WO2021193788A1 - 圧電音響部品 - Google Patents

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WO2021193788A1
WO2021193788A1 PCT/JP2021/012443 JP2021012443W WO2021193788A1 WO 2021193788 A1 WO2021193788 A1 WO 2021193788A1 JP 2021012443 W JP2021012443 W JP 2021012443W WO 2021193788 A1 WO2021193788 A1 WO 2021193788A1
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WO
WIPO (PCT)
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piezoelectric
virtual line
pair
diaphragm
resonance frequency
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/012443
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雅英 田村
忠男 砂原
彰秀 松下
紘司 濱田
Original Assignee
北陸電気工業株式会社
株式会社デンソーエレクトロニクス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/122—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric acoustic component in which a piezoelectric sounding element is housed in a case provided with a sound emitting hole and can obtain a sound pressure equal to or higher than a predetermined value in a frequency range of a plurality of musical scales.
  • Piezoelectric acoustic components that use a so-called non-fixed metal diaphragm with a rectangular shape are more unusable space (dead space) that occurs when mounted than piezoelectric acoustic components that use a circular or elliptical diaphragm. ) Is small, so a certain amount of demand is expected for products that use piezoelectric acoustic components.
  • a rectangular metal diaphragm it is difficult to obtain a somewhat large sound pressure in a predetermined frequency range. Therefore, in order to solve this problem, the piezoelectric acoustic component shown in Japanese Patent No. 6516935 (Patent Document 1) has been proposed.
  • a piezoelectric sounding element composed of a metal diaphragm and a piezoelectric element provided on at least one surface of the diaphragm, and an outer peripheral portion of the diaphragm of the piezoelectric sounding element are fixed over the entire circumference.
  • the first space and the second space are formed on both sides of the piezoelectric sounding element, and one or more sound emitting holes are formed in the wall portion facing the first space to form the volume of the first space. It is provided with a case in which the resonator is composed of one or more sound emitting holes.
  • the non-fixed portion located inside the outer peripheral portion of the diaphragm includes a pair of long sides facing each other and a pair of short sides shorter than the long sides and facing each other. , It has a pair of concave portions in a pair of long sides that are convex in the direction of approaching each other.
  • the piezoelectric element is provided on the region between the pair of recesses of the non-fixed portion of the diaphragm, and the contour shape of each of the diaphragm and the piezoelectric element divides the pair of short sides into two first virtual lines. It is defined to be symmetric with respect to the second virtual line that bisects the pair of long sides.
  • the ratio L1 / W1 of the length L1 of the long side and the length W1 of the short side is defined to be in the range of 1.25 to 1.75.
  • the sound pressure of the first-order resonance frequency, the third-order resonance frequency, and the intermediate frequency between the first-order resonance frequency and the third-order resonance frequency when a rectangular wave signal or a sine wave signal is input as an input signal is 80 dB or more, respectively.
  • the resonator is configured to be. According to this conventional piezoelectric acoustic component, a sound pressure of 80 dB or more can be obtained over a frequency range of a plurality of scales, and a piezoelectric sounding element using a rectangular metal diaphragm is used in a place where noise is large. But now I can hear it.
  • the frequency range can be changed arbitrarily to some extent. However, it is difficult to meet this demand with the conventional structure.
  • An object of the present invention is to reduce the sound pressure difference between the primary resonance frequency and the intermediate resonance frequency and the sound pressure difference between the intermediate resonance frequency and the tertiary resonance frequency, and to obtain a sound pressure of 80 dB or more in the frequency range.
  • the purpose is to provide a piezoelectric acoustic component that can be arbitrarily changed to some extent.
  • the piezoelectric acoustic component targeted by the present inventor is a piezoelectric sounding element composed of a metal diaphragm and a piezoelectric element provided on at least one surface of the diaphragm, and the outer peripheral portion of the diaphragm of the piezoelectric sounding element is all around.
  • the first space is fixed so as to form a first space and a second space on both sides of the piezoelectric sounding element, and one or more sound emitting holes are formed in a wall portion facing the first space. It is provided with a case in which the resonator is composed of the volume of the space and one or more sound emitting holes.
  • the non-fixed portion located inside the fixed portion formed on the outer peripheral portion of the diaphragm includes a pair of long sides facing each other and a pair of short sides shorter than the long sides and facing each other.
  • the piezoelectric element is provided on the central region of the non-fixed portion of the diaphragm.
  • the contour shapes of the diaphragm and the piezoelectric element are symmetrical with respect to the first virtual line that bisects the pair of short sides, are orthogonal to the first virtual line, and pass through the center of the piezoelectric element. It is defined to be symmetrical with respect to the line.
  • the sound pressure of the first-order resonance frequency, the third-order resonance frequency, and the intermediate frequency between the first-order resonance frequency and the third-order resonance frequency when a square wave signal is input as an input signal is set to 80 dB or more, respectively.
  • the configuration of the resonator and the shape of the non-fixed part are defined.
  • the pair of long sides of the non-fixed portion is convex along the outer peripheral portion of the piezoelectric element and along the second virtual line in a direction away from the first virtual line.
  • the first and second protrusions are formed.
  • first and second recesses are formed so as to be located at and adjust the frequency range of 80 dB or more so as to be convex toward the first virtual line.
  • the sound pressure of the first-order resonance frequency, the third-order resonance frequency, and the intermediate frequency between the first-order resonance frequency and the third-order resonance frequency when the rectangular wave signal or the sinusoidal wave signal is input is 80 dB or more, respectively. Not only becomes, but also raises the minimum sound pressure in the frequency region between the primary resonance frequency and the intermediate frequency, and raises the minimum sound pressure in the frequency region between the intermediate frequency and the tertiary resonance frequency, so that the primary resonance main The sound pressure difference in the entire frequency region between the frequency and the third-order resonance frequency can be reduced.
  • the resonator may be configured so that the sound pressure at the intermediate frequency between the primary resonance frequency and the tertiary resonance frequency is equal to or higher than the sound pressure at the primary resonance frequency and the sound pressure at the tertiary resonance frequency. ..
  • the inventor has found through various tests that the combination of the first and second convex portions and the first and second concave portions can adjust the frequency range of 80 dB or more.
  • the present invention is also based on this finding. Such findings are novel and can only be found by various tests.
  • the first is at a position where a fourth virtual line adjacent to the pair of convex portions and having line symmetry with the third virtual line with respect to the second virtual line passes through.
  • a third recess that is convex toward the virtual line of the above may be further formed. In this way, it is possible to adjust in the direction of narrowing the frequency range of 80 dB or more.
  • the first is at a position where the fourth virtual line, which is adjacent to the pair of convex portions and is line-symmetric with the third virtual line with respect to the second virtual line, passes through.
  • a third recess and a fourth recess that are convex toward the virtual line may be further formed. In this way, the frequency range of 80 dB or more can be adjusted in a direction of further narrowing.
  • the distance between the first recess and the third recess is equal to the distance between the second recess and the fourth recess, and the distance is 10 mm to 13 mm. In this range, when the distance is reduced, the resonance frequency becomes higher, the sound pressure becomes higher, and the bandwidth tends to be narrower. When the distance W3 is increased, the resonance frequency becomes lower, the sound pressure becomes lower, and the bandwidth becomes narrower. Tends to widen.
  • the ratio L0 / W0 of the length L0 of the long side of the non-fixed portion of the diaphragm to the length W0 of the short side is defined to be in the range of 2.1 to 2.4. preferable. This range exceeds the same dimensional ratio in the piezoelectric acoustic component of Patent Document 1, and it has been confirmed that the range of this dimensional ratio further enhances the effect.
  • the distance L21 from the center of the piezoelectric element to one of the pair of short sides along the first virtual line and the distance L22 from the center of the piezoelectric element to the other of the pair of short sides along the first virtual line When the ratio L21 / L22 is in the range of 10:10 to 12: 8, the sound pressure for obtaining the above-mentioned effect of the present invention can be maintained.
  • the contour shape of the piezoelectric element may be symmetrical, but may be particularly circular, elliptical or polygonal. The closer the contour shape is to a circle, the narrower the frequency range of 80 dB or more can be.
  • the case is provided with an opening having the same shape as the contour shape of the non-fixed portion of the diaphragm, and is provided with a sounding element holder for fixing the outer peripheral portion of the diaphragm.
  • a sounding element holder for fixing the outer peripheral portion of the diaphragm.
  • a piezoelectric element may be provided on the back surface of the diaphragm. In this way, the piezoelectric element will not be damaged or soiled.
  • the non-fixed portion of the diaphragm is made of an alloy plate in which nickel is mixed with iron having a thickness of 10 ⁇ m to 150 ⁇ m, and the piezoelectric element has a plurality of laminated portions in which PZT ceramics having a thickness of 30 ⁇ m to 100 ⁇ m are laminated via an intermediate electrode. It has a structure including a laminated body and a pair of outer electrodes arranged on both sides of the laminated body, and has a shore D hardness of 75 to 85, which is an adhesive for adhering a piezoelectric element to a diaphragm. Moreover, the thickness is preferably 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • At least the outer electrode that is not adhered to the diaphragm may be provided with a pair of concave portions RC that are located on the first virtual line and are convex toward the center of the outer electrodes.
  • the shape of the pair of recesses has a shape in which the stress generated corresponding to the primary resonance frequency is close to the stress generated corresponding to the tertiary resonance frequency.
  • the position of the through hole and the position of the through hole is preferably set so as to suppress a decrease in sound pressure at the primary resonance frequency lowered due to the presence of the solder resist layer, and further suppress an increase in stress at the primary resonance frequency.
  • the diameter R of the piezoelectric element is 13 mm to 15 mm and the diameter r of the through hole is in the range of 1.5 mm to 3 mm, the distance between the center of the piezoelectric element and the outer peripheral edge of the through hole.
  • the solder resist layer is formed of a resin coat having moisture-proof and insulating properties, the acoustic characteristics can be maintained for a long period of time. If the thickness of the solder resist layer is set so as to reduce the Q value of the resonance peaks of the first-order resonance frequency and the third-order resonance frequency, the acoustic characteristics can be enhanced by the presence of the solder resist layer.
