JPWO2011155334A1

JPWO2011155334A1 - 発音部品

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Publication number: JPWO2011155334A1
Application number: JP2011550337A
Authority: JP
Inventors: 今西　敏雄; 敏雄今西; 欣大園田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: CN102823275B; US8818014B2; CN102823275A; WO2011155334A1; US20130039516A1; JP5299524B2

Abstract

小型でありつつ高出力な発音部品を提供する。発音部品１は、振動素子１０と、支持部材１４と、接続部１３とを備えている。振動素子は、多角形状の振動板１１と、振動板１１に取り付けられている電気機械変換素子１２とを有する。接続部１３は、振動板１１を、支持部材１４に対して、振動板１１の全周にわたって接続している。接続部１３の少なくとも一部は、湾曲した形状である。接続部１３のうち、振動板１１の角部と支持部材１４とを接続している部分の長さは、接続部１３のうち、振動板１１の端辺の中央部と支持部材１４とを接続している部分の長さよりも短い。

Description

本発明は、発音部品に関する。特に、本発明は、圧電素子を利用した発音部品に関する。

従来、例えば下記の特許文献１，２などにおいて、圧電素子を利用した発音部品が提案されている。図１４は、特許文献１に記載の圧電発音部品の一部分の略図的断面図である。図１４に示すように、圧電発音部品１００は、圧電振動子１０１を備えている。圧電振動子１０１は、円板状の振動板１０１ａと、振動板１０１ａに取り付けられている圧電素子１０１ｂとを有する。振動板１０１ａは、全周にわたって、支持部材１０２を介してケース１０３に取り付けられている。

圧電発音部品１００では、支持部材１０２が湾曲形状に形成されている。このため、圧電発音部品１００では、圧電振動子１０１を大きく変位させることができる。従って、圧電発音部品１００では、高い出力を得ることができる。

また、特許文献２には、振動板を長方形状にすることが記載されている。振動板が長方形状である場合、振動板の振幅は、対角線の長さで決まる。このため、長方形状の振動板を採用することにより、円形状の振動板を採用した場合よりも、小型な振動板で同等の大きさの振幅を得ることができる。従って、圧電発音部品を小型化することができる。すなわち、振動板を長方形状にすることにより、小型でありつつ高出力な圧電発音部品を実現することができる。

特開２００１−３３９７９１号公報ＷＯ２００７／０９７０７７Ａ１号公報

しかしながら、近年、発音部品に対する小型化及び高出力化の要求がさらに高まってきている。

本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型でありつつ高出力な発音部品を提供することにある。

本発明に係る発音部品は、振動素子と、支持部材と、接続部とを備えている。振動素子は、多角形状の振動板と、電気機械変換素子とを有する。電気機械変換素子は、振動板に取り付けられている。電気機械変換素子は、電圧が印加されることにより伸縮する。接続部は、振動板を、支持部材に対して、振動板の全周にわたって接続している。接続部の少なくとも一部は、湾曲した形状である。接続部のうち、振動板の角部と支持部材とを接続している部分の長さは、接続部のうち、振動板の端辺の中央部と支持部材とを接続している部分の長さよりも短い。

なお、本発明において、「接続部の長さ」とは、接続部のうち、振動板と支持部材との間に設けられている部分の長さをいう。例えば、接続部の一部が支持部材の上に位置している場合は、その接続部材の支持部材の上に位置している部分の長さは、「接続部の長さ」に含まれないものとする。

本発明に係る発音部品のある特定の局面では、接続部の長さは、振動板の角部に接続されている部分と、振動板の端辺の中央部に接続されている部分との間で徐変している。この構成によれば、振動素子の振幅をより大きくできる。従って、さらなる高出力化を図ることができる。

本発明に係る発音部品の他の特定の局面では、接続部の長さは、振動板の角部に接続されている部分から、振動板の端辺の中央部に接続されている部分に向かって単調増大している。この構成によれば、振動素子の振幅をさらに大きくできる。従って、さらなる高出力化を図ることができる。

