JP2012029103A - Oscillation device and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電素子を備えた発振装置に関し、特に、振動部材に圧電素子が装着されている発振装置、この発振装置を有する電子機器、に関する。 The present invention relates to an oscillation device including a piezoelectric element, and more particularly, to an oscillation device in which a piezoelectric element is mounted on a vibration member, and an electronic apparatus having the oscillation device.
近年、携帯電話機やノート型コンピュータなどの携帯型の電子機器の需要が拡大している。このような電子機器では、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 portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers has been increasing. In such an electronic device, development of a thin portable terminal whose commercial value is an acoustic function such as a videophone, a video playback, and a hands-free phone is being promoted. 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.
現在、携帯電話機等の電子機器には、電気音響変換器として動電型の電気音響変換器が利用されてきた。この動電型の電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。 At present, 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.
しかし、動電型の電気音響変換器は、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、圧電素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。 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 element as an electroacoustic transducer.
また、圧電素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、圧電素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)など、種々の電子機器や発振装置が知られている。 As other examples of an oscillation device using a piezoelectric element, there are various types of devices such as a speaker device and a sound wave sensor (Patent Document 3) that detects a distance to an object using a sound wave oscillated from a piezoelectric element. There are known electronic devices and oscillation devices.
圧電素子を用いた発振装置は、圧電素子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、動電型の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、圧電素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 element uses a piezoelectric effect of the piezoelectric element to generate a vibration amplitude by an electrostrictive action by inputting an electric signal. An electrodynamic electroacoustic transducer generates vibration by a piston-type advance / retreat movement, whereas an oscillation device using a piezoelectric element 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、電気音響変換器の音響性能において、音量を示す音圧レベルは、振動膜の空気に対する体積排除量によって決定される。すなわち、振動の放射面積と振幅量に依存するため、小型化にする場合、放射面積が減少することから、原理上は小型化と大音量化との両立は困難である。 However, in the acoustic performance of the electroacoustic transducer, the sound pressure level indicating the sound volume is determined by the volume exclusion amount of the diaphragm with respect to the air. In other words, since it depends on the radiation area and amplitude of vibration, the radiation area decreases when downsizing, so it is difficult in principle to achieve both miniaturization and high volume.
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、小型でありながら、大音量の再生が可能な発振装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an oscillation device capable of reproducing a large volume while being small.
本発明の発振装置は、弾性を有する複数の振動部材と、複数の振動部材の各々の表面と裏面との少なくとも一方に個々に接合されていて電界の印加により伸縮振動する複数の圧電素子と、複数の振動部材を所定方向の両端で支持する支持部材と、を有し、複数の振動部材は、面直方向に離間するとともに配列方向で側部が重複し、配列方向で圧電素子の中心が隣接する振動部材に重複しない位置に配列されている。 An oscillation device according to the present invention includes a plurality of elastic vibration members, a plurality of piezoelectric elements that are individually bonded to at least one of the front and back surfaces of each of the plurality of vibration members, and that contract and vibrate by application of an electric field; And supporting members that support the plurality of vibration members at both ends in a predetermined direction, and the plurality of vibration members are spaced apart in a direction perpendicular to each other and have overlapping side portions in the arrangement direction, and the center of the piezoelectric element is arranged in the arrangement direction. They are arranged at positions that do not overlap with adjacent vibrating members.
本発明の第一の電子機器は、本発明の発振装置と、発振装置に可聴域の音波を出力させる発振駆動手段と、を有する。 A first electronic device of the present invention includes the oscillation device of the present invention and oscillation drive means for causing the oscillation device to output an audible sound wave.
本発明の第二の電子機器は、本発明の発振装置と、発振装置に超音波を出力させる発振駆動手段と、発振装置から発振されて測定対象物で反射した超音波を検知する超音波検知手段と、検知された超音波から測定対象物までの距離を検出する距離算出手段と、を有する。 The second electronic device according to the present invention includes an oscillation device according to the present invention, an oscillation drive unit that outputs an ultrasonic wave to the oscillation device, and an ultrasonic detection that detects an ultrasonic wave oscillated from the oscillation device and reflected from an object to be measured. Means, and distance calculation means for detecting the distance from the detected ultrasonic wave to the measurement object.
本発明の発振装置では、複数の振動部材が、面直方向に離間するとともに配列方向で一部が重複し、複数の圧電素子の中心が配列方向で隣接する振動部材に重複しない位置に配列されているので、複数の圧電素子が発生する音波を複数の振動部材の間隙から出力することができるので、全体形状を小型化しながらも、大音量の再生が可能である。 In the oscillation device of the present invention, the plurality of vibration members are spaced apart in the perpendicular direction and partially overlap in the arrangement direction, and the centers of the plurality of piezoelectric elements are arranged in positions that do not overlap with adjacent vibration members in the arrangement direction. As a result, sound waves generated by the plurality of piezoelectric elements can be output from the gaps between the plurality of vibration members, so that a large volume can be reproduced while reducing the overall shape.
