(57)【要約】【課題】圧電型電気音響変換器から十分な音圧の超音波を出力する。【解決手段】圧電型電気音響変換器の製造方法は、複数の超音波振動子を作成する工程を有する。圧電型電気音響変換器の製造方法は、更に、複数の超音波振動子の各々に適した重量のウェイトを、複数の超音波振動子の各々に付加することにより、複数の超音波振動子の基本共振周波数を互いに同じ周波数に調整する工程を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波振動子を作成する工程と、
前記複数の超音波振動子の各々に適した重量のウェイトを、前記複数の超音波振動子の各々に付加することにより、前記複数の超音波振動子の基本共振周波数を互いに同じ周波数に調整する工程と、
を有することを特徴とする圧電型電気音響変換器の製造方法。
【請求項２】
前記超音波振動子は、
圧電素子と、
前記圧電素子と接合された金属板と、
前記金属板に固定された、金属製の振動部材と、
を有し、
前記調整する工程では、
前記ウェイトを前記振動部材に付加することを特徴とする請求項１に記載の圧電型電気音響変換器の製造方法。
【請求項３】
前記振動部材は、中空の円錐状に形成され、
前記調整する工程では、前記ウェイトを前記振動部材の内面部に充填することを特徴とする請求項２に記載の圧電型電気音響変換器の製造方法。
【請求項４】
前記超音波振動子に対する前記ウェイトの付加重量と、前記超音波振動子の基本共振周波数の減少量と、の対応関係を示す対応関係情報を準備する工程を有し、
前記調整する工程では、
前記複数の超音波振動子の各々の基本共振周波数を測定する工程と、
前記測定する工程での測定結果と、前記対応関係情報と、に基づいて、前記複数の超音波振動子の基本共振周波数を所定の目標周波数に調整するために必要な、個々の前記超音波振動子ごとの前記ウェイトの付加重量を決定する工程と、
前記決定する工程にて決定した付加重量の前記ウェイトを前記複数の超音波振動子にそれぞれ付加する工程と、
を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の圧電型電気音響変換器の製造方法。
【請求項５】
前記ウェイトは、樹脂、はんだ、又は、はんだ以外の金属であ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圧電型電気音響変換器の製造方法。
【請求項６】
複数の超音波振動子を有し、
前記複数の超音波振動子は、各々に適した重量のウェイトが付加されていることにより、互いに同じ基本共振周波数に調整されていることを特徴とする圧電型電気音響変換器。
【請求項７】
前記超音波振動子は、
圧電素子と、
前記圧電素子と接合された金属板と、
前記金属板に固定された、金属製の振動部材と、
を有し、
前記ウェイトは、前記振動部材に付加されていることを特徴とする請求項６に記載の圧電型電気音響変換器。
【請求項８】
前記振動部材は、中空の円錐状に形成され、
前記ウェイトは、前記振動部材の内面部に充填されていることを特徴とする請求項７に記載の圧電型電気音響変換器。
【請求項９】
前記ウェイトは、樹脂、はんだ、又は、はんだ以外の金属であることを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載の圧電型電気音響変換器。
【請求項１０】
圧電型電気音響変換器を有し、
前記圧電型電気音響変換器は、
複数の超音波振動子を有し、
前記複数の超音波振動子は、各々に適した重量のウェイトが付加されていることにより、互いに同じ基本共振周波数に調整されていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電型電気音響変換器の製造方法、圧電型電気音響変換器及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
パラメトリックスピーカは、複数（例えば数個から数十個）の超音波振動子を備えて構成されている。パラメトリックスピーカは、例えば２０ｋＨｚ以上の周波数の超音波を搬送波とし、音声信号により変調された変調波（ＡＭ変調波、ＦＭ変調波など）を空気中に放射する。すると、空気中にて音波の振幅に非線形性が生じ、その結果として音声信号が復調する。
【０００３】
なお、特許文献１には、超音波セラミックマイクロホンの円錐状共振子の振動減衰時間を短縮するために、円錐状共振子の全体に接着剤を薄くコーティングしたり、円錐状共振子の内側にその高さの１／３以上に接着剤を設けたりする技術について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公昭５８−０３０３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パラメトリックスピーカでは、搬送波から可聴音へ復調する際に、音圧レベルが大きく（４０ｄＢ程度）減衰するといわれている。そのため、十分な音圧の可聴音を再生するためには、超音波を十分大きな音圧で出力する必要がある。
