JP2018074322A

JP2018074322A - 音響発生器およびこれを備えた音響発生装置、電子機器

Info

Publication number: JP2018074322A
Application number: JP2016210734A
Authority: JP
Inventors: 長岡　聡史; Satoshi Nagaoka; 聡史長岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2018-05-10

Abstract

【課題】伸縮性に優れ、かつ安定して伸縮する配線部材を有し、低音の音質を向上させた音響発生器およびこれを備えた音響発生装置、電子機器を提供する。
【解決手段】本開示の音響発生器１は、表面電極３１を有する圧電素子３と、該圧電素子が取り付けられた振動体２と、前記表面電極３１に電気的に接続された配線部材４とを備え、配線部材４は、一方方向に複数個並んで配置された平面視で四角形状の孔を内側に有する四角形枠状部４１と、隣り合う２つの四角形枠状部４１の互いに対向する辺の中央部を接続する接続部４２とを含み、孔の一方方向に垂直な方向の幅Ｗｉは接続部４２の幅Ｗｃよりも広い。
【選択図】図１

Description

本開示は、音響発生器およびこれを備えた音響発生装置、電子機器に関するものである。

圧電素子を使用した音響発生器において、アンプから電力を供給するための端子と圧電素子の表面電極とを接続するための配線部材を備えたものが知られている（例えば特許文献１を参照）。

ここで、配線部材が自由に曲がらないと、音響発生器の振動モードに影響を与えて音質が悪くなるため、音響発生器に影響を与えにくい配線部材が求められている。

そこで、特許文献１の音響発生器では、導電性の板状部材の一部に網目状部やＳ字状部を設けた構成の配線部材が設けられている。

特開２００３−７８９９５号公報

しかしながら、導電性の板状部材の一部に網目状部を設けた構成では、配線部材の長軸方向への伸縮性が十分ではない。一方、導電性の板状部材の一部にＳ字状部を設けた構成では、配線部材にローリング（ねじれ）が生じてしまう。これにより、低音の音質が悪くなる傾向がある。

本開示は、上記事情に鑑みてなされたもので、伸縮性に優れ、かつ安定して伸縮する配線部材を有し、低音の音質を向上させた音響発生器およびこれを備えた音響発生装置、電子機器を提供することを目的とする。

本開示の音響発生器は、表面電極を有する圧電素子と、該圧電素子が取り付けられた振動体と、前記表面電極に電気的に接続された配線部材とを備え、該配線部材は、一方方向に複数個並んで配置された平面視で四角形状の孔を内側に有する四角形枠状部と、隣り合う２つの前記四角形枠状部の互いに対向する辺の中央部を接続する接続部とを含み、前記孔の前記一方方向に垂直な方向の幅は前記接続部の幅よりも広いことを特徴とする。

本開示の音響発生器によれば、四角形枠状部が伸縮性に優れており、隣り合う四角形枠状部が互いに辺の中央部で接続され、安定して伸縮するようになっているので、低音の音質を向上させることができる。

音響発生器の実施形態の一例の概略斜視図である。（ａ）は図１に示す音響発生器の概略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。（ａ）は図１に示す音響発生器を構成する圧電素子の一例の概略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。（ａ）は図１に示す音響発生器を構成する配線部材の一例の概略平面図、（ｂ）は（ａ）に示す配線部材の要部拡大図である。図４に示す配線部材の伸縮状態の説明図である。図１に示す音響発生器を構成する配線部材の他の例の概略平面図である。図１に示す音響発生器を構成する配線部材の他の例の概略平面図である。音響発生装置の実施形態の一例を示す図である。電子機器の実施形態の一例を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照して、音響発生器の実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は音響発生器の実施形態の一例の概略斜視図である。また、図２（ａ）は図１に示す音響発生器の概略平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図である。また、図３（ａ）は図１に示す音響発生器を構成する圧電素子の一例の概略平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。また、図４（ａ）は図１に示す音響発生器を構成する配線部材の一例の概略平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す配線部材の要部拡大図である。

図１および図２に示す音響発生器１は、表面電極３１を有する圧電素子３と、該圧電素子が取り付けられた振動体２と、前記表面電極３１に電気的に接続された配線部材４とを備え、配線部材４は、一方方向に複数個並んで配置された平面視で四角形状の孔を内側に有する四角形枠状部４１と、隣り合う２つの四角形枠状部４１の互いに対向する辺の中央部を接続する接続部４２とを含み、孔の一方方向に垂直な方向の幅Ｗｉは接続部４２の幅Ｗｃよりも広い。

