(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電音響素子と、
筐体と、を備え、
前記圧電音響素子は、少なくとも２つの圧電アクチュエータと、
前記少なくとも２つの圧電アクチュエータを支持する支持体と、
前記少なくとも２つの圧電アクチュエータをそれぞれ任意のタイミングで駆動させる信号入力装置と、を有し、
前記筐体は、前記筐体を貫通する貫通孔を少なくとも１つ有し、
前記支持体は、板状の支持板を有し、
前記少なくとも２つの圧電アクチュエータと、前記板状の支持板とで、前記少なくとも一対の圧電アクチュエータが対向する空間を取り囲み、
前記支持板は、前記少なくとも一対の圧電アクチュエータが対向する空間に連通する貫通孔を有し、
前記少なくとも２つの圧電アクチュエータのうち、少なくとも一対の圧電アクチュエータは、互いの音響放射面が所定の間隙を空けて対向するように配置され、
前記圧電音響素子は、前記圧電アクチュエータが前記筐体と対向しないように、かつ、前記筐体の前記貫通孔と、前記支持板の前記貫通孔とが対向するように搭載されていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の記載］
本発明は、日本国特許出願：特願２００７−２９３５１９号（２００７年１１月１２日出願）の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、圧電素子を用いて音波を発生させる圧電音響素子、及び該圧電音響素子を備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スピーカなどの音響素子の駆動源として、電磁式アクチュエータが利用されている。電磁式アクチュエータは、永久磁石とボイスコイルから構成されており、磁石を用いたステータの磁気回路の作用により振動を生じるものである。また、電磁式スピーカは、電磁式アクチュエータの振動部に固定された、有機フィルム等の低剛性な振動板が振動することにより音を発生するものである。
【０００３】
近年、携帯電話機やノート型パーソナルコンピュータの需要が増えており、これに伴って、小型かつ省電力のアクチュエータの需要が高まりつつある。しかしながら、電磁式アクチュエータは、動作時にボイスコイルへ多くの電流を流す必要があることから、省電力性には問題がある上に、その構造上、小型薄型化にも不向きであった。加えて、電磁式アクチュエータでは、ボイスコイルからの漏洩磁束による弊害を防止するため、電子機器への適用に際しては電磁シールドを施す必要があり、この点からしても携帯電話機等の小型電子機器への使用には不向きである。さらに言えば、小型化に伴い、ボイスコイルが細線化し、その結果、線材への抵抗値が増すことから、ボイスコイルが焼損する可能性も多くあった。
【０００４】
上記のような問題点に鑑み、電磁式アクチュエータに代わる薄型振動部品として、小型軽量、省電力、無漏洩磁束などの特徴を有する、圧電セラミックスなどの圧電素子を駆動源とした圧電アクチュエータが開発されている。圧電アクチュエータは、圧電素子の運動により機械的振動を発生させるものであり、例えば圧電セラミック素子（単に「圧電素子」ともいう）と台座とが接合された構造となっている。
【０００５】
圧電アクチュエータの基本的な構成及び動作について、図５８及び図５９を参照して説明する。図５８は、背景技術に係る圧電アクチュエータの構成を示す概略分解斜視図であり、図５９は、図５８の圧電アクチュエータの振動の態様を示す模式図である。
【０００６】
図５８に示すように、圧電アクチュエータ３１１は、圧電セラミックスからなる圧電素子３１２と、それが固定される台座３１３と、台座３１３の外周部を支持する枠状の支持部材３１４とを有している。圧電素子３１２に交流電圧を印加すると、圧電素子３１２は伸縮運動を行う。図５９に示すように、台座３１３はこの伸縮運動に応じて、凸型のモード（実線にて示す）に変形したり、凹型のモード（破線にて示す）に変形したりする。このようにして台座３１３、支持部材３１４との接合部を固定端とし、台座３１３中央部を腹として、図示上下方向に振動することとなる。
【０００７】
圧電アクチュエータは、薄型化には有利であるが、電磁式アクチュエータと比較して音響素子としての音響性能に劣るという一面がある。これは、圧電素子自体が高剛性で、機械Ｑ値が高いため、電磁型アクチュエータに比べ、共振周波数近傍では大振幅を得ることができるが、共振周波数以外の帯域では振幅が小さいことに起因する。なお、アクチュエータの振幅が小さければ、音圧も小さくなるので、このことは音楽再生などで必要な広い周波数帯域においては、充分な音圧を得ることができないことを意味する。また、圧電アクチュエータでは、基本共振周波数以下の低周波数帯域での音圧が小さく、これを解決する手段として、音響放射面の大面積化があるが、携帯電子機器に搭載する観点から、好適な手段とは言えない。そこで、例えば特許文献１〜７には、圧電アクチュエータの振動振幅を増大させるための手段が開示されている。
【０００８】
特許文献１に記載の圧電アクチェータは、第１のバイモルフと、第１のバイモルフの両端支持間より短く形成され、第１のバイモルフと同じ厚み方向に変位するよう、第１のバイモルフの一面上に絶縁状態にてその一端が固定された第２のバイモルフとよりなる。
【０００９】
特許文献２に記載の圧電アクチュエータにおいては、圧電体と弾性体とで構成される振動体の周縁部をバネ構造物によって支持固定している。
【００１０】
特許文献３に記載の圧電アクチュエータにおいては、圧電体は弾性部材を介して支持部材に支持され、弾性部材の中側、弾性部材と支持部材との間、又は弾性部材と圧電体との間にスリットが形成されている。
【００１１】
特許文献４に記載の圧電音響装置においては、圧電振動子の周辺部がリング状の支持部材の内周部に固定され、支持部材の外周部がケースの周壁に固定され、支持部材は、板状部材からなると共に、その内周部と外周部との間に、厚み方向に湾曲した湾曲部を有する。
【００１２】
特許文献５に記載のパラメトリックスピーカ用電気音響変換器は、圧電アクチュエータと、圧電アクチュエータと重ねて接合され、圧電アクチュエータの撓み振動に伴って超音波を発生するように振動する振動板と、圧電アクチュエータの振動に伴って発生する超音波を共鳴させる共鳴器とを備え、共鳴器は、共鳴室と、共鳴室に連通する放音孔とを有する。
【００１３】
特許文献６に記載の球体型圧電スピーカにおいては、厚み方向に分極され、内部が中空である球殻型の圧電セラミックスと、圧電セラミックスの外表面に形成された外部電極と、圧電セラミックスの内表面に形成された内部電極とを備え、外部電極と内部電極の間に駆動信号を入力して、圧電セラミックスを振動させることにより音を発生させる。
【００１４】
特許文献７に記載の圧電発音体においては、圧電振動体が、音声パネルの上に、その一方の端部を支持体によって支持され、自由端部となる他方の端部と音声パネルとの間に振動伝達材が固定されている。
【００１５】
【特許文献１】特開昭６１−１６８９７１号公報
【特許文献２】特開２０００−１４０７５９号公報
【特許文献３】特開２００１−１７９１７号公報
【特許文献４】特開２００１−３３９７９１号公報
【特許文献５】特開２００４−３１２３９５号公報
【特許文献６】特開平９−１６３４９８号公報
【特許文献７】特開２００７−９６４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
以上の特許文献１〜７の全開示内容は、本書に引用をもって繰り込み記載されているものとする。以下に本発明による関連技術の分析を与える。
特許文献１〜３に記載の圧電アクチュエータは、携帯電話機などに搭載されるバイブレータとして主に用いられるものであり、スピーカとして音楽や音声を再生させることは一切考慮されていない。つまり、バイブレータを用途とした場合、特定の周波数に限定して振幅を拡大すればよいが、スピーカとしての使用は、周波数特性までを考慮する必要がある。すなわち、音楽の再生に必要とされる周波数範囲、例えば０．２〜２０ｋＨｚといった周波数帯域において、所定レベル以上の音圧が得られるような構成とする必要がある。
【００１７】
特許文献４に記載の圧電音響装置においては、圧電振動子の厚み方向と径方向の双方の方向で振動が発生するため、振動エネルギーは分散され、音響放射方向への振動量が減衰する。このため、音響放射方向に対して所定の音圧レベルを得られるような構成を必要とする。
【００１８】
特許文献５に記載のパラメトリックスピーカ用電気音響変換器は、圧電アクチュエータ、振動板及び共鳴室を重ねて接合しているため、積層方向のサイズが大きくならざるを得ない。
【００１９】
特許文献６に記載の球体型圧電スピーカにおいては、落下等による衝撃に対して圧電アクチュエータが破損するおそれが大きい。
【００２０】
特許文献７に記載の圧電発音体においては、圧電振動体が片持ち梁構造となるので、落下等による衝撃に対して圧電振動体が破損するおそれが大きい。
【００２１】
圧電アクチュエータは、剛性が高く、機械Ｑ値が高いため、共振周波数近傍での振動量は大きい。しかしながら、共振周波数以外の帯域では振幅量は減衰するため、共振周波数近傍（特に基本共振周波数）でしか十分な音圧レベルが得られない短所をもつ。このため、圧電アクチュエータを用いた圧電音響素子においては、音響素子として必要とされる周波数特性を考慮した場合、限られた周波数での音圧を増大させることだけでなく、所望の周波数範囲内で全般的に、いかに音圧を増大させるかが重要となる。
【００２２】
また、圧電アクチュエータを用いた圧電音響素子を携帯電話機等のモバイル機器に搭載するためには、サイズの拡大化は回避しながらも、衝撃に対する安定性を高める必要がある。
【００２３】
本発明の目的は、大きな音圧が得られ、かつ広い周波数帯域で安定した音圧が得られると共に、強度の高い小型の圧電音響素子、及び該音響素子を備える電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の第１視点によれば、圧電音響素子と、筐体と、を備える電子機器が提供される。圧電音響素子は、少なくとも２つの圧電アクチュエータと、少なくとも２つの圧電アクチュエータを支持する支持体と、少なくとも２つの圧電アクチュエータをそれぞれ任意のタイミングで駆動させる信号入力装置と、を有する。筐体は、筐体を貫通する貫通孔を少なくとも１つ有する。支持体は、板状の支持板を有する。少なくとも２つの圧電アクチュエータと、板状の支持板とで、少なくとも一対の圧電アクチュエータが対向する空間を取り囲んでいる。支持板は、少なくとも一対の圧電アクチュエータが対向する空間に連通する貫通孔を有する。少なくとも２つの圧電アクチュエータのうち、少なくとも一対の圧電アクチュエータは、互いの音響放射面が所定の間隙を空けて対向するように配置されている。圧電音響素子は、圧電アクチュエータが筐体と対向しないように、かつ、筐体の貫通孔と、支持板の貫通孔とが対向するように搭載されている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の圧電音響素子は、以下の少なくとも１つの効果を有する。
【００２６】
本発明の圧電音響素子においては、複数の圧電アクチュエータを同時に駆動させる。これにより、１つの圧電アクチュエータからなる音響素子と比較して、複数倍の音響放射面積を有することになるので、音圧（特に、１つの圧電アクチュエータが再生する特定の周波数帯域の音圧）を増加させることができる。また、１つの圧電アクチュエータが破損した場合であっても、別の圧電アクチュエータから音は放射されるため、音響素子として機能を維持させることができる。さらに、１個の圧電音響素子で多チャンネルステレオ再生が可能となるので、音楽再生機能を有する電子機器への音響素子としての利便性が高くなる。
【００２７】
本発明の圧電音響素子においては、薄型の圧電アクチュエータを立体的に配置することにより、体積を大幅に増加させることなく音響放射面積が増大されている。これにより、本発明の圧電音響素子は、小型携帯電子機器であっても、そのデッドスペースに搭載することができる。
【００２８】
本発明の圧電音響素子においては、複数の圧電アクチュエータを同期させることができる。これにより、いわゆる呼吸球（膨張／伸縮する球体）のように、複数の方向に同一な波面で音波を伝播することが可能となる。多方向から音波を放射することで、無指向性で理想的な音源に近づき、原音を忠実に再生できる音響素子を実現することができる。
【００２９】