本発明に係る発音部品の別の特定の局面では、接続部のうち、振動板の角部と支持部材とを接続している部分の長さがゼロである。この構成によれば、振動素子の振幅をさらに大きくできる。従って、さらなる高出力化を図ることができる。

本発明に係る発音部品のさらに他の特定の局面では、振動板は、長方形状である。

本発明に係る発音部品のさらに別の特定の局面では、電気機械変換素子は、圧電素子である。

本発明に係る発音部品のさらにまた他の特定の局面では、振動板と接続部とは、一体に形成されている。

本発明に係る発音部品のさらにまた別の特定の局面では、振動板は、樹脂フィルムにより構成されている。

本発明では、接続部のうち、振動板の角部と支持部材とを接続している部分の長さは、接続部のうち、振動板の端辺の中央部と支持部材とを接続している部分の長さよりも短い。このため、振動素子の振幅を大きくできる。従って、本発明によれば、小型でありつつ高出力な発音部品を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る圧電発音部品の略図的平面図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。図３は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける略図的断面図である。図４は、図１の線ＩＶ−ＩＶにおける略図的断面図である。図５は、圧電素子の略図的断面図である。図６は、比較例に係る圧電発音部品の略図的平面図である。図７は、比較例に係る圧電発音部品の変位形状を説明するための模式図である。図８は、実施例に係る圧電発音部品の変位形状を説明するための模式図である。図９は、実施例に係る圧電発音部品の音圧と、比較例に係る圧電発音部品の音圧とを示すグラフである。図１０は、第２の実施形態に係る圧電発音部品の略図的平面図である。図１１は、第３の実施形態に係る圧電発音部品の略図的平面図である。図１２は、第４の実施形態に係る圧電発音部品の略図的平面図である。図１３は、第５の実施形態に係る圧電発音部品の略図的平面図である。図１４は、特許文献１に記載の圧電発音部品の一部分の略図的断面図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す圧電発音部品１を例に挙げて説明する。但し、圧電発音部品１は、単なる例示である。本発明に係る圧電発音部品は、圧電発音部品１に何ら限定されない。

図１は、第１の実施形態に係る圧電発音部品の略図的平面図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。図３は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける略図的断面図である。図４は、図１の線ＩＶ−ＩＶにおける略図的断面図である。

図１〜図４に示すように、本実施形態の圧電発音部品１は、圧電振動素子１０を備えている。図２〜図４に示すように、圧電振動素子１０は、振動板１１と、電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子としての圧電素子１２とを備えている。

振動板１１は、多角形状に形成されている。具体的には、本実施形態では、長方形状に形成されている。振動板１１は、弾性を有する弾性部材により構成されている。このため、振動板１１は、応力が加えられることにより振動可能である。振動板１１は、例えば、樹脂、金属、セラミックなどにより形成することができる。なかでも、振動板１１は、樹脂からなることが好ましい。樹脂は薄膜化や成型が容易であり、かつ振動板１１が低周波数で振動し得るように振動板１１を低弾性なものとしやすいためである。樹脂の具体例としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）等が挙げられる。

なお、振動板１１の厚みは、特に限定されず、例えば、１０μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。

圧電素子１２は、振動板１１の上に取り付けられている。この圧電素子１２に電圧が印加され、圧電素子１２が伸縮または屈曲振動することによって、圧電振動素子１０が振動する。

圧電素子１２の振動板１１への取り付け方法は、特に限定されない。例えば、接着剤を用いることにより、圧電素子１２を振動板１１に取り付けることができる。

図５は、圧電素子１２の略図的断面図である。図５に示すように、圧電素子１２は、圧電基板１２ａと、圧電基板１２ａに電圧を印加する一対の電極１２ｂ、１２ｃとを有する。本実施形態では、電極１２ｂ、１２ｃは、圧電基板１２ａの両主面上に形成されている。

