JP2016184786A - 音響発生装置およびそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】枠体の不要な振動による音響の悪化が低減された音響発生装置およびそれを用いた電子機器を提供する。
【解決手段】第１方向側に位置するパネル２１ａ及び第１方向と反対方向である第２方向側に位置するパネル２１ｂを有する筐体２１と、パネル２１ａに設けられた貫通孔２４の周縁に設けられた枠体５と、枠体５に周縁部が接合された振動体３と、振動体３に設けられた励振器と、枠体５とパネル２１ｂとの間に配置されており、第１方向側の端が枠体５に接合され、第２方向側の端がパネル２１ｂに接合された、複数の支柱４１ａ、４１ｂとを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、音響発生装置およびそれを用いた電子機器に関するものである。

従来、枠体の内側に張ったフィルムを圧電素子で振動させて音響を発生させる音響発生器を、筐体のパネルに形成した貫通孔に取り付けて構成した音響発生装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００２−１１２３８９

上述した音響発生装置では、枠体に接合された部分が固定端となるようにフィルムが振動することが良好な音響を発生させる上で望ましい。しかしながら、上述した従来の音響発生装置においては、枠体に不要な振動が生じて発生する音響が悪化するという問題があった。

本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、枠体の不要な振動による音響の悪化が低減された音響発生装置およびそれを用いた電子機器を提供することにある。

本発明の音響発生装置は、第１方向側に位置する第１パネルおよび前記第１方向と反対方向である第２方向側に位置する第２パネルを有する筐体と、前記第１パネルに設けられた貫通孔の周縁に設けられた枠体と、該枠体に周縁部が接合された振動体と、該振動体に設けられた励振器と、前記枠体と前記第２パネルとの間に配置されており、前記第１方向側の端が前記枠体に接合され、前記第２方向側の端が前記第２パネルに接合された、複数の支柱と、を有している。

本発明の電子機器は、前記音響発生装置と、該音響発生装置に接続された電子回路とを有している。

本発明の音響発生装置によれば、枠体の不要な振動による音響の悪化が低減された音響発生装置を得ることができる。本発明の電子機器によれば、良好な音響を発生させることが可能な電子機器を得ることができる。

本発明の第１実施形態の音響発生装置を模式的に示す斜視図である。 図１のＡ−Ｂ線断面図である。 図１のＣ−Ｄ線断面図である。 本発明の第１実施形態の音響発生装置を模式的に示す平面図である。 本発明の第２実施形態の音響発生装置を模式的に示す平面図である。 本発明の第３実施形態の電子機器の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態である音響発生装置およびそれを用いた電子機器を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面においては、互いに直交するｘ軸，ｙ軸，ｚ軸からなる直交座標によって方向を表している。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の音響発生装置を模式的に示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ｂ線断面図である。図３は、図１のＣ−Ｄ線断面図である。図４は、本発明の第１実施形態の音響発生装置を模式的に示す平面図である。なお、図４は、−ｚ方向から見た状態を示しており、パネル２１ｂを透視した状態を示している。本実施形態の音響発生装置は、図１〜図４に示すように、励振器１と、振動体３と、枠体５と、樹脂層２０と、筐体２１と、複数の支柱（支柱４１ａ，支柱４１ｂ，支柱４１ｃ，支柱４１ｄ）とを有している。

枠体５は、同一形状を有する枠体５ａおよび枠体５ｂによって構成されている。枠体５ａおよび枠体５ｂは、それぞれ矩形の枠状の形状を有しており、例えば０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の厚みを有している。また、枠体５ａおよび枠体５ｂは、ｘ軸方向に長い形状を有している。枠体５ａおよび枠体５ｂは、種々の材料を用いて形成することができるが、高い剛性を有していることが望ましい。例えば、硬質樹脂、プラスチック、エンジニアリングプラスチック等の樹脂や、セラミックスや、ステンレス等の金属や、各種セラミクスなどを用いて、枠体５ａおよび枠体５ｂを形成することができる。なお、枠体５ａおよび枠体５ｂの形状は、矩形に限定されるものではなく、例えば、６角形状や楕円形状であっても構わない。

振動体３は、扁平な形状を有しており、詳細には、フィルム状（膜状）の形状を有している。また、振動体３は、ｘ軸方向に長い矩形状の平面形状を有している。また、振動体３は、種々の材料を用いて形成することができ、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリスチレン等の樹脂や、パルプや繊維等からなる紙や、薄い金属等によって振動体３を形成することができる。振動体３の厚みは、例えば、１０〜２００μｍとされる。また、振動体３は、扁平な形状を有していれば良く、例えば、板状であっても構わない。

