JP2007028469A - Acoustic vibration generating element, manufacturing method thereof, and acoustic vibration generating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音響振動を発生するスピーカーや音響機器、骨伝導応用装置に関し、より詳細には圧電素子を用いた音響振動発生素子、素子の製造方法、及びこれを用いた音響振動発生装置に関する。 The present invention relates to a speaker, an acoustic device, and a bone conduction application device that generate acoustic vibration, and more particularly to an acoustic vibration generating element using a piezoelectric element, a method for manufacturing the element, and an acoustic vibration generating apparatus using the same.
従来、主に聴覚の補助として使用される骨伝導用音響振動子は、主として人体の頭部、例えば頬骨に接触することにより、頭蓋骨を経由して音響振動を内耳の蝸牛器官に伝えて、音声が聴き取られる構成になっている。この骨伝導用音響振動子の頭部への接触方法としては、いくつかの方式が実用に供されている。例えばヘルメットの外側にスピーカーを実装した方式、或いはヘッドバンドの両端に骨導スピーカーを設置したヘッドホンに近い構成のものが広く実用化されている。さらには、骨伝導スピーカーを携帯電話機に取り付けるアタッチメント等も提案されている。このような骨伝導を目的とした音響振動発生素子は特許文献1乃至3に開示されている。
Conventionally, an acoustic transducer for bone conduction, which is mainly used as a hearing aid, mainly transmits acoustic vibrations to the cochlear organ of the inner ear via the skull by contacting the head of the human body, for example, the cheekbone, Is configured to be heard. As a method of contacting the bone conduction acoustic transducer with the head, several methods have been put to practical use. For example, a system in which a speaker is mounted on the outside of a helmet, or a configuration similar to a headphone in which a bone-conducting speaker is installed at both ends of a headband has been widely put into practical use. Furthermore, an attachment for attaching a bone conduction speaker to a mobile phone has been proposed. Such acoustic vibration generating elements for the purpose of bone conduction are disclosed in
また、従来、電気信号を機械振動に変換して音を伝達するための圧電素子を用いた音響振動発生素子として圧電スピーカーや圧電ブザー等が実用されている。特に携帯電話機や携帯端末機等に搭載する音響振動発生素子には薄型化が要求される一方で、例えば落下による衝撃を受けても、破損することの無い、堅牢な音響振動発生素子が求められている。 Conventionally, piezoelectric speakers, piezoelectric buzzers, and the like have been put to practical use as acoustic vibration generating elements using piezoelectric elements for transmitting electrical signals by converting them into mechanical vibrations. In particular, an acoustic vibration generating element mounted on a mobile phone or a portable terminal is required to be thin. On the other hand, a robust acoustic vibration generating element that does not break even when subjected to an impact caused by dropping is required. ing.
しかしながら、圧電素子を用いた音響振動発生素子は、使用される材料がセラミックスであるため、薄くなると機械的な強度が下がるという問題点がある。そのため、落下等による衝撃を受けても破損しない構造が多数提案されている。 However, the acoustic vibration generating element using a piezoelectric element has a problem that the mechanical strength decreases when the material becomes thin because the material used is ceramics. For this reason, many structures have been proposed that do not break even when subjected to impacts such as dropping.
例えば、図1及び図2は、従来の音響振動発生素子の断面を示す図である。図1においては、圧電素子1がケース2の内部に固定、収容されており、上部に蓋3が配置され、ケース2の中央底面には突起4が設けられている。音響振動発生素子が落下により衝撃を受けた際に、その衝撃力で圧電素子1が破壊応力を超える変形をしないように、突起4は、ストッパーの役目をし、圧電素子1の破壊を防いでいる。このような音響振動発生素子は特許文献4に開示されている。
For example, FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views of a conventional acoustic vibration generating element. In FIG. 1, a
また、図2においては、2枚の圧電素子1の間と上下に衝撃吸収材6を配置し固定部材7で固定している。このような構造で、外部からの衝撃を衝撃吸収材6で緩和して圧電素子1の破損を防止する提案もなされている。このような音響振動発生素子は特許文献5に開示されている。
In FIG. 2,
しかしながら、図1に示す構造の場合、少なくとも突起4を設けたケース2や蓋3を必要とし、ケース2へ圧電素子1を組み込む工程が必要となり、部品点数が多く製造工程も多いという問題がある。また、構造上、音響室5が必要となるため高さ寸法も制約を受けて、薄型化することが出来ないという問題もある。さらに突起4は、圧電素子1が衝撃を受けた際の破壊応力を超える変形を抑制するストッパーの役目をするが、その際の圧電素子1と突起4が衝突する衝撃力は防ぐことが出来ず、圧電素子1にマイクロクラックの発生等のダメージを与えてしまうという問題がある。
However, in the case of the structure shown in FIG. 1, the
また、図2に示す構造においても、圧電素子1の両面に衝撃吸収材6を貼り付け、さらに重ねあわせる工程が必要であり、製造工程が多いという問題がある。加えて、貼り付けた衝撃吸収材6の影響で、圧電素子1の振動が拘束され、振動量が低下し音響特性が低下するという問題もある。
Also in the structure shown in FIG. 2, there is a problem in that there are many manufacturing processes because a process of attaching the
従って、本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを課題とする。具体的には、構造が簡単で小型な、量産性に富む、耐衝撃性の高い、堅牢で音響特性が向上した音響振動発生素子を提供すること、並びに、その製造方法及び、この素子を用いた音響振動発生装置を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. Specifically, it is possible to provide an acoustic vibration generating element having a simple structure, a small size, high mass productivity, high impact resistance, robustness and improved acoustic characteristics, a method for manufacturing the same, and use of the element. It is an object of the present invention to provide an acoustic vibration generator.
