(57)【要約】  スピーカ１０は、基板と、その基板の少なくとも片面に設けられた圧電素子とを有する複数の圧電振動板１１、１２と、スピーカ１０の最も前面側に位置する圧電振動板１１から、その圧電振動板１１の厚さ方向に複数の圧電振動板１１、１２が並び、且つ、隣り合う圧電振動板１１、１２が間隔をあけて対面するように、複数の圧電振動板１１、１２を連結する１つ又は複数の連結部材１３と、スピーカ１０の最も背面側の圧電振動板である背面側振動板１２を支持する支持部材１６とを備え、複数の圧電振動板１１、１２には、剛性が互いに異なる２枚の圧電振動板１１、１２が含まれる。
2013121715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカであって、
基板と、該基板の少なくとも片面に設けられた圧電素子とを有する複数の圧電振動板と、
当該スピーカの最も前面側に位置する圧電振動板から、該圧電振動板の厚さ方向に前記複数の圧電振動板が並び、且つ、隣り合う圧電振動板が間隔をあけて対面するように、前記複数の圧電振動板を連結する１つ又は複数の連結部材と、
当該スピーカの最も背面側の圧電振動板である背面側振動板を支持する支持部材とを備え、
前記複数の圧電振動板には、剛性が互いに異なる２枚の圧電振動板が含まれることを特徴とする、スピーカ。
【請求項２】
前記支持部材は、前記背面側振動板の中央部を支持し、
前記背面側振動板は、該背面側振動板の前面側に隣り合う圧電振動板よりも剛性が高いことを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
【請求項３】
前記背面側振動板の基板は、前記前面側に隣り合う圧電振動板の基板よりも剛性が高いことを特徴とする、請求項２に記載のスピーカ。
【請求項４】
前記支持部材は、前記背面側振動板の端部を対向する位置でそれぞれ支持し、
前記連結部材は、前記背面側振動板の中央部と、該背面側振動板の前面側に隣り合う圧電振動板の中央部とを連結し、
前記背面側振動板は、前記前面側に隣り合う圧電振動板よりも剛性が低いことを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
【請求項５】
前記背面側振動板の基板は、前記前面側に隣り合う圧電振動板の基板よりも剛性が低いことを特徴とする、請求項４に記載のスピーカ。
【請求項６】
前記２枚の圧電振動板のうち、振動時に作用する曲げ応力の最大値が大きくなる方の圧電振動板は、もう一方の圧電振動板よりも剛性が高いことを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
【請求項７】
前記２枚の圧電振動板では、前記基板の厚みを互いに異ならせることで剛性を互いに異ならせていることを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
【請求項８】
前記２枚の圧電振動板では、前記基板の材料を互いに異ならせることで剛性を互いに異ならせていることを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
【請求項９】
前記２枚の圧電振動板では、前記圧電素子の厚みを互いに異ならせることで剛性を互いに異ならせていることを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を用いた圧電型スピーカに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電型スピーカは、動電型スピーカと異なり、駆動系である磁気回路が必要ではないため、薄型化しやすいというメリットがある。しかし、一方で同じ電圧を入力した場合、動電型スピーカと比べて、振動板の振幅量が小さく、再生音圧が低いというデメリットがある。さらに、これまでの圧電型スピーカの多くは、その周囲を固定していたために、中・高域再生用として用いられ、低域再生が困難であった。【０００３】
そこで、再生音圧を高くし、低域まで再生するために、振動方向に複数の圧電振動板を連結する方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。図１３は、特許文献１に記載された従来の圧電型スピーカである。図１４は、従来の圧電型スピーカの振動姿態を簡略化して示すものである。【０００４】
図１３において、従来の圧電型スピーカは、上部圧電振動板１と下部圧電振動板２と連結部材３とエッジ４と上部フレーム５と下部フレーム６とを具備している。上部圧電振動板１は、基材１ａと圧電素子１ｂ、１ｃからなるバイモルフ構造の振動板である。同様に、下部圧電振動板２も、基材２ａと圧電素子２ｂ、２ｃからなるバイモルフ構造の振動板である。【０００５】
上部圧電振動板１と下部圧電振動板２は、それぞれの端部が連結部材３で結合され、下部圧電振動板２の中央部が下部フレーム６に固着されている。さらに、上部圧電振動板１と上部フレーム５上を覆うようにエッジ４が形成されている。エッジ４は、上部圧電振動板１の裏側と下部圧電振動板２から放射された音を遮断するために設けている。エッジ４には、伸縮自在のラミネート材料が用いられている。さらに、上記圧電素子１ｂ、１ｃ、２ｂ、２ｃは、電圧印加時に上部圧電振動板１と下部圧電振動板２が逆方向に変位するように極性が設定されている。【０００６】
