圧電発音体
【課題】製造に手間がかからずコストを低減し、歩留まりを向上できる圧電発音体を提供する。
【解決手段】交流電圧の印加により屈曲振動し発音するユニモルフ型の圧電発音体１００であって、接着側主面に、駆動電極および他方の駆動電極１１２の取り出し電極１１６を有する圧電素子１１０と、一対の導体パターン１２４、１２６を有する主面で圧電素子１１０に接着される配線基板１２０と、配線基板１２０の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレーム１３０とを備え、接着側主面の駆動電極１１６および取り出し電極と一対の導体パターン１２４、１２６との間の各導通は、接着により取られている。これにより、製造時に導線をハンダ付けする必要がなくなり、容易に導通がとれ作業コストを低減できる。また、歩留まりを向上できる。また、接続のバラツキを低減し、発音体の音響的特性を一定に維持できる。
【解決手段】交流電圧の印加により屈曲振動し発音するユニモルフ型の圧電発音体１００であって、接着側主面に、駆動電極および他方の駆動電極１１２の取り出し電極１１６を有する圧電素子１１０と、一対の導体パターン１２４、１２６を有する主面で圧電素子１１０に接着される配線基板１２０と、配線基板１２０の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレーム１３０とを備え、接着側主面の駆動電極１１６および取り出し電極と一対の導体パターン１２４、１２６との間の各導通は、接着により取られている。これにより、製造時に導線をハンダ付けする必要がなくなり、容易に導通がとれ作業コストを低減できる。また、歩留まりを向上できる。また、接続のバラツキを低減し、発音体の音響的特性を一定に維持できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧が印加されることで屈曲振動し発音する圧電発音体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子を振動させることにより音を発生させる圧電発音体が、用途に応じ、ブザー、サウンダー、レシーバー等に応用されている。図１６（ａ）、（ｂ）は、従来のユニモルフ型の圧電発音体１１００を示す正面図および断面図である。圧電発音体１１００は金属板１１２０の片面に圧電素子１１１０が貼り付けられた構造を有している。金属板１１２０と圧電素子１１１０は、いずれも円板状である。
【０００３】
金属板１１２０は、フレーム１１３０に固着されている。フレーム１１３０上に形成された２つの端子１１４１、１１４２には電圧が印加される。端子１１４２と金属板１１２０とを接続する導線１１５２および金属板１１２０と圧電素子１１１０上の第１電極１１１６との接触経路が設けられている。その一方で、端子１１４１と圧電素子１１１０上の第２電極１１１２とを接続する導線が設けられている。圧電素子１１１０に印加され、それにより、圧電素子１１１０が面方向に伸縮することにより、圧電素子１１１０が固着された金属板１１２０全体が屈曲し音が発生する。
【０００４】
図１７（ａ）、（ｂ）は、従来のバイモルフ型の圧電発音体１２００を示す正面図および断面図である。圧電発音体１２００は金属板１２２０の両面に２枚の圧電素子１２１０、１２６０が貼り付けられた構造を有している。金属板１２２０および圧電素子１２１０、１２６０は、略長方形状である。圧電発音体１２００では２枚の圧電素子１２１０、１２６０の一方が面方向に伸長するとき、もう一方が面方向に収縮し、圧電素子１２１０、１２６０が固着された金属板１２２０全体が屈曲し音が発生する。
【０００５】
また、バイモルフ型の圧電発音体には、音響特性のバラツキを防止しようとするものも提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１記載の圧電型電気音響変換器は、一方の主面に外部電極を備えた一対の圧電素子と、これらの間に配設され絶縁基板の両主面に貼着された圧電振動板と、この圧電振動板の縁部近傍に沿う環状の支持部を備えた支持体とを備えている。そして、振動板の縁部近傍を全周にわたって支持体の環状の支持部に均一に接着することで、安定して所定の音響特性を得られるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１６、図１７に示すような圧電発音体では、フレーム上の端子と圧電素子とを導通させるために導線が多用されており、導線を用いた接続には、一般的に手動によるハンダ付けが採用されている。このような手作業は、手間がかかりコストアップの一因となる。また、手ハンダであるため、ハンダ量やハンダ位置のバラツキが大きく、発音体としての特性（音圧、共振周波数等）のバラツキの増大に繋がる。
【０００８】
一方、特許文献１記載の圧電型電気音響変換器は、圧電振動板の構成上のバランスをとり、振動板の縁部近傍を全周にわたって支持体の環状の支持部に均一に接着しており、音響特性を安定させているが、精密に製造する必要があり、製造の手間がかかりコスト増加や歩留まり低下を招きかねない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、音響特性のバラツキを抑えつつ、製造に手間がかからずコスト低減、歩留まり向上を可能にする圧電発音体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】
【００１０】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の圧電発音体は、交流電圧の印加により屈曲振動し発音するユニモルフ型の圧電発音体であって、接着側主面に、駆動電極および他方の駆動電極の取り出し電極を有する圧電素子と、一対の導体パターンを有する主面で前記圧電素子に接着される配線基板と、前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、前記接着側主面の駆動電極および取り出し電極と前記一対の導体パターンとの間の各導通は、前記接着により取られていることを特徴としている。
【００１１】
これにより、製造時に導線をハンダ付けする必要がなくなり、容易に導通がとれ作業コストを低減できる。また、作業が容易になるため歩留まりを向上できる。また、接続のバラツキを低減し、発音体の音響的特性を一定に維持できる。
【００１２】
（２）また、本発明の圧電発音体は、交流電圧の印加により屈曲振動し発音するバイモルフ型の圧電発音体であって、接着側主面に、駆動電極および他方の駆動電極の取り出し電極を有する一対の圧電素子と、前記一対の圧電素子の間に設けられ、一対の導体パターンを有する両主面で前記一対の圧電素子に接着される配線基板と、前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、前記接着側主面の駆動電極および取り出し電極と前記一対の導体パターンとの間の各導通は、前記接着により取られていることを特徴としている。
【００１３】
これにより、製造時に導線をハンダ付けする必要がなくなり、容易に導通がとれ作業コストを低減できる。また、作業が容易になるため歩留まりを向上できる。また、接続のバラツキを低減し、発音体の音響的特性を一定に維持できる。
【００１４】
（３）また、本発明の圧電発音体は、交流電圧の印加により屈曲振動し発音するユニモルフ型の圧電発音体であって、接着側主面に一方の駆動電極を有する圧電素子と、一方の導体パターンを有する主面で前記圧電素子に接着される配線基板と、前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、前記一方の駆動電極と前記一方の導体パターンとの間の導通は、前記接着により取られており、前記圧電素子の他方の駆動電極と前記配線基板の他方の導電パターンとの導通は、導線または導電性接着剤により取られていることを特徴としている。
【００１５】
これにより、容易に導通がとれ作業コストを低減できる。また、作業が容易になるため歩留まりを向上できる。また、接続のバラツキを低減し、発音体の音響的特性を一定に維持できる。
【００１６】
（４）また、本発明の圧電発音体は、交流電圧の印加により屈曲振動し発音するバイモルフ型の圧電発音体であって、接着側主面に一方の駆動電極を有する一対の圧電素子と、前記一対の圧電素子の間に設けられ、一方の導体パターンを有する両主面で前記一対の圧電素子に接着される配線基板と、前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、前記一方の駆動電極と前記一方の導体パターンとの間の導通は、前記接着により取られており、前記一対の圧電素子の他方の駆動電極と前記配線基板の他方の導電パターンとの導通は、導線または導電性接着剤により取られていることを特徴としている。
【００１７】
