JP2024034866A - パネルスピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】振動板とピエゾ素子とを接着して形成され、ピエゾ素子に抜き穴が設けられたパネルスピーカ用の振動アクチュエータにおいて、応力の集中によるクラックの発生を抑止し、アクチュエータの破壊を防止する。【解決手段】パネルスピーカは、パネルと、振動板及び当該振動板の少なくとも一面側に設けられるピエゾ素子を含み、振動を発生させる振動アクチュエータと、パネルとアクチュエータとを接続し、アクチュエータの振動をパネルに伝達するブラケットとを備える。ピエゾ素子は、ブラケットのアクチュエータとの接触面に、当該接触面の形状に対応する形状に、振動板を露出させる露出部分を有し、当該露出部分は、平面視において、隣接する辺同士が交差する頂点部分がピエゾ素子の側に向かって弧状に突出する張出部を有する形状である。【選択図】図２

Description

本発明は、パネルスピーカに関する。

従来、圧電素子板の中央部分に圧電素子板を貫通する穴を形成した圧電振動体が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００１－１６６９０号公報

パネルを振動させて音波を出力させ、パネルスピーカを構成する振動アクチュエータは、例えば振動板にピエゾ素子を接着して形成される。

振動板とピエゾ素子とは線膨張係数が異なるため、温度変化によりピエゾ素子の内部に応力が発生する。また、ピエゾ素子は電圧を印加されることで伸縮し振動板を振動させるため、この伸縮によってもピエゾ素子の内部に応力が発生する。

一方、アクチュエータはブラケットを介してパネルに接合されるが、ブラケットとアクチュエータの接合部において、ブラケットとピエゾ素子とが接触しないようにピエゾ素子に多角形状（例：矩形状）の抜き穴（振動板が露出した部分）が形成されている。矩形の頂点の部分には応力が集中するため、頂点を起点としてピエゾ素子にクラックが発生・進行し、最終的にアクチュエータが破壊されパネルスピーカが機能しなくなる恐れがあった。

そこで、本技術は、振動板とピエゾ素子とを接着して形成され、ピエゾ素子に抜き穴が設けられたパネルスピーカ用の振動アクチュエータにおいて、応力の集中によるクラックの発生を抑止し、アクチュエータの破壊を防止することを目的とする。

本技術に係るパネルスピーカは、パネルと、振動板及び当該振動板の少なくとも一面側に設けられるピエゾ素子を含み、パネルに接続されて当該パネルを振動させる振動アクチュエータとを備える。ピエゾ素子は振動板を露出させる抜き穴を有し、当該抜き穴は、平面視において多角形の頂点部分が外側に向かって円弧状に突出する張出部を有する多角形状である。

本技術によれば、振動板とピエゾ素子とを接着して形成され、ピエゾ素子に抜き穴が設けられたパネルスピーカ用の振動アクチュエータにおいて、応力の集中によるクラックの発生を抑止し、アクチュエータの破壊を防止することができる。

図１は、パネルスピーカの一例を示す分解斜視図である。 図２は、振動アクチュエータの一例を示す模式的な正面図である。 図３は、パネルスピーカの一例を示す模式的な上面図である。 図４は、遷移形状を有する境界部の一例を示す図である。 図５は、遷移形状を有する境界部の他の例を示す図である。 図６は、抜き穴の他の例を示す図である。 図７は、抜き穴の他の例を示す図である。 図８は、比較例に係る振動アクチュエータの一例を示す模式的な正面図である。 図９は、変形例に係る振動アクチュエータの一例を示す模式的な正面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、発明の構成は、開示の実施形態の具体的構成に限定されない。発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

図１は、パネルスピーカ１の一例を示す分解斜視図である。図２は、振動アクチュエータ３の一例を示す模式的な正面図である。図３は、パネルスピーカ１の一例を示す模式的な上面図である。パネルスピーカ１は、例えばディスプレイに搭載されるスピーカである。なお、ディスプレイは、例えば自動車のインストルメントパネルに設置されるＣＩＤ（Center Information Display）や、車室内の天井に設置されるＲＳＥ（Rear Seat Entertainment）システムのような車載装置であってもよい。

パネルスピーカ１は、パネル（振動パネル）２と、振動アクチュエータ３、およびパネル２と、振動アクチュエータ３を接合するブラケット４１とを含む。振動アクチュエータ３は、振動アクチュエータ３自体が振動することによりその反力を接続部４を介してパネル２に伝達することによりパネル２を振動させて、パネル２から音波を出力させる。

