JP4179196B2 - 圧電型電気音響変換器 - Google Patents

Description

本発明は圧電レシーバ、圧電サウンダ、圧電スピーカなどの圧電型電気音響変換器に関するものである。

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電気音響変換器が広く用いられている。
特許文献１には、音響変換効率がよい圧電振動板が提案されている。この圧電振動板は、２層または３層の圧電セラミックス層を積層して積層体を形成するとともに、この積層体の表裏主面に主面電極を形成し、各セラミックス層の間に内部電極を形成する。積層体の側面に主面電極を相互に接続する側面電極と、内部電極と導通する側面電極とを形成する。セラミックス層は厚み方向において同一方向に分極されており、主面電極と内部電極との間に交流信号を印加することで、積層体を面積屈曲振動させ、音を発生させるものである。
この構造の圧電振動板は、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、圧電板を金属板に貼り付けた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。

上記のように音響変換効率に優れた圧電振動板であっても、この振動板をケース等に支持する際、その周囲を隙間なく接着封止しなければならないので、共振周波数が高くなるという問題がある。例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの圧電振動板の対向する２辺をケースに接着固定し、他の２辺を変位自在に弾性封止した場合には、共振周波数は１２００Ｈｚ付近にあり、人間の音声帯域の下限である３００Ｈｚ付近では音圧が大幅に低下してしまう。

圧電レシーバの場合、人間の音声帯域である３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚにおいて、ほぼフラットな音圧特性を持つ広帯域音声の再生が可能な電気音響変換器が求められている。しかし、上記のような支持構造では、広帯域でほぼフラットな音圧特性が得られない。ケースおよび振動板の寸法を大きくすれば、低周波化が可能であるが、これでは電気音響変換器が大型化してしまう。

そこで、本願出願人は、小型化と低周波化とを両立でき、変位量が大きく、かつ広帯域音声の再生が可能な圧電型電気音響変換器を提案した（特許文献２）。この電気音響変換器は、特許文献１と同様な積層型の圧電素子を、これより大形の樹脂フィルムに貼り付け、樹脂フィルムの外周部を筐体で支持したものである。圧電素子の対向する２辺に引出電極を設け、これら引出電極と筐体に設けた端子とを、樹脂フィルム上に塗布した導電性接着剤によって接続している。
特に、圧電素子の引出電極の位置を対向する２辺の略中央部とし、端子を樹脂フィルムのコーナ部近傍と近接する部位に設け、引出電極と端子とを導電性接着剤により接続することで、第１共振周波数の低周波化と、音圧分割のない音圧特性とを得ることが可能である。

ところが、圧電素子の縦横比によっては、第２共振周波数において、導電性接着剤が塗布される圧電素子の辺の中央部付近の変位量が大きくなり、導電性接着剤により圧電素子の変位が妨げられてしまい、音圧特性にリップルが発生するという問題が発生する。
特開２００２−１０３９３号公報 特開２００４−７４００号公報

そこで、本発明の目的は、導電性接着剤による圧電素子の変位の妨げを防ぎ、リップルの少ない良好な音圧特性の圧電型電気音響変換器を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、圧電振動板と、この圧電振動板を収納する筐体とを備え、上記圧電振動板は、複数の圧電セラミックス層を内部電極を間にして積層し、表裏主面に主面電極を形成し、主面電極と内部電極との間に交流信号を印加することにより面積屈曲振動を発生する四角形の積層型圧電素子と、上記圧電素子より大形に形成され、表面の略中央部に上記圧電素子が貼り付けられた四角形の樹脂フィルムとで構成され、上記筐体の内周部には上記圧電素子より大きな枠形の支持部が設けられ、上記樹脂フィルムの圧電素子が貼り付けられていない外周部が上記筐体の支持部に支持されており、上記筐体の内周部であって、上記樹脂フィルムのコーナ部付近と近接する部位に端子が露出状態で固定され、上記圧電素子の主面電極と内部電極とを外部に引き出すための引出電極が圧電素子の対向する２辺の略中央部に形成され、上記引出電極と上記端子とが樹脂フィルム上を経由して塗布・硬化された導電性接着剤によって電気的に接続されており、上記圧電素子の引出電極が設けられた辺の寸法Ｐ２と引出電極が設けられていない辺の寸法Ｐ１との比Ｐ２／Ｐ１を０．７６〜０．９８としたことを特徴とする圧電型電気音響変換器を提供する。

