JP2012217011A - 発振装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動板を金属膜のみで形成する場合と比較して機械的品質係数Ｑを低くすることができ、かつ、振動振幅が小さくなることを抑制する。
【解決手段】圧電素子２０は振動板１０上に設けられている。また支持部材４０は、振動板１０の縁を保持している。振動板１０は、第１膜１２、第２膜１４、及び第３膜１６を有している。第１膜１２は金属から形成されている。第２膜１４は、第１膜１２を形成している金属よりも剛性の低い材料から形成されている。第３膜１６は、第１膜１２を形成している金属よりも内部損失が高く、かつ第２膜１４を形成している材料よりも剛性の低い材料から形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振装置及び電子機器に関する。

圧電素子を利用した発振装置は、例えばスピーカや、超音波センサの発振源として使用されている。この発振装置は、磁石を用いて振動板を振動させる動電型のスピーカと比較して、小型化しやすい、という利点がある。一方、圧電素子は機械的品質係数Ｑが高いため、圧電素子及び振動板の共振周波数近傍において音圧が高くなりやすい。

これに対して特許文献１では、炭素繊維を含む樹脂層の上に金属薄膜を形成することにより振動板を形成することが記載されている。この技術によれば、金属のみで振動板を形成した場合と比較して、機械的品質係数Ｑが低くなる、とされている。

特開平３−１４３１９７号公報

上記したように、圧電素子を利用した発振装置は、圧電素子の機械的品質係数Ｑが高いため、圧電素子及び振動板の共振周波数近傍において音圧が高くなりやすい。しかし本発明者が検討した結果、特許文献１に記載の技術では、炭素繊維を含む樹脂層と金属薄膜は剛性が大きく違うため、剛性のインピーダンス整合がとりにくいこと、及びこれに起因して振動振幅が小さくなりやすいことが判明した。

本発明の目的は、振動板を金属膜のみで形成する場合と比較して機械的品質係数Ｑを低くすることができ、かつ、振動振幅が小さくなることを抑制できる発振装置及び電子機器を提供することにある。

本発明によれば、金属からなる第１膜、前記金属よりも剛性の低い材料からなる第２膜、及び前記金属よりも内部損失が高く、かつ前記第２膜よりも剛性の低い材料からなる第３膜をこの順に積層した振動板と、
前記振動板の一面上に設けられた圧電素子と、
前記振動板の縁を保持する保持部材と、
を備える発振装置が提供される。

本発明によれば、上記した発振装置を有する電子機器が提供される。

本発明によれば、振動板を金属膜のみで形成する場合と比較して機械的品質係数Ｑを低くすることができ、かつ、振動振幅が小さくなることを抑制できる。

第１の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。 図１に示した発振装置を電子機器の筐体６０に取り付けた構成を示している。 第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。

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図である。この発振装置は、振動板１０、圧電素子２０、及び支持部材４０を有している。圧電素子２０は振動板１０上に設けられている。また支持部材４０は、振動板１０の縁を保持している。

振動板１０は、第１膜１２、第２膜１４、及び第３膜１６を有している。第１膜１２は金属から形成されている。第２膜１４は、第１膜１２を形成している金属よりも剛性の低い材料から形成されている。第３膜１６は、第１膜１２を形成している金属よりも内部損失が高く、かつ第２膜１４を形成している材料よりも剛性の低い材料から形成されている。以下、詳細に説明する。

振動板１０はシート状であり、圧電素子２０から発生した振動によって振動する。また振動板１０は、圧電素子２０の基本共振周波数を調整する。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。コンプライアンスは振動子の機械剛性であるため、振動板１０の剛性を制御することで、圧電素子２０の基本共振周波数を制御できる。なお、振動板１０の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。

第１膜１２は、上記したように金属により形成されている。第１膜１２を形成する金属は、脆性材料である圧電素子２０に対して高い弾性率を持っている。第１膜１２を形成する金属は、加工性やコストの観点から、リン青銅やステンレスなどが好ましい。

第２膜１４は、上記したように、第１膜１２を形成する金属よりも剛性の低い材料により形成されている。第２膜１４を形成する材料は、例えばポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、及びウレタンなどの樹脂である。

