JP2005123757A - 圧電音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、薄型化したとしても圧電振動子の実質振動領域を広げて良好な音圧と音響特性を得ることができる圧電音響装置を提供すること。
【解決手段】振動板に圧電材を配した圧電振動子と、この圧電振動子を収納するとともに振動板を弾性接着剤によって固定した中空の筐体を有する圧電音響装置において、筐体における内壁外周部に、湾曲面又は傾斜面の内壁段差を配し、この内壁段差に振動板の外縁部が接する状態で、弾性接着剤により振動板を固定することで、内壁段差と振動板の周縁部の接点により圧電振動子を支持固定した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、両主面に電極が形成された板状の圧電材を振動板の片面又は両面に貼り付けて成る圧電振動子を、筐体内部へ収納した圧電音響装置に関するものであり、更に詳しくは、音響装置としての音圧及び音響特性の向上を目的とした圧電振動子の支持構造を改善した圧電音響装置に関するものである。

近年の高度情報化に伴い、携帯電話、携帯情報端末、通信機器等の電子機器に搭載される部品は、高性能化、多機能化とともに更なる小型化、軽量化が追及されている。この傾向は電子機器に搭載される音響装置においても同様である。このような背景の下、これまで一般に利用されている電磁音響装置に代わって圧電音響装置が注目されつつある。

圧電音響装置とは、圧電材の圧電効果を利用した簡単な構造の音響装置であり、従来の電磁型と比較して小型化、軽量化、薄型化、高効率化に適している為、上記用途に格好の装置である。また、電磁音響装置で問題となっていた電磁雑音の影響も、圧電音響装置を用いることで殆ど無くなるという利点がある。

以下、従来の圧電音響装置について、図３の断面図を用いて説明する（例えば特許文献１を参照）。
圧電材１は、圧電効果を持つセラミックス板の両主面に薄い電極を形成して成るもので、この両電極に電圧を印加することにより機械的応力を生じさせる。また本構成において、圧電材１は振動板２の片面或いは両面に接着されており、両者を合わせて圧電振動子３と呼ぶ。なお、本図面においては、この圧電材１を振動板２の片面に配した例を示した。

この圧電振動子３における振動板２は筐体上部４であり、断面形状が矩形形状の内壁段差６ｅと、筐体下部５であり、同様に断面形状が矩形形状の内壁段差６ｆに嵌合される形で、弾性接着剤７を介して固定されている。ここで固定される振動板２の部位はその全外周に渡る。

そこで圧電材１に交流の音響電気信号を印加すると、機械的応力によりその圧電材１を長手方向に伸縮運動が生じさせるが、接着させている振動板２は圧電効果を持たず機械的応力を生じない為、圧電振動子３の全体で上下方向に撓み振動が誘起される。そして振動板２が周辺支持で固定されたまま撓み振動することにより、筐体内部の空間に音場振動が発生し、放音孔８からこの音場振動が放出され、音響効果が得られる。

この図３で示したような特許文献１における圧電音響装置は、筐体上部４の内壁段差６ｅと筐体下部５の内壁段差６ｆに嵌合された振動板２の幅広の外周部分が完全に固定されてしまうことで、図５（ｂ）の破線で振動状態を示すように、周辺近傍部における振幅が不十分となる。その為、充分な振幅が得られる振動部分は中央部分のみとなり、結果的に振動面積と振幅の減少から音圧が小さくなるという問題がある。
更に、振動面積の低下は特に低音領域の音圧を著しく低下させ、音圧の周波数特性の平坦性が失われることにより音響特性が悪化するという問題がある。

この振動面積の減少に伴う音圧及び音響特性の低下という問題は、圧電音響装置が小さくなるにつれてより顕著となるだけでなく、充分な音圧及び良質の音響特性を維持するのに筐体内の広い共鳴空間を必要とせざるを得なくなる。従って音響装置としての小型化、薄型化への要求に相反する。

