專利名稱：壓電聲學(xué)元件，聲學(xué)設(shè)備以及便攜式終端設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用壓電元件作為振動(dòng)源的壓電聲學(xué)元件，以及一種具有該壓電聲學(xué)元件的聲學(xué)設(shè)備和便攜式終端設(shè)備，其中所述的壓電聲學(xué)元件使用了壓電元件作為振動(dòng)源。
背景技術(shù)：
使用壓電元件作為振動(dòng)源的壓電聲學(xué)元件具有各種優(yōu)點(diǎn)，例如緊湊，輕便，節(jié)能以及并不會(huì)泄漏磁通，并且因此被期望用作便攜式終端設(shè)備的聲學(xué)部分。特別地，由于與傳統(tǒng)的電磁聲學(xué)元件相比顯著地降低了安裝體積，因此該壓電聲學(xué)元件被認(rèn)為是進(jìn)一步降低便攜式電話體積的關(guān)鍵技術(shù)。
但是，該壓電聲學(xué)元件的聲源是根據(jù)壓電元件的變形而彎曲的振動(dòng)板。因此，為了確保再現(xiàn)聲音所需的聲壓等級(jí)，該振動(dòng)板必須彎曲到一定程度以上并且需要較大的振動(dòng)板。例如，在傳統(tǒng)的壓電聲學(xué)元件中，為了獲得90[dB]的聲壓，當(dāng)1[V]的電壓被加到壓電元件上時(shí)，就需要有直徑為20[mm]的振動(dòng)板，并且從而導(dǎo)致該壓電聲學(xué)元件喪失了例如緊湊和輕便的優(yōu)點(diǎn)。
接下來，對(duì)傳統(tǒng)壓電聲學(xué)元件的頻率特性進(jìn)行描述。該壓電聲學(xué)元件具有如下問題。
(1)在聽覺范圍內(nèi)出現(xiàn)基本諧振頻率。
(2)包括了頻率特性，從而在該諧振頻率附近生成一個(gè)非正常的聲壓，以及(3)由于被用作壓電元件的壓電材料的陶瓷具有很高的硬度，因此該基本諧振頻率就會(huì)變高，并且在低頻范圍內(nèi)無法獲得足夠的聲壓。
為了如實(shí)地再現(xiàn)原始聲音，該基本諧振頻率必須被調(diào)整為500[Hz]或更低。因此，在日本專利特開No.2-127448披露的技術(shù)中，使用碳板(伸展石墨板)作為振動(dòng)板以改進(jìn)頻率特性。此外，已知，通過將振動(dòng)板形成為橢圓形從而可以在一定程度上改善頻率特性。
接下來，對(duì)傳統(tǒng)壓電聲學(xué)元件的頻率-聲壓特性進(jìn)行描述。如上所述，該傳統(tǒng)的壓電聲學(xué)元件使用壓電元件作為振動(dòng)源。就壓電元件的壓電材料而言，通常使用在彈性振動(dòng)期間機(jī)械能損耗很小的陶瓷材料等。因此，在諧振點(diǎn)附近能夠獲得非常高的聲壓，但是在除了諧振以外的頻率范圍內(nèi)將出現(xiàn)具有振幅變化很大的不規(guī)則的頻率-聲壓特性。當(dāng)頻率-聲壓特性的振幅變化很大時(shí)，只有特定頻率處的聲音得到了加強(qiáng)，且因此聲音質(zhì)量將退化。因此，在日本實(shí)用新型特開第63-81495號(hào)披露的技術(shù)中，壓電振動(dòng)器埋置在彈性泡沫中，以使得該頻率-聲壓特性平滑。此外，日本特開專利第60-208399號(hào)披露了一種技術(shù)，其中該技術(shù)通過泡沫來支撐薄聲學(xué)元件的外沿從而使頻率-聲壓特性平滑，其中所述的泡沫在其表面形成有粘合層。
日本專利特開第2-127448號(hào)[專利文獻(xiàn)2]日本實(shí)用新型特開第63-81495號(hào)[專利文獻(xiàn)3]日本專利特開第60-208399號(hào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題可以通過利用日本特開專利第2-127448號(hào)中披露的技術(shù)或利用橢圓振動(dòng)板來解決上述的問題(1)和(2)，但是聲壓特性將會(huì)極大地退化。此外，根據(jù)日本實(shí)用新型特開第63-81495號(hào)以及日本特開專利第60-028399中披露的技術(shù)，可以在一定程度上平滑該頻率-聲壓特性。但是，無法將該頻率-聲壓特性改進(jìn)到足以再現(xiàn)原始聲音的程度。此外，它導(dǎo)致了聲壓特性整體上的退化。如上所述，很難實(shí)現(xiàn)這樣一種壓電聲學(xué)元件，即該壓電聲學(xué)元件具有極好的頻率特性和頻率-聲壓特性，并且同時(shí)保持了體積緊湊，并具有低功耗的特點(diǎn)。
解決問題的手段本發(fā)明的一個(gè)目的就是實(shí)現(xiàn)一種壓電聲學(xué)元件，其中該壓電聲學(xué)元件小且輕便、節(jié)能，以及具有極好的聲學(xué)特性。
為了達(dá)到上述目的，該壓電聲學(xué)元件包括中空外殼，其中該中空外殼具有至少一個(gè)開口；位于該外殼中的壓電元件，并且當(dāng)向其施加電壓時(shí)該壓電元件會(huì)彎曲；以及設(shè)置在該外殼的開口處的振動(dòng)膜，該壓電元件以及振動(dòng)膜通過振動(dòng)傳遞部件相連，當(dāng)壓電元件彎曲時(shí)，該振動(dòng)膜振動(dòng)并且發(fā)出聲音。該壓電元件沿長度方向上的一端或兩端可以直接與外殼的內(nèi)表面固定在一起，或通過支撐部件與外殼的內(nèi)表面固定在一起。該支撐部件可以是彈性的或非彈性的。
可以分別設(shè)置兩個(gè)或更多的振動(dòng)膜以及振動(dòng)傳遞部件，并且兩個(gè)或更多的振動(dòng)膜和/或振動(dòng)傳遞部件可以至少在以下的其中一個(gè)方面彼此不同，所述的方面是厚度、材料、以及尺寸。彼此相對(duì)地設(shè)置兩個(gè)振動(dòng)膜，使得壓電元件位于它們之間，并且兩個(gè)振動(dòng)膜可以通過各自的振動(dòng)傳遞部件與壓電元件相連。彈性板可以與壓電元件相連，并且與該壓電元件相連的彈性板也可以通過振動(dòng)傳遞部件與振動(dòng)膜相連。
具有層疊結(jié)構(gòu)的壓電元件可以被用作振動(dòng)源，其中在該層疊結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電層和壓電材料層交替地層疊。此外，作為振動(dòng)傳遞部件，可以使用彈簧。進(jìn)一步地，對(duì)于振動(dòng)膜，至少可以使用如下這些膜的其中之一聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜、聚醚砜膜，聚酯膜，以及聚丙烯膜。
根據(jù)本發(fā)明的聲學(xué)設(shè)備或便攜式終端設(shè)備配備有本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件。
在本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件中，由于作為振動(dòng)源的壓電元件以及振動(dòng)膜通過彈性振動(dòng)傳遞部件相連，因此該壓電元件的彎曲度以及該振動(dòng)傳遞部件的彈性恢復(fù)可以相互增效，并且該振動(dòng)膜較大幅度地振動(dòng)。因此，即使該壓電元件的彎曲度較小，該振動(dòng)膜也將較大幅度地振動(dòng)，從而獲得足夠的聲壓。此外，即使使用了具有較小表面積的振動(dòng)膜，也能夠獲得足夠的聲壓。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有極好的聲壓特性和頻率特性的壓電學(xué)元件，并同時(shí)保持尺寸和厚度的減小、低功耗以及低成本。此外，當(dāng)具有這些特征的壓電聲學(xué)元件被用作聲學(xué)設(shè)備以及便攜式終端設(shè)備中的聲學(xué)部分時(shí)，在這些設(shè)備中也能實(shí)現(xiàn)減小的尺寸和厚度、低功耗，以及更高的聲音質(zhì)量。
