專利名稱：壓電型電聲變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如壓電型接收器、壓電型發(fā)聲器以及壓電型擴(kuò)音器之類的壓電型電聲變換器，更具體地，本發(fā)明涉及一種表面安裝的電聲變換器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電聲變換器被廣泛用于電子裝置、家用電器、便攜式電話等中，以便提供能夠產(chǎn)生音響警告或操作聲音的壓電型發(fā)聲器或壓電型接收器。
已知的壓電型變換器具有通用結(jié)構(gòu)，其中，通過將壓電板附在金屬板一個(gè)表面上，形成單形態(tài)壓電振動(dòng)板，通過粘合將該金屬板的周邊固定于殼體的內(nèi)部，并利用蓋子覆蓋該殼體的開口。
但是，由于這種振動(dòng)板通過利用具有不發(fā)生變化的區(qū)域的金屬板來約束產(chǎn)生方形(square-type)振動(dòng)的壓電型板，從而產(chǎn)生彎曲振動(dòng)，因此這種振動(dòng)板具有較低的聲音轉(zhuǎn)換效率并且難于具有緊湊的結(jié)構(gòu)和具有低諧振頻率的聲音特性。此外，盒子限定了該振動(dòng)板的外圍，這引起了更高諧振頻率的問題。
日本未審查專利申請(qǐng)No.61-161100提出了一種壓電型擴(kuò)音器，所述壓電型擴(kuò)音器具有將圓形單形態(tài)壓電型振動(dòng)板粘貼于圓形合成樹脂膜中心位置的結(jié)構(gòu)。該膜具有形成于其中心位置的平坦部分和通過模制形成于平坦部分周邊的環(huán)形突出部分。
這樣提出的電聲變換器的優(yōu)點(diǎn)在于，由于膜和突出部分的彈性，能夠得到比上述通過直接將振動(dòng)板接合到殼體上而形成的電聲變換器更寬的頻率特性。
但是，由于單形態(tài)壓電振動(dòng)板，該振動(dòng)板難于實(shí)現(xiàn)較高的聲音轉(zhuǎn)換效率和緊湊結(jié)構(gòu)。此外，由于該振動(dòng)板和膜均是圓形的，其變形量較小，由此導(dǎo)致不能令人滿意的聲音轉(zhuǎn)換效率。
日本未審專利申請(qǐng)公開No.2002-10393提出了一種具有較高聲音轉(zhuǎn)換效率的壓電振動(dòng)板。該壓電振動(dòng)板具有通過層壓兩個(gè)或三個(gè)矩形壓電陶瓷層而形成層壓片的結(jié)構(gòu)，其中在兩個(gè)矩形壓電陶瓷層之間插入了內(nèi)部電極，并且在其前和后表面上形成了主表面電極。將該陶瓷層沿著其相同的厚度方向進(jìn)行極化，并且，通過將交流信號(hào)施加到主表面電極和內(nèi)部電極之間，該層壓片產(chǎn)生彎曲振動(dòng)，從而產(chǎn)生聲音。
具有上述結(jié)構(gòu)的壓電振動(dòng)板是一種陶瓷層壓薄片，并且沿厚度方向一個(gè)挨著一個(gè)設(shè)置的兩個(gè)振動(dòng)區(qū)域(陶瓷層)沿著彼此相反的方向振動(dòng)，因此，與將壓電板粘貼于金屬板上的單形態(tài)壓電振動(dòng)板所實(shí)現(xiàn)的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更大的變形，即，更高的聲壓。此外，該壓電振動(dòng)板是矩形的，因此，與圓形振動(dòng)板相比，實(shí)現(xiàn)了更大的變形量以及由此產(chǎn)生的更高的聲壓。
盡管如上所述的該壓電振動(dòng)板具有極佳的聲音轉(zhuǎn)換效率，但是這種振動(dòng)板具有其結(jié)構(gòu)引起的高諧振頻率的問題，在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)通過殼體等支撐該振動(dòng)板時(shí)，必須通過粘合劑將其周圍區(qū)域密封而不留出空間。例如，當(dāng)通過粘合劑將兩個(gè)尺寸是10毫米×10毫米的壓電振動(dòng)板的兩個(gè)彼此相對(duì)邊固定于殼體上并且將另外兩個(gè)邊彈性地密封，以使其可變形時(shí)，其諧振頻率位于大約1200Hz，從而導(dǎo)致了大約300Hz的顯著降低的聲壓，所述300Hz是人類語音頻帶的下限。
壓電型接收器需要一種在從300Hz到3.4kHz的頻帶中具有幾乎平坦的聲壓特性的電聲變換器，此頻率帶等于人類的語音頻帶并且能夠播放寬帶語音。不利的是，上述支撐結(jié)構(gòu)不允許該變換器在寬帶范圍內(nèi)具有幾乎平坦的聲壓特性。盡管越大的殼體和振動(dòng)板產(chǎn)生了越低的諧振頻率，但這導(dǎo)致了尺寸較大的電聲變換器。
為了解決上述問題，當(dāng)產(chǎn)生表面彎曲振動(dòng)的壓電振動(dòng)板具有粘貼于該壓電振動(dòng)板的一個(gè)表面上且大于該壓電振動(dòng)板的樹脂膜，并且將該膜的外周和外殼的支撐相接合時(shí)，能夠支撐該壓電振動(dòng)板而不會(huì)造成較強(qiáng)的約束。在這種情況下，與傳統(tǒng)的通過外殼支撐壓電振動(dòng)板的兩邊或四邊的情況相比，這種壓電振動(dòng)板更可能會(huì)振動(dòng)。結(jié)果，即使當(dāng)該振動(dòng)板具有與傳統(tǒng)振動(dòng)板相同的尺寸時(shí)，也可以使其諧振頻率更低，并且由于施加于其上的降低的支撐約束力，還可以使其變形更大，從而實(shí)現(xiàn)了高聲壓。此外，在從基本諧振頻率到二次諧振頻率的頻率區(qū)域中，所得到的聲壓不會(huì)下降，從而播放寬帶語音。
