WO2018190200A1 - スピーカ素子及びアレイスピーカ - Google Patents

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WO2018190200A1
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speaker
diaphragm
main surface
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array
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緒方　健治
義文 池田
省吾 黒木
泰数 ▲高▼野
嘉之 渡部
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第一精工株式会社
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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
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a speaker element and an array speaker.
  • Patent Document 1 discloses a piezoelectric electroacoustic transducer that includes a piezoelectric ceramic, a circular metal plate, and a case, and the piezoelectric ceramic and the metal plate vibrate in the thickness direction of the piezoelectric ceramic according to the expansion and contraction motion of the piezoelectric ceramic. Yes.
  • this piezoelectric electroacoustic transducer by providing a protrusion on the metal plate, it is possible to suppress the transmission of stress in the circumferential direction at the periphery of the metal plate during vibration. Therefore, the resonance frequency can be shifted to a lower frequency side as compared with the conventional piezoelectric electroacoustic transducer.
  • the part that regulates the vibration of the metal plate is limited to the connection part between the protrusion and the case. For this reason, compared with the case where the whole periphery of a metal plate is fixed, there are few restrictions of the vibration of a metal plate, and a metal plate vibrates freely with the vibration of piezoelectric ceramics.
  • the pattern of the standing wave of vibration generated on the metal plate (vibrating body) is irrelevant to the outer shape of the piezoelectric ceramic (piezoelectric element) that deforms according to the voltage signal corresponding to the sound.
  • the sound wave output from the piezoelectric electroacoustic transducer is disturbed.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a speaker element and an array speaker capable of improving sound quality by suppressing disturbance of sound waves.
  • a speaker element provides: A diaphragm in which a plurality of connecting pieces projecting outward along the main surface and connected to other members are disposed on the outer edge of the main surface; A piezoelectric element that is laminated on the diaphragm and deforms when a voltage is applied; With The thickness of the connection piece in the direction orthogonal to the main surface is greater than the thickness of the diaphragm of the portion where the piezoelectric elements are laminated, The connection piece protrudes in a direction perpendicular to the main surface with respect to the main surface.
  • annular wall is formed along the outer edge of the main surface of the diaphragm, and protrudes in a direction perpendicular to the main surface with respect to the main surface, and is connected to the connecting piece flush with the main surface.
  • the annular wall includes In the portion connected to the connection piece, an overhanging portion is provided in which an inner wall facing the center of the main surface protrudes toward the center of the main surface. It is good as well.
  • the overhanging portion is Projecting in a curved shape when viewed from a direction perpendicular to the main surface, It is good as well.
  • the overhanging portion is Extending from the center of the main surface of the diaphragm and having a shape symmetrical with respect to a virtual straight line that divides the connecting piece evenly; It is good as well.
  • the connecting pieces are evenly arranged along the outer edge of the main surface of the diaphragm, It is good as well.
  • connection pieces are provided at least six along the outer edge of the main surface of the diaphragm, It is good as well.
  • connection pieces are provided along the outer edge of the main surface of the diaphragm, It is good as well.
  • the diaphragm and the piezoelectric element are circular when viewed from a direction orthogonal to the main surface, It is good as well.
  • An array speaker according to a second aspect of the present invention is: A plurality of speaker elements of the present invention are two-dimensionally arranged.
  • the four speaker elements adjacent to each other are arranged so as to be located at the apexes of the squares, It is good as well.
  • the three speaker elements adjacent to each other are arranged so as to be positioned at the vertices of an equilateral triangle, respectively. It is good as well.
  • an outer frame that surrounds the periphery of the array of the speaker elements and connects the opposing connection pieces among the connection pieces of the speaker elements to support the speaker elements,
  • the speaker elements are connected by connecting the connection pieces that are not connected to the outer frame, It is good as well.
  • An outer frame that surrounds the periphery of the array of the speaker elements and connects the opposing connection pieces among the connection pieces of the speaker elements to support the speaker elements;
  • An auxiliary member that is disposed in a gap between the speaker elements and supports the speaker element by connecting to an opposing connection piece among the connection pieces of the speaker element; It is good also as providing.
  • a support frame is provided that surrounds each of the speaker elements and is connected to a connection piece of the speaker elements. It is good as well.
  • the thickness of the connecting piece for connecting the diaphragm to another member is larger than the thickness of the diaphragm in the portion where the piezoelectric elements are laminated.
  • FIG. 1 shows a structure by partially crushing the speaker element according to Embodiment 1 of the present invention. It is the perspective view which looked at the speaker element of FIG. 1A from the reverse. It is sectional drawing which shows the structure of the speaker element united with the cross section of FIG. 1B. It is a figure which shows the structure of the signal system which drives a speaker element. It is FIG. (1) explaining the deformation
  • FIG. 6 is a diagram (part 1) illustrating a relationship between the number of connection pieces formed on the diaphragm and a stress distribution; FIG.
  • FIG. 10 is a diagram (part 2) illustrating a relationship between the number of connection pieces formed on the diaphragm and the stress distribution.
  • FIG. 9 is a diagram (No. 3) illustrating the relationship between the number of connection pieces formed on the diaphragm and the stress distribution.
  • FIG. 6 is a diagram (part 4) illustrating the relationship between the number of connection pieces formed on the diaphragm and the stress distribution; It is a perspective view of the speaker element by which the piezoelectric element was arrange
  • Embodiment 1 FIG. As shown in FIGS. 1A and 1B, the speaker element 1A according to the present embodiment is formed on a disk-shaped substrate 2 in which the thicknesses of the stacked layers are uniform.
  • a disc-shaped diaphragm 3 is formed in a central region including the center O in the substrate 2.
  • the diaphragm 3 is formed concentrically with the substrate 2.
  • a circular surface on the + z side is a main surface 3A
  • a circular surface on the -z side is a back surface 3B. Since the thickness of each layer in the substrate 2 is uniform, the main surface 3A and the back surface 3B are parallel to each other.
  • An outer frame 4 (another member) that is annular and concentric with the diaphragm 3 is disposed on the outer periphery of the diaphragm 3 at a distance from the diaphragm 3.
  • connection pieces 5 protrudes outward along the main surface 3A (back surface 3B) (projects outward from the outer edge of the main surface 3A (back surface 3B) in the radial direction of the substrate 2), and at its tip. Connect with the outer frame 4.
  • the connection pieces 5 are evenly arranged at intervals of 30 degrees along the outer edges of the main surface 3A and the back surface 3B of the diaphragm 3.
  • the outer frame 4 is fixed to a fixing member (not shown).
  • the diaphragm 3 has flexibility and can vibrate while being supported by the outer frame 4 via the connection piece 5. In this way, by supporting the diaphragm 3 with the plurality of evenly arranged connecting pieces 5, the vibration 3 is stably supported as compared with the case where the diaphragm 3 is supported on the entire outer periphery thereof.