下面的說明書和附圖示出了本發(fā)明的實(shí)例，本發(fā)明的上述及其他目的，特征以及優(yōu)點(diǎn)將從下面的說明書和附圖中變得明顯。
附圖簡要說明

圖1A示出了根據(jù)實(shí)施例1的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖1B示出了振動(dòng)膜的振動(dòng)位移狀態(tài)的長度方向截面圖。
圖1C示出了振動(dòng)膜的振動(dòng)位移狀態(tài)的長度方向截面圖。
圖2示出了根據(jù)實(shí)施例2的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖3示出了根據(jù)實(shí)施例3的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖4示出了根據(jù)實(shí)施例4的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖5示出了根據(jù)實(shí)施例5的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖6示出了根據(jù)實(shí)施例6的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖7示出了配置在根據(jù)實(shí)施例7的壓電聲學(xué)元件中的壓電元件的結(jié)構(gòu)的透視分解圖。
圖8示出了根據(jù)實(shí)施例8的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖9A示出了根據(jù)實(shí)例1的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖9B示出了根據(jù)實(shí)例1的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的橫向截面圖。
圖10示出了圖9中所示的壓電元件的結(jié)構(gòu)的透視分解圖。
圖11示出了圖9中所示的振動(dòng)傳遞部件的側(cè)視圖。
圖12A示出了根據(jù)實(shí)例2的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖12B示出了根據(jù)實(shí)例2的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的橫向截面圖。
圖13A示出了根據(jù)實(shí)例3的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖13B示出了根據(jù)實(shí)例3的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的橫向截面圖。
圖14示出了根據(jù)實(shí)例4的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖15示出了根據(jù)實(shí)例5的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖16示出了圖15中所示的壓電元件的結(jié)構(gòu)的透視分解圖。
圖17示出了根據(jù)實(shí)例6的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖18示出了圖17中所示的壓電元件和彈性板的結(jié)構(gòu)的透視放大圖。
圖19示出了根據(jù)實(shí)例7的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖20示出了圖19中所示的壓電元件和彈性板的結(jié)構(gòu)的透視放大圖。
圖21示出了根據(jù)實(shí)例8的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖22示出了圖21中所示彈簧的透視放大圖。
圖23示出了根據(jù)比較實(shí)例1的聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖24示出了根據(jù)比較實(shí)例2的聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖25示出了根據(jù)比較實(shí)例3的聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
圖26示出了根據(jù)比較實(shí)例4的聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。
參考標(biāo)記1 壓電聲學(xué)元件2 底面3 開口5 外殼6 支撐部件7 壓電元件8 振動(dòng)膜9 振動(dòng)傳遞部件10 上表面11 頂面12 空間13 下表面15 彈性板16 下絕緣層17 上絕緣層18 導(dǎo)電層19 壓電材料層20 電極焊盤21 泡沫橡膠
22 上部件23 下部件25 支柱部件30 聲學(xué)元件31 外殼32 壓電元件33 支撐部件34 底35 孔36 連接部件37 振動(dòng)板38 永磁體39 音圈40 振動(dòng)板41 電極端子用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式(實(shí)施例1)下文中，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件的實(shí)施例進(jìn)行說明。圖1A-1C示出了根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。如圖1A所示，根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1具有中空外殼5，其中在該中空外殼5的底面2上形成有開口3，壓電元件7，其一端(固定端)通過支撐部件6固定到外殼5的內(nèi)表面，以及振動(dòng)膜8，其在外殼5的開口3上展布。壓電元件7的另一端(自由端)通過振動(dòng)傳遞部件9與振動(dòng)膜8相連。支撐部件6以及振動(dòng)傳遞部件9都是由彈性材料制成的。此外，在壓電元件7的上表面10與外殼5的頂面11之間形成了空間12，其高度為(h)。
被施加了電壓的壓電元件重復(fù)伸展和收縮動(dòng)作，壓電元件的伸展和收縮動(dòng)作通過振動(dòng)傳遞部件9被傳遞給振動(dòng)膜，并且振動(dòng)膜8上下振動(dòng)。更具體地，如圖1B所示，當(dāng)以固定端為支點(diǎn)時(shí)，向其施加正向或反向電壓的壓電元件7向上彎曲，并且振動(dòng)膜8在相同的方向上變形。同時(shí)，空間12起到間隙的作用，用于允許壓電元件7向上變形。另一方面，如圖1C所示，當(dāng)以固定端為支點(diǎn)時(shí)，向其施加反向或正向電壓的壓電元件向下彎曲，并且振動(dòng)膜8在相同的方向上變形。通過這種方式，當(dāng)向壓電元件7施加交流電壓時(shí)，振動(dòng)膜8連續(xù)地上下變形(振動(dòng))，并發(fā)出聲音。在這種結(jié)構(gòu)中，在根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1中，壓電元件7和振動(dòng)膜8通過彈性振動(dòng)傳遞部件9連接在一起。因此，振動(dòng)傳遞部件9根據(jù)壓電元件7的伸展和收縮動(dòng)作彈性地變形，并且產(chǎn)生斥力。因此，該壓電元件7的伸展和收縮動(dòng)作得到了提升，振動(dòng)膜8的振動(dòng)位移量增加，并且加強(qiáng)了聲壓。進(jìn)一步，由于與振動(dòng)傳遞部件9相連的壓電元件7的重量增加了，因此在壓電元件7的伸展和收縮動(dòng)作期間施加了更大的慣性力，并且所發(fā)出聲音的基本諧振頻率也被降低。另外，由于壓電元件7的固定端通過彈性支撐部件6固定到外殼5，以及自由端通過彈性振動(dòng)傳遞部件9與振動(dòng)膜8相連，因此即使由于墜落等原因而使得該外殼5受到?jīng)_擊，大部分沖擊也都被支撐部件6和/或振動(dòng)傳遞部件9所吸收，從而避免了壓電元件7的損壞。
