JP6114396B2 - 音響発生器およびそれを用いた電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、音響発生器およびそれを用いた電子機器に関するものである。
従来、振動板に圧電素子を取り付けたスピーカーが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。
しかしながら、上述した従来のスピーカーは、振動板の裏面から生じる逆位相の音が表側に回り込むことにより、振動板の表側において特に低音が小さくなって音質が劣化するという問題があった。また、振動板の裏面から生じる逆位相の音の表側への回り込みを防止するためにバッフルボードを設置すると、音響発生器が大型化してしまうという問題があった。
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、良好な音質の音を発生させることができる小型の音響発生器およびそれを用いた電子機器を提供することにある。
本発明の音響発生器は、電気信号が入力されて振動する圧電素子と、第1主面および該第1主面と反対側の第2主面を有しており、前記圧電素子が設けられて該圧電素子の振動によって振動して音響を発生させる振動体と、前記振動体に対して第1方向側に設けられており、前記振動体に面するとともに前記振動体の前記第1主面に対して傾いている第1表面を有する、第1反射部材と、前記振動体に対して前記第1方向と反対方向である第2方向側に設けられており、前記振動体を間に挟んで前記第1反射部材の前記第1表面と向かい合うとともに前記振動体の前記第2主面に対して傾いている第2表面を有する、第2反射部材と、前記第1方向と異なる方向である第3方向に向かって開口しており、前記振動体および前記第1反射部材の間の空間である第1空間と、該第1空間の外側の空間とを接続する、第1開口と、前記第2方向および前記第3方向と異なる方向である第4方向に向かって開口しており、前記振動体および前記第2反射部材の間の空間である第2空間と、該第2空間の外側の空間とを接続する、第2開口と、を有しており、前記圧電素子は、前記第1反射部材に近く前記第2反射部材から遠い位置に配置されており、前記第1反射部材は、前記圧電素子と向かい合う部分の少なくとも一部を含む部分を貫通する第1貫通孔を有していることを特徴とする。
本発明の電子機器は、前記音響発生器と、該音響発生器に接続された電子回路とを少なくとも有しており、前記音響発生器から音響を発生させる機能を有することを特徴とする。
本発明の音響発生器によれば、良好な音質の音を発生させることができる小型の音響発生器を得ることができる。本発明の電子機器によれば、良好な音質の音を発生させることができる小型の電子機器を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態の例である音響発生器およびそれを用いた電子機器を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1,図2は本発明の第1実施形態の音響発生器を模式的に示す平面図である。図3は図1におけるA−A’線断面図である。図4は図1におけるB−B’線断面図である。なお、図においては、方向を示すためにXYZ直交座標と、X’YZ’直交座標を示している。ここで、X’軸は、Y軸を中心としてX軸を時計回りに回転させた座標軸であり、Z’軸は、Y軸を中心としてZ軸を時計回りに回転させた座標軸である。なお、X’軸のX軸に対する回転量と、Z’軸のZ軸に対する回転量は等しい。そして、図1は+Z’方向から見た状態を示しており、図2は、−Z’方向から見た状態を示している。
図1,図2は本発明の第1実施形態の音響発生器を模式的に示す平面図である。図3は図1におけるA−A’線断面図である。図4は図1におけるB−B’線断面図である。なお、図においては、方向を示すためにXYZ直交座標と、X’YZ’直交座標を示している。ここで、X’軸は、Y軸を中心としてX軸を時計回りに回転させた座標軸であり、Z’軸は、Y軸を中心としてZ軸を時計回りに回転させた座標軸である。なお、X’軸のX軸に対する回転量と、Z’軸のZ軸に対する回転量は等しい。そして、図1は+Z’方向から見た状態を示しており、図2は、−Z’方向から見た状態を示している。
本実施形態の音響発生器は、図1〜図4に示すように、圧電素子1と、フィルム3と、枠部材5aと、枠部材5bと、樹脂層20と、反射部材81と、反射部材82と、反射部材83aと、反射部材83bと、反射部材84aと、反射部材84bと、開口21と、開口22と、を有している。
