JP3979334B2

JP3979334B2 - 圧電型電気音響変換器

Info

Publication number: JP3979334B2
Application number: JP2003115857A
Authority: JP
Inventors: 哲夫竹島; 政和山内; 学炭田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2023-04-21
Also published as: DE102004018301A1; CN100525512C; CN1571581A; US6888947B2; US20040205949A1; JP2004328055A; DE102004018301B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電レシーバ、圧電サウンダ、圧電スピーカなどの圧電型電気音響変換器、特に表面実装型の電気音響変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開昭６１−１６１１００号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０３９３号公報
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サウンダあるいは圧電レシーバとして電気音響変換器が広く用いられている。
従来の電気音響変換器は、金属板の片面に圧電板を貼り付けてユニモルフ型振動板を構成し、金属板の周縁部をケースの中に接着固定するとともに、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。
しかしながら、この種の振動板は、拡がり振動する圧電板を面積変化しない金属板で拘束することで、屈曲振動を発生させるものであるため、音響変換効率が低く、しかも小型で共振周波数の低い音圧特性を持たせることは困難であった。しかも、振動板の周囲がケースで拘束されるので、共振周波数が一層高くなるという問題があった。
【０００３】
特許文献１では、円形のユニモルフ型振動板を円形の合成樹脂フィルムの中央部に貼り付けて構成した圧電スピーカが提案されている。フィルムの中央部には平坦部が形成され、その周囲に環状の突出部が成形により形成されている。
この場合には、フィルムの弾性および突出部の弾性により、振動板をケースに直接接着したものに比べて、広帯域の周波数特性が得られるという利点がある。
しかしながら、振動板がユニモルフ型振動板であるから、音響変換効率を高くできず、小型に構成することが難しい。また、振動板およびフィルムが共に円形であることから、変位体積が小さく、音響変換効率を高くできない。
【０００４】
特許文献２には、音響変換効率がよい圧電振動板が提案されている。この圧電振動板は、２層または３層の四角形状の圧電セラミックス層を内部電極を間にして積層して積層体を形成するとともに、この積層体の表裏主面に主面電極を形成したものであり、セラミックス層は厚み方向において同一方向に分極されており、主面電極と内部電極との間に交流信号を印加することで、積層体を屈曲振動させ、音を発生させるものである。
この構造の圧電振動板は、セラミックスの積層構造体であり、厚み方向に順に配置された２つの振動領域（セラミックス層）が相互に逆方向に振動するので、圧電板を金属板に貼り付けたユニモルフ型振動板に比べて大きな変位量、つまり大きな音圧を得ることができる。また、圧電振動板が四角形状であることから、円形の振動板に比べて変位体積を大きくでき、音圧を高めることができる。
【０００５】
上記のように音響変換効率に優れた圧電振動板であっても、この振動板をケース等に支持する際、その周囲を隙間なく接着封止しなければならないので、共振周波数が高くなるという問題がある。例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの圧電振動板の対向する２辺をケースに接着固定し、他の２辺を変位自在に弾性封止した場合には、共振周波数は１２００Ｈｚ付近にあり、人間の音声帯域の下限である３００Ｈｚ付近では音圧が大幅に低下してしまう。
