(57)【要約】  本発明は、第１の音響出力部と、前記第１の音響出力部と所定の間隔を隔てて設けられた第２の音響出力部と、前記第２の音響出力部に形成された少なくとも一つの開口と、前記第１及び第２の音響出力部の少なくとも一方を収容するためのハウジングと、を備え、前記第２の音響出力部の直径を基準として、前記ハウジングの外径は１００％〜１３０％である音響出力装置を提示する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の音響出力部と、
前記第１の音響出力部と所定の間隔を隔てて設けられた第２の音響出力部と、
前記第２の音響出力部に形成された少なくとも一つの開口と、
前記第１及び第２の音響出力部の少なくとも一方を収容するためのハウジングと、
を備え、
前記第２の音響出力部の直径を基準として、前記ハウジングの外径は１００％〜１３０％である音響出力装置。
【請求項２】
前記第１の音響出力部は、ダイナミックスピーカを備え、前記第２の音響出力部は、圧電素子及び振動板を有する圧電スピーカを備える請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項３】
前記圧電素子の直径を基準として、前記ハウジングの外径は１００％〜１３０％である請求項２に記載の音響出力装置。
【請求項４】
前記振動板の直径は、前記ハウジングの外径に等しいか又はそれよりも小さい請求項３に記載の音響出力装置。
【請求項５】
前記ハウジングの外径は、１３ｍｍ未満である請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項６】
前記開口は、前記圧電素子の直径の３％〜７０％の直径に形成される請求項２に記載の音響出力装置。
【請求項７】
前記圧電素子は、ベースと、前記ベースの少なくとも一方の面の上に形成された複数の圧電層と、前記複数の圧電層の間に形成された複数の内部電極と、前記複数の内部電極と接続されるように外部に形成された外部電極と、を備える請求項２に記載の音響出力装置。
【請求項８】
前記ベースの厚さは、前記圧電素子の厚さの１／３〜１／１５０である請求項７に記載の音響出力装置。
【請求項９】
前記圧電層のそれぞれの厚さは、前記圧電素子の厚さの１／３〜１／１００である請求項７に記載の音響出力装置。
【請求項１０】
前記圧電層のそれぞれの厚さは、２μｍ〜５０μｍである請求項７に記載の音響出力装置。
【請求項１１】
前記圧電層の積層数が２層〜５０層である請求項７に記載の音響出力装置。
【請求項１２】
前記圧電層のそれぞれの厚さは、前記内部電極の厚さに等しいか又はそれよりも大きい請求項７に記載の音響出力装置。
【請求項１３】
前記圧電層は、少なくとも一つの気孔を備える請求項７に記載の音響出力装置。
【請求項１４】
前記内部電極は、少なくとも一領域の厚さが異なる請求項７に記載の音響出力装置。
【請求項１５】
前記内部電極は、前記圧電層の面積の１０％〜９７％の面積を有する請求項７に記載の音響出力装置。
【請求項１６】
前記圧電層は、シード組成物を含む請求項７に記載の音響出力装置。
【請求項１７】
前記圧電層は、ペロブスカイト結晶構造を有する圧電物質により形成される配向原料組成物と、前記配向原料組成物内に分布し、ＡＢＯ３（Ａは、２価の金属元素であり、Ｂは、４価の金属元素である。）の一般式を有する酸化物により形成されるシード組成物と、を含む請求項７に記載の音響出力装置。
【請求項１８】
前記シード組成物は、少なくとも一方向に１μｍ〜５０μｍの長さに配向された請求項１４又は請求項１５に記載の音響出力装置。
【請求項１９】
前記第２の音響出力部の少なくとも一領域に設けられたウェイト部材を更に備える請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項２０】
前記ウェイト部材は、前記開口に対応する領域に設けられたメッシュを更に備える請求項１７に記載の音響出力装置。
【請求項２１】
前記第１及び第２の音響出力部間の空間の体積は、１０ｍｍ３〜１００ｍｍ３である請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項２２】
前記第１の音響出力部と、前記第２の音響出力部及び前記ハウジングの少なくとも一つの少なくとも一部に形成されたコーティング層を更に備える請求項１乃至請求項１７、請求項１９及び請求項２１のうちのいずれか一項に記載の音響出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響出力装置に係り、特に、低音帯域及び高音帯域を含む可聴周波数帯域の出力特性を向上させることのできる音響出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、圧電素子とは、電気的なエネルギー及び機械的なエネルギーを相互間に変化させ得る特性を有する素子のことをいう。すなわち、圧電素子は、圧力を加えると電圧が発生し（圧電効果）、電圧を加えると内部の圧力の変化による体積や長さの増減が発生する（逆圧電効果）。圧電素子は、圧電層及びその上部に設けられる電極により構成されて、電極を介して圧電層に加えられる電圧に応じて圧力が変化する。
【０００３】
この種の圧電素子を用いて圧電スピーカ、振動装置など多種多様な部品を製作することができる。中でも、圧電スピーカは、圧電素子の機械的な動きを振動板により音響的に変換して所望の周波数帯域の音響を発生させる部品である。圧電スピーカは、既存のダイナミックスピーカに比べて薄肉（軽量）であり、電力の消耗が少ないというメリットがあり、この理由から、小型化、薄型化及び軽量化が求められるスマートフォンなどの電子機器に採用可能である。ところが、圧電スピーカは、高音が強くて低音が弱いため、音楽を長時間に亘って聴取することができないという欠点がある。
【０００４】
一方、音楽の再生用に汎用されるダイナミックスピーカは、マグネットの磁場内にあるボイスコイルに音声信号電流を流せば、その電流の強さに応じて機械的な力がボイスコイルに働いて運動を引き起こすという原理を利用する。しかしながら、ダイナミックスピーカは、低音の実現には向いているとはいえ、高音の実現には相対的に脆弱であるため、高音質の提供に限界がある。
【０００５】
したがって、本発明の出願人は、圧電スピーカ及びダイナミックスピーカを組み合わせた音響出力装置を出願した（大韓民国特許出願第２０１５−０１７１７１９号公報）。本出願人により出願された音響出力装置は、圧電スピーカ及びダイナミックスピーカがハウジングの内部に所定の間隔を隔てて設けられ、ダイナミックスピーカからの出力音響が放出されるようにハウジングの所定の領域に放出孔が形成されている。これにより、圧電スピーカ及びダイナミックスピーカからそれぞれ出力された音響がハウジングの内部において混合されることなく、外部において混合される。すなわち、圧電スピーカの音響はそのまま出力され、ダイナミックスピーカの音響は放出孔を介して出力された後にハウジングの外部において両音響が混合される。
【０００６】
ところが、この種の音響出力装置は、サイズを縮小するには限界がある。すなわち、圧電スピーカの音響はそのまま出力されるが、ダイナミックスピーカの音響を出力するために放出孔が形成されることを余儀なくされるため、全体的なサイズを、すなわち、ハウジングのサイズを縮小するには限界がある。もちろん、ハウジングのサイズを縮小し、これにより、圧電スピーカ及びダイナミックスピーカのサイズを縮小することはできるが、この場合、出力される音響特性が低下してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】大韓民国特許公開第２０１４−００８３８６０号公報
【特許文献２】大韓民国特許登録第１０−１２１２７０５号公告
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、圧電スピーカのメリット及びダイナミックスピーカのメリットを併せ持つ音響出力装置を提供する。
【０００９】
本発明は、全体的なサイズを縮小しながらも、  低音特性及び高音特性を両方とも向上させることのできる音響出力装置を提供する。
【００１０】
本発明は、圧電スピーカのサイズは保持し、ハウジングのサイズを縮小することができて音響特性は保持し、全体的なサイズを縮小することのできる音響出力装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様に係る音響出力装置は、第１の音響出力部と、前記第１の音響出力部と所定の間隔を隔てて設けられた第２の音響出力部と、前記第２の音響出力部に形成された少なくとも一つの開口と、前記第１及び第２の音響出力部の少なくとも一方を収容するためのハウジングと、を備え、前記第２の音響出力部の直径を基準として、前記ハウジングの外径は１００％〜１３０％である。
【００１２】
前記第１の音響出力部は、ダイナミックスピーカを備え、前記第２の音響出力部は、圧電素子及び振動板を有する圧電スピーカを備える。
【００１３】
前記圧電素子の直径を基準として、前記ハウジングの外径は１００％〜１３０％である。
【００１４】
前記振動板の直径は、前記ハウジングの外径に等しいか又はそれよりも小さい。
【００１５】
前記ハウジングの外径は、１３ｍｍ未満である。
【００１６】
前記開口は、前記圧電素子の直径の３％〜７０％の直径に形成される。
【００１７】
前記圧電素子は、ベースと、前記ベースの少なくとも一方の面の上に形成された複数の圧電層と、前記複数の圧電層の間に形成された複数の内部電極と、前記複数の内部電極と接続されるように外部に形成された外部電極と、を備える。
【００１８】
前記ベースの厚さは、前記圧電素子の厚さの１／３〜１／１５０である。
【００１９】
前記圧電層のそれぞれの厚さは、２μｍ〜５０μｍである。
【００２０】
前記圧電層の積層数が２層〜５０層である。
【００２１】
前記圧電層のそれぞれの厚さは、前記圧電素子の厚さの１／３〜１／１００である。
【００２２】
前記圧電層のそれぞれの厚さは、前記内部電極の厚さに等しいか又はそれよりも大きい。
【００２３】
前記圧電層は、少なくとも一つの気孔を備える。
【００２４】
前記内部電極は、少なくとも一領域の厚さが異なる。
【００２５】
前記内部電極は、前記圧電層の面積の１０％〜９７％の面積を有する。
【００２６】
前記圧電層は、シード組成物を含む。
【００２７】
前記圧電層は、ペロブスカイト（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ）結晶構造を有する圧電物質により形成される配向原料組成物と、前記配向原料組成物内に分布し、ＡＢＯ３（Ａは、２価の金属元素であり、Ｂは、４価の金属元素である。）の一般式を有する酸化物により形成されるシード組成物と、を含む。
【００２８】
前記シード組成物は、少なくとも一方向に１μｍ〜５０μｍの長さに配向される。
【００２９】
前記音響出力装置は、前記第２の音響出力部の少なくとも一領域に設けられたウェイト部材を更に備える。
【００３０】
前記ウェイト部材は、前記開口に対応する領域に設けられたメッシュを更に備える。
【００３１】
前記第１及び第２の音響出力部間の空間の体積は、１０ｍｍ３〜１００ｍｍ３である。
【００３２】
前記音響出力装置は、前記第１の音響出力部と、前記第２の音響出力部及び前記ハウジングの少なくとも一つの少なくとも一部に形成されたコーティング層を更に備える。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の実施の形態に係る音響出力装置は、ハウジング内にダイナミックスピーカ及び圧電スピーカを所定の間隔を隔てて設ける。したがって、低音特性に優れたダイナミックスピーカ及び高音特性に優れた圧電スピーカを一つのハウジング内に設けることにより可聴周波数帯域における音響特性を向上させることができる。
【００３４】
また、圧電スピーカの所定の領域に少なくとも一つの開口を形成することにより、ダイナミックスピーカから出力された音響が開口を介して出力される。したがって、ダイナミックスピーカ及び圧電スピーカからそれぞれ出力される音響がハウジングの外部において混合されるようにして音質をなお一層向上させることができる。
【００３５】
