JP2006287968A - 圧電スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】周波数特性の平坦化及び歪み成分の低減化を図ることができる圧電スピーカを提供すること。
【解決手段】圧電体１２、１３と、枠体に取り付けられ、圧電体１２、１３と共に圧電振動子を構成する振動板部３１とこれを弾性支持する弾性支持部３３とを有する金属振動板１１と、を備えて、金属振動板１１の振動板部３１と枠体の間にダンパ材４０が装填された圧電スピーカにおいて、そのダンパ材４０が、金属振動板１１に貼り付けられた高分子フィルム４１、４２の一部で形成されるように構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧電体を用いて振動子を構成した圧電スピーカに関するものである。

従来、圧電体を電気音響変換素子に用いた小型・低電流駆動の音響機器が知られており、例えばカセットテープレコーダやマイクロカセットテープレコーダ等のような小型機器に音響出力機器として使用されている。

近時のこの種の圧電スピーカは、面状体となっており、金属薄膜からなる金属振動板と、それを外枠に対して振動できるよう弾性的に支持するエッジ材とが設けられている。そのエッジ材は、金属振動板に高分子溶液を塗布してその周辺部にゴム弾性（ゴムのような粘弾性）を持つダンパ材として高分子膜を形成したものとなっている。ここでのダンパ材は、前記金属振動板の外周部近傍での前後の空間を仕切るとともに、機械的インピーダンスが低く内部損失の大きい部分となって、金属振動板の面共振に起因する不要なピーク（山）／ディップ（谷）、歪み等を抑える役割をなす。

また、前記ダンパ材を形成する場合、通常は、金属振動板を高分子溶液中に浸すディッピング方式、あるいは高分子溶液をハケで金属振動板に塗るハケ塗り方式の形成方法が採用され、金属振動板の振動板部とそれを取り囲む部分との間のギャップに毛細管現象を利用して高分子材料を充填する、といった方法が採られている。

しかしながら、上記従来の圧電スピーカにあっては、ダンパ材を形成するために、金属振動板を高分子溶液中に浸すディッピングを行ったり、高分子溶液を金属振動板にハケ塗りしたりしていたため、特に金属振動板の周辺部のギャップに高分子溶液を均等に充填させることが困難であり、作業が容易でないばかりか、ダンパ材を膜厚の均一なものにすることが困難であった。そのため、圧電スピーカの音圧−周波数特性を平坦化し、音声信号に対する発生音の歪みを抑えるというダンパ特性を十分発揮させることができず、高音質対応の音響特性が得られないという問題があった。

また、ダンパ材を形成する高分子膜にピンホールが生じ易く、エアリークが生じて音響特性が劣化するという問題もあった。

さらに、金属振動板に貼り付けられる圧電体には音声電流を加えるための電極等が形成されているが、これを覆う高分子塗布膜に気泡が混入して圧電スピーカの絶縁性能が低下したり、ピンホールによって防水・防湿性能が低下したりするという問題もあった。

そこで本発明は、周波数特性の平坦化及び歪み成分の低減化を図ることができる圧電スピーカを提供することを目的とする。

本発明の圧電スピーカは、金属振動板と圧電体と枠体とを備えた圧電スピーカにおいて、前記金属振動板は、前記圧電体が両面に貼り合わされ圧電振動子を構成する振動板部と、前記枠体に取り付けられる枠体取付部と、前記振動板部と前記枠体取付部とを複数のスリット状の穴を介して弾性的に支持する複数の撓み腕部とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の圧電スピーカは、複数の撓み腕部が、振動板部と枠体取付部とを複数のスリット状の穴を介して弾性的に支持するので、周波数特性の平坦化及び歪み成分の低減化を図ることができる。

また、本発明の圧電スピーカは、前記複数のスリット状の穴にダンパ材が充填されている構成を有している。

この構成により、本発明の圧電スピーカは、複数のスリット状の穴に充填されたダンパ材を備えるので、周波数特性の平坦化及び歪み成分の低減化を図ることができる。

さらに、本発明の圧電スピーカは、前記ダンパ材は、前記金属振動板の全面に貼り合わされた所定膜厚の高分子フィルムの一部である構成を有している。

この構成により、本発明の圧電スピーカは、高分子フィルムの貼り合わせにより容易にダンパ材を形成することができる。

さらに、本発明の圧電スピーカは、前記振動板部は、一面側は斜め四方向に広がった形状に、他面側は円形に圧電体が貼り合わされた構成を有している。

この構成により、本発明の圧電スピーカは、左右及び上下に線対称の形状に圧電体が貼り合わされた振動板部を備えるので、周波数特性の平坦化及び歪み成分の低減化を図ることができる。

