振動装置
【課題】振動体の変位が抑制され難く、大きな変位量を得ることができ、しかも部品点数及び加工工程数の増大を招くことなく提供することができる振動装置を得る。
【解決手段】振動板２に支持シート３が貼り付けられており、支持シート３の振動板が貼り付けられている振動板積層部３Ａの外側に位置している延長部３Ｂに、枠体４が振動板２の外周縁と間隔を隔て貼り付けられており、枠体４の開口部が多角形の形状を有し、該開口部の辺４ａ〜４ｄの中央部において枠体４に貼り付けられている支持シート部分の厚みよりも、枠体４の開口部のコーナー部４ｅ〜４ｈにおいて枠体４に貼り付けられている支持シート部分の厚みが大きくされている、振動装置１。
【解決手段】振動板２に支持シート３が貼り付けられており、支持シート３の振動板が貼り付けられている振動板積層部３Ａの外側に位置している延長部３Ｂに、枠体４が振動板２の外周縁と間隔を隔て貼り付けられており、枠体４の開口部が多角形の形状を有し、該開口部の辺４ａ〜４ｄの中央部において枠体４に貼り付けられている支持シート部分の厚みよりも、枠体４の開口部のコーナー部４ｅ〜４ｈにおいて枠体４に貼り付けられている支持シート部分の厚みが大きくされている、振動装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電振動板からなる振動板が支持シートを介して枠体に取り付けられている構造を有する振動装置に関し、より詳細には、枠体の開口部の形状が多角形である振動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機や各種電子機器において、音声や振動を発生させるために、圧電サウンダや圧電スピーカなどが用いられている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、図１０に分解斜視図で示す圧電音響部品が開示されている。圧電音響部品１０１では、基板１０２上にキャップ状に絞り加工した金属板１０３が固定されている。
【０００４】
金属板１０３の上面には、複数のスリット１０３ａが矩形枠状をなすように配置されている。この複数のスリット１０３ａで囲まれた部分において、金属板１０３の上面に圧電振動板１０４が接合されている。隣り合うスリット１０３ａ，１０３ａの間の部分、すなわちスリットが形成されていない部分は、矩形の圧電振動板１０４のコーナー部近傍に位置している。圧電振動板１０４の振動に伴って、複数のスリット１０３ａで囲まれた金属板部分が大きく変位する。従って、大きな音響を得ることができる。
【０００５】
他方、下記の特許文献２には、図１１（ａ）及び（ｂ）に示す圧電スピーカが開示されている。圧電スピーカ１１１では、圧電素子１１２が金属からなる振動板１１３の上面に貼り合わされている。振動板１１３は、ダンパー部材としての樹脂板１１４上に貼り付けられている。樹脂板１１４の対向し合う一対の辺部分で、樹脂板１１４は、支持体１１５，１１６に固定されている。すなわち、圧電素子１１２及び振動板１１３の振動を妨げないように、ダンピング性を有する樹脂板１１４が支持体１１５，１１６により支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３５５８９２号公報
【特許文献２】特開平９−２７１０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の圧電音響部品１０１では、複数のスリット１０３ａが金属板１０３に形成されているので、圧電効果による変位を大きくし、大きな音圧を得ることができる。しかしながら、絞り加工により、キャップ状の金属板１０３を用意しなければならなかった。また、気室を分離するために、スリット１０３ａに封止材料を充填しなければならなかった。従って、加工工程が煩雑であり、かつ部品点数が増大するという問題があった。
【０００８】
他方、特許文献２に記載の圧電スピーカ１１１では、樹脂板１１４の一対の長辺部分が支持体１１５，１１６で支持されているが、樹脂板１１４は、その一対の短辺側では支持されていない。従って、樹脂板１１４の一対の短辺側において、封止材料を用いて支持強度を高める必要があった。そのため、やはり部品点数が増大し、加工工程が煩雑になるという問題があった。加えて、一対の長辺側において、樹脂板１１４が強固に支持されているので、一対の長辺側において、変位が抑制されがちであった。そのため、圧電素子１１２及び振動板１１３からなる振動体の変位が小さくなるおそれがあった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、振動体の変位が抑制され難く、大きな変位量を得ることができ、しかも部品点数及び加工工程数の増大を招くことなく提供することができる振動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る振動装置は、振動板と、前記振動板に貼り付けられており、該振動板に貼り付けられている振動板積層部と、該振動板積層部の外側に張り出している延長部とを有する支持シートと、前記支持シートの延長部に貼り付けられており、かつ前記振動板の外周縁と間隔を隔てて設けられた枠体とを備える。本発明では、前記枠体が、複数の辺と、隣り合う辺が接続している部分がコーナー部である多角形の形状の開口部を有し、前記支持シートの前記コーナー部における前記枠体による保持強度が、前記開口部の辺の中央部における支持シートの前記枠体による保持強度よりも高くなるように、前記支持シートの厚みが、前記枠体の開口部の辺の中央部から前記枠体のコーナー部側に向かって連続的にまたは階段的に厚くされている。
【００１１】
本発明に係る振動装置のある特定の局面では、前記振動板と前記枠体の開口部との間の間隔が、前記開口部の辺の中央において相対的に広く、前記枠体の前記コーナー部において相対的に狭くされている。
【００１２】
本発明に係る振動装置の他の特定の局面では、上記枠体の開口部が矩形である。矩形の開口部を有する枠体は、簡単な加工により容易に得ることができる。
【００１３】
