JP5711860B1 - 圧電式発音体及び電気音響変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の外部電極がショートすることを防止可能な圧電式発音体を提供する。【解決手段】圧電式発音体は、圧電素子と、振動板とを具備する。上記圧電素子は、実装面を有する素体と、上記実装面上に形成され、相互に離間している第１及び第２の端子部とを有する。上記振動板は、上記圧電素子に接合され、上記実装面に対向する主面を有する導電性の本体部と、上記主面の上記第１の端子部に対向する領域に形成され上記本体部と上記第１の端子部との間に間隔を形成する有底又は無底の第１の孔部とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、イヤホン、ヘッドホン、携帯情報端末等に適用可能な圧電式発音体及び電気音響変換装置に関する。

圧電式発音体は、簡易な電気音響変換手段として、例えば、イヤホンやヘッドホンのような音響機器、携帯情報端末のスピーカなどとして広く利用されている。特許文献１には、金属材料からなる振動板に圧電素子が接合された構成を有する圧電式発音体が開示されている。

上記構成を有する圧電式発音体は、圧電素子の２つの外部電極に入力される再生信号に基づいて振動板を振動させることによって、再生信号に応じた音波を発生させることが可能である。

特開２０１３−１５０３０５号公報

圧電素子の各外部電極の簡便な形成方法としてディップ法が知られている。しかしながら、ディップ法で形成された外部電極は素体から突出するため、圧電素子が振動板に接合されると２つの外部電極がいずれも導電性の振動板に接触してしまう場合がある。この場合、２つの外部電極が振動板を介してショートしてしまう。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、圧電素子の外部電極がショートすることを防止可能な圧電式発音体及び電気音響変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る圧電式発音体は、圧電素子と、振動板とを具備する。
上記圧電素子は、実装面を有する素体と、上記実装面上に形成され、相互に離間している第１及び第２の端子部とを有する。
上記振動板は、上記圧電素子に接合され、上記実装面に対向する主面を有する導電性の本体部と、上記主面の上記第１の端子部に対向する領域に形成され上記本体部と上記第１の端子部との間に間隔を形成する有底又は無底の第１の孔部とを有する。

この構成により、圧電素子の第１の端子部が振動板の導電性の本体部と導通しないため、圧電素子の第１の端子部と第２の端子部とがショートすることを防止することができる。
また、圧電素子の第１の端子部に実装面から突出する凸部がある場合にも、当該凸部が振動板の第１の孔部に入り込み、圧電素子の実装面と振動板の主面とが良好に面接触するため、圧電素子が発生させる振動が振動板に良好に伝達される。このため、圧電素子の第１の端子部を形成する方法として、ディップ法などの凸部が生じるような方法を採用可能となる。

上記第２の端子部は上記実装面から突出する凸部を有してもよい。
上記振動板は、上記凸部に嵌合する有底又は無底の第２の孔部を更に有してもよい。
この構成により、圧電素子の第２の端子部の凸部が振動板の第２の孔部に入り込み、圧電素子の実装面と振動板の主面とが良好に面接触するため、圧電素子が発生させる振動が振動板に良好に伝達される。このため、圧電素子の第２の端子部を形成する方法として、ディップ法などの凸部が生じるような方法を採用可能となる。

上記第２の孔部は、上記本体部に対する上記凸部の相対位置を規制する規制部を有してもよい。
この構成では、圧電素子の第２の端子部の凸部の相対位置が、振動板の第２の孔部の規制部によって規制されるため、振動板と圧電素子との相対位置を簡単かつ正確に合わせることができるようになる。

上記第１の孔部及び上記第２の孔部は、相互に線対称又は点対称となる位置に形成されていてもよい。
この構成により、振動板の振動がより等方的になるため、振動板がより良好な音波を生成可能となる。

上記振動板は、その厚さ方向に貫通する単数又は複数の第３の孔部を更に有してもよい。
この構成により、圧電式発音体以外の発音体が発生させる音波が第３の孔部を通過可能となる。これにより、圧電式発音体と、これ以外の発音体とを含む電気音響変換装置においてより良好な音響を生成可能となる。

上記主面は円形状であり、上記実装面は多角形状であってもよい。
この構成により、振動板における少なくとも圧電素子の実装面の各辺に隣接する位置に第３の孔部を設けるスペースが確保される。したがって、この構成では、第３の孔部を設けるために圧電素子を小型化する必要がなく、圧電素子の機能がより良好に担保される。

上記第１の孔部に絶縁性樹脂が充填されていてもよい。
この構成により、圧電素子の第１の端子部と振動板の本体部とが絶縁性樹脂によってより確実に絶縁されるようになる。

本発明の一形態に係る電気音響変換装置は、筐体と、圧電素子と、振動板と、電磁式発音体とを具備する。
上記圧電素子は、実装面を有する素体と、上記実装面上に形成され、相互に離間している第１及び第２の端子部とを有する。
上記振動板は、上記筐体に支持され、上記圧電素子に接合され、上記実装面に対向する主面を有する導電性の本体部と、上記主面の上記第１の端子部に対向する領域に形成され上記本体部と上記第１の端子部との間に間隔を形成する貫通孔部とを有する。
上記電磁式発音体は、上記筐体内に収容され、上記振動板に対向して配置されている。
上記貫通孔部は、上記電磁式発音体が発生させた音波を通す通音部として構成されていてもよい。

この構成により、電磁式発音体が発生させる音波が振動板の貫通孔部を通過可能となるため、圧電素子と振動板とにより構成される圧電式発音体と、電磁式発音体とを有する電気音響変換装置においてより良好な音響を生成可能となる。

