JP2008061081A - 圧電スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト、かつ高品質な圧電スピーカを提供する。
【解決手段】 圧電体１０を振動板４０に固定する圧電スピーカ１において、圧電体１０は、その表面と裏面の両面を挟持する挟持体２０を介して、振動板４０に固定されている圧電スピーカ１とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧電スピーカに関する。

従来より、圧電スピーカは、各種音響機器および情報通信機器の音源として広く利用されている。一般的な圧電スピーカは、円盤状または長方形板状の金属板等の表面に圧電素子を導電性接着剤により貼り合せた圧電体を有する。この圧電体に電圧を印加すると、圧電体が振動し、当該圧電体の外周部または中央部から振動板に振動を伝達させることにより、電圧に対応した音が発生する。

一般的な圧電スピーカとしては、圧電体の外周部がフレームに固定もしくは半固定されて、圧電体の中央部にコーン状振動板を取り付けたものが知られている。その他、圧電体そのものを振動板として用いるものも知られている。

一方、圧電体の中央部を固定する支持部を介して振動板に振動を伝達する圧電スピーカも知られている。その構造について、図７に基づいて説明する。

図７は、従来の圧電スピーカの一部の斜視図および分解斜視図を示す図である。

図７に示す圧電スピーカ７０は、振動板７５に取り付けられた圧電体７１を備えている。圧電体７１は、金属製の円盤状薄板の両面を２枚のセラミックス製の圧電素子にて挟持した構造を有している。圧電体７１の外周部は、リング状部材にて固定されている。また、圧電体７１の中心部には、貫通孔７２が形成されている。圧電体７１の貫通孔７２および伝導体７６に形成された貫通孔に、伝導体７６側からネジ７３を挿通させ、圧電体７１側にてナット７４を締結した後、両面テープ等の接着材料を介して、伝導体７６と振動板７５とが固定されている。

このような圧電スピーカの構造と類似の構造を開示した先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００１−１０３５９９号公報（特許請求の範囲,図１,図２）

しかしながら、上述の従来の圧電スピーカには、次のような問題がある。圧電体を構成する圧電素子がセラミックスからなるため、圧電素子の貫通孔を高精度に加工形成することが難しい。その結果、製造工程が煩雑となり、また、圧電スピーカの振動源として圧電体が使用される際に、圧電素子の貫通孔の部分よりクラックが発生する危険性もある。したがって、圧電スピーカのコストアップおよび生産性の低下を引き起こし、また、製品の品質が劣る等の問題が生じる。

一方、図７に示すように、圧電体の中心部と振動板との間に伝導体を介在させることによって、圧電体が振動板と固定されている。伝導体の圧電体への固定は、接着剤を用いた接着によって行われている。このため、接着部分の十分な強度が得られないという問題もある。このため、圧電スピーカの一部として長期間使用するうちに、振動および圧電体と伝導体との自身の重量に起因して、接着部分が損傷し、伝導体が圧電体の中心部分から脱落することがある。

かかる接着強度の問題を解決する手法として、圧電体と伝導体との接着面積を大きくするということも考えられる。しかし、圧電体の中心部と伝導体との接着面積を大きくすると、振動損失、すなわち、再生周波数帯域の減少、これによって、十分に高い音圧が得られないという問題が生じる。この結果、圧電スピーカの品質が低下する。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、低コスト、かつ高品質な圧電スピーカを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、圧電体を振動板に固定する圧電スピーカにおいて、圧電体は、その表面と裏面の両面を挟持する挟持体を介して、振動板に固定されている圧電スピーカとしている。

また、別の本発明は、先の発明において、挟持体は、圧電体を挟持した状態において圧電体の面に接する接触部分からその接触部分遠ざかるに従って広がる形状を有する圧電スピーカとしている。

また、別の本発明は、先の発明において、挟持体は、圧電体を平面で挟持する圧電スピーカとしている。

また、別の本発明は、先の発明において、挟持体は、圧電体の表面に接触する第１の挟持片と圧電体の裏面に接触する第２の挟持片とを有し、当該第１の挟持片と当該第２の挟持片とを分離可能な構造とした圧電スピーカとしている。