これにより、容易に導通がとれ作業コストを低減できる。また、作業が容易になるため歩留まりを向上できる。また、接続のバラツキを低減し、発音体の音響的特性を一定に維持できる。
【００１８】
（５）また、本発明の圧電発音体は、前記接着により取られた導通は、前記圧電素子の電極と前記配線基板の導体パターンとが直接接触することで行われていることを特徴としている。これにより、単純かつ安価に接着し、電極と導体パターンとの導通を取ることができる。
【００１９】
（６）また、本発明の圧電発音体は、前記圧電素子は前記配線基板と異方性導電接着剤で接着され、前記圧電素子の電極は、前記配線基板の導体パターンと異方性導電接着剤を介して導通が取られていることを特徴としている。これにより、導体パターンの面積が小さく直接接触では導通が取れ難い場合には、異方性導電接着剤を用いることで容易に導通を取ることができる。
【００２０】
（７）また、本発明の圧電発音体は、前記配線基板は、前記導体パターンを有する主面の反対側の主面に接着された金属板を有することを特徴としている。これにより、配線基板の絶縁層よりヤング率の大きい金属板を追加することで、圧電発音体の共振周波数を上げることができ、高い周波数の音を発生させることができる。
【００２１】
（８）また、本発明の圧電発音体は、前記配線基板は、厚み方向中央に金属板を有することを特徴としている。これにより、配線基板の絶縁層よりヤング率の大きい金属板を追加することで、圧電発音体の共振周波数を上げることができ、高い周波数の音を発生させることができる。
【００２２】
（９）また、本発明の圧電発音体は、前記配線基板上に複数の前記圧電素子が一次元または二次元的な配列で配置され、前記複数の圧電素子のそれぞれに設けられた駆動電極および他方の駆動電極の取り出し電極は、前記配線基板上の一対の導体パターンによって並列に導通され、前記各圧電素子の間には配線基板の厚み方向の変位を拘束するフレームを備えることを特徴としている。このように圧電素子が一次元または二次元的な配列で配置されるため、各圧電素子およびこれに接着する配線基板から発生される音波は建設的に干渉することで、指向性の高い音を発生させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、音響特性のバラツキを抑えつつ、製造に手間がかからずコスト低減、歩留まり向上を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図２】圧電素子の（ａ）平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）底面図である。
【図３】配線基板の（ａ）平面図および（ｂ）側面図である。
【図４】第２の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図５】圧電素子の（ａ）平面図、（ｂ）側面図および（ｃ）底面図である。
【図６】第３の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図７】第１圧電素子の（ａ）平面図、（ｂ）断面図、第２圧電素子の（ｃ）平面図、（ｄ）断面図である。
【図８】配線基板の（ａ）平面図、（ｂ）側面図および（ｃ）底面図である。
【図９】第４の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図１０】第５の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図１１】第６の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図１２】配線基板の平面図である。
【図１３】第７の実施形態に係る圧電発音体の平面図である。
【図１４】第８の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図１５】配線基板の平面図である。
【図１６】従来のユニモルフ型の圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図１７】従来のバイモルフ型の圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
［第１の実施形態］
図１（ａ）（ｂ）は、圧電発音体１００の平面図および断面図である。図１に示すように、圧電発音体１００は、ユニモルフ型であって、交流電圧の印加により屈曲振動し発音する。圧電発音体１００は、圧電素子１１０、配線基板１２０およびフレーム１３０で構成されている。以下、各部について詳しく説明する。
【００２７】
図２（ａ）〜（ｃ）は、圧電素子の平面図、側面図、底面図である。圧電素子１１０は、円板状に形成され、圧電体１１１、駆動電極１１２、側面電極１１３、取り出し電極１１４、駆動電極１１６を有している。圧電体１１１は、駆動電極間に印加される交流電圧を伸縮に変換する圧電材料で構成されている。用いられる圧電材料にはたとえばＰＺＴやチタン酸バリウムが挙げられる。圧電体１１１は、予め厚み方向について分極処理がなされている。駆動電極１１２は、側面電極１１３を介して反対側の主面１１８の取り出し電極１１４に接続されている。接着側主面１１８には、駆動電極１１６および他方の駆動電極１１２の取り出し電極１１４が設けられている。
【００２８】
図３（ａ）（ｂ）は、配線基板１２０の平面図および側面図である。配線基板１２０は、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ（ガラス布基材エポキシ樹脂）、ガラスポリイミド（ガラス布基材ポリイミド樹脂）等の絶縁材料により形成された弾性を有する基板本体１２１とその基板本体１２１の一方の主面１２８ａ上に設けられた導体パターン１２４、１２６を有する。導体パターン１２４、１２６は、たとえば銅メッキ（厚み数十μｍ）で形成され、基板本体１２１の一方の主面１２８ａに一対で設けられている。そして、配線基板１２０は、導体パターン１２４、１２６の両方が設けられた主面１２８ａで圧電素子１１０に接着されている。
【００２９】
圧電発音体１００において、接着側主面１１８の駆動電極１１６および取り出し電極１１４のそれぞれは、接着により一対の導体パターン１２６、１２４のそれぞれに導通されている。これにより、製造時に導線をハンダ付けで接続する必要がなくなり、手間がかからず作業コストを低減できる。また、後述のフレーム１３０が配線基板１２０の振動の支点を固定しているときには、接続のバラツキを低減し、発音体の特性を一定に維持できる。
【００３０】
圧電素子１１０と配線基板１２０とは、たとえば嫌気性硬化型エポキシ接着剤により密着状態で接着されている。その結果、圧電素子１１０の取り出し電極１１４は、配線基板１２０の導体パターン１２４と直接接触し導通している。また、駆動電極１１６は、配線基板１２０の導体パターン１２６と直接接触し導通している。これにより、単純かつ安価な接着で、電極と導体パターンとの導通を取ることができる。
【００３１】
このように配線基板１２０上に圧電素子１１０を接着するだけで電気的な導通を取ることができるので、作業コストを抑えることができる。たとえば、このような接着はスクリーン印刷で配線基板１２０上の所定箇所に接着剤を塗布しておき、圧電素子１１０を配置し、圧着（場合により熱圧着）することで接着することができる。このような方法は特に複数の接着を一度に行う場合に有効である。このような構成の圧電発音体１００において、導体パターン１２４と導体パターン１２６との間に交流信号を印加すると、その電圧に応じて圧電素子１１０および配線基板１２０が屈曲振動（ユニモルフ構造の振動）し、それによって音が発生する。
【００３２】
圧電素子１１０は配線基板１２０と異方性導電接着剤で接着されていてもよい。異方性導電接着剤は、一定の方向（圧着方向）にのみ電気的な接続が可能な接着剤であり、たとえば異方向性導電フィルム（ＡＣＦ）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）である。異方向性導電フィルムは、フィルム状の絶縁樹脂材料の中に微細な導電性粒子を分散させた素材で接着と同時に電極間に鋏まれた導電粒子を介して縦方向には電気的接続、横方向には絶縁の機能を持つ。
【００３３】
このような異方性導電接着剤を用いた場合、配線基板１２０の電極形状に合わせた異方性導電接着剤を準備する必要はなく、配線基板一面に異方性導電接着剤を配置して接着できる。圧電素子１１０の駆動電極１１６および取り出し電極１１４は、配線基板１２０の導体パターン１２６、１２４との間で異方性導電接着剤を介して導通を取ることができる。これにより、導体パターン１２６、１２４の面積が小さく直接接触では電気的に接続し難い場合でも、容易に導通を取ることができる。
【００３４】
