压电电声换能器的制作方法

专利名称：压电电声换能器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用作压电音响器、压电蜂鸣器或类似器件的压电电声换能器，尤其涉及这样一种压电电声换能器，其中的压电振动膜设置在壳体内，谐振腔也位于壳体内。
压电电声换能器，诸如结构上包括将压电振动膜置于壳体内的一种压电音响器目前得到了广泛的应用。此类压电电声换能器中，振动膜插在壳体与盖体之间并由它们夹持，其中，壳体由合成树脂制成且其一端开口，盖体则封闭壳体的开口。振动膜保存和设置在壳体内。由于该壳体可以树脂模压而且部件数相对较少，故此类压电音响器有助于降低生产成本。
然而，由于该压电振动膜插入壳体与盖体之间并由它们夹持，故此类压电音响器存在着声压变化较大的问题，这是由于从两面夹持压电振动膜的力发生变化而引起的。此外，夹持压电振动膜的合成树脂壳体受到压电振动膜的应力，而由于壳体是合成树脂制成的，因而减少了该应力。因此，当此类压电音响器接受长期热阻试验时，可检测到声压有较大的变化。
为了解决上述问题，例如，第8-123426号日本待审专利公报披露了一种压电音响器，其中的压电振动膜不是夹持在两面得以支承的。该压电音响器中，壳体是按这样一种方式构成的，即将盖体设置在壳体主体的开口侧，壳体主体具有一个带发声孔的顶板部分和一个与顶板部分连成一体的圆柱部分。壳体主体的内圆周表面在其高度方向的中间位置形成一个台阶部分，压电振动膜从下面接触该台阶部分。压电振动膜由弹性引线端向上推进。即，压电振动膜按这样一种方式支承，其顶面通过引线端的推力与台阶部分加压接触，引线端与压电振动膜的底面接触。引线端穿通盖体并由此延伸到壳体外面。
如上所述，在第8-123426号公报中所披露的压电音响器中，压电振动膜是按这样一种方式支承的，即它接触台阶部分的底面，而引线端从下面接触压电振动膜，由此将振动膜朝上推。由于压电振动膜未插入壳体与其它构件之间并由它们保持，故在平常操作期间其声压变化很小，且在长期热阻试验中的声压变化也很小。
然而，在第8-123426披露的压电音响器中，压电振动膜仅仅由台阶部分和引线端的弹力保持，因此，振动膜未得到强有力或充分的支承。由此引起这样一个问题，即当压电音响器进行跌落试验、振动试验、碰撞试验或类似试验时，压电振动膜可能在壳体内移动，在此情况下，其性能将变得不稳定。通过增加引线端的弹性接触力可以解决该问题。然而，引线端弹性接触力的增大将阻碍压电振动膜的振动，导致声压减小。
为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供一种压电电声换能器，它在平常操作期间声压变化很小，即使在高温条件下的声压变化也很小，而且，其抗碰撞或阻止振动膜因外力而移动的性能优异。
本发明的较佳实施例提供一种压电电声换能器，它包括壳体、位于壳体内的压电振动膜以及限定于壳体内的谐振腔，该谐振腔设置成随着压电振动膜的振动而谐振，其中，压电振动膜和壳体是这样构成的，即，使其满足关系式fcav＜fo，其中，fo是压电振动膜的谐振频率，fcav是谐振腔的谐振频率。
根据上述结构，压电振动膜和壳体如此构成，使得压电振动膜的谐振频率fo和谐振腔的谐振频率fcav满足关系式fcav＜fo。因此，当驱动频率置于fcav时，即使声压-频率特性在高温条件下偏移到低频侧，声压也不倾向于降低，且声压变化显著减小。
由此而获得本发明较佳实施例的独特和新颖的特征，亦即实现即使在高温条件下声压变化也很小的一种稳定的压电电声换能器。
在上述压电电声换能器中，壳体可以包括一个壳体主体，它具有包含至少一个发声孔的顶板部分以及与顶板部分连成一体的圆柱体部分，在相对顶板部分的一端具有开口和附设在壳体主体以封闭壳体主体之开口的盖体，并具有一个支承部分，它突出于壳体主体一侧，而压电振动膜的支承使之插入于支承部分与壳体主体之间并被保持。
通常，由于保持振动膜的保持力发生变化，将压电振动膜插入壳体主体与盖体支承部分之间并由其保持的这样一种结构会产生声压变化较大的问题。相反，在本发明的较佳实施例中，由于满足了关系fcav＜fo，故因保持力变化而引起的声压变化显著减小。
在上述压电电声换能器中，每个壳体主体和盖体都较佳地由合成树脂制成。当每个壳体主体和盖体均由合成树脂制成时，就可以廉价生产壳体，从而获得声压变化很小且生产成本显著减低的压电电声换能器。
