专利名称：压电扬声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种例如用在音频设备中的压电扬声器、一种生产该扬声器的方法、和包含这种压电扬声器的系统。
压电扬声器的声音重放机制是基于平面共振。常规压电扬声器具有一种振动板的周边部分被固定在一个框架上的结构。在这样的结构中，朝着振动板的周边部分的振动板的振幅被明显地降低。结果，可以从振动板的周边部分发射到空气的能量被明显降低。这样的振动板的特性是与打击鼓的振动面一样的。
为此原因，常规压电扬声器有一个问题，即高声压水平是在声音在相对小的振幅下重放的高频范围获得的，相反足够的高声压并不是在约1KHz或更低的低频范围获得的。
因此，常规压电扬声器仅被应用到，例如用于重放高频范围的声音高音头和用于电话接收机上。
图22表示包括由树脂泡沫体夹着的振动板的常规压电扬声器220的一种结构。压电扬声器220包括一个金属振动板224、设置在金属振动板224上的压电元件223，和用于固定金属振动板224周边部分的树脂泡沫体222。
树脂泡沫体222具有柔韧性和被提供以便固定金属振动板224。
用于增加金属振动板224的振动幅度而设置的树脂泡沫体222还具有一种与用于固定金属振动板224的周边部分的支撑元件的相反作用。实际上，树脂泡沫体222更经常被设置用来固定金属振动板224的周边部分，而不是用于增加金属振动板224的振动幅度。因此，并没有获得足够的柔韧性。
压电扬声器220的金属振动板224表现出与打击鼓的振动表面相似的振动方式，和因此打击鼓在低频范围重放声音与振动板的周边部分被固定在框架上的常规压电扬声器一样有困难。
压电扬声器220还有一个不方便的问题是它的厚度，由于树脂泡沫体222和用于固定树脂泡沫体222的框架(未表示出)而不可避免的厚度不能被到小于某一个水平。
如上所述，常规压电扬声器具有在低频范围重放声音有困难的问题。常规压电扬声器具有另外的问题是，因为强共振模式产生在一个特定的频率上，从而在宽频率范围的声学特性上出现大的峰值下陷。
按照本发明的一个方面，一种压电扬声器包括振动板；设置在振动板上的压电元件；连接到框架和振动板上，用于支撑该振动板使得振动板线性振动的阻尼器；和用于防止空气通过振动板与框架之间的间隙泄漏的边缘。
按照本发明的另一个方面，一种压电扬声器包括振动板；多个振动板；设置在多个振动板上的至少一个压电元件；连接到框架和多个振动板上，用于支撑多个振动板，使得多个振动板的每个线性振动的多个阻尼器；和用于防止空气通过多个振动板与框架之间的间隙泄漏的边缘。
在本发明的一个实施例中，至少一个压电元件包括第一压电元件和多个第二压电元件，该第一压电元件发射振动到多个振动板，和多个第二压电元件的每个发射振动到与之对应的多个振动板中的一个。
在本发明的一个实施例中，多个振动板至少一部分表面设置有树脂部分。
在本发明的一个实施例中，形成边缘的树脂与设置在多个振动板的表面上的树脂部分是相同类型的。
在本发明的一个实施例中，多个阻尼器包括多个具有彼此不同物理特性的部分。
在本发明的一个实施例中，边缘包括多个具有彼此不同物理特性的部分。
在本发明的一个实施例中，多个振动板具有彼此不同的重量。
在本发明的一个实施例中，多个振动板设置有具有彼此不同厚度的树脂层。
在本发明的一个实施例中，多个振动板具有彼此不同的厚度。
按照本发明再另外的方面，一种制造压电扬声器的方法，包括以下各个步骤处理一个平板形成一个框架，多个振动板，和多个连接到该框架和到多个振动板的阻尼器，用于支撑该多个振动板，使得多个振动板的每个线性地振动；在多个振动板上至少安排一个压电元件；和形成用于防止空气从多个振动板与框架之间的间隙泄漏的边缘。
在本发明的一个实施例中，该边缘是通过粘接一个片到多个振动板上形成的。
在本发明的一个实施例中，该片是一个弹性薄橡胶膜。
在本发明的一个实施例中，该片是弹性的纺织物和弹性的非纺织物之一，上述两者通过浸渍和涂覆法之一填充有具有橡胶弹性的树脂。
在本发明的一个实施例中，该边缘是通过利用由液态聚合物树脂的表面张力产生的表面张力张力作用，在多个振动板与框架之间的间隙保持液态聚合物树脂形成的。
在本发明的一个实施例中，聚合物树脂是溶剂挥发可固化树脂(solventvolatillization curable resin)，包含至少两类液态树脂组分的混合作用可固化树脂，和低温作用拉延树脂中的一种。
在本发明的一个实施例中，聚合物树脂通过浸渍法和旋转涂覆法之一被保持在间隙中。
在本发明的一个实施例中，用于生产压电扬声器的方法还包括在形成边缘前，改善多个振动板与聚合物树脂之间的粘着力的步骤。
在本发明的一个实施例中，用于生产压电扬声器的方法还包括进行电连接至少一个压电元件的步骤。
按照本发明再另外的方面，一种扬声器系统包括多个上述各个扬声器。
在本发明的一个实施例中，多个扬声器具有不同的声学特性，以便彼此互补峰谷。
