JP2012019317A - Actuator and speaker having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電体を用いたアクチュエータ、及びこのアクチュエータを備えるスピーカに関する。 The present invention relates to an actuator using a piezoelectric body and a speaker including the actuator.
圧電材料を用いたアクチュエータは、磁石とコイルとを備える動電変換器や、コンデンサ変換器を用いたものと比べて構造を単純にすることができるという利点を有している。このため、圧電材料を用いたアクチュエータは、マイクロホンやスピーカなどの音響部品等として様々な構造を有するものが開発されている。 An actuator using a piezoelectric material has an advantage that the structure can be simplified as compared with an electrodynamic converter including a magnet and a coil and a capacitor converter. For this reason, actuators using piezoelectric materials have been developed having various structures as acoustic parts such as microphones and speakers.
このような圧電材料を用いたアクチュエータとしては、具体的には(1)ユニモルフ構造を有する多共振超音波アクチュエータ(特開2008−20429号公報等参照)、(2)平面状の圧電振動子の少なくとも片面を覆うようにダイヤフラムを配設した構造を有するアクチュエータ(特開2001−15823号公報、特表2008-526416号公報、特表2000−502210号公報等参照)、(3)2つの圧電素子間に架け渡されるたわみ部材が振動する構造を有するアクチュエータ(特開2003−258330号公報等参照)等が提案されている。 Specifically, an actuator using such a piezoelectric material includes (1) a multi-resonance ultrasonic actuator having a unimorph structure (see JP 2008-20429 A), and (2) a planar piezoelectric vibrator. Actuator having a structure in which a diaphragm is disposed so as to cover at least one side (see JP 2001-15823 A, JP 2008-526416 A, JP 2000-502210 A, etc.), (3) Two piezoelectric elements There has been proposed an actuator (see JP-A-2003-258330, etc.) having a structure in which a flexible member bridged between them vibrates.
しかしながら、(1)のユニモルフ構造を有するアクチュエータでは、圧電体の振幅を大きくするためには圧電体を薄くする必要があり、この場合、圧電体の振動によって生じる力が強くないため、ダイヤフラム等から大きな振幅を有する振動を出力することが難しい。また、(2)の平面状の圧電振動子の少なくとも片面を覆うようにダイヤフラムを配設した構造を有するアクチュエータは、圧電振動子に対して、ダイヤフラムの共振周波数を高めることが難しく、高周波の振動を出力することが困難である。このアクチュエータにおいてダイヤフラムの共振周波数を高めるべくダイヤフラムの剛性を高めると、ダイヤフラムが圧電振動子の振動運動を妨げることとなる。さらに、(3)の2つの圧電素子間に架け渡されるたわみ部材が振動する構造を有するアクチュエータは、2つの圧電素子とたわみ部材とを正確に位置決めして組み立てる必要があり、精度の向上が困難であるという不都合を有している。 However, in the actuator having the unimorph structure of (1), it is necessary to make the piezoelectric body thin in order to increase the amplitude of the piezoelectric body. In this case, the force generated by the vibration of the piezoelectric body is not strong. It is difficult to output a vibration having a large amplitude. In addition, the actuator having a structure in which the diaphragm is disposed so as to cover at least one surface of the planar piezoelectric vibrator of (2) is difficult to increase the resonance frequency of the diaphragm with respect to the piezoelectric vibrator. Is difficult to output. In this actuator, if the rigidity of the diaphragm is increased in order to increase the resonance frequency of the diaphragm, the diaphragm obstructs the vibration motion of the piezoelectric vibrator. Furthermore, the actuator having a structure in which the flexible member bridged between the two piezoelectric elements in (3) vibrates needs to be assembled by accurately positioning the two piezoelectric elements and the flexible member, and it is difficult to improve accuracy. It has the disadvantage of being.
本発明は、このような不都合に基づいてなされたものであり、振幅が比較的大きく、かつ高い周波数を有する振動を効率よく出力可能で、加えて、生産性に優れるアクチュエータ及びこれを備えるスピーカを提供することを目的とする。 The present invention has been made on the basis of such inconveniences, and is capable of efficiently outputting vibration having a relatively large amplitude and a high frequency. In addition, an actuator excellent in productivity and a speaker including the actuator are provided. The purpose is to provide.
