(57)【要約】  本発明の１つの目的は、圧電アクチュエータの、振動の振幅の増大および／または振幅の周波数依存性の平坦化を図ることにある。圧電アクチュエータ（１００）は、第１の圧電振動子（１０２）と第２の圧電振動子（１０４）と振動膜（１０６）とを有する。第１の圧電振動子（１０２）は、第１の台座（１１６）と、該第１の台座と接合された第１の圧電素子（１１２）とを含む。第２の圧電振動子（１０４）は、第２の台座（１１８）と、該第２の台座と接合された第２の圧電素子（１１４）とを含む。振動膜（１０６）は開口部（１０８）を有する。第１の圧電振動子（１０２）は、振動膜の開口部（１０８）に跨って、振動膜（１０６）の一方の面に接合されている。第２の圧電振動子（１０２）は、振動膜の開口部（１０８）に跨って、振動膜（１０６）の他方の面に接合されている。
2010131540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の台座および該第１の台座に接合された第１の圧電素子を含む第１の圧電振動子と、
第２の台座および該第２の台座に接合された第２の圧電素子を含む第２の圧電振動子と、
開口部を有する振動膜と、を有し、
前記第１の圧電振動子が、前記振動膜の前記開口部に跨って、前記振動膜の一方の面に接合されており、
前記第２の圧電振動子が、前記振動膜の前記開口部に跨って、前記振動膜の他方の面に接合されている、圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記振動膜の剛性は前記台座の剛性よりも小さい、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記振動膜の外縁部を支持する支持体をさらに有する、請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記振動膜の前記一方の面は、前記第１の台座の、前記第１の圧電素子が接合されていない方の面に接合されており、
前記振動膜の前記他方の面は、前記第２の台座の、前記第２の圧電素子が接合されていない方の面に接合されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記第１の台座と前記第２の台座のうちの少なくとも一方が板状であり、該板状の台座の周縁部と前記振動膜の前記開口部近傍とが互いに接合されている、請求項４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とを独立に駆動する駆動装置をさらに有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記第１の圧電振動子と前記第２の圧電振動子とが同一の共振周波数を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記第１の圧電振動子と前記第２の圧電振動子とが異なる共振周波数を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記振動膜の、前記支持体で支持された部分の剛性が、前記振動膜の前記開口部近傍の剛性よりも小さい、請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記支持体は、前記振動膜よりも剛性の小さい低剛性部材を介して、前記振動膜の外縁部を挟み込んでいる、請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子のうちの少なくとも一方が開口部を有している、請求項１から１０のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
前記第１の台座と前記第２の台座のうちの少なくとも一方が開口部を有している、請求項１から１１のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１３】
前記第１の台座と前記第２の台座のうちの少なくとも一方が板状であり、該板状の台座の周縁部に該台座の中心から外側に向かう方向へ突出する突起部が形成されており、該板状の台座は前記振動膜の前記開口部に跨っており、前記突起部が前記振動膜に接合されている、請求項１から１２のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１４】
前記第１の台座と前記第２の台座のうちの少なくとも一方が板状であり、該板状の台座が花弁形状である、請求項１から１３のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１５】
前記第１の圧電振動子および前記第２の圧電振動子が、前記振動膜の膜面に直交する方向に振動する、請求項１から１４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータを有し、該圧電アクチュエータの屈曲振動により音を発する音響部品。
【請求項１７】
前記圧電アクチュエータを構成する前記振動膜の振動によって音を発する、請求項１６に記載の音響部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの圧電振動子を備えた圧電アクチュエータおよび音響部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁式アクチュエータよりも小型かつ省電力のアクチュエータが望まれており、振動源として圧電素子を備えた圧電アクチュエータが開発されている。圧電アクチュエータは、圧電素子の運動により機械的振動を発生させる。圧電アクチュエータは、例えば携帯機器に用いられるバイブレータや、スピーカのような音響部品として利用できる。【０００３】
しかし、圧電素子の剛性は一般に高く、圧電アクチュエータの振動の振幅は、電磁式アクチュエータの振動の振幅よりも小さいという課題がある。この課題を解決するため、下記の特許文献１〜特許文献５には、圧電アクチュエータの振動の振幅を増大させる技術が開示されている。【０００４】
特許文献２は、弾性体と圧電素子とが接合されて成る振動体（台座）を備えた圧電アクチュエータを開示している。この圧電アクチュエータでは、圧電素子の共振周波数に近い共振周波数を有するばね構造物によって、弾性体の周縁部が支持されている。特許文献３に記載の圧電アクチュエータでは、圧電素子が接合される弾性体（台座）にスリットが形成されており、その結果、弾性体の振動の振幅が増幅される。【０００５】
特許文献４には、圧電アクチュエータを備えた音響装置が開示されている。この圧電アクチュエータでは、圧電素子と振動板（台座）とが接合されて成る圧電振動子の周辺部が、リング状の支持部材の内周部に固定されている。そして、支持部材の外周部はケースに固定されている。支持部材の内周部と外周部との間は湾曲している。湾曲した支持部材を介して台座をケースに接合することで、圧電アクチュエータは、振動板の板面に垂直な方向と振動板の板面に平行な方向とに振動することができる。【０００６】
特許文献５に記載の圧電アクチュエータでは、１つの拘束部材（台座）の両面に圧電素子が接合されている。圧電素子は拘束部材に拘束されている。拘束部材の外周部には、複数の梁部材が形成されており、この梁部材は支持部材に固定されている。【０００７】
ところで、圧電アクチュエータの圧電振動子は、１つの台座の両面に圧電素子が接合される、バイモルフ型のものと、１つの台座の片面のみに圧電素子が接合される、ユニモルフ型のものとがある。特許文献１，特許文献２，特許文献４および特許文献５では、バイモルフ型の圧電振動子が開示されている。一般に、バイモルフ型の圧電振動子は、ユニモルフ型の圧電振動子よりも、駆動力が高く、かつ振動の振幅が大きい。【０００８】
図１は、典型的なバイモルフ型の圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。圧電アクチュエータ３２００は、圧電セラミックスからなる圧電素子３２１２と、圧電素子３２１２が接合された台座３２１６と、台座３２１６を支持する枠状の支持体３２１０と、を有している。台座３２１６は平板状であり、台座の外周部が支持体３２１０に支持されている。【０００９】
