JP2015046946A - 音響発生器およびそれを用いた音響発生装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 音圧の周波数特性におけるピークやディップが小さい音響発生器およびそれを用いた音響発生装置を提供する。【解決手段】 振動板と、振動板に互いに間隔を開けて取り付けられた、振動板を振動させる複数の圧電素子とを少なくとも有しており、複数の圧電素子は、厚みが異なる少なくとも2種類の圧電素子1,2を有しており、振動板の主面上の互いに交差する2つの方向のそれぞれにおいて、厚みが異なる圧電素子1,2が配置されている音響発生器およびそれを用いた音響発生装置とする。音圧の周波数特性におけるピークやディップが小さい音響発生器および音響発生装置を得ることができる。【選択図】 図1

Description

本発明は、音響発生器およびそれを用いた音響発生装置に関するものである。
従来、振動板に圧電素子を取り付けた音響発生器が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。
特開2004−23436号公報
しかしながら、上述した従来の音響発生器は、特定の周波数において共振現象が発生して、音圧の周波数特性において大きなピークやディップが生じやすいという問題があった。
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、音圧の周波数特性におけるピークやディップが小さい音響発生器およびそれを用いた音響発生装置を提供することにある。
本発明の音響発生器は、振動板と、該振動板に互いに間隔を開けて取り付けられた、前記振動板を振動させる複数の圧電素子とを少なくとも有しており、該複数の圧電素子は、厚みが異なる少なくとも2種類の前記圧電素子を有しており、該少なくとも2種類の前記圧電素子の少なくとも1種類を2つ以上有しており、前記振動板の主面上の互いに交差する2つの方向のそれぞれにおいて、厚みが異なる前記圧電素子が配置されていることを特徴とするものである。
本発明の音響発生装置は、少なくとも1つの高音用スピーカーと、少なくとも1つの低音用スピーカーと、前記高音用スピーカーおよび前記低音用スピーカーを支持する支持体とを少なくとも有しており、前記高音用スピーカーおよび前記低音用スピーカーの少なくとも一方が前記音響発生器であることを特徴とするものである。
本発明の音響発生器および音響発生装置によれば、音圧の周波数特性におけるピークやディップを小さくすることができる。
本発明の実施の形態の第1の例の音響発生器を模式的に示す平面図である。 図1におけるA−A’線断面図である。 本発明の実施の形態の第2の例の音響発生器を模式的に示す平面図である。 本発明の実施の形態の第3の例の音響発生器を模式的に示す平面図である。 本発明の実施の形態の第4の例の音響発生器を模式的に示す平面図である。 本発明の実施の形態の第5の例の音響発生装置を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態の第1の例の音響発生器の音圧の周波数特性を示すグラフである。 第1の比較例の音響発生器の音圧の周波数特性を示すグラフである。 第2の比較例の音響発生器を模式的に示す平面図である。
以下、本発明の音響発生器を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、音響発生器とは、電気信号を音響信号に変換する機能を有するものであり、音響とは、可聴周波数範囲だけでなく、例えば超音波のような可聴周波数範囲を超えた周波数の振動も含むものとする。
(実施の形態の第1の例)
図1は本発明の実施の形態の第1の例の音響発生器を模式的に示す平面図である。図2は図1におけるA−A’線断面図である。なお、構造を理解しやすくするために、図1においては樹脂層20の図示を省略しており、図2においては、音響発生器の厚み方向(図のz軸方向)に拡大して示している。
本例の音響発生器は、図1,図2に示すように、複数の圧電素子1と、複数の圧電素子2と、フィルム3と、枠部材5a,5bと、樹脂層20と、導線22a,22b,22c,22dとを有している。
フィルム3は、張力をかけた状態で周縁部を枠部材5a、5bで挟持されて固定されており、枠部材5a、5bによって振動可能に支持されて、振動板として機能する。
