(57)【要約】【課題】占有面積が小さいながらも大音量の出力が可能な発振装置を提供する。【解決手段】電気音響変換器１００は、圧電素子１１０を拘束する弾性部材１２０が発条部分１３０で基板ＢＰに連結されている。このため、圧電素子１１０と弾性部材１２０とが基板ＢＰに対して弾発的に振動することができ、その振動を共振により増強することができる。従って、高効率に大音量の出力が可能であり、例えば、アレイ状に配列した場合でもキャンセリングやエネルギーロスを解消することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界の印加により伸縮運動する圧電素子と、
前記圧電素子の一面を拘束する平板状の弾性部材と、
前記圧電素子の主面と直交する方向に発条性を有して前記弾性部材の少なくとも両端に個々に形成されているとともに基板に連結される少なくとも相対する発条部分と、
を有する発振装置。
【請求項２】
前記発条部分が前記弾性部材と一体に形成されている請求項１に記載の発振装置。
【請求項３】
前記発条部分が平板状の前記弾性部材に一端で連続する半円弧状の断面形状に形成されている請求項１または２に記載の発振装置。
【請求項４】
一個の前記圧電素子が前記基板と逆側の前記弾性部材の一面に装着されている請求項１ないし３の何れか一項に記載の発振装置。
【請求項５】
一個の前記圧電素子が前記基板と同側の前記弾性部材の一面に装着されている請求項１ないし３の何れか一項に記載の発振装置。
【請求項６】
二個の前記圧電素子が前記弾性部材の両面に一個ずつ装着されている請求項１ないし３の何れか一項に記載の発振装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の発振装置と、
前記発振装置に可聴域の音波を出力させる発振駆動部と、
を有する電子機器。
【請求項８】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の発振装置と、
前記発振装置に超音波を出力させる発振駆動部と、
前記発振装置から発振されて測定対象物で反射した前記超音波を検知する超音波検知部と、
検知された前記超音波から前記測定対象物までの距離を算出する測距部と、
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、圧電素子を利用した発振装置、この発振装置を利用した電子機器、に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電子機器である携帯電話機においては、音楽再生、ハンズフリーなどの音響機能を商品価値とした薄型スタイリッシュ携帯の開発が活発化している。この中、電気音響変換器に対しては、小型・薄型でかつ高音質への要求が高く、従来の動電型に代わる圧電型の薄型の電気音響変換器の開発が活発になされている。
【０００３】
図４に示すように、圧電型の電気音響変換器は、電界の印加により伸縮運動する圧電素子１１０と、圧電素子１１０の一面を拘束する平板状の弾性部材１２０と、を有し、圧電素子１１０の伸縮運動を利用して音波を再生する。このため、磁石やボイスコイルから構成される動電型の電気音響変換器に比べて薄型化に優位である。
【０００４】
現在、上述のような電気音響変換器として各種の提案がある（特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３００７００号公報
【特許文献２】特開２００４−１１２２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者が見出した課題は、効率である。図５に示すように、複数の圧電振動子が配列される場合、放射面近傍で、音波が干渉するため、キャンセリングなどによりエネルギーロスを起こすことや、指向性制御が困難であることがあった。このため、高効率で、指向性制御を可能とする超音波用の電気音響変換器に関する技術が必要であることを、本発明者は発見した。
【０００７】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、高効率に大音量の出力が可能な発振装置、このような発振装置を利用した電子機器、を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発振装置は、電界の印加により伸縮運動する圧電素子と、圧電素子の一面を拘束する平板状の弾性部材と、圧電素子の主面と直交する方向に発条性を有して弾性部材の少なくとも両端に個々に形成されているとともに基板に連結される少なくとも相対する発条部分と、を有する。
【０００９】
本発明の第一の電子機器は、本発明の発振装置と、発振装置に可聴域の音波を出力させる発振駆動部と、を有する。
【００１０】
本発明の第二の電子機器は、本発明の発振装置と、発振装置に超音波を出力させる発振駆動部と、発振装置から発振されて測定対象物で反射した超音波を検知する超音波検知部と、検知された超音波から測定対象物までの距離を算出する測距部と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発振装置は、圧電素子を拘束する弾性部材が発条部分で基板に連結されている。このため、圧電素子と弾性部材とが基板に対して弾発的に振動することができ、その振動を共振により増強することができる。従って、高効率に大音量の出力が可能であり、例えば、アレイ状に配列した場合でもキャンセリングやエネルギーロスを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の発振装置である電気音響変換器の構造を示す模式的な正面図である。
【図２】一の変形例の電気音響変換器の構造を示す模式的な正面図である。
【図３】他の変形例の電気音響変換器の構造を示す模式的な正面図である。
【図４】一従来例の電気音響変換器の構造を示す模式的な正面図である。
【図５】アレイ状に配列された複数の電気音響変換器の構造を示す模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施の形態の発振装置である電気音響変換器１００は、図１に示すように、電界の印加により伸縮運動する圧電素子１１０と、圧電素子１１０の一面を拘束する平板状の弾性部材１２０と、圧電素子の主面と直交する方向に発条性を有して弾性部材１２０の少なくとも両端に個々に形成されているとともに基板ＢＰに連結される少なくとも相対する発条部分１３０と、を有する。