相反，在具有上述使用的樹脂膜的電聲變換器中，施加于膜上的應(yīng)力根據(jù)膜和外殼之間的接合狀態(tài)而變化，從而使振動(dòng)板具有移位的諧振頻率，并因此使其具有波動(dòng)的頻率特性。
盡管還希望電聲變換器是可表面安裝的，從而能夠直接將其安裝于電路板，但是由于在回流焊接期間的容量，膜、外殼、粘合劑等發(fā)生變形，從而使施加于壓電振動(dòng)板上的應(yīng)力變化，并因此使其頻率特性在回流焊接之前和之后發(fā)生變化。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述問題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種壓電型電聲變換器，這種壓電型電聲變換器防止了頻率特性根據(jù)膜和外殼之間的接合狀態(tài)或由于回流焊接期間的熱量而波動(dòng)或變化。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，一種壓電型電聲變換器包括大致上矩形的壓電振動(dòng)板，所述壓電振動(dòng)板包括內(nèi)部電極、具有插入于兩個(gè)壓電陶瓷層之間的內(nèi)部電極的多個(gè)層壓壓電陶瓷層、以及放置于所述壓電振動(dòng)板的頂部和底部主表面上的主表面電極，所述壓電振動(dòng)板響應(yīng)施加到主表面電極和內(nèi)部電極之間的交流信號(hào)，產(chǎn)生表面彎曲振動(dòng)；大致上矩形的樹脂膜，該樹脂膜大于所述壓電振動(dòng)板，且具有大致上粘貼于其前表面的中心部分的壓電振動(dòng)板；以及外殼，所述外殼具有容納在其中的所述壓電振動(dòng)板和樹脂膜，并且具有支撐，用于支撐其上沒有附著壓電振動(dòng)板的樹脂膜的外周。該樹脂膜對(duì)于至少一個(gè)回流焊接溫度具有抗熱性，通過粘合，將包括四個(gè)角的樹脂膜的周邊固定于所述外殼的支撐上，壓電振動(dòng)板的面積是沒有通過粘合固定于支撐的樹脂膜部分的面積的大約40％到大約70％，并且該樹脂膜具有至少一個(gè)沿著樹脂膜前和后方向彎曲的波狀部分，該波狀部分形成于沒有粘貼壓電振動(dòng)板的外周，以及通過粘合將其固定于支撐的周邊的內(nèi)部。
在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的壓電型電聲變換器中，所述產(chǎn)生表面振動(dòng)的壓電振動(dòng)板具有大于該壓電振動(dòng)板的、粘貼于該壓電振動(dòng)板一個(gè)表面的、大致上是矩形的樹脂膜。通過將該膜的周圍與外殼的支撐相接合，能夠支撐該壓電振動(dòng)板而不會(huì)對(duì)其進(jìn)行較強(qiáng)的約束，因此，與傳統(tǒng)的直接將壓電振動(dòng)板與外殼相接合的情況相比，這種壓電振動(dòng)板更可能會(huì)振動(dòng)。結(jié)果，即使當(dāng)振動(dòng)板具有與傳統(tǒng)振動(dòng)板相同的尺寸時(shí)，也可以使其諧振頻率更低，并且由于施加于其上的降低的支撐約束力，還可以使其變形更大，由此實(shí)現(xiàn)高聲壓。此外，在從基本諧振頻率到二次諧振頻率的頻率區(qū)域中，所獲得的聲壓不會(huì)下降，從而播放寬帶語音。
壓電振動(dòng)板與樹脂膜的尺寸比(面積比)與聲壓特性相關(guān)。當(dāng)壓電振動(dòng)板與樹脂膜的面積比是從大約40％到大約70％的范圍之內(nèi)時(shí)，聲壓特性是令人滿意的，而當(dāng)該面積比小于大約40％或大于70％時(shí)，聲壓趨向于降低。根據(jù)這種思路，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，壓電振動(dòng)板與樹脂膜的面積比最好處于從大約40％到大約70％的范圍內(nèi)。
樹脂膜具有至少一個(gè)沿著其前和后方向彎曲的波狀部分，該波狀部分位于沒有粘貼壓電振動(dòng)板的外周以及通過粘合將該樹脂膜固定于支撐的周邊的內(nèi)部。換句話說，形成了該波狀部分以使其對(duì)應(yīng)于樹脂膜和外殼的支撐之間的至少接合部分。利用這種結(jié)構(gòu)，即使當(dāng)施加于膜上的應(yīng)力根據(jù)膜和外殼之間的接合狀態(tài)而變化時(shí)，由于波狀部分的彈性，吸收了這種應(yīng)力的變化，從而使得該振動(dòng)板具有恒定的諧振頻率并因此具有穩(wěn)定的頻率特性。
同樣地，盡管由于回流焊接期間產(chǎn)生的熱量而向膜、外殼、粘合劑等施加了熱應(yīng)力，由于膜的波狀部分的彈性，吸收了這些應(yīng)力，從而穩(wěn)定了施加于壓電振動(dòng)板上的應(yīng)力，由此，防止了使該壓電振動(dòng)板具有移位的諧振頻率和變化的頻率特性。
優(yōu)選地，所述膜、外殼、壓電振動(dòng)板、粘合劑等由對(duì)于至少回流焊接溫度(例如，大約220℃到260℃)具有抗熱性的材料構(gòu)成。
在該壓電型電聲變換器中，波狀部分最好位于沿著樹脂膜周邊的位置。
