(57)【要約】【課題】信頼性を保持しつつ、広い周波数帯域において平坦な音圧レベルを実現す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を拘束する振動部材２０と、振動部材２０の縁を保持する支持部材３０と、振動部材２０の一面を覆い、かつ多孔質材料により構成される放射膜４０と、を備えている。多孔質材料は、カーボンファイバー、黒鉛粉末、またはアルミナ粉末である。【選択図】図１
2012217036.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する振動部材と、
前記振動部材の縁を保持する支持部材と、
前記振動部材の前記一面を覆い、かつ多孔質材料により構成される放射膜と、
を備え、
前記多孔質材料は、カーボンファイバー、黒鉛粉末、またはアルミナ粉末である発振装置。
【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３】
請求項１ないし３いずれか１項に記載の発振装置を搭載した、電子機器。
【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、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に搭載する電気音響変換器として、圧電型電気音響変換器がある。圧電型電気音響変換器は、圧電振動子に電界を印加することにより発生する伸縮運動を利用して、振動振幅を発生させるものである。圧電型電気音響変換器は、振動振幅を発生させるために多数の部材を必要とせず、薄型化に有利である。
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１に記載のものがある。
【０００３】
他にも圧電素子に関する技術としては、例えば特許文献２〜５に記載されるように、圧電素子を有する超音波送受波器に関するものがある。特許文献２に記載の技術は、セラミック多孔体からなる音響整合体に、接合手段の浸透を制御する抑制層を形成するというものである。特許文献３に記載の技術は、乾燥ゲルからなる音響整合部材を内部に保持する整合部材ケースを設けるというものである。特許文献４に記載の技術は、圧電体の超音波放射面側に多孔質物質で構成された整合層を形成するというものである。特許文献５に記載の技術は、圧電部材上に、金属部材および音響整合部材を順に形成するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６２−７２０００号公報
【特許文献２】特開２００９−８８８２７号公報
【特許文献３】特開２００９−５３８３号公報
【特許文献４】特開平６−３２７０９８号公報
【特許文献５】特開２００７−２９５５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電振動子を備える発振装置は、圧電振動子の高い剛性に起因して、高い機械品質係数を有する。このため、圧電振動子を備える発振装置は、共振周波数近傍においては音圧レベルが高く、他の周波数帯域においては音圧レベルが低くなるという、音響特性の山谷を有する。従って、圧電振動子を備える発振装置においては、広い周波数帯域において平坦な音圧レベルを実現することが求められている。
一方で、発振装置に対しては、その信頼性を向上させることも求められる。
【０００６】
本発明の目的は、信頼性を保持しつつ、広い周波数帯域において平坦な音圧レベルを実現することができる発振装置を提供することにある。
【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する振動部材と、
前記振動部材の縁を支持する支持部材と、
前記振動部材の前記一面を覆い、かつ多孔質材料により構成される放射膜と、
を備え、
前記多孔質材料は、カーボンファイバー、黒鉛粉末、またはアルミナ粉末であ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、電子機器が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、信頼性を保持しつつ、広い周波数帯域において平坦な音圧レベルを実現す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に示す圧電振動子を示す断面図である。
【図３】比較例に係る発振装置を示す断面図である。
【図４】本実施形態および比較例に係る発振装置の、振動振幅速度の周波数依存性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、放射膜４０と、を備えている。発振装置１００は、例えば携帯電話機等の電子機器に搭載される。
【００１３】
振動部材２０は、一面において圧電振動子１０を拘束する。支持部材３０は、振動部材２０の縁を保持する。放射膜４０は、振動部材２０の一面を覆い、かつ多孔質材料により構成されている。多孔質材料は、カーボンファイバー、黒鉛粉末、またはアルミナ粉末である。以下、発振装置１００の構成について詳細に説明する。
【００１４】
振動部材２０は、例えば平板形状を有している。振動部材２０は、金属や樹脂等、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によって構成され、例えばリン青銅、又はステンレス等の汎用材料によって構成される。振動部材２０の厚みは、５〜５００μｍであることが好ましい。また、振動部材２０の縦弾性係数は、１〜５００ＧＰａであることが好ましい。振動部材２０の縦弾性係数が過度に低い、または高い場合、発振装置の振動特性や信頼性を損なうおそれがある。
【００１５】
図１に示すように、発振装置１００は、弾性部材２２を備えている。弾性部材２２は、振動部材２０の縁に設けられている。また、弾性部材２２は、例えば振動部材２０の全周に設けられる。弾性部材２２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２２を介して振動部材２０を支持している。
【００１６】
支持部材３０は、図１に示すように、例えば基板３２上に固定されている。また、支持部材３０は、例えば両端が開放された筒状の形状を有している。そして、振動部材２０の一面側に位置する一端が放射膜４０によって覆われ、一端とは反対の他端が基板３２によって覆われている。放射膜４０は、例えば支持部材３０の端部に固定される。
