(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、広帯域での音圧及び音質を向上させた圧電振動素子及び該圧電振動素子を備えた音声変換装置を提供する。【解決手段】  振動板２１と、この振動板２１に取着された圧電素子２２とを備え、枠体１０に保持される圧電振動素子２０において、振動板２１には樹脂シート３０が接着され、この樹脂シート３０を介して振動板２１が枠体１０に保持され、樹脂シート３０には圧電振動素子２０が露見して配設される取付孔３１が設けられると共に、この取付孔３１に架設され圧電振動素子２０の一部を被覆して保持する被覆部３３が設けられている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、該振動板に取着された圧電素子とを備え、枠体に保持される圧電振動素子において、前記振動板には樹脂シートが接着され、該樹脂シートを介して前記振動板が前記枠体に保持され、
前記樹脂シートには前記圧電振動素子が露見して配設される取付孔が設けられると共に、
該取付孔に架設され前記圧電振動素子の一部を被覆して保持する被覆部が設けられたことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
前記被覆部は前記圧電振動素子の略中央に位置することを特徴とする請求項１記載の圧電振動素子。
【請求項３】
前記被覆部は外周部に円弧状の外縁を備えた形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項４】
前記外縁のうち、対向する外縁は同形状の円弧から形成されるとともに、前記円弧は同一仮想線上に中心点を有する仮想円の一部を構成するものであることを特徴とする請求項３に記載の圧電振動素子。
【請求項５】
前記円弧を形成する仮想円の半径長さは、前記圧電振動素子の大きさに対応して変更されることを特徴とする請求項４に記載の圧電振動素子。
【請求項６】
前記樹脂シートの前記振動板の周縁部を被覆する部分と、前記被覆部との間には連結部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項７】
前記圧電振動素子には前記樹脂シートを挟んで対称な露出面が二組形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項８】
振動板と、該振動板に取着された圧電素子とを備え、枠体に保持される圧電振動素子において、前記振動板には樹脂シートが接着され、該樹脂シートを介して前記振動板が前記枠体に保持され、
前記振動板及び圧電素子は外接円を持たない多角形状に形成され、
前記樹脂シートには前記圧電振動素子が露見して配設される取付孔が設けられたことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項９】
前記樹脂シートは発泡シリコンからなることを特徴とする請求項８記載の圧電振動素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載の圧電振動素子を備えた音声変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電振動素子に係り、特に、スピーカやレシーバ或いはマイクなどの材料として使用可能な圧電振動素子及び該圧電振動素子を備えた音声変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ或いはノートパソコン等の小型電子機器において、音声入出力のためのスピーカやレシーバ或いはマイクなどの材料として、小型かつ軽量であり、省エネルギーで、液晶表示装置と併せて用いる場合などに磁歪を生じないという特徴から、圧電振動素子が使用されている。
【０００３】
圧電振動素子からなる圧電スピーカは、振動板に圧電素子としての圧電セラミックス板が貼着され、この圧電セラミックス板に電圧を印加することによって振動を生じさせ、音を発生させるものである。
【０００４】
従来の圧電スピーカでは、振動板の周辺部分が枠体に固着された構造とされており、振動板が枠体で拘束されてしまうため、高域では高い音圧が得られるのに対し、低域では十分な音圧が得られないという問題があった。
【０００５】
上記問題を解決するために、振動板の周辺部に樹脂シートを接着し、この樹脂シートが枠体に挟持されることによって振動板が支持された構成の圧電スピーカが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この技術では、振動板が枠体で押えられない構造となるため、振動が枠体によって抑圧されなくなる。このため、振動板の振動を抑圧する程度が小さくなり、広い帯域の振動を得ることが可能となる。
