(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の圧電体と、
両側縁が圧電体の伸縮方向と略垂直になるよう圧電体表面に対向配設される薄膜状かつ方形状の複数の振動板と、
これらの複数の振動板の両側縁を定置し、圧電体の伸縮運動を複数の振動板に伝達する複数のフレームと
を備えるアクチュエータ。
【請求項２】
上記複数の振動板が単一の薄膜から形成されている請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
上記複数の振動板が同一の幅を有する請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
上記振動板が幅方向に湾曲している請求項１、請求項２又は請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
上記振動板が圧電体の振動周波数の１／２の周波数で振動する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアクチュエータを備えるスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体を用いたアクチュエータ、及びこのアクチュエータを備えるスピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電材料を用いたアクチュエータは、磁石とコイルとを備える動電変換器や、コンデンサ変換器を用いたものと比べて構造を単純にすることができるという利点を有している。このため、圧電材料を用いたアクチュエータは、マイクロホンやスピーカなどの音響部品等として様々な構造を有するものが開発されている。
【０００３】
このような圧電材料を用いたアクチュエータとしては、具体的には（１）ユニモルフ構造を有する多共振超音波アクチュエータ（特開２００８−２０４２９号公報等参照）、（２）平面状の圧電振動子の少なくとも片面を覆うようにダイヤフラムを配設した構造を有するアクチュエータ（特開２００１−１５８２３号公報、特表２００８-５２６４１６号公報、特表２０００−５０２２１０号公報等参照）、（３）２つの圧電素子間に架け渡されるたわみ部材が振動する構造を有するアクチュエータ（特開２００３−２５８３３０号公報等参照）等が提案されている。
【０００４】
しかしながら、（１）のユニモルフ構造を有するアクチュエータでは、圧電体の振幅を大きくするためには圧電体を薄くする必要があり、この場合、圧電体の振動によって生じる力が強くないため、ダイヤフラム等から大きな振幅を有する振動を出力することが難しい。また、（２）の平面状の圧電振動子の少なくとも片面を覆うようにダイヤフラムを配設した構造を有するアクチュエータは、圧電振動子に対して、ダイヤフラムの共振周波数を高めることが難しく、高周波の振動を出力することが困難である。このアクチュエータにおいてダイヤフラムの共振周波数を高めるべくダイヤフラムの剛性を高めると、ダイヤフラムが圧電振動子の振動運動を妨げることとなる。さらに、（３）の２つの圧電素子間に架け渡されるたわみ部材が振動する構造を有するアクチュエータは、２つの圧電素子とたわみ部材とを正確に位置決めして組み立てる必要があり、精度の向上が困難であるという不都合を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０４２９号公報
【特許文献２】特開２００１−１５８２３号公報
【特許文献３】特表２００８-５２６４１６号公報
【特許文献４】特表２０００−５０２２１０号公報
【特許文献５】特開２００３−２５８３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような不都合に基づいてなされたものであり、振幅が比較的大きく、かつ高い周波数を有する振動を効率よく出力可能で、加えて、生産性に優れるアクチュエータ及びこれを備えるスピーカを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた発明は、
板状の圧電体と、
両側縁が圧電体の伸縮方向と略垂直になるよう圧電体表面に対向配設される薄膜状かつ方形状の複数の振動板と、
これらの複数の振動板の両側縁を固着し、圧電体の伸縮運動を複数の振動板に伝達する複数のフレームと
を備えるアクチュエータである。
【０００８】
