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WO2017029768A1 - 振動伝達構造、及び圧電スピーカ - Google Patents

振動伝達構造、及び圧電スピーカ Download PDF

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WO2017029768A1
WO2017029768A1 PCT/JP2016/001530 JP2016001530W WO2017029768A1 WO 2017029768 A1 WO2017029768 A1 WO 2017029768A1 JP 2016001530 W JP2016001530 W JP 2016001530W WO 2017029768 A1 WO2017029768 A1 WO 2017029768A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezoelectric element
vibration transmission
diaphragm
transmission structure
elastic body
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/001530
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
善幸 阿部
超史 勝野
習田　浩一
山崎　修
紀研 池沢
克典 熊坂
Original Assignee
Ｎｅｃトーキン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｎｅｃトーキン株式会社 filed Critical Ｎｅｃトーキン株式会社
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Priority to US15/549,240 priority patent/US20180035200A1/en
Priority to JP2016515570A priority patent/JP5977473B1/ja
Priority to CN201680018750.9A priority patent/CN107852554B/zh
Priority to KR1020177024763A priority patent/KR102000937B1/ko
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R1/2807—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements
    • H04R1/2811—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements for loudspeaker transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R7/18—Mounting or tensioning of diaphragms or cones at the periphery
    • H04R7/20—Securing diaphragm or cone resiliently to support by flexible material, springs, cords, or strands

Definitions

  • the present invention relates to a vibration transmission structure and a piezoelectric speaker.
  • Patent Document 1 discloses a piezoelectric speaker.
  • the piezoelectric speaker disclosed in Patent Literature 1 includes a piezoelectric element that receives an electric signal and vibrates, and a vibrating body to which the piezoelectric element is bonded via a bonding material.
  • the piezoelectric element expands and contracts by applying a voltage. Then, the plate-like vibrating body is bent by the expansion and contraction of the piezoelectric element. Thus, in the piezoelectric speaker, sound is generated by the bending motion.
  • the piezoelectric element has a d33 mode and a d31 mode. In d33 mode, it expands and contracts perpendicularly (thickness direction) to the electrode surface. In the d31 mode, the piezoelectric element expands and contracts in the direction along the electrode surface.
  • the d33 mode has an amplitude of nanometer or less at a non-resonant frequency, and thus is not suitable for acoustic applications that require broadband reproduction.
  • an amplitude of at least several tens of micrometers is required.
  • the amplitude can be several tens of micrometers or more even at a non-resonant frequency.
  • bending vibration occurs. Therefore, it becomes difficult for the piezoelectric speaker to generate a piston motion (straight-ahead motion) with good characteristics. For example, it becomes difficult to generate a high sound pressure in a wide band.
  • the present invention provides a vibration transmission structure and a piezoelectric speaker capable of realizing good vibration characteristics even when a piezoelectric element is used.
  • a vibration transmission structure includes a plate-like piezoelectric element supported at both ends, a vibration plate disposed opposite to the piezoelectric element, and a plurality of connecting the vibration plate and the piezoelectric element.
  • a vibration transmission structure includes a plate-like piezoelectric element supported at both ends, an elastic body disposed opposite to the piezoelectric element, and a surface of the elastic body opposite to the piezoelectric element. And a plurality of spacers that are arranged between the piezoelectric element and the elastic body and transmit vibration between the piezoelectric element and the elastic body.
  • the plurality of spacers may be arranged at positions deviating from the center of the piezoelectric element.
  • the plurality of spacers are arranged between the center of the piezoelectric element and one support end of the piezoelectric element, and from the center of the piezoelectric element to the piezoelectric element. And a second spacer disposed between the other support ends.
  • the plurality of spacers may be plate-like members along the support end of the piezoelectric element.
  • a piezoelectric speaker includes the above-described vibration transmission structure, a housing that houses the vibration transmission structure, and a cover that has a horn-shaped sound emitting hole and covers the housing.
  • the diaphragm is provided so as to overlap the sound emitting hole.
  • a plurality of the vibration transmission structures and the sound emission holes may be provided, and the plurality of vibration transmission structures may be accommodated in the housing.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of a vibration transmission structure according to a first embodiment.
  • 3 is an image showing vibration of the vibration transmission structure according to the first exemplary embodiment.
  • 3 is an image showing vibration of the vibration transmission structure according to the first exemplary embodiment.
  • It is a graph which shows the sound pressure with respect to a frequency.
  • It is a graph which shows the sound pressure with respect to a frequency.
  • FIG. 6 is a bottom view of a main part of a piezoelectric speaker according to a second embodiment. It is a figure for demonstrating arrangement
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a configuration of a vibration transmission structure according to a third embodiment. It is a figure which shows the piezoelectric speaker using the vibration transmission structure of FIG. It is a perspective view which shows typically the internal structure of a piezoelectric speaker.
  • the vibration transmission structure according to this embodiment is suitable for a piezoelectric speaker. Therefore, in the present embodiment, a piezoelectric speaker is exemplified as the vibration transmission structure. However, the vibration transmission structure according to the present embodiment can be applied not only to a piezoelectric speaker for acoustic use but also to a broadband transducer or the like.
  • FIG. 1 is a perspective view of a vibration transmission structure 100 according to the first embodiment.
  • the vibration transmission structure 100 includes a piezoelectric element 1, a support portion 2, a diaphragm 3, an elastic body 4, and a spacer 5.
  • the Z direction is the thickness direction of the diaphragm 3.
  • the X direction and the Y direction are directions parallel or perpendicular to the end sides of the rectangular diaphragm 3. Further, in the following description, the + Z side, that is, the surface side on which sound is output is described as the front surface side.
  • the piezoelectric element 1 is an actuator that converts electrical energy into mechanical energy.
  • the piezoelectric element 1 uses, for example, a piezoelectric bimorph, but a piezoelectric unimorph can also be used.
  • the piezoelectric element 1 has a flat plate shape with the Z direction as the thickness direction.
  • the piezoelectric element 1 has a rectangular shape in the XY plan view.
  • the X direction is the longitudinal direction of the piezoelectric element 1
  • the Y direction is the short direction of the piezoelectric element 1.
  • Support portions 2 are provided at both ends of the piezoelectric element 1.
  • the support unit 2 supports the piezoelectric element 1. Specifically, the piezoelectric element 1 is fixed to a frame (not shown) or the like via the support portion 2. For example, both ends of the piezoelectric element 1 are attached to the frame with a double-sided tape or an adhesive.
  • the piezoelectric element 1 is supported at both ends thereof.
  • the piezoelectric element 1 is supported via the support portion 2 at both ends in the X direction. That is, the two support portions 2 are arranged at an interval in the longitudinal direction of the piezoelectric element 1.
  • Each support part 2 is provided along the Y direction.
  • the support portion 2 is provided on the entire end side along the Y direction of the piezoelectric element 1. The portions other than both ends of the piezoelectric element 1 are free.
  • the elastic body 4 is disposed on the front side of the piezoelectric element 1 supported at both ends.
  • the elastic body 4 has a flat plate shape parallel to the piezoelectric element 1.
  • the elastic body 4 is disposed to face the piezoelectric element 1.
  • the elastic body 4 has substantially the same shape as the piezoelectric element 1.