図２は、圧電アクチュエータ３２００の振動の様子を模式的に示す概略図である。圧電素子３２１２に交流電圧を印加すると、圧電素子３２１２は伸縮運動を行う。圧電素子３２１２は台座３２１６に接合されているため、図２に示すように、圧電素子３２１２の伸縮運動に応じて、台座３２１６がその主面に垂直な方向Ｒに撓む。このようにして、台座３２１６は、支持体３２１０との接合部を固定端とし、台座３２１６の中央部を腹として、台座の板面に垂直な方向Ｒに振動する。【００１０】
特許文献１〜３に記載の圧電アクチュエータは、主にバイブレータとして利用されることが想定されている。つまり、特許文献１〜３に記載の圧電アクチュエータでは、音響部品としての特性を向上させることは意図されていない。【００１１】
バイブレータとしての利用の場合、特定の周波数においてのみ、圧電アクチュエータの振動の振幅が大きければよい。しかし、音響部品としての利用の場合、圧電アクチュエータの周波数特性が重要である。音響部品は、音圧レベルが高いだけでなく、原音を忠実に再生するために音圧レベルの周波数依存性が平坦であることが望まれる。可聴域、特に１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域において、音圧レベルの周波数依存性が平坦化されることが望まれる。【００１２】
圧電振動子を備えた音響部品では、圧電振動子の駆動力を確保し、音圧レベルを向上させるため、バイモルフ型の圧電振動子が広く用いられる。しかし、バイモルフ型の圧電振動子は、ユニモルフ型の圧電振動子よりも剛性が高く、その結果、共振周波数近傍において、圧電アクチュエータの振動の振幅の周波数変化が激しい。【００１３】
特許文献４に記載の圧電アクチュエータでは、圧電振動子がケースに強く固定されていないため、圧電アクチュエータの振動の振幅の周波数変化が平坦化される。しかしながら、圧電アクチュエータの振動板は、その径方向への振動にエネルギーが使われるため、振動板の厚み方向に対する振動の振幅は低くなる。したがって、音響部品としてこの圧電アクチュエータを利用すると、音圧レベルが低下するという問題がある。【００１４】
特許文献５は、外形寸法の増大を避けつつ、振動の振幅が大きく、共振周波数の調整が可能な圧電アクチュエータの提供を目的としている。しかし、より高い性能を求めるために、低周波数帯域における音圧レベルの向上や、振動振幅の周波数特性を平坦化することが望まれる。【００１５】
また、圧電アクチュエータを音響部品として利用する場合には、上記のように、音圧レベルの向上かつ音圧レベルの周波数特性の平坦化を図るため、圧電アクチュエータの更なる改良が望まれる。【００１６】
また、音響部品のみでなく、例えばバイブレータのような種々の態様に適用可能な圧電アクチュエータを提供するには、振動特性の調整が容易な、設計自由度の高い圧電アクチュエータが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開昭６１−１６８９７１号公報
【特許文献２】特開２０００−１４０７５９号公報
【特許文献３】特開２００１−１７９１７号公報
【特許文献４】特開２００１−３３９７９１号公報
【特許文献５】ＷＯ２００８／０８４８０６号
【発明の概要】
【００１８】
本発明の目的は、上記背景技術の課題の少なくとも一つを解決できる圧電アクチュエータおよび音響部品を提供することにある。その目的の一例は、振動の振幅の増大および／または振動振幅の周波数依存性の平坦化を図ることである。
【００１９】
本発明の一態様における圧電アクチュエータは、第１の圧電振動子と第２の圧電振動子と振動膜とを有する。第１の圧電振動子は、第１の台座と、該第１の台座と接合された第１の圧電素子とを含む。第２の圧電振動子は、第２の台座と、該第２の台座と接合された第２の圧電素子とを含む。振動膜は開口部を有する。第１の圧電振動子は、振動膜の開口部に跨って、振動膜の一方の面に接合されている。第２の圧電振動子は、振動膜の開口部に跨って、振動膜の他方の面に接合されている。
【００２０】
また、本発明の一態様における音響部品は、上記圧電アクチュエータを有し、圧電アクチュエータの屈曲振動により音を発する。
【００２１】
本発明によれば、圧電アクチュエータの振動の振幅の増大や、振動の振幅の周波数依存性の平坦化を図ることができる。
【００２２】
本発明の上記及び他の目的、特徴、利点は、本発明を例示した添付の図面を参照する以下の説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明と関連する、比較例としての圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。
【図２】図１の圧電アクチュエータの振動の様子を説明するための概略図である。
【図３】実施例１に係る圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。
【図４】実施例１に係る圧電アクチュエータの概略断面図である。
【図５】圧電アクチュエータの圧電素子の一例を示す概略図である。
【図６】圧電アクチュエータの圧電素子の別の例を示す概略図である。
【図７】第１の圧電振動子と第２の圧電振動子とを独立に制御するための一構成を示す概略図である。
【図８】圧電アクチュエータの一変形例に係る概略断面図である。
【図９】圧電アクチュエータの別の変形例に係る概略断面図である。
【図１０】圧電アクチュエータの別の変形例に係る概略断面図である。
【図１１】圧電アクチュエータのさらに別の変形例に係る概略断面図である。
【図１２】圧電アクチュエータの台座の一変形例を示す概略平面図である。
【図１３】圧電アクチュエータの台座の別の変形例を示す概略平面図である。
【図１４】圧電アクチュエータの台座の別の変形例を示す概略平面図である。
【図１５】圧電アクチュエータの台座のさらに別の変形例を示す概略平面図である。
【図１６】圧電振動子の一変形例を示す概略斜視図。
【図１７】実施例２に係る圧電アクチュエータの概略断面図である。
【図１８】実施例３に係る圧電アクチュエータの概略断面図である。
【図１９】実施例４に係る圧電アクチュエータの概略断面図である。
【図２０】実施例５に係る圧電アクチュエータの概略断面図である。
【図２１】実施例６に係る圧電アクチュエータの概略断面図である。
【図２２】実施例７に係る圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。
【図２３】実施例７に係る圧電アクチュエータの第１の台座の形状を説明するための概略図である。
【図２４】実施例８に係る圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。
【図２５】実施例８に係る圧電アクチュエータの第１の台座の形状を説明するための概略図である。
【図２６】実施例９に係る圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。
【図２７】実施例１０に係る圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。
【図２８】実施例１１に係る圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。
【図２９】実施例１２に係る圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。
【図３０】実施例１３に係る圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。
【図３１】実施例１４に係る圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。
【図３２】実施例１５に係る圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。
【図３３】実施例１７に係る圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。本発明の圧電アクチュエータは、例えばバイブレータや音響部品などに好適に利用できる。
【００２５】
図３は、第１の実施例に係る圧電アクチュエータの概略的な分解斜視図であり、図４は、この圧電アクチュエータの概略断面図である。
【００２６】
