(57)【要約】  圧電素子（２０）は振動部材（１０）に取り付けられている。圧電素子（２０）の一面には、複数の電極（２２）が互いに離間した状態で２次元配置されている。支持枠（４０）は振動部材（１０）の縁を支持する。制御部（５０）は、複数の電極（２２）それぞれに独立した駆動信号を入力する。このため、どの電極（２２）にどのような信号を入力するかによって、共振周波数で大きな出力を得ることができる。圧電素子（２０）は、例えば圧電特性を示す高分子材料から形成された樹脂フィルムである。
2012131825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部材と、
前記振動部材に取り付けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一面に設けられ、互いに離間した状態で２次元配置されている複数の電極と、
前記振動部材の縁を支持する支持部材と、
前記複数の電極それぞれに独立した駆動信号を入力する制御手段と、
を備える発振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発振装置において、
前記複数の電極は、平面形状が互いに同一であり、かつ等間隔で配置されている発振装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発振装置において、
前記複数の電極の少なくとも一部は、前記圧電素子の中心を基準として互いに点対称に配置されている発振装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の発振装置において、
前記圧電素子は圧電特性を示す高分子材料から構成されている発振装置。
【請求項５】
振動部材と、
前記振動部材に取り付けられた圧電素子と、
前記振動部材が固定された枠と、
を備え、
平面視において、前記枠の内周の平面形状が多角形であり、
前記枠の角の少なくとも一つは、前記枠及び前記振動部材に固定された補強部材を有する発振装置。
【請求項６】
請求項５に記載の発振装置において、
前記補強部材は、平面視で前記圧電素子と重なっていない発振装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の発振装置において、
前記補強部材は、前記枠の全ての角に設けられており、かつ互いに離間している発振装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載の発振装置において、
前記補強部材は、頂角が前記枠の内角と等しい２等辺３角形であり、前記頂角が前記枠の角と重なるように配置されている発振装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の発振装置を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体を利用した発振装置は、例えばパラメトリックスピーカや、超音波センサの発振源として使用されている。【０００３】
特許文献１には、円形の圧電素子を径方向に複数の領域に分割し、分割後の各領域に直接信号を入力することが記載されている。特許文献２には、圧電フィルムに形成された電極を、一次元的に複数に分割することが記載されている。【０００４】
また特許文献３には、ニオブ酸リチウムからなる矩形の圧電板の４角を、支持枠の内壁から突出した金属支持板で支持することが記載されている。特許文献４には、発泡樹脂シートの中央部に、金属振動板及び圧電セラミック板を固定し、さらに発泡樹脂シートの縁に剛性枠を固定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６２−１０５９４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４３６９４号公報
【特許文献３】特開平７−１０６６６０号公報
【特許文献４】特開平３−２０１８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パラメトリックスピーカや、超音波センサの発振源として使用される場合、発振装置には、共振周波数で大きな出力を得ることが望まれる。【０００７】
本発明の目的は、共振周波数で大きな出力を得ることができる発振装置及び電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、振動部材と、
前記振動部材に取り付けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一面に設けられ、互いに離間した状態で２次元配置されている複数の電極と、
前記振動部材の縁を支持する支持部材と、
前記複数の電極それぞれに独立した駆動信号を入力する制御手段と、
を備える発振装置が提供される。【０００９】
本発明によれば、振動部材と、
前記振動部材に取り付けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一面に設けられ、互いに離間した状態で２次元配置されている複数の電極と、
前記振動部材が固定された枠と、
を備え、
平面視において、前記枠の内周の平面形状が、角の全てが１８０°以下である多角形であり、
前記枠の角の少なくとも一つは、前記枠及び前記振動部材に固定された補強部材を有する発振装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、共振周波数で大きな出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した発振装置の平面図である。
【図３】図２に示した発振装置を電子機器に取り付けた状態を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す平面図である。
【図５】第３の実施形態に係る発振装置の構成を示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ´断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ´断面図である。
【図８】図７の変形例を示す断面図である。
【図９】図７の変形例を示す断面図である。
