JP5288080B1 - 指向性スピーカ - Google Patents

Abstract

超音波域の搬送波に可聴音信号を重畳して圧電素子に入力することにより、圧電素子が設けられた振動板を振動させ音波を発生する指向性スピーカにおいて、振動板が、振動板の外周に設けられた複数の梁を介して固定部に固定されている。

Description

本発明は、音声情報が特定の対象者にのみ伝達される指向性スピーカに関する。

従来、音声情報を特定の対象者にのみ伝達させるために、指向性スピーカが用いられている。指向性スピーカは、超音波域の搬送波に音声情報となる可聴音信号を重畳して圧電素子に入力し、圧電素子が設けられた振動板を振動させ音波を発生する。この指向性スピーカの構造断面図を図１２に示す。

指向性スピーカ１０１の振動板１０３には振動発生源として圧電素子１０５が貼り付けられている。振動板１０３はベース１０７に固定した電極１０９の先端部に絶縁性接着剤１１１を用いて貼り付けられた構造を有する。さらに、圧電素子１０５はリード線１１３により各電極１０９と接続されている。なお、指向性スピーカ１０１からの音圧を大きくするために共振子１１５を貼り付けてもよい（例えば特許文献１）。

このような構成により、外部の電気回路（図示せず）から超音波域の搬送波に可聴音信号を重畳した信号を、電極１０９、リード線１１３を介して圧電素子１０５に入力することで、圧電素子１０５と振動板１０３が振動し、音声情報を特定の対象者、すなわち電子機器等の使用者のみに伝えることができる。

特開２００６−２４５７３１号公報

本発明は、超音波域の搬送波に可聴音信号を重畳して圧電素子に入力することにより、圧電素子が設けられた振動板を振動させ音波を発生する指向性スピーカである。この指向性スピーカにおいて、振動板が、振動板の外周に設けた複数の梁を介して固定部に固定されている。

図１は、本発明の実施の形態１における指向性スピーカの分解斜視図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態１における指向性スピーカの振動部の上面図である。 図２Ｂは、本発明の実施の形態１における指向性スピーカの振動部の振動時の斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態１における指向性スピーカの組立斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態１における指向性スピーカの振動部の他の構成の上面図である。 図５は、本発明の実施の形態１における指向性スピーカの振動部の他の構成の上面図である。 図６は、本発明の実施の形態１における指向性スピーカの振動部の他の構成の上面図である。 図７Ａは、本発明の実施の形態２における指向性スピーカの振動部の上面図である。 図７Ｂは、本発明の実施の形態２における指向性スピーカの振動部の振動時の斜視図である。 図８は、本発明の実施の形態３における指向性スピーカの振動部の上面図である。 図９Ａは、本発明の実施の形態４における指向性スピーカの振動部の圧電素子の上面図である。 図９Ｂは、本発明の実施の形態４における指向性スピーカの振動部の振動板の上面図である。 図９Ｃは、本発明の実施の形態４における指向性スピーカの振動部の上面図である。 図１０は、本発明の実施の形態５における指向性スピーカの分解斜視図である。 図１１は、本発明の実施の形態６における指向性スピーカの分解斜視図である。 図１２は、従来の指向性スピーカの断面図である。

本発明の実施の形態の説明に先駆け、図１２に示す従来の構成における問題点を説明する。

図１２に示すような指向性スピーカ１０１では、圧電素子１０５が貼付された振動板１０３が電極１０９の先端に絶縁性接着剤１１１で貼り付けられている。従って、振動板１０３の周囲は自由端となる。また、絶縁性接着剤１１１は剛性が低い。そのため、圧電素子１０５に信号が入力されると、振動板１０３は絶縁性接着剤１１１で貼り付けられた部分を節として図１２の上下方向に振動板１０３が振動する。すなわち、振動板１０３における電極１０９の間に位置する部分が下方向にたわめば、自由端は上方向にたわみ、振動板１０３における電極１０９の間に位置する部分が上方向にたわめば、自由端は下方向にたわむ。このような動作により音波を発生している。しかし、振動板１０３が振動することにより、絶縁性接着剤１１１には繰り返し応力が印加される。このような状態で、周囲の温湿度の影響などにより絶縁性接着剤１１１の劣化が進行すると、振動板１０３が電極１０９の先端から剥離してしまう可能性がある。

