JP2007096432A

JP2007096432A - 圧電発音体

Info

Publication number: JP2007096432A
Application number: JP2005279680A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Sato; 龍夫佐藤; Tatsuro Iwai; 達郎岩井
Original assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: JP4701054B2

Abstract

【課題】低周波での音圧を高めることができる圧電発音体を提供する。
【解決手段】音声パネル７と対向する圧電振動体５Ｂの自由端部を含む領域と音声パネル７との間に、圧電振動体５Ｂの振動を許容し且つ圧電振動体５Ｂの振動を伝達する振動伝達材２７を圧電振動体５Ｂと音声パネル７とにそれぞれ両面テープにより固定して配置する。振動伝達材２７として、２５％の圧縮ひずみを与えたときにＪＩＳ−Ｋ６２５４の試験で求められる圧縮弾性率が０．１５Ｍｐａ以下の軟質ウレタンフォームまたはアクリル樹脂を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電発音体に関するものであり、特に、圧電振動体を支持体を介して音声パネルに固定した圧電発音体に関するものである。

特開２００４−１０４３２７号公報には、２枚の圧電振動体と、２枚の圧電振動体の中央部を支持する支持体と、支持体を介して伝達された２枚の圧電振動体の振動を音声に変換する音声パネルとを具備した圧電スピーカが示されている。この圧電発音体では、２枚の圧電振動体の間の全域及び音声パネルと圧電振動体との間の全域にポリウレタンまたはポリエチレンの発泡体からなる衝撃吸収体が配置されている。そして、衝撃吸収体により圧電振動体の振動による損傷を防止している。
特開２００４−１０４３２７号公報

圧電発音体では、特に低周波での音圧を高めることが求められている。しかしながら、このような従来の圧電発音体では低周波での音圧を高めるのに限界があった。また、従来の圧電発音体では衝撃吸収体により必要以上に圧電振動体の振動が抑制されるおそれがあった。

本発明の目的は、低周波での音圧を高めることができる圧電発音体を提供することにある。

本発明の他の目的は、必要以上に圧電振動体の振動が抑制されるのを防いで、圧電振動体の損傷を防止できる圧電発音体を提供することにある。

本発明の圧電発音体は、ｎ枚（ｎは１以上の整数）の圧電振動体と、支持体と、音声パネルとを具備している。ｎ枚の圧電振動体は、表面に第１の極性の表面電極層を有し裏面に第２の極性の裏面電極層を有するように複数の電極層と１以上の圧電振動層とが交互に積層された第１及び第２の圧電素子と、導電性を有する振動板とを有し、第１の圧電素子の裏面電極層が振動板の表面に電気的に導通可能に接合され、第２の圧電素子の裏面電極層が振動板の裏面に電気的に導通可能に接合されて構成されている。支持体は、ｎ枚の圧電振動体のそれぞれの第２の圧電素子とそれぞれの第１の圧電素子とが所定の間隔をあけて対向し且つｎ枚の圧電振動体が振動し得るように、ｎ枚の圧電振動体の端部または中央部を支持している。音声パネルは、支持体を固定して、支持体を介して伝達されたｎ枚の圧電振動体の振動を音声に変換する。ｎ枚の圧電振動体は、支持体に支持される被支持部と、この被支持部から離れた自由端部とを有している。そして、ｎ枚の圧電振動体の音声パネルと対向する１枚の圧電振動体の自由端部を含む領域と、音声パネルとの間には、圧電振動体の振動を許容し且つ圧電振動体の振動を伝達する振動伝達材が、圧電振動体と音声パネルとにそれぞれ固定されて配置されている。本発明のように、音声パネルと対向する圧電振動体の自由端部を含む領域と音声パネルとの間に振動伝達材を配置すると、特に低周波での音圧を高めることができる。これは、支持体と振動伝達材との両方を介して圧電振動体の振動が音声パネルに伝達されるためであると考えられる。また、圧電振動体の自由端部を含む領域と音声パネルとの間にだけ振動伝達材を配置するので、必要以上に圧電振動体の振動が抑制されるのを防いで、圧電振動体の損傷を防止できる。

このような振動伝達材としては、例えば、２５％の圧縮ひずみを与えたときにＪＩＳ−Ｋ６２５４の試験で求められる圧縮弾性率が０．１５Ｍｐａ以下の軟質ウレタンフォーム、アクリル樹脂等を用いることができる。

ｎ枚の圧電振動体が２枚以上の圧電振動体からなる場合は、ｎ枚の圧電振動体の相互に対向する２枚の圧電振動体のそれぞれの自由端部を含む領域の間に、２枚の圧電振動体にそれぞれ固定された振動緩衝材を配置することができる。このようにすれば、必要以上に前述の２枚以上の圧電振動体が振動するのを防いで、前述の２枚以上の圧電振動体の外部衝撃等による損傷を防止できる。但し、振動緩衝材のみでは低周波域での音声パネルの音圧を更に高める効果は得られない事を確認している。