本発明においては、振動膜によって、圧電素子及び台座と支持体（支持部材）とが接合されている。振動膜は、台座などよりも変形し易くしているので、振動振幅を大きくすることができる。これにより、振動の態様をよりピストン型（電磁式アクチュエータと同様の振動態様）に近づけることが可能となる。また、落下等による圧電音響素子への衝撃を振動膜によって吸収することができるので、圧電素子等の破損を防止することができる。
【００３０】
本発明の圧電音響素子においては、周波数特性や共振周波数が異なる圧電アクチュエータを組み合わせることもできる。これにより、圧電音響素子の周波数特性を安定した音圧で平坦化することができると共に、周波数帯域も広帯域化することができる。
【００３１】
本発明の電子機器によれば、本発明の圧電音響素子によって得られる音響効果（例えば、大きな音圧や幅広い周波数帯域）を得ることができる。また、本発明の圧電音響素子の小型化により、電子機器自体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電音響素子の概略斜視図。
【図２】図１のII−II線における概略断面図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る圧電音響素子における圧電アクチュエータの分解斜視図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る圧電音響素子における圧電アクチュエータの概略断面図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る圧電音響素子における支持体の概略斜視図。
【図６】本発明の第１実施形態に係る圧電音響素子の動作を説明するための概略断面図。
【図７】本発明の第１実施形態に係る圧電音響素子の動作を説明するための概略断面図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る圧電音響素子の概略斜視図。
【図９】図８のIX−IX線における概略断面図。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る圧電音響素子の概略斜視図。
【図１１】図１０のXI−XI線における概略断面図。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る圧電音響素子における支持体の概略斜視図。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る圧電音響素子における圧電アクチュエータの概略断面図。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る圧電音響素子の概略断面図。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る圧電音響素子の概略断面図。
【図１６】本発明の第６実施形態に係る圧電音響素子の概略断面図。
【図１７】本発明の第７実施形態に係る圧電音響素子の概略斜視図。
【図１８】図１７のXVIII−XVIII線における概略断面図。
【図１９】本発明の第８実施形態に係る電子機器の一例を示す携帯電話機の概略平面図。
【図２０】本発明の第８実施形態において電子機器の筐体に圧電音響素子を接合した状態を示す概略部分断面図。
【図２１】本発明の第８実施形態において電子機器の筐体に圧電音響素子を接合した状態を示す概略部分断面図。
【図２２】本発明の第８実施形態において電子機器に圧電音響素子を搭載したときの概略斜視図。
【図２３】本発明の第８実施形態において電子機器の筐体に圧電音響素子を接合した状態を示す概略部分断面図。
【図２４】実施例１に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図２５】実施例２に係る圧電音響素子の概略斜視図。
【図２６】実施例２に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図２７】実施例３に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図２８】実施例４及び５に係る圧電音響素子を説明するための概略斜視図。
【図２９】実施例４に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図３０】実施例５に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図３１】実施例６に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図３２】実施例７に係る圧電音響素子の概略斜視図。
【図３３】実施例７に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図３４】実施例８に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図３５】実施例９に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図３６】実施例１０に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図３７】実施例１１に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図３８】実施例１２に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図３９】実施例１４に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図４０】実施例１５に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図４１】実施例１６に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図４２】実施例１７に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図４３】実施例１８に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図４４】実施例２０に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図４５】実施例２３に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図４６】実施例２６に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図４７】実施例２８に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図４８】実施例３０に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図４９】実施例３５に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図５０】実施例３６に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図５１】実施例３９に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図５２】実施例４０に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図５３】実施例４２に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図５４】比較例１に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図５５】比較例２に係る電磁式音響素子の概略断面図。
【図５６】比較例２に係る電磁式音響素子の周波数特性図。
【図５７】比較例３に係る圧電音響素子の周波数特性図。
【図５８】背景技術に係る圧電アクチュエータの概略分解斜視図。
【図５９】背景技術に係る圧電アクチュエータの動作を説明するための模式図。
【符号の説明】
【００３３】
１,２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１          圧電音響素子
２（２Ａ〜２Ｄ），２２Ａ〜２２Ｂ          圧電アクチュエータ
３，１３          支持体
３ａ〜３ｄ，１３ａ〜１３ｂ          支持板
３ｅ，１３ｅ          支持フレーム
１３ｆ          支持部材
４          空間
６（６Ａ〜６Ｄ），１６Ａ〜１６Ｂ          圧電素子
６ａ，６ｂ          主面
７（７Ａ〜７Ｄ）          台座
７ａ          拘束部
７ｂ          非拘束部
８（８Ａ〜８Ｄ）          振動膜
９（９Ａ〜９Ｄ）          支持部材
１２          振動方向
３２          音孔
２０１，２１１          携帯電話機
２０２，２１２          筐体
２０３，２１３ａ〜２１３ｃ          音孔
２１４          ディスプレイ
２１５ａ〜ｃ          音波放射
３０１          電磁式音響素子
３０２          永久磁石
３０３          振動板
３０４          ボイスコイル
３０５          電気端子
３１１          圧電アクチュエータ
３１２          圧電素子
３１３          台座
３１４          支持部材
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の第２視点によれば、少なくとも２つの圧電アクチュエータと、少なくとも２つの圧電アクチュエータを支持する支持体と、少なくとも２つの圧電アクチュエータをそれぞれ任意のタイミングで駆動させる信号入力装置と、を備え、少なくとも２つの圧電アクチュエータのうち、少なくとも一対の圧電アクチュエータは、互いの音響放射面が所定の間隙を空けて対向するように配置されている圧電音響素子を提供する。
【００３５】
上記第２視点の好ましい形態によれば、圧電アクチュエータは、音響放射面に沿って伸縮運動する板状の少なくとも１つの圧電素子と、圧電素子の一方の面に接合された台座と、台座に接合され、台座より低弾性であり、かつ広面積である振動膜と、を有し、台座は、圧電素子の伸縮運動を、音波が発生するように振動膜に伝達する。
【００３６】
上記第２視点の好ましい形態によれば、振動膜と支持体とが接合されている。
【００３７】
上記第２視点の好ましい形態によれば、圧電アクチュエータは、振動膜の外縁に接合される支持部材をさらに有し、支持部材と支持体とが接合されている。
【００３８】
上記第２視点の好ましい形態によれば、支持体は、板状の支持板を有し、少なくとも２つの圧電アクチュエータと、板状の支持板とで、少なくとも一対の圧電アクチュエータが対向する空間を取り囲む。
【００３９】
上記第２視点の好ましい形態によれば、支持板は、少なくとも一対の圧電アクチュエータが対向する空間に連通する貫通孔を有する。
【００４０】
上記第２視点の好ましい形態によれば、圧電アクチュエータ及び支持体で形成される直方体形状を有し、直方体形状の対向する２面には、少なくとも一対の圧電アクチュエータが配され、残りの４面には、圧電アクチュエータ又は支持体の一部が配される。
【００４１】
上記第２視点の好ましい形態によれば、少なくとも一対の圧電アクチュエータは、互いに周波数特性が異なる。
【００４２】
上記第２視点の好ましい形態によれば、圧電アクチュエータは、少なくとも２つの圧電素子を有するバイモルフ型である。
【００４３】
上記第２視点の好ましい形態によれば、信号入力装置は、少なくとも２つの圧電アクチュエータで囲まれた空間を同時に拡張及び縮小させるように、少なくとも２つの圧電アクチュエータの動作を同期させる。
【００４４】
本発明の第３視点によれば、圧電音響素子を備える電子機器であって、圧電音響素子は、少なくとも２つの圧電アクチュエータと、少なくとも２つの圧電アクチュエータを支持する支持体と、少なくとも２つの圧電アクチュエータをそれぞれ任意のタイミングで駆動させる信号入力装置と、を有し、少なくとも２つの圧電アクチュエータのうち、少なくとも一対の圧電アクチュエータは、互いの音響放射面が所定の間隙を空けて対向するように配置されている電子機器を提供する。
【００４５】
上記第３視点の好ましい形態によれば、電子機器は、筐体をさらに備え、電子機器には、少なくとも１つの圧電アクチュエータが筐体と対向するように圧電音響素子が搭載されている。
【００４６】