  • the elastic body 4 has a rectangular shape that is approximately the same size as the piezoelectric element 1.
  • the elastic body 4 and the piezoelectric element 1 are disposed to face each other with a spacer 5 interposed therebetween.
  • the diaphragm 3 is disposed on the front surface of the elastic body 4.
  • the diaphragm 3 is a metal shim, for example.
  • the diaphragm 3 has a flat plate shape parallel to the elastic body 4. In the XY plan view, the diaphragm 3 has a rectangular shape and is slightly smaller than the elastic body 4.
  • the diaphragm 3 is joined to the front surface of the elastic body 4. Specifically, the outer periphery of the diaphragm 3 is attached to the front surface of the diaphragm 3 with a double-sided tape or the like. Thereby, the diaphragm 3 is held via the elastic body 4. Therefore, the diaphragm 3 is held soft.
  • a plurality of spacers 5 are interposed between the elastic body 4 and the piezoelectric element 1. That is, one end of the spacer 5 is attached to the back surface of the elastic body 4, and the other end is attached to the front surface of the piezoelectric element 1. Thereby, the diaphragm 3 and the piezoelectric element 1 are arranged to face each other with a gap in the Z direction.
  • the number of spacers 5 is not particularly limited.
  • a plurality of spacers 5 may be provided. Therefore, three or more spacers 5 may be disposed between the piezoelectric element 1 and the elastic body 4.
  • the spacer 5 is disposed between the piezoelectric element 1 and the elastic body 4.
  • the plurality of spacers 5 transmit vibration between the piezoelectric element 1 and the elastic body 4.
  • the plurality of spacers 5 are arranged at intervals in the X direction.
  • the plurality of spacers 5 are arranged at positions deviating from the center of the piezoelectric element 1. That is, vibration transmission at the central portion where the amplitude (sound pressure) is the largest is avoided.
  • one of the two spacers 5 is shifted from the center of the piezoelectric element 1 to the + X side, and the other is shifted to the ⁇ X side. Therefore, one spacer 5 is disposed between the center of the piezoelectric element 1 and the one support portion 2, and the other spacer 5 is disposed between the center of the piezoelectric element 1 and the other support portion 2.
  • the plurality of spacers 5 may be arranged symmetrically. For example, in FIG. 1, two spacers 5 are arranged symmetrically with respect to a straight line in the Y direction passing through the center of the piezoelectric element 1.
  • the spacer 5 has a rectangular plate shape with the X direction as the thickness direction.
  • Two flat spacers 5 are arranged along the YZ plane. That is, the spacer 5 is a plate-like member along the support end of the piezoelectric element 1.
  • the sizes of the two spacers 5 are substantially the same.
  • the size of the spacer 5 in the Y direction is approximately the same as the size of the piezoelectric element 1.
  • the shape of the spacer 5 is not particularly limited.
  • the spacer 5 can be made of a resin such as Teflon (registered trademark).
  • the piezoelectric element 1 and the diaphragm 3 are connected via the spacer 5.
  • the piezoelectric element 1 expands and contracts.
  • the piezoelectric element 1 operates in the d31 mode. Vibration generated by the expansion and contraction of the piezoelectric element 1 is transmitted to the elastic body 4 via the spacer 5.
  • the diaphragm 3 attached to the elastic body 4 vibrates. Sound is output by the vibration of the diaphragm 3. Therefore, the vibration transmission structure 100 operates as a piezoelectric speaker.
  • the effects of the present embodiment will be described in comparison with comparative examples.
  • a structure in which a diaphragm is simply joined to a piezoelectric bimorph or a piezoelectric unimorph is used as a piezoelectric speaker.
  • the mechanical quality factor Qm of bimorph or unimorph is almost equal to the mechanical quality factor of the diaphragm. Therefore, the configuration of the comparative example can increase the sound pressure, but is not suitable for a speaker application that requires wide-band reproduction.
  • the elastic body 4 and the piezoelectric element 1 are arranged to face each other via the spacer 5. That is, a plurality of spacers 5 are arranged between the diaphragm 3 and the piezoelectric element 1 in order to increase the sound pressure and to lower the mechanical quality factor Qm. By doing in this way, the bending motion of the piezoelectric element 1 is converted into a piston motion (linear motion) parallel to the Z direction. Therefore, a high sound pressure can be generated in a wide band. Therefore, good vibration characteristics can be realized.
  • FIG. 2 and 3 show measurement results of vibrations in the piezoelectric speakers according to the example and the comparative example.
  • the vibration transmission structure 100 of FIG. 1 is used as a piezoelectric speaker.
  • the diaphragm is bonded to the piezoelectric bimorph.
  • 2 and 3 are three-dimensional images obtained by measuring the vibration of the elastic body 4 with a scanning vibrometer.
  • FIG. 2 shows the measurement results in the example
  • FIG. 3 shows the measurement results in the comparative example.
  • the piezoelectric elements of the example and the comparative example use the same piezoelectric element. Specifically, a rectangular piezoelectric bimorph of 23 mm ⁇ 3.3 mm is used. The thickness of the piezoelectric element is 1.1 mm. The capacitance of the piezoelectric element 1 is 1.2 ⁇ F.
  • FIG. 4 is a graph showing measurement results of sound pressure frequency characteristics.
  • A shows the sound pressure frequency characteristic in the example
  • B shows the sound pressure frequency characteristic in the comparative example.
  • the sound pressure is higher than that of the comparative example at any frequency.
  • the sound pressure is 10 dB or more higher than that of the comparative example. Therefore, a high sound pressure can be output in a wide band. According to the configuration of the present embodiment, excellent frequency characteristics can be realized.
  • FIG. 5 shows the measurement results of the distortion rate with a piezoelectric speaker.
  • A indicates the distortion rate in the example
  • B indicates the distortion rate in the comparative example.
  • FIG. 5 shows the measurement result of the total harmonic distortion rate of 1 kHz to 10 kHz.
  • a 1 kHz sine wave is input to the test element and its response is measured. Due to the non-linearity of the test element itself, (1 kHz response) + (2 kHz response) + (3 kHz response)...
  • (physical quantity of 2 kHz response) / (physical quantity of 1 kHz response) second order distortion rate
  • (physical quantity of 3 kHz response) / (physical quantity of 1 kHz response) third order distortion rate .
  • the mean square of harmonic distortion of 1 to 10 kHz total harmonic distortion (THD: Total Harmonic Distortion).
  • the distortion rate is lower than that of the comparative example.
  • the harmonic distortion is one digit lower than that of the comparative example.
  • FIG. A piezoelectric speaker 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the piezoelectric speaker 200.
  • three vibration transmission structures 100 having the configuration of FIG. 1 shown in the first embodiment are used.
  • the vibration transmission structures 100 having the configuration shown in FIG. 1 are referred to as vibration transmission structures 100a, 100b, and 100c, respectively.
  • the configuration of the vibration transmission structures 100a to 100c is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the case 10 includes a housing 11, a frame 12, and a cover 13.
  • the housing 6 has a box shape, and the XY plane on the + Z side is open. That is, the housing
  • the cover 13 covers the open surface of the housing 11.
  • the cover 13 is attached to the housing 11 via the frame 12. That is, the frame 12 is disposed between the cover 13 and the housing 11.
  • the frame 12 is attached to the housing 11.
