專利名稱：具有改進端子的小尺寸電聲變換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及壓電裝置，特別涉及用于諸如壓電發(fā)聲器、壓電電話受話器及其它裝置的壓電電聲變換器。本發(fā)明還涉及具有用于與壓電膜相互連接的改進端的壓電電聲變換器。
一般而言，許多種用到壓電效應的電聲轉換器是眾所周知的。例如，已公布未經審查日本專利申請(PUJPA)第5-111085號揭示包括壓電膜的陶瓷受話器。這個壓電膜是由一塊金屬板和疊在其表面上的壓電元件構成并將它裝在殼體里，其中金屬端子的一端同壓電膜相連而其另一端延伸到殼體外部。通過焊接或彈性觸頭技術的方式使金屬端子與壓電膜互連。
在PUJPA第7-203590號中揭示壓電電話受話器，其中壓電膜包括金屬板和疊在其表面上的壓電陶瓷板，并將它裝在殼體里，而相關的引線與壓電膜相連從而引延伸到殼體的外部。
如在PUJPA第5-111085號和第7-203590號所揭示的，已構造出現有技術的壓電電聲變換器，從而，將壓電膜支撐在殼體內，而該壓電膜同引線或金屬端子的一端相連，同時伸長引線或金屬端子以延伸至殼體的外部。
附帶提一下，近年來，減小整個尺寸及厚度在各種各樣產品的制造中變得越來越重要；這對于在各種電子產品中要組裝或設置的電子部件或元件而言也是一個總趨勢。因此，對于制造壓電電聲轉換器也非常需要減小整個尺寸和厚度。
然而，想要在具有將壓電膜容納并固定在殼體中的結構的壓電電聲變換器中，實現減小尺寸和厚度，則壓電膜和與殼體相鄰的周圍部分之間的所需間隙空間的大小將同樣減少。這樣會不利地增加由引線和/或金屬端子構成的電極引出結構同殼體內壁相接觸的危險性，這樣的接觸會阻礙壓電膜的有效振動。這樣接觸的結果導致聲壓下降和諧振頻率超過所需的諧振頻率，從而使它不可能獲得任何所需的變換器特性。
為了克服上述現有技術存在的問題，本發(fā)明的較佳實施例提供一種改進的壓電電聲變換器，它具有一種改進結構，即使顯著減小電聲變換器的尺寸和厚度，也能抑制或排除由電極引出裝置引起的對于聲壓和諧振的不良影響。
本發(fā)明的較佳實施例提供一種壓電電聲變換器，它包括具有壓電陶瓷板和金屬板的壓電膜。在至少一個較佳實施例中，振動板最好具有大約100μm或更小的厚度，而金屬板最好具有大約100μm或更小的厚度。變換器還包括用來支撐并容納壓電膜的殼體。壓電膜具有一個電極，它設置在至少與金屬板相對的一個表面上，而金屬端子分別與壓電膜的金屬板及電極相接觸。變換器的一個顯著特征在于，具體確定彈性模量X以落在下式給出的所需范圍內b×h3×E4×L3≤100(N/m)]]>式中，E(N/m3)是與壓電陶瓷板上的電極相接觸的金屬端子的楊氏模量，b(mm)是金屬端子從殼體內部延伸至其外部的那部分的寬度，h(mm)是金屬端子的厚度，而L(mm)是金屬端子的長度。
作為對于具有裝在殼體內的壓電膜的壓電電聲變換器努力研究的結果，獲得了本發(fā)明的較佳實施例的優(yōu)點，當殼體經受尺寸及厚度的減小時，得到的聲壓和諧振頻率特性將會受到電極引出裝置的影響。作為努力研究的結果，發(fā)現可以通過改進用作電極引出裝置的金屬端子來獲得本發(fā)明的較佳實施例的優(yōu)點。
更具體地說，本發(fā)明的較佳實施例的壓電電聲變換器包括由一種在物理性質和尺寸方面達到上述標準的特殊部分組成的金屬端子；特別是，發(fā)現可將這種金屬端子用作與設置在壓電膜的壓電陶瓷板上的電極相接觸的金屬端子。
從以下結合附圖對于本發(fā)明的較佳實施例的詳細說明可明顯看出本發(fā)明的較佳實施例的這些及其它的要點、特性和優(yōu)點。


圖1是根據本發(fā)明的一個較佳實施例的壓電電聲變換器的縱向剖面圖。
圖2是圖1所示的壓電電聲變換器的透視圖。
圖3是與變換器的壓電元件相接觸的一個金屬端子的側視圖。
圖4是沿著圖3的直線A-A所截得的金屬端子的剖面圖。
