JP2012100040A - Oscillator and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動子を備えた発振装置に関し、特に、弾性振動板に圧電振動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 oscillating device including a piezoelectric vibrator, and more particularly to an oscillating device in which a piezoelectric vibrator is mounted on an elastic diaphragm, and an electronic apparatus having the oscillating 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、発振装置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 oscillation devices.
動電型の電気音響変換器において薄型化を実現するには、その構成部品である永久磁石とボイスコイルの薄型化が必要であるが、音響特性や信頼性を考慮した場合、現実的な手法ではない。磁気回路の動作原理では、駆動力は磁束密度と電流に依存する。永久磁石を薄型化した場合、磁束が著しく低下し、音響特性の劣化を招く。また、電流駆動である動電型変換器において、ボイスコイルを細線化した場合は、大電流の消費によりコイル線が焼損する問題点が生じる可能性がある。 In order to reduce the thickness of electrodynamic electroacoustic transducers, it is necessary to reduce the thickness of the permanent magnets and voice coils, which are its components. is not. In the operation principle of the magnetic circuit, the driving force depends on the magnetic flux density and the current. When the permanent magnet is thinned, the magnetic flux is remarkably lowered, resulting in deterioration of acoustic characteristics. In addition, in a current-driven electrodynamic converter, when the voice coil is thinned, there is a possibility that the coil wire may burn out due to consumption of a large current.
さらに、磁石の材質を変更して、磁束を高める手法もあるが、現状のネオジウム磁石に変わる磁性材料が未だに開発されていない状況であり、仮に新材料は開発されても、実用性や信頼性、コストなど電子機器用部品の材料として課題がある。動電型の電気音響変換器の薄型化が困難である中、小型薄型の電気音響変換器を実現する手段として、圧電効果により電気エネルギを機械エネルギに変換する圧電型の電気音響変換器がある。 In addition, there is a method to increase the magnetic flux by changing the material of the magnet, but no magnetic material that can replace the current neodymium magnet has yet been developed. Even if a new material is developed, it is practical and reliable. There is a problem as a material for electronic device parts such as cost. While it is difficult to reduce the thickness of electrodynamic electroacoustic transducers, there is a piezoelectric electroacoustic transducer that converts electrical energy into mechanical energy by the piezoelectric effect as means for realizing a small and thin electroacoustic transducer. .
圧電型の電気音響変換器は、セラミック素材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。上下層を電極材料で拘束されたセラミック自体が振動し、これが駆動源として機能するため、磁石やボイスコイルが不要で、薄型化に優位である。 Piezoelectric electroacoustic transducers generate vibration amplitude by electrostrictive action due to the input of an electrical signal, utilizing the piezoelectric effect of a ceramic material. The ceramic itself, whose upper and lower layers are constrained by the electrode material, vibrates and functions as a driving source. Therefore, a magnet and a voice coil are unnecessary, which is advantageous for thinning.
例えば、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。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、種々の電子機器が知られている。
For example,
しかしながら、圧電振動子の電気音響変換器は、内部損失が低いセラミック材料を振動源とするため、有機フィルムを通して振幅を発生させる動電型の電気音響変換器に比べ、機械品質係数Qが高い傾向にある。例えば、動電型のQは3〜5程度に対して、圧電型のQは約50程度となる。機械品質係数Qは共振時に先鋭度を示すため、要約すれは、圧電型の電気音響変換器では、基本共振周波数近傍では音圧が高く、それ以外の帯域では音圧が減衰することを意味する。例えば、基本共振周波数が1kHzの圧電型の電気音響変換器においては、次の共振モードが発生する高次共振周波数、例えば3〜5kHzまでの帯域で、音圧レベルは減衰する。 However, since the electroacoustic transducer of the piezoelectric vibrator uses a ceramic material having a low internal loss as a vibration source, the mechanical quality factor Q tends to be higher than that of an electrodynamic electroacoustic transducer that generates amplitude through an organic film. It is in. For example, the electrodynamic Q is about 3 to 5, while the piezoelectric Q is about 50. Since the mechanical quality factor Q indicates the sharpness at the time of resonance, the summary means that in the piezoelectric electroacoustic transducer, the sound pressure is high near the fundamental resonance frequency and the sound pressure is attenuated in other bands. . For example, in a piezoelectric electroacoustic transducer having a fundamental resonance frequency of 1 kHz, the sound pressure level is attenuated at a high-order resonance frequency where the next resonance mode is generated, for example, in a band of 3 to 5 kHz.
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、音響特性のピークやディップが少なく、広帯域で大音量の音声を出力することができる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 that can output a large volume of sound in a wide band with few peaks and dips in acoustic characteristics.
本発明の発振装置は、電界の状態に応じて伸縮運動する圧電素子と、少なくとも表面に圧電素子が接合されている弾性部材と、弾性部材より低剛性で少なくとも表面に弾性部材が接合されている振動部材と、振動部材より高剛性で振動部材を支持して本体ハウジングに接合される支持体と、を有し、圧電素子と弾性部材と振動部材と支持体からなる電気音響変換器の基本共振周波数F(1)と第三次共振周波数F(3)と、本体ハウジングの基本共振周波数F(a)とが、
0.7×((F(1)+F(3))/2)<2×F(a)<1.3×((F(1)+F(3))/2)
または、
0.7×((F(1)+F(3))/2)<3×F(a)<1.3×((F(1)+F(3))/2)
を満足する。
The oscillation device according to the present invention includes a piezoelectric element that expands and contracts depending on the state of an electric field, an elastic member having a piezoelectric element bonded to at least a surface, and an elastic member having at least a lower rigidity than the elastic member and bonded to the surface. A basic resonance of an electroacoustic transducer having a vibration member and a support member that is rigid and more rigid than the vibration member and is bonded to the main body housing and includes a piezoelectric element, an elastic member, the vibration member, and the support member The frequency F (1), the third resonance frequency F (3), and the basic resonance frequency F (a) of the main body housing are:
0.7 × ((F (1) + F (3)) / 2) <2 × F (a) <1.3 × ((F (1) + F (3)) / 2)
Or
0.7 × ((F (1) + F (3)) / 2) <3 × F (a) <1.3 × ((F (1) + F (3)) / 2)
Satisfied.
本発明の第一の電子機器は、本発明の発振装置と、発振装置が装着される本体ハウジングと、本体ハウジングに装着された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 according to the present invention includes the oscillation device according to the present invention, a main body housing in which the oscillation device is mounted, and an oscillation driving unit that outputs an audible sound wave to the oscillation device mounted in the main body housing. .