枠部材(5a,5b)は、矩形の枠状の形状を有している。枠部材5aおよび枠部材5bの間にはフィルム3の外周部が挟み込まれ、フィルム3に張力を加えた状態で固定している。枠部材(5a,5b)の材質および形状は特に限定されるものではなく、フィルム3および樹脂層20よりも変形し難いものであれば良い。例えば、硬質樹脂、プラスチック、エンジニアリングプラスチック、セラミックス、金属等を用いて枠部材(5a,5b)を形成することができる。例えば、厚み100〜1000μmのステンレス製の枠部材(5a,5b)を用いることができる。また、枠部材(5a,5b)の内形状も、矩形状に限定されるものではなく、楕円形や菱形であってもよい。なお、枠部材5bは必須ではなく、枠部材5bを有さない場合には、例えば、枠部材5aの−Z’方向の表面にフィルム3を接着すればよい。
フィルム3は、張力をかけられた状態で、矩形状の周縁部を全体的に枠部材5aおよび枠部材5bで挟まれて固定されており、枠部材(5a,5b)によって振動可能に支持されている。そして、フィルム3における枠部材(5a,5b)の内側に位置する振動可能な部分が、圧電素子1が取り付けられて圧電素子1とともに振動する振動体3aとして機能している。このように、振動体3aは、平板状であり、主面61および主面62を有している。フィルム3の厚みは、例えば、10〜200μmとされる。フィルム3は、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリスチレン等の樹脂を用いて形成することができる。パルプや繊維等からなる紙によってフィルム3を構成しても構わない。
圧電素子1は、平板状の形状を有している。圧電素子1の2つの主面(+Z’方向の表面および−Z’方向の表面)は、+Y方向が長く+X’方向が短い矩形である。詳細な図示を省略するが、圧電素子1は、積層体と、複数の表面電極と、複数の側面電極とで構成されている。積層体は、圧電セラミックスからなる圧電体層と、内部電極層とを、+Z’方向に交互に積層して構成される。複数の表面電極は、積層体の2つの主面にそれぞれ配置されている。複数の側面電極は、積層体の+Y方向の表面および−Y方向の表面にそれぞれ設けられている。なお、表面電極および内部電極層は、積層体の+Y方向の表面および−Y方向の表面に交互に引き出されており、それぞれ側面電極に接続されている。
圧電素子1は、バイモルフ型の圧電素子とされており、電気信号が入力されたときに、任意の瞬間において、+Z’方向と−Z’方向とで伸縮が逆になるようにされている。よって、圧電素子1は、電気信号が入力されて屈曲振動する。そして、圧電素子1とフィルム3とは、例えば、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリエステル系樹脂等の既知の接着剤や両面テープ等によって接着されている。よって、電気信号が入力されて圧電素子1が振動すると、フィルム3の枠部材(5a,5b)の内側の部分で構成される振動体3aは、圧電素子1とともに振動する。なお、圧電素子1は、電気信号が入力されて伸縮振動する圧電素子と金属板とを張り合わせて構成したモノモルフ型の振動素子でも構わない。
圧電素子1の圧電体層は、ジルコン酸鉛(PZ)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、Bi層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等、従来用いられている圧電セラミックスを用いて形成することができる。圧電体層の1層の厚みは、例えば、10〜100μm程度とするのが望ましい。
圧電素子1の内部電極層は、既知の種々の金属材料を用いて形成することができる。例えば、銀とパラジウムとからなる金属成分と圧電体層を構成する材料成分とを含有する内部電極層とすることができる。圧電素子1の表面電極および側面電極は、既知の種々の金属材料を用いて形成することができる。例えば、銀からなる金属成分およびガラス成分を含有する材料を用いて、表面電極および側面電極を形成することができる。
樹脂層20は、圧電素子1を埋設するように、枠部材5aの内側の全体に渡って充填されている。樹脂層20は、既知の種々の材料を用いて形成することができる。例えば、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂等の樹脂や、あるいはゴム等を用いることができる。また、樹脂層20の厚みは、スプリアスを抑制するという点から、圧電素子1を完全に覆う程度の厚みであることが望ましい。
反射部材81は、平板状の形状を有している。反射部材81は、振動体3aに対して−Z方向側に、振動体3aの主面61に対して傾けて配置されており、枠部材5bに取り付けられている。また、反射部材81は、表面81aを有している。反射部材81の表面81aは、振動体3aに面するとともに振動体3aの主面61に対して傾いている。そして、反射部材81は、振動体3aの主面61側から発生する音響を、−X’方向へ反射する。反射部材82は、平板状の形状を有している。反射部材82は、振動体3aに対して+Z方向側に、振動体3aの主面62に対して傾けて配置されており、枠部材5aに取り付けられている。また、反射部材82は、表面82aを有している。反射部材82の表面82aは、振動体3aを間に挟んで反射部材81の表面81aと向かい合っており、振動体3aの表面62に対して傾いている。そして、反射部材82は、振動体3aの主面62側から発生する音響を、+X’方向へ反射する。また、反射部材81は、反射部材81を貫通する貫通孔91を有している。貫通孔91は、反射部材81における圧電素子1と向かい合う部分の少なくとも一部を含む部分を貫通している。
