(57)【要約】  【課題】  別個に振動板を設けることなく、簡単な構造で高い音圧を得ることができる圧電スピーカを提供する。  【解決手段】  圧電体層７と内部電極層９とを交互に積層してなる積層体１３と、内部電極層９に接続する一対の外部電極層１７、１９とを具備するバイモルフ型振動体１を、該バイモルフ型振動体１の厚み方向ｙから一対の樹脂フィルム３、４により挟持し、該一対の樹脂フィルム３、４のうち少なくとも一方を張力をかけた状態で固定枠部材５に固定してなる。樹脂フィルム３、４とは別個に振動板を設けることなく、張力がかけられた樹脂フィルム３を振動板とすることができ、簡単な構造とすることができるとともに、バイモルフ型振動体１を用いるため、高い音圧を維持できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなる積層体と、前記内部電極層に接続する一対の外部電極層とを具備するバイモルフ型振動体を、該バイモルフ型振動体の厚み方向から一対の樹脂フィルムにより挟持し、該一対の樹脂フィルムのうち少なくとも一方の外周部を固定枠部材に固定してなることを特徴とする圧電スピーカ。
【請求項２】
前記固定枠部材に外周部が固定された前記樹脂フィルムは中央部に凹部を有しており、該凹部に前記バイモルフ型振動体の厚さ方向の一部が収容されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電スピーカ。
【請求項３】
前記バイモルフ型振動体は、該バイモルフ型振動体の厚み方向の両側から前記一対の樹脂フィルムで被覆されており、該一対の樹脂フィルム間であって前記バイモルフ型振動体の周囲には樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電スピーカに関し、特に、コンピュータ、携帯電話機または小型端末機器、音響機器等に用いられる圧電スピーカに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電スピーカとしては、圧電体を電気音響変換素子に用いて小型低電流駆動の音響機器として知られており、小型機器の音響出力機器として使用されている。一般的に、圧電スピーカは、金属振動板に銀薄膜等による電極が形成された圧電素子を設けた構造を有している。圧電スピーカの発音機構は、圧電素子の両面に交流電流をかけることで圧電素子に形状歪みを発生させ、金属振動板を振動させることにより発生させている。
【０００３】
従来の圧電スピーカは、金属振動板の上下面に圧電素子を設けることによりバイモルフ型振動体を構成し、金属振動体の外周を固定枠で固定したものが知られている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載された圧電スピーカでは、バイモルフ型振動体を、その上下面から高分子フィルムで挟み込み、ラミネートすることが記載されている。このバイモルフ型振動体は、金属振動体の両側の圧電素子を、一方が延びる時には他方は縮むように電流をかけることにより、金属振動板が圧電素子の形成側に突出したり凹んだりする振動を繰り返すことになる。
【０００４】
従来、一つの圧電素子だけでバイモルフ型振動体を作製することも知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２には、バイモルフ型振動体はケース内に収容され、支持固定されている。バイモルフ型振動体は、２層の圧電体層の間に内部電極層を形成し、上下面に表面電極層を形成したもので、一方の圧電体層が延びる時には他方の圧電体層は縮むように電流をかけることにより、バイモルフ型振動体が凹凸に変形する振動を繰り返すことになる。
【０００５】
この特許文献２には、圧電体層の割れを防止するため、バイモルフ型振動体の片面に樹脂シートなどの補強シートを貼り付けても良いことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２８５９９４号公報
