JP5768198B1 - 電気音響変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波特性に優れた電気音響変換装置を提供する。【解決手段】スピーカユニット（電気音響変換装置）２は、圧電式発音体２０と、筐体と、支持部材２３とを具備する。圧電式発音体２０は、周縁部１１１を有する振動板１１と、振動板１１に接合された圧電素子１２と、を有する。筐体は、圧電式発音体２０を収容する。支持部材２３は、筐体の一部又は別部材で構成され、環状体２３０と、振動板１１の周縁部１１１を支持する複数の突起２３３とを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、例えばイヤホンあるいはヘッドホン、携帯情報端末等に適用可能な電気音響変換装置に関する。

圧電式発音体は、簡易な電気音響変換手段として広く利用されており、例えば、イヤホンあるいはヘッドホンのような音響機器、さらには携帯情報端末のスピーカ等として多用されている。圧電式発音体は、典型的には、振動板に圧電素子を貼り合わせて構成される（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−１５０３０５号公報

近年、イヤホンやヘッドホン等の音響機器においては、音質のさらなる向上が求められている。このため、圧電式発音体においては、その電気音響変換機能の特性向上が必要不可欠とされている。例えば、楽曲の再生時等において、高周波帯域に現れるボーカルの歯擦音が音質の低下を招く場合がある。この場合、当該歯擦音の音圧ピークを低減することができる高周波特性を有する電気音響変換機能が求められることになる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高周波特性に優れた電気音響変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気音響変換装置は、圧電式発音体と、筐体と、支持部材とを具備する。
上記圧電式発音体は、周縁部を有する振動板と、上記振動板に接合された圧電素子と、を有する。
上記筐体は、上記圧電式発音体を収容する。
上記支持部材は、上記筐体の一部又は別部材で構成され、上記振動板を上記周縁部の複数の領域で支持する。

上記電気音響変換装置においては、振動板の周縁部が支持部材によって複数の領域で支持されている。これにより、振動板の周縁部全体が支持部材に固定される場合と比較して、圧電素子の駆動時において振動板の周縁部の振動を許容することができるようになり、その結果、所望とする高周波特性を実現することが可能となる。

また上記目的を達成するため、本発明の他の形態に係る電気音響変換装置は、圧電式発音体と、筐体と、支持部材と、弾性変形可能な粘着層とを具備する。
上記圧電式発音体は、周縁部を有する振動板と、上記振動板に接合された圧電素子と、を有する。
上記筐体は、上記圧電式発音体を収容する。
上記支持部材は、上記筐体の一部又は別部材で構成され、上記周縁部を支持する。
上記粘着層は、上記周縁部と上記支持部との間に設けられる。

上記電気音響変換装置においては、振動板の周縁部が弾性変形可能な粘着層を介して支持部材によって支持されている。これにより、振動板の周縁部全体が支持部材に強固に固定される場合と比較して、圧電素子の駆動時において振動板の周縁部の振動を許容することができるようになり、その結果、所望とする高周波特性を実現することが可能となる。

以上のように本発明によれば、高周波特性に優れた電気音響変換装置を提供することができる。

本発明の一実施形態の参考例に係るスピーカユニットの概略構成図であり、Ａは側断面図、Ｂは平面図である。 上記参考例に係るスピーカユニットの周波数特性を示す一実験結果である。 本発明の第１の実施形態に係る電気音響変換装置におけるスピーカユニットの全体斜視図である。 図３に示すスピーカユニットの分解斜視図である。 図３に示すスピーカユニットの周波数特性を示す一実験結果である。 図３に示すスピーカユニットの構成の変形例を示す概略側断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電気音響変換装置におけるスピーカユニットの概略側断面図である。 図７に示すスピーカユニットの周波数特性を示す一実験結果である。 図３に示すスピーカユニット及び図７に示すスピーカユニットの周波数特性を比較して示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る電気音響変換装置におけるスピーカユニットの概略構成図であり、Ａは側断面図、Ｂは平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る電気音響変換装置におけるスピーカユニットの概略構成図であり、Ａは側断面図、Ｂは平面図である。 本発明の第５の実施形態に係る電気音響変換装置におけるスピーカユニットの概略側断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る電気音響変換装置の概略側断面図である。 図１３に示す電気音響変換装置の構成の変形例を示す概略側断面図である。 図３に示すスピーカユニットの構成の変形例を示す全体斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜基本構成（参考例）＞
まず、本実施形態の参考例に係るスピーカユニットの基本構成について説明する。
図１Ａ，Ｂはそれぞれ、参考例に係るスピーカユニット１を概略的に示す側断面図及び平面図である。図において、Ｘ、Ｙ及びＺ軸は、相互に直交する３軸方向を示している（以下の各図においても同様）。

スピーカユニット１は、振動板１１と圧電素子１２とを有する圧電式発音体１０と、圧電式発音体１０を支持する支持部材１３とを有する。圧電式発音体１０は、例えば８ｋＨｚ付近に音圧ピークレベルを有する音波を発生し、支持部材１３を介してイヤホンやヘッドホン等の電気音響変換装置における筐体（図示略）の内部に収容される。

