(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、前記圧電素子に取り付けられた振動伝達手段と、前記振動伝達手段により取り付けられたコーン型振動板と、を備え、
前記振動伝達手段は支持杆であり、
前記圧電素子と、前記振動伝達手段と、前記コーン型振動板を含む振動系を全振動系とし、該全振動系の重心と、前記全振動系を取り付け部材に取り付ける位置とを、振動方向に直交する方向において実質的に一致させるようにしたことを特徴とする圧電スピーカ装置。
【請求項２】
圧電素子と、前記圧電素子に取り付けられた振動伝達手段と、前記振動伝達手段により取り付けられたコーン型振動板と、を備え、
前記圧電素子と、前記振動伝達手段と、前記コーン型振動板を含む振動系を全振動系とし、該全振動系から前記圧電素子を除いた振動系の重心と、前記全振動系を取り付け部材に取り付ける位置とを、振動方向に直交する方向において実質的に一致させると共に、前記圧電素子の重心と前記全振動系から前記圧電素子を除いた振動系の重心とを振動方向に直交する方向において実質的に一致させるようにしたことを特徴とする圧電スピーカ装置。
【請求項３】
前記振動伝達手段が前記振動板の一部を内側に折り返して形成されていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の圧電スピーカ装置。
【請求項４】
前記振動板を振動方向に対して移動自在に支持するための振動板支持手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電スピーカ装置。
【請求項５】
前記圧電素子の外周に振動低減部材を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電スピーカ装置。
【請求項６】
前記振動伝達手段は支持杆であることを特徴とする請求項２に記載の圧電スピーカ装置。
【請求項７】
前記振動板の所定部に前記圧電素子の駆動により発生する振動に係る振幅を軽減するための振動吸収手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の圧電スピーカ装置。
【請求項８】
前記振動吸収手段はダンパであることを特徴とする請求項７に記載の圧電スピーカ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を用いた圧電スピーカ装置に関し、とくに圧電素子の配置技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧電スピーカ装置は、主として中低音用に使用する圧電スピーカ装置として、平面振動板に圧電素子が取り付けられているものが存在していた。例えば、特開平７−２１３９９７号公報に記載の圧電スピーカ装置は、平面振動板の両面に接するように圧電素子が取り付けられており、また、圧電素子の振動数を落として所望の周波数（例えば比較的低い周波数）で振動させるための重りを圧電素子の所定位置に備えている。
【０００３】
また、主として高音用に使用する圧電スピーカ装置として、コーン形振動板のコーン形状の外側に圧電素子が取り付けられているものが存在していた。通常、この圧電素子は振動板のみで支持されるが、圧電素子の重心を支持するために他の部材（例えば、スピーカのフレームやケース等）に固定する場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、平面形振動板の場合、高音再生が困難で、再生帯域が狭いという問題点がある。
【０００５】
また、従来の高音用圧電スピーカの構造では、少なくとも圧電素子分の厚みが必要となり、スピーカ装置を薄形に出来ないという問題点がある。
【０００６】
また、通常、振動板の周辺で振動系の支持を行う場合、重心を支持することが出来ないという問題点がある。
【０００７】
また、圧電素子をフレーム等に固定する場合、圧電素子を固定するために所定の部材が必要となり、コストがかかる。また、所定の部材の分だけ厚みが増すため薄形化できないという問題点がある。
【０００８】
また、高音用圧電スピーカの構造では、例えば、車輌等のドアに装着する際、ドア内部に発生する湿気等により圧電素子に水分が付着し、その圧電素子が駆動できなくなる場合がある。
【０００９】
そこで本発明は、圧電素子を所定位置に配置することで、薄形化、軽量化、防水、コストダウンを図れると共に、再生帯域を広くすることができる圧電スピーカを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１１】
本発明の圧電スピーカ装置（１００）は、圧電素子（５）と、前記圧電素子に取り付けられた振動伝達手段と、前記振動伝達手段により取り付けられたコーン型振動板（１５）と、を備え、前記振動伝達手段は支持杆（１０）であり、前記圧電素子と、前記振動伝達手段と、前記コーン型振動板を含む振動系を全振動系とし、該全振動系の重心と、前記全振動系を取り付け部材（３０）に取り付ける位置とを、振動方向に直交する方向において実質的に一致させるようにしている。
【００１２】
