(57)【要約】【課題】圧電素子を発振源とした発振装置において、大型化を抑制でき、かつ音圧を高くする。【解決手段】この発振装置は、振動部材１０、圧電素子２０、支持枠４０、第１磁性層２２、及び磁性膜（第２磁性層）３０を備えている。圧電素子２０は、振動部材１０上に設けられている。支持枠４０は振動部材１０の縁を保持している。第１磁性層２２は、圧電素子２０のうち振動部材１０とは逆側の面に設けられており、着磁されている。磁性膜３０は着磁されており、磁性層２２に対向する位置に、磁性層２２と反発しあう向きに配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部材と、
前記振動部材上に設けられた圧電素子と、
前記振動部材の縁を保持する支持枠と、
前記圧電素子のうち前記振動部材とは逆側の面に設けられ、着磁された第１磁性層と、
着磁されており、前記第１磁性層に対向する位置に、前記第１磁性層と反発しあう向きに配置された第２磁性層と、
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、
前記第２磁性層は、前記支持枠によって支持されている発振装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発振装置において、
前記第２磁性層は、弾性を有する保持部材を介して前記支持枠に取り付けられている発振装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発振装置において、
前記保持部材は樹脂部材である発振装置。
【請求項５】
振動部材と、
前記振動部材上に設けられた圧電素子と、
音孔を有する支持部材と、
前記支持部材に設けられ、前記音孔とつながっており、前記振動部材及び圧電素子が収容されている中空部と、
前記振動部材のうち前記圧電素子とは逆側の面に設けられた第１磁石と、
前記圧電素子のうち前記振動部材とは逆側の面に設けられた第２磁石と、
前記支持部材の前記中空部に設けられ、前記第１磁石と対向する位置に前記第１磁石と反発しあう向きに設けられた第３磁石と、
前記支持部材の前記中空部に設けられ、前記第２磁石と対向する位置に前記第２磁石と反発しあう向きに設けられた第４磁石と、
を備え、
前記圧電素子及び前記振動部材は、前記第１磁石と前記第３磁石の間の反発力、及び前記第２磁石と前記第４磁石の間の反発力によって、前記中空部内で支持されている発振装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の発振装置を有する電子機器。
【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】
なお、特許文献１には、圧電体の外周にリング状のフェライトゴムからなるエッジを取り付け、このエッジを上下に稼動できるように枠に取り付けたイヤホンが記載されている。エッジの上方及び下方には、互いに逆極性の磁石が配置されている。そしてフェライトゴムの外周側には電磁石が配置されている。ここで、電磁石への通電を、圧電体への信号入力に同期させると、エッジは圧電体とともに上下に振動する。このため、低音再生時に大きな振幅を得ることができる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平３−２３７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電素子を利用した発振装置は、大きな音圧を得にくい。特許文献１に記載の技術では、音圧を高くすることはできるが、部品数が多いため、発振装置が大型化してしまう。
【０００６】
また、発振装置は、用途によっては機械品質係数が高いほうが好ましい場合がある。
【０００７】
本発明の目的は、圧電素子を発振源として利用しており、大型化を抑制でき、かつ音圧を高くすることができる発振装置及び電子機器を提供することにある。また本発明の他の目的は、圧電素子を用いた発振装置において、機械品質係数を高くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、振動部材と、
前記振動部材上に設けられた圧電素子と、
前記振動部材の縁を保持する支持枠と、
前記圧電素子のうち前記振動部材とは逆側の面に設けられ、着磁された第１磁性層と、
着磁されており、前記第１磁性層に対向する位置に、前記第１磁性層と反発しあう向きに配置された第２磁性層と、
を備える発振装置が提供される。
【０００９】
本発明によれば、振動部材と、
前記振動部材上に設けられた圧電素子と、
音孔を有する支持部材と、
前記支持部材に設けられ、前記音孔とつながっており、前記振動部材及び圧電素子が収容されている中空部と、
前記振動部材のうち前記圧電素子とは逆側の面に設けられた第１磁石と、
前記圧電素子のうち前記振動部材とは逆側の面に設けられた第２磁石と、
前記支持部材の前記中空部に設けられ、前記第１磁石と対向する位置に前記第１磁石と反発しあう向きに設けられた第３磁石と、