因此，描述在这里的本发明可能提供以下特点(1)一种用于在低频范围重放声音的压电扬声器，一种用于生产该扬声器的方法，和包括这种压电扬声器的扬声器系统；和(2)一种用于克服由声学特性所表现出的大的峰谷的压电扬声器，一种制造这种扬声器的方法，和包括这种压电扬声器的扬声器系统。
本专业的技术人员参照附图阅读和理解下面的详细描述后，本发明的这些和其它优点将是显而易见的。
图1是以例子的方式说明按照本发明的压电扬声器1a的结构的平面图；图2A是如图1所示的压电扬声器1a的剖面图，说明通过粘接片8到振动板4a至4d形成的边缘7a和7b；图2B是如图1所示的压电扬声器1a的剖面图，说明通过在振动板4a至4d与内部框架2b之间的间隙填充树脂形成边缘7a和7b；图3A是按照本发明另外的一个例子说明压电扬声器1b的结构的平面图；图3B是按照本发明的再另外一个例子说明压电扬声器1c结构的平面图；图4是按照本发明的再另外一个例子说明压电扬声器1d结构的平面图5是按照本发明的再另外一个例子说明压电扬声器1e结构的平面图；图6是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中产生的压电扬声器1a(图1)的声学特性的图；图7是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中产生的压电扬声器1e(图5)的声学特性的图；图8是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中产生的常规压电扬声器22(图22)的声学特性的图；图9A是按照本发明本发明的再另外的例子中说明使用在压电扬声器1f中的蝶形阻尼器的形状；图9B是按照本发明本发明的再另外的例子中说明使用在压电扬声器1g中的蝶形阻尼器的形状；图10是说明在再另外的例子中按照本发明在依照JIS标准的扬声器箱体中产生的压电扬声器1h的声学特性的图；图11是说明在再另外的例子中按照本发明在依照JIS标准的扬声器箱体中产生的压电扬声器1i的声学特性的图；图12是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中产生的压电扬声器1f的声学特性的图；图13是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中产生的压电扬声器1g的声学特性的图；图14A是按照本发明的扬声器系统140的等比例外侧图；图14B是说明包括在图14A中的扬声器系统中的压电扬声器1f到1i的连接图；图15是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中产生的扬声器系统(图14A)的声学特性的图；图16是说明按照本发明的再另外的例子中使用在压电扬声器1j的振动板4a至4d的图；图17是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中产生的压电扬声器1j的声学特性的图；图18是说明在按照本发明的再另外的例子中的压电扬声器1k的平面结构图19是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中产生的压电扬声器1k的声学特性的图；图20A是说明在被进行处理之前的金属板200的形状的图；图20B是说明在被进行处理之后的金属板200的形状的图；图20C是说明压电元件3e至3i进行安排的状态的图；图20D是说明所形成的边缘7a和7b状态的图；图20E是说明所形成的隔离膜28的状态的图；图20F是说明所形成的线29的状态的图；图20G是说明所形成的隔离膜38a的状态的图；图20H是说明所形成的隔离膜38b的状态的图；图20I是说明所形成的线49a的状态的图；图20J是说明所形成的线49b的状态的图；图20K是说明所插入的外部端子51的状态的图；图20L是外部帝子1的剖面图和该剖面图是沿图20K的L-L′线取的；图20M是说明一个罩68a的形状的图；图20N是说明一个罩68b的形状的图；图21是说明在进行处理之后金属板200的形状的图；图22是说明常规压电结构220的平面图；图23是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中产生的压电扬声器1m的声学特性的图；和图24是说明按照本发明的再另外的例子的压电扬声器1n的声学特性的图。
此后，本发明将参照各个附图以说明例子的方式进行描述。
1.压电扬声器的结构图1是说明在按照本发明的一个例子中的压电扬声器1a的结构的平面图。
压电扬声器1a包括外框架2a、内框架2b、振动板4a至4d、和用于发射振动到振动板4a至4d的压电元件3。
振动板4a经阻尼器5a至5d连接到内框架2b。振动板4c经阻尼器5e和5f连接到内框架2b。振动板4d经阻尼器5g和5h连接到内框架2b。
内框架2b通过阻尼器6a至6d连接到外框架2a。外框架2a被固定到压电扬声器1a的固定元件(未表示出)上。
由于其形状的原因，阻尼器5a至5h和6a至6d都被称为“蝶形阻尼器”。
