(57)【要約】 【課題】  小型で所望の周波数特性を満足し、かつ高出力（大きな駆動力）で音漏れが少ない音響振動発生素子を得ると共に、人体との音響整合が良い、製造が容易な音響振動発生素子を提供することを課題とする。【解決手段】  弾性板４を介して、２枚の圧電バイモルフ素子３を接合し、全体を可撓性物質８で被覆する構成とする。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電バイモルフ素子を厚さ方向に弾性板を介して積層接合してなることを特徴とする音響振動発生素子。
【請求項２】
前記圧電バイモルフ素子と前記弾性板との間に導体配線を表面に具備する絶縁シートが挟持されてなることを特徴とする請求項１に記載の音響振動発生素子。
【請求項３】
前記導体配線は前記圧電バイモルフ素子に電気的に接続され、前記絶縁シートはつづら折り状態を成し前記圧電バイモルフ素子に挟持されてなることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の音響振動発生素子。
【請求項４】
前記導体配線を表面に具備する絶縁シートがフレキシブル基板であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の音響振動発生素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の音響振動発生素子を可撓性物質で被覆してなることを特徴とする音響振動発生素子。
【請求項６】
前記圧電バイモルフ素子は、矩形状の圧電セラミックス単板からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の音響振動発生素子。
【請求項７】
前記圧電バイモルフ素子は、複数の内部電極層と圧電セラミックス層を厚さ方向に積層し一層置きに共通の外部電極に接続した矩形状の積層圧電セラミックス板からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の音響振動発生素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は骨伝導応用製品に好適な圧電型の音響振動発生素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、骨伝導応用製品に使用される電気−機械トランスデューサには、主に、ダイナミックスピーカと同じ原理でコイルを流れる電流とマグネットとの相互作用で発生する駆動力を機械振動に変える電磁式の電気−機械トランスデューサが使用されている。このような電磁式の電気−機械トランスデューサを用いた骨伝導応用製品は特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【０００３】
電磁式の電気−機械トランスデューサの発生力源は電磁力である。この電磁力は磁性体に施した巻線に電流を流すことによって発生するが、巻線の電気抵抗はエネルギー損失を生じ、電源から供給されるエネルギーの大半はジュール熱として放散する。そのため、電源から供給されるエネルギーが音響エネルギーとして使用される量は、わずかに１％にすぎないという欠点がある。また、電磁式の電気−機械トランスデューサは、低インピーダンスであるために電流が過剰になりやすく電源側の負荷が大きくなる。その結果、低音域では出力を制限しなければならず、低音領域での音響出力が不足するという欠点がある。
【０００４】
一方、少数ではあるが、圧電素子を用いた骨伝導用トランスデユーサの提案もなされている。圧電素子を用いた骨伝導用トランスデユーサには金属板と圧電材料を貼りあわせた圧電発音体として多く用いられている圧電ユニモルフ素子が音響振動発生素子として用いられている。このような圧電素子を用いた骨伝導用トランスデユーサは特許文献３及び特許文献４に開示されている。
【０００５】
しかしながら、前記の圧電ユニモルフ素子は共振周波数が１ｋＨｚ以上となるために共振周波数より低いいわゆる低音域の再生が不充分となり易いという欠点がある。また、振動系の機械的品質係数Ｑが高いために特定の周波数で振動の発生が強調されたり、逆に減衰したりするために自然な音の再生ができないという欠点もある。
【０００６】
これらの課題に対して発明者らは、既に検討を行い、複数の圧電セラミックス矩形板を弾性板の両面に平行に並べて張り合わせ、可撓性物質で表裏面もしくは全面を被覆した構成の音響振動発生素子を提案している。これらの音響振動発生素子は特許文献５に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２９６７７７７号公報
【特許文献２】特許第３３５８０８６号公報
【特許文献３】特開昭５９−１４０７９６号公報
【特許文献４】特開昭５９−１７８８９５号公報
【特許文献５】特開２００５−３１１４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献５に開示されている音響振動発生素子は、それ以前の音響振動発生素子に比べて大出力が得られ、歪みの少ない音響振動発生素子となっているが、振動放射面積が長さ３０ｍｍ、幅２４ｍｍ、厚さ４ｍｍと大きく、音漏れも多いという問題点もある。