圖1中的壓電元件7具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)是通過順序地層疊下絕緣層，下電極層(導(dǎo)電層)，壓電材料層，上電極層(導(dǎo)電層)，以及上絕緣層而形成的。當(dāng)鋯酸或鋯鈦酸鉛(PZT)被用作壓電材料層的材料時(shí)，能夠降低陶瓷燒結(jié)之后的熱變形，并且壓電元件的穩(wěn)定性得到改進(jìn)。此外，可以省去陶瓷燒結(jié)后的使其平滑的步驟例如拋光，并且因此降低了制造成本。進(jìn)一步，銀或銀/鈀合金被用作電極層的材料，當(dāng)電極層和壓電材料層整體燒結(jié)時(shí)，可以降低燒結(jié)變形，并且因此，可以很容易地通過整體燒結(jié)來制造該壓電元件。不用說，對(duì)于壓電材料層和電極層的材料，除了上述材料以外，可以適當(dāng)?shù)剡x擇及使用現(xiàn)有的材料。
傳統(tǒng)的壓電聲學(xué)元件只生成加重特定頻率的聲音。其原因就是當(dāng)壓電聲學(xué)元件被視為電子電路元件的等效物時(shí)，Q因數(shù)太高。因此，當(dāng)圖1中所示的振動(dòng)膜由具有較低的Q因數(shù)的材料制成時(shí)，抑制了壓電元件的Q因數(shù)，并且可以使得頻率更平均。此外，當(dāng)振動(dòng)膜8由具有抵抗位移的材料制成時(shí)，可以獲得較高的聲壓。此外，當(dāng)使用易于制造的材料制成振動(dòng)膜8時(shí)，減少了膜厚度的變化，并且質(zhì)量更穩(wěn)定。全面地考慮上面問題，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜(PET薄膜)，聚醚砜膜(PES薄膜)，聚酯膜(PE薄膜)，以及聚乙烯(PP膜)都適于用作振動(dòng)膜8的材料。
(實(shí)施例2)接下來，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件的另一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。圖2示出了根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。如圖2中所示，根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相似。本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于以下兩點(diǎn)。一點(diǎn)就是壓電元件7的固定端通過非彈性支撐部件6固定到外殼5的內(nèi)表面。另一點(diǎn)是壓電元件7的自由端與振動(dòng)膜8相連。順帶說明，在圖1中所示的壓電聲學(xué)元件1中，振動(dòng)膜8連接至在沿長度方向上的壓電元件7的近似中央位置與其自由端之間的任何位置處。在其固定端被固定至外殼5的壓電元件7中，自由端的位移量是最大的。因此，自由端與振動(dòng)膜8相連，從而使得振動(dòng)膜8更有效地振動(dòng)。換句話說，根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1的優(yōu)點(diǎn)就是，即使振動(dòng)膜具有面積很小的表面，也能夠確保足夠的聲壓。
基于上述的說明，可以理解的是，當(dāng)壓電元件7變長時(shí)，自由端的變化量進(jìn)一步增加，并且振動(dòng)膜8能夠以較大的幅度振動(dòng)。此外，可以理解的是，適當(dāng)?shù)厥箟弘娫?的長度以及振動(dòng)膜8的面積相結(jié)合，從而降低了壓電聲音元件的尺寸，同時(shí)確保了所需的聲壓。
(實(shí)施例3)
接下來，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件的另一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。圖3示出了根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。如圖3中所示，根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相似。本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，在長度方向上，壓電元件7的兩端通過支撐部件6a，6b都固定到外殼5的內(nèi)表面。根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1與實(shí)施例1的壓電聲學(xué)元件具有相同的結(jié)構(gòu)并且具有相同的效果。進(jìn)一步，該壓電聲學(xué)元件的特征在于在長度方向上壓電元件7的兩端被固定到外殼5的內(nèi)表面，其優(yōu)點(diǎn)在于進(jìn)一步加強(qiáng)了壓電元件7與外殼5之間的接合強(qiáng)度。
此外，再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是使兩個(gè)支撐部件6a，6b的彈性系數(shù)、厚度、面積等不同，從而調(diào)節(jié)所發(fā)出的聲音的基本諧振頻率。順便說明，在根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1中，由于沿長度方向上壓電元件7的兩端都被固定到外殼5，因此沿長度方向上的壓電元件7的大約中央位置與振動(dòng)膜8相連。但是，壓電元件7與振動(dòng)膜8之間的連接并不限于圖3中所示的位置。
(實(shí)施例4)接下來，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件的還一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。圖4示出了根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。如圖4中所示，根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相似。本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于以下兩點(diǎn)。一點(diǎn)就是在外殼5的底面2上形成了兩個(gè)獨(dú)立的開口3a、3b，并且振動(dòng)膜8a、8b在開口3a、3b上展布。另一點(diǎn)是一個(gè)壓電元件7通過兩個(gè)獨(dú)立的振動(dòng)傳遞部件9a、9b分別與兩個(gè)振動(dòng)膜8a、8b相連。
