JP2020141276A - アクチュエータおよびスピーカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パネルの振動特性を向上するアクチュエータ及びスピーカ装置を提供する。
【解決手段】パネルＰに設けられるアクチュエータ１１であって、振動板１１１と、圧電素子ＰＺと、振動伝達部１１２とを備える。圧電素子は、振動板の主面の少なくとも片面に設けられる。振動伝達部は、振動板に設けられ圧電素子に接触することなくパネルの背面と当接する。
【選択図】図８

Description

開示の実施形態は、アクチュエータおよびスピーカ装置に関する。

従来、電圧の印加による圧電素子の体積歪み、いわゆる逆圧電効果を利用したアクチュエータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。かかるアクチュエータは、たとえばディスプレイなどのパネルの背面に貼り付けられて駆動することによってパネルを振動させ、かかるパネルをスピーカのダイアフラムとして機能させることができる。

特開２０１４−１２７７９４号公報

しかしながら、上述した従来技術には、パネルの振動特性を向上させるうえで、さらなる改善の余地がある。

たとえば上述した従来技術では、体積歪みによる圧電素子の伸縮に追従させてパネルをたわませることにより、パネルを振動させるが、追従させるのではなく直接パネルを振動させるのに比べて振動の伝わり方にロスが起きやすく、逆位相の振動が生じやすい。したがって、パネルをスピーカ装置として機能させる場合、たとえば音圧周波数特性の低下を招いていた。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、パネルの振動特性を向上させることができるアクチュエータおよびスピーカ装置を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るアクチュエータは、パネルに設けられるアクチュエータであって、振動板と、圧電素子と、振動伝達部とを備える。前記圧電素子は、前記振動板の主面の少なくとも片面に設けられる。前記振動伝達部は、前記振動板に設けられ前記圧電素子に接触することなく前記パネルと当接する。

実施形態の一態様によれば、パネルの振動特性を向上させることができる。

図１は、比較例に係るディスプレイスピーカの構成の概要を示す正面模式図である。 図２は、圧電素子の駆動原理の説明図である。 図３は、比較例に係るパネルの動作説明図である。 図４は、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカの構成の概要を示す正面模式図である。 図５は、第１の実施形態に係るアクチュエータの正面模式図である。 図６は、第１の実施形態に係るアクチュエータの底面模式図である。 図７は、第１の実施形態に係るアクチュエータの側面模式図である。 図８は、第１の実施形態に係るアクチュエータの配置例を示す図である。 図９は、第１の実施形態に係るアクチュエータの動作説明図である。 図１０は、第１の実施形態に係る振動伝達部の寸法説明図である。 図１１は、第１の実施形態に係る振動伝達部の取り付け例を示す図（その１）である。 図１２は、第１の実施形態に係る振動伝達部の取り付け例を示す図（その２）である。 図１３は、第１の変形例に係る振動伝達部の構成を示す図である。 図１４は、第２の変形例に係る振動伝達部の構成を示す図である。 図１５は、第３の変形例に係る振動伝達部の構成を示す図である。 図１６は、第２の実施形態に係るアクチュエータの構成の概要を示す側面模式図である。 図１７は、第３の実施形態に係るディスプレイスピーカの構成の概要を示す正面模式図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するアクチュエータおよびスピーカ装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、アクチュエータが、たとえばバックライトが不要な有機ＥＬ（organic electro-luminescence）ディスプレイ等のディスプレイパネルに設けられ、かかるディスプレイをディスプレイスピーカとして機能させる場合を例に挙げて説明を行う。ディスプレイスピーカは、スピーカ装置の一例に相当する。

また、以下の説明に用いる各図面には、説明を分かりやすくするために、３次元の直交座標系を図示する場合がある。かかる直交座標系では、後述するパネル、圧電素子、振動板といった板状部材の主面方向をＸＹ平面方向とし、これら板状部材の厚み方向をＺ軸方向としている。