阻尼器5a和5b支撑振动板4a，使得振动板4a线性振动。在本说明书中，“振动板4a线性振动”被定义为表示振动板4a在基本上垂直于一个参考表面振动，同时振动板4a的表面和该参考表面彼此保持平行。相同的定义被应用到其它的振动板4b至4d和按照本发明的压电扬声器的各振动板。例如，假设外框架2a被固定到与图1的板(即参考表面)相同的表面上。在这种情况下，振动板4a被支撑，使得振动板4a基本上垂直于图1的板的表面的方向振动，同时振动板4A的表面与图1的板的表面彼此保持平行。
同样，阻尼器5c和5d支撑振动板4b，使得振动板4b线性振动，阻尼器5e和5f支撑振动板4c，使得振动板4c线性振动，和阻尼器5g和5h支撑振动板4d，使得振动板4d线性振动。
阻尼器6a至6d支撑振动板4a至4d，使得振动板4a至4d同时线性振动。
压电扬声器1a还包括用于防止空气通过振动板4a至4d与内框架2b之间的间隙漏泻的边缘7a，和用于防止空气通过内框架2b与外框架2a之间的间隙漏泻的边缘7b，相应在振动板的每侧产生的反相位的声波相互干扰，导致在声压水平上的降低。边缘7a和7b防止这种空气漏泻，使得避免了在特性明显恶化的低频范围的这种声压的降低。结果，压电扬声器在低频范围重放的声音优于常规压电扬声器。
边缘7a和7b还起到用于支撑振动板4a至4d支撑元件的作用。利用边缘7a和7b支撑振动板4a至4d的每个的周边部分，使得振动板4a至4d的振动很容易。在振动板4a至4d没有利用边缘7a和7b支撑和仅利用阻尼器5a至5h和6a和6b的情况下，振动板4a至4d可能在规定的频率范围内在任意的方向上成功地振动。结果，可能产生不需要的共振。
图2A是压电扬声器1a的剖面图，说明边缘7a和7b的示例性结构。边缘7a和7b是通过粘片8在振动板4a至4d(在图2A仅表示出4a)上形成的，所粘振动板的表面是与设置压电元件3的表面相反的。
片8最好是由有弹性和不透气材料构成的。例如，片8是由弹性橡胶薄膜、或弹性纺织或无纺布构成的，这些材料被浸渍或涂敷了具有橡胶弹性的树脂。
弹性橡胶薄膜的示例性材料包括以橡胶为基础的包含橡胶材料的聚合物树脂，诸如苯乙稀聚丁橡胶(SBR)、聚丁橡胶(BR)、腈橡胶(NBR)、乙稀-丙稀共聚物(EPM)、和乙稀-丙稀-二烯三元共聚物(EPDM)、和从上述橡胶材料变性生成的材料。
弹性纺织或无纺布构成示例性材料包括聚氨酯纤维。
在片8是由具有相对高的内部损耗的弹性聚合物材料构成的情况下，振动板4a至4d的无益振动被抑制了。
图2B是压电扬声器1a的剖面图，说明边缘7a和7b(在图2B中仅表示出7a)的另外的示例性结构。边缘7a是通过在振动板4a至4d和内框架2b之间的间隙中填充树脂9构成的。边缘7b是按类似的方式构成的。
在如图2B所示的例子中，例如边缘7a是按下述方式构成的。在利用刻蚀或冲压金属板构成振动板4a至4d、阻尼器5a至5h、和内框架2b后，一种聚合物树脂溶剂被加到金属板上。当固化后，所用的聚合树脂9具有弹性(即，橡胶弹性)。固化的聚合树脂9被保持在振动板4a至4d和内框架2b之间，如图2B的标号9所指示的那样。
为了在振动板4a至4d和内框架2b之间形成边缘7a，液态的聚合树脂可以按通过引起聚合树脂的表面张力的表面张力作用的各种方法加到金属板上。例如，可以利用浸渍(DIPPING)、旋涂、利用刷子刷、和喷涂。因此，在选择形成边缘7a的方法自由度是很高的。
如下所述，聚合树脂9在附加地防止空气漏泻，还能够被用于去除振动板4a至4d和阻尼器5a至5h的不需要的振动。因此，聚合树脂9最好具有相对高的内部损耗，和即使在固化以后具有适当的弹性。对于生产一个扬声器，特别是对于在低频范围重放声音的扬声器，聚合树脂9最好具有约5.0×104(N/cm2)或小些的弹性。当聚合树脂9的弹性大于约5.0×104(N/cm2)时，振动板4a至4d不同于足够的振动和因此最低共振频率(f0)被移到较高的频率。聚合树脂9最好是具有约0.05或大些的内部损耗。当聚合树脂9的内部损耗低于约0.05时，过度尖锐的峰谷可能出现在声学特性上和因此声压水平的平坦度变坏。
聚合树脂9最好是可用在室温下，使得在边缘7a和7b形成之前形成的压电元件3在对于聚合树脂9固化所要求的温度下不退化。聚合树脂9最好可用在100℃或低些。
可用的聚合树脂9是不同固化条件的各种类型的树脂。例如，溶剂挥发可固化树脂、包含两种或者多种类型液态树脂组分的混合作用可固化树脂，和低温作用可固化树脂都可以利用。
在压电扬声器1a中，振动板4a至4d、阻尼器5a至5h和6a至6d，和边缘7a和7b变设置在相同的平面。因此，压电扬声器1a是非常薄的。
如图2B所示的结构实现了一种比如图2A所示的利用片8的厚度(图2A)实现的结构薄的压电扬声器。
无论边缘7a和7b具有如图2A还是2B所示的结构，通过在振动板4a至4d的全部或部分上加具有足够高内部损耗和橡胶弹性的树脂，振动板4a至4d的不需要的振动可以被有效地防止。由于上述原因，该树脂最好具有约0.05或大些的内部损耗。