上記課題を解決するためになされた発明は、
板状の圧電体と、
両側縁が圧電体の伸縮方向と略垂直になるよう圧電体表面に対向配設される薄膜状かつ方形状の複数の振動板と、
これらの複数の振動板の両側縁を固着し、圧電体の伸縮運動を複数の振動板に伝達する複数のフレームと
を備えるアクチュエータである。
The invention made to solve the above problems is
A plate-like piezoelectric body;
A plurality of thin-film and rectangular diaphragms disposed opposite to the surface of the piezoelectric body so that both side edges are substantially perpendicular to the expansion and contraction direction of the piezoelectric body;
The actuator includes: a plurality of frames that fix both side edges of the plurality of diaphragms and transmit the expansion and contraction movement of the piezoelectric body to the plurality of diaphragms.
当該アクチュエータは、圧電体と対向する位置に配設される複数の薄膜状の振動板を有しており、圧電体の伸縮運動がフレームを介して各振動板に伝達されるため、各振動板をこの両側縁を節として効率的に振動させることができる。また、当該アクチュエータによれば、振動板及び圧電体の厚さや形状、サイズ等を調整すること等により大きな振幅を有する振動を出力することができる。なお、当該アクチュエータによれば、振動板が薄膜状であるため圧電体の伸縮運動を妨げにくいことからも、振動板を効率よく振動させることができる。また、当該アクチュエータによれば、各振動板が方形状を有しているため、この幅を狭めること等によって共振周波数を高く設定することができ、さらには圧電体の共振周波数とあわせることで、より効率の高い振動の出力が可能となる。さらに当該アクチュエータは、圧電体を薄膜状にする必要がないため加工が容易であり、生産性に優れている。 The actuator has a plurality of thin film diaphragms disposed at positions facing the piezoelectric body, and the expansion and contraction motion of the piezoelectric body is transmitted to each diaphragm via the frame. Can be vibrated efficiently with the side edges as nodes. Further, according to the actuator, it is possible to output vibration having a large amplitude by adjusting the thickness, shape, size, etc. of the diaphragm and the piezoelectric body. In addition, according to the said actuator, since a diaphragm is a thin film form, it is hard to prevent the expansion-contraction movement of a piezoelectric material, Therefore A diaphragm can be vibrated efficiently. Further, according to the actuator, since each diaphragm has a square shape, the resonance frequency can be set high by narrowing the width, and further, by matching with the resonance frequency of the piezoelectric body, More efficient vibration output is possible. Further, the actuator is easy to process because it is not necessary to make the piezoelectric body into a thin film, and is excellent in productivity.
上記複数の振動板が単一の薄膜から形成されているとよい。当該アクチュエータによれば、複数の振動板を単一の薄膜から形成することで、製造を効率的にすることができると共に、各振動板の共振周波数の設定を容易にすることができる。 The plurality of diaphragms may be formed from a single thin film. According to the actuator, by forming the plurality of diaphragms from a single thin film, the manufacturing can be made efficient and the resonance frequency of each diaphragm can be easily set.
上記複数の振動板が同一の幅を有するとよい。当該アクチュエータによれば、複数の振動板の幅を等しくすることで、各振動板の周波数を等しくし、ノイズの少ない均一な振動を出力することができる。 The plurality of diaphragms may have the same width. According to the actuator, by making the widths of the plurality of diaphragms equal, the frequencies of the diaphragms can be equalized, and uniform vibration with less noise can be output.
上記振動板が幅方向に湾曲しているとよい。当該アクチュエータによれば、振動板をこのように湾曲させていることで、圧電体の振動による振動板の変位を大きくすることができる。従って、当該アクチュエータによれば、大きな振幅を有する振動をより効率的に出力することができる。また、当該アクチュエータによれば、振動板をこのように湾曲させていることで、各振動板の幅を基本振動とする振動が生じやすく、一方、二次以上の振動モードの発生を抑えることができるため、出力振動の周波数制御性が向上する。 The diaphragm is preferably curved in the width direction. According to the actuator, since the diaphragm is curved in this way, the displacement of the diaphragm due to the vibration of the piezoelectric body can be increased. Therefore, according to the actuator, vibration having a large amplitude can be output more efficiently. In addition, according to the actuator, since the diaphragm is curved in this way, vibration with the width of each diaphragm as a basic vibration is likely to occur, and on the other hand, generation of a secondary or higher vibration mode can be suppressed. Therefore, the frequency controllability of the output vibration is improved.
当該アクチュエータにおいて、上記振動板が、圧電体の振動周波数の1/2の周波数で振動することが好ましい。当該アクチュエータによれば、上記圧電体や各振動板の幅等の調整により、振動板を圧電体の振動周波数の1/2の周波数で振動させる、つまり振動板をパラメトリック励振させることで、アクチュエータの小型化を可能とし、また、より効率的な振動の出力を可能とする。 In the actuator, it is preferable that the diaphragm vibrates at a frequency that is half the vibration frequency of the piezoelectric body. According to the actuator, by adjusting the width of the piezoelectric body and each diaphragm, the diaphragm is vibrated at a frequency half that of the piezoelectric body, that is, the diaphragm is excited parametrically. Miniaturization is possible, and more efficient vibration output is possible.
