WO2014061584A1 - 電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器 - Google Patents

電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器 Download PDF

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康晴 大西
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Ｎｅｃカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社
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Definitions

  • the present invention is based on a Japanese patent application: Japanese Patent Application No. 2012-227920 (filed on October 15, 2012), and the entire description of the application is incorporated herein by reference.
  • the present invention relates to an electroacoustic transducer, a manufacturing method thereof, and an electronic apparatus using the electroacoustic transducer.
  • a parametric speaker is mounted on an electronic device such as a mobile phone and an audio signal is propagated in the vicinity of the user.
  • the parametric speaker when a parametric speaker is mounted on an electronic device such as a mobile phone, the parametric speaker is required to be downsized.
  • Patent Document 1 discloses an electroacoustic transducer that includes a piezoelectric vibrator and can be used in a wide band including a low frequency band.
  • a highly directional parametric speaker it is preferable to propagate an audio signal using ultrasonic waves.
  • ultrasonic waves In order to oscillate ultrasonic waves with strong directivity using the piezoelectric vibrator, it is preferable to oscillate ultrasonic waves with a high sound pressure level.
  • it is necessary to apply a high voltage to the piezoelectric vibrator In order to oscillate an ultrasonic wave having a high sound pressure level, it is necessary to apply a high voltage to the piezoelectric vibrator. That is, the voltage applied to the piezoelectric vibrator and the directivity of the oscillated ultrasonic wave have a trade-off relationship.
  • Patent Document 1 does not disclose a technique for oscillating ultrasonic waves with high efficiency using a piezoelectric vibrator.
  • an electroacoustic transducer that contributes to oscillating highly directional sound waves with high efficiency, a manufacturing method thereof, and an electronic device using the electroacoustic transducer are desired.
  • a piezoelectric vibrator a housing that is spaced apart from the piezoelectric vibrator by a predetermined space, and that has a frustum-shaped cut on the inner wall, and is fitted into the cut.
  • a sound hole portion is formed in front of the piezoelectric vibrator in the oscillation direction, and the notch has a sound path hole diameter toward the front in the oscillation direction of the piezoelectric vibrator.
  • An electroacoustic transducer formed in the housing is provided for reduction.
  • a piezoelectric vibrator and a predetermined space from the piezoelectric vibrator are arranged, a sound hole portion is formed in front of the oscillation direction of the piezoelectric vibrator, and a cone is formed on the inner wall.
  • an electronic apparatus that includes the electroacoustic transducer formed in the housing and oscillates the piezoelectric vibrator so as to emit ultrasonic waves having a frequency of 20 kHz or more.
  • a method for manufacturing an electroacoustic transducer comprising a piezoelectric vibrator and a housing, wherein the housing is disposed at a predetermined space away from the piezoelectric vibrator.
  • a sound hole portion forming step formed in the housing, and in the notch forming step the housing has the sound path hole diameter reduced toward the front in the oscillation direction of the piezoelectric vibrator.
  • an electroacoustic transducer that contributes to high-efficiency oscillating highly directional sound waves, a manufacturing method thereof, and an electronic apparatus using the electroacoustic transducer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional side view illustrating an example of a piezoelectric vibrator 10 according to a first embodiment. It is a cross-sectional side view which shows an example of the electroacoustic transducer 1a which concerns on 2nd Embodiment. It is a figure which shows an example of the structure which concerns on 2nd Embodiment, and the structure which concerns on a comparison form. It is a figure which shows an example of the measurement result of a frequency and a sound pressure level.
  • the voltage applied to the piezoelectric vibrator and the directivity of the oscillated ultrasonic wave have a trade-off relationship. Therefore, an electroacoustic transducer that contributes to oscillating highly directional sound waves with high efficiency is desired.
  • an electroacoustic transducer 100 shown in FIG. 1 is provided as an example.
  • the electroacoustic transducer 100 includes a piezoelectric vibrator 101 and a housing 102 that is disposed apart from the piezoelectric vibrator 101 by a predetermined space.
  • the piezoelectric vibrator 101 oscillates by application of an electric field to oscillate sound waves.
  • a sound hole 103 is formed in the housing 102 in front of the oscillation direction of the piezoelectric vibrator 101.
  • the sound wave transmitted from the piezoelectric vibrator is radiated into the atmosphere from the sound hole portion 103.
  • a tubular path through which a sound wave transmitted from the piezoelectric vibrator passes before reaching the sound hole 103 is referred to as a sound path.