上記第３視点の好ましい形態によれば、電子機器は、筐体をさらに備え、電子機器には、圧電アクチュエータが筐体と対向しないように圧電音響素子が搭載されている。
【００４７】
上記第３視点の好ましい形態によれば、筐体は、筐体を貫通する貫通孔を少なくとも１つ有し、支持体は、板状の支持板を有し、少なくとも２つの圧電アクチュエータと、板状の支持板とで、少なくとも一対の圧電アクチュエータが対向する空間を取り囲み、支持板は、少なくとも一対の圧電アクチュエータが対向する空間に連通する貫通孔を有し、電子機器には、筐体の貫通孔と、支持板の貫通孔とが対向するように圧電音響素子が搭載されている。
【００４８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態の構成において、同一の構造部については同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。
【００４９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図１に、第１実施形態に係る圧電音響素子の概略斜視図を示す。図２に、図１のII−II線における概略断面図を示す。図１においては、圧電素子６Ａ〜６Ｄの位置を点線で示してある。
【００５０】
圧電音響素子１は、４つの圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄ、支持体３及び信号入力装置（不図示）を備える。圧電アクチュエータ２の概略分解斜視図を図３に示し、圧電アクチュエータ２の概略断面図を図４に示す。また、支持体３の概略斜視図を図５に示す。
【００５１】
圧電アクチュエータ２は、振動の駆動源となる圧電素子６と、該圧電素子６を支持する台座７と、該台座７を支持する振動膜８と、圧電素子６及び台座７を取り囲むと共に該振動膜８を支持する支持部材９と、を有する。圧電素子６、台座７及び振動膜８は、順に積層されている。圧電素子６、台座７はいずれも円形（円板状）で、振動膜８は四角形（好ましくは正方形）であり、これらの３つの部材は同一中心となるように（同心円状に）配置されている。圧電素子６及び台座７の形状は、円板状が好ましいが、これに限定されることなく他の形状でもよい。支持部材９は、四角形（好ましくは正方形）の枠状に形成され、振動膜８の外周部に接合されている。
【００５２】
各圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄには、それぞれの圧電アクチュエータを任意のタイミングで駆動させることが可能な信号入力装置（不図示）が接続されている。各圧電素子６には、信号入力装置の上部電極層及び下部電極層が接続されている。
【００５３】
圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄは、少なくとも一対の圧電アクチュエータが、所定の間隔をもって、音響放射面を対向させるように配置されている。すなわち、第１実施形態においては、圧電アクチュエータ２Ａと圧電アクチュエータ２Ｃとが、また圧電アクチュエータ２Ｂと圧電アクチュエータ２Ｄとが、圧電素子面を対向させるように配置されている。
【００５４】
圧電素子６は、２つの主面６ａ，６ｂを有する圧電板（圧電セラミックス）からなり、圧電板の主面６ａ，６ｂのそれぞれに、上部電極層および下部電極層（いずれも不図示）が形成されている。圧電板の分極方向は特に限定されるものではないが、本実施形態では、図４の図示上下方向（圧電素子６の厚み方向）に対して上向きとなっている。このように構成された圧電素子６は、上部電極層および下部電極層に交流電圧が印加され交番的な電界が付与されると、その両主面６ａ、６ｂが同時に拡大または縮小するような、半径方向の伸縮運動（径拡がり運動）を行う。換言すれば、圧電素子６は、主面６ａ，６ｂが拡大するような第１の変形モードと、主面６ａ，６ｂが縮小するような第２の変形モードとを繰り返すような運動を行う。
【００５５】
また、圧電素子６は、圧電材料層と電極層とが交互に積層された積層型構造であってもよい。
【００５６】
台座７は、圧電素子６の上記伸縮運動を、音波が発生するように（振動膜８が面方向に対して運動するように）振動膜８へ変換伝達する機能を有する。台座７は、弾性体（伸縮性のある材料）で構成され、その材質としては、金属材料（例えばアルミ合金、リンセイ銅、チタン、チタン合金、又は鉄ニッケル合金）や、樹脂材料（例えばエポキシ、アクリル、ポリイミド、ポリカーボネート、又はポリエチレンテフタラート）など、圧電素子６を構成するセラミック材料より低弾性の材料を広く用いると好ましい。また、台座７は、圧電素子６より広面積であると好ましい。
【００５７】
台座７の上面には、圧電素子６の主面６ｂ（下部電極層）が固定されるようになっており、これにより、台座７が圧電素子６を拘束することになる。図３においては、台座７のうち圧電素子６が貼り付けられる領域を拘束部７ａとして示し、それ以外の領域（拘束部７ａを包囲する領域）を非拘束部７ｂとして示している。
【００５８】
振動膜８は、音を発生させると共に、圧電アクチュエータ２の振動振幅を増大させるための膜部材であり、台座７よりも低弾性となっている。台座７と振動膜８の材質の組合せとしては、例えば、台座７が金属材料で、振動膜８が樹脂材料（例えばウレタン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリエチレンフィルムなど）であってもよい。あるいは、台座７と振動膜８とを同じ材質とし、振動膜８の膜厚を台座７より相対的に薄くすることにより、振動膜８が相対的に低弾性化されていてもよい。なお、振動膜８は、上記の他にも紙等であってもよい。振動膜８の厚みは、樹脂材料の場合で例えば５μｍ以上５００μｍ以下であると好ましい。特に、振動膜８が平らなシート材の場合、より好ましくは５μｍ以上１８０μｍ以下である。なお、振動膜８と台座７の弾性率を比較する場合、ヤング率（縦弾性係数）を使用すると好ましい。このとき、各弾性率は、ＪＩＳＺ２２８０に準拠して測定すると好ましい。
【００５９】
振動膜８は、音を発生させるための振動フィルムとしての機能の他に、圧電アクチュエータの振動振幅を拡大させる機能を併せ持つ。さらに、圧電素子６及び台座７は、振動膜８を介して支持部材９（又は支持体３）に取り付けられているため、圧電音響素子を落下させてしまった場合であっても、その衝撃を振動膜８が吸収することができるので、圧電素子６の破損を抑制することができる。
【００６０】
支持部材９の材質は、特に限定されるものではなく、樹脂材料であってもよいし金属材料であってもよい。
【００６１】
圧電素子６と台座７との接合、および、台座７と振動膜８との接合には、例えば、エポキシ系接着剤を利用可能である。接着剤層の厚みは特に限定されるものではないが、あまりに厚すぎると接着剤層に吸収される振動エネルギーが増大し十分な振動振幅が得られなくなる可能性もあるため、例えば２０μｍ以下であることが好ましい。
【００６２】
支持体３は、圧電アクチュエータ２との接合により圧電音響素子１を形成させる部材である。支持体３は、直方体（例えば立方体）形状であり、対向する一対の面にそれぞれ支持板３ａ，３ｂが形成されている。すなわち、支持体３は、四角形（例えば正方形）の２つの支持板３ａ，３ｂの対向する頂点をそれぞれ支持フレーム３ｅで連結する形態となっている。支持板３ａ，３ｂと４本の支持フレーム３ｅとで形成された支持体３の４つの開口部にそれぞれ圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄが取り付けられ、圧電音響素子１が形成される。支持体３の材質は特に限定されるものではなく、樹脂材料であってもよいし金属材料であってもよい。また、支持体３の材料は、圧電アクチュエータ２を構成する支持部材９と同一の材料であってもよく、もしくは後述の実施形態で説明するように支持部材９と支持体３とが一体の構造であってもよい。
【００６３】
圧電アクチュエータ２と支持体３との接合には、例えば、エポキシ系接着剤を利用可能である。接着剤層の厚みは特に限定されるものではないが、あまりに薄すぎると、接合部に間隙が生じ、音波の放射の際に、この間隙から漏れが生じる可能性もあるため、例えば１０μｍ以上であることが好ましい。
【００６４】
支持体３の４つの開口に、それぞれ圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄを接合することにより、圧電音響素子１が構成される。圧電音響素子１においては、４つの圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄ及び２つの支持板３ａ，３ｂより空間４が形成されている。空間４の容積は特に限定されるものではないが、対向する圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｃ又は２Ｂ，２Ｄ間の間隔が短すぎると、圧電アクチュエータ２動作時に、互いに接触する可能性があるため、例えば、その間隔は０．２５ｍｍ以上であることが好ましい。また、空間４は圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄと支持体３で遮蔽された空間であることに限定されず、後述の実施形態で説明するように、支持体３に開口部を形成することができる。この開口部の形成により、圧電アクチュエータ２動作時に生じる空間４からの空気抵抗が緩和され、良好な音響特性を実現することができる。
【００６５】
図６及び図７に、第１実施形態に係る圧電音響素子の動作を説明するための概略断面図を示す。圧電音響素子１においては、複数の圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄが同時に駆動される。各々の圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄの駆動条件は特に限定されることなく、互いに異なる駆動電圧や、異なる位相であってもよいが、図６及び図７に示されるように、位相が互いに同一（正）となるように、同じ駆動電圧で動作させるのが好ましい。すなわち、圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄは、振動方向（音響放射方向）１２が対称になるように、動作が同期すると好ましく、具体的には、空間４を同時に拡張させるように（圧電音響素子１の外側方向へ）（図６）、及び空間４を同時に縮小させるように（圧電音響素子１の内側方向へ）（図７）運動すると好ましい。このように、位相が互いに同一になるように駆動することで、呼吸球、すなわち呼吸することで膨張／伸縮する球体のように、４方向に同一な波面で音波を伝播することが可能となる。これにより、無指向性で理想的な音源を実現でき、原音に対して忠実な音の再生が可能となる。また、４つの放射面から音を放射すること、すなわち音響放射面積が４倍になることから、大きな音圧を得ることが可能となる。なお、図６及び図７において、振動膜８Ａ，８Ｃの角縁部等の変形状態は、図解の便宜上、誇張して表示してある。
【００６６】
このように、４つの圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄを立体的に配置することで、１辺の音響放射方向に対するスペースを増加させることなく、音響素子全体の音響放射面積を拡大できることから、小型携帯機器への搭載が可能となる。
【００６７】
なお、第１実施形態に係る圧電音響素子１では、圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄの構成は特に限定されず、４つが互いに異なる構成の圧電アクチュエータを使用することができる。また、形状についても、特に限定されず、例えば、正方形と長方形の圧電アクチュエータを組み合わせることが可能である。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図８に、第２実施形態に係る圧電音響素子の概略斜視図を示し、図９に、図８のIX−IX線の概略断面図を示す。第１実施形態においては、圧電音響素子１は、４つの圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄを有していたが、第２実施形態においては２つの圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂを有する。圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂは、音響放射面が互いに対向するように配置されている。すなわち、直方体（又は立方体）形状の圧電音響素子２１において、対向する２面に圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂが配され、その他の４面は支持体３の支持板３ａ〜３ｄとなっている。この他の形態は第１実施形態と同様である。支持体３は、円柱状であってもよく、その場合円柱状の一対の対向する端面部分に圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂを配することができる。