本発明において、振動板の平面形状は特に限定されないが、本発明のさらに他の特定の局面では、矩形板状である。従って、汎用されている矩形板状の圧電振動子などを用いることができる。
【００１４】
本発明に係る振動装置のさらに別の特定の局面では、上記振動板が圧電振動子である。
【００１５】
本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、上記圧電振動子は、金属板と、金属板の片面に貼り合わされた圧電素子とを備える。
【００１６】
本発明に係る振動装置のさらに別の特定の局面では、上記支持シートが合成樹脂フィルムからなる。合成樹脂フィルムからなる支持シートの場合、複数枚の合成樹脂フィルムを積層することにより支持シートの厚みを段階的にまたは連続的に厚くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る振動装置では、支持シートが枠体に貼り付けられているが、枠体の開口部のコーナー部における支持シートの枠体により保持強度が、枠体の開口部の辺の中央部における支持シートの枠体による保持強度よりも高くなるように、支持シートの厚みが上記枠体の開口部の辺の中央部からコーナー部側に向かって連続的にまたは段階的に厚くされているので、振動板と支持シートとが積層されている振動部分の変位量を大きくすることができる。従って、大きな音圧や大きな振動を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の振動装置は、枠体に支持シートを貼り付けた支持構造を有するだけであるため、部品点数の増大をまねかない。また、加工工程の煩雑さも回避することができる。よって、変位量の大きな振動装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る振動装置の平面図及び（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図であり、（ｃ）は、用いられている圧電素子の正面断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態の振動装置における支持フィルムの厚み分布を説明するための各模式的平面図であり、（ｃ）は、（ｂ）中のＣ−Ｃ線に沿う部分の断面図である。
【図３】比較のために用意した振動装置の変位分布を示す模式的斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る振動装置の変位分布を説明するための模式的斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態及び比較例として用意した振動装置における支持シートの領域と厚みとの関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態の振動装置における厚み分布を説明するための模式的平面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施形態の振動装置における支持シートの厚みの分布を説明するための各模式的平面図である。
【図８】本発明で用いられる支持シートの変形例を説明するための正面断面図である。
【図９】本発明の振動装置で用いられる振動板のさらに他の例を説明するための正面断面図である。
【図１０】従来の圧電型電気音響変換器の分解斜視図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、従来の圧電スピーカの一例を示す斜視図及び（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより本発明を明らかにする。
【００２１】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る振動装置を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図である。
【００２２】
本実施形態の振動装置１は、振動板２と、振動板２に貼り付けられる支持シート３と、支持シート３を囲むように配置された枠体４とを有する。
【００２３】
振動板２は、矩形板状の形状を有する。図１（ｂ）では、振動板２の一部が略図的に示されているが、実際には、振動板２は、積層型圧電体２ａと、積層型圧電体２ａの両面に形成された電極２ｂ，２ｃとを有する。積層型圧電体２ａは、２以上のＰＺＴからなる圧電体層を有する。
【００２４】
隣接し合う圧電体層が、厚み方向において逆方向に分極処理されている。従って、電極２ｂ，２ｃから交番電界を印加することにより、振動板２は屈曲振動モードで励振される。すなわち、振動板２は、本実施形態では、圧電振動子である。
【００２５】
なお、圧電振動子の構造は、図１（ｃ）に示す積層型圧電体２ａを用いたものに限定されない。例えば、図９に示す振動板２Ａのように、金属板２ｄ上に、厚み方向に分極された圧電体層２ｅ及び電極２ｆが積層されているユニモルフ型の圧電振動子であってもよい。さらには、本発明においては、振動板２は、圧電振動子以外の振動体であってもよい。
【００２６】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、支持シート３の上面に振動板２が貼り付けられている。この貼り付けは接着剤等の適宜の接合材を用いて行うことができる。
【００２７】
支持シート３は、矩形板状の振動板２が貼り付けられている振動板積層部３Ａと、振動板積層部３Ａに連ねられており、振動板積層部３Ａの外側に至っている矩形枠状の延長部３Ｂとを有する。この矩形枠状の延長部３Ｂ内の外側部分が、枠体４により固定されている。
【００２８】
枠体４は、本実施形態では、矩形枠状の平面形状を有する。すなわち、枠体４は、矩形の開口部を有する。この矩形の開口部は、対向し合う一対の長辺４ａ，４ｂと、対向し合う一対の短辺４ｃ，４ｄとを有する。隣り合う辺、すなわち、辺４ａと４ｃとが接続されている部分を、第１のコーナー部４ｅとする。また、辺４ｂと辺４ｃとが接続されている部分を第２のコーナー部４ｆ、辺４ａと辺４ｄが接続している部分を第３のコーナー部４ｇ、辺４ｄと辺４ｂが接続している部分を第４のコーナー部４ｈとする。