在边缘7a和7b具有如图2B所示的情况下，对于边缘7a和7b所用的树脂最好是与加在振动板4a至4d的表面上的树脂是相同类型的。在这样的情况下，边缘7a和7b的形成与在振动板4a至4d的表面的树脂的施加是通过在一个步骤执行的浸渍或旋涂形成的。因此，简化了压电扬声器1a的生产方法。
加在振动板4a至4d的全部或部分的树脂可以是憎水性的。在这种情况下，振动板4a至4d即使在较高的潮湿环境或在水中也不会受损。因此，该树脂例如可是环境稳定的、湿度稳定的、溶解稳定的、热稳定的、或氧化气体稳定的。在这种振动板4a至4d和压电元件3覆盖以这样的环境稳定树脂的情况下，压电扬声器1a的整体抗环境的稳定性得到改善。
图3A和3B是按照本发明的不同的例子中的压电扬声器1a和1c的各自的平面图。
压电扬声器1a和1c每个包括一个单个的振动板14，代替4个振动板4a至4d(图1)和用于发射振动给振动板14的压电元件13。
振动板14经阻尼器16a至16d被连接到框架12。阻尼器16a至16d支撑振动板14，使得振动板14线性振动。
框架12被固定在压电扬声器1a和1c的每个的固定元件(未表示出)。
阻尼器16a至16d的位置、标号、和形状不限于表示在图3A和3B的那些。阻尼器16a至16d可以被设置在任何位置上、利用任何标号、和具有任何形状，只要它们具有支撑振动板14的功能，使得振动板14线性振动。
压电扬声器1a和1c的每个具有一个边缘17，用于防止空气从振动板14与框架12之间的间隙漏泻。边缘17是由上面涉及边缘7a和7b描述的材料和方法构成的。
图4是说明在按照本发明的再一个例子中的扬声器1d的结构的平面图。
压电扬声器1d包括4个压电元件3a至3d，代替压电元件3(图1)。压电元件3a至3d被分别地安排，使得发射振动给对应的振动板4a至4d。
压电元件3a至3d被同时进行驱动，使得与包括单一振动板14的压电扬声器1b和1c比较(图3A和3B)，在低频范围的声压水平被提高和防止在声学特性上出现大的峰谷。
由于下列原因在低频范围中的声压水平可以被提高。在低频范围内振动板4a至4d的小的幅度是彼此合成的和因此振动板4a至4d振动具有合成的幅度。
由于下列原因可以防止在声学特性上出现大的峰谷。振动板4a至4d的每个具有比单一振动板14小的面积，和因此可能有小的弯曲。因此大的峰谷不可能出现，即使在振动板4a至4d中产生共振模式时也是如此。共振也不太可能产生，因为振动板4a至4d的每个更线性地振动。
图5是说明在按照本发明再另外的例子中压电扬声器1e的结构的平面图。
压电扬声器1e包含5个压电元件3e至3i，代替压电元件3(图1)。压电元件3e被安排，使得发射振动给所有的振动板4a至4d，和压电元件3f到3i被分别安排，使得发射振动给对应的振动板4a到4d。
因为压电元件3e被用作实施低频范围的重放和压电元件3f到3i被用作实施高频范围的重放，压电扬声器1e被提供伪双路扬声器结构。结果，在宽的频率范围，声压水平的平坦度被改善了。
压电扬声器的边缘的材料具有约0.15的内部损耗和约1.0×104(N/cm2)的弹性度。
通过施加100Hz或低些的电压信号到按照本发明的压电扬声器的压电元件上，该压电扬声器可以被用作具有振动功能的振动器。这种振动器可以被用在，例如，移动电话通知用户接收呼叫。
2.压电扬声器的声学特性按照本发明的压电扬声器1a(图1)和1e(图5)的声学特性将与包含夹住金属振动板的树脂泡沫体222的常规压电扬声器220(图22)的声学特性进行比较。
图6是说明在依照JIS标准的扬声器箱中的压电扬声器1a(图1)产生的声学特性。图7是说明在依照JIS标准的扬声器箱中的压电扬声器1e(图5)产生的声学特性。图8是说明在依照JIS标准的扬声器箱中的压电扬声器220(图22)产生的声学特性。
在压电扬声器1a(图1)、1e(图5)和220(图22)都被馈送2V电压的情况下，在0.5m的距离测量各个特性。
比较图6和8，可以看出，压电扬声器1a(图1)具有比常规压电扬声器220(图22)低的共振频率。因此，压电扬声器1a乘法的低音低于常规压电扬声器220的频率范围。
如表1所示，常规压电扬声器220(图22)的最低共振频率是300Hz，而压电扬声器1a(图1)的最低共振频率是130Hz。
表1<
>从图8可以看出，在常规压电扬声器220(图22)中，随着频率范围的降低，声压水平下降了。这证明了常规压电扬声器220具有在低频范围重放声音的困难。
与图6和7比较，显然压电扬声器1e(图5)在频率范围2KHz到5Hz(中间频率范围)在各个谷底的声压水平比压电扬声器1a(图1)的高。这是由于设置压电元件3f到3i，使得发射振动到对应的振动板4a到4d的效应实现的。因为压电扬声器1e具有按这种方式的伪双路扬声器结构，在中间频率范围各个谷底被互补。结果，在之间频率范围中的声压水平的平坦底被互补。
