JP2015005795A - 電気音響変換器及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】共振板を有する振動子における部材間で硬度の違う材料を使用しても、接合強度及び組立性を確保することができる電気音響変換器及び電子機器を提供すること。
【解決手段】第１雌ネジ部１３ａを有する振動板１３と、前記振動板と接合する駆動部１２と、第２雌ネジ部１５ａを有する共振子１５と、一端部に前記第１雌ネジ部と螺合する第１雄ネジ部１４ａを有するとともに他端部に前記第２雌ネジ部と螺合する第２雄ネジ部１４ｂを有する軸部材１４と、前記第１雌ネジ部と前記第１雄ネジ部とを接着する第１接着材１６と、前記第２雌ネジ部と前記第２雄ネジ部とを接着する第２接着材１７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気音響変換器、及びそれを用いた電子機器に関する。

携帯電話機、スマートフォン等の携帯型の電子機器においては、音響部品として、電気信号を音響信号に変換する電気音響変換器が実装されている。電気音響変換器では、一般的に、永久磁石とボイスコイルと振動板から構成された導電型振動子が用いられているが、小型化かつ薄型化の要請から、圧電セラミックスを振動板に接合した圧電型振動子や、固定極と振動板とを所定間隔をおいて配置された静電型振動子も用いられるようになっている。

振動子においては、音波の放射を効率的に行うため、金属板の変位が最大になる中心に軸部材を介して共振子を取り付けたものがある（例えば、特許文献１参照）。軸部材は、一端が共振子に形成された穴に挿入されて接着剤によって固定され、他端が金属板に形成された穴に圧入されて固定される。圧入では、軸部材と穴の寸法差を利用し、軸部材を軸方向から圧力を加えて穴に強制的に挿入し、軸部材と穴との接触面に発生する摩擦抵抗を利用して、軸部材と金属板とが接合される。

特開平４−２１７２００号公報

以下の分析は、本願発明者により与えられる。

圧入は、一般的に、穴の径の寸法に対して軸部材の径の寸法は０〜＋７０μｍ程度の精度が要求されるところ、穴と軸部材との精度がばらつくと、これらの接合強度にばらつきが生ずる。また、圧入側の材料の硬度は、被圧入側の材料の硬度と同程度であることが望ましいが、極端に硬度の違う材料の組合せで組み立てを行う際、軟らかい側の材料が削られてしまい破損するなど、組み立てが困難な問題もある。

本発明の主な課題は、共振板を有する振動子における部材間で硬度の違う材料を使用しても、接合強度及び組立性を確保することができる電気音響変換器及び電子機器を提供することである。

本発明の第１の視点においては、電気音響変換器において、第１雌ネジ部を有する振動板と、前記振動板と接合する駆動部と、第２雌ネジ部を有する共振子と、一端部に前記第１雌ネジ部と螺合する第１雄ネジ部を有するとともに他端部に前記第２雌ネジ部と螺合する第２雄ネジ部を有する軸部材と、前記第１雌ネジ部と前記第１雄ネジ部とを接着する第１接着材と、前記第２雌ネジ部と前記第２雄ネジ部とを接着する第２接着材と、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の視点においては、電子機器において、前記電気音響変換器が実装されることを特徴とする。

本発明によれば、共振板、軸部材、振動板間で硬度の違う材料を使用しても、接合強度及び組立性を確保することができる。

本発明の実施形態１に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した図２のＸ−Ｘ´間の断面図である。 本発明の実施形態１に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した平面図である。 本発明の実施形態１に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した展開断面図である。 本発明の実施形態２に係る電気音響変換器における振動子の構成を模式的に示した図５のＸ−Ｘ´間の断面図である。 本発明の実施形態２に係る電気音響変換器における振動子の構成を模式的に示した平面図である。 本発明の実施形態３に係る電気音響変換器における振動子の構成を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態４に係る電気音響変換器における振動子の構成を模式的に示した図８のＸ−Ｘ´間の断面図である。 本発明の実施形態４に係る電気音響変換器における振動子の構成を模式的に示した平面図である。 本発明の実施形態５に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態６に係る電気音響変換器における振動子の構成を模式的に示した断面図である。

［実施形態１］
本発明の実施形態１に係る電気音響変換器について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した図２のＸ−Ｘ´間の断面図である。図２は、本発明の実施形態１に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した平面図である。図３は、本発明の実施形態１に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した展開断面図である。

