JP5810328B2 - 圧電型音響変換器 - Google Patents

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Description

本発明は、圧電型音響変換器に関し、より特定的には、省スペース化と低音再生能力向上とを両立した圧電型音響変換器に関する。
従来の圧電型音響変換器（「圧電型スピーカ」）は、逆圧電効果を利用した振動板の曲げ変形と振動板自身の固有共振とを用いて音を再生する。このため、同等面積の振動板を持つ動電型スピーカと比べて低音再生能力に劣るという課題があった。この課題を解決する手段として、フレームと振動板との間にダンパおよびエッジを形成した圧電型スピーカがあった（例えば、特許文献１参照）。
図４４は、特許文献１に記載された圧電型スピーカの外観図である。圧電型スピーカ１０は、アウタフレーム２１と、インナフレーム２２と、圧電素子３０と、振動板４１〜４４と、ダンパ５１〜５８、エッジ６１〜６４とを有している。圧電型スピーカ１０において、圧電素子３０の主面に垂直な方向に交流信号を印加すると、圧電素子３０が逆圧電効果によりその主面方向に伸縮するために、振動板４１〜４４に曲げ変形が生じる。その結果、圧電型スピーカ１０は、主面に対して垂直な方向に音波を発生させる。
上記構成の圧電型スピーカ１０は、ダンパ５１〜５８と、エッジ６１〜６４を備えることで支持系スティフネスを低くすることが可能である。このため、最低共振周波数を低下させ、従来の圧電型スピーカと比べて低音再生限界を低くできる構成となっている。
特開２００１−１６０９９９号公報
しかしながら、上記構成の圧電型スピーカ１０で低音域に十分な音量を得ようとすると、高い電圧を印加して圧電素子３０の伸縮量を増やす必要がある。このため、次の二つの課題が生じる。第一に、高い交流電圧を印加することにより圧電素子３９の電気的な許容入力範囲を超える電界が加わると、圧電素子３０の性能劣化の問題が生ずる。第二に、圧電素子３０の曲げ変形量が圧電体材料の限界破壊応力を上回ることによる割れ破壊の問題が生ずる。
それゆえ、本発明の目的は、限られたスペースで、低音域においても圧電素子への印加電圧を増やすことなく、高い音圧が再生可能な圧電型音響変換器を提供することである。
上記の目的を達成するため、本発明は以下の構成を採用している。
本発明の圧電型音響変換器は、壁面に開口部が形成された筐体と、電圧を印加することによって互いに逆位相で振動する第１の圧電振動板及び第２の圧電振動板を少なくとも含む複数の振動板と、第１の圧電振動板及び第２の圧電振動板を、厚み方向に連結する少なくとも一つの連結部材と、第１及び第２の圧電振動板のうち少なくとも一つを、筐体に固定する固定部材とを備え、複数の振動板のうち一つは、一方側の面が筐体の外側に対面し、他方側の面が筐体の内側に対面するように筐体の開口部に配置され、第１及び第２の圧電振動板の振幅を合成した振幅で振動することによって音波を放射し、各第１の圧電振動板及び第２の圧電振動板は、基板と、基板の表面及び裏面の少なくとも一方に配置され、電圧を印加することによって伸縮する少なくとも一つの圧電素子とを含み、少なくとも一つの前記圧電素子に対して直列に電気抵抗が接続される。
好ましくは、電気抵抗の値は、圧電型音響変換器の機械的共振周波数のうち、２番目に低い共振周波数および３番目に低い共振周波数のいずれかと、圧電素子の静電容量によって定められる。
また、少なくとも一つの振動板は、周囲に柔軟材料から成るエッジを持ち、前記振動板は、音波の放射面として動作し、エッジは、外部フレームに接続される。
電気抵抗の値は、音波の放射面として動作する振動板において、電気抵抗を接続しないときの振動板上の各点における音波放射方向への変位量が正と負の両方の値を持つ周波数のうち、最も低い周波数と、圧電素子の静電容量によって定められる。
電気抵抗は、固定部材に固定された圧電振動板上の圧電素子に対して直列に接続される。
また、電気抵抗は、連結部材の表面または内部に形成される。また、電気抵抗は、基板の表面に形成されてもよい。また、電気抵抗は、外部フレームの表面または内部に形成されてもよい。
一例として、第１の圧電振動板は、筐体の開口部に配置されて放射板として動作してもよい。この場合、第２の圧電振動板は、筐体の内部に収納される。他の例として、複数の振動板には、厚み方向にずれた位置関係で第１の圧電振動板に接続され、第１の圧電振動板から伝達される合成した振幅で振動する放射板が含まれてもよい。この場合、第１及び第２の圧電振動板は、筐体の内部に収納される。
また、放射板と第１の圧電振動板とは、互いに対面するように配置されてもよい。さらに、圧電型音響変換器は、放射板と、第１の圧電振動板の最も振幅の大きい位置とを接続する接続部材を備えてもよい。これにより、第１及び第２の圧電振動板の振動を効率よく放射板に伝達することができる。
固定部材は、第２の圧電振動板を、前記筐体の内壁面に固定してもよい。さらに、圧電型音響変換器は、筐体に設けられた隙間を通じて筐体の内外に延在し、第２の圧電振動板を筐体の外の剛体に固定する固定部材を備えてもよい。これにより、第１及び第２の圧電振動板の振動が筐体に伝わるのを防止することができる。
また、第１及び第２の圧電振動板は、長辺及び短辺を有する略矩形形状であってもよい。そして、連結部材は、第１及び第２の圧電振動板それぞれの短辺に沿って延びる長尺状の部材であって、第１及び第２の圧電振動板の短辺同士を連結してもよい。
また、第１及び第２の圧電振動板は、略矩形形状であってもよい。そして、連結部材は、第１及び第２の圧電振動板それぞれの角部同士を連結してもよい。また、連結部材の放射板の主面と交差する方向の曲げ剛性は、第１及び第２の圧電振動板の主面方向の曲げ剛性より大きくてもよい。これにより、第１及び第２の圧電振動板の振動によって生じる連結部材の変形を小さくすることができる。
また、第１及び第２の圧電振動板は、基板と、基板の表面及び裏面の少なくとも一方に配置され、電圧を印加することによって伸縮する圧電素子とを含んでもよい。第１及び第２の圧電振動板は、基板の両面に圧電素子を備えるバイモルフ型であってもよいし、基板の片面だけに圧電素子を備えるモノモルフ型であってもよい。
また、基板の前記圧電素子が配置されている面には、信号源と前記圧電素子とを接続する配線がプリントされていてもよい。また、配線は、信号源から第１及び第２の圧電振動板の一方を経由して他方にまで延在し、第１の圧電振動板の圧電素子と第２の圧電振動板の圧電素子とを導通させてもよい。
さらに、配線は、連結部材の表面又は連結部材の内部に形成された貫通孔通って、第１及び第２の圧電振動板の一方を経由して他方にまで延在してもよい。さらに、圧電型音響変換器は、柔軟材料で構成され、放射板と前記筐体の開口部との間の隙間を封止する封止部材を備えてもよい。
上述した本発明によれば、複数の圧電振動板を厚み方向に連結し、互いに逆の曲げ変形を生じさせることによって、圧電素子への印加電圧を増やすことなく高い音圧が再生可能な圧電型スピーカを提供することができる。また、本発明によれば、複数の圧電振動板のうち、音波の放射に寄与しない圧電振動板に装着された圧電素子に対して直列に電気抵抗を接続することで、振動板ごとに信号入力回路を設けることなく、高い周波数帯域での電力効率を向上させることができる。
図１Ａは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１の上面図である。 図１Ｂは、図１Ａに示す圧電型スピーカ１０１における音波放射方向に平行な面の断面図である。 図２Ａは、図１Ｂに示す圧電型スピーカ１０１を下方から見た１Ｙ−１Ｙ’における断面図である。 図２Ｂは、図１Ｂに示す圧電型スピーカ１０１を下方から見た１Ｚ−１Ｚ’における断面図である。 図３Ａは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１の電気回路構成を示す図である。 図３Ｂは、図３Ａの圧電型スピーカ１０１を一方の面（電極層３Ａ，電気抵抗層３Ｂ）側から見た側面図である。 図３Ｃは、図３Ａの圧電型スピーカ１０１を他方の面（電気抵抗層３Ｃ，電極層３Ｄ）側から見た側面図である。 図３Ｄは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１に対応する電気回路を示す図である。 図４Ａは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１において上部圧電振動板１０４及び下部圧電振動板１０５が音波の放射方向に変位したときの概略断面図である。 図４Ｂは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１において上部圧電振動板１０４及び下部圧電振動板１０５が音波の放射方向とは逆向きに変位したときの概略断面図である。 図５Ａは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１が電気抵抗を備えない場合の、周波数ｆ１における曲げ変形を示す図である。 図５Ｂは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１が電気抵抗を備えない場合の、周波数ｆ２における曲げ変形を示す図である。 図５Ｃは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１が電気抵抗を備えない場合の、周波数ｆ３における曲げ変形を示す図である。 図６Ａは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１に対応する簡略化された電気回路を示す図である。 図６Ｂは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１の印加電圧と周波数特性との関係を示す図である。 図７Ａは、第２の実施形態に係る圧電型スピーカ２０１の上面図である。 図７Ａの圧電型スピーカ２０１における音波放射方向に平行な面の断面図である。 図８Ａは、第２の実施形態に係る圧電型スピーカ２０１を下方から見た２Ｙ−２Ｙ’における断面図である。 図８Ｂは、図７Ｂに示す圧電型スピーカ２０１を下方から見た２Ｚ−２Ｚ’における断面図である。 図９Ａは、第２の実施形態に係る圧電型スピーカ２０１の上部圧電振動板２０４及び下部圧電振動板２０５の電極構成を詳細に示した図である。 図９Ｂは、下部圧電振動板２０５の上面の電極構成を示す図である。 図１０は、第２の実施形態に係る圧電型スピーカ２０１の電気回路図である。 図１１Ａは、第３の実施形態に係る圧電型スピーカ３０１の上面図である。 図１１Ｂは、第３の実施形態に係る圧電型スピーカ３０１における音波放射方向に平行な面の断面図である。 図１２Ａは、第３の実施形態に係る圧電型スピーカ３０１の３Ｙ−３Ｙ’における平面断面図である。 