WO2011105046A1 - 圧電型音響変換器 - Google Patents

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WO2011105046A1
WO2011105046A1 PCT/JP2011/000969 JP2011000969W WO2011105046A1 WO 2011105046 A1 WO2011105046 A1 WO 2011105046A1 JP 2011000969 W JP2011000969 W JP 2011000969W WO 2011105046 A1 WO2011105046 A1 WO 2011105046A1
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WO
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piezoelectric
diaphragm
diaphragms
housing
acoustic transducer
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/000969
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English (en)
French (fr)
Inventor
明子 藤瀬
松村　俊之
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Publication date
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Priority to JP2011534946A priority patent/JP5514221B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04—Plane diaphragms
    • H04R7/06—Plane diaphragms comprising a plurality of sections or layers

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric acoustic transducer, and more particularly, to a piezoelectric acoustic transducer that achieves both space saving and improvement in bass reproduction capability.
  • piezoelectric speakers Conventional piezoelectric acoustic transducers (also referred to as “piezoelectric speakers”) reproduce sound using the bending deformation of the diaphragm utilizing the inverse piezoelectric effect and the natural resonance of the diaphragm itself. For this reason, the subject that it was inferior to a bass reproduction ability compared with the electrodynamic type speaker which has a diaphragm of the same area occurred.
  • a piezoelectric speaker in which a damper and an edge are formed between a frame and a diaphragm see, for example, Patent Document 1).
  • FIG. 28 is an external view of the piezoelectric speaker described in Patent Document 1.
  • the piezoelectric speaker 10 includes an outer frame 21, an inner frame 22, a piezoelectric element 30, diaphragms 41, 42, 43, 44, dampers 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, It has edges 61, 62, 63, 64.
  • the piezoelectric speaker 10 when an AC signal is applied in a direction perpendicular to the main surface of the piezoelectric element 30, the piezoelectric element 30 expands and contracts in the main surface direction due to the inverse piezoelectric effect, so that the diaphragms 41, 42, 43, 44 Bending deformation occurs. As a result, the piezoelectric speaker 10 generates sound waves in a direction perpendicular to the main surface.
  • the piezoelectric speaker 10 having the above-described configuration can reduce the support system stiffness by including the dampers 51 to 58 and the edges 61 to 64. For this reason, the lowest resonance frequency is lowered, and the bass reproduction limit can be lowered as compared with the conventional piezoelectric speaker.
  • an object of the present invention is to provide a piezoelectric acoustic transducer that can be reproduced with a high sound pressure without increasing the voltage applied to the piezoelectric element even in a low sound range in a limited space.
  • a piezoelectric acoustic transducer includes at least a housing having an opening formed on a wall surface and first and second piezoelectric diaphragms that vibrate in opposite phases when a voltage is applied.
  • One of the plurality of diaphragms is formed in the opening of the housing such that one surface faces the outside of the housing and the other surface faces the inside of the housing. It arrange
  • the radiation plate may be, for example, a first piezoelectric diaphragm, or another diaphragm different from the first and second piezoelectric diaphragms.
  • the first piezoelectric diaphragm may be disposed in the opening of the housing and operate as the radiation plate.
  • the second piezoelectric diaphragm is housed inside the housing.
  • the plurality of diaphragms are connected to the first piezoelectric diaphragm in a positional relationship shifted in the thickness direction, and vibrate with a combined amplitude transmitted from the first piezoelectric diaphragm.
  • a radiation plate may be included.
  • the first and second piezoelectric diaphragms are housed inside the housing.
  • the radiation plate and the first piezoelectric diaphragm may be arranged so as to face each other.
  • the piezoelectric acoustic transducer may include a connection member that connects the radiation plate and a position having the largest amplitude of the first piezoelectric diaphragm. Thereby, the vibrations of the first and second piezoelectric diaphragms can be efficiently transmitted to the radiation plate.
  • the piezoelectric acoustic transducer may include a fixing member that fixes the second piezoelectric diaphragm to the inner wall surface of the casing.
  • the piezoelectric acoustic transducer includes a fixing member that extends into and out of the casing through a gap provided in the casing, and fixes the second piezoelectric diaphragm to a rigid body outside the casing. You may prepare. Thereby, it is possible to prevent the vibrations of the first and second piezoelectric diaphragms from being transmitted to the housing.
  • the first and second piezoelectric diaphragms may have a substantially rectangular shape having a long side and a short side.
  • the connecting member is a long member extending along the short side of each of the first and second piezoelectric diaphragms, and connects the short sides of the first and second piezoelectric diaphragms. Also good.
  • first and second piezoelectric diaphragms may have a substantially rectangular shape.
  • the connecting member may connect the corners of the first and second piezoelectric diaphragms.
  • the bending rigidity of the connecting member in the direction intersecting with the main surface of the radiation plate may be larger than the bending rigidity of the first and second piezoelectric diaphragms in the main surface direction.
  • the first and second piezoelectric diaphragms may include a substrate and a piezoelectric element that is disposed on at least one of the front surface and the back surface of the substrate and expands and contracts when a voltage is applied.
  • the first and second piezoelectric diaphragms may be of a bimorph type having piezoelectric elements on both sides of the substrate, or may be of a monomorph type having piezoelectric elements only on one side of the substrate.
  • a wiring connecting the signal source and the piezoelectric element may be printed on the surface of the substrate on which the piezoelectric element is arranged.
  • the wiring extends from a signal source through one of the first and second piezoelectric diaphragms to the other, and the piezoelectric element of the first piezoelectric diaphragm and the second piezoelectric diaphragm.
  • the piezoelectric element may be electrically connected.
  • the wiring extends to the other via one of the first and second piezoelectric diaphragms through a through hole formed in the surface of the connecting member or in the connecting member. Also good.
  • the piezoelectric acoustic transducer may be formed of a flexible material and may include a sealing member that seals a gap between the radiation plate and the opening of the housing.
  • FIG. 1 is a front view of the piezoelectric speaker according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the first piezoelectric diaphragm.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a region VI in FIG.
  • FIG. 7 is a view showing a first modification of the connecting member.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a second modification of the connecting member.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view when the first piezoelectric diaphragm is most displaced in the sound wave radiation direction.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view when the first piezoelectric diaphragm is most displaced in the sound wave radiation direction.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view when the first piezoelectric diaphragm is most displaced in the direction opposite to the sound wave radiation direction.
  • FIG. 11 is a plan view of the piezoelectric speaker according to the second embodiment.
  • 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line XIV-XIV in FIG.
  • FIG. 15 is a front view of the piezoelectric speaker according to the third embodiment.
  • 16A is a cross-sectional view taken along the line XVI-XVI of FIG.
  • FIG. 16B is a diagram illustrating another form of the connection member according to the third embodiment.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line XVII-XVII in FIG. 16A.
  • FIG. 18 is a front view of the piezoelectric speaker according to the fourth embodiment.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line XIX-XIX in FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the line XX-XX in FIG.
  • FIG. 21 is a front view of the piezoelectric speaker according to the fifth embodiment.
  • 22 is a sectional view taken along line XXII-XXII in FIG.
  • FIG. 23 is a front view of the piezoelectric speaker according to the sixth embodiment.
  • 24 is a sectional view taken along line XXIV-XXIV in FIG.
  • FIG. 25 is an external view of an audiovisual apparatus to which the piezoelectric speaker according to each embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 26 is a schematic view showing a part of an array speaker module to which the piezoelectric speaker according to each embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 27 is a view of the piezoelectric speaker unit as seen from the back side.
  • FIG. 28 is an external view of a conventional piezoelectric speaker.
  • FIG. 1 is a front view of a piezoelectric speaker 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the first piezoelectric diaphragm 120.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a region VI in FIG.
  • the piezoelectric speaker 100 As shown in FIGS. 1 to 4, the piezoelectric speaker 100 according to the first embodiment is connected to a housing 110, a first piezoelectric diaphragm 120, and second piezoelectric diaphragms 130a and 130b. Members 140a and 140b, fixing members 150a and 150b, an edge 161, and a radiation plate protective film 162 are mainly provided.
  • This piezoelectric speaker 100 has a symmetrical structure with respect to the center line (not shown) in FIG.
  • the housing 110 is a substantially rectangular parallelepiped having a space for housing a diaphragm (described later).
  • an opening is provided in the wall surface on the front side of the housing 110.
  • the piezoelectric speaker 100 according to the first embodiment is mounted on, for example, a thin television, the thickness (the vertical dimension in FIG. 2) is extremely small compared to the length and width. .
  • the first piezoelectric diaphragm 120 and the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b are substantially rectangular (substantially rectangular) flat plate members having long sides and short sides, and vibrate when a voltage is applied. Functions as a diaphragm.
  • the first and second piezoelectric diaphragms 120, 130a, and 130b according to the first embodiment are examples of bimorph type piezoelectric diaphragms in which piezoelectric elements are mounted on both surfaces of the substrate, respectively. Then, you may employ
  • the first piezoelectric diaphragm 120 includes a substrate 121, a piezoelectric element 122 attached to the upper surface of the substrate 121, and a piezoelectric element 123 attached to the lower surface of the substrate 121.
  • the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b include substrates 131a and 131b, piezoelectric elements 132a and 132b attached to the upper surfaces of the substrates 131a and 131b, and piezoelectric elements 133a attached to the lower surfaces of the substrates 131a and 131b, respectively. , 133b.
  • first piezoelectric diaphragm 120 The configuration and operation of the first piezoelectric diaphragm 120 will be described in detail with reference to FIG. In addition, since the following description is common also to the 2nd piezoelectric diaphragm 130a, 130b, these description is abbreviate
  • the substrate 121 is a flat member and is made of a conductive material or an insulating material.
  • the piezoelectric elements 122 and 123 are flat members polarized in a direction intersecting (orthogonal) with the main surface, and are made of, for example, ceramics.
  • negative charges are unevenly distributed on the upper surface side of the piezoelectric elements 122 and 123
  • positive charges are unevenly distributed on the lower surface side, and the polarization direction is upward.
  • the piezoelectric element 122 is formed so that negative charges are distributed upward and positive charges are unevenly distributed in each crystal.
  • the polarization direction can be upward as a whole.
  • the upper and lower surfaces of the piezoelectric elements 122 and 123 are each connected to a signal source.
  • the potential applied to the upper surface and the lower surface is connected to the signal source so that the piezoelectric element 122 and the piezoelectric element 123 are reversed.
  • two signal sources are shown, but it goes without saying that one signal source and two piezoelectric elements 122 and 123 may be connected.
  • the wiring connecting the signal source and the piezoelectric elements 122 and 123 may be printed on the substrate 121, for example. Further, the wiring connected to the piezoelectric elements 122 and 123 may be further extended to the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b. That is, the wiring extending from the signal source is extended to the other via one of the first and second piezoelectric diaphragms 120, 130a, and 130b, and the piezoelectric elements 122, 123, 132a, 132b, 133a, and 133b are connected. You may make it mutually conduct
  • the piezoelectric element 122 when a positive potential is applied to the upper surface side and a negative potential is applied to the lower surface side, the piezoelectric element 122 has a direction parallel to the main surface (“main surface direction”). The same shall apply hereinafter).