  • the cover 13 is attached to the frame 12.
  • a metal material such as aluminum can be used.
  • a resin material such as acrylic may be used for the housing 11.
  • the frame 12 is preferably a rigid body having a thickness of about 1 mm, for example.
  • vibration transmission structures 100a to 100c are arranged in an internal space 15 formed by the casing 11, the cover 13, and the frame 12.
  • the vibration transmission structures 100a to 100c have different sizes. Specifically, the sizes in the X direction are different. Therefore, the vibration transmission structures 100a to 100c have different frequency characteristics. By providing the vibration transmission structures 100a to 100c having different sizes, the respective characteristics can be complemented. In FIG. 6, the vibration transmission structure 100a is the largest and the vibration transmission structure 100c is the smallest.
  • the cover 13 includes sound emitting holes 13a to 13c.
  • three sound emitting holes 13a to 13c are provided in the cover 13 corresponding to the three vibration transmitting structures 100a to 100c.
  • the vibration of the vibration transmission structure 100a is output to the outside through the sound emission hole 13a.
  • the vibration of the vibration transmission structure 100b is output to the outside through the sound emission hole 13b.
  • the vibration of the vibration transmission structure 100c is output to the outside through the sound emission hole 13c.
  • the sound emission holes 13a to 13c have different sizes.
  • the sound emission hole corresponding to the vibration transmission structure 100a is the largest, and the cover 13c corresponding to the vibration transmission structure 100c is the smallest.
  • the sound emission holes 13a to 13c have, for example, a rectangular shape corresponding to the size of the vibration transmission structures 100a to 100c.
  • the sound emission holes 13a to 13c have a horn shape. That is, the holes (openings) of the sound emitting holes 13a to 13c are gradually reduced from the outside to the inside of the case 10. Therefore, the portions of the cover 13 that are in contact with the sound emission holes 13a to 13c are tapered (slopes).
  • Each of the vibration transmission structures 100a to 100c has the configuration shown in FIG. That is, the vibration transmission structures 100a to 100c are fixed to the case 10 by a similar mounting structure. In the following description, the description will focus on the configuration of the vibration transmission structure 100a.
  • Both ends of the piezoelectric element 1 are support portions 2 supported by the frame 12.
  • both ends of the piezoelectric element 1 are attached to the frame 12 with a double-sided tape.
  • the frame 12 supports both ends of the piezoelectric element 1.
  • the width of the support part 2 is about 1 mm.
  • a double-sided tape having a width of about 1 mm is disposed between the piezoelectric element 1 and the frame 12, and the frame 12 and the piezoelectric element 1 are bonded together. Except for the support portion 2, the piezoelectric element 1 is not bonded to the frame 12. Except at both ends, the frame 12 has a hole in order to make the piezoelectric element 1 free.
  • the piezoelectric element 1 and the elastic body 4 are connected via the spacer 5.
  • the elastic body 4 is disposed to face the piezoelectric element 1.
  • a diaphragm 3 is disposed on the front side of the elastic body 4.
  • the diaphragm 3 is disposed on the back side of the cover 13.
  • the diaphragm 3 can be seen from the outside through the sound emitting hole 13a. That is, the diaphragm 3 overlaps the sound emitting hole 13 a of the cover 13 in the XY plan view.
  • the cover 13 covers the outer periphery of the diaphragm 3. That is, the sound emitting hole 13 a is slightly smaller than the diaphragm 3. Therefore, the outer peripheral portion of the diaphragm 3 is disposed so as to overlap the cover 13.
  • the outer periphery of the diaphragm 3 is fixed to the frame 12 by a fixing material 14.
  • the fixing member 14 may be a double-sided tape having a width of 1 mm.
  • the fixing member 14 bonds the front surface of the frame 12 and the back surface of the diaphragm 3.
  • the piezoelectric speaker 200 having good characteristics can be provided.
  • the three vibration transmission structures 100a to 100c are arranged in the case 10, but the number of the vibration transmission structures 100 is not particularly limited.
  • One vibration transmission structure 100 may be arranged in the case 10.
  • a plurality of vibration transmission structures 100 may be arranged in the case 10.
  • the vibration transmission structures 100 may have different sizes.
  • harmonic distortion can be suppressed by adjusting the mounting position of the spacer 5.
  • harmonic distortion is likely to occur at a specific frequency.
  • the diaphragm 3 operates at 1 kHz and 2 kHz as a bending operation due to the nonlinearity of the rectangular piezoelectric element 1. 2 kHz becomes a harmonic distortion and becomes the main cause of sound deterioration.
  • the spacer 5 is used to prevent acoustic operation in the secondary mode and the tertiary mode for the purpose of increasing the sound pressure and simultaneously reducing the harmonic distortion to improve the sound. It is arranged. Specifically, even if the diaphragm 3 vibrates, the spacer 5 is disposed at a position where the sound pressure can be relatively canceled.
  • the spacer 5 is arranged as shown in FIG. In FIG. 7, since the piezoelectric element 1 is bent, the diaphragm 3 is inclined. When the diaphragm 3 is tilted, it seems that sound is generated, but the diaphragm 3 is tilted across the acoustic neutral line. Therefore, the sound pressure is canceled by the right side inclination and the left side inclination of the diaphragm 3. Therefore, no sound is generated, that is, it is possible to prevent the generation of the second harmonic.
  • the speaker does not have a wide band (broadband).
  • a plurality of vibration transmission structures 100 can be used to widen the band. That is, by using a plurality of vibration transmission structures 100 having different sizes, the resonance frequency of the primary mode can be shifted and connected in multiple stages.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically illustrating the configuration of the vibration transmission structure 300 according to the third embodiment.
  • the configuration of the first embodiment and the configuration of the elastic body 4 are different.
  • an elastic body 24 is provided instead of the elastic body 4 of FIG. Since the basic configuration of the vibration transmission structure 300 other than the elastic body 24 is the same as that of the vibration transmission structure 100 of the first embodiment, the description thereof will be omitted as appropriate.
  • the elastic body 24 is formed in a frame shape. That is, the central portion of the elastic body 24 is opened in a rectangular shape.
  • the elastic body 24 is formed in a rectangular frame shape so as to be arranged to face the peripheral edge portion 3 a of the diaphragm 3.
  • the elastic body 24 is attached only to the peripheral edge 3 a of the diaphragm 3. Therefore, the elastic body 24 is not provided in the central portion inside the peripheral edge 3 a of the diaphragm 3.
  • the elastic body 24 functions as a fixing member that fixes the diaphragm 3 to a frame (not shown).
  • the elastic body 24 is, for example, a double-sided tape having elasticity.
  • the elastic body 24 is formed so as not to protrude outside the diaphragm 3.
  • the spacer 5 is attached to the diaphragm 3 through the elastic body 24 having a rectangular frame shape. Therefore, the spacer 5 is directly fixed to the diaphragm 3.
  • the spacer 5 is attached to the diaphragm 3 without the elastic body 24 interposed therebetween.
  • one end of the spacer 5 in the Z direction is attached to the diaphragm 3 and the other end is attached to the piezoelectric element 1.
  • the piezoelectric element 1 and the diaphragm 3 are connected via the spacer 5.
  • two spacers 5 are interposed between the piezoelectric element 1 and the diaphragm 3.
