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技術 圧電型平板スピーカ

出願人 北陸電気工業株式会社
発明者 有沢清櫻井雅崇
出願日 2017年9月20日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2017-180119
公開日 2019年4月11日 (8ヶ月経過) 公開番号 2019-057787
状態 未査定
技術分野 可聴帯域用圧電型電気機械変換器 電気機械変換器用振動板
主要キーワード バッファ材 弾性接着剤層 粘着性制 金属円板 音圧調整 アクリル系接着剤層 腹位置 圧電型スピーカ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年4月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

5kHz〜20kHzの高音領域における音圧を高くすることができ、音圧のフラット性を上げることができる圧電型平板スピーカを提供する。

解決手段

圧電型平板スピーカは、周囲が支持された平板ディスプレイ等の平板101と、平板101に対して振動伝達可能に設置された複数の圧電アクチュエータ102a,102b,102c,102dと、複数の圧電アクチュエータを電気的に駆動して圧電振動を発生させる駆動回路とを備えている。圧電アクチュエータ102a,102b,102c,102dは、いずれも平板101の裏面に、5kHz〜20kHzにおける音圧の低下を抑制するように共振周波数を分散させる性質を有するバッファ材を介して粘着剤で固着されている。

概要

背景

従来、ディスプレイの縁部に複数の圧電振動素子を配置して表示プレート振動させることにより音響を生じさせる圧電型平板スピーカが提案されている。従来の平板スピーカでは、高音における音圧の低下を抑制することに限界があった。

特開2015−219528号公報には、振動部材圧電アクチュエータ)と表示パネルとの間に振動を調整する振動調節板を配置した表示装置が開示されている。

また実公平6−23116号公報には、圧電発音体エレメント(圧電アクチュエータ)の両面に発泡ウレタンなどの弾性板粘着性接着剤を用いて貼り合わせた圧電型スピーカが開示されている。

概要

5kHz〜20kHzの高音領域における音圧を高くすることができ、音圧のフラット性を上げることができる圧電型平板スピーカを提供する。圧電型平板スピーカは、周囲が支持された平板ディスプレイ等の平板101と、平板101に対して振動伝達可能に設置された複数の圧電アクチュエータ102a,102b,102c,102dと、複数の圧電アクチュエータを電気的に駆動して圧電振動を発生させる駆動回路とを備えている。圧電アクチュエータ102a,102b,102c,102dは、いずれも平板101の裏面に、5kHz〜20kHzにおける音圧の低下を抑制するように共振周波数を分散させる性質を有するバッファ材を介して粘着剤で固着されている。

目的

本発明の目的は、従来よりも華やかさや明るさを感じさせる5kHz〜20kHzの高音における音圧の低下を抑制することと音圧のフラット性を上げることができる圧電型平板スピーカを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

周囲が支持された平板ディスプレイ等の平板と、前記平板に対して振動伝達可能に設置された複数の圧電アクチュエータと、前記複数の圧電アクチュエータを電気的に駆動して圧電振動を発生させる駆動回路とを備え、前記圧電アクチュエータが5kHz〜20kHzの高音領域における共振周波数を分散させる性質を有するバッファ材を介して前記平板に対して振動伝達可能に接合されていることを特徴とする圧電型平板スピーカ

請求項2

前記バッファ材は、厚みが0.2〜0.8mmでヤング率が27〜30GPaの板状材料であり、前記圧電アクチュエータと前記バッファ材との間及び前記バッファ材と前記平板との間に、厚みが5〜20μmで引張りせん断接着強さが20(MPa)のアクリル系接着剤層が形成されている請求項1に記載の圧電型平板スピーカ。

請求項3

前記バッファ材が、ガラスエポキシ基板であり、前記接着剤層アクリル系接着剤によって形成されている請求項2に記載の圧電型平板スピーカ。

請求項4

前記バッファ材は、前記圧電アクチュエータと同じ形状寸法または前記圧電アクチュエータの形状寸法よりも大きい形状寸法を有している請求項1乃至3のいずれか1項に記載の圧電型平板スピーカ。