  • FIG. 1 (A) is an exploded perspective view of a piezoelectric acoustic component provided with the piezoelectric sounding element of the present embodiment
  • (B) is an exploded perspective view of the state of FIG. 1 (A) as viewed from below.
  • (A) and (B) are plan views of different piezoelectric sounding elements
  • (C) is a diagram showing changes in frequency characteristics when the aspect ratio (L0 / W0) is changed.
  • 2 is a diagram showing frequency characteristics of the piezoelectric acoustic component of the present embodiment using the piezoelectric sounding elements of FIGS. 2A and 2B.
  • FIG. 4C is a diagram showing the sound pressure-frequency characteristics of FIGS. 4A and 4B. Similar to FIG. 2A, (A) shows a piezoelectric sounding element having a convex portion and a concave portion, (B) shows a piezoelectric sounding element having no convex portion and a concave portion, and (C) shows these two piezoelectric sounding elements.
  • (A) to (G) are cases where the non-fixed portion of the piezoelectric sounding element has four recesses, and the long side side of the non-fixed portion without changing the dimension between the two recesses facing each other in the width direction. It is a figure which shows 7 kinds of piezoelectric sounding elements prepared for confirming how the sound pressure-frequency characteristic changes when the distance between a pair of recesses is changed.
  • (A) is a diagram showing the sound pressure-frequency characteristics when the piezoelectric sounding elements of FIGS. 7 (A) to 7 (D) are used
  • (B) is a diagram showing the piezoelectric sounding elements of FIGS. 7 (E) to 7 (G). It is a figure which shows the sound pressure-frequency characteristic at the time of using.
  • FIGS. 9A to 9G are cases where the non-fixed portion of the piezoelectric sounding element has four recesses, and when the position of the non-fixed portion of the piezoelectric element in the longitudinal direction is changed, the sound pressure-frequency characteristic is changed. It is a figure which shows 7 kinds of piezoelectric sounding elements prepared for confirming how it changes.
  • 9 is a diagram showing sound pressure-frequency characteristics when the piezoelectric sounding elements of FIGS. 9A to 9G are used.
  • (A) to (E) are piezoelectric sounding elements prepared for confirming how the sound pressure-frequency characteristics change when the contour shape of the piezoelectric element is changed to a circular shape or a regular polygonal shape. It is a figure which shows.
  • FIG. 11 is a diagram showing sound pressure-frequency characteristics when the piezoelectric sounding elements of FIGS. 11A to 11E are used.
  • (A) to (C) are diagrams showing the piezoelectric sounding elements prepared for confirming how the sound pressure-frequency characteristics change between the case where the contour shape of the piezoelectric element is circular and the case where the contour shape is elliptical. .. It is a figure which shows the sound pressure-frequency characteristic when the piezoelectric sounding element of FIGS. 13A to 13C is used.
  • (A) to (D) are located on the first virtual line PL1 and are convex toward the center of the outer electrode to at least the outer electrode of the pair of outer electrodes of the piezoelectric element that is not adhered to the vibrating plate.
  • FIG. 15 (A). It is a figure which shows the sound pressure-frequency characteristic and equivalent stress of the corresponding piezoelectric sounding element of (D) to (D).
  • A) is a plan view showing a structure in which a lead wire is soldered to a piezoelectric element, and (B) is an exploded perspective view of this structure.
  • A) shows the relationship between sound pressure and frequency (frequency characteristics) under favorable soldering conditions, and (B) shows the relationship between sound pressure and frequency (frequency characteristics) under conditions that adversely affect acoustic characteristics.
  • (A) is a figure which shows the stress state at the time of the 1st-order resonance and 3rd-order resonance at the time of measuring by applying an acoustic signal without forming a soldering part, and (B) to (D) are through holes. It is a figure which shows the state of the stress at the time of the first-order resonance and at the time of the third-order resonance when the position of is measured by changing the magnitude.
  • (A) shows the relationship between sound pressure and frequency (f-dB characteristics) when the solder resist layer is formed and when it is not formed
  • (B) shows the relationship between the case where the solder resist layer is formed and the case where the solder resist layer is not formed. The relationship between the impedance and the frequency (impedance curve) is shown.
  • FIG. 1A shows an exploded perspective view of the piezoelectric acoustic component 1 provided with the piezoelectric sounding element of the present embodiment
  • FIG. 1B is an exploded perspective view taken along the line BB of FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a plan view of the piezoelectric sounding element.
  • the piezoelectric acoustic component 1 shown in FIGS. 1A and 1B is a piezoelectric acoustic component used for an application in which an alarm is generated by a sound of a plurality of scales in a noisy environment such as outside an automobile. ..
  • the four corners of the outline of the diaphragm 12, which will be described later, are rounded, but the outline of the diaphragm 12 after FIG. 2 has a rectangular shape with the four corners at right angles.
  • the piezoelectric acoustic component 1 includes a case provided with a sounding element holder 9 having an opening 7 between the lower case half portion 3 and the upper case half portion 5.
  • the lower case half portion 3 is integrally molded with an insulating resin such as polypropylene, and includes a rectangular bottom wall portion 31 and a peripheral wall portion 32 that rises from the peripheral edge portion of the bottom wall portion 31.
  • the lower case half portion 3 includes a rectangular bottom wall portion 31 and a peripheral wall portion 32 that rises from the peripheral edge portion of the bottom wall portion 31.
  • the upper case half portion 5 is integrally molded with an insulating resin such as polypropylene, and includes a rectangular upper wall portion 51 and a peripheral wall portion 52 that rises from the peripheral edge portion of the upper wall portion 51.
  • the upper case half portion 5 includes a rectangular upper wall portion 51 and a peripheral wall portion 52 that rises from the peripheral edge portion of the upper wall portion 51.
  • the upper wall portion 51 is formed with four sound emitting holes 4 in the vicinity of
  • the sounding element holder 9 is integrally molded with a low thermal expansion and hard insulating resin, for example, an insulating resin in which glass is added to polybutylene terephthalate.
  • a low thermal expansion and hard insulating resin for example, an insulating resin in which glass is added to polybutylene terephthalate.
  • the diaphragm 12 of the piezoelectric sounding element 11 provided with the piezoelectric element 15 on the diaphragm 12 is fixed by using an adhesive.
  • the opening 7 has the same shape as the contour shape of the non-fixed portion 13 of the diaphragm 12 of the piezoelectric sounding element, which will be described in detail later.
  • the non-fixed portion 13 of the diaphragm 12 has a pair of long sides 13Aa and 13Ab facing each other, and a pair of short sides 13Aa and 13Ab shorter than the long sides and facing each other.
  • the contour shape of the non-fixed portion 13 of the diaphragm 12 including 13Bb is symmetrical with respect to the first virtual line PL1 that bisects the pair of short sides 13Ba and 13Bb, and bisects the pair of long sides 13Aa and 13Ab. It has a shape that is symmetrical with respect to the virtual line PL2 of 2.
  • the piezoelectric element 15 a piezoelectric element made of PZT ceramic having a pair of outer electrodes is used.
  • the outer electrode 16 of the pair of outer electrodes, whichever is not adhered to the diaphragm, is formed of a silver electrode.
  • the shape of the outer electrode 16 is similar to the shape of the piezoelectric element 15.
  • the contour shapes of the piezoelectric element 15 and the outer electrode 16 are circular.
  • the piezoelectric element 15 is arranged on the back surface of the diaphragm 12 as shown in FIG. 1 (B), in FIG. 1 (A), the circular contour 15'of the piezoelectric element 15 is represented by a broken line. It is shown.
  • the piezoelectric element 15 is provided on the central region of the diaphragm 12, and the contour shapes of the non-fixed portion 13 of the diaphragm 12 and the piezoelectric element 15 divide the pair of short sides 13Ba and 13Bb into two first. It is defined to be symmetric with respect to the virtual line PL1 and symmetric with respect to the second virtual line PL2 that bisects the pair of long sides 13Aa and 13Ab.
  • the pair of long sides 13Aa and 13Ab of the non-fixed portion 13 are along the outer peripheral portion of the contour 15'of the circular piezoelectric element 15.
  • the first and second convex portions 14A and 14B that are convex in the direction away from the first virtual line PL1 are formed along the second virtual line PL2.
  • the pair of long sides 13Aa and 13Ab of the non-fixed portion 13 are adjacent to the first and second convex portions 14A and 14B, pass through the center of the piezoelectric element 15, and form an acute angle with the second virtual line PL2.
  • the first and second recesses 14Ca and 14Cd which are located on the third virtual line PL3 extending so as to form and are convex toward the first virtual line PL1, are formed. Further, the pair of long sides 13Aa and 13Bb of the non-fixed portion 13 are adjacent to the first and second convex portions 14A and 14B, pass through the center of the piezoelectric element 15, and form an acute angle with the second virtual line PL2.
  • the third and third which are located on the fourth virtual line PL4 which extends so as to form and is line-symmetric with the third virtual line PL3 with respect to the second virtual line, and which is convex toward the first virtual line PL1. Fourth recesses 14Cc and 14Cb are formed.
  • the lower case half portion 3, the sounding element holder 9 and the upper case half portion 5 are airtightly joined to each other by ultrasonic welding with the sounding element holder 9 sandwiched between the peripheral wall portion 32 and the peripheral wall portion 52.
  • the case is complete.
  • a first space S1 and a second space S2 are formed on both sides of the piezoelectric sounding element inside the case.
  • the sound emitting hole 4 communicates with the first space S1.
  • the first space S1 constitutes the air chamber of the resonator.
  • a frequency range of 80 dB or more can be adjusted by combining the first and second convex portions 14A and 14B and the first to fourth concave portions 14Ca to 14Cd, as will be described later.
  • the present invention is based on this finding.
  • the frequency range of 80 dB or more is adjusted by all combinations of the first and second convex portions 14A and 14B and the first to fourth concave portions 14Ca to 14Cd.
  • the basic combination is a combination of the first and second protrusions 14A and 14B and the first and fourth recesses 14Ca and 14Cb or the second and third recesses 14Cd and 14Cc.
  • the sound pressure of the first-order resonance frequency, the third-order resonance frequency, and the intermediate frequency between the first-order resonance frequency and the third-order resonance frequency when a rectangular wave signal or a sinusoidal wave signal is input is Not only will each be 80 dB or more, but the minimum sound pressure in the frequency region between the primary resonance frequency and the intermediate frequency will be increased, and the minimum sound pressure in the frequency region between the intermediate frequency and the tertiary resonance frequency will be increased.
