(57)【要約】【課題】  薄型化に伴う音響特性低下を抑制することができる圧電発音体及び電子機器を提供する。【解決手段】  携帯電話の筐体１０には、複数の放音孔１２が形成されている。該放音孔１２が設けられている部位の内側は、圧電発音素子２０を取り付けるための受部１６が形成された気室１４となっている。圧電発音素子２０は、振動板２２の両面に圧電素子２４及び２６を貼り合わせたバイモルフ構造となっており、前記振動板２２の周縁を、前記受部１６に気密に固定することによってスピーカとして作用する。このような圧電発音体の音響特性は、空気の通路，すなわち、放音孔１２の側面積の総和Ｓと関係しており、前記総和Ｓを、１．５ｍｍ２以上，６０ｍｍ２以下とすることにより、共振周波数変動と音圧低下を防止し、薄型化を実現しながら必要な音響特性を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板の少なくとも一方の面に圧電素子を貼り合わせた圧電発音素子の周辺を、少なくとも一つ以上の放音孔を有する筐体に、該筐体内面との間に気室を設けるように振動可能に支持した圧電発音体であって、
前記放音孔の側面積の総和を、１．５ｍｍ２以上、６０ｍｍ２以下としたことを特徴とする圧電発音体。
【請求項２】
振動板の少なくとも一方の面に圧電素子を貼り合わせた圧電発音素子の周辺を、少なくとも一つ以上の放音孔を有する筐体に、該筐体内面との間に気室を設けるように振動可能に支持した圧電発音体であって、
前記圧電発音素子を、緩衝体を介さずに前記筐体に固定するとともに、
前記放音孔の側面積の総和を、１．５ｍｍ２以上、６０ｍｍ２以下としたことを特徴とする圧電発音体。
【請求項３】
前記気室を、前記筐体の壁の厚み内部に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の圧電発音体。
【請求項４】
前記筐体に、前記圧電発音素子の振動板の周辺を直接支持するための受部を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電発音体。
【請求項５】
前記圧電発音素子を支持体によって振動可能に支持するとともに、該支持体の周辺を前記筐体に固定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電発音体。
【請求項６】
前記支持体の主面に、少なくとも一つ以上の放音孔を設けるとともに、該放音孔の側面積の総和を、１．５ｍｍ２以上、６０ｍｍ２以下としたことを特徴とする請求項５記載の圧電発音体。
【請求項７】
前記放音孔が、略筒状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の圧電発音体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の圧電発音体を筐体に備えた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】
本発明は、携帯電話などの電子機器及びその音響部品として用いられる圧電発音体に関し、更に具体的には、薄型化に伴う音響特性低下の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電発音体（圧電スピーカなど）は、簡易な電気音響変換手段として広く利用されており、特に近年では、携帯電話などの分野で多用されている。一般的な圧電発音体は、金属板などの振動板の表面に圧電素子を貼り合わせたユニモルフ型又はバイモルフ型の圧電発音素子をケースなどに支持し、更に、該ケースの周縁を各種機器の筐体などに固定することによりスピーカとして利用される。この際、圧電発音素子の振動が筐体に必要以上に伝達するのを防止するため、ケースの周辺は、例えば、リング状のポロン（高密度マイクロセルポリウレタンフォーム）を介して取り付けられる。このような従来技術としては、例えば、以下の特許文献１に記載された圧電音響変換装置がある。当該背景技術によれば、圧電要素が取り付けられたケースは、ゴムリング等のクッション材を介してハウジングに取り付けられることとなっている。