反射部材83aおよび反射部材83bは、平板状の形状を有しており、振動体3aに対して−Z’方向側に配置されている。そして、反射部材83aは、+Y方向の端部において、枠部材5bと反射部材81とを接続しており、反射部材83bは、−Y方向側の端部において、枠部材5bと反射部材81とを接続している。すなわち、反射部材83aおよび反射部材83bは、枠部材5bを介して、振動体3aと反射部材81とを接続している。振動体3aおよび反射部材81の間の空間25は、振動体3a,枠部材5b,反射部材81,反射部材83aおよび反射部材83bによって囲まれている。そして、−X’方向側端部に−X’方向に向けて開口した開口21が形成されている。開口21は、空間25と、空間25の外側の空間とを接続している。
反射部材84a,反射部材84bは、平板状の形状を有しており、振動体3aに対して+Z’方向側に配置されている。そして、反射部材84aは、+Y方向の端部において、枠部材5aと反射部材82とを接続しており、反射部材84bは、−Y方向側の端部において、枠部材5aと反射部材82とを接続している。すなわち、反射部材84aおよび反射部材84bは、枠部材5aを介して、振動体3aと反射部材82とを接続している。振動体3aおよび反射部材82の間の空間26は、振動体3a,枠部材5a,反射部材82,反射部材84aおよび反射部材84bによって囲まれている。そして、+X’方向側端部に+X’方向に向けて開口した開口22が形成されている。開口22は、空間26と、空間26の外側の空間とを接続している。
なお、枠部材(5a,5b)は、反射部材81と反射部材82との間の空間を反射部材81側と反射部材82側とに仕切る反射部材として機能している。そして、振動体3aは、枠部材(5a,5b)が有する貫通孔を塞ぐように設けられている。
このような反射部材(81,82,83a,83b,84a,84b)は、例えば、合成樹脂,木材,金属,セラミックス等の種々の材料を用いて形成することができる。反射部材(81,82,83a,83b,84a,84b)の平面形状も特に限定されるものではなく、種々の形状にすることが可能である。反射部材(81,82,83a,83b,84a,84b)の厚みも、特に限定されるものではなく、例えば、1mm〜10mm程度に設定される。
このように、本実施形態の音響発生器は、圧電素子1と、振動体3aと、反射部材81と、反射部材82と、開口21と、開口22と、を有している。振動体3aは、主面62および主面62と反対側の主面61を有しており、圧電素子1が設けられて圧電素子1の振動によって振動して音響を発生させる。反射部材81は、振動体3aに対して−Z方向側に設けられており、表面81aを有している。反射部材81の表面81aは、振動体3aに面するとともに振動体3aの主面61に対して傾いている。反射部材82は、振動体3aに対して−Z方向と反対方向である+Z方向側に設けられており、表面82aを有している。反射部材82の表面82aは、振動体3aを間に挟んで反射部材81の表面81aと向かい合っており、振動体3aの表面62に対して傾いている。開口21は、−Z方向と異なる方向である−X’方向に向かって開口している。また、開口21は、振動体3aおよび反射部材81の間の空間である空間25と、空間25の外側の空間とを接続している。開口22は、+Z方向および−X’方向と異なる方向である+X’方向に向かって開口している。また、開口22は、振動体3aおよび反射部材82の間の空間である空間26と、空間26の外側の空間とを接続している。このような構成を有しているため、本実施形態の音響発生器は、小型であるとともに、良好な音質の音を発生させることができる。この効果が得られる理由は、振動体3aの主面61側から発生する音響と、振動体3aの主面62側から発生する音響とを、それぞれ指向性を高めて異なる方向へ放射することにより、大きなバッフルボードや筐体を用いることなく、位相が異なる音同士の干渉を低減できるためでないかと考えられる。