【０００９】
従って、本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを課題とする。具体的には、小型で所望の周波数特性を満足し、かつ高出力（大きな駆動力）で音漏れが少ない音響振動発生素子を得ると共に、人体との接触部における振動の伝搬効率が良い、製造が容易な音響振動発生素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、本発明は、寸法、振動放射面積を縮小しても出力を維持することができるように、圧電バイモルフ素子を厚み方向に重ねる構造とすることをその要旨とする。
【００１１】
本発明によれば、複数の圧電バイモルフ素子を厚さ方向に弾性板を介して積層接合してなることを特徴とする音響振動発生素子が得られる。
【００１２】
本発明による音響振動発生素子は、複数個の圧電バイモルフ素子をその厚さを成す方向に弾性板を挟みながら積み重ねて接合し、積層構造とする。弾性体には、ウレタンゴムや発砲ウレタンゴム、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などヤング率が２０ＧＰａ以下の軟弾性体が適している。また、軟弾性体は板状にして軟弾性板とし、大きさや厚さ、配置する位置や数量は適宜設計すればよく、接合には接着剤を用いるのが良い。このような積層構造とすることにより、音響振動が放射される面積は圧電バイモルフ素子１個分の面積となり従来の圧電バイモルフ素子を横に並べた構造よりも小さな面積となる。さらに、面積は小さくとも所望の音圧が得られ小型で音漏れが少ない音響振動発生素子となる。
【００１３】
本発明によれば、前記圧電バイモルフ素子と前記弾性板との間に導体配線を表面に具備する絶縁シートが挟持されてなることを特徴とする音響振動発生素子が得られる。
【００１４】
本発明による音響振動発生素子は、積層接合した後で、各電極層から電極を取り出しても良いが、圧電バイモルフ素子を厚さ方向に重ねる際に導体配線を表面に具備する絶縁シートを挟みながら積層接合することにより導体配線を電極の取り出しとするのが良い。
【００１５】
本発明によれば、前記導体配線は前記圧電バイモルフ素子に電気的に接続され、前記絶縁シートはつづら折り状態を成し圧電バイモルフ素子に挟持されてなることを特徴とする音響振動発生素子が得られる。
【００１６】
本発明による音響振動発生素子に使用する導体配線を表面に具備する絶縁シートは、１枚からなるシートを、つづら折り状態にして、その間に圧電バイモルフ素子と弾性板が配置されるように積層接合する。本構成とすることで、使用する導体配線を表面に具備する絶縁シートは１枚で足り、音響振動発生素子の製造が簡素化する。
【００１７】
本発明によれば、前記導体配線を表面に具備する絶縁シートがフレキシブル基板であることを特徴とする音響振動発生素子が得られる。
【００１８】
本発明による音響振動発生素子に使用する導体配線を表面に具備する絶縁シートとして、例えば、ポリイミド樹脂の基材に銅箔によるパターン配線を施した、いわゆるフレキシブル基板とよばれる柔軟な素材で出来た基板を使用するのが好ましい。
【００１９】
本発明によれば、前記音響振動発生素子を可撓性物質で被覆してなることを特徴とする音響振動発生素子が得られる。
【００２０】
本発明による音響振動発生素子はウレタンやシリコーン樹脂などの可撓性物質で、全体或いは一部を被覆することで、耐侯性を向上させるのみならず、周波数特性や音圧などの音響特性を制御することが可能となる。
【００２１】
本発明によれば、前記圧電バイモルフ素子は、矩形状の圧電セラミックス単板からなることを特徴とする音響振動発生素子が得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、前記圧電バイモルフ素子は、複数の内部電極層と圧電セラミックス層を厚さ方向に積層し一層置きに共通の外部電極に接続した矩形状の積層圧電セラミックス板からなることを特徴とする音響振動発生素子が得られる。
【００２３】
本発明による音響振動発生素子に使用する圧電バイモルフ素子は、円板状の圧電バイモルフ素子を使用しても良いが、製造において材料のロスが少なく、加工が容易な矩形状とすることが好ましい。また、圧電バイモルフ素子を構成する、圧電セラミックス板は単板でも良いが、積層プロセスで製造される、複数の内部電極層と圧電セラミックス層を厚さ方向に積層し、一層置きに共通の外部電極に接続した積層圧電セラミックス板であっても良い。積層圧電セラミックス板を使用することで、駆動する電圧を下げることが出来るという効果が得られる。
【発明の効果】
【００２４】
前述の通り、本発明によれば、複数の圧電バイモルフ素子の間に弾性板を介して、可撓性物質で被覆した構成であるため、幅方向の寸法が小さくなり、高出力を維持しながらも小型化、また音漏れの減少が可能となる。
【００２５】
更に、圧電セラミックス矩形板を複数の内部電極と圧電セラミックス層の積層体とすることで、内部電極間隔を狭くすることができるので、音響振動発生素子を圧電セラミックス矩形板と同じ電界強度で駆動する場合は、駆動電圧の低電圧化が可能となる。
