JPWO2017029828A1 - 音響発生器、音響発生装置ならびに電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高域の音の再生能力に優れた音響発生器、音響発生装置ならびに電子機器を提供する。【解決手段】 本発明は、開口部10を有する板部材11に対し、開口部10と対向して取り付けられる音響発生器12であって、圧電素子23が取り付けられた振動板22および該振動板22の少なくとも一方の主面の外周部を支持する枠体21を有する圧電スピーカー2と、圧電スピーカー2の外周部を固定するとともに、一端が板部材11と接続されて板部材11と前記圧電スピーカー2との間に囲まれた空間を形成する保持部材3と、を備えてなり保持部材3は、空間の少なくとも一部が開放された開放部13を形成するように構成された枠状部32を備えていることを特徴とする音響発生器12である。【選択図】 図1
Description
本発明は、音響発生器、音響発生装置ならびに電子機器に関するものである。
従来、圧電素子を用いた音響発生器が知られている(例えば、特許文献1参照。)。かかる音響発生器は、振動板に取り付けた圧電素子に電圧を印加して振動させることによって振動板を振動させ、かかる振動の共振を積極的に利用することで音響を出力するものである。
このような音響発生器は、液晶テレビやパソコン等の音源として用いられている。例えば、デザイン性向上のために液晶テレビの筐体の壁面に放音孔(スリット構造の開口部)を設け、該放音孔より音を発するように音響発生器が取り付けられた構成とされて、音響発生器は用いられる(例えば、特許文献2、3参照。)。
以下、添付図面を参照して、本実施形態の一例を詳細に説明する。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。
図1は、開口部を有する板部材に、本実施形態の一例の音響発生器が取り付けられた音響発生装置を示し、(a)は平面図、(b)はA−A線断面図、(c)はB−B線断面図である。また、図2(a)は図1に示す音響発生器の一例の概略拡大平面図、図2(b)は図2(a)に示す音響発生器の一部透過側面図である。なお、以下の図面の説明において、同一の構成については同一の符号を用いるものとする。
図1においては、開口部10を有する板部材11の内壁面1(以下、単に壁面1という。)に対し、開口部10と対向して音響発生器12が取り付けられて、音響発生装置41が構成されている例を示している。すなわち、音響発生装置41は、開口部10を有する板部材11と、当該板部材11の壁面1に開口部10と対向して取り付けられた音響発生器12とを備えたものである。
図1および図2に示す音響発生器12は、圧電素子23、圧電素子23が取り付けられた振動板22および振動板22の少なくとも一方の主面の外周部を支持する枠体21を有する圧電スピーカー2を備える。また、音響発生器12は、圧電スピーカー2の外周部を固定する固定部31とともに、一端が開口部を有する板部材11の壁面1と接続されて壁面1と圧電スピーカー2との間に囲まれた空間を形成する枠状部32からなる保持部材3を備えている。さらに、音響発生器12は、枠状部32は前記空間の少なくとも一部が開放された開放部13を備えている。以下に、まず圧電スピーカー2について説明する。
本実施形態の音響発生器12を構成する圧電スピーカー2に用いられる圧電素子23としては、その構成を図示していないが、例えば、圧電体層と内部電極層とが積層されて板状に形成された積層体を備えている。また、圧電素子23は、この積層体の内部電極層が導出された側面に設けられた外部電極と、この外部電極に接続されて積層体の主面に設けられた表面電極とを備えている。この圧電素子23は、振動板22の主面に貼り付けられるなどして取り付けられ、電圧の印加を受けて振動することによって振動板22を励振させる。
圧電素子23を構成する圧電体層は圧電特性を有するセラミックスで形成されたものである。このようなセラミックスとして、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、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、従来から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。圧電体層の厚みは例えば0.04〜1.0mmに設定される。また、大きな屈曲振動を得るために、200pm/V以上の圧電定数d31を有することが好ましい。