振動板１１は、金属（例えば４２アロイ）等の導電材料または樹脂（例えば液晶ポリマー）等の絶縁材料で構成され、その平面形状は円形に形成される。振動板１１の外径や厚みは特に限定されず、再生音波の周波数帯域などに応じて適宜設定され、本例では、直径約１２ｍｍ、厚み約０．２ｍｍの円盤形状の振動板が用いられる。

圧電素子１２は、振動板１１を振動させるアクチュエータとして機能する。圧電素子１２は、振動板１１の主面に一体的に接合される。本例において圧電式発音体１０は、振動板１１の一方の主面に圧電素子１２が接合されたユニモルフ構造を有する。

圧電素子１２が接合される振動板１１の主面はどちらの面であってもよく、図示の例では、圧電素子１２は、支持部材１３の内部に対向する主面とは反対側の主面に接合される。圧電素子１２は、振動板１１の略中央に配置される。これにより振動板１１の面内全域に対する等方的な発振駆動が可能となる。

圧電素子１２の平面形状は多角形状に形成されており、本例では矩形（長方形）とされるが、正方形や平行四辺形、台形などの他の四角形、あるいは四角形以外の多角形、あるいは円形、楕円形、長円形等であってもよい。圧電素子１２の厚みも特に限定されず、例えば約５０μｍとされる。

圧電素子１２は、複数の圧電層と複数の電極層とが交互に積層された構造を有する。典型的には、圧電素子１２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、アルカリ金属含有ニオブ酸化物等の圧電特性を有する複数のセラミックシートを、電極層を挟んで相互に積層した後、所定温度で焼成することで作製される。各電極層の一端部は、誘電体層の長辺方向の両端面に交互に引き出される。一方の端面に露出する電極層は第１の引出電極層に接続され、他方の端面に露出する電極層は第２の引出電極層に接続される。圧電素子１２は、第１及び第２の引出電極層間に所定の交流電圧を印加することで、所定周波数で伸縮するとともに、振動板１４を所定周波数で振動させる。

支持部材１３は、環状に形成され、本例ではＺ軸方向に軸心を有する円筒形状を有する。支持部材１３は、第１の端部１３１と、その反対側の第２の端部１３２とを有する。振動板１１は、第１の端部１３１に設けられた保持部１３３によってその周縁部１１１が全周にわたって支持される。支持部材１３は、合成樹脂材料の射出成形体で構成され、典型的にはインサート成形により、振動板１１の周縁部１１１が保持部１３３に強固に固定される。

図２は、上記構成のスピーカユニット１の発振周波数特性を示している。図２において、横軸は周波数［Ｈｚ］（対数目盛）、左の縦軸は音圧レベル（ＳＰＬ：Sound Pressure Level）［ｄＢ］及び右の縦軸は全高調波歪（ＴＨＤ：Total Harmonic Distortion）［％］をそれぞれ示している。

なお測定は、電子情報技術産業協会規格のヘッドホン及びイヤホン（JEITA RC-8140A）に沿って、イヤホン用のカプラを用いて特性を評価した。

図２に示すように、参考例に係るスピーカユニット１においては、８ｋＨｚ付近に第１の音圧ピークを有する一方、図中楕円形状の領域Ａに示すように９〜１０ｋＨｚ付近にも同等の第２の音圧ピークが認められる。この第２の音圧ピークは、一般に楽曲中のボーカルの歯擦音を顕在化させる要因となるため、できるだけ抑圧されることが好ましい。

その一方で、第２の音圧ピークが出現する理由としては、９〜１０ｋＨｚ付近におけるスピーカユニット１のＱ値（共振の鋭さ）が比較的高いことが挙げられる。したがって、９〜１０ｋＨｚ付近のスピーカユニットのＱ値を低減することができれば、第２の音圧ピークを消失させることができると考えられる。

そこで、本実施形態では、意図しない周波数帯域で出現し得る音圧ピークレベルを抑圧し、所望とする高周波特性を得ることを目的として、以下に詳細に説明するように、振動板１１の支持構造を工夫した。

＜第１の実施形態＞
図３は本発明の第１の実施形態に係るスピーカユニットの全体斜視図、図４はその分解斜視図である。

本実施形態のスピーカユニット２は、圧電式発音体２０と、支持部材２３とを有する。スピーカユニット２は、図示しない筐体の内部に収容されることで、イヤホンやヘッドホン等の電気音響変換装置を構成する。

圧電式発音体２０は、振動板１１と、圧電素子１２とを有する。振動板１１及び圧電素子１２は、上記参考例に係る電気音響変換装置１における振動板１１及び圧電素子１２と構成が同一であるため、ここでは説明を省略する。

一方、支持部材２３は、振動板１１をその周縁部１１１の複数の領域で支持する。支持部材２３は、上記筐体の一部で構成されてもよいし、上記筐体とは別部材で構成されてもよい。

本実施形態において、支持部材２３は、環状体２３０と、振動板１１の周縁部１１１を支持する複数の突起２３３とを有する。支持部材２３は、合成樹脂材料の射出成形体で構成されるが、これに限られず金属材料で構成されてもよい。

環状体２３０は、振動板１１と略同一の外径を有する円環状又は円筒状の部材で構成され、振動板１１の周縁部１１１に対向する第１の端部２３１と、その反対側の第２の端部２３２とを有する。環状体２３０のＺ軸方向に沿った厚み（高さ）は、圧電式発音体２０を安定に保持できる強度を確保できる大きさであれば、特に限定されない。

