专利名称：压电电声换能器的制作方法
技术领域：
本发明涉及压电电声换能器，如压电受话器和压电蜂鸣器。
但是，当使用圆形振动片时，存在如下问题即生产效率低，声音转换效率低，并且该设备难以小型化。
日本未审专利申请公开2000-310990中公开了一种可以表面安装的压电电声换能器，其中使用矩形振动片，从而能够提高生产效率和声音转换效率，并能实现小型化。这种压电电声换能器包括矩形压电振动片；绝缘容器，该容器具有用于支承容器之彼此相对的两个侧壁之间的振动片的支承部件、以及与支承部件相连并提供与外部环境的连接的接线端；以及盖板，其上制成有用于发声的孔。振动片装在容器中，振动片相对的两侧被用弹性密封材料固定在支承部件上。另外在该振动片的其余两侧与容器之间的空隙用弹性密封材料密封。用导电胶使第一和第二导电部件与该振动片电连接，并将所述盖板粘接在容器上，从而关闭设在容器一端的开口。
尽管上述压电电声换能器采用单压电晶片型振动片，但是这个领域已经披露了一种采用包括层压结构的压电陶瓷的压电电声换能器(日本未审专利申请公开2001-95094)。
根据现有技术，用导电胶将振动片的其两侧固定并连接在接线端，所述接线端固定于容器。因此存在一个问题振动片被容器强烈地约束，并且，如果像是容器发生热变形，就会直接影响振动片。当采用回流焊接将容器安装在印刷版上时，容器会发生热膨胀。在这种情况下，由于容器和振动片的热膨胀系数之间存在差异，导致振动片的特性发生变化。另外，当向容器施加应力时，应力直接传递给振动片。因此存在着振动片特性改变或者振动片破裂的危险。
按照本发明的优选实施方案，一种压电电声换能器，包括基本上为矩形的压电振动片，当在该压电振动片的电极之间加给交变电流时，它沿板厚度方向振动；外壳，用于容纳所述压电振动片，包括用于在压电振动片的至少两个相对侧或在压电振动片的边角处支承压电振动片的支承部件；一对接线端，它们设置并被夹物模压在所述外壳内，从而每个接线端的第一端在靠近支撑部分的位置处被插入到外壳内，这一对接线端部当中每一个的第二端部被设置在所述外壳之外。这对接线端当中每一个的第一端部包括固定于外壳的主体部分；从主体部分的两侧向外壳的边角延伸并且没有固定在外壳上的翼部分；以及设在主体部分与翼部分之间的应力消除部分，从而使所述翼部分能够朝着外壳的内部移动。所述压电振动片的每个电极至少与一个所述接线端的翼部分中连接。
根据本发明的优选实施方案，接线端插入到外壳内的一端设有主体部分以及从该主体部分两侧延伸的翼部分。该主体部分被固定于外壳，翼部分能够相对于外壳移动。另外，在主体部分和翼部分之间设置应力消除部分，从而翼部分能够朝着外壳的内部移动。至少一个翼部分被连接至压电振动片的电极之一，优选通过导电胶连接。当发生温度变化或施加了外力时，由于温度变化或外力而产生的应力被朝着压电振动片传递。但是各接线端的翼部分被朝着外壳的内部弯曲以吸收应力，从而防止应力被传递给压电振动片。因此必然能够防止该压电振动片破裂，并且压电振动片的电性能也不会变化。因此可靠地保证了振动片的电性能的稳定。
每个接线端的翼部分的端表面最好是倾斜的，从而使端表面之间的距离朝着外壳内部的方向是增加的。
当通过夹物模压来形成端部时，翼部分的端部表面被树脂所包围。因此当翼部分的端表面基本垂直于外壳的内表面时，存在的危险在于因围绕着所述翼部分端部的树脂而妨碍翼部分朝着内侧移动。相应地，翼部分的端表面是倾斜的，就不会妨碍翼部分朝着外壳的内部移动。
从以下参考附图对优选实施方案的详细描述，将更加清楚地理解本发明的其他特点、要素和特性以及优点。
具体实施例方式