上記構成により従来の圧電型スピーカは、電圧を圧電素子に印加すると、上部圧電振動板１と下部圧電振動板２とは、互いに逆向きに湾曲する。すなわち、従来の圧電型スピーカでは、図１４（ａ）に示すように上部圧電振動板１および下部圧電振動板２が外側に向けて凸になる状態と、図１４（ｂ）に示すように上部圧電振動板１および下部圧電振動板２が内側に向けて凸になる状態が交互に繰り返される。その結果、上部圧電振動板１の振幅量は、圧電振動板１枚を用いた場合と比較して２倍になり、再生音圧を高くすることができる。また、上部圧電振動板１をラミネート材料でできたエッジ４で支持しているため、低域再生が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１３７２４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の従来の構成では、圧電振動板１枚を用いた場合と比較して、再生音圧を高くし、低域を再生することができる。しかし、再生音圧を高くするにつれて圧電振動板が大きく湾曲する。そのため、再生音圧を高めた場合に、圧電振動板に発生する応力が圧電素子の破壊応力を超えて圧電素子に割れが生じるおそれがある。そして、そのような場合は、スピーカとしての機能を果たさなくなる。そのため、実際は、圧電振動板の振幅量が制限され、十分に再生音圧を高めることができないという課題を有していた。【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、再生音圧の向上を実現できる圧電型スピーカを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記従来の課題を解決するために、本発明の一形態に係るスピーカは、基板と、その基板の少なくとも片面に設けられた圧電素子とを有する複数の圧電振動板と、当該スピーカの最も前面側に位置する圧電振動板から、その圧電振動板の厚さ方向に複数の圧電振動板が並び、且つ、隣り合う圧電振動板が間隔をあけて対面するように、複数の圧電振動板を連結する１つ又は複数の連結部材と、当該スピーカの最も背面側の圧電振動板である背面側振動板を支持する支持部材とを備え、複数の圧電振動板には、剛性が互いに異なる２枚の圧電振動板が含まれる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、２枚の圧電振動板の剛性を異ならせることで、電圧入力時の圧電振動板の振幅を制御し、圧電振動板に発生する応力の最大値を低減できる。その結果、再生音圧の向上を実現できる圧電型スピーカを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１に係る圧電型スピーカの正面図及び背面図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る圧電型スピーカの断面図である。
【図３】図３（ａ）は、実施の形態１に係る圧電型スピーカの振動姿態を示すための図表であり、図３（ｂ）は、従来の圧電型スピーカの振動姿態を示すための図表である。
【図４】図４（ａ）は、実施の形態１に係る圧電型スピーカの圧電素子に生じる応力分布を示す図であり、図４（ｂ）は、従来の圧電型スピーカの圧電素子に生じる応力分布を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る基材厚比と従来例に対する応力軽減比との関係を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態２に係る圧電型スピーカの断面図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る圧電型スピーカの振動姿態を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、実施の形態３に係る圧電型スピーカの断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、実施の形態３に係る図８Ａとは別の形態の圧電型スピーカの断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、実施の形態４に係る圧電型スピーカの断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施の形態４に係る図９Ａとは別の形態の圧電型スピーカの断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態５に係るモバイル情報端末装置の正面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態６に係る画像表示装置の正面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態７に係る車載スピーカの搭載図である。
【図１３】図１３は、従来の圧電型スピーカの断面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、従来の圧電型スピーカの振動姿態を示す図であり、図１４（ｂ）は、従来の圧電型スピーカの振動姿態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
第１の態様のスピーカは、基板と、その基板の少なくとも片面に設けられた圧電素子とを有する複数の圧電振動板と、当該スピーカの最も前面側に位置する圧電振動板から、その圧電振動板の厚さ方向に複数の圧電振動板が並び、且つ、隣り合う圧電振動板が間隔をあけて対面するように、複数の圧電振動板を連結する１つ又は複数の連結部材と、当該スピーカの最も背面側の圧電振動板である背面側振動板を支持する支持部材とを備え、複数の圧電振動板には、剛性が互いに異なる２枚の圧電振動板が含まれる。この構成より、例えば、大振幅時の各圧電振動板の振動姿態を制御し、圧電素子に生じる応力を軽減できる。その結果、再生可能な最大音圧を向上することができる。なお、このスピーカは、例えば、隣り合う圧電振動板が、同じタイミングで見た場合に互いに逆方向に変位するように振動する。
【００１５】
第２の態様のスピーカは、第１の態様において、支持部材は、背面側振動板の中央部を支持し、背面側振動板は、その背面側振動板の前面側に隣り合う圧電振動板よりも剛性が高い。この構成により、前面側の圧電振動板の振幅量を大きくすることができるため、再生可能な最大音圧をさらに向上することができる。そして、背面側振動板の中央部を支持部材に固定することで増加する可能性がある応力を、圧電振動板の剛性を異ならせることで抑えて、応力の増大を抑制することができる。
【００１６】
第３の態様のスピーカは、第２の態様において、背面側振動板の基板は、前面側に隣り合う圧電振動板の基板よりも剛性が高い。この構成により、スピーカ全体の構成を変えることなく、基板の剛性を異ならせることで、大振幅時の応力を容易に低減することができる。
【００１７】