  • the housing 102 has a frustum-shaped cut on the inner wall. This cut is formed in the housing 102 so as to reduce the hole diameter of the sound path toward the front in the oscillation direction of the piezoelectric vibrator 101. Therefore, the sound wave transmitted from the piezoelectric vibrator is controlled by the frustum shape so as to pass through the sound path and travel toward the sound hole portion 13. Specifically, when the inner wall of the housing 102 has a frustum shape, divergence of sound waves oscillated from the piezoelectric vibrator is suppressed. As a result, this notch collects sound waves transmitted from the piezoelectric vibrator and contributes to strengthening directivity.
  • the sound absorbing material 104 is fitted into the cut formed in the housing 102 and arranged.
  • the sound absorbing material 104 contributes to preventing interference between sound waves collected at the cut portion.
  • the sound absorbing material 104 contributes to mute sound waves having a frequency other than the ultrasonic wave to be reproduced. Therefore, the electroacoustic transducer 100 contributes to transmitting highly directional sound waves with high efficiency.
  • the casing has the notch including a polygonal frustum shape or a truncated cone shape.
  • the sound absorbing material preferably includes a porous material.
  • the sound hole is formed at a distance of 1 ⁇ 4 to 1 ⁇ 2 of the wavelength of the oscillation wave from the vibration surface of the piezoelectric vibrator.
  • the piezoelectric vibrator oscillates an ultrasonic wave having a frequency of 20 kHz or more.
  • Embodiment 6 It is preferable that the electroacoustic transducers of Embodiments 1 to 5 are arranged and arranged on a plane.
  • the incision forming step it is preferable to form the incision including a polygonal frustum shape or a truncated cone shape.
  • the sound hole portion forming step it is preferable that the sound hole portion is formed at a distance of 1 ⁇ 4 to 1 ⁇ 2 of the wavelength of the oscillation wave from the vibration surface of the piezoelectric vibrator.
  • FIG. 2 is a cross-sectional side view showing an example of the electroacoustic transducer 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 mainly describes members related to the electroacoustic transducer according to the present embodiment.
  • the electroacoustic transducer 1 is housed inside the housing 11.
  • the electroacoustic transducer 1 is used as a speaker device, for example.
  • the speaker device may be a parametric speaker.
  • the piezoelectric vibrator 10 preferably oscillates ultrasonic waves of 20 kHz or higher.
  • the parametric speaker demodulates the audible sound using the ultrasonic wave as a carrier wave. Specifically, the parametric speaker first radiates modulated ultrasonic waves into the air. The parametric speaker then demodulates the modulated wave by inducing a collision wave due to a nonlinear phenomenon of air.
  • the piezoelectric vibrator 10 oscillates ultrasonic waves with high straightness, so that a sound field with high directivity can be formed.
  • the electroacoustic transducer 1 according to the present embodiment can radiate sound waves around the vicinity of the user.
  • the electroacoustic transducer 1 is preferably a sound source such as a smartphone, a mobile phone, a game machine, a tablet PC (Personal Computer), a notebook PC, or a PDA (Personal Data Assistant).
  • a sound source such as a smartphone, a mobile phone, a game machine, a tablet PC (Personal Computer), a notebook PC, or a PDA (Personal Data Assistant).
  • the piezoelectric vibrator 10 is joined to the housing via a joining member. Further, in the piezoelectric vibrator 10, the substrate 15 is disposed with a predetermined space away from the surface facing the housing. The piezoelectric vibrator 10 is bonded to the substrate 15 through the holding member 16.
  • the piezoelectric vibrator 10 is configured by constraining a piezoelectric body 21 and a vibrating member 20 polarized in the thickness direction.
  • the piezoelectric vibrator 10 oscillates and oscillates by application of an electric field. Therefore, it is preferable that the electronic apparatus including the electroacoustic transducer 1 includes an oscillation circuit (not shown) that generates an electric signal to be applied to the piezoelectric body 21.
  • the housing 11 is arranged away from the piezoelectric vibrator 10 by a predetermined space.
  • the housing 11 has a sound hole portion 13 formed in front of the oscillation direction of the piezoelectric vibrator 10.
  • the sound wave generated by the piezoelectric vibrator 10 passes through the sound hole portion 13 and is radiated to the outside of the electroacoustic transducer 1.
  • the housing 11 has a frustum-shaped cut on the inner wall.
  • This notch includes a polygonal frustum shape or a truncated cone shape. Then, this cut is formed in the housing 11 so as to reduce the hole diameter of the sound path toward the front in the transmission direction of the piezoelectric vibrator. By forming this cut, a sound wave can be collected at the cut portion. As a result, the electroacoustic transducer 1 can radiate sound waves from the sound hole portion 13 efficiently.
  • the sound absorbing material 14 is fitted into a cut formed in the housing 11 and arranged.