このようにすれば、全振動系の重心を、全振動系を取り付け部材に取り付ける位置に合わせるようにしているので、全振動系が安定して振動するとともに、長時間にわたる振動による変形を防止できる。また、圧電素子をコーン型振動板の内部に安定して配置できるので、薄型化が図れる。さらに、振動伝達手段として支持杆を用いることにより、圧電素子をコーン型振動板の内部中空の所定位置に配置することができる。
【００１３】
また、圧電素子と、前記圧電素子に取り付けられた振動伝達手段と、前記振動伝達手段により取り付けられたコーン型振動板と、を備え、前記圧電素子と、前記振動伝達手段と、前記コーン型振動板を含む振動系を全振動系とし、該全振動系から前記圧電素子を除いた振動系の重心と、前記全振動系を取り付け部材に取り付ける位置とを、振動方向に直交する方向において実質的に一致させると共に、前記圧電素子の重心と前記全振動系から前記圧電素子を除いた振動系の重心とを振動方向に直交する方向において実質的に一致させるようにしてもよい。
【００１４】
このようにすれば、圧電素子を除く振動系の重心と、圧電素子の重心と、を合わせ、その重心を全振動系を取り付け部材に取り付ける位置に合わせるようにしているので、全振動系が安定して振動するとともに、長時間にわたる振動による変形を防止できる。また、上記重心をすべて一致させることにより、ダンパ等がなくても全振動系を安定して振動させることができる。また、圧電素子をコーン型振動板の内部に安定して配置できるので、薄型化が図れる。
【００１５】
また、前記振動伝達手段は支持杆（１０）であってもよい。
【００１６】
このようにすれば、圧電素子をコーン型振動板の内部中空の所定位置に配置することができる。
【００１７】
また、前記振動伝達手段が前記振動板の一部を内側に折り返して形成されていてもよい。
【００１８】
このようにすれば、最小限の部材でコーン型振動板に直接圧電素子を安定して支持できるとともに、コーン型振動板の内部に圧電素子を安定して配置できるので、薄型化、軽量化、及びコストダウン化を図れる。
【００１９】
また、前記振動板を振動方向に対して移動自在に支持するための振動板支持手段（１７）を備えていてもよい。
【００２０】
このようにすれば、外部からの振動等において、振動板支持手段が容易に弾性変形するので、振動板の振動が阻害されない。また、振動伝達手段のみで圧電素子が支持されていても柔らかい支持ができる。
【００２１】
また、前記圧電素子の外周に振動低減部材（４０）を備えていてもよい。
【００２２】
このようにすれば、圧電素子の単体での振動数を、可聴域より低い所望の低周波に低減することができる。また、振動低減部材は慣性質量体としての作用をなすため、特定の周波数以上でほぼ静止するようにできる。
【００２３】
また、前記振動板の所定部に前記圧電素子の駆動により発生する振動に係る振幅を軽減するための振動吸収手段を備えていてもよい。また、前記振動吸収手段はダンパ（２０）であってもよい。
【００２４】
このようにすれば、振動系の重心をしっかりと支持できるので、低音再生時及び大音量の再生時の強い振動に対応できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を参照して、本発明による圧電スピーカ装置の各実施形態について説明する。
【００２６】
―第１の実施形態―
図１は第１の実施形態の圧電スピーカ装置を示す断面図である。
【００２７】
図１に示すように、第１の実施形態の圧電スピーカ装置１００は、円形状の圧電素子５と、この圧電素子５の駆動により発生する振動を伝達するための振動伝達手段としての支持杆１０と、支持杆１０により伝達された振動を受けて音を発生するためのコーン型振動板１５と、振動板１５の外周縁側に設けたエッジ部材１７を備えている。エッジ部材１７の外周の周辺は取り付け部材３０に取り付けられる。取り付け部材３０は例えばフレームや筺体などにより構成される。
【００２８】
また、圧電素子５はロッシェル塩やチタン酸バリウムなどの圧電物質による圧電効果を利用した容量性のインピーダンスを有する圧電素子である。
【００２９】
この圧電素子５は例えば２枚の素子片および電極（正電極および負電極）を積層したバイモルフ型の構造を有する。この圧電素子の入力端にオーディオ信号に応じた電圧を印加することにより、円形状の圧電素子の周縁を基準として圧電物質全体が半径方向に伸び縮みすることにより円板の中心軸に沿って振動する。
【００３０】
圧電素子５は、振動方向の一方の表面中央部から垂直方向に支持杆１０の一方に支持されている。即ち、圧電素子５は、支持杆１０のみによりコーン型振動板１５の内部中空に支持される。また、支持杆１０の他方は、振動板１５の基端部Ｃに取り付けられる。
【００３１】
振動板１５は基端部Ｃから自由端部となる外周縁に放射状に延びるように形成されたコーン型である。また、この振動板１５は紙あるいは薄い樹脂シート等により構成することができる。また、振動板１５の外周縁側にはエッジ部材１７を備えている。このエッジ部材１７は、振動板１５を振動方向（放音方向）に対して移動自在に支持するための振動板支持手段として機能する。
【００３２】