音響発生器１を構成する圧電素子３としては、図３に示すように、例えば、圧電体層３２と内部電極層３３とが積層されて板状に形成された積層体を備え、この積層体の内部電極層が導出された側面に設けられた側面電極３４と、この側面電極３４に接続されて積層体の主面に設けられた表面電極３１とを備えた形態が採用される。この圧電素子３は、振動体２の主面に貼り付けられるなどして取り付けられ、電圧の印加を受けて振動することによって振動体２を励振させる。

圧電素子３を構成する圧電体層３２は圧電特性を有するセラミックスで形成されたもので、このようなセラミックスとして、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、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、従来から用いられている圧電セラミックスを用いることができる。圧電体層３２の厚みは例えば０．０４〜１．０ｍｍに設定される。また、大きな屈曲振動を得るために、２００ｐｍ／Ｖ以上の圧電定数ｄ３１を有することが好ましい。

また、圧電素子３を構成する内部電極層３３は、圧電体層３２を形成するセラミックスと同時焼成により形成されたもので、第１の内部電極層および第２の内部電極層からなり、圧電体層３２と交互に積層されている。内部電極層３３を形成する材料としては、種々の金属材料を用いることができる。例えば、低温焼成が可能な銀や銀−パラジウムを主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができるが、これらにセラミック成分やガラス成分を含有させてもよい。なお、銀とパラジウムとからなる金属成分と、圧電体層を構成するセラミック成分とを含有した材料で内部電極層を構成した場合、圧電体層と内部電極層との熱膨張差による応力を低減することができるので、積層不良のない圧電素子３を得ることができる。

圧電素子３の形状としては、例えば上面側および下面側の主面が長方形状または正方形状といった多角形の形状、あるいは円形または楕円形といった形状をなしている板状体とすることで、音響発生器１の薄型化に貢献することができる。

圧電素子３は例えば圧電体層３２が１層のモノモルフ構造であって構わないが、圧電体層３２が２層以上のバイモルフ構造とするのがよい。それにより、薄型化に貢献するとともに、少ないエネルギーで効率よく振動体２を振動させることができる。また、ある瞬間に加えられる電界による変位の向きが、厚み方向における一方側と他方側とで逆転するように分極されているバイモルフ構造においては、圧電素子３自体が屈曲振動することにより、振動体２との接合面での機械的損失を低減できるため、音圧の向上に寄与することができる。

圧電素子３はエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂等の接着剤により振動体２に取り付けられ、圧電素子３の振動によって振動体２が振動する。

振動体２としては、樹脂や金属等の種々の材料を用いて形成することができる。例えば、厚さ１０〜２００μｍのポリエチレン、ポリイミド等の樹脂フィルムで振動体２を構成することができる。

また、必要により、振動体２の主面の外周部を支持するように枠体５が設けられている。枠体５としては、例えば内周形状および外周形状が矩形である部材を用いることができる。図１および図２に示す例では、枠体５は振動体２の両主面を上下から挟み込む一対の枠部材で構成されている。

枠体５を構成する一対の枠部材の厚さとしては、例えば１００〜５０００μｍのものを採用することができる。また、枠体５の材質としては、例えばガラスや金属や樹脂など種々の材料を用いることができる。ガラスや金属の場合は剛性が高いため変形が小さく、音質が安定する。また、樹脂の場合は、ガラスや金属よりも剛性が小さく振動体２の振動による変形を起こしやすいため、振動体２の共振にスプリアス振動を誘発し易くなる。したがって、音圧特性において共振ピークが分散されピークやディップを低減でき、周波数特性を平坦化することができる。よって、音圧の平坦化による音質の向上を図ることができる。

なお、枠体５は振動体２を支持できるものであればよく、その形状等に特に制限はないが、例えば、図１に示すように、枠体５の外周形状が長方形状であり、内周形状も長方形状である縦横比が１よりも大きい形状であることで、共振の分散に寄与し、ピークやディップの低減に寄与することができる。ただし、正方形、平行四辺形、台形および正ｎ角形といった多角形であってもよく、円形や楕円形であってもよい。

