(57)【要約】【課題】圧電振動子を用いた発振装置において、その音圧レベルの向上を図る。【解決手段】発振装置１００は、弾性部材２０と、弾性部材２０の一面に拘束されている圧電振動子１０と、弾性部材２０の一面とは反対の他面に拘束されている圧電振動子１２と、弾性部材２０を支持する支持部材３０と、を備えている。弾性部材２０の一面と圧電振動子１０との間、および弾性部材２０の他面と圧電振動子１２との間には、空洞が形成されている。【選択図】図１
2012217038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性部材と、
前記弾性部材の一面に拘束されている第１圧電振動子と、
前記弾性部材の前記一面とは反対の他面に拘束されている第２圧電振動子と、
前記弾性部材を支持する支持部材と、
を備え、
前記弾性部材の前記一面と前記第１圧電振動子との間、および前記弾性部材の前記他面と前記第２圧電振動子との間には、空洞が形成されている発振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発振装置において、
前記第１圧電振動子および前記第２圧電振動子と接続する信号生成部と、
前記信号生成部に接続し、前記信号生成部による信号の生成を制御する制御部と、
を備える発振装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発振装置において、
前記第１圧電振動子は、前記弾性部材と対向する面に設けられた第１電極と、前記第１電極が設けられている面とは反対の面に設けられた第２電極を有しており、
前記第２圧電振動子は、前記弾性部材と対向する面に設けられた第３電極と、前記第３電極が設けられている面とは反対の面に設けられた第４電極を有しており、
前記制御部は、前記第１電極と前記第３電極に対し、または前記第２電極と前記第４電極に対し、同一かつ同位相の信号を生成するよう前記信号生成部を制御する発振装置。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項に記載の発振装置において、
前記第１圧電振動子は、前記弾性部材の前記一面と対向する面において、前記弾性部材の前記一面と前記第１圧電振動子との間の空洞を構成する第１凹部を有しており、
前記第２圧電振動子は、前記弾性部材の前記他面と対向する面において、前記弾性部材の前記他面と前記第２圧電振動子との間の空洞を構成する第２凹部を有している発振装置。
【請求項５】
請求項１ないし３いずれか１項に記載の発振装置において、
前記弾性部材は、
前記一面において、前記弾性部材の前記一面と前記第１圧電振動子との間の空洞を構成する第３凹部を有しており、
前記他面において、前記弾性部材の前記他面と前記第２圧電振動子との間の空洞を構成する第４凹部を有している発振装置。
【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、
前記弾性部材の縁に形成された樹脂部材を備えており、
前記弾性部材は、前記樹脂部材を介して、前記支持部材によって支持されている発振装置。
【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】
電子装置に用いられる電気音響変換器として、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に比べて薄型化に有利となる。
【０００３】
圧電振動子を用いた電気音響変換器に関する技術としては、例えば特許文献１〜４に記載のものがある。特許文献１に記載の技術は、振動板と、圧電素子の伸縮を受けて湾曲変形する弾性部材を、環状の振動伝達部材を介して接合することにより、振動板を屈曲変形させるというものである。特許文献２に記載の技術は、中央から放射状に伸びた複数のスリットからなる開口を有する第一の円形圧電磁気板の一側に、同様のスリット等からなる開口を有する第二の円形圧電磁気板を貼り合わせるというものである。
【０００４】
特許文献３に記載の技術は、金属振動板に圧電材を貼り合わせた圧電振動子に、粘弾性体を貼り合わせるというものである。特許文献４に記載の技術は、中心部に形成された凹部に弾性剤が充填されている金属基体と、圧電セラミックを、接着剤によって貼り合わせるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７９７０１号公報
【特許文献２】特開昭６０−１８６２００号公報
【特許文献３】特開２０００−２０１３９９号公報
【特許文献４】実開平１−７７０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧電振動子を用いた発振装置において、その音圧レベルの向上を図ることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、弾性部材と、