当該アクチュエータは、圧電体と対向する位置に配設される複数の薄膜状の振動板を有しており、圧電体の伸縮運動がフレームを介して各振動板に伝達されるため、各振動板をこの両側縁を節として効率的に振動させることができる。また、当該アクチュエータによれば、振動板及び圧電体の厚さや形状、サイズ等を調整すること等により大きな振幅を有する振動を出力することができる。なお、当該アクチュエータによれば、振動板が薄膜状であるため圧電体の伸縮運動を妨げにくいことからも、振動板を効率よく振動させることができる。また、当該アクチュエータによれば、各振動板が方形状を有しているため、この幅を狭めること等によって共振周波数を高く設定することができ、さらには圧電体の共振周波数とあわせることで、より効率の高い振動の出力が可能となる。さらに当該アクチュエータは、圧電体を薄膜状にする必要がないため加工が容易であり、生産性に優れている。
【０００９】
上記複数の振動板が単一の薄膜から形成されているとよい。当該アクチュエータによれば、複数の振動板を単一の薄膜から形成することで、製造を効率的にすることができると共に、各振動板の共振周波数の設定を容易にすることができる。
【００１０】
上記複数の振動板が同一の幅を有するとよい。当該アクチュエータによれば、複数の振動板の幅を等しくすることで、各振動板の周波数を等しくし、ノイズの少ない均一な振動を出力することができる。
【００１１】
上記振動板が幅方向に湾曲しているとよい。当該アクチュエータによれば、振動板をこのように湾曲させていることで、圧電体の振動による振動板の変位を大きくすることができる。従って、当該アクチュエータによれば、大きな振幅を有する振動をより効率的に出力することができる。また、当該アクチュエータによれば、振動板をこのように湾曲させていることで、各振動板の幅を基本振動とする振動が生じやすく、一方、二次以上の振動モードの発生を抑えることができるため、出力振動の周波数制御性が向上する。
【００１２】
当該アクチュエータにおいて、上記振動板が、圧電体の振動周波数の１／２の周波数で振動することが好ましい。当該アクチュエータによれば、上記圧電体や各振動板の幅等の調整により、振動板を圧電体の振動周波数の１／２の周波数で振動させる、つまり振動板をパラメトリック励振させることで、アクチュエータの小型化を可能とし、また、より効率的な振動の出力を可能とする。
【００１３】
本発明のスピーカは、上記アクチュエータを備えるものである。当該スピーカは、上述のアクチュエータを備えるため、振幅が比較的大きくかつ高い周波数を有する音波を効率的に発信することができ、また、優れた生産性を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明のアクチュエータは、振幅が比較的大きく、かつ高い周波数を有する振動を効率よく出力することができ、複雑な加工を要しないため生産性に優れている。従って、本発明のスピーカは、振幅が比較的大きく、かつ高い周波数を有する音波を効率的に発信することができるため、スピーカの高出力化を可能とし、加えて、優れた生産性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係るアクチュエータを示す模式的斜視図であり、（ｂ）はその部分断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は図１のアクチュエータの振動状態を示す模式的部分断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は図１のアクチュエータの製造過程を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るアクチュエータを示す模式的部分断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ他の実施形態に係るアクチュエータを示す模式的部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明のアクチュエータ、及びこれを備えるスピーカの実施の形態を詳説する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１のアクチュエータ１は、板状の圧電体２と、この圧電体２の表面に対向して配設される薄膜状かつ方形状の複数の振動板３と、これらの複数の振動板３の両側縁を定置する複数のフレーム４を主に備えている。
【００１８】