  • the sound pressure difference in the entire frequency region between the primary resonance frequency and the tertiary resonance frequency can be reduced.
  • the number of recesses (14Ca to 14Cd) is increased, it becomes possible to adjust in a direction that narrows the frequency range of 80 dB or more.
  • the aspect ratio L0 / W0 of the long side length L0 and the short side length W0 of the non-fixed portion 13 of the diaphragm 12 is set. It is defined to be in the range of 2.1 to 2.4. This range exceeds the same dimensional ratio in the piezoelectric acoustic component of Patent Document 1, and as can be seen from the comparative data shown in FIG. 2 (C), by setting this dimensional ratio range, the frequency range is 80 dB or more. It has been confirmed that the adjustment effect of is enhanced.
  • the sound pressure at an intermediate frequency between the first-order resonance frequency and the third-order resonance frequency when a rectangular wave signal or a sinusoidal wave signal is input as an input signal is set. It is set to be equal to or higher than the sound pressure of the first-order resonance frequency and the sound pressure of the third-order resonance frequency. This point is the same as the piezoelectric acoustic component shown in Patent Document 1.
  • the number of sound emitting holes 4 is arbitrary.
  • FIG. 3 shows the frequency characteristics of the piezoelectric acoustic component of the present embodiment using the piezoelectric sounding elements of FIGS. 2A and 2B.
  • the piezoelectric sounding element of FIG. 2B has the same aspect ratio and the recesses 14Cb and 14Cc are slightly longer than the piezoelectric sounding element of FIG. 2A. However, as shown in FIG. 3, it can be seen that this difference has almost no effect on the sound pressure-frequency characteristics.
  • FIG. 4A shows a piezoelectric sounding device having a combination of a first convex portion 14A and a second convex portion 14B, a first and second concave portions 14Ca and 14Cd, and a third concave portion 14Cc.
  • Reference numeral 4 (B) shows a piezoelectric sounding element having a combination of the first convex portion 14A and the second convex portion 14B and the first and fourth concave portions 14Ca and 14Cd.
  • FIG. 4 (C) shows the sound pressure-frequency characteristics of FIGS. 4 (A) and 4 (B). As can be seen from the comparison between FIGS. 4 (C) and 3 and FIG. 3, as the number of recesses increases, it becomes possible to adjust in a direction that narrows the frequency range of 80 dB or more, and further, the flatness of the sound pressure can be improved. ..
  • FIG. 5A shows a piezoelectric sounding element having a first convex portion 14A, a second convex portion 14B, and first to fourth concave portions 14Ca and 14Cd, similarly to FIG. 2A.
  • Reference numeral 5 (B) shows a piezoelectric sounding element without these protrusions and recesses.
  • FIG. 5C shows the sound pressure-frequency characteristics when these two piezoelectric sounding elements are used. As can be seen from FIG. 5 (C), the piezoelectric sounding element of FIG. 5 (B) having no convex portion and concave portion cannot narrow the frequency range of 80 dB or more.
  • the non-fixed portion 13 of the piezoelectric sounding element has four recesses 14Ca to 14Cd as in the embodiment of FIG. 2A, and faces each other in the width direction.
  • Three types of piezoelectric sounding elements prepared for confirming how the sound pressure-frequency characteristics change when the dimension W3 between the two recesses is changed are shown.
  • the non-fixed portion 13 of the diaphragm 12 of the piezoelectric sounding element is preferably made of an alloy plate in which nickel is mixed with iron having a thickness of 10 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the piezoelectric element has a structure including a laminated body in which a plurality of laminated portions in which PZT ceramics having a thickness of 30 ⁇ m to 100 ⁇ m are laminated via an intermediate electrode are laminated, and a pair of outer electrodes arranged on both sides of the laminated body. It is preferable to have it. Further, it is preferable that the shore D hardness of the acrylic adhesive for adhering the piezoelectric element to the diaphragm is 75 to 85 and the thickness is 1 ⁇ m to 10 ⁇ m. Further, a piezoelectric element may be provided on the surface of the diaphragm 12.
  • the diameter of the piezoelectric element 15 was 15 mm
  • the thickness was 60 ⁇ m
  • the thickness of the metal diaphragm was 75 ⁇ m
  • the W3 was 10.5 mm, 11.6 mm, and 12.6 mm. From the sound pressure-frequency characteristics of FIG. 6 (D), the smaller the dimension of W3, the higher the resonance frequency and sound pressure, the narrower the band, and the larger the dimension of W3, the lower the resonance frequency and sound pressure. It can be seen that the band becomes wider.
  • 7 (A) to 7 (G) show a case where the non-fixed portion 13 of the piezoelectric sounding element has four recesses 14Ca to 14Cd as in the embodiment of FIG. 2A, and faces each other in the width direction.
  • the distance L3 between the pair of recesses 14Ca and 14Cb (or 14Cc and 14Cd) of the long side 13Aa and 13Ab of the non-fixed portion 13 is changed without changing the dimension W3 between the two recesses (14Ca, 14Cc).
  • 7 types of piezoelectric sounding elements prepared for confirming how the sound pressure-frequency characteristics change are shown.
  • 7 (G) is a case where the pair of recesses 14Ca and 14Cb (or 14Cc and 14Cd) are maximized.
  • the length L2 of the diaphragm 12 is lengthened so that the sound pressure-frequency characteristic is close to that of other piezoelectric sounding elements.
  • 8 (A) shows the sound pressure-frequency characteristics when the piezoelectric sounding elements of FIGS. 7 (A) to 7 (D) are used
  • FIG. 8 (B) shows the sound pressure-frequency characteristics of FIGS. 7 (E) to 7 (G). The sound pressure-frequency characteristics when a piezoelectric sounding element is used are shown. In the piezoelectric sounding elements of FIGS.
  • the piezoelectric element 15 made of PZT ceramic has a diameter of 14 mm and a thickness of 60 ⁇ m, a metal diaphragm having a thickness of 75 ⁇ m, and W3 of 12.2 mm to 12 It was .7 mm (variable), L2 was 35.6 mm, and L3 was 9 mm, 10 mm, 11 mm, 14 mm, 16 mm, and 18 mm. In the piezoelectric sounding element of FIG. 7 (G), L2 was 39 mm and L3 was 37 mm. From the sound pressure-frequency characteristics of FIGS.
  • the ratio of L21: L22 in the sound pressure power generation elements of FIGS. 9 (A) to 9 (G) is 15: 5, 14: 6, 13: 7, 12: 8, 11: 9, 10.5: 9.5, It was 10:10. From the sound pressure-frequency characteristics of FIG. 10, the larger the ratio L21: L22, the lower the first and third resonance frequencies and the sound pressure, the wider the band, and the smaller the ratio L21: L22, the more 1 The next and third resonance frequencies and sound pressures increase, and the band becomes narrower. Practically, the ratio of L21: L22 is preferably in the range of 12: 8 to 10:10.
  • [Piezoelectric element shape] 11 (A) to 11 (E) are prepared for confirming how the sound pressure-frequency characteristics change when the contour shape of the piezoelectric element 15 is changed to a circular shape and a regular polygonal shape. A piezoelectric sounding element is shown. FIG. 12 shows the sound pressure-frequency characteristics when these piezoelectric sounding elements are used.
  • FIG. 13 (A) to 13 (C) are piezoelectric sounding elements prepared for confirming how the sound pressure-frequency characteristics change when the contour shape of the piezoelectric element 15 is circular and elliptical. Is shown.
  • FIG. 14 shows the sound pressure-frequency characteristics when these piezoelectric sounding elements are used. If the piezoelectric element has a shape symmetric with respect to the first and second virtual lines (PL1, PL2), there is almost no difference in sound pressure-frequency characteristics due to the difference in the contour shape of the piezoelectric element, but it is easy to make. In terms of cost and cost, a circular piezoelectric element is suitable. The closer the contour shape is to a circle, the narrower the frequency range of 80 dB or more can be.
  • [Electrode shape] 15 (A) to 15 (D) show the outer electrode 16 of the pair of outer electrodes of the piezoelectric element 15 which is not adhered to the vibrating plate, located on the first virtual line PL1 and of the outer electrode 16.
  • Piezoelectric sounding elements prepared for confirming the influence of sound pressure-frequency characteristics when a pair of arcuate concave portions 16A that are convex toward the center are provided, and FIGS. 15 (a) to 15 (d) are shown.
  • the sound pressure-frequency characteristics and equivalent stress of the corresponding piezoelectric sounding elements of FIGS. 15 (A) to 15 (D) are shown.
  • the shape of the recess 16A is not limited to the semicircular shape as in the above embodiment, but may be any shape such as a rectangular shape or a triangular shape.
  • the shape of the recess 16A preferably has a shape in which the stress generated corresponding to the first-order resonance frequency is close to the stress generated corresponding to the third-order resonance frequency. By doing so, it is possible to reduce the variation in the magnitude of the stress generated corresponding to the first-order resonance frequency and the stress generated corresponding to the third-order resonance frequency, and further shorten the life of the piezoelectric element. Can be suppressed.
  • the piezoelectric element When the piezoelectric element has a single-layer structure having outer electrodes on both sides, it may be provided at least on the outer electrode on the non-adhesive side. Further, in the case of a multilayer structure in which the piezoelectric element also has electrodes inside, the recess 16A may be formed in the electrodes inside.
  • solder resist having a through hole 17A for forming a soldering portion for soldering a lead wire 18 on an outer electrode 16 made of a silver electrode which is not adhered to the vibrating plate 12 among a pair of outer electrodes.
  • Layer 17 is formed.
  • the solder resist layer 17 is formed by screen printing with a resin coat such as acrylate having moisture-proof and insulating properties.
  • the thickness of the solder resist layer 17 is 5 to 50 ⁇ m. Since the solder resist layer 17 has substantially the same shape and the same size as the outer electrode 16, it also has a function of covering the outer electrode 16 made of the silver electrode to prevent migration and corrosion of the silver electrode. It is demonstrating.
  • the through hole 17A for forming the soldered portion is formed at a position where the second virtual line PL2 intersects the through hole 17A, but the position and size of the through hole 17A are limited to the embodiment. It is not something that is done.