更に、圧電スピーカの所定の領域に開口を形成することにより、ハウジングに開口を形成せず、これにより、ハウジングのサイズを縮小することができる。したがって、圧電スピーカのサイズを保持して音響特性は保持し、ハウジングのサイズを縮小することができて音響出力装置の全体のサイズを縮小することができる。
【００３６】
一方、本発明の音響出力装置は、スピーカ及びイヤホンなどの形態で実現されてもよい。特に、本発明の音響出力装置は、イヤホンの形態で実現されてイヤホンの小型化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る音響出力装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る音響出力装置の組立て状態の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る音響出力装置の組立て状態の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る音響出力装置の変形例の斜視図である。
【図５】本発明に用いられる圧電素子の一実施の形態に係る斜視図である。
【図６】本発明に用いられる圧電素子の一実施の形態に係る断面図である。
【図７】本発明に用いられる圧電素子の一実施の形態に係る断面図である。
【図８】本発明に用いられる圧電素子の一実施の形態に係る断面図である。
【図９】本発明に用いられる圧電素子の一実施の形態に係る断面図である。
【図１０】圧電素子の圧電層の厚さ及び積層数に応じた音響特性を示すグラフである。
【図１１】圧電素子の圧電層の厚さ及び積層数に応じた音響特性を示すグラフである。
【図１２】本発明に用いられる圧電セラミック焼結体の特性を説明するための図である。
【図１３】本発明に用いられる圧電セラミック焼結体の特性を説明するための図である。
【図１４】本発明に用いられる圧電セラミック焼結体の特性を説明するための図である。
【図１５】本発明に用いられる圧電セラミック焼結体の実施例及び比較例を説明するための図である。
【図１６】本発明に用いられる圧電セラミック焼結体の実施例及び比較例を説明するための図である。
【図１７】本発明に用いられる圧電セラミック焼結体の実施例及び比較例を説明するための図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る音響出力装置の分解斜視図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る音響出力装置の組立て状態の斜視図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る音響出力装置の分解斜視図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態に係る音響出力装置の組立て状態の断面図である。
【図２２】本発明の実施例に係る、圧電スピーカに開口が形成された音響出力装置及び比較例に係る、ハウジングに放出孔が形成された音響出力装置の特性グラフである。
【図２３】音響出力装置の内部空間の体積に応じた圧電スピーカの音響特性を示すグラフである。
【図２４】本発明の第４の実施の形態に係る音響出力装置の分解斜視図である。
【図２５】本発明の第４の実施の形態に係る音響出力装置の組立て状態の斜視図である。
【図２６】本発明の第４の実施の形態に係る音響出力装置の組立て状態の断面図である。
【図２７】本発明の第４の実施の形態の変形例に係る音響出力装置の一部の概略平面図である。
【図２８】本発明の第４の実施の形態に係る音響出力装置及び比較例に係る音響出力装置の特性グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施の形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態の形態で実現され、単にこれらの実施の形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。
【００３９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る音響出力装置の分解斜視図であり、図２は、同組立て状態の斜視図であり、図３は、同組立て状態の断面図である。なお、図４は、本発明の第１の実施の形態に係る音響出力装置の変形例の斜視図である。
【００４０】
図１から図４を参照すると、本発明の第１の実施の形態に係る音響出力装置は、第１の音響出力部１００と、第１の音響出力部１００の上に設けられる第２の音響出力部２００と、第１及び第２の音響出力部１００、２００の少なくとも一方を収容するハウジング３００と、を備えていてもよい。すなわち、第１及び第２の音響出力部１００、２００がハウジング３００内に所定の間隔を隔てて設けられてもよい。ここで、第１の音響出力部１００は、ボイスコイル１４０及び振動部材１５０を備えてボイスコイル１４０の電流の変化に応じて振動し、これを用いて振動部材１５０を振動させて音響を出力するダイナミックスピーカを備えていてもよい。また、第２の音響出力部２００は、圧電素子２１０及び振動板２２０を有して圧電素子２１０の機械的な動きを振動板２２０により音響的に変換する圧電スピーカを備えていてもよい。
【００４１】
１．第１の音響出力部
第１の音響出力部１００は、所定の厚さを有する略円形状に設けられてもよい。このような第１の音響出力部１００は、図３に示すように、内側に収容空間が設けられるヨーク１１０及びフレーム１１５と、ヨーク１１０内の収容空間に設けられたマグネット１２０と、マグネット１２０の上に設けられたプレート１３０と、フレーム１１５の内側のヨーク１１０とマグネット１２０との間に設けられるボイスコイル１４０と、プレート１３０の上部に設けられ、周縁部がフレーム１１５に固定され、ボイスコイル１４０が固定される振動部材１５０と、を備えていてもよい。
【００４２】
ヨーク１１０は、所定の高さを有し、略円形状に設けられ、フレーム１１５は、ヨーク１１０の上側に設けられ、所定の高さを有し、略円形状に設けられる。このとき、フレーム１１５の高さは、ヨーク１１０の高さよりも大きくてもよく、フレーム１１５の幅は、ヨーク１１０の幅よりも大きくてもよい。もちろん、フレーム１１５の高さは、ヨーク１１０の高さに等しいか又はそれよりも小さくてもよい。ここで、フレーム１１５の上側の周縁部がハウジング３００の少なくとも一領域と接触されてハウジング３００内に収容されてもよい。また、ヨーク１１０の内側にマグネット１２０及びプレート１３０が収容され、フレーム１１５の内側にボイスコイル１４０が収容され、振動部材１５０は、フレーム１１５を覆うようにその上側に設けられてもよい。このようなヨーク１１０及びフレーム１１５は、マグネット１２０により形成された磁場をプレート１３０に向かって導き、ボイスコイル１４０にマグネット１２０による磁気力が最大限に及ぶようにする。
【００４３】
マグネット１２０は、ヨーク１１０の底面に固定される。すなわち、マグネット１２０の下面はヨーク１１０の内側の底面と接触されて固定される。このようなマグネット１２０は、ヨーク１１０の内部の形状に対応する形状に設けられてもよい。例えば、ヨーク１１０の内側が略円筒状に設けられ、マグネット１２０は略円柱状に設けられる。このとき、マグネット１２０の高さは、ヨーク１１０の高さに等しいか又はそれよりも小さくてもよい。なお、マグネット１２０の直径は、ヨーク１１０の内径よりも小さくてもよい。したがって、マグネット１２０は、ヨーク１１０の内側にヨーク１１０の内側壁と所定の間隔を隔てて設けられる。
【００４４】
プレート１３０は、マグネット１２０の上面に設けられる。プレート１３０は、マグネット１２０の平面形状と同じ形状に設けられてもよい。すなわち、プレート１３０は、所定の厚さを有する円形の板状に設けられてもよい。ここで、プレート１３０は、ヨーク１１０の内径よりも小さな直径を有し、マグネット１２０の直径に等しいか又はそれよりも大きな直径に設けられてもよい。したがって、プレート１３０の外側は、ヨーク１１０の内側面と所定の間隔だけ離間している。また、マグネット１２０及びその上部に設けられたプレート１３０の高さは、ヨーク１１０の高さに等しくてもよい。すなわち、プレート１３０及びヨーク１１０の上部は面一であってもよい。このようなプレート１３０は、マグネット１２０により発生する磁気力線をボイスコイル１４０に向かって集束させる。
【００４５】
ボイスコイル１４０は、振動部材１５０の下面に取り付けられ、フレーム１１５の内側のヨーク１１０とマグネット１２０との間に設けられてもよい。例えば、ボイスコイル１４０は、プレート１３０及びマグネット１２０の一部の高さを取り囲むようにこれらとヨーク１１０との間に設けられ、上部が振動部材１５０の下面に取り付けられる。このようなボイスコイル１４０は、持続的に変化しながら入力される電気的な信号により持続的に変化する磁場を形成することにより、マグネット１２０により形成された磁場との干渉による相互作用により振動する。
【００４６】
振動部材１５０は、周縁部がフレーム１１５の内側に固定されてフレーム１１５の上側を覆うように設けられる。また、振動部材１５０は、少なくとも一領域が凸状に設けられてもよい。例えば、フレーム１１５の中心領域に対応する領域が最も高く、そこから外側に向かって低くなる形状に設けられてもよい。すなわち、振動部材１５０は、マグネット１２０及びプレート１３０の中心に対応する領域からその外側に向かって低くなる凸状に設けられてもよい。なお、振動部材１５０の最も低い領域の下側には、ボイスコイル１４０が固定されてもよい。
【００４７】
このような第１の音響出力部１００は、マグネット１２０から発生した磁場がマグネット１２０の上に設けられたプレート１３０を介して下側のヨーク１１０に移動し、再びマグネット１２０に移動する閉回路を構成する。プレート１３０と下側のヨーク１１０との間の空間に移動する磁場は、ボイスコイル１４０に電流が印加されてボイスコイル１４０が磁性を帯びると、ボイスコイル１４０の磁力の極性に応じてボイスコイル１４０を引っ張ったり押したりする。すなわち、ボイスコイル１４０の磁力の極性がプレート１３０及び下側のヨーク１１０の磁力の極性と同じであれば、互いに反発してボイスコイル１４０を押してボイスコイル１４０を前方に移動させ、ボイスコイル１４０の磁力の極性がプレート１３０及び下側のヨーク１１０の磁力の極性とは異なれば、互いに吸引してボイスコイル１４０を後方に引っ張る。このように、ボイスコイル１４０が動くと、ボイスコイル１４０が固定されている振動部材１５０が前後に移動しながら空気を振動させて音を発生させる。
【００４８】
２．第２の音響出力部
第２の音響出力部２００は、圧電素子２１０と、振動板２２０と、第２の音響出力部２００の所定の領域に貫通形成された少なくとも一つの開口２３０と、を備えていてもよい。すなわち、開口２３０は、圧電素子２１０及び振動板２２０の所定の領域を貫通するように形成されてもよい。圧電素子２１０は、所定の厚さを有する、例えば、円形の板状に設けられてもよい。もちろん、圧電素子２１０は、円形だけではなく、正方形、直方形、長円形、多角形など様々な形状に設けられてもよい。このような圧電素子２１０は、ベースと、ベースの少なくとも一方の面に形成された圧電層と、を備えていてもよい。このような圧電素子２１０については、図６及び図７などを用いて詳細に後述する。圧電素子２１０は、接着剤などを用いて振動板２２０の少なくとも一方の面に取り付けられる。このとき、振動板２２０の両側が同じ長さで残されるように、圧電素子２１０は、振動板２２０の中央部に取り付けられてもよい。また、圧電素子２１０は、振動板２２０の上面に取り付けられてもよく、振動板２２０の下面に取り付けられてもよく、振動板２２０の上下の両面に取り付けられてもよい。すなわち、本実施の形態においては、圧電素子２１０が振動板２２０の上面に取り付けられる場合を例にとって説明しているが、圧電素子２１０は、振動板２２０の上面に取り付けられてもよく、振動板２２０の上面及び下面に取り付けられてもよい。ここで、圧電素子２１０及び振動板２２０は、接着に加えて、様々な方法によって固定されてもよい。例えば、振動板２２０及び圧電素子２１０を粘着剤を用いて粘着し、振動板２２０及び圧電素子２１０の側面を接着剤などを用いて貼着してもよい。一方、圧電素子２１０の一方の面の上部には、駆動信号が印加される電極パターン（図示せず）が形成されてもよい。電極パターンは互いに離間して少なくとも２以上形成されてもよく、接続端子（図示せず）と接続されてこれを介して電子機器、例えば、補助モバイル機器から音響信号を入力されてもよい。
