JP3436205B2 - 圧電音響部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電ブザーや圧電受
話器などの圧電音響部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器、家電製品、携帯電話機
などにおいて、警報音や動作音を発生する圧電ブザーあ
るいは圧電受話器として圧電音響部品が広く用いられて
いる。この種の圧電音響部品は、例えば特開平７−１０
７５９３号公報，特開平７−２０３５９０号公報に記載
のように、円形の圧電板の片面電極に円形の金属板を貼
り付けてユニモルフ型振動板を構成し、この振動板の金
属板の周縁部を円形のケースの中に支持し、ケースの開
口部をカバーで閉鎖した構造のものが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな円形の振動板を用いると、生産効率が悪く、音響変
換効率が低く、しかも小型に構成することが難しいとい
う問題点があった。まず生産効率について説明する。従
来の圧電音響部品では、その製造にあたって、図１に記
載のように、グリーンシート４０から打ち抜き金型４１
によって円形の圧電板４２を打ち抜き、この圧電板４２
の片面電極に円形の金属板４３を貼り付けた後、両面電
極間に高圧直流電界を印加，分極することで振動板４４
を得る。この振動板４４をケース４５内に収納するとと
もに、圧電板４２の他面電極と金属板４３とにそれぞれ
接続されたリード線４６，４７をケース４５外へ導出し
ている。

【０００４】ところが、上記のようにグリーンシート４
０から円板状に圧電板４２を打ち抜くのは打ち抜きカス
が多くなり、材料の歩留りが悪い。また、打ち抜き後
に、電極形成、分極などの個別加工が始まるので、加工
効率が悪い。さらに、設計的に必要な寸法を個々の素子
寸法で決めるため、グリーンシートの打ち抜き金型４１
を素子寸法に応じて作成しなければならない。そのた
め、全体として生産効率が悪いという欠点があった。

【０００５】つぎに、音響変換効率について説明する。
図２の（ａ）に示すように、円板状の振動板４４は、そ
の周縁部がケース４５で固定されるため、最大変位点Ｐ
が中心点だけになり、変位体積が小さく、音響変換効率
が低い。そのため、入力エネルギーの割りに音圧が低い
という欠点があった。さらに、振動板の周囲が拘束され
ているので、周波数が高くなり、低い周波数の圧電振動
板を得ようとすれば、半径寸法が大きくなるという欠点
もあった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、生産効率が高
く、音響変換効率が良好で、小型の圧電音響部品を得る
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、矩形の金属板の少なくと
も片面に、表裏面に電極を有する矩形の圧電板の片面電
極を接着して構成された振動板と、底壁部と４つの側壁
部とを有し、対向する２つの側壁部の内側に上記振動板
を支持する支持部を持ち、上記支持部を持つ２つの側壁
部に外部接続用の第１と第２の導電部が設けられた絶縁
性ケースと、放音孔を有する蓋板とを備え、上記ケース
内に上記振動板が収納され、振動板の対向する２辺と上
記支持部とが接着剤または弾性封止材で固定されるとと
もに、振動板の残りの２辺とケースとの隙間が弾性封止
材で封止され、上記金属板は第１の導電部に対して電気
的に接続され、上記圧電板の他面電極は第２の導電部に
対して電気的に接続され、上記ケースの側壁部開口端に
蓋板が接着されていることを特徴とする圧電音響部品を
提供する。

【０００８】圧電板は矩形であるから、グリーンシート
から圧電板を打ち抜くにしても、抜きカスを少なくで
き、材料効率が良い。また、親基板状態で電極形成，分
極などの作業ができるので、生産効率がよい。さらに、
設計的に必要な寸法は親基板カット寸法で決めるため、
従来のようにグリーンシートの打ち抜き金型をその都度
作成しなくてもよい。つまり、従来に比べてグリーンシ
ートの打ち抜き〜親基板カット工程における金型、治
具、圧電体品種などを少なくできるので、投資金額、生
産効率の面で有利である。