  • the amplitude of vibration of the plate 3 can be increased, and the resonance frequency of the vibration plate 3 can be set low.
  • a piezoelectric element 6 is laminated at the center of the back surface 3B of the diaphragm 3.
  • the piezoelectric element 6 is deformed according to the voltage and vibrates the diaphragm 3. Sound is generated by the vibration of the diaphragm 3.
  • the speaker element 1 ⁇ / b> A is configured by the diaphragm 3 provided with the connection piece 5 and the piezoelectric element 6.
  • the piezoelectric element 6 is circular when viewed from the direction (z-axis direction) orthogonal to the main surface 3A and the back surface 3B of the diaphragm 3 and is concentric with the substrate 2 and the diaphragm 3.
  • the substrate 2 is formed of an SOI (Silicon On Insulator) substrate.
  • the SOI substrate is a semiconductor substrate having a stacked structure including a BOX layer that is a buried oxide film and a silicon (SOI) layer that is a semiconductor layer on the BOX layer, and is a wafer that includes an oxide film.
  • the BOX layer is formed of a silicon oxide film (SiO 2 ) and has a thickness of, for example, several ⁇ m.
  • the SOI substrate is used for semiconductor manufacturing, and the thickness of each layer is uniform.
  • the substrate 2 is formed by laminating a Si support layer 10 composed of a base wafer and a BOX layer.
  • a Si active layer 11 which is an element wafer active layer is laminated.
  • the Si active layer 11 is made of silicon (Si) and has a thickness of 150 ⁇ m, for example.
  • the diaphragm 3 is formed of the Si active layer 11, and the outer frame 4 and the connection piece 5 are formed of the Si support layer 10 and the Si active layer 11. ing.
  • the connection piece 5 protrudes in the + z direction with respect to the main surface 3A of the diaphragm 3, and the thickness of the connection piece 5 in the z-axis direction of the diaphragm 3 is the portion where the piezoelectric elements 6 are laminated. It is larger than the plate thickness of the diaphragm 3.
  • the connection piece 5 can support the diaphragm 3 more stably.
  • the thickness of the connecting piece 5 is the same as that of the outer frame 4 and the connecting piece 5 and the outer frame 4 are connected flush with each other, so that the generation of local stress is reduced and the connecting piece 5 is damaged. The possibility is reduced.
  • the annular wall 7 that is an annular wall is formed along the outer edge of the main surface 3A of the diaphragm 3.
  • the annular wall 7 protrudes in the + z direction with respect to the main surface 3 ⁇ / b> A of the diaphragm 3 and is connected to the connection piece 5 in a flush manner. Since the annular wall 7 connects the connecting pieces 5 that support the diaphragm 3, fluctuations in the relative positional relationship between the connecting pieces 5 can be kept to a minimum, and the connecting pieces 5 make the diaphragm 3 more secure. It can be supported stably.
  • the piezoelectric element 6, that is, the first electrode layer 12, the piezoelectric element layer 13, and the second electrode layer 14 are laminated.
  • the first electrode layer 12 is formed of a conductive member such as platinum or gold and has a thickness of 1 ⁇ m or less.
  • the piezoelectric element layer 13 is formed of a piezoelectric material that expands and contracts when a voltage is applied, and has a thickness of several ⁇ m.
  • As a material of the piezoelectric body for example, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 : PZT) is adopted.
  • the second electrode layer 14 is formed of a conductive member such as platinum or gold, and has a thickness of 1 ⁇ m or less.
  • a signal system that supplies a voltage signal corresponding to the sound to be reproduced is connected to the speaker element 1A.
  • the signal system includes an audio signal output unit 20 and a signal modulation unit 21.
  • the audio signal output unit 20 outputs a voltage signal corresponding to the sound to be reproduced by the speaker element 1A.
  • the frequency of this voltage signal is in the audible range.
  • the signal modulation unit 21 modulates the voltage signal output from the audio signal output unit 20 with a predetermined modulation frequency.
  • a predetermined modulation frequency for example, a frequency around 40 kHz is used.
  • AM modulation amplitude modulation
  • the voltage signal modulated by the signal modulation unit 21 is applied to the piezoelectric element 6 as a voltage signal between the second electrode layer 14 and the first electrode layer 12. Due to this voltage signal, the piezoelectric element 6 vibrates and generates a sound wave.
  • the piezoelectric element layer 13 is moved in the xy directions as indicated by arrows. Stretch to. However, since the Si active layer 11 does not expand, the piezoelectric element 6 is convexly curved in the ⁇ z direction.
  • the expansion and contraction with respect to the applied voltage may be reversed.
  • the piezoelectric element layer 13 is curved opposite to the direction shown in FIGS. 4A and 4B.
  • the piezoelectric element layer 13 vibrates by repeating the states shown in FIGS. 4A and 4B according to the voltage signal. Due to this vibration, a sound wave traveling in the + z direction is generated.
  • the vibration displacement of the diaphragm 3 can be increased.
  • the electromechanical coupling coefficient when the diaphragm 3 is vibrated with the voltage applied to the piezoelectric element 6 can be increased.
  • the thickness of the connecting piece 5 that connects the diaphragm 3 to the outer frame 4 is larger than the thickness of the diaphragm 3 where the piezoelectric elements 6 are laminated.
  • the frequency band can be set lower than that of a speaker element (speaker element having no opening between the diaphragm 3 and the outer frame 4) that supports the diaphragm 3 on the entire outer periphery thereof, and the vibration is reduced. Since it is possible to prevent the plate 3 from generating extra vibrations, it is possible to improve sound quality by suppressing the disturbance of sound waves.
  • connection pieces 5 is twelve. However, the present invention is not limited to this.
  • the number of connection pieces 5 may be 3 to 10 as shown in FIGS. 5A, 5B, 5C, and 5D.
  • the connection pieces 5 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the diaphragm 3.
  • 5A to 5D show the stress distribution generated in the diaphragm 3.
  • the stress distribution varies depending on the radial direction.
  • FIG. 5B when the number of connection pieces 5 is four (90 degree intervals), the stress distribution varies depending on the radial direction.
  • connection pieces 5 are provided along the outer edge of the main surface 3 ⁇ / b> A of the diaphragm 3.
  • the piezoelectric element 6 is provided on the back surface 3B, but the present invention is not limited to this.
  • the piezoelectric element 6 may be provided on the main surface 3A.
  • it may be manufactured as follows. That is, the diaphragm 3, the outer frame 4, the connection piece 5, and the annular wall 7 excluding the piezoelectric element 6 from the speaker element 1A are used by using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) which is a semiconductor manufacturing technology that realizes fine processing. To manufacture. Then, the piezoelectric element 6 made of, for example, ceramics may be attached to the back surface 3B of the manufactured diaphragm 3.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • connection piece 5 is formed thicker than the other part of the diaphragm 3, the connection piece 5 can support the diaphragm 3 stably.
