JP5304252B2 - 圧電アクチュエータおよび電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を用いて振動を発生させる圧電アクチュエータおよびそれを用いた電子機器に関する。

従来、スピーカなどの音響素子の駆動源として、その取扱いの容易さから電磁式アクチュエータが利用されている。電磁式アクチュエータは、永久磁石とボイスコイルから構成されており、磁石を用いたステータの磁気回路の作用により振動を生じるものである。また、電磁式スピーカは、電磁式アクチュエータの振動部に固定された、有機フィルム等の低剛性な振動板が振動することにより音を発生するものである。ところで近年、携帯電話機やノート型パーソナルコンピュータの需要が増えており、これに伴って、小型かつ省電力のアクチュエータの需要が高まりつつある。しかしながら、電磁式アクチュエータは、動作時にボイスコイルへ多くの電流を流す必要があることから、省電力性には問題がある上に、その構造上、小型薄型化にも不向きであった。加えて、電磁式アクチュエータでは、ボイスコイルからの漏洩磁束による弊害を防止するため、電子機器への適用に際しては電磁シールドを施す必要があり、この点からしても携帯電話機等の小型電子機器への使用には不向きである。さらに言えば、小型化に伴いボイスコイルが細線化し、その結果、線材への抵抗値が増すことから、ボイスコイルが焼損する可能性も多くあった。

上記のような問題点に鑑み、電磁式アクチュエータに代わる薄型振動部品として、小型軽量、省電力、無漏洩磁束などの特徴を有する、圧電セラミックスなどの圧電素子を駆動源とした圧電アクチュエータが開発されている。圧電アクチュエータは、圧電素子の運動により機械的振動を発生させるものであり、例えば圧電セラミック素子（単に「圧電素子」ともいう）と台座とが接合された構造となっている。

圧電アクチュエータの基本的な構成について、図１、図２を参照して説明する。図１は、本発明に関連する圧電アクチュエータの構成を示す斜視図であり、図２は、図１の圧電アクチュエータの振動の態様を模式的に示す断面図である。

図１に示すように、圧電アクチュエータ５５０は、圧電セラミックスからなる圧電素子５１０と、それが固定される台座５２４と、台座５２４の外周部を支持する枠状の支持部材５２７とを有している。圧電素子５１０に交流電圧を印加すると、圧電素子５１０は伸縮運動を行う。図２に示すように、台座５２４はこの伸縮運動に応じて、凸型のモード（実線にて示す）に変形したり、凹型のモード（破線にて示す）に変形したりする。このようにして台座５２４は、接合部５２４ａを固定端とし、台座中央部を腹として、図示上下方向に振動することとなる。

ところで、圧電アクチュエータは薄型化には有利であるが、電磁式アクチュエータと比較して音響素子としての音響性能に劣るという一面がある。これは、圧電素子自体が高剛性で、機械Ｑ値が高いため、電磁型アクチュエータに比べ、共振周波数近傍では大振幅を得ることができるが、共振周波数以外の帯域では振幅が小さいことに起因する。なお、アクチュエータの振幅が小さければ、音圧も小さくなるので、このことは音楽再生などで必要な広い周波数帯域においては、充分な音圧を得ることができないことを意味する。これに対し特開昭６１−１６８９７１号公報、特開２０００−１４０７５９号公報には、アクチュエータの振動振幅を増大させるため、台座の外周部を比較的変形し易い梁で支持するようにした構成が開示されている。

また、特開２００１−１７９１７号公報には、同様の趣旨で、台座の周辺部に円周に沿ってスリットを入れた板バネを構成し、大きな振動振幅を得るようにした技術も開示されている。また、特開２００１−３３９７９１号公報には湾曲型の支持体を介して台座外周部と支持体を接合し、周波数特性をブロード化した技術が開示されている。

しかしながら、特開昭６１−１６８９７１号公報、特開２０００−１４０７５９号公報、および特開２００１−１７９１７号公報に記載の圧電アクチュエータはそもそも、携帯電話機などに搭載されるバイブレータとして主に用いられるものであり、スピーカとして音楽や音声を再生させることは一切考慮されていない。つまり、バイブレータを用途とした場合、特定の周波数に限定して振幅を拡大すればよいが、スピーカとして使用は、周波数特性までを考慮する必要がある。すなわち、音楽の再生に必要とされる周波数範囲、例えば２００Ｈｚ〜１０ｋＨｚといった周波数帯域において、所定レベル以上の音圧が得られるような構成とする必要がある。また、特開２００１−３３９７９１号公報は、圧電セラミックスを拘束する台座を、湾曲型の支持部材と接合させて構成で、圧電セラミックスの厚み方向と径方向の双方の方向で変位を発生させることを目的したものである。この湾曲型支持体により、特性箇所の応力分散やＱ値の低減が可能で、このことにより歪の低減や、基本共振周波数を低下することは可能であるが、外径と、厚みの双方向に振動が発生するため、振動エネルギーは分散され、音響放射方向への振動量が減衰する。このため、所定の音圧レベルを得られるような構成とする必要がある。

このように、音響素子としての必要とされる周波数特性までを考慮した場合、限られた周波数での振幅を増大させることだけでなく、所望の周波数範囲内で全般的に、いかに振幅量を増大させるかが重要である。なお、圧電アクチュエータは、剛性が高く、機械Ｑ値が高いため、共振周波数近傍での振動量は大きいが、共振周波数以外の帯域では振幅量は減衰するため、共振周波数近傍（特に基本共振周波数）でしか十分な音圧レベルが得られない短所をもつ。このため、良好な音響特性を実現する方法として、３〜７ｋＨｚ（耳への感度が高い周波数帯域）の音圧レベルを大きくして音量感を高めることや、１ｋＨｚ以下の低周波数帯域での音圧を増大させて音の重量感を高めることが挙げられ、これを実現されるために、１．圧電アクチュエータ自身の基本共振周波数を低減、２．基本共振周波数以降の高周波数帯域での振幅量の増大、３．高次振動モードの振動姿態を調整し、放射面内での音響放射効率の向上させる、ことが要求されている。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大きな振動振幅が得られ、かつ広い周波数帯域で音を再生することが可能な、すぐれた聴感圧電アクチュエータおよび電子機器を提供することにある。

以上の課題を解決するため、本発明の圧電アクチュエータは、電界の状態に応じて伸縮運動する圧電素子と、少なくとも一方の面に圧電素子が貼り付けられる台座と、圧電素子および台座を支持するための支持部材と、台座より低剛性であり、面上で台座を支持する振動膜と、を有し、振動膜は、支持部材に接続されており、圧電素子の輪郭形状と支持部材の輪郭形状とが互いに異なることを特徴とする。

このように構成された本発明の圧電アクチュエータでは、台座よりも低剛性な振動膜を介して台座が支持部材に接続されており、台座と支持部材との接続部（振動膜部分）が台座の部分と比較して変形し易くなっていることから、振動振幅の向上が図られる。このように接続部（振動膜部分）が変形しやすいということは、この部分での振動が大きくなることを意味し、ひいては、本発明に関連する構成と比較して振動の態様をよりピストン型（電磁式アクチュエータと同様の振動態様）に近づけることが可能となる。さらには、落下時の衝撃が、台座と支持部材との間に介在する振動膜で吸収されるため、落下安定性が良好で、携帯機器などへの応用も可能となる。

また、このように構成された圧電アクチュエータでは、支持部材と圧電素子の輪郭形状が異なるため、音圧レベル（特に、高周波数帯域）が向上し、落下強度が向上する。例えば、円形の圧電素子と正方形の支持部材を組み合わせることで、圧電素子と支持部材が互いに円形である従来型の圧電アクチュエータに比べ、高次振動モードでの振動姿態が非対称になるため、分割振動を要因とする音圧の減衰や、ディップ、歪音を抑制でき、音響特性が向上する。また、支持部材が正方形であるため、円形支持部材と比較して（輪郭内の最大外形を同一とした条件）、圧電に対する振動膜面積（低剛性な材料）の占有率が大きくなるため、落下安定性が向上する。さらには、正方形を含む矩形支持部材は、円形支持部材に比べ、切削加工が簡単で、機器への実装や、ケーシングが容易なため、製造安定性が向上する。

なお、本発明の圧電アクチュエータは上記の通り振動膜を備えており、この振動膜を振動させることで音を発生させることができる。つまり、本発明の圧電アクチュエータは、追加の振動フィルム等を用いることなくそのまま音響素子として機能し得るものである。

本発明の圧電アクチュエータによれば、圧電素子が貼り付けられる台座と支持部材とが、台座よりも低剛性な振動膜を介して接合しており、かつ圧電素子と支持部材の輪郭形状が異なることから、大振幅な振動が得られ、かつ、これを音響素子として用いた場合には、広い周波数帯域で音を再生することができるものとなる。

台座外周部が支持部材に直接接続された、本発明に関連する圧電アクチュエータの構成を示す斜視図である。 図１の圧電アクチュエータの振動の態様を模式的に示す縦断面図である。 第１の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す分解斜視図である。 図３の圧電アクチュエータの縦断面図である。 圧電アクチュエータの動作原理を説明するための図である。 圧電アクチュエータの動作原理を説明するための図である。 従来型の圧電アクチュエータの音響特性である。 分割振動の振動姿態図である。 屈曲型の圧電アクチュエータの振動の態様を説明するための模式図である。 ピストン型の圧電アクチュエータの振動の態様を説明するための模式図である。 圧電アクチュエータの振動の態様を説明するための模式図であり、ピストン型の振動態様を示した図である。 第２の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す斜視図である。 第２の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 第３の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す一部上面図である。 第３の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す側断面図である。 第４の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す一部上面図である。 第４の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す側断面図である。 第５の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 図１３の圧電アクチュエータに用いられる台座単体を示す上面図である。 第５の実施形態の圧電アクチュエータのさらに他の構成例を示す上面図である。 第５の実施形態の圧電アクチュエータのさらに他の構成例を示す上面図である。 第６の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 第７の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 単層の圧電素子に代えて利用可能な、多層構造の圧電素子について説明するための分解斜視図である。 第８の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 第８の実施形態の振動膜介在部を説明する縦断面図である。 第８の実施形態の算出式を説明する縦断面図である。 第８の実施形態の振動膜介在部長さを説明する縦断面図である。 第８の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 平均振動速度振幅の測定点について説明するための図である。 実施例１の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例１の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例１の圧電アクチュエータの音響特性である。 比較例１の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例２の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例２の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例２ａの圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例２ａの圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例３の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例３の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例４の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例４の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例５の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例５の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例６の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例６の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例７の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例７の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例８の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例８の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例９の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図ある。 実施例１０の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例１２の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例１３の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例２２で使用した圧電素子を示す分解斜視図である。 実施例２３の圧電アクチュエータの構成を示す図である。 実施例２４の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例２５の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例２６の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 比較例２の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 本発明に係る圧電アクチュエータを搭載した携帯電話機の例を示す正面図である。 比較例４として用意された従来型の音響素子の構成を示す断面図である。 実施例３３の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例３３の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例３４の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例３４の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例３５の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例３５の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例３６の圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例３６の圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。 実施例３７ｂの圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例３７ｃの圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例３７ｄの圧電アクチュエータの構成を示す上面図である。 実施例３７ｄの圧電アクチュエータの構成を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態の構成において、同一の構造部については同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。
（第１の実施形態）
図３は、本実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す分解斜視図であり、図４は、図３の圧電アクチュエータの縦断面図である。