當(dāng)波狀部分位于沿著樹脂膜周邊的位置時(shí)，該波狀部分能夠吸收沿著任意方向施加的應(yīng)力，從而使振動(dòng)板的頻率特性的變化最小。
特別地，當(dāng)通過粘合將樹脂膜的周邊固定于外殼的支撐時(shí)，該波狀部分最好位于沿著該樹脂膜周邊的位置。
該壓電振動(dòng)板可以具有波狀部分位于沿著除每一邊中心之外的樹脂膜的每一邊的結(jié)構(gòu)，并且施加到未形成相應(yīng)波狀部分的樹脂膜各個(gè)邊的中心部分的導(dǎo)電粘合劑將壓電振動(dòng)板的電極設(shè)置在外殼中的相應(yīng)接線端相連。
有時(shí)，該導(dǎo)電粘合劑用于對(duì)壓電振動(dòng)板的電極和設(shè)置于外殼中的相應(yīng)接線端進(jìn)行相互電連接。在這種情況下，當(dāng)該導(dǎo)電粘合劑延伸到相應(yīng)的波狀部分時(shí)，該波狀部分的具有減少的應(yīng)力吸收效果，因此引起了頻率特性的波動(dòng)。
為了避免上述問題，通過沿著除了每一邊的中心部分之外的樹脂膜的每一邊形成波狀部分并通過沿著沒有波狀部分的該邊的空隙部分施加導(dǎo)電粘合劑，使壓電振動(dòng)板的電極與相應(yīng)的接線端彼此電連接，同時(shí)保持了波狀部分的應(yīng)力吸收效果。
在該壓電型電聲變換器中，優(yōu)選地，將最好由粘彈性(visco-elastic)材料構(gòu)成的加重件附加到壓電振動(dòng)板上。
當(dāng)壓電振動(dòng)板具有將層壓壓電振動(dòng)板粘貼于樹脂膜上的結(jié)構(gòu)時(shí)，由于在從基本諧振頻率到二次諧振頻率的頻率區(qū)域中其聲壓會(huì)下降，因此不能使聲壓特性平坦。為了使聲壓特性平坦，只應(yīng)該使二次諧振頻率更低而不使基本諧振頻率發(fā)生改變。
因此，當(dāng)將由粘彈性材料構(gòu)成的加重件附加到壓電振動(dòng)板上時(shí)，可以只使二次諧振頻率更低而不會(huì)改變基本諧振頻率，由此實(shí)現(xiàn)了平坦的聲壓特性。同時(shí)，由于當(dāng)該加重件延伸到樹脂膜上時(shí)會(huì)使頻率特性惡化，因此，必須施加加重體而使其不延伸到壓電振動(dòng)板的外部。
根據(jù)附加加重件的質(zhì)量能夠調(diào)整聲壓頻率特性。由于當(dāng)該加重件具有過高的楊氏模數(shù)時(shí)不太可能降低二次諧振頻率，因此該加重件最好由諸如硅橡膠之類的粘彈性材料構(gòu)成。更具體地，在壓電型電聲變換器中，加重體的楊氏模數(shù)最好不大于大約10MPa。
在該壓電型電聲變換器中，優(yōu)選地，加重體的質(zhì)量與包括樹脂膜的壓電振動(dòng)板的總質(zhì)量之比不大于大約0.4。
盡管隨著附加質(zhì)量比的增大，在低于二次諧振頻率的頻率區(qū)域中聲壓下降，二次諧振頻率變低，且聲壓的下降變小，因此在上述頻率區(qū)域中的聲壓特性變得更加平坦。同時(shí)，當(dāng)附加質(zhì)量比變得過大時(shí)，在低于基本諧振頻率的頻率區(qū)域中聲壓下降。
當(dāng)質(zhì)量比不大于大約0.4時(shí)，能夠減少在上述頻率區(qū)域中的聲壓下降，同時(shí)，能夠防止在低于基本諧振頻率的頻率區(qū)域中的下降。
在該壓電型電聲變換器中，加重體的楊氏模數(shù)最好不大于大約10MPa。
理想地，該加重件由低彈性材料構(gòu)成，以使二次諧振頻率更低。當(dāng)加重件的楊氏模數(shù)超過大約10MPa時(shí)，不太可能使二次諧振頻率更低，由此，加重件的楊氏模數(shù)最好不大于大約10MPa，從而有效地使二次諧振頻率更低。
參考附圖，從以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其它特征、組件、性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更加明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的壓電型電聲變換器實(shí)例的透視分解圖；圖2是圖1所示壓電型電聲變換器的平面圖，其中去除了蓋子和彈性密封劑；圖3是沿著圖2所示的線A-A截取的截面圖；圖4是具有樹脂膜的振動(dòng)板的分解透視圖；圖5(a)和(b)分別是具有樹脂膜的振動(dòng)板的平面圖和沿著圖5(a)所示的線B-B截取的截面圖；圖6是壓電振動(dòng)板的放大透視圖；圖7是沿著圖6所示直線C-C得到的壓電振動(dòng)板的截面圖；