图1-4B表示根据本发明第一优选实施方案的可表面安装的压电电声换能器。
第一优选实施方案的电声换能器适用于在宽频范围使用的设备，如压电受话器，包括具有层压结构的压电振动片1、容器10和盖板20。容器10和盖板20的结合给出该压电电声换能器的外壳。
如图5和6所示，首选以两个压电陶瓷层1a和1b层压形成振动片1。在振动片1的顶表面和底表面处，在其主面上设置两个主面电极2和3，还在陶瓷层1a和1b之间设置内部电极4。如图5和6的粗箭头所示，两个压电陶瓷层1a和1b在其厚度方向上沿着同样的方向被极化。顶表面的主面电极2和底表面的主面电极3的长度略短于振动片1的侧面长度，而且它们与设在振动片1的一个端部表面处的端面电极5连接。于是，使顶表面和底表面的主面电极2和3彼此连接。内电极4的形状基本上与主面电极2和3对称。内电极4的一端与端面电极5分开，而其另一端连接至设在与端面电极5相对的端部的端面电极6处。在振动片1的顶表面和底表面上设置辅助电极7，从而辅助电极7与端面电极6电连接。
另外，在振动片1的顶表面和底表面处设有树脂层8和9，以覆盖主面电极2和3。设置树脂层8和9，以防止因突然落下时的冲击力而导致破裂。在顶表面的树脂层8的靠近振动片1的两个相对边角的位置处设有缺口8a和8b，在底表面的树脂层9的靠近振动片1的另两个相对边角的位置处设有缺口9a和9b。主面电极2和3分别通过缺口8a和9a面朝外侧，而辅助电极7通过缺口8b和9b面朝外侧。
这种结构也可以只在振动片1的顶表面或底表面之一上形成所述缺口。但在本优选实施方案中，在振动片1的顶表面和底表面上都形成缺口，以避免方向性。
另外，辅助电极7也不必是具有恒定宽度的带状，该辅助电极7的形状可以使得辅助电极7只在与缺口8b和9b相对应的区域之上延伸。
在本优选实施方案中，陶瓷层1a和1b优选由PZT陶瓷形成，其尺寸比如大致为10mm×10mm×40μm，树脂层8和9优选由聚酰胺酰亚胺树脂形成，其厚度最好约为3-10μm。
容器10最好由树脂材料制成，最好基本为矩形盒状，具有底壁10a和四个侧壁10b-10e。用于形成容器10的树脂材料最好是耐热树脂，如液晶聚合物(LCP)、间同聚苯乙烯(SPS)、聚苯硫醚(PPS)和环氧树脂。容器10设有阶梯部分10f，它沿着四个侧壁10b-10e延伸，在阶梯部分10f上在两个相对侧壁10b和10d内的位置设置一对接线端11和12的内部部分11a和12a。最好通过夹物模压而在容器10中形成接线端11和12；分别设有外部部分11b和12b，它们沿着侧壁10b和10d的外表面朝向容器10的底表面弯曲。
如图7A-9所示，所述接线端11和12的内部部分11a和12a分别包括基本与外部部分11b和12b同宽的主体部分11c和12c；从主体部分11c和12c两侧向靠近容器10的边角的位置延伸的翼部分11d和12d。尽管主体部分11c和12c固定在容器10的侧壁10b和10d的内侧，但是可以在主体部分11c和12c中形成孔11e和12e，用于可使树脂流入，以确保固定强度。如图8所示，翼部分11d和12d的内表面面朝容器10的内侧，在主体部分11c和12c以及翼部分11d和12d之间设置应力消除部分11f和12f。于是，翼部分11d和12d能够沿着图7A和7B箭头所示方向移动。如图7A所示，翼部分11d的端面11g是斜的，从而端面11g之间的距离朝着容器10内侧的方向而增加。同样如图7B所示，翼部分12d的端面12g是斜的，从而端面12g之间的距离朝着容器10内侧的方向而增加。因此树脂形成的容器10不会妨碍翼部分11d和12d的移动。