振動伝達材は、３００〜１０００Ｈｚの周波数における音圧を高めるように圧電振動体の振動を伝達するのを採用することができる。このような振動伝達材を採用すれば、会話音域での音圧を高める携帯電話等に最適である。

振動伝達材は、圧電振動体と音声パネルとにそれぞれ両面テープにより固定することができる。接着剤等を使用すると振動伝達材が変質して圧電振動体の振動の特性に影響を与えるおそれがあるが、両面テープを用いれば、このような問題が生じることなく、振動伝達材をしっかりと固定できる。

圧電振動体が矩形状の板状体であり、圧電振動体の被支持部と自由端部との間に位置する部分の長さ方向の寸法をＬとした場合、振動伝達材は、圧電振動体の自由端部から被支持部に向かってＬ／２の長さの領域内に配置するのが好ましい。このようにすれば、低周波での音圧を高めることができ、必要以上に圧電振動体の振動が抑制されるのを防いで圧電振動体の損傷を防止できる。Ｌ／２の長さを超えた領域内に振動伝達材を配置すると、低周波での音圧を高めることができない、また、必要以上に圧電振動体の振動が抑制される。

圧電振動体が被支持部から自由端部に向かう方向と直交する幅方向の寸法をＷとした場合は、振動伝達材の幅方向の寸法ａと圧電振動体の幅方向の寸法Ｗとは、ａ≦Ｗの関係を有し、振動伝達材の長さ方向の寸法Ｌが延びる方向の寸法ｂと圧電振動体の長さ寸法Ｌとは、ｂ≦Ｌ／４の関係を有しているのが好ましい。このようにすれば、低周波での音圧を更に高めることができ、必要以上に圧電振動体の振動が抑制されるのを防いで圧電振動体の損傷を更に防止できる。寸法ａと幅寸法Ｗとがａ＞Ｗの関係を有し、寸法ｂと長さ寸法Ｌとがｂ≦Ｌ／４の関係を有していると、低周波での音圧をそれほど高めることができない上に、高い周波数域での音圧低下が著しくなる。

本発明によれば、音声パネルと対向する圧電振動体の自由端部を含む領域と音声パネルとの間に振動伝達材を配置するので、特に低周波での音圧を高めることができる。また、圧電振動体の自由端部を含む領域と音声パネルとの間にだけ振動伝達材を配置するので、必要以上に圧電振動体の振動が抑制されるのを防いで、圧電振動体の損傷を防止できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の圧電発音体の斜視図である。なお、本図では、理解を容易にするため、一部の厚み寸法を誇張して描いている。図１に示すように、本例の圧電発音体１は、支持体３と該支持体３に支持されるｎ枚（ｎは１以上の整数、本例では２枚）の第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂと音声パネル７とを有している。

支持体３は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の絶縁材料からなり、ベース９と本体部１１とを一体に有している。本体部１１は、直方体の輪郭形状を有しており、平行に延びる溝状の装着用凹部１３Ａ，１３Ｂを有している。装着用凹部１３Ａ，１３Ｂには、後述するように、第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂの端部がそれぞれ嵌合されて固定されている。

第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂは、矩形状の板状体であり、図２の模式図に示すように、いずれも振動板１５と第１の圧電素子１７と第２の圧電素子１９とを有している。即ち、本例では、振動板１５の両面にそれぞれ圧電素子１７，１９を接合するバイモルフタイプの圧電素子を採用している。振動板１５は、表面１５ａと裏面１５ｂとを有する細長い長方形の板形状を有しており、鉄−ニッケル合金、黄銅等からなる金属板により形成されている。第１の圧電素子１７は、表面に第１の極性の表面電極層１７ａを有し裏面に第２の極性の裏面電極層１７ｂを有するように２つの電極層１７ａ，１７ｂとセラミックスからなる圧電振動層１７ｃとが交互に積層された構造を有する積層圧電素子である。第１の圧電素子１７は、振動板１５の縁に振動板露出部分を残すようにして第１の極性の裏面電極層１７ｂが振動板１５の表面１５ａに接合されている。第２の圧電素子１９も第１の圧電素子１７と同様に、表面に第１の極性の表電極層１９ａを有し裏面に第２の極性の裏面電極層１９ｂを有するように２つの電極層１９ａ，１９ｂとセラミックスからなる圧電振動層１９ｃとが交互に積層された構造を有する積層圧電素子である。第２の圧電素子１９も、振動板１５の裏面１５ｂの縁に振動板露出部分を残すようにして第１の極性の裏面電極層１９ｂが振動板１５の裏面１５ｂに接合されている。そして、第１の圧電振動体５Ａは、振動板１５の振動板露出部分が位置する長手方向の端部が装着用凹部１３Ａに嵌合されている。また、第２の圧電振動体５Ｂも、振動板１５の振動板露出部分が位置する長手方向の端部が装着用凹部１３Ｂに嵌合されている。これにより、第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂは、圧電振動体５Ａ，５Ｂが振動する部分に、支持体３に支持される被支持部と自由端部との間に位置する部分の長さ方向の寸法Ｌと、長さ寸法Ｌと直交する幅方向の寸法Ｗとを有することになる。

