JP2014160914A - Piezoelectric type electroacoustic transducer and electronic apparatus using the same - Google Patents

Piezoelectric type electroacoustic transducer and electronic apparatus using the same Download PDF

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Yasuharu Onishi
康晴 大西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve an epoch-making technology for providing a piezoelectric type electroacoustic transducer capable of a compact size and reproduction of high sound quality, which is an alternative to an electrodynamic electroacoustic transducer.SOLUTION: The piezoelectric type electroacoustic transducer includes: a piezoelectric device; a frame that supports or stores the piezoelectric device; a high-rigidity section that is a diaphragm supported on the frame and connected directly or indirectly with the piezoelectric device and that is formed to traverse the diaphragm; and a low-rigidity section formed between the high-rigidity section and the frame.

Description

本発明は、圧電型電気音響変換器及びそれを用いた電子機器に関する。   The present invention relates to a piezoelectric electroacoustic transducer and an electronic apparatus using the same.

携帯電話等の電子機器の音響部品として、動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。その動作原理は、磁石を用いたステータの磁気回路の作用によりボイスコイルに固定された有機フィルム等の振動膜が振動し、音波を発生させるものである。   An electrodynamic electroacoustic transducer is used as an acoustic component of an electronic device such as a mobile phone. This electrodynamic electroacoustic transducer is composed of a permanent magnet, a voice coil, and a diaphragm. The principle of operation is that a vibration film such as an organic film fixed to a voice coil vibrates due to the action of a magnetic circuit of a stator using a magnet to generate sound waves.

ところで、近年、携帯電話機やラップトップ型パーソナルコンピュータのような携帯端末の需要が増加しているため、電気音響変換器の小型化への要求が高まりつつある。電気音響変換器の音響性能において、重要な示強量である音圧レベルは、振動膜の空気に対する体積排除によって決定される。従って、電気音響変換器を小型化する場合、振動膜の放射面面積が減少するため、音圧レベルが低下する問題がある。   By the way, in recent years, demand for portable terminals such as mobile phones and laptop personal computers has increased, and thus there has been an increasing demand for miniaturization of electroacoustic transducers. In the acoustic performance of the electroacoustic transducer, the sound pressure level, which is an important enhancement amount, is determined by the volume exclusion of the diaphragm against air. Therefore, when the electroacoustic transducer is downsized, there is a problem that the sound pressure level is lowered because the radiation surface area of the diaphragm is reduced.

音圧レベルを向上する手段として、磁気回路の発生力を高め、振動膜の振幅を増加させる方法がある。しかしながら、この手段においては磁束密度の増加や駆動電流の増加が必要とされ、永久磁石の体積増加やボイスコイルの太線化により、磁気回路の厚みが増加するという問題がある。さらに、電流量増大に伴う消費電力の増加などの問題もある。   As a means for improving the sound pressure level, there is a method of increasing the generating force of the magnetic circuit and increasing the amplitude of the diaphragm. However, this means requires an increase in magnetic flux density and an increase in driving current, and there is a problem that the thickness of the magnetic circuit increases due to an increase in the volume of the permanent magnet and a thickening of the voice coil. Furthermore, there is a problem such as an increase in power consumption accompanying an increase in current amount.

一方、小型で薄型の電気音響変換器を実現する手段として、圧電セラミックスによる圧電効果を利用した圧電型電気音響変換器がある。この圧電方式は、セラミックス素材の圧電効果を利用して、電気信号の入力による電歪作用により、振動振幅を発生させるものである。圧電型電気音響変換器では、上下層を電極材料で拘束されたセラミックス自体が振動し、これが駆動源として機能するため、磁石やボイスコイルなどの多数の部材から構成される磁気回路を備える動電型電気音響変換器に比べて、部材点数が少なくなり、薄型化に関して優位である。   On the other hand, as a means for realizing a small and thin electroacoustic transducer, there is a piezoelectric electroacoustic transducer using a piezoelectric effect by piezoelectric ceramics. This piezoelectric method uses a piezoelectric effect of a ceramic material to generate a vibration amplitude by an electrostrictive action by inputting an electric signal. In a piezoelectric electroacoustic transducer, the ceramic itself, whose upper and lower layers are constrained by electrode materials, vibrates and functions as a drive source. Compared to a type electroacoustic transducer, the number of members is reduced, which is advantageous in terms of thickness reduction.

特許文献1には、圧電素子と、全体が樹脂製の振動板と、を備えるスピーカが開示されている。   Patent Document 1 discloses a speaker including a piezoelectric element and a diaphragm made entirely of resin.

特開2011−249990号公報JP 2011-249990 A

以下の分析は、本発明によって与えられたものである。   The following analysis is given by the present invention.

