(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、
その面上に前記圧電素子を配置することによって、前記圧電素子と共に圧電振動子を構成する振動板と、
前記振動板の周囲に配置されるフレーム部と、
前記フレーム部および前記振動板とを接続し、前記振動板がリニアに振幅可能となるように前記振動板を支持するダンパ部と、
前記振動板、前記ダンパ部、および前記フレーム部との間に形成されるエッジ部とを備え、
第１の素材を用いた両表面を構成する２層の表面層と、前記第１の素材と異なる第２の素材を用いた前記２層の表面層の間にその両面がそれぞれ前記表面層と接合されて構成される１層のコア層とを有するサンドイッチ構造材料に所定の処理を行うことによって、前記振動板、前記ダンパ部、および前記フレーム部を一体形成することを特徴とする、圧電スピーカ。
【請求項２】
前記第１の素材が有する熱膨張係数は、前記圧電素子が有する熱膨張係数と近い値であり、
前記第２の素材の密度は、前記第１の素材の密度より軽量である、請求項１に記載の圧電スピーカ。
【請求項３】
前記表面層の厚さは、前記コア層の厚さより薄い、請求項２に記載の圧電スピーカ。
【請求項４】
前記第１および第２の素材は、それぞれ金属および高分子樹脂の薄板の一方を選択して構成される、請求項２に記載の圧電スピーカ。
【請求項５】
前記第１の素材は、４２アロイを素材とした金属の薄板であり、
前記第２の素材は、４２アロイとは異なった金属および高分子樹脂の薄板の一方を選択して構成される、請求項４に記載の圧電スピーカ。
【請求項６】
前記第２の素材は、アルミニウムを素材とした金属の薄板である、請求項５に記載の圧電スピーカ。
【請求項７】
前記エッジ部は、前記振動板、前記ダンパ部、および前記フレーム部との間に形成される空隙に前記第１および第２の素材とは異なった材料を装填することによって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の圧電スピーカ。
【請求項８】
前記エッジ部は、前記振動板、前記ダンパ部、および前記フレーム部との間に形成される領域における前記第１の素材のみをエッチング処理することによって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の圧電スピーカ。
【請求項９】
前記圧電素子に駆動電圧を印加する一方の電極が前記フレーム部に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の圧電スピーカ。
【請求項１０】
前記サンドイッチ構造材料を構成する素材の少なくとも一部には、絶縁性を有する素材が含まれており、
前記フレーム部は、前記サンドイッチ構造材料を構成する複数の層の少なくとも一部を所定の形状にエッチング処理することによって、回路部が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の圧電スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響機器等に用いられる圧電スピーカに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電スピーカは、圧電体を電気音響変換素子に用いた小型・低電流駆動の音響機器として知られており、小型機器の音響出力機器として使用されている。一般的に、圧電スピーカは、金属振動板に銀薄膜等による電極が形成された圧電素子を貼付した構造を有している。圧電スピーカの発音機構は、この圧電素子の両面に交流電圧をかけることで圧電素子に形状歪みを発生させ、金属振動板を振動させることにより、発生させている。
【０００３】
従来の圧電スピーカは、振動板がリニアに振幅可能となるように振動板を支持することによって、周波数特性を平坦にしているものがある（例えば特許文献１参照）。一般的に、このような圧電スピーカの振動板には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）圧電素材の熱膨張係数と近いことから、４２Ｎｉ−Ｆｅ（以下、４２アロイと記載する）を単一の金属素材とした金属振動板が用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１６６９２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、圧電スピーカの振動板は、軽量であるほど単位エネルギ当たりの音圧が向上する。したがって、バッテリの高寿命化あるいは低電圧駆動が設計時の課題となる携帯端末機器等に搭載される圧電スピーカには、振動板の軽量化が音響特性上必要な条件とされている。
【０００６】
