JP5676043B1 - 音響を発生させる装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化且つ薄型化された電子機器内であっても十分な音圧を確保することのできる構造を提供すること。【解決手段】装置１０は、振動板として利用される主面部材３０と、電気信号に応じて振動する圧電体板４０と、圧電体板４０を支持する第１支持部５０と、筐体２０とを備えている。筐体２０は、主面部材３０を支持すると共に主面部材３０と交差するＺ方向に延びる第２支持部２４を有している。第１支持部５０は、圧電体板４０の振動に応じて第２支持部２４が少なくともＺ方向に振動するように、第２支持部２４に固定されている。圧電体板４０の振動を第１支持部５０及び第２支持部２４を介して主面部材３０に伝達することにより、主面部材３０を振動させて音響を発生させる。【選択図】図２

Description

本発明は、音響を発生させる装置に関する。

特許文献１は、圧電素子をケースに収容してなる加振器について開示している。特許文献１においては、例えば、加振器を自動二輪車のカウルに装着し、加振器から振動をカウルに伝達してカウルを振動板として振動させて音響を発生させる。特許文献２は、圧電素子を内蔵した圧電振動ユニットを開示している。圧電振動ユニットは、例えば、携帯電話機のパネルに装着され、パネルを振動板として振動させて音響を発生させる。

特開２００８−２５１６６９号公報 特開２００７−２０８８８３号公報

近年、電子機器の一部を振動板として振動させて音響を発生させたいという要求がある。しかしながら、小型化且つ薄型化された電子機器内に特許文献１の加振器や特許文献２の圧電振動ユニットを組み込んだとしても、十分な音圧を確保することは困難である。

そこで、本発明は、小型化且つ薄型化された電子機器内であっても十分な音圧を確保することのできる構造を提供することを目的とする。

本発明は、第１の装置として、
振動板として利用される主面部材と、電気信号に応じて振動する圧電体板と、前記圧電体板を支持する第１支持部と、筐体とを備える装置であって、
前記筐体は、前記主面部材を支持すると共に前記主面部材と交差する所定方向に延びる第２支持部を有しており、
前記第１支持部は、前記圧電体板の振動に応じて前記第２支持部が前記所定方向に振動するように、前記第２支持部に固定されており、
前記圧電体板の振動を前記第１支持部及び前記第２支持部を介して前記主面部材に伝達することにより前記主面部材を振動させて音響を発生させる
装置を提供する。

ここで、装置は、例えば、携帯電話機やタブレット、ＰＣのような電子機器である。主面部材は、例えば、その電子機器の画面を構成するガラス板である。第２支持部は、例えば、電子機器の筐体の側壁部分（ガラス板を支持している部分）である。

また、本発明は、第２の装置として、第１の装置であって、
前記第１支持部は、前記圧電体板の振動に応じて前記第２支持部が前記主面部材と平行な方向にも振動するように、前記第２支持部に固定されている
装置を提供する。

また、本発明は、第３の装置として、第１又は第２の装置であって、
前記第１支持部は、前記圧電体板を支持する板状の主支持部と、前記第２支持部に固定される固定部とを有しており、
前記主支持部は、前記所定方向と交差する方向に長手方向を有しており、
前記固定部は、前記主支持部の前記長手方向の一端又は一端近傍において前記主支持部と接続されている
装置を提供する。

また、本発明は、第４の装置として、第３の装置であって、
前記主支持部の厚みは、０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である
装置を提供する。

また、本発明は、第５の装置として、第１乃至第４のいずれかの装置であって、
前記第１支持部は、前記第２支持部に対して接着又は溶着されている
装置を提供する。

また、本発明は、第６の装置として、第１乃至第４のいずれかの装置であって、
前記第１支持部は、前記第２支持部と同一材料からなり且つ一体成型されている
装置を提供する。

また、本発明は、第７の装置として、第１乃至第６のいずれかの装置であって、
前記第１支持部は、ＩＳＯ１７８に規定された弾性率が７．６ＧＰａ以上１２．４ＧＰａ以下の絶縁体からなる
装置を提供する。