  • the sound absorbing material 14 is preferably a porous material such as polyurethane.
  • the frequency to be silenced can be adjusted. Specifically, when sound waves are incident on the pores of the porous material, they are irregularly reflected inside the pores. Therefore, the sound wave having a predetermined frequency is irregularly reflected and attenuated according to the shape of the hole.
  • the sound hole portion 13 is preferably formed at a distance of 1 ⁇ 4 to 1 ⁇ 2 of the wavelength of the oscillation wave from the vibration surface of the piezoelectric vibrator 10.
  • FIG. 3 is a cross-sectional side view showing an example of the piezoelectric vibrator 10.
  • FIG. 3 mainly describes members related to the electroacoustic transducer 1 according to the present embodiment.
  • the vibrating member 20 has a function of propagating vibration generated in the piezoelectric vibrator 10 to the entire electroacoustic transducer 1.
  • the piezoelectric vibrator 10 preferably has a structure (bimorph structure) in which the piezoelectric bodies 21 are constrained on both main surfaces of the vibration member 20.
  • the amplitude amount of the piezoelectric vibrator 10 is increased as compared with a unimorph structure.
  • the unimorph structure is a structure in which the piezoelectric body 21 is constrained on one main surface of the vibration member 20.
  • Each electrode 21 has electrodes 22 constrained on both main surfaces. Therefore, the piezoelectric body 21 is polarized in the thickness direction.
  • the material constituting the piezoelectric body 21 is a material having a piezoelectric effect, and may be either an inorganic material or an organic material.
  • piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate and barium titanate may be used.
  • the material constituting the electrode 22 is not limited, but may be, for example, silver or silver / palladium.
  • Silver has a low electrical resistivity and is used as a general-purpose electrode material.
  • Silver / palladium has a low electrical resistivity and is excellent in oxidation resistance.
  • the piezoelectric body 21 is preferably a piezoelectric ceramic, but the piezoelectric ceramic is brittle. Therefore, when the piezoelectric body 21 is made of piezoelectric ceramic, it is difficult to change the shape of the piezoelectric body 21. Therefore, it is preferable to change the resonance frequency by changing the thickness, material, and the like of the vibration member 20 that restrains the piezoelectric body 21.
  • the vibration member 20 is preferably made of a material having high rigidity with respect to the piezoelectric body 21.
  • the vibration member 20 may be a metal material such as phosphor bronze or stainless steel.
  • the vibration member 20 may be a composite material of a metal material and a resin. By making the vibration member 20 a composite material of a metal material and a resin, it is possible to contribute to adjusting the rigidity of the vibration member 20.
  • the vibration member 20 there are various preferable materials for the vibration member 20, and details thereof are not limited.
  • the vibration member 20 may be joined to the frame 23 via the support member 24.
  • the material constituting the frame 23 is not limited as long as it is a highly rigid material.
  • the material constituting the frame 23 may be a metal material, an organic material, or the like.
  • the material constituting the frame 23 may be stainless steel, brass, or the like.
  • the material constituting the support member 24 is not limited as long as it is a material that absorbs vibration.
  • the material constituting the support member 24 may be a resin material.
  • the support member 24 contributes to reducing the rigidity of the end portion where stress concentrates when the piezoelectric vibrator 10 vibrates.
  • the support member 24 contributes to increasing the amplitude amount of the piezoelectric vibrator 10.
  • the piezoelectric vibrator 10 vibrates, stress concentrates on the grounding region of the vibration member 20 and the piezoelectric body. Therefore, it is preferable to dispose the elastic member 25 in the stress concentration portion of the vibration member 20.
  • the material which comprises the elastic member 25 will not be limited if it is a highly flexible material.
  • a coating film may be formed on the vibration member 20 to adjust the elasticity of the vibration member.
  • the electroacoustic transducer 1 according to this embodiment can mute sound waves having unnecessary frequencies. Therefore, the electroacoustic transducer 1 according to the present embodiment can radiate ultrasonic waves having a predetermined frequency with high efficiency.
  • the electroacoustic transducers 1 according to the first embodiment are arranged in parallel on a plane.
  • the description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • FIG. 4 is a side view showing an example of the structure of the electroacoustic transducer 1a according to the present embodiment.
  • Each piezoelectric vibrator 10 is joined to the housing 11 via a joining member 12.
  • Each piezoelectric vibrator 10 is bonded to the substrate 15 via the holding member 16.
  • the casing 11 has a frustum-shaped cut in the sound path through which the sound wave of each piezoelectric vibrator 10 propagates.