根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1與實(shí)施例1的壓電聲學(xué)元件具有相同的結(jié)構(gòu)并且具有相同的效果。進(jìn)一步，該壓電聲學(xué)元件1的特征在于壓電元件7通過兩個(gè)獨(dú)立的振動(dòng)傳遞部件9a、9b分別固定到兩個(gè)振動(dòng)膜8a、8b，其優(yōu)點(diǎn)在于，由于聲音是從兩個(gè)振動(dòng)膜8a、8b發(fā)出的，所以能夠獲得更高的聲壓。此外，再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是使兩個(gè)振動(dòng)傳遞部件9a、9b以及兩個(gè)振動(dòng)膜8a、8b在厚度、重量、材料等方面彼此不同，從而為所發(fā)出的聲音賦予了不同的諧振頻率。這些優(yōu)點(diǎn)表明，可以擴(kuò)大可再現(xiàn)聲音的頻帶。此外，當(dāng)由于墜落等原因而使得該外殼5受到?jīng)_擊時(shí)，該沖擊被振動(dòng)傳遞部件和支撐部件吸收，并且也不會(huì)被傳遞給壓電元件，該優(yōu)點(diǎn)與上述壓電聲學(xué)元件的類似。但是，在具有兩個(gè)獨(dú)立振動(dòng)傳遞部件9a、9b的本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1中，由于沖擊被兩個(gè)振動(dòng)傳遞部件9a、9b分散和吸收，因此安全性被進(jìn)一步加強(qiáng)。
(實(shí)施例5)接下來，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件的還一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。圖5示出了根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。如圖5中所示，根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1與實(shí)施例4的壓電聲學(xué)元件的類似之處在于振動(dòng)膜8a、8b在外殼5中形成的開口3a、3b上展布。本實(shí)施例與實(shí)施例4的不同之處在于兩個(gè)開口3a、3b形成在外殼5的不同表面上。順便說明，本實(shí)施例與實(shí)施例4的類似之處在于一個(gè)壓電元件7通過兩個(gè)獨(dú)立的振動(dòng)傳遞部件9a、9b與兩個(gè)振動(dòng)膜8a、8b相連。因此，通過這種結(jié)構(gòu)而獲得的操作和效果類似于實(shí)施例4的壓電聲學(xué)元件。但是，在本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1中，由于振動(dòng)膜8a、8b被配置在壓電聲學(xué)元件7的上側(cè)和下側(cè)(兩側(cè))，因此可以使得壓電聲學(xué)元件7比實(shí)施例4的壓電聲學(xué)元件更短。進(jìn)一步，當(dāng)振動(dòng)膜8a、8b的每一個(gè)都具有相同的表面積時(shí)，配置兩個(gè)振動(dòng)膜8a、8b所需的空間可以比根據(jù)實(shí)施例4的振動(dòng)膜8a、8b更小。
配置在如圖4和5所示的壓電聲學(xué)元件1中的振動(dòng)膜8a、8b的表面積都小于圖1所示的壓電聲學(xué)元件1的表面積(壓電聲學(xué)元件1具有一個(gè)振動(dòng)膜8)。但是，在圖4和5所示的壓電聲學(xué)元件1中，由于兩個(gè)振動(dòng)膜8a、8b同時(shí)振動(dòng)，因此可以獲得與圖1所示的壓電聲學(xué)元件1相同等級(jí)的聲壓。
(實(shí)施例6)接下來，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件的還一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。圖6示出了根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。如圖6中所示，根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1類似于實(shí)施例1的壓電聲學(xué)元件。本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于將彈性板15配置在壓電聲學(xué)元件7的底面上。本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1具有與實(shí)施例1的壓電聲學(xué)元件1相同的基本結(jié)構(gòu)，并且具有相同的操作和效果。
但是，與不具有任何彈性板15的同類壓電元件相比，與彈性板15集成在一起的壓電聲學(xué)元件7顯示出具有更低的剛度，并且因此，隨著彎曲，位移量增加了。換句話說，相比于不具有彈性板15的同類壓電元件，圖6所示的壓電元件7能夠使振動(dòng)膜8更大幅度地振動(dòng)?？紤]到這些點(diǎn)，彈性板15的厚度優(yōu)選占?jí)弘娫?厚度與彈性板15厚度之和的八分之一或更多。此外，與不具有任何彈性板15的同類壓電元件相比，由于與彈性板15集成在一起的壓電元件7的重量增加了，因此當(dāng)壓電元件7彎曲時(shí)施加了更大的慣性力，并且所發(fā)出的聲音的基本頻率也被進(jìn)一步降低。
此外，當(dāng)彈性板15由例如金屬的具有更大質(zhì)量的材料構(gòu)成時(shí)，在壓電元件7彎曲的同時(shí)，就會(huì)施加更大的慣性力，并且因此進(jìn)一步降低了基本頻率。這表明，通過向壓電元件7增加廉價(jià)的彈性板，可以對(duì)壓電元件7的位移量以及所發(fā)出的聲音的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，而不需要改變昂貴的壓電陶瓷的尺寸和形狀。另外，與彈性板15集成在一起的壓電元件7在耐久性方面也得到了改進(jìn)，并且很難出現(xiàn)破裂等。對(duì)于金屬彈性板15的材料，例如，黃銅是合適的。
當(dāng)具有高彈性系數(shù)的板簧被用作彈性板15時(shí)，壓電元件7的表觀彈性增加了，并且當(dāng)施加電壓時(shí)，壓電元件7的位移量也增加了。此外，當(dāng)在板簧上形成了裂縫時(shí)，壓電元件7的表觀彈性進(jìn)一步增加，并且減小了板簧與壓電元件7之間的連接面積，從而使得制造變得很容易。
(實(shí)施例7)接下來，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件的還一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1的基本結(jié)構(gòu)類似于實(shí)施例1的壓電聲學(xué)元件。本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于作為振動(dòng)源的壓電元件7的結(jié)構(gòu)。圖7示意性地示出了配置在根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件中的壓電元件的結(jié)構(gòu)。壓電元件7具有多層結(jié)構(gòu)(層疊結(jié)構(gòu))，其中導(dǎo)電層18和壓電材料層19被交替地層疊在下絕緣層16和上絕緣層17之間。已知，如圖7中所示，多層結(jié)構(gòu)的壓電元件7是節(jié)能的，并且比實(shí)施例1的壓電元件7具有更大的振動(dòng)位移量。因此，本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件的優(yōu)點(diǎn)就是使用較少的功率就可以得到足夠的聲壓。此外，通過制造時(shí)的導(dǎo)電層材料的燒結(jié)促進(jìn)作用，可以防止圖7中所示的壓電元件7在燒結(jié)期間發(fā)生位移或彎曲。因此，提供了高度平整性而不需要施加其他平整處理，并且圖6中所示的彈性板15等可以無間隙地連接。
