(57)【要約】【課題】動作保証温度外での装置の故障の抑制などに用いられる保護機能を、限られた実装面積において低コストで実装する。【解決手段】超音波発振装置１００は、超音波を出力する複数の第１圧電素子３１と、温度センサとしての第２圧電素子３２と、を含む圧電素子アレイ１３０を有している。超音波発振装置１００は、更に、第１圧電素子３１に発振信号を入力することによって第１圧電素子３１を振動させて、第１圧電素子３１より超音波を出力させる入力部２０を有している。超音波発振装置１００は、更に、第２圧電素子３２からの出力信号に基づいて温度を判定する温度判定部４０と、温度判定部４０により判定された温度に応じて、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる停止部５０と、を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を出力する複数の第１圧電素子と、温度センサとしての第２圧電素子と、を含む圧電素子アレイと、
前記第１圧電素子に発振信号を入力することによって前記第１圧電素子を振動させて、前記第１圧電素子より超音波を出力させる入力部と、
前記第２圧電素子からの出力信号に基づいて温度を判定する温度判定部と、
前記温度判定部により判定された温度に応じて、前記第１圧電素子による超音波の出力動作を停止させる停止部と、
を有することを特徴とする超音波発振装置。
【請求項２】
前記停止部は、前記温度判定部により判定された温度が所定の温度範囲外の場合に、前記第１圧電素子による超音波の出力動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載の超音波発振装置。
【請求項３】
前記停止部は、前記温度判定部により判定された温度が所定の温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合に、前記第１圧電素子による超音波の出力動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載の超音波発振装置。
【請求項４】
前記停止部は、
前記温度判定部により判定された温度が所定の第１温度範囲外の場合に、前記第１圧電素子による超音波の出力動作を停止させる第１停止部と、
前記温度判定部により判定された温度が所定の第２温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合に、前記第１圧電素子による超音波の出力動作を停止させる第２停止部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波発振装置。
【請求項５】
前記温度判定部により判定された温度に応じて、前記第１圧電素子の駆動条件を調節することにより、前記第１圧電素子から出力される超音波の音圧を一定に調整する調整部を更に有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の超音波発振装置。
【請求項６】
前記調整部は、前記温度判定部により判定された温度に応じて前記第１圧電素子の駆動電圧を調整することにより、前記第１圧電素子から出力される超音波の音圧を一定に調整することを特徴とする請求項５に記載の超音波発振装置。
【請求項７】
超音波を出力する複数の第１圧電素子と、温度センサとしての第２圧電素子と、を含む圧電素子アレイと、
前記第１圧電素子に発振信号を入力することによって前記第１圧電素子を振動させて、前記第１圧電素子より超音波を出力させる入力部と、
前記第２圧電素子からの出力信号に基づいて温度を判定する温度判定部と、
前記温度判定部により判定された温度に応じて、前記第１圧電素子による超音波の出力動作を停止させる停止部と、
を有することを特徴とする電子機器。
【請求項８】
前記圧電素子アレイを内蔵している筐体と、
前記温度判定部により判定される温度と前記筐体の表面温度との対応関係を示すテーブル情報を記憶保持している記憶部と、
を有し、
前記停止部は、前記温度判定部により判定された温度と対応する前記筐体の表面温度が所定の温度範囲外の場合に、前記第１圧電素子による超音波の出力動作を停止させることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
【請求項９】
前記圧電素子アレイを内蔵している筐体と、
前記温度判定部により判定される温度と前記筐体の表面温度との対応関係を示すテーブル情報を記憶保持している記憶部と、
を有し、
前記停止部は、前記温度判定部により判定された温度と対応する前記筐体の表面温度が所定の温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合に、前記第１圧電素子による超音波の出力動作を停止させることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
【請求項１０】
前記圧電素子アレイを内蔵している筐体と、
前記温度判定部により判定される温度と前記筐体の表面温度との対応関係を示すテーブル情報を記憶保持している記憶部と、
を有し、
前記停止部は、
前記温度判定部により判定された温度と対応する前記筐体の表面温度が所定の第１温度範囲外の場合に、前記第１圧電素子による超音波の出力動作を停止させる第１停止部と、
前記温度判定部により判定された温度と対応する前記筐体の表面温度が所定の第２温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合に、前記第１圧電素子による超音波の出力動作を停止させる第２停止部と、
を有することを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波発振装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を発振器により振動させて、圧電素子から超音波を出力させる超音波発振装置がある。超音波発振装置としては、パラメトリックスピーカなどがある。パラメトリックスピーカでは、プライバシー音源を実現することなどが可能である。
【０００３】
特許文献１には、複数の超音波振動子からなるアレイを有するパラメトリックスピーカが記載されている。
【０００４】
特許文献２に記載されているように、超音波振動子は、振動により発熱し、温度が上昇する。
なお、超音波振動子は、温度変化に伴い共振周波数が変化し、共振周波数の変化に起因して超音波振動子の振動効率が低下する。そのため、特許文献２の技術では、温度変化に伴う超音波振動子の共振周波数の変化に追従させて、発振器の周波数特性を補正する。これにより、温度変化による超音波振動子の振動効率の低下を抑制する。特許文献２の技術では、振動子に付設された熱電対からなる温度センサによって、超音波振動子の温度変化を検出する。
【０００５】