圧電アクチュエータ１００は、第１の圧電振動子１０２と、第２の圧電振動子１０４と、振動膜１０６と、振動膜１０６を支持する支持体１１０と、を有する。第１の圧電振動子１０２は、第１の台座１１６と、第１の台座１１６に接合された第１の圧電素子１１２と、を含む。第２の圧電振動子１０４は、第２の台座１１８と、第２の台座１１８に接合された第２の圧電素子１１４と、を含む。第１及び第２の圧電素子１１２，１１４は、圧電振動子１０２，１０４の振動源として機能する。
【００２７】
第１の圧電振動子１０２の第１の台座１１６は、振動膜１０６の開口部１０８に跨って、振動膜１０６の一方の面と接合されている。第２の圧電振動子１０４の第２の台座１１８は、振動膜１０６の開口部１０８に跨って、振動膜１０６の他方の面と接合されている。なお、本実施例においては、第１及び第２の台座１１６，１１８に接合されている第１及び第２の圧電素子１１２，１１４は、振動膜１０６とは反対側に向けられている。
【００２８】
第１の圧電振動子１０２と第２の圧電振動子１０４とは、直接接続されてはおらず、振動膜１０６を介して対向している。第１及び第２の圧電振動子１０２，１０４は振動膜１０６の開口部１０８に跨っているため、第１の圧電振動子と第２の圧電振動子とを互いに拘束する拘束力は弱い。したがって、１つの台座の両面に圧電振動子が接合されたバイモルフ型の圧電アクチュエータ（図１参照。）と比べて、第１の圧電振動子１０２と第２の圧電振動子１０４との機械的な拘束力は抑制され、圧電アクチュエータ全体としての剛性が低下する。これにより、圧電アクチュエータの振動の振幅が向上し、振動振幅の周波数依存性が平坦化されることができる。
【００２９】
以後、図１に示す、１つの台座の両面に圧電振動子が接合されたバイモルフ型の圧電アクチュエータを、比較例の圧電アクチュエータと呼ぶ。
【００３０】
振動膜１０６の剛性は、第１の台座１１６および第２の台座１１８の剛性よりも小さいことが好ましい。これにより、振動膜１０６は、圧電アクチュエータ１００の振動の振幅をさらに増大させる機能を有する。さらに、振動膜１０６の剛性が低いと、圧電振動子１０２，１０４の振動が広い周波数範囲で効率よく振動膜１０６に伝達される。これにより、共振周波数の付近の周波数帯においても、振動の振幅のレベルが増大し、この結果として、圧電アクチュエータ１００の振動の振幅の周波数変化が平坦化される。
【００３１】
さらに、２つの圧電振動子１０２，１０４が１つの振動膜１０６に接合されているから、振動膜１０６に大きな駆動力が供給される。その結果、本実施例の圧電アクチュエータは、広い周波数帯域で十分な大きな振幅を得ることができる。
【００３２】
振動膜１０６と台座１１６，１１８とを接合するため、振動膜１０６の開口部１０８の直径は台座１１６，１１８の直径よりも小さくなっている。また、台座１１６，１１８と振動膜１０６とが直接接合された領域の面積を小さくするため、振動膜１０６の開口部１０８の大きさは、台座１１６，１１８の大きさの半分以上であることが好ましい。これにより、第１の圧電振動子１０２と第２の圧電振動子１０４との間の機械的な拘束力がさらに低下され得る。
【００３３】
実施例１では、圧電素子１０２，１０４および台座１１６，１１８は円板状である。振動膜１０６は円形の膜であり、その中央部に円形の開口部１０８が形成されている。圧電素子１１２，１１４、台座１１６，１１８および振動膜１０６は、それらの中心を一致させ、同心円状に配置されている。振動膜１０６の外周部は、円形の枠状に形成された支持体１１０に接合され、支持されている。本実施例では、振動膜１０６の外周部が２つの枠状の支持体１１０で挟み込まれることで、振動膜１０６は支持体１１０に支持されている。
【００３４】
次に、圧電素子１１２，１１４の構成の一例について、図５を参照して説明する。圧電素子１１２，１１４は、板状の圧電体１３０と、圧電体１３０の両面に形成された電極層１３２と、からなる。交流電圧を印加する電源１３６が電極層１３２に電気的に連結されており、これにより、圧電体１３０に交流電場が印加される。圧電体１３０は、電場が印加されると変形（伸縮、せん断）する性質を有する。
【００３５】
圧電体１３０の材質は特に限定されるものではなく、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスやチタン酸バリウム系セラミックスなどのセラミックス、またはポリフッ化ビニリデンのような高分子材料などであって良い。これらの中でも、圧電体１３０は、エネルギー変換効率の高いチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなることが好ましい。
【００３６】
圧電素子１１２，１１４の形状は特に限定されるものではないが、圧電素子１１２，１１４は、厚みが２０μｍ以上２００μｍ以下の板状であることが好ましい。圧電素子１１２，１１４の一方の面全体が台座と接合されるように、圧電素子１１２，１１４と台座１１６，１１８との接合面において、圧電素子１１２，１１４の面積は台座１１６，１１８の面積以下であることが好ましい。
【００３７】
圧電体１３０の分極方向Ｐは特に限定されるものではないが、本実施例では、板状の圧電体１３０の厚み方向となっている。電極層１３２に交流電圧が印加されると、圧電素子１１２，１１４に交流電場が印加される。圧電素子１１２，１１４が台座１１６，１１８に接合されていない場合、圧電素子１１２，１１４は交流電場によって、半径方向に伸長、収縮を繰り返す。換言すれば、圧電素子１１２，１１４は、主面が拡大する第１の変形モードと、主面が縮小する第２の変形モードとを繰り返す。
【００３８】
台座１１６，１１８は、電場が印加されてもほとんど変形しない、板状の弾性体からなる。したがって、台座１１６，１１８は、圧電素子１１２，１１４を拘束する。これにより、圧電素子１１２，１１４の伸縮が、板状の圧電素子１１２，１１４の、板面に垂直な方向Ｑの撓み（変形）に変換される。つまり、電場が印加されたとき、圧電素子１１２，１１４と台座１１６，１１８との変形量の差から、圧電振動子１０２，１０４は板面に垂直な方向Ｑ（図４も参照。）に撓む。したがって、圧電体１３０に交流電場が印加されることで、圧電振動子１０２，１０４は、振動膜１０６の膜面に直交する方向Ｑに振動する。
【００３９】
圧電素子は、図５に示す構成に限定されず、どのような構成であっても良い。例えば、図６に示すように、圧電素子は、圧電体１３０と電極層１３２とが交互に積み重なって成るものであってもよい。この場合、互いに隣接する圧電体１３０の分極方向Ｐ１，Ｐ２は、互いに逆向きになるように構成されることが好ましい。
【００４０】
第１の圧電素子１０２および第２の圧電素子１０４は同一の構成であっても良く、または異なる構成であっても良い。本実施例では、圧電素子１１２，１１４および台座１１６，１１８は円板状である。図３では、支持体１１０は円形の枠状であるが、支持体の形状は特に限定されるものではなく、たとえば正方形、長方形および楕円形の枠状であってもよい。
【００４１】
台座１１６，１１８の材料は、所望の剛性に応じて、金属材料や樹脂材料などから選択される。金属材料としては、例えばアルミ合金、銅合金、鉄、鉄系合金、チタン、またはチタン合金などが用いられる。樹脂材料としては、例えばエポキシ、アクリル、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、またはウレタンなどが用いられる。
【００４２】
なお、圧電アクチュエータ１００の各構成部材を接合するための接合材としては、例えば、エポキシ系接着剤が利用可能である。接着剤層の厚みは特に限定されるものではない。しかしながら、接着材層が過剰に厚いと、圧電アクチュエータ１００の剛性や接着剤層への振動エネルギーの吸収量が増大し、振動の振幅が低下することがある。そのため、接着剤層の厚みは、例えば２０μｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
振動膜１０６の材質としては、樹脂材料であってもよく、金属材料であってもよい。振動膜１０６として用いられる樹脂材料としては、例えばエポキシ、アクリル、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、またはウレタンなどが挙げられる。振動膜１０６として用いられる金属材料としては、例えばアルミ合金、銅合金、鉄、鉄系合金、チタン、またはチタン合金などが挙げられる。