  • the support part 2 indicates both ends of the plate-like piezoelectric element 1.
  • the piezoelectric element 1 is disposed to face the diaphragm 3. Further, since the spacer 5 is provided between the piezoelectric element 1 and the vibration plate 3, the piezoelectric element 1 and the vibration plate 3 are disposed to face each other with the size of the spacer 5 therebetween.
  • the spacer 5 is disposed at a position off the center of the piezoelectric element 1 in the X direction. Specifically, one spacer 5 is disposed between the center of the piezoelectric element 1 and one support end of the piezoelectric element 11, and the other spacer 5 is disposed from the center of the piezoelectric element 1 to the other support end of the piezoelectric element 1. It is arranged between.
  • the spacer 5 is a plate-like member along the support end of the piezoelectric element 1.
  • the piezoelectric element 1 When an electric signal is applied to the piezoelectric element 1, the piezoelectric element 1 expands and contracts. Here, the piezoelectric element 1 operates in the d31 mode. Vibration generated by the expansion and contraction of the piezoelectric element 1 is transmitted to the elastic body 4 via the spacer 5. Thereby, the diaphragm 3 attached to the elastic body 4 vibrates. Sound is output by the vibration of the diaphragm 3. Therefore, the vibration transmission structure 100 operates as a piezoelectric speaker.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the piezoelectric speaker 400.
  • three vibration transmission structures 300 having the configuration shown in FIG. 8 are used.
  • the vibration transmission structures 300 having the configuration of FIG. 8 are referred to as vibration transmission structures 300a, 300b, and 300c, respectively.
  • the configuration of the vibration transmission structures 300a to 300c is the same as that shown in FIG.
  • the basic configuration of the piezoelectric speaker 400 is the same as that of the piezoelectric speaker 200 of FIG.
  • Elastic body 24 is a double-sided tape. As shown in FIG. 9, one adhesive surface of the elastic body 24 is attached to the peripheral portion 3 a of the diaphragm 3, and the other adhesive surface is attached to the frame 12. A peripheral edge 3 a of the diaphragm 3 is fixed to the frame 12 via an elastic body 24.
  • An opening 24 a is provided at the center of each elastic body 24.
  • Two spacers 5 are arranged in one opening 24a.
  • the spacer 5 is attached to the diaphragm 3 through the opening 24a.
  • the spacer 5 and the diaphragm 3 may be joined via an adhesive or the like.
  • the vibration transmission structures 300a to 300c since the sizes of the diaphragm 3 and the piezoelectric element 1 are different, the sizes of the elastic body 24 and the opening 24a are also different.
  • FIG. 10 shows the configuration of an embodiment of the piezoelectric speaker 400.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing the internal configuration of the piezoelectric speaker 400.
  • FIG. 10 has three vibration transmission structures 300a to 300c similar to the configuration shown in FIG.
  • the vibration transmission structures 300a to 300c have different sizes.
  • the size of the piezoelectric element 1 of the vibration transmission structure 300a is 21 mm ⁇ 4 mm.
  • the size of the piezoelectric element 1 of the vibration transmission structure 300b is 16 mm ⁇ 4 mm.
  • the size of the piezoelectric element 1 of the vibration transmission structure 300c is 12 mm ⁇ 4 mm. Note that.
  • the thickness of all the piezoelectric elements 1 is 1.1 mm.
  • a spacer 5 is disposed between the flat piezoelectric element 1 and the diaphragm 3.