また、本発明は、第８の装置として、第１乃至第７のいずれかの装置であって、
前記第１支持部は、繊維強化プラスチックからなる
装置を提供する。

また、本発明は、第９の装置として、第８の装置であって、
前記繊維強化プラスチックは、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂である
装置を提供する。

また、本発明は、第１０の装置として、第１乃至第９のいずれかの装置であって、
前記圧電体板又は前記第１支持部に配された錘を更に備える
装置を提供する。

また、本発明は、第１１の装置として、第１乃至第１０のいずれかの装置であって、
前記筐体は、前記主面部材と別体である
装置を提供する。

更に、本発明は、
振動板として利用される主面部材と、電気信号に応じて振動する圧電体板と、前記圧電体板を支持する第１支持部と、主面部材とは別体の筐体とを備える装置であって、
前記筐体は、前記主面部材を支持すると共に前記主面部材と交差する所定方向に延びる第２支持部を有しており、
前記第１支持部は、前記第２支持部に固定されており、
前記圧電体板の振動を前記第１支持部及び前記第２支持部を介して前記主面部材に伝達することにより前記主面部材を振動させて音響を発生させる
装置を提供する。

筐体の一部であって所定方向に延びる第２支持部を少なくとも所定方向に振動させることで主面部材を振動させて音響を発生させることとしたところ、主面部材に加振器や圧電振動ユニットを取り付けた場合と比較して、十分な音圧を確保することができた。

第１支持部で圧電体板を支持すると共に、第１支持部を第２支持部に直接固定することとししたことから、筐体内に圧電体板を収容するためのケースを別途設ける必要がない。このように、筐体内において圧電体板のために大きなスペースを確保する必要がないことから、装置全体が小型化且つ薄型化された場合であっても、音響を発生させる構造を筐体内に組み込むことができる。

本発明の第１の実施の形態による装置を示す斜視図である。 図１の装置の一部をＡ--Ａ線に沿って示す断面図である。 図２の装置に含まれる圧電体板及び第１支持部を示す斜視図である。 図２の圧電体板及び第１支持部の変形例を示す斜視図である。 図２の圧電体板及び第１支持部の他の変形例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態による装置に含まれる圧電体板及び第１支持部を示す斜視図である。 図６の第１支持部の固定部を第２支持部に固定した状態をＢ--Ｂ線に沿って示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態による装置に含まれる圧電体板及び第１支持部を示す斜視図である。 図８の第１支持部の固定部を第２支持部に固定した状態をＣ--Ｃ線に沿って示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態による装置に含まれる圧電体板及び第１支持部を示す上面図である。 図１０の第１支持部の固定部を第２支持部に固定した状態をＤ--Ｄ線に沿って示す断面図である。 本発明の第５の実施の形態による装置に含まれる圧電体板及び第１支持部を示す斜視図である。 図１２の第１支持部の固定部を第２支持部に固定した状態をＥ--Ｅ線に沿って示す断面図である。 本発明の第６の実施の形態による装置に含まれる圧電体板及び第１支持部を示す上面図である。 図１４の第１支持部の固定部を第２支持部に固定した状態をＦ--Ｆ線に沿って示す断面図である。 本発明の実施例による装置において発生する音響の音圧の周波数特性を示す図である。

（第１の実施の形態）
図１及び図２を参照すると、本発明の第１の実施の形態による装置１０は、振動板として利用される主面部材３０と、圧電体板４０と、圧電体板４０を支持する第１支持部５０と、筐体２０とを備えている。例えば、本実施の形態の装置１０は、携帯電話機やタブレット、ＰＣのような電子機器であり、主面部材３０は、その電子機器の画面を構成するガラス板である。本実施の形態において、主面部材３０は、水平面（ＸＹ平面）と平行になるように配されている。

