JP2012029110A

JP2012029110A - Oscillation device

Info

Publication number: JP2012029110A
Application number: JP2010166551A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Onishi; 康晴大西; Atsushi Kuroda; 淳黒田; Motoyoshi Komoda; 元喜菰田; Shigeo Sato; 重夫佐藤; Yukio Murata; 行雄村田; Yuichiro Kishinami; 雄一郎岸波; Nobuhiro Kawashima; 信弘川嶋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: JP5527083B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oscillation device which can magnify a sound pressure level of an output and miniaturize the device.SOLUTION: An oscillation device 100 comprises a first piezoelectric vibrator 10 and a second piezoelectric vibrator 20 which have laminated piezoelectric substances 12 and 22 polarized in the thickness direction and vibration members 13 and 23, and which respectively oscillate supersonic waves by vertical vibration due to application of an electric field. Further, the second piezoelectric vibrator 20 is positioned in front in the oscillation direction of the first piezoelectric vibrator 10 and has an opening 24 for passing the supersonic waves oscillated by the first piezoelectric vibrator 10. A third piezoelectric vibrator 30 is positioned further in front of the second piezoelectric vibrator 20 along the axial direction AX. The third piezoelectric vibrator 30 has an opening 34 for passing the supersonic waves oscillated by the second piezoelectric vibrator 20.

Description

本発明は、圧電振動子を備えた発振装置に関する。 The present invention relates to an oscillation device including a piezoelectric vibrator.

近年、携帯電話機やラップトップ型コンピュータなどの携帯端末の需要が拡大している。携帯端末では、テレビ電話や動画再生、ハンズフリー電話などの音響機能を商品価値とした薄型の携帯端末の開発が進められている。このような開発の中、音響部品である電気音響変換器（スピーカ装置）に対して、高音質でかつ小型・薄型化への要求が高まっている。 In recent years, demand for mobile terminals such as mobile phones and laptop computers has been increasing. As for mobile terminals, development of thin mobile terminals with commercial functions such as videophones, video playback, and hands-free telephones is underway. Under such development, there is an increasing demand for high-quality sound, small size, and thinness for electroacoustic transducers (speaker devices) that are acoustic components.

従来、携帯電話等の電子機器には、電気音響変換器として動電型電気音響変換器が利用されてきた。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。しかしながら、動電型電気音響変換器は、その動作原理および構造から、薄型化には限界がある。一方、特許文献１、２には、圧電振動子を電気音響変換器として使用することが記載されている。 Conventionally, electrodynamic electroacoustic transducers have been used as electroacoustic transducers in electronic devices such as mobile phones. This electrodynamic electroacoustic transducer is composed of a permanent magnet, a voice coil, and a diaphragm. However, there is a limit to reducing the thickness of electrodynamic electroacoustic transducers due to their operating principle and structure. On the other hand, Patent Documents 1 and 2 describe using a piezoelectric vibrator as an electroacoustic transducer.

また、圧電振動子を用いた発振装置の他の例としては、スピーカ装置のほか、圧電振動子から発振された音波を用いて対象物までの距離などを検出する音波センサ（特許文献３を参照）など、種々が知られている。 As another example of an oscillation device using a piezoelectric vibrator, in addition to a speaker device, a sound wave sensor that detects a distance to an object using a sound wave oscillated from the piezoelectric vibrator (see Patent Document 3) Etc.) are known.

再表２００７−０２６７３６号公報No. 2007-026736 再表２００７−０８３４９７号公報Table 2007-083497 特開平３−２７０２８２号公報JP-A-3-270282

圧電振動子を用いた発振装置は、圧電材料の圧電効果を利用して、電気信号の入力による電歪作用により、振動振幅を発生させるものである。そして、動電型電気音響変換器がピストン型の進退運動によって振動を発生させるのに対して、圧電振動子を用いた発振装置は屈曲型の振動姿態をとるために振幅が小さくなる。このため、上記した動電型の電気音響変換器に対して薄型化に優位である。 An oscillating device using a piezoelectric vibrator generates a vibration amplitude by an electrostrictive action by inputting an electric signal by using a piezoelectric effect of a piezoelectric material. The electrodynamic electroacoustic transducer generates vibration by a piston-type advance / retreat motion, whereas the oscillation device using the piezoelectric vibrator has a bending-type vibration state and thus has a small amplitude. For this reason, it is superior in reducing the thickness of the electrodynamic electroacoustic transducer described above.

しかしながら、発振装置の物理指標の一つである音圧レベルは、振動子による空気の体積排除量によって決定される。このため、圧電振動子を用いた発振装置の場合は、動電型電気音響変換器と比較して振幅および体積排除量が小さくなりやすく、小型化を図った場合には出力の音圧レベルを十分に得ることが困難であった。 However, the sound pressure level, which is one of the physical indicators of the oscillation device, is determined by the air volume exclusion amount by the vibrator. For this reason, in the case of an oscillation device using a piezoelectric vibrator, the amplitude and volume exclusion amount are likely to be small compared to an electrodynamic electroacoustic transducer. It was difficult to get enough.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、出力の音圧レベルの増大と装置の小型化をともに実現する発振装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an oscillation device that realizes both an increase in output sound pressure level and a reduction in size of the device.

本発明の発振装置は、厚さ方向に分極された圧電体と振動部材とが積層され電界の印加により面直方向に揺動して超音波をそれぞれ発振する第一および第二の圧電振動子を備え、前記第二の圧電振動子が、前記第一の圧電振動子の発振方向の前方に配置されているとともに、前記第一の圧電振動子が発振した前記超音波を通過させる開口部を備えていることを特徴とする。 The oscillation device according to the present invention includes a first piezoelectric vibrator and a second piezoelectric vibrator each of which is laminated with a piezoelectric body polarized in the thickness direction and a vibrating member and oscillates in the direction perpendicular to the surface by applying an electric field to oscillate ultrasonic waves The second piezoelectric vibrator is disposed in front of the oscillation direction of the first piezoelectric vibrator, and has an opening through which the ultrasonic wave oscillated by the first piezoelectric vibrator passes. It is characterized by having.

なお、本発明の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。 Note that the various components of the present invention do not have to be individually independent, that a plurality of components are formed as one member, and one component is formed of a plurality of members. That a certain component is a part of another component, a part of a certain component overlaps a part of another component, and the like.

本発明によれば、圧電振動子を用いた発振装置において、出力の音圧レベルの増大と装置の小型化がともに実現される。 According to the present invention, in an oscillation device using a piezoelectric vibrator, both an increase in output sound pressure level and a reduction in size of the device are realized.

（ａ）は本発明の第一実施形態にかかる発振装置の平面図であり、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。(A) is a top view of the oscillation apparatus concerning 1st embodiment of this invention, (b) is the BB sectional drawing. 発振装置の一部切欠斜視図である。It is a partially cutaway perspective view of an oscillation device. 発振装置が搭載された携帯端末の平面図である。It is a top view of the portable terminal by which an oscillation apparatus is mounted. （ａ）から（ｃ）は、往復揺動する圧電振動子を説明する正面図である。(A) to (c) are front views illustrating a piezoelectric vibrator that reciprocally swings. 第一変形例の圧電振動子を示す正面図である。It is a front view which shows the piezoelectric vibrator of a 1st modification. 第二変形例の圧電振動子の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the piezoelectric vibrator of the 2nd modification. 第三変形例の圧電振動子を示す正面図である。It is a front view which shows the piezoelectric vibrator of a 3rd modification. 本発明の第二実施形態にかかる発振装置の内部構造を示す一部切欠斜視図である。It is a partially cutaway perspective view showing the internal structure of the oscillation device according to the second embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。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。
なお、本実施の形態では図示するように前後左右上下の方向を規定して説明する。しかし、これは構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定するものであり、本発明を実施する製品の製造時や使用時の方向を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
In the present embodiment, description will be made by defining the front-rear, left-right, up-down directions as shown. However, this is provided for convenience in order to simply explain the relative relationship of the components, and does not limit the direction during the manufacture or use of the product implementing the present invention.