本発明の第二の電子機器は、本発明の発振装置と、発振装置が装着される本体ハウジングと、本体ハウジングに装着された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、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算出する距離算出手段と、を有する。 A second electronic device according to the present invention includes an oscillation device according to the present invention, a main body housing in which the oscillation device is mounted, an oscillation drive unit that drives the oscillation device mounted in the main body housing to output ultrasonic waves, and an oscillation Ultrasonic wave detection means for detecting ultrasonic waves oscillated from the apparatus and reflected by the measurement object, and distance calculation means for calculating the distance from the detected ultrasonic wave to the measurement object.
本発明の発振装置では、圧電素子を拘束する弾性部材が低剛性な振動部材を介して支持体に接合されている。そして、電気音響変換器の音波と、電気音響変換器を実装する本体ハウジング振動を起因とする音波とが干渉するように調整されているため、広帯域で大音量の音声を出力することができる。 In the oscillation device of the present invention, the elastic member that restrains the piezoelectric element is joined to the support via the low-rigidity vibration member. Since the sound wave of the electroacoustic transducer and the sound wave caused by the vibration of the main body housing on which the electroacoustic transducer is mounted are adjusted to interfere with each other, it is possible to output a loud sound with a wide band.
[実施の第一の形態]
本発明の実施の第一の形態について図1ないし図14を参照して以下に説明する。図1は、本実施の形態の電気音響変換器50を示す縦断面図である。図1に示すように、本実施の形態の発振装置である圧電型の電気音響変換器50は、電界の状態に応じて伸縮運動する圧電素子10と、少なくとも表面に圧電素子10が接合されている弾性部材20と、弾性部材20より低剛性で少なくとも表面に弾性部材20が接合されている振動部材30と、振動部材30より高剛性で振動部材30を支持して本体ハウジングに接合される支持体45と、を有する。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an
そして、電気音響変換器50の基本共振周波数F(1)と第三次共振周波数F(3)と、本体ハウジングの基本共振周波数F(a)とが、
[数1]
0.7×((F(1)+F(3))/2)<2×F(a)<1.3×((F(1)+F(3))/2)
または、
0.7×((F(1)+F(3))/2)<3×F(a)<1.3×((F(1)+F(3))/2)
を満足する。
The basic resonance frequency F (1) and the third resonance frequency F (3) of the
[Equation 1]
0.7 × ((F (1) + F (3)) / 2) <2 × F (a) <1.3 × ((F (1) + F (3)) / 2)
Or
0.7 × ((F (1) + F (3)) / 2) <3 × F (a) <1.3 × ((F (1) + F (3)) / 2)
Satisfied.
より具体的には、本実施の形態の電気音響変換器50は、圧電素子10、弾性部材20、振動部材30、支持体45、リード線1−e、を有する。圧電素子10は、片側の主面が弾性部材20により拘束されており、弾性部材20は振動部材30を介して支持体45に接合している。
More specifically, the
また、リード線1−eは、圧電素子10に電気信号を入力する役割を果たす。圧電素子10は、電気エネルギを機械エネルギに変換し、電気音響変換器50の振動源の役割を果たす。その構成は、図2で示されるように、圧電セラミック2−bの上下主面が上部/下部電極層2−a,2−cで拘束されている。圧電セラミック2−bは、圧力を加えることで生じるひずみに応じて、電圧が発生する現象である圧電効果を有している。
In addition, the lead wire 1-e plays a role of inputting an electric signal to the
このように構成された圧電素子10は、図2に示すように、上部電極層2−aおよび下部電極層2−cに交流電圧が印加され交番的な電界が付与されると、図3で示されるように、その両主面11、12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。換言すれば、圧電セラミック2−b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。
As shown in FIG. 2, the
弾性部材20は、圧電素子10の上記伸縮運動を図3で図示の上下方向の振動に変換する機能を有する。弾性部材20は、弾性体(伸縮性のある材料)で構成されその材質としては、金属材料(例えばアルミ合金、リンセイ銅、チタン、またはチタン合金)や、樹脂材料(例えばエポキシ、アクリル、ポリイミド、またはポリカーボネート)など、圧電素子10を構成するセラミック材料より低剛性の材料を広く用いることが可能である。
The
振動部材30は、電気音響変換器50の振動振幅を増大させるための膜部材であり、弾性部材20よりも低剛性となっている。弾性部材20と振動部材30の材質の組合せとしては、例えば、弾性部材20が金属材料で、振動部材30が樹脂材料(例えば、ウレタン、PET、ポリエチレンなど)であってもよい。あるいは、弾性部材20と振動部材30とを同じ材質とし、振動部材30の膜厚を相対的に薄くすることにより、振動部材30が相対的に低剛性化されていてもよい。なお、振動部材30は、上記の他にも紙やポリエチレンテレフタラート等であってもよい。振動部材30の厚みは、樹脂材料の場合で例えば5μm以上500μm以下であればよい。特に、振動部材30が平らなシート材の場合、好ましくは30μm以上180μm以下であってもよい。
The
ところで、電気音響変換器50を音響素子として利用する場合、電気音響変換器50の振動部に有機フィルム等を貼り付けて音が出るようにする構成が採られることが多い。これに対し、本実施の形態では、振幅を大きくするために設けた振動部材30が、そのまま振動フィルムとしても機能する。つまり、振動部材30は、既存の音響素子における振動フィルムとしての機能だけではなく、電気音響変換器50の振動振幅を増大させる機能も併せ持つ。
By the way, when the
支持体45は例えば、電気音響変換器50の本体ハウジングを構成する部材であり、その材質は特に限定されるものではなく、樹脂材料であってもよいし金属材料であってもよい。なお、圧電素子10と弾性部材20との接合、および、弾性部材20と振動部材30との接合には、例えば、エポキシ系接着剤を利用可能である。接着剤層の厚みは特に限定されるものではないが、あまりに厚すぎると接着剤層に吸収される振動エネルギが増大し十分な振動振幅が得られなくなる可能性もあるため、例えば、20μm以下であることが好ましい。
The
以下に、図3を参照し、電気音響変換器50の振動の発生メカニズムを説明する。まず、圧電素子10に電圧が印加されていない中立の状態から圧電素子10に所定の電圧(電界)を印加すると、図3(a)の矢印pに示すように、圧電素子10は、その面積が広がる方向に変形する。
Hereinafter, the generation mechanism of vibration of the
ここで、圧電素子10の下面(主面10b)は弾性部材20に拘束されているため、この拘束効果により、圧電素子10の上面と下面との間に変形の量の差が生じ、その結果、図示するような凸型の変形モードとなる。この変形モードでは、圧電素子10および弾性部材20、さらには弾性部材20を支持している振動部材30が、図示上方に向かって凸型となるような、湾曲状態となっている。
Here, since the lower surface (
