(57)【要約】【課題】本発明は広帯域な音を再生し、明瞭な音質を得ることができる圧電発音体を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の圧電発音体は、振動板としてＳｉＯ２薄板１１を用い、そのＳｉＯ２薄板１１の上に下層電極としての白金層１３、圧電薄膜１４、上層電極としての白金層１７を形成して構成した圧電発音体を支持体としての円筒体１０に結合した構成とし、ヤング率を大きく、密度を小さくできる振動板とすることで速い音速を得ることができ、結果として広帯域な音が再生できるという効果が得られる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板としてのＳｉＯ２薄板上に形成する下部電極と、この下部電極上に形成する圧電薄膜と、この圧電薄膜上に形成する上部電極からなる圧電振動体を備えた圧電発音体。
【請求項２】
ＳｉＯ２薄板はシリコンの薄板を熱処理して形成した請求項１に記載の圧電発音体。
【請求項３】
ＳｉＯ２薄板と圧電薄膜との間にバッファー層を設けた請求項１に記載の圧電発音体。
【請求項４】
バッファー層として、チタン層とこのチタン層上に形成する白金層で形成した請求項３に記載の圧電発音体。
【請求項５】
圧電振動体を筒状の支持体上に結合した請求項１に記載の圧電発音体。
【請求項６】
ＳｉＯ２薄板を支持体の一端面に一体となるように設けた請求項１に記載の圧電発音体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種電子機器に使用されるスピーカやブザー等の圧電発音体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、音響機器のほとんどがデジタル化され、低ノイズおよび低歪みの電気信号として飛躍的な向上が図られてきており、音質を決定する発音体、特にスピーカに対する要求性能は益々高まってきている。高音質な発音体を実現する上で重要な要素である振動板は、外力による変形が少ないことや音の歪みが小さいことに加えて、再生音域が広く明瞭な音質を出すことが要求され、そのために高弾性で高剛性、そして、軽いことが要求される。
【０００３】
具体的には、（１）ヤング率が大きい、（２）密度が小さい、（３）音速（音の伝播）が速い、（４）振動の内部損失が適度であることが挙げられる。
【０００４】
上記の条件において、特に内部損失が極端に小さい場合は高調波振動が生じ易くなり、反対に内部損失が大きい場合はエネルギー損失が増加する。また、音速Ｖは、ヤング率をＥ、密度をρとすると、（数１）の関係がある。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
これらの条件以外にも、加工の容易性、電極の半田付け性、防錆性、環境に対して安定であることが重要である。
【０００７】
図５は従来の金属の振動板を用いた圧電発音体の断面図である。
【０００８】
図５に示す圧電発音体は、金属振動板１の上に圧電薄板２が貼り付けられ、さらにこの圧電薄板２の上に電極４が形成された圧電振動体３がケース５により支持される構成となっている。
【０００９】
以下、動作について説明する。
【００１０】
金属振動板１は導電ペースト８とリード線６より駆動電源７に接続され、圧電薄板２の上の電極４も同様に導電ペースト８とリード線６より駆動電源７に接続され、駆動電源７よりリード線６を通して金属振動体１および圧電薄板２の上の電極４に電圧が印加され、その結果、圧電薄板２に機械的反応力（振動）が生じ、この振動が圧電薄板２に密着する金属振動板１へ伝播し、可聴音域の音が再生されるという仕組みになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
金属振動板１の材料は、従来、黄銅、鉄、ステンレス、鉄・ニッケル合金、アルミニウム等が用いられており、広帯域な音の再生や明瞭な音質を得ることが困難であった。
【００１２】
例えば、ボロン、ベリリウム等の金属は、速い音速特性を有し、ツイータ用の優れた振動板材料であるが振動の内部損失が小さいため、高調波振動現象が発生し易く、その場合は金属質のかん高い再生音となる。
【００１３】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、広帯域な音を再生し、明瞭な音質を得ることができる圧電発音体を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、以下の構成を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項１に記載の発明は、振動板としてのＳｉＯ２薄板上に形成する下部電極と、この下部電極上に形成する圧電薄膜と、この圧電薄膜上に形成する上部電極からなる圧電振動体を備えた圧電発音体であり、振動板としてＳｉＯ２薄板を用いているためヤング率が大きく密度を小さくできるため速い音速を得て広帯域な再生を可能とすることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、ＳｉＯ２薄板はシリコンの薄板を熱処理して形成した請求項１に記載の圧電発音体であり、生産しやすく均質なＳｉＯ２薄板を得ることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、ＳｉＯ２薄板と圧電薄膜との間にバッファー層を設けた請求項１に記載の圧電発音体であり、ＳｉＯ２薄板と圧電薄膜の密着性を向上させることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、バッファー層として、チタン層とこのチタン層上に形成する白金層で形成した請求項３に記載の圧電発音体であり、請求項３における密着性を最も有効に達成できる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、圧電振動体を筒状の支持体状に結合した請求項１に記載の圧電発音体であり、支持体の空間によって発音体としての音圧レベルを向上させることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、ＳｉＯ２薄板を支持体の一端面に一体となるように設けた請求項１に記載の圧電発音体であり、品質面での安定化を図ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、一実施の形態を用いて、請求項１から６に記載の発明について説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施の形態における圧電発音体の断面図である。