図１２Ｂは、図１１Ｂに示す圧電型スピーカ３０１の３Ｚ−３Ｚ’における断面図である。 図１３Ａは、第３の実施形態に係る圧電型スピーカ３０１が音波の放射の向きに最も大きく変位したときの断面概略図である 図１３Ｂは、第３の実施形態に係る圧電型スピーカ３０１が音波の放射の向きとは逆の向きに最も大きく変位したときの断面概略図である。 図１４Ａは、第４の実施形態に係る圧電型スピーカ４０１の上面図である。 図１４Ｂは、第４の実施形態に係る圧電型スピーカ４０１における音波放射方向に平行な面の断面図である。 図１４Ｃは、第４の実施形態に係る圧電型スピーカ４０１の電気回路図である。 図１５は、第５の実施形態に係る圧電型スピーカの正面図である。 図１６は、図１５の５Ｘ−５Ｘ’における断面図である。 図１７は、図１６の５Ｙ−５Ｙ’における断面図である。 図１８は、図１６の５Ｚ−５Ｚ’における断面図である。 図１９は、第１の圧電振動板の拡大図である。 図２０は、図１６の領域ＶＩの拡大図である。 図２１は、連結部材の第１の変形例を示す図である。 図２２は、連結部材の第２の変形例を示す図である。 図２３は、第１の圧電振動板が音波の放射方向に最も大きく変位したときの概略断面図である。 図２４は、第１の圧電振動板が音波の放射方向とは逆の向きに最も大きく変位したときの概略断面図である。 図２５は、第６の実施形態に係る圧電型スピーカの平面図である。 図２６は、図２５の６Ｘ−６Ｘ’における断面図である。 図２７は、図２６の６Ｙ−６Ｙ’における断面図である。 図２８は、図２７の６Ｚ−６Ｚ’における断面図である。 図２９は、第７の実施形態に係る圧電型スピーカの正面図である。 図３０Ａは、図２９の７Ｘ−７Ｘ’における断面図である。 図３０Ｂは、第７の実施形態に係る接続部材の他の形態を示す図である。 図３１は、図３０Ａの７Ｙ−７Ｙ’における断面図である。 図３２は、第８の実施形態に係る圧電型スピーカの正面図である。 図３３は、図３２の８Ｘ−８Ｘ’における断面図である。 図３４は、図３３の８Ｙ−８Ｙ’における断面図である。 図３５は、第９の実施形態に係る圧電型スピーカの正面図である。 図３６は、図３５の９Ｘ−９Ｘ’における断面図である。 図３７は、第１０の実施形態に係る圧電型スピーカの正面図である。 図３８は、図３７の１０Ｘ−１０Ｘ’における断面図である。 図３９は、本発明の各実施形態に係る圧電型スピーカを適用した映像音響機器の外観図である。 図４０は、本発明の圧電型スピーカを適用した携帯型情報機器の外観図である。 図４１は、本発明の圧電型スピーカを適用した携帯型映像投影装置の外観図である。 図４２は、本発明の各実施形態に係る圧電型スピーカを適用したアレイスピーカモジュールの一部を示す概略図である。 図４３は、圧電型スピーカユニットを背面側から見た図である。 図４４は、従来の圧電型スピーカの外観図である。
本発明の各実施形態に係る圧電型音響変換器（「圧電型スピーカ」）について具体的に説明する前に、各実施形態において説明する以下の構成要素の特徴について、一括して説明する。
本発明の圧電型スピーカは、圧電素子、基板、連結部材、エッジ、及び電気抵抗を含む構成体である。圧電素子は、薄板形状の圧電体から成り、その二つの主面に導電性材料から成る電極層を有する。基板は、導電性材料、または絶縁性材料の少なくとも一方の主面に導電性材料から成る電極層を有する積層材であり、圧電素子の一方の主面は基板の一方の主面と固着される。連結部材は、樹脂などの絶縁性材料からなり、圧電振動板の分割された領域同士の主面に固着される。また、連結部材は、基板に対して高いヤング率と低い密度を有していることが望ましい。エッジは、基板の曲げ変形を著しく阻害しない物性および形状を有していることが望ましく、たとえばラミネート材、ウレタンゴム等の柔軟材料である。電気抵抗は、合金、金属と樹脂との複合材料、カーボンなどの導電性材料から成る。筐体は、圧電型スピーカが取り付けられる構成要素であり、内部に空間を備える。固定部材は、圧電型スピーカを筐体に固定する構成要素である。
以下、図面を参照して、本発明の各実施形態に係る圧電型スピーカについて具体的に説明する。
（第１の実施形態）
図１Ａ，１Ｂを参照して、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１の構造を説明する。図１Ａは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１の上面図である。図１Ｂは、図１Ａに示す圧電型スピーカ１０１における音波放射方向に平行な面の断面図である。図１Ａにおいては、筐体１０２と圧電型スピーカ１０１との構成要素のうち、上部圧電振動板１０４の上面が示されている。また、図１Ｂにおいては、図１Ａに示す圧電型スピーカ１０１の１Ｘ−１Ｘ’における断面図が示されている。
図１Ｂにおいて、圧電型スピーカ１０１は、上部圧電振動板１０４と、下部圧電振動板１０５と、連結部材１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄと、エッジ１０３とで主に構成される。圧電型スピーカ１０１は、図１Ｂの中心線（図示省略）に対して左右に対称な構造である。なお、上部圧電振動板１０４を第１の圧電振動板と記し、下部圧電振動板１０５を第２の圧電振動板と記してもよい。
筐体１０２は、振動板を収納する空間を内部に有する略直方体である。また、筐体１０２の前面側の壁面には、開口部が設けられている。なお、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１は、例えば、薄型テレビ等に搭載されるので、長さや幅と比較して、厚み（図１Ｂの上下方向の寸法）が極めて小さくなっている。また、上部圧電振動板１０４は、一方側の面が筐体１０２の外側に対面し、他方側の面が筐体１０２の内側に対面するように筐体１０２の開口部に配置され、音波を放射する放射板として機能する。一方、下部圧電振動板１０５は、筐体１０２の内部空間に収納される。
上部圧電振動板１０４と下部圧電振動板１０５とは、略矩形形状の平板状部材であり、電圧を印加することによって振動する振動板として機能する。上部圧電振動板１０４と下部圧電振動板１０５とは、４箇所の略角部において連結部材１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄを介して互いに接続される。下部圧電振動板１０５は、下面の中央部で固定部材１１３を介して筐体１０２の背面に接続される。また、上部圧電振動板１０４の外周部にはエッジ１０３が接続されている。エッジ１０３は、筐体１０２の表面に接続されている。
上部圧電振動板１０４と下部圧電振動板１０５とは、それぞれ基板の両面に圧電素子を装着したバイモルフ型の圧電振動板となっている。すなわち、上部圧電振動板１０４は、基板１０７と、基板１０７の上面に取り付けられる圧電素子１０８と、基板１０７の下面に取り付けられる圧電素子１０９とで構成される。同様に、下部圧電振動板１０５は、基板１１０と、基板１１０の上面に取り付けられる圧電素子１１１と、基板１１０の下面に取り付けられる圧電素子１１２とで構成される。なお、第１の実施形態に係る上部圧電振動板１０４と下部圧電振動板１０５とは、それぞれ基板の両面に圧電素子を装着したバイモルフ型の圧電振動板の例を示したが、基板の一方の面にだけ圧電素子を装着したモノモルフ型の圧電振動板を採用してもよい。
図２Ａ，２Ｂは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１の構造を詳細に示すための平面断面図である。図２Ａは、図１Ｂに示す圧電型スピーカ１０１を下方から見た１Ｙ−１Ｙ’における断面図である。図２Ｂは、図１Ｂに示す圧電型スピーカ１０１を下方から見た１Ｚ−１Ｚ’における断面図である。
図３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１の電気回路構成を示すため、エッジ、筐体、および固定部材等を省略し、上部圧電振動板１０４及び下部圧電振動板１０５の電極構成を詳細に示した図である。図３Ａは、図１Ｂに示す圧電型スピーカ１０１に対応する断面図である。図３Ｂは、図３Ａの一方の面（電極層３Ａ，電気抵抗層３Ｂ）側から圧電型スピーカ１０１を見た側面図である。図３Ｃは、図３Ａの他方の面（電気抵抗層３Ｃ，電極層３Ｄ）側から圧電型スピーカ１０１を見た側面図である。図３Ｂにおいて、電極層３Ａ、３Ｄ、および電気抵抗層３Ｂ、３Ｃは、連結部材１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの表面に形成される。図３Ｄは、圧電型スピーカ１０１に対応する電気回路を示す図である。なお、図３Ａにおいて、電極層３Ａ、３Ｄ、及び電気抵抗層３Ｂ、３Ｃは、上部圧電振動板１０４と下部圧電振動板１０５との間の電極の接続関係を示すため、便宜的に点線で示されている。
このような構造を備えた圧電型スピーカ１０１に交流信号を印加した時の低音域における動作を、図４Ａ，４Ｂを用いて説明する。図４Ａは、圧電型スピーカ１０１において上部圧電振動板１０４及び下部圧電振動板１０５が音波の放射方向に変位したときの概略断面図である。図４Ｂは、圧電型スピーカ１０１において上部圧電振動板１０４及び下部圧電振動板１０５が音波の放射方向とは逆向きに変位したときの概略断面図である。なお、図４Ａ及び図４Ｂでは、圧電型スピーカ１０１の中心から右側は省略して表示している。
圧電型スピーカ１０１が音波の放射の向きに変位するように電圧が印加されたとき、圧電型スピーカ１０１は全体として図４Ａに示すような曲げ変形をする。圧電型スピーカ１０１が音波の放射の向きとは逆向きに変位するように電圧が印加されたときは、圧電素子の伸縮は図４Ａの場合とは逆となり、結果として図４Ｂに示すような曲げ変形をする。すなわち、上部圧電振動板１０４及び下部圧電振動板１０５は、互いに対向方向の曲げ変形を起こす。上部圧電振動板１０４は、上部圧電振動板１０４自身の曲げ変形による変位に、下部圧電振動板１０５の端部の変位を足したものとなるため、上部圧電振動板１０４を単独で用いるよりも、上部圧電振動板１０４の変位を増加させることができる。したがって、本発明の圧電型スピーカ１０１によれば、圧電素子への印加電圧を増やすことなく高い音圧を再生することができる。
また、本発明の圧電型スピーカ１０１によれば、高い周波数帯域で電力効率が低いという課題を解決することができる。図５Ａ，５Ｂ，５Ｃを用いて、圧電型スピーカ１０１が電気抵抗を備えず、上部圧電振動板１０４及び下部圧電振動板１０５が備える圧電素子全てに同一振幅の電圧が加わる場合の上部圧電振動板１０４及び下部圧電振動板１０５の曲げ変形を説明する。図５Ａは、周波数ｆ１における曲げ変形を示す断面図である。図５Ｂは、周波数ｆ２における曲げ変形を示す断面図である。図５Ｃは、周波数ｆ３における曲げ変形を示す断面図である。なお、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３である。
