JP6247556B2

JP6247556B2 - 圧電振動ユニットおよび圧電スピーカ

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Publication number: JP6247556B2
Application number: JP2014021827A
Authority: JP
Inventors: 山崎　修; 修山崎; 紀研池沢
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2034-02-07
Also published as: JP2015149632A

Description

本発明は、取り付けられた振動板や筐体等に振動を伝播させて、スピーカとして機能させるための圧電振動ユニットおよび圧電スピーカに関する。

音響装置などのスピーカとして、圧電振動子を用いて振動を伝達させた圧電スピーカが知られている。例えば、特許文献１には圧電振動板の両端部がベース部に支持された圧電振動発生装置が開示されている。

図４は、従来技術による圧電スピーカを説明する断面図である。特許文献１に開示されている圧電振動発生装置である従来の圧電スピーカ３０は、弾性板材３１の両方の主面に圧電素子３２をそれぞれ貼り付けた圧電バイモルフを備えている。また、弾性板材３１の長手方向の両端に錘３４が接続され、錘３４と圧電素子３２との間の弾性板材３１にそれぞれ支持部３３が配置されている。支持部３３はベース部３５に固定され、圧電素子３２の中央部は連結部３６を介して振動板３７に接続されている。

この構成により、従来の圧電スピーカ３０は、所定の周波数で圧電素子３２を振動させることによって錘３４を加振し、錘３４の共振振動によって発生する慣性力で連結部３６を介して振動板３７に振動を伝達している。

特開２００７−３００４２６号公報

従来の構成では、圧電素子３２を振動させることで、弾性板材３１に振動が伝播し、弾性板材３１の長手方向の端部に接続された錘３４を加振する。そして、再び錘３４から弾性板材３１に振動が伝播し、圧電素子３２の中央部に配置してある連結部３６を介して振動板３７に振動が伝達される。

そのため、圧電素子の振動と、錘による振動とがお互い干渉し合う構造となっており、振動の対象物である振動板への振動の伝播効率が低下するという課題がある。

そこで本発明は、優れた伝播効率を有する圧電振動ユニットおよび圧電スピーカを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の圧電振動ユニットは、矩形状の第１の導体板と、前記第１の導体板の長手方向の両端部を支持する支持部と、前記第１の導体板の少なくとも一方の主面に固定された平板状の圧電素子と、前記第１の導体板の長手方向に平行な一方の側面の少なくとも一部に形成された第１の連結部と、前記第１の導体板の長手方向に平行な他方の側面の少なくとも一部に形成された第２の連結部と、前記第１の連結部と接続する第１の錘と、前記第２の連結部と接続する第２の錘とを備えることを特徴とする。

また、本発明の圧電振動ユニットは、前記第１の連結部と、前記第２の連結部は、前記第１の導体板の長手方向を軸とした線対称に配置していることが望ましい。

また、本発明の圧電振動ユニットの前記第１の導体板は、前記圧電素子の撓み振動により屈曲し、前記第１の連結部および第２の連結部は、前記第１の導体板の振幅が最大となる位置に形成していることが望ましい。

また、本発明の圧電振動ユニットは、矩形状の第２の導体板と、矩形状の第３の導体板とをさらに備え、前記第２の導体板は、前記第１の連結部を介して前記第１の導体板と連結し、前記第３の導体板は、前記第２の連結部を介して前記第１の導体板と連結し、前記第１の錘は、前記第２の導体板の少なくとも一方の主面に固定され、前記第２の錘は、前記第３の導体板の少なくとも一方の主面に固定されていることが望ましい。

また、本発明の圧電振動ユニットの前記支持部は弾性体であることが望ましい。

本発明の圧電スピーカは、前記圧電振動ユニットと、被振部とを備え、前記支持部は前記被振部に固定していることを特徴とする。

本発明によれば、優れた伝播効率を有する圧電振動ユニットおよび圧電スピーカが得られる。

本発明の圧電振動ユニットに係る実施形態の一例を示す上面図である。図１における圧電振動ユニットを用いた場合の圧電スピーカに係る実施形態の一例を示す断面図である。本発明の圧電振動ユニットに係る実施形態の他の一例であって、図１におけるＡ−Ａ線の断面図である。従来技術による圧電スピーカを説明する断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の圧電振動ユニットに係る実施形態の一例を示す上面図である。図１に示すように、本発明の圧電振動ユニット１０は、矩形状の第１の導体板１と、支持部２と、平板状の圧電素子３と、第１の連結部４と、第２の連結部５と、第１の錘６と、第２の錘７とを備えている。

