(57)【要約】【課題】  従来の圧電スピーカにおいて、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚにおける音圧特性は良好でない。【解決手段】  複数個の圧電素子チップと圧電素子チップの電極面を除く側面側に充填された有機系樹脂からなる圧電樹脂部及び前記圧電樹脂部の周囲で有機系樹脂のみの周囲樹脂部とで形成される圧電樹脂複合体と、前記圧電樹脂部の両面に設けられた導電性電極膜と、前記周囲樹脂部と接合される第１の枠体が設けられ、前記第１の枠体の外側に設けられた第２の枠体と前記第１の枠体の間に振動材料が形成されることにより、音圧特性が改善される。【選択図】  図１
2007228127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の圧電素子チップと圧電素子チップの電極面を除く側面側に充填された有機系樹脂からなる圧電樹脂部及び前記圧電樹脂部の周囲で有機系樹脂のみの周囲樹脂部とで形成される圧電樹脂複合体と、前記圧電樹脂部の両面に設けられた導電性電極膜と、前記周囲樹脂部と接合される第１の枠体が設けられるとともに、前記第１の枠体の外側に設けられた第２の枠体と前記第１の枠体の間に振動材料が形成されることを特徴とする圧電スピーカ。
【請求項２】
前記圧電樹脂複合体は円柱体曲面の一部、円錐体曲面の一部、球体曲面の一部及び楕円体曲面の一部の内の１種以上から選ばれた曲面に近似できる形態を有することを特徴とする請求項１記載の圧電スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数個の圧電素子チップを利用した圧電スピーカに係り、特に音圧特性を改善することができる圧電スピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にスピーカは振動板の役割を担うボイスコーンに接続されたボイスコイルに音声電気信号を流すことにより、ボイスコーンを機械的に振動させ音声を再生するようになっている。しかし、従来の電磁式スピーカは周囲に漏洩磁束を発生するなどの問題点を有する。  ところで、近年テレビジョン、サラウンドサウンド等の音響装置において小型軽量化、薄型化等の要請が高まり、極めて薄くかつ軽量の圧電スピーカが開発されている。
この圧電スピーカは、例えば特許文献１、２、３等に開示されており、エポキシ系樹脂と多数の例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電素子チップ、導電性電極膜などで構成され、圧電素子チップと有機系樹脂を使用し、圧電素子の有する圧電効果と有機系樹脂の持つ弾力性とを利用するようになっている。
【特許文献１】特開昭６２−２４７７００号公報
【特許文献２】特開２０００−３２４５９８号公報
【特許文献３】特開２００３−３４８６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の圧電スピーカにあっては、例えば１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚにおける音圧特性は良好でない状況である。
本発明は以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創出されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、複数個の圧電素子チップと圧電素子チップの電極面を除く側面側に充填された有機系樹脂からなる圧電樹脂部及び前記圧電樹脂部の周囲で有機系樹脂のみの周囲樹脂部とで形成される圧電樹脂複合体と、前記圧電樹脂部の両面に設けられた導電性電極膜と、前記周囲樹脂部と接合される第１の枠体が設けられるとともに、前記第１の枠体の外側に設けられた第２の枠体と前記第１の枠体の間に振動材料が形成されることを特徴とする圧電スピーカである。
また、前記圧電樹脂複合体は円柱体曲面の一部、円錐体曲面の一部、球体曲面の一部及び楕円体曲面の一部の内の１種以上から選ばれた曲面に近似できる形態を有することを特徴とする圧電スピーカである。
【０００５】
