專利名稱：壓電電聲換能器的制作方法
技術領域：
本發明涉及壓電電聲換能器，如壓電受話器和壓電蜂鳴器。
但是，當使用圓形振動片時，存在如下問題即生產效率低，聲音轉換效率低，并且該設備難以小型化。
日本未審專利申請公開中公開了一種可以表面安裝的壓電電聲換能器，其中使用矩形振動片，從而能夠提高生產效率和聲音轉換效率，并能實現小型化。這種壓電電聲換能器包括矩形壓電振動片；絕緣容器，該容器具有用于支承容器之彼此相對的兩個側壁之間的振動片的支承部件、以及與支承部件相連并提供與外部環境的連接的接線端；以及蓋板，其上制成有用于發聲的孔。振動片裝在容器中，振動片相對的兩側被用彈性密封材料固定在支承部件上。另外在該振動片的其余兩側與容器之間的空隙用彈性密封材料密封。用導電膠使第一和第二導電部件與該振動片電連接，并將所述蓋板粘接在容器上，從而關閉設在容器一端的開口。
盡管上述壓電電聲換能器采用單壓電晶片型振動片，但是這個領域已經披露了一種采用包括層壓結構的壓電陶瓷的壓電電聲換能器(日本未審專利申請公開2001-95094)。
根據現有技術，用導電膠將振動片的其兩側固定并連接在接線端，所述接線端固定于容器。因此存在一個問題振動片被容器強烈地約束，并且，如果像是容器發生熱變形，就會直接影響振動片。當采用回流焊接將容器安裝在印刷版上時，容器會發生熱膨脹。在這種情況下，由于容器和振動片的熱膨脹系數之間存在差異，導致振動片的特性發生變化。另外，當向容器施加應力時，應力直接傳遞給振動片。因此存在著振動片特性改變或者振動片破裂的危險。
按照本發明的優選實施方案，一種壓電電聲換能器，包括基本上為矩形的壓電振動片，當在該壓電振動片的電極之間加給交變電流時，它沿板厚度方向振動；外殼，用于容納所述壓電振動片，包括用于在壓電振動片的至少兩個相對側或在壓電振動片的邊角處支承壓電振動片的支承部件；一對接線端，它們設置并被夾物模壓在所述外殼內，從而每個接線端的第一端在靠近支撐部分的位置處被插入到外殼內，這一對接線端部當中每一個的第二端部被設置在所述外殼之外。這對接線端當中每一個的第一端部包括固定于外殼的主體部分；從主體部分的兩側向外殼的邊角延伸并且沒有固定在外殼上的翼部分；以及設在主體部分與翼部分之間的應力消除部分，從而使所述翼部分能夠朝著外殼的內部移動。所述壓電振動片的每個電極至少與一個所述接線端的翼部分中連接。
根據本發明的優選實施方案，接線端插入到外殼內的一端設有主體部分以及從該主體部分兩側延伸的翼部分。該主體部分被固定于外殼，翼部分能夠相對于外殼移動。另外，在主體部分和翼部分之間設置應力消除部分，從而翼部分能夠朝著外殼的內部移動。至少一個翼部分被連接至壓電振動片的電極之一，優選通過導電膠連接。當發生溫度變化或施加了外力時，由于溫度變化或外力而產生的應力被朝著壓電振動片傳遞。但是各接線端的翼部分被朝著外殼的內部彎曲以吸收應力，從而防止應力被傳遞給壓電振動片。因此必然能夠防止該壓電振動片破裂，并且壓電振動片的電性能也不會變化。因此可靠地保證了振動片的電性能的穩定。
每個接線端的翼部分的端表面最好是傾斜的，從而使端表面之間的距離朝著外殼內部的方向是增加的。
當通過夾物模壓來形成端部時，翼部分的端部表面被樹脂所包圍。因此當翼部分的端表面基本垂直于外殼的內表面時，存在的危險在于因圍繞著所述翼部分端部的樹脂而妨礙翼部分朝著內側移動。相應地，翼部分的端表面是傾斜的，就不會妨礙翼部分朝著外殼的內部移動。
從以下參考附圖對優選實施方案的詳細描述，將更加清楚地理解本發明的其他特點、要素和特性以及優點。
具體實施例方式