【００２９】
上記枠体４は、金属板４ｉ，４ｊを有する。金属板４ｉ，４ｊが、支持シート３を挟持するようにして貼り合わされている。この貼り合わせは、接着剤等の適宜の接合材を用いて行うことができる。
【００３０】
なお、枠体４は、金属に限らず、セラミックス等の他の剛性材料により形成することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、金属板４ｉと金属板４ｊは、同じ平面形状を有するが、異なる平面形状を有していてもよい。例えば、金属板４ｊを金属板４ｉよりも外側に張り出させてもよく、張り出された部分において電気的接続等を行ってもよい。
【００３２】
上記支持シート３は、合成樹脂フィルムからなる。より詳細には、後述するように支持シート３は、複数枚の合成樹脂フィルムを積層することにより形成されている。もっとも、支持シート３は、合成樹脂フィルムに限らず、金属板により形成されていてもよい。
【００３３】
本実施形態の振動装置１では、上記圧電振動子からなる振動板２を屈曲モードで励振した場合、振動板２が、柔軟性を有する支持シート３により支持されているため、振動板２の変位がさほど妨げられない。特に、本実施形態の特徴は、上記支持シート３の厚みが部分的に異ならされており、それによって、大きな変位量を得ることが可能とされている。これを、図２〜図６を参照してより具体的に説明する。
【００３４】
本実施形態の振動装置１では、上記支持シート３が厚み分布を有する。図２（ａ）は、上記支持シート３における厚み分布を模式的に示した振動装置１の平面図である。図２（ｂ）は、上記振動装置１の底面図であり、図２（ｂ）中では、上記支持シート３の厚み分布が模式的に示されている。すなわち、支持シート３は、前述した枠体４の第１〜第４のコーナー部４ｅ〜４ｈ近傍において、最も厚い領域３ａを有し、該領域３ａから遠ざかるにつれて、厚みが順次小さくなる領域３ｂ，３ｃ，３ｄ及び３ｅを有する。
【００３５】
このような領域３ａ〜３ｅを形成するために、本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、領域３ａでは、合成樹脂フィルム３１〜３５が積層されている。そして、領域３ｂでは、合成樹脂フィルム層３２〜３５、すなわち４層の合成樹脂フィルムが積層されている。領域３ｃでは、３層の合成樹脂フィルム層３３〜３５が積層されており、領域３ｄでは、合成樹脂フィルム層３４，３５が積層されている。
【００３６】
領域３ｅでは、単一の合成樹脂フィルム層３５のみが存在する。このように、合成樹脂フィルムの積層数を領域３ａ〜３ｅで異ならせることにより、領域３ａ〜３ｅにおける支持シート３の厚みが異ならされている。
【００３７】
従って、支持シート３の枠体４に貼り付けられている部分においては、辺４ａ〜４ｄの中央部分に貼り付けられている支持シート部分の厚みよりも、支持シート３の枠体４の開口部のコーナー部４ｅ〜４ｈに貼り付けられている部分、すなわち領域３ａの厚みが大きくされている。また、上記のように複数枚の合成樹脂フィルム３１〜３５を用いているため、本実施形態では、辺４ａ〜４ｄの中央部に貼り付けられている支持シート部分から、コーナー部４ｅ〜４ｈに貼り付けられている支持シート部分に向かうにつれて、支持シート３の厚みが段階的に厚くなっている。
【００３８】
また、図２（ｃ）に示すように、支持シート３の中央部分から、支持シート３の対角線方向に第１のコーナー部４ｅに向かう部分においても、支持シート３の厚みが、領域３ｅから、領域３ｄ，領域３ｃ，領域３ｂ，領域３ａに向かうにつれて厚くされている。
【００３９】
本実施形態では、支持シート３の厚みが、上記のように設定されているので、枠体４のコーナー部における枠体４による支持シート３の保持強度が枠体４の開口部の辺の中央部における枠体４による支持シート３の保持強度よりも高くされている。
【００４０】
本実施形態の振動装置１では、支持シート３が上記厚み分布を有するため、大きな変位量を得ることができる。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
【００４１】
本実験例では、振動板２は、ＰＺＴからなり、縦１５．６ｍｍ×横波１２ｍｍ×厚み１１０μｍの８層の圧電体層を有する積層型圧電体を用いた。
【００４２】
また、枠体４は、０．２ｍｍの厚みの金属板４ｉ，４ｊを積層することにより形成した。
【００４３】
上記枠体４の開口部は、辺４ａ，４ｂの長さが１６．６ｍｍ，４ｃ，４ｄの長さが１３ｍｍの矩形の開口部とした。
【００４４】
上記支持シート３としては、以下の第１〜第５の合成樹脂フィルム３１〜３５を積層体により構成した。
【００４５】
第１の合成樹脂フィルム３１：厚み２０μｍ
第２の合成樹脂フィルム３２：厚み１０μｍ
第３の合成樹脂フィルム３３：厚み１０μｍ
第４の合成樹脂フィルム３４：厚み２０μｍ
第５の合成樹脂フィルム３５：厚み１４０μｍ
【００４６】
なお、第１〜第５の合成樹脂フィルム３１〜３５は、いずれもエチレンプロピレンゴム系樹脂からなる。また、第１〜第５の合成樹脂フィルム３１〜３５は、厚みを実質的に無視し得るシリコン系接着剤層を介して貼り合わせた。
【００４７】
比較のために、上記支持シート３に代えて、厚みが図５の破線で示すように全領域において一定である支持シートを用いたことを除いては、上記実施形態と同様にして比較例の振動装置を用意した。
【００４８】
図３は、上記比較例の振動装置に１０Ｖの電圧を印加した際の有限要素法による変位形状を模式的に示す斜視図である。図４は、上記実施形態の実験例として用意した振動装置の有限要素シミュレーションによる変位形状を示す模式的斜視図である。なお、図３及び図４は、枠体４で囲まれた開口部の変位形状を示す。すなわち、支持シート３は、振動板２と共に振動するが、枠体４により拘束されている。従って、図３及び図４に示す変位形状は、枠体４の開口部内における振動板２及び支持シート３からなる構造の変位形状を示す。