パネル２は、例えば有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイや液晶ディスプレイ等のディスプレイパネルである。パネル２は、例えば表示部２１(図３)と基板部２２（図３）とを貼り合わせて形成される。例えばＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）パネルの場合、表示部２１は、アノードとカソードとの間に発光層を含み、映像出力を行う部材である。基板部２２は、例えばアルミニウムのような金属等で形成された基板である。以下、図１から図３に矢印で示すように、ディスプレイにおけるパネル２の表示部２１側を前として説明する。

振動アクチュエータ３は、振動板３１と、ピエゾ素子（圧電素子）３２と、配線３５とを含む。また、振動板３１と、ピエゾ素子３２とは、接着剤３６（図３）を用いて貼り合わせられている。また、振動アクチュエータ３は、接続部４を介してパネル２の背面側に接続される。接続部４は、ブラケット（スペーサ）４１とねじ４２とを含む。ブラケット４１は、直方体状であり、一面から反対側の面へ、ねじを挿入することができる貫通孔が設けられている。ねじ４２は、振動アクチュエータ３の中央に形成された貫通孔３４、ブラケット４１の貫通孔に挿入され、パネル２の基板部２２に埋め込まれたボス２３に螺入される。図３の例では、ボス２３はパネル２の裏面側に突出しており、突出した部分はブラケット４１の逃げ孔に収まっている。

なお、ブラケット４１と振動アクチュエータ３およびブラケット４１とパネル２とは、接着により接合されていてもよい。この場合は、ブラケット４１及び振動アクチュエータ３の貫通孔や、パネル２のボス２３は不要である。また、ブラケット４１はパネル２の基板部２２と一体的に形成されていてもよい。この場合ブラケット４１はパネル２の基板部２２に設けられる突起部である。振動アクチュエータ３はこの突起部の先端にねじ止めや接着等により接合される。

振動板３１は、例えば長方形の板状の金属板であるが、その形状は円形や楕円形、角丸長方形等であってもよい。ピエゾ素子３２は、圧電効果を示すセラミックなどの板状の材料により形成される素子であり、配線３５を介して電圧が印加されると電圧に応じてその形状が変化する。ピエゾ素子３２は、例えば長方形の板状の部材であり、その内側には振動板３１を露出させる抜き穴３３を有する。図２の例では、抜き穴３３の周囲はピエゾ素子３２の領域に囲まれている。抜き穴３３から露出する振動板３１には、ブラケット４１の一面が接続される。抜き穴３３の形状はブラケット４１の振動板３１への接触面の形状に対応し、かつ、ブラケット４１の接触面の形状よりもわずかに外側に広がっており、これによりブラケット４１とピエゾ素子３２とは直接接触しない。抜き穴３３から露出した振動板３１には、ねじを挿入するための貫通孔３４が設けられている。抜き穴３３は長方形状であり、正面視（ピエゾ素子３２に対する平面視）において長方形の長方形部３３１と、長方形部３３１の四隅がそれぞれ外側に向かって円弧状に突出した張出部３３２とを含む。なお、長方形部３３１の周縁の辺部分と張出部３３２の周縁の円弧部分との間の境界部３３３は、図２の例では直線と曲線との交点であるが、例えば図４のようにアール形状が付けられた境界部３３３Ａや、図５のようにＣ面取り形状が付けられた境界部３３３Ｂ等のように、遷移形状を有するものであってもよい。ピエゾ素子が鋭く突出した部分は接着強度が不足して欠落などの欠陥を生じる可能性が高くなることが考えられるが、遷移形状を設けることにより鋭く突出した形状を緩和し、欠落などの発生を抑止することができる。なお、遷移形状は辺部分と円弧部分とをある程度滑らかにつなぐ形状であればよい。なお、本実施形態ではピエゾ素子３２の平面視における内側の領域の振動板３１が露出した露出部分を「抜き穴」と説明しているが、露出部分が完全にピエゾ素子３２の領域の内側に含まれているものに限られず、一部がピエゾ素子３２の領域の外側に開いていてもよい。例えば図６、図７のように、ブラケット４１と振動板３１の接続部を避けるように、ピエゾ素子３２に振動板３１が露出した「切り欠き」状の露出部分（図６の切り欠き部３３Ａ、図７の切り欠き部３３Ｂ）が設けられていてもよく、この切り欠き部の形状の頂点（角）の部分に円弧状の張出部３３２が設けられていてもよい。

また、以上の説明では張出部の形状を「円弧状」としているが、これは厳密な円形の一部の形状のみを指すものではなく、円の一部分で近似できるような弧状の形状、その他の滑らかに曲がる曲線状の形状を含むものとする。

