発振装置
【課題】小型化を図りつつ、高い音圧レベルを実現することができる発振装置を提供することができる。
【解決手段】発振装置１００は、圧電振動子１０と、圧電振動子１５と、圧電振動子１０を一面において拘束する振動部材２０と、圧電振動子１５を一面において拘束する振動部材２５と、振動部材２０の縁を支持し、かつ振動部材２５の縁を支持する樹脂部材３０と、樹脂部材３０の周囲に位置し、樹脂部材３０を支持する支持部材３５と、を備える。
【解決手段】発振装置１００は、圧電振動子１０と、圧電振動子１５と、圧電振動子１０を一面において拘束する振動部材２０と、圧電振動子１５を一面において拘束する振動部材２５と、振動部材２０の縁を支持し、かつ振動部材２５の縁を支持する樹脂部材３０と、樹脂部材３０の周囲に位置し、樹脂部材３０を支持する支持部材３５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子を用いた発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器などの電気音響変換器として、動電型電気音響変換器がある。動電型電気音響変換器は、磁気回路の作用を利用して振動振幅を発生させる。しかし、磁気回路は永久磁石やボイスコイル等の多数の部材によって構成されるため、動電型電気音響変換器では薄型化に限界があった。
【０００３】
動電型電気音響変換器に代わる電気音響変換器として、圧電型電気音響変換器がある。圧電型電気音響変換器は、圧電振動子に電界を印加することにより発生する伸縮運動を利用して、振動振幅を発生させるものである。圧電型電気音響変換器は、振動振幅を発生させるために多数の部材を必要としないため、薄型化に有利である。
【０００４】
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、特許文献１〜５に記載のものがある。特許文献１、及び特許文献２に記載の技術は、圧電振動子を貼り付けた振動部材を、弾性部材を介して支持部材に支持させるというものである。特許文献３では、圧電素子からその周辺方向に接続されていく部材の密度が次第に小さくなる圧電音響装置が開示されている。特許文献４に記載の技術は、圧電発音素子を備える圧電発音体において、クオリティファクタの低減手段を設けるというものである。特許文献５に記載の技術は、支持部によって支持される複数の圧電振動板を、同位相で振幅さ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】再特ＷＯ２００７／０８３４９７
【特許文献２】特開２００２−１５２８８８号公報
【特許文献３】特開２００１−３３９７９３号公報
【特許文献４】特開２００２−１０８３４６号公報
【特許文献５】特開２００４−１９５４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧電振動子を用いることにより、電気音響変換器の小型化を図ることができる。一方で、電気音響変換器には、音響再生を可能とするための一定以上の音圧レベルを確保することが求められる。
【０００７】
本発明の目的は、小型化を図りつつ、高い音圧レベルを実現することができる発振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、第１の圧電振動子と、
第２の圧電振動子と、
前記第１の圧電振動子を一面において拘束する第１の振動部材と、
前記第２の圧電振動子を一面において拘束する第２の振動部材と、
前記第１の振動部材の縁を支持し、かつ前記第２の振動部材の縁を支持する樹脂部材と、
前記樹脂部材の周囲に位置し、前記樹脂部材を支持する支持部材と、
を備える発振装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、小型化を図りつつ、高い音圧レベルを実現することができる発振装置を提供することができる。
【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】第２の実施形態に係る発振装置を示す断面図である。
【図４】第３の実施形態に係る発振装置を示す断面図である。
【図５】第４の実施形態に係る発振装置を示す断面図である。
【図６】第５の実施形態に係る発振装置を示す断面図である。
【図７】第６の実施形態に係る圧電振動子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、本実施の形態に係る発振装置１００を示す断面図である。発振装置１００は、圧電振動子１０と、圧電振動子１５と、振動部材２０と、振動部材２５と、樹脂部材３０と、支持部材３５と、を備えている。発振装置１００は、例えばスピーカ、又は音波センサの発振源として使用される。また圧電体の焦電効果を利用することで温度センサとして機能することもできる。発振装置１００をスピーカとして使用する場合、例えば電子機器（携帯電話、ラップトップ型コンピュータ、小型ゲーム機器等）の音源として用いられる。
【００１３】