当該アクチュエータ１は、このように圧電体２の表面と対向する位置に配設される複数の薄膜状の振動板３を有している。また、各振動板３は、上述のように両側縁がフレーム４によって定置されている、即ち、各振動板３は、圧電体２に対して定まった位置に、移動しないように配置されている。従って、当該アクチュエータ１においては、圧電体２の伸縮運動が複数のフレーム４を介して各振動板３に伝達され、各振動板３をこの両側縁を節として効率的に振動させることができる。また、当該アクチュエータ１によれば、振動板３及び圧電体２の厚さや形状、サイズ等を調整すること等により大きな振幅を有する振動を出力することができる。
【００１９】
また、当該アクチュエータ１によれば、振動板３が薄膜状であるため、振動板３が圧電体２の伸縮運動を妨げにくいことからも、振動板３を効率よく振動させることができる。また、当該アクチュエータ１によれば、各振動板３が方形状を有しているため、この幅（両側縁と垂直方向の長さ）を狭めること等によって共振周波数を高く設定することができ、さらには、圧電体２の共振周波数とあわせることで、より効率の高い振動の出力が可能となる。さらに、当該アクチュエータ１は、圧電体２を薄膜状にする必要がないため加工が容易であり、生産性に優れている。
【００２０】
圧電体２は、板状の圧電材５と、この圧電材５の両面に積層される一対の電極膜６とを有している。この圧電体２は、一対の電極膜６に交流電圧をかけること等で、一方向（図１（ａ）におけるＸ方向）に伸縮（振動）する。なお、圧電体２は、Ｘ方向の伸縮性を向上させるために、Ｘ方向を長辺、Ｙ方向を短辺とする平面視矩形形状を有していることが好ましい。
【００２１】
この圧電体２のサイズとしては、特に限定されず、出力する振動の周波数や、使用するスピーカ等のサイズに応じて適宜設定することができる。例えば、このアクチュエータ１を超音波スピーカとして用いる場合は、圧電体２を縦横１〜４ｃｍ、厚み０．１〜１ｃｍの板状形状とすることができる。
【００２２】
圧電材５としては、圧電効果等の電界誘起歪みを起こす材料であれば、特に限定されず公知のものを用いることができ、例えば、セラミックス、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の高分子、またはセラミックスと高分子との複合体などを挙げることができる。また、圧電材５は、結晶質でも非晶質でもよい。これらの圧電材５の中でも、強度、成形加工性、圧電特性等の点から、セラミックスが好ましい。これらのセラミックスとしては、半導体セラミックス、強誘電体セラミックス、反強誘電体セラミックスなども用いることができる。
【００２３】
セラミックスを構成する具体的材料としては、例えばジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、チタン酸ビスマスネオジウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＴＺ）、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス等を挙げることができ、これらを単独、又は混合物若しくは固溶体として含有するセラミックスを用いることができる。
【００２４】
電極膜６の材料としては、導電性を有し、かつ常温で固体であれば特に限定されず、例えば、金属単体、合金等が挙げられ、また、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化セリウム等の絶縁性セラミックスと金属単体又はその合金との混合物であってもよい。
【００２５】
複数の振動板３は、この両側縁が圧電体２の伸縮方向（Ｘ方向）と略垂直になるよう、つまり両側縁がＹ方向に伸びるように、かつ、圧電体２表面と所定間隔を開けて、圧電体２表面と平行に配設されている。また、それぞれの振動板３は等間隔かつ平行に配設されている。
【００２６】
ここで、振動板３の両側縁が圧電体２の伸縮方向と「略垂直」とは、圧電体２の伸縮に応じて複数の振動板３が振動可能である範囲の角度をいい、厳密に垂直でなくてもよい。なお、この圧電体２の伸縮方向と、振動板３の両側縁のなす角度としては８０°以上１００°以下が好ましく、８５°以上９５°以下がより好ましく、８８°以上９２°以下が特に好ましい。
【００２７】