  • the piezoelectric element 123 contracts in the main surface direction when a negative potential is applied to the upper surface side and a positive potential is applied to the lower surface side. As a result, the first piezoelectric diaphragm 120 is bent so that the central portion bulges upward as a whole.
  • the first piezoelectric diaphragm 120 bends so that the central portion swells downward. As a result, the first piezoelectric diaphragm 120 vibrates in accordance with the frequency of the signal source.
  • the first piezoelectric diaphragm 120 has a housing 110 such that one surface faces the outside of the housing 110 and the other surface faces the inside of the housing 110. And functions as a radiation plate that radiates sound waves.
  • the second piezoelectric diaphragms 130 a and 130 b according to the first embodiment are housed in the internal space of the housing 110.
  • the connecting members 140a and 140b connect the first piezoelectric diaphragm 120 and the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b in a positional relationship shifted in the thickness direction.
  • the connecting members 140a and 140b desirably have a high Young's modulus and a low density with respect to the substrates 121, 131a, and 131b.
  • the connecting member 140a connects the lower left end of the first piezoelectric diaphragm 120 and the upper right end of the second piezoelectric diaphragm 130a.
  • the connecting member 140b connects the lower right end of the first piezoelectric diaphragm 120 and the upper left end of the second piezoelectric diaphragm 130b. That is, in the first embodiment, the first piezoelectric diaphragm 120 is connected to the front surface side, and the second piezoelectric diaphragm 130a is connected so as to be displaced to the rear surface side.
  • the first piezoelectric diaphragm 120 and the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b face each other only at the portion connected by the connecting members 140a and 140b, and at the other portions. In order not to face each other, they are also displaced in the main surface direction (left-right direction in FIG. 2).
  • the connecting members 140 a and 140 b are arranged at the corners of the first piezoelectric diaphragm 120. That is, the connecting members 140a and 140b in the first embodiment connect the corners of the first and second piezoelectric diaphragms 120, 130a, and 130b.
  • connection member is not limited above,
  • side of the 1st and 2nd piezoelectric diaphragm 120, 130a, 130b may be sufficient.
  • connection member 140a With reference to FIGS. 6 to 8, the configuration and modification of the connecting member 140a will be described. In addition, since the following description is common also to the connection member 140b, description of the connection member 140b is abbreviate
  • One end (upper end) of the connecting member 140a is attached to the lower surface of the substrate 121 of the first piezoelectric vibration plate 120 where the piezoelectric element 123 is not attached.
  • the other end (lower end) of the connecting member 140b is attached to a portion of the upper surface of the substrate 131a of the second piezoelectric diaphragm 130 where the piezoelectric element 132a is not attached.
  • Fastening means such as a volt
  • the bending rigidity in the direction intersecting the main surface of the first piezoelectric diaphragm 120 of the connecting member 140a is larger than the bending rigidity in the main surface direction of the first and second piezoelectric diaphragms 120 and 130a. It is desirable to constitute the connecting member 140a. Thereby, the deformation of the connecting member 140a caused by the vibration of the first and second piezoelectric diaphragms 120 and 130a can be reduced.
  • the wiring extending between the first and second piezoelectric diaphragms 120 and 130a described above passes through the surface of the connecting member 140a or a through hole (not shown) formed in the connecting member 140a. May be.
  • the connecting member 141a shown in FIG. 7 the area of the surface in contact with the first and second piezoelectric diaphragms 120 and 130a is divided by an intermediate portion (refers to the portion between the two contact surfaces). It is larger than the area. Thereby, the deformation of the connecting member 141a caused by the vibration of the first and second piezoelectric diaphragms 120 and 130a can be further reduced.
  • the connecting member 142a shown in FIG. 8 includes a groove portion that grips the end portion of the substrate 121 of the first piezoelectric diaphragm 120 from the upper and lower sides on one side surface (right side in FIG. 8) of the upper end portion, and a lower end portion. 8 is provided with a groove portion for gripping the end portion of the substrate 131a of the second piezoelectric diaphragm 130a in the vertical direction on the other side surface (left side in FIG. 8). Also with the above configuration, the deformation of the connecting member 142a caused by the vibration of the first and second piezoelectric diaphragms 120 and 130a can be further reduced.
  • the fixing members 150a and 150b fix the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b.
  • the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b are fixed to the inner wall surface of the housing 110 by the fixing members 150a and 150b.
  • the left end portion of the second piezoelectric diaphragm 130a is fixed to the inner wall surface on the front side and the rear side of the housing 110 via the fixing member 150a.
  • the right end portion of the second piezoelectric diaphragm 130b is fixed to the inner wall surface on the front side and the rear side of the housing 110 via the fixing member 150b.
  • the configuration is not limited to the above, and the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b may be fixed to the inner wall surface on the side surface side of the casing 110 using the fixing members 150a and 150b.
  • the edge 161 functions as a sealing member that seals a gap between the opening of the housing 110 and the first piezoelectric diaphragm 120 that operates as a radiation plate.
  • the edge 161 is a frame body that follows the shape of the opening of the housing 110 and the first piezoelectric diaphragm 120, and the outer edge thereof is attached to the peripheral edge of the opening of the housing 110.
  • the inner edge is attached to the peripheral edge of the first piezoelectric diaphragm 120.
  • the material which comprises the edge 161 is not specifically limited, For example, it is desirable to comprise with flexible materials, such as a laminate material and urethane rubber.
  • the radiation plate protection film 162 is disposed so as to cover the surface of the first piezoelectric diaphragm 120 that operates as the radiation plate and faces the outside of the housing 110, and protects the first piezoelectric diaphragm 120.
  • the material which comprises the radiation plate protective film 162 is not specifically limited, For example, the same material as the edge 161 can be used.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view when the first piezoelectric diaphragm 120 is most greatly displaced in the sound wave radiation direction (the front side of the housing 110).
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view when the first piezoelectric diaphragm 120 is most greatly displaced in the direction opposite to the sound wave radiation direction (the back side of the housing 110). 9 and 10, the right side from the center of the piezoelectric speaker 100 is omitted.
  • the piezoelectric element 122 and the piezoelectric element 133a are elongated and deformed in the main surface direction, and the piezoelectric element 123 and the piezoelectric element 132a are the main surface. Shrink in the direction and deform.
  • the substrate 121 and the substrate 131a do not expand and contract. That is, the first piezoelectric diaphragm 120 is bent and deformed so as to bulge toward the front side of the casing 110, and the second piezoelectric diaphragm 130 a is bent and deformed so as to bulge toward the rear side of the casing 110.
  • the first and second piezoelectric diaphragms 120 and 130a undergo a bending deformation as shown in FIG. 9 as a whole.
  • the displacement of the first piezoelectric diaphragm 120 and the edge 161 that contributes to the sound pressure of the sound emitted from the piezoelectric speaker 100. Since the left end of the first piezoelectric diaphragm 120 is connected to the second piezoelectric diaphragm 130a via the connecting member 140a, the displacement of each point on the first piezoelectric diaphragm 120 is the first piezoelectric. This is the displacement due to the bending deformation of the diaphragm 120 itself plus the displacement of the right end of the second piezoelectric diaphragm 130a.
  • the first piezoelectric diaphragm 120 functioning as the radiation plate vibrates with an amplitude obtained by synthesizing the amplitudes of the first and second piezoelectric diaphragms 120 and 130a, that is, with an amplitude larger than each amplitude. .
  • a large displacement can be obtained as a whole without increasing the bending deformation of the first piezoelectric diaphragm 120 itself. it can.
  • a high sound pressure can be reproduced without increasing the voltage applied to the piezoelectric elements 122, 123, 132a, and 133a.
  • the edge 161 made of a flexible material is disposed around the first piezoelectric diaphragm 120 that contributes to the sound pressure, the reverse generated from the lower surface of the first piezoelectric diaphragm 120.
  • the first piezoelectric diaphragm 120 can be greatly displaced while preventing a decrease in sound pressure due to the wraparound of the phase sound to the upper surface.
  • the first piezoelectric diaphragm 120 and the second piezoelectric diaphragm 130a are connected in a direction perpendicular to the main surface via the connecting member 140a. For this reason, compared with the case where the main surface of the 1st and 2nd piezoelectric diaphragms 120 and 130a is located on the same plane, even when the internal thickness of the housing
  • the position of the second piezoelectric diaphragm 130 a can be set backward so that the piezoelectric element 132 a does not contact the inner wall surface on the front side of the housing 110.
  • the position of the first piezoelectric diaphragm 120 can be set forward so that the piezoelectric element 123 does not contact the inner wall surface on the back side of the housing 110.
  • the height of the connecting member 140a that prevents contact with the inner wall surface of the housing 110 has an upper limit value and a lower limit value, and is represented by the following Expression 1.
  • t joint represents the height of the connecting member 140a
  • x lower represents the maximum displacement amount of the right end portion of the second piezoelectric diaphragm 130a
  • x upper is the displacement difference between the left end portion and the central portion of the first piezoelectric diaphragm 120.
  • the maximum value, t c is the distance (inner dimension) between the inner wall surface on the front surface side and the inner wall surface on the rear surface side of the housing 110.
  • x lower , x lower ′, and x upper are the effective vibration area of the piezoelectric speaker 100, the distance between the piezoelectric speaker 100 and the sound receiving point, and the resonance of the lowest order within the reproduction frequency band of the piezoelectric speaker 100. This value is uniquely determined by the mode in frequency.
  • the maximum displacement in the sound wave emission direction can be further increased.
  • the first piezoelectric diaphragm 120 contributing to the sound pressure receives a pressure difference between the outer space and the inner space of the housing 110.
  • the second piezoelectric diaphragms 130 a and 130 b housed in the housing 110 can be regarded as receiving the same pressure from the upper side and the lower side in the inner space of the housing 110. For this reason, compared with a conventional speaker in which the entire diaphragm is affected by the stiffness of the air on the back surface of the housing 110, it is easy to reproduce low sounds even with a narrow housing volume.
  • FIG. 11 is a plan view of the piezoelectric speaker 200 according to the second embodiment.
  • 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line XIV-XIV in FIG.
  • the piezoelectric speaker 200 includes a housing 210, a first piezoelectric diaphragm 120, second piezoelectric diaphragms 130a and 130b, connecting members 140a and 140b, and a fixed member. It mainly includes members 250a and 250b, an edge 161, a radiation plate protective film 162, and fillers 270a and 270b.
  • the piezoelectric speaker 200 according to the second embodiment extends the fixing members 250a and 250b to the outside of the casing 210 and is connected to a device or a base. The point is different.
