專利名稱：壓電揚聲器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種例如用在音頻設備中的壓電揚聲器、一種生產(chǎn)該揚聲器的方法、和包含這種壓電揚聲器的系統(tǒng)。
壓電揚聲器的聲音重放機制是基于平面共振。常規(guī)壓電揚聲器具有一種振動板的周邊部分被固定在一個框架上的結構。在這樣的結構中，朝著振動板的周邊部分的振動板的振幅被明顯地降低。結果，可以從振動板的周邊部分發(fā)射到空氣的能量被明顯降低。這樣的振動板的特性是與打擊鼓的振動面一樣的。
為此原因，常規(guī)壓電揚聲器有一個問題，即高聲壓水平是在聲音在相對小的振幅下重放的高頻范圍獲得的，相反足夠的高聲壓并不是在約1KHz或更低的低頻范圍獲得的。
因此，常規(guī)壓電揚聲器僅被應用到，例如用于重放高頻范圍的聲音高音頭和用于電話接收機上。
圖22表示包括由樹脂泡沫體夾著的振動板的常規(guī)壓電揚聲器220的一種結構。壓電揚聲器220包括一個金屬振動板224、設置在金屬振動板224上的壓電元件223，和用于固定金屬振動板224周邊部分的樹脂泡沫體222。
樹脂泡沫體222具有柔韌性和被提供以便固定金屬振動板224。
用于增加金屬振動板224的振動幅度而設置的樹脂泡沫體222還具有一種與用于固定金屬振動板224的周邊部分的支撐元件的相反作用。實際上，樹脂泡沫體222更經(jīng)常被設置用來固定金屬振動板224的周邊部分，而不是用于增加金屬振動板224的振動幅度。因此，并沒有獲得足夠的柔韌性。
壓電揚聲器220的金屬振動板224表現(xiàn)出與打擊鼓的振動表面相似的振動方式，和因此打擊鼓在低頻范圍重放聲音與振動板的周邊部分被固定在框架上的常規(guī)壓電揚聲器一樣有困難。
壓電揚聲器220還有一個不方便的問題是它的厚度，由于樹脂泡沫體222和用于固定樹脂泡沫體222的框架(未表示出)而不可避免的厚度不能被到小于某一個水平。
如上所述，常規(guī)壓電揚聲器具有在低頻范圍重放聲音有困難的問題。常規(guī)壓電揚聲器具有另外的問題是，因為強共振模式產(chǎn)生在一個特定的頻率上，從而在寬頻率范圍的聲學特性上出現(xiàn)大的峰值下陷。
按照本發(fā)明的一個方面，一種壓電揚聲器包括振動板；設置在振動板上的壓電元件；連接到框架和振動板上，用于支撐該振動板使得振動板線性振動的阻尼器；和用于防止空氣通過振動板與框架之間的間隙泄漏的邊緣。
按照本發(fā)明的另一個方面，一種壓電揚聲器包括振動板；多個振動板；設置在多個振動板上的至少一個壓電元件；連接到框架和多個振動板上，用于支撐多個振動板，使得多個振動板的每個線性振動的多個阻尼器；和用于防止空氣通過多個振動板與框架之間的間隙泄漏的邊緣。
在本發(fā)明的一個實施例中，至少一個壓電元件包括第一壓電元件和多個第二壓電元件，該第一壓電元件發(fā)射振動到多個振動板，和多個第二壓電元件的每個發(fā)射振動到與之對應的多個振動板中的一個。
在本發(fā)明的一個實施例中，多個振動板至少一部分表面設置有樹脂部分。
在本發(fā)明的一個實施例中，形成邊緣的樹脂與設置在多個振動板的表面上的樹脂部分是相同類型的。
在本發(fā)明的一個實施例中，多個阻尼器包括多個具有彼此不同物理特性的部分。
在本發(fā)明的一個實施例中，邊緣包括多個具有彼此不同物理特性的部分。
在本發(fā)明的一個實施例中，多個振動板具有彼此不同的重量。
在本發(fā)明的一個實施例中，多個振動板設置有具有彼此不同厚度的樹脂層。
在本發(fā)明的一個實施例中，多個振動板具有彼此不同的厚度。
按照本發(fā)明再另外的方面，一種制造壓電揚聲器的方法，包括以下各個步驟處理一個平板形成一個框架，多個振動板，和多個連接到該框架和到多個振動板的阻尼器，用于支撐該多個振動板，使得多個振動板的每個線性地振動；在多個振動板上至少安排一個壓電元件；和形成用于防止空氣從多個振動板與框架之間的間隙泄漏的邊緣。
在本發(fā)明的一個實施例中，該邊緣是通過粘接一個片到多個振動板上形成的。
在本發(fā)明的一個實施例中，該片是一個彈性薄橡膠膜。
在本發(fā)明的一個實施例中，該片是彈性的紡織物和彈性的非紡織物之一，上述兩者通過浸漬和涂覆法之一填充有具有橡膠彈性的樹脂。
在本發(fā)明的一個實施例中，該邊緣是通過利用由液態(tài)聚合物樹脂的表面張力產(chǎn)生的表面張力張力作用，在多個振動板與框架之間的間隙保持液態(tài)聚合物樹脂形成的。
在本發(fā)明的一個實施例中，聚合物樹脂是溶劑揮發(fā)可固化樹脂(solventvolatillization curable resin)，包含至少兩類液態(tài)樹脂組分的混合作用可固化樹脂，和低溫作用拉延樹脂中的一種。
在本發(fā)明的一個實施例中，聚合物樹脂通過浸漬法和旋轉涂覆法之一被保持在間隙中。
在本發(fā)明的一個實施例中，用于生產(chǎn)壓電揚聲器的方法還包括在形成邊緣前，改善多個振動板與聚合物樹脂之間的粘著力的步驟。
在本發(fā)明的一個實施例中，用于生產(chǎn)壓電揚聲器的方法還包括進行電連接至少一個壓電元件的步驟。
按照本發(fā)明再另外的方面，一種揚聲器系統(tǒng)包括多個上述各個揚聲器。
在本發(fā)明的一個實施例中，多個揚聲器具有不同的聲學特性，以便彼此互補峰谷。