続いて、圧電素子10に上記とは逆の電界を印加すると、今度は圧電素子10が、図3(b)に示すように、その面積が減少する方向に変形する。弾性部材20による拘束効果により、圧電素子10の上面と下面との間に変形量の差が生じ、その結果、図示するような凹型の変形モードとなる。この変形モードでは、上記とは逆に、圧電素子10、弾性部材20、および振動部材30が、図示下方に向かって凸となるような湾曲状態となっている。
Subsequently, when an electric field opposite to the above is applied to the
本実施の形態の電気音響変換器50は、上述のような凸型の変形モードと凹型の変形モードを交互に繰り返すことで、圧電素子10、拘束部材20、および振動部材30が上下方向に振動する。
In the
本実施の形態の電気音響変換器50と既存の圧電型の電気音響変換器550(図4参照)とを対比すると、圧電素子10,510の運動が弾性部材20,524に伝達され、上下方向の振動が励起させられている点で両者は共通している。しかしながら、構成について見ると、本実施の形態の電気音響変換器50は振動部材30を介して弾性部材20および圧電素子10が支持されるようになっており、この点で両者は相違しており、この相違により下記のような作用効果が得られることとなる。
When the
すなわち、振動部材30は、弾性部材20に比べて相対的に低剛性な部材で構成されていることから、より変形しやすいものとなっている。従って、本実施の形態の電気音響変換器50によれば、弾性部材524の外周部が支持体527に直接支持される既存の構成に比べて、より大きな振動振幅が得られるようになる。また、本実施の形態の電気音響変換器50において、振動部材30は、水平方向に延在するように(すなわち圧電素子10の主面と平行となるように)設けられている。従って、振動部材30を追加したことによる電気音響変換器50全体の大型化という問題も生じにくい。
That is, since the
また、本実施の形態では、円形の圧電素子10を使用している。円形の圧電素子10が径拡がり運動する際のエネルギ効率は、矩形素子と比較して高いため、同じ電圧を印加した場合、本構成の方がより大きな駆動力が得られることとなる。
In the present embodiment, the circular
そして、このような大きな駆動力が振動部材30に伝搬することで、圧電型の電気音響変換器50の振動量が増加する。また、円形素子の場合、その中心から周縁部までの距離が均一であることから、梁に振動を伝搬する際に生じる応力が均等に分散され、エネルギ効率が高まり、振幅が増大するという利点もある。また、圧電素子10、弾性部材20、および振動部材30が同心円状の配置となっていることから、振動のうねり等も発生しにくいものとなっている。
Then, when such a large driving force propagates to the vibrating
次に、電気音響変換器50の振動の態様と周波数特性との関係について説明する。圧電型の電気音響変換器50を音響素子として利用すること自体は、前述した特許文献1〜3等にも開示されているところである。しかしながら、これらの文献における音響素子とは、ブザーやバイブレータを意図している。バイブレータとしてのみ用いるのであれば、単に音圧を向上させるだけでよいが、スピーカとして用いる場合には、その周波数特性までを考慮して圧電型の電気音響変換器50の振動の態様を考える必要がある。
Next, the relationship between the vibration mode of the
図5(a)は、図4に示したような、既存の圧電型の電気音響変換器550の振動の態様を示したものであり、図5(b)は、電磁式の電気音響変換器(図示せず)の振動の態様を示したものである。
FIG. 5A shows a vibration mode of the existing piezoelectric
図5(b)に示すように、既存の圧電型の電気音響変換器550では、中央の振幅が最大となるような屈曲型の振動態様となっている。これに対し、電磁式の電気音響変換器550では、一例として符号A20で示す中央領域がほぼ平坦な状態を保ったまま、この中央領域A20が図示上下方向に往復移動するようなピストン型の振動態様となっている。音響素子としての周波数特性を良好にするためには、振動の態様を少しでもピストン型に近づけることが望ましいことが知られている。
As shown in FIG. 5B, the existing piezoelectric
次に、屈曲型運動とピストン型運動の特徴について説明する。既存の圧電型の電気音響変換器で発生する屈曲型運動の振動姿態は、圧電セラミックの中心部が最大変位屈曲点になる山形であり、中心部では大振幅を得られるものの、固定端部近傍に近づくほど、変位は相対的に減衰していく。 Next, characteristics of the bending type motion and the piston type motion will be described. The bending mode of vibration generated by existing piezoelectric electroacoustic transducers is a mountain shape where the central part of the piezoelectric ceramic is the maximum displacement bending point, and a large amplitude can be obtained in the central part, but in the vicinity of the fixed end. The closer it is, the more the displacement is attenuated.
これに対して、図6で示されるようにピストン運動の振動姿態は固定端部近傍に最大変位屈曲点を有する台形型で、固定端部近傍での振動が大きく立ち上がる特徴を持つ。これらの二つの振動姿態における振動変位量を比較すると、音響放射面内の最大振動量は屈曲型運動の方が、ピストン型運動に比べ優位であるが、音響放射面内の平均振動量は、固定端部での変位量が大きく、ピストン型運動の方が屈曲型運動に比べ優位となる。 On the other hand, as shown in FIG. 6, the vibration state of the piston motion is a trapezoidal shape having a maximum displacement bending point in the vicinity of the fixed end, and has a feature that the vibration in the vicinity of the fixed end rises greatly. Comparing the amount of vibration displacement in these two vibration modes, the maximum vibration amount in the acoustic radiation surface is superior to the bending motion in the bending motion, but the average vibration amount in the acoustic radiation surface is The displacement amount at the fixed end is large, and the piston type motion is superior to the bending type motion.
なお、通常、音圧は放射面への体積排除量で定義されることから、平均振動量が大きい方が高く、音圧レベルの向上には、ピストン型の振動姿態を促進させることが好ましい。また、ピストン型運動と屈曲型運動は、平均変位量と最大変位量との割合で定義することができ、(平均振動量)/(最大振動量)で示される式で1に近づくほど、ピストン型姿態が促進されたことになる。 Normally, the sound pressure is defined by the volume exclusion amount to the radiation surface, so that the larger the average vibration amount is higher, and it is preferable to promote the piston-type vibration state in order to improve the sound pressure level. Piston-type motion and flexion-type motion can be defined by the ratio of average displacement and maximum displacement. The closer to 1 in the equation (average vibration) / (maximum vibration), the more piston The mold appearance was promoted.
