JP5579627B2 - 圧電型音響変換器 - Google Patents
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Description
第1の手法では、有効振動面積の拡大が必要であるが、薄型化及び小型化が求められるモバイル機器やAV機器では、拡大できるサイズに限界がある。特に、限られた容積のキャビネットでは、圧電振動板の背面容積不足の影響による低域再生能力の劣化が大きい。
第2の手法では、駆動電圧を高くする必要があるが、実現するためにはスピーカ駆動用の昇圧アンプを別途必要とするため、部品点数の増加によるスペース増大及びコスト増加を招いてしまう。
第3の手法では、圧電素子の積層数を多くする必要があるが、積層数に応じて圧電素子のコストが増加する。また、圧電材や電極の1層当たりの厚みには材料や工法上の制約があるため、積層できる数にも限界がある。
なお、以下の各実施形態では、本発明の圧電型音響変換器をスピーカに適用した例を説明するが、本発明の圧電型音響変換器は、加振器、センサ、及びマイク等に適用してもよい。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る圧電型音響変換器1の構造を示す部品分解図である。図2は、図1に示す圧電型音響変換器1のA−A断面図である。図3A及びBは、図1に示す圧電型音響変換器1の振動動作を説明する図である。
上部スピーカ回路10は、外枠部11、第1の導通部12、第2の導通部13、及び圧電振動板14で構成されている。外枠部11は、外周Rかつ所定の幅wを持つ四角枠状の基板である。この外枠部11には、互いに絶縁された第1の電気配線11a及び第2の電気配線11bが形成されている。圧電振動板14は、外枠部11の内周よりも小さい外周rを持つ矩形の基板15と、基板15の上面の一部に実装された圧電素子16と、基板15の下面の一部に実装された圧電素子17とを含む。この圧電振動板14は、第1の導通部12及び第2の導通部13によって、湾曲可能に外枠部11と接続されている。典型的には、外枠部11、基板15、第1の導通部12、及び第2の導通部13は、別部品で構成することなく、基板材料を打ち抜き加工することで一体で成形される。
上部スピーカ回路10の第1の電気配線11aと第2の電気配線11bとの間に第1極性の電圧が印加されると、圧電素子16と圧電素子17とが互いに逆方向に伸縮する。この結果、2つの圧電素子の伸張と縮小との差に応じて基板15が湾曲し、圧電振動板14は厚み方向にXだけ変位する。一方、この第1極性の電圧は、下部スピーカ回路20の第1及び第2の電気配線21a及び21bとの間にも印加され、圧電素子26と圧電素子27とが互いに逆方向に伸縮する。この結果、2つの圧電素子の伸張と縮小との差に応じて基板25が湾曲し、圧電振動板24は厚み方向に−xだけ変位する。図3Aを参照。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る圧電型音響変換器2の構造を示す部品分解図である。図6は、図5に示す圧電型音響変換器2のB−B断面図である。
図7は、本発明の第3の実施形態に係る圧電型音響変換器3の構造を示す部品分解図である。図8は、図7に示す圧電型音響変換器3のC−C断面図である。図9A及びBは、図7に示す圧電型音響変換器3の振動動作を説明する図である。
基板には、汎用プラスチック素材(ポリカーボネート、ポリアリレートフィルム、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等)や、液晶ポリマー等の絶縁性を有する材料が用いられる。圧電材には、単結晶圧電体や、セラミック圧電体や、高分子圧電体が用いられる。電極には、銅、アルミ、チタン、又は銀等のいずれかを含む薄膜材料や、それらの合金薄膜材料が用いられる。エッジは、柔軟なプラスチック素材(ポリエーテルスルホン等)や、ゴム系高分子素材(SBR、NBR及びアクリロニトリル等)等が用いられる。連結部材には、汎用プラスチック素材や、ゴム系高分子素材(SBR、NBR及びアクリロニトリル等)や、液晶ポリマー等が用いられる。
上記第1〜第3の実施形態では、各々の圧電振動板が基板の上面及び下面の両方に圧電素子を実装している場合を説明した。しかし、本発明の圧電型音響変換器には、上面又は下面のいずれかに圧電素子を実装している圧電振動板も、同様に適用可能である(例えば、図10A及びB)。