請求項5

前記バッファ材の輪郭形状は小判形状であり、前記バッファ材の輪郭形状が長辺と短辺を有する小判形状である請求項4に記載の圧電型平板スピーカ。

請求項6

前記平板が励振されたときに前記平板に発生する複数の撓み振動の腹の位置が一致する複数の腹重畳位置から選択された複数の選択腹重畳位置に対して振動伝達可能に前記複数の圧電アクチュエータがそれぞれ設置されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の圧電型平板スピーカ。

請求項7

前記複数の選択腹重畳位置は、前記平板の対称位置であることを特徴とする請求項6に記載の圧電型平板スピーカ。

請求項8

前記複数の選択腹重畳位置は、前記平板の横方向対称位置および前記平板の縦方向対称位置であることを特徴とする請求項6に記載の圧電型平板スピーカ。

請求項9

前記複数の圧電アクチュエータは外形円形楕円形小判形矩形であり、撓み振動を励振することを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の圧電型平板スピーカ。

技術分野

0001

本発明は、平板を複数の圧電アクチュエータにより振動させることにより音響再生を行う圧電型平板スピーカ及びその形成方法に関するものである。

背景技術

0002

従来、ディスプレイの縁部に複数の圧電振動素子を配置して表示プレートを振動させることにより音響を生じさせる圧電型平板スピーカが提案されている。従来の平板スピーカでは、高音における音圧の低下を抑制することに限界があった。

0003

特開2015−219528号公報には、振動部材(圧電アクチュエータ)と表示パネルとの間に振動を調整する振動調節板を配置した表示装置が開示されている。

0004

また実公平6−23116号公報には、圧電発音体エレメント(圧電アクチュエータ)の両面に発泡ウレタンなどの弾性板粘着性接着剤を用いて貼り合わせた圧電型スピーカが開示されている。

先行技術

0005

特開2015−219528号公報
実公平6−23116号公報

発明が解決しようとする課題

0006

特許文献1及び2に記載の従来技術のように、平板または表示パネルと圧電アクチュエータとの間に振動調整板や弾性板を配置して、圧電型圧電スピーカの特性を調整する技術が知られている。しかしながら従来の公知技術では、華やかさや明るさを感じさせる5kHz〜20kHzの高音領域における音圧の低下を十分に抑制することができなかった。また5kHz〜20kHzの高音領域における音圧のフラット性も上げることができなかった。

0007

本発明の目的は、従来よりも華やかさや明るさを感じさせる5kHz〜20kHzの高音における音圧の低下を抑制することと音圧のフラット性を上げることができる圧電型平板スピーカを提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明は、以下の手段により上記課題を達成する。本発明の圧電型平板スピーカは、周囲が支持された平板ディスプレイ等の平板と、平板に対して振動伝達可能に設置された複数の圧電アクチュエータと、複数の圧電アクチュエータを電気的に駆動して圧電振動を発生させる駆動回路とを備えている。本発明の圧電型平板スピーカでは、圧電アクチュエータが5kHz〜20kHzの高音領域における音圧の低下を抑制するように共振周波数を分散し、フラット性を上さげる性質を有するバッファ材を介して平板に対して振動伝達可能に接合されている。5kHz〜20kHzの高音領域の音は、聞く者に華やかさや明るさを感じさせる周波数帯域の音である。本発明によれば、5kHz〜20kHzにおける音圧の低下を抑制するように共振周波数を分散させる性質を有するバッファ材を用いたことにより、聞く者に華やかさや明るさを感じさせる音域の音圧の低下を抑制でき、音圧のフラット性を上げることができる。

0009

バッファ材は、厚みが0.2〜0.8mmでヤング率が27〜30GPaの板状材料であり、圧電アクチュエータとバッファ材との間及びバッファ材と平板との間に、厚みが5〜20μmで引張りせん断接着強さが20MPaの弾性接着剤層が形成されているのが好ましい。この数値範囲であれば、圧電アクチュエータが撓み振動するときに効率よく伸び縮みする位置に圧電アクチュエータを配置することができる。

0010

バッファ材が、ガラスエポキシ基板の場合、接着剤層アクリル系接着剤によって形成されているのが好ましい。アクリル系接着剤は、密着力が強く、ガラスエポキシ基板による音圧調整に影響を与えることがないという利点がある。