電気音響変換器１は、電気信号を音響信号に変換する機器である。電気音響変換器１は、例えば、携帯電話機、スマートフォン等の携帯型の電子機器に実装される。図１に示した電気音響変換器１は、振動子２における圧電体膜１２の電歪効果を利用して振動振幅を発生させる圧電型の電気音響変換器である。電気音響変換器１は、ケース１０上に、環状の弾性部材１１を介して振動子２が装着されている。電気音響変換器１は、主な構成部として、ケース１０と、弾性部材１１と、圧電体膜１２と、振動板１３と、軸部材１４と、共振子１５と、接着材１６、１７と、リード線１８、１９と、を有する。

ケース１０は、弾性部材１１を介して振動子２を支持（又は保持）する部材である。ケース１０は、弾性部材１１を介して振動板１３を支持する。ケース１０は、例えば、上側（図１の上側）から見て円形に形成されたブロック状の部材を用いることができ、内部が中空な部材を用いることができる。ケース１０は、上側（図１の上側）の面にて、環状の弾性部材１１と同心となるように接合（接着等でも可）している。ケース１０には、例えば、樹脂材料や、真鍮、ステンレス等を用いることができる。

弾性部材１１は、振動子２をケース１０に対して弾性的に取り付けるための部材である。弾性部材１１は、中央部に円形状の開口部１１ａを有する。弾性部材１１は、上側（図１の上側）から見て、環状に形成されている。弾性部材１１は、上側（図１の上側）の面にて、振動子２における圧電体膜１２の下側（図１の下側）の面と接合している。弾性部材１１は、下側（図１の下側）の面にて、ケース１０の上側（図１の上側）の面と接合（接着等でも可）している。弾性部材１１には、例えば、多孔質材、ウレタン系材料（例えば、ウレタンフォーム）、内部損失の高い樹脂材料、カーボン系材料等を用いることができる。

圧電体膜１２は、振動板１３と接合する圧電性を有する膜状（シート状、フィルム状）の部材であり、振動子２の構成部材である。圧電体膜１２は、振動子２における駆動部となる。圧電体膜１２は、上面（図１の上側の主面）にて振動板１３と接合（接着、貼合等でも可）し、下面（図１の下側の主面）の所定の位置にて弾性部材１１と接合（接着、貼合等でも可）している。圧電体膜１２は、上側（図１の上側）から見て円形状（楕円形状でも可）に形成されている。圧電体膜１２は、ケース１０、弾性部材１１、振動板１３、軸部材１４、及び、共振子１５のそれぞれと同心となるように配されている。圧電体膜１２には、圧電材料が用いられ、例えば、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ_ｘ、Ｔｉ_１−ｘ）Ｏ_３；チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミックス、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン及び三フッ化エチレンのコポリマーなどの圧電有機材料を用いることができる。圧電体膜１２は、下面（図１の下側の主面）にてリード線１８と電気的に接続されており、リード線１８からの電気信号が印加される。

なお、図１では振動板１３の下面（図１の下側の主面）に、１つの圧電体膜１２を有する単層型の振動子２を用いているが、振動板１３の下面に圧電体膜１２、電極（図示せず）が交互に積層した積層型の振動子２を用いてもよい。

振動板１３は、板状部材であり、振動子２の構成部材である。振動板１３は、上側（図１の上側）から見て円形状（楕円形状でも可）に形成されている。振動板１３は、下側（図１の下側）の面にて、圧電体膜１２と接合（接着、貼合等でも可）している。振動板１３は、圧電体膜１２を支持する支持部材であると同時に、電気伝導が可能であるため、圧電体膜１２の電極としても使用できる。振動板１３は、中央部において貫通した穴の壁面に雌ネジが形成された雌ネジ部１３ａを有する。雌ネジ部１３ａは、軸部材１４の雄ネジ部１４ａと螺合するとともに、接着材１６によって雄ネジ部１４ａと接着されている。振動板１３は、上側（図１の上側）の面にて、リード線１９と電気的に接続されており、リード線１９からの電気信号を圧電体膜１２に印加させる役割を持つ。振動板１３には、導電性を有するものが用いられ、例えば、リン青銅、４２アロイ、ステンレス材料等の金属材料（合金等の金属系材料を含む）等を用いることができる。

