CN114731475A - 电声换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供一种电声换能器,其具有振动板和压电元件,能够更换压电元件,并且能够防止压电元件因吸湿而劣化。本发明具有:振动板;封装部件,粘贴于振动板的一个主表面上,具有阻气性并且能够开封及开封后封闭;及压电元件,被封装于封装部件,在封装部件内与振动板相面对地粘贴,并且使用在压电体层的两面具备电极层的压电薄膜,以此解决课题。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用压电元件的电声换能器。
背景技术
通过与各种物品接触并安装来使物品振动并发出声音的所谓激发器(激子)被利用于各种用途。
例如,若在办公室,则进行演示及电话会议等时,能够通过在会议用桌子、白板及屏幕等中安装激发器来代替扬声器发出声音。若为汽车等车辆,则能够通过在控制台、A柱及天花板等中安装激发器来发出提示音、警告音及音乐等。并且,在如混合动力汽车及电动汽车那样不发出引擎声的汽车的情况下,能够通过在保险杆等中安装激发器来从保险杆等发出车辆接近通知声。
作为在这种激发器中产生振动的可变元件,已知有线圈与磁铁的组合以及偏心马达及线性谐振马达等的振动马达等。
这些可变元件难以薄型化。尤其,振动马达存在如下难点,即,为了增加振动力而需要增加质量体且难以进行用于调节振动程度的频率调变而响应速度慢等。
另一方面,近年来,例如响应于与具有挠性的显示器对应的要求等,对扬声器也要求挠性。然而,由这种激发器和振动板构成的结构中,难以对应具有挠性的扬声器。
也可以考虑,通过在具有挠性的振动板上粘贴具有挠性的激发器来作为具有挠性的扬声器。
例如,在专利文献1中,记载有使具有挠性的有机电致发光显示器等具有挠性的显示器与由电极夹住聚偏二氟乙烯(PVDF:Poly VinyliDene Fluoride)等压电体层(压电薄膜)的具有挠性的扬声器一体化而成的柔性显示器。该具有挠性的扬声器能够定位成将用电极夹持PVDF的压电元件作为激发器且将显示器作为振动板来输出声音的激发器型扬声器。
以往技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4960765号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
其中,激发器型扬声器中,当激发器发生故障时,优选只能更换激发器。
并且,构成激发器的压电元件根据构成压电元件的材料,耐湿性不充分,需要保护激发器免受吸湿的影响。
然而,在具有振动板和压电元件的激发器型扬声器等的电声换能器中,尚未实现能够更换激发器并且能够防止激发器因吸湿而劣化的电声换能器。
本发明的目的在于解决这种现有技术的问题点,提供一种具有振动板和作为激发器而发挥作用的压电元件并能够更换压电元件并且能够防止压电元件因吸湿而劣化的电声换能器。
用于解决技术课题的手段
为了实现这种目的,本发明具有以下结构。
[1]一种电声换能器,其特征在于,具有:振动板;
封装部件,粘贴于振动板的一个主表面上,具有阻气性并且能够开封及开封后封闭;及
压电元件,被封装于封装部件,在封装部件内与振动板相面对地粘贴,并且使用在压电体层的两面具备电极层的压电薄膜。
[2]根据[1]所述的电声换能器,其中,封装部件与压电元件之间的粘贴力比振动板与封装部件之间的粘贴力弱,或者
封装部件与压电元件之间的粘贴力可以比振动板与封装部件之间的粘贴力弱。
[3]根据[1]或[2]所述的电声换能器,其中,将压电元件与封装部件粘贴的粘合剂因吸湿而粘贴力降低。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的电声换能器,其中,压电元件是层叠2层以上压电薄膜而成。
[5]根据[4]所述的电声换能器,其中,压电元件是通过将压电薄膜折叠1次以上来层叠2层以上压电薄膜而成。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的电声换能器,其中,封装部件能够在开封后通过热熔敷来封闭。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的电声换能器,其中,压电薄膜的压电体层为在高分子材料中具有压电体粒子的高分子复合压电体。
[8]根据[7]所述的电声换能器,其中,高分子材料具有氰乙基。
[9]根据[8]所述的电声换能器,其中,高分子材料为氰乙基化聚乙烯醇。
[10]根据[1]至[9]中任一项所述的电声换能器,其中,压电薄膜在电极层的表面具有保护层。
发明效果
根据如上所述的本发明,是一种具有振动板和作为激发器而发挥作用的压电元件的电声换能器,能够更换压电元件,并且能够防止压电元件因吸湿而劣化。
附图说明
图1是示意地表示本发明的电声换能器的一例的图。
图2是示意地表示构成压电元件的压电薄膜的一例的图。
图3是用于说明压电薄膜的制作方法的一例的概念图。
图4是用于说明压电薄膜的制作方法的一例的概念图。
图5是用于说明压电薄膜的制作方法的一例的概念图。
图6是用于说明电声换能器的作用的概念图。
图7是示意地表示本发明的电声换能器的另一例的图。
具体实施方式
以下、基于附图所示的优选实施方式,对本发明的电声换能器进行详细说明。
以下所记载的构成要件的说明有时基于本发明的代表性实施方式来进行,但本发明并不限定于这些实施方式。
并且,以下所示的图是用于说明本发明的电声换能器的概念图,各部件的尺寸、厚度、形状及位置关系等与实物不同。
另外,本说明书中,使用“~”表示的数值范围是指包含记载于“~”的前后的数值作为下限值及上限值的范围。
图1中,示意地示出本发明的电声换能器的一例。
图1所示的电声换能器10具有振动板12、压电元件14及封装部件16。
封装部件16通过粘贴层18粘贴于振动板12。压电元件14通过封装部件16被密封。压电元件14在封装部件16内通过粘贴层20粘贴在与振动板12相对的位置。
在后面详细叙述,在电声换能器10中,压电元件14作为使上述振动板12振动的激发器而发挥作用。
即,在电声换能器10中,通过对压电元件14(后述的压电薄膜24)施加驱动电压,压电元件14在面方向上伸缩。通过该压电元件14向面方向的伸缩而振动板12挠曲,其结果,振动板12向厚度方向振动。通过该厚度方向的振动,振动板12发出声音。即,振动板12根据施加于压电元件14的电压(驱动电压)的大小来进行振动,从而发出与施加于压电元件14的驱动电压相应的声音。