第１の導体板１の主面に圧電素子３を固定し、第１の導体板１の長手方向の両端部は支持部２によって支持している。さらに、第１の導体板１の長手方向に平行な２つの側面の中央部には、第１の連結部４と第２の連結部５をそれぞれ形成し、第１の連結部４には第１の錘６を接続し、第２の連結部５には第２の錘７が接続している。

図２は、図１における圧電振動ユニットを用いた場合の圧電スピーカに係る実施形態の一例を示す断面図である。この断面図は、図１におけるＢ−Ｂ線の断面図を含んでいる。つまり、図１における圧電振動ユニットの支持部２を、図１では図示していない振動の対象物である被振部１１に固定し、圧電スピーカ２０を構成している。

本実施形態での被振部１１は筐体を用いているため、圧電振動ユニット１０は筐体の収容空間に収容されている。

圧電素子３に駆動電圧が印加されると、圧電素子３が伸縮して撓み、第１の導体板１と共に屈曲振動する力が働く。この屈曲振動の力が第１の連結部４および第２の連結部５を介して第１の錘６および第２の錘７に伝達し、第１の錘６および第２の錘７を振動させようとする。

さらに、第１の錘６および第２の錘７の振動の慣性力によって、第１の連結部４および第２の連結部５が形成された第１の導体板１の中央部は固定されているように、振動が阻害される。そのため、第１の導体板１の振動は長手方向の両端部側に力を逃そうと働き、支持部２に固定されている両端部の振動が大きくなる。

このような構成とすることで、圧電素子の伸縮によって発生した屈曲振動の力が、支持部において大きい振幅を有する力となるため、支持部が固定された被振部へ振動を効率よく伝達できる。

また、第１の錘および第２の錘による振動と、圧電素子の振動とがお互い干渉し合うことはないため、振動の伝送効率が良い。

また、従来技術の圧電スピーカでは、圧電素子から弾性板材、錘への接続部分、錘、錘への接続部分、弾性板材、連結部、振動板へと、圧電素子の振動が伝達されていた。しかし、本発明の圧電スピーカは、圧電素子の振動が支持部から直接、被振部へと伝達されるため、優れた振動の伝播効率を有する。

また、落下等の外部からの衝撃を受けた際には、自由端である第１の錘および第２の錘に発生する振幅は大きいが、支持部２によって固定された第１の導体板は、第１の連結部および第２の連結部によって振動が緩和され、圧電素子が大きく撓むことはない。そのため、圧電素子への過度な応力を抑制でき、圧電素子の損傷を防止できる。つまり、このような構成とすることで、落下等の外部からの衝撃に対する強度を有する圧電振動ユニットが得られる。

これらの効果を得るために、第１の連結部および第２の連結部は、弾性を有しているものから形成する。この弾性とは、すなわち、第１の導体板の小さな振動を第１の錘および第２の錘へ効率的に伝達する程度の弾性と、外部からの衝撃を受けた際に圧電素子が損傷しない程度の弾性を意味する。

また、本発明の圧電振動ユニットの構成は、第１の導体板１の長手方向に平行な一方の側面には、第１の連結部４が設けられており、第１の連結部４には第１の錘６が接続されている。さらに、第１の導体板１の長手方向に平行な他方の側面には、第２の連結部５が設けられており、第２の連結部５には第２の錘７が接続されている。第１の導体板１に固定された圧電素子３と、第１の錘６および第２の錘７は、第１の連結部４および第２の連結部５を介して同じ平面上に配置されている。そのため、低背の圧電振動ユニットが得られる。

本実施形態においては被振部１１に筐体を用い、圧電振動ユニットを筐体の収容空間に収容した構成を用いたが、これに限らない。つまり、本発明の圧電振動ユニットは、支持部が固定された被振部自体を振動させ、被振部自体が振動板となるため、振動させたい対象物を被振部として支持部に固定し、振動が伝達されれば何を用いても構わない。

また、本実施形態のように、密閉された筐体を被振部として用い、筐体が優れた防水性を有していれば、外部の水分が筐体内部に入り込むのを防止できるため、優れた防水性を有する圧電スピーカが得られる。

また、本実施形態においては、第１の導体板１の一方の主面の中央に、平板状の圧電素子３を固定して圧電ユニモルフを構成しているが、これに限らず、圧電バイモルフの構成であってもよい。つまり、第１の導体板１の両方の主面のそれぞれに圧電素子３を固定しても構わない。

支持部２は、シリコーン樹脂等の弾性体とすることが望ましい。支持部２を弾性体とすることで、圧電素子３の駆動時における振動のＱ値が下がるため、圧電振動ユニット１０内の圧電素子３が共振することを防ぎ、圧電素子３への駆動信号を停止した後に、圧電素子３が停止するまでの応答時間を短縮することができる。

