專利名稱：壓電式電聲轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)置于移動電話、PDA、 PC、數(shù)碼照相機等電子設(shè)備中 而作為聲源來使用的壓電式電聲轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
以往，在雙壓電晶片(bimorph)型的壓電式電聲轉(zhuǎn)換器中，如專利文獻(xiàn) 1 (JP實公平8-1005號公報)所記載，使用這樣的雙壓電晶片型壓電振子 將與金屬板的兩面相接合的圓板狀的壓電元件的直徑置為相同，在金屬板的 兩面接合相同的圓板狀的壓電元件。
本發(fā)明要解決的問題是，在以往的雙壓電晶片型的壓電式電聲轉(zhuǎn)換器 中，在有限的空間(保持壓電振子的機架的內(nèi)側(cè))內(nèi)，若考慮到將壓電元件 的直徑增大到最大限度而提高低頻的聲壓級(sound pressure level)，從而提 高音質(zhì)，則需增大壓電元件的直徑，此時對金屬板焊接引線的空間會變得狹 窄，從而導(dǎo)致操作效率顯著降低，并且，在中間隔著由樹脂薄膜等構(gòu)成的環(huán) 狀的支撐構(gòu)件而將壓電振子支撐在機架上的結(jié)構(gòu)中(例如，參照J(rèn)P特開平 9-271096、 JP特開2001-339791、 JP特開2001-339793號公報等)，支撐構(gòu) 件會因受熱而變形，或發(fā)生燃燒，從而導(dǎo)致不良發(fā)生率升高。另外，考慮到 所謂大幅度改善對金屬板焊接引線時的操作效率、且抑制不良發(fā)生率而降低 成本的生產(chǎn)效率，而縮小壓電元件的直徑，則無法維持音響性能，反而導(dǎo)致 音響性能下降。因此，無法同時實現(xiàn)音響性能的提高和生產(chǎn)效率的提高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種壓電式電聲轉(zhuǎn)換器，具備壓電振 子，其通過以下方式構(gòu)成，即，在金屬板的第一主面上接合圓板狀的第一壓 電元件，并且在上述金屬板的第二主面上接合圓板狀的第二壓電元件；機架， 其保持該壓電振子，在該壓電式電聲轉(zhuǎn)換器中，上述第一壓電元件的直徑與
上述第二壓電元件的直徑不同。于不需要在上述第一壓電元件與上述第二壓 電元件之間分別對照定制直徑，因此能夠大幅度改善在金屬板上焊接引線時 的操作效率，考慮到抑制不良發(fā)生率而力求降低成本，例如可以將上述第二 壓電元件的直徑縮小為小于第一壓電元件的直徑，從而比以往的直徑小，從 而能夠確保用于對金屬板進(jìn)行焊接的引線焊接空間比以往更大，同時考慮到 增大壓電元件的直徑，力求提高低域的聲壓級而提高音質(zhì)的音響性能，可以 在有限的空間(上述機架的內(nèi)側(cè))內(nèi)將上述第一壓電元件的直徑的增大到最 大限度，使得其比以往的直徑大，由此，能夠同時實現(xiàn)提高壓電式電聲轉(zhuǎn)換 器的音響性能和提高生產(chǎn)效率。此外，也可以使上述第一壓電元件的直徑與 第二壓電元件的直徑的大小關(guān)系與上述的大小關(guān)系相反。
在本發(fā)明的壓電式電聲轉(zhuǎn)換器中，優(yōu)選上述第二壓電元件的直徑比上述 第一壓電元件的直徑小，并在位于該第二壓電元件周圍的上述金屬板的第二 主面上確保作為引線焊接部的空間。
另外，優(yōu)選具備環(huán)狀的支撐構(gòu)件，該支撐構(gòu)件的內(nèi)緣部與上述壓電振子 的外緣部相接合，并且該支撐構(gòu)件的外緣部與上述機架相接合。