本発明のスピーカは、上記アクチュエータを備えるものである。当該スピーカは、上述のアクチュエータを備えるため、振幅が比較的大きくかつ高い周波数を有する音波を効率的に発信することができ、また、優れた生産性を備えている。 The speaker of the present invention includes the actuator. Since the speaker includes the above-described actuator, the speaker can efficiently transmit a sound wave having a relatively large amplitude and a high frequency, and has excellent productivity.
以上説明したように、本発明のアクチュエータは、振幅が比較的大きく、かつ高い周波数を有する振動を効率よく出力することができ、複雑な加工を要しないため生産性に優れている。従って、本発明のスピーカは、振幅が比較的大きく、かつ高い周波数を有する音波を効率的に発信することができるため、スピーカの高出力化を可能とし、加えて、優れた生産性を有している。 As described above, the actuator of the present invention is excellent in productivity because it can efficiently output vibration having a relatively large amplitude and a high frequency and does not require complicated machining. Therefore, the speaker of the present invention can efficiently transmit a sound wave having a relatively large amplitude and a high frequency, so that the output of the speaker can be increased, and in addition, it has excellent productivity. ing.
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明のアクチュエータ、及びこれを備えるスピーカの実施の形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of an actuator of the present invention and a speaker including the actuator will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
<第1実施形態>
図1のアクチュエータ1は、板状の圧電体2と、この圧電体2の表面に対向して配設される薄膜状かつ方形状の複数の振動板3と、これらの複数の振動板3の両側縁を定置する複数のフレーム4を主に備えている。
<First Embodiment>
The
当該アクチュエータ1は、このように圧電体2の表面と対向する位置に配設される複数の薄膜状の振動板3を有している。また、各振動板3は、上述のように両側縁がフレーム4によって定置されている、即ち、各振動板3は、圧電体2に対して定まった位置に、移動しないように配置されている。従って、当該アクチュエータ1においては、圧電体2の伸縮運動が複数のフレーム4を介して各振動板3に伝達され、各振動板3をこの両側縁を節として効率的に振動させることができる。また、当該アクチュエータ1によれば、振動板3及び圧電体2の厚さや形状、サイズ等を調整すること等により大きな振幅を有する振動を出力することができる。
The
また、当該アクチュエータ1によれば、振動板3が薄膜状であるため、振動板3が圧電体2の伸縮運動を妨げにくいことからも、振動板3を効率よく振動させることができる。また、当該アクチュエータ1によれば、各振動板3が方形状を有しているため、この幅(両側縁と垂直方向の長さ)を狭めること等によって共振周波数を高く設定することができ、さらには、圧電体2の共振周波数とあわせることで、より効率の高い振動の出力が可能となる。さらに、当該アクチュエータ1は、圧電体2を薄膜状にする必要がないため加工が容易であり、生産性に優れている。
Further, according to the
圧電体2は、板状の圧電材5と、この圧電材5の両面に積層される一対の電極膜6とを有している。この圧電体2は、一対の電極膜6に交流電圧をかけること等で、一方向(図1(a)におけるX方向)に伸縮(振動)する。なお、圧電体2は、X方向の伸縮性を向上させるために、X方向を長辺、Y方向を短辺とする平面視矩形形状を有していることが好ましい。
The
この圧電体2のサイズとしては、特に限定されず、出力する振動の周波数や、使用するスピーカ等のサイズに応じて適宜設定することができる。例えば、このアクチュエータ1を超音波スピーカとして用いる場合は、圧電体2を縦横1〜4cm、厚み0.1〜1cmの板状形状とすることができる。
The size of the
圧電材5としては、圧電効果等の電界誘起歪みを起こす材料であれば、特に限定されず公知のものを用いることができ、例えば、セラミックス、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等の高分子、またはセラミックスと高分子との複合体などを挙げることができる。また、圧電材5は、結晶質でも非晶質でもよい。これらの圧電材5の中でも、強度、成形加工性、圧電特性等の点から、セラミックスが好ましい。これらのセラミックスとしては、半導体セラミックス、強誘電体セラミックス、反強誘電体セラミックスなども用いることができる。
The
セラミックスを構成する具体的材料としては、例えばジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、チタン酸ビスマスネオジウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PTZ)、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス等を挙げることができ、これらを単独、又は混合物若しくは固溶体として含有するセラミックスを用いることができる。 Specific materials constituting the ceramic include, for example, lead zirconate, lead titanate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead antimony stannate, lead manganese tungstate, cobalt Examples thereof include lead niobate, barium titanate, sodium bismuth titanate, bismuth neodymium titanate, lead zirconate titanate (PTZ), potassium sodium niobate, strontium bismuth tantalate, and the like alone or as a mixture or Ceramics contained as a solid solution can be used.
