(57)【要約】  本発明は、機械的運動を音響エネルギーに変換可能な音響トランスデューサに関する。音響トランスデューサは、ダイアフラムと、ダイアフラムの少なくとも一部分にある少なくとも１つの支持部とを有する。少なくとも１つのアクチュエータがダイアフラムに作動可能に結合して設けられており、ダイアフラムまたはアクチュエータが当該ダイアフラムまたは当該アクチュエータの他の領域と比較して剛性を低減した１またはそれ以上の領域を有する。さらに、本発明は、ダイアフラム及びアクチュエータの上記支持部との係合に関連するアクチュエータの設計変更に関する。
2008546315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的運動を音響エネルギーに変換可能な音響トランスデューサであって、
当該音響トランスデューサが、
ダイアフラムと、
前記ダイアフラムの少なくとも一部分にある少なくとも１つの支持部と、
前記ダイアフラムに作動可能に結合された少なくとも１つのアクチュエータと、
を備え、
前記ダイアフラムまたは前記アクチュエータが、当該ダイアフラムまたは当該アクチュエータの他の領域と比較して剛性を低減した１またはそれ以上の領域を有することを特徴とする音響トランスデューサ。
【請求項２】
前記ダイアフラムが、所定の厚さを有し、
前記剛性を低減した領域が、前記ダイアフラムの厚さを低減した所定の領域を有することを特徴とする請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項３】
前記アクチュエータが、所定の厚さを有し、
前記剛性を低減した領域が、前記アクチュエータの厚さを低減した所定の領域を有することを特徴する請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項４】
前記ダイアフラム及び前記アクチュエータの双方が、当該ダイアフラム及び当該アクチュエータの他の領域と比較して剛性を低減した所定の領域を有することを特徴とする請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項５】
前記支持部が、ビデオスクリーン上を覆って重なっており、
前記ダイアフラムが、前記ビデオスクリーンから離隔されていることを特徴とする請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項６】
機械的運動を音響エネルギーに変換可能な音響トランスデューサであって、
当該音響トランスデューサが、
ダイアフラムと、
前記ダイアフラムの少なくとも一部分にある少なくとも１つの支持部と、
前記ダイアフラムに作動可能に結合された少なくとも１つのアクチュエータと、
を備え、
前記ダイアフラム及び前記アクチュエータが、当該ダイアフラムまたは当該アクチュエータと比較して剛性を低減した材料により結合されていることを特徴とする音響トランスデューサ。
【請求項７】
前記支持部が、ビデオスクリーン上を覆って重なっており、
前記ダイアフラムが、前記ビデオスクリーンから離隔されていることを特徴とする請求項６に記載の音響トランスデューサ。
【請求項８】
機械的運動を音響エネルギーに変換可能な音響トランスデューサであって、
当該音響トランスデューサが、
ダイアフラムと、
前記ダイアフラムの少なくとも一部分にある少なくとも１つの支持部と、
前記ダイアフラムに作動可能に結合された少なくとも１つのアクチュエータと、
を備え、
前記アクティベータが、圧電アクチュエータを備え、
前記ダイアフラムに結合されていない前記アクチュエータのすべてまたは一部は、その運動が制限されていることを特徴とする音響トランスデューサ。
【請求項９】
前記アクチュエータは、当該アクチュエータのすべてまたは一部をクランプすることによってその運動が制限されていることを特徴とする請求項８に記載の音響トランスデューサ。
【請求項１０】
前記支持部が、ビデオスクリーン上を覆って重なっており、
前記ダイアフラムが、前記ビデオスクリーンから離隔されていることを特徴とする請求項８に記載の音響トランスデューサ。
【請求項１１】
機械的運動を音響エネルギーに変換可能な音響トランスデューサであって、
当該音響トランスデューサが、
ダイアフラムと、
前記ダイアフラムの少なくとも一部分にある少なくとも１つの支持部と、
前記ダイアフラムに作動可能に結合された少なくとも１つのアクチュエータと、
を備え、
前記アクチュエータが、当該アクチュエータから外方に延出する基材を有し、前記ダイアフラムに結合するための取付領域を提供することを特徴とする音響トランスデューサ。
【請求項１２】
