專利名稱：壓電揚聲器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于音響設備等的壓電揚聲器。
背景技術：
壓電揚聲器，將壓電體用于電氣音響轉(zhuǎn)換元件的小型、低電流驅(qū)動的音響設備為人周知，被廣泛用作小型設備的音響輸出設備使用。一般，壓電揚聲器，具有在金屬振動板上貼附形成銀薄膜等構(gòu)成的電極的壓電元件的構(gòu)造。壓電揚聲器的發(fā)音機構(gòu)，是在該壓電元件的兩面加上交流電壓使壓電元件上發(fā)生形狀歪變，使金屬振動板振動而發(fā)生的。
以往的壓電揚聲器，例如，日本特開2001-16692號公報表示的，通過支持振動板使振動板可形成線性振幅，使頻率特性平坦化。一般，在這樣的壓電揚聲器的振動板上，由于接近于PZT(鈦酸鋯石酸鉛)壓電元件的熱膨脹系數(shù)，以42#合金不銹鋼原材料(42#Ni-Fe以下，記為42#合金)作為單一的金屬原材料的金屬振動板被得到應用。
這里，壓電揚聲器的振動板，越是輕量，其每單位能量的聲壓越高。因此，在被裝載在成為設計電池高壽命化或低電壓驅(qū)動時的課題的攜帶終端設備的壓電揚聲器上，振動板的輕量化成了音響特性上必要的條件。
另一方面，在壓電揚聲器的振動板上，適度的剛性是有必要的，在上述壓電元件的厚度為50μm(微米)左右時，以上述42#合金為原材料的振動板的厚度為50～100μm上下。如果上述振動板的厚度比這個范圍薄，該振動板的剛性變低，這將難以可靠地支持壓電元件，或者使得難以將壓電元件的形狀歪變充分地轉(zhuǎn)換為振幅運動。又，如果上述振動板的厚度比這個范圍厚，該振動板的剛性將顯著增大，這將涉及壓電元件的形狀歪變造成的變形難以傳遞到振動板上，振動板的振幅得不到，以及聲壓降低的后果。因此，在以往的壓電揚聲器的振動板上，為了維持音響特性，振動板適度的剛性還是必要的，不能為了輕量化將材料厚度一味地做薄。又，為了與壓電元件的熱膨脹系數(shù)一致，以往的壓電揚聲器的振動板以高密度的單一的金屬原材料(42#合金)構(gòu)成，所以，難以從原材料變更的途徑實現(xiàn)振動板的輕量化，上述輕量化導致每單位能量聲壓的提高也不易。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供通過不使壓電揚聲器的振動板的剛性及表面的熱膨脹系數(shù)降低的振動板的輕量化，使音響特性提高的壓電揚聲器。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有以下特征。
本發(fā)明的1個方面的壓電揚聲器，包括壓電元件，以及通過在其面上配置壓電元件，與壓電元件一起構(gòu)成壓電振動子的振動板，上述振動板，通過將相互不同的原材料接合成層狀，以其斷面形成夾層構(gòu)造的金屬包層(clad)材料構(gòu)成。
按照本發(fā)明的構(gòu)成，通過裝配輕量的原材料，與采用單一材料的振動板比較可實現(xiàn)輕量化。又，由于形成以不同原材料構(gòu)成的夾層構(gòu)造，使在振動板獲得必要的剛性的設計變得容易，可在維持必要的剛性的同時實現(xiàn)輕量化。因此，通過將上述輕量化的振動板應用于壓電揚聲器，能夠使壓電揚聲器的聲壓等級提高。
上述金屬包層材料，可包括構(gòu)成采用第1原材料的振動板的兩表面的2層表面層，以及在采用與第1原材料不同的第2原材料的2層表面層間，其兩面分別與表面層接合構(gòu)成的1層磁心層。這樣，金屬包層材料以使用2種原材料的3層構(gòu)成，所以，制造及獲得剛性方面的設計并不難。
上述第1原材料具有的熱膨脹系數(shù)，數(shù)值上與壓電元件具有的熱膨脹系數(shù)接近，第2原材料的密度可以比第1原材料的密度小。這樣，在使振動板的表面的具有原材料的熱膨脹系數(shù)與壓電元件的熱膨脹系數(shù)以接近的值構(gòu)成時，可使振動板輕量化。因此，能防止由熱造成的在表面層與壓電元件面的接合面的脫落和裂開等的材料破壞。即亦，由于采用比表面層的原材料更輕量的磁心層的原材料，可在維持與壓電元件的熱膨脹系數(shù)的同時，實現(xiàn)振動板的輕量化。又，表面層的厚度比磁心層的厚度薄也可以。此時，由于密度小的磁心層的比例大，所以可進一步獲得振動板的輕量化的效果。