圧電素子の外部電極がショートすることを防止可能な圧電式発音体及び電気音響変換装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電気音響変換装置の概略構成を示す側断面図である。 上記電気音響変換装置の電磁式発音体及び圧電式発音体の概略構成を示す分解側断面図である。 上記電気音響変換装置の概略構成を示す平面図である。 上記電気音響変換装置の圧電素子の概略構成を示す斜視図である。 上記圧電素子の図４のＡ−Ａ'線に沿った断面図である。 上記電気音響変換装置の振動板の概略構成を示す平面図である。 上記電気音響変換装置の圧電式発音体の概略構成を示す平面図である。 上記圧電式発音体の図７のＢ−Ｂ'線に沿った部分断面図である。 上記圧電式発音体の図７のＣ−Ｃ'線に沿った部分断面図である。 上記圧電式発音体の図７のＣ−Ｃ'線に沿った部分断面図である。 第１の実施形態の変形例１に係る電気音響変換装置の概略構成を示す側断面図である。 上記変形例１に係る電気音響変換装置の圧電素子の概略構成を示す斜視図である。 上記変形例１に係る圧電素子の図１０のＤ−Ｄ'線に沿った断面図である。 第１の実施形態の変形例２に係る電気音響変換装置の圧電素子の概略構成を示す斜視図である。 上記変形例２に係る電気音響変換装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電気音響変換装置の概略構成を示す側断面図である。 上記電気音響変換装置の圧電素子の概略構成を示す斜視図である。 上記圧電素子の図１５のＥ−Ｅ'線に沿った断面図である。 上記電気音響変換装置の振動板の概略構成を示す平面図である。 上記電気音響変換装置の圧電式発音体の概略構成を示す平面図である。 上記圧電式発音体の図１８のＦ−Ｆ'線に沿った部分断面図である。 本発明の実施形態に係る電気音響変換装置の構成の変形例を示す模式図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気音響変換装置としてのイヤホン１００の概略構成を示す側断面図である。
図面には、適宜相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は全図において共通である。

［イヤホンの全体構成］
本実施形態に係るイヤホン１００は、イヤホン本体１０と、イヤピース２０とを有する。イヤピース２０は、イヤホン本体１０の音道１１に取り付けられるとともに、ユーザの耳に装着可能に構成される。

イヤホン本体１０は、発音ユニット３０と、発音ユニット３０を収容するハウジング４０とを有する。発音ユニット３０は、電磁式発音体３１と、圧電式発音体３２とを有する。ハウジング４０は、筐体４１と、カバー４２とを有する。

［筐体］
筐体４１は、有底の円筒形状を有し、典型的には、プラスチックの射出成形体で構成される。筐体４１は、発音ユニット３０を収容する内部空間を有し、その底部４１０には、上記内部空間と連通する音道１１が設けられている。

筐体４１は、圧電式発音体３２の周縁部を支持する支持部４１１と、発音ユニット３０の周囲を囲む側壁部４１２とを有する。支持部４１１及び側壁部４１２はいずれも環状に形成されており、支持部４１１は、側壁部４１２の底部近傍から内方側へ突出するように設けられている。支持部４１１は、ＸＹ平面に平行な平面で形成されており、圧電式発音体３２の周縁部を直接又は他の部材を介して間接的に支持する。なお、支持部４１１は、側壁部４１２の内周面に沿って環状に配置された複数の柱体で構成されてもよい。

［電磁式発音体］
電磁式発音体３１は、低音域を再生するウーハ（Woofer）として機能するスピーカユニットで構成される。電磁式発音体３１は、例えば７ｋＨｚ以下の音波を主として生成するダイナミックスピーカで構成され、ボイスコイルモータ（電磁コイル）等の振動体を含む機構部３１１と、機構部３１１を振動可能に支持する台座部３１２とを有する。台座部３１２は、筐体４１の側壁部４１２の内径と略同一の外径を有する略円盤形状に形成され、側壁部４１２に嵌合する周面部３１ｅを有する。

図２は筐体４１への組み付け前の状態の発音ユニット３０の概略構成を示す分解側断面図であり、図３は発音ユニット３０の概略構成を示す平面図である。

電磁式発音体３１は、圧電式発音体３２とは反対側を向く第１の面３１ａと、圧電式発音体３２に対向する第２の面３１ｂとを有する円盤形状に形成されている。第２の面３１ｂの周縁部には、圧電式発音体３２の周縁部に接触可能に対向する脚部３１２ａが設けられている。脚部３１２ａは環状に形成されるが、これに限られず、複数の柱体で構成されてもよい。

第１の面３１ａは、台座部３１２の上面中央部に設けられた円盤状の隆起部３１ｃの表面に形成される。第１の面３１ａには、発音ユニット３０の電気回路を構成する回路基板３３が固定されている。回路基板３３の表面には、図３に示すように、各種配線部材と接続される複数の端子部３３１，３３２，３３３が設けられている。回路基板３３は、典型的には配線基板で構成されるが、少なくとも各配線部材が接続される端子部を備えた基板であればよい。また、回路基板３３は、第１の面３１ａに設けられる例に限られず、例えばカバー４２の内壁部等の他の部位に設けられてもよい。

各端子部３３１，３３２，３３３は、それぞれ一対ずつ設けられている。端子部３３１は、図示しない再生装置から送信される再生信号を入力する配線部材Ｃ１がそれぞれ接続される。端子部３３２は、配線部材Ｃ２を介して電磁式発音体３１の入力端子３１３にそれぞれ電気的に接続される。端子部３３３は、配線部材Ｃ３を介して圧電式発音体３２の入力端子３２７ａ，３２７ｂにそれぞれ電気的に接続される。なお、各配線部材Ｃ２，Ｃ３は、回路基板３３を介さずに配線部材Ｃ１に直結されてもよい。