また、本実施形態の音響発生器では、圧電素子1は、反射部材81に近く反射部材82から遠い位置に配置されている。そして、反射部材81は、反射部材81を貫通する貫通孔91を有している。貫通孔91は、反射部材81における圧電素子1と向かい合う部分の少なくとも一部を含む部分を貫通している。このような構成を有しているため、本実施形態の音響発生器は、反射部材81および反射部材82と、圧電素子1とが、接近しすぎることによって生じる音質の低下を低減することができる。この効果が得られる理由は、明確に特定できていないが、次のように推定できる。すなわち、圧電素子1が取り付けられた場所は、発生する音の音圧が、振動体3aにおいて最も大きくなる。よって、圧電素子1が取り付けられた場所が、反射部材81または反射部材82に接近しすぎると、振動体3aと、反射部材81または反射部材82との間の反響が強くなって音質が低下する(硬くて耳障りな音になる)。そこで、圧電素子1を、反射部材82から遠い位置に配置することによって、振動体3aと、反射部材82との間の反響を低減するとともに、反射部材81における、圧電素子1に対向する部分の少なくとも一部に、貫通孔91を形成することによって、振動体3aと、反射部材81との間の反響を低減することができる。よって、本実施形態の音響発生器は、音質が高い音を発生させることができる。
なお、「開口21が−X’方向に向かって開口している」とは、−X’方向から見たときに、開口21が見えることである。また、「反射部材81における圧電素子1と向かい合う部分」とは、圧電素子1から反射部材81に下ろした垂線が反射部材81と交わる部分のことである。また、「圧電素子1が、反射部材81に近く反射部材82から遠い位置に配置されている」とは、圧電素子1と反射部材81との距離が、圧電素子1と反射部材82との距離よりも小さいことである。
また、本実施形態の音響発生器においては、振動体3aの主面62に沿った1つの方向を+X’方向とし、+X’方向と反対方向を−X’方向とすると、振動体3aの+X’方向の端部が反射部材81に近接し、振動体3aの−X’方向の端部が反射部材82に近接しており、圧電素子1は、振動体3aにおける+X’方向に偏った位置に設けられている。これにより、振動体3aを、反射部材81と反射部材82の間の全体に渡る大きさにすることができるとともに、圧電素子1を反射部材82から遠い位置に配置することができる。よって、本実施形態の音響発生器は、小型でありながら、音圧が高く高音質な音響を発生させることができる。
また、本実施形態の音響発生器では、反射部材81と反射部材82との間隔をD1とし、振動体3aの+X’方向における長さをL1とすると、D1<L1である。これにより、反射部材81と反射部材82との間隔を小さくしつつ、振動体3aの大きさを大きくできるので、低周波側における音圧が高く小型の音響発生器を得ることができる。
また、本実施形態の音響発生器では、振動体3aの主面62に沿った方向であり、且つ+X’方向に対して垂直な1つの方向を+Y方向とすると、圧電素子1の+Y方向の長さが、圧電素子1の+X’方向の長さよりも大きい。これにより、圧電素子1と反射部材82との間隔を大きく保ちつつ、圧電素子1の長さを長くすることができるので、音質の低下を抑制しつつ、低周波数側における音圧を高めることができる。
また、本実施形態の音響発生器においては、貫通孔91は、反射部材81における、圧電素子1と最も接近する部分に選択的に形成されている。これにより、音質の低下を抑制しつつ、開口21から放射される音響における全体的な音圧の低下を防止することができる。
本実施形態の音響発生器は、例えば次のようにして製造することができる。まず、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を添加して掻き混ぜて、スラリーを作製する。圧電材料としては、鉛系、非鉛系のうちいずれでも使用することができる。次に、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを作製する。このグリーンシートに導体ペーストを印刷して内部電極となる導体パターンを形成し、この導体パターンが形成されたグリーンシートを積層して、積層成形体を作製する。
次に、この積層成形体を脱脂、焼成し、所定寸法にカットすることにより積層体を得ることができる。そして、必要に応じて、積層体の外周部を加工する。次に、積層体の積層方向の主面に、導体ペーストを印刷して表面電極となる導体パターンを形成し、積層体の長手方向(+Y方向)の両側面に、導体ペーストを印刷して側面電極となる導体パターンを形成する。そして、所定の温度で電極の焼付けを行うことにより、圧電素子1となる構造体を得ることができる。その後に、圧電素子1に圧電性を付与するために表面電極または側面電極を通じて直流電圧を印加して、圧電素子1の圧電体層の分極を行う。このようにして圧電素子1を得ることができる。
