説明

発振装置および電子機器

【課題】高効率に音響再生可能で支持部材が発生するノイズを減衰することができる発振装置を提供する。
【解決手段】本発明の発振装置100は、圧電素子110を弾性部材120と振動部材130とで支持する枠状の支持部材140の一端に吸音部材150が接合されているので、圧電素子110が裏側に発生する逆位相の音声を吸音部材150に吸音させることができ、支持部材140の振動によるノイズも吸音部材150により減衰させることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧電素子で超音波を発生する発振装置、この発振装置を利用した電子機器、に関する。
【背景技術】
【0002】
電子機器である携帯電話においては、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、発振装置である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。圧電型の電気音響変換器は圧電素子の伸縮運動を利用して音波を再生するものである。
【0003】
その構造は、圧電素子を中心軸に上下に振幅運動を発生するため、上下両面の放射面から音波が発生する。このように上下両面から音波が発生することは、例えば、上面方向の音波に対して、下面方向では逆相の音波が発生し、音波の打ち消し合いにより、音圧レベルが減衰する問題点を持つ。従って、下面の音波が漏れないように、フレーム構造により遮蔽された構造が一般的に採用させている。
【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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006−093932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、圧電型の電気音響変換器の利点は薄型であるため、上述のようにフレームによる遮蔽は電気音響変換器全体の厚みを増加して、本来の圧電型の電気音響変換器を利用する意義を失ってしまう。このため、高効率に音響再生可能な圧電型の電気音響変換器の薄型の実装構造の開発が要求されていた。
【0007】
また、電気音響変換器は、平板状の圧電素子を弾性部材で拘束し、この弾性部材を振動部材で支持し、この振動部材を枠状の支持部材で支持した構造が一般的である。しかし、この支持部材は剛体からなるため、弾性部材の振動が伝播してノイズを発生することがある。
【0008】
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、高効率に音響再生可能で支持部材が発生するノイズを減衰することができる発振装置、この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】
【0009】
本発明の発振装置は、電界の印加により伸縮運動する平板状の圧電素子と、圧電素子の一面を拘束する弾性部材と、弾性部材の外周部を支持する振動部材と、振動部材の外縁部を支持する枠状の支持部材と、支持部材の両端の一方に接合されている吸音部材と、を有する。
【0010】
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
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】
本発明の発振装置では、圧電素子を弾性部材と振動部材とで支持する枠状の支持部材の一端に吸音部材が接合されているので、圧電素子が裏側に発生する逆位相の音声を吸音部材に吸音させることができ、支持部材の振動によるノイズも吸音部材により減衰させることができる。
【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を示す模式的な縦断正面図である。
【図2】一の変形例の発振装置を示す模式的な縦断正面図である。
【図3】他の変形例の発振装置を示す模式的な縦断正面図である。
【図4】さらに他の変形例の発振装置を示す模式的な縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の実施の形態を図1を参照して以下に説明する。本実施の形態の電気音響変換器である発振装置100は、図1に示すように、電界の印加により伸縮運動する平板状の圧電素子110と、圧電素子110の一面を拘束する弾性部材120と、弾性部材120の外周部を支持する振動部材130と、振動部材130の外縁部を支持する枠状の支持部材140と、支持部材140の両端の一方に接合されている吸音部材150と、を有する。
【0014】
この吸音部材150は、平板状に形成されていて支持部材140の両端の一方に接合されていて圧電素子110の二つの主面の一方と対向している。なお、本実施の形態の発振装置100では、圧電素子110や支持部材140の平面形状は円形でも矩形でもよいが、例えば、円形である。また、本実施の形態の発振装置100では、圧電素子110に発振駆動部であるドライバ回路160が接続されている。このドライバ回路160により、圧電素子110の発振周波数が20kHz以上であり、可聴波の超音波変調波を発振する。
【0015】
なお、本実施の形態の発振装置100では、例えば、圧電素子110と弾性部材120とは円盤状に形成されており、振動部材130は円環状に形成されており、支持部材140は円筒状に形成されており、吸音部材150も円盤状に形成されている。
【0016】
さらに、圧電素子110は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛や、チタン酸バリウムが使用できる。各材料における組成比は特に限定されないが、好ましくは機械品質係数が3000以下である材料が好ましい。弾性部材120には、金属材料や樹脂材料など、圧電セラミックスより縦弾性係数が低い材料が使用できる。その材質としては、加工性やコストの観点から、りん青銅やステンレス、鉄ニッケル合金、銅亜鉛合金などが使用できる。振動部材130は、弾性部材120と同様に圧電セラミックスより縦弾性係数が低い材料が使用できるが、弾性部材120より縦弾性係数が低い材料を使用することが好ましい。その材質としては、PET(Polyethylene Terephthalate)やウレタン膜などの樹脂材料が使用できる。
【0017】
また、支持部材140は、電気音響変換器の筐体として使用されるため、金属などの高い剛性を持つ材料が使用できる。その材質としては、ステンレスや真鍮などが使用できる。吸音部材150については、ウレタンやグラスウールなどの音波を吸収する一般的な吸音材料が使用できる。ただし、加工性や防塵性の観点から、ウレタンフォームを使用することが好ましい。
【0018】
上述のような構成において、本実施の形態の発振装置100では、ドライバ回路160に圧電素子110が駆動されることにより、発振周波数が20kHz以上の可聴波の超音波変調波が発振される。この超音波は圧電素子110の図中上下の主面の両方から相反する位相で発振される。
【0019】
しかし、本実施の形態の発振装置100では、圧電素子110の図中下方に吸音部材150が対向している。このため、圧電素子110の下方の主面から発振される逆位相の超音波は吸音部材150により減衰されるので、上方の主面から発振される超音波が阻害されない。このため、圧電素子110の上面から放射される音波への干渉を防止でき、高効率で音響再生が可能となる。
【0020】
さらに、上述のように圧電素子110が発振するときに剛体からなる支持部材140が振動してノイズを発生することがある。しかし、本実施の形態の発振装置100では、支持部材140が吸音部材150で支持されているので、支持部材140が発生するノイズが吸音部材150により減衰される。
【0021】
また、吸音部材150は無数の空孔を有するため、圧電素子110の背面の空間に対して空気を供給することが可能である。音響容量が小さい場合、空気が振動子に負荷を与えてしまうため、基本共振周波数の増加や、振動量減衰の要因となり、音響特性を大きく劣化させてしまう。従来の振動子の背面を完全に遮蔽し音漏れを防ぐ従来の構成に比べて、本構成では空気を背面空間に供給することができ、音響特性上優位となる。
【0022】
本実施の形態の発振装置100では、上述のように圧電素子110を弾性部材120と振動部材130とで支持する枠状の支持部材140の一端に吸音部材150が接合されているので、圧電素子110が裏側に発生する逆位相の音声を吸音部材150に吸音させることができ、支持部材140の振動によるノイズも吸音部材150により減衰させることができる。
【0023】
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、上記形態では圧電素子110と弾性部材120と振動部材130からなる発振素子の下面全体と対向する形状に吸音部材150が形成されていることを例示した。
【0024】
しかし、図2に例示する発振装置200のように、支持部材140の下端周辺のみに吸音部材210が位置してもよい。このような吸音部材210は、電子機器(図示せず)の基板220の上面に設置することができる。ここでは、吸音部材210が発振装置100の振動を防止する制振部材として作用すると同時に、音波の吸音も可能となる。
【0025】
また、上記形態では支持部材140の下端のみに吸音部材150が配置されていることを例示した。しかし、図3に例示する発振装置300のように、支持部材140の外側面にも吸音部材310が装着されていてもよい。この場合、より良好に支持部材140のノイズを吸音部材310で減衰させることができる。
【0026】
さらに、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発振装置100を例示した。しかし、図4に示すように、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400なども実施可能である。
【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、上記形態では発振装置100にドライバ回路160が接続されている電子機器を例示した。しかし、このような発振装置100と、発振装置100に超音波を出力させる発振駆動部と、発振装置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。
【0029】
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】
【0030】
100 発振装置
110 圧電素子
120 弾性部材
130 振動部材
140 支持部材
150 吸音部材
160 ドライバ回路
200 発振装置
210 吸音部材
220 基板
300 発振装置
310 吸音部材
400 発振装置

