(57)【要約】  【課題】  音圧の向上した音響発生器および電子機器を提供する。  【解決手段】  本開示の音響発生器１は、振動板２と、該振動板２の上に搭載された長手方向を有する矩形板状の圧電素子３と、振動板２および圧電素子３の間に設けられた第１の柱状部４１とを備えている。そして、第１の柱状部４１は、平面透視したときの面積が圧電素子３の下面の面積よりも小さく、平面透視にて圧電素子３の外周からはみ出さない位置にあることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、該振動板の上に搭載された長手方向を有する矩形板状の圧電素子と、前記振動板および前記圧電素子の間に設けられた第１の柱状部とを備え、
該第１の柱状部は、平面透視したときの面積が前記圧電素子の下面の面積よりも小さく、平面透視にて前記圧電素子の外周からはみ出さない位置にあることを特徴とする音響発生器。
【請求項２】
前記第１の柱状部は、前記圧電素子の下面における前記長手方向の一方の端部に接合されてい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】
前記振動板および前記圧電素子の間に設けられた第２の柱状部をさらに備え、
該第２の柱状部は、平面透視したときの面積が前記圧電素子の下面の面積よりも小さく、平面透視にて前記圧電素子の外周からはみ出さない位置にあって、前記圧電素子の下面における前記長手方向の他方の端部に接合されている請求項２に記載の音響発生器。
【請求項４】
振動板と、該振動板の上に搭載された長手方向を有する矩形板状の圧電素子と、前記振動板および前記圧電素子の間に設けられた２個以上の柱状部とを備え、
該２個以上の柱状部は、全て平面透視したときの面積が前記圧電素子の下面の面積よりも小さく、平面透視にて前記圧電素子の外周からはみ出さない位置にあることを特徴とする音響発生器。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の音響発生器と、該音響発生器を構成する前記圧電素子に接続された電子回路と、前記圧電素子および前記電子回路を収容する筐体とを備え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】
本開示は、例えば圧電素子を用いた音響発生器および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を駆動源に用いた小型、低電流駆動の音響発生器が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この圧電素子は、例えば筐体を構成するパネルの内側の面に取り付けられるなどして、モバイルコンピューティング機器等、小型の電子機器に組み込まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３２８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電素子を駆動源とし、筐体を構成するパネルを振動板とした音響発生器では、筐体の大型化に伴うパネルの大型化、防水構造等によるパネルの振動低下のため、音圧が低くなっている。そのため、音響発生器にはさらなる音圧の向上が求められている。
【０００５】
本開示は上記の事情に鑑みてなされたもので、音圧の向上した音響発生器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】
本開示の音響発生器は、振動板と、該振動板の上に搭載された長手方向を有する矩形板状の圧電素子と、前記振動板および前記圧電素子の間に設けられた第１の柱状部とを備え、該第１の柱状部は、平面透視したときの面積が前記圧電素子の下面の面積よりも小さく、平面透視にて前記圧電素子の外周からはみ出さない位置にあることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本開示の音響発生器は、振動板と、該振動板の上に搭載された長手方向を有する矩形板状の圧電素子と、前記振動板および前記圧電素子の間に設けられた２個以上の柱状部とを備え、該２個以上の柱状部は、全て平面透視したときの面積が前記圧電素子の下面の面積よりも小さく、平面透視にて前記圧電素子の外周からはみ出さない位置にあることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本開示の電子機器は、上記のうちのいずれかに記載の音響発生器と、該音響発生器を構成する前記圧電素子に接続された電子回路と、前記圧電素子および前記電子回路を収容する筐体とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の音響発生器によれば、圧電素子の変位が拘束されにくいので屈曲振動の振幅を大きくすることができ、振動のエネルギーが柱状部に集中して振動板に伝わりやすくなるため、音圧を向上できる。
【００１０】
さらに、本開示の電子機器によれば、音圧の向上した音響発生器を備えるので、高音質の電子機器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】音響発生器の実施形態の一例を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す圧電素子の概略断面図である。
