(57)【要約】【課題】  小型でかつ高品質の特性を有する電気音響変換器及びそれを用いた電子機器を提供する。【解決手段】  本発明による電気音響変換器は、入力信号がそれぞれ印加されて音響放射をなす第一及び第二のアクチュエータ１ａ，１ｂと、これら第一及び第二のアクチュエータ１ａ，１ｂをその音響放射面が互いに所定間隙をもって対向配置するように支持する支持体３とを含むことを特徴とする。そして、このような構成の電気音響変換器を電子機器の音源として用いたことを特徴としている。【選択図】      図１
2011228966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号がそれぞれ印加されて音響放射をなす第一及び第二のアクチュエータと、前記第一及び第二のアクチュエータをその音響放射面が互いに所定間隙をもって対向配置するように支持する支持体とを含むことを特徴とする電気音響変換器。
【請求項２】
前記第一及び第二のアクチュエータの各々は、電界印加により振動振幅を発生する圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項３】
前記第一及び第二のアクチュエータの各々は、前記音響放射面に沿って伸縮運動する圧電素子と、前記圧電素子の一方の面に接合された弾性部材を有し、前記弾性部材と前記支持体とが接合されていることを特徴とする請求項１または２記載の電気音響変換器。
【請求項４】
前記支持体は、前記第一及び第二のアクチュエータが対向する間隙を取り囲むように構成されており、前記支持体には、前記間隙と外部空間とを連通する貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の電気音響変換器。
【請求項５】
前記第一及び第二のアクチュエータは、互いに周波数特性が異なることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の電気音響変換器。
【請求項６】
前記入力信号は、前記第一及び第二のアクチュエータの動作を同期させる信号であることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の電気音響変換器。
【請求項７】
前記入力信号は、前記第一のアクチュエータに対して非可聴帯域の音波を発生させ、前記第二のアクチュエータに対して前記音波と同一周波数及び同一位相でＡＭ変調またはＦＭ変調された音波を発生させるものであり、これにより可聴音を出力することを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の電気音響変換器。
【請求項８】
前記第一及び第二のアクチュエータは、バイモルフ型であることを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の電気音響変換器。
【請求項９】
前記第一及び第二のアクチュエータは、マイクロエレクトロメカニカルシステムにより形成されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の電気音響変換器。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか記載の電気音響変換器を搭載したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気音響変換器及びそれを用いた電子機器に関し、特に携帯電話機などの携帯端末を含む電子機器に用いて好適な電気音響変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やラップトップ型パーソナルコンピュータの携帯端末などの需要が増えている。このようななかで、メーカ各社においては、音響機能を商品価値とした、いわゆるスタイリッシュ携帯端末の開発に取組んでおり、かかる携帯端末に用いる大音量で小型の電気音響変換器の要求が高まりつつある。
【０００３】
携帯電話機等の携帯端末を含む電子機器の音響部品としては、動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜とから構成されている。その動作原理は、磁石を用いたステータの磁気回路の作用により、ボイスコイルに固定された有機フィルム等の振動膜が振動し、音波を発生させるものである。
【０００４】
しかしながら、電気音響変換器の音響性能において、音量を示す物理示強量である音圧レベルは、振動膜の空気に対する体積排除によって決定される。すなわち、音圧レベルは、放射面積と振幅量とに依存するために、原理上は、小型と音量の両立は不可能であり、小型化が要求される携帯端末への搭載には課題が大きい。
【０００５】
なお、放射面積が減少する中、同等の音圧レベルを確保するためには、振動振幅を増大させる必要がある。例えば、振幅発生へのエネルギ量が大きい低周波数帯域（５００Ｈｚ以下）において、マイクロホンの測定距離１０ｃｍで音圧レベル８０ｄＢ以上を得るためには、１ｍｍ以上の振動振幅が必要であり、狭小空間に搭載される携帯電話機用の電気音響変換器においては、実装上の制約を受けてしまう。
【０００６】
また、動電型電気音響変換器では、駆動源に磁気回路を用いているので、高振幅を得るためには、高い磁束密度を発生させることが必要であり、そのためには、磁石の容積、特に厚み方向を十分に確保する必要があり、よって、薄型化には限界がある。例えば、着磁力の高いネオジウム系材料を磁石に用いた動電型電気音響変換器においても、最薄品でも３ｍｍ以上の厚みを有しており、携帯電話機のスタイリッシュ化促進に対して大きな障害となっている。
【０００７】
また、ボイスコイルの細線化を図った薄型の動電型電気音響変換器も開発されてはいるが、大電流を流す磁気回路においては、焼失などの問題点があり、信頼性確保の上で問題がある。
【０００８】