【００４９】
振動板２２０は、略円形の板状に設けられ、圧電素子２１０よりも大きく設けられてもよい。また、振動板２２０は、中央部に開口が形成され、開口の上に圧電素子２１０が設けられてもよい。振動板２２０の上面には、圧電素子２１０が接着剤により貼着されてもよい。このような振動板２２０は、金属、プラスチックＥＭＥＤを用いて製作してもよく、異なる異種の素材を積み重ねて少なくとも二重構造を用いてもよい。また、振動板２２０は、ポリマー系又はパルプ系の物質を用いて製作してもよい。例えば、振動板２２０は、樹脂フィルムを用いて製作してもよいが、エチレンプロピレンゴム系、スチレンブタジエンゴム系などヤング率が１ＭＰａ〜１０ＧＰａであって、損失係数が大きな材料を用いて製作してもよい。更に、振動板２２０は、下縁部がハウジング３００の内面に接触されてもよい。すなわち、振動板２２０及びその中央部に貼着された圧電素子２１０がハウジング３００の内部の空間に設けられてもよい。このような第２の音響出力部２００は、所定の信号に従って駆動され、高音特性に優れた音響を出力することができる。このとき、圧電素子２１０の直径は、振動板２２０の直径に等しいか又はそれよりも小さくてもよい。
【００５０】
開口２３０は、第２の音響出力部２００の所定の領域に少なくとも一つ設けられてもよい。すなわち、少なくとも一つの開口２３０は、圧電素子２１０及び振動板２２０の所定の領域を上下に貫通するように形成されてもよい。すなわち、開口２３０は、圧電素子２１０の少なくとも一領域に形成された第１の開口２３１と、振動板２２０の少なくとも一領域に形成された第２の開口２３２と、を備えていてもよい。このような開口２３０は、圧電素子２１０及び振動板２２０の形状に対応する形状に形成されてもよい。例えば、開口２３０は、円形に形成されてもよい。しかしながら、開口２３０は、圧電素子２１０及び振動板２２０とは異なる形状に形成されてもよく、正方形、直方形、長円形、多角形など様々な形状に形成されてもよい。また、第１の開口２３１及び第２の開口２３２は、圧電素子２１０及び振動板２２０の、例えば、中央領域に形成されてもよく、重なり合うように形成されてもよい。すなわち、第１の開口２３１及び第２の開口２３２は、同じ大きさに形成されてもよく、重なり合うように形成されてもよい。もちろん、第１及び第２の開口２３１、２３２は、互いに異なる大きさに形成されてもよく、好ましくは、中心領域が重なり合うように形成されてもよい。すなわち、振動板２２０の大きさが圧電素子２１０のそれよりも大きく、振動板２２０に形成された第２の開口２３２が圧電素子２１０に形成された第１の開口２３１よりも大きくてもよいが、第１の開口２３１が第２の開口２３２と重なり合うように形成されてもよい。したがって、圧電素子２１０及び振動板２２０にそれぞれ形成された第１及び第２の開口２３１、２３２の大きさが互いに異なる場合、開口２３０は、第１及び第２の開口２３１、２３２のうち小さな方の開口と同じ大きさを有する。もちろん、開口２３０は、圧電素子２１０及び振動板２２０の中心部に加えて、他の領域に形成されてもよい。また、開口２３０は、複数形成されてもよい。例えば、図４に示すように、第１の開口２３１ａ、２３１ｂは、圧電素子２１０の中央領域及び周辺領域に複数形成されてもよく、第２の開口２３２ａ、２３２ｂは、振動板２２０の中央領域及び周辺領域に複数形成されてもよい。一方、複数の開口２３０は、少なくとも一つが他の開口とは異なる大きさに形成されてもよい。すなわち、圧電素子２１０に形成される複数の第１の開口２３１は、少なくとも一つが他の開口とは異なる大きさに形成されてもよく、振動板２２０に形成される複数の第２の開口２３２は、少なくとも一つが他の開口とは異なる大きさに形成されてもよい。例えば、図４に示すように、中央領域に形成された第１及び第２の開口２３１ａ、２３２ａは、周辺領域に形成された少なくとも一つの第１及び第２の開口２３１ｂ、２３２ｂよりも大きく形成されてもよく、周辺領域に形成された少なくとも一つの第１及び第２の開口２３１ｂ、２３２ｂは、互いに同じ大きさに形成されてもよく、又は少なくとも一つが他の開口とは異なる大きさに形成されてもよい。このとき、それぞれ複数の第１の開口２３１ａ、２３１ｂ及び第２の開口２３２ａ、２３２ｂは、中心領域において重なり合うように形成されてもよい。もちろん、圧電素子２１０及び振動板２２０にそれぞれ形成され、かつ、重なり合う開口２３０は、同じ大きさに形成されることが好ましい。このような開口２３０は、圧電素子２１０の面積の、例えば、０．０９％〜５０％の大きさに形成されてもよい。すなわち、圧電素子２１０の面積を基準として、少なくとも一つの開口２３０が０．０９％〜５０％の大きさに形成されてもよい。このとき、開口２３０が複数形成される場合、複数の開口２３０の全体の面積が圧電素子２１０の面積に対して０．０９％〜５０％の大きさになるように形成されてもよい。一方、開口２３０は、圧電素子２１０及び振動板２２０の直径に対して３％〜７０％の直径に形成されてもよい。すなわち、圧電素子２１０が円形に形成され、開口２３０もまた円形に形成される場合、開口２３０は、圧電素子２１０の直径に対して３％〜７０％の直径になるように形成されてもよい。例えば、圧電素子２１０が１０ｍｍの直径を有する場合、開口２３０は、０．３ｍｍ〜７ｍｍの直径に形成されてもよい。もし、開口２３０が多角形に形成される場合、開口２３０の平均直径が圧電素子２１０の直径Ｂに対して３％〜７０％の直径になるようにしてもよい。一方、振動板２２０に形成される開口２３０は、圧電素子２１０に形成される開口２３０と同じ位置に且つ同じ大きさに形成されてもよい。もちろん、振動板２２０に形成される開口２３０が圧電素子２２０に形成される開口２３０よりも大きいか又は小さく形成されてもよい。圧電素子２１０の面積又は直径を基準として、開口２３０の大きさが０．０９％未満に形成されるか、又は開口２３０の直径が３％未満に形成されれば、第１の音響出力部１００から出力された音響の開口２３０を介して排出される量が少ないため音響特性が低下する虞があり、開口２３０の大きさが５０％を超えるか、又は開口２３０の直径が７０％を超える場合、圧電素子２１０の圧電特性及び振動板２２０の振動特性を阻害してむしろ音響特性を低下させる虞がある。このように、第２の音響出力部２００に開口２３０が形成されることにより、第１の音響出力部１００から出力された音響が開口２３０を介して出力可能である。したがって、第２の音響出力部２００から出力された音響及び第１の音響出力部１００から出力されて開口２３０を介して出力された音響がハウジングの外部において混合され、これにより、可聴周波数帯域における音圧特性をなお一層向上させることができる。
【００５１】
一方、第２の音響出力部２００は、少なくとも一部にコーティング層（図示せず）が更に形成されてもよい。コーティング層は、パリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）などの防水材料を用いて形成してもよい。パリレンは、圧電素子２１０が振動板２２０の上に貼り合わせられた状態で圧電素子２１０の上面及び側面と、圧電素子２１０により露出された振動板２２０の上面及び側面に形成されてもよい。すなわち、パリレンは、圧電素子２１０及び振動板２２０の上面及び側面に形成されてもよい。また、パリレンは、圧電素子２１０が振動板２２０の上に貼り合わせられた状態で圧電素子２１０の上面及び側面と、振動板２２０の上面、側面及び下面に形成されてもよい。すなわち、パリレンは、圧電素子２１０及び振動板２２０の上面、側面及び下面に形成されてもよい。更に、圧電素子２１０が振動板２２０の中央部に形成された開口の上に設けられる場合、パリレンは、圧電素子の上面、側面及び開口により露出された下面の上に形成され、これと同時に、振動板２２０の上面、側面及び下面に形成されてもよい。このように、パリレンが圧電素子２１０及び振動板２２０の少なくとも一方の面に形成されることにより、第２の音響出力部２００への湿気の浸透を防ぐことができ、しかも、酸化を防ぐことができる。また、ポリマーなどの薄肉材質の振動板２２０を用いる場合、発生する片振動を改善することができ、振動板２２０の硬度の増加による応答速度が向上して深い音響特性を緩和させ、高音域を安定化させることができる。更に、パリレンのコーティング厚さに応じて共振周波数を調節することができて音圧の回線点が調節可能である。もちろん、パリレンは、圧電素子２１０にのみコーティングされてもよいが、圧電素子２１０の上面、側面及び下面にコーティングされてもよく、圧電素子２１０と接続されて圧電素子２１０に電源を供給するためのフレキシブルプリント回路板（ＦＰＣＢ）にコーティングされてもよい。パリレンが圧電素子２１０に形成されることにより、圧電素子の水分の浸透を防ぐことができ、しかも、酸化を防ぐことができる。また、形成厚さを調節することにより、共振周波数を調節することができる。一方、パリレンがＦＰＣＢの上に形成される場合、ＦＰＣＢと半田付け部や素子の継ぎ目において発生する異常音を改善することもできる。このようなパリレンは、圧電素子２１０又は振動板２２０の材質及び特性に応じて厚さを異ならせてコーティングしてもよいが、圧電素子２１０又は振動板２２０の厚さよりも薄肉に形成されてもよく、例えば、０．１μｍ〜１０μｍの厚さに形成されてもよい。このように、パリレンをコーティングするために、例えば、パリレンを気化器（Ｖａｐｏｒｉｚｅｒ）において１次的に加熱して気化させてダイマー（ｄｉｍｅｒ）状態にした後、２次的に加熱してモノマー（Ｍｏｎｏｍｅｒ）状態に熱分解させ、パリレンを冷却させれば、パリレンは、モノマー状態からポリマー状態へと変換されて第２の音響出力部２００の少なくとも一方の面の上にコーティング可能である。一方、パリレンなどの防水層は、第２の音響出力部２００の少なくとも一部だけではなく、第１の音響出力部１００及びハウジング２００の少なくとも一部にコーティ��グされてもよい。
【００５２】
３．ハウジング
ハウジング３００は、略円筒状に設けられてもよい。すなわち、ハウジング３００は、少なくとも一方向に開放された略円形の筒状に設けられてもよい。例えば、ハウジング３００は上下貫通状に設けられてもよく、内部の所定の領域が閉塞され、そこから上部及び下部が開放された形状に設けられてもよい。上下貫通状のハウジング３００は、所定の厚さの略リング状を有する第１の部材３１０と、第１の部材３１０の所定の領域から上側及び下側に向かって設けられた第２の部材３２０と、を備えていてもよい。すなわち、リング状の第１の部材３１０を取り囲むように第２の部材３２０が設けられてもよい。もちろん、第１の部材３１０が円形の板状に設けられれば、第１の部材３１０を取り囲むように設けられた第２の部材３２０により第１の部材３１０から上部及び下部に所定の空間が設けられたハウジング３００が実現されてもよい。一方、第２の部材３２０は、所定の領域に上下方向に切欠き領域（図示せず）が形成されてもよい。例えば、第２の部材３２０は、第１の部材３１０を取り囲んで所定の領域において離間していてもよい。切欠き領域には、第２の音響出力部２００に信号を供給する信号ラインが設けられてもよい。このとき、第２の部材３２０の切欠き領域の幅、すなわち、第２の部材３２０の末端間の間隔が第２の部材３２０の幅の１％〜５％に設けられてもよい。すなわち、本発明においては、第２の部材３２０に第２の音響出力部２００に接続された信号供給ラインを設けるために切欠き領域が形成されるが、第１の音響出力部１００から出力された音響を放出するための放出孔は形成されない。要するに、第２の部材３２０は、ハウジング３００の内部空間を密閉させるように形成されてもよい。しかしながら、第２の部材３２０に切欠き領域が形成されることなく、側面に所定の孔が形成されてもよい。すなわち、第２の部材３２０に孔が形成され、孔を介して信号ラインが接続されてもよい。もちろん、信号ラインは、第２の音響出力部２００と第２の部材３２０との間を介して接続されるなど様々な方式により接続されてもよい。
【００５３】
