JPH058920B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電圧ブザー、圧電スピーカ、圧電マイ
クロフオン等の電気音響変換デバイスの製造方法
に関する。

（従来の技術） ブザー、スピーカ、マイクロフオン等に用いら
れている従来の圧電式電気音響変換デバイスの代
表的な構造例を第４図に示した。第４図におい
て、圧電板３１の対向する両主面に電極３２，３
２′を設け、これを弾性板３３（一般には金属板）
に貼り合せる。更にこの弾性板３３の周囲をプラ
スチツク等で構成された筐体３５に接着固定す
る。筐体３５の上部に貫通孔３６を設け、電極３
２，３２′より取り出した電極端子３４，３４′の
間に交流電気信号を入力して３１，３２，３２′，
３３で構成された圧電屈曲振動子を振動させ発音
させる。また受音体に用いる場合には貫通孔３６
を通して入つてきた音波を３１，３２，３２′，
３３から構成される圧電屈曲振動子で受け、音圧
を電気信号に変換して電極端子３４，３４′から
取り出す。

上記のデバイスを作製する場合には通常、次の
様な工程に従う。まず圧電板を作製し、圧電板の
両主面に金属電極膜をスパツター法、蒸着法ある
いは印刷法で設ける。この様にして得られた圧電
板を金属板等の弾性板に接着剤等を用いて貼り合
せる。そして別に準備したプラスチツク等で作ら
れた筐体の内部に圧電屈曲振動子の周囲を接着固
定して得られる。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術で作製される圧電式電気音響変換デバ
イスの第１の欠点は、圧電板、弾性板そして筐体
を別々に準備し、これらを最終的に組み立てなけ
ればならないことである。工業的に生産する場
合、多大な組み立て工数を必要とし、また自動組
み立て装置を使用したとしてもその為の設備投資
が必要となりコストアツプの要因となる。

第２の欠点は圧電板と弾性板とを接着剤等で貼
り合せるために生じる性能劣化、信頼性低下の問
題点である。屈曲振動子が電気信号の入力時、あ
るいは外部からの音圧を受けて屈曲変形する場
合、接着層の部分に大きな応力の集中がおこり、
大振巾で長期間駆動すると接着層の破壊を引き起
こす。また、振動エネルギーがこの部分で吸収さ
れるため効率が低下する。更には温度特性等がこ
の接着剤の影響を受けて劣化する。

第３の欠点は圧電板をある程度以上薄くするこ
とが出来ないことである。屈曲振動子の共振周波
数はその厚みに比例し、直径の自乗に反比例する
ので、小型化をはかろうとすれば厚みを出来るだ
け薄くする事が望まれる。ところで、従来の製造
法では圧電板を薄くする場合、加工の厚みが制限
されると同時に薄く出来たとしても弾性板と貼り
合せる工程で圧電板が機械的に破壊してしまう。
従つてある程度以上の厚みを持つた圧電板を使用
する場合と比較して製造歩留りが著しく低下す
る。

第４の欠点は圧電板の表面を平に仕上げなけれ
ばならない事である。弾性板と貼り合せる場合、
圧電板がそつていたり、表面に大きな凹凸がある
と圧電板が破壊したり、また弾性板との密着強度
が低下する。更には屈曲振動子のエネルギー変換
効率低下の原因ともなる。

本発明は上記欠点を除去し、小型軽量で信頼性
が高く、製造歩留りがよくかつ一定品質の高性能
な圧電電気音響変換デバイスの製造方法を大量か
つ安価に提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この発明の要旨とするとろはセラミツク材料が
焼結する温度までに加熱によつて飛散または消失
する材料で空孔となるべきパターンを形成し、こ
の空孔パターンと電極を形成したセラミツクグリ
ーンシートを含む複数のセラミツクグリーンシー
トを積層・圧着し、焼成することにより、圧電式
電気音響変換デバイスを製造する製造方法であ
る。