一方、圧電スピーカの振動板には適度な剛性が必要であり、上記圧電素子の厚さが５０μｍ（ミクロンメートル）程度である場合、上記４２アロイを素材とした振動板の厚みは、５０〜１００μｍ前後となる。上記振動板の厚みがこの範囲よりも薄ければ、当該振動板の剛性は低下し、圧電素子を安定して支持する、あるいは圧電素子の形状歪みを十分に振幅運動へと変換することが困難となる。さらに、上記振動板の厚みがこの範囲よりも厚ければ、当該振動板の剛性は著しく増大するため、圧電素子の形状歪みによる撓みを振動板に伝達することが困難になり、振動板の振幅が得られず、音圧の低下につながってしまう。したがって、従来の圧電スピーカの振動板において、音響特性を維持するためには適度な振動板の剛性が必要となるため、軽量化のために極端に材厚を薄くすることは出来なかった。また、従来の圧電スピーカの振動板は、圧電素材の熱膨張係数に合わせるために密度の高い単一の金属素材（４２アロイ）で構成されているため、素材変更による振動板の軽量化も難しかったため、上述した軽量化による単位エネルギ当たりの音圧の向上が困難であった。
【０００７】
それ故に、本発明の目的は、圧電スピーカの振動板の剛性および表面の熱膨張係数を低下させることなく振動板の軽量化することによって、音響特性が向上した圧電スピーカを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するために、本発明は、以下に述べるような特徴を有している。
第１の発明は、圧電素子と、その面上に圧電素子を配置することによって、圧電素子と共に圧電振動子を構成する振動板と、振動板の周囲に配置されるフレーム部と、フレーム部および振動板とを接続し、振動板がリニアに振幅可能となるように振動板を支持するダンパ部と、振動板、ダンパ部、およびフレーム部との間に形成されるエッジ部とを備え、第１の素材を用いた両表面を構成する２層の表面層と、第１の素材と異なる第２の素材を用いた２層の表面層の間にその両面がそれぞれ表面層と接合されて構成される１層のコア層とを有するサンドイッチ構造材料に所定の処理を行うことによって、振動板、ダンパ部、およびフレーム部を一体形成する。
【０００９】
第１の発明によれば、軽量素材を組み合わせることで、単一の材料を用いた振動板と比較して軽量化を図ることができる。また、異なる素材によるサンドイッチ構造を形成していることから、振動板に必要な剛性を得るための設計も容易であり、必要な剛性を維持しながら軽量化することが可能である。したがって、上記軽量化された振動板を圧電スピーカに用いることによって、圧電スピーカの音圧レベルを向上させることができる。
また、サンドイッチ構造材料を２種類の素材を用いた３層で構成すれば、製造や剛性を得るための設計が容易になる。
さらに、振動板、ダンパ部、およびフレーム部をサンドイッチ構造材料で一体形成することによって、圧電スピーカを構成する部材の形成が容易になる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
第１の素材が有する熱膨張係数は、圧電素子が有する熱膨張係数と近い値であり、第２の素材の密度は、第１の素材の密度より軽量である。
【００１３】
第２の発明によれば、振動板の表面の素材が有する熱膨張係数を圧電素子の熱膨張係数と近い値で構成しながら、振動板を軽量化することができる。したがって、熱による表面層と圧電素子面との接合面のはがれやクラック等の材料破壊を防止することができる。つまり、コア層の素材を表面層の素材より軽量のものを用いることによって、圧電素子との熱膨張係数を維持しながら、振動板の軽量化を図ることができる。
【００１４】
第３の発明は、第２の発明に従属する発明であって、
表面層の厚さは、コア層の厚さより薄い。
【００１５】
第３の発明によれば、密度が軽量なコア層の割合が多いため、さらに振動板の軽量化効果を図ることができる。
【００１６】
第４の発明は、第２の発明に従属する発明であって、
第１および第２の素材は、それぞれ金属および高分子樹脂の薄板の一方を選択して構成される。
【００１７】
第４の発明によれば、振動板を構成する素材の選択の自由度が高くなる。
【００１８】
第５の発明は、第４の発明に従属する発明であって、
第１の素材は、４２アロイを素材とした金属の薄板であり、第２の素材は、４２アロイとは異なった金属および高分子樹脂の薄板の一方を選択して構成される。
【００１９】
第５の発明によれば、圧電素子が一般的なチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成されている場合、表面層および圧電素子の熱膨張係数が近くなる。この構成によれば、熱による表面層と圧電素子面との接合面のはがれやクラック等の材料破壊を防止することができる。また、コア層の素材を４２アロイより軽量のものを用いることによって、ＰＺＴの圧電素子との熱膨張係数を維持しながら、振動板の軽量化を図ることができる。
【００２０】
第６の発明は、第５の発明に従属する発明であって、
第２の素材は、アルミニウムを素材とした金属の薄板である。
【００２１】
第６の発明によれば、表面層を４２アロイで構成し、コア層をアルミニウムで構成することによって、容易にＰＺＴの圧電素子との熱膨張係数を維持しながら、振動板の軽量化を図ることができる。
【００２４】
第７の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
