(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間に交番信号を印加することにより厚み方向に屈曲振動する四角形の圧電振動板と、上記圧電振動板を収納し、圧電振動板の少なくとも対向する２辺を支持する支持部または圧電振動板の角部を支持する支持部を有する筐体と、上記支持部近傍の筐体の内側面に一端部が導入され、他端部が筐体の外面に露出するよう筐体にインサート成形された一対の端子とを備えた圧電型電気音響変換器において、
上記端子の一端部は、上記筐体に固定された胴部と、この胴部からコーナ部に向かって延びる翼部とを備えており、上記翼部は筐体に対して固定されておらず、かつ端子の胴部と翼部との間に翼部が筐体の内側方向に変位可能となるよう応力緩和部が形成されており、上記圧電振動板の電極は上記端子の少なくとも一方の翼部に導電性接着剤により接続されていることを特徴とする圧電型電気音響変換器。
【請求項２】
上記端子の翼部の端面は、筐体の内側方向に向かって拡がり方向に傾斜し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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電レシーバや圧電サウンダなどの圧電型電気音響変換器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サウンダあるいは圧電レシーバとして圧電型電気音響変換器が広く用いられている。この種の圧電型電気音響変換器は、円形の金属板の片面に円形の圧電素子を貼り付けてユニモルフ型振動板を構成し、金属板の周縁部を円形のケースの中にシリコーンゴムを用いて支持するとともに、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、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。
【０００３】
そこで、四角形の振動板を用いることで、生産効率の向上、音響変換効率の向上および小型化を可能とした表面実装型の圧電型電気音響変換器が提案されている（特開２０００−３１０９９０号）。この圧電型電気音響変換器は、四角形の圧電振動板と、対向する２つの側壁部の内側に振動板を支持する支持部を持ち、支持部に外部接続用の端子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、ケース内に振動板が収納され、振動板の対向する２辺と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、振動板と第１，第２の導電部とが導電性接着剤により電気的に接続され、ケースの側壁部開口端に蓋板が接着された構造となっている。
上記電気音響変換器はユニモルフ型の圧電振動板を使用したものであるが、積層構造の圧電セラミックスよりなる圧電振動板を使用したものも知られている（特開２００１−９５０９４号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、振動板の２辺がケースに固定された端子に導電性接着剤により接続固定されている。そのため、振動板はケースによって強く拘束され、ケースが熱変形したりすると、振動板にも直接影響するという問題がある。例えば、ケースをプリント基板などにリフロー半田付けにより実装した際、熱によってケースが熱膨張するが、ケースと振動板との熱膨張係数差のため、振動板の特性が変化してしまう。また、ケースに対して外部から応力が加わった時も、振動板にも直接力が伝達され、特性が変化したり、振動板の割れが発生することがある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、筐体に熱変形や外力が加わっても、振動板に対する影響を少なくし、特性変化の少ない圧電型電気音響変換器を提供することにある。
【０００６】
【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、電極間に交番信号を印加することにより厚み方向に屈曲振動する四角形の圧電振動板と、上記圧電振動板を収納し、圧電振動板の少なくとも対向する２辺を支持する支持部または圧電振動板の角部を支持する支持部を有する筐体と、上記支持部近傍の筐体の内側面に一端部が導入され、他端部が筐体の外面に露出するよう筐体にインサート成形された一対の端子とを備えた圧電型電気音響変換器において、上記端子の一端部は、上記筐体に固定された胴部と、この胴部からコーナ部に向かって延びる翼部とを備えており、上記翼部は筐体に対して固定されておらず、かつ端子の胴部と翼部との間に翼部が筐体の内側方向に変位可能となるよう応力緩和部が形成されており、上記圧電振動板の電極は上記端子の少なくとも一方の翼部に導電性接着剤により接続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。