複数の突起２３３は、環状体２３０の第１の端部２３１の端面に、振動板１１の周縁部１１１に突出するようにそれぞれ設けられている。複数の突起２３３は、それぞれ同一の高さを有し、それぞれ等角度間隔又は不等角度間隔で構成されている。本実施形態において突起２３３の数は３つであるが、これに限られず、４つ以上であってもよい。突起２３３が３つ以上設けられることにより、振動板１１をＸＹ平面内において安定に支持することが可能となる。

振動板１１の周縁部１１１は、複数の突起２３３で多点支持される。振動板１１の周縁部１１１は、接着剤や粘着材により各突起２３３の上面にそれぞれ接合されるが、これに限られず、ネジ固定やカシメ固定等により各突起２３３に接合されてもよい。

以上のように構成される本実施形態のスピーカユニット２においては、圧電素子１２の駆動により振動板１１が所定の周波数で振動することで、例えば、８ｋＨｚ付近に音圧ピークレベルを有する音波を発生する。本実施形態においては、振動板１１の周縁部１１１が、支持部材２３の複数の突起２３３によって支持されている。このため、上記参考例のように振動板１１の周縁部１１１が全周にわたって強固に固定される場合と比較して、周縁部１１１の振動を許容することができるようになり、その結果、所望とする高周波特性を実現することが可能となる。

図５は、本実施形態のスピーカユニット２の発振周波数特性を示している。測定には、参考例に係る周波数特性（図２）の測定と同様な手法を採用した。

図５に示すように、本実施形態のスピーカユニット２によれば、８ｋＨｚ付近の音圧ピークレベルを維持しつつ、９〜１０ｋＨｚ付近に存在していた第２の音圧ピーク（図２参照）を減少あるいは消失させることが可能となった。その理由としては、振動板１１の周縁部１１１が支持部材２３に複数の領域で支持されているため、上記参考例のように振動板１１の周縁部１１１が強固に固定される構造と比較して、周縁部１１１の支持強度、対称性が緩和されるためであると考えられる。振動板１１の周縁部１１１の支持強度、対称性が緩和されるということは、周縁部１１１の固定がルーズとなり、これにより周縁部１１１の振動の自由度が高まる結果、共振のＱ値が低減する。このように、目的とする周波数帯域（本例では９〜１０ｋＨｚ）の音圧ピークが減少あるいは消失するように振動板１１の支持構造を最適化することで、所望とする高周波特性を容易に実現することが可能となる。

また、本実施形態によれば、参考例と比較して、１０ｋＨｚ以上の高音域の音圧レベルが高くなることが確認された。その理由は、周縁部が強固に固定されていないこと、対称性を低く支持したことにより、圧電式発音体の次数の高い共振が励振されたためと考えられる。本発明者らの実験によれば、支持の数が３，５，７などと少なく、対称性が低いときに、上記効果が高いことが確認された。

振動板１１の周縁部１１１の振動モードあるいは振動形態の最適化を図るため、振動板１１の周縁部１１１が弾性支持されるように構成されてもよい。この場合、振動板１１の周縁部１１１が弾性変形可能な粘着材を介して支持部材２３の複数の突起２３３にそれぞれ接合されてもよい。あるいは、スピーカユニット２は、複数の突起２３３の間に形成される空隙部（環状体２３０の第１の端部２３１と振動板１１の周縁部１１１との間に形成される空隙部）Ｓ１（図３参照）に充填された、弾性変形可能な粘着層をさらに備えてもよい。

また本実施形態のスピーカユニット２は、図６に示すように、電磁式発音体２５をさらに備えてもよい。この場合、電磁式発音体２５は、圧電式発音体２０（振動板１１）にＺ軸方向に対向するように支持部材２３の内部に配置される。図６の例では、環状体２３０が円筒形状の部材で構成され、その第２の端部２３２の内周面に電磁式発音体２５の外周面が接着固定される。これに限られず、電磁式発音体２５は、支持部材２３とは別の部材によって支持されてもよい。

電磁式発音体２５は、ボイスコイルモータ（電磁コイル）等の振動体を含み、例えば７ｋＨｚ以下の低音域の音波を主として発生するスピーカユニット（ウーハ（Woofer））として構成される。これに対して、圧電式発音体２０は、例えば７ｋＨｚ以上の高音域の音波を主として発生するスピーカユニット（ツイータ（Tweeter））として構成される。これにより、低音域用の発音体と高音域用の発音体とを有するハイブリッドスピーカとして電気音響変換装置を構成することができる。

一般にハイブリッドスピーカにおいては、９〜１０ｋＨｚ付近の高周波帯域に歯擦音が発生しやすいことが知られている。つまり、ツイータ単独では目立たない音圧ピークがウーハとの組み合わせで顕在化することが多く、これが原因で歯擦音が無視できなくなるほど大きくなる。このようなハイブリッドスピーカに対して本発明は特に顕著な効果を発揮し、圧電式発音体の支持構造を改良することで、歯擦音を大きく低減することが可能となる。

また本実施形態において、複数の突起２３３の間に形成される空隙部Ｓ１は、電磁式発音体２５が発生した音響を通す通路部として構成されてもよい。これにより、電磁式発音体２５によって再生される音波の周波数特性を調整することが可能となる。また、圧電式発音体２０により再生される高音域の特性曲線と電磁式発音体２５により再生される低音域の特性曲線との交差部（クロスポイント）における周波数特性の最適化を図ることができる。

＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係るスピーカユニット３の構成を示す概略側断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態のスピーカユニット３は、圧電式発音体２０と、支持部材３３とを有する。スピーカユニット３は、図示しない筐体の内部に収容されることで、イヤホンやヘッドホン等の電気音響変換装置を構成する。

本実施形態において、支持部材３３は、振動板１１の周縁部１１１を全周にわたって弾性的に支持する。支持部材３３は、上記筐体の一部で構成されてもよいし、上記筐体とは別部材で構成されてもよい。

支持部材３３は、環状体３３０と、振動板１１の周縁部１１１を支持する環状凸部３３３とを有する。支持部材３３は、合成樹脂材料の射出成形体で構成されるが、これに限られず金属材料で構成されてもよい。

環状体３３０は、振動板１１の外径よりも大きな内径を有する円環状又は円筒状の部材で構成され、振動板１１の周縁部１１１に対向する側の第１の端部３３１と、その反対側の第２の端部３３２とを有する。

環状凸部３３３は、環状体３３０の第１の端部３３１の内周面に径内方へ突出するように設けられている。環状凸部３３３の外径は、振動板１１の外径と同等以上の大きさに形成されており、振動板１１の周縁部１１１を支持することが可能に構成される。そして、振動板１１の周縁部１１１は、弾性変形可能な粘着層３４を介して環状凸部３３３の上面に接合されている。

粘着層３４は、硬化後に弾性を有する粘着材であれば特に限定されず、典型的には、シリコーン樹脂やウレタン樹脂等の弾性変形可能な樹脂材料で構成される。これにより、振動板１１の周縁部１１１は、支持部材３３に弾性的に支持される。

あるいは、粘着層３４は、両面テープ（両面粘着テープ）で構成されてもよい。粘着層３４が両面テープで構成されることで、粘着層３４の厚みのコントロールが容易となる。

また本実施形態のスピーカユニット３は、電磁式発音体２５をさらに備えてもよい。この場合、電磁式発音体２５は、圧電式発音体２０（振動板１１）にＺ軸方向に対向するように支持部材３３の内部に配置される。本例では、環状体３３０が円筒形状の部材で構成され、その第２の端部３３２の内周面に電磁式発音体２５の外周面が接着固定される。これに限られず、電磁式発音体２５は、支持部材３３とは別の部材によって支持されてもよい。

図８は、本実施形態のスピーカユニット３の発振周波数特性を示す一実験結果である。測定には、参考例に係る周波数特性（図２）の測定と同様な手法を採用した。

図８に示すように、本実施形態のスピーカユニット３によれば、第１の実施形態と同様に、８ｋＨｚ付近の音圧ピークレベルを維持しつつ、９〜１０ｋＨｚ付近に存在していた第２の音圧ピーク（図２参照）を減少あるいは消失させることが可能となった。その理由としては、振動板１１の周縁部１１１が粘着層３４を介して支持部材３３に弾性的に支持されているため、上記参考例のように振動板１１の周縁部１１１が強固に固定される構造と比較して、周縁部１１１の支持強度が緩和されるためであると考えられる。振動板１１の周縁部１１１の支持強度が緩和されるということは、周縁部１１１の固定がルーズとなり、これにより周縁部１１１の振動の自由度が高まる結果、共振のＱ値が低減する。このように、目的とする周波数帯域（本例では９〜１０ｋＨｚ）の音圧ピークが減少あるいは消失するように振動板１１の支持構造を最適化することで、所望とする高周波特性を容易に実現することが可能となる。また本実施形態では、ＴＨＤが低減した。これは、周縁部１１１の支持を柔らかくしたことにより、非線形性が抑制されたためと考える。

粘着層３４は、均一な粒径を有する球形の絶縁フィラを含んでもよい。このような絶縁フィラが分散された粘着材料で粘着層３４を構成することにより、粘着層３４の厚みを精度よく調整することができる。これにより粘着層３４による振動板１１の振動減衰機能を高精度に制御することができ、所望とする高周波特性を安定に実現することが可能となる。

図９は、本実施形態に係るスピーカユニット３と、上述の第１の実施形態に係るスピーカユニット２との高周波特性を示す一実験結果である。比較のため、市販のカナル型イヤホンの高周波特性を併せて示す。なお図中、実線、破線及び一点鎖線がそれぞれ、本実施形態のスピーカユニット３、第１の実施形態のスピーカユニット２及び市販のカナル型イヤホンの高周波特性を示している。

＜第３の実施形態＞
図１０Ａ，Ｂはそれぞれ、本発明の第３の実施形態に係るスピーカユニット４の構成を示す概略側断面図及び平面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態のスピーカユニット４は、圧電式発音体２０と、支持部材４３とを有する。スピーカユニット４は、図示しない筐体の内部に収容されることで、イヤホンやヘッドホン等の電気音響変換装置を構成する。

本実施形態において、支持部材４３は、振動板１１をその周縁部１１１の複数の領域で支持する。支持部材４３は、上記筐体の一部で構成されてもよいし、上記筐体とは別部材で構成されてもよい。