なお、「主面」とは、板状部材の厚み方向に沿った面である側面を除いた、板状部材の表裏の主たる面のことを指し、主面方向は、その主面の平面方向を指す。また、以下では、Ｚ軸の正方向から視た場合を正面方向として説明を進める。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態から説明するが、それに先立ち、比較例に係るディスプレイスピーカ１０’の構成の概要について説明する。図１は、比較例に係るディスプレイスピーカ１０’の構成の概要を示す正面模式図である。また、図２は、圧電素子ＰＺの駆動原理の説明図である。なお、図２は、圧電素子ＰＺの厚みを誇張して表している。また、図３は、比較例に係るパネルＰの動作説明図である。

図１に示すように、比較例に係るディスプレイスピーカ１０’は、パネルＰと、圧電素子ＰＺとを備える。パネルＰは、たとえば有機ＥＬディスプレイのディスプレイパネルである。

圧電素子ＰＺは、いわゆるピエゾ素子（piezoelectric element）であって、特定のセラミック等の圧電体を２枚の電極で挟んだ素子を基本として、たとえばユニモルフ型といった各種の構造を有する。

かかる圧電素子ＰＺは、比較例に係るディスプレイスピーカ１０’にあっては、パネルＰの背面にたとえば２つ、パネルＰの全面に対する対称位置に貼り付けて設けられる。そして、ディスプレイスピーカ１０’は、これら圧電素子ＰＺに電圧を印加すると圧電体が変形する現象、いわゆる逆圧電効果を利用してパネルＰを振動させ、パネルＰをダイアフラムとして音響を出力させる。

具体的には、図２に示すように、圧電素子ＰＺは、たとえば厚み方向であるＺ軸方向に予め分極処理が施されており、かかる分極方向に外部から電圧が印加されると、素子全体が分極方向に伸縮し、厚みが増減する。

ただし、体積は変化しないため、圧電素子ＰＺは、たとえば分極方向に伸長すると（図中の矢印２０１参照）、分極方向に垂直なＸ軸方向に収縮する（図中の矢印２０２参照）。また、圧電素子ＰＺは、たとえば分極方向に収縮すると（図中の矢印２０３参照）、分極方向に垂直なＸ軸方向に伸長する（図中の矢印２０４参照）。

このように伸縮する圧電素子ＰＺは、比較例に係るディスプレイスピーカ１０’にあっては、上述のようにパネルＰの背面に貼り付けられているが、パネルＰ自体は伸縮しない。このため、図３に示すように、圧電素子ＰＺの伸縮（図中の矢印３０１，３０２参照）は、伸縮しないパネルＰ全体をたわませる力となる。すなわち、圧電素子ＰＺとパネルＰの伸縮差でパネルＰに振動が発生することとなる。

ところが、このように圧電素子ＰＺの伸縮に追従させてパネルＰをたわませることによりパネルＰを振動させた場合、振動の伝わり方にロスが起きやすく、逆位相の振動が生じやすい。したがって、比較例に係るディスプレイスピーカ１０’によれば、かかる逆位相の振動による音響の打ち消しで、音圧周波数特性の低下を招きやすい。

そこで、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０は、アクチュエータ１１により、パネルＰを振動させることとした。アクチュエータ１１は、振動板１１１と、圧電素子ＰＺと、振動伝達部１１２とを備える。

振動板１１１は、主面がパネルＰの背面と略平行となるように配置される。圧電素子ＰＺは、振動板１１１の主面の少なくとも片方に設けられる。振動伝達部１１２は、振動板１１１から圧電素子ＰＺに接触することなく延在してパネルＰの背面と当接するように設けられる。

以下、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０の具体的な構成例について、図４〜図１２を用いて説明する。図４は、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０の構成の概要を示す正面模式図である。また、図５は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１の正面模式図である。また、図６は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１の底面模式図である。

また、図７は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１の側面模式図である。また、図８は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１の配置例を示す図である。また、図９は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１の動作説明図である。

また、図１０は、第１の実施形態に係る振動伝達部１１２の寸法説明図である。また、図１１および図１２は、第１の実施形態に係る振動伝達部１１２の取り付け例を示す図（その１）および（その２）である。

図４に示すように、第１の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０は、アクチュエータ１１を備える。アクチュエータ１１は、パネルＰの背面のたとえば中央部に１つ設けられる。