【０００６】
パラメトリックスピーカから出力される超音波は、複数の超音波振動子から出力される超音波を合成した超音波である。このため、個々の超音波振動子から出力される超音波の周波数がばらついた場合、個々の超音波振動子から出力される超音波どうしの相殺が生じるため、パラメトリックスピーカから出力される超音波のトータルの音圧が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、圧電型電気音響変換器から十分な音圧の超音波を出力することが可能な圧電型電気音響変換器の製造方法、その圧電型電気音響変換器、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】
【０００８】
本発明は、複数の超音波振動子を作成する工程と、
前記複数の超音波振動子の各々に適した重量のウェイトを、前記複数の超音波振動子の各々に付加することにより、前記複数の超音波振動子の基本共振周波数を互いに同じ周波数に調整する工程と、
を有することを特徴とする圧電型電気音響変換器の製造方法を提供する。
【０００９】
また、本発明は、複数の超音波振動子を有し、
前記複数の超音波振動子は、各々に適した重量のウェイトが付加されていることにより、互いに同じ基本共振周波数に調整されていることを特徴とする圧電型電気音響変換器を提供する。
【００１０】
また、本発明は、圧電型電気音響変換器を有し、
前記圧電型電気音響変換器は、
複数の超音波振動子を有し、
前記複数の超音波振動子は、各々に適した重量のウェイトが付加されていることにより、互いに同じ基本共振周波数に調整されていることを特徴とする電子機器を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧電型電気音響変換器から十分な音圧の超音波を出力することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る圧電型電気音響変換器の製造方法のフローチャートである。
【図２】第１の実施形態に係る圧電型電気音響変換器の模式的な平面図である。
【図３】第１の実施形態に係る圧電型電気音響変換器が有する超音波振動子を示す模式的な断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る圧電型電気音響変換器の製造方法のより具体的な一例を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態に係る電子機器の模式図である。
【図６】第３の実施形態に係る圧電型電気音響変換器が有する超音波振動子を示す模式的な断面図である。
【図７】比較例に係る圧電型電気音響変換器が有する超音波振動子を示す模式的な断面図である。
【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。
【００１４】
〔第１の実施形態〕
図１は第１の実施形態に係る圧電型電気音響変換器の製造方法のフローチャートである。
【００１５】
本実施形態に係る圧電型電気音響変換器の製造方法は、以下の工程を有する。
（１）複数の超音波振動子を作成する工程（図１のステップＳ１）
（２）複数の超音波振動子の各々に適した重量のウェイトを、複数の超音波振動子の各々に付加することにより、複数の超音波振動子の基本共振周波数を互いに同じ周波数に調整する工程（図２のステップＳ２）
【００１６】
図２は第１の実施形態に係る圧電型電気音響変換器１００の模式的な平面図である。
【００１７】
本実施形態に係る圧電型電気音響変換器１００は、複数の超音波振動子１０を有している。複数の超音波振動子１０は、各々に適した重量のウェイト１７が付加されていることにより、互いに同じ基本共振周波数に調整されている。
【００１８】
なお、図２においては、ウェイト１７の形成範囲を分かりやすくするため、ウェイト１７の形成範囲に網掛けを施して示している。
【００１９】
図２では、複数の超音波振動子１０が平面視においてマトリクス状に配置されている例を示している。ただし、複数の超音波振動子１０の配置は、この例に限らない。例えば、複数の超音波振動子１０を一列に配置することも可能である。
【００２０】
複数の超音波振動子１０は、例えば、共通の支持部１０１により支持されている。ただし、超音波振動子１０は、個別の支持部（図示略）により支持されていても良い。
【００２１】
図３は第１の実施形態に係る圧電型電気音響変換器１００が有する超音波振動子１０の模式的な正面断面図である。
【００２２】
超音波振動子１０は、例えば、圧電素子１３と、圧電素子１３の一方の面に接合された金属板１４と、を有している。圧電素子１３は、圧電振動子ともいわれる。圧電素子１３は板状に形成されている。圧電素子１３と金属板１４とにより振動板が構成されている。
【００２３】