なお、圧電素子１１０と配線基板１２０との導通のうち、一部の導通のみ接着で行い、他の導通は導線とハンダを用いて行うか、導電接着剤で行うこととしてもよい。
【００３５】
フレーム１３０は、ポリカーボネートやＡＢＳ等の樹脂やよりヤング率の高い金属等で形成され、圧電素子１１０の周囲で配線基板１２０を固定している。フレーム１３０は、配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束する。フレーム１３０は、モールド等の液状硬化樹脂で形成することもできる。フレーム１３０の固定により圧電素子１１０とその下の配線基板１２０を所望の振動数で振動させることが可能になる。
【００３６】
［第２の実施形態］
上記の実施形態では、圧電素子１１０の駆動電極１１２を、側面電極１１３を介して取り出し電極１１４まで取出しているが、バイア電極を用いてもよい。図４（ａ）（ｂ）は、バイア電極で電極の取出しを行う圧電発音体２００の平面図および断面図である。圧電発音体２００は、圧電素子２１０、配線基板１２０およびフレーム１３０で構成されている。
【００３７】
図５（ａ）〜（ｃ）は、圧電素子２１０の平面図、側面図および底面図である。圧電素子２１０は、圧電体２１１、駆動電極２１２、バイア電極２１３、取り出し電極２１４、駆動電極２１６を有している。圧電体２１１は、圧電材料で構成され、厚み方向について分極処理がなされている。駆動電極２１２は、バイア電極２１３を介して反対側の主面２１８の取り出し電極２１４に接続されている。バイア電極２１３は、圧電体２１１を貫通するバイアホールを開けて導電材料を詰めることで作られる。接着側主面２１８には、駆動電極２１６および取り出し電極２１４が設けられている。
【００３８】
［第３の実施形態］
上記の実施形態では、圧電発音体は、圧電素子を配線基板の一方側にのみ備えるユニモルフ型であるが、配線基板の両側に圧電素子を設けたバイモルフ型であってもよい。図６（ａ）（ｂ）は、バイモルフ型の圧電発音体３００の平面図および断面図である。図６に示すように、圧電発音体３００は、バイモルフ型であって、交流電圧の印加により屈曲振動し発音する。圧電発音体３００では、配線基板１２０の両主面に一対の圧電素子１１０、３６０が接着されている。
【００３９】
図７（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ一方の圧電素子の平面図、断面図、他方の圧電素子の平面図、断面図である。図７（ａ）（ｂ）に示すように、圧電素子１１０は、接着側主面１１８に、駆動電極１１６および他方の駆動電極１１２の取り出し電極１１４を有する。図７（ｃ）（ｄ）に示すように、圧電素子３６０は、接着側主面３６８に、駆動電極３６６および他方の駆動電極３６２の取り出し電極３６４を有する。
【００４０】
駆動電極１１６および取り出し電極１１４のそれぞれは、圧電素子１１０の接着側主面１１８に設けられている。また、一対の導体パターン３２４ａ、３２６ａは配線基板３２０の一方の主面３２８ａに設けられている。一方、駆動電極３６６および取り出し電極３６４のそれぞれは、圧電素子３６０の接着側主面３６８に設けられている。
【００４１】
図８（ａ）〜（ｃ）は、配線基板３２０の平面図、側面図および底面図である。配線基板３２０は、一対の圧電素子１１０、３６０の間に設けられ、一対の導体パターン３２４ａ、３２６ａを有する。配線基板３２０は、両主面３２８ａ、３２８ｂで一対の圧電素子１１０、３６０に接着される。圧電素子１１０と圧電素子３６０は同じ形状であるが、圧電素子１１０と圧電素子３６０では分極方向が逆である。また、配線基板３２０の絶縁材料で形成された基板本体３２１の両主面３２８ａ、３２８ｂに形成された導体パターンは、それぞれバイア導体により接続されている。すなわち、導体パターン３２４ａと導体パターン３２４ｂとの間、導体パターン３２６ａと導体パターン３２６ｂとの間は、それぞれバイア導体３２５、３２７により接続されている。
【００４２】
そして、導体パターンが形成された配線基板１２０の両面に圧電素子１１０、３６０が接着されることにより、導体パターン３２４ａ、３２４ｂと圧電素子１１０の取り出し電極１１４、圧電素子３６０の取り出し電極３６４が導通されている。同様に、導体パターン３２６ａ、３２６ｂと圧電素子１１０の駆動電極１１６、圧電素子３６０の駆動電極３６６が導通されている。
【００４３】
これにより、製造時に導線をハンダ付けする必要がなくなり、手間がかからずコストを低減できる。また、接続のバラツキを低減し、発音体の特性を一定に維持できる。このようにして、容易に導通がとれ、作業コストを低減できる。なお、圧電素子１１０と配線基板３２０との導通のうち、一部の導通のみ接着で取り、他の導通は導線とハンダを用いて取るか、導電接着剤で取ることとしてもよい。
【００４４】
このような構成の圧電発音体３００において、導体パターン３２４ａと導体パターン３２６ａとの間に交流信号を印加する。そして、その電圧に応じて圧電素子１１０が面方向に伸張し圧電素子１１０が面方向に収縮することにより、圧電素子１１０、３６０および配線基板３２０が屈曲振動（バイモルフ構造の振動）し、それによって音が発生する。
【００４５】
［第４の実施形態］
上記の実施形態では、配線基板１２０を振動板として用いているが、高周波に対応できるように配線基板１２０に高いヤング率の板が接着されたものを振動板として用いてもよい。図９（ａ）（ｂ）は、圧電発音体４００の平面図および断面図である。図９（ａ）（ｂ）に示すように、ユニモルフ型の圧電発音体４００において、配線基板４２０は、一対の導体パターンを有する主面１２８ａの反対側の主面１２８ｂに接着された金属板４４０を有する。
【００４６】
金属板４４０は、たとえばガラスエポキシ等の絶縁材料よりもヤング率の大きいアルミニウムや銅等の金属で形成されている。これにより、配線基板４２０の基板本体４２１よりヤング率の大きい金属板４４０を接着することで、圧電発音体４００の共振周波数を上げることができ、高い周波数の音を発生させることができる。金属板４４０の厚みは、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。なお、金属板４４０に代えて、セラミックス板を用いてもよい。たとえば、アルミナ板であれば安価で入手しやすい。
【００４７】
配線基板１２０に金属板４４０を接着した振動板は、配線基板１２０に金属板４４０を貼り付けて作製してもよいし、予め金属板４４０の表面に絶縁層と導体パターンを形成して金属ベース配線基板として作製してもよい。さらに、配線基板１２０に金属板４４０を貼り付けるのではなく、メッキまたは蒸着で膜状の金属板４４０を形成してもよい。
【００４８】
［第５の実施形態］
図１０（ａ）（ｂ）は、圧電発音体５００の平面図および断面図である。上記の実施形態では、配線基板１２０の主面１２８ｂに金属板４４０を接着しているが、配線基板１２０の厚み方向中央に金属板を設けてもよい。配線基板１２０は、厚み方向中央に金属板５４０を有する。図１０に示すように、金属板５４０が配線基板１２０に埋め込まれている。これにより、配線基板の絶縁層よりヤング率の大きい金属板５４０を追加することで、圧電発音体の共振周波数を上げることができ、高い周波数の音を発生させることができる。特に圧電発音体５００がバイモルフ型である場合には配線基板１２０の厚み方向中央に金属板５４０が設けられていることが好ましい。
【００４９】
なお、配線基板１２０の厚み方向中央に金属板５４０を設けた振動板は、配線基板１２０の厚み方向中央に金属板５４０を埋め込んで作製してもよいが、予め金属板５４０の両主面に絶縁層と導体パターンを形成して金属ベース配線基板として作製してもよい。
【００５０】
［第６の実施形態］
上記の実施形態では、配線基板の同一主面上には単一の圧電素子が設けられているが、複数の圧電素子が１次元に規則性を有する配列で配置されていてもよい。図１１（ａ）（ｂ）は、圧電素子が１次元に配列された圧電発音体６００の平面図および断面図である。図１１（ａ）（ｂ）に示すように、圧電発音体６００は、複数の圧電素子１１０、配線基板６２０およびフレーム６３０で構成されている。
【００５１】
図１２は、複数の圧電素子１１０および配線基板６２０の平面図である。図１２に示すように、配線基板６２０上で圧電素子１１０は、直線上に同一周期で配置され、接着されている。このように圧電素子１１０が一次元的な配列で配置されるため、各圧電素子１１０およびこれに接着する配線基板６２０から発生される音波は建設的に干渉する。その結果、指向性の高い音を発生させることができる。
【００５２】