一方、薄型の電気音響変換器を提供する手法として、圧電型電気音響変換器がある。この圧電方式は、セラミック素材の圧電効果を利用して、電気信号の入力による電歪作用により、振動振幅を発生させるものである。この圧電型電気音響変換器では、上下層を電極材料で拘束されたセラミック自体が振動するために、磁石やボイスコイルなど多数の部材から構成される磁気回路に比べ、薄型化に優位である。
【０００９】
また、セラミックス薄型により、一定入力電圧に対して、電界強度が高まることから、薄型駆動源としては優位である点が挙げられる。しかしながら、セラミックス材料は、脆性材料であるうえに、機械損失が小さいために、機械的品質係数Ｑが、有機フィルムから振幅を発生させる動電型電気音響変換器に比べ、高い傾向にある。
【００１０】
例えば、動電型電気音響変換器では、Ｑが３〜５程度に対して、圧電型電気音響変換器では約５０程度となる。このことを要約すれば、当該Ｑは共振時における尖鋭度を示すものであることから、圧電型電気音響変換器では、基本共振周波数近傍では音圧が高く、それ以外の帯域では音圧が減衰することを意味する。すなわち、音圧レベル周波数特性において、音響特性の山谷が発生し、特定周波数の音が強調されたり、消失されたりして、音楽再生などに十分な音質が得られないという問題点を有する。
【００１１】
また、音響特性と同様に、放射面積に対しての問題点をも有している。圧電型電気音響変換器においても、動電型電気音響変換器と同様に、音圧レベルは、体積排除量（放射面積と振幅との積）に依存するため、薄型は可能であっても放射面積の低減には限界があり、携帯電話機用の電気音響変換器として十分な機能を満たしていない。このために、高音質で小型な電気音響変換器を生み出す画期的な技術が要求されている。
【００１２】
なお、圧電型電気音響変換器の例としては、特許文献１に開示のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平２００９−２９５８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述した様に、携帯電話機に代表される携帯端末の音源として使用する電気音響変換器に対して、小型でかつ高品質の特性を有するものが要求されている。
【００１５】
そこで、本発明は、かかる小型でかつ高品質の特性を有する電気音響変換器及びそれを用いた電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による電気音響変換器は、入力信号がそれぞれ印加されて音響放射をなす第一及び第二のアクチュエータと、前記第一及び第二のアクチュエータをその音響放射面が互いに所定間隙をもって対向配置するように支持する支持体とを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明による電子機器は、上記の電気音響変換器を用いたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、振動子を有する一対のアクチュエータを、互いの音響放射面が所定の間隙を有して対向するように配置し、これらアクチュエータと支持体とにより形成された空間から、振動子から発生する音波が大気中に放射するようにしたので、小型でかつ高品質の音声再生が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態の概略斜視図（透視図）である。
【図３】本発明の実施の形態に用いる圧電素子の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に用いるアクチュエータの断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態の動作を説明するための図である。
【図６】図５における音波と干渉波との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に用いる圧電素子の動作を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態に用いるアクチュエータの動作を説明する図である。
【図９】本発明の他の実施の形態の概略断面図である。
【図１０】分割振動の音響特性の例を示す図である。
【図１１】分割振動の例を示す図である。
【図１２】本発明の更に他の実施の形態を説明するための図である。
【図１３】動電型電気音響変換器の例を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態の概略断面図である。
【図１５】本発明を適用した携帯電話機の外観例を示す図である。
【図１６】本発明を適用したパーソナルコンピュータの外観例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態の概略断面図であり、図２はその概略斜視図（透視図）である。図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態による圧電型電気音響変換器は、一対の圧電素子１ａ，１ｂと、これら圧電素子１ａ，１ｂに夫々対応して設けられて対応圧電素子を拘束する弾性部材２ａ，２ｂと、弾性部材２ａ，２ｂに拘束された圧電素子１ａ，１ｂを支持する支持体３とを含んで構成されている。
【００２１】
これら圧電素子１ａ，１ｂは、対応する弾性部材２ａ，２ｂを介して支持体３に接合されている。そして、両素子１ａ，１ｂは、所定の空隙もって、その音響放射面が互いに対向するように配置されており、この支持体３によって中空状の多方体（図の例では、６面体）が形成されている。この多方体の圧電素子を支持する面以外の面のいずれか一つの面には、貫通孔４が設けられている。一対の圧電素子１ａ，１ｂは、電気信号の供給により音波を発生させる電気機械変換器の機能を有する。
【００２２】
そのために、図３に示すように、圧電素子１は、圧電材料１１と、その両主面に設けられた上部電極１２及び下部電極１３とからなっており、これら上部及び下部電極により圧電材料１１を拘束するようになっている。
【００２３】