[実施の第一の形態]
本発明の実施の第一の形態に関して図1ないし図4を参照して説明する。本実施の形態の発振装置である電気音響変換器100は、図1ないし図3に示すように、弾性を有する複数の振動部材である弾性振動板110と、複数の弾性振動板110の各々の表面と裏面との少なくとも一方に個々に接合されていて電界の印加により伸縮振動する複数の圧電素子120と、複数の弾性振動板110を所定方向の両端で支持する支持部材である本体ハウジング130と、を有する。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 to 3, an
そして、本実施の形態の電気音響変換器100では、図2に示すように、複数の弾性振動板110は、面直方向に離間するとともに配列方向で側部が重複し、配列方向で圧電素子120の中心が隣接する弾性振動板110に重複しない位置に配列されている。
In the
なお、本実施の形態の電気音響変換器100では、複数の弾性振動板110は、複数の圧電素子120より幅広の細長形状に各々形成されており、幅広の弾性振動板110の配列方向である短手方向での下面中央に細長形状の圧電素子120が各々配置されている。
In the
また、圧電素子120と他の圧電素子120が接合されている弾性振動板110とが短手方向で重複しない位置に複数の弾性振動板110が配列されているので、複数の弾性振動板110は、複数の圧電素子120が短手方向で重複しない位置に配列されている。
In addition, since the plurality of
より具体的には、本実施の形態の電気音響変換器100では、本体ハウジング130は、上下方向に開口した矩形の枠状に形成されている。弾性振動板110および圧電素子120は五個ずつ用意されており、図2に示すように、本体ハウジング130の内部にV字状の前面形状に配列されている。
More specifically, in the
本実施の形態の電気音響変換器100では、上述のような配列により、複数の圧電素子120が各々出力する音波が、複数の弾性振動板110の間隙から上下方向に放出される。
In the
また、本構成では、圧電素子120が圧電素子120と弾性材料からなる簡便な構成であるため、厚みに対しても従来の動電型の電気音響変換器より優位である。すなわち、圧電素子120(例えば、0.2mm)と弾性材料(0.3mm)とを接合しても0.5mm程度であり、これが三段形成されても、厚みは2mm以下であり、3mm程度ある従来の動電型の電気音響変換器100に比べて、優位となる。
Further, in this configuration, since the
また、本実施の形態の電気音響変換器100は超音波を利用して音響再生を行う(動作原理の詳細は別途記述する)。このため、複数の圧電素子120を並列に形成した本実施の形態でも、良好な音波の放射が可能となる。
In addition, the
すなわち、超音波は指向性が狭く、放射面への方向へ音波が直進していく。これに対して、可聴帯域の音波を放射する従来の電気音響変換器100において、本構成のように並列に圧電素子120を配置した場合、音波の干渉やキャンセリングが生じ、音波の放射特性が劣化する。
That is, the directivity of the ultrasonic wave is narrow, and the sound wave goes straight in the direction toward the radiation surface. On the other hand, in the conventional
つまり、低周波数帯域、例えば500Hzに対して、超音波を発生する高周波数帯域、例えば100kHzに比べ、指向性が広いため、音波は上下左右に配置される他の圧電素子120へ伝播し、互いの圧電素子120から発生した音波が干渉やキャンセリングを生じさせてしまう問題がある。
That is, since the directivity is wider than that of a high frequency band that generates ultrasonic waves, such as 100 kHz, with respect to a low frequency band, such as 500 Hz, the sound waves propagate to other
ここで、本発明の電気音響変換器100の製造方法を以下に説明する。まず、圧電素子120は、外径=10×5mm、厚み=200μm(0.02mm)の圧電板121を有し、その両面に、図4に示すように、それぞれ厚み8μmの上部電極層122および下部電極層123が形成されている。
Here, the manufacturing method of the
圧電素子120の圧電板121には、ジルコン酸チタン酸鉛系セラミックを用い、電極層122,123には銀/パラジウム合金(重量比70%:30%)を使用した。この圧電セラミック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、圧電素子120層に分極処理を施した。
The
弾性振動板110は、外径=12×6mm、厚み=300μm(0.3mm)のリン青銅で形成する。本体ハウジング130は、SUS304で形成しており、圧電素子120は弾性振動板110を介して本体ハウジング130に接合されている。
The
本体ハウジング130は、縦×横×幅=20×14×2mmの直方体形状であり、厚さ0.5mmのSUS304で形成する。圧電素子120と弾性振動板110の接着、および本体ハウジング130との接着は、何れもエポキシ系接着剤を用いて行った。
The
以下に本発明の電気音響変換器100の動作原理を説明する。本発明の電気音響変換器100は、並列に配置された複数の圧電素子120から放射面に向かった音波を発生させる。その周波数は特に限定されないが、音波を変調波の輸送体として利用するため、可聴帯域外が好ましく、例えば、100KHzなどが適している。
The operation principle of the
本実施の形態の電気音響変換器100の圧電素子120は、その片側の主面が弾性振動板110によって拘束されている。また、同時に弾性振動板110は、圧電素子120の基本共振周波数を調整する機能を持つ。機械的な弾性振動板110の基本共振周波数fは、以下の式で示されるように、負荷重量と、コンプライアンスに依存する。
The
[数1]
f=1/(2πL√(mC))
なお、"m"は質量、"C"はコンプライアンス、である。
[Equation 1]
f = 1 / (2πL√ (mC))
“M” is mass and “C” is compliance.