通常、圧電型スピーカ１０１は、板としての固有共振周波数を再生周波数帯域内に複数持つ。圧電型スピーカ１０１において、１次の固有共振周波数付近では図５Ａに示すように、電圧印加による曲げ発生力の向きと共振による曲げの向きは、上部圧電振動板１０４及び下部圧電振動板１０５上で一致している。このため低音域では、印加電圧に対して効率よく、上部圧電振動板１０４及び下部圧電振動版１０５を変位させることができる。一方、２次以上の固有共振周波数付近では、図５Ｂ，５Ｃに示すように、上部圧電振動板１０４及び下部圧電振動版１０５上の位置によって共振による曲げの向きが電圧印加による曲げ発生力の向きと一致しない部分が存在する。高音域ではこれらの固有共振が支配的となるため、電圧印加による曲げの効果が共振による曲げによって相殺され、効率よく上部圧電振動板１０４及び下部圧電振動版１０５を変位させることができない。
ここで、下部圧電振動板１０５が備える圧電素子１１１によって実現されるコンデンサに対して電気抵抗層３Ｃを接続し、圧電素子１１２によって実現されるコンデンサに対して電気抵抗層３Ｂを接続する。すなわち、下部圧電振動板１０５が備える圧電素子１１１に直列に電気抵抗を接続し、圧電素子１１２に直列に電気抵抗を接続することにより、圧電型スピーカ１０１の電気回路は、図３Ｄに示す電気回路となる。なお、下部圧電振動板１０５が備える圧電素子１１１、あるいは圧電素子１１２の少なくとも一方に電気抵抗を接続するものであってもよい。
図３Ｄに示す電気回路を簡略化すると図６Ａに示す電気回路となる。ただし、下部圧電振動板１０５が備える圧電素子１１１、１１２、および電気抵抗層３Ｃ、３Ｄによって形成される回路の容量成分をＣ、抵抗成分をＲとする。このとき、圧電型スピーカ１０１に印加される電圧をＶｉｎ、上部圧電振動板１０４の圧電素子１０８、１０９に印加される電圧をＶ１、下部圧電振動板１０５の圧電素子１１１及び圧電素子１１２に印加される電圧をＶ２とする。Ｖ１、Ｖ２は、Ｖｉｎ、容量成分Ｃ、抵抗成分Ｒ、および駆動周波数ｆを用いて、下記の式１で表される。
Figure 0005810328
すなわち、上部圧電振動板１０４の駆動電圧に対する下部圧電振動板１０５の駆動電圧は、周波数の増加に従って減少する。この結果、高音域においては音波の放射に寄与する上部圧電振動板１０４が主に駆動されるため、電圧印加による曲げの向きと共振による曲げの向きの不一致が抑制される。
仮に、上部圧電振動板１０４の駆動電圧Ｖ１に対して、下部圧電振動板１０５の駆動電圧Ｖ２が半分となる周波数をfcとする場合、ＣＲの値が１／２πfcとなるよう、抵抗成分Ｒの値を設定すれば良い。例として、横軸に周波数、縦軸にＣＲ＝4×10-4としてＶ１に対するＶ２の比をとったグラフを図６Ｂに示す。ここで、抵抗成分Ｒの値は、圧電型スピーカ１０１の２次の固有振動数における駆動電圧Ｖ２を所望のレベルに低下させることを目標として設定しても良いし、上部圧電振動板１０４の振動分布が静止の位置に対して正と負の両方の位相を持つような周波数のうち、最も低い周波数における駆動電圧Ｖ２を所望のレベルに低下させるように設定しても良い。
以上により、第１の実施形態によれば、各振動板の配線を独立させて別途フィルタ回路を接続することなく、下部圧電振動板１０５への印加電圧Ｖ２を周波数増加に従って減少させることができる。これによって、高い周波数帯域での電力効率を高めることができる。
なお、第１の実施形態において、電気抵抗層３Ｂ，３Ｃは、連結部材の表面上に形成するとしたが、電気抵抗層３Ｂ，３Ｃは連結部材の内部に形成してもよく、たとえばプリント基板材料からなる連結部材のスルーホール加工部に形成しても良い。また、電気抵抗層３Ｂ，３Ｃは、内部電極層を持った複合材料からなる連結部材の内部層として形成しても良い。さらに、電気抵抗層３Ｂ，３Ｃは、必ずしも連結部材に形成する必要はなく、外部信号源側に別途フィルタを用意することなく、図６Ａの回路を実現できれば良い。また、下部圧電振動板１０５が備える圧電素子１１１、あるいは圧電素子１１２だけではなく、上部圧電振動板１０４が備える圧電素子１０８、あるいは圧電素子１０９の少なくとも一方に電気抵抗を接続するものであってもよい。
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る圧電型スピーカ２０１は、第１の実施形態において、電気抵抗を下部圧電振動板の固定部の基板表面に設けたことを特徴とする。以下、この特徴を中心に説明を行い、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１と共通する特徴については原則として説明を省略する。
図７Ａ，７Ｂを参照して、第２の実施形態に係る圧電型スピーカ２０１の構造を説明する。図７Ａは、第２の実施形態に係る圧電型スピーカ２０１の上面図である。図７Ｂは、図７Ａの圧電型スピーカ２０１における音波放射方向に平行な面の断面図である。図７Ｂでは、図７Ａにおける２Ｘ−２Ｘ’の断面図が示されている。図７Ｂにおいて、圧電型スピーカ２０１は、筐体２０２と、上部圧電振動板２０４と、下部圧電振動板２０５と、連結部材２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄと、エッジ２０３とで主に構成される。
上部圧電振動板２０４は、基板２０７と、基板２０７の上面に取り付けられる圧電素子２０８と、基板２０７の下面に取り付けられる圧電素子２０９とで構成される。下部圧電振動板２０５は、基板２１０と、基板２１０の上面に取り付けられる圧電素子２１１ａ、２１１ｂと、基板２１０の下面に取り付けられる圧電素子２１２ａ，２１２ｂとで構成される。すなわち、下部圧電振動板２０５は、４枚の圧電素子２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂを備え、固定部材２１３と接する固定部の基板表面を空ける形で配置される。固定部の基板両面には、電気抵抗層２１４、２１５が形成されている。
また、図８Ａ，８Ｂは、第２の実施形態に係る圧電型スピーカ２０１の平面断面図である。図８Ａは、図７Ｂに示す圧電型スピーカ２０１を下方から見た２Ｙ−２Ｙ’における断面図である。図８Ｂは、図７Ｂに示す圧電型スピーカ２０１を下方から見た２Ｚ−２Ｚ’における断面図である。
図９Ａは、第２の実施形態に係る圧電型スピーカ２０１の電気回路構成を示すため、エッジ、筐体、および固定部等を省略し、上部圧電振動板２０４及び下部圧電振動板２０５の電極構成を詳細に示した図である。また、図９Ｂは、下部圧電振動板２０５の上面の電極構成を示す図である。
以上の電極構成により、圧電型スピーカ２０１に対応する電気回路は、図１０に示す電気回路となる。図１０示す電気回路を簡略化すると、図６Ａと同様の電気回路となる。したがって、圧電型スピーカ２０１の低音域および高音域における動作は、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１と共通する。このため、第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様に、各振動板の配線を独立させて別途フィルタ回路を接続することなく、下部圧電振動板２０５への印加電圧を周波数増加に従って減少させることができる。これによって、高い周波数帯域での電力効率を高めることができる。
また、第２の実施形態によれば、下部圧電振動板２０５の固定部付近に圧電素子を設けないためコンデンサ成分の電極面積が減少し、静電容量が減少する。第１の実施形態では下部圧電振動板１０５の固定部側の圧電素子は曲げ変形に寄与していないので、第２の実施形態によればより少ない電流で、第１の実施形態と同等の動作を得ることができる。このため、低い周波数帯域においてもさらに電力効率を高めることができる。さらに、固定部付近の大きな曲げ変形により圧電素子が応力破壊することを防ぎ、動作可能な入力電圧範囲を広げることができる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る圧電型スピーカ３０１は、第１の実施形態において、下部圧電振動板を上部圧電振動板と対向に配置せず、上部圧電振動板の延長平面から厚み方向にずらして配置したことを特徴とする。以下、この特徴を中心に説明を行い、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１と共通する特徴については原則として説明を省略する。
図１１Ａ，１１Ｂを参照して、第３の実施形態に係る圧電型スピーカの構造を説明する。図１１Ａは、第３の実施形態に係る圧電型スピーカ３０１の上面図である。図１１Ｂは、第３の実施形態に係る圧電型スピーカ３０１における音波放射方向に平行な面の断面図である。図１１Ａでは筐体３０２と圧電型スピーカ３０１との構成要素のうち領域３０４の上面が示されている。図１１Ｂでは、図１１Ａにおける３Ｘ−３Ｘ’の断面図が示されている。図１１Ｂにおいて、圧電型スピーカ３０１は、上部圧電振動板３０４と、下部圧電振動板３０８ａと、下部圧電振動板３０８ｂと、連結部材３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｄと、エッジ３０３とで主に構成される。圧電型スピーカ３０１は、図１１Ｂの中心線（図示省略）に対して左右に対称な構造である。
上部圧電振動板３０４の下面左端と、下部圧電振動板３０８ａの上面右端とは、連結部材３１２ａ、３１２ｂを介して接続される。同様に、上部圧電振動板３０４の下面右端と、下部圧電振動板３０８ｂの上面左端とは、連結部材３１２ｃ、３１２ｄを介して接続される。下部圧電振動板３０８ａの左端部は、固定部材３１３ａを介して筐体３０２の表面および背面に接続される。下部圧電振動板３０８ｂの右端部は、固定部材３１３ｂを介して筐体３０２の表面および背面に接続される。
図１２Ａ，１２Ｂは、第３の実施形態に係る圧電型スピーカ３０１の構造を詳細に示すための平面断面図である。図１２Ａは、図１１Ｂに示す圧電型スピーカ３０１の３Ｙ−３Ｙ’における断面図である。図１２Ｂは、図１１Ｂに示す圧電型スピーカ３０１の３Ｚ−３Ｚ’における断面図である。
このような構造を備えた圧電型スピーカ３０１の電圧印加時の動作を、図１３Ａ，１３Ｂを用いて説明する。図１３Ａは、圧電型スピーカ３０１が音波の放射の向きに最も大きく変位したときの断面概略図である。図１３Ｂは、圧電型スピーカ３０１が音波の放射の向きとは逆の向きに最も大きく変位したときの断面概略図である。なお、図１３Ａ、１３Ｂでは、圧電型スピーカ３０１の中心から右側は省略して表示している。