この各振動板３は、その幅方向（図１におけるＸ方向）に凹状に湾曲している。当該アクチュエータ１によれば、振動板３をこのように湾曲させることで、圧電体２の振動による振動板３の変位を大きくすることができる。従って、当該アクチュエータ１によれば、大きな振幅を有する振動をより効率的に出力することができる。また、当該アクチュエータ１によれば、振動板３をこのように湾曲させることで、各振動板３の幅を基本振動とする振動が生じやすく、一方、二次以上の振動モードの発生を抑えることができるため、出力振動の周波数制御性が向上する。
【００２８】
また、各振動板３間には、帯状かつ薄膜状の連結板７が配設され、複数の振動板３及び複数の連結板７が単一の、すなわち１枚の薄膜から形成されている。当該アクチュエータ１によれば、複数の振動板３を複数の連結板７と共に単一の薄膜から形成することで、製造を効率的にすることができると共に、各振動板３の共振周波数の設定を容易にすることができる。
【００２９】
振動板３のサイズとしては、特に限定されないが、側縁（長さ方向：Ｙ方向）の長さとしては圧電体２の横方向（Ｙ方向）の長さと同程度（例えば、１〜４ｃｍ）であることが好ましい。
【００３０】
振動板３の幅（Ｗ１：Ｘ方向の長さ）は、出力させる振動の周波数等によって適宜調整することができる。例えば、超音波スピーカとして用いる場合には、この幅（Ｗ１）は０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下がさらに好ましい。各振動板３は、このように幅（Ｘ方向の長さ）に比して側縁の長さ（Ｙ方向の長さ）を大きくした帯状形状を有している。各振動板３が帯状形状を有することで、効率的な振動の出力を行うことができる。なお振動板３の形状は、方形状であれば帯状形状に限定されず、正方形状であってもよいし、両側縁の長さが幅より小さい矩形状であってもよい。
【００３１】
また、この複数の振動板３のそれぞれの幅（Ｗ１）は、実質的に同一である。当該アクチュエータ１によれば、このように複数の振動板３の幅を同一にすることで、各振動板３の振動周波数を等しくし、ノイズの少ない均一な振動を出力することができる。なお、この複数の振動板３の幅が実質的に同一であるとは、各振動板３を形成する薄膜が、各振動板３間の連結板７を節とし、同一の周波数で振動可能であれば、各幅に若干のズレがあってもよいことをいう。
【００３２】
振動板３、すなわち複数の振動板３を形成する薄膜の平均厚み（Ｔ）としては、各振動板３が圧電体２の振動によって振動可能であれば特に制限されないが、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上８０μｍ以下がさらに好ましい。振動板３として上記範囲の平均厚み（Ｔ）を有する薄膜を有することで、圧電体２の振動により、効率的に振動板３を振動させることができる。
【００３３】
振動板３の湾曲部分の深さ（Ｄ）としては、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上３００μｍ以下がさらに好ましい。振動板３の湾曲部分の深さをこの範囲とすることで、各振動板３を、各連結板７を含む平面に対して対称に大きく振動させやすくなる。この深さ（Ｄ）が上記下限より小さいと出力される振動の振幅が小さくなる場合があり、逆に、上記上限を超えると、圧電体２の振動によっても、振動板３が大きく振動しないおそれがある。
【００３４】
なお、振動板３の湾曲部分の形状としては、幅方向（Ｘ方向）に湾曲している形状であれば特に限定されず、例えば、ＸＺ平面における断面として、等脚台形状、二等辺三角形状、その他の多角形状、これらの頂点が丸められた形状、半円状、正弦波状などであってよい。
【００３５】
振動板３及び連結板７を形成する薄膜の材質としては、圧電体２の振動によって振動板３が振動可能であれば特に制限されず、ポリイミド樹脂やポリエステル樹脂等の有機物であってもよく、アルミニウム、銅、チタン、合金などの金属、金属酸化物等の無機物であってもよい。なお、強度や後述するスパッタリングでの成形性等の点からは、アルミニウムやチタン等の金属が好ましい。
【００３６】
複数のフレーム４は、それぞれ四角柱形状を有している。この各フレーム４は、各連結板７の裏面と圧電体２の表面側とを連結し、複数の振動板３の両側縁を定置、すなわち各振動板３の両側縁の位置が圧電体２に対して移動しないように配置している。なお、フレーム４の配設方向について換言すれば、複数のフレーム４は、圧電体２の伸縮方向（Ｘ方向）と垂直に、長さ方向がＹ方向となるように敷設されている。また、複数のフレーム４のうち、両端に配設される一対のフレームは、他のフレームより幅を広くしており、圧電体２の伸縮振動の両端の振動板３への伝達を確実にしている。
