WO2016103826A1 - 音響発生器、音響発生装置及び電子機器 - Google Patents

音響発生器、音響発生装置及び電子機器 Download PDF

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piezoelectric element
sound
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大介 朝倉
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京セラ株式会社
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    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04—Plane diaphragms
    • 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
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R7/16—Mounting or tensioning of diaphragms or cones
    • H04R7/18—Mounting or tensioning of diaphragms or cones at the periphery
    • H04R7/22—Clamping rim of diaphragm or cone against seating

Definitions

  • the present invention relates to a sound generator, a sound generator, and an electronic device.
  • An acoustic generator including a diaphragm, a piezoelectric element attached to the diaphragm, and two frames that sandwich the diaphragm is known (see, for example, Patent Document 1).
  • This sound generator vibrates a diaphragm by applying a voltage to a piezoelectric element to vibrate, and outputs sound by actively utilizing resonance of such vibration.
  • a sound generator is housed in a housing and used as a sound generator, and is used by being incorporated in a small electronic device such as a mobile computing device.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an acoustic generator, an acoustic generator, and an electronic device that can improve sound quality.
  • the acoustic generator according to the present invention includes a piezoelectric element, a diaphragm to which the piezoelectric element is attached, a first frame member and a second frame member that sandwich and support an outer peripheral portion of the diaphragm, and the vibration
  • a first adhesive provided between an outer peripheral portion of the first main surface of the plate and the first frame member; an outer peripheral portion of the second main surface of the diaphragm; and the second frame member.
  • a second adhesive provided between the first adhesive and the second adhesive.
  • the elastic modulus of the first adhesive is different from the elastic modulus of the second adhesive.
  • the sound generator of the present invention includes the sound generator described above and a housing that houses the sound generator.
  • an electronic device including the above-described acoustic generator, an electronic circuit connected to the acoustic generator, and a housing that houses the electronic circuit and the acoustic generator. It has the function to generate.
  • the peak and dip are reduced in the frequency-sound pressure characteristics, and the sound quality is improved.
  • the sound generator and the electronic device of the present invention since the sound generator with improved sound quality is used, a high sound quality sound generator and electronic device can be realized.
  • (A) is a schematic perspective view which shows an example of the sound generator of this embodiment
  • (b) is a schematic sectional drawing cut
  • FIG. 1A is a schematic perspective view showing an example of the sound generator of the present embodiment
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.
  • the resin layer 5 shown in FIG. 1B is omitted.
  • the acoustic generator 10 of the present embodiment includes a piezoelectric element 1, a diaphragm 2 to which the piezoelectric element 1 is attached, a first frame member 31 and a second frame that sandwich and support the outer periphery of the diaphragm 2.
  • a second adhesive 42 provided between the second frame member and the elastic modulus of the first adhesive 41 and the elastic modulus of the second adhesive 42 are different.
  • Piezoelectric element 1 is used as an exciter constituting an acoustic generator.
  • the piezoelectric element 1 is provided on, for example, a laminate in which piezoelectric layers and internal electrode layers are alternately laminated, a surface electrode layer provided on the top and bottom surfaces of the laminate, and a side surface from which the internal electrode layer is derived. External electrodes.
  • the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element 1 is provided with ceramics having piezoelectric characteristics.
  • Ceramics Conventionally used piezoelectric materials such as lead zirconate titanate, lithium niobate, lithium tantalate, Bi layered compounds, tungsten bronze structure compounds, etc. are used as such ceramics. Ceramics can be used.
  • the thickness of one layer of the piezoelectric layer is preferably set to 0.01 to 0.1 mm, for example, so as to be driven at a low voltage. In order to obtain a large bending vibration, it is preferable to have a piezoelectric constant d31 of 200 pm / V or more.
  • the internal electrode layer constituting the piezoelectric element 1 is provided by simultaneous firing with the ceramic constituting the piezoelectric body layer, and includes a first internal electrode layer and a second internal electrode layer. Piezoelectric layers which are alternately stacked with the piezoelectric layers and sandwich the piezoelectric layers from above and below, and the first internal electrode layer and the second internal electrode layer are arranged in the stacking order, so that they are sandwiched between them A drive voltage is applied to the layer. Various metal materials can be used as the material constituting the internal electrode layer.
  • a conductor mainly composed of silver or silver-palladium that can be fired at a low temperature, or a conductor containing copper, platinum, or the like can be used, but these may contain a ceramic component or a glass component.
  • the internal electrode layer is made of a material containing a metal component composed of silver and palladium and a ceramic component that constitutes the piezoelectric layer, the stress due to the shrinkage difference during firing between the piezoelectric layer and the internal electrode layer Therefore, it is possible to obtain a piezoelectric element free from stacking faults.
  • the piezoelectric element 1 for example, a piezoelectric element made of a plate-like body in which the main surfaces on the upper surface side and the lower surface side have a polygonal shape such as a rectangular shape or a square shape, or a circular shape or an elliptical shape is preferable.
  • the acoustic generator can be made thin.
  • the piezoelectric element 1 preferably has a bimorph structure. That is, the piezoelectric material is polarized so that the direction of polarization relative to the direction of the electric field applied at a certain moment is reversed on one side (first main surface side) and the other side (second main surface side) in the thickness direction. Elements are preferred. Since it contributes to the reduction in thickness and can vibrate the diaphragm efficiently with less energy, a high-volume sound generator can be obtained.
  • the piezoelectric element 1 is attached to the main surface of the diaphragm 2, for example, and vibrates the diaphragm 2 by receiving a voltage and vibrating. Specifically, the main surface of the piezoelectric element 1 is bonded to the main surface of the diaphragm 2 with an adhesive such as an epoxy resin. The vibration plate 2 vibrates together with the piezoelectric element 1 due to the vibration of the piezoelectric element 1.