特許文献３には、圧電素子と、圧電素子と一体に設けられたサーミスタからなる温度センサと、を有する骨伝導スピーカが記載されている。この骨伝導スピーカにおいては、温度が上昇した場合に、駆動信号の増幅率を下げることにより、発熱による温度上昇を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−５１０３９号公報
【特許文献２】特開平６−３１９１９４号公報
【特許文献３】特開２００９−１１８３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
携帯電話機等の携帯端末装置或いはその他の電子機器においては、動作保証温度が規定されている場合がある。そのような電子機器は、動作保証温度外での故障を抑制するための保護機能を有している場合がある。その保護機能を働かせるためには、電子機器に例えばヒューズ等を設けることが考えられる。しかし、電子機器にはレイアウト上の制約があることも多いため、ヒューズ等を設けることが困難なこともある。また、ヒューズ等を設けることはコストアップにも繋がる。
【０００８】
保護機能を働かせるためには、温度センサも必要である。上記の特許文献２に記載されているような熱電対からなる温度センサや、上記の特許文献３に記載されているようなサーミスタからなる温度センサを、保護機能の実現に用いるとするならば、実装面積が増大してしまう。また、熱電対やサーミスタを設けることはコストアップにも繋がる。
【０００９】
本発明の目的は、動作保証温度などの所定の温度範囲以外の温度での装置の故障の抑制などに用いられる保護機能を、限られた面積において低コストで実装することができる超音波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】
【００１０】
本発明は、超音波を出力する複数の第１圧電素子と、温度センサとしての第２圧電素子と、を含む圧電素子アレイと、
前記第１圧電素子に発振信号を入力することによって前記第１圧電素子を振動させて、前記第１圧電素子より超音波を出力させる入力部と、
前記第２圧電素子からの出力信号に基づいて温度を判定する温度判定部と、
前記温度判定部により判定された温度に応じて、前記第１圧電素子による超音波の出力動作を停止させる停止部と、
を有することを特徴とする超音波発振装置を提供する。
【００１１】
また、本発明は、超音波を出力する複数の第１圧電素子と、温度センサとしての第２圧電素子と、を含む圧電素子アレイと、
前記第１圧電素子に発振信号を入力することによって前記第１圧電素子を振動させて、前記第１圧電素子より超音波を出力させる入力部と、
前記第２圧電素子からの出力信号に基づいて温度を判定する温度判定部と、
前記温度判定部により判定された温度に応じて、前記第１圧電素子による超音波の出力動作を停止させる停止部と、
を有することを特徴とする電子機器を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、動作保証温度などの所定の温度範囲以外の温度での装置の故障の抑制などに用いられる保護機能を、限られた面積において低コストで実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る超音波発振装置のブロック図である。
【図２】圧電素子アレイの模式的な平面図である。
【図３】圧電素子の模式的な断面図である。
【図４】振動子の厚さ方向の層構造を示す模式的な断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る超音波発振装置のより具体的な構成を示すブロック図である。
【図６】温度と超音波発振装置から出力される超音波の音圧との関係を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係る超音波発振装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】第１の実施形態に係る電子機器の模式図である。
【図９】第２の実施形態に係る超音波発振装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】第３の実施形態に係る超音波発振装置のブロック図である。
【図１１】第３の実施形態に係る超音波発振装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】第４の実施形態に係る電子機器のブロック図である。
【図１３】第４の実施形態に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。
【図１４】第５の実施形態に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。
【図１５】第６の実施形態に係る電子機器のブロック図である。
【図１６】第６の実施形態に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
【００１５】
〔第１の実施形態〕
図１は第１の実施形態に係る超音波発振装置１００のブロック図である。
【００１６】
本実施形態に係る超音波発振装置１００は、圧電素子アレイ１３０を有している。圧電素子アレイ１３０は、超音波を出力する複数の第１圧電素子３１と、温度センサとしての第２圧電素子３２と、を含む。超音波発振装置１００は、更に、第１圧電素子３１に発振信号を入力することによって第１圧電素子３１を振動させて、第１圧電素子３１より超音波を出力させる入力部２０を有している。超音波発振装置１００は、更に、第２圧電素子３２からの出力信号に基づいて温度を判定する温度判定部４０と、温度判定部４０により判定された温度に応じて、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる停止部５０と、を有している。
【００１７】
この超音波発振装置１００によれば、温度判定部４０は、温度センサとしての第２圧電素子３２からの出力信号に基づいて温度を判定する。そして、停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度に応じて、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。つまり、第２圧電素子３２、温度判定部４０及び停止部５０により、例えば、動作保証温度外での装置の故障の抑制などに用いられる保護機能（例えばフェイルセーフ機能）を実現することができる。
【００１８】
ここで、第２圧電素子３２は、圧電素子アレイ１３０を構成する複数の圧電素子３０のうちの一部の圧電素子３０（例えば、１つの圧電素子３０）とすることができる。このため、圧電素子アレイ１３０を有する超音波発振装置１００にそのような保護機能を実装するためには、熱電対やサーミスタなどの温度センサを別途設ける必要がない。また、ヒューズなどの追加部材も必要としない。よって、保護機能を実装するための面積及びコストの増大を抑制することができる。すなわち、動作保証温度外での装置の故障の抑制などに用いられる保護機能を、限られた実装面積において低コストで実装することができる。