0011

バッファ材は、伸び縮みの駆動力を効率良く伝えるためには、圧電アクチュエータと同じ形状寸法または圧電アクチュエータの形状寸法よりも大きい形状寸法を有しているのが好ましい。

0012

バッファ材の輪郭形状は、バッファ材の輪郭形状が長辺と短辺を有する小判形状であるのが好ましい。これはバッファ材の輪郭形状は、圧電アクチュエータの振動モードの凸部、凹部の形状、寸法に近い方が、効率が良いためである。

0013

バッファ材を用いる本発明の圧電型平板スピーカでは、平板に励振される複数の撓み振動の腹の位置が一致する腹重畳位置複数選択し、選択した複数の腹重畳位置に複数の圧電アクチュエータを設置し、複数の圧電アクチュエータを電気的に駆動して圧電振動を励振し、圧電振動を平板に伝達することにより平板に振動を励振する。

0014

本発明の圧電型平板スピーカは、本発明では、平板が励振されたときに平板に発生する複数の撓み振動の腹の位置が一致する複数の腹重畳位置から選択された複数の選択腹重畳位置に対して振動伝達可能に複数の圧電アクチュエータがそれぞれ設置されている。

0015

選択した複数の腹重畳位置(選択腹重畳位置)は、平板の対称位置であるのが好ましい。

0016

選択した複数の腹重畳位置(選択腹重畳位置)は、平板の横方向対称位置および平板の縦方向対称位置であるのが好ましい。

0017

複数の圧電アクチュエータは外形円形楕円形小判形矩形であり、撓み振動を励振する。

図面の簡単な説明

0018

圧電型平板スピーカの背面図である。
(A)は圧電振動板の図であり、(B)は振動状態を示す図である。
平板に励振される複数の撓み振動モードの各共振周波数の振動を重畳して示した図である。
平板に設定した選択腹重畳位置を示す図である。
(A)及び(B)は、バッファ材付き圧電アクチュエータの振動モードを示す図である。
(A)及び(B)は、バッファ材を用いて圧電アクチュエータを平板に接合した場合と、バッファ材を用いずに圧電アクチュエータを平板に接合した場合の振動状態を示す図である。
バッファ材を用いた場合と用いない場合の出力音響特性を示す図である。
(A)乃至(D)は、バッファ材を用いた場合と用いない場合の圧電アクチュエータのアドミッタンスの変化を示す図である。

実施例

0019

以下、本発明の圧電型平板スピーカ及びその形成方法の実施の形態について、詳細に説明する。

0020

図1は本発明の1実施例の再生帯域300Hz〜20kHzの圧電型平板スピーカの平面図である。101は液晶有機ELなどのディスプレイ、ポスターなどの周囲が支持された平板であり、この平板は縦810mm×横1450mm×厚さ0.7mmのガラス板である。102a,102b,102c,102dは圧電アクチュエータであり、図2に示すように、直径80mm、厚さ0.1mmの金属円板に同心円状に直径75mm、厚さ0.1mmの圧電セラミック接着した輪郭が小判形状の圧電振動板からなる圧電アクチュエータを用いている。圧電アクチュエータ102a,102b,102c,102dはいずれも平板101の裏面に後述するバッファ材を介して粘着剤で固着されている。

0021

平板101は、2点以上の箇所で固定する必要がある。具体的には、図1に示した点線L2上に位置する平板101の上端下端の2点、または図1に示した点線L1の上に位置する平板101の左端と右端の2点、またはその両方で固定すればよい。これらの固定箇所は、振動の「基準点」となる。そして平板101の外周については、振動を妨げないような構造で支持をすれば、音圧を上げることができる。

0022

また本実施の形態では、平板101が振動することにより、前面だけで無く平板101の裏面からも音が出る。裏面からの音が気になる場合には、平板101の裏側にケース部を作製し、平板101の振幅を制限しない程度のクリアランスを持たせて、吸音材を中に敷き、平板101の4辺をケースに固定すればよい。なおケース側に通気口が無い場合、裏面からの音圧は小さくなるが、クリアランスを持った空気室の空気がバネになり、前面からの低域側の音圧が下がる。ケース側に通気口を設けることで、クリアランス内の空気の出入りを許し、前面からの音圧を確保しつつ、吸音材で裏面からの音圧を下げるようにしてもよい。

