(57)【要約】【課題】圧電体の材料として無鉛圧電セラミックを用いた場合に、優れた音圧特性が得られる圧電型電気音響変換器及びその製造方法を提供すること。【解決手段】圧電型電気音響変換器１の圧電振動板５の圧電体１９が、無鉛圧電磁器組成物よりなる。また、２５℃において、圧電振動板５の振動量が最大となる第１周波数をｆ_ＸＬ、最大の振動量である第１振動量をＸＬ、圧電振動板５の振動量が２番目の大きさとなる第２周波数をｆ_ＸＳ、２番目の振動量である第２振動量をＸＳ、第１振動量と第２振動量との比をＸＳ／ＸＬとしたときに、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳ、かつ、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５となる特性を有する。【選択図】図４
2019216310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体を有する圧電振動板をケースに収容した構成を備え、前記ケース内に前記圧電振動板の振動に伴って共鳴する共鳴空間を有するとともに、前記ケースに前記共鳴空間と外部空間とを連通する放音孔を有する圧電型電気音響変換器において、
前記圧電振動板の圧電体が、無鉛圧電磁器組成物よりなり、
２５℃において、前記圧電振動板の振動量が最大となる第１周波数をｆ_ＸＬ、前記最大の振動量である第１振動量をＸＬ、前記圧電振動板の振動量が２番目の大きさとなる第２周波数をｆ_ＸＳ、前記２番目の振動量である第２振動量をＸＳ、前記第１振動量と前記第２振動量との比をＸＳ／ＸＬとしたときに、
ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳ、かつ、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５となる特性を有する、
圧電型電気音響変換器。
【請求項２】
前記無鉛圧電磁器組成物は、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物を主相とする組成物である、
請求項１に記載の圧電型電気音響変換器。
【請求項３】
前記無鉛圧電磁器組成物の結晶相転移温度は、−３０℃〜＋８５℃の範囲内である、
請求項１又は２に記載の圧電型電気音響変換器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電型電気音響変換器の製造方法であって、
前記ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの特性を有するように、前記圧電振動板及び前記ケースを設計する第１工程と、
前記圧電振動板を前記ケースに取り付ける第２工程と、
前記ケースに取り付けられた前記圧電振動板を振動させて、前記第１周波数ｆ_ＸＬ及び前記第１振動量ＸＬと前記第２周波数ｆ_ＸＳ及び前記第２振動量ＸＳとを求める第３工程と、
前記第１周波数ｆ_ＸＬと前記第２周波数ｆ_ＸＳとが、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの関係であり、且つ、前記第１振動量ＸＬと前記第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５の範囲か否かを判定する第４工程と、
を有し、
前記第１周波数ｆ_ＸＬと前記第２周波数ｆ_ＸＳとが前記大小関係ではない場合、或いは、前記第１振動量ＸＬと前記第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが前記範囲内でない場合には、前記第１周波数ｆ_ＸＬ及び／又は前記第２周波数ｆ_ＸＳを変更して、前記第１周波数ｆ_ＸＬと前記第２周波数ｆ_ＸＳとが前記大小関係を満たし、且つ、前記第１振動量ＸＬと前記第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが前記範囲に収まるように、前記第１工程から第４工程までの工程を繰り返す、
圧電型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】
本開示は、電気信号を音響に変換することができる圧電型電気音響変換器と、その圧電型電気音響変換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電型電気音響変換器に関する技術として、安定な発振を得るために、ケースの共振角周波数Ｗａと圧電振動板（即ち振動板に圧電体を備えた圧電振動板）の共振角周波数Ｗｂとの比Ｗｂ／Ｗａを、０．７から１．０の間になるように構成する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、圧電型電気音響変換器の音圧特性の温度補償方法として、ケースの共振周波数を圧電振動板の共振周波数よりも低く設定する方法が知られている（特許文献２、３参照）。
上述した圧電型電気音響変換器では、圧電体の材料として、鉛を含む有鉛圧電セラミックや、鉛を含まない無鉛圧電セラミックが知られている。
【０００４】