本実施の形態の電気音響変換器50によれば、図7に示すように、弾性部材20が貼り付けられた領域がA20に対応する領域となっており、その外側が、見かけ上、領域A20よりも低剛性な(すなわちより変形しやすい)接続部領域A30となっている。このため、この接続部領域A30が相対的に大きな変形を示すこととなるため、全体としての振動の態様をピストン型により近づけることが可能となる。
According to the
さらに、弾性部材20が貼り付けられる領域の周辺部である領域A30が低剛性な部材で構成されているということは、弾性部材20を直に支持体45に接続した既存の構成と比較して、振動板(弾性部材20と振動部材30との積層体を指す)の共振周波数が低くなることを意味する。そして、共振周波数が下がるということは、下記の通り、音響素子の周波数特性の改善につながる。
Further, the fact that the region A30, which is the peripheral portion of the region where the
音響素子においては、通常、基本共振周波数以下の周波数で、かつ十分な大きさの音を出すのは比較的困難とされており、そのため、基本共振周波数以上の周波数帯のみを再生可能な音として利用する構成が採られることが多い。具体的には、圧電型の電気音響変換器50の共振周波数が高周波数帯域(例えば2kHz)にあるような場合、極単に言えば、音響素子は2kHz以上の帯域の音しか発生できないこととなる。
In an acoustic element, it is usually relatively difficult to produce a sound with a sufficient frequency at a frequency lower than the basic resonance frequency. Therefore, only a frequency band higher than the basic resonance frequency can be reproduced. In many cases, a configuration to be used is adopted. Specifically, when the resonance frequency of the piezoelectric
他方、携帯電話機等で音楽等を再生する場合に必要な基本周波数帯域は1k〜10kHzであることが好ましい。よって、基本共振周波数が1kHz以下である圧電型の電気音響変換器50は携帯電話機等に好適であり、特に、本実施の形態のような小型化にも有利な電気音響変換器50であればその利用価値は非常に高いものとなる。
On the other hand, the fundamental frequency band required for playing music or the like on a mobile phone or the like is preferably 1 k to 10 kHz. Therefore, the piezoelectric
ところが、圧電型の電気音響変換器50では、圧電素子10として剛性の高いセラミックを使用しているため振動部の共振周波数が高くなり、低音を出しにくいという性質があった。なお、素子サイズを大きくすることにより、圧電素子10の見かけ上の剛性を低減させ共振周波数を下げることも考えられる。しかし、既述の通り、圧電型の電気音響変換器50は例えば携帯電話機など小型の電子機器に搭載されることも多いことから、機器の大型化を防止する観点からしても、素子サイズを変えることなく低音を出やすくするように構成することが好ましい。
However, since the piezoelectric
以上をまとめると、携帯電話機等においてより広い周波数帯域で音楽を再生するためには、圧電型の電気音響変換器50の基本共振周波数をより低いところに設定することが重要であるといえる。そして、基本共振周波数をより低くするためには、振動板の剛性を下げることが有効である。
In summary, it can be said that it is important to set the basic resonance frequency of the piezoelectric
本実施の形態の電気音響変換器50によれば、図3に示すように、弾性部材20と支持体45とを接続する部材が、弾性部材20よりも低剛性な振動部材30であることから、既存の構成と比較して共振周波数が低減する。その結果、本実施の形態の電気音響変換器50は、広い周波数帯域で十分な振動振幅を得ることができるものとなり、良好な周波数特性を実現することが可能となる。
According to the
本実施の形態の圧電型の電気音響変換器50は、上記の他にも、下記のような利点を持つ。まず、電気音響変換器50の振動特性は、弾性部材20の材料特性、形状、および振動部材30の材料特性、形状を適宜変化させることによって容易に調整可能である。特に、弾性部材20の形状や、振動部材30の厚みの調整は、本体ハウジングのサイズ(支持体45のサイズ)を変えることなく行うことができるため、支持体45を共通部品として用いることができ、製造コストの低減にも有利である。
In addition to the above, the piezoelectric
続いて、図8に示すように、電気音響変換器50を電気機器の本体ハウジング100に実装した際の問題点を以下に述べる。携帯電話などの携帯型電子機器においては、小型薄型化への要求が高い。このため、機器の薄型化促進のため、本体ハウジング100の内部の空間体積の減少と、本体ハウジング100の剛性が減少していく傾向にある。通常、図8で示すように、電子機器においては、音孔から音波を放射するため、電気音響変換器50を本体ハウジング100に直接接合していることから、本体ハウジング振動による音波を発生する。
Subsequently, as shown in FIG. 8, problems when the
従って、電気音響変換器50の小型化や実装空間減少など大音量化に対する設計条件が制約される中、本体ハウジング100の振動からの音波を利用して大音量化する手段が有望であると考えられる。しかしながら、動電型に比べて機械Qが高い圧電型の電気音響変換器50では、共振周波数近傍での音圧レベルは他の帯域と比較して著しく高く、これと本体ハウジング100の振動から音が干渉することで、さらに音圧ピークが拡大する問題点があった。
Therefore, while the design conditions for increasing the volume are restricted, such as downsizing the
このため、圧電型の電気音響変換器50を携帯機器へ実装する際は、本体ハウジング100の振動をいかに抑制するかが開発の鍵となっていた。ところで、圧電型の電気音響変換器100の振動モードと音響特性との関係を図9、図10、図11、図12を参照して説明する。
For this reason, when the piezoelectric
図9で示されるように、基本共振周波数(第一次共振周波数)と第三次共振周波数との間の帯域で音圧レベルは大きく減衰する。これについては、図10、図11、図12の振動姿態図を用いて説明する。圧電型の電気音響変換器50の振動姿態は、図10で示される基本共振周波数以降に発生する高次の振動モードが互いに重なり合うことで形成され、放射面内に上下逆の動きをする多数の振動モードが混在していく。
As shown in FIG. 9, the sound pressure level is greatly attenuated in a band between the fundamental resonance frequency (first resonance frequency) and the third resonance frequency. This will be described with reference to FIG. 10, FIG. 11, and FIG. The vibration state of the piezoelectric
例えば、図11で示される第二次振動モードでは、シーソ状の振動を行うため、音波は放射面内で打ち消される。そして、第二次振動モードが重なり合う図12のような第三次振動モードでは、再び音波の放射量が拡大する。このため、第一次共振周波数と第三次共振周波数との間にある帯域では、音圧レベルが著しく減衰する。そこで、本実施の形態の電気音響変換器50では、実装する本体ハウジング100の二次高調波、三次高調波による本体ハウジング100の振動を利用して、第一次共振周波数と第三次共振周波数との間にある帯域での音圧レベルを向上できる。
For example, in the secondary vibration mode shown in FIG. 11, since a seesaw-like vibration is performed, the sound wave is canceled in the radiation plane. And in the tertiary vibration mode as shown in FIG. 12 where the secondary vibration modes overlap, the radiation amount of the sound wave increases again. For this reason, the sound pressure level is significantly attenuated in a band between the first resonance frequency and the third resonance frequency. Therefore, in the
すなわち、電気音響変換器50の鳴動時の振動が本体ハウジング100に伝播し、本体ハウジング100に振動が発生する。電気音響変換器50に対して大面積である本体ハウジング100の振動により発生する音圧は、電気音響変換器50から発する音圧に比べ大きい。これは、電気音響変換器50からの音圧を干渉させることで音圧レベルが増加するものである。図13の振動伝達関数で示すように、基本共振周波数が500Hzの本体ハウジング100では、1000Hzに二次高調波、1500Hzに三次高調波となる振動が発生する。
That is, the vibration when the
そこで、電気音響変換器50の基本共振周波数F(1)と第三次共振周波数F(3)と、本体ハウジング100の基本共振周波数F(a)とが、
[数2]