圧電型電気音響変換器は、内部損失が低いセラミックス材料を振動源とするため、有機フィルムを通して振幅を発生させる動電型電気音響変換器に比べ、機械品質係数Qが高い傾向にある。例えば、動電型は3〜5程度に対して、圧電型では約50程度となる。機械品質係数Qは共振時に先鋭度を示すため、要約すれば、圧電型電気音響変換器では、基本共振周波数近傍では音圧が高く、それ以外の帯域では音圧が減衰することを意味する。すなわち、音圧レベルの周波数特性において、音響特性の山谷が発生し、特定周波数の音が強調されたたり、消失されたりして、音楽再生などに十分な音質が得られない問題を持つ。   Since the piezoelectric electroacoustic transducer uses a ceramic material having a low internal loss as a vibration source, the mechanical quality factor Q tends to be higher than that of an electrodynamic electroacoustic transducer that generates an amplitude through an organic film. For example, the electrodynamic type is about 3 to 5 and the piezoelectric type is about 50. Since the mechanical quality factor Q indicates the sharpness at the time of resonance, in summary, in the piezoelectric electroacoustic transducer, it means that the sound pressure is high in the vicinity of the fundamental resonance frequency and the sound pressure is attenuated in other bands. That is, in the frequency characteristics of the sound pressure level, there is a problem that the sound characteristics have a peak and valley, and the sound of a specific frequency is emphasized or lost, so that sufficient sound quality for music reproduction or the like cannot be obtained.

また、特許文献1のスピーカにおいては、全体が樹脂製である振動板の剛性が低く、分割振動が発生しやすいという問題がある。   Moreover, in the speaker of patent document 1, the rigidity of the diaphragm made of resin as a whole is low, and there is a problem that split vibration is likely to occur.

一方、全体が金属製である振動板は、内部損失が小さいため、振動が長期間継続して音色が乱れやすいという問題がある。   On the other hand, a diaphragm made entirely of metal has a problem that since the internal loss is small, the vibration continues for a long period of time and the timbre tends to be disturbed.

このため、動電型電気音響変換器の代替となる、小型で高音質な再生ができる圧電型電気音響変換器を提供するための画期的な技術が要求されている。   For this reason, an epoch-making technique for providing a piezoelectric electroacoustic transducer that is small and can reproduce with high sound quality, which is an alternative to an electrodynamic electroacoustic transducer, is required.

第1の視点の圧電型電気音響変換器は、圧電素子と、前記圧電素子を支持ないし収容するフレームと、前記フレームに支持されると共に前記圧電素子に直接又は間接的に連結される振動板であって、前記振動板を横断するよう形成された高剛性部と、前記高剛性部と前記フレームの間に形成された低剛性部と、を有する振動板と、を備えている。   A piezoelectric electroacoustic transducer according to a first aspect includes a piezoelectric element, a frame that supports or accommodates the piezoelectric element, and a diaphragm that is supported by the frame and that is directly or indirectly connected to the piezoelectric element. And a diaphragm having a high rigidity portion formed so as to cross the diaphragm and a low rigidity portion formed between the high rigidity portion and the frame.

第2の視点の電子機器は、第1の視点の圧電型電気音響変換器をスピーカとして用いる。   The electronic device of the second viewpoint uses the piezoelectric electroacoustic transducer of the first viewpoint as a speaker.

第1の視点は、動電型電気音響変換器の代替となる、小型で高音質な再生ができる圧電型電気音響変換器の提供に貢献し、第2の視点は、小型で高音質な再生ができる電子機器の提供に貢献する。   The first viewpoint contributes to the provision of a piezoelectric electroacoustic transducer that can be played back with small size and high sound quality, which is an alternative to the electrodynamic electroacoustic transducer, and the second viewpoint is small size and high sound quality playback. Contribute to the provision of electronic devices that can

(A)は実施形態1に係る圧電型電気音響変換器の平面図、(B)は同断面図である。(A) is a top view of the piezoelectric electroacoustic transducer according to Embodiment 1, and (B) is a sectional view of the same. 実施形態2に係る圧電型電気音響変換器の分解図である。6 is an exploded view of a piezoelectric electroacoustic transducer according to Embodiment 2. FIG. 比較例に係る圧電型電気音響変換器の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric type electroacoustic transducer which concerns on a comparative example. 実施形態1の圧電型電気音響変換器と、比較例に係る圧電型電気音響変換器の音圧レベルの周波数特性をそれぞれ示すグラフである。6 is a graph showing frequency characteristics of sound pressure levels of the piezoelectric electroacoustic transducer of Embodiment 1 and the piezoelectric electroacoustic transducer according to the comparative example.

好ましくは、振動板の高剛性部は、振動板の対角線上に形成されてX字状を成す。   Preferably, the highly rigid portion of the diaphragm is formed on a diagonal line of the diaphragm and has an X shape.

好ましくは、振動板の低剛性部は、高剛性部の縁部とフレームの内縁との間に形成される。   Preferably, the low rigidity portion of the diaphragm is formed between the edge portion of the high rigidity portion and the inner edge of the frame.