また、振動板１５の周辺部は、それぞれフレーム部材や筺体などの取り付け部材３０に取り付けられ固定されている。
【００３３】
なお、振動板１５は柔軟なエッジ部材１７を介して取り付け部材３０に取り付けられているため、とくにエッジ部材１７が容易に弾性変形する。このため振動板１５の振動が阻害されることはない。また、このエッジ部材１７により支持杆１０のみで圧電素子５が支持されていても柔らかい支持ができる。
【００３４】
圧電素子５、支持杆１０、コーン型振動板１５及びエッジ部材１７により全振動系を構成している。そして、この全振動系の重心Ｘを、圧電スピーカ装置１００が振動する方向に対して直交する方向において、圧電スピーカ装置１００を取り付け部材３０に固定する位置Ｙに実質的に一致させる。具体的には、エッジ部材１７の周辺を取り付け部材３０に取り付ける位置Ｙと全振動系の重心Ｘを振動方向に対して直交する方向において一致させるようにする。
【００３５】
圧電素子５は振動方向に対して直交する方向に配置されると共に、支持杆１０を介してコーン型振動板１５の内側に取り付けられている。
【００３６】
次に、第１の実施形態の圧電スピーカ装置の動作について説明する。圧電素子５に音声信号を供給すると、中央部が図１において左右方向に振動するように撓み変形（振幅）する。また、振動伝達部材としての支持杆１０に備えられた振動板１５は圧電素子５の振幅によって駆動され、振動板１５から効率的に再生音が放出される。また、振動板１５がコーン型であるため、再生帯域が広く取れる。
【００３７】
以上のように、本実施形態の圧電スピーカ装置１００は、全振動系の重心Ｘを、振動方向に対して直交する方向においてエッジ部材１７の周辺を取り付け部材３０に取り付ける位置Ｙに実質的に一致させる。また、圧電素子５は振動方向に対して直交する方向に配置され、支持杆１０を介してコーン型振動板１５の内側に取り付けられている。
【００３８】
このため、全振動系と個々の振動系とを安定して配置できるので、全振動系が安定して振動するとともに、長時間にわたる振動による変形を防止できる。また、圧電素子をコーン型振動板の内部に安定して配置できるので、薄型化が図れる。
【００３９】
―第２の実施形態―
以下、図２を参照して、本発明による第２の実施形態について説明する。なお、図２において、図１と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００４０】
図２は第２の実施形態の圧電スピーカ装置を示す断面図である。
【００４１】
本実施形態の圧電スピーカ装置１０５においては、振動方向に直交する方向において、全振動系（圧電素子５、支持杆１０、コーン型振動板１５及びエッジ部材１７）から圧電素子５を除く振動系の重心Ａを、振動系を取り付け部材３０に取り付ける位置（エッジ部材１７の周辺を取り付け部材３０に取り付ける位置）Ｙに実質的に一致させる。また、これと共に、振動系の重心Ａと圧電素子５の重心Ｂとを、振動方向に直交する方向あるいは同一位置において実質的に一致させる。つまり、位置Ｙと重心Ａ、Ｂは同一垂直線上においてほぼ一致するように配置される。
【００４２】
この第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、全振動系の重心を、振動方向に対して直交する方向において、圧電スピーカ装置１０５を取り付け部材３０に固定する位置Ｙに実質的に一致させている。また、圧電素子５は振動方向に対して直交する方向に配置され、支持杆１０を介してコーン型振動板１５の内側に取り付けられている。
【００４３】
このため、全振動系と個々の振動系とを安定して配置できるので、全振動系が安定して振動するとともに、長時間にわたる振動による変形を防止できる。また、図２では後述するようにダンパ２０を設けてはいるが、上記重心をすべて一致させることにより、ダンパ２０等がなくても全振動系を安定して振動させることができる。また、圧電素子をコーン型振動板の内部に安定して配置できるので、薄型化が図れる。
【００４４】
なお、振動板１５の外周面１５ａの所定部には、ダンパ２０を設けてもよい。このダンパ２０は、全振動系が振動方向に並行に振動するように機能し、圧電素子５の駆動により発生する振動に係る振幅を軽減するための振動吸収手段としても機能する。
【００４５】
ダンパ２０はフレームや筐体などの取り付け部材３１に取り付けられる。この取り付け部材３１は取り付け部材３０と同じ部材でもよい。
【００４６】
このように、ダンパ２０などのように振動板１５を複数の手段で支持する必要がなく、少なくとも振動板５の外周（エッジ部材１７）のみで取り付けられ支持できるため、取り付け部材３０としてのフレームや筺体を例えば円環形状の簡単な構成のものでよく、またダンパの外周部を貼付する部分を必要としない。このため、本圧電スピーカ装置を車載用スピーカ装置に適用した場合、車輌のドアの開口部に直接エッジ部材１７を貼り付けることができ、薄型で軽量の車載用ドアマウントタイプのスピーカ装置を提供できる。しかも、コストダウンが図れ、かつ安定した振動特性を得ることができる。
【００４７】
―第３の実施形態―