圧電素子1,2は、電気信号が加わることによって、フィルム3の主面と平行な方向に伸縮振動する。また、複数の圧電素子1は、2個ずつペアになっており、ペアを構成する2個の圧電素子1は、フィルム3の両面にフィルム3を挟むように配置されている。また、ペアを構成する2個の圧電素子1は、伸縮振動の方向が略一致するように配置されている。そして、ペアを構成する一方の圧電素子1が縮むときは、他方の圧電素子1が伸びるようにされている。また、複数の圧電素子2も、2個ずつペアになっており、ペアを構成する2個の圧電素子2は、フィルム3の両面にフィルム3を挟むように配置されている。また、ペアを構成する2個の圧電素子2は、伸縮振動の方向が略一致するように配置されている。そして、ペアを構成する一方の圧電素子2が縮むときは、他方の圧電素子2が伸びるようにされている。
また、圧電素子1は、フィルム3の両面にそれぞれ4個ずつ、合計8個がフィルム3に取り付けられており、圧電素子2も、フィルム3の両面にそれぞれ4個ずつ、合計8個がフィルム3に取り付けられている。すなわち、フィルム3に取り付けられている圧電素子1の個数と圧電素子2の個数は等しくされている。そして、複数の圧電素子1,2は、フィルム3の両面のそれぞれにおいて、互いに間隔を開けてフィルム3に取り付けられている。
さらに、圧電素子1の厚みと圧電素子2の厚みとは互いに異なっており、フィルム3の主面上の互いに交差する2方向(互いに直交する図のx軸方向とy軸方向との2方向)のそれぞれにおいて、各々の厚みの振動体(圧電素子1および圧電素子2)が順番に配置されている。すなわち、フィルム3の主面上の互いに交差する2方向(互いに直交する2方向)である図のx軸方向とy軸方向のそれぞれにおいて、圧電素子1と圧電素子2とが交互に配置されている。
そして、フィルム3の主面上の互いに交差する2方向の一方(図のx軸方向)において、圧電素子1同士の間隔と、圧電素子2同士の間隔と、隣り合う圧電素子1と圧電素子2
との間隔とが全て等しくされている。また、フィルム3の主面上の互いに交差する2方向の他方(図のy軸方向)において隣り合う圧電素子1と圧電素子2との間隔も全て等しくされている。
圧電素子1,2は、セラミックスからなる圧電体層7と内部電極層9とを交互に積層してなる積層体13と、この積層体13の上下面に形成された表面電極層15a、15bと、積層体13の長手方向(図のy軸方向)の両端部にそれぞれ設けられた一対の外部電極17、19とで構成されている。なお、圧電素子1は、4層の圧電体層7と3層の内部電極層9とを有しており、圧電素子2は、2層の圧電体層7と1層の内部電極層9とを有している。よって、圧電素子1の厚みは、圧電素子2の厚みの2倍程度になっている。
圧電素子1においては、外部電極17は、表面電極層15a、15bと、1層の内部電極層9とに接続され、外部電極19は、2層の内部電極層9に接続されている。圧電素子2においては、外部電極17は、表面電極層15a、15bに接続され、外部電極19は、1層の内部電極層9に接続されている。圧電体層7は、図2に矢印で示すように、圧電体層7の厚み方向に交互に分極されており、フィルム3上面に配置された圧電素子1,2の圧電体層7が縮む場合には、フィルム3下面に配置された圧電素子1,2の圧電体層7が延びるように、外部電極17、19に電圧が印加されるように構成されている。
外部電極19の上下端部は、積層体13の上下面まで延長されてそれぞれ延長部19aが形成されており、これらの延長部19aは、積層体13の表面に形成された表面電極層15a、15bに接触しないように、表面電極層15a、15bと所定間隔をおいて配置されている。
積層体13のフィルム3と反対側の面では、音響発生器の長さ方向(図のx軸方向)に隣り合う圧電素子1,2の延長部19a同士が、導線22aによって接続されており、さらに一方の端部に位置する振動体の延長部19aには、導線22bの一端部が接続され、導線22bの他端部が外部に引き出されている。また、音響発生器の長さ方向(図のx軸方向)に隣り合う振動体における外部電極17に接続する表面電極層15b同士は、導線22dによって接続されており、さらに一方の端部に位置する振動体における表面電極層15bには、導線22cの一端部が接続され、導線22cの他端部が外部に引き出されている。
従って、音響発生器の長さ方向(図のx軸方向)に配列された複数の圧電素子1,2は、互いに並列接続されており、導線22b、22cを介して、同一電圧が印加されることになる。
圧電素子1,2は板状であり、上下の主面が長方形状とされ、積層体13の主面の長手方向(図のy軸方向)には、内部電極層9が交互に引き出された一対の側面を有している。
圧電素子1,2は、そのフィルム3側の主面とフィルム3とが接着剤層21で接合されている。圧電素子1,2とフィルム3との間の接着剤層21の厚みは20μm以下とされている。特には、接着剤層21の厚みは10μm以下であることが望ましい。このように、接着剤層21の厚みが20μm以下である場合には、積層体13の振動をフィルム3に伝えやすくなる。