第４の態様のスピーカは、第１の態様において、支持部材は、背面側振動板の端部を対向する位置でそれぞれ支持し、連結部材は、背面側振動板の中央部と、その背面側振動板の前面側に隣り合う圧電振動板の中央部とを連結し、背面側振動板は、前面側に隣り合う圧電振動板よりも剛性が低い。この構成により、圧電振動板の中央部間を連結することで増加する可能性がある応力を、圧電振動板の剛性を異ならせることで抑えて、応力の増大を抑制することができる。
【００１８】
第５の態様のスピーカは、第４の態様において、背面側振動板の基板は、前面側に隣り合う圧電振動板の基板よりも剛性が低い。この構成により、スピーカ全体の構成を変えることなく、基板の剛性を異ならせることで、大振幅時の応力を容易に低減することができる。
【００１９】
第６の態様のスピーカは、第１乃至第５の態様の何れか１つにおいて、２枚の圧電振動板のうち、振動時に作用する曲げ応力の最大値が大きくなる方の圧電振動板は、もう一方の圧電振動板よりも剛性が高い。この構成により、振動時に作用する曲げ応力の最大値が大きくなる圧電振動板の応力を、圧電振動板の剛性を異ならせることで抑制することができる。
【００２０】
第７の態様のスピーカは、第１乃至第６の態様の何れか１つにおいて、２枚の圧電振動板では、基板の厚みを互いに異ならせることで剛性を互いに異ならせている。この構成により、スピーカ全体の構成を変えることなく、基板の厚みを異ならせることで、大振幅時の応力を容易に低減することができる。
【００２１】
第８の態様のスピーカは、第１乃至第７の態様の何れか１つにおいて、２枚の圧電振動板では、基板の材料を互いに異ならせることで剛性を互いに異ならせている。例えば、剛性が高い方の圧電振動板は、もう一方の圧電振動板よりも弾性率が大きい材料を基板に使用する。この構成により、例えば、基板の材料のみで圧電振動板の剛性を異ならせることができ、大振幅時の応力を容易に低減することができる。さらに、内部損失の大きい材料を用いることで、音圧周波数特性上の先鋭度Ｑを抑え、平坦性を向上することが可能になる。
【００２２】
第９の態様のスピーカは、第１乃至第８の態様の何れか１つにおいて、２枚の圧電振動板では、圧電素子の厚みを互いに異ならせることで剛性を互いに異ならせている。この構成により、例えば、圧電素子の厚みによって圧電振動板の剛性を異ならせることができ、大振幅時の応力を容易に低減することができる。
【００２３】
（実施の形態１）
本発明の形態１に係わる圧電形スピーカは、剛性が互いに異なる２枚の圧電振動板と、２枚の圧電振動板を連結する連結部材と、音の放射面側を圧電形スピーカの上側と定義した場合、下側に位置する圧電振動板の中央部を支持するフレームとを備える。そして、２枚の圧電振動板のうち、振幅時に作用する曲げ応力の最大値が大きくなる方の圧電振動板に、剛性が大きい方の振動板を用いることにより、大振幅時の各圧電振動板の振動姿態を制御することで、応力の最大値を軽減でき、再生可能な最大音圧を向上することができる。
【００２４】
図１は、実施の形態１に係る圧電型スピーカ１０の正面図（図１（ａ））及び背面図（図１（ｂ））である。図２は、実施の形態１に係る圧電型スピーカ１０の断面図である。圧電型スピーカ１０では、音の放射面側を前面側（図２において上側）とし、その反対側を背面側（図２において下側）とする。
【００２５】
図１と図２に示すように、圧電型スピーカ１０は、上部圧電振動板１１（前面側振動板）と、下部圧電振動板１２（背面側振動板）と、連結部材１３と、エッジ１４と、上部フレーム１５と、下部フレーム１６（支持部材）とを含む。
【００２６】
上部圧電振動板１１は、図２に示すように、基材１１ａ（基板）と２枚の圧電素子１１ｂ、１１ｃとを有するバイモルフ構造の略矩形の振動板である。基材１１ａ及び各圧電素子１１ｂ、１１ｃは、板状又はシート状に形成されている。下部圧電振動板１２は、基材１２ａ（基板）と２枚の圧電素子１２ｂ、１２ｃとを有するバイモルフ構造の略矩形の振動板である。基材１２ａ及び各圧電素子１２ｂ、１２ｃは、板状又はシート状に形成されている。上部圧電振動板１１及び下部圧電振動板１２に用いられる４枚の圧電素子１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃの厚みは、互いに同じである。なお、各圧電振動板１１、１２の形状は、略矩形に限定されず、例えば円形であってもよい。
【００２７】
なお、基材１１ａ及び基材１２ａには、例えば汎用プラスチック素材（ポリカーボネート、ポリアリレートフィルム、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等）、液晶ポリマー等の絶縁性を有する材料を用いることができる。また、各圧電素子１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃは、例えば板状の圧電材を電極（図示省略）で挟んだ構造とすることができる。印加される電極に応じて伸縮する圧電材には、単結晶圧電体、セラミック圧電体、高分子圧電体などを用いることができる。各圧電素子１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃの剛性は、基材１１ａ及び基材１２ａの剛性よりも大きい。
【００２８】
上部圧電振動板１１では、圧電素子１１ｂ、１１ｃが、基材１１ａの両面にそれぞれ接着されている。例えば、基材１１ａの両面は、その基材１１ａの外周側を除いて、圧電素子１１ｂ、１１ｃによりそれぞれ覆われている。下部圧電振動板１２では、圧電素子１２ｂ、１２ｃが、基材１２ａの両面にそれぞれ接着されている。例えば、基材１２ａの両面は、その基材１２ａの外周側を除いて、圧電素子１２ｂ、１２ｃによりそれぞれ覆われている。
【００２９】