并且，優(yōu)選在位于上述金屬板的第二主面上的上述引線焊接部的外側(cè)， 確保用于粘貼上述支撐構(gòu)件的內(nèi)緣部的粘貼區(qū)域。


圖1A、圖1B表示本發(fā)明的一個實施方式的壓電式電聲轉(zhuǎn)換器，其中， 圖1A是俯視圖，圖1B是剖視圖。
圖2是表示本發(fā)明的實施例的壓電式電聲轉(zhuǎn)換器和與其相比較的比較例 的頻率-聲壓特性的曲線圖。
具體實施例方式
下面，基于附圖，對本發(fā)明的一個實施方式所涉及的壓電式電聲轉(zhuǎn)換器
l進(jìn)行說明。壓電式電聲轉(zhuǎn)換器l由以下部件構(gòu)成壓電振子IO，其以如下
方式構(gòu)成，即，在薄圓板狀的金屬板ll的上表面(表面)、即第一主面lla 以同心狀接合有薄圓板狀的第一壓電元件12，并且在上述金屬板11的下表
面(背面)、即第二主面llb以同心狀接合有薄圓板狀的第二壓電元件13;
機架20，其保持壓電元件10;支撐構(gòu)件30，其設(shè)置在壓電振子10和機架 20之間。
金屬板11例如優(yōu)選使用厚度為數(shù)十的鎳鐵合金、黃銅、磷青銅等銅 合金或不銹鋼等的金屬板。
第一壓電元件12是在薄圓板狀的壓電體12a的兩面形成有薄膜狀的電 極12b、 12c的元件。第二壓電元件13同樣也是在薄圓板狀的壓電體13a的 兩面形成有薄膜狀的電極13b、 13c的元件。壓電體12a、 13a例如優(yōu)選使用 厚度為數(shù)十pm的鋯鈦酸鉛鑭(PZT)類壓電陶瓷。
電極12b、 12c、 13b、 13c是，例如在壓電體12a、 13a的兩面，通過蒸 鍍法或濺射法所形成的厚度為數(shù)pm的金屬薄膜電極。或者是，在壓電體12a、 13a的兩面，絲網(wǎng)印刷了含有銀成分的膏狀電極材料之后，通過對其進(jìn)行煅 燒而形成厚度為數(shù)pm的電極。
第一壓電元件12和金屬板11是這樣進(jìn)行接合的用粘合劑將第一壓電 元件12的例如電極12c —側(cè)的單面粘合在金屬板11上，使得處于第一壓電 元件12的該單面一側(cè)的電極12c與金屬板11導(dǎo)通。第二壓電元件13和金 屬板11也以同樣的方式進(jìn)行接合用粘合劑將第二壓電元件13的例如電極 13c —側(cè)的單面粘合在金屬板11上，使得處于第二壓電元件13的該單面一 側(cè)的電極13c與金屬板ll導(dǎo)通。
如上所述，在薄圓板狀的金屬板ll的第一主面lla，以同心狀接合有薄 圓板狀的第一壓電元件12，并且在上述金屬板11的第二主面llb，以同心 狀接合有薄圓板狀的第二壓電元件13，從而將壓電振子10構(gòu)成為雙壓電晶 片型。
這里，如上所述的雙壓電晶片型的壓電振子10的第一壓電元件12的直 徑R1與第二壓電元件13的直徑R2不同。在圖1A、圖1B中，使第二壓電 元件13的直徑R2比第一壓電元件12的直徑Rl小，從而使第一壓電元件 12的直徑R1與第二壓電元件13的直徑R2不同(Rl > R2)，但也可以使 第一壓電元件12的直徑Rl與第二壓電元件13的直徑R2的大小關(guān)系與圖 1A、圖1B相反(Rl <R2)。
由此，將第二壓電元件(直徑小的壓電元件)13周圍的金屬板11的第 二主面llb、即在金屬板11的第二主面llb上位于第二壓電元件13的圓形 的接合區(qū)域外側(cè)的環(huán)狀區(qū)域，確保作為引線焊接部14的空間。另外，將第 二壓電元件13周圍的金屬板11的第二主面lib的引線焊接部14的外側(cè)、 即金屬板11的第二主面llb上的外緣部的環(huán)狀區(qū)域，確保用于粘貼后述的 支撐構(gòu)件30內(nèi)緣部的粘貼區(qū)域15。換言之，根據(jù)第二壓電元件13的直徑 R2與金屬板11的直徑之差，在接合有第二壓電元件13的金屬板11的第二 主面llb上，確保環(huán)狀引線焊接部14的空間，另外在引線焊接部14的外側(cè) 確保用于粘貼的環(huán)狀粘貼區(qū)域15的空間。