【特許文献２】特開２００１−９５０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の特許文献１記載の振動体では、金属振動板の上下面に、薄い圧電体層を用いた圧電素子を形成し、この圧電素子の片面に樹脂シートなどの補強シートを貼り付けており、金属振動板の他に補強シートを設ける必要があり、構造が複雑であるという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２では、バイモルフ型振動体自体がケース内に支持固定されていたため、バイモルフ型振動体の振幅が小さく、圧電スピーカの音圧を向上することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、別個に振動板を設けることなく、簡単な構造で高い音圧を得ることができる圧電スピーカを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧電スピーカは、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなる積層体と、前記内部電極層に接続する一対の外部電極層とを具備するバイモルフ型振動体を、該バイモルフ型振動体の厚み方向から一対の樹脂フィルムにより挟持し、該一対の樹脂フィルムのうち少なくとも一方の外周部を固定枠部材に固定してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の圧電スピーカは、振動板の両面に、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなる積層体を設けて構成された従来のようなバイモルフ型振動体ではなく、圧電体層と内部電極層とを交互に積層した一個の積層体でバイモルフ型振動体を構成し、このバイモルフ型振動体を一対の樹脂フィルムにより挟持し、該一対の樹脂フィルムのうち少なくとも一方の外周部を固定枠部材に固定し、樹脂フィルムとは別個に振動板を設けることなく、張力がかけられた樹脂フィルムを振動板とすることができ、簡単な構造とすることができるとともに、バイモルフ型振動体を用いるため、高い音圧を維持できる。
【００１２】
また、本発明の圧電スピーカは、前記固定枠部材に外周部が固定された前記樹脂フィルムは中央部に凹部を有しており、該凹部に前記バイモルフ型振動体の厚さ方向の一部が収容されていることを特徴とする。このような圧電スピーカでは、バイモルフ型振動体の厚み方向の振動の中心を、支持用樹脂フィルムが固定枠部材に固定される位置に近づけることができ、支持用樹脂フィルムが固定枠部材に固定される位置を中心に、バイモルフ型振動体を安定して振動させることが可能となる。これにより、支持用樹脂フィルムの振幅を大きくでき、圧電スピーカの音圧を向上することができる。
【００１３】
さらに、本発明の圧電スピーカは、前記バイモルフ型振動体は、該バイモルフ型振動体の厚み方向の両側から前記一対の樹脂フィルムで被覆されており、該一対の樹脂フィルム間であって前記バイモルフ型振動体の周囲には樹脂が充填されていることを特徴とする。このような圧電スピーカでは、バイモルフ型振動体を一対の樹脂フィルム間に確実に固定し、バイモルフ型振動体と一対の樹脂フィルムを一体とすることができ、支持用樹脂フィルムの振幅を大きくでき、圧電スピーカの音圧を向上できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の圧電スピーカでは、バイモルフ型振動体を一対の樹脂フィルムにより挟持し、該一対の樹脂フィルムのうち少なくとも一方の外周部を固定枠部材に固定し、樹脂フィルムとは別個に振動板を設けることなく、一対の樹脂フィルムのうち少なくとも一方の樹脂フィルムを振動板とすることができ、簡単な構造とすることができるとともに、バイモルフ型振動体を用いるため、高い音圧を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の圧電スピーカを示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図２】バイモルフ型振動体を被覆する樹脂シートも、固定枠部材に固定した状態を示す縦断面図である。
【図３】バイモルフ型振動体を挟持する樹脂シート間であって、バイモルフ型振動体の周囲に樹脂が充填されている状態を示す縦断面図である。