［圧電式発音体］
（全体構成）
圧電式発音体３２は、高音域を再生するツイータ（Tweeter）として機能するスピーカユニットを構成する。本実施形態では、例えば７ｋＨｚ以上の音波を主として生成するようにその発振周波数が設定される。圧電式発音体３２は、振動板３２１と、圧電素子３２２とを有する。

振動板３２１は、金属（例えば４２アロイ）等の導電材料で構成され、その平面形状は円形に形成される。振動板３２１の外径や厚みは特に限定されず、筐体４１の大きさ、再生音波の周波数帯域などに応じて適宜設定される。振動板３２１の外径は、電磁式発音体３１の外径よりも小さく設定され、例えば、振動板３２１の形状は、直径約１２ｍｍ、厚み約０．２ｍｍとすることができる。

振動板３２１は、必要に応じ、その外周から内周側に向けてくぼむ凹状やスリット状などに形成された切り欠き部を有していてもよい。なお、振動板３２１の平面形状は、概形が円形であれば、切り欠き部が形成されることなどにより厳密には円形でない場合にも、「円形」として扱うものとする。

図２に示すように、振動板３２１は、筐体４１に支持される周縁部３２１ｃを有する。発音ユニット３０は、筐体４１の支持部４１１と振動板３２１の周縁部３２１ｃとの間に配置された環状部材３４を更に有する。環状部材３４は、電磁式発音体３１の脚部３１２ａを支持する支持面３４１を有する。環状部材３４の外径は、筐体４１の側壁部４１２の内径と略同一に形成される。

環状部材３４を構成する材料は特に限定されず、例えば、金属材料、合成樹脂材料、ゴム等の弾性材料などで構成される。環状部材３４がゴム等の弾性材料で構成される場合、振動板３２１の共振のぶれが抑制され、これにより振動板３２１の安定した共振動作を確保することができる。

振動板３２１は、電磁式発音体３１に対向する第１の主面３２ａと、音道１１側を向いている第２の主面３２ｂと、を有する。本実施形態において圧電式発音体３２は、振動板３２１の第１の主面３２ａにのみ圧電素子３２２が接合されたユニモルフ構造を有する。

これに限られず、圧電素子３２２は、振動板３２１の第２の主面３２ｂに接合されてもよい。また、圧電式発音体３２は、振動板３２１の両主面３２ａ，３２ｂに圧電素子３２２がそれぞれ接合されたバイモルフ構造で構成されてもよい。

（圧電素子）
図４は圧電素子３２２の概略構成を示す斜視図であり、図５は図４のＡ−Ａ'線に沿った圧電素子３２２の断面図である。

圧電素子３２２は、素体３２８と、素体３２８に設けられ、Ｘ軸方向に相互に対向する第１の外部電極３２６ａ及び第２の外部電極３２６ｂとを有する。また、圧電素子３２２は、相互に対向するＺ軸に垂直な第１の主面３２２ａ及び第２の主面３２２ｂを有する。圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂは、振動板３２１の第１の主面３２ａに対向する実装面として構成される。

圧電素子３２２の平面形状（主面３２２ａ，３２２ｂの形状）は、本実施形態では矩形（長方形）とされるが、正方形や平行四辺形や台形などの他の四角形、あるいは四角形以外の多角形、あるいは円形や楕円形や長円形などであってもよい。圧電素子３２２の厚みも特に限定されず、例えば約５０μｍとされる。

素体３２８は、セラミックシート３２３と、内部電極層３２４ａ，３２４ｂとがＺ軸方向に積層された構造を有する。つまり、内部電極層３２４ａ，３２４ｂは、セラミックシート３２３を挟んで交互に積層されている。セラミックシート３２３は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、アルカリ金属含有ニオブ酸化物等の圧電材料によって形成されている。内部電極層３２４ａ，３２４ｂは各種金属材料などの導電性材料によって形成されている。

外部電極３２６ａ，３２６ｂは、素体３２８のＸ軸方向の両端面に各種金属材料などの導電性材料によって形成されている。本実施形態では、外部電極３２６ａ，３２６ｂの形成方法として簡便であるディップ法を採用している。ディップ法で形成された外部電極３２６ａ，３２６ｂは、図４に示すように、それぞれ素体３２８の４辺から突出する。なお、図面では、説明の便宜上、外部電極３２６ａ，３２６ｂの突出を誇張して示している。

外部電極３２６ａ，３２６ｂの形成方法は、特定の方法に限定されず、ディップ法以外の塗布法やスパッタ法などであってもよい。更に、第１の外部電極３２６ａの形成方法と、第２の外部電極３２６ｂの形成方法は、相互に異なっていてもよい。詳細は後述するが、本実施形態の構成は、圧電素子３２２において外部電極３２６ａ，３２６ｂの少なくとも一方が第２の主面３２２ｂから突出する場合に特に有効である。

素体３２８の第１の内部電極層３２４ａは、第１の外部電極３２６ａに接続されるとともに、セラミックシート３２３のマージン部によって第２の外部電極３２６ｂから絶縁されている。また、素体３２８の第２の内部電極層３２４ｂは、第２の外部電極３２６ｂに接続されるとともに、セラミックシート３２３のマージン部によって第１の外部電極３２６ａから絶縁されている。

このような構成により、外部電極３２６ａ，３２６ｂ間に交流電圧が印加されると、各内部電極層３２４ａ，３２４ｂ間にある各セラミックシート３２３が所定周波数で伸縮する。これにより、圧電素子３２２は振動板３２１に付与する振動を発生させることができる。