配線基板６２０は、一対の導体パターン６２４、６２６を有しており、複数の圧電素子１１０のそれぞれに設けられた駆動電極１１６および他方の駆動電極１１２の取り出し電極１１４は、配線基板６２０上の一対の導体パターン６２４、６２６によって並列に導通されている。配線基板６２０の両主面で、フレーム６３０がそれぞれの圧電素子の１１０周囲を囲むように配線基板６２０に接着されている。フレーム６３０は、空隙を形成する円形の辺縁６３１を有し、この辺縁６３１が各圧電素子１１０の間では配線基板６２０の厚み方向の変位を拘束する。これにより、各圧電素子１１０による振動は、円形の辺縁６３１では制限され、各圧電素子１１０の位置では配線基板６２０を自由に振動させ、各振動位置で独立して音波を発生させる。なお、本実施形態では、フレーム６３０は配線基板６２０の両主面に配置されているが、配線基板の一方の主面側だけに配置されても構わない。
【００５３】
このように構成された圧電発音体６００の導通パターン６２４、６２６の間に交流電圧が印加されると、それぞれの圧電素子１１０およびこれに接する配線基板６２０が屈曲振動し、それぞれから音を発生する。そして、それぞれの圧電素子１１０およびこれに接する配線基板６２０から発生される音波は、建設的に干渉することにより、圧電素子が配列された方向に対しては指向性の高い音を発生させることができる。
【００５４】
［第７の実施形態］
上記の実施形態では、フレーム６３０が円形の空隙を有するが、正方形の空隙を有してもよい。図１３は、圧電発音体７００の平面図である。図１３に示すように、圧電発音体７００は、複数の圧電素子１１０、配線基板６２０およびフレーム７３０で構成されている。圧電素子１１０は、直線上に同一周期で配置されている。配線基板６２０は、一対の導体パターン６２４、６２６を有しており、複数の圧電素子１１０のそれぞれに設けられた駆動電極１１６および他方の駆動電極１１２の取り出し電極１１４は、配線基板６２０上の一対の導体パターン６２４、６２６によって並列に導通されている。
【００５５】
フレーム７３０は、空隙を形成する正方形の辺縁７３１を有し、この辺縁７３１が各圧電素子１１０の間では配線基板６２０の厚み方向の変位を拘束する。各圧電素子１１０による振動は、円形の辺縁７３１では制限され、各圧電素子１１０の位置では配線基板６２０を自由に振動させ、各振動位置で独立して音波を発生させる。このように、空隙を正方形とする方が円形とするより振動の共振ピークがブロードになり、各圧電素子１１０や接着等のバラツキによる振動の周波数特性への影響を低減し、音響特性を安定させることができる。
【００５６】
［第８の実施形態］
上記の実施形態では、配線基板の同一主面上に複数の圧電素子が１次元に配列されているが、２次元に配列されていてもよい。図１４（ａ）（ｂ）は、圧電発音体８００の平面図および断面図である。また、図１５は、配線基板８２０の平面図である。
【００５７】
図１４（ａ）（ｂ）に示すように、圧電素子１１０は、２次元的に同一周期で配置されている。このように圧電素子１１０が２次元的な配列で配置されるため、各圧電素子１１０およびこれに接着する配線基板８２０から発生される音波は建設的に干渉する。その結果、指向性の高い音を発生させることができる。
【００５８】
なお、図１４に示す例では、複数の圧電素子１１０は、２次元上で六方格子（最密充填）の位置に配列されているが、直角直交格子の位置に配置されてもよい。ただし、六方格子の配置とした方が、配置された平面上で方向による偏りが少ないため、音響特性上は好ましい。
【００５９】
配線基板８２０は、一対の導体パターン８２４、８２６を有しており、複数の圧電素子１１０のそれぞれに設けられた駆動電極１１６および他方の駆動電極１１２の取り出し電極１１４は、配線基板８２０上の一対の導体パターン８２４、８２６によって並列に導通されている。フレーム８３０は、空隙を形成する円形の辺縁８３１を有し、この辺縁８３１が各圧電素子１１０の間では配線基板８２０の厚み方向の変位を拘束する。これにより、各圧電素子１１０による振動は、円形の辺縁８３１（支点の位置）では制限され、各圧電素子１１０について配線基板８２０を自由に振動させ、各振動位置で独立して音波を発生させる。
【００６０】
フレーム８３０の空隙は円形であるが、正方形であってもよい。これにより、空隙が円形の場合に比べて各振動の共振ピークがブロードになり、音響特性を安定させることができる。
【００６１】
なお、以上の実施形態では、圧電素子の側面電極またはバイア電極を用い接着用主面の取り出し電極への導通を取っているが、ペースト状の導電接着剤を塗布して導通させてもよい。また、以上の実施形態では、製造を容易にし、コストを低減するためには単板の圧電素子を用いるのが好ましいが、積層型の圧電素子を用いることも可能である。また、以上の実施形態では、圧電素子の形状が円板であるが、矩形板状であってもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００ 圧電発音体
１１０、２１０、３６０ 圧電素子
１１１、２１１ 圧電体
１１２、２１２、３６２ 駆動電極
１１３ 側面電極
１１４、２１４、３６４ 取り出し電極
１１６、２１６、３６６ 駆動電極
１１８、２１８、３６８ 圧電素子の接着側主面
１２０、３２０、４２０、６２０、８２０ 配線基板
１２１、３２１、４２１ 基板本体
１２４、３２４ａ、３２４ｂ、３２６ａ、３２６ｂ、６２４、６２６、８２４、８２６ 導体パターン
１２６、３２６ａ、３２６ｂ 導体パターン
１２８ａ、１２８ｂ、３２８ａ、３２８ｂ 配線基板の主面
１３０、６３０、７３０、８３０ フレーム
２１３ バイア電極
３２５、３２７ バイア導体
４４０、５４０ 金属板
６３１、７３１、８３１ フレームの辺縁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧が印加されることで屈曲振動し発音する圧電発音体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子を振動させることにより音を発生させる圧電発音体が、用途に応じ、ブザー、サウンダー、レシーバー等に応用されている。図１６（ａ）、（ｂ）は、従来のユニモルフ型の圧電発音体１１００を示す正面図および断面図である。圧電発音体１１００は金属板１１２０の片面に圧電素子１１１０が貼り付けられた構造を有している。金属板１１２０と圧電素子１１１０は、いずれも円板状である。
【０００３】
金属板１１２０は、フレーム１１３０に固着されている。フレーム１１３０上に形成された２つの端子１１４１、１１４２には電圧が印加される。端子１１４２と金属板１１２０とを接続する導線１１５２および金属板１１２０と圧電素子１１１０上の第１電極１１１６との接触経路が設けられている。その一方で、端子１１４１と圧電素子１１１０上の第２電極１１１２とを接続する導線が設けられている。圧電素子１１１０に印加され、それにより、圧電素子１１１０が面方向に伸縮することにより、圧電素子１１１０が固着された金属板１１２０全体が屈曲し音が発生する。
【０００４】
図１７（ａ）、（ｂ）は、従来のバイモルフ型の圧電発音体１２００を示す正面図および断面図である。圧電発音体１２００は金属板１２２０の両面に２枚の圧電素子１２１０、１２６０が貼り付けられた構造を有している。金属板１２２０および圧電素子１２１０、１２６０は、略長方形状である。圧電発音体１２００では２枚の圧電素子１２１０、１２６０の一方が面方向に伸長するとき、もう一方が面方向に収縮し、圧電素子１２１０、１２６０が固着された金属板１２２０全体が屈曲し音が発生する。
【０００５】
また、バイモルフ型の圧電発音体には、音響特性のバラツキを防止しようとするものも提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１記載の圧電型電気音響変換器は、一方の主面に外部電極を備えた一対の圧電素子と、これらの間に配設され絶縁基板の両主面に貼着された圧電振動板と、この圧電振動板の縁部近傍に沿う環状の支持部を備えた支持体とを備えている。そして、振動板の縁部近傍を全周にわたって支持体の環状の支持部に均一に接着することで、安定して所定の音響特性を得られるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１６、図１７に示すような圧電発音体では、フレーム上の端子と圧電素子とを導通させるために導線が多用されており、導線を用いた接続には、一般的に手動によるハンダ付けが採用されている。このような手作業は、手間がかかりコストアップの一因となる。また、手ハンダであるため、ハンダ量やハンダ位置のバラツキが大きく、発音体としての特性（音圧、共振周波数等）のバラツキの増大に繋がる。
【０００８】
一方、特許文献１記載の圧電型電気音響変換器は、圧電振動板の構成上のバランスをとり、振動板の縁部近傍を全周にわたって支持体の環状の支持部に均一に接着しており、音響特性を安定させているが、精密に製造する必要があり、製造の手間がかかりコスト増加や歩留まり低下を招きかねない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、音響特性のバラツキを抑えつつ、製造に手間がかからずコスト低減、歩留まり向上を可能にする圧電発音体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】