【図１０】図７の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。図２は、図１に示した発振装置の平面図である。この発振装置は、振動部材１０、圧電素子２０、支持部材（支持枠）４０、及び制御部５０を有している。圧電素子２０は振動部材１０に取り付けられている。圧電素子２０の一面には、複数の電極２２が互いに離間した状態で２次元配置されている。支持枠４０は振動部材１０の縁を支持する。制御部５０は、複数の電極２２それぞれに独立した駆動信号を入力する。このため、どの電極２２にどのような信号を入力するかによって、共振周波数で大きな出力を得ることができる。以下、詳細に説明する。
【００１５】
振動部材１０はシート状であり、圧電素子２０から発生した振動によって振動する。また振動部材１０は、圧電素子２０の基本共振周波数を調整する。機械振動子の基本共振周波数は、負荷重量と、コンプライアンスに依存する。コンプライアンスは振動子の機械剛性であるため、振動部材１０の剛性を制御することで、圧電素子２０の基本共振周波数を制御できる。なお、振動部材１０の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、振動部材１０は、剛性を示す指標である縦弾性係数が１ＧＰａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。振動部材１０の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう可能性が出てくる。なお、振動部材１０を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である圧電素子２０に対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどが好ましい。
【００１６】
圧電素子２０は、例えば圧電特性を示す高分子材料から形成された樹脂フィルムである。圧電素子２０は、例えばポリフッ化ビニリデンにより形成されるが、これに限定されない。また圧電素子２０は、ＰＺＴなどの圧電セラミックスにより形成されていてもよい。いずれの場合においても、圧電素子２０の平面形状は、振動部材１０の平面形状よりも小さい。
【００１７】
複数の電極２２は、図２に示すように、圧電素子２０の一面に、互いに離間した状態で２次元的に配置されている。詳細には、圧電素子２０は、複数の領域に仮想的にＸ方向及びＹ方向それぞれで分割されている。そして分割後の各領域に、電極２２が形成されている。各領域は、平面形状が互いに同一であるのが好ましい。この場合、電極２２は、平面形状が互いに同一であり、かつ等間隔で配置されているのが好ましい。また電極２２の少なくとも一部は、圧電素子２０の中心を基準として互いに点対称に配置されているのが好ましい。
【００１８】
本図に示す例では、圧電素子２０の平面形状は円形である。これに伴い、振動部材１０も円形であり、かつ支持枠４０も円周に沿った形状を有している。振動部材１０、圧電素子２０、及び支持枠４０は、互いに同心となるように配置されている。そして圧電素子２０は、圧電素子２０の中心を基準として円周方向に等角度（例えば９０°）に仮想的に分割されている。そして分割後の各領域には、扇状の電極２２が設けられている。すなわち圧電素子２０は、圧電素子２０の中心を通る断面で見た場合、仮想的に２等分されており、かつ各領域に電極２２が設けられている。
【００１９】
なお、圧電素子２０の他面には、接地電極が全面に設けられていても良いし、平面視で電極２２と重なる部分のみに、接地電極が島状に設けられていても良い。
【００２０】
制御部５０は、複数の電極２２それぞれに独立した駆動信号を入力する。例えば発振装置をパラメトリックスピーカとして使用する場合、制御部５０は、外部から入力された音声データを変調してパラメトリックスピーカ用の変調データを生成し、このデータに基づいて発振信号を生成して圧電素子２０に入力する。
【００２１】
図３は、図２に示した発振装置を電子機器に取り付けた状態を示す図である。この図に示す例において、発振装置は、電子機器の筐体７０の内壁に取り付けられる。詳細には、支持枠４０の上端面が、筐体７０の内壁に取り付けられる。筐体７０には、音孔７２が設けられている。そして支持枠４０は、平面視で音孔７２を内側に含んでいる。このため、音孔７２は振動部材１０及び圧電素子２０と対向し、振動部材１０及び圧電素子２０が発振した音波は、音孔７２を介して筐体７０の外部に放射される。
【００２２】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。制御部５０は、発振装置から振動部材１０及び圧電素子２０の基本共振周波数の音波を出力する場合、すべての電極２２に、基本共振周波数の駆動信号を同位相で入力する。すると、振動部材１０及び圧電素子２０は、基本共振周波数で振動する。
【００２３】
また制御部５０は、発振装置から振動部材１０及び圧電素子２０の２次共振周波数の音波を出力する場合、隣り合う２つの電極２２に、２次共振周波数の駆動信号を、互いに逆位相で入力する。例えば電極２２が図２に示すレイアウトを有している場合、図中Ｘ方向またはＹ方向で隣り合う２つの電極２２に、互いに逆位相の駆動信号を入力する。
【００２４】
なお、圧電素子２０は機械品質係数Ｑが高いため、振動部材１０及び圧電素子２０が振動しているとき、圧電素子２０には分割振動に起因して高次の共振周波数が、基本共振周波数とともに発生しやすい。高次の共振周波数が、基本共振周波数とともに発生すると、高次の共振周波数と基本共振周波数の間で、互いに音波をキャンセリングしあうことがある。この場合、圧電素子２０の出力効率が低下してしまう。しかし本実施形態では、意図的に２次共振周波数を発生させているため、このような効率の低下を抑制できる。すなわち本実施形態では、２次以上の共振周波数で大きな出力を得ることができる。この効果は、圧電素子２０が高分子材料により形成されている場合でも得ることができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す平面図であり、第１の実施形態における図２に対応している。本実施形態に係る発振装置は、振動部材１０、圧電素子２０、電極２２、及び支持枠４０の平面形状を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００２６】