在本发明的电声换能器10中,振动板12不受限制,能够使用各种片状物(板状物、薄膜),其能够利用于通过所谓的激发器振动而输出声音的激发器型扬声器。
作为一例,例示出由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、三乙酰纤维素(TAC)及环状烯烃系树脂等组成的树脂薄膜、由发泡聚苯乙烯、发泡苯乙烯及发泡聚乙烯等组成的发泡塑胶、以及在波纹状板纸的一个表面或两个表面上粘贴另一板纸而成的各种纸板材料等。
并且,本发明的电声换能器10中,作为振动板12,也能够优选地利用有机电致发光(OLED(Organic Light Emitting Diode))显示器、液晶显示器、微型LED(Light EmittingDiode:发光二极管)显示器及无机电致发光显示器等显示设备等。
振动板12可以具有挠性。
另外,在本发明中,具有挠性是指与通常解释中的具有挠性的含义相同,表示能够弯曲及挠曲,具体而言,表示能够弯曲和伸展而不会产生破坏及损伤。
压电元件14使用压电薄膜24,该压电薄膜24在压电体层26的一个表面上具有第1电极层28,在另一个表面上具有第2电极层30。
图示例的压电元件14是通过将压电薄膜24折叠4次来层叠5层压电薄膜24而成。并且,层叠的相邻的压电薄膜24彼此通过粘贴层27粘贴。
另外,在本发明的电声换能器10中,压电元件14不限于层叠5层压电薄膜24而成。即,在本发明的电声换能器10中,压电元件14可以是折叠3次以下压电薄膜24的层叠4层以下的压电薄膜24而成,或也可以是折叠5次以上压电薄膜24的层叠6层以上的压电薄膜24而成。
如后所述,通过这样层叠多个压电薄膜24,与使用1个压电薄膜的情况相比,能够以更大的力使振动板弯曲。并且,通过折叠1个压电薄膜24并进行层叠,能够将电极的引出设在1处,能够简化电声换能器10的结构。
图2中,通过剖视图示意地表示压电薄膜24的一例。在图2等中,为了简化附图并明确地示出结构,省略了阴影线。
另外,在以下的说明中,只要没有特别说明,“截面”表示压电薄膜的厚度方向的截面。压电薄膜的厚度方向为各层的层叠方向。
图2所示的压电薄膜24包括压电体层26、层叠在压电体层26的一个表面上的第1电极层28、层叠在第1电极层28上的第1保护层32、层叠在压电体层26的另一面的第2电极层30及层叠在第2电极层30的第2保护层34。
另外,为了简化附图并明确地示出结构,图1中,省略了压电薄膜24的第1保护层32及第2保护层34。
在压电薄膜24中,各种公知的压电体层可以用作压电体层26。
在压电薄膜24中,如图2概念性所示,压电体层26优选为高分子复合压电体,其在包含高分子材料的高分子基质38中包含压电体粒子40。
其中,高分子复合压电体(压电体层26)优选具备以下条件。另外,在本发明中,常温为0~50℃。
(i)挠性
例如,作为便携式以如新闻及杂志等文件感觉缓慢挠曲的状态把持的情况下,从外部不断受到几Hz以下的相对缓慢且较大的弯曲变形。此时,若高分子复合压电体硬,则产生其相对程度的较大的弯曲应力而在高分子基质与压电体粒子的界面产生亀裂,最终有可能导致破坏。因此,对高分子复合压电体要求适当的柔软性。并且,若能够将应变能作为热向外部扩散,则能够缓和应力。因此,要求高分子复合压电体的损耗角正切适当大。
(ii)音质
扬声器以20Hz~20kHz的音频频带的频率使压电体粒子振动,根据其振动能量使整个振动板(高分子复合压电体)成为一体而振动,从而发出声音。因此,为了提高振动能量的传递效率,对高分子复合压电体要求适当的硬度。并且,如果扬声器的频率特性平滑,则最低共振频率f0随着曲率的变化而变化时的音质变化量也变小。因此,要求高分子复合压电体的损耗角正切适当大。
众所周知,扬声器用振动板的最低共振频率f0由下式给出。其中,s是振动***的刚度,m是质量。
[数式1]
此时,随着压电薄膜的弯曲程度,即弯曲部分的曲率半径越大,机械刚度s越降低,因此最低共振频率f0变小。即,扬声器的音质(音量、频率特性)根据压电薄膜的曲率半径而变化。
综上所述,要求高分子复合压电体对于20Hz~20kHz的振动表现硬的动作,对于几Hz以下的振动表现较柔软的动作。并且,要求相对于20kHz以下的所有频率的振动,高分子复合压电体的损耗角正切适当大。
通常,高分子固体具有粘弹性缓和机构,并随着温度的上升或者频率的降低,大规模的分子运动作为储能模量(杨氏模量)的降低(缓和)或者损失弹性模量的极大化(吸收)而被观察到。其中,通过非晶质区域的分子链的微布朗(Micro Brown)运动引起的缓和被称作主分散,可观察到非常大的缓和现象。发生该主分散的温度为玻璃化转变点(Tg),粘弹性缓和机构最明显的显现。
在高分子复合压电体(压电体层26)中,通过将玻璃化转变温度在常温下的高分子材料,换言之,在常温下具有粘弹性的高分子材料用于基质中,实现对于20Hz~20kHz的振动表现硬的动作,对于几Hz以下的慢振动表现较柔软的动作的高分子复合压电体。尤其,在优选地表现该动作等方面考虑,优选将频率1Hz中的玻璃化转变点Tg在常温的高分子材料用于高分子复合压电体的基质中。
成为高分子基质38的高分子材料优选在常温下,基于动态粘弹性试验而得的频率1Hz中的损耗角正切Tanδ的极大值为0.5以上。
由此,高分子复合压电体通过外力而被缓慢弯曲时,最大弯曲力矩部中的高分子基质/压电体粒子界面的应力集中得到缓和,从而能够期待高挠性。
并且,成为高分子基质38的高分子材料优选基于动态粘弹性测定而得的频率1Hz中的储能模量(E’)在0℃下为100MPa以上,在50℃下为10MPa以下。
由此,能够减小高分子复合压电体通过外力而被缓慢弯曲时产生的弯曲力矩的同时,能够对于20Hz~20kHz的音响振动表现硬的动作。
并且,若成为高分子基质38的高分子材料的相对介电常数在25℃下为10以上,则更优选。由此,对高分子复合压电体施加电压时,对高分子基质中的压电体粒子需要更高的电场,因此能够期待较大的变形量。
然而,另一方面,若考虑确保良好的耐湿性等,也优选高分子材料的相对介电常数在25℃下为10以下。
作为满足这种条件的高分子材料,优选例示出氰乙基化聚乙烯醇(氰乙基化PVA)、聚乙酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯芯丙烯腈、聚苯乙烯-乙烯基聚异戊二烯嵌段共聚物、聚乙烯基甲基酮及聚甲基丙烯酸丁酯等。
并且,作为这些高分子材料,也能够优选地利用HYBRAR5127(KURARAY CO.,LTD制)等市售品。