从以下参照附图对本发明较佳实施例的描述中，本发明的其它特征和优点将变得更加明显。


图1A和1B分别是根据本发明一个较佳实施例的压电音响器的平面图和垂直截面图；图2是一个曲线图，表示该较佳实施例的压电音响器的声压-频率特性，其中，实线和虚线分别表示初始特性和经受高温试验后的特性；图3是一个曲线图，表示为了与图2所示较佳实施例比较而制备的压电音响器的声压-频率特性，其中，实线和虚线分别表示初始特性以及经受高温试验后的特性；图4是较佳实施例的压电音响器的一种改进型的垂直截面图。
参见图1A和1B，压电音响器1以这样一种方式构成，即将基本上为盘形的压电振动膜3置于壳体2内。壳体2较佳地由壳体主体4和盖体5组成。
壳体主体4和盖体5较佳地由合成树脂模压制成。壳体主体4有一个顶板部分4a和一个与顶板部分4a连成一体的圆柱体部分4b。圆柱体部分4b的底部开口，盖体5附设到圆柱体部分4b以封闭该开口部分。
壳体主体4的顶板部分4a内形成一个发声孔4c。顶板部分4a内也可形成多个发声孔4c。
圆柱体部分4b的内圆周表面在其高度方向上或垂直尺寸的中间位置上形成台阶部分4d。圆柱体部分4b的开口部分的底部内圆周上形成内突的环形突起4e。
盖体5具有一个环形支承部分5a，它突向壳体主体4一侧。此外，盖体5形成通孔5b和5c，允许引线端6、7穿通，如图1B所示。
压电振动膜3按这样一种方式构成，即压电陶瓷板3b粘合到金属板3a的底面。电极(未图示)设置在压电陶瓷板3b的底面上。压电陶瓷板3b的顶面用导电或绝缘粘合剂或其它合适的接合材料粘接到金属板3a。电极也可以在压电陶瓷板3b的顶面上形成。压电陶瓷板3b可以由合适的压电陶瓷制成，例如，锆钛酸铅型或其它类似材料。
压电振动膜3的顶面，即，金属板3a的顶面与台阶部分4d接触。压电振动膜3被如此支承，使之插入台阶部分4d与盖体5的环形支承部分5a之间并由其保持。亦即，压电振动膜3被如此支承，通过使盖体5经由壳体主体4的底部开口塞入壳体主体4，使之插入环形支承部分5a的顶尖与台阶部分4d之间，并由其保持。
盖体5的环形支承部分5a在底部位置具有外突的安装凸缘5d。凸缘5d的外径大于环形突起4e的内径，后者设置在壳体主体4的开口部分的底部内圆周上。因此，当盖体5塞人壳体主体4时，盖体5的安装凸缘5d在环形突起4e上受力，安装凸缘5d由此定位于壳体主体4的内部。环形凸缘5d与环形突起4e如此相互啮合，由此使盖体5固定到壳体主体4。
至于将盖体5固定到壳体主体4，上述结构也可结合采用粘合剂，或者，盖体5也可仅仅用粘合剂粘合固定到壳体主体4。
用以将压电振动膜3连接到外部系统的引线端6和7被联接到压电振动膜3。尤其是，将引线端6连接到压电振动膜3的金属板3a，而将引线端7连接到位于压电陶瓷板3b底面上的电极(未图示)。引线端6和7通过盖体5的各个通孔5b和5c延伸到壳体2的外面。
引线端6和7可以由合适的金属材料，诸如Al或Cr制成。
该较佳实施例的压电音响器1具有满足以下公式的特征fcav＜fo…(1)其中，fo为压电振动膜3的谐振频率，fcav为壳体2内谐振腔2a的谐振频率。由于满足上述公式(1)，该较佳实施例的压电音响器1可以显著减小声压的变化。以下将参照图2和图3对此加以描述。
通过调节压电振动膜3的固有谐振频率、壳体主体4的台阶部分4d与盖体5的顶面之间的距离A(见图1)以及盖体5的顶面与环形支承部分5a顶端之间的尺寸B，可以将压电振动膜3的谐振频率fo设置在所需值。通过调节壳体2的谐振空间2a的容积v(即压电振动膜3的顶面与顶板部分4a之间的空间)、顶板部分4a的厚度以及发声孔4c的直径，可以将谐振腔2a的谐振频率fcav设置在所需值。
在该较佳实施例的压电音响器1中，较佳地确定频率fcav和fo以满足公式(1)。驱动频率较佳地设置等于fcav。
该较佳实施例中，由于压电振动膜3插入壳体主体4与盖体5之间并由其保持，压电振动膜3的谐振频率fo与支承的强度，即安装应力成正比，并由此倾向于变化。另一方面，由于壳体2内限定的谐振腔2a的谐振频率fcav取决于谐振腔2a的容积V以及声音在空气中的传播速度，故它是稳定的。由此使驱动频率下的声压变化变小。
由于每个壳体主体4和盖体5均由合成树脂制成，如果高温使得应力和蠕变减小，则压电振动膜3的谐振频率fo减低。