図１及び図２に示されるように、筐体２０は、主面部材３０を支持すると共に主面部材３０と交差する所定方向に延びる第２支持部２４を有している。本実施の形態において、所定方向は、主面部材３０と直交する垂直方向（Ｚ方向）であり、第２支持部２４は、電子機器の筐体２０の側壁部分（即ち、ガラス板からなる主面部材３０を支持している部分）である。このように、本実施の形態の筐体２０は、主面部材３０と別体である。

図２に示されるように、圧電体板４０上には、２つの外部電極６０，６２が形成されている。外部電極６０，６２には、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）６４に形成された導体６６，６８を介して、電気信号（駆動電圧）が供給される。圧電体板４０は、供給された電気信号に応じて振動する。図２及び図３から理解されるように、本実施の形態において、圧電体板４０は、Ｘ方向に長手方向を有しており、Ｙ方向に短手方向を有している。電気信号が供給されると、圧電体板４０の長手方向の両端が垂直方向（Ｚ方向）に移動するように圧電体板４０が振動する。換言すると、本実施の形態の圧電体板４０は、電気信号に応じて、長手方向を進行方向とする定在波であって長手方向の両端において振幅が最大となるような屈曲運動を行うものである。

図２及び図３に示されるように、第１支持部５０は、圧電体板４０を支持する板状の主支持部５２と、第２支持部２４に固定される固定部５４とを有している。主支持部５２は、圧電体板４０と同様に、Ｘ方向に長手方向を有しており、Ｙ方向に短手方向を有している。固定部５４は、主支持部５２の長手方向の一端近傍において主支持部５２と接続されている。詳しくは、固定部５４は、主支持部５２の長手方向の一端近傍に位置しており、主支持部５２の短手方向の一端から垂直方向に延びている。特に、本実施の形態において、固定部５４は、主支持部５２の振動を制約しないように設けられている。

本実施の形態の第１支持部５０は、曲げに対する復元力のある素材である繊維強化プラスチックからなる。より具体的には、第１支持部５０は、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂からなる。本発明はこれに限定されるわけではなく、例えば、第１支持部５０は金属を曲げて形成されたものであってもよい。但し、第１支持部５０の材料としては、金属板の場合よりも自由な形状をできることから樹脂の方が好ましい。主支持部５２の厚み（Ｚ方向のサイズ）は、圧電体板４０の振動を伝達する観点から、０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが望ましい。また、第１支持部５０は、圧電体板４０の振動を伝達する観点から、ＩＳＯ１７８に規定された弾性率が７．６ＧＰａ以上１２．４ＧＰａ以下の絶縁体からなることが望ましい。

図２に示されるように、第１支持部５０の固定部５４は、第２支持部２４に固定されている。具体的には、第１支持部５０は、第２支持部２４に対して接着又は溶着されている。この固定により、圧電体板４０の屈曲振動に応じて、第２支持部２４は、垂直方向（所定方向：Ｚ方向）と圧電体板４０の長手方向（Ｘ方向）とに振動する。即ち、第１支持部５０は、圧電体板４０の振動に応じて第２支持部２４が垂直方向に振動すると共に主面部材３０と平行な方向（Ｘ方向）にも振動するように、第２支持部２４に固定されている。第２支持部２４の振動は、主面部材３０に伝達され、主面部材３０が振動して音響を発生する。このように、本実施の形態においては、圧電体板４０の振動を第１支持部５０及び第２支持部２４を介して主面部材３０に伝達することにより主面部材３０を振動させて音響を発生させている。特に、本実施の形態の第２支持部２４は、垂直方向と圧電体板４０の長手方向とに振動することから、主面部材３０は、捩じりが繰り返し加えられるように振動する。その結果、複数の共振点が発生することになり、良好な周波数特性を有する音響を発生させることができる。