次に、フィルム3および枠部材(5a,5b)を準備し、フィルム3に張力をかけた状態で、フィルム3の周縁部を枠部材5aおよび枠部材5bで挟んで接着剤で固定する。次に、フィルム3の表面に圧電素子1を接着剤等により接合し、圧電素子1に配線を接続する。そして、枠部材5aの内側に樹脂を流し込んで硬化させることにより樹脂層20を形成する。そして、枠部材5aに、所定形状に加工した反射部材(81,82,83a,83b,84a,84b)を接着剤等で接合する。このようにして、本実施形態の音響発生器を得ることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態の音響発生器について、図5〜図9を用いて説明する。図5,図6は、本発明の第2実施形態の音響発生器を模式的に示す斜視図である。図7は、図5のC−C’線断面図である。図8は、図5のD−D’線断面図である。図9は、本発明の第2実施形態の音響発生器を模式的に示す分解斜視図である。なお、本実施形態においては、前述した第1実施形態の音響発生器と異なる点について説明し、同様の構成要素には同じ参照符号を付して、重複する説明を省略する。
次に、本発明の第2実施形態の音響発生器について、図5〜図9を用いて説明する。図5,図6は、本発明の第2実施形態の音響発生器を模式的に示す斜視図である。図7は、図5のC−C’線断面図である。図8は、図5のD−D’線断面図である。図9は、本発明の第2実施形態の音響発生器を模式的に示す分解斜視図である。なお、本実施形態においては、前述した第1実施形態の音響発生器と異なる点について説明し、同様の構成要素には同じ参照符号を付して、重複する説明を省略する。
本実施形態の音響発生器は、前述した第1実施形態の音響発生器が有していた反射部材83a,反射部材83b,反射部材84a,反射部材84bを有しておらず、その代わりに、反射部材85,反射部材86,反射部材87,反射部材88を有している。また、反射部材81および反射部材82の形状が、前述した第1実施形態の音響発生器と異なっている。
反射部材85は、+Z方向または−Z方向から見たときに反射部材81と反射部材82とが重なる領域の一部(+Y方向の中央部)に、反射部材81と反射部材82との間の空間を反射部材81側と反射部材82側とに仕切るように配置されている。また、反射部材85は、反射部材81および反射部材82に対して、振動体3aと同様に傾けて配置されている。なお、「同様に傾ける」とは、同じ方向に同じ角度で傾けることを意味するが、完全に一致する必要はなく、製造誤差程度異なっていても構わない。そして、反射部材85の中央部に貫通孔95が形成されており、貫通孔95の周囲に枠部材5bが接合されることによって、貫通孔95を塞ぐように振動体3aが取り付けられている。
反射部材86aは、反射部材85の周縁部から反射部材81へ向けて−Z方向に伸びており、反射部材85と反射部材81とを接続している。このようにして、反射部材81,反射部材85,反射部材86,枠部材5bおよび振動体3aによって囲まれた空間71が形成されている。また、空間71の−X方向端部に位置する反射部材86には、空間71と、空間71の外側の空間とを接続する複数の開口74が形成されている。そして、振動体3aの主面61側から発生した音響が、開口74を介して放射される。
反射部材88は、反射部材81の周縁部から反射部材82の周縁部へ向けて+Z方向へ伸びており、反射部材81と反射部材82とを接続している。このようにして、反射部材81,反射部材82,反射部材85,反射部材86,反射部材88,枠部材5a,枠部材5bおよび振動体3aによって囲まれた空間72が形成されている。また、空間72の+Y方向の端部に位置する反射部材88には、空間72と、空間72の外側の空間とを接続する開口75が形成されている。また、開口75にダクト73が接続されている。なお、ダクト73は、−X方向に向けて開口している。
また、反射部材81の−Z方向の主面における−X方向の端部には、+Z方向に傾けられた反射部材87が取り付けられており、ダクト73および複数の開口74から放射された音響が、+Z方向へ向かうように反射部材87で反射される。
また、反射部材81には、1つの貫通孔92と、2つの貫通孔93と、複数の貫通孔94とが形成されている。貫通孔92および2つの貫通孔93の各々は、反射部材81における圧電素子1と向かい合う部分の少なくとも一部を含む部分を貫通している。また、貫通孔92および2つの貫通孔93の各々は、+X方向に長い形状を有している。また、貫通孔92および2つの貫通孔93の各々は、+Y方向において互いに間隔を開けて配置されており、2つの貫通孔93の間に貫通孔92が位置している。貫通孔94は、円形であり、貫通孔92および貫通孔93よりも断面積が小さい。また、複数の貫通孔94は、反射部材81における、空間71に接するとともに圧電素子1と対向しない領域に形成されている。