因此，描述在這里的本發(fā)明可能提供以下特點(1)一種用于在低頻范圍重放聲音的壓電揚聲器，一種用于生產(chǎn)該揚聲器的方法，和包括這種壓電揚聲器的揚聲器系統(tǒng)；和(2)一種用于克服由聲學特性所表現(xiàn)出的大的峰谷的壓電揚聲器，一種制造這種揚聲器的方法，和包括這種壓電揚聲器的揚聲器系統(tǒng)。
本專業(yè)的技術人員參照附圖閱讀和理解下面的詳細描述后，本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點將是顯而易見的。


圖1是以例子的方式說明按照本發(fā)明的壓電揚聲器1a的結構的平面圖；圖2A是如圖1所示的壓電揚聲器1a的剖面圖，說明通過粘接片8到振動板4a至4d形成的邊緣7a和7b；圖2B是如圖1所示的壓電揚聲器1a的剖面圖，說明通過在振動板4a至4d與內部框架2b之間的間隙填充樹脂形成邊緣7a和7b；圖3A是按照本發(fā)明另外的一個例子說明壓電揚聲器1b的結構的平面圖；圖3B是按照本發(fā)明的再另外一個例子說明壓電揚聲器1c結構的平面圖；圖4是按照本發(fā)明的再另外一個例子說明壓電揚聲器1d結構的平面圖5是按照本發(fā)明的再另外一個例子說明壓電揚聲器1e結構的平面圖；圖6是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中產(chǎn)生的壓電揚聲器1a(圖1)的聲學特性的圖；圖7是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中產(chǎn)生的壓電揚聲器1e(圖5)的聲學特性的圖；圖8是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中產(chǎn)生的常規(guī)壓電揚聲器22(圖22)的聲學特性的圖；圖9A是按照本發(fā)明本發(fā)明的再另外的例子中說明使用在壓電揚聲器1f中的蝶形阻尼器的形狀；圖9B是按照本發(fā)明本發(fā)明的再另外的例子中說明使用在壓電揚聲器1g中的蝶形阻尼器的形狀；圖10是說明在再另外的例子中按照本發(fā)明在依照JIS標準的揚聲器箱體中產(chǎn)生的壓電揚聲器1h的聲學特性的圖；圖11是說明在再另外的例子中按照本發(fā)明在依照JIS標準的揚聲器箱體中產(chǎn)生的壓電揚聲器1i的聲學特性的圖；圖12是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中產(chǎn)生的壓電揚聲器1f的聲學特性的圖；圖13是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中產(chǎn)生的壓電揚聲器1g的聲學特性的圖；圖14A是按照本發(fā)明的揚聲器系統(tǒng)140的等比例外側圖；圖14B是說明包括在圖14A中的揚聲器系統(tǒng)中的壓電揚聲器1f到1i的連接圖；圖15是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中產(chǎn)生的揚聲器系統(tǒng)(圖14A)的聲學特性的圖；圖16是說明按照本發(fā)明的再另外的例子中使用在壓電揚聲器1j的振動板4a至4d的圖；圖17是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中產(chǎn)生的壓電揚聲器1j的聲學特性的圖；圖18是說明在按照本發(fā)明的再另外的例子中的壓電揚聲器1k的平面結構圖19是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中產(chǎn)生的壓電揚聲器1k的聲學特性的圖；圖20A是說明在被進行處理之前的金屬板200的形狀的圖；圖20B是說明在被進行處理之后的金屬板200的形狀的圖；圖20C是說明壓電元件3e至3i進行安排的狀態(tài)的圖；圖20D是說明所形成的邊緣7a和7b狀態(tài)的圖；圖20E是說明所形成的隔離膜28的狀態(tài)的圖；圖20F是說明所形成的線29的狀態(tài)的圖；圖20G是說明所形成的隔離膜38a的狀態(tài)的圖；圖20H是說明所形成的隔離膜38b的狀態(tài)的圖；圖20I是說明所形成的線49a的狀態(tài)的圖；圖20J是說明所形成的線49b的狀態(tài)的圖；圖20K是說明所插入的外部端子51的狀態(tài)的圖；圖20L是外部帝子1的剖面圖和該剖面圖是沿圖20K的L-L′線取的；圖20M是說明一個罩68a的形狀的圖；圖20N是說明一個罩68b的形狀的圖；圖21是說明在進行處理之后金屬板200的形狀的圖；圖22是說明常規(guī)壓電結構220的平面圖；圖23是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中產(chǎn)生的壓電揚聲器1m的聲學特性的圖；和圖24是說明按照本發(fā)明的再另外的例子的壓電揚聲器1n的聲學特性的圖。
此后，本發(fā)明將參照各個附圖以說明例子的方式進行描述。
1.壓電揚聲器的結構圖1是說明在按照本發(fā)明的一個例子中的壓電揚聲器1a的結構的平面圖。