また、圧電素子23を構成する内部電極層は、圧電体層を形成するセラミックスと同時焼成により形成されたものである。第1の内部電極層および第2の内部電極層からなり、圧電体層と交互に積層されて圧電体層を上下から挟んでいる。内部電極層を形成する材料としては、種々の金属材料を用いることができる。例えば、低温焼成が可能な銀や銀−パラジウムを主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができるが、これらにセラミック成分やガラス成分を含有させてもよい。なお、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セラミック成分とを含有した材料で内部電極層を構成した場合、圧電体層と内部電極層との熱膨張差による応力を低減することができるので、積層不良のない圧電素子23を得ることができる。
圧電素子23としては、例えば上面側および下面側の主面が長方形状または正方形状といった多角形の形状、あるいは円形または楕円形といった形状をなしている板状体とすることができる。このような圧電素子23および振動板22と枠体21を用いることにより、音響発生器12を薄型にすることができる。
圧電素子23は例えば圧電体層が1層のモノモルフ構造であって構わないが、圧電体層が2層以上でバイモルフ構造とするのが好ましい。それにより、薄型化に貢献するとともに、少ないエネルギーで効率よく振動板22を振動できる。また、ある瞬間に加えられる電界による変位の向きが、厚み方向における一方側と他方側とで逆転するように分極されているバイモルフ構造においては、圧電素子23自体が屈曲振動することにより、振動板22との接合面での機械的損失を低減できるため、音圧の向上に寄与することができる。
振動板22としては、樹脂や金属等の種々の材料を用いて形成することができる。例えば、厚さ10〜200μmのポリエチレン、ポリイミド等の樹脂フィルムで振動板22を構成することができる。
圧電素子23はエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂等の接着剤により振動板22に接合されており、圧電素子23の振動によって振動板22が振動する。例えば、圧電素子23の表面電極に配線部材(図示せず)が接続され、この配線部材を介して圧電素子23に電気信号が入力されて圧電素子23が面内方向(振動板22の主面に平行な方向)に伸長した場合、振動板22自体は電気信号による変位を生じないため、結果的に振動板22は圧電素子23側へ凸となるように屈曲する。次に、この状態で電気信号の正負極を逆転すると圧電素子23が面内方向に収縮し、振動板22自体は電気信号による変位を生じないため、結果的に振動板22は圧電素子23側へ凹となるように屈曲する。すなわち、圧電素子23に交流信号を与えることにより、圧電素子23を面内方向に伸縮させて、振動板22に屈曲振動を与えることができる。
また、振動板22の主面の外周部を支持するように枠体21が設けられている。枠体21としては、例えば内周形状および外周形状が矩形である部材を用いることができる。図1および図2に示す例では、枠体21は振動板22の両主面を挟み込むように設けられている。
枠体21の厚さとしては、例えば100〜5000μmのものを採用することができる。また、枠体21の材質としては、例えばガラスや金属や樹脂など種々の材料を用いることができる。ガラスや金属の場合は剛性が高いため変形が小さく、音質が安定する。また、樹脂の場合は、ガラスや金属よりも剛性が小さく振動板22の振動による変形を起こしやすいため、振動板22の共振にスプリアス振動を誘発し易くなる。したがって、音圧特性において共振ピークが分散されピークやディップを低減でき、周波数特性を平坦化することができる。よって、音圧の平坦化による音質の向上を図ることができる。
なお、枠体21は振動板22を支持できるものであればよく、その形状等に特に制限はない。例えば、図1および図2に示すように、枠体21の外周形状が長方形状であり、内周形状も長方形状である縦横比が1よりも大きい形状であると、共振の分散に寄与し、ピークやディップの低減に寄与することができる。ただし、正方形、平行四辺形、台形および正n角形といった多角形であってもよく、円形や楕円形であってもよい。
また、図1および図2では圧電素子23が1個の場合を例示しているが、圧電素子23の個数を限定するものではない。
さらに、枠体21の枠内に圧電素子23を被覆するように樹脂層24が設けられてもよく、図1および図2においては、樹脂層24が設けられている例を示している。