【００１４】
なお、発条部分１３０は、弾性部材１２０と一体に形成されており、発条部分１３０は、平板状の弾性部材１２０に一端で連続する半円弧状の断面形状に形成されている。また、本実施の形態の電気音響変換器１００では、一個の圧電素子１１０が基板ＢＰと逆側の弾性部材１２０の一面に装着されている。
【００１５】
なお、圧電素子１１０には、電気音響変換器１００に可聴域の音波を出力させる発振駆動部であるドライバ回路１４０が結線されている。発条部分１３０は圧電素子１１０の振幅方向に対して垂直であるため、圧電素子１１０と基板ＢＰとの間のスペーサの役割を果たす。
【００１６】
音波発生のメカニズムは、圧電素子１１０への電界の印加により発生する伸縮運動を利用する。また、超音波の周波数は２０ｋＨｚ以上に限定する。圧電素子１１０は機械品質係数Ｑが高いため、基本共振近傍にエネルギが集中するため、基本共振周波数では高い音圧レベルを得ることができるが、その他の周波数帯域では、音圧が減衰してしまう。
【００１７】
本構成では、特定周波数に限定した超音波を発振させるため、むしろ、圧電素子１１０の機械品質係数Ｑが高いことが特性として優位となる。また、圧電振動子の基本共振周波数は圧電素子１１０の形状に影響を受けるため、高い周波数帯域、例えば、超音波帯域に共振周波数を調整する場合、小型化に優位となる。
【００１８】
なお、本構成では、ＦＭ(Frequency Modulation)やＡＭ(Amplitude Modulation)変調させた超音波を発振させ、空気の非線形状態（疎密状態）を利用して、変調波を復調させ可聴音を再生する、いわゆるパラメトリックスピーカの原理に基づいて音響再生を行う。本実施の形態の電気音響変換器１００では、圧電素子１１０は、高周波数帯域の発振に限定した構成になるため、小型化が可能となる。
【００１９】
上述のような構成において、本実施の形態の電気音響変換器１００の第一の特徴は、実装に関する点である。圧電素子１１０を拘束している弾性部材１２０の両端の発条部分１３０が基板ＢＰと直接接合するため、変換器を構成するフレームが不要で、実装面積を削減できる。また、基板ＢＰの空きスペースに容易に接合できることから、実装位置などの制約が緩和できる。
【００２０】
また、第二の特徴は、振動子の面積に関するものである。本構成の電気音響変換器１００では超音波を発振させるため、可聴音を再生する従来の電気音響変換器に比べて面積を削減できる。
【００２１】
また、第三の特徴は音圧レベルである。本構成では、弾性部材１２０に垂直方向に発条部分１３０を形成することで、弾性部材１２０の見かけ上のストロークの長尺化が可能となり、振動変位を拡大することができる。
【００２２】
本構成の電気音響変換器１００では、超音波を、音声の搬送波として利用するパラメトリックスピーカの原理を利用して音響再生を行う。このパラメトリックスピーカの原理を利用することで、超指向性の音場形成が可能となる。なお、音波の指向性を制御するにはフェーズアレイ法にように、アレイ上の複数の振動子から音波を放射することが好ましく、本構成の電気音響変換器１００においても、基板ＢＰ上に複数の振動子を配置して、アレイ状の変換器を形成することができる。
【００２３】
上述のように、本実施の形態の電気音響変換器１００は、圧電素子１１０を拘束する弾性部材１２０が発条部分１３０で基板ＢＰに連結されている。このため、圧電素子１１０と弾性部材１２０とが基板ＢＰに対して弾発的に振動することができ、その振動を共振により増強することができる。従って、高効率に大音量の出力が可能であり、例えば、アレイ状に配列した場合でもキャンセリングやエネルギーロスを解消することができる。
【００２４】
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では一個の圧電素子１１０で弾性部材１２０の上面のみ拘束するユニモルフ構造の電気音響変換器１００を例示した。
【００２５】
しかし、図２に発振装置として例示する電気音響変換器２００のように、二個の圧電素子１１０で弾性部材１２０の上面と下面とを拘束したバイモルフ構造の発振装置なども実施可能である。この場合、装置全体を大型化することなく、さらに高効率に大音量の出力が可能となる。
【００２６】
また、上記形態では圧電素子１１０が基板ＢＰと逆側の弾性部材１２０の上面に拘束されていることを例示した。しかし、図３に発振装置として例示する電気音響変換器３００のように、圧電素子１１０が基板ＢＰと同側の弾性部材１２０の下面に拘束されていてもよい。この場合、デッドスペースを利用して装置全体を小型化することができる。
【００２７】
また、上記形態では圧電素子１１０が一個の圧電層からなることを想定した。しかし、圧電素子が、圧電層と電極層とが交互に積層された積層構造からなってもよい(図示せず)。
【００２８】
さらに、上記形態では発条部分１３０が平板状の弾性部材１２０に一端で連続する半円弧状の断面形状に形成されていることを例示した。しかし、このような発条部分が、く字状に屈曲した断面形状に形成されていてもよい(図示せず)。
【００２９】
また、上記形態では相対する一対の発条部分１３０が細長形状の矩形の弾性部材１２０の両端に個々に形成されていることを例示した。しかし、矩形の弾性部材１２０の四辺の全部に発条部分が連結されていてもよい(図示せず)。
【００３０】
さらに、上記形態では電気音響変換器１００に発振駆動部であるドライバ回路１４０が接続されている電子機器を想定した。しかし、このような電気音響変換器１００と、電気音響変換器１００に超音波を出力させる発振駆動部と、電気音響変換器１００から発振されて測定対象物で反射した超音波を検知する超音波検知部と、検知された超音波から測定対象物までの距離を算出する測距部と、を有するソナーなどの電子機器(図示せず)も実施可能である。
【００３１】
なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１００    電気音響変換器
１１０    圧電素子
１２０    弾性部材
１３０    発条部分
１４０    ドライバ回路
２００    電気音響変換器
３００    電気音響変換器
ＢＰ    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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