圧電発音体

【課題】本発明はスピーカとして用いられる圧電発音体に関するもので、再生帯域を広げることを目的とする。
【解決手段】そしてこの目的を達成するために本発明のスピーカは、支持体６Ａと、この支持体６Ａに支持されるとともに、各々大きさの異なる複数の振動体音片１〜５とを備え、各振動体音片１〜５の大きさを変えることで広帯域の音の再生ができると共に、不要振動の抑制と音響振動損失を小さくすることができるようにしたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器に使用される小型スピーカや補聴器用の超小型スピーカ等に用いられる圧電発音体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電発音体としては、図９に示すものがある。図９に示す３１は金属振動板３５に塗布されたゴム、３２は金属振動板３５の裏側に接着により接合されているＰＺＴの圧電体、３３は金属振動板３５の端面を保持するエッジ、３４はエッジ３３を覆うフレームである。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報として、例えば特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平１１−１６４３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の圧電発音体は一つの金属振動板３５に一つのＰＺＴの圧電体３２を設けた構成であり、それ自身の共振特性で再生特性が決定されるため、より広帯域な音の再生を得ることが困難であった。つまり、圧電体３２と金属振動板３５とによる振動の機械的共振先鋭度Ｑｍが高く、音響再生帯域が狭くなるのであった。
【０００５】
そこで本発明は広帯域な音を再生す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ものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そしてこの目的を達成するために、本発明は大きさの異なる複数の振動体音片を支持体で支持させたものである。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように本発明の圧電発音体は、大きさの異なる複数の振動体音片を支持体で支持させたものであるので、複数の異なる帯域の振動体が形成でき、広帯域の音の再生ができると共に、下部電極上の所定部分に圧電薄膜を直接形成するため、不要振動の抑制と音響振動損失を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１、図２、図３はそれぞれ圧電発音体の構成例を示している。図１に示すものは、五つの振動体音片１〜５とそれら全てを支持した支持体６Ａとからなり、支持体６Ａは大きさの異なる五つの振動体音片１〜５の端部を保持した構造となっている。振動体音片１〜５はそれぞれ大きさ、具体的には長さが異なり、これによりそれぞれの振動体音片１〜５の共振周波数を異ならせている。また、同様に図２は五つの振動体音片７〜１１を支持体６Ｂで支持した構成である。振動体音片７〜１１の形状は長手方向の長さと共に巾の寸法も異ならせ、それぞれの振動体音片７〜１１の共振周波数を異ならせている。図３は支持体６Ｃで支持した三つの振動体音片１２〜１４の巾と長さがそれぞれ異なっているところが特徴で、それぞれの振動体音片１２〜１４の共振周波数が異なっている。これら図１〜３はそれぞれ支持体６Ａ〜６Ｃの中で、振動体音片１〜５、７〜１１、１２〜１４の巾や長さを異ならせているので、共振周波数がそれぞれ異なり、これにより広帯域の範囲で音を忠実に再現させることができる。
【０００９】
次に図３の実施形態を基に、さらに詳細な説明を行う。図３の１５、１６は振動体音片１２〜１４の給電用のリード線で、外部から交流信号を振動体音片１２〜１４に電気信号を導くためのものである。１７、１８はリード線１５、１６と圧電発音体を接続する給電端子である。次に、図３に示す破線１９の部分の断面について、図４で説明する。