これに対し、絶縁性接着剤１１１を金属接合などの、より高剛性な材料に替えて固着すると、剥離の可能性は低減される。しかしながら、自由端の振動が起こりにくくなるため、その分、音圧が低下してしまう。

以下、このような課題を解決する本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における指向性スピーカの分解斜視図である。図２Ａは、本発明の実施の形態１における指向性スピーカの振動部の上面図、図２Ｂは、本発明の実施の形態１における指向性スピーカの振動部の振動時の斜視図をそれぞれ示す。図３は、本発明の実施の形態１における指向性スピーカの組立斜視図である。図４〜図６は、それぞれ本発明の実施の形態１における指向性スピーカの振動部の他の構成の上面図である。

指向性スピーカは、図１に示すように、振動部１１と、保持体２３と、ベース２５とを備える。振動部１１は、円板形状を有する振動板１３、圧電素子１５、複数の梁１７、および固定部１９で構成されている。隣り合う梁１７の隙間をスリット２１と呼ぶ。また、振動板１３は振動部１１における図１の内側の細点線で示した円の範囲内であり、固定部１９は振動部１１における図１の外側の細点線で示した円から最外周までの範囲であると定義する。

ここで、梁１７は複数個（図１では８個）存在し、それらが振動板１３の外周に沿って、振動板１３の外周の少なくとも一部に設けられている。また、複数の梁１７は振動板１３の面方向、すなわち、振動板１３の面と同じ面の方向に延びている。

また、梁１７の他端は固定部１９に固定されている。具体的には、振動板１３、複数の梁１７、および固定部１９はアルミニウム等の金属板をプレス加工により一体で形成されている。これにより、振動板１３と梁１７、および梁１７と固定部１９の結合が強固となる上、絶縁性接着剤等を使用する必要がないため、剥離が発生せず信頼性が高くなる。なお、一体形成の加工方法はプレス加工に限定されるものではなく、エッチングによる加工でもよい。この場合は梁１７が小さい場合や形状が複雑な場合に高精度に加工できる。

このようにして得られた振動板１３の上面に圧電素子１５が形成されている。なお、図２Ａに示すように、圧電素子１５は円形であり、その直径は振動板１３の直径より僅かに小さい。

ここで、梁１７の詳細について説明する。梁１７は高信頼性を得るために振動板１３を強固に保持する。また、圧電素子１５に信号が入力されることにより振動板１３が振動した際に、梁１７自身もたわむことで振動板１３の変位をさらに拡大させる。すなわち、梁１７は、音圧を上げる役割を有する。ゆえに、梁１７を設けたことで、振動板１３の変位拡大が可能となるが、さらに効果的な変位拡大を得るために、本実施の形態では梁１７の長さを振動板１３と固定部１９との間隔、すなわち両者の最短距離より長くしている。そのため、図２Ａに示すように梁１７は振動板１３から固定部１９まで斜め方向に渦巻状に形成されている。これにより、梁１７が長くなる上に、振動板１３が梁１７によりねじれ方向にも変位することができるので、全体的に、変位の拡大が可能となる。なお、音圧が必要以上に大きい場合は、梁１７の角度を変えたり、振動板１３と固定部１９との最短距離に梁１７を設けたりすることで音圧を調整することもできる。

次に、振動部１１を駆動した場合の斜視図を図２Ｂに示す。なお、振動板１３と圧電素子１５の膨らみ、および梁１７のたわみは実際よりも誇張して示している。振動板１３が図２Ｂの上方向に膨らむと、それに応じて梁１７も上方向にたわんでいることがわかる。その結果、梁１７のたわみによる振動板１３の変位が拡大され、高音圧が得られる。

さらに、梁１７は次のような特徴も有する。複数の梁１７において、隣り合う梁１７の固定部１９に固定される部分の距離、すなわち図２Ａの矢印で示す固定部１９におけるスリット２１の幅が、それぞれの梁１７の固定部１９への固定精度内で実質的に０となるようにしている。ここで言う固定精度とは、プレス加工やエッチング加工の精度のことである。

このような梁１７の形状は、図２Ａに示すように、スリット２１の形状が、振動板１３側では、振動板１３の外周（図２Ａの内側の点線）に沿っている部分があるのに対し、固定部１９の内周（図２Ａの外側の点線）に沿っている部分がないことに相当する。

これにより、固定部１９に対してはスリット２１がほとんど存在しないことになるので、梁１７の固定部１９における剛性を高めることができる。従って、振動板１３の振動による梁１７のたわみが繰り返し印加されても、固定部１９において梁１７が破断する可能性を低減することができ、さらに信頼性が高くなる。