上述したように、本実施形態の音響発生器は、反射部材85,反射部材86および反射部材88を有している。反射部材85は、+Z方向または−Z方向から見たときに反射部材81と反射部材82とが重なる領域の一部に、反射部材81と反射部材82との間の空間を、反射部材81側と反射部材82側とに仕切るように配置されている。反射部材86は、反射部材85と反射部材81とを接続する。反射部材88は、反射部材81と反射部材82とを接続する。反射部材85に貫通孔95が設けられており、振動体3aは、貫通孔95を塞ぐように、反射部材85に設けられている。開口74は、振動体3a,反射部材81,反射部材85および反射部材86によって囲まれた空間71と、空間71の外側の空間とを接続している。開口75は、反射部材81,反射部材82,反射部材85,反射部材86,反射部材88および振動体3aによって囲まれた空間72と、空間72の外側の空間とを接続している。開口75にダクト73が接続されている。このような構成により、振動体3aの主面61側で発生した音響を、開口74から放射するとともに、振動体3aの主面62側で発生した音響を、空間72内で反響させて、ダクト73によって位相を変化させた後に放射することができる。よって、放射する音響における低周波数領域の音圧を高めることができる。
また、本実施形態の音響発生器は、1つの貫通孔92と、1つ以上の貫通孔93と、を有している。貫通孔92および貫通孔93は、反射部材81における圧電素子1と向かい合う部分の少なくとも一部を含む部分を貫通する。また、反射部材81の主面に沿った方向であり、且つ+Y方向に垂直な1つの方向を+X方向とすると、貫通孔92および貫通孔93は、+X方向の長さが+Y方向の長さよりも大きい。また、貫通孔93は、+Y方向において貫通孔92と間隔を開けて設けられている。このような構成により、貫通孔92および貫通孔93によって音質の低下を抑制するとともに、貫通孔92および貫通孔93を介して漏洩する低い周波数領域の音響を小さくすることができる。
また、本実施形態の音響発生器は、開口74から放射された音響と、ダクト73から放射された音響と、の両方を反射する反射部材87を有している。このような構成により、音響を放射する方向(+Z方向)の寸法が小さい、薄型の音響発生器を得ることができる。
また、本実施形態の音響発生器では、反射部材81に複数の貫通孔94が形成されている。複数の貫通孔94は、反射部材81における、空間71に接するとともに圧電素子1と対向しない領域に形成されている。また、各々の貫通孔94は、円形であり、貫通孔92および貫通孔93よりも断面積が小さい。そして、複数の貫通孔94は、開口74に向かって数が増加するように配置されている。このような構成により、発生する音響の音質を更に高めることができる。
また、本実施形態の音響発生器では、空間71の+Y方向の長さが、開口74に近づくにつれて大きくなるようにされている。これにより、振動体3aの主面61側で発生する音響の音圧を高めることができるとともに、空間72の体積を最大限に大きくして、ダクト73を介して放射される音響の音圧を高めることができる。
(第3実施形態)
図10は、本発明の第3実施形態の電子機器50の構成の一例を示すブロック図である。
図10は、本発明の第3実施形態の電子機器50の構成の一例を示すブロック図である。
本実施形態の電子機器50は、図10に示すように、音響発生器30と、電子回路60と、キー入力部50cと、マイク入力部50dと、表示部50eと、アンテナ50fとを有している。なお、図10は、例えば、携帯電話、タブレット端末、あるいはパーソナルコンピュータのような電子機器を想定したブロック図である。
電子回路60は、制御回路50aと、通信回路50bとを有している。また、電子回路60は、音響発生器30に接続されており、音響発生器へ音声信号を出力する機能を有している。制御回路50aは、電子機器50の制御部である。通信回路50bは、制御回路50aの制御に基づき、アンテナ50fを介してデータの送信や受信などを行う。
キー入力部50cは、電子機器50の入力デバイスであり、操作者によるキー入力操作を受け付ける。マイク入力部50dは、同じく電子機器50の入力デバイスであり、操作者による音声入力操作などを受け付ける。表示部50eは、電子機器50の表示出力デバイスであり、制御回路50aの制御に基づき、表示情報の出力を行う。
音響発生器30は、前述した第1実施形態または第2実施形態のような音響発生器である。そして、音響発生器30は、電子機器50における音響出力デバイスとして機能しており、電子回路60から入力された音声情報を有する電気信号に基づいて音響(可聴周波数帯域外の音響も含む)を発生させる。なお、音響発生器30は、電子回路60の制御回路50aに接続されており、制御回路50aによって制御された電圧の印加を受けて音響を発生させる。
本実施形態の電子機器50は、前述した第1実施形態または第2実施形態のような音響発生器30を用いて音響を発生させることから、高音質な音響を発生させることができるとともに、小型化することができる。