図３、図４に示すように、本実施形態の圧電アクチュエータ５０は、振動の駆動源となる円形の圧電素子１０と、該圧電素子１０を支持する台座２０と、該台座２０を支持する振動膜３０とを有し、これらが順に積層された構成となっている。圧電素子１０、台座２０はいずれも円形で、振動膜３０は正方形であり、これらの３つの部材は同一中心となるように（同心円状に）配置されている。また、振動膜３０の外周部は、正方形枠状に形成された支持部材４５に接続され、支持されるようになっている。

圧電素子１０は、より詳細には、互いに平行に対向する２つの主面１０ａ、１０ｂを有する圧電板（圧電セラミックス）からなり、圧電板の主面１０ａ、１０ｂのそれぞれに、上部電極層および下部電極層（いずれも不図示）が形成されている。圧電板の分極方向は特に限定されるものではないが、本実施形態では、図示上下方向（圧電素子の厚み方向）上向きとなっている。このように構成された圧電素子１０は、上部電極層および下部電極層に交流電圧が印加され交番的な電界が付与されると、その両主面１０ａ、１０ｂが同時に拡大または縮小するような、半径方向の伸縮運動（径拡がり運動）を行う。換言すれば、圧電素子１０は、主面が拡大するような第１の変形モードと、主面が縮小するような第２の変形モードとを繰り返すような運動を行う。

台座２０は、圧電素子１０の上記伸縮運動を図示上下方向の振動に変換する機能を有する。台座２０は、弾性体（伸縮性のある材料）で構成されその材質としては、金属材料（例えばアルミ合金、リンセイ銅、チタン、またはチタン合金、鉄ニッケル合金、鉄ニッケル合金）や、樹脂材料（例えばエポキシ、アクリル、ポリイミド、またはポリカーボネート、ポリエチレンテフタラート）など、圧電素子を構成するセラミック材料より低剛性の材料を広く用いることが可能である。

台座２０の上面には、圧電素子１０の主面１０ｂ（下部電極層）が固定されるようになっており、これにより、台座２０が圧電素子１０を拘束することになる。図３では、台座２０のうち圧電素子１０が貼り付けられる領域が拘束部２０ａとして示され、それ以外の領域（拘束部２０ａを包囲する領域）が非拘束部２０ｂとして示されている。

振動膜３０は、圧電アクチュエータの振動振幅を増大させるための膜部材であり、台座２０よりも低剛性となっている。また、振動膜３０は、台座２０よりも弾性率が小さい材質からなる。台座２０と振動膜３０の材質の組合せとしては、例えば、台座２０が金属材料で、振動膜３０が樹脂材料（例えばウレタン、ＰＥＴ、ポリエチレンなど）であってもよい。あるいは、台座２０と振動膜３０とを同じ材質とし、振動膜３０の膜厚を相対的に薄くすることにより、振動膜３０が相対的に低剛性化されていてもよい。なお、振動膜３０は、上記の他にも紙やポリエチレンテレフタラート等であってもよい。

振動膜３０の厚みは、樹脂材料の場合で例えば５μｍ以上５００μｍ以下であればよい。特に、振動膜３０が平らなシート材の場合、好ましくは５μｍ以上１８０μｍ以下であってもよい。

ところで、圧電アクチュエータを音響素子として利用する場合、圧電アクチュエータの振動部（例えば台座２０等）に有機フィルム等を貼り付けて音が出るようにする構成が採られることが多い。これに対し、本実施形態では、振幅を大きくするために設けた振動膜３０が、そのまま振動フィルムとしても機能する。つまり、振動膜３０は、本発明に関連する音響素子における振動フィルムとしての機能だけではなく、アクチュエータの振動振幅を拡大させる機能も併せ持つ。この点、梁を設けることで振幅の増大を図ろうとした本発明に関連する構成（例えば特開昭６１−１６８９７１号公報）と本発明に係る構成とは相違しており、本発明の構成によれば、振動膜が設けられていることからより大きな音圧が得られることとなる。もっとも、音響素子を構成するにあたっては、共振周波数が相互に異なる複数個の圧電アクチュエータに共通の振動フィルムを貼り付け、１つの音響素子としてもよい。これにより、音圧レベルが低かった帯域を互いに補完することが可能となり、より広範囲の周波数にわたり大きな音圧が得られる音響素子が実現される。

支持部材４５は、例えば、圧電アクチュエータの筐体を構成する支持部材であり、その材質は特に限定されるものではなく、樹脂材料であってもよいし金属材料であってもよい。なお、圧電素子１０と台座２０との接合、および、台座２０と振動膜３０との接合には、例えば、エポキシ系接着剤を利用可能である。接着剤層の厚みは特に限定されるものではないが、あまりに厚すぎると接着剤層に吸収される振動エネルギーが増大し十分な振動振幅が得られなくなる可能性もあるため、例えば２０μｍ以下であることが好ましい。

圧電アクチュエータ５０は、図４に示すように、圧電素子１０が台座２０の上面に固定されると共に、台座２０が振動膜３０を介して支持部材４５に支持される構成となっている。この点で、台座が支持部材に直接支持される本発明に関連する構成（図１参照）と相違している。本実施形態の構成によれば、このように振動膜３０を介して台座２０が支持される構成となっていることから、本発明に関連する構成と比較してより大きな振動振幅が得られ、しかも、振動の態様がピストン型（図８Ｂを参照して後述する）に近づくこととなる。以下、これについて、図５Ａ、図５Ｂを参照し、圧電アクチュエータの振動の発生メカニズムと併せて説明する。

まず、圧電素子１０に電圧が印加されていない中立の状態（図４参照）から圧電素子に所定の電圧（電界）を印加すると、図５Ａの矢印ｐに示すように、圧電素子１０はその面積が広がる方向に変形する。ここで、圧電素子１０の下面（主面１０ｂ）は台座２０に拘束されているため、この拘束効果により、圧電素子１０の上面と下面との間に変形の量の差が生じ、その結果、図示するような凸型の変形モードとなる。この変形モードでは、圧電素子１０および台座２０、さらには台座２０を支持している振動膜３０が、図示上方に向かって凸となるような湾曲状態となっている。

続いて、圧電素子に上記とは逆の電界を印加すると、図５Ｂの矢印ｑに示すように、今度は圧電素子１０がその面積が減少する方向に変形する。台座２０による拘束効果により、圧電素子１０の上面と下面との間に変形量の差が生じ、その結果、図示するような凹型の変形モードとなる。この変形モードでは、上記とは逆に、圧電素子、台座、および振動膜が、図示下方に向かって凸となるような湾曲状態となっている。

本実施形態の圧電アクチュエータ５０は、上述のような凸型の変形モードと凹型の変形モードを交互に繰り返すことで、圧電素子１０、拘束部材２０、および振動膜３０が上下方向に振動する。本実施形態のアクチュエータと本発明に関連するアクチュエータ（図１参照）とを対比すると、圧電素子１０の運動が台座２０に伝達され、上下方向の振動が励起させられている点で両者は共通している。しかしながら、構成について見ると、本実施形態のアクチュエータは振動膜３０を介して台座２０（及び圧電素子１０）が支持されるようになっており、この点で両者は相違しており、この相違により下記のような作用効果が得られることとなる。すなわち、振動膜３０は、台座２０に比べて相対的に低剛性な部材で構成されていることから、より変形しやすいものとなっている。したがって本実施形態によれば、台座２０の外周部が支持部材４５に直接支持される本発明に関連する構成に比べて、より大きな振動振幅が得られるようになる。また、本実施形態の構成において、振動膜３０（図４参照）は、水平方向に延在するように（すなわち圧電素子１０の主面と平行となるように）設けられている。したがって、振動膜３０を追加したことによるアクチュエータ全体の大型化という問題も生じにくい。

また、本実施形態では、圧電素子と支持部材の輪郭形状が異なり、円形の圧電素子１０と、正方形の支持部材４５を使用している。円形の圧電素子１０が径が拡がる運動をする際のエネルギー効率は、矩形素子と比較して高いため、同じ電圧を印加した場合、本構成の方がより大きな駆動力が得られることとなる。そして、このような大きな駆動力が振動膜に伝搬することで、圧電アクチュエータの振動量が増加する。また、円形の圧電素子と正方形の支持部材から構成されているため、高次振動モードでの振動姿態が非対称となり、分割振動の際に発生する音圧ピーク減衰や、ディップの抑制が可能となり、音響特性が向上する（詳細については、後述する）。また、本実施形態によれば、正方形の支持部材を使用しているため、円形の支持部材を使用した場合と比較し、高い音圧レベル、高い落下安定性を得ることができる。すわなち、圧電アクチュエータを電子機器への実装する場合、その制約条件は面積や輪郭形状ではなく、輪郭内の最大外径であることが多く、この制約にしたがい、最大外径を同一にして円形と正方形を比較すると、対角部を有効に利用できる正方形の方が面積において優位となり、高い音圧レベルを得ることが可能となる。また、正方形形状では、振動膜の面積も大きくなっているため、落下衝撃安定も向上する。

以下に、分割振動と音響特性の関係について説明する。分割振動は、基本共振周波数以降に発生する高次の振動モードが互いに重なり合うことで形成され、放射面内に上下逆の動きをする多数の振動モードが混在するため、音圧ピークの減衰や、ディップの発生要因となる。すなわち、音響放射時に放射面内に混在した同相と逆位相の振動モードが互いに位相反転し、放射音をキャンセリングさせるため、音の減衰や、ディップが発生するメカニズムである（図６に圧電アクチュエータの音響特性を示す）。このため、円形同士の圧電素子と支持部材を組み合わせた型の圧電アクチュエータでは、中心を起点とした場合、面内のどの方向に対しても対称であるため、分割振動時には、同相、逆相の姿態が規則的に重畳するため、このキャンセリングの影響を受けやすかった（図７に分割振動の振動姿態を示す）。そこで、本実施の形態では、円形圧電素子に正方形の支持体を組み合わせることで、振動姿態を非対称性としたため、分割振動時の放射音のキャンセリングを抑制し、音響特性の改善を可能としたものである。なお、基本共振周波数以降の高周波帯域では、この分割振動により音が放射されるため、高周波数帯域での音圧レベルの改善には、分割振動の振動姿態改善による音響放射効率の改善が必要とされていた。

次に、圧電アクチュエータの振動の態様と周波数特性との関係について説明する。圧電アクチュエータを音響素子として利用すること自体は、前述した特開昭６１−１６８９７１号公報、特開２０００−１４０７５９号公報、および特開２００１−１７９１７号公報等にも開示されているところである。しかしながら、これらの文献における音響素子とは、ブザーやバイブレータを意図している。バイブレータとしてのみ用いるのであれば、単に音圧を向上させるだけでよいが、スピーカとして用いる場合には、その周波数特性までを考慮して圧電アクチュエータの振動の態様を考える必要がある。