なお、梁１７の具体的な形状は、梁１７に用いる材料や厚み、入力される信号特性、必要とされる信頼性や音圧などにより変わるので、シミュレーションや試作を通して適宜決定すればよい。

ここで図１に戻り、上記のようにして構成された振動部１１は、固定部１９で保持体２３の一端に固着されている。ここで、保持体２３は金属製の円筒形状を有する。また、固定部１９は振動板１３による振動がほとんど伝達しない部分であるので、保持体２３に対して強固に固着しても音圧が低下する可能性は極めて少ない。ゆえに、高信頼性を得るために固定部１９は保持体２３に対し溶接接合されている。なお、両者の接合は溶接に限定されるものではなく、例えば半田付けや高信頼性が確保された接着剤等であってもよい。

保持体２３の他端は金属製の円板形状のベース２５に固着されている。ここで、両者の固着は上記したように溶接や接着の手法が適用できる。ベース２５には絶縁体２７を介して２本の電極２９が固定されている。２本の電極２９はベース２５を貫通しており、電極２９のベース２５側の先端を平板加工することにより、端子３１Ａ、３１Ｂが形成されている。なお、このようなベース２５として、例えば市販されている金属ケース（キャン）による金属パッケージのベース部分を用いることができる。

このようにして組み立てた指向性スピーカの斜視図を図３に示す。圧電素子１５の表面にはリード線３３Ａが接合されている。リード線３３Ａの他端は端子３１Ａに接続される。また、圧電素子１５は金属製の振動板１３の上面に形成されているので、圧電素子１５の裏面（振動板１３との接触面）は梁１７を通して固定部１９と電気的に繋がっている。従って、振動板１３の振動の影響が極めて少ない固定部１９にリード線３３Ｂの一端が接続されている。また、リード線３３Ｂの他端は端子３１Ｂに接続される。これらの接続はワイヤボンディングによりなされている。なお、接続はワイヤボンディングに限定されるものではなく、例えばフレキシブルケーブルをリード線３３Ａ、３３Ｂとして使用したり、ワイヤとフレキシブルケーブルを併用したりする構成など、振動板１３の振動を大きく妨げない構成であればよい。

このような構成とすることで、圧電素子１５へは電極２９から信号を入力することができる。すなわち、超音波域の搬送波に可聴音信号を重畳した信号を電極２９から圧電素子１５に入力することにより、圧電素子１５が設けられた振動板１３を振動させることができる。その結果、指向性の鋭い音波を発生するので、音声情報を特定の対象者にのみ伝達させることが可能となる。

以上の構成、動作により、振動板１３が、振動板１３の外周の少なくとも一部に設けた複数の梁１７で保持されるので、従来の絶縁性接着剤を使用する必要がなくなる。よって、周囲の温湿度などに影響されにくくなり、高信頼性が得られる。さらに、梁１７自身がたわむことで、振動板１３が梁１７に保持されていても振動板１３全体の振動が可能となるため、高音圧を得ることができる。従って、高信頼性を備えた高音圧な指向性スピーカを実現できる。

なお、本実施の形態では振動板１３、複数の梁１７、および固定部１９は一体で形成する構成としたが、それぞれ別体構成でもよい。すなわち、これらを別体で形成し、振動板１３と梁１７の一端、および梁１７の他端と固定部１９を溶接や半田付け、接着等により強固に固着するようにしてもよい。これにより、それぞれの材質を異なるものとすることができるので、例えば振動板１３は圧電素子１５と密着性がよい材料に、梁１７はたわみやすい材料に、固定部１９は剛性の高い材料に、というように、それぞれ最適設計できる。また、振動板１３、複数の梁１７、および固定部１９を同一材料で一体形成すると、入力される信号特性などに対し、最適な信頼性や音圧が得られない場合がある。そのような場合は、別体構成とすることで、高信頼性と高音圧を両立させた指向性スピーカを構成することができる。

また、本実施の形態では圧電素子１５は振動板１３の上面のみに形成しているが、振動板１３の下面（裏面）に形成しても上面形成の場合と同様の効果（高信頼かつ高音圧）が得られる。