【図４】支持用樹脂フィルムに形成された凹部に、バイモルフ型振動体を収納して固定した圧電スピーカを示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図５】図４のバイモルフ型振動体を被覆する樹脂シートも、固定枠部材に固定した状態を示す縦断面図である。
【図６】同じ厚みの樹脂フィルムによりバイモルフ型振動体を挟持し、樹脂シート間であって、バイモルフ型振動体の周囲に樹脂を充填した状態を示す縦断面図である。
【図７】同じ厚みの一対の樹脂フィルムに形成された凹部に、バイモルフ型振動体を収納して固定した状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の圧電スピーカの一実施形態を図１に基づいて説明する。図１は本発明の圧電スピーカを示すもので、理解を容易にするため、バイモルフ型振動体の厚み方向ｙを拡大して示した。
【００１７】
本発明の圧電スピーカは、図１に示すように、バイモルフ型振動体１を、その厚み方向ｙから一対の樹脂フィルム３、４により挟持し、樹脂フィルム３を張力をかけた状態で固定枠部材５ａ、５ｂに挟持し固定して構成されている。
【００１８】
バイモルフ型振動体１は、４層のセラミックスからなる圧電体層７と３層の内部電極層９とを交互に積層してなる積層体１３と、この積層体１３の上下両面に形成された表面電極層１５ａ、１５ｂと、積層体１３の長手方向ｘの両端部にそれぞれ設けられた一対の外部電極１７、１９とを具備している。
【００１９】
外部電極層１７は、表面電極層１５ａ、１５ｂと、１層の内部電極層９ｂとに接続され、外部電極層１９は、２層の内部電極層９ａ、９ｃに接続されている。圧電体層７は、図１に矢印で示すように、交互に分極されており、圧電体層７ａ、７ｂが縮む場合には圧電体層７ｃ、７ｄが延びるように、外部電極層１７、１９に電圧が印加されるように構成されている。
【００２０】
圧電体層７としては、ＰＺ、ＰＺＴ、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等、従来用いられている圧電セラミックスを用いることができる。圧電体層７の厚みは、低電圧駆動という観点から、１０〜１００μｍとされている。
【００２１】
内部電極層９としては、銀とパラジウムからなる金属成分と圧電体層７を構成する材料成分を含有することが望ましい。内部電極層９に圧電体層７を構成するセラミック成分を含有することにより、圧電体層７と内部電極層９との熱膨張差による応力を低減することができ、積層不良のないバイモルフ型振動体１を得ることができる。内部電極層９は、特に、銀とパラジウムからなる金属成分に限定されるものではなく、また、セラミック成分として、圧電体層７を構成する材料成分に限定されるものではなく、他のセラミック成分であっても良い。
【００２２】
表面電極層１５ａ、１５ｂと外部電極１７、１９は、銀からなる金属成分にガラス成分を含有することが望ましい。ガラス成分を含有することにより、圧電体層７や内部電極層９と、表面電極層１５または外部電極１７、１９との間に強固な密着力を得ることができる。
【００２３】
固定枠部材５は、図１（ｂ）に示すように、矩形状をなしており、２枚の矩形枠状の固定枠部材５ａ、５ｂを貼り合わせ構成されており、固定枠部材５ａ、５ｂ間には樹脂フィルム３の外周部が挟み込まれ、固定されている。固定枠部材５ａ、５ｂは、例えば、１００〜１０００μｍのステンレス製とされている。本発明では、固定枠部材５ａ、５ｂの厚み、材質等は特に限定されるものではない。
【００２４】
樹脂フィルム３は、図１（ａ）に示すように、樹脂フィルム４よりも厚く形成されており、固定枠部材５ａ、５ｂ間に樹脂フィルム３の外周部を挟み込むことにより、樹脂フィルム３が面方向に張力をかけられた状態で、固定枠部材５ａ、５ｂに固定され、樹脂フィルム３が振動板の役割を果たしている。樹脂フィルム３の厚みは、例えば、１０〜１００μｍとされ、樹脂フィルム４の厚みは、例えば、５〜５０μｍとされ、樹脂フィルム３、４は、例えば、ポリエチレン、ポリイミド等の樹脂から構成されている。本発明では、樹脂フィルム３、４の厚み、材質等は特に限定されるものではない。