(實(shí)施例8)接下來，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件的還一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。圖8示出了根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。如圖8中所示，根據(jù)本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1類似于實(shí)施例1的壓電聲學(xué)元件。本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于振動(dòng)傳動(dòng)部件9是一個(gè)類似于圓錐形的螺旋彈簧。本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1具有與實(shí)施例1的壓電聲學(xué)元件相同的基本結(jié)構(gòu)，并且具有相同的操作和效果。此外，螺旋彈簧9根據(jù)壓電元件7的伸展和收縮動(dòng)作重復(fù)能量存儲(chǔ)和能量釋放，從而促進(jìn)了壓電元件7的伸展和收縮動(dòng)作。因此，本實(shí)施例的壓電聲學(xué)元件1的優(yōu)點(diǎn)在于振動(dòng)膜8的振動(dòng)位移量很大，并且聲壓很高。此外，由于外殼5等墜落而導(dǎo)致的沖擊被螺旋彈簧9吸收，可以防止壓電元件7被損壞。螺旋彈簧9可以用板簧或渦簧來代替。在任何情況下，選擇具有適當(dāng)彈簧系數(shù)的彈簧，從而使得振動(dòng)膜8的振動(dòng)最大化，以獲得高的聲壓。
(實(shí)例1)下面將參照實(shí)例來詳細(xì)說明本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件。圖9A示出了根據(jù)實(shí)例1的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖，并且圖9B為橫向截面圖。
在根據(jù)該實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1中，具有圖10所示結(jié)構(gòu)的壓電元件7被配置作為外殼5中的振動(dòng)源，其中該外殼5由聚丙烯樹脂構(gòu)成，并且厚度為0.3[mm]。壓電元件7的下絕緣層16以及上絕緣層17的長度為15[mm]，寬度為4[mm]，并且厚度為50[μm]。壓電材料層19的長度為15[mm]，寬度為4[mm]，并且厚度為300[μm]。上電極層和下電極層(導(dǎo)電層)18的厚度均為3[μm]。因此，壓電元件7的外部尺寸為長度15[mm]，寬度4[mm]，并且厚度為0.4[mm]。此外，鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷被用于下絕緣層16、上絕緣層17以及壓電材料層19，并且銀/鈀合金(重量比7∶3)被用于電極層18。進(jìn)一步，通過印刷電路基板(green sheet)方法制造壓電元件7，并在1100℃的氛圍中燒結(jié)兩個(gè)小時(shí)。此外，形成厚度為8[μm]的銀電極作為外部電極，其中該外部電極用于與電極層18電連接。此外，通過極化處理在膜厚度方向上對(duì)壓電材料層進(jìn)行極化。通過厚度為8[μm]的銅箔將在上絕緣層17的表面上形成的電極焊盤20電連接。進(jìn)一步，通過直徑為1[mm]并且高度為0.5[mm]的焊接部分從電連接的電極焊盤20中引出直徑為0.2[mm]的兩個(gè)電極端子引線。
在根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件中，圖11中所示的錐狀(corn)螺旋彈簧被用作振動(dòng)傳遞部件9，其中該振動(dòng)傳動(dòng)部件9將壓電元件7與振動(dòng)膜8連接在一起。該錐狀螺旋彈簧的高度為0.4[mm]，最小螺旋半徑(R1)為2[mm]，最大螺旋半徑(R2)為4[mm]，并且由不銹鋼絲制成。此外，如圖9A所示，相應(yīng)地，螺旋彈簧的最小螺旋半徑表面與壓電元件7的下表面13相連，而最大螺旋半徑表面通過環(huán)氧樹脂粘合劑與振動(dòng)膜8相連。進(jìn)一步，圖9A和9B中所示的振動(dòng)膜8為圓形聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜，其直徑為15[mm]，厚度為0.1[mm]。
如圖9B所示，具有本實(shí)例上述結(jié)構(gòu)的壓電聲學(xué)元件1示出了近似于橢圓形的平面形狀，總長度(L)為23[mm]并且總寬度(W)為16[mm]。此外，總高度(H)為1.5[mm]，其由以下部分組成振動(dòng)膜8的厚度(0.1mm)+錐狀螺旋彈簧9的高度0.4(mm)+壓電元件7的厚度(0.4mm)+空間12的高度(0.3mm)+外殼5的厚度(0.3mm)。
(實(shí)例2)下面將參照另一實(shí)例來說明本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件。圖12A示出了根據(jù)實(shí)例2的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖，并且圖12B為橫向截面圖。在根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1中，類似于實(shí)例1的壓電元件，根據(jù)本實(shí)例的壓電元件7與振動(dòng)膜8a、8b相連，其中該振動(dòng)膜8a、8b在形成在上側(cè)和下側(cè)的兩個(gè)開口3a、3b上展布。在開口3a上展布的振動(dòng)膜8a為厚度0.1[mm]的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜，并通過作為振動(dòng)傳遞部件9a的錐狀螺旋彈簧(高度為0.4mm)與壓電元件7的上表面10相連。另一方面，在開口3b上展布的振動(dòng)膜8b為厚度0.05[mm]的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜，并通過作為振動(dòng)傳遞部件9b的錐狀螺旋彈簧(高度為0.2mm)與壓電元件7的下表面13相連。順便說明，振動(dòng)膜8a、8b的直徑相同(10[mm])。
如圖12B所示，根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1具有與實(shí)例1的壓電聲學(xué)元件實(shí)質(zhì)上相同的形狀。但是，根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1中的振動(dòng)膜8a、8b的直徑小于實(shí)例1的壓電聲學(xué)元件中的振動(dòng)膜的直徑(振動(dòng)膜的表面積更小)。因此，根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1的總長度(L)為20[mm]并且總寬度(W)為11[mm]。特別地，根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1比根據(jù)實(shí)例1的壓電聲學(xué)元件小。此外，總高度(H)為1.15[mm]，其由如下部分組成振動(dòng)膜8b的厚度(0.05mm)+錐狀螺旋彈簧9b的高度(0.2mm)+壓電元件7的厚度(0.4mm)+錐狀螺旋彈簧9a的高度(0.4mm)+振動(dòng)膜8a的厚度(0.1mm)。
順便說明，根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1中的外殼5和壓電元件7與實(shí)例1的壓電聲學(xué)元件中的外殼和壓電元件類似。此外，根據(jù)本實(shí)例的的壓電聲學(xué)元件1中的錐狀螺旋彈簧除了大小以外，與實(shí)例1的壓電聲學(xué)元件中的錐狀螺旋彈簧類似。