  • Embodiment 2 FIG. Next, a second embodiment of the present invention will be described.
  • the speaker element 1B according to the present embodiment is the same as the speaker element 1A according to the first embodiment except that the shape of the annular wall 7 is different from that of the above embodiment.
  • the annular wall 7 is provided with a protruding portion 7 ⁇ / b> A at a portion connected to the connection piece 5.
  • the overhang portion 7A the inner wall facing the center O of the main surface 3A of the diaphragm 3 protrudes toward the center of the main surface 3A.
  • the overhang portion 7 ⁇ / b> A projects in a curved shape when viewed from the z-axis direction. That is, the length from the inner wall of the overhang portion 7A to the center O changes continuously.
  • the overhanging portion 7A has a shape symmetrical with respect to a virtual straight line A that extends from the center O of the main surface 3A of the diaphragm 3 and divides the connecting piece 5 evenly.
  • the overhang portion 7A starts to project from a position away from the virtual straight line A by L2, and the length of the overhang on the virtual straight line A is the maximum at L1.
  • the length from the inner wall of the overhang portion 7A to the center O is the minimum at the position where the overhang length indicates L1.
  • the stress in the regions B1 and B2 (see FIG. 10) corresponding to the joining position of the inner wall of the annular wall 7 and the diaphragm 3 in the portion where the connecting piece 5 is formed vibrates. It becomes larger than the other part of the plate 3.
  • the protruding portion 7A on the annular wall 7 the stress in the regions B1 and B2 can be further reduced.
  • the shape of the overhanging portion 7A is not limited to that shown in FIG.
  • the raised portion of the inner wall of the protruding portion 7A viewed from the z-axis direction may be partially cut away (for example, may be linear).
  • the shape of the overhanging portion 7A may be any shape that can reduce the stress locally generated in the diaphragm 3, such as the stress generated in the regions B1 and B2.
  • the stress locally generated in the diaphragm 3 can be reduced by the overhang portion 7A.
  • the diaphragm 3 can be prevented from being damaged by the locally generated stress.
  • Embodiment 3 FIG. Embodiment 3 of the present invention will be described.
  • the configuration of the single speaker elements 1A and 1B has been described.
  • an array speaker 100A configured by two-dimensionally arranging a plurality of speaker elements 1A will be described.
  • the array speaker 100A has a disc shape as a whole, and an annular outer frame 4 is provided on the outermost periphery thereof.
  • the outer frame 4 is fixed to a fixing member (not shown).
  • a plurality of speaker elements 1 ⁇ / b> A are arranged in a region surrounded by the inner peripheral wall of the outer frame 4.
  • the plurality of speaker elements 1A are arranged so that the direction of the generated sound is the same + z direction.
  • the speaker elements 1A are arranged so that the three speaker elements 1A adjacent to each other are positioned at the vertices of an equilateral triangle.
  • Outer frame 4 is connected to connecting piece 5 facing outer frame 4 among connecting pieces 5 of speaker element 1 ⁇ / b> A and supports speaker element 1 ⁇ / b> A.
  • Each connection piece 5 is connected between adjacent speaker elements 1A.
  • the individual speaker elements 1A support each other.
  • the speaker elements 1A are provided with twelve connecting pieces 5 at intervals of 30 degrees, when the speaker elements 1A are arranged so as to be positioned at the apexes of an equilateral triangle, the positions of the connecting pieces 5 between the adjacent speaker elements 1A are Match. Therefore, it is possible to easily connect the speaker elements 1A by connecting the connecting pieces 5 whose positions match each other.
  • connection piece 5 an arc-shaped extending portion 4A connected to the connection piece 5 is provided on the inner edge of the outer frame 4 in order to make the distance from the speaker element 1A uniform.
  • the length of the connection piece 5 can be made as uniform as possible, and the speaker element 1A can be supported in a well-balanced manner.
  • the speaker elements 1A are directly connected to each other, a plurality of speaker elements 1A having the same direction of the generated sound in the + z direction can be densely arranged, resulting in higher directivity. Can be realized.
  • the number of speaker elements 1A arranged is six, but the present invention is not limited to this.
  • the number of speaker elements 1A may be less than six, or may be seven or more.
  • the speaker element 1B (see FIG. 8) may be arranged instead of the speaker element 1A.
  • Embodiment 4 FIG. Embodiment 4 of the present invention will be described.
  • a plurality of speaker elements 1A are two-dimensionally arranged as shown in FIG.
  • adjacent speaker elements 1A are arranged at intersections of equilateral triangles, but in array speaker 100B, four speaker elements 1A adjacent to each other are positioned at the apexes of a square.
  • an annular outer frame 4 having an inner peripheral wall having a square shape as a whole and having a semicircular protruding portion toward the speaker element 1A is provided on the outermost periphery.
  • the outer frame 4 is fixed to a fixing member (not shown).
  • a plurality of speaker elements 1 ⁇ / b> A are arranged in a region surrounded by the inner peripheral wall of the outer frame 4.
  • the outer frame 4 supports the speaker element 1A by connecting to the connection piece 5 facing the outer frame 4 among the connection pieces 5 of the speaker element 1A.
  • a circular auxiliary member 8 is disposed between adjacent speaker elements 1A.
  • the auxiliary member 8 supports the speaker element 1A by connecting to the connecting piece 5 facing the auxiliary member 8 among the connecting pieces 5 of the speaker element 1A.
  • the connection piece 5 is connected to the auxiliary member 8 fixed to the fixing member in addition to the outer frame 4 fixed to the fixing member, the speaker element 1A can be supported more stably. It becomes possible.
  • the auxiliary member 8 may not be fixed to the fixing member.
  • connection piece 5 on the inner edge of the outer frame 4, in correspondence with the auxiliary member 8, a semicircular or quadrant extending portion 4 ⁇ / b> A connected to the connection piece 5 in order to make the distance from the speaker element 1 ⁇ / b> A uniform. Is provided. Thereby, the length of the connection piece 5 can be made as uniform as possible, and the speaker element 1A can be supported in a well-balanced manner.
  • connection pieces 5 are provided at intervals of 30 degrees. Therefore, when the speaker elements 1A are arranged so as to be positioned at the apexes of the squares, the adjacent speaker elements 1A are connected to each other. The position of the connecting piece 5 matches. Therefore, it is possible to easily connect the speaker elements 1A by connecting the connecting pieces 5 whose positions match each other.
  • the plurality of speaker elements 1A are arranged so that the direction of the generated sound is the same + z direction. Thereby, the array speaker 100B becomes a speaker with high directivity. Furthermore, since a plurality of speaker elements 1A having the same sound direction are directly connected and densely arranged, higher directivity can be realized.
  • the number of speaker elements 1A arranged is four, but the present invention is not limited to this.
  • the number of speaker elements 1A may be less than four, or may be five or more.
  • the speaker element 1B may be arranged in place of the speaker element 1A.