本実施形態において、圧電素子２０及び振動部材１０の平面形状は矩形である。そして圧電素子２０は、Ｘ方向及びＹ方向それぞれにおいて仮想的に等分されている。すなわち圧電素子２０における分割後の領域は、互いに同一な形状を有している。そして分割後の各領域には、矩形の電極２２が設けられている。電極２２は、圧電素子２０を仮想的に分割した後の領域と相似な形状を有している。本図に示す例において、圧電素子２０はＸ方向及びＹ方向それぞれにおいて仮想的に２等分されているが、３等分以上に分割されていても良い。この場合、発振装置は、３次以上の共振周波数を高効率で発振することができる。また、Ｘ方向における分割数と、Ｙ方向における分割数は、互いに同一であっても良いし、異なっていても良い。なお、いずれの場合においても、電極２２は等間隔で配置されるのが好ましい。
【００２７】
また、支持枠４０も矩形の縁に沿った形状を有している。
【００２８】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る発振装置の構成を示す平面図である。図６は、図５のＡ−Ａ´断面図である。図７は、図５のＢ−Ｂ´断面図である。この発振装置は、以下の構成を除いて、第１の実施形態に係る発信装置と同様の構成である。
【００３０】
まず、図５に示すように、支持枠４０の内周の平面形状は、角の全てが１８０°以下である多角形である。支持枠４０の角の少なくとも一つには、補強部材６０が設けられている。図７に示すように、補強部材６０は、支持枠４０及び振動部材１０に固定されている。以下、詳細に説明する。
【００３１】
本実施形態において、振動部材１０は、支持材３０の一面に固定されている。支持材３０は、例えばステンレスやリン青銅などの金属により形成されている。支持材３０の平面形状は振動部材１０よりも大きい。そして支持枠４０には、支持材３０が固定されている。すなわち本実施形態において、振動部材１０は、支持材３０を介して支持枠４０に固定されている。そして振動部材１０、圧電素子２０、及び支持材３０が、振動要素として振動する。
【００３２】
支持枠４０は、図５に示す例では、矩形の縁に沿った形状である。ただし支持枠４０の形状はこれに限定されない。例えば支持枠４０は正多角形であっても良い。
【００３３】
補強部材６０は、上記したように、支持枠４０及び振動部材１０に固定されている。本実施形態では、補強部材６０は、支持枠４０の全ての角に設けられている。補強部材６０は、互いに離間しており、互いに繋がっている部分がない。ただし補強部材６０は、振動部材１０の代わりに支持材３０に固定されていてもよい。また補強部材６０は、平面視で圧電素子２０とは重ならないようにするのが好ましい。補強部材６０と圧電素子２０の距離は、なるべく短いほうが好ましい。
【００３４】
なお、補強部材６０を設けることにより、支持枠４０の内周の平面形状が変わる、と見ることもできる。補強部材６０は、支持枠４０の内周が円周に近づく形状を有している。本実施形態において、補強部材６０の平面形状は、頂角が支持枠４０の内角と等しい２等辺角形であり、頂角が支持枠４０の角と重なるように配置されている。
【００３５】
なお、本実施形態において、圧電素子２０に設けられた電極は、第１の実施形態と同様であっても良いし、分割されていなくても良い。
【００３６】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。支持枠４０の内周が多角形を有している場合、振動部材１０、圧電素子２０、及び支持材３０からなる振動要素の平面形状も多角形になる。この場合、振動要素の幅は、一つに定まらない。例えば図５に示す例では、振動要素の幅は、Ｂ−Ｂ´線で最大となり、Ａ−Ａ´で最小となる。このような場合、第１の実施形態で説明した分割振動が生じやすくなり、高次の共振周波数が、基本共振周波数とともに発生しやすい。この場合、高次の共振周波数と基本共振周波数の間で、互いに音波をキャンセリングしあうことがあり、圧電素子２０の出力効率が低下してしまう。
【００３７】
これに対して本実施形態では、支持枠４０の角に補強部材を設けているため、振動要素の幅の最大値と最小値の差を小さくすることができる。従って、圧電素子２０の出力効率が低下することを抑制できる。
【００３８】
なお、発振装置が支持材３０を有している場合、補強部材６０は、支持材３０に取り付けられていても良い。この場合、図８に示すように、補強部材６０は、支持材３０のうち振動部材１０が設けられていない面に取り付けられても良い。
【００３９】
また図９に示すように、支持材３０を設けずに、振動部材１０を直接支持枠４０に固定してもよい。
【００４０】
また図１０に示すように、支持材３０を設けない場合、補強部材６０は、振動部材１０と一体であってもよい。この場合、振動部材１０のうち支持枠４０の角に位置する部分は、他の部分よりも厚くなっている。そしてこの厚くなっている部分が補強部材６０になる。
【００４１】
図８〜図１０に示したいずれの変形例においても、上記した効果を得ることができる。
【００４２】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００４３】
この出願は、２０１１年３月３１日に出願された日本出願特願２０１１−０７９０２７号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。
【図１】
2012131825.tif 000003
【図２】
2012131825.tif 000004
【図３】
2012131825.tif 000005
【図４】
2012131825.tif 000006
【図５】
2012131825.tif 000007
【図６】
2012131825.tif 000008
【図７】
2012131825.tif 000009
【図８】
2012131825.tif 000010
【図９】
2012131825.tif 000011
【図１０】
2012131825.tif 000012
【国際調査報告】
2012131825.tif 000013
2012131825.tif 000014
2012131825.tif 000015
2012131825.tif 000016
2012131825.tif 000017
2012131825.tif 000018
2012131825.tif 000019
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