図８Ａは、図１、図２に示したような本発明に関連する圧電アクチュエータの振動の態様を示したものであり、図８Ｂは、電磁式アクチュエータ（例えば後述する図３１Ａ、図３１Ｂ参照）の振動の態様を示したものである。図６Ａに示すように、本発明に関連する圧電アクチュエータでは、中央の振幅が最大となるような屈曲型の振動態様となっている。これに対し、電磁式アクチュエータでは、一例として符号Ａ２０で示す中央領域がほぼ平坦な状態を保ったまま、この中央領域Ａ２０が図示上下方向に往復移動するようなピストン型の振動態様となっている。音響素子としての周波数特性を良好にするためには、振動の態様を少しでもピストン型に近づけることが望ましいことが知られている。

次に、屈曲型運動とピストン型運動の特徴について説明する。本発明に関連する圧電アクチュエータで発生する屈曲型運動の振動姿態は、圧電セラミックスの中心部が最大変位屈曲点になる山形であり、中心部では大振幅を得られるものの、固定端部近傍に近づくほど、変位は相対的に減衰していく。これに対して、図９で示されるようにピストン運動の振動姿態は固定端部近傍に最大変位屈曲点（６０）を有する台形型で、固定端部近傍での振動が大きく立ち上がる特徴を持つ。これらの２つの振動姿態における振動変位量を比較すると、音響放射面内の最大振動量は屈曲型運動の方が、ピストン型運動に比べ優位であるが、音響放射面内の平均振動量は、固定端部での変位量が大きく、ピストン型運動の方が屈曲型運動に比べ優位となる。なお、通常、音圧は放射面への体積排除量で定義されることから、平均振動量が大きい方が高く、音圧レベル向上には、ピストン型の振動姿態を促進させることが好ましい。なお、ピストン型運動と屈曲型運動は、平均変位量と最大変位量との割合で定義することができ、（平均振動量）／（最大振動量）（詳細は実施例評価５で説明）で示される式で１に近づくほど、ピストン型姿態が促進されたことになる。

本実施形態に構成によれば、図４に示すように、台座２０が貼り付けられた領域がＡ２０に対応する領域となっており、その外側が、見かけ上、領域Ａ２０よりも低剛性な（すなわちより変形しやすい）接続部領域Ａ３０となっている。このため、この接続部領域Ａ３０が相対的に大きな変形を示すこととなるため、全体としての振動の態様をピストン型により近づけることが可能となる。さらに、台座が貼り付けられる領域の周辺部である領域Ａ３０が低剛性な部材で構成されているということは、台座２０を直に支持部材に接続した本発明に関連する構成と比較して、振動板（台座と振動膜との積層体を指す）の共振周波数が低くなることを意味する。そして、共振周波数が下がるということは、下記の通り、音響素子の周波数特性の改善につながる。

音響素子においては、通常、共振周波数Ｆ０以下の周波数で、十分な大きさの音圧を出すのは困難とされており、そのため、共振周波数Ｆ０以降の周波数帯のみを再生可能な音として利用する構成が採られることが多い。具体的には、圧電アクチュエータの共振周波数Ｆ０が高周波数帯域（例えば２ｋＨｚ）にあるような場合、極単に言えば、音響素子は２ｋＨｚ以上の帯域の音しか発生できないこととなる。

他方、携帯電話機等で音楽を再生する場合に必要な周波数帯域は１ｋ〜１０ｋＨｚであることが好ましい。よって、共振周波数Ｆ０が１ｋＨｚ以下である圧電アクチュエータは携帯電話機等に好適であり、特に、本実施形態のような小型化にも有利なアクチュエータであればその利用価値は非常に高いものとなる。ところが、圧電アクチュエータでは、圧電素子として剛性の高いセラミックを使用しているため振動部の共振周波数高くなり、低音を出しにくいという性質があった。なお、素子サイズを大きくすることにより、圧電素子の見かけ上の剛性を低減させ共振周波数を下げることも考えられる。しかし、既述の通り、圧電アクチュエータは例えば携帯電話機など小型の電子機器に搭載されることも多いことから、機器の大型化を防止する観点からしても、素子サイズを変えることなく低音を出やすくするように構成することが好ましい。

以上をまとめると、携帯電話機等においてより広い周波数帯域で音楽を再生するためには、圧電アクチュエータの共振周波数Ｆ０をより低いところに設定することと、所定の周波数帯域で音圧ピーク減衰とディップの抑制させること、基本共振周波数近傍以外の幅広い周波数帯域での音圧レベルを向上させることが重要であるといえる。そして、共振周波数ｆ０をより低くするためには、振動板の剛性を下げることが有効である。また、音圧ピーク減衰やディップの抑制、音圧レベルの向上については、圧電素子と支持部材を異なる輪郭形状にすることが有効である。本実施形態の構成によれば、台座２０と支持部材４５とを接続する部材が、台座よりも低剛性な振動膜３０であること、支持部材の形状を変更することで低剛性な振動フィルムが占有する面積を増やすことができ、本発明に関連する構成と比較して容易に基本共振周波数が低減することができる。さらに、圧電素子と支持部材を異なる輪郭形状することで、基本共振周波数以降の分割振動の際に発生するによる音圧ピークの減衰や、ディップを抑制し、音圧レベルを向上させることが可能となる。その結果、本実施形態の圧電アクチュエータは、広い周波数帯域で十分な振動振幅を得ることができるものとなり、音響素子として用いた場合、良好な周波数特性を実現することが可能となる。

本実施形態の圧電アクチュエータは、上記の他にも、下記のような利点を持つ。まず、圧電アクチュエータの振動特性は、台座２０の材料特性、形状、および振動膜３０の材料特性、支持体の形状を適宜変化させることによって容易に調整可能である。特に、台座の形状や、振動膜厚みの調整は、筐体のサイズ（支持部材のサイズ）を変えることなく行うことができるため、支持部材を共通部品として用いることができ、製造コストの低減にも有利である。

また、従来、圧電アクチュエータの共振周波数を下げるためには、圧電素子を薄くして対応することもあったが、本発明によれば比較的厚い圧電素子を用いたとしても、振動膜の材質および、支持部材と拘束部材との間隔を調整するだけで共振周波数を下げることが可能である。一般に、薄い圧電素子を製造するには焼成時に割れなど生じて比較的コストがかかる。これに対して、本発明によればそのような薄い圧電素子を用意する必要がないため、製造コストを抑えることが可能となる。

本発明に係る圧電アクチュエータは、電子機器（例えば、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など）の音源としても利用可能である。ところで従来、圧電素子としてセラミックスを用いる圧電アクチュエータにおいては、落下させた際に圧電素子が破損しやすいという一面があった。他方、上記のような携帯型の電子機器は、使用時にユーザが誤って機器を落下させてしまうことも多く、このことから、従来、圧電アクチュエータは携帯型の機器には適していないと考えられてきた。しかしながら、本発明の圧電アクチュエータでは、圧電素子が固定された台座２０と支持部材が４５、剛性の低い振動膜３０を介して支持されているため、仮に落下した場合であっても、その衝撃が振動膜３０の減衰により吸収され、圧電素子の破損が生じにくいものとなっている。したがって、携帯型の電子機器に対しても好適に利用することが可能である。

（第２の実施形態）
本発明の圧電アクチュエータは、上記実施形態に示したものに限らず図１０Ａ、図１０Ｂに示すような構成であってもよい。図１０Ａは第２の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す上面図であり、図１０Ｂは該アクチュエータの縦断面図である。図１０Ａ、図１０Ｂの圧電アクチュエータ５７では、楕円形状の支持部材４６ｃ、振動膜３１ｃが使用されている。その他の構成については第１の実施形態と同様である。このように、本発明では支持部材の輪郭形状は、圧電素子の輪郭形状が異なれば、特に限定されるものではなく、円形であってもよいし、矩形であってもよい。さらには、多角形であってもよい。特に、楕円形の支持部材を使用した場合は、音響素子として充分な振動振幅を得ることができるうえに、長径方向と短径方向とのバランスを調整することで、機器実装時でのサイズや形状上の制約を緩和させる。また、隙間スペースなどへの実装も容易にするため、小型アクチュエータとして利用価値は高い。

（第３の実施形態）
本発明の圧電アクチュエータは、上記実施形態に示したものに限らず図１１Ａ、図１１Ｂに示すような構成であってもよい。図１１Ａは第３の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す上面図であり、図１１Ｂは該アクチュエータの縦断面図である。図１１Ａ、図１１Ｂの圧電アクチュエータ５６では、正方形に形成された圧電素子１２と、円形の支持部材４８が使用されており、圧電素子１２、振動膜３４、支持部材４８は、第１の実施形態の圧電素子１０、振動膜３０、支持部材４５の輪郭形状のみを変更したものであり、その材質や基本的構造については第１の実施形態と同様である。例えば、圧電板の上下面にそれぞれ上部電極層と下部電極層とが形成されている点については、上記実施形態と同様である。その他の構成については第１の実施形態と同様である。

このように、本発明では圧電素子と支持体の輪郭形状が異なれば、支持体の輪郭形状は特に限定されるものではなく、圧電素子の輪郭形状は、円形であってもよいし、矩形であってもよい。さらには、楕円形や多角形であってもよい。特に、正方形の圧電素子は、円形の圧電素子と同様に対称性が高いため、伸縮運動（径拡がり運動）する際のエネルギー効率が高く、長方形や楕円形の素子に比べ大きな駆動力が得られることとなる。そして、大きな駆動力を得ることで、高い音圧レベルを得ることが出来る。また、正方形を含む矩形の圧電素子は、円形の圧電素子と比較して製造加工が容易で、切断による成形時の歩留まりがよく、製造コストの点で有利である。

（第４の実施形態）
本発明の圧電アクチュエータは、上記実施形態に示したものに限らず図１２Ａ、図１２Ｂに示すような構成であってもよい。図１２Ａは第４の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す分解斜視図であり、図１２Ｂは該アクチュエータの縦断面図である。

図１２Ａ、図１２Ｂの圧電アクチュエータ５２では、中央に開口部３２ａが形成された振動膜３２が使用されている。その他の構成については第１の実施形態と同様である。開口部３２ａは円形であり、圧電素子１１や台座２１と同一中心となるように形成されている。開口部３２ａが形成されていることにより、台座２１は、その裏面（図示下面）の外周付近のみが振動膜３２により支持されることとなる。別な言い方をすれば、台座２１の裏面は、開口部３２ａに対応する領域が露出した状態となっている。

上記のように構成された本実施形態の圧電アクチュエータ５２であっても、圧電素子１１を駆動源として上記実施形態同様に振動動作を行う。ここで、台座２１はその外周部のみが支持される構成となっており、開口部３２ａのところでは振動膜３２による拘束を受けないため、台座２１がより屈曲変形し易くなり、ひいてはアクチュエータの振動振幅がより増大することとなる。また、このように振動板（台座と振動膜との積層体を指す）の見かけ上の剛性が低下するということは、アクチュエータの共振周波数が下がることを意味し、音響素子の周波数特性が改善される点で好ましい。

上記のような、開口部３２ａによる作用効果に鑑みれば、開口部３２ａの面積が大きくなるにしたがって、台座２１がより屈曲変形し易くなり、ひいてはアクチュエータの共振周波数も低減すると言える。なお、開口部３２ａの形状は、円形に限らず矩形または多角形であってもよい。また、上記実施形態のように１つの開口部だけでなく、複数の開口部が設けられていてもよい。

（第５の実施形態）
本発明の圧電アクチュエータは、さらに、上記実施形態に示したものに限らず図１３、図１４に示すような構成であってもよい。図１３は、第５の実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す上面図であり、図１４は、該アクチュエータに用いられる台座単体を示す上面図である。