なお、支持部材３０の開放された両端が放射膜４０によって覆われるように構成されていてもよい。
【００１７】
放射膜４０は、多孔質材料からなるため、一面から出力された音波５０を放射する放射孔となる多数の孔を有している。このため、振動部材２０の一面から出力された音波５０は、当該放射孔を通過して外部へ放射される。音波５０が多孔質材料である放射膜４０の放射孔を通過する際、音波５０と放射孔との間において内部摩擦が生じる。これにより、振動部材２０の一面から出力された音波５０は、減衰する。従って、共振周波数近傍における音圧レベルを低減することが可能となる。
【００１８】
図１に示すように、発振装置１００は、例えば振動部材２０の一面および一面とは反対の他面に圧電振動子１０を備えた、バイモルフ構造を有している。
この場合、振動部材２０の一面に設けられた圧電振動子１０と、振動部材２０の他面に設けられた圧電振動子１０は、分極方向が互いに逆である。また、振動部材２０の一面に設けられた圧電振動子１０と、振動部材２０の他面に設けられた圧電振動子１０は、平面視で重なるように設けられている。
発振装置１００がバイモルフ構造を有することにより、振動振幅の増大を図ることができる。
【００１９】
図２は、図１に示す圧電振動子１０を示す断面図である。図２に示すように、圧電振動子１０は、圧電体７０、上部電極７２および下部電極７４を有している。圧電体７０は、上部電極７２および下部電極７４に挟まれている。また、圧電体７０は、その厚さ方向（図２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。
【００２０】
圧電体７０は、圧電効果を有する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、圧電体７０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、圧電体７０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、圧電体７０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。
【００２１】
上部電極７２および下部電極７４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。上部電極７２および下部電極７４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、上部電極７２または下部電極７４が圧電体７０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。
【００２２】
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、圧電振動子１０と接続し、圧電振動子１０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。
【００２３】
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、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。
【００２４】
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態によれば、振動部材２０の一面を覆い、かつ多孔質材料により構成される放射膜４０を備えている。また、多孔質材料は、カーボンファイバー、黒鉛粉末、またはアルミナ粉末である。
上記構成により、振動部材２０から出力される音波５０は、多孔質材料が有する多数の放射孔を通して外部へ放射される。音波５０が多孔質材料の放射孔を通過する際、音波５０と放射孔との間において内部摩擦が生じる。このため、振動部材２０の一面から出力された音波５０は、減衰する。これにより、共振周波数近傍における音圧レベルを低減することが可能となる。従って、広い周波数帯域において平坦な音圧レベルを有する発振装置実現することができる。
また、多孔質材料は、カーボンファイバー、黒鉛粉末、またはアルミナ粉末である。このように、熱伝導率が高い材料によって放射膜４０を形成することにより、音波と放射孔との間に生じる内部摩擦によって発生した熱を、外部へ拡散することが容易となる。従って、信頼性の高い発振装置を実現することもできる。
【００２５】
図３は、比較例に係る発振装置１０２を示す断面図である。比較例に係る発振装置１０２は、放射膜４０を有していない点を除いて、本実施形態に係る発振装置１００と同様の構成を有する。
また、図４は、本実施形態および比較例に係る発振装置の、振動振幅速度の周波数依存性を示すグラフである。図４においては、本実施形態に係る発振装置１００について、放射膜４０がカーボンファイバー、黒鉛粉末、およびアルミナ粉末によって構成されている場合のそれぞれが示されている。なお、図４は、本実施形態および比較例に係る発振装置をパラメトリックスピーカとして用いた場合の、復調された可聴音波の振動振幅速度（ｍ／ｓ）を測定した結果を示している。
【００２６】
図４に示すように、比較例に係る発振装置１０２においては、４０Ｈｚ付近において振動振幅速度の高いピークが見られる。これに対し、本実施形態に係る発振装置１００では、４０Ｈｚ付近におけるピークは、比較例と比べて小さくなっている。また、特に放射膜４０としてアルミナ粉末を用いた場合に、振動振幅速度のピークが最も小さくなっている。
このように、本実施形態によれば、広い周波数帯域において平坦な音圧レベルを有する発振装置が実現されていることがわかる。
【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  弾性部材
３０  支持部材
３２  基板
４０  放射膜
５０  音波
７０  圧電体
７２  上部電極
７４  下部電極
９０  制御部
９２  信号生成部
１００  発振装置
１０２  発振装置
【図１】
2012217036.tif 000003
【図２】
2012217036.tif 000004
【図３】
2012217036.tif 000005
【図４】
2012217036.tif 000006