在约100Hz到500Hz频率范围(低频范围)，压电扬声器1e(图5)具有高于压电扬声器1a(图1)的声压水平约3dB。这是由于这样一种结构实现的，即压电元件3f到3i每个驱动具有比由压电元件3e驱动的面积小的振动板的效果实现的。由压电元件3f到3i重放的声压水平的合成声压水平改善了在低频范围的声压水平。
与压电扬声器1a(图1)比较，在5KHz到20KHz(高频范围)压电扬声器1e(图5)具有较高的声压水平和较小的峰谷。这是由于下列原因。压电元件3f到3i的每个担负着高频范围的重放。因此，提高了声压，和利用多个压电元件的共振模式合成一个压电元件的共振模式。结果，共振模式被分配到在整个振动板上。
包含在按照本发明的压电扬声器中的各压电元件、振动板、阻尼器和边缘并不需要必需具有上述的形状或特性。这些部件可以按照所期望的声学特性被检测修改。
一般来说，由于基于振动板的共振的声学重放机制，压电扬声器在振动板中可能产生一种共振模式。另外，由于具有相对高的内部损耗的金属或陶瓷材料被用作振动板和压电元件，一旦产生共振，则非常尖锐的峰谷出现在声学特性上。
下面，为了降低峰谷的目的，将对声学特性的各自参数行讨论。
3.蝶形阻尼器和边缘的物理特性将描述改变蝶形阻尼器或阻尼器和用于支撑振动板的边缘的物理特性对声学特性的影响。
如图9A所示的包含蝶形阻尼器26a的压电扬声器被定义为压电扬声器1f。如图9B所示的包含蝶形阻尼器26b的压电扬声器被定义为压电扬声器1g。蝶形阻尼器26b比蝶形阻尼器26a具有较高的弹性。因此，压电扬声器1g的振动板4a到4d可能有小于压电扬声器1f的振动板4a到4d的振动(即，振动板4a到4d的共振模式更多生动干扰)。
如表2所示，包含具有约0.1的内部损耗和约1.7×104(N/cm2)的弹性度的一个边缘或多个边缘的压电扬声器定义为压电扬声器1h。包含具有约0.15的内部损耗和约0.7×104(N/cm2)的弹性度的一个边缘或多个边缘的压电扬声器定义为压电扬声器1i。
压电扬声器1f和1g的蝶形阻尼器的参数，并非物理特性，等于压电扬声器1e(图5)的物理特性。压电扬声器1h和1i的蝶形阻尼器的参数，并非物理特性等于压电扬声器1e(图5)的物理特性。
表2
图10是说明在依照JIS标准扬声器箱体产生的压电扬声器1h(图1)的声学特性的图。图11是说明在依照JIS标准扬声器箱体产生的压电扬声器1i的声学特性的图。图12是说明在依照JIS标准扬声器箱体产生的压电扬声器1f的声学特性的图。图13是说明在依照JIS标准扬声器箱体产生的压电扬声器1g的声学特性的图。
在图10到13中，曲线A代表声压水平对频率特性，和曲线B代表二次失真特性。该声学特性是压电扬声器1f到1i每个被馈送3.3V电压的情况系，在0.5m的距离上测量的。
比较图10和11，显然，具有高边缘内部损耗的压电扬声器1i提供了比压电扬声器1h平坦的声压水平和较低的失真率，即，较高的内部损耗对较平坦声压水平和可低的失真率有贡献。
比较图12和13，与压电扬声器1f比较，显然具有较高蝶形阻尼器弹性度的压电扬声器1g从最低共振频率到中间共振频率范围提供各个峰值，这些峰值被移动到较高的频率范围，和因此改变了共振模式。
按照蝶形阻尼器和用于支撑各振动板的边缘的物理特性，声学特性被改变了。这是因为支撑元件的物理特性影响了各振动板的共振模式。
包含在一个压电扬声器中的单一蝶形阻尼器或多个蝶形阻尼器可以包括具有不同物理特性的多个部分，和包含在一个压电扬声器一个单一边缘或多个边缘可以包括多个具有不同物理特性的部分。通过使多个振动板的共振频率彼此不同，而使峰谷被减小了。
4.扬声器系统的声学特性图14A是扬声器系统140的等比例外侧图。扬声器系统140包括扬声器箱体142和固定到扬声器箱体142上的压电扬声器1f到1i。压电扬声器1f到1i被安排为两度空间的。
正如上面第3部分所述，压电扬声器1f至1i的支撑元件(蝶形阻尼器和边缘)的物理特性彼此是不同的。
图14B是说明压电扬声器1f至1i彼此连接的图。压电扬声器1f至1i的每个都连接到正线144(+)和负线146(-)上。因此，压电扬声器1f至1i可以被同时驱动。
图15是说明当压电扬声器1f至1i在依照JIS标准的箱体中被同时驱动时扬声器系统140的声学特性。
在图15中，曲线(A)代表声压水平对频率的特性，和曲线(B)代表二次失真特性。各声学特性是在0.5m的距离上，压电扬声器1f至1i每个被施加3.3V电压情况下测量的。
比较图15与图10到13的每个，显然通过组合压电扬声器1f至1i使得声压水平的平坦度改善了。这是因为压电扬声器1f至1i彼此互补了峰谷。
按这种方式，通过同时驱动多个压电扬声器，该各压电扬声器的支撑元件的物理特性被制造得不同而使得彼此互补峰谷，提供具有足够平坦的声压水平的扬声器系统。
5.振动板的重量比率此后将描述各振动板的重量比对声学特性的影响。
如图16所示的包含代替描述在上面第3部分的压电扬声器1h的振动板的振动板4a到4d的压电扬声器被定义为压电扬声器1j。振动板4a、4b、4c、和4d被设置为1∶2∶3∶4。