【００１９】
なお、停止部５０は、例えば、入力部２０から第１圧電素子３１に対する発振信号の入力を停止させることによって、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。換言すれば、停止部５０は、入力部２０から第１圧電素子３１に対する電力供給を停止させることによって、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
【００２０】
以下、第１の実施形態をより詳細に説明する。
【００２１】
図２は圧電素子アレイ１３０の模式的な平面図である。
【００２２】
図２に示すように、圧電素子アレイ１３０は、それぞれ超音波を出力する複数の第１圧電素子３１と、温度センサとしての第２圧電素子３２と、を有している。第１圧電素子３１及び第２圧電素子３２の各々は、互いに同様の構造の圧電素子３０により構成されている。
【００２３】
第１圧電素子３１及び第２圧電素子３２は、例えば、マトリクス状に配置されている。図２の例では、縦４列、横４列で合計１６個の圧電素子３０がマトリクス状に配置され、そのうち１つの圧電素子３０が第２圧電素子３２であり、残りの１５個の圧電素子３０の各々が第１圧電素子３１となっている。ただし、圧電素子アレイ１３０が有する圧電素子３０の数や配置は、この例に限らない。
【００２４】
圧電素子アレイ１３０は、例えば、複数の圧電素子３０を支持する枠状の支持部７０を有している。
【００２５】
図３は圧電素子３０の模式的な断面図である。
【００２６】
圧電素子３０は、例えば、シート状の振動部材６２と、振動子６３と、を備えている。  振動子６３は圧電振動子であり、振動部材６２の一方の面に取り付けられている。振動子６３は、振動部材６２に対向する面の全面が接着剤によって振動部材６２に固定されている。これにより、振動子６３の片面の全面が振動部材６２によって拘束されている。
振動部材６２の縁は支持部７０により支持されている。
【００２７】
振動部材６２は、振動子６３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６２の剛性を制御することにより、振動子６３の基本共振周波数を制御することができる。振動部材６２の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。振動部材６２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６２を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である振動子６３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。
【００２８】
第１圧電素子３１の振動部材６２は、振動子６３から発生した振動によって振動し、例えば周波数が２０ｋＨｚ以上の音波を発振する。第１圧電素子３１の振動子６３も、自身が振動することによって、例えば周波数が２０ｋＨｚ以上の音波を発振する。
【００２９】
入力部２０は、第１圧電素子３１を発振させる発振器として機能する。入力部２０は、第１圧電素子３１の振動子６３に入力する電気信号、すなわちパラメトリックスピーカ用の変調信号（発振信号）を生成する。変調信号の輸送波は、例えば、周波数が２０ｋＨｚ以上の超音波であり、具体的には、例えば１００ｋＨｚの超音波である。入力部２０は、所定の発振出力となるように圧電素子３０を制御する。
【００３０】
図４は、振動子６３の厚さ方向の層構造を示す模式的な断面図である。振動子６３は、圧電体６３１、上面電極６３２及び下面電極６３３を有している。
【００３１】
圧電体６３１は厚さ方向に分極している。圧電体６３１を構成する材料は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料及び有機材料のいずれであってもよい。ただし、電気機械変換効率が高い材料、例えばジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）であるのが好ましい。圧電体６３１の厚さは、例えば１０μｍ以上１ｍｍ以下である。
【００３２】
上面電極６３２及び下面電極６３３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。銀は低抵抗で汎用的な電極材料と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、上面電極６３２及び下面電極６３３の厚さは特に限定されないが、その厚さが１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。
【００３３】
入力部２０は、例えば、第１圧電素子３１の上面電極６３２及び下面電極６３３に対し、パラメトリックスピーカ用の変調信号（発振信号）を入力する。すなわち、本実施形態の場合、例えば、超音波発振装置１００は、パラメトリックスピーカである。
【００３４】
パラメトリックスピーカは、複数の発振源それぞれからＡＭ変調やＤＳＢ変調、ＳＳＢ変調、ＦＭ変調をかけた超音波（輸送波）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、可聴音を出現させるものである。ここでの非線形とは、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示す。音波は、流体内で微少にじょう乱しているため、非線形で伝播している。特に超音波周波数帯では音波の非線形性が容易に観察できる。そして超音波を空気中に放射した場合、音波の非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。また音波は、空気中において分子密度に濃淡が生じる疎密状態である。そして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、衝撃波が生じる。この衝撃波により可聴音が発生する。
【００３５】
入力部２０は、例えば、複数の第１圧電素子３１が互いに個別の位相で発振するように、複数の第１圧電素子３１を制御することができる。複数の第１圧電素子３１を互いに個別の位相で発振させることにより、指向性を高めたり、指向性を任意に制御したりすることができる。ただし、入力部２０は、複数の第１圧電素子３１を互いに同一の位相で発振させても良い。
【００３６】
図５は第１の実施形態に係る超音波発振装置１００のより具体的な構成を示すブロック図である。
【００３７】
第１圧電素子３１は、振動により発熱し、温度が上昇する。第１圧電素子３１の発熱により、圧電素子アレイ１３０の温度が上昇する。なお、圧電素子アレイ１３０の温度上昇は、第１圧電素子３１の発熱に限らず、超音波発振装置１００がおかれた環境の温度上昇によっても生じることは勿論である。
