JP6189778B2 - 音響発生器およびそれを用いた電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、音響発生器およびそれを用いた電子機器に関するものである。
従来、金属板に圧電素子を取り付けて構成した薄型のスピーカーが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。
特開2004−23436号公報
しかしながら、上述した従来のスピーカーは、金属板の裏面から生じる逆位相の音が表側に回り込むことにより、金属板の表側において特に低音が小さくなり、音質が悪いという問題があった。また、逆位相の音の回り込みを防止するために金属板を筐体に収容した場合、筐体を薄くすると音質が劣化するという問題があった。
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、高音質の音響を発生させることができる小型の音響発生器およびそれを用いた電子機器を提供することにある。
本発明の音響発生器は、電気信号が入力されて振動する振動体と、該振動体を取り囲み、該振動体から発生する音響を反射する筐体と、を有しており、前記振動体は、互いに対向する第1主面と第2主面とを有しており、前記筐体の内部に、前記振動体の前記第1主面に接する第1空間と、前記振動体の前記第2主面に接する第2空間と、前記振動体に接しない第3空間とが形成されており、前記第1空間と外部空間とを接続する1つ以上の第1開口と、前記第2空間と前記外部空間とを接続する1つ以上の第2開口と、前記第3空間と前記外部空間とを接続する1つ以上の第3開口と、前記第1空間と前記第3空間とを接続する1つ以上の第4開口と、が形成されているとともに、前記第1空間および前記第3空間と、前記第2空間とは、前記筐体の内部で隔離されており、前記第1主面を含む平面内の1つの方向を第1方向とし、該第1方向と反対の方向を第2方向とすると、前記第1開口は前記第1空間の前記第1方向の端部に形成されており、前記第4開口は前記第1空間における前記第2方向側に形成されていることを特徴とする。
本発明の電子機器は、前記音響発生器と、該音響発生器に接続された電子回路とを有しており、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。
本発明の音響発生器は、小型であり、高音質の音響を発生させることができる。本発明の音響発生器を用いた電子機器は、高音質の音響を発生させることができる。
本発明の第1実施形態の音響発生器を模式的に示す斜視図である。 図1のA−B線断面図である。 本発明の第1実施形態の音響発生器を模式的に示す平面図である。 本発明の第1実施形態の音響発生器を模式的に示す平面図である。 本発明の第1実施形態の音響発生器を模式的に示す平面図である。 本発明の第1実施形態の音響発生器を模式的に示す平面図である。 本発明の第1実施形態の音響発生器を模式的に示す平面図である。 本発明の第2実施形態の電子機器を模式的に示すブロック図である。数特性を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態である音響発生器およびそれを用いた電子機器を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面においては、互いに直交するx軸、y軸、z軸を用いて方向を示している。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態の音響発生器を模式的に示す斜視図である。図2は、図1のA−B線断面図である。図3,図4は、本発明の第1実施形態の音響発生器を模式的に示す、+z方向から見た平面図である。なお、図3は、パネル17を取り除いた状態を示しており、図4は、パネル17およびスペーサー15a,15b,15c,15dを取り除いた状態を示している。図5〜図7は、本発明の第1実施形態の音響発生器を模式的に示す、−z方向から見た平面図である。なお、図6は、パネル18を取り除いた状態を示しており、図7は、パネル18、スペーサー16および樹脂層13を取り除いた状態を示している。なお、図1〜図7では、互いに直交するx軸,y軸,z軸によって方向を示している。
本実施形態の音響発生器は、図1〜図7に示すように、励振器11と、フィルム12と、樹脂層13と、フレーム14a,14b(フレーム14a,フレーム14b)と、スペーサー15a,15b,16,19(スペーサー15a,スペーサー15b,スペーサー16,スペーサー19)と、パネル17,18(パネル17,パネル18)とを有している。
フレーム14a,14bは、それぞれ矩形の枠状の形状を有している。フレーム14a,14bは、例えば、厚み100〜1000μmのステンレス製のものを好適に用いることができるが、材質および厚みは特に限定されるものではなく、フィルム12および樹脂層13よりも変形し難いものであれば良い。例えば、硬質樹脂、プラスチック、エンジニアリングプラスチック、セラミックス等を用いてフレーム14a,14bを形成することができる。