  • description will be made focusing on this feature, and in principle, description of features common to the piezoelectric speaker 100 according to the first embodiment will be omitted.
  • the fixing members 250a and 250b are not directly connected to the casing 210, but pass through a gap (opening) provided on the side surface of the casing 210 to be external fixing means (rigid body) (not shown). Connected to. Further, in the gap (opening) provided in the casing 210, the fillers 270a and 270b are filled between the casing 210 and the fixing members 250a and 250b.
  • the fillers 270a and 270b are desirably materials having a low Young's modulus and a high internal loss relative to the casing 210 and the fixing members 250a and 250b.
  • the casing 210 and the fixing members 250a and 250b are structurally independent from each other. For this reason, even when the piezoelectric speaker 200 is displaced with a large amplitude, the housing 210 is not easily affected by the vibrations of the first and second piezoelectric diaphragms 120, 130 a, and 130 b. For this reason, according to the second embodiment, it is possible to suppress deterioration in sound quality and generation of abnormal noise due to unnecessary resonance of the casing 210 without taking a separate anti-vibration measure.
  • a wiring extending from a signal source outside the housing 110 to the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b is provided on the surface or inside of the fixing members 150a and 150b. It is necessary to form in the hole.
  • the substrates 131a and 131b of the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b are extended to the portions of the fixing members 250a and 250b that extend to the outside of the casing 210.
  • the signal source and the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b can be directly connected. As a result, an effect of reducing the number of parts can be expected.
  • the wiring reaching the first piezoelectric diaphragm 120 may be routed from the signal source via the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b.
  • FIG. 15 is a front view of the piezoelectric speaker 300 according to the third embodiment.
  • 16A is a cross-sectional view taken along the line XVI-XVI of FIG.
  • FIG. 16B is a diagram showing another form of the connecting member.
  • 17 is a cross-sectional view taken along the line XVII-XVII in FIG. 16A.
  • the piezoelectric speaker 300 includes a housing 110, a first piezoelectric diaphragm 120, second piezoelectric diaphragms 130a and 130b, connecting members 140a and 140b, and a fixed member.
  • Members 150a and 150b, an edge 161, a radiation plate protective film 162, a diaphragm 370, and a connection member 371 are mainly provided.
  • the piezoelectric speaker 300 according to the third embodiment has a conical shape in which the piezoelectric element is not provided on the first piezoelectric diaphragm 120 via the connection member 371. This is different in that the diaphragm 370 is connected.
  • the diaphragm 370 is used as a radiation plate that serves as a sound wave radiation surface.
  • description will be made focusing on this feature, and in principle, description of features common to the piezoelectric speaker 100 according to the first embodiment will be omitted.
  • the diaphragm 370 does not include a piezoelectric element and has a substantially conical shape. That is, unlike the first and second piezoelectric diaphragms 120, 130a, and 130b, the diaphragm 370 cannot generate vibrations by itself. Therefore, the diaphragm 370 is disposed in the opening of the housing 110 and is connected to the first piezoelectric diaphragm 120 via the connection member 371.
  • connection member 371 connects the center portions (more preferably, the centers) of the surfaces of the diaphragm 370 and the first piezoelectric diaphragm 120 facing each other.
  • the first piezoelectric diaphragm 120 has the largest amplitude at the center. Therefore, the vibration of the first piezoelectric diaphragm 120 can be efficiently transmitted to the diaphragm 370 by connecting the connecting member 371 to the central portion of the first piezoelectric diaphragm 120 where the amplitude is the largest. .
  • connection member 371 when the connecting member 371 is attached at a position deviated from the center portion of the diaphragm 370, the vibration of the diaphragm 370 other than the vibration direction (vertical direction in FIG. 16A) may occur due to the bias of the driving force. Therefore, in order to prevent the occurrence of such shaking, it is preferable to connect the connection member 371 to the center portion of the diaphragm 370.
  • connection member 372 connects the central portion of the first piezoelectric diaphragm 120 and a circumferential region that is equidistant from the center of the diaphragm 370.
  • the connecting member 371 when the connecting member 371 is substantially point-contacted at one point in the center of the diaphragm 370, when the diaphragm 370 is vibrated at a high frequency, phase interference due to divided vibrations occurs. Can happen. Therefore, as shown in FIG.
  • the side facing the diaphragm 370 of the connecting member 372 has a cylindrical shape, and is substantially line-contacted at a position that is equidistant from the center of the diaphragm 370, so that Interference can be effectively prevented.
  • the attachment position of the connection member 372 is desirably a position where phase interference due to the divided vibration of the diaphragm 370 hardly occurs, that is, a position of a vibration mode node.
  • the diaphragm 370 preferably has high rigidity and low density as compared with the substrate materials of the first and second piezoelectric diaphragms 120, 130a, and 130b. Similar to the piezoelectric speaker 100 according to the first embodiment, the first piezoelectric diaphragm 120 and the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b are bent in opposite directions. On the other hand, the first piezoelectric diaphragm 120 according to the third embodiment is housed in the housing 110 at a position shifted to the back side with respect to the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b. That is, the positional relationship between the first piezoelectric diaphragm 120 and the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b is opposite to that of the piezoelectric speaker 100 according to the first embodiment.
  • the edge 161 is attached around the first piezoelectric diaphragm 120 including the piezoelectric elements 122 and 123. In the third embodiment, the edge 161 is disposed in the opening of the housing 110. An edge 161 is attached around the diaphragm 370.
  • the position where the displacement in the low frequency range is the maximum among the first and second piezoelectric diaphragms 120, 130a, and 130b (that is, the central portion of the first piezoelectric diaphragm 120).
  • a diaphragm 370 not provided with a piezoelectric element is connected to and used as a sound wave radiation region.
  • the whole radiation area can be displaced greatly and a sound pressure can be obtained efficiently.
  • the bending deformation of the sound wave radiation region can be made extremely small as compared with the case where the first piezoelectric diaphragm 120 is used as the sound wave radiation region.
  • phase interference due to the divided vibration of the first piezoelectric diaphragm 120 hardly occurs even at a high frequency, and deterioration of sound quality can be prevented.
  • FIG. 18 is a front view of a piezoelectric speaker 400 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line XIX-XIX in FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the line XX-XX in FIG.
  • the piezoelectric speaker 400 includes a housing 110, a first piezoelectric diaphragm 420, second piezoelectric diaphragms 430a to 430f, and connecting members 140a to 140f (140a, 140b only), fixing members 150a to 150f, an edge 161, and a radiation plate protective film 162 are mainly provided.
  • the piezoelectric speaker 400 according to the fourth embodiment has a sound wave radiation surface among the first and second piezoelectric diaphragms 420 and 430a to 430f.
  • the first piezoelectric diaphragm 420 serving as a circle is circular
  • the second piezoelectric diaphragms 430a to 430f accommodated in the housing 110 are arranged radially along the circumference of the first piezoelectric diaphragm 420. Is different.
  • description will be made focusing on this feature, and in principle, description of features common to the piezoelectric speaker 100 according to the first embodiment will be omitted.
  • six second piezoelectric diaphragms 430a to 430f are connected via coupling members 140a to 140f to the circumferential portion of the first piezoelectric diaphragm 420 serving as a sound wave radiation surface.
  • the first piezoelectric diaphragm 420 serving as a sound wave radiation surface is formed into a circular shape, whereby bending deformation can be made symmetric with respect to the sound wave radiation axis.
  • FIG. 21 is a front view of a piezoelectric speaker 500 according to the fifth embodiment.
  • 22 is a sectional view taken along line XXII-XXII in FIG.
  • the piezoelectric speaker 500 includes a housing 110, a first piezoelectric diaphragm 120, second piezoelectric diaphragms 130a and 130b, a third piezoelectric diaphragm 580a, 580b, connecting members 140a to 140d, fixing members 150a and 150b, a diaphragm 570, a connecting member 571, an edge 161, and a radiation plate protective film 162 are mainly provided.
  • the piezoelectric speaker 500 according to the fifth embodiment has a substantially rectangular shape in which the piezoelectric body is not provided on the first piezoelectric diaphragm 120 via the connection member 571.
  • a flat diaphragm 570 is connected and third piezoelectric diaphragms 580a and 580b are provided.
  • description will be made focusing on this feature, and in principle, description of features common to the piezoelectric speaker 100 according to the first embodiment will be omitted.
  • an edge 161 is connected around a substantially rectangular diaphragm 570 having no piezoelectric element. Further, the central portion of the diaphragm 570 and the first piezoelectric diaphragm 120 are connected by a connecting member 571.
  • the end of the first piezoelectric diaphragm 120 is connected to the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b via the connecting members 140a and 140b. Furthermore, the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b are connected to the third piezoelectric diaphragms 580a and 580b via the connecting members 140c and 140d.
  • the third piezoelectric diaphragm 580a includes a substrate 581 and four piezoelectric elements 582, 583, 584, and 585. More specifically, the piezoelectric element 582 is attached to the upper surface and the piezoelectric element 583 is attached to the lower surface of the left region of the substrate 581. On the other hand, in the right region of the substrate 581, the piezoelectric element 584 is attached to the upper surface and the piezoelectric element 585 is attached to the lower surface. A voltage is applied to the third piezoelectric diaphragm 580a so that the left region and the right region undergo bending deformation in opposite directions. Since the third piezoelectric diaphragm 580b has the same configuration, the description thereof is omitted.
  • the first, second, and third piezoelectric diaphragms 120, 130a, 130b, 580a, and 580b are arranged so that adjacent diaphragms undergo bending deformation in opposite directions. By doing so, a large displacement as a whole can be ensured without increasing the bending deformation of each diaphragm.
  • the third piezoelectric diaphragms 580a and 580b close to the fixing members 150a and 150b are configured so that the left and right regions are bent in opposite directions to each other without providing a connecting member.
  • the first piezoelectric diaphragm 120 and the second piezoelectric diaphragms 130a and 130b which are far from the fixing members 150a and 150b and have a large displacement, are coupled using the coupling members 140a to 140d, so Even when the inner dimension is small, the first and second piezoelectric diaphragms 120, 130 a, and 130 b can be effectively prevented from contacting the inner wall surface of the housing 110.
  • FIG. 23 is a front view of a piezoelectric speaker 600 according to the sixth embodiment.
  • 24 is a sectional view taken along line XXIV-XXIV in FIG.
  • the piezoelectric speaker 600 includes a housing 610, a first piezoelectric diaphragm 120, a second piezoelectric diaphragm 130a, a connecting member 140a, a fixing member 150a, An edge 161, a radiation plate protective film 162, a diaphragm 670, and a connecting member 671 are mainly provided.
  • the piezoelectric speaker 600 according to the sixth embodiment has a substantially rectangular shape that does not include a piezoelectric body via the connecting member 671 on the first piezoelectric diaphragm 120.
  • a flat diaphragm 670 is connected and the second piezoelectric diaphragm 130 a is attached only to one side of the first piezoelectric diaphragm 120.