【００３８】
第２圧電素子３２は、焦電効果を利用して、温度検出を行う。第２圧電素子３２による検出結果（第２圧電素子３２からの出力信号）は、図示しないアンプにより増幅された後、温度判定部４０に入力される。温度判定部４０は、第２圧電素子３２からの出力信号に基づいて、第２圧電素子３２の温度を判定する。温度判定部４０による判定結果、すなわち第２圧電素子３２の温度を示す温度情報は、停止部５０及びゲイン調整部９０に入力される。停止部５０は、例えば、ゲイン調整部９０（後述）の一部分とすることができる。
【００３９】
停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度、すなわち温度情報が示す温度が所定の温度範囲外の場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
【００４０】
停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外の場合に、入力部２０から第１圧電素子３１に対する発振信号の入力を停止させることによって、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。すなわち、停止部５０は、動作保障温度外の温度条件下において、第１圧電素子３１への電源供給を停止する。
【００４１】
所定の温度範囲外の温度には、例えば、所定の上限温度（例えば４０℃など）を超える温度と、所定の下限温度（例えば１０℃など）に満たない温度と、が含まれる。つまり、所定の下限温度以上、且つ、所定の上限温度以下の温度を超音波発振装置１００の動作保証温度とすれば、動作保証温度内でのみ、第１圧電素子３１による超音波の出力動作、すなわちパラメトリックスピーカによる発音動作を実行可能とすることができる。
【００４２】
また、温度変化に伴い、第１圧電素子３１の基本共振周波数が変化する。基本共振周波数の変化に起因して、第１圧電素子３１の振動効率が低下する。
【００４３】
そこで、超音波発振装置１００は、温度変化に伴う第１圧電素子３１の基本共振周波数のずれに応じて、第１圧電素子３１の駆動条件を調節するゲイン調整部（調整部）９０を有している。ゲイン調整部９０は、第１圧電素子３１から出力される超音波の音圧が一定となるように、第１圧電素子３１の駆動条件を調節する。
【００４４】
ゲイン調整部９０は、例えば、温度判定部４０により判定された温度に応じて第１圧電素子３１の駆動電圧をゲイン調整することによって、第１圧電素子３１から出力される超音波の音圧を一定に調整する。ゲイン調整部９０は、例えば、複数種類の駆動電圧のうち、温度条件に応じた最適な駆動電圧を選択するように構成されている。
【００４５】
ゲイン調整部９０は、各種情報を記憶保持する記憶部１２０を有している。この記憶部１２０には、例えば、第１圧電素子３１の温度特性を示す圧電素子温度特性情報１２１が記憶保持されている。圧電素子温度特性情報１２１には、温度判定部４０により判定された温度と、その温度に最適な第１圧電素子３１の駆動電圧と、の対応関係を示す情報が含まれる。
【００４６】
ゲイン調整部９０は、圧電素子温度特性情報１２１を参照することにより、温度判定部４０により判定された温度と対応する駆動電圧を認識及び選択し、その駆動電圧で第１圧電素子３１が動作するように、入力部２０を制御する。
【００４７】
これにより、温度変化が生じても、常に適正な駆動電圧で第１圧電素子３１を駆動させることができ、第１圧電素子３１から出力される音波の音圧を一定の音圧に補正することができる。
【００４８】
なお、ゲイン調整部９０は、温度判定部４０により判定された温度に応じて第１圧電素子３１の共振周波数を調整することによって、第１圧電素子３１から出力される超音波の音圧を一定に調整しても良い。この場合、ゲイン調整部９０は、温度判定部４０により判定された温度に応じて適正なキャリア周波数を生成するように、入力部２０を制御する。入力部２０は、ゲイン調整部９０の制御下で、温度に応じた適正なキャリア周波数を生成し、そのキャリア周波数で第１圧電素子３１を動作させる。
【００４９】
これにより、温度変化が生じても、常に最適なキャリア周波数で第１圧電素子３１を動作させることができ、第１圧電素子３１の振動効率を最適化することができるとともに、第１圧電素子３１から出力される音波の音圧を一定の音圧に補正することができる。
【００５０】
ゲイン調整部９０は、上述したような駆動電圧の調整と、キャリア周波数の調整と、の双方の調整を行っても良い。
【００５１】
図６は温度と超音波発振装置１００から出力される超音波の音圧との関係を示す図である。
【００５２】
図６において、横軸は温度、縦軸は第１圧電素子３１から出力される超音波の音圧を示す。図６の曲線Ｌ２は、ゲイン調整部９０による上記のゲイン調整を行わない場合の、温度と音圧との関係を示す。一方、図６の曲線Ｌ１は、ゲイン調整部９０による上記のゲイン調整を行う場合の、温度と音圧との関係を示す。
【００５３】
図６に示すように、動作保証温度内の温度条件下（例えば１０℃以上４０℃以下）では、温度にかかわらず一定の音圧の超音波が第１圧電素子３１から出力されるように、ゲイン調整部９０によるゲイン調整を行う。すなわち、ゲイン調整部９０は、動作保証温度内の温度条件下では、温度にかかわらず一定の振幅で第１圧電素子３１が振動するように、第１圧電素子３１の駆動条件を調整する。これにより、ユーザは、動作保証温度内の温度条件下では、温度にかかわらず、一定の音量で音声を聞くことができる。
【００５４】
また、動作保証温度外の温度条件下では、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。従って、図６に示すように、動作保証温度外の温度条件下では、音圧はゼロとなる。
【００５５】
図７は第１の実施形態に係る超音波発振装置１００の動作を示すフローチャートである。図７に示す処理は、例えば、第１圧電素子３１の動作中、所定の時間間隔ごと（例えば３秒ごと）に繰り返し実行される。
【００５６】
先ず、温度判定部４０により、第２圧電素子３２の温度を判定する（図７のステップＳ１１）。
【００５７】
次に、停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外であるか否かを判定する（図７のステップＳ１２）。
【００５８】
温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外の場合（図７のステップＳ１２のＹ）、停止部５０は、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる（図７のステップＳ１３）。これにより、第１圧電素子３１の発熱が停止し、超音波発振装置１００の過熱が抑制される。
【００５９】