圧電レシーバの場合、人間の音声帯域である３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚにおいて、ほぼフラットな音圧特性を持つ広帯域音声の再生が可能な電気音響変換器が求められている。しかし、上記のような支持構造では、広帯域でほぼフラットな音圧特性が得られない。ケースおよび振動板の寸法を大きくすれば、低周波化が可能であるが、これでは電気音響変換器が大型化してしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、面積屈曲振動を発生する圧電振動板の一面に、圧電振動板より大きな樹脂フィルムを貼り付け、このフィルムの外周部を筐体の支持部に接着すれば、圧電振動板を強く拘束することなく支持することが可能である。この場合には、従来のように圧電振動板の２辺あるいは４辺を筐体に支持した場合に比べて、圧電振動板が振動しやすくなる。そのため、従来と同一寸法の振動板でも共振周波数を低くすることが可能であり、しかも支持拘束力の低下により変位量を大きくすることができ、高い音圧を得ることができる。また、基本共振から２次共振まで落ち込みのない音圧が得られ、広帯域音声の再生に対応できる。
【０００７】
ところが、上記のような樹脂フィルムを用いた電気音響変換器の場合、フィルムと筐体との接着状態により、フィルムに加わる応力が変化し、振動板の共振周波数にずれが発生して周波数特性がばらつくという問題が発生する。
また、電気音響変換器も、回路基板に直接実装できる表面実装型が求められているが、リフロー時の熱によりフィルム、筐体、接着剤などが変形し、圧電振動板にかかる応力が変化する。そのため、リフロー前後で周波数特性が変動するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、フィルムと筐体との接着状態や、リフロー時の熱の影響による周波数特性のばらつきや変動を防止できる圧電型電気音響変換器を提供することにある。
【０００９】
【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に係る発明は、複数の圧電セラミックス層が内部電極を間にして積層され、表裏主面に主面電極が形成され、主面電極と内部電極との間に交流信号を印加することにより面積屈曲振動を発生する四角形状の圧電振動板と、上記圧電振動板より大形に形成され、表面の略中央部に上記圧電振動板が貼り付けられた四角形状の樹脂フィルムと、上記圧電振動板および樹脂フィルムを収納し、上記樹脂フィルムの圧電振動板が貼り付けられていない外周部を支持する支持部が設けられた筐体とを備えた圧電型電気音響変換器において、上記樹脂フィルムはリフロー温度以上の耐熱性を持ち、上記樹脂フィルムの４つのコーナ部近傍を含む周辺部が筐体の支持部に接着固定されており、上記圧電振動板の面積は上記樹脂フィルムの面積の４０〜７０％であり、上記樹脂フィルムの圧電振動板が貼り付けられていない外周部であって、上記支持部に接着される部分より内周部に、表裏方向に屈曲した凹凸部が形成されていることを特徴とする圧電型電気音響変換器を提供する。
【００１０】
請求項１に係る発明では、面積屈曲振動を発生する四角形の圧電振動板の一面に、圧電振動板より大きな四角形の樹脂フィルムが貼り付けられている。このフィルムの外周部を筐体の支持部に接着することで、圧電振動板を強く拘束することなく支持することができ、従来のように圧電振動板を直接筐体に接着した場合に比べて、圧電振動板が振動しやすくなる。そのため、従来と同一寸法の振動板でも共振周波数を低くすることが可能であり、しかも支持拘束力の低下により変位量を大きくすることができ、高い音圧を得ることができる。また、基本共振から２次共振まで落ち込みのない音圧が得られ、広帯域音声の再生に対応できる。
振動板と樹脂フィルムとの相対的な大きさ（面積比）は音圧特性と関連性があり、圧電振動板と樹脂フィルムとの面積比を変化させた場合、振動板の面積割合が４０〜７０％のときに音圧特性が良好であり、４０％未満および７０％を超えると、音圧が減少傾向になる。そこで、本発明では、圧電振動板の面積割合を樹脂フィルムの４０〜７０％としている。