  • An edge 161 is connected around a substantially rectangular diaphragm 670 having no piezoelectric element. Further, since the amplitude of the cantilevered first piezoelectric diaphragm 120 is maximized at the right end portion, the connecting member 671 connects the central portion of the diaphragm 670 and the right end portion of the first piezoelectric diaphragm 120. . Further, the left end portion of the first piezoelectric diaphragm 120 is connected to the second piezoelectric diaphragm 130a via the connecting member 140a. Furthermore, the left end portion of the second piezoelectric diaphragm 130a is fixed to the inner wall surface on the front side and the rear side of the housing 610 via the fixing member 150a.
  • the diaphragm 670 is displaced in the sound wave radiation direction only by deformation of the first and second piezoelectric diaphragms 120 and 130a.
  • the vibration plate 670 connected to the portion is likely to be tilted or shaken in either of the left and right directions, and there may be a problem that a displacement parallel to the sound wave emission direction cannot be obtained.
  • the piezoelectric speaker 600 can cause a large displacement without causing asymmetry in the vibration of the sound wave radiation surface even under a condition where the number of parts is limited.
  • the plurality of second piezoelectric diaphragms 130a and 130b may be connected to the first piezoelectric diaphragm 120, as in the first embodiment, As in the embodiment, only one second piezoelectric diaphragm 130 a may be connected to the first piezoelectric diaphragm 120.
  • FIG. 25 is an external view of an audiovisual apparatus 700 to which the piezoelectric speaker according to each embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 25, the audiovisual apparatus 700 is disposed at the device housing 710, the display 720 disposed at the center of the front surface of the device housing 710, and the left and right end portions of the front surface of the device housing 710.
  • the piezoelectric speakers 730a and 730b of the present invention are provided.
  • the audiovisual apparatus 700 is a thin television such as a liquid crystal display, a plasma display, or an organic EL (Electro Luminescence) display, for example, and the depth of the apparatus housing 710 is very narrow. For this reason, the space for storing the piezoelectric speakers 730a and 730b is narrow. As a result, in the conventional electrodynamic speaker, the displacement of the diaphragm is mechanically restricted, and the movement of the diaphragm is hindered by the influence of the back air, making it difficult to reproduce low sounds.
  • the piezoelectric speaker and the housing structure according to the first to sixth embodiments even when the piezoelectric speakers 730a and 730b are housed in the device housing 710 having a thin internal thickness, reproduction in the low sound range is possible. It can be done well. As an example, if the section taken along line II-II in FIG. 25 is FIG. 2, a large diaphragm displacement can be obtained even in a limited space inside the equipment housing 710, and the low frequency range is reproduced well. As a result, it is possible to provide audio content having a high degree of matching with video.
  • FIG. 26 is a schematic view showing a part of an array speaker module 800 to which the piezoelectric speaker according to each embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 27 is a diagram of the piezoelectric speaker unit 810 viewed from the back side.
  • the array speaker module 800 is configured by combining a plurality of piezoelectric speaker units 810 as shown in FIG. More specifically, each of the piezoelectric speaker units 810 has a substantially hexagonal shape, and the adjacent piezoelectric speaker units 810 are arranged so as to share a side.
  • an edge 861 is connected to the peripheral edge portion of the first piezoelectric diaphragm 820 that functions as a sound wave emitting surface.
  • the first piezoelectric diaphragm 820 is connected to the second piezoelectric diaphragms 830a, 830b, and 830c via connecting members 840a, 840b, and 840c indicated by dotted lines.
  • the second piezoelectric diaphragms 830a, 830b, and 830c are fixed to a housing (not shown) via fixing members 850a, 850b, and 850c, respectively.
  • one end of each of the three fixing members 850a to 850c is integrally connected at a position facing the central portion of the first piezoelectric diaphragm 820, and the other end is connected to an external frame (not shown).
  • the eighth embodiment is different from the first to seventh embodiments, and the first piezoelectric diaphragm 820 and the second piezoelectric diaphragms 830a, 830b, 830c are arranged to face each other. . Accordingly, a plurality of piezoelectric speaker units 810 can be arranged at a minimum interval without requiring a mounting area exceeding the area of the sound wave radiation region. As a result, the sound field assumed by the array speaker module 800 can be faithfully reproduced in a wide frequency band.
  • the piezoelectric speaker of the present invention is not limited to home use, for example, an in-vehicle audio system or a passenger transport notification system that requires a reduction in thickness and weight and a low-frequency reproduction. You may apply to.
  • the size is not limited to the size mounted as a normal AV device woofer or mid-range speaker, but from a size that is adopted as a subwoofer alone, to a speaker that supports a small size such as an earphone / receiver. It may be applied.
  • the present invention is not limited to applications that emit sound waves in the air.
  • the vibration of a structure is controlled, or the vibration of a solid or fluid is indirectly controlled by acoustic excitation. It may be used as an actuator.
  • the present invention is applied as means for converting an electrical signal into mechanical vibration and sound wave as an input.
  • the present invention may be applied to other piezoelectric transducers, and may be applied to sensors and microphones.
  • the present invention can be used for piezoelectric acoustic transducers and the like, and is particularly useful when it is desired to achieve both space saving and improvement of bass reproduction capability in a piezoelectric speaker, or to prevent deterioration of sound quality due to the influence of a speaker cabinet. It is.
