(57)【要約】【課題】  低周波数領域で良好な音圧を得ること。【解決手段】実施形態に係る音響発生器は、少なくとも励振器と、扁平な振動体と、振動体を張設する支持体とを備える。上記励振器は、電気信号が入力されて振動する。上記扁平な振動体は、上記励振器が取り付けられており、かかる励振器の振動によってこの励振器とともに振動する。上記励振器の面積は、振動体の面積の８０％以下とされている。【選択図】  図３
2014131119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号が入力されて振動する励振器と、
該励振器が取り付けられており、該励振器の振動によって該励振器とともに振動する扁平な振動体と、
該振動体を張設するとともに前記励振器の振動によって該励振器および前記振動体とともに振動する支持体と、
を少なくとも有する音響発生器であって、
前記励振器の面積が、前記振動体の面積の８０％以下であること
を特徴とする音響発生器。
【請求項２】
前記励振器の面積が、前記振動体の面積の７０％以下であること
を特徴とする請求項１に記載の音響発生器。
【請求項３】
前記励振器は、前記振動体の表面上に接合されていること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響発生器。
【請求項４】
前記励振器および該励振器が取り付けられた前記振動体の表面に被せるように配置されて、前記振動体および前記励振器と一体化された樹脂層をさらに備えている
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の音響発生器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の音響発生器と、
該音響発生器を収容する筐体と、を備えること
を特徴とする音響発生装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の音響発生器と、
該音響発生器に接続された電子回路と、
該電子回路および前記音響発生器を収容する筐体と、を備え、
前記音響発生器から音響を発生させる機能を有すること
を特徴とする電子機器。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、音響発生器、音響発生装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクチュエータを用いた音響発生器が知られている（たとえば、特許文献１参照）。かかる音響発生器は、振動板に取り付けたアクチュエータに電圧を印加して振動させることによって振動板を振動させて音響を出力するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３０６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来の音響発生器は、振動板の共振を利用するが故に、振動板の自由度が拘束されてしまうと、充分な共振が得られず、例えば、低周波数領域において十分な音圧を得にくいという問題があった。
【０００５】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、良好な音圧の周波数特性を得ることができる音響発生器、音響発生装置および電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の一態様に係る音響発生器は、電気信号が入力されて振動する励振器と、この励振器が取り付けられており、励振器の振動によって励振器とともに振動する扁平な振動体と、この振動体を張設するとともに励振器の振動によってこの励振器および振動体とともに振動する支持体とを少なくとも有する音響発生器であって、励振器の面積が、振動体における支持体から露出する領域の面積の８０％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態の一態様によれば、良好な音圧の周波数特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（Ａ）は基本的な音響発生器の概略構成を示す模式的な平面図であり、（Ｂ）は図１ＡのＡ−Ａ’線断面図である。
【図２】音圧の周波数特性の一例を示す図である。
【図３】（Ａ）は実施形態に係る音響発生器の構成を示す模式的な平面図であり、（Ｂ）は図３ＡのＢ−Ｂ’線略断面図である。
【図４】（Ａ）は実施形態に係る音響発生装置の構成を示す図であり、（Ｂ）は実施形態に係る電子機器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する音響発生器、音響発生装置および電子機器の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
まず、実施形態に係る音響発生器１の説明に先立って、基本的な音響発生器１’の概略
構成について、図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは、音響発生器１’の概略構成を示す模式的な平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ’線断面図である。
