JPS6130898A

JPS6130898A - 圧電スピ−カ

Info

Publication number: JPS6130898A
Application number: JP15363684A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Inoue; 武志井上; Yoichi Miyasaka; 洋一宮坂; Sadayuki Takahashi; 高橋　貞行
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1984-07-24
Filing date: 1984-07-24
Publication date: 1986-02-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の産業上の利用分野）本発明は電話器等に用いられる圧電スピーカに関するも
のである。

（従来技術）従来、圧電スピーカは第１図に示すように、真鍮、ステ
ンレススチール等の平面金属板１）の上に圧電磁器板１
２を貼り合わせた形のバイモルフ円形平板振動子が専ら
用いられており、前記バイモルフ円板を直接発音体とし
たもの、或いは日本音響学会講演論文集（昭和５８年１
０月）　２８９−２９０頁「圧電型スピーカ」に記載さ
れているように前記バイモルフ円板を駆動素子として月
利したものがあり、高音用スピーカ、ブザー等一般にＩ
ＫＨｚ以上の比較的高い可聴周波数領域で用いられてい
る。

また、これとは別に第２図に示すように圧電セラミック
スのみからなる円板を撮動体２１として用い、円板２１
をわずかに湾曲させて円板２１の周辺部金剛壁２２に接
着させ、円板２１の径伸縮モードを用いたスピーカが提
案されている。

（従来技術の問題点）近年、スピーカの高性能化とともに、圧電形スビー力に
対しても人間の音声帯域３００Ｈｚ〜３５００Ｈｚをカ
バーしつる広帯域再生とくに低域再生が強く要求されて
いる。

従来の第１図に示す圧電バイモルフ円板を用いた圧電ス
ピーカで音声帯域を十分カバーするためＫは、バイモル
フ振動子の共振周波数ｆｒを低くすることが重要である
。バイモルフ振動子の共振周波数ｆｒ　を低くするため
には円板の直径を大きくするかバイモルフ振動子の厚さ
を小さくすれば良い。しかし、円板の直径を大きくして
広帯域化を図ろうとする場合は、スピーカの小型化を達
成することができなくなる。とりわけ電話器の受話器に
用いることは不可能となる。バイモルフ振動子の小型化
をはかる場合には、振動子の板厚を小さ極くすることが紳めて重要となる。第１図の圧電セラミッ
ク円板１）はラッピングによる薄板加工により製造され
ており、研磨上りで板厚０．１ｍｍが限界である。そし
て第１図のバイモルフ構造では十分振動板１）．１２　
　を撓ませて効率良く音響放射を行なうことが必要不可
欠であるため、圧電セラミック円板１）に接着される金
属板１２の板厚も０．１ｍｍ程度となる。即ち、どんな
に薄い圧電バイモルフ撮動板であっても、現在の加工技
術からして製造の歩留まりを考えると板厚は合計０．２
ｍｍ　　以上となり、このため音声周波数を十分カバー
しうる広帯域再生に必要な円板の直径は少なくとも５Ｃ
ＩＬは必要となる。また性能面に関して、第１図に示す
ようなバイモルフ円形平板振動子を用いて圧電スピーカ
を構成した場合、振動板の基本共振周波数に近い２次、
３次の高次共振が音声周波数内において顕著なピークを
発生せしめ通話品質の低下を招くといった欠点がある。

一方、第２図に示したような構造の圧電スピーカでは振
動板が圧電セラミックから成り立っており、機械的な脆
さによる信頼性の欠如、困難さといった欠点がある。

（発明の目的）本発明の目的は圧電スピーカの小型化とともに広帯域再
生に優れ、出力音圧特性の平担な圧電スピーカを実現す
ることにある。

（発明の構成）すなわち本発明はドーム湾曲部を有し、該湾曲部の平面
形状が円又は橢円である板の少なくとも一方の面に電極
を介して又は直接に、ＺｎＯ１ＡＩ！＼ＣｄＳから選ば
れる圧電薄膜が形成された構造を有する振動板を備えた
ことを特徴とする圧電スピーカである。