具体的に、アクチュエータ１１は、図５および図６に示すように、振動板１１１と、圧電素子ＰＺと、振動伝達部１１２とを備える。振動板１１１は、たとえば長手方向をＹ軸方向、短手方向をＸ軸方向とした板状部材であって、ガラスエポキシ等を素材として形成される。

圧電素子ＰＺは、図５および図６に示すように、振動板１１１の延在方向に沿わせつつ、たとえば振動板１１１の主面の両面に設けられる。圧電素子ＰＺは、接着材料、たとえば接着剤や、両面テープ等を用いて振動板１１１に貼り付けられる。

なお、振動板１１１は、その主面の面積が、圧電素子ＰＺの主面の面積よりも大きくなるように設けられている。このため、図５に示すように、振動板１１１は、圧電素子ＰＺが設けられた状態においては、圧電素子ＰＺの周囲に圧電素子ＰＺとの非接触領域（以下、「マージン領域」と言う場合がある）が形成されることとなる。

振動伝達部１１２は、パネルＰの背面と対向する側の振動板１１１の主面において、マージン領域から延在してパネルＰの背面と当接するように設けられる。たとえば振動伝達部１１２は、図５および図６に示すように、ブリッジ状、言い換えればＸＺ平面による縦断面視で略コの字状となるように形成され、振動板１１１の長手方向における中央部に１つ設けられる。

なお、図５および図６に示すように、振動伝達部１１２は、ブリッジ状に形成されるにあたり、たとえば横架部１１２ａと、１対の脚部１１２ｂとの３つの部材から構成される。

また、図７に示すように、アクチュエータ１１は、１対の支持部１１３をさらに備える。支持部１１３は、振動板１１１を支持する部材であり、振動伝達部１１２が設けられた側とは反対側の振動板１１１の主面の、長手方向（Ｙ軸方向）両端部のマージン領域にそれぞれ設けられる。

そして、図８に示すように、アクチュエータ１１は、ディスプレイスピーカ１０のシャーシＣとパネルＰとの間に介在するように設けられ、支持部１１３は、接着材料、たとえば接着剤や、両面テープ等を用いてシャーシＣに取り付けられる。一方で、振動伝達部１１２は、図中のＭ１部に示すように、パネルＰの背面に当接するように設けられる。

そして、このように配置されたアクチュエータ１１において、図９に示すように、振動板１１１の主面の両面に設けられた圧電素子ＰＺは、駆動時に、かかる両面で互いに位相が逆となるように電圧が印加される。すなわち、１対の圧電素子ＰＺは、一方がＹ軸方向に沿って伸長しているときは、他方がＹ軸方向に沿って収縮するように駆動される（図中の矢印９０１，９０２参照）。

これにより、圧電素子ＰＺの伸縮に追従して振動板１１１をよりたわみやすくすることができ、アクチュエータ１１の駆動力を増加させることができる。

また、振動伝達部１１２は、パネルＰの背面に当接していることによって、圧電素子ＰＺの長手方向（Ｙ軸方向）に沿った圧電素子ＰＺの伸縮を、面直方向（Ｚ軸方向）の振動に変換してパネルＰの背面に伝達する（図中の矢印９０３参照）。

言い換えれば、振動伝達部１１２は、振動板１１１が圧電素子ＰＺの伸縮に追従してたわむことで面直方向に変換される振動を、振動板１１１の中央部において集約してパネルＰの背面に伝達する。

これにより、パネルＰにおいて逆位相の振動が生じるのを軽減することができる。すなわち、パネルＰの音圧周波数特性を向上させることができる。

なお、図１０に示すように、振動伝達部１１２の高さ寸法ｈは、圧電素子ＰＺが最大変位位置に到達した場合でも圧電素子ＰＺと接触しない高さに設けられている。これにより、駆動時に振動伝達部１１２と圧電素子ＰＺとが接触することによって、パネルＰへの振動の伝達が阻害されるのを防ぐことができる。

なお、図１１に示すように、振動伝達部１１２は、振動板１１１に対し、接着材料Ａ、たとえば接着剤や、両面テープ等を用いて取り付けることができる。この他にも、図１２に示すように、振動伝達部１１２は、振動板１１１に対し、たとえば嵌め込みによって取り付けることができる。

