JPWO2014103970A1 - 音響発生器，音響発生装置，電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 良好な音質の音響を発生させることが可能な音響発生器と、それを用いた音響発生装置および電子機器とを提供する。【解決手段】 フィルム状の振動体３と、フレーム５ａ、５ｂと、励振器１とを少なくとも有しており、振動体３の９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、振動体３の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上であり、且つフレーム５ａ、５ｂの９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上であることを特徴とする音響発生器と、それを用いた音響発生装置および電子機器とする。【選択図】 図２
Description
本発明は、音響発生器，音響発生装置，電子機器に関するものである。
従来、フレームにフィルム状の振動体を張り、振動体に取り付けた圧電素子によって振動体を振動させて音響を発生させるスピーカーが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
上述した従来のスピーカーにおいて、振動体とフレームとを強固に接合するには、熱硬化性の接着剤や紫外線硬化性の接着剤を利用して接着する必要があるが、どちらの接着剤を用いた場合においても、接着剤を硬化させるときには常温よりもかなり温度が上昇する。また、振動体とフレームとを溶着した場合においても、溶着時の温度は常温よりもかなり上昇する。そして、振動体とフレームとが接合されて常温に戻ったときに、振動体の弛み，皺の発生や、振動体に働く張力の低下によって、良好な音質の音響を発生させることができなくなるという問題が生じることが発明者の検討によってわかった。
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、良好な音質の音響を発生させることが可能な音響発生器と、それを用いた音響発生装置および電子機器とを提供することにある。
本発明の音響発生器は、フィルム状の振動体と、該振動体の厚み方向である第１の方向に垂直な第２の方向における前記振動体の両端を少なくとも固定するフレームと、前記振動体に取り付けられており、自身が振動することによって前記振動体を振動させる励振器と、を少なくとも有しており、前記振動体の９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、前記振動体の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上であり、且つ前記フレームの９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上であることを特徴とする。
本発明の音響発生装置は、前記音響発生器と、前記振動体の少なくとも一方の主面側の少なくとも一部を取り囲むエンクロージャーとを有す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少なくとも有しており、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によれば、良好な音質の音響を発生させることが可能な音響発生器を得ることができる。本発明の音響発生装置によれば、良好な音質の音響を発生させることが可能な音響発生装置を得ることができる。本発明の電子機器によれば、良好な音質の音響を発生させることが可能な電子機器を得ることができる。
以下、本発明の実施形態である音響発生器，音響発生装置，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平面図である。図２は図１におけるＡ−Ａ’線断面図である。本実施形態の音響発生器は、図１，図２に示すように、励振器１と、振動体３と、フレーム５ａ、５ｂとを有している。
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平面図である。図２は図１におけるＡ−Ａ’線断面図である。本実施形態の音響発生器は、図１，図２に示すように、励振器１と、振動体３と、フレーム５ａ、５ｂとを有している。
振動体３は、フィルム状（膜状）の形状を有しており、種々の材料を用いて形成することができる。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や、金属や、紙等によって振動体３を形成することができる。但し、降温時の線膨張率が、昇温時の線膨張率およびフレーム５ａ、５ｂの降温時の線膨張率との間で、後述する特定の関係を満たす必要があるため、それを考慮して振動体３の材質が選定される。また、振動体３の厚みは、例えば、１０〜２００μｍとされる。
フレーム５ａ、５ｂの各々は、日本語のカタカナの“コ”のような形状（英語のアルファベットの“Ｕ”のような形状）を有しており、例えば０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の厚みを有している。フレーム５ａ、５ｂは、振動体３よりも変形し難いものであることが望ましい。すなわち、フレーム５ａ、５ｂは、振動体３よりも剛性が高いことが望ましく、フレーム５ａ、５ｂの弾性率が振動体３の弾性率よりも大きいことが望ましい。例えば、ステンレス鋼などの金属や、樹脂や、セラミックスや、ガラスなどを用いてフレーム５ａ、５ｂを形成することができる。但し、振動体３の線膨張率と、フレーム５ａ、５ｂの線膨張率とが、後述する特定の関係を満たすことが必要なため、フレーム５ａ、５ｂの材質は、振動体３の材質に合わせて選定される。
