JP7073646B2 - トランスデューサ - Google Patents

Description

本発明は、トランスデューサに関する。

圧電素子を用いたトランスデューサが広く用いられている。このトランスデューサは、例えば圧電膜と、この圧電膜の両面に積層される一対の電極とを有する圧電素子と、この圧電素子の振動が伝達されることで振動する振動板とを有する発音装置として構成される。このトランスデューサは、前記一対の電極に交流電圧が印加されることで前記圧電膜が振動し、この振動が伝達されることで前記振動板が振動する。この振動板の振動により、このトランスデューサは音声を発生可能に構成されている。

また今日では、圧電素子を用いたトランスデューサとして、圧電素子の振動によって直接音声を発生させる構成のものも提案されている（特開２０１５－９１０６９号公報参照）。

特開２０１５－９１０６９号公報

前記公報に記載の圧電スピーカは、多孔質圧電層と内部電極とが交互に積層される積層体を有し、この積層体の積層方向と垂直な方向の両側に一対の外部電極が配設される積層型圧電体を備える。この圧電スピーカは、外部電極に電圧が印加されると多孔質圧電層が積層方向に伸縮することで放音可能に構成されている。

しかしながら、前記公報に記載の圧電スピーカは、多孔質圧電層の振幅が積層型圧電体の表面面積に依存する。そのため、この圧電スピーカは、所望の音を発生させるためには多孔質圧電層のサイズが大きくなる。従って、この圧電スピーカは、比較的大型のスピーカとしては用いることができるものの、イヤホン、ヘッドホン等の音響機器や、携帯情報端末等の比較的小型の機器には用い難い。

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、十分に小型化を図ることができるトランスデューサを提供することにある。

前記課題を解決するためになされた本発明は、音響空間を形成する筐体と、前記音響空間内に配設され、多孔質膜を有するシート状の圧電素子とを備え、前記圧電素子が屈曲又は湾曲しているトランスデューサである。

前記圧電素子が多層に折り畳まれているとよい。

前記折り畳みによって隣接する層が接触していないとよい。

前記圧電素子を揺動可能に被覆する被覆部材を有するとよい。

前記被覆部材が袋体であるとよい。

柔軟性を有し、前記圧電素子を支持する支持部材をさらに備え、前記袋体が前記支持部材に接続されているとよい。

前記筐体に接続される芯柱をさらに備え、前記圧電素子が前記芯柱を巻回しているとよい。

なお、本発明において、「圧電素子が芯柱を巻回している」とは、圧電素子の最内周の内面が芯柱の外周面に接している構成の他、圧電素子の最内周の内面が芯柱の外周面と離間している構成も含む。

本発明に係るトランスデューサは、前記圧電素子が屈曲又は湾曲していることで、この圧電素子の表面面積を十分に確保しつつ、この圧電素子の平面面積を小さくすることができる。そのため、当該トランスデューサは、前記多孔質膜の表面面積を十分に高めつつ、この圧電素子を比較的平面面積の小さい筐体内に配設することができる。当該トランスデューサは、例えば発音装置として用いられる場合、前記多孔質膜がその厚さ方向に膨張収縮する（振動する）ことで発音をすることができる。また、屈曲又は湾曲した圧電素子が開放空間に配設されている場合、この圧電素子からの音の放音方向と反対側に存在する領域からの音は相殺されて、音楽や音声の発生に寄与し難い。これに対し、前記圧電素子が音響空間内に配設される場合、前記多孔質膜の膨張収縮に伴う全ての振動を音圧として取り出しやすい。すなわち音響空間内の圧力の変化として取り出しやすい。そのため、当該トランスデューサは、十分に小型化を図ることができ、このように小型化を図った場合でも十分な音声を発生することができる。なお、「圧電素子の表面面積」とは、屈曲又は湾曲していない展開状態における圧電素子の平面視の表面面積をいう。また、「圧電素子の平面面積」とは、屈曲又は湾曲状態における圧電素子の平面視面積をいう。

本発明の第一実施形態に係るトランスデューサを示す模式的断面図である。 図１のトランスデューサの圧電素子を示す模式的断面図である。 図１のトランスデューサとは異なる形態に係るトランスデューサを示す模式的断面図である。 図３のトランスデューサの圧電素子及び被覆部材を示す模式的斜視図である。 図１及び図３のトランスデューサとは異なる形態に係るトランスデューサを示す模式的斜視図である。 図５のトランスデューサの模式的断面図である。 図１、図３及び図５のトランスデューサとは異なる形態に係るトランスデューサを示す模式的断面図である。 図１、図３、図５及び図７のトランスデューサとは異なる形態に係るトランスデューサを示す模式的斜視図である。 図８のトランスデューサの模式的断面図である。 図１、図３、図５、図７及び図８のトランスデューサとは異なる形態に係るトランスデューサの圧電素子を示す模式的斜視図である。 図１、図３、図５、図７、図８及び図１０のトランスデューサとは異なる形態に係るトランスデューサの圧電素子の支持構造を示す模式的部分斜視図である。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