＜第一実施形態＞
図１（ａ）は本実施形態にかかる発振装置１００の平面図であり、同図（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。図２は発振装置１００の一部切欠斜視図であり、同図の手前側の一部と制御部５０（図１（ａ）を参照）は図示を省略している。 <First embodiment>
FIG. 1A is a plan view of the oscillation device 100 according to this embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line BB. FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the oscillation device 100, and a portion of the front side of the figure and the control unit 50 (see FIG. 1A) are not shown.

はじめに、本実施形態の概要について説明する。
本実施形態の発振装置１００は、厚さ方向に分極された圧電体１２、２２と振動部材１３、２３とが積層され電界の印加により面直方向に揺動して超音波をそれぞれ発振する第一圧電振動子１０および第二圧電振動子２０を備えている。そして、第二圧電振動子２０は、第一圧電振動子１０の発振方向の前方に配置されているとともに、第一圧電振動子１０が発振した超音波を通過させる開口部２４を備えている。 First, an outline of the present embodiment will be described.
The oscillation device 100 according to the present embodiment includes piezoelectric bodies 12 and 22 polarized in the thickness direction and vibration members 13 and 23 that are laminated, and oscillate in the direction perpendicular to the surface by applying an electric field to oscillate ultrasonic waves. One piezoelectric vibrator 10 and a second piezoelectric vibrator 20 are provided. The second piezoelectric vibrator 20 is disposed in front of the oscillation direction of the first piezoelectric vibrator 10 and includes an opening 24 through which the ultrasonic wave oscillated by the first piezoelectric vibrator 10 passes.

発振装置１００は、例えばスピーカ装置や音波センサの発振源として使用される。
スピーカ装置としては、圧電振動子の高い発振周波数を利用したパラメトリックスピーカとすることができる。すなわち発振装置１００は、圧電振動子（第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０）が可聴波の超音波変調波を発振するスピーカ装置であってもよい。 The oscillation device 100 is used as an oscillation source of a speaker device or a sound wave sensor, for example.
As the speaker device, a parametric speaker using a high oscillation frequency of a piezoelectric vibrator can be used. That is, the oscillation device 100 may be a speaker device in which the piezoelectric vibrators (the first piezoelectric vibrator 10 and the second piezoelectric vibrator 20) oscillate an audible ultrasonic wave.

また、発振装置１００は、圧電振動子（第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０）から発振されて測定対象物で反射した超音波を検知して、圧電振動子と測定対象物との距離を算出する測距部（図示せず）をさらに備えるソナー装置（音波センサ）であってもよい。測距部は、検知した超音波の減衰の度合いを測定することで、発振されてから検知されるまでの超音波の経路長を求めることができる。したがって、かかる経路長の半分をもって、発振装置１００から測定対象物までの距離を知得することができる。 In addition, the oscillation device 100 detects ultrasonic waves oscillated from the piezoelectric vibrators (the first piezoelectric vibrator 10 and the second piezoelectric vibrator 20) and reflected by the measurement object, and the piezoelectric vibrator, the measurement object, and the like. The sonar device (sound wave sensor) may further include a distance measuring unit (not shown) for calculating the distance. The distance measuring unit can determine the path length of the ultrasonic wave from when it is oscillated until it is detected by measuring the degree of attenuation of the detected ultrasonic wave. Therefore, it is possible to know the distance from the oscillation device 100 to the measurement object with half of the path length.

以下、本実施形態では、発振装置１００をスピーカ装置とする場合を例に説明する。発振装置１００は、例えば携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器などの電子機器の音源として使用することができる。 Hereinafter, in this embodiment, a case where the oscillation device 100 is a speaker device will be described as an example. The oscillation device 100 can be used as a sound source of an electronic device such as a mobile phone, a laptop personal computer, or a small game device.

本実施形態の発振装置１００について詳細に説明する。
発振装置１００は、多段に配置されて超音波をそれぞれ発振する複数の圧電振動子を備えている。圧電振動子の段数は特に限定されない。本実施形態では、三段の圧電振動子（以下、第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０および第三圧電振動子３０を圧電振動子と総称する場合がある）を備えている。なお、四段以上の圧電振動子を多段に配置してもよい。 The oscillation device 100 of this embodiment will be described in detail.
The oscillation device 100 includes a plurality of piezoelectric vibrators that are arranged in multiple stages and each oscillates an ultrasonic wave. The number of stages of the piezoelectric vibrator is not particularly limited. In the present embodiment, a three-stage piezoelectric vibrator (hereinafter, the first piezoelectric vibrator 10, the second piezoelectric vibrator 20, and the third piezoelectric vibrator 30 may be collectively referred to as a piezoelectric vibrator) is provided. Note that four or more stages of piezoelectric vibrators may be arranged in multiple stages.

軸方向ＡＸに沿って第二圧電振動子２０の発振方向のさらに前方に、第三圧電振動子３０が配置されている。第三圧電振動子３０は、第二圧電振動子２０が発振した超音波を通過させる開口部３４を備えている。 The third piezoelectric vibrator 30 is disposed further forward in the oscillation direction of the second piezoelectric vibrator 20 along the axial direction AX. The third piezoelectric vibrator 30 includes an opening 34 through which the ultrasonic wave generated by the second piezoelectric vibrator 20 passes.

ここで、圧電振動子が多段に配置されているとは、図示のように各段の圧電振動子の面直方向（軸方向ＡＸ）が互いに一致している場合のほか、各段の圧電振動子の軸方向ＡＸが互いに交差する場合を含む。なお、各段に関しては、さらに複数の圧電振動子を平面方向に配置してもよい。 Here, the piezoelectric vibrators are arranged in multiple stages, in addition to the case where the perpendicular directions (axial direction AX) of the piezoelectric vibrators of each stage coincide with each other as shown in the figure, as well as the piezoelectric vibrations of each stage. This includes the case where the child axial directions AX intersect each other. For each stage, a plurality of piezoelectric vibrators may be further arranged in the plane direction.

本実施形態の圧電振動子は、制御部５０により所定の周波数の交番電界が印加されて逆圧電効果により変形する圧電体１２、２２、３２と、圧電体１２、２２、３２をそれぞれ支持してこれらを往復揺動させる振動部材１３、２３、３３とを含む。圧電体１２、２２、３２および振動部材１３、２３、３３が音響放射面にあたる。 The piezoelectric vibrator of this embodiment supports the piezoelectric bodies 12, 22, and 32 that are deformed by an inverse piezoelectric effect when an alternating electric field having a predetermined frequency is applied by the control unit 50, and the piezoelectric bodies 12, 22, and 32. And vibration members 13, 23, and 33 for reciprocally swinging them. The piezoelectric bodies 12, 22, 32 and the vibrating members 13, 23, 33 correspond to the acoustic radiation surface.

制御部５０は、配線５２およびリード線５４、５５を通じて圧電体１２、２２、３２にそれぞれ高周波電圧を印加する。
圧電体１２、２２、３２の表裏両側の主面には、上部電極層５６と下部電極層５７がそれぞれ形成されている。リード線５４、５５は、上部電極層５６、下部電極層５７に対して個別に接続されている。これにより、制御部５０から供給された高周波電圧が、圧電体１２、２２、３２の厚さ方向の両側に対して個別に印加される。なお、振動部材１３、２３、３３に金属などの導電性材料を用いた場合、下部電極層５７を振動部材１３、２３、３３で兼用してもよい。 The controller 50 applies a high-frequency voltage to the piezoelectric bodies 12, 22, and 32 through the wiring 52 and the lead wires 54 and 55, respectively.
An upper electrode layer 56 and a lower electrode layer 57 are respectively formed on the main surfaces on both the front and back sides of the piezoelectric bodies 12, 22, and 32. The lead wires 54 and 55 are individually connected to the upper electrode layer 56 and the lower electrode layer 57. Thereby, the high frequency voltage supplied from the control unit 50 is individually applied to both sides of the piezoelectric bodies 12, 22, and 32 in the thickness direction. When a conductive material such as a metal is used for the vibration members 13, 23, and 33, the lower electrode layer 57 may be shared by the vibration members 13, 23, and 33.

