JP2012060513A - 振動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動体の変位が抑制され難く、大きな変位量を得ることができ、しかも部品点数及び加工工程の増大を招くことなく提供することができる振動装置を得る。
【解決手段】振動板２に支持シート３が貼り付けられており、支持シート３の振動板が貼り付けられている振動板積層部３Ａの外側に位置している延長部３Ｂに、枠状の支持体４が振動板２の外周縁と間隔を隔て貼り付けられており、枠状の支持体４の開口部が多角形の形状を有し、該開口部の辺４ａ〜４ｄの中央部において枠状の支持体４に貼り付けられている支持シート部分の弾性率よりも、枠状の支持体４の開口部のコーナ部４ｅ〜４ｈにおいて枠状の支持体４に貼り付けられている支持シート部分の弾性率が高くされている、振動装置１。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、圧電振動板からなる振動板が支持シートを介して枠状の支持体に取り付けられている構造を有する振動装置に関し、より詳細には、支持体の開口部の形状が多角形である振動装置に関する。

従来、携帯電話機や各種電子機器において、音声や振動を発生させるために、圧電サウンダや圧電スピーカなどが用いられている。

例えば、下記の特許文献１には、図１０に分解斜視図で示す圧電音響部品が開示されている。圧電音響部品１０１では、基板１０２上にキャップ状に絞り加工した金属板１０３が固定されている。

金属板１０３の上面には、複数のスリット１０３ａが矩形枠状をなすように配置されている。この複数のスリット１０３ａで囲まれた部分において、金属板１０３の上面に圧電振動板１０４が接合されている。隣り合うスリット１０３ａ，１０３ａの間の部分、すなわちスリットが形成されていない部分は、矩形の圧電振動板１０４のコーナ部近傍に位置している。圧電振動板１０４の振動に伴って、複数のスリット１０３ａで囲まれた金属板部分が大きく変位する。従って、大きな音響を得ることができる。

他方、下記の特許文献２には、図１１（ａ）及び（ｂ）に示す圧電スピーカが開示されている。圧電スピーカ１１１では、圧電素子１１２が金属からなる振動板１１３の上面に貼り合わされている。振動板１１３は、ダンパー部材としての樹脂板１１４上に貼り付けられている。樹脂板１１４の対向し合う一対の辺部分で、樹脂板１１４は、支持体１１５，１１６に固定されている。すなわち、圧電素子１１２及び振動板１１３の振動を妨げないように、ダンピング性を有する樹脂板１１４が支持体１１５，１１６により支持されている。

特開平１１−３５５８９２号公報 特開平９−２７１０９６号公報

特許文献１に記載の圧電音響部品１０１では、複数のスリット１０３ａが金属板１０３に形成されているので、圧電効果による変位を大きくし、大きな音圧を得ることができる。しかしながら、絞り加工により、キャップ状の金属板１０３を用意しなければならなかった。また、気室を分離するために、スリット１０３ａに封止材料を充填しなければならなかった。従って、加工工程が煩雑であり、かつ部品点数が増大するという問題があった。

他方、特許文献２に記載の圧電スピーカ１１１では、樹脂板１１４の一対の長辺部分が支持体１１５，１１６で支持されているが、樹脂板１１４は、その一対の短辺側では支持されていない。従って、樹脂板１１４の一対の短辺側において、封止材料を用いて支持強度を高める必要があった。そのため、やはり部品点数が増大し、加工工程が煩雑になるという問題があった。加えて、一対の長辺側において、樹脂板１１４が強固に支持されてい
るので、一対の長辺側において、変位が抑制されがちであった。そのため、圧電素子１１２及び振動板１１３からなる振動体の変位が小さくなるおそれがあった。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、振動体の変位が抑制され難く、大きな変位量を得ることができ、しかも部品点数及び加工工程数の増大を招くことなく提供することができる振動装置を提供することにある。

本発明に係る振動装置は、振動板と、前記振動板に貼り付けられており、該振動板に貼り付けられている振動板積層部と、振動板積層部の外側に張り出している延長部とを有する支持シートと、前記支持シートの延長部に貼り付けられており、かつ前記振動板の外周縁と間隔を隔てて設けられた枠状の支持体とを備える。本発明では、前記枠状の支持体が、複数の辺と、隣り合う辺が接続している部分がコーナ部である多角形の形状の開口部を有し、前記支持シートの前記支持体の開口部の辺の中央部に貼り付けられている部分の弾性率よりも、前記支持シートの前記支持体の開口部のコーナ部に貼り付けられている部分の弾性率が高くされている。