超音波振動子１０は、更に、金属板１４に固定された金属製の振動部材１５を有している。振動部材１５には、必要量のウェイト１７が取り付けられている（付加されている）。すなわち、図１のステップＳ２の工程では、ウェイト１７を振動部材１５に付加する。これにより、ウェイト１７を含めた振動部材１５の重量が適切に調整されている。その結果、超音波振動子１０の基本共振周波数が所望の周波数に調整されている。なお、超音波振動子１０の基本共振の振動は、バネ−マスモデルで近似することができる。
【００２４】
振動部材１５は、金属板１４において圧電素子１３側とは反対側の面に対して固定されている。振動部材１５は、例えば、接着材１６によって、金属板１４に固定されている。
【００２５】
圧電素子１３は、低弾性の支柱１２を介して、底板１１上に設けられている。圧電素子１３と金属板１４とからなる振動板は、例えば複数の支柱１２により支持されている。支柱１２は、例えば、低弾性の樹脂材料により構成されている。
【００２６】
底板１１は、例えば、支持部１０１（図２）上に固定されている。なお、底板１１は、支持部１０１の一部分により構成されていても良い。
【００２７】
振動部材１５は、例えば、中空の円錐状（逆円錐状）に形成されている。振動部材１５の外周面の形状、並びに、振動部材１５の内周面の形状が、それぞれ円錐状（逆円錐状）となっている。つまり、本実施形態の場合、振動部材１５は、例えば、金属コーンである。ウェイト１７は、振動部材１５の内面部に充填されている。つまり、図１のステップＳ２の工程では、ウェイト１７を振動部材１５の内面部に充填する。
【００２８】
本実施形態の場合、ウェイト１７は、例えば、樹脂等を主成分とする充填材である。樹脂は、ゴムでも良い。この充填材は、接着性のものであることが好ましい一例である。必要量のウェイト１７を振動部材１５の内面部に塗布することにより、該内面部にウェイト１７を充填することができる。
【００２９】
金属板１４は、例えば、リン青銅や４２アロイなどの金属により構成されている。圧電素子１３は、例えば、圧電セラミック（図示略）と、圧電セラミックの一方の面（図３の下面）に形成された電極膜（図示略）と、からなる。なお、金属板１４は、圧電素子１３の他方の面（図３の上面）の電極としての機能を兼ねる。
【００３０】
なお、図２に示すように、金属板１４の平面形状は、例えば、多角形状（例えば八角形など）とすることができる。ただし、金属板１４の平面形状は、その他の形状（例えば円形など）であっても良い。圧電素子１３（図３）の平面形状は、金属板１４と同様の形状とすることができる。
【００３１】
ここで、圧電型電気音響変換器１００は、複数の超音波振動子１０にパラメトリックスピーカ用の変調信号を入力することによって、各超音波振動子１０より超音波を発振させる入力部２０（図３）を更に有している。
【００３２】
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超音波振動子１０を制御する。
【００３３】
入力部２０は、圧電素子１３に対して変調信号を入力することにより、圧電素子１３を振動させる。
【００３４】
金属板１４及び振動部材１５は、圧電素子１３から発生した振動によって振動する。この振動により、振動部材１５は、例えば周波数が２０ｋＨｚ以上の音波を発振する。なお、振動部材１５は、金属板１４及び圧電素子１３からなる振動板の変位が最大となる中央部に対して固定されている。
【００３５】
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、音波は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。
【００３６】
図４は第１の実施形態に係る圧電型電気音響変換器の製造方法のより具体的な一例を示すフローチャートである。
【００３７】
先ず、複数の超音波振動子１０を作成する（図４のステップＳ１１）。この工程は、図１のステップＳ１と同様である。
【００３８】
次に、超音波振動子１０に対するウェイト１７の付加重量と、超音波振動子１０の基本共振周波数の減少量と、の対応関係を示す対応関係情報を準備する（図４のステップＳ１２）。すなわち、超音波振動子１０に対し、どれだけの重量のウェイト１７を付加すれば、基本共振周波数をどれだけ小さくすることができるのかについて、予め調べ、その対応関係を示す情報を作成する。
【００３９】
なお、多数の圧電型電気音響変換器１００を量産することを前提とするならば、生産の初期において対応関係情報を準備しておけば、その後は、その対応関係情報を用いて圧電型電気音響変換器１００を製造することができる。このため、上記ステップＳ１１とステップＳ１２の順序は、逆転する場合もあり得る。
【００４０】
次に、図１のステップＳ２に相当する工程（調整する工程）を行う。
【００４１】
先ず、複数の超音波振動子１０の各々の基本共振周波数を測定する（図４のステップＳ１３）。
【００４２】