作为构成高分子基质38的高分子材料,优选使用具有氰乙基的高分子材料,尤其优选使用氰乙基化PVA。即,在压电薄膜24中,压电体层26作为高分子基质38,优选使用具有氰乙基的高分子材料,尤其优选使用氰乙基化PVA。
在以下说明中,将以氰乙基化PVA为代表的上述高分子材料统称为“在室温下具有粘弹性的高分子材料”。
另外,这些在常温下具有粘弹性的高分子材料可以仅使用1种,也可以同时(混合)使用多种。
在压电薄膜24中,根据需要,可以在压电体层26的高分子基质38中同时使用多种高分子材料。
即,在构成高分子复合压电体的高分子基质38中,以调节介电特性及机械特性等为目的,除了在上述常温下具有粘弹性的高分子材料以外,根据需要也可以添加其他介电性高分子材料。
作为能够添加的介电性高分子材料的一例,例示出聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物及聚偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物等氟系高分子、偏二氰乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、氰乙基纤维素、氰乙基羟基蔗糖、氰乙基羟基纤维素、氰乙基羟基普鲁兰多糖、甲基丙烯酸氰乙酯、丙烯酸氰乙酯、氰乙基羟乙基纤维素、氰乙基直链淀粉、氰乙基羟丙基纤维素、氰乙基二羟丙基纤维素、氰乙基羟丙基直链淀粉、氰乙基聚丙烯酰胺、氰乙基聚丙烯酸乙酯、氰乙基普鲁兰多糖、氰乙基聚羟基亚甲基、氰乙基缩水甘油普鲁兰多糖、氰乙基蔗糖及氰乙基山梨糖醇等具有氰基或氰乙基的聚合物以及腈橡胶及氯丁二烯橡胶等合成橡胶等。
其中,优选地利用具有氰乙基的高分子材料。
并且,在压电体层26的高分子基质38中,这些介电性高分子材料不限于1种,可以添加多种。
并且,除了介电性高分子材料以外,以调节高分子基质38的玻璃化转变点Tg为目的,也可以添加氯乙烯树脂、聚乙烯、聚苯乙烯、甲基丙烯酸树脂、聚丁烯及异丁烯等热塑性树脂以及酚醛树脂、脲树脂、三聚氰胺树脂、醇酸树脂及云母等热固性树脂等。
进而,以提高粘合性为目的,也可以添加松香酯、松香、萜烯、萜烯酚及石油树脂等增粘剂。
在压电体层26的高分子基质38中,添加在常温具有粘弹性的高分子材料以外的高分子材料时的添加量并无特别限定,但是以在高分子基质38中所占比例计优选为30质量%以下。
由此,不损高分子基质38中的粘弹性缓和机构便能够表现出所添加的高分子材料的特性,因此在高介电率化、耐热性的提高、与压电体粒子40及电极层的密合性提高等方面能够获得良好的结果。
成为压电体层26的高分子复合压电体在这样的高分子基质中包含压电体粒子40。压电体粒子40分散在高分子基质中,优选均匀(大致均匀)分散。
压电体粒子40优选由具有钙钛矿型或纤锌矿型的晶体结构的陶瓷粒子组成。
作为构成压电体粒子40的陶瓷粒子,例如例示出锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、钛酸钡(BaTiO3)、氧化锌(ZnO)及钛酸钡与铁酸铋(BiFe3)的固体溶液(BFBT)等。
压电体粒子40的粒径可以根据压电薄膜24的尺寸及用途等而适当地选择。压电体粒子40的粒径优选为1~10μm。
通过将压电体粒子40的粒径设在上述范围内,在能够兼顾高压电特性和柔韧性等方面能够获得良好的结果。
在压电薄膜24中,压电体层26中的高分子基质38与压电体粒子40的量比根据压电薄膜24的面方向的大小及厚度、压电薄膜24的用途以及压电薄膜24中所要求的特性等,可以适当进行设定。
压电体层26中的压电体粒子40的体积分率优选为30~80%,更优选为50~80%。
通过将高分子基质38与压电体粒子40的量比设在上述范围内,在能够兼顾高压电特性和柔韧性等方面能够获得良好的结果。
并且,在压电薄膜24中,压电体层26的厚度并无特别限定,根据压电薄膜24的尺寸、压电薄膜24的用途、以及压电薄膜24中所要求的特性等,可以适当进行设定。
压电体层26的厚度优选为8~300μm,更优选为8~200μm,进一步优选为10~150μm,尤其优选为15~100μm。
通过将压电体层26的厚度设在上述范围内,在兼顾刚性的确保与适当的柔软性等方面能够获得良好的结果。
压电体层26优选在厚度方向上被极化处理(Polling)。关于极化处理,将在后面详细叙述。
另外,在压电薄膜24中,压电体层26并不限制于上述那样的高分子复合压电体,其在由氰乙基化PVA那样的常温下具有粘弹性的高分子材料构成的高分子基质38中包含压电体粒子40。
即,在压电薄膜24中,压电体层可以利用各种公知的压电体层。
作为一例,还能利用在含有上述聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物等介电性高分子材料的基质中含有相同的压电体粒子40的高分子复合压电体,由聚偏二氟乙烯构成的压电体层、由除聚偏二氟乙烯以外的氟树脂构成的压电体层、以及通过层叠由聚L乳酸构成的薄膜和由聚D乳酸构成的薄膜而成的压电体层等。
但是,如上所述,从能够对20Hz~20kHz的振动表现硬的动作,对几Hz以下的缓慢振动表现较柔软的动作,可获得优异的声学特性、挠性优异等观点考虑,优选使用在上述由氰乙基化PVA那样的常温下具有粘弹性的高分子材料构成的高分子基质38中包含压电体粒子40的高分子复合压电体。
图2所示的压电薄膜24具有如下结构:在这样的压电体层26的一个表面上具有第2电极层30,在第2电极层30的表面上具有第2保护层34,在压电体层26的另一个表面上具有第1电极层28,在第1电极层28的表面上具有第1保护层32。在压电薄膜24中,第1电极层28和第2电极层30形成电极对。
换言之,构成压电薄膜24的层叠膜具有由电极对即第1电极层28及第2电极层30夹持压电体层26的两面、进而由第1保护层32及第2保护层34夹持而成的结构。
这样,由第1电极层28及第2电极层30夹持的区域根据所施加的电压被驱动。
另外,在本发明中,为了便于说明压电薄膜24,标注了第1电极层28及第2电极层30等中的第1及第2。
因此,对于压电薄膜24中的第1及第2并无技术性含义,且与实际的使用状态无关。
除了这些层之外,压电薄膜24例如可以具有用于粘贴电极层和压电体层26的粘贴层、和/或用于粘贴电极层和保护层的粘贴层。
粘贴剂可以是粘结剂或粘合剂。并且,粘合剂还可以优选使用从压电体层26去除压电体粒子40而获得的高分子材料即与高分子基质38相同的材料。另外,粘贴层可以设置在第1电极层28侧及第2电极层30侧这两者上,也可以仅设置在第1电极层28侧及第2电极层30侧中的一者上。