好ましくは、圧電素子の一面の中央部が、連結部材を介して、振動板ないしその高剛性部の中央部に連結される。さらに好ましくは、圧電素子の一面の中心が、連結部材を介して、振動板ないしその高剛性部の中心に連結される。   Preferably, the central portion of one surface of the piezoelectric element is coupled to the diaphragm or the central portion of the highly rigid portion via a coupling member. More preferably, the center of one surface of the piezoelectric element is connected to the center of the diaphragm or its high-rigidity portion via a connecting member.

好ましくは、圧電素子の他面が、少なくとも弾性部材を介して、フレームに支持される。   Preferably, the other surface of the piezoelectric element is supported by the frame via at least an elastic member.

好ましくは、振動板の高剛性部は、振動板の中央から端に向かって徐々に幅広となる。   Preferably, the highly rigid portion of the diaphragm gradually becomes wider from the center to the end of the diaphragm.

好ましくは、振動板の高剛性部は金属製であり、振動板の低剛性部は樹脂製である。   Preferably, the high rigidity portion of the diaphragm is made of metal, and the low rigidity portion of the diaphragm is made of resin.

好ましくは、実施形態の圧電型電気音響変換器は、パラメトリックスピーカとして利用される。   Preferably, the piezoelectric electroacoustic transducer of the embodiment is used as a parametric speaker.

本発明の一実施形態の概要について、図面を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。   An outline of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the reference numerals of the drawings attached to this summary are attached to the respective elements for convenience as an example for facilitating understanding, and are not intended to limit the present invention to the illustrated embodiment.

図1を参照すると、圧電型電気音響変換器1は、圧電素子2と、圧電素子2を支持ないし収容するフレーム4と、フレーム4に支持されると共に圧電素子2に直接又は間接的に連結される振動板3と、を備えている。振動板3は、振動板3を横断するよう形成された高剛性部3aと、高剛性部3aとフレーム4の間に形成された低剛性部3bと、を有している。   Referring to FIG. 1, a piezoelectric electroacoustic transducer 1 includes a piezoelectric element 2, a frame 4 that supports or accommodates the piezoelectric element 2, and is supported by the frame 4 and is directly or indirectly connected to the piezoelectric element 2. The diaphragm 3 is provided. The vibration plate 3 includes a high rigidity portion 3 a formed so as to cross the vibration plate 3 and a low rigidity portion 3 b formed between the high rigidity portion 3 a and the frame 4.

高剛性部3aは、振動板3の剛性を高め、振動板3の分割振動を防止し、音圧レベルを高める。また、高剛性部3a自体も振動変形することによって、振動板3全体がピストン運動することを助ける。これらの作用によって、音圧レベルは高められ、高効率な再生が可能となる。低剛性部3bは、内部損失が大きいため、振動板3の振動を減衰させ、音質を改善する。   The high rigidity portion 3a increases the rigidity of the diaphragm 3, prevents divided vibration of the diaphragm 3, and increases the sound pressure level. Further, the high-rigidity portion 3a itself is also deformed by vibration, thereby assisting the entire vibration plate 3 to perform a piston motion. By these actions, the sound pressure level is increased and high-efficiency reproduction is possible. Since the low rigidity portion 3b has a large internal loss, the vibration of the diaphragm 3 is attenuated and the sound quality is improved.

また、圧電素子1は、振動板3の高剛性部(金属板)3aに拘束され、高剛性部3aが樹脂フィルムなどの低剛性部3bを介してフレーム4に接合される。これによって、振動板3の応力が集中する端部の剛性が低減され、振動可動範囲が拡大される。加えて、低剛性部3bによって、振動に減衰を与えられ、機械品質係数Qが低減される。   Moreover, the piezoelectric element 1 is restrained by the high rigidity part (metal plate) 3a of the diaphragm 3, and the high rigidity part 3a is joined to the frame 4 via the low rigidity part 3b such as a resin film. Thereby, the rigidity of the end portion where the stress of the diaphragm 3 is concentrated is reduced, and the vibration movable range is expanded. In addition, vibration is attenuated by the low rigidity portion 3b, and the mechanical quality factor Q is reduced.

通常の圧電型電気音響変換器では複数の振動モードがあるため、分割振動の発生により、山谷のある周波数音圧特性となる。実施形態の圧電型電気音響変換器1によれば、剛性が異なる複数の部分から構成される振動板3によって、振動姿態を制御することにより分割振動を抑制し、良好な音響特性を得ることができる。   Since an ordinary piezoelectric electroacoustic transducer has a plurality of vibration modes, the frequency sound pressure characteristics with peaks and valleys are obtained by the generation of divided vibrations. According to the piezoelectric electroacoustic transducer 1 of the embodiment, the vibration 3 is controlled by the vibration plate 3 composed of a plurality of portions having different rigidity, thereby suppressing divided vibrations and obtaining good acoustic characteristics. it can.