前記弾性部材の一面に拘束されている第１圧電振動子と、
前記弾性部材の前記一面とは反対の他面に拘束されている第２圧電振動子と、
前記弾性部材を支持する支持部材と、
を備え、
前記弾性部材の前記一面と前記第１圧電振動子との間、および前記弾性部材の前記他面と前記第２圧電振動子との間には、空洞が形成されてい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、圧電振動子を用いた発振装置において、その音圧レベルの向上を図ることができる。
【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】図１に示す発振装置の振動姿態を示す断面図である。
【図４】比較例に係る発振装置を示す断面図である。
【図５】図４に示す発振装置の振動姿態を示す断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る発振装置を示す断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る発振装置を示す断面図である。
【図８】第１〜第３の実施形態および比較例に係る発振装置の音響特性を示すグラフである。
【図９】第４の実施形態に係る発振装置を示す断面図である。
【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】
図１は、第１の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、弾性部材２０と、圧電振動子１０と、圧電振動子１２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】
圧電振動子１０は、弾性部材２０の一面に拘束されている。圧電振動子１２は、弾性部材２０の一面とは反対の他面に拘束されている。支持部材３０は、弾性部材２０を支持している。弾性部材２０の一面と圧電振動子１０との間、および弾性部材２０の他面と圧電振動子１２との間には、空洞が形成されている。以下、発振装置１００の構成について、詳細に説明する。
【００１４】
弾性部材２０は、例えば平板形状を有している。弾性部材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。弾性部材２０の厚みは、５〜５００μｍであることが好ましい。また、弾性部材２０の縦弾性係数は、１〜５００ＧＰａであることが好ましい。弾性部材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。
支持部材３０は、図１に示すように、振動部材２０の縁を支持している。
【００１５】
圧電振動子１０は、弾性部材２０の一面と対向する面において、凹部４０を有している。凹部４０は、弾性部材２０の一面と圧電振動子１０との間の空洞を構成する。圧電振動子１２は、弾性部材２０の他面と対向する面において、凹部４２を有している。凹部４２は、弾性部材２０の他面と圧電振動子１２との間の空洞を構成する。図１に示すように、圧電振動子１０のうち弾性部材２０によって拘束されている部分と、圧電振動子１２のうち弾性部材２０によって拘束されている部分は、例えば平面視で重なっている。
【００１６】
弾性部材２０の一面と水平な面方向における、圧電振動子１０の幅に対する凹部４０の幅の比は、例えば０．２以上である。圧電振動子１０の幅に対する凹部４０の幅の比が０．２未満である場合、圧電振動子１０に対する弾性部材２０の拘束力によって、圧電振動子１０は後述する本実施形態の振動姿態をとることが困難となる。
同様に、弾性部材２０の他面と水平な面方向における、圧電振動子１２の幅に対する凹部４２の幅の比は、例えば０．２以上である。圧電振動子１２の幅に対する凹部４２の幅の比が０．２未満である場合、圧電振動子１２に対する弾性部材２０の拘束力によって、圧電振動子１２は後述する本実施形態の振動姿態をとることが困難となる。
【００１７】
図２は、図１に示す圧電振動子１０、１２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。また、圧電振動子１２は、圧電体８０、上部電極８２および下部電極８４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８０は、上部電極８２および下部電極８４に挟まれている。圧電振動子１０および圧電振動子１２は、弾性部材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。
【００１８】
下部電極７４は、圧電振動子１０のうち弾性部材２０と対向する面に設けられている。また、上部電極７２は、圧電振動子１０のうち下部電極７４が設けられている面とは反対の面に設けられている（図示せず）。