本実施の形態において、圧電体板４０を支持する第１支持部５０は、筐体２０の第２支持部２４に直接固定されており、筐体２０内において圧電体板４０を収容するためのケースなどは用いられていない。そのため、特許文献１や特許文献２の場合と異なり、圧電体板４０を収容するためのケース等により音圧の減衰も生じず、また、筐体２０内において必要とされるスペースも少なくて済む。即ち、本実施の形態の装置１０は、小型化且つ薄型化された場合であっても、十分な音圧を確保することができる。

また、本実施の形態によれば、第１支持部５０が片持ち梁に近い状態で第２支持部２４に固定されていることから、落下等により筐体２０に衝撃が加わった場合でも、圧電体板４０に伝わる衝撃を軽減することができる。

上述した実施の形態において、図４に示されるように、圧電体板４０に固定された錘７０を更に備えることとしてもよいし、図５に示されるように、第１支持部５０に固定された錘７０ａを更に備えることとしてもよい。このような錘７０，７０ａを設けることとすると、錘７０，７０ａの固定位置により、音圧の周波数特性の調整をすることができる。図４及び図５に示される錘７０，７０ａの数は、夫々１つであったが、錘７０，７０ａの数は、２つ以上であってもよい。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態による装置は、図１及び図２に示される第１の実施の形態による装置１０の変形であり、第１支持部の構成と第２支持部に対する固定構造以外については、同様の構成を備えている。従って、以下においては、第１支持部について詳細に説明する。

図６及び図７を参照すると、本実施の形態による第１支持部５０ｂは、圧電体板４０を支持する板状の主支持部５２ｂと、第２支持部２４に固定される固定部５４ｂとを有している。図６に示されるように、主支持部５２ｂは、圧電体板４０と同様、Ｘ方向に長手方向を有しており、Ｙ方向に短手方向を有している。固定部５４ｂは、主支持部５２ｂの長手方向の一端近傍において主支持部５２ｂと接続されている。詳しくは、固定部５４ｂは、主支持部５２ｂの長手方向の一端近傍に位置しており、主支持部５２ｂの短手方向の一端から垂直方向に延びている。

図６及び図７に示されるように、固定部５４ｂには、複数の貫通孔５６ｂが形成されている。図７に示されるように、固定部５４ｂは、接着剤５８ｂを用いて第２支持部２４に固定されている。この固定により、上述した第１の実施の形態の場合と同様に、圧電体板４０の振動を主面部材３０（図１参照）に伝達することができる。

更に、本実施の形態のように固定部５４ｂに対して貫通孔５６ｂを設けると、図７に示されるように、接着剤５８ｂを用いて固定部５４ｂを第２支持部２４に接着固定する際に、接着剤５８ｂが貫通孔５６ｂ内にも充填され、接着剤５８ｂと固定部５４ｂとの接着面積を大きくすることができるため、固定部５４ｂの第２支持部２４への固定強度を増すことができる。なお、同様の効果を得るためには、例えば、貫通孔５６ｂに代えて、固定部５４ｂの上端（＋Ｚ側端部）まで達する溝や固定部５４ｂの側端（＋Ｘ側端部や−Ｘ側端部）まで達する溝を形成することとしてもよい。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態による装置は、図１及び図２に示される第１の実施の形態による装置１０の変形であり、第１支持部の構成と第２支持部に対する固定構造以外については、同様の構成を備えている。従って、以下においては、第１支持部について詳細に説明する。

図８及び図９を参照すると、本実施の形態による第１支持部５０ｃは、圧電体板４０を支持する板状の主支持部５２ｃと、第２支持部２４に固定される固定部５４ｃとを有している。主支持部５２ｃは、圧電体板４０と同様、Ｘ方向に長手方向を有しており、Ｙ方向に短手方向を有している。固定部５４ｃは、ブロック形状を有しており、主支持部５２ｃの長手方向の一端において主支持部５２ｃと接続されている。詳しくは、固定部５４ｃは、主支持部５２ｃの長手方向の一端に位置しており、主支持部５２ｃの長手方向において主支持部５２ｃと並んでいる。