フィルム12は、フィルム状(薄板状)の形状を有しており、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリイミド等の樹脂を用いて形成することができる。また、フィルム12の厚みは、例えば、10〜200μmとされる。そして、フィルム12は、面方向(x軸方向およびy軸方向)に張力をかけられた状態で、上下の主面(z軸方向の両端面)の周縁部をフレーム14a,14bで挟まれて固定されており、フレーム14a,14bによって振動可能に支持されている。
なお、フレーム14a,14bの形状は、矩形状に限定されるものではなく、円形や菱形であってもよい。また、フレーム14bを有さない場合には、例えば、フレーム14aの+z方向の表面にフィルム12を接着すれば良く、また、フレーム14aを有さない場合には、例えば、フレーム14bの−z方向の表面にフィルム12を接着すればよい。なお、フィルム12に代えて、薄板状の金属や、紙等を用いても良い。
励振器11は、フィルム12の−z方向側の表面に取り付けられており、フィルム12
と一体化されている。励振器11は、上下の主面(z軸方向の両端面)が矩形である板状の形状を有する圧電素子である。詳細な図示を省略するが、励振器11は、圧電セラミックスからなる圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなる積層体と、この積層体の上下面(z軸方向の両端面)に形成された表面電極層と、積層体の長手方向(y軸方向)の両端面にそれぞれ設けられた一対の端子電極とで構成されている。なお、表面電極および内部電極層は、積層体の長手方向(y軸方向)の両端面に交互に引き出されており、それぞれ端子電極に接続されている。そして、図示せぬ配線を介して一対の端子電極に電気信号が加えられる。
励振器11は、バイモルフ型の圧電素子とされており、電気信号が入力されたときに、任意の瞬間において、厚み方向(z軸方向)における一方側と他方側とで伸縮が逆になるようにされている。よって、励振器11は、電気信号が入力されるとz軸方向に屈曲振動する。
なお、励振器11として、例えば、電気信号が入力されて伸縮振動する圧電素子と金属板とを張り合わせて構成したモノモルフ型の振動素子を用いても構わない。また、励振器11のフィルム12側の主面とフィルム12とは、例えば、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリエステル系樹脂等の既知の接着剤や、両面テープ等によって接着されている。
樹脂層13は、励振器11を埋設するように、フレーム14aの内側の全体に渡って形成されており、フィルム12および励振器11と一体化されている。樹脂層13は、既知の種々の材料を用いて形成することができる。例えば、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂や、あるいはゴム等を用いることができる。また、樹脂層13の厚みは、励振器11を完全に覆う程度の厚みであることが望ましいが、フィルム12の少なくとも一部を被覆するように形成されていれば良い。なお、樹脂層13は、音響発生器から発生する音響の音質を高める効果があるが、必須ではなく、場合によっては無くても構わない。
そして、励振器11に電気信号が入力されることによって、フィルム12におけるフレーム14a,14bの内側に位置する部分(フレーム14a,14bに挟まれていない部分)と、励振器11と、樹脂層13とが、一体的に振動して音響が発生する。すなわち、フィルム12におけるフレーム14a,14bの内側に位置する部分(フレーム14a,14bに挟まれていない部分)と、励振器11と、樹脂層13とによって、電気信号が入力されて振動して音響を発生させる振動体10が構成されている。振動体10は、矩形の平板状の形状を有しており、互いに対向する主面10aと主面10bとを有している。主面10aは、振動体10の+z方向側の表面であり、フィルム12の+z方向の表面で構成されている。主面10bは、振動体10の−z方向側の表面であり、樹脂層13の−z方向側の表面で構成されている。なお、振動体10は、平たい形状(厚みが小さく面積が大きい形状)、すなわち、薄板状やフィルム状の形状であれば良く、例えば、5角形や楕円形の平面形状を有していても構わない。なお、振動体10は、励振器11とともに一体的に振動して音響を発生させる部分であり、他の構成要素を含むことができる。また、樹脂層13を有さない場合には、フィルム12におけるフレーム14a,14bの内側に位置する部分と励振器11とによって振動体10が構成される。
スペーサー16は、フレーム14aと同じ矩形の枠状の形状を有しており、厚さ(z軸方向の寸法)が大きい以外はフレーム14aと同じ寸法を有している。そして、スペーサー16の+z方向の表面が、フレーム14aの−z方向の表面に接合されている。
パネル18は、矩形の平板状の形状を有している。そして、パネル18の+z方向側の主面における、−x方向の端部且つy軸方向の中央部に、スペーサー16の−z方向の表