  • the piezoelectric element 1 and the diaphragm 3 are connected by a spacer 5.
  • the three piezoelectric elements 1 are connected to an FPC (Flexible Printed Circuits) 8.
  • the FPC 8 supplies an electrical signal to the piezoelectric element 1.
  • a rectangular frame-shaped elastic body 24 is attached to the peripheral edge 3 a of the diaphragm 3.
  • the elastic body 24 is, for example, a double-sided tape that is doubled.
  • the elastic body 24 is formed in a closed rectangular frame shape so as to be attached over the entire circumference of the peripheral edge portion 3a of the diaphragm 3, but the elastic body 24 extends over the entire circumference of the peripheral edge portion 3a. It may not be pasted.
  • the elastic body 24 may not be attached to a part of the peripheral edge 3a.
  • the diaphragm 3 and the frame 12 are made of, for example, SUS.
  • the elastic body 24 fixes the elastic body 24 to the frame 12.
  • the frame 12 has an opening corresponding to each vibration transmission structure 300.
  • the frame 12 supports both ends of the piezoelectric element 1. For example, both ends of the piezoelectric element 1 are fixed to the ⁇ Z side surface of the frame 12.
  • Such harmonic distortion can be suppressed as in the second embodiment.
  • a wide band can be achieved. That is, by using a plurality of vibration transmission structures 300 having different sizes, it is possible to connect in multiple stages by shifting the resonance frequency of the primary mode.

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Abstract

圧電素子（１）を用いた場合であっても、良好な振動特性を実現することができる振動伝達構造（３００）、及び圧電スピーカ（４００）を提供する。　本発明の一態様にかかる振動伝達構造（３００）は、両端が支持された板状の圧電素子（１）と、圧電素子（１）と対向して配置された振動板３と、圧電素子（１）と振動板（３）とを連結する複数のスペーサ（５）と、振動板（３）の周縁部（３ａ）に設けられた弾性体（２４）と、を備えたものである。

Description

振動伝達構造、及び圧電スピーカ
　本発明は振動伝達構造、及び圧電スピーカに関する。
　電気信号を振動（音響信号）に変換するスピーカとしては、電磁スピーカと圧電スピーカがある。特許文献１には、圧電スピーカが開示されている。特許文献１に開示された圧電スピーカは、電気信号が入力されて振動する圧電素子と、その圧電素子が接合材を介して接合される振動体とを備えている。
　具体的には、圧電素子は、電圧を印可することで伸縮する。そして、圧電素子の伸縮によって、板状の振動体が撓む。このように、圧電スピーカでは、撓み運動により、音を発生している。
国際公開第２０１４／０４５６４５号
　電磁スピーカの音圧計算式に着目すると、音圧（Ｐａ）は振動板面積と振動速度の積に依存している。具体的には、音圧（Ｐａ）は、以下の式（１）で表される。
音圧（Ｐａ）＝
（空気密度）×（振動板面積）×（振動速度）×（周波数／２１／２）／マイクとの距離）
・・・（１）
　（振動板面積）×（振動速度）より、振動板全域を角速度ωでピストン運動（直線振動）させることが前提と理解することができる。また、式（１）を鑑みると、撓みを利用する場合、相対的には、速度低下すなわち音圧低下することが判る。また、撓み運動により、２次モード、３次モードの振動が派生する。音響的には、高調波歪が音の劣化の原因となる。
　圧電素子には、ｄ３３モードとｄ３１モードとがある。ｄ３３モードでは、電極面に垂直（厚み方向）に伸縮する。ｄ３１モードでは、圧電素子が電極面に沿った方向に伸縮する。ｄ３３モードは、非共振周波数でナノメートル以下の振幅となるため、広帯域再生が必要な音響用途に適していない。
　音響用途には、少なくとも数十マイクロメートルの振幅が必要である。ｄ３１モード（バイモルフ／ユニモルフ）では、非共振周波数においても、振幅を数十マイクロメートル以上にすることが可能である。ｄ３１モードでは、撓み振動になる。したがって、圧電スピーカでは、良好な特性のピストン運動（直進運動）を発生させることが困難になる。例えば、広帯域で高い音圧を発生させることが困難になる。
　本発明は、圧電素子を用いた場合であっても、良好な振動特性を実現することができる振動伝達構造、及び圧電スピーカを提供する。
　本発明の一態様にかかる振動伝達構造は、両端が支持された板状の圧電素子と、前記圧電素子と対向して配置された振動板と、前記振動板と前記圧電素子とを連結する複数のスペーサと、前記振動板の周縁部に設けられた弾性体と、を備えるものである。
　本発明の一態様にかかる振動伝達構造は、両端が支持された板状の圧電素子と、前記圧電素子と対向して配置された弾性体と、前記弾性体の前記圧電素子と反対側の面に設けられた振動板と、前記圧電素子と前記弾性体との間に配置され、前記圧電素子と前記弾性体との間で振動を伝達する複数のスペーサと、を備えたものである。
　上記の振動伝達構造において、前記複数のスペーサが、前記圧電素子の中央から外れた位置に配置されていてもよい。
　上記の振動伝達構造において、前記複数のスペーサが、前記圧電素子の中央から前記圧電素子の一方の支持端までの間に配置された第１のスペーサと、前記圧電素子の中央から前記圧電素子の他方の支持端までの間に配置された第２のスペーサと、を備えていてもよい。
　上記の振動伝達構造において、前記複数のスペーサが、前記圧電素子の支持端に沿った板状の部材であってもよい。
　本発明の一態様にかかる圧電スピーカは、上記の振動伝達構造と、前記振動伝達構造を収容する筐体と、ホーン形状を有する放音孔を有し、前記筐体を覆うカバーと、を備え、前記振動板が、前記放音孔と重なるように設けられているものである。
　上記の圧電スピーカにおいて、前記振動伝達構造、及び前記放音孔のそれぞれが複数設けられ、複数の前記振動伝達構造が前記筐体に収容されていてもよい。
　本発明によれば、圧電素子を用いた場合であっても、良好な振動特性を実現することができる振動伝達構造、及び圧電スピーカを提供することができる。
実施の形態１にかかる振動伝達構造の構成を示す斜視図である。 実施の形態１にかかる振動伝達構造の振動を示す画像である。 実施の形態１にかかる振動伝達構造の振動を示す画像である。 周波数に対する音圧を示すグラフである。 周波数に対する音圧を示すグラフである。 実施の形態２にかかる圧電スピーカの要部の下面図である。 スペーサの配置を説明するための図である。 実施の形態３にかかる振動伝達構造の構成を示す斜視図である。 図８の振動伝達構造を用いた圧電スピーカを示す図である。 圧電スピーカの内部構成を模式的に示す斜視図である。