［第一実施形態］
＜トランスデューサ＞
図１のトランスデューサ１は発音装置として構成されている。当該トランスデューサ１は、音響空間Ｘを形成する筐体２と、音響空間Ｘ内に配設され、多孔質膜１１を有するシート状の圧電素子３とを備える。また、当該トランスデューサ１は、圧電素子３を揺動可能に被覆する被覆部材としての袋体４と、柔軟性を有し、圧電素子３を支持する支持部材５とを備える。音響空間Ｘは密閉空間として構成される。当該トランスデューサ１は、音響機器用発音装置であって、詳細にはヘッドホンに備えられるヘッドホン用発音装置である。なお、筐体が「音響空間を形成する」とは、使用状態において筐体内の領域が音響空間として形成されることをいい、例えば筐体の内面と使用者の身体（耳及び耳の周縁部）とに囲まれた領域が音響空間として形成されることをいう。

（筐体）
本実施形態において、筐体２はヘッドホンの筐体を兼ねている。筐体２は、有底筒状の基台部２ａを有しており、この基台部２ａの内部に圧電素子３が配設されている。基台部２ａは、開放側端部が使用者に装着される装着側端部を構成している。なお、本発明においては、基台部２ａの内面及び使用者の身体（耳及び耳の周縁部）によって音響空間Ｘが画定されることが好ましい。

基台部２ａによって形成される音響空間Ｘの容積の下限としては、１０ｃｍ^３が好ましく、３０ｃｍ^３がより好ましい。一方、前記音響空間Ｘの容積の上限としては、１３０ｃｍ^３が好ましく、６０ｃｍ^３がより好ましい。前記音響空間Ｘの容積が前記下限より小さいと、基台部２ａの内部に配設される圧電素子３の表面面積を十分に大きくすることが困難になるおそれがある。逆に、前記音響空間Ｘの容積が前記上限を超えると、基台部２ａが不要に大きくなり、当該トランスデューサ１を備える機器（本実施形態においてはヘッドホン）の使用性が低下するおそれがある。

基台部２ａの平均開口面積の下限としては、２５ｃｍ^２が好ましく、３０ｃｍ^２がより好ましく、４５ｃｍ^２がさらに好ましい。一方、基台部２ａの平均開口面積の上限としては、６５ｃｍ^２が好ましく、５５ｃｍ^２がより好ましく、５０ｃｍ^２がさらに好ましい。前記平均開口面積が前記下限より小さいと、基台部２ａの内部に配設される圧電素子３の表面面積を十分大きくすることが困難になるおそれがある。逆に、前記平均開口面積が前記上限を超えると、基台部２ａが不要に大きくなり、当該トランスデューサ１を備える機器の使用性が低下するおそれがある。なお、「基台部の平均開口面積」とは、基台部の筒状部位の内側に形成される中空領域における筒状部位の軸と垂直方向の空間面積の平均値をいう。

（圧電素子）
圧電素子３は可撓性を有する。圧電素子３は、図２に示すように、多孔質膜１１と、多孔質膜１１の両面に積層される一対の膜状の電極１２ａ，１２ｂとを有する。圧電素子３は、一対の電極１２ａ，１２ｂが最外層を構成する３層体である。また、圧電素子３は、外部へ電気信号を出力するリード線が接続される端子（不図示）を有する。圧電素子３は発音体として構成されており、リード線を介して一対の電極１２ａ，１２ｂに交流電圧が印加されることで、多孔質膜１１が厚さ方向に振動することにより放音可能に構成されている。

多孔質膜１１は柔軟性を有する。多孔質膜１１は、ポリエチレンテレフタレート、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリプロピレン等の合成樹脂を主成分とする。また、多孔質膜１１は、分極処理によりエレクトレット化されている。前記分極処理方法としては、特に限定されるものではなく、例えば直流又はパルス状の高電圧を印加して電荷を注入する方法、γ線や電子線等の電離性放射線を照射して電荷を注入する方法、コロナ放電処理によって電荷を注入する方法等が挙げられる。なお、「主成分」とは、最も含有量の多い成分をいい、例えば含有量が５０質量％以上の成分をいう。