なお、電子機器50の構造の一例としては、例えば、電子機器50の筐体の内部に、図10に示す電子回路60,キー入力部50c,マイク入力部50d,表示部50e,アンテナ50fおよび音響発生器30を備えたものとすることができる。また、電子機器50の構造の他の例としては、図10に示す電子回路60,キー入力部50c,マイク入力部50d,表示部50およびアンテナ50fを筐体に備えた機器本体と、音響発生器30とを、リード線等を介して電気信号が伝達可能に接続したものとすることができる。
また、本実施形態の電子機器は、図10に示した、キー入力部50c,マイク入力部50d,表示部50eおよびアンテナ50fを全て有している必要はなく、音響発生器30と、電子回路60とを少なくとも有していれば良い。また、電子機器50は、他の構成要素を有していても良い。電子回路60も、上述した構成の電子回路60に限定されるものではなく、他の構成を有する電子回路であっても構わない。
また、本実施形態の電子機器は、上述した、携帯電話,タブレット端末,パーソナルコンピュータ等の電子機器に限定されるものではない。音響や音声を発生させる機能を有する、テレビ、オーディオ機器、ラジオ、掃除機,洗濯機,冷蔵庫,電子レンジ等の種々の電子機器において、前述した第1実施形態または第2実施形態のような音響発生器30を、音響発生装置として用いることができる。
(変形例)
本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更,改良が可能である。
本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更,改良が可能である。
前述した実施の形態の例においては、振動体3aとしてフィルム3を用いた例を示したが、振動体3aはフィルムに限定されるものではない。例えば、フィルム3の代わりに、例えば、金属,セラミックス,合成樹脂等で形成された板状の物体を用いても良く、また、各種ゴム材料からなる膜状の物体を用いても構わない。
またさらに、前述した実施の形態の例においては、フィルム3および圧電素子1の表面を被覆する樹脂層20を形成した例を示したが、これに限定されるものではない。樹脂層20を形成しないようにしても構わない。
次に本発明の音響発生器の具体例について説明する。図5〜図9に示す第2実施形態の音響発生器を作製した。圧電素子1は、PZT系の圧電体層と電極層とが積層されたバイモルフ型の圧電素子とした。圧電素子1の形状は、長さが36mmで、幅が14mmで、厚さが0.15mmの矩形状とした。フィルム3は、厚さが0.025mmのPET(ポリエチレンテレフタレート)製のフィルムを使用した。フィルム3における、枠部材(5a,5b)の内側の振動体3aとして機能する部分は、長さが60mmで、幅が30mmの矩形状とした。反射部材81,反射部材85,反射部材86,反射部材88は、アクリル樹脂を用いて形成した。反射部材82および反射部材87は、SUS(ステンレス鋼)を用いて形成した。反射部材81および反射部材82は、長さが245mmで、幅が40mmの矩形状とした。反射部材81と反射部材82との間隔は6mmとした。
作製した音響発生器の特性を図11,図12に示す。図11は、音響発生器から発生する音響の周波数による音圧の変化を示すグラフであり、音響発生器に実効値が7.5Vの正弦波を与えたときの、音響発生器から1m離れた場所の音圧を示している。図11に示すグラフにおいて、横軸は周波数を示し、縦軸は音圧レベルを示している。図12は、音響発生器から発生する音響の指向性を示すグラフであり、音響発生器に実効値が10Vの正弦波を与えたときの、音響発生器から1m離れた場所の音圧を示している。図12に示すグラフにおいて、円周に沿った目盛りは、音響発生器からの方向を角度で示したものであり、0は、+Z方向を示し、−90°は、−X方向を示し、45°(+45°)は、+Z方向から+X方向へ45°傾けた方向を示している。今回は−90°〜+45°の範囲の音圧を測定した。
図11に示すグラフによれば、0.1kHz〜20kHzの広い周波数範囲において、60dB以上の充分な音圧が得られているとともに、周波数による音圧の変化が小さく、歪みの少ない高音質な音響を発生することができることがわかる。また、図12に示すグラフによれば、−90°〜45°の範囲において、ほぼ一定の音圧が得られており、指向性が小さいことがわかる。これらの結果により本発明の有効性が確認できた。
1:圧電素子
3a:振動体
21,22,74,75:開口
30:音響発生器
50:電子機器
60:電子回路
81,82,83a,83b,84a,84b,85,86,87,88:反射部材
91,92,93,94:貫通孔
3a:振動体
21,22,74,75:開口
30:音響発生器
50:電子機器
60:電子回路
81,82,83a,83b,84a,84b,85,86,87,88:反射部材
91,92,93,94:貫通孔
Claims (8)
- 電気信号が入力されて振動する圧電素子と、