  • the position and size of the through hole 17A may be determined so as to suppress a decrease in sound pressure at the primary resonance frequency lowered due to the presence of the solder resist layer 17 and to suppress an increase in stress at the primary resonance frequency. ..
  • the diameter r of the through hole 17A is preferably 1.5 mm to 3 mm.
  • the distance between the center of the piezoelectric element 16 and the outer peripheral edge of the through hole 17A is X
  • the diameter of the soldered portion 19 of the core wire of the lead wire 18 is substantially the same as that of the through hole 17A.
  • the sound pressure at the first-order resonance frequency is slightly lowered, and the peak value of stress is also lowered.
  • FIG. 17B the sound pressure at the first-order resonance frequency is slightly lowered, and the peak value of stress is increased.
  • the PZT ceramic of the piezoelectric element 15 was damaged. From FIGS. 17 (A) and 17 (B), the position (X) and the size (radius r) of the through hole 17A suppress the decrease in the sound pressure of the primary resonance frequency lowered due to the presence of the solder resist layer 17. Moreover, it can be seen that it is determined to suppress the increase in stress at the primary resonance frequency.
  • FIG. 18A is a diagram showing stress states at the time of primary resonance and at the time of tertiary resonance when an acoustic signal is applied and measured without forming a soldered portion.
  • FIG. 18A is a diagram showing stress states at the time of primary resonance and at the time of tertiary resonance when an acoustic signal is applied and measured without forming a soldered portion.
  • FIG. 19A shows the relationship between the sound pressure and the frequency (f-dB characteristic) when the solder resist layer 17 made of a resin coat having a thickness of 20 ⁇ m is formed and when it is not formed
  • the thickness of the solder resist layer 17 is set so as to reduce the Q value of the resonance peaks of the first-order resonance frequency and the third-order resonance frequency, the acoustic characteristics can be enhanced by the presence of the solder resist layer 17. It was confirmed that
  • the sound pressure difference between the primary resonance frequency and the intermediate resonance frequency and the sound pressure difference between the intermediate resonance frequency and the tertiary resonance frequency can be reduced, and a sound pressure of 80 dB or more can be obtained in the frequency range. It is possible to provide a piezoelectric acoustic component that can be arbitrarily changed to some extent.
  • Piezoelectric acoustic parts 3 Lower case half part 4 Sound emission hole 5 Upper case half part 7 Opening 9 Sounding element holder 11
  • Piezoelectric sounding element 12 Diaphragm 13 Non-fixed part 13Aa, 13Ab Long side 13Ba, 13Bb Short side 14A, 14B Convex part 14Ca-14Cd Concave part 15
  • Piezoelectric element 16 Outer electrode 16A Concave part PL1 First virtual line PL2 Second virtual line PL3 Third virtual line PL4 Fourth virtual line S1 First space S2 Second space

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Abstract

１次共振周波数と中間共振周波数における音圧差、中間共振周波数と３次共振周波数における音圧差を小さくすることができ、しかも８０ｄＢ以上の音圧を得ることができて周波数範囲をある程度任意に変更できる圧電音響部品を提供する。圧電音響素子の非固定部分１３の一対の長辺１３Ａａおよび１３Ａｂには、円形の圧電素子１５の外周部に沿い且つ第２の仮想線ＰＬ２に沿って第１の仮想線ＰＬ１から離れる方向に凸となる第１及び第２の凸部１４Ａ及び１４Ｂが形成されている。また非固定部分１３の一対の長辺１３Ａａ及び１３Ａｂには、第１及び第２の凸部１４Ａ、１４Ｂに隣接して、第１の仮想線ＰＬ１に向かって凸となる第１及び第２の凹部１４Ｃａ及び１４Ｃｄ並びに第３及び第４の凹部１４Ｃｃ及び１４Ｃｂが形成されている。

Description

圧電音響部品
　本発明は、圧電発音素子が放音孔を備えたケース内に収納され、複数音階分の周波数範囲において所定以上の音圧を得ることができる圧電音響部品に関するものである。
　いわゆる非固定部が矩形状の金属製の振動板を用いた圧電音響部品は、円形や楕円形等の振動板を用いた圧電音響部品よりも、実装した場合に発生する使用できないスペース（デッドスペース）が少ないので、圧電音響部品が使用される製品では、一定の需要が見込まれる。しかしながら矩形の金属製の振動板を用いた場合には、所定の周波数範囲においてある程度大きな音圧を得ることが難しい。そこでこの問題を解消するために特許第６５１６９３５号（特許文献１）に示される圧電音響部品が提案された。この従来の圧電音響部品では、金属製の振動板及び振動板の少なくとも片面上に設けられた圧電素子からなる圧電発音素子と、圧電発音素子の振動板の外周部を全周に亘って固定し、圧電発音素子の両側に第１の空間と第２の空間を形成するように構成され、第１の空間と対向する壁部に１以上の放音孔が形成されて第１の空間の容積と１以上の放音孔により共振器を構成しているケースとを備えてなる。そしてこの従来の圧電音響部品では、振動板の外周部の内側に位置する非固定部分が、互いに対向する一対の長辺と該長辺よりも長さが短く互いに対向する一対の短辺を備え、一対の長辺中に互いに近づく方向に凸となる一対の凹部を有している。また圧電素子は、振動板の非固定部の一対の凹部の間の領域上に設けられており、振動板及び圧電素子のそれぞれの輪郭形状が、一対の短辺を二分する第１の仮想線に対して対称となり且つ一対の長辺を二分する第２の仮想線に対して対称となるように定められている。さらに長辺の長さＬ１と短辺の長さＷ１の比Ｌ１／Ｗ１が、１．２５～１．７５の範囲に入るように定められている。そして入力信号として矩形波信号または正弦波信号を入力したときの１次共振周波数と、３次共振周波数と、１次共振周波数と３次共振周波数の間の中間周波数の音圧が、それぞれ８０ｄＢ以上になるように共振器が構成されている。この従来の圧電音響部品によれば、複数音階分の周波数範囲にわたって８０ｄＢ以上の音圧を得ることができ、矩形状の金属製の振動板を用いた圧電発音素子を用いて、騒音が大きな場所でも可聴できるようになった。
特許第６５１６９３５号公報