如图1所示，用于在振动片的两个相对侧支撑该振动片的支撑部分10g被设置在阶梯部分10f中，该部分上设有接线端11和12的。支撑部分10g的高度比阶梯部分10f低，从而当振动片1设置在支撑部分10g上时，振动片1的顶表面以及接线端11和12的内部部分11a和12a的顶表面是齐平的。
在底壁10a中形成第一发声孔10h。
当通过夹物模压形成接线端11和12时，所述外部部分11b和12b在容器10的外侧水平延伸，如图10A所示。如图10B所示，接线端11和12的外部部分11b和12b在靠近其中心的位置向下弯曲。此时，外部部分11b和12b的弯曲最好大于90°。如图10C所示，接线端11和12的外部部分11b和12b再被弯曲，从而个接线端11和12沿着容器10的侧表面延伸。在这种情况下，所述外部部分11b和12b的端部被装配在容器10的底表面中所形成的沟槽10I内。由于在图10B中外部部分11b和12b弯曲大于90°，因此就能防止所述外部部分11b和12b的端部被从容器10的底表面上抬高。
将振动片1安装在容器10中，并用弹性抑制材料13在四个位置被固定于所述接线端11和12的翼部分11d和12d。具体地说，将弹性抑制材料13加于通过缺口8a而面向外侧的主面电极2以及接线端11的一个翼部分11d之间，同时也加于通过缺口8b而面向外侧的辅助电极7以及接线端12的一个翼部分12d之间。另外，还将弹性抑制材料13加在彼此相对的其余两个边角处。尽管在本优选实施方案中首选弹性抑制材料13具有椭圆形，但是弹性抑制材料13的形状不限于此。比如优选使用固化后杨氏模量大致为3.7×106Pa的氨基甲酸乙酯胶作为弹性抑制材料13。由于该弹性抑制材料13在固化前的粘度高(如50-120dPa·s)，并且抗渗性高，因此它不会在振动片1与容器10之间向下流至支撑部分10g。在加给弹性抑制材料13之后，对其加热并使固化。
在已将振动片1安装在容器10之后，可以利用分配器或其他适合的设备加给所述弹性抑制材料13，或者可以在施加了弹性抑制材料13之后，再将振动片1安装在容器10中。
在使弹性抑制材料13固化之后，通过以基本为椭圆形的方式加给导电胶14，使与弹性抑制材料13相交，而将主面电极2连接至接线端11的一个翼部分11d，并将辅助电极7连接至接线端11的一个翼部分12d，其中所述弹性抑制材料13也是以基本为椭圆形的方式来加给的。譬如，优选使用固化后杨氏模量大致为0.3×109Pa的氨基甲酸乙酯胶作为导电胶14。在加给导电胶14之后，对其加热并使之固化。加给导电胶14的形状不限于基本为椭圆形的方式，只要在弹性抑制材料13之上，能够将主面电极2连接至接线端11的一个翼部分11d并且将辅助电极7连接至接线端11的一个翼部分12d即可。
在加给导电胶14并使之固化之后，在振动片1的外周表面和容器10内表面之间加给弹性密封材料15，从而防止振动片1的顶表面和底表面之间的空气泄漏。在加给弹性密封材料15之后，对其加热并使之固化。譬如，优选使用固化后杨氏模量大致为3.0×105Pa的有机硅粘合剂作为弹性密封材料15。
如图4B所示，可在侧壁10c和10e的内侧，在比支撑部分10g低的位置处形成流动阻止槽10j，用以阻止弹性密封材料15的流动。在这种情况下，可以防止弹性密封材料15向下流至底壁10a。
在将振动片1固定于容器10之后，利用粘胶21将盖板20固定于容器10上，以封闭容器10上表面处的开口表面。最好用相同的材料形成容器10和盖板20。利用连接盖板20，在振动片1与盖板20之间限定一个声音空间。在盖板20中形成第二发声孔22。由此完成了表面安装的压电电声换能器。