【図３】音響発生器の実施形態の他の例を示す概略斜視図である。
【図４】音響発生器の実施形態の他の例を示す概略斜視図である。
【図５】音響発生器の実施形態の他の例を示す概略斜視図である。
【図６】電子機器の実施形態の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、音響発生器の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１に示す音響発生器１は、振動板２と、該振動板２の上に搭載された長手方向を有する矩形板状の圧電素子３と、振動板２および圧電素子３の間に設けられた第１の柱状部４１とを備えている。
【００１４】
音響発生器１を構成する振動板２は、例えば矩形状の薄板である。振動板２は、アクリル樹脂やガラス等の剛性および弾性が大きい材料を用いることができる。また、振動板２の厚みは、例えば０．３ｍｍ〜１．５ｍｍに設定される。後述するように、第１の柱状部４１は振動板２と一体に作られていても別体に作られていてもよいが、一体に作られている場合、平板上の部分（平坦な部分）から突出した突出部を第１の柱状部４１とする。
【００１５】
振動板２の上には、圧電素子３が搭載されている。圧電素子３は、長手方向を有する矩形板状である。
【００１６】
圧電素子３は、図２に示すような、圧電体層３１および内部電極層３２が積層された積層体３３と、積層体３３の上面に設けられた表面電極３４と、積層体３３の側面に設けられた側面電極３５とを備えるいわゆる積層型のものを用いることができる。
【００１７】
積層体３３は、圧電体層３１および内部電極層３２が例えば振動板２に垂直な方向にそれぞれ複数積層された積層構造を有している。振動板２の上に搭載された圧電素子３に電気信号を加えることによって、圧電素子３を屈曲振動させて振動板２を振動させる。
【００１８】
例えば、携帯端末の筐体の一部またはディスプレイに取り付けて使用される積層型の圧電素子３の場合には、積層体３３の長手方向の長さは、例えば１８ｍｍ〜２８ｍｍとされる。積層体３３の幅は、例えば１ｍｍ〜６ｍｍとされる。積層体３３の厚みは、例えば０．２ｍｍ〜２．０ｍｍとされる。
【００１９】
積層体３３を構成する圧電体層３１は、圧電特性を有するセラミックスで形成されたもので、このようなセラミックスとして、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などを用いることができる。圧電体層３１の１層の厚みは、低電圧で駆動させるために、例えば０．０１〜０．１ｍｍに設定される。また、大きな屈曲振動を得るために、２００ｐｍ／Ｖ以上の圧電ｄ３１定数を有することができる。
【００２０】
積層体３３を構成する内部電極層３２は、例えば圧電体層３１を形成するセラミックスと同時焼成により形成されたものである。内部電極層３２は、対向する一対の側面に互い違いに引き出されている。この形成材料として、例えば銀または銀−パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができるが、これらにセラミック成分やガラス成分を含有させてもよい。
【００２１】
積層体３３の上面には、表面電極３４が設けられている。表面電極３４は、リード部材が接続されて外部回路（外部電源）と電気的に接続される。
【００２２】
積層体３３の側面には、側面電極３５が設けられている。側面電極３５は、内部電極層３２と表面電極３４とを電気的に接続している。
【００２３】
表面電極３４および側面電極３５は、例えば銀ガラス含有導電性ペーストを塗布し、焼き付けることで、形成することができる。
【００２４】
なお、圧電素子３は、積層型に限られず、単層の圧電体と、圧電体の表面に設けられた表面電極とを備えるいわゆる単板型のものであってもよい。
【００２５】
そして、振動板２および圧電素子３の間には第１の柱状部４１がある。この第１の柱状部４１は、平面透視したときの面積が圧電素子３の下面の面積よりも小さく、平面透視にて圧電素子３の外周からはみ出さない位置にある。
【００２６】
第１の柱状部４１の材質は、例えばＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ガラスなどがあげられる。第１の柱状部４１は振動板２と同じ材質でもよく、その場合は振動板２と一体に作られても、別体に作られてもよい。
【００２７】
第１の柱状部４１が振動板２と一体に作られている場合、振動板２（平坦な部分）から突出した突出部を柱状部とする。ここで、第１の柱状部４１の幅は例えば１〜５ｍｍ、高さは例えば１〜５ｍｍとされる。なお、第１の柱状部４１の幅とは、圧電素子３の長手方向に沿った幅と圧電素子３の幅方向に沿った幅の両方を意味する。
【００２８】
第１の柱状部４１と振動板２とが別体の場合、第１の柱状部４１と振動板２とを接合する接合材は、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂が用いられ、例えば厚み１μｍ〜１０μｍとされる。また、第１の柱状部４１と圧電素子３との接合材は、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂が用いられ、例えば厚み１μｍ〜１０μｍとされる。