【００４４】
台座１１６，１１８の材質と振動膜１０６の材質との組み合わせとしては、種々のものが考えられる。例えば、台座１１６，１１８が金属材料から成り、振動膜１０６が樹脂材料から成っていてもよいし、台座１１６，１１８と振動膜１０６とがともに樹脂材料または金属材料から成っていてもよい。あるいは、台座１１６，１１８と振動膜１０６とが同じ材質からなり、振動膜１０６の膜厚が台座１１６，１１８の膜厚より薄くなっていても良い。この場合、振動膜１０６の剛性が、台座１１６，１１８の剛性よりも小さくなり得る。
【００４５】
振動膜１０６が樹脂材料からなる場合、振動膜１０６の厚みは、例えば５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。特に、振動膜１０６が平坦なシート状である場合、振動膜１０６の厚みは、１５μｍ以上１８０μｍ以下であることが好ましい。
【００４６】
比較例の圧電アクチュエータ（図１参照。）の場合、２つの圧電素子３２１２が台座を介して相互に機械的に拘束されている。そのため、通常、２つの圧電素子３２１２は同一の電圧で駆動される。しかし、本実施例では、第１の圧電振動子１０２と第２の圧電振動子１０４との間の拘束力が弱いため、第１の圧電素子１１２に印加する交流電圧と第２の圧電素子１１４に印加する交流電圧との振幅や周波数などが異なっていても良い。交流電圧の調整は、圧電アクチュエータ１００の用途に応じて、適宜選択される。
【００４７】
図７は、第１の圧電振動子１０２と第２の圧電振動子１０４とが独立に制御可能に構成された圧電アクチュエータの概略図である。この圧電アクチュエータは、第１の圧電振動子１０２を駆動する第１の駆動装置としての第１の電源５０２と、第２の圧電振動子１０４を駆動する第２の駆動装置としての第２の電源５０４と、を備える。これにより、第１の圧電振動子１０２と第２の圧電振動子１０４とを独立に駆動することができ、複雑な振動特性を有する圧電アクチュエータを提供することもできる。
【００４８】
上記のように、２つの圧電振動子を独立に駆動することで、設計自由度の高い圧電アクチュエータを提供することができる。また、所望の特性に応じて、圧電アクチュエータは、第１の電源５０２および第２の電源５０４の電圧を独立に制御する制御手段５０６、例えばＣＰＵをさらに有することが好ましい。
【００４９】
ところで、圧電体として、脆性材料であるセラミックスが用いられた場合、例えば落下のような衝撃によって圧電素子が破損することがある。携帯型の電子機器では、使用時にユーザが誤って電子機器を落とすことも多いため、セラミックス材料が用いられた圧電アクチュエータは携帯型の電子機器に適していないと考えられている。
【００５０】
本実施例の圧電アクチュエータでは、第１および第２の台座１１６，１１８が、これらの台座１１６，１１８よりも剛性の小さい振動膜１０６を介して支持体１１０に支持されている。そのため、圧電アクチュエータ１００に衝撃が加えられたとしても、振動膜１０６によってその衝撃が吸収されるため、圧電素子１１２，１１４の破損の可能性は低減する。したがって、本実施例の圧電アクチュエータ１００は、携帯型の電子機器にも好適に利用可能である。
【００５１】
上記実施例に係る圧電アクチュエータ１００は、例えば、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータおよび小型ゲーム機器などの電子機器に搭載される音響部品としても好適に利用可能である。
【００５２】
音を発する音響部品として圧電アクチュエータを利用する場合、従来では、一般に圧電アクチュエータが屈曲振動する部分、例えば台座に、有機フィルムなどが接合されている。この有機フィルムが音を放射する面として機能している。
【００５３】
本実施例に係る圧電アクチュエータでは、振動膜１０６を、音を放射する面として機能させることができる。つまり、本実施例の圧電アクチュエータ１００では、振動膜１０６は、圧電アクチュエータ１００の振動の振幅を増大させる機能と、音響部品の音を放射する面としての機能と、を併せ持つことができる。これにより、音を発生させるために、更なるフィルムを設置する必要がなく、音響部品のサイズを低減することができる。
【００５４】
次に、圧電アクチュエータの周波数特性について説明する。一般的に、圧電体を駆動源とする音響部品では、基本共振周波数より小さい周波数帯域において、十分な大きさの音圧レベルを発することは困難とされている。そのため、音響部品は、基本共振周波数より大きい周波数帯域の音のみを発生することができることが多い。例えば、圧電アクチュエータの基本共振周波数が２ｋＨｚである場合、その圧電アクチュエータを利用した音響部品は、２ｋＨｚより小さい周波数帯域の音を発生することが難しい。
【００５５】
例えば携帯電話機のような携帯機器で音楽を再生するには、音響部品は１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の音を発する必要がある。したがって、圧電アクチュエータの基本共振周波数が１ｋＨｚ付近であれば、当該圧電アクチュエータは携帯機器に好適に用いられる。さらに、小型化および薄型化にも有利なアクチュエータであれば、携帯機器への利用価値は高い。
【００５６】
ところが、比較例の圧電アクチュエータでは、１つの台座３２１６の両面に圧電素子３２１２が接合されており、さらに台座３２１６が直接支持体３２１０に接合されているため、圧電アクチュエータ３２００全体の剛性が高くなっている。これにより、圧電アクチュエータ３２００の基本共振周波数は高くなり、低周波数帯域の音の発生は困難である。
【００５７】
本実施例の圧電アクチュエータは、広い周波数帯域で十分な大きさの振動の振幅が得られるため、比較例の圧電アクチュエータよりも好適である。
【００５８】
第１の圧電振動子１０２の共振周波数と第２の圧電振動子１０４の共振周波数は、実質的に同一であって良い。この場合、第１および第２の圧電振動子１０２，１０４が同一の振動周期で振動膜１０６を振動させると、特に共振周波数の近傍における圧電アクチュエータ１００の振動の振幅が増大する。
【００５９】
一方、第１の圧電振動子１０２の共振周波数と第２の圧電振動子１０４の共振周波数とが、異なっていても良い。この場合、第１の圧電振動子１０２と第２の圧電振動子１０４とは、互いに異なる周波数帯で、振動膜１０６を大きく振動させることになる。そのため、圧電アクチュエータを大きく振動させる周波数帯域が広がり、圧電アクチュエータの音圧レベルの周波数依存性がさらに平坦化される。このように、広い周波数帯域にわたって所望の振動振幅が得られる、設計自由度の高い音響部品が実現される。
【００６０】
本実施例の圧電アクチュエータ１００では、第１の圧電振動子１０２と第２の圧電振動子１０４とが互いに拘束されていないため、圧電素子１１２，１１４の材質や形状、台座１１６，１１８の材質や形状、および振動膜１０６の材質や形状を適宜変化させることが容易である。これらの材質や形状の選択によって、圧電アクチュエータ１００の特性を容易に調整することができる。特に、台座１１６，１１８の形状の変更や振動膜１０６の厚みの変更は、支持体１１０のサイズを変えることなく行うことができるため、支持体１１０を汎用的な部品として用いることができる。そのため、製造コストが低減されるという利点がある。
【００６１】
上記実施例では、圧電振動子１０２，１０４の台座１１６，１１８が振動膜１０６と接合されているが、圧電振動子１０２，１０４の圧電素子１１２，１１４が振動膜１０６と接合されていても良い。また、第１の圧電振動子１０２と第２の圧電振動子１０４とが、振動膜１０６の同一の面に接合されることも考えられる。さらに、振動膜１０６に接合される圧電振動子は、２つに限定されず、３つ以上であっても良い。これらの場合にも、各々の圧電振動子が、剛性の低い振動膜１０６の開口部に跨って配されていれば、振動の振幅を向上させることが可能である。
【００６２】
図８−１０は、圧電アクチュエータの変形例を示す概略断面図であり、様々な例の振動膜が示されている。図８−１０では、図３および図４に示す圧電アクチュエータと比較して、振動膜のみが異なっている。そのため、振動膜以外の構成については、その説明を省略する。