壓電揚聲器1a包括外框架2a、內框架2b、振動板4a至4d、和用于發(fā)射振動到振動板4a至4d的壓電元件3。
振動板4a經(jīng)阻尼器5a至5d連接到內框架2b。振動板4c經(jīng)阻尼器5e和5f連接到內框架2b。振動板4d經(jīng)阻尼器5g和5h連接到內框架2b。
內框架2b通過阻尼器6a至6d連接到外框架2a。外框架2a被固定到壓電揚聲器1a的固定元件(未表示出)上。
由于其形狀的原因，阻尼器5a至5h和6a至6d都被稱為“蝶形阻尼器”。
阻尼器5a和5b支撐振動板4a，使得振動板4a線性振動。在本說明書中，“振動板4a線性振動”被定義為表示振動板4a在基本上垂直于一個參考表面振動，同時振動板4a的表面和該參考表面彼此保持平行。相同的定義被應用到其它的振動板4b至4d和按照本發(fā)明的壓電揚聲器的各振動板。例如，假設外框架2a被固定到與圖1的板(即參考表面)相同的表面上。在這種情況下，振動板4a被支撐，使得振動板4a基本上垂直于圖1的板的表面的方向振動，同時振動板4A的表面與圖1的板的表面彼此保持平行。
同樣，阻尼器5c和5d支撐振動板4b，使得振動板4b線性振動，阻尼器5e和5f支撐振動板4c，使得振動板4c線性振動，和阻尼器5g和5h支撐振動板4d，使得振動板4d線性振動。
阻尼器6a至6d支撐振動板4a至4d，使得振動板4a至4d同時線性振動。
壓電揚聲器1a還包括用于防止空氣通過振動板4a至4d與內框架2b之間的間隙漏瀉的邊緣7a，和用于防止空氣通過內框架2b與外框架2a之間的間隙漏瀉的邊緣7b，相應在振動板的每側產(chǎn)生的反相位的聲波相互干擾，導致在聲壓水平上的降低。邊緣7a和7b防止這種空氣漏瀉，使得避免了在特性明顯惡化的低頻范圍的這種聲壓的降低。結果，壓電揚聲器在低頻范圍重放的聲音優(yōu)于常規(guī)壓電揚聲器。
邊緣7a和7b還起到用于支撐振動板4a至4d支撐元件的作用。利用邊緣7a和7b支撐振動板4a至4d的每個的周邊部分，使得振動板4a至4d的振動很容易。在振動板4a至4d沒有利用邊緣7a和7b支撐和僅利用阻尼器5a至5h和6a和6b的情況下，振動板4a至4d可能在規(guī)定的頻率范圍內在任意的方向上成功地振動。結果，可能產(chǎn)生不需要的共振。
圖2A是壓電揚聲器1a的剖面圖，說明邊緣7a和7b的示例性結構。邊緣7a和7b是通過粘片8在振動板4a至4d(在圖2A僅表示出4a)上形成的，所粘振動板的表面是與設置壓電元件3的表面相反的。
片8最好是由有彈性和不透氣材料構成的。例如，片8是由彈性橡膠薄膜、或彈性紡織或無紡布構成的，這些材料被浸漬或涂敷了具有橡膠彈性的樹脂。
彈性橡膠薄膜的示例性材料包括以橡膠為基礎的包含橡膠材料的聚合物樹脂，諸如苯乙稀聚丁橡膠(SBR)、聚丁橡膠(BR)、腈橡膠(NBR)、乙稀-丙稀共聚物(EPM)、和乙稀-丙稀-二烯三元共聚物(EPDM)、和從上述橡膠材料變性生成的材料。
彈性紡織或無紡布構成示例性材料包括聚氨酯纖維。
在片8是由具有相對高的內部損耗的彈性聚合物材料構成的情況下，振動板4a至4d的無益振動被抑制了。
圖2B是壓電揚聲器1a的剖面圖，說明邊緣7a和7b(在圖2B中僅表示出7a)的另外的示例性結構。邊緣7a是通過在振動板4a至4d和內框架2b之間的間隙中填充樹脂9構成的。邊緣7b是按類似的方式構成的。
在如圖2B所示的例子中，例如邊緣7a是按下述方式構成的。在利用刻蝕或沖壓金屬板構成振動板4a至4d、阻尼器5a至5h、和內框架2b后，一種聚合物樹脂溶劑被加到金屬板上。當固化后，所用的聚合樹脂9具有彈性(即，橡膠彈性)。固化的聚合樹脂9被保持在振動板4a至4d和內框架2b之間，如圖2B的標號9所指示的那樣。
為了在振動板4a至4d和內框架2b之間形成邊緣7a，液態(tài)的聚合樹脂可以按通過引起聚合樹脂的表面張力的表面張力作用的各種方法加到金屬板上。例如，可以利用浸漬(DIPPING)、旋涂、利用刷子刷、和噴涂。因此，在選擇形成邊緣7a的方法自由度是很高的。
如下所述，聚合樹脂9在附加地防止空氣漏瀉，還能夠被用于去除振動板4a至4d和阻尼器5a至5h的不需要的振動。因此，聚合樹脂9最好具有相對高的內部損耗，和即使在固化以后具有適當?shù)膹椥浴τ谏a(chǎn)一個揚聲器，特別是對于在低頻范圍重放聲音的揚聲器，聚合樹脂9最好具有約5.0×104(N/cm2)或小些的彈性。當聚合樹脂9的彈性大于約5.0×104(N/cm2)時，振動板4a至4d不同于足夠的振動和因此最低共振頻率(f0)被移到較高的頻率。聚合樹脂9最好是具有約0.05或大些的內部損耗。當聚合樹脂9的內部損耗低于約0.05時，過度尖銳的峰谷可能出現(xiàn)在聲學特性上和因此聲壓水平的平坦度變壞。
聚合樹脂9最好是可用在室溫下，使得在邊緣7a和7b形成之前形成的壓電元件3在對于聚合樹脂9固化所要求的溫度下不退化。聚合樹脂9最好可用在100℃或低些。
可用的聚合樹脂9是不同固化條件的各種類型的樹脂。例如，溶劑揮發(fā)可固化樹脂、包含兩種或者多種類型液態(tài)樹脂組分的混合作用可固化樹脂，和低溫作用可固化樹脂都可以利用。
在壓電揚聲器1a中，振動板4a至4d、阻尼器5a至5h和6a至6d，和邊緣7a和7b變設置在相同的平面。因此，壓電揚聲器1a是非常薄的。