第1及第2原材料，可分別選擇金屬及高分子樹脂的薄板之一構(gòu)成。這樣，就提高了選擇構(gòu)成振動板的原材料的自由度。又，上述第1原材料可以是以42#合金不銹鋼為原材料的金屬薄板，第2原材料可以選擇與42#合金不銹鋼不同的金屬及高分子樹脂的薄板之一構(gòu)成。這樣，在壓電元件以一般的鈦酸鋯石酸鉛(PZT)構(gòu)成的場合，表面層及壓電元件的熱膨脹系數(shù)接近。按照這樣的構(gòu)成，能防止由熱造成的在表面層與壓電元件面的接合面的脫落和裂開等的材料破壞。又，由于采用比42#合金不銹鋼更輕量的磁心層的原材料，可在維持與PZT壓電元件的熱膨脹系數(shù)的同時，實現(xiàn)振動板的輕量化。又，上述第2原材料，可以是以鋁作為原材料的金屬薄板。這樣，以42#合金不銹鋼構(gòu)成表面層，以鋁構(gòu)成磁心層，所以容易維持與PZT的壓電元件的熱膨脹系數(shù)，實現(xiàn)振動板的輕量化。
又，包括配置在振動板周圍的構(gòu)架部，以及與構(gòu)架部及振動板連接，支持振動板，使振動板可形成線性振幅的減震部，以及在振動板，減震部，及構(gòu)架部間形成的邊緣部，通過對將第1及第2原材料接合成層狀的金屬包層材料進行規(guī)定的處理，可使振動板，減震部，及構(gòu)架部形成一體化。這樣，通過對壓電揚聲器部件的振動板，減震部，及構(gòu)架部以金屬包層材料形成一體化，使該壓電揚聲器容易形成。又，上述邊緣部，作為一例，也可通過在形成于振動板，減震部，及構(gòu)架部間的空隙裝填與第1及第2原材料不同的材料形成。此時，可以適當?shù)匦纬捎脕硎箟弘姄P聲器的頻率特性平坦的邊緣部。又，邊緣部，作為另外的例子，也可通過只對形成于振動板，減震部，及構(gòu)架部間領域內(nèi)的第1原材料進行腐蝕處理形成。此時，可容易地只通過腐蝕處理形成用來使壓電揚聲器的頻率特性平坦的邊緣部。又，也可將壓電元件上迭加驅(qū)動電壓的一方的電極設置在上述構(gòu)架部。此時，在以構(gòu)架部作為一方的電極的場合，由于經(jīng)減震部使振動板導電，所以，即使不將振動板作電極也能驅(qū)動壓電元件，不用進行直接與振動板連接的配線處理，振動板的振動特性是穩(wěn)定的。
還可包括配置在振動板的周圍，且以與振動板同樣的上述金屬包層材料形成一體化的構(gòu)架部，在構(gòu)成金屬包層材料的原材料的至少一部，也可以含有具絕緣性的原材料，構(gòu)架部，通過將構(gòu)成金屬包層材料的若干層的至少一部腐蝕成規(guī)定形狀，使形成電路部。這樣，可將壓電揚聲器的構(gòu)架部與電路部形成一體化。
本發(fā)明的上述的，及其他的目的，特征、方面、效果，通過參照附圖，從以下的詳細說明中可得到進一步的了解。


圖1表示與本發(fā)明一實施形態(tài)相關的壓電揚聲器1的示意構(gòu)造例的平面圖。
圖2是圖1中的壓電揚聲器1沿A-A線的剖視圖。
圖3表示分解構(gòu)成圖1的壓電揚聲器1的夾層構(gòu)造材料各層的立體圖。
圖4表示用于圖1的壓電揚聲器1的振動板材料的彎曲剛性增加率與磁心材料8的厚度間的關系的曲線圖。
圖5表示用于圖1的壓電揚聲器1的振動板材料的彎曲剛性增加率與重量減少率的關系的曲線圖。
圖6是對圖1的壓電揚聲器1與以以往的42#合金作為單一原材料構(gòu)成振動板的壓電揚聲器的音響特性進行比較的曲線圖。
圖7表示與本發(fā)明的一實施形態(tài)相關的壓電揚聲器的大體構(gòu)造的另一示例的平面圖。
圖8是從圖7的壓電揚聲器10取下壓電元件14的振動板材料的平面圖。
圖9表示用于圖7的壓電揚聲器10的振動板材料的彎曲剛性增加率與磁心材料8的厚度間的關系的曲線圖。
圖10表示用于圖7的壓電揚聲器10的振動板材料的彎曲剛性增加率與重量減少率的關系的曲線圖。
圖11是對圖7的壓電揚聲器10與以以往的42#合金作為單一原材料構(gòu)成振動板的壓電揚聲器的音響特性進行比較的曲線圖。
圖12表示整體形成在圖8的壓電揚聲器10上的電路部20的平面圖及剖視圖。
具體實施形態(tài)參照圖1，對本發(fā)明的一實施形態(tài)的壓電揚聲器進行說明。又，圖1表示該壓電揚聲器基本構(gòu)造的一例的平面圖。
