(57)【要約】【課題】圧電素子を発振源として使用した発振装置において、出力を大きくする。【解決手段】圧電素子２０は、支持部材４０の底部の上方に配置されている。圧電素子２０は、一面が支持部材４０の底面に取り付けられており、かつこの一面とは反対側の面である反対面が振動部材１０に取り付けられている。そして電極２２，２４は、圧電素子２０の一面と反対面の間に電圧を印加する。このため、電極２２，２４間に圧電素子２０の駆動信号が入力されると、圧電素子２０が図中上下方向に伸縮し、その結果、振動部材１０の全体が上下に振動する。従って、発振装置の出力を大きくすることができる。【選択図】図１
2012217013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材と、
前記支持部材の上方に配置された振動部材と、
一面が前記支持部材に取り付けられており、前記一面とは反対側の面である反対面が前記振動部材に取り付けられた、圧電素子と、
前記圧電素子の前記一面と前記反対面の間に電圧を印加する電極と、
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、
平面視において、前記圧電素子は前記振動部材より小さく、
複数の前記圧電素子が、平面視で互いに離間して設けられている発振装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発振装置において、
前記振動部材と前記圧電素子の間に配置されたバネ部材をさらに備える発振装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の発振装置において、
前記支持部材と前記圧電素子の間に配置されたバネ部材をさらに備える発振装置。
【請求項５】
底部及び側部を有する支持部材と、
前記支持部材の前記底部の上方に配置され、かつ縁が前記支持部材の前記側部に対向している第１振動部材と、
前記第１振動部材に取り付けられた圧電素子と、
前記第１振動部材の前記縁と前記支持部材の前記側部とを接続し、前記第１振動部材よりも柔軟な材料から形成されている第２振動部材と、
前記第２振動部材に一端が取り付けられており、他端が前記支持部材の前記底部に固定された第１固定部材と、
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固定部材は樹脂材料で形成されている発振装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の発振装置において、
前記第１振動部材と前記第２振動部材は、前記支持部材の前記側部に沿う方向で互いに離れており、
前記第１振動部材及び前記第２振動部材は、前記第１振動部材の縁で重なっており、
前記第１振動部材及び前記第２振動部材が互いに重なる部分に設けられ、前記第１振動部材と前記第２振動部材とを接続する第２固定部材をさらに備える発振装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載の発振装置において、
前記支持部材の前記側部は、バネとして機能する発振装置。
【請求項９】
請求項１〜８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】
スピーカの一つに、圧電素子を振動部材上に固定した発振源として利用するものがある。このタイプのスピーカは、ボイスコイル及び磁石を用いた動電型のスピーカと比較して、小型化しやすい、という特徴がある。圧電素子を利用したスピーカは、圧電素子を振動板上に搭載することにより、振動板を屈曲振動させるものである（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５１２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電素子を用いた発振装置は、出力を大きくしにくい。
【０００５】
本発明の目的は、圧電素子を発振源として使用しており、かつ出力を大き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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、支持部材と、
前記支持部材の上方に配置された振動部材と、
一面が前記支持部材に取り付けられており、前記一面とは反対側の面である反対面が前記振動部材に取り付けられた、圧電素子と、
前記圧電素子の前記一面と前記反対面の間に電圧を印加する電極と、
を備える発振装置が提供される。
【０００７】
本発明によれば、底部及び側部を有する支持部材と、
前記支持部材の前記底部の上方に配置され、かつ縁が前記支持部材の前記側部に対向している第１振動部材と、
前記振動部材に取り付けられた圧電素子と、
前記第１振動部材の前記縁と前記支持部材の前記側部とを接続し、前記第１振動部材よりも柔軟な材料から形成されている第２振動部材と、
前記第２振動部材に一端が取り付けられており、他端が前記支持部材の前記底部に固定された第１固定部材と、
を備える発振装置が提供される。
【０００８】
本実施形態によれば、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】
【０００９】
本発明によれば、圧電素子を発振源として使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】
【００１０】
【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の要部を拡大した図である。
【図３】第２の実施形態に係る電子機器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】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６】第５の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。
【図７】第６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８】図７の変形例を示す断面図である。