また、第２の部材３２０の内側には、突出部３３０が設けられてもよい。すなわち、第２の部材３２０の内壁から内側に向かって突出するように突出部３３０が設けられてもよい。更に、突出部３３０の上に第１の部材３１０が載置されてもよい。このような第１の部材３１０及び第２の部材３２０は、それぞれ別々に製作された後に第２の部材３２０の突出部３３０の上に第１の部材３１０が載置されるように貼り合わせられてもよく、第１の部材３１０及び第２の部材３２０が一体に製作されてもよい。もちろん、突出部３３０が設けられることなく、第１の部材３１０の外側が第２の部材３２０の内側に接触されるように貼り合わせられたり、一体に製作されたりしてもよい。このようなハウジング３００は、第２の部材３２０の上面に第２の音響出力部２００、すなわち、圧電スピーカの振動板２２０が接触されてもよく、第２の部材３２０の突出部３３０の下側には、第１の音響出力部１００、すなわち、ダイナミックスピーカが接触されてもよい。すなわち、第１の音響出力部１００及び第２の音響出力部２００が第１の部材３１０及び突出部３３０、並びに第１の部材３１０の上側の第２の部材３２０を間に挟んで離間して設けられてもよい。もちろん、第２の部材３２０の内側に突出部３３０が設けられることなく、第２の部材３２０の内壁に第１の部材３１０が貼り合わせられる場合、第２の部材３２０の上面に振動板２２０が貼り合わせられ、第１の部材３１０の下面に第１の音響出力部１００が貼り合わせられてもよい。すなわち、第１の音響出力部１００及び第２の音響出力部２００が第１の部材３１０及びその上側の第２の部材３２０の厚さに見合う分だけ離間して対面してもよい。したがって、振動板２２０が第２の部材３２０の上に設けられるので、振動板２２０の直径は第２の部材３２０の外径Ａに等しくなる。すなわち、振動板２２０は、ハウジング３００の外径Ａに等しい直径を有してもよい。このとき、圧電素子２１０の直径Ｂは、ハウジング３００の外径Ａよりも小さくてもよく、ハウジング３００の内径よりも小さくてもよい。このような第２の音響出力部２００からの音響は外部に直接的に放出され、第１の音響出力部１００からの音響は第２の音響出力部２００の開口２３０を介して放出されて両音響がハウジング３００の外部において混合されることになる。
【００５４】
一方、ハウジング３００の内部には、第１及び第２の音響出力部１００、２００の間に所定の空間が設けられてもよい。すなわち、図３に示すように、対面する第１及び第２の音響出力部１００、２００と、これらの間の側面を取り囲むハウジング３００の第２の部材３２０との間に内部空間Ｃが設けられてもよい。内部空間Ｃの体積は、１０ｍｍ３〜１００ｍｍ３であってもよいが、好ましくは、２０ｍｍ３〜８０ｍｍ３であってもよく、更に好ましくは、３０ｍｍ３〜７０ｍｍ３であってもよい。ここで、内部空間Ｃの体積は、第１の部材３１０の位置調整により調節されてもよい。もちろん、ハウジング３００の内部に設けられた突出部３３０を更に備える場合、第１の部材３１０及び突出部３３０の位置調整により内部空間Ｃの体積が調節されてもよい。内部空間Ｃの体積に応じて第２の音響出力部２００の共振周波数を調節してもよい。すなわち、内部空間Ｃの体積が増えるほど、第２の音響出力部２００の共振周波数を低周波数領域にシフトさせてもよい。しかしながら、内部空間Ｃの体積が増えれば、ハウジング３００のサイズが大きくなり、これは、音響出力装置のサイズの肥大化につながるため、ハウジング３００のサイズを大きくしないつつも、内部空間Ｃは１０ｍｍ３〜１００ｍｍ３の体積を有してもよい。
【００５５】
このような音響出力装置は、車両用スピーカ、家庭用スピーカなどのスピーカ又はアンプとイヤホンの形態で製作されてもよい。好ましくは、本発明の音響出力装置は、カーネル型イヤホンなどのイヤホンの形態で製作され、この場合、ハウジング３００は概ね耳に嵌通可能な大きさに製作されてもよい。このとき、第２の音響出力部２００から耳に嵌通されてもよい。したがって、第２の音響出力部２００からの音響が先に出力された後、次いで、第１の音響出力部１００からの音響が開口２３０を介して出力されて耳の中で両音響が混合される。また、本発明は、ハウジング３００の内側に互いに離間するように第１の音響出力部１００及び第２の音響出力部２００を嵌合して製作してもよく、第１の音響出力部１００が嵌合したハウジング３００の一部と、第２の音響出力部２００が嵌合したハウジング３００の他の一部とを組み合わせて音響出力装置を製作してもよい。例えば、第１の部材３１０の厚さを半分に分け、第１の部材３１０の下側の第１の厚さを取り囲むように第２の部材３２０の一部を形成した第１のハウジングの内側に第１の音響出力部１００を嵌合させ、第１の部材３１０の上側の第２の厚さを取り囲むように第２の部材３２０の一部を形成した第２のハウジングの内側に第２の音響出力部２００を嵌合させた後、第１及び第２のハウジングを組み合わせて音響出力装置を製作してもよい。
【００５６】
一方、本発明の音響出力装置は、０．１Ｖ〜５．０Ｖの低電圧駆動が可能であり、好ましくは、０．１Ｖ〜２．０Ｖ、更に好ましくは、０．１Ｖ〜０．５Ｖの低電圧駆動が可能である。特に、イヤホンに適用される場合、０．１Ｖ〜０．２Ｖの低電圧駆動が可能であり、好ましくは、０．１Ｖ〜０．１８Ｖの低電圧駆動が可能である。すなわち、第２の音響出力部２００の圧電素子２１０は、複数の圧電層が積層され、各圧電層の間に内部電極が形成されるが、圧電層が１μｍ〜３０μｍの厚さに形成されるので、第２の音響出力部２００は、低電圧駆動が可能である。通常の圧電スピーカの駆動電圧が５Ｖ以上であるのに対し、本発明に係る第２の音響出力部２００は、別途の圧電スピーカ用増幅器を用いなくても、０．１Ｖ〜０．５Ｖの低電圧駆動が可能であり、これにより、ダイナミックスピーカと組み合わせて低電圧駆動が可能である。また、本発明の音響出力装置は、第１及び第２の音響出力部１００、２００に同じ信号が印加されて同時に駆動されてもよい。すなわち、信号源から供給される信号が第１の音響出力部１００にそのまま印加され、高帯域フィルタを通過して第２の音響出力部２００に印加されて第１及び第２の音響出力部１００、２００に低周波及び高周波帯域の信号がそれぞれ印加されてもよいが、本発明は、第１及び第２の音響出力部１００、２００に同じレベルの信号が同時に印加されてもよい。
【００５７】
次いで、本発明の第２の音響出力部２００として用いられる圧電素子２１０について添付図面に基づいて詳細に説明すれば、次の通りである。図５は、本発明の一実施の形態に係る圧電素子の斜視図であり、図６から図９は、図５のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’及びＤ−Ｄ’線に沿って切り取った断面図である。また、図１０及び図１１は、本発明の他の実施の形態に係る圧電素子を説明するための図である。
【００５８】
２．１．圧電素子の一例
図５に示すように、圧電素子２１０は、所定の厚さを有する板状に設けられてもよい。例えば、圧電素子２１０は、０．１ｍｍ〜１ｍｍの厚さを有してもよい。しかしながら、音響出力装置の大きさ及び／又は第２の音響出力部の大きさなどに応じて、圧電素子２１０の厚さは前記厚さ範囲以下であってもよく、前記厚さ範囲以上であってもよい。また、圧電素子２１０は、円形に設けられてもよく、例えば、４ｍｍ〜１５ｍｍの直径を有してもよい。このとき、圧電素子２１０の直径は、振動板２２０の直径に等しいか又はそれよりも小さくてもよい。もちろん、圧電素子２１０は、音響出力装置の形状に応じて矩形、長円形など様々な形状に設けられてもよく、振動板２２０とは異なる形状を呈してもよい。例えば、振動板２２０が直方形に設けられ、圧電素子２１０が円形に設けられてもよく、振動板２２０が円形に設けられ、圧電素子２１０が直方形に設けられてもよい。このように、圧電素子２１０及び振動板２２０が互いに異なる形状を有する場合、圧電素子２１０の少なくとも一領域が振動板２２０の外側に外れないように圧電素子２１０が振動板２２０よりも小さいことが好ましい。一方、様々な形状に形成可能な圧電素子２１０は、１０ｍｍ２〜２００ｍｍ２の面積を有してもよいが、これは、開口２３０を含めた圧電素子２１０の全体の面積であってもよい。なお、開口２３０を除く圧電素子２１０の面積は、４ｍｍ２〜１００ｍｍ２であってもよい。
【００５９】
このような圧電素子２１０は、図６から図９に示すように、ベース２１１０と、ベース２１１０の少なくとも一方の面の上に設けられた少なくとも一つの圧電層２１２０と、圧電層２１２０の上に形成された少なくとも一つの内部電極２１３０と、を備えていてもよい。また、複数の圧電層２１２０が積層された積層体の表面に形成されたカバー層２１４１、２１４２（２１４０）と、内部電極２１３０と選択的に接続されるように積層体の外部に形成された外部電極２５１０、２５２０、２５３０、２５４０（２５００）と、を更に備えていてもよい。圧電素子２１０は、ベース２１１０の両面に圧電層２１２０が形成されたバイモルフタイプに形成されてもよく、ベース２１１０の一方の面に圧電層２１２０が形成されたユニモルフタイプに形成されてもよい。更に、変位及び振動力を増やし、低電圧駆動を可能にするために、ベース２１１０の一方の面の上に圧電層２１２０を複数積層し、ユニモルフタイプに形成してもよい。例えば、図６から図９に示すように、ベース２１１０の一方の面及び他方の面の上に複数の圧電層２１２１〜２１２６（２１２０）が積層されて形成され、圧電層２１２０の間に導電層が形成されて複数の内部電極２１３１〜２１３８（２１３０）が形成されてもよい。一方、内部電極２１３０の少なくとも一つは、ベース２１１０の表面の上に形成されてもよいが、このとき、ベース２１１０は、絶縁性物質により形成されてよい。なお、圧電素子２１０は、内部電極２１３０と接続されるように積層体の外部に形成された外部電極２１４１、２１４２（２１４０）を更に備えていてもよい。
【００６０】
ベース２１１０は、圧電層２１２０が積層された構造を保持しながら振動を発生させ得る特性を有する物質を用いて製作してもよい。例えば、ベース２１１０の素材として、金属、プラスチック、絶縁性セラミックなどを用いて製作してもよい。一方、ベース２１１０は、金属、プラスチック、絶縁性セラミックなどの圧電層２１２０と異種の物質を使用しなくてもよい。すなわち、ベース２１１０は、分極されていない圧電層により設けられてもよい。もちろん、ベース２１１０は、分極された圧電層を用いて設けてもよく、これにより、圧電層として働くことができる。また、ベース２１１０は、圧電素子２１０の形状に倣って円形に設けられてもよく、中央部に開口２３０が形成されてもよい。ベース２１１０は、圧電素子２１０の全体の厚さを基準として１／３〜１／１５０の厚さに設けられてもよい。例えば、ベース２１１０の厚さは、２μｍ〜２００μｍであってもよい。このとき、ベース２１１０の厚さは、圧電層２１２０の全体の厚さよりも小さく、複数に積層された圧電層２１２０のそれぞれの厚さに等しいか又はそれよりも大きくてもよい。もちろん、ベース２１１０の厚さが圧電層２１２０のそれぞれの厚さよりも小さくてもよい。しかしながら、ベース２１１０の厚さが大きくなるにつれて、圧電層２１２０の厚さが小さくなったり、圧電層２１２０の積層数が少なくなったりするため、圧電現象が少なく発生する虞がある。したがって、ベース２１１０の厚さは、圧電層２１２０の全体の厚さよりも小さいことが好ましい。
【００６１】