圧電型スピーカ３０１が音波の放射の向きに変位するように電圧が印加されたとき、圧電素子３０６および圧電素子３１１ａは主面方向に伸び変形し、圧電素子３０７および圧電素子３１０ａは主面方向に縮み変形し、基板３０５および基板３０９ａは伸縮しない。この結果として圧電型スピーカ３０１は、全体として図１３Ａに示すような曲げ変形をする。圧電型スピーカ３０１が音波の放射の向きとは逆向きに変位するように電圧が印加されたときは、圧電素子の伸縮は図１３Ａの場合とは逆となり、結果として図１３Ｂに示すような曲げ変形をする。
ここで、圧電型スピーカ３０１の上方での所定の距離における音圧に寄与するのは、上部圧電振動板３０４とエッジ３０３との変位であるから、第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、圧電素子への印加電圧を増やすことなく高い音圧を再生することができる。
また、第３の実施形態においても、電気抵抗（図示せず）を下部圧電振動板３０８ａ，３０８ｂが備える圧電素子に直列接続することで、第１の実施形態と同様に、各振動板の配線を独立させて別途フィルタ回路を接続することなく、下部圧電振動板３０８ａ，３０８ｂへの印加電圧を周波数増加に従って減少させることができる。これによって、高い周波数帯域での電力効率を高めることができる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る圧電型スピーカ４０１は、第１の実施形態において、互いに対向配置され、互いに振動板の主面に関して逆方向に曲げ変形する圧電振動板を４枚設けたことを特徴とする。以下、この特徴を中心に説明を行い、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１と共通する特徴については原則として説明を省略する。
図１４Ａ、１４Ｂを参照して、第４の実施形態に係る圧電型スピーカ４０１の構造を説明する。図１４Ａは、第４の実施形態に係る圧電型スピーカ４０１の上面図である。図１４Ｂは、第４の実施形態に係る圧電型スピーカ４０１における音波放射方向に平行な面の断面図である。図１４Ｂには、図１４Ａにおける４Ｘ−４Ｘ’断面図が示されている。図１４Ｂにおいて、圧電型スピーカ４０１は、圧電振動板２枚を端部で連結した圧電振動板の組を厚み方向に２組配置し、さらに圧電振動板の組同士を長辺方向の中央部で連結することで実現されている。
ここで、向かい合う振動板同士の曲げが逆となるような電圧印加を圧電型スピーカ４０１に与える。すなわち、図１４Ｂの曲げ変形を厚み方向に重ねるような電圧印加を圧電型スピーカ４０１に与えるものとすれば、第１の実施形態と同様に、圧電素子への印加電圧を増やすことなく高い音圧を再生することができる。
また、第４の実施形態においても、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１０１と同様にして、図示されない電気抵抗層を連結部材上に形成するものとすれば、図１４Ｃに示す多段フィルタ型のＲＣ回路を形成することができる。これによって、固定部材側に近い圧電振動板ほど高域での印加電圧を減少させることができる。
なお、第１〜４の実施形態において、ＲＣ回路を形成するコンデンサ成分は圧電素子のみとしているが、コンデンサ成分は圧電素子のみである必要はなく、圧電素子に加えて電気素子としてのコンデンサを含んでも良い。たとえば、複数の電気抵抗とコンデンサとの組から成る多段フィルタ回路を形成し、その中の少なくとも一つのコンデンサを圧電素子とすることで、圧電素子に印加される信号電圧の周波数帯域を制御しても良い。
（第５の実施形態）
図１５〜図２０を参照して、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００を説明する。図１５は、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００の正面図である。図１６は、図１５の５Ｘ−５Ｘ’における断面図である。図１７は、図１６に示す圧電型スピーカ５００の５Ｙ−５Ｙ’における断面図である。図１８は、図１６に示す圧電型スピーカ５００の５Ｚ−５Ｚ’における断面図である。図１９は、第１の圧電振動板５２０の拡大図である。図２０は、図１６の領域ＶＩの拡大図である。
第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００は、図１５〜図１８に示されるように、筐体５１０と、第１の圧電振動板５２０と、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂと、連結部材５４０ａ、５４０ｂと、固定部材５５０ａ、５５０ｂと、エッジ５６１と、放射板保護膜５６２とを主に備える。この圧電型スピーカ５００は、図１６の中心線（図示省略）に対して左右に対称な構造である。
筐体５１０は、振動板（後述）を収納する空間を内部に有する略直方体である。また、筐体５１０の前面側の壁面には、開口部が設けられている。なお、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００は、例えば、薄型テレビ等に搭載されるので、長さや幅と比較して、厚み（図１６の上下方向の寸法）が極めて小さくなっている。
第１の圧電振動板５２０及び第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂは、長辺と短辺とを有する略矩形形状（略長方形状）の平板状部材であり、電圧を印加することによって振動する振動板として機能する。なお、第５の実施形態に係る第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａ、５３０ｂは、それぞれ基板の両面に圧電素子を装着したバイモルフ型の圧電振動板の例を示したが、本発明では、基板の一方の面にだけ圧電素子を装着したモノモフル型の圧電振動板を採用してもよい。
すなわち、第１の圧電振動板５２０は、基板５２１と、基板５２１の上面に取り付けられる圧電素子５２２と、基板５２１の下面に取り付けられる圧電素子５２３とで構成される。同様に、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂは、それぞれ、基板５３１ａ、５３１ｂと、基板５３１ａ、５３１ｂの上面に取り付けられる圧電素子５３２ａ、５３２ｂと、基板５３１ａ、５３１ｂの下面に取り付けられる圧電素子５３３ａ、５３３ｂとで構成される。
図１９を参照して、第１の圧電振動板５２０の構成及び動作を詳しく説明する。なお、以下の説明は、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂにも共通するので、これらの説明は省略する。基板５２１は、平板状の部材であって、導電性材料又は絶縁性材料により構成される。圧電素子５２２、５２３は、主面と交差（直交）する方向に分極した平板状の部材であり、例えば、セラミックス等で構成される。図１９の例では、圧電素子５２２、５２３の上面側に負の電荷が、下面側に正の電荷が偏在し、分極方向が上向きとなっている。より具体的には、図１９の圧電素子５２２の部分拡大図で示されるように、各結晶内で負の電荷を上側に、正の電荷を下側に偏在させるように圧電素子５２２を形成することにより、全体として分極方向を上向きにできる。圧電素子５２３についても同様である。
圧電素子５２２、５２３の上面及び下面は、それぞれ信号源に接続されている。図１９の例では、上面及び下面に印加される電位が、圧電素子５２２と圧電素子５２３とで逆転するように、信号源に接続されている。なお、図１９では、２つの信号源が図示されているが、１つの信号源と２つの圧電素子５２２、５２３とを接続してもよいことは言うまでもない。
信号源と圧電素子５２２、５２３とを接続する配線は、例えば、基板５２１にプリントしてもよい。また、圧電素子５２２、５２３に接続されている配線を、さらに第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂにまで延長してもよい。すなわち、信号源から延びる配線を、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａ、５３０ｂの一方を経由して他方にまで延在させ、圧電素子５２２、５２３、５３２ａ、５３２ｂ、５３３ａ、５３３ｂを相互に導通させてもよい。
上記構成の第１の圧電振動板５２０において、圧電素子５２２は、上面側に正の電位が、下面側に負の電位が印加されると、主面に平行な方向（「主面方向」と標記する。以下同じ。）に伸張する。一方、圧電素子５２３は、上面側に負の電位が、下面側に正の電位が印加されると、主面方向に収縮する。その結果、第１の圧電振動板５２０は、全体として中央部が上方に膨出するように撓む。一方、圧電素子５２２、５２３に印加される電圧の極性が逆転すると、第１の圧電振動板５２０は、中央部が下方に膨出するように撓む。その結果、第１の圧電振動板５２０は、信号源の周波数に合わせて振動する。
また、第５の実施形態に係る第１の圧電振動板５２０は、一方側の面が筐体５１０の外側に対面し、他方側の面が筐体５１０の内側に対面するように筐体５１０の開口部に配置され、音波を放射する放射板として機能する。一方、第５の実施形態に係る第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂは、筐体５１０の内部空間に収納される。連結部材５４０ａ、５４０ｂは、第１の圧電振動板５２０と、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂとを、厚み方向にずれた位置関係で連結する。なお、連結部材５４０ａ、５４０ｂは、基板５２１、５３１ａ、５３１ｂに対して高いヤング率と低い密度を有していることが望ましい。
図１６の例では、連結部材５４０ａは、第１の圧電振動板５２０の下面左端と第２の圧電振動板５３０ａの上面右端とを連結する。同様に、連結部材５４０ｂは、第１の圧電振動板５２０の下面右端と、第２の圧電振動板５３０ｂの上面左端とを連結する。すなわち、第５の実施形態においては、第１の圧電振動板５２０が前面側に、第２の圧電振動板５３０ａが背面側にずれた位置関係となるように連結されている。
なお、第５の実施形態では、第１の圧電振動板５２０と、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂとが、連結部材５４０ａ、５４０ｂで連結されている部分でのみ対面し、その他の部分では対面しないように、主面方向（図１６の左右方向）にもずれて配置されている。また、図１７の例では、連結部材５４０ａ、５４０ｂは、第１の圧電振動板５２０の角部に配置されている。すなわち、第５の実施形態における連結部材５４０ａ、５４０ｂは、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａ、５３０ｂの角部同士を連結している。