圧電材料１１については、圧電効果を有する材料であれば、無機材料、有機材料ともに特に限定されないが、電気機械変換効率が高い材料、例えば、結晶構造ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などを使用することができる。
【００２４】
圧電材料１１の厚みは、５μ〜５００μであることが好ましい。多結晶から構成される圧電材料に、厚み５μｍ以下の薄膜を使用した場合には、結晶秩序が低いために、充分な電気機械変換効率が得られない。また、厚み５００μｍを超えるセラミックスを使用した場合も同様に、変換効率が悪く、変換器として十分な効率が得られない。
【００２５】
なお、電気信号の入力により電歪効果を発生させる圧電セラミックにおいては、その変換効率は電界強度に依存する。この電界強度は、分極方向の厚み／入力電圧で表されることから、厚みの増加は必然的に変換効率の低下を招いてしまうことになる。
【００２６】
また、圧電材料１１には、電界を発生させるためにその主面に電極層１２，１３を形成している。この電極材料には、電気伝導性を有する材料であれば特に限定されないが、銀や銀／パラジウムを使用することが好ましい。また、電極材料の厚みも特に限定されないが、厚み１〜５０μであるのが好ましい。例えば、厚み１μｍｍ未満では、膜厚が薄いため、電極上に均一に成形できない。
【００２７】
また、ペースト状にして塗布する方法もあるが、セラミックのような多結晶では、表面状態がいわゆる梨地面であるために、塗布時の濡れ状態が悪く、均一な電極膜が形成できない。これに対して、膜厚が１００μｍを超える場合は、成形が容易となるが、電極層が拘束面となり、エネルギ変換効率を低下させてしまうことになる。
【００２８】
また、図３に示した圧電素子１は、図１，２でも示したように、弾性材料２によって拘束されている（図４の断面図参照）。この弾性材料２は、圧電素子１により発生さた振動を、支持体３に伝播させる機能と、落下時に衝撃安定性を高める機能とを有する。
【００２９】
また、弾性材料２には、圧電素子１の基本共振周波数を調整する機能をも有する。機械振動子の基本共振周波数ｆは、
ｆ＝１／｛２πＬ（ｍ・Ｃ）1/2  ｝
なる式で示されるように、負荷重量ｍとコンプライアンスＣとに依存する。なお、Ｌは圧電素子の等価インダクタンスである。
【００３０】
言い換えれば、コンプライアンスは振動子の機械剛性であるために、このことは、圧電素子の剛性を制御することで基本共振周波数を制御できることを意味する。例えば、弾性率の高い材料の選択や、弾性材料の厚みを低減することで、基本共振周波数は低域にシフトさせることが可能となる。
【００３１】
この一方で、弾性率の高い材料を選択することや、弾性材料の厚みを増加させることで基本共振周波数を高域にシフトさせることができる。これまでは、圧電素子の形状や材質により基本共振周波数を制御していたことから、設計上の制約やコスト、信頼性に問題があったが、本発明のように、構成部材である弾性材料を変更することにより、所望の基本共振周波数に容易に調整できるので、工業上の価値は大きい。
【００３２】
なお、弾性材料には、金属や樹脂など脆性材料であるセラミック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の汎用材料が使用される。
【００３３】
また、弾性材料の厚みについては、５〜１０００μｍであることが好ましい。厚みが５μ未満の場合には、機械強度が弱く、拘束部材として機能を損なうことや、加工精度による低下により、製造ロット間で振動子の機械振動特性のばらつきが生じてしまうことになる。また、厚みが１０００μｍを超える場合には、剛性増による圧電素子への拘束が強まり、振動変位量の減衰を生じさせてしまうことになる。
【００３４】
更にはまた、弾性材料は、材料の剛性を示す指標である縦弾性係数が、１〜５００ＧＰａであることが好ましい。上述のように、弾性材料の剛性が過度に低い場合や、過度に高い場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なうことになる。
【００３５】
本実施の形態では、圧電素子１は弾性部材２を介在して支持体３に接合されている。支持体３は、電気音響変換を形成するケースとしての役割を果たすと同時に、並列に配置された２つの振動子に囲まれる中空上の内部空間を形成する役割を有している。
【００３６】
なお、支持部材３の形状は、空間を形成できる形状であれば、特に限定されず、直方体や、他方体、球面などのいずれの形状であってもよい。また、支持体の材質は、金属や樹脂、さらには、金属と樹脂との複合材料などのいずれの材質も使用できるが、圧電素子から振動エネルギを効率よく伝播させるためには、伝達振動量に対してある程度の剛性を持つ材料であることが好ましい。
【００３７】
また、支持体３は、複数の材質を使用することができる。すなわち、中空上の空間を形成する際に、一体の材質で成型する必要がなく、複数の素材や形状をもつ構成部材を接合することで形成することができる。
【００３８】
本実施の形態の電気音響変換器では、内部空間を形成する支持体３のいずれか一つの側面に、貫通孔４が形成されている。この貫通孔４は、音波を大気に放射する音孔として機能する。例えば、圧電素子１ａの振動により発生した音波が、内部空間を通過して、貫通孔４を通して外気に放射される。また、圧電素子１ａと圧電素子１ｂとにより同時に振動を発生させた場合、互いに内部空間で干渉し、音波が増幅される。この増幅された音波が、貫通孔４を介して、外部に放射されるので、高い音圧レベルを得ることができる。
【００３９】
なお、貫通孔４の形状は特に限定されることなく、矩形や円形、楕円形などいずれの形状とすることができる。また、貫通孔４は支持体３の側面に形成できれば、特に限定されることはない。また、貫通孔４の個数も特に限定されることはなく、複数個の貫通孔を形成してもよい。
【００４０】
上述した電気音響変換器の製造方法を以下に説明する。先ず、圧電素子である圧電アクチュエータは、図４に示すような構成を有する。圧電素子１は、外径＝５ｍｍ、厚み＝１００μｍ（０．１ｍｍ）の圧電板であり、その両面に、それぞれ厚み８μｍの上部電極層および下部電極層を形成した（図３参照）。弾性部材２は、外径＝８ｍｍ、厚み＝１００μｍ（０．１ｍｍ）のリン青銅で形成した。なお、図４における３１はフレームであり、このフレームを介して圧電アクチュエータを支持体３に固定するようにしても良いものである。