この様な問題を解決する一手段として、図４で示す圧電音響装置が提案されている。本装置は、筐体上部４の内壁段差６ｅと筐体下部５の内壁段差６ｆとの間に保持した弾性接着剤７に５０μm〜１０００μm程度の球状スペーサー１３を混入し、この球状スペーサーにより圧電振動子３の振動板２を周辺支持で固定した構造である。なお、球スペーサーにより圧電振動子３を固定している点、及びそれに伴う筐体４、５の形状以外は先に説明したのと同じ部材構成である。
このような構成を取ることによって、振動板２の固定される部位が幅広の外周部分ではなく球状スペーサーとの接点部分のみとなり、先に示した装置構成（図３に示した装置構成）に比べ、圧電振動子３が振動する際にその周辺近傍部における振幅が増加し、音圧と音響特性を改善させることができる。

特開平１０−１０８２９７号公報（第３頁、図１−２）

しかしながら、図４で示すような、弾性接着剤に混入した５０μm〜１０００μm程度の球状スペーサーを介して圧電振動子を支持固定するという圧電音響装置の構造については、球状スペーサーの大きさや分布の不均一性が避け難くなる。その現象について以下に詳細に説明する。

図６は、図４に示した圧電音響装置における圧電振動子３のみを示す上部平面図である。
上述した影響は、例えば図６に示す円形の圧電材１と振動板２から成る圧電振動子３を用いると考えた場合、球状スペーサー１３の大きさや分布の不均一性から振動板２の支持される箇所が図中の符号１３で表されるように不均一な分布となり、結果的に図中の破線より外周部分全てが完全に固定されるのに等しくなってしまう。従って、本構成においても、図５（ｂ）のように周辺近傍部の振幅が不十分で、振動に寄与するのが中央部分のみとなり、結果として同様音圧と低音領域の音圧特性が著しく低下するという問題は依然として解消されていない。

本発明の目的は上記課題を解決し、小型化、薄型化したとしても圧電振動子の実質振動領域を広げて良好な音圧と音響特性を得ることができる圧電音響装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の圧電音響装置は、下記記載の構成を採用する。

本発明の圧電音響装置は、振動板に圧電材を配した圧電振動子と、この圧電振動子を収納するとともに振動板を弾性接着剤によって固定した中空の筐体を有する圧電音響装置において、筐体における内壁外周部に、断面形状が湾曲面又は傾斜面の内壁段差を配し、この内壁段差に振動板の外縁部が接する状態で、弾性接着剤により振動板を固定することで、内壁段差と振動板の周縁部の接点により圧電振動子を支持固定したことを特徴とする。

本発明による圧電音響装置は、中空の筐体に内壁段差を設けて、その内壁段差に圧電振動子の振動板を最外周端で支持固定することにより、従来の構成と比べて振動時の振幅と振動面積が増大し、音圧と音響特性を著しく向上させることができる。これにより、音響装置の小型化、薄型化をしたとしても、圧電音響装置として充分機能させることができる。

そして本発明の圧電音響装置は、圧電ブザー、圧電スピーカーなどの発音体は勿論のこと、圧電受話器等の受音体にも適用できる技術である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を断面図で説明する。尚、同部材については背景技術と同符号を用いる。

図１に示すように、本発明による圧電音響装置は、圧電振動子３を筐体の内部へ収納し、周辺支持で固定して成るもので、基本的な構成と音響原理は前述した背景技術に示した例図３，図４と基本的に変わらないが、筐体上部４と筐体下部５における内壁段差６ａ、６ｂの形状が図３，４のような矩形形状ではなく、湾曲形状である点に特徴を持つ。

この圧電振動子３は、その最外周端が内壁段差６ａの湾曲面の最上部及び内壁段差６ｂの湾曲面の最下部でのみ接する形で、筐体上部４と筐体下部５で嵌合され、それぞれの湾曲面へ塗布された弾性接着剤7により固着されている。この弾性接着剤は固着後も軟質の弾力性を持つ材質で出来ており、圧電振動子３の振動を妨げることは無い。これにより圧電振動子３を筐体と振動板２が接する箇所を支点として撓み振動させることができる。その動作については後段で詳細に説明する。なお、図中の符号８は放音孔であり、その形状や位置は特に限定されるものではない。

ここで、振動板２の厚さ及び長手方向の長さと、筐体の寸法が、前段で述べたように、圧電振動子３の最外周端でのみ接することを可能とするだけの充分な精度を有することが肝要である。

