JP5428861B2 - 圧電音響素子及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、日本国特許出願:特願2007−293519号(2007年11月12日出願)の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、圧電素子を用いて音波を発生させる圧電音響素子、及び該圧電音響素子を備える電子機器に関する。
特許文献1〜3に記載の圧電アクチュエータは、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、スピーカとしての使用は、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0.2〜20kHz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。
2(2A〜2D),22A〜22B 圧電アクチュエータ
3,13 支持体
3a〜3d,13a〜13b 支持板
3e,13e 支持フレーム
13f 支持部材
4 空間
6(6A〜6D),16A〜16B 圧電素子
6a,6b 主面
7(7A〜7D) 台座
7a 拘束部
7b 非拘束部
8(8A〜8D) 振動膜
9(9A〜9D) 支持部材
12 振動方向
32 音孔
201,211 携帯電話機
202,212 筐体
203,213a〜213c 音孔
214 ディスプレイ
215a〜c 音波放射
301 電磁式音響素子
302 永久磁石
303 振動板
304 ボイスコイル
305 電気端子
311 圧電アクチュエータ
312 圧電素子
313 台座
314 支持部材
本発明の第1実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図1に、第1実施形態に係る圧電音響素子の概略斜視図を示す。図2に、図1のII−II線における概略断面図を示す。図1においては、圧電素子6A〜6Dの位置を点線で示してある。
次に、本発明の第2実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図8に、第2実施形態に係る圧電音響素子の概略斜視図を示し、図9に、図8のIX−IX線の概略断面図を示す。第1実施形態においては、圧電音響素子1は、4つの圧電アクチュエータ2A〜2Dを有していたが、第2実施形態においては2つの圧電アクチュエータ2A,2Bを有する。圧電アクチュエータ2A,2Bは、音響放射面が互いに対向するように配置されている。すなわち、直方体(又は立方体)形状の圧電音響素子21において、対向する2面に圧電アクチュエータ2A,2Bが配され、その他の4面は支持体3の支持板3a〜3dとなっている。この他の形態は第1実施形態と同様である。支持体3は、円柱状であってもよく、その場合円柱状の一対の対向する端面部分に圧電アクチュエータ2A,2Bを配することができる。
次に、本発明の第3実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図10に、第3実施形態に係る圧電音響素子の概略斜視図を示し、図11に、図10のXI−XI線の概略断面図を示す。圧電音響素子31は、第2実施形態と同様に、2つの圧電アクチュエータが対向する形態であるが、異なる点は、支持体3の1つの支持板3aに空間4に通じる貫通孔(音孔)32が形成されていることである。音孔32は、音波を伝播させる開口として機能する。音孔32が形成されている支持板3aは、圧電アクチュエータ2A,2Bが対向する空間に面している。音孔32は、支持板3aの中央に形成されると好ましい。音孔32の形状及び個数は、特に限定されるものではなく、複数個であってもよいし、その形状は矩形や円形などいずれの形状でもよい。また、音孔32の大きさは、支持板3aの範囲内であれば特に限定されることなく形成することができ、所望の音響性能に応じて適宜設定することができる。
次に、本発明の第4実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図12に、第4実施形態に係る支持体の概略斜視図を示し、図13に、第4実施形態に係る圧電アクチュエータの概略断面図を示す。また、図14に、第4実施形態に係る圧電音響素子の概略断面図を示す。第4実施形態においては、支持部材と支持体が一体に形成されている。すなわち、支持体が支持部材を兼用している。図12に示す支持体13においては、支持板13a,13bの外周に、支持部材13fが一体的にフレーム(枠)状に形成されていると共に、支持板13a,13b間を連結する支持フレーム13eにも支持部材13fが一体的に形成されている。したがって、図13に示すように、この支持体13に取り付けられる圧電アクチュエータ2は、支持体とは別個の支持部材を有していない。このように、支持部材13fを支持体13に一体的に形成にすることで、支持部材13fと支持体13との接合部の間隙の形成を防止することができ、さらに接着工程も削減できることから、製造安定性が向上する。
次に、本発明の第5実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図15に、第5実施形態に係る圧電音響素子の概略断面図を示す。第5実施形態においては、圧電音響素子51は、基本共振周波数が異なる2つの圧電アクチュエータ2A,2Bを有している。基本共振周波数を異ならせる手段として、例えば、圧電アクチュエータ2Aと、圧電アクチュエータ2Bとで、各々膜厚が異なる振動膜8A,8Bを使用している。なお、本実施形態では、圧電アクチュエータの基本共振周波数が異ならせる手段は特に限定されることなく、圧電アクチュエータを構成する部材の変更や、圧電アクチュエータの形状、例えば、円形と正方形といった異なる形状同士を組み合わせるものであってもよい。このように、互いに基本共振周波数が異なる圧電アクチュエータで構成させることで、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、周波数特性を平坦化することができると共に、再生周波数帯域において大きな音圧レベルが得られる圧電音響素子を実現することができる。