【００３７】
各フレーム４の高さ（Ｈ：Ｚ方向の長さ）が、圧電体２と振動板３との間隔となる。フレーム４の高さ（Ｈ：Ｚ方向の長さ）としては特に限定されないが、例えば０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以上５ｍｍ以下がさらに好ましい。フレーム４の長さ（Ｙ方向の長さ）は、圧電体２のＹ方向の長さと同程度であればよく、例えば、１〜４ｃｍ程度である。
【００３８】
フレーム４の幅（Ｘ方向の長さ）も特に限定されないが、平行に複数配設されている複数のフレーム４中、両端のフレーム４ｂの幅としては０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下程度である。また、２枚の振動板３間をつなぐ両端以外のフレーム４ａの幅（Ｗ２）としては、１００μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。このように、両端のフレーム４ｂの幅を他の両端以外のフレーム４ａの幅より広くすることで、当該アクチュエータ１に適度な強度を付与でき、また、上述のように振動板３への振動の伝達を確実させることができる。
【００３９】
フレーム４の材質としては、圧電体２の伸縮運動を振動板３に伝達可能な材質であれば特に制限されず、金属、非金属等の無機物でも、有機物であってもよいが、強度や成形性の点から無機物が好ましい。また、後に詳述するようにエッチングによる成形が可能な、シリコン等の無機物がより好ましい。
【００４０】
接着材層８は、圧電体２の振動板３側の面に積層されている。この接着材層８が、圧電体２と各フレーム４とを連結し、固定している。この接着材層８を形成する材質としては特に限定されず、公知の接着剤や粘着剤等を用いることができる。なお、接着材層は圧電体２の振動板３側の面の全面に積層されていなくてもよく、圧電体２と各フレーム４との間に積層されていればよい。
【００４１】
なお、圧電体２は、支持部９によって筐体１０内で保持されている。支持部９は四角柱状を有しており、圧電体２の振動板３と反対側の面の中央に、各フレーム４と平行に配設されている。支持部９が、このように、圧電体２の振動方向と垂直に設けられていることで、圧電体２がこの支持部９に遮られずに振動することができる。
【００４２】
当該アクチュエータ１は、一対の電極膜６に接続された図示しない信号源から駆動信号が印加されることで、圧電体２が振動することとなる。この圧電体２の振動は、各フレーム４を介して振動板３に伝わり、各振動板３が振動する。言い換えれば、当該アクチュエータ１によれば、この複数の振動板３が単一の薄膜から形成されているため、この単一の薄膜が、複数のフレーム４と連結した連結板７を節として振動することとなる。
【００４３】
当該アクチュエータ１は、上記構造を有しているため、各振動板３の振幅が大きく、また、振動板３の二次以上の振動モードの発生を抑制している。従って、当該アクチュエータ１は、超音波スピーカ等の超音波発信器として好適に用いることができる。
【００４４】
ここで、このアクチュエータ１において、各振動板３が、圧電体２の振動周波数の１／２の周波数で振動するように設計されていることが好ましい。当該アクチュエータ１は、圧電体２の伸縮（振動）方向と各振動板３の両側縁とが略垂直に配設されているため、設計によって、図２にて図示するように、圧電体２が（ａ）〜（ｂ）〜（ｃ）〜（ｄ）〜（ａ）において２周期振動する間に、各振動板３が１周期振動する、つまり、振動板３がパラメトリック励振させることができる。なお、この図２は、圧電体２の伸縮と振動板３の振動との関係を模式的に表すため、伸縮度合いを誇張して記載している。このように各振動板３がパラメトリック励振可能な状態とするには圧電体２のサイズや材質、振動板３の材質や幅等を調整するとよい。
【００４５】
このように各振動板３をパラメトリック励振させる（圧電体２の振動周波数の半分の周波数で振動させる）ことで、圧電体２の長さを通常の共振振動を用いる場合に比べて半分の長さにすることができるため、アクチュエータ１の小型化を可能とする。また、振動板３をパラメトリック励振させることで、同じ大きさのアクチュエータ（圧電体）と比べて振動板から１／２の周波数の振動を出力することとなるため、低周波数の振動の出力を効率的に行うことができる。さらにパラメトリック励振によって変位も大きくすることができるので出力効率を向上させることもできる。
【００４６】
＜スピーカ＞