  • the diaphragm 2 can use various materials such as resin and metal.
  • the diaphragm 2 can be made of a resin film such as polyethylene or polyimide having a thickness of 10 to 200 ⁇ m.
  • the piezoelectric element 1 When the piezoelectric element 1 has a bimorph structure, a lead wire is connected to the external electrode, and when an electric signal is input to the piezoelectric element 1 through this lead wire and a voltage is applied, the diaphragm 2 is applied to the diaphragm 2 at a certain moment.
  • the piezoelectric layer on the lower surface side of the piezoelectric element 1 that is the bonded side contracts in the in-plane direction perpendicular to the stacking direction, and the piezoelectric layer on the upper surface side of the piezoelectric element 1 extends in the in-plane direction perpendicular to the stacking direction. The whole part is bent.
  • the piezoelectric element 1 can bend and vibrate, and the diaphragm 2 can be bent.
  • a flexible substrate FPC
  • FPC flexible substrate
  • the frame 3 is provided so that the outer peripheral part of the diaphragm 2 may be pinched and supported.
  • the outer peripheral portion of the diaphragm 2 is fixed by being sandwiched between the first frame member 31 and the second frame member 32 constituting the frame body 3.
  • a first adhesive 41 is provided between the first frame member 31 and the diaphragm 2, and between the second frame member 32 and the diaphragm 2.
  • a second adhesive 42 is provided.
  • first frame member 31 and the second frame member 32 have substantially the same inner peripheral shape and outer peripheral shape, and when viewed through the plane, the respective inner peripheries substantially coincide with each other, and the plan view The outer peripheries of the two are almost the same.
  • the thickness and material of the first frame member 31 and the second frame member 32 constituting the frame body 3 are not particularly limited, and various materials such as metal, resin, and glass can be used.
  • the first frame member 31 and the second frame member 32 constituting the frame 3 are preferably made of stainless steel having a thickness of 0.1 to 5.0 mm because of excellent mechanical strength and corrosion resistance. Can be used.
  • the width of the first frame member 31 and the second frame member 32 constituting the frame body 3 is, for example, 1.2 to 10.0 mm.
  • FIG. 1 shows the frame 3 whose inner peripheral shape is a substantially rectangular shape, it may be a polygon such as a parallelogram, a trapezoid, or a regular n-gon, and may be a circle or an ellipse. May be.
  • the acoustic generator 10 of this example may further include a resin layer 5 provided so as to cover the surfaces of the piezoelectric element 1 and the diaphragm 2 in the frame of the frame 3.
  • the resin layer 5 is preferably provided using, for example, an acrylic resin so that the Young's modulus is in the range of 1 MPa to 1 GPa, for example.
  • the resin layer 5 is not necessarily provided until the surface of the piezoelectric element 1 is covered, but is provided until the surface of the piezoelectric element 1 is covered, and the piezoelectric element 1 is embedded in the resin layer 5.
  • a moderate damping effect can be induced. Therefore, the resonance phenomenon can be suppressed, and the peak or dip in the frequency characteristic of the sound pressure can be suppressed to a small value.
  • FIG. 1B shows a state in which the resin layer 5 is provided so as to have the same height as the first frame member 31. However, the resin layer 5 is higher than the height of the first frame member 31. It may be formed as follows.
  • the piezoelectric element 1 is provided on the first main surface of the diaphragm 2, but the piezoelectric element 1 may be provided on both main surfaces of the diaphragm 2.
  • the piezoelectric element 1 may be a bimorph type piezoelectric element or a unimorph type piezoelectric element.
  • the acoustic generator 10 of the present embodiment includes the first adhesive 41 provided between the outer peripheral portion of the first main surface of the diaphragm 2 and the first frame member 31, and the diaphragm 2.
  • a second adhesive 42 provided between the outer peripheral portion of the second main surface and the second frame member, and an elastic modulus of the first adhesive 41 and an elastic modulus of the second adhesive 42. Is different.
  • first adhesive 41 and the second adhesive 42 for example, an adhesive such as a UV curable resin, a thermosetting resin, an anaerobic UV curable resin, or a UV thermosetting resin is used. Specifically, acrylic resins, epoxy resins, silicone resins, polyester resins and the like are used.
  • the thickness of the first adhesive 41 and the second adhesive 42 is, for example, 10 to 80 ⁇ m.
  • reflected waves having different frequencies are generated on the first main surface side and the second main surface side, or unnecessary vibrations are generated in the first frame member 31 and the second frame member 32. Since the resonance of the main vibration is disturbed and divided and damped, the peak and dip are reduced in the frequency-sound pressure characteristics and the sound quality is improved.
  • the piezoelectric element 1 is attached to the first main surface of the diaphragm 2, and the elastic modulus of the second adhesive 42 is smaller than the elastic modulus of the first adhesive 41.
  • the center of gravity of the composite vibrating body that vibrates integrally with the piezoelectric element 1 and the diaphragm 2 is closer to the piezoelectric element 1 side (first main surface side) than the center of the diaphragm 2 in the thickness direction. Therefore, by making the elastic modulus of the second adhesive 42 on the second main surface side smaller than the elastic modulus of the first adhesive 41 on the first main surface side, the amplitude of the diaphragm 2 is increased. It can be increased on the second main surface side. Therefore, sound pressure can be improved in addition to improvement of sound quality.
  • the first adhesive 41 has the second adhesive 42.
  • the elastic modulus of the first adhesive 41 is larger than the elastic modulus of the second adhesive 42, the load applied to the first adhesive 31 can be reduced. Therefore, it is possible to have the effect of suppressing the peeling between the diaphragm 2 and the first adhesive 31 and ensuring the durability.