振動部材２０は、圧電振動子１０を一面において拘束している。振動部材２５は、圧電振動子１５を一面において拘束している。樹脂部材３０は、振動部材２０の縁を支持している。また樹脂部材３０は、振動部材２５の縁を支持している。支持部材３５は、樹脂部材３０の周囲に位置している。また支持部材３５は、樹脂部材３０を支持している。以下図１、及び図２を用いて、発振装置１００の構成について詳細に説明する。
【００１４】
図１に示すように、発振装置１００は、制御部９０と、信号生成部９２と、信号生成部９４と、をさらに備えている。信号生成部９２は、圧電振動子１０と接続しており、圧電振動子１０に入力する電気信号を生成する。信号生成部９４は圧電振動子１５と接続しており、圧電振動子１５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、及び信号生成部９４と接続しており、外部から入力された情報に基づいて信号生成部９２、及び信号生成部９４を制御する。発振装置１００をスピーカとして使用する場合、制御部９０に入力される情報は音声信号である。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に圧電振動子１０の共振周波数の音波を発生させる。また信号生成部９４は圧電振動子１５に圧電振動子１５の共振周波数の音波を発生させる。
【００１５】
また圧電振動子１０、圧電振動子１５、振動部材２０、振動部材２５、及び樹脂部材３０が複数組設けられている場合、発振装置１００はパラメトリックスピーカとして使用することができる。この場合、制御部９０は信号生成部９２または信号生成部９４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。パラメトリックスピーカとして用いる場合、圧電振動子１０または圧電振動子１５は、２０ｋＨｚ以上、例えば１００ｋＨｚの音波を信号の輸送波として用いる。
【００１６】
圧電振動子１０と圧電振動子１５は、同一の形状を有している。また圧電振動子１０、１５は、平面視で弾性部材３０と重ならない。制御部９０は、信号生成部９２及び信号生成部９４を介して圧電振動子１０と圧電振動子１５に、例えば同位相の振動を発生させることができる。
【００１７】
図２は、図１に示す圧電振動子１０、１５を示す断面図である。図２に示すように、圧電振動子１０、１５は、上部電極４０、下部電極４５、圧電体５０からなる。また圧電振動子１０、１５は、例えば円形、楕円形、又は矩形を有する。圧電体５０は、上部電極４０と下部電極４５に挟まれている。圧電体５０は、圧電効果を有する材料により構成され、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等により構成される。また圧電体５０の厚みは、１０ｕｍ〜１ｍｍであることが好ましい。厚みが１０ｕｍ未満である場合、圧電体５０は脆性材料により構成されるため、破損等が生じやすい。一方、厚みが１ｍｍを超える場合、圧電体５０の電界強度が低減する。従ってエネルギー変換効率の低下を招く。
【００１８】
上部電極４０、及び下部電極４５は、例えば銀、又は銀／パラジウム合金等によって構成される。上部電極４０、及び下部電極４５の厚みは、１〜５０ｕｍであることが好ましい。厚みが１ｕｍ未満の場合、均一に成形することが難しくなる。一方、５０ｕｍを超える場合、上部電極４０、又は下部電極４５が圧電体５０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。
【００１９】
振動部材２０は、他面において樹脂部材３０に支持されている。また振動部材２５は、他面において樹脂部材３０に支持されている。また振動部材２０の縁と、振動部材２５の縁は、平面視で重なっている。振動部材２０、２５は、セラミック材料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、又はステンレス等によって構成される。振動部材２０、２５の厚みは、５〜５００ｕｍであることが好ましい。また振動部材２０、２５の縦弾性係数は、１〜５００ＧＰａであることが好ましい。振動部材２０、２５の縦弾性係数が過度に低い、又は高い場合、機械振動子としての特性や信頼性を損なうおそれがある。
【００２０】
樹脂部材３０は、例えばポリウレタンやポリペンテン誘導体等により構成することができる。振動部材２０、２５は、樹脂部材３０を介して支持部材３５に支持されている。よって樹脂部材３０は、発振装置１００の振動の端部において自由端を構成する機能を有する。また樹脂部材３０は、落下時の衝撃エネルギーの吸収等、発振装置１００の機械的強度を向上させる機能を有する。さらに樹脂部材３０として内部損失の大きな材料を選択することにより、発振装置１００の機械品質係数（Ｑ値）を低減させる機能を有する。
【００２１】
次に、本実施形態に係る発振装置１００の製造方法について説明する。まず圧電体５０を製造する。圧電体５０の製造は、グリーンシート法により行い、大気中において１１００℃で２時間焼成する。次いで圧電体５０に、上部電極４０、及び下部電極４５を形成する。そして圧電体５０に、厚み方向に分極処理を施す。これにより得られた圧電振動子１０、１５を、エポキシ系樹脂等を用いて振動部材２０、２５へそれぞれ接着する。その後、樹脂部材３０を、振動部材２０、２５へ接着する。そして樹脂部材３０を、支持部材３５により支持させる。これにより発振装置１００が形成される。