圖8是示出了振動(dòng)板面積比和相對(duì)聲壓之間關(guān)系的曲線圖；圖9(a)和9(b)是兩個(gè)電聲變換器之間回流焊接之前和之后的聲壓特性比較圖，其中一個(gè)配置有具有無波狀部分的膜的壓電振動(dòng)板，而另一個(gè)配置有具有波狀部分的膜的壓電振動(dòng)板；圖10(a)到(c)是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的具有樹脂膜的其它實(shí)例的振動(dòng)板的平面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的電聲變換器的平面圖；圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的壓電振動(dòng)板和第二優(yōu)選實(shí)施例的壓電振動(dòng)板的聲壓特性的比較圖；圖13是示出了附加質(zhì)量比和基本諧振頻率變化之間關(guān)系的圖；圖14是示出了附加質(zhì)量比和二次諧振頻率變化之間關(guān)系的圖；圖15是示出了附加質(zhì)量比和在大約100Hz處聲壓變化之間關(guān)系的曲線；圖16是示出了附加質(zhì)量比和在聲壓下降頻率區(qū)域內(nèi)的聲壓變化之間關(guān)系的曲線圖；以及圖17是示出了根據(jù)所加質(zhì)量的面積比，附加重量的彈性模數(shù)和二次諧振頻率的頻率變化之間關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1到7示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的表面安裝壓電型電聲變換器。
根據(jù)本優(yōu)選實(shí)施例的電聲變換器能夠播放具有在類似壓電接收器的人類語音頻帶(大約300Hz到大約3.4kHz)中幾乎平坦的聲壓特性的寬帶語音，且該電聲變換器包括層壓壓電振動(dòng)板1、樹脂膜10、殼體20以及蓋子30。殼體20和蓋子30限定了外殼。
如圖6和7所示，優(yōu)選地，通過層壓兩個(gè)壓電陶瓷層1a和1b來形成振動(dòng)板1，且該振動(dòng)板具有形成于其頂部和底部主表面上的主表面電極2和3，且陶瓷層1a和1b具有插入其間的內(nèi)部電極4。如圖中的粗箭頭所示，這兩個(gè)陶瓷層1a和1b沿著相同的厚度方向極化。對(duì)分別接近于頂部和底部表面的主表面電極2和3進(jìn)行設(shè)置，以使其長度稍微短于振動(dòng)板1一邊的長度，且其一端與設(shè)置于振動(dòng)板1一個(gè)端面的端面電極5相連。因此，頂部和底部表面上的主表面電極2和3彼此相連。優(yōu)選地，內(nèi)部電極4大致上與主表面電極2和3對(duì)稱，且其一端遠(yuǎn)離端面電極5而另一端與設(shè)置于振動(dòng)板1另一個(gè)端面上的端面電極6相連。振動(dòng)板1還具有放置于另一端部的頂部和底部表面、并且與端面電極6相連的輔助電極7。輔助電極7可以是具有恒定寬度的帶狀電極或按照使其僅僅與切口8b和另一個(gè)切口(未示出)相對(duì)應(yīng)的方式設(shè)置的部分電極，這將在隨后進(jìn)行說明。
在本實(shí)施例中，優(yōu)選地，陶瓷層1a和1b由具有大致上正方形的石墨-鋯酸鹽-鈦酸鹽(lead-zirconate-titanate)陶瓷(PZT)構(gòu)成，例如所述方形具有大約7毫米到大約8毫米的邊長和每一層大約15微米(一共大約30微米)的厚度。
振動(dòng)板1具有設(shè)置于其頂部和底部表面上的樹脂層8和9，從而覆蓋了主表面電極2和3。對(duì)樹脂層8和9進(jìn)行設(shè)置，從而定義了用于防止振動(dòng)板1由于墜落碰撞而破裂的保護(hù)層，且按照需要有選擇地使用。前表面上的樹脂層8具有形成于其兩個(gè)彼此相對(duì)的邊的中心部分的切口8a和8b，通過所述切口分別暴露了主表面電極2和一個(gè)輔助電極7。此外，后表面的樹脂層9具有形成的另一個(gè)切口(未示出)以使其面對(duì)切口8b，通過該切口使另一個(gè)輔助電極7暴露。
優(yōu)選地，本優(yōu)選實(shí)施例的樹脂層8和9由具有厚度是大約5微米到大約10微米的聚酰胺-酰亞胺(polyamide-imide)樹脂構(gòu)成。
利用粘合劑11將振動(dòng)板1與大于振動(dòng)板1的大致上是矩形的樹脂膜10的前表面的大致上的中心部分相接合。例如，該粘合劑11是環(huán)氧粘合劑。
優(yōu)選地，樹脂膜10比壓電振動(dòng)板1薄，并且最好由楊氏模數(shù)在大約500MPa到大約15,000MPa范圍內(nèi)的樹脂材料構(gòu)成。理想地，樹脂膜10對(duì)于至少一個(gè)回流焊接溫度(例如，大約300℃)具有抗熱性。更具體地，樹脂膜10最好由例如環(huán)氧、丙烯酸、聚酰亞胺或聚酰胺酰亞胺材料構(gòu)成。
優(yōu)選地，在本優(yōu)選實(shí)施例中使用的樹脂膜10由具有大約10毫米邊長、大約7.5微米厚度以及大約3400MPa楊氏模數(shù)的大致上正方形的聚酰亞胺膜構(gòu)成。
壓電振動(dòng)板1與樹脂膜10的尺寸比(面積比)與聲壓特性相關(guān)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓電振動(dòng)板1與樹脂膜10的面積比在大約40％到大約70％范圍內(nèi)時(shí)，聲壓特性是最令人滿意的，而當(dāng)面積比小于大約40％或大于大約70％時(shí)，聲壓趨向于下降。根據(jù)這種思路，壓電振動(dòng)板1與樹脂膜10的面積比最好在大約40％到大約70％的范圍之內(nèi)。
圖8示出了附在邊長是大約10毫米的大致上矩形的樹脂膜10上的壓電振動(dòng)板1的面積比和該壓電振動(dòng)板1的相對(duì)聲壓(dB)之間的關(guān)系。將相對(duì)聲壓定義為聲壓轉(zhuǎn)換值，其中當(dāng)壓電振動(dòng)板1在頻率100Hz受到大約1×10-6m3的變形量時(shí)，將其設(shè)為0dB。