该较佳实施例中，由于fcav＜fo，在高温条件下，声压-频率特性从图2中实线所示的曲线改变为虚线所示的曲线。可见在驱动频率fcav下声压的下降很小。
相反，如果fo＜fcav，在高温条件下，声压-频率特性则从图3中实线所示的曲线改变为虚线所示的曲线。因此，位于声压峰值之间中点的声压下降，在驱动频率fcav下的声压下降变大。
可见，当满足图2所示关系fcav＜fo时，甚至当压电振动膜3插入壳体主体4与盖体5之间并由其保持时，声压变化尤其是高温条件下声压的下降显著减小。
在压电音响器1中，引线端5和6通过盖体5的各个通孔5b和5c延伸到壳体2的外面。图4示出了对该较佳实施例的一种变换，其中，连接到压电振动膜3的引线8和9通过在壳体主体4的圆柱体部分4b内形成的通孔4f延伸到壳体主体2的外面。
接下来将描述上述较佳实施例的一个特例。
声压测量是在根据本较佳实施例的压电音响器1的样品上进行的。驱动频率置于4.0千赫左右，fo和fcav分别置于4.6千赫和4.0千赫左右。表1示出测量结果连同标准偏差。声压测量还在样品于85℃保持24小时后的压电音响器1的样品上进行，表1还示出了这些测量连同标准偏差的结果。
另外，还制作了其中fo和fcav分别置于4.0千赫左右和4.5千赫左右的其它压电音响器样品，并作为对比例评估。驱动频率设置在4.0千赫左右。表1还示出了对这些样品的测量结果。
表1示出的每个测量值都是20个样品的平均值。
表1(单位dB)<
<p>从表1可见，在fo＜fcav的比较例压电音响器中，初始声压的标准偏差约为1.5dB那样大。当样品在85℃高温环境下保持24小时以后，该标准偏差提高到约3.4dB。平均值之间的变化约达-8.4dB那样大。
相反，在较佳实施例的压电音响器1中，初始声压变化以及在高温环境试验后的声压变化分别约为0.8dB和1.4dB那样小。此外，由试验所引起声压变化约为-4.6dB那样小。这些优良的结果得益于满足关系fo＜fcav这一事实。
尽管以上参照各个较佳实施例专门表示和描述了本发明，然而，应当理解本领域的熟练人员在不脱离本发明精神的情况下还可以对此作出各种形式上和细节上的变换。
权利要求
1．一种压电电声换能器，包括壳体；位于壳体内的压电振动膜；以及限定于壳体内的谐振腔，该谐振腔设置成随着压电振动膜的振动而谐振，其特征在于，压电振动膜和壳体结构成使之满足关系式fcav＜fo，其中，fo是压电振动膜的谐振频率，fcav是谐振腔的谐振频率。
2．如权利要求1所述的压电电声换能器，其特征在于所述壳体包括一个壳体主体，它具有包含至少一个发声孔的顶板部分以及与顶板部分连成一体的圆柱体部分，在相对顶板部分的一端具有开口和附设在壳体主体以封闭壳体主体之开口的盖体，并具有一个支承部分，它突出于壳体主体一侧；所述压电振动膜如此支承，使之插入于支承部分与壳体主体之间并被保持。
3．如权利要求1所述的压电电声换能器，其特征在于每个壳体主体和盖体都由合成树脂制成。
4．如权利要求2所述的压电电声换能器，其特征在于每个壳体主体和盖体由合成树脂制成。
5．如权利要求1所述的压电电声换能器，其特征在于进一步包括连接到压电振动膜并经由壳体的盖体延伸的引线端。
6．如权利要求1所述的压电电声换能器，其特征在于进一步包括连接到压电振动膜并经由壳体的壳体主体延伸的引线端。
7．如权利要求1所述的压电电声换能器，其特征在于所述壳体包括其顶板部分具有至少一个发声孔的壳体主体，位于其垂直中心区域的台阶部分，与顶板部分连成一体并在相对顶板部分一侧具有开口的圆柱体部分以及安装到壳体主体上以封闭壳体主体之开口的盖体，该盖体具有一个支承部分，它突出至壳体主体的一侧；所述压电振动膜被支承得使之插入支承部分与台阶部分之间并由其保持。
8．如权利要求7所述的压电电声换能器，其特征在于壳体主体包括环形突起，盖体的支承部分包括外突的安装凸缘且其外径大于所述环形突起的内径，由此当盖体插入壳体主体时，所述盖体的安装凸缘在环形突起上受力，使得该安装凸缘定位于所述壳体主体内。
全文摘要
一种压电电声换能器,其壳体包括壳体主体和盖体。压电振动膜插入壳体主体的台阶部分与盖体的环形支承部分之间并由其保持。该压电振动膜和壳体结构成使之满足关系f
文档编号G10K9/22GK1215300SQ9811686
公开日1999年4月28日 申请日期1998年7月29日 优先权日1997年8月5日
发明者山本和朗, 齐藤秀峰, 井波浩辛, 山下敏明 申请人:株式会社村田制作所