0023

図2(A)に代表として示す小判形の圧電振動板からなる圧電アクチュエータ102は、図2(B)に示すように、中心からその長手方向に個別の振動をする振動モードで振動をする。そして図3(A)及び(B)に示す概略断面図に示すように、圧電アクチュエータ102の裏面にはバッファ材103が接着剤または粘着剤を用いて貼り付けられている。図3(A)の状態は圧電アクチュエータ中の2つの振動が互いに離れる方向の振動をしている場合(伸びの状態)であり、図(B)の状態は圧電アクチュエータ中の2つの振動が互いに近付く方向の振動をしている場合(縮みの状態)である。図4(A)は、バッファ材103を介して圧電アクチュエータ102を平板101に接合した場合において、圧電アクチュエータ102に伸びを生じさせたときの概略断面図であり、図4(B)はバッファ材を介さずに圧電アクチュエータ102を平板101に直接接合したにおいて、圧電アクチュエータ102に伸びを生じさせたときの概略断面図である。図4(A)及び(B)を比較すると判るように、バッファ材103を介すると、圧電アクチュエータ102の伸びが抑制される。

0024

具体的に、本実施の形態の圧電型平板スピーカでは、圧電アクチュエータ102が5kHz〜20kHzの高音領域における音圧の低下を抑制するように共振周波数を分散させる性質を有するバッファ材103を介して平板101に対して振動伝達可能に接合されている。5kHz〜20kHzの高音領域の音は、聞く者に華やかさや明るさを感じさせる周波数帯域の音である。本実施の形態によれば、5kHz〜20kHzにおける音圧の低下を抑制するように共振周波数を分散させ、音圧のフラット性を向上させる性質を有するバッファ材103を用いたことにより、聞く者に華やかさや明るさを感じさせる音域の音圧の低下を抑制でき、音圧のフラット性を上げることができる。

0025

なお圧電アクチュエータ102の厚みが0.2mm〜0.3mmの場合、バッファ材103としては、厚みが0.2〜0.8mmでヤング率が27〜30GPaの板状材料を用いるのが好ましい。そして圧電アクチュエータ102とバッファ材103との間及びバッファ材103と平板101との間に、厚みが5〜20μmで引張りせん断接着強さが20(MPa)のアクリル系接着剤層が形成されている。

0026

本実施の形態では、バッファ材103として、ガラスエポキシ基板を用いている。そして図示しない接着剤層としては、アクリル系接着剤を用いている。

0027

本実施の形態では、バッファ材103は、圧電アクチュエータ102と同じ形状寸法を有している。しかしバッファ材103は、圧電アクチュエータの形状寸法よりも大きい形状寸法を有していてもよいのは勿論である。

0028

図5(A)は、平板101に励振される複数の撓み振動モードの各共振周波数の振動を重畳して示したものである。図5(A)において、複数の色の薄いところは振動振幅が大きい各撓み振動の共振モード(m,n)の振動の腹の位置がほぼ同じ位置(腹重畳位置)であることを示している。ここで、mは横方向の振動モードの次数、nは縦方向の振動モードの次数である。例えば、図1の十字に記載された横の点線L1及びL2上に圧電アクチュエータ102a,102bが設置されている場所(選択腹重畳位置)では、横共振モードの(m9,n7)、(m9,n9)、・・・などの複数の振動モードの振動の腹位置がほぼ一致している。従って、圧電アクチュエータ102a,102bの共振周波数を図3(B)に示す平板101の振動の腹の位置[共振モード(m9,n9)の周波数300Hzの位置:選択腹重畳位置P1]にほぼ一致させて配置した圧電アクチュエータ102a,102bを駆動すれば、平板101に振動モード(m9,n7)、(m9,n9)、・・・を効率よく励振することができる。