在圖1，壓電揚聲器1具有構(gòu)架部2，振動板3，減震部4a～4d，壓電元件5，及邊緣部6a～6d。構(gòu)架部2，振動板3，及減震部4a～4d，對后述的平板狀的夾層構(gòu)造材料進行腐蝕或沖壓成形等工藝形成為一體。又，形成為類矩形狀的振動板3，經(jīng)過折返成U字形的呈腕形跨渡的若干減震部4a～4d，被連接到類矩形狀的構(gòu)架部2。減震部4a～4d按照它們的形狀被稱為蝶形減震部。又，構(gòu)架部2，被固定于壓電揚聲器1的固定部件(未圖示)。以下，總稱減震部4a～4d進行說明的場合，記作減震部4。
作為壓電揚聲器1的驅(qū)動源的圓形的壓電元件5，例如，使用丙烯系粘合劑被粘合到上述矩形狀的振動板3。壓電元件5，以鈦酸鋯石酸鉛(PZT)壓電原材料等構(gòu)成。又，將壓電元件5的規(guī)定的部位，及振動板3或構(gòu)架部2作為電極，規(guī)定的交流電壓從壓電揚聲器驅(qū)動裝置(未圖示)被加到該電極。由于這個交流電壓被加到壓電元件5，使壓電元件5上發(fā)生形狀歪變，使振動板3按照該歪變振動，從而得到發(fā)出聲音及音樂等的壓電揚聲器1。這里，在將構(gòu)架部2作為一方的上述電極時，經(jīng)過若干個減震部4通電至振動板3，所以，即使將振動板3作為該一方的電極也可驅(qū)動壓電元件5，由于不用進行直接連接于振動板3的配線處理，振動板3的振動是穩(wěn)定的。
邊緣部6a～6d，是通過將具有適度的柔軟性的高分子等的樹脂裝填到在振動板3的四面形成為狹縫狀的構(gòu)架部2之間的上述平板狀的夾層構(gòu)造材料的空隙而構(gòu)成的。以下，將邊緣部6a～6d總稱說明時記作邊緣部6。例如，邊緣部6，是通過在構(gòu)架部2，振動板3，及減震部4a～4d形成的平板狀的夾層構(gòu)造材料上涂布硬化后具有柔軟性(橡膠彈性)的高分子樹脂的溶液形成的。又，硬化的高分子樹脂，被保持在振動板3與構(gòu)架部2的空隙。又，作為形成邊緣部6的方法，也可利用液狀的高分子樹脂的表面張力的毛細管現(xiàn)象，使用將這些高分子樹脂保持于上述空隙的方法。又，邊緣部6，也可在構(gòu)架部2，振動板3，及減震部4a～4d形成的，配置壓電元件5的平板狀的夾層構(gòu)造材料的兩面，通過貼附有彈性的薄片形成。上述薄片，可采用在橡膠的薄膜膠片及有彈性的織布或不織布上浸涂或者涂布有橡膠彈性的樹脂以進行填充的薄片。作為上述薄膜膠片，例如，可使用由苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)，丁二烯橡膠(BR)，丙烯腈丁二烯橡膠(NBR)，乙烯丙烯橡膠(EPM)，乙烯丙烯二烯橡膠(EPDM)等橡膠，或它們的化合物構(gòu)成的橡膠系高分子樹脂膠片。作為織布或不織布的原材料，例如，可使用聚胺脂纖維。又，也可以僅對后述的磁心材料采用橡膠系高分子樹脂及表面材料采用金屬制作的夾層構(gòu)造材料的表面材料進行腐蝕形成邊緣部6。此時，僅進行腐蝕處理就能形成邊緣部6。
振動板3，由于由上述減震部4支持，做成與壓電元件5不同的形狀，以及構(gòu)成防止空氣從空隙泄漏的邊緣部6，可得到用來防止再生低頻帶域的聲音，聲壓差大的的峰值磁傾角出現(xiàn)于音響特性的線性的振幅。又，由于該振動板3得到線性振幅特性的機構(gòu)是眾所周知的，所以，本實施形態(tài)中相關的說明從略。
下面，參照圖2及圖3，對形成構(gòu)架部2，振動板3，及減震部4的夾層構(gòu)造材料進行說明。又，圖2是圖1中的壓電揚聲器1沿A-A線的剖視圖。圖3表示將構(gòu)成該夾層構(gòu)造材料的各層分解的立體圖。
在圖2及圖3，如上所述，構(gòu)架部2，振動板3，及減震部4，通過對平板狀的夾層構(gòu)造材料(以下，記為振動板材料)進行腐蝕或沖壓加工形成各種形狀。如圖2及圖3所示，上述平板狀的振動板材料，以磁心材料8為中間層，用表面材料夾在其兩面?zhèn)龋纬蓮秃匣?層構(gòu)造。這樣的平板狀部件被稱為金屬包層材料。例如，以50μm(微米)形成上述振動板材料時，作為各自的表面材料7，取厚度10μm的42#合金不銹鋼原材料(42#Ni-Fe以下，記為42#合金)，作為磁心材料8，取屬于輕量金屬的厚度為30μm的鋁，通過接合，復合化，形成合計厚度為50μm的3層振動板材料。這振動板材料，雖然是以不同的材料形成表面材料7-磁心材料8-表面材料7。但比之在各界面經(jīng)粘著材料等相互接合，因接合由范德瓦耳斯力產(chǎn)生的對接合材料的影響極小。例如，可通過將表面材料7-磁心材料8-表面材料7相互放在真空中用離子腐蝕，壓接壓延，使各自的界面接合。