（圧電式発音体の電気的接続構成）
以下、圧電式発音体３２において、回路基板３３から引き出される各配線部材Ｃ３を圧電素子３２２の各外部電極３２６ａ，３２６ｂに接続するための構成について説明する。

上述のとおり、圧電式発音体３２には、各配線部材Ｃ３に接続される入力端子３２７ａ，３２７ｂが設けられている。圧電式発音体３２では、第１の入力端子３２７ａが第１の外部電極３２６ａに接続され、第２の入力端子３２７ｂが第２の外部電極３２６ｂに接続される。

第１の入力端子３２７ａと第１の外部電極３２６ａとを接続するために、圧電素子３２２の第１の主面３２２ａには、第１の外部電極３２６ａから引き出された第１の引出電極層３２５ａが設けられている。また、第２の入力端子３２７ｂと第２の外部電極３２６ｂとを接続するために、圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂには、第２の外部電極３２６ｂから引き出された第２の引出電極層３２５ｂが設けられている。第１の引出電極層３２５ａは第２の外部電極３２６ｂから離間し、第２の引出電極層３２５ｂは第１の外部電極３２６ａから離間している。

図２に示すように、圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂは、振動板３２１の対向面である第１の主面３２ａに接合されている。これにより、第２の引出電極層３２５ｂが振動板３２１に導通している。圧電素子３２２と振動板３２１との接合には、導電性接着剤やはんだを利用可能であり、第２の引出電極層３２５ｂと振動板３２１との接触を確保できる場合には絶縁性接着剤を利用することもできる。詳細は後述するが、圧電式発音体３２は、第１の外部電極３２６ａが振動板３２１と導通しないように構成されている。

第１の入力端子３２７ａは、第１の引出電極層３２５ａ上に直接設けられている。第２の入力端子３２７ｂは、振動板３２１の第１の主面３２ａ上に設けられ、振動板３２１の導電性の本体部を介して第２の引出電極層３２５ｂに接続されている。つまり、配線部材Ｃ３を介して再生信号の入力を受ける入力端子３２７ａ，３２７ｂは、それぞれ引出電極層３２５ａ，３２５ｂを介して外部電極３２６ａ，３２６ｂに接続されている。

このような構成により、圧電式発音体３２は、回路基板３３から配線部材Ｃ３を介して入力端子３２７ａ，３２７ｂに入力された再生信号に基づく音波を発生させることが可能である。

（振動板の孔部）
図６は振動板３２１の概略構成を示す平面図であり、図７は当該振動板３２１に圧電素子３２２が接合された圧電式発音体３２の概略構成を示す平面図である。

振動板３２１の導電性の本体部には、第１の孔部３５及び第２の孔部３６が形成されている。本実施形態では、第１の孔部３５及び第２の孔部３６が、無底の貫通孔部として構成されるが、有底の凹状部として構成されていてもよい。

第１の孔部３５は、圧電素子３２２の第１の外部電極３２６ａに対向する領域に、第１の外部電極３２６ａのＸ軸方向及びＹ軸方向における外形よりも大きい矩形状に形成されている。つまり、第１の外部電極３２６ａはＸ軸方向及びＹ軸方向において第１の孔部３５内に収まっている。第１の外部電極３２６ａは、第１の孔部３５の中央領域に配置されている。

図８Ａは図７のＢ−Ｂ'線に沿った圧電式発音体３２の部分断面図である。第１の外部電極３２６ａはＺ軸方向下方に突出する第１の凸部３２９ａを有し、第１の凸部３２９ａが圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂから突出している。第１の外部電極３２６ａの第１の凸部３２９ａは、振動板３２１の第１の主面３２ａから第１の孔部３５内に進入している。

このように、振動板３２１に第１の孔部３５が形成されていることにより、第１の外部電極３２６ａの第１の凸部３２９ａは、圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂから突出しているものの、圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂによる振動板３２１の第１の主面３２ａに対する面接触を阻害しない。

また、振動板３２１の第１の孔部３５によって、第１の外部電極３２６ａと振動板３２１の本体部との間に間隔が形成されている。これにより、第１の外部電極３２６ａと振動板３２１の本体部とが絶縁されている。

このように、第１の入力端子３２７ａに接続される第１の端子部としての外部電極３２６ａが振動板３２１の本体部から絶縁される。このため、第２の入力端子３２７ｂに接続される第２の端子部としての第２の引出電極層３２５ｂ及び第２の外部電極３２６ｂが振動板３２１に導通する構成においても、第１の入力端子３２７ａと第２の入力端子３２７ｂとが振動板３２１を介してショートすることがない。

なお、第１の外部電極３２６ａの形成方法がディップ法以外の塗布法やスパッタリング法などで、外部電極３２６ａに図８Ａに示すような第１の凸部３２９ａが生じない場合にも、振動板３２１における第１の孔部３５の構成は有効である。つまり、第１の孔部３５によって、外部電極３２６ａの直下に振動板３２１の本体部が存在しなくなるため、外部電極３２６ａを振動板３２１の本体部からより確実に絶縁することができる。

第２の孔部３６は、圧電素子３２２の第２の外部電極３２６ｂに対向する領域に、第２の外部電極３２６ｂのＸ軸方向及びＹ軸方向における外形よりも大きい矩形状に形成されている。つまり、第２の外部電極３２６ｂはＸ軸方向及びＹ軸方向において第２の孔部３６内に収まっている。

図８Ｂは図７のＣ−Ｃ'線に沿った圧電式発音体３２の部分断面図である。第２の外部電極３２６ｂはＺ軸方向下方に突出する第２の凸部３２９ｂを有し、第２の凸部３２９ｂが圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂから突出している。第２の外部電極３２６ｂの第２の凸部３２９ｂは、振動板３２１の第１の主面３２ａから第２の孔部３６内に進入している。