(實(shí)例3)下面將參照還一個(gè)實(shí)例來說明本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件。圖13A示出了根據(jù)實(shí)例3的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖，并且圖13B為橫向截面圖。在根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1中，在長度方向上，壓電元件7的兩端與泡沫橡膠21相連，該泡沫橡膠21與支撐部件6相連，并且支撐部件6與外殼5的內(nèi)表面相連。特別地，在長度方向上，壓電元件7的兩端均通過泡沫橡膠21和支撐部件6與外殼5固定在一起。此外，在沿壓電元件7長度方向上的近似中央處，下表面13通過作為振動(dòng)傳遞部件9的錐狀螺旋彈簧與振動(dòng)膜8相連。在上表面10與外殼5的頂面11之間形成高度為0.3[mm]的空間12。通過與實(shí)例1的壓電元件相同的材料以及相同的制造方法來制造壓電元件7。此外，壓電元件7的尺寸為長度20[mm]，寬度4[mm]，以及厚度0.4[mm]。對(duì)于錐狀螺旋彈簧，使用了與實(shí)例1相同的錐狀螺旋彈簧。進(jìn)一步，該厚度0.1[mm]以及直徑為18[mm]的圓形聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜被用作振動(dòng)膜8。此外，外殼5的厚度為3[mm]。
從圖13B中可以清楚的看到，本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1具有近似于圓形且直徑(L)為22[mm]的平面形狀，。此外，總高度為1.5[mm]。
(實(shí)例4)下面將參照還一個(gè)實(shí)例來說明本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件。圖14示出了根據(jù)實(shí)例4的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1，與實(shí)例1的壓電元件同類的壓電元件7與振動(dòng)膜8a、8b相連，其中該振動(dòng)膜8a、8b在兩個(gè)開口3a、3b上展布，其中所述兩個(gè)開口形成在外殼上側(cè)和下側(cè)。在兩個(gè)開口3a、3b上展布的振動(dòng)膜8a、8b為正圓形的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜，其直徑為10[mm]，厚度為0.05[mm]。此外，壓電元件7的上表面10與振動(dòng)膜8a之間的振動(dòng)傳遞部件9a為高度0.2[mm]的錐狀螺旋彈簧。壓電元件7的下表面13與振動(dòng)膜8b之間的振動(dòng)傳遞部件9b為高度0.4[mm]的錐狀螺旋彈簧。通過與實(shí)例1的壓電元件相同的材料以及相同的制造方法來制造本實(shí)例的壓電元件7。此外，壓電元件7的尺寸為長度12[mm]，寬度4[mm]，以及厚度0.4[mm]。作為振動(dòng)傳遞部件9a、9b的錐狀螺旋彈簧類似于實(shí)例2的錐狀螺旋彈簧。類似于實(shí)例3，壓電元件7的兩端均通過泡沫橡膠21以及支撐部件6與外殼5的內(nèi)表面固定在一起。類似于實(shí)例3的壓電聲學(xué)元件，壓電聲學(xué)元件1具有近似于圓形的平面形狀，但是，其直徑(L)為14[mm]，總高度(H)為1.1[mm]，并且比實(shí)例3的壓電聲學(xué)元件更小且更薄。
(實(shí)例5)下面將參照還一個(gè)實(shí)例來說明本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件。圖15示出了根據(jù)實(shí)例5的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1的特征在于使用了圖16中所示的壓電元件7。圖16所示的壓電元件7具有多層結(jié)構(gòu)(層疊結(jié)構(gòu))，其中導(dǎo)電層18和壓電材料層19交替地層疊在下絕緣層16和上絕緣層17之間。上、下絕緣層16、17以及壓電材料層的長度為16[mm]，寬度為4[mm]，并且厚度為40[μm]。導(dǎo)電層18的長度為16[mm]，寬度為4[mm]，并且厚度為3[μm]。此外，壓電材料層19為8層，并且導(dǎo)電層18為9層(為了方便起見，圖16中省略了部分層)。因此，壓電元件7的尺寸為長度16[mm]，寬度4[mm]，以及厚度0.4[mm]。鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷被用于下絕緣層16、上絕緣層17、以及壓電材料層19，并且銀/鈀合金(重量比7∶3)被用于電極層18。進(jìn)一步，通過印刷電路基板方法制造壓電元件7，并在1100℃的氛圍中燒結(jié)兩個(gè)小時(shí)。此外，在形成用于電連接每個(gè)導(dǎo)電層18的銀電極之后，對(duì)壓電材料層19進(jìn)行極化處理，并通過銅箔將在上絕緣層17的表面上形成的電極焊盤20電連接。
本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1的外部形狀和大小與實(shí)例1的壓電聲學(xué)元件類似。特別地，壓電聲學(xué)元件1具有近似于圓形的平面形狀，并且總長度(L)為23[mm]，總高度為1.5[mm]，以及總寬度為16[mm]。
(實(shí)例6)下面將參照還一個(gè)實(shí)例來說明本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件。圖17示出了根據(jù)實(shí)例6的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。在根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1中，金屬彈性板15通過環(huán)氧樹脂粘合劑與壓電元件7的下表面13相連，并且彈性板15的一端通過支撐部件6固定到外殼5的內(nèi)表面。此外，彈性板15的另一端的下表面通過作為振動(dòng)傳遞部件9的錐狀螺旋彈簧與振動(dòng)膜8相連。圖18示出了本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1中的壓電元件7和彈性板15的放大圖。壓電元件7具有與實(shí)例5的壓電元件相同的層疊結(jié)構(gòu)，并且長度(l1)為12[mm]，寬度(w1)為4[mm]，以及厚度(t1)為0.4[mm]。此外，彈性板15的長度(l2)為15[mm]，寬度(w2)為4[mm]，并且厚度(t2)為0.2[mm]。彈性板15的材料為SUS304。
與實(shí)例1的壓電元件類似，本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1具有近似于橢圓形的平面形狀。此外，壓電聲學(xué)元件1的總長度(L)為23[mm]，總高度(H)為1.7[mm]，并且總寬度為16[mm]。與實(shí)例1的壓電聲學(xué)元件相比，彈性板15的厚度使得總高度(H)增加了0.2[mm]。
(實(shí)例7)下面將參照還一個(gè)實(shí)例來說明本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件。圖19示出了根據(jù)實(shí)例7的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1的特征在于壓電元件7比實(shí)例6的壓電聲學(xué)元件短。特別地，如圖20中所示，金屬彈性板15通過環(huán)氧樹脂粘合劑與壓電元件7相連，其中該金屬彈性板15的長度(l2)為16[mm]，寬度(w2)為4[mm]，并且厚度(t2)為0.2[mm]，該壓電元件7的長度(l1)為8[mm]，寬度(w1)為4[mm]，以及厚度(t1)為0.4[mm]。除了壓電元件7以外，該結(jié)構(gòu)與實(shí)例6的壓電聲學(xué)元件類似。