次に、上記ステップＳ１３での測定結果と、対応関係情報と、に基づいて、複数の超音波振動子１０の基本共振周波数を所定の目標周波数に調整するために必要な、個々の超音波振動子１０ごとのウェイト１７の付加重量を決定する（図４のステップＳ１４）。例えば、先ず、ある超音波振動子１０の基本共振周波数の測定結果と、目標周波数との差分を演算する。次に、その差分に相当する付加重量を、対応関係情報を参照することによって求める。これにより、所要の付加重量を決定することができる。
【００４３】
次に、上記ステップＳ１４にて決定した付加重量のウェイト１７を複数の超音波振動子１０にそれぞれ付加する（図４のステップＳ１５）。これにより、複数の超音波振動子１０の各々の基本共振周波数を微調整し、適切な周波数範囲内の目標周波数に調整することができる。例えば、複数の超音波振動子１０どうしの基本共振周波数のバラツキが±５００Ｈｚ程度の周波数範囲内に収まるように、複数の超音波振動子１０の各々の基本共振周波数を微調整することが好ましい。
【００４４】
ここで、圧電型電気音響変換器１００の製造容易性を考慮した場合、ウェイト１７は、例えば、振動部材１５の内面部の底部に充填することが好ましい。ただし、ウェイト１７は、振動部材１５のその他の部位に付加しても良い。
【００４５】
上記の工程により得られた圧電型電気音響変換器１００の超音波振動子１０のウェイト１７の重量は、（偶然同じになる場合を除けば）個々の超音波振動子１０ごとに異なる。
【００４６】
図７は比較例に係る圧電型電気音響変換器が有する超音波振動子１０００を示す模式的な断面図である。この超音波振動子１０００には、ウェイト１７が付加されていない。このため、比較例に係る圧電型電気音響変換器の複数の超音波振動子１０００の重量は、製造ばらつきがそのまま反映された重量となる。このため、比較例に係る圧電型電気音響変換器の場合、複数の超音波振動子１０００の個々の基本共振周波数が大きくばらつく結果、圧電型電気音響変換器から出力される超音波のトータルの音圧が低下する可能性がある。
【００４７】
これに対し、本実施形態に係る圧電型電気音響変換器１００の場合、上記のように、複数の超音波振動子１０の各々に適した重量のウェイト１７を、複数の超音波振動子１０の各々に付加している。これにより、複数の超音波振動子１０の基本共振周波数が互いに同じ周波数に調整されている。このため、複数の超音波振動子１０の各々から出力される超音波どうしの相殺を抑制することができる。よって、圧電型電気音響変換器１００から出力される超音波のトータルの音圧を想定通りの十分な大きさにすることができる。
【００４８】
図５は第１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１５０の模式図である。
【００４９】
図５に示すように、携帯端末装置１５０は、筐体１５１と、筐体１５１内に設けられた圧電型電気音響変換器１００と、を有している。圧電型電気音響変換器１００の構成は、上述したとおりである。
【００５０】
筐体１５１には、圧電型電気音響変換器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。支持部１０１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。
【００５１】
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。
【００５２】
以上のような第１の実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００５３】
本実施形態に係る圧電型電気音響変換器の製造方法は、複数の超音波振動子１０を作成する工程を有する。製造方法は、更に、複数の超音波振動子１０の各々に適した重量のウェイト１７を、複数の超音波振動子１０の各々に付加することにより、複数の超音波振動子１０の基本共振周波数を互いに同じ周波数に調整する工程を有する。よって、複数の超音波振動子１０の各々から出力される超音波どうしの相殺を抑制することができる。ゆえに、圧電型電気音響変換器１００から出力される超音波のトータルの音圧を想定通りの十分な大きさにすることができる。
【００５４】
より具体的には、例えば、超音波振動子１０は、圧電素子１３と、圧電素子１３と接合された金属板１４と、金属板１４に固定された金属製の振動部材１５と、を有している。この場合、上記調整する工程（図１のステップＳ２）は、ウェイト１７を振動部材１５に付加することにより行うことができる。
【００５５】
より具体的には、例えば、振動部材１５は、中空の円錐状に形成されている。この場合、上記調整する工程（図１のステップＳ２）は、ウェイト１７を振動部材１５の内面部に充填することにより行うことができる。
【００５６】
本実施形態に係る圧電型電気音響変換器の製造方法は、例えば、超音波振動子１０に対するウェイト１７の付加重量と、超音波振動子１０の基本共振周波数の減少量と、の対応関係を示す対応関係情報を準備する工程を更に有している。
そして、上記調整する工程（図１のステップＳ２）では、以下の工程を行う。
複数の超音波振動子１０の各々の基本共振周波数を測定する工程