【０００７】
本発明では、筐体の内部に導入されたインサート端子の一端部に、胴部とこの胴部から両側に向かって延びる翼部とを設け、胴部を筐体に固定し、翼部を筐体に対して移動可能としてある。また、端子の胴部と翼部との間に応力緩和部を設け、翼部が筐体の内側方向に変位可能としてある。少なくとも一方の翼部は導電性接着剤により圧電振動板の電極と接続される。周囲の温度変化や外力が加わると、その応力が圧電振動板にも波及しようとするが、端子の翼部が筐体の内側方向に撓んで応力の波及を防止するため、圧電振動板の電気的特性に変化が生じず、安定した特性が得られる。
【０００８】
請求項２のように、端子の翼部の端面を、筐体の内側方向に向かって拡がり方向に傾斜させるのがよい。
端子をインサート成形すると、翼部の端面を樹脂が取り囲むことになる。翼部の両端面が内側面に対して垂直な面であると、翼部の端面が樹脂に引っ掛かって内側に変位できない可能性がある。そこで、両端面を傾斜面とすることで、翼部が内側に変位する際の妨げにならないようにしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は本発明の第１の実施形態である表面実装型の圧電型電気音響変換器を示す。
この実施形態の電気音響変換器は、圧電受話器のように広いレンジの周波数に対応する用途に適したものであり、積層構造の圧電振動板１とケース１０と蓋板２０とを備えている。ここでは、ケース１０と蓋板２０とで筐体が構成される。
【００１０】
振動板１は、図５，図６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と導通する補助電極７が形成されている。
【００１１】
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の割れを防止する目的で設けられている。表裏の樹脂層８，９には、振動板１の対角の角部近傍に、主面電極２，３が露出する切欠部８ａ，９ａと、補助電極７が露出する切欠部８ｂ，９ｂとが形成されている。
なお、切欠部８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂは表裏一方にのみ設けてもよいが、表裏の方向性をなくすため、この例では表裏面に設けてある。
また、補助電極７は、一定幅の帯状電極とする必要はなく、切欠部８ｂ，９ｂに対応する箇所のみ設けてもよい。
ここでは、セラミックス層１ａ，１ｂとして１０ｍｍ×１０ｍｍ×４０μｍのＰＺＴ系セラミックスを使用し、樹脂層８，９として厚みが３〜１０μｍのポリアミドイミド系樹脂を使用した。
【００１２】
ケース１０は樹脂材料で底壁部１０ａと４つの側壁部１０ｂ〜１０ｅとを持つ四角形の箱型に形成されている。樹脂材料としては、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１０ｂ〜１０ｅの内周には環状の段差部１０ｆが設けられ、対向する２つの側壁部１０ｂ，１０ｄの内側の段差部１０ｆ上に、一対の端子１１，１２の内側部１１ａ，１２ａが導入されている。端子１１，１２はケース１０にインサート成形されたものであり、ケース１０の外部に露出した外側部１１ｂ，１２ｂが側壁部１０ｂ，１０ｄの外面に沿ってケース１０の底面側へ折り曲げられている。
【００１３】
図７〜図９に示すように、端子１１，１２の内側部１１ａ，１２ａは、外側部１１ｂ，１２ｂと同一幅の胴部１１ｃ，１２ｃと、胴部１１ｃ，１２ｃから両側へ延びる両翼部１１ｄ，１２ｄとを有しており、両翼部１１ｄ，１２ｄはケース１０のコーナ部近傍まで延びている。胴部１１ｃ，１２ｃはケース１０の側壁部１０ｂ，１０ｄの中に固定されているが、固定のために胴部１１ｃ，１２ｃに樹脂が充填される穴１１ｅ，１２ｅを形成してもよい。両翼部１１ｄ，１２ｄの内側面は、図８に示すようにケース１０の内側へ露出しており、胴部１１ｃ，１２ｃと両翼部１１ｄ，１２ｄとの間には幅狭な応力緩和部１１ｆ，１２ｆが形成されている。そのため、両翼部１１ｄ，１２ｄは、図７に矢印で示すようにケース１０の内方へ動き得る構造となっている。両翼部１１ｄ，１２ｄの端面１１ｇ，１２ｇは、ケース１０の内側に向かって拡がり方向に傾斜しており、樹脂よりなるケース１０が両翼部１１ｄ，１２ｄの動きの妨げにならないようにしてある。
【００１４】
端子１１，１２が露出した段差部１０ｆの内側には、図１に示すように、振動板１の対向する２辺を支持するための支持部１０ｇが、段差部１０ｆより一段低く形成されている。そのため、支持部１０ｇ上に振動板１を載置すると、振動板１の天面と端子１１，１２の内側部１１ａ，１２ａの上面とがほぼ同一高さになる。
なお、底壁部１０ａには第１の放音孔１０ｈが形成されている。
【００１５】