上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２は、図２に示すように、間隔を隔てて対面するように設けられている。上部圧電振動板１１の前面側の圧電素子１１ｂと、下部圧電振動板１２の背面側の圧電素子１２ｃとは分極方向が同じであり、上部圧電振動板１１の背面側の圧電素子１１ｃと、下部圧電振動板１２の前面側の圧電素子１２ｂとは分極方向が同じである。このように分極させることで、電圧印加時に上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２は、音の主放射方向（圧電振動板１１、１２の振動方向）に対して、逆方向に湾曲する。なお、圧電振動板１１、１２の湾曲方向を圧電素子１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃの分極方向で制御せず、電圧の印加方法で制御してもよい。
【００３０】
上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２を比較する。平面視において、上部圧電振動板１１の基材１１ａは、図１（ｂ）に示すように、下部圧電振動板１２の基材１２ａよりも一回り大きい。基材１１ａの厚みは、基材１２ａの厚みよりも小さい。また、上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２に用いられる４枚の圧電素子１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃは、平面視において大きさが同じあり、さらに厚みも同じある。４枚の圧電素子１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃは同じものである。基材１２ａの剛性が基材１１ａの剛性よりも高く、且つ、４枚の圧電素子１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃの剛性が互いに同じである結果、下部圧電振動板１２の主領域（基材１２ａに圧電素子１２ｂ、１２ｃが積層された領域）の剛性は、上部圧電振動板１１の主領域（基材１１ａに圧電素子１１ｂ、１１ｃが積層された領域）の剛性よりも高くなっている。
【００３１】
上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２は、基材１１ａと基材１２ａの長手方向の両角部で、連結部材１３を介して連結されている。連結部材１３は、圧電素子の振動方向に、上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２が間隔をあけて配置されるようにしている。連結部材１３は、圧電型スピーカ１０を正面から透視した場合に４枚の圧電素子１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃの外周が重なるように、上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２を連結している。連結部材１３は、基材１１ａと基材１２ａの長手方向の両角部にそれぞれ設けられているが、２つの連結部材１３（例えば棒状部材）によって基材１１ａと基材１２ａの長手方向の両端部をそれぞれ連結してもよい。連結部材１３には様々な材料を採用することができる。例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂等で形成されたものを用いることができる。
【００３２】
エッジ１４は、弾性変形可能な略矩形のシート状の部材である。エッジ１４は、上部フレーム１５及び下部フレーム１６に比べて剛性が極めて低い。図１及び図２に示すように、エッジ１４は、上部圧電振動板１１と上部フレーム１５上を覆うように設けられている。エッジ１４の外周部は、上部フレーム１５に固定されている。図１では、エッジ１４は、上部圧電振動板１１の前面を完全に覆うと共に、上部圧電振動板１１の外周面とフレーム１５の内周面との間の隙間を全周に亘って塞いでいる。エッジ１４は、上部圧電振動板１１を振動可能に支持するため、及び、上部圧電振動板１１の裏側から放射された音と下部圧電振動板１２から放射された音を遮断するために設けられている。エッジ１４の材料は、例えばＳＢＲ（スチレン・ブタジエンゴム）である。
【００３３】
上部フレーム１５は、略矩形枠状に形成されている。下部フレーム１６は、図２に示すように、略矩形枠状の本体部１６ａと、本体部１６ａの枠内を横断する帯状の支持部１６ｂとを有する。支持部１６ｂは、下部フレーム１６の短手方向に延びている。下部圧電振動板１２は、その中央部が下部フレーム１６の支持部１６ｂに固着されている。下部圧電振動板１２の中央部は、振動時に動かないように支持部１６ｂに固定され、その中央部の動きは拘束されている。下部フレーム１６は、上部フレーム１５の下部に接続されている。上部フレーム１５と下部フレーム１６は一体化されている。
【００３４】
以下、実施の形態１における圧電型スピーカ１０の動作について説明する。圧電素子１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃの表面電極（図示せず）に駆動電圧を印加することにより、上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２を駆動させる方法は、従来の圧電型スピーカと同様である。駆動電圧を印加すると、図１４（ａ）、及び図１４（ｂ）に示したように、上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２は互いに逆方向に湾曲するように振動する。その結果、上部圧電振動板１１より音が放射される。
【００３５】
ここで、従来の圧電型スピーカと異なる点は、上部圧電振動板１１の基材１１ａの厚みと下部圧電振動板１２の基材１２ａの厚みが異なることである。実施の形態１では、柔軟なエッジ１４に支持されている上部圧電振動板１１の基材１１ａに比べて、固いフレーム１６に固着されている下部圧電振動板１２の基材１２ａの厚みが厚くなっている。
【００３６】
図３（ａ）は、以上のように構成した圧電型スピーカ１０の振動姿態を示すための図表である。図３（ｂ）は、基材１１ａと基材１２ａの厚みが同じである従来の圧電型スピーカの振動姿態を示すための図表である。図３（ａ）と図３（ｂ）を比較して、上部圧電振動板と下部圧電振動板が互いに逆方向に湾曲している状態は同じである。従来の圧電型スピーカでは、上部圧電振動板の振幅と下部圧電振動板の振幅がほぼ同じであるのに対し、実施の形態１に係る圧電型スピーカ１０では、上部圧電振動板１１の振幅の方が下部圧電振動板１２の振幅よりも大きい。これは、基材１１ａと基材１２ａの厚みを異ならせたことに起因する。基材１２ａを厚くすることで下部圧電振動板１２の剛性が高くなる。その結果、下部圧電振動板１２が湾曲しにくくなり、電圧印加時の上部圧電振動板１１の振幅が下部圧電振動板１２に比べて大きくなる。
