JP6017950B2 - 音響発生器、音響発生装置および電子機器 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、音響発生器、音響発生装置および電子機器に関する。

従来、アクチュエータを用いた音響発生器が知られている。たとえば、特許文献１には、振動板に取り付けた圧電素子に電圧を印加して振動させることによって、振動板を振動させて音響を出力する音響発生器が記載されている。

また、近年では、音質向上を目的として、振動板を支持する枠体の枠内に樹脂を充填する技術も提案されている。

特開２００４−２３４３６号公報

しかしながら、上述した音響発生器において、枠体よりも樹脂層が低い場合、枠体の内周面にメニスカスが発生し、このメニスカスによって振動板の自由長が短くなる結果、良好な音質を得ることが困難となるという問題があった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、良好な音質を得ることができる音響発生器、音響発生装置および電子機器を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る音響発生器は、励振器と、振動体と、枠体と、樹脂層とを少なくとも有する。励振器は、電気信号により振動する。扁平な振動体は、励振器が取り付けられており、励振器の振動によって励振器とともに振動する。枠体は、振動体の外周部に設けられ、該振動体の外周部を挟み込む上枠部材および下枠部材からなる。樹脂層は、振動体の励振器が設けられる側の面と上枠部材の内周面とによって形成される空間に配置されて、振動体および励振器と一体化される。また、上枠部材の内周面は、樹脂層が充填される第１の内周面と、第１の内周面よりも上記空間の開口部側に設けられ、第１の内周面に比して大きい内径を有する第２の内周面とを少なくとも有する。また、樹脂層の上面の高さが上枠部材の上面の高さよりも低く、第１の内周面よりも高い位置であって第１の内周面よりも外側の位置に樹脂層のメニスカスがある。

実施形態の一態様によれば、良好な音質を得ることができる。

図１Ａは、実施形態に係る音響発生器の構成を示す模式的な平面図である。 図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ’線断面図である。 図２は、図１Ｂに示すＨ部の模式的な拡大図である。 図３は、比較例に係る音響発生器の模式的な拡大図である。 図４Ａは、枠体の変形例（その１）を示す模式的な拡大図である。 図４Ｂは、枠体の変形例（その２）を示す模式的な拡大図である。 図４Ｃは、枠体の変形例（その３）を示す模式的な拡大図である。 図４Ｄは、枠体の変形例（その４）を示す模式的な拡大図である。 図４Ｅは、枠体の変形例（その５）を示す模式的な拡大図である。 図４Ｆは、枠体の変形例（その６）を示す模式的な拡大図である。 図４Ｇは、枠体の変形例（その７）を示す模式的な平面図である。 図４Ｈは、図４ＧのＢ−Ｂ’線断面図である。 図５Ａは、実施形態に係る音響発生装置の構成を示す図である。 図５Ｂは、実施形態に係る電子機器の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する音響発生器、音響発生装置および電子機器の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、実施形態に係る音響発生器１の構成について説明する。図１Ａは、実施形態に係る音響発生器の構成を示す模式的な平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ’線断面図である。また、図２は、図１Ｂに示すＨ部の模式的な拡大図であり、図３は、比較例に係る音響発生器の模式的な拡大図である。

なお、説明を分かりやすくするために、図１Ａおよび図１Ｂには、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後述の説明に用いる他の図面でも示す場合がある。また、図１Ａにおいては、樹脂層７の図示を省略している。

また、同じく説明を分かりやすくするために、図１Ｂは、音響発生器１を厚み方向（Ｚ軸方向）に大きく誇張して示している。

図１Ａに示すように、音響発生器１は、枠体２と、振動板３と、圧電素子５とを備える。なお、図１Ａに示すように、以下の説明では、圧電素子５が１個である場合を例示するが、圧電素子５の個数を限定するものではない。

枠体２は、図１Ｂに示すように上枠部材２１と下枠部材２２とで構成されており、振動板３の周縁部を挟み込んで振動板３を支持する。振動板３は、板状やフィルム状の形状を有しており、その周縁部が枠体２に挟まれて固定されている。すなわち、振動板３は、枠体２の枠内に張った状態で枠体２に支持されている。

なお、振動板３のうち枠体２よりも内側に位置する部分、すなわち、振動板３のうち枠体２に挟まれておらず自由に振動することができる部分を振動体３ａとする。したがって、振動体３ａは、枠体２の枠内において略矩形状をなす部分である。