0.7×((F(1)+F(3))/2)<2×F(a)<1.3×((F(1)+F(3))/2)
または、
0.7×((F(1)+F(3))/2)<3×F(a)<1.3×((F(1)+F(3))/2)
を満足するように調整する。
Therefore, the basic resonance frequency F (1) and the third resonance frequency F (3) of the
[Equation 2]
0.7 × ((F (1) + F (3)) / 2) <2 × F (a) <1.3 × ((F (1) + F (3)) / 2)
Or
0.7 × ((F (1) + F (3)) / 2) <3 × F (a) <1.3 × ((F (1) + F (3)) / 2)
Adjust to satisfy.
すなわち、図14で示されるように、本体ハウジング100の高調波を起因とする本体ハウジング100の振動からの音波とを干渉させることで、音響特性が向上するものである。また、本実施の形態の電気音響変換器50では、基本共振周波数を、振動部材の材質・厚み・支持体と弾性部材間との距離によって容易に調整できる。
That is, as shown in FIG. 14, the acoustic characteristics are improved by interfering with sound waves from the vibration of the
機械振動子の基本共振周波数fは、以下の数式で示される。
[数3]
f=1/(2πL√(mC))
なお、"m"は質量、"C"はコンプライアンス、である。
The basic resonance frequency f of the mechanical vibrator is expressed by the following mathematical formula.
[Equation 3]
f = 1 / (2πL√ (mC))
“M” is mass and “C” is compliance.
このように、機械振動子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。言い換えれば、コンプライアンスは振動子の機械剛性であるため、このことは振動部材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。例えば、弾性率の高い材料の選択や、材料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、弾性材料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。 Thus, the fundamental resonance frequency of the mechanical vibrator depends on the load weight and compliance. In other words, since the compliance is the mechanical rigidity of the vibrator, this means that the fundamental resonance frequency can be controlled by controlling the rigidity of the vibration member. 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 material. On the other hand, the fundamental resonance frequency can be shifted to a high range by selecting a material having a high elastic modulus or increasing the thickness of the elastic material.
なお、従来の圧電型の電気音響変換器では、基本共振周波数を調整するのに、圧電材料の形状や変換器の面積などを変更する必要があった。しかしながら、本実施の形態の電気音響変換器では、基本構造の変更を伴わず、設計上の制約やコストに優位である。本発明のように、構成部材である弾性材料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、かつ本体ハウジング振動による音質劣化を回避できることから、工業上の価値は大きい。 In the conventional piezoelectric electroacoustic transducer, it is necessary to change the shape of the piezoelectric material, the area of the transducer, and the like in order to adjust the fundamental resonance frequency. However, the electroacoustic transducer of the present embodiment is superior in design restrictions and cost without changing the basic structure. As in the present invention, by changing the elastic material as a constituent member, it can be easily adjusted to a desired fundamental resonance frequency, and sound quality deterioration due to vibration of the main body housing can be avoided, so that the industrial value is great.
本発明に係る電気音響変換器は、電子機器(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)の音源としても利用可能である。従来の電気音響変換器に対して、振動部材の材質のみで基本共振周波数を調整できるため、電気音響変換器全体の形状が増加せず、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。 The electroacoustic transducer according to the present invention can also be used as a sound source of an electronic device (for example, a mobile phone, a laptop personal computer, a small game device, etc.). Compared to conventional electroacoustic transducers, the fundamental resonance frequency can be adjusted only with the material of the vibrating member, so the overall shape of the electroacoustic transducer does not increase and the acoustic characteristics are improved. Also, it can be suitably used.
[実施の第二の形態]
本発明の実施の第二の形態を、図15を参照し説明する。本実施の形態では、実施の第一の形態に対して、弾性部材20を二個の圧電素子10a,10bで拘束していることが特徴である。
[Second embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is characterized in that the
すなわち、二個の圧電素子10a,10bを利用したバイモルフ構造である。このバイモルフ型の圧電素子10a,10bは、図16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枚の圧電素子10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。
That is, a bimorph structure using two
なお、二個の圧電素子10a,10b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10a,10b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。圧電素子10a,10bが互いに異なる形状の場合は、圧電形状に起因する二つの共振を生み出すことができ、音響特性の広帯域化を実現することが可能となる。また、二個の圧電素子10a,10bの一方に高周波、他方に低周波、の電界を印加してパラメトリックススピーカを実現することも可能である。
For the two
以上、本実施の形態に係る電気音響変換器は、電子機器(例えば、図15および図16に示すように、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)の音源としても利用可能である。電気音響変換器全体の形状が増加せず、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。 As described above, the electroacoustic transducer according to the present embodiment can also be used as a sound source of an electronic device (for example, a mobile phone, a laptop personal computer, a small game device, etc., as shown in FIGS. 15 and 16). is there. Since the overall shape of the electroacoustic transducer does not increase and the acoustic characteristics are improved, the electroacoustic transducer can be suitably used for a portable electronic device.