【００１０】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の圧電発音体は、交流電圧の印加により屈曲振動し発音するユニモルフ型の圧電発音体であって、接着側主面に、駆動電極および他方の駆動電極の取り出し電極を有する圧電素子と、一対の導体パターンを有する主面で前記圧電素子に接着される配線基板と、前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、前記接着側主面の駆動電極および取り出し電極と前記一対の導体パターンとの間の各導通は、前記接着により取られていることを特徴としている。
【００１１】
これにより、製造時に導線をハンダ付けする必要がなくなり、容易に導通がとれ作業コストを低減できる。また、作業が容易になるため歩留まりを向上できる。また、接続のバラツキを低減し、発音体の音響的特性を一定に維持できる。
【００１２】
（２）また、本発明の圧電発音体は、交流電圧の印加により屈曲振動し発音するバイモルフ型の圧電発音体であって、接着側主面に、駆動電極および他方の駆動電極の取り出し電極を有する一対の圧電素子と、前記一対の圧電素子の間に設けられ、一対の導体パターンを有する両主面で前記一対の圧電素子に接着される配線基板と、前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、前記接着側主面の駆動電極および取り出し電極と前記一対の導体パターンとの間の各導通は、前記接着により取られていることを特徴としている。
【００１３】
これにより、製造時に導線をハンダ付けする必要がなくなり、容易に導通がとれ作業コストを低減できる。また、作業が容易になるため歩留まりを向上できる。また、接続のバラツキを低減し、発音体の音響的特性を一定に維持できる。
【００１４】
（３）また、本発明の圧電発音体は、交流電圧の印加により屈曲振動し発音するユニモルフ型の圧電発音体であって、接着側主面に一方の駆動電極を有する圧電素子と、一方の導体パターンを有する主面で前記圧電素子に接着される配線基板と、前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、前記一方の駆動電極と前記一方の導体パターンとの間の導通は、前記接着により取られており、前記圧電素子の他方の駆動電極と前記配線基板の他方の導電パターンとの導通は、導線または導電性接着剤により取られていることを特徴としている。
【００１５】
これにより、容易に導通がとれ作業コストを低減できる。また、作業が容易になるため歩留まりを向上できる。また、接続のバラツキを低減し、発音体の音響的特性を一定に維持できる。
【００１６】
（４）また、本発明の圧電発音体は、交流電圧の印加により屈曲振動し発音するバイモルフ型の圧電発音体であって、接着側主面に一方の駆動電極を有する一対の圧電素子と、前記一対の圧電素子の間に設けられ、一方の導体パターンを有する両主面で前記一対の圧電素子に接着される配線基板と、前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、前記一方の駆動電極と前記一方の導体パターンとの間の導通は、前記接着により取られており、前記一対の圧電素子の他方の駆動電極と前記配線基板の他方の導電パターンとの導通は、導線または導電性接着剤により取られていることを特徴としている。
【００１７】
これにより、容易に導通がとれ作業コストを低減できる。また、作業が容易になるため歩留まりを向上できる。また、接続のバラツキを低減し、発音体の音響的特性を一定に維持できる。
【００１８】
（５）また、本発明の圧電発音体は、前記接着により取られた導通は、前記圧電素子の電極と前記配線基板の導体パターンとが直接接触することで行われていることを特徴としている。これにより、単純かつ安価に接着し、電極と導体パターンとの導通を取ることができる。
【００１９】
（６）また、本発明の圧電発音体は、前記圧電素子は前記配線基板と異方性導電接着剤で接着され、前記圧電素子の電極は、前記配線基板の導体パターンと異方性導電接着剤を介して導通が取られていることを特徴としている。これにより、導体パターンの面積が小さく直接接触では導通が取れ難い場合には、異方性導電接着剤を用いることで容易に導通を取ることができる。
【００２０】
（７）また、本発明の圧電発音体は、前記配線基板は、前記導体パターンを有する主面の反対側の主面に接着された金属板を有することを特徴としている。これにより、配線基板の絶縁層よりヤング率の大きい金属板を追加することで、圧電発音体の共振周波数を上げることができ、高い周波数の音を発生させることができる。
【００２１】
（８）また、本発明の圧電発音体は、前記配線基板は、厚み方向中央に金属板を有することを特徴としている。これにより、配線基板の絶縁層よりヤング率の大きい金属板を追加することで、圧電発音体の共振周波数を上げることができ、高い周波数の音を発生させることができる。
【００２２】
（９）また、本発明の圧電発音体は、前記配線基板上に複数の前記圧電素子が一次元または二次元的な配列で配置され、前記複数の圧電素子のそれぞれに設けられた駆動電極および他方の駆動電極の取り出し電極は、前記配線基板上の一対の導体パターンによって並列に導通され、前記各圧電素子の間には配線基板の厚み方向の変位を拘束するフレームを備えることを特徴としている。このように圧電素子が一次元または二次元的な配列で配置されるため、各圧電素子およびこれに接着する配線基板から発生される音波は建設的に干渉することで、指向性の高い音を発生させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、音響特性のバラツキを抑えつつ、製造に手間がかからずコスト低減、歩留まり向上を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図２】圧電素子の（ａ）平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）底面図である。
【図３】配線基板の（ａ）平面図および（ｂ）側面図である。
【図４】第２の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図５】圧電素子の（ａ）平面図、（ｂ）側面図および（ｃ）底面図である。
【図６】第３の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図７】第１圧電素子の（ａ）平面図、（ｂ）断面図、第２圧電素子の（ｃ）平面図、（ｄ）断面図である。
【図８】配線基板の（ａ）平面図、（ｂ）側面図および（ｃ）底面図である。
【図９】第４の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図１０】第５の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図１１】第６の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図１２】配線基板の平面図である。
【図１３】第７の実施形態に係る圧電発音体の平面図である。
【図１４】第８の実施形態に係る圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図１５】配線基板の平面図である。
【図１６】従来のユニモルフ型の圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図１７】従来のバイモルフ型の圧電発音体の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
［第１の実施形態］
図１（ａ）（ｂ）は、圧電発音体１００の平面図および断面図である。図１に示すように、圧電発音体１００は、ユニモルフ型であって、交流電圧の印加により屈曲振動し発音する。圧電発音体１００は、圧電素子１１０、配線基板１２０およびフレーム１３０で構成されている。以下、各部について詳しく説明する。
【００２７】
図２（ａ）〜（ｃ）は、圧電素子の平面図、側面図、底面図である。圧電素子１１０は、円板状に形成され、圧電体１１１、駆動電極１１２、側面電極１１３、取り出し電極１１４、駆動電極１１６を有している。圧電体１１１は、駆動電極間に印加される交流電圧を伸縮に変換する圧電材料で構成されている。用いられる圧電材料にはたとえばＰＺＴやチタン酸バリウムが挙げられる。圧電体１１１は、予め厚み方向について分極処理がなされている。駆動電極１１２は、側面電極１１３を介して反対側の主面１１８の取り出し電極１１４に接続されている。接着側主面１１８には、駆動電極１１６および他方の駆動電極１１２の取り出し電極１１４が設けられている。