【００６９】
第２実施形態によれば、圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂ間の間隔を任意に設定することができる。圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂ間の間隔を狭くすれば、音響放射方向の厚みを低減することができ、圧電音響素子２１を薄型化することができる。また、圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂ間の間隔の調整や後述する音孔を形成することにより、圧電音響素子２１の音響特性（例えば、周波数特性、音圧レベル）を変化させることができる。
【００７０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図１０に、第３実施形態に係る圧電音響素子の概略斜視図を示し、図１１に、図１０のXI−XI線の概略断面図を示す。圧電音響素子３１は、第２実施形態と同様に、２つの圧電アクチュエータが対向する形態であるが、異なる点は、支持体３の１つの支持板３ａに空間４に通じる貫通孔（音孔）３２が形成されていることである。音孔３２は、音波を伝播させる開口として機能する。音孔３２が形成されている支持板３ａは、圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂが対向する空間に面している。音孔３２は、支持板３ａの中央に形成されると好ましい。音孔３２の形状及び個数は、特に限定されるものではなく、複数個であってもよいし、その形状は矩形や円形などいずれの形状でもよい。また、音孔３２の大きさは、支持板３ａの範囲内であれば特に限定されることなく形成することができ、所望の音響性能に応じて適宜設定することができる。
【００７１】
本実施形態において、圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂを同時に、同一位相で駆動させると、圧電アクチュエータ２Ａ、２Ｂの各々の音響放射面と、支持板３ａに配置される空間４に通じる音孔３２との３つの方向から、同一な波面で音波を伝播することが可能となる。これにより、無指向性で理想的な音源を実現でき、原音に対して忠実な音の再生が可能となる。また、２つの放射面から音を放射することで音響放射面積が２倍となり、音圧レベルを増加させることができる。また、支持板３ａの音孔３２から放射された音波と、圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂから放射された音波とが同位相で干渉し、音圧が増加する場合もある。
【００７２】
圧電音響素子３１においては、圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂを同時に、同一位相で、かつ音響放射面に対する振幅の向きを合わせて駆動させることで、音孔３２から放射させる音圧を高めることができる。
【００７３】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図１２に、第４実施形態に係る支持体の概略斜視図を示し、図１３に、第４実施形態に係る圧電アクチュエータの概略断面図を示す。また、図１４に、第４実施形態に係る圧電音響素子の概略断面図を示す。第４実施形態においては、支持部材と支持体が一体に形成されている。すなわち、支持体が支持部材を兼用している。図１２に示す支持体１３においては、支持板１３ａ，１３ｂの外周に、支持部材１３ｆが一体的にフレーム（枠）状に形成されていると共に、支持板１３ａ，１３ｂ間を連結する支持フレーム１３ｅにも支持部材１３ｆが一体的に形成されている。したがって、図１３に示すように、この支持体１３に取り付けられる圧電アクチュエータ２は、支持体とは別個の支持部材を有していない。このように、支持部材１３ｆを支持体１３に一体的に形成にすることで、支持部材１３ｆと支持体１３との接合部の間隙の形成を防止することができ、さらに接着工程も削減できることから、製造安定性が向上する。
【００７４】
本実施形態は、第１実施形態を基に適用したものを示したが、他の実施形態にも適用可能であることはいうまでもない。
【００７５】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図１５に、第５実施形態に係る圧電音響素子の概略断面図を示す。第５実施形態においては、圧電音響素子５１は、基本共振周波数が異なる２つの圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂを有している。基本共振周波数を異ならせる手段として、例えば、圧電アクチュエータ２Ａと、圧電アクチュエータ２Ｂとで、各々膜厚が異なる振動膜８Ａ，８Ｂを使用している。なお、本実施形態では、圧電アクチュエータの基本共振周波数が異ならせる手段は特に限定されることなく、圧電アクチュエータを構成する部材の変更や、圧電アクチュエータの形状、例えば、円形と正方形といった異なる形状同士を組み合わせるものであってもよい。このように、互いに基本共振周波数が異なる圧電アクチュエータで構成させることで、音圧レベルが低かった帯域を互いに補完することが可能となり、周波数特性を平坦化することができると共に、再生周波数帯域において大きな音圧レベルが得られる圧電音響素子を実現することができる。
【００７６】
本実施形態は、第２実施形態を基に適用したものを示したが、他の実施形態にも適用可能であることはいうまでもない。
【００７７】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図１６に、第６実施形態に係る圧電音響素子の概略断面図を示す。第６実施形態においては、圧電アクチュエータとして、バイモルフ型圧電アクチュエータを使用している。例えば、圧電アクチュエータ２２Ａは、台座７Ａの両面に、圧電素子６Ａ，１６Ａを有する。圧電素子６Ａ，１６Ａの両面には、それぞれ上部電極層と下部電極層（不図示）が接続されている。振動膜８Ａには貫通孔が形成されており、圧電素子１６Ａが露出するように挿嵌されている。
【００７８】
本実施形態は、第２実施形態を基に適用したものを示したが、他の実施形態にも適用可能であることはいうまでもない。
【００７９】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に係る圧電音響素子について説明する。図１７に、第７実施形態に係る圧電音響素子の概略斜視図を示し、図１８に、図１７のXVIII−XVIII線の概略断面図を示す。第７実施形態において、圧電音響素子７１は、３つの圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを有し、支持板３ａに音孔３２が形成されている。圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂは、音響放射面が互いに対向するように配置されている。すなわち、直方体（又は立方体）形状の圧電音響素子７１において、対向する２面に圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂが配置されている。圧電アクチュエータ２Ｃは圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂと垂直になるように配置されている。その他の３面は支持板３ａ〜３ｃとなっており、音孔３２は、圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂ，２Ｃに垂直な支持板３ａに形成されている。この他の形態は第３実施形態と同様である。支持体３は、円柱状であってもよく、その場合、円柱状の一対の対向する端面部分に圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂを配置することができる。
【００８０】
第７実施形態によれば、圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂ間の間隔を任意に設定することができる。圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂ間の間隔を狭くすれば、音響放射方向の厚みを低減することができ、圧電音響素子７１を薄型化することができる。また、圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂ間の間隔及び音孔の形状・大きさを調整することにより、圧電音響素子７１の音響特性（例えば、周波数特性、音圧レベル）を変化させることができる。
【００８１】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態に係る電子機器について説明する。本発明の電子機器は、第１実施形態〜第７実施形態において説明したような圧電音響素子を音響素子として有する。図１９に、本発明の電子機器の一例として携帯電話機の概略平面図を示す。例えば、圧電音響素子は、電子機器である携帯電話機２０１の筐体２０２の内面に貼り付けて搭載することができる。このとき、圧電音響素子を取り付ける筐体部分には、筐体内外を貫通する少なくとも１つの貫通孔（音孔）２０３が形成されていると好ましい。この筐体の音孔の形状、大きさ、個数等の形態は、所望の音響性能に応じて適宜設定することができる。本発明の電子機器としては、本発明の圧電音響素子を搭載できるものであればいずれの電子機器でもよく、例えば、携帯電話機の他に、ノート型パソコン等のモバイル機器を挙げることができる。
【００８２】
図２０及び図２１に、携帯電話機の筐体に圧電音響素子を接合した状態を示す概略部分断面図を示す。例えば、図２０に示すように、圧電音響素子２１は、圧電音響素子２１の一方の圧電アクチュエータ２Ａの振動膜８Ａを携帯電話機２０１の筐体２０２の内面（好ましくは音孔２０３）に対向させて、接着剤等によって携帯電話機２０１に接合することができる。別の形態としては、図２１に示すように、圧電音響素子３１は、圧電音響素子３１の１つの支持板３ａを携帯電話機２０１の筐体２０２の内面（好ましくは音孔２０３）に対向させて、接着剤等によって携帯電話機２０１に接合することができる。
【００８３】
このとき、圧電音響素子２１が、第１実施形態や第２実施形態のように、音孔を有さない形態の圧電音響素子である場合に、図２０に示すように、いずれかの圧電アクチュエータ２Ａの振動膜８Ａが電子機器２０１の筐体２０２に面するように圧電音響素子２１を搭載すると好ましい。特に、電子機器２０１の筐体２０２に音孔２０３が形成されている場合、圧電音響素子２１は、振動膜と筐体の音孔とが対向するように搭載すると好ましい。なお、図２０に示すように、圧電アクチュエータ２Ａと筐体２０２とが対向するように接合する場合、圧電アクチュエータ２Ａの周縁部のみで筐体と接合して、振動膜８Ａの自由度を確保すると好ましい。
【００８４】
また、圧電音響素子３１が、第３実施形態のように、音孔を有する形態の圧電音響素子である場合に、図２１に示すように、音孔３２が形成された支持板３ａが電子機器２０１の筐体２０２に面するように搭載すると好ましい。特に、電子機器２０１の筐体２０２に音孔（貫通孔）２０３が形成されている場合、圧電音響素子３１は、圧電音響素子３１の音孔３２と電子機器２０１の音孔２０３とが対向するように搭載すると好ましい。これにより、音孔２０３から効率よく音波を発生させることができる。また、２つの圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂをステレオ再生できるように駆動信号を制御することで、１個の音響素子でありながら、２チャンネルの再生が可能となり、ステレオ等の立体音響を実現することができる。このため、複数のスピーカを配置する必要がなく、実装面積の削減が可能となり、電子機器の小型化を促進することができる。
【００８５】
