JP2006345471A - 圧電アクチュエータ及びそれを用いたフラットパネルスピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】 薄型化を図ることができ、かつ音圧アップを図ることができる圧電アクチュエータを提供する。
【解決手段】 パネルを振動させ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、パネルを振動させるために用いる圧電アクチュエータを、一端面がパネルに貼り付けられるホルダ５１と、ホルダ５１に板面が上記一端面と平行とされて長手方向中央が保持された一対の圧電振動板４１と、それら圧電振動板４１間に挟み込まれた金属板４２とよりなるものとする。一対の圧電振動板４１はそれぞれバイモルフ構造とされ、金属板４２との間に局部的に配された粘弾性を有する部材（両面テープ）４３によって金属板４２の両面に貼り付けられる。
【選択図】 図１

Description

この発明は例えば携帯電話機等の機器において、機器が具備するパネルを振動板として使用しているフラットパネルスピーカに関し、特にそのパネルを振動させる圧電アクチュエータの構造に関する。

例えば携帯電話機や携帯情報端末機（ＰＤＡ）等の機器においては、液晶表示素子等の表示素子の表示面を覆って機器の表面に位置する透明なパネル（フラットパネル）を振動板として使用し、パネルを振動させて音波を空間に放射するフラットパネルスピーカが採用されており、パネルを振動させるためのアクチュエータ（圧電アクチュエータ）はパネルの裏面に貼り付けられて取り付けられている。
図７はこのような圧電アクチュエータの従来構成例を示したものであり、この例では圧電アクチュエータ１０は２枚の圧電振動板１１を有し、それら圧電振動板１１が互いに平行にホルダ２１に保持された構造となっている。

圧電振動板１１は中央に位置する電極１２を挟んで板状をなす一対の圧電体１３が配置され、それら圧電体１３の外側にそれぞれ電極が配置された積層構造となっており、いわゆるバイモルフ構造とされている。なお、両圧電体１３の外側にそれぞれ配置されている電極の図示は省略している。
電極１２は例えばステンレス板によって構成され、ＰＺＴ（チタンジルコン酸鉛）などのセラミックよりなる圧電体１３は電極１２に貼り付けられて取り付けられている。
ホルダ２１は２枚の圧電振動板１１をそれぞれ挟み込む２つのスリット２２を具備するものとされ、圧電振動板１１はスリット２２に挿入され、接着固定されて、その長手方向中央がホルダ２１に保持されている。

ホルダ２１の、圧電振動板１１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の圧電振動板１１の板面と平行な端面（底面）がパネルへの貼り付け面とされる。
図８及び９は携帯電話機の表示面を覆うパネル３１に圧電アクチュエータ１０が取り付けられた状態及びその圧電アクチュエータ１０が取り付けられたパネル３１が組み込まれた携帯電話機の概略構造をそれぞれ示したものであり、圧電アクチュエータ１０は図８に示したようにパネル３１の一辺に沿って配置され、そのホルダ２１の基部２３がパネル３１に貼り付けられて取り付けられている。パネル３１はポリカーボネートやアクリル等の透明樹脂板よりなるものとされる。

圧電アクチュエータ１０が取り付けられたパネル３１は図９に示したように携帯電話機の本体ケース３２にその周縁が固定保持されて携帯電話機の表面に配置される。
本体ケース３２内にはプリント配線基板３３が収容されており、図には示していないがこのプリント配線基板３３上に表示素子として例えば液晶表示素子が実装され、また圧電アクチュエータ１０とプリント配線基板３３とはリード線によって接続されている。
上記のような圧電アクチュエータ１０とパネル３１とよりなるフラットパネルスピーカを具備する携帯電話機においては、大面積のパネル３１が振動板とされて音波を放射するため、良好な音声が得られるものとなる。なお、図９に示したようにパネル３１と本体ケース３２との間には緩衝材３４が介在されており、これにより本体ケース３２へのパネル３１の振動の伝達が阻止されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１０４３２７号公報