また、振動板３は、樹脂や金属等の種々の材料を用いて形成することができる。例えば、厚さ１０〜２００μｍ程度のポリエチレン、ポリイミド等の樹脂フィルムで振動板３を構成することができる。

枠体２の厚みや材質などは、特に限定されるものではない。金属や樹脂など種々の材料を用いて枠体２を形成することができる。例えば、機械的強度および耐食性に優れるという理由から、厚さ１００〜１０００μｍ程度のステンレス製のものなどを枠体２として好適に用いることができる。

なお、図１Ａには、その内側の領域の形状が略矩形状である枠体２を示しているが、平行四辺形、台形および正ｎ角形といった多角形であってもよい。本実施形態では、図１Ａに示すように、略矩形状である例を示している。

圧電素子５は、振動体３ａの表面に貼り付けられるなどして設けられ、電圧の印加を受けて振動することによって振動体３ａを励振する励振器である。

かかる圧電素子５は、図１Ｂに示すように、たとえば、４層のセラミックスからなる圧電体層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと、３層の内部電極層５ｅが交互に積層された積層体と、かかる積層体の上面および下面に形成された表面電極層５ｆ、５ｇと、内部電極層５ｅが露出した側面に形成された外部電極５ｈ、５ｊとを備える。

なお、圧電素子５は板状であり、上面側および下面側の主面が長方形状または正方形状といった多角形をなしている。また、圧電体層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、図１Ｂに矢印で示すように分極されている。すなわち、ある瞬間に加えられる電界の向きに対する分極の向きが厚み方向（図のＺ軸方向）における一方側と他方側とで逆転するように分極されている。

そして、リード端子６ａ、６ｂを介して圧電素子５に電圧が印加されると、たとえば、ある瞬間において、振動体３ａに接着された側の圧電体層５ｃ、５ｄは縮み、圧電素子５の上面側の圧電体層５ａ、５ｂは延びるように変形する。よって、圧電素子５に交流信号を与えることにより、圧電素子５が屈曲振動し、振動体３ａに屈曲振動を与えることができる。

また、圧電素子５は、その主面が、振動体３ａの主面と、エポキシ系樹脂等の接着剤により接合されている。

なお、圧電体層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを構成する材料としては、ＰＺＴ（lead zirconate titanate）、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等、従来から用いられている圧電セラミックスを用いることができる。

また、内部電極層５ｅの材料としては、種々の金属材料を用いることができる。例えば、銀とパラジウムとからなる金属成分と、圧電体層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを構成するセラミック成分とを含有した場合、圧電体層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと内部電極層５ｅとの熱膨張差による応力を低減することができるので、積層不良のない圧電素子５を得ることができる。

また、リード端子６ａ、６ｂは、種々の金属材料を用いて形成することができる。例えば、銅またはアルミニウムなどの金属箔を樹脂フィルムで挟んだフレキシブル配線を用いてリード端子６ａ、６ｂを構成すると、圧電素子５の低背化を図ることができる。

また、図１Ｂに示すように、音響発生器１は、樹脂層７をさらに備える。樹脂層７は、振動体３ａの圧電素子５が設けられる側の面と枠体２の内周面とによって形成される空間Ｓ（以下、「内部空間Ｓ」と記載する）において、圧電素子５および振動板３の表面に被せるように配置されて、振動体３ａおよび圧電素子５と一体化される。

樹脂層７は、たとえば、アクリル系樹脂を用いてヤング率が１ＭＰａ〜１ＧＰａの範囲程度となるように形成されることが好ましい。かかる樹脂層７によって圧電素子５を埋設することで、適度なダンピング効果を誘発させることができるので、共振現象を抑制して、音圧の周波数特性におけるピークやディップを小さく抑えることができる。

なお、図１Ｂでは、圧電素子５として、バイモルフ型の積層型圧電素子を例に挙げたが、これに限られるものではない。例えば、伸縮する圧電素子を振動体３ａに貼り付けたユニモルフ型であっても構わない。

ところで、従来の音響発生器において、枠体よりも樹脂層が低い場合、枠体の内周面にメニスカスが発生し、このメニスカスによって振動板の自由長が短くなる結果、良好な音質を得ることが困難となるという問題があった。