　本実施の形態にかかる振動伝達構造は、圧電スピーカに好適である。したがって、本実施の形態では、振動伝達構造として圧電スピーカを例示して説明を行う。しかしながら、本実施の形態にかかる振動伝達構造は、音響用途の圧電スピーカに限らず、広帯域のトランスデューサ等にも適用可能である。
　実施の形態１．
図１を参照して、実施の形態１にかかる振動伝達構造１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかる振動伝達構造１００の斜視図である。振動伝達構造１００は、圧電素子１と、支持部２、振動板３と、弾性体４と、スペーサ５とを備えている。
　以下の説明では、説明の明確化のため、図１に示す３次元直交座標を用いて説明を行う。Ｚ方向が振動板３の厚さ方向である。Ｘ方向、及びＹ方向は、矩形状の振動板３の端辺に平行又は垂直な方向である。また、以下の説明では、＋Ｚ側、すなわち、音が出力される面側を前面側として説明する。
　圧電素子１は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するアクチュエータである。ここでは、圧電素子１は、例えば、圧電バイモルフを用いているが、圧電ユニモルフを用いることも可能である。圧電素子１は、Ｚ方向を厚さ方向とする平板状になっている。圧電素子１は、ＸＹ平面視において、矩形状になっている。Ｘ方向が圧電素子１の長手方向であり、Ｙ方向が圧電素子１の短手方向である。
　圧電素子１の両端には支持部２が設けられている。支持部２は圧電素子１を支持する。具体的には、圧電素子１は、支持部２を介してフレーム（不図示）等に固定される。例えば、圧電素子１の両端が両面テープや接着剤などでフレームに貼り付けられる。
　このように、圧電素子１は、その両端で支持されている。ここでは、Ｘ方向における両端で、圧電素子１が支持部２を介して支持される。すなわち、２つの支持部２は、圧電素子１の長手方向に間隔を開けて配置されている。それぞれの支持部２は、Ｙ方向に沿って設けられている。ここでは、圧電素子１のＹ方向に沿った端辺全体に支持部２が設けられている。圧電素子１の両端以外はフリーとなっている。
　両端支持された圧電素子１の前面側には、弾性体４が配置されている。弾性体４は、圧電素子１と平行な平板状となっている。弾性体４は、圧電素子１と対向して配置されている。ＸＹ平面視において、弾性体４は、圧電素子１とほぼ同じ形状となっている。具体的には、弾性体４は、圧電素子１とほぼ同じ大きさの矩形状となっている。そして、弾性体４と、圧電素子１とは、スペーサ５を介して対向配置されている。
　弾性体４の前面には、振動板３が配置されている。振動板３は、例えば金属シムである。振動板３は、弾性体４と平行な平板状となっている。ＸＹ平面視において、振動板３は矩形状であり、弾性体４よりも若干小さくなっている。振動板３は弾性体４の前面に接合される。具体的には、振動板３の外周が両面テープなどで振動板３の前面に貼り付けられている。これにより、振動板３が弾性体４を介して保持される。よって、振動板３が柔らかく保持される。
　そして、弾性体４と圧電素子１との間には、複数のスペーサ５が介在している。すなわち、スペーサ５の一端が弾性体４の背面に取り付けられ、他端が圧電素子１の前面に取り付けられる。これにより、振動板３と圧電素子１とがＺ方向に間隔を開けて対向配置される。図１では２つのスペーサ５が設けられているが、スペーサ５の数は特に限定されるものではない。スペーサ５は複数設けられていればよい。したがって、３以上のスペーサ５が圧電素子１と弾性体４との間に配置されていてもよい。スペーサ５は、圧電素子１と弾性体４との間に配置されている。複数のスペーサ５は、圧電素子１と弾性体４との間で振動を伝達する。
　複数のスペーサ５はＸ方向に間隔を開けて配置されている。複数のスペーサ５は、圧電素子１の中央から外れた位置に配置されている。すなわち、振幅（音圧）が一番大きくなる中央部分での振動伝達は避けている。具体的には、２つのスペーサ５の一方が、圧電素子１の中央から＋Ｘ側にずれており、他方が－Ｘ側にずれている。よって、一方のスペーサ５が圧電素子１の中央から一方の支持部２までの間に配置され、他方のスペーサ５が圧電素子１の中央から他方の支持部２までの間に配置されている。ＸＹ平面視において、複数のスペーサ５は、対称に配置されていてもよい。例えば、図１では、圧電素子１の中心を通るＹ方向の直線に対して、２つのスペーサ５が線対称に配置されている。
　図１において、スペーサ５は、Ｘ方向を厚さ方向とする矩形板状となっている。そして、２つの平板状のスペーサ５がＹＺ平面に沿って配置される。すなわち、スペーサ５は、圧電素子１の支持端に沿った板状の部材でとなっている。２つのスペーサ５の大きさはほぼ同じとなっている。Ｙ方向におけるスペーサ５の大きさは、圧電素子１の大きさと同程度になっている。なお、スペーサ５の形状は特に限定されるものでない。例えば、スペーサ５は、テフロン（登録商標）などの樹脂を用いることができる。
　このように、圧電素子１と振動板３とがスペーサ５を介して連結される。圧電素子１に電気信号を与えると、圧電素子１が伸縮する。ここでは、圧電素子１は、ｄ３１モードで動作する。圧電素子１の伸縮により発生した振動が、スペーサ５を介して、弾性体４に伝達する。これにより、弾性体４に貼り付けられた振動板３が振動する。振動板３の振動によって音が出力される。よって、振動伝達構造１００が圧電スピーカとして動作する。
　このように圧電素子１の振動が、振動板３に伝達する際、圧電素子１の撓み運動がスペーサ５によって、Ｚ方向におけるピストン運動（直線運動）に変換される。このようにすることで、音圧を高くすることができるとともに、広帯域での振動が可能になる。
　以下、本実施の形態における効果を比較例と対比して説明する。比較例では、単純に圧電バイモルフ又は圧電ユニモルフに振動板と接合した構成を圧電スピーカとして用いている。比較例の構成では、バイモルフ又はユニモルフの機械的品質係数Ｑｍが振動板の機械的品質係数とほぼ等しくなる。したがって、比較例の構成では、音圧を高くすることができるが、広帯域再生が必要なスピーカ用途には適していない。
　そこで、本実施の形態では、スペーサ５を介して、弾性体４と圧電素子１とを対向配置させている。すなわち、音圧を高くするため、かつ機械的品質係数Ｑｍを下げる為に複数のスペーサ５を振動板３と圧電素子１との間に配置している。このようにすることで、圧電素子１の撓み運動をＺ方向に平行なピストン運動（直線運動）に変換される。したがって、広帯域で高い音圧を発生させることができる。よって、良好な振動特性を実現することができる。
　図２、及び図３に実施例と比較例にかかる圧電スピーカでの振動の測定結果を示す。実施例では、図１の振動伝達構造１００を圧電スピーカとして用いている。比較例では、上記の通り、圧電バイモルフに振動板を貼り合せた構成となっている。図２、及び図３は、弾性体４の振動をスキャニング振動計で測定した３次元画像である。図２が実施例、図３が比較例での測定結果を示す。
　図２、図３を比較すると、実施例では、振動板３の動作がよりピストン運動（直線運動）に近づいていることが判る。すなわち、実施例では、振動板３の振動がＸＹ平面内でより均一になっている。一方、比較例では、撓み運動に近くなっているため、図３に示すよう振動板３が波打っている。
　次に、実施例と比較例にかかる圧電スピーカの周波数特性について説明する。ここで、実施例と比較例の圧電スピーカで、同じ圧電素子を用いている。具体的には、２３ｍｍ×３．３ｍｍの矩形状の圧電バイモルフを用いている。また、圧電素子の厚さは１．１ｍｍとしている。また、圧電素子１の静電容量は１．２μＦである。
　図４は、音圧周波数特性の測定結果を示すグラフである。図４において、Ａが実施例での音圧周波数特性を示し、Ｂが比較例での音圧周波数特性を示している。
　実施例では、いずれの周波数においても音圧が比較例よりも高くなっている。体的には、実施例では比較例より１０ｄＢ以上高い音圧となっている。よって、広帯域で高い音圧を出力することができる。本実施の形態の構成によれば、優れた周波数特性を実現することができる。
　図５に、圧電スピーカでの歪み率の測定結果を示す。図５において、Ａが実施例での歪み率を示し、Ｂが比較例での歪み率を示している。また、図５は、１ｋＨｚ～１０ｋＨｚの全高調波歪み率の測定結果を示している。具体的には、テストエレメントに１ｋＨｚの正弦波を入力して、その応答を測定する。テストエレメント自身が持つ非線形性に因り、（１ｋＨＺの応答）＋（２ｋＨｚの応答）＋（３ｋＨｚの応答）・・・が得られる。この時の、（２ｋＨｚの応答の物理量）／（１ｋＨｚの応答の物理量）＝２次の歪み率とし、（３ｋＨｚの応答の物理量）／（１ｋＨｚの応答の物理量）＝３次の歪み率とする。そして、１～１０ｋＨｚの高調波歪の二乗平均＝全高調波歪み（Ｔ．Ｈ．Ｄ：Ｔｏｔａｌ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｄｉｓｔｏｒｉｏｎ）としている。