ステンレス等の金属で形成される振動板３１は、その線膨張係数が例えば１６．９μｍ／ｍ℃程度である。また、ピエゾ素子３２は、その線膨張係数が例えば１．３４μｍ／ｍ℃程度である。振動を十分に伝達させるためにピエゾ素子３２は振動板３１に接着されるため、温度変化が大きい場合は、線膨張係数の差に基づいて抜き穴３３の頂点部分に応力が集中する。特にパネルスピーカ１を車載装置に搭載する場合は、温度変化が比較的大きくなるため応力によりクラックが生じる可能性も高まる。

一般的に、抜き穴３３の四隅の頂点を円弧状にすることで、頂点部分への応力の集中を低減させることができる。また、円弧の曲率半径を大きくすることで、頂点部分への応力の集中をより低減させることができる。しかしながら、仮に抜き穴３３を角丸長方形にする場合、アールを大きくすると、ピエゾ素子３２とブラケット４１とが接触してしまう。図８は、比較例に係る振動アクチュエータ３Ａの一例を示す模式的な正面図である。図８の抜き穴３３Ｃは、角丸長方形であり、曲率半径は図２の張出部３３２と同じである。図８の例では、抜き穴３３Ｃの四隅とブラケット４１とが接触してしまう。すなわち、ピエゾ素子３２の一部とブラケット４１とが接触することにより設計された振動を生じさせることができなくなり、所望の音響性能を得ることができない。

また、接触を避けるために抜き穴３３を外側に大きく広げることも考えられるが、こう
すると、ピエゾ素子３２の面積が小さくなってしまい、パネル２を振動させるための駆動力が小さくなってしまう。つまり、パネルスピーカ１から十分な音圧で音を出すことができなくなる恐れがある。

一方で抜き穴３３の寸法を変えずにブラケット４１の振動板３１に接続される接触面の寸法を小さくすることで接触を避けることも考えられる。しかしながら、このブラケット４１と振動板３１の接触面の寸法（形状、面積）は音響特性に大きく影響するため、接触を避けるためにブラケット４１の接触面の寸法を小さくすると、パネルスピーカ１の音響特性が大きく変化して、所望の音響特性が得られない恐れがある。

本実施形態においては、図２に示すように、抜き穴３３の長方形部３３１の四隅に、外側に向かって円弧状に突出した張出部３３２を設けることで、ピエゾ素子３２とブラケット４１との干渉を避けつつ、円弧の曲率半径を大きくしている。すなわち、張出部３３２は、ブラケット４１とピエゾ素子３２との接触を避けるための逃がし構造である。張出部３３２の曲率半径が、仮に抜き穴３３を角丸長方形にして角丸長方形の四隅に当該曲率半径を適用した場合に、抜き穴３３の四隅の少なくとも一部とブラケット４１とが干渉する大きさであるとき、張出部３３２を長方形の外側に突出させることで干渉を避けることができる。

また、抜き穴３３を広げる部分は四隅の部分だけであるため、必要以上にピエゾ素子３２の面積が小さくなってしまうことが避けられ、パネルスピーカ１から十分な音圧で音を出すことができる。

さらに、ブラケット４１と振動板３１の接触面の寸法を変えることもないので、パネルスピーカ１の音響特性が大きく変化してしまうことがなく、所望の音響特性を得ることができる。

なお、振動板３１、ピエゾ素子３２、ブラケット４１、抜き穴３３等の形状や大きさは、所望の音響性能を得られるように予め設定されている。本実施形態では、抜き穴３３は、例えば縦１０ｍｍ程度、横１５ｍｍ程度の長方形状である。また、ブラケット４１の振動板３１に接続される接触面の形状は、例えば縦９ｍｍ程度、横１４ｍｍ程度の長方形状である。また、本実施形態では、張出部３３２を抜き穴３３の四隅周辺に形成し、半径５ｍｍ程度の円弧が長方形の外側に突出した形状にしている。このようにすれば、パネルスピーカ１の音響性能への影響を低減させつつ、ピエゾ素子３２の頂点部分への応力の集中を低減させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。例えば、振動アクチュエータ３は、ディスプレイパネルに限らず何らかのパネルの背面又は前面に配置されるものであってもよい。また、抜き穴３３の形状は長方形に限らず多角形状であって、各頂点付近に張出部３３２を設けるようにしてもよい。

上述した実施形態では、振動板３１の表裏にそれぞれピエゾ素子３２が貼付されているが、１つのピエゾ素子３２を振動板３１の一方の面に貼付した構成としてもよい。ピエゾ素子３２を、ブラケット４１が接続される正面側に貼付する場合は、抜き穴３３に張出部３３２を設けるものとする。