なお、連結部材の構成は上記に限定されず、例えば、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａ、５３０ｂの各辺に沿って延びる長尺状（棒状）の部材であってもよい。そして、このような連結部材によって、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａ、５３０ｂの辺同士を連結してもよい。この場合、短辺同士を連結するのが望ましい。
図２０〜図２２を参照して、連結部材５４０ａの構成及び変形例を説明する。なお、以下の説明は、連結部材５４０ｂにも共通するので、連結部材５４０ｂの説明は省略する。連結部材５４０ａの一端（上端）は、第１の圧電振動板５２０の基板５２１の下面で、圧電素子５２３が取り付けられていない部分に取り付けられる。また、連結部材５４０ｂの他端（下端）は、第２の圧電振動板５３０の基板５３１ａの上面で、圧電素子５３２ａが取り付けられていない部分に取り付けられる。具体的な取付方法は特に限定されないが、ボルト等の締結手段を用いてもよいし、接着材等を用いてもよい。
ここで、連結部材５４０ａの第１の圧電振動板５２０の主面と交差する方向の曲げ剛性が、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａの主面方向の曲げ剛性より大きくなるように、連結部材５４０ａを構成するのが望ましい。これにより、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａの振動によって生じる連結部材５４０ａの変形を小さくすることができる。００８０また、上述した第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａの間に延在する配線は、連結部材５４０ａの表面又は連結部材５４０ａの内部に形成された貫通孔（図示省略）を通るようにしてもよい。
次に、図２１に示される連結部材５４１ａは、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａに当接する面の面積を、中間部分（２つの当接面の間の部分を指す）の断面積より大きくしている。これにより、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａの振動によって生じる連結部材５４１ａの変形をさらに小さくすることができる。さらに、図２２に示される連結部材５４２ａは、上端部の一方側（図２２の右側）の側面に第１の圧電振動板５２０の基板５２１の端部を上下方向から把持する溝部と、下端部の他方側（図２２の左側）の側面に第２の圧電振動板５３０ａの基板５３１ａの端部を上下方向から把持する溝部とを備える。上記構成によっても、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａの振動によって生じる連結部材５４２ａの変形をさらに小さくすることができる。
固定部材５５０ａ、５５０ｂは、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂを固定する。第５の実施形態においては、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂは、固定部材５５０ａ、５５０ｂによって筐体５１０の内壁面に固定される。具体的には、第２の圧電振動板５３０ａの左端部は、固定部材５５０ａを介して筐体５１０の前面側および背面側の内壁面に固定される。第２の圧電振動板５３０ｂの右端部は、固定部材５５０ｂを介して筐体５１０の前面側および背面側の内壁面に固定される。但し、上記の構成に限らず、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂを固定部材５５０ａ、５５０ｂを用いて、筐体５１０の側面側の内壁面に固定してもよい。
エッジ５６１は、筐体５１０の開口部と、放射板として動作する第１の圧電振動板５２０との間の隙間を封止する封止部材として機能する。具体的には、エッジ５６１は、筐体５１０の開口部及び第１の圧電振動板５２０の形状に沿う枠体であり、その外縁部が筐体５１０の開口部の周縁部に取り付けられ、その内縁部が第１の圧電振動板５２０の周縁部に取り付けられる。エッジ５６１を構成する材料は特に限定されないが、例えば、ラミネート材、ウレタンゴム等の柔軟材料で構成するのが望ましい。
放射板保護膜５６２は、放射板として動作する第１の圧電振動板５２０の筐体５１０の外側に対面する面を覆うように配置され、第１の圧電振動板５２０を保護する。放射板保護膜５６２を構成する材料は特に限定されないが、例えば、エッジ５６１と同じ材料を用いることができる。
このような構造を備えた圧電型スピーカ５００の電圧印加時の動作を、図２３及び図２４を用いて説明する。図２３は、第１の圧電振動板５２０が音波の放射方向（筐体５１０の前面側）に最も大きく変位したときの概略断面図である。図２４は、第１の圧電振動板５２０が音波の放射方向とは逆方向（筐体５１０の背面側）に最も大きく変位したときの概略断面図である。なお、図２３及び図２４では、圧電型スピーカ５００の中心から右側は省略して表示している。
第１の圧電振動板５２０が音波の放射方向に変位するように電圧が印加されたとき、圧電素子５２２および圧電素子５３３ａは主面方向に伸び変形し、圧電素子５２３および圧電素子５３２ａは主面方向に縮み変形する。一方、基板５２１および基板５３１ａは伸縮しない。すなわち、第１の圧電振動板５２０は筐体５１０の前面側に膨出するように曲げ変形し、第２の圧電振動板５３０ａは筐体５１０の背面側に膨出するように曲げ変形する。この結果、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａは、全体として、図２３に示すような曲げ変形をする。
一方、第１の圧電振動板５２０が音波の放射方向とは逆向きに変位するように電圧が印加されたときは、圧電素子５２２、５２３、５３２ａ、５３３ａの伸縮は、図２３の場合とは逆となる。その結果、図２４に示すような曲げ変形をする。すなわち、第１の圧電振動板５２０と第２の圧電振動板５３０ａとは互いに逆の曲げ変形を起こす。ここで、圧電型スピーカ５００から放射される音の音圧に寄与するのは、第１の圧電振動板５２０及びエッジ５６１の変位である。第１の圧電振動板５２０の左端部は、連結部材５４０ａを介して第２の圧電振動板５３０ａと接続されているため、第１の圧電振動板５２０上の各点の変位は第１の圧電振動板５２０自身の曲げ変形による変位に第２の圧電振動板５３０ａの右端の変位を足したものとなる。その結果、放射板として機能する第１の圧電振動板５２０は、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａの振幅を合成した振幅、すなわち、個々の振幅より大きな振幅で振動することになる。
したがって、圧電型スピーカ５００が第１の圧電振動板５２０のみで構成されている場合と比べて、第１の圧電振動板５２０そのものの曲げ変形を大きくすることなく、全体として大きな変位を得ることができる。このことにより、第５の実施形態によれば、圧電素子５２２、５２３、５３２ａ、５３３ａへの印加電圧を増やすことなく高い音圧を再生することができる。また、第５の実施形態によれば、音圧に寄与する第１の圧電振動板５２０の周囲に柔軟材料からなるエッジ５６１を配置したので、第１の圧電振動板５２０の下面から発生する逆位相音の上面への回りこみによる音圧低下を防ぎつつ、第１の圧電振動板５２０を大きく変位させることができる。
また、第５の実施形態によれば、第１の圧電振動板５２０と第２の圧電振動板５３０ａとは、連結部材５４０ａを介して主面に垂直な方向に接続されている。このため、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａの主面が同一平面上に位置している場合と比べ、筐体５１０の内部厚みが薄い場合でも、変位した第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａが筐体５１０の内壁面に接触することを防ぎつつ、大きい変位を得ることができる。すなわち、図２３では圧電素子５３２ａが筐体５１０の前面側の内壁面に接触しないように第２の圧電振動板５３０ａの位置を後方に設定することができる。同様に、図２４では圧電素子５２３が筐体５１０の背面側の内壁面に接触しないように第１の圧電振動板５２０の位置を前方に設定することができる。
前述のように筐体５１０の内壁面に接触することを防ぐ連結部材５４０ａの高さは、上限値と下限値を持ち、下記の式２で表される。なお、式２のｔjointは連結部材５４０ａの高さを表し、ｘlowerは第２の圧電振動板５３０ａの右端部の変位量の最大値を表し、ｘlower’はエッジ５６１の端部と垂直断面を共有する位置（図２３のＡ−Ａ’）での第２の圧電振動板５３０ａの変位量の最大値を表し、ｘupperは第１の圧電振動板５２０の左端部と中央部との変位差の最大値を表し、ｔcは筐体５１０の前面側の内壁面と背面側の内壁面との間の距離（内寸）である。
Figure 0005810328
ただし、ｘlower、ｘlower’、ｘupperは、それぞれ圧電型スピーカ５００の有効振動面積、圧電型スピーカ５００と受音点との距離、および圧電型スピーカ５００の再生周波数帯域内で最低次数の共振周波数におけるモードによって一意に決まる値である。また、第２の圧電振動板５３０ａの右端部および第２の圧電振動板５３０ｂの左端部をエッジ５６１の直下に配置することで、音波の放射方向の最大変位量をより大きくすることができる。
さらに、第５の実施形態によれば、音圧に寄与する第１の圧電振動板５２０は、筐体５１０の外側空間と内側空間との圧力差を受ける。これに対して、筐体５１０の内部に収納されている第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂは、筐体５１０の内側空間において上側および下側から同一の圧力を受けると見なせる。このため、振動板全体が筐体５１０の背面の空気のスティフネスの影響を受ける従来のスピーカと比較して、狭い筐体容積でも低音の再生が容易となる。
（第６の実施形態）
図２５〜図２８を参照して、第６の実施形態に係る圧電型スピーカ６００の構造を説明する。図２５は、第６の実施形態に係る圧電型スピーカ６００の平面図である。図２６は、図２５に示す圧電型スピーカ６００の６Ｘ−６Ｘ’における断面図である。図２７は、図２６に示す圧電型スピーカ６００の６Ｙ−６Ｙ’における断面図である。図２８は、図２７に示す圧電型スピーカ６００の６Ｚ−６Ｚ’における断面図である。圧電型スピーカ６００は、図２５〜図２８に示されるように、筐体６１０と、第１の圧電振動板５２０と、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂと、連結部材５４０ａ、５４０ｂと、固定部材６５０ａ、６５０ｂと、エッジ５６１と、放射板保護膜５６２と、充填材６７０ａ、６７０ｂとを主に備える。