前記有鉛圧電セラミックとしては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックが広く使用されている。また、無鉛圧電セラミックとしては、例えば、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物を主相とする無鉛圧電磁器組成物、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）系セラミックが開示されている（特許文献４〜６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開第３０６８２２１号公報
【特許文献２】特開平６−６８９９号公報
【特許文献３】特開平１１−５２９５８号公報
【特許文献４】特開第５６４７１２０号公報
【特許文献５】特開第５７２３９５９号公報
【特許文献６】特開第５７１５３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、圧電型電気音響変換器においては、無鉛圧電セラミックは、有鉛圧電セラミックと比べて圧電特性が低いことから、従来、圧電セラミックとしてはあまり使用されてこなかった。
【０００７】
しかし、近年、前記特許文献４〜６に記載のように、無鉛圧電セラミック（例えばＫＮＮ系セラミック）の特性が向上したことにより、無鉛圧電セラミックを圧電型電気音響変換器に適用できる可能性が出てきた。
【０００８】
しかしながら、例えばＫＮＮ系セラミックのような無鉛圧電セラミックは、通常、有鉛圧電セラミックであるＰＺＴ系セラミックとは、異なる温度特性（図１参照）を有している。そのため、圧電型電気音響変換器を設計する際に、圧電セラミックとして、ＫＮＮ系セラミック等の無鉛圧電セラミックを用いる場合には、ＰＺＴ系セラミック等の有鉛圧電セラミックと同様の設計を行うと、特に低温での音圧特性について、著しい特性低下が発生する等の問題があった。
【０００９】
具体的には、図１に２５℃で規格化した圧電定数ｄ３１（即ち２５℃での値を１００％として規格化した値）を示すように、圧電セラミックとしてＰＺＴ系セラミックを用いた場合には、温度が増加すると、圧電定数ｄ３１は一定の増加率で徐々に増加するが、その増加の程度は僅かである。従って、ＰＺＴ系セラミックでは、温度が変化しても、圧電定数ｄ３１に対応する音圧の変化は小さい。
【００１０】
それに対して、ＫＮＮ系セラミックを用いた場合には、温度が変化すると、圧電定数ｄ３１は約２０℃をピークとして、大きく変化する。詳しくは、約２０℃より低温の場合には、温度が増加すると圧電定数ｄ３１は急増し、その増加の程度は、温度が４０℃変化した場合には、圧電定数ｄ３１の変化は４０％と大きい。しかも、２０℃を超えると、ＰＺＴ系セラミックとは逆に、温度の増加につれて、圧電定数ｄ３１は小さくなる。
【００１１】
従って、ＫＮＮ系セラミックでは、低温での音圧が低く、温度が増加すると音圧は急増し、その後低下する。つまり、ＫＮＮ系セラミック等の無鉛圧電セラミックでは、温度変化に対する音圧の変化が大きいので、その対策が望まれている。
【００１２】
本開示は、前記課題を解決するためになされたものであり、圧電体の材料として無鉛圧電セラミックを用いた場合に、優れた音圧特性が得られる圧電型電気音響変換器及びその製造方法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】
【００１３】
（１）本開示の第１局面は、圧電体を有する圧電振動板をケースに収容した構成を備え、ケース内に圧電振動板の振動に伴って共鳴する共鳴空間を有するとともに、ケースに共鳴空間と外部空間とを連通する放音孔を有する圧電型電気音響変換器に関するものである。
【００１４】
この圧電型電気音響変換器は、圧電振動板の圧電体が、無鉛圧電磁器組成物よりなる。また、２５℃において、圧電振動板の振動量が最大となる第１周波数をｆ_ＸＬ、最大の振動量である第１振動量をＸＬ、圧電振動板の振動量が２番目の大きさとなる第２周波数をｆ_ＸＳ、２番目の振動量である第２振動量をＸＳ、第１振動量と第２振動量との比をＸＳ／ＸＬとしたときに、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳ、かつ、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５となる特性を有する。
【００１５】
本第１局面では、圧電振動板の圧電体として、無鉛圧電磁器組成物を用いるので、鉛を使用する必要がなく、そのため、鉛が環境に与える悪影響を抑制することができる。
また、本第１局面では、第１周波数ｆ_ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳとが、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの関係を満たし、かつ、第１振動量ＸＬと第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５の関係を満たす。
【００１６】
