(57)【要約】【課題】小型化を図りつつ、音圧レベルの向上を図ることができる発振装置を提供する。【解決手段】発振装置１００は、圧電振動子１０と、一面において圧電振動子１０を拘束し、かつ部分的に圧電材料２４を含む振動部材２０と、振動部材２０の縁を支持する支持部材３０と、を備えている。一面において圧電振動子を拘束する振動部材が部分的に圧電材料を含んでいるため、小型化を図りつつ、音圧レベルの向上を図ることができる発振装置を提供することができる。【選択図】図１
2012217040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、
一面において前記圧電振動子を拘束し、かつ部分的に圧電材料を含む振動部材と、
前記振動部材の縁を支持する支持部材と、
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、
前記振動部材は、樹脂材料を含む発振装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発振装置において、
前記樹脂材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、またはウレタンである発振装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の発振装置において、
前記振動部材は、母材である前記樹脂部材中に、前記圧電材料をマトリクス状に配列することにより形成されている発振装置。
【請求項５】
請求項２ないし４いずれか１項に記載の発振装置において、
前記樹脂材料に対する前記圧電材料の重量比は、１／１００以上１／３以下である発振装置。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか１項に記載の発振装置において、
前記圧電材料のうち少なくとも一部は、平面視で前記圧電振動子と重なるように位置する発振装置。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか１項に記載の発振装置において、
前記振動部材の縁に設けられた弾性部材を備え、
前記支持部材は、前記弾性部材を介して前記振動部材を支持している発振装置。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか１項に記載の発振装置を搭載した、携帯端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子を有する発振装置、および携帯端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末装置等の小型化に伴い、これに搭載される電気音響変換器についても小型化が求められている。電気音響変換器の小型化に関する技術としては、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載の技術は、携帯機器の画面上に重ねて設けられるスピーカ用の振動板と、これを保持する保持部とを、連繋部によって連繋するというものである。
【０００３】
また、電気音響変換器としては、圧電振動子を用いた圧電型電気音響変換器がある。圧電型電気音響変換器は、圧電振動子の伸縮運動を利用して振動振幅を発生させるものである。このため、磁石やボイスコイル等から構成される動電型電気音響変換器と比べて薄型化に有利となる。圧電型電気音響変換器に関する技術としては、例えば特許文献２〜５に記載のものがある。
【０００４】
特許文献２に記載の技術は、圧電素子を当接した薄膜状の振動膜を、基台によって保持するというものである。特許文献３に記載の技術は、超音波溶着により溶着されるケースに収納される圧電振動板の平面形状を略矩形とするというものである。特許文献４および５に記載の技術は、配列された複数の圧電素子間に樹脂材料を充填してなる圧電体シートを有する圧電スピーカの製造方法に関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１９８３３号公報
【特許文献２】特開２００４−２８２２２１号公報
【特許文献３】特開平１０−２００９９４号公報
【特許文献４】特開２００３−３４８６９２号公報
【特許文献５】特開２０００−３２４５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子機器の小型化に伴い、これに搭載される発振装置についても小型化されることが望ましい。一方で、発振装置を小型化した場合には、その音圧レベルを向上させることは困難となる。このため、小型化を図りつつ、音圧レベルの向上を図ることができる発振装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、圧電振動子と、
一面において前記圧電振動子を拘束し、かつ部分的に圧電材料を含む振動部材と、
前記振動部材の縁を支持する支持部材と、
を備える発振装置が提供される。
【０００８】
本発明によれば、上述した発振装置を搭載した、携帯端末装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、小型化を図りつつ、音圧レベルの向上を図ることができる発振装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る発振装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す振動部材を示す斜視図である。