【０００９】本発明では矩形状の振動板の対向する２辺
をケースの支持部に固定し、残りの２辺とケースとの隙
間を弾性封止材で封止している。金属板と圧電板の他面
電極との間に所定の周波数信号を入力すると、圧電板が
所定方向に伸縮し、これに応じて振動板は長さベンディ
ングモードで屈曲変形する。このとき、振動板はケース
に固定された両端部を節として上下に振動し、図２の
（ｂ）に示すように、最大変位点Ｐが振動板の長さ方向
の中心線に沿って存在する。つまり、変位体積が従来の
円板状の振動板に比べて大きくなる。この変位体積は、
空気を動かすエネルギーとなるので、音響変換効率を高
めることができる。なお、振動板の幅方向両端部とケー
スとの隙間を封止材で封止しているが、封止材は弾性を
持つので、振動板の変位を妨げず、音圧が低下すること
がない。さらに、振動板はその長さ方向両端部が固定さ
れるが、その間の部分は自由に変位できるので、従来の
円板状の振動板に比べて低い周波数を得ることができ
る。逆に、同じ周波数を得るのであれば、寸法を小型化
できる。

【００１０】本発明において、接着剤とは硬化状態にお
けるヤング率が高く、振動板の端部を強く拘束するもの
をいう。また、弾性封止材とは硬化状態におけるヤング
率が低く、振動板の拘束力が弱く、振動板の変位を許容
するものをいう。弾性封止材には振動板およびケースに
対して接着力を有するものがあるので、接着剤に代えて
使用することが可能である。

【００１１】図３は円形の振動板と矩形の振動板との寸
法と共振周波数との関係を示す比較図である。図から明
らかなように、同一周波数であれば、矩形振動板は円形
振動板に比べて寸法（長さ，直径）を小さくできる。逆
に、寸法が同一であれば、低い周波数を得ることができ
る。なお、比較に当たっては、圧電板として厚みが５０
μｍのＰＺＴを用い、金属板として厚みが５０μｍの４
２Ｎｉを用いた。また、矩形振動板の長さＬと幅Ｗの比
を１．６７とした。

【００１２】本発明では、振動板を固定したケースの開
口部を放音孔を有する蓋板で閉鎖している。そして、金
属板をケースの第１の導電部に対して電気的に接続し、
圧電板の他面電極をケースの第２の導電部に対して電気
的に接続することで、圧電音響部品を得ることができ
る。なお、ケースに設けた第１，第２の導電部をケース
の底面まで引き回すことにより、表面実装型に構成する
こともできる。

【００１３】上記ケースの導電部は、請求項２のよう
に、支持部からケースの底面へ延びるようにケースの表
面に形成された導電膜で構成してもよいし、請求項３の
ように、支持部からケースの底面へ延びるようにケース
に固定された金属端子で構成してもよい。金属端子の場
合、ケースに接着あるいはカシメなどによって固定して
もよいし、ケースにインサート成形してもよい。

【００１４】請求項４のように、圧電板を金属板の片面
のみに、かつケースの支持部に固定される２辺の一方側
に偏った位置に接着し、振動板の圧電板が接着された面
の他辺側に金属板が露出した露出部を設け、振動板をそ
の金属板がケースの底壁部側に向くようにケースの支持
部に固定するのが望ましい。そして、金属板の露出部を
第１の導電部と導電性接着剤により接続し、圧電板の他
面電極を第２の導電部と導電性接着剤により接続するの
が望ましい。すなわち、振動板の圧電板をケースの底壁
部側に向けて固定することもできるが、この場合には、
圧電板の表面電極が上側へ露出しないので、圧電板の表
面電極と第２の導電部との接続が難しくなる。これに対
し、振動板の金属板をケースの底壁部側に向けて固定す
れば、圧電板の表面電極が上側へ露出するので、表面電
極と第２の導電部とを導電性接着剤によって容易に接続
できる。しかも、振動板の他辺側に金属板の露出部が露
出しているので、金属板と第１の導電部も導電性接着剤
によって容易に接続できる。なお、金属板と第１の導電
部との接続は、振動板をケースの支持部に固定する際に
同時に行なうことも可能である。すなわち、振動板の露
出部側端部を支持部に固定する際に導電性接着剤を用い
ればよい。