このように、振動板３２１に第１の孔部３５が形成されていることにより、第２の外部電極３２６ｂの第２の凸部３２９ｂは、圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂから突出しているものの、圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂによる振動板３２１の第１の主面３２ａに対する面接触を阻害しない。

第２の外部電極３２６ｂの第２の凸部３２９ｂは、第２の孔部３６の内壁面の内側部分にある規制部Ｐに接触している。圧電式発音体３２の製造過程において、振動板３２１に圧電素子３２２を接合する際に、第２の外部電極３２６ｂの凸部３２９ｂを第２の孔部３６の規制部Ｐに突き当てることにより、第１の外部電極３２６ａが図８Ａに示すように位置決めされる。このように、圧電式発音体３２では、振動板３２１と圧電素子３２２との相対位置を簡単かつ正確に合わせることができる。

なお、第２の孔部３６の規制部Ｐは、図８Ｂに示すような第２の孔部３６の内壁面の内側部分にある構成に限らず、図８Ｃに示すような第２の孔部３６の内壁面の外側部分にあってもよい。更に、振動板３２１と圧電素子３２２との相対位置を他の方法により合わせることが可能な構成においては、第２の孔部３６に規制部Ｐを設けなくてもよい。つまり、第２の外部電極３２６ｂは振動板３２１の本体部から離間していてもよい。

第１の孔部３５及び第２の孔部３６の位置及び形状は、圧電素子３２２の外部電極３２６ａ，３２６ｂの位置や形状などに応じて適宜決定可能である。例えば、第１の孔部３５及び第２の孔部３６は、その短辺が円形状や楕円形状などの曲線状になるように形成されていてもよい。

ただし、第１の孔部３５と第２の孔部３６とは、相互に対称性を有するように形成されていることが好ましい。より具体的には、第１の孔部３５と第２の孔部３６とは、振動板３２１の中心点について相互に点対称となるように形成され、又は、振動板３２１の中心点を通る中心線について相互に線対称となるように形成されていることが好ましい。これにより、振動板３２１の振動がより等方的になるため、振動板３２１がより良好な音波を発生させることが可能となる。

（振動板の通音部）
図１に示すように、振動板３２１は、電磁式発音体３１が配置された第１の空間部Ｓ１と、音道１１が設けられた第２の空間部Ｓ２とを隔てている。したがって、第１の空間部Ｓ１が密閉されていると、所望とする周波数特性で低音域の音波を発生させることができない場合がある。具体的には、所定の周波数帯域におけるピークレベルの調整や、低音域の特性曲線と高音域の特性曲線との交差部（クロスポイント）における周波数特性の最適化などに対して、柔軟に対応することが困難となる。

このため、孔部３５，３６は、無底の貫通孔部として構成され、外部電極３２６ａ，３２６ｂより外側のマージン部がある程度大きく確保されていることが好ましい。この場合、孔部３５，３６が、第１の空間部Ｓ１にある電磁式発音体３１が発生させる音波を第２の空間部Ｓ２に通過させる通音部として機能する。これにより、電磁式発音体３１が発生させる音波が良好に音道１１から放出されるようになる。

更に、振動板３２１には、その厚さ方向に貫通する第３の孔部３７が形成されている。第３の孔部３７は、孔部３５，３６の外側にそれぞれ隣接して形成された丸穴として構成され、電磁式発音体３１が発生させる音波を更に良好に第２の空間部Ｓ２に通過させる通音部として機能する。

したがって、孔部３５，３６のみによって電磁式発音体３１が発生させる音波を充分に第２の空間部Ｓ２に通過させることができる場合には、第３の孔部３７を設ける必要がない。なお、第３の孔部３７は、特定の構成（数や位置や形状など）に限定されないが、孔部３５，３６と同様に、相互に対称性を有するように形成されていることが好ましい。

振動板３２１に第３の孔部３７を設ける観点から、圧電素子３２２の平面形状（主面３２２ａ，３２２ｂの形状）は、振動板３２１の平面形状（主面３２ａ，３２ｂの形状）である円形ではなく、矩形をはじめとする多角形であることが好ましい。これにより、振動板３２１には、少なくとも圧電素子３２２の各辺に隣接する位置に、第３の孔部３７を設けるスペースが確保される。したがって、この構成では、振動板３２１に第３の孔部３７を設けるために圧電素子３２２を小型化する必要がなく、圧電素子の機能がより良好に担保される。

また、本実施形態に係るイヤホン１００では、振動板３２１における孔部３５，３６，３７の構成（例えば孔部３５，３６，３７の大きさや第３の孔部３７の数など）によって、低音域の周波数特性を調整あるいはチューニングすることができる。つまり、所望とする低音域の周波数特性に応じて孔部３５，３６，３７の構成を決定可能である。

［カバー］
カバー４２は、筐体４１の内部を閉塞するように側壁部４１２の上端に固定される。カバー４２の内部上面には、電磁式発音体３１を環状部材３４に向けて押圧する押圧部４２１を有する。これにより、環状部材３４は、電磁式発音体３１の脚部３１２ａと筐体４１の支持部４１１との間に強固に挟持されるため、振動板３２１の周縁部３２１ｃを筐体４１に一体的に接続することが可能となる。