【００２８】
図３（ａ）（ｂ）は、配線基板１２０の平面図および側面図である。配線基板１２０は、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ（ガラス布基材エポキシ樹脂）、ガラスポリイミド（ガラス布基材ポリイミド樹脂）等の絶縁材料により形成された弾性を有する基板本体１２１とその基板本体１２１の一方の主面１２８ａ上に設けられた導体パターン１２４、１２６を有する。導体パターン１２４、１２６は、たとえば銅メッキ（厚み数十μｍ）で形成され、基板本体１２１の一方の主面１２８ａに一対で設けられている。そして、配線基板１２０は、導体パターン１２４、１２６の両方が設けられた主面１２８ａで圧電素子１１０に接着されている。
【００２９】
圧電発音体１００において、接着側主面１１８の駆動電極１１６および取り出し電極１１４のそれぞれは、接着により一対の導体パターン１２６、１２４のそれぞれに導通されている。これにより、製造時に導線をハンダ付けで接続する必要がなくなり、手間がかからず作業コストを低減できる。また、後述のフレーム１３０が配線基板１２０の振動の支点を固定しているときには、接続のバラツキを低減し、発音体の特性を一定に維持できる。
【００３０】
圧電素子１１０と配線基板１２０とは、たとえば嫌気性硬化型エポキシ接着剤により密着状態で接着されている。その結果、圧電素子１１０の取り出し電極１１４は、配線基板１２０の導体パターン１２４と直接接触し導通している。また、駆動電極１１６は、配線基板１２０の導体パターン１２６と直接接触し導通している。これにより、単純かつ安価な接着で、電極と導体パターンとの導通を取ることができる。
【００３１】
このように配線基板１２０上に圧電素子１１０を接着するだけで電気的な導通を取ることができるので、作業コストを抑えることができる。たとえば、このような接着はスクリーン印刷で配線基板１２０上の所定箇所に接着剤を塗布しておき、圧電素子１１０を配置し、圧着（場合により熱圧着）することで接着することができる。このような方法は特に複数の接着を一度に行う場合に有効である。このような構成の圧電発音体１００において、導体パターン１２４と導体パターン１２６との間に交流信号を印加すると、その電圧に応じて圧電素子１１０および配線基板１２０が屈曲振動（ユニモルフ構造の振動）し、それによって音が発生する。
【００３２】
圧電素子１１０は配線基板１２０と異方性導電接着剤で接着されていてもよい。異方性導電接着剤は、一定の方向（圧着方向）にのみ電気的な接続が可能な接着剤であり、たとえば異方向性導電フィルム（ＡＣＦ）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）である。異方向性導電フィルムは、フィルム状の絶縁樹脂材料の中に微細な導電性粒子を分散させた素材で接着と同時に電極間に鋏まれた導電粒子を介して縦方向には電気的接続、横方向には絶縁の機能を持つ。
【００３３】
このような異方性導電接着剤を用いた場合、配線基板１２０の電極形状に合わせた異方性導電接着剤を準備する必要はなく、配線基板一面に異方性導電接着剤を配置して接着できる。圧電素子１１０の駆動電極１１６および取り出し電極１１４は、配線基板１２０の導体パターン１２６、１２４との間で異方性導電接着剤を介して導通を取ることができる。これにより、導体パターン１２６、１２４の面積が小さく直接接触では電気的に接続し難い場合でも、容易に導通を取ることができる。
【００３４】
なお、圧電素子１１０と配線基板１２０との導通のうち、一部の導通のみ接着で行い、他の導通は導線とハンダを用いて行うか、導電接着剤で行うこととしてもよい。
【００３５】
フレーム１３０は、ポリカーボネートやＡＢＳ等の樹脂やよりヤング率の高い金属等で形成され、圧電素子１１０の周囲で配線基板１２０を固定している。フレーム１３０は、配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束する。フレーム１３０は、モールド等の液状硬化樹脂で形成することもできる。フレーム１３０の固定により圧電素子１１０とその下の配線基板１２０を所望の振動数で振動させることが可能になる。
【００３６】
［第２の実施形態］
上記の実施形態では、圧電素子１１０の駆動電極１１２を、側面電極１１３を介して取り出し電極１１４まで取出しているが、バイア電極を用いてもよい。図４（ａ）（ｂ）は、バイア電極で電極の取出しを行う圧電発音体２００の平面図および断面図である。圧電発音体２００は、圧電素子２１０、配線基板１２０およびフレーム１３０で構成されている。
【００３７】
図５（ａ）〜（ｃ）は、圧電素子２１０の平面図、側面図および底面図である。圧電素子２１０は、圧電体２１１、駆動電極２１２、バイア電極２１３、取り出し電極２１４、駆動電極２１６を有している。圧電体２１１は、圧電材料で構成され、厚み方向について分極処理がなされている。駆動電極２１２は、バイア電極２１３を介して反対側の主面２１８の取り出し電極２１４に接続されている。バイア電極２１３は、圧電体２１１を貫通するバイアホールを開けて導電材料を詰めることで作られる。接着側主面２１８には、駆動電極２１６および取り出し電極２１４が設けられている。
【００３８】
［第３の実施形態］
上記の実施形態では、圧電発音体は、圧電素子を配線基板の一方側にのみ備えるユニモルフ型であるが、配線基板の両側に圧電素子を設けたバイモルフ型であってもよい。図６（ａ）（ｂ）は、バイモルフ型の圧電発音体３００の平面図および断面図である。図６に示すように、圧電発音体３００は、バイモルフ型であって、交流電圧の印加により屈曲振動し発音する。圧電発音体３００では、配線基板１２０の両主面に一対の圧電素子１１０、３６０が接着されている。
【００３９】
図７（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ一方の圧電素子の平面図、断面図、他方の圧電素子の平面図、断面図である。図７（ａ）（ｂ）に示すように、圧電素子１１０は、接着側主面１１８に、駆動電極１１６および他方の駆動電極１１２の取り出し電極１１４を有する。図７（ｃ）（ｄ）に示すように、圧電素子３６０は、接着側主面３６８に、駆動電極３６６および他方の駆動電極３６２の取り出し電極３６４を有する。
【００４０】
駆動電極１１６および取り出し電極１１４のそれぞれは、圧電素子１１０の接着側主面１１８に設けられている。また、一対の導体パターン３２４ａ、３２６ａは配線基板３２０の一方の主面３２８ａに設けられている。一方、駆動電極３６６および取り出し電極３６４のそれぞれは、圧電素子３６０の接着側主面３６８に設けられている。
【００４１】
図８（ａ）〜（ｃ）は、配線基板３２０の平面図、側面図および底面図である。配線基板３２０は、一対の圧電素子１１０、３６０の間に設けられ、一対の導体パターン３２４ａ、３２６ａを有する。配線基板３２０は、両主面３２８ａ、３２８ｂで一対の圧電素子１１０、３６０に接着される。圧電素子１１０と圧電素子３６０は同じ形状であるが、圧電素子１１０と圧電素子３６０では分極方向が逆である。また、配線基板３２０の絶縁材料で形成された基板本体３２１の両主面３２８ａ、３２８ｂに形成された導体パターンは、それぞれバイア導体により接続されている。すなわち、導体パターン３２４ａと導体パターン３２４ｂとの間、導体パターン３２６ａと導体パターン３２６ｂとの間は、それぞれバイア導体３２５、３２７により接続されている。
【００４２】
そして、導体パターンが形成された配線基板１２０の両面に圧電素子１１０、３６０が接着されることにより、導体パターン３２４ａ、３２４ｂと圧電素子１１０の取り出し電極１１４、圧電素子３６０の取り出し電極３６４が導通されている。同様に、導体パターン３２６ａ、３２６ｂと圧電素子１１０の駆動電極１１６、圧電素子３６０の駆動電極３６６が導通されている。
【００４３】
これにより、製造時に導線をハンダ付けする必要がなくなり、手間がかからずコストを低減できる。また、接続のバラツキを低減し、発音体の特性を一定に維持できる。このようにして、容易に導通がとれ、作業コストを低減できる。なお、圧電素子１１０と配線基板３２０との導通のうち、一部の導通のみ接着で取り、他の導通は導線とハンダを用いて取るか、導電接着剤で取ることとしてもよい。
【００４４】
このような構成の圧電発音体３００において、導体パターン３２４ａと導体パターン３２６ａとの間に交流信号を印加する。そして、その電圧に応じて圧電素子１１０が面方向に伸張し圧電素子１１０が面方向に収縮することにより、圧電素子１１０、３６０および配線基板３２０が屈曲振動（バイモルフ構造の振動）し、それによって音が発生する。
【００４５】
［第４の実施形態］