そして、振動体３の厚み方向であるｚ軸方向に垂直なｘ軸方向における振動体３の両端が、フレーム５ａ、５ｂに固定されており、振動体３は、フレーム５ａ、５ｂによって振動可能に支持されている。なお、振動体３は、ｘ軸方向の両端がフレーム５ａ、５ｂに挟み込まれて接着剤で固定されており、ｘ軸方向に張力が加えられた状態でフレーム５ａ、５ｂに固定されている。なお、フレーム５ｂを有さない場合には、例えば、フレーム５ａの＋ｚ方向の表面に振動体３を接着すれば良く、また、フレーム５ａを有さない場合には、例えば、フレーム５ｂの−ｚ方向の表面に振動体３を接着すればよい。
励振器１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１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（ｘ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（ｘ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１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１は、電気信号が入力されるとｚ軸方向に屈曲振動し、自身が振動することによって振動体３を振動させる。そして、振動体３が振動することによって音響が発生する。なお、励振器１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１の振動体３側の主面と振動体３とは、例えば、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、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。
励振器１の圧電体層としては、ジルコン酸鉛（ＰＺ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、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。圧電体層の１層の厚みは、例えば、１０〜１００μｍ程度とするのが望ましい。
励振器１の内部電極層としては、既知の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を構成する材料成分とを含有する内部電極層とすることができるが、他の材料を用いて形成しても構わない。励振器１の表面電極層および端子電極は、既知の種々の金属材料を用いて形成することができる。例えば、銀からなる金属成分およびガラス成分を含有する材料を用いて形成することができるが、他の材料を用いて形成しても構わない。
本実施形態の音響発生器では、振動体３の９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、振動体３の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上であり、且つフレーム５ａ、５ｂの９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上に設定されている。この構成により、振動体３をフレーム５ａ、５ｂに強固に接合できるとともに、良好な音質の音響を発生させることが可能な音響発生器を得ることができる。
この効果について説明する。振動体３とフレーム５ａ、５ｂとを強固に接合するには、熱硬化性の接着剤や紫外線硬化性の接着剤を利用して接着する必要があるが、どちらの接着剤を用いた場合においても、接着剤を硬化させるときには常温よりもかなり温度が上昇する。また、振動体３とフレーム５ａ，５ｂとを溶着したとしても、溶着時の温度は常温よりもかなり上昇する。そして、振動体３とフレーム５ａ、５ｂとが接合された後、常温に戻ったときに、振動体３に弛みや皺が発生することや、振動体３に働く張力の低下によって、良好な音質の音響を発生させることができなくなるという問題が生じることが、発明者らの検討によって明らかになった。そして、発明者らは、素材を種々に変更した振動体３とフレーム５ａ、５ｂとを接合して接合後の状態を観察するとともに、それぞれの素材の温度変化による膨張・収縮の様子を調べた。その結果、振動体３およびフレーム５ａ、５ｂを、４０℃から９０℃迄昇温した後に、再び９０℃から４０℃迄降温したときに、「振動体３の９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、振動体３の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上であり、且つフレーム５ａ、５ｂの９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上である」という条件（以下、第１条件と称する）を満たすように、振動体３およびフレーム５ａ、５ｂの材質を選択することが重要であることがわかった。そして、この第１条件を満たすように振動体３およびフレーム５ａ、５ｂの材質を選択することにより、振動体３とフレーム５ａ、５ｂとが接合された後、常温に戻ったときに、振動体３の弛みや皺の発生や、振動体３に働く張力の低下を防止でき、それによる音質の悪化を防止できることを見出した。このような効果が得られる理由は、振動体３の降温時の収縮量が昇温時の膨張量以上であり、且つ降温時の振動体３の収縮量がフレーム５ａ、５ｂの収縮量以上であることによって、振動体３の弛みや張力の低下が発生し難くなるためではないかと推測される。