エッジ部は、振動板、ダンパ部、およびフレーム部との間に形成される空隙に第１および第２の素材とは異なった材料を装填することによって形成されることを特徴とする。
【００２５】
第７の発明によれば、圧電スピーカの周波数特性を平坦にするためのエッジ部を、適切に形成することができる。
【００２６】
第８の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
エッジ部は、振動板、ダンパ部、およびフレーム部との間に形成される領域における第１の素材のみをエッチング処理することによって形成されることを特徴とする。
【００２７】
第８の発明によれば、圧電スピーカの周波数特性を平坦にするためのエッジ部を、エッチング処理のみで容易に形成することができる。
【００２８】
第９の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
圧電素子に駆動電圧を印加する一方の電極がフレーム部に設けられることを特徴とする。
【００２９】
第９の発明によれば、フレーム部を一方の電極にした場合、ダンパ部を介して振動板まで導電されるため、振動板を電極にしなくても圧電素子の駆動が可能であり、振動板に直接接続される配線処理が不要となり、振動板の振動特性が安定する。
【００３０】
第１０の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
サンドイッチ構造材料を構成する素材の少なくとも一部には、絶縁性を有する素材が含まれており、フレーム部は、サンドイッチ構造材料を構成する複数の層の少なくとも一部を所定の形状にエッチング処理することによって、回路部が形成されることを特徴とする。
【００３１】
第１０の発明によれば、圧電スピーカのフレーム部と回路部とを一体形成することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る圧電スピーカについて説明する。なお、図１は、当該圧電スピーカの概略的な構造の一例を示す平面図である。
【００３３】
図１において、圧電スピーカ１は、フレーム部２、振動板３、ダンパ部４ａ〜４ｄ、圧電素子５、およびエッジ部６ａ〜６ｄを有している。フレーム部２、振動板３、およびダンパ部４ａ〜４ｄは、後述する平板状のサンドイッチ構造材料をエッチングあるいはプレス成形等によって打ち抜くことによって一体的に形成される。そして、略矩形状で形成される振動板３は、略Ｕ字形に折り返した腕形状に架け渡された複数のダンパ部４ａ〜４ｄを介して略矩形状のフレーム部２に接続されている。ダンパ部４ａ〜４ｄは、それらの形状から蝶ダンパと呼ばれる。また、フレーム部２は、圧電スピーカ１の固定部材（図示せず）に固定されている。以下、ダンパ部４ａ〜４ｄを総称して説明する場合は、ダンパ部４と記載する。
【００３４】
圧電スピーカ１の駆動源である円形状の圧電素子５は、例えば、アクリル系接着剤を用いて上記矩形状の振動板３に接合されている。圧電素子５は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）圧電素材等で構成される。そして、圧電素子５の所定の部位と、振動板３またはフレーム部２とを電極として、圧電スピーカ駆動装置（図示せず）から所定の交流電圧が当該電極に与えられる。この交流電圧が圧電素子５に与えられることによって、圧電素子５に形状歪みを発生させ、振動板３を当該歪みに応じて振動させることによって、音声や音楽等の音を発する圧電スピーカ１が得られる。ここで、フレーム部２を一方の上記電極にした場合、複数のダンパ部４を介して振動板３まで導電されるため、振動板３を当該一方の電極にしなくても圧電素子５の駆動が可能であり、振動板３に直接接続される配線処理が不要となるため、振動板３の振動特性が安定する。
【００３５】
エッジ部６ａ〜６ｄは、振動板３の四方にスリット状に形成されるフレーム部２との間の上記平板状のサンドイッチ構造材料の空隙に、適度な柔軟性を有する高分子等の樹脂を装填することによって構成される。以下、エッジ部６ａ〜６ｄを総称して説明する場合は、エッジ部６と記載する。例えば、エッジ部６は、フレーム部２、振動板３、およびダンパ部４ａ〜４ｄが形成された平板状のサンドイッチ構造材料に、硬化後柔軟性（ゴム弾性）を有する高分子樹脂の溶液を塗布することによって形成される。そして、硬化した高分子樹脂は、振動板３とフレーム部２との空隙に保持される。なお、エッジ部６を形成する方法としては、液状の高分子樹脂の表面張力による毛細管現象を利用して、その高分子樹脂を上記空隙に保持する方法を使用してもかまわない。また、エッジ部６は、フレーム部２、振動板３、およびダンパ部４ａ〜４ｄが形成され、圧電素子５が配置された平板状のサンドイッチ構造材料の両面に、弾力性を有したシートを貼付することによって形成されてもかまわない。上記シートは、ゴムの薄膜フィルムや弾性を有する織布または不織布にゴム弾性を有する樹脂を含浸またはコートして目止めを行ったものが用いられる。上記薄膜フィルムとしては、例えば、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等のゴム、または、それらの変成体の材料からなるゴム系高分子樹脂フィルムを使用することができる。織布または不織布の素材としては、例えば、ポリウレタン繊維を使用することができる。また、後述するコア材をゴム系高分子樹脂および表面材を金属として作成されたサンドイッチ構造材料の表面材のみをエッチングしてエッジ部６を形成してもかまわない。この場合、エッチング処理のみでエッジ部６を形成することができる。