本発明によれば、板または棒形状の圧電素子と、前記圧電素子を端部で固定する1以上の固定部材とからなる、音響振動発生素子であって、前記圧電素子は、弾性部材を介して前記固定部材に配され且つ、前記圧電素子は、前記固定部材より厚さが薄いことを特徴とする音響振動発生素子が得られる。 According to the present invention, there is provided an acoustic vibration generating element including a plate- or bar-shaped piezoelectric element and one or more fixing members that fix the piezoelectric element at an end, the piezoelectric element being interposed via an elastic member. Thus, an acoustic vibration generating element is obtained, wherein the piezoelectric element is disposed on the fixing member and the piezoelectric element is thinner than the fixing member.
本発明の圧電素子は板状あるいは棒状をしている。板状では矩形板、円板、多角形板等があり、いずれも厚みを有している。棒状のものは、円柱、角柱等があり、長手方向に対し垂直な断面における、実使用上で固定する面に対して垂直方向の、最大寸法部となる厚みを有している。また本発明の圧電素子は、弾性部材を介して固定部材に固定される。前記固定部材は、実使用上で固定する面に対して垂直方向の、最大寸法部となる厚みを有しているが、前記圧電素子の厚みは、前期固定部材の厚みに比べ薄くなる様に構成されている。この構成により、例えば、落下した時の衝撃が直接、前記圧電素子に伝わらず、衝撃は一旦、前記固定部材に伝わった後に弾性部材を介して前記圧電素子に伝搬する。この際、前期弾性部材で衝撃が吸収される為、前記圧電素子に伝わる衝撃力を激減させる効果が得られる。さらに、前記弾性部材の数や位置を変えることにより、前記圧電素子の振動量の周波数特性が制御可能となり、用途に合わせた音響特性の設計が容易となる。 The piezoelectric element of the present invention has a plate shape or a rod shape. In the plate shape, there are a rectangular plate, a circular plate, a polygonal plate, and the like, all of which have a thickness. The rod-shaped member includes a cylinder, a prism, and the like, and has a thickness that becomes a maximum dimension portion in a direction perpendicular to a surface to be fixed in actual use in a cross section perpendicular to the longitudinal direction. The piezoelectric element of the present invention is fixed to the fixing member via an elastic member. The fixing member has a thickness that is a maximum dimension portion in a direction perpendicular to a surface to be fixed in actual use, but the thickness of the piezoelectric element is smaller than the thickness of the fixing member in the previous period. It is configured. With this configuration, for example, the impact when dropped is not directly transmitted to the piezoelectric element, but the impact is once transmitted to the fixing member and then propagated to the piezoelectric element via the elastic member. At this time, since the impact is absorbed by the first elastic member, an effect of drastically reducing the impact force transmitted to the piezoelectric element can be obtained. Furthermore, by changing the number and position of the elastic members, the frequency characteristics of the vibration amount of the piezoelectric element can be controlled, and the design of acoustic characteristics suitable for the application can be facilitated.
また、本発明によれば、前記弾性部材は、前記圧電素子把持機能を有することを特徴とする音響振動発生素子が得られる。 In addition, according to the present invention, an acoustic vibration generating element is obtained in which the elastic member has the piezoelectric element gripping function.
更に、本発明によれば、前記弾性部材は、略直方体形状であることを特徴とする音響振動発生素子が得られる。 Furthermore, according to the present invention, there is obtained an acoustic vibration generating element characterized in that the elastic member has a substantially rectangular parallelepiped shape.
更に、本発明によれば、前記弾性部材は、前記圧電素子を可とう性材料により一体成型し設けてなる凸形状部であることを特徴とする特徴とする音響振動発生素子が得られる。 Further, according to the present invention, there is obtained an acoustic vibration generating element characterized in that the elastic member is a convex portion formed by integrally molding the piezoelectric element with a flexible material.