また、振動体２を支持する方法として枠体５によらず、音響発生器１が枠体５を備えていない構成であってもよい。

また、本例では圧電素子２３が１個の場合を例示しているが、圧電素子２３の個数を限定するものではない。さらに、図示していないが、枠体５の枠内に圧電素子３を被覆するように樹脂層が設けられてもよい。

圧電素子３の表面電極３１には配線部材４が電気的に接続されている。この配線部材４を介して圧電素子３に電気信号が入力されて、圧電素子３が駆動する。このとき、圧電素子３がそれ自体で屈曲振動してもよく、圧電素子３の面内方向（振動体２の主面に平行な
方向）への伸縮によって、結果的に振動体２が圧電素子３側へ凸となったり凹となったりして屈曲振動してもよい。

そして、配線部材４は、一方方向に複数個並んで配置された平面視で四角形状の孔を内側に有する四角形枠状部４１と、隣り合う２つの四角形枠状部４１の互いに対向する辺の中央部を接続する接続部４２とを含み、孔の一方方向に垂直な方向の幅Ｗｉは接続部４２の幅Ｗｃよりも広い。

一方方向に複数個並んで配置された平面視で四角形状の孔を内側に有する四角形枠状部４１を有することで、配線部材４をよく伸縮させることができる。また、隣り合う四角形枠状部４１が互いに対向する辺の中央で接続されていることで、配線部材４にローリング（ねじれ）が生じることなく、配線部材４が上下（鉛直方向）にバランスよく安定して伸縮する。さらに、それぞれの四角形枠状部４１において、孔の一方方向に垂直な方向の幅Ｗｉは接続部４２の幅Ｗｃよりも広いことで、配線部材４をより大きく伸縮させることができる。これにより、配線部材４が安定して大きく伸縮するので、低音の音質を向上させることができる。

なお、図５は配線部材４の伸縮の状態を示しており、図面中央の通常状態に対し、図面左側は配線部材４が伸びた状態、図面右側は配線部材４が縮んだ状態を示している。

ここで、配線部材４の形成材料としては、ステンレス、リン青銅、ベリリウム銅、銅チタンなどが挙げられる。また、配線部材４の一方方向の長さは例えば１５〜２０ｍｍ、配線部材４の幅Ｗｏは例えば１．３〜３．０ｍｍ、配線部材４の厚みは例えば０．１〜０．５ｍｍに設定される。

配線部材４において、四角形枠状部４１は例えば５〜２０個、四角形枠状部４１の一方方向の長さＬｏは例えば０．８〜１．３ｍｍに設定され、四角形枠状部４１の内側の孔の一方方向の長さＬｉは例えば０．５〜１．０ｍｍ、孔の幅Ｗｉは例えば１．０〜２．０ｍｍに設定される。また、接続部４２の一方方向の長さＬｃは例えば０．２〜０．８ｍｍ、接続部４２の幅Ｗｃは例えば０．３〜１．０ｍｍに設定される。

また、配線部材４の一方方向の一方端部には、接続部４２よりも幅広の圧電素子側接続部４３が設けられ、この圧電素子側接続部４３が圧電素子３の表面電極３１と導電性接合材により電気的に接続される。一方、配線部材４の一方方向の他方端部には、必要により、接続部４２よりも幅広の枠体側接続部４４が設けられ、枠体５に固定される。そして、この枠体側接続部４４が外部回路と接続される端子として機能する。なお、枠体側接続部４４を枠体５に固定する際には、図２に示すように、必要により短絡を防止するための絶縁層を備えた中継基板６を枠体側接続部４４と枠体５との間に介在させるようにしてもよい。

ここで、図６に示すように、四角形枠状部４１の内側にある四角形状の孔において、一方方向の長さＬｉよりも幅Ｗｉが広い構成とすることができる。配線部材４の一方方向の長さが同一のものが二つあるとしたとき、一方方向の長さＬｉよりも幅Ｗｉが広い孔を有する構成のほうが、より多くの四角形枠状部４１を配置することができる。また、この構成によれば、一つの四角形枠状部４１の伸縮量を大きくすることができる。したがって、より大きく伸縮し、低音の音質改善効果をより高めることが出来る。