圧電素子チップとしてはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の他に、他の複合材料セラミックの使用も可能である。具体的には、ＰＺＴよりも圧電歪定数が３倍程度大きい亜鉛ニオブ酸チタン酸鉛（ＰＺＮＴ）やマグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（ＰＭＮＴ）を用いることもできる。
良好な圧電効果を確保するため、個々の圧電素子チップにおける一対の電極面はほぼ平行である必要がある。通常、圧電素子チップにおいて、広い面積を有する面が電極面として使用され、圧電素子チップの厚さは電極面間の距離となる。したがって、電極面間の距離すなはち圧電素子チップの厚さは同一程度である必要がある。電極面は平行であり電極面間の距離が同一程度であるならば、本発明における圧電素子チップはどのような形状を有しても良い。例えば、圧電素子チップの形状として、円柱体、直方体及び三角柱体の内の１種以上から選ばれた形状でよく、直方体と三角柱体を混合した圧電樹脂複合体の製作も可能である。工業的には同一の直方体形状を有する圧電素子チップが推奨される。  
【０００６】
有機系樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂などが使用される。スピーカの枠体は圧電樹脂複合体及び振動材料を固定、支持できる材料で良い。振動材料としては、紙、布、金属系材料及び有機系樹脂材料の内の１種以上から選ばれた材料で良い。厚さ０．０１ｍｍから１ｍｍ程度のシート状振動材料が多く使用される。
導電性電極膜としては、導電性特性に優れた炭素、アルミニウム、金、銀、銅などの導電性物質の圧電素子チップへの蒸着膜又は前記導電性物質を含む有機系樹脂膜若しくは前記蒸着膜と前記有機系樹脂膜の複合体が良い。圧電樹脂部の上部に設けた導電性電極膜の保護やスピーカ出力特性改善などのため、導電性電極膜の片面又は両面の上部にポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂などの有機系樹脂膜を設けることも良い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の圧電スピーカによれば、複数個の圧電素子チップと有機系樹脂からなる圧電樹脂部及び有機系樹脂のみの周囲樹脂部とで形成される圧電樹脂複合体と、前記圧電樹脂部の両面に設けられた導電性電極膜と、前記周囲樹脂部と接合される第１の枠体が設けられ、前記第１の枠体の外側に設けられた第２の枠体と前記第１の枠体の間に振動材料が形成されることにより、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚにおける音圧特性が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明に係る圧電スピーカの実施例について詳述する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の圧電スピーカを示す要部拡大断面図である。図２は、図１に示す圧電スピーカのＡ−Ａ矢視断面図である。
図示するように、同一の直方体形状を有する複数の圧電素子チップ１１の間に有機系樹脂１２を充填し、多くの圧電素子チップ１１を結合した圧電樹脂部１３及び前記圧電樹脂部１３の周囲で有機系樹脂のみの周囲樹脂部１４で形成される圧電樹脂複合体１５Ａと、前記圧電樹脂部１３の両面に設けた導電性電極膜１７Ａ及び１７Ｂと、前記周囲樹脂部１４と接合される第１の枠体１６Ａと前記第１の枠体１６Ａの外側に設けられた第２の枠体１６Ｂと、前記第１の枠体１６Ａと前記第２の枠体１６Ｂの間に形成された振動材料１５Ｂで圧電スピーカは構成される。第１の枠体１６Ａと第２の枠体１６Ｂの間に振動材料１５Ｂが形成されることにより、音圧特性の改善が可能となる。
【００１０】
さらに、具体的に実施例の詳細を述べる。
圧電スピーカの圧電樹脂複合体１５Ａが特開２００３−３４８６９２号公報で開示された方法で作製される。使用した圧電素子チップ１１はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電素子で、縦２ｍｍ、横２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの直方体である。
また、複数個の圧電素子チップ１１を結合するために充填する有機系樹脂１２として、エポキシ樹脂が使用された。