在压电薄膜24中,第1保护层32及第2保护层34包覆第1电极层28及第2电极层30,并且还起到对压电体层26赋予适当的刚性和机械强度的作用。即,在压电薄膜24中,包含高分子基质38和压电体粒子40的压电体层26对于缓慢弯曲变形显出非常优异的挠性,但是根据用途存在刚性及机械强度等不足的情况。压电薄膜24设置第1保护层32及第2保护层34来弥补该情况。
第1保护层32与第2保护层34的结构相同,只是配置位置不同。因此,在以下的说明中,在不需要区分第1保护层32及第2保护层34的情况下,将两个部件统称为保护层。
保护层并无限制,能够利用各种片状物,作为一例,优选地例示出各种树脂薄膜。其中,根据具有优异的机械特性及耐热性等理由,由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、三乙酰纤维素(TAC)及环状烯烃系树脂等组成的树脂薄膜被优选地利用。
保护层的厚度没有限制。并且,第1保护层32及第2保护层34的厚度基本上相同,但是也可以不同。
若保护层的刚性过高,则不仅限制压电体层26的伸缩,也会损害挠性。因此,除了要求机械强度及作为片状物的良好的操作性等的情况以外,保护层越薄越有利。
只要第1保护层32及第2保护层34的厚度分别为压电体层26的厚度的2倍以下,则在兼顾刚性的确保与适当的柔软性等方面可获得良好的结果。
例如,压电体层26的厚度为50μm且第1保护层32及第2保护层34由PET组成的情况下,第1保护层32及第2保护层34的厚度分别优选为100μm以下,更优选为50μm以下,进一步优选为25μm以下。
另外,在本发明中,第1保护层32及第2保护层34作为优选方式而设置,并不是必须的构成要件。即,在本发明的电声换能器中,压电薄膜可以仅具有第1保护层32,也可以仅具有第2保护层34,也可以不具有第1保护层32及第2保护层34。
然而,考虑到压电薄膜24的强度、可操作性及电极层的保护等,优选压电薄膜具有如图示例的第1保护层32及第2保护层34这两者。
在压电薄膜24中,在压电体层26与第1保护层32之间形成第1电极层28,在压电体层26与第2保护层34之间形成第2电极层30。为了对压电薄膜24(压电体层26)施加电场而设置第1电极层28及第2电极层30。
第1电极层28及第2电极层30除了位置不同以外基本相同。因此,在以下的说明中,在不需要区分第1电极层28及第2电极层30的情况下,将两个部件统称为电极层。
在压电薄膜中,电极层的形成材料并无限制,能够利用各种导电体。具体而言,可例示出碳,钯,铁,锡,铝,镍,铂,金,银,铜,铬,钼,这些的合金,氧化铟锡,及PEDOT/PPS(聚乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸)等导电性高分子等
其中,优选地例示出铜、铝、金、银、铂及氧化铟锡。其中,从导电性、成本及挠性等方面考虑,优选铜。
并且,电极层的形成方法也并无限制,能够利用各种基于真空蒸镀及溅射等气相沉积法(真空成膜法)、电镀的成膜、粘贴由上述材料所形成的箔的方法及通过涂布的方法等公知的方法。
其中尤其,根据能够确保压电薄膜24的挠性等理由,作为电极层优选地利用通过真空蒸镀所成膜的铜及铝等薄膜。其中,尤其优选地利用基于真空蒸镀而形成的铜的薄膜。
第1电极层28及第2电极层30的厚度并无限制。并且,第1电极层28及第2电极层30的厚度基本上相同,但是也可以不同。
其中,与上述的保护层相同地,若电极层的刚性过高,则不仅限制压电体层26的伸缩,也会损害挠性。因此,在电阻不会变得过高的范围内,电极层越薄越有利。
在压电薄膜24中,若电极层的厚度与杨氏模量的乘积低于保护层的厚度与杨氏模量的乘积,则不会严重损害挠性,因此优选。
例如,在保护层为PET(杨氏模量:约6.2GPa)、电极层为铜(杨氏模量:约130GPa)的组合的情况下,若保护层的厚度为25μm,则电极层的厚度优选为1.2μm以下,更优选为0.3μm以下,进一步优选为0.1μm以下。
压电薄膜24具有由第1电极层28及第2电极层30夹持压电体层26,进而通过第1保护层32及第2保护层34夹持该层叠体的结构。
这种压电薄膜24优选在常温下具有基于动态粘弹性测定而得的频率1Hz中的损耗角正切(Tanδ)为0.1以上的极大值。
由此,即使压电薄膜24从外部受到几Hz以下的相对缓慢且较大的弯曲变形,也能够将应变能有效地作为热而扩散到外部,因此能够防止在高分子基质与压电体粒子的界面产生亀裂。
压电薄膜24优选为如下,即,基于动态粘弹性测定而得的频率1Hz中的储能模量(E’)在0℃下为10~30GPa,在50℃下为1~10GPa。
由此,在常温下压电薄膜24在储能模量(E’)中能够具有较大的频率分散。即,能够对于20Hz~20kHz的振动表现硬的动作,对于几Hz以下的振动表现较柔软的动作。
并且,压电薄膜24优选为如下,即,厚度与基于动态粘弹性测定而得的频率1Hz中的储能模量(E’)的乘积在0℃下为1.0×106~2.0×106N/m,在50℃下为1.0×105~1.0×106N/m。
由此,压电薄膜24在不损害挠性及声学特性的范围内能够具备适当的刚性和机械强度。
进而,压电薄膜24优选为如下,即,根据动态粘弹性测定所获得的主曲线中,在25℃下频率1kHz中的损耗角正切(Tanδ)为0.05以上。
以下,参考图3~图5,对压电薄膜24的制造方法的一例进行说明。
首先,准备图3中示意地表示的在第2保护层34的表面上形成有第2电极层30的层叠体42b。进而,如图5示意地表示,准备在第1保护层32的表面上形成有第1电极层28的层叠体42a。
层叠体42b只要通过真空蒸镀、溅射及电镀等,在第2保护层34的表面上形成铜薄膜等作为第2电极层30来进行制作即可。同样地,层叠体42a只要通过真空蒸镀、溅射及电镀等,在第1保护层32的表面上形成铜薄膜等作为第1电极层28来进行制作即可。
或者,作为层叠体42b和/或层叠体42a,也可以使用在保护层上形成有铜薄膜等的市售品的片状物。
层叠体42b及层叠体42a可以相同也可以不同。
另外,保护层非常薄,且在操作性差时等,根据需要可以使用带隔板(临时支撑体)的保护层。另外,作为隔板,能够使用厚度为25~100μm的PET等。可以在电极层及保护层的热压接之后去除隔板。
接着,如图4示意地表示,制作在层叠体42b的第2电极层30上形成压电体层26,将层叠体42b和压电体层26层叠而成的压电层叠体46。