上記の実施形態では、配線基板１２０を振動板として用いているが、高周波に対応できるように配線基板１２０に高いヤング率の板が接着されたものを振動板として用いてもよい。図９（ａ）（ｂ）は、圧電発音体４００の平面図および断面図である。図９（ａ）（ｂ）に示すように、ユニモルフ型の圧電発音体４００において、配線基板４２０は、一対の導体パターンを有する主面１２８ａの反対側の主面１２８ｂに接着された金属板４４０を有する。
【００４６】
金属板４４０は、たとえばガラスエポキシ等の絶縁材料よりもヤング率の大きいアルミニウムや銅等の金属で形成されている。これにより、配線基板４２０の基板本体４２１よりヤング率の大きい金属板４４０を接着することで、圧電発音体４００の共振周波数を上げることができ、高い周波数の音を発生させることができる。金属板４４０の厚みは、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。なお、金属板４４０に代えて、セラミックス板を用いてもよい。たとえば、アルミナ板であれば安価で入手しやすい。
【００４７】
配線基板１２０に金属板４４０を接着した振動板は、配線基板１２０に金属板４４０を貼り付けて作製してもよいし、予め金属板４４０の表面に絶縁層と導体パターンを形成して金属ベース配線基板として作製してもよい。さらに、配線基板１２０に金属板４４０を貼り付けるのではなく、メッキまたは蒸着で膜状の金属板４４０を形成してもよい。
【００４８】
［第５の実施形態］
図１０（ａ）（ｂ）は、圧電発音体５００の平面図および断面図である。上記の実施形態では、配線基板１２０の主面１２８ｂに金属板４４０を接着しているが、配線基板１２０の厚み方向中央に金属板を設けてもよい。配線基板１２０は、厚み方向中央に金属板５４０を有する。図１０に示すように、金属板５４０が配線基板１２０に埋め込まれている。これにより、配線基板の絶縁層よりヤング率の大きい金属板５４０を追加することで、圧電発音体の共振周波数を上げることができ、高い周波数の音を発生させることができる。特に圧電発音体５００がバイモルフ型である場合には配線基板１２０の厚み方向中央に金属板５４０が設けられていることが好ましい。
【００４９】
なお、配線基板１２０の厚み方向中央に金属板５４０を設けた振動板は、配線基板１２０の厚み方向中央に金属板５４０を埋め込んで作製してもよいが、予め金属板５４０の両主面に絶縁層と導体パターンを形成して金属ベース配線基板として作製してもよい。
【００５０】
［第６の実施形態］
上記の実施形態では、配線基板の同一主面上には単一の圧電素子が設けられているが、複数の圧電素子が１次元に規則性を有する配列で配置されていてもよい。図１１（ａ）（ｂ）は、圧電素子が１次元に配列された圧電発音体６００の平面図および断面図である。図１１（ａ）（ｂ）に示すように、圧電発音体６００は、複数の圧電素子１１０、配線基板６２０およびフレーム６３０で構成されている。
【００５１】
図１２は、複数の圧電素子１１０および配線基板６２０の平面図である。図１２に示すように、配線基板６２０上で圧電素子１１０は、直線上に同一周期で配置され、接着されている。このように圧電素子１１０が一次元的な配列で配置されるため、各圧電素子１１０およびこれに接着する配線基板６２０から発生される音波は建設的に干渉する。その結果、指向性の高い音を発生させることができる。
【００５２】
配線基板６２０は、一対の導体パターン６２４、６２６を有しており、複数の圧電素子１１０のそれぞれに設けられた駆動電極１１６および他方の駆動電極１１２の取り出し電極１１４は、配線基板６２０上の一対の導体パターン６２４、６２６によって並列に導通されている。配線基板６２０の両主面で、フレーム６３０がそれぞれの圧電素子の１１０周囲を囲むように配線基板６２０に接着されている。フレーム６３０は、空隙を形成する円形の辺縁６３１を有し、この辺縁６３１が各圧電素子１１０の間では配線基板６２０の厚み方向の変位を拘束する。これにより、各圧電素子１１０による振動は、円形の辺縁６３１では制限され、各圧電素子１１０の位置では配線基板６２０を自由に振動させ、各振動位置で独立して音波を発生させる。なお、本実施形態では、フレーム６３０は配線基板６２０の両主面に配置されているが、配線基板の一方の主面側だけに配置されても構わない。
【００５３】
このように構成された圧電発音体６００の導通パターン６２４、６２６の間に交流電圧が印加されると、それぞれの圧電素子１１０およびこれに接する配線基板６２０が屈曲振動し、それぞれから音を発生する。そして、それぞれの圧電素子１１０およびこれに接する配線基板６２０から発生される音波は、建設的に干渉することにより、圧電素子が配列された方向に対しては指向性の高い音を発生させることができる。
【００５４】
［第７の実施形態］
上記の実施形態では、フレーム６３０が円形の空隙を有するが、正方形の空隙を有してもよい。図１３は、圧電発音体７００の平面図である。図１３に示すように、圧電発音体７００は、複数の圧電素子１１０、配線基板６２０およびフレーム７３０で構成されている。圧電素子１１０は、直線上に同一周期で配置されている。配線基板６２０は、一対の導体パターン６２４、６２６を有しており、複数の圧電素子１１０のそれぞれに設けられた駆動電極１１６および他方の駆動電極１１２の取り出し電極１１４は、配線基板６２０上の一対の導体パターン６２４、６２６によって並列に導通されている。
【００５５】
フレーム７３０は、空隙を形成する正方形の辺縁７３１を有し、この辺縁７３１が各圧電素子１１０の間では配線基板６２０の厚み方向の変位を拘束する。各圧電素子１１０による振動は、円形の辺縁７３１では制限され、各圧電素子１１０の位置では配線基板６２０を自由に振動させ、各振動位置で独立して音波を発生させる。このように、空隙を正方形とする方が円形とするより振動の共振ピークがブロードになり、各圧電素子１１０や接着等のバラツキによる振動の周波数特性への影響を低減し、音響特性を安定させることができる。
【００５６】
［第８の実施形態］
上記の実施形態では、配線基板の同一主面上に複数の圧電素子が１次元に配列されているが、２次元に配列されていてもよい。図１４（ａ）（ｂ）は、圧電発音体８００の平面図および断面図である。また、図１５は、配線基板８２０の平面図である。
【００５７】
図１４（ａ）（ｂ）に示すように、圧電素子１１０は、２次元的に同一周期で配置されている。このように圧電素子１１０が２次元的な配列で配置されるため、各圧電素子１１０およびこれに接着する配線基板８２０から発生される音波は建設的に干渉する。その結果、指向性の高い音を発生させることができる。
【００５８】
なお、図１４に示す例では、複数の圧電素子１１０は、２次元上で六方格子（最密充填）の位置に配列されているが、直角直交格子の位置に配置されてもよい。ただし、六方格子の配置とした方が、配置された平面上で方向による偏りが少ないため、音響特性上は好ましい。
【００５９】
配線基板８２０は、一対の導体パターン８２４、８２６を有しており、複数の圧電素子１１０のそれぞれに設けられた駆動電極１１６および他方の駆動電極１１２の取り出し電極１１４は、配線基板８２０上の一対の導体パターン８２４、８２６によって並列に導通されている。フレーム８３０は、空隙を形成する円形の辺縁８３１を有し、この辺縁８３１が各圧電素子１１０の間では配線基板８２０の厚み方向の変位を拘束する。これにより、各圧電素子１１０による振動は、円形の辺縁８３１（支点の位置）では制限され、各圧電素子１１０について配線基板８２０を自由に振動させ、各振動位置で独立して音波を発生させる。
【００６０】
フレーム８３０の空隙は円形であるが、正方形であってもよい。これにより、空隙が円形の場合に比べて各振動の共振ピークがブロードになり、音響特性を安定させることができる。
【００６１】
なお、以上の実施形態では、圧電素子の側面電極またはバイア電極を用い接着用主面の取り出し電極への導通を取っているが、ペースト状の導電接着剤を塗布して導通させてもよい。また、以上の実施形態では、製造を容易にし、コストを低減するためには単板の圧電素子を用いるのが好ましいが、積層型の圧電素子を用いることも可能である。また、以上の実施形態では、圧電素子の形状が円板であるが、矩形板状であってもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００ 圧電発音体
１１０、２１０、３６０ 圧電素子
１１１、２１１ 圧電体
１１２、２１２、３６２ 駆動電極
１１３ 側面電極
１１４、２１４、３６４ 取り出し電極
１１６、２１６、３６６ 駆動電極
１１８、２１８、３６８ 圧電素子の接着側主面
１２０、３２０、４２０、６２０、８２０ 配線基板
１２１、３２１、４２１ 基板本体
１２４、３２４ａ、３２４ｂ、３２６ａ、３２６ｂ、６２４、６２６、８２４、８２６ 導体パターン
１２６、３２６ａ、３２６ｂ 導体パターン