図９に示されるように、固定部５４ｃは、主支持部５２ｃの長手方向において、第２支持部２４に接着剤５８ｃを用いて接着固定されている。このように固定部５４ｃを第２支持部２４に固定すると、圧電体板４０の振動に応じて第２支持部２４が垂直方向（所定方向）に振動し、それによって主面部材３０（図１参照）が振動し、音響を発生させることができる。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態による装置は、図１及び図２に示される第１の実施の形態による装置１０の変形であり、第１支持部の構成と第２支持部に対する固定構造以外については、同様の構成を備えている。従って、以下においては、第１支持部について詳細に説明する。

図１０及び図１１を参照すると、本実施の形態による第１支持部５０ｄは、圧電体板４０を支持する板状の主支持部５２ｄと、第２支持部２４に固定される固定部５４ｄとを有している。図１０に示されるように、主支持部５２ｄは、圧電体板４０と同様、Ｘ方向に長手方向を有しており、Ｙ方向に短手方向を有している。固定部５４ｄは、主支持部５２ｄの長手方向の一端近傍において主支持部５２ｂと接続されている。詳しくは、固定部５４ｄは、主支持部５２ｄの長手方向の一端近傍に位置しており、主支持部５２ｄの短手方向の一端から主支持部５２ｄと同じ平面内（ＸＹ平面内）に延びている。

図１１に示されるように、固定部５４ｄは、第２支持部２４に嵌め込まれ固定されている。固定手段は、例えば、接着であってもよいし超音波溶着であってもよい。この固定により、上述した第１の実施の形態の場合と同様に、圧電体板４０の振動を主面部材３０（図１参照）に伝達することができる。

（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態による装置は、図１及び図２に示される第１の実施の形態による装置１０の変形であり、第１支持部の構成と第２支持部に対する固定構造以外については、同様の構成を備えている。従って、以下においては、第１支持部について詳細に説明する。

図１２及び図１３を参照すると、本実施の形態による第１支持部５０ｅは、圧電体板４０を支持する板状の主支持部５２ｅと、第２支持部２４に固定される固定部５４ｅとを有している。主支持部５２ｅは、圧電体板４０と同様、Ｘ方向に長手方向を有しており、Ｙ方向に短手方向を有している。固定部５４ｅは、主支持部５２ｅの長手方向の一端において主支持部５２ｅと接続されている。詳しくは、固定部５４ｅは、主支持部５２ｅの長手方向の一端から垂直方向（所定方向）に延びている。

図１３に示されるように、固定部５４ｅは、主支持部５２ｅの長手方向において、第２支持部２４に接着剤５８ｅを用いて接着固定されている。このように固定部５４ｅを第２支持部２４に固定すると、圧電体板４０の振動に応じて第２支持部２４が垂直方向（所定方向）に振動し、それによって主面部材３０（図１参照）が振動し、音響を発生させることができる。

（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態による装置は、図１及び図２に示される第１の実施の形態による装置１０の変形であり、第１支持部の構成と第２支持部に対する固定構造以外については、同様の構成を備えている。従って、以下においては、第１支持部について詳細に説明する。

図１４及び図１５を参照すると、本実施の形態による第１支持部５０ｆは、圧電体板４０を支持する板状の主支持部５２ｆと、第２支持部２４に固定される固定部５４ｆとを有している。主支持部５２ｆは、圧電体板４０と同様、Ｘ方向に長手方向を有しており、Ｙ方向に短手方向を有している。固定部５４ｆは、主支持部５２ｆの長手方向の一端において主支持部５２ｆと接続されている。詳しくは、固定部５４ｆは、主支持部５２ｆの長手方向の一端から主支持部５２ｆと同じ平面内（ＸＹ平面内）に延びている。即ち、主支持部５２ｆと固定部５４ｆとは主支持部５２ｆの長手方向（Ｘ方向）に並んでいる。

図１５に示されるように、固定部５４ｆは、第２支持部２４に嵌め込まれ固定されている。固定手段は、例えば、接着であってもよいし超音波溶着であってもよい。この固定により、圧電体板４０の振動に応じて第２支持部２４が垂直方向（所定方向）に振動し、それによって主面部材３０（図１参照）が振動し、音響を発生させることができる。