圧電素子や錘とからなる振動軸にばらつきが生じると、音質が低下する可能性がある。本発明の圧電振動ユニットは、第１の錘および第２の錘を第１の導体板の長手方向に平行な両方の側面にそれぞれ配置することによって、第１の錘および第２の錘の振動のバランスをとる事が可能となり、安定した振動が得られる。そのため、音質の低下を防止し、低音域においても優れた音圧を得られる。

第１の連結部および第２の連結部は、それぞれに接続された第１の錘および第２の錘の振動による振幅が互いに打ち消しあわないよう配置されていれば良いが、第１の錘および第２の錘の振動のバランスがとりやすくなるため、第１の連結部と第２の連結部は、第１の導体板の長手方向を軸とした線対称に配置していることが望ましい。

また、第１の導体板の振幅が最大となる箇所に配置するのが望ましく、効率よく第１の錘および第２の錘に振動が伝播する位置に第１の連結部および第２の連結部を配置することが望ましい。

また、連結部は、第１の導体板のそれぞれの側面に複数形成されていてもよい。複数の連結部を構成する場合、それぞれの連結部の形成位置は、振動の伝播効率や振動バランスを考慮して適宜決定すればよい。

また、第１の連結部４および第２の連結部５は第１の導体板１と同一材質で一体成形されているのが望ましい。

図３は、本発明の圧電振動ユニットに係る実施形態の他の一例であって、図１におけるＡ−Ａ線の断面図である。図３の示すように、矩形状の第２の導体板８と第３の導体板９をさらに備え、第１の連結部４と第２の導体板８を接続し、第２の連結部５と第３の導体板９とを接続する。第２の導体板８の主面に第１の錘６を固定し、第３の導体板９の主面に第２の錘７を固定した構成とすることもできる。

本実施形態の構成とする場合、第２の導体板および第３の導体板は、第１の導体板と別材質によって形成され、第１の導体板に連結されていても良いが、第１の導体板１と、第２の導体板８と、第３の導体板９と、第１の連結部４と、第２の連結部５とは、同一材質で一体成形されていてもよい。

第１の導体板、第２の導体板、第３の導体板、第１の連結部、第２の連結部の材質は、強度や圧電素子との熱膨張係数の差、ヤング率等を考慮して適宜選定すればよい。

また、第１の導体板、第２の導体板、第３の導体板、圧電素子の長さや厚みは、強度や振幅の大きさ等を考慮して、適宜設定すればよい。

また、第１の錘と第２の錘の材質や長さ等は、支持部における振幅が大きくなるように設計すればよく、仕様に応じて適宜選定すればよい。さらに、支持部への振動の伝達効率が向上できるため、質量は重い方が望ましい。

以上より、振動の対象物への優れた伝播効率を有する圧電振動ユニットおよび圧電スピーカが得られる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、上記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で、構成の変更や修正が可能である。すなわち、当業者であれば成し得るであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれることは勿論である。

１第１の導体板
２、３３支持部
３、３２圧電素子
４第１の連結部
５第２の連結部
６第１の錘
７第２の錘
８第２の導体板
９第３の導体板
１０圧電振動ユニット
１１被振部
２０、３０圧電スピーカ
３１弾性板材
３４錘
３５ベース部
３６連結部
３７振動板

Claims

矩形状の第１の導体板と、
前記第１の導体板の長手方向の両端部を支持する支持部と、
前記第１の導体板の少なくとも一方の主面に固定された平板状の圧電素子と、
前記第１の導体板の長手方向に平行な一方の側面の少なくとも一部に形成された第１の連結部と、
前記第１の導体板の長手方向に平行な他方の側面の少なくとも一部に形成された第２の連結部と、
前記第１の連結部と接続する第１の錘と、
前記第２の連結部と接続する第２の錘とを備えることを特徴とする圧電振動ユニット。
前記第１の連結部と、前記第２の連結部は、前記第１の導体板の長手方向を軸とした線対称に配置していることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動ユニット。
前記第１の導体板は、前記圧電素子の撓み振動により屈曲し、
前記第１の連結部および第２の連結部は、前記第１の導体板の振幅が最大となる位置に形成していることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動ユニット。
矩形状の第２の導体板と、矩形状の第３の導体板とをさらに備え、
前記第２の導体板は、前記第１の連結部を介して前記第１の導体板と連結し、
前記第３の導体板は、前記第２の連結部を介して前記第１の導体板と連結し、
前記第１の錘は、前記第２の導体板の少なくとも一方の主面に固定され、
前記第２の錘は、前記第３の導体板の少なくとも一方の主面に固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電振動ユニット。
前記支持部は弾性体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電振動ユニット。
請求項１〜５のいずれかに記載の圧電振動ユニットと、被振部とを備え、
前記支持部は前記被振部に固定していることを特徴とする圧電スピーカ。