そして、振動体３は、張力をかけられた状態で、矩形状の周縁部の全体を枠体５ａおよび枠体５ｂで挟み込まれて接着剤によって接合されており、枠体５ａおよび枠体５ｂによって振動可能に支持されている。なお、例えば、枠体５ｂを有さない場合には、例えば、枠体５ａの＋ｚ方向の表面に振動体３を接合してもよく、枠体５ａの内側の側面に振動体３を接合してもよい。

励振器１は、矩形の板状の形状を有する圧電素子である。そして、励振器１は、＋ｚ方向側の表面の全体が、振動体３の−ｚ方向側の表面に接合されている。詳細な図示を省略するが、励振器１は、圧電セラミックスからなる圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなる積層体と、この積層体の表面に形成された表面電極とで構成されている。なお、内部電極層は、積層体の長手方向（ｘ軸方向）の両端面に交互に引き出されており、それぞれ表面電極に接続されている。また、励振器１の振動体３側の主面と振動体３とは、例えば、接着剤や両面テープ等によって接着されている。

励振器１の圧電体層としては、ジルコン酸鉛（ＰＺ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等、従来用いられている圧電セラミックスを用いることができる。励振器１の内部電極層は、既知の種々の金属材料を用いて形成することができる。例えば、銀とパラジウムとからなる金属
成分と圧電体層を構成する材料成分とを含有する材料を用いることができる。励振器１の表面電極は、既知の種々の金属材料を用いて形成することができる。例えば、銀からなる金属成分およびガラス成分を含有する材料を用いることができる。

励振器１は、バイモルフ型の圧電素子とされており、図示せぬ配線を介して表面電極に電気信号が入力されたときに、任意の瞬間において、厚み方向（ｚ軸方向）における一方側と他方側とで伸縮が逆になるようにされている。よって、励振器１は、電気信号が入力されるとｚ軸方向に屈曲振動し、それによって振動体３を屈曲振動させる。そして、振動体３が振動することによって音響が発生する。なお、励振器１として、例えば、電気信号が入力されて伸縮振動する圧電素子と金属板とを張り合わせて構成したモノモルフ型の振動素子を用いても構わない。

樹脂層２０は、励振器１を埋設するように、枠体５ａの内側の全体に渡って充填されている。樹脂層２０は、既知の種々の材料を用いて形成することができる。例えば、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂等の樹脂や、あるいはゴム等を用いることができる。また、樹脂層２０の厚みは、励振器１を完全に覆う程度の厚みであることが望ましい。樹脂層２０は振動体３とともに振動し、樹脂層２０の−ｚ方向側の表面からも音響が発生する。なお、樹脂層２０は必須ではなく、場合によっては無くても構わない。

筐体２１は、直方体の箱状の形状を有しており、パネル２１ａ，パネル２１ｂ，パネル２１ｃ，パネル２１ｄ，パネル２１ｅ，パネル２１ｆ，パネル２１ｇが接合されて構成されている。各々のパネル（２１ａ〜２１ｇ）は、矩形の板状の形状を有している。

＋ｚ方向側に配置されたパネル２１ａと、−ｚ方向側に配置されたパネル２１ｂとは、ｚ軸方向に間隔をあけて対向するように配置されている。そして、パネル２１ａおよびパネル２１ｂの＋ｘ方向の端部同士が、パネル２１ｃによって全体的に接続されており、パネル２１ａおよびパネル２１ｂの−ｘ方向の端部同士が、パネル２１ｄによって全体的に接続されており、パネル２１ａおよびパネル２１ｂの＋ｙ方向の端部同士が、パネル２１ｆによって全体的に接続されている。

そして、パネル２１ａおよびパネル２１ｂの−ｙ方向の端部同士は、＋ｘ方向の端部を除いて、パネル２１ｅによって接続されている。パネル２１ｅの＋ｘ方向の端部には＋ｙ方向に伸びるパネル２１ｇが配置されており、パネル２１ｇとパネル２１ｃとの間には隙間が形成されている。パネル２１ｇ，パネル２１ｃ，パネル２１ａおよびパネル２１ｂによって囲まれた空間によってダクト２３が形成されており、筐体２１の内部空間２２と、外部空間とが、ダクト２３を介して接続されている。これにより、樹脂層２０の−ｚ方向側の表面で発生した音響を、内部空間２２内で共鳴させて、ダクト２３から外部空間へ放射することができる。