  • the directivity of the electroacoustic transducer 1a can be strengthened by selectively driving one or more of the piezoelectric transducers 10 constituting the electroacoustic transducer 1a according to the present embodiment. . That is, a sound field can be formed in a specific direction by selectively driving the piezoelectric vibrator 10.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which the structures of the piezoelectric vibrator 10 and the housing 11 are compared.
  • Fig.5 (a) is a figure which shows an example of the structure of the electroacoustic transducer 1a which concerns on this embodiment.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating an example of the structure of the electroacoustic transducer 3 in which the frustum-shaped notch is not formed in the housing 111 and the sound absorbing material 14 is not provided.
  • the electroacoustic transducers including the piezoelectric vibrators 10 are arranged in an array.
  • the structure of the electroacoustic transducer 1a illustrated in FIG. 5A is referred to as “structure according to the present embodiment”.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of measurement results of frequency and sound pressure level for the structure according to the present embodiment and the structure according to the comparative embodiment.
  • the physical property values of the common members are the same in the structure according to the present embodiment and the structure according to the comparative embodiment.
  • the measurement conditions including the temperature and the like are the same in the structure according to the present embodiment and the structure according to the comparative embodiment.
  • the sound pressure level has a peak value at about 60 kHz.
  • the peak value of the sound pressure level is higher than that in the structure according to the comparative form. Therefore, it can be seen that the sound pressure level of the structure according to the present embodiment is improved as compared with the structure according to the comparative form.
  • the change in sound pressure is unimodal.
  • the change in the sound pressure level is multimodal.
  • the sound pressure level is increased at about 40 kHz, about 60 kHz, and about 95 kHz. Therefore, as shown in FIG. 6, it can be seen that the structure according to the present embodiment can mute the ultrasonic waves having unnecessary frequencies.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a comparison between the structure according to the present embodiment and the structure according to the comparative embodiment. Therefore, it goes without saying that the frequency at which the sound pressure level reaches a peak value, the sound pressure level, and the like vary depending on the shape, physical properties, and measurement conditions of each member.