当該アクチュエータ１を備えるスピーカは、振幅が比較的大きく、かつ高い周波数を有する音波を効率的に発信することができ、また、優れた生産性を備えている。なお、当該アクチュエータ１を備える超音波スピーカの発信する超音波の周波数は、圧電体２や振動板３の幅等サイズ、材質、各フレーム４の間隔等を調整することで適宜設定することができるが、例えば、２０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数を発信させることができる。
【００４７】
＜製造方法＞
当該アクチュエータ１の製造方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。製造方法の一例を図３を参照に、以下説明する。
【００４８】
各フレームとなるシリコン基板１１の表面を、振動板の湾曲形状を形成するように公知の方法で異方性ウェットエッチングする（図３（ａ）参照）。このエッチングされたシリコン基板１１表面にスパッタリング、真空蒸着等により、例えばアルミニウム製の薄膜１２を形成する（図３（ｂ）参照）。このアルミニウム薄膜１２が振動板３及び連結板７となる。この薄膜１２が形成されたシリコン基板１１裏面の湾曲形状に対応する位置に、例えば深掘りＲＩＥ等によって、高アスペクト比を有する棒状の複数の溝１３を、アルミニウム薄膜１２を残すように形成する（図３（ｃ）参照）。この溝１３によって、複数のフレーム４の外形が形成される。
【００４９】
一方、板状の圧電材５の両面に公知の方法で電極膜６を積層した圧電体２の表面に、一般的な接着剤を塗布することによって接着材層８を設ける（図３（ｄ）参照）。続いて、この圧電体２と、上述の工程を得たシリコン基板１１の裏面（各フレームの底面）とを貼り合わせ（図３（ｅ）参照）、さらに、圧電体２の裏面を支持部９を介して筐体１０と固定することで、図１のアクチュエータを得ることができる。なお、この図３（ｅ）の状態のアクチュエータ（構造体）には、上述のように公知の方法で、一対の電極膜６と信号源とを結ぶ電気回路が設けられることとなる。
【００５０】
なお、シリコン基板１１表面及び裏面のエッチングは、両端（図１（ａ）におけるＹ方向両端）にまで、同一形状の溝１３を形成することが容易ではないため、例えば、シリコン基板と圧電体とを貼り合わせた後、この溝１３（フレーム４）が形成されていない両端部分を切断することで、両端（図１（ａ）におけるＹ方向両端）までフレーム４が形成されたアクチュエータとすることができる。
【００５１】
＜第２実施形態＞
図４の第２実施形態に係るアクチュエータ２１は、板状の圧電体２と、この圧電体２の表面に対向して配設される薄膜状かつ方形状（帯状）の複数の振動板２３と、これらの複数の振動板２３の両側縁を定置する複数のフレーム４を主に備えている。
【００５２】
アクチュエータ２１の圧電体２、及び複数のフレーム４は、第１実施形態に係るアクチュエータ１と同様であるため、同一番号を付して説明を省略する。また、アクチュエータ２１は、図示しない支持部及び筐体等をアクチュエータ１と同様に有している。
【００５３】
複数の振動板２３間には、アクチュエータ１と同様に連結板７が配設され、複数の振動板２３及び複数の連結板７が１枚の薄膜から形成されている。ただし、この振動板２３はアクチュエータ１の振動板３とは異なって、湾曲しておらず、平面形状を有している。
【００５４】
当該アクチュエータ２１においても、フレーム４を介して圧電体２の振動を振動板２３に伝えることができ、圧電体２と振動板２３とが直接重なり合っていないため、振動板２３が厚さ方向の上下両方向に容易に振動することができる。また、当該アクチュエータ２１においても、圧電体２や振動板２３のサイズ、材質等を調整することで、例えば圧電体２と振動板２３との共振周波数を併せることなどにより、大きな振幅を有する振動を出力することができる。また、当該アクチュエータ２１においても、各振動板２３がそれぞれ振動する、すなわち１枚の薄膜がフレーム４との接点部分である連結板７を節として振動するため、高い周波数の振動を効率よく出力することができる。
【００５５】
また、当該アクチュエータ２１によっても、各振動板２３が、圧電体２の振動周波数の１／２の周波数で振動するように設定することができる。このように設定されたアクチュエータ２１によれば、各振動板２３をパラメトリック励振させることで、アクチュエータ２１の小型化を可能とし、また、より効率的な振動の出力を可能とする。
【００５６】