这种振动板4a到4d的比是通过，例如施加聚合树脂到振动板4a到4d的量获得的和因此在振动板4a到4d上形成具有不同厚度的聚合树脂层。形成在振动板4a到4d的各聚合树脂层通过树脂的阻尼效应，提供一个改善声压水平平坦度的优点。
另外一种情况下，上述振动板4a到4d的重量比可以通过施加到振动板4a到4d的聚合树脂的不同密度来获得。
施加到振动板4a到4d的聚合树脂可以是与用于形成边缘的相同类型的。
图17是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中的压电扬声器1j的声学特性。
在图17中，曲线(A)代表声压水平对频率的特性，和曲线(B)代表二次失真特性。各声学特性是在0.5m的距离上，压电扬声器1f至1i每个被施加3.3V电压情况下测量的。
比较图17与图10，显然压电扬声器1j具有受到限制的共振峰和比压电扬声器1h平坦的声压水平。这是因为不同的振动板4a到4d的重量使得振动板4a到4d的共振模式彼此不同。
按这种方式，通过改变各个振动板的重量比，压电扬声器的声学特性可以被控制。
利用制造振动板4a到4d彼此不同的厚度，和利用半刻蚀用于形成振动板4a到4d的金属板使得振动板4a、4b、4c、和4d具有1∶2∶3∶4的重量比，提供相同的效果。
通过描述在上面第3部分的改变边缘或蝶形阻尼器的物理特性和改变各个振动板的重量两种方法，压电扬声器的声学特性可以被选择之一地进行控制。
6.压电元件图18是说明在本发明的再另外的例子中的压电扬声器1k的结构。压电元件180被设置在压电扬声器1k的振动板4a到4d上。除了压电元件180外的压电扬声器1k的参数等于压电扬声器1e(图5)的参数。
压电元件180具有结合了表示在图5的压电元件3e到3i通过窄桥获得的形状。因此，压电扬声器1k的生产不需要电气连接压电元件3e到3i的步骤，而这个步骤在生产压电扬声器1e(图5)时是要求的。
虽然在图18中没有表示出，具有直径24mm的压电元件被设置在振动板4a到4d的表面，该表面相对于设置压电元件180的表面，诸如在压电扬声器1e(图5)一样。
图19是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中压电扬声器1k的声学特性。
在图19中，曲线(A)代表声压水平对频率的特性，和曲线(B)代表二次失真特性。声学特性是当压电扬声器1k被施加3.3电压的情况下测量的。
如图19所示，压电扬声器1k在低频范围重放声音。
通过改变压电扬声器1k(图18)的振动板为如图21所示的振动板获得的压电扬声器被定义为压电扬声器1m。设置在振动板24的底部形成双压敏结构的压电元件3e的直径具有32mm。压电元件3e并不设置在振动板24的中心，而设置在朝阻尼器5f和5g偏移的位置，使得压电元件3e几乎重叠在阻尼器5f和5g上。。由于这种结构，共振模式被改变了。
压电扬声器1m的边缘的材料具有约0.15的内部损耗和约1.0×104(N/cm2)的弹性度，与压电扬声器1e(图5)一样。
图23是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中压电扬声器1m的声学特性。
在图23中，曲线(A)代表声压水平对频率的特性，和曲线(B)代表二次失真特性。声学特性是当压电扬声器1m被施加7.0V电压情况下测量的。
压电扬声器1m、压电元件3e被设置在从振动板24的中心偏移的位置上。因此，共振模式被改变了。结果，产生在压电扬声器1a到1k中的在1KHz到2KHz频率范围内的峰谷被抑制了，正如从图23可以看到的那样。
通过应用具有约0.4的内部损耗和约0.5×104(N/cm2)的弹性度的以橡胶为基础的树脂到压电扬声器1m的振动板24上获得的压电扬声器被定义为压电扬声器1n。
图24是说明在依照JIS标准的扬声器箱体中压电扬声器1n的声学特性。
在图24中，曲线(A)代表声压水平对频率的特性，和曲线(B)代表二次失真特性。声学特性是在0.5m距离上，压电扬声器1n施加7.0V电压的情况下测量的。
如图24所示，失真被有效地降低了，从而通过施加具有相对高的内部损耗的材料到振动板改善了声压水平的平坦度，正如在压电扬声器1n那样。
7.用于形成边缘的聚合树脂的优点通过刻蚀或冲压具有预定的形状的被处理的金属振动板的表面被位于2.0m的70W低压灯的紫外光照射60秒。紫外光是由低压汞灯产生的。到达金属振动板的紫外光的80％为253.7nm的波长和6％的紫外光具有184.9nm。
金属振动板的表面利用紫外光的能量进行冲洗(即，表面的杂质被分解)。利用紫外光的能量产生的臭氧进行分解获得的氧化作用，提供了带有诸如-OH-和-COOH的亲水性功能团的表面。结果，金属振动板被极化。因此，改善了金属振动板到用于形成边缘的树脂的吸潮度，因此改善了聚合树脂与金属振动板之间的粘合性。
由于类似的原因，金属振动板的质量通过等离子照射或电晕照射处理表面还可以被改善。因此，聚合树脂和金属振动板之间的粘合性可以被改善。