【図９】図７に示した発振装置の平面図である。
【図１０】図９の変形例を示す平面図である。
【図１１】図７〜図９に示した発振装置を電子機器の筐体の中に配置した例を示す図である。
【図１２】第７の実施形態に係る発振装置の構成を示す平面図である。
【図１３】第８の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。
【図１４】第９の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。
【図１５】第１０の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。
【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】
（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。図２は、図１の要部を拡大した図である。この発振装置は、支持部材４０、振動部材１０、圧電素子２０、及び電極２２，２４を備えている。本図に示す例において支持部材４０は箱形状を有しており、底部、側部、及び上部を備えている。圧電素子２０は、支持部材４０の底部の上方に配置されている。圧電素子２０は、一面が支持部材４０の底面に取り付けられており、かつこの一面とは反対側の面である反対面が振動部材１０に取り付けられている。そして電極２２，２４は、圧電素子２０の一面と反対面の間に電圧を印加する。このため、電極２２，２４間に圧電素子２０の駆動信号が入力されると、圧電素子２０が図中上下方向に伸縮し、その結果、振動部材１０の全体が上下に振動する。従って、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。
【００１３】
振動部材１０はシート状であり、端部は拘束されていない。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、機械振動子としての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。
【００１４】
圧電素子２０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。
【００１５】
電極２２，２４を構成する材料は特に限定されないが、例えば、銀や銀／パラジウムを使用することができる。銀は低抵抗な汎用的な電極材料して使用されているため、製造プロセスやコストなどに利点がある。銀／パラジウムは耐酸化に優れた低抵抗材料であるため、信頼性の観点から利点がある。また、電極２２，２４の厚さｈ２は特に限定されないが、その厚さｈ２が１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。厚さｈ２が１μｍ未満では、電極２２，２４を均一に成形することが難しくなり、その結果、電気機械変換効率が低下する可能性がある。また、電極２２，２４の膜厚が１００μｍを超える場合は、電極２２，２４が圧電素子２０の圧電体に対して拘束面となり、エネルギー変換効率を低下させてしまう可能性が出てくる。
【００１６】
本実施形態において、平面視で圧電素子２０は振動部材１０よりも小さい。また圧電素子２０は柱状であり、互いに離間して複数設けられている。例えば圧電素子２０は、平面視において、振動部材１０の中心と同心の円周上に等間隔に設けられている。
【００１７】
上記したように、支持部材４０は箱形状であり、支持部材４０の内側に振動部材１０及び圧電素子２０が配置されている。詳細には、支持部材４０の底面上に圧電素子２０が配置されており、さらに圧電素子２０上に振動部材１０が配置されている。そして支持部材４０の上面には、音孔４６が形成されている。音孔４６は振動部材１０に対向している。振動部材１０が振動することにより生成した音波は、音孔４６を介して外部に放射される。
【００１８】
また、発振装置は制御部５０を有している。制御部５０は、外部から入力された音声信号に基づいて駆動信号を生成し、生成した駆動信号を各圧電素子２０の電極２２，２４の間に同位相で入力する。発振装置を、可聴音を直接出力するスピーカとして機能させる場合、制御部５０は音声信号を増幅することにより駆動信号を生成する。また発振装置をパラメトリックスピーカとして機能させる場合、制御部５０は、外部から入力された音声データ（原信号）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駆動信号を生成する。この駆動信号の周波数は、圧電素子２０のｎ次の共振周波数である。
【００１９】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。圧電素子２０は、一面が支持部材４０の底面に取り付けられており、かつこの一面とは反対側の面である反対面が振動部材１０に取り付けられている。そして電極２２，２４は、圧電素子２０の一面と反対面の間に電圧を印加する。また、振動部材１０の端部は拘束されていない。このため、電極２２，２４間に圧電素子２０の駆動信号が入力されると、振動部材１０の全体が上下に振動する。従って、発振装置の出力を大きくすることができる。
【００２０】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る電子機器の構成を示す図である。本実施形態に係る電子機器は、筐体６０の内部に発振装置を有している。発振装置の構成は、支持部材４０の形状を除いて、第１の実施形態と同様である。
【００２１】
本実施形態において支持部材４０は箱形状を有していない。そして振動部材１０は、筐体６０に設けられた音孔６２に対向している。このため、振動部材１０が発振した音波は、音孔６２を介して外部に放射される。
【００２２】
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。
【００２３】
（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。本実施形態に係る発振装置は、圧電素子２０が振動部材１０の中心にも設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である。なお第２の実施形態に係る電子機器において、振動部材１０の中心にも圧電素子２０を設けても良い。