このアクチュエータ２１も、上述したアクチュエータ１と同様に、シリコン基板をエッチングすることによって製造することができる。なお、表面に酸化ケイ素層を有するシリコン基板を用いると、この表面の酸化ケイ素層を振動板として使用することができる。さらに、ＳＯＩ基板を用いれば、薄膜シリコン膜を振動板にすることもできる。
【００５７】
＜その他の実施形態＞
図５（ａ）に示すアクチュエータ３１は、圧電体３２の表面に複数の溝状の嵌込部１４が形成されており、この嵌込部１４に対して、接着材層３８を介して複数のフレーム３４が嵌め込まれている形状を有している。
【００５８】
当該アクチュエータ３１は、このように各フレーム３４が圧電体３２の嵌込部１４に埋め込まれた構造となっているため、振動等によってフレーム３４の位置がずれることがない。従って、当該アクチュエータ３１によれば、圧電体３２の振動をより効率的に振動板３３に伝えることができ、振幅が大きく、かつ、二次以上の共振の発生を抑えた振動を出力することができる。
【００５９】
図５（ｂ）に示すアクチュエータ４１は、両端以外のフレーム４ａと圧電体２との間に接着材層４８が積層されておらず、すなわち、両端以外のフレーム４ａの底面と圧電体２の表面とが接着されていない状態となっている。
【００６０】
このようなアクチュエータ４１においても、両端のフレーム４ｂを通じて、圧電体２の振動が各振動板３に伝導し、各振動板３が振動することができる。この際、底面が接着されていない両端以外のフレーム４ａにおいても、このフレーム自体の質量によって各振動板３の両側縁を圧電体２に対して動かない状態にしている、つまり定置しているので、各振動板３は、この両側縁を節として振動することができる。
【００６１】
図５（ｃ）に示すアクチュエータ５１は、図５（ｂ）のアクチュエータ４１等と異なって、複数のフレームのうちの両端のフレーム５４ｂが圧電体２の一面側に設けられていない構造を有している。つまり、両端のフレーム５４ｂは、圧電体２の両端の側面に接着材層５８を介して、圧電体２と振動板３とが平行になるように配設されている。また、図５（ｄ）に示すアクチュエータ６１においては、支持部６９が圧電体２の側面に設けられ、圧電体２と筐体６０とを連結している。図５（ｅ）に示すアクチュエータ７１は、支持部を介さず、圧電体２の伸縮方向の一端縁の下面が筐体７０に接して、固定された構造となっている。さらに異なるアクチュエータとしては、幅方向に湾曲している振動板が、外側（圧電体と逆側）に対して湾曲しているものも挙げられる。これらいずれのアクチュエータにおいても、複数のフレームを介して圧電体の振動を各振動板に伝えることができるので大きな振幅を有する振動を出力することができ、また、各振動板が両側縁を節として振動するため、高い周波数の振動を効率よく出力することができる。
【００６２】
また、本発明のアクチュエータにおける複数の振動板は、圧電体表面に対して平行に設けられていなくてもよい。このような、例えば圧電体表面に対して斜めに振動板を設けたアクチュエータであっても、この振動板の両側縁が圧電体の伸縮方向に対して略垂直に配設されていれば、振動可能であり、本発明の作用効果を発揮させることができる。
【００６３】
さらに、圧電体として、１枚又は２枚の圧電材を積層してなるバイモルフ又はモノモルフ構造を有するものを用いてもよい。圧電体がこのような構造を有していると、圧電体が撓み振動し、振動板を大きく変形させることができるため、各振動板の振幅を大きくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明のアクチュエータは、比較的大きくかつ高い振動を効率よく出力することができ、複雑な加工を要しないため生産性に優れており、超音波スピーカをはじめとした各種超音波発信器等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１、２１、３１、４１、５１、６１、７１  アクチュエータ
２、３２  圧電体
３、２３、３３  振動板
４、３４  フレーム
４ａ  両端以外のフレーム
４ｂ、５４ｂ  両端のフレーム
５  圧電材
６  電極膜
７  連結板
８、３８、４８、５８  接着材層
９、６９  支持部
１０、６０、７０  筐体
１１  シリコン基板
１２  薄膜
１３  溝
１４  嵌込部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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