前記ダイアフラムのための前記基材の取付領域が、前記ダイアフラムを接線方向で前記アクチュエータに取り付ける領域を有することを特徴とする請求項１１に記載の音響トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年５月３１に出願された米国仮出願第６０／６８５８４１号及び第６０／６８５８４２号双方の優先権を主張するものであって、これらは参照により本明細書に組み込まれる。また、これと同時に出願された米国出願［番号未定］“環境状態に感応するダイアフラム膜及び支持構造”も援用されている。
【背景技術】
【０００２】
機械−音響トランスデューサは、スピーカ膜またはダイアフラムに結合される１つのアクチュエータを有しており、そしてこのスピーカ膜またはダイアフラムは、当該アクチュエータから離隔されてアンカー止めされていてよい。このようなシステムはダイアフラム型のスピーカを備え、このスピーカを通してディスプレイが視認され得る。アクチュエータは、電磁式、圧電式または静電式のような電気−機械式であってもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
圧電アクチュエータは、ディスプレイ画像に干渉するかもしれない磁界を発生させず、また圧電モータの高効率な短い直線運動を、ピストンで駆動したのと同様な大偏位の(high excursion)ダイアフラム運動に変換することによく適しているであろう。
【特許文献１】米国特許第７０３８３５６号明細書
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの代表的な実施例において、本発明は、機械的運動を音響エネルギーに変換する音響トランスデューサに関する。音響トランスデューサは、ダイアフラムと、ダイアフラムの少なくとも１つの部分にある支持部とを有する。そして、少なくとも１つのアクチュエータは、ダイアフラムに作動可能に結合して設けられてもよく、ダイアフラムまたはアクチュエータは、ダイアフラムまたはアクチュエータの他の領域と比較して低剛性の１またはそれ以上の領域を含む。
【０００５】
他の１つの代表的な実施例において、本発明は、機械的運動を音響エネルギーに変換する音響トランスデューサに関する。音響トランスデューサは、ダイアフラムと、ダイアフラムの少なくとも１つの部分にある支持部とを有する。そして、少なくとも１つのアクチュエータは、ダイアフラムに作動可能に結合して設けられてもよく、アクチュエータ及びダイアフラムは、剛性を有しており、ダイアフラム及びアクチュエータは、アクチュエータの剛性またはダイアフラムの剛性よりも低剛性材料により結合されている。
【０００６】
他の１つの代表的な実施例において、本発明は、機械的運動を音響エネルギーに変換する音響トランスデューサに関する。音響トランスデューサは、ダイアフラムと、ダイアフラムの少なくとも１つの部分にある支持部とを有する。そして、すくなくとも１つのアクチュエータは、ダイアフラムに作動可能に結合して設けられてもよく、アクティベータは、圧電アクチュエータであって当該アクチュエータにおいて上記ダイアフラムに結合されていないすべてまたは所定領域がその運動を制限し得るアクチュエータを備える。
【０００７】
他の１つの代表的な実施例において、本発明は、機械的運動を音響エネルギーに変換する音響トランスデューサに関する。音響トランスデューサは、ダイアフラムと、ダイアフラムの少なくとも１つの部分にある支持部とを有する。そして、少なくとも１つのアクチュエータは、ダイアフラムに作動可能に結合して設けられており、アクチュエータは、アクチュエータから外方に延出する基材を有し、ダイアフラムに結合するための取付領域を提供する。
【０００８】
ダイアフラムに結合されて音を作り出すことを目的とした機械−音響トランスデューサは、特許文献１に記載されている。特許文献１の教示は参照により、本明細書に組み込まれている。１つの構造において、トランスデューサは、ダイアフラムに結合された圧電モータを意味しており、アクチュエータの偏位が対応するダイアフラムの機械的に増幅された偏位に変換される。ダイアフラムは、湾曲可能であり、光学的に透明であれば視角ディスプレイを覆うフレームに取付け可能となってオーディオスピーカを形成してもよい。したがって、ダイアフラムは、比較的大きい、ピストンと同等の偏位に特徴付けられるだろう。一般的な偏位の増幅または機械的な影響力は、５倍から１０倍となるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明における機械−音響トランスデューサ１０を示す代表的な上面図である。図示されているように、２つのダイアフラムチャンネル１２及び１４は、相対的に不活性な区域（inactive zone）によって離間してもよく、薄膜は、概ね符号２０で示されるフレームの水平方向のクロスバーに沿ってフレーム１８に堅固に係合されてもよい。図２を参照すると、通電されている（under electrical conditions）圧電アクチュエータ２２は、ダイアフラム１２及び１４を湾曲及び非湾曲させる（flexing and unflexing）ことによりＹ軸に沿った対応する正及び負のピストン状の変位を生み出すＸ軸に沿った正または負の運動の双方を生み出してもよい。圧電部が一端部に固定されているため、Ｘ軸に沿う運動は、駆動しているように機械的なてこ運動を生み出すだろう。図２は、簡単にするためにモノスピーカを示している。