圖1-4B表示根據本發明第一優選實施方案的可表面安裝的壓電電聲換能器。
第一優選實施方案的電聲換能器適用于在寬頻范圍使用的設備，如壓電受話器，包括具有層壓結構的壓電振動片1、容器10和蓋板20。容器10和蓋板20的結合給出該壓電電聲換能器的外殼。
如圖5和6所示，首選以兩個壓電陶瓷層1a和1b層壓形成振動片1。在振動片1的頂表面和底表面處，在其主面上設置兩個主面電極2和3，還在陶瓷層1a和1b之間設置內部電極4。如圖5和6的粗箭頭所示，兩個壓電陶瓷層1a和1b在其厚度方向上沿著同樣的方向被極化。頂表面的主面電極2和底表面的主面電極3的長度略短于振動片1的側面長度，而且它們與設在振動片1的一個端部表面處的端面電極5連接。于是，使頂表面和底表面的主面電極2和3彼此連接。內電極4的形狀基本上與主面電極2和3對稱。內電極4的一端與端面電極5分開，而其另一端連接至設在與端面電極5相對的端部的端面電極6處。在振動片1的頂表面和底表面上設置輔助電極7，從而輔助電極7與端面電極6電連接。
另外，在振動片1的頂表面和底表面處設有樹脂層8和9，以覆蓋主面電極2和3。設置樹脂層8和9，以防止因突然落下時的沖擊力而導致破裂。在頂表面的樹脂層8的靠近振動片1的兩個相對邊角的位置處設有缺口8a和8b，在底表面的樹脂層9的靠近振動片1的另兩個相對邊角的位置處設有缺口9a和9b。主面電極2和3分別通過缺口8a和9a面朝外側，而輔助電極7通過缺口8b和9b面朝外側。
這種結構也可以只在振動片1的頂表面或底表面之一上形成所述缺口。但在本優選實施方案中，在振動片1的頂表面和底表面上都形成缺口，以避免方向性。
另外，輔助電極7也不必是具有恒定寬度的帶狀，該輔助電極7的形狀可以使得輔助電極7只在與缺口8b和9b相對應的區域之上延伸。
在本優選實施方案中，陶瓷層1a和1b優選由PZT陶瓷形成，其尺寸比如大致為10mm×10mm×40μm，樹脂層8和9優選由聚酰胺酰亞胺樹脂形成，其厚度最好約為3-10μm。
容器10最好由樹脂材料制成，最好基本為矩形盒狀，具有底壁10a和四個側壁10b-10e。用于形成容器10的樹脂材料最好是耐熱樹脂，如液晶聚合物(LCP)、間同聚苯乙烯(SPS)、聚苯硫醚(PPS)和環氧樹脂。容器10設有階梯部分10f，它沿著四個側壁10b-10e延伸，在階梯部分10f上在兩個相對側壁10b和10d內的位置設置一對接線端11和12的內部部分11a和12a。最好通過夾物模壓而在容器10中形成接線端11和12；分別設有外部部分11b和12b，它們沿著側壁10b和10d的外表面朝向容器10的底表面彎曲。
如圖7A-9所示，所述接線端11和12的內部部分11a和12a分別包括基本與外部部分11b和12b同寬的主體部分11c和12c；從主體部分11c和12c兩側向靠近容器10的邊角的位置延伸的翼部分11d和12d。盡管主體部分11c和12c固定在容器10的側壁10b和10d的內側，但是可以在主體部分11c和12c中形成孔11e和12e，用于可使樹脂流入，以確保固定強度。如圖8所示，翼部分11d和12d的內表面面朝容器10的內側，在主體部分11c和12c以及翼部分11d和12d之間設置應力消除部分11f和12f。于是，翼部分11d和12d能夠沿著圖7A和7B箭頭所示方向移動。如圖7A所示，翼部分11d的端面11g是斜的，從而端面11g之間的距離朝著容器10內側的方向而增加。同樣如圖7B所示，翼部分12d的端面12g是斜的，從而端面12g之間的距離朝著容器10內側的方向而增加。因此樹脂形成的容器10不會妨礙翼部分11d和12d的移動。