下面，對上述振動板材料的剛性進行說明。通常，物理特性均等的單一原材料的彎曲剛性，可用原材料的彈性率與慣性力矩之積求得。下式(1)，以此為基本，計算使用2種原材料時的彎曲剛性。[EI]f=Wf312b2×[Esρs3{1-r3(1-Ec/Es)}{1-r(1-ρc/ρs)}3]...(1)]]>這里，Wf＝ρftfbR＝tc/tf[EI]f整體的剛性Ec磁心材料的彈性率Es表面材料的彈性率ρc磁心材料的密度ρs表面材料的密度ρf整體的密度
Tc磁心材料的厚度Ts表面材料的厚度Tf專題的厚度b模擬試驗材料的幅度Wf每單位長度的重量(線密度)r磁心材料與表面材料的厚度比上述式(1)，可用來計算整體以3層構(gòu)造，以不同原材料構(gòu)成磁心材料及表面材料，在相互的接合面上沒有以粘著面等別的原材料構(gòu)成的層接合的整體的彎曲剛性。在使用式(1)計算整體剛性時，2個表面材料，表里必須厚度相同。但是，磁心材料與表面材料，不必厚度相同。例如，為了設計具有與用于以往的壓電揚聲器的厚度為50μm的42#合金原材料同樣剛性的夾層構(gòu)造的振動板材料，通過上述式(1)，如果采用表面材料7上用厚度10μm的42#合金，磁心材料8用厚度30μm的鋁構(gòu)成的合計厚度為50μm的振動板材料，能夠得到具有大體同等剛性的原材料。
下面，參照圖4，對上述振動板材料的磁心材料8的厚度變化引起的，整體的彎曲剛性增加率進行說明。又，圖4是將彎曲剛性增加率(％)與磁心材料8的厚度(cm)之間的關系模擬于上述式(1)得到的曲線圖。
在圖4中，曲線圖的縱軸表示的彎曲剛性增加率(％)，以用于上述以往的壓電揚聲器的厚度50μm的42#合金原材料為基準表示其增加率。又，曲線圖的橫軸表示的磁心厚度(cm)，表示用作磁心材料8的鋁的厚度，無論哪個場合，其兩面?zhèn)壬辖雍系谋砻娌牧?，都以10μm的固定厚度的42#合金構(gòu)成。如圖4所示，當彎曲剛性增加率為0％(即亦，與用于以往的壓電揚聲器的厚度50μm的42#合金原材料同樣的彎曲剛性)時，磁心厚度為0.003cm。因此，我們看到，當本發(fā)明的振動板材料采用厚度10μm的42#合金作表面材料7，用厚度30μm的鋁作磁心材料8，合計厚度為50μm構(gòu)成時，可接近整體以厚度50μm的42#合金構(gòu)成的原材料的彎曲剛性。
下面，參照圖5，當上述彎曲剛性增加率與整體的重量減少率的相互關系進行說明。又，圖5是將彎曲剛性增加率(％)與重量減少率(％)之間的關系模擬于式(1)得到的曲線圖。
在圖5中，曲線圖的縱軸及橫軸表示的彎曲剛性增加率(％)及重量減少率(％)，以用于上述以往的壓電揚聲器的厚度50μm的42#合金原材料為基準表示其增加率及減少率。又，無論哪個場合，表面材料7，都以10μm的固定厚度的42#合金構(gòu)成，通過使使用鋁的磁心材料8的厚度變化，使整體的彎曲剛性及重量變化。如圖5所示，當彎曲剛性增加率為0％(即亦，與用于以往的壓電揚聲器的厚度50μm的42#合金原材料同樣的彎曲剛性)時，重量減少率約為40％。另一方面，本發(fā)明的振動板材料，如上所述，在彎曲剛性增加率為0％時磁心材料8的厚度為30μm。因此，我們看到，當采用厚度10μm的42#合金作表面材料7，用厚度30μm的鋁作磁心材料8，以合計厚度50μm構(gòu)成的振動板，具有與整體以厚度50μm的42#合金構(gòu)成的振動板的彎曲剛性同樣的彎曲剛性，同時，重量是以往的60％。這樣，本發(fā)明的振動板材料，以與以往的振動板材料同樣的厚度構(gòu)成，不僅能維持同等的彎曲剛性及表面的熱膨脹系數(shù)，而且能使整體輕量化。
下面，參照圖6，對使用具有上述夾層構(gòu)造的振動板材料的壓電揚聲器1的音響特性進行說明。又，圖6是將壓電揚聲器1與以以往的42#合金作為單一原材料構(gòu)成振動板的壓電揚聲器的音響特性進行比較的曲線圖。