端子１１，１２のインサート成形時には、図１０（ａ）に示すように外側部１１ｂ，１２ｂがケース１０の両側方へ水平に延びている。その後、図１０（ｂ）のように端子１１，１２の外側部１１ｂ，１２ｂの中間部より先端側を下方へ折り曲げる。このとき、折り曲げ角度を９０度よりやや大きくするのがよい。そして、図１０（ｃ）のように端子１１，１２の外側部１１ｂ，１２ｂの付け根部分で下方へ折り曲げ、端子１１，１２の内側面をケース１０の側面に沿わせる。この状態で、折り曲げた部分がケース１０の底面に形成された溝１０ｉに嵌合されるが、図１０の（ｂ）で９０度以上に折り曲げることで、端子１１，１２の外側部１１ｂ，１２ｂ先端がケース１０の底面から浮き上がるのを防止できる。
【００１６】
振動板１はケース１０に収納され、４箇所で弾性支持剤１３によって端子１１，１２の両翼部１１ｄ，１２ｄに固定される。すなわち、対角位置にある切欠部８ａに露出する主面電極２と端子１１の一方の翼部１１ｄとの間、および切欠部８ｂに露出する補助電極７と端子１２の一方の翼部１２ｄとの間に、弾性支持剤１３が塗布される。また、残りの対角位置にある２箇所についても弾性支持剤１３が塗布される。なお、ここでは弾性支持剤１３を横長な楕円形に塗布したが、塗布形状は楕円形に限るものではない。弾性支持剤１３としては、例えば硬化後のヤング率が３．７×１０6 Ｐａのウレタン系接着剤が使用される。また、この弾性支持剤１３の未硬化状態での粘性が高く（例えば５０〜１２０ｄＰａ・ｓ）、滲みにくい性質を有するので、弾性支持剤１３を塗布したとき、弾性支持剤１３が振動板１とケース１０との隙間を通って支持部１０ｇまで流れ落ちる恐れがない。弾性支持剤１３を塗布した後、加熱硬化させる。
なお、振動板１の固定方法としては、振動板１をケース１０に収納した後でディスペンサなどで弾性支持剤１３を塗布してもよいが、振動板１に予め弾性支持剤１３を塗布した状態で振動板１をケース１０に収容してもよい。
【００１７】
弾性支持剤１３を硬化させた後、導電性接着剤１４を楕円形に塗布された弾性支持剤１３の上を交差するように楕円形に塗布し、主面電極２と端子１１の翼部１１ｄ、補助電極７と端子１２の翼部１２ｄとをそれぞれ接続する。導電性接着剤１４としては、例えば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が使用される。導電性接着剤１４を塗布した後、これを加熱硬化させる。導電性接着剤１４の塗布形状は楕円形に限るものではなく、弾性支持剤１３を跨いで主面電極２と翼部１１ｄ、補助電極７と翼部１２ｄとを接続できればよい。
【００１８】
導電性接着剤１４を塗布，硬化させた後、弾性封止剤１５を振動板１の周囲全周とケース１０の内周部との隙間に塗布し、振動板１の表側と裏側との間の空気漏れを防止する。弾性封止剤１５を環状に塗布した後、加熱硬化させる。弾性封止剤１５としては、例えば硬化後のヤング率が３．０×１０5 Ｐａのシリコーン系接着剤が使用される。
なお、図４に示すように、２つの側壁部１０ｃ，１０ｅの内側であって支持部１０ｇより低い位置に弾性封止剤１５の流れ止め用溝部１０ｊを形成してもよい。この場合には、溝部１０ｊによって弾性封止剤１５が底壁部１０ａまで流れ落ちるのを防止できる。
【００１９】
上記のように振動板１をケース１０に固定した後、ケース１０の上面開口部に蓋板２０が接着剤２１によって接着される。蓋板２０はケース１０と同様な材料で形成される。蓋板２０を接着することで、蓋板２０と振動板１との間に音響空間が形成される。蓋板２０には、第２の放音孔２２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。
【００２０】
この実施形態の電気音響変換器では、端子１１，１２間に所定の交番電圧を印加することで、振動板１を面積屈曲モードで屈曲振動させることができる。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、全体として厚み方向に屈曲する。
この実施形態では、振動板１が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、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。
【００２１】
この実施形態にかかる電気音響変換器をプリント基板などに表面実装する際、リフロー半田などの熱によりケース１０が熱膨張する。セラミックスよりなる振動板１は樹脂製のケース１０に比べて熱膨張係数が小さいので、振動板１には引張応力が作用する。この引張力のため、振動板１の特性が変化したり、割れが発生する可能性がある。
ところが、ケース１０にインサート成形された端子１１，１２の両翼部１１ｄ，１２ｄは、図９に示すようにケース１０の内側へ変位可能であるため、振動板１にかかる引張応力を軽減できる。そのため、振動板１の特性が変化したり、割れが発生するのを防止できる。
【００２２】
