JP2012217018A - 発振装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子を発振源とした発振装置において、出力を大きくする。
【解決手段】この発振装置は、振動膜１０、圧電素子２０、及び支持枠（保持部材）４０を備えている。圧電素子２０は振動膜１０上に設けられている。支持枠４０は、振動膜１０の縁を支持している。そして振動膜１０は、少なくとも支持枠４０に取り付けられている部分において、厚み方向の縦弾性係数が面内方向の縦弾性係数よりも２倍以上大きい。このため、圧電素子２０に起因した振動エネルギーが、振動膜１０を面内方向に伝播することを抑制でき、この結果、振動膜１０の振幅が大きくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振装置及び電子機器に関する。

スピーカの一つに、圧電素子を振動部材上に固定した発振源として利用するものがある。このタイプのスピーカは、ボイスコイル及び磁石を用いた動電型のスピーカと比較して、小型化しやすい、という特徴がある。

なお、特許文献１には、振動部材を２層以上の積層構造とした上で、一つの層に合成繊維を充填したポリマーで形成することが記載されている。また特許文献２には、格子状の枠材の各格子の中に、圧電体と整合層の積層体を、整合層が発振面に位置するように配置することが記載されている。

特開２００４−１４７３１９号公報 特開２００２−４４７８６号公報

圧電素子を用いた発振装置は、出力を大きくしにくい。

本発明の目的は、圧電素子を発振源として使用しており、かつ出力を大きくすることが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、振動膜と、
前記振動膜上に設けられた圧電素子と、
前記振動膜の縁を保持する保持部材と、
を備え、
前記振動膜は、少なくとも前記保持部材に取り付けられている部分において、厚み方向の縦弾性係数が面内方向の縦弾性係数よりも２倍以上大きい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、圧電素子を発振源とした発振装置において、出力を大きくすることができる。

第１の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。 図１に示した発振装置を電子機器に取り付けた状態を示す図である。 実施形態の作用及び効果を説明するための図である。 第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。 第３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、振動膜１０、圧電素子２０、及び支持枠（保持部材）４０を備えている。圧電素子２０は振動膜１０上に設けられている。支持枠４０は、振動膜１０の縁を支持している。そして振動膜１０は、少なくとも支持枠４０に取り付けられている部分において、厚み方向の縦弾性係数が面内方向の縦弾性係数よりも２倍以上大きい。このため、圧電素子２０に起因した振動エネルギーが、振動膜１０を面内方向に伝播することを抑制できる。この結果、振動膜１０の振幅が大きくなり、発振装置の出力が大きくなる。以下、詳細に説明する。

振動膜１０は、圧電素子２０から発生した振動によって振動する。本実施形態において、振動膜１０は、樹脂などの基材に繊維材料を混ぜることにより、厚み方向の縦弾性係数が面内方向の縦弾性係数よりも２倍以上大きくなっている。ここで基材としては、例えばポリエチレンテレフタラート、ポリエチレン、またはウレタンなどを用いることができる。また繊維材料としては、例えばカーボンファイバーを用いることができる。なお、振動膜１０は、厚み方向の縦弾性係数が面内方向の縦弾性係数よりも１０倍以上大きいことが好ましい。

また振動膜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、コンプラインスに依存する。コンプラインスは振動子の機械剛性であるため、振動膜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、振動膜１０の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、振動膜１０は、厚み方向の縦弾性係数が１Ｇｐａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。振動膜１０の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう可能性が出てくる。

圧電素子２０は、例えば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、他の圧電材料により形成されていても良い。圧電素子２０の平面形状は、振動膜１０の平面形状よりも小さい。本実施形態において、圧電素子２０は振動膜１０の一面に設けられている。

支持枠４０は、内壁に振動膜１０の縁が固定されている。支持枠４０は、樹脂製であっても良いし、金属製であっても良い。

図２は、図１に示した発振装置を電子機器に取り付けた状態を示す図である。本実施形態において、電子機器は、例えば携帯通信端末や携帯型ゲーム機、または携帯型音楽再生機である。この図に示す例において、発振装置は、電子機器の筐体６０の内壁に取り付けられる。詳細には、支持枠４０の上端面が、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。そして支持枠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。

またこの電子機器は、制御部５０を備えている。制御部５０は、圧電素子２０に駆動信号を入力する。例えば発振装置がパラメトリックスピーカとして機能する場合、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。なお制御部５０は、増幅した音声信号をそのまま圧電素子２０に入力しても良い。

次に、図３を用いつつ、本実施形態の作用及び効果について説明する。振動膜１０が圧電素子２０に生じた伸縮に起因して変形した場合、その変形量ｔは、面内方向の成分ｔ_ｘｙと、振動方向の成分ｔ_ｚに分けられる。これらのうち面内方向の成分ｔ_ｘｙは、振動装置の出力には寄与しない。本実施形態において、振動膜１０は、少なくとも支持枠４０に取り付けられている部分において、厚み方向の縦弾性係数が面内方向の縦弾性係数よりも２倍以上大きい。従って、圧電素子２０に起因した振動エネルギーが、振動膜１０を面内方向に伝播することを抑制でき、この結果、振動膜１０の振幅を大きくすることができる。

（第２の実施形態）
図４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、圧電素子２０が振動膜１０の両面に設けられている点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。

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。また発振装置をバイモルフ型とすることができるため、発振装置の出力をさらに大きくすることができる。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。本実施形態に係る発振装置は、振動膜の構成を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。

本実施形態において振動膜は、振動膜１０，３０によって形成されている。圧電素子２０は振動膜３０上に設けられている。そして振動膜１０は、平面視で中空形状を有しており、この中空部分を塞ぐように、振動膜３０が位置している。すなわち振動膜１０の内周側の縁は振動膜３０の縁に固定されており、振動膜１０の外周側の縁は支持枠４０に固定されている。

振動膜１０を構成する材料は、第１の実施形態と同様である。振動膜３０を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である圧電素子２０に対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、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。

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。また、振動膜１０を支持枠４０との接続部分にのみ設けているため、振動膜１０を設けることによって発振装置の特性が変化することを抑制できる。

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 振動膜
２０ 圧電素子
３０ 振動膜
４０ 支持枠
５０ 制御部
６０ 筐体
６２ 音孔

Claims (4)

1. 振動膜と、
   前記振動膜上に設けられた圧電素子と、
   前記振動膜の縁を保持する保持部材と、
   を備え、
   前記振動膜は、少なくとも前記保持部材に取り付けられている部分において、厚み方向の縦弾性係数が面内方向の縦弾性係数よりも２倍以上大きい発振装置。
2. 請求項１に記載の発振装置において、
   前記振動膜は、厚み方向の縦弾性係数が、面内方向の縦弾性係数よりも１０倍以上大きい発振装置。
3. 請求項１または２に記載の発振装置において、
   前記振動膜は、
   前記圧電素子に面している第１膜と、
   前記第１膜の縁を前記保持部材に固定する第２膜と、
   を備え、
   前記第２膜が、厚み方向の縦弾性係数が、面内方向の縦弾性係数よりも２倍以上大きい発振装置。
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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