前記支持部材の前記中空部に設けられ、前記第２磁石と対向する位置に前記第２磁石と反発しあう向きに設けられた第４磁石と、
を備え、
前記圧電素子及び前記振動部材は、前記第１磁石と前記第３磁石の間の反発力、及び前記第２磁石と前記第４磁石の間の反発力によって、前記中空部内で支持されてい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、圧電素子を発振源とした発振装置において、大型化を抑制でき、かつ音圧を高くすることができる。また本発明によれば、圧電素子を用いた発振装置において、機械品質係数を高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図である。
【図２】図１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３】第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。
【図４】第３の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。
【図５】樹脂部材の構造を示す平面図である。
【図６】第４の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。
【図７】図６に示した発振装置を有する電子機器の機械回路図である。
【図８】第５の実施形態に係る発振装置の構成を示す断面図である。
【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図である。この発振装置は、振動部材１０、圧電素子２０、支持枠４０、第１磁性層２２、及び磁性膜（第２磁性層）３０を備えている。圧電素子２０は、振動部材１０上に設けられている。支持枠４０は振動部材１０の縁を保持している。第１磁性層２２は、圧電素子２０のうち振動部材１０とは逆側の面に設けられており、着磁されている。磁性膜３０は着磁されており、磁性層２２に対向する位置に、磁性層２２と反発しあう向きに配置されている。以下、詳細に説明する。  
【００１５】
振動部材１０はシート状であり、圧電素子２０から発生した振動によって振動する。また振動部材１０は、圧電素子２０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、振動部材１０の剛性を制御することで、圧電素子２０の基本共振周波数を制御できる。なお、振動部材１０の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、振動部材１０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。振動部材１０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、振動部材１０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。
【００１６】
圧電素子２０は、例えばＰＺＴなどの圧電セラミックスにより形成されている。圧電素子２０の平面形状は、振動部材１０の平面形状よりも小さい。なお、圧電素子２０は、圧電性を示す樹脂材料により形成されていても良い。
【００１７】
磁性膜３０は、例えば硬磁性材料（永久磁石など）、または磁歪材料（ニッケル、フェライトなど）により形成されている。磁性膜３０の厚さは、例えば５０μｍ以上１ｍｍ以下である。本実施形態において、磁性膜３０は、支持枠４０によって支持されている。
【００１８】
支持枠４０は、上記したように、振動部材１０の縁を支持している。支持枠４０は、樹脂により形成されていても良いし、剛性の高い金属により形成されていても良い。
【００１９】
制御部５０は、圧電素子２０に発振信号を入力する。制御部５０は、例えば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、このデータに基づいて発振信号を生成して圧電素子２０に入力する。この発振信号の周波数は、振動部材１０及び圧電素子２０のｎ次の共振周波数であるが、基本共振周波数であるのが好ましい。
【００２０】
図２は、図１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。発振装置は、支持枠４０の端面が、筐体６０の内壁に取り付けられる。本図に示す例において、振動部材１０が筐体６０の内壁に対向している。ただし磁性膜３０に音孔が形成されている場合、発振装置は、磁性膜３０が筐体６０に対向する向きに固定されてもよい。
【００２１】
筐体６０には、音孔６２が設けられている。そして支持枠４０は、平面視で音孔６２を内側に含んでいる。このため、音孔６２は振動部材１０と対向し、振動部材１０が発振した音波は、音孔６２を介して筐体６０の外部に放射される。