【特許文献１】特開平１１−１１３０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は、広帯域での音圧及び音質の向上を課題として各種の実験を行い、その結果、樹脂シートや圧電振動素子の形状を変更することで、広帯域での音圧の確保と、フラットな周波数特性が得られることを発見し、本発明をするに至った。
【０００８】
本発明の目的は、広帯域での音圧及び音質を向上させた圧電振動素子及び該圧電振動素子を備えた音声変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る圧電振動素子は、振動板と、該振動板に取着された圧電素子とを備え、枠体に保持される圧電振動素子において、前記振動板には樹脂シートが接着され、該樹脂シートを介して前記振動板が前記枠体に保持され、前記樹脂シートには前記圧電振動素子が露見して配設される取付孔が設けられると共に、該取付孔に架設され前記圧電振動素子の一部を被覆して保持する被覆部が設けられた、ことを特徴とする。
【００１０】
このように、圧電振動素子を樹脂シートを介して枠体に保持する構成とすることにより、圧電振動素子を拘束することなく支持することができるので、圧電振動素子を振動し易くし、低い周波数帯域を含む広帯域での振動を得ることが可能となる。
また、圧電振動素子の一部を樹脂シートで被覆して保持する構成とすることにより、圧電振動素子のあばれを制御し、これにより広帯域にわたってフラットな音響特性を得ることが可能となる。
【００１１】
樹脂シートの具体的な構成は、次の通りである。前記被覆部は前記圧電振動素子の略中央に位置しており、外周部に円弧状の外縁を備えた形状に形成されている。前記外縁のうち、対向する外縁は同形状の円弧から形成され、これらの円弧は同一仮想線上に中心点を有する仮想円の一部を構成するものである。
【００１２】
なお、前記円弧を形成する仮想円の半径長さは、前記圧電振動素子の大きさに対応して変更される。
前記樹脂シートの前記振動板の周縁部を被覆する部分と、前記被覆部との間には連結部が設けられている。
【００１３】
上記形状の樹脂シートで被覆されることにより、前記圧電振動素子には前記樹脂シートを挟んで対称な露出面が二組形成される。
【００１４】
本発明の請求項８に係る圧電振動素子は、振動板と、該振動板に取着された圧電素子とを備え、枠体に保持される圧電振動素子において、前記振動板には樹脂シートが接着され、該樹脂シートを介して前記振動板が前記枠体に保持され、前記振動板及び圧電素子は外接円を持たない多角形状に形成され、前記樹脂シートには前記圧電振動素子が露見して配設される取付孔が設けられたことを特徴とする。
前記樹脂シートは発泡シリコンからなると好適である。
【００１５】
以上のように、本発明の圧電振動素子によれば、広帯域にわたってフラットな音響特性を得ることが可能となる。したがって、上記圧電振動素子を、スピーカ，レシーバ，マイク等の音声変換装置に利用すると、これらの音声変換装置において音圧及び音質を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の圧電振動素子によれば、広帯域の音声の再生に対応し、各音域で従来よりも高い音圧が得られ、しかも広帯域にわたってフラットな音響特性を得ることが可能となる。
したがって、本発明の圧電振動素子を圧電スピーカ等の音声変換装置に使用すれば、高音質の音声を発生させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
【００１８】
図１乃至図４は本発明の一実施形態に係るものであり、図１は本発明の圧電振動素子を使用した圧電スピーカの正面図、図２は図１の圧電スピーカの分解斜視図、図３は図１の圧電スピーカの被覆部の説明図、図４は図１の圧電スピーカの周波数特性を示すグラフ図である。
【００１９】
図１は、本発明の圧電振動素子を利用して製作された圧電スピーカ１であり、圧電スピーカ１は、枠体１０と、枠体１０に保持される圧電振動素子２０とを備えて構成されている。
【００２０】
図２に示すように、枠体１０は、上枠１１と下枠１２とを備え、上枠１１と下枠１２とはボルト１３等により固定される。なお、図２ではボルト１３は一つのみ図示しているが、複数のボルトで上枠１１と下枠１２が固定されるものである。枠体１０は、この上枠１１と下枠１２で、圧電振動素子２０の構成部材を挟持するように構成されている。