多孔質膜１１の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。一方、多孔質膜１１の平均厚さの上限としては、５００μｍが好ましく、２００μｍがより好ましい。前記平均厚さが前記下限より小さいと、多孔質膜１１の強度（剛性）が不十分となり、後述するように多孔質膜１１を屈曲又は湾曲させた場合に、この屈曲又は湾曲状態を維持し難くなるおそれがある。逆に、前記平均厚さが前記上限を超えると、多孔質膜１１の重さが増加して、屈曲又は湾曲形状によっては所望の姿勢を維持し難くなるおそれがある。

一対の電極１２ａ，１２ｂの材質としては、導電性を有する限り特に限定されないが、例えばアルミニウム、銀、金、白金、銅などの各種金属やこれら金属の合金、カーボン等が挙げられる。

一対の電極１２ａ，１２ｂの平均厚さとしては、積層方法にもよるが、０．１μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。一対の電極１２ａ，１２ｂは、多孔質膜１１が屈曲又は湾曲形状を維持するための補強部としての機能を有する。この点に関し、前記平均厚さが前記下限より小さいと、多孔質膜１１の形状を十分に維持し難くなるおそれがある。逆に、前記平均厚さが前記上限を超えると、多孔質膜１１の屈曲部や湾曲部において、一対の電極１２ａ，１２ｂの剥がれや断裂等が生じやすくなるおそれがある。

圧電素子３は屈曲又は湾曲している。また、圧電素子３は、適度な剛性を有しており、多孔質膜１１が振動した場合でも屈曲又は湾曲状態が損なわれないよう設けられている。圧電素子３の屈曲又は湾曲形状としては、特に限定されるものではなく、例えばジグザグ折り、クロス折り、巻き折り、ロール折り等によって屈曲又は湾曲した形状が挙げられる。但し、圧電素子３は、屈曲又は湾曲状態で一方の電極１２ａ及び他方の電極１２ｂが物理的に接触しないことが必要であることから、一方の電極１２ａ及び他方の電極１２ｂの物理的接触を起こしにくい構成として、ジグザグ折りによって屈曲していることが好ましい。ここで、「物理的接触」とは、屈曲又は湾曲状態で対向する一対の電極が接触して多孔質膜の膨張収縮を阻害したり圧電素子の表面積を減らしたりするようなもの、及び対向する一対の電極が意に反して電気的に接触することを意味する。なお、当該トランスデューサ１は、ジグザグ折り、クロス折り、巻き折り、ロール折り等によって屈曲している場合、対面する一方の電極１２ａ及び他方の電極１２ｂの間に絶縁部材を介在させることで一方の電極１２ａ及び他方の電極１２ｂの電気的接触を防止してもよい。また、この当該絶縁部材は、圧電素子３の発音を阻害しないように、薄く膜状に形成したり、又は一対の電極１２ａ，１２ｂ間を維持できるように一対の電極１２ａ，１２ｂ間に部分的に配置してもよい。

圧電素子３の表面面積の下限としては、１００ｃｍ^２が好ましく、５００ｃｍ^２がより好ましく、７００ｃｍ^２がさらに好ましい。一方、圧電素子３の表面面積の上限としては、１５００ｃｍ^２が好ましく、１２００ｃｍ^２がより好ましく、１０００ｃｍ^２がさらに好ましい。前記表面面積が前記下限より小さいと、多孔質膜１１の振幅を十分に高めることができないおそれがある。逆に前記表面面積が前記上限を超えると、圧電素子３が不要に大きくなり、当該トランスデューサ１を備える機器の使用性が低下するおそれがある。

圧電素子３の表面形状としては、特に限定されるものではないが、矩形状であることが好ましい。多孔質膜１１の振幅は、多孔質膜１１表面の長さに依存するため、圧電素子３の表面形状を矩形状とし、かつ圧電素子３の長手方向長さを比較的長くすることで多孔質膜１１の振幅を大きくしやすい。また、圧電素子３の表面形状を矩形状とすることで、短手方向に沿って折り曲げ部が形成されるように圧電素子３をジグザグ折り、巻き折り、クロス折り、ロール折り等によって折り曲げやすい。

圧電素子３の表面形状が矩形状である場合、この圧電素子３の長手方向長さの下限としては、１０ｃｍが好ましく、２５ｃｍがより好ましく、４０ｃｍがさらに好ましい。一方、圧電素子３の長手方向長さの上限としては、１００ｃｍが好ましく、９０ｃｍがより好ましく、８０ｃｍがさらに好ましい。前記長手方向長さが前記下限より小さいと、多孔質膜１１の振幅を十分高めることができないおそれがある。逆に、前記長手方向長さが前記上限を超えると、屈曲又は湾曲状態で圧電素子３の姿勢を維持し難くなるおそれがある。