圧電体１２、２２、３２の片側（図１（ｂ）における下方）の主面は振動部材１３、２３、３３にそれぞれ拘束されている。 The principal surfaces of one side (the lower side in FIG. 1B) of the piezoelectric bodies 12, 22, and 32 are constrained by the vibrating members 13, 23, and 33, respectively.

圧電体２２は厚さ方向に分極している。圧電体２２を構成する材料は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料または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（ＢａＴｉＯ_３）などの圧電セラミックスが好ましい。圧電体２２の厚さは、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。この厚さ範囲とすることで、圧電振動子の成形性が良好であり、また所望の振幅が得られるため十分な電気機械変換効率をえることができる。なお、第一圧電振動子１０から第三圧電振動子３０の各圧電体１２、２２、３２の厚さは、互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。 The piezoelectric body 22 is polarized in the thickness direction. The material constituting the piezoelectric body 22 may be either an inorganic material or an organic material as long as it has a piezoelectric effect. However, materials having high electromechanical conversion efficiency, for example, piezoelectric ceramics such as zirconate titanate (PZT) and barium titanate (BaTiO ₃ ) are preferable. The thickness of the piezoelectric body 22 is preferably 10 μm or more and 500 μm or less, for example. By setting the thickness in this range, the formability of the piezoelectric vibrator is good and a desired amplitude can be obtained, so that sufficient electromechanical conversion efficiency can be obtained. In addition, the thickness of each piezoelectric body 12, 22, 32 of the first piezoelectric vibrator 10 to the third piezoelectric vibrator 30 may be equal to or different from each other.

上部電極層５６および下部電極層５７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。銀は電気抵抗の低い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性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、上部電極層５６および下部電極層５７の厚さは特に限定されないが、１μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。この厚さ範囲とすることで、均一な膜厚に成形することが容易であり、また圧電体２２に対する拘束力が抑制されて圧電振動子のエネルギー変換効率を低下させることがない。 Although the material which comprises the upper electrode layer 56 and the lower electrode layer 57 is not specifically limited, For example, silver and silver / palladium can be used. Since silver is used as a general-purpose electrode material with low electrical resistance, it has advantages in manufacturing process and cost. Since silver / palladium is a low-resistance material having excellent oxidation resistance, there is an advantage from the viewpoint of reliability. The thicknesses of the upper electrode layer 56 and the lower electrode layer 57 are not particularly limited, but are preferably 1 μm or more and 50 μm or less. By setting the thickness within this range, it is easy to form a uniform film thickness, and the restraining force on the piezoelectric body 22 is suppressed, so that the energy conversion efficiency of the piezoelectric vibrator is not lowered.

振動部材１３、２３、３３は、圧電体１２、２２、３２に発生した振動を発振装置１００の全体に伝播させる機能と、圧電振動子の落下時の衝撃安定性を高める機能を持つ。また、振動部材１３、２３、３３は、圧電体１２、２２、３２の基本共振周波数を調整する機能を持つ。圧電体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ため、圧電体の剛性の制御により基本共振周波数が制御される。また、圧電体に用いる材料の弾性率の選択のほか、振動部材の厚みの調整により、基本共振周波数は低域または高域にシフトさせることができる。振動部材に対する塗膜の形成などによって重量負荷を調整してもよい。 The vibration members 13, 23, and 33 have a function of propagating vibration generated in the piezoelectric bodies 12, 22, and 32 throughout the oscillation device 100 and a function of improving impact stability when the piezoelectric vibrator is dropped. The vibrating members 13, 23, and 33 have a function of adjusting the basic resonance frequency of the piezoelectric bodies 12, 22, and 32. Since the basic resonance frequency of the piezoelectric body depends on the load weight and compliance, the basic resonance frequency is controlled by controlling the rigidity of the piezoelectric body. In addition to the selection of the elastic modulus of the material used for the piezoelectric body, the basic resonance frequency can be shifted to a low range or a high range by adjusting the thickness of the vibration member. The weight load may be adjusted by forming a coating film on the vibration member.

振動部材１３、２３、３３には、金属や樹脂などを広く用いることができる。加工性の観点から、リン青銅や鉄−ニッケル合金、ステンレス鋼などの金属材料が使用される。また、振動部材１３、２３、３３の厚さについては、５μｍ以上１０００μｍ以下が好ましい。この厚さ範囲とすることで、圧電体１２、２２、３２の拘束力と加工精度を所望に得ることができる。振動部材１３、２３、３３の縦弾性係数（ヤング率）は１ＧＰａ以上５００ＧＰａ以下が好ましい。かかる数値範囲とすることで、圧電振動子の基本周波数を所望に調整し、かつ圧電振動子に高い信頼性を得ることができる。なお、鉄―ニッケル合金はセラミックスとの熱膨張係数が近く、接着処理などの熱工程での応力負荷を防止でき、信頼性が向上する。 For the vibrating members 13, 23, and 33, metals, resins, and the like can be widely used. From the viewpoint of workability, metallic materials such as phosphor bronze, iron-nickel alloy, and stainless steel are used. Further, the thickness of the vibrating members 13, 23, 33 is preferably 5 μm or more and 1000 μm or less. By setting the thickness within this range, the binding force and processing accuracy of the piezoelectric bodies 12, 22, and 32 can be obtained as desired. The longitudinal elastic modulus (Young's modulus) of the vibrating members 13, 23, 33 is preferably 1 GPa or more and 500 GPa or less. By setting this numerical value range, the fundamental frequency of the piezoelectric vibrator can be adjusted as desired, and high reliability can be obtained for the piezoelectric vibrator. Note that the iron-nickel alloy has a thermal expansion coefficient close to that of ceramics, and can prevent stress loading in a thermal process such as adhesion treatment, thereby improving reliability.

そして、成形加工性の高い金属材料からなる振動部材１３、２３、３３を用いることにより、脆弱な圧電体１２、２２、３２の成形寸法および形状を共通化した状態で圧電振動子の基本共振周波数を調整することができる。 Then, by using the vibrating members 13, 23, 33 made of a metal material having high formability, the basic resonance frequency of the piezoelectric vibrator in a state where the forming dimensions and shapes of the fragile piezoelectric bodies 12, 22, 32 are made common. Can be adjusted.

第二圧電振動子２０の振動部材２３は、圧電体２２を支持する台座部２３１と、台座部２３１の周囲に延在する複数の梁部２３２（２３２ａ〜２３２ｄ）とを含んでいる。そして、開口部２４が梁部２３２ａ〜２３２ｄ同士の間に形成されている。 The vibration member 23 of the second piezoelectric vibrator 20 includes a pedestal portion 231 that supports the piezoelectric body 22 and a plurality of beam portions 232 (232a to 232d) extending around the pedestal portion 231. An opening 24 is formed between the beam portions 232a to 232d.

言い換えると、振動部材２３の梁部２３２は略十字状をなし、交差する中心部に台座部２３１が形成されている。振動部材２３は、梁部２３２と台座部２３１とを一体成形してもよく、または個別に作成された梁部２３２と台座部２３１とを接合して一体化してもよい。台座部２３１は、圧電体２２を包含する形状および寸法をもつ。 In other words, the beam portion 232 of the vibration member 23 has a substantially cross shape, and the pedestal portion 231 is formed at the intersecting central portion. The vibrating member 23 may be formed by integrally forming the beam portion 232 and the pedestal portion 231, or may be integrally formed by joining the beam portion 232 and the pedestal portion 231 that are individually created. The pedestal portion 231 has a shape and dimensions that include the piezoelectric body 22.

本実施形態の発振装置１００において、第一圧電振動子１０と第二圧電振動子２０は、互いに同一形状である。第一圧電振動子１０および第二圧電振動子２０は、略十字状の梁部１３２、２３２およびその中心部に設けられた台座部１３１、２３１からなる振動部材１３、２３と、台座部１３１、２３１に接合された圧電体１２、２２とで構成されている。 In the oscillation device 100 of the present embodiment, the first piezoelectric vibrator 10 and the second piezoelectric vibrator 20 have the same shape. The first piezoelectric vibrator 10 and the second piezoelectric vibrator 20 include vibration members 13 and 23 including substantially cross-shaped beam portions 132 and 232 and pedestal portions 131 and 231 provided at the center thereof, and a pedestal portion 131, And piezoelectric bodies 12 and 22 bonded to the H.231.