軸部材１４は、軸状（柱状）の部材であり、振動子２の構成部材である。軸部材１４は、上側（図１の上側）から見て円形状に形成されている。軸部材１４は、一端部の外周面に雄ネジ部１４ａが形成され、他端部の外周面に雄ネジ部１４ｂが形成されている。雄ネジ部１４ａは、振動板１３の雌ネジ部１３ａと螺合するとともに、接着材１６によって雌ネジ部１３ａと接着されている。雄ネジ部１４ｂは、共振子１５の雌ネジ部１５ａと螺合するとともに、接着材１７によって雌ネジ部１５ａと接着されている。軸部材１４には、例えば、振動板１３に用いた材料よりも密度が低い金属、樹脂等の材料を用いることができる。

共振子１５は、振動板１３に対して共振させるための部材であり、振動子２の構成部材である。共振子１５は、上側（図１の上側）から見て円形状に形成されている。共振子１５は、下側（図１の下側）に凸となる円錐状（コーン状）に形成されている。共振子１５は、中心部に貫通した穴の壁面に雌ネジが形成された雌ネジ部１５ａを有する。雌ネジ部１５ａは、軸部材１４の雄ネジ部１４ｂと螺合するとともに、接着材１７によって雄ネジ部１４ｂと接着されている。共振子１５には、金属、樹脂材料等を用いることができる。

接着材１６は、軸部材１４の雄ネジ部１４ａと振動板１３の雌ネジ部１３ａとを接着する部材である。接着材１７は、軸部材１４の雄ネジ部１４ｂと共振子１５の雌ネジ部１５ａとを接着する部材である。接着材１６は、軸部材１４及び振動板１３に用いられる材料に応じて選択され、例えば、エポキシ樹脂、ハンダ等の接着性を有する材料を用いることができる。接着材１７は、軸部材１４及び共振子１５に用いられる材料に応じて選択され、例えば、エポキシ樹脂、ハンダ、ゴム等の接着性を有する材料が用いることができる。

リード線１８は、圧電体膜１２の下面（図１の下側の主面）に電気信号を供給するための配線である。リード線１９は、振動板１３を介して上面（図１の上側の主面）に電気信号を供給するための配線である。リード線１８、１９は、コントローラ、アンプ回路などに電気的に接続される。リード線１８、１９には、導電線材（例えば、銅線材）だけでなく金属箔（例えば、銅箔）を用いることができ、ハンダ等によって接続するようにしてもよい。

実施形態１によれば、振動板１３、軸部材１４、共振子１５の接合部分をネジ部１３ａ、１４ａ、１４ｂ、１５ａによる螺合と、接着剤１６、１７による接着とによって接合することで、以下のような効果を奏する。

振動板１３、軸部材１４、共振子１５間で違う硬度の材料で組合せても、部材間の接合強度が確保され、振幅に耐えられる。また、接合部分の引張り強さを大幅に改善し信頼性が向上する。また、振動板１３、軸部材１４、共振子１５の形状、寸法だけでなく材料も自由に選択できる。また。振動板１３、軸部材１４、共振子１５の接合部分の緩み防止につながり、信頼性が向上する。

また、接合部分を圧入する場合に必要な寸法公差がなくなり、振動板１３、軸部材１４、共振子１５の作製が容易なる。また。ネジ部１３ａ、１４ａ、１４ｂ、１５ａが機械加工されているため、振動板１３、軸部材１４、共振子１５間の位置精度が安定する。また、振動板１３、軸部材１４、共振子１５の組立性も向上させることができ、作業性が向上する。また、軸部材１４、共振子１５を容易に交換できる。さらに、軸部材１４、共振子１５の交換により、共振周波数の調整が可能になる。

［実施形態２］
本発明の実施形態２に係る電気音響変換器について図面を用いて説明する。図４は、本発明の実施形態２に係る電気音響変換器における振動子の構成を模式的に示した図５のＸ−Ｘ´間の断面図である。本発明の実施形態２に係る電気音響変換器における振動子の構成を模式的に示した平面図である。

実施形態２は、実施形態１の振動子（図１の２）の変形例であり、共振子１５の平面形状を円形としたまま、振動板２３及び圧電体膜２２の平面形状を多角形（図５では８角形）としたものである。その他の構成は、実施形態１と同様である。