ところで、このような圧電スピーカー2を液晶テレビやパソコン等の音源として用いるにあたり、例えば液晶テレビの筐体の一部である板部材11に放音孔としてスリット構造の開口部10を設け、開口部10(放音孔)より音を発する構成とされる。
それゆえ、圧電スピーカー2は、開口部10を有する板部材11(壁面1)に対し、開口部10と対向して取り付けられる。本実施形態の音響発生器12においては、この圧電スピーカー2を板部材11に取り付けるために保持部材3を備えている。保持部材3は、圧電スピーカー2の外周部を固定するとともに、一端が板部材11の壁面1と接続されて、板部材11の壁面1と圧電スピーカー2との間に囲まれた空間を形成している。なお、保持部材3は、圧電スピーカー2の外周部を固定する固定部31と、空間の少なくとも一部が開放された開放部13を形成するように構成された枠状部32を備えている。ここで、図1においては、保持部材3が固定部31と枠状部32とから構成されている例を示しているが、これらを一体の構成としてもよい。
ここで、本実施形態の音響発生器12において、枠状部32は、空間の少なくとも一部が開放された開放部13を形成するように構成されている。
音響発生器においては、開口部(放音孔)から発生される音の高音質化が求められている。従来、スリット構造の開口部が狭い場合に、放音孔から出る音において、高域の音が十分に再生出来ないという問題点があり、高域の音が十分に再生できることが求められていた。
これに対し、本実施形態によれば、音響発生器12と開口部10を有する板部材11の壁面1の間での音の圧縮を抑制でき、音響発生器12の最低共振周波数付近の低音が増強されず、周波数特性が平坦となる。これにより、高域の音の再生能力に優れた音響発生器12とすることができる。
開放部13とは、枠状部32よりも内側の内部空間と枠状部32よりも外側の外部空間とを接続する通路のようなものである。ここで、図2に示す音響発生器12においては、開放部13は、平面視で長方形状の枠状の部材の長辺に沿って切り欠かれたように設けられた形状になっているが、このような形状に限定されず、図3に示すように平面視で長方形状の枠状部32の長辺の一部が切り欠かれたように設けられた形状であってもよく、図4に示すように平面視で長方形状の枠状部32の長辺に設けられた貫通孔のような形状であってもよい。
枠状部32における開放部13は、少なくとも板部材11の開口部10の大きさ以上の大きさであることが好ましい。ここでいう開放部13が開口部10よりも大きさが大きいとは、開放部13および開口部10をそれぞれ正面から見たときに、開放部13のほうが開口部10よりも開口面積が大きいことを意味する。これにより、圧電スピーカー2で発生された音の一部が、効率よく枠状部32の開放部13より放出され、高域の音の再生能力に優れた音響発生器とすることができる。
また、枠状部32の開放部13は開口部10よりも大きくすることが好ましいことから、図1および図2に示すように、開口部10が長方形状のスリットであって、平面視で枠状部32の外形が長方形状である場合、開放部13は長方形状の長辺に沿って切り欠かれた形状とすることが好ましい。これにより、最低共振周波数付近の低音をより効果的に抑制できるとともに、短辺を切り欠く場合に比べて、音響発生器12が大型化することを抑制することができる。
なお、保持部材3における固定部31および枠状部32は、例えば、金属、ABS、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、それらのアロイ系樹脂等の樹脂など種々の材料を用いることができる。
開放部13は、枠状部32を切り欠くように加工して形成してもよく、また射出成形等により最初からそのような形状で形成してもよい。
図5は、開口部10を有する板部材11に、本実施形態の他の一例の音響発生器16が取り付けられた音響発生装置42を示し、(a)は平面図、(b)はA−A線断面図、(c)はB−B線断面図である。
図5に示す音響発生装置42は、図1に示す音響発生装置41と比較して、音響発生器16における保持部材3の一端側に周波数特性調整部材4が設けられている点で異なっている。ここで、保持部材3の一端側とは、保持部材3の固定部31または枠状部32における圧電スピーカー2の振動板22と板部材11の壁面1との間に位置する部分のことを意味する。
保持部材3の一端側に周波数特性調整部材4を備えることにより、周波数特性調整部材4が音の反射を一部遮ることとなる。それにより、音響発生器14と開口部10を有する板部材11の壁面1との間で生じる音の反射による周波数特性のピークディップをさらに低減することが出来る。