第６の実施形態に係る圧電型スピーカ６００は、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００と比較して、固定部材６５０ａ、６５０ｂを筐体６１０の外側に延長させ、機器もしくは土台に接続した点が相違する。以下、この特徴を中心に説明を行い、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００と共通する特徴については原則として説明を省略する。
第６の実施形態において、固定部材６５０ａ、６５０ｂは、筐体６１０と直接接続せず、筐体６１０の側面に設けられた隙間（開口部）を貫通して、図示されない外部固定手段（剛体）に接続される。また、筐体６１０に設けられた隙間（開口部）において、筐体６１０と固定部材６５０ａ、６５０ｂとの間には、充填材６７０ａ、６７０ｂが充填される。充填材６７０ａ、６７０ｂは、筐体６１０及び固定部材６５０ａ、６５０ｂに対して低いヤング率と、高い内部損失とを持つ材料であることが望ましい。
以上の構造によって、筐体６１０と固定部材６５０ａ、６５０ｂとは互いに構造上独立する。このため、圧電型スピーカ６００が大振幅で変位した場合でも、筐体６１０が第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａ、５３０ｂの振動の影響を受けにくい。このため、第６の実施形態によれば、別途防振対策を施すことなく、筐体６１０の不要な共振による音質低下や異音発生を抑えることができる。
また、第５の実施形態においては、例えば、筐体５１０の外部の信号源から第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂに至る配線を、固定部材５５０ａ、５５０ｂの表面、又は内部に設けられた貫通孔に形成する必要がある。一方、第６の実施形態においては、例えば、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂの基板５３１ａ、５３１ｂを、固定部材６５０ａ、６５０ｂの筐体６１０の外部に延在する部分にまで延長することで、信号源と第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂとを直接接続することができる。その結果、部品点数の削減効果が期待できる。なお、第５及び第６の実施形態どちらの場合においても、第１の圧電振動板５２０に至る配線は、信号源から第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂを経由するようにすればよい。
（第７の実施形態）
図２９〜図３１を参照して、第７の実施形態に係る圧電型スピーカ７００の構造を説明する。図２９は、第７の実施形態に係る圧電型スピーカ７００の正面図である。図３０Ａは、図２９の７Ｘ−７Ｘ’における断面図である。図３０Ｂは、接続部材の他の形態を示す図である。図３１は、図３０Ａの７Ｙ−７Ｙ’における断面図である。圧電型スピーカ７００は、図２９〜図３１に示されるように、筐体５１０と、第１の圧電振動板５２０と、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂと、連結部材５４０ａ、５４０ｂと、固定部材５５０ａ、５５０ｂと、エッジ５６１と、放射板保護膜５６２と、振動板７７０と、接続部材７７１とを主に備える。
第７の実施形態に係る圧電型スピーカ７００は、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００と比較して、第１の圧電振動板５２０に接続部材７７１を介して圧電素子を備えない円錐形の振動板７７０を接続している点で相違する。この振動板７７０は、音波の放射面となる放射板として用いられる。以下、この特徴を中心に説明を行い、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００と共通する特徴については原則として説明を省略する。
振動板７７０は、圧電素子を備えず、略円錐形状を有している。すなわち、振動板７７０は、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａ、５３０ｂと異なり、自ら振動を生ずることはできない。そこで、振動板７７０は、筐体５１０の開口部に配置され、接続部材７７１を介して第１の圧電振動板５２０に接続されている。より具体的には、振動板７７０と第１の圧電振動板５２０とは、互いに対面するように配置され、接続部材７７１によって相互に接続されている。一形態として、図３０Ａに示されるように、接続部材７７１は、振動板７７０及び第１の圧電振動板５２０の互いに対面する面の中央部（より好ましくは、中心）同士を接続している。
第１の圧電振動板５２０は、中央部で最も振幅が大きくなる。そこで、第１の圧電振動板５２０の最も振幅の大きい位置である中央部に接続部材７７１を接続することにより、第１の圧電振動板５２０の振動を効率よく振動板７７０に伝達することができる。また、接続部材７７１が振動板７７０の中央部から外れた位置に取り付けられると、駆動力の偏りにより、振動板７７０に振動方向（図３０Ａの上下方向）以外の揺れを生じる可能性がある。そこで、このような揺れの発生を防止するためには、振動板７７０の中央部に接続部材７７１を接続するのが好ましい。
他の形態として、図３０Ｂに示されるように、接続部材７７２は、第１の圧電振動板５２０の中央部と、振動板７７０の中心から等距離にある円周状の領域とを接続している。例えば、図３０Ａのように、接続部材７７１が振動板７７０の中央部の１点で実質的に点接触している場合において、振動板７７０を高い周波数で振動させると、分割振動による位相干渉が起こり得る。そこで、図３０Ｂのように、接続部材７７２の振動板７７０に対面する側を円筒形状とし、振動板７７０の中心から等距離だけ離れた位置で実質的に線接触させることにより、分割振動による位相干渉を有効に防止することができる。なお、接続部材７７２の取り付け位置は、振動板７７０の分割振動による位相干渉が起こりにくい位置、すなわち、振動モードの節の位置であることが望ましい。
なお、振動板７７０は、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａ、５３０ｂの基板材料と比較して、高い剛性と低い密度を有することが望ましい。第１の圧電振動板５２０と第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂとは、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００と同様に、互いに逆向きの曲げ変形を生ずる。一方、第７の実施形態に係る第１の圧電振動板５２０は、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂに対して背面側にずれた位置で、筐体５１０内に収納される。すなわち、第１の圧電振動板５２０と第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂとの位置関係が、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００と反対になっている。
また、第５の実施形態では、圧電素子５２２、５２３を備えた第１の圧電振動板５２０の周囲にエッジ５６１が取り付けられるが、第７の実施形態では、筐体５１０の開口部に配置される振動板７７０の周囲にエッジ５６１が取り付けられる。第７の実施形態によれば、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａ、５３０ｂのうちの低音域での変位が最大となる位置（すなわち、第１の圧電振動板５２０の中央部）に圧電素子を備えない振動板７７０を接続し、音波の放射領域として用いる。これにより、放射領域全面を大きく変位させることができ、効率よく音圧を得ることができる。また、第１の圧電振動板５２０を音波の放射領域として用いる場合と比較して、音波の放射領域の曲げ変形を非常に小さくすることができる。これにより、高い周波数においても第１の圧電振動板５２０の分割振動による位相干渉が起こりにくく、音質劣化を防ぐことができる。
（第８の実施形態）
図３２〜図３４を参照して、第８の実施形態に係る圧電型スピーカ８００の構造を説明する。図３２は、第８の実施形態に係る圧電型スピーカ８００の正面図である。図３３は、図３２の８Ｘ−８Ｘ’における断面図である。図３４は、図３３の８Ｙ−８Ｙ’における断面図である。
圧電型スピーカ８００は、図３２〜図３４に示されるように、筐体５１０と、第１の圧電振動板８２０と、第２の圧電振動板８３０ａ〜８３０ｆと、連結部材５４０ａ〜５４０ｆ（５４０ａ、５４０ｂのみ図示）と、固定部材５５０ａ〜５５０ｆと、エッジ５６１と、放射板保護膜５６２とを主に備える。
第８の実施形態に係る圧電型スピーカ８００は、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００と比較して、第１及び第２の圧電振動板８２０、８３０ａ〜８３０ｆのうち、音波の放射面としてはたらく第１の圧電振動板８２０を円形とし、筐体５１０に収納される第２の圧電振動板８３０ａ〜８３０ｆを、第１の圧電振動板８２０の円周に沿って放射状に配置させた点で相違する。以下、この特徴を中心に説明を行い、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００と共通する特徴については原則として説明を省略する。
第８の実施形態において、音波の放射面としてはたらく第１の圧電振動板８２０の円周部には、６つの第２の圧電振動板８３０ａ〜８３０ｆが連結部材５４０ａ〜５４０ｆを介して接続されている。
第８の実施形態によれば、音波の放射面としてはたらく第１の圧電振動板８２０を円形とすることで、曲げ変形を音波の放射軸に対して対称に近づけることができる。これによって、圧電型スピーカ８００を点音源と見なせる周波数範囲の上限がより高い周波数へ広がり、所望の音場特性を実現するためのスピーカとして、信号入力による制御が容易となる。
（第９の実施形態）