さらに、圧電素子１５を振動板１３の、両面に形成してもよいし、複数の圧電素子１５を分極方向が異なるように積層して形成してもよい。このように、圧電素子１５を複数形成する場合は、それぞれを電気的に並列になるように接続することで、同じ音圧を得るための電圧を下げることができ、回路構成が簡素化される。また、同じ電圧を印加すると、音圧を上げることができる。このように、圧電素子１５を複数形成することにより、本実施の形態における高信頼かつ高音圧の効果に加え、回路の簡素化による低コスト化や、さらなる高音圧化が可能になるという効果も得られる。

また、音圧をさらに高めたい場合には、圧電素子１５に、図１２で説明した従来の構成の共振子を設けてもよい。但し、共振子がリード線３３に当接しないように、リード線３３の位置を考慮する必要がある。

また、本実施の形態では梁１７の形状を振動板１３から固定部１９への渦巻状としたが、これに限定されるものではない。例えば図４における振動部１１の上面図に示すように、梁１７を直線で構成するようにしてもよい。この場合はスリット２１の形状が簡単になるので、プレス加工でも精度が確保できる。従って、高信頼性と高音圧化に加え、低コスト化も可能となる。

なお、図４の構成では、固定部１９における内周（図４の外側の点線）と振動板１３の外周（図４の内側の点線）の両方に沿ってスリット２１が形成される構成となる。すなわち、図２Ａに示すように、固定部１９における内周（図２Ａの外側の点線）に沿った部分がほとんど存在しないスリット２１とは異なる形状となる。しかし、必要とされる信頼性や音圧によっては、必ずしも図２Ａのスリット２１の構成とせず、信頼性と音圧が確保される範囲において、むしろ図４の構成とした方が低コスト化を達成できる場合もある。従って、信頼性と音圧に加え、低コスト化も加味し総合的にどのような梁１７の形状にするかを決定すればよい。

同様に、図５に示す振動部１１のように、直線状の梁１７の角度を交互に反転するようにしてもよい。この場合、図２Ａや図４に比べて大面積のスリット２１が形成される。従って、図４の構成で得られる効果に加え、さらに圧電素子１５の上面と固定部１９に接合する２本のリード線３３をスリット２１から下面に取り出せる。そのため、図１におけるベース２５に固着した保持体２３の内部に２つの端子３１Ａ、３１Ｂを設けることができ、指向性スピーカを小型化できる。

さらに、図６に示す振動部１１のように、梁１７の一部を振動板１３や固定部１９の円周に沿って形成する構成としてもよい。この場合、梁１７がクランク状になるので、図２Ａ、図４、および図５に比べて梁１７を長くできる。従って、振動板１３の振動時における梁１７のたわみをさらに大きくできる。この構成は、さらなる高音圧が必要な場合に有効である。

（実施の形態２）
図７Ａは、本発明の実施の形態２における指向性スピーカの振動部の上面図、図７Ｂは、本発明の実施の形態２における指向性スピーカの振動部の振動時の斜視図をそれぞれ示す。本実施の形態において、実施の形態１と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施の形態における特徴となる構成は、複数の梁１７において、隣り合う梁１７の振動板１３に固定される部分の距離、すなわち図７Ａの矢印で示す振動板１３におけるスリット２１の幅が、それぞれの梁１７の振動板１３への固定精度内で実質的に０となるようにしたことである。なお、実施の形態１と同様に、ここで言う固定精度とは、プレス加工やエッチング加工の精度のことである。

このような梁１７の形状は、図７Ａに示すように、スリット２１の形状が、固定部１９側では、固定部１９の内周（図７Ａの外側の点線）に沿っている部分があるのに対し、振動板１３の外周（図７Ａの内側の点線）に沿っている部分がないことに相当する。この形状は実施の形態１で述べた図２Ａのスリット２１の形状と逆になっている。

このような形状とすることで、振動板１３に対してはスリット２１がほとんど存在しないことになるので、梁１７の振動板１３における剛性を最も高めることができる。従って、必要とされる指向性スピーカの駆動特性において、振動板１３の振動により、振動板１３における梁１７の付け根部分に応力集中する場合には、図７Ａの構成とすることで梁１７の付け根部分が破断する可能性を低減することができ、さらなる高信頼性が得られる。すなわち、振動板１３を振動させた場合、図７Ｂに示すように圧電素子１５と振動板１３が上方向に膨らむと、それに応じて梁１７も上方にたわむが、梁１７の幅は振動板１３に対する付け根部分が最も広いので、付け根部分に応力集中する駆動特性であっても信頼性を高めることができる。

