(57)【要約】  良好な振動特性を有する圧電発音部品を提供する。  金属板と、金属板上に形成された圧電体とを有し、圧電体に電圧が印加されることにより、屈曲振動する振動板と、底壁及び当該底壁の周縁から厚み方向に延びる側壁、並びに、側壁の内周部に振動板を支持する支持部を有するケースと、ケースに形成され、振動板に電圧を印加する端子と、側壁に形成され、振動板を支持部に固定させる弾性接着剤と、弾性接着剤上に形成され、端子と、振動板とを電気的に接続させる導電性接着剤と、振動板の外周と側壁の内周部との隙間を封止する枠状の封止部と、封止部と同一材料から成り、封止部と内接するように圧電体の表面の少なくとも一部に設けられ、圧電体の表面を保護する保護部と、を備える。
2018061302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板と、前記金属板上に形成された圧電体とを有し、前記圧電体に電圧が印加されることにより、屈曲振動する振動板と、
底壁及び当該底壁の周縁から厚み方向に延びる側壁、並びに、前記側壁の内周部に前記振動板を支持する支持部を有するケースと、
前記ケースに形成され、前記振動板に電圧を印加する端子と、
前記側壁に形成され、前記振動板を前記支持部に固定させる弾性接着剤と、
前記弾性接着剤上に形成され、前記端子と、前記振動板とを電気的に接続させる導電性接着剤と、
前記振動板の外周と前記側壁の内周部との隙間を封止する枠状の封止部と、
前記封止部と同一材料から成り、当該封止部と内接するように前記圧電体の表面の少なくとも一部に設けられ、前記圧電体の表面を保護する保護部と、
を備えた、
圧電発音部品。
【請求項２】
前記保護部は、
前記圧電体の表面全体を覆うように設けられた、請求項１に記載の圧電発音部品。
【請求項３】
前記振動板において、
前記圧電体は前記金属板の一部を覆うように形成され、
前記保護部は、
前記振動板の表面全体を覆うように設けられた、請求項１に記載の圧電発音部品。
【請求項４】
前記ケースは、
前記底壁と対向する面に開口を有する、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の圧電発音部品。
【請求項５】
金属板と、前記金属板上に形成された圧電体とを有し、前記圧電体に電圧が印加されることにより、屈曲振動する振動板を用意する工程と、
前記圧電体に電圧を印加する端子が形成されており、底壁及び当該底壁の周縁から厚み方向に延びる側壁、並びに、前記側壁の内周部に前記振動板を支持する支持部を有するケースを用意する工程と、
前記ケースに、前記振動板を収納する工程と、
前記振動板の周縁部から、前記ケースにおける少なくとも前記端子が形成された領域に亘って弾性接着剤を塗布する工程と、
前記弾性接着剤を硬化させる工程と、
前記弾性接着剤を跨いで、前記振動板の周縁部から前記端子に亘って導電性接着剤を塗布する工程と、
前記導電性接着剤を硬化させる工程と、
前記振動板の外周と、前記側壁の内周部との隙間に沿って封止剤を枠状に塗布する工程と、
前記封止剤と同一材料から成る保護剤を、前記隙間に塗布された前記封止剤に内接するように、かつ、前記圧電体の表面を覆うように塗布する工程と、
前記封止剤及び保護剤を硬化させる工程と、
を含む圧電発音部品製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電発音部品、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機や家電製品等の電子機器において、警報音や動作音を発する圧電スピーカや圧電サウンダ等の圧電発音部品が広く用いられている。【０００３】
例えば特許文献１には、このような圧電発音部品について開示されている。特許文献１に記載の圧電発音部品は、セラミック等の圧電素子と金属板とから構成された圧電発音体（振動板）が、ケース内に収納された構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１５７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の圧電発音部品においては、圧電素子をポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂等のコーティング剤を用いてコーティングする。他方で、金属板とケースとはウレタン系、シリコーン系等の弾性を持つ封止剤によって接着されている。【０００６】