従って、後述する実験例からも明らかなように、低温（例えば−３０℃）から高温（例えば＋８５℃）まで温度が変化しても、平均して高い音圧を得ることができる。つまり、温度に関して（即ち温度が変化した場合でも）優れた音圧特性を有する。
【００１７】
ここで、本開示の原理について説明する。
第１周波数ｆ_ＸＬは、圧電振動板の共振周波数に由来し、第２周波数ｆ_ＸＳは、ケース内の共鳴空間の共振周波数に由来すると考えられる。従って、以下では、圧電振動板の共振周波数をｆ_ＸＬ、ケース内の共鳴空間の共振周波数をｆ_ＸＳとして説明する。
【００１８】
ケース内の共鳴空間の共振周波数ｆ_ＸＳは、空気の音速変動の為に、低温になると低周波側に、高温になると高周波側に共振周波数がシフトする（図２参照）。
また、圧電振動板の共振周波数ｆ_ＸＬとケース内の共鳴空間の共振周波数ｆ_ＸＳとが近い方が、音圧が上昇するため、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳとすると、低温時にケース内の共鳴空間の共振周波数ｆ_ＸＳが圧電振動板の共振周波数ｆ_ＸＬに近づくことにより、より高い音圧が得られる。
【００１９】
よって、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳとすることにより、低温で特性がＰＺＴ系セラミックよりも低下する例えばＫＮＮ系セラミックの特性（図１参照）を補うことができる。
一方、高温時には、逆にケース内の共鳴空間の共振周波数ｆ_ＸＳが高周波側にシフトする。従って、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳとすると、高温時には、圧電振動板の共振周波数ｆ_ＸＬとケース内の共鳴空間の共振周波数ｆ_ＸＳとが離れていくことにより、音圧が低下する。
【００２０】
また、前記図１に示すように、例えばＫＮＮ系セラミックの材料特性は、例えばＰＺＴ系セラミックと比べると、低温ほどではないが、高温においても低下する。
これら２つの要因で、高温において音圧低下が発生することから、低温から高温まで平均して高い音圧を得るためには、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳとした場合でも、各共振周波数ｆ_ＸＬ、ｆ_ＸＳをあまり違う周波数とすることはできない。
【００２１】
この点について、本発明者の研究によれば、前記特許文献１に記載のように、共振周波数比で規定するのではなく、前記振動量の比ＸＳ／ＸＬで規定した方が、感度（即ち音圧に対する評価精度）が高いことが明らかになった。つまり、第１周波数ｆ_ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳとが、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳである場合で、且つ、振動量の比ＸＳ／ＸＬを、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５の範囲とした場合に、低温（例えば−３０℃）から高温（例えば＋８５℃）まで平均して高い音圧を得ることができることが明らかになった。
【００２２】
これによって、本第１局面のような優れた音圧特性を有する圧電型電気音響変換器を得ることができた。
なお、無鉛圧電磁器組成物とは、鉛を含まない圧電磁器の材料である。
【００２３】
（２）本開示の第２局面では、無鉛圧電磁器組成物は、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物を主相とする組成物であってもよい。
本第２局面は、圧電体の材料として好ましい無鉛圧電磁器組成物を例示している。つまり、無鉛圧電磁器組成物として、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物を主相とする組成物を用いることにより、温度に関して優れた音圧特性を有する。
【００２４】
ここで、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物を主相とする無鉛圧電磁器組成物とは、組成式（ＫａＮａｂＬｉｃＣｄ）ｅ（ＤｆＥｇ）Ｏｈ  （元素ＣはＣａ、Ｂａの一種類以上、元素ＤはＮｂ、Ｔｉ、Ｚｒのうちの少なくともＮｂを含む一種類以上、元素ＥはＦｅ、Ｃｏ、Ｚｎの一種類以上、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ａ＋ｂ＋ｃはゼロではなく、ｅは０．８０＜ｅ＜１．１０を満たし、ｆ＋ｇ＝１、ｈはペロブスカイトを構成する任意の値）で表されるものである。
【００２５】
なお、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物としては、前記引用文献４〜６に記載の物質が挙げられる。
（３）本開示の第３局面では、無鉛圧電磁器組成物の結晶相転移温度は、−３０℃〜＋８５℃の範囲内であってもよい。
【００２６】