【００１１】
樹脂フィルムの圧電振動板が貼り付けられていない外周部であって、支持部に接着される部分より内周部に、表裏方向に屈曲した凹凸部が形成されている。つまり、凹凸部は、少なくとも樹脂フィルムと筐体の支持部との接着部に対応する部分に形成されている。そのため、フィルムと筐体との接着状態によりフィルムに加わる応力が変化しても、この応力変化を凹凸部の弾性によって吸収し、振動板の共振点が一定になり、周波数特性が安定する。
同様に、リフローはんだ付け時に加わる熱により、フィルム、筐体、接着剤などに熱応力が加わるが、この応力をフィルムの凹凸部の弾性によって吸収し、圧電振動板に加わる応力を安定させるので、圧電振動板の共振点のずれや周波数特性の変動を解消できる。
なお、フィルム、筐体、圧電振動板、接着剤などの材料は、リフロー温度（例えば２２０℃〜２６０℃）以上の耐熱性を有することは勿論である。
【００１２】
請求項２では、凹凸部を樹脂フィルムの全周に形成したものである。
凹凸部を樹脂フィルムの全周に形成すれば、フィルムに対していかなる方向から応力が作用しても、凹凸部で吸収できるので、周波数特性の変動を最小限にできる。
特に、樹脂フィルムの全周を筐体の支持部に接着固定した場合に、凹凸部を樹脂フィルムの全周に形成するのが望ましい。
【００１３】
請求項３のように、凹凸部を樹脂フィルムの各辺の中央部を除く部分に形成し、凹凸部のない辺の中央部に塗布された導電性接着剤によって圧電振動板の電極と筐体に設けられた端子とを接続してもよい。
圧電振動板の電極と筐体に設けられた端子とを電気的に接続するため、導電性接着剤を用いることがある。この場合、導電性接着剤が凹凸部に付着すると、凹凸部による応力吸収効果が低下し、周波数特性変動の要因となる。
そこで、凹凸部を樹脂フィルムの各辺の中央部を除く部分に形成し、この凹凸部の欠如部分に導電性接着剤を塗布することで、凹凸部による応力吸収効果を維持しながら、圧電振動板の電極と端子との電気的接続を行うことができる。
【００１４】
請求項４のように、圧電振動板の上に、粘弾性材料よりなる質量体を付加してもよい。
積層型の圧電振動板を樹脂フィルムに貼り付けた構造の場合、第１共振周波数と第２共振周波数との間で音圧が落ち込むため、音圧を平坦化できない。音圧を平坦化するには、第１共振周波数を変化させずに、第２共振周波数のみを低くするのがよい。
そこで、圧電振動板の上に粘弾性材料よりなる質量体を付加すれば、第１共振周波数を変化させずに、第２共振周波数のみを低くすることができ、音圧の平坦化を実現できる。なお、樹脂フィルム上にまで質量体がはみ出すと、周波数特性が劣化するので、圧電振動板からはみ出さない範囲とする。
質量体の付加量により、音圧周波数特性の調整が可能である。質量体のヤング率が高すぎると、低周波化の効果がなくなるため、シリコーンゴムなどの粘弾性材料を用いるのがよい。具体的には、請求項５のように、質量体のヤング率を１０ＭＰａ以下とするのがよい。
【００１５】
請求項５のように、質量体の質量と、樹脂フィルムを含む圧電振動板全体の質量との比（付加質量比）を０．４以下とするのがよい。
第２共振周波数の低周波側に音圧の落ち込み部が発生するが、付加質量比が増えるにつれて、第２共振周波数が低くなり、音圧落ち込み部が改善され、音圧特性が平坦に近くなる。但し、付加質量比が大きくなり過ぎると、第１共振周波数以下の音圧が低下してしまう。
付加質量比を０．４以下とすれば、音圧落ち込み部を改善できると同時に、第１共振周波数以下の音圧の低下を抑制できる。
【００１６】
請求項６のように、質量体のヤング率を１０ＭＰａ以下とするのがよい。
付加質量の材料としては、第２共振周波数を下げることを目的とすることから、低弾性である方が効果は大きいが、ヤング率が１０ＭＰａを超えると、第２共振周波数の周波数低下量が小さくなる。
したがって、質量体のヤング率を１０ＭＰａ以下とする方が、第２共振周波数の低下効果が大きい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１〜図７は本発明の第１実施例である表面実装型の圧電型電気音響変換器を示す。