【００３７】
図４に、上部圧電振動板および下部圧電振動板の変形時に圧電素子に生じる応力の分布を示す。図４（ａ）は実施の形態１に係る圧電型スピーカ１０の各圧電素子１１ｂ、１２ｃに生じる応力分布、図４（ｂ）は従来の圧電型スピーカの各圧電素子１ｂ、２ｃに生じる応力分布を示す。両者を比較した結果、実施の形態１に係る圧電型スピーカ１０は、振幅時の最大応力値が、基材１１ａ、１２ａの厚みを互いに異ならせることで小さくなっている。従来の圧電型スピーカにおいて大きかった下部圧電振動板１２の圧電素子１２ｃの応力が、基材１２ａを厚くし、下部圧電振動板１２の振幅を抑えることで低下している。逆に、従来の圧電型スピーカにおいて小さかった上部圧電振動板１１の圧電素子１１ｂの応力が、基材１１ａを薄くし、上部圧電振動板１１の振幅を大きくすることで増大している。つまり、下部圧電振動板１２の圧電素子１２ｃに集中していた応力を、上部圧電振動板１１の圧電素子１１ｂ、１１ｃと下部圧電振動板１２の圧電素子１２ｂ、１２ｃに分散した結果、圧電型スピーカ１０の最大応力が小さくなっている。振幅時の最大応力が小さくなったことで、上部圧電振動板１１をより大きく振幅させることが可能となり、最大音圧を向上することができる。
【００３８】
図５は、２枚の基材１１ａ、１２ａの厚みの比率である基材厚比と、応力軽減比（従来の圧電スピーカに対する最大応力値の軽減比）との関係を示したグラフである。横軸は、基材厚比（上部圧電振動板１１の基材１１ａの厚み／下部圧電振動板１２の基材１２ａの厚み）を示している。縦軸は、各基材厚比の場合の最大応力値を基材厚比が１になる場合の最大応力値で割った値、つまり基材厚比を変えることによる応力低減効果を示している。図５から基材厚比が０．５近傍の時、最大応力値が約２５％軽減され、最大音圧を約２．５ｄＢ向上できる。ここで、図５から、基材厚比が一定の値を下回ると逆に応力軽減比が増加することがわかる。これは、上部圧電振動板１１の圧電素子１１ｂにかかる最大応力が下部圧電振動板１２の圧電素子１２ｃにかかる最大応力より高くなることに起因する。すなわち、応力軽減比が最低になる（つまり、上部圧電振動板１１の圧電素子１１ｂにかかる最大応力と、下部圧電振動板１２の圧電素子１２ｃにかかる最大応力が略等しくなるような）、基材厚比を採用することで、最大音圧を向上する好ましい構造となる。
【００３９】
また、上記説明では、上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２の剛性を異ならせる手段として、基材１１ａと基材１２ａの厚みを異ならせた。しかし、実施の形態１は、これに限定されない。基材１１ａと基材１２ａの材料を異ならせることで、基材１１ａと基材１２ａの剛性を異ならせ、上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２の剛性を異ならせてもよい。その場合、上部圧電振動板１１の基材１１ａの弾性率を下部圧電振動板１２の基材１２ａに比べて小さくする。例えば、弾性率の異なるポリエーテルイミド（基材１２ａに使用）とポリエチレンテレフタラート（基材１１ａに使用）を用いることができる。この場合も最大応力を低減するという同様の効果が得られる。なお、この場合に、基材１１ａと基材１２ａの厚みを同じにしてもよいし、基材１１ａよりも基材１２ａを厚くしてもよい。
【００４０】
また、上記説明では、各圧電素子１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃの厚みは同じとしたが、違っていても構わない。すなわち、圧電素子１１ｂ、１１ｃの厚みよりも圧電素子１２ｂ、１２ｃの厚みを厚くすることでも同様の効果を得ることが出来る。また、圧電素子１１ｂ、１１ｃと、圧電素子１２ｂ、１２ｃの大きさや形状を異ならせることによって、同様の効果を得るようにしてもよい。また、圧電素子１１ｂ、１１ｃと、圧電素子１２ｂ、１２ｃに印加する駆動電圧を異ならせることで同様の効果を得るようにしてもよい。
【００４１】
また、上記説明では、エッジ１４は、上部圧電振動板１１と上部フレーム１５上を覆うように設けられている。しかし、実施の形態１は、これに限定されない。上部圧電振動板１１と上部フレーム１５との間の間隙を埋めるように、当該間隙の上部のみにエッジ１４を設けてもよい。さらに、エッジ１４は平坦な形状とした。しかし、実施の形態１は、これに限定されない。上部圧電振動板１１と上部フレーム１５との間の間隙上のエッジ１４の形状をロール形状（例えば、外側へ膨出するように曲がった形状）にしてもよい。ロール形状にすることで、入力電圧に対する振幅量の線形性が高くなり、低歪再生を実現できる。その場合、エラストマー材を成形して用いてもよい。
【００４２】
また、上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２は、バイモルフ構造を採用した。しかし、実施の形態１は、これに限定されない。上部圧電振動板１１と下部圧電振動板１２は、モノモルフ（ユニモルフ）構造を採用してもよい。すなわち、上部圧電振動板１１は、基材１１ａと圧電素子１１ｂで構成され、下部圧電振動板１２は、基材１２ａと圧電素子１２ｂで構成されても良い。
【００４３】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る圧電型スピーカ２０は、剛性が互いに異なる２枚の圧電振動板と、２枚の圧電振動板を連結する連結部材と、下側（裏側）に位置する圧電振動板の端部を支持するフレームとを備える。そして、２枚の圧電振動板のうち、振幅時に作用する曲げ応力の最大値が大きくなる方の圧電振動板に、剛性が大きい方の振動板を用いることにより、大振幅時の各圧電振動板の振動姿態を制御することで、応力の最大値を軽減でき、再生可能な最大音圧を向上することができる。
【００４４】