【００１１】
なお、説明を分かりやすくするために、図１Ａおよび図１Ｂには、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後述の説明に用いる他の図面でも示す場合がある。また、図１Ａにおいては、樹脂層７の図示を省略している。
【００１２】
また、同じく説明を分かりやすくするために、図１Ｂは、音響発生器１’を厚み方向（Ｚ軸方向）に大きく誇張して示している。
【００１３】
図１Ａに示すように、音響発生器１’は、枠体２と、振動板３と、圧電素子５とを備える。なお、図１Ａに示すように、以下の説明では、明記しない限り圧電素子５が１個である場合を例示するが、圧電素子５の個数を限定するものではない。
【００１４】
枠体２は、矩形の枠状の同じ形状を有する２枚の枠部材によって構成されており、振動板３の周縁部を挟み込んで振動板３を支持する支持体として機能している。振動板３は、板状やフィルム状の形状を有しており、その周縁部が枠体２に挟まれて固定されている。すなわち、振動板３は、枠体２の枠内に張った状態で支持されている。なお、振動板３のうち枠体２よりも内側に位置する部分、すなわち、振動板３のうち枠体２に挟まれておらず自由に振動することができる部分を振動体３ａとする。したがって、振動体３ａは、枠体２の枠内において略矩形状をなす部分である。
【００１５】
また、振動板３は、樹脂や金属等の種々の材料を用いて形成することができる。例えば、厚さ１０〜２００μｍ程度のポリエチレン、ポリイミド等の樹脂フィルムで振動板３を構成することができる。
【００１６】
枠体２の厚みや材質などは、特に限定されるものではない。金属や樹脂など種々の材料を用いて枠体２を形成することができる。例えば、機械的強度および耐食性に優れるという理由から、厚さ１００〜１０００μｍ程度のステンレス製のものなどを枠体２として好適に用いることができる。
【００１７】
なお、図１Ａには、その内側の領域の形状が略矩形状である枠体２を示しているが、平行四辺形、台形および正ｎ角形といった多角形であってもよい。本実施形態では、図１Ａに示すように、略矩形状である例を示している。
【００１８】
圧電素子５は、振動体３ａの表面に貼り付けられるなどして設けられ、電圧の印加を受けて振動することによって振動体３ａを励振する励振器である。
【００１９】
かかる圧電素子５は、図１Ｂに示すように、たとえば、４層のセラミックスからなる圧電体層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと、３層の内部電極層５ｅが交互に積層された積層体と、かかる積層体の上面および下面に形成された表面電極層５ｆ、５ｇと、内部電極層５ｅが露出した側面に形成された外部電極５ｈ、５ｊとを備える。また、外部電極５ｈ、５ｊには、リード端子６ａ、６ｂが接続される。
【００２０】
なお、圧電素子５は板状であり、上面側および下面側の主面が長方形状または正方形状といった多角形をなしている。また、圧電体層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、図１Ｂに矢印で示すように分極されている。すなわち、ある瞬間に加えられる電界の向きに対する分極の向きが厚み方向（図のＺ軸方向）における一方側と他方側とで逆転するように分極されている。
【００２１】
そして、リード端子６ａ、６ｂを介して圧電素子５に電圧が印加されると、たとえば、ある瞬間において、振動体３ａに接着された側の圧電体層５ｃ、５ｄは縮み、圧電素子５の上面側の圧電体層５ａ、５ｂは伸びるように変形する。よって、圧電素子に交流信号を与えることにより、圧電素子５が屈曲振動し、振動体３ａに屈曲振動を与えることができる。
【００２２】
また、圧電素子５は、その主面が、振動体３ａの主面と、エポキシ系樹脂等の接着剤により接合されている。
【００２３】
なお、圧電体層５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄを構成する材料としては、ＰＺＴ（lead  zirconate  titanate）、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系
圧電体材料等、従来から用いられている圧電セラミックスを用いることができる。
【００２４】
また、内部電極層５ｅの材料としては、種々の金属材料を用いることができる。例えば、銀とパラジウムとからなる金属成分と、圧電体層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを構成するセラミック成分とを含有した場合、圧電体層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと内部電極層５ｅとの熱膨張差による応力を低減することができるので、積層不良のない圧電素子５を得ることができる。また、リード端子６ａ、６ｂは、種々の金属材料を用いて形成することができる。例えば、銅またはアルミニウムなどの金属箔を樹脂フィルムで挟んだフレキシブル配線を用いてリード端子６ａ、６ｂを構成すると、圧電素子５の低背化を図ることができる。
【００２５】
また、図１Ｂに示すように、音響発生器１’は、枠体２の枠内において圧電素子５および振動体３ａの表面に被せるように配置されて、振動体３ａおよび圧電素子５と一体化された樹脂層７をさらに備える。
