JP2006157226A - フラットパネルスピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電セラミック振動板を基部が設けられる長方形の片持ち梁状ホルダに基部から少し離して固定して片持ち梁状ホルダの自由端部に錘を取り付けることにより、圧電セラミック振動板に対する衝撃の緩和をより適切に実施し、最低共振周波数ｆ₀ の上昇を抑制して低域感度を向上するフラットパネルスピーカを提供する。
【解決手段】 板状圧電セラミック素子１４とその一方の面に配置される電極箔と他方の面に配置される電極薄板１３とより成る圧電セラミック振動板１１を基部２３が設けられる長方形の片持ち梁状ホルダ２１’に基部２３から少し離して固定した圧電アクチュエータ１０をフラットパネルに接合固定したフラットパネルスピーカにおいて、片持ち梁状ホルダ２１’の自由端部に錘４０を取り付けたフラットパネルスピーカ。
【選択図】 図２

Description

この発明は、フラットパネルスピーカに関し、特に、板状圧電セラミック素子とその一方の面に配置される電極箔と他方の面に配置される電極薄板とより成る圧電セラミック振動板を基部が設けられる長方形の片持ち梁状ホルダに固定し、片持ち梁状ホルダの自由端部に錘を取り付けた圧電アクチュエータをフラットパネルや表示装置自体に接合固定したフラットパネルスピーカに関する。

図４〜図７を参照して従来例を説明する。図４は圧電アクチュエータの従来例、図５は圧電セラミック振動板を分解して示した斜視図、図６は機器の表示面を覆う本体ケースのフラットパネルに圧電アクチュエータを取り付けたところを示す図、図７は図６の続きである。
携帯電話器、携帯情報端末機器（ＰＤＡ）、小型コンピュータ（ＰＣ）の如き携帯型電子機器においては表示装置自体、即ち、ガラス基板、プラスチック基板、タッチパネル、液晶表示素子の表示面を覆って機器の表面を構成する透明なフラットパネルの如きフラットパネルをフラットスピーカの振動板として使用し、フラットパネルを駆動して音波を空間に放射する構成を採用している。フラットパネルを駆動する圧電アクチュエータ１０として圧電アクチュエータ１０が使用され、これをフラットパネルの裏面に取り付けている。

圧電アクチュエータ１０は長さの異なる２枚の圧電セラミック振動板１１、１２を有し、これら圧電セラミック振動板１１、１２は互いに平行にホルダ２１に保持されている（特許文献１ 参照）。
圧電セラミック振動板１１，１２は、中央に位置する電極薄板１３を挟んで一対の板状圧電セラミック素子１４が配置され、これら板状圧電セラミック素子１４の外側にそれぞれ電極箔１５が配置されたものより成る。
中央に位置する電極薄板１３はステンレス板により構成され、ＰＺＴ（チタンジルコン酸鉛）の如き圧電現象を示すセラミックより成る板状圧電セラミック素子１４は電極薄板１３に貼り付け取り付けられている。外側の電極箔１５は銀箔１６と銅箔１７の二層構造とされ、銀箔１６は板状圧電セラミック素子１４上に銀ペーストを印刷塗布して形成され、そして、銅箔１７はその上に貼り付けられる。

ホルダ２１は圧電セラミック振動板１１、１２を挟み込む２つのスリット２２を具備する。圧電セラミック振動板１１、１２はこれらのスリット２２に挿入され、接着固定されて、その長手方向中央がそれぞれホルダ２１に保持されている。ホルダ２１の、圧電セラミック振動板１１、１２の積層方向一端側には幅広とされた基部２３が設けられており、この基部２３の圧電セラミック振動板１１、１２の板面と平行な底面がフラットパネルへの貼り付け面とされる。
携帯型電子機器の表示面を覆う本体ケース３２のフラットパネル３１に圧電アクチュエータ１０が取り付けられている。圧電アクチュエータ１０はフラットパネル３１の一辺に沿って配置され、そのホルダ２１の基部２３がフラットパネル３１に貼り付け取り付けられている。フラットパネル３１はポリカーボネート、アクリルの如き透明樹脂板より成る。本体ケース３２内にはプリント配線基板３３が収容されている。１８は圧電アクチュエータ１０をプリント配線基板３３に接続するリード線を示し、２本のリード線１８は電極１３と１５から引き出されている。なお、圧電アクチュエータ１０の２枚の圧電セラミック振動板１１、１２の電極薄板１３および電極箔１５は、それぞれ、リード線により適宜に接続されている。フラットパネル３１と本体ケース３２との間には衝撃吸収部材３４が介在しており、これにより本体ケース３２へのフラットパネル３１の振動の伝達が阻止されている。