そこで、本実施形態では、枠体２（上枠部材２１）の内周側の縁部に段差を設けることとした。具体的には、図２に示すように、上枠部材２１は、樹脂層７が充填される第１の内周面２１１と、第１の内周面２１１よりも内部空間Ｓの開口部側に設けられ、第１の内周面２１１に比して大きい内径を有する第２の内周面２１２とを少なくとも有する。

図３に示すように、比較例に係る音響発生器１’は、断面視矩形状の枠体２’を有している。つまり、枠体２’の内周面２１１’は、断面視した場合に直線状である。このため、樹脂層７’が枠体２’よりも低い場合、振動板の自由長を決定付ける枠体２’の内周面２１１’にメニスカスＭが発生し、このメニスカスＭによって振動板の自由長が本来の自由長Ｌよりも短いＬ’となってしまう。

これに対し、本実施形態に係る音響発生器１では、図２に示すように、枠体２が、振動板３の自由長を決定付ける第１の内周面２１１と、この第１の内周面２１１よりも内径の大きい第２の内周面２１２とを有し、少なくとも第１の内周面２１１まで樹脂層７が充填される。したがって、樹脂層７が枠体２よりも低い場合であっても、メニスカスＭは第２の内周面２１２に形成される。つまり、第１の内周面２１１にメニスカスＭが形成されることがない。

このように、本実施形態に係る音響発生器１によれば、振動板３の自由長を決定付ける第１の内周面２１１にメニスカスＭが形成されることを防止することができるため、メニスカスＭによって振動板３の自由長が短くなることを防止することができ、これによる音質の低下を防止することができる。つまり、良質な音質を得ることができる。

なお、ここでは、凹型のメニスカスＭを例示したが、仮に、凸型のメニスカスＭが形成された場合であっても同様の効果を得られる。

また、本実施形態において、第１の内周面２１１と第２の内周面２１２とは、いずれも振動体３ａ（図１Ｂ参照）に対して垂直な垂直面であり、かつ、振動体３ａに対して水平な水平面２１３を介して連続している。すなわち、本実施形態では、上枠部材２１の内周側縁部が、段差状に形成されている。このような形状とすることにより、プレス等による上枠部材２１の加工を比較的容易に行うことができる。

ところで、メニスカスＭによって振動板３の自由長が短くなることを防止するような枠体２（上枠部材２１）の形状は、図２に示したものに限定されない。こうした枠体２（上枠部材２１）の形状の変形例について図４Ａ〜図４Ｈを参照して説明する。図４Ａ〜図４Ｇは、枠体の変形例（その１〜７）を示す模式的な拡大図である。また、図４Ｈは、図４ＧのＢ−Ｂ’線断面図である。

たとえば、図４Ａに示す上枠部材２１Ａのように、第１の内周面２１１ａと第２の内周面２１２ａとは、振動体３ａ（図１Ｂ参照）に対して傾斜した傾斜面２１３ａを介して連続していてもよい。

特に、図４Ａでは、傾斜面２１３ａが、第２の内周面２１２ａに面するように傾斜している。これにより、メニスカスＭによって振動板３の自由長が短くなることをより確実に防止することができる。さらに、樹脂層７の厚みを一定（つまり、第１の内周面２１１ａの高さ）に揃えることができるため、音響発生器１ごとの樹脂層７の厚みのバラつきを抑えることができる。よって、音響発生器１ごとの音質のバラつきを抑えることができる。

なお、図４Ｂに示す上枠部材２１Ｂのように、第１の内周面２１１ｂと第２の内周面２１２ｂとの間に設けられる傾斜面２１３ｂは、内部空間Ｓ（図１Ｂ参照）側に面するように傾斜していても構わない。

また、図４Ｃに示す上枠部材２１Ｃのように、第２の内周面２１２には、凸部２１４が設けられてもよい。このように、第２の内周面２１２に凸部２１４を設けることにより、枠体２の剛性を高めることができる。

なお、凸部２１４は、第２の内周面２１２に取り付けられるものであってもよいし、予め第２の内周面２１２と一体的に形成されてもよい。また、図４Ｃでは、図２に示す上枠部材２１の第２の内周面２１２に凸部２１４を設けた場合の例を示したが、これに限らず、図４Ａや図４Ｂに示す上枠部材２１Ａ、２１Ｂの第２の内周面２１２ａ、２１２ｂに凸部２１４を設けてもよい。