図１３、図１４に示すように、圧電アクチュエータ５１ａでは、台座２１Ａの外周側に複数の梁２１ａが形成されている。その他の構成については第１の実施形態と同様である。梁２１ａは、円形の輪郭を有する本体部２１ｂの外周縁に複数本形成されている。梁２１ａはいずれも同形状であり、本体部２１ｂの中心から半径方向外側に向かって放射状に延在している。

台座２１Ａは、梁２１ａと本体部２１ｂとが一体となった単一部材であり、また、図示は省略するが、梁２１ａは本体部２１ｂと同一面内にまっすぐに延在している。すわなち、梁２１ａは、台座２１Ａの外周部に、圧電素子１０が台座２１Ａに貼り付けられる面と平行な面内で外側に向かって延びるように複数形成されている。

台座２１Ａの材質は第１の実施形態のものと同一であり、また、本体部２１ｂの輪郭形状は圧電素子１０の輪郭形状と同じである。本体部２１ｂの上面には、圧電素子１０の下部電極層が接合され、これにより、圧電素子１０が台座２１Ａにより拘束されることとなる。

梁２１ａの本数は特に限定されるものではない。図１５の圧電アクチュエータ５１ｂでは４本の梁２１ａが形成され、図１６のアクチュエータ５１ｃでは１２本の梁２１ａが形成されている。いずれの圧電アクチュエータ５１ａ〜５１ｃにおいても、梁２１ａは等間隔（周方向に関して梁同士の間隔が同じであることを意図する）で形成されている。また、各梁２１ａは、図１４等に示すように梁幅Ｗ２１が一定であってもよいし、あるいは、梁の先端に向かって梁幅Ｗ２１が徐々に狭まるような先細り形であってもよい。再び図１３、図１４を参照する。上記のように梁２１ａが形成された台座２１Ａは、振動膜３０の表面に、第１の実施形態と同様に接着剤を介して接合される。この状態では、梁２１ａの先端が支持部材４５の内周面に接しないようになっている（つまり、梁２１ａの先端と支持部材の内周面との間には所定の間隔があけられている）。

上述したような、梁２１ａを備えた圧電アクチュエータ５１ａ〜５１ｃであっても、その動作原理は第１の実施形態と同様である。すなわち、圧電素子１０の上部電極層および下部電極層に交流電界を印加すると圧電素子１０は伸縮運動を行う。電界の向きに応じて圧電素子１０による伸縮運動が交番的に繰り返され、台座２１Ａの拘束効果により、振動が励起される。この際、本体部２１ｂが上下方向に振動し、その動きが複数の梁２１ａに伝達される。梁２１ａは、その先端が支持部材に直接接続されるのではなく、振動膜３０を介した状態で接続されているため、第１の実施形態と同じように振動膜３０による振動増幅効果が期待される。

特に、梁２１ａ付近の領域では、破線２１ｂ’に示す円を外径とするような、梁が形成されていない台座と比較して、台座２１Ａの見かけ上の剛性が低下している。よって、台座外周部がより変形し易くなると共に、振動膜の振動をより誘起することができるため、圧電アクチュエータの振動振幅がより増大することとなる。本実施形態のアクチュエータでは、梁の変形が相対的に大きく、圧電体支持部の変形は相対的に小さいため、図８Ａに示したような振動態様ではなく、図８Ｂのようなピストン型の振動態様を得やすい。このため、圧電体に大きな変形や歪を与えることなく、圧電素子を上下方向に大きく往復運動させることができる。

なお、上記構成において、梁２１ａと本体部２１ｂとを別部材として設けることも可能であり、さらには、これら２つの部材２１ａ、２１ｂは同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。また、１枚のシート状部材から上記台座２１Ａを形成する場合、プレス加工による打抜きを行ってもよい。

（第６の実施形態）
本発明の圧電アクチュエータは、上記実施形態に示したものに限らず図１７に示すような構成であってもよい。図１７の圧電アクチュエータ５５では、湾曲部３３ｂを備えた振動膜３３が使用されている。その他の構成については第１の実施形態と同様である。

振動膜３３は、台座２０の裏面を支持する平坦な中央部３３ａと、該中央部３３ａの外側に形成された湾曲部３３ｂとを有している。図示は省略するが、上面側から見た中央部３３ａの輪郭形状は円形であり、湾曲部３３ｂの輪郭形状は、該中央部３３ａと同心のトーラス状となっている。

このように湾曲部３３ｂが形成されていることにより接続部領域Ａ３０における振動膜のストロークが長尺化し、これにより振動膜が低剛性化する。その結果、振動膜がより変形し易くなり、共振周波数が低減すると共に、より大きな振動振幅が得られるようになる。

上記に言う「湾曲部」とは、振動膜の一部を立体的に湾曲させた構造部を意図するものであり、したがって、図１４に示すような断面半円状の湾曲部３３ｂの他にも、例えば、波形形状が連続するような断面の構造部も含まれる。

なお、上記第１〜第３、第５〜第６の実施形態では、開口部が形成されていない振動膜３０、３２、３３が使用されていたが、これに限定されるものではない。例えば、振動膜３３（図１７参照）に、第４の実施形態で説明したような開口部が形成されていてもよい。また、当然ながら、各実施形態（下記第７，８の実施形態も含み）の構成同士を適宜組み合わせることも可能である。

（第７の実施形態）
以上、圧電素子１０が台座の一方の面に固定された構成を例に挙げて説明してきたが、本発明の圧電アクチュエータはそれに限定されるものではない。図１８に示すような、バイモルフ型の圧電素子１１を搭載した構成とすることも可能である。

バイモルフ型圧電素子１１は、第１の実施形態同様の台座２０の両面に、圧電素子１１Ａおよび圧電素子１１Ｂがそれぞれ貼り付けられたものである。このように構成された圧電素子１１は、一方の圧電素子１１Ａが伸びると他方の圧電素子１１Ｂが縮み、他方の圧電素子１１Ｂが伸びると一方の圧電素子が縮むといった動作を交番的に行うものである。このような構成によれば、上記したような１枚型の圧電素子と比較して大きな駆動力を得ることが可能となる。

バイモルフ型の圧電素子１１においては、圧電素子１１Ａ、１１Ｂが、一方が伸び他方が縮むような動作を行うものであれば（要するに、互いに逆の動作を行うような２枚の素子からなるものであれば）、各圧電素子の分極方向は特に限定されるものではない。例えば、両方の圧電素子の分極方向がいずれも同一方向（例えば図示上向き）に揃っていてもよい。なお、バイモルフ型の素子を利用する場合、図１８に示すように、開口部が形成された振動膜３１’を用いるようにしてもよい。あるいは、開口部がない振動膜３０を用い、振動膜を介在させた状態で、圧電素子１１Ｂを圧電素子１１Ａの反対側に貼り付けるようにしてもよい（これについては後述する〔実施例１０〕参照）。圧電素子についてさらに言えば、圧電素子はそれ自体が積層構造になっているものであってもよい。これについて図１９を参照して説明する。図１９に示す圧電素子１２は、圧電材料からなる圧電板１３ａ〜１３ｅが５層に積層された多層構造である。圧電板同士の間には電極層（導体層）１４ａ〜１４ｄが一層ずつ形成されている。各圧電板１３ａ〜１３ｅの分極方向は一層ごとに逆向きとなっており、また、電界の向きも交互に逆向きとなるように構成されている。このような積層構造の圧電素子１２によれば、電極層間に生じる電界強度が高いため、圧電板の積層数に応じた分だけ、圧電素子全体としての駆動力が向上したものとなっている。図１９の圧電素子１２は、例えば図３の圧電素子１０の代わりとして利用することができる。

（第８実施形態）
本発明の圧電アクチュエータは、台座外周部と支持体との間の振動膜介在部Ａの撓み量δ（ｍ）は下記のように算出できる。なお、台座外周部と支持体内径部との間の振動膜介在部Ａは、図２０で示されるように、符号３０ａで示される振動膜介在部Ａは、台座２０の外周部２０ｃと、支持部材４５の内周部４５ａとの間にある振動膜で構成される介在部位であり、この振動膜介在部Ａの撓み量δ（ｍ）は、下記算出式（１）から算出される。本発明における振動膜介在部Ａの撓み量の算出方法について以下に説明する。図２１は、本発明の圧電アクチュエータの模式的な断面図であり、図２２は、図２１のＸ１で示される領域を拡大した図である。下記算出式（１）は、図２２で示されるような振動膜介在部を片持ち梁構造とした式であり、ここでの片持ち構造は図２２で示されるように、振動膜介在部の一方の端は支持体に連結することで固定端部８２を形成し、もう一方の端は自由端８３である構造である。そして、上記自由端の先端部に、規定された荷重８０を加えることで、撓み量を算出することができる。また、算出式（１）中、Ｌは圧電素子径方向に対する振動膜介在部の長さ、厚みｈは振動膜材質の厚み、Ｅは振動膜材料の縦弾性係数である（図３参照）。そして、本実施形態では、荷重量を荷重は１Ｎ（Ｎ／ｍ^２）とし、梁部の幅を０．００１ｍに規定して計算した。なお、本来、本発明の圧電アクチュエータ形状における振動膜介在部の撓み量の算出は、図３に示されるようなトーラス状の平面形状を考慮して行うが、算出式（１）では、厚み、振動膜材質の縦弾性係数、介在部長さの変化が累乗で影響をあたえるのに対して、平面面積による影響は小さく、平面形状が矩形形状でも近似が可能であり、本実施形態では幅０．００１ｍｍの長方形形状として、撓み量を算出した。

（算出式１）
撓み量（δ）
δ ＝ （Ｗ・Ｌ^３）／（３・Ｅ・Ｉ） ・・・・・（撓み量式 式１）
Ｌ：台座外周部から支持体間の長さ （ｍ）
Ｅ：振動膜材料の縦弾性係数 （Ｎ／ｍ^２）
Ｗ：荷重 （Ｎ）
Ｉ：慣性モーメント （ｍ^４）
Ｉ ＝ （ｂ・ｈ^３）／ １２ ・・（慣性モーメント式 式２）
ｂ：幅 ０．００１（ｍ）
ｈ：厚み（ｍ）
以下に例として、図２４で示される形状の振動膜介在部での撓み量を算出する。Ｌは振動膜介在部の長さで０．００１ｍ（１ｍｍ）、縦弾性係数（材質：ウレタン）は４．０×１０^８（Ｎ／ｍ^２）、振動膜の厚みｈは８×１０^−５（ｍ）（８０μｍ）、規定値であるｂ：０．００１ｍ（１ｍｍ）、規定値である荷重Ｗ：１Ｎを代入して算出すれば、撓み量δは０．０１９５ｍとなる。