ところで、圧電セラミック振動板を使用する圧電アクチュエータ１０をフラットパネルに貼り付けてフラットパネルを圧電アクチュエータ１０により駆動して音波を空間に放射するフラットパネルスピーカにおいて、板状圧電セラミック素子と、その両面に配置された電極箔と、衝撃吸収部材とをモジュールケース２０に収容して圧電アクチュエータ１０をモジュール化したフラットパネルスピーカ自体も開発されている（特許文献２ 参照）。
特開２００４−１０４３２７ 特開２０００−２０１３９８

上述した圧電アクチュエータ１０においては、圧電セラミック振動板１１、１２の板状圧電セラミック素子１４は薄板状をなしており、その上に、その構成材料であるＰＺＴの如きセラミック材料は極めてもろい材料であるところから、フラットパネルスピーカの圧電セラミック素子１４は落下その他の際に加えられる衝撃により損傷する恐れが大きい。これに対応して、先の特許文献１においては、圧電セラミック振動板１１、１２の両板面に衝撃吸収部材を配設してこの損傷を防止する設計を実施している。そして、圧電セラミック振動板１１、１２は、一般に、その中間部においてホルダ２１により保持されて、ホルダ２１を介してパネルに接合固定せしめられている。このことに起因して、この圧電セラミック振動板１１、１２には、音響的な周波数特性について、低域の感度特性が良好であるとは言い難い問題がある。

この発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、圧電セラミック振動板に対する衝撃の緩和をより適切に実施し、最低共振周波数ｆ₀ の上昇を抑制して低域感度を向上する圧電アクチュエータを接合固定したフラットパネルスピーカを提供するものである。

請求項１：板状圧電セラミック素子１４とその一方の面に配置される電極箔と他方の面に配置される電極薄板１３とより成る圧電セラミック振動板１１を基部２３が設けられる長方形の片持ち梁状ホルダ２１’に固定した圧電アクチュエータ１０をフラットパネルに接合固定したフラットパネルスピーカにおいて、片持ち梁状ホルダ２１’の自由端部に錘４０を取り付けたフラットパネルスピーカを構成した。
請求項２：請求項１に記載されるフラットパネルスピーカにおいて、圧電セラミック振動板１１を基部２３から少し離したところで片持ち梁状ホルダ２１’上面に固定したフラットパネルスピーカを構成した。

請求項３：請求項１および請求項２の内の何れかに記載されるフラットパネルスピーカにおいて、錘をゴムの如き弾性材を使用して構成したフラットパネルスピーカを構成した。
請求項４：請求項１ないし請求項３の内の何れかに記載されるフラットパネルスピーカにおいて、圧電アクチュエータ１０をモジュールケース２０に収容して圧電アクチュエータ１０をモジュール化し、圧電セラミック振動板１１を片持ち梁状ホルダ２１’の基部２３が設けられる側の面とは反対側の面に接合し、衝撃吸収体３４を圧電セラミック振動板１１に対向するモジュールケース２０の内面に間隙を有して形成すると共に、錘４０を片持ち梁状ホルダ２１’の圧電セラミック振動板１１の接合される面とは反対側の面に取り付けたフラットパネルスピーカを構成した。

この発明の圧電アクチュエータは、圧電セラミック素子が片持ち梁状ホルダに取付けられた片持ち支持構造とされると共に、片持ち梁状ホルダの自由端部に錘を取り付けられている。この構造によれば、この圧電アクチュエータが取り付けられた携帯型電子機器の落下その他に起因する衝撃が板状圧電セラミック素子に直接に伝達することが防止され、片持ち支持構造の利点である最低共振周波数ｆ₀ の上昇を抑制して低域感度が向上する作用効果を奏すると共に、片持ち梁状ホルダの自由端に取り付ける錘の種類、重量、取り付け位置を変更調整することにより最低共振周波数ｆ₀ の調整をすることができる。