圧電基板１２ａは、適宜の圧電材料により形成することができる。具体的には、圧電基板１２ａは、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスなどにより形成することができる。また、圧電基板１２ａは積層構造を有していてもよい。

電極１２ｂ、１２ｃは、適宜の導電材料により形成することができる。具体的には、電極１２ｂ、１２ｃは、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕなどの金属や、Ａｇ−Ｐｄ合金などの、これらの金属のうちの一種以上を含む合金により形成することができる。

なお、振動板１１が導電性を有する場合は、振動板１１と圧電素子１２とを、絶縁部材を介して取り付けるようにしてもよい。

図２及び図３などに示すように、圧電振動素子１０は、接続部１３を介して支持部材としてのケーシング１４に取り付けられている。具体的には、圧電振動素子１０は、振動板１１が、ケーシング１４に対して、振動板１１の全周にわたって接続部１３により接続されることにより、ケーシング１４に取り付けられている。

ケーシング１４は、例えば、ステンレスなどの硬質の材料からなる。

接続部１３は、ケーシング１４と振動板１１とを接続し、圧電振動素子１０を支持する機能を有する。また、接続部１３は、弾性を有しており、圧電振動素子１０の振動に伴って振動する。接続部１３も、振動板１１と同様に、例えば、樹脂、金属、セラミックなどにより形成することができる。なかでも、接続部１３は、樹脂からなることが好ましい。樹脂は薄膜化や成型が容易であり、かつ振動板１１が低周波数で振動し得るように振動板１１を低弾性なものとしやすいためである。樹脂の具体例としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）等が挙げられる。

なお、接続部１３は、振動板１１と別体に形成されていてもよいが、本実施形態では、接続部１３と振動板１１とは、一体に形成されている。

接続部１３の少なくとも一部は、湾曲した形状に形成されている。具体的には、接続部１３の振動板１１とケーシング１４との間に位置する部分が湾曲した形状に形成されている。この湾曲部１３ａの長さＬ（図２を参照）は、振動板１１の周囲において一定ではない。湾曲部１３ａのうち、振動板１１の角部とケーシング１４とを接続している部分の長さは、湾曲部１３ａのうち、振動板１１の端辺の中央部とケーシング１４とを接続している部分の長さよりも短い。すなわち、湾曲部１３ａのうち、振動板１１の角部とケーシング１４とを接続している部分の曲率半径は、湾曲部１３ａのうち、振動板１１の端辺の中央部とケーシング１４とを接続している部分の曲率半径よりも短い。より具体的には、湾曲部１３ａの長さＬは、振動板１１の角部に接続されている部分と、振動板１１の端辺の中央部に接続されている部分との間で徐変している。湾曲部１３ａの長さＬは、振動板１１の角部に接続されている部分から、振動板１１の端辺の中央部に接続されている部分に向かって単調増大している。すなわち、湾曲部１３ａの長さＬは、振動板１１の角部に接続されている部分から、振動板１１の端辺の中央部に接続されている部分に向かって徐々に増大し、振動板１１の端辺の中央部において最大となっている。

なお、本実施形態では、図４に示すように、振動板１１の角部には、湾曲部１３ａが設けられておらず、接続部１３の長さはゼロとなっている。

湾曲部１３ａの最大曲率半径は、例えば、１００μｍ〜１０００μｍ程度とすることができる。

次に、本実施形態の圧電発音部品１の動作について説明する。

圧電素子１２に電圧が印加すると、圧電素子１２が伸縮または屈曲振動する。具体的には本実施形態では、圧電素子１２が屈曲運動する。この圧電素子１２の運動に伴い、振動板１１が振動し、その結果、音が発生する。発生する音の周波数は、主として、振動板１１の振動の周波数によって変化する。また、振動板１１の振幅が大きいほど音圧が高くなり、大きな音が発生する。つまり、高出力となる。

図６は、比較例に係る圧電発音部品の略図的平面図である。なお、図６に示す比較例に係る圧電発音部品２００の説明において、第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