支持部材４３は、環状体４３０と、振動板１１の周縁部１１１を支持する複数の突起４３３とを有する。支持部材４３は、合成樹脂材料の射出成形体で構成されるが、これに限られず金属材料で構成されてもよい。

環状体４３０は、振動板１１の外径よりも大きな内径を有する円環状又は円筒状の部材で構成され、振動板１１の周縁部１１１に対向する側の第１の端部４３１と、その反対側の第２の端部４３２とを有する。

複数の突起４３３は、環状体４３０の第１の端部４３１の内周面にそれぞれ径内方へ突出するように設けられている。複数の突起４３３は、それぞれ同一の幅（突出量）を有し、それぞれ等角度間隔又は不等角度間隔で構成されている。各突起４３３の突出量は、振動板１１の周縁部１１１を支持できる大きさであれば、特に限定されない。そして、振動板１１の周縁部１１１は、弾性変形可能な粘着層４４を介して各突起４３３の上面に接合されている。粘着層４４は、第２の実施形態において説明した粘着層３４（図７参照）と同様に構成される。

また本実施形態のスピーカユニット４は、電磁式発音体２５をさらに備えてもよい。この場合、電磁式発音体２５は、圧電式発音体２０（振動板１１）にＺ軸方向に対向するように支持部材４３の内部に配置される。本例では、環状体４３０が円筒形状の部材で構成され、その第２の端部４３２の内周面に電磁式発音体２５の外周面が接着固定される。これに限られず、電磁式発音体２５は、支持部材４３とは別の部材によって支持されてもよい。

以上のように構成される本実施形態のスピーカユニット４においても、第１及び第２の実施形態に係るスピーカユニット２，３と同様の作用効果を得ることができる。

＜第４の実施形態＞
図１１Ａ，Ｂはそれぞれ、本発明の第４の実施形態に係るスピーカユニット５の構成を示す概略側断面図及び平面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態のスピーカユニット５は、圧電式発音体５０と、支持部材５３とを有する。スピーカユニット５は、図示しない筐体の内部に収容されることで、イヤホンやヘッドホン等の電気音響変換装置を構成する。

圧電式発音体５０は、振動板５１と、圧電素子１２とを有する。

振動板５１は、導電材料又は樹脂材料で構成された概略円盤形状を有し、その周縁部には周囲に向かって放射状に突出する複数の突出片５１１が設けられている。複数の突出片５１１は、典型的には等角度間隔で形成されるが、これに限られず、不等間隔で形成されてもよい。複数の突出片５１１は、例えば、振動板５１の周縁部に複数の切欠き５１１ｈを設けることで形成される。突出片５１１の突出量は、切欠き部５１１ｈの切欠き深さで調整される。突出片５１１の数は、図示の例では３つであるが、４つ以上であってもよい。これにより振動板１１をＸＹ平面内において安定に支持することが可能となる。

一方、支持部材５３は、振動板５１をその周縁部の複数の領域で支持する。支持部材５３は、上記筐体の一部で構成されてもよいし、上記筐体とは別部材で構成されてもよい。

支持部材５３は、環状体５３０と、振動板５１の各突出片５１１を保持する保持部５３３とを有する。支持部材５３は、合成樹脂材料の射出成形体で構成されるが、これに限られず金属材料で構成されてもよい。

環状体５３０は、振動板５１の外径よりも大きな内径を有する円環状又は円筒状の部材で構成され、振動板５１の周縁部に対向する側の第１の端部５３１と、その反対側の第２の端部５３２とを有する。

保持部５３３は、環状体５３０の第１の端部５３１の内周面に径内方へ突出するように設けられている。保持部５３１は、振動板５１の各突出片５１１をその厚み方向に挟持する構造体であって、典型的には、振動板５１をインサート成形したときに形成される樹脂モールド体で構成される。保持部５３３は、図１１Ｂに示すように、切欠き部５１１ｈの一部が外部へ露出するように各突出片５１１の先端部を部分的に保持するように構成される。

以上のように構成される本実施形態のスピーカユニット５においては、振動板５１がその周縁部に形成された複数の突出片５１１を介して支持部材５３に支持されるように構成されているため、振動板５１の周縁部の拘束が緩和されることになる。これにより第１の実施形態と同様の作用効果を得ることが可能となる。

また本実施形態のスピーカユニット６は、電磁式発音体２５をさらに備えてもよい。この場合、電磁式発音体２５は、圧電式発音体５０（振動板５１）にＺ軸方向に対向するように支持部材５３の内部に配置される。本例では、環状体５３０が円筒形状の部材で構成され、その第２の端部５３２の内周面に電磁式発音体２５の外周面が接着固定される。これに限られず、電磁式発音体２５は、支持部材５３とは別の部材によって支持されてもよい。

また本実施形態によれば、複数の突出片５１１の間に形成される空隙部Ｓ２（切欠き部５１１ｈ）を、電磁式発音体２５が発生した音響を通す通路部として構成されてもよい。これにより、電磁式発音体２５によって再生される音波の周波数特性を調整することが可能となる。また、圧電式発音体５０により再生される高音域の特性曲線と電磁式発音体２５により再生される低音域の特性曲線との交差部（クロスポイント）における周波数特性の最適化を図ることができる。