カバー４２の押圧部４２１は環状に形成され、その先端部は、弾性層４２２を介して、電磁式発音体３１の隆起部３１ｃの周囲に形成された環状の上面部３１ｄ（図２及び図３参照）に接触する。これにより、電磁式発音体３１が、環状部材３４の全周にわたって均一な力で押圧されることになり、筐体４１の内部において発音ユニット３０を適正に位置決めすることが可能となる。なお押圧部４２１は、環状に形成される場合に限られず、複数の柱体で構成されてもよい。

カバー４２の所定位置には、回路基板３３の端子部３３１に接続される配線部材Ｃ１を図示しない再生装置へ導出するためのフィードスルーが設けられている。

［配線部材Ｃ３の引出構造］
本実施形態においては、圧電式発音体３２に接続される各配線部材Ｃ３は、振動板３２１の第１の主面３２ａ側から引き出されるように構成される。すなわち圧電式発音体３２の各入力端子３２７ａ，３２７ｂは、第１の空間部Ｓ１に臨んで配置されているため、これら配線部材Ｃ３を回路基板３３上の端子部３３３に導くための引き回し経路が必要となる。そこで本実施形態では、電磁式発音体３１の台座部３１２の側周面と、環状部材３４とに、それぞれ配線部材Ｃ３を収容可能なガイド溝が設けられている。

図２に示すように、電磁式発音体３１の周面部３１ｅ及び上面部３１ｄには、第１の面３１ａと第２の面３１ｂとの間で引き回される複数の配線部材Ｃ３を収容する第１のガイド溝３１ｆが設けられている。これにより、電磁式発音体３１の周面部３１ｅと筐体４１の側壁部４１２との間、及び、電磁式発音体３１の上面部３１ｄとカバー４２の押圧部４２１との間において、配線部材Ｃ３を損傷させることなく容易に引き回すことが可能となる。

第１のガイド溝３１ｆは、上面部３１ｄにあっては径方向に、周面部３１ｅにあっては高さ方向（Ｚ軸方向）に沿ってそれぞれ形成されている。上面部３１ｄ及び周面部３１ｅに形成される各ガイド溝３１ｆは、相互に接続されている。第１のガイド溝３１ｆは角溝で構成されるが、丸溝等の他の形状の凹溝で構成されてもよい。第１のガイド溝３１ｆの形成位置は特に限定されないが、図３に示すように回路基板３３の端子部３３３に近い位置に設けられるのが好ましい。

なお、カバー４２の押圧部４２１が複数の柱体で構成される場合には、これら柱体間に配線部材Ｃ３を通すことができるため、上面部３１ｄへのガイド溝３１ｆの形成は省略することができる。

一方、環状部材３４の支持面３４１には、複数の配線部材Ｃ３を収容可能な第２のガイド溝３４ａが設けられている。第２のガイド溝３４ａは、環状部材３４の内周縁部と外周縁部との間を連絡するように径方向に直線的に形成される。第２のガイド溝３４ａは、発音ユニット３０を筐体４１の内部に組み込んだ状態において、第１のガイド溝３１ｆと連通する位置に形成される。これにより、電磁式発音体３１の脚部３１２ａと環状部材３４との間において、配線部材Ｃ３を損傷させることなく容易に引き回すことが可能となる。

［イヤホンの動作］
続いて、以上のように構成される本実施形態のイヤホン１００の典型的な動作について説明する。

本実施形態のイヤホン１００において、発音ユニット３０の回路基板３３には、配線部材Ｃ１を介して再生信号が入力される。再生信号は、回路基板３３及び配線部材Ｃ２，Ｃ３を介して、電磁式発音体３１及び圧電式発音体３２にそれぞれ入力される。これにより、電磁式発音体３１が駆動し、主として７ｋＨｚ以下の低音域の音波を発生させる。一方、圧電式発音体３２は、圧電素子３２２の伸縮動作により振動板３２１が振動し、主として７ｋＨｚ以上の高温域の音波を発生させる。発生させられた各帯域の音波は、音道１１を介してユーザの耳に伝達される。このようにイヤホン１００は、低音域用の発音体と高音域用の発音体とを有するハイブリッドスピーカとして機能する。

ここで、発音ユニット３０が発生させる音波は、圧電式発音体３２が発生させ、第２の空間部Ｓ２へ伝播する音波成分と、電磁式発音体３１が発生させ、孔部３５，３６，３７を介して第２の空間部Ｓ２へ伝播する音波成分との合成波で形成される。したがって、振動板３２１の孔部３５，３６，３７の構成を最適化することにより、圧電式発音体３２から出力される低音域の音波を、例えば所定の低音帯域に音圧ピークが得られるような周波数特性に調整あるいはチューニングすることが可能となる。

本実施形態では、孔部３５，３６，３７が振動板３２１の厚み方向に貫通する貫通孔部で構成されているため、第１の空間部Ｓ１から第２の空間部Ｓ２への音波伝搬経路を最小（最短）にすることができる。これにより、所定の低音域に音圧ピークを設定しやすくなる。

また、振動板３２１の孔部３５，３６，３７は、電磁式発音体３１から発生した音波のうち所定以上の高周波成分をカットするローパスフィルタとしての機能を有する。これにより、圧電式発音体３２によって発生される高音域の周波数特性に影響を及ぼすことなく、所定の低周波帯域の音波を出力することが可能となる。

更に本実施形態によれば、圧電式発音体３２は、複数の配線部材Ｃ３をすべて振動板３２１の第１の主面３２ａ側に引き出すように構成されているため、振動板３２１の第２の主面３２ｂ側から配線を引き出す場合と比較して、圧電素子３２２への配線部材Ｃ３の接続作業性だけでなく、筐体４１への組立性の向上を図ることができる。