一方、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外でない場合（図７のステップＳ１２のＮ）、ゲイン調整部９０は、温度判定部４０により判定された温度に応じて、第１圧電素子３１のゲイン調整を行う（図７のステップＳ１４）。これにより、温度にかかわらず、第１圧電素子３１から出力される超音波の音圧が一定に調整される。
【００６０】
図８は本実施形態に係る電子機器の一例としての携帯端末装置１５０の模式図である。
【００６１】
図８に示すように、携帯端末装置１５０は、筐体１５１と、筐体１５１に内蔵されている超音波発振装置１００と、を有している。超音波発振装置１００の構成は、上述したとおりである。筐体１５１には、超音波発振装置１００から出力される音波を放音する放音孔（図示略）が形成されている。超音波発振装置１００の圧電素子アレイ１３０の支持部７０は、例えば、携帯端末装置１５０の回路基板（図示略）又は筐体１５１に固定されている。
【００６２】
携帯端末装置１５０は、例えば、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、小型ゲーム機器、ラップトップ型パーソナルコンピュータなどである。
【００６３】
以上のような第１の実施形態によれば、温度判定部４０は、温度センサとしての第２圧電素子３２からの出力信号に基づいて温度を判定する。そして、停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度に応じて、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。つまり、第２圧電素子３２、温度判定部４０及び停止部５０により、例えば、動作保証温度外での装置の故障の抑制などに用いられる保護機能（例えばフェイルセーフ機能）を実現することができる。
【００６４】
ここで、第２圧電素子３２は、圧電素子アレイ１３０を構成する複数の圧電素子３０のうちの一部の圧電素子３０（例えば、１つの圧電素子３０）とすることができる。このため、圧電素子アレイ１３０を有する超音波発振装置１００にそのような保護機能を実装するためには、熱電対やサーミスタなどの温度センサを別途設ける必要がない。また、ヒューズなどの追加部材も必要としない。よって、保護機能を実装するための面積及びコストの増大を抑制することができる。超音波出力用の第１圧電素子３１と温度検出用の第２圧電素子３２とをワンデバイス化することができるため、携帯電話機などの携帯端末装置１５０に要求される高密度実装とコスト低減とを両立することができる。
このように、動作保証温度外での装置の故障の抑制などに用いられる保護機能を、限られた実装面積において低コストで実装することができる。
【００６５】
なお、特許文献２に記載されているように振動子に温度センサを取り付けた場合、振動子の振動を妨げ、その振動効率が低下してしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、第１圧電素子３１とは別個の第２圧電素子３２を温度センサとして用いるため、そのような問題が生じない。すなわち、温度センサの設置による第１圧電素子３１の振動効率の低下が生じない構成とすることができる。
【００６６】
また、圧電素子アレイ１３０を構成する複数の圧電素子３０のうちの一部の圧電素子３０である第２圧電素子３２を温度センサとしているため、発熱源である圧電素子アレイ１３０の温度を監視し、その温度を誤差無く正確に検出することができる。
【００６７】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態に係る超音波発振装置は、以下に説明する点でのみ、第１の実施形態に係る超音波発振装置１００と相違し、その他の点では、第１の実施形態に係る超音波発振装置１００と同様に構成されている。
【００６８】
上記の第１の実施形態では、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外の場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止部５０が停止させる例を説明した。
【００６９】
これに対し、本実施形態では、停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外である状態が、所定時間以上継続した場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
【００７０】
一例としては、温度判定部４０により判定された温度が４３℃を越える状態が３時間以上継続した場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
【００７１】
なお、本実施形態の場合、超音波発振装置は、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外である状態の継続時間を計測するためのタイマーを含んで構成されている。
【００７２】
図９は第２の実施形態に係る超音波発振装置の動作を示すフローチャートである。図９に示す処理は、例えば、第１圧電素子３１の動作中、所定の時間間隔ごと（例えば３秒ごと）に繰り返し実行される。
【００７３】
本実施形態の場合、図９に示すように、ステップＳ１１に続いて、ステップＳ２１を行う。ステップＳ２１では、停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外である状態が所定時間以上継続したか否かを判定する。
【００７４】
温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合（図９のステップＳ２１のＹ）、停止部５０は、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる（図９のステップＳ１３）。これにより、第１圧電素子３１の発熱が停止する。
【００７５】
一方、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外である状態が所定時間以上継続してはいない場合（図９のステップＳ２１のＮ）、図９のステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ゲイン調整部９０は、温度判定部４０により判定された温度に応じて、第１圧電素子３１のゲイン調整を行う。これにより、第１圧電素子３１から出力される超音波の音圧が一定に調整される。
【００７６】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
第２の実施形態によれば、特に、以下の効果が得られる。