  • the elastic modulus of the second adhesive 42 is smaller than the elastic modulus of the first adhesive 41
  • a configuration using an acrylic resin having an elastic modulus (Young's modulus) of 10 MPa to 100 MPa as the second adhesive 42 for example, an acrylic resin having an elastic modulus (Young's modulus) of 10 MPa to 100 MPa as the second adhesive 42.
  • an epoxy resin having an elastic modulus (Young's modulus) of 1 GPa to 10 GPa is used as the first adhesive 41
  • a silicone resin having an elastic modulus (Young's modulus) of 10 MPa to 100 MPa is used as the second adhesive 42. It may be used.
  • thermosetting adhesive such as an epoxy resin or an acrylic resin
  • UV curable adhesive such as an acrylic resin
  • the first frame member 31 and the second frame member 32 are peeled off from the diaphragm 2, The first adhesive 41 and the second adhesive 42 are taken out, and the elastic modulus (Young's modulus) of each taken out adhesive (cured product) may be measured by a dynamic viscoelastic method.
  • the piezoelectric element 1 is attached to the first main surface of the diaphragm 2, and the power supply member 6 to the piezoelectric element 1 is fixed to the first frame member 31.
  • the thickness of the adhesive 41 is preferably larger than the thickness of the second adhesive 42.
  • the power supply member 6 to the piezoelectric element 1 may be fixed to the first frame member 31 joined to the first main surface of the diaphragm 2 to which the piezoelectric element 1 is joined. At that time, the vibration of the piezoelectric element 1 propagates from the power supply member 6 to the diaphragm 2 via the first frame member 31, so that noise noise may be generated. In particular, if the elastic modulus of the first adhesive 41 is large, vibrations are likely to propagate and noise noise increases. On the other hand, by increasing the thickness of the first adhesive 41, the distance that the vibration propagates from the power feeding member 6 to the diaphragm 2 via the first frame member 31 is increased, and the first bonding is performed. It becomes easy to attenuate inside the agent 41. Thus, noise sound can be suppressed because the 1st adhesive agent 41 functions as a buffering material.
  • the thicknesses of the first adhesive 41 and the second adhesive 42 are adjusted, for example, between 0.01 and 0.3 mm, and the first adhesive 41 and the second adhesive 42 have the first
  • the thickness of the adhesive 41 is set to be 1.05 to 2.5 times thicker.
  • the power supply member 6 include a metal plate, a lead wire, and a printed board. In the case of a metal plate or a printed board, it may have a slit or the like in the width direction in consideration of flexibility.
  • the first adhesive 41 protrudes inward from the inner periphery of the first frame member 31. It may have a part.
  • the second adhesive 42 when viewed from a direction perpendicular to the first main surface of the diaphragm 2, is located at a position corresponding to the protruding portion of the first adhesive 41. It has the site
  • the reflected wave on the first adhesive 41 side having a large elastic modulus tends to reach the arrival time earlier than the reflected wave on the second adhesive 42 side having a small elastic modulus.
  • the 2nd adhesive agent 42 side Since the arrival time of the reflected wave by the side of the 1st adhesive agent 41 becomes still faster, the 2nd adhesive agent 42 side The difference from the reflected wave is increased, the peak and dip are further reduced in the frequency-sound pressure characteristics, and the sound quality can be further improved.
  • the first adhesive 41 protrudes inward from the inner periphery of the first frame member 31 when viewed from a direction perpendicular to the first main surface of the diaphragm 2.
  • the part may have a shape having irregularities. Since the protruding portion has an uneven shape, the reflected wave is scattered in the surface, which can contribute to further improvement in sound quality.
  • a protruding portion may be provided over the entire inner periphery of the first frame member 31, as in the example shown in FIG. It may be provided on a part of the inner periphery of the first frame member 31.
  • FIGS. 6 and 7 are graphs showing an example of frequency characteristics of sound pressure.
  • FIG. 6 shows frequency characteristics of sound pressure when the elastic modulus of the first adhesive 41 and the elastic modulus of the second adhesive 42 are different.
  • FIG. 7 shows frequency characteristics of sound pressure when the elastic modulus of the first adhesive 41 and the elastic modulus of the second adhesive 42 are the same.
  • the horizontal axis indicates the frequency
  • the vertical axis indicates the sound pressure.
  • the configurations other than the elastic modulus of the first adhesive 41 and the elastic modulus of the second adhesive 42, that is, the dimensions and materials of the respective members were set to be the same.
  • the piezoelectric element 1 is prepared.
  • a binder, a dispersant, a plasticizer, and a solvent are kneaded into a piezoelectric material powder to produce a slurry.
  • a piezoelectric material any of lead-based and non-lead-based materials can be used.
  • the obtained slurry can be formed into a sheet to obtain a green sheet, and an internal electrode paste is printed on the green sheet to form an internal electrode pattern, and the green sheet on which the electrode pattern is formed
  • an internal electrode paste is printed on the green sheet to form an internal electrode pattern
  • the green sheet on which the electrode pattern is formed For example, four sheets are laminated, and only a green sheet is laminated on the uppermost layer to produce a laminated molded body.
  • this laminated molded body is degreased, fired, and cut into a predetermined size to obtain a laminated body.
  • the outer peripheral portion is processed as necessary, the paste of the surface electrode layer is printed on the main surface in the stacking direction of the piezoelectric layer of the laminate, and then the external electrode is formed on both side surfaces in the longitudinal direction of the stack.
  • the laminated piezoelectric element 1 can be obtained by printing the paste and baking the electrodes at a predetermined temperature.