好ましくは、圧電型電気音響変換器1は、図1に示すように、圧電素子2と、フレーム4に支持される振動板3と、圧電素子2の一面と振動板3を連結する連結部材5と、圧電素子2の他面に接合され該他面を拘束する金属板6と、金属板6をフレーム4に連結する弾性部材7と、を備えている。振動板3は、金属製の高剛性部3aと、樹脂製の低剛性部3bと、を含んでいる。高剛性部3aは、振動板3ないし振動面の対角線上に配置されている。高剛性部3aの外縁には、低剛性部3bが接合されている。   Preferably, as shown in FIG. 1, the piezoelectric electroacoustic transducer 1 includes a piezoelectric element 2, a diaphragm 3 supported by the frame 4, and a connecting member 5 that connects one surface of the piezoelectric element 2 and the diaphragm 3. And a metal plate 6 bonded to the other surface of the piezoelectric element 2 and restraining the other surface, and an elastic member 7 connecting the metal plate 6 to the frame 4. The diaphragm 3 includes a high rigidity portion 3a made of metal and a low rigidity portion 3b made of resin. The high rigidity portion 3a is disposed on the diagonal line of the diaphragm 3 or the vibration surface. The low-rigidity part 3b is joined to the outer edge of the high-rigidity part 3a.

高剛性部は、厚み100μm以下の金属薄膜から形成することが好ましい。   The high rigidity portion is preferably formed from a metal thin film having a thickness of 100 μm or less.

好ましくは、圧電素子と振動板の間に、連結部材を介在させる。連結部材を介して、圧電素子(圧電アクチュエータ)からの振動を振動板に伝播させることにより、振動板に応力を集中させ、その振動変位を拡大させることができる。また、振動体の形状を調整することにより、容易に共振周波数を制御できるメリットもある。   Preferably, a connecting member is interposed between the piezoelectric element and the diaphragm. By causing the vibration from the piezoelectric element (piezoelectric actuator) to propagate to the diaphragm via the connecting member, stress can be concentrated on the diaphragm and the vibration displacement can be expanded. Further, there is an advantage that the resonance frequency can be easily controlled by adjusting the shape of the vibrating body.

実施形態の圧電型電気音響変換器は小型で高効率であり、携帯端末用の電気音響変換器として有用である。また、これをパラメトリックスピーカの音源に利用することで、高音質な再生が可能である。なお、実施形態の圧電型電気音響変換器は、20kHz以上の超音波を再生することもできる。このように、発振周波数を超音波帯域にすることで、圧電素子ないし圧電型電気音響変換器を小型化できると共に、超音波の直進性を利用して指向性を制御することが可能となり、ユーザーの位置近傍にのみ限定されたプライバシ音源の実現が可能となる。よって、更に、実施形態の圧電型電気音響変換器は、音声信号を超音波に搬送させて、空気中で復調させるパラメトリックスピーカとして、好適に利用できる。   The piezoelectric electroacoustic transducer of the embodiment is small and highly efficient, and is useful as an electroacoustic transducer for a portable terminal. Further, by using this as a sound source of a parametric speaker, high-quality sound reproduction is possible. Note that the piezoelectric electroacoustic transducer of the embodiment can also reproduce ultrasonic waves of 20 kHz or higher. In this way, by setting the oscillation frequency to the ultrasonic band, the piezoelectric element or the piezoelectric electroacoustic transducer can be reduced in size, and directivity can be controlled by utilizing the straightness of the ultrasonic wave. Therefore, it is possible to realize a privacy sound source limited to the vicinity of the position. Therefore, the piezoelectric electroacoustic transducer of the embodiment can be suitably used as a parametric speaker that conveys an audio signal to an ultrasonic wave and demodulates it in the air.

よって、圧電型電気音響変換器は、小型かつ薄型で、大音圧で高音質な再生を高効率で可能な電子機器用の音響デバイスとして、高い工業的価値を有している。   Therefore, the piezoelectric electroacoustic transducer has a high industrial value as an acoustic device for electronic equipment that is small and thin, and capable of reproducing high-quality sound with high sound pressure with high efficiency.

実施形態の圧電型電気音響変換器は、携帯端末などの携帯電子機器全般に好適に適用され、例えば、携帯電話、スマートフォン、ゲーム機、タブレットPC(Personal Computer)、ノートPC、PDA(Personal Data Assistants:携帯情報端末)、デジタルカメラ等に好適に適用される。   The piezoelectric electroacoustic transducer according to the embodiment is suitably applied to all portable electronic devices such as portable terminals. For example, a cellular phone, a smartphone, a game machine, a tablet PC (Personal Computer), a notebook PC, and a PDA (Personal Data Assistants). : Mobile information terminal), digital camera, etc.

好ましくは、圧電セラミックスの上下主面は電極により拘束されて圧電素子を形成する。また、好ましくは、圧電素子は金属板により拘束され、この金属板を介在してフレームに接合される。この金属板の厚みや材質の変更による剛性調整によって、圧電素子の共振周波数を容易に制御することができる。この金属板は、金属材料単体ではなく、樹脂との複合材料ないし積層材料などから形成してもよい。   Preferably, the upper and lower main surfaces of the piezoelectric ceramic are constrained by electrodes to form a piezoelectric element. Preferably, the piezoelectric element is constrained by a metal plate and joined to the frame via the metal plate. The resonance frequency of the piezoelectric element can be easily controlled by adjusting the rigidity by changing the thickness or material of the metal plate. The metal plate may be formed from a composite material with resin or a laminated material instead of a single metal material.