更に、本発明によれば、前記固定部材は、前記圧電素子または、可とう性材料にて一体成型された前記圧電素子の少なくとも一部を包囲可能な形状であることを特徴とする音響振動発生素子が得られる。 Further, according to the present invention, the fixing member has a shape capable of surrounding at least a part of the piezoelectric element or the piezoelectric element integrally molded with a flexible material. An element is obtained.
更に、本発明によれば、前記固定部材は、前記弾性部材を保持する機能を有することを特徴とする音響振動発生素子が得られる。 Furthermore, according to the present invention, an acoustic vibration generating element is obtained in which the fixing member has a function of holding the elastic member.
本発明による前記の構成によれば、前記弾性部材、及び固定部材を同一の可とう性物質にて構成することにより、部品点数の少ないきわめて簡単な構造となる。 According to the above configuration of the present invention, the elastic member and the fixing member are made of the same flexible material, thereby providing a very simple structure with a small number of parts.
また、本発明によれば、前記固定部材は、前記圧電素子に電気信号を入力する為の端子を具備していることを特徴とする音響振動発生素子が得られる。 Further, according to the present invention, there is obtained an acoustic vibration generating element, wherein the fixing member includes a terminal for inputting an electric signal to the piezoelectric element.
更に、本発明によれば、前記板状の圧電素子は、圧電バイモルフ素子または圧電ユニモルフ素子を使用したことことを特徴とする音響振動発生素子が得られる。 Furthermore, according to the present invention, an acoustic vibration generating element is obtained, wherein the plate-like piezoelectric element is a piezoelectric bimorph element or a piezoelectric unimorph element.
更に、本発明によれば、前記板または棒形状の圧電素子は、内部に内部電極を有する積層型の圧電素子を使用したことを特徴とする音響振動発生素子が得られる。 Furthermore, according to the present invention, an acoustic vibration generating element is obtained, wherein the plate or rod-shaped piezoelectric element uses a laminated piezoelectric element having an internal electrode inside.
更に、本発明によれば、前記圧電素子を可とう性物質で覆う工程と前記固定部材及び前記弾性部材を可とう性物質にて成型する工程の両工程を同時に行い、一体成型する工程を有することを特徴とする音響振動発生素子の製造方法が得られる。 Furthermore, according to the present invention, there is a step of simultaneously molding both the step of covering the piezoelectric element with a flexible material and the step of molding the fixing member and the elastic member with a flexible material, and integrally molding them. Thus, a method for manufacturing an acoustic vibration generating element can be obtained.
即ち、従来の、いくつもの部品を揃えて順番に組み立てる製造工程ではなく、例えば、圧電素子を固定部材及び弾性部材を成型する金型に装着し、液状の可とう性物質を前記金型に注型し、硬化する製造方法なので、1工程での製造が可能となる。 That is, it is not a conventional manufacturing process in which a number of parts are arranged and assembled in order. For example, a piezoelectric element is attached to a mold for molding a fixing member and an elastic member, and a liquid flexible substance is poured into the mold. Since it is a manufacturing method that molds and cures, it can be manufactured in one step.
加えて、本発明によれば、前記振動発生素子をパネルに貼り付けて成る、又は、筐体に収めて成ることを特徴とする音響振動発生装置が得られる。 In addition, according to the present invention, there can be obtained an acoustic vibration generating device characterized in that the vibration generating element is attached to a panel or housed in a housing.
更に、本発明によれば、前記振動発生素子を、振動吸収部材を介してパネルまたは筐体の取り付け部に取り付けて成ることを特徴とする音響振動発生装置が得られる。これは、例えば、携帯電話の筐体へ振動発生素子を取り付けた場合、振動発生素子の振動の伝播を振動吸収部材が抑制し、振動発生素子の振動が、マイクまで伝わり、話しをする相手側では自分の声が戻ってくるというエコーリターン現象を防ぐ効果が得られる。 Furthermore, according to the present invention, there is obtained an acoustic vibration generating apparatus characterized in that the vibration generating element is attached to a panel or a mounting part of a housing via a vibration absorbing member. This is because, for example, when a vibration generating element is attached to the casing of a mobile phone, the vibration absorbing member suppresses the propagation of the vibration of the vibration generating element, and the vibration of the vibration generating element is transmitted to the microphone to talk to the other party. Then, the effect of preventing the echo return phenomenon that one's voice comes back can be obtained.