さらに、本発明の圧電スピーカは、前記撓み腕部は、略Ｕ字形に折り返した腕形状である構成を有している。

この構成により、本発明の圧電スピーカは、略Ｕ字形に折り返した腕形状の複数の撓み腕部を備えるので、周波数特性の平坦化及び歪み成分の低減化を図ることができる。

本発明は、周波数特性の平坦化及び歪み成分の低減化を図ることができるという効果を有する圧電スピーカを提供することができるものである。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の一実施形態に係る圧電スピーカを示す図である。

まず、その構成を説明すると、本実施形態に係る圧電スピーカは、図１に例示するように、圧電素子エレメント１０と、この圧電素子エレメント１０の外周部を支持する外枠２０とで構成されており、圧電素子エレメント１０は、ばね用の金属薄板、例えば４２アロイのようなステンレス合金の薄板（例えば板厚１００ミクロン）からなる金属振動板１１と、その金属振動板１１の両面に貼り付けられた、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛焼結体）からなる圧電体１２、１３と、を備えている。なお、外枠２０は複数、例えば４つの取付け穴２０ａ（Ｕ字形等の切欠きでもよい）を有している。

金属振動板１１は、圧電体１２、１３が公知のゴム系接着剤１２ａ、１３ａ等により両面に接着されて圧電振動子１５を構成する振動板部３１と、その振動板部３１を弾性的に支持する弾性支持部３３とを有しており、振動板部３１は、図４に示すように、圧電体１２、１３が貼り付けられた中心部３１ａから斜め四方向に広がった４つの略長方形の振動部３１ｂを有し、左右、上下に線対称の形状となっている。なお、図２、３に示すように、金属振動板１１の弾性支持部３３の外周部には、その外方に突出する電極引出し線部１１ａと、位置決め用の丸穴部１１ｂおよび小判穴部１１ｃと、が設けられている。

また、一面側の圧電体１２は斜め四方向に広がった形状に、他面側の圧電体１３は円形に、それぞれ形成されている。そして、両圧電体１２、１３が表面電極ジャンパー線（例えばウレタン線）５１により互いに接続されるとともに（図２、３参照）、圧電体１２からの電極引出し線（例えばウレタンより線）５２が外枠２０に装着された中継基板５５の一方の端子５５ａ（例えばプラス端子）に接続され、一方、金属振動板１１の引出し線部１１ａが中継基板５５の他方の端子５５ｂ（例えばマイナス端子）に接続されている。そして、中継基板５５の正負の端子５５ａ、５５ｂの間に、所定周波数範囲内の音声入力電圧（交流信号）が印加されると、圧電体１２、１３がその周波数に応じて凹状又は凸状に変形し、金属振動板１１の振動板部３１が振動して、音が発生する。

一方、図４に示すように、弾性支持部３３は、振動板部３１を取り囲む長方形の内枠部３４と、外枠２０に取り付けられた外枠取付け部３５と、振動板部３１の中心部３１ａと内枠部３４の間に上下左右に真直ぐに架け渡された複数対の第１の撓み腕部３２ａ、３２ｂと、振動板部３１の各振動部３１ｂおよび内枠部３４の各辺中央付近の間に架け渡された複数対の第２の撓み腕部３２ｃ、３２ｄと、内枠部３４の内側の四隅で各振動部３１ｂおよび内枠部３４の間に架け渡された４つの第３の撓み腕部３６ａと、内枠部３４の四隅で内枠部３４と外枠取付け部３５の間に架け渡された４つの第４の撓み腕部３６ｂと、内枠部３４の各辺中央部で内枠部３４と外枠取付け部３５の間に架け渡された左右一対の第５の撓み腕部３７と、を有している。