(實(shí)例8)下面將參照還一個(gè)實(shí)例來說明本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件。圖21示出了根據(jù)實(shí)例8的壓電聲學(xué)元件的示意性結(jié)構(gòu)的長度方向截面圖。根據(jù)本實(shí)例的壓電聲學(xué)元件1的特征在于使用彈簧作為振動(dòng)傳遞部件，用于連接壓電元件7和振動(dòng)膜8。該彈簧是通過支柱部件25將上部件22的邊緣與下部件23的邊緣連接在一塊形成的，其中該支柱部件具有薄板形狀并且主要在箭頭所指方向上具有彈性，該上部件22為圓盤形且直徑為2[mm]，該下部件23為環(huán)形且直徑為4[mm]。順便說明，彈簧的高度為0.4[mm]。除了振動(dòng)傳遞部件9以外，該結(jié)構(gòu)與實(shí)例1的壓電聲學(xué)元件的結(jié)構(gòu)類似，并且總長度(L)為23[mm]，總高度(H)為16[mm]。
(特性評(píng)估)下面將給出對(duì)于上面已經(jīng)說明的實(shí)例1-8的壓電聲學(xué)元件的特征，以及對(duì)于比較實(shí)例1-4的特征的說明。首先，概述一下比較實(shí)例1-4的結(jié)構(gòu)，接著對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行說明。
(比較實(shí)例1)圖23示出了比較實(shí)例1的聲學(xué)元件30的示意性結(jié)構(gòu)。聲學(xué)元件30為壓電聲學(xué)元件，并且具有與實(shí)例1的壓電元件相同的、位于外殼31中的壓電元件32，其中該外殼31由與實(shí)例1的外殼相同的材料形成，并且大小也相同。壓電元件32的一端通過與實(shí)例1的支撐部件相同的支撐部件33固定到外殼31的內(nèi)表面，并且另一端為自由端。此外，在外殼31的底部34上形成孔35，并且當(dāng)給壓電元件32施加電壓時(shí)，從孔35中發(fā)出聲音。
(比較實(shí)例2)圖24示出了比較實(shí)例2的聲學(xué)元件30的示意性結(jié)構(gòu)。聲學(xué)元件30也是壓電聲學(xué)元件，并且基本上具有與比較實(shí)例1的聲學(xué)元件相同的結(jié)構(gòu)。不同之處在于壓電元件32的兩端都與外殼31的內(nèi)表面固定在一起，并且在底34的中央形成孔35。
(比較實(shí)例3)圖25示出了比較實(shí)例3的聲學(xué)元件30的示意性結(jié)構(gòu)。聲學(xué)元件30也是壓電聲學(xué)元件，并且基本上具有與比較實(shí)例1的聲學(xué)元件相同的結(jié)構(gòu)。不同之處在于壓電元件32的自由端通過連接部件36配置有金屬振動(dòng)板37。
(比較實(shí)例4)圖26示出了比較實(shí)例4的聲學(xué)元件30的示意性結(jié)構(gòu)。聲學(xué)元件30是壓電聲學(xué)元件，其具有永磁體38，音圈39，以及振動(dòng)板40。當(dāng)通過導(dǎo)電端子41將電流輸入至音圈39時(shí)，產(chǎn)生磁力，并且由于該生成的磁力使得振動(dòng)板40振動(dòng)，從而發(fā)出聲音。
(測(cè)量結(jié)果1)當(dāng)對(duì)實(shí)例1-8的壓電聲學(xué)元件以及比較實(shí)例1-4的聲學(xué)元件的基本諧振頻率進(jìn)行測(cè)試時(shí)，獲得下面的結(jié)果。
實(shí)例1443[Hz]實(shí)例2452[Hz]和316[Hz]實(shí)例3496[Hz]實(shí)例4491[Hz]和320[Hz]實(shí)例5396[Hz]實(shí)例6276[Hz]實(shí)例7263[Hz]
實(shí)例8370[Hz]比較實(shí)例11087[Hz]或更大比較實(shí)例21067[Hz]比較實(shí)例31027[Hz]比較實(shí)例4730[Hz]通過上述測(cè)量結(jié)果，可以理解的是，本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件具有較寬的頻帶。特別地，可以理解的是，實(shí)例2和4的壓電聲學(xué)元件具有兩個(gè)基本諧振頻率并且該頻帶被放大。
(測(cè)量結(jié)果2)當(dāng)在將1[V]的電壓施加給實(shí)例1-8的壓電聲學(xué)元件以及比較實(shí)例1-4的聲學(xué)元件時(shí)測(cè)量聲壓等級(jí)，得到下面的結(jié)果。
實(shí)例196[dB]實(shí)例292[dB]實(shí)例391[dB]實(shí)例499[dB]實(shí)例5107[dB]實(shí)例6106[dB]實(shí)例7118[dB]實(shí)例897[dB]比較實(shí)例138[dB]比較實(shí)例257[dB]比較實(shí)例374[dB]比較實(shí)例472[dB]通過上面的測(cè)量結(jié)果，可以理解的是，本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件能夠再現(xiàn)非常高的聲壓。特別地，當(dāng)將0.5[V]的電壓施加給實(shí)例5的壓電聲學(xué)元件時(shí)，聲壓等級(jí)為91[dB]。換句話說，即使施加一半的電壓，在這種情況下也能夠獲得這樣的聲壓等級(jí)，其中該聲壓等級(jí)幾乎與由實(shí)例1-3中的壓電聲學(xué)元件獲得的聲壓等級(jí)相同。
(測(cè)量結(jié)果3)當(dāng)在頻率500[Hz]-2000[Hz]下測(cè)量實(shí)例1-8以及比較實(shí)例1-4的聲學(xué)元件的聲壓，并計(jì)算最大聲壓與最小聲壓之間的偏離(alienation)率時(shí)，獲得下面的結(jié)果。
實(shí)例1-825％或更小比較實(shí)例1-3大于40％比較實(shí)例4大于25％，且小于40％通過上面的測(cè)量結(jié)果，可以理解的是，本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件具有平滑的聲音頻率特性。
(測(cè)量結(jié)果4)當(dāng)實(shí)例1-8的壓電聲學(xué)元件以及比較實(shí)例1-4的聲學(xué)元件從50厘米處自由墜落之前和之后測(cè)量聲壓等級(jí)時(shí)，并且當(dāng)計(jì)算變化率時(shí)，獲得下面的結(jié)果。
實(shí)例1和23％或更小實(shí)例3大于3％，且小于或等于10％實(shí)例4-73％或更小實(shí)例8大于3％，且小于或等于10％比較實(shí)例1-4大于10％通過上面的測(cè)量結(jié)果，可以理解的是，本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件具有極好的抗震特性。
(測(cè)量結(jié)果5)當(dāng)連續(xù)地驅(qū)動(dòng)了實(shí)例1-8的壓電聲學(xué)元件以及比較實(shí)例1-4的聲學(xué)元件100小時(shí)，并且當(dāng)在這之前以及之后測(cè)量聲壓并且計(jì)算變化率時(shí)，獲得下面的結(jié)果。
實(shí)例1和2大于3％，且小于或等于10％實(shí)例3-83％或更小比較實(shí)例1-410％或更大通過上面的測(cè)量結(jié)果，可以理解的是，本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件具有足夠的耐久性以及高可靠性。