上部電極８２は、圧電振動子１２のうち弾性部材２０と対向する面に設けられている。また、下部電極８４は、圧電振動子１２のうち上部電極８２が設けられている面とは反対の面に設けられている（図示せず）。
【００１９】
圧電体７０、８０は、その厚さ方向（図２中上下方向）に分極している。圧電体７０、８０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、８０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、８０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、８０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。
【００２０】
上部電極７２、８２および下部電極７４、８４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、８２および下部電極７４、８４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、８２または下部電極７４、８４が圧電体７０、８０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。
【００２１】
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および圧電振動子１２と接続し、圧電振動子１０および圧電振動子１２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、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、１２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、１２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、１２に圧電振動子１０、１２の共振周波数の音波を発生させる。
【００２３】
パラメトリックスピーカの動作原理は次のようである。パラメトリックスピーカの動作原理は、ＡＭ変調やＤＳＢ変調、ＳＳＢ変調、ＦＭ変調をかけた超音波を空気中に放射し、超音波が空気中に伝播する際の非線形特性により、可聴音が出現する原理で音響再生を行うというものである。ここでいう非線形とは、流れの慣性作用と粘性作用の比で示されるレイノルズ数が大きくなると、層流から乱流に推移することをいう。すなわち、音波は流体内で微少にじょう乱しているため、音波は非線形で伝播している。特に超音波を空気中に放射した場合に、非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。また音波は、空気中の分子集団が濃淡に混在する疎密状態である。空気分子が圧縮よりも復元するのに時間が生じた場合、圧縮後に復元できない空気が、連続的に伝播する空気分子と衝突し、衝撃波が生じて可聴音が発生する。パラメトリックスピーカは、使用者の周囲にのみ音場を形成することができ、プライバシー保護という観点から優れる。
【００２４】
次に、本実施形態に係る発振装置１００の動作を説明する。図３は、図１に示す発振装置１００の振動姿態を示す断面図である。図３における破線で示される矢印は、圧電振動子１０、１２または弾性部材２０の伸縮方向を示している。また、図３におけるブロック矢印は、圧電振動子１０、１２の振動方向を示している。
【００２５】
本実施形態において、制御部９０は、下部電極７４と上部電極８２に対し、または上部電極７２と下部電極８４に対し、同一かつ同位相の信号を生成するよう信号生成部９２を制御する。このとき、図３に示すように、圧電振動子１０と圧電振動子１２は、弾性部材２０の一面と水平な面方向において同位相の伸縮を行う。すなわち、圧電振動子１０と圧電振動子１２は、内側に向かって同時に縮み（図３参照）、また外側に向かって伸びる（図示せず）。
圧電振動子１０と圧電振動子１２は、それぞれ弾性部材２０と対向する面において空洞を有している。すなわち、圧電振動子１０と圧電振動子１２は、周縁部を除いて弾性部材２０によって拘束されていない。このため、図３に示すように、圧電振動子１０と圧電振動子１２は、内側に向かって縮むことによりそれぞれ弾性部材２０を基準として上下に振動する。このように、弾性部材２０を基準とした上下方向の振動を繰り返すことによって、圧電振動子１０と圧電振動子１２から音波を出力している。
【００２６】