ここで、上下各一対の第２の撓み腕部３２ｃは、それぞれ金属振動板１１の図４中の左右方向中央付近に第１の撓み腕部３２ａを挟んで左右対称に配置されており、それぞれ金属振動板１１の長手方向に延びつつ略Ｕ字形に折り返した腕形状となっている。また、左右各一対の撓み腕部３２ｄは、それぞれ金属振動板１１の図４中の上下方向中央付近に第１の撓み腕部３２ｂを挟んで上下対称に配置されており、それぞれ金属振動板１１の長手方向に延びつつ互いに逆向きの略Ｕ字形に折り返した腕形状にとなっている。

また、内枠部３４は略長方形で、隣り合う一対の第４の撓み腕部３６ｂに両持ち支持された長短各一対の撓み腕部３４ａ、３４ｂを有しており、各撓み腕部３４ａ、３４ｂの中央部に第１の撓み腕部３２ａ又は３２ｂと第２の撓み腕部３２ｃ又は３２ｄとが配置されている。

また、金属振動板１１の振動板部３１と弾性支持部３３の間であって複数の撓み腕部３２ａ〜３２ｄ、３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６ｂおよび３７の間（振動板部３１と外枠２０の間）には、図２、３に示すようなダンパ材４０が装填されている。

このダンパ材４０は、金属振動板１１の両面側に配した高分子フィルム４１、４２を、振動板部３１と外枠２０の間、すなわち振動板部３１と弾性支持部３３の外枠取付け部３５の間であって複数の撓み腕部３２ａ〜３２ｄ、３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６ｂおよび３７の間で直接貼り合わせて接合することにより、これら撓み腕部間となる金属振動板１１の複数のスリット状の穴内に装填されている。

高分子フィルム４１、４２は、ゴム弾性を有する樹脂膜、例えばブタジエン・スチレン共重合体（ＳＢＲ）からなるエラストマーシートであり、金属振動板１１の板厚の約１/２の厚さ（例えば５０ミクロン）を有している。これら高分子フィルム４１、４２は、金属振動板１１の表面および切欠き形状に十分に追従でき、振動板部３１と弾性支持部３３の間（撓み腕部の間）で直接に貼り合わされ、この貼り合わせ部分からなるダンパ材４０が金属振動板１１と略同一の厚さになるようになっている。

また、高分子フィルム４１、４２は、少なくとも金属振動板１１と対向する面に図示しない接着剤層を形成したもの、あるいはそれ自体が接着性を有するよう前処理がされたもので、金属振動板１１に加圧、貼り付けした状態で加熱することにより、その貼り付け形状のまま所定硬度のゴム弾性膜を形成したものである。

上述のように圧電スピーカを製造するに際しては、予め、振動板部３１およびその弾性支持部３３を有する金属振動板１１と、圧電体１２、１３とを準備し、両圧電体１２、１３をゴム系接着剤１２ａ、１３ａで振動板部３１に貼り合わせる。そして、圧電体１２、１３を表面電極ジャンパー線５１により互いに接続するとともに、圧電体１２からの電極引出し線５２を中継基板５５の一方の端子５５ａに、金属振動板１１の引出し線部１１ａを中継基板５５の他方の端子５５ｂに、それぞれ接続しておく。

また、金属振動板１１に積層可能な高分子フィルム４１、４２を準備するが、本実施形態では、カットした高分子フィルム４１、４２をそのまま使用するのでなく、図５に示すように、高分子フィルム４１、４２を任意の部位で切り出すことができる高分子フィルムシート１０１Ａ、１０１Ｂの片面（一面側）に、これら高分子フィルムシート１０１Ａ、１０１Ｂの金属振動板１１との接着面（他面側）より弱い接着力で帯状のセパレータ１０２Ａ、１０２Ｂをそれぞれ貼り合わせて帯状フィルム１００Ａ、１００Ｂとし、両帯状フィルム１００Ａ、１００Ｂをそれぞれロール状に巻回したものを準備して、これら帯状フィルム１００Ａ、１００Ｂを所定のラミネート位置の両側に配置しておく。