圧電素子チップ１１の電極面として、縦２ｍｍ、横２ｍｍの平面を使用するため、圧電樹脂複合体１５Ａの厚さは、圧電素子チップ１１のそれと同程度となる。
作製された圧電樹脂複合体１５Ａの正面図を図３に、側面図（圧電素子チップの図示は省略）を図４に示す。図３で圧電樹脂複合体１５Ａの開き角度、曲率半径及び幅寸法をそれぞれθ、Ｒ及びＤとする。また、図４で圧電樹脂複合体１５Ａの長さ寸法をＬとする。
【００１１】
圧電素子チップ１１は、圧電素子チップ１１間の間隔を平均０．４ｍｍの等間隔とし、Ｒ曲面に沿って格子状に配置される。すなはち、図３のＲ曲面に沿って、角度θ方向に、圧電素子チップ１１の長辺の位置と圧電樹脂複合体１５Ａの弧状端部との距離が同一となるように、１４個の圧電素子チップ１１が平均０．４ｍｍの等間隔で配置される。以上のθ方向１４個の配置を、図４のＬ方向に平均２．４ｍｍの等間隔で平行移動した配置をＲ曲面に沿って繰り返し行い、合計１９６個の圧電素子チップ１１が配置される。
得られた圧電樹脂複合体１５Ａの寸法は幅Ｄ＝３７ｍｍ、長さＬ＝３８ｍｍ、平均曲率半径Ｒ＝４５ｍｍである。圧電樹脂複合体１５Ａから周囲樹脂部１４を除いた圧電樹脂部１３の寸法は幅３３ｍｍ、長さ３４ｍｍ、平均曲率半径４５ｍｍであった。
実施例１による圧電樹脂複合体１５Ａの一部を要部拡大平面図で図５に示す。
図５に示すように圧電素子チップ１１は、Ｘ方向（図５参照）に１４個、Ｙ方向（図５参照）に１４個、平均０．４ｍｍの等間隔で格子状に合計１９６個配置される。
【００１２】
次に圧電樹脂複合体１５Ａと接合する第１の枠体１６Ａがアクリル樹脂で準備される。第１の枠体１６Ａは縦４７ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの直方体で、その中央部に縦３７．２ｍｍ、横４０．２ｍｍ、高さ５ｍｍの空隙が設けられる。ただし、内側３７．２ｍｍの辺は外側４７ｍｍの辺と平行で、内側４０．２ｍｍの辺は外側５０ｍｍの辺と平行関係にある。第１枠体１６Ａの空隙部に圧電樹脂複合体１５Ａを置き、圧電樹脂複合体１５Ａの２箇所の直線状端部（長さ３８ｍｍ部分）を枠体空隙部の２箇所の上辺部（長さ４０．２ｍｍ部分）に合わせ、その会合部がエポキシ樹脂１９Ａ、１９ａ、１９Ｂ及び１９ｂで接合される。
第１枠体１６Ａと接合された圧電樹脂複合体１５Ａに６０℃、１時間の硬化処理を実施した。硬化処理後、第１枠体１６Ａと接合された圧電樹脂複合体１５Ａを洗浄し、さらに圧電素子チップ１１の電極面が存在する圧電樹脂部１３の両面に、真空蒸着法による導電性アルミニウム電極膜１７Ａ及び１７Ｂを設けた。アルミニウム電極膜１７Ａ及び１７Ｂの厚さはほぼ同一で平均０．４μｍであった。
【００１３】
次に第１枠体１６Ａの外側に設けられる第２の枠体１６Ｂがアクリル樹脂で準備される。第２枠体１６Ｂは縦９７ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ５ｍｍの直方体で、その中央部に縦７７ｍｍ、横８０ｍｍ、高さ５ｍｍの空隙が設けられる。ただし、内側７７ｍｍの辺は外側９７ｍｍの辺と平行で、内側８０ｍｍの辺は外側１００ｍｍの辺と平行関係にある。第２枠体１６Ｂの空隙部中央に第１枠体１６Ａと接合された圧電樹脂複合体１５Ａを置き、第１枠体１６Ａと第２枠体１６Ｂの間に主に紙からなるシート状複合振動材料１５Ｂ（厚さ０．２ｍｍ）が枠体面と平行かつ平面状に形成される。ここで、第１枠体１６Ａと第２枠体１６Ｂは同一平面上に位置し、第１枠体１６Ａの外周辺と第２枠体１６Ｂの内周辺の距離は１５ｍｍとなるように配置される。
図１及び図２から分かるように、圧電樹脂複合体１５Ａは円柱体曲面の一部に近似できる形態を有し、複合振動材料１５Ｂは平面の一部である形態を有している。
電極膜１７Ａ及び１７Ｂと音声信号源１８をリード線１８Ａ及び１８Ｂで結線後、リード線に音声電気信号を通電し、１ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数領域で音圧特性の評価を行った。実施例１の音圧特性は３４〜６２相対音圧ｄＢであった。
【００１４】