從圖中可以清楚看到，當(dāng)壓電振動(dòng)板的面積比處于大約40％到70％范圍內(nèi)時(shí)，相對(duì)聲壓大致上大于0dB，因此聲壓特性是令人滿意的。另一方面，當(dāng)面積比小于大約40％或大于大約70％時(shí)，相對(duì)聲壓趨向于更加急劇地降低。由于當(dāng)其面積比是大約55％時(shí)得到了壓電振動(dòng)板1在100Hz的最大變形，因此從聲壓特性的角度出發(fā)，振動(dòng)板1的最佳面積比是大約55％。
樹脂膜10具有在從振動(dòng)板1向外延伸的外圍部分中通過模制形成的波狀部分12。在本優(yōu)選實(shí)施例中，沿著不包括其中心部分的樹脂膜的每一邊，形成了每一個(gè)波狀部分12，即沿著四個(gè)角中的每一個(gè)，從而形成了類似字母L的形狀。波狀部分12具有沿樹脂膜10的前和后方向彎曲的形狀，從而工作時(shí)能夠緩解以沿著其表面的方向施加到樹脂膜10的應(yīng)力。盡管本優(yōu)選實(shí)施例中的波狀部分12具有寬度是大約0.5毫米且深度是大約0.2毫米的向上突出的形狀，但是它還可以具有向下突出的形狀或反復(fù)向上和向下彎曲的波狀板的形狀。此外，其橫截面形狀可以如拱頂那樣彎曲。如稍后將描述的，盡管在其四個(gè)角附近將樹脂膜10與殼體20的支撐20f相接合，然而優(yōu)選地，可以形成波狀部分12以使其至少與上述接合部分相對(duì)應(yīng)。
當(dāng)如上所述，局部地設(shè)置了波狀部分12時(shí)，最好沿著至少大約30％的殼體20的周長設(shè)置波狀部分12，以便提供緩解應(yīng)力的效果。
優(yōu)選地，殼體20由諸如陶瓷、樹脂或玻璃環(huán)氧樹脂等絕緣材料制成，并且形成了具有底壁20a和四個(gè)側(cè)壁20b到20e的立方盒。如果殼體20由樹脂構(gòu)成，諸如液晶聚合體(LCP)、間同立構(gòu)聚苯乙烯(SPS)、聚苯硫醚(PPS)或環(huán)氧樹脂之類的抗熱樹脂是理想的，以便抵抗回流焊接。四個(gè)側(cè)壁20b到20e具有設(shè)置于其內(nèi)周的圍繞支撐20f，以便支撐樹脂膜10外周的下表面，并且兩個(gè)彼此相對(duì)的側(cè)壁20b和20d分別具有在延伸到側(cè)壁20b和20d內(nèi)部的支撐20f附近暴露的一對(duì)接線端21和22的內(nèi)部連接器21a和22a。優(yōu)選地，通過模制形成接線端21和22，以使其可插入殼體20中，且接線端21和22分別具有從殼體20向外突出并且向殼體20的底部彎曲的外部連接器21b和22b，以使其沿著側(cè)壁22b和22d的外表面延伸。在本優(yōu)選實(shí)施例中，將終端21和22的每一個(gè)內(nèi)部連接器21a和22a分為兩部分，以使分為兩部分的內(nèi)部連接器21a和22a在殼體20的拐角附近延伸。
盡管沿著殼體20的整個(gè)內(nèi)周形成了支撐20f，以便支撐樹脂膜10的整個(gè)外周，然而，可以部分地設(shè)置支撐20f，以使其只支撐樹脂膜10的四個(gè)角處的下表面。
殼體20具有設(shè)置于支撐20f之外和四個(gè)側(cè)壁20b到20e之內(nèi)的導(dǎo)板20g，以便引導(dǎo)樹脂膜10的外周。每一個(gè)導(dǎo)板20g具有一個(gè)形成于其內(nèi)表面并逐漸向內(nèi)及向下傾斜的傾斜表面，從而沿著傾斜表面引導(dǎo)樹脂膜以便將其準(zhǔn)確地放置于支撐20f上。如圖3所示，形成了支撐20f，以使其位于比接線端21和22的內(nèi)部連接器21a和22a低一個(gè)梯級(jí)(step)的位置。利用這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)將樹脂膜10放置于支撐20f之上時(shí)，振動(dòng)板1的上表面大致上與接線端21和22的內(nèi)部連接器21a和22a的上表面是持平的。
殼體20還具有在底壁20a的一部分處形成的、靠近側(cè)壁20c的第一聲發(fā)射孔20h。
將具有樹脂膜10的振動(dòng)板1容納于殼體20中，并將樹脂膜10的周邊放置于殼體20的支撐20f上。然后，接線端21和22的內(nèi)部連接器21a和22a和與內(nèi)部連接器21a和22a相對(duì)的樹脂膜10的部分具有施加到其間的彈性粘合劑13，以便通過粘合劑將樹脂膜10固定于殼體20上。在固化狀態(tài)，彈性粘合劑13的楊氏模數(shù)(Young’s modulus)小于導(dǎo)電粘合劑14，這將在下文中進(jìn)行說明。例如，優(yōu)選地，可以使用楊氏模數(shù)大約是3.7×106Pa的氨基甲酸酯粘合劑。優(yōu)選地，施加每一種彈性粘合劑以形成類似小丘的堆積形狀。
在將樹脂膜10固定于殼體20之后，將兩個(gè)導(dǎo)電粘合劑14施加到從切口8a露出的主表面電極2和接線端21的內(nèi)部連接器21a之間、以及從切口8b露出的輔助電極7和接線端22的內(nèi)部連接器22a之間，以便形成類似曲柄的形狀。例如，一個(gè)導(dǎo)電粘合劑14通過沒有樹脂膜10的相應(yīng)波狀部分12的一個(gè)空隙部分12a向外延伸，并圍繞波狀部分12的外部繞行，其中，分別將導(dǎo)電粘合劑14的兩端施加到主表面電極2和內(nèi)部連接器21a。在該狀態(tài)下，由于未將導(dǎo)電粘合劑14施加到波狀部分12上，因此波狀部分12不會(huì)失去應(yīng)力吸收效果。此外，由于將每一個(gè)導(dǎo)電粘合劑14施加到了具有類似小丘的堆積形狀的相應(yīng)彈性粘合劑13上，因此防止了將導(dǎo)電粘合劑14的固化收縮應(yīng)力或約束力施加到樹脂膜10上。