＜第５の実施形態＞
図１２は、本発明の第５の実施形態に係るスピーカユニット７の構成を示す概略側断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態のスピーカユニット７は、圧電式発音体２０と、支持部材７３と、粘着層７４とを有する。スピーカユニット７は、図示しない筐体の内部に収容されることで、イヤホンやヘッドホン等の電気音響変換装置を構成する。

本実施形態において、支持部材７３は、振動板１１の周縁部１１１を全周にわたって弾性的に支持する。支持部材７３は、上記筐体の一部で構成されてもよいし、上記筐体とは別部材で構成されてもよい。

支持部材７３は、第１の端部７３１と、第２の端部７３２とを有する環状体７３０で構成される。環状体７３０は、振動板１１の外径よりも大きな内径を有する円環状又は円筒状の部材で構成され、第１の端部７３１は、振動板１１の周縁部１１１に対向し、第２の端部７３２は、第１の端部７３１の反対側に設けられる。支持部材７３は、合成樹脂材料の射出成形体で構成されるが、これに限られず金属材料で構成されてもよい。

粘着層７４は、振動板１１の周縁部１１１と支持部材７３の第１の端部７３１との間に設けられた弾性変形可能な粘着材料で構成される。

粘着層７４は、硬化後に弾性を有する粘着材であれば特に限定されず、典型的には、シリコーン樹脂やウレタン樹脂等の弾性変形可能な樹脂材料で構成される。これにより、振動板１１の周縁部１１１は、支持部材７３に弾性的に支持される。

粘着層７４は、均一な粒径を有する球形の絶縁フィラを含んでもよい。このような絶縁フィラが分散された粘着材料で粘着層７４を構成することにより、粘着層７４の厚みを精度よく調整することができる。これにより粘着層７４による振動板１１の振動減衰機能を高精度に制御することができ、所望とする高周波特性を安定に実現することが可能となる。

あるいは、粘着層７４は、両面テープ（両面粘着テープ）で構成されてもよい。粘着層７４が両面テープで構成されることで、粘着層７４の厚みのコントロールが容易となる。

また本実施形態のスピーカユニット７は、電磁式発音体２５をさらに備えてもよい。この場合、電磁式発音体２５は、圧電式発音体２０（振動板１１）にＺ軸方向に対向するように支持部材７３の内部に配置される。本例では、環状体７３０が円筒形状の部材で構成され、その第２の端部７３２の内周面に電磁式発音体２５の外周面が接着固定される。これに限られず、電磁式発音体２５は、支持部材７３とは別の部材によって支持されてもよい。

以上のように構成される本実施形態のスピーカユニット７においても、上述の第２、第３の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

＜第６の実施形態＞
続いて、本発明の第６の実施形態を説明する。図１３は、本実施形態に係る電気音響変換装置としてのイヤホン１００の構成を概略的に示す側断面図である。

イヤホン１００は、イヤホン本体１１０と、イヤピース１２０とを有する。イヤピース１２０は、イヤホン本体１１０の音道１１０ｓに取り付けられるとともに、ユーザの耳に装着可能に構成される。

イヤホン本体１１０は、発音ユニット３０と、発音ユニット３０を収容するハウジング４０とを有する。
発音ユニット３０は、電磁式発音体２５と、圧電式発音体５０とを有する。ハウジング４０は、筐体４１と、カバー４２とを有する。

筐体４１は、有底の円筒形状を有し、典型的には、プラスチックの射出成形体で構成される。筐体４１は、発音ユニット３０を収容する内部空間を有し、その底部４１０には、上記内部空間と連通する音道１１０ｓが設けられている。

筐体４１は、圧電式発音体５０を支持する支持部４１１と、発音ユニット３０の周囲を囲む側壁部４１２とを有する。支持部４１１及び側壁部４１２はいずれも環状に形成されており、支持部４１１は、側壁部４１２の底部近傍から内方側へ突出するように設けられている。支持部４１１は、ＸＹ平面に平行な平面で形成されており、圧電式発音体５０の周縁部を、筐体４１とは別部材で構成された環状部材１３４を介して間接的に支持する。

電磁式発音体２５は、低音域を再生するウーハ（Woofer）として機能するスピーカユニットで構成される。本実施形態では、例えば７ｋＨｚ以下の音波を主として生成するダイナミックスピーカで構成され、ボイスコイルモータ（電磁コイル）等の振動体を含む機構部３１１と、機構部３１１を振動可能に支持する台座部３１２とを有する。台座部３１２は、筐体４１の側壁部４１２の内径と略同一の外径を有する略円盤形状に形成される。

電磁式発音体３１は、圧電式発音体５０に対向する第１の面３１ａと、その反対側の第２の面３１ｂとを有する略円盤形状を有する。第１の面３１ａの周縁部には、圧電式発音体５０の周縁部を支持する環状部材１３４に接触可能に対向する脚部３１２ａが設けられている。脚部３１２ａは環状に形成されるが、これに限られず、複数の柱体で構成されてもよい。

第２の面３１ｂは、台座部３１２の上面中央部に設けられた円盤状の隆起部の表面に形成される。第２の面３１ｂには、発音ユニット３０の電気回路を構成する回路基板２６が固定されている。回路基板２６の表面には、各種配線部材と接続される複数の端子部が設けられている。回路基板２６の各端子部に接続される配線部材には、図示しない再生装置から送信される再生信号を入力する配線部材Ｃ１と、電磁式発音体２５の入力端子に接続される配線部材Ｃ２と、圧電式発音体５０に接続される配線部材Ｃ３が含まれる。