電極膜6の材料としては、導電性を有し、かつ常温で固体であれば特に限定されず、例えば、金属単体、合金等が挙げられ、また、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化セリウム等の絶縁性セラミックスと金属単体又はその合金との混合物であってもよい。
The material of the
複数の振動板3は、この両側縁が圧電体2の伸縮方向(X方向)と略垂直になるよう、つまり両側縁がY方向に伸びるように、かつ、圧電体2表面と所定間隔を開けて、圧電体2表面と平行に配設されている。また、それぞれの振動板3は等間隔かつ平行に配設されている。
The plurality of
ここで、振動板3の両側縁が圧電体2の伸縮方向と「略垂直」とは、圧電体2の伸縮に応じて複数の振動板3が振動可能である範囲の角度をいい、厳密に垂直でなくてもよい。なお、この圧電体2の伸縮方向と、振動板3の両側縁のなす角度としては80°以上100°以下が好ましく、85°以上95°以下がより好ましく、88°以上92°以下が特に好ましい。
Here, the both side edges of the
この各振動板3は、その幅方向(図1におけるX方向)に凹状に湾曲している。当該アクチュエータ1によれば、振動板3をこのように湾曲させることで、圧電体2の振動による振動板3の変位を大きくすることができる。従って、当該アクチュエータ1によれば、大きな振幅を有する振動をより効率的に出力することができる。また、当該アクチュエータ1によれば、振動板3をこのように湾曲させることで、各振動板3の幅を基本振動とする振動が生じやすく、一方、二次以上の振動モードの発生を抑えることができるため、出力振動の周波数制御性が向上する。
Each
また、各振動板3間には、帯状かつ薄膜状の連結板7が配設され、複数の振動板3及び複数の連結板7が単一の、すなわち1枚の薄膜から形成されている。当該アクチュエータ1によれば、複数の振動板3を複数の連結板7と共に単一の薄膜から形成することで、製造を効率的にすることができると共に、各振動板3の共振周波数の設定を容易にすることができる。
Between each
振動板3のサイズとしては、特に限定されないが、側縁(長さ方向:Y方向)の長さとしては圧電体2の横方向(Y方向)の長さと同程度(例えば、1〜4cm)であることが好ましい。
The size of the
振動板3の幅(W1:X方向の長さ)は、出力させる振動の周波数等によって適宜調整することができる。例えば、超音波スピーカとして用いる場合には、この幅(W1)は0.1mm以上10mm以下が好ましく、0.5mm以上5mm以下がさらに好ましい。各振動板3は、このように幅(X方向の長さ)に比して側縁の長さ(Y方向の長さ)を大きくした帯状形状を有している。各振動板3が帯状形状を有することで、効率的な振動の出力を行うことができる。なお振動板3の形状は、方形状であれば帯状形状に限定されず、正方形状であってもよいし、両側縁の長さが幅より小さい矩形状であってもよい。
The width (W 1 : length in the X direction) of the
また、この複数の振動板3のそれぞれの幅(W1)は、実質的に同一である。当該アクチュエータ1によれば、このように複数の振動板3の幅を同一にすることで、各振動板3の振動周波数を等しくし、ノイズの少ない均一な振動を出力することができる。なお、この複数の振動板3の幅が実質的に同一であるとは、各振動板3を形成する薄膜が、各振動板3間の連結板7を節とし、同一の周波数で振動可能であれば、各幅に若干のズレがあってもよいことをいう。
In addition, the width (W 1 ) of each of the plurality of
振動板3、すなわち複数の振動板3を形成する薄膜の平均厚み(T)としては、各振動板3が圧電体2の振動によって振動可能であれば特に制限されないが、10μm以上100μm以下が好ましく、20μm以上80μm以下がさらに好ましい。振動板3として上記範囲の平均厚み(T)を有する薄膜を有することで、圧電体2の振動により、効率的に振動板3を振動させることができる。
The average thickness (T) of the
振動板3の湾曲部分の深さ(D)としては、例えば10μm以上500μm以下が好ましく、20μm以上300μm以下がさらに好ましい。振動板3の湾曲部分の深さをこの範囲とすることで、各振動板3を、各連結板7を含む平面に対して対称に大きく振動させやすくなる。この深さ(D)が上記下限より小さいと出力される振動の振幅が小さくなる場合があり、逆に、上記上限を超えると、圧電体2の振動によっても、振動板3が大きく振動しないおそれがある。
The depth (D) of the curved portion of the
なお、振動板3の湾曲部分の形状としては、幅方向(X方向)に湾曲している形状であれば特に限定されず、例えば、XZ平面における断面として、等脚台形状、二等辺三角形状、その他の多角形状、これらの頂点が丸められた形状、半円状、正弦波状などであってよい。