また、図４Ｄに示す上枠部材２１Ｄのように、第１の内周面２１１ｄと第２の内周面２１２ｄとは連続していてもよい。

また、図４Ｄでは、第２の内周面２１２ｄが、断面視した場合に直線状であるものとしたが、第２の内周面２１２ｄは、直線状に限らず下（内部空間Ｓの開口部側）に凸の曲線状であってもよいし、上（振動体３ａ側）に凸の曲線状であってもよい。

たとえば、図４Ｅに示す上枠部材２１Ｅは、第１の内周面２１１ｅと第２の内周面２１２ｅとが連続しており、かつ、第２の内周面２１２ｅは、断面視した場合に、下に凸の曲線状に形成されている。また、図４Ｆに示す上枠部材２１Ｆは、第１の内周面２１１ｆと第２の内周面２１２ｆとが連続しており、かつ、第２の内周面２１２ｆは、断面視した場合に、上に凸の曲線状に形成されている。

また、図４Ｇおよび図４Ｈに示す上枠部材２１Ｇのように、第２の内周面２１２ｇは、内径が第１の内周面２１１の内径と同一もしくは第１の内周面２１１よりも小さい部分２１５を有していてもよい。このような部分２１５を有することにより、振動体３ａに、メニスカスＭによって自由長が短くなる領域を部分的に形成することができる。これにより、振動体３ａ、圧電素子５および樹脂層７によって構成される複合振動体の対称性を低下させることができ、共振モードの縮退を解いて分散させることが可能となる。この結果、音圧の変動が小さい良好な音圧の周波数特性を有する音響発生器１Ｇを得ることができる。

次に、これまで説明してきた実施形態に係る音響発生器１を搭載した音響発生装置および電子機器について、図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、実施形態に係る音響発生装置２０の構成を示す図であり、図５Ｂは、実施形態に係る電子機器５０の構成を示す図である。なお、両図には、説明に必要となる構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

音響発生装置２０は、いわゆるスピーカのような発音装置であり、図５Ａに示すように、たとえば、音響発生器１と、音響発生器１を収容する筐体３０を備える。筐体３０は、音響発生器１の発する音響を内部で共鳴させるとともに、筐体３０に形成された図示せぬ開口から音響を外部へ放射する。このような筐体３０を有することにより、例えば低周波数帯域における音圧を高めることができる。

また、音響発生器１は、種々の電子機器５０に搭載することができる。たとえば、次に示す図５Ｂでは、電子機器５０が、携帯電話やタブレット端末のような携帯端末装置であるものとする。

図５Ｂに示すように、電子機器５０は、電子回路６０を備える。電子回路６０は、たとえば、コントローラ５０ａと、送受信部５０ｂと、キー入力部５０ｃと、マイク入力部５０ｄとから構成される。電子回路６０は、音響発生器１に接続されており、音響発生器１へ音声信号を出力する機能を有している。音響発生器１は電子回路６０から入力された音声信号に基づいて音響を発生させる。

また、電子機器５０は、表示部５０ｅと、アンテナ５０ｆと、音響発生器１とを備える。また、電子機器５０は、これら各デバイスを収容する筐体４０を備える。

なお、図５Ｂでは、１つの筐体４０にコントローラ５０ａをはじめとする各デバイスがすべて収容されている状態をあらわしているが、各デバイスの収容形態を限定するものではない。本実施形態では、少なくとも電子回路６０と音響発生器１とが、１つの筐体４０に収容されていればよい。

コントローラ５０ａは、電子機器５０の制御部である。送受信部５０ｂは、コントローラ５０ａの制御に基づき、アンテナ５０ｆを介してデータの送受信などを行う。

キー入力部５０ｃは、電子機器５０の入力デバイスであり、操作者によるキー入力操作を受け付ける。マイク入力部５０ｄは、同じく電子機器５０の入力デバイスであり、操作者による音声入力操作などを受け付ける。

表示部５０ｅは、電子機器５０の表示出力デバイスであり、コントローラ５０ａの制御に基づき、表示情報の出力を行う。

そして、音響発生器１は、電子機器５０における音響出力デバイスとして動作する。なお、音響発生器１は、電子回路６０のコントローラ５０ａに接続されており、コントローラ５０ａによって制御された電圧の印加を受けて音響を発することとなる。

