(57)【要約】【課題】圧電素子を利用した発振装置において、出力を大きくする。【解決手段】この発振装置は、多面体、及び圧電素子（２０，２２，２４）を有している。多面体は、少なくとも２面が振動板（１０，１２，１４）になっている。そして圧電素子は、各振動板に設けられている。このようにすると、発振板の面積が大きくなるため、発振装置の出力を大きくすることができる。多面体としては、例えば直方体を用いることができる。この場合、同一の頂点を構成する３面に、振動板１０，１２，１４を設けることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの面が振動板からなる多面体と、
前記振動板それぞれに設けられた圧電素子と、
を備える発振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発振装置において、
前記振動板は、平面形状が互いに異なる発振装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発振装置において、
前記多面体は直方体であり、
少なくとも同一の頂点を構成する３面が、前記振動板である発振装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の発振装置において、
第１の前記振動板の基本共振周波数は可聴域にあり、
第２の前記振動板の基本共振周波数は超音波領域にある発振装置。
【請求項５】
第１振動板と、
前記第１振動板上に設けられた第１圧電素子と、
筒状であり、一方の開放端が前記第１振動板によって塞がれている第２振動板と、
前記第２振動板の他方の開放端を塞いでいる閉塞部材と、
を備える発振装置。
【請求項６】
請求項５に記載の発振装置において、
前記第１振動板は、前記第１圧電素子が設けられている面を前記第２振動板の内側に向けている発振装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の発振装置において、
前記閉塞部材は、
第３振動板と、
前記第３振動板上に設けられた第２圧電素子と、
を備える発振装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の発振装置と、
前記発振装置を内側に含む筐体と、
を有する電子機器。
【請求項９】
請求項８に記載の電子機器において、
前記発振装置は、請求項５〜７のいずれか一項に記載の構造を有しており、
前記筐体は音孔を備え、
前記音孔は、前記第２振動板と対向している電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を利用した発振装置は、例えばパラメトリックスピーカや、超音波センサの発振源として使用されている。この発振装置は、磁石を用いて振動板を振動させる動電型のスピーカと比較して、小型化しやすい、という利点がある。
【０００３】
特許文献１には、入れ子式に複数のエンクロージャーを組み合わせ、各エンクロージャーに圧電振動体及び音響振動板を設けることが記載されている。特許文献１では、エンクロージャー相互間で、音響振動板の寸法が互いに異なっている。
【０００４】
なお、特許文献２には、筒状の共鳴壁の両端を、電磁駆動式のスピーカユニットで塞いだスピーカシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２８７２８号公報
【特許文献２】特開２００８−１７８１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発振装置の出力は、振動部材の体積排除量によって定まる。圧電素子を利用した発振装置は、振動部材の縁は指示枠に固定されているため、振動状態は屈曲型になる。このため、振動部材の体積排除量が電子駆動式のスピーカユニットと比較して小さくなってしまう。すなわち、圧電素子を利用した発振装置は、出力を大きくしにくい、という欠点があった。
【０００７】
本発明の目的は、圧電素子を利用した発振装置において、出力を大きくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、少なくとも２つの面が振動板からなる多面体と、
前記振動板それぞれに設けられた圧電素子と、
を備える発振装置が提供される。
【０００９】
本発明によれば、第１振動板と、
前記第１振動板上に設けられた第１圧電素子と、
筒状であり、一方の開放端が前記第１振動板によって塞がれている第２振動板と、
前記第２振動板の他方の開放端を塞いでいる閉塞部材と、
を備える発振装置が提供される。
【００１０】
本発明によれば、上記した発振装置と、
前記発振装置を内側に含む筐体と、
を有する電子機器が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧電素子を利用した発振装置において、出力を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る発振装置の構成を示す斜視図である。
【図２】発振装置が有する振動要素の構成を示す断面図である。
【図３】図１及び図２に示した発振装置を電子機器に取り付けた状態を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す断面図である。
【図５】図４に示した発振装置の斜視図である。
【図６】図４の変形例を示す図である。
【図７】図４の変形例を示す図である。
【図８】図４〜図６に示した発振装置を電子機器に取り付けた状態を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発振装置の構成を示す斜視図である。この発振装置は、多面体、及び圧電素子（２０，２２，２４）を有している。多面体は、少なくとも２面が振動板（１０，１２，１４）になっている。そして圧電素子は、各振動板に設けられている。本実施形態では、発振板の面積が大きくなるため、発振装置の出力を大きくすることができる。以下、詳細に説明する。