なお、「以上」は、「等しい」か、または「大きい」ことを意味し、「以下」は、「等しい」か、または「小さい」ことを意味する。そして線膨張率の測定精度を考慮して、差異が±３％以内であれば「等しい」とする。また、室温（２３℃）における長さがＬ０であり、温度がＴ１からＴ２へ変化したときに、長さがＬ１からＬ２に変化した場合、平均線膨張率αは次の（１）式で算出する。
α＝（Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ０／（Ｔ２−Ｔ１）・・・（１）
また、振動体３やフレーム５ａ、５ｂの平均線膨張率を測定する場合には、測定用の試料は、振動体３やフレーム５ａ、５ｂを加工することによって作製しても良く、または、フレーム５ａ、５ｂや振動体３と同じ材料を使用して別途作製しても構わない。
α＝（Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ０／（Ｔ２−Ｔ１）・・・（１）
また、振動体３やフレーム５ａ、５ｂの平均線膨張率を測定する場合には、測定用の試料は、振動体３やフレーム５ａ、５ｂを加工することによって作製しても良く、または、フレーム５ａ、５ｂや振動体３と同じ材料を使用して別途作製しても構わない。
また、前述した第１条件を満たすためには、例えば、ポリイミドやＰＥＴを用いて振動体３を形成し、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０１Ｈ）を用いてフレーム５ａ、５ｂを形成すれば良い。なお、第１条件を満たす振動体３およびフレーム５ａ、５ｂの組み合わせとしては、他にも種々の組み合わせが想定できる。多くの材料について線膨張率の測定結果が公開されており、その中から条件を満たすものを適宜選択することができる。
また、本実施形態の音響発生器は、前述した第１条件に加えて、「振動体３の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、フレーム５ａ、５ｂの４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以下である」という条件（以下、第２条件と称する）を満たしていることが望ましい。この第２条件を満たすことにより、振動体３の弛みや振動体３に働く張力の低下を更に低減することができる。このような効果が得られる理由は、温度が上昇して行く過程においても、振動体３の弛みが発生し難いためではないかと推測される。なお、第１条件および第２条件の両方を満たすためには、例えば、ポリイミドを用いて振動体３を形成し、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０１Ｈ）を用いてフレーム５ａ、５ｂを形成すれば良いが、他の組み合わせを使用しても構わない。
また、本実施形態の音響発生器は、前述した第１条件に加えて、「９０℃から４０℃への１０°Ｃ毎の温度変化の各々において、振動体３の平均線膨張率の値が、フレーム５ａ、５ｂの平均線膨張率の値以上である」という条件（以下、第３条件と称する）を満たしていることが望ましい。すなわち、９０℃から８０℃への温度変化における振動体３の平均線膨張率の値が、９０℃から８０℃への温度変化におけるフレーム５ａ、５ｂの平均線膨張率の値以上であり、８０℃から７０℃への温度変化における振動体３の平均線膨張率の値が、８０℃から７０℃への温度変化におけるフレーム５ａ、５ｂの平均線膨張率の値以上であり、７０℃から６０℃への温度変化における振動体３の平均線膨張率の値が、７０℃から６０℃への温度変化におけるフレーム５ａ、５ｂの平均線膨張率の値以上であり、６０℃から５０℃への温度変化における振動体３の平均線膨張率の値が、６０℃から５０℃への温度変化におけるフレーム５ａ、５ｂの平均線膨張率の値以上であり、５０℃から４０℃への温度変化における振動体３の平均線膨張率の値が、５０℃から４０℃への温度変化におけるフレーム５ａ、５ｂの平均線膨張率の値以上であることが望ましい。この第３条件を満たすことにより、振動体３の弛みや振動体３に働く張力の低下を更に低減することができる。このような効果が得られる理由は、温度が低下して行く過程における各々の状態において、振動体３の弛みが発生し難いためではないかと推測される。なお、第１条件および第３条件の両方を満たすためには、例えば、ＰＥＴを用いて振動体３を形成し、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０１Ｈ）を用いてフレーム５ａ、５ｂを形成すれば良いが、条件を満たす他の組み合わせを使用しても構わない。
また、本実施形態の音響発生器は、振動体３およびフレーム５ａ、５ｂの線膨張率が上述したように定められているとともに、ｘ軸方向に張力が加えられた状態でフレーム５ａ、５ｂに固定されている。これにより、音響発生器の温度を大きく変えることによって振動体３に加えられている張力を変化させることができるので、温度を変えることによって発生する音の音質を変化させることが可能な音響発生器を得ることができる。また、振動体３の弛みの発生を更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（ｘ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１となる構造体を得ることができる。その後に、励振器１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１の圧電体層の分極を行う。このようにして励振器１を得ることができる。