在圖1A、圖1B中，第一壓電元件(直徑大的壓電元件)12的直徑R1 比金屬板11的直徑(壓電振子10的外徑)稍小，但也可以使其最大可增大 到與金屬板11相同的直徑。在將第一壓電元件12的直徑R1設(shè)為"1"時， 若第二壓電元件13的直徑R2大于0.95，則很難確保用于提高壓電式電聲轉(zhuǎn) 換器1的生產(chǎn)效率的足夠?qū)挼囊€焊接部14以及在其外側(cè)的粘貼區(qū)域15， 而若第二壓電元件13的直徑R2小于0.5，則難以得到所期望的頻率特性以 及聲壓。
由于壓電振子10是雙壓電晶片型，因此第一引線16通過焊料16a而與 第一壓電元件12的非接合側(cè)的電極12b相連接，并且第二引線17通過焊料 17a而與第二壓電元件13的非接合側(cè)的電極13b相連接，在金屬板11上， 第三引線18通過焊料18a而與引線焊接部14相連接，該引線焊接部14是 確保在第二壓電元件13周圍的第二主面lib上的空間。
并且，在使第一引線16與第二引線17短路的狀態(tài)下，在它們與第三引 線18之間從外部電路施加驅(qū)動電壓，即從外部電路對形成于第一壓電元件 12的兩面的電極12b、 12c之間以及形成于第二壓電元件13的兩面的電極 13b、 13c之間施加驅(qū)動電壓，從而實現(xiàn)徑向的位移，并通過該位移使金屬板 ll發(fā)生撓曲，以使壓電振子10產(chǎn)生上下振幅，從而發(fā)出聲音。
通過對第一壓電元件12與第二壓電元件13施加預(yù)先規(guī)定的高電壓而進(jìn) 行電極化處理，使得第一壓電元件12與第二壓電元件13在板厚方向被極化。 另外，在對第一壓電元件12施加了與該極化方向相同方向的電場時，對第 二壓電元件13施加與該極化方向相反方向的電場，使得第一壓電元件12的 位移與第二壓電元件13的位移相抵消。
機架20由第一邊框21和第二邊框22構(gòu)成，上述第一邊框21和第二邊
框22從上下(表面背面)夾持后述的支撐構(gòu)件30。由于它們結(jié)構(gòu)相同，因 此只對第一邊框21進(jìn)行說明，省略第二邊框22的說明。第一邊框21例如 為這樣的裝置在板厚為數(shù)百pm的大致正方形的樹脂板或金屬板的中央部， 以同心狀開出圓形的貫通孔。第一邊框21的孔徑小于其外徑，而其孔徑比 壓電振子10的外徑(金屬板11的直徑)大，并且比后述的支撐構(gòu)件30的 內(nèi)徑大。第一邊框21的外形(尺寸)為，其一邊的長度大致與后述的支撐 構(gòu)件30的外徑相同。此外，第一邊框21和第二邊框22即機架20的外形也 可以形成為圓形。
支撐構(gòu)件30由環(huán)狀的樹脂薄膜等構(gòu)成。對于該支撐構(gòu)件30，例如優(yōu)選 使用厚度為數(shù)十的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)樹脂、聚乙烯萘酚樹 脂(PEN)樹脂、聚醚酰亞胺(PEL)樹脂、聚酰亞胺(PI)樹脂、聚酰胺 (PA)樹脂等的環(huán)狀薄膜(單層結(jié)構(gòu))，或使用通過適當(dāng)?shù)恼澈蟿蓮堅?環(huán)狀樹脂薄膜粘合而成的雙層結(jié)構(gòu)的環(huán)狀樹脂薄膜。支撐構(gòu)件30的內(nèi)徑大 致等同于環(huán)狀的引線焊接部14和其外側(cè)的環(huán)狀的粘貼區(qū)域15之間的邊界線 的直徑。支撐構(gòu)件30的外徑的尺寸大致等同于機架20的一邊的長度。