接着剤層21を形成するための接着剤としては、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリエステル系樹脂等公知のものを使用することができる。
圧電素子1,2の圧電特性は、大きな屈曲撓み振動を誘起させ音圧を高めるために、圧電d31定数は180pm/V以上の特性を有していることが望まれる。圧電d31定数が180pm/V以上の場合は、60KHz〜130KHzにおける平均の音圧を65dB以上にすることも可能である。
そして、本例の音響発生器では、圧電素子1,2を埋設するように、枠部材5a、5bの内側に樹脂が充填されて樹脂層20が形成されている。導線22a、導線22bの一部も、樹脂層20中に埋設されている。 この樹脂層20は、例えばアクリル系樹脂、シリコン系樹脂、あるいはゴム等を用いることができ、ヤング率が1MPa〜1GPaの範囲にあるものが望ましく、特には、1MPa〜850MPaであるものが望ましい。また、樹脂層20の厚みは、スプリアスを抑制するという点から、圧電素子1,2を完全に覆う状態で塗布することが望ましい。さらに、振動板として機能するフィルム3も圧電素子1,2と一体となり振動することから、圧電素子1,2で覆われないフィルム3の領域も同様に樹脂層20で覆われている。
このような本例の音響発生器では、フィルム3と、フィルム3の上下面にそれぞれ設けられた2個の圧電素子1,2と、これらの圧電素子1,2を埋設するように、枠部材5a,5bの内側に形成された樹脂層20とを具備するため、積層型圧電体1は高周波音に対応した波長の屈曲撓み振動を誘起することが可能になり、100KHz以上の超高周波成分の音を再生することが可能になる。
さらには、圧電素子1,2の共振現象に伴うピークやディップは、圧電素子1,2を樹脂層20で埋設することで適度なダンピング効果を誘発させ、共振現象の抑制とともにピークやディップを小さく抑えることができるとともに、音圧の周波数依存性を小さくすることが可能になる。
また、複数の圧電素子1,2を一枚のフィルムに取り付け、同一の電圧を印加することで、それぞれの圧電素子1,2で発生した振動の相互干渉により強い振動が抑制され、振動の分散化に伴いピークやディップを小さくする効果をもたらす。100KHzを超える超高周波においても音圧を高くすることができる。
圧電体層7としては、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、従来より用いられている他の圧電セラミックスを用いることができる。圧電体層7の1層の厚みは、低電圧駆動という観点から、10〜100μmとするのが望ましい。
内部電極層9としては、銀とパラジウムとからなる金属成分と圧電体層7を構成する材料成分とを含有することが望ましい。内部電極層9に圧電体層7を構成するセラミック成分を含有することにより、圧電体層7と内部電極層9との熱膨張差による応力を低減することができ、積層不良のない圧電素子1,2を得ることができる。内部電極層9は、特に、銀とパラジウムとからなる金属成分に限定されるものではなく、また、セラミック成分として、圧電体層7を構成する材料成分に限定されるものではなく、他のセラミック成分であっても良い。
表面電極層15a,bと外部電極17、19は、銀からなる金属成分にガラス成分を含有することが望ましい。ガラス成分を含有することにより、圧電体層7や内部電極層9と、表面電極層15a,bまたは外部電極17、19との間に強固な密着力を得ることができる。
また、圧電素子1,2を積層方向から見たときの外形状としては、正方形や長方形等の
多角形をしたものがよい。
枠部材5a,5bは、図1に示すように矩形状である。枠部材5a、5b間にはフィルム3の外周部が挟み込まれ、フィルム3に張力を加えた状態で固定している。枠部材5a、5bは、例えば、厚み100〜1000μmのステンレス製とすることができる。なお、枠部材5a、5bの材質はステンレス製に限らず、樹脂層20よりも変形し難いものであればよく、例えば、硬質樹脂、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ができ、材質、厚み等は特に限定されるものではない。更に、枠部材5a、5bの形状も矩形状に限定されるものではなく、円形や菱形であってもよい。