压电体层26可以通过与压电体层26对应的公知的方法形成。
例如,若是图2所示的在高分子基质38中分散压电体粒子40而成的压电体层(高分子复合压电体层),则作为一例,如下制作。
首先,在有机溶剂中溶解上述的氰乙基化PVA等的高分子材料,进而添加PZT粒子等压电体粒子40,搅拌来制备涂料。有机溶剂并无限制,能够利用二甲基甲酰胺(DMF)、甲基乙基酮及环己酮等各种有机溶剂。
准备层叠体42b且制备涂料后,将该涂料浇铸(涂布)于层叠体42b上,蒸发有机溶剂并干燥。由此,如图4所示,制作在第2保护层34上具有第2电极层30且在第2电极层30上层叠压电体层26而成的压电层叠体46。
涂料的浇铸方法并无限制,能够利用所有的棒涂布机、斜板式涂布机及刮刀等公知的方法(涂布装置)。
或者,若高分子材料为可加热熔融的物质,则可制作将高分子材料加热熔融并在其添加压电体粒子40而获得的熔体,并通过挤出成型等,在图3所示的层叠体42b上挤压成片状,并通过冷却来制作如图5所示的压电层叠体46。
另外,如上所述,在压电薄膜24中,除了在常温下具有粘弹性的高分子材料以外,也可以向高分子基质38中添加PVDF等高分子压电材料。
向高分子基质38添加这些高分子压电材料时,只要溶解添加于上述涂料的高分子压电材料即可。或者,只要向加热熔融的在常温下具有粘弹性的高分子材料,添加所添加的高分子压电材料并进行加热熔融即可。
在形成压电体层26之后,可以根据需要进行压延处理。压延处理可以进行1次,也可以进行多次。
众所周知,压延处理是通过热压机及加热辊等在加热被处理面的同时进行按压而实施平坦化等的处理。
并且,对在第2保护层34上具有第2电极层30,且在第2电极层30上形成压电体层26而成的压电层叠体46的压电体层26进行极化处理(Polling)。
压电体层26的极化处理的方法并无限制,能够利用公知的方法。例如,例示出将直流电场直接施加到进行极化处理的对象上的电场轮询。另外,当进行电场轮询时,可以在极化处理之前形成第1电极层28,并利用第1电极层28及第2电极层30来进行电场轮询处理。
并且,当制造压电薄膜24时,极化处理在厚度方向上进行极化,而不是在压电体层26的平面方向上。
接着,如图5示意地表示,以将第1电极层28朝向压电体层26的方式,将预先准备的层叠体42a层叠在压电层叠体46的压电体层26侧。
进而,使用热压机及加热辊等将该层叠体热压接成夹持第1保护层32及第2保护层34,从而粘贴压电层叠体46和层叠体42a。
由此,制作由压电体层26、设置在压电体层26的两面的第1电极层28及第2电极层30、形成于电极层的表面的第1保护层32及第2保护层34构成的压电薄膜24。
通过进行这样的制作工序而制作的压电薄膜24在厚度方向上被极化而不是在面方向上,并且在极化处理后不进行延伸处理就能够得到大的压电特性。因此,压电薄膜24的压电特性不存在面内各向异性,当施加驱动电压时,在面方向的所有方向上各向同性地伸缩。
如上所述,图示例的压电元件14是通过将压电薄膜24折叠4次来层叠5层压电薄膜而成。并且,层叠的相邻的压电薄膜24彼此作为优选的方式,通过粘贴层27粘贴。
在本发明中,若能够粘贴相邻的压电薄膜24,则粘贴层27能够利用各种公知的粘贴剂(粘贴材料)。
因此,粘贴层27可以为由粘结剂组成的层,也可以为由粘合剂组成的层,还可以为由具有粘结剂和粘合剂这两个的特征的材料组成的层。粘结剂(粘结材料)是在粘贴时具有流动性,之后变成固体的粘贴剂。另一方面,粘合剂(粘合材料)是在粘贴时凝胶状(橡胶状)的软固体,在之后凝胶状的状态也不会改变的粘贴剂。
并且,粘贴层27可以涂布液体等具有流动性的粘合剂而形成,也可以使用片状粘合剂而形成。
其中,压电元件14为激发器,通过使所层叠的多片压电薄膜24伸缩从而使压电元件14伸缩,例如如后述使振动板12振动,从而发出声音。因此,压电元件14中,优选直接传递各压电薄膜24的伸缩。若在压电薄膜24之间存在如缓和振动的具有粘性的物质,则会导致压电薄膜24的伸缩能量的传递效率变低,从而导致压电元件14的驱动效率降低。
若考虑到这一点,则相比由粘合剂组成的粘合剂层,粘贴层27优选为由可获得固态且硬的粘贴层27的粘结剂组成的粘结剂层。作为更优选的粘贴层27,具体而言,可优选地例示出由聚酯系粘结剂及苯乙烯·丁二烯橡胶(SBR)系粘结剂等热塑性类型的粘结剂组成的粘贴层。
粘贴与粘合不同,在要求高粘贴温度时有用。并且,热塑性类型的粘结剂兼备“相对低温、短时间及强粘贴”,因此优选。
在压电元件14中,粘贴层27的厚度并无限制,只要根据粘贴层27的形成材料适当设定能够表现出充分的粘贴力的厚度即可。
其中,关于压电元件14,粘贴层27越薄,越提高压电体层26的伸缩能量(振动能量)的传递效果,从而能够提高能量效率。并且,若粘贴层27厚且刚性高,则有可能会限制压电薄膜24的伸缩。
若考虑到这一点,则粘贴层27优选薄于压电体层26。即,在压电元件14中,粘贴层27优选硬且薄。具体而言,关于粘贴层27的厚度,以粘贴后的厚度计优选为0.1~50μm,更优选为0.1~30μm,进一步优选为0.1~10μm。
另外,在构成本发明的电声换能器10的压电元件14中,粘贴层27作为优选方式而设置,并不是必须的构成要件。
因此,在构成本发明的电声换能器10的压电元件层叠了压电薄膜24而成的情况下,也可以不具有粘贴层27而使用公知的压接方法、紧固方法及固定方法等来层叠构成压电元件的压电薄膜24并使其密合,从而构成压电元件。例如,在压电薄膜24为矩形的情况下,可以利用如螺栓及螺帽那样的部件紧固四个角来构成压电元件,或可以利用如螺栓及螺帽那样的部件紧固四个角和中心部来构成压电元件。或者,在层叠了压电薄膜24之后,可以通过在周边部(端面)粘贴粘合胶带来固定所层叠的压电薄膜24,从而构成压电元件。
然而,在该情况下,从电源施加了驱动电压时,导致各个压电薄膜24独立地伸缩,根据情况,各压电薄膜24各层向相反的方向挠曲而导致形成空隙。如此,在各个压电薄膜24独立地伸缩的情况下,导致作为压电元件的驱动效率降低而作为压电元件整体的伸缩变小,从而有可能导致无法使所抵接的振动板等充分地振动。尤其,在各压电薄膜24各层向相反的方向挠曲而导致形成空隙的情况下,作为压电元件的驱动效率大幅度降低。
若考虑到这一点,则优选层叠多个压电薄膜24构成构成本发明的电声换能器的压电元件时,如图示例的压电元件14那样,具有粘贴相邻的压电薄膜24彼此的粘贴层27。
另外,在本发明的电声换能器中,压电元件不限于通过将压电薄膜24折叠而层叠2层以上压电薄膜24的压电元件。