図３５及び図３６を参照して、第９の実施形態に係る圧電型スピーカ９００の構造を説明する。図３５は、第９の実施形態に係る圧電型スピーカ９００の正面図である。図３６は、図３５の９Ｘ−９Ｘ’における断面図である。圧電型スピーカ９００は、図３５及び図３６に示されるように、筐体５１０と、第１の圧電振動板５２０と、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂと、第３の圧電振動板９８０ａ、９８０ｂと、連結部材５４０ａ〜５４０ｄと、固定部材５５０ａ、５５０ｂと、振動板９７０と、接続部材９７１と、エッジ５６１と、放射板保護膜５６２とを主に備える。
第９の実施形態に係る圧電型スピーカ９００は、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００と比較して、第１の圧電振動板５２０に接続部材９７１を介して圧電体を備えない略矩形平板状の振動板９７０を接続すると共に、第３の圧電振動板９８０ａ、９８０ｂを設けた点で相違する。以下、この特徴を中心に説明を行い、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００と共通する特徴については原則として説明を省略する。
第９の実施形態においては、圧電素子を備えない略矩形の振動板９７０の周囲に、エッジ５６１が接続されている。さらに、振動板９７０第１の圧電振動板５２０とは、中央部同士を接続部材９７１で接続されている。
第１の圧電振動板５２０の端部は、連結部材５４０ａ、５４０ｂを介して第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂに接続される。さらに、第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂは、連結部材５４０ｃ、５４０ｄを介して第３の圧電振動板９８０ａ、９８０ｂに接続される。
第３の圧電振動板９８０ａは、基板９８１と、４つの圧電素子９８２、９８３、９８４、９８５とで構成されている。より具体的には、基板９８１の左側の領域には、上面に圧電素子９８２が、下面に圧電素子９８３が取り付けられる。一方、基板９８１の右側の領域には、上面に圧電素子９８４が、下面に圧電素子９８５が取り付けられている。そして、第３の圧電振動板９８０ａは、左側の領域と右側の領域とが互いに逆方向の曲げ変形を生じるように電圧が印加される。なお、第３の圧電振動板９８０ｂの構成も共通するので、説明は省略する。
第９の実施形態によれば、第１、第２、及び第３の圧電振動板５２０、５３０ａ、５３０ｂ、９８０ａ、９８０ｂを、隣接する振動板同士が互いに逆方向の曲げ変形を生じるように配置することで、個々の振動板の曲げ変形を大きくすることなく、全体として大きな変位を確保することができる。
また、固定部材５５０ａ、５５０ｂに近い第３の圧電振動板９８０ａ、９８０ｂは、連結部材を設けずに、左右の領域を互いに逆方向の曲げ変形を生じるように構成する。一方、固定部材５５０ａ、５５０ｂから遠く、変位の大きい第１の圧電振動板５２０と第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂとは、連結部材５４０ａ〜５４０ｄを用いて連結することで、筐体５１０の内寸が小さい場合でも、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａ、５３０ｂが筐体５１０の内壁面に接触することを効果的に防ぐことができる。
（第１０の実施形態）
図３７及び図３８を参照して、第１０の実施形態に係る圧電型スピーカ１０００の構造を説明する。図３７は、第１０の実施形態に係る圧電型スピーカ１０００の正面図である。図３８は、図３７の１０Ｘ−１０Ｘ’における断面図である。圧電型スピーカ１０００は、図３７及び図３８に示されるように、筐体１０１０と、第１の圧電振動板５２０と、第２の圧電振動板５３０ａと、連結部材５４０ａと、固定部材５５０ａと、エッジ５６１と、放射板保護膜５６２と、振動板１０７０と、接続部材１０７１とを主に備える。
第１０の実施形態に係る圧電型スピーカ１０００は、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００と比較して、第１の圧電振動板５２０に接続部材１０７１を介して圧電体を備えない略矩形平板状の振動板１０７０を接続すると共に、第２の圧電振動板５３０ａを第１の圧電振動板５２０の片側のみに取り付けた点で相違する。以下、この特徴を中心に説明を行い、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００と共通する特徴については原則として説明を省略する。
圧電素子を備えない略矩形の振動板１０７０の周囲には、エッジ５６１が接続される。また、片持ちの第１の圧電振動板５２０は右端部で振幅が最大となるので、接続部材１０７１は、振動板１０７０の中央部と、第１の圧電振動板５２０の右端部とを接続する。また、第１の圧電振動板５２０の左端部は、連結部材５４０ａを介して、第２の圧電振動板５３０ａに接続される。さらに、第２の圧電振動板５３０ａの左端部は、固定部材５５０ａを介して、筐体１０１０の前面側及び背面側の内壁面に固定されている。
ここで、振動板１０７０は、第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａの変形のみによって音波の放射方向へ変位する。このとき、仮に第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａが共に同じ方向に曲げ変形を生じる場合、第１の圧電振動板５２０の右端部は、反り変形による傾きを有する。そのため当該部分に接続された振動板１０７０が左右のいずれかの方向に傾きや揺れを起こしやすく、音波放射方向に平行な変位を得られないという問題が生じる可能性がある。
これに対して、圧電型スピーカ１０００の第１及び第２の圧電振動板５２０、５３０ａは、互いに逆方向の曲げを生じるため、第１の圧電振動板５２０の右端部は、著しい傾きを生じない。以上のことから、第１０の実施形態に係る圧電型スピーカ１０００では、部品点数が制約された条件においても音波の放射面の振動に非対称性を起こすことなく、大きな変位を起こすことができる。
すなわち、本発明に係る圧電型スピーカは、第５の実施形態のように、第１の圧電振動板５２０に複数の第２の圧電振動板５３０ａ、５３０ｂを連結してもよいし、第１０の実施形態のように、第１の圧電振動板５２０に第２の圧電振動板５３０ａを１つだけ連結してもよい。
また、第５〜１０の実施形態においても、上述した第１〜４の実施形態と同様に、圧電型スピーカが備える少なくとも一つの圧電素子に対して直列に電気抵抗を接続するものであってもよい。これによって、第１〜４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
次に、第１１〜１４の実施形態では、以上に説明した本発明の圧電型スピーカの適用例を述べる。
（第１１の実施形態）
［第１の適用例］
図３９は、本発明の各実施形態に係る圧電型スピーカを適用した映像音響機器の外観図である。映像音響機器は、図３９に示されるように、筐体１１１０と、ディスプレイ１１２０と、圧電型スピーカ１１３０ａ、ｂとが示されている。筐体１１１０の奥行きは大変狭いため、スピーカを格納する筐体内部のスペースは奥行きおよび総容積共に狭小である。その結果、従来型の動電スピーカでは振動板変位が機構的に制約されると共に背面空気の影響により振動板の運動が阻害され、低音の再生が難しい。
ここで、第１〜１０の実施形態に係る圧電型スピーカおよび筐体構造を用いれば、スピーカ部筐体の内部厚みが薄い場合も低音域の再生を良好に行うことができる。例として、図３９における５Ａ−５Ａ’断面が、図２Ｂであるとすれば、限られた筐体厚みで大きな振動板変位を得ることができ、低音域を良好に再生し、結果として映像との一致感の高い音声コンテンツを提供することができる。また第１〜１０の実施形態に係る圧電型スピーカによれば、高音域において音波放射側の振動板を主に駆動させるため、一つのスピーカユニットをもちいて広い周波数帯域の音声を再生することができる。
（第１２の実施形態）
［第２の適用例］
図４０は、本発明の圧電型スピーカを適用した携帯型情報機器の外観図である。図４０において、携帯型情報機器の筐体１２０２、ディスプレイ１２０３、本発明の圧電型スピーカ１２０１ａ，ｂが示されている。図４０に示すように、本発明の圧電型スピーカ１２０１ａ，ｂは、ディスプレイ１２０３の両側に設置される。ここで、第１〜第１０の実施形態で説明したように、本発明の圧電型スピーカ１２０１ａ，ｂは、部品点数を増やすことなく省スペース化及び高音質化を実現できる。このことから、本発明によれば、持ち運びに適したデザインと音声コンテンツの良好な再生を両立させた携帯電話端末の設計が容易になる。
（第１３の実施形態）
［第３の適用例］
図４１は、本発明の圧電型スピーカを適用した携帯型映像投影装置の外観図である。図４１において、携帯型映像投影装置の筐体１３０２、プロジェクタ１３０３、本発明の圧電型スピーカ１３０１が示されている。図４１に示すように、本発明の圧電型スピーカ１３０１は、筐体１３０２の両側に設置される。通常、携帯型映像投影装置においてはプロジェクタの駆動回路および放熱回路のスペースを必要とするため、部品スペースの制約が著しい。ここで、第１〜第１０の実施形態で説明したように、本発明の圧電型スピーカ１３０１は、部品点数を増やすことなく省スペース化及び高音質化を実現できる。本発明によれば、持ち運びに適したデザインと複数名での映像音声コンテンツの視聴に適した携帯型映像投影装置の設計が容易になる。
（第１４の実施形態）
［第４の適用例］
図４２は、本発明の各実施形態に係る圧電型スピーカを適用したアレイスピーカモジュール１４００の一部を示す概略図である。図４２は、圧電型スピーカユニット１４１０を背面側から見た図である。アレイスピーカモジュール１４００は、図４２に示されるように、複数の圧電型スピーカユニット１４１０を組み合わせて構成されている。より具体的には、圧電型スピーカユニット１４１０は、それぞれが略六角形状を有しており、隣り合う圧電型スピーカユニット１４１０が互いに辺を共有するように配置される。
圧電型スピーカユニット１４１０は、音波の放射面としてはたらく第１の圧電振動板１４２０の周縁部に、エッジ１４６１が接続される。第１の圧電振動板１４２０は、点線で示される連結部材１４４０ａ、１４４０ｂ、１４４０ｃを介して、それぞれ第２の圧電振動板１４３０ａ、１４３０ｂ、１４３０ｃに接続される。第２の圧電振動板１４３０ａ、１４３０ｂ、１４３０ｃは、それぞれ固定部材１４５０ａ、１４５０ｂ、１４５０ｃを介して、筐体（図示省略）に固定される。また、３つの固定部材１４５０ａ〜１４５０ｃそれぞれの一方の端は、第１の圧電振動板１４２０の中央部に対面する位置で一体接続されており、もう一方の端は図示されない外部フレームにそれぞれ接続される。