如圖2B所示的結構實現(xiàn)了一種比如圖2A所示的利用片8的厚度(圖2A)實現(xiàn)的結構薄的壓電揚聲器。
無論邊緣7a和7b具有如圖2A還是2B所示的結構，通過在振動板4a至4d的全部或部分上加具有足夠高內部損耗和橡膠彈性的樹脂，振動板4a至4d的不需要的振動可以被有效地防止。由于上述原因，該樹脂最好具有約0.05或大些的內部損耗。
在邊緣7a和7b具有如圖2B所示的情況下，對于邊緣7a和7b所用的樹脂最好是與加在振動板4a至4d的表面上的樹脂是相同類型的。在這樣的情況下，邊緣7a和7b的形成與在振動板4a至4d的表面的樹脂的施加是通過在一個步驟執(zhí)行的浸漬或旋涂形成的。因此，簡化了壓電揚聲器1a的生產(chǎn)方法。
加在振動板4a至4d的全部或部分的樹脂可以是憎水性的。在這種情況下，振動板4a至4d即使在較高的潮濕環(huán)境或在水中也不會受損。因此，該樹脂例如可是環(huán)境穩(wěn)定的、濕度穩(wěn)定的、溶解穩(wěn)定的、熱穩(wěn)定的、或氧化氣體穩(wěn)定的。在這種振動板4a至4d和壓電元件3覆蓋以這樣的環(huán)境穩(wěn)定樹脂的情況下，壓電揚聲器1a的整體抗環(huán)境的穩(wěn)定性得到改善。
圖3A和3B是按照本發(fā)明的不同的例子中的壓電揚聲器1a和1c的各自的平面圖。
壓電揚聲器1a和1c每個包括一個單個的振動板14，代替4個振動板4a至4d(圖1)和用于發(fā)射振動給振動板14的壓電元件13。
振動板14經(jīng)阻尼器16a至16d被連接到框架12。阻尼器16a至16d支撐振動板14，使得振動板14線性振動。
框架12被固定在壓電揚聲器1a和1c的每個的固定元件(未表示出)。
阻尼器16a至16d的位置、標號、和形狀不限于表示在圖3A和3B的那些。阻尼器16a至16d可以被設置在任何位置上、利用任何標號、和具有任何形狀，只要它們具有支撐振動板14的功能，使得振動板14線性振動。
壓電揚聲器1a和1c的每個具有一個邊緣17，用于防止空氣從振動板14與框架12之間的間隙漏瀉。邊緣17是由上面涉及邊緣7a和7b描述的材料和方法構成的。
圖4是說明在按照本發(fā)明的再一個例子中的揚聲器1d的結構的平面圖。
壓電揚聲器1d包括4個壓電元件3a至3d，代替壓電元件3(圖1)。壓電元件3a至3d被分別地安排，使得發(fā)射振動給對應的振動板4a至4d。
壓電元件3a至3d被同時進行驅動，使得與包括單一振動板14的壓電揚聲器1b和1c比較(圖3A和3B)，在低頻范圍的聲壓水平被提高和防止在聲學特性上出現(xiàn)大的峰谷。
由于下列原因在低頻范圍中的聲壓水平可以被提高。在低頻范圍內振動板4a至4d的小的幅度是彼此合成的和因此振動板4a至4d振動具有合成的幅度。
由于下列原因可以防止在聲學特性上出現(xiàn)大的峰谷。振動板4a至4d的每個具有比單一振動板14小的面積，和因此可能有小的彎曲。因此大的峰谷不可能出現(xiàn)，即使在振動板4a至4d中產(chǎn)生共振模式時也是如此。共振也不太可能產(chǎn)生，因為振動板4a至4d的每個更線性地振動。
圖5是說明在按照本發(fā)明再另外的例子中壓電揚聲器1e的結構的平面圖。
壓電揚聲器1e包含5個壓電元件3e至3i，代替壓電元件3(圖1)。壓電元件3e被安排，使得發(fā)射振動給所有的振動板4a至4d，和壓電元件3f到3i被分別安排，使得發(fā)射振動給對應的振動板4a到4d。
因為壓電元件3e被用作實施低頻范圍的重放和壓電元件3f到3i被用作實施高頻范圍的重放，壓電揚聲器1e被提供偽雙路揚聲器結構。結果，在寬的頻率范圍，聲壓水平的平坦度被改善了。
壓電揚聲器的邊緣的材料具有約0.15的內部損耗和約1.0×104(N/cm2)的彈性度。
通過施加100Hz或低些的電壓信號到按照本發(fā)明的壓電揚聲器的壓電元件上，該壓電揚聲器可以被用作具有振動功能的振動器。這種振動器可以被用在，例如，移動電話通知用戶接收呼叫。
2.壓電揚聲器的聲學特性按照本發(fā)明的壓電揚聲器1a(圖1)和1e(圖5)的聲學特性將與包含夾住金屬振動板的樹脂泡沫體222的常規(guī)壓電揚聲器220(圖22)的聲學特性進行比較。
圖6是說明在依照JIS標準的揚聲器箱中的壓電揚聲器1a(圖1)產(chǎn)生的聲學特性。圖7是說明在依照JIS標準的揚聲器箱中的壓電揚聲器1e(圖5)產(chǎn)生的聲學特性。圖8是說明在依照JIS標準的揚聲器箱中的壓電揚聲器220(圖22)產(chǎn)生的聲學特性。
在壓電揚聲器1a(圖1)、1e(圖5)和220(圖22)都被饋送2V電壓的情況下，在0.5m的距離測量各個特性。
比較圖6和8，可以看出，壓電揚聲器1a(圖1)具有比常規(guī)壓電揚聲器220(圖22)低的共振頻率。因此，壓電揚聲器1a乘法的低音低于常規(guī)壓電揚聲器220的頻率范圍。
如表1所示，常規(guī)壓電揚聲器220(圖22)的最低共振頻率是300Hz，而壓電揚聲器1a(圖1)的最低共振頻率是130Hz。
表1<
>從圖8可以看出，在常規(guī)壓電揚聲器220(圖22)中，隨著頻率范圍的降低，聲壓水平下降了。這證明了常規(guī)壓電揚聲器220具有在低頻范圍重放聲音的困難。