また、第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂの外側にそれぞれ位置する表面電極層１７ａ，１９ａは、第１のリード線２１により電気的に接続されている。第１の圧電振動体５Ａの外側に位置する表面電極層１７ａと第１の圧電振動体５Ａの内側に位置する表面電極層１９ａは、第２のリード線２３により電気的に接続されている。第２の圧電振動体５Ｂの内側に位置する表面電極層１７ａと第２の圧電振動体５Ｂの外側に位置する表面電極層１９ａは、第３のリード線２５により電気的に接続されている。第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂに含まれるそれぞれの振動板１５は、第４のリード線２７により電気的に接続されている。

第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂは、いずれも振動板１５と第１の圧電素子１７及び第２の圧電素子１９との間に電流が流れると、第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂの厚み方向に振動する。第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂは、第１の圧電振動体５Ａの第２の圧電素子１９と第２の圧電振動体５Ｂの第１の圧電素子１７とが所定の間隔をあけて対向し且つ第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂが振動し得るように、長手方向の端部が支持体３に支持されている。

音声パネル７は、アクリル、ガラス、紙等の板からなり、支持体３のベース９を固定している。この音声パネル７は、支持体３を介して伝達された第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂの振動を音声に変換する。

２枚の第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂの音声パネル７と対向する圧電振動体５Ｂの自由端部を含む領域と、音声パネル７との間には振動伝達材２７が配置されている。振動伝達材２７は、２５％の圧縮ひずみを与えたときにＪＩＳ−Ｋ６２５４の試験で求められる圧縮弾性率が０．１５Ｍｐａ以下の軟質ウレタンフォームからなり、圧電振動体５Ｂと音声パネル７とにそれぞれ両面テープにより固定されている。本例では、株式会社イノアックコーポレイションからポロン（規格：ＳＲＳ−Ｓ−３２Ｐ）の商品名で販売されている軟質ウレタンフォームを用いて振動伝達材２７を形成した。振動伝達材２７としては、圧電振動体５Ｂの振動を許容し且つ圧電振動体５Ｂの振動を伝達するものであればよく、アクリル樹脂等も用いることができる。振動伝達材２７は、直方体形状を有しており、圧電振動体５Ｂの幅方向と同じ方向の寸法ａと、圧電振動体５Ｂの長さ方向と同じ方向の寸法ｂとを有している。振動伝達材２７の寸法ａと圧電振動体５Ｂの幅方向の寸法Ｗとは、ａ≦Ｗの関係を有している。振動伝達材２７の寸法ｂと圧電振動体５Ｂの長さ方向の寸法Ｌとは、ｂ≦Ｌ／４の関係を有している。振動伝達材２７は、圧電振動体５Ｂの自由端部から被支持部に向かってＬ／２の長さの領域内に配置するのが好ましい。

次に、振動伝達材が上記実施の形態の軟質ウレタンフォームからなる圧電発音体（実施例１）と、振動伝達材がアクリル樹脂からなる圧電発音体（実施例２）と、振動伝達材を配置せずその他は本例と同様の構造を有する圧電発音体（比較例）とを用いて周波数と音圧との関係を調べた。図３はその測定結果を示している
。図３より、実施例１及び２の圧電発音体は、３００〜１０００Ｈｚの周波数において音圧が高くなるのが分かる。特に軟質ウレタンフォームを用いた実施例１の圧電発音体では、比較例の圧電発音体に対し平均して１０ｄＢ程音圧を高くできるのが分かる。

図４は、本発明の第２の実施の形態の圧電発音体の斜視図である。本例の圧電発音体では、第１の圧電振動体５Ａと第２の圧電振動体５Ｂとの間に振動緩衝材２８が配置されている。その他の構造は、図１に示す第１の実施の形態の圧電発音体と同じである。振動緩衝材２８は、振動伝達材２７に対応するように、２枚の第１及び第２の圧電振動体５Ａ，５Ｂの相互に対向するそれぞれの自由端部を含む領域の間に配置されており、第１の圧電振動体５Ａと第２の圧電振動体５Ｂとにそれぞれ両面テープにより固定されている。振動緩衝材２８は、振動伝達材２７と同じ軟質ウレタンフォームにより形成することができる。本例によれば，振動緩衝材２８により、必要以上に第１の圧電振動体５Ａ及び第２の圧電振動体５Ｂが振動するのを防いで、第１の圧電振動体５Ａ及び第２の圧電振動体５Ｂの損傷を防止できる。