如圖1所示，用于在振動片的兩個相對側支撐該振動片的支撐部分10g被設置在階梯部分10f中，該部分上設有接線端11和12的。支撐部分10g的高度比階梯部分10f低，從而當振動片1設置在支撐部分10g上時，振動片1的頂表面以及接線端11和12的內部部分11a和12a的頂表面是齊平的。
在底壁10a中形成第一發聲孔10h。
當通過夾物模壓形成接線端11和12時，所述外部部分11b和12b在容器10的外側水平延伸，如圖10A所示。如圖10B所示，接線端11和12的外部部分11b和12b在靠近其中心的位置向下彎曲。此時，外部部分11b和12b的彎曲最好大于90°。如圖10C所示，接線端11和12的外部部分11b和12b再被彎曲，從而個接線端11和12沿著容器10的側表面延伸。在這種情況下，所述外部部分11b和12b的端部被裝配在容器10的底表面中所形成的溝槽10I內。由于在圖10B中外部部分11b和12b彎曲大于90°，因此就能防止所述外部部分11b和12b的端部被從容器10的底表面上抬高。
將振動片1安裝在容器10中，并用彈性抑制材料13在四個位置被固定于所述接線端11和12的翼部分11d和12d。具體地說，將彈性抑制材料13加于通過缺口8a而面向外側的主面電極2以及接線端11的一個翼部分11d之間，同時也加于通過缺口8b而面向外側的輔助電極7以及接線端12的一個翼部分12d之間。另外，還將彈性抑制材料13加在彼此相對的其余兩個邊角處。盡管在本優選實施方案中首選彈性抑制材料13具有橢圓形，但是彈性抑制材料13的形狀不限于此。比如優選使用固化后楊氏模量大致為3.7×106Pa的氨基甲酸乙酯膠作為彈性抑制材料13。由于該彈性抑制材料13在固化前的粘度高(如50-120dPa·s)，并且抗滲性高，因此它不會在振動片1與容器10之間向下流至支撐部分10g。在加給彈性抑制材料13之后，對其加熱并使固化。
在已將振動片1安裝在容器10之后，可以利用分配器或其他適合的設備加給所述彈性抑制材料13，或者可以在施加了彈性抑制材料13之后，再將振動片1安裝在容器10中。
在使彈性抑制材料13固化之后，通過以基本為橢圓形的方式加給導電膠14，使與彈性抑制材料13相交，而將主面電極2連接至接線端11的一個翼部分11d，并將輔助電極7連接至接線端11的一個翼部分12d，其中所述彈性抑制材料13也是以基本為橢圓形的方式來加給的。譬如，優選使用固化后楊氏模量大致為0.3×109Pa的氨基甲酸乙酯膠作為導電膠14。在加給導電膠14之后，對其加熱并使之固化。加給導電膠14的形狀不限于基本為橢圓形的方式，只要在彈性抑制材料13之上，能夠將主面電極2連接至接線端11的一個翼部分11d并且將輔助電極7連接至接線端11的一個翼部分12d即可。
在加給導電膠14并使之固化之后，在振動片1的外周表面和容器10內表面之間加給彈性密封材料15，從而防止振動片1的頂表面和底表面之間的空氣泄漏。在加給彈性密封材料15之后，對其加熱并使之固化。譬如，優選使用固化后楊氏模量大致為3.0×105Pa的有機硅粘合劑作為彈性密封材料15。
如圖4B所示，可在側壁10c和10e的內側，在比支撐部分10g低的位置處形成流動阻止槽10j，用以阻止彈性密封材料15的流動。在這種情況下，可以防止彈性密封材料15向下流至底壁10a。
在將振動片1固定于容器10之后，利用粘膠21將蓋板20固定于容器10上，以封閉容器10上表面處的開口表面。最好用相同的材料形成容器10和蓋板20。利用連接蓋板20，在振動片1與蓋板20之間限定一個聲音空間。在蓋板20中形成第二發聲孔22。由此完成了表面安裝的壓電電聲換能器。