次いで、図５に示すように、圧電体１２、１３を予め貼り付けた金属振動板１１を図示しない移送手段によって同図中の白抜き矢印方向（ラミネート位置側）に移送し、帯状フィルム１００Ａ、１００Ｂの高分子フィルムシート１０１Ａ、１０１Ｂを、その金属振動板１１の両面側に積層するとともに、一対の仮圧接用ロール２０１、２０２によって帯状フィルム１００Ａ、１００Ｂのセパレータ１０２Ａ、１０２Ｂを高分子フィルムシート１０１Ａ、１０１Ｂの背面側から金属振動板１１に向って熱プレスしながら搬送する。すなわち、仮圧接用ロール２０１、２０２により、高分子フィルムシート１０１Ａ、１０１Ｂを金属振動板１１に重ねた状態で加熱および加圧して、金属振動板１１に高分子フィルム４１、４２を貼り合わせると同時に、金属振動板１１の振動板部３１と弾性支持部３３の間であって前記複数の撓み腕部３２ａ〜３２ｄ、３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６ｂおよび３７の間に高分子フィルム４１、４２の一部からなるダンパ材４０を装填する。なお、このとき、金属振動板１１の全ての穴が高分子フィルム４１、４２によって塞がれた状態となる。

次いで、加圧後のセパレータ１０２Ａ、１０２Ｂを金属振動板１１および高分子フィルムシート１０１Ａ、１０１Ｂの積層体であるラミネート済シート部分１１０から剥離させる。このとき、ラミネート済シート部分１１０から分離されたセパレータ１０２Ａ、１０２Ｂは、セパレータ巻取り用ロール１１１Ａ、１１１Ｂに巻き取られる。

なお、このような一連のワーク搬送ができ、かつ、仮圧接用ロール２０１、２０２より上流側で帯状フィルム１００Ａ、１００Ｂに所定の張力を付与するように、ロール状に巻回した帯状フィルム１００Ａ、１００Ｂを順次フィルム繰り出し方向に回転させ、同時に、セパレータ巻取り用ロール１１１Ａ、１１１Ｂを巻き取り方向に回転させる。

ラミネート済シート部分１１０は更に本圧接ロール２０３、２０４により熱プレスされ、高分子フィルム４１、４２が金属振動板１１に本圧着される。

本圧接ロール２０３、２０４により熱プレスされたラミネート済シート部分１１０は、次いで、例えば図５中の仮想線の位置で切断され、所定形状に切り出されて、図２、３に示すような圧電素子エレメント１０となる。

そして、この圧電素子エレメント１０を外枠２０に取り付けると、本実施形態の圧電スピーカができあがる。

この実施形態の圧電スピーカにおいては、ダンパ材４０が金属振動板１１に貼り付けられた高分子フィルム４１、４２の一部によって形成されるから、ダンパ材４０の厚さが高分子フィルム４１、４２の厚さによって決まる均一なものとなる、したがって、周波数特性の平坦化や歪成分の低減が可能な圧電スピーカとなる。

また、高分子フィルム４１、４２同士を直接貼り合わせて接合することにより、ダンパ材４０の装填を容易に行うことができる。しかも、高分子フィルム４１、４２が金属振動板１１および圧電体１２、１３を両面側から挟んで金属振動板１１にラミネートされているので、圧電体１２、１３の防水や防湿等も併せて確実なものにできる。なお、高分子フィルム４１、４２は薄膜であるから、高分子フィルム４１、４２の金属振動板１１への形状の追従性（密着性）がよいことはいうまでもない。

さらに、本実施形態の圧電スピーカでは、高分子フィルム４１、４２を加熱しながら金属振動板１１側に加圧することで、高分子フィルム４１、４２の金属振動板１１への貼り合わせと同時に、金属振動板１１の振動板部３１と弾性支持部３３の間であって複数の撓み腕部３２ａ〜３２ｄ、３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６ｂおよび３７の間（振動板部３１と外枠２０の間）に高分子フィルム４１、４２の一部からなるダンパ材４０を装填するので、振動板部３１の周囲および撓み腕部３２ａ〜３２ｄ、３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６ｂおよび３７の周囲をそれぞれ一定膜厚の高分子フィルム４１、４２で取り囲むことができるとともに、エッジ部のダンパ材４０の厚さが高分子フィルムの厚さによって決まる均一なものとなる。