  • Embodiment 5 FIG. Embodiment 5 of the present invention will be described.
  • adjacent speaker elements 1 ⁇ / b> A are connected by the connection pieces 5.
  • connecting pieces 5 of adjacent speaker elements 1 ⁇ / b> A are connected via triangular auxiliary members 8.
  • the auxiliary member 8 is fixed to a fixing member (not shown) similarly to the outer frame 4.
  • the auxiliary member 8 is disposed in the gap between the speaker elements 1A, and supports the speaker element 1A by connecting to the connection piece 5 facing the auxiliary member 8 among the connection pieces 5 included in the speaker element 1A.
  • the connection piece 5 since the connection piece 5 is connected to the auxiliary member 8 fixed to the fixing member in addition to the outer frame 4 fixed to the fixing member, the speaker element 1A can be supported more stably. It becomes possible.
  • the auxiliary member 8 may not be fixed to the fixing member.
  • connection piece 5 an arc-shaped extending portion 4A connected to the connection piece 5 is provided on the inner edge of the outer frame 4 in order to make the distance from the speaker element 1A uniform.
  • the length of the connection piece 5 can be made as uniform as possible, and the speaker element 1A can be supported in a well-balanced manner.
  • Embodiment 6 FIG. Embodiment 6 of the present invention will be described.
  • the four speaker elements 1A adjacent to each other are arranged so as to be positioned at the apexes of the square. Furthermore, the support frame 9 is provided in the array speaker 100D. The support frame 9 surrounds the periphery of each speaker element 1A and is connected to the connection piece 5 included in the speaker element 1A.
  • the support frame 9 is fixed to a fixing member (not shown).
  • the support frame 9 is also disposed between the speaker elements 1A, and supports the speaker element 1A by connecting to all the connection pieces 5 included in the speaker element 1A.
  • the speaker element 1A can be supported more stably.
  • the diaphragm 3 has a disc shape, but the present invention is not limited to this.
  • the diaphragm 3 may have an elliptical plate shape, a rectangular shape, or another polygonal shape.
  • the various materials and dimensions of the speaker elements 1A and 1B and the array speakers 100A to 100D are merely examples, and are not limited thereto.
  • the size can be appropriately adjusted according to various devices to be mounted.
  • the piezoelectric material is PZT, but other piezoelectric materials may be used.
  • Other piezoelectric materials such as BaTiO 3 and PbTiO 3 may be used, and piezoelectric single crystals such as quartz and lithium niobate may be used.
  • a piezoelectric polymer film such as zinc oxide (ZnO), vinylidene fluoride, or ethylene trifluoride polymer may be used.
  • the modulation method of the audio signal is AM modulation, but the FM method (frequency modulation method) may be adopted.
  • the present invention can be applied to a speaker that is attached to various electric devices such as a mobile device such as a smartphone and reproduces sound or the like that requires high directivity.
  • 1A, 1B speaker element 2 substrate, 3 diaphragm, 3A main surface, 3B back surface, 4 outer frame, 4A extension part, 5 connection piece, 6 piezoelectric element, 7 annular wall, 7A overhang part, 8 auxiliary member, 9 support frame, 10 Si support layer, 11 Si active layer, 12 first electrode layer, 13 piezoelectric element layer, 14 second electrode layer, 20 audio signal output unit, 21 signal modulation unit, 100A, 100B, 100C, 100D array speaker

