JP2005303938A - パネル音響発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パネルパネル音響発生装置を簡単に効果的に薄型化する。
【解決手段】 パネル２１を前辺部を除く周辺部を支持部材２２を介して基台１１に振動可能に設置し、パネル２１を駆動する圧電バイモルフ素子３１を基台１１におけるパネル２１の前辺部の外部に配置して圧電バイモルフ素子３１の両端を２つの固定部材３２を介して基台１１に設置し、圧電バイモルフ素子３１の中央部の上面と音響発生部材２１の前辺部の上面を接続部材３３で接続する。圧電バイモルフ素子３１は２点支持（若しくは２点拘束）の形態になっているため、その中央部が最も変位可能な最大変位（振動）領域となる。そのため圧電バイモルフ素子３１は固定部材３２に対してその最大変位領域の変位を接続部材３３を介してパネル２１に伝達する。圧電バイモルフ素子３１が音波を発生させるパネル２１の外側に配置されているので、装置が薄型化される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パネルを圧電バイモルフ素子で振動させるパネルスピーカーやタッチパネルの入力操作に対する使用者へのフイードバックを圧電バイモルフ素子を用いてタッチパネルに振動として与えるパネル音響発生装置などの薄型化を可能にしたパネル音響発生装置に関する。

昨今、画像と音との一体感を高める目的のために、画像表示装置とスピーカーを一体化したパネルスピーカーが提案されている。ニュートランスデューサーズリミテッド社は発泡材料パネルの一部に振動素子（エキサイター）を組み込んだパネルスピーカーを既に商品化している。また、液晶画面の前方に透明パネルを配し、この透明パネルにエキサイターを組み込んだ製品も産み出されている。これらのパネルスピーカーについては、多くの他特許が出願されている（例えば、特許文献1参照。）。これらで紹介されているものの多くは、電磁変換素子をエキサイターに用いている。

一方圧電バイモルフ素子をエキサイターに用いた例としては圧電バイモルフ素子中央部のみがパネルに接続された構造が提案されている（特許文献２参照。）。この例を図８に示す。この方式は、パネル２１を基台１１に支持部材２２を介して振動可能に支持し、両端に重り３４を付した圧電バイモルフ素子３１の中央部を接続部材３５を介してパネル２１に接続し、圧電バイモルフ素子３１を振動させる方式である。この方式は両端に重り３４を付した圧電バイモルフ素子３１がパネル２１にぶら下がっている状態となっている。これはパネル側から見ると、重り（重り３４＋圧電バイモルフ素子３１）が付与されていることになり、この重りの振動によってパネル自体も振動するという原理である。

これらパネルスピーカーは、音響発生させるパネルに振動発生源（圧電バイモルフ素子）を付加することによりパネルの面共振を発生させ、パネル自体の持つ固有振動モードを利用して音波を発生させている。しかし、これらのパネルスピーカーは、パネルに振動を発生させるための振動発生源の取り付け方法が難しいという問題が有る。また、特に携帯機器群の薄型化に対して、これらのパネルスピーカー自体にも薄型化が要求されている。
特表２００２−５３３９５７号公報 特表平１１−５１２２５６号公報

本発明は、簡単に効果的に薄型化ができる圧電バイモルフ素子を用いたパネルパネル音響発生装置を提供することを目的とする。

本発明のパネル音響発生装置は、短冊状の圧電バイモルフ素子が音波を発生させる音響発生部材の外側に配置され、圧電バイモルフ素子の両端が音波発生に寄与しない固定部材に接続され、圧電バイモルフ素子の中央部が前記音響発生部材接続されてなり、固定部材と音響発生部材に介在する圧電バイモルフ素子の振動により音響発生部材を加振することで振動させ、音波を発生することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のパネル音響発生装置において、圧電バイモルフ素子が２個以上音響発生部材に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、圧電バイモルフ素子が音波を発生させる音響発生部材の外側に配置されているので、圧電バイモルフ素子を用いたパネル音響発生装置を、簡単にかつ効果的に薄型化できる。

本発明に係るパネル音響発生装置の基本的構造を図１に示す。図１について、音響発生部材（パネル）２１は前辺部を除く周辺部がパネル支持部材２２を介して基台１１に設置され、この音響発生部材２１を駆動する短冊状の圧電バイモルフ素子３１は基台１１における音響発生部材２１の前辺部外側（前側）の中央部に配置され、圧電バイモルフ素子３１の両端近傍が２つの素子固定部材３２を介して基台１１に設置され、圧電バイモルフ素子３１の中央部の上面と音響発生部材２１の前部上面が接続部材３３で接続されている。