図６は、実施の形態２に係る圧電型スピーカ２０の断面図である。
【００４５】
図６に示すように、圧電型スピーカ２０は、上部圧電振動板２１（前面側振動板）と、下部圧電振動板２２（背面側振動板）と、連結部材２３と、エッジ２４と、フレーム２５（支持部材）とを含む。各圧電振動板２１、２２は例えば略矩形形状である。
【００４６】
上部圧電振動板２１の構成は、実施の形態１と同様で、基材２１ａ（基板）と２枚の圧電素子２１ｂ、２１ｃから構成されている。下部圧電振動板２２も同様に、基材２２ａ（基板）と２枚の圧電素子２２ｂ、２２ｃから構成されている。４枚の圧電素子２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２２ｃの厚みは、実施の形態２においても互いに同じである。
【００４７】
また、圧電素子２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２２ｃの分極方向も、実施の形態１と同様に電圧印加時に上部圧電振動板２１と下部圧電振動板２２が音の主放射方向に対して、逆方向に湾曲するように設定している。
【００４８】
また、エッジ２４も同様に、上部圧電振動板２１とフレーム２５上を覆うように設けられている。エッジ２４の外周部は、フレーム２５に固定されている。
【００４９】
実施の形態１と異なる点は、上部圧電振動板２１と下部圧電振動板２２が連結部材２３によって連結される位置と、フレーム２５が下部圧電振動板２２を支持する位置と、上部圧電振動板２１の基材２１ａと下部圧電振動板２２の基材２２ａの厚みの関係とである。図６に示すように、上部圧電振動板２１と下部圧電振動板２２は、上部圧電振動板２１の中央部と下部圧電振動板２２の中央部が、連結部材２３を介して接続されている。下部圧電振動板２２は、基材２２ａの長手方向の両端部がフレーム２５にそれぞれ支持されている。また、エッジ２４に支持されている上部圧電振動板２１の基材２１ａが、フレーム２５に支持されている下部圧電振動板２２の基材２２ａと比べて厚くなっている。
【００５０】
なお、圧電素子２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２２ｃの表面電極（図示せず）に駆動電圧を印加することにより、上部圧電振動板２１と下部圧電振動板２２を駆動させる方法は、従来の圧電型スピーカおよび実施の形態１と同様である。
【００５１】
図７に、実施の形態２に係る圧電型スピーカ２０の振動姿態を示す。上部圧電振動板２１と下部圧電振動板２２は、互いに逆方向に湾曲するように振動する。その結果、上部圧電振動板２１より音が放射される。連結部材２３による圧電振動板２１、２２の連結位置、および基材２２ａを支持するフレーム２５の位置が実施の形態１と異なるために、振動姿態は実施の形態１と異なる。
【００５２】
基材２１ａと基材２２ａの厚みを異ならせることで、上部圧電振動板２１と下部圧電振動板２２の振幅を制御し、圧電素子２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２２ｃに発生する最大応力を低減し、最大音圧が向上することは実施の形態１と同様である。実施の形態２の構造では、上部圧電振動板２１と下部圧電振動板２２で基材厚が同じ場合は、上部圧電振動板２１の圧電素子２１ｂ、２１ｃに発生する応力が、下部圧電振動板２２の圧電素子２２ｂ、２２ｃに比べて大きくなるために上部圧電振動板２１の基材２１ａを厚くしている。
【００５３】
また、上記説明では、上部圧電振動板２１と下部圧電振動板２２の剛性を異ならせる手段として、基材２１ａと基材２２ａの厚みを異ならせた。しかし、実施の形態２は、これに限定されない。基材２１ａと基材２２ａの材料を異ならせることで、基材２１ａと基材２２ａの剛性を異ならせ、その結果、上部圧電振動板２１と下部圧電振動板２２の剛性を異ならせても良い。その場合、上部圧電振動板２１の基材２１ａの弾性率を下部圧電振動板２２の基材２２ａに比べて大きくする。
【００５４】
また上記説明では、各圧電素子２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２２ｃの厚みは同じとしたが、違っていても構わない。すなわち、圧電素子２２ｂ、２２ｃの厚みよりも圧電素子２１ｂ、２１ｃの厚みを厚くすることでも同様の効果を得ることが出来る。また、圧電素子２１ｂ、２１ｃと、圧電素子２２ｂ、２２ｃの大きさや形状を異ならせることによって、同様の効果を得るようにしてもよい。また、圧電素子２１ｂ、２１ｃと、圧電素子２２ｂ、２２ｃに印加する駆動電圧を異ならせることで同様の効果を得るようにしてもよい。
【００５５】
また上記説明では、エッジ２４は、上部圧電振動板２１とフレーム２５上を覆うように設けられている。しかし、実施の形態２は、これに限定されない。上部圧電振動板２１と上部フレーム２５との間の間隙を埋めるように、当該間隙の上部のみにエッジ２４を設けてもよい。さらに、エッジ２４は平坦な形状としたが、上部圧電振動板２１とフレーム２５との間の間隙上のエッジ２４の形状をロール形状にしてもよい。ロール形状にすることで、入力電圧に対する振幅量の線形性が高くなり、低歪再生を実現できる。
【００５６】
実施の形態２における圧電型スピーカ２０は、上記以外にも、実施の形態１に記載した全ての変形例を適用し得る。
【００５７】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る圧電型スピーカ３０、４０は、３枚の圧電振動板を有する点が、上述の実施の形態とは異なる。図８Ａは、実施の形態３に係る圧電型スピーカ３０の断面図である。図８Ｂは、実施の形態３に係る図８Ａとは別の形態の圧電型スピーカ４０の断面図である。
【００５８】
圧電型スピーカ３０は、図８Ａに示すように、３枚の圧電振動板３１、３２、３３と、複数の連結部材３７ａ、３７ｂ、３８と、エッジ３４と、上部フレーム３５と、下部フレーム３６とを備えている。各圧電振動板３１、３２、３３は、バイモルフ構造の振動板である。各圧電振動板３１、３２、３３では、圧電素子３１ｂ、３１ｃ、３２ｂ、３２ｃ、３３ｂ、３３ｃが、基材３１ａ、３２ａ、３３ａの両面にそれぞれ接着されている。なお、スピーカ３０の前面側から、第１圧電振動板３１、第２圧電振動板３２、第３圧電振動板３３と呼ぶ。各圧電振動板３１、３２、３３は例えば矩形形状である。