言い換えれば、コンプライアンスは弾性振動板110の機械剛性であるため、このことは圧電素子120の剛性を制御することで基本共振周波数を制御できることを意味する。
In other words, since the compliance is the mechanical rigidity of the
例えば、弾性率の高い材料の選択や、弾性振動板110の厚みを低減することで、基本共振周波数を低域にシフトさせることが可能となる。この一方で、弾性率の高い材料を選択することや、弾性振動板110の厚みを増加させることで基本共振周波数を高域にシフトさせることができる。
For example, the fundamental resonance frequency can be shifted to a low range by selecting a material having a high elastic modulus and reducing the thickness of the
従来は、圧電素子120の形状や材質により基本共振周波数を制御していたところから設計上の制約やコスト、信頼性に問題があったが、本発明のように、構成部材である弾性振動板110を変更することで所望の基本共振周波数に容易に調整できることから、工業上の価値は大きい。
Conventionally, since the basic resonance frequency was controlled by the shape and material of the
なお、本構成では五個の圧電素子120が音波を放射するため、一個の圧電素子で構成される電気音響変換器に比べて、五倍の音響エネルギを放射できる。次に、音響再生方法を述べる。本構成では、パラメトリックスピーカの動作原理を利用する。
In this configuration, since the five
ここでは、AM(Amplitude Modulation)変調やDSB(Double Sideband modulation)変調、SSB(Single-Sideband modulation)変調、FM(Frequency Modulation)変調をかけた超音波を空気中に放射し、超音波が空気中に伝播する際の非線形特性により、可聴音が出現する原理で音響再生を行う。 Here, AM (Amplitude Modulation) modulation, DSB (Double Sideband modulation) modulation, SSB (Single-Sideband modulation) modulation, FM (Frequency Modulation) modulated ultrasonic waves are emitted into the air, and the ultrasonic waves are in the air. Sound reproduction is performed on the principle that an audible sound appears due to nonlinear characteristics when propagating to the sound.
ここで、非線形としては、、流れの慣性作用と粘性作用の比で示されるレイノルズ数が大きくなると、層流から乱流に推移する現象が挙げられる。すなわち、音波は流体内で微少に、じょう乱しているため、音波は非線形で伝播している。 Here, non-linearity includes a phenomenon in which laminar flow transitions to turbulent flow when the Reynolds number indicated by the ratio between the inertial action and the viscous action of the flow increases. That is, since the sound wave is slightly disturbed in the fluid, the sound wave propagates in a non-linear manner.
しかしながら、低周波数帯域での音波の振幅は非線形でありがら、振幅差が非常に小さく、通常、線形理論の現象として取り扱っている。これに対して、超音波では非線形性が容易に観察でき、空気中に放射した場合、非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。 However, the amplitude of the sound wave in the low frequency band is non-linear, but the amplitude difference is very small, and is usually handled as a phenomenon of linear theory. On the other hand, nonlinearity can be easily observed with ultrasonic waves, and when radiated into the air, harmonics accompanying the nonlinearity are remarkably generated.
概略すれば、音波は空気中で分子集団が濃淡に混在する疎密状態であり、空気分子が圧縮よりも復元するのに時間が生じた場合、圧縮後に復元できない空気が、連続的に伝播する空気分子と衝突し、衝撃波が生じて可聴音が発生する原理である。 In summary, sound waves are a dense state where molecular groups are mixed in the air, and if it takes time for air molecules to recover rather than compress, air that cannot be recovered after compression will continue to propagate through the air. This is the principle that an audible sound is generated by colliding with a molecule and generating a shock wave.