類似地，另一個(gè)導(dǎo)電粘合劑14通過沒有樹脂膜10的相應(yīng)波狀部分12的相應(yīng)空隙部分12a延伸，并圍繞波狀部分12的外部繞行，并置于彈性粘合劑13上方，其中分別將導(dǎo)電粘合劑14的兩端施加到相應(yīng)的輔助電極7和內(nèi)部連接器22a。
優(yōu)選地，導(dǎo)電粘合劑14是在固化之后具有低楊氏模數(shù)的導(dǎo)電膠體(paste)，從而不會(huì)限制樹脂膜10的變形。在本優(yōu)選實(shí)施例中，最好使用固化之后楊氏模數(shù)是大約0.3×109Pa的氨基甲酸酯導(dǎo)電膠體。當(dāng)在施加之后通過加熱固化了導(dǎo)電粘合劑14時(shí)，分別使主表面電極2和接線端21的內(nèi)部連接器21a、以及相應(yīng)的輔助電極7和接線端22的內(nèi)部連接器22a進(jìn)行電連接。
在將振動(dòng)板1和接線端21和22的內(nèi)部連接器21a和22a相互連接之后，將彈性密封劑15施加到樹脂膜10的四周和殼體20的內(nèi)周之間，以便密封樹脂膜10和殼體20之間的空間。優(yōu)選地，彈性密封劑15是一種楊氏模數(shù)盡可能小的彈性粘合劑，從而允許樹脂膜10進(jìn)行變形。在本實(shí)施例中，最好使用固化之后楊氏模數(shù)是大約3.0×105Pa的硅有機(jī)粘合劑。
在如上所述將具有樹脂膜10的振動(dòng)板1貼附于殼體20之后，利用粘合劑31將蓋子30與殼體20的上開口相接合。由于蓋子30由與殼體20相類似的材料構(gòu)成，通過將蓋子30與殼體20接合，蓋子30和振動(dòng)板1具有形成在其間的聲空間。蓋子30具有形成于其中的第二聲發(fā)射孔32。
如上所述，完成了該表面安裝壓電型電聲變換器。
在根據(jù)本優(yōu)選實(shí)施例的電聲變換器中，當(dāng)將預(yù)定的交流電壓施加于接線端21和22之間時(shí)，其極化方向和電場(chǎng)方向與振動(dòng)板1相同的一個(gè)壓電陶瓷層沿著其表面的方向縮短，而其極化方向和電場(chǎng)方向與振動(dòng)板1的相反的另一壓電陶瓷層沿著其表面的方向伸長，從而使整個(gè)振動(dòng)板1沿著其厚度方向彎曲。
將壓電振動(dòng)板1粘貼于比其自身大的樹脂層10上，并利用殼體20的支撐20f支撐其上沒有粘貼振動(dòng)板1的樹脂層10的外周，由此沒有強(qiáng)烈地限制振動(dòng)板1的變形。結(jié)果，即使當(dāng)振動(dòng)板1具有與傳統(tǒng)振動(dòng)板相同的尺寸時(shí)，也可以使其諧振頻率較低，并且由于施加到其上的減小了的支撐約束力，還可以使其變形更大，因此實(shí)現(xiàn)了較高的聲壓。
圖9(a)和(b)是回流焊接之前和之后兩個(gè)電聲變換器的聲壓特性的比較圖，其中，圖9(a)示出了具有壓電振動(dòng)板的電聲變換器，所述壓電振動(dòng)板具有沒有波狀部分的樹脂膜，而圖9(b)示出了具有壓電振動(dòng)板的另一電聲變換器，所述壓電振動(dòng)板具有包括如圖4和5所示的波狀部分的樹脂膜。
從這些圖中可以清楚看到，在沒有設(shè)置波狀部分的情況下，在回流焊接之后，處于基本諧振頻率(大約300Hz)的聲壓電平增大，并且基本諧振頻率也向著較高頻率一側(cè)變化。此外，二次諧振頻率(大約2500Hz)略微向著較低頻率一側(cè)變化。
相反，在設(shè)置了波狀部分的情況下，基本諧振頻率和二次諧振頻率幾乎沒有變化，并且在回流焊接前和后之間的聲壓電平也幾乎沒有變化，因此實(shí)現(xiàn)了非常穩(wěn)定的聲壓特性。
圖10(a)到(c)示出了具有樹脂膜的其它壓電振動(dòng)板示例，其中圖10(a)示出了一種壓電振動(dòng)板，該壓電振動(dòng)板具有將波狀部分12沿著樹脂膜10的四周設(shè)置的結(jié)構(gòu)；圖10(b)示出了另一種壓電振動(dòng)板，該壓電振動(dòng)板具有在除了樹脂膜10的每一邊的中心部分和四角之外，將波狀部分12沿著樹脂膜10的四邊設(shè)置的結(jié)構(gòu)；以及圖10(c)示出了另一種壓電振動(dòng)板，該壓電振動(dòng)板具有除了樹脂膜10四角之外，將波狀部分12沿著樹脂膜的四邊設(shè)置的結(jié)構(gòu)。
在任一情況下，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中都能夠得到與第一優(yōu)選圖11示出了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的電聲變換器。
在本優(yōu)選實(shí)施例中，優(yōu)選地，僅將由粘彈性材料構(gòu)成的加重件40添加到壓電振動(dòng)板1上。
理想地，加重件40由在固化狀態(tài)下的楊氏模數(shù)不大于10MPa的的諸如硅有機(jī)粘合劑之類的材料構(gòu)成。
