JP2014127750A

JP2014127750A - 音響発生器、音響発生装置及び電子機器

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Publication number: JP2014127750A
Application number: JP2012281189A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Fukunaga; 幸範福永
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-07-07

Abstract

【課題】音圧の周波数特性を平坦化することができる音響発生器、音響発生装置及び電子機器を提供することを課題とする。
【解決手段】音響発生器は、枠部材５が、それぞれ、外周面５Ａａ、５Ｂａおよび内周面５Ａｂ、５Ｂｂを有する外側部材５Ａと内側部材５Ｂとで構成されており、外側部材５Ａには、その内周面５Ａｂ側に、外側部材５Ａの一部がえぐられ、外側部材５Ａの外周面５Ａａ側よりも厚みの薄くなった段差部７が設けられており、段差部７には内側部材５Ｂが、その内側部材５Ｂの外周面５Ｂａを段差部７上の外側部材５Ａの内周面５Ａｂの内側にするように配置されており、振動体３の外周部３ａは段差部７と内側部材５Ｂとの間に保持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響発生器、音響発生装置及び電子機器に関する。

従来、圧電スピーカに代表される音響発生器は、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、例えば、モバイルコンピューティング機器等、小型の電子機器に組み込まれる音響発生装置として使用されている。

一般に、圧電体を電気音響変換素子に用いた音響発生器は、金属製の薄板状の振動体に銀薄膜等による電極が形成された励振器としての圧電素子を貼り付けた構造となっている。圧電体を電気音響変換素子に用いた音響発生器の発音機構は、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を発生させ、圧電素子の形状歪を金属製の薄板状の振動体に伝えて振動させることにより音を発生させるというものである（例えば、特許文献１を参照）。

また、近年、金属製の薄板状の振動体の代わりに、樹脂フィルムを振動体として適用した音響発生器が開示されているが、このような音響発生器では、例えば、バイモルフ型の積層型圧電素子を、その厚み方向から一対の樹脂フィルムによって挟持し、さらに、この樹脂フィルムを、張力をかけた状態で枠部材に固定したものとなっている（例えば、特許文献２を参照）。

さらに、音圧を向上させるための工夫として、例えば、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、振動体１０３を保持する枠部材１０５についても改良が図られており、振動体１０３を外側部材１０５Ａと内側部材１０５Ｂとを嵌め合わせて固定する構造も提案されている（例えば、特許文献３を参照）。

特開２００１−２８５９９４号公報特開２００４−０２３４３６号公報特開２０１１−２０５６１３合公報

しかしながら、上記した特許文献３に開示された音響発生器においても、励振器の振動に誘導された樹脂フィルム等の共振に起因するひずみにより大きなピークディップが発生しやすく、特定の周波数において音圧が急激に変化してしまうという問題がある。このため、音圧の周波数特性の平坦化が求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、音圧の周波数特性を平坦化することができる音響発生器、音響発生装置及び電子機器を提供することを目的とする。

本発明に係る音響発生器は、振動体と、該振動体の外周部を保持している枠部材と、該枠部材の枠内の前記振動体上に設けられた励振器とを具備する音響発生器であって、以下（ａ）〜（ｄ）の要件を具備していることを特徴とする。この場合、（ａ）前記枠部材は、それぞれ、外周面および該外周面に対向する面が内周面となっている外側部材と内側部
材とで構成されている。（ｂ）前記外側部材には、その内周面側に、該外側部材の一部がえぐられ、前記外側部材の外周面側よりも厚みの薄くなった段差部が設けられている。（ｃ）前記段差部には、前記内側部材が、該内側部材の外周面を前記段差部上の内周面の内側にするように配置されている。（ｄ）前記振動体の外周部は、前記段差部と前記内側部材との間に保持されている。

本発明に係る音響発生器の一つの態様によれば、音圧の周波数特性を平坦化することができるという効果を奏する。

（Ａ）は、第１形態の音響発生器を示す平面図であり、（Ｂ）は枠部材を（Ａ）のＡ−Ａ’線の断面で部分的に拡大して示したものである。（Ａ）は、第２形態の音響発生器を示す平面図であり、（Ｂ）は枠部材を（Ａ）のＡ−Ａ’線の断面で部分的に拡大して示したものである。（Ａ）は、第３形態の音響発生器を示す平面図であり、（Ｂ）は枠部材を（Ａ）のＡ−Ａ’線の断面で部分的に拡大して示したものである。（Ａ）は、従来の音響発生器を示す平面図であり、（Ｂ）は枠部材を（Ａ）のＡ−Ａ’線の断面で部分的に拡大して示したものである。