在圖6中，曲線圖的橫軸表示從壓電揚聲器發(fā)生的聲音的頻率(Hz赫茲)，縱軸表示其聲壓(dB分貝)。曲線圖中表示的以往的壓電揚聲器的音響特性，是振動板以厚度50μm的42#合金原材料構(gòu)成的壓電揚聲器的特性。另一方面，本發(fā)明的壓電揚聲器1的音響特性，是振動板3的表面材料7采用厚度10μm的42#合金及磁心材料8采用厚度30μm的鋁構(gòu)成的壓電揚聲器1的特性，如圖6所示，本發(fā)明的壓電揚聲器1的音響特性，與以往的音響特性比較，聲壓可得到提高(平均提高約4dB)。
這樣，按照本發(fā)明的壓電揚聲器，在貼附壓電元件的振動板上，由于使用采用不同的原材料形成夾層構(gòu)造的金屬包層材料，能在維持以往的振動板的剛性及熱膨脹系數(shù)的同時實現(xiàn)輕量化。因此，與以往比較，能在維持振動板的剛性的同時使壓電揚聲器的聲壓等級提高。
又，上述的本發(fā)明的壓電揚聲器的形狀及厚度，作為例子，即使取別的形狀及厚度，本發(fā)明的振動板材料的效果也不會變化。以下，參照圖7及圖8，當適用本發(fā)明的壓電揚聲器的別的形狀例及別的厚度進行說明。又，圖7表示壓電揚聲器10的大體的構(gòu)造的別的例子的平面圖，圖8是從圖7的壓電揚聲器10取下壓電元件14的振動板材料的平面圖。
在圖7及圖8中，壓電揚聲器10包括外構(gòu)架部11，內(nèi)構(gòu)架部12，振動板13a～13d，壓電元件14，減震部15a～15d及16a～16h，邊緣部17a～17d及18a～18h。外構(gòu)架部11，內(nèi)構(gòu)架部12，振動板13a～13d，減震部15a～15d及16a～16h，邊緣部17a～17d及18a～18h是對上述平板狀的夾層構(gòu)造的金屬包層材料進行腐蝕或加壓成形再通過沖壓形成一體的。形成為類矩形狀的振動板13a，經(jīng)過折返成U字形的呈腕形跨渡的若干減震部16a及16b，被連接到田字形狀的內(nèi)構(gòu)架部12。同樣，振動板13b，經(jīng)若干減震部16c及16d被連接到內(nèi)構(gòu)架部12，振動板13c，經(jīng)若干減震部16e及16f被連接到內(nèi)構(gòu)架部12，振動板13d，經(jīng)若干減震部16g及16h被連接到內(nèi)構(gòu)架部12，內(nèi)構(gòu)架部12，經(jīng)若干減震部15a～15d被連接到外構(gòu)架部11，又，外構(gòu)架部11，被固定于壓電揚聲器10的固定部件(未圖示)。
作為壓電揚聲器10的驅(qū)動源的壓電元件14，例如，使用丙烯粘著劑與上述振動板13a～13d完全接合。壓電元件14以PZT壓電原材料等構(gòu)成，避開上述減震部16a～16h，以類X字形狀配置，使得能將振動傳遞到振動板13a～13d。
邊緣部18a及18b，是通過將具有適度的柔軟性的高分子等的樹脂裝填到在振動板13a的四面形成為狹縫狀的內(nèi)構(gòu)架部12之間的上述平板狀的夾層構(gòu)造材料的空隙而形成的。同樣，邊緣部18c及18d，在振動板13b及內(nèi)構(gòu)架部12間的空隙，邊緣部18e及18f，在振動板13c及內(nèi)構(gòu)架部12間的空隙，邊緣部18g及18h，在振動板13d及內(nèi)構(gòu)架部12間的空隙，分別通過裝填上述樹脂形成。又，邊緣部17a～17d，是通過將具有適度的柔軟性的高分子等的樹脂裝填到在內(nèi)構(gòu)架部12的四面形成為狹縫狀的外構(gòu)架部11間的上述平板狀的夾層構(gòu)造材料的空隙而形成的。又，邊緣部17a～17d及18a～18h的形成方法由于與上述邊緣部6的形成方法相同，所以這里說明從略。
對于使用于這樣形狀的壓電揚聲器10的振動板材料，可采用上述夾層構(gòu)造的金屬包層材料。例如，在形成100μm厚度的上述振動板材料時，分別取表面材料為厚度20μm的42#合金，取磁心材料為輕量金屬的厚度60μm的鋁進行接合并復合化，形成合計厚度100μm的3層的振動板材料。
下面，對上述振動板材料的剛性進行說明。對于這種振動板材料，可用式(1)計算使用上述2種原材料時的彎曲剛性。例如，為了設計具有與用于以往的壓電揚聲器的厚度100μm的42#合金原材料同樣剛性的夾層構(gòu)造的振動板材料，按照上述式(1)，如果采用表面材料取厚度20μm的42#合金，磁心材料取厚度60μm的鋁構(gòu)成的合計厚度100μm的振動板材料，可獲得大致同等剛性的原材料。