圖12示出了具有樹脂膜的壓電振動(dòng)板的聲壓特性比較圖(根據(jù)ITU-T3.2規(guī)定的測(cè)量條件，利用低漏電耦合器進(jìn)行測(cè)量)。在圖中，(a)表示根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的振動(dòng)板聲壓特性，該曲線示出了在從基本諧振頻率到二次諧振頻率的頻率區(qū)域內(nèi)，所獲得的具有幾乎平坦的特性的聲壓，從而能夠播放寬帶語音。由于不利的是，該特性具有其中聲壓下降的、低于二次諧振頻率的頻率區(qū)域(大約1kHz到大約2kHz)，因此最好是盡可能地防止這種聲壓的下降。
因此，在第二優(yōu)選實(shí)施例中，僅將由粘彈性材料構(gòu)成的加重件40添加到壓電振動(dòng)板1上，以便使二次諧振頻率更低，并使在低于二次諧振頻率的頻率范圍內(nèi)的聲壓下降更小。在這種情況下，需要上述設(shè)置，而不影響基本諧振頻率和該處的聲壓。
在圖12中，(b)和(c)分別表示了根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)施例的振動(dòng)板的聲壓特性，其中附加質(zhì)量比分別是大約0.18和大約0.58。附加質(zhì)量比由下面的等式給出附加質(zhì)量比＝重物的質(zhì)量/(樹脂膜+粘合劑+振動(dòng)板+樹脂層)的質(zhì)量。
從圖12中可以清楚看出，隨著附加質(zhì)量比變大，二次諧振頻率隨之變低，且減少了在大約1kHz到大約2kHz頻率區(qū)域的聲壓下降，因此提高了在此頻率區(qū)域內(nèi)的聲壓特性，從而使其更平坦。同時(shí)，當(dāng)附加質(zhì)量比變得過大時(shí)，由于附加質(zhì)量的增大更可能限制壓電振動(dòng)板1的變形，處于低于基本諧振頻率的頻率區(qū)域的聲壓會(huì)降低。
圖13和14分別示出了附加質(zhì)量比和基本諧振頻率變化之間的關(guān)系以及附加質(zhì)量比和二次諧振頻率變化之間的關(guān)系。
當(dāng)附加質(zhì)量比增大時(shí)，基本諧振頻率略微增大，而二次諧振頻率降低。
圖15示出了100Hz處附加質(zhì)量比和聲壓變化之間的關(guān)系，而圖16示出了在聲壓下降頻率區(qū)域內(nèi)，附加質(zhì)量比和聲壓變化之間的關(guān)系。
從這些圖中可以得知，隨著附加質(zhì)量的增大，100Hz處的聲壓降低，而聲壓下降頻率區(qū)域內(nèi)的聲壓增大。隨著附加質(zhì)量比變得更大，聲壓很可能會(huì)降低，并且當(dāng)附加質(zhì)量比變得大于大約0.4左右時(shí)，二級(jí)諧振頻率也不大可能會(huì)變低。根據(jù)這種思路的結(jié)果，附加質(zhì)量比最好不大于大約0.4。
優(yōu)選地，附加重物，即加重件最好由低彈性材料構(gòu)成，以使二次諧振頻率更低。當(dāng)相反，加重件由高彈性材料構(gòu)成時(shí)，振動(dòng)板彈性的表觀模數(shù)增大，由此引起了諧振頻率的增大。圖17示出了具有相同質(zhì)量的附加重物的彈性模數(shù)(楊氏模數(shù))和二次諧振頻率的頻率變化之間的關(guān)系，其中，將每一個(gè)加重件與振動(dòng)板的面積比作為變量參數(shù)。
從圖17中可以清楚看出，當(dāng)彈性模數(shù)模數(shù)超過10MPa時(shí)，二次諧振頻率趨向于增大。此外，附加面積比越大，則能夠有效地使二次諧振頻率變得更低。
可以通過例如配載容易地施加該附加重物。
本發(fā)明并不局限于上述優(yōu)選實(shí)施例，且能夠在其精神范圍內(nèi)進(jìn)行修改。
盡管優(yōu)選地，通過層壓兩個(gè)壓電陶瓷層形成根據(jù)上述優(yōu)選實(shí)施例的每一個(gè)壓電振動(dòng)板，然而，可以通過層壓三個(gè)或更多壓電陶瓷層形成所述壓電振動(dòng)板。在這種情況下，插入層用作不產(chǎn)生方形振動(dòng)的虛擬層。
此外，本發(fā)明并不局限于將壓電振動(dòng)板粘貼于樹脂膜一個(gè)表面的結(jié)構(gòu)，還可以是將兩個(gè)壓電振動(dòng)板粘貼于樹脂膜的前和后表面的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的外殼并不局限于具有通過凹下的殼體和平面蓋子形成的結(jié)構(gòu)。例如，外殼可以具有凹下的殼體和凹下的蓋子彼此相對(duì)且彼此相連的結(jié)構(gòu)，或可選地，外殼可以具有另一種結(jié)構(gòu)，其中將具有薄膜的壓電振動(dòng)板固定于具有支撐的大致上矩形框架的內(nèi)部，且該框架具有固定于其前和后表面的蓋子。此外，該外殼還可以具有另一種結(jié)構(gòu)，其中將支撐放置于平板上，并將具有樹脂膜的壓電振動(dòng)板固定于該支撐上，且其上覆蓋有蓋子。
作為使用粘合劑的替代，通過超聲波焊接或熱焊接，將樹脂膜固定于外殼上。
本發(fā)明的接線端并不局限于那些如上述優(yōu)選實(shí)施例的通過模制形成以使其能夠被插入的接線端，例如，接線端可以是從殼體的支撐的上表面向外伸出的或薄或厚的膜電極。