【特許文献１】特開平７−１０７５９４号公報（第３頁及び第１図参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、以上のような背景技術では、ポロンなどのクッション材を介して実装するための、実装高さが大きくなり、一層の小型化が求められる昨今の携帯機器においては不利となる。また、通常は、前記圧電発音素子を支持体（ケースなど）に支持させたものを筐体に取り付けることから、前記支持体の高さも薄型化を妨げる要因となる。従って、前記クッション材やケースを用いずに、圧電発音素子を直接筐体に支持させるようにすれば、薄型化自体は実現できることになる。しかしながら、上述したクッション材は、前記圧電発音素子の振動が必要以上に筐体に伝達するのを防止するものであるから、圧電発音素子や、それを支持したケースを直接筐体に取り付けると、音響特性が低下してしまうという不都合がある。
【０００４】
本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、薄型化に伴う音響特性低下を抑制することができる圧電発音体及び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】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明の圧電発音体は、振動板の少なくとも一方の面に圧電素子を貼り合わせた圧電発音素子の周辺を、少なくとも一つ以上の放音孔を有する筐体に、該筐体内面との間に気室を設けるように振動可能に支持した圧電発音体であって、前記放音孔の側面積の総和を、１．５ｍｍ２以上、６０ｍｍ２以下としたことを特徴とする。
【０００６】
他の発明の圧電発音体は、振動板の少なくとも一方の面に圧電素子を貼り合わせた圧電発音素子の周辺を、少なくとも一つ以上の放音孔を有する筐体に、該筐体内面との間に気室を設けるように振動可能に支持した圧電発音体であって、前記圧電発音素子を、緩衝体を介さずに前記筐体に固定するとともに、前記放音孔の側面積の総和を、１．５ｍｍ２以上、６０ｍｍ２以下としたことを特徴とする。
【０００７】
主要な形態の一つは、前記気室を、前記筐体の壁の厚み内部に設けたことを特徴とする。他の形態は、前記筐体に、前記圧電発音素子の振動板の周辺を直接支持するための受部を設けること，あるいは、前記圧電発音素子を支持体によって振動可能に支持するとともに、該支持体の周辺を前記筐体に固定したことを特徴とする。他の形態は、前記支持体の主面に、少なくとも一つ以上の放音孔を設けるとともに、該放音孔の側面積の総和を、１．５ｍｍ２以上、６０ｍｍ２以下としたことを特徴とする。更に他の形態は、前記放音孔が、略筒状であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電子機器は、前記いずれかの圧電発音体を筐体に備えたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、振動板の少なくとも一方の面に圧電素子を貼り合わせた圧電発音素子の周辺を、少なくとも一つ以上の放音孔を有する筐体に、該筐体内面との間に気室を設けるように振動可能に支持した圧電発音体において、前記圧電発音素子を前記筐体に固定するとともに、前記放音孔の側面積の総和を、１．５ｍｍ２以上、６０ｍｍ２以下とすることで、共振周波数変動及び音圧低下を抑制し、必要な音響特性を確保できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
最初に、図１〜図４を参照しながら本発明の実施例１を説明する。図１(A)は、本実施例の主要端面図，図１(B)は筐体の放音孔を拡大して示す図である。本実施例は、本発明の圧電発音体を、携帯電話のスピーカとして適用したものである。図１に示すように、携帯電話の筐体１０には、複数の放音孔１２が設けられている。また、該放音孔１２が設けられている部位の内側は、圧電発音素子２０を取り付けるための受部１６が形成された気室１４となっている。このような筐体１０の材質としては、例えば、厚さ１〜２ｍｍ程度のアルミニウムなどが用いられる。
【００１２】