また、別の本発明は、先の発明において、圧電体と挟持体とは、接着剤を介して固定されている圧電スピーカとしている。

また、別の本発明は、先の発明において、圧電体と挟持体との間に、クッション材を配置している圧電スピーカとしている。

本発明によれば、低コスト、かつ高品質な圧電スピーカを提供することができる。

以下、本発明に係る圧電スピーカの好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態に何ら限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる圧電体を示す図であり、（Ａ）は、圧電体の斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す圧電体を図１の上方から見た平面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る圧電スピーカの一部の構造を示す図であり、（Ａ）は、圧電スピーカの斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す圧電スピーカの右側面図であり、（Ｃ）は、（Ａ）に示す圧電スピーカの正面図であり、（Ｄ）は、（Ｃ）に示す圧電スピーカの構造のＢ−Ｂ線断面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る圧電スピーカの一部の構造の分解図であり、（Ａ）は、その分解斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す圧電スピーカの構造を分解した状態で、（Ａ）の上方から見たＣ−Ｃ線断面図である。図４は、本発明の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる圧電体を挟持する挟持体を構成する第１の挟持片を示す図であり、（Ａ）は、第１の挟持片の斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す第１の挟持片を上方から見た平面図であり、（Ｃ）は、（Ａ）に示す第１の挟持片のＥ−Ｅ線断面図であり、（Ｄ）は、（Ｂ）に示す第１の挟持片のＦ−Ｆ線断面図である。図５は、本発明の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる圧電体を挟持する挟持体を構成する第２の挟持片を示す図であり、（Ａ）は、第２の挟持片の斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す第２の挟持片を上方から見た平面図であり、（Ｃ）は、（Ａ）に示す第２の挟持片のＧ−Ｇ線断面図であり、（Ｄ）は、（Ｂ）に示す第２の挟持片のＨ−Ｈ線断面図である。

図１に示すように、圧電体１０は、金属板１１と、その両面に接着剤により貼り合せたセラミックス製の２枚の圧電素子１２とを備えるバイモルフ型の圧電体である。金属板１１は、対向する一対の辺が他の対の辺よりも長い長方形状を呈しており、好適には、ステンレス製の長さ３１ｍｍ、幅１３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの薄板である。ただし、金属板１１の材料としては、ニッケル鉄合金、黄銅等の他の金属材料から構成されていても良い。また、機械的強度を確保できれば、金属製の薄板以外に、合成樹脂製の薄板を採用しても良い。また、金属板１１の寸法は、上記寸法に特に限定されることなく、必要な周波数帯域範囲に応じて金属板１１の寸法を変えるのが好ましい。圧電体１０は、圧電素子の圧電現象を利用した発音体であり、圧電素子１２として、チタン酸バリウムまたはチタン酸ジルコン酸鉛等強誘電体セラミック材料を好適に用いることができる。本発明の実施の形態に係る圧電スピーカ１の構造において、長さ２８ｍｍ、幅１３ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍを有する圧電素子１２を用いるのが好ましい。

図２に示すように、圧電スピーカ１は、圧電体１０と、圧電体１０を挟持する挟持体２０と、振動板４０と、から主に構成されている。

挟持体２０は、振動板４０の裏面に配置されたスペーサ３５に接着剤を介して固定された第１の挟持片としての受け部品２１と、その受け部品２１との間で圧電体１０を挟持する第２の挟持片としての押え部品２５とから主に構成されている。受け部品２１と押え部品２５によって、圧電体１０の中央部を挟持することにより、圧電体１０の中心部分に貫通孔を加工する必要がない。加えて、圧電体１０の装着強度が向上する。

図４に示すように、受け部品２１は、長さ（Ｌ）２４ｍｍ、幅（Ｗ）４ｍｍ、厚さ（Ｔ）４．６ｍｍの略角柱形状を有している。受け部品２１の長さ方向の中央領域（１３．６ｍｍの長さの領域）は、左右幅方向に広がるように、斜めにカットされている。カットの角度は約４３．６度であり、両斜面の頂部には約０．８ｍｍの幅で平面が形成されている。すなわち、受け部品２１は、圧電体１０との接触部分に長さ１３．６ｍｍ、幅０．８ｍｍの接触部２２を備えている。また、受け部品２１の長さ方向のそれぞれの端部から２．５ｍｍで、かつ幅方向の中心線上には、それぞれ１つずつ、直径２．５ｍｍのネジ穴２３が形成されている。