圧電式発音体５０は、高音域を再生するツイータ（Tweeter）として機能するスピーカユニットを構成する。本実施形態では、例えば７ｋＨｚ以上の音波を主として生成するようにその発振周波数が設定される。圧電式発音体５０は、振動板５１と、圧電素子１２とを有する。振動板５１は、その周縁部から径方向に突出する複数の突出片５１１を有し、これら突出片５１１は、環状部材１３４により支持される。環状部材１３４は、筐体４１の支持部４１１と振動板３２１の周縁部３２１ｃとの間に配置される。環状部材１３４の外径は、筐体４１の側壁部４１２の内径と略同一に形成される。
すなわち、圧電式発音体５０は、上述の第４の実施形態において説明した圧電式発音体と同様に構成され、環状部材１３４は、当該第４の実施形態における支持部材５３に相当する。

図１３に示すように、筐体４１の内部空間は、圧電式発音体５０によって、第１の空間部Ｓ１１と、第２の空間部Ｓ１２とに区画される。第１の空間部Ｓ１１は、電磁式発音体２５を収容する空間部であり、電磁式発音体２５と圧電式発音体５０との間に形成される。第２の空間部Ｓ１２は、音道１１０ｓに連通する空間部であり、圧電式発音体５０と筐体４１の底部４１０との間に形成される。

カバー４２は、筐体４１の内部を閉塞するように側壁部４１２の上端に固定される。カバー４２の所定位置には、配線部材Ｃ１を図示しない再生装置へ導出するためのフィードスルーが設けられている。カバー４２の内部上面には、電磁式発音体２５を環状部材１３４に向けて押圧する押圧部４２１を有する。カバー４２の押圧部４２１は環状に形成され、その先端部は、弾性層４２２を介して、電磁式発音体２５の上面に接触する。これにより、電磁式発音体２５が、環状部材１３４の全周にわたって均一な力で押圧されることになり、筐体４１の内部において発音ユニット３０を適正に位置決めすることが可能となる。

続いて、以上のように構成される本実施形態のイヤホン１００の典型的な動作について説明する。

本実施形態のイヤホン１００において、発音ユニット３０の回路基板２６には、配線部材Ｃ１を介して再生信号が入力される。再生信号は、回路基板２６及び配線部材Ｃ２，Ｃ３を介して、電磁式発音体２５及び圧電式発音体５０にそれぞれ入力される。これにより、電磁式発音体２５が駆動されて、主として７ｋＨｚ以下の低音域の音波が生成される。一方、圧電式発音体５０においては、圧電素子１２の伸縮動作により振動板５１が振動し、主として７ｋＨｚ以上の高温域の音波が生成される。生成された各帯域の音波は、音道１１０ｓを介してユーザの耳に伝達される。このようにイヤホン１００は、低音域用の発音体と高音域用の発音体とを有するハイブリッドスピーカとして機能する。

ここで、ハイブリッドスピーカにおいては、９〜１０ｋＨｚ付近の高周波帯域に歯擦音が発生しやすいことが知られている。つまり、ツイータ単独では現れない音圧ピークがウーハとの組み合わせで顕在化することが多く、これが原因で歯擦音が無視できなくなるほど大きくなる。

そこで本実施形態においては、ツイータとして構成される圧電式発音体５０の振動板５１がその周縁部５１１の複数の領域（突出片５１１）で支持されている（図１１Ａ，Ｂ参照）。これにより、上述のように圧電式発電体５０の高周波特性を改善することができるため、所望とする音圧レベルを維持しつつ、歯擦音の発生を抑制して、高音質の再生音波を生成することが可能となる。さらに、１０ｋＨｚ以上の高音域の音圧レベルを向上させることができるため、音質の更なる向上を図ることが可能となる。

また本実施形態によれば、振動板５１の複数の突出片５１１の間に形成される空隙部Ｓ２を、電磁式発音体２５が発生した音響を通す通路部として機能を有する（図１３参照）。これにより、電磁式発音体２５によって再生される音波の周波数特性を調整することが可能となる。また、圧電式発音体５０により再生される高音域の特性曲線と電磁式発音体２５により再生される低音域の特性曲線との交差部（クロスポイント）における周波数特性の最適化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の第６の実施形態では、圧電式発音体５０を支持する環状部材１３４が筐体４１とは別部材で構成されたが、筐体４１の一部として構成されてもよい。
例えば図１４に模式的に示す電気音響変換装置２００は、筐体Ｂの内部に電磁式発音体Ｕ１及び圧電式発音体Ｕ２がそれぞれ収容されており、各発音体Ｕ１，Ｕ２において発生した音波がそれぞれ、筐体Ｂの底部Ｂ１に形成された音道Ｂ２に導かれるように構成されている。そして、圧電子発音体Ｕ２を構成する振動板の周縁部の複数の領域が、筐体Ｂの底部Ｂ１に形成された複数の柱体Ｂ３によってそれぞれ支持されるように構成される。