按照本优选实施方案的压电电声换能器，当在所述接线端11和12之间加给预定的交变电流时，振动片1开始按照弯曲振动模式振动。由于沿与电场相同的方向被极化的一个压电陶瓷层收缩，而沿与电场相反的方向被极化的压电陶瓷层膨胀，从而使所述层压体在厚度方向弯曲。
在本优选实施方案中，振动片1具有层压结构，并由陶瓷形成，而且沿厚度方向对准的两个振动区域(陶瓷层)沿相反方向振动。因而，与单压电晶片型振动片相比，这种振动片弯曲量大，由此得到较大的声音压力。
当把本优选实施方案的压电电声换能器表面安装在印刷版等的上面时，在回流焊接过程中，因加热而使得容器10膨胀。由于由陶瓷制成的振动片1的热膨胀系数比树脂形成的容器10的低，因此，振动片1受到拉伸应力。于是，所存在的危险在于会使振动片1的特性改变，或者会使振动片1破裂。
然而，由于在容器10中通过夹物模压形成的接线端11和12的翼部分11d和12d能够朝着容器10的内侧移动，如图9所示那样，因此，会使加在振动片1上的拉伸应力被减缓。因此，振动片1的特性不会改变，防止了振动片1的破裂。
图11表示本发明另一种优选实施方案的接线端的改进。由于首选使接线端11和12具有相同的结构，因此图11中只示出端部11。
在这种优选实施方案的接线端11和12中，在主体部分11c和12c以及翼部分11d和12d之间设置曲柄形部分11h和12h，它确定了所述消除应力的部分。在这种情况下，与本发明第一实施方案中由一个窄的部分11f和12f来限定应力消除部分的情况相比，能够更容易地使翼部分11d和12d移动。
图12表示本发明第二优选实施方案的压电电声换能器的一部分。由于首选接线端11和12具有相同的结构，因此图12中只示出包含接线端11的部分。
在这种优选实施方案中，将上述确定应力消除部分的曲柄形部分11h和12h设置在接线端11及12的主体部分11c和12c以及翼部分11d和12d之间，所述接线端11和12的翼部分11d和12d不可移动地固定于容器10上。因此，主体部分11c和12c能够相对于容器10的侧壁10b和10d移动。在这种情况下，不在主体部分11c和12c中形成上述用于能够使树脂流动的孔11e和12e。
在这种优选实施方案中，端部的主体部分11c和12c朝内部和朝外部热移动，以致从印刷电路版加在接线端11和12的外部部分11b和12b的应力被减缓；所述器件被表面安装在所述印刷电路版上。由设置在主体部分11c和12c以及翼部分11d和12d之间的应力减缓部分11h和12h减缓了主体部分11c和12c的位移。尽管在这种实施方案中首选设置具有如图11所示结构之应力减缓部分11h和12h，但是也可以使用具有图7A和7B所示结构的所述窄的部分11f和12f。
本发明不限于上述各优选实施方案，可以在本发明的范围内作出各种改型。
譬如，尽管上述各优选实施方案所用的压电电声振动片首先选由两个压电陶瓷层层压制成，但也可以通过层压三个或多个压电陶瓷层而制成。
另外，压电振动片不限于层压多层压电陶瓷层，而可以将它形成为单压电晶片型或双压电晶片型的振动片，其中将一个压电板层压在一个金属板的一侧或两侧上。
另外，所述接线端11和12的结构也不限于将翼部分11d和12d设置在主体部分11c和12c的两侧，而可以在每个主体部分的一侧形成电连接至振动片的单一的翼部分。
此外，还可以使用在四个边角处支撑振动片的支撑部分，来代替设置在容器10两侧的支撑部分10g。
再有，本发明的外壳也不限于上述各优选实施方案中通过结合了盒装容器和盖板所形成的外壳，只要能够通过夹物模压形成所述各接线端即可。