【００６３】
図８には、厚みが一様でない振動膜１０６ａが示されている。具体的には、振動膜１０６ａの開口部１０８付近における振動膜１０６ａの厚みが大きく、支持体１１０に近い部分における振動膜１０６ａの厚みは小さい。そして、振動膜１０６ａの開口部１０８から外周部に向かう途中に、振動膜１０６ａの厚みを変化させる段差部６０１が設けられている。そのため、一様な厚みの振動膜と比較すると、振動膜１０６ａの外周部の剛性が低下する。振動膜１０６ａの外縁部の剛性の低下は、圧電アクチュエータ全体としての見かけの剛性を低下させる。したがって、圧電アクチュエータの基本共振周波数が低下し、振動膜の振動の振幅が増大し、振幅の周波数依存性が平坦化される。
【００６４】
したがって、図８に示す圧電アクチュエータを音響部品として利用する場合、音圧レベルが増大し、かつ音圧レベルの周波数依存性が平坦化されるという利点がある。
【００６５】
支持体１１０に近い部分における振動膜１０６ａの厚みは、振動膜１０６ａの開口部１０８付近における振動膜１０６ａの厚みの半分程度であることが好ましい。また、段差部６０１の位置は特に制限されないが、製造の容易性から、台座１１６，１１８の外縁部と支持体１１０の内壁との中間あたりに設けられることが好ましい。
【００６６】
図９に示す振動膜１０６ｂは、振動膜１０６ｂの開口部１０８から振動膜１０６ｂの外縁部に向かうにつれて、徐々に振動膜１０６ｂの厚みが小さくなっている。この場合にも、振動膜１０６ｂの外縁部の剛性が低下するため、図８に示す振動膜１０６ａと同様の効果が得られる。
【００６７】
また、図９に示す振動膜１０６ｂは、その厚みが徐々に変化しているため、圧電振動子１０２，１０４の駆動力が振動膜１０６ｂへスムーズに伝わるという利点もある。これにより、圧電アクチュエータの振動の振幅が増大される。振動膜１０６ｂの厚みの変化率は特に限定されないが、振動膜１０６ｂの外縁部の厚みは振動膜１０６ｂの開口部１０８近傍の厚みの半分程度であることが好ましい。
【００６８】
また、図１０に示す振動膜１０６ｃは、その厚みが一様であるが、剛性の異なる２つの材料から構成されている。具体的には、振動膜１０６ｃは、支持体１１０で支持されている第１の膜部分８０１と、台座１１６，１１８と接合されている第２の膜部分８０２と、からなる。そして、第１の膜部分８０１は、第２の膜部分８０２よりも剛性の小さい材料から成る。この場合にも、振動膜１０６ｃの外縁部の剛性が低くなるため、図８に示す振動膜１０６ａと同様に、振動の振幅の増大を図ることができる。さらに、減衰効果の高い材料を第１の膜部分８０１に用いることで、振動の振幅の周波数依存性を平坦化させることが可能である。第１の膜部分８０１と第２の膜部分８０２とが互いに接合される位置は、特に制限されないが、製造の容易性から台座１１６，１１８の外縁部と支持体１１０の内壁との中間の位置付近であることが好ましい。
【００６９】
図１０に示す例では、振動膜１０６ｃは２つの材質から構成されているが、振動膜は３つ以上の剛性の異なる材料から構成されていても良い。
【００７０】
次に、圧電アクチュエータの別の変形例について、図１１を参照して説明する。図１１に示す圧電アクチュエータでは、振動膜１０６と支持体１１０との間に、振動膜１０６よりも剛性の小さい低剛性部材９０１が形成されている。これにより、振動膜１０６の外縁部が容易に変形可能となり、圧電アクチュエータ全体としての剛性は低下する。そして、振動膜１０６の振動振幅が増大し、振動振幅の振動周波数依存性が平坦化される。
【００７１】
低剛性部材９０１を構成する材料としては、例えばウレタン系、ブチルゴム系、ニトリルゴム系、シリコンゴム系などが考えられる。これらの材料は、圧電アクチュエータの所望の特性に応じて適宜選択される。
【００７２】
図１２〜図１５は、本発明の圧電アクチュエータに用いられる台座の様々な例を示している。図１２に示す台座１２２ａは平板状である。台座１２２ａの周縁部には、台座１２２ａの中心から外側に向う方向に突出する突起部１００１が形成されている。この台座１２２ａは、振動膜の開口部に跨って配置され、振動膜に接合される。このとき、台座１２２ａの突起部１００１が振動膜に接合されることになる。
【００７３】
このような台座１１２ａを用いると、台座１１２ａと振動膜との接合部において、台座１１２ａの剛性が小さくなる。さらに、振動時の応力が台座１１２ａの突起部１００１に集中する。この応力集中と剛性低下に起因して、圧電アクチュエータ全体の見かけの剛性が低下する。したがって、圧電アクチュエータの基本共振周波数が小さくなり、振動膜が大きく屈曲変形することで、圧電アクチュエータの振動の振幅が増大する。
【００７４】
この台座１１２ａを用いた圧電アクチュエータを音響部品として利用する場合、音圧レベルの向上と周波数特性の改善とを図ることができる。
【００７５】
図１３に示す台座１２２ｂは平板状である。台座１２２ｂの周縁部はギザギザに形成されており、台座１２２ｂは実質的に花弁形状になっている。この場合にも、図１２に示す台座と同様に、台座１２２ｂの周縁部の剛性が低下し、台座１２２ｂの周縁部に応力が集中する。これにより、基本共振周波数が低下し、振動の振幅が増大する。上述のように、台座の周縁部の剛性を小さくすることで、圧電アクチュエータとしての振動特性が向上する。
【００７６】
図１４に示す台座１２２ｃは円板状であり、その中央部に１つの開口部１２０１が形成されている。これにより、台座１２２ｃの剛性が低下するという利点がある。また、図１５に示す台座１２２ｄは複数の開口部１３０１を有する円板状である。開口部１３０１は、台座１２２ｄの中心部を除く領域に点在している。これにより、台座１２２ｄの剛性が低下する。
【００７７】
台座に形成される開口部の位置、大きさおよび数は特に制限されるものではないが、開口部は、台座の剛性低下かつ／または台座への応力の集中が実現できるように設計される。
【００７８】
圧電振動子１０２，１０４を構成する第１の台座１１６と第２の台座１１８のうちの一方が円板状であり、他方が図１２〜１５に示されるものであっても良い。また、第１の台座１１６と第２の台座１１８との両方が、図１２〜１５に示されるものであっても良い。第１の台座１１６と第２の台座１１８との組み合わせは、圧電アクチュエータの所望の特性に応じて適宜選択される。
【００７９】
図１６には、第１及び第２の圧電振動子１０２，１０４を構成する圧電素子の別の一例が示されている。図１６に示す圧電素子１２４は円板状であり、その中央に開口部１４０１が形成されている。この場合、開口部が形成されていない圧電素子と比較して、圧電素子１２４の剛性が低下する。したがって、圧電アクチュエータ全体としての剛性が低下するという利点がある。
【００８０】
次に、下記実施例１〜１８の圧電アクチュエータを実際に製造し、それらの特性を評価して、比較例（図１参照。）の圧電アクチュエータとともに比較した。それら結果が、下記表１に示されている。圧電アクチュエータの特性に関する評価項目は、次の３つである。
【００８１】
「評価項目１：基本共振周波数」
圧電アクチュエータを構成する２つの圧電素子に、実効電圧が１Ｖである交流電圧を印加して、圧電アクチュエータの基本共振周波数を測定した。基本共振周波数は、音圧レベルの周波数依存性において、音圧レベルのピーク値として測定される。表１では、比較例の圧電アクチュエータに対する計測結果を基準値として規格化された共振周波数が示されている。ここで、２つの圧電素子に印加する交流電圧の周波数および振幅は同一にした。
【００８２】
「評価項目２：音圧」
実効電圧が１Ｖの交流電圧を印加したときの、基本共振周波数における音圧レベルを測定した。表１では、比較例の圧電アクチュエータにおける音圧レベルを基準として規格化された音圧レベルが示されている。なお、音圧レベルは、圧電アクチュエータから１０ｃｍ離れて配置されたマイクロホンによって測定された。
【００８３】
「評価項目３：音圧の周波数依存性の平坦さ」
実効電圧が１Ｖの交流電圧を印加したときの、音圧レベルの周波数依存性を測定した。そして、基本共振周波数における音圧レベルからの、音圧レベルの変動幅を算出し、当該変動幅の大きさを評価した。表１には、１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域において、音圧レベルの変動幅が１０ｄＢ以内であれば「Ａ」と示されており、変動幅が１０ｄＢより大きく１５ｄＢ以内であれば「Ｂ」と示されており、１５ｄＢより大きければ「Ｃ」と示されている。音圧レベルの変動幅が小さいほど、音圧レベルの周波数依存性の平坦性が高いということを意味する。