【００２９】
本開示の音響発生器１によれば、圧電素子３の変位が拘束されにくいので屈曲振動の振幅を大きくすることができ、また振動のエネルギーが第１の柱状部４１に集中して振動板２に伝わりやすくなるため、音圧を向上できる。
【００３０】
ここで、第１の柱状部４１は、平面透視したときの面積が圧電素子３の下面の面積よりも小さく、平面透視にて圧電素子３の外周からはみ出さない位置にある大きさ（幅）であれば特に限定はないが、例えば以下の形態をとり得ることができる。
【００３１】
第１の柱状部４１は、図３に示すように、圧電素子３の下面における長手方向の一方の端部に接合されていてもよい。この構成によれば、圧電素子３の下面における長手方向の一方の端部が１つの柱状部で固定され、圧電素子３の下面における長手方向の一方の端部を除く部分が拘束されていないので、固定している一方の端部にかかる力学的モーメントを大きくして屈曲振動の振幅を大きくすることができ、特に周波数の低い部分の音圧を向上させることができる。
【００３２】
また、図４に示すように、第１の柱状部４１に加え、振動板２および圧電素子３の間に第２の柱状部４２をさらに備えてもよい。この第２の柱状部４２も、平面透視したときの面積が圧電素子３の下面の面積よりも小さく、平面透視にて圧電素子３の外周からはみ出
さない位置にあるものである。そして、第１の柱状部４１が圧電素子３の下面における長手方向の一方の端部に接合されている場合において、第２の柱状部４２が圧電素子３の下面における長手方向の他方の端部に接合されていてもよい。圧電素子３の一方の端部および他方の端部とは、圧電素子３を長手方向に沿って切断した断面でみて、長手方向全体を５等分したときの両側のそれぞれの端部のことを意味する。また、一方の端部に接合されるとは、一方の端部の端部の範囲内の一部または全部に接合されることを意味し、他方の端部に接合されるとは、他方の端部の範囲内の一部または全部に接合されることを意味する。
【００３３】
このような構成によっても、圧電素子３の変位が拘束されにくいことから、振動のエネルギーが振動板２に伝わりやすくなり、すなわち屈曲振動の伝達効率が向上する。また、屈曲振動の振幅が増加するとともに、特定の周波数の振動モードで分割振動ではなく単振動にすることができ、音圧を向上できる。
【００３４】
上述のように、振動板２および圧電素子３の間には２個の柱状部があってもよく、それ以上の柱状部があってもよい。例えば、図５に示すように、圧電素子３の両端部の下に第１の柱状部４１、第２の柱状部４２があって、さらに圧電素子３の中央部の下に第３の柱状部４３がある構成であってもよい。そして、この２個以上の柱状部は、全て平面透視したときの面積が圧電素子３の下面の面積よりも小さく、平面透視にて圧電素子３の外周からはみ出さない位置にある。このような構成によっても、圧電素子３の拘束が少なく、屈曲振動の振幅を大きくすることができ、また振動のエネルギーが柱状部に集中して振動板２に伝わりやすくなるため、音圧を向上できる。
【００３５】
なお、振動板２は携帯端末の筐体（ケース）の一部またはディスプレイであってもよい。また、振動板２の周縁部は、例えばステンレスなどの金属、樹脂などからなる枠状の支持体で固定されていてもよい。
【００３６】
次に、音響発生器１の製造方法について説明する。
【００３７】
まず、圧電体層３１となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系，ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してセラミックスラリーを作製する。そして、ドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このセラミックスラリーを用いてセラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては圧電特性を有するものであればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）からなるペロブスカイト型酸化物等を用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ），フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）等を用いることができる。
【００３８】
次に、内部電極層３２となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて内部電極のパターンで塗布する。さらに、この導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、所定の温度で脱バインダー処理を行なった後、９００〜１２００℃の温度で焼成し、平面研削盤等を用いて所定の形状になるよう研削処理を施すことによって、交互に積層された圧電体層３１および内部電極層３２を備えた積層体３３を作製する。
【００３９】
積層体３３は、上記の製造方法によって作製されるものに限定されるものではなく、圧電体層３１と内部電極層３２とを複数積層してなる積層体３３を作製できれば、どのような製造方法によって作製されてもよい。