用于上述实验的压电材料在约100℃下被去极化。因此，在利用要求热熔化的树脂的情况下，振动板和聚合树脂需要在低温下被粘合。
8.用生产压电扬声器的方法下面，将按照本发明的压电扬声器例子的方式描述用于生产压电扬声器1e(图5)的方法。描述在上面的其他压电扬声器，即，利用类似的方法生产压电扬声器1a到1d和1f到1j。该方法包括以下各个步骤处理金属板、安排压电元件、形成边缘、和形成连线。
每个步骤将参照图20A到20N详细地描述。
8.1处理金属板的步骤表示在图20A的金属板200被进行处理，形成如图20B所示的外框架2a、内框架2b、振动板4a到4d、和阻尼器5a到5h、和6a到6d。
形成阻尼器5a和5b，以支撑振动板4a，使得撑振动板4a线性振动。形成阻尼器5c和5d，以支撑振动板4b，使得撑振动板4b线性振动。形成阻尼器5e和5f，以支撑振动板4c，使得撑振动板4c线性振动。形成阻尼器5g和5h，以支撑振动板4d，使得撑振动板4d线振动。
上述各个元件是通过刻蚀或冲压金属板200形成的。金属板200例如是厚度约100μm的42号合金板。代替金属板200，可以利用导电塑料板或在规定位置设置有电极的塑料板。
在图20B中，标号10a代表振动板4a到4d与内框架2b之间的间隙，和标号10b代表内框架2b与外框架2A之间的间隙。
压电元件3e在由图21的的虚线所指示的位置上将在最后的步骤形成。将要设置的对应于压电元件3e的区域不需要间隙刻蚀或冲压。
8.2安排压电元件的步骤利用两个压电元件压电元件3e具有约50μm的厚度和约24mm的直径和是由PZT(铅锆钛酸盐)构成的。压电元件3e的两个表面设置有导电的电极。
压电元件3f到3i每个具有约10mm的直径和是由PZT构成的。压电元件3f到3i每个的两个表面设置有导电的电极。
压电元件3e通过例如丙烯酸粘合被连接到如图20C所示的(X)位置。压电元件3e被形成在振动板4a到4d的上表面和还在振动板4a到4d的下表面(即，使得夹着振动板4a到4d)，形成一种双层结构。因此，压电元件3e发射振动到振动板4a到4d。
压电元件3f到3i每个通过例如丙烯酸粘合被连接到如图20C所示的位置(Y)。压电元件3f到3i被形成在振动板4a到4d的任意表面(例如，上表面)，形成单层结构。因此，压电元件3f到3i分别发射振动到对应的振动板4a到4d。
压电元件3f到3i被安排在为，使得从压电元件3e的上表面看，压电元件3e的极性是与压电元件3f到3i的每个的极性相同的。
8.3形成边缘的步骤参照图20D，边缘7a被形成在振动板4a到4d和内框架2b之间的间隙10a(图20B)，和边缘7b被形成在内框架2b与外框架2a之间的间隙10b。边缘7a和7b被形成，使得具有支撑振动板4a到4d的功能，以及防止空气从间隙10a和10b漏泻的功能。
边缘7a和7b可以按照以下方式形成。间隙10a和10b利用涂刷器被填充以聚乙烯丁二烯橡胶(SBR)溶液。聚合树脂溶液是在室温下约30分钟极性干燥，同时利用溶液的表面张力(毛细作用)被保持在间隙10a和10b中。因此，聚合树脂溶液被固定。被固定的聚合树脂然后放置在具有约50℃的恒温容器中大约1小时，和因此被进一步干燥和固化。
通过改变SBR的组分的比率，物理特性(内部损耗和弹性)可以被改变。
在使用聚合树脂溶液的可固化的温度下，但在该温度下压电元件不被去极化(例如，100℃到室温)的情况下，通过干燥，对形成边缘所要求的时间周期可以被缩短。在利用某种类型的树脂的情况下，对形成边缘所要求的时间周期通过交叉耦合可以被缩短。
树脂溶液通过浸泡或旋涂可以被施加到间隙10a和10b，以便简化边缘7a和7b的生产方法。在这种情况下，需要利用掩膜防止压电元的电极3e到3i(图20C)整个被树脂覆盖，因为经验树脂对电极的整个覆盖将会绝缘电极。
与在上面参照图2A描述的部分1一样，边缘7a和7b可以通过粘结在振动板4a到4d的底面的渗透了树脂的板8被选择性地被形成。
8.4形成导线的步骤参照图20g，用于防止压电元件3e到3i和振动板4a到4d短路的绝缘膜28是在压电元件3e到3i和振动板4a到4d部分地施加绝缘树脂形成的，该绝缘树脂是通过丝网印刷、在室温下干燥约30分钟、和在约50℃的恒温槽中干燥树脂约一小时。
绝缘树脂可以是与形成边缘7a和7b的树脂相同类型的。
绝缘膜28主要用于绝缘压电元件3e到3i和振动板4a到4d的目的。只要绝缘膜没有气眼和具有足够的绝缘度，绝缘膜28则实现这个目的。绝缘膜28没有具体的性状的限制，或所用的树脂也没有任何具体的量的限制。绝缘膜28最好是由具有相对高的内部损耗和弹性的材料构成的。
接下来，导电胶是如图20F所示的通过丝网印刷施加的，因此形成导线29用于电气上互相连接压电元件3e和压电元件3f到3i的每个。
绝缘膜38a按照如图20g所示的类似的方式，被形成在振动板4a到4d的上表面的规定位置上。绝缘膜38b按照如图20H所示的类似的方式，被形成在振动板4a到4d的上表面的规定位置上。导线49a如图20I所示被形成在绝缘膜38a上。导线49b如图20J所示被形成在绝缘膜38a上。