ところで、上述したような圧電アクチュエータにおいては取り付けられる機器の小型・薄型化に伴い、特にさらなる薄型化が要求され、また音圧アップといった性能向上も強く望まれている。
この発明の目的はこのような状況に鑑み、従来より薄型化を図ることができ、さらに音圧をアップさせることができる圧電アクチュエータ及びそれを用いたフラットパネルスピーカを提供することにある。

請求項１の発明によれば、パネルを振動させ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、パネルを振動させるために用いる圧電アクチュエータは、一端面がパネルに貼り付けられるホルダと、そのホルダに板面が上記一端面と平行とされて長手方向中央が保持された一対の圧電振動板とよりなり、それら一対の圧電振動板はそれぞれバイモルフ構造とされて、互いに対向する板面間に局部的に配された粘弾性を有する部材によって互いに貼り付けられているものとされる。

請求項２の発明によれば、パネルを振動させ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、パネルを振動させるために用いる圧電アクチュエータは、一端面がパネルに貼り付けられるホルダと、そのホルダに板面が上記一端面と平行とされて長手方向中央が保持された一対の圧電振動板と、それら圧電振動板間に挟み込まれた金属板とよりなり、一対の圧電振動板はそれぞれバイモルフ構造とされ、金属板との間に局部的に配された粘弾性を有する部材によって金属板の両面に貼り付けられているものとされる。

請求項３の発明によれば、パネルを振動させ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、パネルを振動させるために用いる圧電アクチュエータは、一面がパネルに貼り付けられるケースと、そのケース内に収容され、一端面が上記一面の内側面に搭載固定されたホルダと、そのホルダに板面が上記一端面と平行とされて長手方向中央が保持された一対の圧電振動板とよりなり、それら一対の圧電振動板はそれぞれバイモルフ構造とされて、互いに対向する板面間に局部的に配された粘弾性を有する部材によって互いに貼り付けられているものとされる。

請求項４の発明によれば、パネルを振動させ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、パネルを振動させるために用いる圧電アクチュエータは、一面がパネルに貼り付けられるケースと、そのケース内に収容され、一端面が上記一面の内側面に搭載固定されたホルダと、そのホルダに板面が上記一端面と平行とされて長手方向中央が保持された一対の圧電振動板と、それら圧電振動板間に挟み込まれた金属板とよりなり、一対の圧電振動板はそれぞれバイモルフ構造とされ、金属板との間に局部的に配された粘弾性を有する部材によって金属板の両面に貼り付けられているものとされる。

請求項５の発明では請求項１乃至４のいずれかの発明において、粘弾性を有する部材が両面テープとされる。
請求項６の発明によれば、フラットパネルスピーカは請求項１乃至５記載のいずれかの圧電アクチュエータを用いて構成される。

この発明によれば、それぞれバイモルフ構造をなす一対の圧電振動板が粘弾性を有する部材によって部分的に貼り付けられて一体化されており、よって従来のバイモルフ構造の２枚の圧電振動板を別々にホルダの２つのスリットに組み込み、２段構成とする圧電アクチュエータに比し、薄型化を図ることができる。
また、そのように一対の圧電振動板を一体化構造とすることにより、音圧をアップさせることができる。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明による圧電アクチュエータの一実施例の構成を示したものであり、この例では圧電アクチュエータ４０は一対の圧電振動板４１を具備し、それら圧電振動板４１が図１Ａ，Ｂに示したようにホルダ５１に保持された構造となっている。
一対の圧電振動板４１は簡略化して示しているが、それぞれバイモルフ構造をなすものとされ、この例ではそれらの間に金属板４２を挟み込んだ状態で一体化されている。
図１Ｃはこの一対の圧電振動板４１及び金属板４２よりなる積層構造を分解して示したものであり、金属板４２と圧電振動板４１との間には粘弾性を有する部材としてこの例では両面テープ４３が配置され、この両面テープ４３によって金属板４２の両面に圧電振動板４１がそれぞれ貼り付けられている。