  • the bimorph structure in which the piezoelectric body 21 is constrained on both main surfaces of the vibration member 20 has been described.
  • a structure (unimorph structure) in which the piezoelectric body 21 is constrained on any one surface of the vibration member 20 may be used.
  • Electroacoustic transducers 10 101 Piezoelectric vibrators 11, 102, 111 Housing 12 Bonding members 13, 103 Sound hole portions 14, 104 Sound absorbing material 15 Substrate 16 Holding member 20 Vibration member 21 Piezoelectric body 22 Electrode 23 Frame 24 Support member 25 Elastic member

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Abstract

　指向性の強い音波を、高効率で発振することに貢献する。電気音響変換器は、圧電振動子と、圧電振動子から所定の空間を離して配置され、内壁に、錐台形状の切り込みを有する筐体と、切り込みに嵌め込み配置される吸音材と、を備え、筐体は、圧電振動子の発振方向前方に音孔部が形成され、切り込みは、圧電振動子の発振方向前方に向かって、音道の孔径を縮小するように、筐体に形成される。

Description

電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器
　［関連出願についての記載］
　本発明は、日本国特許出願：特願２０１２－２２７９２０号（２０１２年１０月１５日出願）に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
　本発明は、電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器に関する。
　近年、特定の位置にいる人に音を伝播する、指向性の強いパラメトリックスピーカが注目されている。例えば、携帯電話等の電子機器にパラメトリックスピーカを搭載し、ユーザ近傍に音声信号を伝播する等の利用が期待されている。
　ここで、携帯電話等の電子機器にパラメトリックスピーカを搭載する場合、パラメトリックスピーカは、小型化が求められる。しかし、磁気回路を用いる動電型電気音響変換器においては、その原理上、小型化が困難である。そこで、圧電振動子を用いた電気音響変換器の利用が期待されている。
　特許文献１において、圧電振動子を備え、低周波帯域を含む広帯域で使用可能な電気音響変換器が開示されている。
特開２００６－２４６２７９号公報
　なお、上記先行技術文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。以下の分析は、本発明の観点からなされたものである。
　指向性の強いパラメトリックスピーカにおいては、超音波を用いて、音声信号を伝播することが好ましい。そして、圧電振動子を用いて、指向性の強い超音波を発振するためには、高い音圧レベルの超音波を発振することが好ましい。しかし、高い音圧レベルの超音波を発振するためには、高い電圧を圧電振動子に印加することが必要となっている。つまり、圧電振動子に印加する電圧と、発振される超音波の指向性は、トレードオフの関係となっている。
　特許文献１においては、圧電振動子を用いて、高効率で超音波を発振する技術は開示されていない。
　従って、指向性の強い音波を、高効率で発振することに貢献する電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器が、望まれる。
　本発明の第１の視点によれば、圧電振動子と、前記圧電振動子から所定の空間を離して配置され、内壁に、錐台形状の切り込みを有する筐体と、前記切り込みに嵌め込み配置される吸音材と、を備え、前記筐体は、前記圧電振動子の発振方向前方に音孔部が形成され、前記切り込みは、前記圧電振動子の発振方向前方に向かって、音道の孔径を縮小するように、前記筐体に形成される電気音響変換器が、提供される。
　本発明の第２の視点によれば、圧電振動子と、前記圧電振動子から所定の空間を離して配置され、前記圧電振動子の発振方向前方に音孔部が形成され、内壁に、錐台形状の切り込みを有する筐体と、前記切り込みに嵌め込み配置される吸音材と、を備え、前記切り込みは、前記圧電振動子の発振方向前方に向かって、前記音孔部の孔径を縮小するように、前記筐体に形成される電気音響変換器を搭載し、前記圧電振動子を２０ｋＨｚ以上の周波数の超音波を放射するよう発振させる電子機器が、提供される。
