JP2009188801A

JP2009188801A - 圧電スピーカ

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Publication number: JP2009188801A
Application number: JP2008027570A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ogura; 高志小椋; Tatsuhiko Tokuda; 達彦徳田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2009-08-20
Also published as: WO2009098859A1; US8340329B2; US20100290650A1

Abstract

【課題】アンテナとの兼用を可能として、ＭＨｚ帯の周波数での使用を可能とすると共に、アンテナと兼用することによる形状の大型化を最小限に抑えることができる圧電スピーカを提供する。
【解決手段】振動板２の周縁部であるフレーム２ａにアンテナ４を設ける。これにより、アンテナとの兼用を図りながらも、形状の大型化を最小限に抑えることができ、携帯電話等の小型電子機器に適用した場合に該機器における省スペース化が可能となる。また、アンテナ４をループ状に形成されたループアンテナとした。これにより、例えば非接触式ＩＣカード技術で使用されるＭＨｚ帯の周波数での使用が可能となる。また、アンテナ４と対向させてフレーム２ａの他方の面上に磁性体シート５を設けた。これにより、アンテナ４の近傍に金属材料がある場合の受信感度の低下を低く抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、非接触式通信機能、デジタルテレビジョン放送の受信機能、近距離無線通信機能、無線ＬＡＮ通信機能、及び音響出力機能、の少なくともいずれか１つを有する据え置き型、または携帯型の電子機器に用いて好適な圧電スピーカに関する。

従来、圧電スピーカは、圧電体を電気音響変換素子に用いた小型・低電流駆動の音響機器として知られており、小型電子機器の音響出力機器として使用されている（例えば、特許文献１参照）。一般的に、圧電スピーカは、金属振動板に銀薄膜等による電極が形成された圧電素子を貼付した構造を有している。圧電スピーカの発音は、圧電素子の両面に交流電圧を印加することで、圧電素子に形状歪みを発生させ、該素子が貼付され一体となっている金属板を振動させることにより発生する。

特許文献１で開示された圧電スピーカは、フレームと、振動板と、該振動板の上に配置された圧電素子と、フレームと振動板とに接続され、振動板がリニアに振幅可能となるように振動板を支持するダンパと、振動板とダンパとフレームとの間の空隙を埋めるように形成されたエッジとを備え、振動板、ダンパ及びエッジを同一平面上に形成している。「リニアに」というのは太鼓運動と対照的に、より振動板全面が平行に近い形で振幅するという意味である。これによって、振幅容積が増えるため低域の再生が容易になる。

一方、圧電スピーカとアンテナの機能を一体化して構成した提案がある（例えば、特許文献２、３参照）。特許文献２で開示された選択呼出し装置は、無線受信部と、警報音発生用圧電スピーカと、警報音発生部とからなり、無線受信部の入力と圧電スピーカの金属ベース部とを接続しアンテナとしている。

また、特許文献３で開示されたスピーカ一体型アンテナは、圧電材料が貼付されてなる平板状の第１のアンテナエレメントと、この第１のアンテナエレメントと所定距離離間して配設された平板状の第２のアンテナエレメントと、第１及び第２のアンテナエレメント間を電気的に接続する接続線とを備え、第１及び第２のアンテナエレメントは、圧電材料に音声信号が印加されることにより振動する。

実開平１−１１５３４７号公報特開２００１−０１６６９２号（特許第３１６０２７１号）公報特開２００６−１８６８８１号公報

しかしながら、特許文献２で開示された選択呼出し装置は、圧電スピーカの金属ベース部をアンテナとして利用するようにしているが、特許文献２で開示されているような一般的な圧電型スピーカのサイズで用いられている金属板ではＭＨｚ帯の周波数をカバーすることができない。例えば、日本では移動体端末向け地上波デジタル放送（所謂ワンセグ放送）は、４７０〜７７０ＭＨｚを使用するので、ワンセグ放送を受信する目的の電子機器には適用できない。

また、特許文献３で開示されたスピーカ一体型アンテナは、アンテナエレメントが２つ存在し圧電セラミック部材を設けていない第２のエレメントについてはエレメントの形状を変えることができるため、所定の周波数を得られるようにサイズを設計することにより、ＭＨｚ帯の周波数をカバーすることが可能である。しかしながら、平板のアンテナエレメントであるため前記周波数帯をカバーするためには大きな面積を必要とし、しかも２つのアンテナエレメントで構成する場合は一方のアンテナエレメントが三次元的な配置になるので、省スペース化が図れず、部品レイアウトに制限が生ずる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、圧電スピーカを構成する一部であって、圧電素子の周囲を取り囲む枠状フレームをアンテナと兼用することによって、ＭＨｚの周波数帯域に対応するアンテナ長を確保してＭＨｚ帯での使用を可能としたり、アンテナと兼用することによる形状の大型化を最小限に抑えることができる圧電スピーカを提供することを目的とする。