下面，參照圖9，使上述振動板材料的磁心材料的厚度變化引起的，整體的彎曲剛性增加率進行說明。又，圖9是將彎曲剛性增加率(％)與磁心材料的厚度(cm)之間的關系模擬于式(1)得到的曲線圖。
在圖9中，曲線圖的縱軸表示的彎曲剛性增加率(％)，以用于上述以往的壓電揚聲器的厚度100μm的42#合金原材料為基準表示其增加率。又，曲線圖的橫軸表示的磁心厚度(cm)，表示用作磁心材料的鋁的厚度，無論哪個場合，其兩面?zhèn)壬辖雍系谋砻娌牧希家?0μm的固定厚度的42#合金構(gòu)成。如圖9所示，當彎曲剛性增加率為0％(即亦，與用于以往的壓電揚聲器的厚度100μm的42#合金原材料同樣的彎曲剛性)時，磁心厚度為0.006cm。因此，我們看到，當本發(fā)明的振動板材料采用厚度20μm的42#合金作表面材料，用厚度60μm的鋁作磁心材料，合計厚度為100μm構(gòu)成時，可接近整體以厚度100μm的42#合金構(gòu)成的原材料的彎曲剛性。
下面，參照圖10，當上述彎曲剛性增加率與整體的重量減少率的相互關系進行說明。又，圖10是將彎曲剛性增加率(％)與重量減少率(％)之間的關系模擬于式(1)得到的曲線圖。
在圖10中，曲線圖的縱軸及橫軸表示的彎曲剛性增加率(％)及重量減少率(％)，以用于上述以往的壓電揚聲器的厚度100μm的42#合金原材料為基準表示其增加率及減少率。又，無論哪個場合，表面材料，都以20μm的固定厚度的42#合金構(gòu)成，通過使使用鋁的磁心材料的厚度變化，使整體的彎曲剛性及重量變化。如圖10所示，當彎曲剛性增加率為0％(即亦，與用于以往的壓電揚聲器的厚度100μm的42#合金原材料同樣的彎曲剛性)時，重量減少率約為40％。另一方面，本發(fā)明的振動板材料，如上所述，在彎曲剛性增加率為0％時磁心材料的厚度為60μm。因此，我們看到，當采用厚度20μm的42#合金作表面材料，用厚度60μm的鋁作磁心材料，以合計厚度100μm構(gòu)成的振動板，具有與整體以厚度100μm的42#合金構(gòu)成的振動板的彎曲剛性同樣的彎曲剛性，同時，重量是以往的60％。這樣，本發(fā)明的振動板材料，以與以往的振動板材料同樣的厚度構(gòu)成，不僅能維持同等的彎曲剛性及表面的熱膨脹系數(shù)，而且能使整體輕量化。
下面，參照圖11，對使用具有上述夾層構(gòu)造的振動板材料的壓電揚聲器10的音響特性進行說明。又，圖11是將壓電揚聲器10與以以往的42#合金作為單一原材料構(gòu)成振動板的壓電揚聲器的音響特性進行比較的曲線圖。
在圖11中，曲線圖的橫軸表示從壓電揚聲器發(fā)生的聲音的頻率(Hz)，縱軸表示其聲壓(dB)。該曲線圖中表示的以往的壓電揚聲器的音響特性，是振動板以厚度100μm的42#合金原材料構(gòu)成的壓電揚聲器的特性。另一方面，本發(fā)明的壓電揚聲器10的音響特性，是振動板13的表面材料采用厚度20μm的42#合金及磁心材料采用厚度60μm的鋁構(gòu)成的壓電揚聲器10的特性，如圖11所示，本發(fā)明的壓電揚聲器10的音響特性，與以往的音響特性比較，聲壓可得到提高(平均提高約4dB)。
又，在上述說明中，以鋁構(gòu)成磁心材料，但不用鋁構(gòu)成磁心材料也可以。例如，作為磁心材料，采用內(nèi)部損失好的錳銅合金，輕量化好的鎂或鈦等金屬膠片構(gòu)成也行。又，作為磁心材料，也可采用聚乙烯對苯二甲，聚乙烯，聚丙烯，聚胺脂，聚酰胺，聚亞胺等塑料原材料，或者，苯乙烯丁乙烯系橡膠，丁二烯系橡膠，丁基橡膠，乙烯丙烯系橡膠，或它們的化合物等的橡膠高分子樹脂及合成橡膠等高分子樹脂膠片。
又，在上述說明中，以42#合金構(gòu)成表面材料，與一般以用于壓電揚聲器的鈦酸鋯石酸鉛(PZT)構(gòu)成的壓電元件的熱膨脹系數(shù)接近。按照這樣的構(gòu)成，可防止由熱導致的表面材料的表面與壓電元件面的接合面的脫落及裂開等的材料破壞。即亦，在本發(fā)明的表面材料上，可采用具有與壓電元件接近的熱膨脹系數(shù)的金屬材料，在具有與PZT不同的熱膨脹系數(shù)的壓電元件的場合，可以將具有接近于這一熱膨脹系數(shù)的特性的金屬材料用作本發(fā)明的振動板的表面材料。又，如不希望這樣的效果，也可以把與壓電元件的熱膨脹系數(shù)無關的別的金屬材料用作振動板的表面材料。此時，也可以用具有導電性的樹脂構(gòu)成上述表面材料。