【００１５】請求項５のように、弾性封止材を絶縁性材
料とし、この封止材を振動板の４辺全てに塗布するのが
望ましい。つまり、金属板と圧電板の他面電極とが近接
しているので、圧電板の他面電極と第２の導電部とを導
電性接着剤を用いて接続する際に、金属板と他面電極と
が短絡しやすい。そこで、予め封止材を金属板の周囲に
塗布しておけば、この短絡を防止できる。また、振動板
の４辺すべてを弾性封止材で封止することにより、空気
漏れがなくなり、音圧特性が向上する。なお、弾性封止
材を振動板の４辺すべてに塗布する場合としては、接着
剤を使用せずに弾性封止材のみで振動板をキャップに取
り付ける方法と、接着剤で固定された振動板の２辺に弾
性封止材を重ねて塗布する方法とがある。後者の方法
は、接着剤のみでは空気漏れを完全に防止しえない場合
に有効である。

【００１６】

【発明の実施の形態】図４〜図７は本発明にかかる圧電
音響部品の第１実施例である圧電ブザーを示す。この圧
電ブザーは、大略、ユニモルフ型の振動板１とケース４
と蓋板１０とで構成されている。

【００１７】振動板１は、図８に示すように、表裏面に
薄膜または厚膜の電極２ａ，２ｂを有し、厚み方向に分
極処理された長方形の圧電板２と、圧電板２と幅寸法が
同一で長さ寸法がやや長い長方形に形成され、圧電板２
の裏面電極２ｂに導電性接着剤などを介して対面接着さ
れた金属板３とで構成されている。なお、裏面電極２ｂ
を省略し、金属板３を圧電板２の裏面に導電性接着剤な
どを介して直接接合することで、裏面電極２ｂを省略し
てもよい。この実施例では、圧電板２が金属板３に対し
て長さ方向の一辺側へ偏った位置に接着されており、金
属板３の長さ方向の他辺側には金属板３が露出した露出
部３ａを有する。

【００１８】圧電板２としては、例えばＰＺＴなどの圧
電セラミックスが用いられる。また、金属板３は良導電
性とバネ弾性とを兼ね備えた材料が望ましく、特にヤン
グ率が圧電板２と近い材料が望ましい。そのため、例え
ばリン青銅，４２Ｎｉなどが用いられる。なお、金属板
３が４２Ｎｉの場合には、セラミック（ＰＺＴ等）と熱
膨張係数が近いので、より信頼性の高いものが得られ
る。

【００１９】上記振動板１は次のような工程で製造する
ことができる。まず、セラミックグリーンシートから打
ち抜き金型によって矩形状の親基板を打ち抜き、この親
基板に対して電極形成、分極などの作業を行なった後、
親基板を金属板の母板に導電性接着剤などで接着する。
そして、接着された親基板と母金属板とをダイサーなど
を用いて縦横のカットラインで矩形状にカットし、振動
板を得る。このように、振動板１を矩形状とすること
で、材料効率、生産効率がよく、設備コストを削減でき
るという利点がある。