すなわち、停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。よって、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外である状態が、所定時間を越えて継続することがないようにできる。
【００７７】
〔第３の実施形態〕
図１０は第３の実施形態に係る超音波発振装置３００のブロック図である。
【００７８】
第３の実施形態に係る超音波発振装置３００は、以下に説明する点でのみ、第１の実施形態に係る超音波発振装置１００と相違し、その他の点では、第１の実施形態に係る超音波発振装置１００と同様に構成されている。
【００７９】
本実施形態では、停止部５０は、第１停止部５１と第２停止部５２とを有している。第１停止部５１は、温度判定部４０により判定された温度が所定の第１温度範囲外の場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。第２停止部５２は、温度判定部４０により判定された温度が所定の第２温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。すなわち、第１停止部５１は、第１の実施形態における停止部５０と同様のものであり、第２停止部５２は、第２の実施形態における停止部５０と同様のものである。
【００８０】
なお、第１温度範囲の上限温度は第２温度範囲の上限温度よりも高い、という第１条件と、第１温度範囲の下限温度は第２温度範囲の下限温度よりも低い、という第２条件と、のうちの少なくとも一方の条件を満たす。
【００８１】
一例としては、第１温度範囲として１０℃以上４３℃を設定することが挙げられる。また、第２温度範囲として４０℃以下を設定し、所定時間として３時間を設定することが挙げられる。
【００８２】
超音波発振装置３００は、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外である状態の継続時間を計測するためのタイマー８０を含んで構成されている。
【００８３】
図１１は第３の実施形態に係る超音波発振装置３００の動作を示すフローチャートである。図１１に示す処理は、例えば、第１圧電素子３１の動作中、所定の時間間隔ごと（例えば３秒ごと）に繰り返し実行される。
【００８４】
本実施形態の場合、図１１に示すように、超音波発振装置３００は、ステップＳ１１に続いて、ステップＳ３１を行う。ステップＳ３１では、第１停止部５１は、温度判定部４０により判定された温度が所定の第１温度範囲外であるか否かを判定する。
【００８５】
温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外の場合（図１１のステップＳ３１のＹ）、第１停止部５１は、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる（図１１のステップＳ１３）。
【００８６】
一方、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外でない場合（図１１のステップＳ３１のＮ）、超音波発振装置３００は、ステップＳ３２を行う。ステップＳ３２では、第２停止部５２は、温度判定部４０により判定された温度が所定の第２温度範囲外である状態が所定時間以上継続したか否かを判定する。
【００８７】
温度判定部４０により判定された温度が所定の第２温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合（図１１のステップＳ３２のＹ）、第２停止部５２は、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる（図１１のステップＳ１３）。
【００８８】
一方、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外でなく、且つ、温度判定部４０により判定された温度が所定の温度範囲外である状態が所定時間以上継続してはいない場合（図１１のステップＳ３２のＮ）、図１１のステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ゲイン調整部９０は、温度判定部４０により判定された温度に応じて、第１圧電素子３１のゲイン調整を行う。
【００８９】
第３の実施形態によれば、停止部５０は、第１停止部５１と第２停止部５２とを有している。第１停止部５１は、温度判定部４０により判定された温度が所定の第１温度範囲外の場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。また、第２停止部５２は、温度判定部４０により判定された温度が所定の第２温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
よって、第３の実施形態によれば、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせた効果が得られる。
【００９０】
〔第４の実施形態〕
図１２は第４の実施形態に係る電子機器の一例としての携帯端末装置４５０のブロック図である。
【００９１】
第４の実施形態に係る携帯端末装置４５０は、以下に説明する点でのみ、第１の実施形態に係る携帯端末装置１５０（図８）と相違し、その他の点では、携帯端末装置１５０と同様に構成されている。
【００９２】
本実施形態も、筐体１５１（図８参照）内に超音波発振装置１００が内蔵されている。すなわち、筐体１５１には、圧電素子アレイ１３０が内蔵されている。
【００９３】
図１２に示すように、本実施形態の場合、記憶部１２０には、テーブル情報１２２が記憶保持されている。テーブル情報１２２は、温度判定部４０により判定される温度と筐体１５１の表面温度との対応関係を示す情報である。この情報は、予め、温度判定部４０により判定される温度ごとに筐体１５１の表面温度の測定を行うことにより求められ、記憶部１２０に記憶されている。
【００９４】
本実施形態の場合、停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が、所定の温度範囲外の場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
すなわち、停止部５０は、テーブル情報１２２を参照することにより、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度を認識し、その表面温度が所定の温度範囲外の場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
【００９５】
一例としては、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が１０℃以上４０℃以下の温度範囲外の場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
【００９６】