【図３】図１に示す発振装置の変形例を示す断面図である。
【図４】圧電材料と樹脂材料との重量比に対する、電気機械結合係数および機械品質係数の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る発振装置１００を示す断面図である。本実施形態に係る発振装置１００は、圧電振動子１０と、振動部材２０と、支持部材３０と、を備えている。発振装置１００は、例えば携帯電話機等の携帯端末装置に搭載される。
【００１３】
振動部材２０は、一面において圧電振動子１０を拘束している。また、振動部材２０は、部分的に圧電材料２４を含む。支持部材３０は、振動部材２０の縁を支持している。以下、発振装置１００の構成について、詳細に説明する。
【００１４】
圧電振動子１０は、圧電効果を有する圧電材料により構成され、例えば電気機械変換効率が高い材料としてジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）またはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等により構成される。また、圧電振動子１０の厚みは、１０μｍ〜１ｍｍであることが好ましい。厚みが１０μｍ未満である場合、圧電振動子１０は脆性材料により構成されるため、取り扱い時において破損等が生じやすい。一方、厚みが１ｍｍを超える場合、圧電振動子１０の電界強度が低減する。このため、エネルギー変換効率の低下を招く。
圧電振動子１０は、その厚さ方向（図１中上下方向）に分極している。圧電振動子１０は、振動部材２０の一面と水平な面方向において、例えば円形または楕円形を有する。
【００１５】
図２は、図１に示す振動部材２０を示す斜視図であり、振動部材２０の一部を示している。図１および図２に示すように、振動部材２０は、樹脂材料２２を含んでおり、母材である樹脂材料２２中に圧電材料２４を、振動部材２０の一面と水平な面方向にマトリクス状に配列することにより形成されている。この場合において、マトリクス状に配列された各圧電材料２４は、振動部材２０を上面から下面へ貫くように設けられる。また、圧電材料２４のうち少なくとも一部は、平面視で圧電振動子１０と重なるように設けられる。
圧電材料２４は、例えば樹脂材料２２中において、ｘ方向、およびｘ方向に直角なｙ方向のいずれにおいても４〜８列程度の配列をなしている。このとき、樹脂材料２２中において、複数の圧電材料２４が互いに分離して配置されることとなる。なお、複数の圧電材料２４のうち隣接する圧電材料２４間の間隔は、例えば５ｍｍ以下である。
樹脂材料２２としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、またはウレタン等が用いられる。また、圧電材料２４としては、圧電振動子１０と同様、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）またはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等が用いられる。
【００１６】
振動部材２０が、内部損失の高い樹脂材料２２を含んでいることにより、発振装置１００の機械品質係数の低減を図ることができる。これにより、音圧レベルの周波数特性を平坦化することができる。また、振動部材２０が樹脂材料２２を含んでいることにより、発振装置１００の機械的強度を向上させることができる。
さらに、振動部材２０において、圧電材料２４が、母材である樹脂材料２２中にマトリクス状に形成されている。これにより、圧電材料２４が有する高い剛性に起因して振動部材２０の振動振幅が低減されてしまうことを抑制することができる。従って、十分な音圧レベルを確保することが可能となる。
【００１７】
図４は、圧電材料と樹脂材料との重量比に対する、電気機械結合係数および機械品質係数の変化を示すグラフである。樹脂材料２２に対する圧電材料２４の重量比は、１／１００以上１／３以下であることが好ましい。樹脂材料２２に対する圧電材料２４の重量比が１／１００以上１／３以下である場合、図４に示す最適領域に該当する。すなわち、樹脂材料２２に対する圧電材料２４の重量比が１／１００以上である場合、十分な電気機械結合係数を得ることができる。このため、発振装置１００の音圧レベルを十分に確保することが可能となる。また、樹脂材料２２に対する圧電材料２４の重量比が１／３以下である場合、機械品質係数の低減を図ることができる。このため、音響特性の平坦化を十分に図ることが可能となる。
【００１８】
図１に示すように、発振装置１００は、電極７２、電極７６および電極７８を有している。電極７２は、圧電振動子１０の上面に設けられている。電極７６は、振動部材２０の上面に一体として形成されており、圧電振動子１０と振動部材２０によって挟まれている。電極７８は、振動部材２０の下面に一体として形成されている。
すなわち、圧電振動子１０は、電極７２と電極７６によって挟まれている。また、樹脂材料２２および樹脂材料２２中にマトリクス状に配列された圧電材料２４により構成される振動部材２０は、電極７６と電極７８によって挟まれている。
なお、ここでの上下方向は、図１中の上下方向と対応している。
【００１９】