無鉛圧電磁器組成物の結晶相転移温度は、通常、−３０℃〜＋８５℃の範囲内にある。そして、結晶相転移温度が、−３０℃〜＋８５℃の範囲内にある場合には、その圧電特性（従って音圧特性）は、前記図１に例示するように、ある温度におけるピークを境にして大きく変化する。
【００２７】
このような無鉛圧電磁器組成物を、従来のＰＺＴ系セラミックのように圧電体に用いると、優れた音圧特性（即ち温度が変化しても音圧の変化が少ない特性）が得られないことがある。
【００２８】
しかし、上述のように、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳ、かつ、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５とすることにより、優れた音圧特性を得られるので、鉛を含まない無電圧電磁器組成物を圧電体の材料として採用することができる。
【００２９】
（４）本開示の第４局面は、前記第１〜３局面のいずれかに記載の圧電型電気音響変換器の製造方法に関するものである。
この圧電型電気音響変換器の製造方法では、第１工程にて、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの特性を有するように、圧電振動板及びケースを設計する。第２工程にて、圧電振動板をケースに取り付ける。第３工程にて、ケースに取り付けられた圧電振動板を振動させて、第１周波数ｆ_ＸＬ及び第１振動量ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳ及び第２振動量ＸＳとを求める。第４工程にて、第１周波数ｆ_ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳとが、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの関係であり、且つ、第１振動量ＸＬと第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５の範囲か否かを判定する。
【００３０】
そして、第１周波数ｆ_ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳとが前記大小関係（即ちｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳ）ではない場合、或いは、第１振動量ＸＬと第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが前記範囲内（即ち１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５）でない場合には、第１周波数ｆ_ＸＬ及び／又は第２周波数ｆ_ＸＳを変更して、第１周波数ｆ_ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳとが前記大小関係を満たし、且つ、第１振動量ＸＬと第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが範囲に収まるように、第１工程から第４工程までの工程を繰り返す。
【００３１】
このようにして、目的とする特性（即ち優れた音圧特性）を有する圧電型電気音響変換器を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ＰＺＴ系セラミック及びＫＮＮ系セラミックについて、温度と圧電特性との関係を示すグラフである。
【図２】圧電振動板の共振周波数ｆ_ＸＬ及びケース内の共鳴空間の共振周波数ｆ_ＸＳと振動量との関係を示すグラフである。
【図３】実施形態の圧電型電気音響変換器を示す斜視図である。
【図４】実施形態の圧電型電気音響変換器を軸中心に沿って破断した断面を示す断面図である。
【図５】実施形態の圧電型電気音響変換器の圧電振動板を示す底面図である。
【図６】実施形態の圧電型電気音響変換器の製造方法を示す説明図である。
【図７】実験例１の実験結果、即ち圧電振動板に印加する交流電圧の周波数と圧電振動板の振動量との関係を示すグラフである。
【図８】実験例１の他の実験結果、即ち温度と音圧との関係を示すグラフである。
【図９】実験例２の実験結果、即ち温度と音圧との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本開示が適用された圧電型電気音響変換器及びその製造方法の実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．実施形態］
［１−１．全体構成］
まず、実施形態の圧電型電気音響変換器の全体構成について、図３〜図５に基づいて説明する。
【００３４】
図３及び図４に示すように、本実施形態の圧電型電気音響変換器（以下単に電気音響変換器と記すこともある）１は、電気信号を音響に変換することができる、いわゆる圧電サウンダである。
【００３５】
この電気音響変換器１は、外観が所定厚みを有する略円盤形状の装置であり、ケース３と、ケース３に内蔵された圧電振動板５とを備えている。
