(57)【要約】【課題】高音質の音を放射することに貢献し、放射される音の指向性低下を抑制することに貢献すること。【解決手段】電気音響変換器は、圧電振動子と、圧電振動子を拘束する振動部材と、圧電振動子、及び振動部材を内包し、かつ前記圧電振動子の振動方向に交差する方向に、音孔部が形成されたフレームと、を備える基本発振ユニットを、平面上に並列に配置し、音孔部は、他の音孔部から放射される、逆位相の音波の干渉を避ける位置に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、
前記圧電振動子を拘束する振動部材と、
前記圧電振動子、及び前記振動部材を内包し、かつ前記圧電振動子の振動方向に交差する方向に、音孔部が形成されたフレームと、
を備える基本発振ユニットを、平面上に並列に配置し、
前記音孔部は、他の前記音孔部から放射される、逆位相の音波の干渉を避ける位置に形成される、
ことを特徴とする電気音響変換器。
【請求項２】
前記音孔部は、隣接する前記音孔部との間隔が、発振波の波長の１／８以下であるように、前記フレームに形成される請求項１に記載の電気音響変換器。
【請求項３】
前記音孔部は、前記圧電振動子の振動方向に対して、９０度以上の方向に形成される請求項１又は２に記載の電気音響変換器。
【請求項４】
前記振動部材は、支持部材を介して、前記フレームと接合する請求項１乃至３のいずれか一に記載の電気音響変換器。
【請求項５】
前記圧電振動子は、２０ｋＨｚ以上の周波数の超音波を発振する請求項１乃至４のいずれか一に記載の電気音響変換器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一に記載の電気音響変換器を搭載し、前記圧電振動子を２０ｋＨｚ以上の周波数の超音波を放射するよう発振させることを特徴とする電子機器。
【請求項７】
圧電振動子と、
前記圧電振動子を拘束する振動部材と、フレームと、音孔部と、を備える電気音響変換器の製造方法であって、
前記圧電振動子、及び前記振動部材を前記フレームに内包する工程と、
前記圧電振動子と、前記振動部材と、前記フレームと、を含む基本発振ユニットを、平面上に並列に配置する工程と、
前記フレームに、前記圧電振動子の振動方向に交差する方向であり、かつ、他の前記音孔部から放射される、逆位相の音波の干渉を避ける位置に、前記音孔部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする電気音響変換器の製造方法。
【請求項８】
前記音孔部を、隣接する前記音孔部との間隔が、発振波の波長の１／８以下であるように、前記フレームに形成する工程を含む請求項７に記載の電気音響変換器の製造方法。
【請求項９】
前記音孔部を、前記圧電振動子の振動方向に対して、９０度以上の方向に形成する工程を含む請求項７又は８に記載の電気音響変換器の製造方法。
【請求項１０】
前記振動部材を、支持部材を介して、前記フレームと接合する工程を含む請求項７乃至９のいずれか一に記載の電気音響変換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特定の位置にいる人に音を伝播する、指向性の強いパラメトリックスピーカが注目されている。例えば、携帯電話等の電子機器にパラメトリックスピーカを搭載し、ユーザ近傍に音声信号を伝播する等の利用が期待されている。
【０００３】
ここで、携帯電話等の電子機器にパラメトリックスピーカを搭載する場合、パラメトリックスピーカは、小型化が求められる。しかし、磁気回路を用いる動電型電気音響変換器においては、その原理上、小型化が困難である。そこで、圧電振動子を用いた電気音響変換器の利用が期待されている。
【０００４】
特許文献１において、向かい合うスピーカが、同じ位相の音を出力するように、スピーカが配置されたスピーカシステムが開示されている。そして、特許文献１に開示されたスピーカシステムにおいては、向かい合うスピーカから出力される音の音道が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９１０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
なお、上記先行技術文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。以下の分析は、本発明の観点からなされたものである。
【０００７】