図１３は第４の実施形態に係る携帯端末装置４５０の動作を示すフローチャートである。図１３に示す処理は、例えば、第１圧電素子３１の動作中、所定の時間間隔ごと（例えば３秒ごと）に繰り返し実行される。
【００９７】
本実施形態の場合、図１３に示すように、ステップＳ１１に続いて、ステップＳ４１を行う。ステップＳ４１では、停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外であるか否かを判定する。
【００９８】
温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が、所定の温度範囲外の場合（図１３のステップＳ４１のＹ）、停止部５０は、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる（図１３のステップＳ１３）。
【００９９】
一方、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が、所定の温度範囲外でない場合（図１３のステップＳ４１のＮ）、図１３のステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ゲイン調整部９０は、温度判定部４０により判定された温度に応じて、第１圧電素子３１のゲイン調整を行う。
【０１００】
以上のような第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
第４の実施形態によれば、特に、以下の効果が得られる。
本実施形態の場合、携帯端末装置４５０は、圧電素子アレイ１３０を内蔵している筐体１５１と、温度判定部４０により判定される温度と筐体１５１の表面温度との対応関係を示すテーブル情報１２２を記憶保持している記憶部１２０と、を有している。そして、停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外の場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。よって、筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外となることを抑制する保護機能を実現することができる。
【０１０１】
〔第５の実施形態〕
第５の実施形態に係る電子機器は、以下に説明する点でのみ、第４の実施形態に係る電子機器（例えば携帯端末装置４５０）と相違し、その他の点では、第２の実施形態に係る電子機器と同様に構成されている。
【０１０２】
上記の第４の実施形態では、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外の場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止部５０が停止させる例を説明した。
【０１０３】
これに対し、本実施形態では、停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外である状態が、所定時間以上継続した場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
【０１０４】
一例としては、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が４３℃を越える状態が３時間以上継続した場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
【０１０５】
なお、本実施形態の場合、電子機器は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外である状態の継続時間を計測するためのタイマーを含んで構成されている。
【０１０６】
図１４は第５の実施形態に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。図１４に示す処理は、例えば、第１圧電素子３１の動作中、所定の時間間隔ごと（例えば３秒ごと）に繰り返し実行される。
【０１０７】
本実施形態の場合、図１４に示すように、ステップＳ１１に続いて、ステップＳ５１を行う。ステップＳ５１では、停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外である状態が所定時間以上継続したか否かを判定する。
【０１０８】
温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合（図１４のステップＳ５１のＹ）、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、停止部５０は、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
【０１０９】
一方、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外である状態が所定時間以上継続してはいない場合（図１４のステップＳ５１のＮ）、図１４のステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ゲイン調整部９０は、温度判定部４０により判定された温度に応じて、第１圧電素子３１のゲイン調整を行う。
【０１１０】
第５の実施形態によれば、第４の実施形態と同様の効果が得られる。
第５の実施形態によれば、特に、以下の効果が得られる。
本実施形態の場合、電子機器は、圧電素子アレイ１３０を内蔵している筐体１５１と、温度判定部４０により判定される温度と筐体１５１の表面温度との対応関係を示すテーブル情報１２２を記憶保持している記憶部１２０と、を有している。そして、停止部５０は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。よって、筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外である状態が所定時間を超えて継続することを抑制する保護機能を実現することができる。
【０１１１】
〔第６の実施形態〕
図１５は第６の実施形態に係る電子機器の一例としての携帯端末装置６５０のブロック図である。
【０１１２】
第６の実施形態に係る携帯端末装置６５０は、以下に説明する点でのみ、第４の実施形態に係る携帯端末装置４５０と相違し、その他の点では、第４の実施形態に係る携帯端末装置４５０と同様に構成されている。
【０１１３】
本実施形態では、停止部５０は、第１停止部５１と第２停止部５２とを有している。
第１停止部５１は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の第１温度範囲外の場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。第２停止部５２は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の第２温度範囲外である状態が所定の第２時間以上継続した場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。すなわち、第１停止部５１は、第４の実施形態における停止部５０と同様のものであり、第２停止部５２は、第５の実施形態における停止部５０と同様のものである。