要以上述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件來組裝壓電式電聲轉(zhuǎn)換器1，需進(jìn)行以下步驟(1) 例如通過JIS (Japanese Industrial Standards:日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))A硬度為40 以下的橡膠類彈性粘合劑等，將支撐構(gòu)件30的內(nèi)緣部，以其單面?zhèn)扰c在金 屬板11的第二主面lib的外緣部所確保的用于粘貼的環(huán)狀粘貼區(qū)域15相粘 合，從而將支撐構(gòu)件30以同心狀安裝在壓電振子10的周圍。(2)例如通 過JIS A硬度為10以下的橡膠類彈性粘合劑、丙烯酸類粘合劑等，將在支撐 構(gòu)件30的外緣部，以與上述(1)相反一側(cè)的單面?zhèn)?，來與第一邊框21的 上表面相粘合而接合，從而將壓電振子10隔著支撐構(gòu)件30而以同心狀安裝 在第一邊框21的內(nèi)側(cè)。(3)通過與上述(2)相同的粘合劑，將第二邊框 22的下表面與支撐構(gòu)件30的外緣部的與上述(2)相反的一側(cè)的單面?zhèn)认嗾?合而接合，從而第一邊框21與第二邊框22以從上下夾持支撐構(gòu)件30的外 緣部的狀態(tài)而上下重合為一體，進(jìn)而由第一邊框21與第二邊框22構(gòu)成機架 20。這樣一來，組裝成壓電式電聲轉(zhuǎn)換器的半成品，該半成品為在上下表 面敞開的機架20的內(nèi)側(cè)，隔著支撐構(gòu)件30而可振動的收納保持有壓電振子 10。
(4)對于壓電式電聲轉(zhuǎn)換器的半成品，通過焊料16a將第一引線16與
第一壓電元件12的非接合側(cè)的電極12b相連接，并且通過焊料17a將第二 引線17與第二壓電元件13的非接合側(cè)的電極13b相連接，然后通過焊料18a， 將第三引線18從第二壓電元件13和支撐構(gòu)件30之間連接至引線焊接部14， 其中，該第二壓電元件13接合在金屬板11的第二主面llb的中央部，該支 撐構(gòu)件30接合在金屬板11的第二主面lib的外緣部，該引線焊接部14是 確保在該第二壓電元件13的圓形接合區(qū)域與該支撐構(gòu)件30的環(huán)狀的粘貼區(qū) 域15之間的空間。由此，組裝成壓電式電聲轉(zhuǎn)換器l。
對于壓電式電聲轉(zhuǎn)換器l的組裝，除了上述以外還可以如下處理將支 撐構(gòu)件30的外緣部與第一邊框21的上表面相接合，將該支撐構(gòu)件30的內(nèi) 緣部與在金屬板11的第二主面lib的外緣部所確保的作為粘貼區(qū)域15的空 間相接合，然后進(jìn)行上述(3)的處理，或者，也可以將支撐構(gòu)件30的外緣 部與第一邊框21的上表面相接合，并將第二邊框22的下表面與該支撐構(gòu)件 30的外緣部相接合，從而構(gòu)成機架20，然后通過進(jìn)行上述(1)的處理，組 裝成壓電式電聲轉(zhuǎn)換器的半成品。對于各引線16、 17、 18的焊接，可以在 組裝完壓電式電聲轉(zhuǎn)換器的半成品之后進(jìn)行。對于壓電振子10的金屬板11 與支撐構(gòu)件30的接合，以力求頻率特性的廣域化為目的而使用柔軟的軟質(zhì) 粘合劑，從而使得壓電振子10易于翹曲。對于機架20的第一邊框21以及 第二邊框22和支撐構(gòu)件30的接合，使用粘合力強而耐久性優(yōu)越的硬質(zhì)粘合 劑，使得在驅(qū)動壓電振子10時該壓電振子10與支撐構(gòu)件30不會從機架20 脫落，即振動系統(tǒng)不會從機架20脫落，然而，為了在振動系統(tǒng)與機架20之 間不產(chǎn)生導(dǎo)致漏聲的間隙，可以使用軟質(zhì)粘合劑。對于各引線16、 17、 18 的連接，除了焊料16a、 17a、 18a之外，可以使用融接或?qū)щ娦哉澈蟿┑冉?合手段，但考慮到接合強度以及耐久性、電性連接的可靠性、操作效率，焊 接還是最為有效的接合手段。