次に、張力をかけた状態の振動体３の両端を、接着剤を塗布したフレーム５ａ、５ｂで挟んで固定し、接着剤を硬化させて接合する。そして、励振器１を接着剤で振動体３に接合する。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３は、本発明の第２実施形態の音響発生器を模式的に示す平面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ’線断面図である。なお、本実施形態においては、前述した第１実施形態の音響発生器と異なる点のみについて説明し、同様の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
図３は、本発明の第２実施形態の音響発生器を模式的に示す平面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ’線断面図である。なお、本実施形態においては、前述した第１実施形態の音響発生器と異なる点のみについて説明し、同様の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
図３，図４に示すように、本実施形態の音響発生器は、フレーム５ａ、５ｂに代えてフレーム６ａ、６ｂを有している。また、本実施形態の音響発生器は、更に樹脂層２０を有している。
フレーム６ａ、６ｂは、長方形の枠状の形状を有している。そして、振動体３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、長方形状の周縁部の全体をフレーム６ａ、６ｂで挟持されて固定されており、フレーム６ａ、６ｂによって振動可能に支持されている。なお、フレーム６ａ、６ｂの材質は、前述した第１実施形態の音響発生器におけるフレーム５ａ、５ｂと同様に選定される。また、フレーム６ａ、６ｂの形状は、長方形状に限定されるものではなく、円形や菱形であっても構わない。
樹脂層２０は、励振器１を埋設するように、フレーム５ａの内側の全体に渡って充填されている。樹脂層２０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、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂等の樹脂や、あるいはゴム等を用いることができ、例えば、ヤング率が１ＭＰａ〜１ＧＰａの範囲にあるものが望ましい。また、樹脂層２０の厚みは、スプリアスを抑制するという点から、励振器１を完全に覆う程度の厚みであることが望ましいが、振動体３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く、それなりの効果を得ることができる。
このような構成を有する本実施形態の音響発生器においても、前述した第１条件〜第３条件と同様の条件を満たすように振動体３およびフレーム６ａ、６ｂを選定することにより、前述した第１実施形態の音響発生器と同様の効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態の音響発生器は、「振動体３の９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、振動体３の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上であり、且つフレーム６ａ、６ｂの９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上である」という条件（以下、第４条件と称する）を満たすように、振動体３およびフレーム６ａ、６ｂの材質を選択することにより、振動体３の弛みや振動体３に働く張力の低下を防止でき、それによる音質の悪化を防止できる。
また、本実施形態の音響発生器は、第４条件に加えて、「振動体３の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、フレーム６ａ、６ｂの４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以下である」という条件（以下、第５条件と称する）を満たすように、振動体３およびフレーム６ａ、６ｂの材質を選択することにより、振動体３の弛みや振動体３に働く張力の低下を更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、第４条件に加えて、「９０℃から４０℃への１０°Ｃ毎の温度変化の各々において、振動体３の平均線膨張率の値が、フレーム６ａ、６ｂの平均線膨張率の値以上である」という条件（以下、第６条件と称する）を満たすように、振動体３およびフレーム６ａ、６ｂの材質を選択することにより、振動体３の弛みや振動体３に働く張力の低下を更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、振動体３が、ｘ軸方向の両端に加えて、ｙ軸方向の両端もフレーム６ａ、６ｂに固定されている。これにより、振動体３の振動における共振の数を増加させることができるので、共振周波数を使用周波数帯域中に分散させることによって、音響発生器から生じる音の音圧の周波数特性を、平坦で良好なものにすることができる。
また、本実施形態の音響発生器は、ｘ軸方向およびｙ軸方向の両方に張力が加えられているため、少なくとも第４条件を満たすように振動体３およびフレーム６ａ、６ｂを選定することにより、音響発生器の温度を大きく変えることによって、振動体３に加えられているｘ軸方向およびｙ軸方向の張力を両方とも変化させることができる。これにより、温度を変えることによって発生する音の音質をさらに変化させることが可能な音響発生器を得ることができる。