本実施形態の圧電アクチュエータでは撓み量δ（ｍ）を０．００１〜５の範囲になるように選択することで、ピストン型の振動姿態を得ることができる。振動の節になる振動膜介在部の撓み量δが所定の範囲に調整することで、振動を発生する際に、バネ外周部と振動膜（２０ｃ）との接合部、もしくはバネ台座部（２０）に応力が集中し、最大変曲点位置となる（図９参照）。このように最大変曲点が固定端部近傍に形成されることで、ピストン型の振動姿態が促進される。一方、撓み量δが０．００１より小さい場合は、応力が支持体外周部、圧電セラミックス中心部に集中するため、セラミックス中心部が最大変曲点になり、屈曲型の振動姿態が発生する。また、撓み量δが５より大きい場合は、振動発生の際に、台座周辺部に応力が集中するもの、振動膜の剛性が低いため、振動膜に伝播された発生量が減衰し、充分な振動変位量が得られなく、その振動姿態は圧電セラミック近傍部のみで屈曲運動を生じる自由端型屈曲運動となる。上記のように、振動膜介在部Ａの撓み量が所定の範囲に調整することとで、ピストン型の運動姿態が促進され、従来にある山形の運動姿態を有する圧電アクチュエータと比較して、音響放射面内の平均振動量が高いため音圧レベルが高く、音響素子用圧電アクチュエータとして実現することが可能となる。

本発明の圧電アクチュエータの特性評価を下記実施例、比較例１〜４によって行い、本発明の効果を評価した。以下に評価項目を示す。
（評価１）基本共振周波数の測定：交流電圧１Ｖ入力時の基本共振周波数を測定した。
（評価２）最大振動速度振幅：交流電圧１Ｖ印加、共振時の最大振動速度振幅Ｖｍａｘ（図８Ａ、図８Ｂを参照）を測定した。
（評価３）平均振動速度振幅：図２５に示すように、圧電素子の長手方向に均一に分割された測定点２０点において振動速度振幅を測定し、これらの平均値を算出した。
（評価４）振動膜介在部の撓み量の算出。下記式より、撓み量を算出した。なお、下記の式中、荷重は１Ｎ（Ｎ／ｍ^２）、幅ｂを０．００１ｍ（慣性モーメント式）に規定して計算する（計算方法の詳細は第８の実施形態を参照）。

（算出式１）
撓み量（δ）
δ ＝ （Ｗ・Ｌ^３）／（３・Ｅ・Ｉ） ・・・・・（撓み量式 式１）
Ｌ：台座外周部から支持体間の長さ
Ｅ：振動膜材料の縦弾性係数 （Ｎ／ｍ^２）
Ｗ：荷重 （Ｎ）
Ｉ：慣性モーメント （ｍ^４）
慣性モーメント（Ｉ）
Ｉ ＝ （ｂ・ｈ^３）／ １２ ・・・（慣性モーメント式 式２）
ｂ：幅 ０．００１（ｍ）
ｈ：厚み（ｍ）
（評価５）振動形態：図８Ａ、図８Ｂに示すように、「振動速度比」を平均振動速度振幅Ｖｍ／最大速度振幅Ｖｍａｘと定義し、この振動速度比の値に基き振動の形態を判別した。すなわち、振動速度比が小さいときには図８Ａに示すような屈曲運動（山型運動）となり、振動速度比が大きいときには図８Ｂに示すような往復運動（ピストン型運動）となることから、本実施例では、そのしきい値を振動速度比＝０．８として、振動速度比が０．８未満のときには屈曲運動、０．８以上のときにはピストン型運動であると判別した。

（評価６）音圧レベルの測定：交流電圧１Ｖ入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。なお、この所定距離は、特に明記しない限り１０ｃｍであり、測定周波数は、１ｋＨｚ、３ｋＨｚ、５ｋＨｚ、１０ｋＨｚとした。
（評価７）落下衝撃試験：圧電アクチュエータを搭載した携帯電話を５０ｃｍ直上から、５回自然落下させ、落下衝撃安定性試験を行った。具体的には、落下衝撃試験後の割れ等の破壊を目視で確認し、さらに、試験後の音圧特性を測定した。その結果、音圧レベル差（試験前の音圧レベルと試験後の音圧レベルとの差のことを指す）が３ｄＢ以内を○とし、３ｄＢ以上を×とした。

なお、以下に説明する各実施例に係る圧電アクチュエータの構造（形状・材質等）、および評価結果については表１〜表６に示す。

支持部材形状の評価

台座形状、バイモルフ構造の評価

バイモルフ構造、振動膜材質、接着剤材質の検討

圧電素子材料、積層構造の検討、支持部材材質の評価

圧電素子配置位置、台座形状の評価

機器搭載での評価

（実施例１）
実施例１として、図１８に示すような、台座上面に圧電素子１１が貼り付けられた第１の実施形態（図３、図４も参照）の圧電アクチュエータ５１を作製した。本質的な相違ではないが、本実施例では、振動膜３１が支持部材４６の下面に貼付けられた構成となっている。

各部の具体的な構成は以下の通りである。
圧電素子１１ ：外径＝φ１６ｍｍ、厚み＝５０μｍ（０．０５ｍｍ）の圧電板の両面に、それぞれ厚み８μｍの上部電極層および下部電極層を形成した。
台座２１ ：外径＝φ１８ｍｍ、厚み＝３０μｍ（０．０３ｍｍ）のリン青銅を使用した。
振動膜３１ ：外径＝２１×２１ｍｍ、厚み＝８０μｍのウレタン製の膜を使用した。
支持部材４６ ：外径＝２１×２１ｍｍ、枠抜き部内径＝２０×２０ｍｍ、厚み＝１．５ｍｍのＳＵＳ３０４を使用した。

圧電素子１１、台座２１は同心円状の配置とした。圧電板には、ジルコン酸チタン酸鉛系セラミックを用い、電極層には銀／パラジウム合金（重量比７０％：３０％）を使用した。この圧電素子の製造はグリーンシート法で行い、大気中で１１００℃−２時間にわたって焼成し、その後、圧電材料層に分極処理を施した。圧電素子１１と台座２１の接着、台座２１と振動膜３１の接着、および支持部材４６と振動膜３１との接着は、いずれもエポキシ系接着剤を用いて行った。
〔結果〕
基本共振周波数 ：８５４Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２１５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８３
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８８ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９５ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記の結果より明らかのように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、振動振幅が大きく、ピストン型の振動姿態をとることが実証された。また、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で８０ｄＢを超える音圧レベルを有し、ディップもない良好な音響特性を有することが実証された（図２７に示す実施例１の音響特性図を参照）。また、圧電アクチュエータ厚み（支持部材４６の厚み）は１．５ｍｍであり、十分な薄型化がなされていた。

（比較例１）
比較例１として、図２８に示すような、台座外周部が支持部材に直接接合された本発明に関連する圧電アクチュエータを作製した。この圧電アクチュエータ５５０は図１に示したものと同様の構成を有する。なお、圧電素子５１０、台座５２０、および支持部材５４５は、上記実施例１の圧電素子１１、台座２１、および支持部材４６と同一の材質で構成されている。

各部の具体的な構成は下記の通りである。圧電素子５１０ ：実施例１の圧電素子１１と同じ
台座５２０ ：外径＝φ２１ｍｍ（（厚み・材質は、実施例１の台座２１と同じ））
支持部材５４５ ：実施例１の支持部材４５と同じ
圧電素子５１０、台座５２０、および支持部材５３０は同心円状の配置とした。
〔結果〕
共振周波数 ：１４１８Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：４７ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．３１
振動姿態 ：屈曲型
落下衝撃安定 ：×

（実施例２）
実施例２として、図２９Ａ、図２９Ｂに示すような、第４の実施形態型（図１２も参照）の圧電アクチュエータ５２を作製した。本実施例の圧電アクチュエータ５２は、振動膜３２に開口部３２ａが形成されている。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例１と同じ
台座２１ ：実施例１と同じ
振動膜３２ ：外径＝２１×２１ｍｍ、内径（開口部径）＝φ１７ｍｍ（厚み・材質は、実施例１の振動膜３０と同じ）
支持部材４６ ：実施例１と同じ
開口部３２ａは、振動膜３２の中心に形成した。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８７５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２４５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８６
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：９１ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９８ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９３ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、実施例１に比べて、基本共振周波数での振動振幅も大きく、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルが高いことが実証された。

（実施例２ａ）
実施例２ａとして、以下の圧電アクチュエータを作製した。本実施例の圧電アクチュエータは、図３０Ａ、図３０Ｂで示すような実施例２の備える振動フィルムの接合位置が異なり、その他の構成は第１の実施例と同じである。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８７０Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２４０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８７
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：９０ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９７ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９３ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、実施例２と同等の特性を有しており、振動膜の接合位置が台座上部、下部に関わらず、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例３）
実施例３として、図３１Ａ、図３１Ｂに示すような圧電アクチュエータを作製した。本実施例の圧電アクチュエータ５３は、長方形の振動膜３３ａと、支持部材４７ａを備え、その他の構成は第１の実施例と同じである。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例１と同じ（実施例３と同じ）
台座２１ ：実施例３と同じ
振動膜３３ａ ：外径＝２１×２５ｍｍ、厚み＝８０μｍのウレタン製の膜を使用した。
支持部材４７ａ ：外径＝２１×２５ｍｍ、枠抜き部内径＝２０×２４ｍｍ、厚み＝１．５ｍｍのＳＵＳ３０４を使用した。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８１５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２０５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８２
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８２ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：１０５ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：１０１ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、基本共振周波数が実施例１よりもさらに低減し、また、５ｋＨｚ以降の周波数帯域での音圧レベルが高いことが実証された。

（実施例４）
実施例４として、図３２Ａ、図３２Ｂに示すような圧電アクチュエータを作製した。本実施例の圧電アクチュエータ５４は、楕円形の振動膜３４ｂ、支持部材４７ｂを備え、の形状が長方形であり、その他の構成は第１の実施例と同じである。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例１と同じ（実施例３と同じ）
台座２１ ：実施例３と同じ
振動膜３３ｂ ：外径＝短径２１×長径２５ｍｍ、厚み＝８０μｍのウレタン製の膜を使用した。
支持部材４７ｂ ：外径＝短径２１×長径２５ｍｍ、枠抜き部内径＝短径２０×長径２４ｍｍ、厚み＝１．５ｍｍのＳＵＳ３０４を使用した。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８２５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２１０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８１
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８９ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：１０２ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９７ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、基本共振周波数が実施例１よりもさらに低減し、また、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルが高いことが実証された。

（実施例５）
実施例５として、図３３Ａ、図３３Ｂに示すような圧電アクチュエータを作製した。本実施例の圧電アクチュエータ５５は、実施例１で備える振動膜、支持部材の形状を変形させたものであり、その他の構成は第１の実施例と同じである。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例１と同じ（実施例３と同じ）
台座２１ ：実施例１と同じ
振動膜３１ｂ ：外形＝正方形（外形＝２１×２１ｍｍ）の４隅がＲ形状、厚み＝８０μｍのウレタン製の膜を使用した。
支持部材４６ｂ ：外形＝正方形（外形＝２１×２１ｍｍ）の４隅がＲ形状、内径＝正方形（外形＝２０×２０ｍｍ）の４隅がＲ形状、厚み＝８０μｍのウレタン製の膜を使用した。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８６５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２０５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８２
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９２ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８８ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、実施例１と同等の基本共振周波数と振動振幅を有し、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルが高いことが実証された。

