JP2020205514A

JP2020205514A - 音響発生装置

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Publication number: JP2020205514A
Application number: JP2019111865A
Authority: JP
Inventors: 吉郎古賀; Yoshiro Koga; 恵美野本; Emi Nomoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2020-12-24
Anticipated expiration: 2039-06-17
Also published as: JP7033323B2

Abstract

【課題】薄型にすることを可能とする音響発生装置を提供することである。【解決手段】音響発生装置１０は、複数のセラミック部が積層されて形成され、電圧が加えられた際に積層方向に沿って伸縮し、一方端部が固定壁部１６に固定される積層セラミックユニット１２と、積層セラミックユニット１２の他方端部１３に接触するように設けられ、積層セラミックユニット１２が積層方向に伸びた際に積層セラミックユニットの他方端部１３によって押し付けられて回動し、積層方向に交わる方向に押圧力を出力する方向変換部１４と、方向変換部１４から出力される押圧力によって振動する振動板駆動部１８と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、音響発生装置に関する。

音響発生装置として積層セラミックユニットを用いた振動スピーカーが開発されている。一般的に、積層セラミックユニットは、複数のセラミック部が積層され、例えば、縦長の直方体形状を有している。積層セラミックユニットに電圧が加わると、積層方向に伸縮する動きが生じるため、積層セラミックユニットの積層方向が振動板の面に対して垂直方向となるように立設させて振動板を振動させている。

本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、筒状部および天板部を有するケース本体の端面に底板が取り付けられてなるケースと、該ケース内に収容され、底板を押圧する積層型圧電素子とを備えており、筒状部および天板部のうちの少なくとも一方の内壁にリブが設けられていることを特徴とする音響発生器が開示されている。

特開２０１７−６９６２２号公報

積層セラミックユニットの積層方向が振動板の面に垂直となる方向と一致するように積層セラミックユニットを立設させると、縦長の厚みを有する振動スピーカーとなるため、薄型にすることが難しいという課題がある。

本発明の目的は、薄型にすることを可能とする音響発生装置を提供することである。

本発明に係る音響発生装置は、複数のセラミック部が積層されて形成され、電圧が加えられた際に前記積層方向に沿って伸縮し、一方端部が固定壁部に固定される積層セラミックユニットと、前記積層セラミックユニットの他方端部に接触するように設けられ、前記積層セラミックユニットが前記積層方向に伸びた際に前記積層セラミックユニットの他方端部によって押し付けられて回動し、前記積層方向に交わる方向に押圧力を出力する方向変換部と、前記方向変換部から出力される前記押圧力によって振動する振動板駆動部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る音響発生装置において、前記積層セラミックユニットは、前記積層方向が前記振動板駆動部の主面と平行となるように設けられており、前記方向変換部は、前記振動板駆動部の主面に垂直な面を含み、前記積層セラミックユニットの他方端部と接触するように設けられる垂直面部と、前記振動板駆動部の主面に水平な面を含み、前記振動板駆動部と接触するように設けられる水平面部と、前記垂直面部が前記積層セラミックユニットの他方端部によって押し付けられた際に前記垂直面部及び前記水平面部を回動させるための回動軸部を含み、前記垂直面部から前記水平面部にわたって設けられる回動本体部と、を有することが好ましい。

また、本発明に係る音響発生装置において、前記積層セラミックユニットの前記他方端部は、前記垂直面部と線接触で接触するような先細り形状を有することが好ましい。

また、本発明に係る音響発生装置において、前記積層セラミックユニットの前記他方端部は、前記垂直面部と点接触で接触するような先細り形状を有することが好ましい。

本発明によれば、積層セラミックユニットの積層方向が振動板の面と平行となるように配置することができる。これにより、音響発生装置を薄型にすることが出来るという効果を奏する。

本発明に係る実施形態の音響発生装置を示す図である。本発明に係る音響発生装置の変形例を示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、本発明に係る実施形態の音響発生装置１０を示す図であり、図１（ａ）は、音響発生装置１０の側面図であり、図１（ｂ）は、音響発生装置１０の平面図である。