  • Piezoelectric speaker 21 Outer frame 22 Inner frame 30, 122, 123, 132a, 132b, 133a, 133b, 582, 583, 584, 585 Piezoelectric element 41 , 42, 43, 44, 370, 570, 670 Diaphragm 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 Damper 61, 62, 63, 64 Edge 110, 210, 610 Housing 120, 420, 820 First piezoelectric diaphragm 121, 131a, 131b, 581 Substrate 130a, 130b, 430a, 430b, 430c, 430d, 430e, 430f, 830a, 830b, 830c Second piezoelectric diaphragm 140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f, 141a, 142a, 840a, 840b, 840c Connecting member

Landscapes

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Abstract

　圧電型スピーカ（１００）は、壁面に開口部が形成された筐体（１１０）と、電圧を印加することによって互いに逆位相で振動する第１及び第２の圧電振動板（１２０、１３０ａ、１３０ｂ）を少なくとも含む複数の振動板と、第１及び第２の圧電振動板（１２０、１３０ａ、１３０ｂ）を、厚み方向にずれた位置関係で連結する連結部材（１４０ａ、１４０ｂ）とを備え、複数の振動板のうちの１つは、一方側の面が筐体（１１０）の外側に対面し、他方側の面が筐体（１１０）の内側に対面するように筐体（１１０）の開口部に配置され、第１及び第２の圧電振動板（１２０、１３０ａ、１３０ｂ）の振幅を合成した振幅で振動することによって音波を放射する放射板として動作する。

Description

圧電型音響変換器
　本発明は、圧電型音響変換器に関し、より特定的には、省スペース化と低音再生能力向上とを両立した圧電型音響変換器に関するものである。
　従来の圧電型音響変換器（「圧電型スピーカ」ともいう）は、逆圧電効果を利用した振動板の曲げ変形と振動板自身の固有共振とを用いて音を再生する。このため、同等面積の振動板を持つ動電型スピーカと比べて低音再生能力に劣るという課題があった。この課題を解決する手段として、フレームと振動板との間にダンパおよびエッジを形成した圧電型スピーカがあった（例えば、特許文献１参照）。
　図２８は、特許文献１に記載された圧電型スピーカの外観図である。圧電型スピーカ１０は、アウタフレーム２１と、インナフレーム２２と、圧電素子３０と、振動板４１、４２、４３、４４と、ダンパ５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８と、エッジ６１、６２、６３、６４とを有している。圧電型スピーカ１０において、圧電素子３０の主面に垂直な方向に交流信号を印加すると、圧電素子３０が逆圧電効果によりその主面方向に伸縮するために、振動板４１、４２、４３、４４に曲げ変形が生じる。その結果、圧電型スピーカ１０は、主面に対して垂直な方向に音波を発生させる。
　上記構成の圧電型スピーカ１０は、ダンパ５１～５８と、エッジ６１～６４とを備えることで支持系スティフネスを低くすることが可能である。このため、最低共振周波数を低下させ、従来の圧電型スピーカと比べて低音再生限界を低くできる構成となっている。
特開２００１－１６０９９９号公報
　しかしながら、上記構成の圧電型スピーカ１０で低音域に十分な音量を得ようとすると、高い電圧を印加して圧電素子３０の伸縮量を増やす必要がある。このため、次の二つの課題が生じる。第一に、高い交流電圧を印加することにより圧電素子３０の電気的な許容入力範囲を超える電界が加わると、圧電素子３０の性能劣化の問題が生ずる。第二に、圧電素子３０の曲げ変形量が圧電体材料の限界破壊応力を上回ることによる割れ破壊の問題が生ずる。
　それゆえ、本発明の目的は、限られたスペースで、低音域においても圧電素子への印加電圧を増やすことなく、高い音圧で再生可能な圧電型音響変換器を提供することである。
　本発明の一形態に係る圧電型音響変換器は、壁面に開口部が形成された筐体と、電圧を印加することによって互いに逆位相で振動する第１及び第２の圧電振動板を少なくとも含む複数の振動板と、前記第１及び第２の圧電振動板を、厚み方向にずれた位置関係で連結する連結部材とを備える。そして、前記複数の振動板のうちの１つは、一方側の面が前記筐体の外側に対面し、他方側の面が前記筐体の内側に対面するように前記筐体の開口部に配置され、前記第１及び第２の圧電振動板の振幅を合成した振幅で振動することによって音波を放射する放射板として動作する。
　上記構成によれば、低音域においても圧電素子への印加電圧を増やすことなく、高い音圧で再生可能な圧電型音響変換器を得ることができる。なお、放射板は、例えば、第１の圧電振動板であってもよいし、第１及び第２の圧電振動板とは異なる他の振動板であってもよい。
　一例として、前記第１の圧電振動板は、前記筐体の開口部に配置されて前記放射板として動作してもよい。この場合、前記第２の圧電振動板は、前記筐体の内部に収納される。
　他の例として、前記複数の振動板には、厚み方向にずれた位置関係で前記第１の圧電振動板に接続され、前記第１の圧電振動板から伝達される合成した振幅で振動する前記放射板が含まれてもよい。この場合、前記第１及び第２の圧電振動板は、前記筐体の内部に収納される。
　また、前記放射板と前記第１の圧電振動板とは、互いに対面するように配置されてもよい。さらに、該圧電型音響変換器は、前記放射板と、前記第１の圧電振動板の最も振幅の大きい位置とを接続する接続部材を備えてもよい。これにより、第１及び第２の圧電振動板の振動を効率よく放射板に伝達することができる。
　さらに、該圧電型音響変換器は、前記第２の圧電振動板を、前記筐体の内壁面に固定する固定部材を備えてもよい。
　さらに、該圧電型音響変換器は、前記筐体に設けられた隙間を通じて前記筐体の内外に延在し、前記第２の圧電振動板を前記筐体の外の剛体に固定する固定部材を備えてもよい。これにより、第１及び第２の圧電振動板の振動が筐体に伝わるのを防止することができる。
　また、前記第１及び第２の圧電振動板は、長辺及び短辺を有する略矩形形状であってもよい。そして、前記連結部材は、第１及び第２の圧電振動板それぞれの短辺に沿って延びる長尺状の部材であって、第１及び第２の圧電振動板の短辺同士を連結してもよい。
　また、前記第１及び第２の圧電振動板は、略矩形形状であってもよい。そして、前記連結部材は、第１及び第２の圧電振動板それぞれの角部同士を連結してもよい。
　また、前記連結部材の前記放射板の主面と交差する方向の曲げ剛性は、前記第１及び第２の圧電振動板の主面方向の曲げ剛性より大きくてもよい。これにより、第１及び第２の圧電振動板の振動によって生じる連結部材の変形を小さくすることができる。
　また、前記第１及び第２の圧電振動板は、基板と、前記基板の表面及び裏面の少なくとも一方に配置され、電圧を印加することによって伸縮する圧電素子とを含んでもよい。第１及び第２の圧電振動板は、基板の両面に圧電素子を備えるバイモルフ型であってもよいし、基板の片面だけに圧電素子を備えるモノモルフ型であってもよい。
　また、前記基板の前記圧電素子が配置されている面には、信号源と前記圧電素子とを接続する配線がプリントされていてもよい。
　また、前記配線は、信号源から前記第１及び第２の圧電振動板の一方を経由して他方にまで延在し、前記第１の圧電振動板の圧電素子と前記第２の圧電振動板の圧電素子とを導通させてもよい。
　さらに、前記配線は、前記連結部材の表面又は前記連結部材の内部に形成された貫通孔を通って、前記第１及び第２の圧電振動板の一方を経由して他方にまで延在してもよい。
　さらに、該圧電型音響変換器は、柔軟材料で構成され、前記放射板と前記筐体の開口部との間の隙間を封止する封止部材を備えてもよい。
　上述した本発明によれば、低音域においても圧電素子への印加電圧を増やすことなく、高い音圧で再生可能な圧電型音響変換器を得ることができる。
図１は、第１の実施形態に係る圧電型スピーカの正面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。 図４は、図２のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。 図５は、第１の圧電振動板の拡大図である。 図６は、図２の領域ＶＩの拡大図である。 図７は、連結部材の第１の変形例を示す図である。 図８は、連結部材の第２の変形例を示す図である。 図９は、第１の圧電振動板が音波の放射方向に最も大きく変位したときの概略断面図である。 図１０は、第１の圧電振動板が音波の放射方向とは逆の向きに最も大きく変位したときの概略断面図である。 図１１は、第２の実施形態に係る圧電型スピーカの平面図である。 図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩにおける断面図である。 図１３は、図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩにおける断面図である。 図１４は、図１３のＸＩＶ－ＸＩＶにおける断面図である。 図１５は、第３の実施形態に係る圧電型スピーカの正面図である。 図１６Ａは、図１５のＸＶＩ－ＸＶＩにおける断面図である。 図１６Ｂは、第３の実施形態に係る接続部材の他の形態を示す図である。 図１７は、図１６ＡのＸＶＩＩ－ＸＶＩＩにおける断面図である。 図１８は、第４の実施形態に係る圧電型スピーカの正面図である。 図１９は、図１８のＸＩＸ－ＸＩＸにおける断面図である。 図２０は、図１９のＸＸ－ＸＸにおける断面図である。 図２１は、第５の実施形態に係る圧電型スピーカの正面図である。 図２２は、図２１のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩにおける断面図である。 図２３は、第６の実施形態に係る圧電型スピーカの正面図である。 図２４は、図２３のＸＸＩＶ－ＸＸＩＶにおける断面図である。 図２５は、本発明の各実施形態に係る圧電型スピーカを適用した映像音響機器の外観図である。 図２６は、本発明の各実施形態に係る圧電型スピーカを適用したアレイスピーカモジュールの一部を示す概略図である。 図２７は、圧電型スピーカユニットを背面側から見た図である。 図２８は、従来の圧電型スピーカの外観図である。
　以下、図面を参照して、本発明の各実施形態に係る圧電型スピーカについて具体的に説明する。
　（第１の実施形態）
　図１～図６を参照して、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００を説明する。図１は、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００の正面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。図４は、図２のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。図５は、第１の圧電振動板１２０の拡大図である。図６は、図２の領域ＶＩの拡大図である。
　第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００は、図１～図４に示されるように、筐体１１０と、第１の圧電振動板１２０と、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂと、連結部材１４０ａ、１４０ｂと、固定部材１５０ａ、１５０ｂと、エッジ１６１と、放射板保護膜１６２とを主に備える。この圧電型スピーカ１００は、図２の中心線（図示省略）に対して左右に対称な構造である。
　筐体１１０は、振動板（後述）を収納する空間を内部に有する略直方体である。また、筐体１１０の前面側の壁面には、開口部が設けられている。なお、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００は、例えば、薄型テレビ等に搭載されるので、長さや幅と比較して、厚み（図２の上下方向の寸法）が極めて小さくなっている。
　第１の圧電振動板１２０及び第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂは、長辺と短辺とを有する略矩形形状（略長方形状）の平板状部材であり、電圧を印加することによって振動する振動板として機能する。なお、第１の実施形態に係る第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａ、１３０ｂは、それぞれ基板の両面に圧電素子を装着したバイモルフ型の圧電振動板の例を示したが、本発明では、基板の一方の面にだけ圧電素子を装着したモノモフル型の圧電振動板を採用してもよい。
　すなわち、第１の圧電振動板１２０は、基板１２１と、基板１２１の上面に取り付けられる圧電素子１２２と、基板１２１の下面に取り付けられる圧電素子１２３とで構成される。同様に、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂは、それぞれ、基板１３１ａ、１３１ｂと、基板１３１ａ、１３１ｂの上面に取り付けられる圧電素子１３２ａ、１３２ｂと、基板１３１ａ、１３１ｂの下面に取り付けられる圧電素子１３３ａ、１３３ｂとで構成される。
　図５を参照して、第１の圧電振動板１２０の構成及び動作を詳しく説明する。なお、以下の説明は、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂにも共通するので、これらの説明は省略する。