なお、この場合において、孔の幅Ｗｉは孔の一方方向の長さＬｉの例えば２倍以上に設定される。

また、図７に示すように、接続部４２の幅Ｗｃは四角形枠状部４１の枠の幅Ｗｆの２倍以上の幅である構成とすることができる。このような構成とすることで、接続部４２の電気容量が四角形枠状部４１の枠の電気容量と同一以上、言い換えると、接続部４２が四角形枠状部４１の枠の断面を通過する電気量の２倍以上の許容量の断面を有していることとなり、電気容量が小さくなることで生じる配線部材４の発熱を生じさせないようにすることが出来る。

なお、この場合において、接続部４２の幅Ｗｃは四角形枠状部４１の枠の幅Ｗｆの例えば２倍以上３倍以下に設定される。

次に、音響発生装置２０の実施形態の一例について説明する。

音響発生装置はいわゆるスピーカのような発音装置であり、図８に示すように、本実施形態の音響発生装置２０は、音響発生器１と、音響発生器１を収容する筐体３０を備える。なお、筐体３０の一部が音響発生器１を構成する振動体２になっていてもよく、筐体３０が音響発生器１を収容するとは、音響発生器１の一部（圧電素子３）を収容している状態も含むことを意味している。

筐体３０は、音響発生器１の発する音響を内部で共鳴させるとともに、筐体３０に形成された開口から音響を外部へ放射する。このような筐体３０を有することにより、たとえば低周波数帯域における音圧を高めることができる。

かかる音響発生装置２０は、スピーカとして単独で用いることができる他、後述するように、携帯端末や薄型テレビ、あるいはタブレット端末などへ好適に組み込むことが可能である。また、冷蔵庫、電子レンジ、掃除機、洗濯機などのように、従来、音質については重視されなかった家電製品に組み込むこともできる。

このような音響発生装置２０は、低音の音質が向上した音響発生器１を用いて構成されていることから、より音響性能を向上させた音響発生装置とすることができる。

次に、電子機器の実施形態の一例について説明する。

図９に示すように、本実施形態の電子機器５０は、音響発生器１と、音響発生器１に接続された電子回路６０と、電子回路６０および音響発生器１を収容する筐体４０とを備える。なお、図９に示す例では、電子機器５０が、携帯電話やタブレット端末のような携帯端末装置であるものとする。

電子機器５０は、電子回路６０を備える。電子回路６０は、たとえば、コントローラ５０ａと、送受信部５０ｂと、キー入力部５０ｃと、マイク入力部５０ｄとから構成される。

電子回路６０としては、例えば、ディスプレイに表示させる画像情報や携帯端末によって伝達する音声情報を処理する回路や、通信回路等が例示できる。これらの回路の少なくとも１つであってもよいし、全ての回路が含まれていても構わない。また、他の機能を有する回路であってもよい。さらに、複数の電子回路を有していても構わない。

なお、電子回路６０と音響発生器１とは接続用配線で接続されていて、音響発生器１へ信号を出力する機能を有している。音響発生器１は電子回路６０から入力された信号に基づいて音響を発生させる。

また、電子機器５０は、表示部５０ｅと、アンテナ５０ｆと、音響発生器１とを備え、これら各デバイスを収容する筐体４０を備える。なお、図９では、１つの筐体４０にコントローラ５０ａをはじめとする各デバイスがすべて収容されている状態をあらわしているが、各デバイスの収容形態を限定するものではない。本実施形態では、少なくとも電子回路６０と音響発生器１とが、１つの筐体４０に収容されていればよい。

ここで、音響発生器１は、例えば筐体４０の内壁に接合されるなどして筐体４０に収容される。このとき、音響発生器１を接合するための接合部材としては、例えば少なくとも一部に粘弾性体を含む接合部材である。この接合部材は粘弾性体のみからなる単一のものであっても、粘弾性体を含むいくつかの部材からなる複合体であっても構わない。このような接合部材としては、例えば不織布等からなる基材層の両面に粘着剤が付着された両面テープ等を好適に用いることができる。接合部材の厚みは、例えば０．１ｍｍ〜０．６ｍｍに設定される。

コントローラ５０ａは、電子機器５０の制御部である。送受信部５０ｂは、コントローラ５０ａの制御に基づき、アンテナ５０ｆを介してデータの送受信などを行う。キー入力部５０ｃは、電子機器５０の入力デバイスであり、操作者によるキー入力操作を受け付ける。マイク入力部５０ｄは、同じく電子機器５０の入力デバイスであり、操作者による音声入力操作などを受け付ける。表示部５０ｅは、電子機器５０の表示出力デバイスであり、コントローラ５０ａの制御に基づき、表示情報の出力を行う。例えば、液晶ディスプレイおよび有機ＥＬディスプレイ等の既知のディスプレイを好適に用いることができる。なお、ディスプレイは、タッチパネルのような入力装置を有するものであっても良い。ここで、筐体４０の一部がディスプレイであってもよく、筐体４０の一部がディスプレイのカバーとなってその内側にディスプレイが配置されたものであってもよい。