圧電素子３は、多層に折り畳まれていることが好ましい。特に圧電素子３は、ジグザグ折りによって多層に折り畳まれていることが好ましい。当該トランスデューサ１は、圧電素子３が多層に折り畳まれていることによって、圧電素子３の表面面積を十分に大きくしつつ、この圧電素子３を音響空間Ｘ内に収容しやすい。特に当該トランスデューサ１は、圧電素子３がジグザグ折りによって多層に折り畳まれていることで、圧電素子３の長手方向長さを大きくして多孔質膜１１の振幅を大きくしやすいと共に、一方の電極１２ａ及び他方の電極１２ｂの電気的接触を容易かつ確実に防止することができる。

圧電素子３が多層に折り畳まれる場合、この圧電素子３の層数の下限としては、３が好ましく、５がより好ましい。一方、圧電素子３の層数の上限としては、１０が好ましく、８がより好ましい。前記層数が前記下限より小さいと、圧電素子３の表面面積を十分に大きくすることができないおそれがある。逆に、前記層数が前記上限を超えると、圧電素子３の姿勢が不安定になるおそれがある。

多層に折り畳まれた状態におけるこの圧電素子３の平面面積の下限としては、１ｃｍ^２が好ましく、４ｃｍ^２がより好ましい。一方、前記平面面積の上限としては、６５ｃｍ^２が好ましく、４０ｃｍ^２がより好ましい。前記平面面積が前記下限より小さいと、圧電素子３を所望の姿勢に維持した状態で、この圧音発音体３の表面面積を十分に大きくすることが困難になるおそれがある。逆に、前記平面面積が前記上限を超えると、当該トランスデューサ１のサイズが大きくなり過ぎて、当該トランスデューサ１を備える機器の使用性が低下するおそれがある。

圧電素子３が多層に折り畳まれる場合、折り畳みによって隣接する層は接触していないことが好ましい。このように折り畳みによって隣接する層が接触していないことによって、各層における多孔質膜１１の振幅を高めることができ、ひいては多孔質膜１１全体の振幅を十分に大きくすることができる。なお、当該トランスデューサ１にあっては、前記折り畳みによって隣接する全ての層が全面的に接触しないことが好ましい。但し、当該トランスデューサ１は、圧電素子３が多層に折り畳まれる場合、端子の短絡を防止するため、例えば長手方向の支持部材５によって支持される側の端部（端子部）を支持部材５側に折り返してもよい。この場合、前記端子部は隣接する層と接触していてもよい。また、一対の電極１２ａ，１２ｂ間の電気的な短絡を防ぐために、圧電素子３を一旦半分に折り曲げ、一方の電極が露出しないようにしてから、多層に折り畳んでもよい。このように、一方の電極が露出しないように折り曲げた後に圧電素子３を折り畳むことで、一対の電極１２ａ，１２ｂ間の短絡を確実に防止することができる。

当該トランスデューサ１は、圧電素子３の屈曲部又は湾曲部における一対の電極１２ａ，１２ｂの剥がれを抑制すると共にこれらの部分の姿勢を維持しやすいように、これらの部分の内面及び／又は外面に補強材を積層してもよい。前記補強材としては、例えば合成樹脂シートが挙げられる。

（袋体）
袋体４は、多孔質膜１１の厚さ方向の振動を規制しないように圧電素子３を被覆している。袋体４は、開口側の端部が支持部材５に接続されている。これにより、圧電素子３は袋体４及び支持部材５によって包囲されている。また、袋体４は、圧電素子３の外面の一部と接するよう、圧電素子３の外面を覆っており、これにより圧電素子３の姿勢が意図せず変形することを抑制している。当該トランスデューサ１は、圧電素子３を揺動可能に被覆する被覆部材を有することによって、圧電素子３を屈曲又は湾曲状態で所望の姿勢に保持しやすい。また、当該トランスデューサ１は、前記被覆部材が袋体４であるため、この被覆部材が多孔質膜１１に対する物理的な干渉、具体的にはジグザグ構造によって対向している電極１２ａ，１２ｂ同士が接触して圧電素子３の表面積が減ることや、対向している電極１２ａ，１２ｂ同士が接触して多孔質膜１１の膨張収縮を阻害することを抑制し、圧電素子３から放射される音を十分に大きくすることができる。