ケース３は、図４の上下方向に伸びる軸中心Ｏを有し、後端側（図４の下方）が開放された略円盤形状の部材であり、例えばＰＡ（ポリアミド樹脂）からなるプラスチック製である。このケース３は、円筒形状の支持円環７と、支持円環７の先端側（図４の上方）の開口９を塞ぐように配置された円形の天板１１と、を備えており、支持円環７と天板１１とは一体に構成されている。
【００３６】
詳しくは、天板１１は、図４の上下方向から見た平面視が円形の板材であり、天板１１と支持円環７とは同軸に配置されている。なお、天板１１は、軸中心Ｏと垂直に配置されている。
【００３７】
また、天板１１の中央部には、天板１１を厚み方向（図４の上下方向）に貫通するように円形の放音孔１３が設けられている。つまり、放音孔１３は平面視が円形であり、軸中心Ｏと同軸に設けられている。
【００３８】
一方、圧電振動板５は、平面視が円形の板材であり、支持円環７の後端側の開口１５を塞ぐように配置されて、支持円環７の内周面７ａに接合されている。つまり、圧電振動板５は、支持円環７の内部にはめ込まれて、圧電振動板５の外縁５ａと支持円環７の内周面７ａとが密着するように配置されて、接着剤（図示せず）によって隙間なく接合されている。
【００３９】
そして、ケース３の内部において、天板１１と圧電振動板５との間に、円柱形状の内部の空間（即ちキャビティ）である共鳴空間（即ち共鳴室）２７が形成されている。なお、圧電振動板５は、軸中心Ｏと垂直に配置されているので、圧電振動板５と天板１１とは平行である。
【００４０】
前記圧電振動板５は、図５に示すように、平面視が円形の金属板（即ち導電性を有する振動板）１７と、平面視が円形の無鉛圧電セラミック製の板状の圧電体１９と、を備えている。なお、振動板１７の材料としては、例えば鉄ニッケル合金（例えば４２アロイ）や黄銅（Ｂｒａｓｓ）を採用できる。
【００４１】
圧電体１９の厚み方向の一方の表面（図４の上方の内側表面）には、例えばＡｇからなる薄膜の電極（内側電極）２０が形成され、また、圧電体１９の厚み方向の他方の表面（図４の下方の外側表面）には、例えばＡｇからなる薄膜の電極（外側電極）２１が形成されている。なお、両電極２０、２１を備えた圧電体１９を圧電素子２２と称する。
【００４２】
圧電体１９は、振動板１７より小径であり、両電極２０、２１は、圧電体１９より小径である。そして、圧電体１９及び両電極２０、２１は、振動板１７と同軸に配置されている。
【００４３】
なお、振動板１７は圧電体１９より大径であるので、振動板１７の外縁１７ａが圧電振動板５の外縁５ａであり、その外縁５ａ支持円環７の内周面７ａに接合されている。
また、振動板１７と圧電素子２２（詳しくは内側電極２０）とは、例えば導電性接着剤によって接合されており、振動板１７と圧電素子２２の外側電極２１とには、それぞれリード端子２３、２５が接続されている。
【００４４】
なお、図４において、ｄは共鳴空間２７の半径、ｈは共鳴空間２７の高さ（厚み）、ｔは天板１１の厚み、ａは放音孔１３の半径、ｋ１は振動板１７の厚み、ｋ２は圧電体１９の厚み、ｒは圧電体１９の半径ｒである。なお、各電極２０、２１の厚みは、例えば、圧電体１９の厚みの１／１０程度である。
【００４５】
特に本実施形態では、圧電体１９を構成する圧電セラミックとして、無鉛圧電セラミックの例えばＫＮＮ系セラミックが用いられている。この無鉛圧電セラミックは、ニオブ酸アルカリ系酸化物を主相とする無鉛圧電磁気組成物である。
【００４６】
この無鉛圧電セラミックとしては、例えば前記特許文献６に記載の無鉛圧電磁器組成物を採用できる。なお、後述する実験例で使用した無鉛圧電磁器組成物の結晶相転移温度は、約２０℃である。
【００４７】
［１ー２．電気音響変換器の製造方法］
次に、電気音響変換器１の製造方法について、図６に基づいて説明する。
（１）第１工程
まず、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの特性を有するように、圧電振動板５及びケース３を設計する。
【００４８】
例えば圧電振動板５の共振周波数（即ち第１周波数）ｆ_ＸＬは、有限要素法（ＦＥＭ）を用いた固有値（固有振動数）解析により求めることができる。
具体的には、圧電振動板５を構成する振動板１７及び圧電体１９について、形状、寸法、材質等のパラメータを規定することにより、圧電振動板５の共振周波数ｆ_ＸＬを求めることができる。
【００４９】
例えば、周知のコンピュータプログラム（即ち有限要素解析ソフト）を用い、振動板１７及び圧電体１９について、厚み、平面方向における寸法（例えば円形の場合には直径）、材質等のパラメータを規定して、シミュレーションによって、圧電振動板５の共振周波数ｆ_ＸＬを求めることができる。
【００５０】
ケース３内の共鳴空間２７の共振周波数（即ち第２周波数）ｆ_ＸＳは、下記式（１）を用いて算出することができる。
【００５１】
【数１】
2019216310.tif 000003
つまり、式（１）を用い、ケース３の形状、寸法等のパラメータを規定することにより、ケース３内の共鳴空間２７の共振周波数（即ち第２周波数）ｆ_ＸＳを求めることができる。
【００５２】