【００２２】
次に、本実施形態に係る発振装置１００を用いた圧電型電気音響変換器による音響再生方法について説明する。本実施形態では、例えばパラメトリックスピーカの動作原理を利用して音響再生をすることができる。この場合制御部９０は、圧電振動子１０または圧電振動子１５に信号生成部９２または信号生成部９４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。パラメトリックスピーカとして用いる場合、圧電振動子１０、１５は、２０ｋＨｚ以上、例えば１００ｋＨｚの音波を信号の輸送波として用いる。
【００２３】
ここでパラメトリックスピーカの動作原理を説明する。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。
【００２４】
次に本実施形態の効果を説明する。発振装置１００において、振動部材２０、２５は、樹脂部材３０を介して支持部材３５に支持されている。このため振動の端部は自由端となる。よって振幅の掃引体積は大きくなる。また樹脂部材３０は、振動部材２０と振動部材２５によって挟まれている。樹脂部材３０における、振動部材２０の縁との接合部、または振動部材２５の縁との接合部には、振動によって生じる応力が集中する。よって圧電振動子１０と圧電振動子１５が同位相で振動する場合に、発振装置１００の振動振幅は増大する。よって小型化を図りつつ、高い音圧レベルを実現することができる。
【００２５】
また、振動部材２０の縁と振動部材２５の縁とが、平面視で重なっている場合、樹脂部材３０における応力集中の効果はさらに増す。よってこの場合、さらに高い音圧レベルを実現することができる。さらに、圧電振動子１０、１５は樹脂部材３０を介して支持部材３５に支持されている。よって、発振装置１００の機械的強度を向上することができる。
【００２６】
また樹脂部材３０を内部損失の大きい材料により構成した場合、発振装置１００のＱ値は低減する。このため平坦な音圧レベル周波数特性を実現することができる。また樹脂部材３０を構成する材料を選択することにより、特定周波数帯域におけるＱ値を制御することができる。よって低周波数帯域においてＱ値を低減し、高周波数帯域においてＱ値を高く調整した場合、可聴音スピーカと、パラメトリックスピーカの２つのスピーカを１つの電気音響変換器において実現することができる。
【００２７】
図３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の実施形態における図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１５が振動部材２０と振動部材２５との間に位置する点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置１００と同様である。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。
【００２８】
図４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の実施形態における図１に対応している。本実施形態に係る発振装置１０４は、振動部材２０及び振動部材２５の形状を除いて、第１の実施形態に係る発振装置１００と同様である。
【００２９】
本実施形態では図４に示すように、振動部材２０は、縁が中心よりも厚く形成されている。また振動部材２５は、縁が中心よりも厚く形成されている。
【００３０】
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。また振動部材２０及び振動部材２５が縁において中心よりも厚く形成されているため、樹脂部材３０における応力集中の効果はさらに増す。よってさらに高い音圧レベルを実現することができる。
【００３１】
図５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３０の形状を除いて、第１の実施形態に係る発振装置１００と同様である。
【００３２】
本実施形態では図５に示すように、樹脂部材３０は、支持部材３５によって支持されている部分において他の部分よりも薄く形成されている。
【００３３】
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。また樹脂部材３０が支持部材３５によって支持されている部分において薄く形成されているため、振動の端部における変位はより大きくなる。よって振幅の掃引体積が増大し、より高い音圧レベルを実現することができる。
【００３４】
図６は、第５の実施形態に係る発振装置１０８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１０８は、圧電振動子１０と圧電振動子１５の形状は異なっていることを除いて、第１の実施形態に係る発振装置１００と同様である。