更に、圧電アクチュエータをモジュールケースに収容してモジュール化する構造を採用し、錘にゴムの如き弾性材を使用して構成することにより、圧電アクチュエータが取り付けられた携帯型電子機器が落下衝突その他に起因する衝撃を受けても、この錘も衝撃吸収部材として作用して衝撃は吸収され、圧電セラミック素子の破損を防止する効果をもたらし、耐衝撃性の一層の向上と音響特性の安定化、信頼性の向上という相乗効果をもたらす。即ち、圧電アクチュエータの振動板面、これと対向するモジュールケース内面に取り付けられた衝撃吸収部材、ゴムの如き弾性材より成る錘、モジュールケース自体を含む構造全体を総合した緩衝作用により、圧電アクチュエータが取り付けられた携帯型電子機器が落下した場合その他の場合に生起する衝撃が圧電アクチュエータに伝達しても、振動板の板状圧電セラミック素子の破損事故が効果的に防止されて、耐衝撃性が向上すると共に組み立て実装の取り扱いを容易にし、音響特性の安定化をもたらす。

発明を実施するための最良の形態を図の実施例を参照して説明する。図１を参照するに、図１（ａ）はモジュールの上面を示す図、図１（ｂ）はモジュールの側面を示す図、図１（ｃ）はモジュールの下面を示す図、図１（ｄ）は線Ａ−Ａに沿った断面を示す図、図１（ｅ）は図１（ｄ）の丸Ａで包囲される領域の拡大図である。なお、実施例において、従来例における参照符合と共通する参照符合は互に共通する部材を示す。そして、何れの実施例においても、図９により図示説明される圧電セラミック振動板或いは板状圧電セラミック素子が１枚タイプの圧電セラミック振動板が使用される。また、圧電セラミック振動板には板状圧電セラミック素子を補強する補強薄板を接合することも行われる。

図１を参照して圧電アクチュエータの実施例を説明するに、２０はモジュールケースであり、上側ケース２０Ｕと下側ケース２０Ｌより成る。２０１は下側ケース２０Ｌに形成されたケース開孔である。
片持ち梁状ホルダ２１’は、その基部２３をモジュールケース２０の下側ケース２０Ｌに形成されたケース開孔２０１に嵌合した状態で、基部２３の下面を露出している。
板状圧電セラミック素子１４を含む圧電セラミック振動板１１は、片持ち梁状ホルダ２１’の基部２３が設けられる側の面とは反対側の面に積層接合されている。

衝撃吸収部材３４は、板状圧電セラミック素子１４を含む圧電セラミック振動板１１の一方の面に対向するモジュールケース２０の内面に間隙を有して形成している。衝撃吸収部材３４としては、ポリウレタン或いはポリエチレンの発泡体により構成することができる。４０は片持ち梁状ホルダ２１’の自由端の下面に取り付けられた錘である。錘４０はゴムの如き弾性材を使用して構成することにより錘であると共に衝撃吸収部材としても動作する。
以上の実施例は、圧電アクチュエータ１０がモジュールケース２０に収容されてモジュール化されており、圧電アクチュエータ１０の圧電セラミック振動板１１およびこれと対向するモジュールケース２０内面に取り付けられた衝撃吸収部材３４、弾性材料より成る錘４０、モジュールケース２０自体を含む構成により、フラットパネルスピーカが取り付けられた携帯型電子機器が落下し、打撃を受けた場合に生起する衝撃がフラットパネルスピーカに伝達しても、板状圧電セラミック素子１４の破損事故が効果的に防止されて、耐衝撃性が向上すると共に組み立て実装の取り扱いを容易にし、音響特性の安定化をもたらすに到る。即ち、圧電アクチュエータ１０をモジュールケース２０に収容した構成とすると共に、錘をゴムの如き弾性体で構成することにより、錘は錘であると共に衝撃吸収部材としても動作し、最低共振周波数ｆ₀ の調整効果と共に耐衝撃性の向上の効果も発揮する。圧電アクチュエータ１０をモジュール化することにより、圧電アクチュエータ１０を取り扱う使用者側における圧電アクチュエータ１０の取り扱いを容易にする。