圧電層２１２０は、ベース２１１０と同じ形状及び同じ大きさを有してもよい。すなわち、圧電層２１２０は円形に設けられ、中央部に開口２３０が形成されてもよい。ここで、圧電層２１２０及びベース２１１０の開口２３０は、同じ大きさ及び同じ形状を有してもよい。また、圧電層２１２０は、２層〜７０層に積層されてもよいが、好ましくは、２層〜５０層に積層されてもよく、更に好ましくは、６層〜３０層に積層されてもよい。ここで、圧電層２１２０の積層数に応じて音圧が調節されてもよいが、積層数が増えるにつれて、音圧が高くなる。しかしながら、圧電層２１２０が７０層以上に積層される場合、圧電素子２１０の厚さが大きくなり、音圧の上昇幅が僅かであるため、圧電層２１２０の積層数は、２層〜５０層であることが好ましく、更に好ましくは、６層〜３０層であってもよい。例えば、ベース２１１０の一方の面に第１乃至第３の圧電層２１２１〜２１２３が積層され、ベース２１１０の他方の面に第４乃至第６の圧電層２１２４〜２１２６が積層されてもよい。更に、圧電層１２０のそれぞれの厚さは、圧電素子２１０の厚さの１／３〜１／１００であってもよい。例えば、圧電層２１２０のそれぞれは、１μｍ〜３００μｍの厚さを有してもよいが、好ましくは、２μｍ〜３０μｍ、更に好ましくは、２μｍ〜２０μｍの厚さを有してもよい。圧電素子２１０を備える音響出力装置は、電子機器、例えば、スマートフォンなどの携帯用電子機器から供給される電圧により駆動されなければならない。このとき、電子機器から供給される電圧は約０．２Ｖと非常に低いため、圧電層２１２０の厚さを適切な厚さにして圧電素子２１０の性能を極大化させなければならない。したがって、圧電層２１２０の厚さは、２μｍ〜３０μｍであることが好ましく、圧電層２１２０の厚さは、２μｍ〜２０μｍであることが更に好ましい。圧電層２１２０は、例えば、ＰＺＴ（Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）、ＮＫＮ（Ｎａ，Ｋ，Ｎｂ）、ＢＮＴ（Ｂｉ，Ｎａ，Ｔｉ）系の圧電物質を用いて形成してもよい。しかしながら、圧電層２１２０は、このような物質に限定されることなく、様々な圧電物質を用いて製作してもよい。すなわち、圧電層２１２０は、圧力を加えれば電圧が発生し、電圧を加えれば圧力の変化による体積や長さの増減が発生する多種多様な圧電物質を用いて製作してもよい。一方、圧電層２１２０は、少なくとも一領域に形成された少なくとも一つの気孔（図示せず）を備えていてもよい。このとき、気孔は、少なくとも一つの大きさ及び形状に形成されてもよい。すなわち、気孔は、不規則的な形状及び大きさに不規則的に分布されてもよい。また、圧電層２１２０は、少なくとも一方向に分極されてもよい。例えば、隣り合う二つの圧電層２１２０が互いに異なる方向に分極されてもよい。すなわち、互いに異なる方向に分極された複数の圧電層２１２０が交互に積層されてもよい。例えば、第１、第３及び第５の圧電層２１２１、２１２３、２１２５が下側方向に分極され、第２、第４及び第６の圧電層２１２２、２１２４、２１２６が上側方向に分極されてもよい。
【００６２】
内部電極２１３０は、外部電圧を圧電層２１２０に印加するために設けられてもよい。すなわち、内部電極２１３０は、圧電層２１２０の分極のための第１の電源及び圧電層２１２０の駆動のための第２の電源を圧電層２１２０に印加してもよい。分極のための第１の電源及び駆動のための第２の電源は、外部電極２１５０を介して内部電極２１３０に印加されてもよい。このような内部電極２１３０は、ベース２１１０と複数の圧電層２１２０との間にそれぞれ形成されてもよい。また、内部電極２１３０は、ベース２１１０及び圧電層２１２０の形状に倣って円形に形成されてもよい。もちろん、内部電極２１３０は、矩形などの多角形状に形成されてもよい。このとき、内部電極２１３０は、開口２３０が形成された領域を除く領域に形成されてもよく、圧電層２１２０の周縁部と所定の間隔を隔てて形成されてもよい。更に、内部電極２１３０は、開口２３０と所定の間隔を隔てて形成されてもよい。したがって、内部電極２１３０は、圧電層２１２０よりも小さな面積に形成可能である。更にまた、内部電極２１３０は、圧電層２２００が積層された積層体の外部に形成された外部電極２１５０と選択的に接続されるように形成されてもよい。すなわち、二つの内部電極２１３０が一つの外部電極２１５０と接続されてもよい。例えば、図６から図９に示すように、第１及び第３の内部電極２１３１、２１３３は第１の外部電極２１５１と接続され、第２及び第４の内部電極２１３２、２１３４は第２の外部電極２１５２と接続され、第５及び第７の内部電極２１３５、２１３７は第３の外部電極２１５３と接続され、第６及び第８の内部電極２１３６、２１３８は第４の外部電極２１５４と接続されてもよい。このために、内部電極２１３０は、所定の領域から外部電極２１５０に向かって引き出される引出し電極を備えていてもよい。すなわち、内部電極２１２０は、圧電層２２００の形状に倣って略円形に形成された主電極と、主電極の所定の領域から所定の幅をもって外部電極２１５０に向かって引き出される引出し電極と、を備えていてもよい。図６から図９において、内部電極２１３０の垂直方向に同じ大きさに形成された部分が主電極であり、外部電極２１５０と接続されるように更に長く延びた部分が引出し電極である。一方、内部電極２１３０は導電性物質により形成されてもよいが、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕのうちのいずれか一種以上の成分を含む金属又は金属合金により形成されてもよい。合金の場合、例えば、Ａｇ及びＰｄの合金が使用可能である。一方、内部電極２１３０は、圧電層２１２０よりも小さいか又はそれに等しい厚さに形成されてもよいが、例えば、１μｍ〜１０μｍの厚さに形成されてもよい。ここで、内部電極２１３０は、少なくとも一領域の厚さが異なるように形成されてもよく、少なくとも一領域が除去されて形成されてもよい。すなわち、同じ内部電極２１３０は、少なくとも一領域の厚さが他の領域よりも小さく（又は、大きく）形成されてもよく、少なくとも一領域が除去されて圧電層２１２０が露出されるように形成されてもよい。しかしながら、たとえ内部電極２１３０の少なくとも一領域の厚さが小さいか又は少なくとも一領域が��去されたとしても、全体的に接続された状態を保持するので、電気伝導性には全く問題が発生しない。なお、他の内部電極２１３０は、同じ領域において異なる厚さを有するように形成されてもよく、異なる形状に形成されてもよい。すなわち、複数の内部電極２１３０のうち垂直方向に所定の長さ及び幅に相当する同じ領域の少なくとも一つの内部電極２１３０が他の内部電極２１３０とは異なる厚さに形成されてもよく、他の内部電極２１３０とは異なる形状に形成されてもよい。ここで、他の内部電極２１３０とは異なる形状としては、凹状、凸状、窪んだ形状などが挙げられる。また、内部電極２１３０は、圧電層２１２０のそれぞれの面積を基準として１０％〜９７％の面積にそれぞれ形成されてもよい。一方、圧電素子２１０は、内部電極２１３０間の距離が全体の厚さを基準として１／３〜１／１００であってもよい。すなわち、内部電極２１３０間の圧電層２１２０のそれぞれの厚さは、圧電素子２１０の全体の厚さの１／３〜１／１００であってもよい。例えば、圧電素子２１０の厚さが３００μｍである場合、内部電極２１３０間の距離、すなわち、圧電層２１２０のそれぞれの厚さは、３μｍ〜１００μｍであってもよい。内部電極２１３０間の距離、すなわち、圧電層２１２０の厚さにより駆動電圧が変更され、内部電極２１３０間の距離が近付くにつれて、駆動電圧は徐々に減少する。ところが、内部電極２１３０間の距離、すなわち、圧電層２１２０の厚さが圧電素子２１０の全体の厚さの１／３を超える場合に駆動電圧が増加し、これにより、高い駆動電圧を生成するための高価な駆動ＩＣが必要となり、これは、コストアップの原因となる。また、内部電極２１３０間の距離、すなわち、圧電層２１２０の厚さが圧電素子２１０の全体の厚さの１／１００未満であれば、工程の側面からみて、厚さのバラツキの発生頻度が高く、これにより、圧電層２１２０の厚さが一定にならず、その結果、特性が低下してしまうという問題が発生する虞がある。
【００６３】
カバー層２１４０は、積層体の下部及び上部の表面に少なくとも一つ形成されてもよい。すなわち、カバー層２１４０は、積層体の下部に形成された下カバー層２１４１及び積層体の上部に形成された上カバー層２１４２のうちの少なくとも一方を備えていてもよい。このようなカバー層２１４０は、絶縁性物質により形成されてもよいが、例えば、分極されていない圧電物質により形成されてもよい。このようなカバー層２１４０により内部電極２１３０の酸化が防がれる。すなわち、カバー層２１４０が外部に露出された第１及び第８の内部電極２１３１、２１３８を覆うように設けられてもよく、カバー層２１４０により酸素又は水分などの浸透が防がれて内部電極２１３０の酸化が防がれる。
【００６４】
外部電極２１５０は、圧電層２１２０の駆動電圧を印加するために形成されてもよい。このために、外部電極２１５０は、積層体の少なくとも一表面に形成され、内部電極２１３０と接続されてもよい。例えば、外部電極２１５０は、積層体の側面に所定の間隔を隔てて複数設けられてもよい。もちろん、外部電極２１５０は、積層体の側面だけではなく、上面及び下面のうちの少なくともいずれか一方の面に延設されてもよい。このような外部電極２１５０は、印刷、蒸着、スパッタリング、めっきなどの方法を用いて形成してもよく、少なくとも一つの層により形成されてもよい。例えば、外部電極２１５０は、積層体と接触される第１の層が導電性ペーストを用いた印刷方法により形成され、その上部に第２の層がめっき方法により形成されてもよい。また、内部電極２１３０と接続される外部電極２１５０の少なくとも一部の領域は、内部電極２１３０と同じ材質の物質により形成されてもよい。例えば、内部電極２１３０が銅により形成され、積層体の表面に形成され、内部電極２１４０と接触される外部電極２１３０の第１の層が銅により形成されてもよい。
【００６５】
圧電層２１２０の厚さ及び積層数に応じた圧電スピーカの特性を図１０及び図１１に示す。すなわち、図１０は、圧電層の厚さに応じた音響特性を示すグラフであり、図１１は、圧電層の積層数に応じた音響特性を示すグラフである。
【００６６】
圧電層の厚さに応じた音響特性を比較するために、圧電層の厚さを１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ及び３０μｍにし、圧電層の積層数を同じにして音響特性を測定した。図１０に示すように、圧電層の厚さが１μｍである場合、約６０００Ｈｚの周波数において音響特性が急激に低下することが分かる。また、圧電層の厚さが２μｍ〜３０μｍである場合には、６０００Ｈｚ以上の周波数において優れた音響特性を示し、特に、厚さが減少するにつれて、音響特性が次第に良好になり、圧電層の厚さが２μｍであるときに最も良好な音響特性を示すことが分かる。また、圧電層の厚さが３０μｍであるとき、それよりも小さな厚さに比べて音響特性が低下する。したがって、圧電層は、２μｍ以上３０μｍ未満の厚さにおいて優れた音響特性を示す。
【００６７】
また、圧電層の積層数に応じた音圧特性を比較するために、圧電層を５層、１０層、３０層及び５０層に積層し、圧電層の厚さを同じにして音圧特性を測定した。図１１に示すように、積層数が増えるにつれて、音圧特性が高くなることが分かる。すなわち、３０層以上の積層数において、それよりも少ない積層数に比べて音圧特性が向上することが分かる。
【００６８】
要するに、圧電層２１２０は、厚さが減少するにつれて、且つ、積層数が増えるにつれて、音圧特性が高くなることが分かる。
【００６９】
２．２．圧電素子の他の例
一方、圧電層２１２０は、圧電物質により形成される配向原料組成物と、配向原料組成物内に分布し、ＡＢＯ３（Ａは、２価の金属元素であり、Ｂは、４価の金属元素である。）の一般式を有する酸化物により形成されるシード組成物と、を含む圧電セラミック組成物を焼結して形成した圧電セラミック焼結体を用いて製作してもよい。すなわち、圧電素子２１０は、ベース２１１０と、ベース２１１０の少なくとも一方の面の上に形成された圧電層２１２０及び内部電極２１３０を備え、圧電層２１２０がシード組成物を含む圧電セラミック焼結体を備えていてもよい。ここで、配向原料組成物は、ペロブスカイト（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ）結晶構造を有する圧電物質により形成されてもよい。なお、配向原料組成物としては、ペロブスカイト結晶構造とは異なる結晶構造を有する物質が固溶体を形成する組成物が使用可能であるが、例えば、正方晶系構造を有するＰｂＴｉＯ３［ＰＴ］及び菱面体構造を有するＰｂＺｒＯ３［ＰＺ］が固溶体を形成するＰＺＴ系物質が使用可能である。
【００７０】
また、配向原料組成物は、ＰＺＴ系物質にリラクサ（ｒｅｌａｘｏｒ）としてＰｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）Ｏ３［ＰＮＮ］、Ｐｂ（Ｚｎ）Ｎｂ）Ｏ３［ＰＺＮ］及びＰｂ（Ｍｎ）Ｎｂ）Ｏ３［ＰＭＮ］のうちの少なくとも一つを固溶した組成物を用いてＰＺＴ系物質の特性を向上させることができる。例えば、ＰＺＴ系物質にＰＺＮ系物質及びＰＮＮ系物質を用いて高い圧電特性と、低い誘電率及び易焼結性を有するＰＺＮＮ系物質をリラクサとして固溶して配向原料組成物を形成してもよい。ＰＺＴ系物質にＰＺＮＮ系物質をリラクサとして固溶した配向原料組成物は、（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｒ０．４７Ｔｉ０．５３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｎｉ１−ｙＺｎｙ）１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３の組成式を有してもよい。ここで、ｘは、０．１＜ｘ＜０．５の範囲内の値を有してもよく、好ましくは、０．３０≦ｘ≦０．３２の範囲内の値を有してもよく、最も好ましくは、０．３１の値を有してもよい。なお、ｙは、０．１＜ｙ≦０．９の範囲内の値を有してもよく、好ましくは、０．３９≦ｙ≦０．４１の範囲内の値を有してもよく、最も好ましくは、０．４０の値を有してもよい。