圧電体１２、２２と台座部１３１、２３１とは、エポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合することができる。 The piezoelectric bodies 12 and 22 and the pedestals 131 and 231 can be bonded using an adhesive such as an epoxy resin.

さらに、第一圧電振動子１０から第三圧電振動子３０は、いずれも同一形状である。すなわち、第三圧電振動子３０の振動部材３３は、圧電体３２を支持する台座部３３１と、台座部３３１の周囲に延在する複数の梁部３３２とを含んでいる。
本実施形態の発振装置１００において、第二圧電振動子２０の梁部２３２と、第三圧電振動子３０の梁部３３２の少なくとも一部同士は、発振方向（軸方向ＡＸ）からみて互いに重なりの位置にある。特に本実施形態の場合、第二圧電振動子２０の梁部２３２と第三圧電振動子３０の梁部３３２とは軸方向ＡＸからみて完全に重なり合っている。ただし、本発明はこれに限られず、軸方向ＡＸ方向に隣接する振動部材２３と振動部材３３とは、互いに重なり合わず異なる位置に設けられていてもよい。 Further, the first piezoelectric vibrator 10 to the third piezoelectric vibrator 30 have the same shape. That is, the vibration member 33 of the third piezoelectric vibrator 30 includes a pedestal portion 331 that supports the piezoelectric body 32 and a plurality of beam portions 332 that extend around the pedestal portion 331.
In the oscillation device 100 of the present embodiment, at least a part of the beam portion 232 of the second piezoelectric vibrator 20 and the beam portion 332 of the third piezoelectric vibrator 30 overlap each other when viewed from the oscillation direction (axial direction AX). In position. Particularly in the case of the present embodiment, the beam portion 232 of the second piezoelectric vibrator 20 and the beam portion 332 of the third piezoelectric vibrator 30 are completely overlapped when viewed from the axial direction AX. However, the present invention is not limited to this, and the vibration member 23 and the vibration member 33 that are adjacent to each other in the axial direction AX may be provided at different positions without overlapping each other.

第一圧電振動子１０から第三圧電振動子３０が同一形状であり、各振動子の基本共振周波数は略同等である。そして、第一圧電振動子１０から第三圧電振動子３０は、圧電体１２、２２、３２の中心同士が軸方向ＡＸに一致している。これにより、各振動子から発振された超音波ＵＳ１、ＵＳ２、ＵＳ３の位相制御が容易におこなわれる。 The first piezoelectric vibrator 10 to the third piezoelectric vibrator 30 have the same shape, and the fundamental resonance frequency of each vibrator is substantially the same. In the first piezoelectric vibrator 10 to the third piezoelectric vibrator 30, the centers of the piezoelectric bodies 12, 22, and 32 coincide with the axial direction AX. Thereby, the phase control of the ultrasonic waves US1, US2, and US3 oscillated from the respective vibrators is easily performed.

また、発振装置１００は、振動部材１３、２３、３３が固定された筒状の支持体４０を備えている。第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０および第三圧電振動子３０は、支持体４０の軸方向ＡＸに沿って多段に配置されている。 The oscillation device 100 includes a cylindrical support 40 to which the vibration members 13, 23, and 33 are fixed. The first piezoelectric vibrator 10, the second piezoelectric vibrator 20, and the third piezoelectric vibrator 30 are arranged in multiple stages along the axial direction AX of the support body 40.

支持体４０は、発振装置１００を形成する筐体（ケース）としての役割を果たすと同時に、振動部材１３、２３、３３の振動を拡大する剛部材としての機能を果たす。 The support body 40 functions as a casing (case) that forms the oscillation device 100 and also functions as a rigid member that expands vibrations of the vibration members 13, 23, and 33.

本実施形態の支持体４０は、梁部１３２、２３２、３３２をそれぞれ内包する円筒状をなしている。支持体４０には装着溝４２が設けられ、梁部１３２、２３２、３３２の先端がそれぞれ嵌合固定される。これにより、圧電体１２、２２、３２は、各面直方向が支持体４０の軸方向ＡＸに一致して多段に配置される。そして、隣接する梁部１３２、２３２、３３２同士と支持体４０の内壁面との間に略扇形の開口部１４、２４、３４がそれぞれ形成されている。 The support body 40 of this embodiment has a cylindrical shape that includes the beam portions 132, 232, and 332. A mounting groove 42 is provided in the support 40, and the ends of the beam portions 132, 232, and 332 are fitted and fixed, respectively. As a result, the piezoelectric bodies 12, 22, and 32 are arranged in multiple stages so that the direction perpendicular to each surface coincides with the axial direction AX of the support body 40. The substantially fan-shaped openings 14, 24, and 34 are formed between the adjacent beam portions 132, 232, and 332 and the inner wall surface of the support 40, respectively.

図２に示すように、第二圧電振動子２０の開口部２４および第三圧電振動子３０の開口部３４は、それぞれの後段に配置された第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０から発振された超音波ＵＳ１、ＵＳ２を通過させる。これにより、本実施形態の発振装置１００は、多段に配置した圧電振動子が他の圧電振動子から発振された超音波を阻害することがない。そして、複数の圧電振動子を多段に配置したことで、発振装置１００の設置面積を小型化することができる。言い換えると、発振装置１００は、多段に配列された複数の圧電振動子から音波を発生させることから、放射面の面積を拡大することなく、大きな音圧レベルでの出力が可能である。 As shown in FIG. 2, the opening 24 of the second piezoelectric vibrator 20 and the opening 34 of the third piezoelectric vibrator 30 are the first piezoelectric vibrator 10 and the second piezoelectric vibrator 20 arranged in the subsequent stage, respectively. The ultrasonic waves US1 and US2 oscillated from are passed. Thereby, in the oscillation device 100 of the present embodiment, the piezoelectric vibrators arranged in multiple stages do not inhibit the ultrasonic waves oscillated from other piezoelectric vibrators. And the installation area of the oscillation apparatus 100 can be reduced in size by having arrange | positioned several piezoelectric vibrators in multiple stages. In other words, since the oscillation device 100 generates sound waves from a plurality of piezoelectric vibrators arranged in multiple stages, it is possible to output at a large sound pressure level without increasing the area of the radiation surface.

本実施形態の第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０、第三圧電振動子３０が発振する超音波の周波数は、ともに２０ｋＨｚを超える。 The frequencies of the ultrasonic waves oscillated by the first piezoelectric vibrator 10, the second piezoelectric vibrator 20, and the third piezoelectric vibrator 30 of this embodiment all exceed 20 kHz.

図３は、本実施形態の発振装置１００が搭載された携帯端末２００の平面図である。同図に示すように、本実施形態の発振装置１００は携帯端末２００に搭載される。携帯端末２００としては携帯電話機を例示する。携帯端末２００の筐体２０２は、折り畳み型でもスライド型でもよく、または図示のように直線型でもよい。ディスプレイ部２０４および操作キー２０６と同一面上に本実施形態の発振装置１００は配置されている。筐体２０２には、ディスプレイ部２０４を目視するユーザに正対する位置に音声出力部２０８が開口形成され、その内部に発振装置１００が装着されている。 FIG. 3 is a plan view of the portable terminal 200 on which the oscillation device 100 of this embodiment is mounted. As shown in the figure, the oscillation device 100 of this embodiment is mounted on a portable terminal 200. An example of the mobile terminal 200 is a mobile phone. The housing 202 of the portable terminal 200 may be a folding type or a sliding type, or may be a linear type as shown. The oscillation device 100 of this embodiment is disposed on the same plane as the display unit 204 and the operation keys 206. A sound output unit 208 is formed in the housing 202 at a position facing the user who views the display unit 204, and the oscillation device 100 is mounted therein.