続いて、圧電素子120の動作原理を説明する。図5で示されるように、圧電素子120は、上述のように二つの主面を有する圧電板121(圧電セラミック)からなり、圧電板121の主面のそれぞれに、上部電極層122および下部電極層123が形成されている。
Next, the operation principle of the
圧電板121の分極方向は特に限定されるものではないが、本実施の形態では、図中上下方向(圧電素子120の厚み方向)で上向きとなっている。このように構成された圧電素子120は、上部電極層122および下部電極層123に交流電圧が印加され、交番的な電界が付与されると、その両主面が同時に拡大または縮小するような、半径方向の伸縮運動(径拡がり運動)を行う。
The polarization direction of the
換言すれば、圧電素子120は、主面が拡大するような第一の変形モードと、主面が縮小するような第二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、振動を発生し、音波を発生することが本発明の電気音響変換器100の基本原理である。
In other words, the
以上のように、本実施の形態の電気音響変換器100では、複数の弾性振動板110は、面直方向である上下方向に離間するとともに短手方向である左右方向で一部が重複し、複数の圧電素子120の中心が左右方向で重複しない位置に配列されている。
As described above, in the
このため、複数の圧電素子120が各々出力する音波が、複数の弾性振動板110の間隙から上下方向に放出される。それでいて、複数の弾性振動板110は、短手方向で一部が重複するように配置されているので、本実施の形態の電気音響変換器100は、全体構造を小型化しながら、大音量の再生が可能である。
For this reason, the sound waves output from the plurality of
また、本実施の形態の電気音響変換器100では、超音波を利用しているため、指向性が狭く、ユーザのプライバシー保護などの点で、工業的な価値は大きい。すなわち、本実施の形態の電気音響変換器100は既存の電気音響変換器に比べ、音波の直進性が高く、ユーザに伝えたい位置へ選択的に音波を伝播できる。
Moreover, in the
以上をまとめると、本発明の電気音響変換器100は、電子機器(例えば、図12に示すように、携帯電話機、図13に示すように、ノート型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など)の音源としても利用可能である。電気音響変換器100の大型化を防止することができ、音響特性が向上することから、携帯型の電子機器に対しても好適に利用することが可能である。
In summary, the
[実施の第二の形態]
次に、本発明の実施の第二の形態を説明する。本実施の形態では、実施の第一の形態と異なる音響再生方法をとる。本実施の形態の発振装置である電気音響変換器は、二個の電気音響変換器100を並列に配置した構造からなる(図示せず)。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a sound reproduction method different from that of the first embodiment is adopted. The electroacoustic transducer that is the oscillation device of the present embodiment has a structure in which two
これらの電気音響変換器は、変調をかけた超音波と、変調をかけない基調波の二つの音波を同時に発生させ、両者の周波数ずれにより可聴音を再生する。図6に示すように、二つの超音波が内部空間内で干渉することで、ヘテロダイン検波を発生し、AM変調もしくはFM変調のみ可聴波として生成される。 These electroacoustic transducers simultaneously generate two sound waves, a modulated ultrasonic wave and a non-modulated fundamental wave, and reproduce an audible sound due to a frequency shift between them. As shown in FIG. 6, when two ultrasonic waves interfere in the internal space, heterodyne detection is generated, and only AM modulation or FM modulation is generated as an audible wave.
本実施の形態の電気音響変換器(図示せず)では、複数の圧電素子120を有することから、容易に二つの種類の超音波を発生させることができる。また、超音波を発生する周波数は可聴帯域以外の20KHz以上であれば、特に限定されない。
Since the electroacoustic transducer (not shown) of the present embodiment has a plurality of
[実施の第三の形態]
本発明の実施の第三の形態を、図7を参照し説明する。本実施の形態の電気音響変換器(図示せず)では、実施の第一の形態に対して、複数の弾性振動板110の各々を二個の圧電素子120で拘束している。すなわち、二個の圧電素子120を利用したバイモルフ構造である。
[Third embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the electroacoustic transducer (not shown) of the present embodiment, each of the plurality of
このバイモルフ型の圧電素子120,120は、図8に示すように、分極方向を逆にした二枚の圧電セラミックを張り合わせ、一方を長手方向に伸ばし、もう一方を縮めることにより屈曲させることで、実施の第一の形態の一個の圧電素子120からなるユニモルフ構造に比べて、より大きな変位を得ることが可能となる。
As shown in FIG. 8, the bimorph type
なお、二個の圧電素子120については、実施の第一の形態と同様の圧電性材料を使用することができる。また、二個の圧電素子120が互いに同一形状であっても、互いに異なる形状であってもよい。
For the two
[実施の第四の形態]
本発明の実施の第五の形態について図9を参照して説明する。本実施の形態では、圧電素子12が、圧電材料からなる圧電板13a〜13eが五層に積層された多層構造からなる。
[Fourth embodiment]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the
圧電板13a〜13e同士の間には電極層(導体層)14a〜14dが一層ずつ形成されている。各圧電板13a〜13eの分極方向は一層ごとに逆向きとなっており、また、電界の向きも交互に逆向きとなるように構成されている。
Between the
このような積層構造の圧電素子12によれば、電極層14a〜14d間に生じる電界強度が高いため、圧電板13a〜13eの積層数に応じた分だけ、圧電素子12の全体としての駆動力が向上する。
According to the
[実施の第五の形態]
本発明の実施の第五の形態について図10を参照して説明する。本実施の形態では、低剛性の樹脂材料140を介在して、弾性振動板110が本体ハウジング130に接合されている。
[Fifth embodiment]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment,
このように樹脂材料140を介在させることで、弾性振動板110と本体ハウジング130との固定状態をより自由端に近づけることができ、振動可動範囲が拡大し、振幅量も増加する。
By interposing the