図12は、本発明の圧電型音響変換器を携帯電話端末に搭載した場合の外観図である。 図12において、圧電型音響変換器103は、上述した本発明の圧電型音響変換器1〜3であり、携帯電話端末の筐体101に設けられたディスプレイ102の両側に配置される。この圧電型音響変換器103から発生した音は、音孔104を通じて外部空間に放射される。
図13は、本発明の圧電型音響変換器を薄型テレビに搭載した場合の外観図である。図13において、本発明の圧電型音響変換器107は、上述した本発明の圧電型音響変換器1〜3であり、薄型テレビの筐体105に設けられたディスプレイ106の両側に配置される。
本発明の圧電型音響変換器を、上述した携帯電話端末や薄型テレビ等の筐体に直接取り付けると、動作時の振動が筐体に伝搬して不要な音(筐体固有振動の励振等)が発生し易いという問題を生じる。そこで、このような場合には、圧電型音響変換器を筐体に取り付ける際に、次のように防振加工及び制振加工を施すことが好ましい。
10、20、30、40 スピーカ回路
11、21、41 外枠部
11a、11b、21a、21b、41a、41b 電気配線
12、13、22、23、38 導通部
14、24、34、44 圧電振動板
15、25、35、45 基板
16、17、26、27、36、37、46、47 圧電素子
74、75、80 連結部材
76 エッジ
77、78、81 フレーム
79 梁部
101、105、111 筐体
102、106 ディスプレイ
104 音孔
111a 開口部
111b、111c、111d 内壁
112 突起部
113 防振部材
114 制振部材
Claims (6)
- 印加される電圧に応じて振動する圧電型音響変換器であって、
基板の少なくとも一方の主面に圧電素子が装着された、第1の圧電振動板と、
基板の少なくとも一方の主面に圧電素子が装着された、第2の圧電振動板と、
前記第1及び第2の圧電振動板の圧電素子の振動軸を一致させ、かつ、前記第1の圧電振動板と前記第2圧電振動板を連結する、複数の連結部材と、
前記第2の圧電振動板の、全部又は一部を覆うように配置され、前記圧電型音響変換器の上部に放射される音波に干渉する下部から発生する逆位相の音波を遮断する、伸縮自在のエッジと、
前記第1の圧電振動板を支持し、振動しない第1の固定フレームとを備え、
前記第1及び第2の圧電振動板は、印加される電圧に応じて互いに逆方向に変位するように、それぞれの圧電素子の極性が設定されており、
前記第1の圧電振動板は、前記基板の中央位置で前記第1の固定フレームに連結されており、前記圧電素子が伸縮する方向と交わる前記基板の端辺位置で前記第2の圧電振動板と前記複数の連結部材を介して連結されており、
前記第1及び第2の圧電振動板は、矩形であって、
前記複数の連結部材は、前記第1の圧電振動板と前記第2の圧電振動板との各々の前記基板の短辺又は隅の位置で接着されることで、前記第1の圧電振動板と前記第2の圧電振動板とを連結することを特徴とする、圧電型音響変換器。 - 前記第1の圧電振動板の外周外側であって前記第1の圧電振動板と同一平面に位置する第1の外枠部と、
前記第2の圧電振動板の外周外側であって前記第2の圧電振動板と同一平面に位置する第2の外枠部と、
前記第1の外枠部に連結され、前記第1の圧電振動板を振動可能に支持し、前記第1の圧電振動板と同一平面に位置する、第1の支持部と、
前記第2の外枠部に連結され、前記第2の圧電振動板を振動可能に支持し、前記第2の圧電振動板と同一平面に位置する、第2の支持部と、
前記第1の外枠部と、前記第2の外枠部との間に位置する、振動しない第2の固定フレームとをさらに備えた、請求項1に記載の圧電音響変換器。 - 前記圧電素子は、前記基板の表面に形成されたプリント配線と平板の電極とで、圧電材を挟んだ構造であることを特徴とする、請求項1又は2のいずれかに記載の圧電型音響変換器。
- 前記圧電材は、単結晶圧電体、セラミック圧電体、又は高分子圧電体のいずれかであることを特徴とする、請求項3に記載の圧電型音響変換器。
- 前記第1及び第2の圧電振動板は、前記複数の連結部材の内部又は外部に設けられた導通部を通じて電気的に接続されていることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の圧電型音響変換器。
- 前記複数の連結部材の外部に設けられた導通部は、前記圧電振動板が備えるプリント配線が表面に形成された基板と一体成形されていることを特徴とする、請求項5に記載の圧電型音響変換器。
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