実施形態２によれば、実施形態１と同様な効果を奏する。

［実施形態３］
本発明の実施形態３に係る電気音響変換器について図面を用いて説明する。図６は、本発明の実施形態３に係る電気音響変換器における振動子の構成を模式的に示した断面図である。

実施形態３は、実施形態１の振動子（図１の２）の変形例であり、共振子３５をフラット板（平坦な板；円錐台でも可）にしたものである。その他の構成は、実施形態１と同様である。

実施形態３によれば、実施形態１と同様な効果を奏するとともに、共振子３５、振動板１３、圧電体膜１２を同じ形状にすることで量産性が向上する。

［実施形態４］
本発明の実施形態４に係る電気音響変換器について図面を用いて説明する。図７は、本発明の実施形態４に係る電気音響変換器における振動子の構成を模式的に示した図８のＸ−Ｘ´間の断面図である。図８は、本発明の実施形態４に係る電気音響変換器における振動子の構成を模式的に示した平面図である。

実施形態４は、実施形態１の振動子（図１の２）の変形例であり、振動板４３及び圧電体膜４２の平面形状を多角形（図８では４角形）とし、共振子４５の平面形状を多角形（図８では８角形）としたものである。振動板４３及び圧電体膜４２の平面形状は、共振子４５の平面形状と同じでも異なっていてもよい。その他の構成は、実施形態１と同様である。

実施形態４によれば、実施形態１と同様な効果を奏する。

［実施形態５］
本発明の実施形態５に係る電気音響変換器について図面を用いて説明する。図９は、本発明の実施形態５に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した断面図である。

実施形態５は、実施形態１の振動子（図１の２）の変形例であり、静電型の電気音響変換器１としたものである。電気音響変換器１における振動子２の駆動部として圧電体膜（図１の１２）の代わりに固定極板５１と可変極板５３との間に弾性部材５２を挟み込んだコンデンサ５０を用いている。

固定極板５１は、コンデンサ５０の固定極となる板状の部材である。固定極板５１は、上面（図９の上側の主面）の所定の位置にて弾性部材５２と接合（接着、貼合等でも可）し、下面（図９の下側の主面）の所定の位置にて弾性部材１１と接合（接着、貼合等でも可）している。固定極板５１は、上側（図９の上側）から見て円形状（楕円形状でも可）に形成されている。固定極板５１は、ケース１０、弾性部材１１、弾性部材５２、可変極板５３、振動板１３、軸部材１４、及び、共振子１５のそれぞれと同心となるように配されている。固定極板５１には、導電性を有するものが用いられ、例えば、リン青銅、４２アロイ、ステンレス材料等の金属材料（合金等の金属系材料を含む）等を用いることができる。固定極板５１は、下面（図９の下側の主面）にてリード線１８と電気的に接続されており、リード線１８からの電気信号が印加される。

弾性部材５２は、コンデンサ５０における固定極板５１と可変極板５３との間に挟まれた弾性を有する部材である。弾性部材５２は、中央部に円形状の開口部５２ａを有する。弾性部材５２は、上側（図９の上側）から見て、環状に形成されている。弾性部材５２は、上側（図９の上側）の面にて可変極板５３と接合しており、下側（図９の下側）の面にて固定極板５１と接合している。弾性部材５２には、例えば、多孔質材、ウレタン系材料（例えば、ウレタンフォーム）、内部損失の高い樹脂材料、カーボン系材料等を用いることができる。

可変極板５３は、コンデンサ５０の可変極となる板状の部材である。可変極板５３は、上面（図９の上側の主面）にて振動板１３と接合（接着、貼合等でも可）し、下面（図９の下側の主面）の所定の位置にて弾性部材５２と接合（接着、貼合等でも可）している。可変極板５３は、上側（図９の上側）から見て円形状（楕円形状でも可）に形成されている。可変極板５３には、導電性を有するものが用いられ、例えば、リン青銅、４２アロイ、ステンレス材料等の金属材料（合金等の金属系材料を含む）等を用いることができる。

その他の構成は、実施形態１と同様である。また、実施形態５では、実施形態２〜４、６のように変形することも可能である。

実施形態５によれば、実施形態１と同様な効果を奏する。

［実施形態６］
本発明の実施形態６に係る電気音響変換器について図面を用いて説明する。図１０は、本発明の実施形態６に係る電気音響変換器における振動子の構成を模式的に示した断面図である。