　更に可聴性を高めるためには、１次共振周波数と中間共振周波数における音圧差、中間共振周波数と３次共振周波数における音圧差を小さくすることが望ましいこと、及び８０ｄＢ以上の音圧を得ることができて周波数範囲をある程度任意に変更できることが好ましいことを発明者は見いだした。しかしながら従来の構造では、この要望に応えるのが難しい。
　本発明の目的は、１次共振周波数と中間共振周波数における音圧差、中間共振周波数と３次共振周波数における音圧差を小さくすることができ、しかも８０ｄＢ以上の音圧を得ることができて周波数範囲をある程度任意に変更できる圧電音響部品を提供することにある。
　本発明者が対象とする圧電音響部品は、金属製の振動板及び振動板の少なくとも片面上に設けられた圧電素子からなる圧電発音素子と、圧電発音素子の振動板の外周部を全周に亘って固定し、圧電発音素子の両側に第１の空間と第２の空間を形成するように構成され、第１の空間と対向する壁部に１以上の放音孔が形成されて第１の空間の容積と１以上の放音孔により共振器を構成しているケースを備えている。振動板の外周部に形成される固定部の内側に位置する非固定部分は、互いに対向する一対の長辺と該長辺よりも長さが短く互いに対向する一対の短辺を備えている。また圧電素子が、振動板の非固定部分の中央領域上に設けられている。さらに振動板及び圧電素子のそれぞれの輪郭形状が、一対の短辺を二分する第１の仮想線に対して対称となり且つ第１の仮想線と直交し且つ圧電素子の中心を通る第２の仮想線に対して対称となるように定められている。そして入力信号として矩形波信号を入力したときの１次共振周波数と、３次共振周波数と、１次共振周波数と３次共振周波数の間の中間周波数の音圧が、それぞれ８０ｄＢ以上になるように共振器の構成と非固定部分の形状が定められている。特に、本発明の圧電音響部品では、非固定部分の一対の長辺には、圧電素子の外周部に沿い且つ第２の仮想線に沿って第１の仮想線から離れる方向に凸となる第１及び第２の凸部が形成されている。また非固定部分の一対の長辺には、第１及び第２の凸部に隣接し、圧電素子の中心を通り第２の仮想線との間に鋭角を成すように延びる第３の仮想線上に位置して８０ｄＢ以上の周波数範囲を調整するように第１の仮想線に向かって凸となる第１及び第２の凹部が形成されている。
　このようにすると矩形波信号または正弦波信号を入力したときの１次共振周波数と、３次共振周波数と、１次共振周波数と３次共振周波数の間の中間周波数の音圧が、それぞれ８０ｄＢ以上になるだけでなく、１次共振周波数と中間周波数の間の周波数領域の最小音圧を上げ、また中間周波数と３次共振周波数との間の周波数領域の最小音圧を上げて、一次共振主周波数から３次共振周波数の間の周波数領域全体の音圧差を小さくすることができる。なお１次共振周波数と３次共振周波数の間の中間周波数の音圧が、１次共振周波数の音圧及び３次共振周波数の音圧以上になるように、共振器が構成されていてもよい。
特に、発明者は、種々の試験により、第１及び第２の凸部と第１及び第２の凹部の組み合わせにより、８０ｄＢ以上の周波数範囲を調整できることを見いだした。本発明は、この知見も基礎とするものである。このような知見は、新規であり、且つ種々の試験によってのみ見いだすことができたものである。
　非固定部分の一対の長辺の一方には、一対の凸部に隣接し、第２の仮想線に対して第３の仮想線と線対称になる第４の仮想線が通る位置に第１の仮想線に向かって凸となる第３の凹部が更に形成されていてもよい。このようにすると８０ｄＢ以上の周波数範囲を狭める方向に調整することができる。
　また非固定部分の一対の長辺には、一対の凸部に隣接し、第２の仮想線に対して第３の仮想線と線対称になる第４の仮想線が通る位置に第１の仮想線に向かって凸となる第３の凹部及び第４の凹部が更に形成されていてもよい。このようにすると８０ｄＢ以上の周波数範囲を更に、狭める方向に調整することができる。
　第１の凹部と第３の凹部との間の距離と第２の凹部と第４の凹部との間の距離を等しくし、距離を１０ｍｍ～１３ｍｍにするのが好ましい。この範囲で、距離を小さくすると、共振周波数が高くなり、音圧が高くなり、帯域幅が狭くなる傾向が現れ、距離Ｗ３を大きくすると、共振周波数が低くなり、音圧が低くなり、帯域幅が広くなる傾向が現れる。
　本発明では、振動板の非固定部分の長辺の長さＬ０と短辺の長さＷ０の比Ｌ０／Ｗ０が、２．１～２．４の範囲に入るように定められているのが好ましい。この範囲は、特許文献１の圧電音響部品における同じ寸法比を超えるものであり、この寸法比の範囲にすることが、より効果を高めることが確認されている。
　また圧電素子の中心から第１の仮想線に沿って一対の短辺の一方までの距離Ｌ２１と圧電素子の中心から第１の仮想線に沿って一対の短辺の他方までの距離Ｌ２２との比Ｌ２１／Ｌ２２が１０：１０～１２：８の範囲にあれば、本発明の上記効果を得るための音圧を保持できる。
　圧電素子の前記輪郭形状は、対称形状であればよいが、特に円形、楕円形または多角形であっても良い。輪郭形状が円形に近いほど、８０ｄＢ以上の周波数範囲を狭くすることができる。
　ケースは、振動板の前記非固定部分の輪郭形状と同一形をなす開口部を備えて、振動板の外周部を固定する発音素子ホルダを備えているのが好ましい。このような発音素子ホルダを用いると、振動板の非固定部分の輪郭形状は、開口部の形状によって決まることになる。その結果、振動板の形状としては、矩形を用いることができ、振動板の加工価格を低減できる。
　振動板の裏面に圧電素子が設けられていてもよい。このようにすると、圧電素子が破損したり、汚れることがない。
　振動板の非固定部分は、厚みが１０μｍ～１５０μｍの鉄にニッケルを配合した合金製板からなり、圧電素子は厚みが３０μｍ～１００μｍのＰＺＴセラミックが中間電極を介して積層された積層部が複数積層された積層体と該積層体の両側に配置された一対の外側電極とを備えた構造を有しており、圧電素子を振動板に接着する接着剤のショアＤ硬度が７５～８５であり且つ厚みが１μｍ～１０μｍであることが好ましい。
　一対の外側電極のうち、少なくとも振動板に接着されないほうの外側電極には、第１の仮想線上に位置し且つ外側電極の中心に向かって凸となる一対の凹部ＲＣを備えていてもよい。このような凹部を設けると、１次共振周波数に対応して発生する応力を下げることができ、応力が局部的に大きくなることを抑制して、圧電素子の寿命を延ばすことができる。
　一対の凹部の形状は、１次共振周波数に対応して発生する応力が、３次共振周波数に対応して発生する応力に近い値になる形状を有している。このようにすると、１次共振周波数に対応して発生する応力と３次共振周波数に対応して発生する応力発生する応力の大きさのバラツキを小さくすることができ、さらに圧電素子の寿命の低下を抑制できる。
　一対の外側電極のうち振動板に接着されないほうの外側電極の上には、リード線半田付け部形成用の貫通孔を備えた半田レジスト層が形成されている場合には、貫通孔の位置と大きさは、半田レジスト層の存在によって下がった１次共振周波数の音圧の低下を抑えて、しかも一次共振周波数における応力の上昇を抑えるように定められているのが好ましい。このようにリード線半田付け部形成用の貫通孔の位置を定めると、半田付け部の存在によって発生する応力が、音響特性に与える影響を小さくすることができる。具体的には、圧電素子の直径Ｒが１３ｍｍ乃至１５ｍｍで且つ貫通孔の直径ｒが１．５ｍｍ乃至３ｍｍの範囲の値の場合において、圧電素子の中心と貫通孔の外周縁との間の距離をＸとすると、ｒ＝１．５ｍｍのときのＸは２．３ｍｍ以上であり、ｒ＝３ｍｍのときのＸは３ｍｍ以上であるのがこのましい。
　また半田レジスト層が、防湿性と絶縁性を有するレジンコートによって形成されていれば、音響特性を長期にわたって維持することができる。この半田レジスト層の厚みを、１次共振周波数及び３次共振周波数の共振ピークのＱ値を低減するように定めれば、半田レジスト層の存在によって音響特性を高めることが可能になる。
（Ａ）は本実施の形態の圧電発音素子を備えた圧電音響部品の分解斜視図であり、（Ｂ）は図１（Ａ）の状態を下から見た分解斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は異なる圧電発音素子の平面図であり、（Ｃ）はアスペクト比（Ｌ０／Ｗ０）を変えた場合の周波数特性の変化を示す図である。 図２（Ａ）及び（Ｂ）の圧電発音素子を用いた本実施の形態の圧電音響部品の周波数特性を示す図である。 （Ａ）は第１及び第２の凸部と第１及び第４の凹部並びに第３の凹部の組み合わせを有する圧電発音素子を示しており、（Ｂ）は第１及び第２の凸部と第１及び第４の凹部の組み合わせを有する他の圧電発音素子を示しており、（Ｃ）は図４（Ａ）及び（Ｂ）の音圧―周波数特性を示す図である。 （Ａ）は図２（Ａ）と同様に、凸部及び凹部がある圧電発音素子を示し、（Ｂ）は凸部及び凹部がない圧電発音素子を示し、（Ｃ）はこれら二つの圧電発音素子を用いた場合の音圧―周波数特性を示す図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は、圧電発音素子の非固定部分が４つの凹部を備えている場合で、幅方向に対向する二つの凹部間の寸法を変えた場合に、音圧―周波数特性がどのように変わるのかを確認するために用意した３種類の圧電発音素子を示す図であり、（Ｄ）は、これら３種類の圧電発音素子の音圧―周波数特性を示す図である。 （Ａ）乃至（Ｇ）は、圧電発音素子の非固定部分が４つの凹部を備えている場合で、幅方向に対向する二つの凹部間の寸法を変えずに、非固定部分の長辺側の一対の凹部間の距離を変えた場合に、音圧―周波数特性がどのように変わるのかを確認するために用意した７種類の圧電発音素子を示す図である。 （Ａ）は図７（Ａ）乃至（Ｄ）の圧電発音素子を用いた場合の音圧―周波数特性を示す図であり、（Ｂ）は図７（Ｅ）乃至（Ｇ）の圧電発音素子を用いた場合の音圧―周波数特性を示す図である。 （Ａ）乃至（Ｇ）は、圧電発音素子の非固定部分が４つの凹部を備えている場合で、圧電素子の非固定部分の長手方向の位置を変えた場合に、音圧―周波数特性がどのように変わるのかを確認するために用意した７種類の圧電発音素子を示す図である。 図９（Ａ）乃至（Ｇ）の圧電発音素子を用いた場合の音圧―周波数特性を示す図である。 （Ａ）乃至（Ｅ）は、圧電素子の輪郭形状を円形にした場合と正多角形に変えた場合に音圧－周波数特性がどのように変化するかを確認するために用意した圧電発音素子を示す図である。 