【００３６】
振動板３は、上述したダンパ部４による支持、圧電素子５と異なった形状で形成されること、および空隙からの空気漏れを防止するエッジ部６の構成によって、低い周波数帯域の音を再生し音圧差の大きいピークディップが音響特性に現れることを防止するためのリニアな振幅が可能となる。なお、この振動板３がリニアな振幅特性を得るメカニズムは、既に公知であるため、本実施形態においてはこれ以上の説明を省略する。
【００３７】
次に、図２および図３を参照して、フレーム部２、振動板３、およびダンパ部４を形成するサンドイッチ構造材料について説明する。なお、図２は圧電スピーカ１の図１に示す線Ａ−Ａの断面図であり、図３は当該サンドイッチ構造材料を構成するそれぞれの層を分解して示す斜視図である。
【００３８】
図２および図３において、上述したように、フレーム部２、振動板３、およびダンパ部４は、平板状のサンドイッチ構造材料（以下、振動板材料とも記載する）をエッチングまたは打ち抜き加工することによって、それぞれの形状が形成されている。図２および図３に示すように、上記平板状の振動板材料は、コア材８を中間層として、その両面側を表面材７でサンドイッチすることによって複合化した３層構造となっている。このような、平板状部材は、クラッド材とも呼ばれる。例えば、上記振動板材料の厚さを５０μｍ（ミクロンメートル）で形成する場合、それぞれの表面材７として厚さ１０μｍの４２アロイ（４２Ｎｉ−Ｆｅ）と、コア材８として軽量金属である厚さ３０μｍのアルミニウムとを、それぞれ接合して複合化することによって、合計厚さ５０μｍで３層の振動板材料が形成される。この振動板材料は、異種材料によって表面材７−コア材８−表面材７を形成しているが、それぞれの界面に接着材等が介在して互いを接合するよりも、ファンデルワールス力などによって接合することによって接合材料の影響が極めて小さい状態であることが好ましい。例えば、表面材７−コア材８−表面材７を、互いに真空中でイオンエッチングを用いて圧接圧延することによって、それぞれの界面を接合することができる。
【００３９】
次に、上述した振動板材料の剛性について説明する。通常、物理特性が均等な単一素材の曲げ剛性は、素材の弾性率と慣性モーメントとの積で求められる。下記式（１）は、これを基本として、２種類の素材を用いた場合の曲げ剛性を計算する式である。
【００４０】
【数１】
0003693174.tif 000002
ここで、
Ｗf＝ρfｔfｂ
ｒ＝ｔc／ｔf
であり、
［ＥＩ］f：全体の剛性
Ｅc：コア材の弾性率
Ｅs：表面材の弾性率
ρc：コア材の密度
ρs：表面材の密度
ρf：全体の密度
ｔc：コア材の厚さ
ｔs：表面材の厚さ
ｔf：全体の厚さ
ｂ：シミュレートする試料の幅
Ｗf：単位長さ当たりの重量（線密度）
ｒ：コア材と表面材との厚さの比
である。
【００４１】
上記式（１）は、全体が３層構造で、コア材と表面材とを異なった素材で構成し、互いの接合面に接着面等の他の素材で構成される層が無い状態で接合されている全体の曲げ剛性を求めるものである。この式（１）を用いて、全体の剛性を計算する場合、２つの表面材は、表裏ともに同じ厚さである必要がある。ただし、コア材と表面材とは、必ずしも同じ厚さである必要はない。例えば、従来の圧電スピーカに用いられている厚さ５０μｍの４２アロイ素材と同様な剛性を有するサンドイッチ構造の振動板材料を設計するためには、上記式（１）により、表面材７に厚さ１０μｍの４２アロイ、コア材８として厚さ３０μｍのアルミニウムで構成される合計厚さ５０μｍの振動板材料を用いれば、ほぼ、同等の剛性を有する素材を得ることが出来ることが分かる。
【００４２】
次に、図４を参照して、上記振動板材料のコア材８の厚みを変化させることによる、全体の曲げ剛性増加率について説明する。なお、図４は、曲げ剛性増加率（％：パーセント）とコア材８の厚み（ｃｍ：センチメートル）との関係を上記式（１）にシミュレートすることによって得られるグラフである。
【００４３】
図４において、グラフの縦軸で示される曲げ剛性増加率（％）は、上述した従来の圧電スピーカに用いられている厚さ５０μｍの４２アロイ素材を基準にその増加率を示している。また、グラフの横軸で示されるコア厚み（ｃｍ）は、コア材８として用いられるアルミニウムの厚さを示し、いずれの場合も、その両面側に接合される表面材７は、厚さ１０μｍを一定とした４２アロイで構成されている。図４で示されるように、曲げ剛性増加率が０％（つまり、従来の圧電スピーカに用いられている厚さ５０μｍの４２アロイ素材と同じ曲げ剛性）のとき、コア厚みは０．００３ｃｍとなる。したがって、本発明の振動板材料は、表面材７に厚さ１０μｍの４２アロイが用いられ、コア材８に厚さ３０μｍのアルミニウムが用いられた、合計厚さ５０μｍで構成されるときに、全体が厚さ５０μｍの４２アロイで構成される素材の曲げ剛性に近づけることが可能であることが分かる。