図５は、本発明の第３の実施の形態の圧電発音体の模式図である。本例の圧電発音体では、１枚の圧電振動体１０５の中央部が支持体１０３に支持されている。したがって、本例の圧電振動体１０５では、中央部が被支持部となり、長手方向の両端部が自由端部となっている。そして、圧電振動体１０５の音声パネル１０７と対向する圧電振動体１０５の両自由端部を含む領域と音声パネル１０７との間に、圧電振動体１０５と音声パネル１０７とにそれぞれ固定された一対の振動伝達材１２７Ａ，１２７Ｂが配置されている。

本発明の第１の実施の形態の圧電発音体の斜視図である。図１に示す圧電発音体の圧電振動体５Ａ，５Ｂの模式図である。試験に用いた圧電発音体の周波数と音圧との関係を示す図である。本発明の第２の実施の形態の圧電発音体の斜視図である。本発明の第３の実施の形態の圧電発音体の模式図である。

符号の説明

１圧電発音体
３支持体
５Ａ，５Ｂ第１及び第２の圧電振動体
７音声パネル
１５振動板
１７第１の圧電素子
１９第２の圧電素子
２７振動伝達材

Claims

表面に第１の極性の表面電極層を有し裏面に第２の極性の裏面電極層を有するように複数の電極層と１以上の圧電振動層とが交互に積層された第１及び第２の圧電素子と、導電性を有する振動板とを有し、前記第１の圧電素子の前記裏面電極層が前記振動板の表面に電気的に導通可能に接合され、前記第２の圧電素子の前記裏面電極層が前記振動板の裏面に電気的に導通可能に接合されてなるｎ枚（ｎは１以上の整数）の圧電振動体と、
前記ｎ枚の圧電振動体のそれぞれの前記第２の圧電素子とそれぞれの前記第１の圧電素子とが所定の間隔をあけて対向し且つ前記ｎ枚の圧電振動体が振動し得るように、前記ｎ枚の圧電振動体の端部または中央部を支持する支持体と、
前記支持体を固定して、前記支持体を介して伝達された前記ｎ枚の圧電振動体の振動を音声に変換する音声パネルとを具備し、
前記ｎ枚の圧電振動体は、前記支持体に支持される被支持部と、前記被支持部から離れた自由端部とを有しており、
前記ｎ枚の圧電振動体の前記音声パネルと対向する１枚の圧電振動体の前記自由端部を含む領域と、前記音声パネルとの間に、前記圧電振動体の振動を許容し且つ前記圧電振動体の振動を伝達する振動伝達材が、前記圧電振動体と前記音声パネルとにそれぞれ固定されて配置されている圧電発音体。
前記振動伝達材は、２５％の圧縮ひずみを与えたときにＪＩＳ−Ｋ６２５４の試験で求められる圧縮弾性率が０．１５Ｍｐａ以下の軟質ウレタンフォームからなる請求項１に記載の圧電発音体。
前記振動伝達材は、アクリル樹脂からなる請求項１に記載の圧電発音体。
前記ｎ枚の圧電振動体は、２枚以上の圧電振動体からなり、
前記ｎ枚の圧電振動体の相互に対向する２枚の圧電振動体のそれぞれの自由端部を含む領域の間に、前記２枚の圧電振動体にそれぞれ固定された振動緩衝材が配置されている請求項１〜３のいずれか1つに記載の圧電発音体。
前記振動伝達材は、３００〜１０００Ｈｚの周波数における音圧を高めるように前記圧電振動体の振動を伝達する請求項１〜３のいずれか1つに記載の圧電発音体。
前記振動伝達材は、前記圧電振動体と前記音声パネルとにそれぞれ両面テープにより固定されている請求項１〜５のいずれか1つに記載の圧電発音体。
前記圧電振動体は、矩形状の板状体であり、
前記圧電振動体の前記被支持部と前記自由端部との間に位置する部分の長さ方向の寸法をＬとした場合に、
前記振動伝達材は、前記圧電振動体の前記自由端部から前記被支持部に向かってＬ／２の長さの領域内に配置されている請求項５に記載の圧電発音体。
前記圧電振動体は、前記被支持部から前記自由端部に向かう方向と直交する幅方向の寸法をＷとした場合に、
前記振動伝達材の前記幅方向の寸法ａと前記圧電振動体の幅方向の寸法Ｗとは、ａ≦Ｗの関係を有しており、
前記振動伝達材の前記長さ方向の寸法ｂと前記圧電振動体の長さ方向の寸法Ｌとは、ｂ≦Ｌ／４の関係を有している請求項７に記載の圧電発音体。