図１１（Ａ）乃至（Ｅ）の圧電発音素子を用いた場合の、音圧―周波数特性を示す図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は、圧電素子の輪郭形状を円形にした場合と楕円したに音圧－周波数特性がどのように変化するかを確認するために用意した圧電発音素子を示す図である。 図１３（Ａ）乃至（Ｃ）の圧電発音素子を用いた場合の、音圧―周波数特性を示す図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は、圧電素子の一対の外側電極のうち、少なくとも振動板に接着されないほうの外側電極に、第１の仮想線ＰＬ１上に位置し且つ外側電極の中心に向かって凸となる円弧状の一対の凹部を設けた場合の、音圧－周波数特性の影響を確認するために用意した圧電発音素子を示す図であり、（ａ）乃至（ｄ）は、図１５（Ａ）乃至（Ｄ）の対応する圧電発音素子の音圧－周波数特性と相当応力を示す図である。 （Ａ）は圧電素子にリード線を半田付けした構造を示す平面図であり、（Ｂ）はこの構造の分解斜視図である。 （Ａ）は好ましい半田付け条件における音圧と周波数の関係（周波数特性）を示しており、（Ｂ）は音響特性に悪影響を与える条件における音圧と周波数の関係（周波数特性）を示している。 （Ａ）は半田付け部を形成せずに音響信号を加えて測定したときの１次共振時と３次共振時の応力の状態を示す図であり、（Ｂ）乃至（Ｄ）は貫通孔の位置を大きさを変えて測定したときの１次共振時と３次共振時の応力の状態を示す図である。 （Ａ）は半田レジスト層を形成した場合と形成しなかった場合の音圧と周波数の関係（ｆ－ｄＢ特性）を示しており、（Ｂ）は半田レジスト層を形成した場合と形成しなかった場合のインピーダンスと周波数の関係（インピーダンスカーブ）を示している。
　以下、図面を参照して本発明の圧電音響部品の実施の形態について説明する。
　図１（Ａ）は、本実施の形態の圧電発音素子を備えた圧電音響部品１の分解斜視図を示しており、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ－Ｂ線分解斜視図である。図２は、圧電発音素子の平面図である。なお、本実施の形態では、理解を容易にするため、一部の部品の厚み寸法を誇張して描いている。図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す圧電音響部品１は、例えば自動車外のように雑音が多い環境の中で複数音階の音でアラームを発生するような用途に使用する圧電音響部品である。なお図１においては、後述する振動板１２の輪郭の四隅にはアールを付けてあるが、図２以降の振動板１２の輪郭は四隅が直角になった矩形状を有している。
　圧電音響部品１は、下側ケース半部３と上側ケース半部５との間に開口部７を有する発音素子ホルダ９を備えたケースを備えている。下側ケース半部３は、ポリプロピレン等の絶縁樹脂によって一体に成形されており、長方形状の底壁部３１と底壁部３１の周縁部から起立する周壁部３２とを備えている。下側ケース半部３は長方形状の底壁部３１と底壁部３１の周縁部から起立する周壁部３２とを備えている。上側ケース半部５は、ポリプロピレン等の絶縁樹脂によって一体に成形されており、長方形状の上壁部５１と上壁部５１の周縁部から起立する周壁部５２とを備えている。上側ケース半部５は長方形状の上壁部５１と上壁部５１の周縁部から立ち下がる周壁部５２とを備えている。上壁部５１には、四隅近傍に４つの放音孔４が形成されている。
　発音素子ホルダ９は、低熱膨張で硬質の絶縁樹脂、例えばポリブチレンテフタレートにガラスが添加された等の絶縁樹脂により一体に成形されている。開口部７の周囲には、振動板１２の上に圧電素子１５が設けられた圧電発音素子１１の振動板１２が接着剤を用いて固定される。開口部７は、後に詳しく説明する圧電発音素子の振動板１２の非固定部分１３の輪郭形状と同一形状を呈している。本実施の形態の圧電音響部品１では、振動板１２の非固定部分１３は、互いに対向する一対の長辺１３Ａａ及び１３Ａｂとこの長辺よりも長さが短く互いに対向する一対の短辺１３Ｂａ及び１３Ｂｂを備え、振動板１２の非固定部分１３の輪郭形状は、一対の短辺１３Ｂａ及び１３Ｂｂを二分する第１の仮想線ＰＬ１に対して対称となり且つ一対の長辺１３Ａａ及び１３Ａｂを二分する第２の仮想線ＰＬ２に対して対称となる形状を有している。
　本実施の形態では、圧電素子１５として、一対の外側電極を備えたＰＺＴセラミックからなる圧電素子を用いている。一対の外部電極のうち少なくとも振動板に接着されないほうの外側電極１６は、銀電極によって形成されている。外側電極１６の形状は、圧電素子１５の形状と相似形である。本実施の形態では、圧電素子１５及び外側電極１６の輪郭形状は円形である。本実施の形態では、図１（Ｂ）に示すように振動板１２の裏面に圧電素子１５が配置されているため、図１（Ａ）では、圧電素子１５の円形の輪郭１５´を破線で示してある。圧電素子１５は、振動板１２の中央領域上に設けられており、振動板１２の非固定部分１３及び圧電素子１５のそれぞれの輪郭形状が、一対の短辺１３Ｂａ及び１３Ｂｂを二分する第１の仮想線ＰＬ１に対して対称となり且つ一対の長辺１３Ａａ及び１３Ａｂを二分する第２の仮想線ＰＬ２に対して対称となるように定められている。
　本実施の形態の圧電音響部品１では、図１（Ａ）に示すように、非固定部分１３の一対の長辺１３Ａａおよび１３Ａｂには、円形の圧電素子１５の輪郭１５´の外周部に沿い且つ第２の仮想線ＰＬ２に沿って第１の仮想線ＰＬ１から離れる方向に凸となる第１及び第２の凸部１４Ａ及び１４Ｂが形成されている。また非固定部分１３の一対の長辺１３Ａａ及び１３Ａｂには、第１及び第２の凸部１４Ａ、１４Ｂに隣接し、圧電素子１５の中心を通り第２の仮想線ＰＬ２との間に鋭角を成すように延びる第３の仮想線ＰＬ３上に位置して第１の仮想線ＰＬ１に向かって凸となる第１及び第２の凹部１４Ｃａ及び１４Ｃｄが形成されている。さらに非固定部分１３の一対の長辺１３Ａａ及び１３Ｂｂには、第１及び第２の凸部１４Ａ、１４Ｂに隣接し、圧電素子１５の中心を通り第２の仮想線ＰＬ２との間に鋭角を成すように延び且つ第２の仮想線に対して第３の仮想線ＰＬ３と線対称になる第４の仮想線ＰＬ４上に位置して第１の仮想線ＰＬ１に向かって凸となる第３及び第４の凹部１４Ｃｃ及び１４Ｃｂが形成されている。
　なお下側ケース半部３と発音素子ホルダ９と上側ケース半部５は、周壁部３２と周壁部５２との間に発音素子ホルダ９を挟んだ状態で相互に超音波溶着により気密に接合されてケースが完成している。これによって圧電発音素子１１が発音素子ホルダ９に固定された状態で、ケースの内部には圧電発音素子の両側に第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２が形成される。放音孔４は、第１の空間Ｓ１と連通している。第１の空間Ｓ１が共振器の空気室を構成している。
　発明者は、後述するように、第１及び第２の凸部１４Ａ及び１４Ｂと第１乃至第４の凹部１４Ｃａ～１４Ｃｄの組み合わせにより、８０ｄＢ以上の周波数範囲を調整できることを見いだした。本発明は、この知見を基礎とするものである。上記実施の形態では、第１及び第２の凸部１４Ａ及び１４Ｂと第１乃至第４の凹部１４Ｃａ乃至１４Ｃｄの全ての組み合わせにより、８０ｄＢ以上の周波数範囲を調整している。しかしながら基本の組み合わせは、第１及び第２の凸部１４Ａ及び１４Ｂと第１及び第４の凹部１４Ｃａ及び１４Ｃｂまたは第２及び第３の凹部１４Ｃｄ及び１４Ｃｃの組み合わせである。そして別の組み合わせとしては、第１及び第２の凸部１４Ａ及び１４Ｂと第１及び第２の凹部１４Ｃａ及び１４Ｃｄと第４または第３の凹部１４Ｃｂまたは１４Ｃｃの組み合わせがある。いずれの組み合わせであっても、矩形波信号または正弦波信号を入力したときの１次共振周波数と、３次共振周波数と、１次共振周波数と３次共振周波数の間の中間周波数の音圧が、それぞれ８０ｄＢ以上になるだけでなく、１次共振周波数と中間周波数の間の周波数領域の最小音圧を上げ、また中間周波数と３次共振周波数との間の周波数領域の最小音圧を上げて、一次共振周波数から３次共振周波数の間の周波数領域全体の音圧差を小さくすることができる。凹部（１４Ｃａ乃至１４Ｃｄ）の数を増やすほど、８０ｄＢ以上の周波数範囲を狭める方向に調整することが可能になる。
　本実施の形態では、図２（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、振動板１２の非固定部分１３の長辺の長さＬ０と短辺の長さＷ０のアスペクト比Ｌ０／Ｗ０が、２．１～２．４の範囲に入るように定められている。この範囲は、特許文献１の圧電音響部品における同じ寸法比を超えるものであり、図２（Ｃ）に示す比較データから判るように、この寸法比の範囲にすることで、８０ｄＢ以上の周波数範囲の調整効果を高めることが確認されている。
　また１つ以上の放音孔４を設けた共振器は、入力信号として矩形波信号または正弦波信号を入力したときの１次共振周波数と３次共振周波数の間の中間周波数の音圧が、１次共振周波数の音圧及び３次共振周波数の音圧以上になるように定められている。この点は、特許文献１に示されている圧電音響部品と同じである。また放音孔４の数は任意である。
　［第１の実施の形態の周波数特性］
　図３は、図２（Ａ）及び（Ｂ）の圧電発音素子を用いた本実施の形態の圧電音響部品の周波数特性を示している。図２（Ｂ）の圧電発音素子は、図２（Ａ）の圧電発音素子と比べて、同じアスペクト比で、凹部１４Ｃｂ及び１４Ｃｃの長さが、僅かに長いものである。しかし図３に示すように、この相違は音圧―周波数特性には、ほとんど影響を与えないことが判る。
　図４（Ａ）は、第１の凸部１４Ａ及び第２の凸部１４Ｂと第１及び第２の凹部１４Ｃａ及び１４Ｃｄ並びに第３の凹部１４Ｃｃの組み合わせを有する圧電発音素子を示しており、図４（Ｂ）は第１の凸部１４Ａ及び第２の凸部１４Ｂと第１及び第４の凹部１４Ｃａ及び１４Ｃｄの組み合わせを有する圧電発音素子を示している。図４（Ｃ）は図４（Ａ）及び（Ｂ）の音圧―周波数特性を示している。図４（Ｃ）及び図３の比較から判るように、凹部の数が増えると、８０ｄＢ以上の周波数範囲を狭める方向に調整することが可能になり、しかも音圧のフラット性を高めることができる。
　また図５（Ａ）は、図２（Ａ）と同様に、第１の凸部１４Ａ及び第２の凸部１４Ｂと第１乃至第４の凹部１４Ｃａ及び１４Ｃｄがある圧電発音素子を示し、図５（Ｂ）はこれらの凸部及び凹部がない圧電発音素子を示している。図５（Ｃ）はこれら二つの圧電発音素子を用いた場合の音圧―周波数特性を示している。図５（Ｃ）から判るように、凸部及び凹部がない図５（Ｂ）の圧電発音素子では、８０ｄＢ以上の周波数範囲を狭めることができない。