【００２４】
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、圧電素子２０が振動部材１０の中心にも設けられているため、振動部材１０が振動中に撓むことを抑制できる。
【００２５】
（第４の実施形態）
図５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、振動部材１０がバネ部材１２を有している点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様である。
【００２６】
本実施形態においてバネ部材１２は振動部材１０の縁の少なくとも一部を折り曲げて板バネとしたものである。バネ部材１２は、複数の圧電素子２０のそれぞれ上に設けられている。すなわち振動部材１０は、バネ部材１２を介して複数の圧電素子２０に接合している。なお、バネ部材１２の形状は上記した例に限られず、振動部材１０とは別体のコイルバネであっても良い。バネ部材１２の基本共振周波数は、圧電素子２０の基本共振周波数と一致しているのが好ましい。
【００２７】
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と圧電素子２０の間にバネ部材１２が設けられているため、振動部材１０の振動をさらに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。
【００２８】
（第５の実施形態）
図６は、第５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、圧電素子２０がバネ部材７０を介して支持部材４０の底面上に取りつ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である。
【００２９】
本実施形態においてバネ部材７０は、金属板の端部を折り曲げた板バネである。そしてこの折り曲げられた端部の上に、複数の圧電素子２０それぞれが設けられている。またバネ部材７０のうち板バネになっていないシート状の部分（すなわち金属板の中央部分）は、支持部材４０の底面に固定されている。バネ部材７０の基本共振周波数は、圧電素子２０の基本共振周波数と一致しているのが好ましい。
【００３０】
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、圧電素子２０と支持部材４０の間にバネ部材７０を設けているため、振動部材１０の振動をさらに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。
【００３１】
（第６の実施形態）
図７は、第６の実施形態に係る発振装置の構成を示す断面図である。本実施形態に係る発振装置は、支持部材４０、振動部材１０（第１振動部材）、圧電素子２０、第２振動部材３０、及び第１固定部材３２を有している。本実施形態において支持部材４０は、底部４２及び側部４４を有している。振動部材１０は、底部４２の上方に配置され、かつ縁が側部４４に対向している。第２振動部材３０は、振動部材１０の縁と側部４４とを接続し、振動部材１０よりも柔軟な材料から形成されている。本図に示す例では、第２振動部材３０は側部４４の上端に固定されている。そして第１固定部材３２は、第２振動部材３０に一端が取り付けられており、他端が底部４２に固定されている。第１固定部材３２から側部４４までの距離は、第１固定部材３２から振動部材１０の端部までの距離よりも大きい。
【００３２】
振動部材１０の構成は、第１の実施形態と同様である。また圧電素子２０の材料は、第１の実施形態と同様である。第２振動部材３０は、例えばポリエチレン、ウレタン、又はポリエチレンテレフタラートなどの樹脂により形成されている。また第１固定部材３２は、ポリエチレン、ウレタン、又はポリエチレンテレフタラートなどの樹脂により形成されている。
【００３３】
なお、図７に示す例では、第２振動部材３０は、側部４４から振動部材１０の外周部までの間にのみ形成されており、振動部材１０の中心部までは延伸していない。ただし、図８に示すように、第２振動部材３０は、振動部材１０の中心部まで延伸していても良い。
【００３４】
図９は、図７に示した発振装置の平面図である。本図に示すように、圧電素子２０及び振動部材１０の平面形状は円形であり、互いに同心となるように配置されている。振動部材１０は圧電素子２０よりも大きい。また支持部材４０の側部４４も円周に沿った形状を有しており、振動部材１０及び圧電素子２０と同心となるように配置されている。また第２振動部材３０は、複数の梁により形成されている。これらの梁は、振動部材１０の中心から放射状に延びた直線上に位置しており、円周方向において等間隔に配置されている。本図に示す例では、第２振動部材３０を構成する梁は４本であり、９０°間隔で配置されている。
【００３５】
なお、側部４４の平面形状は円形である必要はない。例えば図１０に示すように、側部４４は、矩形、例えば正方形の４辺に沿った形状を有していてもよい。
【００３６】
図１１は、図７〜図９に示した発振装置を電子機器の筐体６０の中に配置した例を示す図である。本図に示す例において、振動部材１０は、筐体６０に設けられた音孔６２に対向している。このため、振動部材１０が発振した音波は、音孔６２を介して外部に放射される。
【００３７】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態において、発振部材は振動部材１０及び第２振動部材３０によって構成されている。そして圧電素子２０に工藤信号が入力されると、振動部材１０及び第２振動部材３０が振動した音波を発振する。ここで第２振動部材３０は、振動部材１０よりも柔らかい材料により形成されている。また第２振動部材３０と底部４２とは、第１固定部材３２によって接続されている。従って、第２振動部材３０に生じた振動は、第１固定部材３２に起因した梃子の効果によって大きくなる。従って、発振装置の出力は大きくなる。
【００３８】