例如,压电元件可以是层叠2层以上切片状的压电薄膜24的压电元件,优选相邻的压电薄膜彼此通过粘贴层27粘贴。此时,层叠层数没有限制,与通过折叠将压电薄膜24层叠而成的压电元件14相同。并且,在层叠多个切片状的压电薄膜24而形成压电元件的情况下,例如层叠具有保护层的压电薄膜24和不具有保护层的压电薄膜的结构等,也可以层叠不同的压电薄膜来构成压电元件。
或者,压电元件只要可以获得足够的拉伸力用于振动板12的振动,可以为由1个压电薄膜24构成的压电元件。
在图1所示的电声换能器10中,压电元件14通过将压电薄膜24折叠而层叠2层以上压电薄膜。在这样的压电元件14中,由于相邻的压电薄膜中相对的电极层的极性相同,因此即使电极层相互接触也不会发生短路。并且,由于图2所示的压电薄膜24具有保护层,因此相邻的压电薄膜的电极层互相基本上不直接接触。
并且,当层叠切片状的压电薄膜24时,即使具有不同极性的电极层彼此面对,图2所示的压电薄膜24也具有保护层,因此保护层起到绝缘层的作用,能够防止电极层彼此的接触,即短路。
并且,在压电薄膜不具有保护层的情况下,可以通过在层叠的压电薄膜之间设置绝缘层的方法、及由与粘贴层27具有绝缘性的材料形成的方法等各种方法来实现相邻的压电薄膜之间的绝缘。
在压电元件14的压电薄膜24上连接有用于与电源装置等外部装置电连接的第1引出配线24a及第2引出配线24b。第1引出配线24a是从第1电极层28电引出的配线,第2引出配线24b是从第2电极层30电引出的配线。在以下的说明中,在不需要区分第1引出配线24a和第2引出配线24b的情况下,也简称为引出配线。
在本发明的电声换能器10中,对电极层与引出配线的连接方式,即引出方法没有限制,可以使用各种方法。
作为一例,例示了在保护层上形成贯穿孔,以填充贯穿孔的方式设置由银浆等金属浆料形成的电极连接部件,在该电极连接部件上设置引出配线的方法。作为另一种方法,例示了在电极层与压电体层之间或电极层与保护层之间设置棒状及片状等的引出用电极,在该引出用的电极上连接引出配线的方法。或者,可以将引出配线直接***电极层与压电体层之间,或者电极层与保护层之间,并将引出配线连接到电极层。作为另一种方法,例示了将保护层及电极层的一部分在面方向上从压电体层突出并将引出配线连接到突出的电极层的方法。另外,引出配线与电极层的连接可以通过使用银浆等金属浆料的方法、使用焊锡的方法、使用导电性粘合剂的方法等公知的方法进行。
作为优选的电极的引出方法,例示出日本特开2014-209724号公报中所记载的方法及日本特开2016-015354号公报中所记载的方法等。
这样的压电元件14被容纳并密封在具有阻气性并且能够在开封及开封后封闭的封装部件16中。
封装部件16例如是由具有阻气性的片状物形成的袋子或框体(箱体)。封装部件16不具有开口,或者具有能够通过盖体及拉链等开封及气密地封闭的开口。
形成封装部件16的片状物没有限制,只要具有能够防止压电元件14(压电薄膜24)因湿度而劣化的阻气性,则能够使用由各种材料形成的片状物。
作为一例,例示出作为阻气膜使用的各种树脂膜、在树脂膜上蒸镀金属薄膜的片状物、及在树脂膜上形成氧化物膜而成的片状物等。
形成封装部件16的片状物的阻气性不受限制,只要能够防止压电元件14因湿度而劣化即可。
形成封装部件16的片状物按照JIS K 7129B(MOCON法)测定的水蒸气渗透率(透湿度)在40℃、90%RH的环境下优选为5g/(m2·day)以下,更优选为0.1g/(m2·day)以下,进一步优选为0.01g/(m2·day)以下,尤其优选为0.005g/(m2·day)以下。
通过将形成封装部件16的片状物的水蒸气渗透率设为5g/(m2·day)以下,能够适当地防止压电元件14因湿度而劣化。
基本上,形成封装部件16的片状物的水蒸气渗透率越低越好,没有下限。但是,考虑到封装部件16的成本等,形成封装部件16的片状物的水蒸气渗透率优选为0.1×10-6g/(m2·day)以上。
封装部件16密封压电元件14,能够在开封及开封后封闭。
封装部件16中,对开封及开封后封闭的方法没有限制,可以使用各种公知的方法。
作为一例,例示了封装部件16由可热熔材料形成,通过用刀具等切断而开封后,能够通过热熔敷进行封闭的方法。作为另一种方法,例示了通过具有开口的框体和能够气密地密封框体的开口的盖体能够开封/封闭的方法。作为另一种方法,例示了通过具有气密性的公知的拉链(紧固件、卡盘)能够开封/封闭的方法。作为另一种方法,例示了通过热封材料的粘接等。
另外,第1引出配线24a及第2引出配线24b通过使用密封材料的方法等公知的方法,在保持气密状态下贯穿封装部件16。
形成封装部件16的片状物的厚度没有限制,可以根据形成材料适当地选择能够发挥充分的阻气性的厚度。
其中,由于与后述的粘贴层18等相同的理由,形成封装部件16的片状物在能够确保必要的功能的范围内,优选薄。
形成封装部件16的片状物的厚度优选为0.1~50μm,更优选为1~20μm,进一步优选为5~15μm。
如图1所示,封装部件16通过粘贴层18粘贴在振动板12的一个主表面上。另外,主表面是片状物的最大表面。
并且,压电元件14在封装部件16的内部,通过粘贴层20粘贴在与振动板12相对的位置。
在本发明中,若粘贴层18能够粘贴振动板12和封装部件16,则能够利用各种公知的粘贴层。并且,若粘贴层20能够粘贴封装部件16和压电元件14(压电薄膜24),则能够利用各种公知的粘贴层。
因此,粘贴层18及粘贴层20可以为上述由粘结剂组成的层,也可以为由粘合剂组成的层,还可以为由具有粘结剂和粘合剂这两个的特征的材料组成的层。并且,粘贴层18及粘贴层20可以涂布液体等具有流动性的粘合剂而形成,也可以使用片状粘合剂而形成。
其中,在本发明的电声换能器10中,通过使层叠的多个压电薄膜24伸缩从而使压电元件14伸缩,通过该压电元件14的伸缩,使振动板12挠曲振动而发出声音。因此,本发明的电声换能器10中,优选压电元件14的伸缩直接传递至振动板12。若在振动板12与压电元件14之间存在如缓和振动的具有粘性的物质,则导致向振动板12的压电元件14的伸缩能量的传递效率变低,从而导致降低电声换能器10的驱动效率。
若考虑到这一点,则相比由粘合剂组成的粘合剂层,粘贴层18及粘贴层20优选为由可获得固态且硬的粘贴层18及粘贴层20的粘结剂组成的粘结剂层。作为更优选的粘贴层18及粘贴层20,具体而言,可优选地例示出由聚酯系粘合剂及苯乙烯·丁二烯橡胶(SBR)系粘合剂等热塑性类型的粘合剂组成的粘贴层。