面が接合されている。
スペーサー15a,15bは、フレーム14bのx軸方向の長さと同じ長さを有する矩形の棒状の形状を有している。そして、スペーサー15aは、フレーム14bの+z方向の表面における、+y方向の端部に接合されており、スペーサー15bは、フレーム14bの+z方向の表面における、−y方向の端部に接合されている。
スペーサー15c,15dは、直方体状の形状を有している。そして、そして、スペーサー15cは、フレーム14bの+z方向の表面における、−x方向の端部且つy軸方向の中央に接合されている。スペーサー15dは、フレーム14bの+z方向の表面における、+x方向の端部且つy軸方向の中央に接合されている。
スペーサー19は、日本語のカタカナの“コ”のような形状(アルファベットの“U”のような形状)を有している。そして、パネル18の+z方向の表面における、周縁の4辺のうちの3辺(+y方向端部,+x方向端部および−y方向端部)に、スペーサー19の−z方向の表面が接合されている。
パネル17は、パネル18と同じ形状寸法を有しており、パネル18よりも+z方向側に、間隔を開けてパネル18と対向するように配置されている。そして、スペーサー15a,15b,15c,15dの+z方向側の表面と、パネル17の−z方向側の表面とが接合されているとともに、スペーサー19の+z方向側の表面と、パネル17の−z方向側の表面とが接合されている。
このようにして、フィルム12のフレーム14a,14bに挟まれた部分と、フレーム14a,14bと、スペーサー15a,15b,15c,15dと、スペーサー16と、パネル17,18と、スペーサー19とによって、振動体10を取り囲み、振動体10から発生する音響を反射する筐体20が構成されている。また、振動体10と、フレーム14bと、スペーサー15a,15b,15c,15dと、パネル17とで囲まれた、空間21aが形成されている。また、振動体10と、フレーム14aと、スペーサー16と、パネル18とで囲まれた、空間21bが形成されている。また、フィルム12のフレーム14a,14bに挟まれた部分と、フレーム14a,14bと、スペーサー15a,15b,15dと、スペーサー16と、パネル17,18と、スペーサー19とによって囲まれた空間21cが形成されている。なお、空間21aは、振動体10の主面10aに接しており、空間21bは、振動体10の主面10bに接しており、空間21cは、振動体10に接していない。
そして、筐体20の−x方向端部には、フレーム14bと、スペーサー15a,15b,15cと、パネル17とによって囲まれた2つの開口22が形成されている。そして、開口22を介して、空間21aと外部空間とが接続されている。また、パネル18の−x方向側の部分には、複数の開口23が列状に形成されている。そして、開口23を介して、空間21bと外部空間とが接続されている。また、筐体20の−x方向端部には、フィルム12のフレーム14a,14bに挟まれた部分と、フレーム14a,14bと、スペーサー15a,15bと、スペーサー16と、パネル17,18と、スペーサー19とで囲まれた2つの開口24が形成されている。そして、開口24を介して、空間21cと外部空間とが接続されている。また、空間21aの+x方向の端部には、フレーム14bと、スペーサー15a,15b,15dと、パネル17とによって囲まれた2つの開口25が形成されている。そして、開口25を介して、空間21aと空間21cとが接続されている。
なお、スペーサー15a,15b,15c,15d、スペーサー16、スペーサー19
、パネル17,18は、樹脂,金属,セラミクス,ガラス,木材等の種々の材料を用いて形成することができる。また、筐体20や、空間21a,21b,21cや、開口22,23,24,25の形状は、種々の形状とすることができる。
このように、本実施形態の音響発生器では、筐体20の内部に、振動体10の主面10aに接する空間21aと、振動体10の主面10bに接する空間21bと、振動体10に接しない空間21cとが形成されている。そして、空間21aと外部空間とを接続する1つ以上の開口22と、空間21bと外部空間とを接続する1つ以上の開口23と、空間21cと外部空間とを接続する1つ以上の開口24と、空間21aと空間21cとを接続する1つ以上の第4開口25と、が形成されている。そして、空間21aおよび空間21cと、空間21bとは、筐体20の内部で隔離されている。そして、主面10aを含む平面内の1つの方向を−x方向とし、−x方向と反対の方向を+x方向とすると、開口22は空間21aの−x方向の端部に形成されており、第4開口25は空間21aにおける+x方向側に形成されている。このような構成により、高音質の音響を発生させることができる小型(特に薄型)の音響発生器を実現できる。