また、落下時の衝撃も柔軟性に富む樹脂材料140で吸収することができ、衝撃安定性も向上する。なお、樹脂材料140については、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、ポリエチレンなどが好ましい。
Further, the impact at the time of dropping can be absorbed by the
[実施の第六の形態]
本発明の実施の第六の形態を説明する。本実施の形態の電気音響変換器(図示せず)では、圧電素子120にMEMSアクチュエータ(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を使用しており、圧電素子120以外の構成は実施の第一の形態と同様である。
[Sixth embodiment]
A sixth embodiment of the present invention will be described. In the electroacoustic transducer (not shown) of the present embodiment, a MEMS actuator (micro electro mechanical system) is used for the
MEMSアクチュエータは図11に示される構成からなる。MEMSアクチュエータについては、静電力、電磁力、圧電効果、熱歪みを用いた方式があり、何れの方式も利用できるが、本実施例では圧電効果を用いた方式を利用する。 The MEMS actuator has the configuration shown in FIG. As for the MEMS actuator, there are methods using electrostatic force, electromagnetic force, piezoelectric effect, and thermal strain, and any method can be used, but in this embodiment, a method using the piezoelectric effect is used.
図中、MEMSアクチュエータは圧電薄膜層125と、上部可動電極層126、下部可動電極層127から構成される。実施の第一の形態と同様に、圧電効果による振動振幅を発生させる機構であり、電極層への交流信号を入力することで、振動振幅を発生させる機構である。
In the figure, the MEMS actuator includes a piezoelectric
なお、MEMSアクチュエータの製造には、電極層126,127にエアロゾルデポシション法を用いて、固体溶融粒子を吹きける方法など挙げられるが、特に製造方法は限定されない。 In addition, although the method of blowing a solid molten particle to the electrode layers 126 and 127 using the aerosol deposition method etc. is mentioned for manufacture of a MEMS actuator, a manufacturing method in particular is not limited.
なお、エアロゾルデポジション法を用いた場合、曲面などの基材に容易に圧電膜を吸着できることから、圧電素子120の形状の自由度が高まり、電気音響変換器の特性向上に有用である。
When the aerosol deposition method is used, since the piezoelectric film can be easily adsorbed to a substrate such as a curved surface, the degree of freedom of the shape of the
[実施例]
本発明の電気音響変換器の特性評価を、以下、評価1〜評価3の評価項目で行った。
[Example]
The characteristic evaluation of the electroacoustic transducer of the present invention was performed using evaluation items 1 to 3 below.
(評価1)音圧レベルの周波数特性の測定: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とした。 (Evaluation 1) Measurement of frequency characteristics of sound pressure level: 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 is 10 cm unless otherwise specified, and the frequency measurement range is 10 Hz to 10 kHz.
(評価2)落下衝撃試験:電気音響変換器を搭載した携帯電話を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のことを指す)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 electroacoustic transducer 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 (referring to the 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 rated as x.
[実施例1]
本発明の実施の第一の形態で記載した電気音響変換器の特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
音圧レベル(1kHz) :93dB
音圧レベル(3kHz) :90dB
音圧レベル(5kHz) :90dB
音圧レベル(10kHz) :88dB
落下衝撃安定 :○
[Example 1]
The characteristics of the electroacoustic transducer described in the first embodiment of the present invention were evaluated. The evaluation results are as follows.
Sound pressure level (1 kHz): 93 dB
Sound pressure level (3 kHz): 90 dB
Sound pressure level (5 kHz): 90 dB
Sound pressure level (10 kHz): 88 dB
Drop impact stability: ○
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、音圧レベルの周波数特性は平坦であり、大音量である。また、基本共振周波数が1kHz以下で、振動振幅が大きく、1〜10kHzの広い周波数帯域で80dBを超える音圧レベルを有することが実証された。 As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this embodiment, the frequency characteristics of the sound pressure level are flat and the sound volume is high. Further, it was demonstrated that the fundamental resonance frequency is 1 kHz or less, the vibration amplitude is large, and the sound pressure level exceeds 80 dB in a wide frequency band of 1 to 10 kHz.