[実施の第三の形態]
さらに、本発明の実施の第三の形態について図17を参照して説明する。本実施の形態では、積層型の圧電素子から構成されている。図17で示されるように、圧電素子は、圧電材料からなる圧電板13a〜13eが5層に積層された多層構造である。圧電板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。このような積層構造の圧電素子によれば、電極層間に生じる電界強度が高いため、圧電板の積層数に応じた分だけ、圧電素子全体としての駆動力が向上する。
[Third embodiment]
Furthermore, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, it is composed of a laminated piezoelectric element. As shown in FIG. 17, the piezoelectric element has a multilayer structure in which
[実施の第四の形態]
本発明の実施の第四の形態について、以下に説明する。本実施の形態では、図3に示すように、正方形状の圧電素子10から構成されている。このように圧電素子10が矩形であったとしても、弾性部材20が振動部材30を介して支持体45に接続されていることによる作用効果は上記同様にして得ることができる。矩形の圧電素子10を用いることにより、円形状の圧電素子10に比べて製造安定性やコストで優位である。すなわち、加工の際に、ライン上に切断すればよく、円形に比べ、デッドスペースもないため、材料を削減できる。
[Fourth embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described below. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the
[発明の他の実施例]
本発明の電気音響変換器の特性評価を、以下、評価1〜評価5の評価項目で行った。
[Other embodiments of the invention]
The characteristic evaluation of the electroacoustic transducer of the present invention was performed using
(評価1)共振周波数の測定:交流電圧1V入力時の基本共振周波数を測定した。また、音響特性より、第三次共振周波数を測定した。 (Evaluation 1) Measurement of resonance frequency: The basic resonance frequency at the time of AC voltage 1V input was measured. Further, the third resonance frequency was measured from the acoustic characteristics.
(評価2)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とした。 (Evaluation 2) 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 is 10 cm unless otherwise specified, and the frequency measurement range is 10 Hz to 10 kHz.
(評価3)音圧レベル周波数特性の平坦性測定: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。周波数の測定範囲は10Hz〜10kHzとし、2kHz〜10kHzの測定範囲において、最大音圧レベルPmaxと最小音圧レベルPminとの音圧レベル差により、音圧レベル周波数特性の平坦性を測定した。その結果、音圧レベル差(最大音圧レベルPmaxと最小音圧レベルPminとの差のことを指す)が20dB以内を○とし、20dB以上を×とした。この所定距離は、特に明記しない限り10cmである。 (Evaluation 3) Measurement of flatness 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 frequency measurement range was 10 Hz to 10 kHz, and in the measurement range of 2 kHz to 10 kHz, the flatness of the sound pressure level frequency characteristic was measured by the sound pressure level difference between the maximum sound pressure level Pmax and the minimum sound pressure level Pmin. As a result, the sound pressure level difference (referring to the difference between the maximum sound pressure level Pmax and the minimum sound pressure level Pmin) was within 20 dB, and x was over 20 dB. This predetermined distance is 10 cm unless otherwise specified.
(評価4)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以内を○とし、3dB以上を×とした。 (Evaluation 4) 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 3 dB or less, and 3 dB or more was evaluated as x.
(評価5)本体ハウジングの共振周波数特性:インパルスハンマー法を用いて、本体ハウジングの中心部に加振を与え、加速センサを用いて、振動伝達関数を計測した。伝達関数を分析し、最大の振動速度を示す周波数を本体ハウジングの基本共振周波数とした。 (Evaluation 5) Resonance frequency characteristics of main body housing: An impulse hammer method was used to apply vibration to the center of the main body housing, and an acceleration sensor was used to measure a vibration transfer function. The transfer function was analyzed, and the frequency showing the maximum vibration speed was defined as the basic resonance frequency of the main body housing.
[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を、図18の携帯電話に実装し、特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
電気音響変換器の基本共振周波数:1120Hz
電気音響変換器の基本共振周波数:3460Hz
携帯電話の本体ハウジングの基本共振周波数:650Hz
音圧レベル(1kHz) :90dB
音圧レベル(3kHz) :92dB
音圧レベル(5kHz) :95dB
音圧レベル(10kHz) :86dB
音圧レベル周波数特性の平坦性:○
落下衝撃安定 :○
上記の結果より明らかなように、本実施例の電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は平坦である。また、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。
[Example 1]
The electroacoustic transducer described in the first embodiment of the present invention was mounted on the mobile phone shown in FIG. 18, and the characteristics were evaluated. The evaluation results are as follows.
Basic resonance frequency of electroacoustic transducer: 1120Hz
Basic resonance frequency of electroacoustic transducer: 3460 Hz
Basic resonance frequency of main body housing of mobile phone: 650Hz
Sound pressure level (1 kHz): 90 dB
Sound pressure level (3 kHz): 92 dB
Sound pressure level (5 kHz): 95 dB
Sound pressure level (10 kHz): 86 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this embodiment, the sound pressure level frequency characteristic is flat. It was also demonstrated that the sound pressure level exceeds 80 dB in a wide frequency band.
[比較例1]
比較例1として、既存のボイスコイル型の電気音響変換器(図示せず)を作製し、図18の携帯電話に実装した。評価結果は以下の通りである。
〔結果〕
電気音響変換器の基本共振周波数:854Hz
携帯電話の本体ハウジングの基本共振周波数:650Hz
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
音圧レベル周波数特性の平坦性:×
落下衝撃安定 :×
上記の結果より明らかなように、比較例1の電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は良好でなく、広い周波数帯域で80dBを超える音圧レベルを有しないことが実証された。
[Comparative Example 1]
As Comparative Example 1, an existing voice coil type electroacoustic transducer (not shown) was fabricated and mounted on the mobile phone of FIG. The evaluation results are as follows.
〔result〕
Basic resonance frequency of electroacoustic transducer: 854Hz
Basic resonance frequency of main body housing of mobile phone: 650Hz
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 sound pressure level frequency characteristics: ×
Drop impact stability: ×
As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of Comparative Example 1, it was proved that the sound pressure level frequency characteristics are not good and the sound pressure level exceeding 80 dB is not obtained in a wide frequency band.