図２２に、圧電アクチュエータを折り畳み式携帯電話機に搭載したときの概略透視図を示す。図２３に、携帯電話機の筐体に圧電音響素子を接合した状態を示す概略部分断面図を示す。圧電音響素子３１が、第３実施形態のように、音孔３２を有する形態の圧電音響素子である場合に、図２３に示すように、圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂの振動膜８Ａ，８Ｂが電子機器（折り畳み式携帯電話機）２１１の筐体２１２に面するように圧電音響素子３１を搭載することもできる。特に、電子機器２１１の筐体２１２の正面、背面及び側面に第１〜第３音孔２１３ａ〜２１３ｃが形成されている場合、圧電音響素子３１は、振動膜８Ａと第１音孔２１３ａとが対向するように、振動膜８Ｂと第２音孔２１３ｂとが対向するように、そして音孔３２と第３音孔２１３ｃとが対向するように搭載してもよい。このように圧電音響素子３１を搭載すると、圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂの音響放射面８Ａ，８Ｂ及び音孔３２の３方向、すなわち筐体２１２の正面、背面及び側面から音波を放射することが可能となる。例えば、図２２に示すような折り畳み式携帯電話機においては、開状態にしてＴＶ等を視聴することがある。この場合、ディスプレイ２１４の面方向と同一方向（正面）からの音波放射２１５ａにより、ディスプレイ２１４の映像と連動して違和感なく音を聞くことができる。また、２つの圧電アクチュエータ２Ａ，２Ｂをステレオ再生できるように駆動信号を制御することで、１個の音響素子でありながら、２チャンネルの再生が可能となり、ステレオ等の立体音響を実現することができる。このため、複数のスピーカを配置する必要がなく、実装面積の削減が可能となり、電子機器の小型化を促進することができる。一方、閉状態の場合は、電子機器２１１の音孔２１３が塞がれることになるが、着信音等は、背面側からの音波放射２１５ｂ及び側面側からの音波放射２１５ｃによって、音圧レベルを低下させることなく発生させることができる。
【００８６】
以下、実施例１〜４８において、本発明の圧電音響素子の特性評価試験を実施した。また、比較例１〜３において比較試験を実施した。試験結果を表１〜表４に示す。
【実施例１】
【００８７】
実施例１に係る圧電音響素子として、図１に示すような、４つの圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄを備える第１実施形態に係る圧電音響素子１を作製した。各圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｄは、図３〜４に示すような構成を有する。圧電素子６は、外径＝φ１６ｍｍ、厚み＝５０μｍ（０．０５ｍｍ）の圧電板であり、その両面に、それぞれ厚み８μｍの上部電極層および下部電極層を形成した。台座７は、外径＝φ１８ｍｍ、厚み＝３０μｍ（０．０３ｍｍ）のリン青銅で形成した。振動膜８は、縦×横＝２１×２１ｍｍ、厚み＝８０μｍのウレタン製の膜で形成した。支持部材９は、縦×横（外周）＝２１×２１ｍｍ、縦×横（内周）＝２０×２０ｍｍ、厚み（高さ）＝０．５ｍｍのＳＵＳ３０４で形成した。支持体３は、縦×横×幅＝２１×２１×２１ｍｍの立方体形状であり、厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３０４で形成した。立方体形状の６面のうち、対向する一対の２面以外の面には、縦×横＝２０×２０ｍｍの開口部を形成した。圧電素子６及び台座７は、振動膜８の中央に同心円状に配置した。圧電板には、ジルコン酸チタン酸鉛系セラミックを用い、電極層には銀／パラジウム合金（重量比７０％：３０％）を使用した。この圧電素子６の製造はグリーンシート法で行い、大気中で１１００℃−２時間にわたって焼成し、その後、圧電材料層に分極処理を施した。圧電素子６と台座７の接着、台座７と振動膜８の接着、及び支持部材９と振動膜８との接着は、いずれもエポキシ系接着剤を用いて行った。また、圧電アクチュエータ２と支持体３の接着はエポキシ系接着剤を使用した。
【００８８】
作製した圧電音響素子１について、以下の試験１〜試験３を実施した。
（試験１）圧電アクチュエータの特性評価として、各圧電アクチュエータに交流電圧１Ｖを入力した時の基本共振周波数を測定した。
（試験２）圧電音響素子の特性評価として、交流電圧１Ｖ入力時の音圧レベルを、素子から１０ｃｍ離れた位置（図１を用いて説明すると支持板３ａの中心から１０ｃｍ離れた位置）に配置したマイクロホンにより、測定周波数１ｋＨｚ、３ｋＨｚ、５ｋＨｚ、及び１０ｋＨｚでそれぞれ測定した。なお、圧電音響素子における複数の圧電アクチュエータは、位相が同一で、各々の音響放射面に対する振動方向が同一になる（同時に圧電音響素子の拡張動作及び縮小動作をする）ように駆動させた。
（試験３）落下衝撃安定性評価として、圧電音響素子を搭載した携帯電話機を５０ｃｍ直上から５回自然落下させて、割れ等の破壊を目視で確認すると共に、試験前後の音圧特性を比較した。表１においては、１ｋＨｚでの音圧レベル差（試験前の音圧レベルと試験後の音圧レベルとの差のことを指す）が３ｄＢ以内を○とし、３ｄＢを超える場合を×とした。
【００８９】
図２４に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子は、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有した。また、本実施例の圧電音響素子は、音響の谷のない良好な音響特性を有することが実証された。さらに、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例２】
【００９０】
実施例２に係る圧電音響素子として、図２５に示すような、３つの圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｃを備える圧電音響素子７１を作製した。圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｃの構成は、実施例１と同様である。圧電音響素子７１の構成は、圧電アクチュエータの数、及び支持体において支持板が３面に形成されている点以外は実施例１と同様である。
【００９１】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図２６に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子７１によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例３】
【００９２】
実施例３に係る圧電音響素子として、図８〜図９に示すような、２つの圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｂを備える第２実施形態に係る圧電音響素子２１を作製した。圧電アクチュエータの構成は、実施例１と同様である。圧電音響素子の構成は、圧電アクチュエータの数、及び支持体において支持板が２面に形成されている点以外は実施例１と同様である。
【００９３】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図２７に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例４】
【００９４】
実施例４に係る圧電音響素子として、実施例３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例３に係る圧電音響素子と異なる点は、圧電音響素子間の間隔が狭くなっていることである。本実施例における支持体の寸法は、縦×横×幅＝２１×２１×５ｍｍであり、圧電アクチュエータ間の支持体寸法は、図２８における間隔ｄ＝５ｍｍとなっている（実施例３では２１ｍｍ）。
【００９５】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図２９に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例５】
【００９６】
実施例５に係る圧電音響素子として、実施例３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例３に係る圧電音響素子と異なる点は、圧電音響素子間の間隔が狭くなっていることである。本実施例における支持体の寸法は、縦×横×幅＝２１×２１×１．５ｍｍであり、圧電アクチュエータ間の支持体寸法は、図２８における間隔ｄ＝１．５ｍｍになっている。
【００９７】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図３０に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。また、本実施例の圧電音響素子は、厚み２ｍｍ以下の小型音響素子であり、携帯機器への搭載に有用であることが実証された。
【実施例６】
【００９８】
実施例６に係る圧電音響素子として、２つの圧電アクチュエータを備える第３実施形態に係る圧電音響素子を作製した。本実施例における圧電音響素子の構成は、支持板の１つの面に音孔が形成されている以外は実施例３に係る圧電音響素子の構成と同様である。音孔は、１つの支持板の中央に形成された３×３ｍｍの孔である。
【００９９】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図３１に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例７】
【０１００】
実施例７に係る圧電音響素子として、実施例６と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例６に係る圧電音響素子と異なる点は、図３２に示すように、音孔３２を形成した支持板が２つある点である。音孔３２は、対向する支持板に形成した。
【０１０１】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図３３に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例８】
【０１０２】
実施例８に係る圧電音響素子として、２つの圧電アクチュエータを備える第５実施形態に係る圧電音響素子を作製した。本実施例に係る圧電音響素子の構成は、実施例３に係る圧電音響素子と同様であるが、実施例３と異なる点は、２つの圧電アクチュエータの基本共振周波数を異ならせている点である。すなわち、実施例８に係る圧電音響素子においては、一方の圧電アクチュエータの振動膜の厚さを５０μｍ、他方の圧電アクチュエータの振動膜の厚さを８０μｍと、振動膜の厚さを異ならせることにより、２つの圧電アクチュエータの基本共振周波数を異ならせた。この点以外は、実施例３に係る圧電音響素子と同様である。
【０１０３】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図３４に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例９】
【０１０４】
実施例９に係る圧電音響素子として、実施例８と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例８に係る圧電音響素子と異なる点は、一方の振動膜の厚さをさらに薄くしている点である。本実施例においては、一方の振動膜の厚さを３０μｍとし、他方の振動膜の厚さを８０μｍとした。
【０１０５】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図３５に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例１０】
【０１０６】
実施例１０に係る圧電音響素子として、実施例３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例３に係る圧電音響素子と異なる点は、圧電アクチュエータ及び支持体の寸法である。本実施例においては、圧電素子の外径＝φ１２ｍｍ、台座の外径＝φ１３ｍｍ、振動膜の寸法（縦×横）＝１５×１５ｍｍ、支持部材の寸法（縦×横（外））＝１５×１５ｍｍ、寸法（縦×横（内））＝１４×１４ｍｍ、支持体の寸法＝１５×１５×１５ｍｍとした。
【０１０７】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図３６に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例１１】
【０１０８】