[比較例1]
比較例1として、既存の動電型の電気音響変換器を作製した(図示せず)。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :77dB
音圧レベル(3kHz) :75dB
音圧レベル(5kHz) :76dB
音圧レベル(10kHz) :97dB
音圧レベルの周波数特性の平坦性:×
落下衝撃安定 :×
[Comparative Example 1]
As Comparative Example 1, an existing electrodynamic electroacoustic transducer was manufactured (not shown).
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 77 dB
Sound pressure level (3 kHz): 75 dB
Sound pressure level (5 kHz): 76 dB
Sound pressure level (10 kHz): 97 dB
Flatness of frequency characteristics of sound pressure level: ×
Drop impact stability: ×
上記の結果より明らかのように、本比較例の電気音響変換器によれば、音圧レベルの周波数特性は平坦でなく、小音量である。また、振動振幅が小さく、1〜10kHzの広い周波数帯域で80dBを超える音圧レベルを実現できないことが実証された。 As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this comparative example, the frequency characteristics of the sound pressure level are not flat and the sound volume is low. In addition, it was proved that the vibration amplitude is small and a sound pressure level exceeding 80 dB cannot be realized in a wide frequency band of 1 to 10 kHz.
[実施例2]
実施例2として、実施の第二の形態の電気音響変換器を作成した。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :94dB
音圧レベル(3kHz) :95dB
音圧レベル(5kHz) :93dB
音圧レベル(10kHz) :90dB
落下衝撃安定 :○
[Example 2]
As Example 2, the electroacoustic transducer of the second embodiment was created.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 94 dB
Sound pressure level (3 kHz): 95 dB
Sound pressure level (5 kHz): 93 dB
Sound pressure level (10 kHz): 90 dB
Drop impact stability: ○
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、実施例1と同等の特性を有しており、音圧レベルの周波数特性は平坦である。 As is apparent from the above results, according to the electroacoustic transducer of the present embodiment, it has the same characteristics as those of the first embodiment, and the frequency characteristics of the sound pressure level are flat.
[実施例3]
実施例3として、実施の第三の形態の電気音響変換器を作成した。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :90dB
音圧レベル(3kHz) :91dB
音圧レベル(5kHz) :88dB
音圧レベル(10kHz) :87dB
落下衝撃安定 :○
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、実施例1と同等の特性を有しており、音圧レベルの周波数特性は平坦である。
[Example 3]
As Example 3, the electroacoustic transducer of the third embodiment was created.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 90 dB
Sound pressure level (3 kHz): 91 dB
Sound pressure level (5 kHz): 88 dB
Sound pressure level (10 kHz): 87 dB
Drop impact stability: ○
As is apparent from the above results, according to the electroacoustic transducer of the present embodiment, it has the same characteristics as those of the first embodiment, and the frequency characteristics of the sound pressure level are flat.
[実施例4]
実施例4として、実施の第五の形態の電気音響変換器を作成した。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :92dB
音圧レベル(3kHz) :90dB
音圧レベル(5kHz) :88dB
音圧レベル(10kHz) :91dB
落下衝撃安定 :○
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、実施例1と同等の特性を有しており、音圧レベルの周波数特性は平坦である。
[Example 4]
As Example 4, an electroacoustic transducer according to the fifth embodiment was created.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 92 dB
Sound pressure level (3 kHz): 90 dB
Sound pressure level (5 kHz): 88 dB
Sound pressure level (10 kHz): 91 dB
Drop impact stability: ○
As is apparent from the above results, according to the electroacoustic transducer of the present embodiment, it has the same characteristics as those of the first embodiment, and the frequency characteristics of the sound pressure level are flat.
[実施例5]
実施例5として、実施の第六の形態の電気音響変換器を作成した。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :94dB
音圧レベル(3kHz) :91dB
音圧レベル(5kHz) :90dB
音圧レベル(10kHz) :8dB
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、実施例1と同等の特性を有しており、音圧レベルの周波数特性は平坦である。
[Example 5]
As Example 5, an electroacoustic transducer according to the sixth embodiment was produced.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 94 dB
Sound pressure level (3 kHz): 91 dB
Sound pressure level (5 kHz): 90 dB
Sound pressure level (10 kHz): 8 dB
As is apparent from the above results, according to the electroacoustic transducer of the present embodiment, it has the same characteristics as those of the first embodiment, and the frequency characteristics of the sound pressure level are flat.