【００２５】
樹脂フィルム４は、図１（ａ）に示すように、樹脂フィルム３よりも薄く、変形がある程度容易なものから構成され、樹脂フィルム４は、樹脂フィルム３上に配置されたバイモルフ型振動体１を覆い、樹脂フィルム３、４とで、バイモルフ型振動体１をラミネートしている。
【００２６】
外部電極１７、１９には、図１（ｂ）に示すように、それぞれ引出配線２１ａ、２１ｂが接続され、外部に引き出されている。これらの引出配線２１ａ、２１ｂは、樹脂フィルム３と固定枠部材５ａとの間に挟まれている。
【００２７】
本発明の圧電スピーカの製法について説明する。先ず、バイモルフ型振動体１を準備する。バイモルフ型振動体１は、まず、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を混練し、スラリーを作製する。圧電材料としては、鉛系、非鉛系のうちいずれでも使用することができる。
【００２８】
次に、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを得ることができ、このグリーンシートに内部電極ペーストを印刷して内部電極パターンを形成し、この電極パターンが形成されたグリーンシートを３枚積層し、最上層にはグリーンシートのみ積層して、積層成形体を作製する。
【００２９】
次に、この積層成形体を脱脂、焼成し、所定寸法にカットすることにより積層体１３を得ることができる。積層体１３は、必要に応じて外周部を加工し、積層体１３の圧電体層７の積層方向の主面に表面電極層１５ａ、１５ｂのペーストを印刷し、引き続き、積層体１３の長手方向ｘの両側面に外部電極１７、１９のペーストを印刷し、所定の温度で電極の焼付けを行うことにより、図１に示すバイモルフ型振動体１を得ることができる。
【００３０】
次に、バイモルフ型振動体１に圧電性を付与するために表面電極層１５ａ、１５ｂ又は外部電極１７、１９を通じて直流電圧を印加して、バイモルフ型振動体１の圧電体層７の分極を行う。分極は、図１に矢印で示す方向となるように、例えば、外部電極１９を内部電極９ａと内部電極９ｃが接続される間で切断し、外部電極１９の上側部分と外部電極１７との間に電圧を印加した後、この電圧とは異なる極性の電圧を外部電極１９の下側部分と外部電極１７との間に印加することにより行うことができる。尚、分極終了後は、外部電極１９の上側部分と下側部分を電気的に接続する。
【００３１】
次に、樹脂フィルム３を準備し、この樹脂フィルム３の外周部を固定枠部材５ａ、５ｂ間に挟み、樹脂フィルム３に張力をかけた状態で固定する。この後、樹脂フィルム３に接着剤を塗布して、その樹脂フィルム３上にバイモルフ型振動体１の表面電極１５ａ側を押し当て、この後、接着剤を熱や紫外線を照射することにより硬化させる。そして、樹脂フィルム４を、バイモルフ型振動体１および固定枠部材５ａの上面まで被覆し、樹脂フィルム３と樹脂フィルム４との間の空気を、熱融着することにより抜き、樹脂フィルム４をバイモルフ型振動体１および樹脂フィルム３に密着させ、本発明の圧電スピーカを得ることができる。
【００３２】
以上のように構成された圧電スピーカでは、圧電体層７と内部電極層９とを交互に積層した一個の積層体１３でバイモルフ型振動体１を構成し、このバイモルフ型振動体１を一対の樹脂フィルム３、４により挟持し、樹脂フィルム３を張力をかけた状態で固定枠５に固定し、樹脂フィルム３、４とは別個に振動板を設けることなく、張力がかけられた樹脂フィルム３を振動板とすることができ、簡単な構造とすることができるとともに、バイモルフ型振動体１を用いるため、高い音圧を維持できる。
【００３３】
また、圧電体層７の厚みが薄くても全体としてのバイモルフ型振動体１の厚みが厚くなり、割れ等が生じにくくなり、信頼性が向上するとともに、取扱が容易となる。
【００３４】
尚、図１の圧電スピーカでは、バイモルフ型振動体１における圧電体層７の積層数を４層としたが、本発明の圧電スピーカでは、バイモルフ型振動体１における圧電体層７の積層数は特に限定されるものではなく、例えば、２層であっても良い。
【００３５】