なお、筐体２１の外形は直方体状に限定されるものではなく、例えば、正十二面体や、三角柱状や、円柱状であっても構わない。また、筐体２１は、ある程度の剛性を有していることが望ましく、例えば、木材、合成樹脂、金属等の既知の材料を用いて形成することができる。

そして、パネル２１ａには矩形の貫通孔２４が形成されており、パネル２１ａの−ｚ方向側の表面の貫通孔２４の周縁に、枠体５ｂの＋ｚ方向側の表面が接合されている。このようにして、貫通孔２４が振動体３によって塞がれており、貫通孔２４を介して振動体３の＋ｚ方向の主面が外部空間に露出している。

４つの支柱（４１ａ〜４１ｄ）は、それぞれｚ軸方向に長い円柱状の形状を有しており
、枠体５ａとパネル２１ｂとの間に、互いに間隔を開けて配置されている。詳細には、４つの支柱（４１ａ〜４１ｄ）は、矩形状の枠体５ａの四隅に、それぞれ１本ずつ配置されている。そして、支柱（４１ａ〜４１ｄ）の各々は、＋ｚ方向側の端が枠体５ａに接合されており、−ｚ方向側の端がパネル２１ｂに接合されている。

なお、支柱（４１ａ〜４１ｄ）の外形は円柱状に限定されるものではなく、例えば、角柱状や、楕円柱状であっても構わない。また、支柱の中央部が凹んでいても良く、膨らんでいても構わない。また、支柱（４１ａ〜４１ｄ）は、剛性が高いことが望ましく、例えば、木材、合成樹脂、金属等の既知の材料を用いて形成することができる。そして、支柱（４１ａ〜４１ｄ）の各々の直径は、枠体５の幅と同じか、それより小さい方が望ましいく、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度に設定される。また、支柱（４１ａ〜４１ｄ）の各々の長さは、枠体５ａとパネル２１ｂとの間隔と同じか、それよりも若干長くするのが望ましい。それにより、パネル２１ａと支柱（４１ａ〜４１ｄ）とによって枠体５を圧迫することができるため、枠体５の振動を効果的に低減することができる。

上述したように、本実施形態の音響発生装置は、筐体２１と、枠体５と、振動体３と、励振器１と複数の支柱（４１ａ〜４１ｄ）とを有している。筐体２１は、パネル２１ａおよびパネル２１ｂを有している。パネル２１ａは、第１方向（＋ｚ方向）側に位置しており、パネル２１ｂは、第１方向（＋ｚ方向）と反対方向である第２方向（−ｚ方向）側に位置している。枠体５は、パネル２１ａに設けられた貫通孔２４の周縁に設けられている。振動体３は、枠体５に周縁部が接合されている。励振器１は振動体３に設けられている。複数の支柱（４１ａ〜４１ｄ）は、枠体５とパネル２１ｂとの間に配置されており、第１方向（＋ｚ方向）側の端が枠体５に接合され、第２方向（−ｚ方向）側の端がパネル２１ｂに接合されている。このような構成を有する本実施形態の音響発生装置は、枠体５の振動を抑制することができるので、枠体５の振動に起因する音響の悪化を低減することができる。

支柱（４１ａ〜４１ｄ）を有さない場合、筐体２１の剛性が不足すると枠体５の固定が不完全となり、枠体５に振動が発生する。枠体５の固定が不完全であると、振動体３の枠体５に接合された部分が固定端ではなくなるため、振動の乱れや減衰が生じ、発生する音響が悪化する（音質や音圧が低下する）。本実施形態の音響発生装置は、支柱（４１ａ〜４１ｄ）によって枠体５の振動を低減することができ、枠体５の振動に起因する音響の悪化を低減することができる。

また、本実施形態の音響発生装置では、枠体５は、パネル２１ａと複数の支柱（４１ａ〜４１ｄ）とによって挟まれている。これにより、枠体５のｚ軸方向の振動を効果的に低減することができるので、枠体５の振動に起因する音響の悪化を更に低減することができる。

また、本実施形態の音響発生装置では、複数の支柱（４１ａ〜４１ｄ）は、枠体５に沿って互いに間隔を開けて配置されている。これにより、樹脂層２０の−ｚ方向側の表面で発生する音響が支柱で囲まれた空間内で共鳴することによる音響の悪化を低減することができる。