本発明に係る振動装置のある特定の局面では、前記支持シートの前記支持体の開口部の辺の中央部に貼り付けられている部分から、前記支持シートの前記支持体の開口部のコーナ部に貼り付けられている部分に向かうにつれて、支持シートの弾性率が高くされている。

本発明に係る振動装置の他の局面では、前記枠状の支持体の開口部が、矩形である。

本発明において、振動板の平面形状は特に限定されないが、本発明のさらに他の特定の局面では、振動板は矩形板状である。

本発明に係る振動装置のさらに別の特定の局面では、前記振動板が圧電振動子である。

本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電振動子が、金属板と、金属板の片面に貼り合わされた圧電素子とを備える。

本発明に係る振動装置のさらに別の特定の局面では、前記支持シートが合成樹脂フィルムからなる。

本発明に係る振動装置では、支持シートが枠状の支持体に貼り付けられているが、支持体の開口部の辺の中央部に貼り付けられている支持シート部分の弾性率よりも、支持体の開口部のコーナ部に貼り付けられている支持シート部分の弾性率が高くされているので、振動板全体の変位量を大きくすることができる。従って、大きな音圧や大きな振動を得ることができる。また、本発明の振動装置は、上記枠状の支持体に前記支持シートを貼り付けた支持構造を有するだけであるため、部品点数の増大を招かない。また、加工工程の煩雑さも回避することができる。従って、変位量の大きな振動装置を、安価に提供することができる。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る振動装置の平面図及び（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図であり、（ｃ）は、用いられている圧電素子の正面断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態の振動装置における支持フィルムの弾性率分布を説明するための模式的平面図及び模式的底面図であり、（ｃ）は、（ｂ）中のＣ−Ｃ線に沿う部分の断面図である。 比較のために用意した振動装置の変位分布を示す模式的斜視図である。 本発明の一実施形態に係る振動装置の変位分布を説明するための模式的斜視図である。 本発明の一実施形態及び比較例として用意した振動装置における支持シートの領域と弾性率との関係を示す図である。 本発明の一実施形態の振動装置における弾性率分布を説明するための模式的平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施形態の振動装置における支持シートの弾性率の分布を説明するための模式的平面図及び模式的底面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明のさらに他の実施形態に係る振動装置の平面図及び底面図である。 本発明の振動装置で用いられる振動板のさらに他の例を説明するための正面断面図である。 従来の圧電型電気音響変換器の分解斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来の圧電スピーカの一例を示す斜視図及び（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより本発明を明らかにする。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る振動装置を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図である。

本実施形態の振動装置１は、振動板２と、振動板２に貼り付けられる支持シート３と、支持シート３を囲むように配置された枠状の支持体４とを有する。

振動板２は、矩形板状の形状を有する。図１（ｂ）では、振動板２の一部が略図的に示されているが、実際には、振動板２は、積層型圧電体２ａと、積層型圧電体２ａの両面に形成された電極２ｂ，２ｃとを有する。積層型圧電体２ａは、２以上の圧電体層を有するＰＺＴからなる。

上側と下側の圧電体層が、電界印加時に逆に伸縮するように、厚み方向に分極処理されている。従って、電極２ｂ，２ｃから交流電界を印加することにより、振動板２は屈曲振動モードで励振される。すなわち、振動板２は、本実施形態では、圧電振動子である。振動板は支持シートの両面に貼り付けられてもよい。

なお、圧電振動子の構造は、図１（ｃ）に示す積層型圧電体２ａを用いたものに限定されない。例えば、図９に示す振動板２Ａのように、金属板２ｄ上に、厚み方向に分極された圧電体層２ｅ及び電極２ｆが積層されているユニモルフ型の圧電振動子であってもよい。さらには、本発明においては、振動板２は、圧電振動子以外の振動体であってもよい。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、支持シート３の上面に振動板２が貼り付けられている。この貼り付けは接着剤等の適宜の接合材を用いて行うことができる。支持シート３は、特に限定されるわけではないが、本実施形態では、合成樹脂フィルムからなる。支持シート３は、合成樹脂フィルムに限らず、金属板により形成されていてもよい。