【００４１】
支持体３はＳＵＳ３０４で形成しており、二つの圧電アクチュエータと支持体３とにより内部空間を形成している。ここで、ＳＵＳは、Ｓｔｅｅｌ  Ｕｓｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓの略であり、ステンレスの材質を表しており、その３００番台はＣｒ−Ｎｉ系である。また、この支持体３は、縦×横×幅＝２１×２１×２１ｍｍの立方体形状であり、厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３０４で形成した。立方体形状の６面のうち、圧電アクチュエータが取付けられた対向する２面以外の一つの面には、縦×横＝２０×２０ｍｍの開口部を形成した。
【００４２】
図１及び図２に示したように、圧電素子１ａ，１ｂ及び弾性部材２ａ，２ｂは、中央に同心円状に配置した。圧電素子１を構成する圧電セラミックス１１には、ジルコン酸チタン酸鉛系セラミックを用い、電極層１２，１３には銀／パラジウム合金（重量比７０％：３０％）を使用した。
【００４３】
この圧電セラミックス１１の製造はグリーンシート法で行い、大気中で１１００℃−２時間に亘って焼成し、その後、圧電材料層に分極処理を施した。圧電素子１と弾性部材２との接着及び支持体３との接着は、いずれもエポキシ系接着剤を用いて行った。
【００４４】
以下に、上述した圧電型電気音響変換器の動作原理を説明する。この圧電型電気音響変換器は、一対の圧電素子１ａ，１ｂが、各々の音響放射面が対向するように所定の間隔を持って配置されており、これら二つの圧電素子を同時に駆動することにより、音を再生する。
【００４５】
すなわち、図５で示されるように、圧電素子１ａ，１ｂから発生したそれぞれの音波が支持体３の内部空間内で干渉し、貫通孔４を通して音波が大気に放射される。なお、図６で示されるように、同位相を持った音波ｙ１，ｙ２が内部空間内で互いに干渉することにより、音波は増幅される（ｙ１＋ｙ２）。これによって、１個の振動子から発生した音波の２倍となり、音圧レベルはそれだけ増大することになる。
【００４６】
なお、音圧レベルＰ（ｄＢ）は、
Ｐ＝１０ｌｏｇ10｛Ｐ´2  ／（２×１０-5）2  ｝
＝２０ｌｏｇ10｛Ｐ´／２×１０-5｝
で示され、実効音圧Ｐ´（Ｐａ：パスカル）は、音波の放射量に依存することから、２倍となれば、約６ｄＢの音圧レベルが増加する。すなわち、音響素子の側面に二つの振動子を形成することで、素子形状の増加を伴わず、大音量の音を放射することが可能となる。
【００４７】
なお、図７で示されるように、圧電素子１は、上述のように２つの主面を有する圧電板（圧電セラミックス）１１からなり、この圧電板１１の主面のそれぞれに、上部電極層１２および下部電極層１３が形成されている。圧電板１１の分極方向１００は特に限定されるものではないが、本実施の形態では、図７の矢印１００にて示した図の上方向（圧電素子１の厚み方向）となっている。
【００４８】
このように構成された圧電素子１は、上部電極層１２および下部電極層１３に交流電圧が印加されて交番的な電界が付与されると、図８（ａ），（ｂ）のように、その両主面が同時に拡大または縮小するような、半径方向の伸縮運動（径拡がり運動）を行う。換言すれば、圧電素子１は、主面が拡大するような第１の変形モードと、主面が縮小するような第２の変形モードとを繰り返すような運動を行う。このような運動を繰り返すことで、振動を発生し、音波を発生することが本発明の電気音響変換器の基本原理である。
【００４９】
以上のように、本発明に係る電気音響変換器は、電子機器（例えば、携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など）の音源としても利用可能である。電気音響変換器全体の形状が増加せず、音響特性が向上することから、携帯型の電子機器に対しても利用することが可能である。
【００５０】
次に、本発明の第二の実施の形態を、図９の概略断面図を参照し説明する。なお、図９において図１と同等部分は同一符号により示している。本実施の形態では、二つの圧電素子１ａ，１ｂが互いに異なる形状であることが特徴である。すなわち、振動子の形状を各々異なる形状にすることにより、各振動子が異なる基本共振周波数を有することになる。
【００５１】
例えば、これまでの単一の振動子からなる電気音響変換器では、単一の共振特性を利用して音波を発生していたために、再生帯域が狭いという問題があり、また、共振周波数近傍で音響エネルギが最大化するために、基本共振周波数以下の帯域では、すなわち低域では、音圧レベルが小さく、音の重厚感がないという問題があった。
【００５２】
これを解決する手段として、電気音響変換器の基本共振周波数を低減させる方法があるが、エネルギ分布の点から考慮すれば、多大な振動エネルギが必要となる低域にエネルギシフトさせた場合、耳への感度が高い、１〜３ＫＨｚの音圧レベルが減少し、全体的な音量感が減少する問題点があった。
【００５３】
そこで、本発明の第二の実施の形態による音響変換器では、特定周波数帯域の音圧レベルを最大化するために、基本共振周波数が異なる二つの振動子を配置しているため、広い周波数帯域で高い音圧レベルを実現することができるようにしている。
【００５４】
例えば、音楽再生可能な１００Ｈｚ〜１０ＫＨｚでの帯域での再生を実現するために、基本共振周波数が５００Ｈｚ、１ＫＨｚである振動子を配置することで、低域の音量を増加することができることになる。
【００５５】
また、この電気音響変換器において、二つの振動子の基本共振周波数を調整することにより、音圧レベル周波数の特性の平坦化が実現できる。これについては、分割振動と音響特性との関係、分割振動の姿態の説明を併せて詳しく述べる。
【００５６】