  • a DC voltage is applied through the surface electrode layer or the external electrode to polarize the piezoelectric layer of the piezoelectric element.
  • a film to be the diaphragm 2 is prepared, and the outer peripheral portion of the film is sandwiched between the first frame member 31 and the second frame member 32 and fixed in a state where tension is applied to the film.
  • a first adhesive 41 is provided between the first frame member 31 and the diaphragm 2
  • a second adhesive 42 is provided between the second frame member 32 and the diaphragm 2.
  • the second adhesive 42 made of UV curable resin is applied to the second main surface of the diaphragm 2 in a tensioned state in the shape of the second frame member 32 by using a method such as printing or a dispenser. After that, the second frame member 32 is pressed and cured by irradiation with UV (ultraviolet light).
  • the 1st adhesive agent 41 which consists of a thermosetting resin to the 1st main surface of the diaphragm 2 in the shape of the 1st frame member 31 using methods, such as printing and a dispenser, it heats.
  • the elastic modulus of the first adhesive 41 and the second adhesive 42 can be made different.
  • an acrylic resin adjusted to a different Young's modulus is used, for example, an epoxy resin and a silicone resin.
  • adhesives of different materials may be used.
  • the application amount when applying by printing or a dispenser can be changed, or the first frame member 31 and the first adhesive The pressing pressure condition with the second frame member 32 may be changed.
  • the acoustic generator 10 of this embodiment can be obtained by pouring resin inside the frame member, completely embedding the laminated piezoelectric element, and curing the resin layer.
  • the sound generation device is a sound generation device such as a so-called speaker.
  • the sound generation device 20 of this example includes a sound generator 10 and a housing 30 that houses the sound generator 10.
  • a part of the housing 30 may be the diaphragm 2 constituting the acoustic generator 10, and that the housing 30 accommodates the acoustic generator 10 means that a part of the acoustic generator 10 (piezoelectric element 1). ) Is also included.
  • the housing 30 resonates the sound generated by the sound generator 10 inside and radiates sound to the outside from an opening (not shown) provided in the housing 30.
  • an opening not shown
  • the sound pressure in a low frequency band can be increased.
  • Such a sound generator 20 can be used alone as a speaker, and can be suitably incorporated into a portable terminal, a thin-screen TV, a tablet terminal, or the like, as will be described later. Moreover, it can also be incorporated into home appliances that have not been prioritized in terms of sound quality, such as refrigerators, microwave ovens, vacuum cleaners, and washing machines.
  • the sound generator 20 of the present embodiment described above is configured using the sound generator 10 with improved sound quality, it has high sound quality and excellent sound performance.
  • the electronic device 50 of this example includes an acoustic generator 10, an electronic circuit 60 connected to the acoustic generator 10, and a housing 40 that houses the electronic circuit 60 and the acoustic generator 10. And having a function of generating sound from the sound generator 10.
  • the electronic device 50 includes an electronic circuit 60.
  • the electronic circuit 60 includes, for example, a controller 50a, a transmission / reception unit 50b, a key input unit 50c, and a microphone input unit 50d.
  • the electronic circuit 60 is connected to the sound generator 10 and has a function of outputting an audio signal to the sound generator 10.
  • the sound generator 10 generates sound based on the sound signal input from the electronic circuit 60.
  • the electronic device 50 includes a display unit 50e, an antenna 50f, and the sound generator 10, and includes a housing 70 that accommodates these devices.
  • FIG. 9 shows a state in which each device including the controller 50a is accommodated in one housing 40, the accommodation form of each device is not limited. In the present embodiment, it is only necessary that at least the electronic circuit 60 and the sound generator 10 are accommodated in one housing 40.
  • the controller 50 a is a control unit of the electronic device 50.
  • the transmission / reception unit 50b transmits / receives data via the antenna 50f based on the control of the controller 50a.
  • the key input unit 50c is an input device of the electronic device 50 and accepts a key input operation by an operator.
  • the microphone input unit 50d is also an input device of the electronic device 50, and accepts a voice input operation by an operator.
  • the display unit 50e is a display output device of the electronic device 50, and outputs display information based on the control of the controller 50a.
  • the sound generator 10 operates as a sound output device in the electronic device 50.
  • the sound generator 10 is connected to the controller 50a of the electronic circuit 60, and emits sound upon application of a voltage controlled by the controller 50a.
  • the electronic device 50 is described as a portable terminal device.
  • the electronic device 50 is not limited to the type of the electronic device 50, and may be applied to various consumer devices having a function of emitting sound.
  • flat-screen televisions and car audio devices can of course be used for products having a function of generating sound, for example, various products such as vacuum cleaners, washing machines, refrigerators, microwave ovens, and the like.
  • the electronic device of the present invention described above is configured using the sound generator 10 with improved sound quality, it has high sound quality and excellent sound performance.