　基板１２１は、平板状の部材であって、導電性材料又は絶縁性材料により構成される。圧電素子１２２、１２３は、主面と交差（直交）する方向に分極した平板状の部材であり、例えば、セラミックス等で構成される。図５の例では、圧電素子１２２、１２３の上面側に負の電荷が、下面側に正の電荷が偏在し、分極方向が上向きとなっている。より具体的には、図５の圧電素子１２２の部分拡大図で示されるように、各結晶内で負の電荷を上側に、正の電荷を下側に偏在させるように圧電素子１２２を形成することにより、全体として分極方向を上向きにできる。圧電素子１２３についても同様である。
　圧電素子１２２、１２３の上面及び下面は、それぞれ信号源に接続されている。図５の例では、上面及び下面に印加される電位が、圧電素子１２２と圧電素子１２３とで逆転するように、信号源に接続されている。なお、図５では、２つの信号源が図示されているが、１つの信号源と２つの圧電素子１２２、１２３とを接続してもよいことは言うまでもない。
　信号源と圧電素子１２２、１２３とを接続する配線は、例えば、基板１２１にプリントしてもよい。また、圧電素子１２２、１２３に接続されている配線を、さらに第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂにまで延長してもよい。すなわち、信号源から延びる配線を、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａ、１３０ｂの一方を経由して他方にまで延在させ、圧電素子１２２、１２３、１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ、１３３ｂを相互に導通させてもよい。
　上記構成の第１の圧電振動板１２０において、圧電素子１２２は、上面側に正の電位が、下面側に負の電位が印加されると、主面に平行な方向（「主面方向」と標記する。以下同じ。）に伸張する。一方、圧電素子１２３は、上面側に負の電位が、下面側に正の電位が印加されると、主面方向に収縮する。その結果、第１の圧電振動板１２０は、全体として中央部が上方に膨出するように撓む。一方、圧電素子１２２、１２３に印加される電圧の極性が逆転すると、第１の圧電振動板１２０は、中央部が下方に膨出するように撓む。その結果、第１の圧電振動板１２０は、信号源の周波数に合わせて振動する。
　また、第１の実施形態に係る第１の圧電振動板１２０は、一方側の面が筐体１１０の外側に対面し、他方側の面が筐体１１０の内側に対面するように筐体１１０の開口部に配置され、音波を放射する放射板として機能する。一方、第１の実施形態に係る第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂは、筐体１１０の内部空間に収納される。
　連結部材１４０ａ、１４０ｂは、第１の圧電振動板１２０と、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂとを、厚み方向にずれた位置関係で連結する。なお、連結部材１４０ａ、１４０ｂは、基板１２１、１３１ａ、１３１ｂに対して高いヤング率と低い密度を有していることが望ましい。
　図２の例では、連結部材１４０ａは、第１の圧電振動板１２０の下面左端と第２の圧電振動板１３０ａの上面右端とを連結する。同様に、連結部材１４０ｂは、第１の圧電振動板１２０の下面右端と第２の圧電振動板１３０ｂの上面左端とを連結する。すなわち、第１の実施形態においては、第１の圧電振動板１２０が前面側に、第２の圧電振動板１３０ａが背面側にずれた位置関係となるように連結されている。
　なお、第１の実施形態では、第１の圧電振動板１２０と、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂとが、連結部材１４０ａ、１４０ｂで連結されている部分でのみ対面し、その他の部分では対面しないように、主面方向（図２の左右方向）にもずれて配置されている。
　また、図３の例では、連結部材１４０ａ、１４０ｂは、第１の圧電振動板１２０の角部に配置されている。すなわち、第１の実施形態における連結部材１４０ａ、１４０ｂは、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａ、１３０ｂの角部同士を連結している。
　なお、連結部材の構成は上記に限定されず、例えば、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａ、１３０ｂの各辺に沿って延びる長尺状（棒状）の部材であってもよい。そして、このような連結部材によって、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａ、１３０ｂの辺同士を連結してもよい。この場合、短辺同士を連結するのが望ましい。
　図６～図８を参照して、連結部材１４０ａの構成及び変形例を説明する。なお、以下の説明は、連結部材１４０ｂにも共通するので、連結部材１４０ｂの説明は省略する。
　連結部材１４０ａの一端（上端）は、第１の圧電振動板１２０の基板１２１の下面で、圧電素子１２３が取り付けられていない部分に取り付けられる。また、連結部材１４０ｂの他端（下端）は、第２の圧電振動板１３０の基板１３１ａの上面で、圧電素子１３２ａが取り付けられていない部分に取り付けられる。具体的な取付方法は特に限定されないが、ボルト等の締結手段を用いてもよいし、接着材等を用いてもよい。
　ここで、連結部材１４０ａの第１の圧電振動板１２０の主面と交差する方向の曲げ剛性が、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａの主面方向の曲げ剛性より大きくなるように、連結部材１４０ａを構成するのが望ましい。これにより、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａの振動によって生じる連結部材１４０ａの変形を小さくすることができる。
　また、上述した第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａの間に延在する配線は、連結部材１４０ａの表面又は連結部材１４０ａの内部に形成された貫通孔（図示省略）を通るようにしてもよい。
　次に、図７に示される連結部材１４１ａは、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａに当接する面の面積を、中間部分（２つの当接面の間の部分を指す）の断面積より大きくしている。これにより、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａの振動によって生じる連結部材１４１ａの変形をさらに小さくすることができる。
　さらに、図８に示される連結部材１４２ａは、上端部の一方側（図８の右側）の側面に第１の圧電振動板１２０の基板１２１の端部を上下方向から把持する溝部と、下端部の他方側（図８の左側）の側面に第２の圧電振動板１３０ａの基板１３１ａの端部を上下方向から把持する溝部とを備える。上記構成によっても、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａの振動によって生じる連結部材１４２ａの変形をさらに小さくすることができる。
　固定部材１５０ａ、１５０ｂは、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂを固定する。第１の実施形態においては、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂは、固定部材１５０ａ、１５０ｂによって筐体１１０の内壁面に固定される。具体的には、第２の圧電振動板１３０ａの左端部は、固定部材１５０ａを介して筐体１１０の前面側および背面側の内壁面に固定される。第２の圧電振動板１３０ｂの右端部は、固定部材１５０ｂを介して筐体１１０の前面側および背面側の内壁面に固定される。但し、上記の構成に限らず、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂを固定部材１５０ａ、１５０ｂを用いて、筐体１１０の側面側の内壁面に固定してもよい。
　エッジ１６１は、筐体１１０の開口部と、放射板として動作する第１の圧電振動板１２０との間の隙間を封止する封止部材として機能する。具体的には、エッジ１６１は、筐体１１０の開口部及び第１の圧電振動板１２０の形状に沿う枠体であり、その外縁部が筐体１１０の開口部の周縁部に取り付けられ、その内縁部が第１の圧電振動板１２０の周縁部に取り付けられる。エッジ１６１を構成する材料は特に限定されないが、例えば、ラミネート材、ウレタンゴム等の柔軟材料で構成するのが望ましい。
　放射板保護膜１６２は、放射板として動作する第１の圧電振動板１２０の筐体１１０の外側に対面する面を覆うように配置され、第１の圧電振動板１２０を保護する。放射板保護膜１６２を構成する材料は特に限定されないが、例えば、エッジ１６１と同じ材料を用いることができる。
　このような構造を備えた圧電型スピーカ１００の電圧印加時の動作を、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、第１の圧電振動板１２０が音波の放射方向（筐体１１０の前面側）に最も大きく変位したときの概略断面図である。図１０は、第１の圧電振動板１２０が音波の放射方向とは逆方向（筐体１１０の背面側）に最も大きく変位したときの概略断面図である。なお、図９及び図１０では、圧電型スピーカ１００の中心から右側は省略して表示している。
　第１の圧電振動板１２０が音波の放射方向に変位するように電圧が印加されたとき、圧電素子１２２および圧電素子１３３ａは主面方向に伸び変形し、圧電素子１２３および圧電素子１３２ａは主面方向に縮み変形する。一方、基板１２１および基板１３１ａは伸縮しない。すなわち、第１の圧電振動板１２０は筐体１１０の前面側に膨出するように曲げ変形し、第２の圧電振動板１３０ａは筐体１１０の背面側に膨出するように曲げ変形する。この結果、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａは、全体として、図９に示すような曲げ変形をする。
　一方、第１の圧電振動板１２０が音波の放射方向とは逆向きに変位するように電圧が印加されたときは、圧電素子１２２、１２３、１３２ａ、１３３ａの伸縮は、図９の場合とは逆となる。その結果、図１０に示すような曲げ変形をする。すなわち、第１の圧電振動板１２０と第２の圧電振動板１３０ａは互いに逆の曲げ変形を起こす。
　ここで、圧電型スピーカ１００から放射される音の音圧に寄与するのは、第１の圧電振動板１２０及びエッジ１６１の変位である。第１の圧電振動板１２０の左端部は、連結部材１４０ａを介して第２の圧電振動板１３０ａと接続されているため、第１の圧電振動板１２０上の各点の変位は第１の圧電振動板１２０自身の曲げ変形による変位に第２の圧電振動板１３０ａの右端の変位を足したものとなる。その結果、放射板として機能する第１の圧電振動板１２０は、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａの振幅を合成した振幅、すなわち、個々の振幅より大きな振幅で振動することになる。
　したがって、圧電型スピーカ１００が第１の圧電振動板１２０のみで構成されている場合と比べて、第１の圧電振動板１２０そのものの曲げ変形を大きくすることなく、全体として大きな変位を得ることができる。このことにより、第１の実施形態によれば、圧電素子１２２、１２３、１３２ａ、１３３ａへの印加電圧を増やすことなく高い音圧を再生することができる。
　また、第１の実施形態によれば、音圧に寄与する第１の圧電振動板１２０の周囲に柔軟材料からなるエッジ１６１を配置したので、第１の圧電振動板１２０の下面から発生する逆位相音の上面への回りこみによる音圧低下を防ぎつつ、第１の圧電振動板１２０を大きく変位させることができる。
　また、第１の実施形態によれば、第１の圧電振動板１２０と第２の圧電振動板１３０ａとは、連結部材１４０ａを介して主面に垂直な方向に接続されている。このため、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａの主面が同一平面上に位置している場合と比べ、筐体１１０の内部厚みが薄い場合でも、変位した第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａが筐体１１０の内壁面に接触することを防ぎつつ、大きい変位を得ることができる。
　すなわち、図９では圧電素子１３２ａが筐体１１０の前面側の内壁面に接触しないように第２の圧電振動板１３０ａの位置を後方に設定することができる。同様に、図１０では圧電素子１２３が筐体１１０の背面側の内壁面に接触しないように第１の圧電振動板１２０の位置を前方に設定することができる。
　前述のように筐体１１０の内壁面に接触することを防ぐ連結部材１４０ａの高さは、上限値と下限値を持ち、下記の式１で表される。なお、式１のｔjointは連結部材１４０ａの高さを、ｘlowerは第２の圧電振動板１３０ａの右端部の変位量の最大値を、ｘlower’はエッジ１６１の端部と垂直断面を共有する位置（図９のＡ－Ａ’）での第２の圧電振動板１３０ａの変位量の最大値を、ｘupperは第１の圧電振動板１２０の左端部と中央部との変位差の最大値を、ｔｃは筐体１１０の前面側の内壁面と背面側の内壁面との間の距離（内寸）である。
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　ただし、ｘlower、ｘlower’、ｘupperは、それぞれ圧電型スピーカ１００の有効振動面積、圧電型スピーカ１００と受音点との距離、および圧電型スピーカ１００の再生周波数帯域内で最低次数の共振周波数におけるモードによって一意に決まる値である。
　また、第２の圧電振動板１３０ａの右端部および第２の圧電振動板１３０ｂの左端部をエッジ１６１の直下に配置することで、音波の放射方向の最大変位量をより大きくすることができる。
　さらに、第１の実施形態によれば、音圧に寄与する第１の圧電振動板１２０は、筐体１１０の外側空間と内側空間との圧力差を受ける。これに対して、筐体１１０の内部に収納されている第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂは、筐体１１０の内側空間において上側および下側から同一の圧力を受けると見なせる。このため、振動板全体が筐体１１０の背面の空気のスティフネスの影響を受ける従来のスピーカと比較して、狭い筐体容積でも低音の再生が容易となる。