なお、圧電素子(機械振動子)の共振周波数は形状や、その重量や剛性によって支配される。通常の圧電素子は、圧電セラミックスが脆性材料であることにより、任意の形状に加工することが困難なため、錘を付加することなどの手法によって、共振周波数を調整している。このような手法では、重量付加により共振周波数は低減できるが、振幅部位を錘で拘束するため、振動振幅が減衰するなどの問題点がある。   Note that the resonance frequency of the piezoelectric element (mechanical vibrator) is governed by the shape, weight and rigidity thereof. Since a normal piezoelectric element is difficult to process into an arbitrary shape because piezoelectric ceramic is a brittle material, the resonance frequency is adjusted by a technique such as adding a weight. In such a method, although the resonance frequency can be reduced by adding weight, there is a problem that the vibration amplitude is attenuated because the amplitude portion is constrained by a weight.

振動板において、高剛性部と低剛性部の比弾性率の比率(=高剛性部の比弾性率/低剛性部の比弾性率)は、例えば、数倍から数千倍の範囲、数倍〜数百倍の範囲、又は、数倍から数十倍の範囲になるよう調整される。   In the diaphragm, the ratio of the specific elastic modulus of the high-rigidity part to the low-rigidity part (= specific elastic modulus of the high-rigidity part / specific elastic modulus of the low-rigidity part) is, for example, several times to several thousand times, several times It is adjusted to be in the range of several hundred times or in the range of several times to several tens of times.

振動板において、高剛性部の比弾性率は、例えば、10(E/ρ)m/s以上のオーダに設定され、低剛性部の比弾性率は、それ未満のオーダに設定される。好ましくは、高剛性部は、ステンレス、リン青銅、マグネシウム、アルミニウム、チタン又はベリリウム又はこれらの合金などの金属材料から形成され、低剛性部は、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリスチレン系又はポリアミド系、或いはウレタン系などの樹脂材料から形成される。また、振動板を各種複合材料から形成してもよい。 In the diaphragm, the specific elastic modulus of the high-rigidity part is set to an order of 10 7 (E / ρ) m 2 / s 2 or more, for example, and the specific elastic modulus of the low-rigidity part is set to an order of less than that. The Preferably, the high-rigidity part is formed from a metal material such as stainless steel, phosphor bronze, magnesium, aluminum, titanium, beryllium or an alloy thereof, and the low-rigidity part is polyethylene-based, polypropylene-based, polystyrene-based or polyamide-based, or It is formed from a resin material such as urethane. The diaphragm may be formed from various composite materials.

圧電素子は、圧電セラミックスと一対の電極から構成することができる。圧電素子には、種々のタイプの圧電素子を用いることができ、例えば、二個の圧電素子が金属材に拘束された構造、すなわち、いわゆるバイモルフ構造の圧電素子を用いることができる。圧電素子の圧電セラミックスとしては、PZT(ジルコン酸チタン鉛)などを用いることができる。   The piezoelectric element can be composed of a piezoelectric ceramic and a pair of electrodes. Various types of piezoelectric elements can be used as the piezoelectric element. For example, a structure in which two piezoelectric elements are constrained by a metal material, that is, a so-called bimorph piezoelectric element can be used. As the piezoelectric ceramic of the piezoelectric element, PZT (lead titanium zirconate) or the like can be used.

連結部材は、金属や樹脂などの様々な材料から形成することができ、金属の場合、比較的軽い金属が好ましく、例えば、マグネシウム、アルミニウム、チタン又はベリリウム又はこれらの合金などの金属材料が例示される。から形成することが好ましい。   The connecting member can be formed of various materials such as metal and resin. In the case of metal, a relatively light metal is preferable, and examples thereof include metal materials such as magnesium, aluminum, titanium, beryllium, and alloys thereof. The It is preferable to form from.

続いて、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以降の記述において、多くの具体的事項は、説明のため、本発明の理解を助けるためになされたものである。   Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, many specific items are made for the purpose of explanation and to help understanding of the present invention.

実施形態1Embodiment 1

図1(A)は、実施形態1に係る圧電型電気音響変換器の平面図であり、図1(B)は、その断面図である。図1(A)および(B)を参照すると、圧電型電気音響変換器1は、圧電素子2と、圧電素子2を支持ないし収容するフレーム4と、フレーム4の端面上に支持されると共に圧電素子2に直接又は間接的に連結されて、圧電素子2の電歪作用に伴って振動する振動板3と、を備えている。   FIG. 1A is a plan view of the piezoelectric electroacoustic transducer according to Embodiment 1, and FIG. 1B is a cross-sectional view thereof. Referring to FIGS. 1A and 1B, a piezoelectric electroacoustic transducer 1 includes a piezoelectric element 2, a frame 4 that supports or houses the piezoelectric element 2, a piezoelectric element 2 that is supported on the end face of the frame 4, and is piezoelectric. A vibration plate 3 that is directly or indirectly connected to the element 2 and vibrates with the electrostrictive action of the piezoelectric element 2 is provided.

