その材質は、例えば弾性率が3.7MPa程度のウレタン系接着剤等である。
支持部26に支持された振動板30は、少なくとも2か所において、弾性絶縁接着剤41によって接着固定される。弾性絶縁接着剤41は、少なくとも2つ以上の端子10と振動板30との間において、側壁22と振動板30とを接続させる。本実施形態においては、弾性絶縁接着剤41は、振動板30における、端子10と対向する領域(すなわち側壁22A、22Bと対向する領域)、及び4つのコーナー部において、振動板30からケース20に亘って形成されている。弾性絶縁接着剤41は、後述する導電性接着剤42よりも低弾性であることが好ましく、その材質は、例えば弾性率が3.7MPa程度のウレタン系接着剤等である。
さらに、弾性絶縁接着剤41を跨ぐように振動板30からケース20に亘って2つの導電性接着剤42A、42Bが形成されていることで、振動板30と端子10とが接続される。
導電性接着剤42Aは、振動板30における側壁22Bに対向する領域のほぼ中央付近から、側壁22Bの略中央付近に亘って形成される。本実施形態では、圧電体33は円板形状であり、金属板31の中央付近に形成されている。そのため、振動板30における側壁22Bに対向する辺は、その中央付近において、圧電体33に最も接近されている。従って導電性接着剤42Aを振動板30の中央付近に形成することによって、短い寸法の導電性接着剤42Aによって端子10と圧電体33とを接続させることができる。
導電性接着剤42Bは、振動板30における側壁22Aに対向する領域の側壁22D側の端部近辺から、側壁22Aにおける側壁22D側の端部近辺に亘って形成される。
2つの導電性接着剤42A、42Bはそれぞれ、周辺に付着しないように弾性絶縁接着剤41の中央付近に形成されることが好ましい。導電性接着剤42の材質は、例えば弾性率が0.3Gpa程度のウレタン系導電性接着剤等である。
また、ケース20の内周と振動板30の外周との隙間は、枠状(例えば環状)に形成されたコーティング部50によって封止されている。さらにコーティング部50は、枠状に塗布された部分と内接する部分を有するように振動板30の表面にも形成されている。すなわち、コーティング部50は、ケース20の内周と振動板30の外周とを封止する封止部と、当該封止部分と内接する部分を有し、振動板30を保護する保護部とから構成される。振動板30がコーティング部50によって覆われることで、圧電発音部品1は実装基板側に蓋を備えない構成でも、圧電体33を保護することができる。これによって圧電発音部品1を構成する部材を減らすことができる。なお、コーティング部50は振動板30の全面を覆うことが好ましいが、少なくとも圧電体33を覆う構成であればよい。この場合、コーティング部50の保護部は圧電体33に相似する形状であることが好ましい。例えば図3の例では、保護部は円板形状であり、直径の延長線上で封止部と内接している。さらに保護部は、その周縁部の全部が封止部に内接する構成でもよい。
コーティング部50は、500μm以下の厚さであることが好ましい。これによって、振動板30の振動を阻害することを低減することができる。また、コーティング部50は、例えば、シリコーン、低弾性のエポキシ、フッ素樹脂等である。なお、コーティング部50にシリコーンを用いる場合には、低分子シロキサンの含有率が100ppm以下であることが好ましい。これによってシリコーンからシロキサンが離脱することによる、周囲の電子部品の絶縁不良を抑制することができる。
このように本実施形態に係る圧電発音部品1において、振動板30は、端子10が形成された側壁22(22A,22B)に寄せた状態でケース20に収納される。これによって、導電性接着剤42の長さを短くすることが可能になる。さらに、振動板30における端子10に対向する領域は、端子10に対向しない領域よりも大きい面積で支持部26に支持されるため、振動板30の振動による変位量が低減される。すなわち、導電性接着剤42に対して、振動板30の振動によってかかる応力を低減することが可能になる。これらの結果、本実施形態に係る圧電発音部品1においては、導電性接着剤42の耐振動性を向上させることができるため、信頼性を向上させることができる。なお、本実施形態において、振動板30は側壁22A,22Bに寄せた状態でケース20に収納されるが、この場合でも振動板30における中央部の変位量には影響を与えない。従って圧電発音部品1の音圧性能が低下することがない。
(3.効果)
次に、図4A、図4B及び図5を参照して、本実施形態に係る圧電発音部品1の効果について、検証した結果を説明する。
次に、図4A、図4B及び図5を参照して、本実施形態に係る圧電発音部品1の効果について、検証した結果を説明する。
