JP2012142652A - 発振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子を用いており、出力を向上させた発振装置を提供する。
【解決手段】この発振装置は、第１圧電素子１１０、第１圧電フィルム１２０、第２圧電フィルム１３０、及び枠体１４０を備えている。第１圧電フィルム１２０は、平面形状が第１圧電素子１１０よりも大きく、第１圧電素子１１０の第１面に接している。第２圧電フィルム１３０は、平面形状が第１圧電素子１１０よりも大きく、第１圧電素子１１０の第１面とは逆側の面に接している。枠体１４０は、第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０を保持している。
【選択図】図１

Description

本発明は、音波を発振する発振装置に関する。

近年、携帯電話やラップトップ型コンピュータの携帯端末などの需要が拡大している。特にテレビ電話や動画再生、ハンズフリー電話機能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。これらの開発の中で、小型でかつ出力が大きい電気音響変換器の要求が高まっている。従来、携帯電話等の電子機器には、電気音響変換器として動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。しかしながら動電型電気音響変換器は、その動作原理及び構造から、薄型化には限界がある。そこで、特許文献１に記載されているように、圧電素子をスピーカとして使用することが進められている。

特開昭５８−２０２６９９号公報

圧電素子を用いた発振装置において、改善する必要がある特性の一つに、出力の向上がある。

本発明の目的は、圧電素子を用いており、出力を向上させた発振装置を提供することにある。

本発明によれば、第１圧電素子と、
平面形状が前記第１圧電素子よりも大きく、前記第１圧電素子の第１面に接している第１圧電フィルムと、
平面形状が前記第１圧電素子よりも大きく、前記第１圧電素子の前記第１面とは逆側の面である第２面に接している第２圧電フィルムと、
前記第１圧電フィルム及び前記第２圧電フィルムを保持する枠体と、
を備える発振装置が提供される。

本発明によれば、圧電素子を用いており、出力を向上させた発振装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る発振装置の構成を示す断面図である。 第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発振装置の構成を示す断面図である。この発振装置は、第１圧電素子１１０、第１圧電フィルム１２０、第２圧電フィルム１３０、及び枠体１４０を備えている。第１圧電フィルム１２０は、平面形状が第１圧電素子１１０よりも大きく、第１圧電素子１１０の第１面に接している。第２圧電フィルム１３０は、平面形状が第１圧電素子１１０よりも大きく、第１圧電素子１１０の第１面とは逆側の面に接している。枠体１４０は、第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０を保持している。以下、詳細に説明する。

第１圧電素子１１０は、例えば無機材料、具体的にはジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）などのセラミックスにより形成されている。第１圧電素子１１０の平面形状は任意であるが、例えば矩形や円形である。第１圧電素子１１０は厚さ方向に分極している。第１圧電素子１１０の厚さｈ_１は、例えば１０μｍ以上１ｍｍ以下である。厚さｈ_１が１０μｍ未満の場合、発振装置の製造時に第１圧電素子１１０が破損する可能性が出てくる。また厚さｈ_１が１ｍｍ超の場合、電気機械変換効率が低くなりすぎてしまい、十分な大きさの振動を得られない。その理由は、第１圧電素子１１０の厚さが厚くなると、圧電振動子内における電界強度は反比例して小さくなるためである。

第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０は、いずれも有機材料、例えばフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）などの樹脂などにより形成されており、厚さ方向に分極している。上記したように第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０は、平面形状が第１圧電素子１１０よりも大きいため、平面視において第１圧電素子１１０の外側にはみ出している。そして第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０は、外周部が枠体１４０の内周側の側壁に固定されている。

第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０の平面形状は互いに同一であり、例えば矩形や円形である。ただし、第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０の平面形状は、第１圧電素子１１０の平面形状と相似形であっても良いし、相似形でなくても良い。

本実施形態において、第１圧電フィルム１２０は第１電極１２２及び第３電極１２４を有しており、第２圧電フィルム１３０は第２電極１３２及び第４電極１３４を有している。第１電極１２２は、第１圧電フィルム１２０の本体と第１圧電素子１１０に挟まれており、これら双方に電位を印加する。第３電極１２４は、第１圧電フィルム１２０のうち第１圧電素子１１０とは逆側の面に接している。第２電極１３２は、第２圧電フィルム１３０の本体と第１圧電素子１１０に挟まれており、これら双方に電位を印加する。第４電極１３４は、第２圧電フィルム１３０のうち第１圧電素子１１０とは逆側の面に接している。

すなわち第１圧電フィルム１２０は、第１電極１２２及び第３電極１２４の間に印加される電圧（信号）に従って伸縮し、第２圧電フィルム１３０は、第２電極１３２及び第４電極１３４の間に印加される電圧（信号）に従って伸縮する。そして第１圧電素子１１０は、第１電極１２２及び第２電極１３２の間に印加される電圧に従って伸縮する。

また、第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０の分極方向は互いに同じである。しかし、第１圧電素子１１０の分極方向は、第１圧電フィルム１２０の分極方向とは逆である。

また発振装置は、制御部１６０を有している。制御部１６０は、第１電極１２２及び第３電極１２４の間に信号を入力するとともに、第２電極１３２及び第４電極１３４の間に信号を入力する。ここで制御部１６０は、第１電極１２２及び第４電極１３４を正極としており、かつ第３電極１２４及び第２電極１３２を負極としている。

そして制御部１６０は、第２電極１３２及び第４電極１３４の間に、第１電極１２２及び第３電極１２４の間に入力する信号と同一の位相の信号を入力する。第１圧電フィルム１２０と第２圧電フィルム１３０の分極方向は同一であるため、第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０は互いに同位相で振動する。