袋体４は伸縮性を有する。また、袋体４は柔軟性を有することが好ましい。さらに、袋体４は多孔質膜１１の振動の伝達を阻害しないよう複数の開口を有することが好ましい。袋体４は、例えば伸縮性メッシュによって形成されている。袋体４の材質としては、導電性を有さず、比較的比重の小さい繊維が好ましく、例えばポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等のポリオレフィン繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリ乳酸繊維等のポリエステル繊維、ポリウレタン弾性繊維（スパンデックス）、ポリカーボネート繊維、ポリスチレン繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、フッ素系樹脂繊維などが挙げられる。中でも、伸縮性に優れるポリウレタン弾性繊維が好ましい。

（支持部材）
支持部材５は柔軟性を有する。支持部材５は、柔軟性を有することで多孔質膜１１の振動が筐体２に伝達されることを抑制する。支持部材５は互いに平行に配される底面及び支持面を有し、前記支持面に圧電素子３が配設されている。これにより、圧電素子３は筐体２と直接的には接していない。支持部材５は全体として直方体状に形成されている。支持部材５の底面は筐体２に固定されており、詳細には基台部２ａの底部に固定されている。また、支持部材５の側面には袋体４の開口側の端部が接続されている。当該トランスデューサ１は、圧電素子３を支持する支持部材５を有し、袋体４がこの支持部材５に接続されているので、支持部材５及び袋体４によって圧電素子３を包囲することができ、これにより圧電素子３を屈曲又は湾曲した状態で所望の姿勢に保持しやすい。

支持部材５は、圧電素子３の支持面に固定されていてもよく、固定されていなくてもよい。圧電素子３が支持部材５に固定されない場合、圧電素子３の支持部材５側の最外層の振動特性が低下することを抑制しやすい。一方、圧電素子３が支持部材５に固定される場合、圧電素子３の姿勢がより安定する。圧電素子３が支持部材５に固定される場合、例えば圧電素子３の前記支持面と対面する外面全体が前記支持面に固定されてもよく、前記外面が散点的に前記支持面に固定されてもよい。

支持部材５の形成材料としては、柔軟性を有すると共に圧電素子３を支持面側に安定的に保持できる限り特に限定されるものではなく、例えばフェルト、不織布、合成樹脂等が挙げられる。中でも、柔軟性及び圧電素子３を配設した状態での形状安定性に優れるフェルトが好ましい。

＜利点＞
当該トランスデューサ１は、多孔質膜１１がその厚さ方向に膨張収縮する（振動する）ことで発音をすることができる。当該トランスデューサ１は、圧電素子３が屈曲又は湾曲していることで、この圧電素子３の表面面積を十分に確保しつつ、この圧電素子３の平面面積（平面視における面積）を小さくすることができる。そのため、当該トランスデューサ１は、多孔質膜１１の振幅を十分に高めつつ、圧電素子３を比較的平面面積の小さい筐体２内に配設することができる。また、屈曲又は湾曲した圧電素子が開放空間に配設されている場合、この圧電素子の放音方向と反対側に存在する領域からの音は相殺されて、音楽や音声の発生に寄与し難い。これに対し、圧電素子３が音響空間Ｘ内に配設される場合、多孔質膜１１の膨張収縮に伴う全ての振動を音圧として取り出しやすい。すなわち音響空間Ｘ内の圧力の変化として取り出しやすい。そのため、当該トランスデューサ１は、小型化を図った場合でも十分な音声を発生することができる。

また、当該トランスデューサ１は、袋体４が圧電素子３を揺動可能に被覆しているので筐体２の振動がノイズになり難い。特に当該トランスデューサ１は、多孔質膜１１が比較的軽いことから、筐体２の振動がノイズになることをより抑制しやすい。

［第二実施形態］
＜トランスデューサ＞
図３のトランスデューサ２１は発音装置として構成されている。当該トランスデューサ２１は、音響空間Ｘを形成する筐体２２と、音響空間Ｘ内に配設され、多孔質膜を有するシート状の圧電素子２３とを備える。また、当該トランスデューサ２１は、圧電素子２３を揺動可能に被覆する被覆部材２４を備える。当該トランスデューサ２１は、音響機器用発音装置であり、詳細にはイヤホンに備えられるイヤホン用発音装置である。

（筐体）
本実施形態において、筐体２２はイヤホンの筐体を兼ねている。筐体２２は、有底筒状の基台部２２ａを有しており、この基台部２２ａの内部に圧電素子２３が配設されている。基台部２２ａは、開放側が使用者に装着される装着側に位置するよう構成されている。基台部２２ａの内部容積としては、図１の基台部２ａの内部容積と同様とすることができるが、イヤホンのサイズに合わせて図１の基台部２ａの内部容積よりも小さくすることも可能である。図１の基台部２ａの内部容積よりも小さい場合における基台部２２ａの内部容積としては、例えば０．０３ｃｍ^３以上２ｃｍ^３以下とすることができる。