以下に、本発明に係る音響発生器、音響発生装置及び電子機器の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態は本発明を限定するものではない。そして、実施形態として下記に例示する各形態は、音響発生器を構成する各部材の形状や寸法を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

まず、音響発生器の第１形態を図１に基づいて説明する。図１（Ａ）は、第１形態の音響発生器を示す平面図であり、また、（Ｂ）は、枠部材を（Ａ）のＡ−Ａ’線の断面で部分的に拡大して示したものである。

なお、本実施形態では、励振器１が圧電素子である場合を例に挙げて説明するが、励振器１は圧電素子に限定されるものではなく、電気信号が入力されて振動する機能を有しているものであれば良い。例えば、スピーカーを振動させる励振器としてよく知られた動電型励振器や、静電型励振器や、電磁型励振器であっても構わない。なお、動電型励振器は、永久磁石の磁極の間に配置されたコイルに電流を流してコイルを振動させるようなものであり、静電型励振器は、向き合わせた２つの金属板にバイアスと電気信号とを流して金属板を振動させるようなものであり、電磁型励振器は、電気信号をコイルに流して薄い鉄板を振動させるようなものである。また、本実施形態の音響発生器に適用する励振器としては、薄型化、軽量化、振動版の変化が小さいなどの点で圧電素子を適用するのがよい。また、本実施形態では、振動体としてフィルムを例示している。

図１（Ａ）（Ｂ）に示す第１形態の音響発生器は、四辺形の形状に中央領域を開口させた枠部材５に振動体３となるフィルムが貼り付けられており、この振動体３の一方主面側に励振器１が設けられている。具体的には、枠部材５に保持された支持板となるフィルム状の振動体３の上面に、例えば、図１（Ａ）に示すような積層型の圧電素子が接合されている。

この第１形態の音響発生器では、枠部材５は外側部材５Ａと内側部材５Ｂとで構成されている。ここで、外側部材５Ａは、外周面５Ａａと、この外周面５Ａａに対向する面として内周面５Ａｂを有しており、一方、内側部材５Ｂは、外周面５Ｂａと、この外周面５Ｂ
ａに対向する面として内周面５Ｂｂを有している。

また、外側部材５Ａには、その内周面５Ａｂ側に、外側部材５Ａの一部がえぐられ、外側部材５Ａの外周面５Ａａ側よりも厚みの薄くなった段差部７が設けられている（ここでは、ｔ_１＞ｔ_２の関係として示される。）。

また、段差部７には、内側部材５Ｂが、この内側部材５Ｂの外周面５Ｂａを段差部７上の内周面５Ａｂの内側にするように配置されている。つまり、内側部材５Ｂは外側部材５Ａ側に及ぶことなく、外側部材５Ａの内周面５Ａｂと内側部材５Ｂの外周面５Ｂａとが枠部材５の外側から振動体３の方向に向けて向かい合うように配置されている。

そして、振動体３の外周部３ａは段差部７と内側部材５Ｂとの間に保持された構成となっている。

例えば、図４（Ａ）（Ｂ）に示した音響発生器を例にすると、振動体１０３上に圧電素子１０１を備えた音響発生器では、通常、圧電素子１０１の励振に伴って振動体１０３に振動が誘起されるが、このとき振動体１０３の周囲は枠部材１０５によって保持されているため振動が拘束される。一方、枠部材１０５は振動体１０３からの振動のエネルギーを受けることになることから、枠部材１０５自体も振動する。

図４（Ｂ）に示した音響発生器は、振動体１０３を外側部材１０５Ａと内側部材１０５Ｂとを嵌め合わせて固定した構造とした場合、外側部材１０５Ａと内側部材１０５Ｂとが外側部材１０５Ａの外周面１０５Ａａ側で、上下方向に直接接するように嵌め合わされた構造となっている。