【００４９】
図３及び図４における数値は、上記支持シート３が枠体４の開口部の辺４ａ，４ｄに貼り付けられている部分における規格化された変位量を示す。
【００５０】
図３と図４とを対比すれば明らかなように、上記比較例に比べて、上記実施形態によれば、大きな変位量の得られることがわかる。すなわち、図３の破線で示す円Ｘで囲まれるコーナー部では、コーナー部がマイナス方向に比較的大きく変位していることがわかる。これに対して、図４に示すように、上記実施形態では、破線で示す円Ｙで囲まれた部分すなわちコーナー部におけるマイナス方向の変位が非常に小さいことがわかる。
【００５１】
図６におけるコーナー部４ｅ〜４ｈすなわち破線で示す円Ｙで囲まれた部分において、変位が非常に小さくされており、特にマイナス方向の変位が小さくなっている。それに対して、円Ｚで囲まれた辺４ａ〜４ｄの中央部において変位量が大きくなっている。これは、上記厚み分布を有する支持シート３を用いていることによる。従って、本実施形態の振動装置１では、支持シート３に振動板２が接合されている構造の変位量を飛躍的に大きくでき、大きな音圧を得ることができる。
【００５２】
上記のように、支持シート３に厚み分布を与えるだけで、本実施形態では大きな変位量を得ることができる。従って、部品点数の増大や組み立て工程の煩雑さをまねくことなく、大きな音圧を得ることができる振動装置を提供することができる。
【００５３】
図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の振動装置を説明するための模式的平面図及び模式的底面図である。
【００５４】
図７（ａ）及び（ｂ）においても、図２（ａ）及び（ｂ）と同様に、支持シート３の厚み分布を模式的に示すこととする。すなわち、領域３ａ〜３ｅは、第１の実施形態と同様に厚みが異ならされている。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるところは、枠体４Ｂの平面形状が異なることにあり、その他の点は、第１の実施形態と同様である。
【００５５】
枠体４Ｂの開口部は、略矩形形状を有する。すなわち、辺４ａ〜４ｄの中央部において、開口部が外側に膨らんでいる。従って、振動板２と枠体４との間の間隔が辺４ａ〜４ｄの中央においてコーナー部４ｅ〜４ｈに比べて相対的に大きくされている。言い換えれば、辺４ａ〜４ｄの中央部からコーナー部４ｅ〜４ｈに向かうにつれて、振動板２と枠体４との間の間隔が小さくなっている。
【００５６】
このように、振動板２と枠体４との間の間隔、辺４ａ〜４ｄの中央部に比べコーナー部４ｅ〜４ｈ側において小さくすることにより、コーナー部において支持シート３の変位をより小さくすることができる。また、辺４ａ〜４ｄの中央側における変位をより大きくし、それによって、支持シート３に振動板２が接合されている構造の変位量を効果的に大きくすることができる。このように、支持シート３に厚み分布をもたせるだけでなく、枠体４と振動板２との間隔を調整することによっても、変位量をさらに拡大することができる。
【００５７】
第１，第２の実施形態では、支持シート３の厚みが段階的に変化されていたが、図８に示すように、支持シート３の厚みは領域３ａから領域３ｅに向かって連続的に変化されていてもよい。もっとも、このような厚みが連続的に変化する支持シート３を得ることは困難である。従って、第１，第２の実施形態のように、積層体からなる支持シート３において、積層体の積層数を領域３ａ〜３ｅで異ならせた構造が望ましい。
【００５８】
上述してきた各実施形態では、枠体４の開口部は矩形の平面形状を有していたが、矩形以外の五角形、六角形などの他の多角形形状を有していてもよい。いずれにしても、多角形における複数の辺の中央部に貼り付けられている部分の支持シートの厚みよりも上記多角形におけるコーナー部に貼り付けられている支持シート部分の厚みを高くすれば、上記実施形態と同様に大きな変位量を得ることができる。
【００５９】
また、第１〜第３の実施形態では、振動板２は矩形板状であったが、矩形板状以外の平面形状、例えば円形等であってもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１…振動装置
２…振動板
２Ａ…振動板
２ａ…積層型圧電体
２ｂ，２ｃ…電極
２ｄ…金属板
２ｅ…圧電体層
２ｆ…電極
３…支持シート
３Ａ…振動板積層部
３Ｂ…延長部
３ａ〜３ｅ…領域
４…枠体
４Ｂ…枠体
４ａ〜４ｄ…辺
４ｅ…第１のコーナー部
４ｆ…第２のコーナー部
４ｇ…第３のコーナー部
４ｈ…第４のコーナー部
４ｉ，４ｊ…金属板
３１…第１の合成樹脂フィルム
３２…第２の合成樹脂フィルム
３３…第３の合成樹脂フィルム
３４…第４の合成樹脂フィルム
３５…第５の合成樹脂フィルム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電振動板からなる振動板が支持シートを介して枠体に取り付けられている構造を有する振動装置に関し、より詳細には、枠体の開口部の形状が多角形である振動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機や各種電子機器において、音声や振動を発生させるために、圧電サウンダや圧電スピーカなどが用いられている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、図１０に分解斜視図で示す圧電音響部品が開示されている。圧電音響部品１０１では、基板１０２上にキャップ状に絞り加工した金属板１０３が固定されている。
【０００４】
金属板１０３の上面には、複数のスリット１０３ａが矩形枠状をなすように配置されている。この複数のスリット１０３ａで囲まれた部分において、金属板１０３の上面に圧電振動板１０４が接合されている。隣り合うスリット１０３ａ，１０３ａの間の部分、すなわちスリットが形成されていない部分は、矩形の圧電振動板１０４のコーナー部近傍に位置している。圧電振動板１０４の振動に伴って、複数のスリット１０３ａで囲まれた金属板部分が大きく変位する。従って、大きな音響を得ることができる。