そして、音響発生器１は、電子機器５０における音響出力デバイスとして動作する。なお、音響発生器１は、電子回路６０のコントローラ５０ａに接続されており、コントローラ５０ａによって制御された電圧の印加を受けて音響を発することとなる。

なお、図９では、電子機器５０がアンテナなどを介してデータの送受信などを行う通信手段（通信部）を有する携帯用端末装置であるものとして説明を行ったが、電子機器５０の種別を問うものではなく、音響を発する機能を有する様々な民生機器に適用されてよい。たとえば、薄型テレビやカーオーディオ機器は無論のこと、音響を発する機能を有する製品、例を挙げれば、掃除機や洗濯機、冷蔵庫、電子レンジなどといった種々の製品に用いられてよい。

上述した電子機器５０は、低音の音質が向上した音響発生器１を用いて構成されていることから、より音響性能を向上させた電子機器とすることができる。

次に、音響発生器を構成する配線部材の具体例について説明する。

実施例として、長さ１６ｍｍ、幅１．３ｍｍ、厚みが０．１ｍｍの長尺形状の配線部材を用意した。四角形枠状部の一方方向の長さＬｏを０．８ｍｍ、幅Ｗｏを１．３ｍｍとし、四角形枠状部の内側の孔の一方方向の長さＬｉを０．５ｍｍ、幅Ｗｉを１ｍｍとし、プレス金型による打ち抜きにより作製した。ここで、接続部の長さＬｃは０．２ｍｍ、接続部の幅Ｗｃは０．３ｍｍ、四角形枠状部は全体で１６個とした。

このように作製した実施例となる配線部材の鉛直方向（一方方向に垂直な方向）の変位量について、シミュレーションを使用して確認したところ、最大変位は１２．３３ｍｍと
の結果が得られた。

なお、シミュレーションの拘束条件として、長尺形状の一端を固定し、別の一端を鉛直方向（一方方向に垂直な方向）以外の変位、回転について拘束し、固定した端部と反対側の端部に鉛直方向（一方方向に垂直な方向）の力をかけ、変位量の確認を行った。

一方、比較例として、長さ、幅、厚み、材質については実施例と同じものとし、一方方向の長さ２０．６ｍｍ、幅３ｍｍのＳ字状部を全体で１個配置した配線部材のシミュレーションモデルを作成した。

そして、実施例と同様に比較例の配線部材の鉛直方向（一方方向に垂直な方向）の変位量について、シミュレーションを使用して確認したところ、最大変位は２．６９ｍｍとの結果が得られた。

以上の結果から、実施例のほうが伸縮性がよく、上下方向に大きく変位するため、明らかに振動体に与える影響が小さいことがわかる。また、配線部材４にローリング（ねじれ）が生じることなく、配線部材４が上下（鉛直方向）にバランスよく安定して伸縮するため、低音の音質も向上することがわかる。

１音響発生器
２振動体
３圧電素子
３１表面電極
３２圧電体層
３３内部電極
３４側面電極
４配線部材
４１四角形枠状部
４２接続部
４３圧電素子側接続部
４４枠体側接続部
５枠体
６中継基板

Claims

表面電極を有する圧電素子と、該圧電素子が取り付けられた振動体と、前記表面電極に電気的に接続された配線部材とを備え、該配線部材は、一方方向に複数個並んで配置された平面視で四角形状の孔を内側に有する四角形枠状部と、隣り合う２つの前記四角形枠状部の互いに対向する辺の中央部を接続する接続部とを含み、前記孔の前記一方方向に垂直な方向の幅は前記接続部の幅よりも広いことを特徴とする音響発生器。
前記孔の幅は前記孔の前記一方方向の長さよりも広いことを特徴とする請求項１に記載の音響発生器。
前記接続部の幅は前記四角形枠状部の枠の幅の２倍以上の幅であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響発生器。
請求項１乃至請求項３のうちのいずれか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乃至請求項３のうちのいずれか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ていることを特徴とする電子機器。