この実施例の電気音響変換器は、圧電レシーバのように人間の音声帯域（３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚ）においてほぼフラットな音圧特性を持つ広帯域音声の再生が可能なものであり、積層構造の圧電振動板１と樹脂フィルム１０とケース２０とカバー３０とを備えている。ここでは、ケース２０とカバー３０とで筐体が構成される。
【００１８】
振動板１は、図６，図７に示すように、２層の圧電セラミックス層１ａ，１ｂを積層したものであり、振動板１の表裏主面には主面電極２，３が形成され、セラミックス層１ａ，１ｂの間には内部電極４が形成されている。２つのセラミックス層１ａ，１ｂは、太線矢印で示すように厚み方向において同一方向に分極されている。表側の主面電極２と裏側の主面電極３は、振動板１の辺長よりやや短く形成され、その一端は振動板１の一方の端面に形成された端面電極５に接続されている。そのため、表裏の主面電極２，３は相互に接続されている。内部電極４は主面電極２，３とほぼ対称形状に形成され、内部電極４の一端は上記端面電極５と離れており、他端は振動板１の他端面に形成された端面電極６に接続されている。なお、振動板１の他端部の表裏面には、端面電極６に接続される補助電極７が形成されている。補助電極７は、一定幅の帯状電極としてもよいし、後述する切欠部８ｂ，９ｂに対応する箇所のみの部分電極でもよい。
ここでは、セラミックス層１ａ，１ｂとして、一辺が７〜８ｍｍ、１層の厚みが１５μｍ（合計３０μｍ）の正方形状のＰＺＴ系セラミックスを使用した。
【００１９】
振動板１の表裏面には、主面電極２，３を覆う樹脂層８，９が形成されている。この樹脂層８，９は、落下衝撃による振動板１の割れを防止する保護層として設けられたものであり、必要に応じて選択的に用いられる。表側の樹脂層８の対向する２辺の中央部に、主面電極２が露出する切欠部８ａと、補助電極７が露出する切欠部８ｂとが形成されている。
ここでは、樹脂層８，９として厚みが５〜１０μｍのポリアミドイミド系樹脂を使用した。
【００２０】
振動板１は、この振動板１より大形な四角形の樹脂フィルム１０の表面の略中央部に接着剤１１によって接着されている。接着剤１１としては、例えばエポキシ系接着剤が使用される。
樹脂フィルム１０は、圧電振動板１より薄肉で、かつヤング率が５００ＭＰａ〜１５０００ＭＰａの樹脂材料で形成されている。望ましくはリフロー温度以上（例えば３００℃以上）の耐熱性を持つ樹脂フィルムがよい。具体的には、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ポリアミドイミド系などの樹脂材料が使用される。
ここでは、一辺が１０ｍｍ、厚みが７．５μｍ、ヤング率が３４００ＭＰａの正方形状のポリイミドフィルムを使用した。
【００２１】
圧電振動板１と樹脂フィルム１０との相対的な大きさ（面積比）は音圧特性と関連性がある。圧電振動板１と樹脂フィルム１０との面積比を４０〜７０％としたとき、音圧特性が最も良好となり、４０％未満および７０％を超えると、音圧が減少傾向になることがわかった。したがって、圧電振動板１の面積割合を樹脂フィルム１０の４０〜７０％とするのがよい。
【００２２】
図８は、一辺が１０ｍｍの正方形状の樹脂フィルム１０に貼り付ける圧電振動板１の面積割合と相対音圧（ｄＢ）との関係を示したものである。相対音圧とは、１００Ｈｚ点における変位体積１×１０^-6ｍ³ のときを０ｄＢとした場合の音圧換算値である。
図から明らかなように、圧電振動板１の面積割合が４０〜７０％の範囲では、相対音圧がほぼ０以上であり、良好な音圧特性が得られているのに対し、４０％未満あるいは７０％超では、相対音圧の減少傾向が大きくなることがわかる。なお、圧電振動板１の面積割合が５５％付近のときに１００Ｈｚ点の変位量が最も大きくなっており、音圧特性の面では振動板面積を５５％付近とするのが最適である。
【００２３】