本実施形態の発振装置１００はパラメトリックスピーカであり、圧電振動子の特長である高い機械品質係数Ｑを利用して、特定周波数に限定した超音波を発振させる。これにより、携帯端末２００のユーザおよびその近傍に特定して可聴音を再生させことができる。ここで、圧電振動子の基本共振周波数は圧電体１２、２２、３２の円周径に依存し、小径になるにつれ、高周波数帯域へシフトする。そして、圧電振動子の発振周波数を２０ｋＨｚ以上とすることで、携帯端末２００への搭載性に優れた小型の発振装置１００が実現される。 The oscillation device 100 of this embodiment is a parametric speaker, and oscillates an ultrasonic wave limited to a specific frequency by using a high mechanical quality factor Q that is a feature of a piezoelectric vibrator. Thereby, it is possible to reproduce the audible sound by specifying the user of the portable terminal 200 and the vicinity thereof. Here, the basic resonance frequency of the piezoelectric vibrator depends on the circumferential diameter of the piezoelectric bodies 12, 22, and 32, and shifts to a high frequency band as the diameter decreases. And the small oscillation apparatus 100 excellent in the mounting property to the portable terminal 200 is implement | achieved by making the oscillation frequency of a piezoelectric vibrator into 20 kHz or more.

図４（ａ）から（ｃ）は、往復揺動する圧電振動子を説明する正面図である。例として第二圧電振動子２０を図示するが、第一圧電振動子１０および第三圧電振動子３０に関しても同様である。 FIGS. 4A to 4C are front views illustrating a piezoelectric vibrator that reciprocally swings. Although the second piezoelectric vibrator 20 is illustrated as an example, the same applies to the first piezoelectric vibrator 10 and the third piezoelectric vibrator 30.

第二圧電振動子２０は圧電体２２と振動部材２３とを積層してなる。圧電体２２の上面には上部電極層５６が被着形成され、下面には下部電極層５７が被着形成されている。制御部５０は、超音波変調した可聴波に対応する交番電界を出力する。 The second piezoelectric vibrator 20 is formed by laminating a piezoelectric body 22 and a vibration member 23. An upper electrode layer 56 is formed on the upper surface of the piezoelectric body 22, and a lower electrode layer 57 is formed on the lower surface. The control unit 50 outputs an alternating electric field corresponding to the ultrasonically modulated audible wave.

圧電体２２は厚み方向に分極している。分極方向の正逆の向きは任意であるが、図４では上向きを分極方向とする。
同図（ａ）は中立状態であり、制御部５０による印加電圧はゼロである。
同図（ｂ）に示すように、リード線５４および上部電極層５６に正電界を印加し、リード線５５および下部電極層５７に負電界を印加した場合、圧電体２２は逆圧電効果によって厚みが減少する。厚みが減少した圧電体２２はポアソン比に応じて平面方向に拡大する。このとき、圧電体２２の下面は、振動部材２３の上面２３４が接合されて拘束されている。このため、圧電体２２の逆圧電変形量は、下面側に比べて上面側の方が大きくなり、圧電体２２は上に凸に変形する。 The piezoelectric body 22 is polarized in the thickness direction. The forward and reverse directions of the polarization direction are arbitrary, but in FIG. 4, the upward direction is the polarization direction.
FIG. 5A shows a neutral state, and the voltage applied by the control unit 50 is zero.
When a positive electric field is applied to the lead wire 54 and the upper electrode layer 56 and a negative electric field is applied to the lead wire 55 and the lower electrode layer 57 as shown in FIG. Decrease. The piezoelectric body 22 having a reduced thickness expands in the plane direction according to the Poisson's ratio. At this time, the lower surface of the piezoelectric body 22 is restrained by bonding the upper surface 234 of the vibration member 23. For this reason, the amount of reverse piezoelectric deformation of the piezoelectric body 22 is larger on the upper surface side than on the lower surface side, and the piezoelectric body 22 is deformed convexly upward.

本実施形態の第二圧電振動子２０はユニモルフ構造であり、圧電体２２は振動部材２３の一方側にのみ設けられている。このため、圧電体２２の拡大変形に伴って、振動部材２３の上面２３４は下面２３５に比べて大きな歪みが平面方向に生じる。これにより、振動部材２３もまた上に凸に変形する。
よって、第二圧電振動子２０は中立状態（同図（ａ））から上方に変位して振動の上死点に至る。 The second piezoelectric vibrator 20 of this embodiment has a unimorph structure, and the piezoelectric body 22 is provided only on one side of the vibration member 23. For this reason, as the piezoelectric body 22 is enlarged and deformed, the upper surface 234 of the vibration member 23 is significantly strained in the plane direction as compared with the lower surface 235. Thereby, the vibration member 23 is also deformed upward.
Therefore, the second piezoelectric vibrator 20 is displaced upward from the neutral state ((a) in the figure) and reaches the top dead center of the vibration.

図４（ｃ）に示すように制御部５０により印加される交番電界の正負が反転すると、圧電体２２は逆圧電効果によって厚みが増大し、平面方向に縮小するように変形する。これにより、同図（ｂ）とは逆に圧電体２２および振動部材２３は下に凸に変形する。このため、第二圧電振動子２０は中立状態（同図（ａ））から下方に変位して振動の下死点に至る。 As shown in FIG. 4C, when the alternating electric field applied by the control unit 50 is reversed in polarity, the piezoelectric body 22 is deformed so that the thickness increases due to the inverse piezoelectric effect and contracts in the plane direction. Thereby, contrary to FIG. 5B, the piezoelectric body 22 and the vibration member 23 are deformed downward and convex. For this reason, the second piezoelectric vibrator 20 is displaced downward from the neutral state ((a) in the same figure) to reach the bottom dead center of the vibration.

換言すれば、圧電体２２は、主面が拡大するような第１の変形モードと、主面が縮小するような第２の変形モードとを繰り返すような運動を行う。このような運動を繰り返すことで、第二圧電振動子２０に振動を発生し、音波を発生する。 In other words, the piezoelectric body 22 performs a motion that repeats a first deformation mode in which the main surface expands and a second deformation mode in which the main surface contracts. By repeating such a motion, vibration is generated in the second piezoelectric vibrator 20 to generate a sound wave.

なお、第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０、第三圧電振動子３０に対して制御部５０が印加する交番電界の周波数を相違させた場合には、各圧電振動子が発振する超音波の周波数は互いに相違する。これにより、発振された超音波が互いに干渉することが防止される。一方、各圧電振動子に対して制御部５０が印加する交番電界の周波数を等しくすることにより、超音波から復調される可聴波を増幅させることができる。 In addition, when the frequency of the alternating electric field applied by the control unit 50 to the first piezoelectric vibrator 10, the second piezoelectric vibrator 20, and the third piezoelectric vibrator 30 is made different, each piezoelectric vibrator oscillates. The frequencies of ultrasonic waves are different from each other. This prevents the oscillated ultrasonic waves from interfering with each other. On the other hand, by equalizing the frequency of the alternating electric field applied by the control unit 50 to each piezoelectric vibrator, an audible wave demodulated from the ultrasonic wave can be amplified.

なお本実施形態については種々の変形を許容する。 Various modifications are allowed for this embodiment.

（第一変形例）
圧電振動子は、複数のセラミック層と電極層とが交互に形成された積層構造を有してもよい。
図５は、かかる第一変形例の圧電振動子（第二圧電振動子２０を例示する）を示す正面図である。振動部材２３は圧電体２２ａ、２２ｂによって両側から拘束されている。圧電体２２ａには上部電極層５６ａと下部電極層５７ａが設けられ、圧電体２２ｂには上部電極層５６ｂと下部電極層５７ｂが設けられている。すなわち、本変形例の第二圧電振動子２０は、２つのセラミック層（圧電体２２ａ、２２ｂ）と電極層（上部電極層５６ａ、５６ｂおよび下部電極層５７ａ、５７ｂ）とが交互に形成されている。 (First modification)
The piezoelectric vibrator may have a laminated structure in which a plurality of ceramic layers and electrode layers are alternately formed.
FIG. 5 is a front view showing the piezoelectric vibrator of the first modification (illustrating the second piezoelectric vibrator 20). The vibration member 23 is restrained from both sides by the piezoelectric bodies 22a and 22b. The piezoelectric body 22a is provided with an upper electrode layer 56a and a lower electrode layer 57a, and the piezoelectric body 22b is provided with an upper electrode layer 56b and a lower electrode layer 57b. That is, in the second piezoelectric vibrator 20 of this modification, two ceramic layers (piezoelectric bodies 22a and 22b) and electrode layers (upper electrode layers 56a and 56b and lower electrode layers 57a and 57b) are alternately formed. Yes.