従って、例えば、従来より電気音響変換器１に使用される周知の形状（例えば前記図３〜図５に示す形状）のケース３を基本モデルとして採用し、即ち、あるケース３内の共鳴空間２７の共振周波数ｆ_ＸＳを一定とし、圧電振動板５の共振周波数ｆ_ＸＬを求める際のパラメータ（例えば振動板１７の厚み）を調整することにより、前記ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの条件を満たすようにすることができる。
【００５３】
なお、この際に、ケース３内の共鳴空間２７の共振周波数ｆ_ＸＳも変更してもよい。或いは、前記方法とは逆に、圧電振動板５の共振周波数ｆ_ＸＬを固定して、ケース３内の共鳴空間２７の共振周波数ｆ_ＸＳを変更してもよい。このケース３内の共鳴空間２７の共振周波数ｆ_ＸＳを変更するには、例えばケース３の放音孔１３の大きさを調整する方法がある。
【００５４】
このようにして、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの特性を有するように、圧電振動板５及びケース３を設計することができる。つまり、圧電振動板５及びケース３の形状や寸法や材料を規定することができる。
【００５５】
（２）第２工程
次に、上述のようにして設計した圧電振動板５及びケース３を実際に製造し、ケース３に圧電振動板５を接着剤によって固定する。
【００５６】
（３）第３工程
次に、ケース３に取り付けられた圧電振動板５を振動させて、レーザードップラー変位計（図示せず）を用いて、第１周波数ｆ_ＸＬ及び第１振動量ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳ及び第２振動量ＸＳとを求める。
【００５７】
具体的には、両リード線２１、２３間に、例えば１５００Ｈｚ〜２５００Ｈｚの交流電圧を順次印加して（例えば徐々に増加させるように印加して）、圧電振動板５を振動させる。そして、この圧電振動板５を振動させた状態で、レーザードップラー変位計から、レーザーを、放音孔１３を介して圧電振動板５に照射し、反射光を測定、解析する。これにより、第１周波数ｆ_ＸＬ及び第１振動量ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳ及び第２振動量ＸＳとを求めることができる。
【００５８】
（４）第４工程
次に、第１周波数ｆ_ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳとが、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの関係であり、且つ、第１振動量ＸＬと第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５の範囲か否かを判定する。
【００５９】
そして、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの大小関係を満たし、且つ、前記比ＸＳ／ＸＬが、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５の範囲内であれば、目的とする比ＸＳ／ＸＬの値が得られたことになる。
【００６０】
一方、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳでない場合、或いは、前記比ＸＳ／ＸＬが、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５の範囲内でない場合には、目的とする第１周波数ｆ_ＸＬ及び第２周波数ｆ_ＸＳ、或いは、比ＸＳ／ＸＬの値が得られていないことになる。
【００６１】
よって、この場合には、上述した、圧電振動板５の共振周波数ｆ_ＸＬとケース３内の共鳴空間２７の共振周波数ｆ_ＸＳとの設計をやり直し、即ち、第１周波数ｆ_ＸＬ及び／又は第２周波数ｆ_ＸＳを変更して、第１周波数ｆ_ＸＬ及び第２周波数ｆ_ＸＳが前記大小関係（即ち、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳ）を満たし、且つ、第１振動量ＸＬと第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが前記範囲（即ち、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５）に収まるように、第１工程から第４工程までの工程を繰り返す。
【００６２】
このように、圧電振動板５の共振周波数ｆ_ＸＬやケース３内の共鳴空間２７の共振周波数ｆ_ＸＳは、圧電振動板５の各パラメータを変更することや前記式（１）の各パラメータを変更することにより調整でき、それに応じて、第１周波数ｆ_ＸＬ及び第１振動量ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳ及び第２振動量ＸＳとを変更することができるので、第１周波数ｆ_ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳとの関係、及び、前記比ＸＳ／ＸＬを調整することができる。
【００６３】