屈曲振動を発生する積層型圧電素子の一面に圧電素子より大きな樹脂フィルムを貼り付け、このフィルムの外周部を筐体の支持部に支持した場合、圧電素子を強く拘束することなく支持することができるので、基本共振から３次共振まで落ち込みのない音圧が得られ、広帯域音声の再生に対応できる。
特に、圧電素子の引出電極の位置を対向する２辺の略中央部とし、端子を樹脂フィルムのコーナ部近傍と近接する部位に設け、引出電極と端子とを導電性接着剤により接続すれば、第１共振周波数の低周波化と、音圧分割のない音圧特性とを得ることが可能である。
圧電素子の縦横比によっては、第２共振周波数付近において音圧特性にリップルが発生するが、圧電素子の引出電極が設けられた辺の寸法Ｐ２と引出電極が設けられていない辺の寸法Ｐ１との比Ｐ２／Ｐ１を０．７６〜０．９８とすることで、圧電素子の引出電極が設けられた辺の中央部付近の変位量が小さくなり、引出電極に導電性接着剤を塗布した場合に圧電素子の変位が妨げられず、リップルを小さくできる。

請求項２のように、圧電素子の厚みＰｔとし、樹脂フィルムの圧電素子の引出電極が設けられた辺と垂直な方向の辺寸法Ｆ１、圧電素子の引出電極が設けられた辺と平行な方向の辺寸法Ｆ２、厚みＦｔ、ヤング率Ｆｄとしたとき、Ｐｔ＝０．０２ｍｍ以上、Ｆ２／Ｆ１＝０．９〜１．１、Ｆｔ＝０．０３ｍｍ以下、Ｆｄ＝１〜９．１２ＧＰａとするのがよい。
この場合には、第１共振周波数の低周波化と、音圧分割のない音圧特性とを得ることができ、広帯域音声の再生に対応できると同時に、第２共振周波数付近においてリップルの発生を防止できる。

請求項３のように、圧電素子の面積は、樹脂フィルムの面積の４０〜７０％とするのがよい。
圧電素子と樹脂フィルムとの面積比は音圧特性と関連性があり、圧電素子と樹脂フィルムとの面積比を変化させた場合、面積比が４０〜７０％のときに音圧特性が最も良好となり、４０％未満および７０％を超えると、音圧が減少傾向になる。そのため、面積比を樹脂フィルムの４０〜７０％とするのが望ましい。

以上の説明で明らかなように、請求項１に係る発明によれば、屈曲振動を発生する積層型圧電素子の一面に圧電素子より大きな樹脂フィルムを貼り付け、このフィルムの外周部を筐体の支持部に支持するとともに、圧電素子の対向する２辺の中央部と樹脂フィルムのコーナ部付近に対応する端子とを導電性接着剤で接続した電気音響変換器において、圧電素子の縦横比Ｐ２／Ｐ１を０．７６〜０．９８とすることで、導電性接着剤が塗布される圧電素子の辺の中央部付近の変位量が小さくなり、導電性接着剤が圧電素子の変位を妨げず、第２共振周波数付近のリップルの発生を防止できる。
その結果、第１共振周波数から第２共振周波数にかけて、音圧特性がほぼフラットで、広帯域音声の再生に適した電気音響変換器を実現できる。

図１〜図７は本発明の第１実施例である表面実装型の圧電型電気音響変換器を示す。
この実施例の電気音響変換器は、圧電レシーバのように人間の音声帯域（３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚ）においてほぼフラットな音圧特性を持つ広帯域音声の再生が可能なものであり、圧電振動板Ａと、圧電振動板Ａを収納するケース２０とカバー３０とを備えている。ここでは、ケース２０とカバー３０とで筐体が構成される。圧電振動板Ａは、積層構造の圧電素子１と、この圧電素子１に貼り付けられた樹脂フィルム１０とで構成される。

圧電素子１は、図６，図７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、圧電素子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、圧電素子１の辺長よりやや短く形成され、その一端は圧電素子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、他端は圧電素子１の他端面に形成された端面電極６に接続されている。圧電素子１の他端部の表裏面中央部には、端面電極６と導通する補助電極７が形成されている。この実施例の補助電極７は、後述する樹脂層８の切欠部８ｂに対応する箇所のみの部分電極としたが、圧電素子１の他端部に沿って延びる一定幅の帯状電極でもよい。