圧電体２２ａの下部電極層５７ａと、圧電体２２ｂの上部電極層５６ｂは、導電性の振動部材２３にそれぞれ接合されて同電位である。制御部５０の出力の一端に接続されたリード線５５は振動部材２３を通じて下部電極層５７ａおよび上部電極層５６ｂに電気的に接続されている。 The lower electrode layer 57a of the piezoelectric body 22a and the upper electrode layer 56b of the piezoelectric body 22b are respectively joined to the conductive vibration member 23 and have the same potential. The lead wire 55 connected to one end of the output of the control unit 50 is electrically connected to the lower electrode layer 57a and the upper electrode layer 56b through the vibration member 23.

制御部５０の出力の他端に接続されたリード線５４（５４ａ、５４ｂ）は分岐してそれぞれ圧電体２２ａの上部電極層５６ａと圧電体２２ｂの下部電極層５７ｂに接続されている。これにより、第二圧電振動子２０の上下両面は同電位となって制御部５０から交番電界が印加される。 Lead wires 54 (54a, 54b) connected to the other end of the output of the controller 50 are branched and connected to the upper electrode layer 56a of the piezoelectric body 22a and the lower electrode layer 57b of the piezoelectric body 22b, respectively. Thereby, the upper and lower surfaces of the second piezoelectric vibrator 20 have the same potential, and an alternating electric field is applied from the control unit 50.

このバイモルフ型の圧電振動子は、電界印加時の圧電体２２ａと圧電体２２ｂの変位方向が反対であり、一方が長手方向に伸張したときに他方が収縮する。これにより、圧電体２２ａと圧電体２２ｂとは、振動部材２３の凸変形（図４（ｂ）、（ｃ）を参照）の変形量を増大させる、発振装置１００の音圧レベルを高める。なお、二つの圧電体２２ａ、２２ｂについては、第一実施形態と同様の圧電性材料を使用することができる。また、２つの圧電体２２ａ、２２ｂは、互いに同一形状であってもよく、または互いに異なる形状であってもよい。 In this bimorph type piezoelectric vibrator, the displacement directions of the piezoelectric body 22a and the piezoelectric body 22b when an electric field is applied are opposite to each other, and when one extends in the longitudinal direction, the other contracts. Thereby, the piezoelectric body 22a and the piezoelectric body 22b increase the sound pressure level of the oscillation device 100 that increases the deformation amount of the convex deformation (see FIGS. 4B and 4C) of the vibration member 23. In addition, about the two piezoelectric bodies 22a and 22b, the piezoelectric material similar to 1st embodiment can be used. Further, the two piezoelectric bodies 22a and 22b may have the same shape or different shapes.

（第二変形例）
図６は第二変形例の圧電振動子の分解斜視図である。本変形例の圧電振動子もまた、複数のセラミック層（圧電体２２ａ〜２２ｅ）と電極層（導体層５８ａ〜５８ｄ）とが交互に形成された積層構造を有する。 (Second modification)
FIG. 6 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator of the second modification. The piezoelectric vibrator of this modification also has a laminated structure in which a plurality of ceramic layers (piezoelectric bodies 22a to 22e) and electrode layers (conductor layers 58a to 58d) are alternately formed.

この変形例の圧電振動子（第二圧電振動子２０を例示する）は、板状の圧電材料からなる三層以上、より具体的には五層の圧電体２２ａ〜２２ｅを互いに積層し、圧電体同士の間に電極層（導体層５８ａ〜５８ｄ）を一層ずつ介装したものである。 The piezoelectric vibrator (example of the second piezoelectric vibrator 20) of this modification is formed by stacking three or more layers, more specifically, five layers of piezoelectric bodies 22a to 22e made of a plate-like piezoelectric material, The electrode layers (conductor layers 58a to 58d) are interposed between the bodies one by one.

ここで、各圧電体の分極方向は一層ごとに逆向きとし、印加電界の向きも交互に逆向きとする。このような積層構造の圧電振動子によれば、電極層間に生じる電界強度が高いため、圧電体の積層数に応じて圧電振動子の駆動力が向上する。これにより、圧電振動子の面積を小さくして発振装置を小型化しても、その音圧レベルを十分に確保することができる。 Here, the polarization direction of each piezoelectric body is reversed for each layer, and the direction of the applied electric field is also reversed alternately. According to the piezoelectric vibrator having such a laminated structure, since the electric field strength generated between the electrode layers is high, the driving force of the piezoelectric vibrator is improved according to the number of laminated piezoelectric bodies. Thereby, even if the area of the piezoelectric vibrator is reduced to reduce the size of the oscillation device, the sound pressure level can be sufficiently secured.

また、本実施形態の第三変形例として、振動部材１３、２３、３３は、当該振動部材よりも低剛性の樹脂材料を介して支持体４０に接合されていてもよい。
図７は、かかる第三変形例の圧電振動子（第二圧電振動子２０を例示する）を示す正面図である。 As a third modification of the present embodiment, the vibration members 13, 23, and 33 may be joined to the support body 40 via a resin material that is less rigid than the vibration member.
FIG. 7 is a front view showing the piezoelectric vibrator (illustrating the second piezoelectric vibrator 20) of the third modified example.

圧電体２２が接合された振動部材２３の両端は、樹脂材料からなる保持部６０で支持されている。保持部６０は、支持体４０および振動部材２３よりもヤング率の低い樹脂材料からなる。保持部６０は、一端（外側端部）が支持体４０に固定され、他端（内側端部）が振動部材２３に固定された板状をなしている。樹脂材料は、有機高分子材料であれば特に限定されないが、ウレタン、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）またはポリエチレンなどが好ましい。 Both ends of the vibration member 23 to which the piezoelectric body 22 is bonded are supported by a holding portion 60 made of a resin material. The holding part 60 is made of a resin material having a Young's modulus lower than that of the support body 40 and the vibration member 23. The holding portion 60 has a plate shape in which one end (outer end portion) is fixed to the support body 40 and the other end (inner end portion) is fixed to the vibration member 23. The resin material is not particularly limited as long as it is an organic polymer material, but urethane, PET (Polyethylene terephthalate), polyethylene or the like is preferable.

本変形例の第二圧電振動子２０は、このように振動部材２３と支持体４０との間に樹脂材料を介在させることで、圧電体２２の逆圧電変形によって生じた振動部材２３の往復揺動の振幅が増大する。これは、振動部材２３と支持体４０との固定状態が、第一実施形態よりも自由端に近づくためである。そして、かかる第二圧電振動子２０によれば、振動可動範囲が拡大して振幅量が増加するとともに、落下時の衝撃安定性も向上する。 In the second piezoelectric vibrator 20 of this modification example, the resin member is interposed between the vibration member 23 and the support body 40 in this way, so that the vibration member 23 reciprocally swings due to reverse piezoelectric deformation of the piezoelectric body 22. The amplitude of motion increases. This is because the fixed state of the vibration member 23 and the support body 40 is closer to the free end than in the first embodiment. According to the second piezoelectric vibrator 20, the vibration movable range is expanded to increase the amplitude amount, and the impact stability at the time of dropping is also improved.

＜第二実施形態＞
図８は本実施形態にかかる発振装置１００の内部構造を示す一部切欠斜視図である。支持体４０における手前側の一部と、制御部５０（図１（ａ）を参照）は図示を省略している。 <Second embodiment>
FIG. 8 is a partially cutaway perspective view showing the internal structure of the oscillation device 100 according to the present embodiment. A part of the front side of the support 40 and the control unit 50 (see FIG. 1A) are not shown.