しかも、発音ユニット３０は、電磁式発音体３１と圧電式発音体３２とを配線部材Ｃ３によって相互に接続した状態で筐体４１の内部へ一括的に組み込むことができるため、組立性の更なる向上を図ることができる。また、配線部材Ｃ３を収容可能な第１及び第２のガイド溝３１ｆ，３４ａが電磁式発音体３１の周面部３１ｅ及び環状部材３４の支持面３４１にそれぞれ設けられているため、配線部材Ｃ３を損傷させることなく、適正な経路で引き回すことが可能となる。これにより、作業の熟練度を必要とすることなく、安定した組立精度を確保することが可能となる。

［変形例１］
図９は、上記実施形態の変形例１に係る電気音響変換装置としてのイヤホン１００の概略構成を示す側断面図である。変形例１に係るイヤホン１００は、以下に示す構成以外について、上記実施形態と同様であり、適宜その説明を省略する。また、変形例１に係るイヤホン１００における上記実施形態に対応する構成については同様の符号を付す。

変形例１に係るイヤホン１００では、入力端子３２７ａ，３２７ｂがいずれも圧電素子３２２の第１の主面３２２ａ上に設けられている。

図１０は圧電素子３２２の概略構成を示す斜視図であり、図１１は図１０のＤ−Ｄ'線に沿った圧電素子３２２の断面図である。

圧電素子３２２では、第１の入力端子３２７ａと第１の外部電極３２６ａとを接続するための第１の引出電極層３２５ａと、第２の入力端子３２７ｂと第２の外部電極３２６ｂとを接続するための第２の引出電極層３２５ｂとがいずれも第１の主面３２２ａ上に設けられている。引出電極層３２５ａ，３２５ｂは相互に離間している。

入力端子３２７ａ，３２７ｂは、それぞれ引出電極層３２５ａ，３２５ｂ上に直接設けられている。つまり、配線部材Ｃ３を介して再生信号の入力を受ける入力端子３２７ａ，３２７ｂは、それぞれ引出電極層３２５ａ，３２５ｂを介して外部電極３２６ａ，３２６ｂに接続されている。

このような変形例１の構成によっても、圧電式発音体３２は、回路基板３３から配線部材Ｃ３を介して入力端子３２７ａ，３２７ｂに入力された再生信号に基づく音波を発生させることが可能である。

［変形例２］
変形例２に係るイヤホンは、以下に示す構成以外について、変形例１に係るイヤホン１００と同様であり、適宜その説明を省略する。また、変形例２に係るイヤホンにおける変形例１に係るイヤホン１００に対応する構成については同様の符号を付す。

図１２は圧電素子３２２の概略構成を示す斜視図であり、図１３は圧電式発音体３２の概略構成を示す平面図である。

変形例２に係る圧電素子３２２では、第１の引出電極層３２５ａがＹ軸方向の一方の端部のみにおいて第１の外部電極３２６ａに接続され、第２の引出電極層３２５ｂがＹ軸方向の他方の端部のみにおいて第２の外部電極３２６ｂに接続されている。つまり、第１の引出電極層３２５ａと第１の外部電極３２６ａの接続部と、第２の引出電極層３２５ｂと第２の外部電極３２６ｂの接続部とは、矩形状の第１の主面３２２ａにおける対角位置にある。

外部電極３２６ａ，３２６ｂは、上記実施形態よりも小さく形成され、素体３２８の端面全体を覆っておらず、引出電極層３２５ａ，３２５ｂとの接続部の周囲のみを覆っている。振動板３２１の孔部３５，３６は、外部電極３２６ａ，３２６ｂの位置及び形状に対応して、上記実施形態よりも小さく形成されている。

このように、振動板３２１の孔部３５，３６の構成は、圧電素子３２２の外部電極３２６ａ，３２６ｂの位置や形状に応じて様々に変更可能であり、あらゆる構成の圧電素子３２２に対応可能である。

第３の孔部３７は、孔部３５、３６に対して圧電素子３２２を挟んで対向する位置にそれぞれ２つずつ配置されている。孔部３５，３６，３７は、全体として、振動板３２１の中心点について相互に点対称となっている。これにより、振動板３２１の振動がより等方的になるため、振動板３２１がより良好な音波を発生させることが可能となる。

また、孔部３５，３６が小さい場合に、第３の孔部３７の数を多くしたり、あるいは第３の孔部３７を大きく形成したりすることにより、電磁式発音体３１が発生させる音波の通音性を向上させることができる。

＜第２の実施形態＞
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る電気音響変換装置としてのイヤホン１００の概略構成を示す側断面図である。第２の実施形態に係るイヤホン１００は、以下に示す構成以外について、第１の実施形態と同様であり、適宜その説明を省略する。また、第２の実施形態に係るイヤホン１００における第１の実施形態に対応する構成については同様の符号を付す。

図１５は本実施形態に係る圧電素子３２２の概略構成を示す斜視図であり、図１６は図４のＥ−Ｅ'線に沿った圧電素子３２２の断面図である。

圧電素子３２２では、第１の外部電極３２６ａが第１の実施形態と同様にディップ法によって形成されている。この一方で、第２の外部電極３２６ｂは、第１の実施形態とは異なり、ディップ法以外の塗布法やスパッタリング法によって形成されている。これにより、第１の外部電極３２６ａには第２の主面３２２ｂから突出する第１の凸部３２９ａが生じているものの、第２の外部電極３２６ｂには第２の主面３２２ｂから突出する第２の凸部３２９ｂが生じていない。