【００２２】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態では、第１磁性層２２は圧電素子２０のうち振動部材１０とは逆側の面に形成されている。そして第１磁性層２２は磁性膜３０に対向している。第１磁性層２２と磁性膜３０は、いずれも着磁されており、互いに反発しあう方向を向いている。このため、振動部材１０及び圧電素子２０が変位して第１磁性層２２が磁性膜３０に近づくと、第１磁性層２２は、磁性膜３０から、元に戻る方向の反発力を受ける。すなわち、振動部材１０及び圧電素子２０は、磁性膜３０から離れる方向については、磁性膜３０をもうけない場合と比較して振幅が大きくなる。従って、発振装置が出す音波の音圧を高くすることができる。また、第１磁性層２２及び磁性膜３０を設けるのみでよいため、発振装置が大型化することを抑制できる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。この発振装置は、振動部材１０が樹脂膜７０を介して支持枠４０に取り付けられている点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００２４】
樹脂膜７０は、振動部材１０よりも弾性率の低い材料により形成されている。そして樹脂膜７０は平面視で中空部を有しており、この中空部を塞ぐように振動部材１０が配置されている。
【００２５】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、振動部材１０は、樹脂膜７０を介して支持枠４０に固定されている。このため、振動部材１０は、樹脂膜７０を設けない場合と比較して上下に変位しやすくなる。従って、発振装置が出す音波の音圧をさらに高くすることができる。
【００２６】
また、樹脂膜７０は振動部材１０よりも内部損失が高いため、樹脂膜７０を設けることにより、振動部材１０及び圧電素子２０からなる圧電振動子の機械品質係数Ｑを低くすることができる。また、振動部材１０を樹脂膜７０を介して支持枠４０に取り付けているため、発振装置の耐衝撃性を高くすることができる。
【００２７】
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。この発振装置は、以下の点を除いて、第２の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００２８】
まず、振動部材１０には、両面に圧電素子２０が設けられている。そしていずれの圧電素子２０にも、制御部５０から発振信号が入力される。すなわち本実施形態に係る発信装置は、バイモルフ型である。ただし、磁性膜３０に対向しない圧電素子２０には、第１磁性層２２が設けられていない。
【００２９】
また、磁性膜３０は、シート状の樹脂部材７２を介して支持枠４０に取り付けられている。樹脂部材７２は、弾性を有する材料、例えば樹脂膜７０と同様の材料により形成されている。そして樹脂部材７２は平面視で中空部を有しており、この中空部を塞ぐように磁性膜３０が配置されている。
【００３０】
図５は、樹脂部材７２の構造を示す平面図である。樹脂部材７２は、開口７４を有している。開口７４は、振動部材１０及び圧電素子２０が出す音波を、外部に放出するために設けられている。本実施形態では樹脂部材７２は複数の梁を、支持枠４０の中心で交差する方向に延伸させた構成を有している。そして各梁の一端は支持枠４０に固定されており、他端は磁性膜３０に固定されている。
【００３１】
本実施形態によっても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、振動部材１０及び圧電素子２０をバイモルフ型にしたため、発振装置が出す音波の音圧をさらに高くすることができる。
【００３２】
また、磁性膜３０は、樹脂部材７２を介して支持枠４０に取り付けられている。このため、振動部材１０及び圧電素子２０が磁性膜３０に近づく方向に変位すると、磁性膜３０は、第１磁性層２２から受ける反発力により、振動部材１０および圧電素子２０と同じ方向に変位する。その後、振動部材１０及び圧電素子２０が逆方向に変位すると、樹脂部材７２の復元力及び慣性力により、磁性膜３０は、振動部材１０および圧電素子２０と同じ方向に変位する。このため、磁性膜３０及び樹脂部材７２の基本共振周波数を調節することにより、振動部材１０及び圧電素子２０の振幅を大きくすることができる。この場合、発振装置が出す音波の音圧をさらに高くすることができる。
【００３３】
（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。本実施形態に係る発振装置は、以下の点を除いて第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００３４】
まず、支持枠４０は、筒の両端を塞いだ形状を有している。すなわち支持枠４０は、内側に中空部４４を有している。振動部材１０及び圧電素子２０は、中空部４４内に配置されている。支持枠４０の一方の端面には音孔４６が形成されているが、中空部４４は音孔４６に繋がっている。そして振動部材１０及び圧電素子２０は、音孔４６に面している。なお中空部４４のうち振動部材１０及び圧電素子２０の端面に面している面は、振動部材１０のガイド面として機能する。なお、支持枠４０の他方の端面にも、開口４２が形成されている。なお、支持枠４０は一体型である必要はなく、振動部材１０及び圧電素子２０を内部に挿入しやすくするために、複数の部品に分割されていても良い。