枠部材１０５が図４（Ｂ）に示されるような構造であると、枠部材１０５が振動した場合に、外側部材１０５Ａと内側部材１０５Ｂとの間でサイズや励振器１０１からの距離の違いに起因して振動するタイミング（上下に振れるタイミング）にズレが起こり、外側部材１０５Ａが内側部材１０５Ｂを押し上げるような動きを起こす場合がある。

これにより枠部材１０５を構成する外側部材１０５Ａと内側部材１０５Ｂとに挟持された振動体１０３が緩み、枠部材１０５内の張力が低下することにより、振動体１０３が部分的に大きく振動してしまう。このため音圧の周波数特性において大きなピークディップが発生することになる。

これに対し、第１形態の音響発生器では、図１（Ｂ）に示しているように、振動体３を挟持する外側部材５Ａと内側部材５Ｂとを嵌め合わせた構造とする場合に、内側部材５Ｂの外周面５Ｂａを段差部７上の外側部材５Ａの内周面５Ａｂの内側にするように配置し、内側部材５Ｂが外側部材５Ａ側に及ばない（重ならない）ようにして、振動体３を挟持している。

第１形態の音響発生器の構成においても、外側部材５Ａと内側部材５Ｂとの間でサイズや励振器１からの距離の違いがあり、枠部材５が振動した場合には、外側部材５Ａおよび内側部材５Ｂの振動するタイミング（上下に振れるタイミング）にズレが起こる場合があるが、この第１形態の音響発生器では、振動体３が挟まっている領域以外は外側部材５Ａと内側部材５Ｂとが上下方向で重なっておらず、しかも、外側部材５Ａと内側部材５Ｂとが振動体３を介して配置されているために上下方向で直接接していない。このため外側部材５Ａが内側部材５Ｂを押し上げるような動きを抑制することができる。

また、外側部材５Ａと内側部材５Ｂとに挟持された振動体３は緩みや枠部材５内の張力
の低下が小さくなり、部分的に大きな変化を生じるような振動の発生が抑えられ、その結果、音圧の周波数特性におけるピークディップを小さくでき、音圧を安定化させることができる。

この場合、外側部材５Ａの外周面５Ａａ側よりも厚みの薄くなった段差部７は、例えば、枠部材５が長方形状であり、この枠部材５を平面視したときに、この枠部材５のうち、少なくとの左右の方向（または上下の方向）に対向している部分の外側部材５Ａの全範囲にわたって形成されていることが望ましく、特には、外側部材５Ａの内周面５Ａｂ側の全周囲を回るように周状に形成されていることが望ましい。

また、励振器１と内側部材５Ｂとは、振動体３の同じ主面側に配置されていることが望ましい。内側部材５Ｂを振動体３上の励振器１の配置された主面側に配置するようにすると、枠部材５の振動を内側部材５Ｂにより打ち消すようにすることができ、枠部材５の振動を励振器１の振動に重なる枠部材５の振動を低減することが可能となる。

また、次に、図２（Ａ）（Ｂ）には、第２形態の音響発生器を示しているが、第２形態の音響発生器では、振動体３を挟持している外側部材５Ａにおける段差部７の厚みｔ_２が、内側部材５Ｂの厚みｔ_３と同等かまたはそれ以下であることが望ましい。

外側部材５Ａにおける振動板３を挟持する領域（段差部７）の厚みｔ_２を薄くすることにより、この部位の上下方向への変形が起こりやすくなり、振動板３における振動の有効面積を増やすことができ、これにより波長の長い振動モードが得られ、音圧の低周波領域を広げることが可能になる。

また、次に、図３（Ａ）（Ｂ）には、第３形態の音響発生器を示しているが、第３形態の音響発生器では、内側部材５Ｂの上面５Ｂｕが、外側部材５Ａの上面５Ａｕよりも低い位置にあることが望ましい。

内側部材５Ｂの上面５Ｂｕを外側部材５Ａの上面５Ａｕよりも低い位置にあるようにすると、内側部材５Ｂの外周面５Ｂａと外側部材５Ａの内周面５Ａｂとの接触面積を小さくすることができる。これにより外側部材５Ａの振動が内側部材５Ｂを介して振動板３に伝わりにくくなり、励振器１側からの振動に衝突する外側部材５Ａからの振動の波を小さくすることができる。これにより音圧の周波数特性におけるピークディップが抑えられ、音響発生器全体としての音圧の周波数特性を安定化させることができる。