上述の通り、圧電振動子を用いた電気音響変換器の利用が期待されている。さらに、電気音響変換器は、高音質の音を放射するために、高い音圧レベルの音波を発振することが好ましい。そのため、電気音響変換器は、複数の圧電振動子を備えることが好ましい。しかし、電気音響変換器が複数の圧電振動子を備える場合、各圧電振動子から発振される音波が干渉する恐れがある。そして、各圧電振動子から発振される音波が干渉した場合、放射される音の指向性が弱くなる。
【０００８】
特許文献１において開示された技術では、各圧電振動子から発振される音波の干渉を抑制できない。
【０００９】
従って、高音質の音を放射することに貢献し、放射される音の指向性低下を抑制することに貢献する電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器が、望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の視点によれば、圧電振動子と、前記圧電振動子を拘束する振動部材と、前記圧電振動子、及び前記振動部材を内包し、かつ前記圧電振動子の振動方向に交差する方向に、音孔部が形成されたフレームと、を備える基本発振ユニットを、平面上に並列に配置し、前記音孔部は、他の前記音孔部から放射される、逆位相の音波の干渉を避ける位置に形成される電気音響変換器が、提供される。
【００１１】
本発明の第２の視点によれば、圧電振動子と、前記圧電振動子を拘束する振動部材と、前記圧電振動子、及び前記振動部材を内包し、かつ前記圧電振動子の振動方向に交差する方向に、音孔部が形成されたフレームと、を備える基本発振ユニットを、平面上に並列に配置し、前記音孔部は、他の前記音孔部から放射される、逆位相の音波の干渉を避ける位置に形成される電気音響変換器を搭載し、前記圧電振動子を２０ｋＨｚ以上の周波数の超音波を放射するよう発振させる電子機器が、提供される。
【００１２】
本発明の第３の視点によれば、圧電振動子と、前記圧電振動子を拘束する振動部材と、フレームと、音孔部と、を備える電気音響変換器の製造方法であって、前記圧電振動子、及び前記振動部材を前記フレームに内包する工程と、前記圧電振動子と、前記振動部材と、前記フレームと、を含む基本発振ユニットを、平面上に並列に配置する工程と、前記フレームに、前記圧電振動子の振動方向に交差する方向であり、かつ、他の前記音孔部から放射される、逆位相の音波の干渉を避ける位置に、前記音孔部を形成する工程と、を含む電気音響変換器の製造方法が、提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の各視点によれば、高音質の音を放射することに貢献し、放射される音の指向性低下を抑制することに貢献するその製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器が、提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態の概要を説明するための図である。
【図２】第１の実施形態に係る電気音響変換器１の一例を示す断面側面図である。
【図３】第１の実施形態に係る圧電振動子１０の一例を示す断面側面図である。
【図４】第１の実施形態に係る基本発振ユニット１１の一例を示す断面側面図である。
【図５】第１の実施形態に係る構造、及び比較形態に係る構造の一例を示す図である。
【図６】周波数と音圧レベルの測定結果の一例を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る基本発振ユニット１１ａの一例を示す断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
初めに、図１を用いて一実施形態の概要について説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、この概要の記載はなんらの限定を意図するものではない。
【００１６】
上述の通り、電気音響変換器は、高音質の音を放射するために、高い音圧レベルの音波を発振することが好ましい。さらに、電気音響変換器が複数の圧電振動子を備える場合、放射される音の指向性低下を抑制することが好ましい。従って、高音質の音を放射することに貢献し、放射される音の指向性低下を抑制することに貢献する電気音響変換器が、望まれる。
【００１７】
そこで、一例として図１に示す電気音響変換器１００を提供する。まず、電気音響変換器１００は、平面上に並列に配置された基本発振ユニット１０１を備える。基本発振ユニット１０１は、圧電振動子１０２と、圧電振動子１０２を拘束する振動部材１０３を備える。圧電振動子１０２は、電界の印加により揺動して音波を発振する。そして、振動部材１０３は、圧電振動子１０２で発生した振動を増幅する。さらに、基本発振ユニット１０１において、圧電振動子１０２、及び振動部材１０３は、フレーム１０４に内包される。