実施例１１に係る圧電音響素子として、実施例３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例３に係る圧電音響素子と異なる点は、振動膜の材質である。実施例３においては、振動膜としてウレタンを使用したが、本実施例においてはポリエチレンを使用した。
【０１０９】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図３７に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例１２】
【０１１０】
実施例１２に係る圧電音響素子として、２つのバイモルフ型圧電アクチュエータを備える第６実施形態に係る圧電音響素子を作製した。外径＝φ１８ｍｍ、厚み＝３０μｍ（０．０３ｍｍ）のリン青銅の台座の両面に、外径＝φ１６ｍｍ、厚み＝５０μｍ（０．０５ｍｍ）の圧電板の両面にそれぞれ厚み８μｍの上部電極層および下部電極層を形成した圧電素子を、同心円状に接合した。振動膜は、外径＝２１×２１ｍｍ、厚み＝８０μｍのポリエチレン製の膜であり、一方の圧電板を貫通させるためのφ＝１７ｍｍの開口部を有する。
【０１１１】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図３８に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例１３】
【０１１２】
実施例１３に係る圧電音響素子として、実施例６と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例６に係る圧電音響素子と異なる点は、音孔の開口寸法である。実施例６においては３ｍｍ×３ｍｍの孔であったが、本実施例においては開口寸法を２ｍｍ×２ｍｍの正方形とした。
【０１１３】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。その結果、本実施例の圧電音響素子は、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有した。また、本実施例の圧電音響素子は、音響の谷のない良好な音響特性を有することが実証された。さらに、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例１４】
【０１１４】
実施例１４に係る圧電音響素子として、図１７〜図１８に示すような、３つの圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｃを備える第７実施形態に係る圧電音響素子７１を作製した。圧電アクチュエータ２Ａ〜２Ｃの構成は、実施例１と同様である。圧電音響素子７１の構成は、圧電アクチュエータの数以外は実施例１３と同様である。
【０１１５】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図３９に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子７１によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例１５】
【０１１６】
実施例１５に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、圧電音響素子間の間隔が狭くなっていることである。本実施例における支持体の寸法は、縦×横×幅＝２１×２１×５ｍｍであり、圧電アクチュエータ間の支持体寸法は、図２８（音孔が無い点は異なる）における間隔ｄ＝５ｍｍとなっている（実施例１３では２１ｍｍ）。
【０１１７】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図４０に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例１６】
【０１１８】
実施例１６係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、圧電音響素子間の間隔が狭くなっていることである。本実施例における支持体の寸法は、縦×横×幅＝２１×２１×１．５ｍｍであり、圧電アクチュエータ間の支持体寸法は、図２８における間隔ｄ＝１．５ｍｍになっている。
【０１１９】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図４１に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚのほとんどの周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。また、本実施例の圧電音響素子は、厚み２ｍｍ以下の小型音響素子であり、携帯機器への搭載に有用であることが実証された。
【実施例１７】
【０１２０】
実施例１７に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、図３１に示すように、音孔３２を形成した支持板が２つある点である。音孔３２は、対向する支持板に形成した。
【０１２１】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図４２に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚのほとんどの周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例１８】
【０１２２】
実施例１８に係る圧電音響素子として、２つの圧電アクチュエータを備える第５実施形態に係る圧電音響素子を作製した。本実施例に係る圧電音響素子は、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子であるが、実施例１３と異なる点は、２つの圧電アクチュエータの基本共振周波数を異ならせている点である。すなわち、実施例１８に係る圧電音響素子においては、一方の圧電アクチュエータの振動膜の厚さを５０μｍ、他方の圧電アクチュエータの振動膜の厚さを８０μｍと、振動膜の厚さを異ならせることにより、２つの圧電アクチュエータの基本共振周波数を異ならせた。この点以外は、実施例１３に係る圧電音響素子と同様である。
【０１２３】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図４３に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例１９】
【０１２４】
実施例１９に係る圧電音響素子として、実施例１８と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１８に係る圧電音響素子と異なる点は、一方の振動膜の厚さをさらに薄くしている点である。本実施例においては、一方の振動膜の厚さを３０μｍとし、他方の振動膜の厚さを８０μｍとした。
【０１２５】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例２０】
【０１２６】
実施例２０に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、圧電アクチュエータ及び支持体の寸法である。本実施例においては、圧電素子の外径＝φ１２ｍｍ、台座の外径＝φ１３ｍｍ、振動膜の寸法（縦×横）＝１５ｍｍ×１５ｍｍ、支持部材の寸法（縦×横（外周））＝１５ｍｍ×１５ｍｍ、寸法（縦×横（内周））＝１４ｍｍ×１４ｍｍ、支持体の寸法＝１５ｍｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍとした。
【０１２７】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図４４に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、圧電アクチュエータを小さくしても、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で８５ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例２１】
【０１２８】
実施例２１に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、圧電アクチュエータ及び支持体の寸法である。本実施例においては、圧電素子の外径＝φ１０ｍｍ、台座の外径＝φ１１ｍｍ、振動膜の寸法（縦×横）＝１５ｍｍ×１５ｍｍ、支持部材の寸法（縦×横（外周））＝１５ｍｍ×１５ｍｍ、寸法（縦×横（内周））＝１４ｍｍ×１４ｍｍ、支持体の寸法＝１５ｍｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍとした。
【０１２９】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、圧電アクチュエータを小さくしても、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、５ｋＨｚ及び１０ｋＨｚでは９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例２２】
【０１３０】
実施例２２に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、圧電アクチュエータ及び支持体の寸法である。本実施例においては、圧電素子の外径＝φ８ｍｍ、台座の外径＝φ９ｍｍ、振動膜の寸法（縦×横）＝１５ｍｍ×１５ｍｍ、支持部材の寸法（縦×横（外周））＝１５ｍｍ×１５ｍｍ、寸法（縦×横（内周））＝１４ｍｍ×１４ｍｍ、支持体の寸法＝１５ｍｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍとした。
【０１３１】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、圧電アクチュエータを小さくしても、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、５ｋＨｚで９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例２３】
【０１３２】
実施例２３に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、振動膜の材質である。実施例１３においては、振動膜としてウレタンを使用したが、本実施例においてはポリエチレンを使用した。
【０１３３】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図４５に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例２４】
【０１３４】
実施例２４に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、振動膜の材質である。実施例１３においては、振動膜としてウレタンを使用したが、本実施例においてはポリエチレンテレフタレートを使用した。
【０１３５】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚのほとんどの周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例２５】
【０１３６】
実施例２５に係る圧電音響素子として、２つのバイモルフ型圧電アクチュエータを備える第６実施形態に係る圧電音響素子を作製した。外径＝φ１８ｍｍ、厚み＝３０μｍ（０．０３ｍｍ）のリン青銅の台座の両面に、外径＝φ１６ｍｍ、厚み＝５０μｍ（０．０５ｍｍ）の圧電板の両面にそれぞれ厚み８μｍの上部電極層および下部電極層を形成した圧電素子を、同心円状に接合した。振動膜は、外径＝２１×２１ｍｍ、厚み＝８０μｍのウレタン製の膜であり、一方の圧電板を貫通させるためのφ＝１７ｍｍの開口部を有する。また、実施例１３と同様にして、支持板に２ｍｍ×２ｍｍの１つの音孔が開けられている。
【０１３７】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例２６】
【０１３８】
実施例２６に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、支持板３ａ上の音孔の数である。実施例１３においては、音孔の数は１個であったが、本実施例では２個とした。なお、音孔の寸法は実施例１３と同様に２ｍｍ×２ｍｍである。