しかも、本実施形態では、仮圧接用ロール２０１、２０２による搬送中の熱プレスで、金属振動板１１の両面側から、高分子フィルム４１、４２同士の貼り合わせによるダンパ材４０の装填作業がされることになるから、ディッピングやはけ塗りといった従来の膜形成方法に比べて、非常に迅速な作業ができ、格段に高速で安定したダンパ材４０の形成ができる。

さらに、上記圧電スピーカにおいては、セパレータ１０２Ａ、１０２Ｂにより薄膜の高分子フィルム４１、４２を所定形状に保ちながら金属振動板１１に重ねることができ、しかも、そのセパレータ１０２Ａ、１０２Ｂの材質を適宜選択することで、セパレータ１０２Ａ、１０２Ｂを介して高分子フィルム４１、４２を振動板部３１の外縁部や撓み腕部３２ａ〜３２ｄ、３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６ｂおよび３７に確実に密着させることができる。

なお、本発明においては、金属振動板の振動板部および弾性支持部の間のギャップ並びに複数の撓み腕部の形状が任意に設定できることはいうまでもない。また、上述の実施形態においては、金属振動板の両面にエラストマーフィルムシートを貼り合わせたが、片面とすることも考えられる。また、セパレータ付の帯状フィルム１００Ａ、１００Ｂは連続した帯状シートとしたが、金属振動板より大きいサイズであれば如何なるカット形状であってもよいことはいうまでもない。

本発明の一実施形態に係る圧電スピーカを示す図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその平面図である。 一実施形態の圧電スピーカの圧電素子エレメントの正面図である。 一実施形態の圧電スピーカの圧電素子エレメントを示す図で、（ａ）はその圧電素子エレメントの背面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 一実施形態の圧電スピーカの金属振動板の平面図である。 一実施形態の圧電スピーカの製造工程を説明するその金属振動板と高分子フィルムのラミネート工程の説明図である。

符号の説明

１０ 圧電素子エレメント
１１ 金属振動板
１１ａ 電極引出し線部
１１ｂ 丸穴部
１１ｃ 小判穴部
１２、１３ 圧電体
１２ａ、１３ａ ゴム系接着剤
１５ 圧電振動子
２０ 外枠
２０ａ 取付け穴
３１ 振動板部
３１ａ 中心部
３１ｂ 振動部
３２ａ、３２ｂ 第１の撓み腕部
３２ｃ、３２ｄ 第２の撓み腕部
３３ 弾性支持部
３４ 内枠部
３４ａ、３４ｂ 撓み腕部
３５ 外枠取付け部
３６ａ 第３の撓み腕部
３６ｂ 第４の撓み腕部
３７ 第５の撓み腕部
４０ ダンパ材
４１、４２ 高分子フィルム
５１ 表面電極ジャンパー線
５２ 電極引出し線
５５ 中継基板
５５ａ、５５ｂ 端子
１００Ａ、１００Ｂ 帯状フィルム
１０１Ａ、１０１Ｂ 高分子フィルムシート
１０２Ａ、１０２Ｂ セパレータ
１１０ ラミネート済シート部分
１１１Ａ、１１１Ｂ セパレータ巻取り用ロール
２０１、２０２ 仮圧接用ロール
２０３、２０４ 本圧接ロール

Claims (5)

1. 金属振動板と圧電体と枠体とを有する圧電スピーカにおいて、
   前記金属振動板は、前記圧電体が両面に貼り合わされ圧電振動子を構成する振動板部と、前記枠体に取り付けられる枠体取付部と、前記振動板部と前記枠体取付部とを複数のスリット状の穴を介して弾性的に支持する複数の撓み腕部とを備えたことを特徴とする圧電スピーカ。
2. 前記複数のスリット状の穴にダンパ材が充填されていることを特徴とする請求項１記載の圧電スピーカ。
3. 前記ダンパ材は、前記金属振動板の全面に貼り合わされた所定膜厚の高分子フィルムの一部であることを特徴とする請求項２記載の圧電スピーカ。
4. 前記振動板部は、一面側は斜め四方向に広がった形状に、他面側は円形に圧電体が貼り合わされたことを特徴とする請求項１記載の圧電スピーカ。
5. 前記撓み腕部は、略Ｕ字形に折り返した腕形状であることを特徴とする請求項１記載の圧電スピーカ。

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