本発明によれば、構造が簡単で小型な、量産性に富む、耐衝撃性の高い、堅牢で音響特性が向上した音響振動発生素子の提供が可能となる。さらに、本発明によれば、前記音響振動発生素子の製造方法及び前記音響振動発生素子を利用した音響振動発生装置の提供が可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an acoustic vibration generating element having a simple structure, a small size, high mass productivity, high impact resistance, robustness, and improved acoustic characteristics. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing the acoustic vibration generating element and an acoustic vibration generating apparatus using the acoustic vibration generating element.
以下に、本発明の実施の形態について、図3〜図12を参照しながら詳細に説明する。
図3〜図7は、本発明による音響振動発生素子を示す斜視図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
3 to 7 are perspective views showing an acoustic vibration generating element according to the present invention.
図3に示す音響振動発生素子は、板状の圧電素子11と固定部材12からなり、前記圧電素子11は、弾性部材13を介して、前記固定部材12に配されている。また、前記圧電素子11の厚さt2は、前記固定部材12の厚さt1より薄くなっている。前記圧電素子11は、圧電セラミックス材を利用した音響電気信号を音響振動に変換する素子である。リード線14から音響電気信号を入力すると、入力された音響電気信号の周波数と電圧に応じた振動が発生する。前記弾性部材13は、前記圧電素子11の長手方向にある二つの端部をそれぞれ銜えるように把持し、固定部材12に接続するだけではなく、固定部材12が受ける振動や衝撃を緩衝し、圧電素子11に破壊応力以上の変形を生じさせない働きを持つ。従って、弾性部材13に使用する材料は、振動や衝撃の緩衝効果の大きい材料を選定することが望ましく、例えば、ゴム、シリコン、ウレタン等を使用するのが好ましい。或いは、弾性があれば金属の他、有機系の物質でも使用することが可能である。
The acoustic vibration generating element shown in FIG. 3 includes a plate-like
さらに、弾性部材13は、その形状や使用する弾性体材質を替えることで、圧電素子11の発生する音響振動の振動分布を制御することができる。従って、音響振動の周波数特性を自由に設計することが可能になる。
Furthermore, the
例えば、図4に示すように、弾性部材15は略直方体形状で、圧電素子11の幅Aより狭い形態をしている。この様な音響振動発生素子は、圧電素子11の両端の拘束力が、図3に示す音響振動発生素子に比べて小さくなるので、より大きな振動を発生すると同時に、圧電素子11の両端の角部での振動分布が変化して、音響振動の周波数特性が変化することになる。前記弾性部材15は圧電素子と一体化する為に、予め、挿入の為の切り欠きを設けておき、別部材として組み立てても良い。尚、生産効率向上のためには、前記圧電素子11を可とう性材料で一体成型する際に、圧電素子端部から飛び出る様な凸形状部を同時に成型するのが好ましい。
For example, as shown in FIG. 4, the
図5に示す音響振動発生素子は、棒状の圧電素子16と固定部材12からなり、前記圧電素子16は、弾性部材17を介して、固定部材12に配されている。この構成の場合も、圧電素子16の厚さt2は固定部材12の厚さt1より薄くなっているので、図3に示す音響振動発生素子と同様の効果が得られる。
The acoustic vibration generating element shown in FIG. 5 includes a rod-shaped
図6に示す音響振動発生素子は、圧電素子11を可とう性材料で一体成型した圧電素子部23の全周を包囲するような形状に固定部材21を形成し、圧電素子部23を端部4箇所で、弾性部材22を介して、固定部材21に固定してある。また、固定部材21と弾性部材22を同一種の可とう性物質で形成し、圧電素子11も同じ可とう性物質で覆うことにより、図3に示した音響振動発生素子と同様に耐衝撃性の高い、堅牢な音響振動発生素子となる。使用する可とう性物質には、例えば、ゴム、シリコン、ウレタン、エポキシ樹脂等が適しているが、それ以外であっても、可とう性を有していれば良い。また、前記固定部材21は、圧電素子11の全周を包囲せずとも、一辺が欠けたコの字形や、二辺が欠けたLの字形、1箇所以上部分的に欠けた形状、或いは、圧電素子が円板であればCの字形等であれば、同様の機能を有するので、図6の形態に限定されるものではない。
In the acoustic vibration generating element shown in FIG. 6, the fixing
図3乃至図6に示した固定部材は、弾性部材を保持する機能を有し、衝撃や振動に耐え得るものであれば、特に材質、形状等に制約はなく、音響特性やデザイン等を考慮し適宜選定すれば良い。 The fixing member shown in FIGS. 3 to 6 has a function of holding an elastic member, and is not particularly limited in material and shape as long as it can withstand impacts and vibrations, and considers acoustic characteristics and design. However, it may be selected as appropriate.