【００１８】
また、フレーム１０４において、圧電振動子１０２の振動方向に交差する方向に、音孔部１０５が形成される。さらに、電気音響変換器１００において、音孔部１０５は、他の音孔部１０５から放射される音波の干渉を避ける位置に形成される。そのため、電気音響変換器１００においては、圧電振動子１０２から発振される音波の干渉が抑制される。
【００１９】
また、電気音響変換器１００は、複数の圧電振動子１０２を備えるため、高い音圧レベルの音波を放射できる。さらに、圧電振動子１０２のうち、一又は複数の圧電振動子１０２を選択的に駆動することによって、電気音響変換器１００の指向性を強くできる。つまり、選択的に圧電振動子１０２を駆動することによって、特定方向に音場を形成できる。従って、電気音響変換器１００は、高音質の音を放射することに貢献し、放射される音の指向性低下を抑制することに貢献する。
【００２０】
本発明において下記の形態が可能である。
【００２１】
［形態１］上記第１の視点に係る電気音響変換器の通りである。
【００２２】
［形態２］前記音孔部は、隣接する前記音孔部との間隔が、発振波の波長の１／８以下であるように、前記フレームに形成されることが好ましい。
【００２３】
［形態３］前記音孔部は、前記圧電振動子の振動方向に対して、９０度以上の方向に形成されることが好ましい。
【００２４】
［形態４］前記振動部材は、支持部材を介して、前記フレームと接合することが好ましい。
【００２５】
［形態５］前記圧電振動子は、２０ｋＨｚ以上の周波数の超音波を発振することが好ましい。
【００２６】
［形態６］上記第２の視点に係る電子機器の通りである。
【００２７】
［形態７］上記第３の視点に係る電気音響変換器の製造方法の通りである。
【００２８】
［形態８］前記電気音響変換器の製造方法において、前記音孔部を、隣接する前記音孔部との間隔が、発振波の波長の１／８以下であるように、前記フレームに形成する工程を含むことが好ましい。
【００２９】
［形態９］前記電気音響変換器の製造方法において、前記音孔部を、前記圧電振動子の振動方向に対して、９０度以上の方向に形成する工程を含むことが好ましい。
【００３０】
［形態１０］前記電気音響変換器の製造方法において、前記振動部材を、支持部材を介して、前記フレームと接合する工程を含むことが好ましい。
【００３１】
以下に具体的な実施の形態について、図面を参照してさらに詳しく説明する。
【００３２】
［第１の実施形態］
第１の実施形態について、図面を用いてより詳細に説明する。なお、以降の記述において、多くの具体的事項は、説明のため、本発明の理解を助けるためになされたものである。
【００３３】
まず、本実施形態に係る電気音響変換器１の基本構造について説明する。
【００３４】
図２は、本実施形態に係る電気音響変換器１の一例を示す断面側面図である。なお、図２は、簡単のため、本実施形態に係る電気音響変換器１に関係する部材を主に記載する。
【００３５】
電気音響変換器１は、例えば、スピーカ装置として使用される。スピーカ装置としては、パラメトリックスピーカであってもよい。電気音響変換器１をパラメトリックスピーカとして用いる場合、圧電振動子１０は、２０ｋＨｚ以上の超音波を発振することが好ましい。その場合、パラメトリックスピーカは、超音波を搬送波として、音声信号を伝播する。そして、パラメトリックスピーカは、変調した超音波を大気中に放射することで、空気中の非線形現象に伴う衝突波を誘発し、復調音を再生する。
【００３６】
さらに、圧電振動子１０が直進性の高い超音波を発振することによって、指向性の高い音場を形成することができる。その結果、本実施形態に係る電気音響変換器１は、ユーザ近傍を中心として音波を放射することができる。
【００３７】
電気音響変換器１は、例えば、スマートフォン、携帯電話、ゲーム機、タブレットＰＣ（Personal Computer）、ノートＰＣ、ＰＤＡ（Personal Data Assistants；携帯情報端末）等の音源であることが好ましい。
【００３８】
圧電振動子１０は、厚さ方向に分極された圧電体２１から構成され、振動部材２０に拘束される。そして、圧電振動子１０は、電界の印加により揺動して音波を発振する。そのため、電気音響変換器１を備える電子機器は、圧電体２１に印加する電気信号を生成する、発振回路（図示せず）を備えることが好ましい。
【００３９】
圧電振動子１０、及び振動部材２０はフレーム１２に内包される。そして、フレーム１２は、圧電振動子１０の振動方向に交差する方向に、音孔部１３が形成される。つまり、圧電振動子１０からの発振波は、圧電振動子１０の振動方向に交差する方向に放射される。具体的には、音孔部１３は、圧電振動子１０の振動方向に対して、９０度以上の方向に形成されることが好ましい。特に、音孔部１３は、圧電振動子１０の振動方向に対して、９０度以上１５０度以内の方向に形成されることが好ましい。