（圧電素子）
圧電素子２３は、可撓性を有する。圧電素子２３は、図２の圧電素子３と同様、多孔質膜と、多孔質膜の両側に積層される一対の膜状の電極とを有する。圧電素子２３は、一対の電極が最外層を構成する３層体である。圧電素子２３の多孔質膜及び一対の電極の材質及び平均厚さは図２の圧電素子３と同様とすることができる。

圧電素子２３は湾曲しており、具体的にはロール状に巻回されている。詳細には、圧電素子２３は表面形状が矩形状であり、長手方向が巻回方向となるようロール状に巻回されている。圧電素子２３は、一方の電極及び他方の電極が電気的に接触しないよう、各層間に絶縁部材を介在させてもよい。また、圧電素子２３は、端子の短絡を防止するため、端子が形成される径方向外側の端部を被覆部材２４側に折り返してもよい。また、一対の電極間の電気的な短絡を防ぐために、圧電素子２３を一旦半分に折り曲げ、一方の電極が露出しないようにしてから、ロール状に巻回してもよい。このように、一方の電極が露出しないように折り曲げた後に圧電素子３を巻回することで、一対の電極間の短絡を確実に防止することができる。

圧電素子２３の表面面積としては、図２の圧電素子３の表面面積と同様とすることができるが、イヤホンのサイズに合わせて圧電素子３の表面面積よりも小さくすることも可能である。図２の圧電素子３の表面面積よりも小さい場合における圧電素子２３の表面面積としては、例えば２ｃｍ^２以上１５ｃｍ^２以下とすることができる。

湾曲状態における圧電素子２３の最外周面の平均径の下限としては、３ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。一方、前記平均径の上限としては、１５ｍｍが好ましく、１０ｍｍがより好ましい。前記平均径が前記下限より小さいと、前記多孔質膜の振幅を十分高めることができないおそれがある。逆に、前記平均径が前記上限を超えると、圧電素子２３を収容する筐体２２のサイズが大きくなり過ぎて、当該トランスデューサ２１をイヤホンに適用し難くなるおそれがある。

圧電素子２３の長手方向長さとしては、図２の圧電素子３の長手方向長さと同様とすることができるが、イヤホンのサイズに合わせて圧電素子３の長手方向長さよりも小さくすることも可能である。図２の圧電素子３の長手方向長さよりも小さい場合における圧電素子２３の長手方向長さとしては、例えば２ｃｍ以上１５ｃｍ以下とすることができる。

（被覆部材）
被覆部材２４は、図４に示すように、円筒状に形成され、巻回状態の圧電素子２３の外周面を外側から支持する。これにより、被覆部材２４は、圧電素子２３の姿勢が意図せず変形することを抑制している。被覆部材２４は柔軟性を有しており、圧電素子２３及び筐体２２間に介在している。これにより、圧電素子２３は筐体２２と直接的には接していない。被覆部材２４は、圧電素子２３及び筐体２２間に介在することで多孔質膜の振動が筐体２２に伝達されることを抑制する。当該トランスデューサ２１は、圧電素子２３を揺動可能に被覆する被覆部材２４を有することによって、圧電素子２３を湾曲状態で所望の姿勢に保持しやすい。被覆部材２４は、例えば図１の袋体４と同様、伸縮性メッシュによって形成されてもよく、発泡体（スポンジ）によって形成されてもよい。また、被覆部材２４は、図１の袋体４と同様、複数の開口を有していてもよい。

＜利点＞
当該トランスデューサ２１は、圧電素子３２が湾曲していることで、この圧電素子３の表面面積を十分に確保することができ、これにより多孔質膜の振幅を十分に高めつつ、この圧電素子３を比較的平面面積の小さい筐体２２内に配設することができる。そのため、当該トランスデューサ２１は、小型化を図った場合でも十分な音声を発生することができる。

［第三実施形態］
＜トランスデューサ＞
図５及び図６のトランスデューサ３１は発音装置として構成されている。当該トランスデューサ３１は、音響空間Ｘを形成する筐体２２と、音響空間Ｘ内に配設され、多孔質膜を有するシート状の圧電素子３３とを備える。また、当該トランスデューサ３１は、筐体２２に接続される芯柱３４を備える。当該トランスデューサ３１は、音響機器用発音装置であり、詳細にはイヤホンに備えられるイヤホン用発音装置である。当該トランスデューサ３１の筐体２２としては、図３のトランスデューサ２１の筐体２２と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。