粘贴与粘合不同,在要求高粘贴温度时有用。并且,热塑性类型的粘结剂兼备“相对低温、短时间及强粘贴”,因此优选。
在本发明的电声换能器10中,粘贴层18及粘贴层20的厚度并无限制,只要根据粘贴层27的形成材料适当设定能够表现出充分的粘贴力的厚度即可。
其中,在图示例的电声换能器10中,粘贴层18及粘贴层20越薄,越提高压电体层26的伸缩能量(振动能量)的传递效果,从而能够提高能量效率。并且,若粘贴层18及粘贴层20厚且刚性高,则有可能会限制压电元件14的伸缩。
若考虑到这一点,则粘贴层18及粘贴层20优选薄。
具体而言,粘贴层18的厚度优选为10~1000μm,更优选为30~500μm,进一步优选为50~300μm。另一方面,粘贴层20的厚度优选为10~1000μm,更优选为30~500μm,进一步优选为50~300μm。另外,以上的粘贴层18及粘贴层20的厚度均为粘贴后的厚度。
在本发明的电声换能器10中,粘贴层18永久地粘贴振动板12和封装部件16。即,在电声换能器10中,振动板12和封装部件16基本上不分离。
另一方面,如后面所述,当压电元件14发生故障时及由于劣化而不能发挥规定的性能时等,将压电元件14剥离并从封装部件16取出。之后,如后面所述,将适当的压电元件14***封装部件16,并通过粘贴层20粘贴。
另外,此时压电元件14的剥离可以与粘贴层20一起进行,或者也可以将粘贴层20留在封装部件16上,仅剥离压电元件14。然而,从使粘贴层20足够薄并且可得到充分的粘贴力的观点考虑,压电元件14的剥离及粘贴优选与粘贴层20一起进行。即,在电声换能器10中,优选在更换压电元件14的同时更换新的粘贴层20。
因此,在本发明的电声换能器10中,优选封装部件16与压电元件14的粘贴力比振动板12与封装部件16的粘贴力弱。
即,在本发明的电声换能器10中,优选粘贴层20的粘贴力比粘贴层18的粘贴力弱。
使封装部件16与压电元件14的粘贴力比振动板12与封装部件16的粘贴力弱的方法没有限制,可以使用各种公知的方法。
作为一例,能够使用选择要使用的粘结剂的方法、选择要使用的粘合剂的方法、使用粘结剂作为粘贴层20且使用粘合剂作为粘接层18的方法、以及调整粘贴层18和粘贴层20的厚度的方法等各种公知的方法。
并且,在本发明的电声换能器10中,也可以通过在粘贴层20上使用能够调整粘贴力的粘贴剂,在振动板12与封装部件16粘贴的状态下,能够剥离封装部件16与压电元件14。
作为一例,可例示出在粘贴层20中使用因吸湿而粘贴力降低的粘贴剂的方法。由此,封装部件16与压电元件14及振动板12与封装部件16通常以充分的粘贴力粘贴。取下压电元件14时,开封封装部件16,通过喷吹等向内部喷水,从而降低粘贴层20的粘贴力。由此,使封装部件16与压电元件14的粘贴力比振动板12与封装部件16的粘贴力弱,从封装部件16剥离压电元件14。
作为因吸湿而粘贴力降低的粘贴剂,可例示出乳液类粘结剂等。
封装部件16与压电元件14的粘贴力及振动板12与封装部件16的粘贴力没有限制。即,粘贴层18及粘贴层20的粘贴力没有限制。并且,封装部件16与压电元件14的粘贴力和振动板12与封装部件16的粘贴力之差也没有限制。即,粘贴层18与粘贴层20的粘贴力之差也没有限制。
在本发明的电声换能器10中,粘贴层18及粘贴层20的粘贴力适当设定为以能够使电声换能器10的振动板12振动的充分的力度粘贴封装部件16和振动板12及封装部件16和压电元件14,并且振动板12与封装部件16不会剥离,能够剥离封装部件16与压电元件14的粘贴力即可。
在图示例的电声换能器10中,压电薄膜24是通过第1电极层28及第2电极层30夹持压电体层26而成。
压电体层26优选在高分子基质38中具有压电体粒子40。优选,压电体层26是在高分子基质38中分散压电体粒子40而成。
若对具有这种压电体层26的压电薄膜24的第2电极层30及第1电极层28施加电压,则根据所施加的电压而压电体粒子36向极化方向伸缩。其结果,压电薄膜24(压电体层26)向厚度方向收缩。同时,由于泊松比的关系,压电薄膜24也向面方向伸缩。
该伸缩为0.01~0.1%左右。
如上所述,压电体层26的厚度优选为10~300μm左右。因此,厚度方向的伸缩最大也只是0.3μm左右,非常小。
相对于此,压电薄膜24即压电体层26在面方向上具有明显大于厚度的尺寸。因此,例如,若压电薄膜24的长度为20cm,则通过施加电压,压电薄膜24最大伸缩0.2mm左右。
如上所述,压电元件14是通过折叠将压电薄膜24层叠5层而成。并且,振动板12通过粘贴层18粘贴在封装部件16上,压电元件14通过粘贴层20粘贴在封装部件16上。
通过压电薄膜24的伸缩,压电元件14也沿相同方向伸缩。通过该压电元件14的伸缩来挠曲振动板12,其结果,振动板12向厚度方向振动。
通过该厚度方向的振动,振动板12发出声音。即,振动板12根据施加于压电薄膜24的电压(驱动电压)的大小来进行振动,从而发出与施加于压电薄膜24的驱动电压相应的声音。
其中,已知由PVDF等高分子材料组成的通常的压电薄膜在极化处理后沿单轴方向进行延伸处理,由此分子链相对于延伸方向取向并作为结果在延伸方向上可获得较大的压电特性。因此,通常的压电薄膜的压电特性中具有面内各向异性,施加了电压时的面方向的伸缩量有各向异性。
相对于此,电声换能器10中,在图2所示的高分子基质38中分散压电体粒子36而成的高分子复合压电体组成的压电薄膜24即使在极化处理后不进行延伸处理也可获得较大的压电特性,因此压电特性中没有面内各向异性,在面方向中所有方向上各向同性地伸缩。即,在图示例的电声换能器10中,构成压电元件14的图2所示的压电薄膜24在二维上各向同性地伸缩。根据层叠了这种在二维上各向同性地伸缩的压电薄膜24的压电元件14,与层叠了仅向一个方向大幅度伸缩的PVDF等通常的压电薄膜的情况相比,能够以较大的力振动振动板12。其结果,根据层叠了各向同性地二维伸缩的压电薄膜24的压电元件14,能够产生更大且更优美的声音。
如上所述,图示例的压电元件14层叠了5层这种压电薄膜24而成。图示例的压电元件14作为优选方式进而利用粘贴层27粘贴相邻的压电薄膜24彼此。
因此,即使每1个的压电薄膜24的刚性低且伸缩力小,通过层叠压电薄膜24,刚性也变高,作为压电元件14的伸缩力也变大。其结果,即使振动板12具有某种程度的刚性,压电元件14也能够以较大的力使振动板12充分地挠曲并使振动板12充分地向厚度方向振动,从而使振动板12发出声音。