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Abstract

　【課題】　音質が良好な音響発生器、音響発生装置および電子機器を提供する。　【解決手段】　本発明の音響発生器は、圧電素子１と、圧電素子１が取り付けられた振動板２と、振動板２の外周部を挟持して支持する第１の枠部材３１および第２の枠部材３２と、振動板２の第１の主面の外周部と第１の枠部材３１との間に設けられた第１の接着剤４１と、振動板２の第２の主面の外周部と第２の枠部材との間に設けられた第２の接着剤４２とを備え、第１の接着剤４１の弾性率と第２の接着剤４２の弾性率とが異なっている。

Description

音響発生器、音響発生装置及び電子機器
　本発明は、音響発生器、音響発生装置及び電子機器に関するものである。
　振動板、振動板に取り付けられた圧電素子、振動板を挟持する２つの枠体を備えた音響発生器が知られている（例えば特許文献１を参照）。この音響発生器は、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、例えば、筐体に収容されて音響発生装置として使用されているとともに、モバイルコンピューティング機器等の小型の電子機器に組み込まれて使用されている。
国際公開第２０１１／１６２００２号
　しかしながら、この音響発生器は、振動の支点が上下で揃っているため、圧電共振が強く発現する傾向があり、可聴周波数帯においてピークやディップが大きくなる傾向があった。それゆえ、可聴周波数帯での音質のさらなる向上が求められている。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、音質を向上させることのできる音響発生器、音響発生装置及び電子機器を提供することを目的とする。
　本発明の音響発生器は、圧電素子と、該圧電素子が取り付けられた振動板と、該振動板の外周部を挟持して支持する第１の枠部材および第２の枠部材と、前記振動板の第１の主面の外周部と前記第１の枠部材との間に設けられた第１の接着剤と、前記振動板の第２の主面の外周部と前記第２の枠部材との間に設けられた第２の接着剤とを備え、前記第１の接着剤の弾性率と前記第２の接着剤の弾性率とが異なっている。
　また本発明の音響発生装置は、上記の音響発生器と、該音響発生器を収容する筐体とを備えている。
　また本発明の電子機器は、上記の音響発生器と、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、前記音響発生器から音響を発生させる機能を有している。
　本発明の音響発生器によれば、周波数－音圧特性においてピークやディップが小さくなって、音質が向上する。
　また、本発明の音響発生装置および電子機器によれば、音質の向上した音響発生器を用いて構成されていることから、高音質の音響発生装置および電子機器を実現できる。
（ａ）は本実施形態の音響発生器の一例を示す概略斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ－Ａ線で切断した概略断面図である。 本実施形態の音響発生器の他の例を示す概略断面図である。 本実施形態の音響発生器の他の例を示す概略平面図である。 本実施形態の音響発生器の他の例を示す概略断面図である。 本実施形態の音響発生器の他の例を示す概略平面図である。 本実施形態の音響発生器の周波数特性の一例を示すグラフである。 比較例としての音響発生器の周波数特性の一例を示すグラフである。 本発明の音響発生装置の実施形態の一例の構成を示すブロック図である。 本発明の電子機器の実施形態の構成の一例を示すブロック図である。
　図１（ａ）は本実施形態の音響発生器の一例を示す概略斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ－Ａ線で切断した概略断面図である。なお、図１（ａ）では図１（ｂ）に示す樹脂層５は省略している。
　本実施形態の音響発生器１０は、圧電素子１と、圧電素子１が取り付けられた振動板２と、振動板２の外周部を挟持して支持する第１の枠部材３１および第２の枠部材３２と、振動板２の第１の主面の外周部と第１の枠部材３１との間に設けられた第１の接着剤４１と、振動板２の第２の主面の外周部と第２の枠部材との間に設けられた第２の接着剤４２とを備え、第１の接着剤４１の弾性率と第２の接着剤４２の弾性率とが異なっている。
　音響発生器を構成する励振器として、圧電素子１が用いられる。圧電素子１は、例えば圧電体層および内部電極層が交互に積層された積層体と、かかる積層体の上面および下面に設けられた表面電極層と、内部電極層が導出された側面に設けられた外部電極とを備える。
　圧電素子１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設けられたものである。このようなセラミックスとして、チタン酸ジルコン酸鉛（lead zirconate titanate）、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１層の厚みは、低電圧で駆動させるために、例えば０．０１～０．１ｍｍに設定することが好ましい。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１を構成する内部電極層は、圧電体層を構成するセラミックスと同時焼成により設けられたもので、第１の内部電極層および第２の内部電極層からなる。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おり、積層順に第１の内部電極層および第２の内部電極層が配置されることにより、それらの間に挟まれた圧電体層に駆動電圧を印加するものである。内部電極層を構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焼成時の収縮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を得ることができる。
　圧電素子１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からなる圧電素子が好ましく、このような圧電素子および後述の振動板２と枠体３とを用いることにより、音響発生器を薄型にすることができる。
　圧電素子１はバイモルフ構造とするのが好ましい。すなわち、ある瞬間に加えられる電界の向きに対する分極の向きが厚み方向における一方側（第１の主面側）と他方側（第２の主面側）とで逆転するように分極されている圧電素子が好ましい。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を振動できるため、高音量の音響発生器とすることができる。