　図６（Ａ）乃至（Ｃ）は、図２（Ａ）の実施の形態のように、圧電発音素子の非固定部分１３が４つの凹部１４Ｃａ～１４Ｃｄを備えている場合で、幅方向に対向する二つの凹部間の寸法Ｗ３を変えた場合に、音圧―周波数特性がどのように変わるのかを確認するために用意した３種類の圧電発音素子を示している。圧電発音素子の振動板１２の非固定部分１３は、厚みが１０μｍ～１５０μｍの鉄にニッケルを配合した合金製の板からなるのが好ましい。また圧電素子は厚みが３０μｍ～１００μｍのＰＺＴセラミックが中間電極を介して積層された積層部が複数積層された積層体と該積層体の両側に配置された一対の外側電極とを備えた構造を有しているのが好ましい。さらに圧電素子を振動板に接着するアクリル系の接着剤のショアＤ硬度が７５～８５であり且つ厚みが１μｍ～１０μｍであるのが好ましい。また振動板１２の表面に圧電素子が設けられていてもよい。
　図６の例では、圧電素子１５の直径が１５ｍｍ、厚みが６０μｍで、金属振動板の厚みが７５μｍであった、Ｗ３は、１０．５ｍｍ、１１．６ｍｍ、１２．６ｍｍであった。図６（Ｄ）の音圧―周波数特性からは、Ｗ３の寸法が小さくなるほど、共振周波数及び音圧は高くなり、帯域は狭くなり、またＷ３の寸法が大きくなるほど、共振周波数及び音圧は低くなり、帯域は広くなることが判る。
　図７（Ａ）乃至（Ｇ）は、図２（Ａ）の実施の形態のように、圧電発音素子の非固定部分１３が４つの凹部１４Ｃａ～１４Ｃｄを備えている場合で、幅方向に対向する二つの凹部（１４Ｃａ，１４Ｃｃ）間の寸法Ｗ３を変えずに、非固定部分１３の長辺側１３Ａａ及び１３Ａｂの一対の凹部１４Ｃａ及び１４Ｃｂ（または１４Ｃｃ及び１４Ｃｄ）間の距離Ｌ３を変えた場合に、音圧―周波数特性がどのように変わるのかを確認するために用意した７種類の圧電発音素子を示している。なお図７（Ｇ）の圧電発音素子は、一対の凹部１４Ｃａ及び１４Ｃｂ（または１４Ｃｃ及び１４Ｃｄ）を最大限大きくした場合である。この場合には、振動板１２の長さＬ２を長くして音圧―周波数特性を他の圧電発音素子に近いものとしている。図８（Ａ）は図７（Ａ）乃至（Ｄ）の圧電発音素子を用いた場合の音圧―周波数特性を示しており、図８（Ｂ）は図７（Ｅ）乃至（Ｇ）の圧電発音素子を用いた場合の音圧―周波数特性を示している。図７（Ａ）乃至（Ｆ）の圧電発音素子は、ＰＺＴセラミックからなる圧電素子１５の直径が１４ｍｍ厚みが６０μｍであり、金属振動板の厚みが７５μｍであり、Ｗ３は、１２．２ｍｍ～１２．７ｍｍ（可変）であり、Ｌ２は３５．６ｍｍであり、Ｌ３を、９ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍ、１８ｍｍであった。なお図７（Ｇ）の圧電発音素子では、Ｌ２が３９ｍｍ、Ｌ３が３７ｍｍであった。図８（Ａ）及び（Ｂ）の音圧―周波数特性からは、Ｌ３の寸法を小さくするとＷ３の寸法の可変範囲が狭くなり、１次共振周波数を高くする調整に限界が生じる。その結果、帯域が広がり音圧が低下する現象が発生する。逆にＬ３寸法を大きくすると、同一の帯域幅にするためにはＬ２寸法を大きくしなければならず、外形寸法が大きくなる。なお図７（Ｇ）のようにＬ３寸法を最大３７ｍｍとした場合でも音圧－周波数特性は見劣りしない。
　図９（Ａ）乃至（Ｇ）は、図２の実施の形態のように、圧電発音素子の非固定部分１３が４つの凹部１４Ｃａ～１４Ｃｄを備えている場合で、圧電素子１５の非固定部分１３の長手方向の位置（長手方向の配置比率Ｌ２１：Ｌ２２）を変えた場合に、音圧―周波数特性がどのように変わるのかを確認するために用意した７種類の圧電発音素子を示している。これらの圧電発音素子はＰＺＴセラミックからなる圧電素子１５の直径が１４ｍｍ厚みが６０μｍで、金属振動板の厚みが７５μｍであった、Ｗ３は、１２．２ｍｍ、Ｌ３は１４ｍｍであった。図９（Ａ）乃至（Ｇ）の音圧発電素子におけるＬ２１：Ｌ２２の比率は、１５：５、１４：６、１３：７、１２：８、１１：９、１０．５：９．５、１０：１０であった。図１０の音圧―周波数特性からは、この比率Ｌ２１：Ｌ２２が大きくなるほど、１次及び３次共振周波数及び音圧が低くなり、帯域は広くなり、またこの比率Ｌ２１：Ｌ２２が小さくほど、１次及び３次共振周波数及び音圧が高くなり、帯域は狭くなる。実用的には、Ｌ２１：Ｌ２２の比率は、１２：８～１０：１０の範囲が好ましい。
　［圧電素子の形状］
　図１１（Ａ）乃至（Ｅ）は、圧電素子１５の輪郭形状を円形にした場合と正多角形に変えた場合に音圧－周波数特性がどのように変化するかを確認するために用意した圧電発音素子を示している。図１２は、これらの圧電発音素子を用いた場合の、音圧―周波数特性を示している。
　図１３（Ａ）乃至（Ｃ）は、圧電素子１５の輪郭形状を円形にした場合と楕円にした場合の音圧－周波数特性がどのように変化するかを確認するために用意した圧電発音素子を示している。図１４は、これらの圧電発音素子を用いた場合の、音圧―周波数特性を示している。圧電素子が第１及び第２の仮想線（ＰＬ１、ＰＬ２）に対して対称な形状であれば、圧電素子の輪郭形状の相違による音圧－周波数特性の相違は、ほとんどないが、作り易さ及びコストの点からは、円形の圧電素子が適している。なお輪郭形状が円形に近いほど、８０ｄＢ以上の周波数範囲を狭くすることができる。
　［電極形状］
　図１５（Ａ）乃至（Ｄ）は、圧電素子１５の一対の外側電極のうち、少なくとも振動板に接着されないほうの外側電極１６に、第１の仮想線ＰＬ１上に位置し且つ外側電極１６の中心に向かって凸となる円弧状の一対の凹部１６Ａを設けた場合の、音圧－周波数特性の影響を確認するために用意した圧電発音素子であり、図１５（ａ）乃至（ｄ）は、図１５（Ａ）乃至（Ｄ）の対応する圧電発音素子の音圧－周波数特性と相当応力を示している。図１５（Ｂ）乃至（Ｄ）に示した円弧状の一対の凹部１６Ａの曲率半径ｒは、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍであった。このような凹部１６Ａを設けると、１次共振周波数に対応して発生する応力を下げることができ、応力が局部的に大きくなることを抑制して、圧電素子の寿命を延ばすことができる。
　なお凹部１６Ａの形状は、上記実施の形態のように半円弧状に限定されるものではなく、矩形状、三角形状等、どのような形状でもよい。凹部１６Ａの形状は、１次共振周波数に対応して発生する応力が、３次共振周波数に対応して発生する応力に近い値になる形状を有しているのが好ましい。このようにすると、１次共振周波数に対応して発生する応力と３次共振周波数に対応して発生する応力発生する応力の大きさのバラツキを小さくすることができ、さらに圧電素子の寿命の低下を抑制できる。
　圧電素子が両面に外側電極を有する単層構造の場合には、少なくとも非接着側の外側電極に設ければよい。また圧電素子が内部にも電極を有する多層構造の場合には、内部の電極に凹部１６Ａを形成すればよい。
　［共振器（ケースの放音孔）］
　ケースに設ける放音孔の総開口面積が適正な範囲であれば、中間周波数の値も大きく変わらず、しかも中間周波数の音圧にも大きな差が生じない。また放音孔の総開口面積はあまり変えずに、放音孔の数を変えても１次共振周波数の音圧と３次共振周波数の音圧の差は大きくならず、かつ高音圧な周波数特性が得られる。総開口面積が変わらなければ、放音孔の数は周波数特性に影響がない。したがって、放音孔の数は、１以上であればよい。
　［振動板の非固定部分の形状］
　上記実施の形態では、図２以降の実施の形態では、振動板１２として矩形状の金属板を用い、非固定部分１３の四隅を直角形状に示してある。しかしながら実用的には、図１の実施の形態のように、非固定部分１３の四隅に丸み（アール）を付けたり、テーパを付けたりしておくのが好ましい。
　［リード線の半田付け構造］
　図１６（Ａ）は、圧電素子１５にリード線１８を半田付けした構造を示す平面図であり、図１６（Ｂ）はこの構造の分解斜視図である。まず一対の外側電極のうち振動板１２に接着されないほうの銀電極からなる外側電極１６の上には、リード線１８を半田付けするための半田付け部形成用の貫通孔１７Ａを備えた半田レジスト層１７が形成されている。半田レジスト層１７は、スクリーン印刷により、防湿性と絶縁性を有するアクリレート等のレジンコートによって形成されている。半田レジスト層１７の厚みは、５～５０μｍである。半田レジスト層１７は、外側電極１６と実質的に同じ形状で、同じ大きさを有しているので、銀電極からなる外側電極１６を覆ってマイグレーションの発生と銀電極の腐食を防止する機能も発揮している。
　本実施例では、半田付け部形成用の貫通孔１７Ａは、第２の仮想線ＰＬ２が貫通孔１７Ａと交差する位置に形成されているが、貫通孔１７Ａの位置と大きさは実施例に限定されるものではない。貫通孔１７Ａの位置と大きさは、半田レジスト層１７の存在によって下がった１次共振周波数の音圧の低下を抑えて、しかも一次共振周波数における応力の上昇を抑えるように定められていればよい。具体的には、輪郭が円形の圧電素子１６の直径Ｒが１３ｍｍ乃至１５ｍｍの場合には、貫通孔１７Ａの直径ｒは１．５ｍｍ乃至３ｍｍであるのが好ましい。そして圧電素子１６の中心と貫通孔１７Ａの外周縁との間の距離をＸとすると、ｒ＝１．５ｍｍのときのＸは２．３ｍｍ以上であり、ｒ＝３ｍｍのときのＸは３ｍｍ以上になるように、貫通孔１７Ａの直径と位置を定めるのが好ましい。リード線１８の芯線の半田付け部１９の直径は、実質的に貫通孔１７Ａと同じである。
　図１７（Ａ）は、好ましい半田付け条件として、貫通孔１７Ａの位置をＸ＝５ｍｍ、ｒ＝２ｍｍとしたときの音圧と周波数の関係（周波数特性）を示している。また図１７（Ｂ）は、音響特性に悪影響を与える条件として、貫通孔１７Ａの位置をＸ＝２．５ｍｍ、Ｒ＝２ｍｍとしたときの音圧と周波数の関係（周波数特性）を示している。図１７（Ａ）では、１次共振周波数における音圧は少し低下して、応力のピーク値も低くなっている。これに対して図１７（Ｂ）では、１次共振周波数における音圧は少し低下して、応力のピーク値が大きくなっている。この応力の増加により、圧電素子１５のＰＺＴセラミックが破損した。図１７（Ａ）及び（Ｂ）から、貫通孔１７Ａの位置（Ｘ）と大きさ（半径ｒ）は、半田レジスト層１７の存在によって下がった１次共振周波数の音圧の低下を抑えて、しかも前記一次共振周波数における応力の上昇を抑えるように定められることが判る。
