JP7203636B2 - スピーカ装置 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、スピーカ装置に関する。

従来、電圧の印加による圧電素子の体積歪み、いわゆる逆圧電効果を利用したアクチュエータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。かかるアクチュエータは、たとえばディスプレイなどのパネルの背面に貼り付けられて駆動することによってパネルを振動させ、かかるパネルをスピーカのダイアフラムとして機能させることができる。

特開２０１４－１２７７９４号公報

しかしながら、上述した従来技術には、パネルの振動特性を向上させるうえで、さらなる改善の余地がある。

たとえば上述した従来技術では、体積歪みによる圧電素子の伸縮に追従させてパネルをたわませることにより、パネルを振動させるが、追従させるのではなく直接パネルを振動させるのに比べて振動の伝わり方にロスが起きやすく、逆位相の振動が生じやすい。したがって、パネルをスピーカ装置として機能させる場合、振動特性、たとえば音圧周波数特性の低下を招いていた。

また、たとえばパネルの背面への貼り付け位置が適正でない場合、効率よくパネルを振動させられず、やはり振動特性の低下を招いていた。

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、パネルの振動特性を向上させることができるスピーカ装置を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るスピーカ装置は、パネルと、振動板と、シャーシと、振動伝達部とを備える。前記振動板は、圧電素子が取り付けられており、該圧電素子の励振により振動して前記パネルを振動させるように設けられる。前記シャーシは、前記振動板を支持する。前記振動伝達部は、前記振動板の前記圧電素子との非接触領域から延在して前記パネルの背面と当接するように設けられる。また、前記シャーシは、前記振動板の振動空間を確保しつつ、該振動板を所定位置へ位置決めする位置決め部が形成されている。

実施形態の一態様によれば、パネルの振動特性を向上させることができる。

図１は、比較例に係るディスプレイスピーカの構成の概要を示す正面模式図である。 図２は、圧電素子の駆動原理の説明図である。 図３は、比較例に係るパネルの動作説明図である。 図４は、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカの構成の概要を示す正面模式図である。 図５は、第１の実施形態に係るアクチュエータの正面模式図である。 図６は、第１の実施形態に係るアクチュエータの底面模式図である。 図７は、第１の実施形態に係るアクチュエータの側面模式図である。 図８は、比較例に係るアクチュエータのシャーシに対する取り付け方の概要を示す側面模式図である。 図９は、第１の実施形態に係るアクチュエータのシャーシに対する取り付け方の概要を示す側面模式図である。 図１０は、第１の実施形態に係るアクチュエータの配置例を示す図である。 図１１は、第１の実施形態に係るアクチュエータの動作説明図である。 図１２は、第１の実施形態に係る位置決め部の構成例を示す図（その１）である。 図１３は、第１の実施形態に係る位置決め部の構成例を示す図（その２）である。 図１４は、第１の実施形態に係る位置決め部の構成例を示す図（その３）である。 図１５は、変形例に係る位置決め部の構成例を示す図（その１）である。 図１６は、変形例に係る位置決め部の構成例を示す図（その２）である。 図１７は、変形例に係る位置決め部の構成例を示す図（その３）である。 図１８は、第２の実施形態に係るディスプレイスピーカの構成の概要を示す正面模式図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するスピーカ装置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。

また、以下では、アクチュエータが、たとえばバックライトが不要な有機ＥＬ（organic electro-luminescence）ディスプレイ等のディスプレイパネルに設けられ、かかるディスプレイをディスプレイスピーカとして機能させる場合を例に挙げて説明を行う。ディスプレイスピーカは、スピーカ装置の一例に相当する。

また、以下の説明に用いる各図面には、説明を分かりやすくするために、３次元の直交座標系を図示する場合がある。かかる直交座標系では、後述するパネル、圧電素子、振動板といった板状部材の主面方向をＸＹ平面方向とし、これら板状部材の厚み方向をＺ軸方向としている。

なお、「主面」とは、板状部材の厚み方向に沿った面である側面を除いた、板状部材の表裏の主たる面のことを指し、主面方向は、その主面の平面方向を指す。また、以下では、Ｚ軸の正方向から視た場合を正面方向として説明を進める。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態から説明するが、それに先立ち、比較例に係るディスプレイスピーカ１０’の構成の概要について説明する。図１は、比較例に係るディスプレイスピーカ１０’の構成の概要を示す正面模式図である。また、図２は、圧電素子ＰＺの駆動原理の説明図である。なお、図２は、圧電素子ＰＺの厚みを誇張して表している。また、図３は、比較例に係るパネルＰの動作説明図である。