　圧電素子１は、振動板２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２を振動させる。具体的には、圧電素子１の主面がエポキシ系樹脂等の接着剤により振動板２の主面に接合されている。そして、圧電素子１の振動によって、振動板２は圧電素子１とともに振動するようになっている。振動板２は、樹脂や金属等の種々の材料を用いることができる。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２を構成することができる。
　圧電素子１がバイモルフ構造である場合において、外部電極にリード線が接続され、このリード線を介して圧電素子１に電気信号が入力され電圧が印加されると、ある瞬間において、振動板２に接着された側である圧電素子１の下面側の圧電体層は積層方向に垂直な面内方向に縮み、圧電素子１の上面側の圧電体層は積層方向に垂直な面内方向に伸びるように変形して全体が屈曲する。したがって、圧電素子１に交流信号を与えることにより、圧電素子１が屈曲振動し、振動板２に屈曲振動を与えることができる。なお、リード線に代えて、フレキシブル基板（ＦＰＣ）を用いることもでき、これにより薄型化に有利となる。
　そして、振動板２の外周部を挟持して支持するように枠体３が設けられている。言い換えると、振動板２の外周部が枠体３を構成する第１の枠部材３１と第２の枠部材３２とに挟まれて固定されている。このとき、後述するように、第１の枠部材３１と振動板２との間には第１の接着剤４１が設けられており、第２の枠部材３２と振動板２との間には第２の接着剤４２が設けられている。このようにして、振動板２は枠体３の枠内に張った状態で枠体３に支持され、第１の枠部材３１と第２の枠部材３２とに挟まれていない部分は、自由に振動することができるようになっている。
　ここで、第１の枠部材３１および第２の枠部材３２とは、内周形状および外周形状がほぼ同じ形状のものであり、平面透視したときにそれぞれの内周がほぼ一致し、平面視したときにそれぞれの外周がほぼ一致する。また、枠体３を構成する第１の枠部材３１および第２の枠部材３２の厚みや材質などは、特に限定されるものではなく、金属、樹脂、ガラスなど種々の材料を用いることができる。例えば、枠体３を構成する第１の枠部材３１および第２の枠部材３２として、機械的強度および耐食性に優れるという理由から、厚さ０．１～５．０ｍｍのステンレス製のものを好適に用いることができる。また、枠体３を構成する第１の枠部材３１および第２の枠部材３２の幅としては、例えば１．２～１０．０ｍｍのものが用いられる。なお、図１には、その内周形状が略矩形状である枠体３を示しているが、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、本例の音響発生器１０は、枠体３の枠内において圧電素子１および振動板２の表面を覆うように設けられた樹脂層５をさらに備えてもよい。
　樹脂層５は、たとえば、アクリル系樹脂を用いてヤング率が例えば１ＭＰａ～１ＧＰａの範囲となるように設けられることが好ましい。この樹脂層５は必ずしも圧電素子１の表面を覆うまでに設けられていなくてもよいが、圧電素子１の表面を覆うまでに設けられ、さらには樹脂層５に圧電素子１が埋設されることで、適度なダンピング効果を誘発させることができる。したがって、共振現象を抑制して、音圧の周波数特性におけるピークやディップを小さく抑えることができる。図１（ｂ）においては、樹脂層５が第１の枠部材３１と同じ高さとなるように設けられた状態を示しているが、樹脂層５が第１の枠部材３１の高さよりも高くなるように形成されてもよい。
　ここで、圧電素子１、振動板２、第１の枠部材３１と第２の枠部材３２、第１の接着剤４１と第２の接着剤４２が一体とされて、全体として振動する複合振動体ととらえることもできる。
　なお、本例では圧電素子１が１個の場合を例示しているが、圧電素子１の個数を限定するものではない。また、本例では振動板２の第１の主面に圧電素子１を設けた場合を示しているが、振動板２の両主面に圧電素子１が設けられてもよい。また、圧電素子１としては、バイモルフ型の圧電素子であってもユニモルフ型の圧電素子であっても構わない。
　そして、本実施形態の音響発生器１０は、振動板２の第１の主面の外周部と第１の枠部材３１との間に設けられた第１の接着剤４１と、振動板２の第２の主面の外周部と第２の枠部材との間に設けられた第２の接着剤４２とを備え、第１の接着剤４１の弾性率と第２の接着剤４２の弾性率とが異なっている。
　第１の接着剤４１および第２の接着剤４２としては、例えばＵＶ硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、嫌気性ＵＶ硬化型樹脂、ＵＶ熱硬化型樹脂などの接着剤が用いられる。具体的には、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリエステル系樹脂などが用いられる。第１の接着剤４１および第２の接着剤４２の厚みとしては、例えば１０～８０μｍとされる。
　このような構成によれば、第１の主面側と第２の主面側とで異なる周波数の反射波を生じさせたり、第１の枠部材３１および第２の枠部材３２で生じる不要振動の減衰量を異ならせたりすることができるので、主振動の共振が乱されて分割、ダンピングされるため、周波数－音圧特性においてピークやディップが小さくなって音質が向上する。
　ここで、圧電素子１は振動板２の第１の主面に取り付けられており、第２の接着剤４２の弾性率が第１の接着剤４１の弾性率よりも小さいことが好ましい。
　圧電素子１と振動板２とで一体化して振動する複合振動体の重心は、振動板２の厚み方向の中心よりも圧電素子１の側（第１の主面側）にある。そのため、第２の主面側にある第２の接着剤４２の弾性率を第１の主面側にある第１の接着剤４１の弾性率よりも小さくすることで、振動板２の振幅を第２の主面側において高めることができる。したがって、音質の向上に加えて音圧も向上させることができる。
　また、複合振動体の重心が振動板２の厚み方向の中心よりも圧電素子１の側（第１の主面側）にあることで、第１の接着剤４１には第２の接着剤４２よりも大きな負荷がかかりやすいが、第１の接着剤４１の弾性率が第２の接着剤４２の弾性率よりも大きいことで、第１の接着剤３１にかかる負荷を低減できる。したがって、振動板２と第１の接着剤３１との間の剥離を抑制して、耐久性を確保できるとの効果もあわせ持つことができる。