【００４０】
そして、音孔部１３は、他の音孔部１３から放射される逆位相の音波による干渉を避ける位置に形成されることが好ましい。具体的には、音孔部１３は、隣接する音孔部１３との間隔が、発振波の波長の１／８以下であるように、フレーム１２に形成されることが好ましい。
【００４１】
図３は、圧電振動子１０の一例を示す断面側面図である。図３は、簡単のため、本実施形態に係る圧電振動子１０に関係する部材を主に記載する。
【００４２】
圧電体２１は、両主面に電極２２が拘束されている。つまり、圧電体２１は、厚さ方向に分極している。圧電体２１を構成する材料は、圧電効果を備える材料であり、無機材料、有機材料のいずれであってもよい。例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウム等の圧電セラミックであってもよい。なお、圧電体２１に好ましい材料は各種あり、その詳細は問わない。
【００４３】
また、電極２２を構成する材料は限定されないが、例えば、銀、銀／パラジウムであってもよい。銀は、電気抵抗率が低く、汎用的な電極材料として使用されている。銀／パラジウムは、電気抵抗率が低く、さらに対酸化性に優れている。なお、電極２２に好ましい材料は各種あるが、その詳細は問わない。
【００４４】
ところで、上述の通り、圧電体２１は圧電セラミックが好ましいが、圧電セラミックは脆性である。そのため、圧電体２１を圧電セラミックで構成する場合、圧電体２１の形状の変更は困難である。そこで、圧電体２１を拘束する振動部材２０の厚み、材質等を変更し、共振周波数を変更することが好ましい。
【００４５】
振動部材２０は、圧電体２１に対して剛性が高い材料が好ましい。振動部材２０の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子としての特性や信頼性を損なう可能性がある。例えば、振動部材２０は、リン青銅やステンレス等の金属材料であってもよい。または、振動部材は、金属材料と樹脂との複合材料であってもよい。振動部材２０を、金属材料と樹脂との複合材料にすることによって、振動部材２０の剛性を調整することに貢献できる。振動部材２０に好ましい材料は各種あり、その詳細は問わない。
【００４６】
図４は、本実施形態に係る基本発振ユニット１１の一例を示す断面側面図である。図４は、簡単のため、本実施形態に係る基本発振ユニット１１に関係する部材を主に記載する。
【００４７】
圧電振動子１０の振動面に拘束する電極２２に、第１の電気接続端子２３１を接続することが好ましい。さらに、振動部材２０において、電極２２と接する面と、相対する面に第２の電気接続端子２３２を接続することが好ましい。
【００４８】
図５は、圧電体２１、及び振動部材２０の構造を比較する一例を示す図である。図５（ａ）は、本実施形態に係る電気音響変換器１の構造の一例を示す図である。一方、図５（ｂ）は、圧電体２１及び振動部材２０をフレーム１２で囲わず、振動部材２０をフレーム１２で拘束する電気音響変換器２の構造の一例を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）いずれの構造も、圧電振動子１０を含む電気音響変換器１を平面上に並列に配置する。以下の説明では、図５（ａ）に示す、電気音響変換器１の構造を、「本実施形態に係る構造」と呼ぶ。一方、図５（ｂ）に示す、電気音響変換器２の構造を「比較形態に係る構造」と呼ぶ。
【００４９】
また、図６は、本実施形態に係る構造、及び比較形態に係る構造について、周波数と音圧レベルの測定結果の一例を示す図である。実線は、本実施形態に係る構造における測定結果を示す。破線は、比較形態に係る構造における測定結果を示す。なお、図６において、本実施形態に係る構造と、比較形態に係る構造において、共通する部材の物性値は同一であるとする。さらに、図６において、本実施形態に係る構造と、比較形態に係る構造において、温度等を含む測定条件は同一であるとする。
【００５０】
図６に示すように、本実施形態に係る構造、及び比較形態に係る構造のいずれも、周波数が約６０ｋＨｚにおいて、音圧レベルがピーク値となっている。しかし、図６に示す周波数帯（約１０ｋＨｚ〜約１００ｋＨｚ）において、本実施形態に係る構造は、比較形態に係る構造より、音圧の分散が小さい。つまり、図６に示す測定結果より、本実施形態に係る構造においては、比較形態に係る構造に対して、発振効率が高いことが分かる。なお、音圧レベルがピーク値となる周波数、音圧レベル等は、各部材の形状、物性、測定条件等に応じて変動することは勿論である。