本発明の圧電スピーカは、振動板と、前記振動板に積層される圧電素子と、前記圧電素子の周囲を支持するフレームと、を備え、前記フレームの少なくとも一部をアンテナとして形成する。

この構成によれば、圧電スピーカのフレームの少なくとも一部をアンテナとして形成するので、圧電スピーカとアンテナを兼用することによる形状の大型化を最小限に抑えることができる。また、アンテナの形状をループ状にすることでＭＨｚ帯の周波数をカバーすることができる。

また、本発明の圧電スピーカは、振動板と、前記振動板に積層される圧電素子と、を備え、前記圧電素子と同一平面上、かつ前記圧電素子の周囲にアンテナを形成する。

この構成によれば、圧電素子の周囲にアンテナを形成するので、圧電スピーカとアンテナを兼用することによる形状の大型化を最小限に抑えることができる。また、アンテナの形状をループ状にすることで、板状のアンテナよりもアンテナ長を確保できるので、ＭＨｚ帯の周波数をカバーすることができる。

また、上記構成において、前記アンテナを磁性体シートで支持する。

この構成によれば、アンテナ近傍に金属材料がある場合に、渦電流によって発生する反磁界が正磁束をキャンセルするのを低く抑えることができる。これにより、アンテナ近傍に金属材料があっても受信感度の低下を最小限に抑えることができる。この構成は特に非接触式のＩＣカードなどに用いられる、電磁誘導方式の場合に有効である。

また、上記構成において、前記アンテナはループ状に形成されたループアンテナである。

この構成によれば、例えばワンセグ放送で使用される４７０〜７７０ＭＨｚ等のＭＨｚ帯の周波数をカバーすることができる。

また、上記構成において、前記アンテナは板状に形成された板状アンテナである。

この構成によれば、省スペース化が図れる。板状アンテナの場合には、ＧＨｚ（ギガヘルツ）帯を利用するブルートゥース（登録商標）などの近距離無線通信、無線ＬＡＮ通信などにおいて特に有効である。例えば、２．４ＧＨｚの場合は、半波長で６２．５ｍｍとなり、スピーカユニットが３５ｍｍ角程度のサイズであればフレームの四辺を用いて２本のアンテナを構成することができる。

また、上記構成において、前記振動板と前記アンテナとの間に弾性材を配置した。

この構成によれば、弾性材がエッジとして作用するので、最低共振周波数を低域側に移動でき、再生帯域の拡大が可能となる。

また、本発明の移動通信端末は、上記いずれかの圧電スピーカを備える。

この構成によれば、圧電スピーカとアンテナを兼用することによる形状の大型化を最小限に抑えることができる。また、アンテナの形状を圧電素子の周囲を取り囲むループ状に形成することでＭＨｚ帯に対応可能なアンテナ長を確保できるので、ＭＨｚ帯の周波数をカバーすることができる。

本発明によれば、圧電スピーカとアンテナとの兼用を可能として、例えば非接触式ＩＣカード技術方式などで使用されるＭＨｚ帯の周波数での使用を可能とすると共に、アンテナと兼用することによる形状の大型化を最小限に抑えることができる。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る圧電スピーカの概略構成を示す図である。また、図２は図１のａ−Ａ線断面図である。図１及び図２において、本実施の形態の圧電スピーカ１は、円盤状に形成された振動板２と、振動板２の両面に設けられた２枚の圧電素子３と、振動板２の一方の面の周縁部に設けられたループ状のアンテナ４と、振動板２の他方の面の周縁部に設けられた磁性材料からなる磁性体シート５と、振動板２の周縁部の一部分に設けられた入出力端子６とを備える。

図２に示すように、振動板２は、主にコア層７とスキン層８とからなり、コア層７を中間層としてその両面をスキン層８でそれぞれ挟むように積層された積層構造となっている。コア層７は絶縁性材料で構成されており、スキン層８は導電性材料（電極材料）で構成されている。コア層７を構成する絶縁性材料には主にポリイミドが用いられるが、ポリイミドの変成体でもかまわないし、ゴム系高分子素材（ＳＢＲ、ＮＢＲ、およびアクリロニトリル等）、液晶ポリマ及び汎用プラスチック素材（ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレートフィルム等）等の絶縁性を有する材料でもかまわない。