上記測定する工程での測定結果と、対応関係情報と、に基づいて、複数の超音波振動子１０の基本共振周波数を所定の目標周波数に調整するために必要な、個々の超音波振動子１０ごとのウェイト１７の付加重量を決定する工程
上記決定する工程にて決定した付加重量のウェイト１７を複数の超音波振動子１０にそれぞれ付加する工程
この場合、対応関係情報を用いて付加重量を決定することができるため、基本共振周波数の調整を容易且つ効率的に行うことができる。
【００５７】
また、ウェイト１７は、例えば、樹脂により構成されているので、ウェイト１７の重量を容易に微調整することができる。
【００５８】
また、本実施形態に係る圧電型電気音響変換器１００は、複数の超音波振動子１０を有し、複数の超音波振動子１０は、各々に適した重量のウェイト１７が付加されていることにより、互いに同じ基本共振周波数に調整されている。よって、複数の超音波振動子１０の各々から出力される超音波どうしの相殺を抑制することができる。ゆえに、圧電型電気音響変換器１００から出力される超音波のトータルの音圧を想定通りの十分な大きさにすることができる。
【００５９】
〔第２の実施形態〕
上記の第１の実施形態では、ウェイト１７が、樹脂又はゴム等を主成分とする例を説明した。これに対し、第２の実施形態では、はんだを用いてウェイトを形成する。すなわち、本実施形態の場合、ウェイトは、はんだである。その他の構成については、第２の実施形態に係る圧電型電気音響変換器は、上記の第１の実施形態に係る圧電型電気音響変換器１００と同様である。
【００６０】
第２の実施形態に係る電子機器は、第１の実施形態に係る圧電型電気音響変換器１００の代わりに、第２の実施形態に係る圧電型電気音響変換器を有している点でのみ、第１の実施形態に係る電子機器（例えば携帯端末装置１５０（図５参照））と相違する。その他の点では、第２の実施形態に係る電子機器は、第１の実施形態に係る電子機器と同様に構成されている。
【００６１】
第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６２】
〔第３の実施形態〕
図６は第３の実施形態に係る圧電型電気音響変換器が有する超音波振動子１０を示す模式的な正面断面図である。
【００６３】
上記の第１の実施形態では、ウェイト１７が、樹脂又はゴム等を主成分とする例を説明した。これに対し、第３の実施形態では、金属（はんだ以外の金属）を用いてウェイト１７を形成する。すなわち、本実施形態の場合、ウェイト１７は、はんだ以外の金属である。
【００６４】
はんだ以外の金属を振動部材１５の内面部に付加する面積及び厚さを調節することにより、ウェイト１７の重量を調節することができる。振動部材１５の内面部に対する金属の付加は、例えば、予め形成した金属膜を必要な寸法（つまり必要な重量）に切り取って、振動部材１５の内面部に貼り付けることにより行うことができる。必要に応じて、その金属膜を複数層に重ねて貼り付けることにより、厚さによる重量調節も可能である。なお、振動部材１５の内面部に対する金属の付加は、金属の蒸着により行っても良い。
【００６５】
その他の構成については、第３の実施形態に係る圧電型電気音響変換器は、上記の第１の実施形態に係る圧電型電気音響変換器１００と同様である。
【００６６】
第３の実施形態に係る電子機器は、第１の実施形態に係る圧電型電気音響変換器１００の代わりに、第３の実施形態に係る圧電型電気音響変換器を有している点でのみ、第１の実施形態に係る電子機器（例えば携帯端末装置１５０（図５参照））と相違する。その他の点では、第３の実施形態に係る電子機器は、第１の実施形態に係る電子機器と同様に構成されている。
【００６７】
第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６８】
上記の各実施形態では、振動部材１５が円錐状の金属コーンである例を説明したが、振動部材１５の形状はこの例に限らない。例えば、振動部材１５は、平板状の平板部と、この平板部の中心より垂下する軸部と、を有し、軸部が金属板１４に固定されていても良い。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 超音波振動子
１１ 底板
１２ 支柱
１３ 圧電素子
１４ 金属板
１５ 振動部材
１６ 接着材
１７ ウェイト
２０ 入力部
１００ 圧電型電気音響変換器
１０１ 支持部
１５０ 携帯端末装置
１５１ 筐体
１０００ 圧電型電気音響変換器
【図１】
2013162236.tif 000003
【図２】
2013162236.tif 000004
【図３】
2013162236.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013162236.tif 000007
【図６】
2013162236.tif 000008
【図７】
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