図１に示すように、比較例に係るディスプレイスピーカ１０’は、パネルＰと、圧電素子ＰＺとを備える。パネルＰは、たとえば有機ＥＬディスプレイのディスプレイパネルである。

圧電素子ＰＺは、いわゆるピエゾ素子（piezoelectric element）であって、特定のセラミック等の圧電体を２枚の電極で挟んだ素子を基本として、たとえばユニモルフ型といった各種の構造を有する。

かかる圧電素子ＰＺは、比較例に係るディスプレイスピーカ１０’にあっては、パネルＰの背面にたとえば２つ、パネルＰの全面に対する対称位置に貼り付けて設けられる。そして、ディスプレイスピーカ１０’は、これら圧電素子ＰＺに電圧を印加すると圧電体が変形する現象、いわゆる逆圧電効果を利用してパネルＰを振動させ、パネルＰをダイアフラムとして音響を出力させる。

具体的には、図２に示すように、圧電素子ＰＺは、たとえば厚み方向であるＺ軸方向に予め分極処理が施されており、かかる分極方向に外部から電圧が印加されると、素子全体が分極方向に伸縮し、厚みが増減する。

ただし、体積は変化しないため、圧電素子ＰＺは、たとえば分極方向に伸長すると（図中の矢印２０１参照）、分極方向に垂直なＸ軸方向に収縮する（図中の矢印２０２参照）。また、圧電素子ＰＺは、たとえば分極方向に収縮すると（図中の矢印２０３参照）、分極方向に垂直なＸ軸方向に伸長する（図中の矢印２０４参照）。

このように伸縮する圧電素子ＰＺは、比較例に係るディスプレイスピーカ１０’にあっては、上述のようにパネルＰの背面に貼り付けられているが、パネルＰ自体は伸縮しない。このため、図３に示すように、圧電素子ＰＺの伸縮（図中の矢印３０１，３０２参照）は、伸縮しないパネルＰ全体をたわませる力となる。すなわち、圧電素子ＰＺとパネルＰの伸縮差でパネルＰに振動が発生することとなる。

ところが、このように圧電素子ＰＺの伸縮に追従させてパネルＰをたわませることによりパネルＰを振動させた場合、振動の伝わり方にロスが起きやすく、逆位相の振動が生じやすい。したがって、比較例に係るディスプレイスピーカ１０’によれば、かかる逆位相の振動による音響の打ち消しで、音圧周波数特性の低下を招きやすい。

そこで、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０は、アクチュエータ１１により、パネルＰを振動させることとした。アクチュエータ１１は、振動板１１１と、圧電素子ＰＺと、振動伝達部１１２とを備える。

振動板１１１は、主面がパネルＰの背面と略平行となるように配置される。圧電素子ＰＺは、振動板１１１の主面の少なくとも片方に設けられる。振動伝達部１１２は、振動板１１１から圧電素子ＰＺに接触することなく延在してパネルＰの背面と当接するように設けられる。

第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０の構成例について、より具体的に説明する。図４は、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０の構成の概要を示す正面模式図である。また、図５は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１の正面模式図である。また、図６は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１の底面模式図である。また、図７は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１の側面模式図である。

図４に示すように、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０は、アクチュエータ１１を備える。アクチュエータ１１は、パネルＰの背面のたとえば中央部に１つ設けられる。

具体的に、アクチュエータ１１は、図５～図７に示すように、振動板１１１と、圧電素子ＰＺと、振動伝達部１１２とを備える。振動板１１１は、たとえば長手方向をＹ軸方向、短手方向をＸ軸方向とした板状部材であって、ガラスエポキシ等を素材として形成される。

圧電素子ＰＺは、図５～図７に示すように、振動板１１１の延在方向に沿わせつつ、たとえば振動板１１１の主面の両面に設けられる。圧電素子ＰＺは、接着材料、たとえば接着剤や、両面テープ等を用いて振動板１１１に貼り付けられる。

なお、振動板１１１は、その主面の面積が、圧電素子ＰＺの主面の面積よりも大きくなるように設けられている。このため、図５に示すように、振動板１１１は、圧電素子ＰＺが設けられた状態においては、圧電素子ＰＺの周囲に圧電素子ＰＺとの非接触領域（以下、「マージン領域」と言う場合がある）が形成されることとなる。

振動伝達部１１２は、パネルＰの背面と対向する側の振動板１１１の主面において、マージン領域から延在してパネルＰの背面と当接するように設けられる。たとえば振動伝達部１１２は、図５～図７に示すように、ブリッジ状、言い換えればＸＺ平面による縦断面視で略コの字状となるように形成され、振動板１１１の長手方向における中央部に１つ設けられる。