支持シート３は、矩形板状の振動板２が貼り付けられている振動板積層部３Ａと、振動
板積層部３Ａに連ねられており、振動板積層部３Ａの外側に至っている矩形枠状の延長部３Ｂとを有する。この矩形枠状の延長部３Ｂ内の外側部分が、枠状の支持体４により固定されている。

枠状の支持体４は、本実施形態では、矩形枠状の平面形状を有する。すなわち、枠状の支持体４は、矩形の開口部を有する。この矩形の開口部は、対向し合う一対の長辺４ａ，４ｂと、対向し合う一対の短辺４ｃ，４ｄとを有する。隣り合う辺、すなわち、辺４ａと４ｃとが接続されている部分を、第１のコーナ部４ｅとする。また、辺４ｂと辺４ｃとが接続されている部分を第２のコーナ部４ｆ、辺４ａと辺４ｄが接続している部分を第３のコーナ部４ｇ、辺４ｄと辺４ｂが接続している部分を第４のコーナ部４ｈとする。

上記枠状の支持体４は、金属板４ｉ，４ｊを有する。金属板４ｉ，４ｊが、支持シート３を挟持するようにして貼り合わされている。この貼り合わせは、接着剤等の適宜の接合材を用いて行うことができる。

なお、枠状の支持体４は、金属に限らず、セラミックスや合成樹脂等の他の剛性材料により形成することができる。

なお、本実施形態では、金属板４ｉと金属板４ｊは、同じ平面形状を有するが、異なる平面形状を有していてもよい。例えば、金属板４ｊを金属板４ｉよりも外側に張り出させてもよく、張り出された部分において電気的接続等を行ってもよい。

本実施形態の振動装置１では、上記圧電振動子からなる振動板２を屈曲モードで励振した場合、振動板２が、柔軟性を有する支持シート３により支持されているため、振動板２の変位がさほど妨げられない。特に、本実施形態の特徴は、上記支持シート３の弾性率が部分的に異ならされており、それによって、大きな変位量を得ることが可能とされている。これを、図２〜図６を参照してより具体的に説明する。

本実施形態の振動装置１では、上記支持シート３が弾性率分布を有する。図２（ａ）は、上記支持シート３における弾性率分布を模式的に示した振動装置１の平面図である。図２（ｂ）は、上記振動装置１の底面図であり、図２（ｂ）中では、上記支持シート３の弾性率分布が模式的に示されている。すなわち、支持シート３は、前述した枠状の支持体４の第１〜第４のコーナ部４ｅ〜４ｈ近傍において、最も弾性率が高い領域３ａを有し、該領域３ａから遠ざかるにつれて、弾性率が順次低くなる領域３ｂ，３ｃ，３ｄ及び３ｅを有する。

従って、支持シート３の枠状の支持体４に貼り付けられている部分においては、辺４ａ〜４ｄの中央部分に貼り付けられている支持シート部分の弾性率よりも、支持シート３の枠状の支持体４の開口部のコーナ部４ｅ〜４ｈに貼り付けられている部分、すなわち領域３ａの弾性率が高くされている。また、本実施形態では、辺４ａ〜４ｄの中央部に貼り付けられている支持シート部分から、コーナ部４ｅ〜４ｈに貼り付けられている支持シート部分に向かうにつれて、支持シート３の弾性率が連続的に高くなっている。

また、図２（ｃ）に示すように、支持シート３の中央部分から、支持シート３の対角線方向に第１のコーナ部４ｅに向かう部分においても、支持シート３の弾性率が、領域３ｅから、領域３ｄ，領域３ｃ，領域３ｂ，領域３ａと順に弾性率が高くされている。

本実施形態の振動装置１では、支持シート３が上記弾性率分布を有するため、大きな変位量を得ることができる。これを、具体的な実験例に基づき説明する。

本実験例では、振動板２は、ＰＺＴからなり、縦１６ｍｍ×横波１２ｍｍ×厚み１００μｍの６層の圧電体層を有する積層型圧電体を用いた。上下の電極２ｂ，２ｃは、Ａｇ／Ｐｄからなり、厚みは１μｍとした。

また、枠状の支持体４は、０．２ｍｍの厚みの金属板４ｉ，４ｊを積層することにより形成した。

上記枠状の支持体４の開口部は、辺４ａ，４ｂの長さが１７ｍｍの矩形の開口部とした。

支持シート３は、厚みが１００μｍのゴムやプラスチックなどからなる合成樹脂フィルムを用いた。もっとも、領域３ａ〜３ｅにおいて、弾性率が図５の実線で示すように変化している構造の合成樹脂フィルムを用いた。このような弾性率が部分的に異なる合成樹脂フィルムは、合成樹脂フィルム中の添加剤の含有量を領域３ａ〜３ｅで異ならせる方法、または合成樹脂フィルムの架橋度を領域３ａ〜３ｅで異ならせる方法などにより得ることができる。