そして、圧電セラミック振動板１１を片持ち梁状ホルダ２１’上で基部２３から少し離したところで固定することにより、板状圧電セラミック素子１４は外部から加えられる衝撃に強いものとなる。
また、圧電セラミック振動板１１の自由端に錘を取り付けて、圧電アクチュエータ１０の最低共振周波数の低域化および調整をすることができる。即ち、図３を参照するに、錘を重くし、或いは片持ち梁状ホルダ２１’に対する錘の取り付け位置を基部２３側に変位することにより、最低共振周波数ｆ₀ を低くすることができる。これは、質量ｍ、損失γ、スティフネスＳで構成される単一振動系の場合、板状圧電セラミック素子１４とその片持ち梁状ホルダホルダより成る振動体の最低共振周波数ｆ₀ は下記の通りに表現することができ、
ｆ₀ ＝（１／２π）√（Ｓ／ｍ）
ｍが大きくなるとｆ₀ が小さくなることに依る。そして、板状圧電セラミック素子を支保持するホルダとして基部を有する片持ち梁状ホルダ２１’を使用することにより、同一板状圧電セラミック素子をセンタ保持する場合と比較して最低共振周波数は低下する。板状圧電セラミック素子を片持ち梁状ホルダ保持構造とすると、センタ保持構造とする場合と比較して、基部２３と片持ち梁状ホルダ２１’の自由端部との間の圧電セラミック振動板１１振動部位の長さが大きくなることによる。また、板状圧電セラミック素子をセンタ保持する場合と比較して歪みが小さくなる。板状圧電セラミック素子とこのホルダの構造は全体として単純であるので、圧電アクチュエータの組み立ては容易となる。

図２を参照するに、これは図１の実施例において、モジュールケース２０による圧電アクチュエータ１０のモジュール化を省略した実施例に相当する。この実施例も、圧電セラミック振動板に対する衝撃の緩和をより適切に実施し、最低共振周波数ｆ₀ の上昇を抑制して低域感度を向上するという先の実施例の奏する効果と同様の効果を奏す。
以上の圧電アクチュエータは、携帯電話器、携帯情報端末機器（ＰＤＡ）、小型コンピュータ（ＰＣ）の如き携帯型電子機器においては表示装置自体、即ち、ガラス基板、プラスチック基板、タッチパネル、液晶表示素子の表示面を覆って機器の表面を構成する透明なフラットパネルの如きフラットパネルに取り付けて、フラットパネルをフラットスピーカの振動板として使用し、フラットパネルを駆動して音波を空間に放射するに、好適に使用することができる。

実施例を説明する図。 他の実施例を説明する図。 錘−周波数特性を示す図。 圧電アクチュエータの従来例を説明する図。 圧電セラミック振動板を分解して示した斜視図。 フラットパネルに圧電アクチュエータを取り付けたところを示す図。 図６の続き。

符号の説明

１０ 圧電アクチュエータ １１、１２ 圧電セラミック振動板
１３ 電極薄板 １４ 板状圧電セラミック素子
１５ 電極箔 １６ 銀箔
１７ 銅箔 １８ リード線
２０ モジュールケース ２０Ｕ 上側ケース
２０Ｌ 下側ケース ２０１ ケース開孔
２１ ホルダ ２１’片持ち梁状ホルダ
２２ スリット ２３ 基部
３１ フラットパネル ３２ 本体ケース
３３ プリント配線基板 ３４ 衝撃吸収部材
４０ 錘

Claims (4)

1. 板状圧電セラミック素子とその一方の面に配置される電極箔と他方の面に配置される電極薄板とより成る圧電セラミック振動板を基部が設けられる長方形の片持ち梁状ホルダに固定した圧電アクチュエータをフラットパネルに接合固定したフラットパネルスピーカにおいて、
   片持ち梁状ホルダの自由端部に錘を取り付けたことを特徴とするフラットパネルスピーカ。
2. 請求項１に記載されるフラットパネルスピーカにおいて、
   圧電セラミック振動板を基部から少し離したところで片持ち梁状ホルダ上面に固定したことを特徴とするフラットパネルスピーカ。
3. 請求項１および請求項２の内の何れかに記載されるフラットパネルスピーカにおいて、
   錘をゴムの如き弾性材を使用して構成したことを特徴とするフラットパネルスピーカ。
4. 請求項１ないし請求項３の内の何れかに記載されるフラットパネルスピーカにおいて、
   圧電アクチュエータをモジュールケースに収容して圧電アクチュエータをモジュール化し、
   圧電セラミック振動板を片持ち梁状ホルダの基部が設けられる側の面とは反対側の面に接合し、
   衝撃吸収体を圧電セラミック振動板に対向するモジュールケースの内面に間隙を有して形成すると共に、錘を片持ち梁状ホルダの圧電セラミック振動板の接合される面とは反対側の面に取り付けたことを特徴とするフラットパネルスピーカ。
   

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