例えば、圧電振動板５の共振周波数ｆ_ＸＬやケース３内の共鳴空間２７の共振周波数ｆ_ＸＳを求める際の各パラメータを徐々に変化させることにより、第１振動量ＸＬと第２振動量ＸＳとの変化の傾向が分かるので、前記比ＸＳ／ＸＬを目的とする値に調整することができる。
【００６４】
このようにして、目的とする特性（即ち優れた音圧特性）を有する電気音響変換器１を製造することができる。
［１−３．効果］
（１）本実施形態の電気音響変換器１では、圧電振動板５の圧電体１９として、無鉛圧電磁器組成物を用いるので、鉛を使用する必要がなく、そのため、鉛が環境に与える悪影響を抑制することができる。
【００６５】
（２）本実施形態では、第１周波数ｆ_ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳとが、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの関係を満たし、かつ、第１振動量ＸＬと第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５の関係を満たしている。
【００６６】
従って、後述する実験例からも明らかなように、低温（例えば−３０℃）から高温（例えば＋８５℃）まで温度が変化しても、平均して高い音圧を得ることができる。つまり、温度に関して優れた音圧特性を有する。
【００６７】
（３）本実施形態では、無鉛圧電磁器組成物は、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物を主相とする組成物である。
このように、無鉛圧電磁器組成物として、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物を主相とする組成物を用いることにより、電気音響変換器１は、温度に関して優れた音圧特性を有する。
【００６８】
（４）本実施形態では、無鉛圧電磁器組成物の結晶相転移温度は、−３０℃〜＋８５℃の範囲内である。
電気音響変換器１の動作温度範囲内に無鉛圧電磁器組成物の結晶相転移温度が存在する場合、従来のように電気音響変換器１を設計すると、温度に関して優れた音圧特性が得られないことがある。
【００６９】
しかし、上述のように、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳ、かつ、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５とすることにより、優れた音圧特性が得られるので、鉛を含まない無電圧電磁器組成物を圧電体１９の材料として採用することができる。
【００７０】
（５）本実施形態の電気音響変換器１の製造方法では、第１工程にて、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの特性を有するように、圧電振動板５及びケース３を設計する。第２工程にて、圧電振動板５をケース３に取り付ける。第３工程にて、ケース３に取り付けられた圧電振動板５を振動させて、第１周波数ｆ_ＸＬ及び第１振動量ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳ及び第２振動量ＸＳとを求める。第４工程にて、第１周波数ｆ_ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳとが、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの大小関係を満たし、且つ、第１振動量ＸＬと第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５の範囲か否かを判定する。
【００７１】
そして、第１周波数ｆ_ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳとが、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの関係ではない、或いは、第１振動量ＸＬと第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが前記範囲内（即ち１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５）でない場合には、第１周波数ｆ_ＸＬ及び／又は第２周波数ｆ_ＸＳを変更して、第１周波数ｆ_ＸＬと第２周波数ｆ_ＸＳとがｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳの大小関係を満たし、且つ、第１振動量ＸＬと第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬが前記範囲内に収まるように、第１工程から第４工程までの工程を繰り返す。
【００７２】
このようにして、目的とする特性（即ち優れた音圧特性）を有する電気音響変換器１を製造することができる。
［１−４．文言の対応関係］
第１実施形態の、圧電型電気音響変換器１、ケース３、圧電振動板５、放音孔１３、圧電体１９、共鳴空間２７は、それぞれ、本開示の、圧電型電気音響変換器、ケース、圧電振動板、放音孔、圧電体、共鳴空間の一例に相当する。