【００４４】
次に、図５を参照して、上述した曲げ剛性増加率に対する全体の重量減少率について説明する。なお、図５は、曲げ剛性増加率（％）と重量減少率（％）との関係を上記式（１）にシミュレートすることによって得られるグラフである。
【００４５】
図５において、グラフの縦軸および横軸で示される曲げ剛性増加率（％）および重量減少率（％）は、上述した従来の圧電スピーカに用いられている厚さ５０μｍの４２アロイ素材を基準にその増加率および減少率を示している。また、いずれの場合も、表面材７は、厚さ１０μｍを一定とした４２アロイで構成され、アルミニウムを用いたコア材８の厚さを変化させることによって、全体の曲げ剛性および重量を変化させたものである。図５に示すように、曲げ剛性増加率が０％（つまり、従来の圧電スピーカに用いられている厚さ５０μｍの４２アロイ素材と同じ曲げ剛性）のとき、重量減少率が約４０％となる。一方、本発明の振動板材料は、上述したように曲げ剛性増加率０％のときコア材８の厚さが３０μｍである。したがって、表面材７に厚さ１０μｍの４２アロイが用いられ、コア材８に厚さ３０μｍのアルミニウムが用いられた、合計厚さ５０μｍで構成される振動板は、全体が厚さ５０μｍの４２アロイで構成される振動板の曲げ剛性と同じ曲げ剛性を有しながら、従来と比較して６０％の重量となることが分かる。つまり、本発明の振動板材料は、従来の振動板材料と同じ厚さで構成して同等の曲げ剛性および表面の熱膨張係数を維持しながら、全体の軽量化が可能である。
【００４６】
次に、図６を参照して、上記サンドイッチ構造を有する振動板材料を用いた圧電スピーカ１の音響特性について説明する。なお、図６は、圧電スピーカ１と従来の４２アロイを単一素材として振動板を構成する圧電スピーカとの音響特性を比較したグラフである。
【００４７】
図６において、グラフの横軸は圧電スピーカから発生する音の周波数（Ｈｚ：ヘルツ）を示しており、縦軸はその音圧（ｄＢ：デシベル）を示している。このグラフで示される従来の圧電スピーカの音響特性は、振動板が厚さ５０μｍの４２アロイ素材で構成された圧電スピーカによるものである。一方、本発明の圧電スピーカ１の音響特性は、振動板３の表面材７がそれぞれ厚さ１０μｍの４２アロイおよびコア材８が厚さ３０μｍ厚さのアルミニウムで構成された圧電スピーカ１によるものである。図６に示すように、本発明の圧電スピーカ１の音響特性は、従来の音響特性と比較して音圧が向上（平均約４ｄＢ向上）していることがわかる。
【００４８】
このように、本発明の圧電スピーカによれば、圧電素子を貼付する振動板に、異種素材を用いてサンドイッチ構造としたクラッド材を使用することで、従来の振動板の剛性および熱膨張係数を維持しながら軽量化を図ることができる。したがって、従来と比較して、振動板の剛性を維持しながら圧電スピーカの音圧レベルを向上させることができる。
【００４９】
なお、上述した本発明の圧電スピーカの形状および厚さは、一例であり、他の形状および厚さを取っても、本発明における振動板材料の効果は変わらない。以下、図７および図８を参照して、本発明を適用した圧電スピーカの他の形状例および他の厚さについて説明する。なお、図７は圧電スピーカ１０の概略的な構造の他の例を示す平面図であり、図８は図７の圧電スピーカ１０から圧電素子１４を外した振動板材料の平面図である。
【００５０】
図７および図８において、圧電スピーカ１０は、アウターフレーム部１１と、インナーフレーム部１２と、振動板１３ａ〜１３ｄと、圧電素子１４と、ダンパ部１５ａ〜１５ｄおよび１６ａ〜１６ｈと、エッジ部１７ａ〜１７ｄおよび１８ａ〜１８ｈとを有している。アウターフレーム部１１と、インナーフレーム部１２と、振動板１３ａ〜１３ｄと、ダンパ部１５ａ〜１５ｄおよび１６ａ〜１６ｈと、エッジ部１７ａ〜１７ｄおよび１８ａ〜１８ｈとは、上述した平板状のサンドイッチ構造のクラッド材をエッチングあるいはプレス成形等によって打ち抜くことによって一体的に形成される。略矩形状で形成される振動板１３ａは、略Ｕ字形に折り返した腕形状に架け渡された複数のダンパ部１６ａおよび１６ｂを介して田の字形状のインナーフレーム部１２に接続されている。同様に、振動板１３ｂは、複数のダンパ部１６ｃおよび１６ｄを介してインナーフレーム部１２に接続されており、振動板１３ｃは、複数のダンパ部１６ｅおよび１６ｆを介してインナーフレーム部１２に接続されており、振動板１３ｄは、複数のダンパ部１６ｇおよび１６ｈを介してインナーフレーム部１２に接続されている。インナーフレーム部１２は、複数のダンパ部１５ａ〜１５ｄを介してアウターフレーム部１１に接続されている。また、アウターフレーム部１１は、圧電スピーカ１０の固定部材（図示せず）に固定されている。
【００５１】
圧電スピーカ１０の駆動源である圧電素子１４は、例えば、アクリル系接着剤を用いて上記振動板１３ａ〜１３ｄ全てと接合されている。圧電素子１４は、ＰＺＴ圧電素材等で構成され、上述したダンパ部１６ａ〜１６ｈを避けるように略Ｘ字形状で振動板１３ａ〜１３ｄに振動を伝達するように配置される。