しかし、特許文献１に記載されているように、コーティング剤と封止剤とに異なる材料を用いた場合には、振動板の表面に弾性率の異なる膜が形成されることになる。この結果、振動板における、コーティング剤と封止剤との境界において、振動の歪みが発生したり、コーティング剤と封止剤との界面での剥離といった信頼性上の不具合が発生したりする。【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、良好な振動特性と信頼性を有する圧電発音部品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】
【０００８】
本発明の一側面に係る圧電発音部品は、金属板と、金属板の表面に形成された圧電体とを有し、圧電体に電圧が印加されることにより、屈曲振動する振動板と、底壁及び当該底壁の周縁から厚み方向に延びる側壁、並びに、側壁の内周部に振動板を支持する支持部を有するケースと、ケースに形成され、振動板に電圧を印加する端子と、側壁に形成され、振動板を支持部に固定させる弾性接着剤と、弾性接着剤上に形成され、端子と、振動板とを電気的に接続させる導電性接着剤と、振動板の外周と側壁の内周部との隙間を封止する枠状の封止部と、封止部と同一材料から成り、封止部と内接するように圧電体の表面の少なくとも一部に設けられ、圧電体の表面を保護する保護部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、良好な振動特性と信頼性を有する圧電発音部品を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る圧電発音部品の構造を概略的に示す斜視図である。
【図２】一実施形態に係る圧電発音部品の構造を概略的に示す平面図である。
【図３】一実施形態に係る圧電発音部品の構造を概略的に示す分解斜視図である。
【図４】一実施形態に係る圧電発音部品の効果を検証した結果を示す図である。
【図５】一実施形態に係る圧電発音部品の製造方法の工程を示す図である。
【図６】一実施形態に係る圧電発音部品におけるコーティング部の塗布方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電発音部品１の構造を概略的に示す斜視図である。また、図２は、圧電発音部品１における実装面側の平面図であり、図３は、圧電発音部品１の実装面を上面にした構造を概略的に示す分解斜視図である。なお、図１乃至図３においては、圧電発音部品１の構造における特徴の少なくとも一部を説明するのに必要な構成を抽出して記載しているが、圧電発音部品１が不図示の構成を備えることを妨げるものではない。
【００１２】
（１．構成）
図１乃至３に示すように圧電発音部品１は、端子１０と、ケース２０と、振動板３０とを備えている。また圧電発音部品１は、接着材料として、弾性絶縁接着剤４１と、導電性接着剤４２と、コーティング部（同一材料で一体成型された封止部及び保護部の一例である。）５０とを備える。これらの構成を備える圧電発音部品１は、端子１０から電圧が印加されることによって、振動板３０が屈曲振動し、発音するものである。
【００１３】
（１−１．振動板）
振動板３０は、矩形平板状の金属板３１と、当該金属板３１の表面に形成された平板状の圧電体３３とを有する。
【００１４】
金属板３１は、良導電性とバネ弾性（例えば弾性率が１ＧＰａ以上）を有する材質から成り、具体的には、４２アロイ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、黄銅、リン青銅等から成ることが好ましい。金属板３１は例えば、１辺が１４．６ｍｍで厚さが０．０８ｍｍ程度の正方形の平板である。なお、金属板３１は、弾性率が１ＧＰａ以上であればガラスエポキシ基板等の樹脂系材料でもよい。また、金属板３１は、矩形に限らず円形や多角形の形状でもよい。
【００１５】
圧電体３３は、ＰＺＴ等の圧電セラミックスから成る、半径が１３．６ｍｍ程度、厚さ（Ｚ軸方向）が０．０５５ｍｍ程度の円板である。なお、圧電体３３の厚さは、２０μｍ以上数百μｍ以下程度から所望の特性に合わせて設定可能である。また、圧電体３３は円形に限らず楕円形や多角形等の形状でもよい。
【００１６】
圧電体３３の表裏には、圧電体３３の直径よりも小さい径の電極３２が形成される。電極３２には、厚さ１μｍ程度のＡｇ焼付電極や、厚さ０．数μｍ程度のＮｉＣｕ（ニッケル−銅合金）やＡｇ（銀）スパッタリング電極が用いられる。
【００１７】
振動板３０は、金属板３１が後述するケース２０の底壁２１と対向するように、その周縁部が後述する支持部２６に載置されケース２０の中に収納される。なお、本実施形態においては、振動板３０は、圧電体３３が金属板３１の一部に形成される構成であるが、これに限定されない。例えば振動板３０は、圧電体３３が金属板３１の全部に形成される構成でもよい。
【００１８】
（１−２．ケース）