【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。また圧電振動子１０と圧電振動子１５の形状が異なるため、圧電振動子１０と圧電振動子１５では異なる共振周波数を有する。よって１つの発振装置において２つの駆動方式を実現することが容易となる。例えば、圧電振動子１０において可聴音スピーカを構成し、圧電振動子１５において、パラメトリックスピーカを構成することができる。また、圧電振動子１０において音波センサの発信源を構成し、圧電振動子１５においてスピーカを構成することもできる。
【００３６】
図７は、第６の実施形態に係る圧電振動子１１０を示す斜視図である。本実施形態に係る発振装置は、圧電振動子の構成を除いて第１の実施形態に係る発振装置１００と同様である。また本実施形態に係る圧電振動子１１０は、積層構造を有する点を除いて、第１の実施形態に係る圧電振動子１０と同様である。
【００３７】
図７に示すように圧電振動子１１０は、複数の圧電体と複数の電極を交互に積層して構成されている。圧電体６０、６１、６２、６３、６４の間には、電極７０、７１、７２、７３が１層ずつ形成されている。電極７０と電極７２、及び電極７１と電極７３は、それぞれ互いに接続している。各圧電体の分極方向は、１層ごとに逆向きとなっている。また各電極間に生じる電界の向きも、交互に逆向きとなっている。
【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。また圧電振動子１１０は積層構造を有しているため、電極層間に生じる電界強度が高い。これにより圧電振動子１１０の駆動力を向上させることができる。なお、圧電振動子１１０の積層数は任意に増減できる。
【００３９】
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】
【００４０】
１０ 圧電振動子
１５ 圧電振動子
２０ 振動部材
２５ 振動部材
３０ 樹脂部材
３５ 支持部材
４０ 上部電極
４５ 下部電極
５０ 圧電体
６０〜６４ 圧電体
７０〜７３ 電極
９０ 制御部
９２ 信号生成部
９４ 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
１０８ 発振装置
１１０ 圧電振動子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子を用いた発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器などの電気音響変換器として、動電型電気音響変換器がある。動電型電気音響変換器は、磁気回路の作用を利用して振動振幅を発生させる。しかし、磁気回路は永久磁石やボイスコイル等の多数の部材によって構成されるため、動電型電気音響変換器では薄型化に限界があった。
【０００３】
動電型電気音響変換器に代わる電気音響変換器として、圧電型電気音響変換器がある。圧電型電気音響変換器は、圧電振動子に電界を印加することにより発生する伸縮運動を利用して、振動振幅を発生させるものである。圧電型電気音響変換器は、振動振幅を発生させるために多数の部材を必要としないため、薄型化に有利である。
【０００４】
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、特許文献１〜５に記載のものがある。特許文献１、及び特許文献２に記載の技術は、圧電振動子を貼り付けた振動部材を、弾性部材を介して支持部材に支持させるというものである。特許文献３では、圧電素子からその周辺方向に接続されていく部材の密度が次第に小さくなる圧電音響装置が開示されている。特許文献４に記載の技術は、圧電発音素子を備える圧電発音体において、クオリティファクタの低減手段を設けるというものである。特許文献５に記載の技術は、支持部によって支持される複数の圧電振動板を、同位相で振幅さ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】再特ＷＯ２００７／０８３４９７
【特許文献２】特開２００２−１５２８８８号公報
【特許文献３】特開２００１−３３９７９３号公報
【特許文献４】特開２００２−１０８３４６号公報
【特許文献５】特開２００４−１９５４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧電振動子を用いることにより、電気音響変換器の小型化を図ることができる。一方で、電気音響変換器には、音響再生を可能とするための一定以上の音圧レベルを確保することが求められる。
【０００７】
本発明の目的は、小型化を図りつつ、高い音圧レベルを実現することができる発振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、第１の圧電振動子と、
第２の圧電振動子と、
前記第１の圧電振動子を一面において拘束する第１の振動部材と、
前記第２の圧電振動子を一面において拘束する第２の振動部材と、
前記第１の振動部材の縁を支持し、かつ前記第２の振動部材の縁を支持する樹脂部材と、
前記樹脂部材の周囲に位置し、前記樹脂部材を支持する支持部材と、
を備える発振装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、小型化を図りつつ、高い音圧レベルを実現することができる発振装置を提供することができる。