圖5是示出用五種不同的金屬端子制造的壓電電聲變換器的若干個工作樣本的聲壓-頻率特性的曲線圖。
圖6是示出在1Khz的情況下，彈性模量-聲壓校正的曲線圖。
參照圖1，將根據發(fā)明的一個較佳實施例的壓電電聲變換器裝置概括地用標號1表示。壓電電聲變換器1包括壓電膜2和用來固定或容納壓電膜2的殼體3。
壓電膜2最好是由圓盤形金屬板4和圓盤形的壓電元件5構成，圓盤形壓電元件5最好具有小于金屬板4的直徑并采用粘合方式疊在金屬板4的表面上。金屬板4可由經過選擇的金屬或合成金屬組成，其中包括不銹鋼、黃銅、Ni合金和其它適合的材料。在一個較佳實施例中，金屬板4的厚度最好大約為100μm或更小。采用這種薄金屬板的原因在于，如果用滿足后面描述的具體標準的金屬端子，則對于采用厚度等于100μm或更大的金屬板的壓電電聲變換器來說，要獲得任何預期的減少聲壓和抑制諧振頻率特性的變化的優(yōu)點是不可能的或至少是非常困難的。
壓電元件5包括這樣的結構，其中，電極(未示出)在圓盤形的壓電陶瓷板的上表面上形成。此壓電陶瓷板可由合適的壓電陶瓷諸如以鈦鋯酸鉛為基礎的壓電陶瓷或壓電單晶體諸如石英晶體構成。關于壓電陶瓷板，最好采用厚度大約100μm或更小的板。這樣做是因為如果厚度超過100μm，那么即使采用了能滿足由后面描述的公式所規(guī)定的標準的金屬端子，要想對于聲壓的減少和諧振頻率的變化做到有效的抑制是不可能的。
此外，關于設置在壓電陶瓷板的上表面上的電極，該電極可以通過已知的電極制造技術來形成。
在此較佳實施例中應注意到，雖然在壓電元件5的下表面沒有設置電極，但是如果需要的話，也可以在壓電元件5的下表面設置電極并使之粘附在金屬板4上。
如圖2所示，殼體3最好具有大體上為圓筒形或圓柱形、高度較小并在頂部和底部各有一個開口的殼體部件6，和一個固定在殼體部件上用來閉合或封閉殼體部件6的一個開口6a的蓋子部件7。
殼體部件6和蓋子部件7可由經選擇的絕緣物質，諸如絕緣的陶瓷、合成樹脂或其它適合的材料制成。
在殼體部件6的內壁的垂直中點處形成階梯狀部分6b，使得壓電膜2在此階梯狀部分6b處獲得支撐。更確切地說，將壓電膜2固定在階梯狀部分6b上，這樣，置于蓋子部件7的向下延伸的環(huán)狀部分7a和階梯狀部分6b之間的壓電膜2就能獲得固定的支撐。
注意，在殼體部件6的周圍壁的一部分處形成被切去的部分6c，使得金屬端子8和9延伸到殼體部件6的外部。殼體部件6還有外部端子邊緣支撐件從其外周壁橫向伸展，它使得平行的細長的金屬端子8和9的兩個分開的端子尾部在其上表面獲得固定的支撐，詳見圖2。
蓋子部件7還具有許多通孔7b，這些孔用來向外發(fā)射聲波和接收進入的聲波。同理，在殼體部件6的下表面也有許多通孔6b。
設置金屬端子8以在壓電元件5的上表面與電極相接觸，而設置金屬端子9以與金屬板2相接觸。在此較佳實施例中，是通過使用焊料10a和10b來完成上述連接的；然而，通過運用其它可能的接觸方法和結構(包括用代替焊料的導電粘結劑、焊接技術和其它適合的接觸形成技術)，同樣可以達到上述效果。
金屬端子9可由合適的金屬或合金構成。本較佳實施例的一個特征在于通過具體決定彈性模量X以落在下面規(guī)定的范圍內的方式來具體設置金屬端子8b×h3×E4×L3≤100(N/m)]]>其中E(N/m3)是設置與壓電元件相接觸的一個金屬端子的楊氏模量，b(mm)是金屬端子從殼體內部延伸至殼體外部的那部分寬度，h(mm)是金屬端子的厚度，L(mm)是金屬端子的長度。作為構造金屬端子8以滿足上述的物理關系的結果，甚至在試圖使殼體3的尺寸及厚度獲得足夠的減小時，得到的聲壓和諧振頻率特性也幾乎不會受到有害的影響。將根據在一個工作實驗性例子詳盡說明這一點。