ケース２０は、セラミックス又は樹脂等の絶縁性材料から成る、底壁２１と４つの側壁２２とを有する略正方形の箱型に形成されている。ケース２０を樹脂で形成する場合には、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）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等を用いることが好ましい。なお、ケース２０は略正方形の箱型に限定されず、円筒の形状や多角柱の形状でもよい。
【００１９】
底壁２１は、ＸＹ平面に沿って設けられる平板である。底壁２１には、放音孔２４が形成されている。放音孔２４は、後述する振動板３０が振動することによって発せられる音をケース２０の外側に伝搬するための孔である。なお、本実施形態においては、放音孔２４の周囲には厚さ１ｍｍ程度の窪みが形成されている。
【００２０】
側壁２２は、底壁２１の上方の空間を囲むように、底壁２１の周縁部からＺ軸方向（すなわち、底壁２１から振動板３０へ向かう方向）に延びている。ケース２０は、振動板３０と対向する面において、底壁２１の表面と側壁２２の内面とによって凹部（空間）が形成される。
【００２１】
側壁２２は、その開口部において枠２３を有している。枠２３は、側壁２２の外側の面と連続して形成されており、側壁２２のその他の領域よりも外側に形成されている。すなわち、側壁２２の内側の面（内周部）は、枠２３が形成されることで、開口部近傍の領域において、ＺＹ平面に沿ってケース２０に対して外側に屈曲した後、再度Ｚ軸方向に沿って延びる構造を有している。これによって、側壁２２は、その内周部における外側に屈曲した領域に、その全周で振動板３０を支える支持部２６を有する（図３）。支持部２６における振動板３０は、底壁２１に対して平行に設けられている。ケース２０は振動板３０をその開口面よりも底壁２１側で支持することができるため、振動板３０と実装基板との間には空間が形成される。
【００２２】
枠２３の少なくとも１辺以上の辺には、スリット状の穴２７が形成されている（図３）。枠２３にスリット状の穴２７が形成されることによって、振動板３０と実装基板との間の空間における空気抵抗が低減される。
【００２３】
ケース２０が上述の放音孔２４とスリット状の穴２７を備え、さらに振動板３０と実装基板との間に所定の空間が形成されることによって、圧電発音部品１は、特定の周波数の音圧を向上させるヘルムホルツ共鳴器として機能することができる。なお、所定の空間の体積、並びにスリット状の穴、及び放音孔２４の寸法及び孔の数を調整することによって、周波数の調整をすることができる。
【００２４】
本実施形態では、ケース２０の外形は、Ｘ軸方向に沿った長さが１８ｍｍ程度であり、Ｙ軸方向に沿った長さが１８ｍｍ程度であり、Ｚ軸方向に沿った厚さが８ｍｍ程度である。また、放音孔２４は、Ｘ軸方向に沿った長さが５ｍｍ程度であり、Ｙ軸方向に沿った長さが３．５ｍｍ程度であり、Ｚ軸方向に沿った厚さが３ｍｍ程度である。
【００２５】
（１−３．端子）
端子１０は、枠２３における隣接する２辺にされている。端子１０は、枠２３の上面から内壁（支持部２６）に亘って形成されており、ケース内部と外部とを導通接続させる。端子は、鉄や黄銅等に、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、又はＡｕ（金）によってメッキ等が施される。本実施形態においては、端子１０は、黄銅（Ｓ２６８０−１／２Ｈ）にＮｉ（ニッケル）下地１μｍ、Ａｕ（金）メッキ０．０２μｍ以上０，１μｍ以下程度から成る。なお、端子１０は、枠２３における隣接する２辺に形成される構成に限定されず、枠２３の互いに対向する２辺に形成される構成でもよいし、１辺のみに形成される構成でもよい。
【００２６】
（２．接着構造）
振動板３０は、底壁２１に対して平行になるように支持部２６に支持される。
支持部２６に支持された振動板３０は、少なくとも２か所において、弾性絶縁接着剤４１によって接着固定される。本実施形態においては、弾性絶縁接着剤は、端子１０と対向する領域、及び４つのコーナー部において、振動板３０からケース２０に亘って形成されている。弾性絶縁接着剤４１は、後述する導電性接着剤４２よりも低弾性であることが好ましく、その材質は、例えば弾性率が３．７ＭＰａ程度のウレタン系接着剤等である。
【００２７】
さらに、弾性絶縁接着剤４１を跨ぐように振動板３０からケース２０に亘って導電性接着剤４２が形成されていることで、振動板３０と端子１０とが電気的に接続される。導電性接着剤４２は、周辺に付着しないように弾性絶縁接着剤４１の中央付近に形成されることが好ましい。導電性接着剤４２の材質は、例えば弾性率が０．３Ｇｐａ程度のウレタン系導電性接着剤等である。
【００２８】