電極７２、電極７６および電極７８は、電気伝導性を有する材料によって構成され、例えば銀または銀／パラジウム合金等によって構成される。銀は、低抵抗な汎用材料であり、製造コストや製造プロセスの観点から優位である。また、銀／パラジウム合金は、耐酸化性に優れた低抵抗材料であり、信頼性に優れる。電極７２、電極７６および電極７８の厚みは、１〜５０μｍであることが好ましい。厚みが１μｍ未満の場合、均一に成形することが難しくなる。一方、５０μｍを超える場合、電極７２、電極７６または電極７８が圧電振動子１０または振動部材２０に対して拘束面となり、エネルギー変換効率の低下を招く。
【００２０】
図１に示すように、発振装置１００は、弾性部材２６を備えている。弾性部材２６は、振動部材２０の縁に設けられている。また、弾性部材２６は、例えば振動部材２０の全周に設けられる。弾性部材２６は、例えばウレタン、ＰＥＴ、又はポリエチレン等の樹脂材料等によって構成される。支持部材３０は、弾性部材２６を介して振動部材２０を支持している。これにより、振動部材２０の端部が自由端となるため、振動部材２０の振動振幅を増大させることができる。
【００２１】
図１に示すように、発振装置１００は、制御部９０と、信号生成部９２と、を備えている。信号生成部９２は、電極７２、電極７６および電極７８と接続し、圧電振動子１０および振動部材２０に入力する電気信号を生成する。制御部９０は、信号生成部９２に接続し、信号生成部９２による信号の生成を制御する。外部から入力された情報に基づいて制御部９０が信号生成部９２の信号の生成を制御することにより、発振装置１００の出力を制御することができる。
【００２２】
発振装置１００をパラメトリックスピーカとして使用する場合、制御部９０は信号生成部９２を介して、圧電振動子１０に対しパラメトリックスピーカとしての変調信号を入力する。この場合、圧電振動子１０は、２０ｋＨｚ以上、例えば１００ｋＨｚの音波を信号の輸送波として用いる。
また、発振装置１００を通常のスピーカとして使用する場合には、制御部９０は信号生成部９２を介して、音声信号をそのまま圧電振動子１０へ入力してもよい。
また、発振装置１００を音波センサとして使用する場合、制御部９０に入力される信号は、音波を発振する旨の指令信号である。そして、発振装置１００を音波センサとして使用する場合、信号生成部９２は圧電振動子１０に圧電振動子１０の共振周波数の音波を発生させる。
【００２３】
また、制御部９０は、信号生成部９２を介して圧電振動子１０に信号を入力する際、信号生成部９２を介して振動部材２０に信号を入力することができる。この場合において、振動部材２０へ入力する信号は、例えば振動部材２０の振動振幅が増大する方向へ圧電材料２４を伸縮させるための信号である。すなわち、振動部材２０に対し、圧電振動子１０の伸縮振動と同位相の伸縮振動をさせる信号を入力する。このように、圧電振動子１０と同時に振動部材２０を駆動することにより、振動部材２０の振動振幅を増大させることができる。従って、発振装置１００の音圧レベルの向上を図ることができる。
【００２４】
また、制御部９０は、信号生成部９２を介して圧電振動子１０に信号を入力する際、信号生成部９２を介して振動部材２０に信号を入力しなくともよい。この場合、振動部材２０はシム材として機能することとなる。このように、振動部材２０への信号の入力は、発生させる周波数や消費電力等に合わせて、任意の条件に調整することができる。
【００２５】
図３は、図１に示す発振装置１００の変形例を示す断面図である。図３に示すように、発振装置１０２は、上下面に電極７２および電極７４を備えた圧電振動子１０と、上下面に電極７６および電極７８を備えた振動部材２０とが、絶縁膜８０によって互いに絶縁されるように構成されていてもよい。
この場合、信号生成部９２は、電極７２および電極７４と接続し、圧電振動子１０に入力する電気信号を生成する。また、信号生成部９２は、電極７６および電極７８と接続し、振動部材２０に入力する電気信号を生成する。
【００２６】
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態における発振装置１００において、一面において圧電振動子１０を拘束する振動部材２０は、部分的に圧電材料２４を含む。このため、圧電振動子１０による駆動力と、振動部材２０による駆動力を利用して、音波を出力することができる。従って、発振装置１００の出力の増大を図ることができる。
また、圧電材料２４は、発振装置１００の振動膜として機能する振動部材２０に含まれている。このため、発振装置１００の厚みを増加させずに、上述の効果を得ることができる。
このように、本実施形態によれば、小型化を図りつつ、音圧レベルの向上を図ることができる発振装置を提供することができる。
【００２７】
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】
【００２８】
１０  圧電振動子
２０  振動部材
２２  樹脂材料
２４  圧電材料
２６  弾性部材
３０  支持部材
７２、７４、７６、７８  電極
８０  絶縁膜
９０  制御部
９２  信号生成部
１００  発振装置
１０２  発振装置
【図１】
2012217040.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012217040.tif 000005
【図４】
2012217040.tif 000006