【００８４】
「評価項目４：衝撃耐性」
実施例または比較例の圧電アクチュエータが搭載された携帯電話を５０ｃｍの高さから、５回自然落下させて、衝撃に対する耐性試験を行った。具体的には、衝撃を与える前の圧電アクチュエータの、基本共振周波数における音圧レベルと、衝撃を与えた後の圧電アクチュエータの、基本共振周波数における音圧レベルと、を測定し、それらの音圧レベルの差（以下、「音圧レベル差」と呼ぶ。）を算出した。したがって、音圧レベル差が小さいほど衝撃に対する耐性が高いということを意味する。表１には、音圧レベル差が３ｄＢ以内であれば「Ａ」と示されており、音圧レベル差が３ｄＢより大きければ「Ｂ」と示されている。
【００８５】
【表１】
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【００８６】
次に、比較例および各実施例の詳細な構成について説明する。
【００８７】
（比較例）
比較例の圧電アクチュエータは、図１に示されている。なお、圧電素子３２１２、台座３２１６および支持体３２１０は、後述する実施例１の圧電素子、台座および支持体と同一の材質で構成されている。
【００８８】
比較例の圧電素子３２１２は円板状であり、その直径は１７ｍｍである。圧電素子３２１２の圧電体の厚みは４０μｍである。圧電体の両面には、それぞれ厚み８μｍの電極層が形成されている。台座３２１６は円板状のリン青銅からなり、その直径が１９ｍｍであり、その厚みが５０μｍである。支持体３２１０は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）からなる円形の枠状になっている。支持体３２１０の外径は２１ｍｍであり、支持体３２１０の内径は２０ｍｍである。また、支持体３２１０の厚みは０．５ｍｍである。
【００８９】
圧電素子３２１２、台座３２１６および支持体３２１０は、同心円状に配置されている。圧電素子３２１２の圧電体はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックからなり、圧電素子３２１２の電極層は銀／パラジウム合金（重量比７：３）からなる。この圧電素子３２１２はグリーンシート法によって製造され、大気中において１１００℃の温度で２時間にわたって焼成される。その後、圧電体に分極処理が施される。圧電素子３２１２と台座３２１６との接着、および支持体３２１０と台座３２１６との接着は、いずれもエポキシ系接着剤を用いて行われた。なお、比較例の圧電アクチュエータ３２００の基本共振周波数は１８００Ｈｚであった。
【００９０】
（実施例１）
実施例１の圧電アクチュエータは、図３および図５で示された圧電アクチュエータと同じ構成である。圧電アクチュエータの各部の具体的な構成は以下の通りである。
【００９１】
第１の圧電素子１１２と第２の圧電素子１１４は円板状であり、それらの直径が１７ｍｍである。そして、圧電素子１１２，１１４を構成する圧電体の厚みが４０μｍであり、圧電体の両面に厚さ８μｍの電極層が形成されている。
【００９２】
第１の台座１１６および第２の台座１１８は円板状であり、リン青銅からなる。第１の台座１１６および第２の台座１１８の直径は１９ｍｍであり、それらの厚みが５０μｍである。
【００９３】
振動膜１０６はポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）からなる円形の膜であり、その中央部に円形の開口部１０８が形成されている。振動膜１０６の直径は２１ｍｍであり、振動膜の開口部１０８の直径は１７ｍｍであり、振動膜１０６の厚みは２５μｍである。
【００９４】
支持体１１０は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）からなる円形の枠状である。支持体１１０の外径は２１ｍｍであり、支持体１１０の内径は２０ｍｍであり、支持体１１０の厚みは０．５ｍｍである。ここで、支持体１１０の厚みとは、振動膜１０６の膜面に直交する方向Ｑの、支持体１１０の幅をいう。
【００９５】
圧電素子１１２，１１４の圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックからなる。圧電振動子１１２，１１４の電極層は銀／パラジウム合金（重量比７：３）からなる。この圧電素子１１２，１１４はグリーンシート法によって製造され、大気中において１１００℃の温度で２時間にわたって焼成され、その後、圧電体に分極処理が施される。
【００９６】
圧電アクチュエータの各構成部材を接合するために用いられる接合材として、エポキシ系接着剤が用いられた。特に明記しない限り、各構成部材の形状や材質などは、以下で説明する実施例でも同様である。
【００９７】
表１を参照すると、実施例１の圧電アクチュエータでは、規格化された共振周波数が０．６９であり、この共振周波数は、比較例の圧電アクチュエータの共振周波数よりも低い。さらに比較例よりも、音圧レベルが高く、音圧レベルの周波数依存性が平坦化されている。また、実施例１の圧電アクチュエータは衝撃に対する安定性も高いことが実証されている。また、圧電アクチュエータの厚み（支持体と振動膜と接着材とを含めた厚み）は１．１ｍｍ程度であり、十分に薄くなっている。
【００９８】
（実施例２）
実施例２として、図１７に示す圧電アクチュエータを作製した。実施例２の圧電アクチュエータでは、実施例１と比較すると、第２の圧電素子１１４ａの大きさが異なっている。具体的には、第２の圧電素子１１４ａは円板状であり、その直径が１０ｍｍである。そして、第２の圧電素子１１４ａの圧電体の厚みが４０μｍであり、圧電体の両面に厚み８μｍの電極層が形成されている。その他の構成は、第１の実施例と同じである。
【００９９】
実施例１と比較すると、実施例２の圧電アクチュエータの基本共振周波数はさらに低下している。そのため、低周波数帯域において、圧電アクチュエータの音圧レベルは増大する。さらに、振動の周波数特性が異なる２つの圧電振動子１０２，１０４ａが同一の振動膜１０６に接合されているため、音圧レベルの周波数依存の平坦性が向上している。また、実施例１と同様に、衝撃に対する安定性も高い。
【０１００】
（実施例３）
実施例３として、図１８に示す圧電アクチュエータを作製した。実施例３の圧電アクチュエータでは、第２の台座１１８ａの直径が第１の台座１１６の直径よりも小さくなっている。具体的には、第２の台座１１８ａは円板状であり、その直径が１８ｍｍであり、その厚みが５０μｍである。その他の構成は、第１の実施例と同じである。
【０１０１】
実施例２の圧電アクチュエータによれば、実施例１と比較して、音圧レベルの周波数依存性が平坦化された。これは、振動の周波数特性が異なる２つの台座１１６，１１８ａを用いたからである。
【０１０２】
（実施例４）
実施例４として、図１９に示す圧電アクチュエータを作製した。実施例４の圧電アクチュエータでは、第２の圧電素子１１４ｂの厚みが第１の圧電素子１１２の厚みよりも小さくなっている。具体的には、第２の圧電素子１１４ｂが円板形状であり、その外径が１７ｍｍである。第２の圧電素子１１４ｂの圧電体の厚みが３０μｍであり、圧電体の両面に厚み８μｍの電極層が形成されている。その他の構成は、第１の実施例と同じである。
【０１０３】
実施例４の圧電アクチュエータによれば、比較例１の圧電アクチュエータよりも音圧レベルが向上する。これは、圧電体の厚みを小さくしたことにより共振周波数が小さくなり、さらに第２の圧電素子１１４ｂに印加された電場が第１の圧電素子１１２に印加された電場よりも高くなることに起因する。また、音圧レベルの周波数依存性が平坦化され、衝撃に対する安定性も高い。
【０１０４】
（実施例５）
実施例５として、図２０に示す圧電アクチュエータを作製した。実施例５の圧電アクチュエータは、実施例１と比較して、第２の台座１１８ｂの厚みが第１の台座１１６の厚みよりも小さくなっている。第１の台座１１６は実施例１と同じである。第２の台座１１８ｂは円板状であり、その直径が１９ｍｍであり、その厚みが２０μｍである。その他の構成は、第１の実施例と同じである。