また第１圧電素子１１０には、第１電極１２２と第２電極１３２によって、第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０と同一の信号が入力される。ただし、厚さ方向（図中上下方向）で見た場合、第１圧電素子１１０には、第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０とは逆向きに信号が印加される。上記したように、第１圧電素子１１０の分極方向は、第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０とは逆である。このため、第１圧電素子１１０も、第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０と同位相で振動する。

ここで、制御部１６０は、発振装置をスピーカとして使用する場合、第１圧電素子１１０、第１圧電フィルム１２０、及び第２圧電フィルム１３０に対して、アナログの音声信号をそのまま入力しても良いし、パラメトリックスピーカの変調信号に変調した音声信号を入力しても良い。後者の場合、変調信号のキャリア周波数は、２０ｋＨｚ以上の超音波帯域であるのが好ましい。この場合、発振装置を小型化できる。

また、第１電極１２２、第３電極１２４、第２電極１３２、及び第４電極１３４を構成する材料は特に限定されないが、例えば、銀や銀／パラジウムを使用することができる。銀は低抵抗な汎用的な電極材料して使用されているため、製造プロセスやコストなどに利点がある。銀／パラジウムは耐酸化に優れた低抵抗材料であるため、信頼性の観点から利点がある。また、各電極の厚さｈ_２は特に限定されないが、その厚さｈ_２が１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましい。厚さｈ_２が１μｍ未満では、各電極を均一に成形することが難しくなり、その結果、電気機械変換効率が低下する可能性がある。また、各電極の膜厚が１００μｍを超える場合は、各電極が圧電体に対して拘束面となり、エネルギー変換効率を低下させてしまう可能性が出てくる。

以上、本実施形態によれば、第１圧電素子１１０を、第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０を用いて枠体１４０に取り付けている。このため、第１圧電素子１１０、第１圧電フィルム１２０、及び第２圧電フィルム１３０を互いに同位相で振動させることにより、発振装置の出力を大きくすることができる。また、可撓性の材料からなる第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０を用いているため、発振装置の耐衝撃性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す断面図である。本実施形態に係る発振装置は、電極の構成を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。

本実施形態に係る発振装置において、第１圧電素子１１０は、一面に電極１１２を有しており、電極１１２とは逆側の面に電極１１４を有している。そして第１圧電素子１１０と第２圧電フィルム１３０の間には絶縁層１７０が設けられている。また第１圧電素子１１０と第１圧電フィルム１２０の間にも、絶縁層１７０が設けられている。すなわち本実施形態では、第１圧電素子１１０、第１圧電フィルム１２０及び第２圧電フィルム１３０を互いに独立して制御することができる。そして制御部１６０は、第１圧電素子１１０、第１圧電フィルム１２０、及び第２圧電フィルム１３０が互いに同位相で駆動するように制御する。なお、本実施形態では、第１圧電素子１１０、第１圧電フィルム１２０、及び第２圧電フィルム１３０の分極方向は任意である。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記した実施形態では、発振装置をスピーカとして用いる場合を例示した。しかし、発振装置の用途はスピーカに限定されるものではなく、例えば音波センサの発振源として使用されても良い。

また、第１圧電素子１１０、第１圧電フィルム１２０、及び第２圧電フィルム１３０の電極の構造は、上記した各実施形態に限定されるものではなく、第１圧電素子１１０、第１圧電フィルム１２０、及び第２圧電フィルム１３０を互いに同位相で駆動できる方式であれば、どのような構成であっても良い。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１１０ 第１圧電素子
１１２ 電極
１１４ 電極
１２０ 第１圧電フィルム
１２２ 第１電極
１２４ 第３電極
１３０ 第２圧電フィルム
１３２ 第２電極
１３４ 第４電極
１４０ 枠体
１６０ 制御部
１７０ 絶縁層

Claims (5)

1. 第１圧電素子と、
   平面形状が前記第１圧電素子よりも大きく、前記第１圧電素子の第１面に接している第１圧電フィルムと、
   平面形状が前記第１圧電素子よりも大きく、前記第１圧電素子の前記第１面とは逆側の面である第２面に接している第２圧電フィルムと、
   前記第１圧電フィルム及び前記第２圧電フィルムを保持する枠体と、
   を備える発振装置。
2. 請求項１に記載の発振装置において、
   前記第１圧電素子と、前記第１圧電フィルム及び前記第２圧電フィルムとは、分極方向が逆であり、
   前記第１圧電素子と前記第１圧電フィルムに挟まれている第１電極と、
   前記第１圧電素子と前記第２圧電フィルムに挟まれている第２電極と、
   前記第１圧電フィルムのうち前記第１圧電素子とは逆側の面に接している第３電極と、
   前記第２圧電フィルムのうち前記第１圧電素子とは逆側の面に接している第４電極と、
   を備える発振装置。
3. 請求項１に記載の発振装置において、
   前記第１圧電素子、前記第１圧電フィルム、及び前記第２圧電フィルムは、それぞれ両面に電極を有しており、
   前記第１圧電素子の前記第１面と前記第１圧電フィルムの間に位置する第１絶縁層と、
   前記第１圧電素子の前記第２面と前記第２圧電フィルムの間に位置する第２絶縁層と、
   を備える発振装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の発振装置において、
   前記第１圧電素子は無機材料で形成されている発振装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の発振装置において、
   前記第１圧電素子、前記第１圧電フィルム、及び前記第２圧電フィルムに、パラメトリックスピーカの変調信号を入力する制御手段をさらに備える発振装置。
   

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