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Abstract

振動板（３）は、主面（３Ａ）に沿って外方に突出して外枠（４）と接続する接続片（５）が主面（３Ａ）の外縁に複数配設されている。圧電素子は、振動板（３）に積層され、電圧が加えられて変形して振動板（３）を振動させる。ｚ軸方向における接続片（５）の厚さは、圧電素子が積層された部分の振動板（３）の板厚よりも大きい。また、接続片（５）は、主面（３Ａ）に対してｚ軸方向に突出している。

Description

スピーカ素子及びアレイスピーカ
　本発明は、スピーカ素子及びアレイスピーカに関する。
　特許文献１には、圧電セラミックス、円形の金属板、ケースを備え、圧電セラミックスの伸縮運動に応じて、圧電セラミックスおよび金属板が圧電セラミックスの厚み方向に振動する圧電電気音響変換器が開示されている。
　この圧電電気音響変換器では、金属板に突出部を設けることで、振動時において、金属板の周縁部における応力の周方向への伝達を抑制可能である。従って、従来の圧電型電気音響変換器に比べて共振周波数を、より一層低周波数側にシフトさせることができる。
特許３１２３４３５号公報
　上述の圧電型電気音響変換器では、金属板の振動を規制する部分が、突出部とケースとの接続部分に限られる。このため、金属板の全周を固定する場合に比べ、金属板の振動の規制が少なく、圧電セラミックスの振動によって金属板が自由に振動する。
　したがって、金属板（振動体）に生じる振動の定常波の模様が、音に対応する電圧信号に従って変形する圧電セラミックス（圧電素子）の外形とは無関係となり（圧電セラミックスの外形とは例えば相似形にならず）、圧電型電気音響変換器から出力される音波に乱れが生じるという問題がある。
　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、音波の乱れを抑制して音質を向上することができるスピーカ素子およびアレイスピーカを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るスピーカ素子は、
　主面に沿って外方に突出して他の部材と接続する接続片が前記主面の外縁に複数配設された振動板と、
　前記振動板に積層され、電圧が加えられて変形して前記振動板を振動させる圧電素子と、
　を備え、
　前記主面に直交する方向における前記接続片の厚さは、前記圧電素子が積層された部分の前記振動板の板厚よりも大きく、
　前記接続片は、前記主面に対して前記主面に直交する方向に突出している。
　この場合、前記振動板の主面の外縁に沿って環状に形成され、前記主面に対して前記主面に直交する方向に突出して前記接続片と面一で連接する環状壁が形成されている、
　こととしてもよい。
　また、前記環状壁には、
　前記接続片と接続する部分において、前記主面の中心を向く内壁が前記主面の中心に向かって張り出した張出部が設けられている、
　こととしてもよい。
　前記張出部は、
　前記主面に直交する方向から見て曲線状に張り出している、
　こととしてもよい。
　前記張出部は、
　前記振動板の主面の中心から延びて前記接続片を均等に分割する仮想直線に対して線対称な形状を有する、
　こととしてもよい。
　前記接続片は、前記振動板の主面の外縁に沿って均等配置されている、
　こととしてもよい。
　前記接続片は、前記振動板の主面の外縁に沿って少なくとも６個設けられている、
　こととしてもよい。
　前記接続片は、前記振動板の主面の外縁に沿って１２個設けられている、
　こととしてもよい。
　前記振動板および前記圧電素子は、前記主面に直交する方向から見て円形である、
　こととしてもよい。
　本発明の第２の観点に係るアレイスピーカは、
　本発明の複数のスピーカ素子が２次元配列されている。
　この場合、互いに隣接する４つの前記スピーカ素子がそれぞれ正方形の頂点に位置するように配列されている、
　こととしてもよい。
　また、互いに隣接する３つの前記スピーカ素子がそれぞれ正三角形の頂点に位置するように配列されている、
　こととしてもよい。
　また、前記スピーカ素子の配列の周囲を囲み、前記スピーカ素子が有する接続片のうち、対向する接続片と接続して前記スピーカ素子を支持する外枠を備え、
　前記外枠に接続されていない前記接続片同士をつないで、前記スピーカ素子同士が連結されている、
　こととしてもよい。
　前記スピーカ素子の配列の周囲を囲み、前記スピーカ素子が有する接続片のうち、対向する接続片と接続して前記スピーカ素子を支持する外枠と、
　前記スピーカ素子間の隙間に配置され、前記スピーカ素子が有する接続片のうち、対向する接続片と接続して前記スピーカ素子を支持する補助部材と、
　を備えることとしてもよい。
　前記外枠の内縁から延出し、前記接続片と接続する延出部をさらに備える、
　こととしてもよい。
　個々の前記スピーカ素子の周囲を囲み、前記スピーカ素子が有する接続片と接続する支持枠が設けられている、
　こととしてもよい。
　本発明によれば、振動板を他の部材と接続する接続片の厚さが、圧電素子が積層された部分の振動板の板厚よりも大きい。これにより、接続片が振動板を安定して支持することができるので、振動板に生じる振動の定常波の模様を、音に対応する電圧信号に従って変形する圧電素子の外形にあわせることができる。この結果、振動板に余計な振動を生じさせないようにすることができるため、音波の乱れを抑制して音質を向上することができる。
本発明の実施の形態１に係るスピーカ素子を一部破砕して構造を示す斜視図である。 図１Ａのスピーカ素子を逆から見た斜視図である。 図１Ｂの断面に合わせたスピーカ素子の構造を示す断面図である。 スピーカ素子を駆動する信号系の構成を示す図である。 スピーカ素子の変形を説明する図（その１）である。 スピーカ素子の変形を説明する図（その２）である。 振動板に形成される接続片の数と応力分布との関係を示す図（その１）である。 振動板に形成される接続片の数と応力分布との関係を示す図（その２）である。 振動板に形成される接続片の数と応力分布との関係を示す図（その３）である。 振動板に形成される接続片の数と応力分布との関係を示す図（その４）である。 主面に圧電素子が配設されたスピーカ素子の斜視図である。 環状壁が設けられていないスピーカ素子の斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るスピーカ素子の構成を示す上面図である。 張出部付近の拡大上面図である。 張出部付近の拡大斜視図である。 張出部の変形例を示す上面図である。 本発明の実施の形態３に係るアレイスピーカの構成を示す上面図である。 本発明の実施の形態４に係るアレイスピーカの構成を示す上面図である。 本発明の実施の形態５に係るアレイスピーカの構成を示す上面図である。 本発明の実施の形態６に係るアレイスピーカの構成を示す上面図である。
　以下、本発明の一実施の形態に係るスピーカ素子及びアレイスピーカについて図面を参照して詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施の形態に係るスピーカ素子１Ａは、積層された各層の厚みが均一な円板状の基板２に形成される。基板２における中心Ｏを含む中央の領域には、円板状の振動板３が形成されている。振動板３は基板２と同心に形成されている。
　振動板３では、＋ｚ側の円形の面を主面３Ａとし、－ｚ側の円形の面を裏面３Ｂとする。基板２における各層の厚みは均一なので、主面３Ａと裏面３Ｂとは平行となる。また、振動板３の外周には、環状かつ振動板３と同心の外枠４（他の部材）が振動板３から間隔を置いて配置されている。