樹脂フィルム１０の振動板１より外方に突出する外周部分には、凹凸部１２が成形により形成されている。この実施例では、凹凸部１２が樹脂フィルム１０の各辺の中央部を除く部分、つまり４つのコーナ部に沿ってＬ字形に形成されている。凹凸部１２は樹脂フィルム１０の表裏方向に屈曲した形状のものであり、樹脂フィルム１０に平面方向の応力が作用した場合に、その応力を緩和する作用を有する。この実施例の凹凸部１２は、幅０．５ｍｍ、深さ０．２ｍの上側に凸形状のものであるが、下側に凸でもよく、さらに上下に波板状に屈曲した形状でもよい。さらに、断面形状はドーム状に湾曲していてもよい。後述するように樹脂フィルム１０は４つのコーナ部近傍でケース２０の支持部２０ｆに接着されるが、少なくともこの接着部に対応する箇所に凹凸部１２を形成するのが好ましい。
上記のように凹凸部１２を部分的に設けた場合、応力緩和効果を得るためには、少なくとも全周の３０％以上の領域に凹凸部１２を設けるのがよい。
【００２４】
ケース２０はセラミックス、樹脂、ガラスエポキシなどの絶縁性材料で底壁部２０ａと４つの側壁部２０ｂ〜２０ｅとを持つ四角形の箱型に形成されている。ケース２０を樹脂で構成する場合には、リフローはんだ付けに耐えるため、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），エポキシなどの耐熱樹脂が望ましい。４つの側壁部２０ｂ〜２０ｅの内周部には、樹脂フィルム１０の外周部下面を支持する環状の支持部２０ｆが設けられ、対向する２つの側壁部２０ｂ，２０ｄの内側の支持部２０ｆの近傍に、一対の端子２１，２２の内部接続部２１ａ，２２ａが露出している。端子２１，２２はケース２０にインサート成形されたものであり、ケース２０の外部に突出した外部接続部２１ｂ，２２ｂが側壁部２０ｂ，２０ｄの外面に沿ってケース２０の底面側へ折り曲げられている。この実施例では、端子２１，２２の内部接続部２１ａ，２２ａが二股状に別れており、これら二股状の内部接続部２１ａ，２２ａがケース２０のコーナ部近傍に位置している。
ここでは、支持部２０ｆを樹脂フィルム１０の外周部全周を支えるよう、ケース２０の内周部全周に形成したが、樹脂フィルム１０の４つのコーナ部下面のみを支持するよう、部分的に設けてもよい。
【００２５】
支持部２０ｆの外側であって、４つの側壁部２０ｂ〜２０ｅの内側には、樹脂フィルム１０の外周部をガイドするためのガイド部２０ｇが設けられている。ガイド部２０ｇの内側面には、下方に向かって漸次内側へ傾斜した傾斜面が形成され、樹脂フィルム１０がこの傾斜面によってガイドされ、支持部２０ｆ上に正確に載置される。なお、支持部２０ｆは、図３に示すように端子２１，２２の内部接続部２１ａ，２２ａより一段低く形成されており、そのため支持部２０ｆ上に樹脂フィルム１０を載置すると、振動板１の天面と端子２１，２２の内部接続部２１ａ，２２ａの上面とがほぼ同一高さになるように設定されている。
なお、側壁部２０ｃ側の底壁部２０ａには第１の放音孔２０ｈが形成されている。
【００２６】
樹脂フィルム１０付きの振動板１はケース２０に収納され、樹脂フィルム１０の周囲がケース２０の支持部２０ｆに載置される。そして、端子２１，２２の内部接続部２１ａ，２２ａと、これに対向する樹脂フィルム１０との間に弾性接着剤１３が塗布され、樹脂フィルム１０が接着固定される。弾性接着剤１３は、硬化状態でのヤング率が後述する導電性接着剤１４より低い接着剤であり、例えば３．７×１０⁶ Ｐａ程度のウレタン系接着剤が使用される。この弾性接着剤１３は、山形に盛り上げて塗布するのがよい。
【００２７】
樹脂フィルム１０をケース２０に固定した後、切欠部８ａに露出する主面電極２と端子２１の内部接続部２１ａとの間、および切欠部８ｂに露出する補助電極７と端子２２の内部接続部２２ａとの間に導電性接着剤１４がクランク形状に塗布される。例えば、一端側が主面電極２に塗布された導電性接着剤１４は、樹脂フィルム１０の凹凸部１２のない欠如部１２ａを通って外周方向に延び、さらに凹凸部１２の外側を迂回して、他端側が内部接続部２１ａに塗布される。この時、導電性接着剤１４は凹凸部１２上には塗布されないので、凹凸部１２による応力吸収効果を損なうことがない。また、導電性接着剤１４は山形に盛り上げられた弾性接着剤１３の上に塗布されるので、導電性接着剤１４の硬化収縮応力や拘束力が樹脂フィルム１０に波及するのが抑制される。
同様に、一端側が補助電極７に塗布された導電性接着剤１４は、樹脂フィルム１０の凹凸部１２のない欠如部１２ａを通り、凹凸部１２の外側を迂回し、弾性接着剤１３の上を跨いで内部接続部２２ａに塗布される。