【００５１】
［変形例１］
本実施形態に係る電気音響変換器１の変形例１として、各圧電振動子１０の長さを変更してもよい。そして、電気音響変換器１は、一又は複数の圧電振動子１０を選択的に駆動してもよい。なぜなら、圧電振動子１０の発振する音波の共振周波数と、圧電振動子の長さは、反比例の関係にある。そのため、各圧電振動子１０の長さを変更することによって、各圧電振動子１０の共振周波数を変更できる。従って、異なる共振周波数の圧電振動子１０から発振された超音波を復調することによって、復調される可聴音の帯域を拡張できる。
【００５２】
以上より、本実施形態に係る電気音響変換器１の第１の効果は、隣接する圧電振動子からの音波の干渉が低減する。従って、電気音響変換器１は、高音質の音を放射することに貢献し、放射される音の指向性低下を抑制することに貢献する。
【００５３】
本実施形態に係る電気音響変換器１の第２の効果は、圧電振動子１０の振動方向前方に音孔部１３を形成する場合と比較して、隣接する圧電振動子１０の距離を短縮して配置できる。従って、電気音響変換器１は、パラメトリックスピーカ等の小型化に貢献する。
【００５４】
［第２の実施形態］
続いて、第２の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００５５】
第２の実施形態は、落下時の衝撃を低減する構造の実施形態である。なお、本実施形態における説明では、第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。さらに、本実施形態における説明では、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５６】
図７は、第２の実施形態に係る基本発振ユニット１１ａの一例を示す断面側面図である。図７に示す基本発振ユニット１１ａと、図４に示す基本発振ユニット１１との相違点は、支持部材２４を備える点である。
【００５７】
基本発振ユニット１１ａにおいて、振動部材２０は、支持部材２４を介して、フレーム１２と接合する。また、圧電振動子１０の振動方向前方に位置する電極２２に、第１の電気接続端子２３１を配置する。さらに、振動部材２０において、電極２２と接する面に第２の電気接続端子２３２を配置する。
【００５８】
支持部材２４を構成する材料は、振動を吸収する材料であれば、限定されない。例えば、支持部材２４を構成する材料は、樹脂材料であってもよい。支持部材２４は、圧電振動子１０が振動した場合、応力が集中する端部の剛性が低減することに貢献する。そして、支持部材２４は、圧電振動子１０の振動を増幅することに貢献する。
【００５９】
さらに、基本発振ユニット１１ａにおいて、圧電体２１は、支持部材２４を介して、フレーム１２と接合されている。支持部材２４が樹脂材料等である場合、支持部材２４は衝撃を吸収する。そのため、本実施形態に係る基本発振ユニット１１ａにおいては、基本発振ユニット１１ａが落下した際に、圧電体２１に対する衝撃が低減する。
【００６０】
以上より、本実施形態に係る電気音響変換器１の第１の効果は、より一層、音波の発振効率が向上することである。なぜなら、本実施形態に係る電気音響変換器１においては、支持部材２４を介して、振動部材２０をフレーム１２に接合する。従って、本実施形態に係る電気音響変換器１は、より一層、圧電振動子１０の振動を増幅する。
【００６１】
本実施形態に係る電気音響変換器１の第２の効果は、落下時の衝撃が低減することであある。なぜなら、支持部材２４が衝撃を吸収するからである。従って、落下時に、圧電体２１に対する衝撃が低減する。
【００６２】
なお、引用した上記の特許文献の開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００６３】
１、２、１００  電気音響変換器
１０、１０２  圧電振動子
１１、１１ａ、１０１  基本発振ユニット
１２、１０４  フレーム
１３、１０５  音孔部
２０、１０３  振動部材
２１  圧電体
２２  電極
２４  支持部材
２３１  第１の電気接続端子
２３２  第２の電気接続端子
【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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【図６】
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【図７】
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