特に、図1(A)を参照すると、振動板3は、振動板3を横断するよう形成された金属製の高剛性部3aと、高剛性部3aとフレーム4の間に形成された樹脂製の低剛性部3bと、を有している。高剛性部3aは、振動板3の対角線上に形成され、X字状を成している。低剛性部3bは、高剛性部3aの縁部とフレーム4の内縁との間に形成されている。高剛性部3aは、振動板3の中央ないし中心から端に向かって徐々に幅広に形成されている。   In particular, referring to FIG. 1 (A), the diaphragm 3 includes a metal high-rigidity portion 3a formed so as to cross the diaphragm 3, and a resin-made material formed between the high-rigidity portion 3a and the frame 4. Low-rigidity portion 3b. The high-rigidity portion 3a is formed on the diagonal line of the diaphragm 3 and has an X shape. The low rigidity portion 3 b is formed between the edge of the high rigidity portion 3 a and the inner edge of the frame 4. The high-rigidity portion 3a is formed so as to gradually widen from the center or center of the diaphragm 3 toward the end.

振動板3は、リブ状の高剛性部3aとフィルム状の低剛性部3bを積層して形成することができる。或いは、高剛性部3aの外縁とフレーム4の内縁との間に樹脂を充填して、高剛性部3aと同層に低剛性部3bを形成してもよい。好ましくは、低剛性部3bを介して、高剛性部3aをフレーム4に接合する。   The diaphragm 3 can be formed by laminating a rib-like high-rigidity portion 3a and a film-like low-rigidity portion 3b. Alternatively, resin may be filled between the outer edge of the high-rigidity portion 3a and the inner edge of the frame 4 to form the low-rigidity portion 3b in the same layer as the high-rigidity portion 3a. Preferably, the high rigidity part 3a is joined to the frame 4 via the low rigidity part 3b.

圧電素子2の一方の主面(一面)の中央部は、連結部材5を介して、振動板3ないし高剛性部3aの中央部に連結されている。図示の形態においては、特に、圧電素子の一方の主面の中心が、横断面が円状の連結部材5を介して、振動板3ないし高剛性部3aの中心に連結されている。   The central portion of one main surface (one surface) of the piezoelectric element 2 is connected to the central portion of the vibration plate 3 or the high-rigidity portion 3 a via the connecting member 5. In the illustrated embodiment, in particular, the center of one main surface of the piezoelectric element is connected to the center of the diaphragm 3 or the high-rigidity portion 3a through a connecting member 5 having a circular cross section.

圧電素子2の他方の主面(他面)は、金属板6と弾性部材7を介して、フレーム4に支持されている。金属板6は、圧電素子2の他方の主面(他面)を拘束している。詳細には、圧電素子2の両端が、金属板6と複数の弾性部材7,7を介して、フレーム4の内壁に支持されている。   The other main surface (other surface) of the piezoelectric element 2 is supported by the frame 4 via the metal plate 6 and the elastic member 7. The metal plate 6 constrains the other main surface (other surface) of the piezoelectric element 2. Specifically, both ends of the piezoelectric element 2 are supported on the inner wall of the frame 4 via a metal plate 6 and a plurality of elastic members 7 and 7.

なお、圧電型電気音響変換器1を電子機器に搭載する場合、フレーム4を電子機器のフレームに取り付けてもよく、圧電型電気音響変換器1のフレーム4と電子機器のフレームを一体化してもよい。   When the piezoelectric electroacoustic transducer 1 is mounted on an electronic device, the frame 4 may be attached to the frame of the electronic device, or the frame 4 of the piezoelectric electroacoustic transducer 1 and the frame of the electronic device may be integrated. Good.

圧電型電気音響変換器1の特徴的な機能を説明する。高剛性部3aは、振動板3の分割振動を防止し、又、高剛性部3a自体も振動変形することによって、振動板3全体が大きくピストン運動することを助ける。低剛性部3bは、内部損失が大きいため、振動板3の振動を減衰させ、機械品質係数Qを低減すると共に、振動板3の応力が集中する端部の剛性を低減し、振動板3の可動範囲を拡大する。   A characteristic function of the piezoelectric electroacoustic transducer 1 will be described. The high-rigidity portion 3a prevents the divided vibration of the diaphragm 3, and the high-rigidity portion 3a itself is also deformed by vibration, thereby assisting the entire diaphragm 3 to perform a large piston motion. Since the low rigidity portion 3b has a large internal loss, the vibration of the diaphragm 3 is attenuated, the mechanical quality factor Q is reduced, and the rigidity of the end portion where the stress of the diaphragm 3 is concentrated is reduced. Increase the range of motion.

また、圧電素子2の振動を、連結部材5を介して、振動板3に局所的に伝播することにより、振動板3の中央部ないし中心に応力が集中され、振動板3の振動変位を拡大させることができる。   Further, by locally propagating the vibration of the piezoelectric element 2 to the diaphragm 3 through the connecting member 5, stress is concentrated at the center or center of the diaphragm 3, and the vibration displacement of the diaphragm 3 is enlarged. Can be made.