【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】第２の実施形態に係る発振装置を示す断面図である。
【図４】第３の実施形態に係る発振装置を示す断面図である。
【図５】第４の実施形態に係る発振装置を示す断面図である。
【図６】第５の実施形態に係る発振装置を示す断面図である。
【図７】第６の実施形態に係る圧電振動子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、本実施の形態に係る発振装置１００を示す断面図である。発振装置１００は、圧電振動子１０と、圧電振動子１５と、振動部材２０と、振動部材２５と、樹脂部材３０と、支持部材３５と、を備えている。発振装置１００は、例えばスピーカ、又は音波センサの発振源として使用される。また圧電体の焦電効果を利用することで温度センサとして機能することもできる。発振装置１００をスピーカとして使用する場合、例えば電子機器（携帯電話、ラップトップ型コンピュータ、小型ゲーム機器等）の音源として用いられる。
【００１３】
振動部材２０は、圧電振動子１０を一面において拘束している。振動部材２５は、圧電振動子１５を一面において拘束している。樹脂部材３０は、振動部材２０の縁を支持している。また樹脂部材３０は、振動部材２５の縁を支持している。支持部材３５は、樹脂部材３０の周囲に位置している。また支持部材３５は、樹脂部材３０を支持している。以下図１、及び図２を用いて、発振装置１００の構成について詳細に説明する。
【００１４】
図１に示すように、発振装置１００は、制御部９０と、信号生成部９２と、信号生成部９４と、をさらに備えている。信号生成部９２は、圧電振動子１０と接続しており、圧電振動子１０に入力する電気信号を生成する。信号生成部９４は圧電振動子１５と接続しており、圧電振動子１５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、及び信号生成部９４と接続しており、外部から入力された情報に基づいて信号生成部９２、及び信号生成部９４を制御する。発振装置１００をスピーカとして使用する場合、制御部９０に入力される情報は音声信号である。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に圧電振動子１０の共振周波数の音波を発生させる。また信号生成部９４は圧電振動子１５に圧電振動子１５の共振周波数の音波を発生させる。
【００１５】
また圧電振動子１０、圧電振動子１５、振動部材２０、振動部材２５、及び樹脂部材３０が複数組設けられている場合、発振装置１００はパラメトリックスピーカとして使用することができる。この場合、制御部９０は信号生成部９２または信号生成部９４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。パラメトリックスピーカとして用いる場合、圧電振動子１０または圧電振動子１５は、２０ｋＨｚ以上、例えば１００ｋＨｚの音波を信号の輸送波として用いる。
【００１６】
圧電振動子１０と圧電振動子１５は、同一の形状を有している。また圧電振動子１０、１５は、平面視で弾性部材３０と重ならない。制御部９０は、信号生成部９２及び信号生成部９４を介して圧電振動子１０と圧電振動子１５に、例えば同位相の振動を発生させることができる。
【００１７】
図２は、図１に示す圧電振動子１０、１５を示す断面図である。図２に示すように、圧電振動子１０、１５は、上部電極４０、下部電極４５、圧電体５０からなる。また圧電振動子１０、１５は、例えば円形、楕円形、又は矩形を有する。圧電体５０は、上部電極４０と下部電極４５に挟まれている。圧電体５０は、圧電効果を有する材料により構成され、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等により構成される。また圧電体５０の厚みは、１０ｕｍ〜１ｍｍであることが好ましい。厚みが１０ｕｍ未満である場合、圧電体５０は脆性材料により構成されるため、破損等が生じやすい。一方、厚みが１ｍｍを超える場合、圧電体５０の電界強度が低減する。従ってエネルギー変換効率の低下を招く。
【００１８】
上部電極４０、及び下部電極４５は、例えば銀、又は銀／パラジウム合金等によって構成される。上部電極４０、及び下部電極４５の厚みは、１〜５０ｕｍであることが好ましい。厚みが１ｕｍ未満の場合、均一に成形することが難しくなる。一方、５０ｕｍを超える場合、上部電極４０、又は下部電極４５が圧電体５０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。
【００１９】
振動部材２０は、他面において樹脂部材３０に支持されている。また振動部材２５は、他面において樹脂部材３０に支持されている。また振動部材２０の縁と、振動部材２５の縁は、平面視で重なっている。振動部材２０、２５は、セラミック材料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、又はステンレス等によって構成される。振動部材２０、２５の厚みは、５〜５００ｕｍであることが好ましい。また振動部材２０、２５の縦弾性係数は、１〜５００ＧＰａであることが好ましい。振動部材２０、２５の縦弾性係数が過度に低い、又は高い場合、機械振動子としての特性や信頼性を損なうおそれがある。