【０１３９】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図４６に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例２７】
【０１４０】
実施例２７に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、支持板３ａ上の音孔の数である。実施例１３においては、音孔の数は１個であったが、本実施例では３個とした。なお、音孔の寸法は実施例１３と同様に２ｍｍ×２ｍｍである。
【０１４１】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例２８】
【０１４２】
実施例２８に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、支持板３ａ上の音孔の数である。実施例１３においては、音孔の数は１個であったが、本実施例では４個とした。なお、音孔の形状は実施例１３と同様に２ｍｍ×２ｍｍである。
【０１４３】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図４７に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例２９】
【０１４４】
実施例２９に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、支持板３ａ上の音孔の開口寸法である。実施例１３においては、音孔の開口寸法は縦×横＝２ｍｍ×２ｍｍであったが、本実施例では縦×横＝１ｍｍ×１ｍｍとした。
【０１４５】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例３０】
【０１４６】
実施例３０に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、支持板３ａ上の音孔の開口寸法である。実施例１３においては、音孔の開口寸法は縦×横＝２ｍｍ×２ｍｍであったが、本実施例では縦×横＝４ｍｍ×４ｍｍとした。
【０１４７】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図４８に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例３１】
【０１４８】
実施例３１に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、支持板３ａ上の音孔の開口寸法である。実施例１３においては、音孔の開口寸法は縦×横＝２ｍｍ×２ｍｍであったが、本実施例では縦×横＝５ｍｍ×５ｍｍとした。
【０１４９】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚのほとんどの周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例３２】
【０１５０】
実施例３２に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、支持板３ａ上の音孔の開口形状である。実施例１３においては、音孔の開口形状は縦×横＝２ｍｍ×２ｍｍの正方形であったが、本実施例ではφ２ｍｍの円形とした。
【０１５１】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例３３】
【０１５２】
実施例３３に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、支持板３ａ上の音孔の開口形状である。実施例１３においては、音孔の開口形状は縦×横＝２ｍｍ×２ｍｍの正方形であったが、本実施例では一辺２ｍｍの正三角形とした。
【０１５３】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例３４】
【０１５４】
実施例３４に係る圧電音響素子として、実施例１３と同様の２つの圧電アクチュエータを備える圧電音響素子を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子と異なる点は、支持板３ａ上の音孔の開口形状である。実施例１３においては、音孔の開口形状は縦×横＝２×２ｍｍの正方形であったが、本実施例では２ｍｍ×１ｍｍの長方形とした。
【０１５５】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。その結果、本実施例の圧電音響素子によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚのほとんどの周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃に対する安定性が高いことが実証された。
【実施例３５】
【０１５６】
実施例３５に係る電子機器として、第８実施形態に係る電子機器を作成した。詳細には、実施例３に係る圧電音響素子を、筐体の表面側に２つの音孔を有する図１９に示すような携帯電話機の筐体内に搭載して、音響試験を実施した。実施例３に係る圧電音響素子は音孔を有していないので、圧電音響素子は、図２０に示すように、圧電音響素子の一方の圧電アクチュエータの振動膜と携帯電話機の筐体に形成した音孔とが対向するように、携帯電話機に搭載した。
【０１５７】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図４９に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の携帯電話機によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電音響素子に割れは見られなかった。また、落下衝撃試験後の音圧レベル（１ｋＨｚ）も９１ｄＢであった。
【実施例３６】
【０１５８】
実施例３６においては、実施例３５と同様の試験を実施した。実施例３５と異なる点は、圧電音響素子として実施例５に係る圧電音響素子を使用した点である。圧電音響素子は図２０に示すように携帯電話機に搭載した。
【０１５９】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図５０に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の携帯電話機によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域でほぼ９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電音響素子の割れは見られなかった。また、落下衝撃試験後の音圧レベル（１ｋＨｚ）も９２ｄＢであった。
【実施例３７】
【０１６０】
実施例３７に係る電子機器として、第８実施形態に係る電子機器を作成した。詳細には、実施例６に係る圧電音響素子を、筐体の表面側に２つの音孔を有する図１９に示すような携帯電話機の筐体内に搭載して、音響試験を実施した。実施例６に係る圧電音響素子は音孔を有しているので、圧電音響素子は、図２１に示すように、圧電音響素子の音孔と携帯電話機の筐体に形成した音孔とが対向するように、携帯電話機に搭載した。
【０１６１】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電音響素子の割れは見られなかった。また、落下衝撃試験後の音圧レベル（１ｋＨｚ）も９３ｄＢであった。
【実施例３８】
【０１６２】
実施例３８においては、実施例３５と同様の試験を実施した。本実施例においては、実施例８に係る圧電音響素子を携帯電話機に搭載した。圧電音響素子は図２０に示すように携帯電話機に搭載した。
【０１６３】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電音響素子の割れは見られなかった。また、落下衝撃試験後の音圧レベル（１ｋＨｚ）も９１ｄＢであった。
【実施例３９】
【０１６４】
実施例３９に係る電子機器として、第８実施形態に係る電子機器を作成した。詳細には、実施例１５に係る圧電音響素子を、筐体の表面側に２つの音孔を有する図１９に示すような携帯電話機の筐体内に搭載して、音響試験を実施した。実施例１５に係る圧電音響素子を、図２０に示すように、圧電音響素子の一方の圧電アクチュエータの振動膜と携帯電話機の筐体に形成した音孔とが対向するように、携帯電話機に搭載した。
【０１６５】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図５１に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の携帯電話機によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電音響素子に割れは見られなかった。また、落下衝撃試験後の音圧レベル（１ｋＨｚ）も９１ｄＢであった。
【実施例４０】
【０１６６】
実施例４０に係る電子機器として、第８実施形態に係る電子機器を作成した。詳細には、実施例１５に係る圧電音響素子を、筐体の表面側に２つの音孔を有する図１９に示すような携帯電話機の筐体内に搭載して、音響試験を実施した。実施例１５に係る圧電音響素子を、図２１に示すように、音孔と携帯電話機の筐体に形成した音孔とが対向するように、携帯電話機に搭載した。
【０１６７】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図５２に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の携帯電話機によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚのほとんどの周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電音響素子に割れは見られなかった。また、落下衝撃試験後の音圧レベル（１ｋＨｚ）も９１ｄＢであった。
【実施例４１】
【０１６８】
実施例４１に係る電子機器として、第８実施形態に係る電子機器を作成した。詳細には、実施例１５に係る圧電音響素子を、筐体の表面側に２つの音孔を有する図１９に示すような携帯電話機の筐体内に搭載して、音響試験を実施した。実施例１５に係る圧電音響素子を、図２０に示すように、圧電音響素子の一方の圧電アクチュエータの振動膜と携帯電話機の筐体に形成した音孔とが対向するように、携帯電話機に搭載した。
【０１６９】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。その結果、本実施例の携帯電話機によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電音響素子に割れは見られなかった。また、落下衝撃試験後の音圧レベル（１ｋＨｚ）も９１ｄＢであった。
【実施例４２】
【０１７０】
実施例４２に係る電子機器として、実施例１８に係る圧電音響素子を、筐体の表面側に２つの音孔を有する図１９に示すような携帯電話機の筐体内に搭載した電子機器を作製した。実施例１８に係る圧電音響素子を、図２１に示すように、圧電音響素子の音孔と携帯電話機の筐体に形成した音孔とが対向するように、携帯電話機に搭載した。
【０１７１】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図５３に、周波数変化に対する音圧変化を示す本実施例の音響特性図を示す。その結果、本実施例の携帯電話機によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電音響素子に割れは見られなかった。また、落下衝撃試験後の音圧レベル（１ｋＨｚ）も９１ｄＢであった。
【実施例４３】
【０１７２】
実施例４３に係る電子機器として、実施例１３に係る圧電音響素子を、筐体の３方向に音孔を有する図２２に示すような携帯電話機の筐体内に搭載した電子機器を作製した。実施例１３に係る圧電音響素子は、図２３に示すように、２つの圧電アクチュエータの振動膜と貫通口とが携帯電話機の筐体に形成した音孔に対向するように、携帯電話機に搭載した。
【０１７３】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。試験２については、主となるディスプレイ（ＬＣＤ）の正面側、背面側及び側面側の３方向でそれぞれ実施した。その結果、本実施例の携帯電話機によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電音響素子に割れは見られなかった。また、落下衝撃試験後の音圧レベル（１ｋＨｚ）も９１ｄＢであった。