なお、図５～図７に示すように、振動伝達部１１２は、ブリッジ状に形成されるにあたり、たとえば横架部１１２ａと、１対の脚部１１２ｂとの３つの部材から構成される。

このように構成されたアクチュエータ１１は、後述するようにディスプレイスピーカ１０の筐体のシャーシＣとパネルＰとの間に介在するように設けられる。ここで、アクチュエータ１１のシャーシＣに対する取り付け方の概要について、図８および図９を用いて説明する。

図８は、比較例に係るアクチュエータ１１のシャーシＣに対する取り付け方の概要を示す側面模式図である。また、図９は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１のシャーシＣに対する取り付け方の概要を示す側面模式図である。

アクチュエータ１１をシャーシＣに対して取り付ける場合、振動板１１１が阻害されることなく振動できる空間（以下、「振動空間」と言う場合がある）を確保する必要がある。したがって、たとえば図８に示すように、振動空間を確保するスペーサとして機能する支持部１１３によって、振動板１１１の長手方向（Ｙ軸方向）両端部のマージン領域（図中のＭ１部参照）をそれぞれ支持することが考えられる。

かかる場合、支持部１１３は、接着材料Ａ、たとえば接着剤や、両面テープ等を用いて、シャーシＣおよびＭ１部との間に固定される。ただし、かかる場合、部品点数が増えることや接着材料Ａの２層の使用により、コストアップや振動特性の低下を招くことが懸念される。また、たとえば、組み立ての際の作業ミス等により、シャーシＣに対するアクチュエータ１１の取り付け位置が適正でなかった場合、効率よくパネルＰを振動させられず、やはり振動特性の低下を招くおそれがある。

そこで、図９に示すように、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０は、シャーシＣに対し、適正な所定位置へアクチュエータ１１を位置決めする位置決め部Ｃ１を設けることとした。

具体的には、位置決め部Ｃ１は、シャーシＣにおける所定位置に、シャーシＣからたとえば突出させて設けられる。かかる所定位置は、たとえばアクチュエータ１１がパネルＰを最も効率よく振動させることができるアクチュエータ１１の取り付け位置であり、実験等によって予め設定される。また、位置決め部Ｃ１は、上述した振動板１１１のＭ１部に対応させてたとえば２つ設けられる。

アクチュエータ１１は、かかるＭ１部を、接着材料Ａを用いてシャーシＣに固定することによって、シャーシＣの適正な所定位置へ取り付けられることとなる。また、アクチュエータ１１は、位置決め部Ｃ１がシャーシＣから突出させて設けられていることによって、上述の振動空間を確保することができる。これにより、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０によれば、パネルＰの振動特性を向上させるのに資することができる。

なお、位置決め部Ｃ１のより具体的な構成例については、図１２～図１７を用いた説明で後述する。

次に、図１０は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１の配置例を示す図である。また、図１１は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１の動作説明図である。既に述べたように、アクチュエータ１１は、シャーシＣとパネルＰとの間に介在するように設けられる。

具体的には、図１０に示すように、アクチュエータ１１は、ディスプレイスピーカ１０のシャーシＣとパネルＰとの間に介在するように設けられ、位置決め部Ｃ１は、上述の振動空間を確保しつつ振動板１１１を支持する。一方で、振動伝達部１１２は、図中のＭ２部に示すように、パネルＰの背面に当接するように設けられる。

そして、このように配置されたアクチュエータ１１において、図１１に示すように、振動板１１１の主面の両面に設けられた圧電素子ＰＺは、駆動時に、かかる両面で互いに位相が逆となるように電圧が印加される。すなわち、１対の圧電素子ＰＺは、一方がＹ軸方向に沿って伸長しているときは、他方がＹ軸方向に沿って収縮するように駆動される（図中の矢印１１０１，１１０２参照）。

これにより、圧電素子ＰＺの伸縮に追従して振動板１１１をよりたわみやすくすることができ、アクチュエータ１１の駆動力を増加させることができる。

また、振動伝達部１１２は、パネルＰの背面に当接していることによって、圧電素子ＰＺの長手方向（Ｙ軸方向）に沿った圧電素子ＰＺの伸縮を、面直方向（Ｚ軸方向）の振動に変換してパネルＰの背面に伝達する（図中の矢印１１０３参照）。

言い換えれば、振動伝達部１１２は、振動板１１１が圧電素子ＰＺの伸縮に追従してたわむことで面直方向に変換される振動を、振動板１１１の中央部において集約してパネルＰの背面に伝達する。