前記圧電発音素子２０は、金属などの振動板２２の両面に、圧電素子２４及び２６を貼り合わせたバイモルフ型であって、前記圧電素子２４及び２６は、圧電体と電極層を交互に重ね合わせた積層構造となっている。なお、図示の例では、バイモルフ型としたが、振動板２２のいずれか一方の面に圧電素子２４又は２６を設けたユニモルフ型としてもよい。このような圧電発音素子２０は、振動板２２の周辺を、前記筐体１０の受部１６に接着剤１８などの適宜手段を利用して貼り合わせることによって気密に固定される。このとき、振動板２２の表面と気室１４の上面との間隔Ｉは、圧電発音素子２０の厚み方向の振幅に近くなるように、例えば、８５０μｍ以下，好ましくは、３００μｍ以下となるように設定する。なお、上述した圧電体，電極層，接着剤としては、公知の各種のものが適用可能である。
【００１３】
一方、圧電発音体においては、その音響特性は、空気の流れと接触する面積，すなわち、放音孔１２の側面積との関連が重要となる。従って、前記放音孔１２の側面積を適切な値となるように規定することにより、必要とする音響特性が得られると考えられる。本実施例では、放音孔１２が複数設けられているため、それらの側面積の総和Ｓが音響特性に与える影響を検討する。なお、側面積の総和Ｓは、筐体１０の厚み、放音孔１２の径，放音孔１２の数によって決定されるものである。以下、前記側面積の総和Ｓと、音圧，共振周波数ｆ０，Ｑ値（共振周波数近傍で３ｄＢ上昇したときの周波数差の逆数）との関係について順に説明する。なお、ここでは、振動板２２の可動部の径Ｄ，すなわち、図１(A)の断面における受部１６間の距離を、１８ｍｍ，２１ｍｍ，２３ｍｍとした３種類の試作品について各特性値の測定を行った。
【００１４】
図２は、放音孔１２の側面積の総和Ｓと音圧の関係を示す図であり、横軸は、側面積の総和Ｓ（ｍｍ２），縦軸は音圧（ｄＢ）をそれぞれ表している。なお、横軸は、対数目盛となっている。図２に示すように、放音孔１２の側面積の総和Ｓが大きいほど音圧は高くなる。必要とする音響特性条件が、音圧（ＳＰＬ：Sound Pressure Level）が９０ｄＢ以上であることを考慮すると、いずれの径Ｄにおいても、側面積の総和Ｓが約０．３ｍｍ２以上であればよいことがわかる。なお、放音孔１２の側面積の総和Ｓと、振動板の可動部の径Ｄの積をとり、各音響特性を比較すると、可動部の径Ｄによらず一致することが確認されている。
【００１５】
図３は、前記側面積の総和Ｓと共振周波数ｆ０の関係を示す図であり、横軸は、側面積の総和Ｓ（ｍｍ２），縦軸は共振周波数ｆ０（Ｈｚ）である。横軸は、対数目盛である。図３に示すように、放音孔１２の側面積の総和Ｓが小さいほど、共振周波数ｆ０が高周波側へ推移することが確認される。必要とする音響特性条件が、共振周波数ｆ０が１０００Ｈｚ以上であることを考慮すると、いずれの径Ｄにおいても、側面積の総和Ｓが１．５ｍｍ２以上であればよいことが分かる。
【００１６】
図４は、前記側面積の総和ＳとＱ値の関係を示す図であり、横軸は、側面積の総和Ｓ（ｍｍ２），縦軸はＱ値（共振周波数近傍で３ｄＢ上昇したときの周波数差の逆数）（ｄＢ／Ｈｚ）である。横軸は、対数目盛である。図４に示すように、放音孔１２の側面積の総和Ｓが小さいほど、Ｑ値が低くなることが確認される。必要とする音響特性条件として、Ｑ値が０．００５以下であることを考慮すると、いずれの径Ｄにおいても、側面積の総和Ｓが６０ｍｍ２以下であればよいことがわかる。
【００１７】
以上の結果をまとめると、側面積の総和Ｓは、
(1)音圧の観点から考慮すると、０．３ｍｍ２以上，
(2)共振周波数の観点から考慮すると、１．５ｍｍ２以上，
(3)Ｑ値の観点から考慮すると、６０ｍｍ２以下，
であればよいことが分かる。従って、側面積の総和Ｓは、共振周波数により下限が決定され、Ｑ値によって上限が決定されることから、１．５ｍｍ２≦側面積の総和Ｓ≦６０ｍｍ２を満たすようにすると、必要な音響特性を確保することができる。筐体１０の厚み，放音孔１２の数，放音孔１２の径などを調整することにより、側面積の総和Ｓを上述した範囲内に設定することが可能となる。
【００１８】
このように、実施例１によれば、振動板２２の両面に圧電素子２４及び２６を貼り合わせた圧電発音素子２０を、緩衝体（クッション材）を介さずに筐体１０に固定するとともに、前記筐体１０に形成された放音孔１２の側面積の総和Ｓが、１．５ｍｍ２以上，６０ｍｍ２以下となるように設定することとしたので、実装時の薄型化を実現しながら、共振周波数変動及び音圧低下を抑制し、必要な音響特性を確保できるという効果がある。