両面テープ４３は金属板４２と圧電振動板４１との対向面全面ではなく、局部的に配置されており、この例では短冊状をなす圧電振動板４１の長手方向中央と両端の計３箇所の部分に配置されている。
ホルダ５１にはスリット５２が１つ設けられており、金属板４２を挟み込んで一体化された一対の圧電振動板４１はスリット５２に挿入され、接着固定されて、その長手方向中央がホルダ５１に保持される。なお、ホルダ５１には図７に示したホルダ２１と同様、一端側に幅広の基部５３が設けられており、この基部５３の圧電振動板４１の板面と平行な端面がパネルへの貼り付け面とされる。

図２は図１に示した圧電アクチュエータ４０を用いるフラットパネルスピーカの一例として、携帯電話機の概略構造を示したものであり、圧電アクチュエータ４０は携帯電話機の表面に配置されるパネル３１の裏面に貼り付けられている。なお、図９と対応する部分には同一符号を付してある。
上記のような構成とされた圧電アクチュエータ４０によれば、図７に示した従来の圧電アクチュエータ１０と同様、バイモルフ構造の圧電振動板４１を２枚具備しているものの、これら２枚の圧電振動板４１は金属板４２の両面に貼り付けられて一体化されており、このように一体化された２枚の圧電振動板４１がホルダ５１に保持された構造となっているため、従来の圧電アクチュエータ１０のようにホルダ２１に２つのスリット２２を設け、それらスリット２２に圧電振動板１１を１枚ずつ保持する構造に比し、ホルダ５１の高さを小さくすることができ、つまり薄くすることができ、その点で圧電アクチュエータ４０の薄型化を図ることができる。

また、この例では２枚の圧電振動板４１間に金属板４２が挟み込まれ、圧電振動板４１が金属板４２によって補強された構造となっているため、耐衝撃性に優れた圧電アクチュエータを得ることができる。
なお、金属板４２と圧電振動板４１との貼り付けは全面貼り付けではなく、上述したようにこの例では中央と両端の部分貼り付けとし、かつ両面テープ４３を使用して貼り付けているため、圧電振動板４１が駆動され、変位した時に局部的に配置されている両面テープ４３が伸縮することにより、金属板４２と圧電振動板４１との板面方向のずれが許容され、よって圧電振動板４１の変位が制限されることなく、自由に変位できるものとなっているため、パワーロスなく、良好な振動状態が得られるものとなっている。

図３はこのような圧電アクチュエータ４０を用いて構成されたフラットパネルスピーカの音圧特性を図７に示した従来の圧電アクチュエータ１０を用いた場合の特性と比較して示したものであり、図３よりこの発明の実施例では従来例と比較して音圧がアップしていることがわかる。
このように、この発明の構成の方が音圧がアップする理由としては、２枚の圧電振動板のうち、振動板としてのパネルに対して遠い側に位置する圧電振動板のパネルまでの距離が図７に示した従来例より短かくなるため、振動伝達性能が向上し、また２枚の圧電振動板が一体化されて１つのスリットに保持されているため、２枚の圧電振動板の振動の位相ズレが従来例より生じにくい構成となっていることがあげられる。

図４はこの発明による圧電アクチュエータの他の実施例を示したものであり、この例では図１に示した構成に対し、金属板４２が削除され、一対の圧電振動板４１が直接両面テープ４３で貼り付けられて一体化されたものとなっている。両面テープ４３は図１の場合と同様、圧電振動板４１の長手方向中央と両端の３箇所に局部的に配置されている。
この図４に示した圧電アクチュエータ４０′では補強板として機能する金属板４２がないため、耐衝撃性の点では劣るものとなるものの、金属板４２がない分、さらに薄型化を図ることができる。用途に応じてこのような構成を採用することもできる。