また、ケース２０の内周と振動板３０の外周との隙間は、枠状（例えば環状）に形成されたコーティング部５０によって封止されている。さらにコーティング部５０は、枠状に塗布された部分と内接する部分を有するように振動板３０の表面にも形成されている。すなわち、コーティング部５０は、ケース２０の内周と振動板３０の外周とを封止する封止部と、当該封止部分と内接する部分を有し、振動板３０を保護する保護部とから構成される。振動板３０がコーティング部５０によって覆われることで、圧電発音部品１は実装基板側に蓋を備えない構成でも、圧電体３３を保護することができる。これによって圧電発音部品１を構成する部材を減らすことができる。なお、コーティング部５０は振動板３０の全面を覆うことが好ましいが、少なくとも圧電体３３を覆う構成であればよい。この場合、コーティング部５０の保護部は圧電体３３に相似する形状であることが好ましい。例えば図３の例では、保護部は円板形状であり、直径の延長線上で封止部と内接している。さらに保護部は、その周縁部の全部が封止部に内接する構成でもよい。
【００２９】
コーティング部５０は、５００μｍ以下の厚さであることが好ましい。これによって、振動板３０の振動を阻害することを低減することができる。また、コーティング部５０は、例えば、シリコーン、低弾性のエポキシ、フッ素樹脂等である。なお、コーティング部５０にシリコーンを用いる場合には、低分子シロキサンの含有率が１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。これによってシリコーンからシロキサンが離脱することによる、周囲の電子部品の絶縁不良を抑制することができる。
【００３０】
図４は、封止剤とコーティング材料が同一で一体的に形成されることが音圧変化量に与える影響を検証した結果を示したグラフである。図４において横軸は試験時間（圧電発音部品１の使用期間）を示し、縦軸は音圧の変化量を示している。また、測定点を丸で示したグラフは封止剤とコーティング材料が同一で一体的に形成された、本実施形態に係る圧電発音部品１での検証結果を示している。他方で、測定点を四角で示したグラフは、比較例として封止剤とコーティング材料とに異なる材料を用いて形成された従来の圧電発音部品での検証結果を示している。図４から明らかないように、比較例の圧電発音部品が試験時間が長くなるにつれて音圧変化量が大きくなるのに対して、本実施形態に係る圧電発音部品１は試験時間が長くなっても音圧はほとんど変化していない。
【００３１】
このように、本実施形態に係る圧電発音部品１においては、ケース２０と振動板３０との封止、及び振動板３０のコーティングを同一材料で一体に行うことで、振動板３０の振動に歪みが生じるのを抑制することができ、良好な振動特性が得られる。また、封止剤とコーティング材料が同一で一体的に形成されることにより、これらの界面での剥離等の不具合が生じず、長期使用による音圧の変化を抑制することができる。
【００３２】
（３．製造プロセス）
次に、図５を参照して、圧電発音部品１の製造プロセスについて説明する。図５は、本実施形態に係る圧電発音部品１のプロセスフローを示す図である。
【００３３】
まず、振動板３０は、その金属板３１が底壁２１と対向するようにケース２０の中に収納され、その周縁部が支持部２６で支持される（図５（Ａ））。次に、図５（Ｂ）に示すように、弾性絶縁接着剤４１を振動板３０のコーナー部近傍と、端子１０に対向する領域とに塗布することによって、振動板３０をケース２０に固定する。
【００３４】
弾性絶縁接着剤４１を加熱等によって硬化させた後、導電性接着剤４２を弾性絶縁接着剤４１の上を跨ぐように塗布し、加熱等によって硬化させる（図５（Ｃ））。次に、振動板３０の外周とケース２０の内周との隙間に沿って弾性材料（封止剤の一例である。）を塗布する。さらに、当該隙間に塗布された弾性材料に内接するように、かつ振動板３０の表面（少なくとも圧電体３３の表面）を覆うように上述の隙間に塗布した弾性材料と同様の弾性材料（保護剤の一例である。）を塗布する。さらに弾性材料を加熱等によって硬化させてコーティング部５０を形成する（図５（Ｄ））。なお、コーティング部５０の材料となる弾性材料の塗布の順番はこれに限定されない。例えば、隙間の一部に弾性材料を塗布した後、振動板３０の一部に塗布し、再度隙間の一部に塗布する構成でもよい。
【００３５】
図６は、振動板３０をコーティングする際のコーティング部５０の塗布方法を模式的に示す図である。図６の実線は、コーティング部５０を塗布するノズルの軌跡を表している。図６に示す塗布の方法では、ノズルはＸ軸方向に沿った軌跡を描いたのち、最後にＹ軸方向に沿った軌跡を描く。これによって、短時間で全体を覆うことが可能になり、さらに、隙間なくコーティングを行うことができる。
【００３６】