なお、本実施の形態においても実施の形態１と同様に、梁１７の具体的な形状は、梁１７に用いる材料や厚み、入力される信号特性、必要とされる信頼性や音圧などにより変わるので、シミュレーションや試作を通して適宜決定すればよい。

以上の構成、動作により、振動板１３における梁１７の付け根部分が破断する可能性を低減することができるので、さらに高信頼性を有する高音圧指向性スピーカを実現できる。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における指向性スピーカの振動部の上面図である。本実施の形態において、実施の形態１と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施の形態における特徴となる構成は、以下の通りである。すなわち、複数の梁１７において、隣り合う梁１７の固定部１９に固定される部分の距離、すなわち固定部１９におけるスリット２１の幅が、それぞれの梁１７の固定部１９への固定精度内で実質的に０となる。しかも、複数の梁１７において、隣り合う梁１７の振動板１３に固定される部分の距離、すなわち振動板１３におけるスリット２１の幅が、それぞれの梁１７の振動板１３への固定精度内で実質的に０となる。換言すると、本実施の形態の梁１７の形状は、実施の形態１と実施の形態２の特徴を併せ持つ形状となり、図８の矢印で示すように、スリット２１の両端の幅が実質的に０になっている。従って、スリット２１は振動板１３の外周（図８の内側の点線）に沿った部分がなく、かつ、固定部１９の内周（図８の外側の点線）に沿った部分がない形状となる。

このような構成とすることにより、振動板１３の外周と固定部１９の内周にはスリット２１がほとんど存在しないことになるので、梁１７の振動板１３、および固定部１９における剛性を両方とも高めることができる。その結果、振動板１３の振動による梁１７のたわみが繰り返し印加されても、振動板１３と固定部１９において梁１７の付け根部分が破断する可能性を低減することができ、さらに信頼性が高くなる。

なお、本実施の形態においても実施の形態１、実施の形態２と同様に、梁１７の具体的な形状は、梁１７に用いる材料や厚み、入力される信号特性、必要とされる信頼性や音圧などにより変わるので、シミュレーションや試作を通して適宜決定すればよい。

以上の構成、動作により、振動板１３と固定部１９の両方における梁１７の付け根部分が破断する可能性を低減することができるので、さらに高信頼性を有する高音圧指向性スピーカを実現できる。

（実施の形態４）
図９Ａは、本発明の実施の形態４における指向性スピーカの振動部の圧電素子の上面図、図９Ｂは、本発明の実施の形態４における指向性スピーカの振動部の振動板の上面図、図９Ｃは、本発明の実施の形態４における指向性スピーカの振動部の上面図をそれぞれ示す。本実施の形態において、実施の形態１と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施の形態における特徴となる構成は、振動板１３の梁１７が固定される部分、すなわち振動板１３に対する梁１７の付け根部分において、圧電素子１５が梁１７に接近する形状としたことである。具体的には次のような構成となる。まず、実施の形態１〜３では圧電素子１５の形状はいずれも円形状であったが、本実施の形態では図９Ａの細点線に示すように、圧電素子１５の一部（ここでは４ヶ所）に圧電素子突出部３５を設けている。圧電素子突出部３５は実施の形態１〜３の圧電素子１５における円形状（図９Ａの太点線で示す形状）に対して、それよりも外側に突出する部分である。

次に、圧電素子１５を形成する前の振動板１３の上面図を図９Ｂに示す。ここでは、実施の形態３のスリット２１と異なり、振動板１３の外周（図９Ｂの内側の点線）に沿った部分が存在し、かつ、固定部１９の内周（図９Ｂの外側の点線）に沿った部分も存在するスリット２１の形状としている。これは、本実施の形態の構成では振動板１３を振動させる際に、振動板１３と固定部１９の両方における梁１７の付け根部分が破断する可能性が極めて低い条件で振動板１３を振動させるようにしているためである。このように構成すると、図４、図５と同様に、スリット２１を大きくできるので、スリット２１を形成する加工が容易になり、低コスト化できる。さらに、梁１７を渦巻状にすることで、梁１７を長くすることができ、梁１７のたわみが大きくなるので、その分、音圧を上げることができる。

一方で、振動板１３の外周（図９Ｂの内側の点線）には梁１７がある部分とない部分が交互に存在する。なお、図９Ｂの構成では梁１７が４つ形成されているので、梁１７がある部分が４ヶ所、梁１７がない部分が４ヶ所となる。