また、本実施形態の音響発生器は、ｘ軸方向の張力とｙ軸方向の張力とを異ならせても良い。すなわち、ｘ軸方向の張力とｙ軸方向の張力とを異ならせ、ｘ軸方向の張力とｙ軸方向の張力との比率を変化させることにより、振動体３の振動における各々の共振モードの共振周波数の分布状態を変化させることができるので、共振周波数を使用周波数帯域中に更に均一に分散させることが可能になる。これにより、音響発生器から生じる音の音圧の周波数特性を、更に平坦で良好なものにすることができる。
また、本実施形態の音響発生器は、ｘ軸方向の張力とｙ軸方向の張力とを異ならせるとともに、少なくとも第４条件を満たすように振動体３およびフレーム６ａ、６ｂを選定することにより、温度変化による音質の変化の仕方を種々に設定することが可能となる。
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態の音響発生装置を示す斜視図である。本実施形態の音響発生装置は、図５に示すように、音響発生器３１と、エンクロージャー３２とを有している。
図５は、本発明の第３実施形態の音響発生装置を示す斜視図である。本実施形態の音響発生装置は、図５に示すように、音響発生器３１と、エンクロージャー３２とを有している。
音響発生器３１は、電気信号が入力されて音響（可聴周波数帯域外の音響も含む）を発生させるものであり、詳細の図示を省略するが、前述した第２実施形態の音響発生器である。
エンクロージャー３２は、直方体の箱状の形状を有している。また、エンクロージャー３２は、少なくとも１つの開口を有しており、その開口を塞ぐように音響発生器３１が取り付けられている。また、エンクロージャー３２は、振動体３の励振器１が配置された側の主面を取り囲むように構成されている。なお、エンクロージャー３２は、振動体３の少なくとも一方の主面側の少なくとも一部を取り囲むように形成されていれば良い。このため、エンクロージャー３２の形状は、直方体状に限定されるものではなく、例えば、円錐状や、球状など、種々の形状であっても構わない。また、エンクロージャー３２は、箱状である必要もなく、例えば、平板状など、種々の形状であっても構わない。エンクロージャー３２は、音響発生器３１の裏面から発生する逆相の音の回り込みを低減する機能や、音響発生器３１から発生する音響を内部で反射させる機能を有していても良い。このようなエンクロージャー３２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、木材、合成樹脂、金属等の材料を用いてエンクロージャー３２を形成することができる。
本実施形態の音響発生装置は、前述した第２実施形態の音響発生器で構成された音響発生器３１を用いて音響を発生させることから、良好な音質の音響を発生させることができる。また、本実施形態の音響発生装置は、エンクロージャー３２を有していることから、音響発生器３１単独のときよりもさらに良好な音質の音響を発生させることも可能となる。なお、第２実施形態の音響発生器に代えて、第１実施形態の音響発生器を用いても良く、同様の効果を得ることができる。また、同様の他の形態の音響発生器を用いても構わない。
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態の電子機器５０の構成を示すブロック図である。本実施形態の電子機器５０は、図６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６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。
図６は、本発明の第４実施形態の電子機器５０の構成を示すブロック図である。本実施形態の電子機器５０は、図６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６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３０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実施形態または第２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。
このように、本実施形態の電子機器５０は、音響発生器３０と、音響発生器３０に接続された電子回路６０とを少なくとも有しており、音響発生器３０から音響を発生させる機能を有している。このような本実施形態の電子機器５０は、前述した第１実施形態または第２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とから、良好な音質の音響を発生させることができる。
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６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６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、本実施形態の電子機器は、図６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。さらに、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、本実施形態の電子機器は、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実施形態または第２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。