ここで、第１４の実施形態は第１〜第１０の実施形態と異なり、第１の圧電振動板１４２０と第２の圧電振動板１４３０ａ、１４３０ｂ、１４３０ｃとが、互いに対面するように配置される。このことにより、音波の放射領域の面積を超える搭載面積を必要とせず、複数の圧電型スピーカユニット１４１０を最小限の間隔で配列することができる。この結果、広い周波数帯域でアレイスピーカモジュール１４００の想定する音場を忠実に再生することができる。
なお、第１３および第１４の実施形態においては、本発明の圧電型スピーカを家庭での音響コンテンツ再生のために適用した例を示した。しかし、本発明の圧電型スピーカの用途は家庭用に限るものではなく、たとえば車載用オーディオシステムや旅客輸送手段の報知システムなど、薄型化と軽量化とを求められ、かつ低音再生が求められる用途に適用してもよい。また、サイズも通常のＡＶ機器のウーハやミッドレンジ用スピーカとして搭載されるサイズに限定されるものではなく、単独でサブウーハとして採用されるサイズから、イヤホン・レシーバ等の小型サイズに対応するスピーカに適用しても良い。
なお、以上の実施形態では、本発明を空気中に音波を放射するための圧電型スピーカとして適用した例を説明した。しかし、本発明は、空気中に音波を放射する用途に限定されることはなく、例えば、構造体の振動を制御したり、音響加振によって間接的に固体や流体の振動を制御したりするアクチュエータとして用いてもよい。本文中において音波の放射面として動作するとした圧電振動板を、加振される対象に接触した加振面として動作させることで、本発明による効果を得ることができる。
また、以上の実施形態では、電気信号を入力として機械振動および音波に変換する手段として本発明を適用した。しかし、本発明は、他の圧電型変換器に適用してもよく、センサ、マイクに適用してもよい。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
本発明は、圧電型音響変換器等に利用可能であり、特に、圧電型スピーカにおいて省スペース化と低音再生能力向上とを両立しながら省電力化を実現したい場合、あるいはスピーカキャビネットの影響による音質劣化を防ぎたい場合等に有用である。
１０１、２０１、３０１、４０１、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１３０ａ、１１３０ｂ，１２０１ａ、１２０１ｂ、１３０１、１４１０ 圧電型スピーカ
１０２、２０２、３０２、４０２、５１０、６１０、１０１０、１１１０、１２０２、１３０２ 筐体
１０３、２０３、３０３ エッジ
１０４、２０４、３０４ 上部圧電振動板
１０５、２０５、３０５ 下部圧電振動板
１０７、１１０、２０７、２１０、３０５、３０９ａ、３０９ｂ 基板
１０８、１０９、１１１、１１２、３０６、３０７、３１０ａ、３１０ｂ、３１１ａ、３１１ｂ 圧電素子
１０６ａ〜１０６ｄ、２０６ａ〜２０６ｄ、３１２ａ〜３１２ｂ 連結部材
１１３、２１３、３１３ａ、３１３ｂ 固定部材
３Ａ、３Ｄ 基板側電極層
３Ｂ、３Ｃ 電気抵抗層
１１４、１１５、１１６、１１７ 外部導通手段
１１２０、１２０３ ディスプレイ
７０３ プロジェクタ
１０ 圧電型スピーカ
２１ アウタフレーム
２２ インナフレーム
３０ 圧電素子
４１〜４４ 振動板
５１〜５８ ダンパ
６１〜６４ エッジ

Claims (19)

  1. 圧電型音響変換器であって、
    壁面に開口部が形成された筐体と、
    電圧を印加することによって互いに逆位相で振動する第１の圧電振動板及び第２の圧電振動板を少なくとも含む複数の振動板と、
    前記第１の圧電振動板及び前記第２の圧電振動板を、厚み方向に連結する少なくとも一つの連結部材と、
    前記第１及び第２の圧電振動板のうち少なくとも一つを、前記筐体に固定する固定部材とを備え、
    前記複数の振動板のうち一つは、一方側の面が前記筐体の外側に対面し、他方側の面が前記筐体の内側に対面するように前記筐体の開口部に配置され、前記第１及び第２の圧電振動板の振幅を合成した振幅で振動することによって音波を放射し、
    各前記第１の圧電振動板及び前記第２の圧電振動板は、基板と、前記基板の表面及び裏面の少なくとも一方に配置され、電圧を印加することによって伸縮する少なくとも一つの圧電素子とを含み、
    少なくとも一つの前記圧電素子に対して直列に電気抵抗が接続され、
    前記電気抵抗の値は、前記圧電型音響変換器の機械的共振周波数のうち、２番目に低い共振周波数および３番目に低い共振周波数のいずれかと、前記圧電素子の静電容量によって定められることを特徴とする、圧電型音響変換器。
  2. 壁面に開口部が形成された筐体と、
    電圧を印加することによって互いに逆位相で振動する第１の圧電振動板及び第２の圧電振動板を少なくとも含む複数の振動板と、
    前記第１の圧電振動板及び前記第２の圧電振動板を、厚み方向に連結する少なくとも一つの連結部材と、
    前記第１及び第２の圧電振動板のうち少なくとも一つを、前記筐体に固定する固定部材とを備え、
    前記複数の振動板のうち一つは、一方側の面が前記筐体の外側に対面し、他方側の面が前記筐体の内側に対面するように前記筐体の開口部に配置され、前記第１及び第２の圧電振動板の振幅を合成した振幅で振動することによって音波を放射し、
    各前記第１の圧電振動板及び前記第２の圧電振動板は、基板と、前記基板の表面及び裏面の少なくとも一方に配置され、電圧を印加することによって伸縮する少なくとも一つの圧電素子とを含み、
    少なくとも一つの前記圧電素子に対して直列に電気抵抗が接続され、
    少なくとも一つの前記振動板は、周囲に柔軟材料から成るエッジを持ち、
    前記振動板は、音波の放射面として動作し、
    前記エッジは、外部フレームに接続され、
    前記電気抵抗の値は、音波の放射面として動作する前記振動板において、前記電気抵抗を接続しないときの振動板上の各点における音波放射方向への変位量が正と負の両方の値を持つ周波数のうち、最も低い周波数と、前記圧電素子の静電容量によって定められることを特徴とする、圧電型音響変換器。
  3. 前記電気抵抗は、前記固定部材に固定された前記圧電振動板上の圧電素子に対して直列に接続されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電型音響変換器。
  4. 前記電気抵抗は、前記連結部材の表面または内部に形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電型音響変換器。
  5. 前記電気抵抗は、前記基板の表面に形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電型音響変換器。
  6. 前記電気抵抗は、前記外部フレームの表面または内部に形成されることを特徴とする、請求項２に記載の圧電型音響変換器。
  7. 前記第１の圧電振動板は、前記筐体の開口部に配置されて放射板として動作し、
    前記第２の圧電振動板は、前記筐体の内部に収納される、請求項１又は２に記載の圧電型音響変換器。
  8. 前記複数の振動板には、厚み方向にずれた位置関係で前記第１の圧電振動板に接続され、前記第１の圧電振動板から伝達される合成した振幅で振動する放射板が含まれ、
    前記第１及び第２の圧電振動板は、前記筐体の内部に収納される、請求項１又は２に記載の圧電型音響変換器。
  9. 前記放射板と前記第１の圧電振動板とは、互いに対面するように配置され、
    前記圧電型音響変換器は、さらに、前記放射板と、前記第１の圧電振動板の最も振幅の大きい位置とを接続する接続部材を備える、請求項８に記載の圧電型音響変換器。
  10. 前記第１及び第２の圧電振動板は、長辺及び短辺を有する略矩形形状であり、
    前記連結部材は、前記第１及び第２の圧電振動板それぞれの短辺に沿って延びる長尺状の部材であって、前記第１及び第２の圧電振動板の短辺同士を連結する、請求項１又は２に記載の圧電型音響変換器。
  11. 前記第１及び第２の圧電振動板は、略矩形形状であり、
    前記連結部材は、第１及び第２の圧電振動板それぞれの角部同士を連結する、請求項１又は２に記載の圧電型音響変換器。
  12. 前記連結部材の前記放射板の主面と交差する方向の曲げ剛性は、前記第１及び第２の圧電振動板の主面方向の曲げ剛性より大きい、請求項８に記載の圧電型音響変換器。
  13. 前記基板の前記圧電素子が配置されている面には、信号源と前記圧電素子とを接続する配線がプリントされている、請求項１又は２に記載の圧電型音響変換器。
  14. 前記配線は、信号源から前記第１及び第２の圧電振動板の一方を経由して他方にまで延在し、前記第１の圧電振動板の圧電素子と前記第２の圧電振動板の圧電素子とを導通させる、請求項１３に記載の圧電型音響変換器。
  15. 前記配線は、前記連結部材の表面又は前記連結部材の内部に形成された貫通孔を通って、前記第１及び第２の圧電振動板の一方を経由して他方にまで延在する、請求項１４に記載の圧電型音響変換器。
  16. 前記圧電型音響変換器は、さらに、柔軟材料で構成され、前記放射板と前記筐体の開口部との間の隙間を封止する封止部材を備える、請求項１又は２に記載の圧電型音響変換器。
  17. 壁面に開口部が形成された筐体と、
    電圧を印加することによって互いに逆位相で振動する第１の圧電振動板及び第２の圧電振動板を少なくとも含む複数の振動板と、
    前記第１の圧電振動板及び前記第２の圧電振動板を、厚み方向に連結する少なくとも一つの連結部材と、
    前記第１及び第２の圧電振動板のうち少なくとも一つを、前記筐体に固定する固定部材とを備え、
    前記複数の振動板のうち一つは、一方側の面が前記筐体の外側に対面し、他方側の面が前記筐体の内側に対面するように前記筐体の開口部に配置され、前記第１及び第２の圧電振動板の振幅を合成した振幅で振動することによって音波を放射し、
    各前記第１の圧電振動板及び前記第２の圧電振動板は、基板と、前記基板の表面及び裏面の少なくとも一方に配置され、電圧を印加することによって伸縮する少なくとも一つの圧電素子とを含み、
    少なくとも一つの前記圧電素子に対して直列に電気抵抗が接続され、
    前記第１の圧電振動板は、前記筐体の開口部に配置されて放射板として動作し、
    前記第２の圧電振動板は、前記筐体の内部に収納される、圧電型音響変換器。
  18. 前記固定部材は、前記第２の圧電振動板を、前記筐体の内壁面に固定する、請求項１７に記載の圧電型音響変換器。
  19. 前記圧電型音響変換器は、さらに、前記筐体に設けられた隙間を通じて前記筐体の内外に延在し、前記第２の圧電振動板を前記筐体の外の剛体に固定する固定部材を備える、請求項１７に記載の圧電型音響変換器。
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