フィルム3は、枠部材5a、5b間にフィルム3の外周部を挟み込むことにより、フィルム3が面方向に張力をかけられた状態で、枠部材5a、5bに固定され、フィルム3が振動板の役割を果たしている。フィルム3の厚みは、例えば、10〜200μmとされる。フィルム3は、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から構成することができる。これらの材料を用いることでピークやディップを抑えることができる。
次に、本発明の音響発生器の製造方法について説明する。
まず、圧電素子1,2を準備する。圧電素子1,2は、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を添加して掻き混ぜて、スラリーを作製する。圧電材料としては、鉛系、非鉛系のうちいずれでも使用することができる。
次に、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを作製する。このグリーンシートに導体ペーストを印刷して内部電極パターンを形成し、この内部電極パターンが形成されたグリーンシートを積層して、積層成形体を作製する。
次に、この積層成形体を脱脂、焼成し、所定寸法にカットすることにより積層体13を得ることができる。必要に応じて、積層体13の外周部を加工する。次に、積層体13の積層方向の主面に、表面電極層15a、15bを形成するための導体ペーストを印刷し、積層体13の長手方向(図のy軸方向)の両側面に、外部電極17、19を形成するための導体ペーストを印刷する。そして、所定の温度で電極の焼付けを行うことにより、図1,2に示す圧電素子1,2を得ることができる。
次に、圧電素子1,2に圧電性を付与するために表面電極層15bまたは外部電極17、19を通じて直流電圧を印加して、圧電素子1,2の圧電体層7の分極を行う。このとき、分極方向が図2に矢印で示す方向となるように、直流電圧を印加する。
次に、振動板となるフィルム3を準備し、このフィルム3の外周部を枠部材5a、5b間に挟み、フィルム3に張力をかけた状態で固定する。詳細には、フィルム3の両面に接着剤を塗布して、フィルム3を挟むようにフィルム3の両面に圧電素子1,2を押し当て、接着剤を熱や紫外線を照射することにより硬化させる。そして、樹脂を枠部材5a、5bの内側に流し込み、圧電素子1,2を樹脂中に完全に埋設させた後に、樹脂を硬化させることにより、本例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本例の音響発生器は、簡単な構造であり、小型化や薄型化が図れるとともに、超高周波まで高い音圧が維持される。また、圧電素子1,2が樹脂層20により埋設しているために水等の影響を受け難く、信頼性を向上させることが可能になる。
また、本例の音響発生器は、振動板であるフィルム3と、フィルム3に互いに間隔を開けて取り付けられた、フィルム3を振動させる複数の圧電素子とを少なくとも有している。そして、複数の圧電素子は、厚みが異なる少なくとも2種類の圧電素子(圧電素子1,2)を有している。すなわち、複数の圧電素子には、厚みが異なる少なくとも2種類の圧電素子(圧電素子1,2)が含まれている。そして、フィルム3の主面上の互いに交差する2つの方向(互いに直交する2つの方向である図のx軸方向とy軸方向)のそれぞれにおいて、厚みが異なる圧電素子1,2が配置されている。これにより、音圧の周波数特性におけるピークやディップを小さくすることができる。この効果が得られる理由は、厚みが異なる圧電素子のベンディング振動の共振周波数が異なるため、互いに交差する2つの方向のいずれにも厚みが異なる圧電素子1,2を配置することにより、発生する振動モードの数を増加させることができ、これによって、多数の振動モードにエネルギーを分散させて、1つの振動モードが有するエネルギーを小さくすることができるためではないかと推測される。なお、互いに交差する2つの方向は、それぞれ枠部材5a、5bの対向する辺と直交する方向であることが望ましい。このように、音響発生器の構造における対称性を低くすることにより、音圧の周波数特性上に発生するピークのレベルを小さくすることができる。
また、本例の音響発生器は、フィルム3の主面上の互いに交差する2つの方向(互いに直交する方向である図のx軸方向とy軸方向)のそれぞれにおいて、隣り合う圧電素子1,2の厚みが異なる。これにより、音圧の周波数特性をさらに改善することができる。これは、圧電素子1,2によって発生する振動の分布およびフィルム3上における質量の分布が均一化されることや、構造的な対称性が低くなること等に起因しているのではないかと推測できる。