この圧電バイモルフ素子３１は２つの固定部材３２による２点支持（若しくは２点拘束）の形態になっているため、図２に示すようにその中央部が最も変位可能な最大変位（振動）領域となる。そのため圧電バイモルフ素子３１は固定部材３２に対してその最大変位領域の変位を接続部材３３を介して音響発生部材２１に伝達させることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図３に情報携帯端末等に用いられる抵抗変化型のタッチパネルをパネルスピーカーにした例を示す。図中、上記図１と同一構成部分には同一符号を付してある。通常タッチパネルは、機器の筐体若しくは液晶モジュールに外周部が両面粘着テープなどを介して固着されている。

実施例は、液晶モジュール側にタッチパネル２１Ａ及び圧電バイモルフ素子３１が固定されている場合に相当する。タッチパネル２１Ａは、その前辺部を除く周辺部が液晶モジュール１１Ａを基台として厚さ数百μｍ程度の発泡ポリエチレン粘着テープなどをパネル支持部材２２として支持されている。また、圧電バイモルフ素子３１は、基台１１Ａにおけるタッチパネル２１Ａの前辺部外側の中央部に、厚さが数百μｍの発泡ポリエチレン粘着テープなどを固定部材３２として２点支持されている。圧電バイモル素子３１の略中央部の上面とタッチパネル２１Ａの前部の上面はＰＥＴ樹脂ベースの比較的弾性率の高い材料からなる接着テープを接続部材３３として接続されている。

圧電バイモルフ素子３１は、使用者がタッチパネル２１Ａに入力操作すると、図示省略の回路を介して駆動されるように接続されており、使用者がタッチパネル２１Ａに入力操作すると、タッチパネル２１Ａが振動または音を出力して入力操作者にフィードバックされるようにしてある。

圧電バイモルフ素子３１は、印加電圧により伸縮が逆となる関係の圧電素子３１ａ、１３ｂとその間に設けられた中間板１３ｃにより構成されている（図１）。圧電素子３１ａ、１３ｂは、特に発生変位量／印加電圧の大きいチタン酸ジルコン酸鉛（通称：ＰＺＴ）を用いることが望ましい。材料組成については、微量添加物などによりその特性を変えることが可能であるが、変位量／電圧の性能を示す定数として一般的に知られているｄ３１定数が、１００〜４００（×１０^-12ｍ／Ｖ）のものを使用する。

圧電素子３１ａ、１３ｂの両面には各々電極が形成されており、各々の電極面は互いに絶縁している（図示省略）。電極は、例えばメッキ方法やスパッタ法、蒸着法、或いは印刷・焼付けなどによって形成し、電極材料としてはＮｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕなどが用いられる。また、圧電素子３１ａ、１３ｂの変位量／電圧特性を改善する目的として、圧電素子を積層化させた構造も用いることができる。中間板１３ｃについては、主にステンレス合金系、ニッケル合金系など導電性を有する金属材料を用いるが、非導電性材料を用いても良い。

圧電バイモルフ素子３１は両端近傍が２つの固定部材３２で2点支持されるので、素子固定部材３２としては、圧電バイモルフ素子３１の振動を妨げず、かつ位置を安定化させるために、所定の粘着力を有する粘着テープなどが適している。例えば、発泡ポリウレタン、発泡アクリル、発泡ブチルゴム、或いはシリコン系材料などのクッション性を有する柔軟な材料をベースとした両面粘着テープや、ＰＥＴやポリイミドをベースとした両面粘着テープなどである。例えば、日東電工（株）製のＮｏ５７１３というテープは、特殊発泡ポリウレタンを基材とした両面粘着テープで、テープ厚さは０．３３ｍｍであり、実施例に対して適した柔軟性と厚みを持っている。

圧電バイモルフ素子３１とタッチパネル２１Ａを接続する接続部材３３は、圧電バイモルフ素子３１に発生する振動を出来るだけロス無くタッチパネル２１に伝達することが望ましく、上記ＰＥＴやポリイミドなど比較的弾性率の高いプラスティック材料をベースにした両面粘着テープや、金属箔をベースにした片面粘着テープを使用しても良い。粘着力についても出来るだけ高いことが望ましい。

タッチパネル２１Ａは、液晶モジュール側など基台１１Ａに固定されるが、圧電バイモルフ素子が接続されているタッチパネル２１Ａの前辺部以外の3辺部が任意の厚みを持つ両面テープなどのパネル支持部材２２により固定されている。パネル支持部材２２については、所定の伸びを有する、例えば、発泡ポリウレタン、発泡アクリル、発泡ポリエチレン、発泡ブチルゴム、或いはシリコン系材料などのクッション性を有する柔軟な材料をベースとした両面粘着テープが適している。

なお、パネル支持部材２２の配置については、パネルの振動を出来るだけ阻害させないようにしつつ、かつ所定の強度と信頼性でパネルを保持させる必要があり、図４（Ａ）〜（Ｄ）のような幾つかの配置方法がある。これらについては、必要な性能と信頼性などを考慮して決定する必要がある。