【００１９】
更に、
(1)側面積の総和Ｓを７ｍｍ２以上とすると、１００ｄＢ以上の高い音圧を得ることができるとともに、共振周波数も８００Ｈｚ台に抑えることができる。
(2)側面積の総和Ｓを１５ｍｍ２以下とすると、Ｑ値を０．００４以下とすることができる。従って、より好ましいＳの範囲は、
(1)７ｍｍ２≦側面積の総和Ｓ≦６０ｍｍ２
(2)１．５ｍｍ２≦側面積の総和Ｓ≦１５ｍｍ２
(3)７ｍｍ２≦側面積の総和Ｓ≦１５ｍｍ２
となる。
【００２０】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状・大きさ・材料は一例であり、側面積の総和Ｓが上述した範囲内に設定されていれば、必要に応じて適宜変更してよい。
【００２１】
(2)上述した実施例１では、圧電発音素子２０の振動板２２を、直接、筐体１０に取り付けることとしたが、図５(A)に示す例のように、段差状の受部３２を備えた支持体３０に圧電発音素子２０を取り付けてモジュール３４を作製し、該モジュール３４の周辺を筐体１０の内側に取り付けるようにしてもよい。この場合は、背景技術と比べて、ポロンなどの緩衝材の厚みの分だけ薄型化が実現できる。また、支持体３０の底面に、上述した実施例１の放音孔１２と同様に側面積が規定された放音孔３６を設けるようにしてもよい。更に、前記実施例では、気室１４に段差状の受部１６を設けることとしたが、これも一例であり、図５(D)に示す例のように、気室１４の周縁に、振動板２２の周辺を接着剤１８などで直接固定するようにしてもよい。
【００２２】
(3)放音孔１２の数や配置も一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。また、前記実施例１では、放音孔１２を略筒状としたが、図５(B)に示す放音孔１２Ａのように、筐体１０の外側へ向けて径が大きくなるようにしてもよいし、図５(C)に示す放音孔１２Ｂのように、筐体１０の内側へ向けて径が大きくなるようなものでもよい。実際は、製造方法の関係で、図５(B)や(C)に示すようなテーパが形成されることが多いと考えられる。いずれにしても、多少の傾斜であれば、放音孔の側面積の総和が上述した範囲を満たすものであれば、前記実施例１と同様の効果が得られると考えられる。
【００２３】
(4)前記実施例の圧電発音素子２０も一例であり、ユニモルフ型としてもよい。また、圧電素子２４や２６における圧電体と電極層の積層数も任意であり、必要に応じて適宜増減してよい。
(5)本発明の圧電発音体の用途も一例であり、各種の電子音響機器，通信機器，電子機器や、それらの部品として適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明によれば、圧電発音素子を筐体に取り付けるとともに、前記筐体に形成する少なくとも一つ以上の放音孔の側面積の総和を、１．５ｍｍ２以上、６０ｍｍ２以下に設定して、共振周波数変動と音圧低下を抑制し、必要な音響特性を確保することとしたので、圧電発音体の用途に適用できる。特に、実装時の薄型化が必要とされる各種携帯機器などの電子機器やその部品の用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１を示す図であり、(A)は本実施例の主要端面図，(B)は筐体の放音孔を拡大して示す斜視図である。
【図２】前記実施例１の放音孔側面積の総和と音圧の関係を示す図である。
【図３】前記実施例１の放音孔側面積の総和と共振周波数の関係を示す図である。
【図４】前記実施例１の放音孔側面積の総和とＱ値の関係を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０：筐体
１２，１２Ａ，１２Ｂ：放音孔
１４：気室
１６：受部
１８：接着剤
２０：圧電発音体
２２：振動板
２４，２６：圧電素子
３０：支持体
３２：受部
３４：モジュール
３６：放音孔
Ｄ：振動板の可動部の径
Ｉ：振動板と筐体間の距離
Ｓ：放音孔の側面積の総和
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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