また、本実施形態の音響発生装置では、枠体５は矩形状であり、枠体５の四隅にそれぞれ支柱（４１ａ〜４１ｄ）が設けられている。これにより、少ない支柱で効果的に枠体５の振動を抑制することができるので、枠体５の振動による音響の悪化と、樹脂層２０の−ｚ方向側の表面で発生する音響が支柱で囲まれた空間内で共鳴することによる音響の悪化と、の両方を防止することができる。

本実施形態の音響発生装置は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を添加して掻き混ぜて、スラリーを作製する。圧電材料としては、鉛系、非鉛系のうちいずれでも使用することができる。次に、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを作製する。このグリーンシートに導体ペーストを印刷して内部電極となる導体パターンを形成し、この導体パターンが形成されたグリーンシートを積層して、積層成形体を作製する。

次に、この積層成形体を脱脂、焼成し、所定寸法にカットすることにより積層体を得ることができる。必要に応じて、積層体の外周部を加工する。次に、積層体の表面に、導体ペーストを印刷して表面電極層となる導体パターンを形成する。そして、所定の温度で電極の焼付けを行うことにより、励振器１となる構造体を得ることができる。その後に、励振器１に圧電性を付与するために表面電極に直流電圧を印加して、励振器１の圧電体層の分極を行う。このようにして励振器１を得ることができる。

次に、張力をかけた状態の振動体３の周縁部を、枠体５ａおよび枠体５ｂで挟んで接着剤で接合し、励振器１を接着剤で振動体３に接合する。そして、パネル２１ａの貫通孔２４の周縁部に枠体５ｂを接着剤で接合した後に、支柱（４１ａ〜４１ｄ）およびパネル（２１ａ〜２１ｇ）を接着剤で接合して筐体２１を形成する。このようにして、本実施形態の音響発生装置を得ることができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態の音響発生装置を模式的に示す平面図である。なお、図５は、−ｚ方向から見た状態を示しており、パネル２１ｂを透視した状態を示している。また、本実施形態においては、前述した第１実施形態の音響発生装置と異なる点について説明し、同様の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。

本実施形態の音響発生装置は、図５に示すように、４本の支柱（４１ａ〜４１ｄ）に加えて、支柱４１ｅおよび支柱４１ｆを有している。それ以外は、前述した第１実施形態の音響発生装置と同じである。支柱４１ｅは、矩形状の枠体５の２つの長辺の一方の中央部に位置するように配置されており、支柱４１ｆは、枠体５の２つの長辺の他方の中央部に位置するように配置されている。支柱４１ｅおよび支柱４１ｆは、材質も形状も４本の支柱（４１ａ〜４１ｄ）と同じであり、＋ｚ方向側の端が枠体５ａに接合されており、−ｚ方向側の端がパネル２１ｂに接合されている。

本実施形態の音響発生装置は、支柱４１ｅおよび支柱４１ｆを有することから、枠体５の振動を更に抑制することができるので、枠体５の振動に起因する音響の悪化を更に低減することができる。

また、枠体５の２つの長辺の中央部に加えて、枠体５の２つの短辺の中央部にも支柱を配置するようにしてもよい。すなわち、枠体５の四隅に加えて枠体５の四辺の中央にそれぞれ支柱が設けられるようにしてもよい。これにより、枠体５の振動を更に抑制することができるので、枠体５の振動に起因する音響の悪化を更に低減することができる。なお、支柱の数を更に増やすと、枠体５の振動は更に抑制できるが、樹脂層２０の−ｚ方向側の表面で発生した音響の内部空間２２での共鳴の妨げが大きくなるため、その点に於いて、支柱の数を多くすることはあまり好ましくない。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態の電子機器の構成を示すブロック図である。本実施形態の電子機器は、図６に示すように、音響発生装置２９と、電子回路６０と、キー入力部５０ｃと、マイク入力部５０ｄと、表示部５０ｅと、アンテナ５０ｆとを有している。なお
、図６は、例えば、携帯電話、タブレット端末、あるいはパーソナルコンピュータのような電子機器を想定したブロック図である。

電子回路６０は、制御回路５０ａと、通信回路５０ｂとを有している。また、電子回路６０は、音響発生装置２９に接続されており、音響発生装置２９へ音声信号を出力する機能を有している。制御回路５０ａは、電子機器の制御部である。通信回路５０ｂは、制御回路５０ａの制御に基づき、アンテナ５０ｆを介してデータの送信や受信などを行う。

キー入力部５０ｃは、電子機器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５０ｄは、同じく電子機器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５０ｅは、電子機器の表示出力デバイスであり、制御回路５０ａの制御に基づき、表示情報の出力を行う。