The shape of the curved portion of the
振動板3及び連結板7を形成する薄膜の材質としては、圧電体2の振動によって振動板3が振動可能であれば特に制限されず、ポリイミド樹脂やポリエステル樹脂等の有機物であってもよく、アルミニウム、銅、チタン、合金などの金属、金属酸化物等の無機物であってもよい。なお、強度や後述するスパッタリングでの成形性等の点からは、アルミニウムやチタン等の金属が好ましい。
The material of the thin film forming the
複数のフレーム4は、それぞれ四角柱形状を有している。この各フレーム4は、各連結板7の裏面と圧電体2の表面側とを連結し、複数の振動板3の両側縁を定置、すなわち各振動板3の両側縁の位置が圧電体2に対して移動しないように配置している。なお、フレーム4の配設方向について換言すれば、複数のフレーム4は、圧電体2の伸縮方向(X方向)と垂直に、長さ方向がY方向となるように敷設されている。また、複数のフレーム4のうち、両端に配設される一対のフレームは、他のフレームより幅を広くしており、圧電体2の伸縮振動の両端の振動板3への伝達を確実にしている。
Each of the plurality of
各フレーム4の高さ(H:Z方向の長さ)が、圧電体2と振動板3との間隔となる。フレーム4の高さ(H:Z方向の長さ)としては特に限定されないが、例えば0.5mm以上10mm以下が好ましく、1mm以上5mm以下がさらに好ましい。フレーム4の長さ(Y方向の長さ)は、圧電体2のY方向の長さと同程度であればよく、例えば、1〜4cm程度である。
The height of each frame 4 (H: length in the Z direction) is the distance between the
フレーム4の幅(X方向の長さ)も特に限定されないが、平行に複数配設されている複数のフレーム4中、両端のフレーム4bの幅としては0.5mm以上5mm以下程度である。また、2枚の振動板3間をつなぐ両端以外のフレーム4aの幅(W2)としては、100μm以上500μm以下であることが好ましい。このように、両端のフレーム4bの幅を他の両端以外のフレーム4aの幅より広くすることで、当該アクチュエータ1に適度な強度を付与でき、また、上述のように振動板3への振動の伝達を確実させることができる。
The width (length in the X direction) of the
フレーム4の材質としては、圧電体2の伸縮運動を振動板3に伝達可能な材質であれば特に制限されず、金属、非金属等の無機物でも、有機物であってもよいが、強度や成形性の点から無機物が好ましい。また、後に詳述するようにエッチングによる成形が可能な、シリコン等の無機物がより好ましい。
The material of the
接着材層8は、圧電体2の振動板3側の面に積層されている。この接着材層8が、圧電体2と各フレーム4とを連結し、固定している。この接着材層8を形成する材質としては特に限定されず、公知の接着剤や粘着剤等を用いることができる。なお、接着材層は圧電体2の振動板3側の面の全面に積層されていなくてもよく、圧電体2と各フレーム4との間に積層されていればよい。
The
なお、圧電体2は、支持部9によって筐体10内で保持されている。支持部9は四角柱状を有しており、圧電体2の振動板3と反対側の面の中央に、各フレーム4と平行に配設されている。支持部9が、このように、圧電体2の振動方向と垂直に設けられていることで、圧電体2がこの支持部9に遮られずに振動することができる。
The
当該アクチュエータ1は、一対の電極膜6に接続された図示しない信号源から駆動信号が印加されることで、圧電体2が振動することとなる。この圧電体2の振動は、各フレーム4を介して振動板3に伝わり、各振動板3が振動する。言い換えれば、当該アクチュエータ1によれば、この複数の振動板3が単一の薄膜から形成されているため、この単一の薄膜が、複数のフレーム4と連結した連結板7を節として振動することとなる。
The
当該アクチュエータ1は、上記構造を有しているため、各振動板3の振幅が大きく、また、振動板3の二次以上の振動モードの発生を抑制している。従って、当該アクチュエータ1は、超音波スピーカ等の超音波発信器として好適に用いることができる。
Since the
ここで、このアクチュエータ1において、各振動板3が、圧電体2の振動周波数の1/2の周波数で振動するように設計されていることが好ましい。当該アクチュエータ1は、圧電体2の伸縮(振動)方向と各振動板3の両側縁とが略垂直に配設されているため、設計によって、図2にて図示するように、圧電体2が(a)〜(b)〜(c)〜(d)〜(a)において2周期振動する間に、各振動板3が1周期振動する、つまり、振動板3がパラメトリック励振させることができる。なお、この図2は、圧電体2の伸縮と振動板3の振動との関係を模式的に表すため、伸縮度合いを誇張して記載している。このように各振動板3がパラメトリック励振可能な状態とするには圧電体2のサイズや材質、振動板3の材質や幅等を調整するとよい。