【００１５】
本実施形態において、多面体は支持枠４０によって各辺が形成されている。そして各面を塞ぐように、振動板１０，１２，１４が設けられている。本実施形態において、多面体は直方体である。そして同一の頂点を構成する３面に、振動板１０，１２，１４が設けられている。なお、残りの３面にも振動板１０，１２，１４が設けられていても良い。
【００１６】
振動板１０，１２，１４はシート状であり、圧電素子２０，２２，２４から発生した振動によって振動する。振動板１０，１２，１４の平面形状は、互いに同一であっても良いし、異なっていても良い。また振動板１０，１２，１４は、圧電素子２０，２２，２４の基本共振周波数を調整する。機械振動子の基本共振周波数は、負荷重量と、コンプライアンスに依存する。コンプライアンスは振動子の機械剛性であるため、振動板１０の剛性を制御することで、圧電素子２０，２２，２４の基本共振周波数を制御できる。なお、振動板１０の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、振動板１０，１２，１４は、剛性を示す指標である縦弾性係数が１Ｇｐａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。振動板１０，１２，１４の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう可能性が出てくる。なお、振動板１０，１２，１４を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である圧電素子２０，２２，２４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が好ましい。
【００１７】
振動板１０，１２，１４上には、それぞれ圧電素子２０，２２，２４が設けられている。圧電素子２０，２２，２４は、ＰＺＴなどの圧電セラミックスにより形成されている。ただし、圧電素子２０，２２，２４は、圧電特性を示す高分子材料、例えばポリフッ化ビニリデンにより形成されていてもよい。いずれの場合においても、圧電素子２０の平面形状は、振動板１０の平面形状よりも小さい。圧電素子２０，２２，２４の平面形状は、互いに同一であっても良いし、互いに異なっていても良い。
【００１８】
本実施形態では、支持枠４０は、シート状の支持材３０，３２，３４によって各面が塞がれている。支持材３０，３２，３４は、例えばポリエチレンテレフタラート、ポリエチレン、又はウレタンなどの樹脂であり、平面形状は互いに異なる。そして支持材３０，３２，３４上に、振動板１０，１２，１４が設けられている。すなわち本実施形態では、圧電素子２０、振動板１０、及び支持材３０が第１の振動要素として機能し、圧電素子２２、振動板１２、及び支持材３２が第２の振動要素として機能し、圧電素子２４、振動板１４、及び支持材３４が第３の振動要素として機能する。そして第１の振動要素、第２の振動要素、及び第３の振動要素は、いずれも基本共振周波数が互いに異なっている。そして、いずれかの振動要素の基本共振周波数は可聴域にあり、他の振動要素の基本共振周波数は超音波領域にある。
【００１９】
なお、図１に示す例では、支持枠４０の開口部は、いずれも直方体である。ただし、支持枠４０の開口部は、円形であっても良い。
【００２０】
図２は、発振装置が有する振動要素の構成を示す断面図である。上記したように、支持枠４０に支持材３０（３２，３４）が固定されており、支持材３０（３２，３４）上に振動板１０（１２，１４）及び圧電素子２０（２２，２４）が固定されている。そして圧電素子２０（２２，２４）には、制御部５０から駆動信号が入力される。
【００２１】
制御部５０は、圧電素子２０，２２，２４それぞれに駆動信号を同時に入力する。例えば制御部５０は、発振装置を通常のスピーカとして使用する場合、外部から入力された音声データを増幅することにより駆動信号を生成する。また制御部５０は、発振装置をパラメトリックスピーカとして使用する場合、外部から入力された音声データを変調してパラメトリックスピーカ用の変調データを生成し、このデータを増幅して駆動信号を生成する。
【００２２】
図３は、図１及び図２に示した発振装置を電子機器に取り付けた状態を示す図である。この図に示す例において、発振装置は、電子機器の筐体７０の内側に配置される。筐体７０には、音孔７２が設けられている。そして支持枠４０は、平面視で音孔７２を内側に含んでいる。このため、各振動要素が発振した音波Ａは、音孔７２を介して筐体７０の外部に放射される。
【００２３】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、発振装置は多面体形状を有しており、少なくとも２面に振動板及び圧電素子が設けられている。一般的な発振装置は、振動板及び圧電素子は一面のみに設けられている。このため、発振板の面積が大きくなり、発振装置の出力を大きくすることができる。
【００２４】
また本実施形態では、振動板１０，１２，１４は、支持材３０，３２，３４を介して支持枠４０に取り付けられている。支持材３０，３２，３４の剛性は振動板１０，１２，１４の剛性よりも低いため、振動板１０，１２，１４を直接支持枠４０に取り付けた場合と比較して、振動板１０，１２，１４の振幅を大きくすることができる。従って、発振装置の出力をさらに大きくすることができる。
【００２５】
また、本実施形態では、支持材３０，３２，３４が、振動板１０，１２，１４とともに振動板として機能するが、支持材３０，３２，３４の平面形状は互いに異なる。このため、これらの基本共振周波数を互いに異ならせることができる。
【００２６】