　第２の接着剤４２の弾性率が第１の接着剤４１の弾性率よりも小さい構成としては、例えば、第１の接着剤４１として弾性率（ヤング率）を１ＧＰａ～１０ＧＰａとしたアクリル系樹脂を用い、第２の接着剤４２として弾性率（ヤング率）を１０ＭＰａ～１００ＭＰａとしたアクリル系樹脂を用いた構成が挙げられる。
　また、第１の接着剤４１として弾性率（ヤング率）を１ＧＰａ～１０ＧＰａとしたエポキシ系樹脂を用い、第２の接着剤４２として弾性率（ヤング率）を１０ＭＰａ～１００ＭＰａとしたシリコーン系樹脂を用いてもよい。
　また、第１の接着剤４１としてエポキシ樹脂やアクリル樹脂などの熱硬化型接着剤を用い、第２の接着剤４２としてアクリル樹脂などのＵＶ硬化型接着剤を用いてもよい。
　なお、第１の接着剤４１の弾性率と第２の接着剤４２の弾性率とを比較するには、振動板２から第１の枠部材３１および第２の枠部材３２を剥がして、第１の接着剤４１および第２の接着剤４２を取り出し、取り出したそれぞれの接着剤（硬化物）の弾性率（ヤング率）を動的粘弾性法により測定すればよい。
　ここで、図２に示すように、圧電素子１は振動板２の第１の主面に取り付けられ、圧電素子１への給電部材６が第１の枠部材３１に固定されており、第１の接着剤４１の厚みが第２の接着剤４２の厚みよりも厚いことが好ましい。
　圧電素子１を接合した振動板２の第１の主面に接合される第１の枠部材３１に、圧電素子１への給電部材６を固定する場合がある。その際、圧電素子１の振動が給電部材６から第１の枠部材３１を経由して振動板２へ伝搬することで、ノイズ音が発生することがある。特に、第１の接着剤４１の弾性率が大きいと振動が伝搬し易くノイズ音が大きくなる。これに対し、第１の接着剤４１の厚みを厚くすることで、振動が給電部材６から第１の枠部材３１を経由して振動板２へ伝搬する距離が長くなり、また第１の接着剤４１の内部で減衰しやすくなる。このように、第１の接着剤４１が緩衝材として機能することで、ノイズ音を抑制できる。
　具体的には、第１の接着剤４１および第２の接着剤４２の厚みは、例えば０．０１～０．３ｍｍの間で調整され、第２の接着剤４２の厚みに対して第１の接着剤４１の厚みが１．０５～２．５倍厚くなるように設定される。給電部材６としては、金属板、リード線、プリント基板などが挙げられる。なお、金属板やプリント基板の場合は、屈曲性を考慮して幅方向にスリットなどを有するものであってもよい。
　また、図３に示すように、振動板２の第１の主面に垂直な方向から見たときに、第１の接着剤４１が第１の枠部材３１の内周よりも内側に突出した部位を有していてもよい。また、図４に示すように、振動板２の第１の主面に垂直な方向から見たときに、第１の接着剤４１の突出した部位に対応する位置において第２の接着剤４２が第２の枠部材３２の内周よりも内側に突出した部位を有しており、それぞれの突出した部位における突出量が異なっていてもよい。
　弾性率の大きな第１の接着剤４１側の反射波は弾性率の小さな第２の接着剤４２側の反射波よりも到達時間が早くなる傾向があるが、この第１の接着剤４１が第１の枠部材３１の内周よりも内側に突出した部位を有していることで、第１の接着剤４１側の反射波の到達時間がさらに速くなるため、第２の接着剤４２側の反射波との差が大きくなり、周波数－音圧特性においてよりピークやディップが小さくなってより音質を向上させることができる。
　さらに、図５に示すように、振動板２の第１の主面に垂直な方向から見たときに、第１の接着剤４１が第１の枠部材３１の内周よりも内側に突出した部位は、凹凸を有する形状であってもよい。突出した部位が凹凸を有する形状であることで、反射波が面内で散乱し、さらなる音質の向上に寄与することができる。なお、この第１の接着剤４１が凹凸を有する形状の場合において、図５に示す例のように突出した部位が第１の枠部材３１の内周の全周にわたって設けられていてもよく、第１の枠部材３１の内周の一部に設けられていてもよい。
　ここで、第１の接着剤４１の弾性率と第２の接着剤４２の弾性率とが異なっている場合と同じ場合との音質（音圧の周波数特性）の違いについて説明する。
　図６および図７は音圧の周波数特性の一例を示すグラフである。図６は、第１の接着剤４１の弾性率と第２の接着剤４２の弾性率とが異なっている場合の音圧の周波数特性を示す。また、図７は、第１の接着剤４１の弾性率と第２の接着剤４２の弾性率とが同じ場合の音圧の周波数特性を示す。なお、図３および図４に示すグラフは横軸が周波数を示し、縦軸が音圧を示している。第１の接着剤４１の弾性率および第２の接着剤４２の弾性率以外の構成、すなわち各部材の寸法および材質については同一に設定した。図６における７００Ｈｚ～１．５ｋＨｚの周波数帯、４ｋＨｚ～８ｋＨｚの周波数帯に各々位置するピークやディップと、図７に示す７００Ｈｚ～１．５ｋＨｚの周波数帯、４ｋＨｚ～８ｋＨｚの周波数帯に各々位置するピークやディップとを比べると、図７に示すグラフにおけるピークやディップに対して図６に示すグラフにおけるピークやディップが明らかに小さくなっていることがわかる。このように、第１の接着剤４１の弾性率と第２の接着剤４２の弾性率とが異なる場合には、同じの場合と比べて大部分の周波数帯でピークやディップが小さくなり、音圧の平坦性が良くなり音圧の周波数特性が改善される。
　次に、本実施形態の音響発生器１０の製造方法について説明する。
　まず、圧電素子１を準備する。圧電素子１は、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を混練し、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、グリーンシートを得ることができ、このグリーンシートに内部電極ペーストを印刷して内部電極パターンを形成し、この電極パターンが形成されたグリーンシートを例えば４枚積層し、最上層にはグリーンシートのみ積層して、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。積層体は、必要に応じて外周部を加工し、積層体の圧電体層の積層方向の主面に表面電極層のペーストを印刷し、引き続き、積層体の長手方向の両側面に外部電極のペーストを印刷し、所定の温度で電極の焼付けを行うことにより、積層型の圧電素子１を得ることができる。
　次に、圧電素子１に圧電性を付与するために表面電極層または外部電極を通じて直流電圧を印加して、圧電素子の圧電体層の分極を行う。
　次に、振動板２となるフィルムを準備し、このフィルムの外周部を第１の枠部材３１と第２の枠部材３２との間に挟み、フィルムに張力をかけた状態で固定する。このとき、第１の枠部材３１と振動板２との間には第１の接着剤４１を設け、第２の枠部材３２と振動板２との間には第２の接着剤４２を設ける。例えば、テンションを加えた状態の振動板２の第２の主面にＵＶ硬化型樹脂からなる第２の接着剤４２を第２の枠部材３２の形状に印刷やディスペンサーなどの方法を用いて塗布した後、第２の枠部材３２を押しつけ、ＵＶ（紫外線）を照射して硬化させる。そして、振動板２の第１の主面に熱硬化型樹脂からなる第１の接着剤４１を第１の枠部材３１の形状に印刷やディスペンサーなどの方法を用いて塗布した後に加熱することで、第１の接着剤４１と第２の接着剤４２との弾性率を異ならせることができる。