図２は、音響発生装置１０の変形例である音響発生装置１０ａを示す図であり、図２（ａ）は、音響発生装置１０ａの側面図であり、図２（ｂ）は、音響発生装置１０ａの平面図である。

音響発生装置１０は、複数のセラミック部が積層されて構成される積層セラミックユニット１２に電圧を印加して伸縮させて、この伸縮の力を利用して振動板駆動部１８を振動させることにより音響を発生させる装置である。

一般的なスピーカーは、付属する振動板を振動させて空気に振動を伝え、音として発生させる。これに対し、振動スピーカーは、空気を振動させるための付属の振動板が無く、音響発生装置１０の振動板駆動部１８を壁や家具等の板に取り付け、当該付けられた板を振動板として振動させる事により、空気を振動させ、その板から音として発生させる。

音響発生装置１０は、積層セラミックユニット１２と、方向変換部１４と、固定壁部１６と、振動板駆動部１８とを備えている。

積層セラミックユニット１２は、複数のセラミック部が積層されて形成され、電圧が加えられた際に積層方向に沿って伸縮する。セラミック部は、圧電体層と内部電極層とを備えて構成される。

すなわち、積層セラミックユニット１２は、圧電体層および内部電極層を有するセラミック部が交互に積層された積層体を有し、当該積層体の側面に積層方向に沿って被着されて一つの側面へ導出された内部電極層の端部に電気的に接続された第１外部電極層と、第１外部電極層に沿って導電性接合材によって接合された第２外部電極板とを備えている。

なお、第１外部電極層および第２外部電極板が設けられた一つの側面と対向する反対側の側面にも、第１外部電極層および第２外部電極板が設けられている。

積層体は、圧電体層および内部電極層が交互に積層された四角柱状とされたものであるとして説明するが、積層体の形状に特に限定はなく、その他の形状であってもよい。

セラミック部を構成する圧電体層は、圧電特性を有するセラミックスを用いて構成され、このようなセラミックスとして、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などを用いることができるが、もちろん、その他の材料を用いてもよい。

セラミック部を構成する内部電極層は、圧電体層を構成するセラミックスと同時焼成により設けられたもので、例えば、低温焼成が可能な銀−パラジウム合金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、もちろん、その他の材料を用いてもよい。

第１外部電極層は、例えば、銀とガラスを含んで構成されており、積層体の側面に積層方向に沿って長く被着されている。そして、第１外部電極層は、内部電極層の導出された端部に電気的に接続されている。

第２外部電極板は、第１外部電極層に沿って設けられていて、導電性接合材によって接合されている。第２外部電極板にリード部材が接合されて、外部回路と接続される。第２外部電極板は、例えば、ステンレスなどの金属板を含んで構成され、幅方向にスリットや孔が設けられていてもよい。

また、第２外部電極板の表面には、はんだを介してリード部材が接続されている。製造時にはリード部材に直流電界を印加することで、積層体を構成する圧電体層が分極される。また使用時には、リード部材を外部電源に接続して電圧を印加することで、逆圧電効果により、積層セラミックユニット１２が伸縮するようになる。

方向変換部１４は、積層セラミックユニット１２の他方端部１３に接触するように設けられ、積層セラミックユニット１２が積層方向に伸びた際に積層セラミックユニット１２の他方端部１３によって押し付けられて回動し、積層方向に交わる方向に押圧力を出力する。なお、積層セラミックユニット１２は、積層方向が振動板駆動部１８の主面と平行となるように設けられている。

方向変換部１４は、適度な強度を有する材料、例えば、ステンレスなどを用いて構成することが出来る。方向変換部１４は、図１（ａ）に示されるように、側面視が円を互いに垂直な直径によって四等分したときの一つである四分円となるような四分円柱形状を有している。

側面視が四分円となるような四分円柱形状を有する方向変換部１４は、垂直面部２０と水平面部２２を有し、円の中心部に対応する位置に回動軸部２４が設けられている。垂直面部２０と水平面部２２は、互いに９０°の角度をなし、回動軸部２４を軸として矢印Ａ方向に沿って回動可能となっている。方向変換部１４は、側面視が垂直面部２０から水平面部２２にわたって設けられる四分円柱形状を有する部材である。