本実施形態の発振装置１００は、圧電体２２、３２がそれぞれ多数の貫通孔を開口部２４、３４として備えている。そして、本実施形態の発振装置１００は、第一圧電振動子１０から第三圧電振動子３０のそれぞれ少なくとも一部が、発振方向からみて互いにずれあった位置にある。 In the oscillation device 100 of the present embodiment, the piezoelectric bodies 22 and 32 are provided with a large number of through holes as the openings 24 and 34, respectively. In the oscillation device 100 of the present embodiment, at least a part of each of the first piezoelectric vibrator 10 to the third piezoelectric vibrator 30 is in a position shifted from each other when viewed from the oscillation direction.

本実施形態の第二圧電振動子２０および第三圧電振動子３０は、圧電体２２、３２と振動部材２３、３３をそれぞれ接合したうえで、それぞれ複数の開口部２４、３４を格子状または千鳥状に形成したものである。そして、開口部２４と開口部３４とは、軸方向ＡＸに直交する平面視方向からみて異なる位置に形成されている。これにより、第二圧電振動子２０（圧電体２２）が発振した超音波ＵＳ２は、その直上の開口部３４を通じて発振装置１００から前方に放射される。 In the second piezoelectric vibrator 20 and the third piezoelectric vibrator 30 of the present embodiment, the piezoelectric bodies 22 and 32 and the vibrating members 23 and 33 are joined, and a plurality of openings 24 and 34 are respectively formed in a lattice shape or a staggered pattern. It is formed in a shape. And the opening part 24 and the opening part 34 are formed in the different position seeing from the planar view direction orthogonal to the axial direction AX. As a result, the ultrasonic wave US2 oscillated by the second piezoelectric vibrator 20 (piezoelectric body 22) is radiated forward from the oscillation device 100 through the opening 34 immediately above.

ともに矩形の第一圧電振動子１０から第三圧電振動子３０は、角筒状の支持体４０に対して四辺がそれぞれ固定されている。 In each of the rectangular first piezoelectric vibrator 10 to the third piezoelectric vibrator 30, four sides are respectively fixed to a rectangular tube-shaped support body 40.

本実施形態の第一圧電振動子１０は無孔の平板状をなしている点で第二圧電振動子２０や第三圧電振動子３０と相違する。第一圧電振動子１０（圧電体１２）が発振した超音波ＵＳ１は、その直上の開口部２４を通じて前方に放射される。そして、超音波ＵＳ１は、第二圧電振動子２０よりも遠方にあたる第三圧電振動子３０においては、振動部材３３を迂回して開口部３４を通過することが可能である。 The first piezoelectric vibrator 10 of the present embodiment is different from the second piezoelectric vibrator 20 and the third piezoelectric vibrator 30 in that it has a flat plate shape without holes. The ultrasonic wave US1 oscillated by the first piezoelectric vibrator 10 (piezoelectric body 12) is radiated forward through the opening 24 immediately above. The ultrasonic wave US <b> 1 can pass through the opening 34 by bypassing the vibration member 33 in the third piezoelectric vibrator 30, which is farther than the second piezoelectric vibrator 20.

本実施形態の発振装置１００は、隣接する圧電振動子の開口部２４、３４がずれていることにより、放射された超音波ＵＳ１、ＵＳ２が支持体４０の内部に籠もらず好適に放射される。また、本実施形態の圧電振動子は、貫通孔（開口部２４、３４）の数密度および直径を選択することで基本共振周波数を調整することができる。 In the oscillating device 100 of the present embodiment, the radiated ultrasonic waves US1 and US2 are suitably radiated without entering the support 40 because the openings 24 and 34 of the adjacent piezoelectric vibrators are displaced. . Further, in the piezoelectric vibrator of the present embodiment, the basic resonance frequency can be adjusted by selecting the number density and diameter of the through holes (openings 24 and 34).

以下、本発明の発振装置を、実施例に基づいてより詳細に説明する。ただし本発明は以下の実施例に限られるものではない。 Hereinafter, the oscillation device of the present invention will be described in more detail based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

本発明の発振装置の特性評価を、以下、評価１〜評価２の評価項目で行った。
（評価１）音圧レベル周波数特性の測定：交流電圧１Ｖ入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。なお、この所定距離は、特に明記しない限り１０ｃｍであり、周波数の測定範囲は１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚとして、超音波変調された可聴波を発振した。また、マイクロホンで測定した音圧レベルの波形の目視観察と、変調された可聴波の官能評価により、周波数特性の平坦性を評価した。 The characteristic evaluation of the oscillation device of the present invention was performed using evaluation items 1 to 2 below.
(Evaluation 1) Measurement of sound pressure level frequency characteristics: The sound pressure level when an AC voltage of 1 V was input was measured with a microphone placed at a position away from the element by a predetermined distance. The predetermined distance was 10 cm unless otherwise specified, and an ultrasonically modulated audible wave was oscillated with a frequency measurement range of 10 Hz to 10 kHz. Further, the flatness of the frequency characteristics was evaluated by visual observation of the waveform of the sound pressure level measured with a microphone and sensory evaluation of the modulated audible wave.

（評価２）落下衝撃試験：発振装置を搭載した携帯電話機を５０ｃｍ直上から、５回自然落下させ、落下衝撃安定性試験を行った。具体的には、落下衝撃試験後の割れ等の破壊を目視で確認し、さらに、試験後の音圧特性を測定した。その結果、音圧レベル差（試験前の音圧レベルと試験後の音圧レベルとの差）が３ｄＢ未満を○とし、３ｄＢ以上を×とした。 (Evaluation 2) Drop impact test: A mobile phone equipped with an oscillation device was naturally dropped 5 times from directly above 50 cm, and a drop impact stability test was performed. Specifically, breakage such as cracks after the drop impact test was visually confirmed, and the sound pressure characteristics after the test were further measured. As a result, the sound pressure level difference (difference between the sound pressure level before the test and the sound pressure level after the test) was less than 3 dB, and 3 dB or more was evaluated as x.

（実施例１）
図１に示した発振装置を作成し、評価１による音響特性、および評価２による機械特性を調べた。 Example 1
The oscillation device shown in FIG. 1 was prepared, and the acoustic characteristics according to Evaluation 1 and the mechanical characteristics according to Evaluation 2 were examined.

第一圧電振動子１０の圧電体１２は、外径＝φ１０ｍｍ、厚み＝２００μｍとし、その両面に、それぞれ厚み８μｍの上部電極層５６および下部電極層５７を形成した。振動部材１３は、外径＝φ１２ｍｍ、厚み＝３００μｍのリン青銅を用いた。支持体４０にはステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用い、振動部材１３と直接に接合した。支持体４０は、外径＝φ１３ｍｍ、内径＝φ１２ｍｍの中空状の円筒であり、厚さを２．０ｍｍとした。
圧電体１２および振動部材１３は同心状に配置した。また、圧電体１２の圧電材料には、ジルコン酸チタン酸鉛系セラミックを用いた。上部電極層５６および下部電極層５７には、銀／パラジウム合金（重量比７０％：３０％）を使用した。圧電体１２の圧電セラミックスの製造はグリーンシート法で行い、大気中で１１００℃、２時間にわたって焼成し、その後、圧電体１２に分極処理を施した。圧電体１２と振動部材１３との接着、および支持体４０との接着には、いずれもエポキシ系接着剤を用いた。
第二圧電振動子２０および第三圧電振動子３０についても第一圧電振動子１０と同様に作成した。 The piezoelectric body 12 of the first piezoelectric vibrator 10 had an outer diameter = φ10 mm and a thickness = 200 μm, and an upper electrode layer 56 and a lower electrode layer 57 each having a thickness of 8 μm were formed on both surfaces thereof. As the vibrating member 13, phosphor bronze having an outer diameter = φ12 mm and a thickness = 300 μm was used. Stainless steel (SUS304) was used for the support body 40 and was directly joined to the vibration member 13. The support 40 is a hollow cylinder having an outer diameter = φ13 mm and an inner diameter = φ12 mm, and the thickness is set to 2.0 mm.
The piezoelectric body 12 and the vibration member 13 are arranged concentrically. In addition, a lead zirconate titanate ceramic was used as the piezoelectric material of the piezoelectric body 12. For the upper electrode layer 56 and the lower electrode layer 57, a silver / palladium alloy (weight ratio 70%: 30%) was used. The piezoelectric ceramics of the piezoelectric body 12 were manufactured by a green sheet method, fired in the atmosphere at 1100 ° C. for 2 hours, and then the piezoelectric body 12 was subjected to polarization treatment. An epoxy adhesive was used for bonding the piezoelectric body 12 and the vibration member 13 and bonding the support body 40.
The second piezoelectric vibrator 20 and the third piezoelectric vibrator 30 were prepared in the same manner as the first piezoelectric vibrator 10.