図１０に示すように、分割振動は、基本共振周波数以降に発生する高次の振動モードが互いに重なり合うことで形成され、放射面内に上下逆の動きをする多数の振動モードが混在する。この振動に際には、面全体が同一方向に並進運動するピストン運動（基本共振周波数で発生する振動モード）と異なり、入力音響信号から音響振動への変換効率が、分割振動発生する周波数の前後で著しく変化し、音響信号以外の音響を生じさせ、特定の周波数で音が再生できなかったり、音が強調されたり、再生音が歪んだりして、音圧レベル周波数特性に起伏をもたらす原因となる（音響特性の山谷）。
【００５７】
例えば、図１１で示される分割振動では、位相が異なる（同相と逆位相）の振動モードが規則的に混在した振動姿態を形成する。この分割振動における音響放射では、放射面内に混在した位相が異なる（同相と逆位相）の振動モードが互いに位相干渉し、放射音がキャンセリングされる。このことは、音圧が減衰し、ディップが発生されることを意味する。このため、分割振動をいかにして抑制するかが、音圧レベル周波数の平坦化実現に不可欠な課題とされていた。
【００５８】
そこで、本発明では、複数の振動子のいずれかを、音響の山谷が発生する周波数に併せて駆動することにより、音圧ピークをキャンセルする逆位相となる音波を発生させることや、音圧ディップを修復する同位相の音波を発生させ、これらの音波を干渉させることで、音圧レベル周波数特性の平坦化が実現できる。
【００５９】
以上、本実施の形態に係る電気音響変換器は、電子機器（例えば、携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など）の音源としても利用可能である。また、電気音響変換器全体の形状が増加せず、音響特性が向上することから、携帯型の電子機器に対しても利用することが可能である。
【００６０】
次に、本発明の第三の実施の形態について説明する。本実施の形態では、非可聴帯域の音波、すなわち超音波を発生させる。ここでは、いずれか一つの振動子から超音波を発生させ、もう一つの振動子からＦＭ変調もしくはＡＭ変調をかけた同一周波数で同位相の超音波を発生させる。言い換えれば、パラメトリック音響変換器である。なお、本実施の形態の構造は、第一の実施の形態と同じである。
【００６１】
図１２で示すように、二つの超音波が内部空間内で干渉することで、ヘテロダイン検波を発生し、ＡＭ変調もしくはＦＭ変調のみ可聴波として生成される。この可聴波が貫通孔を通して外部空間に放射されることにより、音響再生が可能となるものである。本実施の形態では、音波を発生する周波数は２０ＫＨｚ以上であれば、特に限定されない。また、振動子の基本共振周波数は圧電セラミックスの外周形状に依存する。従って、再生周波数を高域にシフトさせることで、振動子形状の小径化が可能であり、電気音響変換器の自体の形状を小型化できる点で優位である。
【００６２】
以上、本実施の形態に係る電気音響変換器は、電子機器（例えば、携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など）の音源としても利用可能である。また、電気音響変換器全体の形状が増加せず、音響特性が向上することから、携帯型の電子機器に対しても利用することが可能である。
【００６３】
次に、本発明の第四の実施の形態について説明する。本実施の形態の電気音響変換器では、振動子に、周知のＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）アクチュエータを使用するものであり、振動子以外の構成は第一の実施形態と同様である。
【００６４】
圧電型ＭＥＭＳアクチュエータについては、静電力、電磁力、圧電効果、熱歪みを用いた方式があり、いずれの方式も利用できるが、本実施の形態では、圧電効果を用いた方式を利用する。圧電型のＭＥＭＳアクチュエータは、圧電薄膜層と、上部可動電極層と、下部可動電極層とから構成される。第一の実施形態と同様に、圧電効果による振動振幅を発生させる機構であり、電極層への交流信号を入力することで、振動振幅を発生させる機構である。
【００６５】
なお、ＭＥＭＳアクチュエータの製造には、電極層にエアロゾルデポシション法を用いて、固体溶融粒子を吹きける方法など挙げられるが、特に製造方法は限定されない。このエアロゾルデポジション法を用いた場合には、曲面などの基材に容易に圧電膜を吸着できることから、振動子形状の自由度が高まり、電気音響変換器の特性向上に有用である。
【００６６】
上述した本発明による電気音響変換器の特性評価を、下記に示すように評価１〜評価３の評価項目で行った結果を説明する。
【００６７】
（評価１）  音圧レベル周波数特性の測定：交流電圧１Ｖ入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。なお、この所定距離は、特に明記しない限り１０ｃｍであり、周波数の測定範囲は１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚとした。
【００６８】
（評価２）  音圧レベル周波数特性の平坦性測定：交流電圧１Ｖ入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。周波数の測定範囲は１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚとし、２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの測定範囲において、最大音圧レベルＰｍａｘと最小音圧レベルＰｍｉｎとの音圧レベル差により、音圧レベル周波数特性の平坦性を測定した。その結果、音圧レベル差（最大音圧レベルＰｍａｘと最小音圧レベルＰｍｉｎとの差のことを指す）が２０ｄＢ以内を良とし、２０ｄＢ以上を否とした。この所定距離は、特に明記しない限り１０ｃｍである。
【００６９】
（評価３）  落下衝撃試験：電気音響変換器を搭載した携帯電話を５０ｃｍ直上から、５回自然落下させ、落下衝撃安定性試験を行った。具体的には、落下衝撃試験後の割れ等の破壊を目視で確認し、さらに、試験後の音圧特性を測定した。その結果、音圧レベル差（試験前の音圧レベルと試験後の音圧レベルとの差のことを指す）が３ｄＢ以内を良とし、３ｄＢ以上を否とした。