【００５２】
エッジ部１８ａおよび１８ｂは、振動板１３ａの四方にスリット状に形成されるインナーフレーム部１２との間の上記平板状のサンドイッチ構造材料の空隙に、適度な柔軟性を有する高分子等の樹脂を装填することによって形成される。同様に、エッジ部１８ｃおよび１８ｄは、振動板１３ｂおよびインナーフレーム部１２の間の空隙に、エッジ部１８ｅおよび１８ｆは、振動板１３ｃおよびインナーフレーム部１２の間の空隙に、エッジ部１８ｇおよび１８ｈは、振動板１３ｄおよびインナーフレーム部１２の間の空隙に、それぞれ上記樹脂を装填することによって形成される。また、エッジ部１７ａ〜１７ｄは、インナーフレーム部１２の四方にスリット状に形成されるアウターフレーム部１１との間の上記平板状のサンドイッチ構造材料の空隙に、適度な柔軟性を有する高分子等の樹脂を装填することによって形成される。なお、エッジ部１７ａ〜１７ｄおよび１８ａ〜１８ｈの形成方法については、上述したエッジ部６の形成方法と同様であるため、ここでの詳細な説明を省略する。
【００５３】
このような形状の圧電スピーカ１０に用いられる振動板材料についても、上述したサンドイッチ構造のクラッド材が用いることができる。例えば、上記振動板材料の厚さを１００μｍで形成する場合、それぞれの表面材として厚さ２０μｍの４２アロイと、コア材として軽量金属である厚さ６０μｍのアルミニウムとを、それぞれ接合して複合化することによって、合計厚さ１００μｍで３層の振動板材料が形成される。
【００５４】
次に、上述した振動板材料の剛性について説明する。この振動板材料についても、上述した２種類の素材を用いた場合の曲げ剛性を計算する式（１）によって求められる。例えば、従来の圧電スピーカに用いられている厚さ１００μｍの４２アロイ素材と同様な剛性を有するサンドイッチ構造の振動板材料を設計するためには、上記式（１）により、表面材に厚さ２０μｍの４２アロイ、コア材として厚さ６０μｍのアルミニウムで構成される合計厚さ１００μｍの振動板材料を用いれば、ほぼ、同等の剛性を有する素材を得ることが出来ることが分かる。
【００５５】
次に、図９を参照して、上記振動板材料のコア材の厚みを変化させることによる、全体の曲げ剛性増加率について説明する。なお、図９は、曲げ剛性増加率（％）とコア材の厚み（ｃｍ）との関係を上記式（１）にシミュレートすることによって得られるグラフである。
【００５６】
図９において、グラフの縦軸で示される曲げ剛性増加率（％）は、上述した従来の圧電スピーカに用いられている厚さ１００μｍの４２アロイ素材を基準にその増加率を示している。また、グラフの横軸で示されるコア厚み（ｃｍ）は、コア材として用いられるアルミニウムの厚さを示し、いずれの場合も、その両面側に接合される表面材は、厚さ２０μｍを一定とした４２アロイで構成されている。図９で示されるように、曲げ剛性増加率が０％（つまり、従来の圧電スピーカに用いられている厚さ１００μｍの４２アロイ素材と同じ曲げ剛性）のとき、コア厚みは約０．００６ｃｍとなる。したがって、本発明の振動板材料は、表面材に厚さ２０μｍの４２アロイが用いられ、コア材に厚さ６０μｍのアルミニウムが用いられた、合計厚さ１００μｍで構成されるときに、全体が厚さ１００μｍの４２アロイで構成される素材の曲げ剛性に近づけることが可能であることが分かる。
【００５７】
次に、図１０を参照して、上述した曲げ剛性増加率に対する全体の重量減少率について説明する。なお、図１０は、曲げ剛性増加率（％）と重量減少率（％）との関係を上記式（１）にシミュレートすることによって得られるグラフである。
【００５８】
図１０において、グラフの縦軸および横軸で示される曲げ剛性増加率（％）および重量減少率（％）は、上述した従来の圧電スピーカに用いられている厚さ１００μｍの４２アロイ素材を基準にその増加率および減少率を示している。また、いずれの場合も、表面材は、厚さ２０μｍを一定とした４２アロイで構成され、アルミニウムを用いたコア材の厚さを変化させることによって、全体の曲げ剛性および重量を変化させたものである。図１０に示すように、曲げ剛性増加率が０％（つまり、従来の圧電スピーカに用いられている厚さ１００μｍの４２アロイ素材と同じ曲げ剛性）のとき、重量減少率が約４０％となる。一方、本発明の振動板材料は、上述したように曲げ剛性増加率０％のときコア材の厚さが６０μｍである。したがって、表面材に厚さ２０μｍの４２アロイが用いられ、コア材に厚さ６０μｍのアルミニウムが用いられた、合計厚さ１００μｍで構成される振動板は、全体が厚さ１００μｍの４２アロイで構成される振動板の曲げ剛性と同じ曲げ剛性を有しながら、従来と比較して約６０％の重量となることが分かる。つまり、本発明の振動板材料は、全体の厚さを１００μｍで構成しても、従来の振動板材料と同じ厚さで構成して同等の曲げ剛性および表面の熱膨張係数を維持しながら、全体の軽量化が可能である。
【００５９】