　（第２の実施形態）
　図１１～図１４を参照して、第２の実施形態に係る圧電型スピーカ２００の構造を説明する。図１１は、第２の実施形態に係る圧電型スピーカ２００の平面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩにおける断面図である。図１３は、図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩにおける断面図である。図１４は、図１３のＸＩＶ－ＸＩＶにおける断面図である。
　圧電型スピーカ２００は、図１１～図１４に示されるように、筐体２１０と、第１の圧電振動板１２０と、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂと、連結部材１４０ａ、１４０ｂと、固定部材２５０ａ、２５０ｂと、エッジ１６１と、放射板保護膜１６２と、充填材２７０ａ、２７０ｂとを主に備える。
　第２の実施形態に係る圧電型スピーカ２００は、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００と比較して、固定部材２５０ａ、２５０ｂを筐体２１０の外側に延長させ、機器もしくは土台に接続した点が相違する。以下、この特徴を中心に説明を行い、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００と共通する特徴については原則として説明を省略する。
　第２の実施形態において、固定部材２５０ａ、２５０ｂは、筐体２１０と直接接続せず、筐体２１０の側面に設けられた隙間（開口部）を貫通して、図示されない外部固定手段（剛体）に接続される。また、筐体２１０に設けられた隙間（開口部）において、筐体２１０と固定部材２５０ａ、２５０ｂとの間には、充填材２７０ａ、２７０ｂが充填される。充填材２７０ａ、２７０ｂは、筐体２１０及び固定部材２５０ａ、２５０ｂに対して低いヤング率と、高い内部損失とを持つ材料であることが望ましい。
　以上の構造によって、筐体２１０と固定部材２５０ａ、２５０ｂとは互いに構造上独立する。このため、圧電型スピーカ２００が大振幅で変位した場合でも、筐体２１０が第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａ、１３０ｂの振動の影響を受けにくい。このため、第２の実施形態によれば、別途防振対策を施すことなく、筐体２１０の不要な共振による音質低下や異音発生を抑えることができる。
　また、第１の実施形態においては、例えば、筐体１１０の外部の信号源から第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂに至る配線を、固定部材１５０ａ、１５０ｂの表面、又は内部に設けられた貫通孔に形成する必要がある。一方、第２の実施形態においては、例えば、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂの基板１３１ａ、１３１ｂを、固定部材２５０ａ、２５０ｂの筐体２１０の外部に延在する部分にまで延長することで、信号源と第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂとを直接接続することができる。その結果、部品点数の削減効果が期待できる。なお、第１及び第２の実施形態どちらの場合においても、第１の圧電振動板１２０に至る配線は、信号源から第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂを経由するようにすればよい。
　（第３の実施形態）
　図１５～図１７を参照して、第３の実施形態に係る圧電型スピーカ３００の構造を説明する。図１５は、第３の実施形態に係る圧電型スピーカ３００の正面図である。図１６Ａは、図１５のＸＶＩ－ＸＶＩにおける断面図である。図１６Ｂは、接続部材の他の形態を示す図である。図１７は、図１６ＡのＸＶＩＩ－ＸＶＩＩにおける断面図である。
　圧電型スピーカ３００は、図１５～図１７に示されるように、筐体１１０と、第１の圧電振動板１２０と、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂと、連結部材１４０ａ、１４０ｂと、固定部材１５０ａ、１５０ｂと、エッジ１６１と、放射板保護膜１６２と、振動板３７０と、接続部材３７１とを主に備える。
　第３の実施形態に係る圧電型スピーカ３００は、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００と比較して、第１の圧電振動板１２０に接続部材３７１を介して圧電素子を備えない円錐形の振動板３７０を接続している点で相違する。この振動板３７０は、音波の放射面となる放射板として用いられる。以下、この特徴を中心に説明を行い、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００と共通する特徴については原則として説明を省略する。
　振動板３７０は、圧電素子を備えず、略円錐形状を有している。すなわち、振動板３７０は、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａ、１３０ｂと異なり、自ら振動を生ずることはできない。そこで、振動板３７０は、筐体１１０の開口部に配置され、接続部材３７１を介して第１の圧電振動板１２０に接続されている。
　より具体的には、振動板３７０と第１の圧電振動板１２０とは、互いに対面するように配置され、接続部材３７１によって相互に接続されている。一形態として、図１６Ａに示されるように、接続部材３７１は、振動板３７０及び第１の圧電振動板１２０の互いに対面する面の中央部（より好ましくは、中心）同士を接続している。
　第１の圧電振動板１２０は、中央部で最も振幅が大きくなる。そこで、第１の圧電振動板１２０の最も振幅の大きい位置である中央部に接続部材３７１を接続することにより、第１の圧電振動板１２０の振動を効率よく振動板３７０に伝達することができる。
　また、接続部材３７１が振動板３７０の中央部から外れた位置に取り付けられると、駆動力の偏りにより、振動板３７０に振動方向（図１６Ａの上下方向）以外の揺れを生じる可能性がある。そこで、このような揺れの発生を防止するためには、振動板３７０の中央部に接続部材３７１を接続するのが好ましい。
　他の形態として、図１６Ｂに示されるように、接続部材３７２は、第１の圧電振動板１２０の中央部と、振動板３７０の中心から等距離にある円周状の領域とを接続している。例えば、図１６Ａのように、接続部材３７１が振動板３７０の中央部の１点で実質的に点接触している場合において、振動板３７０を高い周波数で振動させると、分割振動による位相干渉が起こり得る。そこで、図１６Ｂのように、接続部材３７２の振動板３７０に対面する側を円筒形状とし、振動板３７０の中心から等距離だけ離れた位置で実質的に線接触させることにより、分割振動による位相干渉を有効に防止することができる。なお、接続部材３７２の取り付け位置は、振動板３７０の分割振動による位相干渉が起こりにくい位置、すなわち、振動モードの節の位置であることが望ましい。
　なお、振動板３７０は、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａ、１３０ｂの基板材料と比較して、高い剛性と低い密度を有することが望ましい。第１の圧電振動板１２０と第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂとは第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００と同様に、互いに逆向きの曲げ変形を生ずる。一方、第３の実施形態に係る第１の圧電振動板１２０は、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂに対して背面側にずれた位置で、筐体１１０内に収納される。すなわち、第１の圧電振動板１２０と第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂとの位置関係が、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００と反対になっている。
　また、第１の実施形態では、圧電素子１２２、１２３を備えた第１の圧電振動板１２０の周囲にエッジ１６１が取り付けられるが、第３の実施形態では、筐体１１０の開口部に配置される振動板３７０の周囲にエッジ１６１が取り付けられる。
　第３の実施形態によれば、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａ、１３０ｂのうちの低音域での変位が最大となる位置（すなわち、第１の圧電振動板１２０の中央部）に圧電素子を備えない振動板３７０を接続し、音波の放射領域として用いる。これにより、放射領域全面を大きく変位させることができ、効率よく音圧を得ることができる。また、第１の圧電振動板１２０を音波の放射領域として用いる場合と比較して、音波の放射領域の曲げ変形を非常に小さくすることができる。これにより、高い周波数においても第１の圧電振動板１２０の分割振動による位相干渉が起こりにくく、音質劣化を防ぐことができる。
　（第４の実施形態）
　図１８～図２０を参照して、第４の実施形態に係る圧電型スピーカ４００の構造を説明する。図１８は、第４の実施形態に係る圧電型スピーカ４００の正面図である。図１９は、図１８のＸＩＸ－ＸＩＸにおける断面図である。図２０は、図１９のＸＸ－ＸＸにおける断面図である。
　圧電型スピーカ４００は、図１８～図２０に示されるように、筐体１１０と、第１の圧電振動板４２０と、第２の圧電振動板４３０ａ～４３０ｆと、連結部材１４０ａ～１４０ｆ（１４０ａ、１４０ｂのみ図示）と、固定部材１５０ａ～１５０ｆと、エッジ１６１と、放射板保護膜１６２とを主に備える。
　第４の実施形態に係る圧電型スピーカ４００は、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００と比較して、第１及び第２の圧電振動板４２０、４３０ａ～４３０ｆのうち、音波の放射面としてはたらく第１の圧電振動板４２０を円形とし、筐体１１０に収納される第２の圧電振動板４３０ａ～４３０ｆを、第１の圧電振動板４２０の円周に沿って放射状に配置させた点で相違する。以下、この特徴を中心に説明を行い、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００と共通する特徴については原則として説明を省略する。
　第４の実施形態において、音波の放射面としてはたらく第１の圧電振動板４２０の円周部には、６つの第２の圧電振動板４３０ａ～４３０ｆが連結部材１４０ａ～１４０ｆを介して接続されている。
　第４の実施形態によれば、音波の放射面としてはたらく第１の圧電振動板４２０を円形とすることで、曲げ変形を音波の放射軸に対して対称に近づけることができる。これによって、圧電型スピーカ４００を点音源と見なせる周波数範囲の上限がより高い周波数へ広がり、所望の音場特性を実現するためのスピーカとして、信号入力による制御が容易となる。
　（第５の実施形態）
　図２１及び図２２を参照して、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００の構造を説明する。図２１は、第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００の正面図である。図２２は、図２１のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩにおける断面図である。
　圧電型スピーカ５００は、図２１及び図２２に示されるように、筐体１１０と、第１の圧電振動板１２０と、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂと、第３の圧電振動板５８０ａ、５８０ｂと、連結部材１４０ａ～１４０ｄと、固定部材１５０ａ、１５０ｂと、振動板５７０と、接続部材５７１と、エッジ１６１と、放射板保護膜１６２とを主に備える。
　第５の実施形態に係る圧電型スピーカ５００は、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００と比較して、第１の圧電振動板１２０に接続部材５７１を介して圧電体を備えない略矩形平板状の振動板５７０を接続すると共に、第３の圧電振動板５８０ａ、５８０ｂを設けた点で相違する。以下、この特徴を中心に説明を行い、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００と共通する特徴については原則として説明を省略する。
　第５の実施形態においては、圧電素子を備えない略矩形の振動板５７０の周囲に、エッジ１６１が接続されている。さらに、振動板５７０第１の圧電振動板１２０とは、中央部同士を接続部材５７１で接続されている。
　第１の圧電振動板１２０の端部は、連結部材１４０ａ、１４０ｂを介して第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂに接続される。さらに、第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂは、連結部材１４０ｃ、１４０ｄを介して第３の圧電振動板５８０ａ、５８０ｂに接続される。
　第３の圧電振動板５８０ａは、基板５８１と、４つの圧電素子５８２、５８３、５８４、５８５とで構成されている。より具体的には、基板５８１の左側の領域には、上面に圧電素子５８２が、下面に圧電素子５８３が取り付けられる。一方、基板５８１の右側の領域には、上面に圧電素子５８４が、下面に圧電素子５８５が取り付けられている。そして、第３の圧電振動板５８０ａは、左側の領域と右側の領域とが互いに逆方向の曲げ変形を生じるように電圧が印加される。なお、第３の圧電振動板５８０ｂの構成も共通するので、説明は省略する。
　第５の実施形態によれば、第１、第２、及び第３の圧電振動板１２０、１３０ａ、１３０ｂ、５８０ａ、５８０ｂを、隣接する振動板同士が互いに逆方向の曲げ変形を生じるように配置することで、個々の振動板の曲げ変形を大きくすることなく、全体として大きな変位を確保することができる。