【００４０】
その後、銀を主成分とする導電粒子とガラスとを混合したものに、バインダー，可塑剤および溶剤を加えて作製した銀ガラス含有導電性ペーストを、表面電極３４のパターンで積層体３３の主面にスクリーン印刷法等によって印刷するとともに、側面電極３５のパターンで積層体３３の側面に印刷して乾燥させた後、６５０〜７５０℃の温度で焼き付け処理を行ない、表面電極３４および側面電極３５を形成して、圧電素子３を作製する。
【００４１】
次に、振動板２を用意する。
【００４２】
ここで、第１の柱状部４１（第２の柱状部４２およびその他の柱状部）が、振動板２と一体に形成される場合は、振動板２を一体型の厚みで作製し、その後、切削加工などの追加工をし、不要部分を除去すればよい。
【００４３】
一方、第１の柱状部４１（第２の柱状部４２およびその他の柱状部）が、振動板２と別体に形成される場合は、金型を用い樹脂成型にて所望の寸法の柱状部を作製し、柱状部を振動板２に接着剤や接着テープを用いて接合すればよい。
して、振動板２の上に圧電素子３を搭載する。
【００４４】
最後に、柱状部と圧電素子１とを接着剤や接着テープを用いて接合する。
【００４５】
以上の方法により、本実施形態の音響発生器１を作製することができる。
【００４６】
次に、本実施形態の電子機器について、説明する。
【００４７】
本開示の電子機器１０は、図６に示すように、上述の音響発生器１と、該音響発生器１を構成する圧電素子３に接続された電子回路５と、圧電素子３および電子回路５を収容する筐体６とを備える。なお、図６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。また、図６には、音響発生器１は示していないが、筐体６の一部が振動板となり、圧電素子３との組み合わせで音響発生器１となる。
【００４８】
電子機器１０は、電子回路５を備える。電子回路５は、たとえば、コントローラ５１と、送受信部５２と、キー入力部５３と、マイク入力部５４とから構成される。電子回路５は、圧電素子３に接続されており、圧電素子３へ音声信号を出力する機能を有している。
【００４９】
コントローラ５１は、電子機器１０の制御部である。送受信部５２は、コントローラ５１の制御に基づき、アンテナ６２を介してデータの送受信などを行う。キー入力部５３は、電子機器１０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５４は、同じく電子機器１０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。表示部は、電子機器１０の表示出力デバイスであり、コントローラの制御に基づき、表示情報の出力を行う。
【００５０】
圧電素子３は、電子機器１０における音響出力デバイスとして動作する。なお、圧電素子３は、電子回路５のコントローラ５１に接続されており、コントローラ５１によって制御された電圧の印加を受けて振動し、音響を発することとなる。
【００５１】
また、電子機器１０は、表示部６１と、アンテナ６２とを備える。表示部６１は、画像情報を表示する機能を有するディスプレイを有している。例えば、液晶ディスプレイ，プラズマディスプレイ，および有機ＥＬディスプレイ等の既知のディスプレイを好適に用いることができる。なお、ディスプレイは、タッチパネルのような入力装置を有するもので
あってよい。また、ディスプレイのカバーが振動板２となって、これがタッチパネルのような入力装置を有するものであっても構わない。さらに、ディスプレイ全体や、ディスプレイの一部が振動板２として機能するようにしても構わない。
【００５２】
電子機器１０は、これら各デバイスを収容または構成部品とする筐体６を備えており、図では、１つの筐体６にコントローラ５１をはじめとする各デバイスがすべて収容または構成部品とされている状態をあらわしているが、この形態を限定するものではない。
【００５３】
なお、ここでは、電子機器１０が携帯端末であるものとして説明を行ったが、電子機器１０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、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。
【００５４】
このような電子機器１０は、音圧の向上した音響発生器１を備えるので、高音質の電子機器を実現できる。
【符号の説明】
【００５５】
１  音響発生器
２  振動板
３  圧電素子
３１  圧電体層
３２  内部電極層
３３  積層体
３４  表面電極
３５  側面電極
４１  第１の柱状部
４２  第２の柱状部
１０  電子機器
５  電子回路
５１  コントローラ
５２  送受信部
５３  キー入力部
５４  マイク入力部
６  筐体
６１  表示部
６２  アンテナ
【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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【図６】
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