　なお、第１の接着剤４１の弾性率と第２の接着剤４２の弾性率とを異ならせる方法としては、例えば異なるヤング率に調整したアクリル系樹脂を用いたり、例えばエポキシ樹脂とシリコーン樹脂というように異なる材質の接着剤を用いたりしてもよい。
　また、第１の接着剤４１の厚みと第２の接着剤４２の厚みとを異ならせる方法としては、印刷やディスペンサーで塗布する際の塗布量を変更したり、第１の枠部材３１と第２の枠部材３２との押さえ圧条件を変えたりすればよい。
　そして、樹脂を枠部材の内側に流し込み、積層型圧電素子を完全に埋設させ、樹脂層を硬化させることにより、本実施形態の音響発生器１０を得ることができる。
　次に、本実施形態の音響発生装置の実施の形態の一例について説明する。
　音響発生装置はいわゆるスピーカのような発音装置であり、図８に示すように、本例の音響発生装置２０は、音響発生器１０と、音響発生器１０を収容する筐体３０を備える。なお、筐体３０の一部が音響発生器１０を構成する振動板２になっていてもよく、筐体３０が音響発生器１０を収容するとは、音響発生器１０の一部（圧電素子１）を収容している状態も含むことを意味している。
　筐体３０は、音響発生器１０の発する音響を内部で共鳴させるとともに、筐体３０に設けられた図示せぬ開口から音響を外部へ放射する。このような筐体３０を有することにより、たとえば低周波数帯域における音圧を高めることができる。
　かかる音響発生装置２０は、スピーカとして単独で用いることができる他、後述するように、携帯端末や薄型テレビ、あるいはタブレット端末などへ好適に組み込むことが可能である。また、冷蔵庫、電子レンジ、掃除機、洗濯機などのように、従来、音質については重視されなかった家電製品に組み込むこともできる。
　上述した本実施形態の音響発生装置２０は、音質の向上した音響発生器１０を用いて構成されていることから、高音質で優れた音響性能を有するものとなる。
　次に、本実施形態の電子機器の一例について説明する。
　図９に示すように、本例の電子機器５０は、音響発生器１０と、音響発生器１０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１０を収容する筐体４０とを備え、音響発生器１０から音響を発生させる機能を有する。
　電子機器５０は、電子回路６０を備える。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１０に接続されており、音響発生器１０へ音声信号を出力する機能を有している。音響発生器１０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、音響発生器１０とを備え、これら各デバイスを収容する筐体７０を備える。なお、図９では、１つの筐体４０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１０とが、１つの筐体４０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１０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１０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９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。
　上述した本発明の電子機器は、音質の向上した音響発生器１０を用いて構成されていることから、高音質で優れた音響性能を有するものとなる。
１　圧電素子
２　振動板
３１　第１の枠部材
３２　第２の枠部材
４１　第１の接着剤
４２　第２の接着剤
５　樹脂層
６　給電部材
２０　音響発生装置
３０、４０　筺体
５０　電子機器
６０　電子回路

Claims (8)

  1. 　圧電素子と、該圧電素子が取り付けられた振動板と、該振動板の外周部を挟持して支持する第１の枠部材および第２の枠部材と、前記振動板の第１の主面の外周部と前記第１の枠部材との間に設けられた第１の接着剤と、前記振動板の第２の主面の外周部と前記第２の枠部材との間に設けられた第２の接着剤とを備え、前記第１の接着剤の弾性率と前記第２の接着剤の弾性率とが異なっていることを特徴とする音響発生器。
  2. 　前記圧電素子は前記振動板の第１の主面に取り付けられており、前記第２の接着剤の弾性率が前記第１の接着剤の弾性率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の音響発生器。
  3. 　前記圧電素子への給電部材が前記第１の枠部材に固定されており、前記第１の接着剤の厚みが前記第２の接着剤の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響発生器。
  4. 　前記第１の主面に垂直な方向から見たときに、前記第１の接着剤が前記第１の枠部材の内周よりも内側に突出した部位を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の音響発生器。
  5. 　前記第１の主面に垂直な方向から見たときに、前記第１の接着剤の前記第１の枠部材の内周よりも内側に突出した部位は、凹凸を有する形状であることを特徴とする請求項４に記載の音響発生器。
  6. 　前記第１の主面に垂直な方向から見たときに、前記第１の接着剤の突出した部位に対応する位置において前記第２の接着剤が前記第２の枠部材の内周よりも内側に突出した部位を有しており、それぞれの突出した部位における突出量が異なっていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の音響発生器。
  7. 　請求項１乃至請求項６のうちのいずれかに記載の音響発生器と、該音響発生器を収容する筐体とを備えることを特徴とする音響発生装置。
  8. 　請求項１乃至請求項６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、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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