（構成罠関する説明）本発明によればあらかじめドーム状に成形したＡＩ！、
Ｔｉ、Ｎｉなどの金属板、アルミナなどのファインセラ
ミックス又はポリエーテルサルフォン、ポリイミド、エ
ポキシ、ポリフェニレンサルファイド、ポリサル：７オ
ンなどのプラスチックス、炭素繊維あるいはガラス繊維
で強化し几繊維強化プラスチックス板などの片面あるい
は両面にＺｎＯ。

ＡＩ！凡　又はＣｄＳ　などの圧電薄膜を低温で形成す
ることにより小型で出力音圧特性の平担な圧電スピーカ
を得ることができる。

本発明は、ＺｎＱ、　ＡＩＮ、などの圧電薄膜をスパッ
タ法で１００℃　前後の低温で、あらかじめドーム状に
成形された板の上に形成する上記のような構成をとるこ
とにより、従来技術の問題点を改善している。ＺｎＯ，
ＡＩ！Ｎ％Ｃ’ｄ８などの圧電薄膜は周知の如く、スパ
ッタ法で基板上に形成するさいにＣ軸が一定に揃う性質
があるため圧電性が付与されるものである。この他、Ｚ
ｎＯの圧電薄膜はスパッタ法以外にイオングレーティン
グ法によっても作成可能であるが、生成温度は少なくと
も２００℃以上は必要でおり、例えばポリイミド樹脂以
外のプラスチックスの成形板を用いることは不可能とな
る。

第３図（イ）、（ロ）はドーム形に成形された金属板３
１０両面に圧電薄膜３２，３３．及び電極３４．３５を
設けたものであるが、電気端子のとり方によジ径伸び振
Ｓあるいは撓み撮動を強勢に励振することができる。

第３図（イ）は径伸び振動、（ロ）は撓み振動を強勢に
励振することができる。第３図←）の径伸び撮動を積極
的に利用する振動子をスピーカとして動作させる場合は
周辺を固定する必要があるが、第３図仲）のように撓み
振動を積極的に利用する振動子の場合は、周辺固定ある
いは振動節点を支持する方法いずれも可能である。また
、第３図（ハ）に示すように圧電薄膜３２を成形された
金属板３１の片面のみに設けた場合には、径伸び振動及
び撓み振動いずれも励振可能であるが電気機械変換効率
は第３図に示した成形板３１の両面に圧電薄膜３２゜３
３を設けた振動子に比べやや劣る。しかし、低周波化に
は撮動子全体として薄く作成しゃすいためやや有利とな
る。

なお、圧電薄膜を用いて圧電スピーカを製造す径が大き
ければ通常のスパッタ法、あるいはイオンブレーティン
グ法にょｐ作製することができ、曲率半径が小さければ
同軸スパッタ法にょシ作製可能である。

また、第４図れ）、（ロ）、（ハ）に示すように成形撮
動板４１をプラスチックス、繊維強化樹脂、ファインセ
ラミックス等の絶縁体としたときには、電極４２．４３
をメッキまたは蒸着などの方法により設けさらに圧電薄
膜３２，３３、電極３４．３５を設は必要に応じて電極
４２．４３を短絡すれば、第３図に示した撮動子と全く
同じ動作をすることは明らかである。

本発明に従った圧電スピーカは以下に示すような優れた
特徴を有するものである。まず圧電薄膜の生成温度が１
００’（：、程度がそれ以下と極めて低いため、成形振
動板３１．４１にプラスチックスのような熱変形温度の
低い物質でも採用することができる。第２に成形された
金属板３１、絶縁板４］はプレスあるいはグラズマ溶射
などの方法で容易に薄肉ドームに成形が可能であり、成
形板３１あるいは４１０片面あるいは両面に構成される
圧電薄膜３４．３５も数μｍ〜数＋μｍの極めて薄い展
が実現可能であることがら、振動板の合計の厚さを従来
のものに比べて数分の１に容易に薄くすることができ、
小型化、低周波化が可能である。従来の圧電磁器板を貼
り合わせてバイモルフ振動子を製造する方法では、この
ようなドーム状成形板の表面に圧電膜全形成することは
不可能であり、本発明ではじめて達成しうるものである
。第３にドーム状湾曲部を有する撮動板となっているた
め、基本共振周波数ｆｒｌと第２次、第３次の高次モー
ド共振周波数ｆｒ２、ｆｒ３　　が相当離れて存在する
ため、ｆｒｌをかなり低く設定しても、音声帯域が平担
で通話品質の良好な圧電スピーカが実現できるわけであ
る。前記ドーム状湾曲部の平面形状は円形が望ましいが
橢円であっても本発明の特徴は失なわれない。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照にして詳細に
説明する。本発明の一笑施例として第５図に示すように
外径４０ｍｍ、厚さ６０ｍｍ、　　ドーム状部分の湾曲
部の曲率半径が該ドーム状部分の平面形状の円形の外径
よりも大きく縁辺が平面である熱可塑性プラスチックス
４１の表裏面に、Ａ１Ｊ／Ｃｒ電極４２．４３を蒸着し
、マグネトロンスパッタ装置によりＺｎＯ薄膜を片側７
μｍずつスパッタリングし、圧電薄膜３２．３３を形成
した。ついで圧電薄膜の表面にＡｕ／ｃ″ｒ電極３４．
３５を蒸着し、周辺部分を固定して圧電スピーカを試作
した。このとき基本共振周波数的１．１幻りを得た。