【００２３】
図１に示す圧電発音体は、シリコンからなる円筒体１０と、この円筒体１０の上面を蓋する振動板としてのＳｉＯ２薄板１１と、このＳｉＯ２薄板１１の外側表面にバッファー層として積層したチタン層１２とこのチタン層１２の上にバッファー層および下部電極として積層した白金層１３と、このバッファー層上の下部電極端子部１８を除いた部分に形成されたＰＺＴからなる圧電薄膜１４と、この圧電薄膜１４の周縁部に形成されて圧電薄膜１４の振動域を決める絶縁膜１５と、この絶縁膜１５および圧電薄膜１４の上にバッファー層として形成したチタン層１６と、このチタン層１６の上に積層した上部電極としての白金層１７から構成される。
【００２４】
以上の構成より振動板にヤング率が大きく密度が小さいＳｉＯ２薄板１１を用いているため上述した（数１）より速い音速が得られて広帯域な再生を可能とすることができ、またＳｉＯ２薄板１１と圧電薄膜１４の間にバッファー層としてのチタン層１２とその上に形成した白金層１３を設けたことにより密着性を最も有効に達成でき、圧電振動体を筒状のシリコンからなる支持体となる円筒体１０に結合した圧電発音体の構造から円筒体１０の空間によって発音体としての音圧レベルを向上させ品質面での向上を図ることができる。
【００２５】
尚、ＳｉＯ２薄板１１が円筒体１０の一端面に一体となる構造においても同様の効果が得られる。
【００２６】
図２（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施の形態における圧電発音体の製造プロセスを示す工程図である。
【００２７】
図２（ａ）に示すように厚さ５００μｍ程度のシリコン板１０ａを図２（ｂ）に示すように水蒸気を加えて温度１１００℃程度の熱処理を行いシリコン板１０ａの表面を酸化し、図２（ｃ）に示すように一方の面を研磨してドライエッチングにより円筒形の空洞１９を形成し他面の厚み３μｍ程度の酸化膜を残してＳｉＯ２薄板１１を形成する。次に図２（ｄ）に示すようにＳｉＯ２薄板１１の外側表面にスパッタリングによりバッファー層としてのチタン層１２を６０Å程度形成し、さらにバッファー層および下部電極として白金層１３を２０００Å程度形成し、ＰＺＴの圧電薄膜１４を２．５μｍ程度形成する。そして、下部電極端子部１８を取出すため、エッチング用マスクとして感光性レジストの絶縁膜１５を圧電薄膜１４の上に塗布し、図２（ｅ）に示すようにエッチングより圧電薄膜１４の一部を除去し、下部電極端子部１８を露出させ、圧電薄膜１４の周縁部に絶縁膜１５を形成し、図２（ｆ）に示すように絶縁膜１５および圧電薄膜１４の上にスパッタリングによりバッファー層としてのチタン層１６と上部電極としての白金層１７を形成することで圧電発音体が得られる。
【００２８】
図３は本発明の一実施の形態における圧電発音体へ電圧を印加する構成図である。
【００２９】
圧電発音体の下部電極端子２０および上部電極端子２１にコンタクト材の導電性ペースト２５，２６を介してリード線２２，２３の一端と接続し、もう一端を駆動電源２４と接続する構成である。
【００３０】
本発明の圧電発音体に印加する駆動電圧の電圧レベルを１Ｖｒ．ｍ．ｓ．、周波数を１０Ｈｚから２０ｋＨｚまでの範囲とする。
【００３１】
駆動電源２４から駆動電圧が圧電発音体の下部電極端子２０と上部電極端子２１に印加され、その結果、圧電薄膜１４に機械的応力（振動）が生じ、この振動が圧電薄膜１４に密着するＳｉＯ２薄板１１へ伝播し、可聴音域の音が再生される。
【００３２】
図４は本発明における一実施の形態に示す圧電発音体の音圧特性２７と従来の圧電発音体の音圧特性２８を示す。図４に示す音圧特性は横軸に周波数を縦軸に音圧を示す。
【００３３】
音圧特性において、本発明における一実施の形態に示す圧電発音体の音圧特性２７はＳｉＯ２薄板１１を使用していることからヤング率を大きくできると共に密度を小さくできるため速い音速を得ることができ、その結果、従来の圧電発音体の音圧特性２８と比較して、広帯域な音が再生でき音圧レベルを向上させることができた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の圧電発音体は、振動板としてのＳｉＯ２薄板上に形成する下部電極とこの下部電極上に形成する圧電薄膜とこの圧電薄膜上に形成する上部電極からなる圧電振動体であり、振動板としてＳｉＯ２薄板を用いているためヤング率が大きく密度を小さくできるため速い音速を得て広帯域な再生を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における圧電発音体の断面図
【図２】本発明の一実施の形態における圧電発音体の製造プロセスを示す工程図
【図３】本発明の一実施の形態における圧電発音体へ電圧を印加する構成図
【図４】本発明の一実施の形態に示す圧電発音体の音圧特性と従来の圧電発音体の音圧特性図
【図５】従来の金属の振動板による圧電発音体の断面図
【符号の説明】
１０　シリコンの円筒体
１０ａ　シリコン板
１１　ＳｉＯ２薄板
１２　チタン層
１３　白金層
１４　圧電薄膜
１５　絶縁膜
１６　チタン層
１７　白金層
１８　下部電極端子部
１９　空洞
２０　下部電極端子
２１　上部電極端子
２２　リード線
２３　リード線
２４　駆動電源
２５　導電性ペースト
２６　導電性ペースト
２７　一実施の形態に示す圧電発音体の音圧特性
２８　従来の圧電発音体の音圧特性
【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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