また第１固定部材３２は樹脂で形成されている。すなわち第１固定部材３２はバネ部材としても機能する。すなわち第１固定部材３２のバネとしての機能により、第２振動部材３０に生じた振動は大きくなる。従って、発振装置の出力は大きくなる。また、第２振動部材３０及び第１固定部材３２が樹脂で形成されている場合、発振装置を有する電子機器が落下した場合でも、落下による衝撃は第２振動部材３０及び第１固定部材３２によって吸収される。従って、電子機器の耐衝撃性が向上する。この効果を得るためには、第１固定部材３２はコイルバネや板バネなど、他のバネ部材であっても良い。
【００３９】
また、発信装置を、可聴音をそのまま出力するスピーカとして機能させる場合、振動部材の機械品質係数Ｑが低いほうが、音圧の周波数依存性が低くなるため好ましい。これに対して第２振動部材３０が振動部材１０よりも内部損失の大きい材料、例えば樹脂により形成されている場合、振動部材１０及び第２振動部材３０からなる振動部材の機械品質係数Ｑを低くすることができる。
【００４０】
（第７の実施形態）
図１２は、第７の実施形態に係る発振装置の構成を示す平面図であり、第６の実施形態における図９に対応している。本実施形態に係る発振装置は、以下の点を除いて、第６の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００４１】
まず、第２振動部材３０は梁状の部材のほかに、リング状の部分も有している。このリング状の部分は、側部４４上に位置している。第２振動部材３０のリング部分は、側部４４の幅よりも幅が広く、平面視で側部４４の内周側に食み出している。そしてこの食み出した部分には、リング状の第１固定部材３２が接合されている。
【００４２】
本実施形態によっても、第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
（第８の実施形態）
図１３は、第８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、圧電素子２０が振動部材１０の両面に設けられている点を除いて、第６の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。いずれの圧電素子２０にも、制御部５０から駆動信号が入力される。制御部５０は、２つの圧電素子２０に入力される信号を制御することにより、図１２に示す発振装置をバイモルフ型の発振装置として機能させる。
【００４４】
本実施形態によっても、第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
（第９の実施形態）
図１４は、第９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６の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００４６】
まず、振動部材１０と第２振動部材３０は、支持部材４０の側部４４に沿う方向で互いに離れている。また振動部材１０及び第２振動部材３０は、振動部材１０の外周部分で重なっている。そして振動部材１０及び第２振動部材３０が互いに重なる部分には、第２固定部材３４が設けられている。第２固定部材３４は、振動部材１０及び第２振動部材３０を互いに接続している。第２固定部材３４は、リング形状を有しており、振動部材１０と同心となるように配置されている。第２固定部材３４は、ポリエチレン、ウレタン、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂材料により形成されている。
【００４７】
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。また第２固定部材３４が樹脂材料により形成されているため、第２固定部材３４がバネとして機能し、これによって振動部材１０の振動は増幅する。従って、発振装置の出力はさらに大きくなる。
【００４８】
（第１０の実施形態）
図１５は、第１０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、側部４４が底部４２よりも柔軟性の高い材料（バネとして機能しやすい材料）により形成されている点を除いて、第９の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。側部４４がステンレス、真鍮、又はポリプロピレンにより形成されている場合、底部４２は、ポリエチレン、ウレタン、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂材料により形成されている。
【００４９】
本実施形態によっても、第９の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、側部４４が底部４２よりもバネとして機能しやすい材料により形成されているため、側部４４はバネ部材として機能する。このため、振動部材１０及び第２振動部材３０の振幅をさらに大きくすることができる。従って、発振装置の出力はさらに大きくなる。
【００５０】
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】
【００５１】
１０ 振動部材
１２ バネ部材
２０ 圧電素子
２２ 電極
２４ 電極
３０ 第２振動部材
３２ 第１固定部材
３４ 第２固定部材
４０ 支持部材
４２ 底部
４４ 側部
４６ 音孔
５０ 制御部
６０ 筐体
６２ 音孔
７０ バネ部材
【図１】
2012217013.tif 000003
【図２】
2012217013.tif 000004
【図３】
2012217013.tif 000005
【図４】
2012217013.tif 000006
【図５】
2012217013.tif 000007
【図６】
2012217013.tif 000008
【図７】
2012217013.tif 000009
【図８】
2012217013.tif 000010
【図９】
2012217013.tif 000011
【図１０】
2012217013.tif 000012
【図１１】
2012217013.tif 000013
【図１２】
2012217013.tif 000014
【図１３】
2012217013.tif 000015
【図１４】
2012217013.tif 000016
【図１５】
2012217013.tif 000017