又，在上述說明中，由2層的42#合金的表面材料及1層的鋁磁心材料合計3層的金屬包層材料構(gòu)成振動板材料，以3層以上構(gòu)成振動板材料也可實現(xiàn)本發(fā)明。例如，在有導電性的42#合金的表面材料及鋁磁心材料間分別形成上述的高分子樹脂膠片的絕緣膜，構(gòu)成合計5層的振動板材料，可在振動板材料上整體形成電路部。下面，參照圖12，對在振動板材料上整體形成電路部的一例進行說明。又，圖12(a)表示整體形成在壓電揚聲器10的電路部20的平面圖，圖12(b)表示整體形成在壓電揚聲器10的電路部20的圖12(a)的沿線B-B的剖視圖，。圖12(c)表示整體形成在壓電揚聲器10的電路部20的圖12(a)的沿線C-C的斷面詳細圖。
在圖12(b)，壓電揚聲器10的振動板材料，對具有導電性的2層的42#合金的表面材料7及1層的鋁磁心材料8，彼此間形成2層的絕緣材料9。這個絕緣材料9，以具有絕緣性的材料形成，例如，可采用上述塑料原材料，橡膠高分子樹脂，或高分子樹脂膠片等有絕緣性的原材料。且，當采用上述壓接壓延等方法形成壓電揚聲器10的振動板材料時，加上用來形成如圖12(a)的右側(cè)部所示的電路部20的凸部。即亦，電路部20的基板，與壓電揚聲器10的振動板材料整體形成，以與振動板材料同樣的5層金屬包層材料構(gòu)成。
下面，通過在與振動板材料整體形成的電路部20的基板上進行規(guī)定的腐蝕處理，可形成圖形。例如，如圖12(a)所示，對于在42#合金的表面材料7形成的表面材料圖形7a和7b以外的部分，通過進行除去42#合金的腐蝕，可形成與42#合金的表面材料圖形7a及7b絕緣的絕緣材料部9a。又，對于在鋁磁心材料8形成的磁心材料圖形8a部分，通過腐蝕除去上述絕緣材料，形成鋁磁心材料圖形8a，以形成具有若干圖形的電路部20。又，在形成于電路部20的圖形上(例如，表面材料圖形7a及7b間，以及表面材料圖形7b及磁心材料圖形8a間)，可實裝具有規(guī)定電氣性能的電阻，線圈，或電容器等，使任意構(gòu)成高通濾波器和低通濾波器。
又，如圖12(b)所示，壓電元件14的一方與導電的42#合金的表面材料7接合。又，如圖12(c)所示，壓電元件14的另一方(圖12(a)圖面的表面?zhèn)?與導電的磁心材料8用導線19連接。例如，在配置導線19的振動板材料的部位，通過進行規(guī)定的腐蝕處理，形成除去表面材料7及絕緣材料9的孔。又，以銀漿等構(gòu)成的導線19貫通上述孔，與磁心材料8及壓電元件14的另一方連接。這樣，壓電元件14的各面與表面材料7及磁心材料8連接。又，如圖12(a)所示，表面材料圖形7a與壓電揚聲器10的外構(gòu)架部連接，與表面材料圖形7b相互絕緣。又，表面材料圖形7b，通過在上述表面材料圖形7b及磁心材料圖形8a間實裝規(guī)定的部件，經(jīng)規(guī)定部件與磁心材料圖形8a連接。即亦，表面材料圖形7a及7b，經(jīng)壓電揚聲器10的各減震部與壓電元件14的一方及另一方的面連接。因此，表面材料7a及7b，可作為輸入到壓電揚聲器10的聲音信號的各輸入端子(+及-側(cè))使用。此時，通過構(gòu)成電路部20，可以調(diào)整壓電揚聲器10的音響特性，又，由于以振動板材料構(gòu)成通往壓電元件14的配線，就沒有必要在壓電揚聲器10的振動板等上面設置銅線等，由于振動板上的質(zhì)量均衡偏差被改善，可使壓電揚聲器10的音響特性提高。
這樣，電路部20，不用通過掩膜圖形等另外的印刷基板，采用振動板材料，能在同一部件上整體形成部件回路。又，用來形成電路部20的各圖形腐蝕工藝，可以與用來形成上述邊緣部及減震部的腐蝕工藝同時進行。
又，對在壓電揚聲器上整體形成電路部場合，以42#合金作表面材料及以鋁作磁心材料進行說明，各種原材料，如果導電性好，別的金屬及金屬合金，或顯示導電性的樹脂都可以用。又，實裝于電路中的部件，可以采用放大器及運算放大器等電控壓電揚聲器動作的大規(guī)模集成電路(LSI)等。