與圖6和7比較，顯然壓電揚聲器1e(圖5)在頻率范圍2KHz到5Hz(中間頻率范圍)在各個谷底的聲壓水平比壓電揚聲器1a(圖1)的高。這是由于設置壓電元件3f到3i，使得發(fā)射振動到對應的振動板4a到4d的效應實現(xiàn)的。因為壓電揚聲器1e具有按這種方式的偽雙路揚聲器結構，在中間頻率范圍各個谷底被互補。結果，在之間頻率范圍中的聲壓水平的平坦底被互補。
在約100Hz到500Hz頻率范圍(低頻范圍)，壓電揚聲器1e(圖5)具有高于壓電揚聲器1a(圖1)的聲壓水平約3dB。這是由于這樣一種結構實現(xiàn)的，即壓電元件3f到3i每個驅動具有比由壓電元件3e驅動的面積小的振動板的效果實現(xiàn)的。由壓電元件3f到3i重放的聲壓水平的合成聲壓水平改善了在低頻范圍的聲壓水平。
與壓電揚聲器1a(圖1)比較，在5KHz到20KHz(高頻范圍)壓電揚聲器1e(圖5)具有較高的聲壓水平和較小的峰谷。這是由于下列原因。壓電元件3f到3i的每個擔負著高頻范圍的重放。因此，提高了聲壓，和利用多個壓電元件的共振模式合成一個壓電元件的共振模式。結果，共振模式被分配到在整個振動板上。
包含在按照本發(fā)明的壓電揚聲器中的各壓電元件、振動板、阻尼器和邊緣并不需要必需具有上述的形狀或特性。這些部件可以按照所期望的聲學特性被檢測修改。
一般來說，由于基于振動板的共振的聲學重放機制，壓電揚聲器在振動板中可能產(chǎn)生一種共振模式。另外，由于具有相對高的內部損耗的金屬或陶瓷材料被用作振動板和壓電元件，一旦產(chǎn)生共振，則非常尖銳的峰谷出現(xiàn)在聲學特性上。
下面，為了降低峰谷的目的，將對聲學特性的各自參數(shù)行討論。
3.蝶形阻尼器和邊緣的物理特性將描述改變蝶形阻尼器或阻尼器和用于支撐振動板的邊緣的物理特性對聲學特性的影響。
如圖9A所示的包含蝶形阻尼器26a的壓電揚聲器被定義為壓電揚聲器1f。如圖9B所示的包含蝶形阻尼器26b的壓電揚聲器被定義為壓電揚聲器1g。蝶形阻尼器26b比蝶形阻尼器26a具有較高的彈性。因此，壓電揚聲器1g的振動板4a到4d可能有小于壓電揚聲器1f的振動板4a到4d的振動(即，振動板4a到4d的共振模式更多生動干擾)。
如表2所示，包含具有約0.1的內部損耗和約1.7×104(N/cm2)的彈性度的一個邊緣或多個邊緣的壓電揚聲器定義為壓電揚聲器1h。包含具有約0.15的內部損耗和約0.7×104(N/cm2)的彈性度的一個邊緣或多個邊緣的壓電揚聲器定義為壓電揚聲器1i。
壓電揚聲器1f和1g的蝶形阻尼器的參數(shù)，并非物理特性，等于壓電揚聲器1e(圖5)的物理特性。壓電揚聲器1h和1i的蝶形阻尼器的參數(shù)，并非物理特性等于壓電揚聲器1e(圖5)的物理特性。
表2
圖10是說明在依照JIS標準揚聲器箱體產(chǎn)生的壓電揚聲器1h(圖1)的聲學特性的圖。圖11是說明在依照JIS標準揚聲器箱體產(chǎn)生的壓電揚聲器1i的聲學特性的圖。圖12是說明在依照JIS標準揚聲器箱體產(chǎn)生的壓電揚聲器1f的聲學特性的圖。圖13是說明在依照JIS標準揚聲器箱體產(chǎn)生的壓電揚聲器1g的聲學特性的圖。
在圖10到13中，曲線A代表聲壓水平對頻率特性，和曲線B代表二次失真特性。該聲學特性是壓電揚聲器1f到1i每個被饋送3.3V電壓的情況系，在0.5m的距離上測量的。
比較圖10和11，顯然，具有高邊緣內部損耗的壓電揚聲器1i提供了比壓電揚聲器1h平坦的聲壓水平和較低的失真率，即，較高的內部損耗對較平坦聲壓水平和可低的失真率有貢獻。
比較圖12和13，與壓電揚聲器1f比較，顯然具有較高蝶形阻尼器彈性度的壓電揚聲器1g從最低共振頻率到中間共振頻率范圍提供各個峰值，這些峰值被移動到較高的頻率范圍，和因此改變了共振模式。
按照蝶形阻尼器和用于支撐各振動板的邊緣的物理特性，聲學特性被改變了。這是因為支撐元件的物理特性影響了各振動板的共振模式。
包含在一個壓電揚聲器中的單一蝶形阻尼器或多個蝶形阻尼器可以包括具有不同物理特性的多個部分，和包含在一個壓電揚聲器一個單一邊緣或多個邊緣可以包括多個具有不同物理特性的部分。通過使多個振動板的共振頻率彼此不同，而使峰谷被減小了。
4.揚聲器系統(tǒng)的聲學特性圖14A是揚聲器系統(tǒng)140的等比例外側圖。揚聲器系統(tǒng)140包括揚聲器箱體142和固定到揚聲器箱體142上的壓電揚聲器1f到1i。壓電揚聲器1f到1i被安排為兩度空間的。
正如上面第3部分所述，壓電揚聲器1f至1i的支撐元件(蝶形阻尼器和邊緣)的物理特性彼此是不同的。
圖14B是說明壓電揚聲器1f至1i彼此連接的圖。壓電揚聲器1f至1i的每個都連接到正線144(+)和負線146(-)上。因此，壓電揚聲器1f至1i可以被同時驅動。
圖15是說明當壓電揚聲器1f至1i在依照JIS標準的箱體中被同時驅動時揚聲器系統(tǒng)140的聲學特性。
在圖15中，曲線(A)代表聲壓水平對頻率的特性，和曲線(B)代表二次失真特性。各聲學特性是在0.5m的距離上，壓電揚聲器1f至1i每個被施加3.3V電壓情況下測量的。
比較圖15與圖10到13的每個，顯然通過組合壓電揚聲器1f至1i使得聲壓水平的平坦度改善了。這是因為壓電揚聲器1f至1i彼此互補了峰谷。
按這種方式，通過同時驅動多個壓電揚聲器，該各壓電揚聲器的支撐元件的物理特性被制造得不同而使得彼此互補峰谷，提供具有足夠平坦的聲壓水平的揚聲器系統(tǒng)。