また、スキン層８を構成する導電性材料には主に４２アロイが用いられるが、他にステンレスを用いてもかまわないし、銅、アルミ、チタン及び銀（銀ペースト）等の金属のいずれかを含む薄膜材料やそれらの合金薄膜材料を用いてもかまわない。また、金属成分が配合されたペースト状のものを塗布して硬化させた導電性薄膜材料を用いてもよい。コア層７とスキン層８との接続は主に接着剤が用いられる。

なお、本実施の形態では、振動板２の周縁部をフレーム２ａと呼ぶ。このフレーム２ａの一方の面にアンテナ４が設けられ、他方の面に磁性体シート５が設けられる。２枚の圧電素子３は、分極方向を逆にして振動板２に貼られた所謂バイモルフ型の構造を成している。バイモルフ型の構造を採ることで、１枚の圧電素子の場合と比べて略倍の変位や力を得ることができる。

図１に示すように、アンテナ４は、フレーム２ａの一方の面上に平面的に巻回されてなるループアンテナである。アンテナ４は、振動板２を構成するスキン層８の一部として形成される。アンテナ４をループアンテナにすることで、例えば非接触ＩＣカード技術方式で使用されるＭＨｚ帯の周波数での使用が可能となる。

磁性体シート５は、アンテナ４と対向する形でフレーム２ａの他方の面上に設けられている。磁性体シート５は、アンテナ４の近傍に金属材料がある場合に生ずる反磁界の影響で受信感度が低下するのを低く抑えるものである。すなわち、アンテナ４の近傍に金属材料があると、そこで生じる渦電流によって反磁界が発生し正磁束をキャンセルしてしまうが、磁性体シート５はこの反磁界による影響を低く抑える。入出力端子６は、２つの入力端子と２つの出力端子を有し、入力端子に２つの圧電素子３が接続され、出力端子にアンテナ４が接続される。圧電素子３を入出力端子６の入力端子に接続するための電極は、アンテナ４と同様にスキン層８の一部として形成される。なお、圧電素子３の電極とアンテナ４の形成方法は、以下の実施の形態でも同様である。

以上のように、本実施の形態の圧電スピーカ１によれば、振動板２の周縁部であるフレーム２ａにアンテナ４を設けたので、アンテナとの兼用を図りながらも、形状の大型化を最小限に抑えることができる。これにより、携帯電話等の小型電子機器に適用した場合、該機器における省スペース化が可能となる。また、アンテナ４をループアンテナとしたので、非接触ＩＣカード技術方式などで使用されるＭＨｚ帯の周波数での使用が可能となる。例えばワンセグ放送で使用される４７０〜７７０ＭＨｚ等のＭＨｚ帯の周波数での使用も可能となる。また、アンテナ４と対向させてフレーム２ａの他方の面上に磁性体シート５を設けたので、アンテナ４の近傍に金属材料がある場合の受信感度の低下を抑えることができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る圧電スピーカの概略構成を示す図である。また、図４は図３のｂ−Ｂ線断面図である。図３及び図４において、本実施の形態の圧電スピーカ１０は、前述した実施の形態１の圧電スピーカ１のような振動板とアンテナを形成するフレームを一体化したものではなく別体とし、その別体とした振動板１１とフレーム１２との間にエッジ（弾性材）１３を設けたものである。

振動板１１は、実施の形態１の圧電スピーカ１の振動板２と同様にコア層７とスキン層８とからなり、コア層７を中間層としてその両面をスキン層８でそれぞれ挟むように積層された積層構造となっている。また、コア層７に使用される絶縁性材料とスキン層８に使用される導電性材料（電極材料）は、実施の形態１の圧電スピーカ１の振動板２と同様のものが使用される。

フレーム１２は、エッジ１３を設ける分、その内径を振動板１１の直径よりも大きくした平板のリング状に形成されている。フレーム１２には振動板１１のコア層７と同様の絶縁性材料が使用される。フレーム１２の一方の面上にループ状のアンテナ４が設けられており、またアンテナ４と対向する形でフレーム１２の他方の面上に磁性体シート５が設けられている。