【０１１４】
なお、第１温度範囲の上限温度は第２温度範囲の上限温度よりも高い、という第１条件と、第１温度範囲の下限温度は第２温度範囲の下限温度よりも低い、という第２条件と、のうちの少なくとも一方の条件を満たす。
【０１１５】
一例としては、第１温度範囲として１０℃以上４３℃を設定することが挙げられる。また、第２温度範囲として４０℃以下を設定し、所定時間として３時間を設定することが挙げられる。
【０１１６】
携帯端末装置６５０は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外である状態の継続時間を計測するためのタイマー８０を含んで構成されている。
【０１１７】
図１６は第６の実施形態に係る携帯端末装置６５０の動作を示すフローチャートである。図１６に示す処理は、例えば、第１圧電素子３１の動作中、所定の時間間隔ごと（例えば３秒ごと）に繰り返し実行される。
【０１１８】
本実施形態の場合、図１６に示すように、携帯端末装置６５０は、ステップＳ１１に続いて、ステップＳ６１を行う。ステップＳ６１では、第１停止部５１は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の第１温度範囲外であるか否かを判定する。
【０１１９】
温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外の場合（図１６のステップＳ６１のＹ）、第１停止部５１は、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる（図１６のステップＳ１３）。
【０１２０】
一方、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の温度範囲外でない場合（図１６のステップＳ６１のＮ）、携帯端末装置６５０は、ステップＳ６２を行う。ステップＳ６２では、第２停止部５２は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の第２温度範囲外である状態が所定時間以上継続したか否かを判定する。
【０１２１】
温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の第２温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合（図１６のステップＳ６２のＹ）、図１６のステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、第２停止部５２は、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
【０１２２】
一方、ステップＳ６１のＮ、且つ、ステップＳ６２のＮの場合、ゲイン調整部９０は、温度判定部４０により判定された温度に応じて、第１圧電素子３１のゲイン調整を行う（図１６のステップＳ１４）。
【０１２３】
第６の実施形態によれば、停止部５０は、第１停止部５１と第２停止部５２とを有している。第１停止部５１は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の第１温度範囲外の場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。また、第２停止部５２は、温度判定部４０により判定された温度と対応する筐体１５１の表面温度が所定の第２温度範囲外である状態が所定時間以上継続した場合に、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる。
よって、第６の実施形態によれば、第４の実施形態と第５の実施形態とを組み合わせた効果が得られる。
【０１２４】
上記の各実施形態では、入力部２０から第１圧電素子３１に対する発振信号の入力を停止させることによって、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させる例を説明したが、この例に限らない。例えば、超音波発振装置の電源遮断を行うことによって、或いは、電子機器自体の電源遮断を行うことによって、第１圧電素子３１による超音波の出力動作を停止させても良い。
【０１２５】
上記の各実施形態では、圧電素子アレイ１３０が温度センサとしての第２圧電素子３２を１つだけ有している例を説明したが、圧電素子アレイ１３０は２つ以上の第２圧電素子３２を有していても良い。この場合、温度判定部４０は、これら第２圧電素子３２からの出力信号に基づいて、温度を判定する。この場合、第２圧電素子３２が１つだけの場合よりも、温度の検出精度を高めることができる。
【０１２６】
上記の各実施形態では、超音波発振装置１００がパラメトリックスピーカである例を説明したが、この例に限らない。例えば、超音波発振装置１００は、各種の診断装置用の超音波発振装置であっても良い。
【符号の説明】
【０１２７】
２０ 入力部
３０ 圧電素子
３１ 第１圧電素子
３２ 第２圧電素子（温度センサ）
４０ 温度判定部
５０ 停止部
５１ 第１停止部
５２ 第２停止部
６２ 振動部材
６３ 振動子
７０ 支持部
８０ タイマー
９０ ゲイン調整部
１００ 超音波発振装置
１２０ 記憶部
１２１ 圧電素子温度特性情報
１２２ テーブル情報
１３０ 圧電素子アレイ
１５０ 携帯端末装置（電子機器）
１５１ 筐体
３００ 超音波発振装置
４５０ 携帯端末装置（電子機器）
６３１ 圧電体
６３２ 上面電極
６３３ 下面電極
６５０ 携帯端末装置（電子機器）
Ｌ１ 調整後の音圧
Ｌ２ 調整前の音圧
【図１】
2013175966.tif 000003
【図２】
2013175966.tif 000004
【図３】
2013175966.tif 000005
【図４】
2013175966.tif 000006
【図５】
2013175966.tif 000007
【図６】
2013175966.tif 000008
【図７】
2013175966.tif 000009
【図８】
2013175966.tif 000010
【図９】
2013175966.tif 000011
【図１０】
2013175966.tif 000012
【図１１】
2013175966.tif 000013
【図１２】
2013175966.tif 000014
【図１３】
2013175966.tif 000015
【図１４】
2013175966.tif 000016
【図１５】
2013175966.tif 000017
【図１６】
2013175966.tif 000018