5.振動板的重量比率此后將描述各振動板的重量比對聲學特性的影響。
如圖16所示的包含代替描述在上面第3部分的壓電揚聲器1h的振動板的振動板4a到4d的壓電揚聲器被定義為壓電揚聲器1j。振動板4a、4b、4c、和4d被設置為1∶2∶3∶4。
這種振動板4a到4d的比是通過，例如施加聚合樹脂到振動板4a到4d的量獲得的和因此在振動板4a到4d上形成具有不同厚度的聚合樹脂層。形成在振動板4a到4d的各聚合樹脂層通過樹脂的阻尼效應，提供一個改善聲壓水平平坦度的優(yōu)點。
另外一種情況下，上述振動板4a到4d的重量比可以通過施加到振動板4a到4d的聚合樹脂的不同密度來獲得。
施加到振動板4a到4d的聚合樹脂可以是與用于形成邊緣的相同類型的。
圖17是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中的壓電揚聲器1j的聲學特性。
在圖17中，曲線(A)代表聲壓水平對頻率的特性，和曲線(B)代表二次失真特性。各聲學特性是在0.5m的距離上，壓電揚聲器1f至1i每個被施加3.3V電壓情況下測量的。
比較圖17與圖10，顯然壓電揚聲器1j具有受到限制的共振峰和比壓電揚聲器1h平坦的聲壓水平。這是因為不同的振動板4a到4d的重量使得振動板4a到4d的共振模式彼此不同。
按這種方式，通過改變各個振動板的重量比，壓電揚聲器的聲學特性可以被控制。
利用制造振動板4a到4d彼此不同的厚度，和利用半刻蝕用于形成振動板4a到4d的金屬板使得振動板4a、4b、4c、和4d具有1∶2∶3∶4的重量比，提供相同的效果。
通過描述在上面第3部分的改變邊緣或蝶形阻尼器的物理特性和改變各個振動板的重量兩種方法，壓電揚聲器的聲學特性可以被選擇之一地進行控制。
6.壓電元件圖18是說明在本發(fā)明的再另外的例子中的壓電揚聲器1k的結構。壓電元件180被設置在壓電揚聲器1k的振動板4a到4d上。除了壓電元件180外的壓電揚聲器1k的參數(shù)等于壓電揚聲器1e(圖5)的參數(shù)。
壓電元件180具有結合了表示在圖5的壓電元件3e到3i通過窄橋獲得的形狀。因此，壓電揚聲器1k的生產(chǎn)不需要電氣連接壓電元件3e到3i的步驟，而這個步驟在生產(chǎn)壓電揚聲器1e(圖5)時是要求的。
雖然在圖18中沒有表示出，具有直徑24mm的壓電元件被設置在振動板4a到4d的表面，該表面相對于設置壓電元件180的表面，諸如在壓電揚聲器1e(圖5)一樣。
圖19是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中壓電揚聲器1k的聲學特性。
在圖19中，曲線(A)代表聲壓水平對頻率的特性，和曲線(B)代表二次失真特性。聲學特性是當壓電揚聲器1k被施加3.3電壓的情況下測量的。
如圖19所示，壓電揚聲器1k在低頻范圍重放聲音。
通過改變壓電揚聲器1k(圖18)的振動板為如圖21所示的振動板獲得的壓電揚聲器被定義為壓電揚聲器1m。設置在振動板24的底部形成雙壓敏結構的壓電元件3e的直徑具有32mm。壓電元件3e并不設置在振動板24的中心，而設置在朝阻尼器5f和5g偏移的位置，使得壓電元件3e幾乎重疊在阻尼器5f和5g上。。由于這種結構，共振模式被改變了。
壓電揚聲器1m的邊緣的材料具有約0.15的內部損耗和約1.0×104(N/cm2)的彈性度，與壓電揚聲器1e(圖5)一樣。
圖23是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中壓電揚聲器1m的聲學特性。
在圖23中，曲線(A)代表聲壓水平對頻率的特性，和曲線(B)代表二次失真特性。聲學特性是當壓電揚聲器1m被施加7.0V電壓情況下測量的。
壓電揚聲器1m、壓電元件3e被設置在從振動板24的中心偏移的位置上。因此，共振模式被改變了。結果，產(chǎn)生在壓電揚聲器1a到1k中的在1KHz到2KHz頻率范圍內的峰谷被抑制了，正如從圖23可以看到的那樣。
通過應用具有約0.4的內部損耗和約0.5×104(N/cm2)的彈性度的以橡膠為基礎的樹脂到壓電揚聲器1m的振動板24上獲得的壓電揚聲器被定義為壓電揚聲器1n。
圖24是說明在依照JIS標準的揚聲器箱體中壓電揚聲器1n的聲學特性。
在圖24中，曲線(A)代表聲壓水平對頻率的特性，和曲線(B)代表二次失真特性。聲學特性是在0.5m距離上，壓電揚聲器1n施加7.0V電壓的情況下測量的。
如圖24所示，失真被有效地降低了，從而通過施加具有相對高的內部損耗的材料到振動板改善了聲壓水平的平坦度，正如在壓電揚聲器1n那樣。
7.用于形成邊緣的聚合樹脂的優(yōu)點通過刻蝕或沖壓具有預定的形狀的被處理的金屬振動板的表面被位于2.0m的70W低壓燈的紫外光照射60秒。紫外光是由低壓汞燈產(chǎn)生的。到達金屬振動板的紫外光的80％為253.7nm的波長和6％的紫外光具有184.9nm。
金屬振動板的表面利用紫外光的能量進行沖洗(即，表面的雜質被分解)。利用紫外光的能量產(chǎn)生的臭氧進行分解獲得的氧化作用，提供了帶有諸如-OH-和-COOH的親水性功能團的表面。結果，金屬振動板被極化。因此，改善了金屬振動板到用于形成邊緣的樹脂的吸潮度，因此改善了聚合樹脂與金屬振動板之間的粘合性。