【００２０】上記振動板１は、ケース４の内側に収納さ
れ、その長さ方向両端部が固定されている。すなわち、
ケース４はセラミックスまたは樹脂などの絶縁性材料で
底壁部４ａと４つの側壁部４ｂ，４ｃとを持つ長方形の
箱型に形成され、対向する短辺側の２つの側壁部４ｂの
内側に振動板１の両端部を支持する支持部４ｄが一体に
形成されている。なお、支持部４ｄはできるだけ小さい
方が音圧を向上させ、共振周波数を小さくできる。ケー
ス４を樹脂で構成する場合には、ＬＣＰ（液晶ポリマ
ー），ＳＰＳ（シンジオタクチックポリスチレン），Ｐ
ＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），エポキシなどの
耐熱樹脂が望ましい。支持部４ｄを形成した側壁部４ｂ
の内側には凹部４ｅが形成され、この凹部４ｅの内面か
ら側壁部４ｂの上面、外面を経て側壁部４ｂの底面まで
回りこむように外部接続用の導電膜７，８が形成されて
いる。また、長辺側の側壁部４ｃと底壁部４ａとの境界
部中央には制動孔４ｆが形成されている。

【００２１】振動板１はその金属板３が底壁部４ａと対
面するように、ケース４の内部に収納され、振動板１の
短辺側の２辺が支持部４ｄに載せられ、接着剤５で固定
されている。この接着剤５にはエポキシ系，ウレタン
系，シリコーン系などの公知の絶縁性接着剤を用いれば
よい。振動板１の短辺側の２辺をケース４の支持部４ｄ
に固定した状態で、振動板１の長辺側の２辺はケース４
の内面との間に僅かな隙間が空いており、この隙間はシ
リコーンゴムなどの弾性封止材６で封止されている。上
記のように振動板１をケース４に取り付けた後、振動板
１の長手方向両端部と凹部４ｅとの間に導電ペースト９
が点滴状に塗布され、金属板３の露出部３ａは導電膜７
に、圧電板２の表面電極２ａは導電膜８にそれぞれ電気
的に接続される。

【００２２】上記のように振動板１をケース４に固定し
た後、ケース４の開口部には放音孔１１を有する蓋板１
０が接着される。蓋板１０はセラミックスまたは樹脂な
どの絶縁性材料で長方形平板状に形成され、樹脂で形成
する場合にはケース４と同様の材料が用いられる。蓋板
１０を接着することで、蓋板１０と振動板１との間には
音響空間１２が形成され、表面実装型の圧電音響部品が
完成する。

【００２３】上記ケース４に設けられた導電部７，８間
に所定の周波数信号（交流信号または矩形波信号）を印
加すれば、振動板１の長さ方向両端部がケース４の支持
部４ｄに固定され、振動板１の幅方向両端部が弾性封止
材６で弾性変位自在に保持されているので、振動板１は
長さ方向両端部を支点として長さベンディングモードで
振動し、所定のブザー音を発生することができる。ブザ
ー音は蓋板１０の放音孔１１から外部へ放出される。

【００２４】上記の説明では、振動板１の金属板３をケ
ース４の底壁部４ａ側に向けて固定したが、圧電板２を
ケース４の底壁部４ａ側に向けて固定してもよい。た
だ、実施例のような向きで固定した場合には、圧電板２
の表面電極２ａと金属板３の露出部３ａとが上側に露出
するので、露出部３ａと導電部７との接続、および表面
電極２ａと導電部８との接続を導電ペースト９を用いて
簡単に行なうことができる利点がある。

【００２５】上記実施例では、振動板１の短辺側の２辺
を接着剤５によりケース４の支持部４ｄに固定したが、
弾性封止材６を接着剤５で固定された振動板１の短辺側
の２辺の上に重ねて塗布してもよい。その第１の理由
は、上述のように圧電板２の表面電極２ａを導電部８に
導電ペースト９で接続する際、この導電ペースト９が金
属板３にも付着して短絡する恐れがあるため、弾性封止
材６によって金属板３の周囲縁部に絶縁膜を形成してお
き、短絡を防止するためである。第２の理由は、振動板
１の全周を弾性封止材６で封止することにより、振動板
１の表側と裏側との間の空気漏れをより確実に防止する
ためである。