接下来，如图20K所示，插入内部端子51，使得夹住导线49a和49b。图20L是插入内部端子51的和沿图20K的线L-L′取的剖面图。
绝缘树脂可以按形成边缘7a和7b相同的步骤进行施加。在这种情况下，掩膜68a如图20M所示被用于施加在上表面的绝缘树脂上，和掩膜68b如图20所示被用于施加在下表面的绝缘树脂上。
用在这里的导电胶是一种易挥发溶剂性可干燥树脂和在压电元件被去极化或低些的温度下具有导电性。
按照本发明的一个方面，压电扬声器包括被支撑的振动板，使得振动板线性地振动，和至少一个边缘，用于防止空气通过振动板与框架之间的间隙漏泻和用于支撑振动板，和还用于支撑振动板使得保持较平的振动板振幅。由于这种结构，可以重放比常规压电扬声器低的频率范围的声音。
按照本发明的另一个方面，压电扬声器包括多个被支撑的振动板，以便每个振动板线性地振动。由于这种结构，因压电扬声器的平板形状所引起的共振被分配到多个振动板上。结果，防止出现在声学特性上的大的峰谷。
一种按照本发明的用于生产压电扬声器的方法提供具有上述结果的压电扬声器。
通过组合多个上述的压电扬声器提供一种具有满足平坦声压水平的扬声器系统。
对于本专业的技术人员来说，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，做出其它各种修改将是显而易见的。因此，并不试图以所描述的本说明书作为权利要求的范围，而是以权利要求书进行更宽的限定。
权利要求
1.一种压电扬声器，包括一个框架；一个振动板；一个设置在振动板上的压电元件；一个连接到框架上和振动板上的阻尼器，用于支撑该振动板，使得振动板线性振动；和一个边缘，用于防止空气从振动板与框架之间的间隙漏泻。
2.一种压电扬声器，包括一个框架；多个振动板；至少一个设置在多个振动板上的压电元件；多个连接到框架上和多个振动板上的阻尼器，用于支撑多个振动板，使得每个振动板线性振动；和一个边缘，用于防止空气从多个振动板与框架之间的间隙漏泻。
3.按照权利要求2的压电扬声器，其中至少一个压电元件包括第一压电元件和多个第二压电元件，第一压电元件发射振动到多个振动板，和多个第二振动板的每个发射振动到多个振动板中与之对应的一个。
4.按照权利要求2的压电扬声器，其中多个振动板的表面的至少一部分在上面设置有树脂部分。
5.按照权利要求4的压电扬声器，其中形成边缘的树脂与设置在多个振动板的表面的树脂是相同类型的。
6.按照权利要求2的压电扬声器，其中多个阻尼器包括多个彼此具有不同物理特性部分。
7按照权利要求2的压电扬声器，其中多个边缘包括多个彼此具有不同物理特性部分。
8.按照权利要求2的压电扬声器，其中多个振动板包括彼此不同的重量。
9.按照权利要求8的压电扬声器，其中多个振动板被设置具有彼此不同厚度的个树脂层。
10.按照权利要求8的压电扬声器，其中多个振动板具有具有彼此不同的厚度。
11.一种用于生产压电扬声器的方法，包括以下步骤处理平板形成一个框架、形成多个振动板、和连接到该框架和多个振动板上的多个阻尼器，用于支撑多个振动板，使得多个振动板的每个线性地振动；安排至少一个压电元件在多个振动板上；和形成一个边缘，用于防止空气从多个振动板与框架之间的间隙漏泻。
12.按照权利要求11的压电扬声器的生产方法，其中边缘是通过粘合一个片到多个振动板上形成的。
13.按照权利要求12的压电扬声器的生产方法，其中片是弹性薄橡胶膜。
14.按照权利要求12的压电扬声器的生产方法，其中片是弹性纺织物和弹性非纺织物之一，它们通过浸泡和涂覆方法之一被填充以具有橡胶弹性的树脂。
15.按照权利要求11的压电扬声器的生产方法，其中边缘是利用由液体聚合树脂的表面张力引起的毛细作用通过保持液体聚合树脂在多个振动板与框架之间的间隙中形成的。
16.按照权利要求15的压电扬声器的生产方法，其中聚合树脂是溶剂易挥发可固化树脂、包含液体树脂组分和低温作用可固化树脂的至少两种类型的混合作用可固化树脂之一。
17.按照权利要求15的压电扬声器的生产方法，其中聚合树脂通过浸泡和涂敷(spin-coating)方法之一被保持在间隙中的。
18.按照权利要求15的压电扬声器的生产方法，还包括在形成边缘步骤之前，在多个振动板与聚合树脂之间增加粘度。
19.按照权利要求11的压电扬声器的生产方法，还包括电气连接至少一个压电元件的步骤。
20.一种包含多个按照权利要求4的扬声器系统。
21.按照权利要求20的扬声器系统，其中多个扬声器具有不同的声学特性，使得互补彼此的峰谷。
全文摘要
一种压电扬声器包括一个框架;振动板;一个设置在振动板上的压电元件;一个连接到框架和到振动板的阻尼器,用于支撑振动板使得振动板线性地振动;和用于防止空气通过振动板与框架之间的间隙漏泻的边缘。
文档编号H04R17/00GK1257399SQ9912771
公开日2000年6月21日 申请日期1999年11月5日 优先权日1998年11月5日
发明者小椋高志, 村田耕作 申请人:松下电器产业株式会社