由于類似的原因，金屬振動板的質量通過等離子照射或電暈照射處理表面還可以被改善。因此，聚合樹脂和金屬振動板之間的粘合性可以被改善。
用于上述實驗的壓電材料在約100℃下被去極化。因此，在利用要求熱熔化的樹脂的情況下，振動板和聚合樹脂需要在低溫下被粘合。
8.用生產(chǎn)壓電揚聲器的方法下面，將按照本發(fā)明的壓電揚聲器例子的方式描述用于生產(chǎn)壓電揚聲器1e(圖5)的方法。描述在上面的其他壓電揚聲器，即，利用類似的方法生產(chǎn)壓電揚聲器1a到1d和1f到1j。該方法包括以下各個步驟處理金屬板、安排壓電元件、形成邊緣、和形成連線。
每個步驟將參照圖20A到20N詳細地描述。
8.1處理金屬板的步驟表示在圖20A的金屬板200被進行處理，形成如圖20B所示的外框架2a、內框架2b、振動板4a到4d、和阻尼器5a到5h、和6a到6d。
形成阻尼器5a和5b，以支撐振動板4a，使得撐振動板4a線性振動。形成阻尼器5c和5d，以支撐振動板4b，使得撐振動板4b線性振動。形成阻尼器5e和5f，以支撐振動板4c，使得撐振動板4c線性振動。形成阻尼器5g和5h，以支撐振動板4d，使得撐振動板4d線振動。
上述各個元件是通過刻蝕或沖壓金屬板200形成的。金屬板200例如是厚度約100μm的42號合金板。代替金屬板200，可以利用導電塑料板或在規(guī)定位置設置有電極的塑料板。
在圖20B中，標號10a代表振動板4a到4d與內框架2b之間的間隙，和標號10b代表內框架2b與外框架2A之間的間隙。
壓電元件3e在由圖21的的虛線所指示的位置上將在最后的步驟形成。將要設置的對應于壓電元件3e的區(qū)域不需要間隙刻蝕或沖壓。
8.2安排壓電元件的步驟利用兩個壓電元件壓電元件3e具有約50μm的厚度和約24mm的直徑和是由PZT(鉛鋯鈦酸鹽)構成的。壓電元件3e的兩個表面設置有導電的電極。
壓電元件3f到3i每個具有約10mm的直徑和是由PZT構成的。壓電元件3f到3i每個的兩個表面設置有導電的電極。
壓電元件3e通過例如丙烯酸粘合被連接到如圖20C所示的(X)位置。壓電元件3e被形成在振動板4a到4d的上表面和還在振動板4a到4d的下表面(即，使得夾著振動板4a到4d)，形成一種雙層結構。因此，壓電元件3e發(fā)射振動到振動板4a到4d。
壓電元件3f到3i每個通過例如丙烯酸粘合被連接到如圖20C所示的位置(Y)。壓電元件3f到3i被形成在振動板4a到4d的任意表面(例如，上表面)，形成單層結構。因此，壓電元件3f到3i分別發(fā)射振動到對應的振動板4a到4d。
壓電元件3f到3i被安排在為，使得從壓電元件3e的上表面看，壓電元件3e的極性是與壓電元件3f到3i的每個的極性相同的。
8.3形成邊緣的步驟參照圖20D，邊緣7a被形成在振動板4a到4d和內框架2b之間的間隙10a(圖20B)，和邊緣7b被形成在內框架2b與外框架2a之間的間隙10b。邊緣7a和7b被形成，使得具有支撐振動板4a到4d的功能，以及防止空氣從間隙10a和10b漏瀉的功能。
邊緣7a和7b可以按照以下方式形成。間隙10a和10b利用涂刷器被填充以聚乙烯丁二烯橡膠(SBR)溶液。聚合樹脂溶液是在室溫下約30分鐘極性干燥，同時利用溶液的表面張力(毛細作用)被保持在間隙10a和10b中。因此，聚合樹脂溶液被固定。被固定的聚合樹脂然后放置在具有約50℃的恒溫容器中大約1小時，和因此被進一步干燥和固化。
通過改變SBR的組分的比率，物理特性(內部損耗和彈性)可以被改變。
在使用聚合樹脂溶液的可固化的溫度下，但在該溫度下壓電元件不被去極化(例如，100℃到室溫)的情況下，通過干燥，對形成邊緣所要求的時間周期可以被縮短。在利用某種類型的樹脂的情況下，對形成邊緣所要求的時間周期通過交叉耦合可以被縮短。
樹脂溶液通過浸泡或旋涂可以被施加到間隙10a和10b，以便簡化邊緣7a和7b的生產(chǎn)方法。在這種情況下，需要利用掩膜防止壓電元的電極3e到3i(圖20C)整個被樹脂覆蓋，因為經(jīng)驗樹脂對電極的整個覆蓋將會絕緣電極。
與在上面參照圖2A描述的部分1一樣，邊緣7a和7b可以通過粘結在振動板4a到4d的底面的滲透了樹脂的板8被選擇性地被形成。
8.4形成導線的步驟參照圖20g，用于防止壓電元件3e到3i和振動板4a到4d短路的絕緣膜28是在壓電元件3e到3i和振動板4a到4d部分地施加絕緣樹脂形成的，該絕緣樹脂是通過絲網(wǎng)印刷、在室溫下干燥約30分鐘、和在約50℃的恒溫槽中干燥樹脂約一小時。
絕緣樹脂可以是與形成邊緣7a和7b的樹脂相同類型的。
絕緣膜28主要用于絕緣壓電元件3e到3i和振動板4a到4d的目的。只要絕緣膜沒有氣眼和具有足夠的絕緣度，絕緣膜28則實現(xiàn)這個目的。絕緣膜28沒有具體的性狀的限制，或所用的樹脂也沒有任何具體的量的限制。絕緣膜28最好是由具有相對高的內部損耗和彈性的材料構成的。
接下來，導電膠是如圖20F所示的通過絲網(wǎng)印刷施加的，因此形成導線29用于電氣上互相連接壓電元件3e和壓電元件3f到3i的每個。
絕緣膜38a按照如圖20g所示的類似的方式，被形成在振動板4a到4d的上表面的規(guī)定位置上。絕緣膜38b按照如圖20H所示的類似的方式，被形成在振動板4a到4d的上表面的規(guī)定位置上。導線49a如圖20I所示被形成在絕緣膜38a上。導線49b如圖20J所示被形成在絕緣膜38a上。