これにより、パネルＰにおいて逆位相の振動が生じるのを軽減することができる。すなわち、パネルＰの音圧周波数特性を向上させることができる。

次に、第１の実施形態に係る位置決め部Ｃ１のより具体的な構成例について、図１２～図１４を用いて説明する。図１２～図１４は、第１の実施形態に係る位置決め部Ｃ１の構成例を示す図（その１）～（その３）である。

図１２に示すように、位置決め部Ｃ１は、シャーシＣにおける所定位置に、上述したようにシャーシＣから突出させて設けられる。すなわち、位置決め部Ｃ１は、シャーシＣからパネルＰへ向けて突出した凸部として形成される。

なお、位置決め部Ｃ１は、図９に示した２つのＭ１部（振動板１１１の長手方向両端部のマージン領域）を支持できるように、たとえば図１２に示すように、Ｍ１部に該当する位置でＸ軸方向に平行に延在する２つの凸部として形成することができる。

また、同様に２つのＭ１部を支持できるように、位置決め部Ｃ１は、たとえば図１３に示すように、Ｍ１部を支持するＸ軸方向に平行な上下２辺と、振動板１１１の短手方向の寸法よりも間隔が大きくＹ軸方向に平行な左右２辺とからなる枠体状の凸部として形成することができる。

なお、図１２および図１３のいずれの場合も、位置決め部Ｃ１の突出する寸法ｈは、図１４に示すように、振動板１１１の振動を阻害しない上述の振動空間のクリアランスｉが確保可能な寸法である。

ちなみに、クリアランスｉは、Ｚ軸の負方向へ向けた振動板１１１の最大変位量よりも大きく、寸法ｈは、かかるクリアランスｉよりも大きくなるように設けられる。また、２つの位置決め部Ｃ１の間の長さｌは、圧電素子ＰＺの長手方向（Ｙ軸方向）の寸法よりも大きく、振動板１１１の長手方向（Ｙ軸方向）の寸法よりも小さくなるように設けられる。

このように位置決め部Ｃ１を構成することによって、シャーシＣに対し、アクチュエータ１１を、振動空間のクリアランスｉを確保しつつ適正な所定位置へ容易に取り付けることが可能となる。したがって、パネルＰの振動特性を向上させるのに資することができる。

（位置決め部Ｃ１の変形例）
ところで、これまでは、位置決め部Ｃ１がシャーシＣからパネルＰへ向けて突出した凸部として形成される例を挙げたが、この限りではなく、シャーシＣに対して凹んだ凹部として形成されてもよい。かかる変形例について、図１５～図１７を用いて説明する。

図１５～図１７は、変形例に係る位置決め部Ｃ２の構成例を示す図（その１）～（その３）である。図１５および図１６に示すように、位置決め部Ｃ２は、シャーシＣにおける所定位置に、シャーシＣに対し凹ませて設けられた凹部として形成される。

かかる場合、図１５に示すように、アクチュエータ１１は、位置決め部Ｃ２の縁部に接着材料Ａを用いてＭ１部を固定することによって、シャーシＣに対し固定されることとなる。

なお、位置決め部Ｃ２の凹む寸法ｄは、図１７に示すように、上述の振動空間のクリアランスｉが確保可能な寸法である。すなわち、寸法ｄは、かかるクリアランスｉよりも大きくなるように設けられる。また、位置決め部Ｃ２の長手方向（Ｙ軸方向）の長さｌは、図１４に示した長さｌと同様である。

このように位置決め部Ｃ２を構成することによって、シャーシＣに対し、アクチュエータ１１を、振動空間のクリアランスｉを確保しつつ適正な所定位置へ容易に取り付けることが可能となる。したがって、パネルＰの振動特性を向上させるのに資することができる。

上述してきたように、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０（「スピーカ装置」の一例に相当）は、パネルＰと、振動板１１１と、シャーシＣとを備える。振動板１１１は、圧電素子ＰＺが取り付けられており、かかる圧電素子ＰＺの励振により振動してパネルＰを振動させるように設けられる。シャーシＣは、振動板１１１を支持する。また、シャーシＣは、振動板１１１の振動空間を確保しつつ、かかる振動板１１１を所定位置へ位置決めする位置決め部Ｃ１，Ｃ２が形成されている。

したがって、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０によれば、パネルＰの振動特性を向上させることができる。

また、振動板１１１は、少なくとも両端部に圧電素子ＰＺとの非接触領域が形成されており、位置決め部Ｃ１，Ｃ２は、上記両端部の非接触領域を支持するように形成される。したがって、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０によれば、阻害することなく圧電素子ＰＺを励振させることができる。すなわち、パネルＰの振動特性を向上させることができる。