比較のために、上記支持シート３に代えて、弾性率が図５の破線で示すように全領域において一定である支持シートを用いたことを除いては、上記実施形態と同様にして比較例の振動装置を用意した。

図３は、上記実施例の振動装置に８Ｖの電圧を印加した際の有限要素法による変位形状を模式的に示す斜視図である。図４は、上記実施形態の実験例として用意した振動装置の有限要素シミュレーションによる変位形状を示す模式的斜視図である。なお、図３及び図４は変位形状を示す。すなわち、支持シート３は、振動板２と共に振動するが、枠状の支持体４により拘束されている。従って、図３及び図４に示す変位形状は、枠状の支持体４の開口部内における振動板２及び支持シート３からなる構造の変位形状を示す。

図３及び図４におけるｚ方向の数値は、上記支持シート３が枠状の支持体４の開口部の辺４ａ，４ｄに貼り付けられている部分における規格化された変位量を示す。ｘ、ｙ方向の数値は位置座標を示す。

図３と図４とを対比すれば明らかなように、上記比較例に比べて、上記実施形態によれば、大きな変位量の得られることがわかる。すなわち、図３の破線で示す円Ｘで囲まれるコーナ部では、コーナ部がマイナス方向に比較的大きく変位していることがわかる。これに対して、図４に示すように、上記実施形態では、破線で示す円Ｙで囲まれた部分すなわちコーナ部におけるマイナス方向の変位が非常に小さいことがわかる。

図６におけるコーナ部４ｅ〜４ｈすなわち破線で示す円Ｙで囲まれた部分において、変位が非常に小さくされており、特にマイナス方向の変位が小さくなっている。それに対して、円Ｚで囲まれた辺４ａ〜４ｄの中央部において変位量が大きくなっている。これは、上記弾性率分布を有する支持シート３を用いていることによる。従って、本実施形態の振動装置１では、支持シート３に振動板２が接合されている構造の変位量を飛躍的に大きくでき、大きな音圧を得ることができる。

上記のように、支持シート３に弾性率分布を与えるだけで、本実施形態では大きな変位量を得ることができる。従って、部品点数の増大や組み立て工程の煩雑さを招くことなく、大きな音圧を得ることができる振動装置を提供することができる。

図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の振動装置を説明するための模式的
平面図及び模式的底面図である。

図７（ａ）及び（ｂ）においても、図２（ａ）及び（ｂ）と同様に、支持シート３の弾性率分布を模式的に示すこととする。すなわち、領域３ａ〜３ｅは、第１の実施形態と同様に弾性率が異ならされている。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるところは、枠状の支持体４Ｂの平面形状が異なることにあり、その他の点は、第１の実施形態と同様である。

枠状の支持体４Ｂの開口部は、略矩形形状を有する。すなわち、辺４ａ〜４ｄの中央部において、開口部が外側に膨らんでいる。従って、振動板２と枠状の支持体４との間の間隔が辺４ａ〜４ｄの中央においてコーナ部４ｅ〜４ｈに比べて相対的に大きくされている。言い換えれば、辺４ａ〜４ｄの中央部からコーナ部４ｅ〜４ｈに向かうにつれて、振動板２と枠状の支持体４との間の間隔が小さくなっている。

このように、振動板２と枠状の支持体４との間の間隔、辺４ａ〜４ｄの中央部に比べコーナ部４ｅ〜４ｈ側において小さくすることにより、コーナ部において支持シート３の変位をより小さくすることができる。また、辺４ａ〜４ｄの中央側における変位をより大きくし、それによって、支持シート３に振動板２が接合されている構造の変位量を効果的に大きくすることができる。このように、支持シート３に弾性率分布をもたせるだけでなく、枠状の支持体４と振動板２との間隔を調整することによっても、変位量をさらに拡大することができる。

図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る振動装置を説明するための模式的平面図及び模式的底面図である。本実施形態では、支持シート１３が用いられている。支持シート３に代えて支持シート１３を用いたことを除いては、第３の実施形態は第１の実施形態と同様に構成されている。