第３膜１６は、上記したように、第１膜１２を形成している金属よりも内部損失が高く、かつ第２膜１４を形成している材料よりも剛性の低い材料から形成されている。第３膜１６を形成する材料は、例えば炭素繊維である。

圧電素子２０は、ＰＺＴなどの圧電セラミックスにより形成されている。ただし、圧電素子２０は、圧電特性を示す高分子材料、例えばポリフッ化ビニリデンにより形成されていてもよい。

支持部材４０は、筒形状を有しており、例えば樹脂または金属により形成されている。直筒の断面形状は、円形であってもよいし、多角形であっても良い。支持部材４０は、振動板１０の縁を保持している。

また本実施形態において、発振装置は制御部５０を有している。制御部５０は、外部から入力された音声信号に基づいて駆動信号を生成し、生成した駆動信号を圧電素子２０に入力する。発振装置を、可聴音を直接出力するスピーカとして機能させる場合、制御部５０は音声信号を増幅することにより駆動信号を生成する。また発振装置をパラメトリックスピーカとして機能させる場合、制御部５０は、外部から入力された音声データ（原信号）を変調してパラメトリックスピーカ用の変調データを生成し、このデータに基づいて駆動信号を生成する。この駆動信号の周波数は、振動膜１０及び圧電素子２０のｎ次の共振周波数である。

図２は、図１に示した発振装置を電子機器の筐体６０に取り付けた構成を示している。本図に示す例において、発振装置は、支持部材４０の上端面が、電子機器の筐体６０の内壁に取り付けられる。筐体６０には、音孔６２が設けられている。そして支持部材４０は、平面視で音孔６２を内側に含んでいる。このため、音孔６２は振動膜１０及び圧電素子２０と対向し、振動膜１０及び圧電素子２０が発振した音波は、音孔６２を介して筐体６０の外部に放射される。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、振動板１０は第３膜１６を有している。第３膜１６は、第１膜１２を形成している金属よりも内部損失が高い材料により形成されている。このため、振動板１０は、第１膜１２のみで形成される場合と比較して、機械的品質係数Ｑが小さくなる。

また振動板１０は、第１膜１２と第３膜１６の間に第２膜１４を有している。第２膜１４の剛性は、第１膜１２よりも低く、第３膜１６よりも高い。従って、第２膜１４を設けない場合と比較して、振動板１０の厚み方向における剛性のインピーダンス整合を高くすることができる。従って、振動板１０の振動振幅が小さくなることを抑制できる。

また第２膜１４を樹脂材料で形成した場合、第２膜１４の内部損失も第１膜１２の内部損失よりも大きくなるため、振動板１０の機械的品質係数Ｑはさらに小さくなる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。この発振装置は、第２振動部材３０を有している点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。

第２振動部材３０は、振動板１０と圧電素子２０の間に位置している。すなわち第２振動部材３０の一面上には圧電素子２０が接合しており、第２振動部材３０の他面には振動板１０が接合している。第２振動部材３０の平面形状は、圧電素子２０よりも大きく振動板１０よりも小さい。このため、振動板１０の縁は、支持部材４０には固定されていない。第２振動部材３０は、振動膜１０よりも弾性率が低い材料、例えばポリエチレンテレフタラート、ポリエチレン、またはウレタンにより形成されている。

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。

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。

１０ 振動板
１２ 第１膜
１４ 第２膜
１６ 第３膜
２０ 圧電素子
３０ 第２振動部材
４０ 支持部材
５０ 制御部
６０ 筐体
６２ 音孔

Claims (4)

1. 金属からなる第１膜、前記金属よりも剛性の低い材料からなる第２膜、及び前記金属よりも内部損失が高く、かつ前記第２膜よりも剛性の低い材料からなる第３膜をこの順に積層した振動板と、
   前記振動板の一面上に設けられた圧電素子と、
   前記振動板の縁を保持する保持部材と、
   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３膜は炭素繊維を含む発振装置。
3. 請求項１又は２に記載の発振装置において、
   前記圧電素子と前記振動板の間に位置し、平面形状が前記振動板よりも小さい第２振動板をさらに備える発振装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の発振装置を有する電子機器。

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