図５に示すように、押え部品２５は、長さ（Ｌ）２４ｍｍ、幅（Ｗ）４ｍｍ、厚さ（Ｔ）３ｍｍの略角柱形状を有している。上述の受け部品２１と同様、押え部品２５の長さ方向の中央領域（１３．６ｍｍの長さ領域）は、左右幅方向に広がるように、斜めにカットされている。カットの角度は約６５．２度であり、両斜面の頂部には約０．８ｍｍの幅で平面が形成されている。すなわち、押え部品２５は、圧電体１０との接触部分に長さ１３．６ｍｍ、幅０．８ｍｍの接触部２６を備えている。また、押え部品２５の長さ方向のそれぞれの端部から２．５ｍｍで、かつ幅方向の中心線上には、それぞれ１つずつ、直径２．５ｍｍの貫通穴２７が形成されている。

受け部品２１および押え部品２５の材料としては、好適には、アクリル樹脂が用いられている。ただし、アクリル樹脂以外の樹脂を用いても良い。また、圧電体１０のサイズおよび圧電スピーカ１の周波数帯域範囲に応じて上述の受け部品２１および押え部品２５の寸法を適宜変更できる。また、斜面、ネジ穴２３および貫通穴２７を形成する方法については、公知の方法を用いることができる。

次に、図３に基づいて、圧電体１０の装着方法について説明する。まず、受け部品２１の２つのネジ穴２３を押え部品２５の２つの貫通穴２７にそれぞれ合わせるようにして、圧電体１０を、その中心部の短辺を挟持するように配置する。このため、受け部品２１の接触部２２および押え部品２５の接触部２６は、圧電体１０の裏面および表面にそれぞれ接触した状態となる。次に、２本のネジ３０を、それぞれ押え部品２５の貫通穴２７に挿入して、受け部品２１のネジ穴２３に至るようにし、ネジ３０を回転させて、ネジ穴２３と締結する。これによって、受け部品２１の接触部２２および押え部品２５の接触部２６は、圧電体１０の両面に強く圧接される。その結果、圧電体１０が受け部品２１および押え部品２５により挟持された状態となる。

振動板４０には、一定の厚さを有するアルミニウム若しくはステンレス等の金属板またはプラスチック材料からなる複合板を好適に用いることができる。圧電体１０の振動が受け部品２１を介して振動板４０に伝達され、振動板４０から音波が外へ向けて空気中に伝播される。本実施の形態では、振動板４０として、厚さ０．８ｍｍの平面状のアルミニウム板を用いているが、振動板４０は、上述の寸法および材料に限定されるものではない。

続いて、図３に基づいて、圧電体１０の装着後の圧電スピーカの組み立て方法について説明する。本実施の形態では、まず、振動板４０の所定位置に、スペーサ３５が接着される。接着層（図示せず）の形成には、振動板４０を駆動した際に、スペーサ３５が振動板４０から外れないように強い接着力を有し、耐久性に優れた材料、例えば、アクリル系の２液混合タイプの熱硬化型接着剤等が用いられるのが好ましい。また、接着方法については、振動板４０の所定位置あるいはスペーサ３５の接着面に所定量の接着剤を混合塗布し、その後、それぞれの塗布面を摺り合わせることによって、スペーサ３５が振動板４０の所定位置に固定される。また、接着剤を用いることに代えて、両面テープによって接着を行うこともできる。本実施の形態では、長さ２６ｍｍ、幅６ｍｍ、厚さ１ｍｍのスペーサ３５を用いている。

次に、圧電体１０を挟持した挟持体２０は、スペーサ３５の表面に固定される。固定方法としては、振動板４０とスペーサ３５との接着方法を好適に採用することができる。ただし、これ以外の接着方法を採用しても良い。

また、本発明の実施の形態において、圧電スピーカ１の品質およびメンテナンス性を考慮するため、スペーサ３５を介して圧電体１０を挟持した挟持体２０を振動板４０の裏面に装着したが、必ずしもスペーサ３５を配置する必要はない。スペーサ３５を配置せず、圧電体１０を挟持した挟持体２０を、直接、振動板４０の裏面に固定しても良い。