壓電式電聲轉(zhuǎn)換器1由于在機架20的上下表面(表面被面)形成圓形 的開口部，因此從哪個面都可以發(fā)聲。即，從壓電振子10的第一壓電元件 12側(cè)以及第二壓電元件13側(cè)都能夠發(fā)聲。機架20是第一邊框21與第二邊 框22的雙層結(jié)構(gòu)，通過第一邊框21和第二邊框22而使機架20可靠的一體 化，為了可靠維持該機架20，可以在機架20的外緣部覆蓋金屬蓋，使得第 一邊框21與第二邊框22夾緊。雖然機架20的外形成形為大致以正方形為
代表的矩形，但也可以成形為以圓形為代表的圓滑形狀。對于機架20也可
以使用單層結(jié)構(gòu)框架。此時，通過在框架的內(nèi)壁面設(shè)置階梯面，在該階梯面
接合支撐構(gòu)件30的外緣部，從而能夠保持壓電振子10。另外，也可以使用 環(huán)狀的按壓部件，與第一邊框21和第二邊框22同樣的，以階梯面來夾持支 撐構(gòu)件30的外緣部。
壓電式電聲轉(zhuǎn)換器1例如安裝在移動電話的殼體所設(shè)的聲孔的內(nèi)側(cè)，相 對于壓電振子10的平面部，可以從正面方向發(fā)聲，或者從側(cè)面方向發(fā)聲。 另外，通過將各引線16、 17、 18的末端分別焊接在基板的規(guī)定焊盤處，從 而可作為壓電揚聲器來使用。
圖2是表示與上述壓電式電聲轉(zhuǎn)換器1相同結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的實施例的壓 電式電聲轉(zhuǎn)換器(以下稱為"實施例")、與以往的壓電式電聲轉(zhuǎn)換器(以 下稱為"比較例")的頻率-聲壓特性的圖表，以實線表示實施例，以虛線表 示比較例。
比較例除了使用雙壓電晶片型的壓電振子10以外，其他結(jié)構(gòu)與實施例 相同，該雙壓電晶片型的壓電振子10由同徑的第一壓電元件12與第二壓電 元件13接合而成。
并且，分別針對實施例與比較例，將其設(shè)置在規(guī)定位置，而且將麥克風(fēng) 設(shè)置在距離聲源10cm處，然后在形成于第一壓電元件12的兩面的電極12b、 12c間以及形成于第二壓電元件13的兩面的電極13b、 13c間，施加10伏特 的驅(qū)動電壓，對于測定頻率-聲壓特性的結(jié)果，由圖2明確可知，在實施例中， 在低至lKHz的頻帶，可實現(xiàn)高于比較例的聲壓級。此外，雖然未圖示，但 在將實施例的第二壓電元件13的直徑進(jìn)一步縮小時，在4KHz為止的頻帶可 得到與實施例同等的聲壓級，并且在6 7KHz的頻帶，與實施例相比聲壓下 降幅度小，且聲壓驟降得到了改善，從而得到了平滑的特性。因此可推測， 本發(fā)明作為得到降半音特性的特性調(diào)整法也是有效的。
由上述可知，壓電式電聲轉(zhuǎn)換器1隔著支撐構(gòu)件30而將壓電振子10保 持在機架20上，該壓電式電聲轉(zhuǎn)換器l具備壓電振子IO，其在金屬板ll 的第一主面lla接合有圓板狀的第一壓電元件12，并且，在金屬板11的第 二主面lib接合有圓板狀的第二壓電元件13;機架20，其保持該莊電元件 10;支撐構(gòu)件30，其內(nèi)緣部與壓電振子10的外緣部相接合，并且外緣部與
機架20相接合。