【００７０】
［例１］
本発明の第一の実施の形態で説明した電気音響変換器の特性評価を実施した。その評価結果は以下の通りである。
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：９１ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８８ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：９３ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８５ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：良
落下衝撃安定                  ：良
【００７１】
上記の結果より明らかなように、本実施の形態による電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は平坦であり、大音量である。また、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、振動振幅が大きく、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で８０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。
【００７２】
［比較例１］
比較例１として、図１３に示す動電型電気音響変換器を作製した。なお、図において、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の横断面図の一部であり、２１１は振動膜、２１２はボイスコイル、２１３はフレーム、２１４はポールピース、２１５，２１６は永久磁石、２１７はヨークである。このような動電型電気音響変換器は周知であるからその説明は省略する。
【００７３】
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：７７ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：７５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：７６ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：９７ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：良
落下衝撃安定                  ：否
【００７４】
［例２］
本発明の第二の実施形態による電気音響変換器を作成した。
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：９０ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：９５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：９０ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８８ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：良
落下衝撃安定                  ：良
【００７５】
上記の結果より明らかなように、本例の電気音響変換器によれば、上記の例１と同等の特性を有しており、音圧レベル周波数特性は平坦である。
【００７６】
［例３］
本発明の第三の実施の形態による電気音響変換器を作成した。
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８７ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：９１ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８５ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８４ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：良
落下衝撃安定                  ：良
【００７７】
上記の結果より明らかなように、本例の電気音響変換器によれば、上記の例１と同等の特性を有しており、音圧レベル周波数特性は平坦である。
【００７８】
［例４］
本発明の第四の実施の形態による電気音響変換器を作成した。
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８２ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８１ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８０ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：良
落下衝撃安定                  ：良
【００７９】
上記の結果より明らかなように、本例の電気音響変換器によれば、先の例１と同等の特性を有しており、音圧レベル周波数特性は平坦である。
【００８０】
［例５］
ここでは、図１４の概略斜視図に示すように、一対の圧電素子１ａ，１ｂの輪郭形状が、円形ではなく、矩形状となるような構成としたものを、本発明の第五の実施の形態による電気音響変換器として作成した。なお、図１４において、図１，２と同等部分は同一符号により示している。
【００８１】