垂直面部２０は、振動板駆動部１８の主面に垂直な面を含み、積層セラミックユニット１２の他方端部１３と接触するように設けられている。また、水平面部２２は、振動板駆動部１８の主面に水平な面を含み、振動板駆動部１８と接触するように設けられている。

方向変換部１４は、回動軸部２４から水平面部２２と反対側に伸びる平板部２６が振動板駆動部１８の上方に設けられており、水平面部２２の端部に設けられた凸部２２ａが振動板駆動部１８と接触している。振動板駆動部１８は、振動させたい壁や家具の板部分に密着させる事により、その板が振動板となって空気を振動させ、音波を発生することが出来る。

ここで、回動軸部２４は、ガタツキの無い滑らかなものが理想であるが、音響発生装置１０を音声信号伝達のために用いる場合は、必要な回転角度が微小であるため、その役目を果たせば、その他の構成も適用可能であり、例えば、樹脂成型蝶番形式や、水平面部２２と平板部２６の間が鍵状に噛み合った状態でも上記音声帯域の微妙な回転角度には、回動軸としての機能を果たすことが出来る。

積層セラミックユニット１２の一方端部１１は、接着剤などを用いて、固定壁部１６に接着されている。積層セラミックユニット１２の他方端部１３は、垂直面部２０と線接触で接触するような先細り形状が望ましいが、セラミックユニットが細い場合は、そのままユニットを垂直面部２０に押し当てても良い。先細り形状として、図１（ａ）に示されるように、側面視が三角形となる三角柱形状を有している。

上記のように、積層セラミックユニット１２は、積層方向が振動板駆動部１８の主面と平行となるように設けられており、さらに、積層セラミックユニット１２の他方端部１３の三角柱形状が垂直面部２０のうち回動軸部２４と反対側に位置する上部で接触するように所定の高さ位置に設けられている。

振動板駆動部１８は、方向変換部１４から出力される押圧力によって振動する板状部材である。振動板駆動部１８は、平面視したときの形状が、例えば、矩形、円形、楕円形あるいは多角形となるように形成されている。ここで、振動板駆動部１８の主面とは、方向変換部１４の水平面部２２と接触する側の面を意味する。

振動板駆動部１８は、積層セラミックユニット１２から伝わる力によって振動可能な部材であり、例えば、ステンレス、アルミニウム、黄銅などの金属、ＡＢＳ樹脂、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂で構成することが出来る。

固定壁部１６は、平板部２６の端部に垂直に立設され、積層セラミックユニット１２の一方端部１１を接着するための壁部材である。固定壁部１６は、適度な強度を有する材料、例えば、ステンレスなどを用いて構成することが出来る。固定壁部１６は、積層セラミックユニット１２の一方端部１１を接着すると共に、積層セラミックユニット１２を方向転換部１４方向に押し付ける役目がある。

続いて、上記構成の音響発生装置１０の作用について説明する。音響発生装置１０において、積層セラミックユニット１２に対して外部電源からの電圧を加えることにより、積層セラミックユニット１２の積層体は矢印Ｂ方向に沿って伸縮する。このとき、積層セラミックユニット１２が伸びることにより生じる押圧力は振動板駆動部１８と平行である。

しかしながら、積層セラミックユニット１２が伸びることで、三角柱形状で方向変換部１４の垂直面部２０の上部と線接触する積層セラミックユニット１２の他方端部１３が矢印Ｂ方向に沿った押圧力を与えると、方向変換部１４が回動軸部２４を軸として矢印Ａ方向に沿って回動する。

これにより、方向変換部１４の水平面部２２の凸部２２ａからは振動板駆動部１８に対し矢印Ｃ方向に沿った押圧力が出力される。すなわち、音響発生装置１０を用いれば、積層セラミックユニット１２の伸縮により生じるＢ方向に沿った押圧力をＢ方向に垂直方向となるＣ方向に変換して出力することが出来る。