　振動板３と外枠４とは、１２本の接続片５を介して接続されている。言い換えると、接続片５は、主面３Ａ（裏面３Ｂ）に沿って外方に突出しており（主面３Ａ（裏面３Ｂ）の外縁から基板２の半径方向外側に突出しており）、その先端で外枠４と接続する。接続片５は、振動板３の主面３Ａ、裏面３Ｂの外縁に沿って３０度間隔で均等配置されている。
　外枠４は、不図示の固定部材に固定されている。振動板３は、可撓性を有しており、接続片５を介して外枠４に支持されつつ、振動可能となっている。このように、均等に配置された複数の接続片５で振動板３を支持することにより、振動板３をその外周全面で支持したときに比べ、振動板３を安定的に支持しつつ、振動板３の振動における振幅を大きくすることができるうえ、振動板３の共振周波数を低く設定することができる。
　図１Ｂに示すように、振動板３の裏面３Ｂの中央には、圧電素子６が積層されている。電圧が加えられると圧電素子６は、その電圧に応じて変形し、振動板３を振動させる。この振動板３の振動により音が発生する。本実施の形態では、接続片５が配設された振動板３と、圧電素子６とで、スピーカ素子１Ａが構成される。圧電素子６は、振動板３の主面３Ａ、裏面３Ｂに直交する方向（ｚ軸方向）から見て円形であり、基板２および振動板３と同心である。
　実際には、基板２は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板から形成されている。ＳＯＩ基板とは、埋込酸化膜であるＢＯＸ層と、ＢＯＸ層上の半導体層であるシリコン（ＳＯＩ）層とから成る積層構造を有する半導体基板であり、酸化膜を内包するウエハである。ＢＯＸ層は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で形成されており、厚みは例えば数μｍである。ＳＯＩ基板は、半導体製造に用いられるものであり、各層の厚みは均一である。
　図２に示すように、基板２は、基体ウエハ及びＢＯＸ層から成るＳｉ支持層１０が積層されて構成されている。Ｓｉ支持層１０には、素子ウエハ活性層であるＳｉ活性層１１が積層されている。Ｓｉ活性層１１は、シリコン（Ｓｉ）で形成されており、厚みは例えば１５０μｍである。
　本実施の形態では、図１Ａに示すように、振動板３は、Ｓｉ活性層１１で形成されており、外枠４及び接続片５は、Ｓｉ支持層１０とＳｉ活性層１１とで形成されている。このため、接続片５は、振動板３の主面３Ａに対して＋ｚ方向に突出しており、振動板３のｚ軸方向における接続片５の厚さは、圧電素子６が積層された部分の振動板３の板厚よりも大きくなっている。これにより、接続片５は、より安定して振動板３を支持することができる。また、接続片５の厚みは外枠４と同じであり、接続片５と外枠４とは面一で連接しているため、局所的な応力の発生を低減し、接続片５の破損の可能性を低減している。
　また、本実施の形態では、振動板３の主面３Ａの外縁に沿って環状の壁である環状壁７が形成されている。環状壁７は、振動板３の主面３Ａに対して＋ｚ方向に突出して接続片５と面一で連接している。環状壁７が、振動板３を支持する接続片５を連接しているので、接続片５の間の相対位置関係の変動を最小限に留めることができ、接続片５が振動板３をより安定して支持することができる。
　Ｓｉ活性層１１には、圧電素子６、すなわち第１の電極層１２、圧電素子層１３及び第２の電極層１４が積層されている。第１の電極層１２は、白金、金等の導電性のある部材で形成されており、その厚みは１μｍ以下である。圧電素子層１３は、電圧を加えることによって伸縮する圧電材料で形成されており、その厚みは数μｍである。圧電体の材質としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）等が採用されている。第２の電極層１４は、白金、金等の導電性のある部材で形成されており、その厚みは１μｍ以下である。
　スピーカ素子１Ａには、再生する音に対応する電圧信号を供給する信号系が接続されている。この信号系は、図３に示すように、音声信号出力部２０と、信号変調部２１とを備える。
　音声信号出力部２０は、スピーカ素子１Ａに再生させる音に対応する電圧信号を出力する。この電圧信号の周波数は可聴域である。
　信号変調部２１は、音声信号出力部２０から出力された電圧信号を、所定の変調周波数で変調する。所定の変調周波数としては、例えば４０ｋＨｚ近辺の周波数が用いられる。信号変調部２１の変調方式としては例えばＡＭ変調（振幅変調）が用いられる。
　信号変調部２１で変調された電圧信号は、第２の電極層１４及び第１の電極層１２の間の電圧信号として圧電素子６に印加される。この電圧信号により、圧電素子６が振動して音波が発生する。
　例えば、図４Ａに示すように、第２の電極層１４に正の電圧が印加され、第１の電極層１２に負の電圧を印加すると、圧電素子層１３は、矢印に示すようにｘｙ方向に伸張する。しかしながら、Ｓｉ活性層１１は伸張しないため、圧電素子６は、－ｚ方向に凸に湾曲する。
　一方、図４Ｂに示すように、第２の電極層１４に負の電圧を印加し、第１の電極層１２に正の電圧を印加すると、圧電素子層１３は、矢印に示すようにｘｙ方向に収縮する。しかしながら、Ｓｉ活性層１１は伸縮しないため、圧電素子６は＋ｚ方向に凸に湾曲する。
　なお、圧電素子層１３の極性によっては、印加される電圧に対する伸縮が逆になる場合もある。この場合、圧電素子層１３は、図４Ａ及び図４Ｂに示す方向とは逆に湾曲する。
　上記電圧信号は、正負を繰り返して振動する信号であるため、圧電素子層１３は、その電圧信号に応じて図４Ａ及び図４Ｂに示す状態を繰り返し、振動する。この振動により、＋ｚ方向に進む音波が発生する。
　本実施の形態に係るスピーカ素子１Ａでは、振動板３が接続片５を介して支持されているので、振動板３の振動変位を大きくすることができる。これにより、圧電素子６に印加される電圧で振動板３を振動させたときの電気機械結合係数を大きくすることができる。
　さらに、このスピーカ素子１Ａによれば、振動板３を外枠４と接続する接続片５の厚さが、圧電素子６が積層された部分の振動板３の板厚よりも大きい。これにより、接続片５自体の変形が抑制され、接続片５が振動板３を安定して支持することができるので、振動板３に生じる振動の定常波の模様を、音に対応する電圧信号に従って変形する圧電素子６の外形にあわせることができる（圧電素子６の外形と例えば相似形にできる）。この結果、振動板３をその外周全面で支持したスピーカ素子（振動板３と外枠４との間に開口が無いスピーカ素子）と比較して、周波数帯域を低く設定することができるうえ、振動板３に余計な振動を生じさせないようにすることができるため、音波の乱れを抑制して音質を向上することができる。
　なお、本実施の形態では、接続片５の数を１２とした。しかしながら、本発明はこれには限られない。例えば、接続片５の数は、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄに示すように、３～１０本であってもよい。ただし、いずれの場合でも、接続片５は振動板３の周方向に沿って等間隔に配設される。
　図５Ａ～図５Ｄでは、振動板３に生じる応力分布が示されている。図５Ａに示すように、接続片５の数を３本（１２０度間隔）とした場合には、応力分布は、その半径方向によって異なったものとなる。また、図５Ｂに示すように、接続片５の数を４本（９０度間隔）としたときにも、応力分布は、その半径方向によって異なったものとなる。
　一方、図５Ｃに示すように、接続片５の数を６本（６０度間隔）としたときには、応力は、半径方向にかかわらず、同じように変化する。また、図５Ｄの接続片５の数が１０本（３６度間隔）である場合にも同様である。このように、接続片５の数が増えれば増えるほど、振動板３の半径方向に関する応力の変化を均一なものとすることができる。