【００２６】
樹脂層７は、たとえば、アクリル系樹脂を用いてヤング率が１ＭＰａ〜１ＧＰａの範囲程度となるように形成されることが好ましい。なお、かかる樹脂層７によって圧電素子５を埋設することで、適度なダンピング効果を誘発させることができるので、共振現象を抑制して、音圧の周波数特性におけるピークやディップを小さく抑えることができる。
【００２７】
また、図１Ｂには、樹脂層７が、枠体２と同じ高さとなるように形成された状態を示しているが、圧電素子５が埋設されていればよく、たとえば、樹脂層７が枠体２の高さよりも高くなるように形成されてもよい。
【００２８】
また、図１Ｂでは、圧電素子５として、バイモルフ型の積層型圧電素子を例に挙げたが、これに限られるものではない。例えば、伸縮する圧電素子を振動体３ａに貼り付けたユニモルフ型であっても構わない。
【００２９】
ところで、本例の音響発生器は、図１Ａおよび図１Ｂに示したように、振動体３ａに圧電素子５が取り付けられるとともに樹脂層７で被覆されて、振動体３ａ，圧電素子５および樹脂層７が一体化されており、その振動体３ａ，圧電素子５および樹脂層７が一体的に振動する。
【００３０】
そしてこのような振動体３ａ，圧電素子５および樹脂層７によって構成される複合振動体が一体的に振動することにより、図２に示すような周波数−音圧特性を得ることができる。
【００３１】
しかしながら、この複合振動体は、圧電素子５の共振を利用するが故に、振動体３ａの
自由度が拘束されてしまうと、充分な共振が得られず、例えば低周波数領域において十分な音圧を得にくいという問題があった。
【００３２】
すなわち、圧電素子５の面積が、振動体３ａの面積に対して大きなものとなった場合、振動体３ａの表面上に接合された圧電素子５が、振動体３ａの端部を大きく拘束するため、振動体３ａの振動すなわち屈曲が大きく拘束されてしまい、振動体３ａの共振周波数が高周波数側に移動してしまうという問題があった。そして、その結果、低周波数側の音圧が低下して、低周波数領域の音を十分に再生できないという問題があった。
【００３３】
また、振動体３ａの振動が大きく拘束されてしまうため、振動体３ａが屈曲するさいに振動体３ａの歪が高くなってしまい、音響発生器の歪率が悪化してしまうという問題があった。
【００３４】
そこで、本実施形態では、まず、音響発生器を、圧電素子５の面積が振動体３ａの面積の８０％以下である構成とした。
【００３５】
このように圧電素子５の面積を振動体３ａの面積の８０％以下とすることにより、振動体３ａが振動する際に、その端部が圧電素子５に大きく拘束されることがなくなり、振動体３ａの共振周波数が高周波数側に大きく移動することを防止することができる。
【００３６】
また、振動体３ａが屈曲するさいに振動体３ａが大きく歪んでしまうことも防止でき、音響発生器の歪率が大きく悪化してしまうことも防止できる。
【００３７】
以下、図３Ａ，図３Ｂを用いて具体的に説明する。図３Ａは、実施形態に係る音響発生器１の構成を示す模式的な平面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示すＢ−Ｂ’線略断面図である。
【００３８】
上述したように、本実施形態では、音響発生器を、圧電素子５の面積が振動体３ａの面積の８０％以下としている。圧電素子５の面積を振動体３ａの面積の８０％以下とすることにより、振動体３ａが振動する際に、その端部が圧電素子５に大きく拘束されることがなくなり、振動体３ａの共振周波数が高周波数側に大きく移動することを防止することができる。また、振動体３ａが屈曲する際に振動体３ａが大きく歪んでしまうことも防止でき、音響発生器の歪率が大きく悪化してしまうことも防止できる。
【００３９】
また、本発明においては、圧電素子５の面積を振動体３ａの面積の７０％以下とすることがより好ましい。圧電素子５の面積を振動体３ａの面積の７０％以下とすることにより、振動体３ａが振動する際に、その端部が圧電素子５に拘束されることがなくなり、振動体３ａの共振周波数が高周波数側に移動することを防止することができる。さらに、振動体３ａが屈曲するさいに振動体３ａが歪んでしまうことも防止でき、音響発生器の歪率が悪化してしまうことも防止でき、その結果、良好な音圧の周波数特性を有する音響発生器を提供することができる。
【００４０】
また、圧電素子５は、振動体３ａの表面上に接合されている。圧電素子５が振動体３ａの表面上に接合されていることにより、振動体３ａは圧電素子５の振動により大きく共振することが可能となる。
【００４１】
次に、これまで説明してきた実施形態に係る音響発生器１を搭載した音響発生装置および電子機器について、図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。図４Ａは、実施形態に係る音響発生装置２０の構成を示す図であり、図４Ｂは、実施形態に係る電子機器５０の構成を示す図である。なお、両図には、説明に必要となる構成要素のみを示しており、一般的
な構成要素についての記載を省略している。
【００４２】
音響発生装置２０は、いわゆるスピーカのような発音装置であり、図４Ａに示すように、たとえば、音響発生器１と、音響発生器１を収容する筐体３０を備える。筐体３０は、音響発生器１の発する音響を内部で共鳴させるとともに、筐体３０に形成された図示せぬ開口から音響を外部へ放射する。このような筐体３０を有することにより、例えば低周波数帯域における音圧を高めることができる。