実施形態６は、実施形態１の振動子（図１の２）の変形例であり、軸部材１４の雄ネジ部１４ａと螺合する振動板６３の雌ネジ部６３ａを、実施形態１（図１参照）のような貫通穴ではなく、有底穴の側壁面に形成したものである。その他の構成は、実施形態１と同様である。

実施形態６によれば、実施形態１と同様な効果を奏する。

なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

（付記）
本発明の第１の視点においては、電気音響変換器において、第１雌ネジ部を有する振動板と、前記振動板と接合する駆動部と、第２雌ネジ部を有する共振子と、一端部に前記第１雌ネジ部と螺合する第１雄ネジ部を有するとともに他端部に前記第２雌ネジ部と螺合する第２雄ネジ部を有する軸部材と、前記第１雌ネジ部と前記第１雄ネジ部とを接着する第１接着材と、前記第２雌ネジ部と前記第２雄ネジ部とを接着する第２接着材と、を備えることを特徴とする。

本発明の前記電気音響変換器において、前記駆動部は、圧電体膜であることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記駆動部は、固定極板と可変極板との間に弾性部材を挟み込んだコンデンサであることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記軸部材は、前記振動板及び前記共振子の一方又は両方の材料と異なる材料よりなることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記共振子は、円錐状に形成されていることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記共振子は、フラット板又は円錐台状に形成されていることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記振動板及び前記駆動部は、平面形状が多角形に形成され、前記共振子は、平面形状が円形に形成されていることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記振動板及び前記駆動部は、平面形状が多角形に形成され、前記共振子は、平面形状が多角形に形成されていることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記第１雌ネジ部は、前記振動板に形成された貫通穴又は有底穴の側壁面に形成されていることが好ましい。

本発明の第２の視点においては、電子機器において、前記電気音響変換器が実装されることを特徴とする。

なお、本発明の全開示（請求の範囲及び図面を含む）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、請求の範囲及び図面を含む全開示、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。

１ 電気音響変換器
２ 振動子
１０ ケース
１１ 弾性部材
１１ａ 開口部
１２、２２、４２ 圧電体膜（駆動部）
１３、２３、４３、６３ 振動板
１３ａ、２３ａ、４３ａ、６３ａ 雌ネジ部（第１雌ネジ部）
１４ 軸部材
１４ａ 雄ネジ部（第１雄ネジ部）
１４ｂ 雄ネジ部（第２雄ネジ部）
１５、３５、４５ 共振子
１５ａ、３５ａ、４５ａ 雌ネジ部（第２雌ネジ部）
１６、１７ 接着材
１８、１９ リード線
５０ コンデンサ（駆動部）
５１ 固定極板
５２ 弾性部材
５２ａ 開口部
５３ 可変極板

Claims (10)

1. 第１雌ネジ部を有する振動板と、
   前記振動板と接合する駆動部と、
   第２雌ネジ部を有する共振子と、
   一端部に前記第１雌ネジ部と螺合する第１雄ネジ部を有するとともに他端部に前記第２雌ネジ部と螺合する第２雄ネジ部を有する軸部材と、
   前記第１雌ネジ部と前記第１雄ネジ部とを接着する第１接着材と、
   前記第２雌ネジ部と前記第２雄ネジ部とを接着する第２接着材と、
   を備えることを特徴とする電気音響変換器。
2. 前記駆動部は、圧電体膜であることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
3. 前記駆動部は、固定極板と可変極板との間に弾性部材を挟み込んだコンデンサであることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
4. 前記軸部材は、前記振動板及び前記共振子の一方又は両方の材料と異なる材料よりなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の電気音響変換器。
5. 前記共振子は、円錐状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の電気音響変換器。
6. 前記共振子は、フラット板又は円錐台状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の電気音響変換器。
7. 前記振動板及び前記駆動部は、平面形状が多角形に形成され、
   前記共振子は、平面形状が円形に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の電気音響変換器。
8. 前記振動板及び前記駆動部は、平面形状が多角形に形成され、
   前記共振子は、平面形状が多角形に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の電気音響変換器。
9. 前記第１雌ネジ部は、前記振動板に形成された貫通穴又は有底穴の側壁面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の電気音響変換器。
10. 請求項１乃至９のいずれか一に記載の電気音響変換器が実装されることを特徴とする電子機器。

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