振動板１１のコア層７とフレーム１２に用いられる絶縁性材料には、ＰＥＴやポリカーボネート、ポリイミドなどのプラスチックフィルムが用いられ、振動板１１のスキン層８には銀ペーストやＩＴＯ（酸化インジウムスズ）といった導電性を有する素材が塗布されている。エッジ１３には振動板１１のコア層７に用いられる材料とは相対的に、ゴム系素材や軟質系のエポキシ樹脂、シリコン系材料等のヤング率の低い（＝柔軟性の高い）材料が用いられる。エッジ１３を形成するには、振動板１１とフレーム１２の両面に該素材で形成される薄膜フィルムをラミネートし、振動板１１とフレーム１２の間の空隙部に上述した材料を充填する形を採る。ただしこの手法以外に、振動板１１とフレーム１２の間の空隙部に、充填する工法があれば、この形に限るものではない。エッジ１３で振動板１１を支持することで、振動板１１の最低共振周波数を低域側に移動させることができ、再生帯域の拡大を図ることができる。

以上のように、本実施の形態の圧電スピーカ１０によれば、振動板１１とフレーム１２を別体として、その間にゴム系素材や軟質性のエポキシ樹脂、シリコン系材料等のヤング率の低い材料を用いたエッジ１３を設けたので、再生帯域の拡大が図れ、音声特性の向上が図れる。また、実施の形態１の圧電スピーカ１と同様に、フレーム１２にアンテナ４を設けたので、アンテナとの兼用を図りながらも、形状の大型化を最小限に抑えることができ、適用する携帯電話等の小型電子機器における省スペース化が可能となる。また、アンテナ４をループアンテナとしたので、非接触ＩＣカード技術などで使用されるＭＨｚ帯の周波数での使用が可能となる。例えばワンセグ放送で使用される４７０〜７７０ＭＨｚ等のＭＨｚ帯の周波数での使用も可能となる。また、アンテナ４と対向させてフレーム１２の他方の面上に磁性体シート５を設けたので、特に、電磁誘導型となる非接触式通信に用いるアンテナにおいて、アンテナ４の近傍に金属材料がある場合の受信感度の低下を低く抑えることができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る圧電スピーカの概略構成を示す図である。また、図５のａ−Ａ線断面図は図２と同様であり、また図５のｂ−Ｂ線断面図は図４と同様である。図５、図２及び図４において、本実施の形態の圧電スピーカ３０は、振動板とフレームとを一体化するものの、振動板３１とその周縁部であるフレーム３１ａとの間に、円弧状のエッジ３２を周方向に沿って一定間隔で複数形成したものである。エッジ３２は、エッチング加工により表出したコア層７に対して、円弧状の領域を打ち抜き等によって空隙を形成し、この空隙に適度な柔軟性を有する高分子等の樹脂を装填することによって得られる。エッジ３２を形成するための空隙以外の部分がダンパ３１ｂとなる。

前述した実施の形態２では、振動板１１とフレーム１２を別体にしたため、エッジ１３を形成する際に振動板１１とフレーム１２の軸心を合わせる必要があるが、本実施の形態では振動板３１とフレーム３１ａを一体としたので、軸合わせを行う必要がなく、その分製作が容易になる。フレーム３１ａの一方の面上にループ状のアンテナ４が設けられており、またアンテナ４と対向する形でフレーム３１ａの他方の面上に磁性体シート５が設けられている。

以上のように、本実施の形態の圧電スピーカ３０によれば、振動板３１とその周縁部であるフレーム３１ａとの間に円弧状のエッジ３２を周方向に沿って複数設けたので、再生帯域の拡大が図れ、音声特性の向上が図れる。また、実施の形態１の圧電スピーカ１と同様にフレーム３１ａにアンテナ４を設けたので、アンテナとの兼用を図りながらも、形状の大型化を最小限に抑えることができ、適用する携帯電話等の小型電子機器における省スペース化が可能となる。また、アンテナ４を圧電素子を取り囲むループ状で形成し、アンテナ長を確保したので、非接触ＩＣカード技術で使用されるＭＨｚ帯の周波数での使用が可能となる。例えばワンセグ放送で使用される４７０〜７７０ＭＨｚ等のＭＨｚ帯の周波数での使用も可能となる。また、アンテナ４と対向させてフレーム３１ａの他方の面上に磁性体シート５を設けたので、アンテナ４の近傍に金属材料がある場合の受信感度の低下を抑えることができる。

（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４に係る圧電スピーカの概略構成を示す図である。また、図７は図６のｃ−Ｃ線断面図である。図６及び図７において、本実施の形態の圧電スピーカ５０は、前述した実施の形態２の圧電スピーカ１０と同様に、振動板とアンテナを形成するフレームとを一体化せず別体とし、別体とした振動板５１とフレーム５１ａの間にエッジ５２を設けたものである。また、本実施の形態の圧電スピーカ５０は、バイモルフ構造とした圧電素子５３を２組有している。