【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平板状の圧電素子と、
前記圧電素子の一面を拘束する弾性部材と、
前記弾性部材の外周部を支持する振動部材と、
前記振動部材の外縁部を支持する枠状の支持部材と、
前記支持部材の両端の一方に接合されている吸音部材と、
を有する発振装置。
【請求項2】
前記吸音部材は、前記支持部材の両端の一方に接合されていて前記圧電素子の二つの主面の一方と対向している請求項1に記載の発振装置。
【請求項3】
前記支持部材の外側面にも吸音部材が装着されている請求項1または2に記載の発振装置。
【請求項4】
前記圧電素子の発振周波数が20kHz以上である請求項1ないし3の何れか一項に記載の発振装置。
【請求項5】
前記圧電素子の主面の平面形状が矩形である請求項1ないし4の何れか一項に記載の発振装置。
【請求項6】
前記圧電素子の主面の平面形状が円形である請求項1ないし4の何れか一項に記載の発振装置。
【請求項7】
前記圧電素子は、圧電層と電極層とが交互に積層された積層構造からなる請求項1ないし6の何れか一項に記載の発振装置。
【請求項8】
前記圧電素子が可聴波の超音波変調波を発振する請求項1ないし7の何れか一項に記載の発振装置。
【請求項9】
請求項1ないし8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10】
請求項1ないし8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。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2012−100050(P2012−100050A)
【公開日】平成24年5月24日(2012.5.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−245675(P2010−245675)
【出願日】平成22年11月1日(2010.11.1)
【出願人】(310006855)NECカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社 (1,081)
【Fターム(参考)】