并且，使第一壓電元件12的直徑R1與第二壓電元件13的直徑R2不相 同。并且因此，使得第二壓電元件13的直徑R2比第一壓電元件12的直徑 Rl小，從而在該第二壓電元件13周圍的金屬板11的第二主面lib確保作 為引線焊接部14的空間，在金屬板11的第二主面lib的上述引線焊接部14 的外側(cè)確保用于粘貼上述支撐構(gòu)件30的內(nèi)緣部的粘貼區(qū)域15。
由此，不需在第一壓電元件12與第二壓電元件13之間相互限制各自的 直徑。因此，能夠大幅度改善在金屬板11上焊接第三引線18時的操作效率， 考慮到抑制不良發(fā)生率而力求降低成本，可以將第二壓電元件13的直徑R2 縮小為小于第一壓電元件12的直徑R1，從而比以往的直徑小，進(jìn)而確保用 于對金屬板11進(jìn)行焊接的引線焊接部14、即引線焊接空間比以往更大。與 此同時，考慮到增大壓電元件的直徑，力求提高低域的聲壓級而提高音質(zhì)， 可以在有限的空間(機架20的內(nèi)側(cè))內(nèi)將第一壓電元件12的直徑R1增大 到最大限度，從而比以往的直徑大。
因此，通過將接合在金屬板11的第一主面lla的圓板狀的第一壓電元 件12的直徑R1與接合在金屬板11的第二主面lib的圓板狀的第二壓電元 件13的直徑R2置為不同，從而能夠同時實現(xiàn)提高壓電式電聲轉(zhuǎn)換器的音響 性能和提高生產(chǎn)效率。
權(quán)利要求
1.一種壓電式電聲轉(zhuǎn)換器，具有壓電振子和機架，該壓電振子通過以下方式構(gòu)成，在金屬板的第一主面上接合圓板狀的第一壓電元件，并且在上述金屬板的第二主面上接合圓板狀的第二壓電元件，該機架保持該壓電振子，其特征在于，上述第一壓電元件的直徑與上述第二壓電元件的直徑不同。
2. 如權(quán)利要求l所述的壓電式電聲轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 上述第二壓電元件的直徑比上述第一壓電元件的直徑小，并在位于該第二壓電元件周圍的上述金屬板的第二主面上確保作為引線焊接部的空間。
3. 如權(quán)利要求2所述的壓電式電聲轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 具備環(huán)狀的支撐構(gòu)件，該支撐構(gòu)件的內(nèi)緣部與上述壓電振子的外緣部相接合，并且該支撐構(gòu)件的外緣部與上述機架相接合。
4. 如權(quán)利要求3所述的壓電式電聲轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 在位于上述金屬板的第二主面上的上述引線焊接部的外側(cè)，確保用于粘貼上述支撐構(gòu)件的內(nèi)緣部的粘貼區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明為了同時實現(xiàn)雙壓電晶片型的壓電式電聲轉(zhuǎn)換器的音響性能的提高和生產(chǎn)效率的提高，雙壓電晶片型壓電振子(10)使第一壓電元件(12)的直徑(R1)與第二壓電元件(13)的直徑(R2)不同，其中，該雙壓電晶片型壓電振子(10)以如下方式構(gòu)成在金屬板(11)的第一主面(11a)接合有圓板狀的第一壓電元件(12)，并且在金屬板(11)的第二主面(11b)接合有圓板狀的第二壓電元件(13)。另外，使得第二壓電元件(13)的直徑(R2)比第一壓電元件(12)的直徑(R1)小，從而在位于該第二壓電元件(13)周圍的金屬板(11)的第二主面(11b)上確保作為引線焊接部(14)的空間。
文檔編號H04R17/00GK101111100SQ20071013730
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者永田有加, 藤原悟 申請人:星電株式會社