Here, in the
このように各振動板3をパラメトリック励振させる(圧電体2の振動周波数の半分の周波数で振動させる)ことで、圧電体2の長さを通常の共振振動を用いる場合に比べて半分の長さにすることができるため、アクチュエータ1の小型化を可能とする。また、振動板3をパラメトリック励振させることで、同じ大きさのアクチュエータ(圧電体)と比べて振動板から1/2の周波数の振動を出力することとなるため、低周波数の振動の出力を効率的に行うことができる。さらにパラメトリック励振によって変位も大きくすることができるので出力効率を向上させることもできる。
Thus, by vibrating each
<スピーカ>
当該アクチュエータ1を備えるスピーカは、振幅が比較的大きく、かつ高い周波数を有する音波を効率的に発信することができ、また、優れた生産性を備えている。なお、当該アクチュエータ1を備える超音波スピーカの発信する超音波の周波数は、圧電体2や振動板3の幅等サイズ、材質、各フレーム4の間隔等を調整することで適宜設定することができるが、例えば、20kHz以上100kHz以下の周波数を発信させることができる。
<Speaker>
The speaker including the
<製造方法>
当該アクチュエータ1の製造方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。製造方法の一例を図3を参照に、以下説明する。
<Manufacturing method>
The manufacturing method of the
各フレームとなるシリコン基板11の表面を、振動板の湾曲形状を形成するように公知の方法で異方性ウェットエッチングする(図3(a)参照)。このエッチングされたシリコン基板11表面にスパッタリング、真空蒸着等により、例えばアルミニウム製の薄膜12を形成する(図3(b)参照)。このアルミニウム薄膜12が振動板3及び連結板7となる。この薄膜12が形成されたシリコン基板11裏面の湾曲形状に対応する位置に、例えば深掘りRIE等によって、高アスペクト比を有する棒状の複数の溝13を、アルミニウム薄膜12を残すように形成する(図3(c)参照)。この溝13によって、複数のフレーム4の外形が形成される。
The surface of the
一方、板状の圧電材5の両面に公知の方法で電極膜6を積層した圧電体2の表面に、一般的な接着剤を塗布することによって接着材層8を設ける(図3(d)参照)。続いて、この圧電体2と、上述の工程を得たシリコン基板11の裏面(各フレームの底面)とを貼り合わせ(図3(e)参照)、さらに、圧電体2の裏面を支持部9を介して筐体10と固定することで、図1のアクチュエータを得ることができる。なお、この図3(e)の状態のアクチュエータ(構造体)には、上述のように公知の方法で、一対の電極膜6と信号源とを結ぶ電気回路が設けられることとなる。
On the other hand, an
なお、シリコン基板11表面及び裏面のエッチングは、両端(図1(a)におけるY方向両端)にまで、同一形状の溝13を形成することが容易ではないため、例えば、シリコン基板と圧電体とを貼り合わせた後、この溝13(フレーム4)が形成されていない両端部分を切断することで、両端(図1(a)におけるY方向両端)までフレーム4が形成されたアクチュエータとすることができる。
In the etching of the front and back surfaces of the
<第2実施形態>
図4の第2実施形態に係るアクチュエータ21は、板状の圧電体2と、この圧電体2の表面に対向して配設される薄膜状かつ方形状(帯状)の複数の振動板23と、これらの複数の振動板23の両側縁を定置する複数のフレーム4を主に備えている。
<Second Embodiment>
The
アクチュエータ21の圧電体2、及び複数のフレーム4は、第1実施形態に係るアクチュエータ1と同様であるため、同一番号を付して説明を省略する。また、アクチュエータ21は、図示しない支持部及び筐体等をアクチュエータ1と同様に有している。
Since the
複数の振動板23間には、アクチュエータ1と同様に連結板7が配設され、複数の振動板23及び複数の連結板7が1枚の薄膜から形成されている。ただし、この振動板23はアクチュエータ1の振動板3とは異なって、湾曲しておらず、平面形状を有している。
Like the
当該アクチュエータ21においても、フレーム4を介して圧電体2の振動を振動板23に伝えることができ、圧電体2と振動板23とが直接重なり合っていないため、振動板23が厚さ方向の上下両方向に容易に振動することができる。また、当該アクチュエータ21においても、圧電体2や振動板23のサイズ、材質等を調整することで、例えば圧電体2と振動板23との共振周波数を併せることなどにより、大きな振幅を有する振動を出力することができる。また、当該アクチュエータ21においても、各振動板23がそれぞれ振動する、すなわち1枚の薄膜がフレーム4との接点部分である連結板7を節として振動するため、高い周波数の振動を効率よく出力することができる。