【００２６】図９は本発明にかかる圧電音響部品の第２
実施例を示す。この実施例では、ケース４に振動板１を
装填し、振動板１の４辺を弾性封止材６で封止するとと
もに接着してある。この場合には、振動板１の長さ方向
両端部が接着剤５ではなく弾性封止材６で支持部４ｄに
接着されるので、第１実施例に比べて振動板１の長さ方
向両端部の拘束力が低くなり、振動板１の変位量を大き
くでき、音圧を高めることができる。なお、第１実施例
と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

【００２７】図１０，図１１は本発明にかかる圧電音響
部品の第３実施例を示す。この実施例では、ケース４に
設けられる導電部を金属端子で構成したものである。な
お、第１実施例と同一部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。金属端子２０，２１は略コ字形に折り曲
げられており、ケース４の短辺側の側壁部４ｂに形成さ
れた凹溝４ｇに嵌合され、接着剤，カシメ，溶着などに
よってケース４に固定されている。金属端子２０，２１
の一端部は側壁部４ｂの内側へ延び、他端部はケース４
の底面へ延びている。そして、導電ペースト９を金属板
３の露出部３ａと一方の金属端子２０との間に、また導
電ペースト９を圧電板２の表面電極２ａと他方の金属端
子２１との間にそれぞれ点滴状に塗布することで、互い
に電気的に接続してある。

【００２８】図１２〜図１５は本発明にかかる圧電音響
部品の第４実施例を示す。この実施例では、ケース４に
設けられる導電部をインサート端子で構成したものであ
る。なお、第１実施例と同一部分には同一符号を付して
重複説明を省略する。インサート端子３０，３１の一端
部３０ａ，３１ａはケース４の短辺側の側壁部４ｂの内
側に露出しており、他端部３０ｂ，３１ｂはケース４の
底面へ延びている。さらに、他端部３０ｂ，３１ｂの幅
方向両端部３０ｃ，３１ｃはケース４の長辺側の側壁部
４ｃに回りこんでいる。導電ペースト９を金属板３の露
出部３ａと一方のインサート端子３０の一端部３０ａと
の間に、また導電ペースト９を圧電板２の表面電極２ａ
と他方のインサート端子３１の一端部３１ａとの間に点
滴状に塗布することで、互いに電気的に接続してある。

【００２９】上記第１〜第４実施例では、１個のケース
４に１個の振動板１を収納固定した例を示したが、ケー
ス４に仕切壁などによって複数の空間を形成し、これら
空間に異なる振動数を持つ複数の振動板１をそれぞれ収
納固定してもよい。この場合、各振動板１に対応してケ
ース４に個別の導電部を形成し、これら導電部と各振動
板１とを個別に接続すれば、各振動板１から異なる複数
の音を発生させることができる。

【００３０】なお、金属板および圧電板は長方形に限ら
ず、正方形であってもよい。また、上記実施例では、金
属板の片面に圧電板を貼り付けたユニモルフ型振動板に
ついて説明したが、金属板の両面にそれぞれ圧電板を貼
り付けたバイモルフ型振動板を用いてもよい。さらに、
金属板と第１の導電部との接続、および圧電板の他面電
極と第２の導電部との接続に導電性接着剤（導電ペース
ト）を用いたが、他の手段（半田や導電ワイヤなど）を
用いて接続することも可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、矩形状の振動板を用いたので、グリーンシート
の打ち抜きから親基板カットに至る工程における金型、
治具、圧電体品種を少なくでき、かつ材料効率もよいの
で、生産効率が向上し、製造コストを低減できる。

【００３２】また、矩形状の振動板の対向する２辺をケ
ースの支持部に固定し、振動板の他の２辺とケースとの
隙間を弾性封止材で封止したので、最大変位点が振動板
の２辺の中心線に沿って存在し、変位体積を大きくでき
る。そのため、円板状の振動板に比べて音響変換効率を
高めることができる。そして、矩形状の振動板はその２
辺が固定されるが、その間の部分は自由に変位できるの
で、従来の円板状の振動板に比べて低い周波数を得るこ
とができる。逆に、同じ周波数を得るのであれば、寸法
を小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の圧電ブザーの製造工程を示す図である。