エッジ５２は、図６に示すように同一形状のものが複数組有り、振動板５１の周囲に沿って設けられている。エッジ５２の形成は、前述した実施の形態３の圧電スピーカ３０と同様に、エッチング加工により表出したコア層７に対して打ち抜き等によって空隙を形成し、この空隙に適度な柔軟性を有する高分子等の樹脂を装填することによって得られる。エッジ５２を形成するための空隙以外の部分がダンパ５４となる。振動板５１はエッジ５２とダンパ５４によってフレーム５１ａに支持される。

圧電素子５３は、振動板５１の１／４以下の大きさの長方形状に形成されており、振動板５１の両面それぞれに離間配置されている。この場合、バイモルフ構造とするため、振動板５１の一方の面の圧電素子５３と振動板５１の他方の面の圧電素子５３が対向配置されている。本実施の形態の圧電スピーカ５０は、このようなバイモルフ構造とした圧電素子５３を２組有している。なお、振動板５１、エッジ５２、圧電素子５３及びダンパ５４の形状及びそれぞれに使用される材料等は、本出願人によって出願された先行文献（ＷＯ２００６／０８７８６６Ａ１）に詳しく記載されている。

振動板５１の周縁部であるフレーム５１ａの一方の面上にループ状のアンテナ４が設けられており、またアンテナ４と対向する形でフレーム５１ａの他方の面上に磁性体シート５が設けられている。

以上のように、本実施の形態の圧電スピーカ５０によれば、振動板５１の周囲に沿って複数個のエッジ５２を設けたので、再生帯域の拡大が図れ、音声特性の向上が図れる。また、実施の形態１の圧電スピーカ１と同様にフレーム５１ａにアンテナ４を設けたので、アンテナとの兼用を図りながらも、形状の大型化を最小限に抑えることができ、適用する携帯電話等の小型電子機器における省スペース化が可能となる。また、アンテナ４を圧電素子を取り囲むループ形状のアンテナとすることでアンテナ長を確保することで、非接触ＩＣカード技術などで使用されるＭＨｚ帯の周波数での使用が可能となる。例えばワンセグ放送で使用される４７０〜７７０ＭＨｚ等のＭＨｚ帯の周波数での使用も可能となる。また、アンテナ４と対向させてフレーム５１ａの他方の面上に磁性体シート５を設けたので、アンテナ４の近傍に金属材料がある場合の受信感度の低下を抑えることができる。

なお、本発明の圧電スピーカは、上記実施の形態１〜４の形状に限定されるものでなく、振動板を支持するフレームを有するものであれば、どのような形状のものであってもよい。

本発明は、アンテナとの兼用を可能として、例えば非接触ＩＣカードなどで使用されるＭＨｚ帯の周波数での使用を可能とすると共に、アンテナと兼用することによる形状の大型化を最小限に抑えることができるといった効果を有し、非接触式通信機能、デジタルテレビジョン放送受信機能、近距離通信機能、無線ＬＡＮ機能、及び音響出力機能、の少なくともいずれか１つを有する据え置き型、または携帯型の小型電子機器への適用が可能である。

本発明の実施の形態１に係る圧電スピーカの概略構成を示す図図１のａ−Ａ線断面図本発明の実施の形態２に係る圧電スピーカの概略構成を示す図図３のｂ−Ｂ線断面図本発明の実施の形態３に係る圧電スピーカの概略構成を示す図本発明の実施の形態４に係る圧電スピーカの概略構成を示す図図６のｃ−Ｃ線断面図

符号の説明

１、１０、３０、５０圧電スピーカ
２、１１、３１、５１振動板
２ａ、１２、３１ａ、５１ａフレーム
３、５３圧電素子
４アンテナ
５磁性体シート
６入出力端子
７コア層
８スキン層
１３、３２、５２エッジ
３１ｂ、５４ダンパ

Claims

振動板と、
前記振動板に積層される圧電素子と、
前記圧電素子の周囲を支持するフレームと、
を備え、前記フレームの少なくとも一部をアンテナとして形成する圧電スピーカ。
振動板と、
前記振動板に積層される圧電素子と、
を備え、前記圧電素子と同一平面上、かつ前記圧電素子の周囲にアンテナを形成する圧電スピーカ。
前記アンテナを磁性体シートで支持する請求項２に記載の圧電スピーカ。
前記アンテナはループ状に形成されたループアンテナである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電スピーカ。
前記アンテナは板状に形成された板状アンテナである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電スピーカ。
前記振動板と前記アンテナとの間に弾性材を配置した請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の圧電スピーカ。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の圧電スピーカを備えた移動通信端末。