（実施例６）
実施例６として、図３４Ａ、図３４Ｂに示すような圧電アクチュエータを作製した。本実施例の圧電アクチュエータ５６は、正方形の圧電素子１２、正方形の台座２２、円形の振動膜３４、円形の支持部材４８を備えるもので、各部の具体的な構成は以下の通りである。
圧電素子１２ ：外径＝１６×１６ｍｍ、厚み＝５０μｍ（０．０５ｍｍ）の圧電板の両面に、それぞれ厚み８μｍの上部電極層および下部電極層を形成した。
台座２２ ：外径＝１８×１８ｍｍ、厚み＝３０μｍ（０．０３ｍｍ）のリン青銅を使用した。
振動膜３４ ：外径＝φ２１ｍｍ、厚み＝８０μｍのウレタン製の膜を使用した。
支持部材４８ ：外径＝φ２１ｍｍ、枠抜き部内径＝φ２０ｍｍ、厚み＝１．５ｍｍのＳＵＳ３０４を使用した。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８２０Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２０５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８３
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９２ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、共振周波数が実施例１よりも低く、また、１〜１０ｋＨｚ帯域で、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例７）
実施例７として、図３５Ａ、図３５Ｂに示すような、第５の実施形態型（図１３も参照）の圧電アクチュエータを作製した。本実施例の圧電アクチュエータ５１ａは、台座２１に８本の梁２１−１を設けたものである。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例１と同じ
台座２１ａ ：厚み・材質は、実施例１の台座２０と同じ
梁２１−１ ：放射状かつ等間隔で８本／各梁２１−１は梁幅２ｍｍ（一定幅）、長さ１ｍｍ
本体部２１−２：外径＝φ１８ｍｍ
振動膜３１ ：実施例１と同じ
支持部材４６ ：実施例１と同じ

〔結果〕
基本共振周波数 ：８２５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２７５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８４
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：９０ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９７ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９２ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、基本共振周波数が実施例１よりもさらに低減し、また、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルが高いことが実証された。

（実施例８）
実施例８として、図３６Ａ、図３６Ｂに示すような圧電アクチュエータを作製した。本実施例の圧電アクチュエータ５１ｂは、上記実施例７の変形例として構成したものであり、振動膜３１に代えて、開口部３２ａが形成された振動膜３２を備えている。その他の構成は第７の実施例と同じである。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例１と同じ
台座２１ａ ：実施例７と同じ
振動膜３２ ：外径＝φ２２ｍｍ、内径（開口部径）＝φ１７ｍｍ、（厚み・材質は、実施例９の振動膜３１と同じ）
支持部材４６ ：実施例１と同じ
開口部３２ａは、振動膜３２の中心に形成した。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８５５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：３１０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８６
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８８ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：９５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：１０３ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９９ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、基本共振周波数が実施例１よりもさらに低減し、また、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルが高いことが実証された。

（実施例９）
実施例９として、図３７に示すようなバイモルフ型の圧電アクチュエータ５１ｃを作製した。本実施例の圧電アクチュエータ５１ｃは、実施例１の圧電アクチュエータ５１（図２６Ａ、図２６Ｂ参照）の振動膜３１の裏面に、追加の圧電素子１１Ｂを配すことでバイモルフ型としたものである。つまり、圧電素子１１ｂは、図示するように振動膜３１を介在させた状態で台座２１の下面側に取り付けられている。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１Ａ ：実施例１の圧電素子１０と同じ
圧電素子１１Ｂ ：基本的な構成は圧電素子１１と同じ（ただし、圧電素子１１Ａとは逆の動作をするように構成されている。）
台座２１ ：実施例１と同じ
振動膜３１ ：実施例１と同じ
支持部材４６ ：実施例１と同じ

〔結果〕
基本共振周波数 ：８９７Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：３６０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８３
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：９１ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：９３ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：１１０ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：１０７ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、実施例１よりも、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルが高いことが実証された。

（実施例１０）
実施例１０として、図３８に示すような第７の実施形態（図１８も参照）の圧電アクチュエータを作製した。本実施例の圧電アクチュエータ５１ｄでは、振動膜に開口部が形成されており、台座２１の両面に圧電素子１１Ａ、１１Ｂが直接貼り付けられている。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１Ａ ：実施例１の圧電素子１１と同じ
圧電素子１１Ｂ ：基本的な構成は圧電素子１１と同じ（ただし、圧電素子１１Ａとは逆の動作をするように構成されている。）
台座２１ ：実施例１と同じ
振動膜３２ ：実施例２と同じ（開口部が形成されている）
支持部材４６ ：実施例１と同じ

〔結果〕
基本共振周波数 ：９１５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：４０５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８３
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：９４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：１０８ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：１１５ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、実施例１よりも、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルが高いことが実証された。

（実施例１１）
実施例１１として、次のような圧電アクチュエータを作製した（不図示）。この圧電アクチュエータは、実施例１０で使用した圧電素子１１Ｂの厚みを変更したもので、圧電素子１１Ａと圧電素子１１Ｂとの厚みを異なる構成にしたものである。その他の構成は実施例１０の圧電アクチュエータと同一である。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１Ａ ：実施例１の圧電素子１１と同じ
圧電素子１１Ｂ ：外径＝φ１６ｍｍ、厚み＝１００μｍ（０．０１ｍｍ）の圧電板の両面に、それぞれ厚み８μｍの上部電極層および下部電極層を形成した。（ただし、圧電素子１１Ａとは逆の動作をするように構成されている。）
台座２１ ：実施例１と同じ
振動膜３２ ：実施例２と同じ（開口部が形成されている）
支持部材４６ ：実施例１と同じ

〔結果〕
基本共振周波数 ：９５５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：３８５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８４
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：９３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：１０８ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：１１５ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、実施例１よりも、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルが高いことが実証された。

（実施例１２）
実施例１２として、図３９に示すような圧電アクチュエータ５１ｆを作製した。この圧電アクチュエータは、実施例１０の圧電素子１１Ｂとの接合位置を変更したもので、圧電素子１１Ａと、圧電素子１１Ｂを同心円状外に配置することで、対称性を崩したことを特徴とする。その他の構成は実施例１０の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：９１５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２２０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８１
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：１０５ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９３ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。
（実施例１３）
実施例１３として、図４０に示すような第６の実施形態型（図１７も参照）の圧電アクチュエータを作製した。本実施形態の圧電アクチュエータ５１ｅは、実施例１の圧電アクチュエータの振動膜形状を変更したものである。すなわち、台座外周部と支持部材内周部との隙間に湾曲部３１ａを設けたものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例１と同じ
台座２１ ：実施例１と同じ
振動膜３１ ：外径＝φ２１ｍｍ、枠内抜き取り部内径＝φ１７ｍｍ（厚み・材質は、実施例１の膜３１と同じ）
湾曲部３１ａ：曲率半径ｒ＝６ｍｍ
支持部材４６ ：実施例１と同じ

〔結果〕
基本共振周波数 ：７７５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２２０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８１
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８１ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９３ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、共振周波数が実施例１よりも低く、また、１〜１０ｋＨｚでの８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例１４）
実施例１４として、次のような圧電アクチュエータを作製した（不図示）。この圧電アクチュエータは、実施例１の圧電アクチュエータ５１の振動膜３１の材質を変更（ウレタン→ＰＥＴ）したものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例１と同じ
台座２１ ：実施例１と同じ
振動膜３１ ：形状は実施例１と同じ。厚み＝５０μｍのＰＥＴを使用。
支持部材４６ ：実施例１と同じ

〔結果〕
基本共振周波数 ：８８５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２３０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８２
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９５ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例１５）
実施例１５として、次のような圧電アクチュエータを作製した（不図示）。この圧電アクチュエータは、実施例１の圧電アクチュエータ５１の台座２１の材質を変更し、かつ、振動膜３１にＰＥＴ膜を使用したものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例１と同じ
台座２１ ：形状は実施例１と同じ。厚み＝４０μｍの４２アロイを使用した。
振動膜３１ ：厚み＝５０μｍのＰＥＴを使用した。
支持部材４６ ：実施例１と同じ

〔結果〕
基本共振周波数 ：８６５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２２０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８３
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９２ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例１６）
実施例１６として、次のような圧電アクチュエータを作製した（不図示）。この圧電アクチュエータは、実施例１で使用した接着剤の材質をアクリル系接着に変更したものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８４１Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２０５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８３
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８２ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９３ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８８ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例１７）
実施例１７として、次のような圧電アクチュエータを作製した（不図示）。この圧電アクチュエータは、実施例１で使用した支持部材４６の材質を真鍮に変更したものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８５０Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２１５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８４
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：８９ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９０ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例１８）
実施例１８として、次のような圧電アクチュエータを作製した（不図示）。この圧電アクチュエータは、実施例１で使用した支持部材４６の厚みを１ｍｍに変更したものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８４８Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２１０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８２
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８２ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９０ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８９ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例１９）
実施例１９として、次のような圧電アクチュエータを作製した（不図示）。この圧電アクチュエータは、実施例１で使用した圧電板１１をチタン酸バリウム系セラミックに変更したものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：９１５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２２０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８４
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９２ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例２０）
実施例２０として、次のような圧電アクチュエータを作製した（不図示）。この圧電アクチュエータは、実施例１の圧電板で使用した電極材料を銀に変更したものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８６５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２１０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８４
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９４ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８８ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例２１）
実施例２１として、次のような圧電アクチュエータを作製した（不図示）。この圧電アクチュエータは、実施例１で使用した圧電板での電極厚みを５μｍに変更したものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８４５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２２０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８７
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９３ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８９ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例２２）
実施例２２として、次のような圧電アクチュエータを作製した（不図示）。この圧電アクチュエータは、実施例１で使用した圧電板を積層型セラミック素子に変更したものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。なお、実施例２２での積層型セラミックス素子は、図４１で示されるように、圧電層と電極層が交互に積層されたもので、厚み５０μｍの圧電層３層に、３μｍの電極層４層を交互に積層した構成である。圧電層材料として、ジルコン酸チタン酸鉛系セラミックス，電極材料として銀パラジウム合金（重量比７０％：３０％）を用いた。

〔結果〕
基本共振周波数 ：９０５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２５０ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８１
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８８ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９９ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９３ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例２３）
実施例２３として、次のような圧電アクチュエータを作製した。この圧電アクチュエータは、図４２で示すような、実施例１で使用した圧電板の配置位置を変更したもので、支持部材と圧電素子の中心位置を同心外にすることにより、対称性を変更させたものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：９０５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２０５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８１
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９１ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例２４）
実施例２４として、次のような圧電アクチュエータを作製した。この圧電アクチュエータは、図４３で示すような、実施例１で使用した台座形状を変更し、台座形状により、対称性を変更させたものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：９４５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２３５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８４
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：８８ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９３ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例２５）
実施例２５として、次のような圧電アクチュエータを作製した。この圧電アクチュエータは、図４４で示すような、実施例１で使用した台座形状を変更し、台座形状により、対称性を変更させたものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：９０５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２１５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８１
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８８ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例２６）
実施例２６として、次のような圧電アクチュエータを作製した。この圧電アクチュエータは、図４５で示すような、実施例１で使用した台座形状を変更し、台座形状により、対称性を変更させたものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８８０Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２０５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８３
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８２ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９９ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：１０７ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（比較例２）
比較例２として、図４６に示されるような圧電アクチュエータ５５０’を作製した。この圧電アクチュエータは、比較例１（図２８参照）のアクチュエータの台座５２０裏面に振動膜５３０（実施例１の膜３１と同じ）を貼り付けたものである。よって、振動膜５３０以外の構成は比較例１と全く同じである。