なお、周波数特性調整部材4は、圧電スピーカー2と開口部10を有する板部材11の壁面1との間で生じる音の反射の一部をさえぎればよく、その形状、大きさ、個数に特に制限はなく、音響発生器16の周波数特性にあわせて適宜調整すればよい。例えば、図5においては、板部材11の壁面1の面内方向に開口部10を幅方向に横切るように延びた形状として、固定部31に接続された周波数特性調整部材4を2つ設けた例を示しているが、例えば1つであってもよく、さらには枠状部32に接続されていてもよい。また、圧電素子23を複数個備える場合には、平面視でこれらの圧電素子23の間に位置するように配置してもよい。
なお、周波数特性調整部材4としては、圧電スピーカー2と開口部10を有する板部材11の壁面1の間で生じる音の反射の一部をさえぎることができる材質から構成すればよく、例えば、固定部31と同じ材質とすることができる。
図6は、開口部10を有する板部材11に、本実施形態のさらに他の一例の音響発生器17が取り付けられた音響発生装置43を示し、(a)は平面図、(b)はA−A線断面図、(c)はB−B線断面図である。
図6に示す音響発生装置43は、図5に示す音響発生装置42と比較して、音響発生器12における保持部材3の一端側に吸音材5が設けられている点で異なっている。ここでいう保持部材3の一端側も、保持部材3の固定部31または枠状部32における圧電スピーカー2の振動板22と板部材11の壁面1との間に位置する部分のことを意味する。
保持部材3の一端側に吸音材5を備えることにより、周波数特性のピークディップに関係している反射音を吸音材5で吸収することができ、周波数特性をさらに平坦にすることが出来る。
なお、吸音材5は、音響発生器17と開口部10を有する板部材11の壁面1との間で生じる音の反射の一部を吸収できればよく、その形状、大きさ、個数に特に制限はなく、音響発生器12の周波数特性にあわせて適宜調整すればよい。例えば、図6においては、枠状部32の一辺側の両端に2つ設けた例を示しているが、例えば、一端だけに設けるほか、全ての端に4つ設けてもよい。さらには、枠状部32の内面に沿って設けてもよい。
なお、吸音材5としては、音響発生器15と開口部10を有する板部材11の壁面1との間で生じる音の反射の一部を吸収ものであればよく、例えば、発泡ウレタン、発泡ゴム、綿状の繊維等を用いることができる。
図7は、開口部10を有する板部材11に、本実施形態のさらに他の一例の音響発生器18が取り付けられた音響発生装置44を示し、(a)は平面図、(b)はA−A線断面図、(c)はB−B線断面図である。
図7に示す音響発生装置44は、図6に示す音響発生装置43と比較して、音響発生器15の開口部10を有する壁面1への取り付け位置がずれている点で異なっている。
すなわち、図7に示す音響発生装置44は、音響発生器15が、壁面1の開口部10の中心と、圧電スピーカー2の中心とを、ずらして取り付けられており、それにより、音響発生器15と板部材11の壁面1との間で生じる反射音の周波数特性にバラつきが生じるため、周波数特性をより平坦とすることができる。
なお、音響発生器18を、板部材11の開口部10の中心と、圧電スピーカー2の中心とをずらして取り付けるにあたっては、平面透視した際に、開口部10が枠状部32の内側の範囲内でずれるようにすることが好ましい。
平面視で枠状部32の外形が長方形状である場合、開口部10が枠状部32の内側の範囲内でずれるように取り付けるにあたっては、枠状部32の対向する長辺と開口部10との距離が異なるように取り付けることが好ましい。これにより、枠状部32の開放部13と板部材11の開口部10との距離が異なることで、板部材11の壁面1と開口部10の距離に依存する共振周波数が変わり、共振周波数の集中による顕著なピークディップがなくなるため、周波数特性をより平坦とすることができる。
図8は、本実施形態の電子機器の一例を示すブロック図である。
図8に示すように、本例の電子機器50は、音響発生器12と、音響発生器12に接続された電子回路60と、電子回路60および音響発生器12を収容する筐体70とを備え、音響発生器12から音響を発生させる機能を有する。なお、図示しないが、電子機器50は、筐体70の一部が開口部を有する板部材となっていて、この筐体70の一部である開口部を有する板部材に対し、当該開口部と対向するように音響発生器が取り付けられている。