按照本優選實施方案的壓電電聲換能器，當在所述接線端11和12之間加給預定的交變電流時，振動片1開始按照彎曲振動模式振動。由于沿與電場相同的方向被極化的一個壓電陶瓷層收縮，而沿與電場相反的方向被極化的壓電陶瓷層膨脹，從而使所述層壓體在厚度方向彎曲。
在本優選實施方案中，振動片1具有層壓結構，并由陶瓷形成，而且沿厚度方向對準的兩個振動區域(陶瓷層)沿相反方向振動。因而，與單壓電晶片型振動片相比，這種振動片彎曲量大，由此得到較大的聲音壓力。
當把本優選實施方案的壓電電聲換能器表面安裝在印刷版等的上面時，在回流焊接過程中，因加熱而使得容器10膨脹。由于由陶瓷制成的振動片1的熱膨脹系數比樹脂形成的容器10的低，因此，振動片1受到拉伸應力。于是，所存在的危險在于會使振動片1的特性改變，或者會使振動片1破裂。
然而，由于在容器10中通過夾物模壓形成的接線端11和12的翼部分11d和12d能夠朝著容器10的內側移動，如圖9所示那樣，因此，會使加在振動片1上的拉伸應力被減緩。因此，振動片1的特性不會改變，防止了振動片1的破裂。
圖11表示本發明另一種優選實施方案的接線端的改進。由于首選使接線端11和12具有相同的結構，因此圖11中只示出端部11。
在這種優選實施方案的接線端11和12中，在主體部分11c和12c以及翼部分11d和12d之間設置曲柄形部分11h和12h，它確定了所述消除應力的部分。在這種情況下，與本發明第一實施方案中由一個窄的部分11f和12f來限定應力消除部分的情況相比，能夠更容易地使翼部分11d和12d移動。
圖12表示本發明第二優選實施方案的壓電電聲換能器的一部分。由于首選接線端11和12具有相同的結構，因此圖12中只示出包含接線端11的部分。
在這種優選實施方案中，將上述確定應力消除部分的曲柄形部分11h和12h設置在接線端11及12的主體部分11c和12c以及翼部分11d和12d之間，所述接線端11和12的翼部分11d和12d不可移動地固定于容器10上。因此，主體部分11c和12c能夠相對于容器10的側壁10b和10d移動。在這種情況下，不在主體部分11c和12c中形成上述用于能夠使樹脂流動的孔11e和12e。
在這種優選實施方案中，端部的主體部分11c和12c朝內部和朝外部熱移動，以致從印刷電路版加在接線端11和12的外部部分11b和12b的應力被減緩；所述器件被表面安裝在所述印刷電路版上。由設置在主體部分11c和12c以及翼部分11d和12d之間的應力減緩部分11h和12h減緩了主體部分11c和12c的位移。盡管在這種實施方案中首選設置具有如圖11所示結構之應力減緩部分11h和12h，但是也可以使用具有圖7A和7B所示結構的所述窄的部分11f和12f。
本發明不限于上述各優選實施方案，可以在本發明的范圍內作出各種改型。
譬如，盡管上述各優選實施方案所用的壓電電聲振動片首先選由兩個壓電陶瓷層層壓制成，但也可以通過層壓三個或多個壓電陶瓷層而制成。
另外，壓電振動片不限于層壓多層壓電陶瓷層，而可以將它形成為單壓電晶片型或雙壓電晶片型的振動片，其中將一個壓電板層壓在一個金屬板的一側或兩側上。
另外，所述接線端11和12的結構也不限于將翼部分11d和12d設置在主體部分11c和12c的兩側，而可以在每個主體部分的一側形成電連接至振動片的單一的翼部分。
此外，還可以使用在四個邊角處支撐振動片的支撐部分，來代替設置在容器10兩側的支撐部分10g。
再有，本發明的外殼也不限于上述各優選實施方案中通過結合了盒裝容器和蓋板所形成的外殼，只要能夠通過夾物模壓形成所述各接線端即可。