【０００５】
他方、下記の特許文献２には、図１１（ａ）及び（ｂ）に示す圧電スピーカが開示されている。圧電スピーカ１１１では、圧電素子１１２が金属からなる振動板１１３の上面に貼り合わされている。振動板１１３は、ダンパー部材としての樹脂板１１４上に貼り付けられている。樹脂板１１４の対向し合う一対の辺部分で、樹脂板１１４は、支持体１１５，１１６に固定されている。すなわち、圧電素子１１２及び振動板１１３の振動を妨げないように、ダンピング性を有する樹脂板１１４が支持体１１５，１１６により支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３５５８９２号公報
【特許文献２】特開平９−２７１０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の圧電音響部品１０１では、複数のスリット１０３ａが金属板１０３に形成されているので、圧電効果による変位を大きくし、大きな音圧を得ることができる。しかしながら、絞り加工により、キャップ状の金属板１０３を用意しなければならなかった。また、気室を分離するために、スリット１０３ａに封止材料を充填しなければならなかった。従って、加工工程が煩雑であり、かつ部品点数が増大するという問題があった。
【０００８】
他方、特許文献２に記載の圧電スピーカ１１１では、樹脂板１１４の一対の長辺部分が支持体１１５，１１６で支持されているが、樹脂板１１４は、その一対の短辺側では支持されていない。従って、樹脂板１１４の一対の短辺側において、封止材料を用いて支持強度を高める必要があった。そのため、やはり部品点数が増大し、加工工程が煩雑になるという問題があった。加えて、一対の長辺側において、樹脂板１１４が強固に支持されているので、一対の長辺側において、変位が抑制されがちであった。そのため、圧電素子１１２及び振動板１１３からなる振動体の変位が小さくなるおそれがあった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、振動体の変位が抑制され難く、大きな変位量を得ることができ、しかも部品点数及び加工工程数の増大を招くことなく提供することができる振動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る振動装置は、振動板と、前記振動板に貼り付けられており、該振動板に貼り付けられている振動板積層部と、該振動板積層部の外側に張り出している延長部とを有する支持シートと、前記支持シートの延長部に貼り付けられており、かつ前記振動板の外周縁と間隔を隔てて設けられた枠体とを備える。本発明では、前記枠体が、複数の辺と、隣り合う辺が接続している部分がコーナー部である多角形の形状の開口部を有し、前記支持シートの前記コーナー部における前記枠体による保持強度が、前記開口部の辺の中央部における支持シートの前記枠体による保持強度よりも高くなるように、前記支持シートの厚みが、前記枠体の開口部の辺の中央部から前記枠体のコーナー部側に向かって連続的にまたは階段的に厚くされている。
【００１１】
本発明に係る振動装置のある特定の局面では、前記振動板と前記枠体の開口部との間の間隔が、前記開口部の辺の中央において相対的に広く、前記枠体の前記コーナー部において相対的に狭くされている。
【００１２】
本発明に係る振動装置の他の特定の局面では、上記枠体の開口部が矩形である。矩形の開口部を有する枠体は、簡単な加工により容易に得ることができる。
【００１３】
本発明において、振動板の平面形状は特に限定されないが、本発明のさらに他の特定の局面では、矩形板状である。従って、汎用されている矩形板状の圧電振動子などを用いることができる。
【００１４】
本発明に係る振動装置のさらに別の特定の局面では、上記振動板が圧電振動子である。
【００１５】
本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、上記圧電振動子は、金属板と、金属板の片面に貼り合わされた圧電素子とを備える。
【００１６】
本発明に係る振動装置のさらに別の特定の局面では、上記支持シートが合成樹脂フィルムからなる。合成樹脂フィルムからなる支持シートの場合、複数枚の合成樹脂フィルムを積層することにより支持シートの厚みを段階的にまたは連続的に厚くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る振動装置では、支持シートが枠体に貼り付けられているが、枠体の開口部のコーナー部における支持シートの枠体により保持強度が、枠体の開口部の辺の中央部における支持シートの枠体による保持強度よりも高くなるように、支持シートの厚みが上記枠体の開口部の辺の中央部からコーナー部側に向かって連続的にまたは段階的に厚くされているので、振動板と支持シートとが積層されている振動部分の変位量を大きくすることができる。従って、大きな音圧や大きな振動を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の振動装置は、枠体に支持シートを貼り付けた支持構造を有するだけであるため、部品点数の増大をまねかない。また、加工工程の煩雑さも回避することができる。よって、変位量の大きな振動装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る振動装置の平面図及び（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図であり、（ｃ）は、用いられている圧電素子の正面断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態の振動装置における支持フィルムの厚み分布を説明するための各模式的平面図であり、（ｃ）は、（ｂ）中のＣ−Ｃ線に沿う部分の断面図である。