電子回路60は、たとえば、コントローラ50aと、送受信部50bと、キー入力部50cと、マイク入力部50dとから構成される。電子回路60は、音響発生器12に接続されており、音響発生器12へ音声信号を出力する機能を有している。音響発生器12は電子回路60から入力された音声信号に基づいて音響を発生させる。
また、電子機器50は、表示部50eと、アンテナ50fとを備え、上述した各デバイスを含めてこれらが筐体70に収容されている。なお、図8では、1つの筐体70にコントローラ50aをはじめとする各デバイスがすべて収容されている状態をあらわしているが、各デバイスの収容形態を限定するものではない。本実施形態では、少なくとも電子回路60と音響発生器12とが、1つの筐体70に収容されていればよい。
コントローラ50aは、電子機器50の制御部である。送受信部50bは、コントローラ50aの制御に基づき、アンテナ50fを介してデータの送受信などを行う。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、コントローラ50aの制御に基づき、表示情報の出力を行う。
そして、音響発生器12は、電子機器50における音響出力デバイスとして動作する。なお、音響発生器12は、電子回路60のコントローラ50aに接続されており、コントローラ50aによって制御された電圧の印加を受けて音響を発することとなる。
なお、図8では、電子機器50が携帯用端末装置であるものとして説明を行ったが、電子機器50の種別を問うものではなく、音響を発する機能を有する様々な民生機器に適用されてよい。たとえば、薄型テレビやカーオーディオ機器は無論のこと、音響を発する機能を有する製品、例を挙げれば、掃除機や洗濯機、冷蔵庫、電子レンジなどといった種々の製品に用いられてよい。
上述した本実施形態の電子機器50は、高域の音の再生能力に優れた音響発生器12を備えていることから、高域の音の再生能力に優れた電子機器50とすることができる。
本実施形態の音響発生装置の具体例について説明する。
音響発生器を取り付ける板部材として、長さが297mm、幅が210mm、厚みが4mmの長尺板状で、材質がABS樹脂製のものを用意した。なお、開口部は、長さが28mm、幅が3mm、厚みが4mmとした。
この開口部に対向するように音響発生器を取り付けた。音響発生器の一部を構成する圧電スピーカーは、長さが30mm、幅が10mm、厚みが15μmとし、材質がポリエーテルイミドの振動板に、長さが7mm、幅が6mm、厚みが0.19mmとし、圧電材料からなる圧電素子を取り付け、振動板の主面に、長さが30mm、幅が10mm、厚みが1mmのロの字型とし、ロの字の幅を1mmとし、材質がステンレス鋼からなる枠体を取り付けた。圧電素子は、熱硬化型エポキシ樹脂にて枠体内に埋設した。
この圧電スピーカーに、長さが34mm、幅が14mm、厚みが3mmのコの字型とし、コの字の幅を3mmとし、材質をABSとした保持部材3を、接着剤で貼り合わせて音響発生器を作製し、これを開口部と対向するように板部材に接着剤で貼り合わせて図1および図2に示すような形態の第1の音響発生装置とした。
また、上記第1の音響発生装置に、周波数特性調整材4として、長さが34mm、幅が3mm、厚みが1mmの板状で、材質をABSとしたものを2枚、壁面の面内方向に開口部を横切るように延びた形状として、保持部材に取り付けて図5に示すような形態の第2の音響発生装置を作製した。
また、上記第2の音響発生装置に、吸音材として、長さが4mm、幅が4mm、厚みが1mmのものを2個、保持部材の一辺側の両端に配置して図6に示すような形態の第3の音響発生装置を作製した。なお、吸音材の材質は発泡ウレタンとした。
さらに、第3の音響発生装置において、保持部材と音響発生器を壁面の開口部の中心位置から長辺方向に2mmずらして配置して図7に示すような形態の第4の音響発生装置を作製した。
なお、比較例として、上記圧電スピーカーに、長さが34mm、幅が14mm、厚みが3mmのロの字状の保持部材を貼り合わせて、比較例の音響発生装置を作製した。
これらの音響発生装置について、圧電素子に1kHzの周波数で実効値±7Vrmsとなる電圧で、1kHzから100kHzまでの周波数掃引試験を行い、周波数特性を測定した。
比較例の音響発生装置の結果を図9に、第1の音響発生装置の結果を図10に、第2の音響発生装置の結果を図11に、第3の音響発生装置の結果を図12に、第4の音響発生装置の結果を図13にそれぞれ示す。
以上の結果より、図10〜図13に示した本実施形態の音響発生装置は、比較例である図9に示した音響発生装置に比較して、10kHz付近のピークを低減できており、高域の音の再生能力に優れた音響発生装置であることが確認できた。
1 壁面