また、本例の音響発生器は、フィルム3の主面上の互いに交差する2つの方向(互いに直交する方向である図のx軸方向とy軸方向)のそれぞれにおいて、厚みが異なる2種類の圧電素子(圧電素子1,2)が交互に配置されている。これにより、音圧の周波数特性をさらに改善することができる。これは、圧電素子1,2によって発生する振動の分布およびフィルム3上における質量の分布が均一化されることや、構造的な対称性が低くなること等に起因しているのではないかと推測できる。
また、本例の音響発生器は、各々の厚みの圧電素子の個数が全て等しい。すなわち、圧電素子1,2の個数が等しい。これにより、音圧の周波数特性をさらに改善することができる。これは、圧電素子1,2によって発生する振動の分布およびフィルム3上における質量の分布が均一化されることや、構造的な対称性が低くなること等に起因しているのではないかと推測できる。
(実施の形態の第2の例)
図3は本発明の実施の形態の第2の例の音響発生器を模式的に示す平面図である。なお、図3においては、構造を理解しやすくするために、樹脂層20および導線22a,22b,22c,22dの図示を省略するとともに、圧電素子1,2の詳細な構造の図示を省略している。また、本例においては、前述した実施の形態の第1の例と異なる点のみについて説明し、同様の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
本例の音響発生器は、フィルム3の両主面に、それぞれ8個の圧電素子1,2が配置されている。すなわち、フィルム3の両主面に16個ずつ、合計32個の圧電素子が配置されている。なお、前述した実施の形態の第1の例と同様に、圧電素子1,2のそれぞれは、2個ずつペアになっており、ペアを構成する2個の圧電素子は、フィルム3を挟むようにフィルム3の両主面の同じ位置に配置されている。
本例の音響発生器は、フィルム3の主面上の互いに交差する2つの方向(互いに直交する方向である図のx軸方向とy軸方向)のそれぞれにおいて、厚みが異なる2種類の圧電素子(圧電素子1,2)が交互に配置されている。これにより、音圧の周波数特性を改善することができる。これは、圧電素子1,2によって発生する振動の分布およびフィルム3上における質量の分布が均一化されることや、構造的な対称性が低くなること等に起因しているのではないかと推測できる。
また、本例の音響発生器は、前述した実施の形態の第1の例の音響発生器よりも多くの圧電素子1,2がフィルム3上に配置されているため、音圧の周波数特性におけるピークやディップのレベルをさらに小さくすることができる。これは、フィルム3上に発生する振動モードの個数がさらに増加するためであると推測できる。
また、本例の音響発生器は、フィルム3の主面上の互いに交差する2つの方向(互いに直交する方向である図のx軸方向とy軸方向)のそれぞれにおいて、各々の厚みの圧電素子(圧電素子1,2)が、それぞれ等間隔に配置されている。れにより、音圧の周波数特性をさらに改善することができる。これは、圧電素子1,2によって発生する振動の分布およびフィルム3上における質量の分布が均一化されることや、構造的な対称性が低くなること等に起因しているのではないかと推測できる。
また、本例の音響発生器は、フィルム3の主面上の互いに交差する2つの方向(互いに直交する方向である図のx軸方向とy軸方向)のそれぞれにおいて、各々の厚みの圧電素子(圧電素子1,2)同士の間隔が全て等しい。すなわち、圧電素子1同士の間隔と圧電素子2同士の間隔とが等しい。これにより、音圧の周波数特性をさらに改善することができる。これは、圧電素子1,2によって発生する振動の分布およびフィルム3上における質量の分布が均一化されることや、構造的な対称性が低くなること等に起因しているのではないかと推測できる。
(実施の形態の第3の例)
図4は本発明の実施の形態の第2の例の音響発生器を模式的に示す平面図である。なお、図4においては、構造を理解しやすくするために、樹脂層20および導線22a,22b,22c,22dの図示を省略するとともに、圧電素子1,2,4の詳細な構造の図示を省略している。また、本例においては、前述した実施の形態の第2の例と異なる点のみについて説明し、同様の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
本例の音響発生器は、フィルム3の両主面に、5個の圧電素子1と、6個の圧電素子2と、5個の圧電素子4とが配置されている。すなわち、フィルム3の両主面に16個ずつ、合計32個の圧電素子が配置されている。圧電素子4は、圧電素子1,2と同様の構造を有しているが、6層の圧電体層7と5層の内部電極層9とを有しており、圧電素子2の厚みの3倍程度の厚みを有している。