尽管以上描述了本发明的优选实施方案，但可以理解，本发明的技术人员可以在不脱离本发明的范围的前提下作出各种改型和变化。因此本发明的范围由以下权利要求所限定。
权利要求
1.一种压电电声换能器，包括压电振动片，它包括多个电极并且基本为矩形的，当在该压电振动片的电极之间加给交变电流时，该压电振动片沿厚度方向振动；外壳，所述压电振动片设置在其中，它包括多个支承部件，以在压电振动片的至少两个相对侧或者在压电振动片的边角处支承所述压电振动片；一对接线端，设置在所述外壳内，使每个接线端的第一端在靠近支撑部分的位置处被插入到所述外壳内，每个接线端的第二端部被设置在外壳之外；其中每个接线端的第一端部包括固定于所述外壳上的主体部分；从主体部分的两侧向外壳的边角延伸、并且不被固定在外壳上的翼部分；以及设置在主体部分和翼部分之间的应力消除部分，使所述翼部分能够朝着外壳的内部移动；所述压电振动片的每个电极与所述接线端的至少一个翼部分连接。
2.如权利要求1所述的压电电声换能器，其中，所述每个接线端的翼部分的端部表面是斜的，使得所述端部表面之间的距离朝着所述外壳的内部增加。
3.如权利要求1所述的压电电声换能器，其中，所述压电振动片包括至少两个彼此层压的压电陶瓷层。
4.如权利要求1所述的压电电声换能器，其中，在至少两个压电层之间设置内电极。
5.如权利要求1所述的压电电声换能器，其中，所述压电振动片包括设置在该压电振动片的电极上的树脂层。
6.如权利要求1所述的压电电声换能器，其中，在所述每个接线端的主体部分中形成孔。
7.一种压电电声换能器，包括压电振动片，它包括多个电极并且基本为矩形的，当在该压电振动片的电极之间加给交变电流时，该压电振动片沿厚度方向振动；外壳，所述压电振动片保存在其中，它包括支承部件，以在所述压电振动片的至少两个相对侧或者在该压电振动片的边角处支承该压电振动片；一对接线端，它们设置成使每个接线端的第一端在靠近支撑部分的位置处被插入到所述外壳内，每个接线端的第二端部被设置在所述外壳之外；其中每个接线端部的第一端部包括固定于所述外壳的主体部分；从该主体部分的一侧向所述外壳的一个边角延伸并且不被固定在外壳上的翼部分；以及设置在所述主体部分与翼部分之间的应力消除部分，从而该翼部分能够朝着所述外壳的内部移动；所述压电振动片的每个电极被连接至所述接线端的翼部分。
8.如权利要求7所述的压电电声换能器，其中，所述每个接线端的翼部分的端部表面是斜的，使所述端部表面之间的距离朝向所述外壳内部增加。
9.如权利要求7所述的压电电声换能器，其中，所述压电振动片包括至少两层彼此层压的压电陶瓷层。
10.如权利要求7所述的压电电声换能器，其中，所述压电振动片包括设置在该压电振动片的电极上的树脂层。
全文摘要
一种压电电声换能器，包括压电振动片，基本为矩形的，当在该压电振动片的电极之间加给交变电流时，它沿厚度方向振动；外壳，压电振动片保存在其中；以及一对接线端，它们通过夹物模压形成在外壳内。每个接线端的一端被插入到外壳内，并且包括固定于外壳的主体部分，以及从主体部分的两侧向外壳的边角延伸的翼部分。所述翼部分不被固定在外壳上，在主体部分与翼部分之间设置应力消除部分，从而翼部分能够朝向外壳的内部移动。用导电胶使压电振动片的每个电极与各接线端的至少一个翼部分连接。
文档编号H04R17/00GK1404282SQ02129768
公开日2003年3月19日 申请日期2002年8月13日 优先权日2001年8月20日
发明者竹岛哲夫, 小杉裕二, 炭田学 申请人:株式会社村田制作所