以上、本発明について、複数の実施の形態を掲げて説明してきたが、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、第１支持部５０，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆは、筐体２０の第２支持部２４とは別体であるとして図示してきたが、本発明はこれに限定されるわけではない。例えば、第１支持部５０，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆは、第２支持部２４と同一材料からなり且つ一体成型されていてもよい。その場合、固定部５４，５４ｂ，５４ｃ，５４，５４ｅ，５４は第２支持部２４の一部であってもよい。

上述した第１の実施の形態の構成（図１乃至図３参照）を備える実施例１，２を作製した。実施例１の第１支持部５０は、ステンレス製であり、長さ１３．０ｍｍ、幅４．５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの主支持部５２と、幅６．０ｍｍ、高さ３．０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの固定部５４とを有している。実施例２の第１支持部５０は、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂からなるものであり、実施例１と同じサイズを有している。

図１６は、上述した実施例１と実施例２の第１支持部５０を備える装置１０において発生する音響の音圧の周波数特性を示す。

図１６を参照すると、実施例１により発生した音響は、可聴域の上限３．３ｋＨｚを超えても充分な音圧を得ることができている。更に、実施例２により発生した音響は、１ｋＨｚから３ｋＨｚまでの辺りで実施例１の音圧を上回っている。

１０ 装置
２０ 筐体
２４ 第２支持部
３０ 主面部材（ガラス板：振動板）
４０ 圧電体板
５０，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ 第１支持部
５２，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｆ 主支持部
５４，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅ，５４ｆ 固定部
５６ｂ 貫通孔
５８ｂ，５８ｃ，５８ｅ 接着剤
６０，６２ 外部電極
６４ ＦＰＣ
６６，６８ 導体
７０，７０ａ 錘

Claims (11)

1. 振動板として利用される主面部材と、電気信号に応じて振動する圧電体板と、前記圧電体板を支持する第１支持部と、筐体とを備える装置であって、
   前記筐体は、前記主面部材を支持すると共に前記主面部材と交差する所定方向に延びる第２支持部を有しており、
   前記第１支持部は、前記圧電体板の振動に応じて前記第２支持部が前記所定方向に振動するように、前記第２支持部に固定されており、
   前記圧電体板の振動を前記第１支持部及び前記第２支持部を介して前記主面部材に伝達することにより前記主面部材を振動させて音響を発生させる
   装置。
2. 請求項１記載の装置であって、
   前記第１支持部は、前記圧電体板の振動に応じて前記第２支持部が前記主面部材と平行な方向にも振動するように、前記第２支持部に固定されている
   装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の装置であって、
   前記第１支持部は、前記圧電体板を支持する板状の主支持部と、前記第２支持部に固定される固定部とを有しており、
   前記主支持部は、前記所定方向と交差する方向に長手方向を有しており、
   前記固定部は、前記主支持部の前記長手方向の一端又は一端近傍において前記主支持部と接続されている
   装置。
4. 請求項３記載の装置であって、
   前記主支持部の厚みは、０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である
   装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の装置であって、
   前記第１支持部は、前記第２支持部に対して接着又は溶着されている
   装置。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の装置であって、
   前記第１支持部は、前記第２支持部と同一材料からなり且つ一体成型されている
   装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の装置であって、
   前記第１支持部は、ＩＳＯ１７８に規定された弾性率が７．６ＧＰａ以上１２．４ＧＰａ以下の絶縁体からなる
   装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の装置であって、
   前記第１支持部は、繊維強化プラスチックからなる
   装置。
9. 請求項８記載の装置であって、
   前記繊維強化プラスチックは、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂である
   装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の装置であって、
    前記圧電体板又は前記第１支持部に配された錘を更に備える
    装置。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の装置であって、
    前記筐体は、前記主面部材と別体である
    装置。

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