盡管以上描述了本發明的優選實施方案，但可以理解，本發明的技術人員可以在不脫離本發明的范圍的前提下作出各種改型和變化。因此本發明的范圍由以下權利要求所限定。
權利要求
1.一種壓電電聲換能器，包括壓電振動片，它包括多個電極并且基本為矩形的，當在該壓電振動片的電極之間加給交變電流時，該壓電振動片沿厚度方向振動；外殼，所述壓電振動片設置在其中，它包括多個支承部件，以在壓電振動片的至少兩個相對側或者在壓電振動片的邊角處支承所述壓電振動片；一對接線端，設置在所述外殼內，使每個接線端的第一端在靠近支撐部分的位置處被插入到所述外殼內，每個接線端的第二端部被設置在外殼之外；其中每個接線端的第一端部包括固定于所述外殼上的主體部分；從主體部分的兩側向外殼的邊角延伸、并且不被固定在外殼上的翼部分；以及設置在主體部分和翼部分之間的應力消除部分，使所述翼部分能夠朝著外殼的內部移動；所述壓電振動片的每個電極與所述接線端的至少一個翼部分連接。
2.如權利要求1所述的壓電電聲換能器，其中，所述每個接線端的翼部分的端部表面是斜的，使得所述端部表面之間的距離朝著所述外殼的內部增加。
3.如權利要求1所述的壓電電聲換能器，其中，所述壓電振動片包括至少兩個彼此層壓的壓電陶瓷層。
4.如權利要求1所述的壓電電聲換能器，其中，在至少兩個壓電層之間設置內電極。
5.如權利要求1所述的壓電電聲換能器，其中，所述壓電振動片包括設置在該壓電振動片的電極上的樹脂層。
6.如權利要求1所述的壓電電聲換能器，其中，在所述每個接線端的主體部分中形成孔。
7.一種壓電電聲換能器，包括壓電振動片，它包括多個電極并且基本為矩形的，當在該壓電振動片的電極之間加給交變電流時，該壓電振動片沿厚度方向振動；外殼，所述壓電振動片保存在其中，它包括支承部件，以在所述壓電振動片的至少兩個相對側或者在該壓電振動片的邊角處支承該壓電振動片；一對接線端，它們設置成使每個接線端的第一端在靠近支撐部分的位置處被插入到所述外殼內，每個接線端的第二端部被設置在所述外殼之外；其中每個接線端部的第一端部包括固定于所述外殼的主體部分；從該主體部分的一側向所述外殼的一個邊角延伸并且不被固定在外殼上的翼部分；以及設置在所述主體部分與翼部分之間的應力消除部分，從而該翼部分能夠朝著所述外殼的內部移動；所述壓電振動片的每個電極被連接至所述接線端的翼部分。
8.如權利要求7所述的壓電電聲換能器，其中，所述每個接線端的翼部分的端部表面是斜的，使所述端部表面之間的距離朝向所述外殼內部增加。
9.如權利要求7所述的壓電電聲換能器，其中，所述壓電振動片包括至少兩層彼此層壓的壓電陶瓷層。
10.如權利要求7所述的壓電電聲換能器，其中，所述壓電振動片包括設置在該壓電振動片的電極上的樹脂層。
全文摘要
一種壓電電聲換能器，包括壓電振動片，基本為矩形的，當在該壓電振動片的電極之間加給交變電流時，它沿厚度方向振動；外殼，壓電振動片保存在其中；以及一對接線端，它們通過夾物模壓形成在外殼內。每個接線端的一端被插入到外殼內，并且包括固定于外殼的主體部分，以及從主體部分的兩側向外殼的邊角延伸的翼部分。所述翼部分不被固定在外殼上，在主體部分與翼部分之間設置應力消除部分，從而翼部分能夠朝向外殼的內部移動。用導電膠使壓電振動片的每個電極與各接線端的至少一個翼部分連接。
文檔編號H04R17/00GK1404282SQ02129768
公開日2003年3月19日 申請日期2002年8月13日 優先權日2001年8月20日
發明者竹島哲夫, 小杉裕二, 炭田學 申請人:株式會社村田制作所