次に、本発明の第6実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図16に、第6実施形態に係る圧電音響素子の概略断面図を示す。第6実施形態においては、圧電アクチュエータとして、バイモルフ型圧電アクチュエータを使用している。例えば、圧電アクチュエータ22Aは、台座7Aの両面に、圧電素子6A,16Aを有する。圧電素子6A,16Aの両面には、それぞれ上部電極層と下部電極層(不図示)が接続されている。振動膜8Aには貫通孔が形成されており、圧電素子16Aが露出するように挿嵌されている。
次に、本発明の第7実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図17に、第7実施形態に係る圧電音響素子の概略斜視図を示し、図18に、図17のXVIII−XVIII線の概略断面図を示す。第7実施形態において、圧電音響素子71は、3つの圧電アクチュエータ2A,2B,2Cを有し、支持板3aに音孔32が形成されている。圧電アクチュエータ2A,2Bは、音響放射面が互いに対向するように配置されている。すなわち、直方体(又は立方体)形状の圧電音響素子71において、対向する2面に圧電アクチュエータ2A,2Bが配置されている。圧電アクチュエータ2Cは圧電アクチュエータ2A,2Bと垂直になるように配置されている。その他の3面は支持板3a〜3cとなっており、音孔32は、圧電アクチュエータ2A,2B,2Cに垂直な支持板3aに形成されている。この他の形態は第3実施形態と同様である。支持体3は、円柱状であってもよく、その場合、円柱状の一対の対向する端面部分に圧電アクチュエータ2A,2Bを配置することができる。
次に、本発明の第8実施形態に係る電子機器について説明する。本発明の電子機器は、第1実施形態〜第7実施形態において説明したような圧電音響素子を音響素子として有する。図19に、本発明の電子機器の一例として携帯電話機の概略平面図を示す。例えば、圧電音響素子は、電子機器である携帯電話機201の筐体202の内面に貼り付けて搭載することができる。このとき、圧電音響素子を取り付ける筐体部分には、筐体内外を貫通する少なくとも1つの貫通孔(音孔)203が形成されていると好ましい。この筐体の音孔の形状、大きさ、個数等の形態は、所望の音響性能に応じて適宜設定することができる。本発明の電子機器としては、本発明の圧電音響素子を搭載できるものであればいずれの電子機器でもよく、例えば、携帯電話機の他に、ノート型パソコン等のモバイル機器を挙げることができる。
(試験1)圧電アクチュエータの特性評価として、各圧電アクチュエータに交流電圧1Vを入力した時の基本共振周波数を測定した。
(試験2)圧電音響素子の特性評価として、交流電圧1V入力時の音圧レベルを、素子から10cm離れた位置(図1を用いて説明すると支持板3aの中心から10cm離れた位置)に配置したマイクロホンにより、測定周波数1kHz、3kHz、5kHz、及び10kHzでそれぞれ測定した。なお、圧電音響素子における複数の圧電アクチュエータは、位相が同一で、各々の音響放射面に対する振動方向が同一になる(同時に圧電音響素子の拡張動作及び縮小動作をする)ように駆動させた。
(試験3)落下衝撃安定性評価として、圧電音響素子を搭載した携帯電話機を50cm直上から5回自然落下させて、割れ等の破壊を目視で確認すると共に、試験前後の音圧特性を比較した。表1においては、1kHzでの音圧レベル差(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を超える場合を×とした。
[比較例1]
[比較例2]
[比較例3]
実施例1〜12の圧電音響素子は、比較例2(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1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。また、本発明に係る音響素子の周波数帯域が拡大したこと、音圧が高いことが実証された。さらに、携帯電話機に実装した実施例35〜46では、比較例3と比べて、その音圧レベルの向上も図られていた。
本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。
Claims (1)
- 圧電音響素子と、
筐体と、を備え、
前記圧電音響素子は、少なくとも2つの圧電アクチュエータと、
前記少なくとも2つの圧電アクチュエータを支持する支持体と、
前記少なくとも2つの圧電アクチュエータをそれぞれ任意のタイミングで駆動させる信号入力装置と、を有し、
前記筐体は、前記筐体を貫通する貫通孔を少なくとも1つ有し、
前記支持体は、板状の支持板を有し、
前記少なくとも2つの圧電アクチュエータと、前記板状の支持板とで、前記少なくとも一対の圧電アクチュエータが対向する空間を取り囲み、
前記支持板は、前記少なくとも一対の圧電アクチュエータが対向する空間に連通する貫通孔を有し、
前記少なくとも2つの圧電アクチュエータのうち、少なくとも一対の圧電アクチュエータは、互いの音響放射面が所定の間隙を空けて対向するように配置され、
前記圧電音響素子は、前記圧電アクチュエータが前記筐体と対向しないように、かつ、前記筐体の前記貫通孔と、前記支持板の前記貫通孔とが対向するように搭載されていることを特徴とする電子機器。
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