【００２１】
圧電振動素子２０は、振動板２１と、圧電素子としての圧電セラミックス板２２とから構成されている。振動板２１は、厚さ０．２ｍｍ程度のアルミニウム等の金属板から形成されている。
なお、振動板２１をより薄くする場合は、４２アロイ等の金属板を用いると良い。
振動板２１の素材としては、上記に限らず他の金属であっても良い。また、金属でなくても、振動と導通を確保できるものであれば他の素材であっても良い。例えば、薄く硬質の樹脂板に導通性を有する箔を取着したものであっても良い。
【００２２】
振動板２１は、図１及び図２に示すように、外接円を持たない多角形の形状に形成されている。本例の振動板２１は細長い八角形の形状に形成されている。
圧電セラミックス板２２は厚さ０．１ｍｍ程度に形成され、振動板２１の中央部分に貼着されている。
【００２３】
本例の圧電セラミックス板２２は、矩形状に形成されている。圧電セラミックス板２２は振動板２１の片面または両面に貼り付けられる。本例では、圧電セラミックス板２２は振動板２１の片面に貼り付けられている。
【００２４】
振動板２１を上記形状とすることにより、従来よりも広帯域でフラットに近い周波数特性が得られる。
その理由は、圧電セラミックス板２２から振動板２１に伝わる振動エネルギーが、従来の円形や矩形の振動板２１に比して、中心から周縁までの距離の違いにより多種類発生することで、周波数特性のピークやディップが補正されるためである。
【００２５】
なお、振動板２１の形状は、本実施例で示す形状に限らず、レモンの形状のように少なくとも対向する２つ以上の角を持ち、角と角の間を曲線で結んだ形状であっても良い。このような形状であっても、振動板２１の中心点から周縁までの距離が多様になるため、広帯域でフラットに近い周波数特性を得ることができる。
【００２６】
圧電セラミックス板２２の両面には銀等の電極が形成されている。この電極には、駆動回路と接続されるリード線２４が取り付けられる。なお、振動板２１が金属である場合は、振動板２１を圧電セラミックス板２２の一方の電極とすることもでき、本例ではそのような構成にしている。
【００２７】
振動板２１には、発泡シリコンからなる樹脂シート３０が接着されており、この樹脂シート３０を介して枠体１０に取り付けられている。
樹脂シート３０は振動板２１の取付孔３１を備え、この取付孔３１の周囲の保持部３２で、振動板２１の周縁部２１ａを挟持するように構成されている。
また、樹脂シート３０は、圧電セラミックス板２２の四隅を挟持している。このようにして、樹脂シート３０に圧電振動素子２０が保持されている。
なお、小型で薄型の圧電振動素子２０を作成する場合は、樹脂シート３０として、合成樹脂を主原料とする合成紙（例えばカルレ等）を用いると良い。
【００２８】
本例では、二枚の樹脂シート３０で振動板２１及び圧電セラミックス板２２を挟んで取り付けている。
二枚の樹脂シート３０は振動板２１及び圧電セラミックス板２２を挟み、接着剤等により互いに貼着され、これにより圧電振動素子２０を保持する。
【００２９】
樹脂シート３０は、枠体１０の内側寸法よりも若干大きめのサイズ、すなわち枠体１０において保持可能な大きさに形成されている。
この樹脂シート３０が枠体１０に挟持されて保持されることによって、圧電振動素子２０が枠体１０に支持されるように構成されている。すなわち、圧電振動素子２０は、振動板２１が枠体１０と接点を有することなく、樹脂シート３０を介して枠体１０に保持される。
【００３０】
上記構成により、振動板２１が枠体１０で押えられない構造となり、その振動が枠体１０によって抑圧されなくなる。したがって、振動板２１固有の振動が広い周波数帯域において生じることになり、枠体１０によって押えられて減衰することを防止できる。
【００３１】
さらに、本例の圧電スピーカ１では、圧電振動素子２０の面の一部が樹脂シート３０により被覆されている。
樹脂シート３０の圧電振動素子２０の面の一部を被覆する部分（以下、「被覆部３３」と言う）は、図１及び図３に示すように、円弧状の外縁３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを備えた形状に形成されている。
【００３２】
これにより、圧電セラミックス板２２は、中央部が被覆部３３で被覆される。圧電セラミックス板２２は、露出面２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆを露出させながら、樹脂シート３０の被覆部３３で保持されることになる。