図６は、図３に示す形態と異なる形態を有する圧電スピーカの一部の構造の分解図であり、（Ａ）は、その分解斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す圧電スピーカの構造を分解した状態で、（Ａ）の上方から見たＤ−Ｄ線断面図である。

図６に示すように、押え部品２５と圧電体１０との間にクッション材３６を設けても良い。このようにすると、挟持体２０と圧電体１０との間の隙間を、クッション材３６によってなくすことができる。その結果、挟持体２０と圧電体１０との間で生じ得るビリ音等の異常音を防止することができる。また、振動板４０に伝達しきれなかった振動をクッション材３６に吸収させ、圧電体１０の共振作用を抑制する機能もある。さらに、圧電体１０は、弾性を有するクッション材３６で支持されることによって、動きやすくなるため、振幅が大きくても、スムーズに振動する。これによって、長辺および短辺で不要な振動が生じることがなくなる。したがって、ダンパー効果が期待でき、周波数のフラット化に寄与することができる。

本実施の形態では、長さ１０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ１ｍｍのクッション材３５を好適に用いることができる。本発明に係る圧電スピーカ１の構造に用いられるクッション材３６としては、好適には、連続発泡または独立発泡のウレタン、合成ゴム、天然ゴム、低密度ポリエチレン、軟質塩化ビニルプラスチック等の材料が用いられる。これらの材料のうち、低密度性および柔軟性等の点から、特に、連続発泡のウレタンが好ましい。これは、連続発泡のウレタンを用いることによって、圧電体１０以外の被振動体の重量増加がほとんど無視する程度となり、励振器または加振器（図示せず）による加振に及ぼす影響が製品の実用範囲内となるためである。ただし、上述のクッション材３６の材料は一例に過ぎず、他の材料を採用しても良い。なお、クッション材３６の材料は、上記のような一種類でも、二種類以上の混合物でも良い。また、圧電スピーカ１の音質等を重視する場合、目的に応じてクッション材３５の材料および寸法を選定することも可能である。

以上、本発明に係る圧電スピーカ１の実施の形態について説明したが、本発明に係る圧電スピーカ１は、上述の実施の形態に限定されず、種々変形した形態にて実施可能である。

例えば、圧電体１０と接触する受け部品２１の接触部２２および押え部品２５の接触部２６は、同じ面積とせずに、いずれか一方を小さく形成しても良い。また、接触部２２または接触部２６から幅方向に切ったときの断面を、台形以外に、半円柱あるいは三角形（すなわち、接触部２２,２６と圧電体１０との接触が線接触となる。）に加工することができる。また、圧電体１０を挟持する挟持体２０の個数を１つに限らず、振動板４０のサイズおよび圧電スピーカ１の周波数帯域範囲に応じて２個以上とすることができる。また、圧電体１０の形状としては、長方形に限らず、目的に応じて、様々な形状を有する圧電体１０を選定することができる。また、目的に応じて、受け部品２１の接触部２２、押え部品２５の接触部２６および圧電体１０に接着剤を塗布した後、挟持体２０と圧電体１０とを相互接着しても良い。これによって、圧電体１０の装着強度をより高めることができる。また、挟持体２０は、分離可能な構造とせずに、２つの挟持片を持つＵ字形状の構造とし、圧電体１０を２つの挟持片で挟持するようにしても良い。

以上のように、本発明の実施の形態に係る圧電スピーカ１は、圧電体１０を挟持した挟持体２０を振動板４０に固定する構造を有する。このため、従来の圧電体１０のように、中心部に穴を形成する場合と比べて、圧電体１０に穴を形成する必要がなくなる。このため、圧電スピーカ１０の組み立て作業に要する手間を省くことが可能となり、この組み立て作業の簡略化および低コスト化を図ることができる。また、圧電体１０を構成するセラミックス製の圧電素子１２にクラックが生じにくくなるため、製品の品質の安定性を高めることができる。

また、平面形状を有する圧電体１０、特に平面方角状の圧電体１０を用いることにより、圧電スピーカ１の周波数帯域範囲を制御する目的等に応じて様々な圧電体１０を選択できる利点を有する。