盡管已經(jīng)針對(duì)優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見，可以按照多種方式修改該公開的發(fā)明，并且本公開的發(fā)明可以假設(shè)除了那些具體闡明及上述實(shí)施例之外的多個(gè)實(shí)施例。因此，所附權(quán)利要求意圖涵蓋落在本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)的本發(fā)明的所有修改。
權(quán)利要求
1.一種壓電型電聲變換器，包括大致上矩形的壓電振動(dòng)板，所述壓電振動(dòng)板包括內(nèi)部電極、具有插入于兩個(gè)壓電陶瓷層之間的內(nèi)部電極的多個(gè)層壓壓電陶瓷層、以及設(shè)置于所述壓電振動(dòng)板的頂部和底部主表面上的主表面電極，其中，所述壓電振動(dòng)板響應(yīng)施加到主表面電極和內(nèi)部電極之間的交流信號(hào)，產(chǎn)生表面彎曲振動(dòng)；大致上矩形的樹脂膜，所述樹脂膜大于所述壓電振動(dòng)板，且具有大致上粘貼于其前表面的中心部分的壓電振動(dòng)板；以及外殼，所述外殼具有容納在其中的所述壓電振動(dòng)板和樹脂膜，并且具有支撐，用于支撐其上沒有附著壓電振動(dòng)板的樹脂膜的外周；其中所述樹脂膜至少對(duì)回流焊接溫度具有抗熱性；通過粘合，將包括四個(gè)角的樹脂膜的周邊固定于所述外殼的支撐上；所述壓電振動(dòng)板的面積是沒有通過粘合固定于支撐的樹脂膜部分的面積的大約40％到大約70％；以及所述樹脂膜具有至少一個(gè)沿著其前和后方向彎曲的波狀部分，將所述波狀部分設(shè)置于沒有粘貼壓電振動(dòng)板的外周，并且設(shè)置于通過粘合將所述樹脂膜固定于支撐的周邊的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電型電聲變換器，其特征在于沿著所述樹脂膜的周圍設(shè)置所述至少一個(gè)波狀部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電型電聲變換器，其特征在于沿著除每一邊的中心部分之外的樹脂膜的每一邊設(shè)置所述的至少一個(gè)波狀部分，施加到?jīng)]有定位相應(yīng)波狀部分的樹脂膜的所述邊的中心部分的導(dǎo)電粘合劑將壓電振動(dòng)板的電極與設(shè)置在外殼中的相應(yīng)接線端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電型電聲變換器，其特征在于所述壓電振動(dòng)板具有由添加到其上的粘彈性材料構(gòu)成的加重件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電型電聲變換器，其特征在于所述加重件的質(zhì)量與包括樹脂膜的壓電振動(dòng)板的總質(zhì)量之比不大于大約0.4。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電型電聲變換器，其特征在于所述加重件的楊氏模數(shù)不大于大約10MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電型電聲變換器，其特征在于所述多個(gè)壓電陶瓷層沿著其厚度的共同方向極化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電型電聲變換器，其特征在于所述主表面電極短于所述振動(dòng)板一邊的長度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電型電聲變換器，其特征在于所述多個(gè)層壓壓電陶瓷層具有大致上方形的形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電型電聲變換器，其特征在于還包括設(shè)置所述壓電振動(dòng)板頂部和底部表面的樹脂層，從而覆蓋所述主表面電極。
全文摘要
一種壓電型電聲變換器，包括大致上矩形的壓電振動(dòng)板，所述壓電振動(dòng)板包括內(nèi)部電極、具有插入于兩個(gè)壓電陶瓷層之間的內(nèi)部電極的多個(gè)層壓壓電陶瓷層、以及設(shè)置于所述壓電振動(dòng)板頂部和底部主表面上的主表面電極，其中所述壓電振動(dòng)板響應(yīng)施加到主表面電極和內(nèi)部電極之間的交流信號(hào)，產(chǎn)生表面彎曲振動(dòng)；大于所述壓電振動(dòng)板的樹脂膜，該樹脂膜具有大致上粘貼于其前表面中心部分的壓電振動(dòng)板；以及外殼，具有用于支撐所述樹脂膜外周的支撐。該樹脂膜至少對(duì)于回流焊接溫度具有抗熱性，并具有至少一個(gè)沿著其前和后方向彎曲、并且在其外周中形成的波狀部分，并且通過粘合將包括四個(gè)角的所述樹脂膜的周邊固定于外殼的支撐上。
文檔編號(hào)H04R17/00GK1571581SQ20041003697
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月21日
發(fā)明者竹島哲夫, 山內(nèi)政和, 炭田學(xué) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所