図7に示した、音響振動発生素子は、図3で示した音響振動発生素子におけるリード線14の代わりに、端子25を固定部材12の表面に配置し、固定部材12及び弾性部材13の内部で、リード線24を介して、圧電素子11に接続して成る。図7では、二つある端子25のうち一方のみの接続状態を図示したが、もう一方の端子25も同様にリード線で圧電素子11と接続されている。
The acoustic vibration generating element shown in FIG. 7 has a terminal 25 disposed on the surface of the fixing
図3に示したリード線14は、駆動する回路基板上に配線するための引き回しが容易である。一方、前記端子25を設けたことにより、該リード線が振動、衝撃を受けて断線するといった故障が無くなり、振動や落下での衝撃に対して、リード線を使用した場合よりもさらに堅牢な音響振動発生素子となる。従って、この端子25をコネクタにすることは、取り扱いの簡便化の点で、さらに好ましい。
The
図8及び図9は、前記圧電素子11を示す斜視図である。音響振動発生素子に使用する圧電素子には、効率という面から、単位電圧当たりの振動量が大きい圧電素子が望ましく、図8に示すような、弾性板27の片面のみに圧電セラミックス板26を貼り付けた圧電ユニモルフ素子や、図9に示すような、弾性板27の両面に圧電セラミックス板26を貼り付けた構造を持つ圧電バイモルフ素子を使用するのが好ましい。また、図8及び図9には矩形の圧電素子を図示したが、圧電素子の形状は矩形のみならず、円形、或いは多角形など、デザインや特性を考慮して適宜選択すれば良い。また、前記圧電バイモルフは弾性板を使用せず二枚の圧電セラミックス板を直接張り合わせた構成でも良い。さらに前記弾性板にはステンレスや、りん青銅等の金属の他に、セラミックス、カーボン、ガラス等の無機物質、或いは無機物質を含有した有機物質などを使用しても良い。
8 and 9 are perspective views showing the
さらに、前記圧電素子11は、音響電気信号の電圧を下げることにより、消費電力を少なくし、音響電気信号の発生回路も簡単となるような圧電セラミックス板が望ましい。図10は、該圧電セラミックス板の断面図である。図10に示す圧電セラミックス板26は、内部に内部電極28、29を有し、内部電極28は外部電極30に、内部電極29は外部電極31に、電気的に接続している構造を持つ積層型の圧電セラミックス板である。このような積層型の圧電セラミックス板を利用すれば、音響電気信号の電圧を下げることが可能になる。前記内部電極の構造や数や材質或いは電極間距離等は音響振動特性を考慮し適宜選定すれば良い。
Furthermore, the
図11は圧電素子を示す斜視図である。該圧電素子16は、長手方向に、シート状の圧電セラミックス32と内部電極33を交互に積層し、一体焼成した後、内部電極33と電気的に接続する一対の外部電極34を配置して成る積層型の圧電素子である。この様な積層型の圧電素子使用することによっても、図5に示した音響振動発生素子と同様の効果が得られる。
FIG. 11 is a perspective view showing a piezoelectric element. The
次に、図6に示した音響振動発生素子の製造方法について説明する。製品形状を彫り込んだ金型の所定の場所に、予め用意した圧電バイモルフ或いは圧電ユニモルフ等の圧電素子を固定し、次に、可とう性物質を金型内部に充填する。可とう性物質の硬化が完了したら、金型から取り出し、音響振動発生素子が完成する。可とう性物質の硬化は使用する可とう性物質の性質によって適宜条件を設定するのが良い。このように、一工程で、簡単な製造方法で、音響振動発生素子が得られるので、量産性が向上する。 Next, a method for manufacturing the acoustic vibration generating element shown in FIG. 6 will be described. A piezoelectric element such as a piezoelectric bimorph or a piezoelectric unimorph prepared in advance is fixed to a predetermined place of a mold engraved with a product shape, and then a flexible substance is filled into the mold. When the curing of the flexible material is completed, it is removed from the mold and the acoustic vibration generating element is completed. The curing of the flexible substance should be appropriately set according to the nature of the flexible substance used. Thus, since an acoustic vibration generating element can be obtained by a simple manufacturing method in one step, mass productivity is improved.