図１７は振動板３２１の概略構成を示す平面図であり、図１８は当該振動板３２１に圧電素子３２２が接合された圧電式発音体３２の概略構成を示す平面図である。

振動板３２１の導電性の本体部には、第１の実施形態と同様に第１の孔部３５が形成されているものの、第１の実施形態とは異なり第２の孔部３６が形成されていない。すなわち、第２の外部電極３２６ｂは、第２の主面３２２ｂにおいて平坦であるため、第２の孔部３６を設けなくても、振動板３２１の第１の主面３２ａと圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂとの面接触を阻害しない。

図１９は図１８のＦ−Ｆ'線に沿った圧電式発音体３２の部分断面図である。振動板３２１の第１の孔部３５には、絶縁性樹脂が充填された封止部３５１が設けられている。第１の外部電極３２６ａの第１の凸部３２９ａは、第１の孔部３５内において封止部３５１に固定されている。これにより、第１の外部電極３２６ａが封止部３５１によって振動板３２１の本体部からより確実に絶縁される。

また、図１８に示すように、第１の孔部３５を封止部３５１によって封止することにより、振動板３２１に第１の孔部３５を設けることによる振動板３２１の振動特性への影響を低減させることができる。特に、本実施形態では振動板３２１に第２の孔部３６が設けられていないため、第１の孔部３５によって振動板３２１の振動の等方性が損なわれやすいが、第１の孔部３５に充填された封止部３５１の作用によって振動板３２１の振動の等方性が維持される。

振動板３２１の第３の孔部３７は、圧電素子３２２の４辺のそれぞれに沿ってスロット状に形成されている。つまり、本実施形態に係る振動板３２１では、第１の実施形態よりも、第３の孔部３７の数が多く、それぞれの第３の孔部３７が大きい。これにより、振動板３２１では、第１の孔部３５が貫通しておらず、第２の孔部３６が設けられていないものの、電磁式発音体３１が発生させる音波の高い通音性を確保することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施の形態では、電磁式発音体３１と圧電式発音体３２とを備えたハイブリッドスピーカを例に挙げて説明したが、圧電式発音体のみを備えた電気音響変換装置にも本発明は適用可能である。また、圧電式発音体３２及び電磁式発音体３１とは異なる発音体を備えた電気音響変換装置にも本発明は適用可能である。

また、以上の実施形態では、低音域の音波を音道へ導く通音部が圧電式発音体に設けられたが、これに限られず、圧電式発音体の周囲に設けられてもよい。この場合、例えば図２０に模式的に示すように、圧電式発音体Ｕ２の外径は、筐体Ｂの側壁部の内径よりも小さく形成され、これらの間に、電磁式発音体Ｕ１で発生した低音域の音波を通過させる通音部Ｔが形成される。なお、圧電式発音体Ｕ２は、複数の支柱Ｒを介して筐体Ｂの底部Ｂ１に固定される。これにより、通音部Ｔを通過した音波を音道Ｂ２へ導くことができる。

更に、以上の実施形態では、電気音響変換装置としてイヤホン１００を例に挙げて説明したが、これに限られず、ヘッドホンや補聴器などにも適用可能である。また、本発明は、携帯情報端末やパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載されるスピーカユニットとして適用することも可能である。

１００…イヤホン
３０…発音ユニット
３１…電磁式発音体
３２…圧電式発音体
３２１…振動板
３２ａ…第１の主面
３２ｂ…第２の主面
３２２…圧電素子
３２２ａ…第１の主面
３２２ｂ…第２の主面
３２６ａ…第１の外部電極
３２６ｂ…第２の外部電極
３２８…素体
３２５ａ…第１の引出電極層
３２５ｂ…第２の引出電極層
３５…第１の孔部
３６…第２の孔部
３７…第３の孔部

Claims (9)

1. 実装面を有する素体と、前記実装面上に形成され、相互に離間している第１及び第２の端子部とを有する圧電素子と、
   前記圧電素子に接合され、前記実装面に対向する主面を有する導電性の本体部と、前記主面の前記第１の端子部に対向する領域に形成され前記本体部と前記第１の端子部との間に間隔を形成する有底又は無底の第１の孔部とを有する振動板と
   を具備する圧電式発音体。
2. 請求項１に記載の圧電式発音体であって、
   前記第２の端子部は前記実装面から突出する凸部を有し、
   前記振動板は、前記凸部に嵌合する有底又は無底の第２の孔部を更に有する
   圧電式発音体。
3. 請求項２に記載の圧電式発音体であって、
   前記第２の孔部は、前記本体部に対する前記凸部の相対位置を規制する規制部を有する
   圧電式発音体。
4. 請求項２又は３に記載の圧電式発音体であって、
   前記第１の孔部及び前記第２の孔部は、相互に線対称又は点対称となる位置に形成されている
   圧電式発音体。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電式発音体であって、
   前記振動板は、その厚さ方向に貫通する単数又は複数の第３の孔部を更に有する
   圧電式発音体。
6. 請求項５に記載の圧電式発音体であって、
   前記主面は円形状であり、前記実装面は多角形状である
   圧電式発音体。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電式発音体であって、
   前記第１の孔部に絶縁性樹脂が充填されている
   圧電式発音体。
8. 筐体と、
   実装面を有する素体と、前記実装面上に形成され、相互に離間している第１及び第２の端子部とを有する圧電素子と、
   前記筐体に支持され、前記圧電素子に接合され、前記実装面に対向する主面を有する導電性の本体部と、前記主面の前記第１の端子部に対向する領域に形成され前記本体部と前記第１の端子部との間に間隔を形成する貫通孔部とを有する振動板と、
   前記筐体内に収容され、前記振動板に対向して配置された電磁式発音体と
   を具備する電気音響変換装置。
9. 請求項８に記載の電気音響変換装置であって
   前記貫通孔部は、前記電磁式発音体が発生させた音波を通す通音部として構成される
   電気音響変換装置。

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