この効果が得られる理由は次のように推定できる。まず、開口22を空間21aの−x方向の端部に形成することにより、音質の向上と薄型化を両立できる。そして、開口25を空間21aにおける+x方向側(+x方向の端部)に形成することにより、空間21a内の−x方向側と+x方向側の圧力差を低減することができ、これによって更に音質を向上できる。また、空間21aと空間21bとを隔離することにより、逆位相の音響による音質の低下を低減でき、開口23によって、空気バネの作用による音質の低下を防止できる。
また、本実施形態の音響発生器では、空間21aは、筐体20の内部における−x方向の端部に形成されている。これにより、開口25付近の空間21cの体積を大きく確保することができるため、さらに音質を向上させることができる。
また、本実施形態の音響発生器では、筐体20の−x方向の表面を第1表面とし、筐体20の第1表面と異なる表面(−z方向の表面)を第2表面とすると、開口22および開口24は、筐体20の第1表面に形成されており、開口23は、筐体20の第2表面に形成されている。これにより、音響発生器から−x方向側へ放出される音響の音圧を高くすることができるとともに、逆位相の音響の回り込みによる音質の低下をさらに低減することができる。
また、本実施形態の音響発生器は、開口23は、開口22および開口24よりも小さく、且つ複数の列を成すように形成されている。これにより、逆位相の音響の回り込みによる音質の低下をさらに低減することができる。
本実施形態の音響発生器は、例えば次のようにして製造することができる。まず、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を添加して掻き混ぜて、スラリーを作製する。圧電材料としては、鉛系、非鉛系のうちいずれでも使用することができる。次に、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを作製する。このグリーンシートに導体ペーストを印刷して内部電極となる導体パターンを形成し、この導体パターンが形成されたグリーンシートを積層して、積層成形体を作製する。
次に、この積層成形体を脱脂、焼成し、所定寸法にカットすることにより積層体を得ることができる。必要に応じて、積層体の外周部を加工する。次に、積層体の積層方向の主面に、導体ペーストを印刷して表面電極層となる導体パターンを形成し、積層体の長手方向(y軸方向)の両側面に、導体ペーストを印刷して一対の端子電極となる導体パターン
を形成する。そして、所定の温度で電極の焼付けを行うことにより、励振器11となる構造体を得ることができる。その後に、励振器11に圧電性を付与するために表面電極層または一対の端子電極を通じて直流電圧を印加して、励振器11の圧電体層の分極を行う。このようにして励振器11を得ることができる。
次に、張力をかけた状態のフィルム12の周縁を、接着剤を塗布したフレーム14a,14bで挟んで固定し、接着剤を硬化させて接合する。そして、フィルム12の−z方向側の表面に励振器11を接着剤でフィルム12に接合し、励振器11に配線を接続する。そして、フレーム14aの内側に樹脂を流し込んで硬化させることにより樹脂層13を形成する。
そして、予め準備したスペーサースペーサー15a,15b,15c,15d、スペーサー16、スペーサー19、パネル17,18を粘着剤もしくは接着剤で接合して筐体20を形成する。このようにして、本実施形態の音響発生器を得ることができる。
(第2実施形態)
図8は、第2実施形態の電子機器50の構成の一例を示すブロック図である。本例の電子機器50は、図8に示すように、音響発生器30と、電子回路60と、キー入力部50cと、マイク入力部50dと、表示部50eと、アンテナ50fとを有している。なお、図8は、例えば、携帯電話、タブレット端末、あるいはパーソナルコンピュータのような電子機器を想定したブロック図である。
電子回路60は、制御回路50aと、通信回路50bとを有している。また、電子回路60は、音響発生器30に接続されており、音響発生器へ音声信号を出力する機能を有している。制御回路50aは、電子機器50の制御部である。通信回路50bは、制御回路50aの制御に基づき、アンテナ50fを介してデータの送信や受信などを行う。
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、制御回路50aの制御に基づき、表示情報の出力を行う。
音響発生器30は、前述した第1実施形態のような音響発生器である。そして、音響発生器30は、電子機器50における音響出力デバイスとして機能しており、電子回路60から入力された音声信号に基づいて音響(可聴周波数帯域外の音響も含む)を発生させる。なお、音響発生器30は、電子回路60の制御回路50aに接続されており、制御回路50aによって制御された電圧の印加を受けて音響を発生させる。
本例の電子機器50は、前述した第1実施形態のような音響発生器30と、音響発生器30に接続された電子回路60とを有しており、第1実施形態のような音響発生器30を用いて音響を発生させる。これにより、高音質な音響を発生させることができるとともに、小型の電子機器50を得ることができる。