実施形態2Embodiment 2

図2は、実施形態2に係る圧電型電気音響変換器の分解図である。なお、本実施形態2においては、主として前記実施形態1との相違点について説明し、両実施形態の共通点については前記実施形態1の記載を適宜参照するものとする。   FIG. 2 is an exploded view of the piezoelectric electroacoustic transducer according to the second embodiment. In the second embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and the description of the first embodiment will be referred to as appropriate for the common points of the two embodiments.

図2を参照すると、圧電型電気音響変換器11は、圧電素子2の一方の電極に接合された平板状の連結部材15と、圧電素子2の他方の電極に接合された平板状の弾性部材17と、を備えている。連結部材15は全面的に圧電素子2の一方の主面に接合されて、圧電素子2を比較的高剛性でもって拘束している。圧電素子1の他方の主面は、全面的に弾性部材17に接合され、弾性部材17は圧電素子2を弾性的に拘束している。   Referring to FIG. 2, the piezoelectric electroacoustic transducer 11 includes a flat plate-shaped connecting member 15 bonded to one electrode of the piezoelectric element 2 and a flat plate-shaped elastic member bonded to the other electrode of the piezoelectric element 2. 17. The connecting member 15 is entirely bonded to one main surface of the piezoelectric element 2 to restrain the piezoelectric element 2 with relatively high rigidity. The other main surface of the piezoelectric element 1 is entirely bonded to the elastic member 17, and the elastic member 17 elastically restrains the piezoelectric element 2.

また、圧電素子2の一方の主面(一面)の中央部は、連結部材15を介して、振動板3ないし高剛性部3aの中央部に連結されている。   Further, the central portion of one main surface (one surface) of the piezoelectric element 2 is connected to the central portion of the vibration plate 3 or the high-rigidity portion 3 a via a connecting member 15.

次に、図1に示した実施形態1ないし実施例の圧電型電気音響変換器と、図3に示す比較例に係る圧電型電気音響変換器の音圧レベルの周波数特性を検証した。なお、振動板3の高剛性部(金属部)3aにはステンレス、同低剛性部3bにはポリエチレン、連結部材5にはウレタンゴム、圧電セラミックス2aにはPZT(ジルコン酸チタン鉛)を用いた。   Next, the frequency characteristics of the sound pressure level of the piezoelectric electroacoustic transducers according to Embodiments 1 to 3 shown in FIG. 1 and the piezoelectric electroacoustic transducer according to the comparative example shown in FIG. 3 were verified. In addition, stainless steel is used for the high-rigidity part (metal part) 3a of the diaphragm 3, polyethylene is used for the low-rigidity part 3b, urethane rubber is used for the connecting member 5, and PZT (titanium lead zirconate) is used for the piezoelectric ceramic 2a. .

図3を参照すると、比較例の圧電型電気音響変換器31は、圧電セラミックス32aとそれを挟む一対の電極32b,32cから構成される圧電素子32と、圧電素子32の一方の主面全体が接合されて、圧電素子32とフレーム34の内壁の間に連結された金属製振動板33と、を有している。金属製振動板33は、一面全体が圧電素子31の一方の主面全体に接合してそれを拘束している。圧電素子32の両端はそれぞれ、金属製振動板33と弾性部材37を介して、フレーム34の内壁に支持されている。   Referring to FIG. 3, a piezoelectric electroacoustic transducer 31 of a comparative example includes a piezoelectric element 32 including a piezoelectric ceramic 32a and a pair of electrodes 32b and 32c sandwiching the piezoelectric ceramic 32a, and one main surface of the piezoelectric element 32 as a whole. The metal diaphragm 33 is joined and connected between the piezoelectric element 32 and the inner wall of the frame 34. The entire surface of the metal diaphragm 33 is bonded to the entire main surface of one of the piezoelectric elements 31 to restrain it. Both ends of the piezoelectric element 32 are supported on the inner wall of the frame 34 via a metal diaphragm 33 and an elastic member 37, respectively.

図4は、実施形態1の圧電型電気音響変換器と、比較例に係る圧電型電気音響変換器の音圧レベルの周波数特性をそれぞれ示すグラフである。図4を参照すると、実施形態1の方が、全体的に音圧レベルが高く、尖鋭なピークがないことが分かる。よって、実施形態1の圧電型電気音響変換器によって、音響特性の山谷が小さく、特定周波数の音が強調されすぎたりすることなく、大音圧で高音質な再生が可能であることが分かる。   FIG. 4 is a graph illustrating frequency characteristics of sound pressure levels of the piezoelectric electroacoustic transducer according to the first embodiment and the piezoelectric electroacoustic transducer according to the comparative example. Referring to FIG. 4, it can be seen that the first embodiment has a generally higher sound pressure level and no sharp peaks. Therefore, it can be seen that the piezoelectric electroacoustic transducer according to the first embodiment can reproduce sound with high sound pressure at a high sound pressure without having a small peak and valley of acoustic characteristics and excessively emphasizing the sound of a specific frequency.