ここで、励振器１となる圧電素子は、４層のセラミックスからなる圧電体層と内部電極層とが交互に積層してなる積層体の長手方向の両端部に一対の外部電極を有する構成となっており、この場合、圧電素子は振動体３であるフィルム上に接合材を介して接合される。この場合、圧電素子の形状は、音響発生器をより薄型にすることができるという理由から板状であることが望ましく、その上方側および下方側の主面は、正方形状、長方形状あるいは多角形状のうちいずれかの形状であるのが良い。この場合、圧電素子としては、ユニモルフ型あるいはバイモルフ型のいずれも採用することができる。

圧電素子の材料としては、例えば、ジルコン酸鉛（ＰＺ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等から選ばれるセラミックスを適用すること望ましい。

また、この第１形態の音響発生器では、励振器１を埋設するように、枠部材５の内側の振動体３上に樹脂が充填されているのが良く、これにより励振器１と振動体３とが強固に接合され、安定な振動を発生させることが可能となる。

この場合、樹脂層の材料としては、音響発生器の軽量化および音圧の周波数特性におけるピークディップを小さくできるという理由から、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂やゴムなどの有機材料を用いることが望ましい。

また、内部電極層および外部電極の材料としては、銀およびパラジウムから選ばれる少なくとも１種の金属を主成分とするものが好ましく、これに圧電材料を含ませてもよい。

枠部材５（外側部材５Ａ、内側部材５Ｂ）としては、耐食性および高強度という理由からステンレス等の金属を用いるのが良いが、軽量化という点で、プラスチック、エンジニアリングプラスチック、セラミックス等を用いることも可能である。この場合、厚み（図１のｔ_１に対応）は１００〜１０００μｍであることが望ましい。なお、枠部材５の枠形状（平面視したときの形状）は、図１（Ａ）に示したような矩形状に限定されるものではなく、外側部材５Ａおよび内側部材５Ｂのそれぞれの外周面５Ａａ，５Ｂａ、内主面５Ａｂ、５Ｂｂの一部または全部を円形、楕円形あるいは菱形としてもよい。

枠部材５を構成する外側部材５Ａおよび内側部材５Ｂは、同様の音響の振動モードを発生させやすいという点で熱膨張係数および弾性率が同程度の材質であることが望ましい。

振動体３となるフィルムの材料としては、音圧の周波数特性におけるピークディップを小さくできるという理由から、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、テン等の樹脂、あるいはパルプや繊維等からなる紙など、金属やセラミックスに比較してヤング率の低い材料を選択するのがよい。この場合、振動体３のヤング率は枠部材５のヤング率よりも低いことが望ましい。

次に、以上述べた第１形態、第２形態および第３形態のうち、第１形態の音響発生器を作製する手順を説明する。なお、第２形態および第３形態の音響発生器も同様の手順によって作製できることはいうまでもない。

まず、励振器１となる平面形状が略長方形の板状の積層型の圧電素子を準備する。

次に、振動体３となるフィルムを準備し、このフィルムを枠部材５に固定する。例えば、図１（Ｂ）に示しているように、振動体３を外側部材５Ａの上に置き、次いで、振動体３の外周面を外側部材５Ａとの間に挟むように内側部材５Ｂを嵌め込む。このとき振動体３と外側部材５Ａ、内側部材５Ｂとの間には接合材を介在させてもよい。

次に、振動体の表面のほぼ中央領域に接合材を介して圧電素子を接合する。この場合、接合材は加熱または紫外線照射によって硬化させる。

次に、枠部材５の内側に樹脂を流し込んで、励振器１と振動体３とを覆う樹脂層を形成することによって第１形態の音響発生器を得ることができる。

以上のように構成された音響発生器は、枠部材５が、それぞれ、外周面５Ａａ、５Ｂａおよび内周面５Ａｂ、５Ｂｂを有する外側部材５Ａと内側部材５Ｂとで構成されており、外側部材５Ａには、その内周面５Ａｂ側に、外側部材５Ａの一部がえぐられ、外側部材５Ａの外周面５Ａａ側よりも厚みの薄くなった段差部７が周状に設けられており、段差部７には内側部材５Ｂが、その内側部材５Ｂの外周面５Ｂａを段差部７上の外側部材５Ａの内周面５Ａｂの内側にするように配置されており、振動体３の外周部３ａは段差部７と内側部材５Ｂとの間に保持されているものとなる。このため、第１形態の音響発生器によれば、振動体３が挟まっている領域以外は外側部材５Ａと内側部材５Ｂとが上下方向で重なっ
ておらず、しかも、外側部材５Ａと内側部材５Ｂとが振動体３を介して配置されているために上下方向で直接接していないため、外側部材５Ａが内側部材１０５Ｂを押し上げるような動きが抑制され、音圧の周波数特性におけるピークディップを小さくでき、音圧を安定化させることができる。