圧電素子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、落下衝撃による圧電素子１の割れを防止する保護層としての役割を有するものであり、必要に応じて設けられる。表側の樹脂層８の対向する２辺の中央部には、主面電極２の一部２ａが露出する切欠部８ａと、補助電極７が露出する切欠部８ｂとが形成されている。また、切欠部８ａに対向して裏側の樹脂層９には主面電極３の一部が露出するように切欠部９ａが形成されている。この実施例では、表側の樹脂層８の切欠部８ａ，８ｂから露出する主面電極２の一部２ａと補助電極７とが引出電極を構成している。
ここでは、セラミックス層１ａ，１ｂとして、一辺が６〜８ｍｍ、１層の厚みが１５μｍの四角形状のＰＺＴ系セラミックスを使用し、樹脂層８，９として厚みが５〜１０μｍのポリアミドイミド系樹脂を使用した。

圧電素子１は、この圧電素子１より大形な四角形の樹脂フィルム１０の表面の略中央部に接着剤１１によって接着されている。接着剤１１としては、例えばエポキシ系接着剤が使用される。
樹脂フィルム１０は、圧電素子１より薄肉で、かつヤング率が１ＧＰａ〜９．１２ＧＰａの樹脂材料で形成されている。望ましくはリフロー温度以上（例えば３００℃以上）の耐熱性を持つ樹脂フィルムがよい。具体的には、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ポリアミドイミド系などの樹脂材料が使用される。
ここでは、一辺が１０ｍｍ、厚みが７．５μｍ、ヤング率が３４００ＭＰａの正方形状のポリイミドフィルムを使用した。

図８は、１０ｍｍ×１０ｍｍの樹脂フィルム１０に貼り付ける圧電素子１の面積割合と相対音圧（ｄＢ）との関係を示したものである。相対音圧とは、１００Ｈｚ点における変位体積１×１０^-6ｍ³ のときを０ｄＢとした場合の音圧換算値である。
図から明らかなように、圧電素子１の面積割合が樹脂フィルム１０の４０〜７０％の範囲では、相対音圧がほぼ０以上であり、良好な音圧特性が得られているのに対し、４０％未満あるいは７０％超では、相対音圧の減少傾向が大きくなることがわかる。なお、圧電素子１の面積割合が５５％付近のときに１００Ｈｚ点の変位量が最も大きくなっており、音圧特性の面では圧電素子面積を５５％付近とするのが最適である。
したがって、圧電素子１の面積割合を樹脂フィルム１０の４０〜７０％とするのがよい。

ケース２０はセラミックス、樹脂、ガラスエポキシなどの絶縁性材料で底壁部２０ａと４つの側壁部２０ｂ〜２０ｅとを持つ４角形の箱型に形成されている。ケース２０を樹脂で構成する場合には、リフローはんだ付けに耐えるため、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２０ｂ〜２０ｅの内周部には、樹脂フィルム１０の外周部下面を支持する環状の支持部２０ｆが設けられ、対向する２つの側壁部２０ｂ，２０ｄの内側の支持部２０ｆの近傍に、一対の端子２１，２２の内部接続部２１ａ，２２ａが露出している。端子２１，２２はケース２０にインサート成形されたものであり、ケース２０の外部に突出した外部接続部２１ｂ，２２ｂが側壁部２０ｂ，２０ｄの外面に沿ってケース２０の底面側へ折り曲げられている。この実施例では、端子２１，２２の内部接続部２１ａ，２２ａが二股状に別れており、これら二股状の内部接続部２１ａ，２２ａがケース２０のコーナ部近傍に位置している。
ここでは、支持部２０ｆを樹脂フィルム１０の外周部全周を支えるよう、ケース２０の内周部全周に形成したが、樹脂フィルム１０の４つのコーナ部下面のみを支持するよう、部分的に設けてもよい。