すなわち、空孔パターンと電極を形成したグリ
ーンシートを含むセラミツクグリーンシートを積
層圧着し、焼成する製造方法によつて発音体と弾
性板および筐体を接着剤などを用いることなく一
体化することが可能となり、しかも発音体、受音
部に手を触れることなく製造できるため、この部
分を非常に薄くすることができる。

空孔を形成するための空孔パターンは加熱する
ことによつて分解飛散、消失するような材料であ
ればよく例えば有機高分子材料、グラフアイト、
カーボンブラツクなどの炭素材料および、有機高
分子材料と炭素材料の混合物などがあげられる。
そしてこれらの材料を空孔形成パターンに加工す
るには機械的に加工したり、金型を用いて、打抜
いたり、さらには光リソグラフイーの技術でパタ
ーンを形成したり、場合によつては印刷又は塗布
技術を用いて、形成するなど種々の方法を適用す
ることができる。

（実施例） 以下本発明の製造方法を実施例を用いて詳細に
説明する。

本発明の製造方法の製造プロセスのフローチヤ
ートの一例を第１図に示す。

圧電セラミツク材料としてはPbTiO₃−PbZrO₃
系圧電セラミツク材料を用い、圧電セラミツク粉
末に一般的な方法によつて有機バインダー、可塑
剤、溶剤を混合分散して、泥漿を作成する。これ
をドクターブレード法、キヤステイング法などに
より、プラスツチクフイルム、ガラス板、金属シ
ートなどの上にコーテイングし、乾燥することに
より圧電セラミツク材料のグリーンシートを作成
する。

このようにして得られたグリーンシートは乾燥
後、形成したフイルムや板、シートなどから剥離
し、所定の寸法に打抜いたり、切断したりする。
この後必要に応じて、パンチングなどによりスル
ーホールを形成したり、表面に駆動電極のための
電極や、配線のための導体を形成すべく、電極ペ
ーストをスクリーン印刷法などにより印刷する。
なお層間の電気的な接続が必要な場合には、スル
ーホール中に電極ペーストを埋め込むことも行
う。

次に空孔を形成するための空孔パターンはグリ
ーンシート化した圧電セラミツク材料の焼結反応
が起るまでの温度で完全に飛散、消失するような
材料で形成する。アクリル系のプラスチツクフイ
ルムを金型を用いて、空孔部分に相当するような
所定の形状に打抜く。所定の形状に打抜いた空孔
パターンをセラミツクグリーンシートとともに所
定の位置に空孔が形成されるように金型の中に入
れて積層し、圧力を加えて一体化する。この工程
では必要な場合には圧力とともに熱も加える。

またセラミツクグリーンシートとしては必要な
部分に、スルーホール電極、配線などのパターン
が形成されているものも所定の層にその他のグリ
ーンシートや空孔パターンとともに積層する。

このようにして作成した積層体は必要に応じて
所定の寸法に切断した後、まず、空孔パターンや
セラミツクグリーンシート中に存在する有機を脱
バインダー工程で酸化雰囲気中でゆつくりと加熱
し、分解することによつて飛散、消失させる。通
常これらの有機物は500℃〜600℃までには完全に
分解、酸化するが急激に温度を分解温度まで上げ
ると、積層体が破損するため、25℃／時間あるい
は、これよりもさらにゆつくりとした温度上昇ス
ピードで温度を上げ、500℃〜600℃に充分長い時
間保持することで有機物と完全に消失させる。

このように脱バインダー工程を終つた後の積層
体の中には有機物は残留していないため、空孔パ
ターンの部分は空孔として積層体中に残つてい
る。この積層体を所定の温度まで焼結して、磁器
化する。

このようにして焼結することによつて、圧電セ
ラミツク材料は化し、空孔パターンを積層した部
分はセラミツクス中に空孔が形成され、さらにセ
ラミツクス中には電極、配線なども同時に形成さ
れる。焼結後のセラミツクスは必要に応じて所定
の寸法に切断、加工し、圧電式電気音響変換デバ
イスとなる。