【００７３】
［２．実験例］
次に、本開示の実験例について説明する。
＜実験例１＞
本実験例１では、上述した実施形態の製造方法で、下記表１に示すように、電気音響変換器の各種の試料（No.１〜７）を作製した。
【００７４】
なお、試料のうち、No.１〜５が本開示の範囲内の実施例の試料、即ち、圧電体の材料としてＫＮＮ系セラミックを用いるとともに、ｆ_ＸＬ＜ｆ_ＸＳ、かつ、１．０＞ＸＳ／ＸＬ＞０．５の特性の条件を満たす試料である。一方、No.６、７は、本開示の範囲外の比較例の試料、即ちＫＮＮ系セラミックを用いるが、前記特性の条件を満たさない試料である。
【００７５】
本実験例１では、各試料に対して、圧電振動板に異なる周波数の交流電圧を印加し、その際に発生する圧電振動板の振動量を測定した。
そして、振動量のうち、振動量が最大となる第１振動量ＸＬ、即ち圧電振動板の共振周波数ｆ_ＸＬに対応した振動量（即ち振動量が最大の振動ピーク大）と、振動量が２番目に大きな第２振動量ＸＳ、即ちケース内の共鳴空間の共振周波数ｆ_ＸＳに対応した振動量(即ち振動量の大きさが２番目の振動ピーク小）とを求めた。
【００７６】
また、第１振動量ＸＬと第２振動量ＸＳとの比ＸＳ／ＸＬを求めた。さらに、圧電振動板の共振周波数ｆ_ＸＬとケース内の共鳴空間の共振周波数ｆ_ＸＳとの比ｆ_ＸＬ／ｆ_ＸＳも求めた。
【００７７】
その結果を、図７及び表１に示す。なお、図７（図２も同様）の横軸は印加する交流電圧の周波数を示し、縦軸は圧電振動板の振動量を示している。なお、振動量の単位の［μｍｐ−ｐ］とは、振動のピーク間距離を意味している。
【００７８】
また、各試料を下記表１の温度に設定するとともに、各試料の圧電振動板に対して２ｋＨｚの交流電圧を印加し、その際に、電気音響変換器から出力される音響の音圧を、騒音計によって測定した。その音圧を図８及び下記表１に示す。
【００７９】
さらに、各温度における音圧の平均を求め、８５℃における音圧から−３０℃における音圧を引いた音圧の差を求めた。この音圧の平均と音圧の差とを、下記表１に示す。
【００８０】
【表１】
2019216310.tif 000004
この表１から明らかなように、実施例のNo.１〜５の試料では、温度が低温（−３０℃）から高温（＋８５℃）に変化した場合でも、音圧が全体的に大きい（従って音圧の平均が大きい）ので好適である。
【００８１】
それに対して、比較例のNo.６、７の試料では、温度が低温から高温に変化した場合には、音圧の平均が小さく、しかも、高温において音圧が急減するので（図８の＋８５℃参照）、好ましくない。
【００８２】
＜実験例２＞
本実験例２では、上述した実施形態の製造方法で、下記表２に示すように、電気音響変換器の各種の試料（No.８〜１５）を作製した。
【００８３】
なお、全ての試料は、本開示の範囲外の比較例の試料、即ち、圧電体の材料としてＫＮＮ系セラミックを用いるが、本開示とは異なり、ｆ_ＸＬ＞ｆ_ＸＳの特性を有する試料である。なお、各試料のうち、No.１４、１５の試料は、圧電体の材料としてＰＺＴ系セラミックを用いた従来例である、
そして、各試料に対して、前記実験例１と同様にして実験を行い、実験結果を得た。その結果を、図９及び下記表２に記す。
【００８４】
【表２】
2019216310.tif 000005
この表２から明らかなように、比較例のNo.８〜１３の試料では、温度が低温（−３０℃）から高温（＋８５℃）に変化した場合には、音圧の平均が小さいので、好ましくない。特に、温度が低温になるにつれて、音圧が急激に低下するので（図９の−３０℃参照）、好ましくない。
【００８５】
なお、比較例のNo.１４、１５の試料の音圧の平均は大きいが、圧電体の材料として鉛を使用するので、好ましくない。
［３．その他の実施形態］
尚、本開示は、前記実施形態等に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００８６】
（１）無鉛圧電磁器組成物としては、前記特許文献４〜６に記載の各種の無鉛圧電セラミックを採用できるが、それ以外にも、前記図１に示す特性（例えばＫＮＮ系セラミックと同様な特性）を有する各種の無鉛圧電セラミックを採用できる。
【００８７】
（２）なお、上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【００８８】
１…圧電型電気音響変換器
３…ケース
５…圧電振動板
１３…放音孔
１９…圧電体
２７…共鳴空間
【図１】
2019216310.tif 000006
【図２】
2019216310.tif 000007
【図３】
2019216310.tif 000008
【図４】
2019216310.tif 000009
【図５】
2019216310.tif 000010
【図６】
2019216310.tif 000011
【図７】
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【図８】
2019216310.tif 000013
【図９】
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