[実施例2]
本発明の実施の第二の形態で記載した電気音響変換器を、図18の携帯電話に実装し、特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
電気音響変換器の基本共振周波数:1180Hz
携帯電話の本体ハウジングの基本共振周波数:650Hz
音圧レベル(1kHz) :97dB
音圧レベル(3kHz) :97dB
音圧レベル(5kHz) :92dB
音圧レベル(10kHz) :88dB
音圧レベル周波数特性の平坦性:○
落下衝撃安定 :○
上記の結果より明らかなように、本実施例の電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は平坦である。また、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。
[Example 2]
The electroacoustic transducer described in the second embodiment of the present invention was mounted on the mobile phone shown in FIG. 18, and the characteristics were evaluated. The evaluation results are as follows.
Basic resonance frequency of electroacoustic transducer: 1180Hz
Basic resonance frequency of main body housing of mobile phone: 650Hz
Sound pressure level (1 kHz): 97 dB
Sound pressure level (3 kHz): 97 dB
Sound pressure level (5 kHz): 92 dB
Sound pressure level (10 kHz): 88 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this embodiment, the sound pressure level frequency characteristic is flat. It was also demonstrated that the sound pressure level exceeds 80 dB in a wide frequency band.
[実施例3]
本発明の実施の第三の形態で記載した電気音響変換器を、図18の携帯電話に実装し、特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
電気音響変換器の基本共振周波数:1180Hz
携帯電話の本体ハウジングの基本共振周波数:530Hz
音圧レベル(1kHz) :91dB
音圧レベル(3kHz) :94dB
音圧レベル(5kHz) :90dB
音圧レベル(10kHz) :87dB
音圧レベル周波数特性の平坦性:○
落下衝撃安定 :○
上記の結果より明らかなように、本実施例の電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は平坦である。また、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。
[Example 3]
The electroacoustic transducer described in the third embodiment of the present invention was mounted on the mobile phone shown in FIG. 18, and the characteristics were evaluated. The evaluation results are as follows.
Basic resonance frequency of electroacoustic transducer: 1180Hz
Basic resonance frequency of main body housing of mobile phone: 530Hz
Sound pressure level (1 kHz): 91 dB
Sound pressure level (3 kHz): 94 dB
Sound pressure level (5 kHz): 90 dB
Sound pressure level (10 kHz): 87 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this embodiment, the sound pressure level frequency characteristic is flat. It was also demonstrated that the sound pressure level exceeds 80 dB in a wide frequency band.
[実施例4]
本発明の実施の第四の形態で記載した電気音響変換器を、図18の携帯電話に実装し、特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
電気音響変換器の基本共振周波数:1080Hz
携帯電話の本体ハウジングの基本共振周波数:650Hz
音圧レベル(1kHz) :90dB
音圧レベル(3kHz) :88dB
音圧レベル(5kHz) :85dB
音圧レベル(10kHz) :88dB
音圧レベル周波数特性の平坦性:○
落下衝撃安定 :○
上記の結果より明らかなように、本実施例の電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は平坦である。また、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。
[Example 4]
The electroacoustic transducer described in the fourth embodiment of the present invention was mounted on the mobile phone shown in FIG. 18, and the characteristics were evaluated. The evaluation results are as follows.
Basic resonance frequency of electroacoustic transducer: 1080Hz
Basic resonance frequency of main body housing of mobile phone: 650Hz
Sound pressure level (1 kHz): 90 dB
Sound pressure level (3 kHz): 88 dB
Sound pressure level (5 kHz): 85 dB
Sound pressure level (10 kHz): 88 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this embodiment, the sound pressure level frequency characteristic is flat. It was also demonstrated that the sound pressure level exceeds 80 dB in a wide frequency band.
[実施例5]
本発明の実施の第一の形態で記載した電気音響変換器を、図19のラップトップ型PCに実装し、特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
電気音響変換器の基本共振周波数:1120Hz
PCの本体ハウジングの基本共振周波数:650Hz
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
音圧レベル周波数特性の平坦性:○
落下衝撃安定 :○
上記の結果より明らかなように、本実施例の電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は平坦である。また、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。
[Example 5]
The electroacoustic transducer described in the first embodiment of the present invention was mounted on the laptop PC of FIG. 19, and the characteristics were evaluated. The evaluation results are as follows.
Basic resonance frequency of electroacoustic transducer: 1120Hz
Basic resonance frequency of PC body housing: 650Hz
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
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this embodiment, the sound pressure level frequency characteristic is flat. It was also demonstrated that the sound pressure level exceeds 80 dB in a wide frequency band.
[比較例2]
比較例2として、図17で示される電気音響変換器を作製し、図19のラップトップ型PCに実装した。評価結果を以下の通りである。
〔結果〕
電気音響変換器の基本共振周波数:854Hz
携帯電話の本体ハウジングの基本共振周波数:730Hz
音圧レベル(1kHz) :75dB
音圧レベル(3kHz) :74dB
音圧レベル(5kHz) :77dB
音圧レベル(10kHz) :91dB
音圧レベル周波数特性の平坦性:×
落下衝撃安定 :×
上記の結果より明らかなように、比較例2の電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は良好でなく、広い周波数帯域で80dBを超える音圧レベルを有しないことが実証された。
[Comparative Example 2]
As Comparative Example 2, the electroacoustic transducer shown in FIG. 17 was manufactured and mounted on the laptop PC of FIG. The evaluation results are as follows.
〔result〕
Basic resonance frequency of electroacoustic transducer: 854Hz
Basic resonance frequency of main body housing of mobile phone: 730Hz
Sound pressure level (1 kHz): 75 dB
Sound pressure level (3 kHz): 74 dB
Sound pressure level (5 kHz): 77 dB
Sound pressure level (10 kHz): 91 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ×
Drop impact stability: ×
As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of Comparative Example 2, it was proved that the sound pressure level frequency characteristics were not good and the sound pressure level exceeding 80 dB was not obtained in a wide frequency band.
[実施例6]
本発明の実施の第二の形態で記載した電気音響変換器を、図19のラップトップ型PCに実装し、特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
電気音響変換器の基本共振周波数:1180Hz
携帯電話の本体ハウジングの基本共振周波数:730Hz
音圧レベル(1kHz) :91dB
音圧レベル(3kHz) :94dB
音圧レベル(5kHz) :90dB
音圧レベル(10kHz) :99dB
音圧レベル周波数特性の平坦性:○
落下衝撃安定 :○
上記の結果より明らかなように、本実施例の電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は平坦である。また、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。
[Example 6]
The electroacoustic transducer described in the second embodiment of the present invention was mounted on the laptop PC of FIG. 19, and the characteristics were evaluated. The evaluation results are as follows.