本例の音響発生器は、フィルム33の主面上の互いに交差する2つの方向(互いに直交する2つの方向である図のx軸方向とy軸方向)のそれぞれにおいて、各々の厚みの圧電素子(圧電素子1,2,4)が順番に配置されている。これにより、音圧の周波数特性を改善することができる。これは、圧電素子1,2によって発生する振動の分布およびフィルム3上における質量の分布が均一化されることや、構造的な対称性が低くなること等に起因しているのではないかと推測できる。
(実施の形態の第4の例)
図5は本発明の実施の形態の第2の例の音響発生器を模式的に示す平面図である。なお、図5においては、構造を理解しやすくするために、樹脂層20および導線22a,22
b,22c,22dの図示を省略するとともに、圧電素子1,2の詳細な構造の図示を省略している。また、本例においては、前述した実施の形態の第2の例と異なる点のみについて説明し、同様の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
本例の音響発生器は、フィルム3の一方主面(枠部材5aが位置する側の主面)に2個の圧電素子1と2個の圧電素子2とが配置されている。すなわち、フィルム3の一方主面(枠部材5aが位置する側の主面)に4個の圧電素子が配置されており、フィルム3の他方主面(枠部材5bが位置する側の主面)には圧電素子が配置されていない。樹脂20も、フィルム3の一方主面側のみに配置されており、フィルム3の他方主面側には配置されていない。また、本例の音響発生器における圧電素子1,2は、それぞれバイモルフ型の圧電素子となっている。すなわち、本例の音響発生器における圧電素子1,2は、ある瞬間における分極の向きと電界の向きとの関係が厚み方向(図のx軸およびy軸の両方に垂直なz軸方向)における一方側と他方側とで逆転するようにされており、電気信号が入力されることによって単独で屈曲振動することができる圧電素子である。
このような構成を有する本例の音響発生器も、フィルム3の主面上の互いに交差する2つの方向(互いに直交する方向である図のx軸方向とy軸方向)のそれぞれにおいて、厚みが異なる2種類の圧電素子(圧電素子1,2)が配置されていることから、音圧の周波数特性において発生するピークのレベルを小さくすることができる。さらに、フィルム3の主面上の互いに交差する2つの方向(互いに直交する方向である図のx軸方向とy軸方向)のそれぞれにおいて、厚みが異なる圧電素子1,2が交互に配置されていることから、音圧の周波数特性において発生するピークのレベルをさらに小さくすることができる。
(実施の形態の第5の例)
本発明の実施の形態の第5の例の音響発生装置を模式的に示す斜視図である。本例の音響発生装置は、図6に示すように、高音用スピーカー31と、低音用スピーカー32と、支持体33とを有している。
高音用スピーカー31は、実施の形態の第1の例の音響発生器であり、主に高音を出力するためのスピーカーである。例えば、20KHz程度以上の周波数の音を出力するために使用される。
低音用スピーカー32は、主に低温を出力するためのスピーカーである。例えば、20KHz程度以下の周波数の音を出力するために使用される。低音用スピーカー32は、低い周波数の音を出力しやすくする観点から、例えば矩形状や楕円形状の場合には、高音用スピーカー31よりも最長辺を長くしたものであり、その他は高音用スピーカー31と同様の構成を有したものを用いることができる。
支持体33は、例えば金属板で形成されており、2つの開口部に高音用スピーカー31および低音用スピーカー32をそれぞれ収容して固定している。
このような構成を備える本例の音響発生装置は、実施の形態の第1の例の音響発生器を高音用スピーカー31として用いていることから、音圧の周波数特性におけるピークやディップが小さい高音を出力することができる。
このように、本例の音響発生装置は、少なくとも1つの高音用スピーカー31と、少なくとも1つの低音用スピーカー32と、高音用スピーカー31および低音用スピーカー32を支持する支持体33とを少なくとも有しており、高音用スピーカー31および低音用スピーカー32の少なくとも一方が、上述した本発明の音響発生器である。これにより、音圧の周波数特性におけるピークやディップが小さい音を出力することができる高性能な
音響発生装置を得ることができる。
(変形例)
本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更,改良が可能である。
例えば、フィルム3に取り付けられる圧電素子の個数は、上述した実施の形態の例に限定されるものではない。また、振動体の厚みの種類を4種類以上としても構わない。