　図１８（Ａ）は、半田付け部を形成せずに音響信号を加えて測定したときの１次共振時と３次共振時の応力の状態を示す図である。図１８（Ｂ）は、貫通孔１７Ａの位置をＸ＝４ｍｍ、ｒ＝２ｍｍとして半田付け部１９を形成し音響信号を加えて測定したときの１次共振時と３次共振時の応力の状態を示す図である。図１８（Ｃ）は、貫通孔１７Ａの位置をＸ＝１．５ｍｍ、ｒ＝２ｍｍとして半田付け部１９を形成し音響信号を加えて測定したときの１次共振時と３次共振時の応力の状態を示す図である。図１８（Ｄ）は、貫通孔１７Ａの位置をＸ＝２．２５ｍｍ、ｒ＝３．５ｍｍとして半田付け部１９を形成して音響信号を加えて測定したときの１次共振時と３次共振時の応力の状態を示す図である。図１８（Ｃ）及び（Ｄ）の場合には、貫通孔１７Ａの周囲の応力が大きくなって、半田付け部１９の近傍から圧電素子のＰＺＴセラミックの破損が発生することが確認された。
　また図１９（Ａ）は、厚み２０μｍのレジンコートからなる半田レジスト層１７を形成した場合と形成しなかった場合の音圧と周波数の関係（ｆ－ｄＢ特性）を示しており、図１９（Ｂ）はレジンコートからなる半田レジスト層１７を形成した場合と形成しなかった場合のインピーダンスと周波数の関係（インピーダンスカーブ）を示している。これらの結果から、レジンコートからなる半田レジスト層１７を設けると、共振ピークのＱ値を低減させることができ、ｆ－ｄＢ特性がフラットになることが判る。そして所定の厚みの半田レジスト層１７を設けることにより、以下の効果が得られることを確認した。
　（１）音響帯域内（２～２．９ＫＨｚ）の最低音圧をキープしたまま、１次共振の音圧を下げることができ、２ｄＢの音圧フラット化できることが確認された。
　（２）３次共振近傍にジャンプ現象（音圧が垂直に低下する現象）を起こすヒステリシス領域を低減できることが確認された。
　（３）インピーダンスカーブの共振ピークが低減することから、Ｑ値の低下が得られることが確認された。
　以上のことから半田レジスト層１７の厚みを、１次共振周波数及び３次共振周波数の共振ピークのＱ値を低減するように定めれば、半田レジスト層１７の存在によって音響特性を高めることが可能になることが確認された。
　本発明によれば、１次共振周波数と中間共振周波数における音圧差、中間共振周波数と３次共振周波数における音圧差を小さくすることができ、しかも８０ｄＢ以上の音圧を得ることができて周波数範囲をある程度任意に変更できる圧電音響部品を提供できる。
　１　圧電音響部品
　３　下側ケース半部
　４　放音孔
　５　上側ケース半部
　７　開口部
　９　発音素子ホルダ
　１１　圧電発音素子
　１２　振動板
　１３　非固定部分
　１３Ａａ、１３Ａｂ　長辺
　１３Ｂａ、１３Ｂｂ　短辺
　１４Ａ，１４Ｂ　凸部
　１４Ｃａ～１４Ｃｄ　凹部
　１５　圧電素子
　１６　外側電極
　１６Ａ　凹部
　ＰＬ１　第１の仮想線
　ＰＬ２　第２の仮想線
　ＰＬ３　第３の仮想線
　ＰＬ４　第４の仮想線
　Ｓ１　第１の空間
　Ｓ２　第２の空間

Claims (16)

  1. 　金属製の振動板及び前記振動板の少なくとも片面上に設けられた圧電素子からなる圧電発音素子と、
    　前記圧電発音素子の前記振動板の外周部を全周に亘って固定し、前記圧電発音素子の両側に第１の空間と第２の空間を形成するように構成され、前記第１の空間と対向する壁部に１以上の放音孔が形成されて前記第１の空間の容積と前記１以上の放音孔により共振器を構成しているケースを備え、
    　前記振動板の前記外周部に形成される固定部の内側に位置する非固定部分は、互いに対向する一対の長辺と該長辺よりも長さが短く互いに対向する一対の短辺を備えており、
    　前記圧電素子が、前記振動板の前記非固定部分の中央領域上に設けられており、
    　前記圧電素子の輪郭形状が、前記一対の短辺を二分する第１の仮想線に対して対称となり且つ前記第１の仮想線と直交し且つ前記圧電素子の中心を通る第２の仮想線に対して対称となるように定められており、
    　入力信号として矩形波信号または正弦波信号を入力したときの１次共振周波数と、３次共振周波数と前記１次共振周波数と前記３次共振周波数の間の中間周波数の音圧が、それぞれ８０ｄＢ以上になるように前記共振器の構成と非固定部分の形状が定められており、
    　前記非固定部分の前記一対の長辺には、前記圧電素子の外周部に沿い且つ前記第２の仮想線に沿って前記第１の仮想線から離れる方向に凸となる第１及び第２の凸部が形成されており、且つ、
    　前記非固定部分の前記一対の長辺には、前記第１及び第２の凸部に隣接し、前記圧電素子の前記中心を通り前記第２の仮想線との間に鋭角を成すように延びる第３の仮想線上に位置して８０ｄＢ以上の周波数範囲を調整するように前記第１の仮想線に向かって凸となる第１及び第２の凹部が形成されていることを特徴とする圧電音響部品。
  2. 　前記非固定部分の前記一対の長辺の一方には、前記一対の凸部に隣接し、前記第２の仮想線に対して前記第３の仮想線と線対称になる第４の仮想線が通る位置に前記第１の仮想線に向かって凸となる第３の凹部が更に形成されている請求項１に記載の圧電音響部品。
  3. 　前記非固定部分の前記一対の長辺には、前記一対の凸部に隣接し、前記第２の仮想線に対して前記第３の仮想線と線対称になる第４の仮想線が通る位置に前記第１の仮想線に向かって凸となる第３の凹部及び第４の凹部が更に形成されている請求項１に記載の圧電音響部品。
  4. 　前記第１の凹部と前記第３の凹部との間の距離と前記第２の凹部１４と第４の凹部１４との間の距離が等しく、
    　前記距離が１０ｍｍ～１３ｍｍである請求項３に記載の圧電音響部品。
  5. 　前記振動板の前記非固定部分の前記長辺の長さＬ０と前記短辺の長さＷ０の比Ｌ０／Ｗ０が、２．１～２．４の範囲に入るように定められている請求項１に記載の圧電音響部品。
  6. 　前記圧電素子の前記中心から前記第１の仮想線に沿って測った前記一対の短辺の一方までの距離Ｌ２１と前記圧電素子の中心から前記第１の仮想線に沿って測った前記一対の短辺の他方までの距離Ｌ２２との比Ｌ１／Ｌ２が、１０：１０～１２：８の範囲にある請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電音響部品。
  7. 　前記圧電素子の前記輪郭形状が、円形、楕円形または多角形である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧電音響部品。
  8. 　前記ケースは、前記振動板の前記非固定部分の輪郭形状と同一形をなす開口部を備えて、前記振動板の外周部を固定する発音素子ホルダを備えている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の圧電音響部品。
  9. 　前記振動板の裏面に前記圧電素子が設けられている請求項１に記載の圧電音響部品。
  10. 　前記振動板の非固定部分は、厚みが１０μｍ～１５０μｍの鉄にニッケルを配合した合金製板からなり、
    　前記圧電素子は厚みが３０μｍ～１００μｍのＰＺＴセラミックが中間電極を介して積層された積層部が複数積層された積層体と該積層体の両側に配置された一対の外側電極とを備えた構造を有しており、
    　前記圧電素子を前記振動板に接着する接着剤のショアＤ硬度が７５～８５であり且つ厚みが１μｍ～１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の圧電音響部品。
  11. 　前記一対の外側電極のうち、少なくとも前記振動板に接着されないほうの前記外側電極には、前記第１の仮想線上に位置し且つ前記外側電極の中心に向かって凸となる一対の凹部を備えている請求項１０に記載の圧電音響部品。
  12. 　前記凹部の形状は、１次共振周波数に対応して発生する応力が、３次共振周波数に対応して発生する応力に近い値になる形状を有している請求項１１に記載の圧電音響部品。
  13. 　前記一対の外側電極のうち前記振動板に接着されないほうの前記外側電極の上には、リード線半田付け部形成用の貫通孔を備えた半田レジスト層が形成されており、
    　前記貫通孔の位置と大きさは、前記半田レジスト層の存在によって下がった前記１次共振周波数の音圧の低下を抑えて、しかも前記一次共振周波数における応力の上昇を抑えるように定められていることを特徴とする請求項１０に記載の圧電音響部品。
  14. 　前記圧電素子の直径Ｒが１３ｍｍ乃至１５ｍｍで且つ前記貫通孔の直径ｒが１．５ｍｍ乃至３ｍｍの範囲の値の場合において、前記圧電素子の中心と前記貫通孔の外周縁との間の距離をＸとすると、ｒ＝１．５ｍｍのときのＸは２．３ｍｍ以上であり、ｒ＝３ｍｍのときのＸは３ｍｍ以上である請求項１３に記載の圧電音響部品。
  15. 　前記半田レジスト層は、防湿性と絶縁性を有するレジンコートによって形成されている請求項１３に記載の圧電音響部品。
  16. 　前記半田レジスト層の厚みは、前記１次共振周波数及び前記３次共振周波数の共振ピークのＱ値を低減するように定められている請求項１５に記載の圧電音響部品。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012131825A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 Ｎｅｃカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社 発振装置及び電子機器
WO2018186280A1 (ja) * 2017-04-03 2018-10-11 北陸電気工業株式会社 圧電音響部品
US20190182572A1 (en) * 2017-12-08 2019-06-13 Lg Display Co., Ltd. Display apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012131825A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 Ｎｅｃカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社 発振装置及び電子機器
WO2018186280A1 (ja) * 2017-04-03 2018-10-11 北陸電気工業株式会社 圧電音響部品
US20190182572A1 (en) * 2017-12-08 2019-06-13 Lg Display Co., Ltd. Display apparatus

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