　また、固定部材１５０ａ、１５０ｂに近い第３の圧電振動板５８０ａ、５８０ｂは、連結部材を設けずに、左右の領域を互いに逆方向の曲げ変形を生じるように構成する。一方、固定部材１５０ａ、１５０ｂから遠く、変位の大きい第１の圧電振動板１２０と第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂとは、連結部材１４０ａ～１４０ｄを用いて連結することで、筐体１１０の内寸が小さい場合でも、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａ、１３０ｂが筐体１１０の内壁面に接触することを効果的に防ぐことができる。
　（第６の実施形態）
　図２３及び図２４を参照して、第６の実施形態に係る圧電型スピーカ６００の構造を説明する。図２３は、第６の実施形態に係る圧電型スピーカ６００の正面図である。図２４は、図２３のＸＸＩＶ－ＸＸＩＶにおける断面図である。
　圧電型スピーカ６００は、図２３及び図２４に示されるように、筐体６１０と、第１の圧電振動板１２０と、第２の圧電振動板１３０ａと、連結部材１４０ａと、固定部材１５０ａと、エッジ１６１と、放射板保護膜１６２と、振動板６７０と、接続部材６７１とを主に備える。
　第６の実施形態に係る圧電型スピーカ６００は、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００と比較して、第１の圧電振動板１２０に接続部材６７１を介して圧電体を備えない略矩形平板状の振動板６７０を接続すると共に、第２の圧電振動板１３０ａを第１の圧電振動板１２０の片側のみに取り付けた点で相違する。以下、この特徴を中心に説明を行い、第１の実施形態に係る圧電型スピーカ１００と共通する特徴については原則として説明を省略する。
　圧電素子を備えない略矩形の振動板６７０の周囲には、エッジ１６１が接続される。また、片持ちの第１の圧電振動板１２０は右端部で振幅が最大となるので、接続部材６７１は、振動板６７０の中央部と、第１の圧電振動板１２０の右端部とを接続する。また、第１の圧電振動板１２０の左端部は、連結部材１４０ａを介して、第２の圧電振動板１３０ａに接続される。さらに、第２の圧電振動板１３０ａの左端部は、固定部材１５０ａを介して、筐体６１０の前面側及び背面側の内壁面に固定されている。
　ここで、振動板６７０は、第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａの変形のみによって音波の放射方向へ変位する。このとき、仮に第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａが共に同じ方向に曲げ変形を生じる場合、第１の圧電振動板１２０の右端部は、反り変形による傾きを有する。そのため当該部分に接続された振動板６７０が左右のいずれかの方向に傾きや揺れを起こしやすく、音波放射方向に平行な変位を得られないという問題が生じる可能性がある。
　これに対して、圧電型スピーカ６００の第１及び第２の圧電振動板１２０、１３０ａは、互いに逆方向の曲げを生じるため、第１の圧電振動板１２０の右端部は、著しい傾きを生じない。以上のことから、第６の実施形態に係る圧電型スピーカ６００では、部品点数が制約された条件においても音波の放射面の振動に非対称性を起こすことなく、大きな変位を起こすことができる。
　すなわち、本発明に係る圧電型スピーカは、第１の実施形態のように、第１の圧電振動板１２０に複数の第２の圧電振動板１３０ａ、１３０ｂを連結してもよいし、第６の実施形態のように、第１の圧電振動板１２０に第２の圧電振動板１３０ａを１つだけ連結してもよい。
　次に、第７および第８の実施形態では、以上に説明した本発明の圧電型スピーカの適用例を述べる。
　（第７の実施形態）
　　［第１の適用例］
　図２５は、本発明の各実施形態に係る圧電型スピーカを適用した映像音響機器７００の外観図である。映像音響機器７００は、図２５に示されるように、機器筐体７１０と、機器筐体７１０の前面の中央部に配置されるディスプレイ７２０と、機器筐体７１０の前面の左右両端部に配置される本発明の圧電型スピーカ７３０ａ、７３０ｂとを備える。
　映像音響機器７００は、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等の薄型テレビであって、機器筐体７１０の奥行きは非常に狭い。このため、圧電型スピーカ７３０ａ、７３０ｂを格納するためのスペースは狭小である。その結果、従来型の動電スピーカでは振動板変位が機構的に制約されると共に、背面空気の影響により振動板の運動が阻害され、低音の再生が難しい。
　ここで、第１～第６の実施形態に係る圧電型スピーカおよび筐体構造を用いれば、圧電型スピーカ７３０ａ、７３０ｂを内部厚みが薄い機器筐体７１０に収納した場合でも、低音域の再生を良好に行うことができる。例として、図２５のＩＩ－ＩＩにおける断面が図２であるとすれば、機器筐体７１０内部の限られたスペースでも大きな振動板変位を得ることができ、低音域を良好に再生し、結果として映像との一致感の高い音声コンテンツを提供することができる。
　（第８の実施形態）
　　［第２の適用例］
　図２６は、本発明の各実施形態に係る圧電型スピーカを適用したアレイスピーカモジュール８００の一部を示す概略図である。図２７は、圧電型スピーカユニット８１０を背面側から見た図である。
　アレイスピーカモジュール８００は、図２６に示されるように、複数の圧電型スピーカユニット８１０を組み合わせて構成されている。より具体的には、圧電型スピーカユニット８１０は、それぞれが略六角形状を有しており、隣り合う圧電型スピーカユニット８１０が互いに辺を共有するように配置される。
　圧電型スピーカユニット８１０は、音波の放射面としてはたらく第１の圧電振動板８２０の周縁部に、エッジ８６１が接続される。第１の圧電振動板８２０は、点線で示される連結部材８４０ａ、８４０ｂ、８４０ｃを介して、それぞれ第２の圧電振動板８３０ａ、８３０ｂ、８３０ｃに接続される。第２の圧電振動板８３０ａ、８３０ｂ、８３０ｃは、それぞれ固定部材８５０ａ、８５０ｂ、８５０ｃを介して、筐体（図示省略）に固定される。また、３つの固定部材８５０ａ～８５０ｃそれぞれの一方の端は、第１の圧電振動板８２０の中央部に対面する位置で一体接続されており、もう一方の端は図示されない外部フレームにそれぞれ接続される。
　ここで、第８の実施形態は第１～第７の実施形態と異なり、第１の圧電振動板８２０と第２の圧電振動板８３０ａ、８３０ｂ、８３０ｃとが、互いに対面するように配置される。このことにより、音波の放射領域の面積を超える搭載面積を必要とせず、複数の圧電型スピーカユニット８１０を最小限の間隔で配列することができる。この結果、広い周波数帯域でアレイスピーカモジュール８００の想定する音場を忠実に再生することができる。
　なお、第７および第８の実施形態においては、本発明の圧電型スピーカを家庭での音響コンテンツ再生のために適用した例を示した。しかし、本発明の圧電型スピーカの用途は家庭用に限るものではなく、たとえば車載用オーディオシステムや旅客輸送手段の報知システムなど、薄型化と軽量化とを求められ、かつ低音再生が求められる用途に適用してもよい。また、サイズも通常のＡＶ機器のウーハやミッドレンジ用スピーカとして搭載されるサイズに限定されるものではなく、単独でサブウーハとして採用されるサイズから、イヤホン・レシーバ等の小型サイズに対応するスピーカに適用しても良い。
　なお、以上の実施形態では、本発明を空気中に音波を放射するための圧電型スピーカとして適用した例を説明した。しかし、本発明は、空気中に音波を放射する用途に限定されることはなく、例えば、構造体の振動を制御したり、音響加振によって間接的に固体や流体の振動を制御したりするアクチュエータとして用いてもよい。
　また、以上の実施形態では、電気信号を入力として機械振動および音波に変換する手段として本発明を適用した。しかし、本発明は、他の圧電型変換器に適用してもよく、センサ、マイクに適用してもよい。
　以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
　本発明は、圧電型音響変換器等に利用可能であり、特に、圧電型スピーカにおいて省スペース化と低音再生能力向上を両立したい場合、あるいはスピーカキャビネットの影響による音質劣化を防ぎたい場合等に有用である。
　１０，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７３０ａ，７３０ｂ　圧電型スピーカ
　２１　アウタフレーム
　２２　インナフレーム
　３０，１２２，１２３，１３２ａ，１３２ｂ，１３３ａ，１３３ｂ，５８２，５８３，５８４，５８５　圧電素子
　４１，４２，４３，４４，３７０，５７０，６７０　振動板
　５１,５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８　ダンパ
　６１，６２，６３，６４　エッジ
　１１０，２１０，６１０　筐体
　１２０，４２０，８２０　第１の圧電振動板
　１２１，１３１ａ，１３１ｂ，５８１　基板　
　１３０ａ，１３０ｂ，４３０ａ，４３０ｂ，４３０ｃ，４３０ｄ，４３０ｅ，４３０ｆ，８３０ａ，８３０ｂ，８３０ｃ　第２の圧電振動板
　１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ，１４０ｅ，１４０ｆ，１４１ａ、１４２ａ，８４０ａ，８４０ｂ，８４０ｃ　連結部材
　１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ，１５０ｅ，１５０ｆ，２５０ａ，２５０ｂ，８５０ａ，８５０ｂ，８５０ｃ　固定部材
　１６１，８６１　エッジ
　１６２　放射板保護膜
　２７０ａ，２７０ｂ　充填材
　３７１，３７２，５７１，６７１　接続部材
　５８０ａ，５８０ｂ　第３の圧電振動板
　７００　映像音響機器
　７１０　機器筐体
　７２０　ディスプレイ
　８００　アレイスピーカモジュール
　８１０　圧電型スピーカユニット
 

Claims (14)

  1. 　壁面に開口部が形成された筐体と、
    　電圧を印加することによって互いに逆位相で振動する第１及び第２の圧電振動板を少なくとも含む複数の振動板と、
    　前記第１及び第２の圧電振動板を、厚み方向にずれた位置関係で連結する連結部材とを備え、
    　前記複数の振動板のうちの１つは、一方側の面が前記筐体の外側に対面し、他方側の面が前記筐体の内側に対面するように前記筐体の開口部に配置され、前記第１及び第２の圧電振動板の振幅を合成した振幅で振動することによって音波を放射する放射板として動作する
    　圧電型音響変換器。
  2. 　前記第１の圧電振動板は、前記筐体の開口部に配置されて前記放射板として動作し、
    　前記第２の圧電振動板は、前記筐体の内部に収納される
    　請求項１に記載の圧電型音響変換器。
  3. 　前記複数の振動板には、厚み方向にずれた位置関係で前記第１の圧電振動板に接続され、前記第１の圧電振動板から伝達される合成した振幅で振動する前記放射板が含まれ、
    　前記第１及び第２の圧電振動板は、前記筐体の内部に収納される
    　請求項１に記載の圧電型音響変換器。
  4. 　前記放射板と前記第１の圧電振動板とは、互いに対面するように配置され、
    　該圧電型音響変換器は、さらに、前記放射板と、前記第１の圧電振動板の最も振幅の大きい位置とを接続する接続部材を備える
    　請求項３に記載の圧電型音響変換器。
  5. 　該圧電型音響変換器は、さらに、前記第２の圧電振動板を、前記筐体の内壁面に固定する固定部材を備える
    　請求項２～４のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
  6. 　該圧電型音響変換器は、さらに、前記筐体に設けられた隙間を通じて前記筐体の内外に延在し、前記第２の圧電振動板を前記筐体の外の剛体に固定する固定部材を備える
    　請求項２～４のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
  7. 　前記第１及び第２の圧電振動板は、長辺及び短辺を有する略矩形形状であり、
    　前記連結部材は、第１及び第２の圧電振動板それぞれの短辺に沿って延びる長尺状の部材であって、第１及び第２の圧電振動板の短辺同士を連結する
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
  8. 　前記第１及び第２の圧電振動板は、略矩形形状であり、
    　前記連結部材は、第１及び第２の圧電振動板それぞれの角部同士を連結する
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
  9. 　前記連結部材の前記放射板の主面と交差する方向の曲げ剛性は、前記第１及び第２の圧電振動板の主面方向の曲げ剛性より大きい
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
  10. 　前記第１及び第２の圧電振動板は、基板と、前記基板の表面及び裏面の少なくとも一方に配置され、電圧を印加することによって伸縮する圧電素子とを含む
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
  11. 　前記基板の前記圧電素子が配置されている面には、信号源と前記圧電素子とを接続する配線がプリントされている
    　請求項１０に記載の圧電型音響変換器。
  12. 　前記配線は、信号源から前記第１及び第２の圧電振動板の一方を経由して他方にまで延在し、前記第１の圧電振動板の圧電素子と前記第２の圧電振動板の圧電素子とを導通させる
    　請求項１１に記載の圧電型音響変換器。
  13. 　前記配線は、前記連結部材の表面又は前記連結部材の内部に形成された貫通孔を通って、前記第１及び第２の圧電振動板の一方を経由して他方にまで延在する
    　請求項１２に記載の圧電型音響変換器。
  14. 　該圧電型音響変換器は、さらに、柔軟材料で構成され、前記放射板と前記筐体の開口部との間の隙間を封止する封止部材を備える
    　請求項１～１３のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
     
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