図４は、比較例に係る発振装置１１０を示す断面図である。図５は、図４に示す発振装置１１０の振動姿態を示す断面図である。比較例に係る発振装置１１０は、圧電振動子１０、１２と弾性部材２０との間に空洞が形成されていない。このため、圧電振動子１０、１２は、弾性部材２０と対向する面の全面において、弾性部材２０によって拘束されている。また、比較例に係る発振装置１１０では、圧電振動子１０、１２を弾性部材２０の一面に水平な面方向に逆位相の伸縮をさせる。このとき、圧電振動子１０、１２および弾性部材２０は、図５に示すように、一体となって弾性部材２０の一面に対し垂直な方向に振動する。このように、圧電振動子１０、１２と弾性部材２０が一体となって振動することにより、音波を出力する。
このように、本実施形態に係る発振装置１００によれば、比較例とは異なる原理の振動姿態により、音波を出力する。従って、発振装置の音圧を向上させることができる。
【００２７】
また、圧電振動子１０と圧電振動子１２が内側に向かって同時に縮むと、弾性部材２０のうち圧電振動子１０および圧電振動子１２を拘束している部分は、圧電振動子１０と圧電振動子１２からの力を受ける。これにより、弾性部材２０は、弾性部材２０の面方向において、内側に向かって縮む。
図４および５に示す比較例では、圧電振動子１０と圧電振動子１２が弾性部材２０の一面と水平な面方向において異なる位相の伸縮を行うため、弾性部材２０は圧電振動子１０と圧電振動子１２から異なる方向へ向かう力を受ける。この場合、圧電振動子１０、１２から弾性部材２０にかかる応力は分散される。
一方で、図１および３に示す本実施形態では、圧電振動子１０と圧電振動子１２が振動する際、圧電振動子１０と圧電振動子１２は、弾性部材２０の一面と水平な面方向において同位相の伸縮を行う。このため、弾性部材２０は圧電振動子１０と圧電振動子１２から同一の方向へ向かう力を受ける。従って、圧電振動子１０、１２から弾性部材２０へかかる応力は集中する。
【００２８】
圧電振動子１０、１２から弾性部材２０の特定の部分に係る応力が集中する場合には、応力が分散される場合と比べて弾性部材２０の面方向における変位は大きくなる。これに伴い、圧電振動子１０と圧電振動子１２の振動変位も大きくなる。このようにして、発振装置１００の音圧を向上させることができる。
【００２９】
なお、制御部９０は、下部電極７４と上部電極８２に対し、または上部電極７２と下部電極８４に対し、互いに異なる位相の信号を生成するよう信号生成部９２を制御してもよい。この場合、圧電振動子１０と圧電振動子１２を、互いに異なる音波を出力するように制御することができる。
【００３０】
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態によれば、弾性部材２０の一面と圧電振動子１０との間、および弾性部材２０の他面と圧電振動子１２との間には、空洞が形成されている。すなわち、圧電振動子１０、１２は、周縁部を除いて弾性部材２０に拘束されない。このため、発振装置１００は、圧電振動子１０、１２が弾性部材２０を基準としてそれぞれ上方へ振動することにより音波を出力する。このように、新たな原理に基づいた振動姿態によって音波を出力する。このため、圧電振動子を用いた発振装置において、その音圧レベルの向上を図ることができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、圧電振動子１０、１２を振動させる際、圧電振動子１０、１２は、弾性部材２０の一面に水平な面方向に同位相の伸縮をする。このとき、弾性部材２０には、圧電振動子１０、１２から、同一の方向へ向かう力を受ける。このため、圧電振動子１０、１２から弾性部材２０に係る応力は集中する。これにより、圧電振動子１０、１２に発生する振動の振幅は、いずれも増大する。従って、圧電振動子を用いた発振装置において、その音圧レベルの向上を図ることができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、圧電振動子１０と圧電振動子１２は、それぞれ弾性部材２０との間に空洞を有している。このため、空洞を設けていない場合と比較して弾性部材２０による拘束力が緩和される。これにより、振動自体の剛性が低減される。従って、発振装置の音圧レベルを向上することができる。
さらに、圧電振動子１０と圧電振動子１２は、弾性部材２０との間に設けられた空洞からの抵抗を受ける。このため、発振装置１００の機械品質係数を低減することができる。
【００３３】
図６は、第２の実施形態に係る発振装置１０２を示す断面図であって、第１の実施形態に係る図１に対応している。本実施形態に係る発振装置１０２は、圧電振動子１０、１２の形状を除いて、第１の実施形態に係る発振装置１００と同様の構成を有する。
【００３４】
図６に示すように、発振装置１０２における圧電振動子１０、１２は、弾性部材２０と対向する面の面積が、弾性部材２０と対向する面と反対の面の面積よりも大きい、台形形状を有する。また、圧電振動子１０に設けられる凹部４０は、底面よりも圧電振動子１０の振動部材２０と対向する表面側において面積が大きい台形形状を有する。さらに、圧電振動子１２に設けられる凹部４２は、底面よりも圧電振動子１２の振動部材２０と対向する表面側において面積が大きい台形形状を有する。