【００２０】
樹脂部材３０は、例えばポリウレタンやポリペンテン誘導体等により構成することができる。振動部材２０、２５は、樹脂部材３０を介して支持部材３５に支持されている。よって樹脂部材３０は、発振装置１００の振動の端部において自由端を構成する機能を有する。また樹脂部材３０は、落下時の衝撃エネルギーの吸収等、発振装置１００の機械的強度を向上させる機能を有する。さらに樹脂部材３０として内部損失の大きな材料を選択することにより、発振装置１００の機械品質係数（Ｑ値）を低減させる機能を有する。
【００２１】
次に、本実施形態に係る発振装置１００の製造方法について説明する。まず圧電体５０を製造する。圧電体５０の製造は、グリーンシート法により行い、大気中において１１００℃で２時間焼成する。次いで圧電体５０に、上部電極４０、及び下部電極４５を形成する。そして圧電体５０に、厚み方向に分極処理を施す。これにより得られた圧電振動子１０、１５を、エポキシ系樹脂等を用いて振動部材２０、２５へそれぞれ接着する。その後、樹脂部材３０を、振動部材２０、２５へ接着する。そして樹脂部材３０を、支持部材３５により支持させる。これにより発振装置１００が形成される。
【００２２】
次に、本実施形態に係る発振装置１００を用いた圧電型電気音響変換器による音響再生方法について説明する。本実施形態では、例えばパラメトリックスピーカの動作原理を利用して音響再生をすることができる。この場合制御部９０は、圧電振動子１０または圧電振動子１５に信号生成部９２または信号生成部９４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。パラメトリックスピーカとして用いる場合、圧電振動子１０、１５は、２０ｋＨｚ以上、例えば１００ｋＨｚの音波を信号の輸送波として用いる。
【００２３】
ここでパラメトリックスピーカの動作原理を説明する。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。
【００２４】
次に本実施形態の効果を説明する。発振装置１００において、振動部材２０、２５は、樹脂部材３０を介して支持部材３５に支持されている。このため振動の端部は自由端となる。よって振幅の掃引体積は大きくなる。また樹脂部材３０は、振動部材２０と振動部材２５によって挟まれている。樹脂部材３０における、振動部材２０の縁との接合部、または振動部材２５の縁との接合部には、振動によって生じる応力が集中する。よって圧電振動子１０と圧電振動子１５が同位相で振動する場合に、発振装置１００の振動振幅は増大する。よって小型化を図りつつ、高い音圧レベルを実現することができる。
【００２５】
また、振動部材２０の縁と振動部材２５の縁とが、平面視で重なっている場合、樹脂部材３０における応力集中の効果はさらに増す。よってこの場合、さらに高い音圧レベルを実現することができる。さらに、圧電振動子１０、１５は樹脂部材３０を介して支持部材３５に支持されている。よって、発振装置１００の機械的強度を向上することができる。
【００２６】
また樹脂部材３０を内部損失の大きい材料により構成した場合、発振装置１００のＱ値は低減する。このため平坦な音圧レベル周波数特性を実現することができる。また樹脂部材３０を構成する材料を選択することにより、特定周波数帯域におけるＱ値を制御することができる。よって低周波数帯域においてＱ値を低減し、高周波数帯域においてＱ値を高く調整した場合、可聴音スピーカと、パラメトリックスピーカの２つのスピーカを１つの電気音響変換器において実現することができる。
【００２７】
図３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の実施形態における図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１５が振動部材２０と振動部材２５との間に位置する点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置１００と同様である。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。
【００２８】
図４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の実施形態における図１に対応している。本実施形態に係る発振装置１０４は、振動部材２０及び振動部材２５の形状を除いて、第１の実施形態に係る発振装置１００と同様である。
【００２９】
本実施形態では図４に示すように、振動部材２０は、縁が中心よりも厚く形成されている。また振動部材２５は、縁が中心よりも厚く形成されている。
【００３０】
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。また振動部材２０及び振動部材２５が縁において中心よりも厚く形成されているため、樹脂部材３０における応力集中の効果はさらに増す。よってさらに高い音圧レベルを実現することができる。