なお、導電性接着剤１４としては、樹脂フィルム１０の変位を拘束しないようにするため、硬化後のヤング率が低い導電ペーストを使用するのがよい。ここでは、硬化後のヤング率が０．３×１０⁹ Ｐａのウレタン系導電ペーストを使用した。導電性接着剤１４を塗布した後、これを加熱硬化させると、主面電極２と端子２１の内部接続部２１ａ、補助電極７と端子２２の内部接続部２２ａとがそれぞれ電気的に接続される。
【００２８】
振動板１と端子２１，２２の内部接続部２１ａ，２２ａとを接続した後、弾性封止剤１５が樹脂フィルム１０の全周とケース２０の内周部との間に塗布され、樹脂フィルム１０とケース２０との間が封止される。弾性封止剤１５としては、樹脂フィルム１０の変位を許容するため、ヤング率のできるだけ低い弾性接着剤を使用するのがよい。ここでは、硬化後のヤング率が３．０×１０⁵ Ｐａのシリコーン系接着剤を使用した。
【００２９】
上記のように樹脂フィルム１０付きの振動板１をケース２０に支持した後、ケース２０の上面開口部にカバー３０が接着剤３１によって接着される。カバー３０はケース２０と同様な材料で形成されており、カバー３０を接着することで、カバー３０と振動板１との間に音響空間が形成される。カバー３０には、第２の放音孔３２が形成されている。
上記のようにして表面実装型の圧電型電気音響変換器が完成する。
【００３０】
この実施例の電気音響変換器では、端子２１，２２間に所定の交流電圧を印加すると、振動板１における分極方向と電界方向とが同一方向である圧電セラミックス層は平面方向に縮み、分極方向と電界方向とが逆方向である圧電セラミックス層は平面方向に伸びるので、全体として振動板１を厚み方向に屈曲させることができる。
圧電振動板１はそれより大きな樹脂フィルム１０上に貼り付けられており、樹脂フィルム１０の振動板１を有しない外周部がケース２０の支持部２０ｆに支持されているので、振動板１の変位を強く拘束しない。そのため、従来と同一寸法の振動板を用いても共振周波数を低くすることが可能であり、しかも支持拘束力の低下により変位量を大きくすることができ、高い音圧を得ることができる。
【００３１】
図９はリフロー前後の電気音響変換器の音圧特性の比較図であり、（ａ）は凹凸部を有しない樹脂フィルム付きの圧電振動板を用いた場合、（ｂ）は図４，図５に示すような凹凸部を有する樹脂フィルム付きの圧電振動板を用いた場合である。
図から明らかなように、凹凸部を有しない場合には、リフロー後に第１共振周波数（３００Ｈｚ付近）での音圧レベルが上昇するとともに、やや高周波側へ変化していることがわかる。また、第２共振周波数（２５００Ｈｚ付近）がやや低周波側へ変化している。
これに対し、凹凸部を有する場合には、リフロー前後で第１共振周波数および第２共振周波数ともに殆ど変化がなく、かつ音圧も殆ど変化していない。そのため、非常に安定な音圧特性が得られていることがわかる。
【００３２】
図１０は、樹脂フィルム付きの圧電振動板の他の実施例を示す。
（ａ）は凹凸部１２を樹脂フィルム１０の全周に設けたものである。
（ｂ）は凹凸部１２を樹脂フィルム１０の各辺の中央部とコーナ部とを除く領域に設けたものである。
（ｃ）は凹凸部１２を樹脂フィルム１０のコーナ部を除く領域に設けたものである。
いずれの場合も、第１実施例と同様な効果を有する。
【００３３】
図１１は、電気音響変換器の第２実施例を示す。
この実施例では、圧電振動板１の上のみに粘弾性材料よりなる質量体４０を付加したものである。
質量体４０としては、硬化状態でのヤング率が１０ＭＰａ以下の材料が望ましく、例えばシリコーン系接着剤が用いられる。
【００３４】
図１２に、樹脂フィルム付きの圧電振動板の音圧特性（測定条件はＩＴＵ−Ｔ３．２項に規定のローリークカップラーを用いた）を示す。（ａ）は第１実施例における振動板を用いた場合であり、第１共振から第２共振までほぼ平坦な音圧特性が得られ、広帯域音声の再生に対応できる。しかし、第２共振周波数より低周波側（１〜２ｋＨｚ）に音圧が落ち込む領域が存在し、このような音圧の落ち込みをできるだけ減少させるのが望ましい。