〔結果〕
共振周波数 ：１４９８Ｈｚ
音圧レベル ：６９ｄＢ
次に、音響素子を携帯電話機に搭載した例について、実施例１４〜１７および比較例４を参照して説明する。

（実施例２７：携帯電話１）
実施例２７として、図４７に示すような携帯電話機７０を用意し、この筐体内に実施例１（図２６Ａ、図２６Ｂ参照）の圧電アクチュエータ５１を搭載した。具体的には、携帯電話機のスピーカ部７１の筐体内側面に、圧電アクチュエータ５１を貼り付ける構成とした。
（評価）：素子から１０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行なった。

〔結果〕
共振周波数 ：７７５Ｈｚ
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９０ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
落下衝撃試験 ：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ８４ｄＢであった。

（実施例２８：携帯電話２）
実施例２８として、上記実施形態同様、携帯電話機７０内に実施例２（図２０参照）の圧電アクチュエータ５２を搭載した。評価については上記実施形態同様である。

〔結果〕
共振周波数 ：７９５Ｈｚ
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９２ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
落下衝撃試験 ：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ８６ｄＢであった。

（実施例２９：携帯電話３）
実施例２９として、上記実施形態同様、携帯電話機７０内に実施例３（図３１Ａ、図３１Ｂ参照）の圧電アクチュエータ５３を搭載した。評価については上記実施形態同様である。

〔結果〕
共振周波数 ：７２５Ｈｚ
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
落下衝撃試験 ：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ８２ｄＢであった。

（実施例３０：携帯電話４）
実施例３０として、上記実施形態同様、携帯電話機７０内に実施例４（図３２Ａ、図３２Ｂ参照）の圧電アクチュエータ５４を搭載した。評価については上記実施形態同様である。

〔結果〕
共振周波数 ：７６５Ｈｚ
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８６ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９５ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８７ｄＢ
落下衝撃試験 ：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ８３ｄＢであった。

（比較例３：携帯電話５）
比較例３として、上記実施形態同様、携帯電話機７０内に比較例２（図４６参照）の圧電アクチュエータ５５０’を搭載した。
（評価）：素子から１０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行なった。

〔結果〕
共振周波数 ：１５２０Ｈｚ
音圧レベル ：６６ｄＢ
周波数特性 ：凹凸の激しい特性を示した
落下衝撃試験 ：２回落下後において圧電素子の割れが見られ、この時点で音圧レベルを測定したところ５０ｄＢ以下であった。

（比較例４：電磁式アクチュエータ）
比較例４として、図４８に示すような電磁式の音響素子を作製した。図４８に示す音響素子は、永久磁石１９１と、ボイスコイル１９３と、振動板１９２とを有し、電気端子１９４を通じてボイスコイルに電流を流すことで磁力が発生し、発生した磁力により、振動板１９２に吸引と反発とを繰り返させて音を発生するものである。なお、この音響素子の外形形状は、外形＝φ２０ｍｍの円形であり、厚み＝４．０ｍｍである。
（評価）：このように構成された音響素子に対し、素子から３０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。

〔結果〕
共振周波数＝８１０Ｈｚ
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８１ｄＢ

（実施例３１：ＰＣ）
実施例３１として、実施例１の圧電アクチュエータを搭載したノート型パーソナルコンピュータ（不図示）を作製した。具体的には、携帯電話の場合と同じように、パーソナルコンピュータの筐体内側面に、圧電アクチュエータ５１を貼り付ける構成とした。
（評価）：素子から３０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行なった。

〔結果〕
共振周波数 ：８１５Ｈｚ
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８１ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：８９ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
落下衝撃試験 ：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ８０ｄＢであった。

（実施例３２）
実施例３２として、次に示すような圧電アクチュエータを作製した。この圧電アクチュエータは、実施例１の圧電アクチュエータ５１を小型したものである。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１４ ：外径＝φ１２ｍｍ（４ｍｍ減少）、厚み・材質は実施例１と同じ。
台座２４ ：外径＝φ１４ｍｍ（４ｍｍ減少）、厚み・材質は実施例１と同じ。
振動膜３４ ：外径＝φ１８ｍｍ（４ｍｍ減少）、厚み・材質は実施例１と同じ。
支持部材４９ ：外径＝φ１８ｍｍ（４ｍｍ減少）、内径φ１６ｍｍ、厚み・材質は実施例１と同じ。

〔結果〕
基本共振周波数 ：９２０Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２０５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８１
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８１ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：８２ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８１ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、１〜１０ｋＨｚで、８０ｄＢを超える高い音圧レベルを実現できることが実証された。

（実施例３３：支持体輪郭形状の検証実験）
以上、実施例１〜実施例２６で各部材の形状および材質、部材の配置位置を変更するなどして、本発明による作用効果を検証してきたが、ここからは、圧電素子１１、台座２１、振動膜３１、支持部材４６につき、そのうちの１つないし２つの部材の形状のみを段階的に変更していった際の結果について説明する。まず、実施例３３では、支持体輪郭形状と音響特性との関係について検証する。図４９Ａ、図４９Ｂで示される本実施例の圧電アクチュエータ５７は、圧電素子と台座の形状を固定し、支持部材と振動膜の輪郭形状を変更したもので、その他の構成は実施例１と同じである。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例１と同じ（外径＝φ１６ｍｍ）
台座２１ ：実施例１と同じ（外形＝φ１８ｍｍ）
振動膜３１ｃ ：外形＝長径長さａ１＋１（ｍｍ）、短径長さｂ１＋１（ｍｍ）の長方形もしくは楕円形形状、厚み＝８０μｍのウレタン製の膜を使用した。（形状の詳細は表参照）
支持部材４６ｃ ：外形＝長径長さａ１＋１（ｍｍ）、短径長さｂ１＋１（ｍｍ）の長方形もしくは楕円形形状、内径＝長径長さａ１（ｍｍ）、短径長さｂ１（ｍｍ）の長方形もしくは楕円形形状、厚み＝１．５ｍｍのＳＵＳ３０４を使用した。

支持体の輪郭形状を変更したときの、基本共振周波数および音圧レベルの結果を下記表７に示す。

表７の結果から分かるように、１〜１０ＫＨｚの帯域の音圧レベル８０ｄＢ以上にするには、長方形、楕円形状ともに、長径と短径の長さの比ｂ１／ａ１を０．５以上に調整すればよい。さらに、１ｋＨｚ以下の低域の音圧レベルの再生優先する場合は、Ｎｏ．２０−２〜Ｎｏ．２０−４、Ｎｏ．２０−１１〜Ｎｏ．２０−１４に示すような条件を利用すればよく、例えば、３ｋＨｚでの音圧の再生を優先するには、Ｎｏ．２０−３からＮｏ．２０−５に示すような条件を利用すればよい。上記のように本発明に係る圧電アクチュエータでは、圧電素子と支持体での輪郭形状の組み合わせを調整することで、広い周波数帯域で高い音圧を再生することが可能となる。

（実施例３４：圧電素子輪郭形状の検証実験）
実施例３４では、圧電素子形状と音響特性との関係について検証する。図５０Ａ、図５０Ｂで示される本実施例の圧電アクチュエータ５８は、支持部材と振動膜の形状を固定し、圧電素子と台座の輪郭形状を変更したもので、その他の構成は実施例１と同じである（図２６Ａ、図２６Ｂ参照）。
各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１３ ：外形＝長径長さａ２（ｍｍ）、短径長さｂ２（ｍｍ）の長方形もしくは楕円形形状で、厚み＝５０μｍ（０．０５ｍｍ）の圧電板の両面に、それぞれ厚み８μｍの上部電極層および下部電極層を形成した。
台座２３ ：外形＝長径長さａ２＋２（ｍｍ）、短径長さｂ２＋２（ｍｍ）の長方形もしくは楕円形形状で、厚み＝３０μｍ（０．０３ｍｍ）のリン青銅を使用した。
振動膜３１ ：外径＝２１×２１ｍｍ、厚み＝８０μｍのウレタン製の膜を使用した。
支持部材４６ ：外径＝２１×２１ｍｍ、枠抜き部内径＝２０×２０ｍｍ、厚み＝１．５ｍｍのＳＵＳ３０４を使用した。

圧電素子の輪郭形状を変更したときの、基本共振周波数Ｆ０および音圧レベルの結果を下記表８に示す。

表８の結果から分かるように、１〜１０ＫＨｚの帯域の音圧レベル８０ｄＢ以上にするには、長方形、楕円形状ともに、長径と短径の長さの比ｂ１／ａ１を０．６以上に調整すればよい。また、ｂ１／ａ１が１に近づくほど、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚでの音圧レベルは高くなり、円形や正方形など均等性が高い形状にすればよい。上記のように本発明に係る圧電アクチュエータでは、圧電素子の輪郭形状を調整することで、広い周波数帯域で高い音圧を再生することが可能となり、外形サイズ、形状などの制約をうける条件下でも、音響特性を改善することが可能となる。

（実施例３５：圧電素子輪郭形状と支持体輪郭形状との関係の検証実験）
実施例３５では、圧電素子形状と支持部材輪郭形状との組み合わせを変更して、音響特性との関係について検証する。図５１Ａ、図５１Ｂで示される本実施例の圧電アクチュエータは、支持部材、台座、振動膜と圧電素子の形状を変更したもので、その他の構成は実施例１と同じである（図２６Ａ、図２６Ｂ参照）。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１３ ：外形＝直径ａ４（ｍｍ）の円形形状で、厚み＝５０μｍ（０．０５ｍｍ）の圧電板の両面に、それぞれ厚み８μｍの上部電極層および下部電極層を形成した。
台座２３ ：外形＝直径長さａ４＋２（ｍｍ）の円形形状で、厚み＝３０μｍ（０．０３ｍｍ）のリン青銅を使用した。
振動膜３１ｃ ：外形＝ａ５＋１（ｍｍ）×２０（ｍｍ）の長方形で、厚み＝８０μｍのウレタン製の膜を使用した。（形状の詳細は表参照）
支持部材４６ｃ ：外形＝ａ５＋１（ｍｍ）×２０（ｍｍ）の長方形形状、内径＝ａ５（ｍｍ）×２０（ｍｍ）の長方形形状、厚み＝１．５ｍｍのＳＵＳ３０４を使用した。

圧電素子と支持部材との輪郭形状を変更したときの、基本共振周波数Ｆ０および音圧レベルの結果を下記表９に示す。

表９の結果から分かるように、１〜１０ＫＨｚの帯域の音圧レベル８０ｄＢ以上にするには、圧電素子直径ａ４と支部部材辺長さａ５の比ａ４／ａ５を０．５以上に調整すればよい。また、ａ４／ａ５が１に近づくほど、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚでの音圧レベルは高くなる。上記のように本発明に係る圧電アクチュエータでは、圧電素子と支持部材の輪郭形状を調整することで、広い周波数帯域で高い音圧を再生することが可能となり、外形サイズ、形状などの制約をうける条件下でも、音響特性を改善することが可能となる。

（実施例３６：振動膜部撓み量の検証実験）
実施例３６として、振動膜介在部Ａの撓み量と音響特性との関係について検証する。下記実施例３６ａ〜３６ｃにおいて、振動膜材質、振動膜介在部Ａの長さ、振動膜厚みを変更し、振動膜介在部Ａの撓み量と運動姿態との関係を検証した。