さらに、図12は、本発明の音響振動発生素子を使用した音響発生装置の斜視図である。図6で示した本発明による音響振動発生素子20の固定部材21の片面部分をパネル35に張り付けることで、パネルスピーカーとなる。この音響発生装置のパネル部分に衝撃が付与されても、前述した通り、音響振動発生素子20の固定部材21に伝わった衝撃は、弾性部材22で緩衝されるので、圧電素子が破壊しないという効果が得られる。この音響振動発生素子は、パネルスピーカーのみならず、各種音響発生装置に利用できる。例えば、ポケットベルやICカード、携帯電話等の携帯型電子機器、或いは、ヘッドホンや骨伝導応用装置などにも利用できる。
Furthermore, FIG. 12 is a perspective view of an acoustic generator using the acoustic vibration generating element of the present invention. A single-sided portion of the fixing
以下、具体的な例を挙げ、本発明の音響振動発生素子についてさらに詳しく説明する。図13は、本発明に係る音響振動発生素子の第1の実施例を示す図である。図13(a)は斜視図、図13(b)は上面図、図13(c)は、図13(b)における(ア)−(イ)の断面図、図13(d)は、図13(b)における(ウ)−(エ)の断面図である。 Hereinafter, the acoustic vibration generating element of the present invention will be described in more detail with specific examples. FIG. 13 is a diagram showing a first embodiment of an acoustic vibration generating element according to the present invention. 13 (a) is a perspective view, FIG. 13 (b) is a top view, FIG. 13 (c) is a cross-sectional view of (a)-(b) in FIG. 13 (b), and FIG. 13 (d) is a diagram. It is sectional drawing of (c)-(d) in 13 (b).
使用した圧電素子11は、図9に示した構造の圧電バイモルフ素子である。NECトーキン製の圧電セラミックス(N10)を用い、長さ30mm、幅8mm、厚さ0.15mmの圧電セラミックス板26を2枚と、長さ32mm、幅8mm、厚さ50μmの真鍮製の弾性板27をエポキシ系接着剤で貼り合わせた。この圧電バイモルフ素子は、予め分極処理が施されており、弾性板27を介して、異なった極性の面が向き合うように貼り合わせた。弾性板27と両面の圧電セラミック板26の外面にリード線を設け、圧電セラミック板に設けたリード線同士を共通にして、一方の圧電セラミック板に分極方向と同じ電界が加わる場合に、他方の圧電セラミック板には逆の電界が加わるように結線した。
The used
次に、予め半田でリード線の端末に端子25を接続した前記圧電素子11を真鍮製の金型に固定し、ポリウレタンの溶液を流し込み、100℃での硬化処理により、図13(a)の斜視図に示すような形状の音響振動発生素子を作製した。形状の詳細は、図13(b)に示す正面図においては、固定部材21の外形寸法は40mm×16mmで、枠形状を成している。枠の内側の寸法は、36mm×12mmである。圧電素子部23の外形寸法は34mm×10mmである。弾性部材22が配された部分を除く、圧電素子部23の全周には前記固定部材21との間に1mmの隙間36を設けた。
Next, the
また、図13(c)に示す弾性部材22を含む断面図及び図13(d)に示す弾性部材22を含まない断面図においては、固定部材21の厚さとなるt1の寸法を5mm、圧電素子部23の厚さとなるt2の寸法を2.5mmとした。圧電素子部23は厚さ1mmのポリウレタン被膜が圧電素子11全体を覆っている。圧電素子部23と固定部材21との厚さの差は両面にそれぞれ(t1−t2)/2=1.25mm存在する。この厚みの差があることにより、圧電素子部23が直接衝撃を受けない構造となる。弾性部材22は、圧電素子部23の各辺の中央にて、幅3mm、厚さは圧電素子部23と同じ2.5mmで、固定部材21と圧電素子11挟持し固定している。
Further, in the cross-sectional view including the
上記の実施例による本発明の音響振動発生素子と、比較例として従来品に相当する音響振動発生素子各々20個を用いて落下試験を行った。落下試験は1mの高さから平らなコンクリートの上に落下させ、落下前後の音響信号を入力した時の振動出力を比較した。その結果を表1に示す。 A drop test was performed using the acoustic vibration generating element of the present invention according to the above embodiment and 20 acoustic vibration generating elements each corresponding to a conventional product as a comparative example. In the drop test, a drop was made on a flat concrete from a height of 1 m, and the vibration output when an acoustic signal before and after the drop was input was compared. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、実施例のものは、比較例と比べて格段に耐衝撃性が向上していることが分かる。 As shown in Table 1, it can be seen that the impact resistance of the example is markedly improved compared to the comparative example.