また、ブラケット４１には、横断面の四隅を面取りするようにしてもよい。図９は、変形例に係る振動アクチュエータ３Ａの一例を示す模式的な正面図である。図９の例では、
ブラケット４１には、横断面の四隅に対してそれぞれＣ面取りがなされている。なお、Ｒ面取りを行うようにしてもよい。Ｃ面取りやＲ面取りの寸法は任意であるが、ブラケット４１と振動アクチュエータ３Ａとの接触面の形状の変化による音響特性の変化が許容できる範囲であればよく、例えばＣ面取りであれば深さ１ｍｍ以下、Ｒ面取りであれば半径１ｍｍ以下程度とすることができる。このようにすれば、張出部３３２を外側に向かって突出させる大きさを小さくしても、ピエゾ素子３２とブラケット４１との干渉を避けることができるようになり、ピエゾ素子３２の面積の減少を最小限に抑えることができる。

本開示の要旨は以下の通りである。
（１）
パネルと、
振動板及び当該振動板の少なくとも一面側に設けられるピエゾ素子を含み、振動を発生させる振動アクチュエータと、
前記パネルと前記アクチュエータを接続し、前記アクチュエータの振動をパネルに伝達するブラケットと、
を備え、
前記ピエゾ素子は、前記ブラケットの前記アクチュエータとの接触面に、当該接触面の形状に対応する形状に、前記振動板を露出させる露出部分を有し、当該露出部分は、平面視において、隣接する辺同士が交差する頂点部分が前記ピエゾ素子の側に向かって弧状に突出する張出部を有する形状である
パネルスピーカ。
（２）
前記露出部分は、前記ピエゾ素子の平面視において、周囲が前記ピエゾ素子の領域に囲まれるように形成された穴である、（１）に記載のパネルスピーカ。
（３）
前記露出部分は、前記ピエゾ素子の平面視において、前記ピエゾ素子の周縁部に形成された切り欠きである、（１）に記載のパネルスピーカ。
（４）
前記ピエゾ素子の平面視において、前記露出部分の前記辺と前記張出部との間に、遷移形状が設けられている、（１）から（３）の何れか一つに記載のパネルスピーカ。遷移形状は、例えば前記辺と前記張出部との接続箇所を面取りして形成される部分であってもよい。
（５）
前記張出部の曲率半径は、仮に前記抜き穴を角丸長方形にして当該角丸長方形の四隅に適用した場合に、前記抜き穴の四隅の少なくとも一部と前記ブラケットとが干渉する大きさである
（１）から（４）の何れか一つに記載のパネルスピーカ。
（６）
前記ブラケットは、前記接触面が多角形状であり、当該多角形の頂点が面取りされている
（１）から（５）の何れか一つに記載のパネルスピーカ。

１ ：パネルスピーカ
２ ：パネル
２１ ：表示部
２２ ：基板部
２３ ：ボス
３ ：振動アクチュエータ
３１ ：振動板
３２ ：ピエゾ素子
３３ ：露出部分（抜き穴、切り欠き）
３３１ ：長方形部
３３２ ：張出部
３３３ ：境界部
３４ ：貫通孔
３５ ：配線
３６ ：接着剤
４ ：接続部
４１ ：ブラケット
４２ ：ねじ

Claims (5)

1. パネルと、
   振動板及び当該振動板の少なくとも一面側に設けられるピエゾ素子を含み、振動を発生させる振動アクチュエータと、
   前記パネルと前記振動アクチュエータとを接続し、前記振動アクチュエータの振動を前記パネルに伝達するブラケットと、
   を備え、
   前記ピエゾ素子は、前記ブラケットの前記振動アクチュエータとの接触面に、当該接触面の形状に対応する形状に、前記振動板を露出させる露出部分を有し、当該露出部分は、平面視において、隣接する辺同士が交差する頂点部分が前記ピエゾ素子の側に向かって弧状に突出する張出部を有する形状である
   パネルスピーカ。
2. 前記露出部分は、前記ピエゾ素子の平面視において、周囲が前記ピエゾ素子の領域に囲まれるように形成された穴である、請求項１に記載のパネルスピーカ。
3. 前記露出部分は、前記ピエゾ素子の平面視において、前記ピエゾ素子の周縁部に形成された切り欠きである、請求項１に記載のパネルスピーカ。
4. 前記ピエゾ素子の平面視において、前記露出部分の前記辺と前記張出部との間に、遷移形状が設けられている、請求項１から３の何れか一項に記載のパネルスピーカ。
5. 前記ブラケットは、前記接触面が多角形状であり、当該多角形の頂点が面取りされている
   請求項１から３の何れか一項に記載のパネルスピーカ。

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