圧電素子３３は湾曲しており、具体的にはロール状に巻回されている。圧電素子３３は、一方の電極及び他方の電極が電気的に接触しないよう、各層間に絶縁部材を介在させてもよい。また、圧電素子３３は、端子の短絡を防止するため、端子が形成される径方向外側の端部を折り返してもよい。圧電素子３３の具体的構成としては、図３のトランスデューサ２１の圧電素子２３と同様とすることができる。

芯柱３４は棒状に構成されており、より詳細には円柱状又は多角柱状に構成されている。芯柱３４は剛性部材によって構成されている。芯柱３４は、筐体２２の基台部２２ａの内面から解放側に向けて筐体２２の軸方向に立設されている。芯柱３４は、基台部２２ａと別体として形成されたうえ基台部２２ａに固定されてもよいが、基台部２２ａと一体的に形成されることが好ましい。芯柱３４の先端部は基台部２２ａの開放側の端部よりも外側に突出している。この芯柱３４の先端部には、例えばイヤピース（不図示）が接続される。

当該トランスデューサ３１は、圧電素子３３が芯柱３４を巻回している。圧電素子３３は、芯柱３４及び基台部２２ａには固定されていないことが好ましい。

＜利点＞
当該トランスデューサ３１は、圧電素子３３が芯柱３４を巻回した状態で基台部２２ａの内部に配設されており、圧電素子３３の平均径を小さくしつつ、この圧電素子３３の表面面積を十分に確保することができる。そのため、当該トランスデューサ３１は、多孔質膜の振幅を十分に高めることができる。また、当該トランスデューサ３１は、基台部２２ａが一方側にのみ解放されているので、この開放端側から多孔質膜の膨張収縮に伴う全ての振動を音圧として取り出しやすい。従って、当該トランスデューサ３１は、小型化を図った場合でも十分な音声を発生することができる。

［第四実施形態］
＜トランスデューサ＞
図７のトランスデューサ４１は発音装置として構成されている。当該トランスデューサ４１は、音響空間Ｘを形成する筐体４２と、音響空間Ｘ内に配設され、多孔質膜を有するシート状の圧電素子３３とを備える。また、当該トランスデューサ４１は、筐体４２に接続される芯柱３４を備える。当該トランスデューサ４１は、音響機器用発音装置であり、詳細にはイヤホンに備えられるイヤホン用発音装置である。当該トランスデューサ４１は、筐体４２の基台部４２ａに厚さ方向に貫通する貫通孔４２ｂが形成されている。当該トランスデューサ４１は、筐体４２の基台部４２ａに貫通孔４２ｂが形成される以外、図５のトランスデューサ３１と同様の構成を有する。

貫通孔４２ｂは、音響空間Ｘを形成する筐体４２内、詳細には基台部４２ａ内、に外部の振動を伝達可能に構成されている。貫通孔４２ｂは、基台部４２ａの底部に形成されている。貫通孔４２ｂの平均径及び個数は、音響空間Ｘに取り入れる振動の周波数を所望の範囲に調整できるよう、必要に応じて調整可能である。

＜利点＞
当該トランスデューサ４１は、筐体４２に外部の振動を伝達可能な貫通孔４２ｂが形成されているので、貫通孔４２ｂに基づくヘルムホルツ共鳴により、例えば低音域の音を増幅させる等、音色や音量を調整することができる。

［第五実施形態］
＜トランスデューサ＞
図８及び図９のトランスデューサ５１はマイクロホンとして構成されている。当該トランスデューサ５１は、音響空間Ｘを形成する筐体５２と、音響空間Ｘ内に配設され、多孔質膜を有するシート状の圧電素子３３とを備える。また、当該トランスデューサ５１は、筐体５２に接続される芯柱５４を備える。当該トランスデューサ５１の圧電素子３３としては、図５のトランスデューサ３１の圧電素子３３と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。

筐体５２は、内部空間を有する箱型の基台部５２ａを有する。具体的には、基台部５２ａは、図３のトランスデューサ２１の基台部２２ａの開放側端部を蓋部５２ｂで封止した構成とすることができる。当該トランスデューサ２１は、この基台部５２ａの内部空間が音響空間Ｘとして構成されている。

芯柱５４は筒状に構成されている。つまり、芯柱５４の内部には軸方向の両端に亘って貫通孔５４ａが形成されている。芯柱５４は蓋部５２ｂを厚さ方向に貫通している。芯柱５４は、蓋部５２ｂの内外方向に突出している。芯柱５４の蓋部５２ｂの内面側に突出する先端の開口は音響空間Ｘに開放されている。また、芯柱５４の蓋部５２ｂの外面側に突出する先端の開口は外気に開放されている。