そこで、第２実施例では、圧電振動板１の上のみに粘弾性材料よりなる質量体４０を付加することで、第２共振の周波数を低周波化し、第２共振周波数より低周波側の音圧の落ち込みを小さくしたものである。但し、第１共振周波数およびその音圧には影響を及ぼさないことが必要である。
図１２の（ｂ）は付加質量比が０．１８、（ｃ）は付加質量比が０．５８の音圧特性である。なお、付加質量比は次式で与えられる。
付加質量比＝質量体の質量／（樹脂フィルム＋接着剤＋振動板＋樹脂層）の質量図１２から明らかなように、付加質量比が増えるにつれて、第２共振周波数が低くなり、１〜２ｋＨｚの音圧落ち込み部が改善され、音圧が平坦に近くなることがわかる。しかし、付加質量比が大きくなり過ぎると、第１共振周波数以下の音圧が低下してしまう。これは、付加質量が増えると、圧電振動板１の変位を拘束してしまうからである。
【００３５】
図１３に付加質量比と第１共振周波数との関係を示し、図１４に付加質量比と第２共振周波数との関係を示す。
付加質量比の増加により第１共振周波数はわずかに上昇するが、第２共振周波数は逆に低下していることがわかる。
【００３６】
図１５は付加質量比と１００Ｈｚ音圧の関係を示し、図１６は付加質量比と落ち込み音圧の関係を示す。
付加質量により落ち込み音圧が上昇するが、その反面、１００Ｈｚ音圧が低下することがわかる。付加質量比が大きくなるにつれて、音圧低下の傾向が大きくなり、また付加質量比が０．４を超えた付近から第２共振周波数が低下しなくなる。そのため、付加質量比は０．４以下がよいと言える。
【００３７】
付加質量の材料としては、第２共振周波数を下げることを目的とすることから、低弾性である方が効果は大きい。逆に、高弾性材料を用いると、振動板の見かけの弾性率が上昇し、共振周波数の上昇が起こる。図１７に同重量における付加質量の弾性率（ヤング率）と第２共振周波数の周波数変化量との関係を示す。なお、振動板に対する質量体の付加面積比をパラメータとした。
図１７から明らかなように、弾性率が１０ＭＰａを超えると周波数の上昇が生じることがわかる。また、付加面積比が大きいほど、低周波化に効果があることがわかる。
付加質量は、例えばディスペンス工法などで容易に塗布できる。
【００３８】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記実施例の圧電振動板１は２層の圧電セラミックス層を積層したものであるが、３層以上の圧電セラミックス層を積層したものでもよい。この場合には、中間層は拡がり振動を発生しないダミー層となる。
また、樹脂フィルムの１面に圧電振動板を貼り付けたものに限らず、表裏面に圧電振動板１を貼り付けたものでもよい。
【００３９】
本発明における筐体の構造は、凹型のケースと平板状カバーとで構成されたものに限らない。例えば、凹型のケースと凹型のカバーとを対向させて連結することで筐体を構成してもよいし、支持部を有する枠状フレームの内側にフィルム付きの圧電振動板を取り付け、フレームの表裏面にカバーを取り付けて筐体を構成してもよい。さらに、平板状の基板の上に支持部を設け、この支持部の上に樹脂フィルム付きの圧電振動子を取り付け、その上からカバーを被せた構造としてもよい。
樹脂フィルムを筐体に固定する方法として、接着剤を用いる方法に代えて、超音波溶着や熱溶着などの方法を用いてもよい。
本発明における端子とは、上記実施例のようなインサート端子に限るものではなく、例えばケースの支持部上面から外部に至る薄膜あるいは厚膜の電極であってもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に係る発明によれば、面積屈曲振動を発生する圧電振動板の一面に、圧電振動板より大きな樹脂フィルムを貼り付け、圧電振動板の面積を樹脂フィルムの面積の４０〜７０％とし、このフィルムの外周部を筐体の支持部に支持したので、圧電振動板を強く拘束することなく支持することができる。特に、樹脂フィルムの圧電振動板が貼り付けられていない外周部に、表裏方向に屈曲する凹凸部を形成したので、フィルムと筐体との接着状態によりフィルムに加わる応力が変化しても、この応力変化を凹凸部の弾性によって吸収し、振動板の共振点が一定になり、周波数特性が安定する。また、リフローはんだ付け時に加わる熱により、フィルム、筐体、接着剤などに熱応力が加わっても、この応力をフィルムの凹凸部の弾性によって吸収し、圧電振動板に加わる応力を安定させるので、圧電振動板の共振点のずれや周波数特性の変動を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電型電気音響変換器の一例の分解斜視図である。