以上，對本發(fā)明作了詳細說明，但并不限于上述說明在所有方面所作的例示，不限于這個范圍。不超越本發(fā)明的種種改進及變形都可以進行。
權(quán)利要求
1.一種壓電揚聲器，其特征在于，包括壓電元件，以及通過在其面上配置所述壓電元件，與所述壓電元件一起構(gòu)成壓電振動子的振動板，所述振動板，通過將相互不同的原材料接合成層狀，以其斷面形成夾層構(gòu)造的金屬包層材料構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電揚聲器，其特征在于，所述振動板，包括構(gòu)成采用第1原材料的所述金屬包層材料的兩表面的2層表面層，以及在采用與所述第1原材料不同的第2原材料的所述2層表面層間，其兩面分別與所述表面層接合構(gòu)成的1層的磁心層。
3.如權(quán)利要求2所述的壓電揚聲器，其特征在于，所述第1原材料具有的熱膨脹系數(shù)，數(shù)值上與所述壓電元件具有的熱膨脹系數(shù)接近，所述第2原材料的密度比所述第1原材料的密度小。
4.如權(quán)利要求3所述的壓電揚聲器，其特征在于，所述表面層的厚度比所述磁心層的厚度薄。
5.如權(quán)利要求3所述的壓電揚聲器，其特征在于，所述第1及第2原材料，分別選擇金屬及高分子樹脂薄板之一構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的壓電揚聲器，其特征在于，所述第1原材料是以42#合金不銹鋼為原材料的金屬薄板，所述第2原材料是選擇與42#合金不銹鋼不同的金屬及高分子樹脂薄板之一構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的壓電揚聲器，其特征在于，所述第2原材料是以鋁為原材料的金屬薄板。
8.如權(quán)利要求2所述的壓電揚聲器，其特征在于，還包括配置在所述振動板周圍的構(gòu)架部，與所述構(gòu)架部及所述振動板連接，支持所述振動板，使所述振動板可形成線性振幅的減震部，以及在所述振動板、所述減震部、及所述構(gòu)架部間形成的邊緣部，通過對將所述第1及第2原材料接合成所述層狀的金屬包層材料進行規(guī)定的處理，整體形成所述振動板、所述減震部、及所述構(gòu)架部。
9.如權(quán)利要求8所述的壓電揚聲器，其特征在于，所述邊緣部，由通過在形成于所述振動板、所述減震部、及所述構(gòu)架部間的空隙裝填與第1及第2原材料不同的材料形成。
10.如權(quán)利要求8所述的壓電揚聲器，其特征在于，所述邊緣部，由通過只對形成于所述振動板、所述減震部、及所述構(gòu)架部間的領域的所述第1原材料進行腐蝕處理形成。
11.如權(quán)利要求8所述的壓電揚聲器，其特征在于，將驅(qū)動電壓迭加在所述壓電元件的一方的電極設置在所述構(gòu)架部。
12.如權(quán)利要求1所述的壓電揚聲器，其特征在于，還包括配置在所述振動板的周圍，并以與所述振動板同樣的所述金屬包層材料整體形成的構(gòu)架部，在構(gòu)成所述金屬包層材料的原材料的至少一部上，含有具絕緣性的原材料，所述構(gòu)架部，通過將構(gòu)成所述金屬包層材料的若干層的至少一部腐蝕成規(guī)定形狀，形成電路部。
全文摘要
通過不使壓電揚聲器的振動板的剛性及表面的熱膨脹系數(shù)降低的振動板的輕量化，提供提高音響特性的壓電揚聲器。在貼合壓電元件的振動板上，使用以不同種類的原材料制作夾層構(gòu)造的金屬包層材料。例如，在構(gòu)成上分別以厚度10μm的42#合金構(gòu)成表面材料7，以厚度30μm的鋁構(gòu)成磁心材料，將合計厚度50μm的金屬包層材料加工成任意的形狀，以形成壓電揚聲器用振動板。由于在這種振動板上使用，能維持同厚度50μm的42#合金振動板的剛性及熱膨脹系數(shù)，實現(xiàn)約40％的輕量化。由于輕量化，可以在維持振動板的剛性的同時提高壓電揚聲器的聲壓等級。
文檔編號H04R7/10GK1422102SQ02154318
公開日2003年6月4日 申請日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者小椋高志, 村田耕作 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社