また、上記の第１形態で説明した音響発生器は、当該音響発生器を収納する筐体、いわゆる共鳴ボックスへ収納することによって音響発生装置、いわゆる「スピーカ装置」として構成することもできる。例えば、テレビやパーソナルコンピュータ等に用いられる大型のスピーカ装置として構成することもできれば、スマートフォン、携帯電話機、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などのモ
バイル端末に搭載される中型または小型のスピーカ装置として構成することもできる。なお、スピーカ装置は、上記の用途に限定されず、掃除機、洗濯機や冷蔵庫などの任意の電子機器に搭載するスピーカ装置として構成することができる。

さらに、上記の第１形態で説明した音響発生器は、当該音響発生器に接続された電子回路と、該電子回路および音響発生器を収容する筐体とを少なくとも有しており、音響発生器から音響を発生させる機能を有する電子機器として構成することもできる。かかる電子機器の一例としては、テレビやパーソナルコンピュータ、各種のモバイル端末、携帯端末、移動端末の他、掃除機、洗濯機や冷蔵庫などが挙げられる。また、かかる電子機器の一例として、自動車に設置されるカーナビゲーションシステム等の各種端末装置や、警告音等を発生させる車載装置などが挙げられる。

１、１０１・・・・・・・・・励振器
３、１０３・・・・・・・・・フィルム
５、１０５・・・・・・・・・枠部材
５Ａ・・・・・・・・・・・・外側部材
５Ａａ・・・・・・・・・・・外側部材の外周面
５Ａｂ・・・・・・・・・・・外側部材の内周面
５Ａｕ・・・・・・・・・・・外側部材の上面
５Ｂ・・・・・・・・・・・・内側部材
５Ｂａ・・・・・・・・・・・内側部材の外周面
５Ｂｂ・・・・・・・・・・・内側部材の内周面
５Ｂｕ・・・・・・・・・・・内側部材の上面
７・・・・・・・・・・・・・段差
ｔ_１・・・・・・・・・・・・外側部材の厚み
ｔ_２・・・・・・・・・・・・外側部材における段差部の厚み
ｔ_３・・・・・・・・・・・・内側部材の厚み

Claims

振動体と、
該振動体の外周部を保持している枠部材と、
該枠部材の枠内の前記振動体上に設けられた励振器とを具備する音響発生器であって、以下（ａ）〜（ｄ）の要件を具備していることを特徴とする音響発生器。
（ａ）前記枠部材は、それぞれ、外周面および該外周面に対向する面が内周面となっている外側部材と内側部材とで構成されている
（ｂ）前記外側部材には、その内周面側に、該外側部材の一部がえぐられ、前記外側部材の外周面側よりも厚みの薄くなった段差部が設けられている
（ｃ）前記段差部には、前記内側部材が、該内側部材の外周面を前記段差部上の内周面の内側にするように配置されている
（ｄ）前記振動体の外周部は、前記段差部と前記内側部材との間に保持されている
前記励振器と前記内側部材とは、前記振動体の同じ主面側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の音響発生器。
前記振動体を挟持している前記外側部材における前記段差部の厚みは、前記内側部材の厚みと同等かまたはそれ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の音響発生器。
前記内側部材の上面が、前記外側部材の上面よりも低い位置にあることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の音響発生器。
請求項１〜４のいずれか一つに記載の音響発生器と、該音響発生器を収容する筐体と
を備えることを特徴とする音響発生装置。
請求項１〜４のいずれか一つに記載の音響発生器と、
該音響発生器に接続された電子回路と、
該電子回路および前記音響発生器を収容する筐体と
を備え、
前記音響発生器から音響を発生させる機能を有すること
を特徴とする電子機器。