このように、音響発生装置１０によれば、積層方向に沿った伸縮により生じる押圧力の向きを変えることができるため、図１に示されるように多層に積層された積層セラミックユニット１２を振動板駆動部１８に平行に配置することができる。したがって、従来のように積層セラミックユニットを振動板駆動部１８に垂直（縦型）に設置していた場合に比べて、薄型にすることができるという顕著な効果を奏する。

振動スピーカーとして機能する音響発生装置１０は、小型スピーカーとして使用するため、音声周波数の伝達を目的としている。このため、振幅（移動量）は１ｍｍ以下の微量なもので、周波数も数ＫＨｚと高いものである。従来の方式では、複数のステーが伝達される間や、接合部のガタつきにより音声振動が減衰するため、音声信号には使用できないものであった。

しかしながら、本発明の実施形態に係る音響発生装置１０は、発音部から振動板駆動部１８までのロスが少なく、回動軸部２４も方向変換部１４を保持するだけで、信号伝達にロスを発生させないため、方向変換しても、有効に、積層セラミックユニット１２（信号発生部）の信号を振動板部１８に伝達する事ができるという顕著な効果を奏する。

次に、音響発生装置１０の変形例である音響発生装置１０ａについて、図２を用いて説明する。音響発生装置１０と音響発生装置１０ａとの相違点は、積層セラミックユニット１２の他方端部２３の形状であるため、その相違点を中心に説明する。

積層セラミックユニット１２の他方端部２３は、方向変換部１４の垂直面部２０と点接触で接触するような先細り形状を有する。具体的には、図２（ａ）（ｂ）に示されるように、先端が円錐形状となるような錐部を有している。この錐部の先端が垂直面部２０の上部と点接触している。

そして、音響発生装置１０ａによれば、音響発生装置１０と同様に、積層セラミックユニット１２が伸びて矢印Ｂ方向に沿って生じる押圧力を９０度回転させた矢印Ｃ方向に転換させることができるため、積層セラミックユニット１２を振動板駆動部１８に平行に配置することができ、薄型にすることが出来るという利点がある。

１０，１０ａ音響発生装置、１１一方端部、１２積層セラミックユニット、１３他方端部、１４方向変換部、１６固定壁部、１８振動板駆動部、２０垂直面部、２２水平面部、２２ａ凸部、２３他方側端部、２４回動軸部、２６平板部。

Claims

複数のセラミック部が積層されて形成され、電圧が加えられた際に前記積層方向に沿って伸縮し、一方端部が固定壁部に固定される積層セラミックユニットと、
前記積層セラミックユニットの他方端部に接触するように設けられ、前記積層セラミックユニットが前記積層方向に伸びた際に前記積層セラミックユニットの他方端部によって押し付けられて回動し、前記積層方向に交わる方向に押圧力を出力する方向変換部と、
前記方向変換部から出力される前記押圧力によって振動する振動板駆動部と、
を備えることを特徴とする音響発生装置。
請求項１に記載の音響発生装置において、
前記積層セラミックユニットは、前記積層方向が前記振動板駆動部の主面と平行となるように設けられており、
前記方向変換部は、
前記振動板駆動部の主面に垂直な面を含み、前記積層セラミックユニットの他方端部と接触するように設けられる垂直面部と、
前記振動板駆動部の主面に水平な面を含み、前記振動板駆動部と接触するように設けられる水平面部と、
前記垂直面部が前記積層セラミックユニットの他方端部によって押し付けられた際に前記垂直面部及び前記水平面部を回動させるための回動軸部を含み、前記垂直面部から前記水平面部にわたって設けられる回動本体部と、
を有することを特徴とする音響発生装置。
請求項２に記載の音響発生装置において、
前記積層セラミックユニットの前記他方端部は、前記垂直面部と線接触で接触するような先細り形状を有することを特徴とする音響発生装置。
請求項２に記載の音響発生装置において、
前記積層セラミックユニットの前記他方端部は、前記垂直面部と点接触で接触するような先細り形状を有することを特徴とする音響発生装置。