また、位置決め部Ｃ１，Ｃ２は、予め設定された、振動板１１１によってパネルＰが最大効率で振動する上記所定位置で振動板１１１を支持可能な位置に形成される。したがって、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０によれば、パネルＰを効率よく振動させることが可能となる。すなわち、パネルＰの振動特性を向上させることができる。

また、位置決め部Ｃ１，Ｃ２は、シャーシＣからパネルＰへ向けて突出した凸部、または、シャーシＣに対し凹んだ凹部として形成されることによって、振動空間を確保する。したがって、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０によれば、振動空間を確保しつつ振動板１１１を振動させることができる。すなわち、パネルＰの振動特性を向上させることができる。

また、位置決め部Ｃ１，Ｃ２は、凸部として突出する寸法、または、凹部として凹む寸法が、振動板１１１の最大変位量よりも大きい。したがって、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０によれば、阻害することなく振動板１１１を振動させることができる。すなわち、パネルＰの振動特性を向上させることができる。

また、位置決め部Ｃ１は、平行に延在する複数の凸部として形成される。また、位置決め部Ｃ１は、枠体状の凸部として形成される。したがって、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０によれば、アクチュエータ１１の取り付け位置を作業者に明示し、取付ミスを防止することができ、パネルＰの振動特性を向上させるのに資することができる。

また、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０は、振動板１１１の上記非接触領域から延在してパネルＰの背面と当接するように設けられる振動伝達部１１２をさらに備える。したがって、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０によれば、パネルＰにおいて逆位相の振動が発生するのを軽減し、パネルＰの振動特性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図１８は、第２の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０Ａの構成の概要を示す正面模式図である。これまでは、アクチュエータ１１が、たとえばパネルＰの背面の中央部に１つ設けられる例を説明したが、この限りではない。

すなわち、図１８に示すように、ディスプレイスピーカ１０Ａは、たとえばパネルＰの長手方向（Ｘ軸方向）の両端部付近にそれぞれアクチュエータ１１を設けることができる。

これにより、たとえば音響のステレオフォニック再生が可能となる。なお、ディスプレイスピーカ１０Ａを車両の車室に搭載する場合、たとえばインストゥルメントパネル（計器盤）の両端部付近にそれぞれアクチュエータ１１を設けることにより、ドライバに対し、効果的な音響のステレオフォニック再生を提供することが可能となる。

なお、上述した各実施形態では、圧電素子ＰＺが、振動板１１１の主面の両面に設けられることとしたが、少なくとも片面に設けられていればよい。

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。

１０，１０Ａ ディスプレイスピーカ
１１ アクチュエータ
１１１ 振動板
１１２ 振動伝達部
１１２ａ 横架部
１１２ｂ 脚部
Ａ 接着材料
Ｃ シャーシ
Ｃ１，Ｃ２ 位置決め部
Ｐ パネル
ＰＺ 圧電素子

Claims (7)

1. パネルと、
   圧電素子が取り付けられており、該圧電素子の励振により振動して前記パネルを振動させるように設けられた振動板と、
   前記振動板を支持するシャーシと、
   前記振動板の前記圧電素子との非接触領域から延在して前記パネルの背面と当接するように設けられる振動伝達部と
   を備え、
   前記シャーシは、
   前記振動板の振動空間を確保しつつ、該振動板を所定位置へ位置決めする位置決め部が形成されている
   ことを特徴とするスピーカ装置。
2. 前記振動板は、
   少なくとも両端部に前記圧電素子との非接触領域が形成されており、
   前記位置決め部は、
   前記両端部の前記非接触領域を支持するように形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
3. 前記位置決め部は、
   予め設定された、前記振動板によって前記パネルが最大効率で振動する前記所定位置で前記振動板を支持可能な位置に形成される
   ことを特徴とする請求項２に記載のスピーカ装置。
4. 前記位置決め部は、
   前記シャーシから前記パネルへ向けて突出した凸部、または、前記シャーシに対し凹んだ凹部として形成されることによって、前記振動空間を確保する
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のスピーカ装置。
5. 前記位置決め部は、
   前記凸部として突出する寸法、または、前記凹部として凹む寸法が、前記振動板の最大変位量よりも大きい
   ことを特徴とする請求項４に記載のスピーカ装置。
6. 前記位置決め部は、
   平行に延在する複数の前記凸部として形成される
   ことを特徴とする請求項４または５に記載のスピーカ装置。
7. 前記位置決め部は、
   枠体状の前記凸部として形成される
   ことを特徴とする請求項４、５または６に記載のスピーカ装置。

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