図14は、本発明に係る、音響振動発生素子の第2の実施例を示す斜視図である。使用した圧電素子11は、実施例1と同様に、図9に示した構造の圧電バイモルフ素子である。NECトーキン製の圧電セラミックス(N10)を用い、長さ30mm、幅8mm、厚さ0.15mmの圧電セラミックス板26を2枚と、長さ32mm、幅8mm、厚さ50μmの真鍮製の弾性板27をエポキシ系接着剤で貼り合わせた。この圧電バイモルフ素子は、予め分極処理が施されており、弾性板27を介して、異なった極性の面が向き合う様に貼り合わせた。弾性板27と両面の圧電セラミック板26の外面にリード線を設け、圧電セラミック板に設けたリード線同士を共通にして、一方の圧電セラミック板に分極方向と同じ電界が加わる場合に、他方の圧電セラミック板には逆の電界が加わるように結線した。
FIG. 14 is a perspective view showing a second embodiment of the acoustic vibration generating element according to the present invention. The
次に、予め半田でリード線の端末に端子25を接続した前記圧電素子11を真鍮製の金型に固定し、ポリウレタンの溶液を流し込み、100℃での硬化処理により、図14の斜視図に示す様な形状の音響振動発生素子を作製した。固定部材21の形態は、外形寸法40mm×16mmの枠形状の角にあたる部分を切り取り、圧電素子部23の端部に沿った方向の長さを10mmとした形態を成している。圧電素子部23の外形寸法は34mm×10mmである。弾性部材22が配された部分を除く、圧電素子部23の全周には前記固定部材21との間に1mmの隙間を設けた。固定部材21の厚さを5mm、圧電素子部23の厚さを2.5mmとし、圧電素子部23は厚さ1mmのポリウレタン被膜が圧電素子11全体を覆っている。従って圧電素子部23と固定部材21との高さの差は両側面に1.25mm存在する。弾性部材22は、圧電素子部23の各辺の中央にて、幅3mm、厚さは圧電素子部23と同じ2.5mmで、固定部材21と圧電素子11挟持し固定している。
Next, the
上記、実施例2においては、前記落下試験を実施しても、圧電素子部23の4つの角部に固定部材21が無いため、該部分が直接コンクリートに当たり、圧電素子11にダメージを与えてしまう。しかしながら、実使用状態を想定するならば、本発明に係る音響振動発生素子は、単体で使用されることは極めて少なく、パネルや筐体等に貼り付けた状態で使用されるのが通常である。従って、実施例2における落下試験では、固定部材21の端子25が配された面と反対の面に、パネルを想定した、外形寸法が45mm×20mmで厚さが0.5mmのアクリル板を貼り、試験をした。その結果、試験の前後で、出力が5%以上低下したものは20台中0台という結果が得られ、実施例1同様に、本発明による効果が確認できた。
In Example 2 described above, even if the drop test is performed, there are no fixing
図15は、本発明に係る、音響振動発生素子の第3の実施例を示す斜視図である。使用した圧電素子11は、円形の圧電バイモルフ素子である。NECトーキン製の圧電セラミックス(N10)を用い、直径20mm、厚さ0.15mmの圧電セラミックス板を2枚と、直径25mm、厚さ50μmの真鍮製の弾性板をエポキシ系接着剤で貼り合わせた。この圧電バイモルフ素子は、予め分極処理が施されており、弾性板を介して、異なった極性の面が向き合う様に貼り合わせた。弾性板と両面の圧電セラミック板の外面にリード線を設け、圧電セラミック板に設けたリード線同士を共通にして、一方の圧電セラミック板に分極方向と同じ電界が加わる場合に、他方の圧電セラミック板には逆の電界が加わるように結線した。
FIG. 15 is a perspective view showing a third embodiment of the acoustic vibration generating element according to the present invention. The used
次に、予め半田でリード線の端末に端子を接続した前記圧電素子11を真鍮製の金型に固定し、ポリウレタンの溶液を流し込み、100℃での硬化処理により、図15の斜視図に示す様な形状の音響振動発生素子を作製した。形状の詳細は、固定部材21の外形寸法は直径36mm、4箇所で円弧状の枠を形成している。枠の内側の寸法は、直径30mmである。圧電素子部23の外形寸法は直径27mmである。弾性部材22が配された部分を除く、圧電素子部23の全周には前記固定部材21との間に1.5mmの隙間を設けた。固定部材21の厚さを5mm、圧電素子部23の厚さを2.5mmとし、圧電素子部23は厚さ1mmのポリウレタン被膜が圧電素子11全体を覆っている。従って、圧電素子部23と固定部材21との厚さの差は両側面に1.25mm存在する。弾性部材22は、圧電素子部23の端部円周上90度間隔で、幅3mm、厚さ2.5mmにて、固定部材21と圧電素子11挟持し固定している。上記、実施例においても、実施例1同様の効果が得られた。
Next, the
図16は、本発明に係る音響振動発生装置の第4の実施例を示す斜視図である。前記、実施例1で作製した音響振動発生素子20を、縦45mm、横60mm、厚さ0.5mmのアクリル製のパネル35に接着して、音響振動発生装置としたものである。端子25に音響電気信号を入力することにより、本発明による音響振動発生素子20が発生する振動は、直接周囲の空気を振動させて、伝播する音と、音響振動発生素子20がパネル35を振動させ、パネル35の周囲の空気が振動して伝搬する音を発生する。このため、音響振動発生素子単体で発生する音圧より、より大きな音圧が得られるようになった。
FIG. 16 is a perspective view showing a fourth embodiment of the acoustic vibration generator according to the present invention. The acoustic
図17は、本発明に係る音響振動発生装置の第5の実施例を示す上面図である。実施例1に示した音響振動発生素子20を筐体37に固定した状態を示している。図17(a)は、前記音響振動発生素子20が、4箇所に配された弾性部材22で固定部材21と圧電素子部23を接合されている音響振動発生素子を使用し、筐体37に固定した音響振動発生装置を示している。図17(b)は、前記音響振動発生素子20が、2箇所に配された弾性部材22で固定部材21と圧電素子部23を接合されている音響振動発生素子を使用し、筐体37に固定した音響振動発生装置を示している。