【００１０】
図示のように、圧電アクチュエータ２２は、２つのダイアフラムの一縁部に沿って、別個若しくは分割されたアクチュエータまたはアクチュエータのアレイとすることができる。このような圧電アクチュエータの代表的なアレイを、図３に示す。このため、圧電アクチュエータのアレイは、ダイアフラムの縁部のすべてまたは一部に沿って延在してもよい。その後にこれらアレイは、圧電駆動部自体が、都合よくロール上に保持されることを可能にし、所定のアプリケーションのサイズに応じた長さ（すなわち、機械的−音響的係合するように構成された所定のダイアフラムの縁部の長さ）に切断されてもよい。図３に示すように、圧電アクチュエータ２２は、セラミック材料２４及び金属基材材料２６を有してもよい。さらに、金属基材材料は、概ね符号２８で示されるように外方に延出するセクションを有してもよく、セクションは、後述でさらに十分に説明するように、ダイアフラム材料へのより効率的な取り付けをもたらすことができる。
【００１１】
さらに、圧電部の駆動端部の相対的な剛性及び応答性を最適化する１つの方法は、圧電部の比較的大部分をクランプすることであり、これにより通電時に圧電部の運動を制限し得ることに注目すべきであろう。また、このようなクランプは、例えばフレームとアクチュエータとの間に接着剤を用いることによって容易に行うことができる。図４に示すように、アクティブセラミックの表面における任意部分をクランプすることにより、圧電部の高い出力が得られる。図示のように、セラミックの約３０〜４０％は、領域２８にクランプされている。すなわち、圧電部は、図示のようなクランプ領域において相対的に脆弱な金属基材部分に対してもはや湾曲可能でなくなる。したがって、圧電部によって付与される力は、ダイアフラムに供給されると最適化されて増大する。セラミックの表面の１０〜７５％の間でクランプすることにより、比較的高い力が圧電部の先端部（ダイアフラムの基端部）で発生し得ることがわかった。
【００１２】
さらにここで、セラミック層及び少なくとも１つの導電（金属）層を有する圧電部は、性能においてキャパシタと類似していてよいことが理解されるであろう。したがって、導電金属層の表面積が大きくなるにしたがって、より多くの電荷を保持してより大きな相対的な出力を生み出し得る圧電部が形成される。さらに、圧電部の性能は、導電電極層をセラミックに選択的に塗布する場合に変更されてもよい。例えば、導電層がグラデュエーションされたパターンでセラミックスに塗布されていると、これにより圧電部の先端部の所望位置における相対的な変化が最大となるであろう。したがって、このような設計により、圧電部の先端部における出力の向上を別として、圧電部の活動領域のクランプ能力は、圧電部の不具合の可能性を減少させると共に向上することが理解されるであろう。さらに、累積的または非連続的な電極層を用いることにより、所定のダイアフラムの要求に対する圧電部の性能を調整して最適化することができる。
【００１３】
次に図５に注目すると、圧電部のアレイ構造体がセラミック部分を越えて延出し、所定の角度（矢印３０参照）を形成して屈曲していることで、領域３２において圧電部をダイアフラムに取り付けるための相対的に広い面積を得ることができる。基材２６をセラミックから外方に延出することで、２つの利点がもたらされ得る。第１に、圧電部をダイアフラムにより効率的に結合し得るためのダイアフラム取付部のための相対的に広い面積が形成され得る。第２に、セラミックから外方に突出する基材の角度を調整することで、ダイアフラムの一部及び外方に延出する圧電部の基材材料の間のように一様に接する取付位置（領域３２を再度参照）が形成されることにより、所望の湾曲部をより保持できる。当然のことながら、接する取付部によってダイアフラムの表面の一部がアクチュエータの表面の一部と係合することが理解できるだろう。したがって、本発明の文脈において、ダイアフラムが凸面または凹面であってよく、角度３０は、４５〜１４５°のあらゆる範囲の値とすることができる。
【００１４】
次に図６に注目すると、本発明における機械的−音響的トランスデューサを採用し得る他の一形態の圧電部が示されている。理解されるように、圧電部の基材は、ここでも圧電部の先端部における力を増大させる能力をもたらすように、その長さに亘ってテーパ状とすることができる。図に示すように、基材はテーパ状とされ、概ね符号２９で示されるクランプ領域から離間するにしたがって薄くなってもよい。したがって、セラミックは、基材の相対的に厚い部分よりも相対的に薄い基材をより効果的に屈曲させることができ、ダイアフラムに機械的に係合する圧電部の先端部においてより強い力を生じさせることができる。このため、圧電アクチュエータの力対偏位特性を最適化するために、長さ（方向）に沿った任意位置における金属基材の厚さを調整し得ることが理解されるであろう。さらに、図６に示すように、ダイアフラムに向けて外方に延出する金属基材自体は、厚さを低減した領域３４を有しており、さらにそのような基材の他のセクションと比較して相対的に厚さを低減して剛性が小さい領域を形成する。このような厚さを低減した領域は、後述でさらに十分に説明するように、枢動領域を形成してもよい。さらに、圧電部におけるこのような厚さを低減した領域は、図６に示されていることを超えて、種々の幾何学形状をとることができる。