【００５９】
連結部材３８は、第１圧電振動板３１の中央部と第２圧電振動板３２の中央部とを連結している。各連結部材３７ａ、３７ｂは、第２圧電振動板３２と第３圧電振動板３３を、長手方向の両角部でそれぞれ連結している。エッジ３４は、第１圧電振動板３１と上部フレーム３５上を覆うように設けられている。下部フレーム３６は、枠状の本体部３６ａと、本体部３６ａの枠内を横断する帯状の支持部３６ｂとを有する。第３圧電振動板３３（背面側振動板）の中央部は、支持部３６ｂに固着されている。３枚の圧電振動板３１、３２、３３は、隣り合う圧電振動板が互いに逆方向に湾曲するように振動する。
【００６０】
第３圧電振動板３３の剛性が、第２圧電振動板３２の剛性よりも高い。実施の形態３では、基材３３ａの方が基材３２ａよりも厚みを大きくすることで、基材３３ａの方が基材３２ａよりも剛性を高くしている。しかし、上記実施の形態１および実施の形態２と同様に、基材３２ａ、３３ａの材料を異ならせたり、圧電素子３２ｂ、３２ｃ、３３ｂ、３３ｃの剛性を異ならせたりすることで、第２圧電振動板３２の剛性と第３圧電振動板３３の剛性とを異ならせてもよい。なお、第１圧電振動板３１の剛性と第２圧電振動板３２の剛性とは同じであってもよいし、第１圧電振動板３１の方が第２圧電振動板３２よりも剛性を高くしてもよい。
【００６１】
また、図８Ｂに示すスピーカ４０は、連結部材４７、４８と下部フレーム４６とが図８Ａとは異なる。連結部材４８は、第２圧電振動板４２の中央部と第３圧電振動板４３の中央部とを連結している。各連結部材４７ａ、４７ｂは、第１圧電振動板４１と第２圧電振動板４２を、長手方向の両角部でそれぞれ連結している。下部フレーム４６は、基材４３ａの長手方向の両端部をそれぞれ支持している。図８Ｂでは、第３圧電振動板４３の剛性が、第２圧電振動板４２の剛性よりも低い。なお、第１圧電振動板４１の剛性と第２圧電振動板４２の剛性とは同じであってもよいし、第１圧電振動板４１の方が第２圧電振動板４２よりも剛性を高くしてもよい。
【００６２】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る圧電型スピーカ５０、６０は、４枚の圧電振動板を有する点が、上述の実施の形態とは異なる。図９Ａは、実施の形態４に係る圧電型スピーカ５０の断面図である。図９Ｂは、実施の形態４に係る図９Ａとは別の形態の圧電型スピーカ６０の断面図である。
【００６３】
圧電型スピーカ５０は、図９Ａに示すように、４枚の圧電振動板５１、５２、５３、５４と、複数の連結部材５７ａ〜５７ｄ、５８と、エッジ５９と、上部フレーム５５と、下部フレーム５６とを備えている。各圧電振動板５１、５２、５３、５４は、バイモルフ構造の振動板である。各圧電振動板５１、５２、５３、５４では、圧電素子５１ｂ、４１ｃ、５２ｂ、５２ｃ、５３ｂ、５３ｃ、５４ｂ、５４ｃが、基材５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａの両面にそれぞれ接着されている。なお、スピーカ５０の前面側から、第１圧電振動板５１、第２圧電振動板５２、第３圧電振動板５３、第４圧電振動板５４と呼ぶ。各圧電振動板５１、５２、５３、５４は例えば矩形形状である。
【００６４】
連結部材５８は、第２圧電振動板５２の中央部と第３圧電振動板５３の中央部とを連結している。各連結部材５７ａ、５７ｂは、第１圧電振動板５１と第２圧電振動板５２を、長手方向の両角部でそれぞれ連結している。各連結部材５７ｃ、５７ｄは、第３圧電振動板５３と第４圧電振動板５４を、長手方向の両角部でそれぞれ連結している。エッジ５９は、第１圧電振動板５１と上部フレーム５５上を覆うように設けられている。下部フレーム５６は、枠状の本体部５６ａと、本体部５６ａの枠内を横断する帯状の支持部５６ｂとを有する。第４圧電振動板５４（背面側振動板）の中央部は、支持部５６ｂに固着されている。４枚の圧電振動板５１、５２、５３、５４は、隣り合う圧電振動板が互いに逆方向に湾曲するように振動する。
【００６５】
第４圧電振動板５４の剛性が、第３圧電振動板５３の剛性よりも高い。また、第２圧電振動板５２の剛性が、第１圧電振動板５１の剛性よりも高い。実施の形態４では、隣り合う２枚の圧電振動板において、剛性を高くする方の圧電振動板の基材の厚みの方を、もう一方の圧電振動板の基材の厚みよりも大きくすることで、主領域の剛性を互いに異ならせている。しかし、上記実施の形態１〜３と同様に、基材の材料を異ならせたり、圧電素子の剛性を異ならせたりすることで、隣り合う２枚の圧電振動板の剛性を互いに異ならせてもよい。なお、第１圧電振動板５１の剛性と第３圧電振動板５３の剛性とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００６６】
また、図９Ｂに示すスピーカ６０は、連結部材６７、６８と下部フレーム６６とが図９Ａとは異なる。連結部材６８ａは、第１圧電振動板６１の中央部と第２圧電振動板６２の中央部とを連結している。連結部材６８ｂは、第３圧電振動板６３の中央部と第４圧電振動板６４の中央部とを連結している。各連結部材６７ａ、６７ｂは、第２圧電振動板６２と第３圧電振動板６３を、長手方向の両角部でそれぞれ連結している。下部フレーム６６は、基材６４ａの長手方向の両端部をそれぞれ支持している。図９Ｂでは、第４圧電振動板６４の剛性が、第３圧電振動板６３の剛性よりも低い。また、第２圧電振動板６２の剛性が、第１圧電振動板６１の剛性よりも低い。なお、第４圧電振動板６４の剛性と第２圧電振動板６２の剛性とは同じであってもよいし、第４圧電振動板６４の方が第２圧電振動板６２よりも剛性を高くしてもよい。
【００６７】
（実施の形態５）