なお、電子機器50の構造の一例としては、例えば、電子機器50の筐体の内部に、図8に示す電子回路60,キー入力部50c,マイク入力部50d,表示部50e,アンテナ50fおよび音響発生器30を備えたものとすることができる。また、電子機器50の構造の他の例としては、図8に示す電子回路60,キー入力部50c,マイク入力部50d,表示部50およびアンテナ50fを筐体に備えた機器本体と、音響発生器30とを、リード線等を介して電気信号が伝達可能に接続したものとすることができる。
また、本例の電子機器は、図8に示した、キー入力部50c,マイク入力部50d,表示部50eおよびアンテナ50fを全て有している必要はなく、音響発生器30と、電子回路60とを少なくとも有していれば良い。また、電子機器50は、他の構成要素を有していても良い。電子回路60も、上述した構成の電子回路60に限定されるものではなく、他の構成を有する電子回路であっても構わない。
また、本例の電子機器は、上述した、携帯電話,タブレット端末,パーソナルコンピュータ等の電子機器に限定されるものではない。音響や音声を発生させる機能を有する、テレビ、オーディオ機器、ラジオ、掃除機,洗濯機,冷蔵庫,電子レンジ等の種々の電子機器において、前述した第1実施形態のような音響発生器30を、音響発生装置として用いることができる。
(変形例)
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更,改良が可能である。
例えば、前述した実施形態においては、励振器11として圧電素子を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。励振器11は、電気信号を機械的振動に変換する機能を有していればよく、電気信号を機械的振動に変換する機能を有する他のものを励振器11として用いても構わない。例えば、スピーカー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、電磁型の励振器を励振器11として用いても構わない。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。
また、前述した実施形態においては、フィルム12の表面に1個の励振器11が取り付けられた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、フィルム12の表面にもっと多くの励振器を取り付けても構わない。
10:振動体
11:励振器
20:筐体
21a,21b,21c:空間
22,23,24、25:開口
60:電子回路

Claims (5)

  1. 電気信号が入力されて振動する振動体と、
    該振動体を取り囲み、該振動体から発生する音響を反射する筐体と、
    を有しており、
    前記振動体は、互いに対向する第1主面と第2主面とを有しており、
    前記筐体の内部に、前記振動体の前記第1主面に接する第1空間と、前記振動体の前記第2主面に接する第2空間と、前記振動体に接しない第3空間とが形成されており、
    前記第1空間と外部空間とを接続する1つ以上の第1開口と、前記第2空間と前記外部空間とを接続する1つ以上の第2開口と、前記第3空間と前記外部空間とを接続する1つ以上の第3開口と、前記第1空間と前記第3空間とを接続する1つ以上の第4開口と、が形成されているとともに、前記第1空間および前記第3空間と、前記第2空間とは、前記筐体の内部で隔離されており、
    前記第1主面を含む平面内の1つの方向を第1方向とし、該第1方向と反対の方向を第2方向とすると、
    前記第1開口は前記第1空間の前記第1方向の端部に形成されており、前記第4開口は前記第1空間における前記第2方向側に形成されている
    ことを特徴とする音響発生器。
  2. 前記第1空間は、前記筐体の内部における前記第1方向の端部に形成され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. 前記筐体の前記第1方向の表面を第1表面とし、前記筐体の前記第1表面と異なる表面を第2表面とすると、
    前記第1開口および前記第3開口は、前記筐体の前記第1表面に形成されており、前記第2開口は、前記筐体の前記第2表面に形成されている
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の音響発生器。
  4. 前記第2開口は、前記第1開口および前記第3開口よりも小さく、且つ複数の列を成すように形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の音響発生器。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか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を有しており、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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