図１２には、振動伝達部１１２の脚部１１２ｂをたとえば自由状態においては拡開するように形成しておき、予め振動板１１１に形成された嵌合孔１１１ａに嵌め込むことによって、振動伝達部１１２を振動板１１１に対し取り付ける例を示している。

（振動伝達部１１２の変形例）
次に、振動伝達部１１２の変形例について、図１３〜図１５を用いて説明する。図１３は、第１の変形例に係る振動伝達部１１２Ａの構成を示す図である。また、図１４は、第２の変形例に係る振動伝達部１１２Ｂの構成を示す図である。また、図１５は、第３の変形例に係る振動伝達部１１２Ｃの構成を示す図である。

これまでは、振動伝達部１１２が、横架部１１２ａと、１対の脚部１１２ｂとの３つの部材によって構成される例を示したが、図１３に示すように、第１の変形例に係る振動伝達部１１２Ａは、ブリッジ状の１つの部材として構成することができる。かかる第１の変形例に係る振動伝達部１１２Ａによれば、複数の部材の組み合わせ加工における誤差に起因する振動伝達のロスを抑制することができる。

また、これまでは、振動伝達部１１２，１１２Ａが、ＸＺ平面による縦断面視で略コの字状に形成され、パネルＰとたとえば横架部１１２ａによって面接触する例を示したが、この限りではない。

たとえば図１４に示すように、第２の変形例に係る振動伝達部１１２Ｂは、ＸＺ平面による縦断面視で略アーチ状となるように形成される。すなわち、振動伝達部１１２Ｂは、パネルＰの背面と当接するトップ部分がＲ形状で、パネルＰの背面とは点接触するように形成されてもよい。

これにより、振動伝達部１１２Ｂは、点接触した図中の点Ｐ１に対し集中的に振動を伝達することが可能となり、たとえば音響の低域成分の振動を精度よく伝達するのに資することができる。

また、これまでは、振動伝達部１１２，１１２Ａ，１１２Ｂが、ブリッジ状に形成される例を示したが、この限りではない。

たとえば図１５に示すように、第３の変形例に係る振動伝達部１１２Ｃは、振動板１１１から突出する複数の突起状となり、そのそれぞれ先端部は、Ｒ形状となるように形成される。図１５は、振動伝達部１１２Ｃが、パネルＰの背面と点Ｐ２，Ｐ３において点接触した例を示している。

これにより、振動伝達部１１２Ｃは、点接触した点Ｐ２，Ｐ３に対し集中的に振動を伝達することが可能となり、たとえば音響の低域成分の振動を精度よく伝達するのに資することができる。また、振動伝達部１１２Ｃは、複数の点接触によって安定かつ集中した振動の伝達を可能にすることができる。

なお、図１４および図１５では、振動伝達部１１２Ｂ，１１２ＣがパネルＰの背面と点接触することとしたが、面接触させてもよい。

上述してきたように、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１は、パネルＰに設けられるアクチュエータであって、振動板１１１と、圧電素子ＰＺと、振動伝達部１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃとを備える。圧電素子ＰＺは、振動板１１１の主面の少なくとも片面に設けられる。振動伝達部１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃは、振動板１１１に設けられ圧電素子ＰＺに接触することなくパネルＰの背面と当接する。

したがって、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１によれば、パネルＰの振動特性を向上させることができる。

また、圧電素子ＰＺは、振動板１１１の主面の両面に設けられ、駆動時に、かかる両面で互いに位相が逆となるように電圧が印加される。したがって、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１によれば、駆動力を向上させることができる。

また、振動伝達部１１２は、振動板１１１の中央部に少なくとも１つ設けられる。したがって、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１によれば、パネルＰを効率よく振動させることができ、パネルＰの振動特性を向上させることができる。

また、振動伝達部１１２，１１２Ａは、略コの字状となるように形成される。したがって、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１によれば、効率よくパネルＰへ振動を伝達することができ、パネルＰの振動特性を向上させることができる。