図６に示す比較例に係る圧電発音部品２００は、接続部２１３の湾曲部２１３ａの曲率半径が一定である点で、上記第１の実施形態の圧電発音部品１と異なる。すなわち、圧電発音部品２００では、湾曲部２１３ａのうち、振動板１１の角部とケーシング１４とを接続している部分の長さと、湾曲部２１３ａのうち、振動板１１の端辺の中央部とケーシング１４とを接続している部分の長さとは等しい。

この圧電発音部品２００の変位形状のシミュレーション結果を図７に示す。なお、図７に示す結果は、第１共振の振幅が最大となったときの振動板を模式的に示すものである。

また、上記実施形態と同様の構成を有する実施例に係る圧電発音部品の変位形状のシミュレーション結果を図８に示す。なお、図８に示す結果は、第１共振の振幅が最大となったときの振動板を模式的に示すものである。

上記実施例と比較例とでは、湾曲部の曲率半径が一定であるか否かを除いた他の態様は全て同様である。

図８における等高線の間隔は、図７における等高線の間隔よりも狭い。よって、図７及び図８に示す結果から、湾曲部１３ａのうち、振動板１１の角部とケーシング１４とを接続している部分の長さが、湾曲部１３ａのうち、振動板１１の端辺の中央部とケーシング１４とを接続している部分の長さよりも短い実施例の方が、第１共振における最大振幅が大きいことが分かる。

図９は、実施例に係る圧電発音部品の音圧と、比較例に係る圧電発音部品の音圧とを示すグラフである。

図９に示す結果から、実施例の方が、第１共振の周波数が低くなるものの、それぞれの第１共振の周波数における音圧は、実施例と比較例とで同等であることが分かる。ここで、同等の音圧を得るためには、周波数が低いほど大きな振幅が必要となることから、図９に示す結果からも、実施例の方が、比較例よりも第１共振における最大振幅が大きいことが分かる。

このように、湾曲部１３ａのうち、振動板１１の角部とケーシング１４とを接続している部分の長さを、湾曲部１３ａのうち、振動板１１の端辺の中央部とケーシング１４とを接続している部分の長さよりも短くすることにより、大きな振幅を実現できることが分かる。従って、小型でありつつ高出力な圧電発音部品１を実現できることが分かる。

なお、この理由は、図８に示す結果からも分かるように、振動板１１の四隅を強固に拘束し、それ以外の部分の拘束力を、四隅の拘束力よりも弱くすることにより、振動板１１の端辺の中央部も振動するようになるため、全体として、振幅も大きくなるものと考えられる。

このため、本実施形態のように、振動板１１の角部に、湾曲部１３ａが設けられておらず、接続部１３の長さはゼロとなっていることが好ましいものと考えられる。この場合、振動板１１の角部がより強固に固定されるため、より大きな振幅が得られるものと考えられるからである。

一方、比較例のように、四隅も、端辺の中央部も拘束力が同等である場合は、拘束が比較的強いと、振動板の端辺の中央部の振動が阻害され、拘束力が比較的弱いと、発音時に受ける空気の圧力により四隅の振幅がマイナス方向に動いてしまうため、全体として振幅が小さくなってしまうものと考えられる。

より高い出力を実現する観点からは、湾曲部１３ａの長さＬは、振動板１１の角部に接続されている部分と、振動板１１の端辺の中央部に接続されている部分との間で徐変していることが好ましい。また、湾曲部１３ａの長さＬは、振動板１１の角部に接続されている部分から、振動板１１の端辺の中央部に接続されている部分に向かって単調増大していることが好ましい。また、この場合は、圧電振動素子１０の変形形状をより好適に調整できる。従って、不要振動を低減させ、より高い音質を実現できる効果、振動効率の向上効果、歪みの低下効果も奏される。