[実施例6]
実施例6として、図12に示すような携帯電話機を用意し、この筐体内に実施例1の電気音響変換器100を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器100を貼り付ける構成とした。
[Example 6]
As Example 6, a mobile phone as shown in FIG. 12 was prepared, and the
(評価):素子から10cm離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行った。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :88dB
音圧レベル(3kHz) :86dB
音圧レベル(5kHz) :87dB
音圧レベル(10kHz) :85dB
落下衝撃試験 :5回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル(1kHz)を測定したところ84dBであった。
(Evaluation): The sound pressure level and the frequency characteristics were measured with a microphone placed at a position 10 cm away from the element. A drop impact test was also conducted.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 88 dB
Sound pressure level (3 kHz): 86 dB
Sound pressure level (5 kHz): 87 dB
Sound pressure level (10 kHz): 85 dB
Drop impact test: No cracks were observed in the piezoelectric element even after 5 drops, and the sound pressure level (1 kHz) measured after the test was 84 dB.
[実施例7]
実施例7として、図12に示すような携帯電話機を用意し、この筐体内に実施例2の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
[Example 7]
As Example 7, a mobile phone as shown in FIG. 12 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 2 was mounted in this casing. Specifically, an electroacoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the mobile phone.
(評価):素子から10cm離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :84dB
音圧レベル(3kHz) :86dB
音圧レベル(5kHz) :87dB
音圧レベル(10kHz) :85dB
音圧レベルの周波数特性の平坦性:○
(Evaluation): The sound pressure level and the frequency characteristics were measured with a microphone placed at a position 10 cm away from the element.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 84 dB
Sound pressure level (3 kHz): 86 dB
Sound pressure level (5 kHz): 87 dB
Sound pressure level (10 kHz): 85 dB
Flatness of frequency characteristics of sound pressure level: ○
[実施例8]
実施例8として、図12に示すような携帯電話機を用意し、この筐体内に実施例3の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
[Example 8]
As Example 8, a mobile phone as shown in FIG. 12 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 3 was mounted in this casing. Specifically, an electroacoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the mobile phone.
(評価):素子から10cm離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :86dB
音圧レベル(3kHz) :85dB
音圧レベル(5kHz) :87dB
音圧レベル(10kHz) :84dB
音圧レベルの周波数特性の平坦性:○
(Evaluation): The sound pressure level and the frequency characteristics were measured with a microphone placed at a position 10 cm away from the element.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 86 dB
Sound pressure level (3 kHz): 85 dB
Sound pressure level (5 kHz): 87 dB
Sound pressure level (10 kHz): 84 dB
Flatness of frequency characteristics of sound pressure level: ○
[実施例9]
実施例9として、図12に示すような携帯電話機を用意し、この筐体内に実施例4の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
[Example 9]
As Example 9, a mobile phone as shown in FIG. 12 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 4 was mounted in this casing. Specifically, an electroacoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the mobile phone.
(評価):素子から10cm離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :86dB
音圧レベル(3kHz) :87dB
音圧レベル(5kHz) :85dB
音圧レベル(10kHz) :84dB
音圧レベルの周波数特性の平坦性:○
(Evaluation): The sound pressure level and the frequency characteristics were measured with a microphone placed at a position 10 cm away from the element.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 86 dB
Sound pressure level (3 kHz): 87 dB
Sound pressure level (5 kHz): 85 dB
Sound pressure level (10 kHz): 84 dB
Flatness of frequency characteristics of sound pressure level: ○
[実施例10]
実施例10として、図12に示すような携帯電話機を用意し、この筐体内に実施例5の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
[Example 10]
As Example 10, a mobile phone as shown in FIG. 12 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 5 was mounted in this casing. Specifically, an electroacoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the mobile phone.
(評価):素子から10cm離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :85dB
音圧レベル(3kHz) :86dB
音圧レベル(5kHz) :83dB
音圧レベル(10kHz) :84dB
(Evaluation): The sound pressure level and the frequency characteristics were measured with a microphone placed at a position 10 cm away from the element.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 85 dB
Sound pressure level (3 kHz): 86 dB
Sound pressure level (5 kHz): 83 dB
Sound pressure level (10 kHz): 84 dB
[実施例11]
実施例11として、図13に示すようなラップトップPCを用意し、この筐体内に実施例1の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
[Example 11]
As Example 11, a laptop PC as shown in FIG. 13 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 1 was mounted in this casing. Specifically, an electroacoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the mobile phone.