なお、本例では、圧電スピーカ１の裏側には圧電セラミックス板２２は配設されていないため、圧電スピーカ１の裏側では、被覆部３３は振動板２１の面を被覆する。
【００３３】
外縁３３ａと３３ｃ、及び、外縁３３ｂと３３ｄは、それぞれ同じ大きさの円弧から形成されている。
また、外縁３３ａと３３ｃを形成する円弧は、それぞれ、圧電セラミックス板２２の辺２２ａに直交する仮想線Ｌ１上に中心点を有する仮想円Ｃ１、Ｃ３の一部を構成するものである。
同様に、外縁３３ｂと３３ｄを形成する円弧は、それぞれ、圧電セラミックス板２２の辺２２ｂに直交する仮想線Ｌ２上に中心点を有する仮想円Ｃ２、Ｃ４の一部を構成するものである。
【００３４】
上記構成により、圧電セラミックス板２２上では、樹脂シート３０を挟んで対称に、露出面２２ｃと２２ｅ、及び露出面２２ｄと２２ｆが現れることになる。
【００３５】
前記仮想円Ｃ１、Ｃ３及びＣ２，Ｃ４の半径長さは、圧電振動素子２０の大きさに対応して変更される。
すなわち、圧電振動素子２０の大きさに比例させて、仮想円Ｃ１〜Ｃ４の半径長さを変更し、被覆部３３がおおむね図１に示す形状を保つようにする。
【００３６】
図１に示すように、被覆部３３は、連結部３４を介して、樹脂シート３０の他の部分に連結されている。すなわち、被覆部３３は、振動板２１の周縁部を被覆する保持部３２に連結されている。
【００３７】
本例では、被覆部３３は樹脂シート３０の他の部分と一体に形成されているが、これに限らず、被覆部３３を別体として形成し、樹脂シート３０の取付孔３１に後付けで取り付けても良い。
【００３８】
上記構成からなる圧電スピーカ１において、リード線２４を、図示しない駆動回路に接続させる。駆動回路から圧電セラミックス板２２に音声信号が入力されると、圧電セラミックス板２２が振動し、これにより振動板２１が振動して音声が再生される。
【００３９】
上記構成を備えた圧電スピーカ１として、次のサイズのものを作成し、音圧の測定を行った。圧電スピーカ１のサイズは、枠体１０の内側寸法、すなわち圧電振動素子２０の露出面が９６ｍｍ×１５３ｍｍ、圧電セラミックス板２２の大きさが横６０ｍｍ×縦１１０ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ、振動板２１の厚さが０．２ｍｍ、樹脂シート３０の被覆部３３における外縁３３ａと３３ｃを構成する仮想円Ｃ１、Ｃ３の半径が３０ｍｍ、外縁３３ｂと３３ｄを構成する仮想円Ｃ２、Ｃ４の半径が８５ｍｍ、連結部３４の幅が２ｍｍ、に形成されている。
図４のグラフは、上記圧電スピーカ１の周波数特性を表したものである。
【００４０】
また、図５乃至図７のグラフは、比較例１〜３に係る圧電スピーカの周波数特性を表したものである。
比較例１の圧電スピーカは、上記圧電スピーカ１において、振動板２１及び圧電セラミックス板２２の全面を樹脂シート３０で被覆した構成である。
【００４１】
比較例２及び３の圧電スピーカは、上記圧電スピーカ１において、被覆部３３を有していない構成であり、樹脂シート３０で振動板２１の周縁部２１ａのみを被覆したものである。
比較例２では、振動板２１の周縁部３ｍｍを被覆した構成、比較例３では、振動板２１の周縁部５ｍｍを被覆した構成としている。
【００４２】
周波数特性の測定は、圧電セラミックス板２２に９Ｖの電圧を入力し、１０ｃｍ離れた位置で再生された音声を測定する方法により行った。
【００４３】
グラフの縦軸は音圧を表し、８５ｄＢを基準値にして上限が１０５ｄＢ、下限が６５ｄＢになっている。
またグラフの横軸は周波数を表し、周波数帯の範囲は２００Ｈｚから２０ＫＨｚになっている。
図５乃至図７のグラフを見てわかるように、比較例１の圧電スピーカは全体に音圧が低く、音声の再生が十分になされていない。これは、樹脂シート３０で振動板２１及び圧電セラミックス板２２の全面を被覆しているので、振動が抑圧されてしまうとともに、音の伝達が十分になされないためであると考えられる。
【００４４】
また、比較例２及び比較例３の圧電スピーカは、比較例１の圧電スピーカよりも音圧は高くなっているが、周波数特性を見ると、複数の大きなピークと大きなディップを有しており、再生音質が均一になっていない。これは、圧電振動素子２０を樹脂シート３０で保持するときに、振動板２１の周縁部２１ａのみで保持しているため、圧電振動素子２０のあばれが大きくなってしまうためであると考えられる。
【００４５】
これに対して、本例の圧電スピーカ１は、圧電振動素子２０が露出面２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆを備えているので、適正な音圧レベルが得られている。