0029

図1の十字に記載された縦の点線L2上に圧電アクチュエータ102c,102dが設置されている場所は、横共振モードの(m9,n9)、(m11,n11)、・・・などの振動モードの振動の腹位置がほぼ一致している位置(選択腹重畳位置P2)である。本実施例では、圧電アクチュエータ102a,102b,102c,102dは、同じ圧電アクチュエータを使用するために、選択腹重畳位置P2に配置する圧電アクチュエータ102c,102dの共振周波数も300Hzに設定している。本実施の形態の平板スピーカは、図示していないが、複数の圧電アクチュエータを電気的に駆動して圧電振動を発生させる駆動回路を備えている。そして、圧電アクチュエータ102c,102dを駆動すれば、平板101に振動モード(m9,n9)、(m11,n11)、・・・を効率よく励振することができる。

0030

図6波形Aは、選択腹重畳位置P1にバッファ材103を介して圧電アクチュエータ102a,102bおよび選択腹重畳位置P2に配置した圧電アクチュエータ102c,102dを同時に一定電圧周波数範囲100Hz〜20kHzの正弦波電圧で駆動した時の出力音響特性を示したものである。図6の波形Bは、バッファ材を介さずに圧電アクチュエータ102a,102bおよび選択腹重畳位置P2に配置した圧電アクチュエータ102c,102dを同時に一定電圧で周波数範囲100Hz〜20kHzの正弦波電圧で駆動した時の出力音響特性を示したものである。図4から、バッファ材103を用いると、バッファ材103を用いない場合と比べて、高音域である5kHz〜20kHzまで音圧を大きく低下させることなく再生できていることがわかる。

0031

その理由は、バッファ材103を用いたことにより圧電アクチュエータ102のアドミッタンスが変化することにある。図7(A)は、圧電アクチュエータ102のみのアドミッタンスを示している。この場合、20kHzまで正弦波電圧で駆動した時のアドミッタンスは直線的に変化する。同じ条件では、圧電アクチュエータ102にバッファ材103を貼り付けた場合のアドミッタンスは図7(B)に示すように低域側でアドミッタンスに大きな変化が現れる。図7(C)は、バッファ材103として0.6mm厚のガラスエポキシ基板を用いてガラスからなる平板101に圧電アクチュエータ102を貼り付けた時の圧電アクチュエータ102のアドミッタンスを示しており、図7(D)はバッファ材103を用いずに、ガラスからなる平板101に直接圧電アクチュエータ102を貼り付けた時の圧電アクチュエータ102のアドミッタンスを示している。図7(C)と図7(D)を比較すると判るように、バッファ材103を用いると、高音領域全体にアドミッタンスの変化が継続して現れる。この現象が、高音域である5kHz〜20kHzまで音圧を大きく低下させることなく再生できている原因であると推察される。

0032

本実施例では、横方向対称位置である選択腹重畳位置P1に配置した圧電アクチュエータ102a,102bの共振周波数と縦方向対称位置である選択腹重畳位置P2に配置した圧電アクチュエータ102c,102dの共振周波数を同じに設定したが、圧選択腹重畳位置P2に配置した電アクチュエータ102c,102dの共振周波数を、振動モード(m9,n9)の共振周波数にほぼ一致させればより効率よく駆動することができる。また、選択腹重畳位置P1及びP2に配置した圧電アクチュエータ102a,102b,102c,102dの共振周波数をそれぞれ別の周波数とすることも可能である。

0033

上記実施の形態の圧電型平板スピーカでは、一旦振動をはじめた平板101は圧電アクチュエータ102の駆動を止めたとしても、しばらく振動を続けるため、残響音として残る。そのため圧電アクチュエータ102の駆動を止めた後は、平板101の振動を急峻に減衰させる必要がある。そのためには、平板101に対して、粘着性制振材、ゲル等を貼付ければよい。このような対策を採ると、対策を採らない場合と比べて、残響時間を1/10程度に抑えることができる。

0034

本発明によれば、5kHz〜20kHzにおける音圧の低下を抑制するように共振周波数を分散させる性質を有するバッファ材を用いたことにより、聞く者に華やかさや明るさを感じさせる音域の音圧の低下を抑制でき、音圧のフラット性を上げることができる。

0035

101平板
102a,102b,102c,102d圧電アクチュエータ
P1,P2 選択腹重畳位置

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