并且,压电体层26越厚,压电薄膜24的伸缩力变得越大,但是使其伸缩相同量所需的驱动电压相应地变大。其中,如上所述,在压电元件14中,优选的压电体层26的厚度最大也只有300μm左右,因此即使施加于各个压电薄膜24的电压小也能够使压电薄膜24充分地伸缩。
其中,在本发明的电声换能器10中,压电元件14被密封在具有阻气性的封装部件16中。
因此,即使构成压电元件14的压电薄膜24因吸湿而劣化,也能够防止压电元件14因吸湿而劣化。因此,本发明的电声换能器10能够防止因吸湿而劣化,并长期稳定地动作。
然而,在电声换能器10中,压电元件14由于使用和时间的经过以及各种因素而劣化或发生故障。例如,即使被封装于封装部件16,根据电声换能器10的使用环境等,也有时构成压电元件14的压电薄膜24因吸湿而劣化。
此时,本发明的电声换能器10能够容易地更换压电元件14。以下,参考图6的概念图进行说明。
当压电元件14劣化时,电声换能器10如图6左侧及左起第2个示意性所示,开封密封压电元件14的封装部件16,并从封装部件16剥离压电元件14及粘贴层20,从封装部件16取出。
可以通过上述公知的方法开封封装部件16。作为一例,通过割刀或剪刀,切割并开封封装部件16,从封装部件16剥离压电元件14及粘贴层20,并取出。
并且,例如,当粘贴层20由粘贴力因吸湿而降低的粘贴剂形成时,通过喷雾等对封装部件16的内部进行加湿,在粘贴层20的粘贴力降低之后,从封装部件16剥离压电元件14。
接着,如图6中左起第3个所示,将粘贴层20粘贴到新的(适当的)压电元件14并容纳在封装部件16中。此外,通过粘贴层20,压电元件14通过粘贴层20粘贴在封装部件16的与振动板12相对的位置。
当压电元件14粘贴到封装部件16时,如图6的右侧所示,通过重新密封封装部件16的开封部,压电元件14被密封在封装部件16中。可以通过上述公知的方法重新密封封装部件16。作为一例,封装部件16由能够热熔的材料形成,通过割刀切割并开封封装部件16时,通过热熔敷封装部件16的切割部分,封闭开封的封装部件16,将压电元件14密封在封装部件16中。
图7中,示意地表示本发明的电声换能器的另一例。
另外,由于图7所示的电声换能器50较多使用与图1等所示的电声换能器10相同的部件,因此对相同部件标注有相同符号,主要对不同部位进行说明。
图7所示的电声换能器50在封装部件16的内部具有用于粘贴粘贴层20即压电元件14的粘贴部52。
通过具有这样的粘贴部52,能够使封装部件16中的压电元件14的固定位置稳定。并且,由于粘贴部52是用于粘贴粘贴层20而设置的部件,因此通过具有粘贴部52,能够稳定向封装部件16的粘贴层20的粘贴即压电元件14的粘贴。
此外,通过增大粘贴部52的与粘贴层20的粘贴面的表面粗糙度,即使在粘贴层18和粘贴层20使用相同的粘贴剂的情况下,也能够使封装部件16与压电元件14的粘贴力比振动板12与封装部件16的粘贴力弱。
粘贴部52的形成材料没有限制,可以使用由各种已知材料形成的片状物。
作为粘贴部52的形成材料,可例示出硅酮类树脂粘结剂及丙烯酸类树脂粘结剂等树脂材料等。
粘贴部52的厚度没有限制。然而,出于与粘贴层18等相同的理由,在粘贴部52能够发挥功能的范围内,优选薄。
粘贴部52的厚度优选为5~1000μm,更优选为20~700μm,进一步优选为50~500μm。
另外,粘贴部52的大小可以根据粘贴在封装部件16内部的压电元件14的大小适当设定。
在本发明的电声换能器中,粘贴到1个振动板12的压电元件14可以是1个,也可以是多个。粘贴在1个振动板12的压电元件14的数量没有限制,可以根据振动板12的种类、振动板12的用途、振动板12的大小等适当设定。
并且,向振动板12的封装部件16即压电元件14的粘贴位置没有限制,可以根据振动板12的种类、振动板12的用途、振动板12的大小等适当设定。
此外,在本发明的电声换能器中,多个压电元件14可以粘贴到1个封装部件16中。
以上对本发明的电声换能器进行了详细地说明,但是本发明并不限定于上述例,在不脱离本发明的主旨的范围内,可以进行各种改良或变更,这是理所当然的。
产业上的可利用性
作为扬声器等,能够优选地利用于各种用途中。
符号说明
10、50-电声换能器,12-振动板,14-压电元件,16-封装部件,18、20、27-粘贴层,24-压电薄膜,24a-第1引出配线,24b-第2引出配线,26-压电体层,28-第1电极层,30-第2电极层,32-第1保护层,34-第2保护层,38-高分子基质,40-压电体粒子,42a、42b-层叠体,46-压电层叠体,52-粘贴部。
Claims (10)
1.一种电声换能器,其特征在于,具有:
振动板;
封装部件,该封装部件粘贴于所述振动板的一个主表面上,并且具有阻气性并且能够开封及开封后封闭;及
压电元件,该压电元件被所述封装部件封装,在所述封装部件内与所述振动板相面对地粘贴,并且使用在压电体层的两面具备电极层的压电薄膜。
2.根据权利要求1所述的电声换能器,其中,
所述封装部件与所述压电元件之间的粘贴力比所述振动板与所述封装部件之间的粘贴力弱,或者
所述封装部件与所述压电元件之间的粘贴力能够变得比所述振动板与所述封装部件之间的粘贴力弱。
3.根据权利要求1或2所述的电声换能器,其中,
将所述压电元件与所述封装部件粘贴的粘贴剂因吸湿而粘贴力降低。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电声换能器,其中,
所述压电元件是层叠2层以上所述压电薄膜而成。
5.根据权利要求4所述的电声换能器,其中,
所述压电元件是通过将所述压电薄膜折叠1次以上来层叠2层以上所述压电薄膜而成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电声换能器,其中,
所述封装部件能够在开封后通过热熔敷来封闭。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电声换能器,其中,
所述压电薄膜的压电体层为在高分子材料中具有压电体粒子的高分子复合压电体。
8.根据权利要求7所述的电声换能器,其中,
所述高分子材料具有氰乙基。
9.根据权利要求8所述的电声换能器,其中,
所述高分子材料为氰乙基化聚乙烯醇。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电声换能器,其中,
所述压电薄膜在所述电极层的表面具有保护层。
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