このような振動板１３を振動させる場合、梁１７がある部分とない部分とでは後者が自由端であるのに対し、前者は梁１７で拘束されるので、剛性が異なる。従って、円形状の圧電素子１５を用いると、指向性スピーカの仕様によっては所望の駆動特性が得られない可能性がある。

そこで、本実施の形態では振動板１３の外周において、梁１７がある部分とない部分が存在する場合は、梁１７のある部分に圧電素子１５を接近させるようにしている。すなわち、図９Ａの圧電素子突出部３５が梁１７のある部分に対応するように圧電素子１５を振動板１３に形成すると、図９Ｃに示すように、梁１７のある部分に圧電素子１５が接近する。このような圧電素子１５で振動板１３を振動させると、梁１７のある部分には圧電素子突出部３５により梁１７に対してさらに多くの応力が印加される。これにより、剛性の違いによる振動板１３の振動の不均一さを低減できるとともに、圧電素子突出部３５の分、音圧が上がるので、所望の駆動特性を得ることが可能となる。

以上の構成、動作により、実施の形態１〜３で述べた高信頼性が得られるとともに、振動しにくい梁１７に近い振動板１３も振動させることができ、さらなる高音圧が得られる指向性スピーカを実現できる。

なお、本実施の形態で述べた圧電素子突出部３５は図９Ｃの振動部１１の構成に限定されるものではなく、図２Ａ、および図４〜図８の構成に適用してもよい。特に、振動板１３の外周において、梁１７がある部分とない部分が明確に存在する図２Ａ、図４〜図６の構成に好適である。また、図２Ａ、図４〜図９Ｃに示した以外の梁１７やスリット２１の形状、配置の構成に圧電素子突出部３５を設けてもよい。これらによっても、図９Ｃに示す構成と同等の効果が得られる。

（実施の形態５）
図１０は、本発明の実施の形態５における指向性スピーカの分解斜視図である。本実施の形態において、実施の形態１と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施の形態における特徴となる構成は、実施の形態１における振動部１１と保持体２３を一体化した点である。具体的には、図１０に示すように、金属製のキャップ３７の上面に振動板１３、梁１７、固定部１９を一体形成するとともに、振動板１３の裏面に圧電素子（図１０では図示せず）を設けた構成としている。そして、これら全体を振動部１１とする。なお、振動板１３、梁１７、およびスリット２１の形状、配置は図２Ａと同じである。また、図１０には図示されないが、圧電素子の表面にはリード線３３の一端が接合されている。

リード線３３の他端は端子３１Ａに接続される。一方、端子３１Ｂは図１の構成と異なり、金属製のベース２５に絶縁体２７を介さず直接固定されている。従って、キャップ３７をベース２５に重ね、キャップ３７の下端に設けた曲げ部分をベース２５と溶接することで、キャップ３７は電極２９と電気的に接続されることになる。また、上記したように圧電素子はキャップ３７の上面に一体形成された振動板１３の裏面に形成される。従って、圧電素子の振動板１３との接合面は電極２９と電気的に接続されることになる。ゆえに、リード線３３は１本でよい。その結果、リード線３３の断線可能性が実施の形態１に比べ半減するので、信頼性が高まる。さらに、保持体２３が不要となるため低コスト化が可能になる上に、リード線３３がキャップ３７の内部に配されるので小型化も可能となる。

なお、実施の形態１と比べ圧電素子の位置が異なっているが、それ以外の構成（梁１７やスリット２１の形状、配置）は上記したように図１と同じであるので、梁１７による高音圧の効果も実施の形態１と同様に得られる。

以上の構成、動作により、実施の形態１で述べた通り、高音圧が得られるとともに、梁１７で振動板１３を保持する構成による高信頼性に加え、リード線３３の断線可能性が低減することで、さらなる高信頼な指向性スピーカを実現できる。

なお、本実施の形態ではリード線３３を１本のみ使用する構成としているが、これは実施の形態１と同様に２本使用する構成としてもよい。この場合、２本目のリード線３３は固定部１９、またはキャップ３７の内面と、端子３１Ｂとの間を接続すればよい。このような構成とすることにより、リード線３３の断線可能性が実施の形態１と同様になるものの、高信頼性を有し高音圧化が可能な指向性スピーカが得られる。

また、本実施の形態で説明した梁１７やスリット２１の形状、配置は図１０のものに限らず、図４〜図９Ｃで説明した構成のものでもよい。また、図４〜図９Ｃに示した以外の梁１７やスリット２１の形状、配置であってもよい。これらによっても、図１０に示す構成と同等の効果が得られる。