　図５に示すように、実施例では、比較例に比して歪み率が低くなっている、具体的には、実施例では比較例の１桁低い高調波歪みとなっている。
　このように、上記の構成の振動伝達構造１００を有する圧電スピーカによれば、高音圧、低歪み率を得ることができる。
実施の形態２．
　本実施の形態にかかる圧電スピーカ２００について、図６を用いて説明する。図６は、圧電スピーカ２００の構成を模式的に示す断面図である。本実施の形態では実施の形態１で示した図１の構成の振動伝達構造１００が３つ用いられている。ここで、図１の構成の振動伝達構造１００をそれぞれ振動伝達構造１００ａ、１００ｂ、１００ｃとする。なお、振動伝達構造１００ａ～１００ｃの構成については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
　さらに、本実施の形態では、３つの振動伝達構造１００ａ～１００ｃがケース１０の内部に収容されている。ケース１０は、筐体１１と、フレーム１２と、カバー１３と、を備えている。
　筐体６は、箱形状を有しており、＋Ｚ側のＸＹ平面が開放している。すなわち、筐体６は、一面が開放した直方体状の箱となっている。そして、カバー１３が筐体１１の開放面を覆っている。カバー１３はフレーム１２を介して、筐体１１に取り付けられている。すなわち、フレーム１２は、カバー１３と筐体１１との間に配置されている。フレーム１２は、筐体１１に取り付けられている。カバー１３はフレーム１２に取り付けられている。筐体１１には、例えば、アルミニウムなどの金属材料を用いることができる。もちろん、筐体１１にアクリルなどの樹脂材料を用いてもよい。フレーム１２は、例えば、厚さ１ｍｍ程度の剛体とすることが好ましい。
　筐体１１とカバー１３とフレーム１２とで形成される内部空間１５に３つの振動伝達構造１００ａ～１００ｃが配置されている。振動伝達構造１００ａ～１００ｃはそれぞれ異なるサイズとなっている。具体的には、Ｘ方向におけるサイズが異なっている。したがって、振動伝達構造１００ａ～１００ｃをそれぞれ異なる周波数特性を有している。サイズの異なる振動伝達構造１００ａ～１００ｃを設けることで、それぞれの特性を補完することができる。図６では、振動伝達構造１００ａが最も大きく、振動伝達構造１００ｃが最も小さくなっている。
　カバー１３は、放音孔１３ａ～１３ｃを備えている。ここで、３つの振動伝達構造１００ａ～１００ｃに対応して、カバー１３には、３つの放音孔１３ａ～１３ｃが設けられている。振動伝達構造１００ａの振動が放音孔１３ａを通って外部に出力される。振動伝達構造１００ｂの振動が放音孔１３ｂを通って外部に出力される。振動伝達構造１００ｃの振動が放音孔１３ｃを通って外部に出力される。
　振動伝達構造１００ａ～１００ｃが異なるサイズとなっているため、放音孔１３ａ～１３ｃも異なるサイズとなっている。振動伝達構造１００ａに対応する放音孔が最も大きく、振動伝達構造１００ｃに対応するカバー１３ｃが最も小さくなっている。放音孔１３ａ～１３ｃは、例えば、振動伝達構造１００ａ～１００ｃのサイズに応じた矩形状となっている。
　放音孔１３ａ～１３ｃはホーン形状を有している。すなわち、ケース１０の外側から内側に向かうにしたがって、放音孔１３ａ～１３ｃの孔（開口）が徐々に小さくなっている。したがって、カバー１３の放音孔１３ａ～１３ｃと接する部分は、テーパ形状（斜面）となっている。
　振動伝達構造１００ａ～１００ｃのそれぞれは図１で示した構成となっている。すなわち、振動伝達構造１００ａ～１００ｃは同様の取り付け構造によって、ケース１０に固定されている。以下の説明では、振動伝達構造１００ａの構成を中心に説明を行う。
　圧電素子１の両端が、フレーム１２に支持された支持部２となっている。例えば、両面テープにより、圧電素子１の両端をフレーム１２に貼り付ける。これにより、フレーム１２が圧電素子１の両端を支持する。支持部２の幅は１ｍｍ程度になっている。例えば、１ｍｍ程度の幅を有する両面テープを圧電素子１とフレーム１２との間に配置して、フレーム１２と圧電素子１とを貼り合せている。支持部２以外では、圧電素子１はフレーム１２に接着されていない。両端以外では、圧電素子１をフリーとするため、フレーム１２には穴が開いている。
　上記したように、スペーサ５を介して、圧電素子１と弾性体４とが連結されている。弾性体４は、圧電素子１と対向配置されている。弾性体４の前面側には、振動板３が配置されている。振動板３は、カバー１３の背面側に配置される。そして、外部から放音孔１３ａを通して振動板３が見えるようになっている。すなわち、ＸＹ平面視において、振動板３がカバー１３の放音孔１３ａと重なっている。
　また、カバー１３が振動板３の外周部を覆っている。すなわち、放音孔１３ａは、振動板３よりも一回り小さくなっている。したがって、振動板３の外周部がカバー１３と重なって配置されている。
　振動板３の外周部が、固定材１４によって、フレーム１２に固定されている。固定材１４は例えば、幅１ｍｍの両面テープとすることができる。そして、固定材１４は、フレーム１２の前面と振動板３の背面とを接着する。
　このような構成によって、良好な特性を有する圧電スピーカ２００を提供することができる。なお、上記の実施の形態では、ケース１０内に３つの振動伝達構造１００ａ～１００ｃが配置されていたが、振動伝達構造１００の数は特に限定されるものではない。ケース１０内に１つ振動伝達構造１００が配置されていればよい。また、ケース１０内に、複数の振動伝達構造１００を配置してもよい。ケース１０内に複数の振動伝達構造１００を配置する場合、振動伝達構造１００を異なるサイズにしてもよい。
　また、スペーサ５の取り付け位置を調整することで、高調波歪みを抑制することができる。例えば、矩形型の圧電素子１が２次モードで動作した場合に振幅が最大となる位置にスペーサ５を配置することが好ましい。具体的には、図７に示すように、（圧電素子１の一端から一方のスペーサ５までの間隔）：（２つのスペーサ５の間隔）：（圧電素子１の他端から他方のスペーサ５までの間隔）＝１：２：１とする。２次モードでの振幅最大の位置にスペーサ５を配置することで、２次モードの振幅を打ち消すことができる。この理由について以下に説明する。
　矩形型の圧電素子１を用いた場合、特定の周波数に高調波歪みが発生しやすい。例えば、１００ｋＨｚの正弦波を入力した時に、２次モードが２ｋＨｚに有ったとしたら、矩形型の圧電素子１の非線形性により、振動板３が屈曲動作として１ｋＨｚと２ｋＨＺで動作することになる。２ｋＨｚは高調波歪みとなり、音を劣化する主原因となる。
　このため本実施の形態では、音圧を上げると同時に、高調波歪みを低減して音を良くする目的として、２次モード、３次モードには、音響的な動作をさせないようにスペーサ５を配置している。具体的には、振動板３が振動していても、音圧的には相対的にキャンセルできる位置に、スペーサ５が配置されている。
　このように、図７のようにスペーサ５を配置している。図７では、圧電素子１に撓みが生じているため、振動板３が傾いている。振動板３が傾くと、音が発生するようにも見えるが、振動板３が音響中立線を跨いで傾いている。したがって、振動板３の右側の傾きと、左側の傾きとで、音圧がキャンセルされる。よって、音は出さない、すなわち、２次の高調波を出さないようにすることができる。
　２次モードを使用しないことにより、スピーカとしては広帯域（ブロードバンド）にはならないが、図６に示すように、複数の振動伝達構造１００を用いることで、広帯域化することができる。すなわち、サイズの異なる振動伝達構造１００を複数用いることで、１次モードの共振周波数をずらして多段接続することができる。
実施の形態３．
　本実施の形態にかかる振動伝達構造３００について、図８を用いて説明する。図８は、実施の形態３にかかる振動伝達構造３００の構成を模式的に示す斜視図である。本実施の形態では実施の形態１の構成と弾性体４の構成が異なっている。具体的には、図１の弾性体４の代わりに弾性体２４が設けられている。なお、振動伝達構造３００の弾性体２４以外の基本的構成につては、実施の形態１の振動伝達構造１００と同様であるため、適宜説明を省略する。