【００３１】
図５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３０の形状を除いて、第１の実施形態に係る発振装置１００と同様である。
【００３２】
本実施形態では図５に示すように、樹脂部材３０は、支持部材３５によって支持されている部分において他の部分よりも薄く形成されている。
【００３３】
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。また樹脂部材３０が支持部材３５によって支持されている部分において薄く形成されているため、振動の端部における変位はより大きくなる。よって振幅の掃引体積が増大し、より高い音圧レベルを実現することができる。
【００３４】
図６は、第５の実施形態に係る発振装置１０８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１０８は、圧電振動子１０と圧電振動子１５の形状は異なっていることを除いて、第１の実施形態に係る発振装置１００と同様である。
【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。また圧電振動子１０と圧電振動子１５の形状が異なるため、圧電振動子１０と圧電振動子１５では異なる共振周波数を有する。よって１つの発振装置において２つの駆動方式を実現することが容易となる。例えば、圧電振動子１０において可聴音スピーカを構成し、圧電振動子１５において、パラメトリックスピーカを構成することができる。また、圧電振動子１０において音波センサの発信源を構成し、圧電振動子１５においてスピーカを構成することもできる。
【００３６】
図７は、第６の実施形態に係る圧電振動子１１０を示す斜視図である。本実施形態に係る発振装置は、圧電振動子の構成を除いて第１の実施形態に係る発振装置１００と同様である。また本実施形態に係る圧電振動子１１０は、積層構造を有する点を除いて、第１の実施形態に係る圧電振動子１０と同様である。
【００３７】
図７に示すように圧電振動子１１０は、複数の圧電体と複数の電極を交互に積層して構成されている。圧電体６０、６１、６２、６３、６４の間には、電極７０、７１、７２、７３が１層ずつ形成されている。電極７０と電極７２、及び電極７１と電極７３は、それぞれ互いに接続している。各圧電体の分極方向は、１層ごとに逆向きとなっている。また各電極間に生じる電界の向きも、交互に逆向きとなっている。
【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。また圧電振動子１１０は積層構造を有しているため、電極層間に生じる電界強度が高い。これにより圧電振動子１１０の駆動力を向上させることができる。なお、圧電振動子１１０の積層数は任意に増減できる。
【００３９】
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】
【００４０】
１０ 圧電振動子
１５ 圧電振動子
２０ 振動部材
２５ 振動部材
３０ 樹脂部材
３５ 支持部材
４０ 上部電極
４５ 下部電極
５０ 圧電体
６０〜６４ 圧電体
７０〜７３ 電極
９０ 制御部
９２ 信号生成部
９４ 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
１０８ 発振装置
１１０ 圧電振動子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧電振動子と、
第２の圧電振動子と、
前記第１の圧電振動子を一面において拘束する第１の振動部材と、
前記第２の圧電振動子を一面において拘束する第２の振動部材と、
前記第１の振動部材の縁を支持し、かつ前記第２の振動部材の縁を支持する樹脂部材と、
前記樹脂部材の周囲に位置し、前記樹脂部材を支持する支持部材と、
を備える発振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発振装置において、
前記第１の圧電振動子と接続する第１の信号生成部と、
前記第２の圧電振動子と接続する第２の信号生成部と、
前記第１の信号生成部及び前記第２の信号生成部に接続し、前記第１の信号生成部と前記第２の信号生成部による信号の生成を制御する制御部と、
をさらに備える発振装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発振装置において、
前記第１の振動部材は、他面において前記樹脂部材に支持されており、
前記第２の振動部材は、他面において前記樹脂部材に支持されている発振装置。
【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の圧電振動子と、前記第２の圧電振動子は、同一の形状を有する発振装置。
【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、
前記第１の圧電振動子と、前記第２の圧電振動子は、異なる形状を有する発振装置。
【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、