【００７１】
圧電セラミック焼結体の場合、モルフォトロピック相境界（Ｍｏｒｐｈｏｔｒｏｐｉｃ  Ｐｈａｓｅ  Ｂｏｕｎｄａｒｙ：ＭＰＢ）領域において圧電特性の急激な向上が現れるため、圧電特性の向上のためにＭＰＢ近くの組成を見出さなければならない。シード組成物を添加して焼結される配向原料組成物の組成は、シード組成物が添加されなかったときとは異なる相を有し、シード組成物の添加量に応じて新たなＭＰＢ組成を形成することにより、優れた圧電特性を誘導することができる。このようなＭＰＢ組成は、配向原料組成物のｘ値及びｙ値を変化させて調節可能であり、上述したように、ｘが０．３１の値を有し、ｙが０．４０の値を有する場合に最も高い圧電特性及び誘電特性を有するため最も好ましい。
【００７２】
また、配向原料組成物は、鉛（Ｐｂ）を含んでいない無鉛系圧電物質を用いて形成してもよい。このような無鉛系圧電物質としては、Ｂｉ０．５Ｋ０．５ＴｉＯ３、Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３、Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、ＢａＴｉＯ３、（１−ｘ）Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３−ｘＳｒＴｉＯ３、（１−ｘ）Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３−ｘＢａＴｉＯ３、（１−ｘ）Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３−ｘＢｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３、ＢａＺｒ０．２５Ｔｉ０．７５Ｏ３などのうちから選択された少なくとも一つの圧電物質を含む無鉛系圧電物質が使用可能である。
【００７３】
シード組成物は、ＡＢＯ３の一般式を有する酸化物により形成されるが、ＡＢＯ３は、配向性を有する板状のペロブスカイト（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ）構造を有する酸化物であって、Ａは、２価の金属元素からなり、Ｂは、４価の金属元素からなる。ＡＢＯ３の一般式を有する酸化物により形成されるシード組成物は、ＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３及びＰｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３のうちの少なくとも一つを含んでいてもよく、これらのうちＢａＴｉＯ３をシード組成物として用いる場合、圧電性能を向上させることができる。シード組成物としてＢａＴｉＯ３を用いる場合、ＢａＴｉＯ３は、オーリビリウス（ａｕｒｉｖｉｌｌｉｕｓ）板状構造体であるＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２を塩溶融合成法により合成し、トポケミカル微結晶変換（ＴＭＣ：Ｔｏｐｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）を通じて置換して製造してもよい。ここで、シード組成物は、配向原料組成物に対して１ｖｏｌ％〜１０ｖｏｌ％の体積比で含まれてもよい。シード組成物が配向原料組成物に対して１ｖｏｌ％未満で含まれれば、シード組成物により結晶配向性が向上する効果があまり得られず、１０ｖｏｌ％を超えて含まれれば、圧電セラミック焼結体の圧電性能が低下する。ここで、シード組成物が配向原料組成物に対して１０ｖｏｌ％で含まれる場合、変位（ｓｔｒａｉｎ）量が極大化され、最適な圧電特性を示すことができる。
【００７４】
上述したように、配向原料組成物及びシード組成物を含む圧電セラミック組成物は、テンプレート粒成長法（ＴＧＧ：Ｔｅｍｐｌａｔｅｄ  Ｇｒａｉｎ  Ｇｒｏｗｔｈ）によりシード組成物と同じ方向性をもって成長する。すなわち、圧電セラミック焼結体は、例えば、０．６９Ｐｂ（Ｚｒ０．４７Ｔｉ０．５３）Ｏ３−０．３１Ｐｂ（（Ｎｉ０．６Ｚｎ０．４）１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３の組成式を有する配向原料組成物にＢａＴｉＯ３をシード組成物として用いることにより、１０００℃以下の低い温度でも焼結可能であるだけではなく、結晶配向性を向上させ、電場に応じた変位量を極大化させることができて単結晶物質と略同じレベルの高い圧電特性を有する。すなわち、配向原料組成物に結晶配向性を向上させるシード組成物を添加し、これを焼結して圧電セラミック焼結体を製造することにより、電場に応じた変位量を極大化させ、圧電特性を大幅に向上させることができる。
【００７５】
また、本発明の他の実施の形態に係る圧電セラミック焼結体は、ロットゲーリング配向度（Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）が８５％以上の値を有してもよい。
【００７６】
図１２の（ａ）は、ロットゲーリング配向度別の電場に応じた変形率を示すグラフであり、図１２の（ｂ）は、ロットゲーリング配向度別の変形率の増加率を示す表である。また、図１３は、ロットゲーリング配向度に応じた圧電定数ｄ３３を示すグラフである。
【００７７】
図１２を参照すると、圧電セラミック焼結体は、ロットゲーリング配向度の値が高くなるにつれて、変形率が次第に減少することが分かる。すなわち、結晶配向が行われていない圧電セラミック焼結体（Ｎｏｒｍａｌ）の場合、電場に応じた変形率は０．１６５％の値を有する。このような圧電セラミック焼結体に対してテンプレート粒成長法により結晶配向性を増加させる場合、６３％のロットゲーリング配向度の値を有する圧電セラミック焼結体においては変形率が０．１０６％へと約３５．７６％減少するが、ロットゲーリング配向度の値が７５％、８５％、９０％の値へと増加するにつれて、変形率もまた０．１７０％、０．１９０％、０．２３５％の値に増加することが分かる。
【００７８】
圧電セラミック焼結体のロットゲーリング配向度は、最大値である１００％に対して８５％以上の値を有する場合、電場に応じた変形率の増加率が急峻である。すなわち、圧電セラミック焼結体のロットゲーリング配向度が７５％から８５％へと増加する場合、変形率の増加率は約１２％の値を有するが、ロットゲーリング配向度が８５％から９０％へと増加する場合、変形率の増加率は約２７％の値を有することになって、約４倍以上の増加率を示すことが分かる。
【００７９】
また、圧電セラミック焼結体は、ロットゲーリング配向度が８５％以上の値を有する場合、圧電定数ｄ３３の値が急増する。圧電定数ｄ３３は、材料に圧力を加えたときに圧力方向に発生した電荷の量を表わすものであって、圧電定数ｄ３３が高い値を有するほど、良好な感度を有する高精細な圧電素子を製造することができる。図１３に示すように、圧電セラミック焼結体のロットゲーリング配向度が７５％から８５％へと増加する場合、圧電定数ｄ３３は、３４５ｐＣ／Ｎから３８０ｐＣ／Ｎへと約３５ｐＣ／Ｎ増加することが分かる。しかしながら、圧電セラミック焼結体のロットゲーリング配向度が８５％から９０％へと増加する場合、圧電定数ｄ３３は３８０ｐＣ／Ｎから４３０ｐＣ／Ｎへと約５０ｐＣ／Ｎ増加して、３倍以上の増加率を示す。したがって、本発明の実施の形態に係る圧電セラミック焼結体の場合、ペロブスカイト（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ）結晶構造を有する圧電物質により形成される配向原料組成物と、前記配向原料組成物内に分布し、ＡＢＯ３（Ａは、２価の金属元素であり、Ｂは、４価の金属元素である。）の一般式を有する酸化物により形成されるシード組成物と、により圧電セラミック焼結体を製造することにより、８５％以上のロットゲーリング配向度（Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）を有する圧電セラミック焼結体を製造し、向上した変形率及び高い感度を有する圧電素子を製造することが可能になる。
【００８０】
このような本発明に係るシード組成物が含まれている圧電層の特性（実施例）をシード組成物が含まれていない圧電層の特性（比較例）と比較した。実施例のために、純度９８％以上のＰｂＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｎｂ２Ｏ５の粉末を用いて０．６９Ｐｂ（Ｚｒ０．４７Ｔｉ０．５３）Ｏ３−０．３１Ｐｂ（Ｎｉ０．６Ｚｎ０．４）１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３の配向原料組成物を合成した。また、オーリビリウス板状構造体であるＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２を塩溶融合成法により合成し、トポケミカル微結晶変換を通じてＢａＴｉＯ３シード組成物を合成した。このような配向原料組成物にシード組成物が１０ｖｏｌ％含まれるように混合し、射出及び成形して圧電試片を製造した。また、圧電試片を１分当たりに５℃の速度で昇温させて９５０℃において１０時間かけて焼結工程を行った。これに対し、比較例は、シード組成物としてＢａＴｉＯ３を添加しかなった以外は、実施例の方法と同様にして製造した。すなわち、比較例においては、ＢａＴｉＯ３を投入せず、シード組成物無し圧電試片を製造した。
【００８１】
図１４は、比較例及び実施例の圧電セラミック焼結体、すなわち、比較例の圧電試片（ａ）及び実施例の圧電試片（ｂ）の表面Ｘ線回折パターンをそれぞれ示すグラフである。本グラフにおける配向度は、ロットゲーリング配向度（Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）の計算式に従って計算し、ロットゲーリング配向度を計算する計算式及び具体的な過程についての説明は省略する。図１４に示すように、比較例の圧電試片（ａ）は、表面において全ての結晶方向に成長し、特に、（１１０）平面の法線方向に結晶が著しく成長したことが分かる。これに対し、実施例の圧電試片（ｂ）は、表面において（００１）平面の法線方向及び同じ方向を有する（００２）平面の法線方向にのみ結晶が成長されていることが分かり、比較例の（１１０）平面の法線方向には結晶の成長が抑えられている。また、本グラフの高さは、Ｘ線ピークの強さを示し、各Ｘ線ピークの強さから、実施例の圧電試片（ｂ）の場合、ロットゲーリング配向度が９５．３％の値を有することが分かる。このことから、シード組成物が含まれている圧電セラミック焼結体は、（００１）方向に配向成長して結晶配向性が格段と向上したことを確認することができる。
【００８２】
図１５は、圧電セラミック焼結体の走査電子顕微鏡イメージを示すものである。すなわち、図１５の（ａ）は、比較例により製造された圧電試片の断面イメージであり、図１５の（ｂ）は、実施例により製造された圧電試片の断面イメージである。図１５の（ａ）に示すように、シード組成物が添加されていない圧電セラミック焼結体の場合、粒子が六角形状に成長していることが分かる。これは、結晶が多数の平面方向にそれぞれ成長する図９の結果とも一致する。これに対し、図１５の（ｂ）に示すように、シード組成物が添加された圧電セラミック焼結体は、水平に位置するシード組成物（図１５の（ｂ）の黒色領域）により四角形状に成長して結晶配向性が向上したことを確認することができる。
【００８３】