ところで、図５Ｂでは、電子機器５０が携帯用端末装置であるものとして説明を行ったが、電子機器５０の種別を問うものではなく、音響を発する機能を有する様々な民生機器に適用されてよい。たとえば、薄型テレビやカーオーディオ機器は無論のこと、「話す」といった音響を発する機能を有する製品、例を挙げれば、掃除機や洗濯機、冷蔵庫、電子レンジなどといった種々の製品に用いられてよい。

なお、上述した実施形態では、振動体の一方の主面に圧電素子を設けた場合を主に例示して説明を行ったが、これに限られるものではなく、振動体の両面に圧電素子が設けられてもよい。

また、上述した実施形態では、枠体を上枠部材と下枠部材とによって構成し、かかる上枠部材と下枠部材とで振動板の周縁部を挟み込むことによって振動体を支持する場合を例に挙げたが、枠体および振動体の構成は上記の例に限定されない。たとえば、枠体を単一の枠部材で構成し、かかる単一の枠部材の内周面に振動体の外周部を接着して支持することとしてもよいし、単一の枠部材の上面または下面に振動板の周縁部を接着して支持することとしてもよい。

また、上述した実施形態では、枠体の内側の領域の形状が略矩形状である場合を例に挙げ、多角形であればよいこととしたが、これに限られるものではなく、円形や楕円形であってもよい。

また、上述した実施形態では、励振器が圧電素子である場合を例に挙げて説明したが、励振器としては、圧電素子に限定されるものではなく、電気信号が入力されて振動する機能を有しているものであれば良い。例えば、スピーカを振動させる励振器としてよく知られた、動電型の励振器や、静電型の励振器や、電磁型の励振器であっても構わない。なお、動電型の励振器は、永久磁石の磁極の間に配置されたコイルに電流を流してコイルを振動させるようなものであり、静電型の励振器は、向き合わせた２つの金属板にバイアスと電気信号とを流して金属板を振動させるようなものであり、電磁型の励振器は、電気信号をコイルに流して薄い鉄板を振動させるようなものである。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 音響発生器
２ 枠体
２１ 上枠部材
２２ 下枠部材
２１１ 第１の内周面
２１２ 第２の内周面
２１３ 水平面
３ 振動板
３ａ 振動体
５ 圧電素子
７ 樹脂層
２０ 音響発生装置
３０、４０ 筐体
５０ 電子機器
６０ 電子回路

Claims (7)

1. 電気信号により振動する励振器と、
   前記励振器が取り付けられており、該励振器の振動によって該励振器とともに振動する扁平な振動体と、
   前記振動体の外周部に設けられ、該振動体の外周部を挟み込む上枠部材および下枠部材からなる枠体と、
   前記振動体の前記励振器が設けられる側の面と前記上枠部材の内周面とによって形成される空間に配置されて、前記振動体および前記励振器と一体化された樹脂層と
   を少なくとも有し、
   前記上枠部材の内周面は、
   前記樹脂層が充填される第１の内周面と、
   該第１の内周面よりも前記空間の開口部側に設けられ、前記第１の内周面に比して大きい内径を有する第２の内周面と
   を少なくとも有し、
   前記樹脂層の上面の高さが前記上枠部材の上面の高さよりも低く、
   前記第１の内周面よりも高い位置であって前記第１の内周面よりも外側の位置に前記樹脂層のメニスカスがあること
   を特徴とする音響発生器。
2. 前記第１の内周面と前記第２の内周面とは、
   前記振動体に対して水平な水平面を介して連続していること
   を特徴とする請求項１に記載の音響発生器。
3. 前記第１の内周面と前記第２の内周面とは、
   前記振動体に対して傾斜した傾斜面を介して連続していること
   を特徴とする請求項１に記載の音響発生器。
4. 前記傾斜面は、前記第２の内周面側に面するように傾斜していること
   を特徴とする請求項３に記載の音響発生器。
5. 前記第１の内周面と前記第２の内周面とが連続していること
   を特徴とする請求項１に記載の音響発生器。
6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載の音響発生器と、
   該音響発生器を収容する筐体と
   を備えることを特徴とする音響発生装置。
7. 請求項１〜５のいずれか一つに記載の音響発生器と、
   該音響発生器に接続された電子回路と、
   該電子回路および前記音響発生器を収容する筐体と
   を備え、
   前記音響発生器から音響を発生させる機能を有すること
   を特徴とする電子機器。

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