　本発明の第３の視点によれば、圧電振動子と、筐体と、を備える電気音響変換器の製造方法であって、前記筐体を圧電振動子から所定の空間を離して配置する工程と、前記筐体の内壁に、錐台形状の切り込みを形成する、切り込み形成工程と、前記切り込みに、吸音材を嵌め込み配置する工程と、前記圧電振動子の発信方向前方に音孔部を、前記筐体に形成する音孔部形成工程と、を含み、前記切り込み形成工程において、記圧電振動子の発振方向前方に向かって、音道の孔径を縮小するように、前記筐体に、前記切り込みを形成する、電気音響変換器の製造方法が、提供される。
　本発明の各視点によれば、指向性の強い音波を、高効率で発振することに貢献する電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器が、提供される。
一実施形態の概要を説明するための図である。 第１の実施形態に係る電気音響変換器１の一例を示す断面側面図である。 第１の実施形態に係る圧電振動子１０の一例を示す断面側面図である。 第２の実施形態に係る電気音響変換器１ａの一例を示す断面側面図である。 第２の実施形態に係る構造、及び比較形態に係る構造の一例を示す図である。 周波数と音圧レベルの測定結果の一例を示す図である。
　初めに、図１を用いて一実施形態の概要について説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、この概要の記載はなんらの限定を意図するものではない。
　上述の通り、圧電振動子に印加する電圧と、発振される超音波の指向性は、トレードオフの関係となっている。従って、指向性の強い音波を、高効率で発振することに貢献する電気音響変換器が、望まれる。
　そこで、一例として図１に示す電気音響変換器１００を提供する。電気音響変換器１００は、圧電振動子１０１と、圧電振動子１０１から所定の空間を離して配置される筐体１０２と、を備える。圧電振動子１０１は、電界の印加により揺動して音波を発振する。そして、筐体１０２には、圧電振動子１０１の発振方向前方に音孔部１０３が形成される。圧電振動子から発信された音波は、音孔部１０３から大気中に放射される。なお、以下の説明では、圧電振動子から発信された音波が、音孔部１０３に到達するまでに通過する、管状の経路を音道と呼ぶ。
　ここで、筐体１０２は、内壁に、錐台形状の切り込みを有する。この切り込みは、圧電振動子１０１の発振方向前方に向かって、音道の孔径を縮小するように、筐体１０２に形成される。そのため、錐台形状によって、圧電振動子から発信される音波が、音道を通過し、音孔部１３に向かうよう制御される。具体的には、筐体１０２の内壁が錐台形状となっている場合、圧電振動子から発振される音波の発散を抑制する。その結果、この切り込みは、圧電振動子から発信される音波を集音し、指向性を強くすることに貢献する。
　さらに、筐体１０２に形成された切り込みに、吸音材１０４を嵌め込み、配置する。吸音材１０４は、切り込み部分に集音された、音波同士の干渉を防止することに貢献する。さらに、吸音材１０４は、再生する超音波以外の周波数の音波を消音することに貢献する。従って、電気音響変換器１００は、指向性の強い音波を、高効率で発信することに貢献する。
　本発明において下記の形態が可能である。
　［形態１］上記第１の視点に係る電気音響変換器の通りである。
　［形態２］前記筐体は、多角錐台形、又は円錐台形を含む前記切り込みを有することが好ましい。
　［形態３］前記吸音材は、多孔質材料を含むことが好ましい。
　［形態４］前記音孔部は、前記圧電振動子の振動面から、発振波の波長の１／４～１／２の距離に形成されることが好ましい。
　［形態５］前記圧電振動子は、２０ｋＨｚ以上の周波数の超音波を発振することが好ましい。
　［形態６］形態１乃至形態５のいずれかの電気音響変換器を、平面上に整列して配置し、構成されることが好ましい。
　［形態７］上記第２の視点に係る電子機器の通りである。
　［形態８］上記第３の視点に係る電気音響変換器の製造方法の通りである。
　［形態９］前記切り込み形成工程において、多角錐台形、又は円錐台形を含む前記切り込みを形成することが好ましい。
　［形態１０］前記音孔部形成工程において、前記圧電振動子の振動面から、発振波の波長の１／４～１／２の距離に、前記音孔部を形成することが好ましい。
　以下に具体的な実施の形態について、図面を参照してさらに詳しく説明する。なお、以降の記述において、多くの具体的事項は、説明のため、本発明の理解を助けるためになされたものである。
［第１の実施形態］
　第１の実施形態について、図面を用いてより詳細に説明する。
　図２は、本実施形態に係る電気音響変換器１の一例を示す断面側面図である。なお、図２は、簡単のため、本実施形態に係る電気音響変換器に関係する部材を主に記載する。
　電気音響変換器１は、筐体１１の内部に収容されている。電気音響変換器１は、例えば、スピーカ装置として使用される。スピーカ装置としては、パラメトリックスピーカであってもよい。電気音響変換器１を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は、２０ｋＨｚ以上の超音波を発振することが好ましい。その場合、パラメトリックスピーカは、超音波を搬送波として、可聴音に復調する。具体的には、パラメトリックスピーカは、まず、変調処理した超音波を空気中に放射する。そして、パラメトリックスピーカは、空気の非線形現象による衝突波を誘発することで、変調波を復調する。
　さらに、圧電振動子１０が直進性の高い超音波を発振することによって、指向性の高い音場を形成することができる。その結果、本実施形態に係る電気音響変換器１は、ユーザ近傍を中心として音波を放射することができる。
　電気音響変換器１は、例えば、スマートフォン、携帯電話、ゲーム機、タブレットＰＣ（Personal Computer）、ノートＰＣ、ＰＤＡ（Personal Data Assistants；携帯情報端末）等の音源であることが好ましい。
　そして、圧電振動子１０は、接合部材を介して、筐体と接合される。また、圧電振動子１０において、筐体と相対する面から所定の空間を離して、基板１５が配置される。そして、圧電振動子１０は、保持部材１６を介して、基板１５と接合される。