本実施例の圧電スピーカ鉱絶縁板４１が径方向に伸びた
とき、周辺が固定されているため面に垂直な方向にピス
トン状に撮動する。また、ドーム状成形体の縁辺部分が
平面となっているのは、支持の安定化及び低周波化に極
めて有効である。

また絶縁板として第６図（ロ）に示すような形状の絶縁
板４１′　　を用いることもできる。この構造は恢動板
の支持、安定により有効である。

次に、本実施例の圧電スピーカを第７図に示すような音
響振動系の自由度が３のキャビネットに収納しスピーカ
システムを構成した。第７図において、７０は振動板、
７１はキャビネット、７２は前気室、７３は後気室、７
４は吸音材、７５は受話口、７６は***である。このう
ち、７４，７５゜７６は音響抵抗成分を有し、スピーカ
システム全体の共振をダンプさせ出力音圧特性の平担化
に極めて有効となるものである。第７図に示した本発明
による圧電スピーカの電圧感度周波数特性を第８図に実
線で示す。また、直径４α、板厚０．１ｍｍのＮｉ金属
板に０．１ｍｍ厚のジルコン・チタン酸鉛系圧電磁器板
を接着した第１図に示す従来の圧電バイモルフスピーカ
を第７図と同様のキャビネットに収納したときの電圧感
度周波数特性を点線で示す。従来の圧電バイモルフスピ
ーカに比べて本発明に従ったスピーカシステムの方が出
力音圧特性が広帯域にわたって平担であり、とりわけ低
音域に著しい改善が見られることは明白である。

（発明の効果）以上詳述した如く、本発明に従えば低温で圧電薄膜を生
成することができるわけであるから、成形板の基板を選
ぶことは殆んどなく、小型でかつ広帯域にわたって出力
音圧特性の平担な圧電スピーカを実現することができ工
業的価値も多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のバイモルフ圧電円板を示す図、ＷＪ２図
は圧電セラミックスのみからなる円板を振動体として用
いた従来の圧電スピーカを示す図、第３図（イ）〜（ハ
）及び第４図（イ）〜（ハ）は本発明の基本構成を示す
図、第５図、第６図は本発明の圧電スピーカの実施例を
示す図、第７図は圧電スピーカシステムの構成図、第８
図は従来及び本発明の圧電スピーカの出力音圧特性図。図において、１）は平面金属板、１２は圧電磁器板、２
１は湾曲した圧を磁器円板、２２は剛壁、３１はドーム
状に成形された金属板、３２．３３は圧電薄膜、３４，
３５，４２．４３は電極、４１．４１’はドーム状に成
形された絶縁板、７０は撮動板、７１はキャビネット、
７２は前気室、７３は後気室、７４は吸音材、７５は受
話口、７６は***。第１図イ２第２図頻３図爾４図第５図硝乙図７４１′ 第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ドーム状湾曲部を有し、該湾曲部の平面形状が円
又は橢円である板の少なくとも一方の面に電極を介して
又は直接に、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＣｄＳから選ばれる圧電
薄膜が形成された構造を有する振動板を備えたことを特
徴とする圧電スピーカ。
（２）ドーム状湾曲部を有する板の当該ドーム状湾曲部
の外縁部は平面になっている特許請求の範囲第１項記載
の圧電スピーカ。