接下來，如圖20K所示，插入內部端子51，使得夾住導線49a和49b。圖20L是插入內部端子51的和沿圖20K的線L-L′取的剖面圖。
絕緣樹脂可以按形成邊緣7a和7b相同的步驟進行施加。在這種情況下，掩膜68a如圖20M所示被用于施加在上表面的絕緣樹脂上，和掩膜68b如圖20所示被用于施加在下表面的絕緣樹脂上。
用在這里的導電膠是一種易揮發(fā)溶劑性可干燥樹脂和在壓電元件被去極化或低些的溫度下具有導電性。
按照本發(fā)明的一個方面，壓電揚聲器包括被支撐的振動板，使得振動板線性地振動，和至少一個邊緣，用于防止空氣通過振動板與框架之間的間隙漏瀉和用于支撐振動板，和還用于支撐振動板使得保持較平的振動板振幅。由于這種結構，可以重放比常規(guī)壓電揚聲器低的頻率范圍的聲音。
按照本發(fā)明的另一個方面，壓電揚聲器包括多個被支撐的振動板，以便每個振動板線性地振動。由于這種結構，因壓電揚聲器的平板形狀所引起的共振被分配到多個振動板上。結果，防止出現(xiàn)在聲學特性上的大的峰谷。
一種按照本發(fā)明的用于生產(chǎn)壓電揚聲器的方法提供具有上述結果的壓電揚聲器。
通過組合多個上述的壓電揚聲器提供一種具有滿足平坦聲壓水平的揚聲器系統(tǒng)。
對于本專業(yè)的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，做出其它各種修改將是顯而易見的。因此，并不試圖以所描述的本說明書作為權利要求的范圍，而是以權利要求書進行更寬的限定。
權利要求
1.一種壓電揚聲器，包括一個框架；一個振動板；一個設置在振動板上的壓電元件；一個連接到框架上和振動板上的阻尼器，用于支撐該振動板，使得振動板線性振動；和一個邊緣，用于防止空氣從振動板與框架之間的間隙漏瀉。
2.一種壓電揚聲器，包括一個框架；多個振動板；至少一個設置在多個振動板上的壓電元件；多個連接到框架上和多個振動板上的阻尼器，用于支撐多個振動板，使得每個振動板線性振動；和一個邊緣，用于防止空氣從多個振動板與框架之間的間隙漏瀉。
3.按照權利要求2的壓電揚聲器，其中至少一個壓電元件包括第一壓電元件和多個第二壓電元件，第一壓電元件發(fā)射振動到多個振動板，和多個第二振動板的每個發(fā)射振動到多個振動板中與之對應的一個。
4.按照權利要求2的壓電揚聲器，其中多個振動板的表面的至少一部分在上面設置有樹脂部分。
5.按照權利要求4的壓電揚聲器，其中形成邊緣的樹脂與設置在多個振動板的表面的樹脂是相同類型的。
6.按照權利要求2的壓電揚聲器，其中多個阻尼器包括多個彼此具有不同物理特性部分。
7按照權利要求2的壓電揚聲器，其中多個邊緣包括多個彼此具有不同物理特性部分。
8.按照權利要求2的壓電揚聲器，其中多個振動板包括彼此不同的重量。
9.按照權利要求8的壓電揚聲器，其中多個振動板被設置具有彼此不同厚度的個樹脂層。
10.按照權利要求8的壓電揚聲器，其中多個振動板具有具有彼此不同的厚度。
11.一種用于生產(chǎn)壓電揚聲器的方法，包括以下步驟處理平板形成一個框架、形成多個振動板、和連接到該框架和多個振動板上的多個阻尼器，用于支撐多個振動板，使得多個振動板的每個線性地振動；安排至少一個壓電元件在多個振動板上；和形成一個邊緣，用于防止空氣從多個振動板與框架之間的間隙漏瀉。
12.按照權利要求11的壓電揚聲器的生產(chǎn)方法，其中邊緣是通過粘合一個片到多個振動板上形成的。
13.按照權利要求12的壓電揚聲器的生產(chǎn)方法，其中片是彈性薄橡膠膜。
14.按照權利要求12的壓電揚聲器的生產(chǎn)方法，其中片是彈性紡織物和彈性非紡織物之一，它們通過浸泡和涂覆方法之一被填充以具有橡膠彈性的樹脂。
15.按照權利要求11的壓電揚聲器的生產(chǎn)方法，其中邊緣是利用由液體聚合樹脂的表面張力引起的毛細作用通過保持液體聚合樹脂在多個振動板與框架之間的間隙中形成的。
16.按照權利要求15的壓電揚聲器的生產(chǎn)方法，其中聚合樹脂是溶劑易揮發(fā)可固化樹脂、包含液體樹脂組分和低溫作用可固化樹脂的至少兩種類型的混合作用可固化樹脂之一。
17.按照權利要求15的壓電揚聲器的生產(chǎn)方法，其中聚合樹脂通過浸泡和涂敷(spin-coating)方法之一被保持在間隙中的。
18.按照權利要求15的壓電揚聲器的生產(chǎn)方法，還包括在形成邊緣步驟之前，在多個振動板與聚合樹脂之間增加粘度。
19.按照權利要求11的壓電揚聲器的生產(chǎn)方法，還包括電氣連接至少一個壓電元件的步驟。
20.一種包含多個按照權利要求4的揚聲器系統(tǒng)。
21.按照權利要求20的揚聲器系統(tǒng)，其中多個揚聲器具有不同的聲學特性，使得互補彼此的峰谷。
全文摘要
一種壓電揚聲器包括一個框架;振動板;一個設置在振動板上的壓電元件;一個連接到框架和到振動板的阻尼器,用于支撐振動板使得振動板線性地振動;和用于防止空氣通過振動板與框架之間的間隙漏瀉的邊緣。
文檔編號H04R17/00GK1257399SQ9912771
公開日2000年6月21日 申請日期1999年11月5日 優(yōu)先權日1998年11月5日
發(fā)明者小椋高志, 村田耕作 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社