2 圧電スピーカー
3 保持部材
4 周波数特性調整部材
5 吸音材
10 開口部
11 板部材
12、14、15、16、17、18 音響発生器
13 開放部
41、42、43、44 音響発生装置
50 電子機器
60 電子回路
70 筺体
2 圧電スピーカー
3 保持部材
4 周波数特性調整部材
5 吸音材
10 開口部
11 板部材
12、14、15、16、17、18 音響発生器
13 開放部
41、42、43、44 音響発生装置
50 電子機器
60 電子回路
70 筺体
Claims (6)
- 開口部を有する板部材に対し、前記開口部と対向して取り付けられる音響発生器であって、圧電素子、該圧電素子が取り付けられた振動板および該振動板の少なくとも一方の主面の外周部を支持する枠体を有する圧電スピーカーと、該圧電スピーカーの外周部を固定するとともに、一端が前記板部材と接続されて前記板部材と前記圧電スピーカーとの間に囲まれた空間を形成する保持部材と、を備えてなり、該保持部材は、前記空間の少なくとも一部が開放された開放部を形成するように構成された枠状部を備えている音響発生器。
- 前記保持部材の一端側に、周波数特性調整部材が設けられている請求項1に記載の音響発生器。
- 前記保持部材の一端側に、吸音材が設けられている請求項1または請求項2に記載の音響発生器。
- 前記開口部を有する板部材と、前記開口部と対向して取り付けられた請求項1乃至請求項3のうちいずれかに記載の音響発生器とを備えている音響発生装置。
- 前記開口部の中心と前記圧電スピーカーの中心とがずれて取り付けられている請求項4に記載の音響発生装置。
- 請求項1乃至請求項3のうち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、該電子回路および前記音響発生器を収容する筐体とを備える電子機器。
Applications Claiming Priority (3)
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Publication Number | Publication Date |
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JPWO2017029828A1 true JPWO2017029828A1 (ja) | 2018-05-10 |
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JPH08107594A (ja) * | 1994-10-04 | 1996-04-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スピーカ装置 |
JPH10313499A (ja) * | 1997-05-12 | 1998-11-24 | Taiyo Yuden Co Ltd | 圧電音響装置 |
WO2014024528A1 (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-13 | 京セラ株式会社 | 音響発生器、音響発生装置および電子機器 |
-
2016
- 2016-03-15 WO PCT/JP2016/058072 patent/WO2017029828A1/ja active Application Filing
- 2016-03-15 JP JP2017535251A patent/JPWO2017029828A1/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08107594A (ja) * | 1994-10-04 | 1996-04-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スピーカ装置 |
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WO2014024528A1 (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-13 | 京セラ株式会社 | 音響発生器、音響発生装置および電子機器 |
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WO2017029828A1 (ja) | 2017-02-23 |
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