支持部２０ｆの外側であって、４つの側壁部２０ｂ〜２０ｅの内側には、樹脂フィルム１０の外周部をガイドするためのガイド部２０ｇが設けられている。ガイド部２０ｇの内側面には、下方に向かって漸次内側へ傾斜した傾斜面が形成され、樹脂フィルム１０がこの傾斜面によってガイドされ、支持部２０ｆ上に正確に載置される。なお、支持部２０ｆは、図３に示すように端子２１，２２の内部接続部２１ａ，２２ａより一段低く形成されており、そのため支持部２０ｆ上に樹脂フィルム１０を載置すると、圧電素子１の天面と端子２１，２２の内部接続部２１ａ，２２ａの上面とがほぼ同一高さになるように設定されている。
なお、側壁部２０ｃ側の底壁部２０ａには第１の放音孔２０ｈが形成されている。

圧電振動板Ａ（樹脂フィルム１０付きの圧電素子１）はケース２０に収納され、圧電素子１が貼り付けられていない樹脂フィルム１０の外周部がケース２０の支持部２０ｆに載置される。そして、ケース２０のコーナ部近傍に位置する端子２１，２２の内部接続部２１ａ，２２ａと、これに対向する樹脂フィルム１０との間に弾性接着剤１３が塗布され、樹脂フィルム１０が接着固定される。弾性接着剤１３は、硬化状態でのヤング率が後述する導電性接着剤１４より低い接着剤であり、例えば３．７×１０⁶ Ｐａ程度のウレタン系接着剤が使用される。この弾性接着剤１３は、山形に盛り上げて塗布するのがよい。

樹脂フィルム１０をケース２０に固定した後、切欠部８ａに露出する主面電極２ａと端子２１の内部接続部２１ａとの間、および切欠部８ｂに露出する補助電極７と端子２２の内部接続部２２ａとの間に導電性接着剤１４が略クランク形状に塗布される。塗布方法としては、ディスペンスや印刷法など公知の方法を用いることができる。導電性接着剤１４は山形に盛り上げられた弾性接着剤１３の上に塗布されるので、導電性接着剤１４の硬化収縮応力や拘束力が樹脂フィルム１０に波及するのが抑制される。
なお、導電性接着剤１４としては、樹脂フィルム１０の変位を拘束しないようにするため、硬化後のヤング率が低い導電ペーストを使用するのがよい。ここでは、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を使用した。導電性接着剤１４を塗布した後、これを加熱硬化させると、主面電極２ａと端子２１の内部接続部２１ａ、補助電極７と端子２２の内部接続部２２ａとがそれぞれ電気的に接続される。

上記のように、圧電素子１の引出電極２ａ，７を辺中央部とし、この引出電極から樹脂フィルム１０上を経由してコーナ部付近から端子２１，２２へ導電性接着剤１３を連続的に塗布すれば、樹脂フィルム１０の拘束力が低減され、共振周波数の低周波化と音圧分割のない音圧特性とを両立させることができる。
なお、主面電極２ａと内部接続部２１ａとの間、および補助電極７と内部接続部２２ａとの間に位置する樹脂フィルム１０の上に、導電性接着剤１３より低いヤング率を持つ被覆剤を塗布・硬化させておき、その上に導電性接着剤１３を跨いで塗布してもよい。これによって、導電性接着剤１３の樹脂フィルム１０に対する拘束力を弱めることができる。

圧電素子１と端子２１，２２の内部接続部２１ａ，２２ａとを接続した後、弾性封止剤１５が樹脂フィルム１０の全周とケース２０の内周部との間に塗布され、樹脂フィルム１０とケース２０との間が封止される。弾性封止剤１５としては、樹脂フィルム１０の変位を許容するため、ヤング率のできるだけ低い弾性接着剤を使用するのがよい。ここでは、硬化後のヤング率が３．０×１０⁵ Ｐａのシリコーン系接着剤を使用した。

上記のように樹脂フィルム１０付きの圧電素子１をケース２０に支持した後、ケース２０の上面開口部にカバー３０が接着剤３１によって接着される。カバー３０はケース２０と同様な材料で形成されており、カバー３０を接着することで、カバー３０と圧電素子１との間に音響空間が形成される。カバー３０には、第２の放音孔３２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。