また、本実施の形態においても、実施の形態４で述べた圧電素子突出部３５を設けた圧電素子を用いてもよい。これにより、実施の形態４と同等の効果が得られる。

（実施の形態６）
図１１は、本発明の実施の形態６における指向性スピーカの分解斜視図である。本実施の形態において、実施の形態１と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施の形態における特徴となる構成は、基板である１枚の金属板の上に複数（ここでは７個）の振動板１３を、梁１７とスリット２１とともに一体形成し、それぞれの振動板１３の上面に圧電素子１５を設けた点である。なお、この金属板における振動板１３、梁１７、およびスリット２１以外の部分は全て固定部１９となる。従って、図１１では固定部１９に振動板１３と複数の梁１７の組合せを複数個、設けた構成となる。そして、この金属板と７個の圧電素子１５により振動部１１が構成される。なお、１ヶ所あたりの振動板１３、梁１７、およびスリット２１の形状、配置は図１と同じである。

振動部１１の各圧電素子１５には、それぞれリード線３３Ａが接合される。これらは１本になり、入力端子３９Ａに接続される。また、リード線３３Ｂの一端は振動部１１における固定部１９の一部に電気的に接続される。そして、リード線３３Ｂの他端は入力端子３９Ｂに電気的に接続される。このような構成とすることで、７個の圧電素子１５は電気的に並列接続される。

振動部１１の固定部１９は保持部４１に固定される。ここで、保持部４１には各振動板１３と対向する位置で、固定部１９の内周（例えば図２Ａの外側の細点線）の直径を持つ有底の空洞部４３が複数（図１１では７個）設けられている。なお、空洞部４３を有底としているのは、音波を一方向（図１０の場合は上方向）のみに放射するためである。

このような構成により、固定部１９を保持部４１に固定すると、振動板１３、梁１７、およびスリット２１が、それぞれの空洞部４３の上面に位置する。従って、本実施の形態では例えば実施の形態１で述べた指向性スピーカを７個一体で形成した構成となる。なお、保持部４１は金属製としてもよいが、本実施の形態では保持部４１における電気伝導性が不要なため樹脂製としてもよい。

ここで、保持部４１を樹脂製とすれば、固定部１９との固定は接着剤を用いることになる。この場合、固定部１９には振動板１３からほとんど振動が伝わらない上、保持部４１の上面における空洞部４３が存在しない全面積に接着できるので、剥離の可能性が低減される。ゆえに、保持部４１を樹脂製としても信頼性が高い。さらに、樹脂製の場合、空洞部４３を射出成型で作製できるので、低コスト化できる。

一方、保持部４１を金属製とすれば、振動部１１の固定部１９と溶接接合ができるので、一層の高信頼性が得られる。さらに、固定部１９に接続されるリード線３３Ｂを例えば肉厚の保持部４１にねじ込んで強固に接続することで、リード線３３Ｂの断線可能性を低減でき、この点からも高信頼性が得られる。従って、必要とされる信頼性やコストの観点から、保持部４１として最適な材料を適宜選択すればよい。

このような指向性スピーカにおいて、入力端子３９Ａ、３９Ｂから超音波域の搬送波に可聴音信号を重畳した信号を７個の圧電素子１５に入力することにより、圧電素子１５が設けられた振動板１３がそれぞれ振動する。その結果、指向性の鋭い音波が７ヶ所から同方向（図１０では上方向）に放射されるので、高音圧な音声情報を特定の対象者にのみ伝達させることが可能となる。

以上の構成、動作により、振動板１３の梁１７による保持構造で高信頼性が得られるとともに、梁１７のたわみによる高音圧化が複数の振動板１３それぞれで得られる。そのため、一層音圧を高めた指向性スピーカを実現できる。

なお、本実施の形態では７個の振動板１３を設ける構成としたが、７個に限定されるものではなく、必要とする音圧が得られるように振動板１３の数を増減してもよい。さらに、振動部１１と保持部４１の外形も図１１に示す八角形に限定されるものではなく、円形など任意の形状としてもよい。

また、本実施の形態における梁１７とスリット２１の形状、配置は図１１の構成に限定されるものではなく、図４〜図９Ｃで説明した構成のものでもよい。また、図４〜図９Ｃに示した以外の梁１７やスリット２１の形状、配置であってもよい。これらによっても、図１１に示す構成と同等の効果が得られる。