【００２６】
また、可撓性物質で表裏面もしくは全面を被覆した構成により、人体の音響インピーダンスに近づけることが可能で、振動体のＱを低下させ周波数特性を平坦化することが可能となる。フレキシブル基板を用いたことにより、圧電バイモルフ素子の結線が容易となり、量産性に富む製品が得られる。
【００２７】
従って、本発明によれば、小型で所望の周波数特性を満足し、かつ高出力（大きな駆動力）で音漏れが少ない音響振動発生素子を得ると共に、人体との音響整合が良い、製造が容易な音響振動発生素子を提供が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明による、音響振動発生素子は、複数個の圧電バイモルフ素子をその厚さを成す方向に弾性板を挟みながら積み重ねて接合し、積層構造とする。また、圧電バイモルフ素子と弾性板との間にフレキシブル基板をつづら折り状態にしながら配する。さらに、全体を可撓性物質で被覆する構造とする。
【００２９】
以下、具体的な例を挙げ、本発明の音響振動発生素子について図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は、実施例１による音響振動発生素子の斜視図である。本実施例では、弾性板１を介して２枚の圧電セラミックス単板２を接合した圧電バイモルフ素子３を２枚使用し、図１に示すように弾性板４を介して厚さ方向に積層接合して音響振動発生素子１１を作製した。
【００３１】
圧電セラミックス単板２は、ＮＥＣトーキン株式会社製圧電セラミックス（商品名ネペック１０）を用い、形状を３０ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍにし、表裏面に銀電極を焼付け、温度１００℃のシリコーンオイル中で１５０Ｖの直流電圧を印加して分極処理をした。
【００３２】
弾性板１は真鍮板を使用し、寸法を長さ３０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍとした。この弾性板１の両面に圧電セラミックス単板２をエポキシ系接着剤で張り合わせ圧電バイモルフ素子３とした。
【００３３】
弾性板４は、発砲ウレタンのシートを使用し、寸法を長さ３０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍとした。この弾性板４の両面に圧電バイモルフ素子３を両面テープで張り合わせ音響振動発生素子１１とした。
【実施例２】
【００３４】
図２は、実施例２による音響振動発生素子の断面図である。本実施例による音響振動発生素子１２では、実施例１と同様に弾性板１を介して２枚の圧電セラミックス単板２を接合した圧電バイモルフ素子３を２枚使用し、弾性板４の両面に圧電バイモルフ素子３を両面テープで張り合わせる構造としたが、弾性板４の両面に圧電バイモルフ素子３を両面テープで張り合わせる際に、図２に示すようにフレキシブル基板５をつづら折り状態にして、その間に弾性板４と圧電バイモルフ素子３が配置される構造にした。
【００３５】
図３は、実施例２によるフレキシブル基板の正面図である。本実施例で使用したフレキシブル基板５は、図３に示すように、ポリイミド樹脂の基材３１に銅箔による配線パターン３２を施した厚さ１５０μｍのシートを打ち抜きコの字型に加工したものを使用した。尚フレキシブル基板５には、つづら折り加工が容易な様に、切り欠き３３を設けた。フレキシブル基板５を挟みながら弾性体板の表裏面に、圧電バイモルフ素子３を１枚ずつ両面テープで張り合わせ、２枚の圧電バイモルフ素子が同方向に振動するようにフレキシブル基板５に導電接着剤で配線をし、音響振動発生素子１２とした。配線はリード線を半田付けする方法でもよいが、フレキシブル基板５を使用することで、結線が容易になり、量産性に富む音響振動発生素子となる。
【実施例３】
【００３６】
本実施例では、実施例１及び実施例２で使用した圧電セラミックス単板２を積層圧電セラミックス板に置き換えて音響振動発生素子を作製した。図４は、実施例３による音響振動発生素子の斜視図である。図４（ａ）は音響振動発生素子の斜視図であり、図４（ｂ）は積層圧電セラミックス板の斜視図である。本実施例による音響振動発生素子１３の構造は実施例２と同様にしたが、圧電セラミックス単板に変えて図４（ｂ）に示す積層圧電セラミックス板９を使用して音響振動発生素子１３とした。
【００３７】
本実施例で使用した積層圧電セラミックス板９は、圧電セラミックス層７の間に内部電極６を２層有する積層構造とした。図４（ｂ）に示した積層圧電セラミックス板９は、側面に銀電極を焼き付ける前の斜視図である。積層圧電セラミックス板９は出発原料として前述の圧電セラミックス単板と同じ材料用いた。厚さ３５μｍのグリーンシートを作製し、このグリーンシート上に、銀とパジウムからなる電極ペーストで所定の形状を内部電極パターンとして印刷し、この内部電極６を印刷したグリーンシートを４枚と、印刷しないグリーンシートとを交互に積層し、熱圧着し、１２００℃で焼結する。しかる後、対向する２側面に露出する内部電極６を接続するための銀電極を焼き付けた。
【実施例４】
【００３８】