Basic resonance frequency of electroacoustic transducer: 1180Hz
Basic resonance frequency of main body housing of mobile phone: 730Hz
Sound pressure level (1 kHz): 91 dB
Sound pressure level (3 kHz): 94 dB
Sound pressure level (5 kHz): 90 dB
Sound pressure level (10 kHz): 99 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this embodiment, the sound pressure level frequency characteristic is flat. It was also demonstrated that the sound pressure level exceeds 80 dB in a wide frequency band.
[実施例7]
本発明の実施の第三の形態で記載した電気音響変換器を、図19のラップトップ型PCに実装し、特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
電気音響変換器の基本共振周波数:1180Hz
携帯電話の本体ハウジングの基本共振周波数:730Hz
音圧レベル(1kHz) :90dB
音圧レベル(3kHz) :87dB
音圧レベル(5kHz) :91dB
音圧レベル(10kHz) :89dB
音圧レベル周波数特性の平坦性:○
落下衝撃安定 :○
上記の結果より明らかなように、本実施例の電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は平坦である。また、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。
[Example 7]
The electroacoustic transducer described in the third embodiment of the present invention was mounted on the laptop PC of FIG. 19, and the characteristics were evaluated. The evaluation results are as follows.
Basic resonance frequency of electroacoustic transducer: 1180Hz
Basic resonance frequency of main body housing of mobile phone: 730Hz
Sound pressure level (1 kHz): 90 dB
Sound pressure level (3 kHz): 87 dB
Sound pressure level (5 kHz): 91 dB
Sound pressure level (10 kHz): 89 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this embodiment, the sound pressure level frequency characteristic is flat. It was also demonstrated that the sound pressure level exceeds 80 dB in a wide frequency band.
[実施例8]
本発明の実施の第四の形態で記載した電気音響変換器を、図19のラップトップ型PCに実装し、特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
電気音響変換器の基本共振周波数:1080Hz
携帯電話の本体ハウジングの基本共振周波数:730Hz
音圧レベル(1kHz) :88dB
音圧レベル(3kHz) :91dB
音圧レベル(5kHz) :95dB
音圧レベル(10kHz) :82dB
音圧レベル周波数特性の平坦性:○
落下衝撃安定 :○
上記の結果より明らかなように、本実施例の電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は平坦である。また、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。
[Example 8]
The electroacoustic transducer described in the fourth embodiment of the present invention was mounted on the laptop PC of FIG. 19, and the characteristics were evaluated. The evaluation results are as follows.
Basic resonance frequency of electroacoustic transducer: 1080Hz
Basic resonance frequency of main body housing of mobile phone: 730Hz
Sound pressure level (1 kHz): 88 dB
Sound pressure level (3 kHz): 91 dB
Sound pressure level (5 kHz): 95 dB
Sound pressure level (10 kHz): 82 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this embodiment, the sound pressure level frequency characteristic is flat. It was also demonstrated that the sound pressure level exceeds 80 dB in a wide frequency band.
なお、本発明は本実施の形態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では、図18および図19に示すように、電気機器として電気音響変換器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と、この電気音響変換器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。 The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are allowed without departing from the scope of the present invention. For example, in the electroacoustic transducer of the above embodiment, as shown in FIGS. 18 and 19, a cellular phone or a personal computer that outputs sound with the electroacoustic transducer is illustrated as an electrical device. However, as an electronic device, an electroacoustic transducer that is an oscillation device, an oscillation drive unit that drives the electroacoustic transducer to output ultrasonic waves, and an ultrasonic wave that is oscillated from the electroacoustic transducer and reflected by the measurement object A sonar (not shown) having an ultrasonic detection unit that detects a sound wave and a distance calculation unit that calculates a distance from the detected ultrasonic wave to the measurement target can also be implemented.
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実施例は、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 embodiments and examples 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.
1−e リード線
2−a 上部電極層
2−b 圧電セラミック
2−c 下部電極層
10 圧電素子
11 主面
12 主面
20 弾性部材
30 振動部材
45 支持体
50 電気音響変換器
100 本体ハウジング
550 電気音響変換器
1-e Lead wire 2-a Upper electrode layer 2-b Piezoelectric ceramic 2-c
Claims (10)
少なくとも表面に前記圧電素子が接合されている弾性部材と、
前記弾性部材より低剛性で少なくとも表面に前記弾性部材が接合されている振動部材と、
前記振動部材より高剛性で前記振動部材を支持して本体ハウジングに接合される支持体と、を有し、
前記圧電素子と前記弾性部材と前記振動部材と前記支持体からなる電気音響変換器の基本共振周波数F(1)と第三次共振周波数F(3)と、前記本体ハウジングの基本共振周波数F(a)とが、
0.7×((F(1)+F(3))/2)<2×F(a)<1.3×((F(1)+F(3))/2)
または、
0.7×((F(1)+F(3))/2)<3×F(a)<1.3×((F(1)+F(3))/2)
を満足することを特徴とする発振装置。 A piezoelectric element that expands and contracts according to the state of the electric field;
An elastic member having at least the piezoelectric element bonded to the surface;
A vibration member having a lower rigidity than the elastic member and having the elastic member bonded to at least the surface;
A support body that is more rigid than the vibration member and supports the vibration member and is joined to a main body housing,
A basic resonance frequency F (1) and a third resonance frequency F (3) of an electroacoustic transducer including the piezoelectric element, the elastic member, the vibration member, and the support, and a basic resonance frequency F ( a)
0.7 × ((F (1) + F (3)) / 2) <2 × F (a) <1.3 × ((F (1) + F (3)) / 2)
Or
0.7 × ((F (1) + F (3)) / 2) <3 × F (a) <1.3 × ((F (1) + F (3)) / 2)
An oscillation device characterized by satisfying
前記発振装置が装着される前記本体ハウジングと、
前記本体ハウジングに装着された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,
The body housing to which the oscillation device is mounted;
Oscillation drive means for outputting sound waves in the audible range to the oscillation device mounted on the main body housing;
Electronic equipment having
前記発振装置が装着される前記本体ハウジングと、
前記本体ハウジングに装着された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算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,
The body housing to which the oscillation device is mounted;
Oscillation drive means for driving the oscillation device mounted on the main body housing to output 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 calculating a distance from the detected ultrasonic wave to the measurement object;
Electronic equipment having
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