第1主面および該第1主面と反対側の第2主面を有しており、前記圧電素子が設けられて該圧電素子の振動によって振動して音響を発生させる振動体と、
前記振動体に対して第1方向側に設けられており、前記振動体に面するとともに前記振動体の前記第1主面に対して傾いている第1表面を有する、第1反射部材と、
前記振動体に対して前記第1方向と反対方向である第2方向側に設けられており、前記振動体を間に挟んで前記第1反射部材の前記第1表面と向かい合うとともに前記振動体の前記第2主面に対して傾いている第2表面を有する、第2反射部材と、
前記第1方向と異なる方向である第3方向に向かって開口しており、前記振動体および前記第1反射部材の間の空間である第1空間と、該第1空間の外側の空間とを接続する、第1開口と、
前記第2方向および前記第3方向と異なる方向である第4方向に向かって開口しており、前記振動体および前記第2反射部材の間の空間である第2空間と、該第2空間の外側の空間とを接続する、第2開口と、
を有しており、
前記圧電素子は、前記第1反射部材に近く前記第2反射部材から遠い位置に配置されており、
前記第1反射部材は、前記圧電素子と向かい合う部分の少なくとも一部を含む部分を貫通する第1貫通孔を有している
ことを特徴とする音響発生器。 - 前記振動体の前記第1主面に沿った1つの方向を第5方向とし、該第5方向と反対方向を第6方向とすると、前記振動体の前記第5方向の端部が前記第1反射部材に近接し、前記振動体の前記第6方向の端部が前記第2反射部材に近接しており、
前記圧電素子は、前記振動体における前記第5方向に偏った位置に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の音響発生器。 - 前記第1反射部材および前記第2反射部材は、それぞれ平板状の形状を有しているとともに、互いに平行に配置されており、
前記振動体は、平板状の形状を有しているとともに、前記第1反射部材および前記第2反射部材に対して傾けて配置されており、
前記振動体の前記第1主面に沿った方向であり、且つ前記第5方向に対して垂直な1つの
方向を第7方向とすると、前記振動体の前記第7方向の長さは、前記振動体の前記第5方向の長さよりも大きくされており、
前記第1反射部材と前記第2反射部材との間隔をD1とし、前記振動体の前記第5方向における長さをL1とすると、D1<L1であることを特徴とする請求項2に記載の音響発生器。 - 前記振動体の前記第1主面に沿った方向であり、且つ前記第5方向に対して垂直な1つの方向を第7方向とすると、前記圧電素子の前記第7方向の長さが、前記圧電素子の前記第5方向の長さよりも大きいことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の音響発生器。
- 前記第1反射部材の前記第1表面に沿った方向であり、且つ前記第7方向に垂直な1つの方向を第8方向とすると、前記第1貫通孔は、前記第8方向の長さが前記第7方向の長さよりも大きく、前記第1反射部材における前記圧電素子と向かい合う部分の少なくとも一部を含む部分を貫通する1つ以上の第2貫通孔が、前記第7方向において前記第1貫通孔と間隔を開けて設けられており、前記第2貫通孔は、第8方向の長さが前記第7方向の長さよりも大きいことを特徴とする請求項4に記載の音響発生器。
- 前記第1方向から見たときに前記第1反射部材と前記第2反射部材とが重なる領域の一部に、前記第1反射部材と前記第2反射部材との間の空間を前記第1反射部材側と前記第2反射部材側とに仕切るように配置された第3反射部材と、
該第3反射部材と前記第1反射部材とを接続する第4反射部材と、
前記第1反射部材と前記第2反射部材とを接続する第5反射部材と、
を有しており、
前記第3反射部材に第3貫通孔が設けられており、前記振動体は、前記第3貫通孔を塞ぐように、前記第3反射部材に設けられており、
前記第1開口は、前記振動体,前記第1反射部材,前記第3反射部材および前記第4反射部材によって囲まれた第3空間と、該第3空間の外側の空間とを接続しており、
前記第2開口は、前記第1乃至第5反射部材および前記振動体によって囲まれた第4空間と、該第4空間の外側の空間とを接続しており、
前記第2開口にダクトが接続されている
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の音響発生器。 - 前記第1開口から放射された音響と、前記ダクトから放射された音響と、の両方を反射する第6反射部材を有していることを特徴とする請求項6に記載の音響発生器。
- 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の音響発生器と、該音響発生器に接続された電子回路とを少なくとも有しており、前記音響発生器から音響を発生させる機能を有することを特徴とする電子機器。
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