　圧電振動子１０は、厚さ方向に分極された圧電体２１と振動部材２０とが拘束されて構成される。そして、圧電振動子１０は、電界の印加により揺動して音波を発振する。そのため、電気音響変換器１を備える電子機器は、圧電体２１に印加する電気信号を生成する、発振回路（図示せず）を備えることが好ましい。
　筐体１１は、圧電振動子１０から所定の空間を離して配置される。そして、筐体１１は、圧電振動子１０の発振方向前方に音孔部１３が形成される。圧電振動子１０が発振した音波は、音孔部１３を通過して、電気音響変換器１の外部に放射される。
　さらに、筐体１１は、内壁に、錐台形状の切り込みを有する。この切り込みは、多角錘台形、又は円錐台形等を含む。そして、この切り込みは、圧電振動子の発信方向前方に向かって、音道の孔径を縮小するように、筐体１１に形成される。この切り込みが形成されることによって、切り込み部分に音波を集音することができる。その結果、電気音響変換器１は、音波を効率よく、音孔部１３から放射できる。
　また、吸音材１４は、筐体１１に形成された切り込みに嵌め込み、配置される。吸音材１４は、ポリウレタン等、多孔質の材料が好ましい。多孔質材料の空孔の形状を調整することによって、消音したい周波数を調整できる。具体的には、多孔質材料の空孔内に音波が入射すると、空孔内部で乱反射する。そのため、空孔の形状に応じて、所定の周波数の音波は乱反射し、減衰する。
　音孔部１３は、圧電振動子１０の振動面から、発振波の波長の１／４～１／２の距離に形成されることが好ましい。音孔部１３と、圧電振動子１０の振動面と、の距離をこの範囲にすることによって、効率よく、不要な超音波を消音することができる。
　図３は、圧電振動子１０の一例を示す断面側面図である。図３は、簡単のため、本実施形態に係る電気音響変換器１に関係する部材を主に記載する。
　振動部材２０は、圧電振動子１０に発生した振動を電気音響変換器１の全体に伝播する機能を有する。また、図３に示すように、圧電振動子１０は、振動部材２０の両主面に、それぞれ圧電体２１が拘束された構造（バイモルフ構造）が好ましい。圧電振動子１０がバイモルフ構造である場合、ユニモルフ構造の場合より、圧電振動子１０の振幅量が拡大する。なお、ユニモルフ構造とは、振動部材２０の一方の主面に、圧電体２１が拘束された構造である。
　各圧電体２１は、両主面に電極２２が拘束されている。そのため、圧電体２１は、厚さ方向に分極している。圧電体２１を構成する材料は、圧電効果を備える材料であり、無機材料、有機材料のいずれであってもよい。例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウム等の圧電セラミックであってもよい。
　また、電極２２を構成する材料は限定されないが、例えば、銀、銀／パラジウムであってもよい。銀は、電気抵抗率が低く、汎用的な電極材料として使用されている。銀／パラジウムは、電気抵抗率が低く、さらに対酸化性に優れている。なお、電極に好ましい材料は各種あるが、その詳細は問わない。
　ところで、上述の通り、圧電体２１は圧電セラミックが好ましいが、圧電セラミックは脆性である。そのため、圧電体２１を圧電セラミックで構成する場合、圧電体２１の形状の変更は困難である。そこで、圧電体２１を拘束する振動部材２０の厚み、材質等を変更し、共振周波数を変更することが好ましい。
　そこで、振動部材２０は、圧電体２１に対して剛性が高い材料が好ましい。振動部材２０の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子としての特性や信頼性を損なう可能性がある。例えば、振動部材２０は、リン青銅やステンレス等の金属材料であってもよい。または、振動部材２０は、金属材料と樹脂との複合材料であってもよい。振動部材２０を、金属材料と樹脂との複合材料にすることによって、振動部材２０の剛性を調整することに貢献できる。振動部材２０に好ましい材料は各種あり、その詳細は問わない。
　また、振動部材２０は、支持部材２４を介して、フレーム２３と接合してもよい。フレーム２３を構成する材料は、剛性の高い材料であれば、限定されない。フレーム２３を構成する材料は、金属材料、有機材料等であってもよい。例えば、フレーム２３を構成する材料は、ステンレス、真鍮等であっても良い。
　支持部材２４を構成する材料は、振動を吸収する材料であれば、限定されない。例えば、支持部材２４を構成する材料は、樹脂材料であってもよい。支持部材２４は、圧電振動子１０が振動した場合、応力が集中する端部の剛性が低減することに貢献する。そして、支持部材２４は、圧電振動子１０の振幅量を拡大することに貢献する。
　さらに、圧電振動子１０が振動した場合、振動部材２０と圧電体の接地領域に応力が集中する。そこで、振動部材２０の応力集中部分に、弾性部材２５を配置することが好ましい。ここで、弾性部材２５を構成する材料は、柔軟性が高い材料であれば、限定されない。また、振動部材２０に塗膜を形成し、振動部材の弾性を調整してもよい。振動部材２０に弾性部材２５等を配置することによって、落下時の衝撃安定性が向上する。
　以上のように、本実施形態に係る電気音響変換器１は、不要な周波数の音波を消音できる。従って、本実施形態に係る電気音響変換器１は、所定の周波数の超音波を、高効率で放射できる。
［第２の実施形態］
　続いて、第２の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
　第２の実施形態においては、第１の実施形態に係る電気音響変換器１を、平面上に並列に配置する。なお、本実施形態における説明では、第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。さらに、本実施形態における説明では、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図４は、本実施形態に係る電気音響変換器１ａの構造の一例を示す側面図である。