図５は、実施例４による音響振動発生素子の透視斜視図である。本実施例では実施例３で得た音響振動発生素子１３の全面を可撓性物質８で被覆し、被覆された音響振動発生素子１４とした。但し、図５にはフレキシブル基板５は図示していない。可撓性物質８にはウレタンゴムを使用した。図６は実施例４による音響振動発生素子の断面図である。本実施例では音響振動発生素子１３全体に厚さが１〜２ｍｍとなるようにウレタンゴムを被覆し、被覆された音響振動発生素子１４とした。
【００３９】
ここで、比較するために、特許文献５に開示される音響振動発生素子も作製した。図７は従来の音響振動発生素子の透視斜視図であり、図８は従来の音響振動発生素子の断面図である。従来の音響振動発生素子１５は、金属弾性板２１の表裏面に３枚ずつ積層圧電セラミックス板２２を平行に並べて張り合わせ、実施例１と同じ可撓性物質２３で全面を被覆した構成とした。積層圧電セラミックス板２２は実施例３に使用したものと同じものを使用した。
【００４０】
また、フレキシブル基板の影響を考慮して、比較例としての従来の音響振動発生素子１５にもフレキシブル基板を採用した。図９は従来の音響振動発生素子用のフレキシブル基板の正面図である。材質は実施例２乃至３に使用したものと同じものを使用し、形状を図９に示すように従来の音響振動発生素子１５に合わせた。
【００４１】
次に、実施例４による被覆された音響振動発生素子１４と比較例として作製した従来の音響振動発生素子１５の音響出力を定量的に確認する為に、人工内耳（Ｂ＆Ｋ社製  Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｍａｓｔｏｉｄ  Ｔｙｐｅ  ４９３０）を用いて、振動発生力の測定を行った。図１０は、振動発生力の測定結果を示すグラフである。
【００４２】
図１０のグラフから明らかなように、実施例４による被覆された音響振動発生素子１４は寸法を小さくしても、従来品である音響振動発生素子１５と同等の出力が得られることが確認できた。
【００４３】
また、実施例４による被覆された音響振動発生素子１４と比較例として作製した従来の音響振動発生素子１５の音漏れを確認する為に、音響振動発生素子に１Ｖｒｍｓの正弦波を入力し、１０ｃｍ離れた場所にマイク（Ｂ＆Ｋ社製  ２６６５）を設置し、音漏れの測定を行った。図１１は、音漏れの測定結果を示すグラフである。
【００４４】
図１１に示すグラフから明らかなように、実施例４による被覆された音響振動発生素子１４は振動放射面積が縮小され、特に３ｋＨｚ以上の高周波数帯域における音漏れが減少していることが確認できた。
【００４５】
上記の如く、本発明によれば、小型で所望の周波数特性を満足し、かつ高出力（大きな駆動力）で音漏れが少ない音響振動発生素子を得ると共に、人体との音響整合が良い、製造が容易な音響振動発生素子の提供が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明による受話装置は、特に、騒音の激しい環境において音声信号を受信する受話装置として利用できるほか、オーディオ装置や携帯端末機器等の音声の受信に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例１による音響振動発生素子の斜視図。
【図２】実施例２による音響振動発生素子の断面図。
【図３】実施例２によるフレキシブル基板の正面図。
【図４】実施例３による音響振動発生素子の斜視図、図４（ａ）は音響振動発生素子の斜視図、図４（ｂ）は積層圧電セラミックス板の斜視図。
【図５】実施例４による音響振動発生素子の透視斜視図。
【図６】実施例４による音響振動発生素子の断面図。
【図７】従来の音響振動発生素子の透視斜視図。
【図８】従来の音響振動発生素子の断面図。
【図９】従来の音響振動発生素子用のフレキシブル基板の正面図。
【図１０】振動発生力の測定結果を示すグラフ。
【図１１】音漏れの測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４８】
１    弾性板
２    圧電セラミックス単板
３    圧電バイモルフ素子
４    弾性板
５、３０    フレキシブル基板
６    内部電極
７    圧電セラミックス層
８、２３    可撓性物質
９、２２    積層圧電セラミックス板
１１、１２、１３、１４    音響振動発生素子
１５    従来の音響振動発生素子
２１    金属弾性板
３１    基材
３２    配線パターン
３３    切り欠き
【図１】
2007221532.tif 000003
【図２】
2007221532.tif 000004
【図３】
2007221532.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007221532.tif 000007
【図６】
2007221532.tif 000008
【図７】
2007221532.tif 000009
【図８】
2007221532.tif 000010
【図９】
2007221532.tif 000011
【図１０】
2007221532.tif 000012
【図１１】
2007221532.tif 000013