　接続片５の数が、６本以上であるときには、半径方向に関する応力変化は半径方向に関わらず同じとなる。このため、接続片５は、振動板３の主面３Ａの外縁に沿って少なくとも６個設けられているのが望ましい。
　また、本実施の形態では、裏面３Ｂに圧電素子６を設けたが、本発明はこれには限られない。例えば、図６に示すように、圧電素子６を主面３Ａに設けるようにしてもよい。この構成の場合は、例えば次のように製造すればよい。即ち、スピーカ素子１Ａから圧電素子６を除いた、振動板３、外枠４、接続片５、環状壁７を、微細加工を実現する半導体製造技術であるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いて製造する。そして、製造された振動板３の裏面３Ｂに、例えばセラミックスからなる圧電素子６を貼り付ければよい。
　また、図７に示すように、環状壁７は設けられていなくてもよい。この場合でも、接続片５が振動板３の他の部分よりも厚く形成されているので、接続片５が振動板３を安定して支持することができる。
実施の形態２．
　次に、本発明の実施の形態２について説明する。
　図８に示すように、本実施の形態に係るスピーカ素子１Ｂは、環状壁７の形状が上記実施の形態と異なる他は、上記実施の形態１に係るスピーカ素子１Ａと同じである。スピーカ素子１Ｂでは、環状壁７には、接続片５と接続する部分に張出部７Ａが設けられている。
　張出部７Ａは、振動板３の主面３Ａの中心Ｏを向く内壁が主面３Ａの中心に向かって張り出している。具体的には、図９に示すように、張出部７Ａは、ｚ軸方向から見て曲線状に張り出している。すなわち、張出部７Ａの内壁から中心Ｏまでの長さは連続的に変化している。
　さらに具体的には、張出部７Ａは、振動板３の主面３Ａの中心Ｏから延びて接続片５を均等に分割する仮想直線Ａに対して線対称な形状を有している。張出部７Ａは、仮想直線ＡからＬ２離れた位置から張り出し始め、仮想直線Ａ上での張り出しの長さは、Ｌ１で最大となっている。言い換えれば、張出部７Ａの内壁から中心Ｏまでの長さは、張り出しの長さがＬ１を示す位置で、最小となっている。
　仮に、張出部７Ａがない場合には、接続片５が形成された部分における環状壁７の内壁と振動板３との接合位置に対応する領域Ｂ１，Ｂ２（図１０参照）の応力が振動板３の他の部分よりも大きくなる。これに対し、環状壁７に張出部７Ａを設けることによって、領域Ｂ１，Ｂ２における応力をより低減することができる。
　なお、張出部７Ａの形状は、図９に示すものに限られない。例えば、図１１に示すように、ｚ軸方向から見た張出部７Ａの内壁の盛り上がった部分が、一部切り欠かれていてもよい（例えば直線状であってもよい）。このような張出部７Ａの形状は、領域Ｂ１，Ｂ２に発生する応力のように、振動板３に局所的に発生する応力を低減できる形状であればよい。
　本実施の形態によれば、張出部７Ａにより、振動板３に局所的に生じる応力を低減することができる。これにより、振動板３による振動を安定的なものとして、圧電素子６に入力される電圧信号に対応する音をより忠実に再生することができる。また、局所的に発生する応力により振動板３の破損を防止することができる。
実施の形態３．
　本発明の実施の形態３について説明する。
　上記実施の形態１、２では、単体のスピーカ素子１Ａ，１Ｂの構成について説明した。本実施の形態では、図１２に示すように、複数のスピーカ素子１Ａが２次元配列されて構成されるアレイスピーカ１００Ａについて説明する。
　アレイスピーカ１００Ａには、全体として円板状であり、その最も外周には円環状の外枠４が設けられている。外枠４は、不図示の固定部材に固定されている。この外枠４の内周壁で囲まれた領域に、複数のスピーカ素子１Ａが配列されている。複数のスピーカ素子１Ａは、発生する音の向きが同じ＋ｚ方向となるように配列されている。
　スピーカ素子１Ａは、互いに隣接する３つのスピーカ素子１Ａがそれぞれ正三角形の頂点に位置するように配列されている。外枠４は、スピーカ素子１Ａが有する接続片５のうち、外枠４に対向する接続片５と接続してスピーカ素子１Ａを支持する。また、隣接するスピーカ素子１Ａの間には、それぞれの接続片５が接続される。これにより、個々のスピーカ素子１Ａがお互いを支持し合う構造となっている。
　スピーカ素子１Ａは、接続片５が３０度間隔で１２本設けられているので、スピーカ素子１Ａを正三角形の頂点に位置するように配列すると、隣接するスピーカ素子１Ａ同士の接続片５の位置が合致する。したがって、位置が合致する接続片５同士をつないで、スピーカ素子１Ａを容易に連結することができる。
　また、外枠４の内縁には、スピーカ素子１Ａとの間隔を均一にするために、接続片５と接続する円弧状の延出部４Ａが設けられている。これにより、接続片５の長さを極力均一なものとして、スピーカ素子１Ａを、バランス良く支持することができる。
　本実施の形態によれば、スピーカ素子１Ａ同士を直接接続しているので、発生する音の向きが同じ＋ｚ方向である複数のスピーカ素子１Ａを密集して配列することができ、より高い指向性を実現することができる。
　本実施の形態では、配列されるスピーカ素子１Ａの数を６つとしたが、本発明はこれには限られない。スピーカ素子１Ａの数は、６つより少なくてもよいし、７つ以上であってもよい。また、スピーカ素子１Ａに変えて、スピーカ素子１Ｂ（図８参照）を配列するようにしてもよい。
実施の形態４．
　本発明の実施の形態４について説明する。
　本実施の形態に係るアレイスピーカ１００Ｂでも、図１３に示すように、複数のスピーカ素子１Ａが２次元配列されている。上記実施の形態３に係るアレイスピーカ１００Ａでは、隣接するスピーカ素子１Ａが正三角形状の交点に配列されたが、アレイスピーカ１００Ｂでは、互いに隣接する４つのスピーカ素子１Ａがそれぞれ正方形の頂点に位置するように配列されている。
　アレイスピーカ１００Ｂには、全体として正方形状であり、スピーカ素子１Ａに向かって半円状の突出した部分を備える内周壁を有する環状の外枠４が、最も外周に設けられている。外枠４は、不図示の固定部材に固定されている。この外枠４の内周壁で囲まれた領域に、複数のスピーカ素子１Ａが配列されている。
　外枠４は、スピーカ素子１Ａが有する接続片５のうち、外枠４に対向する接続片５と接続してスピーカ素子１Ａを支持する。また、隣接するスピーカ素子１Ａの間には、円形の補助部材８が配置されている。補助部材８は、スピーカ素子１Ａが有する接続片５のうち、補助部材８に対向する接続片５と接続してスピーカ素子１Ａを支持する。アレイスピーカ１００Ｂでは、接続片５が、固定部材に固定された外枠４以外にも、固定部材に固定された補助部材８と接続されるので、より安定してスピーカ素子１Ａを支持することが可能となる。なお、補助部材８は、固定部材に固定されていなくてもよい。
　また、外枠４の内縁には、補助部材８に対応して、スピーカ素子１Ａとの間隔を均一にするために、接続片５と接続する半円状又は４分円状の延出部４Ａが設けられている。これにより、接続片５の長さを極力均一なものとして、スピーカ素子１Ａを、バランス良く支持することができる。
　スピーカ素子１Ａでは、前述の通り、接続片５が３０度間隔で１２本設けられているので、スピーカ素子１Ａが、正方形の頂点に位置するように配列されると、隣接するスピーカ素子１Ａ同士の接続片５の位置が合致する。したがって、位置が合致する接続片５同士をつないで、スピーカ素子１Ａを容易に連結することができる。
　複数のスピーカ素子１Ａは、発生する音の向きが同じ＋ｚ方向となるように配列されている。これにより、アレイスピーカ１００Ｂは、指向性の高いスピーカとなる。さらに、音の向きが同じである複数のスピーカ素子１Ａを直接接続して密集して配列しているので、より高い指向性を実現することができる。
　本実施の形態では、配列されるスピーカ素子１Ａの数を４つとしたが、本発明はこれには限られない。スピーカ素子１Ａの数は、４つより少なくてもよいし、５つ以上であってもよい。また、スピーカ素子１Ａに変えて、スピーカ素子１Ｂを配列するようにしてもよい。