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、図示を容易にするために、振動体３の表面に１個の励振器１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、振動体３の表面にもっと多数の励振器１を取り付けても構わない。また、例えば、振動体３の両面に励振器１や樹脂層２０が設けられるようにしても構わない。
また、前述した実施形態においては、励振器１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１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１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１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。
次に、本発明の具体例について説明する。図３，図４に示した第２実施形態の音響発生器を作製して、その特性を評価した。
まず、Ｚｒの一部をＳｂで置換したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含有する圧電粉末と、バインダーと、分散剤と、可塑剤と、溶剤とをボールミル混合により混練してスラリーを作製した。そして、得られたスラリーを用いてドクターブレード法によりグリーンシートを作製した。このグリーンシートにＡｇおよびＰｄを含有する導体ペーストをスクリーン印刷法により所定形状に塗布して、内部電極層となる導体パターンを形成した。そして、導体パターンが形成されたグリーンシートおよびその他のグリーンシートを積層して加圧し、積層成形体を作製した。そして、この積層成形体を５００℃で１時間、大気中で脱脂し、その後、１１００℃で３時間、大気中で焼成して、積層体を得た。
次に、得られた積層体の長手方向の両端面部をダイシング加工によりカットし、内部電極層の先端を積層体の側面に露出させた。そして、積層体の両側主面にＡｇとガラスを含有する導体ペーストをスクリーン印刷法により塗布して、表面電極層を形成した。その後、積層体の長手方向の両側面に、Ａｇとガラスを含有する導体ペーストをディップ法により塗布し、７００℃で１０分間、大気中で焼き付けて端子電極を形成した。これによって、積層体を作製した。作製された積層体の形状は、幅が１８ｍｍであり、長さが４６ｍｍであり、厚みが０．１ｍｍであった。そして、端子電極を通して１００Ｖの電圧を２分間加えて分極を行い、バイモルフ型の積層型圧電素子である励振器１を得た。
振動体３としては、ポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ナイロンの４種類の樹脂フィルムを準備した。厚みは０．０２５ｍｍとした。フレーム６ａ、６ｂは、それぞれ厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０１Ｈ）を用いた。フレーム６ａ、６ｂの内側の寸法は、長さを１００ｍｍとし、幅を７０ｍｍとした。
次に、張力を与えた状態の振動体３の周縁部を、接着剤を塗布したフレーム６ａ、６ｂで挟み込んで固定し、接着剤を硬化させて接合した。そして、振動体３の一方主面に、励振器１を接着剤にて接着し、励振器１に導線を接合して配線を行った。そして、フレーム６ａの内側に、フレーム６ａと同じ高さとなるようにアクリル系樹脂を充填して固化させて、樹脂層２０を形成した。このようにして、図３，図４に示す音響発生器を作製し、音響発生器から発生する音響の音質を評価した。
また、フレーム６ａ、６ｂおよび前述した４種類の樹脂フィルムと同じ材質からなる平均線膨張率測定用の試料を作製し、平均線膨張率の測定を行った。測定装置は、リガク製ＴＡＳ−２００を使用した。昇温速度および降温速度は、それぞれ３℃／ｍｉｎとした。試料の大きさについては、ＳＵＳ３０１Ｈは、長さ１０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ１ｍｍとし、ポリイミド，ＰＥＴ，ＰＥＮおよびナイロンは、長さ１０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ０．０２５ｍｍとした。なお、ＳＵＳ３０１Ｈについては、０．１９６Ｎの圧縮加重を加えた状態で測定を行い、ポリイミド，ＰＥＴ，ＰＥＮおよびナイロンについては、０．０８７Ｎの引張加重を加えた状態で測定を行った。雰囲気は空気とした。音質および平均線膨張率の評価結果を表１に示す。なお、表１において、平均線膨張率の単位は１０−６／Ｋである。
平均線膨張率の測定結果によれば、フレーム６ａ、６ｂの材料としてＳＵＳ３０１Ｈを用いた場合、「振動体３の９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、振動体３の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上であり、且つフレーム６ａ、６ｂの９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上である」という第４条件を満すのは、振動体３の材料としてポリイミドおよびＰＥＴを用いた場合であった。振動体３の材料としてＰＥＮおよびナイロンを用いた場合には、第４条件を満たさなかった。