【図３】比較のために用意した振動装置の変位分布を示す模式的斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る振動装置の変位分布を説明するための模式的斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態及び比較例として用意した振動装置における支持シートの領域と厚みとの関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態の振動装置における厚み分布を説明するための模式的平面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施形態の振動装置における支持シートの厚みの分布を説明するための各模式的平面図である。
【図８】本発明で用いられる支持シートの変形例を説明するための正面断面図である。
【図９】本発明の振動装置で用いられる振動板のさらに他の例を説明するための正面断面図である。
【図１０】従来の圧電型電気音響変換器の分解斜視図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、従来の圧電スピーカの一例を示す斜視図及び（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより本発明を明らかにする。
【００２１】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る振動装置を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図である。
【００２２】
本実施形態の振動装置１は、振動板２と、振動板２に貼り付けられる支持シート３と、支持シート３を囲むように配置された枠体４とを有する。
【００２３】
振動板２は、矩形板状の形状を有する。図１（ｂ）では、振動板２の一部が略図的に示されているが、実際には、振動板２は、積層型圧電体２ａと、積層型圧電体２ａの両面に形成された電極２ｂ，２ｃとを有する。積層型圧電体２ａは、２以上のＰＺＴからなる圧電体層を有する。
【００２４】
隣接し合う圧電体層が、厚み方向において逆方向に分極処理されている。従って、電極２ｂ，２ｃから交番電界を印加することにより、振動板２は屈曲振動モードで励振される。すなわち、振動板２は、本実施形態では、圧電振動子である。
【００２５】
なお、圧電振動子の構造は、図１（ｃ）に示す積層型圧電体２ａを用いたものに限定されない。例えば、図９に示す振動板２Ａのように、金属板２ｄ上に、厚み方向に分極された圧電体層２ｅ及び電極２ｆが積層されているユニモルフ型の圧電振動子であってもよい。さらには、本発明においては、振動板２は、圧電振動子以外の振動体であってもよい。
【００２６】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、支持シート３の上面に振動板２が貼り付けられている。この貼り付けは接着剤等の適宜の接合材を用いて行うことができる。
【００２７】
支持シート３は、矩形板状の振動板２が貼り付けられている振動板積層部３Ａと、振動板積層部３Ａに連ねられており、振動板積層部３Ａの外側に至っている矩形枠状の延長部３Ｂとを有する。この矩形枠状の延長部３Ｂ内の外側部分が、枠体４により固定されている。
【００２８】
枠体４は、本実施形態では、矩形枠状の平面形状を有する。すなわち、枠体４は、矩形の開口部を有する。この矩形の開口部は、対向し合う一対の長辺４ａ，４ｂと、対向し合う一対の短辺４ｃ，４ｄとを有する。隣り合う辺、すなわち、辺４ａと４ｃとが接続されている部分を、第１のコーナー部４ｅとする。また、辺４ｂと辺４ｃとが接続されている部分を第２のコーナー部４ｆ、辺４ａと辺４ｄが接続している部分を第３のコーナー部４ｇ、辺４ｄと辺４ｂが接続している部分を第４のコーナー部４ｈとする。
【００２９】
上記枠体４は、金属板４ｉ，４ｊを有する。金属板４ｉ，４ｊが、支持シート３を挟持するようにして貼り合わされている。この貼り合わせは、接着剤等の適宜の接合材を用いて行うことができる。
【００３０】
なお、枠体４は、金属に限らず、セラミックス等の他の剛性材料により形成することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、金属板４ｉと金属板４ｊは、同じ平面形状を有するが、異なる平面形状を有していてもよい。例えば、金属板４ｊを金属板４ｉよりも外側に張り出させてもよく、張り出された部分において電気的接続等を行ってもよい。
【００３２】
上記支持シート３は、合成樹脂フィルムからなる。より詳細には、後述するように支持シート３は、複数枚の合成樹脂フィルムを積層することにより形成されている。もっとも、支持シート３は、合成樹脂フィルムに限らず、金属板により形成されていてもよい。
【００３３】
本実施形態の振動装置１では、上記圧電振動子からなる振動板２を屈曲モードで励振した場合、振動板２が、柔軟性を有する支持シート３により支持されているため、振動板２の変位がさほど妨げられない。特に、本実施形態の特徴は、上記支持シート３の厚みが部分的に異ならされており、それによって、大きな変位量を得ることが可能とされている。これを、図２〜図６を参照してより具体的に説明する。
【００３４】
本実施形態の振動装置１では、上記支持シート３が厚み分布を有する。図２（ａ）は、上記支持シート３における厚み分布を模式的に示した振動装置１の平面図である。図２（ｂ）は、上記振動装置１の底面図であり、図２（ｂ）中では、上記支持シート３の厚み分布が模式的に示されている。すなわち、支持シート３は、前述した枠体４の第１〜第４のコーナー部４ｅ〜４ｈ近傍において、最も厚い領域３ａを有し、該領域３ａから遠ざかるにつれて、厚みが順次小さくなる領域３ｂ，３ｃ，３ｄ及び３ｅを有する。
【００３５】
このような領域３ａ〜３ｅを形成するために、本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、領域３ａでは、合成樹脂フィルム３１〜３５が積層されている。そして、領域３ｂでは、合成樹脂フィルム層３２〜３５、すなわち４層の合成樹脂フィルムが積層されている。領域３ｃでは、３層の合成樹脂フィルム層３３〜３５が積層されており、領域３ｄでは、合成樹脂フィルム層３４，３５が積層されている。