前記第１の振動部材の縁と、前記第２の振動部材の縁とが、平面視で重なるように設けられている発振装置。
【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において、
前記第１の振動部材は、縁が中心よりも厚く、
前記第２の振動部材は、縁が中心よりも厚い発振装置。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか１項に記載の発振装置において、
前記樹脂部材は、前記支持部材によって支持されている部分において他の部分よりも薄い発振装置。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれか１項に記載の発振装置において、
前記発振装置は、音波センサの発信源である発振装置。
【請求項１０】
請求項１ないし８いずれか１項に記載の発振装置において、
前記発振装置は、スピーカである発振装置。
【請求項１１】
請求項１ないし８いずれか１項に記載の発振装置において、
前記第１の圧電振動子と前記第２の圧電振動子のうち、一方は音波センサの発信源を構成し、他方はスピーカを構成する発振装置。
【請求項１２】
請求項１ないし８いずれか１項に記載の発振装置において、
前記第１の圧電振動子と前記第２の圧電振動子のうち、一方は可聴音波を発生させるスピーカを構成し、他方は超音波を発生させるスピーカを構成する発振装置。
【請求項１】
第１の圧電振動子と、
第２の圧電振動子と、
前記第１の圧電振動子を一面において拘束する第１の振動部材と、
前記第２の圧電振動子を一面において拘束する第２の振動部材と、
前記第１の振動部材の縁を支持し、かつ前記第２の振動部材の縁を支持する樹脂部材と、
前記樹脂部材の周囲に位置し、前記樹脂部材を支持する支持部材と、
を備える発振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発振装置において、
前記第１の圧電振動子と接続する第１の信号生成部と、
前記第２の圧電振動子と接続する第２の信号生成部と、
前記第１の信号生成部及び前記第２の信号生成部に接続し、前記第１の信号生成部と前記第２の信号生成部による信号の生成を制御する制御部と、
をさらに備える発振装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発振装置において、
前記第１の振動部材は、他面において前記樹脂部材に支持されており、
前記第２の振動部材は、他面において前記樹脂部材に支持されている発振装置。
【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の圧電振動子と、前記第２の圧電振動子は、同一の形状を有する発振装置。
【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、
前記第１の圧電振動子と、前記第２の圧電振動子は、異なる形状を有する発振装置。
【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、
前記第１の振動部材の縁と、前記第２の振動部材の縁とが、平面視で重なるように設けられている発振装置。
【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において、
前記第１の振動部材は、縁が中心よりも厚く、
前記第２の振動部材は、縁が中心よりも厚い発振装置。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか１項に記載の発振装置において、
前記樹脂部材は、前記支持部材によって支持されている部分において他の部分よりも薄い発振装置。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれか１項に記載の発振装置において、
前記発振装置は、音波センサの発信源である発振装置。
【請求項１０】
請求項１ないし８いずれか１項に記載の発振装置において、
前記発振装置は、スピーカである発振装置。
【請求項１１】
請求項１ないし８いずれか１項に記載の発振装置において、
前記第１の圧電振動子と前記第２の圧電振動子のうち、一方は音波センサの発信源を構成し、他方はスピーカを構成する発振装置。
【請求項１２】
請求項１ないし８いずれか１項に記載の発振装置において、
前記第１の圧電振動子と前記第２の圧電振動子のうち、一方は可聴音波を発生させるスピーカを構成し、他方は超音波を発生させるスピーカを構成する発振装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１５７６４（Ｐ２０１２−１５７６４Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４９９２２（Ｐ２０１０−１４９９２２）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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