【図２】円形振動板と矩形振動板との変位分布の比較図
である。

【図３】円形振動板と矩形振動板の寸法と共振周波数と
の関係を示す図である。

【図４】本発明にかかる圧電音響部品の第１実施例の斜
視図である。

【図５】図４のＸ−Ｘ線断面図である。

【図６】図４のＹ−Ｙ線断面図である。

【図７】図４に示す圧電ブザーの分解斜視図である。

【図８】振動板の斜視図である。

【図９】本発明にかかる圧電音響部品の第２実施例の分
解斜視図である。

【図１０】本発明にかかる圧電音響部品の第３実施例の
斜視図である。

【図１１】図１０に示す圧電音響部品の分解斜視図であ
る。

【図１２】本発明にかかる圧電音響部品の第４実施例の
斜視図である。

【図１３】図１２に示す圧電音響部品の分解斜視図であ
る。

【図１４】図１２に示す圧電音響部品のケースの断面図
である。

【図１５】図１２に示す圧電音響部品のケースの底面図
である。

【符号の説明】

１ 振動板 ２ 圧電板 ２ａ 表面電極 ３ 金属板 ３ａ 露出部 ４ ケース ４ａ 底壁部 ４ｂ，４ｃ 側壁部 ４ｄ 支持部 ５ 接着剤 ６ 弾性封止材 ７，８ 導電部、 ９ 導電ペースト（導電性接着剤） １０ 蓋板 １１ 放音孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ１０Ｋ 9/12 １０１Ｇ (72)発明者 野村 昭博 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (72)発明者 藤野 雅幸 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 平８−139426（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−98400（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10K 9/122 H03H 9/10 H04R 17/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】矩形の金属板の少なくとも片面に、表裏面
   に電極を有する矩形の圧電板の片面電極を接着して構成
   された振動板と、底壁部と４つの側壁部とを有し、対向
   する２つの側壁部の内側に上記振動板を支持する支持部
   を持ち、上記支持部を持つ２つの側壁部に外部接続用の
   第１と第２の導電部が設けられた絶縁性ケースと、放音
   孔を有する蓋板とを備え、上記ケース内に上記振動板が
   収納され、振動板の対向する２辺と上記支持部とが接着
   剤または弾性封止材で固定されるとともに、振動板の残
   りの２辺とケースとの隙間が弾性封止材で封止され、上
   記金属板は第１の導電部に対して電気的に接続され、上
   記圧電板の他面電極は第２の導電部に対して電気的に接
   続され、上記ケースの側壁部開口端に蓋板が接着されて
   いることを特徴とする圧電音響部品。
2. 【請求項２】上記ケースの導電部は、支持部からケース
   の底面へ延びるようにケースの表面に形成された導電膜
   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。
3. 【請求項３】上記ケースの導電部は、支持部からケース
   の底面へ延びるようにケースに固定された金属端子で構
   成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電音
   響部品。
4. 【請求項４】上記圧電板は金属板の片面のみに、かつケ
   ースの支持部に固定される２辺の一辺側に偏った位置に
   接着され、上記振動板の圧電板が接着された面の他辺側
   に金属板が露出した露出部が設けられ、上記振動板はそ
   の金属板をケースの底壁部側に向けてケースの支持部に
   固定され、上記金属板の露出部は第１の導電部と導電性
   接着剤により接続され、上記圧電板の他面電極は第２の
   導電部と導電性接着剤により接続されていることを特徴
   とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電音響部
   品。
5. 【請求項５】上記弾性封止材は絶縁性材料で形成され、
   上記振動板の４辺全てに塗布されていることを特徴とす
   る請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電音響部品。