(測(cè)量結(jié)果6)當(dāng)分別制造50片實(shí)例1-8的每一個(gè)的壓電聲學(xué)元件以及50片比較實(shí)例1-4的每一個(gè)的聲學(xué)元件時(shí)，當(dāng)1[V]的電壓被施加在每個(gè)元件上時(shí)，測(cè)量聲壓等級(jí)并接著計(jì)算最大聲壓與最小聲壓之間的偏離率時(shí)，獲得下面的結(jié)果。
實(shí)例1和22.5％或更小實(shí)例3大于5％，且小于或等于15％實(shí)例4-75％或更小實(shí)例8大于5％，且小于或等于15％比較實(shí)例1-4大于15％通過上面的測(cè)量結(jié)果，可以理解的是，在所制造的多片本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件中，變化是很小的。
在表1中對(duì)上面的測(cè)量結(jié)果求和。順便說明，在測(cè)量結(jié)果1中，當(dāng)基本諧振頻率為300[Hz]或更小時(shí)顯示“◎”(非常好)，當(dāng)基本諧振頻率為大于300[Hz]且小于或等于500[Hz]時(shí)顯示“○”(好)，當(dāng)基本諧振頻率為大于700[Hz]且小于等于1000[Hz]時(shí)顯示“△”(一般)，以及當(dāng)基本諧振頻率為大于1000[Hz]時(shí)顯示“×”(差)。
在測(cè)量結(jié)果2中，當(dāng)聲壓等級(jí)大于90[dB]時(shí)顯示“◎”，以及當(dāng)聲壓等級(jí)小于或等于90[dB]時(shí)顯示“×”。
在測(cè)量結(jié)果3和6中，當(dāng)偏離率為25％或更小時(shí)顯示“○”，當(dāng)偏離率大于25％且小于或等于40％時(shí)顯示“△”，以及當(dāng)偏離率大于40％時(shí)顯示“×”。
在測(cè)量結(jié)果4和5中，當(dāng)聲壓變化為3％或更小時(shí)顯示“○”，當(dāng)聲壓變化大于3％且小于或等于10％時(shí)顯示“△”，以及當(dāng)聲壓變化大于10％時(shí)顯示“×”。
在測(cè)量結(jié)果6中，當(dāng)偏離率為5％或更小時(shí)顯示“○”，當(dāng)偏離率大于5％且小于或等于15％時(shí)顯示“△”，以及當(dāng)偏離率大于15％時(shí)顯示“×”。


當(dāng)考慮了上面的說明以及測(cè)量結(jié)果1-6時(shí)，可以理解的是，本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件具有各種優(yōu)點(diǎn)，例如降低了厚度和大小，低的電壓可驅(qū)動(dòng)性，高的聲壓再現(xiàn)性，寬的頻率特性，低成本，以及高可靠性。
此外，可以理解的是，本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件可用于很寬的應(yīng)用范圍，其中包括聲學(xué)設(shè)備以及便攜式終端設(shè)備。例如，當(dāng)本發(fā)明的壓電聲學(xué)設(shè)備被配置在聲學(xué)設(shè)備中時(shí)，就能夠?qū)崿F(xiàn)小且高質(zhì)量的聲學(xué)設(shè)備。此外，當(dāng)本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件代替用在傳統(tǒng)的移動(dòng)電話或PDA(個(gè)人數(shù)字助理)中的電磁聲學(xué)元件時(shí)，在移動(dòng)電話以及PDA中實(shí)現(xiàn)了體積縮減以及延長操作時(shí)間，同時(shí)也能夠獲得更高的聲音質(zhì)量。
雖然已經(jīng)使用特殊術(shù)語描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，例如僅用于說明性目的的說明，但是可以理解的是，在不脫離權(quán)利要求書的精神或保護(hù)范圍的情況下可以進(jìn)行改變和變化。
權(quán)利要求
1.一種使用壓電元件作為振動(dòng)源的壓電聲學(xué)元件，包括中空外殼，其中該中空外殼具有至少一個(gè)開口；位于所述外殼中的壓電元件，并且當(dāng)向其施加電壓時(shí)該壓電元件會(huì)彎曲；以及配置在所述外殼的開口處的振動(dòng)膜；其中所述壓電元件以及所述振動(dòng)膜通過振動(dòng)傳遞部件相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的壓電聲學(xué)元件，其中所述壓電元件沿長度方向上的一端或兩端都通過支撐部件固定到所述外殼的內(nèi)表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的壓電聲學(xué)元件，其中所述支撐部件是彈性的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的壓電聲學(xué)元件，進(jìn)一步包括兩個(gè)或更多的振動(dòng)膜和/或振動(dòng)傳遞部件，它們至少在如下一方面不同厚度，材料，以及尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的壓電聲學(xué)元件，進(jìn)一步包括兩個(gè)振動(dòng)膜，它們彼此相對(duì)地配置，使得所述壓電元件位于它們之間，其中所述兩個(gè)振動(dòng)膜通過各自的振動(dòng)傳遞部件與所述壓電元件相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的壓電聲學(xué)元件，進(jìn)一步包括與所述壓電元件相連的彈性板，其中所述彈性板通過所述振動(dòng)傳遞部件與所述振動(dòng)膜相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的壓電聲學(xué)元件，其中所述壓電元件具有層疊結(jié)構(gòu)，在該層疊結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電層和壓電材料層交替地層疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的壓電聲學(xué)元件，其中所述振動(dòng)傳遞部件為彈簧。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的壓電聲學(xué)元件，其中所述振動(dòng)膜為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜、聚醚砜膜、聚酯膜、以及聚丙烯膜的其中之一。
10.配置有根據(jù)權(quán)利要求1的壓電聲學(xué)元件的聲學(xué)設(shè)備。
11.配置有根據(jù)權(quán)利要求1的壓電聲學(xué)元件的便攜式終端設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓電聲學(xué)元件。本發(fā)明的壓電聲學(xué)元件(1)包括中空外殼(5)，該外殼具有開口(3)，位于所述外殼(5)中的壓電元件(7)，并且當(dāng)施加電壓時(shí)該壓電元件(7)會(huì)彎曲，以及位于所述外殼(5)的開口(3)處的振動(dòng)膜(8)；其中所述壓電元件(7)以及所述振動(dòng)膜(8)通過振動(dòng)傳遞部件(9)相連。
文檔編號(hào)H04R1/28GK1926917SQ20048004255
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2004年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者大西康晴, 佐佐木康弘, 土岐望 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社