このため、圧電振動子１０、１２のうち、凹部４０、４２の側方に位置する周縁部は、内側に向けて傾斜することとなる。これにより、圧電振動子１０、１２のうち周縁部を除く部分には、弾性部材２０を基準として上方へ力が働きやすくなる。このため、圧電振動子１０、１２において、弾性部材２０を基準として凸状の振動を容易に実現することができる。
【００３５】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
図７は、第３の実施形態に係る発振装置１０４を示す断面図であって、第１の実施形態に係る図１に対応している。本実施形態に係る発振装置１０４は、弾性部材２０に凹部が形成されており、圧電振動子１０、１２に凹部が形成されていない点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置１００と同様の構成を有する。
【００３７】
図７に示すように、弾性部材２０は、圧電振動子１０と対向する一面において凹部４４を有している。凹部４４は、弾性部材２０の一面と圧電振動子１０との間の空洞を構成する。また、弾性部材２０は、圧電振動子１２と対向する他面において凹部４６を有している。凹部４６は、弾性部材２０の他面と圧電振動子１２との間の空洞を構成する。
凹部４４および凹部４６は、例えば平面視で同一の形状を有している。
【００３８】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
図８は、第１〜第３の実施形態および比較例に係る発振装置の音響特性を示すグラフである。
比較例に係る発振装置１１０では、圧電振動子１０、１２を弾性部材２０の一面に水平な面方向に逆位相の伸縮をさせる。このとき、圧電振動子１０、１２および弾性部材２０は、一体となって弾性部材２０の一面に対し垂直な方向に振動する。また、圧電振動子１０、１２から弾性部材２０へかかる応力は分散する。
一方で、第１〜第３の実施形態に係る発振装置では、圧電振動子１０、１２を弾性部材２０の一面に水平な面方向に同位相の伸縮をさせる。このため、圧電振動子１０、１２から弾性部材２０へ係る応力は集中する。
【００４０】
図８では、第１〜第３の実施形態および比較例に係る発振装置の、周波数（Ｈｚ）に対する振動振幅速度（ｍ／ｓ）を示している。図８中、構造１は第１の実施形態に係る発振装置１００、構造２は第２の実施形態に係る発振装置１０２、構造３は第３の実施形態に係る発振装置１０４、従来構造は比較例に係る発振装置１１０を示す。図８に示すように、第１〜第３の実施形態に係る発振装置は、比較例に係る発振装置と比べて振動振幅速度が大きい。すなわち、第１〜第３の実施形態に係る発振装置では、比較例に係る発振装置と比べて振幅が大きい。このように、第１〜第３の実施形態に係る発振装置によれば、発振装置の音圧を向上することができることがわかる。
【００４１】
図９は、第４の実施形態に係る発振装置１０６を示す断面図であって、第１の実施形態における図１に対応している。本実施形態に係る発振装置１０６は、樹脂部材２２を備えている点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置１００と同様の構成を有する。
【００４２】
図９に示すように、樹脂部材２２は、弾性部材２０の縁に形成されている。樹脂部材２２は、例えば弾性部材２０の全周に形成されている（図示せず）。そして、弾性部材２０は、樹脂部材２２を介して、支持部材３０によって支持されている。
【００４３】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
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】
【００４５】
１０  圧電振動子
１２  圧電振動子
２０  弾性部材
２２  樹脂部材
３０  支持部材
４０  凹部
４２  凹部
４４  凹部
４６  凹部
７０  圧電体
７２  上部電極
７４  下部電極
８０  圧電体
８２  上部電極
８４  下部電極
９０  制御部
９２  信号生成部
１００  発振装置
１０２  発振装置
１０４  発振装置
１０６  発振装置
１１０  発振装置
【図１】
2012217038.tif 000003
【図２】
2012217038.tif 000004
【図３】
2012217038.tif 000005
【図４】
2012217038.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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