FIG. 17 is a top view showing a fifth embodiment of the acoustic vibration generator according to the present invention. The state where the acoustic
図18は、前記実施例5に示した図17(a)、図17(b)それぞれの、音響振動発生装置の振動の伝搬特性を示すグラフである。グラフは横軸に振動の伝搬量を示し、横軸は駆動周波数を示している。グラフからも解るように、前記弾性部材の数により、振動の伝搬量の周波数特性が大きく変化する。即ち、弾性部材の数や場所、材質によって振動の伝搬量の周波数特性を制御することが可能となり、音響特性を向上させることが可能となる。 FIG. 18 is a graph showing the vibration propagation characteristics of the acoustic vibration generator in FIGS. 17A and 17B shown in the fifth embodiment. In the graph, the horizontal axis indicates the amount of vibration propagation, and the horizontal axis indicates the drive frequency. As can be seen from the graph, the frequency characteristic of the propagation amount of vibration varies greatly depending on the number of the elastic members. That is, the frequency characteristics of the vibration propagation amount can be controlled by the number, location, and material of the elastic members, and the acoustic characteristics can be improved.
図19は、本発明に係る音響振動発生装置の第6の実施例を示す側面図である。実施例1による音響振動発生素子20を、振動吸収部材38を介して筐体37に固定されている。本実施例6では、前記振動吸収部材38には厚さ5mmのスポンジを使用した。本実施例6係る音響振動発生装置の振動の伝搬量を測定した結果を図20に示した。グラフは横軸に振動の伝搬量を示し、横軸は駆動周波数を示している。比較のため、振動吸収部材38を介さずに、音響振動発生素子20を筐体37に固定した状態での振動の伝搬量の測定結果も併記した。グラフから明らかなように、本発明による音響振動発生装置においては、振動吸収部材38を音響振動発生素子20と筐体37の間に介在させることにより、振動の伝搬量が抑制されることが解る。従って、音響振動発生素子の振動が筐体に伝搬して起きるエコーリターン現象が防止される。尚、振動吸収部材は振動を吸収する材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、ゴムやウレタン等の可とう性物質などでも同様の効果が得られる。
FIG. 19 is a side view showing a sixth embodiment of the acoustic vibration generator according to the present invention. The acoustic
以上、述べた如く、本発明により、電気信号を機械振動に変換し、音として伝達する音響振動の発生に関し、圧電素子を用いた音響振動発生素子において、構造が簡単で、小型な、耐衝撃性の高い、堅牢な音響振動発生素子の提供が可能となった。また、本発明は、前記音響振動発生素子の製造方法において、量産性に富む製造方法を提供し、さらに、音響特性が向上した音響振動発生装置の提供が可能となった。 As described above, according to the present invention, an acoustic vibration generating element using a piezoelectric element has a simple structure, a small size, and an impact resistance. It is possible to provide a highly reliable and robust acoustic vibration generating element. In addition, the present invention provides a manufacturing method that is rich in mass productivity in the manufacturing method of the acoustic vibration generating element, and further provides an acoustic vibration generating device with improved acoustic characteristics.
本発明による音響振動発生素子は、携帯電話機や携帯端末機等に搭載する音響振動発生素子やスピーカー或いは、音響機器としてのヘッドホンや骨伝導を利用した音響機器等に利用できる。 The acoustic vibration generating element according to the present invention can be used for an acoustic vibration generating element or speaker mounted on a mobile phone, a portable terminal or the like, a headphone as an acoustic device, an acoustic device using bone conduction, or the like.
1,11,16 圧電素子
2 ケース
3 蓋
4 突起
5 音響室
6 衝撃吸収材
7,12,21 固定部材
13,15,17,22 弾性部材
14,24 リード線
20 音響振動発生素子
23 圧電素子部
25 端子
26 圧電セラミックス板
27 弾性板
28,29,33 内部電極
30,31,34 外部電極
32 圧電セラミックス
35 パネル
36 隙間
37 筐体
38 振動吸収部材
1, 11, 16
4
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