また、本実施の形態においても、実施の形態４で述べた圧電素子突出部３５を設けた圧電素子１５を用いてもよい。これにより、実施の形態４と同等の効果が得られる。

また、実施の形態２〜６においても、実施の形態１で述べたように、圧電素子１５を振動板１３の両面に形成したり、圧電素子１５を積層する構成としてもよい。これにより、さらなる高音圧化や、圧電素子１５の低電圧駆動が可能となる。

以上説明した実施の形態によれば、振動板１３の剥離可能性を低減し、高信頼性を備えた高音圧な指向性スピーカが得られる。すなわち、振動板１３が、振動板１３の外周の少なくとも一部に設けた複数の梁１７を介して固定部１９に固定される構成とすることにより、振動板１３は複数の梁１７で保持される。そのため、振動板１３の振動に応じて梁１７もたわむことができる。従って、従来のように絶縁性接着剤を使用して振動板１３の自由端のたわみも含め音圧を稼ぐ構成とする必要がなくなり、絶縁性接着剤を使用しなくてもよくなるため、信頼性が高まる。さらに、梁１７自身がたわむことで、振動板１３が梁１７に保持されていても振動板１３全体の振動が可能となるため、高音圧を得ることができる。ゆえに、高信頼性を備えた高音圧な指向性スピーカを実現できる。

本発明によれば、高信頼性、高音圧の指向性スピーカが得られるので、特に、特定の対象者にのみ音声情報を伝達する指向性スピーカ等として有用である。

１１ 振動部
１３ 振動板
１５ 圧電素子
１７ 梁
１９ 固定部
２１ スリット
２３ 保持体
２５ ベース
２７ 絶縁体
２９ 電極
３１Ａ，３１Ｂ 端子
３３，３３Ａ，３３Ｂ リード線
３５ 圧電素子突出部
３７ キャップ
３９Ａ，３９Ｂ 入力端子
４１ 保持部
４３ 空洞部

Claims (6)

1. 振動板と、前記振動板の上面および下面の少なくとも一方に形成された圧電素子と、前記振動板の外周の少なくとも一部に設けられた複数の梁と、前記複数の梁の外側に設けられた固定部とを有する振動部を備え、
   前記複数の梁において、隣り合う前記梁の前記振動板に固定される部分の距離が、それぞれの前記梁の前記振動板への固定精度内で実質的に０となっており、
   超音波域の搬送波に可聴音信号を重畳して前記圧電素子に入力することにより、前記振動板を振動させ音波を発生する指向性スピーカ。
2. 振動板と、前記振動板の上面および下面の少なくとも一方に形成された圧電素子と、前記振動板の外周の少なくとも一部に設けられた複数の梁と、前記複数の梁の外側に設けられた固定部とを有する振動部を備え、
   前記複数の梁において、隣り合う前記梁の前記固定部に固定される部分の距離が、それぞれの前記梁の前記固定部への固定精度内で実質的に０となっており、
   超音波域の搬送波に可聴音信号を重畳して前記圧電素子に入力することにより、前記振動板を振動させ音波を発生する指向性スピーカ。
3. 振動板と、前記振動板の上面および下面の少なくとも一方に形成された圧電素子と、前記振動板の外周の少なくとも一部に設けられた複数の梁と、前記複数の梁の外側に設けられた固定部とを有する振動部を備え、
   前記振動板の前記梁が固定される部分に対応して、前記圧電素子に突出部を設け、
   超音波域の搬送波に可聴音信号を重畳して前記圧電素子に入力することにより、前記振動板を振動させ音波を発生する指向性スピーカ。
4. 振動板と、前記振動板の上面および下面の少なくとも一方に形成された圧電素子と、前記振動板の外周の少なくとも一部に設けられた複数の梁と、前記複数の梁の外側に設けられた固定部とを有する振動部を備え、
   同一基板上に前記振動板と前記複数の梁の組合せが複数組形成され、前記基板が前記固定部であり、
   超音波域の搬送波に可聴音信号を重畳して前記圧電素子に入力することにより、前記振動板を振動させ音波を発生する指向性スピーカ。
5. 前記振動板、複数の梁、および固定部は一体で形成される請求項１から４のいずれか１つに記載の指向性スピーカ。
6. 前記梁の長さは前記振動板と前記固定部との間隔より長い請求項１から４のいずれか１つに記載の指向性スピーカ。

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