次に、図１１を参照して、上記サンドイッチ構造を有する振動板材料を用いた圧電スピーカ１０の音響特性について説明する。なお、図１１は、圧電スピーカ１０と従来の４２アロイを単一素材として振動板を構成する圧電スピーカとの音響特性を比較したグラフである。
【００６０】
図１１において、グラフの横軸は圧電スピーカから発生する音の周波数（Ｈｚ）を示しており、縦軸はその音圧（ｄＢ）を示している。このグラフで示される従来の圧電スピーカの音響特性は、振動板が厚さ１００μｍの４２アロイ素材で構成された圧電スピーカによるものである。一方、本発明の圧電スピーカ１０の音響特性は、振動板１３の表面材がそれぞれ厚さ２０μｍの４２アロイおよびコア材が厚さ６０μｍ厚さのアルミニウムで構成された圧電スピーカ１０によるものである。図１１に示すように、本発明の圧電スピーカ１０の音響特性は、従来の音響特性と比較して音圧が向上（平均約４ｄＢ向上）していることがわかる。
【００６１】
なお、上述の説明では、コア材をアルミニウムで構成したが、コア材はアルミニウムでなくてもかまわない。例えば、コア材として、内部損失の優れたマンガン−銅合金、軽量性に優れたマグネシウムあるいはチタン等の金属フィルムで構成してもよい。また、コア材として、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアミド、あるいはポリイミド等のプラスチック素材、または、スチレンブタジエン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ブチル系ゴム、エチレンプロピレン系ゴム、あるいはそれらの変成体等のゴム高分子樹脂やエラストマー等の高分子樹脂フィルムを用いてもよい。
【００６２】
また、上述の説明では、表面材を４２アロイで構成したが、一般的に圧電スピーカに用いられるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成される圧電素子の熱膨張係数と近いからである。この構成によれば、熱による表面材の表面と圧電素子面との接合面のはがれやクラック等の材料破壊を防止することが出来る。つまり、本発明の表面材には、圧電素子と近い熱膨張係数を有する金属材料を用いればよく、ＰＺＴと異なる熱膨張係数を有する圧電素子の場合、その熱膨張係数に近い特性を有する金属材料を本発明の振動板の表面材に用いればよい。なお、このような効果を期待しない場合、圧電素子の熱膨張係数と無関係な別の金属材料を振動板の表面材に用いてもかまわない。この場合、上記表面材として導電性を有する樹脂で構成してもかまわない。
【００６３】
また、上述の説明では、振動板材料を２層の４２アロイの表面材および１層のアルミニウムのコア材で合計３層のクラッド材を構成したが、振動板材料は３層以上で構成しても本発明を実現できることは言うまでもない。例えば、導電性の４２アロイの表面材およびアルミニウムのコア材の間に、それぞれ上述した高分子樹脂フィルムの絶縁層を形成し、合計５層の振動板材料を構成することによって、振動板材料に回路部を一体形成することができる。以下、図１２を参照して、振動板材料に回路部を一体形成した一例を説明する。なお、図１２（ａ）は上述した圧電スピーカ１０に一体形成された回路部２０を示す平面図であり、図１２（ｂ）は圧電スピーカ１０に一体形成された回路部２０を示す図１２（ａ）の線Ｂ−Ｂの断面図であり、図１２（ｃ）は圧電スピーカ１０に一体形成された回路部２０を示す図１２（ａ）の線Ｃ−Ｃの断面詳細図である。
【００６４】
図１２（ｂ）において、圧電スピーカ１０の振動板材料は、導電性を有する２層の４２アロイの表面材７および１層のアルミニウムのコア材８に対して、それぞれの間に２層の絶縁材９が形成される。この絶縁材９は、絶縁性を有する材料で形成され、例えば、上述したプラスチック素材、ゴム高分子樹脂、あるいは高分子樹脂フィルム等で絶縁性を有する素材が用いられる。そして、圧電スピーカ１０の振動板材料を上述した圧接圧延等を用いて形成するとき、図１２（ａ）の右側面部に示すような回路部２０を形成するための凸部を付加する。つまり、回路部２０の基板は、圧電スピーカ１０の振動板材料と一体的に形成され、振動板材料と同様の５層のクラッド材で構成される。
【００６５】
次に、振動板材料と一体的に形成された回路部２０の基板に所定のエッチング処理を施すことによって、パターンが形成される。例えば、図１２（ａ）に示すように、４２アロイの表面材７で形成される表面材パターン７ａおよび７ｂ以外の部分に対して、４２アロイを除去するエッチングを行うことによって、４２アロイの表面材パターン７ａおよび７ｂと絶縁材部９ａが形成される。さらに、アルミニウムのコア材８で形成されるコア材パターン８ａを形成する部分に対して、上記絶縁材を除去するエッチングを行うことによって、アルミニウムのコア材パターン８ａが形成されることによって、複数のパターンを有する回路部２０が形成される。そして、回路部２０に形成されたパターンの上（例えば、表面材パターン７ａおよび７ｂの間や、表面材パターン７ｂおよびコア材パターン８ａの間）に、所定の電気的物性を有する抵抗器、コイル、あるいはコンデンサ等を実装することで、任意にハイパスフィルターやローパスフィルター等を構成することができる。