図１１は本発明にかかる端子の他の例を示す。
この実施形態では、端子１１，１２の胴部１１ｃ，１２ｃと両翼部１１ｄ，１２ｄとの間に、応力緩和部であるクランク形状部１１ｈ，１２ｈを設けたものである。
この場合には、第１実施形態のような幅狭部１１ｆ，１２ｆに比べて両翼部１１ｄ，１２ｄの変位が一層容易になる。
【００２３】
図１２は本発明に係る電気音響変換器の第２実施形態を示す。
この実施形態では、端子１１，１２の胴部１１ｃ，１２ｃと両翼部１１ｄ，１２ｄとの間に、応力緩和部であるクランク形状部１１ｈ，１２ｈを設けるとともに、端子１１，１２の両翼部１１ｄ，１２ｄをケース１０に移動不能に固定し、胴部１１ｃ，１２ｃをケース１０の側壁部１０ｂ，１０ｄに対して内外方向に移動可能としたものである。なお、この場合には、胴部１１ｃ，１２ｃに樹脂充填穴１１ｅ，１２ｅを設けない。
【００２４】
この場合には、表面実装したプリント基板から半田付け部である端子１１，１２の外側部１１ｂ，１２ｂに加わった応力を、胴部１１ｃ，１２ｃが内外方向に移動することによって緩和する。また、胴部１１ｃ，１２ｃの変位は、胴部１１ｃ，１２ｃと両翼部１１ｄ，１２ｄとの間に設けられた応力緩和部１１ｈ，１２ｈによって吸収できる。なお、応力緩和部１１ｈ，１２ｈとして図１１に記載の構造を採用したが、図７のような幅狭部であってもよい。
【００２５】
本発明は上記実施形態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。
上記実施形態の圧電振動板は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。
また、圧電振動板として、圧電セラミックス層の積層体に限らず、金属板の片面または両面に圧電板を貼り付けたユニモルフ型またはバイモルフ型振動板を用いてもよい。
また、端子１１，１２の胴部１１Ｃ，１２Ｃの両側に翼部１１ｄ，１２ｄを設けるものに限らず、振動板に導通する一方側に翼部１１ｄ，１２ｄを設けてもよい。
さらにまた、ケース１０の２辺の支持部の１０ｇにかえて、ケース内側の４角隅部に支持部を設けてもよい。
本発明の筐体は、圧電振動板を収納し、端子をインサート成形するものであればよく、実施形態のような凹断面形状のケースと、その上面に接着される蓋板とで構成されたものに限らない。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、筐体の内部に導入されたインサート端子の一端部に、胴部とこの胴部から側方に向かって延びる翼部とを設け、胴部を筐体に固定するとともに、翼部を筐体に対して移動可能とする。そして、端子の胴部と翼部との間に応力緩和部を設け、翼部が筐体の内側方向に変位可能としたので、周囲の温度変化などにより圧電振動板に応力が作用した場合でも、その応力を端子の翼部が筐体の内側方向に撓んで吸収する。そのため、圧電振動板の割れは勿論、電気的特性の変化も生じず、安定した特性が得られる。
【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第１実施形態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蓋板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線階段断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１の圧電型電気音響変換器に用いられる圧電振動板の斜視図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線による階段断面図である。
【図７】端子の斜視図である。
【図８】一方の端子がケースに対して変位する様子を示す斜視図である。
【図９】一方の端子がケースに対して変位する様子を示す平面図である。
【図１０】ケースにインサート成形した端子を折り曲げる工程を示す工程図である。
【図１１】端子の他の例の平面図である。
【図１２】本発明に係る圧電型電気音響変換器の第２実施形態の蓋板および弾性封止剤を除外した状態の平面図である。
【符号の説明】
１                圧電振動板
１０              ケース
１０ｇ            支持部
１１，１２        端子
１１ａ，１２ａ    内側部（一端部）
１１ｂ，１２ｂ    外側部（他端部）
１１ｃ，１２ｃ    胴部
１１ｄ，１２ｄ    翼部
１４              導電性接着剤
１５              弾性封止剤
２０              蓋板
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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