１２８ａ、１２８ｂ、３２８ａ、３２８ｂ 配線基板の主面
１３０、６３０、７３０、８３０ フレーム
２１３ バイア電極
３２５、３２７ バイア導体
４４０、５４０ 金属板
６３１、７３１、８３１ フレームの辺縁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧の印加により屈曲振動し発音するユニモルフ型の圧電発音体であって、
接着側主面に、駆動電極および他方の駆動電極の取り出し電極を有する圧電素子と、
一対の導体パターンを有する主面で前記圧電素子に接着される配線基板と、
前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、
前記接着側主面の駆動電極および取り出し電極と前記一対の導体パターンとの間の各導通は、前記接着により取られていることを特徴とする圧電発音体。
【請求項２】
交流電圧の印加により屈曲振動し発音するバイモルフ型の圧電発音体であって、
接着側主面に、駆動電極および他方の駆動電極の取り出し電極を有する一対の圧電素子と、
前記一対の圧電素子の間に設けられ、一対の導体パターンを有する両主面で前記一対の圧電素子に接着される配線基板と、
前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、
前記接着側主面の駆動電極および取り出し電極と前記一対の導体パターンとの間の各導通は、前記接着により取られていることを特徴とする圧電発音体。
【請求項３】
交流電圧の印加により屈曲振動し発音するユニモルフ型の圧電発音体であって、
接着側主面に一方の駆動電極を有する圧電素子と、
一方の導体パターンを有する主面で前記圧電素子に接着される配線基板と、
前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、
前記一方の駆動電極と前記一方の導体パターンとの間の導通は、前記接着により取られており、
前記圧電素子の他方の駆動電極と前記配線基板の他方の導電パターンとの導通は、導線または導電性接着剤により取られていることを特徴とする圧電発音体。
【請求項４】
交流電圧の印加により屈曲振動し発音するバイモルフ型の圧電発音体であって、
接着側主面に一方の駆動電極を有する一対の圧電素子と、
前記一対の圧電素子の間に設けられ、一方の導体パターンを有する両主面で前記一対の圧電素子に接着される配線基板と、
前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、
前記一方の駆動電極と前記一方の導体パターンとの間の導通は、前記接着により取られており、
前記一対の圧電素子の他方の駆動電極と前記配線基板の他方の導電パターンとの導通は、導線または導電性接着剤により取られていることを特徴とする圧電発音体。
【請求項５】
前記接着により取られた導通は、前記圧電素子の電極と前記配線基板の導体パターンとが直接接触することで行われていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電発音体。
【請求項６】
前記圧電素子は前記配線基板と異方性導電接着剤で接着され、
前記圧電素子の電極は、前記配線基板の導体パターンと異方性導電接着剤を介して導通が取られていることを特徴とする請請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電発音体。
【請求項７】
前記配線基板は、前記導体パターンを有する主面の反対側の主面に接着された金属板を有することを特徴とする請求項１または請求項３記載の圧電発音体。
【請求項８】
前記配線基板は、厚み方向中央に金属板を有することを特徴とする請求項２または請求項４記載の圧電発音体。
【請求項９】
前記配線基板上に複数の前記圧電素子が一次元または二次元的な配列で配置され、
前記複数の圧電素子のそれぞれに設けられた駆動電極および他方の駆動電極の取り出し電極は、前記配線基板上の一対の導体パターンによって並列に導通され、
前記フレームは、前記各圧電素子の間に設けられていることを特徴とする請請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電発音体。
【請求項１】
交流電圧の印加により屈曲振動し発音するユニモルフ型の圧電発音体であって、
接着側主面に、駆動電極および他方の駆動電極の取り出し電極を有する圧電素子と、
一対の導体パターンを有する主面で前記圧電素子に接着される配線基板と、
前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、
前記接着側主面の駆動電極および取り出し電極と前記一対の導体パターンとの間の各導通は、前記接着により取られていることを特徴とする圧電発音体。
【請求項２】
交流電圧の印加により屈曲振動し発音するバイモルフ型の圧電発音体であって、
接着側主面に、駆動電極および他方の駆動電極の取り出し電極を有する一対の圧電素子と、
前記一対の圧電素子の間に設けられ、一対の導体パターンを有する両主面で前記一対の圧電素子に接着される配線基板と、
前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、
前記接着側主面の駆動電極および取り出し電極と前記一対の導体パターンとの間の各導通は、前記接着により取られていることを特徴とする圧電発音体。
【請求項３】
交流電圧の印加により屈曲振動し発音するユニモルフ型の圧電発音体であって、
接着側主面に一方の駆動電極を有する圧電素子と、
一方の導体パターンを有する主面で前記圧電素子に接着される配線基板と、
前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、
前記一方の駆動電極と前記一方の導体パターンとの間の導通は、前記接着により取られており、
前記圧電素子の他方の駆動電極と前記配線基板の他方の導電パターンとの導通は、導線または導電性接着剤により取られていることを特徴とする圧電発音体。
【請求項４】
交流電圧の印加により屈曲振動し発音するバイモルフ型の圧電発音体であって、
接着側主面に一方の駆動電極を有する一対の圧電素子と、
前記一対の圧電素子の間に設けられ、一方の導体パターンを有する両主面で前記一対の圧電素子に接着される配線基板と、
前記配線基板の厚み方向の変位を振動の支点位置で拘束するフレームと、を備え、
前記一方の駆動電極と前記一方の導体パターンとの間の導通は、前記接着により取られており、
前記一対の圧電素子の他方の駆動電極と前記配線基板の他方の導電パターンとの導通は、導線または導電性接着剤により取られていることを特徴とする圧電発音体。
【請求項５】
前記接着により取られた導通は、前記圧電素子の電極と前記配線基板の導体パターンとが直接接触することで行われていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電発音体。
【請求項６】
前記圧電素子は前記配線基板と異方性導電接着剤で接着され、
前記圧電素子の電極は、前記配線基板の導体パターンと異方性導電接着剤を介して導通が取られていることを特徴とする請請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電発音体。
【請求項７】
前記配線基板は、前記導体パターンを有する主面の反対側の主面に接着された金属板を有することを特徴とする請求項１または請求項３記載の圧電発音体。
【請求項８】
前記配線基板は、厚み方向中央に金属板を有することを特徴とする請求項２または請求項４記載の圧電発音体。
【請求項９】
前記配線基板上に複数の前記圧電素子が一次元または二次元的な配列で配置され、
前記複数の圧電素子のそれぞれに設けられた駆動電極および他方の駆動電極の取り出し電極は、前記配線基板上の一対の導体パターンによって並列に導通され、
前記フレームは、前記各圧電素子の間に設けられていることを特徴とする請請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電発音体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１５６３５（Ｐ２０１２−１５６３５Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４８００６（Ｐ２０１０−１４８００６）
【出願日】平成２２年６月２９日（２０１０．６．２９）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２９日（２０１０．６．２９）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
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