図２は、本発明の他の形態を示すもので、図１の樹脂フィルム４が、樹脂フィルム３と固定枠部材５ａとの間に挟まれ、固定されている。このような圧電スピーカでは、樹脂フィルム３のみならず樹脂フィルム４も振動板となり、バイモルフ型振動体１を樹脂フィルム３、４間に確実に固定でき、振動板として機能する樹脂フィルム３、４の振幅を向上することができる。尚、この場合、バイモルフ型振動体１を樹脂フィルムに接着する工程を省略することも可能となる。
【００３６】
図３は、本発明のさらに他の形態を示すもので、図２の樹脂フィルム４と樹脂フィルム３との間であって、バイモルフ型振動体１の周囲が樹脂Ｐにより充填され、バイモルフ型振動体１が接合固定されている。このような圧電スピーカでは、樹脂フィルム３のみならず樹脂フィルム４も振動板となることができるとともに、バイモルフ型振動体１を樹脂フィルム３、４間に確実に接合固定でき、振動板として機能する樹脂フィルム３、４の振幅をさらに向上することができる。
【００３７】
図４は、本発明のさらに他の形態を示すもので、この形態では、樹脂フィルム３は凹部３３が形成されており、この凹部３３内にバイモルフ型振動体１が収容されている。樹脂フィルム３の凹部３３の深さは、バイモルフ型振動体１の厚さの約１／２とされている。樹脂フィルム４は、バイモルフ型振動体１の表面および固定枠部材５ａの上面を被覆している。
【００３８】
このような圧電スピーカでは、バイモルフ型振動体１の厚さの約１／２の位置で、樹脂フィルム３が固定枠５に固定され、樹脂フィルム３を中心に安定してバイモルフ型振動体１が上下に振動でき、圧電スピーカの音圧を向上することができる。
【００３９】
図５は、図４の樹脂フィルム４が、樹脂フィルム３と固定枠部材５ａとの間に挟まれ、固定されている。このような圧電スピーカでは、樹脂フィルム３のみならず樹脂フィルム４も振動板となることができ、樹脂フィルム３を中心に安定してバイモルフ型振動体１が上下に振動できるとともに、バイモルフ型振動体１を樹脂フィルム３、４間に固定でき、圧電スピーカの音圧を向上することができる。
【００４０】
図６は本発明のさらに他の形態を示すもので、この形態では、樹脂フィルム３、４が同一厚みとされ、これらの樹脂フィルム３、４の外周部が固定枠部材５ａ、５ｂ間に挟まれ、固定されている。このような圧電スピーカでは、バイモルフ型振動体１を樹脂フィルム３、４間に固定でき、圧電スピーカの音圧を向上することができる。
【００４１】
この場合には、樹脂フィルム３、４間であってバイモルフ型振動体１の周囲に樹脂Ｐを充填し、バイモルフ型振動体１を樹脂フィルム３、４間に接合固定することが望ましい。
【００４２】
図７は本発明のさらに他の形態を示すもので、この形態では、樹脂フィルム３、４が同一厚みとされ、これらの樹脂フィルム３、４にはそれぞれ凹部３３が形成されており、これらの凹部３３内にバイモルフ型振動体１が収容されている。樹脂フィルム３、４の凹部３３の深さは、バイモルフ型振動体１の厚さの約１／２とされている。これらの樹脂フィルム３、４の外周部が固定枠部材５ａ、５ｂ間に挟まれ、固定されている。樹脂フィルム３、４間であってバイモルフ型振動体１の周囲には樹脂Ｐを充填されている。
【００４３】
このような圧電スピーカでは、バイモルフ型振動体１を樹脂フィルム３、４間に固定でき、樹脂フィルム３、４を中心に安定してバイモルフ型振動体１が上下に振動できるとともに、圧電スピーカの音圧を向上することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・バイモルフ型振動体
３、４・・・樹脂フィルム
５、５ａ、５ｂ・・・固定枠部材
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ・・・圧電体層
９、９ａ、９ｂ、９ｃ・・・内部電極層
１３・・・積層体
１５ａ、１５ｂ・・・表面電極層
１７、１９・・・外部電極層
ｘ・・・積層体の長手方向
ｙ・・・バイモルフ型振動体の厚み方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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