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：９３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：９５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：９１ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８８ｄＢ
音圧レベル周波数特性平坦性    ：良
落下衝撃安定                  ：良
【００８２】
上記の結果より明らかなように、本例の電気音響変換器によれば、上記の例１と同等の特性を有しており、音圧レベル周波数特性は平坦である。
【００８３】
［例６］
例６では、上記の例１に対して、弾性部材を変更した。弾性部材としてＰＥＴフィルムを使用した。
【００８４】
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８４ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：９０ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８４ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：良
落下衝撃安定                  ：良
【００８５】
上記の結果より明らかなように、本例の電気音響変換器によれば、弾性部材の材質に関わらず、上記の例１と同等の音圧レベルを有し、音圧レベル周波数特性は平坦である。
【００８６】
［例７］
例７では、上記の例１に対して、圧電材料を変更した。圧電材料としてポリフッ化ビニリデンを使用した。
【００８７】
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８０ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８１ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８３ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８７ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：良
落下衝撃安定                  ：良
【００８８】
上記の結果より明らかなように、本例の電気音響変換器によれば、圧電材料の材質に関わらず、上記の例１と同等の音圧レベルを有し、音圧レベル周波数特性は平坦である。
【００８９】
［例８］
例８では、図１５に示すような一般的な携帯電話機を用意し、この筐体内に上記の例１の電気音響変換器（丸印で示す）を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、この電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
【００９０】
（評価）：素子から１０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行なった。
【００９１】
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８８ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８２ｄＢ
落下衝撃試験                  ：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ８４ｄＢであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：良
【００９２】
［例９］
例９として、図１５に示すような一般的な携帯電話機を用意し、この筐体内に例２の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気この音響変換器を貼り付ける構成とした。
【００９３】
（評価）：素子から１０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行なった。
【００９４】
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８２ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８２ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８５ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８４ｄＢ
落下衝撃試験                  ：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ７８ｄＢであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：良
【００９５】
［例１０］
例１０として、図１５に示すような一般的な携帯電話機を用意し、この筐体内に上記の例３の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、この電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
【００９６】
（評価）：素子から１０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行なった。
【００９７】
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８６ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８３ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８１ｄＢ