以上、本発明の一実施形態等を説明したが、本発明は、上記した一実施形態等に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形、置換又は調整を加えることができる。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described one embodiment and the like, and further modifications, within the scope not departing from the basic technical idea of the present invention, Substitutions or adjustments can be made.

なお、上記の特許文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。   The disclosure of the above patent document is incorporated herein by reference. Within the scope of the entire disclosure (including claims) of the present invention, the embodiments and examples can be changed and adjusted based on the basic technical concept. Further, various combinations or selections of various disclosed elements (including each element of each claim, each element of each embodiment or example, each element of each drawing, etc.) within the scope of the claims of the present invention. Is possible. That is, the present invention of course includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the technical idea.

1,11 圧電型電気音響変換器
2 圧電素子(圧電アクチュエータ)
2a 圧電セラミックス
2b,2c 電極
3 振動板
3a 高剛性部(金属部)
3b 低剛性部(樹脂部、樹脂フィルム)
4 フレーム
5 連結部材
6 金属板
7 弾性部材
11 圧電型電気音響変換器
15 連結部材
17 弾性部材
1,11 Piezoelectric electroacoustic transducer 2 Piezoelectric element (piezoelectric actuator)
2a Piezoelectric ceramics 2b, 2c Electrode 3 Diaphragm 3a High rigidity part (metal part)
3b Low rigidity part (resin part, resin film)
4 Frame 5 Connecting member 6 Metal plate 7 Elastic member 11 Piezoelectric electroacoustic transducer 15 Connecting member 17 Elastic member

Claims (10)

圧電素子と、
前記圧電素子を支持ないし収容するフレームと、
前記フレームに支持されると共に前記圧電素子に直接又は間接的に連結される振動板であって、前記振動板を横断するよう形成された高剛性部と、前記高剛性部と前記フレームの間に形成された低剛性部と、を有する振動板と、
を備える、ことを特徴とする圧電型電気音響変換器。
A piezoelectric element;
A frame for supporting or housing the piezoelectric element;
A vibration plate supported by the frame and directly or indirectly connected to the piezoelectric element, the high rigidity portion formed to cross the vibration plate, and between the high rigidity portion and the frame A diaphragm having a formed low rigidity portion, and
A piezoelectric electroacoustic transducer characterized by comprising:
前記高剛性部は、前記振動板の対角線上に形成され、X字状を成すことを特徴とする請求項1記載の圧電型電気音響変換器。   2. The piezoelectric electroacoustic transducer according to claim 1, wherein the high-rigidity part is formed on a diagonal line of the diaphragm and has an X shape. 前記低剛性部は、前記高剛性部の縁部と前記フレームの内縁との間に形成されることを特徴とする請求項1又は2記載の圧電型電気音響変換器。   3. The piezoelectric electroacoustic transducer according to claim 1, wherein the low-rigidity portion is formed between an edge of the high-rigidity portion and an inner edge of the frame. 前記圧電素子の一面の中央部が、連結部材を介して、前記振動板ないし前記高剛性部の中央部に連結される、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の圧電型電気音響変換器。   4. The piezoelectric electric device according to claim 1, wherein a central portion of one surface of the piezoelectric element is coupled to a central portion of the diaphragm or the high-rigidity portion via a coupling member. Acoustic transducer. 前記圧電素子の一面の中心が、前記連結部材を介して、前記振動板ないし前記高剛性部の中心に連結される、ことを特徴とする請求項4記載の圧電型電気音響変換器。   5. The piezoelectric electroacoustic transducer according to claim 4, wherein a center of one surface of the piezoelectric element is connected to a center of the diaphragm or the high-rigidity portion via the connecting member. 前記圧電素子の他面が、少なくとも弾性部材を介して、前記フレームに支持されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか記載の圧電型電気音響変換器。   6. The piezoelectric electroacoustic transducer according to claim 1, wherein the other surface of the piezoelectric element is supported by the frame via at least an elastic member. 前記高剛性部は、前記振動板の中央から端に向かって徐々に幅広となることを特徴とする請求項2記載の圧電型電気音響変換器。   3. The piezoelectric electroacoustic transducer according to claim 2, wherein the high-rigidity portion gradually becomes wider from the center to the end of the diaphragm. 前記高剛性部は金属製であり、前記低剛性部は樹脂製である、ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか記載の圧電型電気音響変換器。   The piezoelectric electroacoustic transducer according to claim 1, wherein the high-rigidity part is made of metal and the low-rigidity part is made of resin. パラメトリックスピーカとして利用されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか記載の圧電型電気音響変換器。   The piezoelectric electroacoustic transducer according to claim 1, wherein the piezoelectric electroacoustic transducer is used as a parametric speaker. 請求項1〜9のいずれか記載の圧電型電気音響変換器を用いることを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus using the piezoelectric electroacoustic transducer according to claim 1.
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