　具体的には、弾性体２４が枠状に形成されている。すなわち、弾性体２４の中央部は矩形状に開口している。弾性体２４は振動板３の周縁部３ａに対向して配置されるよう、矩形枠状に形成されている。そして、振動板３の周縁部３ａのみに弾性体２４が取り付けられている。したがって、振動板３の周縁部３ａの内側の中央部には、弾性体２４が設けられていない。また、弾性体２４は、振動板３を図示しないフレームに固定する固定材として機能する。弾性体２４は、例えば、弾性を有する両面テープである。弾性体２４は、振動板３の外側にはみ出さないように形成されている。
　スペーサ５は、矩形枠状の弾性体２４の中を通って、振動板３に取り付けられている。したがって、スペーサ５は振動板３に直接固定されている。スペーサ５が弾性体２４を介さずに、振動板３に取り付けられている。換言すると、Ｚ方向におけるスペーサ５の一端は、振動板３に取り付けられ、他端は圧電素子１に取り付けられている。このように、圧電素子１と振動板３とはスペーサ５を介して連結されている。図８では２つのスペーサ５が圧電素子１と振動板３との間に介在している。
　支持部２は板状の圧電素子１の両端を指示している。圧電素子１は、振動板３と対向して配置されている。さらに、圧電素子１と振動板３との間にはスペーサ５が設けられているため、圧電素子１と振動板３はスペーサ５の大きさを隔てて対向配置されている。スペーサ５は実施の形態１と同様に、Ｘ方向における圧電素子１の中央から外れた位置に配置されている。具体的には、一方のスペーサ５が、圧電素子１の中央から圧電素子１１の一方の支持端までの間に配置され、他方のスペーサ５が圧電素子１の中央から圧電素子の他方の支持端までの間に配置されている。スペーサ５は、圧電素子１の支持端に沿った板状の部材である。
　圧電素子１に電気信号を与えると、圧電素子１が伸縮する。ここでは、圧電素子１は、ｄ３１モードで動作する。圧電素子１の伸縮により発生した振動が、スペーサ５を介して、弾性体４に伝達する。これにより、弾性体４に貼り付けられた振動板３が振動する。振動板３の振動によって音が出力される。よって、振動伝達構造１００が圧電スピーカとして動作する。
　このように圧電素子１の振動が、振動板３に伝達する際、圧電素子１の撓み運動がスペーサ５によって、Ｚ方向におけるピストン運動（直線運動）に変換される。このようにすることで、音圧を高くすることができるとともに、広帯域での振動が可能になる。このような構成によっても、実施の形態１と同様に良好な振動特性を得ることができる。
　次に、振動伝達構造３００を用いた圧電スピーカ４００について、図９を用いて説明する。図９は、圧電スピーカ４００の構成を模式的に示す断面図である。本実施の形態では図８の構成の振動伝達構造３００が３つ用いられている。ここで、図６と同様に、図８の構成の振動伝達構造３００をそれぞれ振動伝達構造３００ａ、３００ｂ、３００ｃとする。なお、振動伝達構造３００ａ～３００ｃの構成については、図８と同様であるため、説明を省略する。また、圧電スピーカ４００の基本的構成は、図６の圧電スピーカ２００と同様であるため説明を省略する。
　弾性体２４は両面テープである。図９に示すように、弾性体２４の一方の接着面は、振動板３の周縁部３ａに貼り付けられ、他方の接着面はフレーム１２に貼り付けられている。振動板３の周縁部３ａが弾性体２４を介して、フレーム１２に固定されている。
　各弾性体２４の中央部には、開口部２４ａが設けられている。１つの開口部２４ａ内には、２つのスペーサ５が配置されている。スペーサ５は開口部２４ａを通って、振動板３に取り付けられている。例えば、スペーサ５と振動板３とは接着剤等を介して、接合されていてもよい。振動伝達構造３００ａ～３００ｃでは、振動板３及び圧電素子１のサイズが異なっているため、弾性体２４、及び開口部２４ａのサイズも異なっている。
　圧電スピーカ４００の実施例の構成を図１０に示す。図１０は、圧電スピーカ４００の内部構成を示す分解斜視図である。図１０は、図９に示す構成と同様に、３つの振動伝達構造３００ａ～３００ｃを有している。そして、振動伝達構造３００ａ～３００ｃは異なるサイズとなっている。例えば、振動伝達構造３００ａの圧電素子１のサイズは、２１ｍｍ×４ｍｍとなっている。振動伝達構造３００ｂの圧電素子１のサイズは、１６ｍｍ×４ｍｍとなっている。振動伝達構造３００ｃの圧電素子１のサイズは、１２ｍｍ×４ｍｍとなっている。なお。全ての圧電素子１の厚さは、１．１ｍｍとなっている。
　図１０に示すように、平板状の圧電素子１と振動板３との間には、スペーサ５が配置されている。圧電素子１と振動板３とはスペーサ５によって連結されている。なお、３つの圧電素子１は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）８と接続されている。ＦＰＣ８は、圧電素子１に電気信号を供給する。
　そして、矩形枠状の弾性体２４が振動板３の周縁部３ａに貼り付けられている。弾性体２４は、例えば、両面テープを２重に重ねたものである。なお、弾性体２４は、振動板３の周縁部３ａの全周に渡って貼り付けられるよう、閉じた矩形枠状に形成されているが、弾性体２４は周縁部３ａの全周に渡って貼り付けられていなくてもよい。例えば、周縁部３ａの一部は、弾性体２４が貼り付けられていなくてもよい。
　振動板３、及びフレーム１２は、例えば、ＳＵＳによって形成されている。また、弾性体２４は、フレーム１２に弾性体２４を固定する。また、フレーム１２は、各振動伝達構造３００に対応する開口部を有している。フレーム１２は、圧電素子１の両端を支持している。例えば、フレーム１２の－Ｚ側の面に圧電素子１の両端が固定されている。
　このような、実施の形態２と同様に、高調波歪みを抑制することができる。複数の振動伝達構造３００を用いることで、広帯域化することができる。すなわち、サイズの異なる振動伝達構造３００を複数用いることで、１次モードの共振周波数をずらして多段接続することができる。
　以上、本発明を上記実施の形態および実施例に即して説明したが、上記実施の形態および実施例の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
　この出願は、２０１５年８月２０日に出願された日本出願特願２０１５－１６２７５９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１００、３００　振動伝達構造
　１　圧電素子
　２　支持部
　３　振動板
　４　弾性体
　５　スペーサ
　１０　ケース
　１１　筐体
　１２　フレーム
　１３　カバー
　１３ａ～１３ｃ　放音孔
　１４　固定材
　１５　内部空間
　２４　弾性体
　２４ａ　開口部
　２００、４００　圧電マイク

Claims (7)

  1. 　両端が支持された板状の圧電素子と、
    　前記圧電素子と対向して配置された振動板と、
    　前記振動板と前記圧電素子とを連結する複数のスペーサと、
    　前記振動板の周縁部に設けられた弾性体と、を備える振動伝達構造。
  2. 　両端が支持された板状の圧電素子と、
    　前記圧電素子と対向して配置された弾性体と、
    　前記弾性体の前記圧電素子と反対側の面に設けられた振動板と、
    　前記圧電素子と前記弾性体との間に配置され、前記圧電素子と前記弾性体との間で振動を伝達する複数のスペーサと、を備えた振動伝達構造。
  3. 　前記複数のスペーサが、前記圧電素子の中央から外れた位置に配置されている請求項１、又は２に記載の振動伝達構造。
  4. 　前記複数のスペーサが、
    　前記圧電素子の中央から前記圧電素子の一方の支持端までの間に配置された第１のスペーサと、
    　前記圧電素子の中央から前記圧電素子の他方の支持端までの間に配置された第２のスペーサと、を備えている請求項１～３のいずれか１項に記載の振動伝達構造。
  5. 　前記複数のスペーサが、前記圧電素子の支持端に沿った板状の部材である請求項１～４のいずれか１項に記載の振動伝達構造。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項の振動伝達構造と、
    　前記振動伝達構造を収容する筐体と、
    　ホーン形状を有する放音孔を有し、前記筐体を覆うカバーと、を備え、
    　前記振動板が、前記放音孔と重なるように設けられている圧電スピーカ。
  7. 　前記振動伝達構造、及び前記放音孔のそれぞれが複数設けられ、
    　複数の前記振動伝達構造が前記筐体に収容されている請求項６に記載の圧電スピーカ。
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