また、前述した実施の形態の第1の例においては、振動板としてフィルム3を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、金属や樹脂で形成された板状の振動板を用いても構わない。
また、前述した実施の形態の例においては、フィルム3および圧電素子の表面を被覆する樹脂層20を形成した例を示したが、これに限定されるものではない。樹脂層20を有さないようにしても構わない。
(第1の実施例)
本発明の音響発生器の具体例について説明する。図1,2に示した本発明の実施の形態の第1の例の音響発生器を作製して、その電気特性を測定した。
まず、Zrの一部をSbで置換したチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を含有する圧電粉末と、バインダーと、分散剤と、可塑剤と、溶剤とをボールミル混合により24時間混練してスラリーを作製した。そして、得られたスラリーを用いてドクターブレード法によりグリーンシートを作製した。このグリーンシートに電極材料としてAgおよびPdを含有する導体ペーストをスクリーン印刷法により所定形状に塗布した。そして、導体ペーストが塗布されたグリーンシートおよび導体ペーストが塗布されていないグリーンシートを積層して加圧し、積層成形体を作製した。そして、この積層成形体を500℃で1時間、大気中で脱脂し、その後、1100℃で3時間、大気中で焼成して、積層体を得た。
次に、得られた積層体の長手方向(図のy軸方向)の両端面部をダイシング加工によりカットし、内部電極層9の先端を積層体の側面に露出させた。そして、積層体の両側主面に表面電極層15a,15b層を形成すべく、Agとガラスを含有する導体ペーストを、圧電体の主面の片側にスクリーン印刷法により塗布した。その後、長手方向(図のy軸方向)の両側面に、外部電極17、19の材料として、Agとガラスを含有する導体ペーストをディップ法により塗布し、700℃で10分間、大気中で焼き付けた。これによって、図2に示すような積層体13を作製した。作製された積層体の主面の寸法は、幅が6mm、長さが7mmとした。積層体13の厚みは、圧電素子1用を100μmとし、圧電素子2用を50μmとした。
次に、外部電極17、19を通して内部電極層9間および内部電極層9と表面電極層15a,15b間に100Vの電圧を2分間加えて分極を行い、ユニモルフ型の積層型圧電素子を得た。
次に、厚み25μmのポリイミド樹脂からなるフィルム3を準備し、フィルム3を張力を与えた状態で枠部材5a、5bに固定した。そして、固定されたフィルム3の両主面にアクリル樹脂からなる接着剤を塗布し、接着剤を塗布したフィルム3の部分に、フィルム3を挟むように両側から圧電素子1,2を押し付け、120℃で1時間、空気中で接着剤を硬化させ、厚さ5μmの接着剤層21を形成した。枠部材5a、5b内のフィルム3の
寸法は、長さが48mm、幅が18mmとした。隣り合う圧電素子1と圧電素子2との間隔は、音響発生器の長さ方向(図のx軸方向)における間隔を6mmとし、音響発生器の幅方向(図のy軸方向)における間隔を1mmとした。この後、圧電素子1,2に導線2a,2b,2c,2dを接合して配線を行った。
そして、枠部材5a、5bの内側に、固化後のヤング率が17MPaのアクリル系樹脂を流しこみ、枠部材5a、5bの高さと同じ高さとなるようにアクリル系樹脂を充填して固化させて、樹脂層20を形成した。このようにして、図1,図2に示すような音響発生器を作製した。
そして、作製した音響発生器の音圧の周波数特性について、JEITA(電子情報技術産業協会規格)EIJA RC−8124Aに準じて評価した。評価は、音響発生器の導線22b,22c間に、実効値2.8Vの正弦波信号を入力し、音響発生器の基準軸上1mの点にマイクを設置して音圧を評価した。その評価結果を図7に示す。また、圧電素子1,2の厚みを全て等しくした第1の比較例の音響発生器を作製して、音圧の周波数特性を評価した。第1の比較例の音響発生器の評価結果を図8に示す。なお、図7および図8のグラフにおいて、横軸は周波数を示し、縦軸は音圧を示す。
図7に示すグラフによれば、20〜180kHz程度までの広い周波数波における殆どの周波数で70dBを超える高い音圧が得られていることが判る。また、図8に示す第1の比較例の音響発生器の音圧の周波数特性と比較すると、ピークやディップが低減されて、ほぼ平坦な優れた音圧特性が得られていることが判る。これにより本発明の有効性が確認できた。
(第2の実施例)