【００３５】
そして圧電素子２０のうち振動部材１０とは逆側の面には磁石９４が設けられており、中空部４４の内面のうち磁石９４と対向する位置には、磁石９２が設けられている。磁石９２は、磁石９４と反発しあう向きに設けられている。
【００３６】
また、振動部材１０のうち圧電素子２０とは逆側の面には磁石９６が設けられており、中空部４４の内面のうち磁石９６と対向する位置には、磁石９８が設けられている。磁石９８は、磁石９６と反発しあう向きに設けられている。
【００３７】
そして、振動部材１０及び圧電素子２０は、磁石９２と磁石９４の間の反発力、及び磁石９６と磁石９８の間の反発力によって、中空部４４内で支持されている。磁石９２と磁石９４は複数組設けられているのが好ましく、また、磁石９６と磁石９８も複数組設けられているのが好ましい。磁石９２，９４，９６，９８の配置及び数は、振動部材１０及び圧電素子２０を安定に支持できるように、適宜選択される。
【００３８】
磁石９２，９４，９６，９８は、永久磁石であるのが好ましい。磁石９２，９４，９６，９８は、これら磁石内に生じる渦電流によるエネルギー損失を抑制するために、高抵抗材料、例えばフェライトにより形成されているのが好ましい。
【００３９】
次に、本実施形態の作用及び効果について、図７を用いて説明する。図７は、図６に示した発振装置を有する電子機器の機械回路図である。この図において、発振装置の支持枠４０は、例えば第１の実施形態において図２に示したように、電子機器の筐体６０の内面に取り付けられている。筐体６０、支持枠４０、並びに振動部材１０及び圧電素子２０は、それぞれ質量ｍｎ、バネ定数ｋｎ、及び機械損失係数Ｃｎ有しており、また損失を起こしつつ振動を伝達する。一方、磁石９２，９４，９６，９８で生じるエネルギーの損失としては、渦電流が発生することによる損失が考えられるが、渦電流の量はわずかであるため、実質的に無視することができる。この傾向は、磁石９２，９４，９６，９８が高抵抗な磁性材料により形成されている場合、特に顕著になる。
【００４０】
一方、振動部材１０を機械的に支持枠４０に取り付けた場合、この取り付け部分によって損失が発生する。
【００４１】
従って、本実施形態によれば、振動による損失を低くすることができるため、発振装置の機械品質係数Ｑを高くすることができる。従って、発振装置をパラメトリックスピーカの発振源として使用する場合、その出力を大きくすることができる。
【００４２】
（第５の実施形態）
図８は、第５の実施形態に係る発振装置の構成を示す断面図である。この発振装置は、以下の点を除いて、第４の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００４３】
まず、中空部４４の内部には、支持板１００が設けられている。支持板１００は、端部が支持枠４０に埋め込まれており、かつ振動部材１０に対向している。そして磁石９８は、支持板１００のうち振動部材１０に対向している面の上に形成されている。支持板１００は、例えばステンレスや真鍮などの金属により形成されている。
【００４４】
また、支持枠４０は、筒の一方の端面のみを塞いだ形状を有しており、この底面には開口４２が形成されている。また支持枠４０の他方の端面には、ガイド部材１１０がはめ込まれている。ガイド部材１１０は、筒の一面を塞ぎ、かつこの面に音孔４６を設けた形状である。すなわち本実施形態では、ガイド部材１１０及び支持枠４０によって、第４の実施形態における支持枠４０と同様の形状が形成されている。
【００４５】
振動部材１０及び圧電素子２０は、ガイド部材１１０の内側に配置されている。ガイド部材１１０の内側面は、振動部材１０のガイド面として機能する。そして磁石９２は、ガイド部材１１０に設けられている。
【００４６】
本実施形態によっても、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
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】
【００４８】
１０ 振動部材
２０ 圧電素子
２２ 磁性層
３０ 磁性膜
４０ 支持枠
４２ 開口
４４ 中空部
４６ 音孔
５０ 制御部
６０ 筐体
６２ 音孔
７０ 樹脂膜
７２ 樹脂部材
７４ 開口
９２ 磁石
９４ 磁石
９６ 磁石
９８ 磁石
１００ 支持板
１１０ ガイド部材
【図１】
2012217014.tif 000003
【図２】
2012217014.tif 000004
【図３】
2012217014.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012217014.tif 000007
【図６】
2012217014.tif 000008
【図７】
2012217014.tif 000009
【図８】
2012217014.tif 000010