図4Aは、側壁22と振動板30との間の隙間の大きさと、導電性接着剤42が塗布された部位の変位量との関係について検証した結果を示すグラフである。図4Aにおいて、縦軸は導電性接着剤42が塗布された部位の変位量を示しており、横軸は端子10に印加される入力電圧を示している。また、プロットを四角形で示すグラフは、隙間が大きい場合の結果を示しており、プロットを丸型で示すグラフは、隙間が小さい場合の結果を示している。
図4Aから明らかなように、側壁22と振動板30との間の隙間を小さくすることで、振動板30の屈曲時における変位量を16%以上25%以下程度低減することが可能になる。具体的には、変位量の低減効果は入力電圧に比例して大きくなり、入力電圧が12Vp-pの時に変位量を20%程度低減でき、18Vp-pの時には変位量を25%程度低減することができる。
他方で図4Bは側壁22と振動板30との間の隙間の大きさと、振動板30の中央部分の変位量との関係について検証した結果を示すグラフである。図4Bにおいて、縦軸は振動板30の中央部分の変位量を示しており、横軸は端子10に印加される入力電圧を示している。また、図4Bにおいても、プロットを四角形で示すグラフは、隙間が大きい場合の結果を示しており、プロットを丸型で示すグラフは、隙間が小さい場合の結果を示している。
図4Bから明らかなように、振動板30の中央部分の変位量は、側壁22と振動板30との間の隙間にかかわらず、入力電圧に比例して大きくなっている。このように、本実施形態に係る圧電発音部品1は、導電性接着剤42近傍の変位量は低減しつつも、振動板30中央部の変位量には影響を与えず、音圧性能を低下させることが無い。
次に、図5は側壁22と振動板30との間の隙間の大きさと、導電性接着剤42の断裂発生率との関係について検証した結果を示すグラフである。図5において、縦軸は導電性接着剤42の断裂発生率を示しており、横軸は図4と同様に入力電圧を示している。また、破線で示すグラフは、隙間が大きい場合の結果を示しており、実線で示すグラフは、隙間が小さい場合の結果を示している。
図5から明らかなように、側壁22と振動板30との間の隙間を小さくすることで、導電性接着剤42が断裂し始める入力電圧を78Vp-pから94Vp-pまで引き上げることが可能になる。
以上のことから、振動板30が、端子10が形成された側壁22(22A,22B)に寄せた状態でケース20に収納されることで、導電性接着剤42にかかる負荷を低減しつつ振動板30中央部の変位量の低下を回避することができる。この結果、導電性接着剤42が断裂するのを抑制しつつ、十分な音圧性能を実現することが可能になることが分かる。
[第2実施形態]
第2実施形態以降では第1実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
第2実施形態以降では第1実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
図6は、本実施形態に係る圧電発音部品1における天面側の平面図である。なお、図6においては説明を簡便にするため、弾性絶縁接着剤41の図示を省略している。
本実施形態において、圧電体33(不図示)は電極32と金属板31との間に形成され、電極32に倣った形状を有する矩形の板である。圧電体33は、金属板31における、側壁22Bに対向する辺に寄せて形成されている。さらに、本実施形態においては2つの端子10はいずれも側壁22Bの端部近傍に形成されている。その他の圧電発音部品1の構成は第1実施形態と同様である。
次に、本実施形態に係る圧電発音部品1における振動板30の収納構造及び接着構造について説明する。本実施形態の振動板30は、側壁22Bに寄せた状態でケース20に収納される。すなわち、振動板30と側壁22Bの内周との間の隙間d2は、振動板30と側壁22Dの内周との間の隙間d4より小さく設定される。他方で、振動板30と側壁22Aの内周との間の隙間d1は、振動板30と側壁22Cの内周との間の隙間d3とほぼ同じに設定される。また、導電性接着剤42は、振動板30における側壁22Bに対向する領域の両端から、側壁22Bの両端に亘ってそれぞれ形成されている。
その他の圧電発音部品1の構造は第1実施形態と同様である。
その他の圧電発音部品1の構造は第1実施形態と同様である。
以上、本発明の実施形態に係る圧電発音部品1について説明した。