【０１０５】
実施例５の圧電アクチュエータによれば、第２の台座１１８ｂの厚みが小さく、第２の圧電振動子の剛性が小さくなる。そのため、圧電アクチュエータの共振周波数が実施例１よりも小さくなる。これにより、低周波数帯域において高い音圧レベルが得られる。さらに音圧レベル周波数依存性の平坦性が向上し、衝撃に対する安定性も高い。
【０１０６】
（実施例６）
実施例６として、図８に示す上述の圧電アクチュエータを作製した。実施例６の圧電アクチュエータでは、振動膜１０６ａが、実施例１の振動膜と異なっている。具体的には、振動膜１０６ａの厚みが一様ではない。
【０１０７】
図２１は、実施例６の圧電アクチュエータが有する振動膜１０６ａの形状を示すための概略図である。図２１に示すように、振動膜１０６ａの開口部１０８の直径Ｌ１は１７ｍｍである。振動膜１０６ａの段差部６０１は略円形に形成されており、その直径Ｌ２が１９．５ｍｍである。また、振動膜１０６ａの直径Ｌ３は２０ｍｍである。さらに、振動膜の開口部１０８付近の厚みＬ４が２５μｍであり、振動膜１０６ａの、支持体１１０で支持された部分の厚みＬ５が１６μｍである。振動膜１０６ａを除いた他の構成は、第１の実施例と同じである。
【０１０８】
実施例６の圧電アクチュエータによれば、実施例１〜５と比較して、基本共振周波数が小さくなり、低周波数帯域において高い音圧レベルが得られる。これは、振動膜１０６ａの外周部の厚みが小さく、振動膜１０６ａが屈曲変形に対して低剛性となるからである。さらに、実施例１と同程度に音圧レベルの周波数依存性が平坦化され、衝撃に対する安定性も高い。
【０１０９】
（実施例７）
実施例７として、図２２に示す圧電アクチュエータを作製した。実施例７の圧電アクチュエータは、実施例１と比較すると、第１の台座が異なっている。具体的には、第１の台座１２２ａとして、図１２に示す台座を用いた。その他の構成は実施例１と同じである。
【０１１０】
図２３は、実施例７の第１の台座１２２ａの大きさを説明するための概略図である。第１の台座１２２ａは略円板状であり、その周縁部に突起部１００１が形成されている。円板の直径Ｌ６は１８ｍｍであり、突起部１００１まで含めた第１の台座１２２ａの大きさＬ７は１９ｍｍである。
【０１１１】
実施例７の圧電アクチュエータによれば、基本共振周波数が実施例１よりも小さくなり、かつ低周波数帯域において高い音圧レベルが得られた。これは、第１の台座１２２ａの外縁部の剛性が低下したことと、突起部１００１へ応力が集中したことに起因する。さらに、第１の台座１２２ａと第２の台座１１８とが異なるため、２つの圧電振動子の周波数特性が異なる。そのために、圧電アクチュエータの音圧レベルの周波数依存性が平坦化される。また、比較例１と同様に、衝撃に対する安定性が高い。
【０１１２】
（実施例８）
実施例８として、図２４に示す圧電アクチュエータを作製した。実施例８の圧電アクチュエータは、実施例１と比較すると、第１の台座の形状が異なっている。具体的には、第１の台座１２２ｂとして、図１３に示す台座を用いた。その他の構成は、第１の実施例と同じである。
【０１１３】
図２５は、実施例８の第１の台座１２２ｂの大きさを説明するための概略図である。図中の長さＬ８は１８ｍｍであり、図中の長さＬ９は１９ｍｍである。また、第１の台座１２２ｂに形成されている開口部１１０１が円形状であり、その直径は１ｍｍである。
【０１１４】
実施例８の圧電アクチュエータによれば、第１の台座１２２ｂの外縁部の剛性が低下し、さらに応力が集中する。これにより、共振周波数が実施例１よりも小さくなる。さらに、実施例１と比較して、低周波数帯域において高い音圧レベルが得られる。さらに、音圧レベルの周波数依存性が平坦化され、衝撃に対する安定性も高い。
【０１１５】
（実施例９）
実施例９として、図２６に示す圧電アクチュエータを作製した。実施例９の圧電アクチュエータは、実施例１と比較すると、第１の台座が異なっている。第１の台座１２２ｃは、図１４に示す上述の台座と同じである。第１の台座１２２ｃの開口部１２０１の直径は５ｍｍである。その他の構成は、第１の実施例と同じである。
【０１１６】
実施例９の圧電アクチュエータによれば、共振周波数が実施例１よりも低下し、かつ低周波数帯域において音圧レベルが向上した。これは、第１の台座１２２ｃに開口部１２０１が形成されて、第１の台座１２２ｃの剛性が低下したことによる。さらに実施例１と同程度に、音圧レベルの周波数依存性が平坦化され、衝撃に対する安定性も高い。
【０１１７】
（実施例１０）
実施例１０として、図２７に示すような圧電アクチュエータを作製した。本実施例の圧電アクチュエータは、実施例１と比較して、第１の台座が異なっている。第１の台座１２２ｄは、図１５で示す台座と同じであり、複数の開口部１３０１を有している。第１の台座１２２ｄの各々の開口部１３０１の直径は１ｍｍである。その他の構成は、第１の実施例と同じである。
【０１１８】
実施例１０の圧電アクチュエータによれば、第１の台座１２２ｄに開口部１３０１が形成されたことにより、第１の台座１２２ｄの剛性が低下し、圧電アクチュエータの基本共振周波数が実施例１よりも低下した。そして、実施例１と比較して、低周波数帯域において高い音圧レベルが得られた。音圧レベル周波数特性の平坦性と、衝撃に対する安定性も良好であることが実証された。
【０１１９】
（実施例１１）
実施例１１として、図２８に示す圧電アクチュエータを作製した。実施例１１の圧電アクチュエータは、実施例１と比較して、第１の台座および第２の台座が異なっている。具体的には、第１および第２の台座１２２ａは、図１２に示す台座と同じである。その他の構成は、第１の実施例と同じである。
【０１２０】
実施例１１の圧電アクチュエータによれば、台座１２２ａの外縁部の剛性の低下および突起部１００１への応力集中により、基本共振周波数が実施例１よりも小さくなった。さらに、実施例１と比較して、低周波数帯域において高い音圧レベルが得られた。また、実施例１と同程度の音圧レベルの周波数特性の平坦性と、衝撃に対する安定性が得られた。
【０１２１】
（実施例１２）
実施例１２として、図２９に示す圧電アクチュエータを作製した。実施例２７の圧電アクチュエータは、実施例１と比較して、第１の台座および第２の台座の形状が異なっている。具体的には、第１及び第２の台座１２２ｂは、図１３に示す台座と同じ形状である。その他の構成は、第１の実施例と同じである。
【０１２２】
実施例１２の圧電アクチュエータによれば、第１及び第２の台座１２２ｂの外縁部の剛性が低下し、かつ第１及び第２の台座１２２ｂの周縁部に応力が集中する。そのため、基本共振周波数が実施例１よりも低下した。さらに、実施例１と比較して、低周波数帯域において高い音圧レベルが得られた。また、実施例１と同程度の音圧レベルの周波数特性の平坦性が得られ、衝撃に対する安定性も実施例１と同程度に高い。
【０１２３】
（実施例１３）
実施例１３として、図３０に示す圧電アクチュエータを作製した。実施例１３の圧電アクチュエータは、実施例１と比較して、第１の台座および第２の台座が異なっている。具体的には、第１および第２の台座１２２ｄが、図１５に示す台座と同じ形状である。その他の構成は、実施例１と同じである。
【０１２４】
実施例１３の圧電アクチュエータによれば、第１および第２の台座１２２ｄに複数の開口部１３０１が形成されたことにより、第１および第２の台座１２２ｄの剛性が低下している。そのため、共振周波数が実施例１よりも低下し、低周波数帯域において高い音圧レベルが得られた。また実施例１と同程度に、音圧レベル周波数依存性が平坦化され、衝撃に対する安定性が高くなった。
【０１２５】
（実施例１４）
実施例１４として、図３１に示す圧電アクチュエータを作製した。実施例１４の圧電アクチュエータでは、第２の圧電振動子１２４が図１６に示すものと同じである。第２の圧電振動子１２４には開口部１４０１が形成されている。具体的には、第２の圧電素子１２４の直径は１７ｍｍであり、開口部１４０１の直径は４ｍｍである。第２の圧電素子１２４を構成する圧電体の厚みは４０μｍである。その他の構成は、実施例１と同じである。
【０１２６】
実施例１４の圧電アクチュエータでは、実施例１と比較すると、低周波数帯域において高い音圧レベルが得られた。また、実施例１と同程度に、音圧レベルの周波数特性の平坦性が得られた。これは、第２の圧電素子１２４の剛性が低下して、共振周波数が低下したことに起因する。さらに、実施例１と同程度に衝撃に対する安定性が高い。