Also in the
また、当該アクチュエータ21によっても、各振動板23が、圧電体2の振動周波数の1/2の周波数で振動するように設定することができる。このように設定されたアクチュエータ21によれば、各振動板23をパラメトリック励振させることで、アクチュエータ21の小型化を可能とし、また、より効率的な振動の出力を可能とする。
Also, the
このアクチュエータ21も、上述したアクチュエータ1と同様に、シリコン基板をエッチングすることによって製造することができる。なお、表面に酸化ケイ素層を有するシリコン基板を用いると、この表面の酸化ケイ素層を振動板として使用することができる。さらに、SOI基板を用いれば、薄膜シリコン膜を振動板にすることもできる。
This
<その他の実施形態>
図5(a)に示すアクチュエータ31は、圧電体32の表面に複数の溝状の嵌込部14が形成されており、この嵌込部14に対して、接着材層38を介して複数のフレーム34が嵌め込まれている形状を有している。
<Other embodiments>
In the
当該アクチュエータ31は、このように各フレーム34が圧電体32の嵌込部14に埋め込まれた構造となっているため、振動等によってフレーム34の位置がずれることがない。従って、当該アクチュエータ31によれば、圧電体32の振動をより効率的に振動板33に伝えることができ、振幅が大きく、かつ、二次以上の共振の発生を抑えた振動を出力することができる。
Since the
図5(b)に示すアクチュエータ41は、両端以外のフレーム4aと圧電体2との間に接着材層48が積層されておらず、すなわち、両端以外のフレーム4aの底面と圧電体2の表面とが接着されていない状態となっている。
In the
このようなアクチュエータ41においても、両端のフレーム4bを通じて、圧電体2の振動が各振動板3に伝導し、各振動板3が振動することができる。この際、底面が接着されていない両端以外のフレーム4aにおいても、このフレーム自体の質量によって各振動板3の両側縁を圧電体2に対して動かない状態にしている、つまり定置しているので、各振動板3は、この両側縁を節として振動することができる。
Also in such an
図5(c)に示すアクチュエータ51は、図5(b)のアクチュエータ41等と異なって、複数のフレームのうちの両端のフレーム54bが圧電体2の一面側に設けられていない構造を有している。つまり、両端のフレーム54bは、圧電体2の両端の側面に接着材層58を介して、圧電体2と振動板3とが平行になるように配設されている。また、図5(d)に示すアクチュエータ61においては、支持部69が圧電体2の側面に設けられ、圧電体2と筐体60とを連結している。図5(e)に示すアクチュエータ71は、支持部を介さず、圧電体2の伸縮方向の一端縁の下面が筐体70に接して、固定された構造となっている。さらに異なるアクチュエータとしては、幅方向に湾曲している振動板が、外側(圧電体と逆側)に対して湾曲しているものも挙げられる。これらいずれのアクチュエータにおいても、複数のフレームを介して圧電体の振動を各振動板に伝えることができるので大きな振幅を有する振動を出力することができ、また、各振動板が両側縁を節として振動するため、高い周波数の振動を効率よく出力することができる。
Unlike the
また、本発明のアクチュエータにおける複数の振動板は、圧電体表面に対して平行に設けられていなくてもよい。このような、例えば圧電体表面に対して斜めに振動板を設けたアクチュエータであっても、この振動板の両側縁が圧電体の伸縮方向に対して略垂直に配設されていれば、振動可能であり、本発明の作用効果を発揮させることができる。 Further, the plurality of diaphragms in the actuator of the present invention may not be provided in parallel to the surface of the piezoelectric body. Even in such an actuator, for example, provided with a diaphragm obliquely to the surface of the piezoelectric body, if both side edges of the diaphragm are disposed substantially perpendicular to the expansion and contraction direction of the piezoelectric body, It is possible and the effect of this invention can be exhibited.