　各圧電振動子１０は、接合部材１２を介して、筐体１１と接合される。また、各圧電振動子１０は、保持部材１６を介して、基板１５と接合される。そして、筐体１１は、各圧電振動子１０の音波が伝播する音道に、錐台形状の切り込みが形成される。
　また、本実施形態に係る電気音響変換器１ａを構成する圧電振動子１０のうち、一又は複数の圧電振動子１０を選択的に駆動することによって、電気音響変換器１ａの指向性を強くできる。つまり、選択的に圧電振動子１０を駆動することによって、特定方向に音場を形成できる。
　図５は、圧電振動子１０、及び筐体１１の構造を比較する一例を示す図である。図５（ａ）は、本実施形態に係る電気音響変換器１ａの構造の一例を示す図である。図５（ｂ）は、筐体１１１に錘台形状の切り込みを形成せず、吸音材１４が無い電気音響変換器３の構造の一例を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）いずれの構造も、圧電振動子１０を含む電気音響変換器をアレイ状に配置する。以下の説明では、図５（ａ）に示す、電気音響変換器１ａの構造を、「本実施形態に係る構造」と呼ぶ。一方、図５（ｂ）に示す、電気音響変換器３の構造を「比較形態に係る構造」と呼ぶ。
　また、図６は、本実施形態に係る構造、及び比較形態に係る構造について、周波数と音圧レベルの測定結果の一例を示す図である。なお、図６において、本実施形態に係る構造と、比較形態に係る構造において、共通する部材の物性値は同一であるとする。さらに、図６において、本実施形態に係る構造と、比較形態に係る構造において、温度等を含む測定条件は同一であるとする。
　図６に示すように、本実施形態に係る構造、及び比較形態に係る構造において、約６０ｋＨｚで、音圧レベルがピーク値となっている。しかし、本実施形態に係る構造において、音圧レベルのピーク値は、比較形態に係る構造より、高い音圧レベルである。従って、本実施形態に係る構造は、比較形態に係る構造より、音圧レベルが向上することが分かる。
　また、本実施形態に係る構造では、音圧の変化が単峰性である。一方、比較形態に係る構造では、音圧レベルの変化が多峰性である。具体的には、比較形態に係る構造では、約４０ｋＨｚ、約６０ｋＨｚ、約９５ｋＨｚで、音圧レベルが上昇している。従って、図６に示すように、本実施形態に係る構造では、不要な周波数の超音波を消音できることが分かる。なお、図６は、本実施形態に係る構造と、比較形態に係る構造の比較の一例を示す図である。そのため、音圧レベルがピーク値となる周波数、音圧レベル等は、各部材の形状、物性、測定条件に応じて変動することは勿論である。
　上記した実施形態においては、振動部材２０の両主面に、それぞれ圧電体２１が拘束されたバイモルフ構造について、説明した。しかし、振動部材２０のいずれか一方の面に、圧電体２１が拘束された構造（ユニモルフ構造）であってもよい。
　なお、引用した上記の特許文献の開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
１、１ａ、３、１００　電気音響変換器
１０、１０１　圧電振動子
１１、１０２、１１１　筐体
１２　接合部材
１３、１０３　音孔部
１４、１０４　吸音材
１５　基板
１６　保持部材
２０　振動部材
２１　圧電体
２２　電極
２３　フレーム
２４　支持部材
２５　弾性部材

Claims (10)

  1. 　圧電振動子と、
    　前記圧電振動子から所定の空間を離して配置され、内壁に、錐台形状の切り込みを有する筐体と、
    　前記切り込みに嵌め込み配置される吸音材と、を備え、
    　前記筐体は、前記圧電振動子の発振方向前方に音孔部が形成され、
    　前記切り込みは、前記圧電振動子の発振方向前方に向かって、音道の孔径を縮小するように、前記筐体に形成される、
    　電気音響変換器。
  2. 　前記筐体は、多角錐台形、又は円錐台形を含む前記切り込みを有する請求項１に記載の電気音響変換器。
  3. 　前記吸音材は、多孔質材料を含む請求項１又は２に記載の電気音響変換器。
  4. 　前記音孔部は、前記圧電振動子の振動面から、発振波の波長の１／４～１／２の距離に形成される請求項１乃至３のいずれか一に記載の電気音響変換器。
  5. 　前記圧電振動子は、２０ｋＨｚ以上の周波数の超音波を発振する請求項１乃至４のいずれか一に記載の電気音響変換器。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一に記載の電気音響変換器を、平面上に並列に配置し、構成される電気音響変換器。
  7. 　請求項１乃至６のいずれか一に記載の電気音響変換器を搭載し、前記圧電振動子を２０ｋＨｚ以上の周波数の超音波を放射するよう発振させる電子機器。
  8. 　圧電振動子と、筐体と、を備える電気音響変換器の製造方法であって、
    　前記筐体を圧電振動子から所定の空間を離して配置する工程と、
    　前記筐体の内壁に、錐台形状の切り込みを形成する、切り込み形成工程と、
    　前記切り込みに、吸音材を嵌め込み配置する工程と、
    　前記圧電振動子の発信方向前方に音孔部を、前記筐体に形成する音孔部形成工程と、を含み、
    　前記切り込み形成工程において、記圧電振動子の発振方向前方に向かって、音道の孔径を縮小するように、前記筐体に、前記切り込みを形成する、
    　電気音響変換器の製造方法。
  9. 　前記切り込み形成工程において、多角錐台形、又は円錐台形を含む前記切り込みを形成する請求項８に記載の電気音響変換器の製造方法。
  10. 　前記音孔部形成工程において、前記圧電振動子の振動面から、発振波の波長の１／４～１／２の距離に、前記音孔部を形成する請求項８又は９に記載の電気音響変換器の製造方法。
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