このように、本実施形態に係る圧電発音部品１においては、コーティング部５０が、振動板３０とケース２０との封止部と、振動板３０の保護部とを兼ねている。従って、加熱等のよる硬化のプロセスを減らすことが可能になる。
【００３７】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。
本発明の一実施形態に係る圧電発音部品１は、金属板３１と、金属板３１上に形成された圧電体３３とを有し、圧電体３３に電圧が印加されることにより、屈曲振動する振動板３０と、底壁２１及び当該底壁２１の周縁から厚み方向に延びる側壁２２、並びに、側壁２２の内周部に振動板３０を支持する支持部２６を有するケース２０と、ケース２０に形成され、振動板３０に電圧を印加する端子１０と、側壁２２に形成され、振動板３０を支持部２６に固定させる弾性絶縁接着剤４１と、弾性絶縁接着剤４１上に形成され、端子１０と、振動板３０とを電気的に接続させる導電性接着剤４２と、振動板３０の外周と側壁２２の内周部との隙間を封止する枠状の封止部５０と、封止部５０と同一材料から成り、封止部５０と内接するように圧電体３３の表面の少なくとも一部に設けられ、圧電体３３の表面を保護する保護部５０と、を備える。本実施形態に係る圧電発音部品１は、封止部５０と保護部５０とが同一の材料で構成されることによって、封止部５０及び保護部５０によって振動板３０の振動に歪みが生じるのを抑制することができ、良好な振動特性が得られる。また封止材とコーティング材料が同一で一体的であることにより、これらの界面での剥離等の不具合が生じず、長期使用による音圧の変化も抑制できる。
【００３８】
また、保護部５０は、圧電体３３の表面全体を設けられたことが好ましい。また、振動板３０において、圧電体３３は金属板３１の一部を覆うように形成され、保護部５０は、振動板３０の表面全体を覆うように設けられたことが好ましい。この好ましい態様によると、封止部５０及び保護部５０によって振動板３０の振動に歪みが生じるのを抑制することができ、良好な振動特性が得られる。また封止材とコーティング材料が同一で一体的であることにより、これらの界面での剥離等の不具合が生じず、長期使用による音圧の変化も抑制できる。
【００３９】
また、ケース２０は、底壁２１と対向する面に開口を有することが好ましい。この好ましい態様によると、振動板３０がコーティング部５０によって覆われることで、圧電発音部品１は実装基板側に蓋を備えない構成でも、圧電体３３を保護することができる。これによって圧電発音部品１を構成する部材を減らすことができる。
【００４０】
また、本実施形態に係る圧電発音部品製造方法は、金属板３１と、金属板３１の表面に形成された圧電体３３とを有し、端子１０から圧電体３３に電圧が印加されることにより、屈曲振動する振動板３０を用意する工程と、端子１０が形成されており、底壁２１及び当該底壁２１の周縁から厚み方向に延びる側壁２２、並びに、側壁２２の内周部に振動板３０を支持する支持部２６を有するケース２０を用意する工程と、ケース２０に、振動板３０を収納する工程と、振動板３０の周縁部から、ケース２０における少なくとも端子１０が形成された領域に亘って弾性絶縁接着剤４１を塗布する工程と、弾性絶縁接着剤４１を硬化させる工程と、弾性絶縁接着剤４１を跨いで、振動板３０の周縁部から端子１０に亘って導電性接着剤４２を塗布する工程と、導電性接着剤４２を硬化させる工程と、振動板３０の外周と、側壁２２の内周部との隙間に沿って弾性材料を枠状に塗布する工程と、弾性材料を、隙間に塗布された弾性材料と内接するように、かつ、圧電体３３の表面を覆うように塗布する工程と、弾性材料を硬化させる工程と、を含む。本実施形態に係る圧電発音部品の製造方法においては、弾性材料を硬化させたコーティング部５０が、振動板３０とケース２０との封止部と、振動板３０の保護部とを兼ねている。従って、加熱等のよる硬化のプロセスを減らすことが可能になる。
【００４１】
なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４２】
１    圧電発音部品
１０  端子
２０  ケース
３０  振動板
４１  弾性絶縁接着剤
４２  導電性接着剤
５０  コーティング部
【図１】
2018061302.tif 000003
【図２】
2018061302.tif 000004
【図３】
2018061302.tif 000005
【図４】
2018061302.tif 000006
【図５】
2018061302.tif 000007
【図６】
2018061302.tif 000008
【国際調査報告】
2018061302.tif 000009
2018061302.tif 000010
2018061302.tif 000011
2018061302.tif 000012