また、圧電バイモルフ素子３１とパネル２１との接続部材３３は、接続部の強度を高めるため、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すようなＴ字形状の接続部材３３ａ，３３ｂを用いることもできる。圧電バイモルフ素子３１は屈曲変位をするため、接続部材３３を全面に貼り付けると圧電バイモルフ素子３１の屈曲変位を阻害する恐れがあるので接続部材３３の接着面積を大きくすることは難しいが、Ｔ字形状の接続部材３３ａ，３３ｂを用いることによりパネル側の接着面積を大きくして、接続部の強度を高めることができる。

また、例えば図６に示すように、基台１１におけるパネル２１の前辺側と後辺側の外部に、パネル２１に圧電バイモルフ素子３１、素子固定部材３２からなる圧電バイモルユニット３０をそれぞれ配置するなど、１つのパネルに対し圧電バイモルユニット３０を複数個配置し、接続部材３３で接続することによりパネル２１に対する加振力が増加し、これにより、より大きな音を発生させることが可能となる。

以下に、本発明の装置と従来の装置との違いを説明する。

従来の装置（図８）は、両端に重り３４を有する圧電バイモルフ素子３１（圧電バイモルフユニット３０Ａ）がパネル２１に接続部材３５で接続されぶら下がっている状態となっている。この圧電バイモルフユニット３０Ａは、パネル２１の音響発生面に対して垂直方向下部に設置されており、これにより圧電バイモルフユニット３０Ａと接触防止のための余白分だけ装置の厚みが増える。また、従来の装置では、圧電バイモルフ素子３１の振動振幅は、パネル接続部ではなく、圧電バイモルフ素子３１の自由端側に発生し、パネル２１は圧電バイモルフ素子３１の固定部に発生する反力を受けて振動している。

これに対して、本発明の装置（図３）は、圧電バイモルフ素子３１と素子固定部材３２（圧電バイモルフユニット３０）がパネル２１の音響発生面に対して水平方向の外側に配置されている。そのため装置の厚みの増加を抑制することが可能となる。仮にパネル２１の厚みに対して圧電バイモルフ素子３１の厚みが同等かそれ以下であれば、厚み増加要因は、パネル２１や圧電バイモルフ素子３１のパネル支持部材３２の厚みと接続部材３３の厚みのみとなる。また、本発明の装置は、図１、図２に示すとおり、圧電バイモルフ素子３１の最大変位部が接続部材３３でパネル２１に接続されているため、圧電バイモルフ素子の変位が直接パネル２１に伝達される。

以上のように、本発明の装置は、パネルの厚み方向の増加を抑制する配置構造となっている。従来の装置と本発明の装置の構造比較図を図７に示す。従来の装置では図７（Ａ）のようにパネル２１の裏側Ａ部に圧電バイモルフユニット３０Ａが配置されているのでＡ部分が厚くなるのに対し、本発明の装置では図７（Ｂ）のようにパネル２１の外側Ｂ部分に圧電バイモルフユニット３０Ａが配置されているので装置が薄型化できるがパネル２１の外側Ｂ部分に空間が必要となる。しかし、昨今の情報携帯機器は、厚みを薄くすることに対する要求が強いため、薄さを求める場合は、本発明の方が有利となる。

（Ａ），（Ｂ）は本発明に係るパネル音響発生装置の基本的構造を示す正面図及び側面図。 圧電バイモルフ素子の最大変位領域説明図。 本発明の実施例に係るパネル音響発生装置を示す斜視図。 （Ａ）〜（Ｄ）はパネルパネル支持部材の配置例を示す平面図。 （Ａ），（Ｂ）は接続部材の形状例を示す平面図。 ２個の圧電バイモルフ素子を用いたパネル音響発生装置を示す斜視図。 従来の装置と本発明の装置の構造比較図。 従来例に係るパネル音響発生装置を示す斜視図。

符号の説明

１１…基台、１１Ａ…液晶モジュール（基台）、 １２…音響発生部材（パネル）、 １２Ａ…タッチパネル、 ２２…支持部材、 ３０，３０Ａ…圧電バイモルフユニット、 ３１…圧電バイモルフ素子、 ３２…固定部材、 ３３…接続部材、 ３４…重り、 ３５…接続部材。

Claims (2)

1. 短冊状の圧電バイモルフ素子が音波を発生させる音響発生部材の外側に配置され、圧電バイモルフ素子の両端が音波発生に寄与しない固定部材に接続され、圧電バイモルフ素子の中央部が前記音響発生部材に接続されてなり、固定部材と音響発生部材に介在する圧電バイモルフ素子の振動により音響発生部材を加振することで振動させ、音波を発生することを特徴とするパネル音響発生装置。
2. 請求項１に記載のパネル音響発生装置において、
   圧電バイモルフ素子が２個以上音響発生部材に接続されていることを特徴とするパネル音響発生装置。