支持シート１３は、シート本体１３ａを有する。例えばゴムやプラスチックなどからなるシート本体１３ａは、弾性率が全領域にわたり均一な通常の合成樹脂フィルムである。支持シート１３では、上記シート本体１３ａの両面に高弾性率層１３ｂが部分的に積層されている。高弾性率層１３ｂは、前述した枠状の支持体４のコーナ部４ｅ〜４ｈ近傍において、積層されている。

高弾性率層１３ｂは、シート本体１３ａよりも弾性率が高い材料からなる。このような材料としては、シート本体１３ａより弾性率が高ければ特に限定されない。例えば、シート本体１３ａを構成する合成樹脂に、さらに弾性率を高める添加剤を添加してなる組成物により高弾性率層１３ｂを形成してもよい。あるいはシート本体１３ａと異なる樹脂材料により高弾性率層１３ｂを形成してもよい。

また、高弾性率層１３ｂは樹脂以外の材料により構成してもよい。

第３の実施形態では、コーナ部４ｅ〜４ｈにおいて、高弾性率層１３ｂが存在するため、第１の実施形態と同様に、辺４ａ〜４ｄの中央に貼り付けられている支持シート部分の弾性率に比べ、コーナ部４ｅ〜４ｈにおいて枠状の支持体４に貼り付けられている支持シート部分の弾性率が相対的に高くされている。従って、第１の実施形態と同様に、大きな変位量を得ることができる。

上述してきた第１〜第３の実施形態では、枠状の支持体４の開口部は矩形の平面形状を有していたが、矩形以外の五角形、六角形などの他の多角形形状を有していてもよい。いずれにしても、多角形における複数の辺の中央部に貼り付けられている部分の支持シート
の弾性率よりも上記多角形におけるコーナ部に貼り付けられている支持シート部分の弾性率を高くすれば、上記実施形態と同様に大きな変位量を得ることができる。

また、第１の実施形態では、枠状の支持体４の辺４ａ〜４ｄの中央部に貼り付けられている部分から、コーナ部４ｅ〜４ｈに貼り付けられている支持シート部分に向かうにつれて、支持シート３の弾性率が連続的に高められていたが、第３の実施形態のように、上記弾性率を変化は階段状であってもよい。

また、第１〜第３の実施形態では、振動板２は矩形板状であったが、矩形板状以外の平面形状、例えば円形等であってもよい。

１…振動装置
２…振動板
２Ａ…振動板
２ａ…積層型圧電体
２ｂ，２ｃ…電極
２ｄ…金属板
２ｅ…圧電体層
２ｆ…電極
３…支持シート
３Ａ…振動板積層部
３Ｂ…延長部
３ａ〜３ｅ…領域
４…支持体
４Ｂ…支持体
４ａ〜４ｄ…辺
４ｅ…第１のコーナ部
４ｆ…第２のコーナ部
４ｇ…第３のコーナ部
４ｈ…第４のコーナ部
４ｉ，４ｊ…金属板
１３…支持シート
１３ａ…シート本体
１３ｂ…高弾性率層

Claims (7)

1. 振動板と、
   前記振動板に貼り付けられており、該振動板に貼り付けられている振動板積層部と、振動板積層部の外側に張り出している延長部とを有する支持シートと、
   前記支持シートの延長部に貼り付けられており、かつ前記振動板の外周縁と間隔を隔てて設けられた枠状の支持体とを備え、
   前記枠状の支持体が、複数の辺と、隣り合う辺が接続している部分がコーナ部である多角形の形状の開口部を有し、前記支持シートの前記支持体の開口部の辺の中央部に貼り付けられている部分の弾性率よりも、前記支持シートの前記支持体の開口部のコーナ部に貼り付けられている部分の弾性率が高くされている、振動装置。
2. 前記支持シートの前記支持体の開口部の辺の中央部に貼り付けられている部分から、前記支持シートの前記支持体の開口部のコーナ部に貼り付けられている部分に向かうにつれて、支持シートの弾性率が高くされている、請求項１に記載の振動装置。
3. 前記枠状の支持体の開口部が、矩形である、請求項１または２に記載の振動装置。
4. 前記振動板が矩形板状である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動装置。
5. 前記振動板が圧電振動子である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動装置。
6. 前記圧電振動子が、金属板と、金属板の片面に貼り合わされた圧電素子とを備える、請求項５に記載の振動装置。
7. 前記支持シートが合成樹脂フィルムからなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動装置。

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