さらに、圧電体として、1枚又は2枚の圧電材を積層してなるバイモルフ又はモノモルフ構造を有するものを用いてもよい。圧電体がこのような構造を有していると、圧電体が撓み振動し、振動板を大きく変形させることができるため、各振動板の振幅を大きくすることができる。 Further, a piezoelectric body having a bimorph or monomorph structure formed by laminating one or two piezoelectric materials may be used. If the piezoelectric body has such a structure, the piezoelectric body can bend and vibrate, and the diaphragm can be greatly deformed. Therefore, the amplitude of each diaphragm can be increased.
以上のように、本発明のアクチュエータは、比較的大きくかつ高い振動を効率よく出力することができ、複雑な加工を要しないため生産性に優れており、超音波スピーカをはじめとした各種超音波発信器等に好適に用いることができる。 As described above, the actuator of the present invention can output relatively large and high vibrations efficiently and does not require complicated processing, so it is excellent in productivity. It can be suitably used for a transmitter or the like.
1、21、31、41、51、61、71 アクチュエータ
2、32 圧電体
3、23、33 振動板
4、34 フレーム
4a 両端以外のフレーム
4b、54b 両端のフレーム
5 圧電材
6 電極膜
7 連結板
8、38、48、58 接着材層
9、69 支持部
10、60、70 筐体
11 シリコン基板
12 薄膜
13 溝
14 嵌込部
1, 2, 31, 41, 51, 61, 71
Claims (6)
両側縁が圧電体の伸縮方向と略垂直になるよう圧電体表面に対向配設される薄膜状かつ方形状の複数の振動板と、
これらの複数の振動板の両側縁を定置し、圧電体の伸縮運動を複数の振動板に伝達する複数のフレームと
を備えるアクチュエータ。 A plate-like piezoelectric body;
A plurality of thin-film and rectangular diaphragms disposed opposite to the surface of the piezoelectric body so that both side edges are substantially perpendicular to the expansion and contraction direction of the piezoelectric body;
An actuator comprising: a plurality of frames that place both side edges of the plurality of diaphragms and transmit the expansion and contraction motion of the piezoelectric body to the plurality of diaphragms.
A speaker provided with the actuator of any one of Claims 1-5.
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07203591A (en) * | 1993-12-29 | 1995-08-04 | Yamaha Corp | Piezoelectric speaker |
JPH0743016U (en) * | 1993-12-29 | 1995-08-11 | ヤマハ株式会社 | Piezoelectric speaker |
JPH09215093A (en) * | 1996-02-01 | 1997-08-15 | Foster Electric Co Ltd | Piezoelectric speaker |
US5867302A (en) * | 1997-08-07 | 1999-02-02 | Sandia Corporation | Bistable microelectromechanical actuator |
JP2001095092A (en) * | 1999-09-20 | 2001-04-06 | Murata Mfg Co Ltd | Piezoelectric tweeter |
US6411015B1 (en) * | 2000-05-09 | 2002-06-25 | Measurement Specialties, Inc. | Multiple piezoelectric transducer array |
JP2003529976A (en) * | 2000-01-07 | 2003-10-07 | アサナス ルイス | Machine-acoustic transducer and multimedia flat film speaker |
JP2007503742A (en) * | 2003-08-21 | 2007-02-22 | アメリカン・テクノロジー・コーポレーション | Parametric transducer with emitter film |
-
2010
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07203591A (en) * | 1993-12-29 | 1995-08-04 | Yamaha Corp | Piezoelectric speaker |
JPH0743016U (en) * | 1993-12-29 | 1995-08-11 | ヤマハ株式会社 | Piezoelectric speaker |
JPH09215093A (en) * | 1996-02-01 | 1997-08-15 | Foster Electric Co Ltd | Piezoelectric speaker |
US5867302A (en) * | 1997-08-07 | 1999-02-02 | Sandia Corporation | Bistable microelectromechanical actuator |
JP2001095092A (en) * | 1999-09-20 | 2001-04-06 | Murata Mfg Co Ltd | Piezoelectric tweeter |
JP2003529976A (en) * | 2000-01-07 | 2003-10-07 | アサナス ルイス | Machine-acoustic transducer and multimedia flat film speaker |
US6411015B1 (en) * | 2000-05-09 | 2002-06-25 | Measurement Specialties, Inc. | Multiple piezoelectric transducer array |
JP2007503742A (en) * | 2003-08-21 | 2007-02-22 | アメリカン・テクノロジー・コーポレーション | Parametric transducer with emitter film |
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