【００３６】
領域３ｅでは、単一の合成樹脂フィルム層３５のみが存在する。このように、合成樹脂フィルムの積層数を領域３ａ〜３ｅで異ならせることにより、領域３ａ〜３ｅにおける支持シート３の厚みが異ならされている。
【００３７】
従って、支持シート３の枠体４に貼り付けられている部分においては、辺４ａ〜４ｄの中央部分に貼り付けられている支持シート部分の厚みよりも、支持シート３の枠体４の開口部のコーナー部４ｅ〜４ｈに貼り付けられている部分、すなわち領域３ａの厚みが大きくされている。また、上記のように複数枚の合成樹脂フィルム３１〜３５を用いているため、本実施形態では、辺４ａ〜４ｄの中央部に貼り付けられている支持シート部分から、コーナー部４ｅ〜４ｈに貼り付けられている支持シート部分に向かうにつれて、支持シート３の厚みが段階的に厚くなっている。
【００３８】
また、図２（ｃ）に示すように、支持シート３の中央部分から、支持シート３の対角線方向に第１のコーナー部４ｅに向かう部分においても、支持シート３の厚みが、領域３ｅから、領域３ｄ，領域３ｃ，領域３ｂ，領域３ａに向かうにつれて厚くされている。
【００３９】
本実施形態では、支持シート３の厚みが、上記のように設定されているので、枠体４のコーナー部における枠体４による支持シート３の保持強度が枠体４の開口部の辺の中央部における枠体４による支持シート３の保持強度よりも高くされている。
【００４０】
本実施形態の振動装置１では、支持シート３が上記厚み分布を有するため、大きな変位量を得ることができる。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
【００４１】
本実験例では、振動板２は、ＰＺＴからなり、縦１５．６ｍｍ×横波１２ｍｍ×厚み１１０μｍの８層の圧電体層を有する積層型圧電体を用いた。
【００４２】
また、枠体４は、０．２ｍｍの厚みの金属板４ｉ，４ｊを積層することにより形成した。
【００４３】
上記枠体４の開口部は、辺４ａ，４ｂの長さが１６．６ｍｍ，４ｃ，４ｄの長さが１３ｍｍの矩形の開口部とした。
【００４４】
上記支持シート３としては、以下の第１〜第５の合成樹脂フィルム３１〜３５を積層体により構成した。
【００４５】
第１の合成樹脂フィルム３１：厚み２０μｍ
第２の合成樹脂フィルム３２：厚み１０μｍ
第３の合成樹脂フィルム３３：厚み１０μｍ
第４の合成樹脂フィルム３４：厚み２０μｍ
第５の合成樹脂フィルム３５：厚み１４０μｍ
【００４６】
なお、第１〜第５の合成樹脂フィルム３１〜３５は、いずれもエチレンプロピレンゴム系樹脂からなる。また、第１〜第５の合成樹脂フィルム３１〜３５は、厚みを実質的に無視し得るシリコン系接着剤層を介して貼り合わせた。
【００４７】
比較のために、上記支持シート３に代えて、厚みが図５の破線で示すように全領域において一定である支持シートを用いたことを除いては、上記実施形態と同様にして比較例の振動装置を用意した。
【００４８】
図３は、上記比較例の振動装置に１０Ｖの電圧を印加した際の有限要素法による変位形状を模式的に示す斜視図である。図４は、上記実施形態の実験例として用意した振動装置の有限要素シミュレーションによる変位形状を示す模式的斜視図である。なお、図３及び図４は、枠体４で囲まれた開口部の変位形状を示す。すなわち、支持シート３は、振動板２と共に振動するが、枠体４により拘束されている。従って、図３及び図４に示す変位形状は、枠体４の開口部内における振動板２及び支持シート３からなる構造の変位形状を示す。
【００４９】
図３及び図４における数値は、上記支持シート３が枠体４の開口部の辺４ａ，４ｄに貼り付けられている部分における規格化された変位量を示す。
【００５０】
図３と図４とを対比すれば明らかなように、上記比較例に比べて、上記実施形態によれば、大きな変位量の得られることがわかる。すなわち、図３の破線で示す円Ｘで囲まれるコーナー部では、コーナー部がマイナス方向に比較的大きく変位していることがわかる。これに対して、図４に示すように、上記実施形態では、破線で示す円Ｙで囲まれた部分すなわちコーナー部におけるマイナス方向の変位が非常に小さいことがわかる。
【００５１】
図６におけるコーナー部４ｅ〜４ｈすなわち破線で示す円Ｙで囲まれた部分において、変位が非常に小さくされており、特にマイナス方向の変位が小さくなっている。それに対して、円Ｚで囲まれた辺４ａ〜４ｄの中央部において変位量が大きくなっている。これは、上記厚み分布を有する支持シート３を用いていることによる。従って、本実施形態の振動装置１では、支持シート３に振動板２が接合されている構造の変位量を飛躍的に大きくでき、大きな音圧を得ることができる。
【００５２】
上記のように、支持シート３に厚み分布を与えるだけで、本実施形態では大きな変位量を得ることができる。従って、部品点数の増大や組み立て工程の煩雑さをまねくことなく、大きな音圧を得ることができる振動装置を提供することができる。
【００５３】
図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の振動装置を説明するための模式的平面図及び模式的底面図である。
【００５４】
図７（ａ）及び（ｂ）においても、図２（ａ）及び（ｂ）と同様に、支持シート３の厚み分布を模式的に示すこととする。すなわち、領域３ａ〜３ｅは、第１の実施形態と同様に厚みが異ならされている。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるところは、枠体４Ｂの平面形状が異なることにあり、その他の点は、第１の実施形態と同様である。
【００５５】
枠体４Ｂの開口部は、略矩形形状を有する。すなわち、辺４ａ〜４ｄの中央部において、開口部が外側に膨らんでいる。従って、振動板２と枠体４との間の間隔が辺４ａ〜４ｄの中央においてコーナー部４ｅ〜４ｈに比べて相対的に大きくされている。言い換えれば、辺４ａ〜４ｄの中央部からコーナー部４ｅ〜４ｈに向かうにつれて、振動板２と枠体４との間の間隔が小さくなっている。