本実施例では空孔パターンとアクリル系プラス
チツクフイルムを金型で打抜いたものを使用した
が、分解性の良いプラスツチクフイルムの他に
も、カーボンなどの酸化分解する粉末を含有する
ようなグリーンシートを打抜いて空孔パターンを
形成する方法カーボン、有機物粉末を含有するペ
ーストをセラミツクグリーンシート上に印刷する
ことによつて、空孔パターンを形成する方法、有
機物フイルムを光リソグラフイーの技術を用いて
空孔パターンを形成する方法などの方法を用いて
空孔パターンを形成しても本発明のデバイスを実
現することができる。

本発明の製造方法に従つて形成した圧電電気音
響変換デバイスの一例を図を用いて、説明する。

第２図は本発明の第１の実施例を示す図であ
る。同図において、発音あるいは受音用圧電板１
１、電極１２，１２′弾性板１３及び筐体１５は
一体化されている。そして電極を除いた他の部分
はすべて圧電セラミツクス材料で構成されてい
る。発音時には電極端子１４，１４′に交流電気
信号を入力する。その結果、電極ではさまれた圧
電板１１は圧電効果により横方向に伸縮しようと
する。ところが圧電的に不活性な弾性板１３と片
面で接合されているため、１１，１２，１２′，
１３は一体となつて上、下に屈曲変形する。この
様にして入力電気信号は音響エネルギーに変換さ
れ筐体１５の上部に設けられた貫通孔１６を通し
て外部に音が伝達される。

ここに示すデバイスは、本発明の製造方法に従
つて作成されるため、発音あるいは受音部と筐体
とが完全に一体化されており、同時に製造され
る。また、ここでは接着剤は一切使用されていな
い。

従つて従来技術で製造されるデバイスの上記欠
点はすべて取り除かれる。

第３図は本発明の製造方法による第２のデバイ
スの例を示す図である。本実施例では圧電板２１
が金属電極２２，２３ではさまれており、電極２
３は弾性板をかねている。通常圧電セラミツクス
より金属の方が曲げに対する機械的程度が強いの
で、発言あるいは受音部の機械的強度が第１のデ
バイスの例の場合より強くすることが可能とな
る。

（発明の効果） 以上の実施例から明らかな様に本発明の製造方
法では圧電板、弾性板そして筐体が接着剤を用い
ずに一体化されるため、組み立て工程が不要とな
る。従つて生産工程が短縮されコストダウンに有
利である。

また接着剤を使用しないため、デバイスとして
も従来デバイスの持つ接着剤に起因した性能低下
や信頼性低下の心配がない。製造工程で発音ある
いは受音部に一切手を触れないで製造できるた
め、この部分を極限まで薄くする事が可能であ
る。従つて同一共振周波数の従来デバイスより横
方向寸法も小さく出来るので小型化がはかれる。

更に発音あるいは受音部を平面に仕上げる必要
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法のプロセスフローチ
ヤートの一例を示す図である。第２図は本発明の
製造方法を適用したデバイスの一例を示す図で、
圧電式電気音響変換デバイスの断面を示してい
る。第３図は本発明の製造方法を適用した第２の
実施例の断面を示している。第４図は従来の製造
方法による代表的な圧電式電気音響デバイスの上
面及び断面図を示している。 図において、１１，２１，３１……圧電板、１
２，１２′，２２，２３，３２，３２′……電極、
１３，３３……弾性板、１４，１４′，２４，２
４′，３４，３４′……電極端子、１５，２５，３
５……筐体、１６，２６，３６……筐体上部に設
けられた貫通孔をそれぞれ示している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ セラミツク材料が焼結する温度までに加熱に
   よつて飛散、または消失する材料で形成した空孔
   パターンと電極を形成したセラミツクグリーンシ
   ートを含む複数のセラミツクグリーンシートとを
   積層する工程を含むことを特徴とする圧電式電気
   音響変換デバイスの製造方法。