比較例として、特開２００３−３４８６９２号公報で開示された方法で圧電スピーカを作製した。比較例は、実施例１から第２枠体１６Ｂと複合振動材料１５Ｂを除いたスピーカである。すなはち、実施例１と同様に作製し、幅Ｄ＝３７ｍｍ、長さＬ＝３８ｍｍ、平均曲率半径Ｒ＝４５ｍｍである圧電樹脂複合体２５が得られた。次に圧電樹脂複合体２５と接合する枠体２６がアクリル樹脂で準備される。枠体２６は縦５７ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ５ｍｍの直方体で、その中央部に縦３７．２ｍｍ、横４０．２ｍｍ、高さ５ｍｍの空隙が設けられる。ただし、内側３７．２ｍｍの辺は外側５７ｍｍの辺と平行で、内側４０．２ｍｍの辺は外側６０ｍｍの辺と平行関係にある。
枠体２６の空隙部に圧電樹脂複合体２５を置き、圧電樹脂複合体２５の２箇所の直線状端部（長さ３８ｍｍ部分）を枠体空隙部の２箇所の上辺部（長さ４０．２ｍｍ部分）に合わせ、その会合部がエポキシ樹脂２９Ａ、２９ａ、２９Ｂ及び２９ｂで接合される。枠体２６と接合された圧電樹脂複合体２５の一部について、その斜視図（圧電素子チップの図示は省略）を図６に示す。
【００１５】
次に、実施例１と同様に硬化処理及び真空蒸着を実施した。圧電素子チップ２１の電極面が存在する圧電樹脂部２３の両面に設けられたアルミニウム電極膜２７Ａ及び２７Ｂの厚さはほぼ同一で平均０．４μｍであった。
電極膜２７Ａ及び２７Ｂにリード線２８Ａ及び２８Ｂを結線後、リード線に音声電気信号を通電し、１ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数領域で、実施例１と同様な方法で音圧特性の評価を行った。比較例の音圧特性は３３〜６０相対音圧ｄＢであった。
【実施例２】
【００１６】
実施例２として、特開２００３−３４８６９２号公報で開示された方法で丸型圧電樹脂複合体３５Ａを作製した。使用した圧電素子チップ３１及び有機系樹脂３２は実施例１と同一のものである。圧電素子チップ３１の電極面として縦２ｍｍ、横２ｍｍの平面を使用するため、丸型圧電樹脂複合体３５Ａの厚さは圧電素子チップ３１のそれと同程度となる。  作製した丸型圧電樹脂複合体３５Ａの側面図（圧電素子チップの図示は省略）を図７に示す。図７で丸型圧電樹脂複合体３５Ａの直径、曲率半径をそれぞれｄ及びｒとする。また、丸型圧電樹脂複合体３５Ａの要部拡大平面図を図８に示す。
【００１７】
圧電素子チップ３１の配置は、圧電素子チップ３１間の間隔を平均０．４ｍｍの等間隔とし、ｒ曲面に沿った格子状の配列である。すなはち、図７のｒ曲面に沿って、圧電素子チップ３１の長辺の位置とｒ曲面の中心Ｏ（図８参照）を通る２等分割曲線との距離が０．２ｍｍとなるように、Ｘ方向（図８参照）に１６個の圧電素子チップ３１が平均０．４ｍｍの等間隔で配置される。以上の１６個の配置を、さらにＹ方向（図８参照）に平均２．４ｍｍの等間隔で平行移動した配置をｒ曲面に沿って行い、１６個の圧電素子チップ３１が配置される。
このような平均２．４ｍｍの等間隔で平行移動した配置をｒ曲面の半分の曲面で繰り返し行った結果、１６個、１６個、１４個、１４個、１２個、１２個、６個、６個、計９６個の圧電素子チップ３１がｒ曲面に沿って、平均０．４ｍｍの等間隔で格子状に配置される。上記配置と同様な配置を残る半分の曲面でも行い、最終的にｒ曲面の端部、中央部、端部へ６個、６個、１２個、１２個、１４個、１４個、１６個、１６個、１６個、１６個、１４個、１４個、１２個、１２個、６個、６個、合計１９２個の圧電素子チップ３１が、ｒ曲面に沿って圧電素子チップ３１間の間隔が平均０．４ｍｍの等間隔となるような格子状に配置される。
【００１８】
得られた丸型圧電樹脂複合体３５Ａの寸法は、直径ｄ＝４３ｍｍ、平均曲率半径ｒ＝４３ｍｍである。丸型圧電樹脂複合体３５Ａから周囲樹脂部３４を除いた圧電樹脂部３３の寸法は、直径３９ｍｍ、平均曲率半径４３ｍｍであった。
次に丸型圧電樹脂複合体３５Ａと接合する第１の枠体３６Ａを、直径５３ｍｍ、厚さ３ｍｍのアクリル樹脂製円柱体から、その中央部に直径４３．２ｍｍ、高さ３ｍｍの空隙を設け作製した。第１枠体３６Ａの空隙部に丸型圧電樹脂複合体３５Ａを置き、丸型圧電樹脂複合体３５Ａの外周端部（直径４３ｍｍ部分）を枠体３６Ａの空隙上辺部に合わせ、その会合部をエポキシ樹脂３９Ａ及び３９Ｂで接合した。丸型圧電樹脂複合体３５Ａと第１枠体３６Ａとの接合状態を要部拡大断面図（切断面を除き、圧電素子チップの図示は省略）で図９に示す。
次に、実施例１と同様に硬化処理及び真空蒸着を実施した。圧電素子チップ３１の電極面が存在する圧電樹脂部３３の両面に設けられたアルミニウム電極膜３７Ａ及び３７Ｂの厚さはほぼ同一で平均０．４μｍであった。