（実施例３６ａ）
実施例３６ａは、振動膜材質のみを変更し、振動膜材質以外については実施例２と同じであり、評価条件も実施例２と同じである。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例２と同じ
台座２１ ：実施例２と同じ
振動膜３２ ：４．０×１０^８〜１３．０×１０^１０（Ｎ／ｍ^２）の範囲あるヤング率を有する材質に変更した。
振動膜形状は実施例２と同じ
支持部材４６ ：実施例２と同じ
振動膜時材質を変更したときの撓み量と振動姿態と関係、共振周波数Ｆ０および音圧レベルの結果を下記表１０に示す。

（実施例３６ｂ）
実施例２２ｂは、支持体４６、円形の台座２１の外径を変更し、振動膜介在部Ａの長さを変更した。本実施例では、振動介在部長さ変更し、台座２１、振動３２以外の構造部については実施例２と同じであり、また評価条件も実施例２と同じである。図２４に示すように、圧電素子１１の外周部と台座２１の外周部との間の距離Ｘ２を調整し、振動膜介在部Ａの長さを変更した。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例２と同じ（外径＝φ１６ｍｍ）
台座２１ ：振動膜介在部Ａが０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍとなるように、外径を変更した。
振動膜３１ ：振動膜介在部Ａの長さがが０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍに変更した。
支持部材４６ ：実施例２と同じ
振動膜介在部Ａの長さを変更したときの撓み量と振動姿態、共振周波数Ｆ０および音圧レベルの結果を表１１に示す。

（実施例３６ｃ）
本実施例３６ｃでは、振動膜厚みのみを変更した。本実施例では、振動膜厚みのみを変更し、振動膜以外の構造部については実施例２と同じであり、また評価条件も実施例２と同じである。

各部の具体的な構成は下記の通りである。
圧電素子１１ ：実施例２と同じ（外径＝φ１６ｍｍ）
台座２１ ：実施例２と同じ
振動膜３２ ：厚み５μｍ〜１ｍｍとなるように振動膜厚みを変更した。
実施例２と同じ（外径＝φ２１ｍｍ）
支持部材４６ ：実施例２と同じ
振動膜厚みを変更したときの撓み量と振動姿態、共振周波数ｆ０および音圧レベルの結果を表１２に示す。

表１０の結果から分かるように、圧電アクチュエータの振動姿態をピストン運動型にするには、振動膜部の撓み量を０．００１６以下に調整すればよく、例えば、（ａ）低音域での再生を優先して、共振周波数が約１ｋＨｚ（１００１Ｈｚを含む）以下のアクチュエータを構成する場合には、表中のＮｏ．Ｃ−１〜Ｃ−３に示すような条件を利用すればよい。（ｂ）また、音圧レベルを優先し、８０ｄＢ以上のアクチュエータを構成したい場合には、表中のＮｏ．Ｃ−１〜Ｃ−７に示すような条件にすればよい。上記のように本発明に係る圧電アクチュエータでは、振動膜部の撓み量を調整することで、運動姿態をピストン型に調整することができ、良好な音響特性を実現することが可能である。さらに、撓み量の調整により、共振周波数および音圧レベルを所望の値に調整することが可能である。

表１１の結果から分かるように、圧電アクチュエータの振動姿態をピストン運動型にするには、振動膜部の撓み量を０．００２５以下に調整すればよく、例えば、（ａ）低音域での再生を優先して、共振周波数が約１ｋＨｚ（１００１Ｈｚを含む）以下のアクチュエータを構成する場合には、表中のＮｏ．Ｄ−５〜Ｄ−６に示すような条件を利用すればよい。（ｂ）また、音圧レベルを優先し、８０ｄＢ以上のアクチュエータを構成したい場合には、表中のＮｏ．Ｄ−３〜Ｄ−６に示すような条件にすればよい。

表１２の結果から分かるように、例えば、（ａ）低音域での再生を優先して、共振周波数が約１ｋＨｚ（１００１Ｈｚを含む）以下のアクチュエータを構成する場合には、表中のＮｏ．Ｅ−３〜Ｅ−７に示すような条件を利用すればよい。（ｂ）また、音圧レベルを優先し、８０ｄＢ以上のアクチュエータを構成したい場合には、表中のＮｏ．Ｅ−３〜Ｂ−９に示すような条件を利用すればよい。

上記表１１〜１３の結果をまとめると、振動膜介在部の撓み量を所定の値０．００１〜５の範囲に調整することで振動姿態をピストン型にすることができ、音圧レベルが高く良好な音響特性を得ることができる。また、撓み量の調整により共振周波数を調整することができる。このように、振動膜厚み、振動膜介在長さ、振動膜材質により、撓み量を制御することで、共振周波数、音圧特性を調整できるということは、音響設計を容易に行うことが可能であることを意味し、利用価値は高い。

（実施例３７：電気接続方法の検証実験）
実施例３７として、電気接続方法と音響特性との関係について検証する。下記実施例３７ａ〜３７ｄにおいて、圧電素子上下電極面の電気接続方法を変更し、音圧レベルと信頼性、振動阻害の影響を検証した。

（実施例３７ａ）
実施例３７ａとして、図５２Ａ、図５２Ｂに示すような圧電アクチュエータを作製した。この圧電アクチュエータは、この圧電アクチュエータは、実施例１の電気接続方法として電気端子リード線２３ａを用いたものである。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。この構成によれば、圧電素子上部電極１４ａ、台座部（圧電素子下部電極１４ｂと台座（リン青銅）２１は導通している）に、φ０．５ｍｍ、高さ０．３ｍｍ半田部２２を介して、電気端子リード線２３ａが接合されている。なお、電気端子リードには、ポリウレタンで被膜された銅ニッケル線を使用した。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８５５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２２５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８４
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：９２ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９７ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９５ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、基本共振周波数での振動振幅も大きく、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルが高く、電気端子リード線による振動阻害の影響を受けないことが実証された。

（実施例３７ｂ）
実施例３６ｂとして、図５３に示すような圧電アクチュエータを作製した。この圧電アクチュエータは、この圧電アクチュエータは、実施例１の電気接続方法として銅箔２３ｂを用いたもので、圧電素子上部電極１４ａ、台座に、１ｍｍ×３ｍｍ、厚み０．２ｍｍの銅箔がエポキシ系接着剤を介して接合されている。その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８３５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２２５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８３
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：９３ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９６ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：８９ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、基本共振周波数での振動振幅も大きく、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルが高く、銅箔による振動阻害の影響を受けないことが実証された。

（実施例３７ｃ）
実施例３７ｃとして、図５４に示すような圧電アクチュエータを作製した。この圧電アクチュエータは、実施例１の電気接続方法としてポリイミド基板を用いたもので、圧電素子上部電極１４ａ、台座に、１ｍｍ×３ｍｍ、厚み０．２ｍｍのポリイミド基板２３ｃが半田部２２を介して接合されている。なお、このポリイミド膜上には、メッキ膜により電極パターンが形成されており、その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：８４５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２４５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８２
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８５ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：９４ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９８ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９５ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、基本共振周波数での振動振幅も大きく、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルが高い。また、電気接続にポリイミド基板を用いているため、振動阻害を受けにくく、落下安定性が高いことが実証された。

（実施例３７ｄ）
実施例３７ｂとして、図５５Ａ、図５５Ｂに示すような圧電アクチュエータを作製した。この圧電アクチュエータは、この圧電アクチュエータは、実施例１で使用した台座２１と振動膜３１に、ポリイミド基板を用いたものである。なお、この構成によれば、台座と振動膜であるポリイミド基板上に電極パターンが形成されている特徴を持ち、その他の構成は実施例１の圧電アクチュエータと同一である。

〔結果〕
基本共振周波数 ：７９５Ｈｚ
最大振動速度振幅 ：２１５ｍｍ／ｓ
振動速度比 ：０．８２
振動姿態 ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ） ：８２ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ） ：９５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ） ：９７ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ） ：９０ｄＢ
落下衝撃安定 ：○
上記から明らかなように、本実施例の圧電アクチュエータによれば、基本共振周波数での振動振幅も大きく、１〜１０ｋＨｚでの音圧レベルが高い。また、台座と振動膜がポリイミド基板で形成される一体構造であるため、落下安定性が高く、また、基板内部に電極パターンが形成されているため、電気接続も容易となることが実証された。

（まとめ）
実施例１〜２６の圧電アクチュエータは、比較例３（電磁式アクチュエータ）の周波数特性に近い周波数特性を示しており、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域での音圧レベルが高い。一方、比較例４の従来型の圧電アクチュエータでは、周波数特性のグラフに激しい凹凸が見られた。この点からしても、本発明によれば音響素子の周波数特性が改善されることが実証された。特に、本実施例では、いずれもその共振周波数ｆ０が比較例の共振周波数ｆ０よりも低くなっており、このことからも、本発明に係る音響素子の周波数帯域が拡大したことが実証された。また、携帯電話に実装した実施例２７、２８、２９では、比較例４と比べて、共振周波数が低く、その音圧レベルの向上も図られていた。

Claims (15)

1. 圧電素子と、
   少なくとも一方の面に前記圧電素子が貼り付けられる台座と、
   前記圧電素子及び前記台座を支持するための支持部材と、
   前記台座より低剛性であり、面上で前記台座を支持する振動膜と、を有し、
   前記振動膜は、前記支持部材に接続されており、
   前記圧電素子の輪郭形状と前記支持部材の輪郭形状とが互いに異なる、圧電アクチュエータ。
2. 前記台座の輪郭形状と前記支持部材の輪郭形状とが互いに異なる、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記圧電素子の中心位置と、前記支持部材の中心位置とが、前記圧電素子の面内方向に異なる位置となるように配置されている、請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記圧電素子の輪郭形状が円形もしくは楕円形であり、かつ前記支持部材の輪郭形状が矩形である、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記振動膜のうち、前記台座が配置される領域の少なくとも一部に開口部が形成されている、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
6. 前記支持部材の内周部と前記台座の外周部との間に形成される振動膜介在部Ａの撓み量δを
   δ ＝ （Ｗ・Ｌ³）／（３・Ｅ・Ｉ）
   Ｌ：振動膜介在部の長さ （ｍ）
   Ｅ：振動膜材料の縦弾性係数 （Ｎ／ｍ²）
   Ｗ：荷重 （Ｎ）
   Ｉ：慣性モーメント （ｍ⁴）
   Ｉ ＝ （ｂ・ｈ³）／ １２
   ｂ：幅 ０．００１（ｍ）
   ｈ：厚み（ｍ）
   により算出したとき、前記撓み量δは０．００１から５の範囲にある、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
7. 前記台座の外周部には、前記圧電素子が前記台座に貼り付けられる面と平行な面内で外側に向かって延びる梁が複数形成されている、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
8. 前記複数の梁が互いに等間隔に配置されている、請求項７に記載の圧電アクチュエータ。
9. 前記振動膜の、前記台座が配置される領域の周辺部に、前記振動膜を前記厚み方向に立体的に湾曲させた湾曲部が形成されている、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
10. 前記振動膜は樹脂材料である、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
11. 前記振動膜は、ウレタン、ポリエチレンテレフタレート、およびポリエチレンフィルムのうちのいずれかである、請求項１０に記載の圧電アクチュエータ。
12. 前記振動膜は、前記台座よりも弾性率が小さい材質からなる、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
13. バイモルフ型素子を構成するため、前記圧電素子とは別の圧電素子をさらに有する、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
14. 前記圧電素子は、圧電材料層と電極層とが交互に積層された積層型構造である、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
15. 請求項１に記載の圧電アクチュエータを音響素子として備えた電子機器。

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