【００１０】
図４の２０、２１はシリコン（Ｓｉ）板である。シリコン板２０は基板としての役割であり、シリコン板２１は振動板としての役割を果たす。２２は下部電極であり、チタン酸鉛・ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電薄膜２３の下部電極を形成している。ＰＺＴの圧電薄膜２３は電気信号を機械的な変位に変換する。２４は絶縁性樹脂よりなる絶縁膜でＰＺＴの圧電薄膜２３に設けた電極材料がマイグレーションを生じさせることのない様に、また絶縁と保護の二役をしている。また、２５は上部電極であり、ＰＺＴの圧電薄膜２３の上方から電圧を印加させるためのものである。２６は音孔としての空洞である。
【００１１】
この図４の断面図を基に、プロセスの過程を図５で順に追って説明する。図５（ａ）に示すように支持体となる所定の厚み、たとえば５００μｍ厚みのシリコン板２０に水蒸気を加え温度１０００℃以上の熱処理を行い、シリコン板２０の表面を酸化し、ＳｉＯ₂の極薄厚みの膜を形成する。その上に更にシリコン板２１を陽極接合にて積層し、前記ＳｉＯ₂の酸化膜を中心に両方からシリコン板２０とシリコン板２１で挟み込み、その後シリコン板２１の厚みを約５０μｍ程度に加工した構造の基板を形成する。ＳｉＯ₂膜層は非常に薄い（０．２μｍ程度）ため図５（ａ）中では省略している。
【００１２】
そして、図５（ｂ）に示すようにシリコン板２１の上部表面に高周波スパッタリングにより、好ましくは電極材料としてＰｔ等を用いて下部電極２２を形成し、図５（ｃ）に示すように、この下部電極２２の上にＰＺＴの圧電薄膜２３を形成する。
【００１３】
この構成により下部電極２２と圧電薄膜２３との密着性が向上すると共に圧電薄膜２３のＰＺＴ結晶軸の配向を促し、安定した圧電薄膜２３を形成できる。また、密着性の向上により剥離が抑制できる。また、従来、圧電薄膜２３の接合に必要とされていた転写のための接着剤が、本実施形態により接着剤レスとなる。更に、この下部電極２２をシリコン板２１全体に形成することにより導体抵抗が低減されるため、電気−音響変換効率が向上する。
【００１４】
次に図５（ｄ）に示す様にＰＺＴの圧電薄膜２３を片方が遊端となった振動体音片１２〜１４にフォトリソ加工する。ここで、ＰＺＴの圧電薄膜２３は長方形以外に楕円または多角形でも良くフォトリソ加工できる形状であれば特に限定されるものではない。そして、図５（ｅ）に示す様にＰＺＴの圧電薄膜２３の周辺部及び下部電極２２の上にエッチングマスクとしての感光レジストの絶縁膜２４を塗布し、下部電極端子部２７を露出させる。この様にすれば周辺部の絶縁膜２４により電極端面の電界を安定にすると共に電極のマイグレーションを防止し圧電薄膜２３の周辺部の絶縁性が確保できる。
【００１５】
そして、図５（ｆ）のごとく圧電薄膜２３及び絶縁膜２４の上に好ましくはＡｕの蒸着にて上部電極２５を形成する。この上部電極２５はＰＺＴの圧電薄膜２３に安定した均等電界を印加することができると共に絶縁膜２４の上および圧電薄膜２３の上全体に上部電極２５を形成することにより導体抵抗が低減されるため、電気−音響変換効率が向上する。
【００１６】
次に図５（ｇ）に示す様にシリコン板２０のもう一方の面の所定部分にフォトレジスト膜２８を形成し、図５（ｈ）に示す様にこの面からドライエッチングしてＳｉＯ₂膜を露出させ、音孔２６としての空洞を圧電薄膜２３の下方に形成する。そしてレジスト膜２８を除去することで圧電発音体が得られる。
【００１７】
次に図５（ｉ）に示す様に、下部電極端子部２７部分に導電性ペーストによりリード線１５を固着させ、同様に上部電極２５の上部にリード線１６を導電性ペーストにより固着させる。これにより圧電発音体が得られる。
【００１８】