【００１５】
図７は、枢動部（例えば厚さを低減した領域）３６が同様にダイアフラムに直接組み込まれ得る構造体を示している。したがって、ダイアフラムの所定部分は、厚さが低減されていてよく、相対的に低い剛性と屈曲点をもたらし、この所定部分が圧電部により作動されると、その所定部分周りでダイアフラムを枢動可能としている。ダイアフラムまたは圧電部の金属基材の剛性は、その材料係数（伸張または屈曲）とその断面（領域の慣性モーメント）との組合せにより決まってもよい。さらに、厚さを低減した領域３６が円状タイプの切欠で示されているが、ここでも厚さの低減をもたらすためまたは本明細書で言及されたように枢動させるために任意の形状が考慮され得ることが理解されるであろう。
【００１６】
図８は、枢動部が、圧電部と薄膜とを接続する分離した材料片である構造体を示している。図示のように、材料は、金属の圧電部の基材材料及び／またはダイアフラム材料のいずれかに関して厚さを低減することで形成されてもよい。図９は、断面で示されるように、ダイアフラム１２がここでも支持部２０または圧電アクチュエータに係合され得る位置で、輪郭を有する形状とされている。また、理解できるように、厚さを低減することにより形成され得るダイアフラムのそれらセクションは、一方でそのように厚さが低減されていないそれら部分よりも敏感に曲がる。したがって、この技術により、ダイアフラム上の１または複数の位置が任意の所望位置におけるフレキシビリティを増大させるために厚くまたは薄くできることが理解されるであろう。また、実現され得る利点は、任意の既知の圧電部のアレイに対してより効率的なオーディオスピーカを作り出せることである。
【００１７】
さらに、ポリマー型樹脂からなるダイアフラム材料は、ダイアフラムの所望領域がダイアフラムの他の領域と比較して異なる弾性係数特性（例えば、屈曲係数すなわち“Ｅｆｌｅｘ”）有し得るように調整されてもよいことが理解できるであろう。例えば、照射（例えば、紫外（ＵＶ）線）をすると、照射されたポリマー材料が架橋型反応を受け、これにより、照射領域におけるＥｆｌｅｘ値を非照射領域と比較して増大させてもよい。このような方式においては、厚さを低減した領域を採用することでダイアフラムにおける枢動位置を作り出す方式とは異なり、ダイアフラムにおいて、当該ダイアフラムの他の領域と比較して剛性を低減させた領域を形成することで枢動領域を作り出せる。そのため、この点でダイアフラムはまた、ダイアフラムが異なる位置においてさまざまな剛性特性を有する異なる材料に依存するように調整してもよいことが意図される。
【００１８】
上述の記載は、本発明を図示及び説明するために提供されている。しかしながら、以上の記載は、添付の特許請求の範囲で説明された本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ダイアフラムに結合された機械的−音響的トランスデューサを示す平面図である。
【図２】ダイアフラムの撓み状態を示す代表的な断面図である。
【図３】アクチュエータのアレイを示す代表的な図である。
【図４】クランプ位置におけるアクチュエータを示す代表的な図である。
【図５】音響トランスデューサ及びダイアフラムの構造体を示す代表的な横断面図である。
【図６】圧電アクチュエータを示す代表的な断面図である。
【図７】圧電アクチュエータ及び取り付けられたダイアフラムの一部を示す代表的な断面図である。
【図８】圧電アクチュエータ及び取り付けられたダイアフラムの一部を示す代表的な断面図である。
【図９】圧電アクチュエータ及び支持部に取り付けられたダイアフラムを示す代表的な断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  音響トランスデューサ
１２，１４  ダイアフラム（ダイアフラムチャンネル）
１８  フレーム（音響フレーム）
２０  支持部
２２  圧電アクチュエータ（圧電組立体，圧電部）
２６  金属基材材料（基材）
３２  領域（取付領域）
３４，３６  厚さを低減した領域（剛性を低減した領域）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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