実施の形態５．
　本発明の実施の形態５について説明する。
　図１４に示すように、上記実施の形態３に係るアレイスピーカ１００Ａでは、隣接するスピーカ素子１Ａ同士が、それぞれの接続片５で接続された。本実施の形態に係るアレイスピーカ１００Ｃでは、隣接するスピーカ素子１Ａの接続片５が、三角形の補助部材８を介して接続される。
　補助部材８は、外枠４と同様に、不図示の固定部材に固定されている。補助部材８は、スピーカ素子１Ａ間の隙間に配置され、スピーカ素子１Ａが有する接続片５のうち、補助部材８に対向する接続片５と接続してスピーカ素子１Ａを支持する。アレイスピーカ１００Ｃでは、接続片５が、固定部材に固定された外枠４以外にも、固定部材に固定された補助部材８と接続されるので、より安定してスピーカ素子１Ａを支持することが可能となる。なお、補助部材８は、固定部材に固定されていなくてもよい。
　また、外枠４の内縁には、スピーカ素子１Ａとの間隔を均一にするために、接続片５と接続する円弧状の延出部４Ａが設けられている。これにより、接続片５の長さを極力均一なものとして、スピーカ素子１Ａを、バランス良く支持することができる。
実施の形態６．
　本発明の実施の形態６について説明する。
　図１５に示すように、本実施の形態６に係るアレイスピーカ１００Ｄでは、互いに隣接する４つのスピーカ素子１Ａが、正方形の頂点に位置するように配列されている。さらに、アレイスピーカ１００Ｄには、支持枠９が設けられている。支持枠９は、個々のスピーカ素子１Ａの周囲を囲み、スピーカ素子１Ａが有する接続片５と接続する。
　支持枠９は、不図示の固定部材に固定されている。支持枠９は、スピーカ素子１Ａ間にも配置されており、スピーカ素子１Ａが有する全ての接続片５と接続してスピーカ素子１Ａを支持する。アレイスピーカ１００Ｄでは、全ての接続片５が支持枠９で支持されるようになるので、より安定してスピーカ素子１Ａを支持することが可能となる。
　上記各実施の形態では、振動板３は、円板状であったが、本発明はこれには限られない。例えば、振動板３は、楕円板状であってもよいし、矩形や他の多角形状であってもよい。
　スピーカ素子１Ａ，１Ｂ及びアレイスピーカ１００Ａ～１００Ｄの各種材質及び寸法は、あくまで例示であり、これに限定されない。そのサイズは、実装する各種機器に応じて適宜調整可能である。
　上記各実施の形態では、圧電材料をＰＺＴとしたが、他の圧電材料を用いてもよい。ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３等の他の圧電材料であってもよいし、水晶やニオブ酸リチウム等の圧電単結晶を用いてもよい。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ化ビニリデン、三フッ化エチレン重合体等の圧電高分子膜を用いてもよい。
　上記各実施の形態では、音声信号の変調方式をＡＭ変調としたが、ＦＭ方式（周波数変調方式）を採用するようにしてもよい。
　この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
　なお、本願については、２０１７年４月１３日に出願された日本国特許出願２０１７－７９６８６号を基礎とする優先権を主張し、本明細書中に日本国特許出願２０１７－７９６８６号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
　本発明は、スマートフォン等の携帯機器などの各種電気機器に取り付けられ、高い指向性が要求される音等を再生するスピーカに適用することができる。
　１Ａ，１Ｂ　スピーカ素子、２　基板、３　振動板、３Ａ　主面、３Ｂ　裏面、４　外枠、４Ａ　延出部、５　接続片、６　圧電素子、７　環状壁、７Ａ　張出部、８　補助部材、９　支持枠、１０　Ｓｉ支持層、１１　Ｓｉ活性層、１２　第１の電極層、１３　圧電素子層、１４　第２の電極層、２０　音声信号出力部、２１　信号変調部、１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ　アレイスピーカ

Claims (16)

  1. 　主面に沿って外方に突出して他の部材と接続する接続片が前記主面の外縁に複数配設された振動板と、
    　前記振動板に積層され、電圧が加えられて変形して前記振動板を振動させる圧電素子と、
    　を備え、
    　前記主面に直交する方向における前記接続片の厚さは、前記圧電素子が積層された部分の前記振動板の板厚よりも大きく、
    　前記接続片は、前記主面に対して前記主面に直交する方向に突出している、
    　スピーカ素子。
  2. 　前記振動板の主面の外縁に沿って環状に形成され、前記主面に対して前記主面に直交する方向に突出して前記接続片と面一で連接する環状壁が形成されている、
    　請求項１に記載のスピーカ素子。
  3. 　前記環状壁には、
    　前記接続片と接続する部分において、前記主面の中心を向く内壁が前記主面の中心に向かって張り出した張出部が設けられている、
    　請求項２に記載のスピーカ素子。
  4. 　前記張出部は、
    　前記主面に直交する方向から見て曲線状に張り出している、
    　請求項３に記載のスピーカ素子。
  5. 　前記張出部は、
    　前記振動板の主面の中心から延びて前記接続片を均等に分割する仮想直線に対して線対称な形状を有する、
    　請求項４に記載のスピーカ素子。
  6. 　前記接続片は、前記振動板の主面の外縁に沿って均等配置されている、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載のスピーカ素子。
  7. 　前記接続片は、前記振動板の主面の外縁に沿って少なくとも６個設けられている、
    　請求項６に記載のスピーカ素子。
  8. 　前記接続片は、前記振動板の主面の外縁に沿って１２個設けられている、
    　請求項７に記載のスピーカ素子。
  9. 　前記振動板および前記圧電素子は、前記主面に直交する方向から見て円形である、
    　請求項１から８のいずれか一項に記載のスピーカ素子。
  10. 　請求項１から９のいずれか一項に記載の複数のスピーカ素子が２次元配列されている、
    　アレイスピーカ。
  11. 　互いに隣接する４つの前記スピーカ素子がそれぞれ正方形の頂点に位置するように配列されている、
    　請求項１０に記載のアレイスピーカ。
  12. 　互いに隣接する３つの前記スピーカ素子がそれぞれ正三角形の頂点に位置するように配列されている、
    　請求項１０に記載のアレイスピーカ。
  13. 　前記スピーカ素子の配列の周囲を囲み、前記スピーカ素子が有する接続片のうち、対向する接続片と接続して前記スピーカ素子を支持する外枠を備え、
    　前記外枠に接続されていない前記接続片同士をつないで、前記スピーカ素子同士が連結されている、
    　請求項１０から１２のいずれか一項に記載のアレイスピーカ。
  14. 　前記スピーカ素子の配列の周囲を囲み、前記スピーカ素子が有する接続片のうち、対向する接続片と接続して前記スピーカ素子を支持する外枠と、
    　前記スピーカ素子間の隙間に配置され、前記スピーカ素子が有する接続片のうち、対向する接続片と接続して前記スピーカ素子を支持する補助部材と、
    　を備える請求項１０から１２のいずれか一項に記載のアレイスピーカ。
  15. 　前記外枠の内縁から延出し、前記接続片と接続する延出部をさらに備える、
    　請求項１３又は１４に記載のアレイスピーカ。
  16. 　個々の前記スピーカ素子の周囲を囲み、前記スピーカ素子が有する接続片と接続する支持枠が設けられている、
    　請求項１０から１２のいずれか一項に記載のアレイスピーカ。
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