この実施例の電気音響変換器では、端子２１，２２間に所定の交流電圧を印加すると、圧電素子１におけ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、全体として圧電素子１を厚み方向に屈曲させることができる。
圧電素子１はそれより大きな樹脂フィルム１０上に貼り付けられており、樹脂フィルム１０の圧電素子１を有しない外周部がケース２０の支持部２０ｆに支持されているので、圧電素子１の変位を強く拘束しない。そのため、従来と同一寸法の圧電素子を用いても共振周波数を低くすることが可能であり、しかも支持拘束力の低下により変位量を大きくすることができ、高い音圧を得ることができる。

図９は、圧電素子１の長辺寸法７．５ｍｍ、厚み０．０３ｍｍ、樹脂フィルム１０の寸法１０×１０ｍｍ、厚み０．００７５ｍｍ、ヤング率９．１２ＧＰａで、圧電素子１の短辺寸法７．０ｍｍと６．５ｍｍの場合の音圧周波数特性を示したものである。
音圧周波数特性から分かるように、第１共振と第２共振の２つの共振モードが存在しており、第１共振では一様な変位形状であるのに対し、第２共振では圧電素子の４隅の変位が大きくなるような変位形状をしている。
第１共振付近では差異がないが、短辺寸法７．０ｍｍの場合、第２共振音圧にリップルが発生しているのに対し、６．５ｍｍの場合にはリップルが発生していないことがわかる。

図１０は、圧電素子の短辺中心からの規格化距離と、圧電素子の変位との関係を、短辺寸法７．０ｍｍと６．５ｍｍとで比較して示したものである。
図１０から明らかなように、短辺寸法が７．０ｍｍの場合と比較し、６．５ｍｍの場合には短辺中心の変位量はほぼ０であることが分かる。このように、圧電素子１の辺比により第２共振周波数での変位形状が異なり、短辺中心の変位量を小さくする辺比を選択することで、第２共振音圧にリップルが発生するのを防ぐことができる。

有限要素法シミュレーションにより、第２共振周波数において圧電素子１の短辺中心変位量が０となる圧電素子１の辺比を求めることが可能である。シミュレーションに用いた辺の長さを図５に示す。すなわち、圧電素子１の長辺（引出電極が設けられていない辺）の長さをＰ１、圧電素子１の短辺（引出電極が設けられている辺）の長さをＰ２、圧電素子１の長辺と平行なフィルム１０の辺の長さをＦ１、圧電素子１の短辺と平行なフィルム１０の辺の長さをＦ２とする。
図１１，図１２に、フィルム寸法Ｆ１に対する圧電素子１の長辺Ｐ１の比毎に、圧電素子１の辺比（Ｐ２／Ｐ１）と、圧電素子１の短辺中心および長辺中心の第２共振時の変位量の関係を示す。なお、変位量は圧電素子の最大変位を１として規格化してある。
辺比Ｐ２／Ｐ１によって、短辺中心の変位が０となる点があることが分かる。それに対し、長辺中心の変位が０になることはない。

図１３は、短辺中心変位が０になるＰ１／Ｆ１とＰ２／Ｐ１の関係を示す。
図からわかるように、Ｐ１／Ｆ１は、短辺中心変位が０になるＰ２／Ｐ１とほぼ反比例関係にある。すなわち、圧電素子１の長辺寸法Ｐ１がフィルムの辺寸法Ｆ１に近づくに従い、短辺中心変位が０になるＰ２／Ｐ１はより小さくなる、つまり、圧電素子１はより縦長になることがわかる。
なお、図１１〜図１３では、Ｆ１＝Ｆ２＝１０ｍｍ、Ｆｄ＝９．１２ＧＰａ、Ｐｔ＝０．０３ｍｍ、Ｆｔ＝０．００７５ｍｍとした。

図１４は、圧電素子の厚みＰｔをパラメータとし、フィルム厚みＦｔと短辺中心変位が０になる辺比Ｐ２／Ｐ１との関係を示す。
Ｆｔが大きくまたはＰｔが小さくなるに従い、短辺中心変位が０になるＰ２／Ｐ１は小さくなる傾向にあり、Ｆｔが０．０１５ｍｍ以下ではほとんど変化しなくなる。これは、フィルムが薄くなることで、フィルム厚みによる拘束力の影響が小さくなる為である。また、Ｐｔが０．０２ｍｍのとき、Ｐ２／Ｐ１が小さくなるが、圧電素子が薄くなることでフィルムから受ける拘束力の影響が大きくなるためである。