この構成により共振周波数を所定値に設定できると共に再生する音の帯域も自由に設定できるため、広帯域な音の再生が可能となる。更に音孔２６としての空洞を圧電薄膜２３および振動体音片１２〜１４の下方に形成するため、電気−音響変換効率が向上する。
【００１９】
図６は図５により得られた圧電発音体が再生する周波数と広帯域な音を再生する特性を示すものである。図６に示すように、再生する音の帯域の低域Ａを長い振動体音片１４で、また中域Ｂを中長さの振動体音片１２で、さらに高域Ｃを短い振動体音片１３で再生することにより、広帯域な音の再生が可能となる。
【００２０】
また、デバイスとして、実装組み立てを行った場合の一例を次の図７に示す。図７は実装組立図であり、図５（ｉ）により得られた圧電発音体の素子を以後圧電発音体３０と呼び、音響収納外ケース３６に、外蓋２９と圧電発音体３０とを一体化させ且つ、リード線１５、１６は外蓋２９を貫通させ外部へ引き出した後、圧電発音体３０の部分をオルガノ系シラン材で厚さ５μｍ以下の厚さでコートする。オルガノ系シラン材はこれ以上厚いと質量の付加により音響振動の駆動インピーダンスが増加し、駆動損失を招く。また、極薄く（０．０１μｍ）以下でコートすれば耐湿効果が得られ難い。
【００２１】
この図７の構成の詳細について、側面から見た状態図を図８に示す。図８の圧電発音体３０は音響収納外ケース３６の底部に接着材により固着しており、圧電発音体３０を通電して得られる振動板からの音響は圧電発音体３０上部から発せられ、音響収納外ケース３６の左開口部を通して左側に抜ける。一方、振動体音片１２〜１４の下部方向の音響は、音響収納外ケース３６で遮られエアーダンパーとして働き、共振点付近の共振Ｑｍが低減され周波数変化に対して緩慢な周波数特性が得られる。振動体音片１２〜１４からの音源は開口部で一旦絞られ、一ヶ所から放音することにより、位相の揃った均一な歪みのない音源が確保されるのである。これにより、超小型の圧電薄膜型のより周波数特性の安定な発音体を提供可能としたものである。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上のように、本発明にかかる圧電発音体は大きさの異なる複数の振動体音片を用いているので、広帯域の音再生ができ、スピーカとしてきわめて有用なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態を示す斜視図
【図２】本発明の他の実施形態を示す斜視図
【図３】本発明のさらに他の実施形態を示す斜視図
【図４】図３の断面図
【図５】（ａ）〜（ｉ）は製造プロセスを示す断面図
【図６】周波数特性図
【図７】実装組立状態を示す分解斜視図
【図８】同実装組み立て状態を示す断面図
【図９】従来品の断面図
【符号の説明】
【００２４】
１振動体音片
２振動体音片
３振動体音片
４振動体音片
５振動体音片
６Ａ支持体
７振動体音片
８振動体音片
９振動体音片
１０振動体音片
１１振動体音片
１２振動体音片
１３振動体音片
１４振動体音片
２０シリコン板
２１シリコン板
２２下部電極
２３ＰＺＴの圧電薄膜
２４絶縁膜
２５上部電極
２６音孔（空洞）
２７下部電極端子部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、この支持体に支持されるとともに、各々大きさの異なる複数の振動体音片とを備え、前記各振動体音片は、ＳｉまたはＳｉＯ₂から成る振動板と、この振動板上に設けた下部電極と、この下部電極上の所定部分に形成した圧電薄膜と、この圧電薄膜の周辺部及び前記下部電極の一部を覆うように形成した絶縁膜と、前記圧電薄膜及び絶縁膜を覆うように形成した上部電極とを有する圧電発音体。
【請求項２】
一つの空洞上に複数の振動体音片を設けた請求項１に記載の圧電発音体。
【請求項３】
振動体音片を厚み５μｍ以下の不透湿性樹脂で覆った請求項１、または２に記載の圧電発音体。
【請求項４】
不透湿性樹脂はオルガノ系シラン材とした請求項３に記載の圧電発音体。

【図１】