以下、図３を参照して、本発明による第３の実施形態について説明する。なお、図３において、図１及び図２と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００４８】
図３は第３の実施形態の圧電スピーカ装置を示す断面図である。
【００４９】
図示のように、第３の実施形態の圧電スピーカ装置１１０は、図１に示す支持杆１０に代えて、振動板１５の所定部を折り返して形成される折り返し部２５を備え、その基端部に振動方向に対して直交する方向に圧電素子５を取り付けたものである。圧電素子５は振動方向に対し一方の表面中央部をその基端部によって支持され、中空に配置される。また、折り返し部２５を折り返した振動板１５の所定部とエッジ部材１７には、この振動系を支持するために複数のダンパ２０、２０を備えている。
【００５０】
図４は、圧電素子の外周に振動低減部材を取り付けた際の状態を示し、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は振動状態図である。
【００５１】
図３および図４（ａ）に示すように、圧電素子５の外周縁には、振動低減部材としての重り４０を取り付ける。この重り４０は、圧電素子５の単体での振動数を、所望の低周波に低減するとともに、振動の振幅を増幅するものである。これにより、圧電素子５に音声信号が供給されると、圧電素子５は左右方向に振動するように撓み変形する。その際、重り４０は慣性質量体としての作用をなすため、重りは慣性力によってもとの位置に停止し続けようとするので、図４（ｂ）の矢印に示すように、圧電素子５の中心部が左右方向に振幅する。また、圧電素子５に所定の音声信号が供給され振動すると特定周波数での共振が抑制され、その特定周波数以上ではほぼ静止する。
【００５２】
また、圧電素子５は、振動系の重心Ａと中心支持点Ｄとが実質的に一致する位置に振動方向に対し直交する方向に取り付けられる。この中心支持点Ｄとは、図３に示すようにダンパ２０とエッジ部材１７の２箇所で振動系を支持しているときの、この２箇所の中心をいう。
【００５３】
また、希望の低周波に低減するために重り４０を重くする場合は、特に中心支持点Ｄ（圧電素子５の取り付け位置）を振動系の重心Ａに合わせることが必要である。
【００５４】
以上のように、本実施形態の圧電スピーカ装置１１０は、圧電素子５を振動系の重心Ａと中心支持点Ｄとが実質的に一致するように、振動方向に対して直交する方向に配置されるとともに、コーン型振動板１５の所定部を折り返してなる折り返し部２５の基端部を介して、コーン型振動板１５の内側に取り付けられているため、最小限の部材でコーン型振動板１５に直接、圧電素子５を安定して支持できるとともに、コーン型振動板１５の内部に圧電素子５を安定して配置できるので、薄型化、軽量化、及びコストダウン化を図れる。
【００５５】
図５は、振動系の重心Ａと圧電素子の重心Ｂとが一致していない場合の圧電スピーカ装置を示す断面図である。
【００５６】
図示のように、振動系の重心Ａと圧電素子５の重心Ｂとが一致しない位置に圧電素子５が配置されている場合は、圧電素子５の駆動により発生する振動により圧電素子５の支持が不安定となり図示のように傾いてしまう。また、低域の再生を良好とするために、エッジ部材１７を柔らかくした場合には、全振動系の自重により、長時間経過すると同様に傾いてしまう。しかし、本発明の第２の実施形態（図２）に示すように、圧電素子５の重心Ｂを振動系の重心Ａと一致させると共に、振動系の取り付け位置Ｙと実質的に一致するように、振動方向に対して直交する方向に配置することにより、圧電素子５の駆動によっても安定して支持される。
【００５７】
また、車輌のドア等に本実施形態に係る圧電スピーカ装置１００、１０５、１１０を取り付ける場合は、コーン型の振動板１５の外側をドアの内部側に向けて取り付ける。これにより、ドア内部に発生する湿気等により圧電素子５が濡れることを防止できる。
【００５８】
本発明は以上の実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、振動系を支持するためのダンパ等を用いる場合は、その本数等は適宜変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の圧電スピーカ装置を示す断面図である。
【図２】第２の実施形態の圧電スピーカ装置を示す断面図である。
【図３】第３の実施形態の圧電スピーカ装置を示す断面図である。
【図４】圧電素子の外周に振動低減部材を取り付けた際の状態を示し、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は振動状態図である。
【図５】振動系の重心Ａと圧電素子の重心Ｂとが一致していない場合の圧電スピーカ装置を示す断面図である。
【符号の説明】
５  圧電素子
１０  支持杆
１５  振動板
１７  エッジ部材
２０  ダンパ
３０  取り付け部材
４０  重り
【図１】
0003922439.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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