音響発生装置２９は、前述した第１実施形態の音響発生装置である。そして、音響発生装置２９は、電子機器における音響出力デバイスとして機能しており、電子回路６０から入力された音声信号に基づいて音響（可聴周波数帯域外の音響も含む）を発生させる。なお、音響発生装置２９は、電子回路６０の制御回路５０ａに接続されており、制御回路５０ａによって制御された電圧の印加を受けて音響を発生させる。

このように、本実施形態の電子機器は、音響発生装置２９と、音響発生装置２９に接続された電子回路６０とを有している。このような本実施形態の電子機器は、前述した第１実施形態の音響発生装置２９を用いて音響を発生させることから、良好な音質の音響を発生させることができる。

なお、電子機器の構造の一例としては、例えば、図６に示す電子回路６０，キー入力部５０ｃ，マイク入力部５０ｄ，表示部５０ｅ，アンテナ５０ｆおよび音響発生装置２９を電子機器の筐体に備えたものとすることができる。また、電子機器の構造の他の例としては、図６に示す電子回路６０，キー入力部５０ｃ，マイク入力部５０ｄ，表示部５０ｅおよびアンテナ５０ｆを筐体に備えた機器本体と、音響発生装置２９とを、リード線等を介して電気信号が伝達可能に接続したものとすることができる。

また、本実施形態の電子機器は、図６に示した、キー入力部５０ｃ，マイク入力部５０ｄ，表示部５０ｅおよびアンテナ５０ｆを全て有している必要はなく、音響発生装置２９と、電子回路６０とを少なくとも有していれば良い。また、電子機器は、他の構成要素を有していても良い。さらに、電子回路６０も、上述した構成の電子回路６０に限定されるものではなく、他の構成を有する電子回路であっても構わない。

また、本実施形態の電子機器は、上述した、携帯電話，タブレット端末，パーソナルコンピュータ等の電子機器に限定されるものではない。音響や音声を発生させる機能を有する、テレビ、オーディオ機器、ラジオ、掃除機，洗濯機，冷蔵庫，電子レンジ等の種々の電子機器において、前述した第１実施形態の音響発生装置２９を、音響発生装置として用いることができる。なお、第１実施形態の音響発生装置に代えて、同様の性能を有する他の形態の音響発生装置を用いても構わない。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。

例えば、前述した実施形態においては、振動体３の表面に１個の励振器１が取り付けられた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、振動体３上にもっと多数の
励振器１を取り付けても構わない。また、例えば、振動体３の両面に励振器１や樹脂層２０が設けられるようにしても構わない。

また、前述した実施形態においては、励振器１として圧電素子を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。励振器１は、電気信号を機械的振動に変換する機能を有していればよく、電気信号を機械的振動に変換する機能を有する他のものを励振器１として用いても構わない。例えば、スピーカーを振動させる励振器としてよく知られた、動電型の励振器や、静電型の励振器や、電磁型の励振器を励振器１として用いても構わない。なお、動電型の励振器は、永久磁石の磁極の間に配置されたコイルに電流を流してコイルを振動させるようなものであり、静電型の励振器は、向き合わせた２つの金属板にバイアスと電気信号とを流して金属板を振動させるようなものであり、電磁型の励振器は、電気信号をコイルに流して薄い鉄板を振動させるようなものである。

１：励振器
３：振動体
５，５ａ，５ｂ：枠体
２１：筐体
２４：貫通孔
２９：音響発生装置
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆ：支柱
６０：電子回路

Claims (6)

1. 第１方向側に位置する第１パネルおよび前記第１方向と反対方向である第２方向側に位置する第２パネルを有する筐体と、
   前記第１パネルに設けられた貫通孔の周縁に設けられた枠体と、
   該枠体に周縁部が接合された振動体と、
   該振動体に設けられた励振器と、
   前記枠体と前記第２パネルとの間に配置されており、前記第１方向側の端が前記枠体に接合され、前記第２方向側の端が前記第２パネルに接合された、複数の支柱と、
   を有している
   ことを特徴とする音響発生装置。
2. 前記枠体は、前記第１パネルと前記複数の支柱とによって挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の音響発生装置。
3. 前記複数の支柱は、前記枠体に沿って互いに間隔を開けて配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響発生装置。
4. 前記枠体は矩形状であり、該枠体の四隅にそれぞれ前記支柱が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の音響発生装置。
5. 該枠体の四辺の中央にそれぞれ前記支柱が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の音響発生装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の音響発生装置と、該音響発生装置に接続された電子回路とを有していることを特徴とする電子機器。

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