以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態に係る圧電発音部品の略図的平面図である。

上記第１の実施形態では、図４に示すように、振動板１１の角部には、湾曲部１３ａが設けられておらず、接続部１３の長さはゼロとなっている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図１０に示すように、振動板１１の角部は、ケーシング１４に対して湾曲部１３ａを介して接続されていてもよい。

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態に係る圧電発音部品の略図的平面図である。

上記実施形態では、振動板１１が長方形状である例について説明した。但し、本発明において、振動板が長方形状である必要は必ずしもない。振動板１１は、多角形状であればよく、例えば、図１１に示すように、六角形状であってもよい。

また、その場合において、圧電素子１２の形状も、振動板１１と同様に六角形状であってもよい。なお、本発明において、多角形は、頂点が３つ以上ある図形をいう。このため、多角形には、三角形も含まれる。

圧電素子１２の形状は、振動板１１の形状と等しい必要は必ずしもない。圧電素子１２の形状は、振動板１１の形状と異なっていてもよい。すなわち、本発明においては、圧電素子の形状は特に限定されない。

上記第１〜第３の実施形態では、接続部１３の湾曲部１３ａが略半円状である場合について説明した。但し、湾曲部１３ａの形状は、略半円状に限定されない。湾曲部１３ａは、例えば、変曲点を複数持つような形状であってもよい。具体的には、湾曲部１３ａは、例えば、Ｓ字状であってもよい。

（第４及び第５の実施形態）
図１２は、第４の実施形態に係る圧電発音部品の略図的平面図である。図１３は、第５の実施形態に係る圧電発音部品の略図的平面図である。

上記第１の実施形態では、湾曲部１３ａの長さが、振動板１１の角部に接続されている部分から、振動板の端辺の中央部に接続されている間で、徐変かつ単調増大している例について説明した。但し、本発明は、接続部のうち、振動板の角部と支持部材とを接続している部分の長さが、振動板の端辺の中央部と支持部材とを接続している部分の長さよりも短い限りにおいて特に限定されない。

例えば、図１２に示すように、湾曲部１３ａの長さが、角部側から中央部側に向かって非直線的に単調増大していてもよい。また、角部側の湾曲部１３ａの長さよりも、中央部側の湾曲部１３ａの長さが長い場合は、湾曲部１３ａの角部側と中央部側との間の領域において、中央部よりも長い部分が存在していてもよい。

また、例えば、図１３に示すように、角部側には、湾曲部１３ａが設けられておらず、それ以外の部分に、長さが略一定な湾曲部１３ａを設けるようにしてもよい。

１…圧電発音部品
１０…圧電振動素子
１１…振動板
１２…圧電素子
１２ａ…圧電基板
１２ｂ、１２ｃ…電極
１３…接続部
１３ａ…湾曲部
１４…ケーシング

Claims

多角形状の振動板と、前記振動板に取り付けられており、電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子とを有する振動素子と、
支持部材と、
前記振動板を、前記支持部材に対して、前記振動板の全周にわたって接続しており、少なくとも一部が湾曲した形状の接続部と、
を備え、
前記接続部のうち、前記振動板の角部と前記支持部材とを接続している部分の長さは、前記接続部のうち、前記振動板の端辺の中央部と前記支持部材とを接続している部分の長さよりも短い、発音部品。
前記接続部の長さは、前記振動板の角部に接続されている部分と、前記振動板の端辺の中央部に接続されている部分との間で徐変している、請求項１に記載の発音部品。
前記接続部の長さは、前記振動板の角部に接続されている部分から、前記振動板の端辺の中央部に接続されている部分に向かって単調増大している、請求項１または２に記載の発音部品。
前記接続部のうち、前記振動板の角部と前記支持部材とを接続している部分の長さがゼロである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発音部品。
前記振動板は、長方形状である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発音部品。
前記電気機械変換素子は、圧電素子である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発音部品。
前記振動板と前記接続部とは、一体に形成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発音部品。
前記振動板は、樹脂フィルムにより構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発音部品。