また、挟持体２０と圧電体１０との接触面積を小さくすることにより、振動エネルギーの損失が小さくなり、圧電体１０の振動を効率良く振動板４０に伝達することができる。さらに、受け部品２１の接触部２２および押え部品２５の接触部２６あるいは挟持体２０自身の寸法を変えることによって、容易に圧電体１０の共振周波数を調整することが可能となる。その結果、圧電スピーカ１の音調調製を簡単に行うことができる。

また、圧電体１０を、ネジ３０にて分離可能な挟持体２０により挟持しているため、圧電体１０を装着または交換する際に、圧電体１０の着脱を容易に行うことができる。また、挟持体２０と圧電体１０との装着強度を、面積の小さな接触部２２，２６と圧電体１０との接着に依存させず、挟持体２０と振動板４０との間における広い面積での接着に依存させている。このため、圧電体１０と振動板４０との装着強度が大きくなる。

本発明は、各種の電気機器等使用される圧電スピーカを製造あるいは使用する産業において利用することができる。

本発明の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる圧電体を示す図であり、（Ａ）は、圧電体の斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す圧電体を図１の上方から見た平面図である。 本発明の実施の形態に係る圧電スピーカの一部の構造を示す図であり、（Ａ）は、圧電スピーカの斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す圧電スピーカの右側面図であり、（Ｃ）は、（Ａ）に示す圧電スピーカの正面図であり、（Ｄ）は、（Ｃ）に示す圧電スピーカの構造のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の実施の形態に係る圧電スピーカの一部の構造の分解図であり、（Ａ）は、その分解斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す圧電スピーカの構造を分解した状態で、（Ａ）の上方から見たＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる圧電体を挟持する挟持体を構成する第１の挟持片を示す図であり、（Ａ）は、第１の挟持片の斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す第１の挟持片を上方から見た平面図であり、（Ｃ）は、（Ａ）に示す第１の挟持片のＥ−Ｅ線断面図であり、（Ｄ）は、（Ｂ）に示す第１の挟持片のＦ−Ｆ線断面図である。 本発明の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる圧電体を挟持する挟持体を構成する第２の挟持片を示す図であり、（Ａ）は、第２の挟持片の斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す第２の挟持片を上方から見た平面図であり、（Ｃ）は、（Ａ）に示す第２の挟持片のＧ−Ｇ線断面図であり、（Ｄ）は、（Ｂ）に示す第２の挟持片のＨ−Ｈ線断面図である。 図３に示す形態と異なる形態を有する圧電スピーカの一部の構造の分解図であり、（Ａ）は、その分解斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す圧電スピーカの構造を分解した状態で、（Ａ）の上方から見たＤ−Ｄ線断面図である。 従来の圧電スピーカの一部の斜視図および分解斜視図を示す図である。

符号の説明

１ 圧電スピーカ
１０ 圧電体
１１ 金属板
１２ 圧電素子
２０ 挟持体
２１ 受け部品（第１の挟持片）
２２ 接触部
２３ ネジ穴
２５ 押え部品（第２の挟持片）
２６ 接触部
２７ 貫通穴
３０ ネジ
３５ スペーサ
３６ クッション材
４０ 振動板

Claims (6)

1. 圧電体を振動板に固定する圧電スピーカにおいて、
   上記圧電体は、その表面と裏面の両面を挟持する挟持体を介して、上記振動板に固定されていることを特徴とする圧電スピーカ。
2. 前記挟持体は、前記圧電体を挟持した状態において前記圧電体の面に接する接触部分からその接触部分から遠ざかるに従って広がる形状を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電スピーカ。
3. 前記挟持体は、前記圧電体を平面で挟持することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電スピーカ。
4. 前記挟持体は、前記圧電体の表面に接触する第１の挟持片と前記圧電体の裏面に接触する第２の挟持片とを有し、上記第１の挟持片と上記第２の挟持片とを分離可能な構造としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧電スピーカ。
5. 前記圧電体と前記挟持体とは、接着剤を介して固定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧電スピーカ。
6. 前記圧電体と前記挟持体との間に、クッション材を配置していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧電スピーカ。

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