また、平均線膨張率の測定結果によれば、フレーム６ａ、６ｂの材料としてＳＵＳ３０１Ｈを用いた場合、第４条件に加えて、「振動体３の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、フレーム６ａ、６ｂの４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以下である」という第５条件を満すのは、振動体３の材料としてポリイミドを用いた場合であった。振動体３の材料としてＰＥＴ、ＰＥＮおよびナイロンを用いた場合には、第４条件および第５条件の両方を満たすことはできなかった。
また、平均線膨張率の測定結果によれば、フレーム６ａ、６ｂの材料としてＳＵＳ３０１Ｈを用いた場合、第４条件に加えて、「９０℃から４０℃への１０°Ｃ毎の温度変化の各々において、振動体３の平均線膨張率の値が、フレーム６ａ、６ｂの平均線膨張率の値以上である」という第６条件を満すのは、表１には示していないが、振動体３の材料としてＰＥＴを用いた場合であった。振動体３の材料としてポリイミド、ＰＥＮおよびナイロンを用いた場合には、第４条件および第６条件の両方を満たすことはできなかった。
そして、音質の評価結果によれば、フレーム６ａ、６ｂの材料としてＳＵＳ３０１Ｈを用いた場合、振動体３の材料としてポリイミドまたはＰＥＴを用いた場合には、充分に優れた音質の音響が得られた。振動体３の材料としてＰＥＮおよびナイロンを用いた場合には、良い音質の音響は得られなかった。なお、振動体３の材料としてＰＥＮおよびナイロンを用いた場合には、振動体３に皺の発生が確認された。これらの結果により、本発明の有効性が確認できた。
１：励振器
３：振動体
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ：フレーム
３０，３１：音響発生器
３２：エンクロージャー
５０：電子機器
６０：電子回路
３：振動体
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ：フレーム
３０，３１：音響発生器
３２：エンクロージャー
５０：電子機器
６０：電子回路
本発明の音響発生器は、フィルム状の振動体と、該振動体の厚み方向である第１の方向に垂直な第２の方向における前記振動体の両端を少なくとも固定するフレームと、前記振動体に取り付けられており、自身が振動することによって前記振動体を振動させる励振器と、を少なくとも有しており、前記振動体の９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、前記振動体の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上であり、且つ前記フレームの９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上であり、前記振動体の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、前記フレームの４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以下であることを特徴とする。
Claims (7)
- フィルム状の振動体と、
該振動体の厚み方向である第１の方向に垂直な第２の方向における前記振動体の両端を少なくとも固定するフレームと、
前記振動体に取り付けられており、自身が振動することによって前記振動体を振動させる励振器と、を少なくとも有しており、
前記振動体の９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、前記振動体の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上であり、且つ前記フレームの９０℃から４０℃への温度変化における平均線膨張率の値以上である
ことを特徴とする音響発生器。 - 前記振動体の４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値が、前記フレームの４０℃から９０℃への温度変化における平均線膨張率の値以下であることを特徴とする請求項１に記載の音響発生器。
- ９０℃から４０℃への１０°Ｃ毎の温度変化の各々において、前記振動体の平均線膨張率の値が、前記フレームの平均線膨張率の値以上であることを特徴とする請求項１に記載の音響発生器。
- 前記振動体は、張力が加えられた状態で前記フレームに固定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。
- 前記振動体は、前記第２の方向の両端に加えて、前記第１の方向および前記第２の方向の両方に垂直な第３の方向の両端が、前記フレームに固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の音響発生器。
- 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の音響発生器と、前記振動体の少なくとも一方の主面側の少なくとも一部を取り囲むエンクロージャーと、を有することを特徴とする音響発生装置。
- 請求項１乃至請求項５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、を少なくとも有しており、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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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20161115 |