【０１２７】
（実施例１５）
図３２に示すように、実施例１５の圧電アクチュエータでは、実施例１と比較して、第１の台座と第２の台座とが異なっている。具体的には、第１の台座１２２ａは、図１２に示す台座と同じであり、第２の台座１２２ｄは図１５に示す台座と同じである。
【０１２８】
実施例１５の圧電アクチュエータによれば、共振周波数が実施例１よりも小さくなり、低周波数帯域における音圧レベルが高くなる。これは、第１の台座１２２ａの外縁部における剛性の低下および応力集中と、第２の台座１２２ｄの外縁部における剛性の低下および応力集中とが、協働するためと考えられる。さらに、異なる２つの台座１２２ａ，１２２ｄが用いられたことで、２つの圧電振動子が異なる周波数特性を有する。そのため、音圧レベルの周波数依存性がより平坦化された。また、実施例１と同程度に衝撃に対する安定性も高い。
【０１２９】
（実施例１６）
実施例１６の圧電アクチュエータは、実施例１と同じ形状である（図３参照。）。しかし、振動膜１０６が、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）ではなく、金属材料であるリン青銅からなる。振動膜１０６は中心に開口部１０８を有する。振動膜１０６の直径は２１ｍｍであり、振動膜の開口部１０８の直径は１７ｍｍであり、振動膜１０６の厚みは２０μｍである。その他の構成は、第１の実施例と同じである。
【０１３０】
実施例１６の圧電アクチュエータによれば、共振周波数が実施例１よりも低下することにより、低周波数帯域において高い音圧レベルが得られた。また、実施例１と同程度の音圧レベルの周波数特性の平坦性と、衝撃に対する安定性と、が得られた。
【０１３１】
（実施例１７）
実施例１７として、図３３に示す圧電アクチュエータを作製した。実施例３１の圧電アクチュエータでは、第１および第２の圧電素子１１２ｃ，１１４ｃ、第１および第２の台座１１６ｃ，１１８ｃ、振動膜１０６ｄおよび支持体１１０ａの形状が正方形状となっている。
【０１３２】
第１および第２の圧電素子１１２ｃ，１１４ｃ、第１および第２の台座１１６ｃ，１１８ｃ、振動膜１０６ｄおよび支持体１１０ａの厚みは、それぞれ、実施例１における第１および第２の圧電素子、第１および第２の台座、振動膜および支持体の厚みと同じである。
【０１３３】
また、第１の圧電素子および第２の圧電素子１１２ｃ，１１４ｃは、一片が１８ｍｍの正方形状である。第１および第２の台座１１６ｃ，１１８ｃは、一片が１９ｍｍの正方形状である。振動膜１０６ｄは、中央に正方形状の開口部１０８ｄを有している。振動膜１０６ｄの一片の長さは２１ｍｍであり、振動膜１０６ｄの開口部１０８ｄの一片の長さは１７ｍｍである。支持体１１０ａは正方形の枠状になっており、その外縁の一辺が２１ｍｍであり、その内縁の一辺が２０ｍｍとなっている。
【０１３４】
実施例１７の圧電アクチュエータによれば、共振周波数が実施例１よりも低下することにより低周波数帯域において高い音圧レベルが得られた。さらに正方形状の圧電振動子が有する複雑な振動周波数特性により、音圧レベルの周波数依存性が平坦化される。また、実施例１と同様に、衝撃に対する安定性は高い。
【０１３５】
（実施例１８）
実施例１８として、図１１に示す上述の圧電アクチュエータを作製した。実施例１８の圧電アクチュエータは、振動膜１０６と支持体１１０との間に低剛性部材９０１が一体的に挟み込まれている。低剛性部材９０１の剛性は、振動膜１０６の剛性よりも小さい。振動膜１０６は、略円形状であり、その中央部に開口部１０８を有する。
【０１３６】
低剛性部材９０１はシリコンゴムからなる。低剛性部材９０１は円形の枠状をしており、低剛性部材９０１の外径が２１ｍｍであり、低剛性部材９０１の内径が２０ｍｍであり、低剛性部材９０１の厚みが７０μｍである。その他の構成は、第１の実施例と同じである。
【０１３７】
実施例１８の圧電アクチュエータによれば、低剛性部材９０１のために、共振周波数が実施例１よりも低下し、低周波数帯域における音圧レベルが向上する。さらに、実施例１と同程度に、音圧レベルの周波数特性が平坦化され、衝撃に対する安定性が向上する。
【０１３８】
この出願は、２００９年５月１１日に出願された日本国特許出願番号２００９−１１４５７５号を基礎とする優先権を主張し、参照によりその開示の全てをここに取り込む。
【０１３９】
以上、本発明の望ましい実施例について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。
【符号の説明】
【０１４０】
１００    圧電アクチュエータ
１０２    第１の圧電振動子
１０４    第２の圧電振動子
１０６，１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ    振動膜
１０８，１０８ｄ    振動膜の開口部
１１０，１１０ａ    支持体
１１２，１１２ｃ    第１の圧電素子
１１４，１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ    第２の圧電素子
１１６，１１６ｃ    第１の台座
１１８，１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃ    第２の台座
１２２ａ，１２２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ    台座
１２４    圧電素子
１３０    圧電体
１３２    電極層
１３６    電源
５０２    第１の電源
５０４    第２の電源
５０６    制御手段
６０１    段差部
８０１    第１の膜部分
８０２    第２の膜部分
９０１    低剛性部材
１００１    突起部
１１０１，１２０１，１３０１  台座の開口部
１４０１    圧電素子の開口部
【図１】
2010131540.tif 000004
【図２】
2010131540.tif 000005
【図３】
2010131540.tif 000006
【図４】
2010131540.tif 000007
【図５】
2010131540.tif 000008
【図６】
2010131540.tif 000009
【図７】
2010131540.tif 000010
【図８】
2010131540.tif 000011
【図９】
2010131540.tif 000012
【図１０】
2010131540.tif 000013
【図１１】
2010131540.tif 000014
【図１２】
2010131540.tif 000015
【図１３】
2010131540.tif 000016
【図１４】
2010131540.tif 000017
【図１５】
2010131540.tif 000018
【図１６】
2010131540.tif 000019
【図１７】
2010131540.tif 000020
【図１８】
2010131540.tif 000021
【図１９】
2010131540.tif 000022
【図２０】
2010131540.tif 000023
【図２１】
2010131540.tif 000024
【図２２】
2010131540.tif 000025
【図２３】
2010131540.tif 000026
【図２４】
2010131540.tif 000027
【図２５】
2010131540.tif 000028
【図２６】
2010131540.tif 000029
【図２７】
2010131540.tif 000030
【図２８】
2010131540.tif 000031
【図２９】
2010131540.tif 000032
【図３０】
2010131540.tif 000033
【図３１】
2010131540.tif 000034
【図３２】
2010131540.tif 000035
【図３３】
2010131540.tif 000036
【国際調査報告】
2010131540.tif 000037
2010131540.tif 000038
2010131540.tif 000039
2010131540.tif 000040