図１５は、フィルムのヤング率Ｆｄをパラメータとし、フィルム厚みＦｔと短辺中心変位が０になる辺比Ｐ２／Ｐ１との関係を示す。
Ｆｔが大きくまたはＦｄが大きくなるに従い、短辺中心変位が０になるＰ２／Ｐ１は小さくなる傾向にあり、Ｆｔが０．０１５ｍｍ以下ではほとんど変化しなくなる。Ｆｄが９．１２ＧＰａではＰ２／Ｐ１が小さくなるが、圧電素子が薄フィルムのヤング率が大きくなると、フィルムから受ける拘束力の影響が大きくなるためである。

図１６は、圧電素子１の長辺と垂直方向のフィルム寸法Ｆ２と平行方向のフィルム寸法Ｆ１とのフィルム辺比（Ｆ２／Ｆ１）と、圧電素子１の短辺中心変位量が0 となるＰ２／Ｐ１の関係を示す。
フィルム辺比が１を下回る範囲では、Ｐ２／Ｐ１は大きくなるが、１以上では値の変化は小さいことがわかる。
しかし、Ｆ２／Ｆ１が０．９〜１．１の範囲であれば、大差がない。

以上のように、圧電素子の短辺中心変位量が０となるＰ２／Ｐ１は、図１４では、Ｆｄ＝９．１２ＧＰａ、Ｆ１＝Ｆ２＝１０ｍｍ、Ｐ１＝７．５ｍｍとし、Ｐｔ＝０．０２〜０．０５ｍｍおよびＦｔ＝０．００７５〜０．０３ｍｍの範囲においてＰ２／Ｐ１＝０．７６〜０．９４となり、図１５では、Ｆ１＝Ｆ２＝１０ｍｍ、Ｐｔ＝０．０３ｍｍとし、Ｆｔ＝０．００７５〜０．０３ｍｍおよびＦｄ＝１〜９．１２ＧＰａの範囲においてＰ２／Ｐ１＝０．８２〜０．９５となり、図１６では、Ｆｄ＝９．１２ＧＰａ、Ｐｔ＝０．０３ｍｍ、Ｆｔ＝０．００７５ｍｍとし、Ｆ２／Ｆ１＝０．９〜１．１の範囲においてＰ２／Ｐ１＝０．８４〜０．９８となることを示している。
上記のことから、Ｐ２／Ｐ１の範囲は０．７６〜０．９８とするのがよい。

図１７は、実際に試作により確認した、Ｐ２／Ｐ１と第２共振リップル音圧の関係を示す。ここで、Ｐ１／Ｆ１＝０．７５、Ｆｄ＝９．１２ＧＰａ、Ｆｔ＝０．００７５ｍｍ、Ｐｔ＝０．０３ｍｍである。
有限要素法シミュレーションを用いた結果では、Ｐ２／Ｐ１＝０．８８の時、リップル音圧が最小値となる。試作結果でもＰ２／Ｐ１が０．８８の時にリップル音圧が最小値を示しており、Ｐ２／Ｐ１は計算値の±０．０１の範囲では１ｄＢ以下の小さい値を示している。
上記条件の場合には、圧電素子１の短辺／長辺寸法比Ｐ２／Ｐ１を０．８５〜０．９２とすることで、リップルのない良好な音圧特性を得ることができる。
ただし、Ｐｔ＝０．０２ｍｍ以上、Ｆ２／Ｆ１＝０．９〜１．１、Ｆｔ＝０．０３ｍｍ以下、Ｆｄ＝１〜９．１２ＧＰａとした場合には、上記と同様な音圧特性を得ることができる。

本発明は上記実施例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。
上記実施例の圧電素子１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。この場合には、中間層は拡がり振動を発生しないダミー層となる。
本発明における端子とは、上記実施例のようなインサート端子に限るものではなく、例えばケースの支持部上面から外部に至る薄膜あるいは厚膜の電極であってもよい。
筐体の構造は、実施例のように凹型のケースと平板状カバーとで構成されたものに限らず、例えば凹型のケースと凹型のカバーとを対向させて連結することで筐体を構成してもよいし、支持部を有する枠状フレームの内側に圧電振動板を取り付け、フレームの表裏面にカバーを取り付けて筐体を構成してもよい。さらに、平板状の基板の上に枠状の支持部を設け、この支持部の上に樹脂フィルム付きの圧電振動子を取り付け、その上からカバーを被せた構造としてもよい。基板を用いた場合には、基板に予め端子電極をパターン形成しておくことができる。