次に、図５及び６に示した実施例について説明する。
この例では圧電アクチュエータはケースを具備し、そのケース内に、ホルダに保持された圧電振動板が収容された構造となっており、図５Ａは圧電振動板がホルダに保持された状態を示し、図５Ｂはケースの構造を示す。また、図６は圧電アクチュエータがパネルに取り付けられた状態を示す。
ホルダ５１′は図５Ａに示したようにこの例では図１におけるホルダ５１と若干異なり、幅広の基部５３のない単なる断面コ字状をなすものとされ、そのホルダ５１′のスリット５２に図１と同様、金属板４２を挟み込み、両面テープ４３によって貼り付けられて一体化された一対の圧電振動板４１が挿入されて接着固定されている。圧電振動板４１と金属板４２とはこの例では同じ長さとされており、一対の圧電振動板４１の各外側面の両端部
にはこの例では衝撃吸収材６１が貼り付けられている。衝撃吸収材６１は例えばポリウレタン系やポリエチレン系の発泡体よりなるものとされる。

ケース６２は図５Ｂに示したように上ケース６２ａと下ケース６２ｂとよりなる上ケース６２ａには一対の係止窓６３が形成され、これと対応して下ケース６２ｂには一対の係止突起６４が切り起こされて形成されている。
圧電振動板４１を保持したホルダ５１′は図６に示したようにその圧電振動板４１の板面と平行な一端面（下面）が下ケース６２ｂの内面（内側面）に搭載されて接着固定され、これを覆うように上ケース６２ａが下ケース６２ｂに取り付けられる。上ケース６２ａと下ケース６２ｂとの組み立ては上ケース６２ａの一対の係止窓６３を下ケース６２ｂの係止突起６４に係合させることにより行われ、これによりケース６２内にホルダ５１′に保持された圧電振動板４１が収容されてなる圧電アクチュエータ６０が完成する。なお、一対の圧電振動板４１の各外側面に取り付けられている衝撃吸収材６１と対向する上ケース６２ａ、下ケース６２ｂの内面との間には図６に示したようにわずかな間隙が形成されている。

圧電アクチュエータ６０のパネル３１への取り付けは下ケース６２ｂのホルダ５１′が搭載固定されている面の外側面を図６に示したようにパネル３１に貼り付けることによって行われる。貼り付けには例えば両面テープが用いられる。
この図６に示したような構造を有する圧電アクチュエータ６０によれば、圧電振動板４１はケース６２内に収納されて保護されており、取り扱い時にはケース６２をつかめばよいため、取り扱い時に圧電振動板４１を損傷させるといった危険を回避でき、その点で極めて取り扱い易いものとなる。

また、電圧振動板４１を構成するＰＺＴなどのセラミックよりなる圧電体は極めてもろい材料であって、例えば落下等の衝撃により過大な応力が加わると破損し易いが、この例では衝撃吸収材６１を配置したことにより、衝撃が緩和され、過大な変位が阻止されるため、そのような破損を効果的に防止することができ、耐衝撃性を大幅に向上させることができる。なお、この例では衝撃吸収材６１を圧電振動板４１に貼り付けているが、圧電振動板４１ではなく、例えば対向するケース６２の内面に貼り付けるようにしてもよい。

以上、説明した各実施例では圧電振動板４１と金属板４２との貼り付けあるいは圧電振動板４１同士の貼り付けにおいて、両面テープ４３を圧電振動板４１の長手方向中央と両端といった３箇所に配置し、かつ中央に位置する両面テープ４３は他より若干幅広（長さ大）としているが、両面テープ４３の配置・大きさはこれに限定されるものではなく、適宜選定することができる。
また、各圧電振動板４１の変位（振動）が抑制されることのないように、圧電振動板４１と金属板４２あるいは圧電振動板４１同士の板面方向のズレを許容するための粘弾性を有する部材として、上述した例では両面テープ４３を用いているが、例えばポリウレタン等の粘弾性を有する材料を薄片状にしてその両面に両面テープを貼り付け、この３層構造の部材を圧電振動板４１の貼り付け用として用いるようにしてもよい。