【００５６】
このように、振動板２と枠体４との間の間隔、辺４ａ〜４ｄの中央部に比べコーナー部４ｅ〜４ｈ側において小さくすることにより、コーナー部において支持シート３の変位をより小さくすることができる。また、辺４ａ〜４ｄの中央側における変位をより大きくし、それによって、支持シート３に振動板２が接合されている構造の変位量を効果的に大きくすることができる。このように、支持シート３に厚み分布をもたせるだけでなく、枠体４と振動板２との間隔を調整することによっても、変位量をさらに拡大することができる。
【００５７】
第１，第２の実施形態では、支持シート３の厚みが段階的に変化されていたが、図８に示すように、支持シート３の厚みは領域３ａから領域３ｅに向かって連続的に変化されていてもよい。もっとも、このような厚みが連続的に変化する支持シート３を得ることは困難である。従って、第１，第２の実施形態のように、積層体からなる支持シート３において、積層体の積層数を領域３ａ〜３ｅで異ならせた構造が望ましい。
【００５８】
上述してきた各実施形態では、枠体４の開口部は矩形の平面形状を有していたが、矩形以外の五角形、六角形などの他の多角形形状を有していてもよい。いずれにしても、多角形における複数の辺の中央部に貼り付けられている部分の支持シートの厚みよりも上記多角形におけるコーナー部に貼り付けられている支持シート部分の厚みを高くすれば、上記実施形態と同様に大きな変位量を得ることができる。
【００５９】
また、第１〜第３の実施形態では、振動板２は矩形板状であったが、矩形板状以外の平面形状、例えば円形等であってもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１…振動装置
２…振動板
２Ａ…振動板
２ａ…積層型圧電体
２ｂ，２ｃ…電極
２ｄ…金属板
２ｅ…圧電体層
２ｆ…電極
３…支持シート
３Ａ…振動板積層部
３Ｂ…延長部
３ａ〜３ｅ…領域
４…枠体
４Ｂ…枠体
４ａ〜４ｄ…辺
４ｅ…第１のコーナー部
４ｆ…第２のコーナー部
４ｇ…第３のコーナー部
４ｈ…第４のコーナー部
４ｉ，４ｊ…金属板
３１…第１の合成樹脂フィルム
３２…第２の合成樹脂フィルム
３３…第３の合成樹脂フィルム
３４…第４の合成樹脂フィルム
３５…第５の合成樹脂フィルム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、
前記振動板に貼り付けられており、該振動板に貼り付けられている振動板積層部と、該振動板積層部の外側に張り出している延長部とを有する支持シートと、
前記支持シートの延長部に貼り付けられており、かつ前記振動板の外周縁と間隔を隔てて設けられた枠体とを備え、
前記枠体が、複数の辺と、隣り合う辺が接続している部分がコーナー部である多角形の形状の開口部を有し、前記支持シートの前記コーナー部における前記枠体による保持強度が、前記開口部の辺の中央部における支持シートの前記枠体による保持強度よりも高くなるように、前記支持シートの厚みが、前記枠体の開口部の辺の中央部から前記枠体のコーナー部側に向かって連続的にまたは階段的に厚くされている、振動装置。
【請求項２】
前記振動板と前記枠体の開口部との間の間隔が、前記開口部の辺の中央において相対的に広く、前記枠体の前記コーナー部において相対的に狭くされている、請求項１に記載の振動装置。
【請求項３】
前記枠体の開口部が矩形である、請求項１または２に記載の振動装置。
【請求項４】
前記振動板が矩形板状である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項５】
前記振動板が圧電振動子である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項６】
前記支持シートが合成樹脂フィルムからなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項１】
振動板と、
前記振動板に貼り付けられており、該振動板に貼り付けられている振動板積層部と、該振動板積層部の外側に張り出している延長部とを有する支持シートと、
前記支持シートの延長部に貼り付けられており、かつ前記振動板の外周縁と間隔を隔てて設けられた枠体とを備え、
前記枠体が、複数の辺と、隣り合う辺が接続している部分がコーナー部である多角形の形状の開口部を有し、前記支持シートの前記コーナー部における前記枠体による保持強度が、前記開口部の辺の中央部における支持シートの前記枠体による保持強度よりも高くなるように、前記支持シートの厚みが、前記枠体の開口部の辺の中央部から前記枠体のコーナー部側に向かって連続的にまたは階段的に厚くされている、振動装置。
【請求項２】
前記振動板と前記枠体の開口部との間の間隔が、前記開口部の辺の中央において相対的に広く、前記枠体の前記コーナー部において相対的に狭くされている、請求項１に記載の振動装置。
【請求項３】
前記枠体の開口部が矩形である、請求項１または２に記載の振動装置。
【請求項４】
前記振動板が矩形板状である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項５】
前記振動板が圧電振動子である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項６】
前記支持シートが合成樹脂フィルムからなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１１９８８２（Ｐ２０１２−１１９８８２Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６７０２８（Ｐ２０１０−２６７０２８）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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