当該トランスデューサ５１は、圧電素子３３が芯柱５４を巻回している。圧電素子３３は、芯柱５４及び基台部５２ａには固定されていないことが好ましい。

＜利点＞
当該トランスデューサ５１は、外部の振動を伝達可能な貫通孔５２ａが形成されているので、例えば蓋部５２ｂに対する芯柱５４の配設位置を調整することで、ヘルムホルツ共鳴の周波数を調整することができる。そのため、当該トランスデューサ５１は、マイクロホンとして用いられる場合、音響空間Ｘの共振周波数によって所望の周波数特性に調整することができる。

［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

例えば、当該トランスデューサは、図１０に示すように、それぞれロール状に巻回された複数の圧電素子６３が筐体の基台部６２ａから立設して設けられていてもよい。またこの場合、各圧電素子６３に巻回される複数の芯柱（不図示）をさらに有していてもよく、各圧電素子６３を仕切るための枠体（不図示）をさらに設けてもよい。図１０のトランスデューサは、密に巻回した複数の圧電素子６３を近接してアレイ状に配設することでアレイスピーカとして用いることができる。

また、図１１に示すように、圧電素子７３は、ロール状に巻回される最内周側の端部の内面が芯柱７４に固定されもよく、最外周側の端部の外面が支持部材７５に固定されてもよい。なお、この支持部材７５は、剛性を有していてもよく、柔軟性を有していてもよい。このように、圧電素子７３の最内周側の端部及び／又は最外周側の端部を固定すると共にこれらの端部以外の部分を固定しないことによって、圧電素子７３を密に巻回することが容易となる。また、この構成によると、圧電素子７３が径方向外側に十分に解放されることで前記多孔質膜が厚さ方向に膨張収縮しやすくなる。

当該トランスデューサは、前記圧電素子が屈曲又は湾曲状態を維持できる限り、例えば図１及び図３の構成において、必ずしも前述の被覆部材を有しなくてもよい。また、当該トランスデューサは、例えば図５、図７、図８、図１０及び図１１の構成において、圧電素子を揺動可能に被覆する被覆部材を有していてもよい。

当該トランスデューサが筐体に接続される芯柱を有する場合でも、前記圧電素子は必ずしもこの芯柱を巻回していなくてもよい。また、圧電素子が芯柱を巻回する場合でも、この圧電素子は、例えばジャバラ状（ジグザグ状）に折り畳んだ状態で芯柱を巻回してもよい。さらに、前記圧電素子は軸と垂直方向の断面が円環状となるように芯柱を巻回しなくてもよく、例えば軸と垂直方向の断面が多角環状となるように芯柱を巻回してもよい。加えて、前記圧電素子は、芯柱を螺旋状に巻回してもよい。

前記芯柱は、必要に応じて湾曲できるよう弾性部材によって構成されてもよい。

当該トランスデューサがマイクロホンとして構成される場合について、前記実施形態では、芯柱の貫通孔のみから外部の振動を音響空間に伝達する構成について説明した。この点に関し、当該トランスデューサは、芯柱の貫通孔に加え、基台部の底部にも外部の振動を音響空間に伝達するための貫通孔が形成されてもよい。

当該トランスデューサは、例えばヘッドホン、イヤホン又はスピーカ以外の発音装置として構成されてもよく、その他の音響機器として構成されてもよい。

以上説明したように、本発明のトランスデューサは、十分に小型化を図ることができるので、ヘッドホン、イヤホン、マイクロホン等、小型の音響機器に用いられるのに適している。

１，２１，３１，４１，５１ トランスデューサ
２，２２，４２，５２ 筐体
２ａ，２２ａ，４２ａ，５２ａ，６２ａ 基台部
３，２３，３３，６３，７３ 圧電素子
４ 袋体
５，７５ 支持部材
１１ 多孔質膜
１２ａ，１２ｂ 電極
２４ 被覆部材
３４，５４，７４ 芯柱
４２ｂ，５４ａ 貫通孔
５２ｂ 蓋部
Ｘ 音響空間

Claims (4)

1. 音響空間を形成する筐体と、
   前記音響空間内に配設され、厚さ方向に伸縮する多孔質膜を有するシート状の圧電素子と
   を備え、
   前記圧電素子が屈曲又は湾曲して多層に折り畳まれ、
   前記折り畳みによって隣接する層が、空隙を介して互いに固定されないで配されているトランスデューサ。
2. 前記圧電素子を揺動可能に被覆する被覆部材を有する請求項１に記載のトランスデューサ。
3. 前記被覆部材が袋体である請求項２に記載のトランスデューサ。
4. 柔軟性を有し、前記圧電素子を支持する支持部材をさらに備え、
   前記袋体が前記支持部材に接続されている請求項３に記載のトランスデューサ。

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