在此例中，準備壓電膜2，它是由直徑19.4mm、厚度0.05mm的Ni合金制成的金屬板4及一個疊在金屬板4的上表面的直徑14mm、厚度0.05mm的PZT壓電元件5構造而成。在此例中，殼體3是由PBT(聚對苯二甲酸丁二酯)樹脂構成，而且其在低于階梯狀部分6b處量得的內徑為18.8mm，圖1中的外徑A為21.5mm，高為1.8mm。注意，從階梯狀部分6b的底面算起，其高度位置為0.8mm。
用具有上述尺寸的壓電膜2和殼體3，及用下表所示的數種金屬端子A至E作為金屬端子8，制成五種不同的壓電電聲變換器。另外，金屬端子9是由黃銅制成的。
注意，表中金屬端子的板厚度h、寬度b及長度L是示于圖3和4中的尺寸。更確切說，金屬端子8最好在其要與壓電元件5相接觸的某部分附近具有彎折部分8a，具有從彎折部分8a延伸至殼體3外部的直線部分8b，并具有在直線部分8b的外部邊緣側面形成的第二個彎折部分8c。這里，金屬端子8的長度L是指從彎折部分8a朝殼體3的外部延伸(如圖3所示)的直線部分8b的長度。同樣，板厚度h及寬度b亦指在直線部分8b的厚度和寬度尺寸(見圖4)。
表金屬端子樣本 板厚度h寬度b 長度L 楊氏模量E
≤100(N/m)A 0.10 0.10 5.0 1.03E+11 20.60B 0.10 0.30 5.0 1.03E+11 61.80C 0.10 0.50 5.0 1.03E+11 103.00D 0.15 0.30 5.0 1.03E+11 208.58E 0.20 0.50 5.0 1.55E+11 1240.00如上所述，準備以金屬端子A-E用作金屬端8的五種不同的壓電電聲變換器，并測量了它們的聲壓對頻率特性。測量結果如圖5所示，其中包括符號A-E。
另外，在1KHz的情況下，彈性模量與聲壓的關系如圖6所示。從圖6可看出，當彈性模量在1KHz情況下增加并超過100時，聲壓明顯地下降。因此，可以發(fā)現，為了消除聲壓的下降就必須使彈性模量在1KHz情況小于或等于100。
另一方面，從圖5可清楚地看到，在用到金屬端子A-B的場合，由于公式所規(guī)定的彈性模量保持小于或等于100，使得聲壓的減小保持較??；相反地，在用到金屬端子C-E的場合，由于上述公式所規(guī)定的彈性模量大于100，則聲壓的減小則達到最大程度。也就是說，考慮到頻率在1KHz的例子，可以看到，在用金屬端子D的場合，得到的聲壓大約減小了5-7db(4至7％)的數量；在用金屬端子E的場合，聲壓減小了15-17db(13-16％)的數量。另一方面，可在低頻范圍內看到金屬端子有聲壓減小(在0.1KHz處，減小2-3db(2-3％))。
因此，從圖5所示的結果可以看出，甚至當采用前面所提到的較薄殼體3時，應用彈性模量不大于100的金屬端子可以成功地排除任何對聲壓的不利影響的發(fā)生。
應注意，雖然在形成上述較佳實施例時在其中采用了具有環(huán)狀的壓電膜2，但可以改用其它形狀的壓電膜，例如那些具有大體上為矩形的壓電膜；同樣要指出，當需要時，可以任意地使殼體3的平面形狀變形以與壓電膜的平面形狀一致。
前面已經提到，采用根據本發(fā)明較佳實施例的壓電電聲變換器，由于使具有彈性模量小于或等于100的特殊的金屬端子同壓電元件相接觸，即使試圖顯著減小殼體3的尺寸和厚度，同現有技術的壓電電聲變換器相比較，得到的聲壓和諧振頻率特性幾乎不會受到不利影響。這樣就可以容易地得到具有任何預期特性的壓電電聲變換器。
于是，根據本發(fā)明的較佳實施例，更便于減小壓電發(fā)聲器和壓電電話受話器的厚度及尺寸。
雖然參照本發(fā)明的較佳實施例具體敘述本發(fā)明，但熟悉本領域的人應理解，在不違反本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對于本發(fā)明的形式及細節(jié)可做上述或其它改變。
權利要求