落下衝撃試験                  ：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ７８ｄＢであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性：良
【００９８】
［例１１］
例１１として、図１５に示すような一般的な携帯電話機を用意し、この筐体内に上記の例４の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、この電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
【００９９】
（評価）：素子から１０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行なった。
【０１００】
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８２ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８１ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８３ｄＢ
落下衝撃試験                  ：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ７８ｄＢであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：良
【０１０１】
［例１２］
例１２として、図１６に示すような一般的なデスクトップ型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用意し、この筐体内に上記の例１の電気音響変換器を搭載した。具体的には、このＰＣの筐体内側面に、この電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
（評価）：素子から１０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行なった。
【０１０２】
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８０ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８１ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８２ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８１ｄＢ
落下衝撃試験                  ：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ７８ｄＢであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：良
【０１０３】
叙上の如く、本発明による電気音響変換器は、少なくとも一対の振動子を有し、この一対の振動子は互いの音響放射面が所定の間隙を空けて対向するように配置され、支持体による空間が形成されていることを特徴としている。また、一対の振動子が対向して形成される空間には、貫通孔が形成されており、振動子から発生する音波がこの貫通孔を通して、大気中に放射されるようになっている。
【０１０４】
本構成によれば、振動子は電気信号の入力により振幅を発生させる電気機械変換器であり、一対の振動子から同時に音波が発生させることから、高い音圧レベルを得ることができる。また、本構成によれば、一つの振動子からＦＭ変調もしくはＡＭ変調させた超音波を発生させ、もう一つの振動子から同一周波数の超音波を発生させることを特徴としている。すなわち、空間内でＦＭもしくはＡＭ変調した超音波と、対向する振動子から発生する同一周波数の超音波が干渉することで、ヘテロダイン検波が発生し、可聴音を発生し、貫通孔を通して大気中に放射される。
【０１０５】
本構成によれば、超音波振動子を利用するため、従来電気音響変換器用として利用される振動子に比べ小型化が可能である。基本共振周波数は振動子の外周に依存するため、１ＫＨｚ程度の基本共振周波数を持つ従来の振動子に比べ、超音波振動子は小型化に優位である。
【０１０６】
また、音響エネルギの観点からもより高い周波数を持つ超音波振動子の方が、低い振動振幅で同等のエネルギを放射でき、機械振動子としての設計上優位である。また、本構成によれば、複数の振動子により形成された空間内で可聴音を生成するため、一つの電気音響変換器として扱うことができるため、携帯電話などの小型電子機器への実装上優位である。以上のように、本発明により、小型で高音質な電気音響変換器の実現が可能となる。
【０１０７】
なお、上記実施の形態においては、一対の振動子（アクチュエータ）を用いているが、複数対の振動子をアレイ状に配置して構成したものを用いることができるものである。
【符号の説明】
【０１０８】
１，１ａ，１ｂ  圧電素子
２ａ，２ｂ  弾性材料
３  支持体
４  貫通孔
１２  上部電極
１３  下部電極
【図１】
2011228966.tif 000003
【図２】
2011228966.tif 000004
【図３】
2011228966.tif 000005
【図４】
2011228966.tif 000006
【図５】
2011228966.tif 000007
【図６】
2011228966.tif 000008
【図７】
2011228966.tif 000009
【図８】
2011228966.tif 000010
【図９】
2011228966.tif 000011
【図１０】
2011228966.tif 000012
【図１１】
2011228966.tif 000013
【図１２】
2011228966.tif 000014
【図１３】
2011228966.tif 000015
【図１４】
2011228966.tif 000016
【図１５】
2011228966.tif 000017
【図１６】
2011228966.tif 000018