【００６６】
さらに、図１２（ｂ）に示すように、圧電素子１４の一方の面は、導電性の４２アロイの表面材７と接合している。そして、図１２（ｃ）に示すように、圧電素子１４の他方の面（図１２（ａ）紙面の表面側）と導電性のコア材８とを導線１９で接続する。例えば、導線１９を配置する振動板材料の部位に、所定のエッチング処理を行うことによって表面材７および絶縁材９を除去したホールを形成する。そして、銀ペースト等で構成される導線１９が、上記ホールを貫通するようにコア材８および圧電素子１４の他方の面を接続する。これらによって、圧電素子１４のそれぞれの面は、表面材７およびコア材８と接続される。また、図１２（ａ）に示すように、表面材パターン７ａは、圧電スピーカ１０のアウターフレーム部と接続しており、表面材パターン７ｂと互いに絶縁されている。そして、表面材パターン７ｂは、上述した表面材パターン７ｂおよびコア材パターン８ａの間に所定の部品が実装されることによって、コア材パターン８ａと所定の部品を介して接続される。つまり、表面材パターン７ａおよび７ｂは、それぞれ圧電スピーカ１０の各ダンパ部を介して圧電素子１４の一方および他方の面と接続される。したがって、表面材パターン７ａおよび７ｂは、圧電スピーカ１０に入力される音声信号のそれぞれの入力端子（＋および−側）として用いることができる。この場合、回路部２０の構成によって、圧電スピーカ１０の音響特性を調整することが可能であり、また、圧電素子１４への配線を振動板材料で構成できるため、銅線等を圧電スピーカ１０の振動板等の上に設置する必要がなく、振動板上の質量バランスの偏りが改善されることから圧電スピーカ１０の音響特性を向上することができる。
【００６７】
このように、回路部２０は、マスクパターン等により別のプリント基板を用いることなく、振動板材料を用いて、同一部材上に部品回路を一体形成することができる。また、回路部２０の各パターンを形成するためのエッチングは、上述したエッジ部やダンパ部を形成するためのエッチングと同時に行うことが可能である。
【００６８】
なお、圧電スピーカに回路部を一体形成する場合、表面材に４２アロイおよびコア材にアルミニウムを用いて説明したが、それぞれの素材は、導電性に優れていれば、他の金属や金属合金、または導電性を示す樹脂を用いてもかまわない。また、回路上に実装する部品は、アンプやオペアンプ等圧電スピーカの動作を電子的に制御するＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）等を用いてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧電スピーカ１の概略的な構造の一例を示す平面図である。
【図２】図１の圧電スピーカ１で示す線Ａ−Ａの断面図である。
【図３】図１の圧電スピーカ１のサンドイッチ構造材料を構成するそれぞれの層を分解して示す斜視図である。
【図４】図１の圧電スピーカ１で用いられる振動板材料の曲げ剛性増加率とコア材８の厚みとの関係を示すグラフである。
【図５】図１の圧電スピーカ１で用いられる振動板材料の曲げ剛性増加率と重量減少率との関係を示すグラフである。
【図６】図１の圧電スピーカ１と従来の４２アロイを単一素材として振動板を構成する圧電スピーカとの音響特性を比較したグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係る圧電スピーカの概略的な構造の他の例を示す平面図である。
【図８】図７の圧電スピーカ１０から圧電素子１４を外した振動板材料の平面図である。
【図９】図７の圧電スピーカ１０で用いられる振動板材料の曲げ剛性増加率とコア材の厚みとの関係を示すグラフである。
【図１０】図７の圧電スピーカ１０で用いられる振動板材料の曲げ剛性増加率と重量減少率との関係を示すグラフである。
【図１１】図７の圧電スピーカ１０と従来の４２アロイを単一素材として振動板を構成する圧電スピーカとの音響特性を比較したグラフである。
【図１２】図８の圧電スピーカ１０に一体形成された回路部２０を示す平面図および断面図である。
【符号の説明】
１、１０…圧電スピーカ
２…フレーム部
３、１３…振動板
４、１５、１６…ダンパ部
５、１４…圧電素子
６、１７、１８…エッジ部
７…表面材
８…コア材
９…絶縁材
１１…アウターフレーム部
１２…インナーフレーム部
１９…導線
２０…回路部
【図１】
0003693174.tif 000003
【図２】
0003693174.tif 000004
【図３】
0003693174.tif 000005
【図４】
0003693174.tif 000006
【図５】
0003693174.tif 000007
【図６】
0003693174.tif 000008
【図７】
0003693174.tif 000009
【図８】
0003693174.tif 000010
【図９】
0003693174.tif 000011
【図１０】
0003693174.tif 000012
【図１１】
0003693174.tif 000013
【図１２】
0003693174.tif 000014