【００１９】
次に第１枠体３６Ａの外側に設けられる第２の枠体３６Ｂがアクリル樹脂で準備される。第２枠体３６Ｂは、直径１０３ｍｍ、厚さ５ｍｍのアクリル樹脂製円柱体からその中央部に直径８３ｍｍ、高さ５ｍｍの空隙を設け、作製される。
第２枠体３６Ｂの空隙部中央に第１枠体３６Ａと接合された圧電樹脂複合体３５Ａを置き、第１枠体３６Ａと第２枠体３６Ｂの間に主に紙からなる複合振動材料３５Ｂ（厚さ０．２ｍｍ）が形成される。ここで、第１枠体３６Ａ及び第２枠体３６Ｂの空隙部中央を通る中心軸は一致するように、また前記中心軸上における第１枠体３６Ａ及び第２枠体３６Ｂの距離は５ｍｍとなるように配置される。複合振動材料３５Ｂの枠体平面に対する傾斜角度の平均は約３０度であった。第１枠体３６Ａと第２枠体３６Ｂの間に複合振動材料３５Ｂが形成された状態における圧電スピーカの要部拡大断面図（圧電素子チップ及びアルミニウム電極膜の図示は省略）を図１０に示す。
図１０から、丸型圧電樹脂複合体３５Ａは球体曲面の一部に近似できる形態を有し、複合振動材料３５Ｂは円錐体曲面の一部に近似できる形態を有することが理解できる。
電極膜３７Ａ及び３７Ｂにリード線３８Ａ及び３８Ｂを結線後、リード線に音声電気信号を通電し、１ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数領域で、実施例１と同様な方法で音圧特性の評価を行った。実施例２の音圧特性は３６〜６５相対音圧ｄＢであった。
【００２０】
以上のように、本発明による実施例１及び実施例２の音圧特性は比較例のそれに比較し優れている。すなはち、第１枠体と第２枠体の間に振動材料が形成されることにより、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚにおける音圧特性が向上したものである。
なお、圧電樹脂複合体の形状として実施例１は円柱体曲面の一部の例を示し、実施例２は球体曲面の一部の例を示したが、他の円錐体曲面の一部、楕円体曲面の一部などにおいても本発明の適用は可能である。
すなはち、圧電樹脂複合体が円柱体曲面の一部、円錐体曲面の一部、球体曲面の一部及び楕円体曲面の一部の内の１種以上から選ばれた曲面に近似できる形態を有することは可能で、本発明の効果は失われない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の圧電スピーカを示す要部拡大断面図である。
【図２】図１に示す圧電スピーカのＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】実施例１における圧電樹脂複合体の正面図である。
【図４】実施例１における圧電樹脂複合体の側面図である。
【図５】実施例１における圧電樹脂複合体の一部を示す要部拡大平面図である。
【図６】比較例における圧電樹脂複合体と枠体の一部を示す斜視図である。
【図７】実施例２における圧電樹脂複合体の側面図である。
【図８】実施例２における圧電樹脂複合体の要部拡大平面図である。
【図９】実施例２における圧電樹脂複合体と枠体の要部拡大断面図である。
【図１０】実施例２における圧電スピーカの要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１１  圧電素子チップ、１２  有機系樹脂、１３  圧電樹脂部、１４  周囲樹脂部、１５Ａ  圧電樹脂複合体、１５Ｂ  振動材料、１６Ａ  第１の枠体、１６Ｂ  第２の枠体、１７Ａ  導電性電極膜、１７Ｂ  導電性電極膜、１８Ａ  リード線、１８Ｂ  リード線、１９Ａ  エポキシ樹脂、１９ａ  エポキシ樹脂、１９Ｂ  エポキシ樹脂、１９ｂ  エポキシ樹脂、
【図１】
2007228127.tif 000003
【図２】
2007228127.tif 000004
【図３】
2007228127.tif 000005
【図４】
2007228127.tif 000006
【図５】
2007228127.tif 000007
【図６】
2007228127.tif 000008
【図７】
2007228127.tif 000009
【図８】
2007228127.tif 000010
【図９】
2007228127.tif 000011
【図１０】
2007228127.tif 000012