また筐体上部４、下部５の製造方法に関しては、溶かした合成樹脂或いは金属を型へ流し込んで作製する方法や、合成樹脂板或いは金属板を切削加工して作製する方法の他、結晶シリコン基板からエッチング加工で作製する方法等の種々の手段により形成することができる。

上記方法により、圧電振動子をその最外周端で支持固定するという音響装置を容易に作ることができる。

そして圧電振動子３が最外周端で支持固定されることによって、背景技術で示した例図３と図４における幅広の部位で振動板２が筐体に固定されていた外周部分を、振動板２の最外周端のみが筐体の内壁段差に接する形態とすることができる。

これにより、圧電振動子３が撓み振動を誘起する際に、背景技術で起こる周辺近傍部の振幅の抑制が無くなり、図５（ａ）に示すように筐体に対する振動面積の比率を拡大させるだけでなく、圧電振動子３全体の振幅も増加させることができる。

上記理由により、圧電音響装置の音圧は、振動体（圧電振動子３）の振動部分の面積と振幅に比例するため、本発明により圧電振動子３をその最外周端で支持固定すれば、振動板２の振幅と筐体に対する振動板２の振動面積比率が増大し、同面積の背景技術に示した圧電音響装置と比較して、音圧を著しく向上させることができる。

更に、この振動面積の拡大は、低音領域の音圧向上に顕著な効果を発揮し、音圧周波数特性の平坦性から音響特性の改善を得ることができる。

この効果は、圧電音響装置自体の小型化への要求を満たすと伴に、筐体内の共鳴空間を減少させることが可能となり、薄型化への要求にも応え得る構造となる。
なお、本実施例では振動板２の一方の面に圧電材１を配したユニモルフ型の一例を示したが、複数個の圧電材を積層した形態としても構わないし、振動板２の両面に圧電材１を配したバイモルフ型としても構わない。

図２は本発明の第２実施例を示す断面図であり、前述した内壁段差の湾曲形状に代えて傾斜形状としたものである。内壁段差６ｃ，ｄをこのような傾斜形状とした場合においても、圧電振動子３をその最外周端で支持固定することができる。尚、圧電振動子３を最外周端で支持できる内壁段差であれば、その形状は前述した湾曲面と傾斜面だけに限定されないし、例えば筐体上部４の内壁段差形状を、湾曲面とし、筐体下部５の内壁段差形状を傾斜面としても構わないし、この組み合わを逆にした形態としてももちろん構わない。

また、本発明における圧電音響装置は、筐体上部４と筐体下部５により圧電振動子３を嵌合して周辺支持で固定する方法を示しているが、筐体下部５のみの内壁段差６ｄにより周辺支持を固定する方法の圧電音響装置についても、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

本発明における圧電音響装置の構成を示す断面図である。（実施例１） 本発明における圧電音響装置の構成を示す断面図である。（実施例２） 背景技術における圧電音響装置の構成例を示す断面図である。 背景技術における他の圧電音響装置の構成例を示す断面図である。 本発明の圧電音響装置における圧電振動子の振動状態を示す模式図である。 背景技術の圧電音響装置における圧電振動子の振動状態を示す模式図である。 図４で示した背景技術の圧電音響装置において、圧電振動子が球状スペーサーによって支持固定される形態を示す上部平面図である。

符号の説明

１ 圧電材
２ 振動板
３ 圧電振動子
４ 筐体上部
５ 筐体下部
６ａ〜ｆ 内壁段差
７ 弾性接着剤
８ 放音孔

Claims (1)

1. 振動板に圧電材を配した圧電振動子と、この圧電振動子を収納するとともに前記振動板を弾性接着剤によって固定した中空の筐体を有する圧電音響装置において、
   前記筐体における内壁外周部に、断面形状が湾曲面又は傾斜面の内壁段差を配し、この内壁段差に前記振動板の外縁部が接する状態で、前記弾性接着剤により前記振動板を固定することで、前記内壁段差と前記振動板の周縁部の接点により前記圧電振動子を支持固定したことを特徴とする圧電音響振動装置。

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