【００４３】
また、音響発生器１は、種々の電子機器５０に搭載することができる。たとえば、次に示す図４Ｂでは、電子機器５０が、携帯電話やタブレット端末のような携帯端末装置であるものとする。
【００４４】
図４Ｂに示すように、電子機器５０は、電子回路６０を備える。電子回路６０は、たとえば、コントローラ５０ａと、送受信部５０ｂと、キー入力部５０ｃと、マイク入力部５０ｄとから構成される。電子回路６０は、音響発生器１に接続されており、音響発生器へ音声信号を出力する機能を有している。音響発生器は電子回路から入力された音声信号に基づいて音響を発生させる。
【００４５】
また、電子機器５０は、表示部５０ｅと、アンテナ５０ｆと、音響発生器１とを備える。また、電子機器５０は、これら各デバイスを収容する筐体４０を備える。
【００４６】
なお、図４Ｂでは、１つの筐体４０にコントローラ５０ａをはじめとする各デバイスがすべて収容されている状態をあらわしているが、各デバイスの収容形態を限定するものではない。本実施形態では、少なくとも電子回路６０と音響発生器１とが、１つの筐体４０に収容されていればよい。
【００４７】
コントローラ５０ａは、電子機器５０の制御部である。送受信部５０ｂは、コントローラ５０ａの制御に基づき、アンテナ５０ｆを介してデータの送受信などを行う。
【００４８】
キー入力部５０ｃは、電子機器５０の入力デバイスであり、操作者によるキー入力操作を受け付ける。マイク入力部５０ｄは、同じく電子機器５０の入力デバイスであり、操作者による音声入力操作などを受け付ける。
【００４９】
表示部５０ｅは、電子機器５０の表示出力デバイスであり、コントローラ５０ａの制御に基づき、表示情報の出力を行う。
【００５０】
そして、音響発生器１は、電子機器５０における音響出力デバイスとして動作する。なお、音響発生器１は、電子回路６０のコントローラ５０ａに接続されており、コントローラ５０ａによって制御された電圧の印加を受けて音響を発することとなる。
【００５１】
ところで、図４Ｂでは、電子機器５０が携帯用端末装置であるものとして説明を行ったが、電子機器５０の種別を問うものではなく、音響を発する機能を有する様々な民生機器に適用されてよい。たとえば、薄型テレビやカーオーディオ機器は無論のこと、「話す」といった音響を発する機能を有する製品、例を挙げれば、掃除機や洗濯機、冷蔵庫、電子レンジなどといった種々の製品に用いられてよい。
【００５２】
なお、上述した実施形態では、振動体３ａの一方の主面に圧電素子５を設けた場合を主に例示して説明を行ったが、これに限られるものではなく、振動体３ａの両面に圧電素子５が設けられてもよい。
【００５３】
また、上述した実施形態では、枠体２の枠内において圧電素子５および振動体３ａを覆ってしまうように樹脂層７を形成する場合を例に挙げたが、かかる樹脂層を必ずしも形成しなくともよい。
【００５４】
また、上述した実施形態では、樹脂フィルムなどの薄膜で振動板を構成する場合を例に挙げたが、これに限られるものではなく、たとえば、板状の部材で構成することとしてもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態では、振動体３ａを支持する支持体が枠体２であり、振動体３ａの周縁を支持する場合を例に挙げたが、これに限られるものではない。たとえば、振動体３ａの長手方向あるいは短手方向の両端のみを支持することとしてもよい。
【００５６】
また、上述した実施形態では、励振器が圧電素子５である場合を例に挙げて説明したが、励振器としては、圧電素子に限定されるものではなく、電気信号が入力されて振動する機能を有しているものであれば良い。例えば、スピーカを振動させる励振器としてよく知られた、動電型の励振器や、静電型の励振器や、電磁型の励振器であっても構わない。
【００５７】
なお、動電型の励振器は、永久磁石の磁極の間に配置されたコイルに電流を流してコイルを振動させるようなものであり、静電型の励振器は、向き合わせた２つの金属板にバイアスと電気信号とを流して金属板を振動させるようなものであり、電磁型の励振器は、電気信号をコイルに流して薄い鉄板を振動させるようなものである。
【００５８】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１、１’  音響発生器
２    枠体
３    振動板
３ａ  振動体
５    圧電素子
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  圧電体層
５ｅ  内部電極層
５ｆ、５ｇ  表面電極層
５ｈ、５ｊ  外部電極
６ａ、６ｂ  リード端子
７    樹脂層
８    ダンピング材
２０    音響発生装置
３０、４０  筐体
５０    電子機器
５０ａ  コントローラ
５０ｂ  送受信部
５０ｃ  キー入力部
５０ｄ  マイク入力部
５０ｅ  表示部
５０ｆ  アンテナ
６０    電子回路
Ｐ    ピーク
【図１】
2014131119.tif 000003
【図２】
2014131119.tif 000004
【図３】
2014131119.tif 000005
【図４】
2014131119.tif 000006