(評価):素子から10cm離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :84dB
音圧レベル(3kHz) :83dB
音圧レベル(5kHz) :86dB
音圧レベル(10kHz) :85dB
(Evaluation): The sound pressure level and the frequency characteristics were measured with a microphone placed at a position 10 cm away from the element.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 84 dB
Sound pressure level (3 kHz): 83 dB
Sound pressure level (5 kHz): 86 dB
Sound pressure level (10 kHz): 85 dB
なお、本発明は上記の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態の電気音響変換器100では、幅広の弾性振動板110の中央に幅狭の圧電素子120が接合されている構造を例示した。
In addition, this invention is not limited to said embodiment and Example, A various deformation | transformation is accept | permitted in the range which does not deviate from the summary. For example, in the
しかし、図14に発振装置として例示する電気音響変換器200のように、幅広の弾性振動板110の中央から一方に片寄った位置に幅狭の圧電素子120が接合されていてもよい。
However, like the
また、上記形態では本体ハウジング130が上下方向に開口した枠状に形成されていることを例示した。しかし、この本体ハウジング130が上面開口のボックス状に形成されていてもよい(図示せず)。この場合、音波は上方のみに放出されるので、さらに音量を増加させることができる。
Moreover, in the said form, it illustrated that the
さらに、上記形態では五個の弾性振動板110および圧電素子120がV字状に配列されていることを例示した。しかし、三個や七個以上の弾性振動板110および圧電素子120がV字状に配列されていてもよく、W字状やジクザグ状に配列されていてもよい(何れも図示せず)。
Furthermore, in the said form, it illustrated that the five
また、上記形態では複数の弾性振動板110および圧電素子120が同一構造に形成されており、各々に同一の電界が一様に印加されることを想定した。しかし、複数の弾性振動板110および圧電素子120が完全に同一構造でなくともよく(図示せず)、各々に印加される電界が相違してもよい。
Moreover, in the said form, the some
また、上記形態では、図11に示すように、電気機器として電気音響変換器100等で音声を出力する携帯電話機やパーソナルコンピュータ等を例示した。しかし、電子機器として、発振装置である電気音響変換器100と、この電気音響変換器100を駆動して超音波を出力させる発振駆動部と、電気音響変換器100から発振されて測定対象物で反射した超音波を検知する超音波検知部と、検知された超音波から測定対象物までの距離を算出する距離算出部と、を有するソナー(図示せず)なども実施可能である。
Moreover, in the said form, as shown in FIG. 11, the mobile phone, a personal computer, etc. which output an audio | voice with the
なお、当然ながら、上述した複数の実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。 Needless to say, the above-described plurality of embodiments and the plurality of modifications can be combined within a range in which the contents do not conflict with each other. In the above-described embodiment, the structure of each part has been specifically described. However, the structure and the like can be variously changed within a range that satisfies the present invention.
12 圧電素子
13a-13e 圧電板
14a-14d 電極層
100 電気音響変換器
110 弾性振動板
120 圧電素子
121 圧電板
122 上部電極層
123 下部電極層
125 圧電薄膜層
126 上部可動電極層
127 下部可動電極層
130 本体ハウジング
140 樹脂材料
200 電気音響変換器
CU 利用者
12
Claims (10)
複数の前記振動部材の各々の表面と裏面との少なくとも一方に個々に接合されていて電界の印加により伸縮振動する複数の圧電素子と、
複数の前記振動部材を所定方向の両端で支持する支持部材と、を有し、
複数の前記振動部材は、面直方向に離間するとともに配列方向で側部が重複し、前記配列方向で前記圧電素子の中心が隣接する前記振動部材に重複しない位置に配列されている発振装置。 A plurality of elastic members having elasticity;
A plurality of piezoelectric elements that are individually bonded to at least one of the front surface and the back surface of each of the plurality of vibration members, and that vibrate in response to an electric field;
A support member that supports the plurality of vibration members at both ends in a predetermined direction,
The oscillation device in which the plurality of vibration members are spaced apart in a direction perpendicular to each other, side portions overlap in the arrangement direction, and the centers of the piezoelectric elements in the arrangement direction are arranged at positions that do not overlap adjacent vibration members.
前記発振装置に可聴域の音波を出力させる発振駆動手段と、
を有する電子機器。 An oscillation device according to any one of claims 1 to 8,
An oscillation driving means for outputting an audible sound wave to the oscillation device;
Electronic equipment having
前記発振装置を駆動して超音波を出力させる発振駆動手段と、
前記発振装置から発振されて測定対象物で反射した前記超音波を検知する超音波検知手段と、
検知された前記超音波から前記測定対象物までの距離を検出する距離算出手段と、
を有する電子機器。 An oscillation device according to any one of claims 1 to 8,
Oscillation driving means for driving the oscillation device and outputting ultrasonic waves;
Ultrasonic detection means for detecting the ultrasonic wave oscillated from the oscillation device and reflected by the measurement object;
Distance calculating means for detecting a distance from the detected ultrasonic wave to the measurement object;
Electronic equipment having
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