また、図５（実施例２）、図６（実施例３）および図７（実施例４）の発振装置１００を実施例１と同様に作成し、同様に音響特性および機械特性を調べた。 In addition, the oscillation device 100 of FIG. 5 (Example 2), FIG. 6 (Example 3), and FIG. 7 (Example 4) was produced in the same manner as in Example 1, and the acoustic characteristics and mechanical characteristics were similarly examined.

比較例１として、実施例１〜４と同一面積の音響放射面を有する動電型の発振装置を作成し、同様に音響特性および機械特性を調べた。
なお、各実施例と比較例において、音響放射面の面積は共通とした。結果を表１に示す。 As Comparative Example 1, an electrodynamic oscillator having an acoustic radiation surface having the same area as in Examples 1 to 4 was prepared, and the acoustic characteristics and mechanical characteristics were similarly examined.
In each example and comparative example, the area of the acoustic radiation surface is the same. The results are shown in Table 1.

上記の結果より明らかのように、実施例１〜４の発振装置によれば、小型かつ高い音圧レベルを有し、音圧レベル周波数特性は平坦であった。 As is clear from the above results, according to the oscillation devices of Examples 1 to 4, the sound pressure level frequency characteristics were flat with a small and high sound pressure level.

実施例５として、第一実施形態の発振装置に対して、各圧電振動子の圧電体の外径寸法のみを３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍに変更して、実施例１と同様に音響特性および機械特性を調べた。結果を表２に示す。 As Example 5, with respect to the oscillation device of the first embodiment, only the outer diameter dimension of the piezoelectric body of each piezoelectric vibrator was changed to 3 mm, 5 mm, 7 mm, and 10 mm, and the acoustic characteristics and The mechanical properties were investigated. The results are shown in Table 2.

上記の結果より明らかのように、実施例５の発振装置によれば、いずれも小型でかつ高い音圧レベルを有し、音圧レベル周波数特性は平坦であった。 As apparent from the above results, according to the oscillation device of Example 5, all were small and had a high sound pressure level, and the sound pressure level frequency characteristics were flat.

実施例６から９として、図３に示した携帯端末２００の筐体２０２に、実施例１から４の発振装置１００をそれぞれ搭載した。具体的には、携帯電話機（携帯端末２００）の筐体２０２の内側面に発振装置を貼り付ける構成とした。かかる携帯端末２００に関して、実施例１と同様に音圧レベルの測定と機械特性の評価をおこなった。なお機械特性は、発振装置１００を搭載した携帯端末２００を５０ｃｍ直上から５回自然落下させて落下衝撃安定性試験をおこなった。結果を表３に示す。 As the sixth to ninth embodiments, the oscillation devices 100 of the first to fourth embodiments are mounted on the casing 202 of the portable terminal 200 illustrated in FIG. Specifically, the oscillation device is attached to the inner surface of the housing 202 of the mobile phone (mobile terminal 200). Regarding the portable terminal 200, the sound pressure level was measured and the mechanical characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. As for mechanical characteristics, a drop impact stability test was performed by naturally dropping the mobile terminal 200 on which the oscillation device 100 was mounted 5 times from directly above 50 cm. The results are shown in Table 3.

上記の結果より明らかのように、実施例６〜９の発振装置に関しても、いずれも小型でかつ高い音圧レベルを有し、高い衝撃安定性を有することが分かった。 As is clear from the above results, it was found that all of the oscillation devices of Examples 6 to 9 were small and had a high sound pressure level and high impact stability.

１０第一圧電振動子
２０第二圧電振動子
３０第三圧電振動子
１２、２２、３２圧電体
１３、２３、３３振動部材
１３１、２３１、３３１台座部
１３２、２３２、３３２梁部
２３４上面
２３５下面
１４、２４、３４開口部
４０支持体
４２装着溝
５０制御部
５２配線
５４、５５リード線
５６上部電極層
５７下部電極層
５８ａ〜５８ｄ導体層
６０保持部
１００発振装置
２００携帯端末
２０２筐体
２０４ディスプレイ部
２０６操作キー
２０８音声出力部
ＡＸ軸方向
ＵＳ１、ＵＳ２、ＵＳ３超音波 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 1st piezoelectric vibrator 20 2nd piezoelectric vibrator 30 3rd piezoelectric vibrator 12, 22, 32 Piezoelectric body 13,23,33 Vibration member 131,231,331 Base part 132,232,332 Beam part 234 Upper surface 235 Lower surface 14, 24, 34 Opening 40 Support 42 Mounting groove 50 Control unit 52 Wiring 54, 55 Lead wire 56 Upper electrode layer 57 Lower electrode layers 58a-58d Conductor layer 60 Holding unit 100 Oscillator 200 Mobile terminal 202 Housing 204 Display Part 206 operation key 208 audio output part AX axial direction US1, US2, US3 ultrasonic

Claims

A piezoelectric body polarized in the thickness direction and a vibrating member are stacked, and includes first and second piezoelectric vibrators that respectively oscillate in an ultrasonic wave by oscillating in a direction perpendicular to a plane by applying an electric field,
The second piezoelectric vibrator is disposed in front of the oscillation direction of the first piezoelectric vibrator, and includes an opening through which the ultrasonic wave oscillated by the first piezoelectric vibrator passes. An oscillation device characterized by that.

The vibrating member of the second piezoelectric vibrator includes a pedestal portion that supports the piezoelectric body, and a plurality of beam portions that extend around the pedestal portion,
The oscillation device according to claim 1, wherein the opening is formed between the beam portions.

The oscillation device according to claim 1, wherein the first and second piezoelectric vibrators have the same shape.

It further comprises a cylindrical support to which the vibration member is fixed,
4. The oscillation device according to claim 1, wherein the first and second piezoelectric vibrators are arranged in multiple stages along the axial direction of the support. 5.

The oscillation device according to claim 4, wherein the vibration member is joined to the support via a resin material having a rigidity lower than that of the vibration member.

A third piezoelectric vibrator is disposed further forward in the oscillation direction of the second piezoelectric vibrator along the axial direction,
6. The oscillation device according to claim 4, wherein the third piezoelectric vibrator includes an opening through which the ultrasonic wave oscillated by the second piezoelectric vibrator passes.

The vibrating member of the third piezoelectric vibrator includes a pedestal portion that supports the piezoelectric body, and a plurality of beam portions that extend around the pedestal portion,
7. The beam portion of the second piezoelectric vibrator and at least a part of the beam portion of the third piezoelectric vibrator are in positions overlapping each other when viewed from the oscillation direction. The oscillation device described in 1.

The oscillation device according to claim 6, wherein at least a part of each of the first to third piezoelectric vibrators is shifted from each other when viewed from the oscillation direction.

The oscillation device according to any one of claims 1 to 8, wherein the piezoelectric vibrator oscillates an audible ultrasonic wave.

The distance measuring unit according to any one of claims 1 to 8, further comprising a distance measuring unit that detects the ultrasonic wave oscillated from the piezoelectric vibrator and reflected by the measurement object and calculates a distance between the piezoelectric vibrator and the measurement object. The oscillation device according to claim 1.