図5に示した実施の形態の第4の例の音響発生器と、図9に示した第2の比較例の音響発生器とについて、音圧特性に影響を与える振動の固有値の数(振動モードの数)をシミュレーションで算出した。なお、図5に示した実施の形態の第4の例の音響発生器と、図9に示した第2の比較例の音響発生器との違いは圧電素子1,2の配置方法のみである。すなわち、図5に示した実施の形態の第4の例の音響発生器は、互いに交差する2方向(互いに直交する方向である図のx軸方向とy軸方向)のそれぞれにおいて、厚みが異なる2種類の圧電素子(圧電素子1,2)が配置されている。これに対して、図9に示した第2の比較例の音響発生器は、図のx軸方向においては厚みが異なる2種類の圧電素子(圧電素子1,2)が配置されているものの、図のy軸方向においては、厚みが同じ圧電素子しか配置されていない。すなわち、図9に示した第2の比較例の音響発生器は、図のy軸方向の中央に位置するx軸と平行な線に対して線対称な構造となっている。
このシミュレーションにおいて、枠部材5a、5bは、外側は長さが60mmで幅が50mm、内側は長さが50mmで幅が40mm、厚みが1mmの枠状とした。フィルム3の厚みは0.03mmとした。圧電素子1は、1辺が10mmで厚みが0.1mmの正方形の板状とした。圧電素子2は、1辺が10mmで厚みが0.05mmの正方形の板状とした。隣接する圧電素子同士の間隔は15mmとした。
シミュレーションの結果、1kHz〜10kHzの周波数範囲における音圧特性に影響を与える振動の固有値の数が、図9に示した第2の比較例の音響発生器では38個であり、図5に示した実施の形態の第4の例の音響発生器では73個だった。すなわち、図5に示した実施の形態の第4の例の音響発生器では、図9に示した第2の比較例の音響発生器と比較して、2倍程度の数の振動モードが発生することがわかった。これにより、本発明の音響発生器では、発生する振動モードの数が増大して音圧の周波数特性において発生するピークが分散し、これによって音圧の周波数特性において発生するピークのレベルが小
さくなり、より平坦な音圧特性を得ることができるのではないかという予測の1つの裏付けを得ることができた。
1,2,4:圧電素子
3:フィルム
31:高音用スピーカー
32:低音用スピーカー
33:支持体

Claims (9)

  1. 振動板と、該振動板に互いに間隔を開けて取り付けられた、前記振動板を振動させる複数の圧電素子とを少なくとも有しており、該複数の圧電素子は、厚みが異なる少なくとも2種類の前記圧電素子を有しており、該少なくとも2種類の前記圧電素子の少なくとも1種類を2つ以上有しており、前記振動板の主面上の互いに交差する2つの方向のそれぞれにおいて、厚みが異なる前記圧電素子が配置されていることを特徴とする音響発生器。
  2. 前記2つの方向のそれぞれにおいて、隣り合う前記圧電素子の厚みが異なることを特徴とする請求項1に記載の音響発生器。
  3. 前記2つの方向のそれぞれにおいて、各々の厚みの前記圧電素子が順番に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の音響発生器。
  4. 前記2つの方向のそれぞれにおいて、厚みが異なる2種類の前記圧電素子が交互に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の音響発生器。
  5. 前記2つの方向のそれぞれにおいて、各々の厚みの前記圧電素子が、それぞれ等間隔に配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の音響発生器。
  6. 前記2つの方向のそれぞれにおいて、各々の厚みの前記圧電素子同士の間隔が全て等しいことを特徴とする請求項5に記載の音響発生器。
  7. 各々の厚みの前記圧電素子の個数が全て等しいことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の音響発生器。
  8. 前記複数の圧電素子は、前記振動板上にマトリクス状に配置されているとともに、該マトリクスの各々の行および各々の列において、厚みが異なる前記圧電素子が配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の音響発生器。
  9. 少なくとも1つの高音用スピーカーと、少なくとも1つの低音用スピーカーと、前記高音用スピーカーおよび前記低音用スピーカーを支持する支持体とを少なくとも有しており、前記高音用スピーカーおよび前記低音用スピーカーの少なくとも一方は、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の音響発生器であることを特徴とする音響発生装置。
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