図１４に示す電気音響変換装置２００において、複数の柱体Ｂ３は、筐体Ｂの一部として構成され、上記振動板の周縁部は、例えば接着剤や弾性変形可能な粘着材を介して各柱体Ｂ３の上面に接合される。この場合、各柱体Ｂ３は、例えば第１の実施形態で説明した支持部材２３における複数の突起２３３にそれぞれ相当する。

また、電気音響変換装置２００において、圧電式発音体Ｕ２は、筐体Ｂの側壁部の内径よりも小さく形成される。したがって電磁式発音体Ｕ１で発生した低音域の音波は、圧電式発音体Ｕ２と筐体Ｂの側壁部との間の環状の空間部と、複数の柱体Ｂ３の間に形成された空間部とにより形成された通路部Ｔを通過して、音道Ｂ２へ導かれる。

さらに、電磁式発音体から発生した音響が通過する通路部は、圧電式発音体の振動板に設けられてもよい。例えば図１５に示すスピーカユニット６における圧電式発音体６０は、圧電素子１２の周囲に複数の円形の貫通孔６１２が形成された振動板６１を備える。その他の構成は、図３、４及び６を参照して説明した第１の実施形態に係るスピーカユニット２の構成と同様であるので、説明は省略する。

図１５において、図示しない電磁式発音体は、振動板６１に対向して配置される（図６参照）。したがって当該電磁式発音体から発生した音波は、振動板６１に形成された複数の貫通孔６１２を通過する。振動板６１の周縁部を支持する複数の突起２３３の間に形成された空隙部Ｓ１もまた、上記音波の通路部として機能してもよい。さらに、貫通孔６１２の形成に代えて、図示せずとも、振動板の周縁部に所定形状の切欠きを形成することで上記通路部を構成するようにしてもよい。上記切欠きは、単数でもよいし複数でもよく、上記切欠きが複数ある場合は、各々の形状は同一であってもよいし異なっていてもよい。このように円形の周縁部に部分的に切欠き（通路部）が形成された振動板も、「円盤形状の振動板」に含まれるものとする。

そして、以上の第６の実施形態では、筐体４１の支持部４１１に圧電発音体５０が設けられたが、これに代えて、例えば支持部４１１の上面に粘着層を介して振動板の周縁部が接合されてもよい。この場合、電磁式発音体２５の台座部３１２の脚部３１２ａは、上記振動板の周縁部に接触してもよいし、接触していなくてもよい。

２，３，４，５，６，７…スピーカユニット
１１，５１，６１…振動板
１２…圧電素子
２０，５０，６０…圧電式発音体
２５…電磁式発音体
２３，３３，４３，５３，７３…支持部材
３４，４４，７４…粘着層
４１…筐体
１００，２００…イヤホン（電気音響変換装置）
１１１…（振動板の）周縁部
１３４…環状部材（支持部材）
２３０，３３０，４３０，５３０，７３０…環状体
２３３，４３３…突起
５１１…突出片

Claims (10)

1. 周縁部を有する振動板と、前記振動板に接合された圧電素子と、前記振動板上の前記圧電素子と前記周縁部との間の領域に設けられた貫通孔とを有する圧電式発音体と、
   前記圧電式発音体を収容する筐体と、
   前記筐体の内部に収容され、振動体を有する電磁式発音体と、
   前記筐体の一部又は別部材で構成され、前記振動板を前記周縁部の複数の領域で支持する支持部材と
   を具備する電気音響変換装置。
2. 請求項１に記載の電気音響変換装置であって、
   前記振動板は、円盤形状を有し、
   前記支持部材は、前記振動板の前記周縁部を支持する複数の突起を有する
   電気音響変換装置。
3. 請求項２に記載の電気音響変換装置であって、
   前記複数の突起の間の空隙部は、前記電磁式発音体が発生した音響を通す通路部として構成される
   電気音響変換装置。
4. 請求項２又は３に記載の電気音響変換装置であって、
   前記複数の突起は、前記振動板の前記周縁部に向かって突出する
   電気音響変換装置。
5. 請求項４に記載の電気音響変換装置であって、
   前記複数の突起の間の空隙部に充填された、弾性変形可能な粘着層をさらに具備する
   電気音響変換装置。
6. 請求項４又は５に記載の電気音響変換装置であって、
   前記支持部材は、前記複数の突起が設けられ前記振動板の前記周縁部に対向する環状体をさらに有する
   電気音響変換装置。
7. 請求項１に記載の電気音響変換装置であって、
   前記振動板の前記周縁部の複数の領域は、前記振動板の周囲に向かって放射状に突出する複数の突出片を含む
   電気音響変換装置。
8. 請求項７に記載の電気音響変換装置であって、
   前記複数の突出片の間の空隙部は、前記電磁式発音体が発生した音響を通す通路部として構成される
   電気音響変換装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の電気音響変換装置であって、
   前記複数の領域は、少なくとも３つの領域である
   電気音響変換装置。
10. 周縁部を有する振動板と、前記振動板に接合された圧電素子と、を有する圧電式発音体と、
    前記圧電式発音体を収容する筐体と、
    前記筐体の内部に収容され、振動体を有する電磁式発音体と、
    前記振動板を前記周縁部の複数の領域で支持する第１の端部と、前記電磁式発音体を支持する第２の端部とを有し、前記筐体の内部に収容される支持部材と
    を具備する電気音響変換装置。

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