また、図１６は、圧電セラミック焼結体を圧電層として用いた圧電素子の断面イメージである。すなわち、図１６の（ａ）は、比較例に係る圧電セラミック焼結体を圧電層として用いた圧電素子の断面イメージであり、図１６の（ｂ）は、実施例に係る圧電セラミック焼結体を圧電層として用いた圧電素子の断面イメージである。図１６の（ｂ）に示すように、実施例を用いた圧電素子は、シード組成物（図１６の（ｂ）の黒色領域）が存在し、図１６の（ａ）に示すように、比較例を用いた圧電素子は、シード組成物が存在しないことが分かる。このとき、シードは、少なくとも一方向に１μｍ〜５０μｍの長さに配向されてもよい。すなわち、シードの配向度が一方向及びこれとは異なる少なくとも一つの他方向にそれぞれ約１μｍ〜５０μｍほど配向されてもよく、好ましくは、５μｍ〜２０μｍ、更に好ましくは、約７μｍ〜１０μｍほど配向されてもよい。
【００８４】
図１７は、実施例及び比較例に係る圧電セラミック焼結体を圧電層として用いた圧電素子を備える音響出力部の音響特性を示すグラフである。図１７に示すように、シード組成物が添加された実施例の場合、シード組成物が添加されていない比較例の場合に比べて音響特性が向上することが分かる。すなわち、２００Ｈｚ以上の音域帯において３ｄＢ以上音圧が向上することが分かる。
【００８５】
＜音響出力装置の他の実施の形態＞
図１８は、本発明の第２の実施の形態に係る音響出力装置の分解斜視図であり、図１９は、本発明の第２の実施の形態に係る音響出力装置の組立て状態の斜視図である。また、図２０は、本発明の第３の実施の形態に係る音響出力装置の分解斜視図であり、図２１は、同組立て状態の断面図である。
【００８６】
図１８から図２１を参照すると、本発明の第２及び第３の実施の形態に係る音響出力装置は、ボイスコイル１４０及び振動部材１５０を有する第１の音響出力部１００と、第１の音響出力部１００の上側に設けられ、圧電素子２１０と、振動板２２０及び開口２３０を有する第２の音響出力部２００と、第１及び第２の音響出力部１００、２００の少なくとも一方を収容するハウジング３００と、を備えていてもよい。このとき、本発明の第２及び第３の実施の形態は、振動板２２０の下側に圧電素子２１０が設けられて第２の音響出力部２００、すなわち、圧電スピーカが実現されてもよい。すなわち、本発明は、第２の音響出力部２００が、ハウジング３００の内部に圧電素子２１０が形成されてもよく、ハウジング３００の外部に圧電素子２２０が形成されてもよい。
【００８７】
また、図２０及び図２１に示すように、ハウジング３００は、リング状の第１の部材３１０と、第１の部材３１０を取り囲むように形成された第２の部材３２０と、第１の部材３１０の下側に設けられた突出部３３０と、を備えていてもよい。このとき、突出部３３０は、第１の部材３１０と同様に、リング状に設けられてもよい。また、突出部３３０は、第１の部材３１０の内径よりも小さく設けられてもよい。したがって、第１の部材３１０の直径が突出部３３０の直径よりも大きく、これにより、第１の部材３１０と突出部３３０及び第２の部材３２０の間には、階段状の段差が形成可能である。すなわち、突出部３３０よりも広い直径に第１の部材３１０が設けられ、第１の部材３１０よりも広い直径に第２の部材３２０が設けられる。ここで、第１の部材３１０の上には第２の音響出力部２００が載置され、突出部３３０の下側には第１の音響出力部１００が組み付けられる。すなわち、第１の音響出力部１００及び第２の音響出力部２００は、第１の部材３１０及び突出部３３０を間に挟んで離間して設けられてもよい。もちろん、第２の音響出力部２００が突出部３３０の上に載置されてもよい。すなわち、第１及び第２の音響出力部１００、２００が突出部３３０を間に挟んで離間して設けられてもよい。
【００８８】
上述したように、本発明の実施の形態に係る音響出力装置は、第１の音響出力部１００及び第２の音響出力部２００がハウジング３００内に設けられてもよく、低音及び高音の出力特性を両方とも向上させることができる。すなわち、低音特性に優れた第１の音響出力部１００、すなわち、ダイナミックスピーカ及び高音特性に優れた第２の音響出力部２００、すなわち、圧電スピーカをハウジング３００内に設けることにより、可聴周波数帯域における音響特性を向上させることができる。このとき、本発明に係る音響出力装置は、２０Ｈｚ〜６０ｋＨｚの周波数を出力することができる。また、第２の音響出力部２００に開口２３０を形成することにより、第１の音響出力部１００の音響が開口２３０を介して出力可能である。したがって、第２の音響出力部２００から音響が出力された後、第１の音響出力部１００から開口２３０を介して音響が出力されてハウジング３００の外部において両音響が混合される。両音響がハウジング３００の外部において混合されるこいとにより、ハウジング３００の内部において音響が混合される場合に比べて音質を向上させることができる。
【００８９】
また、本発明に係る音響出力装置は、第２の音響出力部２００に少なくとも一つの開口２３０が形成されるので、ハウジング３００のサイズを縮小することができ、これにより、音響出力装置の全体的なサイズを縮小することができる。すなわち、本出願人により出願された大韓民国特許出願第２０１５−０１７１７１９号公報には、ダイナミックスピーカの出力音響が放出されるようにハウジングの所定の領域に放出孔が形成されることを余儀なくされるため、ハウジングのサイズを縮小するには限界がある。しかしながら、本発明は、ハウジング３００に別途の音響放出孔を形成することなく、第２の音響出力部２００に形成された開口２３０を介して第１の音響出力部１００の音響が放出されるので、ハウジング３００のサイズを縮小することができる。すなわち、第２の音響出力部２００の圧電素子２１０のサイズを保持しながらハウジング３００の外径を縮径させることができる。図３に示すように、圧電素子２１０の直径Ｂに比べて、ハウジング３００の外径Ａは約２０％ほど大きく形成されてもよい。換言すれば、圧電素子２１０の直径Ｂを１００としたとき、ハウジング３００の外径Ａは１００以上１３０未満に形成されてもよく、好ましくは、１００超え１２５以下に形成されてもよく、更に好ましくは、１０５以上１２０以下に形成されてもよい。このとき、圧電素子２１０の直径Ｂがハウジング３００の外径Ａに等しい場合は、圧電素子２１０が振動板２２０に等しい大きさに設けられ、振動板２２０の直径がハウジング３００の外径Ａに等しい場合である。ところが、圧電素子２１０及び振動板２２０が同じ大きさを有する場合、振動板２２０の音響変換効果及び増幅効果が減少するため、圧電素子２１０よりも振動板２２０の方が大きい必要があり、これにより、圧電素子２１０よりも振動板２２０の方が約５％ほど大きいことが好ましい。したがって、振動板２２０の直径がハウジング３００の外径に等しいため、圧電素子２１０の直径を１００としたとき、ハウジング３００の外径は１０５以上に形成されることが好ましい。また、ハウジング３００の外径が圧電素子２１０の直径よりも３０％以上大きい場合、音響出力装置のサイズの縮小効果が減少するため、ハウジング３００の外径は、圧電素子２１０の直径の２０％以下であることが好ましい。要するに、圧電素子２１０の直径を１００としたとき、ハウジング３００の外径が１０５〜１２０であることが好ましい。例えば、圧電素子２１０の直径Ｂが１０ｍｍである場合、ハウジング３００の外径Ａが１０．５ｍｍ〜１２ｍｍであってもよい。このとき、振動板２２０の直径は、ハウジング３００の外径に等しくてもよいため、圧電素子２１０の直径が１０ｍｍである場合、ハウジング３００の外径Ａ及び振動板２２０の直径が１０．５ｍｍ〜１２ｍｍであってもよい。これに対し、本出願人により出願された大韓民国特許出願第２０１５−０１７１７１９号公報は、圧電素子２１０の直径に比べて、ハウジング３００の外径が約３０％ほど大きく形成される。例えば、圧電素子２１０の直径が１０ｍｍである場合、大韓民国特許出願第２０１５−０１７１７１９号は、ハウジング３００の外径が約１３ｍｍであってもよい。これは、ハウジング３００に形成された放出孔を介して第１の音響出力部１００の音響を出力するためである。したがって、本発明は、既存の発明に比べて、圧電素子２１０の直径はそのまま保持しながらハウジング３００の外径を縮径させることができ、例えば、ハウジング３００の外径を約１０％〜２０％ほど縮径させることができる。すなわち、既存の発明のハウジング３００の外径を１００としたとき、本発明は、ハウジング３００の外径を８０〜９０に縮径させることができる。要するに、本発明は、圧電素子２１０の直径はそのまま保持しながらハウジング３００の外径を縮径させることができ、これにより、音響出力装置のサイズを縮小することができる。一方、圧電素子２１０のサイズを縮小する場合、ハウジング３００のサイズを更に縮小することができる。すなわち、前記実施の形態においては、圧電素子２１０のサイズが１０ｍｍである場合、ハウジング３００が１０．５ｍｍ〜１３ｍｍに形成される場合を例にとって説明した。しかしながら、圧電素子２１０のサイズは１０ｍｍ以下に縮小されてもよく、これにより、ハウジング３００は１３ｍｍ未満に縮小される。したがって、本発明は、圧電素子２１０のサイズとは無関係に、ハウジング３００のサイズを１３ｍｍ未満、例えば、８ｍｍ以上１３ｍｍ未満に形成することができる。
【００９０】
［表１］は、様々なサイズの開口及びそれに応じた面積比と、これを用いた音響出力装置の音響特性を示すものである。このとき、圧電素子は、１０ｍｍの直径を有する円形に設け、開口は、０．１ｍｍ〜９ｍｍの大きさに様々に変化させて実験した。また、開口は、圧電素子の中央領域に円形に形成し、振動板にも圧電素子と同じ位置に同じ大きさの開口を形成した。一方、［表１］において、音響特性が従来よりも低下した場合をＸで表示し、音響特性が従来と略同じである場合をＯで表示し、従来よりも改善された場合を◎で表示した。［表１］に記載したように、直径１０ｍｍの圧電素子に対して直径が０．３ｍｍ〜７ｍｍである場合、すなわち、大きさ比が３％〜７０％である場合又は面積比が０．０９％〜５０％である場合に従来の音響出力装置と略同じであるか、又はそれよりも向上した音響特性を示した。特に、圧電素子に対する開口の大きさ比が１０％〜２０％である場合又は面積比が１％〜４％である場合に従来よりも向上した音響特性を示した。従来よりも向上した音響特性を有する場合の音響特性を従来の音響出力装置と比較して図１０に示す。
【００９１】
【表１】
2019501605.tif 000003
【００９２】
図２２は、圧電素子及び振動板に開口が形成されていない比較例に係る音響出力装置と、圧電素子及び振動板に開口が形成された実施例に係る音響出力装置の特性グラフである。ここで、比較例は、外径が１３ｍｍであるハウジングに直径が１０ｍｍである圧電素子をダイナミックスピーカとともに適用し、実施例は、外径が１１．２ｍｍであるハウジングに直径が１０ｍｍである圧電素子をダイナミックスピーカとともに適用した。また、比較例は、１０ｍｍの大きさの音響出力孔をハウジングに形成し、実施例は、第２の音響出力部の中央部に開口を１ｍｍ、１．５ｍｍ及び２ｍｍの直径に変化させて形成した。図２２において、１０は比較例に係る特性グラフであり、２０、３０及び４０は実施例により第２の音響出力部の中央部に開口が１ｍｍ、１．５ｍｍ及び２ｍｍの直径に形成された場合の特性グラフである。図２０に示すように、圧電スピーカ、すなわち、圧電素子及び振動板に開口が形成された実施例に係る音響出力装置２０、３０、４０は、圧電スピーカに開口が形成されず、ハウジングに放出孔が形成された比較例に係る音響出力装置１０よりも２０００Ｈｚ以上の周波数において高い音響特性を示す。また、２５００Ｈｚ以上の周波数における開口の直径が大きくなるほど、高い音響特性を示す。すなわち、２５００Ｈｚ以上の周波数において２ｍｍの直径の開口が形成されるとき、１．５ｍｍ及び１ｍｍの直径の開口が形成されるときよりも高い音響特性を示し、１．５ｍｍの直径の開口が形成されるとき、１ｍｍの直径の開口が形成されるときよりも高い音響特性を示す。したがって、圧電スピーカに開口が形成された本発明の音響出力装置の方が、ハウジングに放出孔が形成された音響出力装置に比べて音響特性を向上させることができるということが分かる。なお、開口のサイズに応じて特定の周波数範囲において音響特性を向上させることができ、これにより、開口のサイズに応じて音響特性を調節することができる。
【００９３】