【実施例４４】
【０１７４】
実施例４４に係る電子機器として、実施例１８に係る圧電音響素子を、筐体の３方向に音孔を有する図２２に示すような携帯電話機の筐体内に搭載した電子機器を作製した。実施例１８に係る圧電音響素子は、図２３に示すように、２つの圧電アクチュエータの振動膜と貫通口とが携帯電話機の筐体に形成した音孔に対向するように、携帯電話機に搭載した。
【０１７５】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。試験２については、主となるディスプレイ（ＬＣＤ）の正面側、背面側及び側面側の３方向でそれぞれ実施した。その結果、本実施例の携帯電話機によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚのほとんどの周波数帯域で８５ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電音響素子に割れは見られなかった。また、落下衝撃試験後の音圧レベル（１ｋＨｚ）も９１ｄＢであった。
【実施例４５】
【０１７６】
実施例４５に係る電子機器として、実施例２０に係る圧電音響素子を、筐体の３方向に音孔を有する図２２に示すような携帯電話機の筐体内に搭載した電子機器を作製した。実施例２２に係る圧電音響素子は、図２３に示すように、２つの圧電アクチュエータの振動膜と貫通口とが携帯電話機の筐体に形成した音孔に対向するように、携帯電話機に搭載した。
【０１７７】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。試験２については、主となるディスプレイ（ＬＣＤ）の正面側、背面側及び側面側の３方向でそれぞれ実施した。その結果、本実施例の携帯電話機によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電音響素子に割れは見られなかった。また、落下衝撃試験後の音圧レベル（１ｋＨｚ）も９１ｄＢであった。
【実施例４６】
【０１７８】
実施例４６に係る電子機器として、実施例２５に係る圧電音響素子を、筐体の３方向に音孔を有する図２２に示すような携帯電話機の筐体内に搭載した電子機器を作製した。実施例２５に係る圧電音響素子は、図２３に示すように、２つの圧電アクチュエータの振動膜と貫通口とが携帯電話機の筐体に形成した音孔に対向するように、携帯電話機に搭載した。
【０１７９】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。試験２については、主となるディスプレイ（ＬＣＤ）の正面側、背面側及び側面側の３方向でそれぞれ実施した。その結果、本実施例の携帯電話機によれば、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。また、落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電音響素子に割れは見られなかった。また、落下衝撃試験後の音圧レベル（１ｋＨｚ）も９１ｄＢであった。
【実施例４７】
【０１８０】
実施例４７においては、実施例３に係る圧電音響素子を搭載したノート型パーソナルコンピュータ（不図示）を作製した。具体的には、携帯電話の場合と同じように、パーソナルコンピュータの筐体内側面に、圧電音響素子を貼り付ける構成とした。
【０１８１】
このノート型パソコンについて、素子から３０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、上記試験３と同様の落下衝撃試験も行なった。なお、落下衝撃試験においては、圧電音響素子を搭載したノート型パソコンを落下させた。
【０１８２】
落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ９２ｄＢであった。
【実施例４８】
【０１８３】
実施例４８においては、実施例１３に係る圧電音響素子を搭載したノート型パーソナルコンピュータ（不図示）を作製した。具体的には、携帯電話の場合と同じように、パーソナルコンピュータの筐体内側面に、圧電音響素子を貼り付ける構成とした。上記試験３と同様の落下衝撃試験を行なった。なお、落下衝撃試験においては、圧電音響素子を搭載したノート型パソコンを落下させた。
【０１８４】
落下衝撃試験においては、５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ９２ｄＢであった。
［比較例１］
【０１８５】
比較例１においては、実施例１において使用した１つの圧電アクチュエータを圧電音響素子として、実施例１と同様の試験１〜試験３を実施した。なお、振動膜の材質はポリエチレン製である。図５４に、周波数変化に対する音圧変化を示す比較例１の音響特性図を示す。その結果、比較例１の圧電音響素子によれば、１〜１０ｋＨｚの周波数帯域で９０ｄＢを超える音圧レベルを得ることができなかった。すなわち、本実施例によれば、比較例１よりも全体的に音圧レベルが高い圧電音響素子が得られることが分かる。また、音が聞こえる音圧レベルを６０ｄＢと設定すると、全体的に音圧レベルの高い本実施例の方が、比較例１に比べて、周波数帯域が広くなっていることが分かる。これより、本発明の圧電音響素子は、高い音圧レベル及び広い周波数帯域を有していることが実証された。
［比較例２］
【０１８６】
比較例２に係る音響素子として、図５５に示すような電磁式音響素子３０１を作製した。図５５に示す音響素子は、永久磁石３０２と、ボイスコイル３０４と、振動板３０３とを有し、電気端子３０５を通じてボイスコイル３０４に電流を流すことで磁力が発生し、発生した磁力により、振動板３０３に吸引と反発とを繰り返させて音を発生するものである。なお、この音響素子３０１の外形形状は、外形＝φ２０ｍｍの円形であり、高さ＝４．０ｍｍである。
【０１８７】
この音響素子３０１に対し、素子から３０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。図５６に、周波数変化に対する音圧変化を示す比較例２の音響特性図を示す。その結果、比較例２の電磁式音響素子によれば、１〜１０ｋＨｚの周波数帯域で８５ｄＢを超える音圧レベルを得ることができなかった。すなわち、本実施例によれば、比較例２よりも全体的に音圧レベルが高い圧電音響素子が得られることが分かる。また、音が聞こえる音圧レベルを６０ｄＢと設定すると、全体的に音圧レベルの高い本実施例の方が、比較例２に比べて、周波数帯域が広くなっていることが分かる。これより、本発明の圧電音響素子は、高い音圧レベル及び広い周波数帯域を有していることが実証された。
［比較例３］
【０１８８】
比較例３においては、実施例３５と同様の試験を実施した。本実施例においては、比較例１に係る圧電音響素子を携帯電話機に搭載した。
【０１８９】
実施例１と同様に試験１〜試験３を実施した。図５７に、周波数変化に対する音圧変化を示す比較例３の音響特性図を示す。その結果、比較例３の携帯電話機によれば、１〜１０ｋＨｚの周波数帯域で音圧レベルは約８０ｄＢであり、７０ｄＢ台の帯域もあった。すなわち、本実施例によれば、比較例３よりも全体的に音圧レベルが高い電子機器が得られることが分かる。また、音が聞こえる音圧レベルを６０ｄＢと設定すると、全体的に音圧レベルの高い本実施例の方が、比較例３に比べて、周波数帯域が広くなっていることが分かる。これより、本発明の電子機器は、高い音圧レベル及び広い周波数帯域を有していることが実証された。また、比較例３の落下衝撃試験においては、２回落下後において圧電素子の割れが見られ、この時点で音圧レベルを測定したところ５０ｄＢ以下であった。
【０１９０】
【表１】
0005428861.tif 000002
【０１９１】
【表２】
0005428861.tif 000003
【０１９２】
【表３】
0005428861.tif 000004
【０１９３】
【表４】
0005428861.tif 000005
【０１９４】
（まとめ）
実施例１〜１２の圧電音響素子は、比較例２（電磁式アクチュエータ）の周波数特性に近い周波数特性を示しており、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域での音圧レベルが高い。一方、比較例１の従来型の圧電アクチュエータでは、周波数特性のグラフに激しい凹凸が見られた。この点からしても、本発明によれば音響素子の周波数特性が改善されることが実証された。また、本発明に係る音響素子の周波数帯域が拡大したこと、音圧が高いことが実証された。さらに、携帯電話機に実装した実施例３５〜４６では、比較例３と比べて、その音圧レベルの向上も図られていた。
【産業上の利用可能性】
【０１９５】
本発明に係る圧電音響素子は、電子機器（例えば、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など）の音源としても利用可能とすることができる。
本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。
【図１】
0005428861.tif 000006
【図２】
0005428861.tif 000007
【図３】
0005428861.tif 000008
【図４】
0005428861.tif 000009
【図５】
0005428861.tif 000010
【図６】
0005428861.tif 000011
【図７】
0005428861.tif 000012
【図８】
0005428861.tif 000013
【図９】
0005428861.tif 000014
【図１０】
0005428861.tif 000015
【図１１】
0005428861.tif 000016
【図１２】
0005428861.tif 000017
【図１３】
0005428861.tif 000018
【図１４】
0005428861.tif 000019
【図１５】
0005428861.tif 000020
【図１６】
0005428861.tif 000021
【図１７】
0005428861.tif 000022
【図１８】
0005428861.tif 000023
【図１９】
0005428861.tif 000024
【図２０】
0005428861.tif 000025
【図２１】
0005428861.tif 000026
【図２２】
0005428861.tif 000027
【図２３】
0005428861.tif 000028
【図２４】
0005428861.tif 000029
【図２５】
0005428861.tif 000030
【図２６】
0005428861.tif 000031
【図２７】
0005428861.tif 000032
【図２８】
0005428861.tif 000033
【図２９】
0005428861.tif 000034
【図３０】
0005428861.tif 000035
【図３１】
0005428861.tif 000036
【図３２】
0005428861.tif 000037
【図３３】
0005428861.tif 000038
【図３４】
0005428861.tif 000039
【図３５】
0005428861.tif 000040
【図３６】
0005428861.tif 000041
【図３７】
0005428861.tif 000042
【図３８】
0005428861.tif 000043
【図３９】
0005428861.tif 000044
【図４０】
0005428861.tif 000045
【図４１】
0005428861.tif 000046
【図４２】
0005428861.tif 000047
【図４３】
0005428861.tif 000048
【図４４】
0005428861.tif 000049
【図４５】
0005428861.tif 000050
【図４６】
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【図４７】
0005428861.tif 000052
【図４８】
0005428861.tif 000053
【図４９】
0005428861.tif 000054
【図５０】
0005428861.tif 000055
【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
0005428861.tif 000061
【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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