本発明の一実施形態に係る圧電発音部品1は、金属板31と、金属板31上に形成された圧電体33とを有し、圧電体33に電圧が印加されることにより、屈曲振動する振動板30と、底壁21(図3)、及び当該底壁21の周縁から厚み方向に延び、第1壁22Bと、当該第1壁22Bに対向して設けられる第2壁22Dと、第1壁22Bと第2壁22Dとの間に設けられる第3壁22Aとを有する側壁22、並びに、側壁22の内周部において振動板30を支持する支持部26(図3)を有するケース20と、第1壁22B又は第3壁22Aに形成され、振動板30に電圧を印加する2つ以上の端子10と、2つ以上の端子10と振動板30との間において、側壁22と振動板30とを接続させる2つ以上の弾性絶縁接着剤41と、2つ以上の弾性絶縁接着剤41上に形成され、2つ以上の端子10と振動板30とを接続させる、2つ以上の導電性接着剤42と、を備え、振動板30は、第1壁22Bと振動板30との間に形成される隙間が、第2壁22Dと振動板30との間に形成される隙間より小さくなるように、支持部26に支持されてケース20に収納される。本実施形態に係る圧電発音部品1によると、振動板30が、端子10が形成された側壁22Bに寄せた状態でケース20に収納されることで、導電性接着剤42にかかる負荷を低減しつつ振動板30中央部の変位量の低下を回避することができる。この結果、導電性接着剤42が断裂するのを抑制しつつ、十分な音圧性能を実現することが可能になる。
本発明の一実施形態に係る圧電発音部品1は、金属板31と、金属板31上に形成された圧電体33とを有し、圧電体33に電圧が印加されることにより、屈曲振動する振動板30と、底壁21(図3)、及び当該底壁21の周縁から厚み方向に延び、第1壁22Bと、当該第1壁22Bに対向して設けられる第2壁22Dと、第1壁22Bと第2壁22Dとの間に設けられる第3壁22Aとを有する側壁22、並びに、側壁22の内周部において振動板30を支持する支持部26(図3)を有するケース20と、第1壁22B又は第3壁22Aに形成され、振動板30に電圧を印加する2つ以上の端子10と、2つ以上の端子10と振動板30との間において、側壁22と振動板30とを接続させる2つ以上の弾性絶縁接着剤41と、2つ以上の弾性絶縁接着剤41上に形成され、2つ以上の端子10と振動板30とを接続させる、2つ以上の導電性接着剤42と、を備え、振動板30は、第1壁22Bと振動板30との間に形成される隙間が、第2壁22Dと振動板30との間に形成される隙間より小さくなるように、支持部26に支持されてケース20に収納される。本実施形態に係る圧電発音部品1によると、振動板30が、端子10が形成された側壁22Bに寄せた状態でケース20に収納されることで、導電性接着剤42にかかる負荷を低減しつつ振動板30中央部の変位量の低下を回避することができる。この結果、導電性接着剤42が断裂するのを抑制しつつ、十分な音圧性能を実現することが可能になる。
なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更/改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
1 圧電発音部品
10 端子
20 ケース
30 振動板
41 弾性絶縁接着剤
42 導電性接着剤
50 コーティング部
10 端子
20 ケース
30 振動板
41 弾性絶縁接着剤
42 導電性接着剤
50 コーティング部
Claims (3)
- 金属板と、前記金属板上に形成された圧電体とを有し、前記圧電体に電圧が印加されることにより、屈曲振動する振動板と、
底壁、及び、当該底壁の周縁から厚み方向に延び、第1壁と、当該第1壁に対向して設けられる第2壁と、前記第1壁と前記第2壁との間に設けられる第3壁とを有する側壁、並びに、前記側壁の内周部において前記振動板を支持する支持部を有するケースと、
前記第1壁又は前記第3壁に形成され、前記振動板に電圧を印加する2つ以上の端子と、
前記2つ以上の端子と前記振動板との間において、前記側壁と前記振動板とを接続させる、2つ以上の弾性接着剤と、
前記2つ以上の弾性接着剤上に形成され、前記2つ以上の端子と前記振動板とを接続させる、2つ以上の導電性接着剤と、
を備え、
前記振動板は、
前記第1壁と前記振動板との間に形成される隙間が、前記第2壁と前記振動板との間に形成される隙間より小さくなるように、前記支持部に支持されて前記ケースに収納される、
圧電発音部品。 - 前記2つ以上の端子は、
前記第1壁及び前記第3壁に形成され、
前記振動板は、
前記第3壁と、前記振動板における当該第3壁と対向する辺との間に形成される隙間が、前記側壁における前記第3壁に対向する第4壁と、前記振動板における当該第4壁と対向する辺との間に形成される隙間より小さくなるように、前記支持部に支持されて前記ケース内に収納される、
請求項1に記載の圧電発音部品。 - 前記金属板は矩形の形状であり、
前記圧電体は、前記金属板の中央付近に形成された円板であり、
前記少なくとも2つの導電性接着剤のうちの一つは、前記振動板の中央付近に形成された、
請求項1又は2に記載の圧電発音部品。
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