図１０は、上記圧電型スピーカを採用した実施の形態５のモバイル情報端末装置である。図１０において、１０００はモバイル情報端末装置、１００２は画面、１００１は実施の形態１〜実施の形態４の圧電型スピーカのうちから選択されるスピーカ装置である。なお、スピーカ装置１００１は、密閉型キャビネット、あるいはバスレフ型キャビネットとともにモバイル情報端末装置１０００に取り付けられても良い。また、キャビネットを用いずに、そのまま開放型としてモバイル情報端末装置１０００に取り付けられても良い。図１０では、３箇所にスピーカ装置１００１を配置しているが、スピーカ装置１００１は１個以上であれば、いくつでも構わない。１個であればモノラルとなるが、２個でステレオ、２個以上使えば音場制御やＨＲＴＦ用のデバイスとしても使用可能となる。
【００６８】
スピーカ装置１００１をモバイル情報端末装置に搭載することで、モバイル情報端末装置のような搭載容積が限られた機器であっても、広帯域再生を安定的に可能とする。
【００６９】
（実施の形態６）
図１１は、上記圧電型スピーカを採用した実施の形態６の画像表示装置である。より具体的には、画像表示装置は、ＰＣ又は薄型ＴＶなどである。図１１において、１１００は画像表示装置、１１０２は画面、１１０１は実施の形態１〜実施の形態４の圧電型スピーカのうちから選択されるスピーカ装置である。なお、スピーカ装置１１０１は、密閉型キャビネット、あるいはバスレフ型キャビネットとともに画像表示装置１１００に取り付けられても良い。また、キャビネットを用いずに、そのまま開放型として画像表示装置１１００に取り付けられても良い。図１１では、計１６箇所にスピーカ装置１１０１を配置しているが、スピーカ装置１１０１は１個以上であれば、いくつでも構わない。１個であればモノラルとなるが、２個でステレオ、２個以上使えば（例えばラインアレイとして配置すれば）音場制御やＨＲＴＦ用のデバイスとしても使用可能となる。
【００７０】
スピーカ装置１１０１を画像表示装置に搭載することで、画像表示装置のような搭載容積が限られた機器であっても、広帯域再生を安定的に可能とする。
【００７１】
（実施の形態７）
図１２は、実施の形態７におけるスピーカ装置（車載スピーカ）の搭載図である。図１２において、１２００は自動車のドア、１２０１は実施の形態１〜実施の形態４の圧電型スピーカのうちから選択されるスピーカ装置である。なお、スピーカ装置１２０１は密閉型キャビネット、あるいはバスレフ型キャビネットとともにドア１２００に取り付けられても良い。また、キャビネットを用いずに、そのまま開放型としてドア１２００に取り付けられても良い。図１２では、３箇所にスピーカ装置１２０１を配置しているが、スピーカ装置１２０１は１個以上であれば、いくつでも構わない。また、図１２では自動車のドア１２００に取り付けた例を示すが、自動車のダッシュボードやピラー、シート、ヘッドレスト、天井など、ドア以外の位置に取り付けてもよい。また、電車やモノレール、リニアモーター、飛行機、船舶など、自動車以外の各種移動体に圧電型スピーカ１０、２０を取り付けてもよい。
【００７２】
従来、広帯域再生、特に低音を再生するには大型のスピーカが必要であった。実施の形態の圧電素子を用いた圧電型スピーカは、従来と比べて小型、あるいは軽くしても、従来と同じ音響特性を実現可能である。この結果、移動体全体の小型化、軽量化につながり、居住空間の増大による快適性の向上、あるいは車体の小型・軽量化による、燃費の向上が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明にかかる圧電型スピーカは、剛性が互いに圧電振動板を組み合わせることで、圧電素子に発生する応力を軽減し、最大音圧を向上できる。本発明は、薄型テレビ用スピーカ、携帯電話用スピーカ、ホームシアター用スピーカおよび車載用スピーカ等に有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１１      上部圧電振動板
１１ａ    基材
１１ｂ    圧電素子
１１ｃ    圧電素子
１２      下部圧電振動板
１２ａ    基材
１２ｂ    圧電素子
１２ｃ    圧電素子
１４      エッジ
１５      上部フレーム
１６      下部フレーム
【図１】
2013121715.tif 000003
【図２】
2013121715.tif 000004
【図３】
2013121715.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013121715.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013121715.tif 000009
【図８Ａ】
2013121715.tif 000010
【図８Ｂ】
2013121715.tif 000011
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2013121715.tif 000013
【図１０】
2013121715.tif 000014
【図１１】
2013121715.tif 000015
【図１２】
2013121715.tif 000016
【図１３】
2013121715.tif 000017
【図１４】
2013121715.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月1日(2013.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
圧電型スピーカ５０は、図９Ａに示すように、４枚の圧電振動板５１、５２、５３、５４と、複数の連結部材５７ａ〜５７ｄ、５８と、エッジ５９と、上部フレーム５５と、下部フレーム５６とを備えている。各圧電振動板５１、５２、５３、５４は、バイモルフ構造の振動板である。各圧電振動板５１、５２、５３、５４では、圧電素子５１ｂ、５１ｃ、５２ｂ、５２ｃ、５３ｂ、５３ｃ、５４ｂ、５４ｃが、基材５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａの両面にそれぞれ接着されている。なお、スピーカ５０の前面側から、第１圧電振動板５１、第２圧電振動板５２、第３圧電振動板５３、第４圧電振動板５４と呼ぶ。各圧電振動板５１、５２、５３、５４は例えば矩形形状である。
【国際調査報告】
2013121715.tif 000019
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