本発明に係る圧電型電気音響変換器の一例の分解斜視図である。 図１に示す圧電型電気音響変換器のカバーおよび封止接着剤を除外した状態の平面図である。 図２のＸ−Ｘ線による階段断面図である。 圧電振動板の分解斜視図である。 圧電振動板の平面図である。 圧電素子の拡大斜視図である。 図６のＹ−Ｙ線断面図である。 振動板の面積割合と音圧との関係を示す図である。 寸法比が異なる２種類の圧電素子を用いた圧電型電気音響変換器の音圧特性図である。 圧電素子の短辺中心からの距離と短辺中心の変位との関係を示す図である。 圧電素子の寸法比と短辺中心の変位との関係を示す図である。 圧電素子の寸法比と長辺中心の変位との関係を示す図である。 圧電素子の長辺とフィルムの長辺との比と、圧電素子の短辺中心変位量が０となる圧電素子の寸法比との関係を示す図である。 圧電素子の厚みをパラメータとした時のフィルムの厚みと、圧電素子の短辺中心変位量が０となる圧電素子の寸法比との関係を示す図である。 フィルムのヤング率をパラメータとした時のフィルムの厚みと、圧電素子の短辺中心変位量が０となる圧電素子の寸法比との関係を示す図である。 フィルムの寸法比と、圧電素子の短辺中心変位量が０となる圧電素子の寸法比との関係を示す図である。 圧電素子の寸法比と、第２共振リップル音圧の関係を示す図である。

符号の説明

Ａ 圧電振動板
１ 圧電素子
２，３ 主面電極
４ 内部電極
２ａ，７ 引出電極
１０ 樹脂フィルム
１３ 導電性接着剤
１４ 封止接着剤
１５ 薄膜電極
２０ ケース（筐体）
２０ｆ 支持部
２１，２２ 端子（端子電極）
３０ カバー（筐体）

Claims (3)

1. 圧電振動板と、この圧電振動板を収納する筐体とを備え、
   上記圧電振動板は、複数の圧電セラミックス層を内部電極を間にして積層し、表裏主面に主面電極を形成し、主面電極と内部電極との間に交流信号を印加することにより面積屈曲振動を発生する四角形の積層型圧電素子と、上記圧電素子より大形に形成され、表面の略中央部に上記圧電素子が貼り付けられた四角形の樹脂フィルムとで構成され、
   上記筐体の内周部には上記圧電素子より大きな枠形の支持部が設けられ、上記樹脂フィルムの圧電素子が貼り付けられていない外周部が上記筐体の支持部に支持されており、
   上記筐体の内周部であって、上記樹脂フィルムのコーナ部付近と近接する部位に端子が露出状態で固定され、
   上記圧電素子の主面電極と内部電極とを外部に引き出すための引出電極が圧電素子の対向する２辺の略中央部に形成され、
   上記引出電極と上記端子とが樹脂フィルム上を経由して塗布・硬化された導電性接着剤によって電気的に接続されており、
   上記圧電素子の引出電極が設けられた辺の寸法Ｐ２と引出電極が設けられていない辺の寸法Ｐ１との比Ｐ２／Ｐ１を０．７６〜０．９８としたことを特徴とする圧電型電気音響変換器。
2. 上記圧電素子の厚みＰｔとし、上記樹脂フィルムの圧電素子の引出電極が設けられた辺と垂直な方向の辺寸法Ｆ１、上記圧電素子の引出電極が設けられた辺と平行な方向の辺寸法Ｆ２、厚みＦｔ、ヤング率Ｆｄとしたとき、Ｐｔ＝０．０２ｍｍ以上、Ｆ２／Ｆ１＝０．９〜１．１、Ｆｔ＝０．０３ｍｍ以下、Ｆｄ＝１〜９．１２ＧＰａであ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。
3. 上記圧電素子の面積は、上記樹脂フィルムの面積の４０〜７０％であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電型電気音響変換器。

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