また、圧電振動素子２０が樹脂シート３０の保持部３２で保持されているため、圧電振動素子２０にあばれが発生することなく制御され、音圧特性においてピークとディップの差が小さくなっている。このように、本例の圧電スピーカ１によれば、全体的に見てより広帯域で高音圧であり、さらに再生音質のバラツキが少なくなっている。
【００４６】
なお、振動板２１及び圧電セラミックス板２２は、上記形状には限定されず、円形や矩形等、他の形状であっても良い。
また、樹脂シート３０の被覆部３３についても、上記形状には限定されず、取付孔３１に架設されて圧電振動素子２０の一部を被覆し、圧電振動素子２０のあばれを抑えて音圧及び音質を向上させるように機能するものであれば良く、どのような形状であっても良いものである。
【００４７】
図８及び図９は本発明の他の実施例を示す説明図である。本例において前記実施例と同様部材等には同一符号を付してその説明を省略する。
図８の圧電スピーカ１は、圧電セラミックス板２２の形状が、振動板２１と同形状、すなわち外接円を持たない多角形の形状に形成されている。圧電セラミックス板２２は、振動板２１よりも一回り小さいサイズに形成されている。
そして、振動板には発泡シリコンからなる樹脂シート３０が接着されており、この樹脂シート３０を介して枠体１０に取り付けられ、圧電振動素子２０の面の一部が樹脂シート３０の被覆部３３で被覆されている。
【００４８】
図９の圧電スピーカ１は、図８の実施例と同様に、圧電セラミックス板２２の形状が、振動板２１と同形状の多角形に形成されており、さらに、樹脂シート３０が被覆部３３を備えない構成とされている。
【００４９】
すなわち、図９の圧電振動素子２０は、外接円を持たない多角形の形状の振動板２１と、外接円を持たない多角形の形状の圧電セラミックス板２２から構成され、圧電振動素子２０は樹脂シート３０の取付孔３１の周囲の保持部３２で保持され、樹脂シート３０の取付孔３１から、略全面が露見するように構成されている。
図８及び図９の実施例では、振動板２１と圧電セラミックス板２２とが、共に外接円を持たない多角形に形成されているため、振動板２１及び圧電セラミックス板２２の両方において、中心点から周縁までの距離が多様になり、多種類の振動エネルギーを発生させることができ、よりフラットな音圧特性を得ることが可能となる。
このため、図９に示す構成のように、樹脂シート３０に被覆部３３を形成しなくても、広帯域での音声の再生が可能であり、また効率の良い音圧特性が得られるものである。
【００５０】
なお、本実施例では、枠体１０で圧電振動素子を支持する構造を示したが、圧電振動素子をケースで直接支持する構造の圧電スピーカにも利用可能である。
【００５１】
また、本実施例では、圧電振動素子を圧電スピーカに適用した構成を示したが、これに限らず、圧電振動素子を圧電レシーバやマイクなど、他の音声変換装置に用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の圧電振動素子を使用した圧電スピーカの正面図である。
【図２】図１の圧電スピーカの分解斜視図である。
【図３】図１の圧電スピーカの被覆部の説明図である。
【図４】図１の圧電スピーカの周波数特性を示すグラフ図である。
【図５】比較例の圧電スピーカの周波数特性を示すグラフ図である。
【図６】比較例の圧電スピーカの周波数特性を示すグラフ図である。
【図７】比較例の圧電スピーカの周波数特性を示すグラフ図である。
【図８】他の実施例を示す説明図である。
【図９】他の実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  圧電スピーカ
１０  枠体
１１  上枠
１２  下枠
１３  ボルト
２０  圧電振動素子
２１  振動板
２１ａ  周縁部
２２  圧電セラミックス板（圧電素子）
２２ａ，２２ｂ  辺
２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ  露出面
２４  リード線
３０  樹脂シート
３１  取付孔
３２  保持部（振動板の周縁部を被覆する部分）
３３  被覆部
３３ａ〜３３ｄ  外縁
３４  連結部
Ｃ１〜Ｃ４  仮想円
Ｌ１、Ｌ２  仮想線
【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】
2006303770.tif 000007
【図６】
2006303770.tif 000008
【図７】
2006303770.tif 000009
【図８】
2006303770.tif 000010
【図９】
2006303770.tif 000011