また、振動伝達部１１２Ｂは、略アーチ状となるように形成される。したがって、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１によれば、接触点に対し集中的に振動を伝達することが可能となり、たとえば音響の低域成分の振動を精度よく伝達するのに資することができる。また、略アーチ状の形状により、振動伝達部１１２Ｂの剛性を向上させることができる。

また、振動伝達部１１２Ｃは、振動板１１１から突出する複数の突起状となるように形成される。したがって、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１によれば、接触点に対し集中的に振動を伝達することが可能となり、たとえば音響の低域成分の振動を精度よく伝達するのに資することができる。また、複数の点接触によって安定かつ集中した振動の伝達が可能となり、パネルＰをロスなく効率よく振動させることができ、パネルＰの振動特性を向上させることができる。

また、振動伝達部１１２は、振動板１１１の長辺方向の中央に設けられ、当該振動伝達部１１２，１１２Ａの裏面側の短辺側に、言い換えれば、振動伝達部１１２の長手方向両端部の振動板１１１と対向する面側に脚部１１２ｂがある。したがって、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１によれば、振動板１１１の振動をバランスよくパネルＰへ伝達することが可能となる。

（第２の実施形態）
図１６は、第２の実施形態に係るアクチュエータ１１Ａの構成の概要を示す側面模式図である。これまでは、振動伝達部１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃが直接パネルＰの背面に当接する例を説明したが、この限りではない。

すなわち、図１６のＭ２部に示すように、アクチュエータ１１Ａは、振動伝達部１１２とパネルＰの背面との間に、緩衝材Ｂを介在させることができる。これにより、たとえばビビリを防止するといった効果を奏することが可能となる。

（第３の実施形態）
図１７は、第３の実施形態に係るディスプレイスピーカ１０Ａの構成の概要を示す正面模式図である。これまでは、アクチュエータ１１，１１Ａが、たとえばパネルＰの背面の中央部に１つ設けられる例を説明したが、この限りではない。

すなわち、図１７に示すように、ディスプレイスピーカ１０Ａは、たとえばパネルＰの長手方向（Ｘ軸方向）の両端部付近にそれぞれアクチュエータ１１，１１Ａを設けることができる。

これにより、たとえば音響のステレオフォニック再生が可能となる。なお、ディスプレイスピーカ１０Ａを車両の車室に搭載する場合、たとえばインストゥルメントパネル（計器盤）の両端部付近にそれぞれアクチュエータ１１，１１Ａを設けることにより、ドライバに対し、効果的な音響のステレオフォニック再生を提供することが可能となる。

なお、上述した各実施形態では、圧電素子ＰＺが、振動板１１１の主面の両面に設けられることとしたが、少なくとも片面に設けられていればよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１０，１０Ａ ディスプレイスピーカ
１１，１１Ａ アクチュエータ
１１１ 振動板
１１１ａ 嵌合孔
１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ 振動伝達部
１１２ａ 横架部
１１２ｂ 脚部
１１３ 支持部
Ａ 接着材料
Ｂ 緩衝材
Ｃ シャーシ
Ｐ パネル
ＰＺ 圧電素子

Claims (8)

1. パネルに設けられるアクチュエータであって、
   振動板と、
   前記振動板の主面の少なくとも片面に設けられる圧電素子と、
   前記振動板に設けられ前記圧電素子に接触することなく前記パネルと当接する振動伝達部と
   を備えることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記圧電素子は、
   前記振動板の主面の両面に設けられ、駆動時に該両面で互いに位相が逆となるように電圧が印加される
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記振動伝達部は、
   前記振動板の中央部に少なくとも１つ設けられる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記振動伝達部は、
   略コの字状となるように形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
5. 前記振動伝達部は、
   略アーチ状となるように形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
6. 前記振動伝達部は、
   前記振動板から突出する複数の突起状となるように形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
7. 前記振動伝達部は、
   前記振動板の長辺方向の中央に設けられ、当該振動伝達部の裏面側の短辺側に脚部がある
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
8. 前記パネルと、
   前記パネルの背面に設けられた請求項１〜７のいずれか一つに記載のアクチュエータと
   を備えることを特徴とするスピーカ装置。