両面テープ単独に替えて、このような構造の部材を貼り付けに使用すれば、温度や経時変化によって硬度が変わるといった両面テープの欠点を回避でき、信頼性に優れた圧電アクチュエータを得ることができる。なお、このような構造の部材の配置は圧電振動板４１の長手方向両端だけでもよく、また中央を含めた３箇所全ての両面テープ４３に替えて用いるようにしてもよい。

この発明による圧電アクチュエータの一実施例を示す図、Ａは正面図、Ｂは側面図、Ｃは要部分解斜視図。 図１の圧電アクチュエータを用いて構成したフラットパネルスピーカが携帯電話機に組み込まれている状態を示す概略断面図。 図１の圧電アクチュエータを用いて構成したフラットパネルスピーカの特性を示す図。 この発明による圧電アクチュエータの他の実施例を示す正面図。 ケースを具備する構造としたこの発明による圧電アクチュエータの各部の構成を説明するための図、Ａは圧電振動板がホルダに保持された状態を示す斜視図、Ｂはケースの斜視図。 図５の各部が組み立てられてなる圧電アクチュエータが振動板をなすパネルに取り付けられた状態を示す断面図。 圧電アクチュエータの従来構成例を示す図、Ａは正面図、Ｂは側面図。 図７の圧電アクチュエータが振動板をなすパネルに取り付けられた状態を示す図、Ａは平面図、Ｂは側面図、Ｃは正面図。 図８のフラットパネルスピーカが携帯電話機に組み込まれている状態を示す概略断面図。

Claims (6)

1. パネルを振動させ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、パネルを振動させるために用いる圧電アクチュエータであって、
   一端面が上記パネルに貼り付けられるホルダと、
   そのホルダに板面が上記一端面と平行とされて長手方向中央が保持された一対の圧電振動板とよりなり、
   上記一対の圧電振動板はそれぞれバイモルフ構造とされて、互いに対向する板面間に局部的に配された粘弾性を有する部材によって互いに貼り付けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. パネルを振動させ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、パネルを振動させるために用いる圧電アクチュエータであって、
   一端面が上記パネルに貼り付けられるホルダと、
   そのホルダに板面が上記一端面と平行とされて長手方向中央が保持された一対の圧電振動板と、
   それら圧電振動板間に挟み込まれた金属板とよりなり、
   上記一対の圧電振動板はそれぞれバイモルフ構造とされ、上記金属板との間に局部的に配された粘弾性を有する部材によって上記金属板の両面に貼り付けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
3. パネルを振動させ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、パネルを振動させるために用いる圧電アクチュエータであって、
   一面が上記パネルに貼り付けられるケースと、
   そのケース内に収容され、一端面が上記一面の内側面に搭載固定されたホルダと、
   そのホルダに板面が上記一端面と平行とされて長手方向中央が保持された一対の圧電振動板とよりなり、
   上記一対の圧電振動板はそれぞれバイモルフ構造とされて、互いに対向する板面間に局部的に配された粘弾性を有する部材によって互いに貼り付けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
4. パネルを振動させ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、パネルを振動させるために用いる圧電アクチュエータであって、
   一面が上記パネルに貼り付けられるケースと、
   そのケース内に収容され、一端面が上記一面の内側面に搭載固定されたホルダと、
   そのホルダに板面が上記一端面と平行とされて長手方向中央が保持された一対の圧電振動板と、
   それら圧電振動板間に挟み込まれた金属板とよりなり、
   上記一対の圧電振動板はそれぞれバイモルフ構造とされ、上記金属板との間に局部的に配された粘弾性を有する部材によって上記金属板の両面に貼り付けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
5. 請求項１乃至４記載のいずれかの圧電アクチュエータにおいて、
   上記粘弾性を有する部材が両面テープとされていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
6. 請求項１乃至５記載のいずれかの圧電アクチュエータを用いて構成されていることを特徴とするフラットパネルスピーカ。

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