また、図２３は、ダイナミックスピーカと圧電スピーカとの間の空間の体積に応じた圧電スピーカの特性を示すグラフである。すなわち、図３に示すように、ハウジング３００により第１及び第２の音響出力部１００、２００の間に設けられた内部空間Ｃの体積に応じた第２の音響出力部２００の音響特性を比較して図２３に示す。図２３に示すように、内部空間の体積を３０ｍｍ３及び７０ｍｍ３にして音響特性を測定し、内部空間の体積が増えるほど、第２の音響出力部２００、すなわち、圧電スピーカの共振周波数が低周波帯域にシフトされる。例えば、内部空間の体積が３０ｍｍ３であるときに８０００Ｈｚの共振周波数を有するが、内部空間の体積が７０ｍｍ３であるときには６０００Ｈｚの共振周波数を有する。したがって、ダイナミックスピーカと圧電スピーカとの間の空間の体積が増えるほど、圧電スピーカの共振周波数を低周波帯域にシフトさせることができる。
【００９４】
一方、本発明に係る音響出力装置は、第２の音響出力部２００の少なくとも一領域に設けられたウェイト部材２４０を更に備えていてもよい。例えば、図２４から図２６に示すように、本発明の第４の実施の形態に係る音響出力装置は、振動板２２０の少なくとも一方の面の上に設けられたウェイト部材２４０を更に備えていてもよい。すなわち、振動板２２０の一方の面の上に圧電素子２１０が設けられ、他方の面の上にウェイト部材２４０が設けられてもよい。もちろん、ウェイト部材２４０は、圧電素子２１０の上に設けられてもよい。すなわち、振動板２２０の一方の面の上に圧電素子２１０が設けられ、圧電素子２１０の上にウェイト部材２４０が設けられてもよい。ここで、ウェイト部材２４０は、所定の接着部材を用いて振動板２２０又は圧電素子２１０の上に固定してもよい。接着部材としては、両面テープ、クッションテープ、エポキシボンド、シリコンボンド、シリコンパッドなどをはじめとするテープやボンド類が使用可能である。また、ウェイト部材２４０は、開口２３０を閉塞しないように設けられてもよい。すなわち、ウェイト部材２４０は、圧電素子２１０及び振動板２２０にそれぞれ形成された開口２３１、２３２に対応して開口２３３が形成されてもよい。このとき、ウェイト部材２４０に形成された開口２３３は、圧電素子２１０及び振動板２２０にそれぞれ形成された開口２３１、２３２と同じ大きさ及び同じ形状に形成されてもよく、開口２３１、２３２よりも大きく形成されてもよい。すなわち、ウェイト部材２４０により開口２３０の少なくとも一部が閉塞されないように、ウェイト部材２４０には開口２３１、２３２に等しいか又はこれらよりも大きく開口２３３が形成されてもよい。もちろん、ウェイト部材２４０は、開口２３０から離間した領域に設けられてもよい。
【００９５】
このようなウェイト部材２４０は、所定の質量を有する、例えば、金属材質により設けられてもよい。例えば、ウェイト部材２４０は、圧電素子２１０よりも高い質量を有するか又は圧電素子２１０と同じ質量を有するＳＵＳ、タングステンなどの金属材質により設けられてもよい。所定の質量を有するウェイト部材２４０が第２の音響出力部２００の少なくとも一部に設けられることにより、第２の音響出力部２００に重量を加える。したがって、振動体、すなわち、圧電素子２１０及び／又は振動素子２２０の重量が増え、その結果、ウェイト部材２４０を用いない場合に比べて音響特性を向上させることができる。すなわち、図２８は、同じサイズの圧電素子及び振動板を用い、ウェイト部材２４０が設けられていない比較例５０と、ウェイト部材２４０が設けられた実施の形態６０の音響特性を比較したグラフであり、比較例５０に比べて実施の形態６０は、同じ周波数において音響特性を向上させることができる。したがって、ウェイト部材２４０を設ければ、圧電素子２１０のサイズを縮小しながら、圧電素子２１０のサイズを縮小しない場合と同じ音響特性を示すことができる。すなわち、ウェイト部材２４０を設けることにより、第１の直径の圧電素子２１０が有する音響特性と同一又は類似の音響特性を第１の直径よりも小さな第２の直径の圧電素子２１０が有することができる。要するに、ウェイト部材２４０を設ける場合、共振周波数を下げることができ、これにより、第２の音響出力部２００のサイズ、特に、圧電素子２１０のサイズを縮小することができて、本発明に係る音響出力装置の全体のサイズを縮小することができる。すなわち、圧電素子２１０の直径を縮径させることができ、これにより、ハウジング３００の外径を縮径させることができる。ここで、共振周波数は、ウェイト部材２４０のサイズ、質量などに応じて調節可能であり、これにより、本発明に係る音響出力装置の直径、すなわち、ハウジング３００の外径を約８ｍｍほど、更に好ましくは、約６ｍｍほど縮径させることができる。すなわち、本発明に係る音響出力装置は、約６ｍｍ〜１３ｍｍほどの外径を有することができる。
【００９６】
一方、ウェイト部材２４０の開口２３３には、図２７に示すように、メッシュ構造を形成してもよい。すなわち、振動板２２０と接触される部分と同じ材質を用いてメッシュ構造を形成して開口２３３の上に設けてもよい。このとき、メッシュの気孔２４１のサイズに応じて第１の音響出力部１００の特性を調節してもよい。すなわち、メッシュの気孔２４１のサイズに応じて約２０Ｈｚ〜１ｋＨｚほどの周波数特性を調節してもよい。例えば、気孔２４１のサイズが小さければ、前記周波数帯域において音圧が上がり、気孔２４１のサイズが小さければ、前記周波数帯域において音圧が下がってもよい。
【００９７】
上述したように、第２の音響出力部２００の少なくとも一領域にウェイト部材２４０を設けることにより、圧電素子２１０の共振周波数を下げてもよい。したがって、同じ共振周波数において圧電素子２１０のサイズを縮小することができ、これにより、音響出力装置の全体のサイズを縮小することができる。
【００９８】
一方、本発明の技術的思想は、前記実施の形態に従って具体的に記述されたが、前記実施の形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないということに留意すべきである。なお、本発明の技術分野における当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内において多種多様な実施の形態に具体化可能であるということが理解できる筈である。
【図１】
2019501605.tif 000004
【図２】
2019501605.tif 000005
【図３】
2019501605.tif 000006
【図４】
2019501605.tif 000007
【図５】
2019501605.tif 000008
【図６】
2019501605.tif 000009
【図７】
2019501605.tif 000010
【図８】
2019501605.tif 000011
【図９】
2019501605.tif 000012
【図１０】
2019501605.tif 000013
【図１１】
2019501605.tif 000014
【図１２】
2019501605.tif 000015
【図１３】
2019501605.tif 000016
【図１４】
2019501605.tif 000017
【図１５】
2019501605.tif 000018
【図１６】
2019501605.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2019501605.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
2019501605.tif 000025
【図２３】
2019501605.tif 000026
【図２４】
2019501605.tif 000027
【図２５】
2019501605.tif 000028
【図２６】
2019501605.tif 000029
【図２７】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年5月2日(2018.5.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の音響出力部と、
前記第１の音響出力部と所定の間隔を隔てて設けられた第２の音響出力部と、
前記第１及び第２の音響出力部の少なくとも一方を収容するためのハウジングと、
を備え、
前記第１及び第２の音響出力部のうちの少なくとも一方は、複数の圧電層が積層された圧電素子を備え、
前記圧電素子は、前記圧電層のそれぞれの厚さが前記圧電素子の厚さの１／３〜１／１００であり、前記圧電層の積層数が２層〜５０層のうちの少なくともいずれか一層である音響出力装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の音響出力部のうちの他方はダイナミックスピーカであり、前記ハウジングの内部に設けられた請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項３】
前記圧電素子に形成された少なくとも一つの開口を更に備える請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項４】
前記開口は、前記圧電素子の直径の３％〜７０％の直径に形成される請求項３に記載の音響出力装置。
【請求項５】
前記圧電素子の直径を基準として、前記ハウジングの外径は１００％〜１３０％である請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項６】
前記圧電素子の一方の面に設けられ、前記ハウジングの外径に等しいか又はそれよりも小さな振動板を更に備える請求項５に記載の音響出力装置。
【請求項７】
前記振動板は、前記ハウジングの上部に載置された請求項６に記載の音響出力装置。
【請求項８】
前記圧電素子は、複数の圧電層と、前記複数の圧電層の間に形成された複数の内部電極と、前記複数の内部電極と接続されるように外部に形成された外部電極と、を備える請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項９】
前記圧電層のそれぞれの厚さは、２μｍ〜５０μｍである請求項８に記載の音響出力装置。
【請求項１０】
前記圧電層のそれぞれの厚さは、前記内部電極の厚さに等しいか又はそれよりも大きい請求項８に記載の音響出力装置。
【請求項１１】
前記圧電層は、少なくとも一つの気孔を備える請求項８に記載の音響出力装置。
【請求項１２】
前記内部電極は、少なくとも一領域の厚さが異なる請求項８に記載の音響出力装置。
【請求項１３】
前記内部電極は、前記圧電層の面積の１０％〜９７％の面積を有する請求項８に記載の音響出力装置。
【請求項１４】
前記圧電層は、シード組成物を含む請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項１５】
前記圧電層は、ペロブスカイト結晶構造を有する圧電物質により形成される配向原料組成物と、前記配向原料組成物内に分布し、ＡＢＯ３（Ａは、２価の金属元素であり、Ｂは、４価の金属元素である。）の一般式を有する酸化物により形成されるシード組成物と、を含む請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項１６】
前記シード組成物は、少なくとも一方向に１μｍ〜５０μｍの長さに配向された請求項１４又は請求項１５に記載の音響出力装置。
【請求項１７】
前記第２の音響出力部の少なくとも一領域に設けられたウェイト部材を更に備える請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項１８】
前記第１及び第２の音響出力部は、０．１Ｖ〜５Ｖの同じ電圧で駆動される請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項１９】
前記第１及び第２の音響出力部間の空間の体積は、１０ｍｍ３〜１００ｍｍ３である請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項２０】
前記第１の音響出力部と、前記第２の音響出力部及び前記ハウジングの少なくとも一つの少なくとも一部に形成されたコーティング層を更に備える請求項１に記載の音響出力装置。
【国際調査報告】
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2019501605.tif 000033
2019501605.tif 000034
2019501605.tif 000035