圧電体は機械品質係数Ｑが高いため、圧電素子を発振源として利用した場合、基本共振周波数の近傍では高い音圧を確保できるが、それ以外の周波数領域では音圧が低くなってしまう。しかし本実施形態のように、支持材３０，３２，３４の基本共振周波数を互いに異ならせると、発振装置全体としてみた場合、音圧の周波数依存性を低下させることができる。
【００２７】
また、第１の振動要素（圧電素子２０、振動板１０、及び支持材３０）、第２の振動要素（圧電素子２２、振動板１２、及び支持材３２）、及び第３の振動要素（圧電素子２４、振動板１４、及び支持材３４）のうち、基本共振周波数が超音波領域にある振動要素を、パラメトリックスピーカとして使用することができる。この場合、基本共振周波数が可聴音域にある振動要素を、パラメトリックスピーカと同時に通常のスピーカとして使用しても良い。この場合、制御部５０は、パラメトリックスピーカと通常のスピーカに、同じ音声再生させても良いし、互いに異なる音声を再生させても良い。
【００２８】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す断面図であり、図５は、図４に示した発振装置の斜視図である。この発振装置は、振動板（第１振動板）１０、圧電素子２０、第２振動板９０、及び閉塞部材６０を備えている。第２振動板９０は筒状であり、一方の開放端が、振動板１０によって塞がれている。本実施形態では、振動板１０は、圧電素子２０が設けられている面を第２振動板９０の内側に向けている。また第２振動板９０の他方の開放端は、閉塞部材６０によって塞がれている。閉塞部材６０は、振動板１０が発生する音波によって振動しても良いし、振動しなくてもよい。
【００２９】
第２振動板９０の材料及び厚さは、例えば、第１の実施形態に示した振動板１０の材料及び厚さと同様である。ただし第２振動板９０の材料は、振動板１０よりも内部損失の大きい材料、例えば樹脂材料により形成されても良い。第２振動板９０の断面形状は、円形である。なお、図６に示すように、第２振動板９０の断面形状は多角形、例えば正方形などの矩形であっても良い。
【００３０】
図７は、図４の変形例を示す図である。本図に示す例では、閉塞部材６０の代わりに第２の振動板１０（第３振動板）が用いられている。この振動板１０にも、圧電素子２０（第２圧電素子）が取り付けられている。第２の振動板１０も、圧電素子２０が設けられている面を第２振動板９０の内側に向けている。すなわち２組の振動板１０及び圧電素子２０は、第２振動板９０を介して連結している。本図に示す例において、制御部５０は、２つの圧電素子２０に駆動信号を入力する。この２つの圧電素子２０に入力される駆動信号は、例えば同位相である。
【００３１】
図８は、図４〜図７に示した発振装置を電子機器に取り付けた状態を示す図である。この図に示す例において、発振装置は図７に示した構成を有している。発振装置は、固定部材８０を用いて電子機器の筐体７０の内壁に固定されている。詳細には、振動板１０の縁、すなわち振動板１０のうち第２振動板９０に固定されている部分には、固定部材８０の一部が固定されている。固定部材８０の他の部分は、筐体７０の内壁に固定されている。
【００３２】
筐体７０には音孔７２が設けられている。発振装置は、第２振動板９０が音孔７２と対向するように、筐体７０の内壁に固定されている。本図に示す例では、筐体７０のうち少なくとも互いに対向する２面に、音孔７２が設けられている。そしていずれの音孔７２も、第２振動板９０に対向している。
【００３３】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。制御部５０から圧電素子２０に駆動信号が入力すると、振動板１０が振動する。振動板１０の振動は、直接第２振動板９０に伝播し、第２振動板９０を振動させる。また振動板１０が振動すると、音波を発生する。振動板１０が放出した音波は、第２振動板９０、振動板１０、及び閉塞部材６０で形成された閉空間内に伝播する。すると、第２振動板９０も振動する。第２振動板９０が振動すると、第２振動板９０から外部に音波が放出される。すなわち本実施形態は、発振板の面積が大きくなるため、発振装置の出力を大きくすることができる。
【００３４】
また、第２振動板９０を樹脂材料で形成した場合、樹脂材料は一般的に内部損失が高いため、第２振動板９０の音圧の周波数依存性を低下させることができる。すなわち、発振装置の効率の周波数依存性を低下させることができる。また第２振動板９０を樹脂材料により形成すると、発振装置の耐衝撃性が向上する、という効果も得られる。
【００３５】
また、振動板１０は、圧電素子２０が設けられている面を第２振動板９０の内側に向けている。このため、発振装置に力が加わった場合、圧電素子２０が破損することを抑制できる。
【００３６】
また、図７に示すように第２振動板９０の両端に振動板１０及び圧電素子２０を設けた場合、第２振動板９０は、両端から振動板１０によって押されることになる。この場合、第２振動板９０の屈曲は大きくなり、その結果、第２振動板９０から発振される音波の出力を大きくすることができる。
【００３７】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 振動板
１２ 振動板
１４ 振動板
２０ 圧電素子
２２ 圧電素子
２４ 圧電素子
３０ 支持材
３２ 支持材
３４ 支持材
４０ 支持枠
５０ 制御部
６０ 閉塞部材
７０ 筐体
７２ 音孔
８０ 固定部材
９０ 第２振動板
【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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【図８】
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