1.一種壓電電聲變換器，其特征在于，包括壓電膜，它包括壓電陶瓷板和金屬板，所述壓電膜具有設置在至少與所述金屬板相對的表面上的電極，與所述金屬板相接觸的第一金屬端子和與所述電極相接觸的第二金屬端子；和殼體，其中容納所述壓電膜；其中所述第二金屬端子，具有在下式規(guī)定的范圍內的彈性模量Xb×h3×E4×L3≤100(N/m)]]>其中，E(N/m3)是所述第二金屬端子的楊氏模量，b(mm)是所述第二金屬端子從所述殼體的內部延伸至其外部的那部分的寬度，h(mm)是厚度，L(mm)是長度。
2.如權利要求1所述的壓電電聲變換器，其特征在于，所述第二金屬端子具有小于或等于100的彈性模量。
3.如權利要求1所述的壓電電聲變換器，其特征在于，所述陶瓷板具有大約100μm或更小的厚度，而且所述金屬板具有大約100μm或更小的厚度。
4.如權利要求1所述的壓電電聲變換器，其特征在于，所述殼體大體上呈圓柱形狀。
5.如權利要求1所述的壓電電聲變換器，其特征在于，所述金屬板和所述壓電板呈圓盤形狀。
6.如權利要求1所述的壓電電聲變換器，其特征在于，所述第二金屬端子的所述部分大體上呈矩形截面形狀。
7.如權利要求1所述的壓電電聲變換器，其特征在于，所述殼體具有開口和位于所述殼體的外周壁上的外部支撐件，其中，開口使所述第一和第二金屬端子通過它延伸至所述殼體的外部，而在外部支撐件上支撐所述第一和第二金屬端子的隔開的端子端部。
8.如權利要求1所述的壓電電聲變換器，其特征在于，所述殼體具有內壁和在其周邊將所述金屬板安裝在其上的階梯狀部分。
9.如權利要求1所述的壓電電聲變換器，其特征在于，所述殼體由絕緣材料制成。
10.一種電聲變換器裝置，其特征在于，包括外殼；在所述外殼中的振動膜，所述振動膜包括具有第一及第二表面的金屬板，和位于所述金屬板的所述第一表面上的壓電板，所述壓電板具有與所述第一表面相對的表面，而且直徑比所述金屬板小，以在所述金屬板的所述第一表面上確定露出的周邊；第一導電引線，它在所述金屬板的露出周邊處，與所述金屬板電耦連；和第二導電引線，它與所述壓電板電耦連，并且具有小于或等于100的彈性模量。
11.如權利要求10所述的電聲變換器裝置，其特征在于，所述彈性模量由下式規(guī)定b×h3×E4×L3]]>其中E(N/m3)是所述第二引線的楊氏模量，b(mm)是所述第二引線從所述殼體的內部延伸至其外部的那部分的厚度，h(mm)是所述第二引線的所述部分的厚度，和L(mm)是所述第二引線的所述長度。
12.如權利要求10所述的電聲變換器裝置，其特征在于，所述壓電板包括具有大約100μm或更小的厚度的陶瓷板，而且所述金屬板具有大約100μm或更小的厚度。
13.如權利要求10所述的電聲變換器裝置，其特征在于，所述外殼大體上呈圓柱形狀。
14.如權利要求10所述的電聲變換器裝置，其特征在于，所述金屬板和所述壓電板呈圓盤形狀。
15.如權利要求10所述的電聲變換器裝置，其特征在于所述第二引線的所述部分大體上呈矩形截面形狀。
16.如權利要求10所述的電聲變換器裝置，其特征在于，所述殼體具有開口和位于所述殼體的外周壁上的外部支撐件。其中，開口使所述第一和第二引線通過它延伸至所述殼體的外部，而在外部支撐件上支撐所述第一和第二引線的隔開的端子端部。
17.如權利要求10所述的電聲變換器裝置，其特征在于，所述殼體具有內壁和在其周邊將所述金屬板安裝在其上的階梯狀部分。
18.如權利要求10所述的電聲變換器裝置，其特征在于，所述殼體由絕緣材料制成。
全文摘要
一種壓電電聲變換器即使在縮小變換器的尺寸及厚度時,也能排除由金屬端子對聲壓和諧振頻率特性產生不利影響。變換器包括容納在殼體內的壓電陶瓷板和金屬板的壓電膜。變換器還包括與壓電膜相接觸并延伸至殼體外的金屬端子。一個金屬端子的彈性模量X在以下范圍內確定:
文檔編號H04R17/00GK1178443SQ97117618
公開日1998年4月8日 申請日期1997年8月13日 優(yōu)先權日1996年8月13日
發(fā)明者齋藤秀峰, 山本和朗, 井波浩幸 申請人:株式會社村田制作所