【図２】図１に示す圧電型電気音響変換器のカバーおよび弾性封止剤を除外した状態の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線による階段断面図である。
【図４】樹脂フィルム付き振動板の分解斜視図である。
【図５】樹脂フィルム付き振動板の平面図およびＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】圧電振動板の拡大斜視図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ線による断面図である。
【図８】振動板の面積割合と音圧との関係を示す図である。
【図９】凹凸部を有しないフィルム付き圧電振動板を用いたものと、凹凸部を有するフィルム付き圧電振動板を用いたものとのリフロー前後の音圧特性比較図である。
【図１０】本発明にかかる樹脂フィルム付き振動板の他の実施例の平面図である。
【図１１】本発明にかかる電気音響変換器の第２実施例の平面図である。
【図１２】第１実施例と第２実施例の音圧特性比較図である。
【図１３】付加質量比と第１共振周波数との関係を示す図である。
【図１４】付加質量比と第２共振周波数との関係を示す図である。
【図１５】付加質量比と１００Ｈｚ音圧の関係を示す図である。
【図１６】付加質量比と落ち込み音圧の関係を示す図である。
【図１７】付加質量の弾性率と第２共振周波数の周波数変化量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１圧電振動板
１０樹脂フィルム
１２凹凸部
１３弾性接着剤
１４導電性接着剤
１５弾性封止剤
２０ケース（筐体）
２０ｆ支持部
２１，２２端子
２１ａ，２２ａ内部接続部
３０カバー（筐体）

Claims

複数の圧電セラミックス層が内部電極を間にして積層され、表裏主面に主面電極が形成され、主面電極と内部電極との間に交流信号を印加することにより面積屈曲振動を発生する四角形状の圧電振動板と、上記圧電振動板より大形に形成され、表面の略中央部に上記圧電振動板が貼り付けられた四角形状の樹脂フィルムと、上記圧電振動板および樹脂フィルムを収納し、上記樹脂フィルムの圧電振動板が貼り付けられていない外周部を支持する支持部が設けられた筐体とを備えた圧電型電気音響変換器において、
上記樹脂フィルムはリフロー温度以上の耐熱性を持ち、
上記樹脂フィルムの４つのコーナ部近傍を含む周辺部が筐体の支持部に接着固定されており、
上記圧電振動板の面積は上記樹脂フィルムの面積の４０〜７０％であり、
上記樹脂フィルムの圧電振動板が貼り付けられていない外周部であって、上記支持部に接着される部分より内周部に、表裏方向に屈曲した凹凸部が形成されていることを特徴とする圧電型電気音響変換器。
上記凹凸部は、樹脂フィルムの全周に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電型電気音響変換器。
上記凹凸部は、樹脂フィルムの各辺の中央部を除く部分に形成され、上記凹凸部のない辺の中央部に塗布された導電性接着剤によって圧電振動板の電極と筐体に設けられた端子とが接続されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電型電気音響変換器。
上記圧電振動板の上に、粘弾性材料よりなる質量体が付加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型電気音響変換器。
上記質量体の質量と、樹脂フィルムを含む圧電振動板全体の質量との比は０．４以下であることを特徴とする請求項４に記載の圧電型電気音響変換器。
上記質量体のヤング率は、１０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の圧電型電気音響変換器。